淺談雙筒望遠(yuǎn)鏡

姜曉軍

雙筒望遠(yuǎn)鏡(以下簡(jiǎn)稱雙筒鏡)具有成像清晰明亮、視場(chǎng)大、攜帶方便、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，很適于天文愛好者用來(lái)巡天和觀測(cè)星云、星團(tuán)、彗星等面狀天體。在晴朗無(wú)月的夜晚用雙筒鏡觀測(cè)時(shí)，可見在廣闊的視場(chǎng)之中繁星密布，偶爾有一兩朵星云、星團(tuán)點(diǎn)綴其間，令人心曠神怡。如果你過(guò)去一直使用高分辨率、長(zhǎng)焦距的天文望遠(yuǎn)鏡，也許還沒(méi)有意識(shí)到自己已經(jīng)失掉了很多觀測(cè)的樂(lè)趣，那么請(qǐng)?jiān)囉靡幌码p筒鏡，你一定會(huì)被視場(chǎng)中平時(shí)未曾欣賞過(guò)的美景深深地陶醉。由于雙簡(jiǎn)鏡有著廣泛的用途，所以在市場(chǎng)上它的品種繁多，性能也相差很大。

雙筒鏡采用的是折射系統(tǒng)，可分為伽利略式和開普勒式兩種。伽利略式雙筒鏡結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，光能損失小、鏡筒較短、價(jià)格也較低。但是，它的放大率一般不能超過(guò)6倍，放大率再增加，視場(chǎng)就會(huì)迅速減小，視場(chǎng)邊緣變暗，成像質(zhì)量也會(huì)下降，所以這種雙筒鏡用得較少。現(xiàn)在常見的是開普勒式雙筒鏡，它的視場(chǎng)比伽利略式的大，而且成像更加清晰，但開普勒式雙筒鏡成的是倒立的像，為了得到正像，在它的光路中加有轉(zhuǎn)像棱鏡或轉(zhuǎn)像透鏡，這些轉(zhuǎn)像裝置在地面觀測(cè)中是必不可少的。但像的倒正對(duì)天文觀測(cè)來(lái)說(shuō)無(wú)關(guān)緊要，不過(guò)正像望遠(yuǎn)鏡可以給初學(xué)者找星帶來(lái)方便。

光學(xué)性能

表示望遠(yuǎn)鏡性能的參數(shù)有六個(gè)，它們是口徑、放大率、視場(chǎng)、相對(duì)口徑、極限星等和分辨本領(lǐng)。介紹這六個(gè)參數(shù)的書籍和文章很多，本文不再贅述，這里只結(jié)合雙筒鏡的特點(diǎn)做一簡(jiǎn)單說(shuō)明。

雙筒鏡的口徑、放大率和視場(chǎng)一般都標(biāo)在鏡身上?？趶胶头糯舐视脙山M數(shù)字表示，例如“10×50”表示這架雙筒鏡的放大率為10倍，口徑是50毫米。再如“7～15×35”表示放大率在7倍至15倍之間可調(diào)，口徑是35毫米。放大率和口徑是反映雙筒鏡性能的最重要的參數(shù)。選購(gòu)時(shí)要特別注意。用于天文觀測(cè)的雙筒鏡應(yīng)選擇口徑大一些的，這樣可以看到更多的天體。那么放大率是否也是越大越好呢?不是的。放大率的選擇要根據(jù)觀測(cè)的需要來(lái)確定。當(dāng)口徑相同時(shí)，用較高的放大率可以看到較多的恒星，但對(duì)于星云之類的面狀天體來(lái)說(shuō)，在低放大率時(shí)看起來(lái)卻比高放大率時(shí)更亮些。而且隨著放大率的增高，視場(chǎng)還會(huì)變小。與天文望遠(yuǎn)鏡相比，雙簡(jiǎn)鏡的優(yōu)勢(shì)就在于它的視場(chǎng)大和適于觀測(cè)面狀天體，所以用于天文觀測(cè)的雙筒鏡放大率不宜過(guò)高。

