GalileinEdit
Vähän siitä lähtien, kun kaukoputki keksittiin 1600-luvulla, näytti siltä, että kahden kaukoputken kiinnittämisestä vierekkäin binokulaarista näkemistä varten saatuja etuja oli tutkittu. Useimmissa varhaisissa kiikareissa käytettiin Galilein optiikkaa, eli niissä käytettiin kuperaa objektiivia ja koveraa okulaarilinssiä. Galilein muotoilun etuna on pystysuora kuva, mutta näkökenttä on kapea, eikä sillä voida saavuttaa kovin suurta suurennosta. Tällaista rakennetta käytetään edelleen hyvin halvoissa malleissa ja ooppera- tai teatterilaseissa. Galilein mallia käytetään myös pienikokoisissa kirurgisissa binokulaarilaseissa ja jalokiviliikkeissä, koska ne voivat olla hyvin lyhyitä ja tuottaa pystysuoran kuvan ilman ylimääräistä tai epätavallista pystytysoptiikkaa, mikä vähentää kustannuksia ja kokonaispainoa. Niissä on myös suuret ulostulopupillit, jolloin keskittäminen on vähemmän kriittistä, ja kapea näkökenttä toimii hyvin näissä sovelluksissa. Ne asennetaan tyypillisesti silmälasikehykseen tai sovitetaan silmälaseihin.
Keplerin optiikka Muokkaa
Keplerin optiikkaa käyttävissä kiikareissa saavutetaan parempi kuva ja suurempi suurennos, kun objektiivilinssin muodostamaa kuvaa tarkastellaan positiivisen okulaarilinssin (okulaarin) läpi. Koska kepleriläinen konfiguraatio tuottaa käänteisen kuvan, käytetään erilaisia menetelmiä kuvan kääntämiseksi oikein päin.
Linssin pystytys Muokkaa
Keplerin optiikalla varustetuissa aprismaattisissa kiikareissa (joita joskus kutsuttiin myös ”kaksoisteleskoopeiksi”) kussakin putkessa on objektiivin ja okulaarin välissä yksi tai kaksi ylimääräistä linssiä (relelinssi). Näitä linssejä käytetään kuvan pystyttämiseen. Pystytyslinsseillä varustetuilla kiikareilla oli vakava haittapuoli: ne olivat liian pitkiä. Tällaiset kiikarit olivat suosittuja 1800-luvulla (esimerkiksi G.& S. Merzin mallit), mutta ne vanhentuivat pian sen jälkeen, kun Carl Zeiss -yhtiö esitteli parannetut prismakiikarit 1890-luvulla.
PrismaEdit
Malliin lisätyt optiset prismat mahdollistivat kuvan näyttämisen oikein päin ilman, että tarvittiin niin paljon linssejä, ja pienensivät kojeen kokonaispituutta, tyypillisesti Porro- tai kattoprismojen avulla.
PorroEdit
Porro-prismakiikarit on nimetty italialaisen optikon Ignazio Porron mukaan, joka patentoi tämän kuvan pystytykseen tarkoitetun järjestelmän vuonna 1854. Tätä järjestelmää jalostivat myöhemmin muut kiikarivalmistajat, erityisesti Carl Zeiss -yhtiö 1890-luvulla. Tämäntyyppisissä kiikareissa käytetään Z-muotoisessa kokoonpanossa olevaa Porro-prismaparia kuvan pystyttämiseen. Tämän ansiosta kiikarit ovat leveät, ja niiden objektiivit ovat hyvin erillään toisistaan, ja ne on siirretty okulaareista, mikä antaa paremman syvyystuntuman. Porroprismamallien lisäetuna on optisen polun taittaminen niin, että kiikarin fyysinen pituus on pienempi kuin objektiivin polttoväli. Porroprismakiikarit tehtiin siten, että kuva pystytettiin pieneen tilaan, joten prismoja käyttävät kiikarit alkoivat tällä tavalla.
