目鏡基本性質(zhì)

目鏡的一些性質(zhì)對(duì)光學(xué)產(chǎn)品的功能非常重要，需要比較以決定最適合需求的目鏡。

目鏡的入射光瞳永遠(yuǎn)不變的被設(shè)計(jì)在目鏡的光學(xué)系統(tǒng)之外，它們必須被設(shè)計(jì)在特定的距離上有優(yōu)異的性能（即在這個(gè)距離上的變形極小）。在折射式的天文望遠(yuǎn)鏡，入射瞳通常很靠近物鏡的位置，與目鏡通常有數(shù)英呎的距離；在顯微鏡，入射瞳通常緊靠著物鏡的后焦平面，與目鏡只有幾英吋的距離。因此顯微鏡的目鏡與望遠(yuǎn)鏡的目鏡性質(zhì)不同，不是互換就能獲得適當(dāng)?shù)谋憩F(xiàn)。

每一個(gè)獨(dú)立鏡片稱為元素，通常是簡(jiǎn)單的透鏡，可以組合成單鏡、膠合的雙鏡或是三合鏡。當(dāng)這些元素被兩個(gè)或三個(gè)黏合在一起時(shí)，這種組合就成為群。

第一個(gè)目鏡只是單片的透鏡元素，得到的影像有高度的變形。二或三個(gè)元素的設(shè)計(jì)發(fā)明之后，由于改進(jìn)了影像的品質(zhì)，很快就成了標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)。今天，工程師在計(jì)算機(jī)協(xié)助規(guī)劃下的設(shè)計(jì)，以七或八個(gè)元素提供了絕佳的影像。

內(nèi)部反射有時(shí)也稱為散射，導(dǎo)致穿過目鏡的光線不僅分散還降低了目鏡產(chǎn)生影像的對(duì)比。當(dāng)影像的效果很差時(shí)就會(huì)出現(xiàn)"鬼影"，稱為幻像。多年以來，設(shè)計(jì)時(shí)玻璃與玻璃之間制造很小的空氣隙，就能有效的改善這個(gè)問題。

對(duì)薄透鏡可以采用在元素表面鍍膜的方法來解決這個(gè)問題。這一層厚度只有一或兩個(gè)波長(zhǎng)的膜，可以改變通過元素的光線折射來減少反射和散射。有些鍍膜可經(jīng)由全反射的過程吸收這些光線以低淺角度射入的光線，使它們不會(huì)穿過透鏡。

色差的產(chǎn)生是因?yàn)椴煌念伾úㄩL(zhǎng)）由一種介質(zhì)到另一種介質(zhì)時(shí)，有不同的折射率。對(duì)目鏡而言，色差來自穿越空氣和玻璃之間的界面。藍(lán)光和紅光在經(jīng)過目徑的元素之后不能距焦在同一個(gè)焦點(diǎn)上，這種現(xiàn)象對(duì)點(diǎn)光源 的結(jié)果是可能產(chǎn)生一個(gè)圍繞著焦點(diǎn)的模糊色環(huán)，通常的結(jié)果是造成影像模糊不清。

有幾種方法可以減緩這個(gè)問題，一種是利用薄膜來改正目鏡的元素。較為傳統(tǒng)的方法則是利用多個(gè)不同玻璃和曲度的元素來消減變形。

縱向色差在光學(xué)望遠(yuǎn)鏡中，因?yàn)榻咕嗪荛L(zhǎng)而成為很顯著的效應(yīng)；顯微鏡，因?yàn)橐话愕慕咕喽己芏蹋筒皇苓@種效應(yīng)的影響。

通常，目鏡在改善色差時(shí)，這兩種都需要做修正。

焦長(zhǎng)是平行的光經(jīng)過目鏡后匯距的點(diǎn)與目鏡主平面的距離。在使用時(shí)，目鏡焦長(zhǎng)和物鏡焦長(zhǎng)的結(jié)合，確定了附屬的放大倍率。當(dāng)單獨(dú)提到目鏡時(shí)，他的單位通常是毫米（mm）；而當(dāng)在一架可以更換目鏡的儀器上使用時(shí)，有些用戶喜歡使用經(jīng)過目鏡后所能得到的放大倍數(shù)做為單位。

