天文望远镜光学:

天文望远镜是属于望远镜的一种.望远镜的基本性能是将远物利用光学原理拉进相当近的距离来观察目标.这是望远镜的基本.一般天文望远镜要有下列几项特点:1.倒像.2.仅物镜和目镜.3.口径大.4.赤道仪或要有似赤道仪性能的架台.5.可以观测和利用其它波长观测.

一般地面望远镜为正像.倍率低.无特用架台.观测目标为地面物.

天文望远镜基本分为折射和反射镜.均以产生焦点来成像.只是折射是利用光线透过凸透镜折射原理成像/而反射镜是利用面镜的反射成像(不透过玻璃内部,仅反射镜面曲面产生焦点).这对于成像的品质有决定性的影响...

折射镜因采用光透射,所以镜面的材料非常讲究.但光透过凸透镜会因光线有不同色光的折射率,会在焦点位置产生不同色光的焦点位置.此时会生产严重色差.所以天文望远镜物镜要有消除基本色差的能力.在消除色差方面,镜片有两块不同折射率(高低色散不同的组合)和凸凹外型,让不同的色光在前块低色散凸镜产生色光分散时,再利用高色散的凹镜将色光再聚在一起.让色差不至太分散.所以物镜如能将色散压制到最低,色差就越小.在后面凹镜的修正色差就会效果越好.这产业界使用越低色散的物镜越可达到APO的效果.所谓APOchromatical(超低色差)和ACHromatical(一般消色差)在色差的要求上是不一样的.ACH仅要求最外面的蓝色光和红色光大约聚在一起.但APO是要求蓝色光和黄光,红光大约在聚在比ACH更贴近的程度.这要考虑到许多问题.一个是焦距长短,一个是口径.最后是成像平坦程度.讲到平坦程度有要考虑球面像差,焦距长短要考虑到彗像差问题.口径大小也是球面曲面的劣化.所以APO不只是镜面的色散材料考量.也是要考虑低焦比时,成像上是否需要多次球面差消除的需要(如加装平坦修正透镜组.为使APO保持优异的低色差性能,也是要考虑平坦镜的低色散材料设计.所比价格高原因在此)ACH是不用想那么多.所以许多大口径(6公分以上)和短焦比的ACH在成像上其彗像和周边球面差都粉严重的原因.

再讲反射镜.反射镜因没有透过镜片,所以没有色差产生.但是球面像差就粉严重啦.这是因为球面镜的反射在中央是没有球面像差的(达到完美反射正弦理论.中央视野品质一级棒!).但是越周边就越劣化,全部的球面像差都在周边达到最严重的程度.这在焦点长的望远镜还好.但在中焦以内的望远镜就粉惨了...所以非球面的反射镜就产生了.最常见的是抛物面镜.这可以解决中焦的大部份球面差问题,但对于摄影而言,周边就粉馍糊了.尤其是短焦(F2-F6),彗像差会反严重.所以要利用双凹透镜来修正大部份的彗像差.但在短焦镜上,彗像差修正镜也不管用,所以反射镜在短焦时会有双曲面镜(F2-F4)的产生.不过双曲面镜在投影时会有球面成像分布的问题.此时利用特殊的二次镜修正,就便成改良的卡式镜(即所谓R.C镜).虽然大幅改善球面差和球面呈像分布的缺点(变成平面成像分布).但为接受大量主镜的光通量,二次镜的直径都要做粉大.这又有问题...遮敝率大造成解析能力下降(直接影响到放大倍率的对比)和重量,价格极高等问题..

牛顿镜是最简单的抛物面非球面镜主要代表.在中焦比(F6-F8)时,球面差和成像分布平坦都达到好坏之间.所以价格最低,最适合出学者购买使用.

下一次再介绍市面上的常见望远镜性能说明...