折反射望遠(yuǎn)鏡構(gòu)造原理

一、折反射望遠(yuǎn)鏡與遮光系統(tǒng)。

外鏡筒可提供望遠(yuǎn)鏡組適當(dāng)?shù)恼诒?，隔絕光線直接照射主反射鏡與次反射鏡，使得雜散光的來(lái)源主要限制于來(lái)自小角度的光源直射與散射雜光，因?yàn)楣鈱W(xué)系統(tǒng)仍然存在著設(shè)計(jì)視角值之外光源直射的問(wèn)題。如前所述，這些視角外的光線并未受到主、次反射鏡之作用，便直接由主反射鏡中央缺孔穿插而過(guò)，而直接抵達(dá)焦平面。此時(shí)消除光源直射效應(yīng)最有效的方法便是增加擋光板，直接阻擋這些直射的光線，在此擋光舵板可充分發(fā)揮其抑制雜散光的功能，特別是對(duì)于光源在較大離軸角度所產(chǎn)生的散射雜光，在增加擋光舵板后可降低一到三個(gè)級(jí)數(shù)的雜散光能量。

二、特征光束之光束覓跡圖。

擋光板的尺寸與位置除了要考慮其抑制雜散光的效能外，也要考慮其系統(tǒng)成像品質(zhì)的影響，過(guò)多的遮蔽會(huì)使得系統(tǒng)入光量降低而減低成像對(duì)比度，若系統(tǒng)視角受到阻隔則會(huì)有成像平面能量分布不均勻的情況。一般而言，主反射鏡中央缺孔延伸而出的稱(chēng)之為主擋光板、環(huán)繞于次反射鏡周邊的則稱(chēng) 為次擋光板。值得注意的是設(shè)計(jì)時(shí)主擋光板不可阻擋到由主反射鏡反射至次反射鏡的光線，或者是由次反射鏡反射的成像光線;而次擋光板是不可阻擋到主反射鏡反 射至次反射鏡的光線，并且要能確定其中央遮蔽率足夠大，以避免次擋光板之邊緣在焦平面成像。

擋光板的位置、形狀尺寸、開(kāi)口大小關(guān)系到光學(xué)設(shè)計(jì)及感測(cè)器，在做法上可以先行利用軸上入射光束的初階計(jì)算出擋光板需要的預(yù)留長(zhǎng)度，并當(dāng)成初始設(shè)計(jì)值。接著再根據(jù)光學(xué)系統(tǒng)的視角與感測(cè)器規(guī)格，配合特徵光線的光束追蹤，如主反射鏡最邊緣所入射的光線與恰好通過(guò)次擋光板邊緣的入射 光線來(lái)檢視次擋光板與主擋光板的輪廓，，并估計(jì)組裝與制作公差以決定正確尺寸。

折反射望遠(yuǎn)鏡基本結(jié)構(gòu)

三、增加擋光板前后系統(tǒng) PST 的比較。

決定擋光板之后即可利用 PST (point source transmittance) 來(lái)評(píng)估擋光板的效能。PST 是一般最常被使用來(lái)評(píng)估光機(jī)系統(tǒng)雜散光特性的方法。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，是討論光源在進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)之能量以及最后落于焦平面上之能量比例，這可以將整個(gè)光機(jī)系統(tǒng)的雜散 光資訊匯整成一個(gè)單一的數(shù)據(jù)，以利系統(tǒng)間的相互比較。

藉由PST 曲線可以清楚的比較裝置擋光板前后的雜散光比例差異，與內(nèi)部擋光板阻擋直射光源的功用。紅色曲線為未增加主次擋光板時(shí)所獲得的雜散光比例，很明顯 的在原本會(huì)有光源直射現(xiàn)象的角度區(qū)間內(nèi)，雜散光的比例可獲得有效的抑制，以10度入射時(shí)的峰值為例，PST 由原先的1.8% 被抑制至5.19 × 10?3%。

因此主次擋光板可如預(yù)期的阻擋直射光源進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡組之后端組件。另外，值得注意的是在4°–5° 區(qū)間內(nèi)，PST 值卻不如預(yù)期，不降反升。清各個(gè)雜散光路徑后，發(fā)現(xiàn)此時(shí)主擋光板反而是誘發(fā)雜散光的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，這表示在制造檔光板以及結(jié)構(gòu)表面黑化處理時(shí)必須更加注重其表面之散射特性 (BSDF)，以防止光線經(jīng)由主擋光板被反射至焦平面。

