本帖最后由 ureayoung 于 2019-4-21 21:45 编辑
前言
去年9月份在北旅看见了赵北旅兄的《望远镜中级扫盲贴》一文，颇觉受益匪浅。本着整理知识和造福小白镜友的目的，作此初级扫盲贴与坛友交流。本人并非相关专业出身，错漏在所难免，恳请各位大神批评指正。本文未经授权不可商业使用，转载需注明作者及来源。
1. 小白四问
1.1 望远镜可以看到多远？
回答这个问题我们首先需要定义一下什么叫做“看到”。例如在天气良好光污染轻微的夜间，我们仅用肉眼就可以看到亮度为6等以上的星星，其中很多星星距离我们数十光年，而同样的星星白天我们却无法看到。这是因为星星的亮度和信噪比在夜晚达到了人眼可见的阈值以上。从这个意义上来说，只要目标足够亮，背景足够暗，仅凭肉眼即可“看到”任意远的目标。如果使用合适的望远镜，可以汇聚更多的光线进入眼睛，提高目标的亮度，“看到”更多的目标。
然而上述的“看到”的定义中并不包含分辨目标的细节。决定能观察到目标多少细节的因素不是目标距离的远近，而是目标的张角。例如我们可以轻松地分辨三十八万公里远的月球上的月海形状，但是却分辨不了一百米远的一只苍蝇，这是因为月球的张角远远大于一百米远处苍蝇的张角。普通人裸眼的极限分辨能力大约是1角分（对应于标准视力表上的5.0），意思是照明良好时最多可以辨别间距1角分的黑白线对（大约是100 m距离上间距30 mm）。使用望远镜可以放大目标的张角，使得眼睛对目标细节的分辨能力提高。
ISO12333分辨率测试卡
1.2 望远镜的倍数多大？
望远镜的倍数描述的是对目标的角放大率。例如一个张角0.1°的物体，经过望远镜观察张角变成了1°，则此时放大倍数为10倍。望远镜的倍数可以用物镜的焦距除以目镜的焦距得到。常见的双筒望远镜有5倍、6倍、8倍、10倍、12倍、15倍、20倍、25倍这些规格，尤其以8倍和10倍居多。
不同倍数的双筒望远镜有不同的用途。4倍以下以观星观剧的用途为主，在增强观察感受的同时获得较大的实际视场（然而部分伽利略型观剧镜视场仅有10多度，我个人以为还不如用5倍或6倍的普通望远镜，真实视场一样放大倍率更高）；5-7倍在实现望远效果的同时，偏重于获得稳定的观察感受，可以实现长时间观察而不觉得疲惫；8-10倍在放大倍数和手持稳定性上取得了较好的平衡，是手持双筒望远镜中最常见的规格；12-18倍分辨能力较高，但往往较为笨重，无法长时间手持；20倍以上多见于大双筒，具有强大的分辨能力，但无法手持，必须配备稳定的支架。
不同规格的望远镜
1.3 望远镜多少钱？
双筒望远镜的价格相差很大，从数十元到数万元的都有。基本上符合一分钱一分货，一毛钱两分货，一块钱三分货这样的指数上升规律。不过如果仅考虑良好照明下的分辨能力，200多元购买的8-10倍望远镜分辨率即可接近理论值（肉眼分辨率/倍数，如视力为5.0，望远镜为10倍，那么理论分辨率应为6’’），即使更高级的望远镜也不能获得更好的分辨本领，此时限制分辨能力的瓶颈是使用者眼睛的分辨率。但高级望远镜会具有更好的做工和更舒适的使用体验，对于钱包丰厚且兴趣浓厚的镜友是值得尝试的。
1.4 望远镜上的标注是什么意思？
望远镜的规格通常标注在镜身或旋钮上，例如8×30表示望远镜倍数为8倍，物镜口径为30 mm；10×50表示望远镜倍数为10倍，物镜口径为50 mm。
