Dalekohled

Aktuální verze stránky ještě nebyla zkontrolována zkušenými přispěvateli a může se výrazně lišit od verze recenzované 18. dubna 2021; kontroly vyžadují 4 úpravy .

Dalekohled ( francouzsky  binokl z latinského  bini "dva" + oculus "oko") - optické zařízení sestávající ze dvou paralelních a spojených dalekohledů pro pozorování vzdálených objektů dvěma očima [1] : díky tomu vidí pozorovatel stereoskopický obraz (např. na rozdíl od pozorovacího dalekohledu ).

Z možností konstrukce dalekohledů se v praxi používají Galileovy tubusy (jednoduchá zařízení s vysokým aperturním poměrem a malým zorným polem) a Keplerovy tubusy , které se zase rozdělují v závislosti na použitém řešení pro konstrukce dalekohledu (aprismatický, několik prizmatických tříd).

Dalekohledy jsou specializované na své použití: existují divadelní dalekohledy (kompaktní přístroje s malým zvětšením), astronomické dalekohledy (přístroje pro pozorování astronomických objektů), stacionární dalekohledy pro vyhlídkové plošiny, ale i sportovní, dělostřelecké, námořní a další. Některé modely dalekohledů jsou vybaveny přídavnými zařízeními (například kompas , dálkoměr ), vybavené gyro-stabilizačními součástmi, zařízeními pro noční vidění .

Dalekohledy s Galileovými tubusy

V těchto dalekohledech má každý zaměřovací dalekohled objektiv s pozitivní čočkou a okulár s negativní čočkou . Galileův tubus okamžitě vytváří rovný (ne převrácený) obraz, takže mezi objektivem a okulárem nejsou žádné další optické části. Výhodou dalekohledů Galileo je jejich kompaktnost – jsou kratší a lehčí než všechny ostatní typy dalekohledů. Nevýhodou je prudké zhoršení kvality obrazu při větším než čtyřnásobném zvětšení. Dalekohledy Galileo se běžně používají v divadlech, na koncertech a dalších podobných akcích – většina divadelních dalekohledů je navržena s galileovskými tubusy.

Dalekohled s Keplerovými trubicemi

V dalekohledech s dalekohledy Kepler má každý pozorovací dalekohled jak čočku objektivu, tak okulár ve formě pozitivní čočky. Zpravidla jsou obě čočky složené. Keplerova trubice je schopna produkovat vysokou kvalitu obrazu při velkém zvětšení. Ale k tomu musí světlo překonat velkou vzdálenost mezi čočkou a okulárem. Další (a hlavní) nevýhodou Keplerovy trubice je převrácený obraz. Ke korekci inverze v dalekohledech se používají flipové čočky nebo hranoly.

Dalekohled s flip-lens (aprismatický)

U aprizmatického dalekohledu je mezi objektiv a okulár umístěn reverzní systém jedné nebo dvou čoček, který opakovaně překlápí obraz. Centrální nosník v každé trubce probíhá v přímce, bez přerušení. Vzdálenost mezi středy čoček se rovná vzdálenosti mezi středy okulárů (tedy vzdálenosti mezi zorničkami). Proto není možné použít objektivy s průměrem větším než 65 mm. Ale hlavní nevýhodou takových dalekohledů je jejich velká délka.

Prizmatický dalekohled

Hranolové dalekohledy používají hranoly k opětovnému překlopení obrazu (a také zkrácení dalekohledu). V praxi se používají hranoly Porro, Abbe a Schmidt-Pehan. Poslední dva typy hranolů jsou známé jako "střecha" ("ve tvaru střechy"). .

Porro hranolový dalekohled

Italský optik Ignazio Porro si v roce 1854 nechal patentovat systém hranolů , který jednak zkracuje délku dalekohledu a jednak narovnává převrácený obraz. Poprvé dalekohledy s Porro hranoly začal vyrábět Carl Zeiss koncem 90. let 19. století [2] . V Porro hranolech nedochází k žádným ztrátám na odrazných plochách [3] , protože se používá totální vnitřní odraz. Centrální paprsek v každé trubici změní směr čtyřikrát. Vzdálenost mezi čočkami je obvykle větší než mezi zorničkami oka. To umožňuje použití čoček velkého průměru, což je důležité pro astronomické dalekohledy a pro velké námořní dalekohledy. Navíc rozšiřují stereo základnu, což zesiluje stereo efekt . Výroba dalekohledů s Porro hranoly je o něco levnější než u jiných hranolů. Obvykle se hranoly Porro používají v námořních dalekohledech a mnoha dalekohledech. Nevýhodou systému Porro je velká šířka dalekohledu.

