折射望遠(yuǎn)鏡（用于偵查和天文觀測(cè)的望遠(yuǎn)鏡）
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折射望遠(yuǎn)鏡
用于偵查和天文觀測(cè)的望遠(yuǎn)鏡
折射望遠(yuǎn)鏡（refracting telescope）是一種使用透鏡做物鏡，利用屈光成像的望遠(yuǎn)鏡。折射望遠(yuǎn)鏡具有寬廣的視野，高對(duì)比度和良好的清晰度。折射望遠(yuǎn)鏡采用透鏡作為主鏡，光線通過(guò)鏡頭和鏡筒折射匯聚于一點(diǎn)，稱為”焦平面”。折射望遠(yuǎn)鏡的薄壁長(zhǎng)管結(jié)構(gòu)外觀，和百年前伽利略時(shí)代無(wú)太大區(qū)別，但現(xiàn)代的優(yōu)質(zhì)光學(xué)玻璃、多層鍍膜技術(shù)使您可以體會(huì)伽利略從未夢(mèng)想過(guò)的精彩天空。對(duì)于希望簡(jiǎn)便的機(jī)械設(shè)計(jì)、高可靠性、方便使用的人來(lái)說(shuō)，折射式望遠(yuǎn)鏡是很受歡迎的設(shè)計(jì)。因?yàn)榻咕嘤社R管的長(zhǎng)度決定，通常超過(guò)4英寸口徑的折射望遠(yuǎn)鏡將變的非常笨重和昂貴。
基本信息
| 中文名 | |
| 外文名 | refracting telescope |
| 設(shè)計(jì)目的 | 用于偵查和天文觀測(cè) |
| 缺點(diǎn) | 有色差 |
| 成像特點(diǎn) | 鮮明、銳利 |
發(fā)展歷史
折射望遠(yuǎn)鏡
但這種望遠(yuǎn)鏡成的是正像，出射光瞳在目鏡與物鏡之間，視場(chǎng)較小，且不便安置瞄準(zhǔn)叉絲，因而在天文上用得不多。以后開普勒提出用凸透鏡作目鏡的望遠(yuǎn)鏡稱為開普勒望遠(yuǎn)鏡。由于開普勒望遠(yuǎn)鏡中出射光瞳在目鏡外面，能獲得較大的視場(chǎng)，此外有可安置瞄準(zhǔn)叉絲，像的正倒對(duì)天文觀測(cè)并無(wú)影響，因此，從十七世紀(jì)中葉起，天文學(xué)家普遍采用開普勒望遠(yuǎn)鏡。
不幸的是，折射望遠(yuǎn)鏡設(shè)計(jì)方面的其他缺陷成為其致命傷。為了縮短透鏡的焦距，人們不得不增大鏡片的厚度，但這時(shí)就發(fā)現(xiàn)了色散與相差兩個(gè)問(wèn)題。
要保證遠(yuǎn)處的物體在望遠(yuǎn)鏡中形成有清晰的圖像，關(guān)鍵是物鏡一定要把從該物體上任何一點(diǎn)來(lái)的光集中到一個(gè)焦點(diǎn)上來(lái)。如果這一點(diǎn)辦不到，不同處來(lái)的光將略微分散到不同的焦點(diǎn)上去，那么，此物體看起來(lái)就會(huì)很模糊。可是，單片透鏡不管是用什么玻璃制造的，都是不能把所有的光集中于同一焦點(diǎn)的。大家都知道，平常的光，不論是從太陽(yáng)或是從星上來(lái)的，都是無(wú)數(shù)不同的顏色光波的混合，每種光波的波長(zhǎng)不同，而不同波長(zhǎng)的光波通過(guò)一個(gè)單片透鏡時(shí)，會(huì)被聚集到略微不同的焦點(diǎn)上去。三百年前的天文學(xué)家都以為絕無(wú)辦法避免透鏡的色散作用，只有通過(guò)加長(zhǎng)望遠(yuǎn)鏡的長(zhǎng)度，來(lái)減小色散作用的影響。
