Бинокулярный телескоп, или бинокль, (также известный как полевой бинокль) - это два одинаковых или зеркально-симметричных телескопа, подогнанных и выровненных таким образом, чтобы они указывали строго в одном и том же направлении, позволяя, таким образом, использовать оба глаза (бинокулярный просмотр) при рассматривании отдаленных объектов. Большинство биноклей рассчитано на то, чтобы их держали обеими руками, хотя существуют и более громоздкие экземпляры.
В отличие от монокулярного телескопа, бинокли предоставляют пользователям трехмерное изображение: два изображения, представленные чуть различающимися точками зрения каждого глаза смотрящего, сливаются для воспроизведения единого изображения с ощущением глубины и оценкой расстояния. Нет необходимости закрывать один глаз во избежании смещения изображения, как обычно поступают с монокулярными телескопами. При использовании двуручных биноклей руки и голова формируют устойчивую платформу из трех точек, что снижает шансы возновения вибрации, часто появляющейся при использовании монокуляра.
Бинокулярный проект типичной призмы Порро
Оптический дизайн
Создается впечатление, что преимущество разглядывания объекта сразу в два телескопа было доказано практически сразу после его изобретения в 17-м веке[1]. В самых ранних биноклях использовалась оптика Галилея; тогда использовался выпуклый объектив и вогнутая линза окуляра. Преимущество конструкции Галилея состоит в воспроизведении прямого изображения, однако в этом случае поле зрения достаточно узкое и не поддается сильному увеличению. Такой вид конструкции все еще используется в очень дешевых моделях и в "оперных" или театральных биноклях.
Бинокли с призмой Порро
Названный в честь итальянского оптика Игнацио Порро, запатентовавшего оборачивающуюся оптическую систему в 1854 году, и позже усовершенствованный умельцами вроде Карла Цейса в 1890-е, бинокль такого типа оснащен для отображения изображения призмой Порро в двойной призме Z-образной конфигурации. В результате сами бинокли достаточно широкие, с объективными линзами, хорошо разделенными и отходящими от окуляров. У призм Порро существует дополнительное преимущество представления оптической длины таким образом, чтобы физическая длина самих биноклей была меньше фокусной длины объектива и шире расположения объектов в пространстве, что дает лучшее ощущение глубины.
Бинокли с призмами Roof (призмы с крышей)
Конструкция «призмы с крышей» Эбби-Койнига
Бинокли, в которых использовались призмы с крышей, могли появиться уже в 1880-е в проекте Ачилла Виктора Эмиля Добрессе. В большинстве биноклей с призмой Roof для воспроизведения изображения и удержания светопровода используются либо призмы Эбби-Койнига (названы в честь Эрнста Карла Эбби и Альберта Койнига и запатентованы Карлом Цейсом в 1905 году), либо призмы Шмидта-Пекана (изобретены в 1899). Такие бинокли уже, компактнее и дороже, чем те, в которых используются призмы Порро. Объективы в таких биноклях расположены приблизительно на одном уровне с окулярами.
Сравнение призм Порро и призм с крышей
Кроме вышеупомянутой разницы в цене и портативности, эти две призмы еще различаются по качеству отображения и яркости. Бинокли с призмой Порро передают изображение существенно ярче, чем бинокли и призмой Roof с таким же увеличением, размером объектива, оптического качества, поскольку светопровод поглощает гораздо меньше света. Тем не менее, к 2005 году, оптическое качество лучших биноклей с призмой Roof и современными оптическими покрытиями, используемых в моделях Шмидта-Пекана, может вполне успешно сравниться с лучшими призмами Порро; скажем больше, все указывает на то, что призмы с крышей будут доминировать на рынке высококачественных портативных биноклей, несмотря на высокую стоимость. Главные европейские производители оптики (Leica, Zeiss, Swarovski) прекратили выпуск серий с призмами Порро; японские производители (Nikon, Fujinon, и т.п.) могут последовать их примеру.
Оптические параметры
Параметры, указанные на крышке призмы, описывающей бинокль 7-кратного увеличения, с диаметром объектива 50 мм и полем зрения в 372 фута (113 м) на 1,000 ярдов (1,000 м).