望远镜的视场大小一般也标注在镜身或旋钮上，通常有公制、英制和角度三种标法。其中公制的单位是m/1000m，意思是1000米远的距离可以看到的视野有多少米宽；英制的单位是ft/1000yds，意思是1000码远的距离可以看到的视野有多少英尺宽；角度一般描述的是望远镜的实际视场，以度（°）为单位，表明该望远镜的实际视场张角。三种标法之间的换算关系为100m/1000m = 300ft/1000yds = 5.73°
望远镜上的water proof表示防水，phase coating表示相位膜，long eye relief 表示长出瞳，ed表示含有低色散镜片，apo表示复消色差。
注意：廉价望远镜常常存在虚标的现象，往往将8倍或10倍的望远镜标成30倍、50倍甚至999倍等。
望远镜上的标识
2. 望远镜的原理和结构
2.1 望远镜的原理是什么？
开普勒式望远镜的原理如下图所示。物镜汇聚远处目标的光线，成一实像，在光路上放置转像系统使得实像由倒立转为正立，目镜可以理解为一放大镜，放大物镜所成实像。
伽利略式望远镜使用凹透镜作为目镜，无需转像机构即可成正向。但伽利略式望远镜往往视场很小，因此常见的望远镜基本都是开普勒式望远镜。
望远镜的原理
2.2 望远镜的分辨能力由哪些因素决定？
望远镜的理论分辨率α由物镜的口径D决定，可以用下列公式计算（’’是角秒）：
α(’’)=140’’/ D（mm）
也就是说，50mm物镜的望远镜，理论分辨率为2.8’’。但望远镜的实际分辨率还取决于各个光学器件（包括物镜、棱镜、目镜）的设计、制作和安装精度，因此实际分辨率会比理论分辨率稍差一些。
此外，肉眼的分辨率也限制了使用望远镜观察所能获得的实际分辨率。以5.0的标准视力为例，分辨率为60’’，在10倍望远镜后所能获得的分辨率为6’’。因此在这种情况下，即使望远镜的分辨率好于6’’，实际分辨率也仅有6’’。
如果增大望远镜倍数或使用者具有更好的视力，则可以获得更好的分辨率。使用望远镜的实际分辨率决定于望远镜分辨率和使用者肉眼分辨率两者之中的短板。
2.3 望远镜的转像机构有哪些种？（本部分原文有误，感谢赵北旅兄和liliwinnt6兄的指正）
绝大多数望远镜都属于目镜为凸透镜的开普勒式望远镜，成像为倒像，需要加入转像机构获得正像。双筒望远镜的转像机构主要有保罗棱镜和屋脊棱镜两类，其中保罗棱镜有I型和II型两种结构，屋脊棱镜有施密特别汉棱镜和阿贝科尼棱镜两种结构。常见的望远镜以保罗I型棱镜和施密特-别汉棱镜为主。此外，非棱镜的转像机构有基于两片反射镜的松本正像和瞄准镜采用的透镜正像等。常见的四种棱镜转像机构的原理如下图所示。
各种转像棱镜
保罗棱镜使用直角棱镜，经过四次全反射实现全正像，结构简单，制作容易，成本低廉，亮度和像质都比较好。30 mm以上口径的的保罗望远镜物镜在目镜外侧，俗称大保罗，成像立体感强，但不适合观察极近距离的目标；25 mm以下口径的保罗望远镜物镜一般在目镜内侧，俗称小保罗或反保罗，体积较小，成像立体感较弱，但适合观察极近距离的目标。
施密特-别汉棱镜经过六次反射成正像，入射和出射的光线在同一直线上。使用这种棱镜的望远镜外形美观，结构紧凑，光轴稳定。但和保罗棱镜相比， 施密特-别汉棱镜存在以下缺点：a. 反射次数多，光线损失较大；b. 其中一次反射不是全反射，需要在棱镜表面镀铝膜，如果需要在不同波长都具有高反射率，需要镀电介质膜；c. 两个屋脊面反射的光线具有90°的相位差，需要镀相位膜才能获得更好的画质；d. 两个屋脊面的夹角必须是精确的90°，否则会成双像，严重降低画质。在中低端望远镜中， 采用施密特-别汉棱镜的望远镜大约需要2-3倍价格才能达到保罗望远镜的同等像质。阿贝-科尼棱镜经过四次全反射成正像，但镜筒较长，主要用于少数价格昂贵的高级望远镜中。
