天文望远镜像差的种类光学设计必读.docx

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1、为了方便说明像差的成因，我们仅以平行的入射光来探讨他们在几何光学上的差异。其实天文观测的目标都是遥远的星体，基本上也符合平行光的假设。球面像差（对称的像差）：当沿着光轴的平行入射光不能完全聚焦时，我们称为球面像差。透镜的球面像差反射镜的球面像差彗形像差（不对称的像差）：倾斜于光轴的平行入射光无法完全聚焦的情况，我们称为彗形像差。色像差：若是不同的颜色光线有不同的聚焦点，我们称为色像差。通常红色光的焦距比蓝光大一些。弯曲的像场：即使光学系统能完美地聚焦，但是却常发生它们的聚焦平面与我们希望的成像平面不一致。因此透镜会有bending的设计。 Astigmatism：因为物体经由透镜成像时，常会发

2、生X轴与Y轴的聚焦点不一致。变形：基本上变形的发生不能看似完全的像差。它并不是因为影像的聚焦不良所致，相反的它是清晰的成像，但是却发生与原来的物体的外型不一致。最完美的成像：抛物面镜数学上的定义： y2 4 Fx F：镜面焦距长度镜面特色：平行光轴的入射光线可以完美聚焦于焦点。同时因为是反射面成像，所以没有任何色像差。若是采用抛物面来作为天文望远镜的主镜是一个非常好的选择。不但能兼顾光学系统的重量与成像品质。很可惜的，若是非平行的入射光沿着主轴进来，会有对称的球面像差。若是平行入射光倾斜于主轴，会有不对称的彗形像差产生。因此抛物面镜最适合于长焦距的天文望远镜，而不适合于地面景物的观测。不过抛物

3、面的镜面不易制造，必须藉由许多球面镜的研磨方式逐渐逼近抛物面的曲度，因此价格自然也较为高昂。以一个口径8吋、 F/4镜面而言，中间的镜面与球面镜差距其实是非常微小的，只有数个波长之差。虽然这只是微小的差别，却可以改善影像的品质甚多。为了获得高精度的抛物面，必须透过多次球面研磨。 由于抛物面镜是经过多次球面镜的研磨而成，因此抛物面镜可以看成是多个球面镜所构成。利用这个光学特性，可以成为检测抛物面镜的一个简易的方法，我们称为刀口测试。结语：反射镜的制作成本比折射镜低廉非常多，因此大口镜的望远镜几乎都采用抛物面镜。若是用途仅止于天文摄影，采购该型望远镜算是不错的选择。尤其在星团与星云的拍摄，超大口径

4、的抛物面镜几乎是唯一的选择。没有彗形像差：球面镜数学上的定义： y2 4 F2 x2 F：镜面焦距长度（R2F）球面镜特色：球面镜的几何对称，因此沿着光轴或倾斜光轴的平行入射光都具有相同的球面像差。不过没有彗形像差则是它的优点。由于球面镜的制作成本低廉，因此大都制造成极大的口径来获得它的优势。不过同样属于反射镜的抛物面镜，因为镜面中间的完美成像品质，已经逐渐取代球面镜。具有弹性的呈像矫正：折射镜因为折射镜是由多个透镜组成，透镜的每一面都是球面镜。目前因为镜片的研磨技术进步，少数的镜片也能制造成非球面镜。为了能够消除像差与色像差，因此镜片的材质非常重要。一般由两片镜片构成的镜片组，我们称为Ach

5、romatic。透镜的研磨成本高昂，加上镜片组的重量，因此非常不适合用于大口径的天文望远镜。不过由于折射镜可以透过不同材质与曲度的镜片搭配来消除色、像差，所以可以同时用于天文观测与地面景物观看等用途，算是一个全方位的望远镜。坊间许多称为萤石镜或是ED镜，是因为镜片组的第一片镜片采用高折射率、低色散的镜片制造，而第二片仍须使用高色散的镜片。一般的光学玻璃都是高折射率，同时也具有高色散的情形，所以萤石镜或是ED镜就显得珍贵了。由于天文望远镜的入射光几乎都是平行光（遥远的恒星），同时视野狭窄（高倍率），因此只要三片式透镜的主镜就已经十分足够了。当然若想用于地面观看，效果必须打一点折扣！结语：若是你想

6、添购一只可以用于地面景物观看，同时又想进行天文观测。那折射式望远镜是你的首选。光学系统在简易的反射式天文望远镜（牛顿式望远镜），由于安置斜镜之故，常会造成星光成 字形。彗形像差会发生在影像的边缘，它的形状会呈现椭圆形。若是所有星点都呈现椭圆形，那表示望远镜追踪摄影的误差，而非像差。 反射式望远镜的大口径优势，可以让暗星体完全呈现。这绝非一般的折射式望远镜所能达到。因此反射镜是星云摄影的必须工具。目前几乎所有的大型天文台都使用反射式望远镜来掠取最暗的星体，作为研究之用。折射式望远镜会有明显的色差发生。为了避免小小的色差，往往必须付出高额的代价。高价格且成像良好的折射式天文望远镜非常适合拍摄高倍率的星野摄影。