天文望远镜像差的种类-光学设计必读.docVIP

为了方便说明像差的成因，我们仅以平行的入射光来探讨他们在几何光学上的差异。其实天文观测的目标都是遥远的星体，基本上也符合平行光的假设。球面像差（对称的像差）：当沿着光轴的平行入射光不能完全聚焦时，我们称为「球面像差」。透镜的球面像差反射镜的球面像差彗形像差（不对称的像差）：倾斜于光轴的平行入射光无法完全聚焦的情况，我们称为「彗形像差」。色像差：若是不同的颜色光线有不同的聚焦点，我们称为「色像差」。通常红色光的焦距比蓝光大一些。弯曲的像场：即使光学系统能完美地聚焦，但是却常发生它们的聚焦平面与我们希望的成像平面不一致。因此透镜会有bending的设计。  Astigmatism：因为物体经由透镜成像时，常会发生X轴与Y轴的聚焦点不一致。变形：基本上变形的发生不能看似完全的像差。它并不是因为影像的聚焦不良所致，相反的它是清晰的成像，但是却发生与原来的物体的外型不一致。　最完美的成像：抛物面镜数学上的定义： y2＝ 4 F．x F：镜面焦距长度镜面特色：平行光轴的入射光线可以完美聚焦于焦点。同时因为是反射面成像，所以没有任何色像差。若是采用抛物面来作为天文望远镜的主镜是一个非常好的选择。不但能兼顾光学系统的重量与成像品质。很可惜的，若是非平行的入射光沿着主轴进来，会有对称的「球面像差」。若是平行入射光倾斜于主轴，会有不对称的「彗形像差」产生。因此抛物面镜最适合于长焦距的天文望远镜，而不适合于地面景物的观测。不过抛物面的镜面不易制造，必须藉由许多球面镜的研磨方式逐渐逼近抛物面的曲度，因此价格自然也较为高昂。以一个口径8吋、 F/4镜面而言，中间的镜面与球面镜差距其实是非常微小的，只有数个波长之差。虽然这只是微小的差别，却可以改善影像的品质甚多。为了获得高精度的抛物面，必须透过多次球面研磨。   由于抛物面镜是经过多次球面镜的研磨而成，因此抛物面镜可以看成是多个球面镜所构成。利用这个光学特性，可以成为检测抛物面镜的一个简易的方法，我们称为「刀口测试」。结语：反射镜的制作成本比折射镜低廉非常多，因此大口镜的望远镜几乎都采用抛物面镜。若是用途仅止于天文摄影，采购该型望远镜算是不错的选择。尤其在星团与星云的拍摄，超大口径的抛物面镜几乎是唯一的选择。　没有彗形像差：球面镜数学上的定义： y2＝ 4 F2－ x2 F：镜面焦距长度（R＝2F）　　球面镜特色：球面镜的几何对称，因此沿着光轴或倾斜光轴的平行入射光都具有相同的「球面像差」。不过没有「彗形像差」则是它的优点。由于球面镜的制作成本低廉，因此大都制造成极大的口径来获得它的优势。不过同样属于反射镜的抛物面镜，因为镜面中间的完美成像品质，已经逐渐取代球面镜。　具有弹性的呈像矫正：折射镜因为折射镜是由多个透镜组成，透镜的每一面都是球面镜。目前因为镜片的研磨技术进步，少数的镜片也能制造成非球面镜。为了能够消除「像差」与「色像差」，因此镜片的材质非常重要。一般由两片镜片构成的镜片组，我们称为「Achromatic」。透镜的研磨成本高昂，加上镜片组的重量，因此非常不适合用于大口径的天文望远镜。不过由于折射镜可以透过不同材质与曲度的镜片搭配来消除色、像差，所以可以同时用于天文观测与地面景物观看等用途，算是一个全方位的望远镜。坊间许多称为「萤石镜」或是「ED镜」，是因为镜片组的第一片镜片采用高折射率、低色散的镜片制造，而第二片仍须使用高色散的镜片。一般的光学玻璃都是高折射率，同时也具有高色散的情形，所以「萤石镜」或是「ED镜」就显得珍贵了。由于天文望远镜的入射光几乎都是平行光（遥远的恒星），同时视野狭窄（高倍率），因此只要三片式透镜的主镜就已经十分足够了。当然若想用于地面观看，效果必须打一点折扣！结语：若是你想添购一只可以用于地面景物观看，同时又想进行天文观测。那折射式望远镜是你的首选。　光学系统在简易的反射式天文望远镜（牛顿式望远镜），由于安置斜镜之故，常会造成星光成 ＋字形。　彗形像差会发生在影像的边缘，它的形状会呈现椭圆形。若是所有星点都呈现椭圆形，那表示望远镜追踪摄影的误差，而非像差。　 反射式望远镜的大口径优势，可以让暗星体完全呈现。这绝非一般的折射式望远镜所能达到。因此反射镜是星云摄影的必须工具。目前几乎所有的大型天文台都使用反射式望远镜来掠取最暗的星体，作为研究之用。　折射式望远镜会有明显的色差发生。为了避免小小的色差，往往必须付出高额的代价。　高价格且成像良好的折射式天文望远镜非常适合拍摄高倍