Основні характеристики біноклів

1.Призми обертаючої системи
2. Кратність збільшення бінокля
2.1 Постійна і змінна кратність збільшення
3. Вхідне вічко, або діаметр передньої лінзи об'єктиву
4. Діаметр вихідного вічка
5. Світлопропускна здатність бінокля 
6. Світлосила 
7. Ширина поля зору 
8.Система фокусування 
9. Пластичність 
10. Міцність, вологонепроникність і запітніння лінз зсередини 

 

1.Призми обертаючої системи
У призматичних біноклях використовуються два принципи обертаючих систем призм — Порро (Porro) і roof (дах).
Обертаюча система призм Порро — класична, бінокль з нею має характерну форму: відстань між об'єктивами більша, ніж відстань між окулярами. У біноклі з Roof-призмами окуляр і об'єктив кожної зорової труби знаходяться на одній осі. Застосування roof-призм дозволяє зробити бінокль компактним. Але пластичність, властива біноклям з обертаючою системою Порро, при цьому втрачається. Отже, за принципом побудови біноклі підрозділяються на 2 основних типи, залежно від типу призми обертаючої системи (оптична система, що перевертає отримане лінзами об'єктивів перекинуте вниз головою зображення в нормальний стан):

 

Біноклі з дахоподібною призмою Roof (компактні біноклі) - об'єктиви і окуляр розташовуються на загальних оптичних осях, що дозволяє зробити бінокль компактнішим;
Біноклі з призмою Порро - оптичні осі об'єктивів бінокля рознесені ширше, ніж оптичні осі окулярів, і через це прилад виходить громіздкішим. Зате якість зображення, спостережуваного в такий бінокль на ту саму ціну може бути вища.

2. Кратність збільшення бінокля
Кратність збільшення бінокля визначає, наскільки «ближче» до Вас опиниться спостережуваний предмет: наприклад протилежний берег річки, що знаходиться в 100м від Вас, при спостереженні в 10-кратний бінокль виглядатиме так, ніби знаходиться всього лише на відстані 10м. Чим вище кратність збільшення бінокля, тим сильніше він «наближає» значно віддалені об'єкти. Проте у міру зростання кратності збільшення бінокля, комфортність спостереження знижується: зображення починає «стрибати» при щонайменшому Вашому русі, навіть при диханні! Це означає, що біноклем високої кратності збільшення (понад 10), можна комфортно скористатися, лише додавши йому максимально стабільне положення (встановити на штатив, уперти в стовбур дерева або дах автомобіля і т. п.). Таким чином, вибір бінокля за критерієм кратності збільшення повинен бути розумним, інакше головна перевага може обернутися головним недоліком (правда, існують біноклі із стабілізацією зображення, але це - предмет окремої розмови).
Збільшення (кратність) – відношення кутових розмірів об'єкту, спостережуваного в бінокль до розмірів цього ж об'єкту, видимого неозброєним оком. Простіше кажучи, кратність показує в скільки разів зображення, видиме через бінокль здаватиметься більшим, ніж при спостереженні без бінокля. У маркіровці біноклів кратність вказується в першому числі перед знаком «х». Біноклями малого збільшення зважають 2–4-кратні, з середнім збільшенням – 6-8-кратні. Біноклі з великим збільшенням – це 10х, 12х 16х і навіть 20-кратні біноклі. Такі біноклі мають великі габарити і вагу, а також коштують недешево, тому, вибираючи бінокль, до величини збільшення варто підходити з позиції розумної достатності. Іншими словами, практичне завдання, яке ставить собі людина, що знаходиться в полі і підносить до очей оптичний прилад — розпізнати видалений об'єкт. А зовсім не милуватися їм або побачити його максимально крупно. Тому звичайне збільшення (magnification) біноклів, призначених для польових спостережень, — 6-8-кратне. Іноді виникає необхідність у сильнішому збільшенні. Але при цьому потрібно враховувати, що 8-10-кратне збільшення — практична межа, після якої спостереження з руки стає майже неможливим ічерез тремтіння, значення якого пропорційно посилене оптикою при додатково зменшеному полі зору. Біноклі з сильним збільшенням (15-20 кратних) проявляють свої позитивні сторони при спостереженні зі штатива. Для цього випускаються спеціальні перехідники-адаптери, що дозволяють укріпити бінокль на штативі. Крім того, вага і габарити могутнього бінокля досить значні, і для тривалого носіння вони мало підходять.
2.1 Постійна і змінна кратність збільшення Існують і біноклі змінної кратності (zoom). У них ступінь збільшення може плавно мінятися, як в зуммованих об'єктивах фото- і відеокамер. Побудова таких біноклів, зрозуміло, складніша ніж звичайних. Бінокль, наближаючи спостережувані об'єкти, не віднімає у зору його властивості стереоскопічності. У цьому полягає перевага бінокля перед підзорними трубами і монокулярами. Стереоскопічний зір дозволяє розрізняти перспективне розташування спостережуваних предметів, їх взаємне віддалення, бачити предмети об'ємно. Характеристики кратності бінокля завжди фігурують в назві назві моделі і, як правило, позначені безпосередньо на корпусі приладу, Tasco 8x25 Offshore чи Nikon Aculon 10-22x50. Ключовими тут є позначення 10x21 і 8—20x24. Перед символом «х» указується кратність збільшення бінокля. Якщо цифра одна, - бінокль постійної кратності збільшення, наприклад, 10, а якщо цифр дві, - бінокль змінної кратності збільшення, в нашому прикладі — від 8 до 20. До речі, якщо в назві моделі є слово ZOOM, мова йде про прилад змінної кратності збільшення. Після символу «х» dказується діаметр лінз об'єктивів бінокля в міліметрах.

