2024年4月4日发(作者：禹金鑫)
卡塞格林系统
1.卡塞格林望远镜(Cassegrain telescope)
由两块反射镜组成的一种反射望远镜，1672年为卡塞格林所发明。反射镜中大的称为
主镜，小的称为副镜。通常在主镜中央开孔，成像于主镜后面。它的焦点称为卡塞格林焦点。
有时也按图中虚线那样多加入一块斜平面镜，成像于侧面，这种卡塞格林望远镜，又称为耐
司姆斯望远镜。
卡塞格林望远镜中，副镜不仅将像由 F 移至F ，而且将它放大，副镜的放大率通常为
2.5～5倍，由于主镜的相对口径一般为1/2.5～1/5，变为卡塞格林望远镜后，相对口径常为
1/7～1/15，但也可以超出这个范围。例如，有些校正场曲的卡塞格林望远镜，副镜与主镜
的表面曲率半径相等，副镜的放大率仅约1.6倍；也有的卡塞格林望远镜副镜是平面镜。此
外，反射望远镜中的折轴望远镜，从光学系统来说，也是一种卡塞格林望远镜，由于要将像
成到很远处，副镜的放大率常达到10倍以上。
卡塞格林望远镜的主、副镜面，可以有种种不同的形式，光学性能也随之而不同。主要
的形式有：主镜是旋转抛物面的，常称为经典的卡塞格林望远镜。根据圆锥曲线的光学性质，
副镜只要是以F 、F 为两焦点的旋转双曲面，则原来无球差地会聚到F 点的光线，经过这
种副镜反射后，将无球差地会聚到F 点。但这种望远镜有彗差，也有一定的像散和场曲。
一个主镜相对口径1/3、卡塞格林望远镜相对口径1/8、像成在主镜后面不远处的系统，在理
想像平面(近轴光的像平面)上，若要求像的弥散不超过1，可用视场直径约为9。平行于光轴
的光满足等光程和正弦条件的卡塞格林望远镜，近似地说，也就是消除了三级球差和彗差的
卡塞格林望远镜，称为里奇-克列基昂望远镜，简称R-C望远镜。主镜是球面的，为了消除
球差，副镜近似于旋转扁球面。这种望远镜的优点是主镜加工比较容易，使用上的特点是可
以去掉副镜，在主镜球心处加上改正透镜，转换成施密特望远镜。德意志民主共和国陶登堡
史瓦西天文台反射镜口径2米的望远镜，就是这种类型的。这种望远镜的彗差很大，可用视
场很小。主镜相对口径为1/3、卡塞格林望远镜相对口径为 1/8、像成在主镜后面不远处的
这种望远镜，若要求像在理想像平面上的弥散不超过1，则可用视场直径约为13。副镜是球
面的，为了消除球差，主镜近似于旋转椭球面。这种系统的优闶侨菀字圃飑o副镜的调整
简单。其像差大小介于抛物面主镜和球面主镜之间(较接近抛物面主镜)。各种卡塞格林望远
镜需要较大的视场的工作时，常在焦点前加入像场改正透镜。
在卡塞格林望远镜焦点处可以安置较大的终端设备，并不挡光，且观测操作也较方便。
对于一个兼具有主焦点系统、卡塞格林系统和折轴系统的望远镜，卡塞格林望远镜的相对口
径是中等的，它适用于作中等光力、较大比例尺的照相和其他工作，一般在这里进行的主要
工作有较大光谱仪的分光观测、直接照相和像增强器照相、光电测光和红外观测等。
2.天文望远镜的光学系统
天文光学望远镜是观测天体的重要仪器之一。望远镜的作用就是放大远处物体的张角，
使人眼能看清角距更小的细节。望远镜的另一个作用是把物镜收集到的比瞳孔直径（最大约
8mm）粗得多的光束，送入人眼。使观测者能看到原来看不到的暗弱物体。
望远镜由物镜和目镜两组镜头及其他配件组成。通常按照物镜的种类，将望远镜的光学
