Kuidas binokkel siis töötab?
Selles põhjalikus juhendis käsitlen teadust selle taga, kuidas binokli optika suudab valgust koguda ja seejärel esitada teile suurendatud pildi teie ees olevast vaatest. Tulevastes artiklites kavatsen käsitleda ka fookuse ja silmaklapi mehhanismide tööpõhimõtteid ning saadaolevaid valikuid.
Nii olen kindel, et selle lõpuks mõistate binokli tööpõhimõtet ja olete seega palju paremini ette valmistatud, kui valite oma vajadustele vastava instrumendi, ning kui see saabub, saate seda õigesti seadistada ja kasutada. et saate selle kasutamisest parima kasu. Alustame:
Kaks teleskoopi
Kõige lihtsamal kujul koosneb binoklikomplekt sisuliselt kahest kõrvuti asetatud teleskoobist. Alustuseks ja asja pisut lihtsamaks muutmiseks lõigakem binokkel pooleks ja õpime esmalt, kuidas teleskoop töötab, ja siis paneme need lõpuks kokku:
Objektiivid, valgus ja refraktsioon
Põhimõtteliselt, kuidas binoklid töötavad ja vaadet suurendavad, on läätsede kasutamine, mis põhjustavad valguse murdumist:
Ruumi vaakumi kaudu liigub valgus sirgjooneliselt, kuid erinevaid materjale läbides muudab kiirust.
Nii et kui valgus läbib paksu keskkonda, nagu klaas või vesi, aeglustub see. See põhjustab üldiselt valguslainete paindumist ja just seda valguse paindumist nimetatakse murdumiseks. Valguse murdumine põhjustab veeklaasis olles kõrre mulje, nagu oleks see paindunud. sellel on ka palju kasulikke eesmärke ja see on võti, et saaksite seda, mida vaatate, suurendada.
Objektiivid
Lihtsa lameda lehe või klaasploki kasutamise asemel kasutatakse sellistes instrumentides nagu teleskoobid, binoklid ja isegi lugemisprillid spetsiaalse kujuga klaasist läätsi, mis sageli koosnevad mitmest üksikust läätseelemendist, mis suudavad paremini juhtida valguslainete painutamist. .
Objektiiv
(vaadatavale objektile kõige lähemal asuv) on binoklil kumera kujuga, mis tähendab, et selle keskosa on paksem kui väliskülg. Tuntud kui koonduv lääts, püüab see kinni kaugemal asuvalt objektilt tuleva valguse ja põhjustab seejärel läbi murdumise valguse paindumist ja kokkutulekut (koondumist), kui see läbi klaasi läbib. valguslained keskenduvad seejärel objektiivi taga olevasse punkti.
Okulaari lääts
seejärel võtab selle fokuseeritud valguse ja suurendab seda, kus see siis edasi kandub teie silmadesse.
Suurendus
Esiteks liigub valgus objektilt ja reaalne piltAtoodetakse objektiivi abil. Seejärel suurendatakse seda pilti okulaari läätsega ja seda vaadeldakse virtuaalse kujutisenaB. Tulemuseks on see, et suurendatud objektid näevad välja nii, nagu oleksid nad teie ees ja objektist lähemal.
6x, 7x, 8, 10x või rohkem.
Kujutise suurendamise hulk määratakse objektiiviläätse fookuskauguse suhtega, mis on jagatud okulaari läätse fookuskaugusega.
Näiteks 8-kordne suurendustegur loob virtuaalse pildi, mis näeb välja objektist 8 korda suurem.
Kui palju suurendust vajate, sõltub kasutusotstarbest ja sageli on ekslik eeldada, et mida suurem on võimsus, seda parem on binokkel, kuna suurem suurendus toob kaasa ka palju puudusi. Lisateabe saamiseks vaadake seda artiklit: Suurendus, stabiilsus, vaateväli ja heledus
Nagu näete ka ülaltoodud diagrammil, on virtuaalne pilt ümberpööratud. Allpool vaatleme, miks see juhtub ja kuidas seda parandada.
Tagurpidi pilt
See on suurepärane ja lugu võib siin lõppeda, kui teete teleskoopi lihtsalt astronoomia jaoks.
Tegelikult saab üsna lihtsalt teha lihtsa teleskoobi, võttes kaks objektiivi ja eraldades need suletud toruga. Tõepoolest, nii loodi esimene teleskoop.
Siiski märkate seda läbi vaadates, et pilt, mida näete, pööratakse tagurpidi ja peegeldatakse. Selle põhjuseks on asjaolu, et kumer lääts paneb valguse koondumisel üle minema.
