如何调整反射式望远镜的光轴

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如何调整反射式望远镜的光轴

liyunzerg译
当我们满怀希望投入观测，却发现像质平平，甚至恒星都不能聚成一个点，这个时候先别怀疑镜子有问题，很可能问题仅仅出在镜片装配上，经过对光轴的重新调整，望远镜里展现出的可能是完全不同的景象。
抛物面反射镜的成像有个特点，在光轴上成像很完美，没有像差，但离开光轴就会有明显的彗差（星点带了小尾巴）。在光轴上，使用一般视场的目镜，视场中心的星点是很锐利的，实际上视场边缘的像差也不易察觉。而如果在光轴外，整个视场中的星点可能都不实，而且离光轴越远这一点越严重。
怎样才算调好光轴了？
当反射镜的光学系统中的两个光轴：主镜（物镜）光轴和目镜光轴都经过副镜上的同一点，且被副镜反射后二者完全重合，也就是成了一个光轴，那么光轴就算调好了。
在缺乏检验手段时，可以通过实际观测来判断光轴是否调好。找一个大气宁静度较好的晴夜，用望远镜的最高倍率（用毫米表示的主镜的直径数）看一颗恒星（如果没有赤道仪则可以看北极星）。把星点放在目镜视场中心（以减少目镜带来的像差），仔细调整焦距，从焦点外调到焦点，然后调到焦点内。如果光轴调整没有问题，可以看到在焦点上星像凝结得很实、很细、很锐利，散焦后衍射环是同心圆，这些都反映了望远镜的像质。如果散焦后可以看到几圈衍射环，但，四周均匀地带有一些“毛刺”，这说明反射镜面的精度稍差，但光轴调整的还是好的。如果散焦后星点变成了一个小的扇形，而且在目镜视场中移动星象，扇形的发散方向不变，这说明望远镜的光轴需要调整了。光轴调整步骤及辅助工具首先需要做辅助工具：带双十字线的窥管（见上图，请点击图片放大看）管的外直径同目镜接口直径，管的一端加盖，盖的正中心挖2mm直径的圆孔，管的另一端用白色棉线对称地拉上双十字线，两线间距3～4mm。管长用如下方法确定：从目镜调焦筒中放入窥管（窥孔在外），窥孔一端与目镜调焦筒外端口平齐，双十字线一端距副镜20～30mm。
做窥管的材料不限（如果你使用的是31.7mm目镜接口，可以考虑用柯达胶卷的黑色包装盒来做窥管），关键是插入目镜调焦筒后要稳固，不能晃动太大。双十字线要拉正，相交处的小正方形与窥孔的连线应该是目镜调焦筒的轴线。
1.主镜中心定位点
剪一片直径5mm的黑纸，用两面胶准确地粘在物镜的正中心。（因为主镜的中心区域并不参与成像，所以这个黑点不会有负面影响）
3.主镜筒开口处十字线
在主镜筒开口处用粗线拉十字线，要求两线相互垂直，交点过主镜筒轴线。（在主镜开口处拉上十字线可能会影响对副镜的操作，所以最好标记出十字线与镜筒的四个交点的位置，觉得十字线碍事时可以先把它拆下来，必要时再重新拉上。
这三个工具制作并不复杂，但你很快会发现它们很有用。借助它们，现在我们可以开始一步一步地调整望远镜光轴了。
现在开始调整光轴?
首先要了解反射望远镜的光轴原理（见下面的图片1，请点击放大）
预调主镜指向
取下副镜，调节主镜后面的螺栓，直到从镜筒开口前看过去，十字线交点、物镜中心黑点、十字线交点在物镜中所成的像三者成一条直线时，表明主镜指向基本正确。（下面专门有一步是调主镜的，预先加这一步操作可以使下面的操作更容易。

1.调节目镜调焦筒使之垂直于主镜筒
将窥管装入目镜调焦筒中，从窥孔中观察，可以看到从窥孔到双十字线的连线（实际就是目镜调焦筒轴线）再延长，会与主镜筒壁交于某一点，标记出这一点，用尺子测量其位置，再参考目镜调焦筒在主镜筒的位置，我们就可以判断出目镜调焦筒是否与主镜筒垂直。
2.调节副镜使之位于主镜筒轴线上
取下窥管，装上副镜，大致调节副镜指向，使眼睛从目镜调焦筒中可以看到经副镜反射所成的主镜的像，同时也应该可以看到副镜和十字线经两次反射后所成的像。从这些像中我们可以看出副镜和十字线的相对位置，如果副镜的圆心和十字线交点重合，说明副镜位于主镜筒轴线上，否则就需要做相应的调节。
3.调节副镜使之位于目镜调焦筒正下方
从目镜调焦筒方向看进去，副镜显然已经位于调焦筒的下方，但经过这样看精度无法保证。此时，装入窥管，眼睛从窥孔看到的，最外圈是窥管的内壁（双十字线现在不起作用，可以不管），中间是副镜。副镜的外圆轮廓和窥管的内壁轮廓如果是同心圆，说明满足要求，否则要在主镜轴线方向调节副镜。（如果因窥孔太小、光线太暗而看不清楚，可以在窥管正对的主镜筒壁垫上一张白纸，如果窥管太细，看不到副镜的外圆轮廓，可以把窥管往外抽或缩短其长度。
4.调节副镜指向，使目镜光轴经副镜反射后指向主镜中心
在上一步的基础上，一面用眼睛从窥孔中观察，一面调节副镜指向，直到主镜在副镜中所成的像的外圆轮廓、副镜的外圆轮廓二者同心。
5.调节主镜指向，使其光轴与目镜光轴重合
用手电筒照亮窥管的双十字线，眼睛从窥孔看进去，可以看到双十字线、主镜的中心点所成的像以及双十字线经两次反射所成的像。调节主镜背后的螺栓，使上述三者同心。至此，反射镜光轴调节完毕。下面给出从窥孔中所能看到的图象，以供参考。见（图片2）
上述各个调节步骤中，根据副镜支架的不同设计，下一步操作会对前一步的结果带来或多或少的影响，所以必要时可以返回前面的操作，可能要有几次反复，最后才能得到满意的结果。第一次调节会费一些工夫，一旦调好后，只要副镜支架稳固，以后的工作就轻松得多，即使为了运输而将主镜重装，一般也只需调节主镜后的螺栓就行了，借助于窥管，可以很快将望远镜调整至最佳状态。
最后有一点需要补充说明，一般认为光轴与副镜的交点在副镜的中心。在长焦距的望远镜中可以认为如此，但在大口径、短焦距的牛顿式反射望远镜中，副镜的尺寸也较大，副镜长边的两端到目镜的距离已经不能再近似认为是一样的了，请看下面的示意图（图片3）
光轴相交于副镜的B点，而不是副镜中心所在的A点。这相当于副镜从中心位置向主镜方向和远离目镜的方向都有一个位移。这两个方向的位移量可以用如下公式计算：
位移量=（副镜短边长）/（4*主镜焦比）
例如我的望远镜副镜短边长35mm，主镜焦比为5，则两个方向的位移量都是1.75mm。
如果有此类短焦距的望远镜，需要把这种情况考虑进去。计算出位移量，在上述第2步调节中，应让副镜稍稍远离目镜方向；在第3步调节中，当我们看到副镜的外圆轮廓和窥管的内壁轮廓是同心圆时，实际上副镜已经向主镜方向有了位移，不需再额外做调节了。

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