电介质膜、相位膜和双像差（此图来自彩虹光学）
2.4 望远镜的视场如何计算？
望远镜的视场可以分为表观视场和实际视场两种。表观视场指人眼所观察到的望远镜视场圆的张角（目方视场），实际视场指望远镜视场圆内的景物在无望远镜存在时对观察者的张角（物方视场），可以用 表观视场=实际视场×倍数 的公式对两者进行粗略的换算。例如，一个望远镜的实际视场是6°，放大倍数为10倍，则它的表观视场大约是60°。
望远镜的表观视场对观察的舒适度有很大影响。普通望远镜的表观视场至少应大于50°，否则会有管中窥物的感觉；表观视场大于60°时，观测会较为舒适；某些型号的广角目镜表观视场可达70°- 80°，某些天文目镜甚至可达100°以上。
望远镜的表观视场主要取决于目镜结构。廉价望远镜多使用3片式的凯涅耳目镜，可实现60°左右的视场。更大的视场需要修正更多的像差，因此需要加入非球面镜片或设计更多镜片的目镜结构（可多达7-8片），会使成本大幅上升。
2.5 镜片镀增透膜有何用处？
光在未镀膜的光学面上会发生较强的反射，使得透光率降低，成像变暗，并增加了产生眩光和鬼影的风险。镜片表面镀上增透膜，可以利用光的干涉增加镜片的透过率，使得成像变亮，反差增大。常见的增透膜有单层膜（一般为蓝色）和多层膜（一般为绿色，也有琥珀色、酒红色等），多层膜可以对不同波长的光实现增透效果，反射率更低，透光率更高。
镀有优质增透膜的镜片从正面观察呈现出幽暗的外观。廉价望远镜往往只有物镜镀膜，较好的望远镜除了镀铝反射膜和镀相位膜的表面，其它每个光学面均镀有增透膜。可以用手机电筒从物镜端照射进去，观察每个光斑的颜色，判断各个光学面是否镀膜。
部分无良商家用装饰膜冒充增透膜，镀装饰膜的镜片从正面观察呈现闪亮的颜色（常见的有红、黄、绿等颜色，俗称大红魔），这样的镀膜反而会大幅降低镜片的透过率。
无镀膜和镀增透膜的对比（上：无镀膜，下：镀增透膜，此图来自彩虹光学）
2.6 什么是出瞳距离和出瞳直径？
望远镜的出曈距离指出射光线所形成的最小光斑离目镜最外镜片中心的距离。出曈距离的大小，对观察舒适度具有较大的影响。如果出曈距离太短，则眼球必须非常接近目镜，睫毛容易将目镜涂上油脂，且戴眼镜无法观察，一般望远镜的出曈距离应该在15-20 mm左右为宜。
望远镜的出曈直径可由望远镜的物镜直径除以倍数算得，也可在出曈距离测量光斑直径获得。例如10×50规格的望远镜，其出曈直径为5.0 mm；8×20规格的望远镜，其出曈直径为2.5 mm。出曈直径较大的望远镜一般亮度较高，且观察较为舒适。
2.7 望远镜亮度由什么决定？
望远镜的亮度主要由其出瞳直径决定。在出曈直径小于瞳孔直径时，出瞳直径越大，则亮度越高。但白天人们瞳孔较小（3mm左右），大出曈直径的望远镜出曈不能全部落在瞳孔内，因此和小出曈直径的望远镜亮度相差不明显。夜晚人们瞳孔放大（5-7mm），大出曈直径的望远镜可以使更多的光线射入瞳孔，比小出曈直径的望远镜亮得多。因此观察暗弱目标时，以使用大出曈直径的望远镜如7x50，8x56，8x42，10x50等规格为宜。此外，望远镜的透光率对亮度也有明显影响，优质望远镜由于使用了更好的增透膜，在同样规格时透光率更高，因此会显得更亮一些。
