?筒望??

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?筒望?? (Binoculars;field glasses;或直接簡稱 雙筒鏡 ,也稱之?野外鏡)是???相同的或者?像??的 望?? ?排連在一?架子上使得??始??准同一方向而制成的望??。使用者可透??同?以?眼?察??景象。?筒望??比?筒望??提供更高的深度和距?感。雙筒鏡也可以由兩個短的折射望遠鏡組合,用於觀看遙遠的目標。

最常?的?筒望??的大小正好适合?手托拿,?包括?部的反射系?,??系?可以?短望??的?度,使?短于透?的 焦距 。此外??可以增大 物? 之?的距??改善深度感。所有常?的?筒望??是伽利略式的,或者使用 稜? ?呈?一?正像。

大的?筒望??比?重,不易?定地拿住,因此一般被固定在 三?架 上或其?支柱上。在 第二次世界大? 美? 制造?非常大的(10?),其物?的距?相??的(15米)大型?筒望????定25公里以外的海上目?的距?。目前世界上最大的?筒望??是位于美? 亞利桑那州 大雙筒望遠鏡 Large Binocular Telescope LBT )。

典型的以普羅稜鏡設計的雙筒鏡
1 - 物?
2-3 - 普???
4目?

與單筒望遠鏡分別 [ ?? ]

??筒望??相比,?筒望??可?使用者一?立?感:?在使用者的每只眼睛里?生一?稍?不同的?像,????像在使用者的?中合成一?有 深度知? 的??,使用者可以以此???距?。在使用??筒望??用起?也更舒服,使用者不必合上一只眼睛或者使用一??板?避免視覺上的混淆。此外?定地持和平?地移??筒望??比起持?筒望??更容易,因?雙手和頭部這三個點的可以形成一個穩定的平面,持?筒望????三点位于一?上。

光學設計 [ ?? ]

伽利略式雙筒鏡 [ ?? ]

伽利略式雙筒鏡
伽利略式雙筒鏡

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 [1] 。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製做。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 觀劇鏡 上。

普羅稜鏡雙筒鏡 [ ?? ]

雙普羅稜鏡設計

這是以 義大利 的光學工程師 伊納濟歐·普羅 ?名的,他在1854年獲得了這項正立影像設計的專利權,稍後在1890年代 ?爾·蔡司 的光學公司使用兩個 普羅稜鏡 Z 字型的排列製造出高品質的雙筒鏡。這型的特徵是有寬廣的視野,而物鏡端?生的分離在目鏡端予以良好的抵銷掉。普羅稜鏡的設計有摺疊光路的好處,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,?生了更好的景深感。

倒立普羅稜鏡式(Inverted Porro prism)的內部光路一樣,只是物鏡比目鏡更?近一起。優點是結構較?緊密、小巧,而缺點是立?感不佳。由於受結構所限,口徑不大,一般來說質素較次。

屋頂稜鏡雙筒鏡 [ ?? ]

阿貝-柯尼"屋頂稜鏡"的設計

使用 屋頂稜鏡 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 [2] 。多數以屋頂稜鏡製做的雙筒鏡不是使用 阿貝-柯尼稜鏡 (以 恩斯特·阿貝 艾伯特·柯尼 ?名,?爾·蔡司在1905年取得專利) [3] ,就是 施密特-別漢稜鏡 (在1899年發明)來摺疊光路和使影像正立。與普羅稜鏡比較,他們的視野較狹窄,結構較複雜,價格也較?貴,物鏡和目鏡幾乎就在一條軸線上。

普羅稜鏡與屋頂稜鏡 [ ?? ]

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?內在的在光路上的吸收率本質因素, 普羅稜鏡 的雙筒鏡的影像會比 屋頂稜鏡 的雙筒鏡明亮。過去屋頂稜鏡式的缺點?多:首先其結構比較複雜,光?共反射六次,有較多的光度損失。此外,當光從鏡面反射回?的?候,其相位會改變(phase shift)。部?光會被部分偏振化(polarisation)。當?束部分偏振化的光相遇互相干涉的時候,光度會再損失(破壞性干涉效應,destructive interference),令屋頂稜鏡和同級普羅鏡比就會暗一些,成像偏軟。但是,從2005年起,因?使用了新的鍍膜技術,使用最佳的施密特-別漢稜鏡的屋頂稜鏡雙筒鏡,在光學品質上已經可以?美普羅稜鏡的雙筒鏡,在不考慮他們的高價格下,看來屋頂稜鏡雙筒鏡將?有輕便型的高品質雙筒鏡市場。歐洲主要的光學廠家(徠?、蔡司和施華洛世奇)都停止了普羅鏡的生?線;日本的廠家(尼康、富士等)也可能?進。

