GalileianoModifica
Quasi dall’invenzione del telescopio nel 17° secolo sembra essere stato esplorato il vantaggio di montarne due fianco a fianco per la visione binoculare. La maggior parte dei primi binocoli utilizzava un’ottica galileiana, cioè un obiettivo convesso e una lente oculare concava. Il design galileiano ha il vantaggio di presentare un’immagine eretta, ma ha un campo visivo stretto e non è in grado di un ingrandimento molto elevato. Questo tipo di costruzione è ancora usato in modelli molto economici e in occhiali da opera o da teatro. Il design galileiano è anche usato in lenti binoculari chirurgiche e da gioielliere a basso ingrandimento perché possono essere molto corte e produrre un’immagine eretta senza ottiche erettrici extra o insolite, riducendo la spesa e il peso complessivo. Hanno anche grandi pupille d’uscita, rendendo la centratura meno critica, e lo stretto campo visivo funziona bene in quelle applicazioni. Questi sono tipicamente montati su un telaio di occhiali o custom-fit su occhiali.
Keplerian opticsEdit
Un’immagine migliorata e maggiore ingrandimento è raggiunto in binocolo impiegando ottica kepleriana, dove l’immagine formata dalla lente obiettivo è visto attraverso una lente oculare positiva (oculare). Poiché la configurazione kepleriana produce un’immagine invertita, vengono utilizzati diversi metodi per girare l’immagine verso l’alto.
Lenti eretteModifica
Nei binocoli aprismatici con ottica kepleriana (che a volte venivano chiamati “telescopi gemelli”) ogni tubo ha una o due lenti aggiuntive (lente relè) tra l’obiettivo e l’oculare. Queste lenti sono utilizzate per erigere l’immagine. I binocoli con lenti erettrici avevano un grave svantaggio: sono troppo lunghi. Tali binocoli erano popolari nel 1800 (per esempio, i modelli G.& S. Merz), ma divennero obsoleti poco dopo che la società Carl Zeiss introdusse un binocolo a prismi migliorato nel 1890.
PrismaEdit
I prismi ottici aggiunti al design permettevano la visualizzazione dell’immagine nel modo giusto senza bisogno di tante lenti, e diminuendo la lunghezza complessiva dello strumento, in genere utilizzando un prisma di Porro o prismi a tetto.
PorroEdit
Il binocolo con prisma di Porro prende il nome dall’ottico italiano Ignazio Porro, che nel 1854 brevettò questo sistema di montaggio dell’immagine. Questo sistema è stato poi raffinato da altri produttori di binocoli, in particolare la società Carl Zeiss nel 1890. I binocoli di questo tipo utilizzano una coppia di prismi di Porro in una configurazione a Z per erigere l’immagine. Questo si traduce in un binocolo che è largo, con lenti obiettivo che sono ben separati e offset dagli oculari, dando una migliore sensazione di profondità. I disegni del prisma di Porro hanno il beneficio aggiunto di piegare il percorso ottico in modo che la lunghezza fisica del binocolo sia meno della lunghezza focale dell’obiettivo. I binocoli a prismi di Porro sono stati realizzati in modo tale da erigere un’immagine in uno spazio ridotto, quindi i binocoli che utilizzano i prismi hanno iniziato in questo modo.
RoofEdit
Il binocolo con prismi a tetto potrebbe essere apparso già negli anni 1870 in un progetto di Achille Victor Emile Daubresse. Nel 1897 Moritz Hensoldt iniziò a commercializzare un binocolo con prismi a tetto. La maggior parte dei binocoli con prismi a tetto utilizzano il prisma Abbe-Koenig (dal nome di Ernst Karl Abbe e Albert Koenig e brevettato da Carl Zeiss nel 1905) o il prisma Schmidt-Pechan (inventato nel 1899) per costruire l’immagine e piegare il percorso ottico. Hanno lenti obiettive che sono approssimativamente in linea con gli oculari.
I disegni dei prismi di Porro creano uno strumento che è più stretto e compatto dei prismi di Porro. C’è anche una differenza nella luminosità dell’immagine. Un binocolo con prismi di Porro produrrà intrinsecamente un’immagine più luminosa di un binocolo con prismi a tetto Schmidt-Pechan dello stesso ingrandimento, dimensione dell’obiettivo e qualità ottica, perché questo design con prismi a tetto impiega superfici argentate che riducono la trasmissione della luce dal 12% al 15%. I design a tetto-prisma richiedono anche tolleranze più strette per l’allineamento dei loro elementi ottici (collimazione). Ciò aggiunge alla loro spesa poiché il disegno richiede loro di usare gli elementi fissi che devono essere regolati ad un alto grado di collimazione alla fabbrica. I binocoli con prismi di Porro occasionalmente hanno bisogno che i loro set di prismi siano riallineati per portarli in collimazione. L’allineamento fisso nei progetti con prismi a tetto significa che il binocolo normalmente non avrà bisogno di una nuova collimazione.
