zemax r-c卡塞格林系统设计.doc

带有非球面矫正器的施密特-卡塞格林系统的设计
这是一个带多项式非球面矫正器施密特—卡塞格林系统(Schmidt-Cassegrain) 的完全设计。设计的使用范围为可见光谱。将采用10英寸的孔径,10英寸的后焦距(从主镜的后面到焦点)。
由于只有矫正板和主反射面,进行这个设计是比较简单的,因此开始时先在光阑后插入两个面。选择“SYSTEM”,“GENERAL”,输入10作为孔径值。在同一个屏幕上,将单位“毫米(Millimeters)”改为“英寸(Inches)”。[1]
孔径设置图
孔径单位设置图
选择“SYSTEM”,“WAVELENGTHS”,得到“波长数据”屏幕,设置3个波长:486,587,和656,其中587为主波长。这些步骤可以用一个操作来完成:单击波长对话框底部的“选择(Select->)”按钮。

现在,将使用缺省的视场角0度。光阑被放在主面曲率半径的中心,这是为了排除视场像差(如彗差),它是Schmidt设计的特点。
镜片数据编辑图
现在演示一下图形以验证一切是否就绪。标准的2维图形将会很好地工作,。
二维剖面图
现在将加入辅助镜面,并安放像平面。将让ZEMAX为辅助面计算恰当的曲率。现在修改表格,使之如下表所示的以表达一个新的面。
镜片数据编辑图
注意已将主反射面的距离减小到-18,这将使辅助镜面的尺寸减小。像平面的距离现在是28,实际上,是在主反射面后10英寸。第四面的半径已经被加入了一个变量标记,将让ZEMAX去找寻恰当的曲率。由于还没有输入任何的曲率,像并不清晰。更新图层,。[2]
二维剖面图
现在选择“Editors”,“ Merit Function”显示评价函数编辑,从评价函数编辑窗口菜单中选“Tools”,“Default Merit Function”,单击“Reset”,然后改变“Rings”选项为“5”,单击OK,RINGS选项决定光线的采样密度,此设计要求大于缺省的3。
评价函数编辑图
Default Merit Function图
选“Tools”,“Optimization”,选“Automatic”,。这是剩余的RMS波差。单击“Exit”,然后选择“SYSTEM”,“UPDATE ALL”, 辅助镜面的半径已经从
“Infinity”被改为-。
Optimization图
现在选择“ANALYSIS”,“FANS”,“OPTICAL PATH”演示OPD图,OPD图显示离焦和球差,。大约有4个波长的像差仍然有待改正。
OPD图
现在单击第一面(光阑面)的“STANDARD”表面类型,从所显示的对话框选择“EVEN ASPHERE”。这种面型允许为非球面校正器指定多项式非球面系数。单击OK。
表面类型选择图
在第一面向右移动光标直到“4th Order Term”列,给这个参数设置一个变量标记,当前为0。也在“6th Order Term”和“8th Order Term”上设置变量标记。现在选择“Tools”,“Optimization”,再单击“Automatic”。几秒钟后,评价函数将会下降,这是由于ZEMAX平衡了高阶球差。单击“Exit”. [3]
现在再次更新OPD图,。球差已经大体上被减小。现在的约束像差为色差,每一个波长值有不同数量的球差。
OPD图
为了矫正色球差,需要用轴上颜色来平衡它。这是一个常用的设计方法,即在同一种像差中,用低阶像差来平衡高阶像差。这里,色球差是一阶轴上色差的高阶分量。为了引入轴上色差,将改变第一面,即校正器的前面的曲率。
现在设置第一面的半径为变量,再次优化(Tools,Optimization,Automatic)。评价函数将会再次下降。现在单击EXIT,更新OPD图,.
OPD图
现在可以打开视场角,调整设计。从主菜单,选SYSTEM,FIELDS,并将视场角的个数设置为3,输入y-,。[4]
视场角设置图
现在更新并查看OPD图,将会在全视场看到大约1/2波长的彗差,只要再优化就可以很容易地改正它。因为已改变了视场,必须重新创建评价函数。
在评价函数编辑时,选Tools,Default Merit Function,并将RINGS改为4,单击OK。现在选Tools,Optimization,然后单击Automatic,当已聚集后,单击E