天文光學(xué)望遠(yuǎn)鏡是觀測天體的重要儀器之一。望遠(yuǎn)鏡的作用就是放大遠(yuǎn)處物體的張角，使人眼能看清角距更小的細(xì)節(jié)。望遠(yuǎn)鏡的另一個作用是把物鏡收集到的比瞳孔直徑(最大約8毫米)粗得多的光束，送入人眼，使觀測者能看到原來看不到的暗弱物體。

望遠(yuǎn)鏡由物鏡和目鏡兩組鏡頭及其他配件組成。通常按照物鏡的種類，將望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)系統(tǒng)分為三類：折射系統(tǒng)、反射系統(tǒng)及折反射系統(tǒng)。

折射系統(tǒng)

用透鏡將光線會聚的系統(tǒng)就是折射系統(tǒng)。早期的折射系統(tǒng)用一塊單透鏡制作，由于玻璃對不同顏色的光的折射率不同，會產(chǎn)生嚴(yán)重的色差。為了克服色差引起的成像模糊，用不同折射率的玻璃可搭配成各種消色差的折射系統(tǒng)。常見的有雙膠合物鏡、雙分離物鏡、三分離物鏡等，分述于下：

●雙膠合物鏡

這是一種常用的消色差物鏡，用不同折射率的冕牌玻璃和火石玻璃搭配而成，當(dāng)選配合理時可同時校正球差、色差及正弦差。但由于熱膠合會使玻璃變形而影響精度，一般口徑不宜超過80毫米。自從有了紫外固化冷膠后，膠合透鏡的口徑大大增大。南京天文儀器研制中心的KPl50SR，口徑為150毫米，為冷膠雙膠合透鏡，成像質(zhì)量頗為理想。但由于這種物鏡不能校正軸外像差，所以視場角不宜太大，相對孔徑也不宜過大。雙膠合物鏡不能校正二級光譜，其值與焦距成正比，是個定值。只有用特種火石玻璃作負(fù)透鏡時，二級光譜可減少1/3(例如ED鏡頭)。如果用螢石玻璃作正透鏡，二級光譜可以再減少1/6。

●雙分離物鏡

用于口徑較大的望遠(yuǎn)鏡物鏡。這種物鏡可以利用正負(fù)透鏡之間的間隙設(shè)計，使帶球差有所降低，但是這種設(shè)計色球差依然不能校正，同時二級光譜反而有所增大，其他像差校正與雙膠合物鏡雷同。但是雙分離物鏡裝備稍困難一些，對物鏡框的要求要更高一些。南京天文儀器研制中心的KP200R物鏡即為典型的雙分離物鏡。

●三分離物鏡

由于可以任意選擇鏡面的曲率半徑、透鏡材料、透鏡厚度及相互間隙，三分離物鏡可以有力地校正色球差。在相對孔徑很小時，如果玻璃選擇合適也可以消除二級光譜。我們將此類物鏡稱為復(fù)消色差物鏡。

●四片以上的物鏡

為了獲得大口徑、大相對孔徑的透鏡系統(tǒng)，滿足拍攝和觀測大視場天體的需要，可以設(shè)計不同組合的折射式天體照相物鏡系統(tǒng)。南京天文儀器研制中心的KPl50P及KP80P分別是口徑為150毫米及80毫米的照相物鏡。特別是KPl50P，為了消除殘余球差將第五面修成非球面，60視場像質(zhì)優(yōu)良(相對孔徑1/4.5)。

但是，由于天體照相物鏡的材料及制作費用都十分高，因此價格也十分可觀。

以上折射系統(tǒng)僅是幾種例子。根據(jù)使用者的不同要求，還可有多種設(shè)計，像質(zhì)也可十分優(yōu)良。

反射系統(tǒng)

反射望遠(yuǎn)鏡在天文望遠(yuǎn)鏡中應(yīng)用十分廣泛。由于這種系統(tǒng)對玻璃材料在光學(xué)性能上沒有特殊要求，光線也不需要透過材料本身，同時重量較輕無色差又是反射鏡的一大優(yōu)點，因此大口徑的望遠(yuǎn)鏡都采用反射系統(tǒng)。但是反射物鏡表面精度對光程的影響是雙倍的，如果僅由一個反射表面來成像，則此表面所需的精確度(垂直入射光)比單個折射表面的精確度要高出將近4倍。由此可見，反射表面磨制的要求是很高的，再加上需經(jīng)常重新鍍反射面及部件組裝、校正的困難，反射系統(tǒng)在科普望遠(yuǎn)鏡中的應(yīng)用受到限制。

反射望遠(yuǎn)鏡中常用的有牛頓系統(tǒng)、卡塞格林系統(tǒng)、格雷高里系統(tǒng)、折軸系統(tǒng)等等。現(xiàn)代的大型反射望遠(yuǎn)鏡，大都通過鏡面的變換在同一個望遠(yuǎn)鏡上得到不同的系統(tǒng)，以用于不同的觀測項。下面分別介紹常用的幾種系統(tǒng)。

●牛頓系統(tǒng)

牛頓系統(tǒng)是反射系統(tǒng)中最簡單的光學(xué)系統(tǒng)。為了消除球差，主鏡一般制成拋物面，但當(dāng)相對孔徑減小到1/12以下時，主鏡可制成球面。它的結(jié)構(gòu)簡單，磨制比較容易，成本低廉，很多愛好者自制的天文望遠(yuǎn)鏡大多采用此系統(tǒng)。但這種系統(tǒng)由于軸外像差較大。視場不宜做得過大，且眼望方向與鏡筒指向方向不一致，從而使觀測者尋星較為困難。但是，相對孔徑較大的拋物面牛頓系統(tǒng)，往往被用作口徑較大的物鏡系統(tǒng)，其像質(zhì)優(yōu)良、光力強(qiáng)，對拍攝視場不大的視面天體十分合用。