外鏡筒與主次鏡擋光板是最典型的望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)遮光系統(tǒng)，提供了增加遮光系統(tǒng)前后的比較，希望能給光學(xué)或是光機(jī)設(shè)計(jì)者一個(gè)參考，以了解遮光系統(tǒng)的重要性。

折反射望遠(yuǎn)鏡最早出現(xiàn)于1814年。1931年，德國(guó)光學(xué)家施密特用一塊別具 一格的接近于平行板的非球面薄透鏡作為改正鏡，與球面反射鏡配合，制成了可以消除球差和軸外象差的施密特式折反射望遠(yuǎn)鏡，這種望遠(yuǎn)鏡光力強(qiáng)、視場(chǎng)大、象差小，適合于拍攝大面積的天區(qū)照片，尤其是對(duì)暗弱星云的拍照效果非常突出。施密特望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)成了天文觀測(cè)的重要工具。

1940年馬克蘇托夫用一個(gè)彎月形狀透鏡作為改正透鏡，制造出另一種類(lèi)型的折反射望遠(yuǎn)鏡，它的兩個(gè)表面是兩個(gè)曲率不同的球面，相差不大，但曲率和厚度都很大。它的所有表面均為球面，比施密特式望遠(yuǎn)鏡的改正板容易磨制，鏡筒也比較短，但視場(chǎng)比施密特式望遠(yuǎn)鏡小，對(duì)玻璃的要求也高一些。

這種望遠(yuǎn)鏡的特點(diǎn)是:光力強(qiáng)和可見(jiàn)天空區(qū)域大。因而可以看到很暗的天體，特別適合于對(duì)流星，彗星，星云的觀測(cè)和大范圍的巡天照相。經(jīng)常使用的折反射望遠(yuǎn)鏡有:施密特望遠(yuǎn)鏡，馬克蘇托夫望遠(yuǎn)鏡。

由于折反射望遠(yuǎn)鏡能兼顧折射和反射兩種望遠(yuǎn)鏡的優(yōu)點(diǎn)，非常適合業(yè)余的天文觀測(cè)和天文攝影，并且得到了廣大天文愛(ài)好者的喜愛(ài)。

一、必須能排除光源直射效應(yīng)，防止望遠(yuǎn)鏡組中的主反射鏡、次反射鏡與后端的修 正鏡組受到視角外光源，如日光的直接照射。

二、阻隔視角外或是未遵循設(shè)計(jì)光路徑，直接由主反射鏡中央缺孔穿插而過(guò)的光線。

三、減少系統(tǒng)內(nèi)的散射雜光 (scatter stray light)，或是主反射鏡與次反射鏡之間的二次反射 (double pass) 光線焦平面成像。

四、規(guī)范望遠(yuǎn)鏡組的可視范圍。依據(jù)上述條件，遮光系統(tǒng)可分類(lèi)為外鏡筒 (sun-shield)、位于主反射鏡中央缺孔的主擋光板 (primary baffle)、環(huán)繞于次反射鏡周邊的次擋光板 (secondary baffle)，另有位于各遮光元件與機(jī)構(gòu)上防止結(jié)構(gòu)表面散射雜光的次結(jié)構(gòu)，稱(chēng)之為擋光舵板。

1、可以用簡(jiǎn)短的鏡筒獲得長(zhǎng)焦距，因而容易配合一般焦段的目鏡獲得高的系統(tǒng)倍率;

2、相對(duì)于折射望遠(yuǎn)鏡，相同成本獲得較大的口徑;相對(duì)于反射望遠(yuǎn)鏡，相同的口徑和外形尺寸可以獲得更長(zhǎng)焦距;

3、鏡筒密封，減少了空氣對(duì)反射鍍層的腐蝕，因而延長(zhǎng)了系統(tǒng)服役壽命;

4、體積小，易于攜帶，比較容易實(shí)現(xiàn)野外觀測(cè);

5、維護(hù)簡(jiǎn)單，幾乎不需要維護(hù);

6、與同等口徑的折射望遠(yuǎn)鏡相比，價(jià)格更低。

1、與同等口徑的反射望遠(yuǎn)鏡相比，價(jià)格高一些。

2、因?yàn)槭褂玫诙K鏡片來(lái)反射光線，所以會(huì)損失一部分光線。

3、外形看起來(lái)或許和你想象中的望遠(yuǎn)鏡不一樣。

大口徑反射望遠(yuǎn)鏡在觀測(cè)天空時(shí)，總免不了出現(xiàn)較大像差，只有中心很小的部分能取得較好的觀測(cè)效果。也就是所觀測(cè)到高清晰度的天區(qū)范圍變小了。為解決這個(gè)缺陷，德籍俄國(guó)光學(xué)家施密特(1879-1935年)發(fā)明了新型望遠(yuǎn)鏡以克服這個(gè)缺點(diǎn)。人們稱(chēng)之為施密特望遠(yuǎn)鏡。

