双筒望远镜原理 - 请问双筒望远镜的原理是什么？

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请问双筒望远镜的原理是什么？

1. 回答人: 匿名时间: 09-16 09:56:59

双筒镜采用的是折射系统，可分为伽利略式和开普勒式两种。伽利略式双筒镜结构简单，光能损失小、镜筒较短、价格也较低，但是，它的放大率一般不能超过6倍，放大率再增加，视场就会迅速减小，视场边缘变暗。成像质量也会下降，所以这种双筒镜用得较少。现在常见的是开普勒式双筒镜，它的视场比伽利略式的大，而且成像更加清晰，但开普勒式双筒镜成的是倒立的像，为了得到正像，在它的光路中加有转像棱镜或转像透镜，这些转像装置在地面观测中是必不可少的。但像的倒正对天文观测来说无关紧要，不过正像望远镜可以给初学者找星带来方便。

基本知识

购买双筒望远镜前，你应该先了解它的特性及规格。选购天文用的双筒望远镜最要注重的是「口径」。口径是指望远镜镜头 (front lenses) 的直径。口径越大成像会越亮。天文用的双筒望远镜，镜头直径应该至少要40mm。小巧的20mm到30mm双筒望远镜用于白天看风景很恰当，但因不能聚集足够的光线所以并不适用于天文用途。怎样知道双筒望远镜的直径呢? 很简单。
每副双筒望远镜都标有一组数字如 7x50之类。双筒望远镜规格上的第一个数字 "7" 就是「倍率」，第二个数字 "50" 就是指镜头直径。七倍的机型是一种畅销机型，会让观看的每一样物品拉近七倍。你还可以选购 10x、16x，可能你认为天文用途上高倍率是必要的，其实不然。一付 7x 双筒望远镜就够好了，而且接下来我们还会论及 7x 所拥有的优点超过大部份的高倍率机型。

视野 (Field of View)

几乎每一付双筒望远镜小手册上你都会看到一组数据像 "367 feet @ 1000 yards" 或 "120 m @ 1000 m"等等。这串数字代表透过目镜看 1,000 码 (或 1,000 公尺) 远的风景，你视野上能看见的有多宽。这是度量视野大小的方法之一。用 "几呎在1,000码" 这种方法来度量天空的视野并不适切。天文学家取而代之用度数来度量视野。一度相当两倍满月的直径。七度等于十四个满月的的直径，而且又是双筒望远镜典型的视野度数。高倍机型看到的天空较小 (3到5度)，广角机型就看得较多 (8到10度)，只要将 "feet @ 1000 yards" 规格上的呎 (feet) 这个数据除以 52. 5 就能换算成度数了。"meters @ 1000 meters" 规格就用公尺 (meters) 数除以 17。举例来说，一付视野为 367 feet @ 1000 yards 的双筒望远镜就有 367/52. 5 度的视野，约 7度。广角机型周边视野星点的成像通常会有点歪曲、模糊，减损了视域，这点很难平衡。此外，广角机型一般来讲良视距会缩短。实际视野和有效视野 (actual and apparent fields of view) 间是有关联的。取有效视野 (比方说，70度并且除以倍率 (比方说，10x) 然后你就会得到「实际视野」的值，在这个例子是 7 度。所以有效视野提高了，实际视野会跟着提高。但是提高倍率实际视野会往下降。

射出瞳孔(exit pupil)

在许多双筒望远镜小手册你也会上发现一个规格叫「射出瞳孔」(exit pupil) 的。它是光线从目镜里射出来的宽度。你可以用口径 (单位mm) 除以倍率来算射出瞳。举例来说 7x50 型就有 50/7 (7mm) 的射出瞳孔。所有 7x50 机型射出瞳孔都是 7mm。所有 7x42 机种射出瞳孔都是 6mm，依此类推。你会发现很多被推荐用于天文的双筒望远镜都是 7mm 射出瞳孔，这是很有道理的。当你的双眼习惯于夜里的黑暗时,瞳孔会张大让更多光线进去。人类瞳孔顶多能扩大到7mm。所以只要双筒望远镜射出 7mm 光锥进入你的眼睛，让双眼集光力得以发挥最大效用时你就很可能看到最亮的成像。所有设计用来应付低光度环境的双筒望远镜都有 7mm 射出瞳孔。包括：7x50、8x56、9x63、10x70 及 11x80 等机型。通常都最适用于天文观测。但是，当你老了，你的眼睛瞳孔就张不了那么开了。三十岁出头的人的最大瞳孔约 6mm。超过四十岁，就掉到约4.5mm 至 5mm 之间。假如你的瞳孔大小上限只到 5mm 或 6mm，使用射出光锥7mm宽的双筒望远镜就会浪费掉一些入射光。部份光线进不了你的眼睛，双筒望远镜的集光力便无法全部发挥出来。年纪大一点的人，双筒望远镜的射出瞳 5mm 或 6mm 是较好的选择。这些机型包括畅销的 7x42 及 10x50。

