認識望遠鏡~陳仁傑

    望遠鏡是一種個人化的技術性產品,許多人都會經常帶著它,就像手上的腕錶一樣。擁有一隻高品質的望遠鏡同時也就意味著能有更好的生活品質,因為它能將遠方的景物拉到眼前來,展現出大自然美麗的細節,在休閒活動時作為貼身夥伴,豐富我們的精神生活。

望遠鏡的緣起

    望遠鏡的誕生地來自於荷蘭,西元1608年現代望遠鏡的雛形就已經誕生了,當時是一個具有望遠功能的單筒望遠鏡,一年後“伽力略“依照荷蘭望遠鏡的基礎製造出了天文望遠鏡,以後發展的雙筒與單筒望遠鏡基本結構方式都還是可以看到它們的影子 。 雙筒望遠鏡的運作原理是利用一個連接板將兩個獨立的單筒望遠鏡以平行的方式連接在一起,每一個結合在一起的部份都必須經過精密的調校。前面的鏡組(也就是物鏡)會吸收所瞄準的物體(樹木、矮木叢、動物、房子、人物以及其他等等)所反射回來不同波長的光波傳到望遠鏡的鏡筒中,位於鏡筒中的稜鏡會將顛倒的影像轉正,然後透過目鏡傳送到使用者的瞳孔中,眼睛的視網膜就能夠辨識出圖像加以觀察。單筒望遠鏡的原理與雙筒望遠鏡相同,差別只在於單筒望遠鏡是獨立運作。

 

優良望遠鏡的條件

    我們應該要如何挑選一支高品質望遠鏡呢?一隻品質優良的望遠鏡必須要能符合下列的要求:

.精確的光學計算能力。 .能夠將生產出來的光學玻璃以精準的方式測定相關位置。

.每個空氣與玻璃的接觸面都有高品質的多層鍍膜,稜鏡有精準的折射角度,要 有極佳的反射能力。

.望遠鏡的內部光學結構(物鏡、稜鏡、目鏡)都必須非常精準,不能晃動。

.機體必須要輕,要能夠對灰塵有抵抗能力。

.連接雙筒望遠鏡的結構要非常堅固,確保左右兩邊鏡筒能保持平行。

.調整對焦的機械裝置以及視差調整裝置必須要非常精密。

這些做法的目的都是為了讓我們的雙眼得到最佳的影像素質,品質優異的望遠鏡能夠讓我們在使用的過程中得到最大的樂趣。

    由於望遠鏡品質的好壞會影響視力的健康,品質不良的望遠鏡容易引起散光、斜視、視力曲度異常變化等等問題、年齡越低所受到的傷害也就越大,因此我們會推薦購買具有口碑的品牌產品,德系產品雖然價格高於日系產品,但在這方面的精確度與耐用度卻是無人能及。

    望遠鏡有許多不同的規格,挑選望遠鏡應該要以使用目的來區分,例如遠距離定點觀測水鳥,倍率高的單筒望遠鏡搭配三腳架是較佳的選擇;登山形態的賞鳥活動必須考慮重量,而且山林環境比水濱溼地更複雜,倍率過高也不利望遠鏡的搜尋,10x25或是8 x 32等會比較適合,所以擁有不同規格的望遠鏡,然後依照活動方式交替使用是比較理想的方式。

 

專有名詞的解釋

放大倍率

以MINOX BL10x42BR為例,第一個數字”10”代表望遠鏡的放大倍率。當使用者拿著10倍的望遠鏡,距離主體100公尺時等於是將主體拉進到前方10公尺(100除以10)的效果是一樣的。第二個數字”42”所表示的是物鏡的直徑,標示的單位是mm。物鏡的直徑越大就表示有越多的光線能夠被吸收。當物鏡的直徑超過50mm,表示它在弱光環境下或者是在月光下能夠有更好的辨識能力,也意味著更大的體積與更重的重量。

放大倍率同樣為10倍,但是口徑不同,體積大小也相差很多。

 

物鏡

    所有的光學儀器由照相機到雙筒望遠鏡,由單筒望遠鏡到顯微鏡都要透過鏡頭的鏡片才有辦法去觀察主體,我們期望得到的影像並非只是物體的輪廓線,而是主體的每一個線條,為了達到這個目的,我們會在物鏡中放入兩片或三片玻璃,甚至於是四片或者是更多(例如是攝影用的鏡頭)將它們組合在一起。重點在於要得到好的視覺效果,最重要的技術在於光學的運算,也就是說加入物鏡的每個鏡片它的弧度與折射率都會對最終的結果產生影響。

望遠鏡前端那一面(直徑較大的那一端)稱為物鏡。

 

