望远镜中的光学知识

双筒望远镜是一样很有用的天文观察工具。你可以用它来观看一场球赛、演唱会或是天上的飞鸟。你也可以用它来欣赏两百万光年之遥的银河、月球上的坑洞、围绕木星的几个卫星及无数星星。

许多人都错以为双筒望远镜在天文观察上没有作为。事实上,它是很多资深的天文观测者喜爱的工具。对初学者,它是进入天文观测之门的门票。双筒望远镜并不贵,你只须花个数百块钱就可以买到一副不错的双筒望远镜了。

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。怎样知到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。

观星用双筒望远镜的首选机型

40mm 到 63mm (标准规格型) 范围之间的双筒望远镜都是手持型,有利于「突击式」扫瞄星空用。70mm 或更大的大型双筒望远镜使用起来需要相当的力气 (你可以架在三脚架上或双筒望远镜专用椅上)。

标准规格机种 (40mm 到 63mm)

7x50机型

一直被认为是天文用最佳全能双筒望远镜,射出瞳孔达到7mm。视野一般有 7 到 10度, 很适合手持。应用在日间也不错,虽然大小有点超出日间用之所需。由于 7x50 机型在海事需求上最受欢迎,很多 7x50 会有防水功能和高级的光学设计。10x50。本机型比起 7x50 星空背景看起来会稍稍暗一些 (射出瞳孔只有5mm的缘故),但是用来看月表及星团时会好一些。多出的倍率对暗星体的观测也有助益。尽管倍率较高,许多 10x50 机型展现出来的星空范围跟比起 7x50 却不相上下 (大约5到7度)。

10x50机型

这机型的缺点是手持不易,也许会削弱你所搜寻的目标成像的清晰度。10x 双筒望远镜应该要用三脚架。而高倍率机型的良视距也较短,会造成戴眼镜进行观测时的不便。 7x42、8x40 或 8x42机型

假如你年过四十,7x42、8x40 或 8x42 机型提供的 5mm 到 6mm 射出瞳是很好的选择。这种规格的双筒望远镜比 7x50 机型重量要来得轻,而且也适用于日间的赏景及大自然观测。某些机型能够对几呎之遥的近距离目标聚焦,用来赏鸟很理想。如果你想要一付全功能双筒望远镜,这种机型是可以胜任的。

8x56 和 9x63机型

本机型是便利的 40mm 到 50mm 机型与大型的70mm 到 80mm 机型之间的一种妥协。特别对有些不喜欢将普通日间用途双筒望远镜当夜间望远镜用的人来讲。很少有厂商供应这种机型,品质好的价钱都蛮贵的,要选就选镜片大一点的和限量生产的制品。

10x40 和 10x42机型

本机型射出瞳 4mm,肯定可以用于天文观测,不过主要还是设计给赏鸟者中许多寻求日间环境下使用的高倍率机型。假如这是你的主要目标,观星放在其次,10x40 是蛮好的选择,Roof 棱镜高级机型又特别值得推荐。

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一、问题及建议

作为一个学生,或者工薪发烧友,甚至“先富起来”的少数天文爱好者,在选择望远镜,尤其第一次面对口径、焦距、镀膜这些名词时,都会感到眼花缭乱,这时最好的办法就是先加入到当地的天文爱好者组织中,这样你就会有机会先实际使用一下别人手中的望远镜,再根据自己的需要作出决定。在购买望远镜之前,还应该先仔细考虑以下几个问题:

1、你准备花多少力量和时间来熟悉天空?如果你对夜空和要观测的天体足够熟悉,而且不认为对照星图自己找星是一项苦差使的化,那么你就可以选择较便宜、更加便携、较轻也较易于使用的望远镜。反之,那些带有精密坐标机构,甚至计算机控制自动找星的望远镜将是最佳选择。需要说明的是随着电子工业的发展以及规模生产的优势,目前国际上主要望远镜生产厂家的全自动望远镜的价格越来越趋于合理,绝非高不可攀。

2、你的观测地有多远?如何搬运你的望远镜,以及搬运时你愿意付出多少劳动?这个问题的答案不但决定着望远镜的口径,也关系到望远镜的光学结构。请记住一条由无数天文爱好者付出了很多代价得出的结论,即望远镜的使用频率与其重量成反比。我们认为一台经常被带出去观测的望远镜要远远好于那些由于太笨重而被留在家里的望远镜。

3、你要哪些附件?多数现代的望远镜都有着五花八门的功能和数不清的附件,但实际观测中用得到的(至少是经常用到的)却屈指可数。我们发现包括笔者在内的大多数爱好者都喜欢"基本的"望远镜,太多的功能和附件带来的益处要远小于它们给你带来的经济负担。

4、你是否打算进行天体摄影、或是CCD成像?“天体摄影”和“CCD”都是昂贵的,通常初学者要花费几个望远镜的代价和几年的时间才能构造满意的装备和得到满意的结果。

决定一台望远镜性能的最重要的参数是口径,口径越大就能看到越暗的天体,也能分辨出越多的细节。但是口径并不意味着一切,一台工艺水平很差的望远镜无法达到它应该达到的性能,甚至无法工作。幸运的是对于爱好者使用的口径,无论是光学还是机械的加工难度都不大,一般的制造商只要认真对待,都能生产出令人满意的产品。但偶尔也有个别不合格品出现,好在现在>已经深入人心,只要我们发现及时,并且在必要时能够强烈坚持,更换或者退货是不成问题的。

不同的光学结构使得望远镜有不同的光学表现,施密特-卡塞格林、牛顿反射镜、各种折射镜都各有其优缺点,并导致光学性能的差异,但是相对于口径的差别来说,这种差异是次要的,我们可以认为对于相同口径和工艺水平的望远镜,它们的光学表现应该是接近的,但是不同的加工水平导致的质量差异确是非常巨大的。

另外,天文大气视宁度(seeing)会影响望远镜分辨细节的能力,天空背景亮度会影响望远镜观测暗天体的能力。seeing对大口径望远镜的影响较大。如果你是在天空背景较亮、seeing又较差的地方观测,如大城市中,那就没有必要搬出大望远镜,如果你总是在这种地方观测,那么就不必去买大望远镜。

一般来说,现代的高质量折射镜单位口径的光学性能最佳,但是相对于其他类型的望远镜价格也最贵、而且当口径超过10厘米时,通常会由于镜筒太长而变得非常不便携(当然APO折射镜不在此列)、施密特-卡塞格林和马克苏托夫-卡塞格林式折反射望远镜的便携性最佳,但这类望远镜仍然较贵、单从光学性能考虑,性能价格比(注意,不是光学质量)最高的是牛顿式反射镜,尤其是道布森式(Dobsonian)牛顿镜、相同口径下它们的便携性优于折射镜(因为其相对口径可以作得很大),但明显不如折反射镜.