現(xiàn)在市場(chǎng)上常見一種變倍雙筒鏡，它的放大率在一定范圍內(nèi)可連續(xù)變化，這樣它便具有許多架定倍雙筒鏡的功能，使用起來(lái)比較方便。變倍雙筒鏡的缺點(diǎn)是視場(chǎng)小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成像質(zhì)量不如定倍率的雙筒鏡。視場(chǎng)是反映望遠(yuǎn)鏡性能的另一個(gè)重要參數(shù)。與天文望遠(yuǎn)鏡不同，雙筒鏡的視場(chǎng)經(jīng)常不以“度”做單位給出，而是給出在1000米處看到的景物的最大寬度。如“131m/1000m”或“393Ft./1000Yd.”表示用這架雙筒鏡能看到1000米處的景物的最大寬度為131米。天文愛好者都習(xí)慣使用角度來(lái)表示視場(chǎng)的大小，它們之間很容易換算。對(duì)于上面的第一個(gè)表示式，視場(chǎng)：θ=131÷175。

雙筒鏡的視場(chǎng)是由棱鏡和目鏡的設(shè)計(jì)決定的?？趶胶头糯舐氏嗤碾p筒鏡視場(chǎng)往往不同，大視場(chǎng)能給觀測(cè)帶來(lái)不少方便。但視場(chǎng)邊緣的像質(zhì)往往較差，價(jià)格也較貴。

雙筒鏡的相對(duì)口徑(即口徑與物鏡焦距的比值)比一般的天文望遠(yuǎn)鏡大，而面狀天體在望遠(yuǎn)鏡中的亮度與相對(duì)口徑的平方成正比，這就是雙筒鏡比天文望遠(yuǎn)鏡適于觀測(cè)面狀天體的原因。在許多雙筒鏡的說(shuō)明書中經(jīng)常提到“出瞳直徑”。它是相對(duì)于入瞳直徑(即望遠(yuǎn)鏡的口徑)而言的，它是由物鏡匯集的光束進(jìn)入觀測(cè)者時(shí)的直徑。在數(shù)值上等于物鏡直徑與放大率的比值，如10×50的雙筒鏡出瞳直徑就是50／10=5(毫米)。出瞳直徑越大成像越亮。人眼瞳孔直徑在完全黑暗的時(shí)候最大，為7毫米，所以出瞳直徑不應(yīng)大于7毫米，否則一部分光線就會(huì)因?yàn)闊o(wú)法進(jìn)入瞳孔而白白損失掉。一般來(lái)說(shuō)，用于天文觀測(cè)的雙筒鏡出瞳直徑在7毫米左右為宜。通常認(rèn)為7×50型雙筒鏡最適于天文觀測(cè)，它的出瞳直徑為71毫米，成像清晰明亮，視場(chǎng)較大，一般為6～70，而且重量輕，易于手持觀測(cè)。隨著年齡的增加，瞳孔的最大直徑會(huì)逐漸變小。30歲左右時(shí)為6毫米，40歲以上一般只有4．5毫米～5毫米。這時(shí)使用10×50的雙筒鏡較合適。

望遠(yuǎn)望的極限星等m和分辨率δ的理論值分別為：m=21＋51gD，δ=140/D。

D為以毫米為單位的望遠(yuǎn)鏡的口徑，δ的單位為角秒。但是由于雙筒鏡的放大率較低及觀測(cè)時(shí)調(diào)焦不準(zhǔn)、大氣抖動(dòng)等原因，極限星等和分辨本領(lǐng)都達(dá)不到理論值。雙筒鏡的這兩個(gè)參數(shù)制造商一般沒(méi)有給出，使用者最好能自己動(dòng)手測(cè)一下，這對(duì)于更好的利用雙筒鏡很有幫助。在晴朗無(wú)月的夜晚，當(dāng)昴星團(tuán)上中天時(shí)，用雙筒鏡能看到的最暗的恒星的星等就近似等于它的極限星等。用雙筒鏡剛能分開的雙星中兩子星的角距即為它的實(shí)際分辨本領(lǐng)。雙星的數(shù)據(jù)可參閱有關(guān)星表。

出瞳距離

出瞳距離是能夠看清整個(gè)視場(chǎng)時(shí)眼睛與目鏡的最后一片鏡片間的距離。它的大小對(duì)于戴眼鏡的近視患者非常重要，雖然摘掉眼鏡重新調(diào)焦后仍能看到清晰的像，但當(dāng)需要用肉眼和雙筒鏡反復(fù)交替觀測(cè)星空的時(shí)候就很不方便了。另外戴散光眼鏡的人如果摘掉眼鏡，無(wú)論怎么調(diào)焦也是無(wú)法看到清晰的像的。

要戴著眼鏡看清整個(gè)視場(chǎng)，出瞳距離最少應(yīng)為14毫米～15毫米。當(dāng)出瞳距離少于8毫米時(shí)，即使不戴眼鏡的人使用起來(lái)也會(huì)感到不方便。

