Tātad, kā darbojas binokļi?
Šajā visaptverošajā rokasgrāmatā es apskatīšu zinātni par to, kā binokļa optika spēj savākt gaismu un pēc tam parādīt jums palielinātu skatu no jūsu priekšā esošā skata. Nākamajos rakstos es plānoju arī apskatīt galvenos fokusa un acu kausu mehānismu darbības mehānismus un dažādu pieejamo iespēju klāstu.
Tādā veidā esmu pārliecināts, ka līdz tā beigām jūs sapratīsit, kā darbojas binoklis, un tādējādi būsiet daudz labāk sagatavots, izvēloties savām vajadzībām piemērotāko instrumentu, un pēc tam, kad tas būs pieejams, varēsiet to pareizi iestatīt un izmantot. lai jūs to izmantotu pēc iespējas labāk. Sāksim:
Divi teleskopi
Vienkāršākajā formā binokļu komplekts būtībā sastāv no diviem teleskopiem, kas novietoti blakus. Tāpēc, lai sāktu un padarītu lietas nedaudz vienkāršākas, pārgriezīsim binokli uz pusēm un vispirms uzzināsim, kā darbojas teleskops, un tad mēs tos atkal saliksim kopā.
Lēcas, gaisma un refrakcija
Būtībā binokļi darbojas un palielina skatu, izmantojot lēcas, kas liek gaismai veikt kaut ko, kas pazīstams kā refrakcija.
Caur telpas vakuumu gaisma virzās taisnā līnijā, bet, ejot cauri dažādiem materiāliem, tā maina ātrumu.
Tātad, kad gaisma iziet cauri biezai videi, piemēram, stiklam vai ūdenim, tā palēninās. Tas parasti izraisa gaismas viļņu saliekšanos, un tieši šo gaismas izliekumu sauc par refrakciju. Gaismas refrakcija liek salmiņam izskatīties tā, it kā tas būtu saliekts, kad tas atrodas ūdens glāzē. tai ir arī daudz noderīgu mērķu, un tas ir galvenais, lai varētu palielināt to, ko skatāties.
Lēcas
Tā vietā, lai izmantotu vienkāršu plakanu loksni vai stikla bloku, tādos instrumentos kā teleskopi, binokļi un pat lasīšanas brilles tiek izmantotas īpašas formas stikla lēcas, kuras bieži sastāv no vairākiem atsevišķiem lēcu elementiem, kas spēj labāk kontrolēt gaismas viļņu lieces. .
Objektīva lēca
(tas, kas ir vistuvāk apskatāmajam objektam) uz binokļa ir izliekta forma, kas nozīmē, ka tā centrs ir biezāks nekā ārpuse. Pazīstams kā saplūstošs objektīvs, tas uztver gaismu no attāla objekta un pēc tam ar refrakciju liek gaismai saliekties un saplūst (saplūst), ejot cauri stiklam. gaismas viļņi pēc tam fokusējas uz punktu aiz objektīva.
Okulāra lēca
tad ņem šo fokusēto gaismu un palielina to, kur tā tālāk nonāk jūsu acīs.
Palielinājums
Pirmkārt, gaisma virzās no objekta un reāla attēlaAko ražo objektīva lēca. Pēc tam šis attēls tiek palielināts ar okulāra objektīvu un tiek skatīts kā virtuāls attēlsB. Rezultātā palielinātie objekti izskatās tā, it kā tie būtu jums priekšā un tuvāk par objektu.
6x, 7x, 8, 10x vai vairāk.
Attēla palielināšanas apjomu nosaka objektīva lēcas fokusa attāluma attiecība, dalīta ar okulāra objektīva fokusa attālumu.
Tātad, piemēram, palielinājuma koeficients 8 radīs virtuālu attēlu, kas izskatās 8 reizes lielāks par objektu.
Nepieciešamais palielinājuma lielums ir atkarīgs no paredzētā lietojuma, un bieži vien ir kļūdaini pieņemt, ka jo lielāka jauda, jo labāks ir binoklis, jo lielāks palielinājums rada arī daudz trūkumu. Lai uzzinātu vairāk, skatiet šo rakstu: Palielinājums, Stabilitāte, Skata lauks un Spilgtums
Kā redzams arī diagrammā iepriekš, virtuālais attēls ir apgriezts. Tālāk mēs apskatīsim, kāpēc tas notiek un kā tas tiek labots:
Apgriezts attēls
Tas ir lieliski, un stāsts var beigties šeit, ja jūs vienkārši izgatavojat teleskopu tādiem nolūkiem kā astronomija.
Patiesībā jūs varat diezgan viegli izveidot vienkāršu teleskopu, ņemot divus objektīvus un atdalot tos ar slēgtu cauruli. Patiešām, gandrīz šādi tika izveidots pirmais teleskops.
Tomēr, skatoties caur to, jūs pamanīsit, ka redzamais attēls tiks apgriezts otrādi un atspoguļots spoguļattēlā. Tas ir tāpēc, ka izliekta lēca liek gaismai šķērsot, kad tā saplūst.
