Биноклите в астрономията (в процес на довършване)
 

Много често бинокълът е първият истински оптичен уред в ръцете на любителя-астроном. Дори след време основен инструмент да стане телескопът бинокълът винаги намира приложение в астрономическите наблюдения.
 

Защо бинокъл

Бинокълът е чудесен избор за първите любителски астрономически наблюдения по много причини. Той е лесен за използване, дава изправен образ и голямо зрително поле, което прави откриването на обектите много лесно. Освен това той е лек и компактен, може да се носи навсякъде и не изисква никакво време за подготовка на наблюдението. Биноклите са сравнително евтини и много разпространени, а често семейството на начинаещия любител вече има такъв, дори и това да не е най-подходящият за астрономия модел. Пред евтините и пластмасови "телескопи" един истински бинокъл е многократно по-добър избор, и ще предложи много повече удовлетворение при наблюдението.
 

Устройство на бинокъла

По същество бинокълът представлява две, съединени заедно малки зрителни тръби. Според оптичната си схема биноклите са два вида - галилеев и кеплеров. При първият вид оптичната схема напълно повтаря тази на галилеевата зрителна тръба. Обективът е положителна ахроматна леща, а окулярът отрицателна леща. Бинокли с такава схема са евтини, но имат малко зрително поле и малко увеличение в границите на 2 - 5 пъти. Най-често по тази оптична схема са изпълнени театралните бинокли. Вторият вид бинокли за изработени по оптичната схема на кеплеровата зрителна тръба. Всъщност, единствената разлика от обикновената зрителна тръба е това, че в оптичната схема на бинокъла е включен елемент, изправящ образа - двойка призми. По-надолу в текста се разглежда само този вид бинокли.

В зависимост от вида на призмите, които са включени като изправящ елемент на образа биноклите биват два вида - с правоъгълни призми (призми на Поро) и с призма с покрив (Roof-призма, призма на Амичи, призма на Пехан). От вида на призмите зависи и конструктивната форма на тялото на бинокъла. Освен, че изправят образа призмите скъсяват и оптичната ос, като по този начин биноклите стават по-компактни.

Бинокъл с правоъгълни (Поро) призми

Това е стандартния и най-разпространен вид бинокъл. За да се изправи образът светлинният лъч преминава през две триъгълни правоъгълни призми, разположени по определен начин една спрямо друга - основата на едната призма припокрива наполовина оснавата на другата, като двете призми са завъртяни на 90°. По тази причина всяка от тръбите на бинокълът придобива по-обемна и стъпаловидна форма. Биноклите с правоъгълни призми са по-евтини, а увеличеното базисното разстояние между обективите способства за по-добро проявяване на бинокулярното зрение, поне на близки разстояния. Ергономичен недостатък на тези бинокли е формата им, която не позволява да се държат удобно, особено за по-дълго време, както и че са по-обемни. В последните години в употреба масово навлизат компактни бинокли с правоъгълни призми, при които обективите са разположени един до друг. Тази конструктивна особеност не позволява използването на големи обективи, а ефекта на бинокулярно зрение се намалява.
 

Бинокъл с призма с покрив (Roof - призма)

При тези бинокли за изправяне на образа се използват също две, но различни по вид призми - една триъгълна неравнобедрена призма и една т.нар. призма с покрив. Изходната повърхност на едната призма припокрива напълно входната повърхност на втората, като освен това оптичните оси на обектива и на окуляра остават на една линия. Този вид бинокли се познават по цилиндричността (или конусовидността) на тръбите.

Различията в обръщащата система при двата вида бинокли водят и до различия в качеството на образа и цената. Поради по-трудните за изработване призми биноклите с призма с покрив са по-скъпи. При тях светлинният лъч преминава по по-сложен път в призмите, отразява се 6 пъти (срущу 4 при първия вид бинокли) в стените им, "престоят" му в призмите е по-дълъг, а всичко това води до намаляване на светлината и разсейване. Освен това изискванията към качеството и юстирането на призмите спрямо оптичната ос на бинокъла са по-високи.
 

