쌍안경은 어떻게 작동하나요?
이 포괄적인 가이드에서는 쌍안경의 광학 장치가 어떻게 빛을 수집하여 눈앞에 있는 광경을 확대된 이미지로 보여줄 수 있는지에 대한 과학을 살펴보겠습니다. 향후 기사에서는 초점 및 아이컵 메커니즘이 작동하는 방식과 사용 가능한 다양한 옵션의 범위에 대한 주요 메커니즘도 살펴볼 계획입니다.
이런 식으로, 나는 당신이 이 과정을 마칠 때쯤이면 쌍안경이 어떻게 작동하는지 이해할 수 있을 것이고, 따라서 당신의 필요에 맞는 올바른 기구를 선택할 때 훨씬 더 잘 준비될 수 있을 것이며, 그런 다음 그것이 도착하면 그것을 올바르게 설정하고 사용할 수 있을 것이며, 그것을 사용하는 데서 최상의 결과를 얻을 수 있을 것이라고 확신합니다. 시작해 봅시다:
두 개의 망원경
가장 단순한 형태의 쌍안경 세트는 본질적으로 나란히 배치된 두 개의 망원경으로 구성됩니다. 따라서 시작해서 조금 더 간단하게 만들기 위해 쌍안경을 반으로 자르고 먼저 망원경의 작동 방식을 알아본 다음 마지막에 다시 조립해 보겠습니다.
렌즈, 빛 & 굴절
기본적으로 쌍안경이 작동하고 시야를 확대하는 방식은 렌즈를 사용하여 빛이 굴절이라고 알려진 일을 하도록 하는 것입니다.
진공 상태의 공간에서는 빛은 직선으로 이동하지만, 다른 물질을 통과하면서 속도가 변합니다.
빛이 유리나 물과 같은 두꺼운 매질을 통과할 때 속도가 느려집니다. 이는 일반적으로 빛파가 휘어지게 하고, 이러한 빛의 휘어짐을 굴절이라고 합니다. 빛의 굴절은 빨대가 물잔에 있을 때 휘어진 것처럼 보이게 하는 것입니다. 또한 많은 유용한 용도가 있으며, 보고 있는 것을 확대할 수 있는 것이 핵심입니다.
렌즈
망원경, 쌍안경, 심지어 독서용 안경과 같은 기구는 단순한 평평한 유리 시트나 블록을 사용하는 것이 아니라 특수 모양의 유리 렌즈를 사용합니다. 이 렌즈는 종종 여러 개의 개별 렌즈 요소로 구성되어 빛 파동의 휘어짐을 더 잘 제어할 수 있습니다.
대물렌즈
(당신이 보고 있는 물체에 가장 가까운) 쌍안경의 모양은 볼록합니다. 즉, 중앙이 바깥쪽보다 두껍다는 뜻입니다. 수렴 렌즈로 알려져 있으며, 먼 물체에서 나오는 빛을 포착한 다음 굴절을 통해 빛이 유리를 통과할 때 구부러지고 모이게(수렴) 합니다. 그런 다음 빛파는 렌즈 뒤의 한 지점에 초점을 맞춥니다.
접안렌즈
그런 다음 집중된 빛을 확대한 후 눈으로 받아들입니다.
확대
첫째, 빛은 피사체로부터 이동하여 실제 이미지가 됩니다.A대물렌즈에 의해 생성됩니다. 이 이미지는 접안렌즈에 의해 확대되어 가상 이미지로 보입니다.B결과적으로 확대된 물체는 마치 눈앞에 있고 피사체보다 더 가까이 있는 것처럼 보입니다.
6배, 7배, 8배, 10배 또는 그 이상.
이미지가 확대되는 정도는 대물렌즈의 초점거리를 접안렌즈의 초점거리로 나눈 비율에 의해 결정됩니다.
예를 들어 확대율이 8이면 대상보다 8배 더 크게 보이는 가상 이미지가 생성됩니다.
필요한 배율은 사용 목적에 따라 달라지며, 배율이 높을수록 쌍안경이 더 좋다고 가정하는 것은 종종 실수입니다. 배율이 높으면 많은 단점도 있기 때문입니다. 자세한 내용은 이 기사를 참조하세요: 배율, 안정성, 시야 및 밝기
위의 다이어그램에서 볼 수 있듯이 가상 이미지는 반전됩니다. 아래에서 이런 일이 발생하는 이유와 이를 수정하는 방법을 살펴보겠습니다.
거꾸로 된 이미지
이건 훌륭한데, 천문학과 같은 용도로 망원경을 만드는 것이라면 이야기는 여기서 끝나도 됩니다.
사실, 두 개의 렌즈를 가지고 닫힌 튜브로 분리하면 간단한 망원경을 꽤 쉽게 만들 수 있습니다. 실제로 이것이 최초의 망원경이 만들어진 방식입니다.
하지만, 그것을 통해 볼 때 눈에 띄는 것은 당신이 보는 이미지가 거꾸로 뒤집혀 거울에 비친 것처럼 보인다는 것입니다. 이는 볼록 렌즈가 빛이 수렴할 때 교차하게 하기 때문입니다.
