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本文原载于一繁体中文网站，有发烧友转载至北旅论坛之上，现转摘于此
望远镜的基本认识
基本认识
1. 物镜口径
(Objective diameter/Aperature)
例:
双筒镜 7x50 这规格中, 物镜口径是50mm.
口径越大,
集光力越高, 所见暗星越多, 影像越亮, 解像度越高越锐利.
但一阔三大,
重量也更大! 而且较难研磨, 4cm级较轻便, 但所见暗星不及5cm级.
比5cm大的机型都较重,而且较难保持平衡,需用脚架支撑.
总的来说,
7x35, 8x40, 10x40 等机型较方便,
适合一般用途. 而轻巧型7x50, 10x50 则较适合天文用途.
2. 倍率
(Magnification)
例:
双筒镜7x50 这规格中, 倍率是7x
或7倍.
倍率计算公式:
物镜焦距 / 目镜焦距
倍率是指将景物拉近的能力.
举例来说, 一枝10倍双筒镜可将1000米外景物''拉近''到100米处. 其实际观察大少等于我们走近到100米外观景.
放大率越高, 所见景物越大.
倍率较高者背景较黑,
暗星较易呈现, 但高倍率会令影像变得较朦,
亦会将手震幅度放大
(optical leverage), 使影像摇动不已. 一般来说10倍乃是一般人之极限.
低倍率情况下影像较光,
亦较清晰锐利, 色差及其它像差亦较少.
但背景光害亦会较利害,
而且解像力不足会使疏散星团不能分解清楚.
3. 出射光瞳
(Exit pupil)
计算:
物镜口径(mm) / 倍率
当你手持双筒镜,
目镜距离眼睛约2呎时, 你会见目镜中央有一个圆型光点,
其余地方为黑色.
这光点就是出射光瞳.
出射光瞳首先告诉我们望远镜的质素.
质素上佳者出射光瞳为一个完美清晰的圆形光点,
位处中央,
周围呈黑色. 光点内有棱镜影子代表棱镜是次级玻璃(BK7).
周围漏光则代表钟镜身防反光不佳.
出射光瞳偏向一方或成榄核型则代表内部光轴娈歪.
出射光瞳越大,
代表影像较光及较清晰锐利
(倍率低) 而且容易看到影像,
适合海事、环境不断晃动场合下使用.
但过了7mm
即超越人眼瞳孔极限大少,
一部份光线便散失掉,
造成浪费. 而且人越老瞳孔越细,
50岁的人瞳孔夜间中最大只有
5mm! 故此
7mm机型如 7x50, 8x56,
10x70 开始乏人问津. 出射光瞳 5mm机型如10x50, 8x40 最为适中. 在日间我们眼睛瞳孔直径约2-3mm,
故此出射光瞳少于3mm的如
Leica 8x20 BC 于日间观景没有问题,
但夜间使用就不适合.另外出射光瞳太细也会使影像难于观测.
4. 视场
(Field of view)
视场即是我们观景的范圉.视场越大, 观测范圉越大.
视场表示方法有数种:
1. 度数:
True field of view = 7* 表示视场(整个直径)可见7度视野.
天空由东到西180度, 月球视直径半度,
亦即表示视场直径内可容纳14个月球连成一线.
2. 以呎表示:
True field of view = 373ft/1000yards. 即观看1000码外景物时可见视野范围为373呎. 以简单三角学计算,
把373呎除52.5 即可计出度数.
3. 数面视场
(Apparent field of view): 视场大少取决于目镜设计方式.
同样目镜下,
倍数越高, 实际视野一定变窄!
比较不同目镜一定要用数面视场,
计算方法很简单:
数面视场= 实际视场
x 倍率.
如一枝 10x50 7* 目镜数面视场即70度.
数面视场65度以上机型称为广角镜,
视野宽阔, 但边缘通常较多像差,
影像较松散.
使用优质机型如从大窗口观景一样,
非常过瘾. 50-65度是标准机型, 在视野和外围成像取得平衡.
50度以下像由饮管中看风景,
视野太窄, 感觉不好.
5. 视距
(Eye relief)
视距指在能够清晰看到整个视场下,
眼睛和目镜之间最短距离.
视距长度以mm表示, 取决于目镜设计.
视距太短时,
若眼睛不是贴近目镜玻璃一视野边缘失光,
不合戴眼镜人仕使用.
•视距太长, 影像容易有黑影出现,
但只要将眼杯拉长问题即可解决•.
戴眼镜人仕请选视距15mm以上之型号.
又要视野大,
又要视距长, 目镜需要复杂多镜片设计,
目镜部份变得巨大,
亦导致双筒镜价格水涨船高,
非常难求.
影响光学表现之因素
1. 棱镜形式
双筒镜的灵魂是一组棱镜
(2个). 棱镜作用是将影像变回正立像.
传统普罗棱镜
(Porro prism),或曲筒型使用2个 45-90-45度直角棱镜内全反射原理,把光路折曲. 优点是构造简单,
透光率可达94%, 而且物镜相距基线变长,
双眼视差较大, 影像较富立体感. 缺点是体积较大, 看近处景物容易产生双重影像,
结构不够紧密, 光轴易歪, 手感较差.
