十六英寸卡望远镜的制造.doc

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1、十六吋卡式望远镜的制造前言国立清华大学造镜组在去年夏天制成一架德式镜架8吋牛顿式望远镜后，在师长的鼓励、引导与校方的支持下，本着浓厚的兴趣和坚定的信心，利用既得的一点经验迈进一步去着手制造一架叉式镜架16吋卡式望远镜（该镜全套除了16吋主镜外，还有一架8吋卡式寻星镜，请见照片一），此镜可从基本构造原理上具备这些优点：（一）观测中天时，叉式架可免除德式架要转来转去的缺点。（二）目镜座置于镜板后面，观星较方便；若要加上照像设备时，也较易平衡。（三）卡式镜所需筒长较短。这架16吋镜镜身庞大，不像一般小型望远镜那样的移动方便，于是天文台的建筑与镜身的筹制同时开始，经过不断的努力，

2、全部工程终于去年年底完成，如今清华天文台已矗立于清华物理馆顶（照片二）。本文要写出关于制造16吋镜镜身的方法；分上下两篇。上篇是说明镜片部分的磨制过程，下篇是有关镜架部分的设计情形。上篇　镜片的磨制卡式望远镜的次镜是一个凸双曲面镜（可参考本刊第三卷第3期丘宏义先生文），它的特征是具有一个焦点（几何焦点）和一个轭焦点。这种次镜可将几何焦点上的虚像反射到轭焦点。参看图一，若原镜P的焦点与双曲面S的几何焦点重合，即F点，则远处投射过来的平行光A,B本应成像于F，但因有双曲面次镜S，就聚像于双曲面的轭焦点C，此即卡式望远镜的成像原理。如图一，原镜直径16吋，令焦比F＝4（即焦距P

3、F=64吋）。若次镜直径为4吋（4吋次镜的面积仅为16吋原镜的1/16，遮住光线不多）。则次镜的几何焦距SF最大可为16吋，假若成像点C是在原镜后面16吋，则此双曲面的离心率e如图可为40/24=5/3，而次镜的轭焦距与焦距比值为64/16=4（即(e+1)/(e-1)），又整个卡式望远镜的综合焦比便为16（若FC保持固定，则e越趋近于1+，综合焦比越大）。这时原镜中央的透光洞的直径至少要1吋。卡式望远镜的镜筒比相同焦比的牛顿式望远镜要短很多，而且因成像于C处，若要加上分光仪等仪器，只需平衡赤纬轴的重量即可。所以，天文台的大型返光望远镜都喜用卡式，而制卡式望远镜镜片与牛顿

4、式不同的两件工作是：（1）磨制次镜：牛顿式需磨出平面，而卡式需磨出双曲面。（2）原镜中央打洞。卡式望远镜所得的像亦为倒立，而16吋镜板很重，需用磨镜机磨制。第一章　磨镜机本刊前几期登载的丘宏义先生「望远镜自制法」一文中曾提到镜片的手磨法——有长磨、短磨、正心磨、偏心磨、离心磨等，并且在磨一阵子后，工具板与镜板要反向各转一个角度。设计磨镜机的原则是在模仿手磨的动作，下文介绍的三张照片是清大磨镜机的构造。B是磨臂，由角铁组成，可调节长度，它的另一端放在磨肩（照片四的H）上，B可将A传递过来的转动，部分地变成前后移动，C是磨手，接受B的推动，并且本身也由G转动。D是磨腕，由汽车

5、上的万向接头做成，连接C和E。E是磨掌，下置工具板并将它带动；磨掌直径与工具板同大。F是木杆，可加重物施压于C乃至工具板，但不施压于B。G是马达，它使C,D,E及工具板等与镜板逆转，转速为镜板的9/11。以上是清大磨镜机的概况，读者不一定要依照上述去设计，只需把握住原则即可，要注意的是：机器上震动得很厉害的位置的螺丝，都要加上弹簧垫圈以防止螺丝帽松动脱落，否则，后果不堪设想。现在来说明这部磨镜机的工作情形：（1）正心磨　当偏心轴的偏心度为零时，调节磨臂的长度和磨肩的位置，使磨手或工具板正好在16吋镜板的中央，然后再由偏心轴调节所需磨程（磨程即冲程，等于偏心度的两倍），就成

6、正心磨。（2）偏心磨　横移磨肩，可造成偏心磨。（3）长磨和短磨　由偏心轴的偏心度来决定长磨或短磨。（4）正前磨　调节磨臂的长度比正心磨时为长，便造成正前磨。此法的效果与偏心磨不同（读者可由磨手的轨迹去想一想）。其它如正前短磨，偏心短磨等，只是两个动作的联集而已。这部磨镜机运动时，磨手的轨迹是蛋形。磨制16吋镜片时，上面的工具板是10吋的船窗玻璃；工具板中心在镜板上的轨迹便如图二所示。镜板中部磨损较多，又有磨腕的关节装置（万向接头）使工具板和镜板的曲面一直吻合，磨出的结果，镜板便成为凹的均匀球面。当然，这是因为16吋镜板重达30公斤，推动不易，必需用上小下大的两片玻璃对磨；

7、假若是磨制8吋镜片，仍可上下同大两片对磨（工具板在下），只需换磨掌为8吋即可。这部磨镜机有缺点吗？答案是肯定的，症结是在磨手的蛋形轨迹。这是一种具有离心磨的效果的磨法；而这离心效果乃随着磨程的必需存在而一直存在。在粗磨和细磨时，可以不考虑这一点离心效果的影响；但在打光过程中，除了松香模面会因离心效果引起轻微变形而需常常冷压外，这蛋形轨迹更构成镜面几何化步骤的威胁。要改进这个缺点，可将磨臂所受的偏心轴转动推动，改为单向度推动——装一个单向度滑槽，并且另外再装一个产生横向推移的单向度滑槽，以供必要时的离心位移即可。当然，这样的设计