Prismáticos

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Prismáticos ( binocular francés  del latín bini "dos" + oculus "ojo") - un dispositivo óptico que consiste en dos telescopios paralelos y conectados para observar objetos distantes con dos ojos [1] : debido a esto, el observador ve una imagen estereoscópica (como opuesto al telescopio terrestre ).  

De las opciones para construir binoculares, en la práctica se utilizan los tubos de Galileo (dispositivos simples con alta relación de apertura y un campo de visión pequeño) y los tubos de Kepler , que a su vez se dividen según la solución aplicada para el diseño del telescopio (aprismático, varias clases de prismáticos).

Los binoculares están especializados en su aplicación: existen binoculares de teatro (dispositivos compactos de bajo aumento), binoculares astronómicos (dispositivos para observar objetos astronómicos), binoculares estacionarios para plataformas de observación, así como deportivos, de artillería, marinos y otros. Algunos modelos de binoculares están equipados con dispositivos adicionales (por ejemplo, brújula , telémetro ), equipados con componentes estabilizadores de giro , dispositivos de visión nocturna .

Prismáticos con tubos de Galileo

En estos binoculares, cada catalejo tiene un objetivo de lente positivo y un ocular de lente negativo . El tubo de Galileo produce inmediatamente una imagen recta (no invertida), por lo que no hay otras partes ópticas entre el objetivo y el ocular. La ventaja de los prismáticos de Galileo es su tamaño compacto: son más cortos y ligeros que todos los demás tipos de prismáticos. La desventaja es un fuerte deterioro de la calidad de la imagen con aumentos superiores a cuatro veces. Los binoculares de Galileo se usan comúnmente en teatros, conciertos y otros eventos similares; la mayoría de los binoculares de teatro están diseñados con tubos de Galileo.

Binoculares con tubos Kepler

En los binoculares con telescopios Kepler, cada catalejo tiene una lente objetivo y un ocular en forma de lente positiva. Por regla general, ambas lentes son compuestas. El tubo Kepler es capaz de producir imágenes de alta calidad con grandes aumentos. Pero para ello, la luz debe recorrer una gran distancia entre la lente y el ocular. Otro (y principal) inconveniente del tubo de Kepler es la imagen invertida. Para corregir la inversión en binoculares, se utilizan lentes flip o prismas.

Prismáticos con lentes abatibles (aprismáticos)

En los binoculares aprismáticos, se coloca un sistema de inversión de una o dos lentes entre el objetivo y el ocular, que invierte repetidamente la imagen. La viga central de cada tubo corre en línea recta, sin interrupción. La distancia entre los centros de las lentes es igual a la distancia entre los centros de los oculares (es decir, la distancia entre las pupilas). Por lo tanto, no es posible utilizar lentes con un diámetro superior a 65 mm. Pero la principal desventaja de estos binoculares es su gran longitud.

Binoculares prismáticos

Los binoculares de prisma usan prismas para volver a voltear la imagen (y también acortan los binoculares). En la práctica se utilizan prismas de Porro, Abbe y Schmidt-Pehan. Los dos últimos tipos de prismas se conocen como "techo" ("en forma de techo"). .

Prismáticos de prisma de Porro

El óptico italiano Ignazio Porro patentó un sistema de prismas en 1854 que acorta la longitud de los binoculares y endereza la imagen invertida. Por primera vez, Carl Zeiss comenzó a producir binoculares con prismas de Porro a fines de la década de 1890 [2] . En los prismas de Porro, no hay pérdidas en las superficies reflectantes [3] , ya que se utiliza la reflexión interna total. El haz central de cada tubo cambia de dirección cuatro veces. La distancia entre las lentes suele ser mayor que entre las pupilas del ojo. Esto hace posible el uso de lentes de gran diámetro, lo cual es importante para los binoculares astronómicos y para los grandes binoculares marinos. Además, amplían la base estéreo, lo que potencia el efecto estéreo . La producción de prismáticos con prismas de Porro es algo más económica que la de otros prismas. Por lo general, los prismas de Porro se usan en binoculares marinos y muchos anteojos de campaña. La desventaja del sistema Porro es el gran ancho de los binoculares.

Binoculares con prismas Abbe

Los prismas Abbe llevan el nombre del inventor Ernst Abbe , un empleado de la empresa Carl Zeiss. Hay tres tipos de prismas de Abbe: uno dispersivo [4] y dos tipos de prismas de Abbe inversores: tipo 1 (prisma de Abbe-König) y tipo 2 . Los binoculares modernos con tubos rectos utilizan el prisma Abbe-König, que fue patentado en 1905. El haz central de cada tubo cambia de dirección varias veces, pero al final vuelve a la línea recta original. La distancia entre los centros de las lentes es igual a la distancia entre los centros de los oculares (es decir, la distancia entre las pupilas). Por lo tanto, no es posible utilizar lentes con un diámetro superior a 65 mm. También se consideró que las desventajas del prisma de Abbe-König eran la pérdida de luz en algunas superficies reflectantes y en las superficies de unión. Pero en binoculares caros, las tecnologías especiales reducen en gran medida las pérdidas. Además, en los prismas de Abbe-König, existe un cambio de fase entre los rayos de luz que pasan por diferentes partes del prisma, lo que reduce el brillo y el contraste de la imagen. Sin embargo, los binoculares caros tienen un revestimiento de corrección de fase que elimina este inconveniente. La ventaja de los prismas Abbe-König es la compacidad de los binoculares. También es más fácil diseñar un dispositivo sellado para tales prismas.

