Så hur fungerar en kikare?
I den här omfattande guiden kommer jag att gå igenom vetenskapen bakom hur optiken i en kikare kan samla ljus och sedan presentera dig med en förstorad bild av vyn framför dig. I kommande artiklar planerar jag också att gå igenom huvudmekaniken bakom hur fokus- och ögonkoppsmekanismerna fungerar och utbudet av olika alternativ som finns.
På så sätt är jag säker på att du i slutet av det kommer att förstå hur en kikare fungerar och därmed vara mycket bättre förberedd när du väljer rätt instrument för dina behov och sedan när det väl kommer, kunna ställa in det korrekt och använda det så att att du får ut det bästa av att använda den. Låt oss börja:
Två teleskop
I sin enklaste form består en kikare i huvudsak av två teleskop placerade sida vid sida. Så till att börja med och för att göra saker lite enklare, låt oss skära vår kikare på mitten och först lära oss hur ett teleskop fungerar och sedan sätter vi ihop dem i slutet:
Linser, ljus & refraktion
I grund och botten hur kikare fungerar och förstorar en vy är genom att använda linser som får ljus att göra något som kallas refraktion:
Genom rymdens vakuum färdas ljus i en rak linje, men när det passerar genom olika material ändrar det hastighet.
Så när ljus passerar genom ett tjockt medium som glas eller vatten saktar det ner. Detta får i allmänhet ljusvågorna att böjas och det är denna böjning av ljus som kallas refraktion. Ljusbrytning är det som får ett sugrör att se ut som om det är böjt när det är i ett glas vatten. den har också många användbara syften och är nyckeln till att kunna förstora det du tittar på.
Linser
Istället för att bara använda en enkel platt skiva eller ett glasblock använder instrument som teleskop, kikare och till och med läsglasögon speciellt formade glaslinser som ofta består av ett antal individuella linselement som bättre kan kontrollera böjningen av ljusvågorna .
Objektivlinsen
(den som är närmast föremålet du tittar på) på en kikare är konvex till formen, vilket betyder att mitten av den är tjockare än utsidan. Känd som en konvergerande lins, fångar den upp ljuset från ett avlägset föremål och sedan genom brytning får det ljuset att böjas och samlas (konvergerar) när det passerar genom glaset. ljusvågorna fokuserar sedan på en punkt bakom linsen.
Okularlinsen
tar sedan detta fokuserade ljus och förstorar det, där det sedan passerar vidare och in i dina ögon.
Förstoring
För det första färdas ljuset från motivet och en verklig bildAproduceras av objektivlinsen. Denna bild förstoras sedan av en okularlins och ses som en virtuell bildB. Resultatet är att förstorade föremål ser ut som om de var framför dig och närmare än motivet.
6x, 7x, 8, 10x eller mer.
Hur mycket bilden förstoras bestäms av förhållandet mellan objektivlinsens brännvidd delat med okularlinsens brännvidd.
Så en förstoringsfaktor på 8, till exempel, kommer att producera en virtuell bild som ser 8 gånger större ut än motivet.
Hur mycket förstoring du behöver beror på den avsedda användningen och det är ofta ett misstag att anta att ju högre effekt desto bättre kikare då högre förstoringar också medför många nackdelar. För mer, ta en titt på den här artikeln: Förstoring, stabilitet, synfält och ljusstyrka
Som du också kan se i diagrammet ovan är den virtuella bilden inverterad. Nedan tar vi en titt på varför detta händer och hur det åtgärdas:
Upp och ner bild
Det här är fantastiskt och historien kan sluta här om du bara gör ett teleskop för användning som astronomi.
I själva verket kan du ganska enkelt göra ett enkelt teleskop genom att ta två linser och separera dem med ett slutet rör. Det är faktiskt ungefär så det första teleskopet någonsin skapades.
Men vad du kommer att märka när du tittar igenom den är att bilden du ser kommer att vändas upp och ner och speglas. Detta beror på att en konvex lins får ljuset att korsa över när det konvergerar.
