基于卡塞格林系统的望远物镜设计(ZEMAX)
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。
基于某卡塞格林系统地望远物镜设计ZEMAX
工程光学课程设计报告班级：姓名：学号：成绩：指导教师：报告日期：目录摘要 (i)第一章绪论 (1)1.1课程设计题目 (1)1.2 设计要求 (1)第二章望远物镜的设计与相关参数 (2)2.1 望远物镜的主要参数 (2)2.2 望远物镜结构类型 (3)2.3 物镜的光学特性 (4)2.3 卡塞格林光学系统 (4)2.4 ZEMAX中的像质评价方法 (5)第三章设计与优化 (9)3.1设计过程 (9)3.2优化过程 (12)第四章运用Solid works对镜片进行绘制 (16)第五章新得与体会 (18)主要参考文献 (19)摘要由薄透镜组的初级像差理论入手，根据初级像差参量PW与透镜折射率n、孔径半径r、厚度d等关系，求出了满足初始设计的结构参数的透镜折射率n、孔径半径r、厚度d、形状系数Q、曲率p。
用光学设计软件ZEMAX对所求的结构参数进行了优化。
光学设计要完成的工作包括光学系统设计和光学结构设计。
所谓光学设计就是根据系统所提出的使用要求，来决定满足各种使用要求的数据，即设计出光学系统的性能参数、外形尺寸、各光组的结构等。
大体可以分为两个阶段。
第一阶段根据仪器总体的要求，从仪器的总体出发，拟定出光学系统原理图，并初步计算系统的外形尺寸，以及系统中各部分要求的光学特性等。
第二阶段是根据初步计算结果，确定每个透镜组的具体结构参数，以保证满足系统光学特性和成像要求。
这一阶段的设计成为“相差设计”，一般简称光学设计。
评价一个光学系统的好坏，一方面要看它的性能和成像质量，另一方面要系统的复杂度。
一个系统设计的好坏应该是在满足使用要求的情况下，结构设计最简单的系统。
第一章绪论1.1课程设计题目基于卡塞格林的望远物镜设计1.2 设计要求（1）入瞳直径：D=20mm；（2）相对孔径D/f’=1/6.15;（3）视场角2ω=7°；（4）在可见光波段设计（取d、F、C三种色光。
d为主波长）；（5）MTF值在67lp/mm处大于0.40；（6）要求给出用ZEMAX优化减小球差和轴向色差的方法。
基于ZEMAX的反射式望远物镜设计
第26期2019年9月No.26September ，2019基于ZEMAX 的反射式望远物镜设计张云哲，冯厅，王郭玲（西安文理学院，陕西西安710065）摘要：文章应用ZEMAX 光学软件，设计性能良好反射式望远物镜，总体可以分为两个阶段：第一个阶段是通过对已知参数的计算，确定出系统的尺寸大小。
第二个阶段是把得到的参数输入ZEMAX 中,利用ZEMAX 仿真出系统的光路配置图，通过优化处理，得到R-C 光学系统。
分析模拟出的图形，证实了此次设计的R-C 系统结构合理，成像质量高，并且满足参数要求。
关键词：光学设计；R-C 系统；ZEMAX 中图分类号：O439文献标志码：A 江苏科技信息Jiangsu Science &Technology Information基金项目：陕西省教育厅专项科研计划项目；项目名称：基于光场调控的光子带隙多波混频理论与实验研究；项目编号：18JK1154。
西安市科技计划项目；项目名称：基于铷原子参量放大涡旋光全光开关的研究；项目编号：2017CGWL072017CGWL18。
作者简介：张云哲（1982—），男，陕西西安人，讲师，博士；研究方向：光电子。
1国内外发展现状1608年荷兰眼镜师汉斯·李波尔，无意间发现了通过调整两个透镜之间的距离看到了远方的物体后，受此启发发明出历史上第一架望远镜，从此打开了望远世界的大门［1-2］。
