Galileïsche verrekijkers
Nagenoeg vanaf de uitvinding van de telescoop in de 17e eeuw schijnt men de voordelen te hebben onderzocht van het naast elkaar monteren van twee van deze kijkers voor binoculair zicht. De meeste vroege verrekijkers maakten gebruik van Galileïsche optiek, dat wil zeggen dat zij een convex objectief en een concave oculairlens gebruikten. Het Galileïsche ontwerp heeft het voordeel dat het een rechtopstaand beeld geeft, maar heeft een smal gezichtsveld en is niet in staat tot een zeer hoge vergroting. Dit type constructie wordt nog steeds gebruikt in zeer goedkope modellen en in operabrillen of theaterbrillen. Het Galileïsche ontwerp wordt ook gebruikt in chirurgische en juweliersloepen met een lage vergroting, omdat ze zeer kort kunnen zijn en een rechtopstaand beeld geven zonder extra of ongewone optiek, waardoor de kosten en het totale gewicht worden beperkt. Zij hebben ook grote uittredepupillen, waardoor centrering minder kritisch is, en het smalle gezichtsveld werkt goed in deze toepassingen. Deze worden meestal gemonteerd op een brilmontuur of op maat gemaakt voor een bril.
Kepleriaanse optiekEdit
Een verbeterd beeld en een hogere vergroting wordt bereikt in verrekijkers die gebruik maken van Kepleriaanse optiek, waarbij het beeld gevormd door de objectieflens wordt bekeken door een positieve oculairlens (oculair). Aangezien de Kepleriaanse configuratie een omgekeerd beeld oplevert, worden verschillende methoden gebruikt om het beeld rechtsom te draaien.
Lenzen oprichtenEdit
In aprismatische verrekijkers met Kepleriaanse optiek (die soms “tweelingtelescopen” werden genoemd) heeft elke buis één of twee extra lenzen (relaallens) tussen het objectief en het oculair. Deze lenzen worden gebruikt om het beeld op te richten. De verrekijkers met oprichtende lenzen hadden een ernstig nadeel: zij zijn te lang. Dergelijke verrekijkers waren populair in de jaren 1800 (bijvoorbeeld de modellen van G.& S. Merz), maar raakten in onbruik kort nadat de firma Carl Zeiss in de jaren 1890 verbeterde prismakijkers introduceerde.
PrismEdit
Optische prisma’s toegevoegd aan het ontwerp maakten het mogelijk het beeld rechtop weer te geven zonder dat er zoveel lenzen nodig waren, en verminderden de totale lengte van het instrument, meestal met behulp van een Porro prisma of dak-prisma’s.
PorroEdit
Verrekijkers met Porro-prisma’s zijn genoemd naar de Italiaanse opticien Ignazio Porro, die in 1854 patent aanvroeg op dit beeldoprichtende systeem. Dit systeem werd later verfijnd door andere verrekijkerfabrikanten, met name door Carl Zeiss in de jaren 1890. Verrekijkers van dit type gebruiken een paar Porro-prisma’s in een Z-vormige configuratie om het beeld op te richten. Dit resulteert in verrekijkers die breed zijn, met objectieflenzen die goed gescheiden zijn en ver van de oculairen staan, waardoor een beter dieptegevoel wordt verkregen. Porro-prisma ontwerpen hebben als bijkomend voordeel dat het optische pad wordt omgevouwen zodat de fysieke lengte van de verrekijker kleiner is dan de brandpuntsafstand van het objectief. Verrekijkers met porroprisma’s zijn zo gemaakt dat zij een beeld kunnen oprichten in een kleine ruimte; verrekijkers met prisma’s zijn dan ook op deze manier ontstaan.
DakEdit
Verrekijkers met dakkantprisma’s zijn wellicht al in de jaren 1870 verschenen in een ontwerp van Achille Victor Emile Daubresse. In 1897 begon Moritz Hensoldt verrekijkers met dakkantprisma’s op de markt te brengen. De meeste dakkant verrekijkers gebruiken of het Abbe-Koenig prisma (genoemd naar Ernst Karl Abbe en Albert Koenig en gepatenteerd door Carl Zeiss in 1905) of het Schmidt-Pechan prisma (uitgevonden in 1899) ontwerp om het beeld op te richten en het optische pad te vouwen. Zij hebben objectieve lenzen die ongeveer in het verlengde van de oculairen liggen.