3. Вхідне вічко, або діаметр передньої лінзи об'єктиву, визначає кількість світла, яка бере участь у формуванні зображення. Чим більше діаметр, тим яскравіше зображення в біноклі. У маркіровці біноклів величина вхідної зіниці указується в міліметрах після знаку «х». Таким чином, позначення 8х36 говорить про те, що це восьмикратний бінокль, у якого діаметр передньої лінзи рівний 36 міліметрам. Діаметр лінз об'єктивів визначає здатність бінокля до світлопропускання, тобто, наскільки яскравим буде спостережуване Вами зображення. Особливо важливим цей параметр стає при спостереженні у сутінках, коли неозброєним оком спостережуваний сюжет не розгледіти через те, що дуже далеко, а в бінокль його може бути не видно через те, що дуже темно. Чим більший діаметр передньої лінзи об'єктиву, тим більше падаючого на її поверхню світла вона збере, тим яскравішим буде зображення, яке ми бачимо в окуляр. Таким чином, з двох біноклів 8x20 і 8x40 для присмеркового спостереження більше підходить 8x40. Зате 8x20 - набагато компактіший.

4. Діаметр вихідного вічка
Біноклі належать до оптичних приладів, побудованих за законами геометричної оптики, і такі їх характеристики, як діаметр передньої лінзи об'єктива і кратність збільшення жорстко пов'язані між собою. Так виникає ще одна характеристика - діаметр вихідного вічка: частка від ділення діаметру передньої лінзи об'єктиву на кратність збільшення. Для бінокля 8x20 діаметр вихідного вічка складе 2,5 мм, а для бінокля 8x40 - 5 мм. Ця характеристика бінокля тісно взаємозв'язана з можливостями нашого зору, а саме з можливістю нашої зіниці звужуватися і розширюватися залежно від умов освітлення. Зіниця молодої, здорової людини в змозі розширитися до 7 мм. З віком ця здатність втрачається, і наша зіниця розширюється приблизно до 4 мм. Виходячи з цього, якщо діаметр вихідного вічка бінокля складає 2,5 мм, то при денному спостереженні, коли наша зіниця звужена, це значення цілком достатньо, але у сутінках, коли наша зіниця розширена, бажано, щоб діаметр вихідного вічка відповідав діаметру нашої зіниці. Якщо він менший, ми втратимо в яскравості спостережуваного зображення, якщо більший — оптика працюватиме дарма, оскільки ми все одно не в змозі сприйняти надлишок світлового потоку, що не вміщається у нашу зіницю.
Таким чином, вихідне вічко – це діаметр світлового пучка, що потрапляє з бінокля у зіницю спостерігача. Чисельно рівний відношенню кратності до діаметру вхідного вічка. Саме величина вихідного вічка характеризує світлосилу бінокля, оскільки при одному і тому ж діаметрі об'єктиву бінокль з більшою кратністю матиме меншу світлосилу, ніж бінокль з меншою кратністю. Оптимальний діаметр вихідного вічка 6-7 мм. Біноклі із вічком 3-4 мм можуть давати досить яскраве зображення при сонячному освітленні, проте у сутінках користуватися ними буде непросто. Діаметр вихідного вічка (exit pupil) — важлива характеристика бінокля. Діаметр вихідного вічка не слід плутати з діаметром самого