卡塞格林望遠鏡

卡塞格林望遠鏡：由兩塊反射鏡組成的一種反射望遠鏡，1672年為卡塞格林所發明。反射鏡中大的稱為主鏡，小的稱為副鏡。通常在主鏡中央開孔，成像於主鏡後面。它的焦點稱為卡塞格林焦點。有時也按圖中虛線那樣多加入一塊斜平面鏡，成像於側面，這種卡塞格林望遠鏡，又稱為耐司姆斯望遠鏡。

基本介紹

• 中文名：卡塞格林望遠鏡
• 外文名：Cassegrain
• 反射鏡：兩塊
• 發明：卡塞格林
• 時間：1672年

發明和設計

卡塞格林望遠鏡的設計是以伯恩哈德·施密特的攝星儀為基礎，一如施密特攝星儀使用球面鏡做主鏡，並以修正板來改正球面像差；承襲卡塞格林的設計，以凸面鏡做次鏡，將光線反射穿過主鏡中心的孔洞，匯聚在主鏡後方的焦平面上。有些設計會在焦平面的附近增加其他的光學元件，例如平場鏡。

卡塞格林望遠鏡

美國制Celestron星特朗C9.25卡塞格林式望遠鏡它有許多的變形（雙球面鏡、雙非球面鏡、或球面鏡與非球面鏡各一），可以被區分為兩種主要的設計形式：緊密的和非緊密的。

在緊密的設計中，修正板靠近或就在主鏡的焦點上；非緊密的修正板則靠近或就在主鏡的曲率中心上（焦距的兩倍距離）。

緊密設計的典型例子就是Celestron和Meade的產品，結合一個堅固的主鏡和小而曲率大的次鏡。這樣雖然犧牲了視野的廣度，但可以讓鏡筒縮成很短。多數緊密設計的Celestron和Meade的主鏡焦比是f/2，而次鏡是負f/5，產生的系統焦比是f/10。須要提出的例外是Celestron的C-9.25，主鏡的焦比是f/2.3，次鏡的焦比是f/4.3，結果是鏡筒比一般緊密型的要長，而視野比較平坦。

非緊密的設計讓修正板靠近或就在主鏡的曲率中心上，一種非常好的施密特-卡塞格林設計例子是同心，就是讓所有鏡面的曲率中心都在一個點上：主鏡的曲率中心。在光學上，非緊密型的設計比緊密形的能產生較好的平場和變型的修正，但鏡筒在長度上卻有所增加。

主要類型

⒈Classical Cassegrain 拋物面 雙曲面

卡塞格林望遠鏡

⒉Ritchey-Chretien 雙曲面 雙曲面

⒊Dall-Kirkham 橢圓面 球面

⒋Houghton-Cassegrain 雙凸透鏡+雙凹透鏡 球面 球面

⒌Schmit-Cassegrain 施密特校正器 面型任意

⒍Maksutov-Cassegrain 彎月透鏡球面 球面

⒎Schmidt-meniscus Cassegrain施密特校正器+彎月透鏡 球面 球面

⒏Mangin-Cassegrain 多個球面透鏡 球面 球面

⒐Pressmann-Camichel 球面 橢圓面

⒑Schiefspiegler 斜反射離軸

結構形式

Classical Cassegrain

（經典的卡塞格林系統）：

“傳統的”卡塞格林望遠鏡有拋物面鏡的主鏡，和雙曲面的次鏡將光線反射並穿過主鏡中心的孔洞，摺疊光學的設計使鏡筒的長度緊縮。在小望遠鏡和照相機的鏡頭，次鏡通常安裝在封閉望遠鏡鏡筒的透明光學玻璃板上的光學平台。這樣的裝置可以消除蜘蛛型支撐架造成的"星狀"散射效應。封閉鏡筒雖然會造成集光量的損失，但鏡筒可以保持乾淨，主鏡也能得到保護。

光學望遠鏡結構特點

它利用雙曲面和拋物面反射的一些特性，凹面的拋物面反射鏡可以將平行於光軸入射的所有光線匯聚在單一的點上－焦點；凸面的雙曲面反射鏡有兩個焦點，會將所有通過其中一個焦點的光線反射至另一個焦點上。這一類型望遠鏡的鏡片在設計上會安放在共享一個焦點的位置上，以便光線能在雙曲面鏡的另一個焦點上成像以便觀測，通常外部的目鏡也會在這個點上。拋物面的主鏡將進入望遠鏡的平行光線反射並匯聚在焦點上，這個點也是雙曲線面鏡的一個焦點。然後雙曲面鏡將這些光線反射至另一個焦點，就可以在那兒觀察影像.

