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阅读 7414 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)
雙筒望遠鏡
拼音:shuāngtǒng wàngyuǎnjìng (Shuangtong Wangyuanjing)
英文:Binoculars
同义词条:Binoculars,双筒,双筒镜
  雙筒望遠鏡(英文:Binoculars 通常簡稱雙筒)是將兩個相同的或者鏡像對稱的望遠鏡並排連在一個架子上使得它們始終對准同一方向而制成的望遠鏡。使用者可通過它同時以雙眼觀察遠處景象。雙筒望遠鏡具有成像清晰明亮,視場大、擕帶方便、價格便宜等優點,適於天文愛好者用來巡天和觀測星雲星團彗星等面狀天體;旅游愛好者飽覽風景;觀鳥愛好者觀察鳥類。

雙筒望遠鏡特點

 
雙筒望遠鏡
              雙筒望遠鏡
  與單筒望遠鏡相比,雙筒望遠鏡可給使用者一種立體感:它在使用者的每隻眼睛里產生一個稍許不同的圖像,這兩個圖像在使用者的腦中合成一個有深度知覺的總圖,使用者可以以此來估計距離。在使用時雙筒望遠鏡用起來也更舒服,使用者不必合上一隻眼睛或者使用一個擋板來避免視覺上的混淆。此外穩定地持和平穩地移動雙筒望遠鏡比起持單筒望遠鏡更容易,因爲雙手和頭部這三個點的可以形成一個穩定的平面,持單筒望遠鏡時這三點位於一線上。

  雙筒鏡也可以由兩個短的摺射望遠鏡組合而成,用於觀看遙遠目標的設備。最常見的雙筒望遠鏡的大小正好適合雙手托拿,它包括内部的反射系統,這個系統可以縮短望遠鏡的長度,使它短於透鏡的焦距。此外它還可以增大物鏡之間的距離來改善深度感。所有常見的雙筒望遠鏡是伽利略式的,或者使用棱鏡來呈現一個正像。

  大的雙筒望遠鏡比較重,不易穩定地拿住,因此一般被固定在三腳架上或其它支柱上。在第二次世界大戰中美國制造過非常大的(10噸)雙筒望遠鏡,其物鏡的距離相當遠的(15米)大型雙筒望遠鏡來確定25千米以外的海上目標的距離。目前世界上最大的雙筒望遠鏡是位於美國亞利桑那州的大雙筒望遠鏡(LargeBinocularTelescope,LBT)。

光學設計

伽利略式雙筒望遠鏡

  幾乎在望遠鏡剛發明的17世紀,就已經開始探索如何將兩隻望遠鏡平穩的架設在一起了。早期的雙筒鏡都是伽利略式的光學設計,使用一個凸透鏡和凹透鏡來制做。伽利略式的好處是影像是正像,但是視野狹窄,放大倍數也不高。這種型系的結構目前依然使用在便宜的模型望遠鏡和觀劇鏡上。

普羅棱鏡雙筒望遠鏡

  雙普羅棱鏡設計是以意大利的光學工程師伊納濟歐·普羅爲名的,他在1854年穫得了這項正立影像設計的專利權,稍後在1890年代卡爾·蔡司的光學公司使用兩個普羅棱鏡以Z字型的排列制造出高品質的雙筒鏡。這型的特征是有寬廣的視野,而物鏡端產生的分離在目鏡端予以良好的抵銷掉。普羅棱鏡的設計有摺叠光路的好處,使得有形的長度比實際的焦距長度短,而物鏡之間更寬廣的空間,產生了更好的景深感。

  倒立普羅棱鏡式(InvertedPorroprism)的内部光路一樣,隻是物鏡比目鏡更靠近一起。優點是結構較爲緊密、小巧,而缺點是立體感不佳。由於受結構所限,口徑不大,一般來說質素較次。

屋頂棱鏡雙筒望遠鏡

  使用屋頂棱鏡設計的雙筒鏡也許早在1880年代就已經由阿基里·維克托·埃米爾設計出來了。多數以屋頂棱鏡制做的雙筒鏡不是使用阿貝-柯尼棱鏡(以恩斯特·阿貝和艾伯特·柯尼爲名,卡爾·蔡司在1905年取得專利),就是施密特-别漢棱鏡(在1899年發明)來摺叠光路和使影像正立。與普羅棱鏡比較,他們的視野較狹窄,結構較複雜,價格也較昂貴,物鏡和目鏡幾乎就在一條軸線上。
雙筒望遠鏡
左邊爲屋頂棱鏡光路,
右邊爲普羅棱鏡光路。

