望遠鏡的分類



分為兩種類型:由凹透鏡作目鏡的稱伽利略望遠鏡;由凸透鏡作目鏡的稱開普勒望遠鏡。開普勒式望遠鏡的基本原理是首先遠處的光線進入物鏡的凸透鏡,第1次成倒立、縮小的實像,相當於照相機

然後這個實像進入目鏡的凸透鏡,第2次成正立、放大的虛像,這相當於放大鏡。因單透鏡物鏡色差和球差都相當嚴重,現代的折射望遠鏡常用兩塊或兩塊以上的透鏡組作物鏡。其中以雙透鏡物鏡(普

通消色差望遠鏡)應用最普遍。它由相距很近的一塊冕牌玻璃制成的凸透鏡和一塊火石玻璃制成的凹透鏡組成,對兩個特定的波長完全消除位置色差,對其餘波長的位置色差也可相應減弱

在滿足一定設計條件時,還可消去部分球差和彗差。由於剩餘色差和其他像差的影響,雙透鏡物鏡的相對口徑較小,一般為1/15-1/20,很少大於1/7,可用視場也不大。口徑小於8厘米的雙透鏡物鏡

可將兩塊透鏡膠合在一起,稱雙膠合物鏡,留有一定間隙未膠合的稱雙分離物鏡 。為了增大相對口徑和視場,可采用多透鏡物鏡組。對於伽利略望遠鏡來說,結構非常簡單,光能損失少。鏡筒短,很輕

便。而且成正像,但倍數小視野窄,一般用於觀劇鏡和玩具望遠鏡。對於開普勒望遠鏡來說,需要在物鏡後面添加棱鏡組或透鏡組來轉像,使眼睛觀察到的是正像。一般的折射望遠鏡都是采用開普勒結

構。由於折射望遠鏡的成像質量在同樣口徑下比反射望遠鏡好,視場大,使放大鏡用方便,易於維護,中小型天文望遠鏡及許多專用儀器多采用折射系統,但大型折射望遠鏡制造起來比反射望遠鏡困難得多,

因為冶煉大口徑的優質透鏡非常困難,且存在玻璃對光線的吸收問題,並且主鏡鏡片會因為重力而發生形變,造成光學質量不佳,所以大口徑望遠鏡都采用反射式

物鏡是會聚透鏡而目鏡是發散透鏡的望遠鏡。光線經過物鏡折射所成的實像在目鏡的後方(靠近人目的後方)焦點上,這像對目鏡是一個虛像,因此經它折射後成一放大的正立虛像。伽利略望遠鏡的

放大率等於物鏡焦距與目鏡焦距的比值。其優點是鏡筒短而能成正像,但它的視野比較小。把兩個放大倍數不高的伽利略望遠鏡並列一起、中間用一個螺栓鈕可以同時調節其清晰程度的裝置,稱為“觀

劇鏡”;因攜帶方便,常用以觀看表演等。伽利略發明的望遠鏡在人類認識自然的曆史中占有重要地位。它由一個凹透鏡(目鏡)和一個凸透鏡(物鏡)構成。其優點是結構簡單,能直接成正像。

原理由兩個凸透鏡構成。由於兩者之間有一個實像,可方便的安裝分劃板,並且各種性能優良,所以軍用望遠鏡,小型天文望遠鏡等專業級的望遠鏡都采用此種結構。但這種結構成像是倒立的,所以

要在中間增加正像系統。正顯微鏡像系統分為兩類:棱鏡正像系統和透鏡正像系統。我們常見的前寬後窄的典型雙筒望遠鏡既采用了雙直角棱望遠鏡鏡正像系統。這種系統的優點是在正像的同時將光軸兩次折

疊,從而大大減小了望遠鏡的體積和重量。透鏡正像系統采用一組複雜的透鏡來將像倒轉,成本較高,但俄羅斯20×50三節伸縮古典型單筒望遠鏡既采用設計精良的透鏡正像系統。

1611年,德國天文學家開普勒用兩片雙凸透鏡分別作為物鏡和目鏡,使放大倍數有了明顯的提高,以後人們將這種光學系統稱為開普勒式望遠鏡。人們用的折射式望遠鏡還是這兩種形式,天文望遠

鏡一般是采用開普勒式。需要指出的是,由於當時的望遠鏡采用單個透鏡作為物鏡,存在嚴重的色差,為了獲得好的觀測效果,需要用曲率非常小的透鏡,這勢必會造成鏡身的加長。所以在很長的一段

時間內,天文學家一直在夢想制作更長的望遠鏡,許多嘗試均以失敗告終。1757年,杜隆通過研究玻璃和水的折射和色散,建立了消色差透鏡的理論基礎,並用冕牌玻璃和火石玻璃制造了消色差透鏡。

從此,消色差折射望遠鏡完全取代了長鏡身望遠鏡。但是,由於技術方面的限制,很難鑄造較大的火石玻璃,在消色差望遠鏡的初期,最多只能磨制出10厘米的透鏡。透鏡鏡片對紫外紅外波段的輻射吸

收很厲害。而巨大的光學玻璃澆制也十分困難,到1897年葉凱士1米口徑望遠鏡建成,折射望遠鏡的發展達到了頂點,此後的這一百年中再也沒有更大的折射望遠鏡出現。這主要是因為從技術上望遠鏡無法鑄造

出大塊完美無缺的玻璃做透鏡,並且,由於重力使大尺寸透鏡的變形會非常明顯,因而喪失明銳的焦點。


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