光学望远镜如何分类？有哪些类型？

ASTELCO在德国慕尼黑附近的Wendelstein山上建造的2米Fraunhofer望远镜

光学望远镜根据搭载的转台类型可以分为地平式望远镜和赤道式望远镜，两者互有优缺点，赤道式望远镜最大的优点是可以对天体进行长时间的跟踪观测；地平式望远镜的优点在于其 机械结构对于地球重力是对称的，方便设计制造，特别有利于解决大型望远镜的基架变形问题，一般大口径望远镜都是采用地平式转台。而根据光路设计光学望远镜大体可以分为三大类，分别是折射式望远镜，反射式望远镜和折反式望远镜，其中每一大类望远镜又根据不同的镜面设计等细分为不同小类。

折射式望远镜

折射式望远镜是最原始的光学望远镜形式，一般包含做为物镜的凸透镜和目镜两个基本的元件，物镜将光线折射汇聚在光轴的焦点上，这样可以使远方的物体放大，早期的折射式望远镜使用非消色差透镜，所以往往需要使用非常长的焦距来减少色差，经典的非消色差望远镜有伽利略望远镜和开普勒望远镜。现在的折射式望远镜使用消色差透镜来矫正色差，大体分为消色差望远镜和复合消色差望远镜。

1609年伽利略设计制作了第一台望远镜，他使用凸透镜做物镜和凹透镜做目镜，这样所观测到的影像是正立的，但视野受到限制，有色差，适眼距也不佳，在此之后所有与伽利略设计出来的原始形式相同的望远镜都称为伽利略望远镜。

1611年开普勒改善了伽利略望远镜的设计，他改用凸透镜做目镜，这样从目镜射出的光线是汇聚的，可以有较大的视野和适眼距，缺点是看见的影像是倒立的，后来这类采用相同设计的望远镜都称作开普勒望远镜。

折射式望远镜存在着很大的自身局限性，一个是高度残余的色差、球面像差和场曲像差，另一个是大口径折光镜存在镜片沉陷的问题，这是重力使玻璃变形的结果，而这些对于反射式望远镜来说大部分都不是问题。

反射式望远镜

反射式望远镜是使用曲面和平面的面镜组合来反射光线，并形成影像的光学望远镜，而不是使用透镜折射或弯曲光线形成图像的曲光镜。反射式望远镜所用物镜为凹面镜，有球面和非球面之分；比较常见的反射式望远镜的光学系统有牛顿式望远镜、卡塞格林式望远镜（Cassegrain telescope）和格雷戈里式望远镜（Gregorian telescope）。

反射式望远镜的性能很大程度上取决于所使用的物镜。通常使用的球面物镜具有容易加工的特点，但是如果所设计的望远镜焦比比较小，则会出现比较严重的光学球面像差；这时，由于平行光线不能精确的聚焦于一点，所以物像将会变得模糊。因而大口径的反射式望远镜的物镜通常采用非球面设计，最常见的非球面物镜是抛物面物镜和双曲面物镜。

1970年牛顿在磨制透镜多次失败的情况下决定用反射镜代替透镜作为主镜，并用一块平面镜将光线从侧面引出镜筒，发明了牛顿式反射望远镜。牛顿式望远镜通常使用球面镜作为主镜，小口径（12公分以下）而且是长焦比（f/8或更大）的望远镜使用球面镜作主镜也可以获致足够高的目视解析力。第二面平面镜在镜筒的前端，将光线反射至侧边镜的焦平面。对任何尺寸的望远镜，这都是最简单和最便宜的设计。

牛顿式望远镜光路图

卡塞格林式望远镜以抛物面镜作主镜，第二反射镜是双曲面镜，将光线反射回后方，并穿过主镜中心的洞孔，这种折叠光学的设计缩短了镜筒的长度。在小型的望远镜上，第二反射镜会安置在光学的平面镜上。这是在前端用来封闭镜筒的光学玻璃，可以有效的消除使用支撑架产生衍射星芒的现象。封闭的镜筒可以保持干净，主镜也得到了保护，代价是损失了一些集光力。

卡塞格林式望远镜光路图

George Willis Ritchey和Henri Chrétien在1910年代发明了一种新的卡塞格林式望远镜光学设计，称为Ritchey-Chrétien望远镜（RC型望远镜），它的两个镜片都是双曲面镜（取代了抛物面的主镜），有效的消除了焦平面上的彗形像差和球面像差，使他有较广的视野可以用于摄影的观测。