系统分为三类：折射系统、反射系统及折反射系统。
一、折射系统
用透镜将光线会聚的系统就是折射系统。早期的折射系统用一块单透镜制作，由于玻璃
对不同颜色的光的折射率不同，会产生严重的色差。为了克服色差引起的成像模糊，用不同
折射率的玻璃可搭配成各种消色差的折射系统。常见的有双胶合物镜、双分离物镜、三分离
物镜等，分述于下：
1、双胶合物镜
这是一种常用的消色差望远物镜，用不同折射率的冕牌玻璃和火石玻璃搭配而成，当合
理选配时可同时校正球差，色差及正弦差。但由于热胶合会产生玻璃变形而影响精度，一般
口径不宜超过80mm。自从有了紫外固化冷胶后，胶合透镜的口径大大增大。南京天文仪器
研制中心的KP150SR，口径为150mm，为冷胶双胶合透镜，成像质量颇为理想。但由于这
种物镜不能校正轴外像差，视场角不宜太大，相对孔径也不宜过大。双胶合物镜不能校正二
级光谱，其值与焦距成正比，是个定值。只有用特种火石玻璃做负透镜时，二级光谱可减少
三分之一（例如ED镜头）。如果莹石玻璃作正透镜，二级光谱可以再降低六分之一。
2、双分离物镜
用于口径较大的望远镜物镜。由于可以利用正负透镜之间的间隙设计，使带球差有所降
低，但色球差依然不能校正，二级光谱反而有所增大，其他像差校正与双胶合透镜雷同。但
装备稍困难一些，对物镜框的要求高一些。南京天文仪器研制中心的KP200R物镜即为双分
离物镜。
3、三分离物镜
由于可以任意选择镜面的曲率半径、透镜材料、透镜厚度及相互间隙，可以有利地校正
色球差。在相对孔径很小时，如果玻璃选择合适，是可以消除二级光谱的，我们将此类物镜
称之为复消色差物镜。三合透镜也可设计成天体照相物镜。
4、四片以上的物镜
为了获得大口径、大相对孔径的透镜系统，满足拍摄和观测大视场天体的需要，可以设
计不同组合的折射式天体照相物镜系统。南京天文仪器研制中心的KPl50P及KP80P分别是
口径为150mm及80mm的照相物镜。特别是KPl50P（见下图），为了消除残余球差将第五
面修成非球面，60视场像质优良（相对孔径1/4.5）
但是，由于天体照相物镜的材料及制作费用都十分高，因此价格也十分可观。以上折射
系统仅是几种例子，根据使用者不同要求，还可有多种设计，像质也可十分优良
二、反射系统
反射望远镜在天文望远镜中应用十分广泛。由于这种系统对玻璃材料在光学性能上没有
特殊要求，光线不需透过材料本身，而重量较轻无色差又是反射镜的一大优点，因此大口径
的望远镜都采用反射式。但是反射物镜表面精度对光程的影响是双倍的，如果仅由一个反射
表面来成像，则此表面所需的精确度（垂直入射光）比单个折射表面的精确度要高四倍。可
见反射表面磨制的要求是很高的。再加上需经常重新镀反射面及部件组装、校正的困难，反
射系统在科普望远镜中应用受到限制。
反射望远镜中常用的有牛顿系统、卡塞格林系统、格雷果里系统、折轴系统，等等。现
代的大型反射望远镜，大都通过镜面的变换，在同一个望远镜上得到不同的系统，以用于不
同的观测项B。
下面分别介绍常用的几种系统:
1、牛顿系统
牛顿系统是反射系统中最简单的光学系统（见下图）。为了消去球差，主镜一般制成抛物
面。但当相对孔径减小到1/12以下，主镜可制作为球面。它的结构简单，磨制比较容易，成
本低廉。国内外爱好者自制的天文望远镜大多采用此系统。但由于轴外像差较大，视场不宜
