本专利公开了一种同轴四镜折反射式低畸变望远光学系统，目标景物的偏轴光束经过主镜、次镜、三镜、平面反射镜反射，再经透镜透射汇聚到焦面探测器上，所有镜面的光轴在同一直线上；平面反射镜位于主镜与三镜之间；主镜和次镜构成卡塞格林系统，形成一次实像，再经三镜、平面反射镜和透镜中继成像在焦面探测器上；主镜、次镜、三镜承担了绝大部分光焦度，透镜承担较小光焦度，用于校正畸变；孔径光阑位于主镜上。本专利解决了同轴三反系统畸变大的问题；采用一块球面透镜、光路简单且紧凑；可实现大视场、大口径和大相对孔径条件时高分辨率像质、低畸变的空间成像，并可大大缩短主次镜间距，适用于高精度星载激光三维测绘相机和红外成像相机。