1609年，伽利略利用他自己制造出来的望远镜对行星进行了观看，他看到了许多用肉眼看不到的奇妙景象，这些发现开拓了人们对宇宙的认知［3］。
1668年，牛顿根据光线的反射规律制造出了反射式望远镜，由于反射式望远镜不存在色差，可以很好地消除球差，这一发明使得望远镜不论在理论还是实践又上了一个台阶［4-6］。
1990年，在R-C 光学系统基础上进一步改进的哈勃太空望远镜成功发明，它的出现促进了天文学的进一步发展［7-9］。
之后，经过众多科学家的研究，望远系统发展的越来越精细，也越来越完善。
zemax望远系统课程设计
zemax望远系统课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解zemax望远系统的基本原理，掌握光学设计的基本概念和术语。
2. 学生能掌握zemax软件的基本操作，包括建立望远系统模型、设置光学参数和执行光线追迹。
3. 学生能解释望远系统的像差类型，并了解其产生原因及对成像质量的影响。
技能目标：1. 学生能运用zemax软件设计简单的望远系统，包括透镜组和反射镜组合。
2. 学生能运用zemax进行光学系统的优化，改善成像质量，降低像差。
3. 学生能运用数据分析方法，对望远系统的性能进行评估和比较。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对光学工程的兴趣，激发探究光学领域的热情。
2. 学生培养团队协作精神，学会与他人共同分析和解决实际问题。
3. 学生培养创新意识，敢于尝试新方法，勇于面对挑战。
课程性质：本课程为实践性较强的学科，以zemax软件为工具，结合光学原理，培养学生的光学设计能力和实际操作技能。
学生特点：学生为高年级本科生，具备一定的光学理论基础，对光学设计和软件应用有较高的兴趣。
教学要求：教师应引导学生主动参与课堂讨论，鼓励学生动手实践，注重培养学生的实际操作能力和问题解决能力。
同时，关注学生的情感态度，激发学生的学习热情，培养其团队协作和创新能力。
通过本课程的学习，使学生在知识、技能和情感态度价值观方面均取得具体的学习成果。
二、教学内容1. 望远系统原理回顾：包括几何光学基本原理、透镜和反射镜成像特性、像差理论等，对应教材第一章内容。
2. Zemax软件基本操作：介绍Zemax软件界面、基本功能、建立光学模型流程，对应教材第二章内容。
3. 望远系统设计基础：学习透镜和反射镜组合设计方法，包括初级光学系统设计、光线追迹和像差分析，对应教材第三章内容。
4. 望远系统优化：教授光学系统优化方法，包括调整光学参数、降低像差、提高成像质量，对应教材第四章内容。
5. 实践案例分析：分析实际望远系统设计案例，结合教材第五章内容，使学生了解实际工程中的应用。
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：.1.建立一个简单的卡塞格林望远镜系统.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.临近焦面的双片式透镜可以校正彗差和像散。
设计望远镜
利用光学软件zemax优化并设计了折返式卡塞格林望远镜系统 新型卡塞格林系统主次镜采用球面反射镜,避免了使用加工困难 和成本较高的非球面镜给出了利用zemax优化设计的整个过程, 并通过评价函数、点列图、光线扇面图以及光学传递函数的评 价手段对设计的系统进行评价和再优化，最终得到最好成像质 量的望远镜系统
此图为场曲曲线图，左图表示出了近轴焦点的漂移为 一个关于视场角的函数，而右 图则表示了有以近轴光线为基准的实际光线的畸变。 可以看出其轴向色差和初级球差大
弥散斑
调制传递函数（MTF）点扩散函数
左图衍射能量圈图。右图为多色光焦点漂移
在卡塞格林望远镜焦点处可以安置较大