普羅棱鏡與屋頂棱鏡比較

  除了價格和輕便性之外,在這兩種設計上還有反射和亮度上的差異。在相同的放大倍率、口徑和光學品質下,因爲内在的材料在光路上的吸收率本質因素,普羅棱鏡的雙筒鏡的影像會比屋頂棱鏡的雙筒鏡明亮。過去屋頂棱鏡式的缺點很多:首先其結構比較複雜,光線共反射六次,有較多的光度損失。此外,當光從鏡面反射回來的時候,其相位會改變。部份光會被部分偏振化。當兩束部分偏振化的光相遇互相幹涉的時候,光度會再損失(破壞性幹涉效應),令屋頂棱鏡和同級普羅鏡比就會暗一些,成像偏軟。但是,從2005年起,因爲使用了新的鍍膜技術,使用最佳的施密特-别漢棱鏡的屋頂棱鏡雙筒鏡,在光學品質上已經可以媲美普羅棱鏡的雙筒鏡,在不考慮他們的高價格下,屋頂棱鏡雙筒鏡將占有輕便型的高品質雙筒鏡市場。歐洲主要的光學廠家(徠卡、蔡司和施華洛世奇)都停止了普羅鏡的生產線;日本的廠家(尼康富士等)也可能跟進。

雙筒望遠鏡基礎知識

放大倍率

雙筒望遠鏡
            雙筒望遠鏡
  每一架雙筒望遠鏡都有標有兩個數字(如8X60),第一個數字“8”是指放大倍率。它告訴我們通過望遠鏡觀測時,被觀測物能被拉近多少,例如使用8倍放大倍率的望遠鏡,可以讓一隻距離100米的鳥,看上去隻有12.5米。

物鏡直徑

  雙筒望遠鏡第二個特性數字(即8X60中的“60”)指的是物鏡直徑(雙筒望遠鏡入射通光孔徑),是毫米做單位。一架設計標准爲8X60的雙筒望遠鏡的物鏡直徑爲60毫米。物鏡直徑越大,雙筒望遠鏡采集光線的能力越強。如果在弱光條件下觀測,那麼理想的選擇是物鏡直徑爲42或者50毫米的望遠鏡,物鏡直徑爲20或者32毫米的雙筒望遠鏡比較合適在日光條件下觀測。

出瞳直徑

  計算:物鏡口徑(mm)/倍率

  當你距離雙筒望遠鏡目鏡30釐米左右觀察目鏡時,可以看到兩個形如瞳孔的亮點,它的直徑就是出瞳直徑,出瞳直徑等於以毫米爲單位的物鏡直徑除以放大倍率。出射光瞳首先告訴我們望遠鏡的質素。質素上乘者出射光瞳爲一個完美清晰的圓形光點,位處中央,周圍呈黑色。對普羅棱鏡機型而言光點内有棱鏡影子代表棱鏡是次級玻璃(BK7)。周圍漏光則代表鍾鏡身防反光不佳。出射光瞳偏向一方或成欖核型則代表内部光軸變歪。出射光瞳越大,代表影像較光及較清晰銳利(倍率低)而且眼球較易看到影像,適合海事、環境不斷晃動場合下使用。出射光瞳太細會使影像難於對准觀測。但過了7mm即超越人眼瞳孔極限大少,一部份光線便散失掉,造成浪費。而且人越老瞳孔越細,如50歲的人瞳孔夜間中擴到最大亦隻有5mm。在日間我們眼睛瞳孔直徑約2-3mm,故此出射光瞳少於3mm的如Leica8x20BC於日間觀景沒有問題,但夜間使用就不適合。

  人眼的瞳孔可以隨光線的強弱而變化,光線明亮則瞳孔縮小,光線微弱則瞳孔增大。觀測舒適的通常規則是:雙筒望遠鏡的出瞳直徑應當至少和人眼的瞳孔直徑一樣大。當然,出射和入射通光孔徑並不是評估影像亮度的唯一決定性指標,其他因素也同樣重要,如對比度,分辨率和透光率。

弱光系數

  弱光系數是一個經過計算得出的數字,用以描述雙筒望遠鏡在弱光條件下的理論性能。計算公式爲物鏡直徑和放大倍率乘積的平方根。弱光系數是個純粹的數學值,沒有對望遠鏡的任何光學質量進行描述。諸如對比度、色彩還原和分辨率等。

視場

  這個數值指的是距離1000米時所看到的範圍。通常,放大倍率越大,視場範圍越小。具有較大視場範圍的雙筒望遠鏡能夠覆蓋較大的區域,使觀測者可以方便的追蹤移動目標,諸如一大群鳥。

  視場即是我們觀景的範圍。視場越大,觀測範圍越大。視場表示方法有數種:

