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折射式望远镜原理
一架折射望远镜有两个基本的元件,做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.
伽利略式望远镜
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(eye relief)也不佳.
开普勒式望远镜
开普勒式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Dollond.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
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.
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一般折射望远镜的物镜,是由两块不同折光率的玻璃镜片组成,以减少色差,使红蓝两色的 影像聚在同一焦点上,这类镜头称为消色差镜头(Achromatic lens).严格来说,这类镜头影像外围仍有一个很淡紫色的光晕.为了减少镜头的球面差(Spherical aberration),彗形像差(Coma)及像散(Astigmatism),一般可将焦比值增大,因此一般折射望远镜的口径与焦距比(焦比)起码在f10至f16之间.较高级的镜头,是由三块不同折光率的玻璃镜片组成或采用较低色散的玻璃(ED)或甚至采用萤石晶体来制造,可消除红、绿、蓝三色的色差.这些镜头称为复消色差镜头(Apochromat).它们的口径与焦距比可以达到f5.使到望远镜的长度缩短及重量较轻,使用较为方便,但售价十分昂贵.由于折射望远镜筒可以密封,所以维修保养方面较为方便,更适宜于搬往野外使用,同时亦不受镜筒内气流的影响.由于镜头起码由两块玻璃组成,所以成本(要磨制四块镜面)较同口径的反射望远镜昂贵.市面上一般售卖的小型天文望远镜,多属折射望远镜.
什么是折射望远镜
折射望远镜是用透镜作物镜将光线汇聚的系统。世界上第一架天文望远镜就是伽利略制造的折射望远镜,它采用凸透镜为物镜。由于玻璃对不同色光的折射率不同,折射望远镜会产生严重的色差,因此,后来的折射望远镜多采用复合透镜作为物镜,即由两块以上的透镜组成,用来消除色差(如美国Meade公司的ED系列)。根据光路的不同,折射望远镜分为伽利略望远镜和开普勒望远镜两种。通常折射望远镜的相对口径较小,即焦距长,底片比例尺大,从而分辨率高,比较适合于做天体测量方面的工作(如测量恒星的位置、双星的角距等)。
优点:
使用方便、制造简单。
适合观测月亮、行星、双星,特别是对于大孔径的望远镜。
结构小巧、不需要额外的维护费用。
封闭的镜筒减弱了空气流动对成像质量的破坏,同时保护了光学镜头。
易于搬运,适合远距离的室外观测。
可以避免二次成像,形成高反差的像质。
通过消色差设计,可以很好的避免色差的出现。
缺点:
价格较牛顿式或卡赛格林式昂贵。
同样口径下,折射式望远镜较牛顿式或卡赛格林式更重、更长、体积更大。
由于口径的限制,不适合于观测深空天体比如河外星系、星云等等。
焦比较小的缺点造成利用折射望远镜来拍摄深空天体显得比较困难。
在消色差设计中,所得影像的色彩或多或少也会有一点的畸变。
什么是折射望远镜?
用透镜作物镜的望远镜被称为折射望远镜,在历史的演变中,用凹透镜作目镜制成的望远镜被称为伽利略望远镜;用凸透镜作目镜制成的望远镜则被称为开普勒望远镜。因为单透镜物的镜色差和球差都相当严重,所以现代的折射望远镜都是用两块或两块以上的透镜组作物镜制成的。其中以双透镜物制成的望远镜应用的最普遍和广泛,这种望远镜是由相距很近的一块冕牌玻璃制成的凸透镜和一块火石玻璃制成的凹透镜相叠在一起组成,这两种透物镜相结合后,可以完全消除透出的景物波长,对得出的景物位置色差也可以相对的减弱。
双透物镜的体积和视野范围都比较小。双透镜物镜的相对口径较小,一般都在1/15~1/20之间,很少大于1/7,可用视场也不大。人们将口径小于8厘米的双透镜物镜可将两块透镜胶合在一起的望远镜称为双胶合物镜;要增加相对口径和视场的使用,可以采用多透镜物镜组。