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折射望远镜

时间:2013-08-07来源:机器视觉网http://shixinhua.com 作者:石鑫华 点击: 999999次

折射望远镜

折射望远镜是一种使用透镜做物镜,利用屈光成像的望远镜。折射望远镜最初的设计是用于侦查和天文观测,但也用于其他设备上,例如双筒望远镜、长焦距的远距照相摄影镜头。较常用的折射望远镜的光学系统有两种形式:即伽利略望远镜和开普勒望远镜,其优点是成像比较鲜明、锐利;缺点是有色差。
1848年建成的辛辛那提天文台折射望远镜影像
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天文望远镜的种类
天文望远镜的种类
Apochromatic refractor
Apochromatic refractor

发明

折射镜是光学望远镜最早的形式,第一架实用的折射望远镜大约在1608年出现在荷兰,由三个不同的人,密德堡的眼镜制造者汉斯·李普希(Hans Lippershey)和查哈里亚斯·杨森(Zacharias Janssen)、阿克马的雅各·梅提斯(Jacob Metius),各自独立发明的。伽利略在1609年5月左右在威尼斯偶然听说了这个发明,就依据自己对折射作用的理解,改进并做出了自己的望远镜。然后伽利略将他的发明细节公诸于世,并且在全体的议会中将仪器向当时的威尼斯大公多纳托展示。伽利略也许声称独立地发明了折射望远镜,而没有听到别人也做了相同的仪器。
 

折射望远镜的设计

一架折射望远镜有两个基本的元件,作为物镜的凸透镜和目镜,折射望远镜中的物镜,将光线折射或偏折到镜子的后端。折射可以将平行于主光轴的光线汇聚在焦点上,不是平行的光线则汇聚到焦平面上。这样可以使远方的物体看得更亮、更清晰和更大。折射望远镜有许多不同的像差和变形需要进行不同类型的修正。
 
伽利略望远镜
与伽利略设计出来的原始形式相同的望远镜都称为伽利略望远镜。他使用凸透镜做物镜,和使用凹透镜的目镜。伽利略望远镜的影像是正立的,但视野受到限制,有球面像差和色差,适眼距也不佳。
开普勒望远镜
开普勒望远镜是开普勒改善了伽利略的设计,在1611年发明的。他改使用一个凸透镜作为目镜而不是伽利略原来用的一个凹透镜。这样安排的好处是从目镜射出的光线是汇聚的,可以有较大的视野和更大的适眼距,但是看见的影像是倒转的。这种设计可以达到更高的倍率,但需要很高的焦比才能克服单纯由物镜造成的畸变。(约翰·赫维留建造焦长45米的折射镜。)这种设计也使用在显微镜在焦平面上(用于测量被观测的两个物体之间角距离的大小)。
 
消色差折射镜
消色差的折射镜是在1733年由一位英国律师切斯特·穆尔·霍尔发明的,虽然专利权给了另一位独立发明的约翰·多伦德。这项设计使用两片玻璃 (有不同色散度的冕牌玻璃和燧石玻璃) 做物镜,降低了色差和球面像差。两两片玻璃的每一个面都要抛光,然后组合在一起。消色差透镜可以让两种不同波长(通常是红色和蓝色)的光,都能聚焦在相同的焦平面上。
 
高度消色差折射镜
高度消色差折射镜使用特别的材料,特别低色散度的材料,来制造物镜。他的设计能让三种不同的颜色(通常是红色、绿色和蓝色)汇聚在相同的焦平面上,颜色的残差错误(二级光谱)比消色差透镜少了一个数量级。这种望远镜的主镜是萤石或超低色散(ED)玻璃的透镜,产生非常清晰没有色差的影像。这种望远镜在业余天文望远镜的市场中是非常高价值的产品。高度消色差折光镜的口径已经可以做到553毫米的直径,但多数仍在80~152毫米之间。

技术考量

折射望远镜曾经因为高度残余的色差和球面像差而饱受责难,短焦的情况比长焦的更为严重。一架4英吋F/6的消色差折光镜,仍可能出现不能忽视的彩色的散述现象(通常会有紫色的光晕在明亮的天体附近),而4英吋F/16的就只会有少许的色散。
 
在非常大口径的折光镜,还有镜片沉陷的问题,这是重力使玻璃变形的结果。玻璃的瑕疵是更进一步的问题,被困在玻璃内的空气气泡或条纹。另外,玻璃对某些波长是不透明的,即使是可见光也会在进出接口与穿透时因吸收和折射而黯淡。这些问题大多数都可以因为改用反射镜而消除或降低,而且还可以制造更大的口径。
 

值得推崇的折射望远镜

  • 叶凯士天文台 (100cm)
  • 瑞典太阳望远镜 (100cm)
  • 利克天文台 (91cm)
  • 巴黎天文台 (83cm + 62cm)
  • 尼斯天文台 (76cm)
  • 罗威尔天文台 (24 in)
  • 塞波特天文和科学中心 (20 in, 8 in)
法国 尼斯天文台的76 厘米 折射镜。
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加州奥克兰塞波特天文和科学中心天文台的20 英吋折射镜。
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加州奥克兰塞波特天文和科学中心天文台的8 英吋折射镜。
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维也纳大学天文台的68 厘米折射镜。
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