對(duì)望遠(yuǎn)鏡，一些特殊的目鏡可以產(chǎn)生不同的角放大率，并且望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡的組合倍率可以用下面的慣例式來計(jì)算：MA是要計(jì)算的角放大倍率，fO是望遠(yuǎn)鏡物鏡的焦長(zhǎng)，fE是目鏡的焦長(zhǎng)，要用同樣的測(cè)量單位來表示。fT對(duì)一個(gè)復(fù)合式顯微鏡的慣用式是距離最接近的明視距離（通常是250mm），DEO是物鏡的后焦面和目鏡的后焦面（稱為筒長(zhǎng)）的距離，在現(xiàn)代的儀器上這個(gè)距離通長(zhǎng)是160mm O是物鏡的焦長(zhǎng)，F(xiàn)E是目鏡的焦長(zhǎng)。因此，要提高放大倍率，可以將目鏡的焦長(zhǎng)減短，或是將儀器本身的焦長(zhǎng)加長(zhǎng)。例如，焦長(zhǎng)25mm的目鏡用在焦長(zhǎng)1200mm的望遠(yuǎn)鏡上，放大倍率是48倍；焦長(zhǎng)4mm的目鏡用在相同的望遠(yuǎn)鏡上，放大倍率是300倍。

業(yè)余天文學(xué)家使用的望遠(yuǎn)鏡的目鏡傾向于將焦長(zhǎng)標(biāo)示出來。在天文學(xué)，焦長(zhǎng)的表示單位通常是毫米（mm），范圍則在3至50毫米之間。實(shí)際的放大倍率則依使用的望遠(yuǎn)鏡的焦長(zhǎng)來決定。

但是當(dāng)描述觀測(cè)現(xiàn)象時(shí)，天文學(xué)家對(duì)于目鏡的標(biāo)示，卻又慣用放大倍率，而不是標(biāo)示目鏡的焦長(zhǎng)。在觀測(cè)報(bào)告上使用放大倍率是比較方便的，因?yàn)樗苯拥奶崾玖擞^測(cè)者實(shí)際上看到的是什么的看法。由于放大倍率是依賴所使用的望遠(yuǎn)鏡決定，因此單獨(dú)只提放大倍率對(duì)望遠(yuǎn)鏡的目鏡是毫無(wú)意義的。

依據(jù)協(xié)議，顯微鏡的目鏡通常標(biāo)示具體的倍率來取代焦長(zhǎng)。顯微鏡的倍率 PE和物鏡的倍率PO因而對(duì)一個(gè)復(fù)合式的顯微鏡前端角放大率的表示是：

倍率的定義是依據(jù)儀器對(duì)任易分離角度在目鏡和物鏡之間被放大的能力。不同于歷史上對(duì)顯微鏡目鏡的分析，是依據(jù)目鏡對(duì)角度的放大倍率，和物鏡原本的放大能力。這對(duì)光學(xué)設(shè)計(jì)師是很方便，但從顯微鏡學(xué)實(shí)用的觀點(diǎn)上看卻缺乏便利性，因此便被摒棄了。 一般目鏡的放大倍率是8X、10X、15X、和20X。這些倍數(shù)是與正常人的能看清楚的最短明視距離，D250mm，比較得到的，所以目鏡的焦距可以用250mm除以放大倍率而計(jì)算出來。雖然被接受的標(biāo)準(zhǔn)距離是250mm，但現(xiàn)在的顯微鏡會(huì)設(shè)計(jì)成只有160mm的焦距，使得儀器變得非常的緊湊。現(xiàn)在的儀器也許還會(huì)被設(shè)計(jì)成管子實(shí)際上是無(wú)限長(zhǎng)的(在鏡筒內(nèi)使用一個(gè)輔助透鏡)。 顯微鏡影像整體的角放大率是目鏡放大率與物鏡放大率的乘積。例如，10X的目鏡與40X的物鏡組合就會(huì)得到400X的放大倍數(shù)。

有一些目鏡，像是冉斯登目鏡 ，焦平面的位置在目鏡之外的場(chǎng)透鏡前方，因此很適宜做為標(biāo)線或測(cè)微表等十字線安置的位置。在惠更斯目鏡，焦平面的位置在眼睛和在目鏡內(nèi)的場(chǎng)透鏡之間，是不容易接近的位置。

視野，經(jīng)常會(huì)使用縮寫FOV，描述的是經(jīng)由目鏡能看見的目標(biāo) (從觀測(cè)者所在地測(cè)量得到的角度) 。目鏡的視野范圍會(huì)根據(jù)各自所結(jié)合的望遠(yuǎn)鏡或顯微鏡的放大率而有所變化，也和目鏡本身的性質(zhì)有關(guān)。目鏡由他們的視野闌做區(qū)分，這是進(jìn)入目鏡的光線抵達(dá)場(chǎng)透鏡前所經(jīng)過的最狹窄孔徑。

