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1、练习题1双胶合望远物镜,一、输入光学特性参数-入瞳直径,入瞳直径,入瞳数值,一、输入光学特性参数-视场数据,一、输入光学特性参数-波长,一、输入光学特性参数评价函数,二、输入面数据,三、双胶合透镜输出图-Lay,三、双胶合透镜输出图L3d,四、像质评价报告图-Ray,四、像质评价报告图-Opd,四、像质评价报告图-Mtf,四、像质评价报告图-Spt,五、优化参数选择,五、优化,六、优化后-参数,六、优化后像质-Ray,六、优化后像质-Opd,六、优化后像质-Spt,设计3牛顿望远镜(Newtonian telescope) -你将学到：使用mirrors，圆锥系数conic constants
2、，coordinate breaks，three dimensional layouts，obscurations。,牛顿望远镜是最简单的校正了所有轴上点像差的望远镜。牛顿望远镜使用了一个简单的抛物线反射镜就完美地校正所有级别的球差，因为我们只在光轴上使用，除球差外，只有离轴慧差。 假设要设计一个1000mm F/5的望远镜，我们需要一个具有2000mm的曲率半径及200mm的孔阑直径。Wavelength选用0.550，因为反射镜不会产生色差，field angel则为0。,孔径、单位、视场和波长(Aperture, units, fields and wavelengths)如下图设置，单
3、位设为mm。,输入透镜数据(Lens Data Entry),在surface 1即STO上的curvature项中键入-2000 mm，负号表示对object而言，其表面为凹面，即表面对发光源而言是内弯的。在厚度thickness项中键入-1000，负路表示光线没有透过mirror而是反射回来，在Glass项中键入MIRROR，最后在System的General项中的aperture中键入200。,评价设计结果(Evaluating the Design),现在看看spot diagram，你会看到一个77.6 microns RMS的spot diagram，而一个很方便估算像质好坏的方法
4、就是在spot diagram的顶端上再重叠一个艾里斑衍射环Airy diffraction ring。从spot diagram的menu bar选择Setting，在Show Scale上选”Airy Disk”，结果如图3-1所示，你会发现和选”scale bar”的结果是一样的。图中所列的RMS spot size选”Airy Disk”为77.6 microns。,定义抛物线(Defining a parabola),透镜没有达到衍射极限Diffraction limited条件的原因是，我们现在使用的是圆形面。先前我们设定的curvature的值为-2000只是定义一个球面，若要定
5、义一个拋物面镜，则在STO的圆锥系数Conic项中尚需键入-1。,抛物反射镜(Parabolic reflector),接下来Update spot diagram，你会看到”Airy ring”为一个黑圈，而光线则聚集在圈内中心上，RMS值为0。这个定义几何完美成像。衍射受限系统指系统性能只受边缘的衍射影响，而不受几何像差影响。这种系统要用与衍射相关的工具来分析。,点扩散函数(Point Spread Function),用于分析衍射受限系统像平面的能量传播的一个工具是点扩散函数(point spread function，PSF)。要查看PSF，在Analysis菜单，选项PSF的也选项F
6、FT PSF Cross Section。我们看到一个点物体成的像不是一个点，而是一个扩展的能量模糊点。,遮阑(Obscurations),可惜的是，成像的位置很不好，所谓的不好是它位于在入射光的路径上，若你要看这个像的话，你的观看位置刚好挡住入射光。改善的方法是在反射镜的后面(后面是相对于成像点而言)再放一个fold mirror。这个fold mirror相对于光轴的倾斜角度为45，使像的位置偏离光轴。 要想看到入射光束，要在孔径前面设一个1000mm的平面。,添加折转反射镜(Adding a fold mirror),要添加折转反射镜，先要找到放置它的地方。这个反射镜要尽小，并且要使像的
7、位置完全不在入射光路上。因为进来的光束为200mm宽，因此成像平面至少在偏离光轴100mm，这样观看像的时候才不会挡住入射光。我们决定让像的位置偏离光轴150mm，因而转向反射镜离先前的反射镜面850mm，因为150+850=1000等于原先在STO上的thickness，即成像”距离”不变。操作如下，先把STO的thickness改为-850，然后在imagine plane前插入一个虚设面(dummy surface)，为何要插入虚设面呢？虚设面又是什么呢？虚设面的用途只是在帮助我们把转向反射镜的位置标示出来，本身并不具真实的光学镜片意义，也不参予光学系统的任何”反应”，所以称为虚设面。怎
8、么插入虚设面呢？先在IMA前面插入一个surface，这个surface很快地就会被转变成转向反射镜，但是你不要自己在surface type处去改变，让它成为转向反射镜，而是选Tools中的Add Fold Mirror，并在其”fold surface”处选”3”代表定义surface 3为转向反射镜。,坐标中断面(Coordinate break surfaces),表中surface type处在surface 3及5中皆为Coord Break，coordinate break surface是在目前的系统内定义一个新坐标系统，它总是用虚设面的概念来追迹的。而在描述此新坐标系统中，通
9、常选用6个不同参数，即x-decenter，y-dencenter，tiltx，tilty，tiltz及一个flag来指示tilting或decentration的顺序。,使用遮阑(Modeling obscurations),转向反射镜不影响系统的性能，如点列图(spot diagram)和PSF图(PSF plot)并没有因此改变。这种情况下，有几种方法可以改善分析效果。在真实的系统中，转向反射镜遮挡部分的入射光。因为在ZEMAX 序列模式下，不考虑光线的反弹到物平面的情况。为了能补上遮拦的影响，就需要在系统旋转遮阑。 我们要把表面1设置为遮阑。将表面1的类型改为圆形遮阑(Circular Obscuration)并设置Max Radius 为16.7。,遮阑的影响(Obscuration effects),现在我们来看看layout，不能选2D(2D只能看旋转对称系统)，要用3D layout看，调出3D layout后，按方向键 或page down or up可以看立体效果，这个设计尚可再作改善。首先转向反射镜遮挡的光线发生了渐晕现像，这在实际的系统中有很重要的应用。注意MTF图中曲线的轻微的转弯，这意味遮阑降低了对比度。,