施密特早年為做實(shí)驗(yàn)，曾將火藥塞在一根鋼管里點(diǎn)燃，不小心炸掉了他的右手和前臂。所以，他在磨制鏡面時(shí)只能用一只胳膊頑強(qiáng)地工作。1930年他制作了一臺(tái)折反射望遠(yuǎn)鏡，這種望遠(yuǎn)鏡的制作是介乎反射望遠(yuǎn)鏡和折射望遠(yuǎn)鏡兩者之間的折衷方案，取二者之長(zhǎng)，克服二者之短。施密特選用凹球面作主鏡，為克服主鏡成像時(shí)產(chǎn)生的球差，它加了一塊"改正透鏡"，外形奇特，中間厚兩邊薄。改正透鏡的作用是當(dāng)光線透過(guò)后，光線折射恰好能補(bǔ)償射鏡產(chǎn)生的各種像差，使望遠(yuǎn)鏡獲得更大、更清晰的視場(chǎng)。用這種望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行天體攝影，可獲得大面積天區(qū)照片，被人們譽(yù)為"巡天警察"。目前，世界上最大的施密特望遠(yuǎn)鏡，是安放在德國(guó)圖林根陶登堡史瓦西天文臺(tái)內(nèi)，它的主鏡為200厘米，改正鏡口徑為134厘米，視場(chǎng)3.4°×3.4°。

由于施密特望遠(yuǎn)鏡中改正鏡形狀奇特，磨制過(guò)程非常困難。為了簡(jiǎn)化改正鏡形狀，1940年初，前蘇聯(lián)光學(xué)家馬克蘇托夫發(fā)明了一種新型折反射望遠(yuǎn)鏡，被稱(chēng)為馬克蘇托夫望遠(yuǎn)鏡。這種望遠(yuǎn)鏡與施密特望遠(yuǎn)鏡原理一樣，只是副鏡是由一個(gè)特殊的月牙狀透鏡代替，又稱(chēng)彎月形改正透鏡。改正鏡是磨制球面的，只要適當(dāng)?shù)剡x擇透鏡兩面的曲率和厚度，可以使彎月鏡產(chǎn)生足以補(bǔ)償凹面鏡的像差。目前，世界上最大的馬克蘇托夫望遠(yuǎn)鏡，安裝在俄羅斯阿巴斯圖曼尼天文臺(tái)，它的主鏡口徑為98厘米，焦距210厘米，改正鏡口經(jīng)為70厘米。

望遠(yuǎn)鏡口徑越磨制越大，但是隨著口徑的增大，制作起來(lái)也越來(lái)越困難，近年來(lái)隨著計(jì)算機(jī)在望遠(yuǎn)鏡上的應(yīng)用，1979年人們又產(chǎn)生了多面鏡組合成反射望遠(yuǎn)鏡的新思路。目前，第一架組合式望遠(yuǎn)鏡，它是由6臺(tái)口徑為1.8米卡塞格林式望遠(yuǎn)鏡組合成的，它們由計(jì)算機(jī)控制鏡面姿態(tài)，組合成光力相當(dāng)于單面主鏡口徑為4.5米的反射望遠(yuǎn)鏡。這架新一代望遠(yuǎn)鏡安裝在美國(guó)麻省威廉斯敦麥迪遜霍普金斯天文臺(tái)。 歐洲南方天文臺(tái)的科學(xué)家們最近在智利安第斯山脈中的錫拉天文臺(tái)成功地安裝了一臺(tái)新一代望遠(yuǎn)鏡--新技術(shù)天文望遠(yuǎn)鏡 (簡(jiǎn)稱(chēng)NIT)，因?yàn)樗哂泻?jiǎn)易、輕便、造價(jià)低及高效等優(yōu)點(diǎn)，所以受到人們的青睞。 NTT成功的關(guān)鍵是應(yīng)用了主動(dòng)光學(xué)部件，在觀測(cè)中，由敏感元件和計(jì)算機(jī)控制馬達(dá)組成的系統(tǒng)能自動(dòng)分析、調(diào)節(jié)主鏡形狀以及副鏡位置。它還能連續(xù)地自我監(jiān)測(cè)，以便將整個(gè)鏡面放在最佳狀態(tài)。NIT還采用了一種新系統(tǒng)，該系統(tǒng)可把望遠(yuǎn)鏡像差在來(lái)自參考源點(diǎn)的像中譯成可測(cè)位移，這樣，計(jì)算機(jī)圖像分析器就可跟蹤錯(cuò)誤光路，再返回主鏡，計(jì)算出需要的改正量，并將其加到正確的光路上。