良视距 (Eye Relief)

厂商现在越来越重视「良视距」这种规格了。该规格是指你的眼睛须要多靠近接目镜才能清楚看见整个视野的距离。良视距的数据对近视的眼镜族而言更形重要。虽然近视眼的人可以取下眼镜，利用调整双筒望远镜上的焦距来进行补偿，但是却相当不方便---戴上眼镜用清晰的视线看夜空，在不偏移目标的情况下迅速将双筒望远镜凑到眼前，然后还能保持完整的视野，的确是乐事一件。此外，假如你一眼或两眼有几级的散光,你的眼镜就不能摘下来了。戴眼镜欲看清完整的视眼至少须要 14mm到 15mm 的良视距，良视距由退下的眼杯处起开始量。良视距小于 8mm 或 9mm 的机型可能会难于观察，即使没戴眼镜也一样。你得将眼睛贴近接目镜才能看清所有视野，长时间看下来会造成压迫感，而且睫毛上的油脂和灰尘保证会沾染到接目镜。

棱镜 (Prisms)

双筒望远镜机体里包含了一组合成棱镜，能折射光路让成像正立。双筒望远镜可区分成两个阵营--- Porro 棱镜系及 Roof 棱镜系。Porro 棱镜系有Ｚ字或Ｎ字型外观。Roof 棱镜系则是直筒型。 Porro 棱镜机型一般比 Roof 棱镜机型要来得便宜。Roof 棱镜要做得好，加工及固定上一定要求较精密的容许误差，制作成本高。但是 Roof 棱镜机型 (结构上) 则倾向较为密实。天文用途上多采用 Porro 棱镜机型。Porro 棱镜系常常成像会稍稍鲜明一点。不过若是当你用廉价机型 (译按: 指 Roof 棱镜系) 来瞄准亮星或行星时，星体会放射出恼人的钉状光芒。这些钉状绕射导因于 Roof 棱镜会将影像劈成两半，然后再组合起来。但在高级 Roof 棱镜机型上你绝对不会发现这种效应的。 Porro 棱镜系双筒望远镜的棱镜若是采用冕牌钡化玻璃 (barium crown glass 缩写为BaK4) 作为材质者，视野会较完整。棱镜若采硅酸硼玻璃(borosilicate glass) 作为材质者，等级较低，但实务上成像的亮度差异很小。

镀膜 (Coatings)

大部份双筒望远镜光学镜片都至少镀了一层氟化镁。会让镜片发出浅蓝色调。镀膜可以提高光线的穿透率并减少内面反射 (internal reflections) 及镜面闪光 (lens flares)，能将亮度及对比往上推。廉价机型通常只有靠外侧镜面有镀膜。虽然该机型会有一定的水准，但是你会在发现昂贵的机型才会有最好的品质。无论如何，多少还会产生内面反射并损失一些对比。这些最低程度的镀膜机型，会让入射光线到达你的眼睛之前折损四十个百分比之多。较高级双筒望远镜会在大部份的镜片表面镀上普通镀膜，而且只有一面或更多面采取多层镀膜 (通常镀在外侧与空气接触的镜片表面)。最好的双筒望远镜里，所有的镜片含棱镜都会镀上多层膜。这些等级的机型光线的折损会降到很小的五个百分比。多层镀膜镜片看起来会比较暗，颜色呈现绿色或暗紫红色。

近年市面出现了一些镀上一层红色反光膜的双筒望远镜，不诚实的商店还说这是红外线型号，特别适合晚间使用。事实上，那层红色镀膜把大量的光反射出望远镜外，令到达眼睛的光线大大减少。所以大家不要选购这种型号望远镜。

结构特征 (Mechanical Features)

大部份的双筒望远镜都会有一个中央调焦装置可同时移动两个对目镜。这些机型是最便于操作的。有一些双筒望远镜两个对目镜分别有一个调焦环。这些「独立焦点」机型机身封固较密实可对抗湿气，但是对焦较不便利。话又说回来，当你看星星时每一个目标都是无限远，焦距也不须常常去调。双筒望远镜在夜晚使用时锁在三脚架上是很有利的。很多双筒望远镜机身上都附有螺纹孔，用以连接一般相合的三脚架转接器。假如双筒望远镜上缺少一个螺纹孔，也许改用一种可夹在两支镜筒间中心连杆上的转接器或一个包覆套子将机身整个套住就可以了。专为海事设计的双筒望远镜常常是防水的。这些机型是密闭式结构，并且将内部的普通空气抽出后再充氮。防水功能并非必要，但在天文上却有其一席之地---我们将双筒望远镜曝露在湿冷的夜间气候中，然后又携回温暖的房子里，产生的水气就更多了。经过误用以后，湿气跟霉菌都会聚集在双筒望远镜里头，光学镜片糊成一片,修理费用代价可就高了。