Ritchey- chretien

（R-C系統，里奇克列基昂）：

平行於光軸的光﹐滿足等光程和正弦條件的卡塞格林望遠鏡。它是由克列基昂(H.Chretien）提出﹑里奇(G.W.Ritch）製成的﹐按他們兩人姓氏的第一個字母得名為R-C望遠鏡。它的焦點稱為R-C焦點。這種望遠鏡的主﹑副鏡形狀很接近旋轉雙曲面﹐在實用上可把這種系統近似地視為消除三級球差和彗差的﹑由旋轉雙曲面組成的系統。由於消除了彗差﹐可用視場比其他形式的卡塞格林望遠鏡更大一些﹐並且像斑呈對稱的橢圓形。如果採用彎曲底片﹐視場會更明顯地增大﹐像斑則呈圓形。一個主鏡相對口徑為1/3﹑系統相對口徑為1/8﹑且像成在主鏡後面不遠處的這種望遠鏡﹐其主鏡偏心率接近於1.06的雙曲面﹐副鏡偏心率接近於2.56的雙曲面。在理想像平面（近軸光的像平面）上﹐如要求像斑的彌散不超過1﹐可用視場直徑約為19'﹔如用彎曲底片﹐仍要求像斑的彌散不超過1﹐則視場直徑可達37'。如要獲得更大的視場﹐則需加入像場改正透鏡。加入像場改正的R-C望遠鏡比主鏡為拋物面的卡塞格林望遠鏡的效果也更好。但在R-C望遠鏡中使用主焦點時﹐所成的像是有球差的。因此﹐使用它的主焦點時通常至少需加入一塊改正透鏡或反射鏡。

光學望遠鏡結構特點

典型的卡塞格林系統主鏡為拋物面，次鏡為雙曲面，這樣只能校正球差，如果將主鏡也改為雙曲面則可以校正兩種像差，球差和慧差，視場也可適當增大，但為了進一步增大視場則還需校正場曲、象散和畸變，這就還需要在像方加一組至少由兩片透鏡組成的校正透鏡組，可稱之為場鏡。

Dall-Kirkham cassegrain

（達--客 卡塞格林）

達爾-奇克漢卡塞格林望遠鏡是霍勒斯達爾在1928年設計出來的，並在1930年由當時的科學美國人編輯，也是業餘天文學家的艾倫奇克漢和艾伯特G.英格爾寫成論文發表在該雜誌上。這種設計使用凹的橢圓面鏡做主鏡，凸的球面鏡做第二反射鏡。這樣的系統比卡塞格林或里奇-克萊琴的系統都容易磨製，但是沒有修正離軸的彗形像差和視場畸變，所以離開軸心的影像品質便會很快的變差。但是對長焦比的影響較小，所以焦比在f/15以上的反射鏡仍會採用此種形式的設計。

光學望遠鏡結構特點

Houghton-cassegrain

(H-C系統，霍頓卡塞格林）：兩個球面反射鏡

Hougton的改正鏡由一塊雙凸透鏡和一塊雙凹鏡組成，能很好的修正球差，彗差，畸變，可用視場很大，色差也極小，可以忽略不計.像差主要是離軸像散，所有面都是球面，曲率半徑較大（不象馬克蘇托夫的改正鏡曲率半徑很小）容易加工.對材料要求也較低. 安裝方面，改正鏡兩透鏡之間的間隔，以及和主鏡間的距離的容差很大，主要是對正光軸.

