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[原创]趣谈巴罗镜

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zwhzjhLv.14 显示全部楼层 发表于 2009-5-11 08:07 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题

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本帖最后由 zwhzjh 于 2009-5-15 11:02 编辑

写这个帖子的起因,一来是前几天看了屋顶的公爵同好关于天顶镜后接巴罗镜时目镜不合焦的解决方法,二来是最近一年来自己和老婆“改行”看双星了,有时即使用短焦目镜加2x巴罗让放大率变成240倍(我的镜子是8寸的牛反),一些角距很小的双星依然分不开,所以一直想买个3x巴罗,但又担心在很多情况下视宁度达不到要求,而且这样实际视场太小,星星很快就移出视野了。现在看来幸亏当时没一时冲动买了3x巴罗,了解了巴罗镜的原理细节后,知道只需最简单的改造,我原来的2x巴罗就能变成任意更高倍的巴罗了。

言归正传,先说说巴罗镜的原理细节吧。如下图所示,远方的星象在物镜焦点处形成实像(红线所示),而巴罗镜实际上就是在物镜和实像之间加了一个凹透镜(为了消色差,现在稍好一些的巴罗都至少有两个元件,但总体的效果还是相当于是凹透镜),这样实像变成虚物,由于凹透镜的发散作用,而且关键的一点,虚物必须在凹透镜与它的目镜端虚焦点之间,这样虚物经凹透镜后就形成了放大正立的实像(绿线所示)。用透镜公式进行理论计算的话,1/u + 1/v = 1/f 而放大率N = v / u ,现在由于是虚物,u取负值,所以u = - v / N 而凹透镜的虚焦距也应取负值,所以透镜公式就变成 – N/v + 1/v = - 1/f ,化简后变为 v = (N-1)f u = - (N-1)f / N



barlow lens.jpg


说的具体一些,对于2x巴罗,星象经物镜后所成实像应落在巴罗的目镜端 (2-1)f / 2 ,即 (1/2)f 处,而经巴罗后形成的放大实像应在巴罗的目镜端 (2-1)f ,即f 处。对于3x巴罗,这两项(虚物距和实像距)分别是(2/3)f2f 。余此类推。

用透镜公式同样可知,当物镜所成实像落在巴罗的物镜端或目镜端的虚焦点之外时,所成像一定都是缩小的虚像,就起不到增倍的作用了。那有细心的同好会问,凸透镜也能成放大的像,为什么不用它来做巴罗镜呢?简单分析一下,虚物经凸透镜一定成缩小虚像,可以先排除。而实物经凸透镜成放大像的情况有两种,1)实物在凸透镜的焦点以内,成放大虚像,但注意经巴罗镜所成像点一定要在目镜的焦点稍靠里一点的地方(其实经不经巴罗都要如此,因为目镜本质上就是个较高倍的放大镜),这种情况下像点在“巴罗镜”的另一边,离目镜焦点太远了,不合焦,所以不行;2)实物和凸透镜的距离在f2f之间,这样所成实像在目镜端也可以和目镜合焦,按理说也可以作巴罗,但要注意的是,这样物像距过大,做2倍增倍镜的话,物像距是4.5f,而为了减少色差和球差,一般两元件的巴罗镜的焦距都在5-7cm之间,这样“凸透镜巴罗”的镜筒就至少需要20cm长了(需要长的镜筒保证巴罗和目镜间足够的距离),成本高了,携带和使用也不方便。由此可知,现在巴罗镜的设计采用的就是最合理的方案了。  用类似的分析方法可知,长焦比的折反射镜所用的减焦镜的光路设计和巴罗镜非常相似,只是用凸透镜代替了凹透镜(你可以试着推导一下)

接着转入天顶镜后接巴罗镜时目镜不合焦的问题,弄明白巴罗镜的原理后就很清楚了,由于天顶镜至少会增加5-6cm的光程,如果物镜所成的像点就在调焦座的底部附近,那么无论怎么调都无法让像点落在天顶镜后接巴罗镜的目镜端虚焦点之内,就不能合焦了,解决的方法,除了截短调焦座和天顶镜,还可以前接巴罗镜,将巴罗镜放在调焦座和天顶镜之间,就像屋顶的公爵同好所说得那样。

