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折射望遠鏡
用于偵查和天文觀測的望遠鏡
基本信息
| 中文名 | |
| 外文名 | refracting telescope |
| 設計目的 | 用于偵查和天文觀測 |
| 缺點 | 有色差 |
| 成像特點 | 鮮明、銳利 |
發(fā)展歷史
折射望遠鏡
但這種望遠鏡成的是正像，出射光瞳在目鏡與物鏡之間，視場較小，且不便安置瞄準叉絲，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鏡稱為開普勒望遠鏡。由于開普勒望遠鏡中出射光瞳在目鏡外面，能獲得較大的視場，此外有可安置瞄準叉絲，像的正倒對天文觀測并無影響，因此，從十七世紀中葉起，天文學家普遍采用開普勒望遠鏡。
不幸的是，折射望遠鏡設計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，但這時就發(fā)現(xiàn)了色散與相差兩個問題。
要保證遠處的物體在望遠鏡中形成有清晰的圖像，關鍵是物鏡一定要把從該物體上任何一點來的光集中到一個焦點上來。如果這一點辦不到，不同處來的光將略微分散到不同的焦點上去，那么，此物體看起來就會很模糊?？墒?，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的。大家都知道，平常的光，不論是從太陽或是從星上來的，都是無數(shù)不同的顏色光波的混合，每種光波的波長不同，而不同波長的光波通過一個單片透鏡時，會被聚集到略微不同的焦點上去。三百年前的天文學家都以為絕無辦法避免透鏡的色散作用，只有通過加長望遠鏡的長度，來減小色散作用的影響。
早期折射望遠鏡的另一個問題是相差。與現(xiàn)代技術相比，當時磨制透鏡的技術還很粗糙。只要在磨制的時候稍有偏差，光線透過透鏡時，就不會正確的匯集于一點；同時，由于透鏡的自身重量，當它安裝到鏡筒上之后，也會產(chǎn)生變形，更別提磨制透鏡所需的純凈玻璃也很難制造了。
折射望遠鏡
人常說的“差不多集中于一個焦點”，是因為這兩層玻璃組合起來還不能把所有顏色的光線絕對集中于同一焦點上。望遠鏡口徑愈大，這種弊病愈嚴重。如果人從一架大折射望遠鏡中去看月亮或一顆亮星，一定會看到它們周圍有一圈藍色或紫色的暈痕。這兩重透鏡不能把藍色或紫色光線也集中到和其他顏色相同的焦點去，由此而產(chǎn)生了稱為“二級光譜”的像差。這是由一般光學玻璃的性質決定的，科學家們也沒辦法。
從那時起，直到今天，折射望遠鏡的基本設計幾乎沒有什么改變了，只是制造透鏡的玻璃質量改進了很多，已經(jīng)可以很好的糾正色散與相差等問題。唯一無法克服的是在重力作用下，透鏡自身產(chǎn)生的變形，因為這個原因，還無法制造巨大的折射望遠鏡。
設計分類
基本元件
一架折射望遠鏡有兩個基本的元件，做為物鏡的凸透鏡和目鏡，折射望遠鏡中的物鏡，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上，不是平行的光線則匯聚到焦平面上。這樣可以使遠方的物體看得更亮、更清晰和更大。折射望遠鏡有許多不同的像差和變形需要進行不同類型的修正。
工作原理
折射望遠鏡工作原理
折射望遠鏡的缺點就在于：它會改變光的顏色，由于光是由光譜組的，而光譜各自都有自己的特定波長，以至于各種顏色的光并不是都會產(chǎn)生相同的折射，折射望遠鏡的鏡片通過焦聚來改變了光的走向路徑，但是，并不是所有顏色的光波會完全地落在望遠鏡的焦之上的，而是散向別的地方，形成色像差。當然，可以采用折射鏡頭組全來改變這種現(xiàn)象。
伽利略式
折射望遠鏡
開普勒式望遠鏡是開普勒改善了伽利略的設計，在1611年發(fā)明的。他改使用一個凸透鏡作為目鏡而不是伽利略原來用的一個凹透鏡。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的。這種設計可以達到更高的倍率，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45米的折射鏡。)這種設計也使用在顯微鏡在焦平面上(用于測量被觀測的兩個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年由一位英國律師切斯特·穆爾·霍爾發(fā)明的，雖然專利權給了另一位獨立發(fā)明的約翰Dollond。這項設計使用兩片玻璃(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(通常是紅色和藍色)的光，都能聚焦在相同的焦平面上。
高度消色差折射鏡
產(chǎn)品特點
產(chǎn)品缺點
同口徑下價格比牛頓式或卡賽格林式昂貴。
同樣口徑下，折射式望遠鏡較牛頓式或卡賽格林式更重、更長、體積更大。
焦比較大的缺點造成利用折射望遠鏡來拍攝深空天體顯得比較困難。
在消色差設計中，所得影像的色彩或多或少也會有一點的畸變。
產(chǎn)品技術
折射望遠鏡
在非常大口徑的折光鏡，還有鏡片沉陷的問題，這是重力使玻璃變形的結果。玻璃的瑕疵是更進一步的問題，被困在玻璃內(nèi)的空氣氣泡或條紋。另外，玻璃對某些波長是不透明的，即使是可見光也會在進出接口與穿透時因吸收和折射而黯淡。這些問題大多數(shù)都可以因為改用反射鏡而消除或降低，而且還可以制造更大的口徑。
適用領域
與其他望遠鏡一樣，用于收集光線的物鏡的尺寸是折射望遠鏡的關鍵。物鏡越大，看遠處的物體越清晰。然而，由于技術問題，折射望遠鏡的物鏡不可能做的非常大。
由于折射望遠鏡的鏡筒是密封的，減小了空氣對流等環(huán)境因素的影響，人可以看到清晰穩(wěn)定的圖像，使得折射望遠鏡很適合觀測行星與較近的雙星。此外，使用時也很少需要去調整折射望遠鏡的光學組件，使用起來比較方便。
折射望遠鏡的另一個優(yōu)勢是它同時適合進行天文觀測與地面觀測。在折射望遠鏡的目鏡端加裝一組矯正透鏡之后，觀測地面物體時，人可以看到正常的圖像。
體積小巧的折射望遠鏡非常適合游人隨身攜帶，例如人們普遍使用的雙筒望遠鏡就是兩個折射望遠鏡組合在一起罷了。
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