基于zemax的牛頓望遠鏡的設(shè)計

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1、基于Zemax的牛頓望遠鏡的設(shè)計基于Zemax的牛頓望遠鏡的設(shè)計11、簡介12、優(yōu)缺點32.1優(yōu)點：32.2不足：33、Zemax設(shè)計43.1設(shè)計要求43.2設(shè)計過程44、參考與鳴謝85、附錄：望遠鏡的性能簡介95.1物鏡的光學(xué)特性：95.2物鏡的結(jié)構(gòu)樣式：105.3系統(tǒng)的整體性能：111、簡介1670年，牛頓制備了第一個反射式望遠鏡。他使用凹面鏡（球面）將光線反射到一個焦點，如圖1，2。這種方法比當(dāng)時望遠鏡的放大倍數(shù)高出數(shù)倍。圖1，2老牛本準(zhǔn)備用非球面（拋物面），研磨工藝所限，迫使其采用球面反射鏡做

2、主鏡：將直徑2.5厘米的金屬磨制成一個凹面反射鏡，并在主鏡的焦點前放了一個與主鏡成45°的反射鏡，使經(jīng)主鏡反射后的會聚光經(jīng)反射鏡后以90°反射出鏡筒后到達目鏡。如圖3，4。球面鏡雖然會產(chǎn)生一定的象差，但用反射鏡代替折射鏡卻是一個巨大的成功。所有的巨型望遠鏡大多屬于反射望遠鏡，牛頓望遠鏡為反射望遠鏡的發(fā)展輔平了道路。從牛頓制作出第一架反射望遠鏡到今天，300多年過去了，人們在其中加入了其他的設(shè)計，產(chǎn)生了許多的變形。例如，在牛頓式望遠鏡中加入一組透鏡，就產(chǎn)生了施密特-牛頓式，除此之外，還有許多的變形，但他

3、們的基本結(jié)構(gòu)都是牛頓式的。圖3，4在今天，世界上一些最為著名的望遠鏡都是采用牛頓式的結(jié)構(gòu)。例如，位于巴樂馬山天文臺的Hale天文望遠鏡，其主鏡的尺寸為5米；W.M.凱克天文臺的Keck天文望遠鏡，其主鏡由36塊六角形的鏡面拼接，組合成直徑10米的主鏡；還有哈勃太空望遠鏡，也是牛頓式望遠鏡。牛頓反射望遠鏡采用拋物面鏡作為主鏡，光進入鏡筒的底端，然后折回開口處的第二反射鏡（平面的對角反射鏡），再次改變方向進入目鏡焦平面。目鏡為便于觀察，被安置靠近望遠鏡鏡筒頂部的側(cè)方。牛頓反射望遠鏡用平面鏡替換昂貴笨重的透

4、鏡收集和聚焦光線，結(jié)構(gòu)較簡單。另外，焦距可長達1000mm而仍然保持相對緊湊，可以便攜使用。不過，由于主鏡被暴露在空氣和塵土中，需要更多維護與保養(yǎng)。然而，這個小缺點不阻礙這個類型望遠鏡的大眾化，對于那些想要一臺價格經(jīng)濟，但仍然可以解決觀測微弱，遙遠的目標(biāo)的用戶來說，牛頓反射望遠鏡是一個理想的選擇。2、優(yōu)缺點2.1優(yōu)點：1、同折射和折反望遠鏡相比，同樣口徑成本最低。因為大口徑的反射鏡比透鏡的生產(chǎn)成本低很多。2、緊湊合理，便攜性好，焦距可達1000mm以上。3、由于F數(shù)普遍較短(f/4到f/8)，更容易的

5、獲得較大的視野，具有較好的微弱深空天體觀測性能，例如遙遠的星系、星云和星團(但不是很方便，難度大于折反望遠鏡)。4、長焦距的牛頓式望遠鏡可以獲得卓越的行星外觀，具有較好的月球和行星的觀測性能。5、由于采用反射鏡作為主鏡，無色差。6、由于光線無須穿透物鏡（它只從鏡子的表面反射），所以不需要特別的玻璃材料，只需要能掌握住正確的反射面形狀，且只需要處理一個表面（折射鏡通常需要處理四個表面），因此非常適合非專業(yè)人士自制DIY。7、目鏡的位置在望遠鏡筒前端，與短F數(shù)結(jié)合可以使用短而緊湊的架臺系統(tǒng)，減少費用和增加

6、便利性。2.2不足：1、一般不適合地面應(yīng)用。2、容易產(chǎn)生彗差，造成影樣偏離軸心擴散的變形現(xiàn)象。這種擴散在光軸上為零，隨著鏡子的視域呈線性的增加，也與焦距除以口徑的商（焦比）的平方反比來擴散。通常在焦比大于f/6的系統(tǒng)，彗差已經(jīng)可以忽略掉，不會影響目視或攝影的結(jié)果。焦比小于f/4的系統(tǒng)，雖然不能忽視彗差，但可以借由廣視野和低倍率成像來避免。透鏡也可以用在修正牛頓主鏡的彗差上，讓影像恢復(fù)原有的明銳（所謂的“施密特-牛頓式”）。3、副鏡在光路的中間，會遮擋部分光線，反射鏡的支撐結(jié)構(gòu)還會使星像形成衍射星芒，并

7、且降低銳度和反差。使用二或三個支架的支撐結(jié)構(gòu)可以減少視覺上的星芒，減少衍射的峰值強度提高星像的反差。彌散斑狀的星像通常是由于支撐結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定和鏡筒內(nèi)不規(guī)則流動的空氣使星光不能匯聚形成尖銳的星點。雖然十字支撐結(jié)構(gòu)能比三支架支撐結(jié)構(gòu)更有效的消除衍射星芒，但三支架結(jié)構(gòu)形成的六線星芒會給人一種審美上的良好觀感。4、牛頓反射望遠鏡的校準(zhǔn)是個問題。主鏡和副鏡的準(zhǔn)直性會因為運輸和操作時的震動而偏離，這意味著望遠鏡可能在每次使用前都需要校準(zhǔn)。3、Zemax設(shè)計牛頓望遠鏡的主鏡是一個拋物面，光線由無限遠處的物點發(fā)出，在

8、焦點處形成完美的幾何像點。拋物面無球差，只有軸上的高階像差。3.1設(shè)計要求焦距F=1000mm，F(xiàn)/5。3.2設(shè)計過程可知曲率半徑R=2F=2000mm，口徑D=200mm。使用軸向視場角和默認波長。反射式不產(chǎn)生色差，無需設(shè)置多波長。（1）鍵入：入瞳200，默認視場角，默認波長。對比球面和拋物面時點列圖：區(qū)別在于二次項（-1）。球面時：拋物面時：（2）增加折轉(zhuǎn)面：欲新增轉(zhuǎn)折面鏡，首先需定義折轉(zhuǎn)面的置放位置。面鏡尺寸應(yīng)盡可能地小型化，并將光束完全導(dǎo)離光軸。