Dalekohled s hranoly Abbe

Abbe hranoly jsou pojmenovány po vynálezci Ernstu Abbe , zaměstnanci společnosti Carl Zeiss. Existují tři typy hranolů Abbe: jeden disperzní [4] a dva typy invertujících hranolů Abbe: typ 1 (Abbe-Königův hranol) a typ 2 . Moderní dalekohledy s rovnými tubusy používají hranol Abbe-König, který byl patentován v roce 1905. Centrální paprsek v každé trubici několikrát změní směr, ale na konci se vrátí do původní přímky. Vzdálenost mezi středy čoček se rovná vzdálenosti mezi středy okulárů (tedy vzdálenosti mezi zorničkami). Proto není možné použít objektivy s průměrem větším než 65 mm. Za nevýhody Abbe-Königova hranolu byly také považovány ztráty světla na některých reflexních plochách a na lepených plochách. Ale v drahých dalekohledech speciální technologie výrazně snižují ztráty. U Abbe-Königových hranolů navíc dochází k fázovému posunu mezi světelnými paprsky procházejícími různými částmi hranolu, což snižuje jas a kontrast obrazu. Drahé dalekohledy však mají povlak pro korekci fáze, který tuto nevýhodu eliminuje. Výhodou Abbe-Königových hranolů je kompaktnost dalekohledů. Pro takové hranoly je také jednodušší navrhnout utěsněné zařízení.

Dalekohled se Schmidt-Pehanovými hranoly

Pro spotřebitele jsou dalekohledy se Schmidt-Pehanovými hranoly k nerozeznání od dalekohledů s hranoly Abbe, až na dvě výjimky: takové dalekohledy jsou mnohem levnější a ztráty světla v nich jsou mnohem větší.

Digitální dalekohled

Dalekohled s digitální videokamerou, s digitálním zoomem, k dispozici jsou přídavné digitální dalekohledy s funkcemi: GPS , s elektronickým kompasem, výškoměrem, existují dalekohledy s funkcí nočního snímání. [5]

Základní parametry dalekohledu

Průměr objektivu

Obvykle jsou tyto parametry uvedeny na těle dalekohledu, například " 10x40 ".

  • První číslo "10" je násobek , říká nám, že tímto dalekohledem je možné vidět obraz předmětu 10x větší (v úhlovém měřítku) než pouhým okem.
  • Druhá číslice „40“ udává vstupní clonu objektivu v milimetrech , nebo zjednodušeně řečeno průměr jeho přední čočky. Čím větší je čočka , tím více světla shromažďuje a vytváří jasnější obraz.

Průměr výstupní pupily

Průměr vycházejícího světelného paprsku dalekohledu je důležitý pro pozorování za šera . Pokud je výstupní pupila dalekohledu menší než lidská zornice, nebude využit maximální potenciál citlivosti oka, který poskytuje širší lidská zornice, což bude mít za následek tmavší obraz, než je možné. A naopak, pokud se průměr zornice člověka nerozšíří na hodnotu výstupní pupily dalekohledu, část jeho světelného toku se ztratí (toto je kritické zejména u dalekohledů s pupilou 6 mm a více) a dalekohled bude působit pouze část síly, podobně jako dalekohledy s menší aperturou, ale mající stejné zvětšení zornice (shoda velikosti zornice dalekohledu a osoby) při stejném zvětšení.

Během dne je průměr zornice dospělého středního věku 3-4 mm, zatímco v noci se zornice člověka rozšíří na 7 mm (u některých dospívajících ve věku 15 let až 9 mm). S věkem se maximální průměr lidské zornice snižuje, v průměru na 6,5 ​​mm ve 30 letech, 5,5 mm ve 45 letech a 4,5 mm v 80 letech [6] . Pro pozorování z dalekohledu za špatných světelných podmínek jsou tedy vyžadovány dalekohledy s průměrem výstupní pupily alespoň 4 mm a v noci - 5–7 mm, v závislosti na věku.

Faktor soumraku

Jedná se o relativní hodnotu, která závisí na zvětšení dalekohledu a průměru čočky objektivu. V tomto případě se nebere ohled na kvalitu optiky.

Soumrakový faktor se vypočítá vynásobením zvětšení průměrem přední čočky a odebráním druhé odmocniny výsledku. Při pozorování za nízké hladiny a za šera se doporučují dalekohledy s vyšším koeficientem soumrakového faktoru.

Zaměření

Většina hranolových dalekohledů má centrální ohnisko. V tomto případě se nejprve upraví ostrost pro levý okulár (levé oko) otáčením centrálního zaostřovacího kolečka (kolečka); pak se v případě potřeby (pokud má pozorovatel rozdílnou zrakovou ostrost na levém a pravém oku) seřídí pravý okulár. Přeostřování dalekohledu na bližší či vzdálenější objekty se v budoucnu provádí pouze centrálním bubnem. Existují dalekohledy s individuálním nebo samostatným zaostřováním každého okuláru, to znamená, že okuláry nejsou spojeny mechanickým systémem. V tomto případě každé přeostření dalekohledu vyžaduje seřízení levého i pravého okuláru. Podle tohoto schématu se vyrábí dalekohledy s dálkoměrem nebo stupnicí goniometru, námořní dalekohledy s uzavřeným pouzdrem, specializované astronomické dalekohledy.

