施密特-卡塞格林系统的优化设计
基于zemax的反射式系统的结构设计
基于zemax的反射式系统的结构设计基于zemax的反射式系统的结构设计11。
球面和非球面22。
典型的反射系统32。
1 牛顿望远镜（抛物面镜）42.2 经典卡塞格林系统52。
3 里奇—克列基昂(R—C系统）62。
4 格里高里系统92。
5 马克苏托夫—卡塞格林式102。
6 施密特-卡塞格林系统142。
7 施密特弯月形卡塞格林162。
8 达尔—奇克汉卡塞格林162.9 霍顿—卡塞格林（H—C系统)172.10 阿古诺夫—卡塞格林182。
11 普雷斯曼-卡米歇尔卡塞格林192。
12 ”离轴”或”斜反射”反射镜卡塞格林202。
13 三反-卡塞格林（Three-mirror Cassegrain)203. 反射式的特点214. 参考与鸣谢215。
附录221。
球面和非球面球面只用一个参数即表面半径(或曲率）来定义。
球面折射强烈，球差明显。
若使表面形状自光轴向外越来越平坦，则可以逐渐减小折射角,最终使所有光线会聚到同一焦点。
对比：球面边缘较陡,非球面平坦,可校正球差（主要应用）.非球面不能只用一个曲率来定义，因其局部曲率在其表面范围内变化，常用解析公式描述，有时也用表面内坐标点的矢高表示。
最普遍形式是旋转对称的非球面，矢高为：22i i z a r =+∑，其中，c 为顶点处基本曲率，k 为圆锥曲线常数，r 为垂直光轴方向的径向坐标；2i i a r 为非球面的高次项。
圆锥曲线常数k表面类型 0 球面 K 〈—1 双曲面 K=—1 抛物面 —1〈k<0 椭球面 k>0扁椭球面当非球面非旋转对称时，将其表示成双锥形表面形式或变形非球面形式.双锥形表面有沿正交方向的两个基本曲率和两个圆锥曲线常数；变形非球面在两个正交方向上还附加高次项。
非球面的另一个形式是超环面（即复曲面),超环面具有环形面包圈的形状。
当非球面的高次项为0，非球面采用旋转对称的圆锥曲面横截面形式，其性质:A.不论反射面还是折射面,圆锥曲面对于一组特定的共轭点无球差。
卡塞格林式离轴反射系统准直仪的设计与装调方法
卡塞格林式离轴反射系统准直仪的设计与装调方法徐正奎1，王春兴1，王世锦2，王贵全1，蔡顺文1，李晓斌1，黄声1（1. 昆明物理研究所，云南昆明 650223；2. 重庆军代局驻昆明地区第一军代室，云南昆明 650032）摘要：根据生产需要，设计、生产了焦距为8m的卡塞格林式离轴反射系统准直仪，并构建先进装调方法精准装校，通过干涉图像和干涉条纹的判读，使卡式准直仪系统的成像质量接近设计水平，解决生产中准直仪最长焦距只有3m而无对应的产品所需空间频率的红外鉴别率测试靶板问题。
关键词：离轴反射系统；四杆靶；装调方法中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1001-8891(2020)12-1164-06Design and Development of a Cassegrain Off-axis Reflection System CollimatorXU Zhengkui1，WANG Chunxing1，WANG Shijing2，WANG Guiquan1，CAI Shunwen1，LI Xiaobin1，HUANG Sheng1(1. Kunming Institute of Physics, Kunming 650223, China; 2. The First Military Commissary Department Garrisoned in Kunming ofChongqing Military Commissary Bureau, Kunming 650032, China)Abstract：We design and develop a Cassegrain off-axis reflection system collimator with a focal length of 8m according to production requirements and construct an advanced installation and adjustment method to accurately calibrate it. Through the interpretation of images and interference fringes, the imaging quality of the collimator system is found to be close to the designed value. We solve the problem of the infrared discrimination test target board in production because the longest focal length of the existing collimator focal length is 3m, and there is no corresponding spatial frequency required by the product.Key words：off-axis reflection system, four targets, alignment method0引言平行光管检测设备准直仪按光学透镜形式分为透射式系统和反射式系统。
施密特-卡塞格林系统的优化设计
