Svo hvernig virkar sjónauki?
Í þessum yfirgripsmikla handbók mun ég fara yfir vísindin á bak við hvernig ljósfræðin í sjónauka getur safnað ljósi og birt þér síðan stækkaða mynd af útsýninu fyrir framan þig. Í framtíðargreinum ætla ég líka að fara yfir helstu aflfræði á bak við hvernig fókus- og augnbikarkerfi virka og úrval mismunandi valkosta sem eru í boði.
Þannig er ég viss um að í lok þess muntu skilja hvernig sjónaukar virka og vera mun betur undirbúinn þegar þú velur rétta tækið fyrir þínar þarfir og síðan þegar það kemur, geta stillt það rétt upp og notað það svo að þú fáir það besta út úr því að nota það. Við skulum byrja:
Tveir sjónaukar
Í einfaldasta formi er sjónauki í meginatriðum gerður úr tveimur sjónaukum sem eru staðsettir hlið við hlið. Svo til að byrja með og til að gera hlutina aðeins einfaldari skulum við skera sjónaukann í tvennt og fyrst læra hvernig sjónauki virkar og síðan setjum við þá saman aftur í lokin:
Linsur, ljós og ljósbrot
Í grundvallaratriðum hvernig sjónaukar virka og stækka útsýni er með því að nota linsur sem fá ljós til að gera eitthvað sem kallast ljósbrot:
Í gegnum lofttæmi geimsins ferðast ljós í beinni línu en þegar það fer í gegnum mismunandi efni breytist það um hraða.
Þannig að þegar ljós fer í gegnum þykkan miðil eins og gler eða vatn, hægir það á sér. Þetta veldur almennt að ljósbylgjur beygjast og það er þessi beygja ljóss sem kallast ljósbrot. Ljósbrot er það sem veldur því að strá lítur út eins og það sé bogið þegar það er í glasi af vatni. það hefur líka marga gagnlega tilgang og er lykillinn að því að stækka það sem þú ert að horfa á.
Linsur
Í stað þess að nota bara einfalda flata plötu eða glerblokk, nota tæki eins og sjónaukar, sjónaukar og jafnvel lesgleraugu sérlagaðar glerlinsur sem oft eru gerðar úr fjölda einstakra linsueininga sem betur geta stjórnað beygju ljósbylgjunnar. .
Hlutlæg linsan
(sá sem er næst hlutnum sem þú ert að horfa á) á sjónauka er kúpt í lögun, sem þýðir að miðja hans er þykkari en utan. Þekkt sem samrunalinsa, grípur hún ljósið frá fjarlægum hlut og síðan með ljósbroti, veldur hún því að ljósið beygist og safnast saman (samræmist) þegar það fer í gegnum glerið. ljósbylgjurnar fókusa síðan á punkt fyrir aftan linsuna.
Augnglerslinsan
tekur svo þetta einbeitta ljós og stækkar það, þar sem það berst síðan áfram í augun þín.
Stækkun
Í fyrsta lagi berst ljósið frá myndefninu og raunverulegri myndAer framleitt af hlutlinsunni. Þessi mynd er síðan stækkuð með augnglerslinsu og er skoðuð sem sýndarmyndB. Niðurstaðan er sú að stækkaðir hlutir líta út eins og þeir séu fyrir framan þig og nær myndefninu.
6x, 7x, 8, 10x eða meira.
Magnið sem myndin verður stækkuð ræðst af hlutfalli brennivíddar hlutlinsunnar deilt með brennivídd augnglerslinsunnar.
Þannig að stækkunarstuðullinn 8, til dæmis, mun framleiða sýndarmynd sem lítur út fyrir að vera 8 sinnum stærri en myndefnið.
Hversu mikla stækkun þú þarft fer eftir fyrirhugaðri notkun og oft eru mistök að gera ráð fyrir að því hærra sem afl er, því betri er sjónaukinn þar sem meiri stækkun hefur einnig marga ókosti í för með sér. Fyrir frekari skoða þessa grein: Stækkun, stöðugleiki, sjónsvið og birta
Eins og þú getur líka séð á skýringarmyndinni hér að ofan er sýndarmyndinni snúið við. Hér að neðan munum við skoða hvers vegna þetta gerist og hvernig það er leiðrétt:
Mynd á hvolfi
Þetta er frábært og sagan getur endað hér ef þú ert einfaldlega að búa til sjónauka til notkunar eins og stjörnufræði.
Reyndar er auðvelt að búa til einfaldan sjónauka með því að taka tvær linsur og skilja þær að með lokuðu röri. Reyndar er þetta nokkurn veginn hvernig fyrsti sjónaukinn var búinn til.
Hins vegar, það sem þú munt taka eftir þegar þú horfir í gegnum það er að myndin sem þú sérð verður snúið á hvolf og speglast. Þetta er vegna þess að kúpt linsa veldur því að ljósið fer yfir þegar það rennur saman.
