帶你認識望遠鏡的結構與原理

2021-01-13 光學人生

望遠鏡基本構造

一般來說,常規的雙筒望遠鏡有以下幾個部分組成:目鏡,物鏡,中間的稜鏡,兩個鏡筒的連接部分,以及聚焦系統。根據不同的尺寸大小,放大倍率,和用途以及個人喜好,雙筒望遠鏡又可細分為好幾種類型(詳見雙筒望遠鏡類型一表)。下圖是常規雙筒望遠鏡的基本構造圖:

望遠鏡類型

雙筒望遠鏡類型

標準型

標準的雙筒望遠鏡用途廣泛,可用於觀景,也可用於觀看體育賽事等。

輕便型

輕便型雙筒望遠鏡的特點是小巧,便於攜帶,可用於觀看演唱會,登山遠足或是狩獵等。

大口徑類型

大口徑雙筒望遠鏡是用於追蹤快速移動物體的最佳選擇,如足球賽事,田徑比賽,荒野地形的探測等。

變焦型

變焦型雙筒望遠鏡可瞬間放大倍率,看到景物的細節,也可減小倍率觀看景物的整體。遠景近景盡收眼底,一覽無餘。

防水型

防水型雙筒望遠鏡內充氮氣,環形密封,有防水防霧之功效,即使是在多霧潮溼的天氣也不會影響影像的清晰度,當然價位也會偏高。

鍍膜類型

鏡片表層鍍膜可減少由反射造成的光的流失,從而增加影像的亮度,清晰度和對比度,也可減緩眼視疲勞。

鍍膜

至少在一個光學面上鍍有單層增透膜。

全表面鍍膜

所有的鏡片和稜鏡都鍍有單層膜。

多層鍍膜

至少在一個光學面上鍍有多層增透膜。

多層全光學面鍍膜

所有的鏡片和稜鏡都鍍有多層增透膜。

對焦系統類型

中央式

鏡身中央有大型調焦環,可使兩邊的目鏡一起對焦,另右目鏡可獨立轉動,調校右眼視距。

獨立式

左右目鏡分別可以個別對焦,水密性較佳,但日間觀景不方便。

中央+獨立式

鏡身有一中央大型調焦環,環分兩個部分,合在一起時可作中央對焦,分開時可左右眼獨立對焦。

稜鏡系統

雙筒望遠鏡的靈魂是一組稜鏡,稜鏡的作用是將倒立的影像變回正立像。稜鏡系統可分為屋脊稜鏡式和普羅稜鏡式,按材質又可分為BaK-4材質和BK7材質。

屋脊稜鏡式

結構比較複雜,需要精度亦較高,不易研製。透光率不及普羅稜鏡。

普羅稜鏡式

普羅稜鏡的優點是構造簡單,透光率高,影像附有立體感;缺點是體積較大,結構不夠緊密,光軸易歪,手感較差。

望遠鏡常見問題解答

1.望遠鏡上的兩個數字代表什麼?

望遠鏡上的兩個數字分別代表望遠鏡的放大倍率和物鏡口徑。例如10x42的雙筒望遠鏡,代表該望遠鏡的放大倍率是10x,物鏡口徑是42mm。10x的倍率表示透過望遠鏡看到的物體被放大了10倍,即100米處的物體看起來是在10米處。

2.望遠鏡的放大倍率越大越好嗎?

不是,放大倍數越大,表示遠處的目標在視場中顯得更大,但同時意味著實際的視場會變得更小,也就是說進入望遠鏡的光通量會減少,也就是說你看到的目標會變得黯淡審視模糊。同時,放大倍率過大,會造成晃動不易於手持,也會引起眼睛疲勞,不利於觀察。

3.雙筒望遠鏡能否選擇變倍的?

可以選擇,但最好可變倍數不要太大。變倍望遠鏡很方便、適合多種用途,是犧牲如下指標為代價的:價格稍高;結構複雜,容易損壞;視角一般偏小;鏡片多,分辨能力稍差;逆光表現不如固定倍數,反差會低一點。

4.雙筒望遠鏡和單筒望遠鏡到底哪一個好?

