Entonces, ¿cómo funcionan los binoculares?
En esta guía completa, repasaré la ciencia que sustenta el funcionamiento de los prismáticos para captar la luz y presentar una imagen ampliada de la vista que tienes delante. En futuros artículos, también tengo previsto repasar la mecánica principal que se esconde tras el funcionamiento de los mecanismos de enfoque y de la copa ocular, así como la variedad de opciones disponibles.
De esta manera, estoy seguro de que al final del curso comprenderás cómo funcionan los binoculares y estarás mucho mejor preparado para elegir el instrumento adecuado a tus necesidades y, una vez que te llegue, podrás configurarlo y utilizarlo correctamente para sacarle el máximo partido. Empecemos:
Dos telescopios
En su forma más simple, un par de binoculares se compone básicamente de dos telescopios colocados uno al lado del otro. Para empezar y simplificar un poco las cosas, cortemos nuestros binoculares por la mitad y aprendamos primero cómo funciona un telescopio. Luego, los volveremos a armar al final:
Lentes, luz y refracción
Básicamente, la forma en que funcionan los binoculares y amplían la vista es mediante el uso de lentes que hacen que la luz haga algo conocido como refracción:
A través del vacío del espacio, la luz viaja en línea recta, pero al pasar por diferentes materiales cambia de velocidad.
Así, cuando la luz pasa a través de un medio espeso como el vidrio o el agua, se ralentiza. Esto generalmente hace que las ondas de luz se doblen y es esta curvatura de la luz lo que se llama refracción. La refracción de la luz es lo que hace que una pajita parezca doblada cuando está en un vaso de agua. También tiene muchos propósitos útiles y es la clave para poder ampliar lo que estás mirando.
Lentes
En lugar de utilizar simplemente una lámina plana o un bloque de vidrio, los instrumentos como telescopios, binoculares e incluso anteojos para leer utilizan lentes de vidrio con formas especiales que a menudo están formadas por varios elementos de lentes individuales que pueden controlar mejor la curvatura de las ondas de luz.
La lente del objetivo
(el más cercano al objeto que estás mirando) en un binocular tiene forma convexa, lo que significa que el centro es más grueso que el exterior. Conocido como lente convergente, capta la luz de un objeto distante y luego, a través de la refracción, hace que la luz se doble y se junte (converja) a medida que pasa a través del vidrio. Las ondas de luz luego se enfocan en un punto detrás de la lente.
La lente ocular
Luego toma esta luz enfocada y la magnifica, donde luego pasa a tus ojos.
Aumento
En primer lugar, la luz viaja desde el sujeto y se forma una imagen real.ALa imagen se produce mediante la lente del objetivo. Luego, la lente del ocular amplía esta imagen y la ve como una imagen virtual.BEl resultado es que los objetos ampliados parecen estar frente a usted y más cerca que el sujeto.
6x, 7x, 8, 10x o más.
La cantidad en que se amplía la imagen está determinada por la relación entre la distancia focal de la lente del objetivo dividida por la distancia focal de la lente del ocular.
Entonces, un factor de aumento de 8, por ejemplo, producirá una imagen virtual que parece 8 veces más grande que el sujeto.
La cantidad de aumento que necesita depende del uso que le vaya a dar y, a menudo, es un error suponer que cuanto mayor sea la potencia, mejor será el binocular, ya que los aumentos mayores también conllevan muchas desventajas. Para obtener más información, consulte este artículo: Aumento, estabilidad, campo de visión y luminosidad
Como también se puede ver en el diagrama anterior, la imagen virtual está invertida. A continuación, veremos por qué sucede esto y cómo se corrige:
Imagen al revés
Esto es genial y la historia puede terminar aquí si simplemente estás haciendo un telescopio para usos como la astronomía.
De hecho, se puede fabricar un telescopio sencillo con bastante facilidad tomando dos lentes y separándolas con un tubo cerrado. De hecho, así es prácticamente como se creó el primer telescopio.
Sin embargo, lo que notarás al mirar a través de él es que la imagen que ves estará invertida y reflejada. Esto se debe a que una lente convexa hace que la luz se cruce al converger.