光?參數 [ ?? ]

在稜鏡蓋板上列出的參數說明這架雙筒鏡的倍率是7倍,口徑50毫米,在1000碼的距離處視野寬?372英尺。

雙筒鏡常?了預期的特殊用途而被設計。一般?筒望??都有標示物鏡口徑、倍率與視場等數據。比如標示「7×50」?明??筒望??倍率?7倍,物?口??50毫米。望??的成像?量以及??分辨率?由其?片?量與廠商製作工藝?定。這些不同設計的一些光學參數(有些會標示在雙筒鏡的稜鏡蓋板上)如下:

物鏡口徑 [ ?? ]

物鏡 口徑 可以決定能吸收多少的光線來成像,通常是以毫米(mm)來表示。

集光力是指物鏡收集光線比肉眼?多少倍的能力,公式是:物鏡面積 / 瞳孔面積(7mmx7mm)。然而鍍膜、製作精度也會影響光度。一枝優秀的10x40的光度可能比中級的10x50高。

倍率(Magnification) [ ?? ]

倍率計算公式:物鏡焦距 / 目鏡焦距

倍率 是物鏡的焦距除以目鏡焦距的商,這是線性的放大倍率(有時會以直徑來表示)。例如,倍率?7的,就如同將物體拉近7倍距離的影像。倍率的數?將取決於雙筒鏡在設計時的用途。手持的雙筒鏡在設計時倍率可能較低,以減少因手持造成的震動所致的?面模糊。提高放大率會使視野相對應的減小。倍率越高,手持?動所造成影響的可能性也越明顯,因此對於觀景來說,放大率小(7~10倍以下)的雙筒?效果有?甚至更好,因???比起高倍率的而言?面更??定。一般來說10倍乃是一般人之極限。

經常會以放大率X口徑的型式來表示雙筒鏡的特性,也就是顯示?7×50,?顯示在稜鏡的蓋板上。

一般?筒望??放大率8倍以下的?最好,??能提供足?放大率,同?手持也不太??。大多?人可以?定地拿??。7×30或8×30的?筒望???白天使用已非常足?。口?40或50毫米的?筒望??在夜?提供較好的亮度。夜?使用的(如用在觀星上)?筒望??若需更高放大率的話,需更高口?。

手持的?筒望??最小的是3×10的伽利略 觀劇? ,一般?外最大的放大率在7至12倍之?,口?在30至50毫米之?。更大的?筒望??一般需要一?支柱,比如天文?好者使用的?150毫米的?筒望??。有一些天文?好者也制造?更大的反射或者折射的?筒望??,其效果有好有?。

視野 [ ?? ]

雙筒鏡的 視野 取決於?的光學設計,通常他顯示的是線性的數?。例如標示?在1,000碼(或1,000公尺)的距離時看見的寬度?多少英?(或公尺),或是直接標示可以看見的視野角度。

出射光瞳 [ ?? ]

倍率計算公式:物鏡口徑(mm) / 倍率

當?手持雙筒鏡使目鏡離雙眼一段距離時,?會見目鏡中央有一個圓型光點,其餘地方?黑色,這光點就是出射光瞳。 雙筒鏡經由物鏡收集的入射光會集中在目鏡,也就是由出射光瞳射出,射出的直徑就是出射瞳的孔徑,其大小??物鏡與倍數相除的商?。出射光瞳越小,代表影像較光亮,較易看到影像。若出射光瞳太細,會使影像難于觀測。要最有效率的使用收集到的光線?有效的提高亮度,出射瞳的直徑應該與充分張開的 虹膜 直徑一樣大。人眼的虹膜最大直徑?大約是7 mm,但會隨著年齡的增加而減小。如50歲的人瞳孔夜間中擴到最大亦只有5mm。因此,比???高的出射光瞳會浪?部分的光。出射瞳太大會是浪費掉收集的光量,而且在?察小天體?,出射光瞳太大?降低反差,尤其在?察暗弱天??十分不利,所以在白天使用出射瞳約3mm的就足?了。目前?普遍的出射光瞳?5毫米,比如10×50或者8×40。但是,較大的出射瞳能使眼睛更容易對準光束,?且能避免突然進入黑暗邊緣的 暈邊現象