2. 回答人: 匿名时间: 08-25 16:33:32

双筒望远镜的基本原理

望远镜是一种用于观察远距离物体的目视光学仪器，能把远物很小的张角按一定倍率放大，使之在像空间具有较大的张角，使本来无法用肉眼看清或分辨的物体变清晰可辨。所以，望远镜是天文和地面观测中不可缺少的工具。它是一种通过物镜和目镜使入射的平行光束仍保持平行射出的光学系统。根据望远镜原理一般分为三种。
一、折射望远镜，是用透镜作物镜的望远镜。分为两种类型：由凹透镜作目镜的称伽利略望远镜；由凸透镜作目镜的称开普勒望远镜。因单透镜物镜色差和球差都相当严重，现代的折射望远镜常用两块或两块以上的透镜组作物镜。其中以双透镜物镜应用最普遍。它由相距很近的一块冕牌玻璃制成的凸透镜和一块火石玻璃制成的凹透镜组成，对两个特定的波长完全消除位置色差，对其余波长的位置色差也可相应减弱
在满足一定设计条件时，还可消去球差和彗差。由于剩余色差和其他像差的影响，双透镜物镜的相对口径较小，一般为1/15-1/20，很少大于1/7，可用视场也不大。口径小于8厘米的双透镜物镜可将两块透镜胶合在一起，称双胶合物镜，留有一定间隙未胶合的称双分离物镜。为了增大相对口径和视场，可采用多透镜物镜组。对于伽利略望远镜来说，结构非常简单，光能损失少。镜筒短，很轻便。而且成正像，但倍数小视野窄，一般用于观剧镜和玩具望远镜。对于开普勒望远镜来说，需要在物镜后面添加棱镜组或透镜组来转像，使眼睛观察到的是正像。一般的折射望远镜都是采用开普勒结构。由于折射望远镜的成像质量比反射望远镜好，视场大，使用方便，易于维护，中小型天文望远镜及许多专用仪器多采用折射系统，但大型折射望远镜制造起来比反射望远镜困难得多，因为冶炼大口径的优质透镜非常困难，且存在玻璃对光线的吸收问题，所以大口径望远镜都采用反射式
二、反射望远镜，是用凹面反射镜作物镜的望远镜。可分为牛顿望远镜
卡塞格林望远镜
等几种类型。反射望远镜的主要优点是不存在色差，当物镜采用抛物面时，还可消去球差。但为了减小其它像差的影响，可用视场较小。对制造反射镜的材料只要求膨胀系数较小、应力小和便于磨制。磨好的反射镜一般在表面镀一层铝膜，铝膜在2000-9000埃波段范围的反射率都大于80%，因而除光学波段外，反射望远镜还适于对近红外和近紫外波段进行研究。反射望远镜的相对口径可以做得较大，主焦点式反射望远镜的相对口径约为1/5-1/2.5，甚至更大，而且除牛顿望远镜外，镜筒的长度比系统的焦距要短得多，加上主镜只有一个表面需要加工，这就大大降低了造价和制造的困难，因此目前口径大于1.34米的光学望远镜全部是反射望远镜。一架较大口径的反射望远镜，通过变换不同的副镜，可获得主焦点系统(或牛顿系统)、卡塞格林系统和折轴系统。这样，一架望远镜便可获得几种不同的相对口径和视场。反射望远镜主要用于天体物理方面的工作。
三、折反射望远镜，是在球面反射镜的基础上，再加入用于校正像差的折射元件，可以避免困难的大型非球面加工，又能获得良好的像质量。比较著名的有施密特望远镜
它在球面反射镜的球心位置处放置一施密特校正板。它是一个面是平面，另一个面是轻度变形的非球面，使光束的中心部分略有会聚，而外围部分略有发散，正好矫正球差和彗差。还有一种马克苏托夫望远镜
在球面反射镜前面加一个弯月型透镜，选择合适的弯月透镜的参数和位置，可以同时校正球差和彗差。及这两种望远镜的衍生型，如超施密特望远镜，贝克―努恩照相机等。在折反射望远镜中，由反射镜成像，折射镜用于校正像差。它的特点是相对口径很大(甚至可大于1)，光力强，视场广阔，像质优良。适于巡天摄影和观测星云、彗星、流星等天体。小型目视望远镜若采用折反射卡塞格林系统，镜筒可以非常短小。

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