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阅读 7851 次 历史版本 1个 创建者:和sky做邻居 (2012/8/22 14:31:17)  最新编辑:小小 (2015/6/6 14:19:25)
双筒望远镜
拼音:shuāngtǒng wàngyuǎnjìng (Shuangtong Wangyuanjing)
英文:Binoculars
同义词条:Binoculars,双筒,双筒镜
  双筒望远镜(英文:Binoculars 通常简称双筒)是将两个相同的或者镜像对称的望远镜并排连在一个架子上使得它们始终对准同一方向而制成的望远镜。使用者可通过它同时以双眼观察远处景象。双筒望远镜具有成像清晰明亮,视场大、携带方便、价格便宜等优点,适于天文爱好者用来巡天和观测星云星团彗星等面状天体;旅游爱好者饱览风景;观鸟爱好者观察鸟类。

双筒望远镜特点

 
双筒望远镜
              双筒望远镜
  与单筒望远镜相比,双筒望远镜可给使用者一种立体感:它在使用者的每只眼睛里产生一个稍许不同的图像,这两个图像在使用者的脑中合成一个有深度知觉的总图,使用者可以以此来估计距离。在使用时双筒望远镜用起来也更舒服,使用者不必合上一只眼睛或者使用一个挡板来避免视觉上的混淆。此外稳定地持和平稳地移动双筒望远镜比起持单筒望远镜更容易,因为双手和头部这三个点的可以形成一个稳定的平面,持单筒望远镜时这三点位于一线上。

  双筒镜也可以由两个短的折射望远镜组合而成,用于观看遥远目标的设备。最常见的双筒望远镜的大小正好适合双手托拿,它包括内部的反射系统,这个系统可以缩短望远镜的长度,使它短于透镜的焦距。此外它还可以增大物镜之间的距离来改善深度感。所有常见的双筒望远镜是伽利略式的,或者使用棱镜来呈现一个正像。

  大的双筒望远镜比较重,不易稳定地拿住,因此一般被固定在三脚架上或其它支柱上。在第二次世界大战中美国制造过非常大的(10吨)双筒望远镜,其物镜的距离相当远的(15米)大型双筒望远镜来确定25千米以外的海上目标的距离。目前世界上最大的双筒望远镜是位于美国亚利桑那州的大双筒望远镜(LargeBinocularTelescope,LBT)。

光学设计

伽利略式双筒望远镜

  几乎在望远镜刚发明的17世纪,就已经开始探索如何将两只望远镜平稳的架设在一起了。早期的双筒镜都是伽利略式的光学设计,使用一个凸透镜和凹透镜来制做。伽利略式的好处是影像是正像,但是视野狭窄,放大倍数也不高。这种型系的结构目前依然使用在便宜的模型望远镜和观剧镜上。

普罗棱镜双筒望远镜

  双普罗棱镜设计是以意大利的光学工程师伊纳济欧·普罗为名的,他在1854年获得了这项正立影像设计的专利权,稍后在1890年代卡尔·蔡司的光学公司使用两个普罗棱镜以Z字型的排列制造出高品质的双筒镜。这型的特征是有宽广的视野,而物镜端产生的分离在目镜端予以良好的抵销掉。普罗棱镜的设计有折叠光路的好处,使得有形的长度比实际的焦距长度短,而物镜之间更宽广的空间,产生了更好的景深感。

  倒立普罗棱镜式(InvertedPorroprism)的内部光路一样,只是物镜比目镜更靠近一起。优点是结构较为紧密、小巧,而缺点是立体感不佳。由于受结构所限,口径不大,一般来说质素较次。

屋顶棱镜双筒望远镜

  使用屋顶棱镜设计的双筒镜也许早在1880年代就已经由阿基里·维克托·埃米尔设计出来了。多数以屋顶棱镜制做的双筒镜不是使用阿贝-柯尼棱镜(以恩斯特·阿贝和艾伯特·柯尼为名,卡尔·蔡司在1905年取得专利),就是施密特-别汉棱镜(在1899年发明)来折叠光路和使影像正立。与普罗棱镜比较,他们的视野较狭窄,结构较复杂,价格也较昂贵,物镜和目镜几乎就在一条轴线上。
双筒望远镜
左边为屋顶棱镜光路,
右边为普罗棱镜光路。

普罗棱镜与屋顶棱镜比较

  除了价格和轻便性之外,在这两种设计上还有反射和亮度上的差异。在相同的放大倍率、口径和光学品质下,因为内在的材料在光路上的吸收率本质因素,普罗棱镜的双筒镜的影像会比屋顶棱镜的双筒镜明亮。过去屋顶棱镜式的缺点很多:首先其结构比较复杂,光线共反射六次,有较多的光度损失。此外,当光从镜面反射回来的时候,其相位会改变。部份光会被部分偏振化。当两束部分偏振化的光相遇互相干涉的时候,光度会再损失(破坏性干涉效应),令屋顶棱镜和同级普罗镜比就会暗一些,成像偏软。但是,从2005年起,因为使用了新的镀膜技术,使用最佳的施密特-别汉棱镜的屋顶棱镜双筒镜,在光学品质上已经可以媲美普罗棱镜的双筒镜,在不考虑他们的高价格下,屋顶棱镜双筒镜将占有轻便型的高品质双筒镜市场。欧洲主要的光学厂家(徕卡、蔡司和施华洛世奇)都停止了普罗镜的生产线;日本的厂家(尼康富士等)也可能跟进。

