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简介望远镜指数 增望远镜效能和黄昏系数

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发表于 2003-10-10 05:41  | 显示全部楼层 | 阅读模式

                                        --雷力铭

    在使用中你会发现一些望远镜会强于另一些。通常口径较大的望远镜比较小的一只能收集更多的光线并提供更高的分辨率,所以口径大的望远镜总会明亮一些,清晰一些。望远镜的倍率同样重要。使用望远镜就是为了“放大”远处景物。而倍率大的望远镜一般能比小的望远镜能提供更多的远处景物的细节。用什么办法来比较不同口径和放大倍率的双筒镜的性能呢?有两种著名的双筒镜性能的指标,一种指标称为可见度系数 Visibility factor ,由加拿大天文学家 Roy L Bishop 提出,加拿大皇家天文学会的观察者手册 Observer' s Handbook 发表,另一种叫作黄昏系数,由德国蔡司光学公司发表。由于两种系数都试图用望远镜的倍率和口径表述其性能,所以以上系数又叫望远镜指数。

    望远镜的可见度系数可用镜肩上印制的乘号两边的两个数字相乘求得。德国的黄昏系数可用这两个数字的乘积求开平方的方法取得。所以只需知道一部望远镜的倍率和口径就能大致判断其效能。由于两种指标对倍率和物镜直径都有相等的权重。所以无论是加拿大皇家天文学会还是德国蔡斯公司都认为望远镜的口径和倍率对于其性能有着相同的重要性。黄昏系数更精确地表达了不同口径和倍率的望远镜之间性能上的差异。而可见度系数使用起来更直观,计算也更简洁。所以本文以可见度系数为例简介望远镜系数的用途。

    望远镜指数反映了望远镜特别是在在暗光条件下的观察效能。使用望远镜系数大的望远镜能比使用小系数的望远镜在黎明、黄昏等不良照度下获得更多的景物细节。这也是蔡斯公司使用“黄昏系数”来命名他们的望远镜指数的原因。在这里应特别注意区别望远镜指数同量度系数的关系。黄昏系数大的望远镜并不一定比黄昏系数较小一只亮,而亮度高的望远镜不见得能比较暗的一只看到更多的东西。这与人眼的生理特点有关。在一定的照明条件下,人眼能否发现目标与景物同背景的对比度关系很大。在设计合理的情况下,加大望远镜的倍率会使视野变暗,这样原来淹没在明亮背景里的微弱光点就凸现出来了。这和粉笔在白墙上写的字不易看到,而浅得多的黑板上的白灰却清晰可见是一个道理。而且人的感知就有对数特点,尽管景物和背景的照度被削弱了相同的倍率,但是他们引起的主观亮度的改变却不一样。所以暗光条件下倍率在一定范围内加大往往会得到提高景物与背景的对比度,从而使肉眼有更好的观察条件。另外,在一定对比度的条件下,区别于胶卷成像,较大的物体更容易被肉眼发现,而细小的物体则往往会被忽略掉。这点可能与感光细胞能通过相互关联来提供景物信息的特点有关。所以在较暗的条件下,通过口径和倍率都比较大的望远镜能看到更多景物的细节。而亮度系数反映的是视野的亮度,虽然明亮,但视张角较小、对比度较差的物体往往会被淹没在相对明亮的背景中。这点在实际天文和地面观察中的到了充分的验实。因此 Bishop 把他的望远镜指数叫做可见度系数。

    望远镜指数还反映了望远镜的规格和用途。下图是天空出版公司1996年出版的可见度系数示意图,纵座标代表望远镜倍率,横座标代表用毫米表示的口径,蓝色的斜线代表出瞳直径,十字线上黑点代表常见的望远镜的规格,红色的弧线是可见度系数等效线。从图可知理想的出瞳径在3-7毫米之间。用途最广便于携带的7X30,7X35,8X30,8X32望远镜指数在210-260之间,高光力型的7X40,7X42,8X40,8X42望远镜指数在280-340之间;选择手持望远镜口径或倍率上限的望远镜指数介于350-500之间;望远镜指数在此以上800以下的用于天文和远距离观察等,已不适合手持,应尽量使用三角架;指数800以上的几乎以无手持可能,通常用于天文、观景等特殊用途;而指数在1600以上的望远镜基本是固定式的大型观察镜了。

    值得指出的是,Alan Adler 根据使用的经验提出了自己的望远镜指数:天文指数 Astro Index 并在天文和望远镜上发表 Sky & Telescope ,他认为天文观察中倍率比口径更重要,所以他给了倍率更大的权重。具体计算方法是望远镜口径的平方根乘以倍率。他的天文指数被俄罗斯人采用,并标注在贝戈什 BAIGISH 望远镜的宣传网页上,但使用了twilight“黄昏”一词。



简介望远镜指数 增望远镜效能和黄昏系数

简介望远镜指数 增望远镜效能和黄昏系数





[此贴子已经被作者于2003-10-13 20:36:41编辑过]

发表于 2003-10-13 03:36  | 显示全部楼层
怎么,完全没有疑问吗?
发表于 2003-10-13 03:57  | 显示全部楼层
支持,真的不错,可以作为买镜的重要参考文章!!!

