Отже, як працює бінокль?
У цьому вичерпному посібнику я розповім про те, як оптика в біноклі може збирати світло, а потім представити вам збільшене зображення виду перед вами. У наступних статтях я також планую розглянути основні механізми роботи механізмів фокусування та окуляра та набір різних доступних опцій.
Таким чином я впевнений, що наприкінці ви зрозумієте, як працює бінокль, і, таким чином, будете набагато краще підготовлені до вибору правильного інструменту для ваших потреб, а потім, коли він прийде, зможете правильно його налаштувати та використовувати що ви отримуєте найкраще від його використання. Давайте почнемо:
Два телескопи
У найпростішому вигляді набір біноклів по суті складається з двох телескопів, розташованих поруч. Отже, для початку та для того, щоб зробити все простіше, давайте розріжемо наш бінокль навпіл і спочатку дізнаємось, як працює телескоп, а потім ми знову з’єднаємо їх у кінці:
Лінзи, світло та заломлення
По суті, бінокль працює та збільшує огляд за допомогою лінз, які змушують світло робити щось, відоме як заломлення:
Крізь космічний вакуум світло поширюється по прямій лінії, але коли воно проходить через різні матеріали, воно змінює швидкість.
Отже, коли світло проходить через товсте середовище, таке як скло чи вода, воно сповільнюється. Зазвичай це призводить до згинання світлових хвиль, і саме це згинання світла називається заломленням. Через заломлення світла соломинка виглядає так, ніби вона зігнута, коли вона знаходиться в склянці з водою. він також має багато корисних цілей і є ключем до можливості збільшити те, на що ви дивитеся.
Лінзи
Замість простого плоского аркуша або скляного блоку в таких інструментах, як телескопи, біноклі та навіть окуляри для читання, використовуються скляні лінзи спеціальної форми, які часто складаються з кількох окремих лінзових елементів, які краще контролюють вигин світлових хвиль. .
Об'єктив
(Той, який є найближчим до об’єкта, на який ви дивитесь) на біноклі має опуклу форму, тобто його центр товщі, ніж зовнішня сторона. Відома як збиральна лінза, вона вловлює світло від віддаленого об’єкта, а потім через заломлення спонукає світло згинатися та об’єднуватися (конвергуватись), коли воно проходить крізь скло. потім світлові хвилі фокусуються в точці за лінзою.
Лінза окуляра
потім бере це сфокусоване світло і збільшує його, де воно потім переходить у ваші очі.
Збільшення
Спочатку світло йде від об’єкта та реального зображенняAстворюється лінзою об’єктива. Потім це зображення збільшується за допомогою лінзи окуляра та розглядається як віртуальне зображенняB. У результаті збільшені об’єкти виглядають так, ніби вони знаходяться перед вами і ближче до об’єкта.
6x, 7x, 8, 10x або більше.
Величина збільшення зображення визначається відношенням фокусної відстані лінзи об’єктива до фокусної відстані лінзи окуляра.
Отже, наприклад, коефіцієнт збільшення 8 створить віртуальне зображення, яке виглядає у 8 разів більшим за об’єкт.
Необхідне збільшення залежить від передбачуваного використання, і часто помилково вважати, що чим вища потужність, тим кращий бінокль, оскільки більші збільшення також спричиняють багато недоліків. Щоб дізнатися більше, перегляньте цю статтю: Збільшення, стабільність, поле зору та яскравість
Як ви також можете бачити на схемі вище, віртуальне зображення перевернуте. Нижче ми розглянемо, чому це відбувається та як це виправити:
Перевернуте зображення
Це чудово, і на цьому історія може закінчитися, якщо ви просто створюєте телескоп для таких цілей, як астрономія.
Насправді, ви можете досить легко зробити простий телескоп, взявши дві лінзи та розділивши їх закритою трубою. Насправді так був створений перший в історії телескоп.
Однак, дивлячись крізь нього, ви помітите, що зображення, яке ви бачите, буде перевернуте догори дном і дзеркально відображене. Це пояснюється тим, що опукла лінза змушує світло перетинатися, коли вона збирається.