Parametri otticiModifica
I binocoli sono solitamente progettati per applicazioni specifiche. Questi diversi design richiedono determinati parametri ottici che possono essere elencati sulla piastra di copertura del prisma del binocolo. Questi parametri sono:
IngrandimentoModifica
Dato come il primo numero nella descrizione di un binocolo (ad esempio, 7×35, 8×50), l’ingrandimento è il rapporto della lunghezza focale dell’obiettivo diviso per la lunghezza focale dell’oculare. Questo dà il potere d’ingrandimento del binocolo (a volte espresso come “diametri”). Un fattore d’ingrandimento di 7, per esempio, produce un’immagine 7 volte più grande dell’originale vista da quella distanza. La quantità desiderabile di ingrandimento dipende dall’applicazione prevista, e nella maggior parte dei binocoli è una caratteristica permanente e non regolabile del dispositivo (i binocoli zoom sono l’eccezione). I binocoli portatili hanno in genere ingrandimenti che vanno da 7x a 10x, quindi saranno meno suscettibili agli effetti del tremolio delle mani. Un ingrandimento maggiore porta a un campo visivo più piccolo e può richiedere un treppiede per la stabilità dell’immagine. Alcuni binocoli specializzati per l’astronomia o uso militare hanno ingrandimenti che vanno da 15x a 25x.
Diametro obiettivoModifica
Dato come il secondo numero nella descrizione di un binocolo (ad esempio, 7×35, 8×50), il diametro della lente obiettivo determina la risoluzione (nitidezza) e quanta luce può essere raccolto per formare un’immagine. Quando due diversi binocoli hanno lo stesso ingrandimento, la stessa qualità e producono una pupilla d’uscita sufficientemente uguale (vedi sotto), il diametro dell’obiettivo più grande produce un’immagine più “brillante” e nitida. Un 8×40, quindi, produrrà un’immagine più “brillante” e nitida di un 8×25, anche se entrambi ingrandiscono l’immagine di otto volte. Le lenti anteriori più grandi dell’8×40 producono anche fasci di luce più ampi (pupilla d’uscita) che lasciano gli oculari. Questo rende più comoda la visione con un 8×40 che con un 8×25. Un binocolo 10×50 è migliore di un binocolo 8×40 per ingrandimento, nitidezza e flusso luminoso. Il diametro dell’obiettivo è solitamente espresso in millimetri. È consuetudine classificare i binocoli in base all’ingrandimento × il diametro dell’obiettivo; ad esempio, 7×50. I binocoli più piccoli possono avere un diametro di appena 22 mm; 35 mm e 50 mm sono diametri comuni per i binocoli da campo; i binocoli astronomici hanno diametri che vanno da 70 mm a 150 mm.
Campo visivoModifica
Il campo visivo di un binocolo dipende dal suo design ottico e in generale è inversamente proporzionale alla potenza di ingrandimento. Di solito è annotato in un valore lineare, come ad esempio quanti piedi (metri) di larghezza saranno visti a 1.000 iarde (o 1.000 m), o in un valore angolare di quanti gradi possono essere visti.
Pupilla d’uscitaModifica
Il binocolo concentra la luce raccolta dall’obiettivo in un fascio, il cui diametro, la pupilla d’uscita, è il diametro dell’obiettivo diviso per il potere di ingrandimento. Per la massima efficacia di raccolta della luce e l’immagine più luminosa, e per massimizzare la nitidezza, la pupilla d’uscita dovrebbe essere almeno uguale al diametro della pupilla dell’occhio umano – circa 7 mm di notte e circa 3 mm di giorno, diminuendo con l’età. Se il cono di luce che esce dal binocolo è più grande della pupilla in cui entra, qualsiasi luce più grande della pupilla viene sprecata. Nell’uso diurno, la pupilla umana è tipicamente dilatata di circa 3 mm, che è circa la pupilla di uscita di un binocolo 7×21. Un binocolo 7×50 molto più grande produrrà un cono di luce più grande della pupilla che sta entrando, e questa luce, di giorno, sarà sprecata. Una pupilla d’uscita troppo piccola, inoltre, presenterà all’osservatore una visione più debole, poiché viene utilizzata solo una piccola porzione della superficie di raccolta della luce della retina. Per le applicazioni in cui l’attrezzatura deve essere trasportata (birdwatching, caccia), gli utenti optano per un binocolo molto più piccolo (più leggero) con una pupilla d’uscita che corrisponde al diametro dell’iride previsto, in modo da avere la massima risoluzione ma non portare il peso dell’apertura sprecata.