施密特-卡塞格林系统的优化设计本次实验将使用到：polynomial aspheric surface, obscurations,apertures, solves, optimization, layouts, MTF plots。
本次实验是完成Schmidt-Cassegrain 及polynomial aspheric corrector plate。
这个设计是要在可见光谱中使用，需要一个10 inches的aperture 和10 inches 的back focus。
开始，先把primary corrector， System, General, 在aperture value 中键入10。
同在一个screen 把unit “Millimeters”改为“Inches”。
再把Wavelength 设为3个，分别为0.486，0.587，0.656，且0.587定为主波长。
也可以在wavelength 的screen 中按底部的select 键，选默认波长。
默认的field angle value，其值为0。
依序键入如下LED 表的相关数据，此时the primary corrector为MIRROR 球镜片。
2D图如下：现在加入第二个corrector，并且决定imagine plane 的位置。
输入如下的LDE，注意到primary corrector 的thickness 变为-18，比原先的-30小，这是因为要放second corrector 并考虑到其size 大小的因素。
在surface4 的radius 设定为variable，通过optimization, Zemax可以定下他的值。
先看看他的layout，应如下图所示。
调出merit function, reset 后，改变“Rings” option 到5。
The rings option 决定光线的sampling density（采样密度）, default value 为3，此实验要求为5。
光机实验报告
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y实验报告课程名称：光机系统设计实验名称：基于ZMAX的光机系统设计班级：0936203姓名：蔡海蛟学号：6090120331哈尔滨工业大学一.实验目的(1)熟悉并掌握ZMAX软件的使用(2)熟悉光学系统设计的步骤及方法(3)了解牛顿式望远镜和施密特—卡塞格林系统，并对其相差有一定了解(4)学会用ZMAX设计简单的光学系统，并对系统进行像质分析和系统优化二.基本原理(1)实验一、牛顿望远镜牛顿望远镜是最简单的用来矫正轴上像差的望远镜。
牛顿望远镜是由一个简单的抛物线形镜面组成的，而且除此之外别无它物。
抛物线很好地矫正了所有阶的球差，将望远镜使用在轴上系统，就没有其他的像差。
(2)实验二、带有非球面矫正器的施密特—卡塞格林系统施密特-卡塞格林望远镜（Schmidt-Cassegrain）属于折反射(Catadioptrics)类别。
施-卡望远镜的设计是以伯恩哈德施密特的施密特摄星仪为基础：使用球面镜做主镜（沿袭施密特摄星仪的设计）以施密特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，施密特-卡塞格林望远镜（Schmidt-Cassegrain）属于折反射(Catadioptrics)类别。
在施密特-卡塞格林系统，光通过薄的非球面校正透镜进入镜筒，然后接触球面主镜。
被球面主镜反射的光线折回镜筒开口中部的第二反射镜，然后再次被第二反射镜反射，光线通过镜筒内部中间的管子聚集在目镜形成图象。
三.系统结构(1)实验一、牛顿望远镜图一.牛顿望远镜原理图利用ZMAX设计牛顿望远镜：设计一个1000mm F/5的望远镜(及需要一个曲率半径为2000mm的镜面，和一个200mm 的孔径)。
移动光标到第一面，即光阑面的曲率半径列，输入-2000.0，负号表示为凹面。
现在在同一个面上输入厚度值-1000，这个负号表示通过镜面折射后，光线将往“后方”传递。
施密特-卡塞格林望远镜的设计(一)
施密特-卡塞格林望远镜的设计(一)摘要 ZEMAX光学设计程序是一个完整的光学设计软件，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。
ZEMAX功能强大，速度快，灵活方便，是一个很好的综合性程序。
ZEMAX能够模拟连续和非连续成像系统及非成像系统。
关键字：光学，模拟1．Zmax软件的介绍 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、公差以及报表集成在一起。
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，与其他软件不同的是 ZEMAX 的 CAD 转档程序都是双向的，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 当前有： SE 及 EE 两种版本。
序列性（ Sequential ）光线追迹大多数的成像系统都可由一组的光学表面来描述，光线按照表面的顺序进行追迹。
如相机镜头、望远镜镜头、显微镜镜头等。
ZEMAX 拥有很多优点，如光线追迹速度快、可以直接优化并进行公差计算。
ZEMAX 中的光学表面可以是反射面、折射面或绕射面，也可以创建因光学薄膜造成不同穿透率的光学面特性；表面之间的介质可以是等向性的，如玻璃或空气，也可以是任意的渐变折射率分布，折射率可以是位置、波长、温度或其它特性参数的函数。
