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APO(复消色差)望远镜简介

(2008年04月18日 17:02:08)
来源:牧夫天文论坛

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  色差是折射式望远镜自18世纪初推广以来所具有的主要缺陷。最早采用的减小色差的方法是尽可能制造长焦比的望远镜。这就意味着视场必须缩小,而且仪器变得很笨重。在19世纪末,Dollond双镜片设计被采用。这种光学设计的消色差的能力有了显著的提高,但仍然只能对光谱中的两个部分予以纠正。典型的效果是,蓝光沿着光轴聚焦在不同的点上,在恒星和行星的外周产生蓝色的光晕。

  20世纪末,反射式望远镜正被专业的天文学家所青睐时,一种新型的折射式望远镜为天体摄影学制造出来。这就是APO(复消色差)折射式望远镜。根据使用的玻璃密度的不同,至少采用3片透镜来获得消色差的图象。然而,当这种新型复消色差镜还是很稀罕的时候,真正的全消色差折射镜正将主宰天体摄影领域。

  折射式望远镜的制造技术在整个二十世纪中不断地进步。早期APO的最大问题是光线的损失,其次是高昂的成本和制造的复杂性。光线每次从空气中进入玻璃介质时会有4%的光线被反射掉。另一个与此相关的问题是在镜片的内部形成的反射或称为“鬼影”。德国的Carl Zeiss和Alvin Clark以及美国的Sons采用一种新技术,称为“油分隔(用油作为透镜之间的介质)”技术,以此解决上述问题。到了1930年间,油分隔的透镜已经相当普遍了。虽然油也有自身的反射常数和吸收特性,它能减小内部反射并增加每个透镜表面2%的通光量。还有一个优点是,油能弥补透镜表面的粗糙使成像的轮廓变得平滑。这也意味着一副三片式油镜的内表面的抛光程度不必象空气分隔的物镜那样高。该技术的缺点是:必须保证油不会从物镜组的小室中泄漏出去。由于温度的波动,镜片、油、物镜之间的小室都必须随着热胀冷缩一起膨胀或收缩才能防漏。通常,要实现这些就得制造较重的物镜,花费很高,而且必须定期维护。使用几年之后,漏油问题或者油质浑浊而必须进行一次大修。

  作为在第二次世界大战期间开发的技术,复消色差透镜的设计又有了大促进。氟化镁镀膜技术已经广泛用于透镜了。镀膜技术能减少内部反射并降低光线从空气经过玻璃表面的损失。与此同时,另一项发现面世。一种称做萤石,氟化钙(CaF2)的晶体被发现在可见光谱波段具有极其优异的光学特性。如果采用该材料制造的透镜,复消色差系统将使用更少的镜片数量来实现。早期使用英石的光学系统的问题是难以获得足够大的纯萤石晶体。经过几十年发展,只有一些小的萤石镜片被加工出来,用在显微镜的物镜上并收到很好的效果。

  最终在1977年,日本的Takahashi Seisakusho有限公司制造了世界上第一架用萤石做物镜的天文望远镜。通过与Canon公司的光学专家密切合作,制造出直径150mm(6’’)的萤石镜片的技术成功了。萤石镜片在望远镜中使用的显著性能是可以只使用2片透镜构成的物镜就能得到焦比为f/8。镀膜技术在该时期也发展成全面多层镀膜,进一步防止光损失和鬼影出现。采用空气分隔的复消色差双片设计出现了,对色差的纠正能力等于甚至超过了三片式的设计,对比度更胜一筹。

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