天文望远镜光学形式与优缺点简介

望远镜的光学形式与优缺点简介

望远镜的光学形式分为折射式、反射式、折反射式等三种。

折射望远镜

折射镜的镜片结构是由二片到三片所组合的消色差设计。

优点：焦距长、视野较大、解读力强、拍摄出的星点锐利，星像明亮，最适合于做天体测量方面的工作、观测月球、行星、双星表现出色，较大口径的产品易于地面观景、

非常适合做月面及行星的扩大摄影。影像清晰锐利，高对比度、较好的消色差设计、极好的APO高消色差、好的镜片几乎无色差、使用寿命很长，但须注意不要让镜片发霉、易于设置和使用、

保养容易，很少或不需要维护、底片比例尺大、对镜筒弯曲不敏感、简单和可靠的设计、密封的镜筒避免了空气扰动图像并保护光学镜片、物镜永久固定式安装，无需校正。

缺点：价格高昂。大口径规格比较昂贵、较重、长度和体积比同等口径和焦距的牛顿反射或折反望远镜更大、存在一些色彩畸变(消色差双胶合透镜>、有残余的色差，从而降低了分辨率、优质折射镜的物镜是2片双分离消色差物镜或3片复消色差物镜。不过，消色差或复消色差并不能完全消除色差，所谓消色差物镜只是对白光中7

种色光的2种色光<红和兰光）消除色差，而复消色差物镜除了对2种色光消色差之外，还对第3种色光<黄光）消除了剩余色差。短焦的折射镜有周边像差的现象，但这些缺点现已可解决。口径无法做太大，增大口径的成本因素限制了商业产品的最大尺寸，经济的设计大多为中小口径产品、巨大的光学玻璃浇制也十分困难，对紫外、红外波段的辐射吸收很厉害、到1897年叶凯士望远镜建成，折射望远镜的发展达到了顶点，此后的这一百年中再也没有更大的折射望远镜出现。这主要是因为从技术上无法铸造出大块完美无缺的玻璃做透镜，并且，因为重力使大尺寸透镜的变形会非常明显，因而丧失明锐的焦点。

反射式望远镜：

优点：口径较大，影像明亮。成本低，没有色差，

可做较大的口径，适合做星云、星团的摄影。没有色差，能在广泛的可见光范围内记录天体发出的信息，且相对于折射望远镜比较容易制作。

缺点：口径越大，视场越小，

光轴需常调整，反射镜面镀膜易氧化，物镜需要定期镀膜

<三至五年），否则星星愈看愈暗，保养较为繁复。反射镜的慧差和像散较大，使得视野边缘像质变差，

周边像差使星象肥大。彗形像差，这已被克服。

常用的反射镜有牛顿式和卡塞格林式2种。

牛顿反射望远镜

光学系统简单、价格便宜，球面反射镜在后端，目镜在前端侧面；

牛顿反射望远镜采用一面凹面镜作为主要物镜，光进入镜筒的底端，然后折回开口处的第二反射镜，再次改变方向进入目镜焦平面。目镜为便于观察，被安置靠近望远镜镜筒顶部的侧方。牛顿反射望远镜用镜子替换昂贵笨重的透镜收集和聚焦光线，从而提供更加多的光线会集的力量。牛顿反射望远镜系统使能拥有焦距长达1000mm而仍然相对地紧凑和便携的望远镜。因为主镜被暴露在空气和尘土中，牛顿反射器望远镜要求更多维护与保养。然而，这个小缺点不阻碍这个类型望远镜的大众化，对于那些想要一台价格经济，但仍然可以解决观测微弱，遥远的目标的用户来说，牛顿反射望远镜是一个理想的选择。因为光学系统的原理，牛顿望远镜的成像是一个倒像，倒像并不影响天文观测，因此牛顿反射望远镜是天文学使用的最佳选择。通过正像镜等附加镜头，可以将图像校正过来，但会降低成像质量。

优势：和折射和折反望远镜，同样口径成本最低，因为大口径的反射镜比透镜的生产成本

低很多。紧凑合理，便携性好，焦距可达1000mm以上。因为焦比普遍较短(f/4到f/8>，具有卓越的微弱深空天体观测性能，例如遥远的星系、星云和星团，较好的月球和行星的观测性能。较好的深空天体摄影性能(但不是很方便，难度大于折反望远镜>。因为采用反射镜作为主镜，无色差。