同时也支持双折射材料，其折射率是偏振态和光线角度的函数。
在 ZEMAX 中所有描述表面的特性参数包括形状、折射、反射、折射率、渐变折射率、温度系数、穿透率和绕射阶数都可以自行定义。
非序列性（ Non-Sequential ）光线追迹很多重要的光学系统不能用 Sequential 光线追迹的模式描述，例如复杂的棱镜、光机、照明系统、微表面反射镜、非成像系统或任意形状的对象等，此外散射和杂散光也不能用序列性分析模式。
卡塞格林望远镜
卡塞格林系统1.卡塞格林望远镜(Cassegrain telescope)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。
有时也按图中虚线那样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F 移至F ，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F 、F 为两焦点的旋转双曲面，则原来无球差地会聚到F 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。
主镜是球面的，为了消除球差，副镜近似于旋转扁球面。
这种望远镜的优点是主镜加工比较容易，使用上的特点是可以去掉副镜，在主镜球心处加上改正透镜，转换成施密特望远镜。
德意志民主共和国陶登堡史瓦西天文台反射镜口径2米的望远镜，就是这种类型的。
最新整理卡塞格林望远镜的结构形式资料讲解
卡塞格林望远镜的结构形式11种，主要是根据主镜和次镜面型及有无校正器来分的，以下就是这11种的类型及结构形式（主镜面型在前，次镜在后）。
1、Classical Cassegrain 抛物面双曲面2、Ritchey-Chretien 双曲面双曲面3、Dall-Kirkham 椭圆面球面4、Houghton-Cassegrain 双凸透镜+双凹透镜球面球面5、Schmit-Cassegrain 施密特校正器面型任意6、Maksutov-Cassegrain 弯月透镜球面球面7、Schmidt-meniscus Cassegrain施密特校正器+弯月透镜球面球面8、Mangin-Cassegrain 多个球面透镜球面球面9、Pressmann-Camichel 球面椭圆面10、Schiefspiegler 斜反射离轴11、Three-mirror Cassegrain 三片反射镜面型任意以下详细介绍这几种卡塞格林结构形式：1、Classical Cassegrain （经典的卡塞格林系统)："传统的"卡塞格林望远镜有抛物面镜的主镜，和双曲面的次镜将光线反射并穿过主镜中心的孔洞，折叠光学的设计使镜筒的长度紧缩。
在小望远镜和照相机的镜头，次镜通常安装在封闭望远镜镜筒的透明光学玻璃板上的光学平台。
这样的装置可以消除蜘蛛型支撑架造成的"星状"散射效应。
封闭镜筒虽然会造成集光量的损失，但镜筒可以保持干净，主镜也能得到保护。
它利用双曲面和抛物面反射的一些特性，凹面的抛物面反射镜可以将平行于光轴入射的所有光线汇聚在单一的点上－焦点；凸面的双曲面反射镜有两个焦点，会将所有通过其中一个焦点的光线反射至另一个焦点上。
这一类型望远镜的镜片在设计上会安放在共享一个焦点的位置上，以便光线能在双曲面镜的另一个焦点上成像以便观测，通常外部的目镜也会在这个点上。
抛物面的主镜将进入望远镜的平行光线反射并汇聚在焦点上，这个点也是双曲线面镜的一个焦点。
卡塞格林望远镜的结构形式
卡塞格林望远镜的结构形式11种，主要是根据主镜和次镜面型及有无校正器来分的，以下就是这11种的类型及结构形式（主镜面型在前，次镜在后）。
1、Classical Cassegrain 抛物面双曲面2、Ritchey-Chretien 双曲面双曲面3、Dall-Kirkham 椭圆面球面4、Houghton-Cassegrain 双凸透镜+双凹透镜球面球面5、Schmit-Cassegrain 施密特校正器面型任意6、Maksutov-Cassegrain 弯月透镜球面球面7、Schmidt-meniscus Cassegrain施密特校正器+弯月透镜球面球面8、Mangin-Cassegrain 多个球面透镜球面球面9、Pressmann-Camichel 球面椭圆面10、Schiefspiegler 斜反射离轴11、Three-mirror Cassegrain 三片反射镜面型任意以下详细介绍这几种卡塞格林结构形式：1、Classical Cassegrain （经典的卡塞格林系统)："传统的"卡塞格林望远镜有抛物面镜的主镜，和双曲面的次镜将光线反射并穿过主镜中心的孔洞，折叠光学的设计使镜筒的长度紧缩。
在小望远镜和照相机的镜头，次镜通常安装在封闭望远镜镜筒的透明光学玻璃板上的光学平台。
这样的装置可以消除蜘蛛型支撑架造成的"星状"散射效应。
封闭镜筒虽然会造成集光量的损失，但镜筒可以保持干净，主镜也能得到保护。
它利用双曲面和抛物面反射的一些特性，凹面的抛物面反射镜可以将平行于光轴入射的所有光线汇聚在单一的点上－焦点；凸面的双曲面反射镜有两个焦点，会将所有通过其中一个焦点的光线反射至另一个焦点上。
这一类型望远镜的镜片在设计上会安放在共享一个焦点的位置上，以便光线能在双曲面镜的另一个焦点上成像以便观测，通常外部的目镜也会在这个点上。
抛物面的主镜将进入望远镜的平行光线反射并汇聚在焦点上，这个点也是双曲线面镜的一个焦点。
