幾個目鏡

目鏡在攝影同好間算是較冷門的東西, 但是對肉眼觀察者而言, 真是一種充滿誘惑力商品呀. 精巧的金屬加工, 晶瑩剔透的鏡片... 總是讓自己難以抗拒. 從一開始買鏡子送的目鏡, 到滿手清一色的景德目鏡, 慢慢又換了 Pentax, Takahashi, TeleVue... 購買目鏡真是一個無底洞, 不過我相信比我瘋狂的人還多著呢.

設計圖多引用著名網站: Astromical Optics (http://www.handprint.com/ASTRO/ae5.html#barlow)

上下這兩張圖都是從我很喜歡參考的 telescopeOptic.net 剪下來的,
基本上目鏡就是一個放大鏡,  把通過主鏡遠方的目標影像放大顯示, 除了配合伽利略式望遠鏡的負鏡目鏡外, 我們使用的目鏡都是等效的正鏡片組.

上圖已經標得非常清楚, 望圖生意, 這邊就不再贅述目鏡如 Field stop, exit pupil, eye relief, AFoV, TFoV... 等一些重要數字了.

雖然用一片凸透鏡就有放大的效果, 但是視角小得可憐, 為了增大可視野, 校正一些像差色差, 於是在前面擺一片場透鏡 (Field Len), 第一代的目鏡像惠更斯目鏡 (Huygens), 朗式目鏡 (Ramsden) 就如此而已, 當然也有一些變形與改良, 但基本上就是這樣兩片鏡片的組合. 場透鏡是弱一點的正鏡, 後方的視透鏡則是較強的正鏡. 但這種架構頂多能讓視野擴大到 50 度左右. 隨著鏡片材質與光學技術日新月異, 目鏡的設計也越來越多變化, 有幾種第二代的設計, 目前市場上還很多人用, 像常聽到的  Monocentric, Abbe orthoscopic, Kellner/Konic/Erfle 也有, Plossl 還依然是主流之一呢.

Kellner 目鏡是 Karl Kellner 1849 年發表的, 用兩片式消色差的設計組合, 2 群 3 片 (1-2), 所以也有人就叫它消色差式 (Achromate), 應該算是改良自朗式目鏡. Monocentric 則是 Steinheil 1883 年發表的, 當時鍍膜技術還很遜, 鏡片分開一些就會有內部反射與鬼影, 嚴重影響品質, 而 Monocentric 膠合式的設計避掉了這個問題, 雖然可視角很小, 但是透光率與像差色差矯正都很好, 所以為行星觀測者的最愛.  Thomas M. Back 也修改此設計, 製造出很讚的經典銘鏡 TMB supermonocentric 目鏡, 最近 APM 又重新製造販賣, 還賣到大缺貨... 價錢甚至比 XW, Nagler 還貴, 真是....

Abbe Othoscopic, 2 群 4 片 (3-1), 現在也還有很多人在做, 連高橋今年都在推 Abbe Or 新目鏡, Abbe 的設計算是完完全全的創新, 並非像其他大部分的設計有從哪些原型改良之嫌. 我買了谷光學所俗稱 circle T 的幾顆, 這兩對 Or 目鏡看月亮的明亮清澈真是令人讚不絕口, 除了 eye relief 短到睫毛得刷著鏡片以外... 不過依舊是我最愛的觀月目鏡.

那 5mm 那支呢? 因為單眼看時, 我比較喜歡新買的 XW 5mm, 所以這支 Or 5mm 現在的用途竟是... 校正尋星鏡用, 哈哈... 因為它的視野很小, 需要校準時很容易對得準.

回到所謂第二代目鏡, Plossl 應該還是目前中低階目鏡的主流, 並且變型多種, 演化出各式各樣的設計. 1860 年由 Georg Simon Plossl 先生設計的, 由兩組兩片式消色差共 2 群 4 片構成 (2-2), 由於這兩組兩片式幾乎完全相同, 所以也被叫做 "對稱式" (Symmetrical), 當年的設計讓可視角擴大到 50 度左右, 觀察深空目標更方便了, 可是 eye relief 還是很短, 尤其越短焦ER就越短. 時至今日當然有很多變型改進過的 plossle 出現讓 eye relief 不再那麼短. 高橋 LE 就算是改良式的 Plossl, , 或 Erfle? 由於被新歡 TeleVue Panoptic 24mm 取代, 已經賣掉 30mm 與 18mm, 剩下一組 5mm 的, 我覺得效果... 還好而已, 不怎麼厲害.

