Добро пожаловать на наш астрономический форум! Здесь вы сможете получить толковые ответы на свои вопросы по любительской астрономии основанные на опыте и знаниях, а не на догадках, мифах и чтении Интернета по диагонали. Если вы решили присоединиться к нам - придерживайтесь и Вы в своих ответах этих правил.

Форум переехал на последнюю версию движка, возможны некоторые шероховатости.

Бинокли

Конструкция механики телескопа, технологические приемы и проч. ноу хау.
Ответить
Аватара пользователя
Ernest
Основатель
Сообщения: 10761
Зарегистрирован: 12 окт 2009, 10:55
Откуда: Санкт-Петербург, Бухарестская, д.33, к.1

Бинокли

Сообщение Ernest » 29 сен 2013, 11:33

Характеристики и особенности биноклей

Бинокль — оптический прибор, состоящий из двух параллельно расположенных зрительных труб соединённых вместе, для наблюдения удалённых предметов двумя глазами. Наблюдение двумя глазами повышает комфорт наблюдателя (и соответственно делает необременительными длительные наблюдения), дает мозгу наблюдателя больше информации, предоставляет стереоскопическое изображение и возможность оценивать относительное положение наблюдаемых предметов в глубину. Бинокли обычно имеют компактное исполнение, небольшие увеличения и предназначены для наблюдений с рук. В конструкции биноклей обычно уделяется особенное внимание их устойчивости к тяжелым условиям эксплуатации (удароустойчивость, пыле-влагозащита). Бинокли нашли широкое применения в военно-полевой практике, у охотников и прочих натуралистов, в морском деле, у зрителей всевозможных зрелищных мероприятий.

см. неплохой сайт посвященный обзору лучших биноклей: http://www.bestbinocularsreviews.com/bi ... nd_details" onclick="window.open(this.href);return false;

Ключевые моменты

  • Прямое изображение - для оптической схемы бинокля как для подзорной трубы требуются прямая ориентация изображения - верх изображаемого предмета сверху, левое не путается с правым (позволяют читать тексты).
  • Умеренное увеличение - это характерно для ручного обзорного оптического наблюдательного прибора. Слишком большое увеличение делает затруднительным использование бинокля с рук ввиду колебаний и вибрации изображения.
  • Большое поле зрения - очень узкое поле зрения не способствует оперативности использования бинокля - пока "накроешь" его полем зрения интересующий объект (часто подвижный) нужда в наблюдениях может и пропасть. Кроме того широкое поле зрения позволяет меньше смещать визирную линию наблюдательного прибора сопровождая перемещения цели.
  • Компактная конструкция - бинокль как правило должен сопровождать наблюдателя в самых неблагоприятных условиях и не должен слишком обременять его. Отсюда требование к небольшому размеру и весу этого прибора.
  • Легкость адаптации - бинокль должен позволять использовать его наблюдателям с различными анатомическими особенностями (прежде всего с разным расстоянием между глазами), теми или иными отклонениями в части зрения (той или иной степенью близорукости - возможно разной для левого и правого глаза), при наблюдениях как относительно близких, так и удаленных предметов.
  • Соосность каналов - конструкция бинокля должна обеспечивать хорошую соосность оптических осей левой и правой труб (по вертикали с точностью порядка градуса), чтобы не перегружать зрение наблюдателя сведением изображений левого и правого каналов в одно.

