目鏡主要設計

技術隨著時間而進步，目前有許多不同設計的目鏡，可以供給光學望遠鏡使用。它們改變了內部透鏡的位置，而且不同的設計有時更加適合兩種以上不同類型的觀察，和不同類型的望遠鏡來使用。這些目鏡的設計有惠更斯目鏡、冉斯登目鏡、凱爾納目鏡、無畸變目鏡、愛佛目鏡、康尼目鏡、普羅索目鏡、RKE目鏡和尼格勒目鏡。面將做較詳細的說明：

有兩個光學元件的惠更斯目鏡是惠更斯在17世紀發(fā)明的。這種設計在現(xiàn)在被認為是過時了，他是最簡單的復合式透鏡設計，主要用在光學上。

姑不論前面的敘述，這種目鏡是最廉價也最容易制作的，因此低價的望遠鏡和顯微鏡最常使用這種目鏡?；莞鼓跨R的適眼距較短，畸變也較大 (特別是在短焦點的望遠鏡)，色差和非常狹窄的視視野。

實際上這種目鏡只適用于太陽影像的投影使用，因為惠更斯目鏡沒有黏著劑來結合透鏡元件，比較不容易被集中而增強的陽光損壞。一般透鏡的黏著劑可能會因過度的加熱而融化或燃燒。

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

目鏡的一些性質對光學產品的功能非常重要，需要比較以決定最適合需求的目鏡。

目鏡的入射光瞳永遠不變的被設計在目鏡的光學系統(tǒng)之外，它們必須被設計在特定的距離上有優(yōu)異的性能（即在這個距離上的變形極?。?。在折射式的天文望遠鏡，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鏡的目鏡性質不同，不是互換就能獲得適當?shù)谋憩F(xiàn)。

每一個獨立鏡片稱為元素，通常是簡單的透鏡，可以組合成單鏡、膠合的雙鏡或是三合鏡。當這些元素被兩個或三個黏合在一起時，這種組合就成為群。

第一個目鏡只是單片的透鏡元素，得到的影像有高度的變形。二或三個元素的設計發(fā)明之后，由于改進了影像的品質，很快就成了標準的設計。今天，工程師在計算機協(xié)助規(guī)劃下的設計，以七或八個元素提供了絕佳的影像。

內部反射有時也稱為散射，導致穿過目鏡的光線不僅分散還降低了目鏡產生影像的對比。當影像的效果很差時就會出現(xiàn)"鬼影"，稱為幻像。多年以來，設計時玻璃與玻璃之間制造很小的空氣隙，就能有效的改善這個問題。

對薄透鏡可以采用在元素表面鍍膜的方法來解決這個問題。這一層厚度只有一或兩個波長的膜，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，使它們不會穿過透鏡。

色差的產生是因為不同的顏色（波長）由一種介質到另一種介質時，有不同的折射率。對目鏡而言，色差來自穿越空氣和玻璃之間的界面。藍光和紅光在經(jīng)過目徑的元素之后不能距焦在同一個焦點上，這種現(xiàn)象對點光源 的結果是可能產生一個圍繞著焦點的模糊色環(huán)，通常的結果是造成影像模糊不清。

有幾種方法可以減緩這個問題，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不同玻璃和曲度的元素來消減變形。

縱向色差在光學望遠鏡中，因為焦距很長而成為很顯著的效應；顯微鏡，因為一般的焦距都很短，就不受這種效應的影響。

通常，目鏡在改善色差時，這兩種都需要做修正。

焦長是平行的光經(jīng)過目鏡后匯距的點與目鏡主平面的距離。在使用時，目鏡焦長和物鏡焦長的結合，確定了附屬的放大倍率。當單獨提到目鏡時，他的單位通常是毫米（mm）；而當在一架可以更換目鏡的儀器上使用時，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。

對望遠鏡，一些特殊的目鏡可以產生不同的角放大率，并且望遠鏡和顯微鏡的組合倍率可以用下面的慣例式來計算：MA是要計算的角放大倍率，fO是望遠鏡物鏡的焦長，fE是目鏡的焦長，要用同樣的測量單位來表示。fT對一個復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）的距離，在現(xiàn)代的儀器上這個距離通長是160mm O是物鏡的焦長，F(xiàn)E是目鏡的焦長。因此，要提高放大倍率，可以將目鏡的焦長減短，或是將儀器本身的焦長加長。例如，焦長25mm的目鏡用在焦長1200mm的望遠鏡上，放大倍率是48倍；焦長4mm的目鏡用在相同的望遠鏡上，放大倍率是300倍。

業(yè)余天文學家使用的望遠鏡的目鏡傾向于將焦長標示出來。在天文學，焦長的表示單位通常是毫米（mm），范圍則在3至50毫米之間。實際的放大倍率則依使用的望遠鏡的焦長來決定。

但是當描述觀測現(xiàn)象時，天文學家對于目鏡的標示，卻又慣用放大倍率，而不是標示目鏡的焦長。在觀測報告上使用放大倍率是比較方便的，因為它更直接的提示了觀測者實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鏡決定，因此單獨只提放大倍率對望遠鏡的目鏡是毫無意義的。

依據(jù)協(xié)議，顯微鏡的目鏡通常標示具體的倍率來取代焦長。顯微鏡的倍率 PE和物鏡的倍率PO因而對一個復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。不同于歷史上對顯微鏡目鏡的分析，是依據(jù)目鏡對角度的放大倍率，和物鏡原本的放大能力。這對光學設計師是很方便，但從顯微鏡學實用的觀點上看卻缺乏便利性，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除以放大倍率而計算出來。雖然被接受的標準距離是250mm，但現(xiàn)在的顯微鏡會設計成只有160mm的焦距，使得儀器變得非常的緊湊?，F(xiàn)在的儀器也許還會被設計成管子實際上是無限長的(在鏡筒內使用一個輔助透鏡)。 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透鏡前方，因此很適宜做為標線或測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的場透鏡之間，是不容易接近的位置。

