非球面矫正器的施密特卡塞格林系统

目录摘要 (I)Abstract ........................................................................................................................................................ I I 1绪论. (1)2 光学设计软件ZEMAX介绍 (2)3卡塞格林望远镜的结构及工作原理 (4)3.1卡塞格林望远镜的基本组成 (4)2.2经典的卡塞格林系统工作原理 (5)3施密特-卡塞格林系统 (6)4带有非球面矫正器的施密特-卡塞格林系统的设计 (8)5 施密特-卡塞格林系统的仿真分析 (20)5.1 系统的波像均方差(OPD)分析 (20)5.2 系统的光学传递函数(MTF)分析 (20)6心得体会 (22)参考文献 (23)摘要望远镜是一种利用凹透镜和凸透镜观测遥远物体的光学仪器。

利用通过透镜的光线折射或光线被凹镜反射使之进入小孔并会聚成像，再经过一个放大目镜而被看到。

又称“千里镜”。

望远镜的第一个作用是放大远处物体的张角，使人眼能看清角距更小的细节。

望远镜第二个作用是把物镜收集到的比瞳孔直径（最大8毫米）粗得多的光束，送入人眼，使观测者能看到原来看不到的暗弱物体。

1608年荷兰人汉斯·利伯希发明了第一部望远镜。

1609年意大利佛罗伦萨人伽利略·伽利雷发明了40倍双镜望远镜，这是第一部投入科学应用的实用望远镜。

卡塞格林望远镜的设计是以伯恩哈德·施密特的摄星仪基础，一如施密特摄星仪使用球面镜做主镜，并以修正板来改正球面像差；承袭卡塞格林的设计，以凸面镜做次镜，将光线反射穿过主镜中心的孔洞，汇聚在主镜后方的焦平面上。

有些设计会在焦平面的附近增加其他的光学元件，例如平场镜。

关键词：望远镜卡塞格林望远镜AbstractThe use of light refraction through the lens or concave mirror is reflecting light so that convergence of imaging into the hole and then through a magnifying eyepiece and be seen. Also known as "Trinidad mirror." The first role is to telescope magnification of distant objects inclination, the angular distance the human eye can see smaller details. The second role is to telescope the objective lens to collect than the pupil diameter (up to 8 mm) thick much beam into the eye, the observer can see the original can not see the fainter objects. In 1608 the Dutch Hans • Li Boxi invented the first telescope. Galileo 1609 Florence, Italy, were 40 times • Galileo Leifa Ming dual mirror telescope, which is the first practical application of science into the telescope.Cassegrain tel escope design is based on Bernhard Schmidt camera • Star instrument basis, as the star meter Schmidt camera lens using a spherical mirror shots, and to amend the board to correct the spherical aberration; inherited the Cassegrain designed to do the second convex mirror, the reflection of light through the holes in the center of the primary mirror, gathered in the focal plane behind the primary mirror. Some designs will increase in the focal plane near the other optical components, such as flat-field lens.Keywords: telescope, Cassegrain telescope1绪论由两块反射镜组成的一种反射望远镜，1672年为卡塞格林所发明。

反射镜中大的称为主镜，小的称为副镜。

通常在主镜中央开孔，成像于主镜后面。

它的焦点称为卡塞格林焦点。

有时也多加入一块斜平面镜，成像于侧面，这种卡塞格林望远镜，又称为耐司姆斯望远镜。

卡塞格林望远镜中，副镜不仅将像由F1移至F2，而且将它放大，副镜的放大率通常为2.5～5倍，由于主镜的相对口径一般为1/2.5～1/5，变为卡塞格林望远镜后，相对口径常为1/7～1/15，但也可以超出这个范围。

