20CM反射望遠(yuǎn)鏡可以說(shuō)是目視天文觀測(cè)的一種標(biāo)準(zhǔn)配置,國(guó)

1、20CM反射望遠(yuǎn)鏡可以說(shuō)是目視天文觀測(cè)的一種標(biāo)準(zhǔn)配置，國(guó)內(nèi)外很多知名的愛(ài)好者都擁有這種望遠(yuǎn)鏡，他們用這種望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行了許多卓有成效的觀測(cè)。多年以前河南開(kāi)封的張大慶先生就給我磨制了一塊200拋物面反射鏡（焦距107CM），但由于種種原因我一直沒(méi)能動(dòng)手制作。同好會(huì)的寇文也有同樣口徑和焦距的一面反射鏡，他的望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)快完工了。北京另一位天文同好何景陽(yáng)先生還熱情地幫我做了一個(gè)鋁質(zhì)鏡筒，我想現(xiàn)在該是動(dòng)手的時(shí)候了。我計(jì)劃99年上半年制作一個(gè)道布森式的反射望遠(yuǎn)鏡，下半年逐步完善它，同時(shí)作為一種嘗試，為它加裝兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。我將把我的每一個(gè)設(shè)想、每一步實(shí)踐記錄下來(lái)，如果你有興趣，可以與我分享制

2、鏡的快樂(lè)，如果你有更好的方法，歡迎與我聯(lián)系。（1999-1-22）現(xiàn)在我手頭的主要配件如下：拋物面反射鏡（主鏡）：焦距1075mm，直徑198mm，厚20mm 小平面反射鏡（副鏡）：短邊直徑35mm，厚12mm 鋁質(zhì)鏡筒：內(nèi)直徑229mm，長(zhǎng)度1000mm，壁厚1.5mm 目鏡：接口31.7mm 各種類(lèi)型的牛頓式反射望遠(yuǎn)鏡，其光學(xué)結(jié)構(gòu)都是一樣的（見(jiàn)上圖），這里就不再羅嗦了。裝配望遠(yuǎn)鏡的鏡身首先要解決三大問(wèn)題： 物鏡的安裝 目鏡調(diào)焦座的安裝 副鏡的安裝 在牛頓式反射望遠(yuǎn)鏡中，鏡筒的內(nèi)徑一般比物鏡直徑大2030mm，以方便物鏡的安裝和調(diào)節(jié)；另外鏡筒的長(zhǎng)度一般至少應(yīng)等于物鏡的焦距長(zhǎng)度，這樣目鏡開(kāi)口離

3、鏡筒端面有一定距離，可以避免雜散光的干擾，而且主鏡焦點(diǎn)伸出鏡筒不會(huì)太長(zhǎng)，否則除非副鏡尺寸足夠大，當(dāng)用廣角目鏡觀測(cè)時(shí)，視場(chǎng)邊緣肯定會(huì)有光線損失。（然而我的物鏡焦距和主鏡筒長(zhǎng)度并不能滿足這個(gè)要求。改變物鏡焦距顯然是不可能的，而加長(zhǎng)鏡筒長(zhǎng)度難度也很大，外觀也不好看。所以設(shè)計(jì)時(shí)要著重考慮這個(gè)問(wèn)題，必要時(shí)得在某方面作出犧牲。）只有當(dāng)主鏡的光軸和目鏡的光軸完全重合時(shí)，望遠(yuǎn)鏡才能達(dá)到最好的成像效果。然而即使在家仔細(xì)調(diào)整好光軸，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間使用或長(zhǎng)途運(yùn)輸后，光軸仍可能會(huì)歪，所以裝配鏡身時(shí)，主鏡的指向、副鏡的位置和指向以及目鏡的指最好都是可以調(diào)節(jié)的。這一點(diǎn)在整個(gè)望遠(yuǎn)鏡的設(shè)計(jì)和制作過(guò)程中不能忘記。(1999-2-7

4、) 首先設(shè)計(jì)物鏡座。天文愛(ài)好者雜志曾兩次連載楊世杰先生的文章怎樣自制天文望遠(yuǎn)鏡，其中介紹了兩種物鏡的固定方法。第一種是最簡(jiǎn)單的方法（下圖A）：找一個(gè)與鏡筒內(nèi)徑相同的木板（底板），先用三個(gè)金屬片彎成的小鉤將物鏡固定在底板上，然后用三個(gè)角鐵把底板固定在鏡筒上即可。這種方法制作簡(jiǎn)單，鏡片固定穩(wěn)固，但物鏡的指向調(diào)節(jié)很困難。對(duì)于強(qiáng)光力的望遠(yuǎn)鏡，校準(zhǔn)光軸是很重要而且時(shí)常需要做的事，所以這種方法不太合適。第二種方法（下圖B）首先將物鏡固定在一個(gè)小板上，小板通過(guò)三個(gè)螺栓與底板相連，螺栓中間加上彈簧，通過(guò)調(diào)節(jié)底板背后的螺母可以很方便地調(diào)節(jié)物鏡的方向。這種方法制作相對(duì)復(fù)雜些，但使用效果卻非常好，也是現(xiàn)在國(guó)際上很流

