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自制天文望远镜

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20CM反射望远镜可以说是目视天文观测的一种标准配置,国内外很多知名的爱好者都拥有这种望远镜,他们用这种望远镜进行了许多卓有成效的观测。多年以前河南开封的张大庆先生就给我磨制了一块Φ200抛物面反射镜(焦距107CM),但由于种种原因我一直没能动手制作。

同好会的寇文也有同样口径和焦距的一面反射镜,他的望远镜已经快完工了。北京另一位天文同好何景阳先生还热情地帮我做了一个铝质镜筒,我想现在该是动手的时候了。 我计划99年上半年制作一个道布森式的反射望远镜,下半年逐步完善它,同时作为一种尝试,为它加装两个步进电机,实现计算机自动控制。

我将把我的每一个设想、每一步实践记录下来,如果你有兴趣,可以与我分享制镜的快乐,如果你有更好的方法,欢迎与我联系。 (1999-1-22)

现在我手头的主要配件如下:

抛物面反射镜(主镜):焦距1075mm,直径198mm,厚20mm 小平面反射镜(副镜):短边直径35mm,厚12mm 铝质镜筒:内直径229mm,长度1000mm,壁厚1.5mm 目镜:接口31.7mm

各种类型的牛顿式反射望远镜,其光学结构都是一样的(见上图),这里就不再罗嗦了。装配望远镜的镜身首先要解决三大问题: 物镜的安装

目镜调焦座的安装 副镜的安装

在牛顿式反射望远镜中,镜筒的内径一般比物镜直径大20~30mm,以方便物镜的安装和调节;另外镜筒的长度一般至少应等于物镜的焦距长度,这样目镜开口离镜筒端面有一定距

离,可以避免杂散光的干扰,而且主镜焦点伸出镜筒不会太长,否则除非副镜尺寸足够大,当用广角目镜观测时,视场边缘肯定会有光线损失。(然而我的物镜焦距和主镜筒长度并不能满足这个要求。改变物镜焦距显然是不可能的,而加长镜筒长度难度也很大,外观也不好看。所以设计时要着重考虑这个问题,必要时得在某方面作出牺牲。)

只有当主镜的光轴和目镜的光轴完全重合时,望远镜才能达到最好的成像效果。然而即使在家仔细调整好光轴,经过长时间使用或长途运输后,光轴仍可能会歪,所以装配镜身时,主镜的指向、副镜的位置和指向以及目镜的指最好都是可以调节的。这一点在整个望远镜的设计和制作过程中不能忘记。 (1999-2-7)

首先设计物镜座。《天文爱好者》杂志曾两次连载杨世杰先生的文章《怎样自制天文望远镜》,其中介绍了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),先用三个金属片弯成的小钩将物镜固定在底板上,然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,镜片固定稳固,但物镜的指向调节很困难。对于强光力的望远镜,校准光轴是很重要而且时常需要做的事,所以这种方法不太合适。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,也是现在国际上很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(我理解应是大于30cm的)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皮革,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挡在镜片边上,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个毫米(见下图)。观测时,物镜片只与两个防侧滑木块接触,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。

这第三种方法制作难度介于前两种方法之间,物镜变形最小,可运输时固定不太牢靠。只要解决物镜固定问题,这还是一种不错的方法。另外,由于我的镜筒比较短,这种方法可以省出1~2cm的空间,我决定采用这种设计。 (1999-2-7)

目镜调焦座和副镜的安装设计方案已经完成,它们都是依附于固定在镜筒内壁的一块钢质托板上的,请参见下图,具体设计想法下次再谈。

(1999-2-8)

托板由一块120mm×100mm×2mm的钢板制成(见下图),两侧折弯,各打四个安装孔,然后只要在镜筒上打上相应的孔,就可以将托板牢牢地固定在镜筒的内壁上。考虑到将来会接照相机,托板上会受较大的力,所以安装孔较多,所用材料也较厚。

(1999-3-4)

有了托板,目镜调焦座的安装就容易多了。常用的方法是做一个法兰盘,一端用螺栓与托板连接,另一端接目镜。因为我手头有几个摄影用的M42螺口近摄接圈,所以我采用了更简单的方法,直接在托板中央挖一个直径42.5mm的孔,找一个比较短的接圈,将它的外螺纹一端从这个孔中穿过,与另一个长一些的接圈的内螺纹相接,拧紧后两个接圈便与托板紧密连接,再做一个M42螺纹到31.7mm目镜的转接口,便可以固定目镜了。 (1999-3-4)

副镜的安装我采用了比较独特的设计,简单易做,固定牢靠,而且副镜的各个自由度都可调节。

副镜由副镜托架固定,如2月8日的图所示。副镜托架主要由四个零件组成,详见下图:

自制天文望远镜

20CM反射望远镜可以说是目视天文观测的一种标准配置,国内外很多知名的爱好者都拥有这种望远镜,他们用这种望远镜进行了许多卓有成效的观测。多年以前河南开封的张大庆先生就给我磨制了一块Φ200抛物面反射镜(焦距107CM),但由于种种原因我一直没能动手制作。同好会的寇文也有同样口径和焦距的一面反射镜,他的望远镜已经快完工了。北京另一位天文同好何景阳先生还热情地帮我做了一个铝质镜筒
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