Zemax光学设计:一个带校正器的卡塞格林望远镜的设计实例
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Zemax光学设计:一个带校正器的卡塞格林望远镜的设计实例
引言:
折反射系统相比于折射系统的主要优点有:
1.由于光路折叠而更紧凑;
2.可以做到很大口径;
3.可以很好校正色差,因为大多数的光焦度在反射镜而不是在透镜上。
4.可以做到从紫外到红外非常宽的波段。
5.反射镜与透镜的佩兹瓦尔曲面的曲率相反,可以实现较平的视场。
在两反射镜系统中,次镜构成的孔径的中心拦光(Central Obscuration),这不仅会造成能量的损失,也会使MTF的低频至中频部分随着中心拦光面积的增大而显著减小。
同时,因为两反射镜系统像的位置很接近于主镜位置,所以几乎所有的主镜都需要挖一个洞。这个洞的大小限制了最大的像面尺寸,而且洞的大小必须远小于主镜的口径。
例如,通常中心拦光或洞的大小是主镜直径的30%,即线性拦光比为0.3,有效口径减小了0.09(0.32),此时MTF的中低频端变化不明显。一般拦光比不要大于0.3。
典型的牛顿望远物镜仅用一个抛物凹面作为主反射镜,它可以形成一个直接用眼睛看的像。
在此基础上,添加一个凸双曲面的次反射镜,就成了卡塞格林望远镜(Cassegrain Telescope)。
由于主镜和次镜都是圆锥曲面,每个面上都没有球差,但是每个面都有彗差和像散,而这限制了可用的视场角。另外,由于两个反射镜的半径不一样,还存在场曲。
设计仿真:
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1.建立一个简单的卡塞格林望远镜系统
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首先输入系统特性参数,如下:
在系统通用对话框中设置孔径。
在孔径类型中选择“Entrance Pupil Diameter”,并根据设计要求输入“3800”;
在视场设定对话框中设置3个视场,要选择“Angle”,如下图:
在波长设定对话框中,设定0.365um、0.5876um和0.850um共3个波长,如下图:
查看LDE:
2D Layout:
查看点列图:
查看Ray Fan:
从点列图和Ray Fan可以看出,这个系统有明显的彗差和像散。.
2.在卡塞格林望远镜中加入像面校正器
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临近焦面的双片式透镜可以校正彗差和像散。
但是双片式透镜需要引入一些球差,而这些球差可以用次反射镜的非球面或者沿轴平移来校正。
LDE如下:
查看2D Layout:
点列图:
Ray Fan:
从点列图和Ray Fan可以看出,彗差和像散得到明显地改善。