而且很直观,一看图片就明白,再次感谢!
发表于 2003-10-13 04:15  | 显示全部楼层
不用谢。不过德国蔡斯的黄昏系数非常科学,很准确地反映了现代望远镜的设计思想和各种规格望远镜间的相互关系,有兴趣的话可以整理一份给大家!
发表于 2003-10-13 07:20  | 显示全部楼层
长见识!
发表于 2003-10-14 04:31  | 显示全部楼层
望远镜的效能、可见度系数和黄昏系数

                                                  --雷力铭

    望远镜的效能是望远镜提供远处景物细节的能力,可以在严格的实验条件下测量出来。比如在可控光照的厂房里,用不同口径和倍率的望远镜在不同光照条件下观察一定距离外类似视力检查表的分辨力测试图。望远镜的效能与分辨力和亮度密切相关。而望远镜的分辨力主要受倍率的影响,口径决定的集光力和口径和倍率共同决定的出瞳直径主导着望远镜的亮度。

    由于望远镜的倍率和口径对分辨力和亮度有决定性的影响。所以选择这两个参数来衡量望远镜性能,有两种著名的指标,一种指标称为可见度系数 Visibility factor ,由加拿大天文学家 Roy L Bishop 提出,加拿大皇家天文学会的观察者手册 Observer' s Handbook 发表;另一种叫作黄昏系数,由德国蔡司光学公司发表。

    望远镜的可见度系数可用镜肩上印制的乘号两边的两个数字相乘求得。黄昏系数可用这两个数字的乘积求开平方的方法取得。由于两种指标对倍率和物镜直径都有相等的权重。所以无论是加拿大皇家天文学会还是德国蔡斯公司都认为望远镜的口径和倍率对于其性能有着相同的重要性。可见度系数使用直观,计算简洁,可以迅速地大致判断一部望远镜的倍效能。黄昏系数计算比较复杂,但是相对精确地表达了不同口径和倍率的望远镜之间性能上的差异。

    可见度系数反映了望远镜特别是在在暗光条件下的观察效能。使用望远镜系数大的望远镜能比使用小系数的望远镜在黎明、黄昏等不良照度下获得更多的景物细节。但是可见度系数大的望远镜并不一定比可见度系数小一只亮,而亮度高的望远镜不见得能比较暗的一只看到更多的东西。这与人眼的生理特点有关,在一定的照明条件下,人眼能否发现目标与景物同背景的对比度关系很大。在保证一定亮度的情况下,加大望远镜的倍率会使天空背景变暗,比如城市的灯火。这样原来淹没在明亮背景里的微弱光点就凸现出来了。这和粉笔在白墙上写的字不易看到,而浅得多的黑板上的白灰却清晰可见是一个道理。而且人的感知就有对数特点,尽管景物和背景的照度被削弱了相同的倍率,但是他们引起的主观亮度的改变却不一样。所以在在一定范围内加大倍率往往会得到提高景物与背景的对比度,从而使肉眼有更好的观察条件。另外,在低亮度条件下,区别于胶卷成像,肉眼感光细胞能通过相互关联来获得信息。所以较大的物体更容易被肉眼发现,而细小的物体则往往会被忽略掉。所以在较暗的条件下,通过口径和倍率都比较大的望远镜能看到更多景物的细节。而在亮度系数大的低倍镜里,视张角较小、对比度较差的景物往往会被淹没在相对明亮的视野中。这点在实际天文和地面观察中的到了充分的验实。所以 Bishop 指出10X40望远镜在暗光下的观察效果略高于7X50;他还认为5mm是适应性最好的出瞳径,而最适合夜间手持观察的望远镜是10X50。

