評 Astrophysics 130mm f6.3 StarFire EDF Gran Turismo 折射鏡

[社長]

我一直很留意Astrophysics的產品，自老闆Roland Christen於80年代，自製其首枝5吋三片式油頭折射鏡一鳴驚人後，我便一直留意他的文章，收集他的產品目錄。甚至一直登記輪候購買他的產品，但往往獲得名額後又要放棄，因為當時根本負擔不起。其中最讓我震撼的一幕，是十多年前和老師在赤柱聖士提反灣碼頭架起他的Astrophyics 130 f8觀看木星情景，一台常規8吋牛頓鏡或C8能有此表現的，機會微乎其微。

2000年前後，我登記了訂購一台130折射鏡，直到08年底才收到通知可以付款，可以想像，若不是美國金融風暴，可能輪不到我，隨著老闆年近70，而又大概後繼無人，可以想像現時才訂購的同好，能拿到鏡的機會有多高。實際上，過去一年經我購入的Astrophysics產品，包括一台130mm f6.3折射鏡、2台AP900、1台AP1200、1台Mach1赤道儀，以及一大批各式各樣的配件。

130mm f6.3 StarFire EDF Gran Turismo望遠鏡的規格不多介紹，可以看這裡：
http://www.astro-physics.com/products/t ... 130-gt.htm

考慮到個人需要，我目前已集中使用APM-TMB的折射鏡，當我獲知可以購買這台望遠鏡時，第一時間的反應是不要浪費，乾脆把名額免費轉贈給圈內同好(在外國通常這個名額是可以用約1萬元轉手的)。早上八時多，在網上張貼出來後，沒數分鐘就有三份同好示意收下，為公平起見，我讓第一位同好有一天時間決定，怎知他二話不說30分鐘不夠就把錢匯過來。

兩個月後收到這台Astrophysics折射鏡，致電新主人，他歡迎我開箱認識一下，綜合幾點如下，可以我最熟悉的APM-TMB折射鏡對比一下，圖中是快遞派過來的包箱，後面是我本人的Paramount ME派拉蒙赤道儀：

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鏡片 – Astrophysics的典型油頭三片式複消色差鏡頭 (Oil-spaced triplet)，配合現代化鍍膜，鏡片非常通透。油頭鏡在國外溫差大的地點很有優勢，因為可以加快鏡片熱平衡，達至理想成像。而APM-TMB則全部採用空氣分離三片式複消色差鏡頭 (Air-spaced triplet)，在香港等日夜溫差少的地點，其較理想的色差及色球差更容易完全發揮，亦較適合在大口徑折射鏡上，以及不用担心長年使用後鏡頭漏油或油質變化等問題，鍍膜方面，APM-TMB採用的LZOS/LOMO鍍膜是較老款的，唯一好處是耐用，若鏡面積聚了塵埃露水等，日後清潔也不容易出現破損。

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鏡筒 – 很欣賞Astrophysic在鏡筒的造工，堅固漆面不會像高橋那麼容易掉漆，而且重量也特別輕，只有6.8Kg，跟一般100級折射鏡相若。整台鏡可以放進一個輕巧的手提箱，又可拆成三截放進手提包上機，以130折射鏡來說，堪稱一絶。APM鏡筒採用德國Kruppax物料，比鋁筒更能抵消鏡頭溫差下的焦距差，在攝星上有特別優勢，但上漆的質量也是很一般，很容易像高橋鏡一樣掉漆，有心理準備自己不時補一下，而APM的送貨標準是沒有包裝，一台數十萬元的254APO也只是用一個紙箱內塞各式各樣的填充物發過來，甚至會在鏡頭蓋上看到一個鞋印!各項部件一如德國人風格 – 粗獷!我身邊一些買了百多萬平治汽車的車主也有些同感…..

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配件 – 其他部件如調焦筒等，兩者都是採用Starlight Instrument的Feather Touch調焦座(或配件)，都算是業界最高水平了。值得一提的是目視及攝影等配件，Astrophysics在這方面做得特別好，那位新鏡主購入這台鏡後，隨手又訂購了近一半價錢的平場鏡、配件等。而APM的配件則乏善可陳，除了一個TMB設計的3.5”平場場外，基本上都沒有了。

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順道一提是天頂鏡，因為這是每一位擁有折射或折反射鏡的愛好者都要擁有。我的個人取向是選最好的。因為本身價格有限，但不會因應望遠鏡而改動，可期使用，而且我的確從不同水平的天頂鏡上看到明顯的像質分別。市場上最優秀的有四個品牌，任選一款不會有錯：
- Tele Vue Everbrite系列
- Vernonscope
- Astrophyics
- Stellarvue