окуляра. Вихідне вічко — це та біла пляма, яка відбивається на листі паперу, коли ми його підносимо до окуляра направленого на світло бінокля, в межах робочого відрізка. Робочий відрізок — відстань від окуляра, на віддалі від якого око бачить чітке зображення. Робочий відрізок відносно великий в оптичних прицілах, де необхідно враховувати силу віддачі і рух зброї назад. Біноклі розраховані на безпосереднє наближення очей до окуляра і довжина робочого відрізка невелика і складає в середньому 10-15 мм, іноді доходячи до 18-20 мм. В останньому випадку віддалення вихідного вічка дозволяє користуватися біноклем в окулярах (у військових біноклях — також і через протигаз). Для того, щоб визначити діаметр вихідного вічка не безпосереднім вимірюванням світлової плями, а розрахунком, достатньо діаметр об'єктиву, який завжди вказується на самому приладі числом після знаку Х - 8 Х 40, — розділити на збільшення. В даному випадку, це 5 мм.

5. Світлопропускна здатність бінокля
На здатність бінокля до світлопропускання неминуче впливають втрати світла при його проходженні через скло лінз і, особливо, при проходженні через бар'єр «скло-повітря», оскільки в цьому випадку відбувається додаткове розсіяння світла. Поліпшити характеристики бінокля з точки зору світлопропускання можна за рахунок підвищення оптичної якості скла лінз, за рахунок скорочення кількості бар'єрів «скло-повітря» і за рахунок застосування спеціальних покриттів поверхні лінз, так званого "просвітлення" . У хороших біноклях, крім використання високоякісних лінз, оптичні вузли (об'єктив, окуляр) зібрані в моноблоки, в яких лінзи склеєні між собою спеціальними клеями для усунення їх контакту з повітрям. Якщо поверхня лінзи все ж таки стикається з повітрям, на неї наноситься багатошарове покриття (просвітлення), оптичні властивості якого зводять до мінімуму небажане розсіяння світла. Коефіцієнт пропускання світла (Light transmission, Transmittance) —це відношення кількості світла, що виходить з оптичної системи, до кількості вхідного світла. Якщо лінзи оптичного приладу не мають просвітлюючого покриття, ця величина може складати менше 50 відсотків, оскільки кожна дотична з повітрям поверхня лінзи відбиває приблизно 5 відсотків світла. Якісний оптичний прилад, як правило, містить 10–12 лінз. Збільшити коефіцієнт пропускання дозволяє просвітлююче покриття. Найкращі сьогодні оптичні прилади мають коефіцієнт пропускання в 97 відсотків.
Біноклі, які спеціально адаптовані для присмеркового спостереження, мають покриття лінз, що відбивають промені тієї частини спектру, яку наше око у сутінках не сприймає (або сприймає погано), але пропускають промені, які нами добре сприймаються. Відомо, що наше око у сутінках краще всього сприймає жовто-зелену частину спектру. Покриття лінз хорошого бінокля пропускає промені з цього діапазону і відбиваає промені з червоної і синьої частини спектру, тому лінзи таких біноклів мають характерний червоно-синій або фіолетовий відблиск.