Насправді ви можете дуже легко продемонструвати це, якщо ви піднесете збільшувальне скло приблизно на відстані витягнутої руки і подивіться крізь нього на якісь віддалені об’єкти. Ви побачите, що зображення буде перевернуте та дзеркально відображене.
Для спостереження за далекими зірками це не є проблемою, і справді, багато астрономічних телескопів створюють невипрямлене зображення, але для наземних цілей це проблема. На щастя, є кілька рішень:
Корекція зображення
Для біноклів і більшості наземних телескопів (зорових труб) є два основні способи зробити це, використовуючи увігнуту лінзу для окуляра або призми, що формують зображення:
Оптика Галілея
Використовується в телескопах, винайдених Галілео Галілеєм у 17 столітті, Galilean Optics використовує опуклу лінзу об’єктива звичайним способом, але замінює її на систему увігнутих лінз для окуляра.
Також відома як розсіювальна лінза, увігнута лінза змушує світлові промені розходити (розходити). Таким чином, якщо розташувати його на правильній відстані від опуклої лінзи об’єктива, він може запобігти перетину світла і, таким чином, уникнути інвертування зображення.
Низька ціна та проста у виготовленні, ця система все ще використовується в біноклях Opera & Theatre донині.
Однак недоліки полягають у тому, що важко отримати велике збільшення, ви отримуєте досить вузьке поле зору та високий рівень розмиття зображення по краях зображення.
Саме з цих причин для більшості застосувань система призми розглядається як краща альтернатива:
Оптика Кеплера з призмами
На відміну від оптики Galilean Optics, яка використовує увігнуту лінзу в окулярі, оптична система Кеплера використовує опуклі лінзи для об’єктивів, а також лінзи окулярів і, як правило, вважається вдосконаленням дизайну Галілея.
Однак зображення ще потрібно виправити, і це досягається за допомогою призми:
Виправте перевернуте зображення
Працюючи як дзеркало, більшість сучасних біноклів використовують вертикальні призми, які відбивають світло і таким чином змінюють орієнтацію, коригуючи зображення.
У той час як стандартне дзеркало ідеально підходить для того, щоб дивитися на себе вранці, у біноклі було б непогано, якби світло просто відбивалося на 180 градусів і назад туди, звідки воно прийшло, оскільки тоді ви ніколи не зможете побачити зображення.
Призми Порро
Ця проблема була вперше вирішена за допомогою пари призм Порро. Названа на честь італійського винахідника Ігнаціо Порро, одна призма Порро, як і дзеркало, також відбиває світло на 180 градусів і назад у напрямку, звідки воно вийшло, але робить це паралельно падаючому світлу, а не прямо вздовж того самого шляху.
Тож це дійсно допомагає, оскільки дозволяє розташувати дві з цих призм Порро під прямим кутом одна до одної, що, у свою чергу, означає, що ви можете відбивати світло так, щоб воно не лише переорієнтувало перевернуте зображення, але й ефективно дозволило йому продовжувати у тому ж напрямку та до окулярів.
Дійсно, саме ці дві призми Порро, розташовані під прямим кутом, надають біноклям його традиційну культову форму, і тому їхні окуляри розташовані ближче один до одного, ніж лінзи об’єктива.
Дахові призми
Крім призми Порро, існує ряд інших конструкцій, кожна з яких має свої унікальні переваги.
Дві з них, призма Аббе-Кеніга та призма Шмідта-Пехана, є типами дахових призм, які зараз широко використовуються в біноклях.
З них призма Шмідта-Пехана є найпоширенішою, оскільки вона дозволяє виробникам виробляти більш компактні та тонкі біноклі з окулярами, розташованими на одній лінії з об’єктивами. Недоліком є те, що вони потребують ряду спеціальних покриттів для досягнення повного внутрішнього відбиття та усунення явища, відомого як фазовий зсув.
Чому біноклі коротші за телескопи
Друга перевага використання призм полягає в тому, що, оскільки світло двічі перевертається, коли воно проходить крізь призму і повертається назад, відстань, яку воно проходить у цьому просторі, збільшується.
Таким чином, загальна довжина бінокля може бути скорочена, оскільки необхідна відстань між лінзами об’єктива та окуляром також зменшується, і тому біноклі коротші, ніж рефракторні телескопи з таким же збільшенням, оскільки вони не мають призми.