我選Televue Everbrite的唯一原因，是其2”接筒沒有斜位，較少機會在調焦座內傾側，而且整個天頂是由一整塊鋁料CNC加工出來，負重能力較高。

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總結：

Astrophysics的折射鏡從外觀、造工上都讓人賞心悅目，而且本身產量少，名氣大，而且老闆Roland Christen已年近70，其少量生產的手作坊模式或許會讓這個品牌後繼無人，所以很多Astrophysics的折射鏡都很有保值甚至升值能力，而其光學表現也是世界頂級的水平。

Astrophysics的主流設計是油頭三片式主鏡(Oil Spaced Triplet)，按光學表現，由於減少了設計自由，例如R2、R3，以及R4、R5必須一致，中間沒有空間，所以在色差及色球差修正度會較弱，而且其色差修正較為針對攝影優化，個別型號的Strehl 可能只有80多的水平 (Rutten & Venrooij, Telescope Optics, 1988, pp. 133, 311 / R. Christen. "An Apochromatic Triplet Objective." Sky and Telescope, Oct 81, pp. 377-381)。但由於油頭有先天的優勢是內裡四個光學面沒有內反射問題，對比度可以提升，論造工也容易得多，而且因為三片玻璃合成為一，沒有空氣在中間，在外國日夜溫差大的地區，很快可以達至熱平衡，有明顯優勢。

而在香港情況，APM-TMB空氣分離三片式複消色差鏡頭 (Air-spaced triplet) 則較容易發揮高水平表現，因為日夜溫差通常只有5度以內，例如我的8吋APO折射鏡，一般一小時已可達至溫平衡，若日間儲存妥當，甚至半小時已可以。實際上早前拍攝的木星照，當晚架起不夠一小時已開始拍攝，
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APM-TMB的折射鏡那種粗獷而不拘小節，有著濃厚的德國風格，老闆Markus Ludes 的造鏡取向是，把專注力放進最重要的地方，如鏡頭製作或鏡筒物料，其他地方從簡，讓大口徑折射鏡售價較低廉。所以一台APM 80小鏡叫價要16000港元，比常規的如Sky Watcher ED80要貴4倍，105也在30000港元級數，但在130或以上的口徑，優勢才顯露出來。與Astrophysics的取向有點不同，TMB當年的設計是要出品一台頂級目視鏡，所以空氣分離三片式複消色差鏡頭 (Air-spaced triplet)是其不二之選，再配合德國APM監製，俄國LOMO/LZOS等光學及玻璃鉅子的生產能力，才終於成真，現時每台APM出品的望遠鏡都附以測試報告，Strehl都達95%以上 (diffraction limited的望遠鏡Strehl則只有80%，即Airy Disk的光量只有物理極限的80%，影像對比度會明顯降低)。

Thomas Back (TMB)及Astrophysics的Roland Christen的故事，與法拉尼及林寶堅尼的故事的確實有點巧合。

APM-TMB的拍攝配件，原厰TMB 3.5”平場鏡要近萬元，可照顧6x7中片幅，若用廉價一半的TMB-William Optics 68mm平場鏡，可照顧135片幅。今年稍後則會推出著名光學設計師，意大利Massimo Riccardi (也是Astrophysics的RH攝星儀設計師) 設計的0.75x平場減焦鏡，只要調節鏡間距離，便可通於全系列APM折射鏡，可照顧135片幅，視場中央點像為15微米直徑，邊緣則為25微米水平。

[David]

現時每台APM出品的望遠鏡都附以測試報告，Strehl都達95%以上 (diffraction limited的望遠鏡Strehl則只有80%，即Airy Disk的光量只有物理極限的80%，影像對比度會明顯降低)。

Diffraction limited的意思其實是什麼？我以為diffraction limited的鏡便代表鏡已發揮到物理極限。

一般望遠鏡的Strehl ratio是多少？ (例如C8, Skywatcher equinox系列, 高橋的折射鏡等)

[社長]

你的問題簡單而複雜，diffraction limited看似接近物理解像度的極限，但除了這些涉及解像度的基礎因素外，對一台優質望遠鏡來說，影響目視成像效果的更重要因素是比對度。

一般APO折射鏡比反射鏡及折反射鏡看月面行星要好，因為對比度高一截，要知道人眼對亮度變化並不如層次感那麼敏感，你的18吋牛頓反射鏡去年在視寧度極好時，和我的8吋APO比較，解像度沒有增益，但木星在極高倍率下顏彩飽和度較高，所以較容易看到那些低對比度的木星上跨緯度的繞流、小白斑、大紅班內的一圈氣流、極區的暗淡層次等，因為我的8吋APO已經在每英吋64倍的超指標跟你的反射鏡競賽，已不能維持正常對比度。而在低中倍深空時，雖然你的反射鏡比我的折射鏡有5倍集光力，但由於我的折射鏡尚在高對比度的範圍發揮，所以某些彌漫星雲或星團並不顯得特別遜色。

