กล้องส่องทางไกลทำงานอย่างไร - ชิ้นส่วนกล้องส่องทางไกลและหน้าที่ของมัน

กล้องส่องทางไกลทำงานอย่างไร

กล้องส่องทางไกลทำงานบนหลักการของกฎการมองเห็นอย่างแม่นยำโดยใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติและพฤติกรรมของแสงขณะเดินทางผ่านสื่อต่างๆ มาดูกันว่ากล้องส่องทางไกลทำงานอย่างไร ส่วนสำคัญของกล้องส่องทางไกลคืออะไร และทำงานร่วมกันอย่างไร

กล้องส่องทางไกลประกอบด้วยสามส่วนแสงในการทำงาน:

เลนส์ใกล้ตาหรือตา: เพื่อโฟกัสและขยายภาพเสมือนที่ฉาย

ปริซึม: เพื่อแก้ไขการวางแนวของภาพ – พลิกภาพในแนวตั้งและแนวนอน

เลนส์ใกล้วัตถุ: รวบรวมแสงตกกระทบและรวมไว้ที่จุดโฟกัส โดยปกติจะเป็นระบบเลนส์ตั้งแต่ 2 เลนส์ขึ้นไปเพื่อชดเชยความคลาดเคลื่อน

คำอธิบายง่ายๆ ว่ากล้องส่องทางไกลทำงานอย่างไร

เพื่อให้เข้าใจถึงส่วนต่างๆ ของกล้องส่องทางไกลและหน้าที่ของมัน วิธีที่ดีที่สุดคือแยกกล้องส่องทางไกลและดูที่ด้านใน ด้วยวิธีนี้ คุณจะเห็นแต่ละส่วนประกอบและเข้าใจวิธีการทำงานของกล้องส่องทางไกลได้ดียิ่งขึ้น มีระบบออปติคัลและระบบกลไกเพื่อดู

ชิ้นส่วนออปติคอลของกล้องส่องทางไกล

กล้องส่องทางไกลประกอบด้วยส่วนประกอบทางแสงสามชิ้นที่หักเหและโฟกัสแสงเพื่อขยายวัตถุที่อยู่ไกลออกไปและทำให้ดูเหมือนอยู่ใกล้มากขึ้น องค์ประกอบที่สำคัญทั้งสามนี้ได้แก่ เลนส์ใกล้วัตถุ ระบบปริซึม และช่องมองภาพ เรามาดูส่วนต่างๆ เหล่านี้ให้ละเอียดยิ่งขึ้นเพื่อทำความเข้าใจฟังก์ชันและวิธีที่กล้องส่องทางไกลขยาย

เลนส์ใกล้วัตถุ

ที่วัตถุประสงค์ด้วยความใหญ่โตของมันเลนส์สะสมอยู่ที่ส่วนหน้าหรือปลายล่างของกล้องส่องทางไกล ขึ้นอยู่กับว่าคุณมองอย่างไร การสะสมเลนส์จะมุ่งเป้าไปที่วัตถุที่สนใจนั่นเองจับแสง.

ยิ่งมีขนาดใหญ่รูรับแสง– เส้นผ่านศูนย์กลางของเลนส์ ยิ่งกล้องส่องทางไกลมีพลังงานในการรวบรวมแสงมากเท่าใด ภาพก็จะยิ่งสว่างขึ้นเท่านั้น ด้วยเหตุนี้ นักล่าหรือผู้ที่ชื่นชอบการดูดาวจึงเลือกกล้องส่องทางไกลที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเลนส์ขนาดใหญ่ กล้องส่องทางไกลขนาดกะทัดรัดน้ำหนักเบาที่เหมาะสำหรับการเดินป่าหรือการใช้งานเป็นครั้งคราวอาจมีรูรับแสงที่เล็กกว่ามากประมาณ 25 มม. ขนาดของรูรับแสงจะแสดงเป็นตัวเลขที่สองของระดับกล้องส่องทางไกล เช่น 8x42

