Dvogled

Za druge upotrebe, pogledajte stranicu binokular.

Dvogled Nosača aviona Hari S. Truman

Dvogled ili binokular je instrument sastavljen od para identičnih teleskopa postavljenih jedan do drugog koji su poravnati na tačku u istom pravcu što osobi koja gleda omogućava da vidi udaljene objekte sa oba oka (binokularno gledanje). Veličina dvogleda varira od malih dvogleda prilagođenih za gledanje predstava do velikih vojnih dvogleda.

Za razliku od teleskopa i monokulara, dvogled daje trodimenzionalnu sliku. Naime, kako su objektivi razmaknuti daju različitu sliku pa to gledaocu daje osjećaj dubine prostora.

Istorija i vrste dvogleda

Galilejanski dvogled

Galilejanski dvogled

Nakon konstrukcije prvih teleskopa pojavili su se pokušaji konstrukcije dvogleda. Prvi dvogledi su bili galilejanski, tj. koristili su konveksno sočivo za objektiv i konkavno za okular. Davali su uspravnu sliku, a glavni nedostaci su bili usko vidno polje i malo uvećanje. Ovakvi dvogledi se i danas koriste kod nekih jeftinih modela i kod dvogleda za posmatranje predstava i opera, kao i kod zlatarskih lupa.

Dvogledi s prizmom

Uvećanje dvogleda je poboljšano korištenjem Keplerovog tipa teleskopa kod koga se slika koju formira objektiv posmatra kroz okular. Mana ovih teleskopa je izokrenuta slika.

Dvogled sa poro-prizmom

Dvogledi s Poro prizmom koriste sistem refleksije koji je patentirao italijanski naučnik Ignacio Poro 1854. godine. Ovaj sistem su kasnije usavršili proivođači kao što je Kompanija Karl Cajs krajem 19. vijeka. Sistem se se satoji od dvije poro prizme u konviguraciji slova Z i kao rezultat daje dvogled sa široko razmaknutim objektivima i blisko pozicioniranim okularima. Prednost ovih dvogleda je skraćena fizička dužina objektiva u odnosu na žižnu daljinu i bolji osjećaj dubina uslijed većeg razmaka objektiva.

Dizajn Abbe-Koenig roof prizme

Dvogledi sa roof prizmom su se takođe pojavili sredinom 19. vijeka. Dizajnirao ih je Achille Victor Emile Daubrasse. Većina takvih dvogleda koristi Abbe-Koenig ili Schmidt-Pechan prizmu koje skraćuju fizičku dužinu objektiva i ispravljaju sliku. Kod ovih dvogleda okulari su na približno istoj osi kao i objektivi koji su manje razmaknuti. Slika je tamnija nego kod dvogleda sa poro prizmom. Jedna od glavnih mana ovih dvogleda je skuplji proces proizvodnje što rezultuje skupljim dvogledom.

Optički parametri

Dvogledi se najčešće izrađuju za posebne namjene i od toga zavise njihovi optički parametri.

Popis parametara na poklopcu prizme: uvećanje je 7 puta, prečnik objektiva 50mm i vidno polje je 372 ft (113 m) na 1000 jardi.

• Uvećanje

Odnos žižne daljine objektiva i okulara određuje koliko je uvećanje optičkog sistema. Ako je uvećanje dvogleda 7 to znači da će objekat koji se gleda kroz dvogled izgledati 7 puta bliže. Veće uvećanje rezultuje užim vidnim poljem i većom osjetljivošću na pomjeranje dvogleda prilikom gledanja. Stoga se za ručne dvoglede najčešće koriste dvogledi sa uvećanjem do 12 puta.