Roof-prisma’s ontwerpen een instrument dat smaller en compacter is dan Porro-prisma’s. Er is ook een verschil in beeldhelderheid. Verrekijkers met porro-prisma’s produceren inherent een helderder beeld dan Schmidt-Pechan dakkant-prismakijkers met dezelfde vergrotingsfactor, objectiefgrootte en optische kwaliteit, omdat dit dakkant-prisma ontwerp verzilverde oppervlakken gebruikt die de lichttransmissie met 12% tot 15% verminderen. Dak-prisma’s vereisen ook nauwere toleranties voor de uitlijning van hun optische elementen (collimatie). Dit brengt extra kosten met zich mee omdat voor dit ontwerp vaste elementen moeten worden gebruikt die in de fabriek op een hoge graad van collimatie moeten worden afgesteld. Bij verrekijkers met porro-prisma’s moeten de prismasets soms opnieuw worden uitgelijnd om ze in collimatie te brengen. De vaste uitlijning in dakkant-prisma ontwerpen betekent dat de verrekijker normaal gesproken niet opnieuw hoeft te worden gecollimeerd.
Optische parametersEdit
Verrekijkers zijn gewoonlijk ontworpen voor specifieke toepassingen. Deze verschillende ontwerpen vereisen bepaalde optische parameters die op het prisma-afdekplaatje van de verrekijker kunnen worden vermeld. Deze parameters zijn:
VergrotingEdit
Geduid als het eerste getal in een beschrijving van een verrekijker (bijv. 7×35, 8×50), is de vergroting de verhouding van de brandpuntsafstand van het objectief gedeeld door de brandpuntsafstand van het oculair. Dit geeft de vergrotingskracht van verrekijkers (soms uitgedrukt als “diameters”). Een vergrotingsfactor van 7, bijvoorbeeld, geeft een beeld dat 7 keer zo groot is als het origineel gezien vanaf die afstand. De gewenste vergrotingsfactor hangt af van de beoogde toepassing, en bij de meeste verrekijkers is dit een permanent, niet-verstelbaar kenmerk van het apparaat (een uitzondering hierop vormen zoomverrekijkers). Verrekijkers die in de hand worden gehouden, hebben doorgaans vergrotingen van 7x tot 10x, zodat ze minder gevoelig zijn voor de effecten van trillende handen. Een grotere vergroting leidt tot een kleiner beeldveld en kan een statief vereisen voor beeldstabiliteit. Sommige gespecialiseerde verrekijkers voor astronomie of militair gebruik hebben vergrotingen van 15x tot 25x.
ObjectiefdiameterEdit
Gegeven als tweede getal in een beschrijving van een verrekijker (bijv. 7×35, 8×50), bepaalt de diameter van de objectieflens de resolutie (scherpte) en hoeveel licht kan worden verzameld om een beeld te vormen. Wanneer twee verschillende verrekijkers een gelijke vergroting hebben, van gelijke kwaliteit zijn en een voldoende grote uittredepupil hebben (zie hieronder), geeft de grotere objectiefdiameter een “helderder” en scherper beeld. Een 8×40 zal dus een “helderder” en scherper beeld geven dan een 8×25, ook al vergroten beide het beeld acht keer zo groot. De grotere voorste lenzen in de 8×40 produceren ook bredere lichtbundels (uittredepupil) die de oculairen verlaten. Hierdoor is het comfortabeler kijken met een 8×40 dan met een 8×25. Een 10×50 verrekijker is beter dan een 8×40 verrekijker wat vergroting, scherpte en lichtstroom betreft. De objectiefdiameter wordt meestal uitgedrukt in millimeters. Het is gebruikelijk verrekijkers te categoriseren aan de hand van de vergroting × de objectiefdiameter; bijv. 7×50. Kleinere verrekijkers kunnen een diameter van 22 mm hebben; 35 mm en 50 mm zijn gangbare diameters voor veldverrekijkers; astronomische verrekijkers hebben diameters van 70 mm tot 150 mm.
GezichtsveldEdit
Het gezichtsveld van een verrekijker is afhankelijk van het optische ontwerp en is in het algemeen omgekeerd evenredig met het vergrotingsvermogen. Het wordt gewoonlijk uitgedrukt in een lineaire waarde, zoals hoeveel voet (meter) in de breedte kan worden gezien op 1.000 yards (of 1.000 m), of in een hoekwaarde van hoeveel graden kan worden gezien.
UittredepupilEdit
Binoculairs concentreren het door het objectief verzamelde licht tot een bundel, waarvan de diameter, de uittredepupil, gelijk is aan de objectiefdiameter gedeeld door de vergrotingskracht. Voor een maximale effectieve lichtinval en een zo helder mogelijk beeld, en om de scherpte te maximaliseren, moet de uittredepupil ten minste gelijk zijn aan de diameter van de pupil van het menselijk oog – ongeveer 7 mm ’s nachts en ongeveer 3 mm overdag, afnemend met de leeftijd. Als de lichtkegel die uit de verrekijker stroomt groter is dan de pupil waarin het licht terechtkomt, gaat al het licht dat groter is dan de pupil verloren. Overdag is de pupil van een mens ongeveer 3 mm verwijd, wat ongeveer overeenkomt met de uittredepupil van een 7×21 verrekijker. Veel grotere 7×50 verrekijkers produceren een lichtkegel die groter is dan de pupil waar het licht door naar binnen valt, en dit licht gaat overdag verloren. Een te kleine uittredepupil zal de waarnemer ook een zwakker zicht geven, omdat slechts een klein deel van het lichtverzamelende oppervlak van het netvlies wordt gebruikt. Voor toepassingen waarbij apparatuur moet worden gedragen (vogels kijken, jagen), kiezen gebruikers voor veel kleinere (lichtere) verrekijkers met een uittredepupil die overeenkomt met de verwachte irisdiameter, zodat ze een maximale resolutie hebben maar niet het gewicht van een verspild diafragma hoeven te dragen.