施密特 - 卡塞格林镜筒组件 Edge HD 型施密特 - 卡塞格林镜筒组件 使用手册说明书
施密特-卡塞格林镜筒组件Edge HD型施密特-卡塞格林镜筒组件使用手册•禁止使用裸眼和未妥善滤光的望远镜直接观测太阳，这将导致永久性的视力损伤。
•不要用望远镜来将太阳直接投影到任何平面上，聚焦的光束可能损坏望远镜内的光学元件。
•不要使用置于目镜前端的太阳滤光片，不要使用未经安全认证的赫歇尔棱镜天顶来观测太阳。
望远镜的聚焦作用将可能导致这些元件剧烈吸热和爆裂。
爆裂之后日光将毫无过滤的射入人眼导致损伤。
•望远镜不要疏于管理。
在操作时要有熟悉操作的成人在现场，尤其是在有小孩在场的情况下。
警告目 录安装安装目视后背 ………………………………………………… 01安装天顶镜 …………………………………………………… 01安装目镜 ……………………………………………………… 01计算放大倍率 ………………………………………………… 02安装光学寻星镜 ……………………………………………… 02基本使用校准寻星镜 …………………………………………………… 03调焦 …………………………………………………………… 03成像方向 ……………………………………………………… 03观测窍门 ……………………………………………………… 04望远镜维护光学器件护理和清洁 ............................................. 05光轴准直 (05)01安装安装目视后背目视后背是把其他附件连接到望远镜上的附件。
部分镜筒出厂时已经安装好目视后背，部分镜筒后面安装了一个防尘盖。
如果用户收到的镜筒未安装目视后背，请按下面的说明安装：1.移除镜筒后面的防尘盖。
2.把目视后背上的滚花压环顺时针拧到镜筒后面的外螺纹上。
3.把目视后背上的固定螺丝转到一个舒适的位置，继续顺时针转动滚花压环，直到目视后背固定在镜筒后面。
目视后背固定后，用户可以安装其他附件，比如目镜，天顶镜等。
移除目视后背，只需要简单的逆时针转动滚花压环，直到从镜筒后面完全脱离。
星特朗 CPC 天文望远镜系列 用户手册说明书
说明书目录• 不要直接利用裸眼或者是通过天文望远镜直视太阳（除非您已经有适当的太阳滤光镜）。
这将可能对您的眼睛造成永久且无法挽回的伤害。
• 任何时候都不能用望远镜把太阳投影到任何表面上。
内部聚集的热量可能损坏望远镜或望远镜上的附件。
• 任何时候都不能使用目镜端太阳滤光镜或赫歇尔棱镜天顶。
聚集在望远镜内部的热量可能导致这些设备出现裂缝或爆炸，使漏出的阳光直接照射到人眼。
• 任何时候都不能让望远镜处于无人管理的状态，或交给孩子以及不熟悉正确操作程序的成年人。
警告简介 ................................................................................. 01CPC 结构图...................................................................... 02组装 ................................................................................... 03手控器 ............................................................................. 06望远镜基础知识............................................................. 07天文学基础...................................................................... 09天体观测 ......................................................................... 12天体摄影 ........................................................................ 14望远镜维护 ..................................................................... 18可选配件 ......................................................................... 20附录 A –技术规格 ........................................................ 22附录B – 星图 (24)简介恭喜您购买了星特朗 CPC 天文望远镜！ CPC GPS 引领了下一代计算机自动化望远镜。
十大望远镜品牌
十大望远镜品牌一．美国博士能望远镜 BUSHNELL博士能望远镜（Bushnell ）已超过50年，在高性能运动光学行业的佼佼者。
我们的指导原则是提供最优质，最可靠和负担得起的运动光学市场上的产品。
此外，博士能望远镜的承诺出色的客户服务和强大的零售商建立伙伴关系是无与伦比的。
博士能望远镜拥有领先的体育光学类别的所有市场份额，而我们的产品一直从设计和性能赢得声望的组织奖。
我们的产品线从提高每一个观众的户外运动的追求，自然学习，狩猎，捕鱼和观鸟，以观星的乐趣。
室内，双筒望远镜使观众更接近，在快速移动的剧院和音乐会在体育或美术行动。