NIT使用了焦比為f/2.2的R-C主鏡。投在主鏡上的光先被反射到一個(gè)88厘米的R-C副鏡上，再反射到可動(dòng)的45°平面反射鏡上，此平面鏡將光偏轉(zhuǎn)到位于赤緯軸兩端的兩個(gè)第二卡焦之一上。與其他同類(lèi)大小的望遠(yuǎn)鏡不同，NIT沒(méi)有卡塞格林焦點(diǎn)，其主鏡為3.56米，可以將恒星百分之八十的星光會(huì)聚到大小僅 0.096弧秒的點(diǎn)內(nèi)。NIT的120噸地平裝置和250噸建筑一起繞一個(gè)直徑7米的轉(zhuǎn)子軸承轉(zhuǎn)動(dòng)。為確保望遠(yuǎn)鏡及其外殼產(chǎn)生的熱不降低視寧度，觀測(cè)室是被冷卻的，空調(diào)機(jī)也在不斷將望遠(yuǎn)鏡及觀測(cè)室調(diào)至觀測(cè)夜的環(huán)境溫度。

為方便觀測(cè)，歐洲南方天文臺(tái)還于1987年在錫拉與總部慕尼黑附近的加琛之間設(shè)置了一條衛(wèi)星通信線路，以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離遙控觀測(cè)。只要30秒就可傳輸一個(gè)未處理的電視圖像，以便天文學(xué)家們能迅速?gòu)氖路治鲅芯?。NIT自1997試用以來(lái)，打破了所有天文觀測(cè)記錄，已獲得了幾百個(gè)圖像，分辨率達(dá)0.7弧秒到0.3弧秒。可以想象其發(fā)展前途將是可觀的。

折反射鏡分為(1)純施密特(2)施密特·蓋賽林式(3)馬克斯托夫式三種:

1.純施密特鏡--天文攝影專(zhuān)用

2.施密特·蓋賽林式

3.馬克斯托夫式都具備反射鏡的特長(zhǎng)，而且將像差的毛病減少了。

因此對(duì)行星，月面觀察有興趣的朋友，請(qǐng)選擇折射鏡與折反射鏡，對(duì)星云、星團(tuán)有興趣的朋友，請(qǐng)選擇反射鏡。如果您的經(jīng)濟(jì)能力許可，請(qǐng)盡可能地購(gòu)買(mǎi)大口徑的望遠(yuǎn)鏡，因望遠(yuǎn)鏡口徑愈大，集光力也就愈強(qiáng)。不過(guò)也要注意品牌，因?yàn)槠放婆c光學(xué)品質(zhì)常成正比。如Nikon、ZEISS、高橋VIXEN(折射鏡)。

"梅奧爾反射望遠(yuǎn)鏡"是天文學(xué)專(zhuān)有名詞。來(lái)自中國(guó)天文學(xué)名詞審定委員會(huì)審定發(fā)布的天文學(xué)專(zhuān)有名詞中文譯名，詞條譯名和中英文解釋數(shù)據(jù)版權(quán)由天文學(xué)名詞委所有。

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如果你放置一杯水的一支鉛筆，頂端將會(huì)顯得彎曲的。然后如果你在一個(gè)杯子中放置糖水并且試相同的實(shí)驗(yàn)，鉛筆的頂端應(yīng)該顯得甚至更彎曲的。這折光率現(xiàn)象的一個(gè)例子。

折射計(jì)由于采用新型的光學(xué)系統(tǒng)放到一種實(shí)際的使用。通過(guò)溶液的折射率與其溶度的對(duì)應(yīng)關(guān)系的換算來(lái)測(cè)量試液的溶度。當(dāng)物質(zhì)的密度增加，它的折射率引相稱(chēng)地升高。

1.折射計(jì)利用棱鏡持有比試液較高的折射率的折射率理論;通過(guò)換算來(lái)測(cè)量試液的溶度或折射率。

2.在試液比較稀的情況是，試液的折射率比棱鏡的高，因此折射的角度是比較大的。

3.在試液比較稠的情況是，試液的折射率比棱鏡的低，因此折射的角度是比較小的。