Бинокли обычно разрабатываются с учетом специфического применения, для которого они создаются. В связи с этим для разных биноклей задаются определенные оптические параметры (некоторые из которых могут быть указаны на крышке бинокля). Такими параметрами являются:
Увеличение - соотношение фокусной длины окуляра и фокусной длину объектива дает линейную увеличительную мощность бинокля (иногда выражается как "диаметр"). Увеличение коэффициента в 7 раз, например, говорит о том, что изображение выглядит так, как будто его расположили в семь раз ближе. Увеличение бинокля зависит от его предназначения. У двуручных биноклей коэффициент увеличения ниже, так как в этом случае они менее восприимчивы к встряске. Чем больше увеличение, тем меньшим становится поле обзора.
Диаметр объектива. Диаметр объектива определяет, сколько света может потребоваться для формирования изображения. Обычно выражается в миллиметрах.
Традиционно бинокли распределяются по категориям увеличение ‡ диаметр объектива; например, 7‡50.
Поле обзора - Поле обзора биноклей определяется оптической конструкцией. Обычно отображается в линейном значении, например, сколько футов (метров) в ширину можно будет рассмотреть на расстоянии в 1,000 ярдов (или 1,000 м), или в угловой величине - сколько градусов будет просматриваться.
Выходной зрачок - Бинокли концентрируют свет, поглощаемый объективом, в пучок света, выходной зрачок, чей диаметр является диаметром объектива, поделенного на увеличение. Для максимального эффективного светосбора и яркого изображения выходной зрачок должен равняться диаметру полностью расширенной радужке человеческого зрачка в 7 мм (с возрастом этот параметр уменьшается). Свет, собираемый более широким выходным зрачком, рассеивается. Днем достаточно использовать выходной зрачок в 3 мм, что совпадает с размером человеческого зрачка при дневном свете. Однако следует отметить, что чуть увеличенный выходной зрачок делает выверку глаза легче и позволяет избежать черного виньетирования по краям.
Удаление выходного зрачка. Удаление выходного зрачка - это расстояние от тыльной стороны линзы окуляра к месту формированию изображения. Оно определяет расстояние от окуляров, на котором должны находиться глаза смотрящего таким образом, чтобы края изображения не затемнялись. Чем длиннее фокусная длина окуляра, тем больше должно быть удаление выходного зрачка. У биноклей такой параметр может колебаться от нескольких миллиметров до 2.5 сантиметров и более. Особенно важным удаление выходного зрачка является для людей, носящих очки. Для глаз такого человека необходимо увеличивать удаление выходного зрачка для полномерного обзора вида. Биноклями с коротким удалением выходного зрачка не очень удобно пользоваться в случаях, когда их нужно удерживать в неподвижном состоянии.
Оптические покрытия
Бинокли военно-морского флота США
Так как бинокли выпускаются с 16 видами поверхностями категории воздух-стекло, со светопотерей на каждой поверхности, оптические покрытия могут существенно влиять на качество изображения. Когда свет бьет по поверхности между двумя материалами разного преломляющего индекса (например, по поверхности категории воздух-стекло), часть света идет дальше, часть - отражается. В любом оптическом приборе, функцией которого является формирование изображения(телескопе, фотоаппарате, микроскопе и т.п.), в идеале свет вообще не должен отражаться; вместо формирования изображения, свет, достигающий смотрящего после отражения, помогает отображать поле обзора и уменьшает контраст между самим изображением и фоном. Отражение можно уменьшить путем обращения оптических покрытий к интерфейсам; уменьшить, но не убрать совсем. Каждый раз свет фиксируется или остается на куске стекла; около 5% света отражается. Такой «потерянный» свет перемещается внутри бинокля, делая изображение затуманенным и трудным для просмотра. Покрытия линзы действительно снижает потерю отображения, что приводит к более яркому и четкому изображению. Например, бинокли формата 8x40 с хорошими оптическими покрытиями дадут более яркое изображение, чем бинокли формата 8x50 без покрытия. Кроме того, свет может отражаться еще и от внутренних деталей прибора, но такую светопотерю легко можно свести к минимуму. Благодаря хорошему покрытию, частично устраняющему внутренние отражения, улучшается контрастность изображения.
