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高反射式望远镜光机系统简介及设计

班号：0936203学号：6090120331姓名：蔡海蛟

摘要：反射式望远镜所用物镜为凹面镜，有球面和非球面之分。比较常见的反射式望远镜的光学系

统有牛顿式反射望远镜与卡塞格林式反射望远镜，另外还有里奇-克莱琴式、达尔-奇克汉式望远镜，这些

系统都是沿轴的光学系统。离轴设计有几种通过消除次镜或移动任何的辅助元件避开主镜光轴，以尽量避

免阻碍入射光的设计，通常称为离轴光学系统，包括赫歇尔式，Schiefspiegler，Yolo望远镜等。

关键词：反射式望远镜;牛顿;凹面镜;光线

按照光学结构的不同天文望远镜可分为许多不同的种类，但比较常用有：折射式天文望远镜和反射式

天文望远镜以及折反式式望远镜。折射式天文望远镜用光学透镜做物镜，而反射式天文望远镜用曲面反光

镜做物镜。尽管两者可以达到一样的效果，但它们的光学结构是完全不同的。折射式天文望远镜通常采用

两片或多片镀膜透镜组合而成的消色差物镜。折射望远镜是以会聚远方物体的光而现出实象的透镜为物镜

的望远镜它会使从远方来的光折射集中在焦点,折射望远镜的好处就是使用方便,稍微忽略了保养也不会看

不清楚,因为镜筒内部由物镜和目镜封着,空气不会流动,所以比较安定,此外,由于光轴的错开所引起的像恶

化的情形也比反射望远镜好,而口径不大透镜皆为球面,所以可以机械研磨大量生产,故价格较便宜。一般来

讲，制作大口径（100mm以上）的组合透镜是非常困难的，所以常见的折射式天文望远镜的口径都不超过

100mm。反射式望远镜是使用曲面和平面的面镜组合来反射光线，并形成影像的光学望远镜，而不是使用

透镜折射或弯曲光线形成图像的屈光镜。这种望远镜通常利用一个凹的抛物面反射镜将进入镜头的光线汇

聚后反射到位于镜筒前端的一个平面镜上，然后再由这个平面镜将光线反射到镜筒外的目镜里，这样我们

便可以观测到星空的影像。

以下重点介绍反射式望远镜。

在1616年，意大利的僧侣NiccoloZucchi是第一位创造出反射镜的人，但是他未能准确的塑造出面镜

的形状和用于拦阻影像的镜子，即缺乏观看影像的方法。在1663年，詹姆斯葛利·格里出版了光学的进程

(OpticaPromota)，其中首度提出使用两个凹面镜制造反射镜的实用设计。1668年，牛顿制造出了第一架反

射式望远镜（实物图见图一（a），结构图见图一（b））。

a第一台反射式望远镜b内部结构图

图一

反射式望远镜所用物镜为凹面镜，有球面和非球面之分。比较常见的反射式望远镜的光学系统有牛顿

式反射望远镜与卡塞格林式反射望远镜，另外还有里奇-克莱琴式、达尔-奇克汉式望远镜，这些系统都是

沿轴的光学系统。离轴设计有几种通过消除次镜或移动任何的辅助元件避开主镜光轴，以尽量避免阻碍入

射光的设计，通常称为离轴光学系统，包括赫歇尔式，Schiefspiegler，Yolo望远镜等。下面详细介绍一下

沿轴的光学系统的各种望远镜，及离轴的赫歇尔式望远镜。

a)牛顿式反射望远镜

。

图二牛顿式反射望远镜原理图

1668年，牛顿经过多次磨制非球面的透镜均告失败后，决定采用球面反射镜作为主镜。他用2.5cm直

径的金属，磨制成一块凹面反射镜，并在主镜的焦点前面放置了一个与主镜成45度角的反射镜，使经主

镜反射后的会聚光经反射镜以90度角反射出镜筒后到达目镜。这种系统称为牛顿式反射望远镜（见图2）。

它的球面镜虽然会产生一定的象差，但用反射镜代替折射镜却是一个巨大的成功。牛顿式反射镜的焦比可

以达到f/4到f/8，非常适合观测那些暗弱的河外星系、星云。由于反射镜的造价要比透镜低的多，因此对

于大口径的望远镜来说，经常做成反射式的，而不是笨重的折射式。但是这种望远镜也存在许多缺陷，除

了像差较大外，开放的镜筒式的空气可以流通，这样不仅会影响到成像的稳定度，而且一些尘埃会随着流

动的空气进入镜筒并附着在物镜上，长此以往会破坏物镜表面的镀膜，使其反射力下降。

b）卡塞格林反射镜

卡塞格林反射镜(通常称为通常称为传传统的统的卡塞格林反射镜卡塞格林反射镜以抛物面镜作主镜，第二反射镜是双曲面镜，将光