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在紅外反射鏡設計中，離軸與共軸設計是突破視場與像質矛盾的關鍵技術路徑，二者通過不同的光學架構與像差校正策略，分別針對大視場與高像質需求實現優(yōu)化。
共軸設計以光軸為對稱軸，通過經典雙反射鏡系統(tǒng)（如卡塞格林、格里高利結構）實現小視場下的高像質。其核心優(yōu)勢在于結構緊湊、裝調簡單，且主次鏡同軸布局可減少系統(tǒng)復雜度。例如，卡塞格林系統(tǒng)通過主次鏡的二次反射，將像點引至主鏡外側，避免了中心遮攔，同時利用二次曲面（如拋物面、雙曲面）校正球差與彗差，使小視場（通常小于2°）內像質接近衍射極限。然而，共軸系統(tǒng)的視場擴展受限于次鏡遮攔與軸外像差累積，當視場增大時，像散、場曲等像差會顯著惡化，導致邊緣視場像質下降。
離軸設計則通過打破旋轉對稱性，消除共軸系統(tǒng)的中心遮攔，并利用自由曲面或非球面反射鏡實現大視場與高像質的平衡。例如，離軸三反射鏡系統(tǒng)（如WALRUS、Schwarzschild結構）通過主鏡、次鏡、三鏡的偏心與傾斜布局，將光線路徑分離，避免遮攔的同時擴大視場至10°以上。此類系統(tǒng)采用自由曲面反射鏡，其面型由高階多項式描述，可獨立控制不同視場的像差，顯著提升軸外像質。例如，法國艾克斯馬塞大學設計的離軸三反系統(tǒng)，通過勒讓德多項式自由曲面與曲面探測器結合，實現了7.2°×7.2°視場內像質接近衍射極限。此外，離軸設計還可結合矢量像差理論，通過優(yōu)化反射鏡的偏心量與傾斜角，進一步平衡像差場，提升全視場均勻性。
技術突破點在于：共軸系統(tǒng)通過經典像差校正理論優(yōu)化結構參數，適用于小視場、高精度需求；離軸系統(tǒng)則依賴自由曲面加工與裝調技術，突破傳統(tǒng)像差校正極限，實現大視場與高像質的兼容。未來，隨著超精密加工（如單點金剛石車削）與自適應光學技術的發(fā)展，離軸與共軸設計的融合將成為趨勢，例如采用共軸折疊反射鏡結合離軸校正技術，可在緊湊結構中實現更大視場與更高像質。
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