第三代的目鏡當然以 TeleVue 的 Nagler 為代表, 現在 Nagler 已經出到第六代了, 用更多鏡片來修正各式各樣差, 受惠於先進的鍍膜技術解決了很多問題. Nagler 擺了一組所謂的史密斯鏡片大幅消滅了像散差 (看起來不就一組兩片式嗎? 跟巴羅鏡的放大鏡片組看起來很像呀? 把焦距拉長達到放大的效果).

我有兩支 Nagler T6, 一支 11mm, 另一支是 2.5mm. 11mm 那支是放大看深空目標最棒的一支, 2.5mm 的很少用, 當初真是昏頭才會買. 如果那天給我看見天狼星伴星或心宿二伴星就會覺得甘願了.

廣角長焦目鏡是尋星的最佳伴侶, 目前我最愛的是 TeleVue 的 Panoptic 35mm, 也是手上唯一 2" 的目鏡, Panoptic 剛出來時也算一種改良式 Plossl 或 Erfle?, 4 群 6 片 (2-1-1-2), AFoV 有到 68度.

本來還有一隻 24mm 給 1.25" 系統當尋星用, 現在加買一隻給雙目視看深空, 真是讚!!



最後是 XW 三人組, 3.5mm/5mm/7mm, 我不知道 XW 該屬於哪種設計? 都歸廣角式嗎? 短焦廣角的選擇 XW 真是不二的選擇 (也許有更好的啦) , eye relief 長, 硬式眼罩的設計讓你眼睛貼著也不怕碰觸到鏡片, 只是好大一顆喔. 看設計圖可以發現, 與其它著名的廣角目鏡相比, 左邊算來第三片那片彎鏡片很貼近焦平面, 這是它有專利的地方喔. 在短焦 3.5與5mm 這兩隻, 把這片(組) 擺在史密斯鏡片組之前, 這個設計幾乎完全消掉了彗差, 球差與色差. 70度的視野, 20mm 的 eye relief, 加上 Pentax SMC 鍍膜, 簡直是完美. 我只買短焦, 因為長焦有場曲, 很多人都這麼說.



對了... 還有一組 Pentax XF, 設計跟 XW 20 很類似耶...



現代的超廣角目鏡越做越複雜, TeleVue 100 度的 Ethos 算算看有幾片鏡片? 6 群 10 片?

最後這張圖說明現今市面上目鏡兩種主要設計邏輯, 左邊上面有提講過了, 右邊呢, 則是超廣角目鏡設計的代表, 大致分成三塊, 場透鏡組是一組等效負鏡的史密斯鏡片組, 擺在焦平面前, 負鏡把光線發散, 有時候焦平面後會再緊接一片負鏡把光線散得更開, 第二組是比較弱的等效正鏡組把光收斂一些, 最後一組強正鏡組把光線聚焦, 理論上這種設計可以把視角做到 70 度以上.

+ （2014-4-3 update) 事後再來看之前寫的還真是粗糙呢, 哈哈... 因為後來又讀到一些關於評斷目鏡效能 (performance) 的文章覺得很有用, 又不知該記在哪裡? 就添在這邊吧...

兩個衡量標準, 一是 Angular Blur Size, 另一個是 Acceptable Wavefront Error, 都很有道理耶, 前面那個以後再補, 後面這個比較有數學依據. 之前常常看見人家用波前誤差來衡量望遠鏡的光學效能, 比如說某個主鏡波峰到波谷(peak-to-valley)的波前差(wavefront error)是 0.25 λ (讀成 0.25 wave), 意思就是該主鏡最長與最短的光程(optical path)差是 0.25X0.55=0.14 um, 0.55um 是綠光的波長. 而繞射極限正是 0.25 λ , 所以若波前誤差小於 0.25 λ 的話, 人眼就分辨不出來了, 誤差分不出來那就是理想值啦, 同樣的道理也可以用在目鏡效能的評估. 1980 年光學設計師 Richard A. Buchroeder 先生定下一個以波前差為基礎的簡化標準來當評估目鏡是否銳利的準則,  依這個準則目鏡設計達到所謂"銳利"的標準是 Exit Pupil = 0.5mm 時, 波前誤差必須小於 0.25 λ, 當目鏡焦長與 Exit Pupil 變大, 也就是倍率變小, 允許的波前誤差也正比例的變大, 例如 Exit Pupil = 1mm 時, 波前誤差小於 0.5 λ 即可.