□作者: 余剛（MGXY）
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一年多沒來論壇了，最近時間稍空，看到論壇的朋友又多了很多，這反映了我國的業余天文愛好者隊伍越來越壯大，同時也看到其中有不少的大俠級人物，這有助于我們（器材、觀測）水平的提高。但是也看到大多數的人不具有基礎的光學知識，缺乏根據自身的實際情況選擇器材的參考。也有些憑主觀的經驗對器材的評論，還有美化或者批評某些器材的議論。我認為具有較高知識（各方面）的大俠們有責任義務將正確的知識傳輸給需要的愛好者。
作為廠家，要得到大家的信賴，在宣傳上要實事求是，不揚長避短或夸大事實，在技術指標上盡量詳細（比如標注的分辨率是在在什麼波長範圍內），這樣有助于用戶了解產品的性能。
很多人對折射鏡中的好些概念不很清楚，有的還混為一談，下面對有關折射鏡的一些問題做簡要說明，光學中很多比較難懂，用大致像近的敘述有助于理解。
大家知道，光波經過透鏡折射後，不同波長的光的焦點位置也不同，長波長的紅光將比短波長的紫光焦點位置要遠一些，這就是我們通常意義上說的色差（色差實際上有很多種，這里只籠統的講對我們影響比較大的一類）。消色差系統（雙膠合、雙分離結構的都是）是把肉眼敏感波長的兩端C（紅色）、F（蘭色）校正到同一位置，（校正色差通常是在入瞳的0.707環帶，在0.707環帶將色球差校正為0後，+/- 差值將大體上相互抵消掉）。雖然校正了C、F=0，但是他們與其他波長的光還是有一定的距離，通常是與D（黃光）或E（綠色）比較，他們之間的距離就是二級光譜，二級光譜是影響我們觀測的主要因數之一，我們看到的色差也實際上基本是它造成的。二級光譜又所選用的光學玻璃決定，也就是說，一旦選定所使用的光學玻璃後，二級光譜的大小也就被決定了，選用低色散冕玻璃（ED或螢石）與合適的火石玻璃配合可大大減小二級光譜。如果采用三片結構的設計，在選用合適的玻璃組合後可以做到復消色差，也就是把C、D、F或C、E、F三個波長的二級光譜校正到相當小的程度或完全消除，能大大提高系統的光學性能，但是其他波長的光還有不太小的差距。系統的性能還不能滿足APO（高度消色差）的要求。
看到這里，大家多少該有些概念了吧？可能還有點難懂，沒關系，再來看看設計實例。我在這里做了4個設計的例子，分別是︰雙分離普通消色差結構、使用了超級 ED玻璃的兩片結構、三片普通復消色差、使用了性能不太好的ED玻璃的三片高度消色差。參見付圖，圖中分為圖一、圖二、圖三、圖四4個部分，每個部分又分為色球差曲線圖與點陣圖兩部分。雖然用調制傳遞函數來表示更為合理，但是大家理解起來比較困難。
為了方便對比，4個設計都是口徑102焦距816（焦比F8），色球差圖的縱坐標表示入瞳半徑，校正色差要在0.707位置。橫坐標為焦距，中心0刻度代表系統的焦點位置（816MM）最大刻度為 -/+ 2MM（圖一）。後三個圖的最大刻度為 -/+ 1MM，如果也用圖一的-/+2MM刻度將一點細節也看不清楚了。點陣圖可以理解為恆星在焦點位置上成像的斑點大小，橫列表示不同波長的光的斑點直徑，縱列表示軸心、偏軸0.25度、偏軸0.5度視場的斑點直徑。斑點位置的黑色圓圈表示設定條件下（口徑、焦比）的衍射極限刻度。在0度視場的位置還有個標尺，表示40UM的刻度。
圖一是最普通的雙分離設計，使用最通用的K9玻璃與重火石玻璃，在0.707環帶對C、F校正色差後，可以在圖上部的色球差圖中可以看到，它們與參考波長 E（綠光）之間的距離還有約0.45MM左右，0.45/816= 1/1813F，至于可見光兩端的R（深紅）、G（深紫）就相差更大了。再來看下部的點陣圖，可以看到，從530波長至610波長之間的區域（也是肉眼最敏感的區域），斑點直徑基本達到或接近衍射極限，如果把這個範圍以外的光濾掉，那麼她能夠達到或接近理論分辨率極限。但是要損失掉相當的能量。偏離這個區域外，斑點直徑迅速擴大，到C、F波長時，斑點達到了衍射極限的5--7倍，由于肉眼對這些波長還比較敏感，最直接的結果就是我們看亮恆星的時候在恆星周圍有大面積的紫色光暈（紅+藍=紫）。在看行星或月球的時候，在明暗邊緣也有紫色光暈。由于色差的影響，會掩蓋很多細節。實際上看到的光暈不一定是紫色，調焦不精確或像場不平可能看到的是紅色/蘭色或其他色。選用玻璃組合的不同可得到不同的二級光譜值，但是只要沒有使用特殊性能的玻璃，他們的差距不是很大的，不可能做得很好。但是不要以為二級光譜大就性能很差，實際上，通過合理的優化設計，F8的中焦比的色差是基本可以接受的，焦比大于F6大概只適合深空觀測了，焦比小于F10就應該說對觀測影響相當小。還有一點，在相同的焦比下，口徑越大，色差越明顯。
圖二是使用了超級ED（性能基本接近螢石）玻璃與特殊色散玻璃配合設計的雙分離結構，C、E、F二級光譜只有0.04MM（1/20400），最遠的G（紫光）為0.23MM
二級光譜的減小帶來的最直接好處就是斑點更小，參看圖二下半部，可看到大部分波長的光形成的斑點都小于衍射極限，藍光和紫光雖然比衍射極限大，但是主要能量（大于70%）都在衍射極限內，實際我們能看到的色差非常微弱。高橋的FS102指標與這個圖像近。這樣的效果一般都表注APO（高度消色差），嚴格的說與APO多少還是有點差距。
圖三是使用不太常用的普通玻璃設計的三片復消色差結構，就C、E、F而言，完全校正了二級光譜，大家可看到C、E、F在0.707環帶附近完全相交。但是相對于別的波長光，還有一定的二級光譜，特別是兩端的R、G距離系統焦點還比較遠。從點陣圖看，斑點都小到一定程度，除G波長外，能量都主要集中在衍射極限內，比較有效的消除了色差。
圖四是使用低檔的ED低色散玻璃與特殊色散玻璃配合的三片結構，從色球差圖可看到，在0.707環帶位置，從R到G的全部可見光的二級光譜都校正到0.04以內。點陣圖上C---F都小于衍射極限、R與G也小于3倍衍射極限，完全滿足現代APO的要求。如果使用更好的ED玻璃或螢石，可得到更好的結果。
優秀的APO鏡不僅僅滿足高度消色差，還具有大的視場範圍，平直的像場，優異的成像質量與細節分辨能力是同口徑的反射鏡、折反射鏡遠不能相比，這就是高級愛好者追求APO鏡的主要原因，當然優異的光學材料、高精密的光學/機械加工都是需要付出高額的代價。
由于自己所學有限，或許有錯，請大俠們指正。
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文章作者:余剛（MGXY）
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