导读：天文望远镜的光学原理 天文望远镜由物镜和目镜组成，接近景物的凸形透镜或凹形反射镜叫做物镜，靠近眼睛那块叫做目镜。远景物的光源视作平行光，根据光学原理，平行光经过透镜或球面凹形反射镜便会聚焦在一点上，这就是焦点。焦点与物镜距离就是焦距。再利用
天文望远镜的光学原理 天文望远镜由物镜和目镜组成，接近景物的凸形透镜或凹形反射镜叫做物镜，靠近眼睛那块叫做目镜。
远景物的光源视作平行光，根据光学原理，平行光经过透镜或球面凹形反射镜便会聚焦在一点上，这就是焦点。焦点与物镜距离就是焦距。再利用一块比物镜焦距短的凸透镜或目镜就可以把成像放大，这时观察者觉得远处景物被拉近，看得特别清楚。
O=物镜 E=目镜 f =焦点 fo=物镜焦距 fe=目镜焦距 D=物镜口径 d =斜镜
折射镜是由一组透镜组成，反射式则包括一块镀了反光金属面的凹形球面镜和把光源作 90 度反射的平面镜。两者的吸光率大致相同。
折射和反射镜各有优点，现分别讨论：
折射望远镜的优点
1影像稳定折射式望远镜镜筒密封，避免了空气对流现象。
2彗像差矫正利用不同的透镜组合来矫正彗像差(Coma)。
3保 养主镜密封，不会被污垢空气侵蚀，基本上不用保养。
折射望远镜的缺点 1色 差不同波长光波成像在焦点附近，所以望远镜出现彩色光环围绕成像。矫正色差时要增加一块不同折射率的透镜，但矫正大口径镜就不容易了。
2镜筒长。为了消除色差，设计望远镜时就要把焦距尽量增长，约主镜口径的十五倍，以六吋口径计算，便是七呎半长，而且用起来又不方便，业余制镜者要造一座这样长而稳定度高的脚架很是困难的一回事。
3价 钱 贵光线要穿过透镜关系，所以要采用清晰度高，质地优良的玻璃，这样价钱就贵许多。全部完成后的价钱也比同一口径的反射镜贵数倍至十数倍！
反射望远镜的优点
1消色差。 任何可见光均聚焦于一点。
2镜 筒 短 通常镜筒长度只有主镜直径八倍，所以比折射镜筒约短两倍。短的镜筒操作力便，又容易制造稳定性高的脚架。
3价钱便宜 光线只在主镜表面反射，制镜者可以购买较经济的普通玻璃去制造反射镜的主要部份。
反射望远镜的缺点
1遮光。 对角镜放置在主镜前，把部份入射光线遮掉，而对角镜支架又产生绕射，三支架或四支架的便形成六条或四条由光星发射出来的光线。可以利用焦比八至十的设计减低遮光率。
2影像不稳定 开放式的镜筒往往产生对流现象，很难完满地解决问题。所以在高倍看行星表面精细部份时便不容易了。
3主镜便形温度变化和机械因素，使主镜变形，焦点也跟着改变，形成球面差，球面差就是主镜旁边线和近光轴的平行光线聚焦于不同地方，但小口径镜不成问题。
4保 养 镀上主镜表面的驴或银，受空气污染影响，要半年再镀一次。不过一块良好的真空电镀镜面可维持数年之久。
折射望远镜由二块透镜组成，总共要磨四边光学面，反射望远镜只需要磨一边光学面，所以制造反射式望远镜花费较少时间。技术精良的话，一副自制的六吋口径反射望远镜质量随时超过市面出售的三吋折射望远镜。至于选择何种类型的望远镜则是根据天文爱好者的需要和喜爱而定。通常一枝四吋以下的折射望远镜已足够作普通观测研究的用途。如果兴趣是观察行星或双星，便应该设计八吋口径而放大倍数高的反射望远镜，因为如此大口径的折射镜十分难制造，价钱非常昂贵，而且又非常笨重。从经济和难度考虑，初学者最适宜自制反射式望远镜。
反射望远镜的设计
反射望远镜有数种设计，现在只谈谈结构简单的牛顿式。
牛顿式望远镜最主要的结构是一块镀上反射物质的球面或抛物面玻璃。球面镜作用是把星星来的平行光反射聚焦一点，然后靠一块细小光学平面镜放置于焦点前，把光作90度角的反射至望远镜筒的边缘，再由一块凸透镜将形像放大，便获得普通望远镜应有的效果。不过球面镜中心和旁边的反射角不同，故此成像并不完全聚焦于同一点上，而形成球面差；但抛物面却可矫正这缺点，使离开光轴较远的光线也可以同时聚于焦点上，因此实际上牛顿式望远镜主镜乃抛物线面。球面镜成像抛物面成像