• Prečnik objektiva

Veći objektiv skuplja više svjetlosti što olakšava posmatranje pri smanjenom svjetlu pa se kod objektiva sa većim prečnikom dobija oštrija i svjetlija slika. S druge strane, masa dvogleda raste povećanjem prečnika pa se za ručni dvogled obično koriste dvogledi sa prečnikom objektiva do 70mm. Kod naziva dvogleda se često naglašavaju uvećanje i prečnik objektiva. Oznaka 8x60 označava dvogled sa uvećanjem 8 puta i prečnikom objektiva 60mm.

• Vidno polje

Vidno polje zavisi od uvećanja dvogleda. Dvogled sa većim uvećanjem ima manje vidno polje i obrnuto. Vidno polje se najčešće označava linearnim jedinicama (npr. vidno polje je širine 100m na 1000m udaljenosti) ili stepenima (5,4°).

• Izlazna pupila

Prečnik izlazne pupile pokazuje koliko je svijetla slika koja se dobija dvogledom. Izračunava se kao odnos prečnika objektiva i uvećanja. Što je veći prečnik pupile to je slika svjetlija. Maksimalni prečnik pupile bi trebalo da odgovara maksimalnom prečniku zjenice zdravog oka u mraku koji iznosi oko 7mm. Ukoliko je veći, posmatrač gubi dio svjetla.

• Očište

Očište predstavlja udaljenost između oka i okulara na kojoj posmatrač vidi cijelo vidno polje. Optimalna udaljenost je oko 20mm što omogućava i korištenje naočala ako je to potrebno. Udaljenost je veća kod okulara za većom žižnom daljinom.

• Najkraća udaljenost izoštravanja

Najkraća udaljenost izoštravanja je najmanja udaljenost na kojoj se može dobiti oštra slika u dvogledu. Ta udaljenost se kreće od 0,5 do 30m.

Mehanički dizajn

Podešavanja dvogleda

Dvogled sa centralnim fokusiranjem i podesivim razmakom između teleskopa

Kod većine dvogleda je omogućeno prilagođavanje rastojanja između objektiva i okulara tj. žižne daljine. Postoje dva oblika takvog prilagođavanja: nezavisno i centralno fokusiranje.

Kod nezavisnog fokusiranja moguće je prilagođavati teleskope odvojeno. Ovakvo prilagođavanje je najčešće omogućene kod teleskopa za vojnu upotrebu.

Kod centralnog fokusiranja oba teleskopa se zajedno podešavaju rotacijom centralnog točkića. Kod nekih teleskopa je moguće podesiti pojedinačno okulare zbog mogućnosti da posmatrač nema normalan vid. Takvi okulari se zovu diopteri.

Dvogled je najčešće moguće koristi bez naočala za posmatrače koji su kratkovidi ili dalekovidi običnim podešavanjem fokusa. Naočale su obično potrebne ljudima sa ozbiljnijim oblicima astigmatizma.

Kod nekih dvogleda je omogućeno i podešavanje uvećanja (zumiranje) kako bi se korisniku pružio jedan dvogled sa širokim spektrom uvećanja. To se postiže korištenjem više podesivih sočivo sličnih sočivima za zumiranje na kameri. Korištenje te mogućnosti smanjuje vidno polje i slika gubi na oštrini. Takođe je potrebno da se zumiranje podesi za oba oka, a proizvođači moraju da nađu način kojim će se izbjeći umor i oštećenje očiju.

Kod većine dvogleda je takođe moguće i podešavanje razmaka između teleskopa.

Stabilnost slike

Neki dvogledi koriste tehnologiju za stabilnost slike kako bi se izbjeglo trešenje slike pri ručnom korištenju dvogleda sa većim uvećanjem. To se postiže korištenjem pomičnih žiroskopa ili mehanizmima koje pokreću žiroskopski ili unutrašnji detektori. Korisnik može da uključi i isključi takvu mogućnost. Ovim je omogućeno da se i dvogledi sa uvećanjem do 20 puta koriste kao ručni. Mane ove opcije su da slika pri uključenoj opciji nije toliko oštra pri većem trešenju kao i to što su takvi dvogledi teži i skuplji.

