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業餘天文必備技術 -- 望遠鏡光軸校準法 列印 E-mail
作者 劉志安   
2007-09-26

關鍵字串 天文 望遠鏡 光軸 光學校準 光軸調整 光軸較準 光軸歪了.

      近來經常接到會員鄉親及同好詢問光軸走位的問題,以及該如何判定?如何調校?市售的單槍雷射光軸校準器越調越不準該怎麼辦?等等各方面的問題,雖然之前有開過光軸校準的課程,隨著會員漸漸增多,活動場次也越辦越多次,發現有這方面問題的鄉親同好也在增加,在此將上次課程整理整理,希望對大家能有所幫助,或者建立正確的基本概念,當有遇到問題時,可以迎刃而解。

      光軸調校的方法,其實是非常簡單的,不是什麼高深技術,只是轉動幾支推拉螺絲就可以了,重點是方法、步驟是否正確,以及如何去檢測是否調到定位。坊間很多書籍中一些早期的調校方法教人家怎樣目視判定,其實都沒有給大家〝依循的準則〞,大家只是自由心證覺得〝這樣應該可以了〞,目視調個老眼昏花也調不準;就算是有雷射光軸校準器,方法不對也是英雄無用武之地。只有正確的方法,才能用最簡單的技術,達到最佳的校正效果,希望大家可以在此篇當中學到你所需要的,好讓你的望遠鏡發揮應有的效能。

資料陸續整理中,敬請期待........

著作權聲明:

一. 何謂光軸

      我們先來回顧光學鏡片製作的原理,回歸到望遠鏡最基本的學理基礎,很容易就能理解什麼是光軸。

      以折射鏡而言:鏡面曲率中心連到鏡面任一點的任一線,其切線角度皆為90°所以皆為法線,其中包括一條通過鏡面中心點的法線,光線若延此線行進則不產生偏折,平行於此鏡心法線的光線入射後產生折射,皆偏向入射點法線,而在曲率中心後方聚集在同一點上,此點就是這片折射鏡的焦點,洽在鏡心法線上,且鏡面中心、曲率中心、焦點三點共此線,此線就是這片折射鏡的光軸。

凸透鏡成像

      以反射鏡而言:鏡面曲率中心連到鏡面任一點的任一線,其切線角度皆為90°所以皆為法線,其中包括一條通過鏡面中心點的法線,光線若延此線行進則循原路徑返回,平行於此鏡心法線的光線入射後與入射點法線成等角反射,而在鏡面中心與曲率中心中間聚集形成焦點,洽在鏡心法線上,且鏡面中心、曲率中心、焦點三點共此線,此線就是這片反射鏡的光軸。

凹面鏡成像

      由上得知,簡單來說所謂光軸就是鏡面中心點到主焦點的連線,且鏡面中心、曲率中心、主焦點,三點共此線。

 

二. 光軸偏向的影響與辨別

      嚴格來說光軸不是那麼容易會偏位的,尤其是科技越來越發達,很多容易造成偏位的因素都能克服,但是一分錢一分貨,不見得每一部鏡都有良好的設計,也不是每部鏡都使用上等材質來製造,問題發生了總是要解決,所以先聲明:這邊要敎大家的是遇上問題的解決方法。

  1. 光軸偏向的成因. 

      光軸偏向(走位)指的是望遠鏡內的鏡片,因運載或搬動過程的碰撞、溫差過大產生機件鬆脫、零件材質的缺失產生變形、鏡座設計不當、拆卸鏡片後回裝不當等因素,使得主鏡的光軸偏位而不在原鏡筒設計的路徑上,此時目鏡的光軸與主鏡的光軸不在同一軸線上,主鏡的像場成焦面與目鏡視野的解像面產生夾角而無法疊合,造成影像的品質劣化,產生或加重折射鏡的色差。

      其他造成光軸偏向的成因還尚有鏡筒本身材質與呈載重量變形的問題、主鏡鏡座支撐結構與觀測仰角重力變形的問題、可拆裝式牛頓鏡組裝後光軸走位等是屬於鏡體結構方面的問題,是大型鏡常出現的結構性問題,選用時要有心理準備,多做比較,在此不作討論。

  2. 光軸偏位的判別. 

