来自 关于科技 2019-10-05 06:22 的文章
当前位置: 云顶娱乐 > 关于科技 > 正文

闲谈反射式望远镜,鱼近视镜头是个什么

图片 1

吸猫?

鱼眼镜头发展史(制图/Digital astrophotography)

猫呢?

鱼眼镜头,本来是个天文仪器。不是吗?你可以想想看,在相机镜头发展的初期,人们怎么会用到一个圆圈成像,拍什么都变形的相机镜头呢?所以如果追溯鱼眼镜头的历史,我们会发现它本来就是一种用于拍摄天空的设备。

当一个专有名词有两种含义,或许可以叫做“一虾两吃”。同样的术语对于天文专业工作者和天文爱好者,理解会截然不同。比如今天我们要提及的一个概念就是这样——折反射望远镜。这大约是任何一个与天文相关的人都熟悉的概念,甚至在摄影圈也几乎人尽皆知。然而,设想一个场景,专业天文和业余天文的人聊天,当聊及折反射望远镜,他们脑子中浮现的场景,却和背后的一串台词并对不上。这是怎么一回事?所以这次我们来聊聊折反射,所以这篇文章叫做望远镜吸猫小史。

话说1896年,世界上出现了第一套监测全天的相机系统,不过是个阵列。1905年,Mueller发明了一种单相机监测全天的设备,这个相机可以旋转,用扫描的方法来拍摄全天照片——这个思路我们至今也会用到,很多天文摄影用Ptgui进行全天拼接便是如此。

为什么吸猫?因为折反射望远镜又称为Catadioptricsystem,在国外老爱好者圈里也被称为Cat(到此,想看望远镜撸猫的朋友恐怕要失望了)。

图片 2

图片 3

图片 4

/折反射望远镜

Mueller的全天相机 1905,以及扫描拍摄的照片,

折反射望远镜的概念混淆来自于为什么要用折射镜和反射镜组合成望远镜系统。其实这样做目的有两个,第一个是矫正像差,主要是修正轴外像差,也就是扩大望远镜的可用视场;第二个是缩短镜筒。根本分歧就在这里出现了:专业的折反射望远镜目的是前者:制造超大视场、超大光圈的快速巡天望远镜,而业余天文中,折反射望远镜的目的则是建造紧凑、像差控制良好的超长焦望远镜。你看,两者目的根本就不同。当然,近些年,业余天文望远镜中也有大视场大光圈的折反射设计,但极少。

很鱼眼对吗

我们先来讲讲这种大视场大光圈的折反射望远镜,他们还有一个更为简单的名字,叫做施密特相机——一般不用telescope,而用的是camera——因为它们根本无法目视。

Mueller的全天相机还算不上鱼眼相机,顶多算是有了全天鱼眼的思路,真正第一个做鱼眼成像的,应该算是同年Wood提出的鱼眼成像概念相机,但他在10年后才把这个方案写出来,并成功做成了一台180度的圆形鱼眼成像的相机,这台相机的成像是这样的:

切记,施密特相机的目的就是大视场兼顾大光圈——这个在镜头设计来说难度非常大,比如我们都知道135镜头的光圈比120的大,而M4/3的镜头会比135镜头的大,也就是说光圈和视场是一对相互矛盾的参数,此消彼长。而施密特相机就是要把这两个参数都提高。说起施密特相机的起源,还得谈到一种根本没有折射镜的折反射设计,就是将光圈缩得很小来换取视场,比如帕洛玛的一台望远镜就利用小光圈达到了5°视场,而当年天体摄影仪的光圈也并不大。

图片 5

图片 6

货真价值的鱼眼,

哈勃定妆照,为什么不看那个大的呢?因为那个大的是施密特摄星仪,看不了哇

而它的装置是这样的!

/施密特摄星仪

图片 7

真正的施密特相机,就是施密特相机。1930年,BernhardWoldemar Schmidt发明了这种望远镜。他本是德国裔,但出生在爱沙尼亚,后来又在德国生活。这个天才有曲折的生活经历,这篇文章暂且不提,只说他在20世纪初的天文光学设计。施密特在光学上的突破绝对不止施密特相机一项,比如其制作过类似定天镜结构的高精度水平式长焦望远镜,也设计过鱼眼镜头(可以参看我们之前的

八爪鱼,你好呀

鱼眼镜头小史

Wood先在一个充满水的桶中建造了一个相机,底部是一个照相底板,加上一个短焦镜头,针孔位于桶的大约一半处,这个装置重现了鱼在水下的视觉世界。Wood随后建造了一个改进的相机,在水箱侧面刺穿的针孔。Wood的第三个鱼眼相机使用黄铜制造,主要优点是这个相比其他两个相机更便携,并且绝对密封。这就是最早期的鱼眼相机。

)。到了1920年代晚期,施密特开始针对当时的摄星仪进行光学改进。当年的摄星仪,其实在成像上并不值得称道,因为其光圈只有F/3,而相对宽大的视场中,星点有比较严重的彗差。

