折射望远镜

✍ dations ◷ 2025-09-09 02:12:50 #望远镜类型,光学仪器,荷兰发明

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、长焦距的远距离照像摄影机镜头。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。

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1605年出现在荷兰,由三个不同的人,密德堡的眼镜制造者汉斯·李普希和查哈里亚斯·杨森(英语:Zacharias Janssen)、阿克马的雅各·梅提斯(英语: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其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或相似的仪器。

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,将光线折射且聚焦到镜子的后端。折射可以将光线汇聚在光轴的焦点上,这样可以使远方的物体看得更亮、更清晰和更大。不过折射望远镜有着色差跟场曲像差需要进行修正。

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含氟的萤石或是低色散(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。

折射望远镜曾经因为高度残余的色差、球面像差和场曲像差而饱受责难,短焦的情况比长焦的更为严重。一架4英寸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英寸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界面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。

法国 尼斯天文台的76 公分 折射镜。

加州奥克兰塞波特天文和科学中心天文台的20 英寸折射镜。

加州奥克兰塞波特天文和科学中心天文台的8 英寸折射镜。

维也纳大学天文台的68 公分折射镜。

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