      業餘人士不像光學工廠有精密的光學檢測設備,不過光軸偏位是很容易看出來的,如何判定光軸偏位呢?方法有很多,且檢視時應多種方法一一檢測,才能正確判定,不能單靠一種方法來檢視,因為誤判的機率很高。 以下是業餘常用的幾種光軸檢視法。 

       第一種方法是星點成像檢視法:直接觀察星點像來察覺,將星點影像置於目鏡視野圈正中間,檢視成焦與失焦狀態下的影像狀況來判別,我們以右圖來加以說明。

 光軸偏位判別\

      各類型主鏡,分別以星點像(3 等左右的亮星)的成焦與失焦影像來判別之,光軸正確時無論哪一類型的望遠鏡,星點像成焦皆完美且會有繞射光環;調成失焦狀況下,折射鏡可見繞射光環呈同心圓狀向外擴大,牛頓鏡與蓋瑟格林鏡則可以見到次鏡的陰影成同心原狀。

      光軸偏位時,折射鏡的星點像會出現色差,星點像會一邊紅一邊藍的稍成橢圓狀,調成失焦時光環會呈偏心圓向外擴,同時這代表的光軸偏位的傾向;牛頓鏡與蓋瑟格林鏡的中心星點像會產生彗像差,調成失焦時次鏡的影像會偏向一邊,一樣也代表光軸偏位的傾向,很容易一目了然。不過短焦牛頓鏡的次鏡(斜鏡)如果是採偏心修正的安裝時,判定上會有些混淆,必須將次鏡支架的陰影同時作判定的依據。

      例外狀況是,如果失焦狀態下判定的光軸正確,但星點像有色差或像差,則要懷疑是主鏡本身的問題,主鏡鏡體本生可能有受力不均而變形的情況。

      第二種判別法是鏡後影像檢視法:透過目鏡收入口直視主鏡,來觀察主鏡裡的目鏡收入口反射影像狀況來加以判定,也是大家常用的方法。

      此法是不管白天晚上、室內室外,隨時可以進行檢視的方法。在不安裝目鏡的狀況下,裸眼透過目鏡收入口直視鏡筒內的主鏡,檢視主鏡裡反射的眼瞳、目鏡口圈、次鏡外緣圈、主鏡外緣圈及目鏡伸縮管前緣圈等等各部位圓圈的影像,是否呈同心圓狀態來判定光軸是否偏位。但因各類型望遠鏡結構上的不同,主鏡反射影像有些差異,分別解說如下。

折射鏡:需蓋上鏡蓋,保持鏡內黑暗,眼睛距目鏡口一小段距離約 3~5 公分左右,但要求能自調焦座伸縮管的筒內端內緣圓圈看得到主鏡外緣圓圈,讓這兩個圈成同心圓或疊合(如果達不到此要求,可將伸縮管向後再退出一些到符合要求)。用燈光照明臉部,須能看到鏡筒內主鏡反射的眼瞳影像,但光線不要太強而影響視覺,此時如能看見鏡面的反射影像如(圖1.)的同心圓時,表示光軸正確;反之如果所見如(圖2.),反射影像無法成同心圓時則表示鏡面傾斜、光軸偏位。對折射鏡而言此法比牛頓鏡簡單,不過焦距越長難度會提高。

 圖 1.  圖 2.   

牛頓鏡:打開鏡蓋,鏡口指向明亮處或白色牆壁,由於牛頓鏡是側向焦點設計,調焦座的伸縮管較短,從目鏡口直視伸縮管筒內端內緣圈的視角較大,目視判斷的誤差比較大,所以眼睛離目鏡口要稍微遠一些,約 20 ~ 30 公分左右,但必須能從次鏡的圓面看到完整的主鏡圓面。且要將伸縮管往後退出,讓主鏡看不到管內端,窺視筒內同心圓狀況時要一倂比對目鏡收入口的內壁圓圈,以確保眼睛位置正確、降低誤判率。此時如能看見鏡面的反射影像如(圖3.)的同心圓時,表示光軸正確。

 圖3.