RoofEdit
Kattoprismoja käyttävät kiikarit ovat saattaneet ilmestyä jo 1870-luvulla Achille Victor Emile Daubressen suunnittelemana. Vuonna 1897 Moritz Hensoldt alkoi markkinoida kattoprismakiikareita. Useimmissa kattoprisma-kiikareissa käytetään joko Abbe-Koenig-prismaa (nimetty Ernst Karl Abben ja Albert Koenigin mukaan ja patentoitu Carl Zeissin toimesta vuonna 1905) tai Schmidt-Pechan-prismaa (keksitty vuonna 1899) kuvan pystyttämiseen ja optisen polun taittamiseen. Niissä on objektiivilinssejä, jotka ovat suunnilleen samassa linjassa okulaarien kanssa.
Roof-prismamallit luovat instrumentin, joka on kapeampi ja kompaktimpi kuin Porro-prismat. Myös kuvan kirkkaudessa on eroa. Porro-prismakiikarit tuottavat luonnostaan kirkkaamman kuvan kuin Schmidt-Pechan-kattoprismakiikarit, joilla on sama suurennos, objektiivikoko ja optinen laatu, koska tässä kattoprismamallissa käytetään hopeoituja pintoja, jotka vähentävät valonläpäisyä 12-15 %. Kattoprisma-mallit edellyttävät myös tiukempia toleransseja optisten elementtien kohdistamisessa (kollimointi). Tämä lisää niiden kustannuksia, koska suunnittelun vuoksi niissä on käytettävä kiinteitä elementtejä, jotka on asetettava korkeaan kollimointiasteeseen tehtaalla. Porroprismakiikareiden prismasarjat on toisinaan kohdistettava uudelleen, jotta ne saadaan kollimoitua. Kattoprisma-mallien kiinteä kohdistus tarkoittaa, että kiikareita ei yleensä tarvitse kollimoida uudelleen.
Optiset parametritMuokkaa
Kiikarit suunnitellaan tavallisesti tiettyihin käyttötarkoituksiin. Nämä erilaiset mallit edellyttävät tiettyjä optisia parametreja, jotka voidaan luetella kiikarin prisman peitelevyssä. Nämä parametrit ovat:
MagnificationEdit
Suurennos, joka annetaan ensimmäisenä numerona kiikarin kuvauksessa (esim. 7×35, 8×50), on objektiivin polttovälin ja okulaarin polttovälin suhde. Tästä saadaan kiikareiden suurennusvoimakkuus (joskus ilmaistuna ”halkaisijoina”). Esimerkiksi suurennuskerroin 7 tuottaa kuvan, joka on 7 kertaa suurempi kuin kyseiseltä etäisyydeltä katsottuna alkuperäinen kuva. Toivottava suurennuksen määrä riippuu käyttötarkoituksesta, ja useimmissa kiikareissa se on laitteen pysyvä, ei-säädettävä ominaisuus (zoomkiikarit ovat poikkeus). Kädessä pidettävien kiikareiden suurennokset ovat yleensä 7-10-kertaisia, joten ne ovat vähemmän alttiita käsien tärinän vaikutuksille. Suurempi suurennus johtaa pienempään näkökenttään ja saattaa vaatia jalustan kuvan vakauttamiseksi. Joissakin tähtitieteeseen tai sotilaskäyttöön erikoistuneissa kiikareissa suurennokset ovat 15x-25x.