CONTRAST, CONTRAST, CONTRAST

這一切都是對比度，某程度上是一台高端望遠鏡的真正指標。所以我會猜想，若香港最好視寧度的地方能在春夏季時每月提供一兩晚支撐600倍有效觀測的視寧度，以一台高端APO折射鏡能在高對比度下提供每英吋50吋放大率的情況計，香港最理想的行星月面鏡應是一台12吋口徑的APO折射鏡，比我現時手上的10吋大一點，所以我的最終目標或許是一台APM-TMB 12吋APO折射鏡

12吋APO折射鏡能看到什麼? 我年多前到訪APM的老闆Markus Ludes家中作客數天，他告訴我上次火星衝日時，視寧度好而望遠鏡又完全熱平衡下，看到的奧林匹斯山是立體感的，從網上搜尋過，全世界沒有一張地面望遠鏡拍的照片能夠呈現那種形態

我的8吋APO口徑小一截，但9月17日比8月22日你看到那次更要好，在木星地平視仰角只有40多度時，500倍下可清晰看到木衛三Ganymede上一條暗帶狀地貎。木星上跨緯度的繞流、小白斑、大紅班內的一圈氣流、極區的暗淡層次等已是小菜一碟。

Zambuto的反射鏡享譽全球，他們是這樣說的：
http://zambutomirrors.com/whyzambuto.html
"Diffraction limited does not equal "perfection". There is no actual diffraction limit per se when it comes to what the eye perceives. The eye thrives on good contrast, and what a high-end mirror (or high-end scope of any kind) provides is improvements in contrast. This allows you to see more detail, since much of the detail on objects like the moon and planets is actually quite low in contrast. If the telescope preserves that contrast to a higher degree, then you will see more detail without necessarily improving actual resolution.

所以Diffraction Limited 的意思是一個光學系統的像差被控制在一定水平，能夠讓入射光線形成完整的埃里盤(Airy Disk)，不致被破壞，那是一般我們所說的”1/4波長”或者是80% 斯太爾率 (Strehl Ratio)，即在該水平下，Airy Disk的峰值亮度只有物理極限的80%，離開完美尚有明顯距離。而按Zeiss的標準，95% Strehl 以上，人眼已不容看出分別，絶大部份情況只被視寧度影響，而德國APM則跟隨此標準。

http://www.telescope-optics.net/Strehl.htm
One of the most frequently used optical terms in both, professional and amateur circles is the Strehl ratio. It is the simplest meaningful way of expressing the effect of wavefront aberrations on image quality. By definition, Strehl ratio - introduced by the German physicist, mathematician and astronomer Dr. Karl Strehl at the end of 19th century - is the ratio of peak diffraction intensities of an aberrated vs. perfect wavefront. The ratio indicates image quality in presence of wavefront aberrations; often times, it is used to define the maximum acceptable level of wavefront aberration for general observing - so-called diffraction-limited level - conventionally set at 0.80 Strehl.

問題是，從1/8到1/4波長的系統誤差，影像質量已有明顯惡化，而1/4波長的系統(如80% Strehl)，只可說是合格而已，因為技術上，1/4波長、或80%Strehl、或Diffraction limited只代表該望遠鏡達到目視用途的下限而已
看一本很好的望遠鏡測試天書：
Star Testing Astronomical Telescopes – Harold Richard Suiter
Page 176 :
The MTP worsens significantly when the aperture pupil goes from 1/8 to 1/4 wavelength of total aberration, emphasizing that optical quality begins to fail at around 1/4 wavelength of correction error.

其中主要考慮是，一台只有Diffraction limited的望遠鏡，Airy Disk的峰值亮度掉到應有的80%，就算沒沒破壞Airy Disk (即理論上不影響星點”解像度”)，但其餘光量會推到外圍的衍射環上，明顯降低了影像的對比度，在行星月面一些低對比度的細節，例如木星上跨緯度的繞流、小白斑、大紅班內的一圈氣流、極區的暗淡層次等，都會被抺去，也間接限制了一台望遠鏡的最高實用倍率。以我的APM-TMB 8吋APO折射鏡計，Strehl達97.3%，無中央遮擋，所以可以推到500倍以上觀看行星細節，而且比300多倍有明顯增益。
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在這裡還要分清楚大家所說的的鏡片或系統誤差，例如一台反射鏡或施密特卡式鏡(如C8)，就算是主鏡及副鏡光學完美，只要副鏡短徑為主鏡的30% (例如你的Mewlon 250)，Strehl便會掉到81%，即對比度等於一台1/4波長的望遠鏡，再乘上每組鏡片的誤差、光軸等問題，另外還有副鏡支架造成的衍射進一步降低Strehl，餘下便會掉到很低的水平。所以解釋到為何那次在接近完美視寧度下，你的Mewlon 250比我的8吋APO在目視觀看木星時的影像有那麼明顯的差距(但照片經後期處理讓兩者拉近)，亦解釋到為何我一直認為同樣是高橋的反射鏡，Mewlon不是一台稱職的行星月面鏡，我反而更喜愛高橋的MT系，若有需要甚至會改小副鏡徑。看這裡提及的副鏡比率對Strehl的影響： http://www.telescope-optics.net/obstruction.htm
若再計及副鏡支架產的衍射，實際上Strehl是進一步降低的。