Reyndar geturðu mjög auðveldlega sýnt fram á þetta ef þú heldur stækkunargleri út í um armlengd og horfir á fjarlæga hluti í gegnum það. Þú munt sjá að myndin verður á hvolfi og öfugspeglun.
Að horfa á fjarlægar stjörnur er þetta í rauninni ekki vandamál og reyndar framleiða margir stjörnusjónaukar óleiðrétta mynd, en til notkunar á jörðu niðri er þetta vandamál. Sem betur fer eru nokkrar lausnir:
Myndleiðrétting
Fyrir sjónauka og flesta jarðsjónauka (blettasjónauka) eru tvær megin leiðir til að gera þetta, með því að nota íhvolfa linsu fyrir augnglerið eða mynd sem reisir prisma:
Galíleska Ljósfræði
Notað í sjónauka sem Galileo Galilei fann upp á 17. öld, Galilean Optics notar kúpta hlutlinsu á venjulegan hátt, en breytir þessu í íhvolft linsukerfi fyrir augnglerið.
Einnig þekkt sem diverging linsa, íhvolfa linsan lætur ljósgeisla dreifa í sundur (sundur). Þannig að ef hún er staðsett í réttri fjarlægð frá kúptu hlutlinsunni getur það komið í veg fyrir að ljósið fari yfir og þannig komið í veg fyrir að myndin snúist við.
Lágur kostnaður og auðvelt að búa til, þetta kerfi er enn notað í óperu- og leikhússjónaukum enn þann dag í dag.
Hins vegar eru gallarnir að það er erfitt að fá mikla stækkun, þú færð frekar þröngt sjónsvið og þú færð mikla mynd óskýrleika á brúnum myndarinnar.
Það er af þessum ástæðum sem fyrir flestar notkun er litið á prismakerfi sem betri valkost:
Keplerian Optics með Prismum
Ólíkt Galilean Optics sem notar íhvolfa linsu í augnglerinu, notar Keplerian sjónkerfið kúptar linsur fyrir markmiðin sem og augnglerslinsur og er almennt talið vera framför á hönnun Galileo.
Hins vegar þarf enn að leiðrétta myndina og það næst með því að nota prisma:
Leiðréttu öfug mynd
Flestir nútíma sjónaukar vinna eins og spegill og nota uppréttandi prisma sem endurkasta ljósinu og breyta þannig stefnunni og leiðrétta myndina.
Þó að venjulegur spegill sé fullkominn til að horfa á sjálfan þig á morgnana, þá væri það ekki gott ef ljósið væri einfaldlega endurkastað 180 gráður og aftur þangað sem það kom frá því þú myndir þá aldrei geta séð myndina.
Porro Prisma
Þetta vandamál var fyrst leyst með því að nota par af Porro prisma. Nefnt eftir ítalska uppfinningamanninum Ignazio Porro, stakt Porro prisma, eins og spegill, endurkastar einnig ljósi 180 gráður og aftur í þá átt sem það kom úr, en það gerir það samsíða innfallsljósinu og ekki beint eftir sömu leið.
Þannig að þetta hjálpar virkilega vegna þess að það gerir þér kleift að setja tvö af þessum Porro prismum hornrétt á hvort annað, sem aftur þýðir að þú getur síðan endurvarpað ljósinu þannig að það endurstillir ekki aðeins öfuga mynd heldur gerir það einnig í raun kleift að halda áfram í sömu átt og í átt að augnglerunum.
Reyndar eru það þessir tveir Porro-prismar sem eru settir í rétt horn sem gefa sjónaukanum hefðbundna, helgimynda lögun og þess vegna eru augngler þeirra nær saman en hlutlinsurnar.
Þakprismar
Auk Porro prismans er fjöldi annarra hönnuna sem hver hefur sína einstöku kosti.
Tvö þeirra, Abbe-Koenig prisma og Schmidt-Pechan prisma, eru tegundir þakprisma sem eru nú almennt notaðar í sjónauka.
Þar af er Schmidt-Pechan prismið algengast vegna þess að það gerir framleiðendum kleift að framleiða fyrirferðarmeiri, grannari sjónauka með augnglerin í takt við markmiðin. Gallinn er að þeir þurfa fjölda sérstakra húðunar til að ná heildar innri endurspeglun og útrýma fyrirbæri sem kallast fasaskipti.
Af hverju sjónaukar eru styttri en sjónaukar
Annar kosturinn við að nota prisma er sá að vegna þess að ljósinu snýr við tvisvar þegar það fer í gegnum prismuna og fer svo aftur á sjálft sig, þá eykst fjarlægðin sem það ferðast í því rými.
Þess vegna er hægt að stytta heildarlengd sjónaukans þar sem nauðsynleg fjarlægð milli linsunnar og augnglersins minnkar einnig og þess vegna eru sjónaukar styttri en brotsjónaukar með sömu stækkun þar sem þeir skortir prisma.