GalileanEdit
Pe aproape de la inventarea telescopului, în secolul al XVII-lea, se pare că au fost explorate avantajele montării a două telescoape una lângă alta pentru vederea binoculară. Majoritatea primelor binocluri foloseau optica galileană; adică foloseau un obiectiv convex și o lentilă concavă a ocularului. Designul galileean are avantajul de a prezenta o imagine dreaptă, dar are un câmp vizual îngust și nu este capabil de o mărire foarte mare. Acest tip de construcție este încă folosit la modele foarte ieftine și la ochelarii de operă sau de teatru. Construcția galileeană este, de asemenea, utilizată în lupele binoculare chirurgicale și de bijutier cu mărire mică, deoarece acestea pot fi foarte scurte și pot produce o imagine verticală fără optici de erecție suplimentare sau neobișnuite, reducând astfel cheltuielile și greutatea totală. Ele au, de asemenea, pupile de ieșire mari, ceea ce face ca centrarea să fie mai puțin critică, iar câmpul vizual îngust funcționează bine în aceste aplicații. Acestea sunt montate de obicei pe o ramă de ochelari sau se montează la comandă pe ochelari.
Optica KeplerianăEdit
O imagine îmbunătățită și o mărire mai mare se obțin la binoclurile care utilizează optica Kepleriană, în care imaginea formată de lentila obiectivului este privită printr-o lentilă pozitivă a ocularului (ocular). Deoarece configurația Kepleriană produce o imagine inversată, se folosesc diferite metode pentru a întoarce imaginea în sens invers.
Ridicarea lentilelorEdit
La binoclurile aprismatice cu optică kepleriană (care au fost numite uneori „telescoape gemene”) fiecare tub are una sau două lentile suplimentare (lentile releu) între obiectiv și ocular. Aceste lentile sunt folosite pentru a erecta imaginea. Binoclurile cu lentile de erecție aveau un dezavantaj serios: sunt prea lungi. Astfel de binocluri au fost populare în anii 1800 (de exemplu, modelele G.& S. Merz), dar au devenit învechite la scurt timp după ce compania Carl Zeiss a introdus un binoclu cu prisme îmbunătățite în anii 1890.
PrismEdit
Prizurile optice adăugate la design au permis afișarea imaginii în poziție verticală fără a fi nevoie de atâtea lentile și scăzând lungimea totală a instrumentului, folosind de obicei o prismă Porro sau prisme de acoperiș.
PorroEdit
Binoclurile cu prisme Porro poartă numele opticianului italian Ignazio Porro, care a brevetat acest sistem de ridicare a imaginii în 1854. Acest sistem a fost perfecționat ulterior de alți producători de binocluri, în special de compania Carl Zeiss în anii 1890. Binoclurile de acest tip utilizează o pereche de prisme Porro într-o configurație în formă de Z pentru a erecta imaginea. Astfel se obține un binoclu lat, cu lentile de obiectiv bine separate și decalate față de oculare, ceea ce oferă o mai bună senzație de adâncime. Proiectele cu prisme Porro au avantajul suplimentar de a plia traseul optic astfel încât lungimea fizică a binoclului să fie mai mică decât distanța focală a obiectivului. Binoclurile cu prisme Porro au fost realizate în așa fel încât să ridice o imagine într-un spațiu mic, astfel că binoclurile care folosesc prisme au început în acest fel.
RoofEdit
Este posibil ca binoclurile care utilizează prisme de acoperiș să fi apărut încă din anii 1870, într-un proiect realizat de Achille Victor Emile Daubresse. În 1897, Moritz Hensoldt a început să comercializeze binocluri cu prisme de acoperiș. Majoritatea binoclurilor cu prisme de acoperiș folosesc fie prisma Abbe-Koenig (denumită după Ernst Karl Abbe și Albert Koenig și brevetată de Carl Zeiss în 1905), fie prisma Schmidt-Pechan (inventată în 1899) pentru a ridica imaginea și a plia calea optică. Acestea au lentilele obiectivului care sunt aproximativ în linie cu ocularele.
Proiectele cu prisme Porro creează un instrument care este mai îngust și mai compact decât prismele Porro. Există, de asemenea, o diferență în ceea ce privește luminozitatea imaginii. Un binoclu cu prisme Porro va produce în mod inerent o imagine mai luminoasă decât un binoclu cu prisme de acoperiș Schmidt-Pechan de aceeași mărire, dimensiune a obiectivului și calitate optică, deoarece acest design cu prisme de acoperiș utilizează suprafețe argintate care reduc transmisia luminii cu 12% până la 15%. Proiectele cu prisme de acoperiș necesită, de asemenea, toleranțe mai strânse pentru alinierea elementelor lor optice (colimare). Acest lucru se adaugă la cheltuielile lor, deoarece designul le impune să utilizeze elemente fixe care trebuie să fie setate la un grad ridicat de colimare în fabrică. Binoclurile cu prisme Porro au nevoie ocazional ca seturile de prisme să fie realiniate pentru a le aduce la colimare. Alinierea fixă din modelele cu prisme de acoperiș înseamnă că binoclul nu va avea nevoie, în mod normal, de colimare.