      如果無法成同心圓狀(其中斜鏡外緣圈與主鏡面圈非同心圓),那麼麻煩來了!由於次鏡本身吊掛在鏡筒內,其位置有上下左右(安裝於固定式支架與施密特修正鏡板上者除外)、有三推一拉的螺絲操控斜鏡面向、前後位置、斜鏡座的轉向等有如萬向接頭一般,加上主鏡本身的三組推拉螺絲,所以要依據所見情況判定是哪邊出問題,才能正確下手解決。見了下方圖例不要以為不可能發生這樣的事,單槍雷射修正器使用不當就會有這些現象的。

 斜鏡過前.  斜鏡座偏轉 1.  斜鏡座側頃 1.
斜鏡過後.  斜鏡座偏轉 2.  斜鏡座側頃 2.

蓋瑟格林鏡:打開鏡蓋,鏡口指向明亮處或白色牆壁,眼睛距目鏡口一小段距離約 3~5 公分左右,從目鏡口直視遮光管前端內緣圈、次鏡外緣圈、主鏡面、次鏡面反射主鏡中心部位的像須成同心圓,如(圖4.)則表示光軸正確。其他狀況如圖所示。

 圖4. 光軸正確.  主鏡光軸偏位.

次鏡光軸偏位.

主鏡、次鏡光軸皆偏位.

      另一種目視檢測法是鏡前影像檢視法:此法是站在鏡筒的前方來目視檢測光軸,需要比較熟練的經驗才行。折射鏡、蓋瑟格林鏡不適用此法,短焦牛頓鏡由於次鏡的圓切面計較大,難度也較高。另外,此法只能檢視主鏡光軸,所以不能檢測次鏡,做法如下。

牛頓鏡:打開鏡蓋,站在鏡前離鏡口約一半主鏡焦距處直視鏡筒內主鏡,移動身體位置,到可以將鏡口內緣圈、主鏡面外緣圈、次鏡座看成同心圓,此時檢視自己眼睛的眼瞳位置,必須是與次鏡疊合而被遮蔽,表示主鏡光軸正確。如果此時眼瞳位置不在同心圓中間而偏離出來讓你看得到,表示主鏡光軸已經偏位,且離越開表示偏位越嚴重。

      特別注意:此法對於使用組合式大口徑 DOB 牛頓鏡的使用者是最方便好用的,是必學密技。本會自行 DIY 的會鏡就是此類型,每次活動出勤時組合好以後都要調校光軸;2007 年台灣區梅西爾馬拉松賽舉辦時,現場有兩位同好使用30公分口徑的組合式 DOB 牛頓鏡參賽,我也示範此檢視法來幫他們調校光軸。

上述幾個檢測法是比較粗略的目測法,以下兩種精密度會提高很多。

雷射光筆檢測法:市面上可以買到很簡便的紅光雷射筆,就可以直接拿來檢測,當然用制式的雷射光軸修正器當然是更好,方法很簡單,細述如下:

折射鏡:

反射鏡:

蓋瑟格林鏡:不適合單槍點式雷射光筆檢測,必須使用標靶投影式雷射校準器。

 

直焦星野照片檢視法:此法是利用直焦拍攝的星野照片來檢視,拍攝目標以星數密集的銀河來拍,再檢視照片周邊星點的狀況是否對稱,以判別光軸是否偏位。

※這邊徵求兩張可供比對的直焦星野照片兩張!謝謝啦!

三. 各類型主鏡的光軸特性

  1. 折射鏡. 

  2. 牛頓鏡. 

  3. 蓋瑟格林鏡.

四. 業餘常用校準工具與校準步驟要點 

  1. 正確的使用雷射光軸校準器

  2. DIY簡易牛頓鏡校準工具台

  3. 牛頓鏡快速目測校準密技

  4. 目測的輔助工具 

五. 零件材質的缺失與補救 

 

六. 最棘手的雙筒鏡光軸偏位 

 

七. 平時做好防護光軸偏位 

 

最後更新 ( 2010-05-06 )
 
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