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本帖最后由 太极张三丰 于 2009-12-19 23:16 编辑
译者注：观鸟爱好者在这个世界上是对望远镜要求尤其是光学质量要求最苛刻的一族，因此，望远镜厂商们都在观鸟望远镜上投入了巨大的精力。可以说，在50mm口径以下的望远镜中，观鸟望远镜代表了当今望远镜制造的水平，是最顶级的望远镜。但是使用者们似乎还远未满足，更高级的机种仍在在开发中。从这篇文章我们可以对现代的望远镜技术有一定的认识，虽然不一定适合我们的国情，但是其中所提到的望远镜质量的各方面因素对我们挑选望远镜认识望远镜都很有帮助。
对于一个观鸟爱好者，望远镜在野外的表现可以归结为三条：影像质量，易用性 / 手感，以及防水抗震性能。完美的观鸟望远镜应该表现出鸟类的真实细节和颜色，就和看我们眼前的鸟一样，不管是在何种距离和何种光线条件下。你可以整天带着它们而不觉得精神和肉体上的疲劳。在雨中，或者意外浸水的时候，在剧烈的温度变化的时候，在各种可能遇到的碰撞和振动应该安全无碍。最后，这只望远镜应该还是你能买得起的，虽然我们这篇文章不会谈到价格的问题。
1. 成像质量
做工和材料：高质量的成像需要高质量的材料和精密的加工技术（包括严格的质量控制），没有别的比这更重要的了！此外，好的成像需要复杂的光学设计，需要比较多的镜片数量（多片的物镜和目镜）。最好的望远镜里面有更多的镜片，更昂贵的光学材料，更多的光学表面，这些都必须精密地加工。所有这些镜片必须精确地安装而且要牢固可靠，不会由于振动而移位。所有移动部分必须平滑而且精准，不管是新出厂还是已经使用了多年。所有这些都使其成本更高。目前来看，一只真正高质量的的普罗棱镜望远镜大约要 250 美元以上，但是对于采用更复杂的屋脊棱镜望远镜来说，同等质量的望远镜价格要在 700-1000 美元左右（我们在这里忽略了耐用性，一般来说屋脊棱镜望远镜要更耐用些。当然 250 美元价位上的各种望远镜性能差异要比 1000 美元产品之间大得多。
物镜口径：物镜的直径大小，以毫米做单位。在质量相同的情况下，物镜越大，越能看清细节。从理论上讲，口径越大，分辨率就越高。不过物理上通用的“瑞丽判据”对于像鸟这样的面物体并不是很适用。同样，物镜口径越大，集光的能力就越强。眼睛对光线的能量作出反应，进入眼睛的能量直接影响到我们分辩细节的能力。一般来说，口径越大，进入眼睛的能量越多，越有助于分辩。 更多的细节，更多的光线……这都需要更大的口径。但是，高质量的小物镜即便是 20mm 也可以在野外提供令人惊异的满意图象，特别是白天光线良好以及距离较近的情况下。对于普通的野外观测， 30-35mm 已经可以提供足够的细节表现，除非是在极端恶劣的光线条件下。事实上，在通常的观鸟距离上（ 40-60 英尺），几乎所有的望远镜都看起来不错（只有直接互相对比才能分出优劣）。如果需要各种条件下都有很好的表现，那么就需要 40-50mm 口径的物镜（所谓“全尺寸”， 20-29mm 为“口袋尺寸 " 便携望远镜， 30-35mm 为中尺寸望远镜，译者注）
在三种条件下需要全尺寸的望远镜：距离超过150英尺，特别是像麻雀那样尺寸的小型鸟类，大物镜可以显出和小口径的不同。这并不是简单的分辨率的问题，尽管分辨率可能有些作用。你可以在这个距离看到更多的颜色，大口径物镜汇聚了足以刺激颜色感觉细胞的能量，而小口径望远镜看起来就稍微发灰。当光线不足距离又远时会更明显。应该说这种差距在短距离上也是存在的，只是不是那么明显罢了。当你观测暗黑的树林中时，特别是一部分的视野在光亮中，大物镜有助于分辩暗光部分物体细节。最后一种情况，是在黄昏，黎明等光线不好的条件下。尽管这种条件在别的地方往往被当作大口径望远镜的主要优势，其实却是最不常碰到的。在中等距离上，好的 23mm 望远镜表现和 50mm 望远镜差不多，大口径望远镜的优势只是体现在： 50mm 的望远镜可以在黎明时候早观测 5-10 分钟，黄昏时能够多观测 5-10 分钟，或者可以在稍远一点的距离上观测到同样的细节。对于手持望远镜的倍数（7-10 倍）来说，大于 50mm 的物镜口径已经很难提供更多的细节了。
