https://www.youtube.com/watch?v=HxwhCmO90UQOptical Engineer Rik ter Horst
荷蘭光學工程師 Rik ter Horst 所研發的那款極具革命性的單片固態折反望遠鏡(Monolithic / Solid Telescope 常被稱為 Rik-telescope)!
這是一個在業餘與專業天文光學界都讓人驚嘆的精妙設計。他把傳統望遠鏡需要好幾塊鏡片、複雜支架才能完成的「折射」與「反射」光路,全部壓縮在「同一塊實心的玻璃(或壓克力)大方塊」裡面。
以下為你揭開 Rik ter Horst 這個天才設計的運作原理與魅力:
1. 它是如何用「一塊玻璃」搞定整個望遠鏡的?
傳統的折反望遠鏡(如施密特-卡塞格林式)需要前方的修正鏡、後面的主鏡、前方的次鏡,彼此之間隔著空氣。
而 Rik ter Horst 的設計則是「全固態(Solid)」的,光線在同一塊完美的透明介質內部進行反射與折射:
第一步(進光/折射): 光線從這塊厚鏡片的前表面進入。這個前表面經過精密研磨,具有微幅的曲率,此時它扮演「修正透鏡」的角色,讓光線折射進入玻璃內部。
第二步(第一反射/主鏡): 光線穿過玻璃內部,撞擊到鏡片的後表面。後表面的外圈鍍上了高反射鋁膜(中央留白),這個外圈就成了「主鏡」,將光線往回反射。
第三步(第二反射/次鏡): 被往回反射的光線,在玻璃內部前進,撞擊到前表面的中央。這個中央區域同樣鍍了反射膜,成了「次鏡」,再次把光線往後反射。
第四步(出光/聚焦): 最終,光線穿過後表面中央沒有鍍膜的「窗口」,射出玻璃之外,完美聚焦在感光元件或目鏡上。
2. Rik ter Horst 這個設計為什麼厲害?(傳統望遠鏡的救星)
這種「一塊玻璃走到底」的設計,徹底解決了幾百年來困擾天文學家的幾個物理痛點:
永不移位的軸心(零光軸偏移): 傳統望遠鏡最怕碰撞或震動,只要主鏡和次鏡偏了幾微米(光軸偏移),畫面就糊了。但 Rik ter Horst 的望遠鏡是一整塊實心玻璃,主鏡和次鏡的位置在研磨完成的那一刻就永遠固定了,你就算把它掉到地上(只要沒摔碎),光軸依然完美精準,一輩子不需要校正光軸。
消除了內部空氣對流(氣流擾動):
普通望遠鏡筒內有空氣,當室外溫度變化時,鏡筒內的熱空氣對流會讓星象形狀扭曲(就像夏天看遠處柏油路面晃動)。Rik 的望遠鏡內部是實心玻璃,根本沒有空氣,因此完全免疫筒內氣流干擾。
極致的緊湊與耐用:
因為玻璃的折射率比空氣高(光的波長在玻璃內會變短),這使得光學焦距可以「濃縮」在更短的距離內。這讓整個望遠鏡體積小得像一塊厚磚頭或圓柱體,防塵、防水、防摔。
3. 這麼完美的設計,為什麼沒有普及到滿街都是?
Rik ter Horst 的單片折反鏡雖然完美,但在量產與大尺寸化上面遇到了極大的物理限制:
研磨難度是地獄級: 你必須在一塊玻璃的前後兩面,同時研磨出多個不同曲率的球面或非球面,而且前後中心的對準精度要求極高,出了一點差錯整塊玻璃就報廢了。
重量與色差問題:
當口徑做大時,整塊實心玻璃會變得非常重。而且光線在進入和離開玻璃時會產生色差,需要非常高檔、昂貴的低色差玻璃(如 ED 玻璃)或極其複雜的表面修正才能完美消除。