5、行并且使用最多的一種方法。而隨著物鏡口徑的增大，其重量也在增加，上述第二種方法中所用的螺栓和彈簧的強(qiáng)度必須增加，這最終會(huì)導(dǎo)致物鏡座的重量隨物鏡口徑的變大而急劇增加。因此對(duì)于較大口徑的物鏡（我理解應(yīng)是大于30cm的）又有了一種新的固定方法。這種方法使用一塊底板，沒(méi)有小板，沒(méi)有彈簧，但底板上卻保留三個(gè)螺栓，螺母嵌入底板中，物鏡片是直接放在螺栓的三個(gè)頂點(diǎn)上的，調(diào)節(jié)螺栓可以調(diào)節(jié)物鏡的指向（螺栓頂點(diǎn)要打磨光滑，與鏡片之間要墊上薄的皮革，以防止劃傷鏡片）；為防止鏡片滑動(dòng)，要在底板上釘三個(gè)小木塊擋在鏡片邊上，為防止運(yùn)輸時(shí)物鏡片翻倒（正常觀測(cè)時(shí)鏡筒開(kāi)口都是朝上的，物鏡重量落在三個(gè)螺栓上，不會(huì)翻倒），三個(gè)小木塊

6、上還要各加一個(gè)木片，木片末端要超出物鏡邊緣3、4個(gè)毫米（見(jiàn)下圖）。觀測(cè)時(shí)，物鏡片只與兩個(gè)防側(cè)滑木塊接觸，與三個(gè)防翻倒木片不接觸，沒(méi)有任何外力卡住物鏡，因此物鏡不會(huì)產(chǎn)生任何形變。這第三種方法制作難度介于前兩種方法之間，物鏡變形最小，可運(yùn)輸時(shí)固定不太牢靠。只要解決物鏡固定問(wèn)題，這還是一種不錯(cuò)的方法。另外，由于我的鏡筒比較短，這種方法可以省出12cm的空間，我決定采用這種設(shè)計(jì)。(1999-2-7)目鏡調(diào)焦座和副鏡的安裝設(shè)計(jì)方案已經(jīng)完成，它們都是依附于固定在鏡筒內(nèi)壁的一塊鋼質(zhì)托板上的，請(qǐng)參見(jiàn)下圖，具體設(shè)計(jì)想法下次再談。(1999-2-8)托板由一塊120mm×100mm×2mm的鋼

7、板制成（見(jiàn)下圖），兩側(cè)折彎，各打四個(gè)安裝孔，然后只要在鏡筒上打上相應(yīng)的孔，就可以將托板牢牢地固定在鏡筒的內(nèi)壁上?？紤]到將來(lái)會(huì)接照相機(jī)，托板上會(huì)受較大的力，所以安裝孔較多，所用材料也較厚。(1999-3-4)有了托板，目鏡調(diào)焦座的安裝就容易多了。常用的方法是做一個(gè)法蘭盤(pán)，一端用螺栓與托板連接，另一端接目鏡。因?yàn)槲沂诸^有幾個(gè)攝影用的M42螺口近攝接圈，所以我采用了更簡(jiǎn)單的方法，直接在托板中央挖一個(gè)直徑42.5mm的孔，找一個(gè)比較短的接圈，將它的外螺紋一端從這個(gè)孔中穿過(guò)，與另一個(gè)長(zhǎng)一些的接圈的內(nèi)螺紋相接，擰緊后兩個(gè)接圈便與托板緊密連接，再做一個(gè)M42螺紋到31.7mm目鏡的轉(zhuǎn)接口，便可以固定目鏡了。