由于這些可變的因素，"視野"這個(gè)名詞通常有兩種意義，并且總是只表示其中之一。

實(shí)視野是使用某一架望遠(yuǎn)鏡時(shí)，由于具體的放大效果，通過目鏡能看見的真實(shí)天空的角度大小，它的范圍通常在0.1度至2度之間。視視野是被測(cè)量的目鏡所有的一個(gè)恒定值，范圍從35度至80度以上。它本身，明顯的是一個(gè)抽象的數(shù)值，但是可以經(jīng)由望遠(yuǎn)鏡與目鏡結(jié)合所得到的的放大率測(cè)量出實(shí)視野。目鏡的視視野通常都會(huì)作為目鏡的特性標(biāo)示出來，為用戶提供一個(gè)方便的方法，計(jì)算在自己的望遠(yuǎn)鏡上使用時(shí)的實(shí)視野。目鏡的使用者通常都需要計(jì)算實(shí)視野，因?yàn)檫@表示出目鏡與望遠(yuǎn)鏡結(jié)合時(shí)，實(shí)際上能看見的天空大小。計(jì)算實(shí)視野最方便的方法取決于是否知道視視野。 如果已經(jīng)知道視視野，實(shí)視野可以經(jīng)由下面的近似公式計(jì)算：

FOVC是實(shí)視野，計(jì)量的單位是以FOVP時(shí)所提供的角度單位來測(cè)量。.FOVP 是視視野。mag是放大倍數(shù)。fT是望遠(yuǎn)鏡的焦長(zhǎng)。 E是目鏡的焦長(zhǎng)，用與fT相同的量度單位來標(biāo)示。望遠(yuǎn)鏡物鏡的焦長(zhǎng)是物鏡的口徑乘上焦比的值，他代表鏡子或透鏡將光線聚集在一個(gè)點(diǎn)上的距離。

這種形式的精確度可以在4%以內(nèi)，或視視野達(dá)到40°都是良好的，而在60° 時(shí)的誤差為10%。 如果不知道視視野，實(shí)視野可以使用下面的方法來概估： FOVC 是實(shí)視野，以度為計(jì)算單位。d是目鏡視野闌的直徑，單位為mm。fT式望遠(yuǎn)鏡的焦距，單位為mm。第二個(gè)公式比第一個(gè)來得精確，但是多數(shù)廠家通常都不會(huì)告知視野闌的大小。如果視場(chǎng)不是平坦的，或是對(duì)設(shè)計(jì)的角度大于60°的超廣角目鏡，第一個(gè)公式就會(huì)不準(zhǔn)確。

最小的標(biāo)準(zhǔn)筒徑是0.965 英吋 (24.5mm)，但幾乎已經(jīng)被摒棄了。仍然使用這種筒徑的望遠(yuǎn)鏡不是玩具店內(nèi)的商品，就是通常只在商城 (大賣場(chǎng)) 內(nèi)仍然充斥的品質(zhì)較差的望遠(yuǎn)鏡。許多在這種望遠(yuǎn)鏡上的目鏡都是塑膠制造的，有些甚至連透鏡都是塑膠的。高品質(zhì)的望遠(yuǎn)鏡早已不再種尺寸的目鏡了。大部分的目鏡筒徑都是1? 英吋 (31.75mm)，這種筒徑的目鏡在實(shí)用上的焦距上限大約是32mm。焦距更長(zhǎng)的目鏡，焦距比32mm更長(zhǎng)的目鏡，筒徑的邊緣限制了視視野的大小不能超過50°，而多數(shù)的業(yè)余者認(rèn)為這是可以接受的最小視野。這種筒徑的螺旋可以置入30mm的濾鏡。

2 英吋 (50.8 mm) 筒徑的目鏡經(jīng)常被使用。2英吋目鏡的焦距極限大約在50mm，大于2英吋 (50.8 mm) 的筒徑主要在協(xié)助延伸目鏡焦距的極限。這種目鏡的價(jià)值通常都很昂貴，并且可能重得足以傾覆望遠(yuǎn)鏡。這種目鏡的螺旋適用48mm的濾鏡 (或是49mm的)。顯微鏡的目鏡使用mm為單位，標(biāo)準(zhǔn)筒徑為23.5mm和30mm，都比望遠(yuǎn)鏡的筒徑小一些。

