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雙筒望遠鏡的視場
發表人:admin 發布時間:2011-07-29 14:39:59

             視場是雙筒望遠鏡的一個很重要的技術指標。ag亚游集团s經常說的視場其實包括兩個概念:實際視場和表觀視場。他們之間的關係是:實際視場=表觀視場/放大倍數。實際視場一般用角度或者千米外的視場跨度來表示,借助三角函數可以很容易地進行換算。比如貝戈士8x30的視場標注是:150/1000m,換算成角度是8.5度,表觀視場為8.5x8=68度(可能會有少許誤差)。      表觀視場是相對於人眼的張角大小,通俗地講就是視場看起來有多大。由於是人眼的直接感覺,所以對於使用者來說還要重要些。但是遺憾的是廠商一般不在產品上標注這個數據,好在有了上麵的公式算起來是很方便的。俄羅斯望遠鏡的一個特點就是各種望遠鏡都成係列。同係列的表觀視場都基本一致,比如貝戈士係列為66度左右。高倍係列為72度左右,袖珍係列為60度左右,全天候係列為58度左右。廣角係列(特製極品)為76度左右。望遠鏡的表觀視場如果大於60度(也有別的標準),可以稱為廣角。對於廣角,存在兩種觀點,一種認為人眼的視場大約是50度,視場不小於這個值就可以了,最重要的是要保證清晰,主要的西方廠商都持這個觀點,所以他們的產品一般都不在廣角上下功夫,一般都中規中矩,把表觀視場做到50-60度,其實廠商並非不能做大,很多時候是把成像稍差的邊緣部分人為遮掉了。我覺得這倒是沒有必要。不過也有例外,比如著名的leitz望遠鏡,6x24的視場達到12度多。表觀視場72度。是一個很小巧成像很好的廣角望遠鏡,可惜現在不生產了。另一種觀點是認為,廣角的邊緣雖然成像不很好,但是有總比沒有強,而且廣角本身和中心視場的分辨率沒有矛盾(比如俄羅斯迷彩廣角的中心成像就很好,據我比較好於貝戈士)。本人就支持後一種觀點,因為廣角不僅看起來敞亮,而且會給目標搜索帶來很大的便利,追蹤移動物體以及看大場麵的演出或者球賽更是不可少。找到目標要仔細看隻要移到視場中心就可以了,更何況人眼周圍感光細胞的分表率本身就不如中心的黃斑區(周圍是杆狀細胞,對微弱光線敏感,但是色覺和分辨率遠不如中心的錐狀細胞)。所以我希望一方麵俄羅斯能夠完善廣角望遠鏡(說實在話,那個外觀我不太喜歡,迷彩的外皮不如改成同廠的高倍係列的外皮,目鏡和調焦各部分的配合也總覺得鬆垮垮的,背帶環更不用說了)。也希望西方名廠和能夠重新生產高質量的廣角望遠鏡。但是有一點就是不能為了廣角過度犧牲別的方麵的性能(比如有一種7*50的廣角望遠鏡體積重量都非常大,稍後我將解釋原因)。
       上麵說了這麽多,那麽ag亚游集团s來看看是哪些因素影響了望遠鏡的視場尤其是表觀視場。望遠鏡作為一個串列的光學係統,每個部分都會影響它的性能,同時也存在著瓶頸效應,比如一個廣角的目鏡裝在很小的接口上視場還是大不了。望遠鏡的目鏡,物鏡,棱鏡都會影響表觀視場。
    首先是目鏡,目鏡對於表觀視場的影響是最直接的,特別是對高倍望遠鏡,實際視場比較小,物鏡和棱鏡的影響是可以忽略不計的。目鏡的結構主要有幾種:最低檔的望遠鏡用的是兩片兩組冉司登結構R(為方便說明其結構,用1-1表示其構成,以下同),可用視場為35-45度,色差和像散都很大。稍好一點的有凱爾納目鏡K(2-1,或者1-2),視場有40-50度。阿貝無畸變Or(3-1),普羅素目鏡PL(2-2)在表觀視場不大的較好望遠鏡裏也有采用。其中俄羅斯全天候望遠鏡的目鏡就是阿貝無畸變的變種,但是好像人眼反而不太適應這種邊緣不變形的感覺。