8、(1999-3-4)副鏡的安裝我采用了比較獨(dú)特的設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單易做，固定牢靠，而且副鏡的各個(gè)自由度都可調(diào)節(jié)。副鏡由副鏡托架固定，如2月8日的圖所示。副鏡托架主要由四個(gè)零件組成，詳見(jiàn)下圖：T型體：由兩個(gè)相互垂直的面構(gòu)成，其橢圓面與副鏡連接（可用膠粘或其他方法，注意不要讓副鏡受力太大而產(chǎn)生形變），另一面厚3mm，鉆4孔?？梢杂娩X合金型材制成。 圓柱體：直徑8mm，可用鋁棍車(chē)制，一端洗一個(gè)3mm寬、15mm深的槽，在與其垂直的方向上鉆4孔。 副鏡托桿：用6mm鋼棍制成，長(zhǎng)度約大于鏡筒半徑，一端套扣（剛好能插入托板上的副鏡托桿安裝孔）。 連接件：用長(zhǎng)方體鋁塊制成，在相互垂直的方向上鉆兩個(gè)孔，一個(gè)8mm，另

9、一個(gè)6mm，用以將圓柱體和副鏡托桿連接。為保證連接牢固，要在每個(gè)孔旁邊打孔攻絲，安裝緊固螺絲。 裝配方法如下：T型體的一面插入圓柱體的槽中，用一個(gè)M3螺栓連接T型體和圓柱體。將圓柱體和副鏡托桿用連接件連接，副鏡托桿的攻絲的一端用兩個(gè)螺母固定在托板的副鏡托桿安裝孔中。副鏡托桿安裝孔實(shí)際上不是孔而是槽，副鏡托桿可以左右移動(dòng)；連接件可以沿著副鏡托桿上下滑動(dòng)；圓柱體可以在連接件的孔中前后移動(dòng)，左右轉(zhuǎn)動(dòng)；副鏡可以繞圓柱體的螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)以調(diào)節(jié)仰角。副鏡指向的方便調(diào)節(jié)為以后光軸的精確調(diào)整打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)。(1999-3-4)鏡筒設(shè)計(jì)完成，馬上開(kāi)始動(dòng)手制作。首先將托板和副鏡托架（除T型體）的圖紙送給作機(jī)加工的師傅

10、，幾天后取到貨。 T型體可以自己制作：鋸兩截角鋁（可以從鋁合金型材上鋸下，與角鐵一樣，它具有兩個(gè)相互垂直的面），將它們的楞邊對(duì)齊，另一面用環(huán)氧樹(shù)脂緊密粘合，膠干后用鋼銼銼成所需的形狀，然后用手電鉆打眼，T型體就做好了。為了將副鏡固定在T型體的橢圓面上，通常用的方法是先在T型體上固定一塊長(zhǎng)方形薄鐵皮，薄鐵皮的四個(gè)角彎上來(lái)就可以緊緊鉤住副鏡。而我的副鏡厚度很厚，超過(guò)其短邊直徑的1/3，不會(huì)產(chǎn)生形變的問(wèn)題，所以我干脆在副鏡的背后呈品字形涂上三小塊環(huán)氧樹(shù)脂，然后直接將它與T型體粘在一起了。安裝托板的工作主要就是打孔。首先根據(jù)物鏡焦距和焦平面伸出鏡筒的距離可以確定托板的位置，然后在鏡筒上作好記號(hào)，用手電

11、鉆打8個(gè)孔。因?yàn)槟跨R調(diào)焦座一端固定在托板上，另一端要穿過(guò)鏡筒，所以鏡筒上要打一個(gè)大孔。這個(gè)孔也可以用手電鉆完成：先在鏡筒上畫(huà)好孔的邊界線，選用較細(xì)的鉆頭（2mm），沿著線打一排孔（孔間距約1mm），然后用小的什錦銼將這些小孔銼通，大孔就完成了。用8副螺栓將托板固定在鏡筒內(nèi)壁，安裝上目鏡調(diào)焦座和副鏡托桿，然后用螺絲將連接體、圓柱體等零件安裝并固定好，一切都是按照原設(shè)計(jì)進(jìn)行，非常順利。在制作物鏡座時(shí)，遇到了一些困難。底板是一個(gè)圓板，本打算找1012mm厚的木板用機(jī)器加工出來(lái)，但我最終只找到了8mm厚的膠合板，一時(shí)也沒(méi)找到木工，我就自己在板上劃好線，然后用鋼鋸鋸出了這個(gè)圓板，不圓的地方最后用木銼修理