的终端设备，并不挡光，且观测操作也 较方便。对于一个兼具有主焦点系统、 卡塞格林系统和折轴系统的望远镜，卡 塞格林望远镜的相对口径是中等的，它 适用于作中等光力、较大比例尺的照相 和其他工作，一般在这里进行的主要工 作有较大光谱仪的分光观测、直接照相 和像增强器照相、光电测光和红外观测 等。
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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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
这种设计在制造商提供给消费者的望远镜上非常 普遍，因为球面的光学表面不仅比长焦距的折射 式望远镜容易制做。虽然这类望远镜比同口径的 反射式望远镜价格要更昂贵，但是由于紧密的光 学设计使它在依订设计的口径之内很容易携带， 使它在严谨细致的天文爱好者中更受青睐，已经 成为目前主流的业余高端天象观测仪器。高的焦 比意味著它不同於前身的施密特摄星仪，不是一 架广角的望远镜，但是它狭窄的视野很适合观测 行星和深空天体。
密特—卡塞格林望远镜系统
实验四施密特—卡塞格林望远镜系统（Schmidt-Cassegrain）一、实验目的1．掌握Zemax中非球面镜面的定义与输入方法2．掌握Zemax中利用非球面镜的优化像差；3．熟悉Zemax中MTF的使用。
二、实验内容1．设计一个带多项式非球面矫正器施密特—卡塞格林系统；2．优化该系统的色球差。
三、实验器材1．p c机一台2．Z emax软件3．Z emax Manual一册（英文版）四、实验过程施密特-卡塞格林望远镜是在1931年由德国光学家施密特发明的优秀广视野望远镜。
在镜筒最前端的光学元件是施密特修正板，这块板是经过研磨接近平行的非球面薄透镜，可以确实的改正与消除主镜造成的球面像差。
自从1960年代，星特朗(Celestron)公司介绍了这一型的望远镜之后，数以万计的业余天文学家已经购买和使用过施密特-卡塞格林望远镜，直径从20厘米(8英寸)到48厘米(16英寸)都有。
本次实验是设计一个带多项式非球面矫正器施密特—卡塞格林系统 (Schmidt-Cassegrain) 。
设计的使用范围为可见光谱。
我们将采用10英寸的孔径，10英寸的后焦距（从主镜的后面到焦点）。
输入数据：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。
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）”。
选择“SYSTEM”，“WAVELENGTHS”，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。
现在，我们将使用缺省的视场角0度，在Lens Data Editor中输入数据，如下表。
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。
我们可以选择2D Layout演示一下图形以验证一切是否就绪。
现在我们将加入辅助镜面，并安放像平面。
zemax望远物镜的课程设计
zemax望远物镜的课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解并掌握zemax软件的基本操作流程，运用其进行望远物镜的设计。
2. 学生能掌握望远物镜的光学原理，包括成像公式、焦距计算、视场角等关键概念。
3. 学生能了解并描述望远物镜在不同应用场景中的性能要求和设计要点。
技能目标：1. 学生能独立使用zemax软件，完成望远物镜的初始设计和优化。
