圖4. 以計算機繪圖的三個反射鏡望遠鏡修改。調整在第三個反射鏡上的傾斜t3從-18.0到-16.0再到-14.0,分別描述在系統(tǒng)A、B和C中。結果,系統(tǒng)的成像限制為移動在入射光束的上面的第三個反射鏡,提供架設光學系統(tǒng)時必須的間隔。雖然出現在主成像點的均方根光點半徑中的數值顯示成像品質的減少,優(yōu)化系統(tǒng)C的三個曲率大于系統(tǒng)結構中小改變的損失補償。 |J`EM7qMK
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IV. 三個同心的球面反射鏡(Three Concentric Spherical Mirrors) +,Dc0VC?
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在這最后的范例中,修改一個單位放大轉運(unit magnification relay)的設計以符合含有內部光欄的包裝需求。這個研究執(zhí)行近紅外線照相機(near-infrared camera, NIRCAM)的設計研究于美國國家航空暨太空總署(NASA)的下一代太空望遠鏡(Next Generation Space Telescope, NGST)。6照相機的基礎設計是Offner轉運(relay),7由三個同心反射鏡的結構所組成,以致第一個和第三個是凹面的,而第二個反射鏡為雙凸的曲率半徑。注意,兩個凹面反射鏡可以藉由單一反射鏡表面來了解,描述在圖5.中。NIRCAM的一個包裝需求是能夠使用內部光欄去放置組件,例如濾波片(filters)和瞳掩模(pupil mask)。然而,在一個Offner轉運中,在物空間中是遠心的(telecentric),內部光欄是難進入的,既然它是位于鄰近第二反射鏡的表面。當維持優(yōu)先的系統(tǒng)同心性質時,為了減輕這個困境,可改變反射鏡的曲率半徑。 jA? #!lx_
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圖5. 同心三反射鏡轉運的滑動裝置和系統(tǒng)描繪。注意,既然內部瞳位于內部反射鏡上,所以是很難進入的。 Jx*cq;`Vee
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A.產生成像限制 91
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NIRCAM設計的范例目的為指定一個100 mm × 100 mm的物體,一個f-數值24.0,和一個遠心的入瞳(telecentric entrance pupil)。定義系統(tǒng)的主要光線,源自物體中心然后穿過入瞳中心。簡而言之,假設物和像是平面的然后垂直于主光線。既然三個反射鏡是同心的,系統(tǒng)可以建構成旋轉對稱的但有離軸(off-axis)物體和瞳。軸(axis)定義成通過曲率中心的線,且平行于物空間中的主光線(base ray)。 #mH@ /6,#[
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六個結構參數必須用來定義這個系統(tǒng):三個反射鏡的曲率半徑(r1、r2和r3),物距(d0),像距(d3),和從基本物點(basal object point)到軸所測量的最小距離為高(h)。限制兩個結構參數,剩下四個可利用的自由度。在第一個限制中,第三個反射鏡的半徑r3是分析地解(solved)給定的系統(tǒng)零Petzval曲率。在第二個限制中,向下優(yōu)化像距d3使主成像點的光點半徑最小化。圖5.中顯示剩余自由度(r1、r2、d0和h)的起始值。典型的Offner設計,以NIRCAM需求的近似尺寸來選擇這些值。注意,在滑動裝置上的每一個參數值是刻化成r1。 5s7BUT
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B.計算機圖形的未摭擋光欄 ?7{U=1gb$
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系統(tǒng)D描述在圖6.中,光欄的初始位置在第二個反射鏡,反射鏡的共同曲率中心標注O。相鄰于成像的數值是在整個像上取樣的九個像點之最大均方根光點半徑。既然照相機必須有內部光欄的使用,第二反射鏡的半徑r2是開始減低以消除摭擋(obstruction)。因為系統(tǒng)維持同心的,這個動作移動反射鏡到O點的左邊,以箭頭顯示在系統(tǒng)E中來描述。既然r3限制到零Petzval曲率,它將也改變。在r2更進一步的減小之后,光欄的使用藉由眼睛來決定可以在系統(tǒng)F觀看。對于消除摭擋,對物距做最后的調整以補償在場中下降的成像品質。結果在系統(tǒng)G,如系統(tǒng)D一樣有小于二分之一的最大均方根光點半徑。 0SpB2>_
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在這個范例中,限制結構間隔的平滑度大部分由于r3限制到零Petzval曲率。若r3是自由的而可改變,績效數字的選擇(最大均方根光點半徑)將很快地降低,因為采用成像的曲率。在每一個r2的調整之后,一個相似的調整r1或r3在場中將必須使成像平坦。這個描述到放置限制,例如這些在結構參數上對于可視化的設計效率是必須的因素。沒有它們,滑動裝置僅執(zhí)行一種公差分析(tolerance analysis),對于設計者來說去找到新的且可實行的系統(tǒng)是困難的。 {%jAp11y+O
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計算機繪圖的三個反射鏡轉運修改。標注O點處為共同的曲率中心,且在場中的最大均方根半徑是含括在每個系統(tǒng)中。使內部瞳易進入的,第二反射鏡的半徑(滑動裝置 r2/r1)從0.50到0.46再到0.41減小,各別的顯示在纟統(tǒng)D、E和F。在這個過程中,第三個反射鏡的半徑r3也減小,既然它限制到零Petzval曲率。在系統(tǒng)G中的物距做一個最后調整以改進成像品質。