Parametrii opticiEdit
Binoclurile sunt de obicei proiectate pentru aplicații specifice. Aceste modele diferite necesită anumiți parametri optici care pot fi enumerați pe placa de acoperire a prismelor binoclului. Acești parametri sunt:
MărireEdit
Dat ca prim număr în descrierea unui binoclu (de exemplu, 7×35, 8×50), mărirea este raportul dintre distanța focală a obiectivului împărțită la distanța focală a ocularului. Aceasta dă puterea de mărire a binoclului (uneori exprimată ca „diametre”). Un factor de mărire de 7, de exemplu, produce o imagine de 7 ori mai mare decât cea originală văzută de la distanța respectivă. Gradul de mărire dorit depinde de aplicația dorită și, la majoritatea binoclurilor, este o caracteristică permanentă, nereglabilă a dispozitivului (binoclul cu zoom este o excepție). Binoclurile ținute în mână au, de obicei, măriri cuprinse între 7x și 10x, astfel încât vor fi mai puțin sensibile la efectele tremuratului mâinilor. O mărire mai mare duce la un câmp vizual mai mic și poate necesita un trepied pentru stabilitatea imaginii. Unele binocluri specializate pentru astronomie sau uz militar au măriri cuprinse între 15x și 25x.
Diametrul obiectivuluiEdit
Dat ca al doilea număr în descrierea unui binoclu (de exemplu, 7×35, 8×50), diametrul obiectivului determină rezoluția (acuitatea) și cât de multă lumină poate fi adunată pentru a forma o imagine. Atunci când două binocluri diferite au mărire egală, calitate egală și produc o pupila de ieșire suficient de adaptată (a se vedea mai jos), diametrul obiectivului mai mare produce o imagine mai „luminoasă” și mai clară. Astfel, un 8×40 va produce o imagine mai „luminoasă” și mai clară decât un 8×25, chiar dacă ambele măresc imaginea de opt ori în mod identic. Obiectivele frontale mai mari de la 8×40 produc, de asemenea, fascicule de lumină mai largi (pupila de ieșire) care părăsesc ocularele. Acest lucru face ca vizualizarea cu un 8×40 să fie mai confortabilă decât cu un 8×25. O pereche de binocluri 10×50 este mai bună decât o pereche de binocluri 8×40 în ceea ce privește mărirea, claritatea și fluxul luminos. Diametrul obiectivului este exprimat, de obicei, în milimetri. Se obișnuiește să se clasifice binoclurile în funcție de mărire × diametrul obiectivului; de exemplu, 7×50. Binoclurile mai mici pot avea un diametru de doar 22 mm; 35 mm și 50 mm sunt diametre obișnuite pentru binoclurile de teren; binoclurile astronomice au diametre cuprinse între 70 mm și 150 mm.
Câmpul vizualEdit
Câmpul vizual al unei perechi de binocluri depinde de designul său optic și, în general, este invers proporțional cu puterea de mărire. De obicei este notat într-o valoare liniară, cum ar fi câți picioare (metri) în lățime vor fi văzuți la 1.000 de yarzi (sau 1.000 m), sau într-o valoare unghiulară de câte grade pot fi văzute.
Pupila de ieșireEdit
Binoclurile concentrează lumina adunată de obiectiv într-un fascicul, al cărui diametru, pupila de ieșire, este diametrul obiectivului împărțit la puterea de mărire. Pentru o colectare eficientă maximă a luminii și o imagine cât mai strălucitoare, precum și pentru a maximiza claritatea, pupila de ieșire trebuie să fie cel puțin egală cu diametrul pupilei ochiului uman – aproximativ 7 mm noaptea și aproximativ 3 mm în timpul zilei, scăzând odată cu vârsta. În cazul în care conul de lumină care iese din binoclu este mai mare decât pupila în care intră, orice lumină mai mare decât pupila este irosită. În timpul zilei, pupila umană este de obicei dilatată cu aproximativ 3 mm, ceea ce reprezintă aproximativ pupila de ieșire a unui binoclu 7×21. Un binoclu 7×50 mult mai mare va produce un con de lumină mai mare decât pupila în care intră, iar această lumină va fi irosită în timpul zilei. De asemenea, o pupilă de ieșire prea mică va prezenta observatorului o vedere mai slabă, deoarece este utilizată doar o mică parte din suprafața de colectare a luminii de pe retină. Pentru aplicațiile în care echipamentul trebuie transportat (observarea păsărilor, vânătoare), utilizatorii optează pentru binocluri mult mai mici (mai ușoare) cu o pupilă de ieșire care se potrivește cu diametrul preconizat al irisului, astfel încât vor avea o rezoluție maximă, dar nu transportă greutatea deschiderii irosite.