二、关于望远镜

对于初学者,普通的小口径(小于10厘米)折射镜是最好的选择,它们的价格相当便宜(与折反射镜和APO折射镜相比),操作和维护简单,建议如果经济条件允许,尽量购买正规的天文望远镜,“正规”是指有优良的光学质量,标准的目镜接口(现在最常用的是1.25英寸的接口),合理的放大率组合,能够真正发挥作用的寻星镜,稳固的支架,灵敏可靠的微动及调焦机构等等。目前充斥市场的低档折射镜(口径多为50-60mm)的质量参差不齐,大部分都存在着设计和制造上的缺陷,购买时最好请一位望远镜的内行帮助参谋。

反射镜主要分牛顿式和卡塞格林式两种,卡塞格林式在爱好者手中较少见,价格也较贵。牛顿式反射镜由于目镜位于镜筒前端,操作不太容易,维护相对复杂,如校正光轴和镀膜都较困难,但它的最大优势在于价格便宜,也是最容易自制的一类望远镜,因而在业余天文界一直十分流行,国内也不乏磨制镜片和组装牛顿镜的高手。国内外介绍自制牛顿镜的书籍和文章很多,有兴趣的同好不妨一试。目前市场上出售的牛顿镜的主流是大口径、小焦比,这类望远镜有着强光力和大视场,非常适合深空天体的目视观测,加上现在目镜的设计水平比

二、三十年前已经有了本质的提高,视场超过80度的超广角目镜用于相对口径大于F/4的反射镜在全视场仍能有满意的像质。

折反射望远镜是目前国外业余天文界最流行的望远镜,在国内南京天仪中心(原南京天文仪器厂)生产的120望远镜也曾是科普望远镜保有量冠军。这类望远镜最大的特点是镜筒很短,有着很好的便携性,因而受到大家的欢迎,需求量大又导致大规模生产而降低了成本,低售价又进一步刺激了消费,如此良性循环受益的自然是我们的爱好者。在美国市场上口径 200mm,F/10的施密特-卡塞格林望远镜加自动跟踪的叉式赤道仪的售价还不到1000美元,可以说是物超所值了。折反射望远镜质量明显的个体差异可能主要是由于其装配和调整的复杂性造成的,一个品质管理严格的厂家应该不允许质量不合格的产品出厂,但要买到最好的,还应亲自挑选,最好通过看星检测其像质。

你如果是一个完美主义者,而且经济条件不会对你追求完美制造障碍的话,你应该认真考虑一下萤石或ED(超低色散)的APO(复消色差)折射镜。由于不同生产厂家的设计思想和标准不同,并不是所有自称为APO的折射镜都是最好的,但最好的望远镜肯定来自这些折射镜。这里的“最好”并不仅仅指光学质量,由于色差得到了有效控制,它们的相对口径可以做得较大,因而也更加便于携带;生产厂家通常都愿意为昂贵的物镜配上一个精心设计和加工的镜筒,因此它们的外观也都非常漂亮。以上各项优点的代价就是高昂的售价,一只口径100mm的APO折射镜镜筒往往超过200mm的施密特-卡塞格林望远镜加赤道仪的价格。

再谈一谈风景/天文两用望远镜,包括双筒镜和一种通过棱镜成正象的单筒镜(即Spotting Scope)、相信很多朋友在旅游或观看球赛时都用过双筒镜,与传统的天文望远镜相

比,它们有着视场大、成像明亮、观看舒适、携带方便等优点,因此也成为了热爱观测的天文爱好者的必备器材。目前市场上可供选择的双筒镜型号和种类都很多,根据在天文上的用途大致可分为两类;一是用于随身携带进行寻星和大视场观测,尺寸通常较小,最常用的型号为7X50和10X50,7X50的双筒镜有着7.1mm的出瞳直径,这大致相当于年轻人的眼睛完全适应黑暗时的瞳孔直径,但随着年龄的增加,人眼瞳孔的最大直径会逐渐变小,当年龄超过30岁时,选择10X50的比较合适。另一类是口径较大的寻彗双筒镜,口径多为80-150mm,除了寻彗,它们还是观测深空天体的得力武器。为了顺利的进行天文观测,双筒镜最好能固定在三角架上,一般厂家都提供供选购的三角架联结装置,价格一、二百元,可以方便的把双筒镜和三角架联在一起。

Spotting Scope在国外非常流行,拥有者多为被称为Birder的自然和鸟类爱好者,Spotting Scope的口径多为50-80mm,通过内置的棱镜(组)成正像。一般可以通过更换不同的目镜改变倍率,但是和35mm单镜头反光照相机一样,不同的厂家有不同的目镜卡口。几乎所有的Spotting Scope都可以方便的和照相机三角架连接,多数厂家还为可更换目镜的 Spotting Scope设计了照相机接口,可以当做望远镜头使用。为适应各人不同的用途和习惯,Spotting Scope有直视目镜和45度斜视目镜两种镜身及普通消色差和复消色差两种物镜可供选择。与天文望远镜相比,Spotting Scope成的是完全正像,结构紧凑、密封防尘性能好,适合在野外和恶劣的环境下使用,但由于光学结构较为复杂,成像质量稍逊于同档次的天文望远镜,尤其不适于作高倍观测(厂家提供的目镜最高倍率一般不超过60 倍〕。

三、支架及附件

望远镜的支架分为两种:地平式和赤道式、地平式支架一般较便宜,重量较轻,搬运、调试都比较方便。但当你需要对天体进行自动跟踪时,地平式支架就显得力不从心了,尽管由计算机自动控制的望远镜(如MEADE公司的LX200系列)可以在地平状态下进行自动跟踪,但由于整个视场会绕视场中心旋转,无法进行天体摄影。因此赤道式支架(又称赤道仪)是进行跟踪天体摄影的必备器材。无论选择哪一种支架,其稳定性都是最重要的,稳定性差的地平式和赤道式支架它们给观测,尤其是调焦和找星带来了很大的麻烦,使天文观测的乐趣大打折扣。一个优质的照相机三角架往往比一般的望远镜自带的支架要好用,照相机三角架的说明书上一般都会给出其最大负荷,但由于望远镜的镜筒与照相机相比要长得多,对三角架云台的力矩也大得多,所以选择最大负荷比望远镜的重量大一倍左右的三角架比较理想。照相机三角架用于望远镜还有两个缺点,一是价格较高,像曼富图的三角架和云台一套至少要 1000元左右;二是照相机三角架都没有微动机构,找星很不方便,国外市场上有一种微动云台,加在三角架的云台上可解决这一问题,可惜目前在国内还不易买到。

对于天文摄影而言,赤道仪有时比望远镜本身还要重要,因为望远镜有时仅仅用于导星,而赤道仪跟踪的好坏及稳定程度却直接关系到照片的质量。

目镜对望远镜的光学表现起着重要的作用,在目视观测时其重要性绝不亚于望远镜的物镜。决定目镜性能的参数主要是焦距、视场和出瞳距离。望远镜物镜焦距与目镜焦距的比值就是放大倍数,所以焦距是表征目镜性能的最重要的参数。而目镜的视场决定着望远镜的视场,(望远镜视场=目镜视场÷放大倍率),一般的显微镜目镜(惠更斯式,2片2组)的视场只有30度左右,这种目镜不但由于结构过于简单使得像差校正不佳(尤其是色差),而且由于视场太小,使用时有从烟囱的一端向另一端看的感觉。目前标准的目镜(如Plossl和

OR型目镜,4片2组)视场为40-50度,而广角目镜(通常超过6片)的视场超过60度,有的可达84度,用这种目镜观天的感觉是非常美妙的,尤其是低倍时,简直有太空漫步的感觉。出瞳距离指能看清整个视场时观测者的眼睛到目镜的接目镜的距离。出瞳距离直接决定着观测的方便和舒适程度。一个出瞳距离适中的目镜(如15-20mm)会给观测带来很多方便,尤其是戴眼镜的观测者,他们不必摘掉眼镜就能看清整个视场,这对于戴散光镜的人更加重要,因为即使他们摘掉眼镜重新调焦也无法看到清晰的星像。对于同一种目镜,其出瞳距离一般与焦距成正比。出瞳距离过短固然不好,但过长时也会带来不便,笔者在使用焦距为40-55mm的Plossl目镜时由于其出瞳距离过长,眼睛要不断前后移动才能找到合适的位置,后来为它们专门设计了眼罩问题才得到解决。