Faktiski to var ļoti viegli demonstrēt, ja turat palielināmo stiklu aptuveni rokas garumā un caur to skatāties uz dažiem attāliem objektiem. Jūs redzēsiet, ka attēls tiks apgriezts otrādi un tiks atspoguļots atpakaļgaitā.
Aplūkojot tālu zvaigznes, tā nav problēma, un daudzi astronomijas teleskopi patiešām rada nerektificētu attēlu, bet izmantošanai uz zemes tā ir problēma. Par laimi ir daži risinājumi:
Attēla korekcija
Binokļiem un lielākajai daļai zemes teleskopu (spotētājiem) ir divi galvenie veidi, kā to izdarīt, okulāram izmantojot ieliektu lēcu vai prizmu celšanas attēlu:
Galilejas optika
17. gadsimtā Galileo Galilei izgudrotajos teleskopos izmantotā Galileja optika parasti izmanto izliektu objektīvu, bet nomainiet to uz ieliektu objektīvu sistēmu okulāram.
Ieliektā lēca, kas pazīstama arī kā diverģējoša lēca, izkliedē gaismas starus (atšķiras). Tātad, ja tas ir novietots pareizā attālumā no izliektā objektīva, tas var novērst gaismas šķērsošanu un tādējādi novērst attēla apvērsumu.
Zemas izmaksas un viegli izgatavojama, šī sistēma joprojām tiek izmantota Operas un teātra binokļos līdz pat šai dienai.
Tomēr negatīvie aspekti ir tādi, ka ir grūti iegūt lielu palielinājumu, tiek iegūts diezgan šaurs redzes lauks un augsts attēla izplūšanas līmenis attēla malās.
Šo iemeslu dēļ vairumam lietojumu prizmu sistēma tiek uzskatīta par labāku alternatīvu:
Keplera optika ar prizmām
Atšķirībā no Galilean Optics, kas izmanto ieliektu lēcu okulārā, Kepleri optiskā sistēma objektīviem izmanto izliektas lēcas, kā arī okulāra lēcas, un to parasti uzskata par Galileo dizaina uzlabojumu.
Tomēr attēls joprojām ir jālabo, un tas tiek panākts, izmantojot prizmu:
Izlabojiet apgriezto attēlu
Lielākajā daļā mūsdienu binokļu, kas darbojas kā spogulis, tiek izmantotas prizmas, kas atstaro gaismu un tādējādi maina orientāciju, koriģējot attēlu.
Lai gan standarta spogulis ir lieliski piemērots, lai skatītos uz sevi no rīta, binoklī nebūtu labi, ja gaisma būtu vienkārši atstarota 180 grādos un atpakaļ tur, no kurienes tā nāk, jo tad jūs nekad nevarētu redzēt attēlu.
Porro prizmas
Šī problēma vispirms tika atrisināta, izmantojot Porro prizmu pāri. Atsevišķa Porro prizma, kas nosaukta itāļu izgudrotāja Ignacio Porro vārdā, tāpat kā spogulis atstaro gaismu 180 grādu leņķī un atpakaļ virzienā, no kurienes tā nāca, taču tā notiek paralēli krītošajai gaismai, nevis tieši pa to pašu ceļu.
Tas patiešām palīdz, jo tas ļauj novietot divas no šīm Porro prizmām taisnā leņķī viena pret otru, kas savukārt nozīmē, ka jūs varat atstarot gaismu tā, lai tā ne tikai pārorientētu apgriezto attēlu, bet arī efektīvi ļautu tam turpināties. tajā pašā virzienā un pret okulāriem.
Patiešām, šīs divas Porro prizmas, kas novietotas taisnā leņķī, piešķir binokļiem tradicionālo, ikonisko formu, un tāpēc to okulāri atrodas tuvāk viens otram nekā objektīvu lēcas.
Jumta prizmas
Papildus Porro prizmai ir arī vairāki citi dizaini, kuriem katram ir savas unikālas priekšrocības.
Divas no tām, Abbe-Koenig prizma un Schmidt-Pechan prizma, ir jumta prizmu veidi, kurus tagad parasti izmanto binokļos.
No tām Schmidt-Pechan prizma ir visizplatītākā, jo tā ļauj ražotājiem ražot kompaktāku, plānāku binokli ar okulāriem, kas atbilst objektīviem. Negatīvā puse ir tāda, ka tiem ir nepieciešami vairāki īpaši pārklājumi, lai panāktu pilnīgu iekšējo atstarošanos un novērstu parādību, kas pazīstama kā fāzes nobīde.
Kāpēc binokļi ir īsāki par teleskopiem
Otrs ieguvums, izmantojot prizmas, ir tas, ka, tā kā gaisma tiek apgriezta divas reizes, kad tā iet cauri prizmai, un tādējādi atgriežas pati uz sevi, attālums, ko tā pārvietojas šajā telpā, tiek palielināts.
Tāpēc binokļa kopējo garumu var saīsināt, jo tiek samazināts arī nepieciešamais attālums starp objektīva lēcām un okulāru, un tāpēc binokļi ir īsāki nekā refrakcijas teleskopi ar tādu pašu palielinājumu, jo tiem trūkst prizmas.