博士能望远镜不断探索新兴技术，以市场运动光学相结合的创新优势领先的性能设计。
这正是使博士能望远镜最知名和世界知名运动光学品牌奉献。
最为全球第一大品牌，博士能望远镜的产品线涵盖了从高到低，总共近20个系列，近300个产品。
博士能望远镜最为知名的产品系列是 TROPHY 奖杯系列 和 ELITE 精英系列。
博士能望远镜TROPHY 奖杯是博士能望远镜最知名的高清级别望远镜，主力型号是奖杯234210和奖杯232810两个型号，其中奖杯234210（10X42）已经连续4年荣登全美高清望远镜销量冠军。
奖杯232810则连续4年荣登全美迷你便携高清望远镜销量冠军。
博士能望远镜精英ELITE 系列则一直是全球顶级超高清望远镜的领导者，在全球万元级望远镜领域一直占据销量第一的位置。
博士能望远镜精英ELITE 的主要优势:<1>. 距离感：普通高清望远镜，观测时，您会觉得远处的目标离您的距离很远。
但ELITE 精英不是，您会感觉远处的目标近在眼前，有一种身临其境的感觉。
这种感觉非常的好。
<2>. 视野感： 1000米处视野范围多少米，一直是望远镜行业内的一种判断标准。
但使用博士能望远镜ELITE 精英后，我才发觉这个标准对于普通的望远镜是适用的。
但对于ELITE 精英来说，根本就不适用。
评测：星特朗C8
星特C8主镜是一款8寸折返式施卡望远镜，对应的型号有C8 C8-A XLT（单镜筒），NexStar 8SE（经纬仪套机），还有AVXC8,CGX800,CGE800等赤道仪套机，主镜口径都是八寸，除了支架不同，光学性能都是一样的。
个人用的是AVX+C8，高精度天文摄影搭配赤道仪装置是最基本的要求。
主镜参数：光学系统：施密特-卡塞格林口径：203毫米（8英寸）焦距：2032毫米焦比：F10最高有效放大倍率：480倍最低有效放大倍率：29倍极限星等：14分辨率（瑞利极限）：0.69角秒分辨率（道氏极限）：0.57角秒聚光力：841倍（相对于人眼）镜筒长度：432毫米镜筒重量：5.9千克先看一下施卡的光学设计：图一C系列施卡光路图图二：C8+avx赤道仪全貌改正镜特写正面是一面改正镜，外面虽然看起来是非常平整的，实际上是精妙的曲面设计。
副镜安装在改正镜的中间，上面有三颗光轴调节螺丝，螺丝可以换成手动拧的，调节光轴更方便。
整个副镜系统可以拆下来，通过中间的黑色盖子可以拧下来即可。
上面写的fatar意思是，替换安装一个配件，就改装成F2.2焦比的摄星镜，相机全部接在改正镜前方。
这种东西很少，并不方便，了解一下就好。
改装效果如下图：图三F2光路原理实际测试：由于C8这款主镜的光路结构，长焦距非常适合行星月面的拍摄，大口径目视效果也不错，毕竟口径为王。
焦比大，所以不是很适合深空摄影，但是通过加装平场减焦镜，可以缩小焦比，增大视场，从而有一定的深空拍摄能力，限于一些小目标。
个人配用的CCDT67减焦，焦比缩小到F7左右，发现深空还是可以拍一下的，综合性能不错。
图四C8加装减焦镜+OAG导星+单反相机示意图行星月面实测：拍摄地点：西安市光害污染：8级(注：个人水平很一般，都是拍着玩，不代表这个望远镜的真实性能)图五正在拍摄中的C8图六木星，土星拍摄效果图七C8月面拼接效果深空实测：图八个人C8部分深空作品评价：性能：★★★★☆调节：★★★☆☆价格：★★★☆☆便携：★★★☆☆重量：★★★☆☆行星：★★★★☆深空：★★★☆☆综合：★★★☆☆总结：如果是喜欢月面和行星为主，C8是个不错的选择，尺寸并没有大的离谱，有一定的移动性，可以装在车里带出去。
zemax实验
第三章 ZEMAX设计实例
例8 折叠反射镜面和坐标断点
注意近轴镜片的厚度为30，位于第一个坐标断点的旋 转顶点。坐标断点的厚度是0，表示反射镜面是在同一 点上。但是，坐标断点已将坐标系统旋转了45度。镜 面本身是不旋转的，只有它所在的坐标系统，才被旋 转。镜面的厚度为0，因为我们在移到下一个面前，要 旋转另一个45度。第二个坐标断点先旋转另一个45度， 然后向焦点移动-70个单位。注意所有的倾斜和偏心处 理应在厚度改变之前。
第三章 ZEMAX设计实例
例8 折叠反射镜面和坐标断点
加入单个反射镜面使会聚光束方向向上。反射镜面的初始位置的方向为45度。假设我 们需要反射镜面离开近轴透镜30mm的距离，就要求有3个新的镜面：一个坐标断点使坐 标系统转45度，一个反射镜面，还有另外一个使反射光旋转45度。关键的一点是：这三 个面都要求使用一个单反射镜面来实现。要加入三个表面，在像面行上任何一处单击， 使光标重新定位，按Insert键3次，将第1面（STO面）的厚度改为30，在第3面的玻璃列 输入MIRROR，再将第4面（IMA前一面）的厚度改为-70。注意70是负的，因为经过奇 数面的镜面后厚度符号改变。
第三章 ZEMAX设计实例
例9 扫面镜（Scanning Mirror）
要求：设计一个扫面系统，扫描一个直径为50mm的氦氖激光光束，扫描角度10°，后面 有一个F/3的聚焦透镜系统。 分析：需要设计一个F/3的双胶合透镜，EPD为50mm，留5mm的边缘冗余量，波长为氦氖 激光的红色波长，使用N-BK7和F2玻璃材料。 菜单system/general…..设置EPD为50mm，5mm的边缘冗余量，菜单system/wavelengths…. 波长为氦氖激光的红色波长0.6328，一个FIELD.如图建立各面,如图设置各面的Thickness 、Glass。双击面5的radius，设置F number为3，其Radius自动变为-92.483261.