Una pupilla d’uscita più grande rende più facile mettere l’occhio dove può ricevere la luce; qualsiasi punto nel grande cono di luce della pupilla d’uscita sarà sufficiente. Questa facilità di posizionamento aiuta ad evitare, specialmente nei binocoli a grande campo visivo, la vignettatura, che porta all’osservatore un’immagine con i suoi bordi oscurati perché la luce da essi è parzialmente bloccata, e significa che l’immagine può essere trovata rapidamente, il che è importante quando si osservano uccelli o animali da caccia che si muovono rapidamente, o per un navigante sul ponte di una barca o nave che lancia. Un binocolo con pupilla d’uscita stretta può anche essere faticoso perché lo strumento deve essere tenuto esattamente in posizione davanti agli occhi per fornire un’immagine utile. Infine, molte persone usano il binocolo al crepuscolo, in condizioni di cielo coperto e di notte, quando le pupille sono più grandi. Quindi, la pupilla d’uscita diurna non è uno standard universalmente desiderabile. Per il comfort, la facilità d’uso e la flessibilità nelle applicazioni, i binocoli più grandi con pupille d’uscita più grandi sono scelte soddisfacenti anche se la loro capacità non è completamente utilizzata di giorno.
Eye reliefEdit
Eye relief è la distanza dalla lente posteriore dell’oculare alla pupilla d’uscita o punto dell’occhio. È la distanza che l’osservatore deve posizionare il suo occhio dietro l’oculare per vedere un’immagine senza vignettature. Più lunga è la lunghezza focale dell’oculare, maggiore è il potenziale sollievo dell’occhio. I binocoli possono avere un rilievo dell’occhio che va da pochi millimetri a 2,5 centimetri o più. Il rilievo dell’occhio può essere particolarmente importante per chi porta gli occhiali. L’occhio di un portatore di occhiali è tipicamente più lontano dal pezzo dell’occhio che richiede un rilievo dell’occhio più lungo per evitare la vignettatura e, nei casi estremi, per conservare l’intero campo visivo. Un binocolo con un breve rilievo dell’occhio può anche essere difficile da usare nei casi in cui è difficile tenerlo fermo.
Distanza di messa a fuocoModifica
La distanza di messa a fuoco è il punto più vicino che il binocolo può mettere a fuoco. Questa distanza varia da circa 0,5 m a 30 m, a seconda del design del binocolo. Se la distanza di messa a fuoco è breve rispetto all’ingrandimento, il binocolo può essere usato anche per vedere particolari non visibili a occhio nudo.
OculariModifica
Gli oculari binoculari sono di solito composti da tre o più lenti in due o più gruppi. La lente più lontana dall’occhio dell’osservatore è chiamata lente di campo e quella più vicina all’occhio la lente oculare. La configurazione più comune è quella inventata nel 1849 da Carl Kellner. In questa disposizione, la lente dell’occhio è un doppietto acromatico plano-concavo/doppio convesso (la parte piatta del primo verso l’occhio) e la lente di campo è un singoletto doppio-convesso. Un oculare Kellner invertito è stato sviluppato nel 1975 e in esso la lente di campo è un doppietto acromatico doppio concavo/doppio convesso e la lente dell’occhio è un singoletto doppio convesso. Il Kellner inverso fornisce il 50% in più di sollievo dell’occhio e funziona meglio con rapporti focali piccoli, oltre ad avere un campo leggermente più ampio.
I binocoli a campo largo utilizzano tipicamente qualche tipo di configurazione Erfle, brevettata nel 1921. Questi hanno cinque o sei elementi in tre gruppi. I gruppi possono essere due doppietti acromatici con un doppio singoletto convesso tra loro o possono essere tutti doppietti acromatici. Questi oculari tendono a non funzionare bene come gli oculari Kellner ad alto potere perché soffrono di astigmatismo e immagini fantasma. Tuttavia hanno grandi lenti oculari, un eccellente rilievo oculare e sono comodi da usare ai poteri inferiori.