Joten miten kiikarit toimivat?
Tässä kattavassa oppaassa käyn läpi tieteen, joka perustuu siihen, kuinka kiikarin optiikka pystyy keräämään valoa ja esittämään sinulle suurennetun kuvan edessäsi olevasta näkymästä. Tulevissa artikkeleissa aion myös käydä läpi tarkennus- ja silmäkuppimekanismien päämekanismit ja saatavilla olevat vaihtoehdot.
Tällä tavalla olen varma, että ymmärrät sen loppuun mennessä, miten kiikarit toimivat, ja olet siten paljon paremmin valmistautunut valitessasi oikean instrumentin tarpeisiisi ja sitten kun se saapuu, pystyt asentamaan sen oikein ja käyttämään sitä niin. että saat parhaan hyödyn sen käytöstä. Aloitetaanpas:
Kaksi teleskooppia
Yksinkertaisimmassa muodossaan kiikarit koostuu kahdesta vierekkäin sijoitetusta kaukoputkesta. Joten aloittaaksemme ja tehdäksemme asioista hieman yksinkertaisempia, leikataan kiikari kahtia ja opitaan ensin, miten kaukoputki toimii, ja sitten laitamme ne takaisin yhteen:
Linssit, valo ja taitto
Pohjimmiltaan kiikarit toimivat ja suurentavat näkymää käyttämällä linssejä, jotka saavat valon tekemään jotain, joka tunnetaan nimellä taittuminen:
Avaruuden tyhjiön kautta valo kulkee suorassa linjassa, mutta kulkiessaan eri materiaalien läpi se muuttaa nopeutta.
Joten kun valo kulkee paksun väliaineen, kuten lasin tai veden, läpi, se hidastuu. Tämä saa yleensä valon aallot taipumaan, ja tätä valon taipumista kutsutaan taittumaksi. Valon taittuminen saa pillin näyttämään taittuneelta, kun se on vesilasissa. sillä on myös monia hyödyllisiä tarkoituksia, ja se on avain, jotta voit suurentaa katsomaasi.
Linssit
Pelkän litteän lasilevyn tai lasipalan sijaan instrumenteissa, kuten kaukoputkessa, kiikareissa ja jopa lukulaseissa, käytetään erikoismuotoiltuja lasilinssejä, jotka usein koostuvat useista yksittäisistä linssielementeistä, jotka pystyvät paremmin hallitsemaan valoaaltojen taipumista. .
Objektiivin linssi
(se, joka on lähinnä katsomaasi kohdetta) on kiikarin muotoinen kupera, mikä tarkoittaa, että sen keskiosa on paksumpi kuin sen ulkopuoli. Se tunnetaan suppenevana linssinä, se vangitsee valon kaukaisesta kohteesta ja sitten taittumisen kautta saa valon taipumaan ja yhtymään (konvergoimaan) kulkiessaan lasin läpi. valoaallot tarkentuvat sitten linssin takana olevaan pisteeseen.
Okulaarin linssi
sitten ottaa tämän keskittyneen valon ja suurentaa sen, missä se sitten siirtyy silmiisi.
Suurennus
Ensinnäkin valo etenee kohteesta ja todellinen kuvaAtuotetaan objektiivin avulla. Tämä kuva suurennetaan sitten okulaarilinssillä ja sitä tarkastellaan virtuaalisena kuvanaB. Tuloksena on, että suurennetut esineet näyttävät siltä kuin ne olisivat edessäsi ja lähempänä kohdetta.
6x, 7x, 8, 10x tai enemmän.
Kuvan suurennus määräytyy objektiivin polttovälin suhteella jaettuna okulaarin linssin polttovälillä.
Joten esimerkiksi suurennuskerroin 8 tuottaa virtuaalisen kuvan, joka näyttää 8 kertaa kohdetta suuremmalta.
Tarvittava suurennus riippuu käyttötarkoituksesta, ja usein on virhe olettaa, että mitä suurempi teho, sitä parempi kiikari, koska suuremmat suurennokset tuovat mukanaan myös monia haittoja. Katso lisätietoja tästä artikkelista: Suurennus, vakaus, näkökenttä ja kirkkaus
Kuten yllä olevasta kaaviosta näkyy, virtuaalikuva on käännetty. Alla tarkastellaan, miksi näin tapahtuu ja miten se korjataan:
Kuva ylösalaisin
Tämä on hienoa, ja tarina voi päättyä tähän, jos teet yksinkertaisesti kaukoputken esimerkiksi tähtitieteen käyttöön.
Itse asiassa voit melko helposti tehdä yksinkertaisen kaukoputken ottamalla kaksi linssiä ja erottamalla ne suljetulla putkella. Itse asiassa suurin piirtein näin luotiin ensimmäinen kaukoputki.
Sen läpi katsoessasi huomaat kuitenkin, että näkemäsi kuva käännetään ylösalaisin ja peilataan. Tämä johtuu siitä, että kupera linssi saa valon ylittämään sen lähentyessään.
Itse asiassa voit hyvin helposti osoittaa tämän, jos pidät suurennuslasia noin käsivarren pituudelta ja katsot joitain kaukana olevia esineitä sen läpi. Näet, että kuva on ylösalaisin ja käänteinen peilikuva.