目前几乎所有研究级的反射式望远镜都是采用Ritchey-Chrétien光学设计，ASTELCO制造的望远镜也大多属于RC型卡塞格林式，根据客户的特定需求ASTELCO也提供其他光学设计定制服务，譬如经典卡塞格林式，用于定天镜/双星仪（Siderostats）的平镜系统，用于太阳望远镜的格雷戈里系统，可满足各种研究任务的不同需求。

由ASTELCO制造用于测试地面望远镜和SAT-COM卫星之间高数据率通信的0.6m原型望远镜，与1550纳米波段的红外激光器一起工作

格雷戈里式望远镜由两个凹面镜组成，主镜 (一个凹的抛物面镜) 收集光线，并在第二个面镜 (一个凹的椭圆体) 之前通过焦点反射回主镜，穿过主镜中心的洞，然后由仪器底部的末端射出，可以经由目镜观看。

这种设计基本上被卡塞格林式所取代，但有一个特点是格雷戈里式设计独有的，因为主镜会在副镜之前形成一个真实的图像，则可以在这个位置上放置一个视场挡板，使来自视场外的光线不能到达副镜，这个特点非常契合太阳望远镜的要求，视场挡板可以减少到达副镜和后续光学元件的热量。Hinode卫星上的太阳光学望远镜就采用了这种设计的一个例子。

Credit：NASA/GSFC/C. Meaney

Hinode卫星是日本、英国和美国联合研制的一颗太阳探测卫星，原名Solar-B，于2006年9月23日在日本九州的内之浦太空中心发射升空。日出卫星运行在近圆形的太阳同步轨道上，近地点为280公里，远地点为686公里。这颗卫星的主要目的是观测太阳磁场的精细结构，研究太阳耀斑等剧烈的爆发活动，拍摄高质量的太阳图片

折反式望远镜

反射式望远镜的物镜虽然没有色差，但球面反射镜存在球面像差，而且焦距越长的球面反射镜对加工精度要求越高。非球面的抛物面反射镜虽然在光轴中心不存在像差，但在光轴以外存在球差和彗差，而且加工难度大，成本也高。针对这些缺点折反式望远镜被设计出来，即在卡塞格林式望远镜的前方加装折射校正镜。常见的折反式望远镜类型有两种，分别为施密特-卡塞格林式和马克苏托夫-卡塞格林式。

施密特-卡塞格林式望远镜是在卡塞格林望远镜的镜筒最前端加装一个叫做Schmidt校正镜的光学元件，Schmidt校正镜是经过研磨接近平行的非球面薄透镜，可以有效地校正与消除主镜造成的球面像差。位于兴隆观测站的我国最大巡天望远镜郭守敬望远镜LAMOST（Large SkyArea Multi-Object Fiber Spectroscopy Telescope，大天区面积多目标光纤光谱天文望远镜）便是采用这种系统。

Credit：中国科学院国家天文台

LAMOST在大规模光学光谱观测和大视场天文学研究方面，居于国际领先的地位

马克苏托夫-卡塞格林式与施密特-卡塞格林式最大的区别在于校正镜的区别，采用的是易磨制的弯月形球面透镜，并且有封闭的全球面镜光学系统。因为焦距比较长，因此马克苏托夫-卡塞格林式的视野比施密特-卡塞格林式的狭窄，一般也比较重；但是较小的次镜使他的解析力比施密特-卡塞格林式好。

光学望远镜的种类丰富多样，除了以上所提及的常见类型，还有很多其他少见独特的类型，而不管哪种类型的望远镜，最重要的还是望远镜的品质本身，天文研究是真正意义上的“差之毫厘，缪以千里”，图像上的一毫米误差对应的是宇宙的亿万光年，ASTELCO望远镜的设计符合最高的质量标准并保证可靠稳定的终身性能，为天文领域提供强大实用的基础研究工具。

"We understand ourselves as one of the many branches of scientific research, listening to scientists and providing them with what they need to achieve their goals. Many of our projects are requests from the astronomical community, which we turn into ready-to-buy products."

– Peter Aniol, ASTELCO联合创始人兼总经理

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