2.8 什么叫空程和调焦同步性？
在望远镜的调焦机构中，因为加工精度的原因，蜗轮蜗杆之间可能存在间隙。调焦轮转动一个角度后，再反向转动回原来的位置时，会有短暂的一段空转，称为空程。由此导致调焦轮从某距离合焦的位置转动到其它位置后，再转回原来的位置时，在该距离上不能合焦。该问题不太影响使用，但尽可能减小空程能够增加调焦的可靠性和舒适度。
双筒望远镜制作工艺不良时，容易出现双筒调焦不同步的现象。即将两筒都合焦到某距离后，再转动调焦轮，双筒合焦位置不一致，必须调节视力补偿装置才能使双筒重新合焦在同一位置。调焦同步性差会严重影响望远镜的使用体验。
2.9 BAK4棱镜和BK7棱镜有何区别？
常见用于用于制作棱镜的光学玻璃按照德国肖特的命名有BAK4和BK7两种牌号。其中BK7在中国光明的对应牌号是K9（K表示冕玻璃），折射率为1.51680；BAK4在成都光明的对应牌号是BaK7（BaK表示钡冕玻璃），折射率为1.56883。BK7（K9）玻璃的折射率较低，大角度的入射光线不能发生全反射，光强损失较大；BAK4（BaK7）玻璃的折射率较高，入射光线能够发生全反射，光强损失很小。在BAK4棱镜的保罗望远镜中，出瞳是一个完整的圆形亮斑；而在BAK7棱镜的保罗望远镜中，出瞳圆形亮斑的四边会有暗影。
BAK4棱镜和BK7棱镜的对比（此图效果略有夸张）
3. 望远镜的选择
3.1 单筒和双筒望远镜分别有什么优势？
单筒望远镜的优势主要是同规格下较之双筒轻便小巧，对光轴要求较低，但观察时仅能使用一只眼睛，容易疲劳。双筒的舒适度远高于单筒，而且由于人眼的合像功能，双目成像时会感觉图像较大，实际分辨能力高于同规格单筒。
3.2 双调和中调望远镜有何区别？
双调望远镜指望远镜两边镜筒分别通过调节目镜实现对焦。这种结构有利于实现高度密封，适用于恶劣环境，多见于军用望远镜、船用望远镜等特殊用途。但双调望远镜进行远近目标的切换时需要调节目镜两次，较为不便，因此比较适合于将对焦位置固定在接近无穷远处，始终观察几十米到无穷远处的目标。
中调望远镜指望远镜两边镜筒的调焦机构通过连接装置实现联动，转动位于镜身中央的调焦轮即可实现两边镜筒的同时调焦。这种结构单手即可实现调焦，方便快捷，特别适用于远近目标的切换。但中调望远镜的调焦机构需要更好的做工以实现调焦的同步性，而且实现密封的成本也要高一些。
3.3 高倍望远镜好吗？
12倍以上的望远镜可以称为是高倍望远镜，更高的倍数可以获得更好的分辨能力。但是望远镜的高倍数同时带来了以下缺点：
a. 高倍数会严重放大手抖甚至心跳的影响，一般必须上架观察
b. 同样的物镜口径下，出瞳直径小，成像暗淡；
c. 同样的物镜焦距下，目镜焦距短，出瞳距离短；
d. 对光轴和棱镜精度的要求更高；
e. 倍数太高时会受到物镜理论分辨率的限制
f. 体积重量一般更大
因此手持使用非稳像望远镜一般倍数在10倍以下为宜，上架观察则不受此限制。
3.4 变倍望远镜好吗？
目镜变倍是很实用的功能，利于低倍快速锁定目标，再高倍放大观察细节。但正如变焦镜头素质一般不如同价位定焦镜头，变倍目镜的素质一般也不如同价位的定倍目镜。像质较好的变倍目镜一般是观鸟镜目镜和天文镜目镜，但价格较高。有些手持双筒望远镜也可通过变倍目镜获得不同的倍数，这类望远镜一般像质很差，强烈不建议购买。
