[天文望远镜] 理论知识请教!复消色差和ED镜片之间的关系?

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yinx505 发表于 2023-3-18 15:25 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自: 中国

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求科普,,玩镜子几年了,稍微了解一点,但感觉越玩越深入的话有些概念就觉得有些含糊了,大概是知道复消色差是一种技术,而ED是镜片材质,那么它们是什么关系呢,能划等号不,能不能理解成采用了ED镜片的都可以是复消镜,或者说用ED镜片仅仅是复消的必要条件之一。另外,所谓普消和非ed镜之间又是什么关系,感觉是不是说普消的也有一定消色差效果,能比普通的非ED镜好一些,还是说普消基本就是非ED镜子的代名词了?
3dmm 发表于 2023-3-18 16:37 | 显示全部楼层 来自: 中国北京
两片式普消也有一定消色差效果,能比普通的非ED镜好一些;
使用了ED材质的两片式消色差镜头比普通消色差具有更良好的效果,俗称ED APO镜;
而普通的非ED材质的三片APO镜头因为各个组件的低色散、三色集中能力,以及加工、装配的不足,所以在整体上不如使用了一片ED材质的三片式APO镜头;使用了一片ED材质的三片式APO镜头就是通常的APO;

而一片,甚至二片以上ED材质的三片式APO镜头就是通常的APO PRO镜头,这样的APO PRO 镜头搭配二片以上的内置平场镜头就是类匹兹伐 镜头,这是目前高端折射系统常用的结构。
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宋城冬叶 发表于 2023-3-18 17:08 | 显示全部楼层 来自: 中国河南商丘
色差是指不同波长的可见光经过物镜后焦点不能很好的汇聚到一点,即蓝绿红三色焦点不一致,而普消即通过两片折射率不同的镜片,把三色中的其中二色焦点修正到一致,一般为红绿合焦,而蓝色弥散,形成俗称的紫边。
复消色差是指在普消的二色焦点一致的基础上用过特殊折射率的镜片例如“ED”修正第三色,如果第三色完全修正,即APO,如果第三色只是改善,高倍会有轻微紫边,这时镜子一般用其采用的最高档的镜片ED命名。
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JamesHe 发表于 2023-3-19 04:22 | 显示全部楼层 来自: 美国
本帖最后由 JamesHe 于 2023-3-20 04:20 编辑

普消和复消是不同的镜头工艺。普消一般是两片镜片形成双合镜头。复消镜头使用三片以上的镜片。
ED是一种玻璃材料,具有很低的色散性能。当时开发这种玻璃,是为了替代昂贵的萤石。

普通玻璃有比较大的色散。棱镜产生的彩虹就是玻璃对不同波长的可见光折射率不同所致。


普消是用一块屈光度高的凸透镜,配合一个屈光度低一点的凹透镜,而且凹透镜用萤石这种负色散的材料制造,从而达到低色散的效果。


消色差物镜至少能校正轴上点的位置色差(红、蓝两色)、球差(黄绿光)、正弦差以及消除近轴点慧差。但在绿光和白光能获得较好的镜象效果。

复消色差物镜,不仅能校正红、绿、蓝三色光的色差,而且在同一焦点平面上造象,达到消除“剩余色差”(又称二级色谱)的效果,同时能校正红、蓝两色光的球差。分辨率更高,像质更好。复消色差物镜性能很高。


一般标示ED的镜头,最少是低色散普消镜头,性能还未达到复消的水平。复消一般用两片以上的ED镜片。会标明APO.