做得过大，且眼望方向与镜筒指向方向不一致，使观测者寻星较为困难。但是，相对孔径较
大的抛物面牛顿系统，往往被采用作为口径较大的物镜系统，其像质优良，光力强对拍摄视
场不大的视面天体十分合用。
2、经典卡塞格林系统及R-C系统
经典卡塞格林系统的主镜为抛物面，副镜为双曲面（见下图），而R-C系统主镜为双曲
面，副镜也是双曲面。此二类系统在大望远镜制作中经常使用，光学质量甚佳。由于主副镜
均为非球面，加工难度甚大，制作成本高昂，再加上视场角较小，所以科普天文望远镜中不
常用。南京天文仪器研制中心的KP400K采用卡塞格林系统。
3、格雷高里系统
这个系统也是由二个反射面组成（见下图），主镜仍为抛物面；而副镜为椭球面。此系统
形成正立像，其镜筒比卡塞格林及R-C系统的长一些。
在反射望远镜中，有时会设计成多个焦点，用以产生不同的相对孔径、视场角及焦距。
在大型望远镜设计中，在一个镜筒中分别留有主焦点、卡焦及折轴焦点。而在科普仪器中将
卡焦与牛顿焦点并存，对使用者大有益处。例如南京天文仪器研制中心的KP350KⅣ型反射
望远镜中，巧妙地用装插45。反射镜来切换卡焦和牛顿焦点，从而使相对孔径分别为1/12和
1/4.2，拓宽了望远镜的应用范围。
三、折反射望远镜
此系统便于校正轴外像差，以球面镜为基础，加入适当的折射元件，用来校正球差，得
以取得良好的光学质量。应用最广泛的有施密特望远镜与马克苏托夫望远镜两类。
1、施密特系统及施密特-卡塞格林系统
施密特系统由球面反射镜和施密特正镜组成（见下图），改正镜是一个透射元件（也有反
射式施密特），其中一面是平面，另一面是非球面。非球面的面形能够使中央的光束略有会聚，
而边缘的光束略有发散，这样能使整个系统的球差得到很好的校正，且主镜不产生彗差、像
散和畸变，而仅有场曲。专业望远镜往往把接收器制成球面而得以消除场曲，它的大视场、
优像质，在专业天文望远镜中得以青睐。
但是，施密特系统不能用于目视，在科普天文望远镜中甚少应用。
将施密特系统稍加改型，加一球面反射镜使成像在卡焦上，此系统即为施密特-卡塞格林
系统。这种系统在科普望远镜中应用很多。南京天文仪器研制中心的KP300S即为此类型。
由于此系统除反射面外仅有一薄改正镜，因此色差很小，再加上改正镜封住镜筒。克服了卡
塞格林系统主镜裸露而易积尘的缺点。特别需要指出的是，目前有些国外商家将仅有一平面
封口玻璃的反射系统称之为"施-卡系统"是不正确的。
2、马克苏托夫系统和马克苏托夫-卡塞格林系统
马克苏托夫望远镜系统由球面反射主镜和负弯月形透镜组成。在一定条件下，弯月形副
镜可不产生色差，且能补偿球面主镜所产生的球差。此外，光阑和厚透镜的位置接近于主镜
的球心，产生的轴外像差很小。由于全部光学表面均为球面，加工比较容易。但口径增大时，
厚透镜大而重很不利，且此系统与施密特系统一样而无法目视。
科普望远镜中用的马克苏托夫望远镜一般是指马克苏托夫-卡塞格林式望远镜（见上图）。
加一球面反射镜使成像在卡焦。此系统像质优良，且光学零件表面均为球面，容易加工，较
易装、校，在小型天文望远镜中时有应用。南京天文仪器研制中心的KPl20M（120望远镜）
及KPl60M均采用此系统。除上述较著名的折反射望远镜的物镜光学系统外，尚有一些多种
结构型式，成像质量也很好，不一一赘述。