  1.度數:Truefieldofview=7*表示視場(整個直徑)可見7度視野。天空由東到西180度,月球視直徑半度,亦即表示視場直徑内可容納14個月球連成一線。

  2.以呎表示:Truefieldofview=373ft/1000yards.即觀看1000碼外景物時可見視野範圍爲373呎。以簡單三角學計算,把373呎除52.5即可計出度數。

  3.表面視場:Apparentfieldofview.視場大少取決於目鏡設計方式。同樣目鏡下,倍數越高,實際視野一定變窄!比較不同目鏡一定要用數面視場,計算方法很簡單:數面視場=實際視場x倍率。如一枝10x507*目鏡數面視場即70度。數面視場60度以上機型稱爲廣角鏡,視野寬闊,但邊緣通常較多像差,影像較松散。使用優質機型如從大窗口觀景一樣,非常過癮。即使邊緣有點像差也是值得。50-60度是標准機型,在視野和外圍成像取得平衡。50度以下像由飲管中看風景,視野太窄,感覺不好。

視距

  視距指在能夠清晰看到整個視場下,眼睛和目鏡之間最短距離。視距長度以mm表示,取決於目鏡設計。視距太短時,若眼睛不是貼近目鏡玻璃便導致視野邊緣失光,不合戴眼鏡認識使用。?視距太長,影像容易有黑影出現,但隻要將眼杯拉長問題即可解決?戴眼鏡人士請選視距14mm以上之型號。又要視野大,又要視距長,目鏡需要複雜多鏡片設計,目鏡部份變得巨大,亦導致雙筒鏡價格水漲船高,非常難求。

對比度和分辨率

雙筒望遠鏡成像
         雙筒望遠鏡成像
  對比度是指影像明暗區域之間亮度的差别。亮度差别越大,對比度越大。一個對比度豐富的影像能夠讓人們主觀地感到更加銳利明亮。分辨率是光學系統描述被攝物體細微結構的能力。分辨率越高,能夠分辨影像細節的能力越強,即使是在困難的光學條件下也是如此。最佳攝像(右圖),對比度和分辨率都比較高;如果對比度太低影像就顯得十分平板(左圖);如果分辨率太低,影像就不銳利,無法分辨物體的細節(中圖)。

景深

  景深是聚焦點前後清楚的範圍。調好焦距後,無須重新聚焦,該範圍内的物體仍能保持影像的清晰度。景深取決於雙筒望遠鏡和單筒望遠鏡的倍率。放大倍率越低,景深越大。因此,如果你希望觀測幾個在不同距離上的目標,同時又要保持相同的清晰度,那麼就應當選擇7倍或8倍的雙筒望遠鏡。在昏暗或微光條件下觀測,7倍或8倍的雙筒望遠鏡同樣十分有利,因爲你不需要爲了保持銳度而重新聚焦。放大倍率越高,景深越小。較大的放大倍率對於觀測微小細節或較小的主體十分有利。

像差

  也就是人們常說的色差,光線穿過玻璃時產生摺射現象, 不同頻率光線摺射角度有别, 形成在高反差影像旁出現藍/黄邊。 色差問題在高倍率時尤其嚴重。 所幸雙筒鏡倍數較低, 色差問題不大。 改善方法是使用昂貴光學玻璃如 ED (Extra Low Dispersion, Nikon 於1972年推出), Fluorite 螢石鏡 (Canon 於1969年大規模生產) 籍其高摺射率抑壓不同光線之摺射角度,從而降低色差。但一些數千元的雙筒鏡都隻使用普通玻璃而產生極佳成像。色差絕對是一個重要格鏡指標。

球差

  普通球面玻璃其性質使邊緣光線不能聚焦在同一焦點上,越近邊緣光線焦點越短。導致邊緣松散。而且中央解像度及亮度也有所影響。所以光束穿過鏡頭時,越是靠近鏡頭邊緣,越是偏離實際的影像像點,物鏡直徑越大,這種情況越嚴重,這種現象被稱爲光圈誤差,或球差。球差會導致影像銳度和對比度的嚴重下降。在極端的情況下,耀斑會十分明顯,圍繞着點狀光源周圍會形成彌散光暈。

  解決方法是鏡内裝設特殊研磨的非球面鏡 (多個曲面),改善邊緣變形情度。廣角機型邊緣有些松散不是問題,但要盡量避免。

彗差

  當彗差出現時,光束從像點偏向另一面。像點出現一個形如彗星一樣的尾巴。這種現象多發生在圖象的邊沿區域而不是中心部分。明顯的彗差會導致影像銳度和對比度的降低。在某些極端的情況下,圖象中光源一點會出現明顯的彗尾現象。如左側的放大星體照片所示,這一部分是從右側月亮圖片中裁減下來的。
 

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