ZEMAX光学设计软件应用训练实验报告
东莞理工学院
ZEMAX光学设计软件应用训练实验报告
选择“analysis”，“miscellaneous”，“field curv/dist”场曲线如图所示。
牛顿式反射望远镜结构示意图
．输入数据：第一面，光阑面的曲率半径列输入-2000.0，负号表示为凹面，
列输入“MIRROR”。
选择“System”，“General”，然后在“通用数据对话框（
Box）”中输入一个200的孔径值，并单击“OK”。
ZEMAX使用的缺省值是波长
现在打开一个图层窗口，光线显示了从第一面到像平面的轨迹，此时像平面在镜面的左边。
如下图：
2．构造转折面：第一面的厚度改为-800mm。
像平面，按Insert在主面与像平面之间插入一个虚构
思考题与实践题：
1、牛顿反射式望远镜属于我们《应用光学》书本上所介绍的那种望远镜系统？
注意我们已将主反射面的距离减小到-18，第四面的半径已经被加入了一个变量标记。
新图层，检查一切是否正常。
如下图：
注意大约有4个波长的像差仍然有待改正。
现在单击第一面（光阑面）的“
设置第一面的半径为变量，再次优化（Tools，Optimization，Automatic
从主菜单，选SYSTEM，FIELDS，并将视场角的个数设置为3，输入y-
在评价函数编辑时，选Tools，Default Merit Function，并将RINGS
在遮挡器和辅助镜面之间的小缝隙纯粹是很小的一点。
这里是为了更容易让大家看到。
MTF现在已被主要是辅助镜面产生的遮挡所改变。
更新MTF窗口，看一下新的MTF，如下图：。
带有非球面矫正器的施密特—卡塞格林系统
目录摘要 (I)Abstract (II)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。
zemax R-c卡塞格林系统设计
带有非球面矫正器的施密特-卡塞格林系统的设计这是一个带多项式非球面矫正器施密特—卡塞格林系统(Schmidt-Cassegrain) 的完全设计。
设计的使用范围为可见光谱。
将采用10英寸的孔径，10英寸的后焦距（从主镜的后面到焦点）。
由于只有矫正板和主反射面，进行这个设计是比较简单的，因此开始时先在光阑后插入两个面。
选择“SYSTEM”，“GENERAL”，输入10作为孔径值。
在同一个屏幕上，将单位“毫米（Millimeters）”改为“英寸（Inches）”。
[1]图4.1 孔径设置图图4.2 孔径单位设置图选择“SYSTEM”，“WA VELENGTHS”，得到“波长数据”屏幕，设置3个波长：486，587，和656，其中587为主波长。
这些步骤可以用一个操作来完成：单击波长对话框底部的“选择（Select->）”按钮。
图4.3光束波长设置图现在，将使用缺省的视场角0度。
光阑被放在主面曲率半径的中心，这是为了排除视场像差（如彗差），它是Schmidt设计的特点。
图4.4 镜片数据编辑图现在演示一下图形以验证一切是否就绪。
标准的2维图形将会很好地工作，将会看到如图4.5所示的图形。
图4.5二维剖面图现在将加入辅助镜面，并安放像平面。
将让ZEMAX为辅助面计算恰当的曲率。
现在修改表格，使之如下表所示的以表达一个新的面。
图4.6 镜片数据编辑图注意已将主反射面的距离减小到-18，这将使辅助镜面的尺寸减小。
像平面的距离现在是28，实际上，是在主反射面后10英寸。
第四面的半径已经被加入了一个变量标记，将让ZEMAX去找寻恰当的曲率。
由于还没有输入任何的曲率，像并不清晰。
更新图层，如图4.7所示。
[2]图4.7 二维剖面图现在选择“Editors”，“Merit Function”显示评价函数编辑，从评价函数编辑窗口菜单中选“Tools”，“Default Merit Function”，单击“Reset”，然后改变“Rings”选项为“5”，单击OK，RINGS选项决定光线的采样密度，此设计要求大于缺省的3。
改进型卡塞格林光学系统的设计
改进型卡塞格林光学系统的设计张磊;刘智颖;胡源;高天元【摘要】普通的卡塞格林光学系统,其主次镜分别由抛物面和双曲面组合而成,非球面镜的加工难度大、成本高,针对这些特点对卡塞格林光学系统进行了改进.改进型的卡塞格林光学系统与传统的卡塞格林光学系统对比具有加工难度小、成本低等特点,通过在系统最前面附加前校正组,使得主次镜可以由球面面型实现,通过在像面前设置后校正组使视场也得到了提高,与传统的卡塞格林光学系统20'相比,它的视场可以拓宽到1.3°.系统设计结果通过传递函数与点列图的分析与衍射极限非常接近,为中等口径卡塞格林光学系统的设计提供了一个新的思考方法.%The traditional cassegrain system is generally composed of the parabolic primary mirror and the hyperbolic secondary mirror. The difficulty and cost of the manufacturing of the aspherical surface is very high. And the image quality is easy to be effected by the manufacture error and environment variation. Based on these characteristic, the improved cassegrain system is designed with preference of lower difficulty and cost manufacturing. The primary mirror and the secondary mirror are both spherical surface instead of the aspherical surface. The image quality is analyzed related to not only the optical component radius, thickness and the material but also secondary mirror central obscuration. The central