设计望远镜时要考虑到它的实际用途，我们是用来观察或是摄影的，我们要求的放大倍数等等，这便要介绍一下影响望远镜用途的各种因素。
放 大 倍 数 1 吋 = 254 毫米 (mm) 直径(吋) 直径(mm) 最低有效倍数 最高有效倍数
1 25 35 50 2 51 7 100 25 63 9 125 3 76 10 150 4 100 14 200 6 150 21 300 8 200 28 400 10 250 35 500 12 300 42 600
望远镜的放大倍数是物镜和目镜焦距之比。即物镜焦距越长，放大倍率越高；目镜焦距越短，放大倍率越高。放大率亦可以量度入射瞳孔和出射瞳孔的直径求得，入射瞳孔通常即望远镜物镜直径。放大倍数越低，影像越清晰，最宜观测暗星云。放大率高则可用来看行星表面的细微结构，但光度很弱。每枝望远镜的最高有效放大倍数是物镜直径的50倍。例如六吋口径望远镜便可放大到 300倍。虽然天文望远镜的物镜焦距是不能改变的，但望远镜放大倍数则不是固定的，它可以通过变换目镜焦距的方式而获得不同的倍率。但目镜制造困难，多数购自光学商店，业余制镜者只自制主镜部份。即：放大倍数=物镜焦距/目镜口径 =入射瞳孔直径/出射瞳孔直径
焦比(Focal Ratio) 望远镜放大倍数不能无限制的增加，即目镜不能太短；最短约四毫米，主镜焦距亦不能太长，究竟焦距长度如何决定呢？通常焦距和物镜直径的比例不能超过一个数值，它们的比值称为焦比，焦比是用来表示望远镜的特性的指标，焦比即照相机上的光圈，焦比值多数定于25 和 1 1 之间。例如六吋望远镜焦距最长可达 66 吋，最短是 15 吋。焦比的限制是和望远镜的曲率有关，焦比大，球面和抛物面值相差不远，主镜磨成球面便行。但焦比太大，镜筒便会很长，搬运不方便，脚架制作也不容易。焦比短，球面主镜便不能把平行光聚于一点，形成球面差，那时要将球面修改成抛物面就颇费功夫。另一方面，照相曝光时间和焦比的平方成正比，所以焦比值越小曝光时间越短，拍摄暗星体时便很有用，故多用作观测或拍摄星云、星团。焦比大，焦距长度增加，放大倍率高，故此多用作观测行星。即：焦比=焦距/物镜直径（通常会写成F/或F值）
集光本领(Light Gathering Power) 直径 直径 集光本领 极限星等 吋毫米 倍 星等
25 63 81 108 3 76 118 112 4 100 204 118 6 150 459 130 8 200 820 133 10 250 1300 138 12 300 1800 142 14 350 2500 145 16 400 3300 148 18 450 4100 151 20 500 5100 153
望远镜口径越大，集光力愈强，可以看见星星的数目亦增加，集光力是收音机收集光线比眼睛强多少倍的意思。集光本领乃望远镜物镜直径平方和瞳孔直径平方之比。人的瞳孔，日间受光影响，故收缩，晚上则尽量扩大，直径伸缩由四毫米至八毫米，平均值是七毫米。望远镜比肉眼大上许多倍，以一枝150 毫米即六吋口径反射镜来记算，就比肉眼看东西明亮 495 倍。当然望远镜口径大还可以观察到更加暗的星星，口径和星等的关系如右。人的瞳孔是固定的，所以要增加集光本领就唯有向物镜直径打主意，造一枝大口径望远镜。但大口径镜的球面和抛物面值相差颇大，一定要磨成抛物面，初学者未掌握好磨镜技术的话，因该以小口径开始。另外大口径望远镜又必须做一座重型精密、稳定性高的脚架，否则在调校光轴，对准星体时就会出现困难。而机械制作所花的时间可能还比磨镜还多，怎样可令至初学者兴趣慢慢减低。而搬运如此重的装备往郊外观测也很成问题。经历数次辛劳后，望远镜可能被放置在屋角去渡其晚年。
