实验三 基于ZEMAX的牛顿望远镜的优化设计

实验三 基于ZEMAX的牛顿望远镜的优化设计

一．实验目的

学会使用ZEMAX软件对典型牛顿望远镜进行优化设计。

二． 实验要求

1. 掌握设立反射镜、使坐标中断的方法； 2. 学会使用圆锥系数来优化成像质量；

3. 学习点列图和3D图形分析像质的简单方法。

三． 实验原理

1. 牛顿望远镜基本结构：见理论课课本图6-10，抛物面主反射镜+与光轴成45度的平

面反射镜构成，是一种全反射式的望远镜物镜； 2. 对于球面凹面镜成像，有F=R/2的关系； 3. 圆锥系数（conic系数）：见于LDE窗口中每一行的第7列（Conic），这个系数是描

述该行所代表的面的曲面函数中的非球面二次曲面系数，决定了该行代表的面的形状，典型值对应的面形状如下：

Conic=0 球面； -1

4. ZEMAX中关于在光路中新添加折叠反射镜仿真实现的步骤：

（1） 定位置：在所需要放置反射镜的位置添加一个虚构面（空面），由反射镜要

放置的位置决定添加虚构面后相应各面的厚度值的改变；

（2） 添加反射镜：从主菜单-工具-折叠反射镜里添加一个反射镜，设置相关合

适的参数。

5. 鬼像与挡光板：

（1） 鬼像：成像系统中一些非设计中的反射光线最终沿着非期望的路径达到像

面后，会形成鬼像，影响成像质量。

（2） 为了尽可能消除鬼像的影响，对于那些位于光路范围内的中间器件（尤其

是口径小于主光路口径的），例如本例中的平面反射镜，一般需要在其前面加一块挡光板，消除这些器件对光线不需要的反射。挡光板的口径通常要比被挡元件的口径稍大。

（3） ZEMAX中挡光板的具体实现步骤：

a. 定位置： 在所需要放置挡光板的位置添加一个虚构面（空面），由其要放

置的位置决定添加虚构面后相应各面的厚度值的改变；

b. 设置参数：将面型surf：type双击后的Aperture中的光圈类型从none

改为所需要的挡光类型（如圆形挡光），设置合理的挡光半径值，以略大于被挡元件半径为宜。

四． 实验内容

设计项目：利用ZEMAX软件来设计一个焦距为1000mm F/5的牛顿望远镜，即一个曲率

半径为2000mm的镜面和一个200mm的孔径。

图3.1典型牛顿反射式望远镜

1. 打开ZEMAX软件，点击新建，以抹去打开时默认显示的上一个设计结果，同时新

建一个新的空白透镜。

2. 在LDE（透镜数据编辑器）中输入相关平面的曲率半径、厚度和玻璃类型值（反射

镜玻璃类型为MIRROR）。

3. 在主菜单-系统中设置孔径值，并沿用默认的波长和视场角值。

4. 生成光线像差特性曲线、2D、3D图层曲线和实体模型、渲染模型等分析图来观察

此时的成像质量。

5. 生成标准点列图，并与艾利斑对比（从点列图中选设置-查看比例-Airy Disk）来

进行像质的简单分析（为什么此时还未到达最好的成像质量？）。

6. 在主反射镜所在的面上设置圆锥系数，使主反射镜的面变为抛物面，此时再重新

分析成像质量。

7. 在像平面前插入一个新的虚构面（未来放置反射镜），合理设置中断的坐标值以获

得光阑面和虚构面的厚度，将两个厚度输入LDE中的相应位置。

8. 从主菜单-工具-折叠反射镜里添加一个反射镜，设置交叠曲面为2，确定。

9. 更新后观察此时的各分析图，注意分析哪些图已经不再起作用了。通过相应按键

操作旋转缩放3D类的分析图来观察成像质量。

10. 在光阑面（STO）前新添加一个圆形挡光面，设置合理的面厚度和挡光半径。 11. 更新后重新观察此时的3D类分析图，观察此时的成像质量和效果。 12. 更名存盘后生成报告。 五．

报告要求：

1.分析： （1）试解释添加折返面的对话框中的3个选项的意义及添加后多出来的两个虚构面的作用；

（2）若要使本例的反射后的转角分别向上、（垂直于显示器平面）向里和（垂直于显示器平面）向外，那么分别应该做哪些具体改变？

2.分别打印反射方向为向上向下向里向外的最终实体图及某一方向的LDE的截图。 3.上传任一反射方向的存档，以学号为文件名。

六． 实验仪器

PC机

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/bojg.html