2. 学生能够分析望远物镜的仿真结果，对设计方案进行评价和改进。
3. 学生通过小组合作，能够解决望远物镜设计过程中遇到的问题，提高团队协作能力。
情感态度价值观目标：1. 学生能够认识到光学仪器在科学研究和国防建设中的重要性，增强国家意识和社会责任感。
2. 学生在课程学习过程中，培养科学精神，严谨求实，勇于探索未知领域。
3. 学生通过学习望远物镜设计，激发创新思维，提高实践能力，增强自信心。
课程性质：本课程为实践性较强的专业课程，旨在帮助学生将光学理论知识与实际应用相结合，提高学生的实际操作能力和综合运用能力。
学生特点：学生具备一定的光学基础知识，具有较强的学习兴趣和动手能力，但缺乏实际设计经验。
教学要求：教师需结合学生特点，采用讲授、实践、小组讨论等多种教学方法，引导学生掌握望远物镜的设计方法，提高学生的综合能力。
同时，注重过程评价，确保学生达到预期学习成果。
二、教学内容本章节教学内容紧密围绕课程目标，结合教材相关章节，确保教学内容科学性和系统性。
具体安排如下：1. 光学基础知识回顾：引导学生复习光学成像原理、高斯光学等基本概念，为后续望远物镜设计奠定基础。
（对应教材第2章）2. zemax软件操作：详细介绍zemax软件的基本操作流程，包括界面认识、基本命令使用、参数设置等，使学生能够熟练掌握软件操作。
（对应教材第3章）3. 望远物镜设计原理：讲解望远物镜的光学原理，如成像公式、焦距计算、视场角等，并分析其在不同应用场景中的性能要求。
（对应教材第4章）4. 望远物镜设计实践：指导学生运用zemax软件进行望远物镜的初始设计，包括搭建模型、设置参数、仿真分析等，培养学生的实际操作能力。
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工程光学课程设计报告班级：姓名：学号：成绩：指导教师：报告日期：目录摘要 (i)第一章绪论 (1)1.1课程设计题目 (1)1.2 设计要求 (1)第二章望远物镜的设计与相关参数 (2)2.1 望远物镜的主要参数 (2)2.2 望远物镜结构类型 (3)2.3 物镜的光学特性 (4)2.3 卡塞格林光学系统 (4)2.4 ZEMAX中的像质评价方法 (5)第三章设计与优化 (9)3.1设计过程 (9)3.2优化过程 (12)第四章运用Solid works对镜片进行绘制 (16)第五章新得与体会 (18)主要参考文献 (19)摘要由薄透镜组的初级像差理论入手，根据初级像差参量PW与透镜折射率n、孔径半径r、厚度d等关系，求出了满足初始设计的结构参数的透镜折射率n、孔径半径r、厚度d、形状系数Q、曲率p。
用光学设计软件ZEMAX对所求的结构参数进行了优化。
光学设计要完成的工作包括光学系统设计和光学结构设计。
所谓光学设计就是根据系统所提出的使用要求，来决定满足各种使用要求的数据，即设计出光学系统的性能参数、外形尺寸、各光组的结构等。
大体可以分为两个阶段。
第一阶段根据仪器总体的要求，从仪器的总体出发，拟定出光学系统原理图，并初步计算系统的外形尺寸，以及系统中各部分要求的光学特性等。
第二阶段是根据初步计算结果，确定每个透镜组的具体结构参数，以保证满足系统光学特性和成像要求。
这一阶段的设计成为“相差设计”，一般简称光学设计。
评价一个光学系统的好坏，一方面要看它的性能和成像质量，另一方面要系统的复杂度。
一个系统设计的好坏应该是在满足使用要求的情况下，结构设计最简单的系统。
第一章绪论1.1课程设计题目基于卡塞格林的望远物镜设计1.2 设计要求（1）入瞳直径：D=20mm；（2）相对孔径D/f’=1/6.15;（3）视场角2ω=7°；（4）在可见光波段设计（取d、F、C三种色光。
d为主波长）；（5）MTF值在67lp/mm处大于0.40；（6）要求给出用ZEMAX优化减小球差和轴向色差的方法。
