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本帖最后由 赵北旅 于 2016-12-24 23:38 编辑
关于萤石的各种迷思和误解在网上流传甚广，特别是中文世界，由于信息不对称更加严重，虚假宣传充斥网间，所以写这篇小文，希望大家对萤石有更接近真实的理解。但本人非专业人士，专业方面的东西一窍不通，限于水平难免诸多错漏，也请行家不吝指正。
首先，本文讨论的范围是人工萤石，即人工合成用于光学领域的萤石晶体，自然状态下的萤石纯度大小都不够，很难应用于光学领域，在此不做讨论。
先从萤石镜的先驱高桥制作所谈起吧。高桥的人工萤石来自于日本茨城县取手市的一家光学公司Optron，这家公司1966年开始研发人工萤石结晶制备技术，1969正式上市，1983年后成为佳能的全资子公司，2004年更名为Canon Optron，至今仍是国际上人工萤石的主要供货商之一。这家公司目前可以供应直径10-400mm的萤石晶体，日系的高桥一直使用的是Canon Optron提供的萤石，兴和应该也类似。另外一家是耶拿的Schott Lithotec，现已卖给Hellma集团，可生产440mm萤石晶体；还有Nikon的NICF系列萤石晶体，这俩主要用于制造光刻机镜头，萤石在紫外红外波段的透过率非其他玻璃可比。此外应该还有一些公司有制造能力，但也是屈指可数了。
Canon Optron Inc.
Nikon NICF人工萤石晶体
肖特造100kg人工萤石晶体
高桥从70年代首先将萤石用于物镜，比较常见的说法是1977年FS90为全球第一台供销售的萤石望远镜，也有更早的说法，不过总体都在70年代左右。之后FC,FCL,FCT,FET等一系列的各种口径的萤石望远镜相继问世，这些镜子在成像上取得了相当大的成功，直到现在这些老镜还被许多目视玩家看重。2000以后，高桥开发了鼎鼎大名的FSQ系列，当时的旗舰型号FSQ106以及后来的FSQ106N都使用了2片萤石，在超快焦比超大成像圈的前提下得到几乎无色差的优质像面质量。不过这两只经典摄星镜的后续型号FSQ106ED及FSQ106EDXIII则开始弃用萤石改用FPL53玻璃，继而目前的主力型号TSA和TOA也都使用FPL53而未用萤石，包括FSQ系列最新的旗舰FSQ130也是使用3片ED玻璃，TOA上更是用到了双ED的OR APO结构，首尾两片FPL53中间夹一片BSL7。在产的只有一些小镜子比如FS60和一些在某种意义上炒冷饭的镜子比如FC100 F7.4还在继续使用萤石。高桥原本是使用萤石的先驱，也一直以优秀的萤石折射镜为自己的骄傲，如今却发生这样的转变，这是事实，具体什么原因我也不敢说。
高桥在萤石镜的说明书里都会附有这篇小文，自然是单方面说萤石的优点。
FSQ改用ED玻璃以后的说明书，比较令人费解的是，在陈述换用ED已经改动部分设计之后，高桥在老板已经极为优秀的情况下宣称新版戏剧性地提高了（dramatically improved）色差与球差修正水平，至于两个改变各占多少比重，各有什么贡献则没说。
扯回到80年代，眼看着高桥发布了一系列优秀萤石镜，有另一家光学巨头坐不住了，这家公司名字叫蔡司。当时的蔡司对望远镜的态度还比较积极向上，他们也开始紧跟高桥的步伐开始设计萤石望远镜。当时估计是碰到了和高桥同样的问题，即以当时的工艺（猜测可能是因为镀膜的温度条件对萤石有损害），在萤石上镀膜难度太大。高桥的对策是干脆不给萤石镀膜，并把萤石放到镜组后部（后来解决这个问题之后，高桥也有把镀膜后的萤石放到第一片的作品，并且这么多年下来质量还非常稳定）；蔡司则想了一个很聪明的办法，当时蔡司设计师Pudenz博士发展了普旭的油头技术，设计了一个三片式油头apo物镜，因为油头只有前后两个空气面，这样就避开了给中间片萤石镀膜的问题，在保持极高透过率的前提下整镜的光学素质也是登峰造极，这个就是后来被推上神坛的蔡司APQ系列经典三片式萤石望远镜，共有100/640,100/1000,130/1000,150/1200几个型号，还有传说中的200/2000。这个系列产量稀少，又有蔡司、萤石、油头、高素质等等光环笼罩，所以二手市场上都是天价，具体多少钱可以查查am上的成交记录，都是令人乍舌的价格。