Objektiivin halkaisijaMuutos
Objektiivin halkaisija, joka annetaan toisena numerona kiikarin kuvauksessa (esim. 7×35, 8×50), määrittää objektiivin halkaisijan resoluution (terävyyden) ja sen, kuinka paljon valoa saadaan kerättyä kuvan muodostamiseksi. Kun kahdella eri kiikarilla on sama suurennos, sama laatu ja riittävän sopiva ulostuloaukko (ks. jäljempänä), suurempi objektiivin halkaisija tuottaa ”kirkkaamman” ja terävämmän kuvan. Näin ollen 8×40-kiikari tuottaa ”kirkkaamman” ja terävämmän kuvan kuin 8×25-kiikari, vaikka molemmat suurentavat kuvan kahdeksankertaiseksi. 8×40-objektiivin suuremmat etulinssit tuottavat myös laajemman valonsäteen (ulostuloputki), joka poistuu okulaareista. Tämän ansiosta 8×40-objektiivilla on mukavampi katsella kuin 8×25-objektiivilla. 10×50-kiikari on parempi kuin 8×40-kiikari suurennoksen, terävyyden ja valovirran suhteen. Objektiivin halkaisija ilmoitetaan yleensä millimetreinä. Kiikarit on tapana luokitella suurennuksen × objektiivin halkaisijan mukaan, esim. 7×50. Pienempien kiikareiden halkaisija voi olla vain 22 mm; 35 mm ja 50 mm ovat yleisiä halkaisijoita kenttäkiikareissa; tähtitieteellisten kiikareiden halkaisijat vaihtelevat 70 mm:stä 150 mm:iin.
NäkökenttäMuutos
Kiikareiden näkökenttä riippuu kiikareiden optisesta rakenteesta, ja se on yleensä kääntäen verrannollinen suurennustehoon. Se merkitään yleensä lineaarisena arvona, kuten kuinka monta jalkaa (metriä) leveä näkökenttä on 1000 jaardin (tai 1000 metrin) etäisyydellä, tai kulma-arvona, kuinka monta astetta voidaan nähdä.
UlostulokulmaEdit
Kiväärikaukoputket keskittävät objektiivin keräämän valon sädekehäksi, jonka läpimitta, ulostulokulma, on objektiivin läpimitta jaettuna suurennusteholla. Mahdollisimman tehokkaan valon keräämisen ja kirkkaimman kuvan aikaansaamiseksi sekä terävyyden maksimoimiseksi ulostulopupillin tulisi olla vähintään yhtä suuri kuin ihmissilmän pupillin halkaisija – noin 7 mm yöllä ja noin 3 mm päivällä, joka pienenee iän myötä. Jos kiikarista ulos virtaavan valon kartio on suurempi kuin pupilli, johon se menee, kaikki pupillia suurempi valo menee hukkaan. Päiväkäytössä ihmisen pupilli on yleensä laajentunut noin 3 mm, mikä vastaa suunnilleen 7 × 21-kokoisen kiikarin pupillia. Paljon suuremmat 7×50-kiikarit tuottavat valokartion, joka on suurempi kuin pupilliin tuleva valo, ja tämä valo menee päiväsaikaan hukkaan. Liian pieni ulostulopupilli antaa havaitsijalle myös himmeämmän näkymän, koska vain pieni osa verkkokalvon valoa keräävästä pinnasta on käytössä. Käyttäjät valitsevat paljon pienempiä (kevyempiä) kiikareita, joiden ulostulopupilli vastaa odotettua iiriksen halkaisijaa, jotta he saavat parhaan mahdollisen resoluution, mutta eivät kanna hukkaan menevän aukon painoa.
Suuren ulostulopupillin ansiosta silmä on helpompi sijoittaa sinne, missä se voi vastaanottaa valoa; mikä tahansa paikka suuren ulostulopupillin valokartion sisällä käy. Tämä sijoittelun helppous auttaa välttämään erityisesti suurissa näkökenttäkiikareissa vinjetointia, joka tuo katsojalle kuvan, jonka reunat ovat tummuneet, koska niistä tuleva valo on osittain estynyt, ja se tarkoittaa, että kuva on nopeasti löydettävissä, mikä on tärkeää nopeasti liikkuvia lintuja tai riistaeläimiä katseltaessa tai merenkulkijalle kiikkuvassa veneessä tai laivassa kannella. Kapean ulostulopupillin kiikarit voivat myös olla väsyttäviä, koska väline on pidettävä tarkasti paikallaan silmien edessä, jotta siitä saadaan käyttökelpoinen kuva. Monet ihmiset käyttävät kiikareita hämärässä, pilvisissä olosuhteissa ja yöllä, jolloin heidän pupillinsa ovat suuremmat. Näin ollen päivällä käytettävä ulostulopupilli ei ole yleisesti toivottava standardi. Mukavuuden, helppokäyttöisyyden ja sovellusten joustavuuden kannalta suuremmat kiikarit, joissa on suuremmat ulostulopupillit, ovat tyydyttäviä valintoja, vaikka niiden ominaisuuksia ei käytettäisikään täysimääräisesti päivällä.