Системы оборачивания и уменьшения продольных габаритов

Для сокращения продольных габаритов труб бинокля и оборачивания изображения (без системы оборачивания объективы строят изображения развернутые на 180 градусов против оригинала - вверх ногами) придумано множество конструктивных приемов. Из них наибольшее распространение получили следующие:
  • Система Порро из пары скрещенных прямоугольных призм (в сумме четыре отражения). Одна призма (два полных внутренних отражения) меняет ход света на противоположное, смещает оптическую ось и меняет ориентацию изображения вдоль одной оси. Вторая восстанавливает направление хода света (хотя и со смещением против оригинального), меняет ориентацию второй оси изображения делая итоговую ориентацию прямой. Нетрудно показать, что кроме оборачивания система призм Порро попутно сокращает длину трубы как минимум на 4*d/n, где d - световой диаметр поперечного сечения светового пучка, n - показатель преломления стекла. См. http://en.wikipedia.org/wiki/Porro_prism" onclick="window.open(this.href);return false;
    Менее распространена система призм Порро II или Аббе-Порро, которая составлена из трех призм: двух прямоугольных по-меньше с одним отражением и большой прямоугольной призмы с двумя отражениями. См. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1% ... 1%80%D0%BE" onclick="window.open(this.href);return false;
    Кстати, чем больше показатель преломления стекла, тем больше может быть светосила объектива бинокля и соответственно меньше длина его труб, больше доступное поле зрения.
    Pafnutiy писал(а):В старых американских журналах для ЛА, бинокли с порро призмами делили в рекламе на два вида - с американскими призмами (огромные призмы, а л'я японский Таско ньюпорт ) и с немецкими призмами (как цейсы или наши бинокли).
    roof_porro.jpg
    roof_porro.jpg (39.12 КБ) 5929 просмотров
  • Система призм с "крышей" (Roof, Dach) состоит из блока двух-трех призм, на одной из которых отражающая грань имеет особенную конструкцию подобную двускатной крыше (с углом между гранями ее образующими 90 градусов). Такая система призм обеспечивает соосность объектива и окуляра с одновременным полным оборачиванием изображения. Обычно это система призм Пехана: полупентапризма (одно полное внутренне отражение, а второе отражение от грани с зеркальным покрытием), которая меняет направление хода света на 45 градусов, и затем призма Шмидта с крышей (четыре полных внутренних отражения), которая возвращает направление хода света на оригинальное (без сдвига оптической оси) и вносит полное оборачивание изображения. Можно показать, что кроме оборачивания система призм Пехана немного сокращает длину трубы (на (4.75/n - 1.23)*d, где d - световой диаметр поперечного сечения светового пучка, n - показатель преломления стекла). Система призм Пехана "не любит" светосильных объективов, что заставляет удлинять конструкцию бинокля, она имеет чуть большие светопотери (на зеркальном покрытии), высокая цена производства (угол между гранями "крыши" должен быть выдержан с с точностью до секунд).
    Есть альтернативная система призм с крышей Аббе-Кёнига, которая не требует зеркального покрытий, но почти не сокращает длину оптической схемы, имеет большие продольные габариты.
    Наличие "крыши" в призменном блоке требует решения проблем сфазирования. Условия полного внутреннего отражения на крыше таковы, что на двух половинках апертуры набегает приличная разница в фазе световой волны. Эта разница приводит к двоению изображения (на большом увеличении), уменьшению яркости изображения и появлению дифракционных лучей вокруг ярких источников света попадающих в поле зрения. Для компенсации этой разницы по фазе в дорогих версиях биноклей на поверхность одной из половинок "крыши" наносят специальное компенсирующее покрытие.
    Все проблемы призменных систем оборачивания с крышей компенсируются возможностью иметь прямые трубы бинокля с минимальным поперечным габаритом.
  • Система Галилея использует отрицательный окуляр. В итоге происходит оборачивание и одновременное сокращение длины трубы примерно на величину двух фокусных расстояний окуляра. Сокращение трубы тем больше, чем меньше увеличение. Это определило использование этот системы в конструкции театральных биноклей с их небольшими увеличениями (2х-4х).

Системы фокусировки и диоптрийной настройки

  • Центральная фокусировка (CF) - механика биноклей, которая обеспечивает их фокусировку (на более или менее близкие предметы) одной ручкой (колесиком) для обоих глаз наблюдателя. Обычно такой способ фокусировка сочетается с диоптрийной подстройкой одного из окуляров (обычно левого) под разницу в близорукости левого и правого глаз наблюдателя. Осуществляется или синхронным смещением блока окуляров (внешняя фокусировка, которая способствует накоплению пыли внутри корпуса бинокля), или смещение внутренних оптических элементов (обычно это более дорогое решение используемое в биноклях с крышей).
  • Раздельная фокусировка (IF) - упрощенная механика фокусировки окуляров биноклей, когда фокусировка для каждого глаза осуществляется раздельно (обычно поворотом окуляров). Это менее удобно в случае наблюдений земных предметов и необходимости частой перефокусировки на по разному удаленные предметы.
  • Фиксированная фокусировка или постоянная фокусировка - механика самых дешевых биноклей небольшого увеличения вообще без фокусировки. В таких биноклях нет возможности подстроиться на более близкие предметы, зато упрощенная более устойчивая к эксплуатационным проблемам механика.