即：集光本领=物镜直径（mm)平方/49 极限星等=177+5xlog物镜直径（mm)=88+5xlog物镜直径（吋）
分 辨 本 领 (ResolvingPower) 直径 直径 分 辨 本 领 吋 毫米 弧秒
25 63 182 3 76 152 4 100 114 6 150 076 8 200 057 10 250 046 12 300 038 14 350 033 16 400 029 18 450 025 20 500 023
集光本领，放大倍数并不能表达望远镜的质量，望远镜质地取决于它的分辨本领，它就是分开两颗很相近的双星的最高能力。分辨力高，星像清晰的六吋镜会远比只得集光力强的大口径十吋镜实用得多。天文观察要求光学质量最高，若大口径镜只看见模糊的星像，用处就不大，只可用来看看风景吧! 英国业余天文学家杜氏(Dawes)根据观测双星的经验，记算出望远镜口径的最高分辨能力，这就是著名的杜氏极限(Dawes\' Limit)。 六吋口径望远镜，分辨本领最高是076 弧秒，虽然因星空观察受大气流动影响，而会使分辨本领降至一弧秒，但已经比肉眼只可分辨两颗距离一弧分以上双星的能力要大上六十倍。以天文爱好者的需要和能力来决定定，初学者最适宜自制一枝六吋口径，48 吋焦距，焦比是八的牛顿式望远镜，因为主镜只需要磨成一个球面，镜筒短，脚架制造比较容易。若喜欢轻巧和方便携带的可造一枝120 毫米口径，720 毫米焦距，即 f/6 的望远镜。
计算方法：分辨本领=116/物镜直径（mm) (单位：弧秒） =456/物镜直径(吋) (单位：弧秒)
望远镜的工作原理是什么呢？那又是怎样制造的呢？
第一、工人在玻璃棱镜上涂满胶水，接着将它们放到紫外线中，使胶水变干。望远镜的每一块棱镜都会通过一系列的研磨和抛光步骤。红色的防护漆可以防止灰尘污染棱镜的表面。然后用钻石粉末来研磨棱镜的表面以去除其上的灰尘。接着用更细的磨料来抛光，哪怕只能打磨1%毫米。最后，棱镜的三个面都将会完全的光滑，这样可以最大限度的减少反射，让棱镜尽可能的透明。
第二、接下来，将两块棱镜以90度的角粘在一起，这台特殊的机器能够保证角度精确。将它们放在紫外线中，胶水很快就会凝固。这些被当成物镜的镜片经过了与棱镜相同的研磨和抛光步骤。现在他们要在一台计算机的引导下清洗并检查是否有缺陷。检查完镜片后，一名技术员把两个物镜粘在一起，两个物镜的完美匹配是至关重要的。如果他们的中心偏离超过一毫米，那么折射所形成的图像就会变得模糊。这台只显示一个光点的机器就是用来检查物镜的中。镜是否重合的，两秒钟的紫外线照射就会使胶水变干。接下来，技术人员将一个小球放入真空室中，这个小球就是望远镜的核心技术。
第三、在真空室内，一束电子就能使小球蒸发成微小的颗粒，并覆盖在物镜上。这种图层可以让更多的光线通过物镜，以此来提高望远镜的视野。终于可以组装望远镜了，首先要安装的就是物镜了。物镜的外壳通常是由塑料、铝或是碳制成的。工人会用氮气来清洁镜片，然后用螺纹固定环将其固定到位。接着在棱镜的安装位置涂上几滴胶水，用氮气清除灰尘后将棱镜插入望远镜的内部。一定要将棱镜的焦点对齐，以确保能在目镜中成像。然后将物镜和棱镜组装起来，并使用机器使其紧密连接。最后就可以装上目镜了。
第四、目镜是两块经过同样处理的更小的镜片。现在将望远镜放在特殊的机器上，机器将外壳中的空气抽出，然后向望远镜的内部注入氮气，氮气可以防止镜。片起雾24小时之后，他们会重新检查氮气的压力，以确保没有泄漏。每一个望远镜在出厂之前都会经过长时间的震动、水压、酷热、冰冻以及其他恶劣条件的测试，以确保望远镜在机械和光学性能上的完好。