Классическим материалом для покрытия линзы является фторид магния, снижающий отражение от 5% до 1%. Современные покрытия линзы обычно представляют собой многослойные комплексы и отражают только 0.25% или меньше, чтобы воспроизвести изображение с максимальной яркостью и естественными цветами. Для призмы с крышей иногда используется анти-фаза, перемещающая покрытия и таким образом существенно улучшающая контрастность. Наличие покрытия обычно обозначается на биноклях следующим образом:
- просветленная оптика: одна или больше поверхностей с нанесенным покрытием
- полностью покрытая оптика: на все поверхности категории воздух-стекло нанесено покрытие. На пластиковые линзы, если таковые используются, покрытие наноситься не может
- мульти-покрытие: на одну или более поверхностей нанесено многослойное покрытие
- полное мульти-покрытием: на все поверхности категории воздух-стекло нанесено многослойное покрытие
Фазовая коррекция призмы и диэлектрическое покрытие призмы - это недавно (в 2005) разработанные технологии для уменьшения отражений.
Механическая конструкция
Фокусировка и регулировка
У биноклей, используемых для рассмотрения объектов, которые находятся не на фиксированном расстоянии, должна быть функция фокусирования. Традиционно для наведения фокуса используется две разных настройки. Для биноклей с "независимым фокусом" необходимо, чтобы оба телескопа фокусировались по отдельности, каждый окуляр настраивался, тем самым изменяя расстояние между глазом и линзой объектива. В биноклях, созданных для работы в полевых условиях, как, например военные бинокли, традиционно используется именно независимая фокусировка. Поскольку большинство потребителей считают более удобным фокусировку обоих окуляров с помощью одного механизма, второй тип биноклей включает в себя «центральную фокусировку», регулирующуюся вращением центрального колесика фокусирования. Кроме того, впоследствии любой из окуляров можно отрегулировать под индивидуальные требования смотрящего (обычно - вращая верхнюю часть окуляра). Это так называемая диоптрия. Как только бинокль был отрегулирован под конкретного человека, с помощью регулирующего колесика и без отдельной настройки каждого окуляра его можно перефокусировать на объект, находящийся на другом расстоянии.
Бинокли с внутренними видимыми элементами
Существуют еще и «бесфокусные» бинокли, или бинокли «с фиксированным фокусом». Их глубина резкости колеблется от относительно близкого расстояния до бесконечности и настраивается точно так же, как и модель фокусировки такого же оптического качества (или совсем без него) на средних расстояниях.
Что касается биноклей с панкратическим изменением увеличения, то сама идея их выпуска хороша, а вот производительность, по мнению многих, пока хромает.
Конструкция большинства современных биноклей шарнирно-телескопная с возможностью регулирования расстояния между окулярами, чтобы примирить пользователей с разделением глаз. На более старых биноклях ощущается недостаток такой опции.
Стабилизация изображения
Используя технологию стабилизации изображения можно уменьшить тряску и повысить уровень оптического увеличения. Детали прибора, изменяющие месторасположение изображения, можно удерживать неподвижными с помощью усиленных гироскопов или силовых механизмов, которыми управляют гироскопические или инерционные детекторы, или могут быть вмонтированы таким образом, чтобы противостоять или смягчать внезапное движение. Стабилизация можно как установить, так и заблокировать - по желанию пользователя. Подобные технологии позволяют удерживать в руках бинокли вплоть до формата 20‡, и намного улучшить стабильность изображения приборов более низкого класса. Однако имеются и некоторые недостатки: даже на самом лучшем нестабилизированном бинокле изображение не может быть таким же хорошим, как при использовании бинокля на треноге и со стабилизацией - следует отметить, что последние упомянутые бинокли становятся дороже и тяжелее, чем бинокли с такой же спецификой, но без стабилизации.
Выравнивание
При использовании хорошо коллимированных биноклей изображение проходит через человеческие глаза, обрабатывается человеческим мозгом - и тогда оно получается единым, возможно, трехмерным, без каких-либо видимых указаний на то, что это всего лишь результат просмотра двух четких картинок со слегка различных точек обзора. Отход от идеала вызовет, в лучшем случае, неопределенный дискомфорт и усталость глаз, но так или иначе, область обзора будет приближена к циркуляру. В кинематографе, показывая вид через бинокль, обычно используется трафарет из двух кругов в форме восьмерки; такой подход не соответствует действительности.
