對于由光學(xué)玻璃制作的望遠鏡鏡片來說，防止光線反射和透光率過低是十分重要的一項任務(wù)，解決的辦法就是在透鏡上鍍膜。經(jīng)過鍍膜的保護，望遠鏡看到的影像更加明晰。

當(dāng)伽利略于1609 年將自制的望遠鏡指向浩瀚天穹時，他那架口徑4.2 厘米、長約1.2 米的新玩意，讓他看到了前所未有的天文景觀。與喜悅同在的是煩惱，因為這架只簡單采用平凸透鏡作為物鏡、凹透鏡作為目鏡的望遠鏡，有著嚴重的色差問題，使他觀測到的天文景觀和實際存在一定的差距。

與伽利略有同樣煩惱的還包括大名鼎鼎的開普勒，盡管在伽利略的基礎(chǔ)上進行了改良，用兩片雙凸透鏡分別作為物鏡和目鏡，使視野有了明顯的增加，但望遠鏡色差的問題還是沒有解決。

最終解決伽利略和開普勒煩惱的，卻是小小的膜片。

色差消除進化史

望遠鏡的發(fā)明可謂十分偶然。荷蘭眼鏡商人李波爾賽1608年在制造眼鏡鏡片的時候，把一塊凸透鏡和一塊凹透鏡合在一起往外看，驚喜地發(fā)現(xiàn)可以看清遠處的景物。受此啟發(fā)，他制造了人類歷史上第一架望遠鏡。不過第一個按照科學(xué)原理制造望遠鏡的人，是伽利略。他通過對折射原理的研究在不斷的研制和試用中，最終發(fā)明世界上第一架能放大32 倍的望遠鏡。

伽利略發(fā)明的這種伽利略式望遠鏡，和后來的開普勒式望遠鏡，都屬于折射式望遠鏡。所謂折射式，就是一種使用透鏡做物鏡，利用屈光成像的望遠鏡。折射望遠鏡最初的設(shè)計是用于偵查和天文觀測，不過在雙筒望遠鏡、長焦距的遠距相機鏡頭中也比較常見?！耙话慵彝ニ玫奶煳耐h鏡，都是折射式的，因為它攜帶和操作起來都比較方便?！辈┕谕h鏡的一名銷售人員介紹說。

不過，早期的折射式望遠鏡都比較笨重。因為采用單個透鏡作為物鏡，存在嚴重的像差和色差，并不能成一個透鏡理論中所講的和實物一模一樣的像。像差會使得圖像邊緣看不清楚，因為無法在一個平面內(nèi)成像，這稱為球面像差，也會使成像變形猶如哈哈鏡，稱為畸變。而且由于不同波長的光折射率不一樣，成像會像三棱鏡一樣產(chǎn)生彩虹色，雖然好看，但是對于成像卻不是好事，這稱為色差。透鏡的曲率越大，焦比越短，像差和色差越嚴重。所以為了獲得好的觀測效果，就需要用曲率非常小的透鏡，也就意味著要盡可能制造擁有很長鏡身的長焦比望遠鏡。19世紀末就出現(xiàn)了一個制造大口徑折射望遠鏡的高潮，世界上現(xiàn)有的8 架70 厘米以上的折射式望遠鏡有7架是在1885 年到1897 年期間建成的，其中最有代表性的是1897 年建成的口徑102 厘米的葉凱士望遠鏡和1886 年建成的口徑91 厘米的里克望遠鏡。

其實能夠消除像差和色差的雙合透鏡，早在18 世紀初就有人制成了，它利用兩塊折射率不同的玻璃，把不同波長的光匯聚到同一點上。兩塊透鏡會有4 個表面，會讓反射光增加，但是還不很明顯。到了20 世紀，APO（復(fù)消色差）折射式望遠鏡出現(xiàn)。它至少采用3 片透鏡來獲得消色差的圖象。但是早期APO 的最大問題還是光線的損失，后來德國的卡爾蔡司和阿爾文#8226; 克拉克以及美國的桑斯采用一種稱為“油分隔（用油作為透鏡之間的介質(zhì)）”的技術(shù)，改善了這個問題。 然而直到二戰(zhàn)時期的新技術(shù)研發(fā)，APO 透鏡的設(shè)計才有了大改進，氟化鎂鍍膜技術(shù)被廣泛用于透鏡，色差的煩惱才基本消失。

神奇的膜片

目前雙筒望遠鏡鏡片與棱鏡設(shè)計的組合都在 7 到12片不等，每片有兩面與空氣接觸的光學(xué)面，光線要經(jīng)過這么多的鏡片反射與干擾。如果這些光學(xué)表面未經(jīng)任何處理，以折射率為1.5 的鋇冕光學(xué)玻璃為例，前表面反射光約為4%，后表面的反射光約為3.8%。在不考慮吸收的情況下，透光率為92.2%。如果有六個透鏡，將有50% 或者更多的光線被反射。

為了讓我們能夠觀測到明晰的影像，就要減少無謂的反射，同時增加光學(xué)玻璃鏡片的透射率?，F(xiàn)代的折射望遠鏡在各光學(xué)表面都鍍有單層或多層增透膜，目的就是為了“減反增透”。 減反增透是一項聯(lián)系緊密但相互獨立的工作，即使不增透也要減反，因為反光強會使成像灰暗，更主要的是鏡片表面和鏡筒內(nèi)鏡片間的反射會形成的嚴重眩光和重影，降低景物的對比度并干擾觀察。