光學望遠鏡結構特點

Hougton用於目視和攝影都有很好的表現. 個人感覺Hougton做成大焦比（快速）用於攝影更能體現它的優勢. 如果小焦比目視的話，和拋物面牛反相比基本沒明顯的優勢，已有一些國外DIYer做出Hougton-牛望遠鏡. 這種形式可以說是目前DIYer唯一能自制的折反鏡了. 另外，在oslo里測試過，當口徑較小時（比如100mm,120mm），將改正鏡的雙凸透鏡改為凸平鏡，雙凹鏡改為凹平鏡，雖然會引入一些像差，但是非常小（按攝影要求）.只要要求不是相當的高，完全在可以接受的範圍內.。施密特-卡塞格林式

schmit-cassegrain

施密特-卡塞格林式望遠鏡是一種折反射望遠鏡，以摺疊的光路與修正板結合，做成一個緊密的天文學儀器。施密特-卡塞格林的設計是以伯恩哈德·施密特的施密特攝星儀為基礎，一如施密特攝星儀使用球面鏡做主鏡，並以施密特修正板來改正球面像差；承襲卡塞格林的設計，以凸面鏡做次鏡，將光線反射穿過主鏡中心的孔洞，匯聚在主鏡後方的焦平面上。有些設計會在焦平面的附近增加其他的光學元件，例如平場鏡。

光學望遠鏡結構特點

施密特-卡塞格林式

它有許多的變形（雙球面鏡、雙非球面鏡、或球面鏡與非球面鏡各一），可以被區分為兩種主要的設計形式：緊密的和非緊密的。在緊密的設計中，修正板靠近或就在主鏡的焦點上；非緊密的修正板則靠近或就在主鏡的曲率中心上（焦距的兩倍距離）。緊密設計的典型例子就是Celestron和Meade的產品，結合一個堅固的主鏡和小而曲率大的次鏡。這樣雖然犧牲了視野的廣度，但可以讓鏡筒縮成很短。多數緊密設計的Celestron和Meade的主鏡焦比是f/2，而次鏡是負f/5，產生的系統焦比是f/10。須要提出的例外是Celestron的C-9.25，主鏡的焦比是f/2.3，次鏡的焦比是f/4.3，結果是鏡筒比一般緊密型的要長，而視野比較平坦。非緊密的設計讓修正板靠近或就在主鏡的曲率中心上，一種非常好的施密特-卡塞格林設計例子是同心，就是讓所有鏡面的曲率中心都在一個點上：主鏡的曲率中心。在光學上，非緊密型的設計比緊密形的能產生較好的平場和變型的修正，但鏡筒在長度上卻有所增加。

Maksutov-cassegrain

馬克蘇托夫-卡塞格林式：

馬克蘇托夫是折射反射（面鏡-透鏡）望遠鏡，被設計來減少離軸的像差，例如彗形像差。在1944年，蘇聯光學家德密特利·馬克蘇托夫發明此型望遠鏡，在設計上以球面鏡作主鏡並結合在入射光孔的彎月形的修正殼以改正球面像差，這是在反射望遠鏡和其他類型上的重大問題。馬克蘇托夫式的最大缺點是不能製作大口徑的（>250毫米/10 英吋），因為受到修正板的抑制，重量和製作成本都會上揚。

光學望遠鏡結構特點

馬克蘇托夫物鏡不能校正整個光束的球差，只能校正邊緣球差，因此存在剩餘球差，對軸外像差來說，只能校正慧差，不能校正象散。在他發明之際，馬克蘇托夫自己暗示有可能取代卡塞格林式的“摺疊”光學的構造。珀金埃爾默的設計師約翰·葛利格里由馬克蘇托夫的想法發展出了馬克蘇托夫-卡塞格林望遠鏡。稍後，葛利格里在1957年的天空和望遠鏡雜誌上發表了劃時代的f/15和f/23的馬克蘇托夫-卡塞格林望遠鏡設計，為珀金埃爾默明確的預告了這項設計在商業上的用途。