6. Світлосила
В залежності від кута зору і кратності оптичного приладу знаходиться його світлосила (relative brightness). Світлосила визначає величину яскравості зображення, що отримується на сітківці ока при спостереженні в оптичний прилад (у нашому випадку - в бінокль). Вона визначається відношенням яскравості зображення предмету на сітківці ока при спостереженні в оптичний прилад до яскравості зображення того ж предмету на сітківці ока при спостереженні неозброєним оком. Світлосила приладу прямо пропорційна діаметру його вихідного вічка. Проте, визначати величину світлосили за приведеним вище співвідношенням досить важко. Тому на практиці світлосила позначається квадратом діаметру вихідного вічка. Для бінокля 6х30 вихідне вічко буде рівним 5 мм, а світлосила, відповідно, 25.
Як відомо, при проходженні світлових променів через оптичну систему відбуваються втрати поглинання і віддзеркалення, внаслідок чого яскравість зображення зменшується. Тому при спостереженні в оптичний прилад ми бачимо предмети менш освітленими, ніж вони є насправді. Чим складніший оптичний прилад, тим ці втрати більші. Щоб не було додаткових втрат в освітленості зображення, потрібно, щоб під час роботи діаметр вихідного вічка бінокля не був меншим, ніж діаметр зіниці ока. Величина зіниці ока людини міняється залежно від освітленості (від 2,5-3 мм на яскравому світлі, до 7-8 мм у сутінках і темноті).
Світлосила, кратність і поле зору бінокля (взагалі будь-якої оптичної системи) знаходяться в тісному взаємозв'язку. Не можна змінити один з цих параметрів, не змінивши інших. За інших рівних умов, підвищення кратності спричинить зменшення поля зору. Збільшення вихідного вічка при даному об'єктиві збільшить світлосилу, але зменшить кратність.

7. Ширина поля зору
В технічних характеристиках біноклів зустрічається ще такий параметр: ширина поля зору, що виражається в кутових або лінійних величинах. Наприклад, ширина поля зору певного бінокля 16x40 складає 3° або 105 м на 1000 м. Це означає, що спостережуваний в даний бінокль простір розширюється у міру віддалення від спостерігача, і на відстані 1000 м ширина видимої в бінокль ділянки місцевості складе 105 м. Іншими словами: якщо побудувати рівносторонній трикутник, кут при вершині якого рівний 3° (там і знаходиться спостерігач), а висота якого рівна 1000 м, то основа такого трикутника складе 105 м. З допомогою геометрії можна перевести кутову ширину поля зору в лінійну. Загалом, досить мати на увазі, що чим ширше поле зору Вашого бінокля, тим більше цінної інформації Ви зможе отримати і тим менше часу займе пошук об'єкту, який ви «засікли» неозброєним оком. Також слід пам'ятати, що чим вища кратність збільшення бінокля, тим вужче поле зору.
Під полем зору (field of view) бінокля розуміють кут, утворений двома уявними лініями, проведеними з центру об'єктиву оптичного приладу до крайніх точок простору, межі якого видно при спостереженні в прилад. Це так зване "дійсне" поле зору (real field of view). Також визначають окулярне (apparent field of view) поле зору. На відміну від дійсного, окулярне поле зору - це кут, утворений лініями, що сполучають зіницю ока з крайніми точками зображення, побудованого оптичною системою в приладі. Відповідно, окулярне поле зору більше від дійсного пропорційно збільшенню приладу. Іноді вказують обидві ці характеристики. Якщо поле зору (дійсне) 6-кратного бінокля — 100, то окулярне поле зору — 600. Часто поле зору позначається не градусним кутом, а шириною відрізка, що проглядається, на певній дальності. Ці величини легко переводяться одна в іншу.

