雙筒望遠鏡 (Binoculars) -- 劉淑玫

前言

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透過雙筒望遠鏡不只可以觀看球賽、賞鳥,也可以用來欣賞新月時的 地球照,搜尋隱藏於星座中的星雲、星團,甚至幾個較亮的星系。雙筒望遠鏡 小巧輕便、易用、方便攜帶。不僅白天可以欣賞風景,晚上還可以用於觀賞星 空,而且不必費很大力氣架設儀器。很多人以為單筒望遠鏡是初學者窺探星空 奧祕的最好武器,其實雙筒望遠鏡才是入門的最佳工具,它擁有∼廣視角和正 立像的特性。如果您不想花費太多的錢,又想認識星空、探險宇宙,雙筒望 遠鏡是不錯的選擇。
雙筒望遠鏡都標有一組數字如7x50或8x42,這是什麼意思呢?

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雙筒望遠鏡上標明的的這組數字,比如7x50,第一個數字 "7"指 的是這支望遠鏡的倍率,也就是會讓觀看的每一樣物件拉近 7倍的距離。 例如用這支雙筒望遠鏡看遠在3500公尺的目標,其大小就好像我們用肉眼 看500 公尺前的目標一樣。第二個數字"50"指的是這支望遠鏡的口徑(直 徑),以公釐(mm)為單位。口徑越大,不但蒐集的星光越多,還會提高 解析能力。而天文用途的望遠鏡其口徑應該至少要40mm。

你可能認為天文用途的雙筒望遠鏡高倍率是必要的,其實不然。 適合手持的望遠鏡通常介於 7倍和10倍之間。相同口徑的望遠鏡,倍率較 低的機型手持時影像較少晃動,通常也有較廣的視野。倍率較高的機型雖 然景物變大,但由於視場變小的緣故,星空的背景看起會稍暗一些。不過 相對地用來看月表及星團時亮度會高一些,而且對暗星體的觀測也有助益 。

此外,倍率高,手持不易,造成影像晃動厲害,也許會削弱搜尋目標成 像的清晰度。此時最好使用三角架固定。倍率太高除了上述的情形外,還 要考慮出射光瞳的直徑(瞳徑)的問題。而且高倍率的機型良視距也較短 ,會造成戴眼鏡進行觀測的不便。通常,7x50的機型一直被認為是天文用 最佳的雙筒望遠鏡。

雙筒望遠鏡上標明的角度是什麼意思?

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這角度指的是視野的大小,即雙筒望遠鏡所能看到範圍的大小 。一般雙筒望遠鏡上標示的是實視野(true field)。就是直接用肉眼 觀看相同範圍大小的景物所張的角度。通常,高倍率的望遠鏡視野較小 。令人意想不到的是決定雙筒望遠鏡的視野並不是物鏡(objective lenses),而是接目鏡(eyepiece)和稜鏡(prism)的設計。
雙筒望遠鏡的手冊上的一組數字"115m at 1000m"有什麼含義?

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這是視野的另一種表達方式。" 115m at 1000m"意思透過雙筒 望遠鏡看1000公尺遠的地方,所能看到範圍的寬度是 115公尺。換算成 角度將近 6.6度。在天文用法上,由於用這種方法不容易表示天空的視 野範圍,多半還是用角度表示。
購買雙筒望遠鏡時,有時會看見標籤上的規格項目中有一項"出射瞳徑" (exit pupil aperture),什麼是"出射瞳徑"呢?

