自制203牛顿反射式望远镜

望远镜的牛顿反射系统是什么？

关于望远镜的牛顿反射系统

通俗理解，望远镜的工作原理是利用一个凹的抛物面反射镜将进入镜头的光线汇聚后反射到位于镜筒前端的一个平面镜上，然后再由这个平面镜将光线反射到镜筒外的目镜里，这样我们便可以观测到星空的影像。全球第一架望远镜诞生于1668年，名为牛顿反射望远镜。相信，有部分天文爱好者对它不是很了解，下面，中国望远镜交易网小编陪同大家一起来认识下牛顿反射望远镜。

首先，牛顿系统是反射系统中最简单的光学系统。牛顿反射望远镜由牛顿经过多次磨制非球面的透镜均告失败后，决定采用球面反射镜作为主镜。这种系统称为牛顿式反射望远镜。反射望远镜在天文望远镜中应用十分广泛。由于这种系统对玻璃材料在光学性能上没有特殊要求，光线不需透过材料本身，而重量较轻无色差又是反射镜的一大优点，因此大口径的望远镜都采用反射式。

另外，它的结构简单，磨制比较容易，成本低廉。国内外爱好者自制的天文望远镜大多采用此系统。但由于轴外像差较大，视场不宜做得过大，且眼望方向与镜筒指向方向不一致，使观测者寻星较为困难。但是，相对孔径较大的抛物面牛顿系统，往往被采用作为口径较大的物镜系统，其像质优良，光力强对拍摄视场不大的视面天体十分合用。反射式天文望远镜有许多优点，

自制天文望远镜

第一章 望远镜基本原理

黄 隆

1.1 天文望远镜光学原理

望远镜由物镜和目镜组成，接近景物的凸形透镜或凹形反射镜叫做物镜，靠近眼睛那块叫做目镜。远景物的光源视作平行光，根据光学原埋，平行光经过透镜或球面凹形反射镜便会聚焦在一点上，这就是焦点。焦点与物镜距离就是焦距。再利用一块比物镜焦距短的凸透镜或目镜就可以把成像放大，这时观察者觉得远处景物被拉近，看得特别清楚。

折射镜是由一组透镜组成，反射式则包括一块镀了反光金属面的凹形球面镜和把光源作 90 度反射的平面镜。两者的吸光率大致相同。折射和反射镜各有优点，现分别讨论。

O=物镜 E=目镜 f =焦点 fo=物镜焦距 fe=目镜焦距 D=物镜口径 d =斜镜

1.2 折射和反射望远镜的选择 折射望远镜的优点 1.影像稳定

折射式望远镜镜筒密封，避免了空气对流现象。 2.彗像差矫正

利用不同的透镜组合来矫正彗像差(Coma)。 3.保 养

主镜密封，不会被污浊空气侵蚀，基本上不用保养。 折射望远镜的缺点 1.色 差

不同波长光波成像在焦点附近，所以望远镜出现彩色光环围绕成像。矫正色差时要增加一块不同折射率的透镜，但矫正大口径镜就不容易。

2.镜 筒 长

为了消除色差，

自制天文望远镜

第一章 望远镜基本原理

黄 隆

1.1 天文望远镜光学原理

望远镜由物镜和目镜组成，接近景物的凸形透镜或凹形反射镜叫做物镜，靠近眼睛那块叫做目镜。远景物的光源视作平行光，根据光学原埋，平行光经过透镜或球面凹形反射镜便会聚焦在一点上，这就是焦点。焦点与物镜距离就是焦距。再利用一块比物镜焦距短的凸透镜或目镜就可以把成像放大，这时观察者觉得远处景物被拉近，看得特别清楚。

折射镜是由一组透镜组成，反射式则包括一块镀了反光金属面的凹形球面镜和把光源作 90 度反射的平面镜。两者的吸光率大致相同。折射和反射镜各有优点，现分别讨论。

O=物镜 E=目镜 f =焦点 fo=物镜焦距 fe=目镜焦距 D=物镜口径 d =斜镜

1.2 折射和反射望远镜的选择 折射望远镜的优点 1.影像稳定

折射式望远镜镜筒密封，避免了空气对流现象。 2.彗像差矫正

利用不同的透镜组合来矫正彗像差(Coma)。 3.保 养

主镜密封，不会被污浊空气侵蚀，基本上不用保养。 折射望远镜的缺点 1.色 差

不同波长光波成像在焦点附近，所以望远镜出现彩色光环围绕成像。矫正色差时要增加一块不同折射率的透镜，但矫正大口径镜就不容易。

2.镜 筒 长

为了消除色差，

自制天文望远镜

第一章 望远镜基本原理

黄 隆

1.1 天文望远镜光学原理

望远镜由物镜和目镜组成，接近景物的凸形透镜或凹形反射镜叫做物镜，靠近眼睛那块叫做目镜。远景物的光源视作平行光，根据光学原埋，平行光经过透镜或球面凹形反射镜便会聚焦在一点上，这就是焦点。焦点与物镜距离就是焦距。再利用一块比物镜焦距短的凸透镜或目镜就可以把成像放大，这时观察者觉得远处景物被拉近，看得特别清楚。

