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望遠鏡的光學原理

來源: 時間:2018-09-04 08:42:15 瀏覽次數:

成像原理簡介 廣義上的望遠鏡不僅僅包括工作在可見光波段的光學望遠鏡,還包括射電,紅外,紫外,X射線,甚至γ射線望遠鏡。我們探討的只限于光學望遠鏡。 1609年,伽利略制造出第1架望遠鏡,至今已有近四百年的歷史,其間經歷了重大的飛躍,根據物鏡的種類可以分為三種:

成像原理簡介

廣義上的望遠鏡不僅僅包括工作在可見光波段的光學望遠鏡,還包括射電,紅外,紫外,X射線,甚至γ射線望遠鏡。我們探討的只限于光學望遠鏡。

1609年,伽利略制造出第1架望遠鏡,至今已有近四百年的歷史,其間經歷了重大的飛躍,根據物鏡的種類可以分為三種:

軍用望遠鏡

1,折射望遠鏡

折射望遠鏡的物鏡由透鏡或透鏡組組成。早期物鏡為單片結構,色差和球差嚴重,使得觀看到的天體帶有彩色的光斑。為了減少色差,人們拼命增大物鏡的焦距,1673年,J.Hevelius制造了一架長達46米的望遠鏡,整個鏡筒被吊裝在一根30米高的桅桿上,需要多人用繩子拉著轉動升降?;莞垢纱鄬⑽镧R和目鏡分開,將物鏡吊在百尺高桿上。直到19世紀末,人們發明了由兩塊折射率不同的玻璃分別制成凸透鏡和凹透鏡,再組合起來的復合消色差物鏡,才使得這場長度競賽得到終止。

折射望遠鏡分為伽利略結構和開普勒結構兩類。其中,伽利略結構歷史悠久,其目鏡為凹透鏡,能直接成正立的像,但是視場小,一般為民用的2——4倍的兒童玩具采用。而絕大多數常見的望遠鏡都是開普勒結構,其目鏡一般是凸透鏡或透鏡組,由于其光路中有實象,可以安裝測距或瞄準分劃板用來測量距離。但是簡單的開普勒結構所成的像是倒立的,需要在光路內加上正像系統使其正過來,常見的正像系統為普羅棱鏡或屋脊棱鏡,既起到正像的作用,又使光路折回,縮短整機長度。(見圖)

 



2 ,反射望遠鏡

該類鏡早由牛頓發明(見插圖),其物鏡是凹面反射鏡,沒有色差,而且將凹面制成旋轉拋物面即可消除球差。凹面上鍍有反光膜,通常是鋁。反射望遠鏡鏡筒較短,而且易于制造更大的口徑,所以現代大型天文望遠鏡幾乎無一例外都是反射結構。


反射結構


反射望遠鏡的結構里,除了主物鏡外,還裝有一或幾個小的反射鏡,用來改變光線方向便于安裝目鏡。由于反射式望遠鏡的入射光線僅在物鏡表面反射,所以對光學玻璃的內部品質比折射鏡要求低。1990年,美國在夏威夷建成當時口徑大的凱克望遠鏡,該鏡采用了一些從未見過的新技術:

(1)主物鏡由36面六邊形薄鏡片拼和而成,厚度僅為10厘米。

(2)有計算機控制背面直撐點,補償重力引起的形變。

(3)能通過改變鏡面曲率補償大氣擾動。這些新技術的采用使得人類發射太空望遠鏡的要求不再迫切。 

 

3,折反射望遠鏡

折反射望遠鏡的物鏡是由折射鏡和反射鏡組合而成。主鏡是球面反射鏡,副鏡是一個透鏡,用來矯正主鏡的像差。此類望遠鏡視場大,光力強,適合觀測流星,彗星,以及巡天尋找新天體。根據副鏡的形狀,折反射鏡又可以分為施密特結構和馬克蘇托夫結構,前者視場大,像差??;后者易于制造。

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