Означения по биноклите

На всички бинокли освен името на фирмата има и означения от вида на 10 х 50. С 10 е означено увеличението на бинокъла, а с 50 диаметъра на обектива, измерен в милиметри. При някои модели в означението е включено и зрителното поле на бинокъла. Други означения на бинокли представляват буквени съчетания, показващи някои конструктивни особености, водозащитрно покритие, определени качества на оптичните елементи и др. Така например, при руските, бинокли, които са най-разпространени у нас, някои от буквените означения са следните: Б - бинокъл; П - призмен, с правоъгълни призми на Поро; К - призмен, с призми с покрив; Ц - бинокъл с централно фокусиране; Ф - бинокъл с вътрешно фокусиране; Ш - с увеличено зрително поле; О - с увеличено очно разстояние; 2 - с мерна скала.

При някои западни бинокли може да се видят означения като BK7, BaK2, BaK4 и др. Те показват, че за изработването на призмите са използвани тези специални сортове стъкла с висок коефициент на пречупване и ниско светоразсейване.
 

Увеличение на бинокъла

Както стана ясно, увеличението на бинокъла е изписано върху корпуса му. В практиката увеличенията на биноклите варират от 5-6 до 25-30. За различни цели са подходящи различни увеличения, но трябва да се имат предвид и някои особености. С нарастване на увеличението се намалява зрителното поле. Освен това, голямото увеличение изисква използването на статив или подпирането на бинокъла, тъй като се получава голямо трептене на образа при държане в ръце. Това води до невъзможност да се разгледа обекта добре, както и умора на очите. Допълнително, с увеличението расте и масата на бинокъла, още една причина за използване на статив за по-комфортно наблюдение. Например, бинокъл БПЦ 8х30 тежи 650g, БПЦ 25х70 - 1.85kg, а ТБ 30x90 - 5kg. С увеличението расте и цената. В повечето случаи бинокълът се ползва като помощен инструмент, при което големите увеличения са необходими рядко. По-важно е ефективното му ползване и широкото зрително поле.

Съществуват и бинокли с променливо увеличение. Тази промяна се постига чрез преместване на една или няколко лещи в окуляра, при което се променя фокусното му разстояние. Това, обаче води до влошаване на образът при определени или при всички степени увеличения. Такива бинокли са удобни при използване, но поради влошеното качество на образа са неподходящи за астрономически наблюения.

Нерядко с увеличението на биноклите се спекулира - на корпусът е изписано значително по-голямо увеличение от действителното. Обикновено това се среща при евтините "жълти" бинокли, имитиращи реномирани марки. Нереално е да очаквате от малък бинокъл с надпис 30х50 да увеличава наистина 30 пъти. Това може да проличи и от самите размери на бинокъла. Както знаем, увеличението е равно на отношението на фокусните разстояния на обектива и окуляра. При някои бинокли има възможност обективите да се отвиват и да се измери фокусното им разстояние, но обикновено то е неизвестно. От друга страна фокусните разстояния на окулярите са в диапазона 15 - 25mm. Ако приемем f_ок = 15mm за да има бинокълът увеличение 30х фокусното разстояние на обектива трябва да е 450mm. Това е и приблизителното разстояние между обектива и окуляра. Можем да "скъсим" това разстояние с около 100mm, защото знаем, че оптичната се "начупва" в двете призми. Получава се разстояние между обектива и окуляра над 300mm. Ако действителното разстояние между тях, измерено по дължина на бинокъла се различава съществено, това е сигурен белег, че изписаното увеличение 30х  е неверно и заблуждаващо.