Een grotere uittredepupil maakt het gemakkelijker om het oog te plaatsen waar het het licht kan ontvangen; overal in de grote lichtkegel van de uittredepupil is voldoende. Dit gemak van plaatsing helpt, vooral bij verrekijkers met een groot gezichtsveld, vignettering te voorkomen, waardoor de kijker een beeld te zien krijgt waarvan de randen donkerder zijn omdat het licht ervan gedeeltelijk wordt geblokkeerd, en het betekent dat het beeld snel kan worden gevonden, wat belangrijk is bij het kijken naar vogels of wild dat zich snel verplaatst, of voor een zeevaarder op het dek van een werpende boot of schip. Verrekijkers met een smalle uittredepupil kunnen ook vermoeiend zijn omdat het instrument precies op zijn plaats voor de ogen moet worden gehouden om een bruikbaar beeld te geven. Ten slotte gebruiken veel mensen hun verrekijker in de schemering, bij bewolking en ’s nachts, wanneer hun pupillen groter zijn. De uittredepupil overdag is dus geen universeel wenselijke norm. Voor comfort, gebruiksgemak en flexibiliteit in toepassingen zijn grotere verrekijkers met grotere uittredepupillen een bevredigende keuze, zelfs als hun mogelijkheden overdag niet volledig worden benut.
OogafstandEdit
Oogafstand is de afstand van de achterste oculairlens tot de uittredepupil of oogpunt. Het is de afstand waarop de waarnemer zijn of haar oog achter het oculair moet plaatsen om een ongetekend beeld te zien. Hoe langer de brandpuntsafstand van het oculair, hoe groter de mogelijke oogafstand. Verrekijkers kunnen een oogafstand hebben die varieert van enkele millimeters tot 2,5 centimeter of meer. De oogafstand kan bijzonder belangrijk zijn voor brildragers. Het oog van een brildrager bevindt zich meestal verder van de ooglens, waardoor een grotere oogafstand nodig is om vignettering te voorkomen en, in extreme gevallen, om het volledige gezichtsveld te behouden. Verrekijkers met een korte oogafstand kunnen ook moeilijk te gebruiken zijn in gevallen waarin het moeilijk is ze stil te houden.
Nauwe focusafstandEdit
De nauwe focusafstand is het dichtstbijzijnde punt waarop de verrekijker kan scherpstellen. Deze afstand varieert van ongeveer 0,5 m tot 30 m, afhankelijk van het ontwerp van de verrekijker. Als de close focus afstand kort is ten opzichte van de vergroting, kan de verrekijker ook worden gebruikt om bijzonderheden te zien die met het blote oog niet zichtbaar zijn.
OculairenEdit
Binoculaire oculairen bestaan gewoonlijk uit drie of meer lenselementen in twee of meer groepen. De lens die het verst van het oog van de kijker is verwijderd, wordt de veldlens genoemd en de lens die het dichtst bij het oog is, de ooglens. De meest gebruikelijke opstelling is die welke in 1849 door Carl Kellner werd uitgevonden. In deze opstelling is de ooglens een plano-concaaf/dubbel convex achromatisch doublet (het vlakke deel van het doublet is naar het oog gericht) en de veldlens een dubbel-convex singlet. In 1975 werd een omgekeerd Kellner-oculair ontwikkeld, waarbij de veldlens een dubbel concaaf/dubbel convex achromatisch doublet is en de ooglens een dubbel convex singlet. De omgekeerde Kellner biedt 50% meer oogafstand en werkt beter met kleine brandpuntsafstanden en heeft een iets breder gezichtsveld.
Breedveld verrekijkers maken meestal gebruik van een soort Erfle configuratie, gepatenteerd in 1921. Deze heeft vijf of zes elementen in drie groepen. De groepen kunnen bestaan uit twee achromatische doubletten met een dubbele convexe singlet ertussen of het kunnen allemaal achromatische doubletten zijn. Deze oculairen presteren over het algemeen niet zo goed als Kellner oculairen bij hoge sterkte, omdat ze last hebben van astigmatisme en spookbeelden. Ze hebben echter grote ooglenzen, een uitstekende oogafstand, en zijn comfortabel in het gebruik bij lagere vermogens.