一台望远镜通常应配备多个目镜以便组合成多种放大倍数,首先应该配备一个低倍率、大视场的目镜用于观测面积大而表面亮度低的星云星团,同时也可以在使用高倍率目镜时先找到目标,它将是使用次数最多的目镜。这只目镜的放大率应为望远镜口径厘米数的2-3倍,对于相对口径较小的望远镜,焦距40-55mm的Plossl目镜(视场约40度)即可胜任,但当相对口径较大时,最好选择焦距稍短的广角目镜(视场>60度)。中等倍率目镜主要用于观测星云星团等深空天体,典型的中等倍率是物镜口径厘米数的5-10倍。高倍率主要用于观测行星、双星、致密的星云星团等,一个优质的物镜(如10cm的APO折射镜)应该允许使用其口径厘米数的25倍的放大率而不明显降低成像质量,但一味的追求高倍率往往适得其反,因为很少有适合使用500倍以上放大率的大气条件。前面已经提到过近些年目镜的设计水平有了大幅度的提高,在国外市场上有效视场超过80度的超广角目镜,长出瞳距离的高倍目镜都不难见到。

发布人:北京天文台 姜晓军 发布时间:2007年1月30日 已被浏览 5694 次 点击关闭窗口

天文望远镜的光学性能

在天文观测的对象中,有的天体有视面,有的没有可分辨的视面;有的天体光极强,有的又特微弱;有的是自己发光,有的是反射光。观测者应根据观测目的,选用不同的望远镜,或采用不同的方法进行观测;一般说来,普及性的天文观测多属于综合性的,要考虑"一镜多用"。选择天文望远镜时,一定要充分了解它的基本光学性能。评价一架望远镜的好坏,首先要看它的光学性能,其次看它的机械性能(指向精度与跟踪精度)是否优良。光学望远镜的光学性能一般用下列指标来衡量:

1.有效口径(D)--指物镜的有效直径,常用D来表示;

指望远镜的通光直径,即望远镜入射光瞳直径。望远镜的口径愈大,聚光本领就愈强,愈能观测到更暗弱的天体,它反映了望远镜观测天体的能力,因此,爱好者在经济条件许可的情况下,应选择较大口径的望远镜。

2.焦距(F)

望远镜的焦距主要是指物镜的焦距。物镜焦距F是天体摄影时底片比例尺的主要标志。对于同一天体而言,焦距越长,天体在焦平面上成的像就越大。

3.相对口径(NA)

相对口径又称光力,它是望远镜的有效口径D与焦距F之比,它的倒数叫焦比(F/D)。有效口径越大对观测行星、彗星、星系、星云等延伸天体是非常有利的,因为它们的成像照度与望远镜的口径平方成正比;而流星等所谓线形天体的成像照度与相对口径A和有效口径D的积成正比。故此,作天体摄影时,应注意选择合适的有效口径A或焦比。一般说来,折射望远镜的相对口径都比较小,通常在1/15~1/20,而反射望远镜的相对口径都比较大,通常在1/3.5~1/5。

4.视场(ω)

能够被望远镜良好成像的区域所对应的天空角直径称望远镜的视场。望远镜的视场与放大率成反比,放大率越大,视场越小。不同的口径、不同的焦距、不同的光学系统与质量(像差),决定了望远镜的视场的大小(CCD的像数尺寸有时也会约束视场的大小);一般科普用反射望远镜的视场小于1度,而施密特望远镜消像差比较好,故它的视场可达几十度。

5.放大率(M)--指目视望远镜的物理量,即角度的放大率。

目视望远镜的放大率等于物镜焦距与目镜焦距之比,也等于物镜入射光瞳与出射光瞳之比。因此,只要变换不同的目镜就能改变望远镜的放大倍数,但由于受物镜分辨本领,大气视宁静度及出瞳直径不能过小等因素的影响,望远镜的放大倍率也不是可以无限制的增大;一般情况应控制在物镜口径毫米数的1-2倍(最大不要超过300倍)。不少人提到天文望远镜时,首先考虑的就是放大倍率。其实,天文望远镜和显微镜不一样,地面天文观测的效果如何,除仪器的优劣外,还受地球大气的明晰度和宁静度的影响,受观测地的环境等诸因素的制约。而且,一架天文望远镜有几个不同焦距的目镜,也就是有几个不同的放大倍率可用。观测时,绝不是以最大倍率为最佳,而应以观测目标最清晰为准。

6.分辨本领--指望远镜能够分辨出的最小角距。目视观测时,望远镜的分辨角=140(角秒)/D(毫米),D为物镜的有效口径。

望远镜的分辨本领由望远镜的分辨角的倒数来衡量。分辨角(δ)通常以角秒为单位,是指刚刚能被望远镜分辩开的天球上两发光点之间的角距,理论上根据光的衍射原理可得

δ=1.22λ/D

式中λ为入射光的波长,对于目视望远镜而言,以人眼最敏感的波长λ=555纳米来代替,并取物镜口径D以毫米计,则有:

δ"=140/D(mm)

由于大气视宁静度与望远镜系统像差等的影响,实际的分辨角要远大于此(一般介于0.5到2

角秒间)。

望远镜的分辨率愈高,愈能观测到更暗、更多的天体,所以说,高分辨率是望远镜最重要的性能指标之一。

7.贯穿本领-指在晴朗的夜晚,望远镜在天顶方向能看到最暗弱的恒星星等。贯穿本领主要和望远镜的有效口径有关。

在无月夜的晴朗夜空,我们人的眼睛一般可以看见6等左右的星;一架望远镜可以看见几等星主要是由望远镜的口径大小决定的,口径愈大,看见星等也就愈高(如50毫米的望远镜可看见10等星,500毫米的望远镜就可看到15等的星)。

光学名词中英文对照

光圈(Iris):位于摄像机镜头内部的、可以调节的光学机械性阑孔,可用来控制通过镜头的光线的多少。

可变光圈(Iris diaphragm):镜头内部用来控制阑孔大小的机械装置。或指用来打开或关闭镜头阑孔,从而调节镜头的f-stop的装置。

隔离放大器(Isolation amplifier):输入和输出电路经过特殊设计,可以避免两者互相影响的放大器。

抖动(现象)(Jitter):由于机械干扰或电源电压、元器件特性等的变化所引起的信号不稳定,信号的不稳定可能是振幅上的或是相位上的,也可能两者兼有。

滞后(Lag):电视拾像管中,去除励磁后,两帧或多帧图像的电荷映像的短暂停留。

激光(Laser):Light amplification by stimulated emission of radiation 的缩写。激光器是一个光学谐振腔,两端装有平面镜或球面镜,中间装有光放大材料。它使用光学或电学的方法激发其中的材料,使材料的原子受激发产生一束亮光,亮光透过其一端的镜面发射出来。 输出的光束是高度单色(纯色)和非扩散性的。

