簡介：本文演示了如何模擬一個(gè)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(gè)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(jì)算像平面的位置點(diǎn)列圖來檢測系統(tǒng)的性能。
使用孔徑定義OAPS
在創(chuàng)建一個(gè)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”）。
當(dāng)一個(gè)表面被定義為拋物面時(shí)，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。
圖1. 兩種相同拋物面不同孔徑的對比圖
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。
移動(dòng)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(gè)離軸區(qū)域。如下圖所示，孔徑的大小和先前一樣，但是移動(dòng)了垂軸中心，“離軸”25個(gè)單位（系統(tǒng)默認(rèn)單位為mm）。
圖2.非零中心值
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(dòng)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。
在定義一個(gè)使用OAPs的光學(xué)系統(tǒng)時(shí)，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。
圖3. 使用基準(zhǔn)拋物面和孔徑定義離軸反射鏡
建立模型
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。
圖4. 3反射5倍的無焦系統(tǒng)圖。黑色的實(shí)線定義了系統(tǒng)中每個(gè)反射鏡垂軸原點(diǎn)，紅色的實(shí)線定義了像平面。
圖5.望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的規(guī)格
在這里，厚度參數(shù)定義為拋物面頂點(diǎn)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(shí)線所示的共同的光軸，厚度如下面圖6所示。
圖6. 厚度參數(shù)定義為拋物面原點(diǎn)之間的距離
sa參數(shù)定義為，對于每個(gè)反射鏡，從拋物面的原點(diǎn)到反射鏡的最外部分的垂直距離。這將在下面闡明。
圖7. Sa參數(shù)定義了反射鏡的離軸長度
添加第一個(gè)反射鏡
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(gè)具有自定義表面的元件來定義。
圖8. 使用自定義元件定義反射鏡
要定義一個(gè)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)。
圖9. 反射鏡表面的 Surface 標(biāo)簽
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）。 |