第二章望远物镜的设计与相关参数2.1 望远物镜的主要参数1.出瞳直径：光线经过目镜汇聚后，在目镜后形成的亮斑的直径；2.出瞳距离：出瞳到目镜最后一个表面的距离就是出瞳距离；3.放大率：望远镜的放大率是指视放大率，视放大率是指当人眼分别通过望远系统观察和直接观察同一物体时，在人眼视网膜上成像的大小之比，即；4.视场：望远镜的视场是指人眼通过该仪器所能见到的物空间的最大范围，用所能见到的物空间最大范围的边缘向入瞳中心所引的张角的角度值来表示望远镜的物方视场，像方视场用''tgw Dtgw DΓ==像空间的边缘向出瞳中心所引的张角的角度值来表示；5.通光孔径:限制通过望远镜光能的图形框子（一般是物镜框）叫做入射瞳孔（简称入瞳），亦即望远镜物镜的通光孔径D。
6.分辨率：望远镜的分辨率用它所能分辨的物方无限远两个物点对望远镜物镜中心的张角∝表示（单位：秒）。
望远镜的分辨率直接与入射瞳孔直径有关。
入射瞳孔直径（一般为物镜通光孔径）越大，望远镜分辨率就越高，观察的物体就越清晰。
7.透过率：望远镜的透过率影响所观察物体的亮度。
透过率与多种因素（如玻璃对光的吸收，光学表面透射时的反射损失，光散射等）有关。
特别是光学表面透射时的反射损失对透过率影响最大同时也影响成像清晰度。
因此，望远镜的光学镜片与空气接触的表面都要渡减反射膜（增透膜）。
镀的膜系不同望远镜的透光效果会不一样（单层透过率约50%、双层透过率约65%、多层膜透过率可达85%以上），以镀宽带增透膜效果最佳。
但考虑价格因素一般只在光学零件数目较多或在较高档的望远镜中镀制宽带增透膜。
判别一个望远镜的透过特性，可以观察镜片反光情况，若反光严重，则透光差，成像就模糊。
2.2 望远物镜结构类型望远物镜分折射式、反射式和折反射式三类 1、折射式物镜折射式物镜种类很多，主要有双胶合、双胶合-单、单-双胶合、三分离、对称和摄远6种。
其主要光学特性、特点如下：（a ）双胶合：视场为2ω＜10°，不同焦距适用的最大相对孔径f ’/'Df 为： 50/13、150/14、300/16、1000/110。
（b ）双胶合-单：相对孔径D/f ’为1/3~1/2，透镜口径D ＜100mm ，视场角2ω＜5°。
（c ）单-双胶合相对孔径D/f ’为1/3~1/2.5，透镜口径D 小于100mm ，视场角2ω＜5°。
（d ）三分离相对孔径D/f ’为1/2~1/1.5，视场角2ω＜4°。
（e ）对称式物镜：适合于短焦距、大视场、小相对孔径使用，f ’＜50，D/f ’＜1/5,2ω＜30°。
（f ）摄远（一）：由正、负两个分离薄透镜组构成，系统长度小于焦距，系统的相对孔径受前组相对孔径的限制。
（g ）摄远物镜（二）： 由双胶合-厚弯月构成。
2、反射式和折反射式物镜反射式和折反射式物镜在大孔径、长焦距的望远系统中采用。
双反射面系统是应用较多的反射式物镜，主要有三种形式：一是卡塞格林系统，其主镜（大反射镜）是抛物面，副镜（小反射镜）是双曲面，成倒像，镜筒短；二是格里果里系统，其主镜仍是抛物面，副镜是椭球面，成正像，镜筒长。
三是牛顿系统：它是由一个抛物面主镜和一块与光轴成45°的平面反射构成。
抛物面能把无限远的轴上点在它的焦点成一个理想的像点。
第二个平面反射镜同样能理想成像。
折反射系统是卡塞格林系统的改进。
它是由球面主镜和校正透镜（又称校正板）组成。
2.3 物镜的光学特性2.3.1相对孔径不大在望远系统中，入射的平行光束经过系统后仍为平行光束，因此物镜的相对孔径（D/f’）和目镜的相对孔径（D’/f’）是相等的。
目前观察望远镜的出瞳直径D一般为4毫米左右，出瞳距离l’一般要求为20毫米左右。
为了保证出瞳距离，目镜的焦距f一般不能小于25毫米。