前缘(Leading edge):脉冲升高部分的主部,其位置一般位于总振幅的10-90%处。

镜头(Lens):由一片或多片弧面(通常为球面)光学玻璃组成的透明光学部件。它可以用来聚集或分散被摄物发出的光,从而生成被摄物的实像或虚像。

菲涅耳透镜(fresnel Lens):被切割成窄环状再打平的镜头。镜头上有一圈圈的窄同心圆或梯级,它们可以将(各个方向射来的)光线汇聚成图像。

镜头速度(Lens speed / f-number):镜头的透光能力。F值是焦距(FL)与镜头直径的比值。比较快的镜头的值可能是f / 1.4,而f / 8的镜头其速度就相当低了。f值越大,镜头的速度越慢。

透镜系统(Lens system):指两个或多个透镜的有机组合。

光(Light):眼睛可以看到的电磁射线,波长在400nm(蓝色)到750 nm(红色)的范围内。

有限分辨率(Limiting resolution):分辨率的度量方法,通常用每幅电视图像中测试图样上可分辨的电视线的条数来表示。

线路放大器(Line amplifier):用于驱动传输线的音频或视频信号放大器。安装在主电缆的中间位置,用于减少损耗的放大器(通常为宽带型的)。

线性(Linearity):输出信号随输入信号的变化而直接或按比例变化的现象。

线对(Line pairs):定义电视清晰度所用的术语。一个电视线对一条黑线和一条白线组成。525线NTSC制的画面中共有485个线对。

负载(load):承受设备所输出的能量的部件。

损耗(loss):信号电平或强度的减少,通常用分贝表示。也指没有实际用途的功率耗散。 低频失真(Low-frequency disortion):低频率下发生的失真现象。电视系统中一般指15.75kHz以下的频率。

低照度摄像机,低照度电视(Low light level/LLL camera and television):可以在极其微弱的光照下工作的闭路电视摄像机。可以在低于正常视觉响应的光照情况下工作的闭路电视系统。

流明(Lumen / Im):光通量的单位。相当于一烛光的均匀点辐射源穿过一个立体角(球面)的通量,也相当于一烛光的均匀点辐射源等距的所有点所在的表面上的光通量。

照度(Luminance):从同一方向看,在给定方向上的任何表面的每单位投影面积上的光照强度(光度)。单位为英尺朗伯。 亮度信号(Luminance signal):NTSC彩色电视信号中涉及场景照度或亮度的那部分信号。

光通量(Luminous flux): 光通过的时率。

勒克斯(Lux):国际单位制中的照明单位,其中涉及到的长度单位为米。1勒克斯等于每平方米1流明。

磁聚焦(Magnetic focusing):利用磁场作用来使电子束会聚的方法。

放大倍数(Magnification):表示被摄物与图像之间的尺寸差异的数字。通常以焦距为1英寸镜头和靶面尺寸为1英寸的传感器为基准(放大倍数=M=1)。焦距为2英寸的镜头的放大倍数为M=2。

微分增益(Differential gain):当载有 3.58 -Mhz 彩色次载波的图像信号从消隐电平变成白色电平时,整个电路中彩色次载波振幅的变化。微分增益通常用dB或百分比来计量。

微分相位(Differential phase):当载有3.58-Mhz 彩色次载波的图像信号从消隐电平变成白色电平时,整个电路中彩色次载波相位的变化。微分相位通常以度为单位来计量。

屈光度(Diopter):描述镜头光学功率的术语。它的值是以米为单位的焦距值的倒数。例如,焦距为25cm(0.25cm)的透镜的光学功率为 4个屈光度。

电气失真(Distortion electrical):某信号与原信号相比时,出现的不希望发生的波形变化。 光学失真(Distortion,optical):用来描述图像不是物体的准确复制的一般术语。失真有多种不同的类型。

点条状信号发生器( Dot bar generator):产生特殊的点条信号的设备。一般用来测量电视摄像机和视频监视器的扫描线性和几何失真。

驱动脉冲( Drive pulses ):指同步脉冲和消隐脉冲。

动态范围( Dynamic range ):在电视系统中,指摄像机的实用照度范围。在这种情况下,被摄视场中同时存在强光区和阴影区,而所有细节均可看清。数量上一般以允许的最大照度水平与最小照度水平的电压差或功率差来衡量。

回波(Echo): 信号传输过程中从一个或多个点反射回来的信号。与原信号相比,具有明显的幅度和时间上的差异。回波可以比原信号超前或拖后,造成反射波或"重影"现象。

EIA接口标准(EIA interface):由电子工业协会的(EIA)规定的一系列标准信号特性,包括持续时间、波形、电压和电流等。

EIA同步信号(EIA sync signal):在电子工业协会的RS-170(单色图像)标准,RS-170A(彩色图像)标准、RS-312、RS330、RS-420及续后文件中规定的,用于使扫描同步的信号。

电磁聚集(Electromagnetic focusing):使用电子透镜系统中的一个或多少偏转线圈,通过电磁场的作用,将阴极射线束会聚成一点的过程。

静电聚焦(Electrostatic focusing): 通过对电子透镜系统中的一个或多个元素施以静电势能,将阴极射线束聚焦成小点的方法。

图像平面(Image plane):在成像点上,与光轴垂直的平面。

阻抗(Impedance):电路或电子器件的输入/ 输出特性。为实现最佳信号传输效果,用来连接两个电路或器件的电缆的特征阻抗必须与电路或器件的特征阻抗相同。阻抗的单位为欧姆。视频分配系统使用的标准同轴电缆两种。

入射光线(Incident light):直接照射到物体上的光线。

红外辐射(Infrared radiation):波长大于750纳米(可见光谱红色的一端)、小于微波波长不可见光。

增强电荷耦合器件(Intensified CCD/ICCD):通过光纤与电子管式或微通道板式图像增强器相连的CCD摄像机。

增强型硅靶(Intensified silicon intensified target/ISIT):通过光纤与额外的增强器件相连接、以提高灵敏度的SIT管。两个增强器级连使用,可获得的灵敏度为标准摄像管度的2000倍。

增强型摄像机(Intensified vidicon/IV) :通过光纤与增强器件相连、以提高灵敏度的直读型标准摄像管。

干扰(Interference):倾向于扰乱期望获得的信号的外来杂散信号。

隔行扫描,2:1~( Interlace,2 to 1):闭路电视系统中使用的一种扫描技术。其中,每帧图像由两场组成,两个场以2比1的速率精确地同步扫描,相连场中相邻扫描行间的时间或相位关系是固定的。

随机交错( Interlace,random) :闭路电视系统中使用的一种扫描技术。其中,组成帧的两场并不同步,相连场邻行的时间或相位关系不固定。

隔行扫描(Interlaced scanning):一种扫描过程,其中扫描之间的距离是标称行间距的两倍或多倍,相邻的行属于不同的场。这是一个减少图像闪烁的扫描过程,在NTSC系统中为2:1。

光圈值 / F值(f-number):镜头的透光能力。F值是物镜焦距(EFL)与入射光瞳周长(D)的比值,即F=EFL / D。F值与焦距成正比,与透镜周长成反比。F值越小,透镜的透光性能越好。

焦距(EFL):透镜中心或其第二主平面到图像聚焦点处的距离。EFL的单位一般为毫米或英寸。

后焦距(back Focal length):透镜后顶点到透镜焦平面间的距离。

焦平面(Focal plane):与透镜或反射镜的主轴成直角且通过聚焦点的平面;该平面上生成的图像效果最好。

双筒望远镜是一样很有用的天文观察工具。你可以用它来观看一场球赛、演唱会或是天上的飞鸟。你也可以用它来欣赏两百万光年之遥的银河、月球上的坑洞、围绕木星的几个卫星及无数星星。

