（十） 透镜和反射镜的制造

从十七世纪初起，望远镜和显微镜的发展造成了对透镜的需要，刺激了研磨和抛光透镜方法的发明。起先，这些工艺用手进行，玻璃圆片放在具有适当形状的金属模子上研磨，使之成适当形状。这种模子当时称为“工具”。例如，凸透镜放在一个具所要求曲率的凹铜盘（称为兰克斯 ^[1] 或金属盘）中研磨，而凹透镜的制作方法是把镜片放在一个球截形金属“工具”上研磨。格但斯克天文学家约翰·海维尔（亦名海维留斯）发明了一种机械研磨透镜的车床。它的说明见诸他1647 年的《月面学》（Selenographia） （Cap.I：De diversis vitris），现示于图319，此图录自这部著作。这个机械装置主要是一个台A，约5 英尺长，带一条椭圆形槽B。一个斜角支承e 楔入这条槽内，为一根立轴提供轴承。这主轴由一圆板f 覆盖，任何一个金属工具（图示在台下面）均可用四根铁销牢固地固定在这圆板上，这些销从圆板伸出，插入工具木底座上的四个孔。用一根绳索使这主轴同所附装的工具一起旋转。这绳一端缚在一根固定于天花板的弹性木杆上，再从那里通过皮带轮g 到达主轴（绕着它缠绕几圈），然后再经过轮h 到达踏板L。当踏板被踩下时，它把绳索逆着木杆的弹力拉下来，并使主轴和工具（用手把镜片施加于它）旋转。当放松踏板时，绳索沿相反方向运动，但主轴装配有一个类似棘轮的东西（字母o 和p 标示的部分中放大示出）。因此，它的运动绝不会逆转，而仅沿一个方向不间断地进行下去。

罗伯特·史密斯在他的《光学》（Opticks） （1738，Vol.II，pp.281ff.）中，提供了关于十八世纪应用的研磨和抛光望远镜透镜方法的一个好主意。他给出的说明从塞缪尔·莫利纽克斯开始。它乃根据惠更斯在他的《论玻璃的成形》（De vitris figurandis） （死后发表的遗著）之中和其他著作家给出的细节。但是，它包含了莫利纽克斯本人作出的许多改良，他对这种工作具有丰富经验。

透镜制造的第一步是制造一个工具，它按所需要形状研磨和抛光镜片。这工具是一片厚的铜或铸黄铜板，它有一个球状凹陷，其曲率即为抛光的透镜所具之曲率。这厚铜板在铸造时大致制成所要求的凹度，然后再在车床上车削。为此，两个黄铜边沿车削成圆形，一个凸，另一个凹。如果工具具有非常大的曲率半径（比如36 英尺），那么，这两条圆弧用作图法求得，每条弧上的点FFF 被定义为从所求圆的一条切线的切点A 量度的、同横坐标（AE）相对应的纵坐标的终端（见图320 中的图557）。对于较小的曲率半径，应用一种罗盘。这样得到的黄铜样板中，凹的那块gh（图558）固定于一块板ghik 之上，后者钉在车床床头，样板的曲率中心处于车床轴线上。另一块样板用螺丝固定于板lmno，后者带有雕刻工具pq。未抛光过的工具在其中心处焊接于车床车轴末端的圆片ab。开动车床，两个黄铜样板便相互滑动，导引雕刻工具，以便在工具ef 中造成精密球形凹陷。只要互换两块样板，便可得到相应的凸工具。惠更斯有时在这两个工具的中间放上金刚砂，把它们相互研磨，达致精密的形状。他有时还把胶合剂灌入工具，使之硬化，给铸件撒上金刚砂，然后用它抛光工具。为了获得必要的压力，他把铸件固定于一根杆的端末，而它的另一端由一根铁弹簧压下。工具的精加工乃用蓝油石抛光，就像当时用于抛光铜的那种油石。

制造透镜时，把一块合适的玻璃板大致磨成适当厚度，从它疵点最少的部分切下一块圆片，比所希望的透镜尺寸大一些。它被研磨成精确的圆，它的两个表面制成严格平行，为此，用金刚砂和水把它放在一块铁板上研磨，其间不时用卡尺或手钳测试其厚度。然后，把一块小的扁平金属圆片胶合于镜片。这圆片上开一个浅三角形孔，底部再开一个更小的孔。这两个孔中插入一钢尖，后者固定于一根杆的一端，杆的另一端固定有另一个钢尖，后者垂直地在工具中心上方通过一块靠近天花板的板上的一个孔。现在，把金刚砂和水喷洒在工具上，镜片便放在工具上研磨。用手握持的那根杆方便了操作。研磨工作用越来越精细的金刚砂不断进行，直到镜片具有所要求的形状和如此所能得到的最高光洁度。当透镜准备接受最后一道最精细的抛光时，它被胶合于一块板岩或磨石的圆片，后者略小于透镜，并在中心钻透有一个圆孔，大小同一先令的硬币相仿。石片和镜片间放一层布。圆孔中装有一个空心金属锥，后者具有一扁平刀刃，以石片的上表面为刀架。然后，给工具涂上精细硅藻土（四份）和矾（一份）的混合物，用醋弄湿，当其干燥后，再在其表面上撒上硅藻土。（硅藻土即磨石是一种松脆的含硅石灰石。）然后，把镜片施加于工具作最后抛光。像前面一样，这工作也从使用那根杆得到便利，它的下端现在插入透镜上表面上的石环中装配的那个金属锥之中。这样，透镜的一侧便完全成形，然后对其另一侧作同样处理。