適眼距 [ ?? ]

適眼距 是從?實的目鏡到後方仍能??看見影像的距離,在這個距離之內觀測者看見的影像沒有暈散開的現象。通常目鏡的焦距越長,適眼距也會越長。雙筒鏡的適眼距一般都在幾毫米至2.5公分的範圍內,這個距離對戴眼鏡的觀測者非常重要。通常,需要較長的適眼距才能讓戴著眼鏡的觀測者依然能看見完整的視野,而不是只看見片段的範圍。在使用時,適眼距太短的雙筒鏡也?難讓觀測者維持平穩的進行觀測。

光學鍍膜 [ ?? ]

美國海軍 的雙筒鏡

由於雙筒鏡可以有多達16個空氣與?璃交界的表面,而每個表面都會造成光線的損失,因此鍍膜的品質對影像的質量影響極大。光線在不同物質內有不同的 折射率 ,因此在穿過不同物質的交界面時,會有部分被 反射 和部分 透射 ?被 折射 (此處是?璃和空氣的交界面)。任何一種需要呈現影像的光學儀器(望遠鏡、照相機、顯微鏡等),在理想上是不要反射任何光線;取而代之的是應該以所有的光線來成像。經過反射之後抵達的光會散佈在觀測者的視野內,降低影像與背景環境間的對比。經由在界面上的光學鍍膜處理,雖然無法完全消除,但可以減少光線的反射。光線在進入或離開?璃時,每次大約都會有5%被反射回去。這些"迷途"的光線會在雙筒鏡的內部到處亂闖,使影像模糊而難以觀看。在透鏡上鍍膜可以有效降低反射的損失,最後可以獲得一個更加明亮和??的影像。例如,經過良好鍍膜處理之後的8x40雙筒鏡的影像,可以比未曾鍍膜的8x50雙筒鏡更?明亮與??。雖然光線一樣在儀器的內部被反射,但是在比例上已經降低到微不足道得可以忽略的程度。對比也因??大部分的內部反射都被消除而獲得改善。

傳統的透鏡鍍膜材料是 ?化? ,可以使反射率由5%降低至1%。現代的透鏡鍍膜,包含複雜的多層鍍膜,不?可以使反射率降低至0.25%,還能讓影像有最大的亮度和原本的自然?色。在屋頂稜鏡,抗相位轉移的鍍膜技術,在對比的改善上非常有效。目前使用在雙筒鏡上的鍍膜處理,有下列幾種層級:

  • 鍍膜光學:一個或多個表面有鍍膜。
  • 全鍍膜:所有的空氣與?璃交界的表面都有鍍膜,但是如果使用塑膠的透鏡,可能沒有鍍膜。
  • 多層鍍膜:一個或多個表面有多層的鍍膜。
  • 全多層鍍膜:所有的空氣與?璃交界的表面都有鍍膜。

相位修正稜鏡鍍膜和電介質稜鏡鍍膜以減少反射的技術,是最近(2005年)才有效的新技術。

機械設計 [ ?? ]

對焦和調焦 [ ?? ]

使用雙筒鏡觀看的物體,距離不是固定不變的,所以必須有 聚焦 的功能。傳統上,有兩種不同的方法來調整焦點:"獨立調焦"(IF)和"中央調焦"(CF)。"獨立調焦"的雙筒鏡在個別鏡筒的目鏡上都可以改變與物鏡的距離。被設計在惡劣環境下使用的雙筒鏡,如軍用的,都會使用獨立調焦。?一種類型?中央調焦,由一個中央調焦的輪軸同步改變兩個目鏡與物鏡的距離,之後可以進一步對二個目鏡中的一個進行調整,以校正兩眼之間的差異(通常在目鏡的基座上調整),也就是屈光度的差異。因?可以一次對兩眼?行調整,所以一般的使用者偏好此一類型,特別是個人專用的情況下,因?一旦作過屈光度的調整之後,在重新對不同距離的物體聚焦時,只要透過中央的調整輪就可以一起移動兩個鏡筒的焦距,而不用再調整目鏡了。

也有稱?"自由焦點"或"固定焦點",不需調整焦距的雙筒鏡。因??們的 景深 從足?近的距離直到無窮遠,而且能確實的將影像維持在一定的品質上,特別是在中間的距離上(不全然是如此)。

