牛頓望遠(yuǎn)鏡 | SYNOPSYS 光學(xué)設(shè)計(jì)軟件第88課
一.概述 ^NM>x Ienf
前面課程講過消色差透鏡，色差是由于玻璃材料自身的物理性質(zhì)決定的像差，只要是帶折射的光學(xué)系統(tǒng)，都難以避免色差。通過消色差理論我們可以知道，二級(jí)光譜近似為一定值，正比于P-V玻璃圖的斜率。為了矯正色差，前人另辟蹊徑，開發(fā)出了反射式望遠(yuǎn)鏡。很多的望遠(yuǎn)鏡成像系統(tǒng)就是用反射成像，典型的如哈勃望遠(yuǎn)鏡，望遠(yuǎn)鏡中最簡(jiǎn)單的反射式望遠(yuǎn)鏡就是牛頓望遠(yuǎn)鏡，它僅由一個(gè)拋物面反射鏡和平面反射鏡組成。典型構(gòu)成如下圖所示，在工作時(shí)，遠(yuǎn)方傳來的光線經(jīng)凹面反射鏡反射匯聚于光焦處，接著經(jīng)過一個(gè)平面反射鏡反射到觀察者的眼睛中。其中物像經(jīng)過了兩次轉(zhuǎn)換方向。 0-57_";%Q
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圖一 牛頓望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)圖 Ekh)l0
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二.設(shè)計(jì)要求 焦距：800mmF#：4視場(chǎng)：1°波長(zhǎng)可見光范圍計(jì)劃使用拋物面作為主反射面，由拋物面的數(shù)學(xué)定義可知，拋物面能將軸上物點(diǎn)的球差全部消除，然而軸外視點(diǎn)像質(zhì)會(huì)迅速下降，所以適用于小視場(chǎng)。從原理圖上我們知道，牛頓望遠(yuǎn)鏡中真正對(duì)光線起聚焦作用的其實(shí)僅一個(gè)拋物面反射鏡，平面鏡只起轉(zhuǎn)折光路方向作用。在SYNOPSYS的系統(tǒng)參數(shù)中設(shè)置好初始條件： woF {O)~X
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更改表面類型為反射。我們需要這個(gè)面是個(gè)拋物面，即平行于光軸的光線入射后的反射光線應(yīng)當(dāng)匯與焦點(diǎn)，所以反射面的圓錐系數(shù)Conic=-1.此外，反射曲面的曲率半徑和焦距的關(guān)系：R=2f，因此由f=800,則R=-1600；SYNOPSYS中光路遇到反射鏡的厚度規(guī)則是：第N個(gè)反射鏡，厚度符號(hào)（-1）^n，則焦距光束應(yīng)當(dāng)匯聚與-800處。設(shè)置完成后查看結(jié)構(gòu)圖和初始像質(zhì)。 kf#S"[/E
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可以看到0視場(chǎng)角成像理想，而高視場(chǎng)角出現(xiàn)了像散和慧差，與理論一致。查看點(diǎn)列圖有： =WEDQ\ c
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此時(shí)我們繼續(xù)添加平面反射鏡將像面折轉(zhuǎn)到側(cè)面觀察。這個(gè)平面反射鏡的位置比較講究，如果平面鏡遠(yuǎn)離拋物面鏡，其對(duì)拋物面鏡的遮攔效果小，但是折轉(zhuǎn)出來的光路就會(huì)比較短；相反的，如果平面鏡相對(duì)拋物面鏡距離較近，折轉(zhuǎn)出來的光路相對(duì)可以長(zhǎng)一點(diǎn)，但是其尺寸比較大，對(duì)拋物面鏡的遮攔影響較大。我們令折轉(zhuǎn)光路長(zhǎng)200mm，則平面鏡位置在-600mm處。面2在傾斜中設(shè)置平面為鏡子類型，厚度為200mm，完成后其結(jié)構(gòu)如下： n </Rd=
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查看0視場(chǎng)的MTF，可以看到MTF達(dá)到了衍射極限。 |CQ0{1R1
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[attachment=130285] 上面的光路圖實(shí)際并不完整，光束入射到系統(tǒng)中時(shí)，并不是所有光線都能正常進(jìn)入，平面鏡會(huì)遮攔一部分光線，因此我們要在現(xiàn)有系統(tǒng)前插入一個(gè)入射面，模擬真實(shí)入射情況。 N^k&
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我們看見序列結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，從1面到2面中，光線對(duì)3面視若無睹，因?yàn)樾蛄性O(shè)計(jì)中，3面在2面后才會(huì)起到作用。我們可以更改1的孔徑，為面1設(shè)置一個(gè)內(nèi)孔徑，孔徑半徑與面3遮光區(qū)域相同，此時(shí)光線進(jìn)入就會(huì)近似真實(shí)情況。 WGyPyG#Fl
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鏡頭結(jié)構(gòu) 請(qǐng)?jiān)u論區(qū)留言聯(lián)系工作人員獲取 ml!c0 <
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可以看見模擬真實(shí)后MTF下降很多，這在1視場(chǎng)會(huì)有更明顯的體現(xiàn)。我們可以通過調(diào)節(jié)面3的孔徑，合理降低遮光區(qū)域來提高系統(tǒng)的MTF，這里交給讀者自行實(shí)驗(yàn)。
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