2024年4月4日发(作者：禹金鑫)
卡塞格林系统
1.卡塞格林望远镜(Cassegrain telescope)
由两块反射镜组成的一种反射望远镜，1672年为卡塞格林所发明。反射镜中大的称为
主镜，小的称为副镜。通常在主镜中央开孔，成像于主镜后面。它的焦点称为卡塞格林焦点。
有时也按图中虚线那样多加入一块斜平面镜，成像于侧面，这种卡塞格林望远镜，又称为耐
司姆斯望远镜。
卡塞格林望远镜中，副镜不仅将像由 F 移至F ，而且将它放大，副镜的放大率通常为
2.5～5倍，由于主镜的相对口径一般为1/2.5～1/5，变为卡塞格林望远镜后，相对口径常为
1/7～1/15，但也可以超出这个范围。例如，有些校正场曲的卡塞格林望远镜，副镜与主镜
的表面曲率半径相等，副镜的放大率仅约1.6倍；也有的卡塞格林望远镜副镜是平面镜。此
外，反射望远镜中的折轴望远镜，从光学系统来说，也是一种卡塞格林望远镜，由于要将像
成到很远处，副镜的放大率常达到10倍以上。
卡塞格林望远镜的主、副镜面，可以有种种不同的形式，光学性能也随之而不同。主要
的形式有：主镜是旋转抛物面的，常称为经典的卡塞格林望远镜。根据圆锥曲线的光学性质，
副镜只要是以F 、F 为两焦点的旋转双曲面，则原来无球差地会聚到F 点的光线，经过这
种副镜反射后，将无球差地会聚到F 点。但这种望远镜有彗差，也有一定的像散和场曲。
一个主镜相对口径1/3、卡塞格林望远镜相对口径1/8、像成在主镜后面不远处的系统，在理
想像平面(近轴光的像平面)上，若要求像的弥散不超过1，可用视场直径约为9。平行于光轴
的光满足等光程和正弦条件的卡塞格林望远镜，近似地说，也就是消除了三级球差和彗差的
卡塞格林望远镜，称为里奇-克列基昂望远镜，简称R-C望远镜。主镜是球面的，为了消除
球差，副镜近似于旋转扁球面。这种望远镜的优点是主镜加工比较容易，使用上的特点是可
以去掉副镜，在主镜球心处加上改正透镜，转换成施密特望远镜。德意志民主共和国陶登堡
史瓦西天文台反射镜口径2米的望远镜，就是这种类型的。这种望远镜的彗差很大，可用视
场很小。主镜相对口径为1/3、卡塞格林望远镜相对口径为 1/8、像成在主镜后面不远处的
这种望远镜，若要求像在理想像平面上的弥散不超过1，则可用视场直径约为13。副镜是球
面的，为了消除球差，主镜近似于旋转椭球面。这种系统的优闶侨菀字圃飑o副镜的调整
简单。其像差大小介于抛物面主镜和球面主镜之间(较接近抛物面主镜)。各种卡塞格林望远
镜需要较大的视场的工作时，常在焦点前加入像场改正透镜。
在卡塞格林望远镜焦点处可以安置较大的终端设备，并不挡光，且观测操作也较方便。
对于一个兼具有主焦点系统、卡塞格林系统和折轴系统的望远镜，卡塞格林望远镜的相对口
径是中等的，它适用于作中等光力、较大比例尺的照相和其他工作，一般在这里进行的主要
工作有较大光谱仪的分光观测、直接照相和像增强器照相、光电测光和红外观测等。
2.天文望远镜的光学系统
天文光学望远镜是观测天体的重要仪器之一。望远镜的作用就是放大远处物体的张角，
使人眼能看清角距更小的细节。望远镜的另一个作用是把物镜收集到的比瞳孔直径（最大约
8mm）粗得多的光束，送入人眼。使观测者能看到原来看不到的暗弱物体。
望远镜由物镜和目镜两组镜头及其他配件组成。通常按照物镜的种类，将望远镜的光学
