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深度解读望远镜 篇一:从两款双筒望远镜谈起

夏天到了,户外活动多了,衣服少了,望远镜的需求也增加了~~~~不少电商搞促销活动,价格几十到几千的都有,外观十分相似,相信不少朋友购买时有过犹豫和困惑,今次再做系列,主题定位为深度解读望远镜,一来自己是光学专业科班出身,二来上过几年研究生,三来在光学行业摸爬滚打过几年~~~~~不算资深人士、也算行业中人,希望能以接地气的语言、深入浅出地让广大值友了解望远镜这类产品,为您更好选择和消费提供有一帮助。


(一)两款望远镜的购买经历

1、APLEN望远镜

2008年夏天,本人参加南开大学泰达学院举行的暑期培训时,正值奥运火炬传递活动即将在天津滨海新区举行。对于这种活动一辈子估计没有几次能现场感受的机会~~~~。于是跑到天津塘沽洋货市场想海淘一款望远镜以备观看使用,具体经过就不讲了,最后不得以120元收入了下面这款假洋货、真杂牌~~~~姑且以产品上的标识"ALPEN"称呼吧。

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2、CAT望远镜

今年2月,闲来无事,对望远镜有一定需求的我,在看到亚马逊Z秒杀时以138元价格入手了波斯猫(CAT)绣虎双筒望远镜~~~,这个品牌是冠博旗下品牌,虽然不算什么大牌子,但在望远镜行业总归还是有自己的牌子~~~购买情况以订单为证~~~~~

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实物及主要配件展示如下~~~~

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(二)参数、外观及细节比较

1、参数对比

ALPEN望远镜的说明、参数详单等资料没有保存,只有镜架上的信息了~~~

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这个参数的意思是:放大倍数为30倍,口径60mm,在1000米处可视最大物体宽度为52米,视场:θ=52÷17.5=3度。

CAT望远镜的主要从参数为:

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详细参数见下图~~~

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但从放大率、口径和视场参数看的话,似乎APLEN完胜CAT望远镜~~~~,因为其他参数相同情况下,放大率影响望远镜远看能力,口径影响细节识别能力,视场是一个相对值,相同光学组件搭配一般放大率越大,视场越小~~~~,在此就不展开讲参数了,留个伏笔~~,下篇详解。

2、外观对比

由于这两款望远镜采用了如下开普勒普罗棱镜(PorroPrism)和内调轮结构

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 所以无论外观还是重量都很相似~~~

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可能有人说镀膜不同,一个是绿色膜,一个是琥珀色膜。其实颜色说明不了任何问题,不能作为判断镀膜好坏的标志~~~至于为什么,下篇详谈,在此你只需要知道这个点就行了

3、细节对比

一是APLEN没有专门设计三脚架固定孔,需要把图中一字螺栓拆卸后才能安装三脚架,螺栓封盖是直接扣上去的;CAT做得比较心细一点留了孔位,且外面的塑料封盖上有螺纹,拧上去后不容易丢掉。

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二是调焦轮对比,APLEN的直径大一点,摸上去手感比CAT好,润滑程度也好一点~~~可能是时间长了磨合和用习惯了的原因~~~

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注意CAT上有产品编号,貌似很正规~~~~,但与参数单上的编号对不上~~~~~~

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三是两款同样是右目镜带视度调节环,但不同的是CAT的眼罩可以折翻,便于戴眼镜的人使用。

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四是内筒壁不同,APLEN就是普通磨砂内筒,CAT内筒有防反光的纹路设计~~~

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商家宣传是可以遮挡杂散光~~~~~工作原理如下:

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(三)光学测试

为了更有说服力,在相同条件下进行了简单测试~~~观测距离为800米以外的一处民宅院落~~~~俺不是偷窥哦

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这是用相机紧贴目镜拍摄的~~~~上为APLEN,下为CAT

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可见尽管APLEN参数不错,但实际上放大倍数、视场及清晰度都完败CAT这个品牌入门机~~~~

此外,我也对遮挡杂散光能力进行了测试,由于相机不给力没能看到效果,但目测对比还是比较明显,APLEN对比度低一点,CAT对比度高一点,而且光线比较足时能看到边缘边缘的泛白的光圈~~~这可能是产品比较低端,设计不够精细,遮档杂散光不完全照成的~~~

(四)总   结

只有一句话,百元左右望远镜宁愿买品牌低端货,不买杂牌高大上的。我见B2C商城上常常把参数CAT差不多的望远镜拿来做抢购,几十块钱一款~~~~~~这种货真的不建议你买,材料又次、参数全假,外观再好看有意义吗?下篇将深度解析望远镜指标参数。

看懂望远镜的参数指标

望远镜是最早被人类掌握并熟练使用的光学系统,早在现在光学设计理论建立以前,已经被广泛用于航海、军事等领域。作为光学系统,望远镜具有一般光学系统的所有基本特点,这些参数特性也是衡量光学系统好与坏的重要依据。凭我多年从事光学设计的经历来看,光学元件的好坏直接影响望远镜品质好坏,工艺设计的区别,最后才是涂装、外形等。