蔡司APQ系列说明书
蔡司APQ 100/640与130/1000
蔡司APQ 130/1000
碳筒蔡司APQ 150/1200
原版蔡司apq150/1200
除了这俩以外还有一些使用萤石做望远镜的厂家，比如日系的KOWA在88系列，82单双筒、黑金刚以及之前的一些老观鸟镜上使用了萤石；BORG的FL系列轻便镜头50FL,55FL,67FL,71FL,90FL,107FL；Vixen（同时为celestron贴牌）的FL55/70/69/90/102FL萤石系列天文望远镜；美系的如TEC 110/160/180/200FL/250VT天文望远镜；TV的101SDF；AP的92F4.9。其余一些小厂的就不一一列举了，国内的裕众去年还卖了一批90FL，据传用的是肖特的萤石，推测可能和Stellavue的90TBV类似，价格根据质量在6-9k。
Vixen萤石
那么双筒望远镜里有没有厂家使用萤石物镜的？这个据我所知，除了kowa的82萤石版大双、高桥22x60萤石双筒（据说和小六是同一个物镜）以及宫内的100,141等一些大双筒之外，没有了，基本上也都不在手持的领域。所谓蔡司FL系列（这个系列的名字取得相当不厚道，因为BORG、VIXEN的FL系列都是货真价值的萤石，很容易令人联想到萤石。而蔡司官方使用FL代号实际代表的是Fluoride即氟化物这个词，这玩意就是前文所述的FPL类ed玻璃）、徕卡ultravid、施华、kowa等等双筒里号称使用萤石的，不是翻译乱翻，就是国内的虚假宣传。上述所有的小双使用的都是某种ED玻璃，这个在他们各家的英文官网上都写得很清楚。那些号称用了萤石的小双筒，各位可以花几十块钱买个绿激光笔，这玩意就是照妖镜。
至于小双领域虽然在营销上群魔乱舞，但至今实际没有一家采用萤石的原因，我只能做一下猜测。可能的原因有以下几点：
1、 萤石价格较高，在别家未使用萤石的充分竞争市场，单独使用萤石的成本过高，会导致产品失去竞争力。
2、 在小口径小倍率的小双领域，使用萤石和高等级ED玻璃在光学上几乎没有可见差别，所谓吃力不讨好。
3、 小双的主流用途为观鸟及打猎，这两个市场都是粗用，首先要求望远镜耐用可靠，而萤石的物理性质、机械性能相对ED玻璃要差，更容易在使用中出现问题。
结合以上三点，使用萤石只有坏处没有好处，所以也不难理解为何没有厂家在小双里使用萤石，而围绕萤石的迷思在普通用户中又经久不散，所以也不难理解为何厂家总是试图通过模糊概念、默认虚假宣传等间接方式来让用户觉得其产品中含有萤石。说到底，小双对萤石的宣传是典型的市场炒作行为。
识别有没有使用萤石主要有2个方法。一个是看标注，从常理看，厂家但凡真的使用了萤石的，都把它当做重大卖点来宣传，必然在镜身显眼处打上萤石标记，所以如果镜头上或者镜身上标注了Fluorite字样，注意必须是Fluorite不能是Fluoride，后者一般都只是ED玻璃。像高桥的萤石镜，基本都能在物镜圈上或者遮光罩上找到这个词，相反有些厂家想糊弄的也不敢直接将Fluorite这个词单独打到镜子上，因为这样就是赤裸裸的虚假宣传了，消费者即便不去告它，对商誉也是极大的损害；另一个是用激光笔打一下，因为萤石是立方晶体结构，有固定的排列方式，各向同性，不存在双折射现象，所以光散射很少，激光笔经过萤石的光柱会淡得多，几乎接近消失，而ED玻璃是多种物质混合而成，分子没有固定的排列方式，所以激光光柱经过会散射形成一条亮路。这个是最简单最直接的检测方式，不管营销吹得如何天花乱坠，是不是萤石一照便知。（此处有另一个例外，据称肖特的FK51虽然属于ED玻璃，即Fluoro-Crown，但激光照射也几乎不出现亮路，但这不影响萤石界定，因为出现明显亮路的一定不是萤石）