Kaukaisten tähtien tarkastelussa tämä ei ole ongelma, ja monet tähtitieteelliset teleskoopit tuottavatkin oikaisemattoman kuvan, mutta maanpäällisiin tarkoituksiin tämä on ongelma. Onneksi on olemassa muutamia ratkaisuja:
Kuvan korjaus
Kiikareissa ja useimmissa maanpäällisissä kaukoputkissa (tarkkailutähtäimet) tämä voidaan tehdä kahdella tavalla käyttämällä okulaariin koveraa linssiä tai prismoja pystyttävää kuvaa:
Galilean optiikka
Galileo Galilein 1600-luvulla keksimissä teleskoopeissa käytetty Galilean Optics käyttää kuperaa objektiivilinssiä tavalliseen tapaan, mutta vaihda se okulaarin koveraksi linssijärjestelmäksi.
Kovera linssi, joka tunnetaan myös nimellä hajoava linssi, saa valonsäteet leviämään (hajoamaan). Joten jos se asetetaan oikealle etäisyydelle kuperasta objektiivilinssistä, se voi estää valoa kulkemasta yli ja siten estää kuvan kääntymisen ylösalaisin.
Edullinen ja helppo valmistaa, tämä järjestelmä on edelleen käytössä Opera & Theatre -kiikareissa tähän päivään asti.
Huonona puolena on kuitenkin se, että suuren suurennuksen saaminen on vaikeaa, kuvakenttä on melko kapea ja kuvan reunoilla on paljon epäterävyyttä.
Näistä syistä prismajärjestelmä nähdään useimmissa käyttötarkoituksissa parempana vaihtoehtona:
Keplerian optiikka prismoilla
Toisin kuin Galilean Optics, joka käyttää okulaarissa koveraa linssiä, Keplerian optisessa järjestelmässä käytetään kuperia linssejä sekä objektiiveja että okulaarilinssejä, ja sitä pidetään yleisesti Galileon suunnittelun parannuksena.
Kuvaa on kuitenkin vielä korjattava ja tämä saavutetaan käyttämällä prismaa:
Korjaa käänteinen kuva
Useimmat nykyaikaiset kiikarit toimivat peilin tavoin pystyttävät prismat, jotka heijastavat valoa ja muuttavat siten suuntaa ja korjaavat kuvaa.
Vaikka tavallinen peili on täydellinen katsoaksesi itseäsi aamulla, kiikarissa ei olisi hyvä, jos valo vain heijastuisi 180 astetta ja takaisin sinne, mistä se tuli, koska et silloin koskaan voisi nähdä kuvaa.
Porron prismat
Tämä ongelma ratkaistiin ensin käyttämällä Porro-prismaparia. Italialaisen keksijän Ignazio Porron mukaan nimetty yksittäinen Porro-prisma, kuten peili, myös heijastaa valoa 180 astetta ja takaisin siihen suuntaan, josta se tuli, mutta se tekee sen samansuuntaisesti tulevan valon kanssa eikä suoraan samaa polkua pitkin.
Joten tämä todella auttaa, koska sen avulla voit sijoittaa kaksi näistä Porro-prismoista suorassa kulmassa toisiinsa nähden, mikä puolestaan tarkoittaa, että voit sitten heijastaa valoa niin, että se ei vain suuntaa käänteistä kuvaa, vaan myös antaa sen jatkaa tehokkaasti. samaan suuntaan ja kohti okulaareja.
Itse asiassa nämä kaksi suorassa kulmassa asetettua Porro-prismaa antavat kiikareille perinteisen, ikonisen muodon, ja siksi niiden okulaarit ovat lähempänä toisiaan kuin objektiivin linssit.
Kattoprismat
Porro-prisman lisäksi on useita muita malleja, joilla jokaisella on omat ainutlaatuiset etunsa.
Kaksi niistä, Abbe-Koenig-prisma ja Schmidt-Pechan-prisma, ovat kattoprismoja, joita käytetään nykyään yleisesti kiikareissa.
Näistä Schmidt-Pechan-prisma on yleisin, koska sen avulla valmistajat voivat valmistaa kompaktimman, ohuemman kiikarin okulaarien kanssa objektiivien kanssa. Huono puoli on, että ne vaativat useita erikoispinnoitteita saavuttaakseen täydellisen sisäisen heijastuksen ja eliminoidakseen ilmiön, joka tunnetaan nimellä vaihesiirto.
Miksi kiikarit ovat lyhyempiä kuin kaukoputket
Toinen prismien käytön etu on, että koska valo käännetään kahdesti, kun se kulkee prisman läpi ja palaa siten takaisin itseensä, sen kulkema matka kyseisessä tilassa kasvaa.
Tästä syystä kiikarin kokonaispituutta voidaan lyhentää, kun myös objektiivilinssien ja okulaarin välinen etäisyys pienenee, ja tästä syystä kiikarit ovat lyhyempiä kuin taiteteleskoopit samalla suurennuksella, koska niiltä puuttuu prisma.