Så hvordan virker en kikkert?
I denne omfattende guide vil jeg gennemgå videnskaben bag, hvordan optikken i en kikkert er i stand til at opsamle lys og derefter præsentere dig for et forstørret billede af udsigten foran dig. I fremtidige artikler planlægger jeg også at gennemgå hovedmekanikken bag, hvordan fokus- og øjenkopmekanismerne fungerer, og rækken af forskellige tilgængelige muligheder.
På denne måde er jeg sikker på, at du ved afslutningen af det vil forstå, hvordan en kikkert fungerer og dermed være langt bedre forberedt, når du vælger det rigtige instrument til dine behov, og så når det kommer, være i stand til at indstille det korrekt og bruge det så at du får det bedste ud af at bruge det. Lad os begynde:
To teleskoper
I sin enkleste form består et sæt kikkerter i det væsentlige af to teleskoper placeret side om side. Så for at starte med og for at gøre tingene lidt enklere, lad os skære vores kikkert i to og først lære, hvordan et teleskop fungerer, og så vil vi sætte dem sammen igen til sidst:
Linser, lys & brydning
Grundlæggende er, hvordan kikkerter fungerer og forstørrer et billede, ved at bruge linser, der får lys til at gøre noget kendt som brydning:
Gennem rummets vakuum bevæger lys sig i en lige linje, men når det passerer gennem forskellige materialer, ændrer det hastighed.
Så når lyset passerer gennem et tykt medium som glas eller vand, bliver det langsommere. Dette får generelt lysbølgerne til at bøje, og det er denne bøjning af lys, der kaldes brydning. Lysbrydning er det, der får et sugerør til at se ud som om det er bøjet, når det er i et glas vand. det har også mange nyttige formål og er nøglen til at kunne forstørre det, du ser på.
Linser
I stedet for blot at bruge en simpel flad plade eller blok af glas, bruger instrumenter som teleskoper, kikkerter og endda læsebriller specialformede glaslinser, der ofte består af en række individuelle linseelementer, der bedre er i stand til at kontrollere bøjningen af lysbølgerne .
Objektivlinsen
(den, der er tættest på det objekt, du ser på) på en kikkert er konveks i form, hvilket betyder, at midten af den er tykkere end ydersiden. Kendt som en konvergerende linse, fanger den lyset fra en fjern genstand, og gennem brydning får den lyset til at bøje sig og samles (konvergerer), når det passerer gennem glasset. lysbølgerne fokuserer derefter på et punkt bag linsen.
Okularlinsen
tager derefter dette fokuserede lys og forstørrer det, hvor det så passerer videre og ind i dine øjne.
Forstørrelse
For det første rejser lyset fra motivet og et rigtigt billedeAproduceres af objektivlinsen. Dette billede forstørres derefter af en okularlinse og ses som et virtuelt billedeB. Resultatet er, at forstørrede objekter ser ud, som om de var foran dig og tættere på end motivet.
6x, 7x, 8, 10x eller mere.
Hvor meget billedet bliver forstørret, bestemmes af forholdet mellem objektivlinsens brændvidde divideret med okularlinsens brændvidde.
Så en forstørrelsesfaktor på for eksempel 8 vil producere et virtuelt billede, der ser 8 gange større ud end motivet.
Hvor meget forstørrelse du har brug for afhænger af den tilsigtede brug, og det er ofte en fejl at antage, at jo højere effekt, jo bedre er kikkerten, da højere forstørrelser også medfører mange ulemper. For mere, tag et kig på denne artikel: Forstørrelse, stabilitet, synsfelt og lysstyrke
Som du også kan se i diagrammet ovenfor, er det virtuelle billede inverteret. Nedenfor vil vi se på, hvorfor dette sker, og hvordan det bliver rettet:
Billede på hovedet
Det er fantastisk, og historien kan slutte her, hvis du blot laver et teleskop til brug som astronomi.
Faktisk kan du ganske nemt lave et simpelt teleskop ved at tage to linser og adskille dem med et lukket rør. Det er faktisk stort set sådan, det første teleskop nogensinde blev skabt.
Men det, du vil bemærke, når du kigger igennem det, er, at det billede, du ser, bliver vendt på hovedet og spejlet. Dette skyldes, at en konveks linse får lyset til at krydse over, når det konvergerer.