obscuration ratio is chose reasonably based on the theory of annular diffraction. The field of view of the improved cassegrain system is enlarged from 20' to 1.3°. It is shown that the system assessed by optical transfer function and spot diagram is much closed to the diffraction limit. The successful improved cassegrainsystem design is demonstrated. It provides meaningful view for reflected optical system design.【期刊名称】《长春理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(034)004【总页数】3页(P30-32)【关键词】改进型卡塞格林光学系统;球面;遮拦比;视场;传递函数【作者】张磊;刘智颖;胡源;高天元【作者单位】长春理工大学光电工程学院,长春130022;长春理工大学光电工程学院,长春130022;长春理工大学光电工程学院,长春130022;长春理工大学光电工程学院,长春130022【正文语种】中文【中图分类】TH706随着空间光通信的发展对其所使用的光学系统的分辨率也提出了更高的要求，所使用的光学系统主要有卡塞格林、格里高利和牛顿式系统等，其中应用最广泛的就是卡塞格林光学系统。
光学设计实验指导书
实验一光学设计软件ZEMAX的安装和基本操作一．实验目的学习ZEMAX软件的安装过程，熟悉ZEMAX软件界面的组成及基本使用方法。
二．实验要求a)掌握ZEMAX软件的安装、启动与退出的方法。
b)掌握ZEMAX软件的用户界面。
c)掌握ZEMAX软件的基本使用方法。
d)学会使用ZEMAX的帮助系统。
三．实验内容1．通过桌面快捷图标或“开始—程序”菜单运行ZEMAX，熟悉ZEMAX的初始用户界面，如下图所示：图1.1 ZEMAX用户界面2．浏览各个菜单项的内容，熟悉各常用功能、操作所在菜单，了解各常用菜单的作用。
3. 熟悉使用各个常用的快捷按钮。
4．学会从主菜单的编辑菜单下调出各种常见编辑窗口（镜头数据编辑、优化函数、多重数据结构）。
5．调用ZEMAX自带的例子（例如根目录下samples\tutorial\tutorial zoom2.zmx文件），学会打开常用的分析功能项：草图（2D草图、3D草图、实体模型、渲染模型等）、特性曲线（像差曲线、光程差曲线）、点列图、调制传递函数等，学会由这些图进行简单的成像质量分析。
6．从主菜单中调用优化工具，简单掌握优化工具界面中的参量。
7．掌握镜头数据编辑（LDE）窗口的作用以及窗口中各个行列代表的意思。
8．从主菜单-报告下形成各种形式的报告。
9．通过主菜单-帮助下的操作手册调用帮助文件，学会查找相关帮助信息。
四．报告要求：1. 打开安装目录下的samples\tutorial\tutorial zoom2.zmx文件，生成其2D图、实体（转角）、渲染（转角）、像差特征曲线、OPD曲线、曲面数据报告（第7面）、规则报告（截屏至“角度放大率”）和图解报告4。
截屏后打印出来。
2. 试在打印出来的2D图上标出各个面的位置以及相应面厚度值的具体指向（方向、范围）；比较分析LDE窗口中两个“半径”（Radius和Semi-Diameter）具体指的是什么，并定性的在2D图中标出第5面和第7面分别的Radius和Semi-Diameter。
卡塞格林望远镜的结构形式
卡塞格林望远镜的结构形式11种，主要是根据主镜和次镜面型及有无校正器来分的，以下就是这11种的类型及结构形式（主镜面型在前，次镜在后）。
1、Classical Cassegrain 抛物面双曲面2、Ritchey-Chretien双曲面双曲面3、Dall-Kirkham椭圆面球面4、Houghton-Cassegrain双凸透镜+双凹透镜球面球面5、Schmit-Cassegrain施密特校正器面型任意6、Maksutov-Cassegrain弯月透镜球面球面7、Schmidt-meniscus Cassegrain施密特校正器+弯月透镜球面球面8、Mangin-Cassegrain多个球面透镜球面球面9、Pressmann-Camichel 球面椭圆面10、Schiefspiegler 斜反射离轴11、Three-mirror Cassegrain三片反射镜面型任意以下详细介绍这几种卡塞格林结构形式：1、Classical Cassegrain （经典的卡塞格林系统）："传统的"卡塞格林望远镜有抛物面镜的主镜，和双曲面的次镜将光线反射并穿过主镜中心的孔洞，折叠光学的设计使镜筒的长度紧缩。
在小望远镜和照相机的镜头，次镜通常安装在封闭望远镜镜筒的透明光学玻璃板上的光学平台。
这样的装置可以消除蜘蛛型支撑架造成的"星状"散射效应。
封闭镜筒虽然会造成集光量的损失，但镜筒可以保持干净，主镜也能得到保护。
它利用双曲面和抛物面反射的一些特性，凹面的抛物面反射镜可以将平行于光轴入射的所有光线汇聚在单一的点上一焦点；凸面的双曲面反射镜有两个焦点，会将所有通过其中一个焦点的光线反射至另一个焦点上。
这一类型望远镜的镜片在设计上会安放在共享一个焦点的位置上，以便光线能在双曲面镜的另一个焦点上成像以便观测，通常外部的目镜也会在这个点上。
抛物面的主镜将进入望远镜的平行光线反射并汇聚在焦点上，这个点也是双曲线面镜的一个焦点。
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施密特-卡塞格林系统的优化设计
本次实验将使用到：polynomial aspheric surface, obscurations,apertures, solves, optimization, layouts, MTF plots。
本次实验是完成Schmidt-Cassegrain 及polynomial aspheric corrector plate。
