马克苏托夫望远镜

更新时间:2022-10-12 20:46

马克苏托夫望远镜(Maksutov Telescope)是一种用球面反射镜和负弯月型厚透镜的组合光学系统做物镜折反射式望远镜。于1941年由前苏联光学家马克苏托夫(Maksutov)首先制成。负弯月形透镜的球差与反射面镜的球差正好相反,可相互抵消。由于反射镜没有色差,而且只要厚度和曲率选择适当,还可以使弯月形透镜没有色差,使轴外象差也很小,因此它是一种象差极小的望远镜。其主要象差比具有相同的相对孔径的透镜组物镜小得多。由于所用的透镜由球面组成,在制造上比施密特非球面透镜容易得多,使用也较方便。与同样口径的折反射式望远镜相比,其镜筒长度短得多。另外,反射镜装在镜筒内,不受周围空气的损害。这种物镜应用广泛,有的还用来做双筒望远镜显微镜及照相机的物镜。由于大口径的弯月形透镜制造困难,这种望远镜的口径不能太大。最大的马克苏托夫望远镜口径为:改正镜70厘米,主镜98厘米,焦距210厘米,它装备在苏联阿巴斯土曼尼天文台。

工作原理与特点

马克苏托夫望远镜的光学系统和施密特望远镜类似,是由一个凹球面反射镜和加在前面的一块改正球差透镜组成的。改正透镜是球面的,它的两个表面的曲率半径相差不大,但有相当大的曲率和厚度,透镜呈弯月形,所以,这种系统有时也称为弯月镜系统。弯月形透镜主要的作用是抵消球面反射镜的球差,采用一定厚度的弯月形透镜可以不引进色差,适当选择弯月形透镜到球面反射镜的距离还可以消去彗差,并且这种系抗的象散非常小,但场曲是存在的,焦面大致等于以焦距为半径的一个球面,只要把底片弯成和焦面一样,那么所拍的照片在5°甚至8°之内星象都是很优良的。这种望远镜是有畸变的,不过并不太大,对天文工作没有多大影响。这种望远镜的相对口径大多做成1/2-1/4左右,主要用作天体照相工作。也可以把弯月形透镜略为移近球面反射镜,使球面反射镜的象在还未成出之前就由弯月形透镜中央部分的球面(把弯月形透镜第二面中央一小部分镀铝,或把弯月透镜第二面的中央部分磨成曲率半径更长的球面)反射到后方,得出一个放大了的象,类似于卡塞格林系统,称为马克苏托夫-卡塞格林望远镜,在导星镜光电中星仪、选址望远镜和天文普及工作中采用较多。

优缺点

马克苏托夫望远镜的主要优点:结构简单,系统中的所有表面都是球面的,容易制造;在同样的口径和焦距的情况下,镜筒的长度比施密特望远镜的短;集光能力强、可见天空区域大,可以看到很暗的天体.特别适合于对流星彗星星云的观测和大范围的巡天照相。

缺点是:和相同的施密特望远镜比较,视场稍小;弯月形透镜的厚度较大,一般约为口径的1/10,对使用的光学玻璃有较高的要求,因此,限制了口径的增大。

应用

在他发明之际,马克苏托夫自己暗示有可能取代卡塞格林式(Cassegrain reflector)的“折叠”光学的构造。珀金埃尔默(Perkin-Elmer)的设计师约翰·葛利格里(John Gregory)由马克苏托夫的想法发展出了马克苏托夫-卡塞格林望远镜。稍后,葛利格里在1957年的《天空和望远镜》杂志(Sky and Telescope)上发表了划时代的f/15和f/23的马克苏托夫-卡塞格林望远镜设计,为珀金埃尔默明确的预告了这项设计在商业上的用途。

今天,许多被制造的马克苏托夫式都采用了卡塞格林式的设计(有时称为“斑点马克苏托夫”),原本的次镜被在修正板内侧的一小片铝制的斑点所取代。好处是已经固定住无须再对正与校准,也消除了蜘蛛型支撑架所产生的衍射条纹。缺点则是损失了一定量的自由度(次镜的曲率半径),因为次镜的曲率半径必须与弯月形修正板的内侧一致。葛利格里自己,第二次再设计的速度较快的(f/15)时,就改采修正板的前面或主镜为非球面镜来减少像差

由于折反射技术的发展,现在各国都把各种镜头的优点结合起来,设计、制造出更优秀的望远镜。在天文领域应用最广的有施密特系统、马克苏托夫系统、施密特-卡塞格林系统、马克苏托夫-卡塞格林望远镜四种类型。其中马克苏托夫-卡塞格林望远镜主要有以下应用:

天文学应用

马克苏托夫-卡塞格林式设计的焦比提供了高倍率但狭窄的视野,这使它不适合做广视野的天文摄影,但在月球和行星的影像上确实有优异的表现,对于结构结实的双星和球状星团的影像也表现的很精致。马克苏托夫-卡塞格林望远镜从1950年代就开始销售给业余天文学家,早期的产品都是用来建立品牌的模组,所以都很昂贵。1970年代中期,一些主要的生产商开始大量生产并广为推荐,先是俄国,然后是中国都以低廉的价格生产,使售价大幅下跌。今天,这种设计已经是业余天文学家普遍性的选择,如果不是大量的生产,这是难以想象的事。在1960年代,一架小小的马克苏托夫-卡塞格林望远镜,像是魁星公司(Questar)的魁星3.5就相当昂贵,可以当作财富的象征,不像现在的唾手可得。

工业、航空应用

马克苏托夫的设计在军事、工业和航太界被广泛的应用,因为所有的光学元件不仅可以永久性的固定并对准,而且还可以用极端坚固的包装安置在密封的环境中。这使得它可以在严苛的环境和极高G力的场合下作为理想的追踪、远距观察,和雷达定标(瞄准)/炮膛校正的仪器设备。

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