Prismáticos con prismas Schmidt-Pehan

Para el consumidor, los binoculares con prismas Schmidt-Pehan son indistinguibles de los binoculares con prismas Abbe, con dos excepciones: estos binoculares son mucho más baratos y la pérdida de luz en ellos es mucho mayor.

Binoculares digitales

Binoculares con cámara de video digital, con zoom digital, hay binoculares digitales adicionales con funciones: GPS , con brújula electrónica, altímetro, hay binoculares con función de disparo nocturno. [5]

Parámetros básicos de binoculares

Diámetro de la lente

Por lo general, estos parámetros se indican en el cuerpo de los binoculares, por ejemplo, " 10x40 ".

  • El primer número "10" es la multiplicidad , nos dice que con estos binoculares es posible ver una imagen de un objeto 10 veces más grande (en medida angular) que a simple vista.
  • El segundo número “40” indica la apertura de entrada de la lente en milímetros , o dicho simplemente, el diámetro de su lente frontal. Cuanto más grande es la lente , más luz recoge y produce una imagen más brillante.

Diámetro de la pupila de salida

El diámetro del haz de luz saliente de los binoculares es importante para las observaciones en condiciones de crepúsculo . Si la pupila de salida de los binoculares es más pequeña que la pupila humana, no se utilizará el máximo potencial de sensibilidad ocular proporcionado por la pupila humana más ancha, lo que dará como resultado una imagen más oscura de lo posible. Y viceversa, si el diámetro de la pupila de una persona no se expande al valor de la pupila de salida de los binoculares, se perderá una parte de su flujo de luz (esto es especialmente crítico para binoculares con una pupila de 6 mm o más) y los binoculares trabajarán solo una parte de la fuerza, similar a los binoculares con una apertura más pequeña, pero con un aumento pupilar igual (coincidencia del tamaño de la pupila de los binoculares y una persona) al mismo aumento.

Durante el día, el diámetro de la pupila de un adulto de mediana edad es de 3-4 mm, mientras que por la noche la pupila de una persona se dilata hasta los 7 mm (hasta 9 mm en algunos adolescentes de 15 años). Con la edad, el diámetro máximo de la pupila humana disminuye, en promedio, a 6,5 ​​mm a los 30 años, 5,5 mm a los 45 años y 4,5 mm a los 80 años [6] . En consecuencia, para ver con binoculares en condiciones de poca luz, se requieren binoculares con un diámetro de pupila de salida de al menos 4 mm, y de noche, de 5 a 7 mm, según la edad.

El Factor Crepúsculo

Este es un valor relativo que depende del aumento de los binoculares y del diámetro de la lente del objetivo. En este caso, no se tiene en cuenta la calidad de la óptica.

El factor crepuscular se calcula multiplicando el aumento por el diámetro de la lente frontal y sacando la raíz cuadrada del resultado. Al observar en condiciones de poca luz y crepúsculo, se recomiendan binoculares con un coeficiente de factor de crepúsculo más alto.

Foco

La mayoría de los binoculares de prisma tienen un foco central. En este caso, la nitidez se ajusta primero para el ocular izquierdo (ojo izquierdo) girando la rueda de enfoque central (rueda); luego, si es necesario (si el observador tiene diferente agudeza visual en los ojos izquierdo y derecho), se ajusta el ocular derecho. En el futuro, el reenfoque de los binoculares en objetos más cercanos o más lejanos se lleva a cabo únicamente mediante el tambor central. Existen prismáticos con enfoque individual o separado de cada ocular, es decir, los oculares no están unidos por un sistema mecánico. En este caso, cada reenfoque de los binoculares requiere el ajuste de los oculares izquierdo y derecho. De acuerdo con este esquema, se fabrican binoculares con una escala de telémetro o goniómetro, binoculares marinos con una carcasa sellada, binoculares astronómicos especializados.

Algunos binoculares no tienen un mecanismo de enfoque como tal: el sistema óptico brinda una imagen condicionalmente clara desde una cierta distancia hasta el infinito, similar a una lente fotográfica configurada para una distancia hiperfocal ( DOF ); el ajuste a objetos lejanos y cercanos sólo es posible debido a la capacidad natural de los ojos para adaptarse . Las ventajas de los prismáticos con foco fijo incluyen la simplificación del diseño y, en consecuencia, la reducción del coste, el aumento de la fiabilidad debido a la ausencia de partes móviles y la estanqueidad de la carcasa.

