Бінокль

Біноклей (фр. binocle от лат. bini «два» + oculus «глаз») — оптичний прилад, що складається з двох паралельно розташованих і з'єднаних разом зорових труб, для спостереження віддалених предметів двома очима^[1]: завдяки цьому спостережливий бачить стереоскопічне зображення (на відміну від зорової труби).

 

 

З варіантів пристрою біноклів на практиці використовуються труби Галілея^[⇨] (прості пристрої з високою світлосилою й малим полем зору) і трубиенса^[⇨], які так само діляться залежно від застосованого рішення за конструкцією зорової труби (апризматичні, кілька класів призматичних).

Біноклі спеціалізуються за застосуванням: є театральні біноклі (компактні прилади з невисоким збільшенням), астрономічні біноклі (прибори для спостереження за астрономічними об'єктами), стаціонарні біноклі для оглядових майданчиків, а також спортивні, артилерійські, морські та інші. Деякі моделі біноклів комплектуються додатковими пристроями (наприклад, компасом, далекоміром), обладнуються гірорестабілізувальними компонентами, приладами нічного бачення.

Біноклі з трубами Галілея

 

 

У цих біноклях кожна зорова труба має об'єктив у формі позитивної лінзи й окуляр у формі негативної лінзи. Труба Галілея відразу дає пряме (неперевернуте) зображення, тому між об'єктивом і окуляром немає інших оптичних деталей. Перевагою біноклів Галілея є компактність — вони коротші та легші за всі інші типи біноклів. Брак — різке погіршення якості зображення у разі збільшення більше чотириразового. Біноклі з трубами Галілея зазвичай використовуються в театрах, на концертах та інших аналогічних заходах — більшість театральних біноклів сконструйована з трубами Галілея.

Біноклі з трубами 53

 

У біноклях із трубами 584 кожна зорова труба має й об'єктив, й окуляр у формі позитивної лінзи. Зазвичай, обидві лінзи є складниками. Труба33ера здатна давати високу якість зображення за великих збільшень. Але для цього світло має пройти велику відстань між об'єктивом і окуляром. Інший (і головний) брак труби 58 — перевернене зображення. Для виправлення перевернутості в біноклях використовують перевертальні лінзи або призми.

Біноклі з перевертальними лінзами (апризматичні)

 

 

В апризматичних біноклях між об'єктивом і окуляром поміщається обертальна система з однієї або двох лінз, яка повторно перевертає зображення. Центральний промінь у кожній трубі йде прямою лінією, без зламу. Відстань між центрами об'єктивів дорівнює відстані між центрами окулярів ( тобто відстані між зіницями). Тому неможливо застосовувати об'єктиви діаметром понад 65 мм. Але головною вадою таких біноклів є велика довжина.

Призматичні біноклі

У призматичних біноклях для повторного перекидання зображення (а заодно для укорочування бінокля) використовуються призми. На практиці застосовуються призми Порро, Абе та Шмідта — Пехана. Останні два типи призм відомі як «roof» («дбайливі»)^{[джерело не зазначене 1269 днів]}.

 

 

Італійський оптик Ігнаціо Порро 1854 року запатентував систему призм, яка одночасно й укорінює довжину бінокля, і випрямляє перевернутий образ. Вперше біноклі зі призмами Порро стала випускати фірма «Карл Цейс» наприкінці 1890-х років^[2]. У призмах Порро немає втрат на відбивних поверхнях^[3], оскільки використовується повне внутрішнє відбиття. Центральний промінь у кожній трубі чотири рази змінює напрямок. Відстань між об'єктивами зазвичай більша, ніж між зіницями ока. Це дає змогу використовувати об'єктиви великого діаметра, що важливо для астрономічних біноклів і великих морських біноклів. До того ж вони розширюють стереобазу, що підсилює стереоефект. Виробництво біноклів із призмами Порро трохи дешевше за інші призм. Зазвичай призми Порро використовуються в морських біноклях і багатьох польових біноклях. Недостатком системи Порро є велика ширина бінокля.