但大家注意到了吗,像这样前接巴罗镜,巴罗和目镜之间的距离增加了(一般情况下等于增加了一个巴罗镜焦距的距离),所以前接巴罗镜的放大倍率实际上增加了,易知巴罗镜的镜面和目镜的焦点间的距离每增加一个巴罗的焦距,巴罗的放大率就增大一倍,所以前接2x巴罗镜就变成3x巴罗,前接3x巴罗变成4x。不信的话你可以试一试,反正我从一个朋友处拿到了一个天顶镜,已经在我的牛反上试了,是可以的。当然最简单的办法就是将延长筒接在巴罗和目镜之间,现在我把另一个2x巴罗的镜头去除,将剩下的镜筒直接连上就行了,还省得在中间加几个镜片影响像质,就把2x巴罗变成3x巴罗了,成像质量也不错,准备周末拿室女座gamma星试一试。有点不明白为什么厂家在生产巴罗镜时不同时附上延长接筒,这样它的倍率不就可以方便的变化了吗?据说是有这样的变倍巴罗镜的(在维基上就有介绍http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%B7%B4%E6%B4%9B%E9%80%8F%E9%8F%A1我也是看了这个词条才知道有这个方法的,贴的图也是从那里的图改的)。最后问大家一个问题,巴罗镜和目镜之间接了延长筒后,调焦座应该朝里,还是朝外调才能让目镜合焦?

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参与人数 1牧夫币 +15 收起 理由
一分半 + 15 谢谢你的原创,辛苦了~~~期待更多这样的作 ...

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精彩评论29

ksonLv.16 显示全部楼层 发表于 2009-5-11 08:22
沙发,先顶再看!
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llkopqLv.12 显示全部楼层 发表于 2009-5-11 08:25
很有帮助,顶
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drmqLv.18 显示全部楼层 发表于 2009-5-11 10:49
支持!知道其然玩的才有意思。
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井蛙Lv.18 显示全部楼层 发表于 2009-5-11 14:43
先收藏,回头再仔细研究,基础知识忘光了
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"赯.Lv.8 显示全部楼层 发表于 2009-5-11 21:32
HOHO 回去研究````
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mc.sixLv.3 显示全部楼层 发表于 2009-5-11 22:45
学到很多东西,看来该把光学好好捡起来了。
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Lv. 显示全部楼层 发表于 2009-5-12 13:04
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Wah!Lv.18 显示全部楼层 发表于 2009-5-12 17:12
朝里
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南宫飞云Lv.14 显示全部楼层 发表于 2009-5-13 10:52
学习一下,虽然自己理科不行!
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Lv. 显示全部楼层 发表于 2009-5-13 13:50
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zwhzjhLv.14 显示全部楼层 发表于 2009-5-13 15:39
本帖最后由 zwhzjh 于 2009-5-15 10:52 编辑

Wah!版主也来参与讨论,真是荣幸啊。我将原帖中“复习高中几何光学知识”的话删了,因为论坛里的不少同好都是学文科的,考虑不周,抱歉抱歉。

还有为什么帖子里的图片现在显示不出来了?(过了一天又显示出来了,怎么回事?是版主帮忙弄好了?)
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markfordLv.10 显示全部楼层 发表于 2009-5-14 18:52
趣谈巴罗镜 路过学习
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落红无数Lv.1 显示全部楼层 发表于 2009-5-20 05:57
路过,学习一下。
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zhangmengLv.6 显示全部楼层 发表于 2009-5-20 18:04
学习经验中……
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Lv. 显示全部楼层 发表于 2009-5-20 21:53
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Lv. 显示全部楼层 发表于 2009-5-21 19:23
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fs13409Lv.4 显示全部楼层 发表于 2009-5-25 15:48
本帖最后由 fs13409 于 2009-5-25 15:58 编辑

“而且关键的一点,虚物必须在凹透镜与它的目镜端虚焦点之间,这样虚物经凹透镜后就形成了放大正立的实像(绿线所示)”
这点还是不明白!

呵呵~~
我又想了一下,好像是明白了,LZ你看是不是这样的呢??
还是根据光路是可逆的原理,假设我放一虚物在凹透镜与它的目镜的虚焦点之间,那么就会成放大正立的实像(绿线所示)呢???
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fs13409Lv.4 显示全部楼层 发表于 2009-5-25 16:04
本帖最后由 fs13409 于 2009-5-25 16:08 编辑

”最后问大家一个问题,巴罗镜和目镜之间接了延长筒后,调焦座应该朝里,还是朝外调才能让目镜合焦? “
现在穷的买巴罗的钱都没了
没看见实物,这个问题,我还真不知道
我想总的距离是增加的,调焦桌应该是往外面 吧~~
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zwhzjhLv.14 显示全部楼层 发表于 2009-5-25 16:18
fs13409 同好,你在18楼的回帖内容(关于光路可逆)是对的。而我最后的问题的答案是朝里调。其实你可以看看你的主题帖里的计算结果,答案就在里面了。
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