许多人都错以为双筒望远镜在天文观察上没有作为。事实上,它是很多资深的天文观测者喜爱的工具。对初学者,它是进入天文观测之门的门票。双筒望远镜并不贵,你只须花个数百块钱就可以买到一副不错的双筒望远镜了。

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。怎样知到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。

观星用双筒望远镜的首选机型

40mm 到 63mm (标准规格型) 范围之间的双筒望远镜都是手持型,有利于「突击式」扫瞄星空用。70mm 或更大的大型双筒望远镜使用起来需要相当的力气 (你可以架在三脚架上或双筒望远镜专用椅上)。

标准规格机种 (40mm 到 63mm)

7x50机型

一直被认为是天文用最佳全能双筒望远镜,射出瞳孔达到7mm。视野一般有 7 到 10度, 很适合手持。应用在日间也不错,虽然大小有点超出日间用之所需。由于 7x50 机型在海事需求上最受欢迎,很多 7x50 会有防水功能和高级的光学设计。10x50。本机型比起 7x50 星空背景看起来会稍稍暗一些 (射出瞳孔只有5mm的缘故),但是用来看月表及星团时会好一些。多出的倍率对暗星体的观测也有助益。尽管倍率较高,许多 10x50 机型展现出来的星空范围跟比起 7x50 却不相上下 (大约5到7度)。

10x50机型

这机型的缺点是手持不易,也许会削弱你所搜寻的目标成像的清晰度。10x 双筒望远镜应该要用三脚架。而高倍率机型的良视距也较短,会造成戴眼镜进行观测时的不便。 7x42、8x40 或 8x42机型

假如你年过四十,7x42、8x40 或 8x42 机型提供的 5mm 到 6mm 射出瞳是很好的选择。这种规格的双筒望远镜比 7x50 机型重量要来得轻,而且也适用于日间的赏景及大自然观测。某些机型能够对几呎之遥的近距离目标聚焦,用来赏鸟很理想。如果你想要一付全功能双筒望远镜,这种机型是可以胜任的。

8x56 和 9x63机型

本机型是便利的 40mm 到 50mm 机型与大型的70mm 到 80mm 机型之间的一种妥协。特别对有些不喜欢将普通日间用途双筒望远镜当夜间望远镜用的人来讲。很少有厂商供应这种机型,品质好的价钱都蛮贵的,要选就选镜片大一点的和限量生产的制品。

10x40 和 10x42机型

本机型射出瞳 4mm,肯定可以用于天文观测,不过主要还是设计给赏鸟者中许多寻求日间环境下使用的高倍率机型。假如这是你的主要目标,观星放在其次,10x40 是蛮好的选择,Roof 棱镜高级机型又特别值得推荐。

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一、问题及建议

作为一个学生,或者工薪发烧友,甚至“先富起来”的少数天文爱好者,在选择望远镜,尤其第一次面对口径、焦距、镀膜这些名词时,都会感到眼花缭乱,这时最好的办法就是先加入到当地的天文爱好者组织中,这样你就会有机会先实际使用一下别人手中的望远镜,再根据自己的需要作出决定。在购买望远镜之前,还应该先仔细考虑以下几个问题:

1、你准备花多少力量和时间来熟悉天空?如果你对夜空和要观测的天体足够熟悉,而且不认为对照星图自己找星是一项苦差使的化,那么你就可以选择较便宜、更加便携、较轻也较易于使用的望远镜。反之,那些带有精密坐标机构,甚至计算机控制自动找星的望远镜将是最佳选择。需要说明的是随着电子工业的发展以及规模生产的优势,目前国际上主要望远镜生产厂家的全自动望远镜的价格越来越趋于合理,绝非高不可攀。

2、你的观测地有多远?如何搬运你的望远镜,以及搬运时你愿意付出多少劳动?这个问题的答案不但决定着望远镜的口径,也关系到望远镜的光学结构。请记住一条由无数天文爱好者付出了很多代价得出的结论,即望远镜的使用频率与其重量成反比。我们认为一台经常被带出去观测的望远镜要远远好于那些由于太笨重而被留在家里的望远镜。

3、你要哪些附件?多数现代的望远镜都有着五花八门的功能和数不清的附件,但实际观测中用得到的(至少是经常用到的)却屈指可数。我们发现包括笔者在内的大多数爱好者都喜欢"基本的"望远镜,太多的功能和附件带来的益处要远小于它们给你带来的经济负担。

4、你是否打算进行天体摄影、或是CCD成像?“天体摄影”和“CCD”都是昂贵的,通常初学者要花费几个望远镜的代价和几年的时间才能构造满意的装备和得到满意的结果。

决定一台望远镜性能的最重要的参数是口径,口径越大就能看到越暗的天体,也能分辨出越多的细节。但是口径并不意味着一切,一台工艺水平很差的望远镜无法达到它应该达到的性能,甚至无法工作。幸运的是对于爱好者使用的口径,无论是光学还是机械的加工难度都不大,一般的制造商只要认真对待,都能生产出令人满意的产品。但偶尔也有个别不合格品出现,好在现在>已经深入人心,只要我们发现及时,并且在必要时能够强烈坚持,更换或者退货是不成问题的。

不同的光学结构使得望远镜有不同的光学表现,施密特-卡塞格林、牛顿反射镜、各种折射镜都各有其优缺点,并导致光学性能的差异,但是相对于口径的差别来说,这种差异是次要的,我们可以认为对于相同口径和工艺水平的望远镜,它们的光学表现应该是接近的,但是不同的加工水平导致的质量差异确是非常巨大的。

另外,天文大气视宁度(seeing)会影响望远镜分辨细节的能力,天空背景亮度会影响望远镜观测暗天体的能力。seeing对大口径望远镜的影响较大。如果你是在天空背景较亮、seeing又较差的地方观测,如大城市中,那就没有必要搬出大望远镜,如果你总是在这种地方观测,那么就不必去买大望远镜。

一般来说,现代的高质量折射镜单位口径的光学性能最佳,但是相对于其他类型的望远镜价格也最贵、而且当口径超过10厘米时,通常会由于镜筒太长而变得非常不便携(当然APO折射镜不在此列)、施密特-卡塞格林和马克苏托夫-卡塞格林式折反射望远镜的便携性最佳,但这类望远镜仍然较贵、单从光学性能考虑,性能价格比(注意,不是光学质量)最高的是牛顿式反射镜,尤其是道布森式(Dobsonian)牛顿镜、相同口径下它们的便携性优于折射镜(因为其相对口径可以作得很大),但明显不如折反射镜.

