由兩塊反射鏡組成的一種反射望遠鏡,1672年為卡塞格林所發明。反射鏡中大的稱為主鏡,小的稱為副鏡。通常在主鏡中央開孔,成像於主鏡後面。它的焦點稱為卡塞格林焦點。有時也按圖中虛線那樣多加入一塊斜平面鏡,成像於側面,這種卡塞格林望遠鏡,又稱為耐司姆斯望遠鏡。

  卡塞格林望遠鏡中,副鏡不僅將像由F1移至F2,而且將它放大,副鏡的放大率通常為2.5~5倍,由於主鏡的相對口徑一般為1/2.5~1/5,變為卡塞格林望遠鏡後,相對口徑常為1/7~1/15,但也可以超出這個范圍。例如,有些校正場曲的卡塞格林望遠鏡,副鏡與主鏡的表面曲率半徑相等,副鏡的放大率僅約1.6倍;也有的卡塞格林望遠鏡副鏡是平面鏡。此外,反射望遠鏡中的折軸望遠鏡,從光學系統來說,也是一種卡塞格林望遠鏡,由於要將像成到很遠處,副鏡的放大率常達到10倍以上。

  卡塞格林望遠鏡的主、副鏡面,可以有種種不同的形式,光學性能也隨之而不同。主要的形式有:①主鏡是旋轉拋物面的,常稱為經典的卡塞格林望遠鏡。根據圓錐曲線的光學性質,副鏡隻要是以F1F2為兩焦點的旋轉雙曲面,則原來無球差地會聚到F1點的光線,經過這種副鏡反射後,將無球差地會聚到F2點。但這種望遠鏡有彗差,也有一定的像散和場曲。一個主鏡相對口徑1/3、卡塞格林望遠鏡相對口徑1/8、像成在主鏡後面不遠處的系統,在理想像平面(近軸光的像平面)上,若要求像的彌散不超過1″,可用視場直徑約為9′。②平行於光軸的光滿足等光程和正弦條件的卡塞格林望遠鏡,近似地說,也就是消除瞭三級球差和彗差的卡塞格林望遠鏡,稱為裡奇-克列基昂望遠鏡,簡稱R-C望遠鏡。③主鏡是球面的,為瞭消除球差,副鏡近似於旋轉扁球面。這種望遠鏡的優點是主鏡加工比較容易,使用上的特點是可以去掉副鏡,在主鏡球心處加上改正透鏡,轉換成施密特望遠鏡。德意志民主共和國陶登堡史瓦西天文臺反射鏡口徑2米的望遠鏡,就是這種類型的。這種望遠鏡的彗差很大,可用視場很小。主鏡相對口徑為1/3、卡塞格林望遠鏡相對口徑為1/8、像成在主鏡後面不遠處的這種望遠鏡,若要求像在理想像平面上的彌散不超過1″,則可用視場直徑約為1ḷ3。④副鏡是球面的,為瞭消除球差,主鏡近似於旋轉橢球面。這種系統的優點是容易制造,副鏡的調整簡單。其像差大小介於拋物面主鏡和球面主鏡之間(較接近拋物面主鏡)。各種卡塞格林望遠鏡需要較大的視場的工作時,常在焦點前加入像場改正透鏡。

  在卡塞格林望遠鏡焦點處可以安置較大的終端設備,並不擋光,且觀測操作也較方便。對於一個兼具有主焦點系統、卡塞格林系統和折軸系統的望遠鏡,卡塞格林望遠鏡的相對口徑是中等的,它適用於作中等光力、較大比例尺的照相和其他工作,一般在這裡進行的主要工作有較大光譜儀的分光觀測、直接照相和像增強器照相、光電測光和紅外觀測等。