萤石的晶体结构
高桥FS152，注意镜头上标注Fluorite
高桥大小萤石镜，注意遮光罩标注Fluorite
高桥FSQ106早期版本，注意镜头上标注Fluorite
高桥FSQ106晚期版本，注意镜头上不再标注Fluorite
高桥不同时期的TOA，在产款定位为万能镜，使用2片FPL53玻璃，收差极好，镜头没有标注Fluorite。物镜组头尾使用2片ED玻璃，用料极为奢华罕见，历史上这样的设计就没有几例子，另一个例子就是深圳那台304apo双筒，下文会涉及。
高桥目前在产的主力目视镜TSA系列，也不再使用萤石。
高桥22x60萤石双筒，注意镜肩标注FLUORITE
Kowa 82萤石版大双，注意镜身标注FLUORITE
Kowa883萤石观鸟镜，注意镜身标注FLUORITE
宫内100mm萤石大双，注意镜身标注FLUORITE
宫内141mm萤石大双，注意镜身标注FLUORITE
激光在萤石中亮路消失
TEC160FL三片式萤石镜，中间一片为萤石，光路中段接近消失
Kowa82萤石版大双筒，第二片为萤石，光路消失
TMB130SS三片式apo，中间一片为FPL53玻璃，明显亮路
裕众100ed大双筒，第一片（疑似）为FK61，亮路
Lzos 123三片式apo，中间一片为OK4，亮路
裕众（stellavue）90F7三片式萤石镜，中间一段亮路消失
蔡司832FL双筒，1+2物镜结构，亮路，无萤石
那萤石与目前高级别的ED玻璃相比到底还有没有优势？为什么很多厂家慢慢开始淡出？
从阿贝系数和折射率这两个主要指标来看，FPL53级别的ED玻璃这两个主要指标已经非常接近于萤石了（当然萤石还是有那么一点点优势）。高桥在换用53后也曾说明过（不管是不是有夸大成分），使用53玻璃的镜子其光学素质不会差于萤石。而ED玻璃较易加工，机械性能和热性能好的优点就凸显了，这可能也是除了成本以外换用ED玻璃的一个主要因素。
但ED玻璃毕竟是一批一批熔出来的，制造中的变量比较多，所以每批的ED玻璃质量都会有区别。坊间传闻小原的将ED玻璃按照内部均一性分为多等，最高等级和最低等级差价达到4倍（见jrbarnett的论述，还有人声称差距可达10倍），也就是说同样是FPL53，价格可以差4倍，而你永远不知道你手中的镜子厂家用的是哪种等级。有一个坊间传闻是AP的老板Roland Christen每次进货都进比最高等级低一等的ED玻璃，然后挨个检测，达标的留下不达标的退货，这样既可以降低成本又可以保证质量。然后留下的玻璃还得逐一测试（TEC的老板Yuri也多次表示需要这么做）按照每块的细小区别重新微调制造过程以达到最佳效果。即便这样，也有报道称AP某折射镜测试下来斯太尔率偏低，用户拿到实验室去测试，结果原因是其中一块ED玻璃内部均一性有问题，导致最后镜子的PV值不达标。类似ap这样的顶级折射比同样叫FPL53的中低档镜子贵这么多，恐怕这也是一个原因。
这个问题在萤石上相对好些，因为萤石都是在实验室条件下结晶生长出来的，所以两块萤石间的质量差距会比较小，相对来说质量会更有保障一些。另外，萤石相对比较轻，散射也较低，在460nm以下的色差纠正会略强，不过这几点做成成品镜以后还有没有实际意义？在其他条件对等的前提下，换用一片萤石到底能轻多少？透光率因为散射减少而提高在观星时能否有可见区别？短波长段的一点色差纠正的提升人眼到底能不能看出区别？最后，大口径的ED玻璃，比如7-8寸以上的市场上比较少见，厂家鲜有生产（也不是没有，比如说CFF在200mm口径apo上使用FPL55，但是供货肯定很困难，不适合批量稳定生产），所以很多大口径的apo设计多采用萤石。这事从TEC250的设计过程就能体现，这镜子一开始打算用一块ED，但我估计是找不到那么大的ED货源，或者质量无法保证，所以最后改用了萤石，而焦比从7.5提升到了最后的8.8。不过这里有一个例外，俄罗斯的LZOS工厂可以生产大到510mm的OK4玻璃，这种玻璃光学性质基本上和FPL53相当，但是这家公司不像OHARA、HOYA、SCHOTT那样对外卖玻璃，他家的玻璃都是自产自用，所以你只能直接买他家的折射镜头，不过现在因为普京大帝的原因折射镜头也全面停产了，这轮一共就生产了一台510mm apo物镜，连同深圳的那台304mm apo大双筒一道，暂时成为绝唱了，也不知LZOS以后还不会继续做这些叫好不叫座的镜头。
