簡介：本文演示了如何模擬一個3反射鏡5倍無焦望遠(yuǎn)鏡，參考源于 Warren J. Smith的““Modern Lens Design: A Resource Manual””提供的方法（具體數(shù)據(jù)可參考本文附件備注數(shù)據(jù)），由McGraw-Hill出版。本文討論了如何使用孔徑選擇基準(zhǔn)拋物面的離軸部分來定義離軸拋物面（“OAPs”）。在建立該模型的過程中，使用一個腳本來追跡沿系統(tǒng)光軸的“主光線”，并且輸出表面上光線入射的垂直位置，以便用戶快速確定所需要垂直位置以及系統(tǒng)中第二和第三反射鏡的孔徑大小。一旦模型建立好了，可以使用分析面計算像平面的位置點列圖來檢測系統(tǒng)的性能。 >xRUw5jN :MYLap&L& 使用孔徑定義OAPS !FK)iQy$0
U4"&T,'lTL 在創(chuàng)建一個特定的模型之前，本文討論了如何使用孔徑來定義離軸拋物面（“OAPs”）。 ]'<}kJtN. iQ;lvOja 當(dāng)一個表面被定義為拋物面時，用戶通過半徑和二次圓錐常數(shù)（“kappa”）來確定拋物面的形狀。然而這并沒有確定該表面的大小和范圍——這是由表面“孔徑”決定的。如下圖所示，兩種情況的拋物面半徑和kappa都是相同的，但是在第二種情況具有更小的x, y孔徑。 s4Jy96< WM 9({BZ 圖1. 兩種相同拋物面不同孔徑的對比圖
rZAP3)dA 可視化視圖中的紅色線框表示的是孔徑量。可以看出，在這種情況下拋物表面被孔徑的x和y尺寸所限制。 h5vetci/ z3^gufOkQ 移動孔徑“中心”遠(yuǎn)離拋物面軸線可以讓我們選擇拋物面的一個離軸區(qū)域。如下圖所示，孔徑的大小和先前一樣，但是移動了垂軸中心，“離軸”25個單位（系統(tǒng)默認(rèn)單位為mm）。 sC f)#6mI RP^L.X(7^ 圖2.非零中心值
?J| 特別注意的是，該表面與圖1b中所示表面并不具有相同的形狀（也就是說，這不僅僅是移動和重新定向）。它是 以(x,y)=(0,25)為中心、邊界由半孔徑值指定的拋物面方程的解所決定。 ^c}kVQ\g3 TPj,4&| 在定義一個使用OAPs的光學(xué)系統(tǒng)時，工程師需要首先定義基準(zhǔn)拋物面，然后使用孔徑來定義反射鏡。 t@2MEo D7IhNWrgj 圖3. 使用基準(zhǔn)拋物面和孔徑定義離軸反射鏡
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3O39[ 建立模型 =OrVaZ0
oh:.iL}j 離軸望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)指標(biāo)由Warren J. Smith的“Modern Lens Design: A Resource Manual”定義，由McGraw-Hill出版 ，再現(xiàn)于下面的圖4和圖5。 ?>R(;B|ER Q*f0YjH! 圖4. 3反射5倍的無焦系統(tǒng)圖。黑色的實線定義了系統(tǒng)中每個反射鏡垂軸原點，紅色的實線定義了像平面。
e ?Jgk$" 圖5.望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的規(guī)格
VYK%0S9yH[ 在這里，厚度參數(shù)定義為拋物面頂點之間的距離，該拋物面（對于連續(xù)的反射鏡）是沿著如上面圖4中的實線所示的共同的光軸，厚度如下面圖6所示。 T7Y+ WfYh do l8O 圖6. 厚度參數(shù)定義為拋物面原點之間的距離
H.Z<T{y;
sa參數(shù)定義為，對于每個反射鏡，從拋物面的原點到反射鏡的最外部分的垂直距離。這將在下面闡明。 '^Q$:P{G? e=!sMWx6 圖7. Sa參數(shù)定義了反射鏡的離軸長度
-23sm~ ` 添加第一個反射鏡 ASSe;+yp
3z k},8f u 這些離軸反射鏡不是“標(biāo)準(zhǔn)的反射鏡”，因此在FRED中需要用一個具有自定義表面的元件來定義。 ~A(^< '~{kR=+ 圖8. 使用自定義元件定義反射鏡
I,/E.cRV< 要定義一個拋物表面形狀，該表面類型需要設(shè)置為二次型的（Conicoid），且具有依據(jù)圖5中所示規(guī)格的特定的半徑和二次曲面常數(shù)。 +wGvY r
Fbw.Y 6 圖9. 反射鏡表面的 Surface 標(biāo)簽
R_80J=%0 反射鏡表面的尺寸和形狀在孔徑標(biāo)簽中定義。規(guī)格定義了32mm的垂直偏心，所以Y中心的值為32（假設(shè)FRED中系統(tǒng)的單位設(shè)置為mm）。 $}H,g}@0 圖10. 定義第一個反射鏡的孔徑
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sa的值指定為44mm，這意味著在x和y方向的半孔徑值將是12�？讖皆趜方向上的值被選擇的足夠大，以至于不會裁剪到水平方向上的反射鏡。 (F#2z\$;
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第一反射鏡的位置定義為距離光源43.84mm（這已經(jīng)創(chuàng)建好了），中心距離光源的下方32mm。圖11. 系統(tǒng)第一片反射鏡的位置設(shè)定
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添加到自定義元件中表面的默認(rèn)涂層和光線控制分別是Absorb和Halt All。顯然，這些需要在CoatingRaytrace Control控制選項卡上設(shè)置為Reflect和Reflect Specular。 H=XdgOui
圖12. 反射鏡表面的膜層和光線控制定義
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添加第二和第三反射鏡 d(vt 0
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具有二次表面的自定義元件將再一次用于定義第二和第三反射鏡。首先將這些反射鏡放置在前一反射鏡的坐標(biāo)系統(tǒng)中，每個反射鏡的位置可以很容易的確定，然后根據(jù)規(guī)格中定義的厚度參數(shù)，在z方向使用一個平移操作。 ~'Korxa
圖13. 第二面反射鏡相對于第一面反射鏡的開始坐標(biāo)系統(tǒng)，使用了—Z方向的平移。
圖14. 前兩個反射鏡的基準(zhǔn)拋物面和目標(biāo)拋物面的可視化視圖
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與第一反射鏡不同，后面反射鏡孔徑的位置和大小并沒有明確的定義。 cVaGgP}\
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