实验四 带有非球面矫正器的施密特---卡塞格林系统
(Schmidt-Cassegrain)
一、实验目的：
（1）熟悉光学设计软件Zemax操作界面；
（2）将知道如何使用多项式的非球面（polynomial aspheric surface），遮挡（obscurations），孔径（apertures），求解（solves），优化（optimization），图层（layouts），MTF图等等。
二、实验环境：
（1）、硬件环境：普通PC机 （2）、软件环境：ZEMAX软件平台
三、实验内容：
设计一个后焦距为10英寸、孔径为10英寸多项式的非球面矫正器的施密特---卡塞格林系统，在光轴上可见光谱范围内使用。
四、实验步骤：
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
放入两个面。选择“SYSTEM”，“GENERAL”。输入10作为孔径值。同一个屏幕上，将单位“米（Millimeters）”改为“英寸（Inches）”。
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，在下表的表格中输入数据。光阑被放在主面曲率半径的中心，这是为了排除视场像差（如慧差），它是Schmidt设计的特点。
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现在演示一下图形以验证一切是否就绪。标准2维图形将会很好地工作，将会看到如E4-1所示的图形。
E4-1
现在加入辅助镜面，并安放像平面。以后将让ZEMAX为辅助面计算恰当的曲率半径，现在修改表格，使之如下表所示的以表达一个新的面。
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注意我们已将反射面的距离减少到-18，这将使辅助镜面的尺寸减小。像面的距离现在是28，实际上，使在主反射镜面后10英寸。第四面的半径已经被加入了一个表量标记识，将让ZEMAX去找恰当的曲率。由于还没有输入任何的曲率，像并不清晰。更新图层，检查你的工作，它应该如图E4-2所示。
E4-2
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。选“Tools”，“Optimization”，选“Automatic”，评价函数很快将下降到约1.3.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-41.83。现在选
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择“ANALYSIS”，“FANS”，“OPTICAL PATH”演示OPD图。OPD图显示离焦和球差，如图E4-3所示。
E4-3
注意大约4个波长的像差仍然有待改变。现在单击第一面（光阑面）的“STANDRD”表面类型，从所显示的对话框选择“EVENASPHERE”。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，在第一面向右移动光标直到“4th Order Term”列，键入Ctrl-l。这样就给这个参数设置了一个变量标识，当前为0.也在“6th Order Term”和“8th Order Term”上设置变量标识。现在选择“Tools”，“Optimization”，再单击“Automatic”。几秒钟后，评价函数下降，这是由于ZEMAX平衡了高阶球差。单击“Exit”。
现在再次更行OPD图，显示如图E4-4所示。球差已经大体上被减小。注意现在的约束像差为色差，每一个波长值有不同数量的球差，这个被称为色球差，我们将很快校正它。
这里要求有一点经验已完成所需要的设计，为了矫正色球差，需要用轴上颜色来平衡它。这就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。
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E4-4
现在设置第一面的半径为变量，再次优化。评级函数将会再次下降。现在单击EXIT，更行OPD图，如图E4-5所示。
E4-5
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