1. 棱镜形式

双筒镜的灵魂是一组棱镜 (2个). 棱镜作用是将影像变回正立像. 传统普罗棱镜 (Porro prism),或曲筒型使用2个 45-90-45度直角棱镜内全反射原理,把光路折曲.  优点是构造简单, 透光率可达94%, 而且物镜相距基线变长, 双眼视差较大, 影像较富立体感. 缺点是体积较大, 看近处景物容易产生双重影像, 结构不够紧密, 光轴易歪, 手感较差.

普罗棱镜玻璃材质有2种, 较佳折射率高的是BaK4 barium crown glass, 较次的BK7 borosilicate glass 会阻碍出射光瞳周边质素, 减低透光率.

倒立普罗棱镜式 (Inverted Porro prism)原理一样, 只是把棱镜向内反屈, 物镜比目镜更靠近一起, 优点是结构较为紧密小巧, 缺点是欠缺立体感, 结构限制口径, 一般质素较次.

另一种棱镜构形为直筒屋脊棱镜式 (Roof prism/Dach prism), 亦为2个棱镜组合佐, 但排成一直线. 有Pechan五棱镜式或 Abbe-Konig 式, 结构比较复杂, 需要精度亦较高, 不易研制. 传统上Pechan直筒棱镜缺点很多, 最大问题是光线在棱镜内先被劈成2半, 穿过半银镀膜棱镜面再合成一起. 光线经反射5次后透光率娈得只有85%, 而且2股光线产生相位位移现象 (phase shift), 导致影像变蒙. 新一代直筒棱镜经过相位修正镀膜 (Phase correction coating) 处理, 影像质素大为提高, 追及普罗棱镜式型号. 外国网站甚至指Nikon 顶级直筒镜10x42 Venturer LX 比 Nikon 顶级普罗锐镜10x42 Superior E 可见更多细致景物!

Abbe-Konig 式较简单, 但光线只反射3次, 透光率更高, 达94%或以上.

直筒镜优点是结构紧密, 容易手持, 较适合看近处景物如观鸟. 缺点是价钱较昂贵, 立体感不及传统普罗棱镜式机型. 然而随着观鸟活动普及, 越来越多人选用直筒镜, 其质素也随市场需求而提高.

2. 镜面镀膜 (Coating)

利用光学干涉 (Interference) 原理, 一片镜片表面镀上一层适当镀膜可增加透光率, 减少反光, 加强反差.  单层简单镀膜如 MgF2 呈蓝色, 主要反射蓝光, 透光率低,只有95 色调偏黄. 多层镀膜较佳, 减低不同频率的光线反射,  透光率更高, 最高可达99.99%! 一枝镜筒内起码有10多个光学面, 合成结果(O.9999的10次方 v.s. 0.95的10次方)非同小可!

最佳镀膜应不会反射任何光线, 应呈暗紫红色 (如Zeiss) 或暗绿色 (如Leica).此等镀膜不但改善透光率,抑制镜内光线散射, 而且增强清晰度. 反而流行的平价红镜 (Ruby coating) 反射红色光, 减低透光率, 使影像呈现绿色,不适合日常赏鸟观星久用, 只宜雪地上反光太强情况下使用.

镀膜虽然增加透光率和改善反差, 但表面却容易受到侵蚀, 此乃其主要缺点.

不同公司出品不同形式镀膜:

Zeiss 德国蔡司= T* Transparenz coating

Leica 德国徕卡= HDC High Durability Coating

Swarovski 奥地利司华洛世奇= Swarobright coating

Fujinon= EBC Electron Beam Coating

Pentax= SMC Super Multi Coating

3. 像差 (Aberration)

A.  色差 (Chromatic aberration)

光线穿过玻璃时产生折射现象, 不同频率光线折射角度有别, 形成在高反差影像旁出现蓝/黄边. 色差问题在高倍率时尤其严重. 所幸双筒镜倍数较低, 色差问题不大. 改善方法是使用昂贵光学玻璃如 ED (Extra Low Dispersion, Nikon 于1972年推出), Fluorite 萤石镜 (Canon 于1969年大规模制造) 籍其高折射率抑压不同光线之折射角度, 从而降低色差. 但一些数千元的双筒镜都只使用普通玻璃而产生极佳成像.

B. 球面差(Spherical aberration)

普通球面玻璃其性质使边缘光线不能聚焦在同一焦点上, 越近边缘光线焦点越短. 导致边缘松散. 而且中央解像度及亮度也有所影响. 解缺方法是镜内装设特殊研磨的非球面镜 (多个曲面), 改善边缘变形情度.

C. 场曲(Field curvature)

场曲指影像聚焦的焦平面是一块曲面. 影像不会变蒙, 但外围直线会娈成曲线! 解决方法是在镜内加上Field flattener.(如Fujinon 7x50 FMT-SX)

D. Pincushion effect

是另一种像差. 影像不会变蒙, 但越近边缘, 影像会变形, 像是倍率变大! 然而像蔡司、徕卡等名镜这种像差是故意加上去的, 因为在横扫风景时感觉反较自然, 而加上Field flattener 机型反而会出现浮凸效果!

E. 偏色 (Color bias)

不同镀膜让某种光线通过较多, 使视场偏向某种颜色, 如较次级品种是偏淡黄. 但欧洲高级机种如蔡司、司华洛世奇、徕卡都稍偏鲜黄色, 令感觉上视野较光亮, 反差提升. 此特质在欧洲光线不足的森林非常有用! 偏色只是小问题, 理应对观星没有影响.