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折射鏡有一個好處是沒有副鏡，而且因為本身可在大視場內提供高修正度，再配合本身的場曲，反過來讓折射鏡較不受光軸精準度影響。所以一台折射鏡只要鏡筒造工合理的話，鏡頭的Strehl，很大程度反映了最後成像的質量。而反射及折反射則要七除八扣

例如你手上的那台APM 80/480是我在06年從德國親手帶回來的，Strehl達98%以上，而我現正出的這台80/600，Strehil 亦在98.7%水平。全部有Interferometry測試報告
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viewtopic.php?f=10&t=19

當然以上所提及都是目視望遠鏡，攝星儀則以其他規格去訂，例如去年我為APM處理一份標書，最後取得一份價格500萬元的中國科學院的1米望遠鏡合約。內裡的規格是這樣的，並沒有人提及什麼RC、Classical等設計，因為我們關注的最後成像：
- 80% energy within 0.65 arc seconds
- wavefront accuracy better than 26nm RMS

Strehl Ratio是要用Interferometry的方法去測試，例如APM的折射鏡，小至80mm口徑的，都會經過15000個測試點去檢定，所以若有磨製牛頓鏡的人，用傳統佛科試鏡器或Ronchi Gating的方法試鏡，是沒可能測定其Strehl值的。
http://www.opticalmechanics.com/technic ... sting.html
Although it is possible to produce diffraction limited mirrors using methods such as the Ronchi and Foucault test, it is impossible to accurately verify and the quality of the entire wavefront to a fraction of a wave without interferometry.

所以回覆你第二個問題，Diffraction limited或多或少是Celestron及Meade在十多廿年前的望遠鏡銷售廣告時用上的字眼，實際上只代表一台目視用望遠鏡的下限要求。

現今的高端望遠鏡（或反射鏡製造商），都樂於提供Strehl作參考。例如Zeiss生產備受推崇極緻的APQ瑩石三枚玉折射鏡，註明95%或以上的鏡組為極高質量的望遠鏡，所以APM出品的折射鏡也參考這個標準。實際上我手上的一台APM-TMB 105/650折射鏡，Strehl是全球最高的99.8%
http://hk.myblog.yahoo.com/galaxyscient ... le?mid=589
而APM的折射鏡都提供Interferometry測試報告，亦在其網頁上列明標準。
http://www.apm-telescopes.de/spezifikat ... 24_24.html

至於如Sky Watcher的望遠鏡，例如Equinox 120，去年有一個德國大叔測定了一台的Strehl高達97.2%，當然我不認為那有一定的普遍性，另外亦要知道該值只反映了該測試波段，即532nm的Strehl，以這台兩片式ED折射鏡，在紅光特別是紫光的Strehl又會弱一截，當然最終成像水平如何，你應心裡有數，因為你是前兩年見識過那台Equinox 120跟自己的TOA130比較後才買的
http://www.astro-foren.de/showthread.php?t=10190

其他如高橋等品牌，望遠鏡的成像質量如何，市場上已有定論，但單純談Strehl Ratio，則要看實際測試了，主要是型號太多，例如TSA是目視的、Sky 90或FS60則有點妥協，所以高橋不能給個單一的規格，故只會保證其折射鏡是Diffraction limited，但不代表成像質量較弱。

但要注意一點是，任何折射鏡，評估Strehl的時候仍要留意是在何測試波段，例如目視行星月面上，一台綠光95% Strehl的長焦APO，仍會比一台綠光99% Strehl的短焦APO好，因為我們要看的是在各顏色波段下的加權平均值的Strehl。不過現在可透露一點，我月底會一台APM-TMB 100/800回來，Strehl 99%的

其他參考：
http://www.astronomics.com/main/categor ... qfm&Page=1
http://encyclopedia.thefreedictionary.c ... on-limited

[willis]

Well written article! All the explanations are stated with references. This is a scientific & objective, though readable article.

[社長]

Well written article! All the explanations are stated with references. This is a scientific & objective, though readable article.

thanks Willis...

我也不能很深入全面的分析全部資料，亦可能有遺漏或誤區，有機會希望你也可以補充修正一下。