1922年,Bond发明了新的鱼眼相机,这个突破在于他不再依靠水,而是完全由镜片制作。但是这个设计仍有个很大的问题,就是焦平面是球面,这大大限制了Bond鱼眼相机的使用。而发明了真正可以使用的鱼眼相机的人,他的大名在天文摄影圈里应该是人尽皆知了——他就是着名的施密特,也就是后来发明施密特望远镜的那个人。

施密特的思路与众不同,当时的反射望远镜用的都是抛物面,因为人们都知道球面镜是不能用的,巨大的球差没有办法去除。而施密特恰恰相反,它用巨大的球面镜作为主镜,把一个口径较小的光阑放在球面镜的曲率中心——这样可以消除彗差和像散,但这对球差依然无能为力。当然,球差是不能不管的,因为球差会非常影响成像分辨率。施密特的思路是,用非球面的透射改正镜去矫正球差。他成功了,制作出一台光圈为f/1.75,视场达到15°的望远镜,口径为36厘米。

施密特的设计具有120度的视场,镜片结构复杂。一年之后,现代鱼眼镜头的雏形公布于世,这就是1924年的Hill鱼眼镜头。这个镜头具有巨大的前镜片,后组相对简单,用来拍摄全天以便监测云量。Hill鱼眼镜头的突破在于它的像场平坦,可以用于一般底片的拍照。

记住这个望远镜,口径36cm,光圈1.75,视场15°。

其实,如果只是想拍摄全天,并不一定要用鱼眼镜头,还有一种思路可以借鉴:使用相机和凸面镜进行组合——这样貌似简单得多。早在1911年就有人采用这种方式进行云量拍摄。1929-1930年,类似的设备被安放在格陵兰用来拍摄极光。这种设备后来也被用来监测夜空以及拍摄流星雨,比较着名的是1945年的Henyey-Greenstein相机,视场达到了140度。

/施密特摄星仪的变化

图片 8

一般文章写到这里,都会转而介绍另外一种折反射设计,也就是马克苏托夫望远镜。马克苏托夫望远镜是一种天才的简化设计,它用厚弯月改正镜代替了施密特非球面改正镜,从而使制造难度大大降低。还有一种设计人们一般较少提及,那就是Bouwer式的折反射设计,其实Bouwer设计和马克苏托夫如出一辙,也是加入弯月改正镜,而且年代要早于马克苏托夫——早在1941年,Bouwer就给出了这种设计的早期概念,但是设计光圈只限于F/4.0。

1947年的全天极光拍摄装置

而施密特相机,或者说施密特摄星仪后来出现了一些好玩的变化。真的很好玩,比如说,首先出现了一种“实心施密特”,以及“半实心施密特”的设计。也就是一整块玻璃,一头做成球面反射镜,一头做成施密特非球面改正镜的形状,一体化完成一台施密特相机。

图片 9

图片 10

图片 11

超施密特望远镜的改正镜,第一枚,巨大的弯月镜

1945年的Henyey-Greenstein相机,以及其夜空拍摄效果图,可能是最早的星野摄影作品之一了

图片 12

反射镜和透镜的组合,看来在鱼眼相机设计上很有可为,于是在1947年,Young利用两枚反射镜和透镜的组合做了一种新的全天鱼眼照相机。不过不管怎么设计,鱼眼相机的一个大难题始终没有被解决,这个难题就是:光圈太小啦!若是一般的使用也就罢了,但是要进行星空监测,要进行流星雨记录,小光圈意味着有大量的流星拍不到,于是下一阶段,人们将设计主要集中在如何增大光圈上。当然也有人想了别的办法,那就是用大光圈镜头阵列,但这又回到最初始的问题上,这个系统太复杂了。

超施密特流星相机

图片 13

/超施密特相机

1947年Young的双反射全天鱼眼照相机

真正将施密特这种大光圈大视场望远镜思路发扬光大的,是超施密特相机家族。

1932年,德国的Allgemeine Elektricit?ts-Gesellschaft AG 设计了Weitwinkelobjektiv镜头(名字太长了,德语啊!)其实这个设计是对前面提到的Hill鱼眼镜头的改进,整个镜头是四组五枚,前两枚都是巨大的透镜。大家记住这个AEG Weitwinkelobjektiv吧!因为之后很多镜头的设计都基于此款。比如1938年,尼康公司设计了一款Fish-eye-Nikkor 16 mm f/8.0,这应该说是尼康鱼眼镜头的鼻祖了。到了1957年,尼康又对这个镜头稍加改动,制作了着名的“尼康云摄影相机”,名字表明这个相机是专门用于监测全天云彩变化的。当然,因为它的鱼眼成像圈达到了50mm,这个相机并非135相机。