Системы стабилизации

...

Системы смены увеличения

...

Основные характеристики биноклей

  • Увеличение то во во сколько раз бинокль "приближает" наблюдаемые предметы или, правильнее говоря, увеличивает их видимые размеры. Чем больше увеличение (Г), тем больше деталей можно рассмотреть на удаленных предметах. Но тем больше и эффект от дрожания рук, которые держат бинокль и неустойчивости платформы (например, палубы судна). Чем больше увеличение, тем как правило меньше поле зрения бинокля - труднее ориентироваться, на что именно он наведен, дольше время сканирования в поисках интересующего объекта.
    Малые увеличения 2-4х обычны для театральных биноклей, которым требуется как можно большее поле зрения. Средние увеличения 6-8х используются в полевых биноклях, использование которых не предполагает устойчивой опоры и платформы, с которой производятся наблюдения. Повышенные увеличения 10х-12х используют в морских биноклях и биноклях охотников, с удаленными или мелкими целями и возможностью наблюдений с опоры. Очень большие увеличения 14-16х и более предполагают наблюдения с использованием специальных монтировок или других способов стабилизации изображений.
    Измерить реальное увеличение бинокля попавшего в ваши руки можно опосредовано: разделив диаметр его входной апертуры на диаметр выходного зрачка.
  • Апертура - диаметр линз объектива бинокля (D), его светосила. Чем больше диаметр линз объектива, тем ярче изображение (при том-же увеличении) или по-другому - тем большее увеличение может предложить бинокль с сохранением яркости изображения. Но, понятное дело, тем больше габариты и вес инструмента, труднее его удерживать, обременительнее переносить. Большая апертура в дневных условиях часто оказывается невостребованной - радужная оболочка нормально адаптированного глаза (2-3 мм) просто обрежет большую ее часть. Например, для 10-кратного бинокля в яркий солнечный день физиология зрения наблюдателя едва-ли позволит использовать более 30 мм его входной апертуры (положим диаметр зрачка наблюдателя 3 мм, умножаем на 10х и получаем указанный предел входной апертуры). Обычно, именно, увеличение и апертура указывается в сокращенном обозначении биноклей. Например, 10х50 - бинокль с увеличением 10 крат и диаметром линз объектива 50 мм.
    Реальную входную апертуру бинокля можно измерить методом хода лучей в обратном ходе. Надо аккуратно выставить фокусировку бинокля на "бесконечность". Затем следует уложить бинокль на горизонтальную поверхность (стол, табурет) перед стеной с прислоненной к ней линейкой. Подсветите окуляр одного из каналов с расстояния 30-40 см ярким светодиодным фонариком (желательно с точкой свечения по-меньше). Свет пройдет через оптику бинокля в обратном ходе и на стене появится резкий круг света диаметром равным входной апертуре. Дело за немногим измерить диаметр этого круга.
  • Поле зрения - то насколько большой сектор предметов будет виден через окуляры бинокля. Чем больше поле зрения, тем больше видно через бинокль за один взгляд. Но широкоугольные бинокли дороже так как требуют большего размера призм, сложной конструкции окуляров, тяжелее.
    Обычно в метрических спецификациях биноклей указывают линейный размер Y1000 видимого поля зрения на расстоянии 1000 метров от наблюдателя. Например, бинокль 10х42 с полем зрения 115 метров на расстоянии 1000 метров. Используя эти данные нетрудно определить линейный размер поля зрения на другом расстоянии: Y = L·Y1000/1000. Например, на расстоянии L = 2.5 км бинокль с полем зрения Yo = 115 м на 1000 м покажет сектор диаметром 2500*115/1000 = 287 метров. На некоторых англоязычных ресурсах поле зрения бинокля указывают в футах на расстоянии в 1000 ярдов. Это нетрудно перевести в метрическую меру, достаточно разделить указанные футы на три. Например, бинокль который показывает 262.5 футов на расстоянии 1000 ярдов, будет показывать 262.5/3 = 87.5 метра на расстоянии 1000 метров..
    Стоит, вероятно, обратить внимание на то, что линейное поле - практически удобная и наглядная характеристика - почти ничего не говорит о степени совершенства оптики бинокля. Для оценки того, насколько широким представится поле зрения для глаз наблюдателя в окулярах бинокля важнее угловое поле зрения его окуляров (W')- угловая величина видимого сектора поля зрения. Недорогие бинокли с рядовыми окулярами имеют поле зрения около 50 градусов, широкоугольные - порядка 60-65°, сверхширокоугольные дорогие - более 70°. Линейное поле зрения Y1000 бинокля нетрудно перевести в угловое 57.3°·Y1000/1000, а угловое поле зрения окуляров легко посчитать по формуле 57.3°·Г·Y1000/1000 = Г·Y1000/17.5, где Г - увеличение окуляра. Скажем, рассмотренный выше бинокль c Y1000 = 115 м, имеет угловое поле зрения 57.3°·115/1000 = 6.6 градуса. А поле зрения окуляров 57.3°·10·115/1000 = 6.6·10 = 66 градусов.