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當光線從雙筒望遠鏡的物鏡射入,最後從目鏡射出。出射光瞳 (exit pupil)的直徑我們稱作"出射瞳徑"。我們如何看雙筒望遠鏡的 出射瞳徑的大小呢?我們把雙筒望遠鏡朝向亮的地方,拿正後看接眼 目鏡的中央亮圈,這亮圓的直徑就是出射光瞳的直徑,也就是出射瞳徑。 我們也可以用口徑(mm)除以倍率來算"出射瞳徑"。出射瞳徑(mm) = 口徑(mm)/ 倍率。例如: 7x50的雙筒 望遠鏡就有7.1mm的出射瞳徑。 10x50雙筒望遠鏡的出射瞳徑是5mm。

也許你會納悶為什麼常被推薦用於天文的雙筒望遠鏡都是 7mm。 這是由於在較暗的地方,眼睛的瞳孔會張大,以便於在這黑暗的環境中 蒐集光的訊息,助於了解四周的潛在的危機。一般人眼的瞳孔可以開至 7mm。因此將夜間用的雙筒望遠鏡的出射瞳徑設計為 7mm是最為理想。 如此不但不浪費雙筒望遠鏡所蒐集的光線,也充分利用到人的眼睛,讓 雙眼的集光力發揮到最大效用。

可是當人老了的時候,眼睛的瞳孔就無法張那麼開了。40歲之 後,人的最大瞳孔已經降至 5mm左右。這時年紀大一點的人若使用出射 瞳徑 7mm的雙筒望遠鏡,當 7mm的出射光瞳來到眼睛,有一部份的光便 無法進入瞳孔,就會浪費已經收集到的光。所以年紀大一點的人較好的 選擇是出射瞳徑介於6mm到5mm之間的雙筒望遠鏡。

何謂良視距(eye relief)?

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良視距是指眼睛至少要距離多遠才能看清楚整個視野範圍。也 就是當我們能看到雙筒內的全部視野時,眼睛距離目鏡表面最遠的距離 。雙筒望遠鏡如果有較長的良視距,觀賞景物時會較舒適。如果用短良 視距(比如 8mm)的雙筒望遠鏡觀看景物,除了目鏡容易沾到睫毛上的 油脂外,由於眼睛必須相當貼近目鏡才能看清楚所有的視野,長時間觀 看下來也會造成壓迫感,讓人覺得不舒服。

對近視眼的人來說,選擇較長的良視距更是重要。雖然我們可 以拿下眼鏡,利用雙筒的調焦系統補償我們眼睛的度數,但是眼睛若有 散光,仍須靠眼鏡校正,如此才有清晰的影像。即使沒有散光,戴上眼 鏡能清楚地觀看夜空,知道目標的方向,便能很快地切換至雙筒的視野 。良視距常因目鏡設計的不同而有所變化。通常,倍率愈高的雙筒望遠 鏡,其良視距愈短。而且廣角雙筒望遠鏡的良視距比一般雙筒望遠鏡的 良視距來得短。

雙筒望遠鏡的稜鏡系統的設計可分為分為Porro 稜鏡系統和Roof稜鏡系統, 我們如何區分?

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從雙筒望遠鏡外觀上,我們可以直接區分出Roof稜鏡系統和 Porro 稜鏡系統。

Roof稜鏡系統和Porro 稜鏡系統在雙筒望遠鏡外觀上 就有明顯的不同。屬Roof稜鏡系統的雙筒望遠鏡,其外觀是直筒型;屬 Porro 稜鏡系統的雙筒望遠鏡,外觀看起來像是N字型或Ζ字形,並且 兩物鏡間的距離比兩接目鏡間的距離遠。

一般常看到的組合稜鏡是 Porro系列。由於這系列較容易製造,因 此價格上也比較便宜,不過重量比較重。而Roof系列,由於兩個稜鏡必 須相當靠近,讓通過物鏡和目鏡的光路呈一直線,所以精密度的要求比 較高,也比較難製造。相對的價格也比較高。不過設計的好的Roof系列 光學成像只和Porro 系列一樣,也沒有比較好,但是Roof的稜鏡結構較 為密實,重量比較輕。

不論是Porro 系列或是Roof系列,雙筒望遠鏡的這一組合稜鏡,其 最終目的就是將光線做一連串的折射,讓最後從目鏡出去的光所建構出 來的像成為正立像。

至於稜鏡的材質,如果不是採用硅酸硼玻璃(borosilicate glass ,或稱BK-7 glass),就是採用冕牌鋇化玻璃(barium crown glass, 或稱BaK-4 glass)。BaK-4的質地較細,得到的影像較為明亮,周邊的成 像較為清晰。相對地,價錢也比較貴。我們如何判別我們所使用的雙筒 望遠鏡的稜鏡的材質呢?

