Så hvordan fungerer kikkerten?
I denne omfattende guiden vil jeg gå gjennom vitenskapen bak hvordan optikken i en kikkert er i stand til å samle lys og deretter presentere deg et forstørret bilde av utsikten foran deg. I fremtidige artikler planlegger jeg også å gå gjennom hovedmekanikken bak hvordan fokus- og øyekoppmekanismene fungerer og utvalget av forskjellige tilgjengelige alternativer.
På denne måten er jeg sikker på at du mot slutten av det vil forstå hvordan kikkerten fungerer og dermed være langt bedre forberedt når du velger riktig instrument for dine behov, og når det kommer, kan du sette det opp og bruke det riktig. at du får det beste ut av å bruke den. La oss starte:
To teleskoper
I sin enkleste form består et sett med kikkerter i hovedsak av to teleskoper plassert side ved side. Så for å begynne med og for å gjøre ting litt enklere, la oss kutte kikkerten vår i to og først lære hvordan et teleskop fungerer, og så setter vi dem sammen igjen til slutt:
Linser, lys og refraksjon
Grunnleggende hvordan kikkerter fungerer og forstørrer en visning er ved å bruke linser som får lys til å gjøre noe kjent som refraksjon:
Gjennom rommets vakuum beveger lyset seg i en rett linje, men når det passerer gjennom forskjellige materialer, endrer det hastighet.
Så når lys passerer gjennom et tykt medium som glass eller vann, bremses det ned. Dette fører vanligvis til at lysbølgene bøyer seg, og det er denne bøyningen av lys som kalles brytning. Lysbrytning er det som får et sugerør til å se ut som det er bøyd når det er i et glass vann. den har også mange nyttige formål og er nøkkelen til å kunne forstørre det du ser på.
Linser
I stedet for bare å bruke et enkelt flatt ark eller glassblokk, bruker instrumenter som teleskoper, kikkerter og til og med lesebriller spesialformede glasslinser som ofte består av en rekke individuelle linseelementer som bedre kan kontrollere bøyningen av lysbølgene .
Objektivlinsen
(den som er nærmest objektet du ser på) på en kikkert er konveks i form, noe som betyr at midten av den er tykkere enn utsiden. Kjent som en konvergerende linse, fanger den opp lyset fra et fjernt objekt og deretter gjennom brytning, får det lyset til å bøye seg og komme sammen (konvergerer) når det passerer gjennom glasset. lysbølgene fokuserer deretter på et punkt bak linsen.
Okularlinsen
tar deretter dette fokuserte lyset og forstørrer det, hvor det deretter går videre og inn i øynene dine.
Forstørrelse
For det første reiser lyset fra motivet og et ekte bildeAproduseres av objektivlinsen. Dette bildet forstørres deretter av en okularlinse og blir sett på som et virtuelt bildeB. Resultatet er at forstørrede objekter ser ut som om de var foran deg og nærmere enn motivet.
6x, 7x, 8, 10x eller mer.
Hvor mye bildet blir forstørret bestemmes av forholdet mellom brennvidden til objektivlinsen delt på brennvidden til okularlinsen.
Så en forstørrelsesfaktor på 8, for eksempel, vil produsere et virtuelt bilde som ser 8 ganger større ut enn motivet.
Hvor mye forstørrelse du trenger avhenger av tiltenkt bruk og det er ofte feil å anta at jo høyere effekt, jo bedre er kikkerten da høyere forstørrelser også medfører mange ulemper. For mer, ta en titt på denne artikkelen: Forstørrelse, stabilitet, synsfelt og lysstyrke
Som du også kan se i diagrammet ovenfor, er det virtuelle bildet invertert. Nedenfor skal vi se på hvorfor dette skjer og hvordan det blir rettet opp:
Opp-ned bilde
Dette er flott, og historien kan ende her hvis du bare lager et teleskop for bruk som astronomi.
Faktisk kan du ganske enkelt lage et enkelt teleskop ved å ta to linser og skille dem med et lukket rør. Dette er faktisk ganske mye hvordan det første teleskopet noensinne ble laget.
Det du imidlertid vil legge merke til når du ser gjennom det, er at bildet du ser vil bli snudd opp-ned og speilvendt. Dette er fordi en konveks linse får lyset til å krysse over når det konvergerer.