I själva verket kan du mycket enkelt visa detta om du håller ut ett förstoringsglas på ungefär armlängds avstånd och tittar på några avlägsna föremål genom det. Du kommer att se att bilden kommer att vara upp och ner och omvänd spegelvänd.
För att titta på avlägsna stjärnor är detta egentligen inget problem och många astronomiteleskop producerar faktiskt en icke-korrigerad bild, men för markbunden användning är detta ett problem. Lyckligtvis finns det några lösningar:
Bildkorrigering
För kikare och de flesta terrestra teleskop (spotting scope) finns det två huvudsakliga sätt att göra detta, genom att använda en konkav lins för okularet eller en bild som reser prismor:
Galileisk optik
Används i teleskop som uppfanns Galileo Galilei på 1600-talet, Galilean Optics använder en konvex objektivlins på vanligt sätt, men ändrar detta till ett konkavt linssystem för okularet.
Även känd som en divergerande lins, den konkava linsen gör att ljusstrålar sprids isär (divergerar). Så om den placeras på rätt avstånd från den konvexa objektivlinsen, kan den förhindra ljuset från att passera över och därmed stoppa bilden från att bli inverterad.
Låg kostnad och lätt att göra, detta system används fortfarande på opera- och teaterkikare än i dag.
Men nackdelarna är att det är svårt att få en hög förstoring, du får ett ganska snävt synfält och du får en hög nivå av suddighet i bildens kanter.
Det är av dessa skäl som ett prismasystem för de flesta användningsområden ses som ett bättre alternativ:
Keplerian optik med prismor
Till skillnad från Galilean Optics som använder en konkav lins i okularet, använder Keplerians optiska system konvexa linser för objektiven såväl som okularlinser och anses allmänt vara en förbättring av Galileos design.
Men bilden måste fortfarande korrigeras och detta uppnås med hjälp av ett prisma:
Korrigera den inverterade bilden
De flesta moderna kikare fungerar som en spegel och använder prismor som reflekterar ljuset och därmed ändrar orienteringen och korrigerar bilden.
Även om en standardspegel är perfekt för att titta på dig själv på morgonen, skulle det inte vara bra i en kikare om ljuset helt enkelt reflekterades 180 grader och tillbaka dit det kom ifrån eftersom du då aldrig skulle kunna se bilden.
Porro prismor
Detta problem löstes först genom att använda ett par Porro-prismor. Uppkallad efter den italienska uppfinnaren Ignazio Porro, ett enda Porro-prisma, som en spegel, reflekterar också ljuset 180 grader och tillbaka i den riktning det kom ifrån, men det gör det parallellt med det infallande ljuset och inte direkt längs samma väg.
Så det här hjälper verkligen eftersom det låter dig placera två av dessa Porro-prismor i rät vinkel mot varandra, vilket i sin tur betyder att du sedan kan reflektera ljuset så att det inte bara omorienterar den inverterade bilden utan också effektivt låter det fortsätta i samma riktning och mot okularen.
Det är faktiskt dessa två Porro-prismor placerade i rät vinkel som ger kikaren sin traditionella, ikoniska form och det är därför deras okular är närmare varandra än objektivlinserna.
Takprismor
Förutom Porro-prismat finns det ett antal andra mönster som var och en har sina egna unika fördelar.
Två av dem, Abbe-Koenig-prisman och Schmidt-Pechan-prisman, är typer av takprismor som nu är vanliga i kikare.
Av dessa är Schmidt-Pechan prismat vanligast eftersom det gör det möjligt för tillverkare att producera en mer kompakt, smalare kikare med okularen i linje med objektiven. Nackdelen är att de kräver ett antal speciella beläggningar för att uppnå total intern reflektion och eliminera ett fenomen som kallas fasförskjutning.
Varför kikare är kortare än teleskop
Den andra fördelen med att använda prismor är att eftersom ljuset vänds dubbelt när det går genom prismat och så går tillbaka på sig självt, ökar avståndet som det färdas i det utrymmet.
Därför kan kikarens totala längd förkortas eftersom det erforderliga avståndet mellan objektivlinserna och okularet också minskar och det är därför kikare är kortare än brytande teleskop med samma förstoring då de saknar prisma.