折射镜是由一组透镜组成，反射式则包括一块镀了反光金属面的凹形球面镜和把光源作 90 度反射的平面镜。两者的吸光率大致相同。折射和反射镜各有优点，现分别讨论。

O=物镜 E=目镜 f =焦点 fo=物镜焦距 fe=目镜焦距 D=物镜口径 d =斜镜

1.2 折射和反射望远镜的选择 折射望远镜的优点 1.影像稳定

折射式望远镜镜筒密封，避免了空气对流现象。 2.彗像差矫正

利用不同的透镜组合来矫正彗像差(Coma)。 3.保 养

主镜密封，不会被污浊空气侵蚀，基本上不用保养。 折射望远镜的缺点 1.色 差

不同波长光波成像在焦点附近，所以望远镜出现彩色光环围绕成像。矫正色差时要增加一块不同折射率的透镜，但矫正大口径镜就不容易。

2.镜 筒 长

为了消除色差，

从伽利略望远镜到哈勃太空望远镜

——人类对宇宙的认识史 一、望远镜发展简史

关于望远镜的发明，不同文献有不同的记载。例如，“13世纪，英国诺格尔·培根发现，用透镜组成的仪器可使遥远的物体看起来好像更近了”。“ 1590年，意大利有人制成了望远镜。”

荷兰光学家和眼镜制造者利伯休（1572—1640）的儿子在1608年的一天偶然发现，将两块镜片重叠并使其相隔一定远近观看时，可看见远处教堂屋顶原来几乎看不见的小鸟。他俩把两块镜片装在一个铜管的两头，发明了最初的望远镜。不过，也有文献认为他是得到了别人（可能是Z·扬岑）的帮助。

1608年10月，荷兰利伯休、马丢、詹森三人分别先后向政府申请发明望远镜的专利，但均被专利部门所拒绝，因为真正的发明人一直未能查明。

当望远镜从荷兰重新传入意大利时，引起了伽利略的研究。他发明了能测量镜片球面半径的球径计。这使他在与普通磨制镜片工人的竞争中处于优势，因为这一仪器可使每一望远镜元件按设计标准数字化。他从1609年7月初制成倍率为3的望远镜开始，于1609年11月制成倍率为20的望远镜，发现了月球表面的环形山。因此，伽利略是“天文望远镜”的发明者。1610年9月，他给开普勒的信中说他已将望远镜倍率

实验三 基于ZEMAX的牛顿望远镜的优化设计

一．实验目的

学会使用ZEMAX软件对典型牛顿望远镜进行优化设计。

二． 实验要求

1. 掌握设立反射镜、使坐标中断的方法； 2. 学会使用圆锥系数来优化成像质量；

3. 学习点列图和3D图形分析像质的简单方法。

三． 实验原理

1. 牛顿望远镜基本结构：见理论课课本图6-10，抛物面主反射镜+与光轴成45度的平

面反射镜构成，是一种全反射式的望远镜物镜； 2. 对于球面凹面镜成像，有F=R/2的关系； 3. 圆锥系数（conic系数）：见于LDE窗口中每一行的第7列（Conic），这个系数是描

述该行所代表的面的曲面函数中的非球面二次曲面系数，决定了该行代表的面的形状，典型值对应的面形状如下：

Conic=0 球面； -1

4. ZEMAX中关于在光路中新添加折叠反射镜仿真实现的步骤：

（1） 定位置：在所需要放置反射镜的位置添加一个虚构面（空面），由反射镜要

放置的位置决定添加虚构面后相应各面的厚度值的改变；

（2） 添加反射镜：从主菜单-工具-折叠反射镜里添加一个反射镜，设置相关合

适的参数。

5. 鬼像与挡光板：

（1） 鬼像：成像系统中一些非设计中的反射光线最终沿着非期望的

如何采购望远镜

说到望远镜，很多人就会问，某某望远镜能看多远？这个问题本身就是错误的，望远镜是没有距离限制的，人眼能看到的地方，望远镜都能看到，望远镜是一种用于观察远距离物体的目视光学仪器，能把远处很小的目标按一定倍率放大，使本来无法用肉眼看清或分辨的物体变得清晰可辨。所以，望远镜是天文和地面观测中不可缺少的工具。它是一种通过物镜和目镜使入射的平行光束仍保持平行射出的光学系统。了解望远镜首先从它最基本、最常见的技术参数开始。

1、放大倍数

一般用目镜视角与物镜入射角之比作为望远镜放大倍数的标示，但通常用物镜焦距与目镜焦距之比计算，表示景物被望远镜拉近的程度，一般7-10倍的是最适合手持望远镜，但在特殊领域，也有10-16倍的放大倍率。