    望远镜指数还反映了望远镜的规格和用途。附图是天空出版公司1996年出版的可见度系数示意图,纵座标代表望远镜倍率,横座标代表用毫米表示的口径,蓝色的斜线代表出瞳直径,十字线上黑点代表常见的望远镜的规格,红色的弧线是可见度系数等效线。从图可知理想的出瞳径在3-7毫米之间。用途最广便于携带的7X30,7X35,8X30,8X32望远镜指数在210-260之间,高光力型的7X40,7X42,8X40,8X42望远镜指数在280-340之间;选择手持望远镜口径或倍率上限的望远镜指数介于350-500之间;望远镜指数在此以上800以下的用于天文和远距离观察等,已不适合手持,应尽量使用三角架;指数800以上的几乎以无手持可能,通常用于天文、观景等特殊用途;而指数在1600以上的望远镜基本是固定式的大型观察镜了。

    黄昏系数更准确地描述了不同望远镜间性能上的差异。实际上可见度系数900的15X60望远镜的观察效能只比可见度系数400的10X40望远镜强约1.5倍,而不是2.25倍。因为在加大倍率提高分辨率时也降低了景物的亮度,可能使观察效能下降。所以单纯加大倍率不会有效提高望远镜的观察效果。比如40mm的10倍望远镜在暗光下的观察效果只相当于7X50。要把望远镜的观察效能提高1.5倍,需要把倍率和口径都增加1.5倍。因为只有在保证亮度的前提下提高分辨率才能获得相应的回报。

    所以望远镜的效能由倍率和口径共同决定。在一定程度上提高望远镜的倍率或增大其口径或同时采用以上两种措施都能达到相似的观察效果,视对望远镜的理论流派和风格而异。
发表于 2003-10-14 04:32  | 显示全部楼层
有何见解,欢迎大家提出,讨论讨论。
发表于 2003-10-14 06:49  | 显示全部楼层
个人偏向于Alan Adler 根据使用经验提出的望远镜指数:望远镜口径的平方根乘以倍率。

本人通过比较不同倍数及口径的望远镜,也感觉到倍率的权重更大一些。特别是在分辨远方物体的细节方面,高倍镜占明显优势。(前提是使用三脚架固定观看)
发表于 2003-10-15 04:52  | 显示全部楼层
望远镜的效能由倍率和口径共同决定。在一定程度上提高望远镜的倍率或增大其口径或同时采用以上两种措施都能达到相似的观察效果。有两种望远镜理论,一种比较重视倍率,倾向于采用接近3mm出瞳径;另一种是经典蔡斯学派,重视口径,倾向于采用接近7mm出瞳径。Roy L Bishop
是比较倾向于倍率学派,倾向于采用接近5mm出瞳径。而Alan Adler 比他还极端。俄罗斯人的观点向来实用,是典型的倍率学派。从他们的产品规格就可以看出,俄制望远镜除海事专用和出口型外,出瞳很少超过5mm的。而 12x40 15x50 16x60 20x60 出瞳径则打昼用望远镜出瞳不易小于3mm或亮度系数不小于10的插边球。20x50 26x70 出瞳径则已接近望远镜出瞳径的限制极限。在西方只有小口径便携式望远镜能取到接近2.5mm。为了达到相同的观察效能,俄国人显然更倾向于加大望远镜的倍率。但是倍率的权重也不是可以无限增加,倍率也是以牺牲一定的观察性能为代价的。比如:暗光观察能力、亮度、清晰度、舒适性、视场、出瞳距、晃动条件下的观察能力等。













[此贴子已经被作者于2003-10-14 21:01:37编辑过]

发表于 2003-10-15 04:56  | 显示全部楼层
此外,望远镜的倍率也不是越大越好,视用途而定。手持望远镜的可见度系数一般不大于500。而用途最广,便于携带的望远镜是指数在210-260之间的8x30其次是7x35。高倍镜固然清晰,但可携性差。所以用途最广的望远镜是观察能力和可携性完美平衡的望远镜。欢迎大家继续讨论!




[此贴子已经被作者于2003-10-14 21:12:14编辑过]

发表于 2003-10-15 07:34  | 显示全部楼层
严谨,全面。希望镜友们都来仔细研读上面的文章,你将对望远镜口径与倍率的关系有一个明晰的概念。
发表于 2003-10-16 04:32  | 显示全部楼层
补充一点:正因为俄罗斯对望远镜倍率的重视才是他们采用了 Alan Adler 的望远镜指数计算方法。并将其命名为 twilight “黄昏”。但在美国本土 Alan Adler 的计算方法却没有得到这样的重视。欢迎大家继续讨论!
发表于 2003-10-17 05:41  | 显示全部楼层
长学问。
发表于 2003-10-18 18:06  | 显示全部楼层
俄国重视倍率还和其工业基础和望远镜结构有关。俄国相对西方技术薄弱,特别是人为原因使装配质量普遍较差。而加工大口径镜片组的难度和成本远高于加工小口径短焦距镜片,特别是在物镜胶合上。加上传统指导思想上的原因,讲实效的俄国人自然的选择了加大倍率。同时普罗棱镜加工容易、成本低,成像效果好,所以远比昂贵复杂不可靠的屋脊棱镜受俄国人欢迎,所以除专门出口西方的品种外,俄国的望远镜基本是普罗棱镜的。而物镜口径太大的话这种望远镜就太大太重。所以由于望远镜结构的制约,为了制造相对轻便的望远镜也使俄国人倾向于加大倍率。在东西方同口径望远镜中俄国人的望远镜完全称得上“高倍望远镜”。