 一、光学组件

目前市场上用于望远镜的物镜目镜材料主要采用了BK7光学玻璃(性能与国内K9玻璃类似),棱镜对中高端产品中常用的是Bak4玻璃。也有一些不良商家使用石英玻璃、树脂材料代替光学玻璃坑骗消费者~~~~但正规厂商生产的产品一般不会出现这种情况~~~~。当然也有正规一些针对低年龄儿童的望远镜玩具采用树脂镜片,这个无可厚非逼近对于小孩玩具来说安全第一,功用第二。

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1、关于材料特性

 一般来说判断光学材料好与坏主要看三大参数:折算率、色散率、透光率。正常来说一般是折射率越大、色散越接近零、透光率越接近100%,光学特性越好,这也是直接导致光学玻璃材料价格差异的主要因素。对于不了解折射率、色散率和透过率的童鞋,你们不要纠缠于概念,我给你大概讲一下你就清楚了。 相同焦距透镜采用折射率越高的材料,透镜可以设计的越薄;而厚度几何规格相同的透镜,折射率越大焦距越短~~~

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对于棱镜度来讲,采用更高折射率的BAK-4玻璃,全反射角度比BK-7更小,所以损失的光更少~~~~

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色散描述的是不同波长的光在同一透镜上焦距不同,也就是如果将一束太阳光照在一个零散射的透镜上看见的聚焦点还是一个太阳成像的白光斑,但如果照在一个散射率大的透镜上看见的就是一圈一圈有颜色同心圆组成的光斑,导致成像的模糊

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透光率估计谁都懂~~~~女同志穿夏装就是在研究透多少最好的问题~~~     


在可见光波段,石英玻璃折射率约为1.458、色散约为0.013、透光率约为93%。BK7玻璃折射率为1.516、色散约为0.00806,透光率约为92%。BaK4玻璃折射率约为1.552、 色散约为0.00531、透光率约为93%。树脂镜片来说,折射率在1.49—1.74之间,色散0.017—0.031之间,透光率约为90%。所以无论单项来看还是综合来看,基本上都是首选BaK4、其次是BK7、再次是普通石英玻璃,树脂材料的如果不是给孩子玩就别选了~~~~,你别觉得只看折射率1.74很诱人。其实这是树脂眼镜片的极限,估计能达这个参数的镜片一片也得千元以上了,这么高的成本只有眼镜这个暴利行业敢用。

2、关于抛光加工

上面说的是材料,其实材料只是最基本的,抛光打磨才很重要~~~~~

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对于透镜来讲,抛光打磨好以后关键看三个参数:曲率误差、光轴偏正、光洁度高低,曲率和光轴是影响调试安装的,一般望远镜机械架子是有一定的容忍度。光洁度主要是讲打磨以后镜片表面的划痕大小的,一般以深度和长度来描述,一般数值越小越好,不过这种参数一般你看不到,一般转配工也了解不到,只有光学工程师才关心~~~~。对于棱镜来说,通光面的平行度和光洁度一样重要,一般棱镜约接近标准的等腰直角三角形约好,这样可以保证入射和出射光是平行的~~~


3、关于光学镀膜

对于要镀膜的光学元件,镀膜以后光洁度往往会变好一点。镀膜的过程类似下雪,不过比老天爷的下雪细腻多了,厚度需要精确控制在波长量级,也就是100nm左右。镀膜工艺有单层镀膜、多层镀膜、宽带镀膜之分;有反射膜、透色膜之分;有介质膜、金属膜之分。一般望远镜上使用的是增透膜也叫减反膜、对应AR膜或者HT膜,大品牌使用的是多层增透膜或者宽带增透膜技术;而三流厂商估计使用的是单层镀膜。

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但即便使用同等技术方案,由于镀膜机器的不同,工艺技术的不同,好的镀膜和差的镀膜收费差别很大、效果差别也比较明显~~~,举个例子如果你要透射率达到97%,可能成本三两块钱就能做,如果你要99.7%可能就得一二十块钱,如果要99.97%那么可能就得近一百块钱,如果你要99.99997%那么一片镜片就得上万块钱,因为全球也只有一两家能做得到,且不在中国。

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至于膜反射是什么颜色,大可不必纠结,有商家那次做宣传说红膜好与绿膜什么的,其实这都是所谓的装饰膜,已经偏离了镀膜增加透色率的初衷,说明不了镀膜的好坏~~~~有可能还会影响成效质量和色彩辨别。判断是否镀膜的方法是:在光线充足的地方以较大角度看其反射光,看见如上图的彩色反光层就是镀膜了。


二、光学参数

光学元件对于望远镜,就等同于发动机对于汽车。但汽车能性能不仅看发动机参数还和调试组装等等不开。一般来说望远镜整体光学性能的评价主要看一下几个参数:

