带有非球面矫正器的施密特—卡塞格林系统

实验二、

1.实验目的

通过对非球面矫正器的施密特—卡塞格林系统的仿真对ZEMAX仿真软件的有更深层次的认识，并且能熟练掌握操作性。

通过对非球面矫正器的施密特—卡塞格林系统的仿真对施密特—卡塞格林望远镜了初步了解，让我们认识了一个新的望远系统。2.基本原理

ZEMAX主要特色：

1 分析

2 优化

3 公差分析

4 报表输出

卡塞格林望远镜：由两块反射镜组成的一种反射望远镜。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。

（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光学望远镜

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。然后双曲面镜将这些光线反射至另一个焦点，就可以在那儿观察影像.

密特-卡塞格林式望远镜是一种折反射望远镜，以折叠的光路与修正板结合，做成一

个紧密的天文学仪器。施密特-卡塞格林的设计是以伯恩哈德·施密特的施密特摄星仪为基础，一如施密特摄星仪使用施密特-卡塞格林式球面镜做主镜，并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，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。

3.系统结构

由于只有矫正板和主反射面，进行这个设计是比较简单的，因此我们开始时先在光阑后插入两个面。输入10作为孔径值，在同一个屏幕上，将单位“毫米”改为“英寸”。

设置3个波长：486，587，和656，其中587为主波长。

现在，我们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）。

4.像质分析

在光学系统中，波像均方差是相质的敏感函数，要求聚焦精确、像质好、必须对球差、慧差和像散进行校正，从而使得波像均方差在一定允许范围内。

光路图的OPD FAN.目的是显示光瞳坐标函数表示的光程差。

绘图的数据位光程差，它是光线的光程和主光线的光程的差，，通常，计算以返回到系统出瞳上光瞳差为参考。每个曲线点的横向刻度是归一化的入瞳坐标。在单色光和多色光切换显示时，非主波长的数据通常被改变。

RMS点的尺寸是径向尺寸的均方根。

GEO点尺寸只给出距离参考点最远的光线的信息。

在点列图中，ZEMAX不能画出拦住光线，他们也不能用来计算RMS或GEO点尺寸。

光学系统是线性系统，而且在一定条件下还是线性时不变的，所以把输入信息分解成各种空间频率分量，研究系统光学传递函数，就能反映光学系统的成像性质。FFT MTF 是快速傅里叶变换，考虑了光学系统的衍射效应。

弧矢特性曲线是以光瞳的x坐标作为函数，绘制光线和像平面的交点的x或y坐标和主波长的主光线x和y坐标差。每个曲线图的横向刻度是归一化的入瞳坐标PX或PY。因此在单色光与多色光切换显示时，非主波长数据通常被改变。

另外的图：

5.系统优化

OPD图绘制过程系统优化:

首先Rings的值为3，Automatic后评价函数下降到约1.3，产生大约4个波长的像差仍然有待改正。对其进行非球面校正器指定多项式非球面系数。由于ZEMAX平衡了高阶球差评价函数下降。再对第一面的半径设置成变量再次优化，评价函数再次下降。最后编辑Rings4即可。

MFT(调制传递函数）的优化：

MTF图是一种非常有用的分析工具。但是，仍然有些错误。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。改正方法：所有的光线穿过表面时离轴距离必须要大于 1.7英寸，这就是主反射面的缺口“Hole”。将“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。在校正面和主反射面之间键插入一个新的面并且将新面（即第3面）的厚度从0改为20。