这个设计是要在可见光谱中使用，需要一个10 inches的aperture 和10 inches 的back focus。
开始，先把primary corrector， System, General, 在aperture value 中键入10。
同在一个screen 把unit “Millimeters”改为“Inches”。
再把Wavelength 设为3个，分别为0.486，0.587，0.656，且0.587定为主波长。
也可以在wavelength 的screen 中按底部的select 键，选默认波长。
默认的field angle value，其值为0。
依序键入如下LED 表的相关数据，此时the primary corrector为MIRROR 球镜片。
2D图如下：
现在加入第二个corrector，并且决定imagine plane 的位置。
输入如下的LDE，注意到primary corrector 的thickness 变为-18，比原先的-30小，这是因为要放second corrector 并考虑到其size 大小的因素。
在surface4 的radius 设定为variable，通过optimization, Zemax
可以定下他的值。
先看看他的layout，应如下图所示。
调出merit function, reset 后，改变“Rings” option 到5。
The rings option 决定光线的sampling density（采样密度）, default value 为3，此实验要求为5。
执行optimization, 用Automatic 即可，你会发现merit function 的值为1.3，不是很理想，这是剩余的RMS波差所导致的。
关掉merit function,从system 中选Update All,
则secondary corrector 的radius 已变成41.83。
调出OPD图所示，发现其离焦且有球差,大概约有4 个wave aberration需要矫正。
改变surface 1 的surface type 从standard 改为“Even Asphere”，这种面型允许为非球面校正器指定多项式非球面系数，按OK。
回到surface 1 列中，往右移到4th Order Term, 把此项设为变量，6th, 8th 都设为变量后再次执行optimization。
评价函数将会下降，这是由于ZEMAX平衡了高阶球差。
把OPD plot update,其应如下图所示，你会发现spherical aberration已被大大地减少。
不同的三个波长值有不同的数量的球差, 这就是色差，下一步我们矫正色差。
依据经验，为了矫正色球差，我们需要用轴上颜色来平衡它。
这是一个常用的设计方法，即在同一种像差中，用低阶像差来平衡高阶像差。
色球差是一阶轴上色差的高阶分量。
为了引入轴上色差，我们将改变第一面，即校正器的前面的曲率（这也使校正板Plate易于装配，其原因我们此处不作讨论）。
现在设置第一面的半径为变量，再次优化（Tools，Optimization，Automatic）。
评价函数将会再次下降。
再看看update 后OPD plot 图，如下图所示
这就是我们所要设计的目的，残余的像差residual aberration 小于1/20波长。
现在我们打开视场角，调整设计,从system, field中，把field angle 的值设为3个，分别是0.0, 0.3, 0.5。
现在更新并查看OPD图，你将会在全视场看到大约1/2波长的彗差，我们只要再优化就可以很容易地改正它。
因为我们已改变了视场，我们必须重新创建评价函数。
这是非常重要的一点！你必须鉴别缺省的评价函数是建立在你所定义的波长和视场基础上的，如果你改变这些值，你必须重新创建评价函数。
复位merit function后把merit function的“Rings”改变为“4”后执行optimization。
则新的OPD如下图所示，虽有不同的field angle,但是所有的aberrations 却可以接受。
假设我们将要用这个望远镜来拍摄。
我们可能会对调制传递函数（MTF）感兴趣，它指明了像的对比是空间频率（通常以毫米的倒数为单位）的函数。
要看MTF图，可从主菜单中选择Analysis，MFT，FFT Modulation Transfer Function。
MTF显示如下图所示。
MTF图是一种非常有用的分析工具。
图中显示了所有已给定视场的切向和径向的响应。
但是，图中仍然有些错误。
一个有知识的设计者会认识到，所显示的数据是一个圆形光瞳的自相关。
真正的问题所在是我们还没有说明系统中的这几个通光孔径和遮挡，存在着由辅助镜面引起的遮挡，并且，在主反射面上还有一个缺口。
如果我们加入这些影响，性能会减低，特别是在中间的空间频率方面。
既然secondary corrector 放在primary 的前面中心位置上，则入射光一定有部分被挡住，并且在primary 上有个洞把成像的光放出去，此洞也需纳入考虑要改正这个分析时的缺点。
回到LDE，在曲面3的第一项中点两下，从Aperture types中选Circular Aperture，在Min Radius 中键入1.7，即入射光离光轴的半径需大于1.7 才可进入，此动作再处理primary 上的洞，同时把Max
Radius改为6。
辅助镜面上的遮挡较为复杂，在光学上它需要被放置在辅助镜面前面。
由于ZEMAX是按顺序地追迹光线的，我们必须将它放置在主反射面前。
做起来要比解释它容易得多，所以要有一点信心，努力进行下列步骤。
当仍然在第三面时，按下 Insert 键，在校正面和主反射面之间键插入一个新的面。
将新面（即第3面）的厚度从0改为20。
往上移一行，将第2面的厚度由60改为40。
对于主反射面来说，校正器与它的距离现在就是60，我们已经简单地加入了一个中介面。
调整surface 3 的Aperture type，设定为Circular Obscuration。
把Max Radius 订为2.5，按OK 后跳出。
同时设定surface 3 的semi-diameter 也是2.5，
update 后的MTF，你会发现performance 已降低，特别是在medial spatial fre q uencies 部分。