Разрегулировку можно исправить легкими движениями призмы, часто - покрутив винты без необходимости разбирать сам бинокль или же отрегулировав расположение объекта через вмонтированные в объектив эксцентриковые кольца. Обычно выравнивание производит профессионал, хотя в Интернете можно найти и инструкции по выявлению и коррекции неисправностей биноклей.
Применение
Бинокль, работающий от подачи монет
Общее пользование
Жители города Оркид, штат Флорида, используют бинокли для наблюдения за птицами
Ручные бинокли различаются по размеру - бывают как маленькие 3x10 оперные Galilean, которые используются в театрах, так и бинокли с диаметром от 7 до 12 и объективами от 30 до 50 мм для обычного наблюдения. Среди таких биноклей преобладают модели с призмой Порро, хотя любители понаблюдать за птицами и поохотиться предпочитают - и готовы при этом платить немалые деньги - более дорогие модели с призмой Roof.
На многих туристических аттракционах установлены бинокли, работающие от подачи монет и позволяющие посетителям более детально рассмотреть аттракционы. В Великобритании за 20 пенсов таким биноклем можно пользоваться пару минут, а в США за четверть или полдоллара - от полутора до двух с половиной минут.
Военные бинокли
У биноклей достаточно длинная история использования в военных целях. Модели Galilean широко использовались вплоть до конца 19-го века, когда им пришлось уступить дорогу биноклям с призмой Порро. Бинокли, разработанные для общего военного использования, больше предназначены для работы в экстремальных условиях, чем их гражданские дубликаты. В большинстве своем они тяготеют от сравнительно неустойчивых настроек центральной фокусировки в пользу «независимого фокуса». Призмы в военных биноклях могут быть покрыты дополнительным слоем алюминия, чтобы гарантировать сохранность их отражающих свойств в условиях повышенной влажности. Военные бинокли эпохи холодной войны иногда использовались с пассивными датчиками, которые обнаружились преобразователями инфракрасных лучей; что касается современных военных биноклей, то они обычно используются с фильтрами, блокирующими лазерные лучи. В дальнейшем бинокли, разработанные для использования в военных целях, могут содержать в одном из окуляров стадиометрическую шкалу для облегчения некоторых регулировок.
Существуют бинокли, разработанные специально для гражданского и военного пользования в открытом море. Размер ручных моделей составляет от 5x до 7x, но с довольно большими наборами призм, объединенных с окулярами, которые разработаны с учетом удаления выходного зрачка. Такая оптическая комбинация оберегает изображение от затемнения по краям или в целом при падении бинокля или в дрожащих руках. Громоздкие модели с высоким уровнем увеличения и большими объективами используются и в зафиксированных установках.
И хотя последние технологии 20-го века сделали их излишним, все еще в ходу очень большие бинокулярные морские дальномеры ( до 15 метров расстояния между двумя линзами объектива, вес 10 тонн, для выстраивания орудийных объектов на море в пределах 25 км во времена второй мировой войны).
Астрономические бинокли
Бинокли широко используются астрономами-любителями; широкое поле обзора делает их весьма полезными как для поиска комет и сверхновой звезды (это касается огромных биноклей), так и для общего наблюдения (портативные бинокли). Такие небесные «достопримечательности», как Юпитер, Церера, Нептун, Паллас и Титан увидеть невооруженным глазом невозможно, а с помощью бинокля - вполне реально. И хотя теоретически возможно увидеть на небе Уран и Весту (если небо чистое, без облаков), то для практического наблюдения необходим бинокль.
Бинокли размера 10x50 ограничиваются магнитудой около +9.5; это означает, что астероиды типа Интерамния, Давида, Европа и - согласно исключительным условиям - Гигея, слишком бледны, чтобы их можно было рассмотреть с помощью бинокля. По той же причине даже с биноклем невозможно рассмотреть все спутники, кроме Галилея и Титана, а также карликовых планет Плутона и Эрис.
