反射式望遠(yuǎn)鏡課題設(shè)計(jì)流程DOC.doc

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1、設(shè)計(jì)一個(gè)1000mm焦距F/5的牛頓望遠(yuǎn)鏡物鏡1000/D=5，所以物鏡孔徑D=200mm。球面反射鏡焦距近似是半徑的一半，所以設(shè)計(jì)球面物鏡的半徑應(yīng)該是2000mm1.使用Lensdataeditor定義球面物鏡。注意球面物鏡的半徑和厚度的符號。對凹面物鏡，圓心在鏡面左邊，所以Radius是-2000，由于像面在物鏡左邊，所以thickness是-1000。詳細(xì)表格如下圖：2.定義孔徑D：選擇zemax主菜單à系統(tǒng)à通用配置àaperture，在入瞳直徑欄鍵入200，如下圖：3.查看光路圖：從zemax主界面，分析à草圖à2D草圖可以看到下圖的光路圖：4.如果想更加形象化

2、的看光路，也可從主菜單選擇：分析à草圖à渲染模型?？梢允褂面I盤上下左右鍵來調(diào)整三維合適的觀測角度，如下圖：我們來看性能分析曲線：5.先看點(diǎn)列圖。從主菜單選擇分析à點(diǎn)列圖à標(biāo)準(zhǔn)選項(xiàng)，可以看到下圖：從圖中我們可以看到像差均方根（RMS）值為77.604。彌散斑直徑約400微米。球差較大。這里我們只觀測了550nm的波長。我們選擇多波長，看是否有色差。6.選擇zemax主界面，系統(tǒng)à光波長菜單，可以看到下圖：7.如果我們要選擇可見光的RGB三原色波長，我們可以按上圖紅圈所示的選擇鍵，出現(xiàn)下圖：這樣我們觀測波長就選擇三個(gè)。正好是三原色波長。再點(diǎn)擊確定，如上圖圈所示鍵。8.重復(fù)步驟

3、5，可以看到下圖：和步驟5圖相比較，可以發(fā)現(xiàn)數(shù)值一樣。證明反射鏡沒有引入色差。9.看MTF曲線。在主界面里選擇分析à調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）à快速傅里葉變換(FFTMTF)?？梢钥吹较聢D，10.如果我們想和沒有像差，只存在衍射時(shí)的MTF曲線做比較，可點(diǎn)擊上圖紅圈按鍵，設(shè)置，如下圖，在上圖所示紅圈選項(xiàng)打鉤。再點(diǎn)下面的確定，就會(huì)看到在9步驟MTF曲線里出現(xiàn)一條黑線，如下圖所示：黑色曲線就是沒有像差影響，只存在凹面鏡孔徑引起的衍射作用時(shí)的MTF曲線。11.注意，現(xiàn)在的結(jié)果是沒有經(jīng)過優(yōu)化的，即使用幾何光學(xué)中的公式R=2f來定義凹面鏡曲率半徑和焦距的關(guān)系。下面我們將半徑改設(shè)為變量，使

4、用優(yōu)化功能做的最佳的表面曲率半徑，并和原結(jié)果做對比。回到透鏡編輯表里：鼠標(biāo)左鍵雙擊圖中圓圈所示部位，跳出如下對話框?qū)D中菜單下拉，將求解類型由默認(rèn)的“Fixed”改為第二項(xiàng)“variable”，如下圖所示，并點(diǎn)擊確定。回到透鏡編輯表里，可以看到在半徑后面列中出現(xiàn)一個(gè)“V”符號，如下圖所示，代表當(dāng)前已經(jīng)將半徑設(shè)為變量。12.系統(tǒng)優(yōu)化，自動(dòng)搜尋最佳的變量Radius。過程為，回到主菜單，點(diǎn)擊“編輯”菜單下的“優(yōu)化函數(shù)”選項(xiàng)，跳出如下所示評價(jià)函數(shù)編輯表格：選擇“工具”下“默認(rèn)評價(jià)函數(shù)”，將跳出如下對話框該對話框用于對默認(rèn)評價(jià)函數(shù)，即像差最小的搜索方法做編輯，這里我們先什么都不用

5、改動(dòng)，直接點(diǎn)擊確定。回到評價(jià)函數(shù)編輯表里，可以看到表格變?yōu)橄聢D：這就是系統(tǒng)根據(jù)“像差最小”的默認(rèn)目標(biāo)需求，自動(dòng)生成的源代碼。我們可以最小化或者直接關(guān)閉該表格，并回到主菜單：點(diǎn)擊圖中“工具”菜單下“優(yōu)化”下第一個(gè)選項(xiàng)“優(yōu)化”，跳出如下對話框：我們選擇“自動(dòng)”優(yōu)化，運(yùn)行后，再點(diǎn)擊上圖“退出”選項(xiàng)。此時(shí)系統(tǒng)已經(jīng)根據(jù)像差最小原則搜索出了我們設(shè)置的變量參數(shù)的最佳值，回到透鏡編輯表格，我們可以看到表格變?yōu)榭梢姲霃綌?shù)值已由原來的“-2000”變?yōu)楝F(xiàn)在的“-2001.250106”。13.下面我們檢驗(yàn)優(yōu)化后性能是否改進(jìn)，按照步驟5，查看點(diǎn)列圖，如下圖所示可以看到，RMS值由原來的77左右

6、變?yōu)楝F(xiàn)在的35左右。降低了很多，類似步驟9和10，還可以查看MTF曲線。14.將球面改為拋物面。注意類似步驟11將表面半徑值重新改為“-2000”，并將類型由“variable”重新改回“fixed”。并直接從透鏡編輯里，在凹面鏡conic的值置為-1（即將表面類型由球面改為拋物面）。15.重復(fù)步驟3和4，可以看到如下光路圖16.重復(fù)步驟5，可以看到如下點(diǎn)列圖：可以看到RMS值為0，沒有球差、色差。17.重復(fù)步驟9和10，可以看到如下MTF曲線，可以看到實(shí)際MTF曲線和沒有像差只存在衍射時(shí)的MTF曲線完全重合。達(dá)到最佳值。18.觀察軸外成像情況，在主界面選擇，系統(tǒng)à視場，

7、跳出如下圖所示對話框，鍵入0.75和1.5度兩個(gè)軸外視場。再重復(fù)步驟5和9/10，可以看到下面的圖，從點(diǎn)列圖中可以看到，雖然拋物線凹面鏡沒有球差、色差，但是還是有軸外高階像差的，如彗差、像散等?？梢钥吹诫m然軸上MTF曲線非常完美，但是軸外信息傳遞能力快速惡化。19.為了方便觀察，必須加轉(zhuǎn)鏡，以便人觀察時(shí)能不把物方光擋住。注意因?yàn)檫M(jìn)來的光束為200mm寬，因此成像平面至少在離光軸100mm的上方，如此”看”像的時(shí)候才不會(huì)擋住入射光。我們決定用200mm，而foldmirror離先前的反射鏡面為800mm，因?yàn)?00+800=10