    Измерить реальное поле зрения бинокля нетрудно. Разместите в 10 метрах от его объективов перпендикулярно направлению на бинокль 2-метровый отрезок рулетки с хорошо читаемыми рисками. Ну и посмотрите через окуляр сколько сантиметров этой рулетки диаметрально пересекающей поле зрения будет видно в нем. Например, видно 115 см - это значит линейное поле зрения этого бинокля 115 метров на дистанции 1000 метров. Пересчет в угловое поле см. выше.
  • Диаметр выходного зрачка определяет яркость изображения, которое строит бинокль и его пригодность для сумеречных наблюдений. Выходной зрачок окуляров - уменьшенное изображение линз объектива, место через которое из окуляра выходят световые лучи. Диаметр выходного зрачка бинокля d равен диаметру апертуры бинокля D деленному на увеличение Г: d = D/Г. Например, для бинокля 10х50 (Г = 10, D = 50 мм) диаметр выходного зрачка равен d = 50/10 = 5 мм. Чем больше диаметр вых. зрачка, тем ярче изображение, лучше различаются цвета, ну... пока этот диаметр меньше диаметра зрачка наблюдателя. В сумерках диаметр зрачка наблюдателя 7-8 миллиметров, пасмурным днем - 4-5 мм, в солнечную погоду 2-3 мм. При наблюдениях в сумерки требуются бинокли с выходным зрачком 5-6 мм, для дневных наблюдениях достаточно иметь выходной зрачок бинокля диаметром 2.5-3.5 мм.
    Диаметр выходного зрачка измерить проще всего. Надо найти место его локализации - как правило в плоскости наружной поверхности наглазника и, направив объективы на протяженный светлый предмет (стенку, потолок), просто измерить диаметр их светящегося кружка.
  • Стереопластика дает возможность ощущать при наблюдениях в бинокль глубину изображения, стереоэффект. Этот параметр рассчитывается произведением увеличения на коэффициент превышения стереобазы. Коэффициент превышения стереобазы это отношение базы бинокля (расстояние между осями его объективов) к межцентровому расстоянию наблюдателя (расстояние между его зрачками). Например, межцентровое наблюдателя 64 мм, расстояние между осями объективов 80 мм, увеличение бинокля 10х. Стереопластика этого бинокля получается равной 10·(80/64) = 12.5.
  • Вынос выходного зрачка - расстояние от глазной линзы окуляра до выходного зрачка (изображения входной апертуры через окуляр). Чем вынос больше, тем комфортнее наблюдения и меньше ограничений на видимость поля зрения при наблюдениях в очках. Обычно "хороший" вынос выходного зрачка составляет 18-20 мм и при диаметре глазной линзы более 20 мм.
  • Просветляющие покрытия оптических поверхностей. На пути света в оптической схеме типичного бинокля большое количество стекла: линз и призм. На каждой поверхности стекло/воздух происходит бликование (часть света отражается). Отразившийся "паразитный" свет затем может отразиться еще раз и засветить изображение светлой вуалью, снизить его контраст или привести к появлению "духов" (видимые в поле зрения изображения - обычно расфокусированные - ярких объектов), исказить цветовые тона рассматриваемой картинки. Просветляющие покрытия призваны уменьшить вред от бликования. В дорогих моделях многослойные (особенно эффективно подавляющие отражения) просветляющие покрытия наносят на все поверхности стекло/воздух оптических деталей, включая и довольно дорогие фазовые покрытия призм с "крышей". В дешевых используют рядовые (одно- двухслойные) просветляющие покрытия линз, а про призмы часто и вовсе забывают. Иногда просветляющее покрытие (часто с ярким цветным бликом зеленого или оранжевого цвета) наносят только на наружные поверхности линз бинокля, оставляя внутренние поверхности непросветленными.
    Особенно стоит отметить так называемое "рубиновое" покрытие наружной поверхности объектива некоторых биноклей. Эти бинокли изначально предполагалось использовать в сумерки на охоте (для контрастирования силуэтов оленей на фоне листвы). При дневном использовании эти бинокли строят изображение сильно отдающее в зелень и голубизну. Теперь наличие такого покрытия, как правило - признак самого дешевого сектора биноклей.
  • Изоляция и обрезинивание корпуса и внутреннего объема позволяют избежать проблем при окунании бинокля в воду (чего не случается в походных условиях), орошения и запыленности линз изнутри, что особенно важно при перепадах температур использования и для получения чистого контрастного изображения.
  • Сумеречный фактор (сумеречное число) - корень квадратный из произведения увеличения бинокля на диаметр входной апертуры объектива бинокля. Чем больше это расчетная величина, тем больше бинокль подходит для наблюдений в условиях недостаточной освещенности (в сумерки).