Всъщност, увеличението на бинокъла си приблизително можем да намерим и сами. Има два лесни начина. Първият начин е чрез измерване на диаметъра на изходната зеница (за нея виж по-долу) на бинокъла и съпоставянето му с този на обектива. Отношението D_об / D_из е равно на  увеличението. Диаметърът на обектива го знаем, остава да се намери диаметърът на изходната зеница. Това, с известна неточност, може да стане чрез непосредственото й измерване. Ако държим бинокъла с изпънати ръце пред нас ще видим, че в окулярите се виждат светли кръгчета - образите на обективите. Трябва да приближим една линийка към лещите и да измерим диаметърът на едното кръгче - това е диаметърът на изходната зеница. Нека бинокълът има 50mm обектив, а измереното кръгче е с диаметър ~6mm. Тогава 50mm/6mm = 8 - това е приблизителното увеличение на бинокъла. Сега вече можем да преценим дали да се доверим на означенията по него. Този метод, обаче, е коректен при условие, че в оптическата схема не е включена диафрагма (за намаляване на аберациите, например), която да ограничава истинския светлинен конус, създаван от обектива.

За вторият начин също ще е необходима линийка или поредица от повтарящи се на еднакво разстояние предмети - прозорците на отсрещния блок, улични стълбове в далечината, стълбчетата на ограда и т.н. Примерът е илюстриран с оградни стълбчета. Идеята е следната: гледаме към оградата, като едното око е невъоръжено, а с другото гледаме през едната тръба на бинокъла. Така образите от двете очи се наслагват един върху друг и виждаме едновременно и "нормалния" образ и увеличения. Задачата ни е да ги сравним и да установим разликата в мащабите. Това може да стане лесно ако се съсредоточим на върховете на оградните стълбчета, примерно. Насочваме бинокъла така, че между две стълбчета, видими през него да виждаме част от оградата. Сега е необходимо само да се преброят колко стълбчета от "нормалния" образ се събират между двете, видими през бинокъла. На илюстрацията те са осем. Това е и приблизителното увеличение на бинокъла.

Често вместо увеличение използваме думата приближение. На практика двете са синоними, но строго теоретично, не са равнозначни. Увеличението изразява нарастването на ъгловите размери на наблюдавания през бинокъла обект, докато при приближението интуитивно си представяме пространствено приближаване до обекта. Ако, например, отсрещният блок се вижда под ъгъл 1° през бинокъл 10х той ще се вижда под ъгъл 10°. Ако, обаче се приближим на разстояние 1/10 до блока, то ъгловият му размер ще е 9.9°.
 

Диаметър на обектива

Както при всеки телескоп диаметърът на обектива е по-важен от увеличението. По-големият диаметър на обектива винаги ще е само в полза на наблюдателя - той обезпечава по-ярка, контрастна и детайлна картина. Диаметърът, в милиметри, е изписан на корпуса на бинокъла.

Комбинацията увеличение - диаметър на обектива е важно при астрономическите наблюдения, тъй като от нея зависи ефективността им, чрез т.нар. изходна зеница на бинокъла.
 

Изходна зеница

Изходната зеница е един от важните параметри на оптичните инструменти, особено когато говорим за нощни наблюдения, каквито са астрономическите. Интуитивно, считаме, че биноклите с по-голям диаметър на обектива и с по-голямо увеличение са по-подходящи за астрономически наблюдения. Това, обаче, не винаги е така, главната причина за което е размерът на изходната зеница на бинокъла. Характерна особеност на очите при нощни наблюдения е тяхната адаптация към тъмнината, при която зеницата се разширява значително, в сравнение с размера й през деня. За да е по-ефективно наблюдението е необходимо диаметърът на светлинният лъч, излизащ от бинокъла, и наречен изходна зеница, да "обхваща" изцяло зеницата на окото, т.е. да са с приблизително еднакви размери. Практически, това е възможно когато диаметърът на този изходящ светлинен лъч от бинокъла е с размери 5 до 7-8mm. Както знаем, той зависи от диаметъра на обектива и увеличението на бинокъла:

За да е ефективно нощното наблюдение трябва d_из да е равно на 5 - 7mm. Това се постига при т.нар. равнозенично увеличение. Нека разгледаме два бинокъла - 7х50 и 20х60. Като се подвеждаме от по-големия диаметър на бинокъла 20х60 смятаме, че той е по-ефективен. Но ако изчислим изходната зеница за двата бинокъла се получава 7mm  и 3mm, съответно. Излиза, че "по-слабият" бинокъл 7х50 е по-ефективен при нощни наблюдения, поради това, че изходната му зеница съвпада или е по-близка до размера на зеницата на окото и светлинния лъч се възприема пълноценно от окото. При другия бинокъл (20х60) светлинния лъч попада само върху част от зеницата на окото, като останалата й част (70-80%) остава неизползвана. Така се получава едно неизбежно диафрагмиране на системата бинокъл - око и ефектът от адаптацията на окото към тъмнината се губи. От тази гледна точка образно можем да кажем, че биноклите се делят на дневни и нощни. Изборът ни на бинокъл за астрономически наблюдения трябва да е съобразен с тази ефективност при нощните наблюдения. Разбира се, ако наблюдаваме Луната, това не е необходимо, но бинокъла се използва предимно за търсене на слаби обекти и за наблюдения на звездни полета и deepsky-обекти. В този случай пълноценното използване на адаптацията на очите е особено важно.

Относителна яркост (relative brightness)

В последно време към техническите характеристики на биноклите се прибавя и една нова - относителна яркост. Тя е математически свързана с изходната зеница - представлява площта й:

Зрително поле

Зрителното поле може да бъде изписано, ако въобще е изписано, по два начина - в дъгови градуси или като линеен размер на зрителното поле на разстояние 1000 метра. В първият случай означението е във вид на изписани градуси, например 6.5°. Във втория случай на бинокъла е изписано означение 1000/110, 110/1000 или нещо подобно, което означава, че на базово разстояние 1000m бинокълът "вижда" пространство с ширина 110m, примерно. При всеки отделен бинокъл базовото разстоянието е винаги едно и също - 1000m, различно е числото на обхвата - 100m, 101m 105m и т.н. При западните бинокли разстоянието 1000m може да е заменено с 1000yd (ярда), съответно и обхвата е показан в ярдове или футове (ft). 1 ярд е равен на 0.9144 метра, а 1 фут - на 0.3048 метра. За да изчислите линейното зрително поле, дадено по този начин в градуси използвайте следната формула:

Много полезно е, ако зрителното поле на бинокъла не е изписано на корпуса му да се намери опитно. Това може да стане лесно чрез сравнение на видимата в полето на бинокъла част от небето с звездния атлас. Необходимо е да се изберат две звезди, разположени в двата края на зрителното поле (по диаметъра) и в атласа да се измери ъгловото разстояние между тях. Зрителното поле може да се изчисли и чрез наблюдение на близки наземни обекти. Например, наблюдаваме стена, която се намира на разстояние X пред нас, и която е перпендикулярна на посоката на погледа ни. По някакъв начин отбелязваме двата края (по диаметъра) на зрителното поле. Ако разстоянието между тези две марки е L, то зрителното поле:

Знаейки зрителното поле на бинокъла си бързо и сравнително точно ще можете да определяте ъгловите разстояния между небесните обекти.
 

Просветляване

Един от най-важнте фактори за качеството на образа, създаван от бинокъла е просветляването. Наличието на качествено просветляване е важно както при нощните (астрономическите) наблюдения така и при дневните. Докато при рефракторите главните оптични елемента са два - обектив и окуляр при биноклите има допълнителни елементи - призмите. Те, разбира се, участват равноправно в оптичната схема на бинокъла и е важно също да бъдат просветлени. Като цяло, трябва да са просветлени всички оптични повърхности, граничещи с въздуха. Това прави образът по-ярък и по-контрастен и спомага за правилното цветопредаване.