Faktisk kan du meget nemt demonstrere dette, hvis du holder et forstørrelsesglas ud i en armslængde og ser på nogle fjerne objekter gennem det. Du vil se, at billedet bliver vendt på hovedet og spejlvendt.
For at se på fjerne stjerner er dette egentlig ikke et problem, og mange astronomiteleskoper producerer faktisk et ikke-korrigeret billede, men til jordbaseret brug er dette et problem. Heldigvis er der et par løsninger:
Billedkorrektion
For kikkerter og de fleste terrestriske teleskoper (spotting scope) er der to hovedmåder at gøre dette på, ved at bruge en konkav linse til okularet eller et billede, der rejser prismer:
Galilæisk optik
Brugt i teleskoper opfundet Galileo Galilei i det 17. århundrede, bruger Galilean Optics en konveks objektivlinse på normal vis, men ændrer denne til et konkavt linsesystem til okularet.
Også kendt som en divergerende linse, den konkave linse får lysstråler til at spredes fra hinanden (divergerer). Så hvis den placeres i den korrekte afstand fra den konvekse objektivlinse, kan den forhindre lyset i at krydse og dermed stoppe billedet i at blive omvendt.
Lave omkostninger og let at lave, dette system bruges stadig på opera- og teaterkikkerter den dag i dag.
Men ulemperne er, at det er svært at opnå en høj forstørrelse, du får et ret smalt synsfelt og du får en høj grad af billedsløring på billedets kanter.
Det er af disse grunde, at et prismesystem for de fleste anvendelser ses som et bedre alternativ:
Keplerian optik med prismer
I modsætning til Galilean Optics, der bruger en konkav linse i okularet, bruger Keplerian optiske system konvekse linser til objektiverne såvel som okularlinser og anses generelt for at være en forbedring af Galileos design.
Billedet skal dog stadig korrigeres, og dette opnås ved brug af et prisme:
Ret det omvendte billede
De fleste moderne kikkerter fungerer som et spejl og bruger opretstående prismer, der reflekterer lyset og dermed ændrer orienteringen og korrigerer billedet.
Mens et standardspejl er perfekt til at se på dig selv om morgenen, ville det i en kikkert ikke være godt, hvis lyset blot blev reflekteret 180 grader og tilbage til, hvor det kom fra, da du aldrig ville være i stand til at se billedet.
Porro Prismer
Dette problem blev først løst ved at bruge et par Porro-prismer. Opkaldt efter den italienske opfinder Ignazio Porro, et enkelt Porro-prisme, som et spejl, reflekterer også lyset 180 grader og tilbage i den retning, det kom fra, men det gør det parallelt med det indfaldende lys og ikke direkte langs samme vej.
Så dette hjælper virkelig, fordi det giver dig mulighed for at placere to af disse Porro-prismer vinkelret på hinanden, hvilket igen betyder, at du så kan reflektere lyset, så det ikke kun re-orienterer det omvendte billede, men også effektivt tillader det at fortsætte i samme retning og mod okularerne.
Det er faktisk disse to Porro-prismer placeret i rette vinkler, der giver kikkerten deres traditionelle, ikoniske form, og derfor er deres okularer tættere sammen end objektivlinserne.
Tagprismer
Ud over Porro-prismet er der en række andre designs, som hver har deres egne unikke fordele.
To af dem, Abbe-Koenig-prismet og Schmidt-Pechan-prismet er typer af tagprismer, som nu almindeligvis bruges i kikkerter.
Af disse er Schmidt-Pechan prismet mest almindeligt, fordi det giver producenterne mulighed for at producere en mere kompakt, slankere kikkert med okularerne på linje med objektiverne. Ulempen er, at de kræver en række specielle belægninger for at opnå total intern refleksion og eliminere et fænomen kendt som faseforskydning.
Hvorfor kikkerter er kortere end teleskoper
Den anden fordel ved at bruge prismer er, at fordi lyset vendes to gange, når det går gennem prismet og dermed går tilbage på sig selv, øges den afstand, det rejser i det rum.
Derfor kan den samlede længde af kikkerten forkortes, da den nødvendige afstand mellem objektivlinserne og okularet også reduceres, og det er grunden til, at kikkerter er kortere end brydende teleskoper med samme forstørrelse, da de mangler et prisme.