二、关于望远镜

对于初学者,普通的小口径(小于10厘米)折射镜是最好的选择,它们的价格相当便宜(与折反射镜和APO折射镜相比),操作和维护简单,建议如果经济条件允许,尽量购买正规的天文望远镜,“正规”是指有优良的光学质量,标准的目镜接口(现在最常用的是1.25英寸的接口),合理的放大率组合,能够真正发挥作用的寻星镜,稳固的支架,灵敏可靠的微动及调焦机构等等。目前充斥市场的低档折射镜(口径多为50-60mm)的质量参差不齐,大部分都存在着设计和制造上的缺陷,购买时最好请一位望远镜的内行帮助参谋。

反射镜主要分牛顿式和卡塞格林式两种,卡塞格林式在爱好者手中较少见,价格也较贵。牛顿式反射镜由于目镜位于镜筒前端,操作不太容易,维护相对复杂,如校正光轴和镀膜都较困难,但它的最大优势在于价格便宜,也是最容易自制的一类望远镜,因而在业余天文界一直十分流行,国内也不乏磨制镜片和组装牛顿镜的高手。国内外介绍自制牛顿镜的书籍和文章很多,有兴趣的同好不妨一试。目前市场上出售的牛顿镜的主流是大口径、小焦比,这类望远镜有着强光力和大视场,非常适合深空天体的目视观测,加上现在目镜的设计水平比

二、三十年前已经有了本质的提高,视场超过80度的超广角目镜用于相对口径大于F/4的反射镜在全视场仍能有满意的像质。

折反射望远镜是目前国外业余天文界最流行的望远镜,在国内南京天仪中心(原南京天文仪器厂)生产的120望远镜也曾是科普望远镜保有量冠军。这类望远镜最大的特点是镜筒很短,有着很好的便携性,因而受到大家的欢迎,需求量大又导致大规模生产而降低了成本,低售价又进一步刺激了消费,如此良性循环受益的自然是我们的爱好者。在美国市场上口径 200mm,F/10的施密特-卡塞格林望远镜加自动跟踪的叉式赤道仪的售价还不到1000美元,可以说是物超所值了。折反射望远镜质量明显的个体差异可能主要是由于其装配和调整的复杂性造成的,一个品质管理严格的厂家应该不允许质量不合格的产品出厂,但要买到最好的,还应亲自挑选,最好通过看星检测其像质。

你如果是一个完美主义者,而且经济条件不会对你追求完美制造障碍的话,你应该认真考虑一下萤石或ED(超低色散)的APO(复消色差)折射镜。由于不同生产厂家的设计思想和标准不同,并不是所有自称为APO的折射镜都是最好的,但最好的望远镜肯定来自这些折射镜。这里的“最好”并不仅仅指光学质量,由于色差得到了有效控制,它们的相对口径可以做得较大,因而也更加便于携带;生产厂家通常都愿意为昂贵的物镜配上一个精心设计和加工的镜筒,因此它们的外观也都非常漂亮。以上各项优点的代价就是高昂的售价,一只口径100mm的APO折射镜镜筒往往超过200mm的施密特-卡塞格林望远镜加赤道仪的价格。

再谈一谈风景/天文两用望远镜,包括双筒镜和一种通过棱镜成正象的单筒镜(即Spotting Scope)、相信很多朋友在旅游或观看球赛时都用过双筒镜,与传统的天文望远镜相

比,它们有着视场大、成像明亮、观看舒适、携带方便等优点,因此也成为了热爱观测的天文爱好者的必备器材。目前市场上可供选择的双筒镜型号和种类都很多,根据在天文上的用途大致可分为两类;一是用于随身携带进行寻星和大视场观测,尺寸通常较小,最常用的型号为7X50和10X50,7X50的双筒镜有着7.1mm的出瞳直径,这大致相当于年轻人的眼睛完全适应黑暗时的瞳孔直径,但随着年龄的增加,人眼瞳孔的最大直径会逐渐变小,当年龄超过30岁时,选择10X50的比较合适。另一类是口径较大的寻彗双筒镜,口径多为80-150mm,除了寻彗,它们还是观测深空天体的得力武器。为了顺利的进行天文观测,双筒镜最好能固定在三角架上,一般厂家都提供供选购的三角架联结装置,价格一、二百元,可以方便的把双筒镜和三角架联在一起。

Spotting Scope在国外非常流行,拥有者多为被称为Birder的自然和鸟类爱好者,Spotting Scope的口径多为50-80mm,通过内置的棱镜(组)成正像。一般可以通过更换不同的目镜改变倍率,但是和35mm单镜头反光照相机一样,不同的厂家有不同的目镜卡口。几乎所有的Spotting Scope都可以方便的和照相机三角架连接,多数厂家还为可更换目镜的 Spotting Scope设计了照相机接口,可以当做望远镜头使用。为适应各人不同的用途和习惯,Spotting Scope有直视目镜和45度斜视目镜两种镜身及普通消色差和复消色差两种物镜可供选择。与天文望远镜相比,Spotting Scope成的是完全正像,结构紧凑、密封防尘性能好,适合在野外和恶劣的环境下使用,但由于光学结构较为复杂,成像质量稍逊于同档次的天文望远镜,尤其不适于作高倍观测(厂家提供的目镜最高倍率一般不超过60 倍〕。

三、支架及附件

望远镜的支架分为两种:地平式和赤道式、地平式支架一般较便宜,重量较轻,搬运、调试都比较方便。但当你需要对天体进行自动跟踪时,地平式支架就显得力不从心了,尽管由计算机自动控制的望远镜(如MEADE公司的LX200系列)可以在地平状态下进行自动跟踪,但由于整个视场会绕视场中心旋转,无法进行天体摄影。因此赤道式支架(又称赤道仪)是进行跟踪天体摄影的必备器材。无论选择哪一种支架,其稳定性都是最重要的,稳定性差的地平式和赤道式支架它们给观测,尤其是调焦和找星带来了很大的麻烦,使天文观测的乐趣大打折扣。一个优质的照相机三角架往往比一般的望远镜自带的支架要好用,照相机三角架的说明书上一般都会给出其最大负荷,但由于望远镜的镜筒与照相机相比要长得多,对三角架云台的力矩也大得多,所以选择最大负荷比望远镜的重量大一倍左右的三角架比较理想。照相机三角架用于望远镜还有两个缺点,一是价格较高,像曼富图的三角架和云台一套至少要 1000元左右;二是照相机三角架都没有微动机构,找星很不方便,国外市场上有一种微动云台,加在三角架的云台上可解决这一问题,可惜目前在国内还不易买到。

对于天文摄影而言,赤道仪有时比望远镜本身还要重要,因为望远镜有时仅仅用于导星,而赤道仪跟踪的好坏及稳定程度却直接关系到照片的质量。

目镜对望远镜的光学表现起着重要的作用,在目视观测时其重要性绝不亚于望远镜的物镜。决定目镜性能的参数主要是焦距、视场和出瞳距离。望远镜物镜焦距与目镜焦距的比值就是放大倍数,所以焦距是表征目镜性能的最重要的参数。而目镜的视场决定着望远镜的视场,(望远镜视场=目镜视场÷放大倍率),一般的显微镜目镜(惠更斯式,2片2组)的视场只有30度左右,这种目镜不但由于结构过于简单使得像差校正不佳(尤其是色差),而且由于视场太小,使用时有从烟囱的一端向另一端看的感觉。目前标准的目镜(如Plossl和

OR型目镜,4片2组)视场为40-50度,而广角目镜(通常超过6片)的视场超过60度,有的可达84度,用这种目镜观天的感觉是非常美妙的,尤其是低倍时,简直有太空漫步的感觉。出瞳距离指能看清整个视场时观测者的眼睛到目镜的接目镜的距离。出瞳距离直接决定着观测的方便和舒适程度。一个出瞳距离适中的目镜(如15-20mm)会给观测带来很多方便,尤其是戴眼镜的观测者,他们不必摘掉眼镜就能看清整个视场,这对于戴散光镜的人更加重要,因为即使他们摘掉眼镜重新调焦也无法看到清晰的星像。对于同一种目镜,其出瞳距离一般与焦距成正比。出瞳距离过短固然不好,但过长时也会带来不便,笔者在使用焦距为40-55mm的Plossl目镜时由于其出瞳距离过长,眼睛要不断前后移动才能找到合适的位置,后来为它们专门设计了眼罩问题才得到解决。