缺点：一般不适合地面应用、因为第二反射镜的遮挡，相对折射望远镜略有光线损失。

卡塞格林反射望远镜

光学系统的主、副镜为非球面，主镜，为凹面镜，副镜为凸面镜，主镜和目镜都在后面，副镜置于主镜的焦点之前，并在主镜的中央留有小孔，使光线经主镜和副镜两次反射后从小孔中射出，到达目镜。这种设计的目的是要同时消除球差和色差，这就需要一个抛物面的主镜和一个椭球面的副镜。

优点：焦距长、镜身短、成像质量较好、放大倍率也大，所得图象清晰；既有卡塞格林焦点，可用来研究小视场内的天体，又可配置牛顿焦点，用以拍摄大面积的天体。

缺点：价格也较贵。

折反射式望远镜

因为折反射式望远镜能兼顾折射和反射两种望远镜的优点，适合业余的天文观测和天文摄影，并且得到了广大天文爱好者的喜爱。在世界各地被销售在3。5”以上的口径的望远镜，折反望远镜是现代应用最普遍和最多的光学设计。

折反射镜系统图

优点：提供折射型望远镜的高清晰和对比以及反射型望远镜的低色差。视野大、像质好、镜筒短、聚光力强、焦距长、口径也大、容易维护、携带方便。平均焦比f/10，因此大多类型足够满足摄影需要。适合用于观测，或是接上CCD做系外银河及行星观测。与同等焦距和同等口径的折射望远镜相比，价格还不及三分之一。

折反射镜分为三种：

纯施密特式

德国光学家施密特用一块别具一格的接近于平行板的非球面薄透镜作为改正镜，与球面反射镜配合，制成了可以消除球差和轴外象差的施密特式折反射望远镜，这种望远镜光力强、视场大、象差小，适合于拍摄大面积的天区照片，尤其是对暗弱星云的拍照效果非常突出。施密特望远镜已经成了天文观测的重要工具。

施密特镜前方透镜是特殊的波浪状，这种望远镜只能拿来拍照摄

影，天文摄影专用。施密特-卡塞格伦

光通过薄的非球面校正透镜进入镜筒，然后接触球面主镜。被球面主镜反射的光线折回镜筒开口中部的第二反射镜，然后再次被第二反射镜反射，光线通过镜筒内部中间的管子聚集在目镜形成图象。优点：最佳全能望远镜设计，结合反射镜和光学透镜双方优势并同时消除其弊端，优良光学影像，高锐度和较开阔的视场，优秀的深空天文观测性能，很好的月球、行星和双星观测性能，地面观景性能，焦比一般约为f/10，封闭设计降低空气气流对图像的扰动，非常紧凑和便携，使用方便，耐用和几乎无需维修，相对同等口径折射望远镜，大口径时具有更合理成本，最多才多艺型望远镜，比其他类型的望远镜有更多配件，在所有望远镜类型中近焦能力最好缺点：比同等口径的牛顿反射镜更昂贵、因为第二反射镜的遮挡，相对折射望远镜略有光线损失。马卡苏托夫-卡塞格林望远镜又

称马-卡镜有2片和3片式2种。

1940年马克苏托夫使用一个厚实的有很大曲率的半月型改正透镜和一个第二反射镜<第二反射镜者通常是改正透镜上的一个镀铝的圆点），制造出另一种类型的折反射望远镜。它的两个表面是两个曲率不同的球面，相差不大，但曲率和

厚度都很大。它的所有表面均为球面，比施密特式望远镜的改正板容易磨制，但视场比施密特式望远镜小，对玻璃的要求也高一些。优点(与施卡比较>：第二反射镜非常小，遮挡较小，因此相对施密特望远镜而言，马卡镜行星观测的性能更好。因此观测行星对比度和细节略有增加，制造更便宜，焦距长，可以获得较高的放大倍率用于观测行星，镜筒很短<意谓重量轻）却仍保持鲜锐的星象。

缺点(与施卡比较> ：使用了厚重的半月校正透镜，重量略重，超过90mm口径，达到热稳定的时间将增加，焦距长度较长导致较小视场。此二种不适用于摄影。像美俄两国的侦察卫星上的定照摄影镜头，就是使用这种望远镜。马卡和施卡不同的地方在于望远镜不同的地方在于望远镜前方的修正玻璃造型不同，请参阅附图。

施密特-卡塞格伦光路和形成图象马克斯托夫望远镜光路和形成图象

施密特-盖赛林式镜正面图马克斯托夫望远镜正面图

施密特望远镜的外观马克斯托夫望远镜的外观

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