比较早期的一个设计是1936年的Sonnefeld超施密特照相机设计,首先是改正镜部分,这种设计采用了两枚透镜,另外更重要的一个是采用了Mangin反射镜。什么叫Mangin反射镜呢?这种反射镜早在19世纪就被发明了,目的是用巧妙的球面镜设计替代制作困难的抛物面镜。如何做到呢?它由一个负新月透镜和一个球面镜贴合而成,在光反射的过程中,实际上穿过弯月镜两次,所以整个算起来是三镜系统。Sonnefeld的超施密特系统实现了F/0.6的光圈,但在视场上并没有太多作为。

图片 14

这类拥有更大光圈、更大视场、设计更为复杂的望远镜被叫做超施密特相机,这类望远镜发展最为迅猛是在上世纪40-50年代。

1957年的尼康云摄影相机

第一个着名的设计是贝克的超施密特相机,焦距200mm,光圈f/0.82,视场26°。熟悉相机的朋友可以估算下,我们现在使用的民用200mm焦距的135镜头的视场,也就是十几度而已,而光圈最大也只能到1.8。这种超施密特相机的前端改正镜包含了两枚弯月镜和一组双胶合镜。这种设计后来多用作流星拍摄。

在AEGWeitwinkelobjektiv镜头设计出来之后,蔡司也做了一些鱼眼镜头设计的尝试,比较着名的有1938年的Zeiss Pleon,它是二战时用来监测航空的,成像圈达到85mm,还有就是1935年的Zeiss Sphaerogon,这个是135镜头,最早做的是F8.0,后来提升至F6.8。

第二个着名的设计也来自贝克,被称为贝克-努恩超施密特相机,焦距500mm,光圈F/1.0,也是超大视场的系统。和前者不同的是,贝克-努恩的改正镜采用了三枚分离的透镜,其中有四个透镜面是非球面的。

尼康似乎很喜欢鱼眼镜头,原因大概是因为尼康并非只做民用光学,而在科研光学中,鱼眼镜头非常有用。上世纪60年代,尼康做了好几款鱼眼镜头,首先是1962年的Fish-eye-Nikkor 8 mm f/8,然后是1968年的10mm f/5.6 OP。虽然在指标上看没有什么特殊,但OP表明了它的截然不同,它是一个正投影鱼眼镜头,而非普通的等距投影鱼眼镜头。所以这个镜头做起来非常困难。它的第一片镜片,是个巨大的非球面镜,这可能是135镜头第一次如此使用非球面镜头了。它的镜片也是非常之多,达到了6组9枚。尼康另外一个着名的设计,就是视场超过180度鱼眼镜头,比如1969年的6 mm f/5.6就是一个视场达到220度的鱼眼,也就是说隐约能看见后面一点。当然,笔者认为尼康最为厉害的还是着名的超级灯泡6mmf2.8,这个太着名了,本文就不展开啦。

值得一提的是,贝克-努恩的这个设计在1955年发展为口径20英寸,光圈f/0.75,像场达到55mm的望远镜,用来进行人造卫星追踪观测,在望远镜历史上赫赫有名。

说实话,我也想试试视场220度的鱼眼是什么效果,说不定在天文摄影中,它能在拍摄全天星空时多带上一点地面,也就免了后期拼接变换之苦?在前不久的PE展会上,我们看见在长庚光学,也就是老蛙镜头的展台上有一枚4mmF2.8的全周鱼眼镜头,视场达到了210度!可惜的是这个镜头是给M4/3相机使用的,不过真想试试它能不能改到索尼E口的APS相机上使用,或许这样拍小星球效果的星空会变得更加简单?等有机会试试吧!

图片 15

图片 16

图片 17

图片 18

贝克-努恩超施密特人造卫星望远镜

老蛙的4mmF 2.8 ,210度的鱼眼镜头

问题是,这么厉害的光学设计,为什么现在不用了呢?这是因为这类施密特相机有一个致命问题,那就是焦平面是弯曲的,也就是说,需要弯曲底片才能用。以前可以让底片弯一弯,现在呢?要把CCD弯一弯吗?

撰文/张超

嘎嘣,脆。

编辑/缓缓 怀尘

星辰大海自助套餐

天文博物馆

在微信搜索漫步宇宙【qqtaikong】并关注,然后

与天文相关的尘封往事

1、回复“英仙座”可以看到2018年8月英仙座流星雨合集,近百颗流星与你一期一会。

星辰大海自助套餐

2、回复“日偏食”可以看到2018年8月日偏食全程实录

在微信搜索漫步宇宙【qqtaikong】并关注,然后

3、回复“火星大冲”可以看到15年一遇的2018年火星大冲实录

1、回复“英仙座”可以看到2018年8月英仙座流星雨合集,近百颗流星与你一期一会。

4、回复“月全食”可以看到本世纪最长血月月食实录

2、回复“日偏食”可以看到2018年8月日偏食全程实录

你可能还想看

3、回复“火星大冲”可以看到15年一遇的2018年火星大冲实录

4、回复“月全食”可以看到本世纪最长血月月食实录

你可能还想看

本文由云顶娱乐发布于关于科技,转载请注明出处:闲谈反射式望远镜,鱼近视镜头是个什么

关键词: