自制天文望远镜的几种方法.docx

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自制天文望远镜的几种方法

第一种方法:

现有以下材料：

焦距为120mm，口径为40mm的凸透镜*2

焦距为40mm，口径为25mm的凸透镜*2

口径为20mm的凹透镜*2

如果要倍率尽可能的大，镜片应该怎样搭配？

问题补充：

谢谢wjj253465799的帮忙，不过我没说清楚，*2是指2个，也就是说口径为40凸镜的有2个，口径为25的凸镜有2个，凹镜也有2个最佳答案:

用焦距为120mm，口径为40mm的凸透镜*2做物镜

口径为20mm的凹透镜*2做目镜

焦距为40mm，口径为25mm的凸透镜*2放在最后做增倍镜第二种方法:

2）制作方法

a）选择物镜和目镜。

买来的物镜测定焦距，把物镜对着太阳，在镜片的另一侧放张白纸板，前后移动白纸板，使太阳在白纸板上成像清晰。

用直尺量出镜片到白纸板的距离，这个距离就是镜片的焦距，为17.8厘米。

目镜的焦距已测得，是2厘米。

b）设计镜筒。

为了便于调节焦距，以适应视力不同的人观测，整个镜筒做成两节，一节是物镜镜筒，一节是目镜镜筒。

它们都用黄纸板（马粪纸）制作。

物镜镜筒的直径约等于物镜的直径，物镜镜筒的长度约等于物镜的焦距。

目精镜筒的直径约等于目镜的直径，目镜镜筒的长度比目镜焦距长50~80毫米。

目镜镜筒的外径等于物镜镜筒的内径，使得目镜镜筒既能插入物镜镜筒，又能贴得比较紧，便于前后调节焦距。

c）物镜镜筒的制作。

先找一根长度稍长于物镜焦距、直径约等于物镜直径的圆管做芯柱。

物镜镜筒用黄板纸条卷绕两三层制作。

先把黄板纸切成70~80毫米宽的纸条。

其中准备做第一层的黄板纸条，一面涂上墨，等墨干透后就可以卷镜筒了。

注意墨面朝里，以消除杂散光。

在芯柱上卷绕黄板纸条的时候，纸条一圈紧挨一圈，不能有间隙，也不能重叠。

在镜筒的两端和纸条的接头处，要用涂有浆糊或胶水的牛皮纸固定好。

第一层卷好后，在第一层外面涂上浆糊或胶水，然后卷绕第二层。

为了粘得更牢，第二层的黄板纸条里面也涂上浆糊或胶水。

第二层的卷绕方向和第一层相反。

第三层的卷绕方向和第二层相反，和第一层相同。

一般卷三层黄板纸就足够了。

镜筒的最外面糊上一层牛皮纸。

镜筒卷好后稍晾一会就要把芯柱抽出，然后竖直放在室内彻底晾干。

镜筒卷得比需要稍长一些，卷好晾干后再用锋利的刀截成需要的长度。

d）目镜镜筒的制作。

找一根直径约等于目镜的圆管做芯柱。

目镜镜筒的卷绕方法同物镜镜筒基本相同，但目镜镜筒的外径等于物镜镜筒的内径。

当目镜镜筒外径卷绕到已经接近物镜镜筒内径的时候，通过糊牛皮纸来逐渐达到要求。

e）镜片的安装。

这一程序较麻烦。

根据镜片和镜筒的具体情况采用不同的方法。

如图11，我们所制作的望远镜镜片直径小于镜筒内径。

，为了把镜片固定在镜筒中，我们分不同情况附加镜片套筒。

另外，在目镜镜筒的末端，加一段卷纸，以免整个目镜镜筒滑进物镜镜筒。

安装镜片的关键就在于使物镜和目镜的主光轴都落在镜筒的中心线上。

这是我们制作望远镜的又一个难点。

为此，在镜片没有完全固定好之前，进行了简单的调整。

对于物镜，把初步装上物镜的物镜镜筒对着远处的灯光，在物镜镜筒上没有物镜的一端蒙上一层半透明纸，使远处灯光通过物镜成像在半透明的纸中央。

然后不改变物镜镜筒的放置方向，转动镜筒，如果远处灯光的像始终落在半透明纸的中央，说明物镜的主光轴落在镜筒的中心线上。

就可以把物镜固定下来。

否则就需要适当调整物镜位置，直到符合要求为止。

物镜调整好之后，就把物镜镜筒的半透明纸撕掉，把初步装上目镜的目镜镜筒插入物镜镜筒内。

整架望远镜仍然对准远处灯光，并用眼睛观测。

前后调节目镜镜筒的位置，使远处灯光落在望远镜看到的视场中央。

然后使物镜镜筒不动，单转动目镜镜筒，如果远处灯光始终在视场中央，说明目镜的主光轴落在镜筒的中心线上，至此可以把目镜固定下来。

一架简单的小型开普勒式折射望远镜就做成了。

物理书上有的第三种方法:

1.折射式望远镜

折射式望远镜的光学系统,实质上与显微镜一样.二者都是由目镜观看物镜所造成的像.它们的差别是:

望远镜是用来看长距离的大物体,而显微镜是用以观看眼前的小物体.