ED<APO
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莴苣 发表于 2023-3-19 09:12 来自手机 | 显示全部楼层 来自: 中国北京
可以认为用了ed玻璃的望远镜,色差比市面上任何没用ed玻璃的色差小,对望远镜这种镜片数量少的光学系统,ed玻璃的作用不可替代。
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歪柱子 发表于 2023-3-19 12:26 | 显示全部楼层 来自: 中国广西南宁
其实、这是一个涉及大学普通物理的光学知识、很多时候解释起来太过于繁琐、但是、简化说明往往会更麻烦。
萌新星友只用三分钟就能理解概念:
先上一张图
ED.png
(1)光学玻璃(包含各种ED玻璃)的折射率都比较高(相对普通玻璃);
然而、高折射+短焦距、会有一个问题、光的不同颜色(波长)折射率不一致、到了人眼(底片)、就会出现色散色差(比如纯白会出现蓝紫边),折射率越高越容易出边。
(下图是ED镜的蓝边)
LB.png
(2)镀膜,对于色差降低的手段、最简单就是镀膜、利用特定的膜对特定波长的干涉抵消——来减少某些色差的指定颜色,这是一种指对某特定颜色的弱方案;
(3)镜片组合,利用两种不同折射率的光学玻璃、让折射光线先后按照色差方向“正负行走”一趟(相当于驾驶一台方向自动偏右的车子、我们通过调整“先往左再往右”的策略控制方向盘、就能开出直线。这左右摆动的比率、正好就是镜片组合的作用)。
(4)ED镜片、要在尽可能高效(短小的光程)来实现镜片组合功能、就必须使用超低色散(ED片)、来实现色散控制。
ED片都比较贵、大概是普通光学铅玻璃的数十倍(百倍)的价格、且制造链路都很不环保、所以使用上比较收敛。
(5)APO,是英文Apochromatic的缩写,意为“复消色差的”
既不是很多朋友心中的“国际标准”也不是一个硬件指标,它就是一种消色差的手段描述——用了两种以上的(如蓝-绿、绿-红)消色差手段
不过、天文大厂都比较自觉的拿“APO”来作为各家天文望远镜的分档次/级别的描述。
(6)核心天文爱好者要APO镜的目标是——消色差!消色差!消色差!
对于一台已到手的折射天文望远镜而言:
焦比不够大/焦距不够短——我们可以上减焦镜;反之亦然
像场不平整、各种场曲——我们可以上平场镜、消差镜
口径不够/曝光时间不够、都可以通过延长时间、叠加、拼接等等后期手段来补充补偿。
只有色差色散——这玩意补不了!!镜子买回来、就定型了、所以法师圈的镜头动辄十几组镜片。
从最烂到最佳排个号:
光学普通片<光学镀膜片<光学镀膜胶合两片<两片式1ED片<三片式1ED片<四片式1ED片<五片式1ED片<三片式2ED片<四片式2ED片<五片式2ED片
比起相机镜头、天文镜片组数量算是极端节制了。
ED片也有等级、各厂细分就不罗列了
(7)国内主流折射镜、参考下图;同档次比较、多几组镜头组、带来的损失(通光率下降、镜组畸变)、是可以后面补偿的;
可是、消色差没做好、这个后面是补偿不了的!!!而且、影响摄影和目视
消色差成本很高很高、不计成本的高端品牌三片镜就能标APO、有些中高端要四五片镜才敢标APO、因为ED也分档次
核心还是ED镜片贵、高级ED片更贵……;
(本文出现了数次喊ED片贵、国外厂子声称是ED片生产流程不够环保、其实最核心的原因是——高端ED片的专利还没有到期、否则以现在的工业力能直接干到榨菜价格,门槛核心不是技术/生产问题/成本/环保的问题、只是专利/知识产权的问题
实话实说、中档设备里——还是ED片/镜片组越多消色差效果越好!
多片镜组降的通光效率也就是曝光多个几秒的差距、能忍!可彩色的色边却不是天文大佬能忍耐的……。
PVP.png






PS:
反射镜几乎没有色差色散、小焦比大光圈的反射镜其实也合适作为高级APO的平替
比如高桥小黄、锐星房牛

                               
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点评

国产53级别的玻璃已经有很久了,H-FK95N了解一下,但是实际上到做望远镜,玻璃大小,厚度,白净度等等要求等都不是望远镜工厂控制的,这个都是基于玻璃厂的工艺跟价格上。 就好像几乎同等性能的S-FPL53 与S-FPL55,  详情 回复 发表于 2023-3-19 13:33
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成都巽风 发表于 2023-3-19 13:26 | 显示全部楼层 来自: 中国云南昆明
有兴趣的话,阅读这里:https://www.telescope-optics.net/apo_refractor.htm
可以借助在线翻译

光学系统里有没有ED玻璃,跟APO没有必要关系,只是使用其它方案存在焦距更长(焦比更小),结构也更复杂的。现在大部分天文镜使用ED材料,可以在较大焦比下获得比较理想的消色差效果。
真正的Abbe APO至今没有一家工厂能制造,而不论多高等级的复消色差,目的只有减少二级光谱,并不是完全没有色差(包括二级光谱残留)。只有纯反射系统才不存在消色差问题,即便牛顿反射、折返,在部分使用领域里依然需要考虑残余的二级光谱(只有这类系统里存在透镜单元)。注意,现在比较认可的复消色差需要同时对色差与球差进行约束,借用已故TMB设计师Thomas Back的原话“The modern definition of "apochromat" is the following: An objective in which the wave aberrations do not exceed 1/4 wave optical path difference (OPD) in the spectral range from C (6563A - red) to F (4861A - blue), while the g wavelength (4358A - violet) is 1/2 wave OPD or better, has three widely spaced zero color crossings and is corrected for coma.
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成都巽风 发表于 2023-3-19 13:33 | 显示全部楼层 来自: 中国云南昆明
歪柱子 发表于 2023-3-19 12:26
其实、这是一个涉及大学普通物理的光学知识、很多时候解释起来太过于繁琐、但是、简化说明往往会更麻烦。
...

国产53级别的玻璃已经有很久了,H-FK95N了解一下,但是实际上到做望远镜,玻璃大小,厚度,白净度等等要求等都不是望远镜工厂控制的,这个都是基于玻璃厂的工艺跟价格上。

就ED玻璃,小原好像几乎同等性能的S-FPL53 与S-FPL55,对望远镜工厂而言55更好加工,但是更贵,而53加工相对成熟,相对55加工成品率可能更低;
小原跟豪雅玻璃之间也存在类似情况,比如豪雅可以做得比小原更大,那在设计阶段就得考虑这些问题。

所以最终使用什么玻璃,是一个综合权衡的结果
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 楼主| yinx505 发表于 2023-3-19 22:15 | 显示全部楼层 来自: 中国
多谢以上各位大神的回复啊,都非常专业啊,就不一一感谢啦,真是受教非浅!
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Betel 发表于 2023-3-23 17:08 来自手机 | 显示全部楼层 来自: 中国福建福州
玩反射镜的表示还是反射省心,追求精度只要盯着高精度镜面+光轴即可(笑
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