还有一类可换目镜大双筒可以通过更换不同的目镜，获得不同的倍数，如裕众的70，82，100，120系列大双筒，素质很高，用于观天观景都是非常好的体验，但无论是主镜还是目镜都价格不菲。
3.5 军用望远镜好吗？
和同价位的普通望远镜相比，军用望远镜的光学性能一般并不出色，但要满足军队恶劣的使用条件，防水防磕碰性能会更强一些（但依然是光学仪器，并不耐强烈摔砸！）
JP水很深，62，95等热门军镜网上真假混杂，性能良莠不齐，镜友入门时往往不具备鉴别能力，不建议轻易购买。镜身甚至镜片带有红星、子弹、飞机大炮、锤头镰刀等军事元素的望远镜极大概率都属于坑货，初学者不要上当。
3.6 近视的人可以裸眼使用望远镜吗？
望远镜的调焦机构一般并不是到无限远处为止，还会有相当多的余量以适应近视人士裸眼观看的需求。不同望远镜的近视补偿能力不同，甚至同型号望远镜由于做工差异也可能有所不同。一般望远镜可以让500-600度近视的使用者裸眼使用，部分望远镜对近视的补偿能力超过1000度。如果近视又想要裸眼使用望远镜，购买前应该咨询卖家这一数据。
此外，两眼视力不同的使用者也可以裸眼使用双筒望远镜。双调型望远镜可以两边镜筒单独调焦以适应双眼不同的视力；中调望远镜则一般在右目镜上设置了一个视力补偿调节环（也有部分型号在中轴上设置了视力补偿旋钮），使用时先调节调焦旋钮使得左眼清晰成像，然后调节视力补偿环使得右眼也清晰成像，从而实现双眼的同时观察。
3.7 望远镜选什么牌子好？
望远镜的品牌欧洲主要有蔡司（Zeiss）、莱卡（Leica）、施华洛世奇（Swarovski）、视得乐（Steiner）等，前三者即是镜友们俗称的“三大”。其中施华洛世奇的保罗望远镜商标为“Habicht”，德文意为雄鹰，镜友们昵称其为“海白菜”。日本主要有尼康（Nikon）、富士（Fuji）、佳能（Canon）、兴和（Kowa）、威信（Vixen）、宾得（Pentax）、奥林巴斯（Olympus）等品牌。国内主要有胜途（Shuntu）、裕众（Sky Rover）、朗锋（Loava）、西光（Sicong）、森林人（Forester）、星特朗（Celestron）、博冠（Bosma）、悦目（Pleasing）、中蓥（Zoin）等品牌。以上或有遗漏，欢迎镜友补充。整体来说具有以下趋势：（1）价格和性能基本呈正相关；（2）很多中低端产品都是代工或者贴牌；（3）国产货物美价廉，但和国外顶级产品相比仍稍有差距。
3.8 初学者应该购买什么望远镜？
初学者第一个望远镜建议购买8×42或10×50规格，保罗屋脊均可，5 mm左右的出瞳直径可以获得非常舒适的观感，并且可以覆盖相当多的用途如观星观鸟观景等。如果对便携性要求很高，没有暗光环境下的使用需求，可购买8×20或8×25等规格。价格方面给出一个供参考的下限，50 mm以下口径的望远镜，价格任何时候都不应该低于200元。
4. 望远镜的维护和保养
4.1 望远镜如何维护和保养？
a. 严防发霉。轻微的霉变可以擦除，严重的霉变会彻底毁掉望远镜。发霉的原因主要是长期置于高湿度的环境。预防发霉可以购买密封性较好的带充氮防水的机型，不用时（特别是雨季）放在防潮箱或防潮柜里面。