Poravnanje

Teleskopi kod dvogleda su paralelno poravnati što mogućava da vidimo jednu, naizgled trodimenzionalnu sliku. Pri najmanjoj promjeni poravnanja dolazi do stvaranja dvije slike što prilikom gledanja dovodi do umaranja očiju jer mozak pokušava da iskombinuje slike.

Podešavanje poravnanja se obavlja malim pomjeranjem prizmi, podešavanjem unutrašnjih ćelija ili okretanjem spoljašnjih šarafa i obično ga izvode profesionalci.

Optički premazi

Standardni dvogled ima 6-10 optičkih elemanata sa posebnim karakteristikama i 16 staklenih površina izloženih spoljašnjim uticajima pa proizvođači moraju da koriste posebne premaze za optičke elemente da bi poboljšali sliku koju njihov dvogled proizvodi.

Anti-refleksivni premazi

Dvogled sa višeslojnim premazima crvene boje

Anti-refleksivni premazi smanjuju gubitak svjetlosti koji nastaje refleksijom sa svake optičke površine. Takođe se smanjuje količina izgubljene svjetlosti koja se odbija unutar dvogleda i čini sliku maglovitom. Korištenje ovih premaza na dvogledu sa slabijim optičkim karakteristikama može da doprinese da on proizvodi bolju sliku od onoga sa boljim. U ove svrhe se obično koristi magnezijum fluorid koji smanjuje reflektovanu svjetlost sa 5% na 1%. Napredniji premazi taj gubitak smanjuju i na 0,25%.

Premazi za faznu korekciju

Kod dvogleda sa roof prizmom snop svjetlosti je podijeljen na dva dijela koa se odbijaju od prizmi naizmjenično. To uzrokuje djelimičnu polarizaciju svjetlosti (pojava poznata kao Brusterov ugao). Tokom neprestalnih refleksija pravac vektora polarizacije se mijenja, ali za svaki snop na različit način tako da se pri ponovnom presjeku snopova vektori polarizacije ne podudaraju. Ugao između dva vektora polarizacije se naziva fazni pomak ili geometrijska faza. Interferencija između dva snopa sa različitim faznim pomakom dovodi do različitog rasporeda intenziteta na slici čime se smanjuju kontrasti i rezolucija u odnosu na sliku kod poro prizme. To se može prevazići premazivanjem posebnim dielektričnim premazima poznatim kao premazi za faznu korekciju ili P-premazi na površinu prizmi. Ti premazi poništavaju razliku u faznim pomacima između dva snopa čime se izbjegavaju problemi pri interferenciji.

Premazi metalnog ogledala

Kod dvogleda sa Schmidt-Pechan roof prizmom dodaju se premazi ogledala jer svjetlost pada na jednu od granica prizme sa uglom manjim od kritičnog ugla pa ne dolazi do potpune unutrašnje refleksije. Bez tog premaza izgubila bi se većina svjetlosti. Koriste se premazi aluminijskog ogledala, čija je reflektivnost 87-93% ili srebrnog ogledala reflektivnosti 95-98%.

U starijim modelima dvogleda bez poklopca se koristilo srebrno ogledalo, ali pošto ono oksidira kasnije se kod takvih dvogleda koristilo aluminijsko ogledalo iako ima manju reflektivnost jer ne tamni iako nije zatvoreno. Kod modernih dvogleda se koriste i jedno i drugo. Srebrno se koristi kod visokokvalitetnih zatvorenih dvogleda koji se pune azotom ili argonom pa srebrno ogledalo ne tamni.

Ovi premazi nisu potrebni kod dvogleda sa poro i Abbe-Koenig roof prizmom jer je kod njih unutrašnja refleksija potpuna.