Най-добре е бинокълът да има т.нар. многослойно просветляване. По принцип то се означава с МС (Multi Coating), но на биноклите това рядко е изписано. По-вероятно е да пише направо Multi Coated или Fully Multi Coated. То може да се познае по (обикновено) виолетово - пурпурния цвят на стъклата (подобно на просветляването на фотообективите). При оглеждане не трябва да виждате своето отражение, а при гледане през просветлена леща, или през бинокъла, като цяло, образът не трябва да е оцветен.

Напоследък е модерно т.нар. рубинено просветляване биноклите. Действително такова има - на оптичният елемент се нанасят, над десет слоя от различен материал, срещу 3-4 при многослойното просветляване. Просветляването има лек червеникав оттенък. Това води до намаляване на червеното (отразяма го обратно) и образът става леко синкав или зеленикав, което прави такива бинокли подходящи за наблюдения при малка осветеност.

Вероятно сте забелязали такива бинокли по магазините - с ярко оранжево/червено покритие на обективите и надпис Ruby coating, и в което можете да се огледате като в огледало. Не купувайте такива бинокли! Това са евтини имитации, а рубиненото им просветляване не е никакво просветляване (щом можете да се огледате в него). Това е просто цветно декоративно покритие, подобно на това на "огледалните" слънчеви очила, което създава атрактивност на бинокъла и спомага за продажбата му. Освен, че създава определено син образ, все едно, че пред обектива има син филтър, това покритие намалява преминаващата през бинокъла светлина, съответно остротата и контраста. Цената (100 - 150 лв.) също подсказва, че това са имитация на бинокли с истинско и скъпо рубинено просветляване.
 

Очно разстояние

Както и при окулярите на телескопите очното разстояние на окулярите на биноклите е важно за комфорта при наблюдение. При малко очно разстояние се налага очите да се доближават много близо до окулярите, а гледането с очила е невъзможно. Нормални за бинокъл са очни разстояние над 10mm, най-често около 15, а такива около и над 20mm са специално предназначени за гледане с очила.
 

Разделителна способност

Разделителната способност показва в каква степен се виждат дребните детайли от наблюдаваният обект. Тя се дава в паспорта на бинокъла. Обикновено стойностите при различните бинокли са от 3" до 7-8", в зависимодст от диаметъра на обектива.
 

Мерни скали

В окуларите на стандартните бинокли рядко се монтират мерни скали. Такива има най-вече при военните и морските модели. Скалите са с различни видове и форми и за правилното им ползване трява да се прочете паспортът/упътването на бинокъла.
 
 

Механика на бинокъла

Фокусиране

Обикновено, биноклите имат т.нар. централно фокусиране. Това означава, че със завъртането на фокусировъчното колело се фокусират едновременно и двата окуляра. Диапазонът на фокусировка е от 2 - 3 метра до безкрайност. Почти при всички бинокли има възможност за допълнителна диоптрийна настройка на единия от окулярите. Тя се използва когато очите на наблюдателя са с различен диоптър. Ако нямаше диоптрийна настройка бинокълът щеше да може да се фокусира само за едното око (в случай, че двете са с различен диоптър). Чрез нея е възможно изравняването на фокусировката и за двете очи.

Макар и рядко, срещат се бинокли с индивидуално фокусиране на двата окуляра.

Съществуват и бинокли без възможност за фокусиране. Те са изработени по оптична схема с много голяма дълбочина на фокусиран образ - на различни разстояния бинокълът е все на фокус. При необходимост се разчита на акомодацията на очите - способността да променят оптичната си сила и да компенсират липсата на фокусиране на бинокъла. Такива бинокли по принцип не са подходящи за астрономически наблюдения, тъй като е въжможно очите да се уморяват при продължително гледане. Обикновено увеличението им е до 8х, а диаметърът до 35 - 40mm.
 

Разстояние между окулярите

Тъй като при различните хора и хората от различни възрасти разстоянието между очите варира в определени граници почти всички бинокли имат възможност за промяна на разстоянието между окулярите. Това разстояние е между 56 и 74мм. То се постига чрез "сгъване" на бинокъла по централната му ос, свързваща двете тръби.

Следва продължение...