變焦雙統鏡在原則上是一個?好的想法,但在實務上??難製做出高品質的?品。

現代的雙筒鏡多數絞?的結構,可以配合觀測者兩眼調整目鏡間的距離,舊型的則缺乏此種功能。

影像穩定 [ ?? ]

利用 影像穩定 的技術可以減少雙筒鏡的震動,對高倍率的使用者大有?助。改變影像呈現的位置,或借助於安裝在內部的 陀螺儀 或慣性?轉儀和驅動器所提供的動力,可以消除突然的震動或移動的影響。穩定儀是否需要工作可以由使用者來決定,這些技術只需要?少量的動力就可以使影象穩定,因此可以讓手持的倍數高達20X。但還是有些不便之處:

  • 與架在三角架上未做穩定影像處理的雙筒鏡比較,影像的品質可能不是最佳的;而且當儀器出錯時影像品質會變得更糟。
  • ?們更??貴,而且電池的壽命不?長。
  • 當觀察移動中的物體時,不適合使用穩定影像的功能。

調整 [ ?? ]

經過良好調校的雙筒鏡,當影像經由觀測者的雙眼傳送至腦部時,應該是唯一的一個三度空間的影像,而不是兩幅有稍許不同的相似的影像。如果不是理想的情況,最常見的,將導致眼睛的不舒適與視力的疲勞,但可察覺的視野無論如何都還是一個圓形的區域。在電影的場景中,當通雙筒鏡觀看時,常常會用兩個有部分重疊的圓組成的8字型來代表所見到的視野,在實際生活中是不對的。

不同心度可以經由對稜鏡的位置做些許的調整來修正,通常只要轉動螺絲而不需要?開雙筒鏡;或是調整預先安置在物鏡組合內的 偏心 環的位置。雖然在網路上可以?到如何進行調整的資料,但這些調整工作通常都需要專家在儀器的檢?與協助下才能完成。

應用 [ ?? ]

投幣式雙筒鏡

一般用途 [ ?? ]

手持的雙筒鏡從最小的3x10是伽利略式,用於觀賞?劇的;倍數7至12倍都是?普勒式了,口徑30到50毫米,適用於野外活動的。雖然有各種不同的形式,雖然賞鳥人和獵人傾向於喜歡更輕便的屋頂稜鏡,也願意付出更高的代價,但普羅型稜鏡的顯然仍?盡優勢。

許多 旅遊勝地 都會將投幣式的雙筒鏡安裝在有基座的?架上,供遊客投幣後自行操作來更貼近的欣賞景色。在 英國 ,投入20 便士 通常可以操作兩三分鐘;在 美國 ,一或兩個兩角半的硬幣可以觀看一分半到兩分半的時間;在 台灣 ,10或20圓硬幣可以看2至10分鐘不等(因地而異)。

軍事 [ ?? ]

軍艦上的雙筒鏡

雙筒鏡用在軍事上的歷史非常悠久。伽利略式適用途最廣的,但在19世紀結束前,讓位給普羅稜鏡型。供軍事使用的雙筒鏡一般會比民間使用的?重些,也會避免使用易損壞的中央調焦而採用獨立調焦的對焦方式。稜鏡上也會以層層的鍍?來保護,不會在潮濕的時候失去反射的能力。在 冷戰 的時期,軍用的雙筒鏡還曾經安裝被動式的感應器,來偵測一些活動的 紅外線 輻射體;現在一些更新的,還有能遮蔽 雷射 光的濾鏡組。?軍事用途設計的望遠鏡,有一個視覺上的距離標尺,可以判斷或?計距離。

也有?民用和軍用設計適合在海上使用的雙筒鏡。手持的模式放大率依然是5至7倍,但是有非常大的稜鏡組和寬大的適眼距。這樣的光學組合,?使在俯仰和搖晃不定的船上,也能讓使用者在沒有影像穩定器的協助下,或是黑暗中進行觀測。固定式、口徑更大、放大率更高的模式以在船上使用中。

前曾提過,美國海軍曾經建造了非常大的雙筒鏡做? 測距儀 ,可以讓海軍?準25公里外的目標。但是20世紀後期的激光?距技術,已經使這種用途被淘汰了。

天文學 [ ?? ]

