基本介紹
- 中文名：目鏡
- 外文名：eyepiece
- 類型：目視光學器件
- 性質：顯微鏡的主要組成部分
- 作用：將由物鏡放大所得的實像再次放大
- 學科：光學
目鏡含義,種類,特徵,基本性質,種類結構,
目鏡含義
目鏡也是顯微鏡的主要組成部分，它的主要作用是將由物鏡放大所得的實像再次放大，從而在明視距離處形成一個清晰的虛像；因此它的質量將最後影響到物像的質量。在顯微照相時，在毛玻璃處形成的是實像。某些目鏡（如補償目鏡）除了有放大作用外，還能將物鏡造像過程中產生的殘餘像差予以校正。目鏡的構造比物鏡簡單得多。因為通過目鏡的光束接近平行狀態，所以球面像差及縱向（軸向）色差不嚴重。設計時只考慮橫向色差（放大色差）。目鏡由兩部組成，位於上端的透鏡稱目透鏡，起放大作用；下端透鏡稱會聚透鏡或場透鏡，使映像亮度均勻。在上下透鏡的中間或下透鏡下端，設有一光欄，測微計、十字玻璃、指針等附屬檔案均安裝於此。目鏡的孔徑角很小，故其本身的解析度甚低，但對物鏡的初步映像進行放大已經足夠。常用的目鏡放大倍數有：8×、10×、12.5×、16×等多種。裝在鏡筒的上端，通常備有2－3個，上面刻有5×、10×或15×符號以表示其放大倍數，一般裝的是10×的目鏡。
目鏡
目鏡種類
若按構造形式分，目鏡有以下類型：
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，屬於“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，位於目透鏡的前焦點處。福根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。其放大倍數一般不超過15倍，適應於配合中、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。它除用於觀察和攝影外，也可用於放大。
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，都屬於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餘色差。由於補償目鏡具有一定量的垂軸色差及其放大倍數較高（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餘色象差。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。根據測量目的可將刻度設計在直線、十字交叉線、方格網、同心圓或其他幾何圖形上。
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，放大倍數在12.5倍以上的平場目鏡，和視場角在40°以上，放大倍數在10倍以下的平場目鏡。
特徵
2.目鏡的放大倍數 目鏡放大倍數是有規定的。目鏡的作用是把物鏡放大的實像（中間像）再放大一遍，並把物像映入觀察者的眼中，實質上目鏡就是一個放大鏡。已知顯微鏡的解析度能力是由物鏡的數值孔徑所決定的，而目鏡只是起放大作用。因此，對於物鏡不能分辨出的結構，目鏡放的再大，也仍然不能分辨出。
目鏡
目鏡由於不同系列目鏡光學設計不同，所以不能混用。
一般而言40毫米以上，稱之為低倍目鏡，適合觀測星雲、星團、彗星等微光、暗淡天體。
25毫米—12毫米，稱之為中倍目鏡，適合觀測月面、行星、雙星及明亮星雲內部。
12毫米—4毫米稱之為高倍目鏡，適合觀測月面細部坑洞、行星表面、雙星等。
對於各種不同的天體，要依不同對象選擇不同焦距的目鏡，一般市售望遠鏡均附有二三個目鏡，分為中、高、低（如12毫米，6毫米，25毫米）或是中、高倍（如18毫米，6毫米）配備。建議倘若有機會應另外添購40毫米長焦專用低倍目鏡，它們在觀看星雲、星團時效果特別地好。
值得注意的一點是，普通目鏡的規格是24.5毫米，另外還有3種”大頭”目鏡的規格是31.7毫米、36.4毫米、50.8毫米，直徑變大使目鏡玻璃也變大，觀看起來就像看大螢幕的電視一樣。
基本性質
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。
入射光瞳的距離設計
目鏡的入射光瞳永遠不變的被設計在目鏡的光學系統之外，它們必須被設計在特定的距離上有優異的性能（即在這個距離上的變形極小）。在折射式的天文望遠鏡，入射瞳通常很靠近物鏡的位置，與目鏡通常有數英呎的距離；在顯微鏡，入射瞳通常緊靠著物鏡的後焦平面，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的表現。
元素和群
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明之後，由於改進了影像的品質，很快就成了標準的設計。今天，工程師在計算機協助規劃下的設計，以七或八個元素提供了絕佳的影像。
內部反射和散射
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"鬼影"，稱為幻像。多年以來，設計時玻璃與玻璃之間製造很小的空氣隙，就能有效的改善這個問題。
側向色差
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。藍光和紅光在經過目徑的元素之後不能距焦在同一個焦點上，這種現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，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。較為傳統的方法則是利用多個不同玻璃和曲度的元素來消減變形。
通常，目鏡在改善色差時，這兩種都需要做修正。
焦長（焦距）
焦長是平行的光經過目鏡後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過目鏡後所能得到的放大倍數做為單位。
對望遠鏡，一些特殊的目鏡可以產生不同的角放大率，並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對一個複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是物鏡的後焦面和目鏡的後焦面（稱為筒長）的距離，在現代的儀器上這個距離通長是160mm O是物鏡的焦長，FE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。
目鏡