[此贴子已经被作者于2003-10-18 18:35:01编辑过]

发表于 2003-10-18 18:36  | 显示全部楼层
西方以美、德为代表崇尚大口径望远镜。蔡斯公司的8倍望远镜口径能做到56mm,大打手持望远镜口径不宜超过50mm的插边球。美国人的陆军望远镜和海事望远镜一样选择7X50,采用了手持望远镜口径和出瞳的上限,连便携军用望远镜都选了出瞳直径4mm的7X28。不同于欧洲和世界大多数地区,美国比较流行7X35而不是8X30。因为虽然两种望远镜指数相似,但7X35的口径、出瞳都比较大。这与其望远镜理论、工业和材料基础有关。在西方手持望远镜倍率很少超过10倍且一般采用42、50mm口径。西方工业技术基础雄厚,复合材料和计算机辅助加工技术发达,加工精度高。所以除军事、海事、天文等对成像质量要求较高的专业望远镜,能够采用别汉屋脊棱镜系统和外裹橡胶的工程塑料镜身为来平衡体积重量。西方望远镜注重人机工学和附加功能,产品在工艺、造型及出瞳距、对焦方式及防震、防雾、防水、分划板夜光等方面做得比较好。在镜头镀膜技术上具有突出优势。西方望远镜总体水平高于俄国,但是价格太贵。






























[此贴子已经被作者于2003-10-18 18:52:40编辑过]

发表于 2003-10-22 00:18  | 显示全部楼层
怎么只有看贴没有回贴?




[此贴子已经被作者于2003-10-21 21:36:28编辑过]

发表于 2003-10-22 21:15  | 显示全部楼层
楼主说得很准确也很明白,造诣颇深啊
1.个人觉得关于倍率和口径之间的选择,主要还是看使用环境和要求。对于使用环境照度高地方(白天使用),可以选用高倍的,但要注意手持使用的望远镜倍率不宜大于10-12x,出瞳大于2.5-3mm就可以了,人的瞳孔直径白天也在2-2.5mm左右,所以望远镜出瞳再大也没意义,当然在运动环境使用时除外;
2.对于黄昏的使用环境,出瞳直径是最重要的,大于5-7mm比较理想,倍率不宜太高。视场晃动的情况下,人对昏暗环境的目标识别能力很差。
3.按照中国传统的设计要求,从来没有提出这个指标的要求,包括军用光学仪器。
4.对于保罗和别汉棱镜系统的选用原则,由于别汉棱镜为同轴光学系统,物镜孔径不宜过大,否则最小目距不能保证;保罗棱镜具有结构稳定,体视效果好的特点,所以军用产品多选用。
发表于 2003-10-23 03:44  | 显示全部楼层
赞同你的观点。
但是在白天观察出瞳也比较重要。为使瞳孔容易对准出射光瞳,且不易偏离,出瞳还是不能太小,否则会使观察者疲劳,不利于长时间观察。所以出瞳2.5成为极限。
正因为人眼在暗光下观察的生理特点使在晃动、抖动情况下占优势的7倍成为最流行的军镜倍率。还有出瞳和手持望远镜临界口径的问题。
但如果固定观察,大口径、大倍率、大出瞳的望远镜要好一些,比如10X70或11X80在一定条件下暗光观察能力强于7X50。详细原因在我的《望远镜的口径》一文中有介绍,可在适当时候节选。
国产屋脊棱镜望远镜有明显上述缺点,10X42的最小目距都很勉强。但是Zeiss的8X56是使用屋脊棱镜的,该公司的其他50mm产品和Leica的42、50mm产品都采用屋脊棱镜。
至于原因,欢迎探讨。







[此贴子已经被作者于2003-10-22 20:04:31编辑过]

发表于 2003-12-13 00:50  | 显示全部楼层
赞同你的观点。
发表于 2004-2-3 20:59  | 显示全部楼层

简介望远镜指数 增望远镜效能和黄昏系数

好文章: )

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