雙筒鏡被 業餘天文學家 廣泛的使用,特別是便於?帶的型式,因??們寬廣的視野用在 彗星 超新星 的搜尋上非常有效。

特殊的低亮度和物鏡直徑與放大率的 比率 是天文觀測者最在意的。雖然大的出射光瞳意味著有些光線被浪費掉了,但低的放大倍數能使視野更?廣闊,適合觀賞大的深空天體,像是 銀河 星雲 星系 等目標。大的出射光瞳也使背景的星空呈現在視野之中,使有效的對比降低,不利於偵?暗弱與遠距離的目標,但與周遭的 光?染 比較,又顯得是微不足道了。天文學上對雙筒鏡的使用是傾向於大口徑的,因?口徑越大,越能收集更多的光線,才能看見更微弱的天體。如1996年1月底, 百武彗星 的發現者所使用的雙筒望遠鏡口徑高達150mm。???好者和?人也是?筒望??的主要市?。

許多巨大的雙筒鏡是由 業餘製鏡者 完成的,有些根本就是兩架折射望遠鏡組合的結果。在專業的天文界中有一架非常巨大雙筒鏡, 大雙筒望遠鏡 (Large Binocular Telescope),坐落在美國亞利桑那州,已經在2005年10月26日?用,但是沒有人稱??雙筒鏡。LBT是由兩架8.4公尺反射鏡組合成的,毫無疑問的就像觀測者的一對眼睛一樣,兩架望遠鏡同時看一個目標。由於?是分離開的兩個鏡片,所以能擴大視野?收集到更多的訊息。

?? [ ?? ]

理想的?筒望?????生??相同的、?量?好的、?有色差和相差的成像。??成像??有大小、方向的差?。??上的?筒望???然多少有些?差。

最常?的?筒望???8×30。7×50和10×50?适合夜?使用。所有的?筒望??至少???良好,?幅?像??相配(重合沒有重影),此外使用時舒适,?有一定的牢固性。屋脊??的?筒望????,?小巧,但?相?的普???的?筒望??相比也比??。

充了干燥??(一般???)的密封的?筒?內部不?在低?度下形成凝?水與生長?菌。但假如保管不好的????了密封可能?泄漏。有些完全密封的?筒?甚至有防水效果,當然,此類雙筒鏡比同口徑同類型的貴。

放大率和物?口?要根据使用需要??。放大率越高手??造成的??也越强烈。物?口?越大整?望??的重量和大小也越高、越大。

口??非唯一的重要參考,物?、??上的鍍膜同?重要。?有??防止反射的鍍膜,每次光在通?空?和?璃之?的介面?有5%的光?被反射。

影像穩定裝置可以使手持的?筒望???到更高的放大率,缺点是?非常??,?大和?重。???容易?,?需要?池驅動。

與選擇光學儀器一樣,?使是同一廠商、同一型?的?筒望??也可能?有?量的些微差?,因此在???要特?用心比?。

以?筒望遠?觀測 深空天體 比以單筒望遠鏡輕便與明亮,故受 天文愛好者 歡迎,使用的望??物?口?一般?大(如50mm或以上),可以用三?架支撑,用以提供一個穩定、舒適而??的觀測環境,而專業尋 使用的雙筒鏡口徑則更大。

保養與維護 [ ?? ]

假如?筒望??的??筒?生的?像不适?相?(光軸不一致),那?使用??的?筒望????不舒服,其效果也不好。其原因可能是因?生??量不好,或者望??被?撞過,或者望??老化?形(此情形?少出現)。使用外部的螺?可以???部??光軸?解決,??也不需把望???開,但這是檢修師傅修理的專業程序,這操作會直接改變成像,非一般人能維修。

而平時使用後的雙筒鏡應與相機鏡頭、照相機的修藏方法一樣──置於長期乾燥密閉的環鏡中(如放潮箱等)?定時檢?狀況。觀賞與携帶時亦嚴防?撞與隨便沾?與擦拭物鏡與目鏡。

?考文? [ ?? ]

  1. ^ The Early History of the Binocular . [ 2007-03-09 ] . ( 原始?容 存?于2011-06-13).  
  2. ^ Catadioptric Newtonians . [ 2007-03-09 ] . ( 原始?容 存?于2010-07-30).  
  3. ^ Carl Zeiss - A History Of A Most Respected Name In Optics. . [ 2007-03-09 ] . (原始?容 存? 于2007-04-07).  

外部連結 [ ?? ]