目鏡業餘天文學家使用的望遠鏡的目鏡傾向於將焦長標示出來。在天文學，焦長的表示單位通常是毫米（mm），範圍則在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。
但是當描述觀測現象時，天文學家對於目鏡的標示，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麼的看法。由於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。
依據協定，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因而對一個複合式的顯微鏡前端角放大率的表示是：
倍率的定義是依據儀器對任易分離角度在目鏡和物鏡之間被放大的能力。不同於歷史上對顯微鏡目鏡的分析，是依據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。現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。
焦平面的位置
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
視野，經常會使用縮寫FOV，描述的是經由目鏡能看見的目標 (從觀測者所在地測量得到的角度) 。目鏡的視野範圍會根據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分，這是進入目鏡的光線抵達場透鏡前所經過的最狹窄孔徑。
由於這些可變的因素，"視野"這個名詞通常有兩種意義，並且總是只表示其中之一。
實視野是使用某一架望遠鏡時，由於具體的放大效果，通過目鏡能看見的真實天空的角度大小，它的範圍通常在0.1度至2度之間。視視野是被測量的目鏡所有的一個恆定值，範圍從35度至80度以上。它本身，明顯的是一個抽象的數值，但是可以經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於是否知道視視野。 如果已經知道視視野，實視野可以經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。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於60°的超廣角目鏡，第一個公式就會不準確。
筒徑
目鏡最小的標準筒徑是0.965 英吋 (24.5mm)，但幾乎已經被摒棄了。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製造的，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1.25 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°，而多數的業餘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。
目鏡
目鏡2 英吋 (50.8 mm) 筒徑的目鏡經常被使用。2英吋目鏡的焦距極限大約在50mm，大於2英吋 (50.8 mm) 的筒徑主要在協助延伸目鏡焦距的極限。這種目鏡的價值通常都很昂貴，並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。
適眼距
眼睛需要在目鏡後方的一段距離內觀看經過目鏡形成的影像，這段適當的距離稱為適眼距。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。基於這個原因，有些有著長適眼距的目鏡，在目鏡透鏡的後方有眼罩杯的設計，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於物鏡的大小。
目鏡原理
目鏡原理適眼距的典型範圍在2mm至20mm之間，依據目鏡的構造來決定。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。現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。特別是對於帶眼鏡的觀測者，他們至少需要20mm的距離才能容納德下它們的眼鏡。
種類結構
惠更斯目鏡
荷蘭科學家惠更斯於1703年設計，有兩片平凸透鏡組成，前面為場鏡，後面為接目鏡，他們的凸面都朝向物鏡一端，場鏡的焦距一般是接目鏡的2-3倍，鏡片間距是它們焦距之和的一半。惠更斯目鏡視場約為25-40度。過去，惠更斯目鏡是小型折射鏡的首選，但隨著望遠鏡光力的增大，其視場小，反差低，色差，球差場曲明顯的缺點逐漸暴露出來，所以目前這種結構一般為顯微鏡的目鏡採用。
冉斯登目鏡
於1783年設計成功，也是兩片兩組結構，由凸面相對，焦距相同的兩個平凸透鏡組成。間距為兩者焦距和的2/3-3/4，其色差略大，場曲顯著減小，視場約為30-45度，目前已很少採用。
凱爾納目鏡
是在冉斯登目鏡的基礎上發展而來，出現於1849年，主要改進是將單片的接目鏡改為雙膠合消色差透鏡，大大改善了對色差和邊緣像質的改善，視場達到40-50度，低倍時有著舒適的出瞳距離，所以目前在一些中低倍望遠鏡中廣泛套用，但是在高倍時表現欠佳。另外，凱爾納目鏡的場鏡靠近焦平面，這樣場鏡上的灰塵便容易成像，影響觀測，所以要特別注意清潔。美國一家公司在凱爾納目鏡的基礎上進一步改進，研製出了RKE目鏡，其邊緣像質要好於經典結構。
目鏡
目鏡阿貝無畸變目鏡
1880年由德國蔡司公司創始人之一的阿貝設計，為四片兩組結構，其中場鏡為三膠合透鏡，接目鏡為平凸透鏡，該目鏡成功的控制了色差和球差，並把鬼像和場曲降低到難以察覺的程度，它還具有40-50度的平坦視場和足夠的出瞳距離，在各倍率都有良好表現，一直被廣泛採用。
愛勒弗廣角目鏡
1917年研製成功，是專門為需要大視場的軍用望遠鏡設計，是其後所有廣角目鏡的鼻祖，結構為5片三組，視場高達60-75度。非常適合觀測深空天體，由於邊緣存在像散，所以不太適合高倍設計，其在低倍時的表現是非常出色的。
普羅素目鏡
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，其參數表現與OL目鏡相當，但具有更大的出瞳距離和視場，造價更低，而且適用於所有的放大倍率， 是目前套用最為廣泛的目鏡，曾派生出多種改進型。
Nagler目鏡
一種於1979年由美國人設計的高檔目鏡，有著82度的驚人視場，優質的邊緣像質和舒適的出瞳距離，以及複雜的結構和高昂的價格，和超過一公斤的重量。