許多被製造的馬克蘇托夫式都採用了“卡塞格林”的設計（有時稱為斑點馬克蘇托夫），原本的次鏡被在修正板內側的一小片鋁製的斑點所取代。好處是已經固定住無須再對正與校準，也消除了蜘蛛型支撐架所產生的衍射條紋。缺點則是損失了一定量的自由度（次鏡的曲率半徑），因為次鏡的曲率半徑必須與彎月形修正板的內側一致。葛利格里自己，第二次，再設計的速度較快的（f/15）時，就改採修正板的前面或主鏡為非球面鏡來減少像差。

光學望遠鏡

Schmidt-meniscus Cassegrain

施密特彎月形卡塞格林

這種類型的望遠鏡可謂是集合了施密特和馬克蘇托夫的優點，相當於是叫了兩種校正器，施密特用於校正球差，彎月用於校正慧差，不過這種類型的卡塞格林長度顯得有些過長，不適合大口徑的使用。

Mangin-Cassegrain

阿古諾夫-卡塞格林

阿古諾夫-卡塞格林望遠鏡的設計是在1972年由P.P. 阿古諾夫首度介紹給世人的。他所有的光學元件都是球面鏡，並將傳統卡塞格林式的次鏡換成三個有空氣隙的透鏡元件。距離主鏡最遠的透鏡是曼京鏡，它的作用如同第二個鏡子的表面，在對向天空的一面有反射用的塗層。阿古諾夫的系統只使用球狀的表面，避免了非球面的製造和測試。然而，獲得的好處似乎很少，因為這套系統實際上非常難以製做，它需要精確的自由區域球的曲率半徑以取代等效的非球面鏡。

卡塞格林望遠鏡結構圖

Pressmann-Camichel

普雷斯曼-卡米歇爾卡塞格林

相比上述幾種類型卡塞格林來說，Pressmann-Camichel Type最容易製造，但品質較差，需加施密特校正器才能使用。

光學望遠鏡

Schiefspiegler

"離軸"或"斜反射"反射鏡卡塞格林：

Schiefspiegler("離軸"或"斜反射")反射鏡是一種非常奇特的卡塞格林反射鏡，他將主反射鏡傾斜以避免第二反射鏡在主鏡上造成陰影。雖然消除了衍射的圖形，卻又導致了其他不同的像差必須要修正。

光學望遠鏡

Three-mirror Cassegrain

三反卡塞格林

三反射鏡系統由三片反射鏡組成，有兩個間距、三個半徑和三個圓錐係數共八個變數，除了滿足系統焦距、球差、彗差、像散、場曲等系統性能和像質要求外，還有足夠的變數進行系統布局和結構的最佳化設計。三反射鏡系統比兩反射鏡系統的視場大，且易於控制光學系統的雜散輻射，增加了軸外視場的光通量，使得像面照度更加均勻。隨著空間技術的發展，全反射式光學系統，尤其是三反射式光學系統正在逐漸成為空間光學系統的主要形式。

卡塞格林望遠鏡

實際套用

在卡塞格林望遠鏡焦點處可以安置較大的終端設備，並不擋光，且觀測操作也較方便。對於一個兼具有主焦點系統、卡塞格林系統和折軸系統的望遠鏡，卡塞格林望遠鏡的相對口徑是中等的，它適用於作中等光力、較大比例尺的照相和其他工作，一般在這裡進行的主要工作有較大光譜儀的分光觀測、直接照相和像增強器照相、光電測光和紅外觀測等。

光學望遠鏡

這種設計在製造商提供給消費者的望遠鏡上非常普遍，因為球面的光學表面不僅比長焦距的折射式望遠鏡容易製做。雖然這類望遠鏡比同口徑的反射式望遠鏡價格要更昂貴，但是由於緊密的光學設計使它在依訂設計的口徑之內很容易攜帶，使它在嚴謹細緻的天文愛好者中更受青睞，已經成為目前主流的業餘高端天象觀測儀器。高的焦比意味著它不同於前身的施密特攝星儀，不是一架廣角的望遠鏡，但是它狹窄的視野很適合觀測行星和深空天體。