Dielektrični premazi

Dielektrični premazi se koriste u istom tipu prizmi kao i prethodni da bi prizmi dali osobine dielektričnog ogledala. Nemetalni dielektrični reflektivni premazi su sačinjeni od nekoliko slojeva ili materijala sa visokim i niskim indeksom prelamanja koji se nalaze na reflektivnim površinama prizme. Svaki pojedinačni sloj odbija svjetlosne frekvencije uskog obima pa je potrebno nekoliko slojeva, svaki za drugu boju, da bi reflektovali bijelu svjetlost. Dobar dielektrični premaz može pružiti reflektivnost veću od 99% u vidljivom spektru svjetlosti što je efikasnije i od aluminijskog i srebrnog premaza.

Primjena dvogleda

Dvogled sa postoljem koji se pokreće ubacivanjem novčića

Uobičajna primjena

Ručni dvogledi variraju od malih 3 × 10 galilejanskih dvogleda za operu, do onih sa uvećanjem 7 do 12 puta i prečnikom objektiva 30-50 mm koji se koriste za posmatranja u prirodi.

Na mnogim mjestima koje posjećuje mnoštvo turista su instalirani dvogledi sa postoljem, koji se uključuju ubacivanjem novčića i služe da bi se turistima omogućima bolji pogled na turističku atrakciju.

Računanje udaljenosti

Mnogi dvogledi imaju imaju unetu skalarnu mrežu koju posmatrač vidi gledajući predmet. Time je omogućena procjena udaljenosti od predmeta čija je visina bar približno poznata. Uobičajni mornarski dvogled 7×50 imaju skalu kod koje je ugao između oznaka jednak 5 hiljaditih. Jedan hiljaditi je ugao po kojim se vidi predmet visine 1 metar na udaljenosti od jednog kilometra.

Udaljenost se računa sljedećom formulom:

$\mathrm {D} ={\frac {H}{\text{Mil}}}\times 1000$

gdje važi:

• $\mathrm {D}$ je udaljenost objekta u metrima.
• $H$ je visina objekta.
• $Mil$ je ugaona visina u broju hiljaditih. (lat. Mil-hiljadu)

Sa uobičajnom skalom od 5 hiljaditih, predmet visine tri oznake za koji se zna da mu je visina u prirodi 120 metara je udaljen 8000 metara.

$\mathrm {8000m} ={\frac {120m}{15{\text{mil}}}}\times 1000$

Primjena u vojne svrhe

Mornarički dvogled

Dvogledi imaju dugu istoriju korištenja u vojne svrhe. Do 19. vijeka korišteni su galilejanski dvogledi, a nakon toga dvogledi sa poro prizmom. Dvogledi koji se koriste u ove svrhe su mnogo veći od onih koji se koriste u civilne svrhe. Obično imaju mogućnost nezavisnog fokusiranja i prilagodljiviji su vremenskim uticajima. Koriste se i aluminijski premazi da se osigura da ne bude gubitka reflektivnosti ako se dvogled pokvasi.

Korištena je i kombinacija dvogleda i periskopa — dvogled za rovove, obično u svrhe uočavanja artiljerije. Dizajn je omogućavao da se podiže svega par centimetara iznad grudobrana što je značilo da posmatrač drži glavu u rovu.

Vojni dvogledi iz vremena Hladnog rata su ponekad imali senzore koji su otkrivali infracrveno zračenje, dok današnji imaju filtere koji blokiraju laserske zrake koji se mogu koristiti kao oružje. Takođe imaju statimetričke skale u okluaru koje omogućavaju lakše računanje udaljenosti.

Napravljeni su i dvogledi koji su namjenjeni isključivo za upotrebu na moru. Ručni modeli imaju uvećanje 5-7 puta sa velikim grupisanim prizmama i teleskopima koji omogućavaju manje naprezanje očiju. Ovakva kombinacija sprečava zatamnjenje pri vibracijama dvogleda u odnosu na oko posmatrača. U ove svrhe se koriste i veliki modeli s postoljem.

