屋脊式望遠鏡和保羅式望遠鏡的對比分析?

接觸過望遠鏡的人都知道,雙筒望遠鏡分為ROOF屋脊式和PORRO保羅式,望遠鏡剛面市的年代都是採用保羅式,隨著望遠鏡技術的發展,屋脊式才營運而生,屋脊式望遠鏡由於結構相對複雜,生產工藝高,所以製造成本高,一般都應用於高端的望遠鏡。到底指兩種望遠鏡各有什麼優缺點呢?

首先要明白一點,所謂屋脊式和保羅式,是指的望遠鏡的稜鏡結構。

步驟/方法

望遠鏡稜鏡作用是什麼

稜鏡在(望遠鏡的)光學設計是無可避免的,如果不是為了能夠看著正立(而不是倒立或者平躺著)的圖像,不是我們與生俱來習慣於觀察正立著的景物的話,雙筒望遠鏡和單筒觀景望遠鏡中根本就不需要稜鏡。

人用雞做過試驗(我記得這個試驗也有人自己做過),給雞帶上特殊的可以轉像的眼鏡,讓它看起來世界是顛倒的。在經歷了幾天的跌跌撞撞以後,大部分都很快適應了這個倒立的世界而不會對行為造成任何不便,和正常雞沒什麼兩樣。如果雞都可以適應這樣倒立的世界,那麼我們人類也是可以的,很多習慣於使用天文望遠鏡的天文愛好者也展示了類似的能力,他們習慣於使用只有天頂鏡的望遠鏡,這樣的望遠鏡左右是顛倒的(上下正立)。

至於剩下的大多數人,包括你我在內,還是更願意看著正立的景物,如果不能以大腦來完成對景物的糾正,那麼就要用別的辦法,這就是現代稜鏡望遠鏡所採用的稜鏡轉像系統。

稜鏡具有這樣的能力是因為它可以“彎曲”或者更科學地講,在幾個面之間反射光線。當光線以特定角度從玻璃(光密介質)射向空氣(光疏介質)的時候,有一些會被反射回來,其餘的射出去。要理解這一點,想象一下這我們在窗外看屋裡的感覺。反射光線的比例取決於入射角和玻璃的折射率。折射率是用來描述玻璃對光線的折射能力的(等於真空中光速比玻璃中的光速),它和玻璃的密度緊密相關。稜鏡比較有趣的一個特性是在入射角大到一定程度的時候(這個角可以由玻璃的折射率算得),從玻璃射向玻璃-空氣交界面的光線會被全部反射回來而回到稜鏡內部,這稱為全反射,完美的內部反射。

保羅式望遠鏡的優缺點

保羅稜鏡轉像系統在理論上十分有效,因為四個反射面都可以產生全反射,光線沒有損失,但事實上,廉價保羅稜鏡望遠鏡所用的Bk7稜鏡折射率接近能產生全反射的下限,所以稜鏡中心反射很好,但是在邊緣的一小部分光線無法產生全反射而“洩漏”出去。如果你觀察出瞳光斑(舉起望遠鏡,遠離自己,觀察目鏡中的那個亮斑)就會發現,使用Bk7稜鏡的望遠鏡出瞳光斑邊緣存在陰影切邊。

使用更高折射率的玻璃可以修正這個問題,使用Bak4玻璃的保羅稜鏡轉像系統效率可以達到同級最高,透光率達到90-95%。

另外保羅稜鏡還有另外一個特性,由於光路產生了“Z”形的轉折,保羅稜鏡望遠鏡的外觀也往往會變成此形狀。入射光瞳和出射光瞳不在一條直線上,一般來說入射光瞳(物鏡)會比出射光瞳(目鏡)分開多很多)。用保羅稜鏡望遠鏡來觀察會改變我們習慣的透視感和體視感。一方面,距離感被壓縮了,另一方面,立體感被增大。同理,保羅稜鏡望遠鏡也會影響我們對物體大小和距離的判斷。

正是因為以上原因,所以理論上說:

優點: PORRO保羅式比同檔次的ROOF屋脊式望遠鏡成像會更亮一些,對比度或者說成像硬一些。

缺點: 保羅式的望遠鏡真實感會差,包括目標的大小和距離感都不如屋脊式好,另外一點很重要是體視感和操作感都不好。並且這是結構決定的,是無法通過其它調整進行改變的。

說到保羅式望遠鏡是必須提到一款非常優秀的望遠鏡,即使博士能LEGACY 經典系列,包括經典8X42,經典10X50和經典10-22X50三款。都採用高清鏡片和非常好的鍍膜技術,視野和清晰度都非常高,體積也非常小巧,這款是目前市面上唯一採用高清鏡片的望遠鏡。這款是多年來一直是全球保羅式望遠鏡的銷售王。在效果上遠優於尼康閱野ACTION ST系列,和視得樂8X30系列比如5810,4405,4406等。如果喜歡保羅鏡的人,建議可以看看,下圖是博士能經典8X42:

