望远镜的性能简介

%%图片、公式不显示，很抱歉呀。

望远镜一般由物镜、目镜和棱镜（或透镜）转向系统构成。

望远光学系统所成的像对眼睛的张角大于物体本身对眼睛的直观张角，因此给人一种“物体被拉近了”的感觉。

作用一：放大远处物体的张角，使人眼能看清角距更小的细节。

作用二：把物镜收集到的比瞳孔直径粗得多的光束，送入人眼，使观测者能看到原来看不到的暗弱物体。

5.1 物镜的光学特性：

物镜最重要的三个光学特性分别是相对孔径、焦距和视场。

1.   入瞳直径（或物镜孔径）D决定物镜的分辨本领。

2.   物镜成像大小正比于物镜的焦距。

3.   D和决定系统的外形尺寸，（相对孔径）决定物镜的复杂程度和像面照度。

4.   视场决定了观察范围。

具体如下：

A.     相对孔径不大

望远镜是无焦系统，物镜的等于目镜的。

目镜的相对孔径主要由出瞳直径和出瞳距决定。目前，望远镜的出瞳直径一般为4 mm，出瞳距要求为20 mm。为保证出瞳距，目镜的焦距一般不能小于25 mm。则：

故：相对孔径一般小于。

B.      视场较小

物镜视场角，目镜视场角与系统的视觉放大率有关系，下：

目前，目镜视场2大多在70°下，这就限制了物镜的视场，通常物镜视场在10°以下。

望远物镜一般主要校正轴向边缘球差、轴向色差和边缘孔径的正弦差。

设计物镜时，需考虑与目镜、棱镜的组合：

1.       棱镜的像差由物镜来补偿。

2.       目镜中少量球差和轴向色差也由物镜来补偿。

故：物镜的轴向边缘球差，边缘孔径的正弦差，通常不是校正到0，而是指定数值。

5.2 物镜的结构样式：

望远镜分折射式、反射式和折反射式三类。

A.     反射式和折反射式：

（1）反射：用凹面反射镜作物镜。可分为牛顿望远镜、卡塞格林望远镜等几种类型。

（2）折反：在球面反射镜的基础上，再加入用于校正像差的折射元件，可以避免困难的大型非球面加工，又能获得良好的像质量。比较著名的有施密特望远镜。

在大孔径、长焦距中采用。因为：

1.  反射镜不产生色差。

2.  光路折转可以缩短轴向长度。

双反射镜应用较多，以后会专门介绍两镜系统。主要有两种：

1.       卡塞格林：主镜为抛物面，次镜为双曲面；成倒像，镜筒短。检测较难

2.       格里高利：主镜为抛物面，次镜为椭球面；成正像，镜筒长。

由于非球面加工、检测困难，轴外像差不能校正，出现折反射式。

一种是卡塞格林的改进：球面主镜+校正透镜。主镜的像差可以得到校正版的补偿，能提高像质，增大视场和孔径。著名的有：施密特，马克舒托夫和同心球壳校正版式。

B.      折射式：

用透镜作物镜。分为两种：由凹透镜作目镜的伽利略望远镜；由凸透镜作目镜的开普勒望远镜。

折射式物镜有：

1.  双胶合：视场2<10°；不同焦距适用的最大相对孔径为、、、

2.  双胶合+单：视场2<5°；相对孔径为， mm。

3.  单+双胶合：视场2<5°；相对孔径为， mm。

4.  三分离：视场2<4°；相对孔径为

5.  对称：短焦距，大视场，小相对孔径；2<30°，2<50，<

6.  摄远：系统长度小于焦距。分两种：一正透镜组+一远离的负透镜；双胶合物镜+厚弯月镜。

5.3 系统的整体性能：

望远镜的整体性能主要由以下参数反映：

A.     倍率

倍率M = 物镜焦距/目镜焦距 。

一架天文望远镜通常配有好几个不同焦距的目镜，从而可得到几种不同的放大倍率。比如当望远镜的物镜焦距为840 mm，目镜的焦距是10 mm，那么放大率就是84倍，若另一目镜的焦距为20 mm，则望远镜的放大率就是42倍了。

虽然理论上望远镜的放大倍率是可以随意改变的(只要换上不同的目镜)，甚至将放大倍率提升到千倍或以上。望远镜倍率的提高是有一定限度的，这就是望远镜的有效倍率。如果选用过高的倍率，成像就会变暗，观测效果反而不好。

对普通天文望远镜来说，最高有效倍率约是口径（D）的2倍。例如，望远镜的口径是80mm时，最高有效倍率是160倍左右；口径是100mm时，最高有效倍率为200倍左右。每一支望远镜都是有它的可用最高倍率。超越这个倍率所得来的不仅无济于事甚至严重影响观测效果。

可用最高倍率除决定于望远镜的口径外，还视乎当观测时的大气稳定度(SEEING)及被观测的物体的特性。可用最高倍率凭经验有下列参考数值：

　　折射望远镜: 口径(mm)的1.5 至 2倍；

　　反射/折反射望远镜: 口径(mm)的1.0 至 1.5倍

优质望远镜的可用最高倍率在十分理想的大气稳定度下可以达到口径(mm)的3倍。

望远镜的有效放大率应为，其放大率应按照选取。

B.      有效口径，相对口径和分辨力：

物镜的有效口径D：物镜的直径没有被框子和光阑挡住的部分。

相对口径：有效口径与焦距的比。即：A＝D/F，其中D、F单位为mm。

天文望远镜的相对口径越大，聚光能力就越强，通过望远镜看到的天体就越明亮。另外，在物镜焦距不变的情况下，有效口径越大．相对口径也就越大。显然，有效口径越大，望远镜的性能就越好。也就是说，天文望远镜的性能好坏，主要由口径来决定。

分辨力(又称为解像力)是指望远镜能够分辨两个接近星点的能力。当两个星点的间隔小于分辨力时，望远镜不能将两颗星分辨为两个星点。人眼的分辨力约为1'。望远镜的分辨力：

分辨力 = 120"/望远镜口径(mm)

例： 60mm口径望远镜

分辨力=120〞/60 =2〞，即可分辨2"角距的双星。%或140

对于天文观测来说，分辨率往往比放大率更重要。

图解：小口径望远镜不能将两颗接近星点分辨，大口径望远镜能将两颗接近星点分辨。

C.      集光力

光线是通过瞳孔进入人眼的，人眼只能收集到相当于瞳孔面积范围的光。在暗处时，人眼的瞳孔直径一般约为7mm。因此，就把望远镜物镜的有效面积相对于瞳孔面积的倍数叫做集光力。即：集光力=(D*D)/(7*7)，D单位依然为毫米。

例: 50mm口径的望远镜，集光力= 50^2 /7^2= 51倍。

D.     视场

-在望远镜中能够看到的天空区域的角直径叫做视场，用符号ω表示。对于一架望远镜来说，视场同目镜的焦距有关，目镜的焦距越短，望远镜的现场越小，望远镜的放大率越大，视场就越小。

E.      极限星

在晴朗无月的夜晚，用望远镜能够看到的最暗的星等，叫做这架望远镜的极限星等，用符号Me表示。Me的数值主要决定于物镜的有效口径，有一个经验公式可供参考： Me＝7.1＋51gD，D用厘米作单位。当然这是理论数值，由于大气层及观测者视力等因素的影响，实际数值和计算值不一定一致。

%最后，清晰版请看附件

基于Zemax的牛顿望远镜的设计.docx