De hecho, puedes demostrarlo muy fácilmente si sostienes una lupa a la distancia de tu brazo y miras a través de ella algunos objetos distantes. Verás que la imagen estará invertida y reflejada al revés.
Para observar estrellas distantes, esto no es un problema y, de hecho, muchos telescopios astronómicos producen una imagen no rectificada, pero para usos terrestres, esto sí es un problema. Afortunadamente, existen algunas soluciones:
Corrección de imagen
Para los binoculares y la mayoría de los telescopios terrestres (telescopios de observación) hay dos formas principales de hacer esto, utilizando una lente cóncava para el ocular o un prisma formador de imágenes:
Óptica galileana
Utilizada en los telescopios inventados por Galileo Galilei en el siglo XVII, la óptica galileana utiliza una lente objetivo convexa de la forma habitual, pero cambia esto a un sistema de lente cóncava para el ocular.
También conocida como lente divergente, la lente cóncava hace que los rayos de luz se dispersen (diverjan). Por lo tanto, si se coloca a la distancia correcta de la lente del objetivo convexo, puede evitar que la luz se cruce y, por lo tanto, que la imagen se invierta.
De bajo costo y fácil de fabricar, este sistema todavía se utiliza en binoculares de ópera y teatro hasta el día de hoy.
Sin embargo, las desventajas son que es difícil obtener un gran aumento, se obtiene un campo de visión bastante estrecho y se produce un alto nivel de borrosidad en los bordes de la imagen.
Es por estas razones que para la mayoría de los usos un sistema de prismas se considera una mejor alternativa:
Óptica kepleriana con prismas
A diferencia de la óptica galileana, que utiliza una lente cóncava en el ocular, el sistema óptico kepleriano utiliza lentes convexas para los objetivos, así como lentes oculares, y generalmente se considera una mejora del diseño de Galileo.
Sin embargo, la imagen aún necesita ser corregida y esto se logra con el uso de un prisma:
Corrija la imagen invertida
Funcionando como un espejo, la mayoría de los binoculares modernos utilizan prismas erectores que reflejan la luz y así alteran la orientación, corrigiendo la imagen.
Si bien un espejo estándar es perfecto para mirarse por la mañana, en unos binoculares no serviría de nada que la luz simplemente se reflejara 180 grados y de regreso al lugar de donde proviene, ya que entonces nunca podría ver la imagen.
Prismas de Porro
Este problema se resolvió por primera vez utilizando un par de prismas de Porro. Un prisma de Porro, que debe su nombre al inventor italiano Ignazio Porro, refleja la luz en un ángulo de 180 grados y en la dirección de donde proviene, pero lo hace en paralelo a la luz incidente y no directamente a lo largo de la misma trayectoria.
Esto realmente ayuda porque te permite colocar dos de estos prismas Porro en ángulos rectos entre sí, lo que a su vez significa que puedes reflejar la luz para que no solo reoriente la imagen invertida sino que también le permita continuar en la misma dirección y hacia los oculares.
De hecho, son estos dos prismas Porro colocados en ángulo recto los que dan a los binoculares su forma tradicional e icónica y es por eso que sus oculares están más cerca entre sí que las lentes del objetivo.
Prismas de techo
Además del prisma de Porro, existen otros diseños que tienen cada uno sus propias ventajas únicas.
Dos de ellos, el prisma Abbe-Koenig y el prisma Schmidt-Pechan, son tipos de prismas de techo que ahora se utilizan comúnmente en binoculares.
De estos, el prisma Schmidt-Pechan es el más común porque permite a los fabricantes producir binoculares más compactos y delgados con los oculares alineados con los objetivos. La desventaja es que requieren una serie de recubrimientos especiales para lograr una reflexión interna total y eliminar un fenómeno conocido como desplazamiento de fase.
¿Por qué los binoculares son más cortos que los telescopios?
El segundo beneficio de usar prismas es que debido a que la luz se invierte dos veces al pasar por el prisma y regresa sobre sí misma, la distancia que recorre en ese espacio aumenta.
Por lo tanto, la longitud total de los binoculares se puede acortar ya que la distancia requerida entre las lentes del objetivo y el ocular también se reduce y es por eso que los binoculares son más cortos que los telescopios refractores con el mismo aumento, ya que carecen de prisma.