Faktisk kan du veldig enkelt demonstrere dette hvis du holder et forstørrelsesglass ut på en armlengdes avstand og ser på noen fjerne objekter gjennom det. Du vil se at bildet vil være opp-ned og speilvendt.
For å se på fjerne stjerner er dette egentlig ikke et problem, og mange astronomiteleskoper produserer faktisk et ikke-korrigert bilde, men for terrestrisk bruk er dette et problem. Heldigvis er det noen løsninger:
Bildekorreksjon
For kikkerter og de fleste terrestriske teleskoper (spotting scope) er det to hovedmåter å gjøre dette på, ved å bruke en konkav linse for okularet eller et bilde som reiser prismer:
Galileisk optikk
Brukt i teleskoper oppfunnet Galileo Galilei på 1600-tallet, bruker Galilean Optics en konveks objektivlinse på vanlig måte, men endrer dette til et konkavt linsesystem for okularet.
Også kjent som en divergerende linse, får den konkave linsen lysstråler til å spres fra hverandre (divergerer). Så hvis den plasseres i riktig avstand fra den konvekse objektivlinsen, kan den hindre lyset i å krysse over og dermed stoppe bildet fra å bli invertert.
Lavpris og enkelt å lage, dette systemet brukes fortsatt på opera- og teaterkikkerter den dag i dag.
Ulempene er imidlertid at det er vanskelig å oppnå høy forstørrelse, du får et ganske smalt synsfelt og du får en høy grad av uskarphet i bildets kanter.
Det er av disse grunnene at for de fleste bruksområder blir et prismesystem sett på som et bedre alternativ:
Keplerian optikk med prismer
I motsetning til Galilean Optics som bruker en konkav linse i okularet, bruker det optiske Keplerian-systemet konvekse linser for objektivene så vel som okularlinser og anses generelt som en forbedring av Galileos design.
Men bildet må fortsatt korrigeres, og dette oppnås ved bruk av et prisme:
Korriger det omvendte bildet
De fleste moderne kikkerter fungerer som et speil og bruker reiseprismer som reflekterer lyset og dermed endrer orienteringen og korrigerer bildet.
Mens et standard speil er perfekt for å se på deg selv om morgenen, ville det i en kikkert ikke vært bra om lyset ble reflektert 180 grader og tilbake til der det kom fra, da du aldri ville kunne se bildet.
Porro prismer
Dette problemet ble først løst ved å bruke et par Porro-prismer. Oppkalt etter den italienske oppfinneren Ignazio Porro, et enkelt Porro-prisme, som et speil, reflekterer også lyset 180 grader og tilbake i retningen det kom fra, men det gjør det parallelt med det innfallende lyset og ikke direkte langs samme vei.
Så dette hjelper virkelig fordi det lar deg plassere to av disse Porro-prismene i rette vinkler på hverandre, noe som igjen betyr at du deretter kan reflektere lyset slik at det ikke bare re-orienterer det inverterte bildet, men også effektivt lar det fortsette. i samme retning og mot okularene.
Det er faktisk disse to Porro-prismene plassert i rette vinkler som gir kikkerten sin tradisjonelle, ikoniske form, og som er grunnen til at okularene deres er nærmere hverandre enn objektivlinsene.
Takprismer
I tillegg til Porro-prismet er det en rekke andre design som hver har sine unike fordeler.
To av dem, Abbe-Koenig-prismet og Schmidt-Pechan-prismet, er typer takprismer som nå ofte brukes i kikkerter.
Av disse er Schmidt-Pechan-prismet mest vanlig fordi det lar produsenter produsere en mer kompakt, slankere kikkert med okularene på linje med objektivene. Ulempen er at de krever en rekke spesielle belegg for å oppnå total intern refleksjon og eliminere et fenomen kjent som faseforskyvning.
Hvorfor kikkerter er kortere enn teleskoper
Den andre fordelen med å bruke prismer er at fordi lyset reverseres to ganger når det går gjennom prismet og dermed går tilbake på seg selv, økes avstanden det reiser i det rommet.
Derfor kan den totale lengden på kikkerten forkortes ettersom den nødvendige avstanden mellom objektivlinsene og okularet også reduseres, og dette er grunnen til at kikkerter er kortere enn refrakterende teleskoper med samme forstørrelse da de mangler et prisme.