12、修理，效果居然還挺好。連接鏡筒和底板的角鐵必須牢固，我選用了2.5mm厚的角鐵，每邊各鉆了兩個(gè)孔。因我的底板較薄，所以選用了螺栓將角鐵和底板連接（其強(qiáng)度比直接用木螺釘要大得多）。我買(mǎi)了三個(gè)M5的螺栓安裝在底板上用來(lái)調(diào)節(jié)物鏡的方向，本打算將螺母嵌入底板，但這樣制作難度大，螺絲也容易松動(dòng)。我最后在底板上鉆了三個(gè)直徑略小于螺絲直徑的孔，將螺絲直接旋入，借助木頭的彈性和張力，可以將螺絲緊固，不會(huì)松動(dòng)，同時(shí)借助改錐（起子）也可方便地對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)。在原設(shè)計(jì)中，防翻倒木片是固定在防側(cè)滑木塊的頂端的，這樣防側(cè)滑木塊的高度至少要比鏡片厚度大1厘米（達(dá)到3厘米），而它的厚度卻受底板和物鏡相對(duì)大小的限制只能略大于1

13、厘米，其強(qiáng)度十分有限，將來(lái)物鏡的安全要大打折扣。最后我更改了設(shè)計(jì)，防側(cè)滑木塊的高度減小到1.5厘米，我另外找了三個(gè)2厘米寬、0.7mm厚的鋁片，一端鉆孔，借助固定角鐵的螺栓固定在底板上，另一端折彎，與物鏡側(cè)面平行，在安裝完物鏡后將鋁片的末端再多折過(guò)來(lái)一些，這樣，平時(shí)物鏡與鋁片不接觸，當(dāng)物鏡要翻倒時(shí)就會(huì)被鋁片鉤住。為防止劃傷鏡片和產(chǎn)生雜散光，鋁片最后包上了一層黑色的電工膠布。(1999-3-29)通過(guò)角鐵將物鏡座固定在鏡筒底端后，鏡筒部分就基本完工了，下一步是制作道布森支架。沒(méi)有支架望遠(yuǎn)鏡用起來(lái)十分不便，但好的支架制作起來(lái)有很麻煩，于是我決定先做一個(gè)簡(jiǎn)單的支架。雖然簡(jiǎn)單，可這還是標(biāo)準(zhǔn)的道布森結(jié)構(gòu)

14、。首先給鏡筒裝兩個(gè)“耳朵”：車(chē)兩個(gè)10厘米直徑1厘米厚度的圓餅（材料可以是鋁或塑料），找7厘米寬的那種鋁合金型材鋸下長(zhǎng)12厘米（略大于圓餅的直徑）的一段，從其短邊對(duì)剖開(kāi)，鋁板兩側(cè)面的高度留5mm，其余鋸掉。在鏡筒重心部位兩面對(duì)稱(chēng)的地方沿鏡筒軸線方向各鉆兩個(gè)孔，孔距8厘米。沿圓餅直徑和鋁板中心線也各鉆兩個(gè)相距8厘米的孔，用螺栓依次穿過(guò)圓餅、鋁塊和鏡筒，擰緊后兩個(gè)“耳朵”就安裝好了。有了耳朵，下一步是做鏡架。我將家中的一個(gè)舊方凳作了改造，去了一邊的撐子，另兩面加上木條鋸出V型槽，鏡筒的兩各“耳朵”剛好能放在V型槽中。這樣，簡(jiǎn)單的道布森支架就完成了，雖然簡(jiǎn)陋，但現(xiàn)在用起鏡子來(lái)方便多了，以后有時(shí)間再做

15、一個(gè)好的支架。除了鏡筒內(nèi)壁的無(wú)光處理，望遠(yuǎn)鏡已大體完工了。我調(diào)整了副鏡和物鏡的方向，當(dāng)從目鏡方向看過(guò)去，在副鏡中物鏡的像和副鏡的二次像沒(méi)有嚴(yán)重偏離圓心時(shí)，就認(rèn)為光軸已經(jīng)初步調(diào)整完成了。天一黑我迫不及待地將望遠(yuǎn)鏡搬到陽(yáng)臺(tái)上，終于在目鏡中找到一顆星。我開(kāi)始調(diào)焦，期待著衍射環(huán)的出現(xiàn)，可令我奇怪的是，星像不但沒(méi)有出現(xiàn)衍射環(huán)，甚至不能匯聚成一點(diǎn)，總是一團(tuán)“小棉花”，亮星、暗星都是如此，對(duì)準(zhǔn)月亮，更是模糊一片，什么細(xì)節(jié)都看不清。怎么回事，物鏡質(zhì)量有問(wèn)題？副鏡變形？大失所望！幾天后又是晴天，我一下班就把望遠(yuǎn)鏡拿到陽(yáng)臺(tái)上，我想到了望遠(yuǎn)鏡內(nèi)外溫差導(dǎo)致的鏡筒內(nèi)空氣的流動(dòng)可能會(huì)影響像質(zhì)。晚飯后再去看，呀！果然不一樣了！暗星已基本可以調(diào)成點(diǎn)狀，亮星會(huì)