1、物镜直径。此参数决定极限星等、分辨率等参数。

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望远镜的分辨率是指望远镜所能分辨的最小的视角。对于直径为D的透镜,极限分辨率=1.22λ/D,λ是观测波长,对于可见光望远镜一般波长取500nm,因为这是人眼最敏感的绿光的波长范围;由公式可知,极限分辨率大小与波长成正比,与光学系统的口径成反比。对于特定波长来说,口径越大,分辨率约小,望远镜的分辨能力越强。而对于特定分辨率的望远镜,只能辨识比其分辨率张角大的物体的边界,当两物体形成的张角小于或者等于分辨率时,望远镜中看见的是重叠的物体(见下面的示意图)。在望远镜系统中粗略可以把D以物镜直径带入计算,实际上由于望远镜是由多光学元件组成的,任何一个光学元件调试或安装有偏差都可能造成通光孔径变小,所以实际上望远镜标识的分辨率要比极限分辨率大一点。如果哪家生产的望远镜的分辨率等于或小于以物镜直径带入计算的极限分辨率了,那么这个参数绝对是有问题的。

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于望远镜物镜口径相关的还有另一个光学参数,就是天文望远镜的极限星等。过去缺水山区群众,下雨的时候大盆小盆满院子摆着,接雨水。为了接到更多的雨水,聪明的人会用大口径的水盆,而不是用矿水水瓶或者酒瓶之类的,因为口径越大单位时间内收集的雨点越多~~~~

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同理对于望远镜特别是天文望远镜,要观察遥远星系,借助的是星星发射或者反射的光子,物镜相当于瓶口,口径越大单位时间内收集的光子就越多,望远镜就能辨识亮度更低的星星。极限星等就是用望远镜能识别的最低亮度星星的来表示望远镜能力的。需要指出的是,极限星等对于非天文望远镜来讲,意义不是很多,因为普通望远镜一般是白天或有灯光的夜晚使用,这时往往是背景光比较亮,观察的物体比较暗,与天文望远镜使用环境截然相反,当然这个参数就没意义了~~~~

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 2、倍率。上一讲就物镜直径、倍率等概念都介绍过,就不说了。直接讲应用。一般望远镜是定倍率的,定倍率望远镜判断的好坏之一就是看最近多远能看清,对于同样口径和倍率的望远镜,系统调校和设计越好,越是具备近处观察和远处眺望能力,二不好的望远镜往往是只能看比较远举例的目标,而近处看不了,就像远视眼一样。现在流行的望远镜中有一种变倍率望远镜,但倍率超过8倍以后还是需要固定到支架上使用,比如观鸟镜。

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 3、视野。这个参数也讲过。由倍率和物镜口径决定,一般以1000m以外视野宽度进行标志。固定物镜口径,倍率越大,视野越小,反之亦然。了解这个参数有利于你更好选择不同口径与倍率组合的望远镜。对于相同物镜口径和倍率的望远镜,一般是视野越大,调校越好~~~~。对于变焦望远镜,视野是不固定的,但最大视野和最小视野一定是要了解的。变焦望远镜最大视野过小不利于搜寻目标,最小视野过大不利于拉近观察~~~

4、 出瞳直径,在目镜后面的像叫做出射瞳孔,出瞳孔径即指成像的直径,出射瞳孔直径等于入射瞳孔直径D除以望远镜的放大率r,即:d=D/r。出瞳直径实际上反映的望远镜的望远镜收集光的能力,同样倍率,物镜口径越大,约有利于暗弱光线下的观测。因此在选购望远镜时应尽量选择出瞳直径大些的。但考虑到正常人眼白天瞳孔只有3毫米左右,在黄昏或黑暗时瞳孔最大也就7毫米.因此一般情况下使用选择出瞳直径3毫米以上就可以了。标称超过7毫米的,看似收集了不少光,但被瞳孔拦截了,就像相机的镜头上装了光圈一样,这时光的实际使用效率并不高。所以要慎重选择~~~~~因为这种产品只有不懂视光学的人才能发明出来的~~~

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5、 出瞳距离。出射瞳孔到目镜靠近人眼最后一个表面顶点的距离即为出瞳距离。出射瞳孔距离有长、短之分,出射瞳孔位于目镜后,只有当眼睛与出射瞳孔相重合时才能观察到望远镜的全视场。我实际使用的旧望远镜是正常出瞳距离,而绣虎的望远镜是短出瞳距离并且眼罩可翻折的望远镜,个人体验是:短的好看,长一点的实用,因为短出瞳距离会造成使用时眼睛距离目镜太近,天冷使用容易在目镜上形成雾气影响使用~~~~;而长一点的眼镜不会紧贴目镜,雾气不易形成。

 6、色差。也就是色像差,是光学组件色散导致的。一般望远镜不会标明色差这个事,因为在放大倍数超不错10倍时很不易觉察到的,除非你买的是石英玻璃或者是树脂材料镜片的望远镜。但高端望远镜在这点上做得比较好,有使用ED(Extra low Dispersion)超低色散镜片或者色散补偿棱镜的做法,这种做法的缺点是成本高,体现在产品上就是价格高,但对于追求高质量成像效果的值友来说是很值得的~~~~

可能还有一些人会比较关系像差等问题,比如瞄准镜、相机镜头等等,但对于望远镜特别是普通望远镜一般很少涉及这个问题,毕竟你观察目标时一般是把目标放在视场中心的,也就是傍光轴的成像,这时像差是比较小的。主要光学参数就介绍到这里。



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