我們將雙筒望遠鏡朝向亮處,讓接眼部距離我 們30公分左右,拿正後看其出射光瞳的形狀。因為BaK-4會產生圓的形狀 ,而如果影像的四周切掉了,就是用BK-7玻璃做的。

鍍膜的用途為何?

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當光線由空氣進入玻璃或由玻璃進入空氣時, 大約有 5% 被反射掉。 雙筒鏡每個鏡片的物鏡、稜鏡和目鏡加在一起,一般有 10 ∼ 16 個與空氣 接觸的光學面。如果這些光學表面未經任何處理,那麼總入射光線因反射就 要損失 50% 左右。

為減少這種有害的反射,現代的折射望遠鏡在各光學表 面都鍍有單層或多層增透膜。 多層增透膜的材料是氟化鎂。單層增透膜只對 特定一種波長有最佳增透效果, 對其他波長增透效果較差,它可使每個表面 的光反射減至 1.5% , 如於雙筒鏡的所有表面鍍單層膜,光的增透率可超過 80% 。好的多層膜每個表面的光反射只有約 0.25% ,如雙筒鏡的所有表面都 鍍多層膜,光的增透率可達 90 ∼ 95% 。

一般情況下, 目視望遠鏡的單層增透膜設計對波長 5500埃的黃綠光增 透效果最佳,因為人眼對於此一波段光最敏感。所以其對藍紅光的反射就多 一些,因此我們看鍍了單層膜的鏡片往往是藍紫色或是紅色的 (即市售所謂 紅眼望遠鏡 )。鍍多層膜的鏡片呈淡淡的綠色或暗紫色,如相機鏡頭的鍍膜 。

鍍得太厚的單層膜看起來會呈現綠色,有些不肖廠商以此來充作多層膜, 選購時須留心。 有些人覺得大口徑的雙筒鏡即使鍍膜差一點也無所謂, 口徑大可以彌光線之損失; 其實,由於鏡筒內部的各光學表面的反射形成雜散光,降低景物 反差, 使得影像變得模糊不清,在日光下觀察陰影中的物體時,目標會消失 在炫目的光輝中,在鍍膜差的望遠鏡中這種現象尤其明顯。

摘自北京天文館「天文館通訊 1993.1-2合刊 」雙筒望遠鏡特輯 與 英文網路 http://209.66.79.54/SIDEBARS/Z092.htm

雙筒的鍍膜分為哪幾種?

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通常雙筒鏡上會有鏡片鍍膜的標示,表示這雙筒鏡的光學品質。 其鍍膜的種類如下:

Coated Optics ( 鍍膜 ) :是一種最低級的增透膜。 它只表示至少在一個 光學面上鍍有單層增透膜,通常是在兩個物鏡和目鏡的外表面上鍍膜,而內 部的鏡片和稜鏡都沒有鍍膜。

Fully Coated ( 全表面鍍膜 ) :所有的鏡片和稜鏡都鍍了單層膜,但如在 目鏡中使用了光學塑料鏡片,則此塑料鏡片可能並未鍍膜。

Multi-Coated ( 多層鍍膜 ) :至少在一個光學面上鍍有多層增透膜,其他 光學面可能鍍了單層膜,也可能根本沒鍍膜;通常只在兩個物鏡和目鏡的外 表面上鍍多層膜。

Fully Multi-Coated ( 多層全光學面鍍膜 ) :所有的鏡片和稜鏡都鍍有增 透膜,一些廠商在所有的光學面都鍍了多層膜,「而另外一些只在部份光學 面鍍多層膜,其他表面仍鍍單層膜」。

摘自北京天文館「天文館通訊 1993.1-2合刊 」雙筒望遠鏡特輯 與 英文網路 http://209.66.79.54/SIDEBARS/Z092.htm

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