例如，有些校正场曲的卡塞格林望远镜，副镜与主镜的表面曲率半径相等，副镜的放大率仅约1.6倍；也有的卡塞格林望远镜副镜是平面镜。

此外，反射望远镜中的折轴望远镜，从光学系统来说，也是一种卡塞格林望远镜，由于要将像成到很远处，副镜的放大率常达到10倍以上。

卡塞格林望远镜的主、副镜面，可以有种种不同的形式，光学性能也随之而不同。

主要的形式有：主镜是旋转抛物面的，常称为经典的卡塞格林望远镜。

根据圆锥曲线的光学性质，副镜只要是以F1、F2为两焦点的旋转双曲面，则原来无球差地会聚到F1点的光线，经过这种副镜反射后，将无球差地会聚到F 点。

但这种望远镜有彗差，也有一定的像散和场曲。

一个主镜相对口径1/3、卡塞格林望远镜相对口径1/8、像成在主镜后面不远处的系统，在理想像平面(近轴光的像平面)上，若要求像的弥散不超过1，可用视场直径约为9。

平行于光轴的光满足等光程和正弦条件的卡塞格林望远镜，近似地说，也就是消除了三级球差和彗差的卡塞格林望远镜，称为里奇-克列基昂望远镜，简称R-C望远镜。

这种望远镜的彗差很大，可用视场很小。

主镜相对口径为1/3、卡塞格林望远镜相对口径为1/8、像成在主镜后面不远处的这种望远镜，若要求像在理想像平面上的弥散不超过1，则可用视场直径约为13。

副镜是球面的，为了消除球差，主镜近似于旋转椭球面。

这种系统的优化使副镜的调整简单。

其像差大小介于抛物面主镜和球面主镜之间(较接近抛物面主镜)。

各种卡塞格林望远镜需要较大的视场的工作时，常在焦点前加入像场改正透镜。

2 光学设计软件ZEMAX介绍ZEMAX 是一套综合性的光学设计仿真软件，它将实际光学系统的设计概念、优化、分析、公差以及报表整合在一起。

ZEMAX 不只是透镜设计软件而已，更是全功能的光学设计分析软件，具有直观、功能强大、灵活、快速、容易使用等优点，与其它软件不同的是ZEMAX 的CAD 转文件程序都是双向的，如IGES 、STEP 、SAT 等格式都可转入及转出。

而且ZEMAX可仿真Sequential 和Non-Sequential 的成像系统和非成像系统，ZEMAX光学设计程序是一个完整的光学设计软件，是将实际光学系统的设计概念，优化，分析，公差以及报表集成在一起的一套综合性的光学设计仿真软件。

包括光学设计需要的所有功能，可以在实践中对所有光学系统进行设计，优化，分析，并具有容差能力，所有这些强大的功能都直观的呈现于用户界面中。

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ZEMAX能够模拟连续和非连续成像系统及非成像系统。

ZEMAX 能够在光学系统设计中实现建模、分析和其他的辅助功能。

ZEMAX 的界面简单易用，只需稍加练习，就能够实现互动设计。

ZEMAX 中有很多功能能够通过选择对话框和下拉菜单来实现。

同时，也提供快捷键以便快速使用菜单命令。

手册中对使ZEMAX 时的一些惯用方法进行了解释，对设计过程和各种功能进行了描述。

ZEMAX目前已经是被光电子领域熟知的光学设计的首选软件。

该软件拥有两大特点，就是可以实现序列和非序列分析。

在全球范围内，这款软件已经被广大的应用在设计显示系统，照明，成像的使用系统，激光系统以及漫射光的设计应用方面。

ZEMAX有三种不同的版本：ZEMAX-SE（标准版）；ZEMAX-XE（扩展版）；ZEMAX-EE （工程版）。

ZEMAX主要特色：(1)分析提供多功能的分析图形，对话窗式的参数选择，方便分析，且可将分析图形存成图文件，例如：*.BMP，*.JPG．．．等，也可存成文字文件*.txt。

(2)优化表栏式merit function参数输入，对话窗式预设merit function参数，方便使用者定义，且多种优化方式供使用者使用，诸如Local Optimization可以快速找到佳值，Global/Hammer Optimization可找到最好的参数。

(3)公差分析表栏式Tolerance参数输入和对话窗式预设Tolerance参数，方便使用者定义。

(4)报表输出多种图形报表输出，可将结果存成图文件及文字文件。

ZEMAX应用领域：含括Projector，Camera，Scanner，Telescope，光纤耦合，照明系统．．．等。

图2.1 ZEMAX界面3卡塞格林望远镜的结构及工作原理3.1卡塞格林望远镜的基本组成卡塞格林望远镜的设计是以伯恩哈德·施密特的摄星仪基础，一如施密特摄星仪使用球面镜做主镜，并以修正板来改正球面像差；承袭卡塞格林的设计，以凸面镜做次镜，将光线反射穿过主镜中心的孔洞，汇聚在主镜后方的焦平面上。

有些设计会在焦平面的附近增加其他的光学元件，例如平场镜。

美国制Celestron星特朗C9.25卡塞格林式望远镜它有许多的变形（双球面镜、双非球面镜、或球面镜与非球面镜各一），可以被区分为两种主要的设计形式：紧密的和非紧密的。

在紧密的设计中，修正板靠近或就在主镜的焦点上；非紧密的修正板则靠近或就在主镜的曲率中心上（焦距的两倍距离）。