8.Система фокусування
І, нарешті, необхідно згадати різні системи фокусування, адже зір у всіх людей різний, а потрібно добитися максимально різкої «картинки». Більшість компактних біноклів (з дахоподібною призмою) забезпечена системою центрального фокусування: на одному з окулярів є кільце діоптрійної корекції, за допомогою якого Ви адаптуєте бінокль до особливостей одного свого ока, заплющивши при цьому інше, а потім корегуєте бачення іншим оком за допомогою барабана центрального фокусування. В результаті спостережувана потім обома очима «картинка» буде різкою, якщо різниця в «оптичних характеристиках» між Вашими очима не дуже велика. У біноклях з призмою Порро частіше застосовується роздільне фокусування окуляра, що дозволяє налаштувати кожну «половинку» бінокля з урахуванням особливостей Вашого зору. Хороший бінокль також відрізняється від посереднього великою глибиною простору, що чітко відображається. Наприклад, в хороший бінокль об'єкт, що знаходиться на відстані 20 м від Вас і об'єкт, видалений на 300 м, буде видно однаково чітко. Крім того, бінокль характеризується таким параметром, як мінімальна фокусна відстань. Так, через 16-кратний бінокль можна чітко спостерігати об'єкти, розташовані не ближче, ніж, припустимо, 15 м. Чим менше значення мінімальної фокусованої відстані, тим комфортніше спостереження.
Таким чином, фокусування окуляра бінокля може бути центральним або роздільним. У першому випадку загальний для двох окуляра маховичок розташований у шарнірному з'єднанні труб, в другому випадку налаштуванння проводиться роздільно, безпосереднім обертанням діоптрійного кільця кожного окуляра. Роздільне фокусування більше характерне для військових біноклів, оскільки конструкція при цьому простіша і міцніша.

9. Пластичність
Бінокулярним приладам, до яких належить бінокль, властива пластичність. Пластичність — це загальна властивість бінокулярного зору, що створює відчуття глибини простору і рельєфу місцевості. Пластичність залежить від дальності спостереження і від відстані між зіницями — бази. Сходячись на спостережуваному предметі, оптичні осі очей (при спостереженні неозброєним оком) утворюють параллактичний кут. Чим далі розташований предмет, тим менше цей кут, і на певній дальності кут стає настільки малий, що всі предмети стануть здаватися нам розташованими в одній площині. Пропорційно кратності бінокулярного приладу збільшується і дальність сприйняття об'ємного зображення, тобто пластичність нашого зору. Такі прилади, як стереотруба і бінокль з обертаючою системою призм Порро, у яких відстань між об'єктивами більше відстані між окулярами, додатково збільшують пластичність зору пропорційно збільшенню бази. Якщо в стереотрубі відстань між об'єктивами вдесятеро більше відстані між зіницями, то в біноклі — приблизно в два рази. Відношення відстані між об'єктивами до відстані між очима спостерігача називається питомою пластичністю приладу. Повна пластичність приладу рівна питомій пластичності, помноженій на збільшення. Наприклад, питома пластичність шестикратного бінокля з призмами Порро — 2, повна 12.

10. Міцність, вологонепроникність і запітніння лінз зсередини
Тепер розглянемо експлуатаційні характеристики біноклів. Бінокль повинен володіти достатньою механічною міцністю, тобто витримувати струси, удари, падіння, які вірогідні в жорстких умовах екстремальних подорожей. Корпус бінокля, до того ж, повинен бути зручним, щоб Ви могли надійно утримувати його, і не повинен вислизати з рук навіть під проливним дощем. Особлива тема — вологонепроникність корпусу і схильність лінз до запітніння зсередини. Окремо слід розглядати ті біноклі, корпус яких 100% водонепроникний (waterproof). А щоб лінзи при перепадах температури і атмосферної вологості не запітнівали зсередини, корпус бінокля заповнюють азотом в умовах вакууму. Заповнення корпусу бінокля азотом (Nitrogen-filled) свідчить про його високий клас, що, правда, неминуче позначається на ціні.