Zemax光学设计：一个带校正器的卡塞格林望远镜的设计实例

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。