系统分为三类：折射系统、反射系统及折反射系统。
一、折射系统
用透镜将光线会聚的系统就是折射系统。早期的折射系统用一块单透镜制作，由于玻璃
对不同颜色的光的折射率不同，会产生严重的色差。为了克服色差引起的成像模糊，用不同
折射率的玻璃可搭配成各种消色差的折射系统。常见的有双胶合物镜、双分离物镜、三分离
物镜等，分述于下：
1、双胶合物镜
这是一种常用的消色差望远物镜，用不同折射率的冕牌玻璃和火石玻璃搭配而成，当合
理选配时可同时校正球差，色差及正弦差。但由于热胶合会产生玻璃变形而影响精度，一般
口径不宜超过80mm。自从有了紫外固化冷胶后，胶合透镜的口径大大增大。南京天文仪器
研制中心的KP150SR，口径为150mm，为冷胶双胶合透镜，成像质量颇为理想。但由于这
种物镜不能校正轴外像差，视场角不宜太大，相对孔径也不宜过大。双胶合物镜不能校正二
级光谱，其值与焦距成正比，是个定值。只有用特种火石玻璃做负透镜时，二级光谱可减少
三分之一（例如ED镜头）。如果莹石玻璃作正透镜，二级光谱可以再降低六分之一。
2、双分离物镜
用于口径较大的望远镜物镜。由于可以利用正负透镜之间的间隙设计，使带球差有所降
低，但色球差依然不能校正，二级光谱反而有所增大，其他像差校正与双胶合透镜雷同。但
装备稍困难一些，对物镜框的要求高一些。南京天文仪器研制中心的KP200R物镜即为双分
离物镜。
3、三分离物镜
由于可以任意选择镜面的曲率半径、透镜材料、透镜厚度及相互间隙，可以有利地校正
色球差。在相对孔径很小时，如果玻璃选择合适，是可以消除二级光谱的，我们将此类物镜
称之为复消色差物镜。三合透镜也可设计成天体照相物镜。
4、四片以上的物镜
为了获得大口径、大相对孔径的透镜系统，满足拍摄和观测大视场天体的需要，可以设
计不同组合的折射式天体照相物镜系统。南京天文仪器研制中心的KPl50P及KP80P分别是
口径为150mm及80mm的照相物镜。特别是KPl50P（见下图），为了消除残余球差将第五
面修成非球面，60视场像质优良（相对孔径1/4.5）
但是，由于天体照相物镜的材料及制作费用都十分高，因此价格也十分可观。以上折射
系统仅是几种例子，根据使用者不同要求，还可有多种设计，像质也可十分优良
二、反射系统
反射望远镜在天文望远镜中应用十分广泛。由于这种系统对玻璃材料在光学性能上没有
特殊要求，光线不需透过材料本身，而重量较轻无色差又是反射镜的一大优点，因此大口径
的望远镜都采用反射式。但是反射物镜表面精度对光程的影响是双倍的，如果仅由一个反射
表面来成像，则此表面所需的精确度（垂直入射光）比单个折射表面的精确度要高四倍。可
见反射表面磨制的要求是很高的。再加上需经常重新镀反射面及部件组装、校正的困难，反
射系统在科普望远镜中应用受到限制。
反射望远镜中常用的有牛顿系统、卡塞格林系统、格雷果里系统、折轴系统，等等。现
代的大型反射望远镜，大都通过镜面的变换，在同一个望远镜上得到不同的系统，以用于不
同的观测项B。
下面分别介绍常用的几种系统:
1、牛顿系统
牛顿系统是反射系统中最简单的光学系统（见下图）。为了消去球差，主镜一般制成抛物
面。但当相对孔径减小到1/12以下，主镜可制作为球面。它的结构简单，磨制比较容易，成
本低廉。国内外爱好者自制的天文望远镜大多采用此系统。但由于轴外像差较大，视场不宜