眼睛需要在目鏡后方的一段距離內(nèi)觀看經(jīng)過目鏡形成的影像，這段適當(dāng)?shù)木嚯x稱為適眼距。有著較大的適眼距，意味著目鏡的品質(zhì)越佳，也越容易觀看到影像。但是如果適眼距太大，要讓眼睛長(zhǎng)期處在正確的位置上，它會(huì)造成眼睛的不舒適?；谶@個(gè)原因，有些有著長(zhǎng)適眼距的目鏡，在目鏡透鏡的后方有眼罩杯的設(shè)計(jì)，可以幫助觀測(cè)者能長(zhǎng)時(shí)間的在正確的距離上觀測(cè)目標(biāo)。出射瞳的大小應(yīng)該與拉姆斯登盤的大小相符。在天文望遠(yuǎn)鏡的情況下，入射光瞳的影像對(duì)應(yīng)于物鏡的大小。

適眼距的典型范圍在2mm至20mm之間，依據(jù)目鏡的構(gòu)造來決定。長(zhǎng)焦距的目鏡通常都有較寬裕的適眼距，但短焦距目鏡的適眼距就有問題了。直到最近，這仍然是相當(dāng)普遍與共通的，短焦點(diǎn)目鏡的適眼距就較短。好的設(shè)計(jì)指南建議適眼距至少要有5-6mm，以避免睫毛造成的不舒適?，F(xiàn)代的設(shè)計(jì)可以增加許多透鏡元件，不僅在這方面獲得改善，還可以在高倍率的觀測(cè)上變得更加舒適。特別是對(duì)于帶眼鏡的觀測(cè)者，他們至少需要20mm的距離才能容納德下它們的眼鏡。

1.福根目鏡：目鏡可分正型目鏡系和負(fù)型目鏡系兩類。正型目鏡的主焦點(diǎn)在場(chǎng)透鏡以外，雖然由二個(gè)或兩個(gè)以上的透鏡組合而成，但整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)可視為單一的凸透鏡，故在適當(dāng)情況下可單獨(dú)作為放大鏡使用。負(fù)型目鏡的主焦點(diǎn)是在場(chǎng)透鏡以內(nèi)，即在場(chǎng)透鏡與目透鏡兩個(gè)透鏡之間，顯然不能單獨(dú)作為放大鏡使用。最簡(jiǎn)單類型的目鏡的焦點(diǎn)在兩透鏡之間，屬于“負(fù)透鏡”。福根目鏡是負(fù)型目鏡系中最簡(jiǎn)單的一種。它由二塊分立的沒有經(jīng)過色差校正的平凸透鏡組成，接近人眼的一塊稱為目透鏡，它起放大作用。另一塊稱為場(chǎng)透鏡，它起使映像高度均勻的作用。在二塊之間裝有一光欄，位于目透鏡的前焦點(diǎn)處。

目鏡未進(jìn)行像差校正，或僅作部分球差校正，仍有一定程度的像差和畸變。其放大倍數(shù)一般不超過15倍，適應(yīng)于配合中、低倍物鏡，用作觀察或攝影。

2.雷斯登目鏡：由兩個(gè)平凸透鏡組成，其主焦點(diǎn)在下透鏡（場(chǎng)透鏡）之外，故稱正透鏡。雷斯登目鏡對(duì)像場(chǎng)彎曲和畸變有良好的校正，球差也較小，但放大色差比福根目鏡差。它除用于觀察和攝影外，也可用于放大。

3.補(bǔ)償目鏡：垂軸色差為1.5%~2%的平場(chǎng)消色差物鏡、平場(chǎng)半復(fù)消色差物鏡、平場(chǎng)復(fù)消色差物鏡等，都屬于垂軸色差校正不足的物鏡。這些物鏡需要與垂軸色差校正過頭的目鏡配合使用，故稱這種目鏡為補(bǔ)償目鏡。補(bǔ)償目鏡具有過度的校正放大色差的特性，以補(bǔ)償復(fù)消色差、半復(fù)消色差物鏡的殘余色差。

