本文展示了如何根據(jù)Warren J. Smith在McGraw-Hill出版的《現(xiàn)代鏡頭設(shè)計(jì)：資源手冊(cè)》中提供的數(shù)據(jù)來建模一個(gè)三反射鏡5倍率望遠(yuǎn)鏡。

在該模型的設(shè)置中使用了一個(gè)腳本來追跡系統(tǒng)光軸上的“中心光線”，并打印出光線照射在表面時(shí)的垂直位置。這種設(shè)置使用戶能夠快速確定系統(tǒng)中第二個(gè)和第三個(gè)反射鏡所需的垂直位置和孔徑大小。模型設(shè)置完成后，使用分析表面在像平面上計(jì)算位置點(diǎn)圖來檢查系統(tǒng)的性能。

此處，厚度參數(shù)定義為沿著圖中實(shí)線所示的共同光軸，相鄰鏡面頂點(diǎn)之間的距離。具體如下圖所示。

“sa”參數(shù)定義了每個(gè)反射鏡從拋物線原點(diǎn)到反射鏡最外側(cè)部分的垂直距離。如下圖所示。

①添加第一個(gè)反射鏡

這些離軸反射鏡并不是FRED中的“標(biāo)準(zhǔn)反射鏡對(duì)象”，因此需要用自定義元件和自定義表面來定義。

為了定義一個(gè)拋物面形狀，表面類型需要設(shè)置為“Conicoid”，并根據(jù)數(shù)據(jù)指定曲率半徑和圓錐常數(shù)。

反射鏡表面的大小和形狀在“Aperture ”標(biāo)簽頁定義。數(shù)據(jù)定義了32mm的垂直偏心，因此Y中心值為32mm。

（此時(shí)不妨停下來閱讀一篇相關(guān)文章：如何定義離軸拋物面。）

“sa”值被規(guī)定為44mm，意味著在y和x方向上的半孔徑值為12。定義孔徑的Z方向的值被選擇得足夠大，以避免在水平方向上裁剪反射鏡。

第一個(gè)反射鏡的位置被定義為距光源（假設(shè)已創(chuàng)建）水平方向43.84毫米，并且在y值為32毫米下方居中。

新表面的默認(rèn)涂層和光線追跡控制分別為“Absorb”和“Halt All”。為了表示反射鏡，顯然需要在表面的“Coating/Raytrace Control”控制標(biāo)簽頁將這些改為“Reflect”和“Reflect Specular”。

②添加第二個(gè)和第三個(gè)反射鏡 

定義第二面反射鏡和第三面反射鏡時(shí)，也使用帶有“Conicoid”表面的另一個(gè)自定義元件。每個(gè)反射鏡的位置首先通過將其放入前一個(gè)反射鏡的坐標(biāo)系中定義，然后根據(jù)數(shù)據(jù)中的厚度參數(shù)在Z方向應(yīng)用偏移來輕易確定。

與第一個(gè)反射鏡不同，后續(xù)反射鏡的孔徑位置和大小沒有明確定義。

確定正確孔徑的最簡(jiǎn)單方法是以一個(gè)近似大小開始，然后沿著系統(tǒng)的光軸追跡一條光線到第二個(gè)反射鏡的表面。光線在接觸表面時(shí)的垂直位置定義了孔徑的Y中心值，因?yàn)椤皊a”值已經(jīng)在數(shù)據(jù)中給出，所以孔徑大小也可以設(shè)定。

以下腳本通過執(zhí)行高級(jí)光線追跡并在第26行定義的表面停止光線，并輸出垂直位置到輸出窗口。請(qǐng)注意，這里使用了一個(gè)稱為“Single Ray Source”的光源，它只追蹤一條光線。

使用此腳本我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)光線照射在第二個(gè)反射鏡表面時(shí)的y坐標(biāo)為y = 11mm。由于知道該反射鏡的“sa”為17mm，孔徑被設(shè)置為6mm：

第三個(gè)反射鏡的形狀和位置可以按照上述過程定義，只需將腳本中的第26行更改為adv.stopSurfID = mirror_3。

在像平面上添加一個(gè)平面元件元素和一個(gè)分析表面后，系統(tǒng)模型就完成了。

執(zhí)行光線追跡的光源定義為隨機(jī)分布在10mm半孔徑的x和y方向上的1000條光線網(wǎng)格，波長(zhǎng)范圍均勻分布于420nm至650nm之間。

在像平面上繪制的位置點(diǎn)圖顯示了一個(gè)±2μm的分布，從而驗(yàn)證了這是一個(gè)5倍望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)的證明。