牛頓望遠鏡 | SYNOPSYS 光學設計軟件第88課
一.概述 "*MF=VB1
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)出了反射式望遠鏡。很多的望遠鏡成像系統(tǒng)就是用反射成像，典型的如哈勃望遠鏡，望遠鏡中最簡單的反射式望遠鏡就是牛頓望遠鏡，它僅由一個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，遠方傳來的光線經(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。 Y Zt d IG
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圖一 牛頓望遠鏡系統(tǒng)圖 I-Ut7W
二.設計要求 焦距：800mmF#：4視場：1°波長可見光范圍計劃使用拋物面作為主反射面，由拋物面的數(shù)學定義可知，拋物面能將軸上物點的球差全部消除，然而軸外視點像質(zhì)會迅速下降，所以適用于小視場。從原理圖上我們知道，牛頓望遠鏡中真正對光線起聚焦作用的其實僅一個拋物面反射鏡，平面鏡只起轉(zhuǎn)折光路方向作用。在SYNOPSYS的系統(tǒng)參數(shù)中設置好初始條件： 6'<[QoW];
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更改表面類型為反射。我們需要這個面是個拋物面，即平行于光軸的光線入射后的反射光線應當匯與焦點，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個反射鏡，厚度符號（-1）^n，則焦距光束應當匯聚與-800處。設置完成后查看結(jié)構(gòu)圖和初始像質(zhì)。 C[#C/@
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可以看到0視場角成像理想，而高視場角出現(xiàn)了像散和慧差，與理論一致。查看點列圖有： p:0X3 ?IG3
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此時我們繼續(xù)添加平面反射鏡將像面折轉(zhuǎn)到側(cè)面觀察。這個平面反射鏡的位置比較講究，如果平面鏡遠離拋物面鏡，其對拋物面鏡的遮攔效果小，但是折轉(zhuǎn)出來的光路就會比較短；相反的，如果平面鏡相對拋物面鏡距離較近，折轉(zhuǎn)出來的光路相對可以長一點，但是其尺寸比較大，對拋物面鏡的遮攔影響較大。我們令折轉(zhuǎn)光路長200mm，則平面鏡位置在-600mm處。面2在傾斜中設置平面為鏡子類型，厚度為200mm，完成后其結(jié)構(gòu)如下： asCcBp
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查看0視場的MTF，可以看到MTF達到了衍射極限。 qn |~YXn
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[attachment=130285] 上面的光路圖實際并不完整，光束入射到系統(tǒng)中時，并不是所有光線都能正常進入，平面鏡會遮攔一部分光線，因此我們要在現(xiàn)有系統(tǒng)前插入一個入射面，模擬真實入射情況。 |z:4T%ES
[attachment=130286] L*vKIP<EMM
我們看見序列結(jié)構(gòu)設計中，從1面到2面中，光線對3面視若無睹，因為序列設計中，3面在2面后才會起到作用。我們可以更改1的孔徑，為面1設置一個內(nèi)孔徑，孔徑半徑與面3遮光區(qū)域相同，此時光線進入就會近似真實情況。 Qj(ppep\U"
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鏡頭結(jié)構(gòu) 請評論區(qū)留言聯(lián)系工作人員獲取 Xw7'I
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[attachment=130287] kB oQjOV`
可以看見模擬真實后MTF下降很多，這在1視場會有更明顯的體現(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驗。
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