影像科技
反射式望遠鏡光學系統

至今沒有一個光學系統是完美的。為了平坦且清晰的成像,往往必須把光學系統設計的十分複雜。如此一來,不但透光度變差,還得付出很高的製造成本。 因此簡單的鏡片組而且能保有高品質成像的光學系統是光學設計的努力目標。

一個好的光學系統都出自設計者的巧思。它能在最簡單的鏡片組合下產生最佳的成像品質。不過在許多設計中,往往會遇到球面像差與彗形像差難以取捨的窘境。 當你能同時處理這些像差的時候,系統卻又發生嚴重的色差。最後好不容易解決了所有的色像差,卻又發生成像的變形。 因此光學系統的設計在在考驗設計者的經驗與智力。希望透過以下的天文望遠鏡的演進,讓你瞭解前人的成果。

  • Newtonian Type

  • Primary Mirror

    球面鏡:全域球面像差。彎曲的成像場。由於是對稱的鏡面,因此沒有彗形像差。

    拋物面鏡:中心處完美成像,邊緣有球面像差與彗形像差。彎曲的成像場。

    說明:球面鏡的對稱光軸是它的最大優點,這是拋物面鏡遠遠不及的。不過因為拋物面鏡中心處的成像品質完美,因此目前是 Newtonian Type 的主流。 其實選用拋物面鏡或球面鏡,誰好誰壞?完全是見仁見智的問題。此外,不管用何種形式,它們的成像場都在弧面上,因此還有嚴重的彎曲的成像場。  

  • Cassegrain Type (修正彎曲的成像場)

    Classic Cassegrain 利用 2nd Mirror 來矯正彎曲的像場以改進 Newtonian Type 的部分缺點。但是這種設計基本上還是無法克服彗形像差。 由於 2nd Mirror 是凸面鏡,因此光學系統很難設計成短焦比。為了進一步矯正像差,還有其它的設計形式。 其中又以 Ritchey-Chretien Type最好。Pressmann-Camichel Type最容易製造,但品質較差。

    系統
    Classical Cassegrain
    Dall-Kirkham
    Ritchey-Chretien
    Pressmann-Camichel
    Primary Mirror
    拋物面
    橢圓面
    雙曲面
    球面
    2nd Mirror
    雙曲面
    球面
    雙曲面
    橢圓面

  • Schmidt Type(消除彗形像差)

    Primary Mirror 是球面鏡,因此可利用對稱的光軸來解決彗形像差。為了克服衍生的球面像差,於主鏡前方放入 Corrector。 但是仍有彎曲的像場。若想再進一步消除彎曲的像場,則必須採用 Schmidt-Cassegrain Type。  

  • Schmidt-Cassegrain Type

    Corrector 是球面像差的矯正透鏡,Primary Mirror 則是球面鏡,主鏡之後置入 2nd Mirror 來修正彎曲的像場。Corrector 可以算是折射鏡,但是近乎一面平面鏡。所以通常會把它製造的很薄,來避免色差。 目前它的色差仍不及像差來的嚴重,因此色差幾乎都被忽略。這是目前最普及的高品質望遠鏡。因為 Corrector 小面積的製造不易控制品質,所以產品幾乎都是 8"以上。

    不過由於 Corrector 是屬於非球面構造,不易製造與檢測。同時 2nd Mirror 常用雙曲面鏡,也面臨同樣情形。因此為了克服大量製造的問題,最著名的就是 Maksutov Type 。  

  • Maksutov Type

    Maksutov Type的最大優點就是,所有的鏡片都是球面鏡。因為球面鏡的組合有最佳的光軸對稱性,因此可以減低彗形像差。 初期的Maksutov Type還把整個系統的曲面中心放在同一位置,透過 Corrector 的厚度還可調整球面像差。這的確是一個巧妙的設計!不過因為 Corrector 都有一定的厚度, 因此衍生的色差非常嚴重。

    後來發現,採用兩種折射率相同,但是散色率不同的玻璃材質來加工 Corrector,的確可以有效控制色差。不過因為製造成本,很少製造者採用這樣的作法。 此種設計算是 Maksutov Type 的精神所在!簡單的光學系統卻有高品質的成像。

    最後Maksutov改良成初始的設計,但是系統的鏡片曲面卻無法共圓心。因此破壞了系統的對稱性,所以就有較明顯的彗形像差,但是製造成本低了許多。因此失去了它的對稱性的最佳優點。
     

  • Maksutov Cassegrain Type

    如前面所言,系統加入 Cassegrain Type 只是為了獲得較為平坦的像場,對於其它的像差並無多少改進。 該型望遠鏡若把它製造成較大的口徑,成本也十分高昂。儘管球面鏡容易研磨,但是12"以上的球面鏡研磨成本仍很高。 因此 Maksutov Cassrgrain Type 很少做的很大。恰好 Schmidt Cassegrain Type大型的望遠鏡反而容易製造。  

  • Unusual Compound System
     

    這類望遠鏡基本上與 Makstov 或 Schmidt 相似,利用折射鏡來修正像差與色差。其實它們的設計觀念已經與折射式望遠鏡的設計近似了。



  • 關於望遠鏡(由於物價波動大,價格請來電洽詢)


    望遠鏡系列

    No.1: 2-5 紙型

    No.2: 7X18 單眼

    No.3: 10X25I 直彩

    No.4: 10X25I 直黑

    No.5: 8X21 平橋

    No.6: 8X21 板橋

    No.7: 10X25 平橋

    No.8: 8X20 放大罩型

    No.9: 8X21 保羅

    No.10: 16X32A 型

    No.10: 16X32B 型

    No.12: 12X30 平橋

    No.13: 8x32 I 型

    No.14: 8x32 II 型