Список параметров бинокля для оценки его качества

  • Базовые
    • Увеличение (заявленное и реальное)
    • Апертура (заявленная, реальная и диаметр объективной линзы)
    • Поле зрения (линейное, угловое и видимое - заявленные и реальные)
    • Минимальная дистанция фокусировки (заявленное и реальное)
    • Вес
    • Габариты
  • Особенности конструкции
    • Тип и материал призм
    • Материал и цвет корпуса
    • Оптическая схема (в том числе использование особых стёкол)
    • Тип и диапазон фокусировки
    • Тип и диапазон диоптрийной подстройки
    • Тип и диапазон подстройки межцентрового расстояния
    • Есть-ли адаптер для установки на штатив
    • Водонепроницаемость, аргоновое или азотное заполнение
    • Тип и материал наглазников
  • Оптическое качество
    • Диаметр, искажение формы и вынос выходного зрачка
    • Диаметр глазной линзы
    • Наличие блекаутов
    • Обрезание поля зрения при наблюдениях в очках
    • Качество изображения в центре поля зрения
    • Размер аберрационного пятна на краю поля зрения при максимальном раскрытии зрачка наблюдателя (в сумерки)
    • Вид края поля зрения (края полевой диафрагмы)
    • Оценка дисторсии (искажения формы изображения)
    • Оценка оценка контраста изображения
    • Виньетирование края поля зрения
    • Искажения цветности
    • Степень защиты от посторонней засветки
    • Бликование
    • Просветляющие покрытия
  • Механическое качество
    • Усилие и удобство фокусировки
    • Усилие и удобство диоптрийной настройки
    • Усилие и удобство изменения межцентрового расстояния
    • Диапазон изменения расстояния между осями объективов
    • Качество взаимной коллимации труб бинокля
  • Комплектация
    • Надежность упаковки
    • Крышечки на линзы
    • Наличие, материал и удобство чехла
    • прочие аксессуары
  • Дополнительные фишки
    • дальномер
    • компас
    • зуммирование
    • стабилизация

Назад к оглавлению статей

Ответить