天文望遠鏡光學:

天文望遠鏡是屬於望遠鏡的一種.望遠鏡的基本性能是將遠物利用光學原理拉進相當近的距離來觀察目標.這是望遠鏡的基本.一般天文望遠鏡要有下列幾項特點:1.倒像.2.僅物鏡和目鏡.3.口徑大.4.赤道儀或要有似赤道儀性能的架台.5.可以觀測和利用其它波長觀測.

一般地面望遠鏡為正像.倍率低.無特用架台.觀測目標為地面物.

天文望遠鏡基本分為折射和反射鏡.均以產生焦點來成像.只是折射是利用光線透過凸透鏡折射原理成像/而反射鏡是利用面鏡的反射成像(不透過玻璃內部,僅反射鏡面曲面產生焦點).這對於成像的品質有決定性的影響...

折射鏡因採用光透射,所以鏡面的材料非常講究.但光透過凸透鏡會因光線有不同色光的折射率,會在焦點位置產生不同色光的焦點位置.此時會生產嚴重色差.所以天文望遠鏡物鏡要有消除基本色差的能力.在消除色差方面,鏡片有兩塊不同折射率(高低色散不同的組合)和凸凹外型,讓不同的色光在前塊低色散凸鏡產生色光分散時,再利用高色散的凹鏡將色光再聚在一起.讓色差不至太分散.所以物鏡如能將色散壓制到最低,色差就越小.在後面凹鏡的修正色差就會效果越好.這產業界使用越低色散的物鏡越可達到APO的效果.所謂APOchromatical(超低色差)和ACHromatical(一般消色差)在色差的要求上是不一樣的.ACH僅要求最外面的藍色光和紅色光大約聚在一起.但APO是要求藍色光和黃光,紅光大約在聚在比ACH更貼近的程度.這要考慮到許多問題.一個是焦距長短,一個是口徑.最後是成像平坦程度.講到平坦程度有要考慮球面像差,焦距長短要考慮到彗像差問題.口徑大小也是球面曲面的劣化.所以APO不只是鏡面的色散材料考量.也是要考慮低焦比時,成像上是否需要多次球面差消除的需要(如加裝平坦修正透鏡組.為使APO保持優異的低色差性能,也是要考慮平坦鏡的低色散材料設計.所比價格高原因在此)ACH是不用想那麼多.所以許多大口徑(6公分以上)和短焦比的ACH在成像上其彗像和周邊球面差都粉嚴重的原因.

再講反射鏡.反射鏡因沒有透過鏡片,所以沒有色差產生.但是球面像差就粉嚴重啦.這是因為球面鏡的反射在中央是沒有球面像差的(達到完美反射正弦理論.中央視野品質一級棒!).但是越週邊就越劣化,全部的球面像差都在週邊達到最嚴重的程度.這在焦點長的望遠鏡還好.但在中焦以內的望遠鏡就粉慘了...所以非球面的反射鏡就產生了.最常見的是拋物面鏡.這可以解決中焦的大部份球面差問題,但對於攝影而言,週邊就粉糢糊了.尤其是短焦(F2-F6),彗像差會反嚴重.所以要利用雙凹透鏡來修正大部份的彗像差.但在短焦鏡上,彗像差修正鏡也不管用,所以反射鏡在短焦時會有雙曲面鏡(F2-F4)的產生.不過雙曲面鏡在投影時會有球面成像分佈的問題.此時利用特殊的二次鏡修正,就便成改良的卡式鏡(即所謂R.C鏡).雖然大幅改善球面差和球面呈像分佈的缺點(變成平面成像分佈).但為接受大量主鏡的光通量,二次鏡的直徑都要做粉大.這又有問題...遮敝率大造成解析能力下降(直接影響到放大倍率的對比)和重量,價格極高等問題..

牛頓鏡是最簡單的拋物面非球面鏡主要代表.在中焦比(F6-F8)時,球面差和成像分佈平坦都達到好壞之間.所以價格最低,最適合出學者購買使用.

下一次再介紹市面上的常見望遠鏡性能說明...