为了避免用手施加必要压力所花费的劳力，惠更斯设计了一种抛光透镜的机器。在图320 （图563）中，A 是置于一台上的工具，B 是带石环和附带金属锥的镜片。工具上有一根横杆横过，后者中间装有一根大钉，将金属锥的顶尖压下。一个弓形木件DD 紧固在地面上E 处，它用于借助一根通过横杆CC 的绳索维持对镜片的压力。这绳索被弓的挠曲保持紧张，紧张程度用螺钉G 调节，绳索的一端缠绕在这螺钉上。另一种用于压下横杆CC 的弹簧示于同一个图中。一根垂直于CC 的横杆LL 用木钉固定于木块H，以便能仅仅沿其自己长度的方向运动。木块M 在L 处固定于这横杆，而横杆CC 松动地榫入木块M。一根木辊垂直地装在LL 上面，木辊的铁轴的端末在一根手柄Q 之中。两根绳索的端末都固定于LL。两根绳索沿相反方向缠绕在一根固定于木块H 的木辊上，它们的另一端固定于这木辊。当手柄Q 转动时，横杆LL 先沿一个方向继则沿另一个方向摆动，而镜片在工具上往复运动。在研磨过程中，镜片不时绕其中心略微转过一点，工具位置也定时加以调整。台左所示的擒纵机构仅用来便于计算机器摆动次数。每次摆动时，齿轮向前转过一个齿，而齿轮每转过完整一周，便发出铃声。

史密斯还描述了（上引著作，Vol.Ⅱ，pp.301ff.）用于研磨反射望远镜反射镜的有些相似的方法，它是约翰·哈德利加以完善的。像在制造透镜时一样，这里也制作圆形的黄铜样板。一个木模用来浇铸白镴模，后者借助样板车成准确形状，然后再用于浇铸反射镜。关于反射镜的成分，试验了各种各样金属混合物，结果表明，铜、银、锑、锡和砷成一定比例的混合物最好。实际的铸造总是这样进行的：把熔融的金属灌注入用这些模成形的砂型之中。在制造反射镜时，这样得到的一个铸件先用天然磨石粗磨，然后用大理石磨石研磨，后者上面黏合一些方块油石而形成铺面（图320 的图565）。在研磨之前，这铸件已用一个黄铜工具加工成所要求形状，这工具的凹度和反射镜所要达到的相等。最后的抛光用一块形状相似的、覆盖有经沥青处理的薄绸的玻璃板完成。

哈德利求反射镜成品曲率半径的方法示于图320 的图566。在一间暗室里，一块钻有一些孔的金属板B 放在一面反射镜前面来回移动（一支蜡烛通过金属板上的孔照明，这反射镜事先装置在暗室的壁上），直至观察到这反射镜反射形成的有一个孔的像落在金属板平面上。这像用一张贴在金属板上的卡片接收，或者通过一面目镜C 观察。当金属板位置调定，以致其边沿和其中一个孔的像从这目镜看来同时处于焦点时，从反射镜中心到金属板的距离便给出所求曲率半径。

威廉·赫舍尔爵士主要根据史密斯《光学》（Opticks）中的说明，发展了他的研磨反射镜方法。不过，赫舍尔还把史密斯这位业余爱好者一套独特的旧工具买来使用，并得到了他的一些指点。赫舍尔的反射镜的毛坯用垆姆模铸成，这些模里放进木炭燃烧，进行烘焙。有时，模用舂烂的马粪制作。反射镜的金属使用按各种比例的铜和锡；约以12 磅铜和5 磅锡相混合，其结果最佳。铸件用黄铜“工具”研磨，各种铸型的槽都被锉平，它们再用在金属基底上放上湿沥青构成的抛光工具抛光。一切可能的抛光方式都尝试过。不过，赫舍尔并未由此得出一般法则，因为，每面反射镜似乎需要作不同的处理，在很大程度上依赖观察者的经验和技能。赫舍尔为私人买主制造了大量望远镜（他至少研磨了400 面反射镜），因此，他值得花时间做一定程度使用机械的实验，以减轻研磨和抛光金属表面的劳动强度。他的四十英尺望远镜的反射镜在铸成后，用吊车悬吊，面朝下地对住抛光工具。这工具是一块凸状金属，覆盖有沥青，并撒上湿铁丹。十个人花了几个月工夫用这工具磨成这面反射镜。

---

[1] 兰克斯（lanx）是一种古罗马的金属盘。——译注