2、视场角度

视场范围用1000米处望远镜可视景物范围标示，如113M/1000M，表示距观察者1000米处，望远镜可观察到113米范围的视场。放大倍率越大，视场就越小。

3、出瞳直径

出瞳直径又叫出瞳口径，是光线经过目镜汇聚后，在目镜后形成的亮斑的直径。也是粗略描述成像亮度的参数。在弱光环境下，越大的出瞳直径，可以带来更清晰的图像。人类的瞳孔，在正常生理情况下，最大不会超过7mm，所以大于7mm的出瞳直径，无

《应用光学》课程设计—望远镜设计计算指导

说明：

1、本指导将全面介绍带有普罗I型转像棱镜系统的望远镜设计过程以及计算，作为《应用光学》课程设计的实习范例。实验报告需在此基础上完善和修改，严禁全盘抄袭本指导，否则作0分处理！

2、本指导省略了理论分析部分，计算依据请参考有关资料。

设计题目和技术要求 题目：双筒棱镜望远镜设计（望远镜的物镜和目镜的选型和设计） 要求：

双筒棱镜望远镜设计，采用普罗I型棱镜转像，系统要求为： 1、望远镜的放大率Γ＝6倍；

2、物镜的相对孔径D/f′＝1：4（D为入瞳直径，D＝30mm）； 3、望远镜的视场角2ω＝8°；

4、仪器总长度在110mm左右，视场边缘允许50%的渐晕； 5、棱镜最后一面到分划板的距离?14mm，棱镜采用K9玻璃，两棱镜间隔为2～5mm。 6、lz′=8～10mm

如何开始呢？ 我们的工作将按照以下步骤进行：

1、系统外形尺寸的计算：根据需求确定像差，选型；

2、使用PW法进行初始结构的计算：确定系统的r、d、n； 3、像差的校正：通过修改r、d、n，调整像差至容限之内； 4、进行像质评价，总结数据图表，完成设计。

下面我们将根据以上步骤来示范本次设计 第一部分：外形尺寸计算

一、各类尺

望远镜知识

据说眼镜大约同时在中国和欧洲出现，眼镜的功能是提高视力或矫正视力的缺陷。眼镜片主要是由加工磨制的凸透镜和凹透镜来担当，中央比边缘薄的是凹透镜，用来纠正近视；中央比边缘厚的是凸透镜，用来纠正远视。

17世纪荷兰制造眼镜的技术已经很精湛了，主要的工艺是磨制凸透镜和凹透镜。凸透镜和凹透镜经常与眼睛打交道，但是人们从来都没有想到把凸透镜和凹透镜放在一起使用。 17世纪初的一天，荷兰密特尔堡镇一家眼镜店的主人科比斯赫，为检查磨制出来的透镜质量，把一块凸透镜和一块凹透镜排成一条线，通过透镜看去，发现远处的教堂的塔好像变大而且拉近了，于是，他在无意中发现了望远镜原理。

科比斯赫马上就明白了这一发现是非常有用的。他把透镜安放在一根金属管内适当的位置上，这就是世界上第一架望远镜，当时被称作“窥镜”，大概取有窥视他人行踪作用之意。当时荷兰正与西班牙作战，望远镜在荷、西战争中起了作用。荷兰舰队的战舰上备有望远镜，能在敌舰发现他们之前就先行发现敌舰的动向，从而使荷兰舰队取得了战争的主动权。1609年荷兰与西班牙休战，望远镜解密。

望远镜发明的消息很快在欧洲各国流传开了，意大利科学家伽利略得知这个消息之后，就自制了一个。第

《应用光学》课程设计—望远镜设计计算指导

说明：

1、本指导将全面介绍带有普罗I型转像棱镜系统的望远镜设计过程以及计算，作为《应用光学》课程设计的实习范例。实验报告需在此基础上完善和修改，严禁全盘抄袭本指导，否则作0分处理！

2、本指导省略了理论分析部分，计算依据请参考有关资料。

设计题目和技术要求 题目：双筒棱镜望远镜设计（望远镜的物镜和目镜的选型和设计） 要求：

双筒棱镜望远镜设计，采用普罗I型棱镜转像，系统要求为： 1、望远镜的放大率Γ＝6倍；

2、物镜的相对孔径D/f′＝1：4（D为入瞳直径，D＝30mm）； 3、望远镜的视场角2ω＝8°；

4、仪器总长度在110mm左右，视场边缘允许50%的渐晕； 5、棱镜最后一面到分划板的距离?14mm，棱镜采用K9玻璃，两棱镜间隔为2～5mm。 6、lz′=8～10mm

如何开始呢？ 我们的工作将按照以下步骤进行：

1、系统外形尺寸的计算：根据需求确定像差，选型；

2、使用PW法进行初始结构的计算：确定系统的r、d、n； 3、像差的校正：通过修改r、d、n，调整像差至容限之内； 4、进行像质评价，总结数据图表，完成设计。

下面我们将根据以上步骤来示范本次设计 第一部分：外形尺寸计算

一、各类尺