 

 

Призми Аббі названі за ім'ям винахідника Ернста Аббі, працівник фірми «Карл Цейс». Є три типи призм Аббі: одна дисперсійна^[4] і два типи обертових призм Аббі: тип 1 (призму Абе — Кеніга) і тип 2^{[джерело не зазначене 1130 днів]}. У сучасних біноклях із прямими трубами використовується призма Аббе — Кеніга, запатентована 1905 року. Центральний промінь у кожній трубі кілька разів змінює напрямок, але наприкінці повертається на первісну пряму. Відстань між центрами об'єктивів дорівнює відстані між центрами окулярів ( тобто відстані між зіницями). Тому неможливо застосовувати об'єктиви діаметром понад 65 мм. Недостатками призм Аббі — Кеніга вважалися також втрати світла на деяких відбивних поверхнях і на поверхнях склеювання. Але в дорогих біноклях спеціальні технології сильно зменшують втрати. Крім того, у призмах Аббі — Кеніга є фазовий зсув між променями світла, що проходять через різні частини призми, що зменшує яскравість і контрастність зображення. Однак, у дорогих біноклях є фазокрегулювальне покриття, що усуває цей недолік. Перевагою призм Аббі — Кеніга є компактністю бінокля. Також для таких призм простіше сконструювати герметичний прилад.

Для споживача біноклі з призмами Шмідта — Пехана не відрізняються від біноклів із призми Абе, за двома винятками: такі біноклі істотно дешевші, а втрати світла в них істотно більші.

Цифрові біноклі

Бінокль із цифровою відеофотокамерою, з цифровим зумом, трапляються з додатковими цифровими біноклі з функціями: GPS, з електронним компасом, висотоміром, є біноклі з функцією нічного знімання.^[5]

Основні параметри біноклів

Діаметр об'єктива

Зазвичай ці параметри вказуються на корпусі бінокля, наприклад «10×40».

• Перше число «10» — це кратність, вона повідомляє нам про те, що за допомогою цього бінокля можливе зображення об'єкта вдесятеро більше (у кутовій міру), ніж під час спостереження неозброєним оком.
• Друге число «40» показує вхідну апертуру об'єктива в міліметрах або, спрощуючи слова, діаметр його передньої лінзи. Чим більше лінза, тим більше світла вона збирає та дає яскравіше зображення.

Діаметр вихідної зіниці

Діаметр світлового пучка бінокля важливий під час спостереження в умовах сутінкового освітлення. Якщо діаметр вихідної зіниці бінокля буде меншим за діаметр зіниці людини, максимальний потенціал чутливості ока, що забезпечується ширшим зіницім людини, не буде залучений, що призведе до більш темного зображення, ніж можливо. І навпаки, якщо діаметр зіниці людини не розшириться до значення вихідної зіниці бінокля, буде втрачена частина його світлового потоку (особливо це критично щодо біноклів зі зранням 6 і більше мм) і бінокль працюватиме лише в частину сили, аналогічно біноклю з меншою апертурою, але має рівномірне (спопадання розмірів зіниці бінокля та людини) збільшення за тієї ж кратності.

Деном діаметр зіниці дорослої людини середніх років становить 3—4 мм, тоді як вночі зіниця людини розширюється до 7 мм (до 9 мм мм у деяких підлітків 15 років). З віком максимальний діаметр зіниці людини зменшується, у середньому до 6,5 мм у 30 років, 5,5 мм 45 років і 4,5 мм у 80 років^[6]. Відповідно, для перегляду з бінокля в умовах зниженої освітленості потрібні біноклі з діаметром вихідної зіниці не нижче 4 мм, а в нічну пору — 5—7 мм залежно від віку.

Фактор сутінку

Це відносна величина, яка залежить від кратності бінокля та діаметру вхідної лінзи об'єктива. Водночас якість оптики не враховується.

Фактор сутінку розраховується через множення кратності на діаметр передньої лінзи та витягання квадратного кореня з результату. У разі спостереження в умовах зниженого та сутінкового освітлення рекомендують біноклі з великим коефіцієнтом фактора сутінку.