镀膜技术： 镀膜对影像亮度和锐度的影响几乎和镜片本身一样重要。每一个玻璃表面都会反射原本应该透过的光线。这些光线在镜筒内部和镜片之间反射就会破坏图象的颜色，细节，反差。单层镀膜（ C ）通过在玻璃表面镀上一层氟化镁减小反射光，全表面镀膜表示在所有表面镀有增透镀膜，这对影像的反差有不小改善。多层镀膜（ MC ）表示在某些表面镀有多层镀膜，反差会更好一些。全表面多层镀膜（ FMC ）表示在所有的镜片表面都镀有多层镀膜。某些厂商比如莱卡，即使是在最高档的望远镜上的最外镜片表面仍然使用了单层镀膜。据说是因为专门设计的单层镀膜更加耐久可以防止擦伤，而且最外一个表面反射出去的光线不会明显影响图象的 反差。他们的理论我没有办法去验证，因为我没有办法得到符合条件的两只别的方面一样的望远镜来测试。所有这些差别并不是绝对的，同样是 MC ， C ，或者 FMC ，有些望远镜就比别的镀膜要更好一些。最好的 FMC 8 × 20便携望远镜看起来比镀膜较差的 7 × 35 望远镜更亮，更锐。好的镀膜同样可以增强望远镜在观察暗影中物体的能力。有些望远镜在这些方面做得很好 ,30mm 的望远镜可以达到普通 40-50mm 毫米望远镜的能力。
像差：变形是最明显的像差之一，但是危害最小。我们都希望有平坦，无弯曲的图象。要达到我们的这个希望确实是对工程师的考验。在很多望远镜中，甚至包括某些最昂贵的机种，你都能发现我们技术上的局限（或者是在人们能够承受的价格范围内所能做到的局限）。在某些望远镜中，特别是广角设计的望远镜中，要想达到中央和边缘同时聚焦是不可能的。如果调焦使得边缘清楚了，那么中央部分又会模糊，这就是场曲，也是最常见的一种像差。同样，在边缘有时候会出现凹陷或者凸出的现象，在视场边缘观察一个直线物体很容易发现这一点）。这和把球形的地球展开成平面的地图有点类似，当我们这样做时，边缘就会有一些变形。确实有极少数很特殊的望远镜可以做到视场很大而且边缘变形极小，但是这些望远镜价格在 2000 美元以上而且有 3-5 磅重。有些特殊设计的天文望远镜用目镜可以也做到这点，重量和体积都和一大罐罐头一样。你能想象把这种目镜装到手持望远镜上面么？即使装上了，价格呢 ? 况且这些像差有那么重要么？最好的望远镜总是在消除变形和体积，重量，价格之间寻找着平衡，只要中心部分基本完美，边缘的一点变形不算致命。毕竟人们总是把目标放在视场中央观察。
但是，像散却是不可忽视的，像散广泛存在于光学器材中，对成像质量影响要严重得多。需要更多的研究和注意。像散的原因是从物镜折射过来的光线不能完美汇聚于一点。设计者花了巨大的精力和经费来补偿像散。像散主要有三种：最常见的是色差，透镜折射光线时由于不同颜色光的折射率不同而没有办法汇聚在一个像点上。几乎所有的望远镜都使用了消色差镜片，一般是由两片不同折射率的光学玻璃构成，可以把两种特定波长的光汇聚在一个焦点上，这是一个显著的进步，有了它，我们才有今天可以使用的望远镜。当然还有少量色残余色差无法校正（或称为二级光谱）。更进一步，还有可能使用一些昂贵的光学材料比如ED， SD（超低低色散玻璃），萤石等以及复杂的光学设计例如多达5片的物镜，让三个波长以上的色光汇聚在一个焦点上。这就是所谓的复消色差（APO）以及超消色差。