사실, 팔 길이만큼 떨어진 곳에 돋보기를 들고 멀리 있는 물체를 들여다보면 아주 쉽게 이를 증명할 수 있습니다. 이미지가 거꾸로 뒤집히고 역반사되는 것을 볼 수 있을 것입니다.
먼 별을 보는 경우 이는 실제로 문제가 되지 않으며 실제로 많은 천문 망원경이 정류되지 않은 이미지를 생성하지만 지상에서 사용하는 경우 이는 문제입니다. 다행히도 몇 가지 해결책이 있습니다.
이미지 보정
쌍안경과 대부분의 지상 망원경(스포팅 스코프)의 경우 이를 수행하는 두 가지 주요 방법이 있습니다. 접안렌즈에 오목 렌즈를 사용하거나 이미지 정립 프리즘을 사용하는 것입니다.
갈릴레이 광학
17세기에 갈릴레오 갈릴레이가 발명한 망원경에 사용된 갈릴레이 광학은 일반적인 방식으로는 볼록 대물렌즈를 사용하지만, 접안렌즈에서는 이것을 오목 렌즈 시스템으로 바꾸었습니다.
발산 렌즈라고도 알려진 오목 렌즈는 광선을 분산(발산)시킵니다. 따라서 볼록 대물 렌즈에서 올바른 거리에 위치하면 빛이 교차하는 것을 방지하여 이미지가 반전되는 것을 막을 수 있습니다.
비용이 저렴하고 만들기 쉬운 이 시스템은 오늘날에도 오페라와 극장용 쌍안경에 사용되고 있습니다.
그러나 단점은 높은 배율을 얻기 어렵고, 시야가 상당히 좁으며, 이미지 가장자리에서 이미지가 심하게 흐릿해진다는 것입니다.
대부분의 용도에서 프리즘 시스템이 더 나은 대안으로 여겨지는 이유는 다음과 같습니다.
프리즘을 사용한 케플러 광학
접안렌즈에 오목렌즈를 사용하는 갈릴레오 광학과 달리, 케플러 광학 시스템은 대물렌즈와 접안렌즈에 볼록 렌즈를 사용하며 일반적으로 갈릴레오의 디자인보다 개선된 것으로 간주됩니다.
그러나 이미지는 아직 수정되어야 하며 이는 프리즘을 사용하여 달성됩니다.
반전된 이미지 수정
대부분의 현대 쌍안경은 거울처럼 작동하며, 빛을 반사하고 방향을 바꾸어 이미지를 교정하는 정립 프리즘을 사용합니다.
표준 거울은 아침에 자신의 모습을 보는 데 완벽하지만, 쌍안경으로는 빛이 단순히 180도 반사되어 원래 있던 곳으로 되돌아오는 경우는 전혀 쓸모가 없습니다. 그러면 이미지를 볼 수 없기 때문입니다.
포로 프리즘
이 문제는 처음에 포로 프리즘 한 쌍을 사용하여 해결되었습니다. 이탈리아 발명가 이그나치오 포로의 이름을 딴 단일 포로 프리즘은 거울처럼 빛을 180도 반사하고 원래 온 방향으로 되돌리지만 입사광과 평행하게 반사하고 같은 경로를 따라 직접 반사하지 않습니다.
이렇게 하면 두 개의 포로 프리즘을 서로 직각으로 배치할 수 있어 정말 도움이 됩니다. 즉, 빛을 반사시켜 반전된 이미지의 방향을 바꿀 수 있을 뿐만 아니라 효과적으로 같은 방향과 접안렌즈 쪽으로 빛을 계속 보낼 수 있습니다.
실제로 쌍안경의 전통적이고 상징적인 모양을 형성하는 것은 바로 직각으로 배치된 두 개의 포로 프리즘이며, 이로 인해 쌍안경의 접안렌즈가 대물렌즈보다 서로 더 가깝습니다.
지붕 프리즘
포로 프리즘 이외에도 각각 고유한 장점을 지닌 다른 디자인이 많이 있습니다.
그 중 아베-쾨니히 프리즘과 슈미트-페칸 프리즘 두 가지는 현재 쌍안경에서 일반적으로 사용되는 루프 프리즘 유형입니다.
이 중에서 슈미트-페칸 프리즘이 가장 일반적입니다. 제조업체가 아이피스가 목표물과 일직선상에 있는 더 작고 얇은 쌍안경을 생산할 수 있기 때문입니다. 단점은 전반사를 달성하고 위상 이동이라는 현상을 제거하기 위해 여러 가지 특수 코팅이 필요하다는 것입니다.
쌍안경이 망원경보다 짧은 이유
프리즘을 사용하는 두 번째 이점은 빛이 프리즘을 통과할 때 두 번 방향이 바뀌어 다시 되돌아오기 때문에 그 공간에서 이동하는 거리가 늘어난다는 것입니다.
따라서 대물렌즈와 접안렌즈 사이에 필요한 거리도 줄어들어 쌍안경의 전체 길이를 줄일 수 있습니다. 쌍안경은 프리즘이 없기 때문에 동일한 배율의 굴절 망원경보다 길이가 짧습니다.