增透膜

當(dāng)光線由空氣進(jìn)入玻璃或由玻璃進(jìn)人空氣時(shí)，大約有5％被反射掉。雙筒鏡每個(gè)鏡筒的物鏡、棱鏡和目鏡加在一起，一般有10個(gè)～16個(gè)與空氣接觸的表面。如果這些表面未經(jīng)任何處理，那么入射光線因反射就要損失50％左右。為減少這種有害的反射，現(xiàn)代的折射望遠(yuǎn)鏡在各光學(xué)表面都鍍有單層或多層的增透膜。多層增透膜的材料是氟化鎂，單層增透膜只對(duì)一種特定波長(zhǎng)的光有最佳增透效果，對(duì)其他波長(zhǎng)的光增透效果稍差，它可使每個(gè)表面光的反射減至15％，如使用雙筒鏡的所有表面，光的透過(guò)率可超過(guò)80％。好的多層膜每個(gè)表面光的反射率只有約0．25％，如用于雙筒鏡的所有表面，光的透過(guò)率可達(dá)90％～95％。

一般情況下，目視望遠(yuǎn)鏡的單層增透膜對(duì)5500埃的黃綠光增透效果最佳，因?yàn)槿搜蹖?duì)這種光最敏感。遠(yuǎn)離這一波長(zhǎng)的藍(lán)光和紅光的反射就多一些，因此我們看鍍了單層膜的鏡片是藍(lán)紫色或紅色的。鍍多層膜的鏡片呈淡淡的綠色或暗紫色，太厚的單層膜看起來(lái)也會(huì)呈現(xiàn)出綠色，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)國(guó)外有的制造商以此來(lái)充做多層膜，不過(guò)它反射出的光線比真正的多層膜要強(qiáng)很多。

有人會(huì)覺(jué)得大口徑的雙筒鏡即使鍍膜質(zhì)量差一些也沒(méi)關(guān)系，它的口徑可以彌補(bǔ)光線的損失。其實(shí)不然，雙筒鏡內(nèi)部各表面的反射光會(huì)形成雜散光，降低景物的反差，使像變得模糊不清，在日光下觀察陰影中的物體時(shí)，這種現(xiàn)象尤為明顯。在鍍膜質(zhì)量差的雙筒鏡中消失在眩目的光輝里的目標(biāo)，用鍍膜質(zhì)量好的雙筒鏡就很容易看到。

根據(jù)質(zhì)量不同，增透膜可分為以下幾種，它們一般都標(biāo)在鏡身明顯的位置上。

鍍膜：因?yàn)闆](méi)有一家正規(guī)的制造商出售完全不鍍膜的雙筒鏡，所以這實(shí)際是一種最低級(jí)的增透膜。它只表示至少在一個(gè)表面上鍍有單層增透膜，通常是在兩個(gè)物鏡和兩個(gè)目鏡的外表面鍍膜，而內(nèi)部的鏡片和棱鏡都沒(méi)有鍍膜。

全表面鍍膜：所有的鏡片和棱鏡表面都鍍了單層膜，但如在目鏡中使用了光學(xué)塑料鏡片，則可能并未鍍膜。

多層鍍膜：至少在一個(gè)表面上鍍有多層膜，其他表面可能鍍了單層膜，也可能根本沒(méi)鍍膜，通常只在物鏡和目鏡的外表面鍍多層膜。

多層全表面鍍膜：所有的表面部分鍍有增透膜。一些制造商在所有的表面都鍍了多層膜，而另外一些只在部分表面鍍多層膜，其他表面仍鍍單層膜。增透膜質(zhì)量的好壞與雙筒鏡的成像質(zhì)量關(guān)系甚大，在選購(gòu)時(shí)要認(rèn)真加以鑒別。

棱鏡系統(tǒng)

開普勒式雙筒鏡一般靠轉(zhuǎn)像棱鏡得到正像，常用如下兩種：

普羅棱鏡是最常用的一種棱鏡。用普羅棱鏡的雙筒鏡較寬，兩塊物鏡的間距大于目鏡的間距，這樣在觀察近處物體時(shí)立體感強(qiáng)。有些緊湊的雙筒鏡采用倒置的普羅棱鏡，物鏡的間距小于目鏡間距，立體感也就減弱了。普羅棱鏡易于制造，比同等光學(xué)質(zhì)量的屋脊棱鏡便宜。屋脊棱鏡體積較小而且可以使物鏡和目鏡位于一條直線上，因此常用于極緊湊的雙筒鏡。與普羅棱鏡相比，屋脊棱鏡有兩個(gè)主要的缺點(diǎn)，一是光線的損失多，成像較暗；二是對(duì)裝配精度要求高，難于制造，價(jià)格也較貴，制造精良的屋脊棱鏡在性能方面可以趕上但不會(huì)超過(guò)普羅棱鏡。

