Hoe werkt een verrekijker?
In deze uitgebreide gids zal ik de wetenschap achter hoe de optica in een verrekijker licht kan verzamelen en u vervolgens een vergroot beeld van het zicht voor u kan presenteren, bespreken. In toekomstige artikelen zal ik ook de belangrijkste mechanismen achter hoe de focus- en oogschelpmechanismen werken en het scala aan verschillende beschikbare opties bespreken.
Op deze manier weet ik zeker dat u aan het einde van de cursus begrijpt hoe verrekijkers werken en dus veel beter voorbereid bent bij het kiezen van het juiste instrument voor uw behoeften en dat u het, zodra het arriveert, correct kunt instellen en gebruiken, zodat u er optimaal gebruik van kunt maken. Laten we beginnen:
Twee telescopen
In zijn eenvoudigste vorm bestaat een verrekijker in feite uit twee telescopen die naast elkaar zijn geplaatst. Dus om te beginnen en om het wat eenvoudiger te maken, laten we onze verrekijker doormidden snijden en eerst leren hoe een telescoop werkt en dan zetten we ze aan het einde weer in elkaar:
Lenzen, licht en refractie
De basis van de werking van een verrekijker en de manier waarop deze het beeld vergroot, is door gebruik te maken van lenzen die ervoor zorgen dat licht refractie (lichtbreking) uitvoert:
Door het vacuüm van de ruimte beweegt licht in een rechte lijn, maar naarmate het door verschillende materialen heen beweegt, verandert de snelheid.
Dus als licht door een dik medium zoals glas of water gaat, vertraagt het. Dit zorgt er over het algemeen voor dat de lichtgolven buigen en het is deze buiging van licht die refractie wordt genoemd. Lichtbreking is wat ervoor zorgt dat een rietje eruitziet alsof het gebogen is wanneer het in een glas water zit. Het heeft ook veel nuttige doeleinden en is de sleutel om te kunnen vergroten waar je naar kijkt.
Lenzen
In plaats van een eenvoudige platte plaat of blok glas, gebruiken instrumenten zoals telescopen, verrekijkers en zelfs leesbrillen speciaal gevormde glazen lenzen. Deze bestaan vaak uit een aantal afzonderlijke lenselementen die de buiging van de lichtgolven beter kunnen beheersen.
De objectieflens
(degene die het dichtst bij het object staat waar u naar kijkt) op een verrekijker is Convex van vorm, wat betekent dat het midden ervan dikker is dan de buitenkant. Bekend als een convergerende lens, vangt het licht van een verafgelegen object en vervolgens zorgt het ervoor dat het licht door refractie buigt en samenkomt (convergeert) terwijl het door het glas gaat. De lichtgolven focussen zich vervolgens op een punt achter de lens.
De oculairlens
Vervolgens wordt dit geconcentreerde licht vergroot en in uw ogen gericht.
Vergroting
Ten eerste reist het licht van het onderwerp en ontstaat er een echt beeldAwordt geproduceerd door de objectieflens. Dit beeld wordt vervolgens vergroot door een oculairlens en wordt bekeken als een virtueel beeldBHet resultaat is dat vergrote objecten eruit zien alsof ze zich voor u bevinden en dichterbij zijn dan het onderwerp.
6x, 7x, 8, 10x of meer.
De mate waarin het beeld wordt vergroot, wordt bepaald door de verhouding van de brandpuntsafstand van de objectieflens gedeeld door de brandpuntsafstand van de oculairlens.
Een vergrotingsfactor van bijvoorbeeld 8 levert een virtueel beeld op dat er 8 keer groter uitziet dan het onderwerp.
Hoeveel vergroting u nodig hebt, hangt af van het beoogde gebruik en het is vaak een vergissing om aan te nemen dat hoe hoger het vermogen, hoe beter de verrekijker, aangezien hogere vergrotingen ook veel nadelen met zich meebrengen. Bekijk voor meer informatie dit artikel: Vergroting, stabiliteit, gezichtsveld en helderheid
Zoals u ook in het diagram hierboven kunt zien, is het virtuele beeld omgekeerd. Hieronder bekijken we waarom dit gebeurt en hoe het wordt hersteld:
Omgekeerde afbeelding
Dat is geweldig en het verhaal kan hier eindigen als je gewoon een telescoop maakt voor bijvoorbeeld astronomie.
Eigenlijk kun je heel makkelijk een simpele telescoop maken door twee lenzen te nemen en ze te scheiden met een gesloten buis. Dit is eigenlijk hoe de allereerste telescoop is gemaakt.
Wat u echter zult opmerken wanneer u erdoorheen kijkt, is dat het beeld dat u ziet, op zijn kop staat en gespiegeld is. Dit komt doordat een convexe lens ervoor zorgt dat het licht kruist terwijl het convergeert.