市场上确实有少数采用了ED光学玻璃的产品来减小残余色差（比如 Celestron 和 Swift 就有一些标注了 ED 的望远镜，莱卡也有此类产品，但却没有在广告中加以说明）。所有这些产品都没有敢宣称自己做到了复消色差，而且他们确实也没有做到（译者注： Takahashi 的萤石望远镜 22 × 60 号称自己复消色差，而且确实是真正的复消色差）。 ED 玻璃的使用确实减小了色差，不过却没有完全消除。从我的观测经验来说，有所进步，不过不很明显。最大的区别是反差有所提高，这并不奇怪，因为一些失焦的光线被消除了。更仔细的观测可以发现，其色彩更清纯，而普通望远镜与之相比总是会把色彩搞得稍微浑浊一点点。另外ED玻璃的望远镜有助于分辩色彩的细微过渡。
第二种像散到最近才引起望远镜厂商的重视，这就是球差。普通的望远镜镜片表面是球面的，从理论上讲，球面是无法把镜片上每个点的光线都汇聚到焦点的（可以理解为，球面只是一种理想镜面的近似，但是由于非球面加工很困难，所以只能加工成球面）。同样，球差也会使得成像稍微浑浊而损失一些细节。解决的方法是至少在一个光学表面上加工成非球面的复杂形状，这样就有可能使得边缘的光线和中心一样准确聚焦。这在天文中的施密特望远镜中最早应用。尼康在某些型号便携望远镜中使用了这种技术，从效果上来看，确实提高了反差和亮度，呈现出更高的分辨率和图象质量。在使用中感觉到，这项进步是明显的，可以看到比别的同规格望远镜更多的细节，甚至有很多更大口径的望远镜也要甘拜下风。最后一种像散是彗差。当一个星点在视场中央成像时是一个点，但是偏离中央后就会在背离中心的方向拖出一个象彗星一样的尾巴，越靠近视场边缘就越厉害，这种像散叫做彗差。在现代光学设计中彗差得到了有效的控制，但是即使在昂贵的高档望远镜中，在视场边缘仍然可以发现由彗差引起的轻微模糊。但是不要把彗差和场曲混淆，彗差无法像场曲那样通过调焦消除。
需要指出的每一片镜片都对系统总体的像差有着影响，目镜往往要比物镜对像差的影响还要大。不精密的棱镜角度和表面精度也会引入像差。考虑到这整体设计的复杂性，我们应该为今天望远镜的表现而惊叹。当严格检验望远镜的分辨率的时候，你会发现它可不是把检测图表上面两条细线分辩出来那么简单。在这种检验时，也许两只望远镜有同样的分辨率，但是却在成像质量上有着巨大差异。其中的一只可能看起来发灰而且线条模糊较之另一只。我认为这就是由像散引起的，主要是球差和彗差。同样，我认为在使用中，这种差异也是存在的，像散控制好的望远镜总是看起来要锐利一些。我期待着在未来十年中非球面加工技术能够广泛应用于望远镜的制造而带来的一次革命。我期待着这种进步就像我们经历的从单层镀膜到多层镀膜，或者如同 Phase coating( 相位校正镀膜）引入屋脊棱镜制造而带来的进步一样，甚至更多一些！
此外，我认为观鸟望远镜使用者的需求是对光学设计的一种强大推动力。现代的望远镜对于打猎，观看运动，军警监测，看风景已经足够了，但是对于观鸟还是不够！观鸟对于望远镜的成像有着最苛刻的要求。鸟类的羽毛有着自然中最丰富的细节，最广泛的色彩。我们需要能够分辩出这一切。没有人像我们这样对完美成像的要求如此执着。
装配质量：不管镜片和棱镜本身是如何之好，如果装备失准也是白搭。典型的望远镜每边最少要有6片镜片，最好的望远镜多达10片。任何一片如果偏离光轴都会损害像质。每只望远镜有两只镜筒，如果不平行，两边的成像就会互相偏离。我们的大脑神经总是尽力把这两个图象重合在一起，但这会使眼镜和神经非常疲劳，引起头晕眼花。同样，两边的焦距不一样也会如此。最后，望远镜的镜筒还必须和光学设计匹配。 |
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