ภาพกึ่งกลางเสมือนที่สร้างขึ้นโดยเลนส์ใกล้วัตถุจะกลับหัวและสะท้อนกลับ เพื่อแก้ไขปัญหานี้ มีการใช้ปริซึมภายในกล้องส่องทางไกล

ระบบปริซึม

หากไม่มีปริซึมในกล้องส่องทางไกล ผู้สังเกตจะเห็นภาพกลับหัว ปริซึมช่วยแก้ปัญหานี้ และยังช่วยลดความยาวของกล้องส่องทางไกลได้อีกด้วย

ที่ปริซึมทำจากแก้วมงกุฎและทำหน้าที่เป็นกระจกแก้ไข. เมื่อลำแสงส่องผ่านปริซึม การสะท้อนหลายครั้งจะพลิกภาพที่กลับหัวและกลับด้านที่ฉายโดยเลนส์ใกล้วัตถุ เพื่อให้ผู้สังเกตการณ์สามารถมองเห็นภาพที่ดูปกติได้

ปริซึมที่ใช้ในกล้องส่องทางไกลมีสองประเภทหลัก เหล่านี้คือปริซึม Porro และการออกแบบปริซึมหลังคาแบบต่างๆ

ปริซึมปอร์โร

มีปริซึมสองตัวที่ใช้ในกล้องส่องทางไกลปริซึม Porro โดยตั้งฉากกันเป็นมุมฉาก

รังสีของแสงจะสะท้อนจากพื้นผิวภายในและกลับจากบนลงล่างในปริซึมอันหนึ่ง และจากซ้ายไปขวาในปริซึมอีกอัน

ข้อดีของกล้องส่องทางไกลที่มีระบบปริซึม Porro คือ ปริซึมเหล่านี้ผลิตได้ง่ายกว่าและราคาถูกกว่ามาก และใช้พื้นที่น้อยเนื่องจากติดตั้งติดกัน

กล้องส่องทางไกลปริซึม Porro มักจะมีโครงสร้างสั้นกว่ากล้องส่องทางไกลปริซึมหลังคา

ปริซึมหลังคา

ระบบปริซึมนี้มักจะประกอบด้วยปริซึมสองอัน โดยอย่างน้อยหนึ่งอันจะมีรูปทรงขอบหลังคา

ด้านหนึ่งของตัวกระจกไพรม์จะต้องเคลือบเพื่อชดเชยการเปลี่ยนเฟสของความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน และเพื่อลดการเหลื่อมของสี ซึ่งจะทำให้ปริซึมหลังคามีราคาแพงกว่าปริซึม Porro เล็กน้อย

การแก้ไขภาพในกล้องส่องทางไกลปริซึมหลังคาอาจเป็นไปตามเส้นทางลำแสงที่ซับซ้อนมากกว่าใน Porro's แต่ผลลัพธ์ของการพลิกภาพกลับหัวและภาพสะท้อนจากเลนส์ใกล้วัตถุจะเหมือนกัน

ปริซึมหลังคาทำให้มีกล้องส่องทางไกลในตัวที่บางกว่าและกะทัดรัดกว่ามาก กล้องส่องทางไกลที่มีปริซึมเหล่านี้จะแคบกว่าเล็กน้อยและสวยงามกว่าเมื่อเทียบกับรุ่นที่มีปริซึม Porro แต่มักจะมีราคาแพงกว่าเล็กน้อยเนื่องจากต้องมีการผลิตที่ซับซ้อนมากขึ้น

เลนส์ใกล้ตา

ที่เลนส์ใกล้ตาเรียกอีกอย่างว่าเกี่ยวกับตาอยู่ที่ด้านหน้าของกล้องส่องทางไกลและเป็นเลนส์สองตัวที่เรามองโดยตรงระหว่างการสังเกต

ยางรองตา (ส่วนต่อขยายยางบนกระบอกตา) มักใช้เพื่อรักษาระยะห่างระหว่างดวงตากับเลนส์ใกล้ตาให้ถูกต้อง และช่วยป้องกันแสงที่เล็ดลอดเข้ามารบกวน