早期折射望遠(yuǎn)鏡的另一個(gè)問(wèn)題是相差。與現(xiàn)代技術(shù)相比，當(dāng)時(shí)磨制透鏡的技術(shù)還很粗糙。只要在磨制的時(shí)候稍有偏差，光線透過(guò)透鏡時(shí)，就不會(huì)正確的匯集于一點(diǎn)；同時(shí)，由于透鏡的自身重量，當(dāng)它安裝到鏡筒上之后，也會(huì)產(chǎn)生變形，更別提磨制透鏡所需的純凈玻璃也很難制造了。
折射望遠(yuǎn)鏡
人常說(shuō)的“差不多集中于一個(gè)焦點(diǎn)”，是因?yàn)檫@兩層玻璃組合起來(lái)還不能把所有顏色的光線絕對(duì)集中于同一焦點(diǎn)上。望遠(yuǎn)鏡口徑愈大，這種弊病愈嚴(yán)重。如果人從一架大折射望遠(yuǎn)鏡中去看月亮或一顆亮星，一定會(huì)看到它們周圍有一圈藍(lán)色或紫色的暈痕。這兩重透鏡不能把藍(lán)色或紫色光線也集中到和其他顏色相同的焦點(diǎn)去，由此而產(chǎn)生了稱為“二級(jí)光譜”的像差。這是由一般光學(xué)玻璃的性質(zhì)決定的，科學(xué)家們也沒辦法。
從那時(shí)起，直到今天，折射望遠(yuǎn)鏡的基本設(shè)計(jì)幾乎沒有什么改變了，只是制造透鏡的玻璃質(zhì)量改進(jìn)了很多，已經(jīng)可以很好的糾正色散與相差等問(wèn)題。唯一無(wú)法克服的是在重力作用下，透鏡自身產(chǎn)生的變形，因?yàn)檫@個(gè)原因，還無(wú)法制造巨大的折射望遠(yuǎn)鏡。
設(shè)計(jì)分類
基本元件
一架折射望遠(yuǎn)鏡有兩個(gè)基本的元件，做為物鏡的凸透鏡和目鏡，折射望遠(yuǎn)鏡中的物鏡，將光線折射或偏折到鏡子的后端。折射可以將平行的光線匯聚在焦點(diǎn)上，不是平行的光線則匯聚到焦平面上。這樣可以使遠(yuǎn)方的物體看得更亮、更清晰和更大。折射望遠(yuǎn)鏡有許多不同的像差和變形需要進(jìn)行不同類型的修正。
根據(jù)光路的不同，折射望遠(yuǎn)鏡分為伽利略望遠(yuǎn)鏡和開普勒望遠(yuǎn)鏡兩種。通常折射望遠(yuǎn)鏡的相對(duì)口徑較小，即焦距長(zhǎng)，底片比例尺大，從而分辨率高，比較適合于做天體測(cè)量方面的工作（如測(cè)量恒星的位置、雙星的角距等）。折射望遠(yuǎn)鏡最初的設(shè)計(jì)是用于偵查和天文觀測(cè)，但也用于其他設(shè)備上，例如雙筒望遠(yuǎn)鏡、長(zhǎng)焦距的遠(yuǎn)距照相攝影機(jī)鏡頭。較常用的折射式望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)系統(tǒng)有兩種形式：即伽利略式望遠(yuǎn)鏡和開普勒式望遠(yuǎn)鏡，其優(yōu)點(diǎn)是成像比較鮮明、銳利；缺點(diǎn)是有色差。
工作原理
折射望遠(yuǎn)鏡工作原理
折射望遠(yuǎn)鏡的缺點(diǎn)就在于：它會(huì)改變光的顏色，由于光是由光譜組的，而光譜各自都有自己的特定波長(zhǎng)，以至于各種顏色的光并不是都會(huì)產(chǎn)生相同的折射，折射望遠(yuǎn)鏡的鏡片通過(guò)焦聚來(lái)改變了光的走向路徑，但是，并不是所有顏色的光波會(huì)完全地落在望遠(yuǎn)鏡的焦之上的，而是散向別的地方，形成色像差。當(dāng)然，可以采用折射鏡頭組全來(lái)改變這種現(xiàn)象。
伽利略式
與伽利略設(shè)計(jì)出來(lái)的原始形式相同的望遠(yuǎn)鏡都稱為伽利略望遠(yuǎn)鏡。他使用凸透鏡做物鏡，和使用凹透鏡的目鏡。伽利略望遠(yuǎn)鏡的影像是正立的，但視野受到限制，有球面像差和色差，適眼距(eye relief)也不佳。
折射望遠(yuǎn)鏡