為什么在玻璃的表面鍍上一層?xùn)|西不會阻擋光線反而增強透射呢？因為在膜上下表面的反射光，因為互相干涉而“消失”了。根據(jù)光的干涉理論，兩個頻率、振幅和方向都相同的光束會發(fā)生干涉。如果位相相差半波長的偶數(shù)倍，光的強度會增加；而位相差半波長的奇數(shù)倍時，它們會互相抵消。只要在光學(xué)玻璃上貼上一層鍍膜，厚度等于膜中光波長的1/4，它上下表面的反射光就會相差1/2 的相位，因此相互干涉抵消，減少了反射光的量。

對于一束射入光學(xué)玻璃的光來說，要完全消除反射光，鍍膜的折射率必須是光學(xué)玻璃折射率的平方根以便它上下表面的反射光強度相等，可以完全互相抵消。一塊折射率為1.5 的光學(xué)玻璃，其最理想的鍍膜折射率為1.22，但技術(shù)還達不到絕對沒有反光，現(xiàn)在一般都用折射率為1.38 的氟化鎂制單層減反增透膜，因而仍有約1.3% 的剩余反射，但對于折射率較高的光學(xué)玻璃，單層氟化鎂已能達到較好的減反增透效果。

由于單層減反增透膜不能完全消除反射，有時剩余反射量仍比較大，必須進一步減少，所以就有了雙層或多層減反增透膜的出現(xiàn)。比如用雙層Ｖ形增透膜，用第一層鍍膜控制鏡片的反射率，第二層鍍膜改善光透射率，效果就比使用單層減反增透膜好很多。

Tips

● DIY 一臺天文望遠鏡

DIY 天文望遠鏡的書有很多，比如《怎樣自制天文望遠鏡》。不過有發(fā)燒友用老花眼鏡也DIY 了一架，一起瞧瞧他的制作：

材料：

100 度老花鏡片1 個；50mmPVC 管一個，長度1 米；現(xiàn)成的天文望遠鏡目鏡一個，也可以是顯微鏡的目鏡；飲料罐1 個；紙板、膠帶、雙面膠等等 。

過程：

1. 將飲料罐的上下剪開，下面口全部剪掉，上面口剪出直徑50mm；

2. 老花鏡片的外徑為65mm，PVC 管外徑為50mm，所以用紙做兩個外徑65mm 內(nèi)徑50mm 的圓環(huán)，用雙面膠貼?。?/p>

3. 將2 個紙板做的圓環(huán)上下粘貼在老花鏡上，即做固定鏡片用，又做遮擋邊緣光線用；

4. 將圓環(huán)粘貼好的鏡片放入飲料罐內(nèi)，從底部放入，鏡片凸面朝罐底部，（放的時候需要積壓底部邊緣，直接放不進去）；

5. 將50mmPVC 套入飲料罐口，物鏡部分基本制作完成；

6. 拿來一些紙板，卷成筒狀，包住目鏡，并放入PVC 管另一頭，一個簡單的天文望遠鏡制作完成；

7. 紙板卷筒部分可以滑動，當(dāng)成簡單的調(diào)焦筒，最后可以做一些美化工作，比如外表噴漆，還可以做一個支架便于架設(shè)和觀星。( 部分資料源自牧夫天文網(wǎng))

● 藍膜和紅膜

對于選擇550nm 波長的膜系而言，由于有較多的紅光和更多的藍光反射，所以鏡頭反光呈藍紫色。由于玻璃吸收和鏡頭反射成像一般偏黃，常見于重視透光效率而對色彩還原要求不嚴的軍民用光學(xué)儀器和黑白像機、老式望遠鏡等。這種鍍膜一般叫藍膜。

為了補償光學(xué)玻璃對于短波光的吸收，現(xiàn)代光學(xué)儀器一般選擇480 ～ 520nm 的藍綠色光作中心波長，對于選擇綠光高頻段（青綠光）作為中心波長的鏡頭鍍膜、全表面鍍膜和雙層窄帶型鍍膜，此時，鏡頭反射較多的藍光和更多的紅光，呈暗紫紅色。這種鍍膜一般叫紅膜。

● 望遠鏡的種類

天文望遠鏡的綜合品質(zhì)主要由光路結(jié)構(gòu)、鏡頭品質(zhì)、鏡筒結(jié)構(gòu)精度、臺架功能及穩(wěn)固性、功能附件、人性化設(shè)計幾方面來保證，根據(jù)光路結(jié)構(gòu)的不同，天文望遠鏡可分為三類，即折射式、反射式及折反射式，三類結(jié)構(gòu)各具特色：

折射式：折射式天文望遠鏡具有成像清晰銳利、攜帶操作便捷、品質(zhì)穩(wěn)定、便于維護等特點，但折射式光路通過透鏡會產(chǎn)生色差，不過采用消色差設(shè)計的物鏡組可將色差控制在較好的范圍，還有就是大口徑折射式物鏡對材料要求、精度要求高，制造成本也高。

反射式：反射式天文望遠鏡的特點是沒有色差、制造成本低、口徑可做的更大等特點，但有球差。使用中需要經(jīng)常調(diào)試光軸，不易維護，體積大攜帶操作不便，最大缺點是主物鏡反射膜容易氧化，一般3 ～ 5 年需送回廠家重新鍍膜。

折反射式：折反射式天文望遠鏡綜合了折射式和反射的優(yōu)點，但仍有需要調(diào)試光軸、不易維護等缺點。焦距長視場小，不太適合地面觀測，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜往往廠家裝配調(diào)試難以達到設(shè)計指標(biāo)，而且制造成本高。

( 部分資料源自牧夫天文網(wǎng))