b. 防止磕碰。望远镜属于精密光学仪器，如果受到大的磕碰，很容易光轴偏移，因此日常使用最好加上颈带或腕带避免无意摔落，更不要敲打望远镜或使用望远镜敲打别的物件。
c. 防止受热。典型的场景是望远镜放在阳光下暴晒的汽车内，受热时望远镜内部的油脂容易挥发，导致棱镜、目镜表面沾上油雾，严重影响成像。
d. 及时清洁。落在镜片表面的口水、睫毛油、指纹、灰尘等应及时擦拭以免损伤镀膜。推荐先用气吹吹走尘土，然后用镜头湿巾或棉签沾无水乙醇或乙酸乙酯擦拭。不要用干布或纸巾擦拭，容易划伤镀膜（粗用望远镜可以随意，镀膜有少量划痕并不影响成像）。
望远镜霉变和起雾（来自北旅之星论坛）
4.2 为什么有时候视场里会看到斑点和丝状物体？
有时我们会在视场里看到一些讨厌的斑点或细丝，固定在视场内部某个位置不动，这一般是目镜内部存在的污渍导致的，尤其是场镜（目镜最靠内部的镜片）上的污渍。因为此处的污渍接近物镜像面的位置，目镜在放大物镜实像的同时，也将污渍的图像同样放大而带来这种不愉快的体验。如果有一定的动手能力可将目镜拆出，用棉签和气吹清洁后再安装回去，即可解决这一问题。有分划板的望远镜，分划板必须处于物镜像面的位置，才能保证分划线和物像同时清晰，因此分划板上稍有污渍就会特别明显，分划板的清洁也特别困难。
4.3 光轴是什么？
理想的双筒望远镜，两筒的光轴和机械轴是严格平行的。但实际上，三者之间会有一定的偏差。如果两光轴不平行达到一定程度（此处缺具体数据），则观察远处时双目不能合像，会导致观察者眼睛酸胀眩晕，严重影响观感。如果两光轴之间平行，但和机械轴不平行，则在现有的瞳距下可以合像，一旦调节瞳距，两光轴即会失去平行。
合格的望远镜，出厂时必须认真调节光轴到允许范围之内。一旦因为运输、撞击、拆卸等原因光轴不平行，必须使用光轴检测仪器重新校正望远镜光轴。
4.4 充氮防水有用吗？
在中高级望远镜的制作过程中，最后密封前会抽去望远镜内部的空气，并充入干燥的氮气或氩气。充氮防水处理可以防止望远镜内部的霉变和起雾，并可提供一定的防水性能。南方地区的镜友强烈建议购买充氮防水机型。
4.5 望远镜可以自行拆修吗？
一般不建议普通镜友自行拆修望远镜，会损失其充氮防水效果和安装精度。但廉价望远镜的维修费用往往大于其价值，因此亦可适当进行擦拭、清灰、除霉等工作。总体的原则是：
a. 多看论坛学经验，不要暴力拆卸；
b. 尽量不要拆卸棱镜部分和中轴，否则光轴无法调回；
c. 拆卸时注意做好记号，拍照或录像记好零件和镜片的顺序，原样装回；
d. 注意不要让镜内的阻尼脂、防尘油等污染镜片；
5 总结
5.1 望远镜有哪些评价指标？
上表是对望远镜主要参数的总结，重要性纯属个人意见。私以为，望远镜的刚需有光轴好、目镜干净、分辨率合格、调焦同步性合格。至于亮度、视场、色彩、畸变、色差、鬼影、芒线，没钱都可以忍……玩望远镜，最重要是多看美景，玩得开心……
致谢
北旅之星论坛 http://www.bggd.com/bbs/
牧夫天文论坛 http://bbs.imufu.cn/
彩虹光学吧 https://tieba.baidu.com/彩虹光学
赏月观星新浪博客 http://forrest143.blog.163.com/
本文部分图片数据来自上述网站以及百度搜索，谨在此对上述网站及图片资料原作者表示衷心感谢。
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