Особенная значимость низкой освещенности и наблюдения в астрономических целях определяется соотношением силы увеличения и диаметра объектива. При меньшем увеличении легче увидеть большое поле обзора, что подходит для просмотра больших небесных объектов, как, например, Млечный Путь, туманность и галактики, однако большой выходной зрачок означает, что часть света рассеивается. Кроме того, большой выходной зрачок отобразит фон ночного неба, существенно уменьшая контрастность и тем самым еще больше затрудняя наблюдение светлых объектов (за исключением тех, которые находятся в хорошо просматриваемом пространстве). Специальные бинокли для использования в астрономических целях обладают более высоким увеличением и большими объективами, поэтому от диаметра объектива зависит, какую звезду вы сможете наблюдать.
Более крупные бинокли выпускаются производителями любительских телескопов, в основном используя два преломляющих или отражающих астрономических телескопа, со смешанными результатами. В качестве примера очень большого профессионального прибора, хотя по сути он не является биноклем, можно назвать большой бинокулярный телескоп в Аризоне (США), изображение с помощью которого было получено 26 октября 2005 года и которое получило название "Первый Свет". Он состоит из двух 8-метровых рефлекторных телескопа. Очевидно, он не предназначен для того, чтобы подноситься к глазам наблюдателя; два телескопа используются для просмотра одного и того же объекта с интероферометрикой и при большем увеличении, чем при использовании одного телескопа с идентичной силой светосбора.
Производители
Некоторые крупные бинокулярные производители на 2005 год:
1. Европейские брэнды
- Leica GmbH (Ultravid, Duovid, Geovid: все с призмой Roof)
- Minox
- Swarovski Optik (SLC, EL: все с призмой Roof; Habicht: Порро, но производство постепенно сокращается)
- Zeiss GmbH (FL,Victory, Conquest: все с призмой Roof; 7x50 BGAT/T: Порро, 15x60 BGA/T Порро, производство прекращено)
- Eschenbach Optik GmbH (Farlux, Trophy, Adventure, Sektor...; некоторые из них с призмой Roof, некоторые - с призмой Порро)
- Docter (бывший завод Carl Zeiss Jena в Айсфелде. Nobilem 7x50, 8x56, 10x50, 15x60: Порро; Docter 7x40, 8x40, 10x40: призмы roofs)
- Optolyth (Royal: Roof; Alpin: Порро)
- Steiner GmbH (Commander, Nighthunter: Порро; Predator, Wildlife: Roof)
2. Японские брэнды
- Canon Inc. (Серии I.S., варианты призмы Порро)
- Nikon Co. (Серии High Grade, Monarch, RAII, Spotter: Roof; серии Prostar, Superior E, E, Action EX: Порро)
- Fujinon Co. (Серии FMTSX, MTSX: Порро)
- Kowa Co. (Серия BD : Roof)
- Pentax Co. (Серии DCFSP/XP; Roof, серия UCF: Inverted Порро; серии PCFV/WP/XCF: Порро)
- Olympus Co. (Серия EXWPI : Roof)
- Vixen Co. (Apex/Apex Pro: Roof; Ultima: Порро)*
- Zenith
- Miyauchi Co. (Специализируются на огромных биноклях с призмой Порро)
* Кроме того, продаются ОЕМ-товары производства японской компании KAMAKURA KOKI CO. LTD.
3. Китайские брэнды
В начале 21 века на внутреннем китайском рынке можно было приобрести бинокли по средней цене. О некоторых из них говорили, что и по цене, и по качеству они вполне могут составить конкуренцию лучшим брэндам и в большинстве случаев одержат уверенную победу.
- Sicong (от Xian Stateoptics. Серия Navigator: Roof; серия Ares: Порро)
- WDtian (от Yunnan State optics, все - с призмой Порро)
- Yunnan State optics (Серия MS: Порро)
4. Американские брэнды
- Alpen*
- Barska
- Brunton, Inc.
- Bushnell Performance Optics*
- Carson Optical
- Leupold & Stevens, Inc.*
- Simmons
- Vortex Optics
- Weaver
- William Optics
- Zen-Ray Optics SUMMIT, бинокли Vista Series WP
* Кроме того, продаются ОЕМ-товары производства японской компании KAMAKURA KOKI CO. LTD.
5. Русские брэнды
- Yukon Advanced Optics
- Baigish
- Kronos
- Русские военные бинокли (BPOc 10x42 7x30, серия BKFC)
|