TEC 250apo镜头结构，中间一片为萤石
据传为TEC250采购的镜片，成分未知
绝版Lzos 510mm OK4 apo镜头
绝版Lzos 304双OK4大双筒
今天看到一个两片式镜头色差的简易估算公式，注意只适用于两片式物镜，代入以后感觉萤石在两片式物镜设计中，色差消除上相比FPL53还是有明显的优势，公式如下；
CB = 920 * D * SS / FR
920是蔡司公司采用的常数，相对较高一些，要求也苛刻一些。
D是口径mm数
SS=Secondary Spectrum二级光谱
FR=Focal Ratio焦比
这个公式的几个变量说明口径越大，二级光谱越大，焦比越快，色差越难控制，这个和常识也是吻合的。
接下来是集中常见的SS：
两片式普消=1/2000
两片式51级ed=1/6000
两片式53级别ed=1/10000
两片式萤石=1/16000
计算结果1以下可以认为无色差，1-2是对应ed镜表现，2以上为普消水准。配对玻璃对最终结果最多可有正负10%的影响。
这样就可以看到萤石相比53具有的明显优势，高桥FS152这么大口径的2片式数值才1.09而已，其他2片式根本无法望其项背。小口径的计算值更是要远低于1.0。
下面列举几个常见的2片式：
高桥FS102：920x100/16000/8=0.72（没谁了）
高桥FS152：920x152/16000/8=1.09（简直了）
信达120ed：920X120/10000/7.5=1.47（相当不错哦）
裕众140ed：920x140/10000/7=1.84（中规中矩）
星特朗80eq：920x80/2000/11.25=3.27（还算不错哦）
东可达204：920x204/2000/6=15.64（彻底完蛋咯）
裕众120ed双筒镜头：920x120/10000/5.5=2.01
裕众100ed镜头：920x100/6000/5.5=2.79
kowa82镜头：920x82/16000/5.5=0.86
可以看到这三个双筒，Kowa的色差纠正水平最好，120ed又好于100ed，不过双筒还要考虑棱镜影响，不过大体还是同样的趋势。
反推这个公式，要达到1以下无色差的表现，一台100mm双片式普消的焦比要达到F46，51级别双片式要达到F15.3，53级别双片式要达到F9.2，而萤石双片式只需F5.75即可。我感觉这多少有点反常识，不过公式推导出的就是这个结果。
这张图是Roland Christen对几种常见设计二级色差值的演示，萤石+KF6双片式录得的理论值为1/12285，FPL51+KF6双片式录得的理论值为1/6670，而两种普消录得1/3400和1/1867。
用二级光谱公式：Δƒ =[P(x,y)2-P(x,y)2]ƒ/(V1-V2)
代入计算，那萤石双片的二级光谱相对于FPL53确实是有一定优势，主要不是因为萤石的阿贝系数（v）高于FPL53，而是因为萤石的相对部分色散值（pxy）要大，两片玻璃的这个差值直接影响分子的大小。
本文论述的焦点集中在萤石及高等级ED玻璃，但并不意味着用了萤石或者高等级ED玻璃的镜子就是好镜子，镜子是一个系统工程，设计是不是合理、搭配玻璃的好坏、金工件的水准、制作中的工艺、质检流程等等，甚至制作者的良心都可能对最终效果起到决定性作用，要谈这些那又得大费周章，在此就略去不表了。
有什么新的想法就边改边写，不定期更新。
最后一个奢望：技术讨论为主，希望各位不要回复无意义的内容。
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