如同字面所示,雙筒望遠鏡有左右對稱的鏡頭,便於人用雙眼觀察。而單筒望遠鏡是用單眼觀察。不過,我們並不能武斷地認為雙筒望遠鏡更好。一般來講單筒望遠鏡的倍率比雙筒望遠鏡高,可以將遠處的物體放得更大。而雙筒望遠鏡雖然比單筒望遠鏡的倍率低,但由於可以用雙眼觀察,可以得到立體感。同時由於倍率較低,可以用手拿著使用,便攜性較好。並且由於其視野較廣,比較適合用於觀看室外的體育比賽。

5.望遠鏡如何調焦?
人們的左右眼在觀看和聚焦方面都會有視差,而望遠鏡的中央調焦系統很好的解決了這個難題。基本上來說,我們的望遠鏡除了有中央聚焦系統以外,還會有右目微調功能(或左目微調,或雙目微調),這種功能有效的緩和了左右眼的視差。

首先,用物鏡蓋或手罩住右物鏡,對準遠處某一物體,調節中央調焦旋鈕,直到視線變得清晰。然後,用物鏡蓋或手遮住左物鏡,對準同一物體,調節右目微調旋鈕,知道視線變得清晰。這樣雙眼就都可以看見清晰的景象了。

6.如何評測望遠鏡的集光功能?

人們眼睛的集光功能會隨著環境的變化而變化,但是望遠鏡不會。望遠鏡的集光功能是固定的,因此選擇一款適合個人眼睛集光力的望遠鏡顯得尤為重要,尤其是在較暗的環境下。

出瞳直徑在離開望遠鏡進入眼睛起到放到景象的作用,因此出瞳直徑便成為衡量望遠鏡集光功能的一個重要指標。幾乎所有的望遠鏡在光線較亮的情況下都能收集到足夠的光線,但是在黃昏或是光線較暗的情況下,望遠鏡的出瞳直徑最好大於4mm。

7.戴眼鏡能否使用望遠鏡,應該怎麼選擇合適的望遠鏡?

我們有很多款望遠鏡可供戴眼鏡者使用。長視距望遠鏡的獨特設計很好的解決了這個問題。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。這個距離範圍在5mm到23mm不等。而對於戴眼鏡的使用者來說,選購望遠鏡時,視距最好大於15mm。

8.望遠鏡是否一定需要防水功能?

望遠鏡可在任何天氣環境下使用。如果你想讓你的望遠鏡在雨天潮溼的環境下也能正常使用的話,那麼選擇一款具有防水功能的望遠鏡是必須的。防水型望遠鏡的價位偏高,但是使用起來更安全方便,無論是怎樣的陰雨天氣都可以放心使用。但與此同時,並不是說防水型的望遠鏡隨意丟到水裡也不會弄壞,如果浸入水中後,還是需要經過專業處理的。9.何謂填充氮氣的效果?

當在雨或霧中使用光學儀器時、或是將光學儀器從寒冷的房間帶至溫暖的房間等時,將會產生凝露的現象。外部所帶的凝露在擦拭後便不存在問題,而在內部產生了凝露時,無法即時拆卸並進行擦拭。說過起內部凝露其實是從外部浸入了水分的證據,不作任何處理放置後,將存在導致內部的透鏡或稜鏡發黴的危險。除野鳥觀測外,經常需要在各種環境下使用雙筒望遠鏡和單筒望遠鏡。為了避免內部浸入水分,有必要在各種各樣的條件下都能夠保持氣密性。也就是說保持氣密性就等於防水。

10.何謂鍍膜

利用光學幹涉原理,一片鏡片表面鍍上一層適當鍍膜可增加透光率,減少反光,加強反差。單層簡單鍍膜:如 MgF2 呈藍色,主要反射藍光,透光率低,只約95%,而且色調偏黃。多層鍍膜較佳,減低不同頻率的光線反射,透光率更高,最高可達99%以上!一枝鏡筒內起碼有10多個光學面,最佳的多層鍍膜應不會反射任何光線,實際上應呈暗紫紅色或暗綠色。此等鍍膜不但改善透光率,抑制鏡內光線散射,而且增強清晰度。鍍膜雖然增加透光率和改善反差(光暗位分明),但表面卻容易受到黴菌侵蝕或易刮損,此乃其主要缺點。

11.怎樣選購一款滿意的望遠鏡?

