卡塞格林 系统
2 {, ^ L9 j& U(修正弯曲的成像场)
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Classic Cassegrain 利用 2nd Mirror ?矫正弯曲的像场以改进Newtonian Type的部分缺点。但是这种设计基本上还是无法克服彗形像差。由於2nd Mirror是凸面镜,因此光学系统很难设计成短焦比。 ( O: B# ^ g- t2 _8 M
" Z y$ _/ E* T; N* z9 [3 F为了进一步矫正像差,还有其它的设计形式。其中又以 Ritchey-Chretien Type最好。Pressmann-Camichel Type最容易制造,但品质较差。
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系统 Primary Mirror 2nd Mirror & R& M* m$ G, E0 q: `
Classical Cassegrain 抛物面 双曲面
: f/ Q$ C% f5 X2 |. a0 I* N% j. PDall-Kirkham 椭圆面 球面
; H, a3 ]7 ^1 S: U7 G. _Ritchey-Chretien 双曲面 双曲面 7 y# S) w/ N' E8 `7 c
Pressmann-Camichel 球面 椭圆面 ) g: H6 S( G6 j8 M
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% |! r* x7 ^7 @3 t: w# g观点: 3 u% b" Z2 h9 y! ?* }
在该系统中,抛物面主镜的焦点与双曲面次镜的虚焦点重合。这样一来,由无限远轴上点目标来的光线汇聚于双曲面反射镜的实焦点上,形成衍射极限像。该系统较为严重的慧差和场曲限制了它的视场,尽管主镜与次镜的场曲异号,对整个场曲有一定的校正作用。该系统由于在主镜和次镜之间没有中间像,具有结构紧凑,尺寸小,筒长短(可实现有效的长焦距),轴上点分辨率高等特点。
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施密特 光学系统
' E3 @% v4 C1 c" ^& ^' R* V(消除彗形像差)
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Primary Mirror 是球面镜,因此可利用对称的光轴解决彗形像差。为了克服衍生的球面像差,於主镜前方放入Corrector。但是仍有弯曲的像场。若想再进一步消除弯曲的像场,则必须用Schmidt-Cassegrain Type。 5 W3 j. k- V6 d& T9 z
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观点:
7 F }5 j S4 }3 u; q 在球面反射镜的球心处,放置一块非球面校正板,校正板的光焦度近似为零,用它来校正球面反射镜的球差,这就是施米特校正板。把该系统的光阑放在校正板上。这样一来,轴外主光线正入射到球面上,不产生慧差和像散,也没有轴向色差和垂直色差,但该系统的场曲是无法校正的,像面的弯曲半径为r/2。 $ I" D7 d- f* _2 j
施米特校正板虽然是非球面,但它要比抛物面反射镜容易制作。因为光线穿过玻璃时玻璃与空气的折射率差为0.5~0.7,而光线经过抛物面反射镜前后的有效折射率差为2。按等光程计算,加工校正板的精度可以比加工抛物面反射镜的精度降低3~4倍。
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Corrector 是球面像差的矫正透镜,Primary Mirror 则是球面镜,主镜之後置入2nd Mirror修正弯曲的像场。Corrector可以算是折射镜,但是近乎一面平面镜。所以通常会把它制造的很薄,?避免色差。目前它的色差仍不及像差?的严重,因此色差几乎都被忽略。这是目前最普及的高品质望远镜。因为Corrector小面积的制造不易控制品质,所以产品几乎都是 8"以上。
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\& B3 X0 S( r0 Z. m V不过由於Corrector 是属於非球面构造,不易制造与检测。同时2nd Mirror常用双曲面镜,也面临同样情形。因此为了克服大量制造的问题,最著名的就是 Maksutov Type 。: s- c" O3 u3 M0 t; r# [7 X$ d, w
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马克苏托夫式
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& }/ F, Y/ T l/ T( [6 P. NMaksutov Type的最大优点就是,所有的镜片都是球面镜。因为球面镜的组合有最佳的光轴对称性,因此可以减低彗形像差。初期的Maksutov Type还把整个系统的曲面中心放在同一位置,透过 Corrector 的厚度还可调整球面像差。这的确是一个巧妙的设计! 8 d/ ^. |. z3 R
4 U' W6 Y4 v) T, w) x不过因为 Corrector 都有一定的厚度, 因此衍生的色差非常严重。
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9 i) q% @% g P: @4 L後来发现,利用两种折射率相同,但是散色率不同的玻璃材质加工Corrector,的确可以有效控制色差。不过因为制造成本,很少制造者?用这样的作法。此种设计算是Maksutov Type的精神所在!简单的光学系统却有高品质的成像。( j: s4 |6 i1 T) K1 C' t: W
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最后Maksutov改良成初始的设计,但是系统的镜片曲面却无法共圆心。因此破坏了系统的对称性,所以就有较明显的彗形像差,但是制造成本低了许多。因此失去了它的对称性的最佳优点。- W7 Q- Z ~6 H. X' b: z/ {# i
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- m) L! V' P# _7 y' Q最后Maksutov改良成初始的设计,但是系统的镜片曲面却无法共圆心。因此破坏了系统的对称性,所以就有较明显的彗形像差,但是制造成本低了许多。因此失去了它的对称性的最佳优点。
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8 f- J- \7 |% ^4 F6 f马克苏托夫-卡塞格林 光学系统
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m' V: I% k3 x' z如前面所言,系统加入Cassegrain Type只是为了获得较为平坦的像场,对於其它的像差并无多少改进。该型望远镜若把它制造成较大的口径,成本也十分高昂。尽管球面镜容易研磨,但是12"以上的球面镜研磨成本仍很高。因此 Maksutov Cassrgrain Type很少做的很大。恰好 Schmidt Cassegrain Type大型的望远镜反而容易制造。 ( n8 P5 J* N) D3 U+ [, l
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观点:
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- ?% O" Y! K/ J前苏联天文光学家马克苏托夫(Maksutov)1944年发现,利用一块由两个球面构成的弯月形透镜,也可以校正球面反射镜的球差和慧差,这个弯月透镜称之为马克苏托夫弯月镜。如果该弯月镜与球面反射镜构成共心系统(我对这里的理解是弯月镜的前后两个球面的球心与主镜的球心重合),而且光阑处在公共球心处,那么该系统不但没有球差,而且也没有慧差和像散。但有比较严重的场曲,像面是与光阑共心的球面,另外还残存轴向色差和带球差。此外,适当的偏离共心可以降低色差和带球差,但这样一来,会引起一定量的慧差和像散。
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