相对保罗棱镜望远镜的笨重,采用屋脊棱镜的望远镜要轻巧得多,然而屋脊棱镜有三种特有的光学缺陷,需要采用特定的技术才能克服

1,无法实现光线的全反射,需要借助反射膜

光线在射入屋脊棱镜后,会连续发生6次反射,其中有5次可以借助光的全反射,但是第2个反射点因为入射角太小,无法实现全反射,必须在表面镀反射膜。见下图(反射膜就涂在第2个反射点所在的平面)

广州望远镜屋脊棱镜有什么作用(望远镜屋脊棱镜的缺陷和解决方法)(1)

通常采用铝膜作为反射膜,铝膜的表面有一层薄薄的致密的保护膜,所以很稳定,但是铝膜的反射率不算高。银膜也是另一种常见的反射膜,反射率比铝更高,但是银膜不够稳定,如果望远镜的密封性被破坏,空气进入望远镜的内部,银膜可能会被氧化,反射失效,从目镜端观测视野一片黑暗无法成像。无论采用银膜还是铝膜,紫光区的反射率低,黄光区的反射率高,这样一来会出现两个问题,一是成像会偏黄,二是成像亮度会下降。为了解决这个问题,必须采用几十层的电介质膜,这种膜把可见光的波长分成几十个小波段,每层膜负责反射特定波段的光线,这样一来,反射率的曲线整体上看非常平坦(没有偏色),而且非常接近100%(光线损失轻微,成像明亮),但是在一个面上镀几十层膜的成本很高,只有比较高端的屋脊棱镜才会采用这种镀膜。下面2张示意图是KOWA望远镜介绍的银膜和电介质膜的反射曲线图以及对应的成像效果

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成像效果对比示意图:

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2,屋脊棱镜的相位差

光线在射入屋脊棱镜的屋脊面之后,会连续发生2次反射(第4个反射点和第5个反射点),这2个反射过程,会导致电场和磁场不再同步,存在90°的相位差。从而变了艾里斑的能量分布,能量被分散到更大的面积上了,导致分辨率下降!为了校正相位差,必须使用相位校正镀膜,俗称相位膜(相位膜就涂在第4反射点和第5反射点所在的2个平面)见示意图和相位膜的实拍图

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相位膜实拍:

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3,屋脊棱镜的双像差

对屋脊棱镜望远镜的分辨率影响最大的就是双像差,而不是相位差。屋脊棱镜有2个屋脊面(第4反射点和第5反射点所在的两个平面),理论上要求两个面的夹角刚好等于90度,当一光束在进入屋脊面之后,会被分成2份光束,这2份光束分别经过2次反射后理论上应该重新合成一个点,但实际上因为制造精度有限,不可能刚好是90度,总有那么一点误差。这2份光束就没办法合成一个点。误差轻微时会降低成像的分辨率,误差严重时会导致我们看到的图像是两个重影。精度越高成本也越高,目前国产廉价屋脊棱镜两个屋脊面的夹角误差在±10〃以上,而高品质的屋脊棱镜的夹角误差可以做到±3〃以内,所以廉价的屋脊棱镜望远镜没办法获得高分辨率的图像。

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双像差原理:

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光线在穿透屋脊棱镜的过程中,会连续4次穿越玻璃和空气的接触面,对于廉价屋脊棱镜望远镜来说,因为成本有限,这4个玻璃和空气接触面基本不会镀增透膜,导致成像暗淡,画面灰雾感重。对于相对较好一些的屋脊棱镜望远镜来说,第一个接触面因为很容易从物镜端看到其反光,从而判断出是否镀膜,所以基本都会镀膜,但是剩下3个接触面的镀膜就会省掉。要获得最佳效果,必须给4个接触面都镀上多层膜,具体某一款屋脊棱镜望远镜的棱镜是否镀了增透膜,如果不拆开看是很难搞清楚的,便宜货肯定不会镀,贵的也不一定镀,全凭良心了。

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