双筒望远镜基础知识

放大倍率

双筒望远镜
            双筒望远镜
  每一架双筒望远镜都有标有两个数字(如8X60),第一个数字“8”是指放大倍率。它告诉我们通过望远镜观测时,被观测物能被拉近多少,例如使用8倍放大倍率的望远镜,可以让一只距离100米的鸟,看上去只有12.5米。

物镜直径

  双筒望远镜第二个特性数字(即8X60中的“60”)指的是物镜直径(双筒望远镜入射通光孔径),是毫米做单位。一架设计标准为8X60的双筒望远镜的物镜直径为60毫米。物镜直径越大,双筒望远镜采集光线的能力越强。如果在弱光条件下观测,那么理想的选择是物镜直径为42或者50毫米的望远镜,物镜直径为20或者32毫米的双筒望远镜比较合适在日光条件下观测。

出瞳直径

  计算:物镜口径(mm)/倍率

  当你距离双筒望远镜目镜30厘米左右观察目镜时,可以看到两个形如瞳孔的亮点,它的直径就是出瞳直径,出瞳直径等于以毫米为单位的物镜直径除以放大倍率。出射光瞳首先告诉我们望远镜的质素。质素上乘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。对普罗棱镜机型而言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变歪。出射光瞳越大,代表影像较光及较清晰锐利(倍率低)而且眼球较易看到影像,适合海事、环境不断晃动场合下使用。出射光瞳太细会使影像难于对准观测。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,如50岁的人瞳孔夜间中扩到最大亦只有5mm。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Leica8x20BC于日间观景没有问题,但夜间使用就不适合。

  人眼的瞳孔可以随光线的强弱而变化,光线明亮则瞳孔缩小,光线微弱则瞳孔增大。观测舒适的通常规则是:双筒望远镜的出瞳直径应当至少和人眼的瞳孔直径一样大。当然,出射和入射通光孔径并不是评估影像亮度的唯一决定性指标,其他因素也同样重要,如对比度,分辨率和透光率。

弱光系数

  弱光系数是一个经过计算得出的数字,用以描述双筒望远镜在弱光条件下的理论性能。计算公式为物镜直径和放大倍率乘积的平方根。弱光系数是个纯粹的数学值,没有对望远镜的任何光学质量进行描述。诸如对比度、色彩还原和分辨率等。

视场

  这个数值指的是距离1000米时所看到的范围。通常,放大倍率越大,视场范围越小。具有较大视场范围的双筒望远镜能够覆盖较大的区域,使观测者可以方便的追踪移动目标,诸如一大群鸟。

  视场即是我们观景的范围。视场越大,观测范围越大。视场表示方法有数种:

  1.度数:Truefieldofview=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:Truefieldofview=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.表面视场:Apparentfieldofview.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10x507*目镜数面视场即70度。数面视场60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。即使边缘有点像差也是值得。50-60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。

视距

  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便导致视野边缘失光,不合戴眼镜认识使用。?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?戴眼镜人士请选视距14mm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。

对比度和分辨率

双筒望远镜成像
         双筒望远镜成像
  对比度是指影像明暗区域之间亮度的差别。亮度差别越大,对比度越大。一个对比度丰富的影像能够让人们主观地感到更加锐利明亮。分辨率是光学系统描述被摄物体细微结构的能力。分辨率越高,能够分辨影像细节的能力越强,即使是在困难的光学条件下也是如此。最佳摄像(右图),对比度和分辨率都比较高;如果对比度太低影像就显得十分平板(左图);如果分辨率太低,影像就不锐利,无法分辨物体的细节(中图)。

景深

  景深是聚焦点前后清楚的范围。调好焦距后,无须重新聚焦,该范围内的物体仍能保持影像的清晰度。景深取决于双筒望远镜和单筒望远镜的倍率。放大倍率越低,景深越大。因此,如果你希望观测几个在不同距离上的目标,同时又要保持相同的清晰度,那么就应当选择7倍或8倍的双筒望远镜。在昏暗或微光条件下观测,7倍或8倍的双筒望远镜同样十分有利,因为你不需要为了保持锐度而重新聚焦。放大倍率越高,景深越小。较大的放大倍率对于观测微小细节或较小的主体十分有利。

像差

  也就是人们常说的色差,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年大规模生产) 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。色差绝对是一个重要格镜指标。

球差

  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。所以光束穿过镜头时,越是靠近镜头边缘,越是偏离实际的影像像点,物镜直径越大,这种情况越严重,这种现象被称为光圈误差,或球差。球差会导致影像锐度和对比度的严重下降。在极端的情况下,耀斑会十分明显,围绕着点状光源周围会形成弥散光晕。

  解决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。广角机型边缘有些松散不是问题,但要尽量避免。

彗差

  当彗差出现时,光束从像点偏向另一面。像点出现一个形如彗星一样的尾巴。这种现象多发生在图象的边沿区域而不是中心部分。明显的彗差会导致影像锐度和对比度的降低。在某些极端的情况下,图象中光源一点会出现明显的彗尾现象。如左侧的放大星体照片所示,这一部分是从右侧月亮图片中裁减下来的。
 

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