เลนส์ใกล้ตามักประกอบด้วยเลนส์ตั้งแต่สองตัวขึ้นไป

เมื่อกล้องส่องทางไกลได้รับการโฟกัสอย่างเหมาะสม สายตามนุษย์จะมองเห็นภาพที่ฉายด้วยเลนส์ใกล้วัตถุและระบบปริซึม

ชิ้นส่วนเครื่องจักรกลของกล้องส่องทางไกล

การปรับแก้สายตา

หลายๆ คนมีสายตาไม่เท่ากันทั้งสองข้าง เพื่อให้สังเกตได้โดยไม่เมื่อยล้าผ่านกล้องส่องทางไกลสายตาที่แตกต่างกันจะต้องได้รับการชดเชยดวงตาทั้งสองข้างจึงสามารถเห็นภาพที่โฟกัสได้

โดยปกติ เลนส์ใกล้ตาด้านขวาสามารถปรับได้อย่างละเอียดเพื่อชดเชยความแตกต่างของสายตาโดยการปรับโฟกัสของเลนส์ตา

หากต้องการปรับ ให้หลับตาขวาแล้วโฟกัสไปที่วัตถุโดยใช้ตาซ้าย (เลนส์ใกล้ตาที่ไม่มีการชดเชยไดออปเตอร์) โดยการหมุนวงล้อโฟกัสกลางจนกว่าภาพจะคมชัดและชัดเจน จากนั้นจึงปรับความคมชัดของช่องมองภาพที่สองอย่างละเอียดโดยใช้การปรับไดออปเตอร์

โฟกัสล้อ

เพื่อให้ได้ภาพที่คมชัดเมื่อดูวัตถุในระยะห่างที่แตกต่างกัน จำเป็นต้องปรับโฟกัสของกล้องส่องทางไกลเสมอ การหมุนปุ่มโฟกัส (หรือวงล้อโฟกัส) จะดันหรือดึงเลนส์ใกล้ตา (หรือเลนส์ใกล้ตาเพียงอันเดียว) เพื่อให้จุดโฟกัสของเลนส์ใกล้ตามาบรรจบกับจุดโฟกัสของเลนส์ใกล้วัตถุ

สะพานบาร์เรลพร้อมบานพับ

กล้องส่องทางไกลเป็นเพียงกล้องโทรทรรศน์สองตัวที่ติดตั้งติดกัน พวกเขาจำเป็นต้องชี้ไปในทิศทางเดียวกันเพื่อให้ผู้สังเกตการณ์มองเห็นได้พร้อมกัน สะพานบาร์เรลถือลำกล้องของกล้องส่องทางไกลอยู่ในแนวขนานซึ่งกันและกันเพื่อให้แกนแสงขนานกัน (ลำแสงคือเทียบเคียงกัน).

บานพับที่เชื่อมสะพานทำให้เราสามารถปรับระยะห่างของช่องมองภาพให้ตรงกับระยะห่างสายตาของผู้ชมแต่ละคนได้

บาร์เรลหรือท่อ

กระบอกคือโครงที่ยึดชิ้นส่วนออพติคัลทั้งหมดไว้ด้วยกัน ตัวเรือนช่วยปกป้องส่วนประกอบด้านแสงและยึดไว้ในตำแหน่งที่มั่นคง เพื่อไม่ให้ชิ้นส่วนเคลื่อนจากแรงกระแทกทางกลหรือเมื่อตกหล่น

กล้องส่องทางไกลที่ดีกว่าหลายตัวมีซีลโอริงเพื่อป้องกันไม่ให้น้ำและความชื้นออกมา ในรุ่นที่มีราคาสูงหลายรุ่น ภายในห้องโดยสารยังเต็มไปด้วยก๊าซเฉื่อยเพื่อให้มั่นใจว่าสามารถกันน้ำได้แม้จะอยู่ใต้น้ำก็ตาม

