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双筒望远镜的基本结构

双筒望远镜的切割图

前言

前几篇文章我们已经介绍了望远镜的基本知识,相信大家已经对望远镜有了初步的了解。这一次我们将进一步介绍望远镜的内部结构,以便让大家更深入的了解望远镜各个部件是如何工作的。

需要注意的是,现在市面上望远镜品牌众多,各个品牌的设计也不尽相同,但是基本原理都是相通的。因此,我们只拿一般望远镜结构举例,具体区别还要根据具体品牌和型号加以区分。

基本结构

屋脊镜

屋脊镜内部结构

屋脊镜一般结构非常复杂,这也是为什么此类镜子相对较贵的原因。把这么多部件放在如此狭小的空间需要非常高的精度,因此一般屋脊镜,特别是进口屋脊镜要比普通保罗镜贵几倍。

保罗镜

保罗镜内部结构图

保罗镜相对屋脊镜来说结构就简单多了,而且从大品牌到小作坊都可以做这种望远镜。从结构图中也能看出组件很少,当然随之带来的是价格便宜,维修也相对简单。

调焦

调焦一般分为两种,中央调焦和独立调焦。中央调焦就是在两只镜筒之间有一个调焦轮,通过旋转调焦轮实现两边镜筒同时调焦。独立调焦没有中央调焦轮,调焦功能集成在两只镜筒的目镜上,也就是说左右眼要分别旋转目镜调焦。

中央调焦内部结构

独立调焦结构

注意:保罗式望远镜可以中央调焦也可以独立调焦,但是没有调焦镜片,原理和独立调焦类似,都是通过移动目镜实现。

镜片

一般物镜镜片结构

上图为一般物镜(望远镜前端镜片)结构,通常是两片式结构,一片凸面镜和一片凹面镜。这么做的原因是可以有效减少色差,让画面清晰锐利。

一般目镜镜片结构

目镜是眼睛观看去的镜片,上图为较为简单的目镜设计,实际现代望远镜使用了更多的镜片,主要目的是增长出瞳距离(舒适)和追求更大的表观视场。

注意一般使用望远镜时,有可能视场中心合焦了但是边缘没有,或者边缘合焦了中心却没有。这种情况就属于像差的一种,需要引入平场镜来解决这个问题,平场镜通常位于目镜端,它的加入可以让整个视场又平又清晰。

镜片镀膜

当光射入和射出镜片时都会发生反射,这样就会使镜片透光率下降,最终画面发暗,甚至产生鬼影,影响观看体验。这个时候需要引入一项新的技术,镜片防反射镀膜。

左侧为无镀膜,右侧为多层镀膜,镀膜可以有效减少光的反射

防反射镀膜一般分两种,单层镀膜和多层镀膜。单层镀膜顾名思义就一层镀膜,而多层镀膜一般是3-5层,可以有效提高透光率和亮度。

棱镜

棱镜在望远镜中的使用是为了把倒像翻转成正像,同时也可以缩短一点光路,这样望远镜可以做的相对(短)小一点。目前主流望远镜主要使用两种棱镜,保罗式和屋脊式。

保罗式

保罗棱镜光路

保罗棱镜是19世纪意大利人保罗发明的,它的特点是全反射而且加工简单。缺点是体积大,而且望远镜两个镜筒分的比较开,不便于携带。

屋脊棱镜

屋脊棱镜光路图

屋脊棱镜据说起源于德国(德语Dach),因为有一面形状像屋脊而得名。屋脊的优势是体积紧凑,而且光路与物镜在一条直线上,因此望远镜可以做的更小巧,两个镜筒紧挨着(不像保罗),颜值也更高。缺点是对加工精度要求高,而且需要镀膜(后面会介绍),成本高。

屋脊棱镜镀膜

前面提到的多层镀膜,屋脊棱镜也会使用,来提高反射率。但是屋脊棱镜由于有一面不能做到内部全反射,因此需要另外一种镀膜提高反射率,它就是电解质膜。另外,为了提高画面反差(对比度),还需要相位膜的加入。

注意:望远镜棱镜镀膜只是提高亮度和反差的一环,其他因素也同样重要,比如镜片数量,镀膜,光学设计等。

电解质膜

电解质膜

利用真空蒸镀法可以将金属材质比如铝合金或者银镀膜在非全反射面上,可以有效提高反射率。

相位膜

相位膜

屋脊棱镜的屋脊面可以导致光的相位偏移,影响分辨率。原因是因为屋脊面的相位差导致的,即便加工完美的棱镜也不能避免这个问题。因此,相位膜的应用可以有效提高分辨率和反差。

分辨率

区分两个紧挨着的点或线的能力叫做分辨率,也称之为解析力,两者一个意思。通常用角距来测量,望远镜物镜口径越大,分辨率能力越强。

两款分辨率对比模拟

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