Veliki pomorski dvogledi (sa razmakom i do 15 metara između sočiva objektiva, teški 10 tona) su korišteni u Drugom svjetskom ratu za traženje i određivanje mjesta meta udaljenih i do 25 kilometara.

Primjena u astronomiji

Dvogled 25x150 adaptiran za astronomska posmatranja

Astronomi amateri dosta koriste velike dvoglede u potrazi za kometama i supernovama i male nosive dvoglede za obična posmatranja neba. Dvogledi posebno napravljeni za astronomska posmtaranja imaju velike objektive (70 ili 80 milimetara) jer se time povećava ukupna količina uhvaćene svjetlosti i određuje se najmanja zvijezda koja se može vidjeti. Astronomski dvogledi sa objektivom većim od 80 mm nekada nemaju prizme da bi se postigla maksimalna transmisija svjetlosti. Takvi dvogledi takođe imaju i podesivo uvećanje. Za takve dvoglede zbog velike mase je potrebno postolje za stabilizaciju slike. Maksimalno praktično uvećanje za ručne dvoglede je 10 puta. Dvogledima jačim od 15×70 je potrebno postolje. Veće dvoglede prave astronomi amateri kombinacijom dva astronomska teleskopa.

Od naročitog značaja za astronomska posmatranja je odnos između uvećanja i prečnika sočiva objektiva. Manje uvećanje daje veće vidno polje što je korisno pri posmatranju Mliječnog puta i velikih maglovitih objekata (objekata dubokog neba). Velika izlazna pupila rezultuje malim dijelom svijetlosti koja nije iskoristiva za posmatrače čije pupile nisu dovoljno široke. Takve su pupile koje će se rijetko proširiti preko 5 milimetara. Veća izlazna pupila prikuplja i više svjetlosti sa pozadinskog neba, smanjujući kontrast i čineći detekciju sitnih objekata težom osim kod udaljenih prostora sa zanemarljivim zagađenjem svjetlosti. Mnogi astronomski objekti magnitude 8 ili svjetlije, kao što su zvjezdana jata, magline i galaksije nabrojane u Mesjeovom katalogu se mogu vidjeti sa ručnim dvogledima prečnika 35-40 milimetara. Za manja zvjezdana jata, magline i galaksije potrebno je veće uvećanje.

Pogled na galaksiju Andromeda kroz dvogled

Neka rasijana zvjezdana jata, kao što su NGC 869 i NGC 884, i loptasta jata kakvo je M13, je lako uočiti. Među maglinama lako su uočljive M17 i NGC 7000.

Veliki broj objekata koji su u potpunosti nevidljivi za ljudsko oko je moguće uočiti dvogledima srednje veličine. Tu spadaju veliki krateri ma Mjesecu, mračne spoljašnje planete Uran i Neptun, unutrašnje male planete Cerera, 4 Vesta i Palas, Saturnov najveći mjesec Titan i Galilejevi mjeseci Jupitera. Dvogledi 10×50 su ograničeni na magnitude od +9.5 do +11 u zavisnosti od stanja na nebu i iskustva posmatrača. Asteroidi kao što su 704 Interamnija, 511 Davida, 52 Evropa i pod posebnim uslovima 10 Higija, su premali da bi se vidjeli uobičajnim dvogledima. Isto važi i za sve mjesece planeta osim Galilejevih mjeseca i Titana, i patuljastih planeta Plutona i Eride. Teško su uočljive i Venerine faze i Saturnovi prstenovi, koji se mogu vidjeti samo se uvećanjima većim od 20 puta.

Literatura

• Wilkinson, Mark E. (2006). Essential Optics Review for the Boards. F.E.P. International. ISBN 978-0-9769689-1-7. 
• Thompson, Robert Bruce; Thompson, Barbara Fritchman (2005). Astronomy Hacks. O'Reilly Media, Inc. ISBN 978-0-596-10060-5. 

Spoljašnje veze

• Emil Neata: A Guide to Binoculars
• Peter Abrahams: The history of the telescope & the binocular