O pupila de ieșire mai mare facilitează plasarea ochiului acolo unde poate primi lumina; oriunde în conul mare de lumină al pupilei de ieșire va fi suficient. Această ușurință de plasare ajută la evitarea, mai ales în cazul binoclurilor cu câmp vizual mare, a vignetării, care aduce privitorului o imagine cu marginile întunecate deoarece lumina din ele este parțial blocată, și înseamnă că imaginea poate fi găsită rapid, ceea ce este important atunci când se privește păsări sau animale de vânat care se mișcă rapid, sau pentru un marinar pe puntea unei ambarcațiuni sau a unei nave care lansează. Binoclurile cu pupila de ieșire îngustă pot fi, de asemenea, obositoare, deoarece instrumentul trebuie ținut exact la locul lui în fața ochilor pentru a oferi o imagine utilă. În cele din urmă, mulți oameni își folosesc binoclul la amurg, în condiții de cer acoperit și noaptea, când pupilele lor sunt mai mari. Astfel, pupila de ieșire pe timp de zi nu este un standard universal dezirabil. Pentru confort, ușurință în utilizare și flexibilitate în aplicații, binoclurile mai mari cu pupile de ieșire mai mari sunt alegeri satisfăcătoare, chiar dacă capacitatea lor nu este utilizată pe deplin în timpul zilei.
Degajarea ochilorEdit
Degajarea ochilor este distanța de la lentila posterioară a ocularului până la pupila de ieșire sau punctul ochilor. Este distanța la care observatorul trebuie să își poziționeze ochiul în spatele ocularului pentru a vedea o imagine fără vignete. Cu cât distanța focală a ocularului este mai mare, cu atât mai mare este relieful potențial al ochiului. Binoclurile pot avea un relief al ochiului de la câțiva milimetri la 2,5 centimetri sau mai mult. Degajarea ochilor poate fi deosebit de importantă pentru purtătorii de ochelari. Ochiul unui purtător de ochelari se află, de obicei, mai departe de ocular, ceea ce necesită o degajare a ochiului mai mare pentru a evita vignetarea și, în cazuri extreme, pentru a păstra întregul câmp vizual. Binoclurile cu degajare oculară scurtă pot fi, de asemenea, greu de utilizat în cazurile în care este dificil să le ții nemișcate.
Distanța de focalizare apropiatăEdit
Distanța de focalizare apropiată este cel mai apropiat punct pe care binoclul îl poate focaliza. Această distanță variază de la aproximativ 0,5 m la 30 m, în funcție de designul binoclului. Dacă distanța de focalizare apropiată este mică în raport cu mărirea, binoclul poate fi folosit și pentru a vedea particularități care nu sunt vizibile cu ochiul liber.
OcularEdit
Ocularul binocular constă, de obicei, din trei sau mai multe elemente de lentilă în două sau mai multe grupuri. Lentila cea mai îndepărtată de ochiul privitorului se numește lentilă de câmp, iar cea mai apropiată de ochi, lentilă oculară. Cea mai comună configurație este cea inventată în 1849 de Carl Kellner. În această configurație, lentila oculară este un dublet acromatic plano-concav/ dublu convex (partea plană a primului este orientată spre ochi), iar lentila de câmp este un singlet dublu-convex. În 1975 a fost dezvoltat un ocular Kellner inversat, în care lentila de câmp este un dublet acromatic acromatic dublu concav/ dublu convex, iar lentila oculară este un singlet dublu convex. Ocularul Kellner inversat oferă un relief ocular cu 50% mai mare și funcționează mai bine cu raporturi focale mici, precum și are un câmp ușor mai larg.
Binoclurile cu câmp larg utilizează de obicei un fel de configurație Erfle, brevetată în 1921. Acestea au cinci sau șase elemente în trei grupe. Grupurile pot fi două dublete acromatice cu un singlet dublu convex între ele sau pot fi toate dublete acromatice. Aceste oculare au tendința de a nu funcționa la fel de bine ca ocularele Kellner la putere mare, deoarece suferă de astigmatism și de imagini fantomă. Cu toate acestea, ele au lentile oculare mari, relief ocular excelent și sunt confortabile de utilizat la puteri mai mici.