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

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

實視野是使用某一架望遠鏡時，由于具體的放大效果，通過目鏡能看見的真實天空的角度大小，它的范圍通常在0.1度至2度之間。視視野是被測量的目鏡所有的一個恒定值，范圍從35度至80度以上。它本身，明顯的是一個抽象的數(shù)值，但是可以經(jīng)由望遠鏡與目鏡結合所得到的的放大率測量出實視野。目鏡的視視野通常都會作為目鏡的特性標示出來，為用戶提供一個方便的方法，計算在自己的望遠鏡上使用時的實視野。目鏡的使用者通常都需要計算實視野，因為這表示出目鏡與望遠鏡結合時，實際上能看見的天空大小。計算實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，實視野可以經(jīng)由下面的近似公式計算：

FOVC是實視野，計量的單位是以FOVP時所提供的角度單位來測量。.FOVP 是視視野。mag是放大倍數(shù)。fT是望遠鏡的焦長。 E是目鏡的焦長，用與fT相同的量度單位來標示。望遠鏡物鏡的焦長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點上的距離。

這種形式的精確度可以在4%以內，或視視野達到40°都是良好的，而在60° 時的誤差為10%。 如果不知道視視野，實視野可以使用下面的方法來概估： FOVC 是實視野，以度為計算單位。d是目鏡視野闌的直徑，單位為mm。fT式望遠鏡的焦距，單位為mm。第二個公式比第一個來得精確，但是多數(shù)廠家通常都不會告知視野闌的大小。如果視場不是平坦的，或是對設計的角度大于60°的超廣角目鏡，第一個公式就會不準確。

最小的標準筒徑是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鏡不是玩具店內的商品，就是通常只在商城 (大賣場) 內仍然充斥的品質較差的望遠鏡。許多在這種望遠鏡上的目鏡都是塑膠制造的，有些甚至連透鏡都是塑膠的。高品質的望遠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用上的焦距上限大約是32mm。焦距更長的目鏡，焦距比32mm更長的目鏡，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。這種目鏡的價值通常都很昂貴，并且可能重得足以傾覆望遠鏡。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，標準筒徑為23.5mm和30mm，都比望遠鏡的筒徑小一些。

眼睛需要在目鏡后方的一段距離內觀看經(jīng)過目鏡形成的影像，這段適當?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，要讓眼睛長期處在正確的位置上，它會造成眼睛的不舒適。基于這個原因，有些有著長適眼距的目鏡，在目鏡透鏡的后方有眼罩杯的設計，可以幫助觀測者能長時間的在正確的距離上觀測目標。出射瞳的大小應該與拉姆斯登盤的大小相符。在天文望遠鏡的情況下，入射光瞳的影像對應于物鏡的大小。

適眼距的典型范圍在2mm至20mm之間，依據(jù)目鏡的構造來決定。長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，這仍然是相當普遍與共通的，短焦點目鏡的適眼距就較短。好的設計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)代的設計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上變得更加舒適。特別是對于帶眼鏡的觀測者，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型目鏡系兩類。正型目鏡的主焦點在場透鏡以外，雖然由二個或兩個以上的透鏡組合而成，但整個光學系統(tǒng)可視為單一的凸透鏡，故在適當情況下可單獨作為放大鏡使用。負型目鏡的主焦點是在場透鏡以內，即在場透鏡與目透鏡兩個透鏡之間，顯然不能單獨作為放大鏡使用。最簡單類型的目鏡的焦點在兩透鏡之間，屬于“負透鏡”。福根目鏡是負型目鏡系中最簡單的一種。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處。

目鏡未進行像差校正，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，適應于配合中、低倍物鏡，用作觀察或攝影。

2.雷斯登目鏡：由兩個平凸透鏡組成，其主焦點在下透鏡（場透鏡）之外，故稱正透鏡。雷斯登目鏡對像場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.補償目鏡：垂軸色差為1.5%~2%的平場消色差物鏡、平場半復消色差物鏡、平場復消色差物鏡等，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，故稱這種目鏡為補償目鏡。補償目鏡具有過度的校正放大色差的特性，以補償復消色差、半復消色差物鏡的殘余色差。

由于補償目鏡具有一定量的垂軸色差及其放大倍數(shù)較高（高達30倍），不宜與普通消色差物鏡配合使用，宜與復消色差物鏡或半復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，因為有“過正”產生，會使映像產生負向色差。

4.測微目鏡：在目鏡中加入一片有刻度的玻璃薄片，用來定量測量，或進行顯微壓痕長度的測量。根據(jù)測量目的可將刻度設計在直線、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放大。其像差校正與補償目鏡基本相同，宜與平面復消色差物鏡或半復消色差物鏡配用，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：一般目鏡視場角度在30°左右。廣角目鏡是指視場角在50°以上，放大倍數(shù)在12.5倍以上的平場目鏡，和視場角在40°以上，放大倍數(shù)在10倍以下的平場目鏡。

目鏡

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

在光學系統(tǒng)中，將物鏡所成的像放大后供眼睛觀察用的光學部件。

ocular

eyepiece, ocular

PL目鏡是普羅素式目鏡

PL目鏡又稱為對稱目鏡。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，但具有更大的出瞳距離和視場，造價更低，而且適用于所有的放大倍率， 是目前應用最為廣泛的目鏡，曾派生出多種改進型。

SR目鏡是冉斯登式目鏡