下图说明天文望远镜的构造和原理.物镜使物体O行成缩小的实像I.I"是I经由目镜所造成的虚像.与显微镜的情况相同,I"可以呈现於眼睛之近点与远点间的任一位置上.实际上,望远镜所观看的物体离仪器非常远,所以它造成的像I之位置几乎就在物镜的第二焦点上.此外,若I"这个像在无穷远处,则I位於目镜的第一焦点.因此,目镜与物镜间的距离（亦即望远镜的镜筒长度）便等於物镜与目镜的焦距之和.

望远镜的角放大率之定义为:

最后的像I"对眼睛所张之角与物体对裸眼所张的角之比值.这比值可表为物镜与目镜的焦距之比,其推理方式如下.上图中,通过物镜第一焦点F1,并通过目镜第二焦点F2"的光线,用粗线画出以示强调.物体（未画出）对物镜所张的角是u,他对裸眼所张的角度也是这个值.此外,由於观察者的眼睛在焦点F2"右侧不远处,所以最后的像对眼睛所张的角等於u".ab与cd这两段距离显然相等,并等於像I的高度y".由於u与u"都很小,可以用它们的正切值代替它们（u=tanu）.由F1ab与F2"cd两个直角三角形可得

因此,

於是,望远镜角放大率等於物镜焦距除以目镜焦距之商.负号显示所成的像是倒像.

2.双筒望远镜

若这望远镜是用来做天文观测的,那麼倒像并非缺点;可是我们希望望远镜能形成正立的像.稜镜双筒望远镜（prismbinocular）可以达成这目的,下图显示其剖视图,其中的物镜与目镜之间,有一对45°-45°-90°全反射稜镜.在稜镜斜面上发生的四次反射,把像倒过来,而成为正立像.

3.反射式望远镜

反射式望远镜里,一凹面镜代替透镜作为物镜,如下图所示.这种装置在大型望远镜方面,有许多理论上及实际上的优点.反射面镜根本不会有色像差,而且消除它的球面像差比消除透镜的要容易多.镜面不须采用透明材料,而且反射镜可以做的比透镜坚固,因为透镜只能由边缘支持.世界上最大的反射式望远镜之镜面直径超过5公尺.由於像形成於入射光线所经区域的一部份,所以只有把入射光束的一部份挡掉,才能用目镜直接观看这个像;只有最大的望远镜才适於这麼做（否则光量太弱）.图（b）及（c）显示别的装置法,它们是用反射面镜把像向侧方,或是经由原镜上的小孔反射出去.

4.鉴别率（resolution）

照相机镜头的鉴别率可定义为:

像的每1cm中,勉强可变认为分开的线之线数.假设某镜头之焦距为50cm,鉴别率为100条线/cm.则100m外一物体上的分开2cm的线条仍能辨识!

材料:

大凸透镜（物镜）,小凸透镜（目镜）,手电筒,厚纸板,胶水,尺等

步骤一:

将大凸透镜（物镜）固定,在透镜后方放置一纸片,以手电筒照射透镜,移动纸片观测透镜焦点.

步骤二:

重复步骤一,将大凸透镜（物镜）换成小凸透镜（目镜）,观测透镜焦点.

步骤三:

设计一可变焦之望远镜.

步骤四:

以自制之望远镜观看尺之最小格线（0.1cm）,移动尺与望远镜间之距离,观察最远可辨识尺之格线的距离.

问题一:

试描述自制望远镜的成像图.

问题二:

请问两透镜的焦距为何望远镜倍率为何

问题三:

请计算望远镜的鉴别率为何

请将上述问题分别进行实验并以制式格式撰写报告,并於第十五周上各时缴交.