เส้นทางแห่งแสงในกล้องส่องทางไกล Porro Prism

ปริซึมกลับภาพอย่างไร

รูปภาพจากวัตถุที่ดูจะกลับด้านในแนวนอนและแนวตั้ง

ปริซึมอันแรกกลับภาพในแนวตั้ง

ปริซึมที่สองกลับภาพในแนวนอน

ภาพขนาดเล็กจะถูกฉายที่จุดสิ้นสุดของทางยาวโฟกัสของวัตถุ

ตาจะขยายภาพและนำเสนอต่อดวงตา

ภาพเข้าสู่โฟกัสได้อย่างไร

ในการนำเสนอภาพที่เน้นและคมชัดแก่ผู้ชม จุดโฟกัสของเลนส์ตาจะต้องมาบรรจบกับจุดโฟกัสของเลนส์ใกล้วัตถุ

วิธีการคำนวณกำลังขยายของกล้องส่องทางไกล

กำลังขยายของกล้องส่องทางไกลหรือที่เรียกว่า "กำลัง" ถือเป็นปัจจัยสำคัญในการจัดอันดับ ซึ่งช่วยในการตัดสินใจเกี่ยวกับจุดประสงค์การใช้งานอุปกรณ์ โดยจะระบุจำนวนครั้งที่ภาพปรากฏแบบขยายเมื่อมองผ่านกล้องส่องทางไกล เมื่อเทียบกับการมองด้วยตาเปล่า

หมายเลขกำลังขยายคือผลหารของทางยาวโฟกัสของเลนส์และทางยาวโฟกัสของช่องมองภาพ ในตัวอย่างข้างต้นมันจะเป็น240 / 24 = 10

กำลังขยายของกล้องส่องทางไกลจะแสดงเป็นตัวเลขแรกของระดับของกล้องส่องทางไกล เช่น8x42

ปัจจัยการขยายที่นิยมมากที่สุดคือ 8x และ 10x เมื่อใช้กำลังขยาย 10 เท่า วัตถุที่อยู่ห่างออกไป 100 เมตรจะปรากฏราวกับว่าอยู่ห่างออกไป 10 เมตร

สรุปชิ้นส่วนกล้องส่องทางไกลและหน้าที่

น่าสนใจอย่างเงียบๆ ว่ากล้องส่องทางไกลทำงานอย่างไร และประกอบเข้าด้วยกันอย่างไรจากการจัดเรียงองค์ประกอบแสงสามส่วนอย่างง่ายๆ ได้แก่ ช่องมองภาพ ปริซึม และเลนส์ใกล้วัตถุ

ที่เลนส์ใกล้วัตถุคือ เลนส์ขนาดใหญ่ที่อยู่ส่วนหน้าของกล้องส่องทางไกล หันหน้าไปทางวัตถุที่มอง เส้นผ่านศูนย์กลางของเลนส์ใกล้วัตถุเรียกว่ารูรับแสงขนาดของเลนส์จะเป็นตัวกำหนดความละเอียด (ความคมชัด) และปริมาณแสงที่สามารถรวบรวมได้ ภาพที่ถ่ายจากวัตถุจะถูกสะท้อนและกลับหัว

ปริซึมใช้ในการแก้ไขภาพ เมื่อรังสีแสงของภาพกลับด้านผ่านปริซึม รังสีเหล่านั้นจะสะท้อนออกจากพื้นผิวด้านในของปริซึมและออกมาเป็นภาพที่ดูเหมือนจริงตามปกติ ประเภทของปริซึม ได้แก่ ปริซึม Porro และปริซึมหลังคา

ที่เลนส์ใกล้ตาหรือตาคือส่วนที่ผู้ใช้มองเข้าไป ภาพที่เลนส์ใกล้วัตถุรวบรวมและฉายที่จุดสิ้นสุดของทางยาวโฟกัส จะถูกขยายด้วยเลนส์ใกล้ตาและนำเสนอต่อสายตาของผู้ชม