高折射率玻璃

    高折射率玻璃能使鏡片能達到完全消色差的效果,重量也比較重,在製造與加工上它的要求都比較高,成本自然會比一般的光學玻璃貴上許多。 高折射率玻璃的優點在於它有極佳的線條描寫能力以及優秀的色彩層次再現能力,高折射率玻璃一般都運用在長焦距的攝影鏡頭以及單筒望遠鏡。所創造出來的結果是特別豐富的細節層次、真實的色彩還原效果以及在整個視野中都能擁有水準以上的畫質表現。

優良的非球面鏡片能夠有效校正光學上的偏差。例如上方普通的球面鏡會造成聚焦失準的現象,下方的非球面鏡則可校正來自不同角度的光線都聚焦於同一平面。

 

稜鏡

    望遠鏡前端目鏡所捕捉到的影像必須透過稜鏡才能縮短望遠鏡整體的長度。稜鏡的切割面會將光軸折射經過多次的折射之後才會到達目鏡,這樣可以有效縮短鏡筒的長度,並且可以將影像轉正。現今望遠鏡有兩種稜鏡系統: 1.頂瘠稜鏡系統:對物鏡較大的雙筒望遠鏡而言,這是比較理想的稜鏡結構,它使望遠鏡能有比較小巧的體積,手掌可以很平穩握住鏡筒,穩定度會好很多,但這種結構的組裝精密度要求較高,價格通常會高於波羅稜鏡結構的望遠鏡。 2.波羅稜鏡系統:這種望遠鏡最大的特徵是鏡筒有轉折,這種結構的望遠鏡比較適合用在較高倍率的單筒望遠鏡 。

採用波羅稜鏡系統的單統望遠鏡。

 

目鏡

    相對於物鏡的另一端是目鏡(貼近眼球的一端)。影像效果決定於稜鏡的品質與安裝,這關係到折射的精確角度,最佳的狀況是沒有重影的現象而且影像邊緣沒有暗角。目鏡也是由數個鏡片所組成的一個光學系統,目鏡的功能就像是一個放大鏡,它接受來自於稜鏡的影像,將它放大並且做必要的處理,投射到使用者眼中的是一個乾淨、層次豐富、色彩真實以及銳利的影像。目鏡的焦距確定了單筒或是雙筒望遠鏡的放大倍率,視野的大小取決於目鏡的直徑而非放大倍率。 目鏡上的眼罩也能使眼睛與目鏡的最後一個鏡片保持正確的距離。這是指;每一個人的視力都不同,而且也會隨著年齡而改變,一個注重品質的望遠鏡製造商應該要考慮到消費者在不同年紀時的需求,在設計望遠鏡時應該要將這些變數考慮進去,只是這需要特別的光學計算並且使目鏡的成本上揚。

望遠鏡後端那一面(直徑較小的那一端)稱為目鏡。

 

視野

    透過望遠鏡來觀察主體會因為觀察距離的遠近而影響到主體的大小。在觀測主體的周圍,由左到右由上到下我們還能看到主體以外的一些東西,把主體放在中間,上下左右的空間都會一致。較大的目鏡尺寸與較大的稜鏡可以看到較寬闊的視野。除了比較視野的大小外,更重要的是畫面邊緣的影像品質,光學能力強的製造廠能使視野邊緣保持一定水準以上的品質。

 

變形

    在某些特別的狀況下使用望遠鏡(穩住望遠鏡朝向主體觀測),有時候可以發現在影像邊緣有輕微的彎曲現象。好的望遠鏡會將變形修正到肉眼無法察覺的狀態。

 

機體

    機體的目的是要能保護與穩定住機體內的光學系統與所有的機械組成部份。它必須要能讓使用者很穩定的握住,要能矯正握持的位置。對於一些使用者無意間所造成的輕微小碰撞,機體內的零件應該都要能具有某種程度的抵抗能力,因此需要一種穩定可靠的工業原料,它必須很輕,因為當使用者在使用望遠鏡時對重量的感覺是非常明顯的。鎂合金機體是現今最頂級的機體材料,是以壓鑄的方式製造,然後再做細部處理。某些機體採用密閉設計不但能使光學系統保持乾淨,也可以避免空氣雨水侵入。

 

氬氣充填

    機體必須要能將望遠鏡內的光學與機械零件固定,並且要能保護它們不受濕氣侵入破壞,通常都會加壓填入某種氣體後密封。通常會填充氮氣這種惰性氣體,它的成份穩定,不易變質,能夠保護機體內不會發霉。

 

變倍式望遠鏡

    變倍式望遠鏡通常會包含不同的望遠倍率,較低倍率的功能主要用於搜索,當搜尋到主體後可以用最快的速度切換到較高倍率看清楚主體的細節。

 