注意:

下课时,请将透镜取下,留给下组使用;望远镜筒可寄放在实验室.第四种方法:

一、镜身的装配

牛顿式反射望远镜的镜身（结构见下图）主要由镜筒、主镜、副镜和目镜构成，下面就分别说说镜筒、物镜座、副镜支架和目镜调焦座的设计与制作。

l镜筒

镜筒是光路中各大部件的支撑物，特别是要支撑重量较大的物镜和物镜座，因此必须有足够的强度。

镜筒的内径一般比物镜直径大2～3厘米，以方便物镜的安装和调节。

镜筒的长度一般至少等于物镜的焦距，如果太短，将来主镜焦点伸出镜筒会太长，除非副镜尺寸足够大，否则当用广角目镜观测时，视场边缘肯定会有光线损失。

如果找不到大小合适的金属或塑料筒做镜筒，那么可以因地制宜，根据自己所具有的加工能力来选材制作。

如果附近工厂有卷板机，可以请人用1.5mm厚的铝板按需要的长度和直径卷成圆筒，接口处可焊接或拉铆（我的镜筒就是用这种方法做的，结实而且轻便，效果非常满意）。

也可以请白铁匠用铁皮或1.5mm厚的铝板卷制镜筒，在筒口处弯边可以增加强度（张大庆先生用的就是这种方法）。

杨世杰老师介绍过在圆柱型芯子上用多层厚纸条按相互交错了的方向卷制镜筒的方法，我以前尝试卷过直径10厘米的镜筒，强度很大，效果很好。

但要卷直径大于20厘米的镜筒时，会有几个实际的困难：

首先是芯子不好找，其次是随着镜筒直径的增加，手工卷制的工作量和难度也会加大，各层纸粘合不紧密时，镜筒的强度会受影响，很难支撑20厘米的物镜和物镜座，将来也很难接相机拍照。

除了圆形镜筒，还可以考虑方形筒。

很多爱好者用木板制作方形镜筒，对于能找到木匠的爱好者来说这也是一种不错的方法；辽宁的张健同学在98年第一期《星空观测者》上介绍过用铝合金型材制作方形镜筒的方法，也很有新意。

l物镜座

物镜座是自制望远镜中的一个重点，它不但要牢固固定物镜，同时还要允许物镜的指向可以在一定范围内调节，另外还有一点容易被人忽视的是，不能将物镜卡得太紧，否则物镜会产生形变，影响成像质量。

杨世杰老师介绍过两种物镜的固定方法。

第一种是最简单的方法（下图A）：

找一个与镜筒内径相同的木板（底板），在上面相距120°的位置上贴上三块有弹性的泡沫橡皮或塑料垫片，把物镜放在上面，然后用三个金属片弯成的小钩将物镜固定在底板上（不要卡得太紧，以免物镜变形），最后用三个角铁把底板固定在镜筒上即可。

这种方法制作简单，镜片固定牢靠，但物镜的指向只能安装时调节好，以后再想改变很麻烦。

对于短焦比的望远镜，校准光轴是很重要而且时常需要做的事，所以我觉得不太合适用这种方法。

第二种方法（下图B）首先将物镜固定在一个小板上，小板通过三个螺栓与底板相连，螺栓中间加上弹簧，通过调节底板背后的螺母可以很方便地调节物镜的方向。

这种方法制作相对复杂些，但使用效果却非常好，也是现在十分流行并且使用最多的一种方法。

而随着物镜口径的增大，其重量也在增加，上述第二种方法中所用的螺栓和弹簧的强度必须增加，这最终会导致物镜座的重量随物镜口径的变大而急剧增加。

因此对于较大口径的物镜，又有了一种新的固定方法。

这种方法使用一块底板，没有小板，没有弹簧，但底板上却保留三个螺栓，螺母嵌入底板中，物镜片是直接放在螺栓的三个顶点上的，调节螺栓可以调节物镜的指向（螺栓顶点要打磨光滑，与镜片之间要垫上薄的耐磨物质，以防止划伤镜片）；为防止镜片滑动，要在底板上钉三个小木块（防侧滑木块）挡在镜片边上（不可将镜片卡得太紧，应留有1～2毫米的间隙）；为防止运输时物镜片翻倒（正常观测时镜筒开口都是朝上的，物镜重量落在三个螺栓上，不会翻倒），三个小木块上还要各加一个木片，木片末端要超出物镜边缘3、4毫米（见下图）。

观测时，物镜片的底面落在螺栓的三个顶点上，侧面只与三个防侧滑木块中靠下部的两个接触，与三个防翻倒木片不接触，没有任何外力卡住物镜，因此物镜不会产生任何形变。

固定20厘米的反射镜片，用上述第二种和第三种方法都行。

我选用的是第三种方法。

实际制作时，底板可以选用1厘米厚的整块木板或多层胶合板制作，如果是方镜筒，可以直接将木板锯成方形，如果是圆镜筒，可以请人用线锯或自己直接用钢锯条锯出圆形。

底板应比镜筒内径小1～2毫米，能在镜筒内方便地进出。

为防止木板受潮，有条件的可以对它作浸蜡处理，至少也要刷一层油漆。

调节物镜方向的螺栓可以到五金店买M5规格的，为防止划伤镜片，我在镜片背后与螺丝接触的地方贴了三层透明胶条；为防止螺丝的松动，我没有使用螺母，直接在底板上钻直径略小于螺丝直径的孔，将螺丝旋入，借助木头的弹性和张力，可