Фокус

Більшість призмінних біноклів має центральне фокусування. У цьому разі різкість спочатку настроюється для лівого окуляра (лівого ока) через повороту центрального барабана (колеса) фокусування; потім, за потреби (якщо в спостерігача різна гострота зору на ліве та праве око) здійснюється підстроювання правого окуляра. Надалі перефокусування бінокля на ближчі або далекі об'єкти проводиться тільки центральним барабаном. Є біноклі з індивідуальним або роздільним фокусуванням кожного окуляра, тобто окуляри не пов'язані між собою механічною системою. У цьому разі кожне перефокусування бінокля вимагає підстроювання і лівого, і правого окуляра. За такою схемою виконуються біноклі з далекомірною або кутомерною шкалою, морські біноклі з герметичним корпусом, спеціалізовані астрономічні біноклі.

Деякі біноклі не мають механізму фокусування як такого: оптична система дає умовно чітке зображення від певної відстані до нескінченності аналогічно фотографічному об'єктиву, налаштованому на гіперфокальну відстань (ГРІП); настроювання на дальні та ближні предмети можлива тільки завдяки природній здатності очей до акомодації. До переваг біноклів із фіксованим фокусуванням можна віднести спрощення конструкції й, отже, змішування, підвищення надійності завдяки тому, що немає рухомих частин і вологозахищеності корпусу.

Іноді доводиться розглядати в бінокль об'єкти, що містяться в безпосередній близькості, наприклад, метелика на квітці. Для таких спостережень потрібна бінокль із мінімальною дистанцією фокусування не більш ніж 0,5—1,5 метра.

Просвітлення системи

У технічних характеристиках біноклів рідко трапляються дані про якість оптичних елементів, хоча саме від цього залежить кінцева якість зображення:

• непросвітлена лінза відбиває 4 — 5 % світлового потоку;
• лінза з одношаровим просвітленням — приблизно 1 %;
• лінза з багатошаровим (MC) просвітленням — лише 0,2 % света.

Оскільки в конструкції бінокля використовується не одна, а кілька лінз, на практиці втрати світла виявляються ще більшими. Наприклад, для бінокля, що складається із 6 непросвітлених елементів (12 поверхонь), втрати світла становитимуть приблизно 40 %, тоді як для такої ж конструкції з лінзами з багатошаровим (MC) просвітленням — лише 2,4 % (то є в 17 разів менше). Просвітлення оптики також мінімізує внутрішні відбиття, покращуючи чіткість, кольоропередавання та контраст зображення.

Визначити багатошарове просвітлення зовнішніх лінз бінокля можна за фіолетовим або зеленим покриттям лінз за денного світла. Одношарове просвітлення зазвичай блакитне, з легким фіолетовим відтінком, але бувають і винятки з цього правила. Додатковим способом визначення покриття можна вважати інтенсивність відбиття точкових джерел світла поверхнею лінз і чіткість темного фону (особливо різниця помітна, порівнюючи з боком об бік). Якісне багатошарове просвітлення дає слабкочутливе відбиття з ефектом відсутності лінз, а одношарове — яскравішу та контрастнішу картинку.

Окремо варто виділити випадки, коли покриття лінз має дзеркально-червоний або жовтогарячий вигляд: це не просвітлення оптики, а покриття з функцією світлофільтра. Зазвичай світлофільтр наноситься для поліпшення якості спостереження в умовах туману. Такий фільтр помітно обрізає світло в частині спектра від червоного до жовтого та почасти блакитний, синій, фіолетовий спектри (то є якраз ті діапазони, до яких очей максимально сприйнятливі)^[7].

Асферичні елементи

У конструкції багатьох біноклів застосовуються також асферичні лінзи, вони збільшують чіткість і контраст зображення, мінімізуючи оптичні спотворення.

Винесена окулярна точка

Багато біноклів мають винесену окулярну точку завдяки великому робочому відрізку окуляра. Це означає, що під час спостереження можна тримати бінокль на певній відстані від очей і водночас бачити повне зображення. У такому разі можна дивитися в бінокль в окулярах без погіршення зображення.

Стабілізація зображення

Стабілізатор зображення встановлюється в деякі прилади з кінця XX — початку XXI століття, у таких біноклях використовуються два гіроскопи, що працюють від вбудованих батарей, яких вистачає зазвичай на кілька годин роботи. Застосовуються там, де спостерігач зазвичай перебуває на рухомій поверхні (судхід, повітроплавання).