開普勒式望遠(yuǎn)鏡是開普勒改善了伽利略的設(shè)計(jì)，在1611年發(fā)明的。他改使用一個(gè)凸透鏡作為目鏡而不是伽利略原來(lái)用的一個(gè)凹透鏡。這樣安排的好處是從目鏡射出的光線是匯聚的，可以有較大的視野和更大的適眼距，但是看見的影像是倒轉(zhuǎn)的。這種設(shè)計(jì)可以達(dá)到更高的倍率，但需要很高的焦比才能克服單純由物鏡造成的畸變。(約翰·赫維留建造焦長(zhǎng)45米的折射鏡。)這種設(shè)計(jì)也使用在顯微鏡在焦平面上(用于測(cè)量被觀測(cè)的兩個(gè)物體之間角距離的大小)。
消色差折射鏡
消色差的折射鏡是在1733年由一位英國(guó)律師切斯特·穆爾·霍爾發(fā)明的，雖然專利權(quán)給了另一位獨(dú)立發(fā)明的約翰Dollond。這項(xiàng)設(shè)計(jì)使用兩片玻璃(有不同色散度的"冕牌玻璃"和"火石玻璃")做物鏡，降低了色差和球面像差。兩兩片玻璃的每一個(gè)面都要拋光，然后組合在一起。消色差透鏡可以讓兩種不同波長(zhǎng)(通常是紅色和藍(lán)色)的光，都能聚焦在相同的焦平面上。
高度消色差折射鏡
折射望遠(yuǎn)鏡
產(chǎn)品特點(diǎn)
產(chǎn)品缺點(diǎn)
同口徑下價(jià)格比牛頓式或卡賽格林式昂貴。
同樣口徑下，折射式望遠(yuǎn)鏡較牛頓式或卡賽格林式更重、更長(zhǎng)、體積更大。
焦比較大的缺點(diǎn)造成利用折射望遠(yuǎn)鏡來(lái)拍攝深空天體顯得比較困難。
在消色差設(shè)計(jì)中，所得影像的色彩或多或少也會(huì)有一點(diǎn)的畸變。
產(chǎn)品技術(shù)
折射望遠(yuǎn)鏡
在非常大口徑的折光鏡，還有鏡片沉陷的問(wèn)題，這是重力使玻璃變形的結(jié)果。玻璃的瑕疵是更進(jìn)一步的問(wèn)題，被困在玻璃內(nèi)的空氣氣泡或條紋。另外，玻璃對(duì)某些波長(zhǎng)是不透明的，即使是可見光也會(huì)在進(jìn)出接口與穿透時(shí)因吸收和折射而黯淡。這些問(wèn)題大多數(shù)都可以因?yàn)楦挠梅瓷溏R而消除或降低，而且還可以制造更大的口徑。
適用領(lǐng)域
與其他望遠(yuǎn)鏡一樣，用于收集光線的物鏡的尺寸是折射望遠(yuǎn)鏡的關(guān)鍵。物鏡越大，看遠(yuǎn)處的物體越清晰。然而，由于技術(shù)問(wèn)題，折射望遠(yuǎn)鏡的物鏡不可能做的非常大。
由于折射望遠(yuǎn)鏡的鏡筒是密封的，減小了空氣對(duì)流等環(huán)境因素的影響，人可以看到清晰穩(wěn)定的圖像，使得折射望遠(yuǎn)鏡很適合觀測(cè)行星與較近的雙星。此外，使用時(shí)也很少需要去調(diào)整折射望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)組件，使用起來(lái)比較方便。
折射望遠(yuǎn)鏡的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是它同時(shí)適合進(jìn)行天文觀測(cè)與地面觀測(cè)。在折射望遠(yuǎn)鏡的目鏡端加裝一組矯正透鏡之后，觀測(cè)地面物體時(shí)，人可以看到正常的圖像。
體積小巧的折射望遠(yuǎn)鏡非常適合游人隨身攜帶，例如人們普遍使用的雙筒望遠(yuǎn)鏡就是兩個(gè)折射望遠(yuǎn)鏡組合在一起罷了。
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