Je kunt dit eigenlijk heel makkelijk demonstreren als je een vergrootglas op armlengte afstand houdt en erdoor naar een aantal verre objecten kijkt. Je zult zien dat het beeld ondersteboven en omgekeerd gespiegeld is.
Voor het kijken naar verre sterren is dit niet echt een probleem en veel astronomische telescopen produceren inderdaad een niet-gerectificeerd beeld, maar voor aardse toepassingen is dit een probleem. Gelukkig zijn er een paar oplossingen:
Beeldcorrectie
Voor verrekijkers en de meeste aardse telescopen (spotting scopes) zijn er twee hoofdmanieren om dit te doen: door een holle lens voor het oculair te gebruiken of een beeldoprichtend prisma:
Galileïsche optica
De Galileïsche optica wordt gebruikt in telescopen die in de 17e eeuw door Galileo Galilei zijn uitgevonden. Ze maken gebruik van een bolle objectieflens zoals gebruikelijk, maar vervangen dit door een hol lenzensysteem voor het oculair.
Ook bekend als een divergerende lens, zorgt de concave lens ervoor dat lichtstralen zich verspreiden (divergeren). Dus als deze op de juiste afstand van de convexe objectieflens is geplaatst, kan deze voorkomen dat het licht elkaar kruist en zo voorkomen dat het beeld wordt omgekeerd.
Dit systeem is goedkoop en eenvoudig te maken en wordt nog steeds gebruikt voor opera- en theaterkijkers.
De nadelen zijn echter dat het lastig is om een hoge vergroting te verkrijgen, dat het gezichtsveld vrij smal is en dat er veel beeldvervaging aan de randen optreedt.
Om deze redenen wordt een prismasysteem voor de meeste toepassingen als een beter alternatief gezien:
Kepleriaanse optica met prisma's
In tegenstelling tot de Galileïsche optica, waarbij gebruik wordt gemaakt van een holle lens in het oculair, gebruikt het Keplerische optische systeem bolle lenzen voor de objectieven en oculairlenzen. Het wordt over het algemeen gezien als een verbetering ten opzichte van het ontwerp van de Galileïsche optica.
Het beeld moet echter nog worden gecorrigeerd en dit gebeurt met behulp van een prisma:
Corrigeer het omgekeerde beeld
De meeste moderne verrekijkers werken als een spiegel en zijn voorzien van rechtopstaande prisma's die het licht weerkaatsen en zo de oriëntatie veranderen en het beeld corrigeren.
Hoewel een standaardspiegel prima is om 's ochtends naar uzelf te kijken, heeft een verrekijker geen zin als het licht alleen maar 180 graden wordt weerkaatst naar de plek waar het vandaan kwam, omdat u dan het beeld nooit meer kunt zien.
Porro-prisma's
Dit probleem werd voor het eerst opgelost door een paar Porro-prisma's te gebruiken. Vernoemd naar de Italiaanse uitvinder Ignazio Porro, reflecteert een enkel Porro-prisma, net als een spiegel, ook licht 180 graden en terug in de richting waar het vandaan kwam, maar het doet dit parallel aan het invallende licht en niet direct langs hetzelfde pad.
Dit is echt handig, want hierdoor kun je twee van deze Porroprisma's haaks op elkaar plaatsen. Hierdoor kun je het licht weerkaatsen, waardoor niet alleen het omgekeerde beeld opnieuw wordt georiënteerd, maar het ook effectief in dezelfde richting en in de richting van de oculairen blijft schijnen.
Het zijn inderdaad deze twee haaks op elkaar geplaatste Porroprisma's die verrekijkers hun traditionele, iconische vorm geven. Hierdoor staan de oculairen dichter bij elkaar dan de objectieflenzen.
Dakprisma's
Naast het Porroprisma zijn er nog een aantal andere ontwerpen die elk hun eigen unieke voordelen hebben.
Twee daarvan, het Abbe-Koenig-prisma en het Schmidt-Pechan-prisma, zijn dakkantprisma's die tegenwoordig veel in verrekijkers worden gebruikt.
Van deze is het Schmidt-Pechan-prisma het meest gebruikelijk, omdat het fabrikanten in staat stelt om een compactere, slankere verrekijker te produceren met de oculairen in lijn met de objectieven. Het nadeel is dat ze een aantal speciale coatings nodig hebben om totale interne reflectie te bereiken en een fenomeen te elimineren dat bekendstaat als faseverschuiving.
Waarom verrekijkers korter zijn dan telescopen
Het tweede voordeel van het gebruik van prisma's is dat het licht twee keer wordt omgekeerd als het door het prisma gaat en dus teruggaat naar zichzelf. Hierdoor wordt de afstand die het in die ruimte aflegt, vergroot.
De totale lengte van de verrekijker kan dus worden verkort, omdat de benodigde afstand tussen de objectieflenzen en het oculair ook kleiner wordt. Daarom zijn verrekijkers korter dan refractortelescopen met dezelfde vergroting, omdat ze geen prisma hebben.