折射望远镜

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。^[1]

发明

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^[2]^[3]。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。

折射望远镜的设计

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。

伽利略望远镜

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，有色差，适眼距也不佳。

开普勒望远镜

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·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

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。

技术的考量

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。由于透镜只能由其边缘固定，大型透镜的中心会因重力而下垂，使其产生的影像失真。折射望远镜中最大的实用透镜尺寸约为1米（39英寸）^[4]。

还有一个问题是玻璃缺陷、条纹或玻璃中夹杂的小气泡。此外，玻璃对某些波长的光不透明的，甚至可见光在穿过空气-玻璃界面和玻璃本身时，也会因反射和吸收而变暗。反射望远镜可以避免或减少这些问题，因为反射望远镜的口径要大得多，在天文研究中几乎取代了折射望远镜。

旅行者1号/2号上的影像科学系统仪器ISS-WAC使用了一个6厘米（2.4英寸）的镜头，于1970年代末发射到太空，就是在太空中使用折射镜的一个例子^[5]。

值得推崇的折射望远镜

1900年巴黎博览会大望远镜(1.25米或49英寸) – 展览结束后拆除
耶基斯天文台 (101.6 cm或40英寸)
瑞典太阳望远镜 (100cm)
利克天文台 (91cm)
巴黎天文台 (83cm + 62cm)
尼斯天文台 (76cm)
罗威尔天文台 (24 in)
塞波特天文和科学中心 (20 in, 8 in)

参考来源

^ 天文望远镜的种类互联网档案馆的存档，存档日期2013-05-31.
^ The First Telescopes. American Institute of Physics. [15 July 2015]. （原始内容存档于2015-11-05）.
^ Physics for Scientists and Engineers, Refractors were the earliest type of optical telescope. Raymond A. Serway. [15 July 2015]. （原始内容存档于2019-05-02）.
^ Stan Gibilisco. Physics Demystified. Mcgraw-hill. 2002: 532. ISBN 978-0-07-138201-4.
^ Voyager. astronautix.com. （原始内容存档于11 September 2016）.

[1] 天文望远镜的种类互联网档案馆的存档，存档日期2013-05-31.

[2] The First Telescopes. American Institute of Physics. [15 July 2015]. （原始内容存档于2015-11-05）.

[3] Physics for Scientists and Engineers, Refractors were the earliest type of optical telescope. Raymond A. Serway. [15 July 2015]. （原始内容存档于2019-05-02）.

[4] Stan Gibilisco. Physics Demystified. Mcgraw-hill. 2002: 532. ISBN 978-0-07-138201-4.

[astrov-5] Voyager. astronautix.com. （原始内容存档于11 September 2016）.

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发明