望遠鏡——屋脊稜鏡的缺陷和解決方法

相對保羅稜鏡望遠鏡的笨重,採用屋脊稜鏡的望遠鏡要輕巧得多,然而屋脊稜鏡有三種特有的光學缺陷,需要採用特定的技術才能克服

1,無法實現光線的全反射,需要藉助反射膜

光線在射入屋脊稜鏡後,會連續發生6次反射,其中有5次可以藉助光的全反射,但是第2個反射點因為入射角太小,無法實現全反射,必須在表面鍍反射膜。見下圖(反射膜就塗在第2個反射點所在的平面)

望遠鏡——屋脊稜鏡的缺陷和解決方法

通常採用鋁膜作為反射膜,鋁膜的表面有一層薄薄的緻密的保護膜,所以很穩定,但是鋁膜的反射率不算高。銀膜也是另一種常見的反射膜,反射率比鋁更高,但是銀膜不夠穩定,如果望遠鏡的密封性被破壞,空氣進入望遠鏡的內部,銀膜可能會被氧化,反射失效,從目鏡端觀測視野一片黑暗無法成像。無論採用銀膜還是鋁膜,紫光區的反射率低,黃光區的反射率高,這樣一來會出現兩個問題,一是成像會偏黃,二是成像亮度會下降。為了解決這個問題,必須採用幾十層的電介質膜,這種膜把可見光的波長分成幾十個小波段,每層膜負責反射特定波段的光線,這樣一來,反射率的曲線整體上看非常平坦(沒有偏色),而且非常接近100%(光線損失輕微,成像明亮),但是在一個面上鍍幾十層膜的成本很高,只有比較高端的屋脊稜鏡才會採用這種鍍膜。下面2張示意圖是KOWA望遠鏡介紹的銀膜和電介質膜的反射曲線圖以及對應的成像效果

望遠鏡——屋脊稜鏡的缺陷和解決方法

成像效果對比示意圖:

望遠鏡——屋脊稜鏡的缺陷和解決方法

2,屋脊稜鏡的相位差

光線在射入屋脊稜鏡的屋脊面之後,會連續發生2次反射(第4個反射點和第5個反射點),這2個反射過程,會導致電場和磁場不再同步,存在90°的相位差。從而變了艾裡斑的能量分佈,能量被分散到更大的面積上了,導致分辨率下降!為了校正相位差,必須使用相位校正鍍膜,俗稱相位膜(相位膜就塗在第4反射點和第5反射點所在的2個平面)見示意圖和相位膜的實拍圖

望遠鏡——屋脊稜鏡的缺陷和解決方法

相位膜實拍:

望遠鏡——屋脊稜鏡的缺陷和解決方法

3,屋脊稜鏡的雙像差

對屋脊稜鏡望遠鏡的分辨率影響最大的就是雙像差,而不是相位差。屋脊稜鏡有2個屋脊面(第4反射點和第5反射點所在的兩個平面),理論上要求兩個面的夾角剛好等於90度,當一光束在進入屋脊面之後,會被分成2份光束,這2份光束分別經過2次反射後理論上應該重新合成一個點,但實際上因為製造精度有限,不可能剛好是90度,總有那麼一點誤差。這2份光束就沒辦法合成一個點。誤差輕微時會降低成像的分辨率,誤差嚴重時會導致我們看到的圖像是兩個重影。精度越高成本也越高,目前國產廉價屋脊稜鏡兩個屋脊面的夾角誤差在±10〃以上,而高品質的屋脊稜鏡的夾角誤差可以做到±3〃以內,所以廉價的屋脊稜鏡望遠鏡沒辦法獲得高分辨率的圖像。

望遠鏡——屋脊稜鏡的缺陷和解決方法

雙像差原理:

望遠鏡——屋脊稜鏡的缺陷和解決方法

光線在穿透屋脊稜鏡的過程中,會連續4次穿越玻璃和空氣的接觸面,對於廉價屋脊稜鏡望遠鏡來說,因為成本有限,這4個玻璃和空氣接觸面基本不會鍍增透膜,導致成像暗淡,畫面灰霧感重。對於相對較好一些的屋脊稜鏡望遠鏡來說,第一個接觸面因為很容易從物鏡端看到其反光,從而判斷出是否鍍膜,所以基本都會鍍膜,但是剩下3個接觸面的鍍膜就會省掉。要獲得最佳效果,必須給4個接觸面都鍍上多層膜,具體某一款屋脊稜鏡望遠鏡的稜鏡是否鍍了增透膜,如果不拆開看是很難搞清楚的,便宜貨肯定不會鍍,貴的也不一定鍍,全憑良心了。

望遠鏡——屋脊稜鏡的缺陷和解決方法

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