Tegelikult saate seda väga lihtsalt demonstreerida, kui hoiate suurendusklaasi umbes käsivarre kaugusel ja vaatate selle kaudu mõnda kauget objekti. Näete, et pilt on tagurpidi ja peegelpildis.
Kaugete tähtede vaatlemisel pole see probleem ja paljud astronoomiateleskoobid toodavad tõepoolest korrigeerimata kujutist, kuid maapealsel kasutamisel on see probleem. Õnneks on mõned lahendused:
Pildi korrigeerimine
Binoklite ja enamiku maapealsete teleskoopide (spottingskoopide) puhul on selleks kaks peamist viisi, kasutades okulaari jaoks nõgusat läätse või prismasid püstitavat kujutist:
Galilei optika
Galilei optika, mida kasutati 17. sajandil Galileo Galilei leiutatud teleskoopides, kasutab kumerat objektiivi tavalisel viisil, kuid muutke see okulaari jaoks nõgusa läätsesüsteemi vastu.
Tuntud ka kui lahknev lääts, nõgus lääts hajutab valguskiired laiali (lahknevad). Nii et kui see asetatakse kumerast objektiivist õigele kaugusele, võib see takistada valguse ületamist ja seega takistada kujutise ümberpööramist.
Madala hinnaga ja lihtsalt valmistatav süsteem on Opera & Theatre binoklites kasutusel tänaseni.
Negatiivne külg on aga see, et suure suurenduse saavutamine on raske, vaateväli on üsna kitsas ja pildi servadel tekib suur hägusus.
Just nendel põhjustel peetakse prismasüsteemi enamiku kasutusviiside jaoks paremaks alternatiiviks:
Kepleri optika prismadega
Erinevalt Galilean Opticsist, mis kasutab okulaaris nõgusat läätse, kasutab Kepleri optiline süsteem nii objektiivide kui ka okulaaride läätsede jaoks kumeraid läätsi ning seda peetakse üldiselt Galileo disaini täiustamiseks.
Kujutist tuleb siiski veel parandada ja see saavutatakse prisma abil:
Parandage ümberpööratud kujutis
Töötades nagu peegel, kasutavad enamik kaasaegseid binokleid püstitavaid prismasid, mis peegeldavad valgust ja muudavad seega orientatsiooni, korrigeerides pilti.
Kui tavaline peegel sobib suurepäraselt endale hommikuseks vaatamiseks, siis binoklis poleks hea, kui valgus peegelduks lihtsalt 180 kraadi ja tagasi sinna, kust see tuli, kuna siis poleks pilti kunagi näha.
Porro prismad
See probleem lahendati esmalt Porro prisma paari abil. Itaalia leiutaja Ignazio Porro järgi nime saanud üksik Porro prisma, nagu peegel, peegeldab ka valgust 180 kraadi ja tagasi selles suunas, kust see tuli, kuid teeb seda paralleelselt langeva valgusega, mitte otse mööda sama rada.
Nii et see aitab tõesti, sest see võimaldab teil asetada kaks neist Porro prismadest üksteise suhtes täisnurga all, mis omakorda tähendab, et saate seejärel valgust peegeldada nii, et see mitte ainult ei suuna ümberpööratud pilti, vaid võimaldab sellel ka tõhusalt jätkata. samas suunas ja okulaaride suunas.
Tõepoolest, need kaks täisnurga all asetatud Porro prismat annavad binoklile traditsioonilise, ikoonilise kuju ja seetõttu on nende okulaarid üksteisele lähemal kui objektiiviläätsed.
Katuseprismad
Lisaks Porro prismale on ka mitmeid teisi disainilahendusi, millest igaühel on oma unikaalsed eelised.
Kaks neist, Abbe-Koenigi prisma ja Schmidt-Pechani prisma, on katuseprisma tüübid, mida praegu kasutatakse tavaliselt binoklites.
Neist Schmidt-Pechani prisma on kõige levinum, kuna see võimaldab tootjatel toota kompaktsemat ja õhemat binoklit, mille okulaarid on objektiividega kooskõlas. Negatiivne külg on see, et need nõuavad mitmeid spetsiaalseid katteid, et saavutada täielik sisepeegeldus ja kõrvaldada nähtus, mida nimetatakse faasinihkeks.
Miks on binoklid lühemad kui teleskoobid?
Prismade kasutamise teine eelis on see, et kuna valgus pööratakse kaks korda ümber, kui see läbib prismat ja läheb seega tagasi iseendale, siis pikeneb selle ruumis läbitav kaugus.
Seetõttu saab binokli kogupikkust lühendada, kuna väheneb ka vajalik kaugus objektiivide läätsede ja okulaari vahel ning seetõttu on binoklid lühemad kui sama suurendusega murduvad teleskoobid, kuna neil puudub prisma.