自制望远镜的制作方法及材料如下：
1、准备一张硬点的长方形纸。
2、将此长方形纸两条长边对折。
3、然后，裁成同样大的两个长方形。
4、再将其分别卷成圆筒形状。
5、接着，用双面胶将两个圆筒粘在一起，这样，望远镜的雏形就做好啦。
6、之后，用双面胶或者纸条将上下两头接近顶端的部分圈起来，既形象又牢固。
7、现在，可以拿着你的望远镜进行观察游戏了。
望远镜来源
望远镜是一种利用透镜或反射镜以及其他光学器件观测遥远物体的光学仪器。利用通过透镜的光线折射或光线被凹镜反射使之进入小孔并会聚成像，再经过一个放大目镜而被看到。又称“千里镜”。
望远镜的第一个作用是放大远处物体的张角，使人眼能看清角距更小的细节。望远镜第二个作用是把物镜收集到的比瞳孔直径（最大8毫米）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。
1608年，荷兰的一位眼镜商汉斯·利伯希偶然发现用两块镜片可以看清远处的景物，受此启发，他制造了人类历史上的第一架望远镜。1609年意大利佛罗伦萨人伽利略·伽利雷发明了40倍双镜望远镜，这是第一部投入科学应用的实用望远镜。
经过400多年的发展，望远镜的功能越来越强大，观测的距离也越来越远。
第一、望远镜中的物镜是凸起的，导致出现了镜像上下倒立。为了显示出正向，望远镜双筒各自需要一幅玻璃棱镜矫正，首先将几个棱镜放置在钢板上，让棱镜接受一连串的打磨和抛光步骤，然后涂上防护漆，避免干净的表面受到任何粉尘污染。利用钻石沉打磨除去零点几毫米厚的玻璃，利用更细致的研磨剂抛光，能在除去1%毫米厚的玻璃，最后三面玻璃呈现完美的平滑状，这可以减少反射，是让玻璃穿透影像清晰的关键。制造每一副冷静，他们以90度角的粘合两块玻璃，这台特殊的机器能确保角度精准，再利用紫外光烘干碾胶，第一块玻璃将倒立的影像旋转90度，第二块在旋转90度就可以把影像正过来，完成正向。
第二、现在轮到物镜制作这些凸起的透镜也要跟冷镜一样，先进行打磨抛光步骤，接下来还要经历由计算机指挥的九个清洁步骤，检测透镜之后即时将两片粘合在一。七双重透镜可以降低图像扭曲变形的可能，那会让影像周围出现颜色晕散。让两块透镜完美气合是非常重要的，只要偏离超过1%毫米，影像就会变差。这台对准器显示的圆形光点代表每块透镜的中心，只要对准圆形光点就行了。两秒钟紫外光便能烘干碾胶，接着计时监控颗粒装进真空室，它的成分制作是商业机密，这些颗粒会产生一层抗反射的透镜镀膜，这能使得更多光线能穿透过五尽。
第三、在真空室里，一道电子树将颗粒挥发成能镀膜透镜的显微粒子。现在可以开始组装望远镜了。首先将物镜放入镜深，通常由塑料与柴火碳纤维制成。工人喷几下压缩氮器以清洁透镜，然后用带有螺纹的固定环固定，再滴入一点粘胶在物镜后面，棱镜将固滑在这里，再用氮器去除镜片上的粉尘，接着便嵌入棱镜。这台光学机器可以将棱镜的焦点与配对物镜的焦点对齐，然后用更多的粘胶紧紧锁住定位，再用紫外光烘单眼跳，用龟树枝将物镜跟棱镜粘在镜身中段。灰树枝可以防止空气进入，并且可以防水。
第四、这台固定机器将各部分压合在一起，让工人将螺丝旋，紧接着在中端的另一头放入目镜，就是你观看用的较小透镜，也用螺纹的固定环装上。现在，透过两侧的气阀，机器将近身的空气抽空，再注入氮气。氮气可以防止透镜在低温下启用。注入氮气一天后再检查氮气压力，确保没任何泄露。这座工厂将生产的双筒望远镜将经历种种严格的测试，承受长时间的震动、水压、极端的高低温与其他严峻的情况。通过重重测试后，检验员要确保望远镜的机械结构和光学结构功能一起完好。
