折射物镜光学设计与性能简述.pdfVIP

知识介绍：《折射天文镜光学知识简明阐述》 一年多没来论坛了，最近时间稍空，看到论坛的朋友又多了很多，这反映了我国的业余 天文爱好者队伍越来越壮大，同时也看到其中有不少的大侠级人物，这有助于我们（器材、 观测）水平的提高。但是也看到大多数的人不具有基础的光学知识，缺乏根据自身的实际情 况选择器材的参考。也有些凭主观的经验对器材的评论，还有美化或者批评某些器材的议论。 我认为具有较高知识（各方面）的大侠们有责任义务将正确的知识传输给需要的爱好者。 作为厂家，要得到大家的信赖，在宣传上要实事求是，不扬长避短或夸大事实，在技术指 标上尽量详细（比如标注的分辨率是在在什么波长范围内），这样有助于用户了解产品的性能。 很多人对折射镜中的好些概念不很清楚，有的还混为一谈，下面对有关折射镜的一些问题 做简要说明，光学中很多比较难懂，用大致像近的叙述有助于理解。 大家知道，光波经过透镜折射后，不同波长的光的焦点位置也不同，长波长的红光将比短波 长的紫光焦点位置要远一些，这就是我们通常意义上说的色差（色差实际上有很多种，这里 只笼统的讲对我们影响比较大的一类）。消色差系统（双胶合、双分离结构的都是）是把肉眼 敏感波长的两端 C（红色）、F（兰色）校正到同一位置，（校正色差通常是在入瞳的 0.707 环 带，在 0.707环带将色球差校正为 0后，+/- 差值将大体上相互抵消掉）。虽然校正了 C、F=0， 但是他们与其他波长的光还是有一定的距离，通常是与 D（黄光）或 E（绿色）比较，他们之 间的距离就是二级光谱，二级光谱是影响我们观测的主要因素之一，我们看到的色差也实际 上基本是它造成的。二级光谱由所选用的光学玻璃决定，也就是说，一旦选定所使用的光学 玻璃后，二级光谱的大小也就被决定了，选用低色散冕玻璃（ED 或萤石）与合适的火石玻璃 配合可大大减小二级光谱。如果采用三片结构的设计，在选用合适的玻璃组合后可以做到复 消色差，也就是把 C、D、F 或 C、E、F 三个波长的二级光谱校正到相当小的程度或完全消除， 能大大提高系统的光学性能，但是其他波长的光还有不太小的差距。系统的性能还不能满足 APO（高度消色差）的要求。 看到这里，大家多少该有些概念了吧？可能还有点难懂，没关系，再来看看设计实例。 我在这里做了 4 个设计的例子，分别是：双分离普通消色差结构、使用了超级 ED 玻璃的两片 结构、三片普通复消色差、使用了性能不太好的 ED 玻璃的三片高度消色差。参见付图，图中 分为图一、图二、图三、图四 4 个部分，每个部分又分为色球差曲线图与点阵图两部分。虽 然用调制传递函数来表示更为合理，但是大家理解起来比较困难。 为了方便对比，4 个设计都是口径 102 焦距816（焦比 F8），色球差图的纵坐标表示入瞳 半径，校正色差要在 0.707 位置。横坐标为焦距，中心 0 刻度代表系统的焦点位置（816MM） 最大刻度为 -/+ 2MM（图一）。后三个图的最大刻度为 -/+ 1MM，如果也用图一的-/+2MM 刻 度将一点细节也看不清楚了。点阵图可以理解为恒星在焦点位置上成像的斑点大小，横列表 示不同波长的光的斑点直径，纵列表示轴心、偏轴 0.25 度、偏轴 0.5度视场的斑点直径。斑 点位置的黑色圆圈表示设定条件下（口径、焦比）的衍射极限刻度。在 0 度视场的位置还有 个标尺，表示 40UM 的刻度。 图一是最普通的双分离设计，使用最通用的 K9 玻璃与重火石玻璃，在 0.707环带对 C、 F 校正色差后，可以在图上部的色球差图中可以看到，它们与参考波长 E（绿光）之间的距离 还有约 0.45MM 左右，0.45/816 1/1813F，至于可见光两端的 R（深红）、G（深紫）就相差 更大了。再来看下部的点阵图，可以看到，从 530 波长至 610 波长之间的区域（也是肉眼最 敏感的区域），斑点直径基本达到或接近衍射极限，如果把这个范围以外的光滤掉，那么她能 够达到或接近理论分辨率极限。但是要损失掉相当的能量。偏离这个区域外，斑点直径迅速 扩大，到 C、F 波长时，斑点达到了衍射极限的 5--7 倍，由于肉眼对这些波长还比较敏感， 最直接的结果就是我们看亮恒星的时候在恒星周围有大面积的紫色光晕 （红+蓝=紫）。在看行 星或月球的时候，在明暗边缘也有紫色光晕。由于色差的影响，会掩盖很多细节。实际上看 到的光晕不一定是紫色，调焦不精确或像场不平可能看到的是红色/兰色或其他色。选用玻璃 组合的不同可得到不同的二级光谱值，但是只要没有使用特殊性能的玻璃，他们的差距不是