屋脊式望遠鏡和保羅式望遠鏡的對比分析

屋脊式望遠鏡的優缺點

在望遠鏡發展的很早期就有了屋脊稜鏡,它可以讓出射光和入射光保持在一條直線上。它的鏡筒是直的,距離感,體視感,大小感等也比較接近肉眼一些。

觀鳥愛好者中屋脊鏡的流行主要原因就是上面提到的保羅望遠鏡和屋脊望遠鏡成像的大小感不一。鳥在屋脊稜鏡望遠鏡裡面看起來會顯得大一些,實際上並不是真的大一些,如果測量一個8倍保羅和一個8倍屋脊所成像,會發現大小一樣。但是我們確很難讓自己的大腦接受看到的實際是一樣大的物體。我有一個朋友定量研究了此現象,他把感覺到的物體大小和物鏡之間的距離聯繫了起來。在這點上,反向保羅稜鏡望遠鏡,也就是物鏡距離比人雙眼距離還要近的望遠鏡,這個現象體現得尤為突出)

屋脊稜鏡還有一些別的方面值得注意,在最常見的屋脊稜鏡:施密特別漢稜鏡中,有一個界面無法產生全反射,大部分光線會射出去而不是反射。所以我們必須把這個反射面鍍成鏡面。一個薄金屬反射層可以讓光線產生反射。開始用銀,直到鋁開始大量生產(鋁的好處是不會像銀那麼快氧化而降低反射率)。大部分高級屋脊稜鏡望遠鏡又回到銀鍍膜因為其反射率更高,對於充氮密封的望遠鏡,銀也不易氧化。

不幸的是,哪怕是最好的銀反射膜也沒有全反射效率高,總會有些光線損失掉。鍍鋁的稜鏡光損失可以達到15%,直到不久以前,屋脊稜鏡望遠鏡的亮度仍然無法和保羅在對比中抗衡。

另外,當光從鏡面反射回來的時候,其相位發生改變。我們可以把光波看成是一束呈現各個方向震動的波,當從鏡面反射回來,它會被部分偏振化,在水平方向震動的波能量會更高一些。一部分能量(亮度)和一部分信息(分辨率)被損失掉了。當兩束部分偏振化的光相遇互相干涉的時候,這種損失會更大。如果我們不採取任何措施,那麼屋脊稜鏡望遠鏡和同檔次保羅望遠鏡比就會暗一些,成像軟一些。前面提到了,觀鳥者更喜歡用屋脊稜鏡望遠鏡哪怕其成像要略差一點,因為它的透視感和操作感更好一些,屋脊式望遠鏡可以通過更好的鏡片和鍍膜技術,達到更好的通光率和清晰度,所以更昂貴複雜的屋脊稜鏡望遠鏡被設計出來。

屋脊式望遠鏡非常成功的是博士能的獎盃234210和博士能精英620142ED. 博士能獎盃234210是連續三年全球高清級別望遠鏡銷量冠軍,採用60層高清PC-3鍍膜。價格也不便宜,將近500美金。而博士能精英620142ED採用了真正的ED鏡片和高清鍍膜,是一款頂級的望遠鏡,售價不菲,在1500美金左右,喜歡奢侈品的人有時間可以看看這款。博士能獎盃234210,我認為如果你喜歡屋脊式的高清望遠鏡,這款有可能是最好的選擇之一,畢竟比尼康戶外M761效果好很多,如果給視得樂比,效果應該可以達到視得樂在國內售價6000左右的望遠鏡的水平。

下圖是美國博士能獎盃234210:

屋脊式望遠鏡和保羅式望遠鏡的對比分析

總結

1. 由於保羅式望遠鏡的成本低廉,並且亮度和對比度不需太多成本就可以做到比較滿意的程度。所以2000元以內的中低端望遠鏡,保羅式是一個很好的選擇。(如果您對望遠鏡的體視感,距離大小感要求準確,就不要選保羅式了)。2000元以上的高清望遠鏡,由於對品質的綜合要求,保羅式就基本沒有任何可選的必要。

2. 屋脊式的望遠鏡操作感和體視感會非常好,但是需要好的鏡片和鍍膜技術提高亮度,所以屋脊式的望遠鏡應該選2000元以上高清屋脊式望遠鏡。這種才是一種完美的組合。如果是選千元內的屋脊式,亮度是不能滿意的,建議不要購買。

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