●經(jīng)典卡塞格林系統(tǒng)及R-C系統(tǒng)

經(jīng)典卡塞格林系統(tǒng)的主鏡為拋物面，副鏡為雙曲面，而R-C系統(tǒng)主鏡為雙曲面，副鏡也是雙曲面。此兩類系統(tǒng)在大型望遠(yuǎn)鏡的制作中經(jīng)常使用，光學(xué)質(zhì)量甚佳。但由于主副鏡均為非球面，加工難度甚大，制作成本高昂，再加上視場角較小，所以科普天文望遠(yuǎn)鏡中不常用。南京天文儀器研制中心的KP400K采用卡塞格林系統(tǒng)。

●格雷高里系統(tǒng)

這個系統(tǒng)也是由兩個反射面組成，主鏡仍為拋物面，而副鏡為橢球面。此系統(tǒng)形成正立像，其鏡筒比卡塞格林及R-C系統(tǒng)的長一些。

在反射望遠(yuǎn)鏡中，有時會設(shè)計成多個焦點，用以產(chǎn)生不同的相對孔徑、視場角及焦距。在設(shè)計大型望遠(yuǎn)鏡時，在一個鏡筒中分別留有主焦點、卡焦及折軸焦點；而在科普儀器中將卡焦與牛頓焦點并存，對使用者大有益處。例如，南京天文儀器研制中心生產(chǎn)的KP350KIV型反射望遠(yuǎn)鏡中，巧妙地用裝插45。反射鏡來切換卡焦和牛頓焦點，從而使相對孔徑分別為1/12和1/4.2，拓寬了望遠(yuǎn)鏡的應(yīng)用范圍。

折反射望遠(yuǎn)望

此系統(tǒng)便于校正軸外像差，以球面鏡為基礎(chǔ)，加入適當(dāng)?shù)恼凵湓?，用來校正球差，得以取得良好的光學(xué)質(zhì)量。應(yīng)用最廣泛的有施密特望遠(yuǎn)鏡與馬克蘇托夫望遠(yuǎn)鏡兩類。

●施密特系統(tǒng)及施密特一卡塞格林系統(tǒng)

施密特系統(tǒng)由球面反射鏡和施密特正鏡組成，改正鏡是一個透射元件，其中一面是平面，另一面是非球面。非球面的面形能夠使中央的光束略有會聚，而邊緣的光束略有發(fā)散，這樣能使整個系統(tǒng)的球差得到很好的校正，并且主鏡不產(chǎn)生彗差、像散和畸變，而僅有場曲。專業(yè)望遠(yuǎn)鏡往往把接收器制成球面而得以消除場曲，它以大視場、優(yōu)像質(zhì)的特點在專業(yè)天文望遠(yuǎn)鏡中得到青睞。

但是，施密特系統(tǒng)不能用于目視，在科普天文望遠(yuǎn)鏡中甚少應(yīng)用。

將施密特系統(tǒng)稍加改型，加一球面反射鏡使成像在卡焦上，即為施密特一卡塞格林系統(tǒng)。這種系統(tǒng)在科普望遠(yuǎn)鏡中應(yīng)用很多，南京天文儀器研制中心的KP300S即為此類型。由于此系統(tǒng)除反射面外僅有一薄改正鏡，因此色差很小，再加上改正鏡封住鏡筒，克服了卡塞格林系統(tǒng)主鏡裸露而易積塵的缺點。需要指出的是，目前有些人將僅有一平面封口玻璃的反射系統(tǒng)稱為“施—卡系統(tǒng)”是不正確的。

●馬克蘇托夫系統(tǒng)和馬克蘇托夫—卡塞格林系統(tǒng)

馬克蘇托夫望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)由球面反射主鏡和彎月形副鏡組成。在一定條件下，彎月形副鏡可不產(chǎn)生色差，并且能補(bǔ)償球面主鏡所產(chǎn)生的球差。此外，光闌和厚透鏡的位置接近于主鏡的球心，產(chǎn)生的軸外像差很小。這種系統(tǒng)由于全部光學(xué)表面均為球面，加工比較容易，但口徑增大時，厚透鏡大而重很不方便，而且此系統(tǒng)與施密特系統(tǒng)一樣無法目視。 科普望遠(yuǎn)鏡中用的馬克蘇托夫望遠(yuǎn)鏡一般是指馬克蘇托夫一卡塞格林式望遠(yuǎn)鏡。在馬克蘇托夫系統(tǒng)中加一球面反射鏡使成像在卡焦，即為馬克蘇托夫一卡塞格林系統(tǒng)。此系統(tǒng)像質(zhì)優(yōu)良，且光學(xué)零件表面均為球面容易加工，較易裝、校，在小型天文望遠(yuǎn)鏡中時有應(yīng)用。南京天文儀器研制中心的KPl20M(120望遠(yuǎn)鏡)及KPl60M均采用此系統(tǒng)。

除上述較著名的折反射望遠(yuǎn)鏡的物鏡光學(xué)系統(tǒng)外，尚有一些多種結(jié)構(gòu)形式、成像質(zhì)量也很好的系統(tǒng)，不再一一贅述。