一台望远镜通常应配备多个目镜以便组合成多种放大倍数,首先应该配备一个低倍率、大视场的目镜用于观测面积大而表面亮度低的星云星团,同时也可以在使用高倍率目镜时先找到目标,它将是使用次数最多的目镜。这只目镜的放大率应为望远镜口径厘米数的2-3倍,对于相对口径较小的望远镜,焦距40-55mm的Plossl目镜(视场约40度)即可胜任,但当相对口径较大时,最好选择焦距稍短的广角目镜(视场>60度)。中等倍率目镜主要用于观测星云星团等深空天体,典型的中等倍率是物镜口径厘米数的5-10倍。高倍率主要用于观测行星、双星、致密的星云星团等,一个优质的物镜(如10cm的APO折射镜)应该允许使用其口径厘米数的25倍的放大率而不明显降低成像质量,但一味的追求高倍率往往适得其反,因为很少有适合使用500倍以上放大率的大气条件。前面已经提到过近些年目镜的设计水平有了大幅度的提高,在国外市场上有效视场超过80度的超广角目镜,长出瞳距离的高倍目镜都不难见到。

发布人:北京天文台 姜晓军 发布时间:2007年1月30日 已被浏览 5694 次 点击关闭窗口

天文望远镜的光学性能

在天文观测的对象中,有的天体有视面,有的没有可分辨的视面;有的天体光极强,有的又特微弱;有的是自己发光,有的是反射光。观测者应根据观测目的,选用不同的望远镜,或采用不同的方法进行观测;一般说来,普及性的天文观测多属于综合性的,要考虑"一镜多用"。选择天文望远镜时,一定要充分了解它的基本光学性能。评价一架望远镜的好坏,首先要看它的光学性能,其次看它的机械性能(指向精度与跟踪精度)是否优良。光学望远镜的光学性能一般用下列指标来衡量:

1.有效口径(D)--指物镜的有效直径,常用D来表示;

指望远镜的通光直径,即望远镜入射光瞳直径。望远镜的口径愈大,聚光本领就愈强,愈能观测到更暗弱的天体,它反映了望远镜观测天体的能力,因此,爱好者在经济条件许可的情况下,应选择较大口径的望远镜。

2.焦距(F)

望远镜的焦距主要是指物镜的焦距。物镜焦距F是天体摄影时底片比例尺的主要标志。对于同一天体而言,焦距越长,天体在焦平面上成的像就越大。

3.相对口径(NA)

相对口径又称光力,它是望远镜的有效口径D与焦距F之比,它的倒数叫焦比(F/D)。有效口径越大对观测行星、彗星、星系、星云等延伸天体是非常有利的,因为它们的成像照度与望远镜的口径平方成正比;而流星等所谓线形天体的成像照度与相对口径A和有效口径D的积成正比。故此,作天体摄影时,应注意选择合适的有效口径A或焦比。一般说来,折射望远镜的相对口径都比较小,通常在1/15~1/20,而反射望远镜的相对口径都比较大,通常在1/3.5~1/5。

4.视场(ω)

能够被望远镜良好成像的区域所对应的天空角直径称望远镜的视场。望远镜的视场与放大率成反比,放大率越大,视场越小。不同的口径、不同的焦距、不同的光学系统与质量(像差),决定了望远镜的视场的大小(CCD的像数尺寸有时也会约束视场的大小);一般科普用反射望远镜的视场小于1度,而施密特望远镜消像差比较好,故它的视场可达几十度。

5.放大率(M)--指目视望远镜的物理量,即角度的放大率。

目视望远镜的放大率等于物镜焦距与目镜焦距之比,也等于物镜入射光瞳与出射光瞳之比。因此,只要变换不同的目镜就能改变望远镜的放大倍数,但由于受物镜分辨本领,大气视宁静度及出瞳直径不能过小等因素的影响,望远镜的放大倍率也不是可以无限制的增大;一般情况应控制在物镜口径毫米数的1-2倍(最大不要超过300倍)。不少人提到天文望远镜时,首先考虑的就是放大倍率。其实,天文望远镜和显微镜不一样,地面天文观测的效果如何,除仪器的优劣外,还受地球大气的明晰度和宁静度的影响,受观测地的环境等诸因素的制约。而且,一架天文望远镜有几个不同焦距的目镜,也就是有几个不同的放大倍率可用。观测时,绝不是以最大倍率为最佳,而应以观测目标最清晰为准。

6.分辨本领--指望远镜能够分辨出的最小角距。目视观测时,望远镜的分辨角=140(角秒)/D(毫米),D为物镜的有效口径。

望远镜的分辨本领由望远镜的分辨角的倒数来衡量。分辨角(δ)通常以角秒为单位,是指刚刚能被望远镜分辩开的天球上两发光点之间的角距,理论上根据光的衍射原理可得

δ=1.22λ/D

式中λ为入射光的波长,对于目视望远镜而言,以人眼最敏感的波长λ=555纳米来代替,并取物镜口径D以毫米计,则有:

δ"=140/D(mm)

由于大气视宁静度与望远镜系统像差等的影响,实际的分辨角要远大于此(一般介于0.5到2

角秒间)。

望远镜的分辨率愈高,愈能观测到更暗、更多的天体,所以说,高分辨率是望远镜最重要的性能指标之一。

7.贯穿本领-指在晴朗的夜晚,望远镜在天顶方向能看到最暗弱的恒星星等。贯穿本领主要和望远镜的有效口径有关。

在无月夜的晴朗夜空,我们人的眼睛一般可以看见6等左右的星;一架望远镜可以看见几等星主要是由望远镜的口径大小决定的,口径愈大,看见星等也就愈高(如50毫米的望远镜可看见10等星,500毫米的望远镜就可看到15等的星)。

光学名词中英文对照

光圈(Iris):位于摄像机镜头内部的、可以调节的光学机械性阑孔,可用来控制通过镜头的光线的多少。

可变光圈(Iris diaphragm):镜头内部用来控制阑孔大小的机械装置。或指用来打开或关闭镜头阑孔,从而调节镜头的f-stop的装置。

隔离放大器(Isolation amplifier):输入和输出电路经过特殊设计,可以避免两者互相影响的放大器。

抖动(现象)(Jitter):由于机械干扰或电源电压、元器件特性等的变化所引起的信号不稳定,信号的不稳定可能是振幅上的或是相位上的,也可能两者兼有。

滞后(Lag):电视拾像管中,去除励磁后,两帧或多帧图像的电荷映像的短暂停留。

激光(Laser):Light amplification by stimulated emission of radiation 的缩写。激光器是一个光学谐振腔,两端装有平面镜或球面镜,中间装有光放大材料。它使用光学或电学的方法激发其中的材料,使材料的原子受激发产生一束亮光,亮光透过其一端的镜面发射出来。 输出的光束是高度单色(纯色)和非扩散性的。

