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牛顿式反射镜的校准容差

发表于 2012-6-7 22:48 | 查看: 9017| 回复: 32来自：广东省深圳市深圳大学

参考外文资料整理下跟各位共享，择取重点加上个人见解，因为核心涉及复杂的光学理论，超出本人能力范畴，我不打算具体说明这些理论，总之仅供参考。

望远镜都有个衍射极限的问题，抛开工艺问题（本文不谈这个），镜子的理论分辨率取决于实际通光口径，为了达到这个极限，我们需要把牛反的光轴校正到某种精确度。

先见表一:
表格1.jpg

表一中有6列，第1列吃英寸表示的口径；第2列是焦比；第3列就是校准容差；4、5列是衍射极限范围，分别用角度和尺寸表示；第6列是注解编号。

校准容差就是校准光轴时允许的离轴误差，只有光轴偏离在这个范围内，才能使得镜子到达衍射极限（通俗点说就是“光轴是准的”）。表中用角秒表示（表中4寸和6寸的好像不正确，忘记X2了。）。

衍射极限视野，也就是说镜子并不是整个视场范围内都有同样的分辨力，它实际局限在光轴附近很小的范围内。同样焦比下，口径越大范围越小；同样口径下，焦比越短越小。

表格第6列注解部分（NOTE）：

1.传统的中口径牛反镜，口径和焦比都常见，容易校准，需要偶然间检查下光轴。

2.典型的大口径牛反镜，几乎不可能校准到需要的精度，由于主镜底座和镜筒的强度局限，光轴也不能维持稳定，因此慧差挥之不去。很小的衍射极限视野。

3.传统小到中口径的牛反，非常容易校准，光轴也不容易偏，即使上到口径毫米数等效的倍数也不容易看到慧差。

4.特别为分辨双星设计的牛反，大范围的衍射极限视野，光轴恒定而容易校准。

表二：
表格2.jpg

表二是个系统而直观的图表，纵坐标是衍射极限视野（角秒），横坐标是口径（英寸），彩色线是不同的焦比（F4到F12）。三角形的标记位置是“理想值”，这个表三有详细表述。

表中可以看到大口径真是亚历山大，24寸F12的衍射极限视野仅等同于4寸F5，这当然是因为大口径分辨率高的缘故。

表三：
表格3.jpg

表三列出了λ/4精度下4寸到24寸的“理想值”。我的理解，长焦比有利于消除各种像差，而在特定镜面精度下，球面镜跟抛物面将在这个焦比下等同，显然镜面精度越高，球面跟抛物面接近需要的焦比越长。

我的结论跟问题：

1、能充分发挥出分辨率极限的是长焦比的镜子，例如10寸需要F12.2，口径越大需要的焦比越恐怖。在业余条件下，8寸F11.3已经差不多是极限了。

2、口径和焦比关系到牛反校准的难易程度，可以说常见的镜子F5以下已经几乎不可能校准。我用的DOB10是F4.7，容差大概只有70角秒，即目镜端允许偏轴只有0.4mm。我使用3个月以来，“从未”将它校准过，即使我尝试校准一整晚，仍然不能把它校准。18寸F4.5的容差已经降低到32角秒，还没有木星的视直径大，还没有我DOB10的一半，因此可以肯定地说，它的光轴必然是歪的。何况大口径必然是追求轻量化的，光轴根本就没足够强度维持，我不能想象把20寸带着1CM厚钢筒的牛反搬出去是什么情形。

3、“歪光轴”的大牛反有没有意义？答案是肯定的。虽然三个月来我的DOB10从来没有校正准确，我想我三个月的摄影功力也不如很多老手吧，但是拍摄的月面细节还是秒杀那些小镜子的，最根本的原因，还是在于口径碾压，虽然光轴有一定程度的偏差。

4、校准光轴是否重要？是的，这是牛反使用中最重要的一环，光轴的影响远远大于其他。很多人热衷于讨论牛反的中央遮挡问题，这个实际不是问题重点，常见的牛反中央遮蔽都在25%以内，没有证据表明这是个严重影响。相反，校准螺丝轻轻一拧，随时损失超过25%的遮挡影响，实际大家的光轴偏差可能比这个严重得多，却把问题怪罪到中央遮挡上。

5、为什么有人选择中央遮蔽小的牛反？我想这可能是个美丽的错误，实际遮蔽小的镜子最大的好处就是焦比足够长，导致光轴可以轻松校准完成，这个好处看得见。遮蔽25%减少到18%，有多大影响，老天才知道了。

6、抛物面VS球面。前面说过了，达到理想F值的牛反，两者实际是一样的了。不过现在光学工艺的进步，主流是短焦比的镜子了，抛物面是必然的了，抛物面最大的问题就是慧差，我们可以通过慧差修正镜去修正它。但是在某些严格的观察，这不可能，例如双星角距测量，修正镜会导致线性失真，类似于把曲面挤压在平面（这可以解释为何锐度增加，不仅是去掉慧差的问题），这样就导致视觉距离跟实际不同步，出现误差。因此双星测量只有选择长焦比的镜子。

7、激光校准器有没有用？我没有用过，不过我想的确没有任何意义。

首先激光的不能校准副镜，所以仍然需要传统的校准目镜，既然有了校准目镜，还要激光干什么。

其次激光的精度是大问题。以8寸F6为例，校准容差折算，只有0.9mm，你激光一来一回2.5m之后还要保持在0.9mm偏差内，光校准这个就得吐血。就算你的天价激光校准器是准的，你仍然需要把光点调到靶心0.9mm以内，你也许觉得目测0.9mm不算困难，好吧，你看看激光校准器的靶洞和光点大小超过0.9mm没，你只能靠猜去完成校准。这还是F6，如果不幸你用的是信达8寸F4摄影牛，容差降低到只有0.4mm，用激光你只能蛋痛了（虽然星点测试F4此时也同样蛋痛）。

所以比较现实的做法就是普通的传统校准目镜，用来校准副镜。然后主镜用星点校准，尽量校准。