SilmänetäisyysEdit
Silmänetäisyys on etäisyys takimmaisen okulaarin linssin ja ulostulopupillin tai silmäpisteen välillä. Se on etäisyys, jonka tarkkailijan on asetettava silmänsä okulaarin taakse, jotta hän näkee vinjetoimattoman kuvan. Mitä pidempi okulaarin polttoväli on, sitä suurempi on mahdollinen silmänetäisyys. Kiikareiden silmänetäisyys voi vaihdella muutamasta millimetristä 2,5 senttimetriin tai enemmän. Silmänetäisyys voi olla erityisen tärkeä silmälasien käyttäjille. Silmälasien käyttäjän silmä on yleensä kauempana silmäkappaleesta, mikä edellyttää pidempää silmänetäisyyttä vinjetoinnin välttämiseksi ja ääritapauksissa koko näkökentän säilyttämiseksi. Lyhyellä silmänetäisyydellä varustettuja kiikareita voi olla myös vaikea käyttää tapauksissa, joissa niitä on vaikea pitää vakaana.
LähitarkennusetäisyysEdit
Lähitarkennusetäisyys on lähin piste, johon kiikari voi tarkentaa. Tämä etäisyys vaihtelee noin 0,5 metristä 30 metriin kiikarin rakenteesta riippuen. Jos lähitarkennusetäisyys on lyhyt suhteessa suurennokseen, kiikaria voidaan käyttää myös sellaisten yksityiskohtien näkemiseen, jotka eivät näy paljaalla silmällä.
OkulaaritEdit
Binokulaariset okulaarit koostuvat yleensä kolmesta tai useammasta linssielementistä kahdessa tai useammassa ryhmässä. Katsojan silmästä kauimpana olevaa linssiä kutsutaan kenttälinssiksi ja silmää lähinnä olevaa linssiä silmälinssiksi. Yleisin kokoonpano on Carl Kellnerin vuonna 1849 keksimä. Tässä järjestelyssä silmälinssi on tasokovera-konveksaalinen/ kaksoiskonveksaalinen akromaattinen kaksoislinssi (edellisen litteä osa on silmään päin) ja kenttälinssi on kaksoiskonveksaalinen singletti. Vuonna 1975 kehitettiin käänteinen Kellner-okulaari, jossa kenttälinssi on kaksoiskonvavi/ kaksoiskonveksinen akromaattinen dubletti ja silmälinssi on kaksoiskonveksinen singletti. Käänteinen Kellner-okulaari tarjoaa 50 % suuremman silmänetäisyyden ja toimii paremmin pienillä polttovälisuhteilla sekä hieman laajemman kentän.
Laajakenttäkiikareissa käytetään tyypillisesti jonkinlaista Erfle-konfiguraatiota, joka on patentoitu vuonna 1921. Näissä on viisi tai kuusi elementtiä kolmessa ryhmässä. Ryhmät voivat olla kaksi akromaattista dublettia, joiden välissä on kaksoiskupera singletti, tai kaikki voivat olla akromaattisia dublettia. Nämä okulaarit eivät yleensä toimi yhtä hyvin kuin Kellner-okulaarit suurilla tehoilla, koska ne kärsivät astigmatismista ja haamukuvista. Niissä on kuitenkin suuret silmälinssit, erinomainen silmänetäisyys ja niitä on mukava käyttää pienemmillä voimakkuuksilla.