前缘(Leading edge):脉冲升高部分的主部,其位置一般位于总振幅的10-90%处。

镜头(Lens):由一片或多片弧面(通常为球面)光学玻璃组成的透明光学部件。它可以用来聚集或分散被摄物发出的光,从而生成被摄物的实像或虚像。

菲涅耳透镜(fresnel Lens):被切割成窄环状再打平的镜头。镜头上有一圈圈的窄同心圆或梯级,它们可以将(各个方向射来的)光线汇聚成图像。

镜头速度(Lens speed / f-number):镜头的透光能力。F值是焦距(FL)与镜头直径的比值。比较快的镜头的值可能是f / 1.4,而f / 8的镜头其速度就相当低了。f值越大,镜头的速度越慢。

透镜系统(Lens system):指两个或多个透镜的有机组合。

光(Light):眼睛可以看到的电磁射线,波长在400nm(蓝色)到750 nm(红色)的范围内。

有限分辨率(Limiting resolution):分辨率的度量方法,通常用每幅电视图像中测试图样上可分辨的电视线的条数来表示。

线路放大器(Line amplifier):用于驱动传输线的音频或视频信号放大器。安装在主电缆的中间位置,用于减少损耗的放大器(通常为宽带型的)。

线性(Linearity):输出信号随输入信号的变化而直接或按比例变化的现象。

线对(Line pairs):定义电视清晰度所用的术语。一个电视线对一条黑线和一条白线组成。525线NTSC制的画面中共有485个线对。

负载(load):承受设备所输出的能量的部件。

损耗(loss):信号电平或强度的减少,通常用分贝表示。也指没有实际用途的功率耗散。 低频失真(Low-frequency disortion):低频率下发生的失真现象。电视系统中一般指15.75kHz以下的频率。

低照度摄像机,低照度电视(Low light level/LLL camera and television):可以在极其微弱的光照下工作的闭路电视摄像机。可以在低于正常视觉响应的光照情况下工作的闭路电视系统。

流明(Lumen / Im):光通量的单位。相当于一烛光的均匀点辐射源穿过一个立体角(球面)的通量,也相当于一烛光的均匀点辐射源等距的所有点所在的表面上的光通量。

照度(Luminance):从同一方向看,在给定方向上的任何表面的每单位投影面积上的光照强度(光度)。单位为英尺朗伯。 亮度信号(Luminance signal):NTSC彩色电视信号中涉及场景照度或亮度的那部分信号。

光通量(Luminous flux): 光通过的时率。

勒克斯(Lux):国际单位制中的照明单位,其中涉及到的长度单位为米。1勒克斯等于每平方米1流明。

磁聚焦(Magnetic focusing):利用磁场作用来使电子束会聚的方法。

放大倍数(Magnification):表示被摄物与图像之间的尺寸差异的数字。通常以焦距为1英寸镜头和靶面尺寸为1英寸的传感器为基准(放大倍数=M=1)。焦距为2英寸的镜头的放大倍数为M=2。

微分增益(Differential gain):当载有 3.58 -Mhz 彩色次载波的图像信号从消隐电平变成白色电平时,整个电路中彩色次载波振幅的变化。微分增益通常用dB或百分比来计量。

微分相位(Differential phase):当载有3.58-Mhz 彩色次载波的图像信号从消隐电平变成白色电平时,整个电路中彩色次载波相位的变化。微分相位通常以度为单位来计量。

屈光度(Diopter):描述镜头光学功率的术语。它的值是以米为单位的焦距值的倒数。例如,焦距为25cm(0.25cm)的透镜的光学功率为 4个屈光度。

电气失真(Distortion electrical):某信号与原信号相比时,出现的不希望发生的波形变化。 光学失真(Distortion,optical):用来描述图像不是物体的准确复制的一般术语。失真有多种不同的类型。

点条状信号发生器( Dot bar generator):产生特殊的点条信号的设备。一般用来测量电视摄像机和视频监视器的扫描线性和几何失真。

驱动脉冲( Drive pulses ):指同步脉冲和消隐脉冲。

动态范围( Dynamic range ):在电视系统中,指摄像机的实用照度范围。在这种情况下,被摄视场中同时存在强光区和阴影区,而所有细节均可看清。数量上一般以允许的最大照度水平与最小照度水平的电压差或功率差来衡量。

回波(Echo): 信号传输过程中从一个或多个点反射回来的信号。与原信号相比,具有明显的幅度和时间上的差异。回波可以比原信号超前或拖后,造成反射波或"重影"现象。

EIA接口标准(EIA interface):由电子工业协会的(EIA)规定的一系列标准信号特性,包括持续时间、波形、电压和电流等。

EIA同步信号(EIA sync signal):在电子工业协会的RS-170(单色图像)标准,RS-170A(彩色图像)标准、RS-312、RS330、RS-420及续后文件中规定的,用于使扫描同步的信号。

电磁聚集(Electromagnetic focusing):使用电子透镜系统中的一个或多少偏转线圈,通过电磁场的作用,将阴极射线束会聚成一点的过程。

静电聚焦(Electrostatic focusing): 通过对电子透镜系统中的一个或多个元素施以静电势能,将阴极射线束聚焦成小点的方法。

图像平面(Image plane):在成像点上,与光轴垂直的平面。

阻抗(Impedance):电路或电子器件的输入/ 输出特性。为实现最佳信号传输效果,用来连接两个电路或器件的电缆的特征阻抗必须与电路或器件的特征阻抗相同。阻抗的单位为欧姆。视频分配系统使用的标准同轴电缆两种。

入射光线(Incident light):直接照射到物体上的光线。

红外辐射(Infrared radiation):波长大于750纳米(可见光谱红色的一端)、小于微波波长不可见光。

增强电荷耦合器件(Intensified CCD/ICCD):通过光纤与电子管式或微通道板式图像增强器相连的CCD摄像机。

增强型硅靶(Intensified silicon intensified target/ISIT):通过光纤与额外的增强器件相连接、以提高灵敏度的SIT管。两个增强器级连使用,可获得的灵敏度为标准摄像管度的2000倍。

增强型摄像机(Intensified vidicon/IV) :通过光纤与增强器件相连、以提高灵敏度的直读型标准摄像管。

干扰(Interference):倾向于扰乱期望获得的信号的外来杂散信号。

隔行扫描,2:1~( Interlace,2 to 1):闭路电视系统中使用的一种扫描技术。其中,每帧图像由两场组成,两个场以2比1的速率精确地同步扫描,相连场中相邻扫描行间的时间或相位关系是固定的。

随机交错( Interlace,random) :闭路电视系统中使用的一种扫描技术。其中,组成帧的两场并不同步,相连场邻行的时间或相位关系不固定。

隔行扫描(Interlaced scanning):一种扫描过程,其中扫描之间的距离是标称行间距的两倍或多倍,相邻的行属于不同的场。这是一个减少图像闪烁的扫描过程,在NTSC系统中为2:1。

光圈值 / F值(f-number):镜头的透光能力。F值是物镜焦距(EFL)与入射光瞳周长(D)的比值,即F=EFL / D。F值与焦距成正比,与透镜周长成反比。F值越小,透镜的透光性能越好。

焦距(EFL):透镜中心或其第二主平面到图像聚焦点处的距离。EFL的单位一般为毫米或英寸。

后焦距(back Focal length):透镜后顶点到透镜焦平面间的距离。

焦平面(Focal plane):与透镜或反射镜的主轴成直角且通过聚焦点的平面;该平面上生成的图像效果最好。


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