選購一款滿意的望遠鏡之前,應該先問問自己想用此款望遠鏡來做什

麼?下面是幾個例子:

如果你希望你的望遠鏡可以隨身攜帶,輕而易舉得拿在手上或是放入口袋,可以用來觀看體育賽事,演唱會或是旅行觀景,並且還要價位偏低,那麼8x21,10x25 或是12x32此類的輕便型望遠鏡就很和你的心意了。這些款型的望遠鏡不僅可以滿足你所要的各種功能,而且設計時重量減輕,可以隨身攜帶。

如果你希望你的望遠鏡可以在任何天氣都可以使用,尤其是陰雨天氣等,那麼購買一款防水型的望遠鏡是十分必要的。

如果你希望望遠鏡可以觀看較為清晰的景物,對光學質量要求較高,同時不會隨意移動,有支架可以支撐,那麼就可以買一個大口徑的望遠鏡。

望遠鏡保養

望遠鏡算是結實的光學儀器,只要稍稍注意一下,不需要花太多精力去保養。但是適當的注意細節還是必要的,以下是對於望遠鏡保養和使用的一些建議:

1.擦拭透鏡時,用附帶的絨布或其他柔軟、潔淨的布,最好的用專業的擦鏡布。

2.清除殘留的髒點或汙跡時,可滴上一、二滴酒精. 不可以用水擦拭。

3.把望遠鏡保存在乾燥的環境中,最好和乾燥劑放在一起。

4.在風沙天和潮溼的天氣,最好不要使用望遠鏡,風沙和水汽會對望遠鏡鏡片造成傷害。

5.不要用望遠鏡直接觀察太陽,強烈的陽光經望遠鏡的聚焦,就像放大鏡聚光一樣,會灼傷你的眼睛。

6.不要對望遠鏡重摔、重壓或其他劇烈動作,那樣容易導致重影或者鏡片損壞。

7.若鏡身內發黴,不應自行拆散清潔,最好寄回原廠修理。不要試圖清擦望遠鏡內部或拆卸望遠鏡,拆卸之時最好有專業人士在旁。

8.長期不用時,將之放在裝有防潮珠的密實袋或電子防潮箱內,但切勿放在皮盒內,因為皮盒易發黴和吸水。

如果能按上述建議對望遠鏡加以保養,那麼望遠鏡的使用壽命會更長,使用效果也會更好。

望遠鏡成像原理

要了解雙筒望遠鏡的成像原理,首先要熟悉望遠鏡的一些知識。實際上,雙筒望遠鏡無非是把兩個鏡筒組合在一起,便成了雙筒望遠鏡。望遠鏡的最前端有一個鏡片,即物鏡。其作用是收集光線,將光組合成可見的影像,將影像放大,然後將光傳輸到目鏡,進而進入視線。所見物體或景物放大的倍率取決於目鏡的焦距,對於雙筒望遠鏡來說,倍率一般介於5x到10x之間。下圖是雙筒望遠鏡的簡易成像原

如果只有物鏡和目鏡,那麼望遠鏡產生的影像會成倒立狀,這對於觀看天文並不會產生影響,因為在太空中的物體是不分正立倒立和左右的。然而在觀鳥或是觀看棒球賽事時,正立的影像卻是必需的。這正是為什麼雙筒望遠鏡會在物鏡和目鏡之間放入矯正鏡片—稜鏡。

稜鏡被安置在物鏡和目鏡之間,並由鏡筒外層機殼環繞,起到保護作用。稜鏡的功能跟普通鏡子無異,只是沒有反射背面而已。稜鏡系統可分為屋脊稜鏡式和普羅稜鏡式,按材質又可分為BaK-4材質和BK7材質。在此,我們只討論稜鏡的功能。

上圖可幫助我們更好的理解望遠鏡的成像原理。光進入物鏡,到達第一片稜鏡,此時影像呈倒立狀;再折射到第二片稜鏡,此時影像呈正立狀,最後進入目鏡,到達視線。這便是我們看到的放大後的物體。這原理適用於所有的雙筒望遠鏡。




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