在中高檔望遠鏡裏采用最多的是ER愛樂弗目鏡(2-1-2),可以有60-75度的視場,但是邊緣像散較大。國外的高檔望遠鏡包括頂級產品也大多采用這種結構或者其變體(如6片結構)。由於望遠鏡主要是肉眼觀測器材,所以其邊緣的像散可以忍受。以上這些目鏡最晚在本世紀前期就都出現了。另外,在天文領域,從80年代開始出現了一係列新型的目鏡,比如televue的nagler目鏡,可以做到82度非常平坦的視場,邊緣像質依然優秀,像散比Er低一個數量級。要是有一天能夠裝到雙筒望遠鏡上。。。。。。(當然價格也是很荒誕的)。此外俄羅斯有種對空指揮用的15x110大雙筒,目鏡表觀視場達到了將近90度!(8片5組1-1-2-2-2結構)。類似的產品我國軍隊裏也有裝備。南京天文儀器廠也曾經生產過幾種超廣角目鏡,我用過一個用於觀測人造衛星的廣角望遠鏡,實際視場達到17度,表觀視場超過80度,邊緣的像質仍然不錯,不過這個目鏡的直徑有6cm多。此外,目鏡最外片的直徑和出瞳距離也會對表觀視場產生影響,如果出瞳很大,那麽最外片的目鏡片也必須較大。
       相對而言,物鏡和棱鏡對望遠鏡視場的影響時次要的,但是在中低倍時卻往往起著製約作用。這是由於在低倍時實際視場比較大的緣故。物鏡出射的光束向後逐漸收縮,在焦平麵上形成一個和實際視場對應的亮圓。如果實際視場很大,那麽這條光路就會收到棱鏡的遮擋,而增大棱鏡就會使望遠鏡的體積和重量都增大很多。美國海軍曾經少量裝備過一種視場為10度,表觀視場為70度的廣角7x50望遠鏡,用了很大號的棱鏡,物鏡焦距也比較短。結果就是體積(寬度和厚度)要比一般的望遠鏡大了很多,重量更不必說。如果一個7x50 10度望遠鏡的物鏡焦距是20cm,它的焦平麵跨度就是3.5cm,棱鏡的底邊長至少也有7公分,如果要求棱鏡完全不遮擋視場(實際上的望遠鏡很多都會有一點遮擋,隻是不明顯而已),那麽棱鏡底邊就需要有8公分以上。這種矛盾在望遠鏡倍數越低,口徑越大時就會越突出。此外,口徑越大,就好比照相機的光圈越大,周圍的像質就會越差,可用視場會減小。所以,對於中低倍望遠鏡來說,口徑越大,視場越小。(這一點很多人都搞錯了!)這就是為什麽8x30的 62有8.5度的視場(68度表觀),而7x40的95就隻有8度(56度表觀)。而西方普遍裝備的航海和軍用7x50望遠鏡(其實也包括中國的裝備73。74。zeiss jena 7倍)視場都隻有7度到7度半(50度左右的表觀)。這就是視場不得不對體積重量做出的妥協。其實廣角望遠鏡最大的設計難題往往不在於目鏡組的設計,因為目鏡組設計比較成熟,往往是現成的,直接根據需要從手冊裏選取稍加以改動就可以用。難題往往在於物鏡,棱鏡,目鏡的配合,使得視場的遮擋盡可能少而棱鏡體積又不會太大,同時不損害其他的性能。這就象搭配電腦,最難做的不是找一個快速的cpu,而是讓各部分性能盡量均衡以便能夠發揮出各部分應有的性能。從這點講,俄羅斯的廣角係列的光學設計是很成功的,采用了稍大的棱鏡,加上縮短棱鏡室的長度配合廣角目鏡。據說連南光3304的總工看了都讚歎不已。如果加上多層鍍膜和更好的外觀工藝就完美了。
       此外,對於透鏡轉像的望遠鏡,其視場要受轉像透鏡組的製約,往往視場相對較小,而對於變倍望遠鏡,它的表觀視場也是隨著放大倍數的變化而變化的,一般在低倍端表觀視場較小,高倍端較大。

        此文摘自《四川天文論壇》:http://www.astrosc.org/viewthread.php?tid=54&extra=page%3D1

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