可用于制造棱鏡的光學(xué)玻璃型號(hào)很多。廉價(jià)的雙筒鏡常用BK－7玻璃。較高級(jí)的用BK－4玻璃。對(duì)著明亮的背景(如天空)觀察雙筒鏡的出瞳，如果像的四周被“切掉”了，它用的就是BK－7玻璃；BK－4棱鏡可以看到邊緣清晰而明亮的圓形。

調(diào)焦方式

折射望遠(yuǎn)鏡常用的調(diào)焦方式有外調(diào)焦和內(nèi)調(diào)焦兩種，讓目鏡沿光軸方向相對(duì)于物鏡運(yùn)動(dòng)，稱為外調(diào)焦。外調(diào)焦的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，像質(zhì)較好；但是儀器的外形尺寸較大，密封性也較差。折射天文望遠(yuǎn)鏡經(jīng)常采用的就是外調(diào)焦。內(nèi)調(diào)焦是通過(guò)移動(dòng)物鏡組中的一塊或一組透鏡來(lái)得到清晰的物像。它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)尺寸小，攜帶方便，而且物鏡的焦平面對(duì)任何距離處的景物都是不變的，這一點(diǎn)對(duì)于安裝分劃板十分簡(jiǎn)便，所以大的測(cè)量?jī)x器一般采用內(nèi)調(diào)焦。它的另一優(yōu)點(diǎn)是儀器有較好的密封性，這有利于保持儀器內(nèi)部的清潔。目前，大部分雙筒鏡采用的是外調(diào)焦，少數(shù)高級(jí)品采用內(nèi)調(diào)焦。

很多雙筒鏡(標(biāo)有CF)使用一個(gè)中心調(diào)焦旋鈕同時(shí)調(diào)節(jié)兩個(gè)鏡筒的焦距。另一些雙筒鏡(標(biāo)有IF)，多為防水型雙筒鏡，每個(gè)鏡筒上設(shè)有單獨(dú)的調(diào)焦裝置。CF雙筒鏡使用方便，IF雙筒鏡機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單?，F(xiàn)在不少制造商生產(chǎn)一種沒(méi)有調(diào)焦裝置的雙筒鏡，有的名字聽起來(lái)讓你相信它是自動(dòng)調(diào)焦的，事實(shí)上它們根本無(wú)法調(diào)焦。除非你的視力極好并且不打算觀察距離很近的物體，否則不要買這種雙筒鏡。

供勘察和測(cè)距用的雙筒鏡中都裝有分劃板(十字絲)。天文觀測(cè)中除了觀測(cè)月亮以外，由于背景太暗，根本無(wú)法看到十字絲，所以分劃板對(duì)于一般的天文觀測(cè)來(lái)說(shuō)用處不大，它對(duì)光的反射和吸收會(huì)使雙筒鏡成像的亮度降低，還會(huì)增加造價(jià)，所以一般天文愛好者還是選用沒(méi)有分劃板的雙筒鏡為好。

最后，談一下雙筒鏡常用的兩種附件——支架和濾光片。在白天我們可以用手舉著雙筒鏡欣賞風(fēng)景，但是用手舉著雙筒鏡進(jìn)行天文觀測(cè)是不合適的，即使肘部有支撐也是不好的。用于天文觀測(cè)的雙筒鏡應(yīng)該有一個(gè)穩(wěn)固的支架，通常做成地平式的就可以了，口徑小于6厘米的小雙筒鏡重量較輕，一般的照相機(jī)三角架完全能支撐住它，只需動(dòng)動(dòng)腦筋。自己做一個(gè)雙筒鏡與三角架的連接裝置就可以了。無(wú)論是白天在強(qiáng)烈的陽(yáng)光下觀看風(fēng)景還是晚上欣賞夜空中的美景，濾光片都是一種很有用的附件，你的雙筒鏡買來(lái)時(shí)如果沒(méi)有濾光片，可以和濾光片的生產(chǎn)廠家聯(lián)系。還要提醒一句，如果搞不到能加在物鏡前面而且透光量足夠小的濾光片，千萬(wàn)不要用雙筒鏡直接看太陽(yáng)，因?yàn)檫@時(shí)目鏡后面的溫度往往高到能夠使濾光片炸裂的程度。