普罗棱镜玻璃材质有2种, 较佳折射率高的是BaK4
barium crown glass, 较次的BK7
borosilicate glass 会阻碍出射光瞳周边质素,
减低透光率.
倒立普罗棱镜式
(Inverted Porro prism)原理一样,
只是把棱镜向内反屈,
物镜比目镜更靠近一起,
优点是结构较为紧密小巧,
缺点是欠缺立体感,
结构限制口径, 一般质素较次.
另一种棱镜构形为直筒屋脊棱镜式
(Roof prism/Dach prism), 亦为2个棱镜组合佐,
但排成一直线. 有Pechan五棱镜式或
Abbe-Konig 式, 结构比较复杂,
需要精度亦较高,
不易研制. 传统上Pechan直筒棱镜缺点很多,
最大问题是光线在棱镜内先被劈成2半, 穿过半银镀膜棱镜面再合成一起.
光线经反射5次后透光率娈得只有85%,
而且2股光线产生相位位移现象
(phase shift), 导致影像变蒙.
新一代直筒棱镜经过相位修正镀膜
(Phase correction coating) 处理,
影像质素大为提高,
追及普罗棱镜式型号.
外国网站甚至指Nikon
顶级直筒镜10x42
Venturer LX 比 Nikon 顶级普罗锐镜10x42
Superior E 可见更多细致景物!
Abbe-Konig 式较简单,
但光线只反射3次, 透光率更高,
达94%或以上.
直筒镜优点是结构紧密,
容易手持, 较适合看近处景物如观鸟.
缺点是价钱较昂贵,
立体感不及传统普罗棱镜式机型.
然而随着观鸟活动普及,
越来越多人选用直筒镜,
其质素也随市场需求而提高.
2. 镜面镀膜
(Coating)
利用光学干涉
(Interference) 原理,
一片镜片表面镀上一层适当镀膜可增加透光率,
减少反光, 加强反差.
单层简单镀膜如
MgF2 呈蓝色, 主要反射蓝光,
透光率低,只有95 色调偏黄.
多层镀膜较佳,
减低不同频率的光线反射,
透光率更高,
最高可达99.99%!
一枝镜筒内起码有10多个光学面, 合成结果(O.9999的10次方
v.s. 0.95的10次方)非同小可!
最佳镀膜应不会反射任何光线,
应呈暗紫红色
(如Zeiss) 或暗绿色 (如Leica).此等镀膜不但改善透光率,抑制镜内光线散射,
而且增强清晰度. 反而流行的平价红镜
(Ruby coating) 反射红色光, 减低透光率, 使影像呈现绿色,不适合日常赏鸟观星久用,
只宜雪地上反光太强情况下使用.
镀膜虽然增加透光率和改善反差,
但表面却容易受到侵蚀,
此乃其主要缺点.
不同公司出品不同形式镀膜:
Zeiss 德国蔡司=
T* Transparenz coating
Leica 德国徕卡=
HDC High Durability Coating
Swarovski 奥地利司华洛世奇=
Swarobright coating
Fujinon= EBC Electron Beam Coating
Pentax= SMC Super Multi Coating
3. 像差
(Aberration)
A.
色差 (Chromatic
aberration)
光线穿过玻璃时产生折射现象,
不同频率光线折射角度有别,
形成在高反差影像旁出现蓝/黄边. 色差问题在高倍率时尤其严重.
所幸双筒镜倍数较低,
色差问题不大. 改善方法是使用昂贵光学玻璃如
ED (Extra Low Dispersion, Nikon 于1972年推出),
Fluorite 萤石镜
(Canon 于1969年大规模制造)
籍其高折射率抑压不同光线之折射角度,
从而降低色差.
但一些数千元的双筒镜都只使用普通玻璃而产生极佳成像.
B. 球面差(Spherical
aberration)
普通球面玻璃其性质使边缘光线不能聚焦在同一焦点上,
越近边缘光线焦点越短.
导致边缘松散. 而且中央解像度及亮度也有所影响.
解缺方法是镜内装设特殊研磨的非球面镜
(多个曲面), 改善边缘变形情度.
C. 场曲(Field
curvature)
场曲指影像聚焦的焦平面是一块曲面.
影像不会变蒙,
但外围直线会娈成曲线!
解决方法是在镜内加上Field
flattener.(如Fujinon 7x50 FMT-SX)
D. Pincushion effect
是另一种像差.
影像不会变蒙, 但越近边缘, 影像会变形, 像是倍率变大! 然而像蔡司、徕卡等名镜这种像差是故意加上去的,
因为在横扫风景时感觉反较自然,
而加上Field flattener 机型反而会出现浮凸效果!
E. 偏色
(Color bias)
不同镀膜让某种光线通过较多, 使视场偏向某种颜色, 如较次级品种是偏淡黄. 但欧洲高级机种如蔡司、司华洛世奇、徕卡都稍偏鲜黄色, 令感觉上视野较光亮, 反差提升. 此特质在欧洲光线不足的森林非常有用! 偏色只是小问题, 理应对观星没有影响.
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