这样目镜的相对孔径为'41'256Df=≈，所以望远物镜的相对孔径一般小于15。
2.3.2 视场角较小望远物镜的视场角ω和目镜的视场角ω，以及系统的视放大率Γ之间关系为：tan'tanωω=Γ，目前常用的目镜视场2ω’大多在70°以下，这就限制了物镜的视场，通常望远物镜的视场不大于10°。
2.3 卡塞格林光学系统传统的”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图 2.3.12.4 ZEMAX中的像质评价方法2.4.1 光扇图由任一物点发出的不同孔径高的光线组分别在子午面内和弧矢面内，形成了子午形光线与弧矢扇形光线组，由这些扇形光线组描述跟像差有关的像质指标，可统称为Fans。
共有Ray Aberration、Optical path和Pupil Aberration三种。
2.4.2点列图反映任一物点发出充满入瞳的光锥，在像面上的交点弥散情况；通常以主光线与像面交点为原点，进行量化计算点列图的弥散情况，ZEMAX 在此基础上，还给出以虚拟的“质心”、“平均”为原点的量化点列图。
图 2.4.22.4.3 MTF调制传递函数既与光学系统的像差有关，又与光学系统的衍射效果有关，是光学传递函数（OTF）的模，曲线横轴表示像面上的空间频率，单位为1/mm，即每毫米多少对线，纵轴表示对这些黑白细实线物分辨的调制度；物理含义：应用傅里叶变换原理与光学系统相干成像理论，计算出镜头对逐渐变细的黑白线对分辨的调制度。
图 2.4.32.4.4 点扩散函数PSF--Point Spread Function,反映点物经过镜头系统后，因像差或衍射在像面上造成的扩散情况，横轴为像面上的线性尺度，纵轴为归一化能量（强度）分布；2.4.5波像差可用于小像差光学系统和大像差光学系统，同时因有瑞利标准（波像差小于λ/4波长，镜头系统成像质量接近理想），使波像差评价像质易被量化，只是对大像差系统时，可将波像差容限取成2-4倍的瑞利标准；波像差与视场有关，由一个视场物点发出充满入瞳面的光线，相当于一个球面波入射，经过镜头系统后，出射波面因像差的存在发生形变，表示存在波像差。
图 2.4.5第三章设计与优化3.1设计过程卡塞格林系统由一个抛物面/双曲面主镜和一个双曲面副镜构成，结构如下图3.1.1随着各种光学系统的要求不同，卡塞格林系统的结构会有一些调整，为了校正场曲、象散和畸变，会在像面前加入几块透镜来校正这些像差。
根据设计要求，视场角2 =1mrad，D=f/10=120mm，经过查找，找到如下结构图：表3.1.1其视场角是0度的，与要求有点差别。
我们将以上结构参数输入到ZEMAX 软件中，同时注意主镜中有个中心开孔，这个开孔在输入的时候可以采用光阑面设置成不透光的形式来隔离掉光线进入光学系统，得到如下的结构。
表3.1.2又根据要求，后截距要求为200mm，但是如图3.1.2所示，与要求不符合图3.1.2对于系统焦距进行设置，如图3.1.3图3.1.3根据前面的视场角和入瞳，在ZEMAX中输入数据，如图3.1.4,3.1.5图3.1.4图3.1.5输入波长：图3.1.6题目要求后截距为200mm，将第二个面的conic设置为-1图3.1.73.2优化过程经过前面设置，卡塞格林系统已初步形成，现在要进行优化与改进。
根据物镜库的数据：图3.2.1打开优化函数，选择模式的方式，进行如下的设置：图3.2.2之后，在Lens Data Editor中将各个镜片的曲率和厚度都改成变量，记住控制最后一个镜片面的曲率半径，让其控制F数的值不变。
表3.2.1得到MTF图如图3.2.3：图3.2.3根据MTF图像，还需要进一步优化。
我们在优化函数表给中加入EFFL、WFNO 和MTFA来分别控制系统焦距，F数和MTF值。