Deci, cum funcționează binoclul?
În acest ghid cuprinzător, voi trece peste știința din spatele modului în care optica dintr-un binoclu este capabilă să colecteze lumina și apoi vă voi prezenta o imagine mărită a vederii din fața dvs. În articolele viitoare, intenționez să trec peste mecanismele principale din spatele modului în care funcționează mecanismele de focalizare și de ochi și gama de opțiuni diferite disponibile.
În acest fel, sunt sigur că până la sfârșitul acestuia veți înțelege cum funcționează binoclul și, astfel, veți fi mult mai bine pregătit atunci când alegeți instrumentul potrivit pentru nevoile dvs. și apoi, odată sosit, veți putea să îl configurați corect și să îl utilizați astfel. că obțineți tot ce este mai bun din utilizarea lui. Sa incepem:
Două telescoape
În cea mai simplă formă, un set de binoclu este compus în esență din două telescoape așezate unul lângă altul. Așa că, pentru a începe și pentru a face lucrurile puțin mai simple, să ne tăiem binoclul în jumătate și să aflăm mai întâi cum funcționează un telescop, apoi le vom pune din nou împreună la sfârșit:
Lentile, lumină și refracție
În esență, modul în care funcționează binoclul și mărește o vedere este prin utilizarea lentilelor care fac ca lumina să facă ceva cunoscut sub numele de refracție:
Prin vidul spațiului, lumina se deplasează în linie dreaptă, dar pe măsură ce trece prin diferite materiale își schimbă viteza.
Deci, pe măsură ce lumina trece printr-un mediu gros precum sticla sau apa, ea încetinește. Acest lucru determină, în general, undele de lumină să se îndoaie și această îndoire a luminii se numește refracție. Refracția luminii este ceea ce face ca un pai să arate ca și cum ar fi îndoit atunci când este într-un pahar cu apă. are, de asemenea, multe scopuri utile și este cheia pentru a putea mări ceea ce privești.
Lentile
În loc să folosească o simplă foaie plată sau un bloc de sticlă, instrumente precum telescoape, binoclu și chiar ochelari de citit folosesc lentile de sticlă cu formă specială, care sunt adesea alcătuite dintr-un număr de elemente individuale de lentilă care pot controla mai bine îndoirea undelor luminoase. .
Lentila obiectivului
(cel mai apropiat de obiectul pe care îl privești) pe un binoclu are formă convexă, ceea ce înseamnă că centrul acestuia este mai gros decât exteriorul. Cunoscută ca lentilă convergentă, captează lumina de la un obiect îndepărtat și apoi, prin refracție, face ca lumina să se îndoaie și să se unească (converge) pe măsură ce trece prin sticlă. undele de lumină se concentrează apoi într-un punct din spatele lentilei.
Lentila ocularului
apoi ia această lumină focalizată și o mărește, unde apoi trece în ochii tăi.
Mărire
În primul rând, lumina se deplasează de la subiect și o imagine realăAeste produs de lentila obiectiv. Această imagine este apoi mărită de o lentilă de ocular și este văzută ca o imagine virtualăB. Rezultatul este că obiectele mărite arată ca și cum ar fi în fața ta și mai aproape decât subiectul.
6x, 7x, 8, 10x sau mai mult.
Cantitatea de mărire a imaginii este determinată de raportul dintre distanța focală a lentilei obiectiv împărțit la distanța focală a lentilei ocularului.
Deci, un factor de mărire de 8, de exemplu, va produce o imagine virtuală care arată de 8 ori mai mare decât subiectul.
De câtă mărire aveți nevoie depinde de utilizarea prevăzută și este adesea o greșeală să presupunem că cu cât este mai mare puterea, cu atât este mai bun binoclul, deoarece măririle mai mari aduc și multe dezavantaje. Pentru mai multe, aruncați o privire la acest articol: Mărire, Stabilitate, Câmp de vizualizare și Luminozitate
După cum puteți vedea și în diagrama de mai sus, imaginea virtuală este inversată. Mai jos vom analiza de ce se întâmplă acest lucru și cum se remediază:
Imagine cu susul în jos
Acest lucru este grozav și povestea se poate termina aici dacă pur și simplu faci un telescop pentru utilizări precum astronomia.
De fapt, puteți face destul de ușor un telescop simplu luând două lentile și separându-le cu un tub închis. Într-adevăr, cam așa a fost creat primul telescop.
Cu toate acestea, ceea ce veți observa când vă uitați prin el este că imaginea pe care o vedeți va fi întoarsă cu susul în jos și oglindită. Acest lucru se datorează faptului că o lentilă convexă face ca lumina să treacă pe măsură ce converge.