Některé dalekohledy nemají zaostřovací mechanismus jako takový: optický systém poskytuje podmíněně jasný obraz od určité vzdálenosti do nekonečna, podobně jako fotografická čočka nastavená na hyperfokální vzdálenost ( DOF ); přizpůsobení vzdáleným a blízkým předmětům je možné pouze díky přirozené schopnosti očí akomodovat . Mezi výhody dalekohledů s pevným ohniskem patří zjednodušení konstrukce a následně i snížení nákladů, zvýšení spolehlivosti díky absenci pohyblivých částí a vodotěsnost těla.

Někdy se musíte dívat dalekohledem na předměty, které jsou v těsné blízkosti, například motýl na květině. Taková pozorování vyžadují dalekohledy s minimální zaostřovací vzdáleností ne větší než 0,5-1,5 metru.

Osvícení systému

V technických charakteristikách dalekohledů se údaje o kvalitě optických prvků nacházejí jen zřídka, ačkoli na tom závisí výsledná kvalita obrazu:

  • nepotažená čočka odráží 4 - 5 % světelného toku;
  • jednovrstvá čočka  - asi 1 %;
  • multi-coated (MC) čočka - pouze 0,2% světla.

Vzhledem k tomu, že konstrukce dalekohledu nepoužívá jednu, ale několik čoček, je v praxi ztráta světla ještě větší. Například u dalekohledů skládajících se ze 6 nepotažených prvků (12 povrchů) bude ztráta světla přibližně 40 %, zatímco u stejného designu s čočkami s vícevrstvou (MC) povrchovou úpravou - pouze 2,4 % (tj. 17krát méně) . Optická vrstva také minimalizuje vnitřní odrazy, zlepšuje čistotu obrazu, reprodukci barev a kontrast.

Vícevrstvý povlak vnějších čoček dalekohledů můžete určit podle fialového nebo zeleného povlaku čoček za denního světla. Jednovrstvé osvícení je obvykle modré, s lehkým fialovým nádechem, ale existují výjimky z tohoto pravidla. Za doplňkový způsob určení pokrytí lze považovat intenzitu odrazu bodových zdrojů světla povrchem čoček a viditelnost tmavého pozadí (rozdíl je patrný zejména při srovnání vedle sebe). Vysoce kvalitní vícevrstvá vrstva poskytuje slabě rozeznatelný tmavý odraz s efektem absence čoček a jednovrstvá vrstva poskytuje jasnější a kontrastnější obraz.

Samostatně stojí za to zdůraznit případy, kdy povlak čočky vypadá jako zrcadlově červená nebo oranžová: nejedná se o povlak optiky, ale o povlak s funkcí světelného filtru. Obvykle se používá světelný filtr pro zlepšení kvality pozorování za mlhy. Takový filtr znatelně ořezává světlo v části spektra od červené po žlutou a částečně modrá, modrá, fialová spektra (tedy právě ty oblasti, na které je oko nejvíce náchylné) [7] .

Asférické prvky

Asférické čočky se také používají v konstrukci mnoha dalekohledů , zvyšují jasnost a kontrast obrazu a minimalizují optické zkreslení .

Rozšířený oční bod

Mnoho dalekohledů má prodloužený okulárový hrot kvůli velké pracovní délce okuláru. To znamená, že během pozorování je možné držet dalekohled v určité vzdálenosti od očí a přesto vidět celý obraz. V tomto případě je možné dívat se dalekohledem s brýlemi bez znehodnocení obrazu.

Stabilizace obrazu

Od konce 20. do začátku 21. století je v některých zařízeních instalován stabilizátor obrazu, tyto dalekohledy používají dva gyroskopy , napájené vestavěnými bateriemi, které obvykle vydrží několik hodin. Používají se tam, kde se pozorovatel obvykle nachází na pohyblivé ploše (navigace, letectví).

Poznámky

  1. Dalekohled // Encyklopedický slovník Brockhause a Efrona  : v 86 svazcích (82 svazcích a 4 dodatečné). - Petrohrad. , 1890-1907.
  2. Historie dalekohledu. Jak to všechno začalo Archivováno 30. března 2019 na Wayback Machine na zeiss.com
  3. Sveshnikova I. S., Zapryagaeva L. A., Guzeeva V. A., Filonov A. S. 2.3.3 Prisms // Základy geometrické optiky. - M. : Shiko, 2009. - 216 s. - ISBN 5-900758-42-7 .
  4. Spektrální hranoly // Fyzikální encyklopedie  : [v 5 svazcích] / Kap. vyd. A. M. Prochorov . - M .: Sovětská encyklopedie (sv. 1-2); Velká ruská encyklopedie (sv. 3-5), 1988-1999. — ISBN 5-85270-034-7 .
  5. Digitální dalekohled – jak vybrat? . Získáno 16. července 2019. Archivováno z originálu dne 16. července 2019.
  6. Rob Roy. Stárnoucí oči a velikost zornic //  Horizont událostí. - Hamilton Amateur Astronomers, 1996. - Duben ( díl 3 , č. 6 ). - S. 8 . Archivováno z originálu 28. září 2006.  
  7. Marks, WB, Dobelle, WH & MacNichol, E. F. Vizuální pigmenty jednotlivých čípků primátů   // Věda. - 1964. - Sv. 143 .