做得过大，且眼望方向与镜筒指向方向不一致，使观测者寻星较为困难。但是，相对孔径较
大的抛物面牛顿系统，往往被采用作为口径较大的物镜系统，其像质优良，光力强对拍摄视
场不大的视面天体十分合用。
2、经典卡塞格林系统及R-C系统
经典卡塞格林系统的主镜为抛物面，副镜为双曲面（见下图），而R-C系统主镜为双曲
面，副镜也是双曲面。此二类系统在大望远镜制作中经常使用，光学质量甚佳。由于主副镜
均为非球面，加工难度甚大，制作成本高昂，再加上视场角较小，所以科普天文望远镜中不
常用。南京天文仪器研制中心的KP400K采用卡塞格林系统。
3、格雷高里系统
这个系统也是由二个反射面组成（见下图），主镜仍为抛物面；而副镜为椭球面。此系统
形成正立像，其镜筒比卡塞格林及R-C系统的长一些。
在反射望远镜中，有时会设计成多个焦点，用以产生不同的相对孔径、视场角及焦距。
在大型望远镜设计中，在一个镜筒中分别留有主焦点、卡焦及折轴焦点。而在科普仪器中将
卡焦与牛顿焦点并存，对使用者大有益处。例如南京天文仪器研制中心的KP350KⅣ型反射
望远镜中，巧妙地用装插45。反射镜来切换卡焦和牛顿焦点，从而使相对孔径分别为1/12和
1/4.2，拓宽了望远镜的应用范围。
三、折反射望远镜
此系统便于校正轴外像差，以球面镜为基础，加入适当的折射元件，用来校正球差，得
以取得良好的光学质量。应用最广泛的有施密特望远镜与马克苏托夫望远镜两类。
1、施密特系统及施密特-卡塞格林系统
施密特系统由球面反射镜和施密特正镜组成（见下图），改正镜是一个透射元件（也有反
射式施密特），其中一面是平面，另一面是非球面。非球面的面形能够使中央的光束略有会聚，
而边缘的光束略有发散，这样能使整个系统的球差得到很好的校正，且主镜不产生彗差、像
散和畸变，而仅有场曲。专业望远镜往往把接收器制成球面而得以消除场曲，它的大视场、
优像质，在专业天文望远镜中得以青睐。
但是，施密特系统不能用于目视，在科普天文望远镜中甚少应用。
将施密特系统稍加改型，加一球面反射镜使成像在卡焦上，此系统即为施密特-卡塞格林
系统。这种系统在科普望远镜中应用很多。南京天文仪器研制中心的KP300S即为此类型。
由于此系统除反射面外仅有一薄改正镜，因此色差很小，再加上改正镜封住镜筒。克服了卡
塞格林系统主镜裸露而易积尘的缺点。特别需要指出的是，目前有些国外商家将仅有一平面
封口玻璃的反射系统称之为"施-卡系统"是不正确的。
2、马克苏托夫系统和马克苏托夫-卡塞格林系统
马克苏托夫望远镜系统由球面反射主镜和负弯月形透镜组成。在一定条件下，弯月形副
镜可不产生色差，且能补偿球面主镜所产生的球差。此外，光阑和厚透镜的位置接近于主镜
的球心，产生的轴外像差很小。由于全部光学表面均为球面，加工比较容易。但口径增大时，
厚透镜大而重很不利，且此系统与施密特系统一样而无法目视。
科普望远镜中用的马克苏托夫望远镜一般是指马克苏托夫-卡塞格林式望远镜（见上图）。
加一球面反射镜使成像在卡焦。此系统像质优良，且光学零件表面均为球面，容易加工，较
易装、校，在小型天文望远镜中时有应用。南京天文仪器研制中心的KPl20M（120望远镜）
及KPl60M均采用此系统。除上述较著名的折反射望远镜的物镜光学系统外，尚有一些多种
结构型式，成像质量也很好，不一一赘述。