A veces hay que mirar a través de binoculares los objetos que están muy cerca, por ejemplo, una mariposa sobre una flor. Tales observaciones requieren binoculares con una distancia mínima de enfoque de no más de 0,5 a 1,5 metros.

Iluminación del sistema

En las características técnicas de los prismáticos rara vez se encuentran datos sobre la calidad de los elementos ópticos, aunque de esto depende la calidad final de la imagen:

  • una lente sin recubrimiento refleja del 4 al 5% del flujo de luz;
  • lente de una sola capa  - alrededor del 1%;
  • Lente multicapa (MC): solo 0,2 % de luz.

Dado que el diseño de los binoculares utiliza no una, sino varias lentes, en la práctica, la pérdida de luz es aún mayor. Por ejemplo, para binoculares que constan de 6 elementos sin recubrimiento (12 superficies), la pérdida de luz será de aproximadamente un 40 %, mientras que para el mismo diseño con lentes con recubrimiento multicapa (MC), solo un 2,4 % (es decir, 17 veces menos). . El revestimiento óptico también minimiza los reflejos internos, mejorando la claridad de la imagen, la reproducción del color y el contraste.

Puede determinar el recubrimiento multicapa de las lentes exteriores de los binoculares por el recubrimiento violeta o verde de las lentes a la luz del día. La iluminación de una sola capa suele ser azul, con un ligero tinte púrpura, pero hay excepciones a esta regla. Una forma adicional de determinar la cobertura puede considerarse la intensidad de la reflexión de las fuentes de luz puntuales por la superficie de las lentes y la visibilidad de un fondo oscuro (la diferencia es especialmente notable cuando se comparan una al lado de la otra). El recubrimiento multicapa de alta calidad brinda un reflejo oscuro apenas distinguible con el efecto de la ausencia de lentes, y el recubrimiento de una sola capa brinda una imagen más brillante y contrastada.

Por separado, vale la pena destacar los casos en que el revestimiento de la lente parece un espejo rojo o naranja: no se trata de un revestimiento óptico, sino de un revestimiento con función de filtro de luz. Por lo general, se aplica un filtro de luz para mejorar la calidad de la observación en condiciones de niebla. Tal filtro recorta notablemente la luz en la parte del espectro que va del rojo al amarillo y en parte del espectro azul, azul y violeta (es decir, solo aquellos rangos a los que el ojo es más susceptible) [7] .

Elementos asféricos

Las lentes asféricas también se utilizan en el diseño de muchos binoculares , aumentan la claridad y el contraste de la imagen, minimizando la distorsión óptica .

Punto ocular extendido

Muchos binoculares tienen un punto ocular extendido debido a la gran longitud de trabajo del ocular. Esto significa que durante la observación es posible sostener los binoculares a cierta distancia de los ojos y seguir viendo la imagen completa. En este caso, es posible mirar a través de los binoculares con gafas sin degradar la imagen.

Estabilización de imagen

En algunos dispositivos se ha instalado un estabilizador de imagen desde finales del siglo XX - principios del siglo XXI, estos binoculares utilizan dos giroscopios , alimentados por baterías incorporadas, que suelen durar varias horas. Se utilizan cuando el observador se encuentra habitualmente sobre una superficie en movimiento (navegación, aeronáutica).

Notas

  1. ↑ Binoculars // Diccionario enciclopédico de Brockhaus y Efron  : en 86 volúmenes (82 volúmenes y 4 adicionales). - San Petersburgo. , 1890-1907.
  2. ↑ Historia binocular. Cómo empezó todo Archivado el 30 de marzo de 2019 en Wayback Machine en zeiss.com
  3. ↑ Sveshnikova I. S., Zapryagaeva L. A., Guzeeva V. A., Filonov A. S. 2.3.3 Prismas // Fundamentos de óptica geométrica. - M. : Shiko, 2009. - 216 p. - ISBN 5-900758-42-7 .
  4. ↑ Prismas espectrales // Enciclopedia física  : [en 5 volúmenes] / Cap. edición A. M. Projorov . - M . : Enciclopedia soviética (vol. 1-2); Gran Enciclopedia Rusa (vols. 3-5), 1988-1999. — ISBN 5-85270-034-7 .
  5. ↑ Prismáticos digitales: ¿cómo elegir? . Consultado el 16 de julio de 2019. Archivado desde el original el 16 de julio de 2019.
  6. ↑ Rob Roy. Ojos envejecidos y tamaño de la pupila //  Event Horizon. - Hamilton Amateur Astronomers, 1996. - Abril ( vol. 3 , no. 6 ). - S. 8 . Archivado desde el original el 28 de septiembre de 2006.  
  7. ↑ Marks, WB, Dobelle, WH & MacNichol, E.F. Visual pigments of single primate cones   // Science. - 1964. - Vol. 143 .
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