由于補(bǔ)償目鏡具有一定量的垂軸色差及其放大倍數(shù)較高（高達(dá)30倍），不宜與普通消色差物鏡配合使用，宜與復(fù)消色差物鏡或半復(fù)消色差物鏡配合使用，以抵消這些物鏡的殘余色象差。不可與消色差物鏡配用，因?yàn)橛小斑^正”產(chǎn)生，會(huì)使映像產(chǎn)生負(fù)向色差。

4.測(cè)微目鏡：在目鏡中加入一片有刻度的玻璃薄片，用來定量測(cè)量，或進(jìn)行顯微壓痕長(zhǎng)度的測(cè)量。根據(jù)測(cè)量目的可將刻度設(shè)計(jì)在直線、十字交叉線、方格網(wǎng)、同心圓或其他幾何圖形上。

5.攝影目鏡： 此目鏡專門用于攝影或近距離投影，不能用作顯微觀察或單獨(dú)放大。其像差校正與補(bǔ)償目鏡基本相同，宜與平面復(fù)消色差物鏡或半復(fù)消色差物鏡配用，使在規(guī)定放大倍數(shù)下具有足夠平坦的映像。

6.廣角目鏡：一般目鏡視場(chǎng)角度在30°左右。廣角目鏡是指視場(chǎng)角在50°以上，放大倍數(shù)在12.5倍以上的平場(chǎng)目鏡，和視場(chǎng)角在40°以上，放大倍數(shù)在10倍以下的平場(chǎng)目鏡。

目鏡

{物} eyepiece; micrometer; eye lens; ocular; ocular eye; ocular glass; ocular piece; sighting piece

在光學(xué)系統(tǒng)中，將物鏡所成的像放大后供眼睛觀察用的光學(xué)部件。

ocular

eyepiece, ocular

技術(shù)隨著時(shí)間而進(jìn)步，目前有許多不同設(shè)計(jì)的目鏡，可以供給光學(xué)望遠(yuǎn)鏡使用。它們改變了內(nèi)部透鏡的位置，而且不同的設(shè)計(jì)有時(shí)更加適合兩種以上不同類型的觀察，和不同類型的望遠(yuǎn)鏡來使用。這些目鏡的設(shè)計(jì)有惠更斯目鏡、冉斯登目鏡、凱爾納目鏡、無(wú)畸變目鏡、愛佛目鏡、康尼目鏡、普羅索目鏡、RKE目鏡和尼格勒目鏡。面將做較詳細(xì)的說明：

有兩個(gè)光學(xué)元件的惠更斯目鏡是惠更斯在17世紀(jì)發(fā)明的。這種設(shè)計(jì)在現(xiàn)在被認(rèn)為是過時(shí)了，他是最簡(jiǎn)單的復(fù)合式透鏡設(shè)計(jì)，主要用在光學(xué)上。

姑不論前面的敘述，這種目鏡是最廉價(jià)也最容易制作的，因此低價(jià)的望遠(yuǎn)鏡和顯微鏡最常使用這種目鏡。惠更斯目鏡的適眼距較短，畸變也較大 (特別是在短焦點(diǎn)的望遠(yuǎn)鏡)，色差和非常狹窄的視視野。

實(shí)際上這種目鏡只適用于太陽(yáng)影像的投影使用，因?yàn)榛莞鼓跨R沒有黏著劑來結(jié)合透鏡元件，比較不容易被集中而增強(qiáng)的陽(yáng)光損壞。一般透鏡的黏著劑可能會(huì)因過度的加熱而融化或燃燒。

惠更斯透鏡由兩個(gè)平凸透鏡以空氣隙分離，兩個(gè)透鏡分別稱為接目鏡和向場(chǎng)鏡，均以平面朝向眼睛，凸面朝向物鏡。在設(shè)計(jì)上通常為橫向零色差，焦平面落在兩個(gè)透鏡之間。如果兩個(gè)透鏡是由相同折射率的玻璃制成，則透過望遠(yuǎn)鏡讓眼睛輕松的看見無(wú)窮遠(yuǎn)的物體，則兩個(gè)鏡片的距離為兩透鏡焦距的平均值 。

PL目鏡是普羅素式目鏡

PL目鏡又稱為對(duì)稱目鏡。由完全相同的兩組雙膠合消色差透鏡組成，其參數(shù)表現(xiàn)與OL目鏡相當(dāng)，但具有更大的出瞳距離和視場(chǎng)，造價(jià)更低，而且適用于所有的放大倍率， 是目前應(yīng)用最為廣泛的目鏡，曾派生出多種改進(jìn)型。

SR目鏡是冉斯登式目鏡