De fapt, puteți demonstra foarte ușor acest lucru dacă țineți o lupă la lungimea de aproximativ brațe și priviți niște obiecte îndepărtate prin ea. Veți vedea că imaginea va fi cu susul în jos și oglindită invers.
Pentru a privi stelele îndepărtate, aceasta nu este cu adevărat o problemă și într-adevăr multe telescoape astronomice produc o imagine nerectificată, dar pentru utilizări terestre, aceasta este o problemă. Din fericire, există câteva soluții:
Corectarea imaginii
Pentru binocluri și majoritatea telescoapelor terestre (locuri de observare) există două moduri principale de a face acest lucru, prin utilizarea unei lentile concave pentru ocular sau a unei prisme de ridicare a imaginii:
Optica galileană
Folosită în telescoapele inventate de Galileo Galilei în secolul al XVII-lea, Optica Galileiană folosește o lentilă obiectiv convexă în mod normal, dar schimbă aceasta într-un sistem de lentile concave pentru ocular.
Cunoscută și sub numele de lentilă divergentă, lentila concavă face ca razele de lumină să se răspândească (diverge). Deci, dacă este poziționat la distanța corectă de lentila obiectivului convex, poate împiedica trecerea luminii și astfel poate împiedica inversarea imaginii.
Cost redus și ușor de realizat, acest sistem este încă folosit pe binoclurile de opera și teatru până în prezent.
Cu toate acestea, dezavantajele sunt că este greu să obțineți o mărire mare, obțineți un câmp vizual destul de îngust și obțineți un nivel ridicat de estompare a imaginii pe marginile imaginii.
Din aceste motive, pentru majoritatea utilizărilor, un sistem de prisme este văzut ca o alternativă mai bună:
Optica Kepleriană cu Prisme
Spre deosebire de Optica Galileiană care utilizează o lentilă concavă în ocular, sistemul optic Keplerian folosește lentile convexe pentru obiective, precum și lentile pentru ocular și este în general considerat o îmbunătățire a designului lui Galileo.
Cu toate acestea, imaginea trebuie să fie corectată și acest lucru se realizează cu utilizarea unei prisme:
Corectați imaginea inversată
Funcționând ca o oglindă, majoritatea binoclurilor moderni folosesc prisme erectoare care reflectă lumina și astfel modifică orientarea, corectând imaginea.
În timp ce o oglindă standard este perfectă pentru a te uita dimineața, într-un binoclu nu ar fi bine dacă lumina ar fi reflectată pur și simplu la 180 de grade și înapoi la locul de unde a venit, deoarece atunci nu ai putea vedea niciodată imaginea.
Prisme Porro
Această problemă a fost mai întâi rezolvată folosind o pereche de prisme Porro. Numită după inventatorul italian Ignazio Porro, o singură prismă Porro, ca o oglindă, reflectă, de asemenea, lumina la 180 de grade și înapoi în direcția din care a venit, dar o face paralel cu lumina incidentă și nu direct pe aceeași cale.
Deci, acest lucru vă ajută cu adevărat, deoarece vă permite să plasați două dintre aceste prisme Porro în unghi drept una față de cealaltă, ceea ce înseamnă că, la rândul său, puteți reflecta lumina, astfel încât nu numai să reorienteze imaginea inversată, ci și să îi permită în mod eficient să continue. în aceeași direcție și spre oculare.
Într-adevăr, aceste două prisme Porro plasate în unghi drept sunt cele care conferă binoclului forma lor tradițională, emblematică și de aceea ocularele lor sunt mai apropiate decât lentilele obiectivului.
Prisme de acoperiș
Pe lângă prisma Porro, există o serie de alte modele care au fiecare propriile avantaje unice.
Două dintre ele, prisma Abbe-Koenig și prisma Schmidt-Pechan sunt tipuri de prisme de acoperiș care sunt acum utilizate în mod obișnuit în binoclu.
Dintre acestea, prisma Schmidt-Pechan este cea mai comună, deoarece permite producătorilor să producă un binoclu mai compact, mai subțire, cu ocularele în conformitate cu obiectivele. Dezavantajul este că necesită o serie de acoperiri speciale pentru a obține o reflexie internă totală și pentru a elimina un fenomen cunoscut sub numele de schimbare de fază.
De ce binoclul este mai scurt decât telescoapele
Al doilea beneficiu al utilizării prismelor este că, deoarece lumina este inversată de două ori pe măsură ce trece prin prismă și astfel se întoarce pe ea însăși, distanța pe care o parcurge în spațiul respectiv crește.
Prin urmare, lungimea totală a binoclului poate fi scurtată pe măsură ce distanța necesară dintre lentilele obiectiv și ocular este, de asemenea, redusă și de aceea binoclul este mai scurt decât telescoapele cu refracție cu aceeași mărire, deoarece le lipsește o prismă.