弱光效果

    弱光係數計算的方法是將望遠鏡的放大倍率乘以物鏡口徑,然後開根號,例如:8x32=256,開根號後 256=16.0,8x58=464,開根號後 464=21.54。望遠鏡如果有較高的弱光係數值代表在光線不良的場合還能夠有較佳的辨識能力。弱光係數可以用數學的方式計算,但實際比較後仍然會發現有四個因素可以左右這個結果:

1.物鏡實際上所能夠捕捉到的光線(與物鏡直徑和鍍膜有關)。

2.光學系統(物鏡、稜鏡、目鏡)所能穿透的光量(穿透率約是在92-96%之間 — 這與鍍膜的品質有密切關係)。

3.所有的可見光波長都能穿過(這關係到色彩的層次與色彩的準確度)。

4.眼睛的瞳孔直徑(這關係到眼睛瞳孔所能接受的亮度對影像的明暗效果有極大的關連),正常眼睛的前提,瞳孔的大小會隨著年紀而改變,21歲的年輕人瞳孔最大直徑約7mm,隨著年紀增長會縮小到4mm或者是更小。

 

鍍膜

    鍍膜是位於鏡片上的一層薄膜,但我們所說的鍍膜並不是只指鏡片表面上的鍍膜,還包括稜鏡外面的鍍膜。傳統的鍍膜方式是在一個真空的環境中將金屬氧化物以及氟化鎂等化學原料蒸鍍到物體表面,這種鍍膜方式成本較低,但是鍍膜材料並不容易很堅固的固定在玻璃表面,容易造成鍍膜材料剝落的現象,所以又稱為軟鍍膜,另一種是硬式鍍膜法,是將鍍膜材料以雷射的方式直接黏附在玻璃表面,它們的厚度往往只有百萬分之一釐米,是一個複雜又費時費力的過程,但卻可以經久耐用。鍍膜有一項重要的目的,盡量避免光線被鏡筒中的稜鏡與玻璃干擾形成亂反射,最好的狀況是所有的光線都能百分之百穿透望遠鏡。玻璃的鏡片數量越多,亂反射的情形就會越嚴重。

 

入瞳直徑

    入瞳直徑代表著眼睛能夠從目鏡上所見到的光量。它是一個可供計算比較的數值(物鏡直徑除以放大倍率)。它跟人們的瞳孔直徑有很大的關係,舉例來說8x32望遠鏡的入瞳直徑是4mm(32:8);7x50望遠鏡的入瞳直徑是7.14mm(50:7);8x58望遠鏡的入瞳直徑是7.25mm(58:8)。入瞳直徑可以很容易觀察到,如果距離目鏡約20公分就可以很明顯的在目鏡上看到有影響的圓圈,這就是入瞳直徑。

 

後焦點距離

    所謂的後焦點距離,指的是眼睛瞳孔位置到目鏡最後一片鏡片之間的距離。在這個距離可以看到最完整的視野,在這個距離時望遠鏡的任何一個光軸都可以很準確的聚焦於同一個平面。瞳孔距離過遠(後焦距離過短)或者是瞳孔距離過近(後焦距離過長)都會使觀測的影像產生黑影(例如是在畫面邊緣),戴眼鏡的使用者必須要有比較長的後焦點距離(因為中間隔著眼鏡鏡片),沒有戴眼鏡的使用者所需要的後焦點距離比較短(沒有眼鏡鏡片隔在中間),這樣才能看到完整的視野。這兩種不同的使用狀況對光學設計來說是很大的挑戰。

優秀的望遠鏡接目鏡必須能夠調整與瞳孔間的距離(可改變遮光罩的長度)。

 

視差調整

    視差的調整是為了平衡兩個眼睛不同的視力狀況。絕大部份的人兩個眼睛間的視力都會有些差異,雖然望遠鏡是由兩個平行的光學系統所組成,但也必須考慮到使用者的實際狀況。透過望遠鏡的對焦裝置可以瞄準到一個物體,但通常是以雙眼中的某隻眼睛為主,另一隻則必須透過視調整裝置進行調整,使兩個眼睛都能取得清晰的影像。

雙筒望遠鏡的二支鏡筒必須能夠調整間距,以適應不同的使用者。

 

望遠鏡的保養

    一隻製造優異的望遠鏡並不需要特別的保養,頂級望遠鏡以加壓沖氮的方式製造,水氣並不會飽到機身內,望遠鏡本身並沒有發霉的問題,甚至於機體外表髒污時也可以採用浸泡的方式來清洗機體。所有望遠鏡在存放時都必須將保護套與機體分離,儘可能放在較乾燥的區域。需要擦拭鏡片時建議使用氣刷、拭鏡液、拭鏡紙或拭鏡布,在確定沒有沙石貼付於鏡片時才能進行擦拭的動作。