Der Zweck katadioptrischer optischer Systeme, wie z. B. Teleskope, besteht darin, die Vorteile von Brechungs- (Dioptrien) und Reflexionselementen (Katoptrie) zu kombinieren. Durch die Integration von Linsen und Spiegeln zielen katadioptrische Systeme darauf ab, bestimmte optische Eigenschaften wie Kompaktheit, hohe Vergrößerung und Korrektur optischer Aberrationen zu erreichen. Dieser Designansatz ist besonders wertvoll bei Anwendungen, bei denen Tragbarkeit, Vielseitigkeit und optische Leistung entscheidende Faktoren sind.
Katadioptrische Teleskope werden aufgrund ihrer Vielseitigkeit und kompakten Bauweise häufig in der Astronomie und Erdbeobachtung eingesetzt. Diese Teleskope verwenden eine Kombination aus Linsen und Spiegeln, um Licht über große Entfernungen effizient zu sammeln und zu fokussieren. Sie sind bei Amateurastronomen und Sternguckern beliebt, da sie in einem relativ kleinen und tragbaren Instrument eine hohe Vergrößerung ermöglichen. Katadioptrische Teleskope wie das Schmidt-Cassegrain-Design eignen sich zur Beobachtung von Himmelsobjekten wie Planeten, Sternen und Deep-Sky-Objekten, aber auch für terrestrische Anwendungen wie die Beobachtung und Überwachung von Wildtieren.
Das Prinzip eines katadioptrischen Systems besteht darin, sowohl reflektierende als auch brechende Elemente zur Manipulation und Fokussierung des Lichts zu verwenden. Bei Teleskopen beispielsweise gelangt Licht in eine Korrekturplatte oder Linse, die optische Aberrationen korrigiert und das Licht auf einen Primärspiegel lenkt. Der Primärspiegel reflektiert Licht zu einem Sekundärspiegel, der wiederum das Licht durch eine zentrale Öffnung im Primärspiegel zum Okular oder Sensor leitet. Diese optische Anordnung ermöglicht es katadioptrischen Systemen, lange Brennweiten und hohe Vergrößerungen zu erreichen und gleichzeitig eine kompakte Baugröße beizubehalten.
Ein Beispiel für ein katadioptrisches optisches System ist das Schmidt-Cassegrain-Teleskop (SCT). Dieser Teleskoptyp kombiniert einen sphärischen Primärspiegel mit einer Korrekturplatte an der Vorderseite des Teleskops sowie einen Sekundärspiegel nahe der Oberseite des Tubus. Die Korrekturplatte fungiert als Linse zur Korrektur optischer Aberrationen, während der Primär- und der Sekundärspiegel das Licht reflektieren und bündeln, um ein Bild zu erzeugen. Schmidt-Cassegrain-Teleskope sind für ihre Vielseitigkeit, Kompaktheit und Benutzerfreundlichkeit bekannt und daher bei Astronomen und Astrofotografen beliebt.
Der Unterschied zwischen dioptrischen und katadioptrischen optischen Systemen liegt in ihren optischen Hauptelementen und Konstruktionsprinzipien. Dioptriensysteme, auch Brechungssysteme genannt, verwenden hauptsächlich Linsen (transparente optische Elemente), um Licht zu beugen und zu fokussieren. Diese Linsen brechen das durch sie hindurchtretende Licht, ändern seine Richtung und fokussieren es, um ein Bild zu erzeugen. Katadioptrische Systeme hingegen integrieren sowohl Linsen als auch Spiegel. Sie nutzen Spiegel zur Lichtreflexion und Linsen zur Lichtbrechung und vereinen so die optischen Vorteile beider Elementarten. Dieser hybride Ansatz ermöglicht es katadioptrischen Systemen, spezifische optische Eigenschaften wie Brennweite, Aberrationskorrektur und kompakte physikalische Größe zu erreichen, die mit rein refraktiven oder reflektierenden Designs möglicherweise nicht leicht zu erreichen sind.