天文望遠(yuǎn)鏡像差的種類-光學(xué)設(shè)計(jì)必讀

1、為了方便說(shuō)明像差的成因，我們僅以平行的入射光來(lái)探討他們?cè)趲缀喂鈱W(xué)上的差異。其實(shí)天文觀測(cè)的目標(biāo)都是遙遠(yuǎn)的星體，基本上也符合平行光的假設(shè)。球面像差（對(duì)稱的像差）：當(dāng)沿著光軸的平行入射光不能完全聚焦時(shí)，我們稱為球面像差。透鏡的球面像差反射鏡的球面像差彗形像差（不對(duì)稱的像差）：傾斜于光軸的平行入射光無(wú)法完全聚焦的情況，我們稱為彗形像差。色像差：若是不同的顏色光線有不同的聚焦點(diǎn)，我們稱為色像差。通常紅色光的焦距比藍(lán)光大一些。彎曲的像場(chǎng)：即使光學(xué)系統(tǒng)能完美地聚焦，但是卻常發(fā)生它們的聚焦平面與我們希望的成像平面不一致。因此透鏡會(huì)有bending的設(shè)計(jì)。 Astigmatism：因?yàn)槲矬w經(jīng)由透鏡成像時(shí)，常會(huì)發(fā)

2、生X軸與Y軸的聚焦點(diǎn)不一致。變形：基本上變形的發(fā)生不能看似完全的像差。它并不是因?yàn)橛跋竦木劢共涣妓?，相反的它是清晰的成像，但是卻發(fā)生與原來(lái)的物體的外型不一致。最完美的成像：拋物面鏡數(shù)學(xué)上的定義： y2 4 Fx F：鏡面焦距長(zhǎng)度鏡面特色：平行光軸的入射光線可以完美聚焦于焦點(diǎn)。同時(shí)因?yàn)槭欠瓷涿娉上瘢詻](méi)有任何色像差。若是采用拋物面來(lái)作為天文望遠(yuǎn)鏡的主鏡是一個(gè)非常好的選擇。不但能兼顧光學(xué)系統(tǒng)的重量與成像品質(zhì)。很可惜的，若是非平行的入射光沿著主軸進(jìn)來(lái)，會(huì)有對(duì)稱的球面像差。若是平行入射光傾斜于主軸，會(huì)有不對(duì)稱的彗形像差產(chǎn)生。因此拋物面鏡最適合于長(zhǎng)焦距的天文望遠(yuǎn)鏡，而不適合于地面景物的觀測(cè)。不過(guò)拋物

3、面的鏡面不易制造，必須藉由許多球面鏡的研磨方式逐漸逼近拋物面的曲度，因此價(jià)格自然也較為高昂。以一個(gè)口徑8吋、 F/4鏡面而言，中間的鏡面與球面鏡差距其實(shí)是非常微小的，只有數(shù)個(gè)波長(zhǎng)之差。雖然這只是微小的差別，卻可以改善影像的品質(zhì)甚多。為了獲得高精度的拋物面，必須透過(guò)多次球面研磨。 由于拋物面鏡是經(jīng)過(guò)多次球面鏡的研磨而成，因此拋物面鏡可以看成是多個(gè)球面鏡所構(gòu)成。利用這個(gè)光學(xué)特性，可以成為檢測(cè)拋物面鏡的一個(gè)簡(jiǎn)易的方法，我們稱為刀口測(cè)試。結(jié)語(yǔ)：反射鏡的制作成本比折射鏡低廉非常多，因此大口鏡的望遠(yuǎn)鏡幾乎都采用拋物面鏡。若是用途僅止于天文攝影，采購(gòu)該型望遠(yuǎn)鏡算是不錯(cuò)的選擇。尤其在星團(tuán)與星云的拍攝，超大口徑

4、的拋物面鏡幾乎是唯一的選擇。沒(méi)有彗形像差：球面鏡數(shù)學(xué)上的定義： y2 4 F2 x2 F：鏡面焦距長(zhǎng)度（R2F）球面鏡特色：球面鏡的幾何對(duì)稱，因此沿著光軸或傾斜光軸的平行入射光都具有相同的球面像差。不過(guò)沒(méi)有彗形像差則是它的優(yōu)點(diǎn)。由于球面鏡的制作成本低廉，因此大都制造成極大的口徑來(lái)獲得它的優(yōu)勢(shì)。不過(guò)同樣屬于反射鏡的拋物面鏡，因?yàn)殓R面中間的完美成像品質(zhì)，已經(jīng)逐漸取代球面鏡。具有彈性的呈像矯正：折射鏡因?yàn)檎凵溏R是由多個(gè)透鏡組成，透鏡的每一面都是球面鏡。目前因?yàn)殓R片的研磨技術(shù)進(jìn)步，少數(shù)的鏡片也能制造成非球面鏡。為了能夠消除像差與色像差，因此鏡片的材質(zhì)非常重要。一般由兩片鏡片構(gòu)成的鏡片組，我們稱為Ach

5、romatic。透鏡的研磨成本高昂，加上鏡片組的重量，因此非常不適合用于大口徑的天文望遠(yuǎn)鏡。不過(guò)由于折射鏡可以透過(guò)不同材質(zhì)與曲度的鏡片搭配來(lái)消除色、像差，所以可以同時(shí)用于天文觀測(cè)與地面景物觀看等用途，算是一個(gè)全方位的望遠(yuǎn)鏡。坊間許多稱為螢石鏡或是ED鏡，是因?yàn)殓R片組的第一片鏡片采用高折射率、低色散的鏡片制造，而第二片仍須使用高色散的鏡片。一般的光學(xué)玻璃都是高折射率，同時(shí)也具有高色散的情形，所以螢石鏡或是ED鏡就顯得珍貴了。由于天文望遠(yuǎn)鏡的入射光幾乎都是平行光（遙遠(yuǎn)的恒星），同時(shí)視野狹窄（高倍率），因此只要三片式透鏡的主鏡就已經(jīng)十分足夠了。當(dāng)然若想用于地面觀看，效果必須打一點(diǎn)折扣！結(jié)語(yǔ)：若是你想添購(gòu)一只可以用于地面景物觀看，同時(shí)又想進(jìn)行天文觀測(cè)。那折射式望遠(yuǎn)鏡是你的首選。光學(xué)系統(tǒng)在簡(jiǎn)易的反射式天文望遠(yuǎn)鏡（牛頓式望遠(yuǎn)鏡），由于安置斜鏡之故，常會(huì)造成星光成 字形。彗形像差會(huì)發(fā)生在影像的邊緣，它的形狀會(huì)呈現(xiàn)橢圓形。若是所有星點(diǎn)都呈現(xiàn)橢圓形，那表示望遠(yuǎn)鏡追蹤攝影的誤差，而非像差。 反射式望遠(yuǎn)鏡的大口徑優(yōu)勢(shì)，可以讓暗星體完全呈現(xiàn)。這絕非一般的折射式望遠(yuǎn)鏡所能達(dá)到。因此反射鏡是星云攝影的必須工具。目前幾乎所有的大型天文臺(tái)都使用反射