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天文望远镜的光学系统

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天文望远镜的光学系统大体上分为折射系统、反射系统和折射系统三类。
一般来讲,折射系统不需要经常镀膜,一次性使用的寿命较长。
但由于透射材料体量的限制,一般折射系统的物镜直径不超过500mm.
历史上研制的大型折射望远镜口径达到1m以上,由于造价过于昂贵,以及重量太重,现在已经退出潮流。
折射反射系统夜视如此。
反射系统除了可以尺寸较大以外,还有不存在色差的优点。
其缺点是需要定期镀膜,还有反射面由于重力和温度变化等因素造成的变形对光程的影响为两倍关系,
因此对光学像质的影响较大。
一、折射系统
小型目视科普望远镜多用折射系统,大体上分伽利略望远镜和开普勒望远镜两类,两者特性如下图。

物镜类型,直径小于50mm的一般采用双胶合物镜,直径大于100mm的一般采用双分离物镜。
双胶合物镜有3个折射面,光学设计可校正球差、彗差和色差;双分离物镜多一个面,能更好地校正像差。
物镜焦比一般不大于7,视场3度左右。
稍大的科普望远镜或专业望远镜多采用物镜焦点成像,用CCD接受。
如嫌像太小后面可加一级“转像镜”进行放大;如需要变成平行光(平行光路中适宜放置滤光器和光栅等),
则加“准直镜”,最后用“成像镜”成像。


1楼2019-10-25 17:35回复
    二、常用反射系统
    主焦点系统
    面形:多采用抛物面
    相对口径:1/5~1/2.5
    视场:2”,如加像场该正镜,视场可增大到0.5~1度。
    主焦点系统只能消除轴上球差,因而视场很小,适用于CCD照相等强光力、小比例尺工作。另外存在接收器挡光的问题。
    牛顿望远镜
    牛顿望远镜的光学性能同主焦点望远镜,但采用一块45度反射镜将焦点置于镜筒之外,以便于放置接收器。

    卡塞格林望远镜
    卡塞格林系统是最常用的天文望远镜光学系统,其特点是焦距较长,底片比例尺较大,另外,可以放置较大的接收器,而且不挡光。广义的卡塞格林系统有三种设计,其性能见下图和下表。

    格雷戈里望远镜
    格雷戈里望远镜的结构和性能与卡塞格林望远镜类似,但有实主焦点,可在此设置视场光阑或可切换的主焦点接收器。这一点对于只观测太阳局部像的望远镜特别重要,因为可用一块中间开有小孔的45度反射镜(小孔尺寸与观测有效视场一致),将大部分不需要的太阳光反射到镜筒之外,以改善成像质量。因焦面附近的结构温度很高,所造成的气流和空气折射率不均会严重影响像质,所以要加以冷却。为此,45度反射镜可用金属制造,后面焊接一个圆柱形密封容器,加上进水管和出水管,用流动的冷水进行冷却。


    2楼2019-10-26 17:21
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      三、折反射系统
      1,施密特望远镜
      施密特望远镜是最常用的大视场系统,最大视场可达5度X 5度。
      其结构特点是前端采用一块非球面改正镜,主镜为球面镜,球心位置设置孔径光阑。
      这种特殊结构使得焦面上各处像点具有成像对称性,因而轴外像差很小。
      最大的施密特望远镜在德国陶登堡史瓦西天文台,改正镜直径1.34m,球面直径2m,焦距4m,视场3.4度X3.4度。

      施密特望远镜缺点是镜筒较长,焦面接收器须置于镜筒内部,操作比较麻烦。
      另外,其焦面是有一定的弯曲的。
      施密特系统有如下改进办法:
      一是像卡塞格林系统那样在主焦点之前加一块凸反射镜,将焦点转移到主镜后面(主镜中间开孔),相当于卡塞格林焦点。
      二是加“平场透镜”,使焦面变得平坦。但镜筒长的问题则无法解决。

      2,马克苏托夫望远镜
      马克苏托夫望远镜是另一种折反射大视场系统。
      其结构特点是前端采用一块较厚的双球面改正镜,称为“弯月镜”,主镜仍为球面镜,可消除球差、色差和彗差。
      世界上最大的马克苏托夫望远镜的弯月镜直径为700mm,球面镜直径为980mm,焦距为2.1m。
      马克苏托夫望远镜同施密特望远镜有类似的特点:焦面弯曲,且处于镜筒内部。
      与后者相比,其优点是镜筒短,弯月镜为球面,容易加工。
      缺点是弯月镜较厚,较重,视场稍小。


      3楼2019-10-28 17:23
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        4楼2019-10-28 17:25
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          此文挺好。


          IP属地:上海5楼2019-11-03 10:46
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            您好我也做光学的,有时间多交流


            IP属地:辽宁来自Android客户端6楼2022-11-05 21:09
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              马卡镜的优点是镜筒短,象质好。缺点是受副镜尺寸限制,口径做不大。


              IP属地:上海7楼2022-11-06 12:43
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