帶有非球面矯正器的施密特—卡塞格林系統(tǒng)

1、實(shí)驗(yàn)二、1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^對非球面矯正器的施密特卡塞格林系統(tǒng)的仿真對ZEMAX仿真軟件的有更深層次的認(rèn)識(shí)，并且能熟練掌握操作性。通過對非球面矯正器的施密特卡塞格林系統(tǒng)的仿真對施密特卡塞格林望遠(yuǎn)鏡了初步了解，讓我們認(rèn)識(shí)了一個(gè)新的望遠(yuǎn)系統(tǒng)。2. 基本原理ZEMAX主要特色：1 分析2 優(yōu)化3 公差分析4 報(bào)表輸出卡塞格林望遠(yuǎn)鏡：由兩塊反射鏡組成的一種反射望遠(yuǎn)鏡。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，成像于主鏡后面。它的焦點(diǎn)稱為卡塞格林焦點(diǎn)。有時(shí)也按圖中虛線那樣多加入一塊斜平面鏡，成像于側(cè)面，這種卡塞格林望遠(yuǎn)鏡，又稱為耐司姆斯望遠(yuǎn)鏡。（經(jīng)典的卡塞格林系統(tǒng))： “傳統(tǒng)的”卡塞格林望遠(yuǎn)

2、鏡有拋物面鏡的主鏡，和雙曲面的次鏡將光線反射并穿過主光學(xué)望遠(yuǎn)鏡鏡中心的孔洞，折疊光學(xué)的設(shè)計(jì)使鏡筒的長度緊縮。在小望遠(yuǎn)鏡和照相機(jī)的鏡頭，次鏡通常安裝在封閉望遠(yuǎn)鏡鏡筒的透明光學(xué)玻璃板上的光學(xué)平臺(tái)。這樣的裝置可以消除蜘蛛型支撐架造成的"星狀"散射效應(yīng)。封閉鏡筒雖然會(huì)造成集光量的損失，但鏡筒可以保持干凈，主鏡也能得到保護(hù)。 它利用雙曲面和拋物面反射的一些特性，凹面的拋物面反射鏡可以將平行于光軸入射的所有光線匯聚在單一的點(diǎn)上焦點(diǎn)；凸面的雙曲面反射鏡有兩個(gè)焦點(diǎn)，會(huì)將所有通過其中一個(gè)焦點(diǎn)的光線反射至另一個(gè)焦點(diǎn)上。這一類型望遠(yuǎn)鏡的鏡片在設(shè)計(jì)上會(huì)安放在共享一個(gè)焦點(diǎn)的位置上，以便光線能在雙曲面

3、鏡的另一個(gè)焦點(diǎn)上成像以便觀測，通常外部的目鏡也會(huì)在這個(gè)點(diǎn)上。拋物面的主鏡將進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡的平行光線反射并匯聚在焦點(diǎn)上，這個(gè)點(diǎn)也是雙曲線面鏡的一個(gè)焦點(diǎn)。然后雙曲面鏡將這些光線反射至另一個(gè)焦點(diǎn)，就可以在那兒觀察影像.密特-卡塞格林式望遠(yuǎn)鏡是一種折反射望遠(yuǎn)鏡，以折疊的光路與修正板結(jié)合，做成一個(gè)緊密的天文學(xué)儀器。施密特-卡塞格林的設(shè)計(jì)是以伯恩哈德·施密特的施密特?cái)z星儀為基礎(chǔ)，一如施密特?cái)z星儀使用施密特-卡塞格林式球面鏡做主鏡，并以施密特修正板來改正球面像差；承襲卡塞格林的設(shè)計(jì)，以凸面鏡做次鏡，將光線反射穿過主鏡中心的孔洞，匯聚在主鏡后方的焦平面上。3. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由于只有矯正板和主反射面，進(jìn)行這個(gè)

4、設(shè)計(jì)是比較簡單的，因此我們開始時(shí)先在光闌后插入兩個(gè)面。輸入10作為孔徑值，在同一個(gè)屏幕上，將單位“毫米”改為“英寸”。設(shè)置3個(gè)波長：486，587，和656，其中587為主波長。現(xiàn)在，我們將使用缺省的視場角0度，光闌被放在主面曲率半徑的中心，這是為了排除視場像差（如彗差）。4. 像質(zhì)分析在光學(xué)系統(tǒng)中，波像均方差是相質(zhì)的敏感函數(shù)，要求聚焦精確、像質(zhì)好、必須對球差、慧差和像散進(jìn)行校正，從而使得波像均方差在一定允許范圍內(nèi)。光路圖的OPD FAN.目的是顯示光瞳坐標(biāo)函數(shù)表示的光程差。繪圖的數(shù)據(jù)位光程差，它是光線的光程和主光線的光程的差，通常，計(jì)算以返回到系統(tǒng)出瞳上光瞳差為參考。每個(gè)曲線點(diǎn)的橫向刻度是歸

5、一化的入瞳坐標(biāo)。在單色光和多色光切換顯示時(shí)，非主波長的數(shù)據(jù)通常被改變。RMS點(diǎn)的尺寸是徑向尺寸的均方根。GEO點(diǎn)尺寸只給出距離參考點(diǎn)最遠(yuǎn)的光線的信息。在點(diǎn)列圖中，ZEMAX不能畫出攔住光線，他們也不能用來計(jì)算RMS或GEO點(diǎn)尺寸。光學(xué)系統(tǒng)是線性系統(tǒng)，而且在一定條件下還是線性時(shí)不變的，所以把輸入信息分解成各種空間頻率分量，研究系統(tǒng)光學(xué)傳遞函數(shù)，就能反映光學(xué)系統(tǒng)的成像性質(zhì)。 FFT MTF 是快速傅里葉變換，考慮了光學(xué)系統(tǒng)的衍射效應(yīng)。弧矢特性曲線是以光瞳的x坐標(biāo)作為函數(shù)，繪制光線和像平面的交點(diǎn)的x或y坐標(biāo)和主波長的主光線x和y坐標(biāo)差。每個(gè)曲線圖的橫向刻度是歸一化的入瞳坐標(biāo)PX或PY。因此在單色光與

6、多色光切換顯示時(shí)，非主波長數(shù)據(jù)通常被改變。另外的圖： 5. 系統(tǒng)優(yōu)化OPD圖繪制過程系統(tǒng)優(yōu)化:首先Rings的值為3，Automatic后評價(jià)函數(shù)下降到約1.3，產(chǎn)生大約4個(gè)波長的像差仍然有待改正。對其進(jìn)行非球面校正器指定多項(xiàng)式非球面系數(shù)。由于ZEMAX平衡了高階球差評價(jià)函數(shù)下降。再對第一面的半徑設(shè)置成變量再次優(yōu)化，評價(jià)函數(shù)再次下降。最后編輯Rings4即可。MFT(調(diào)制傳遞函數(shù)）的優(yōu)化：MTF圖是一種非常有用的分析工具。但是，仍然有些錯(cuò)誤。通光孔徑和遮擋，存在著由輔助鏡面引起的遮擋，并且，在主反射面上還有一個(gè)缺口。如果我們加入這些影響，性能會(huì)減低，特別是在中間的空間頻率方面。改正方法：所有的光線穿過表面時(shí)離軸距離必須要大于1.7英寸，這就是主反射面的缺