علت دو بینی ددر دوربین ها از جمله
سیستم روف
نخست باید با ساختار داخلی انواع دوربین اشنا بشویم:
نواع متداول دوربین های دوچشمی از نظر شكل و ساختار داخلی
1- دوربین های زانودار ( porro prism )
الف : دارای منشور ( BK-7 )
ب : دارای منشور ( BAK-4 )
2- دوربین های لوله ای ( roof prism )
الف : دارای منشور طرح اشمیت پچان ( Schmidt pechan )
ب : دارای منشور طرح اببه كونیگ ( abbe Koenig )
در دوربین های زانو دار معمولا فاصله عدسی های شیئی بیشتر از عدسی های چشمی است كه این مشخصه می تواند تصاویر دریافتی را سه بعدی تر از تصاویر حاصل از دوربین های لوله ای یا زانو دار برعكس ( عدسی های شیئی نزدیكتر از عدسی های چشمی ) نماید. ولی طرفداران انواع لوله ای معتقدند این مشخصه تصاویر دریافتی را غیر طبیعی می كند و برای دریافت تصاویر طبیعی بهتر است فاصله عدسی های شیئی برابر فاصله چشمان فرد ( مثل انواع لوله ای ) باشد. از طرفی دوربین های زانو دار در مقایسه با انواع لوله ای حجیم تر ، سنگین تر و دست و پاگیرتر هستند كه این امر احتمال صدمات مكانیكی آنها را به هنگام حمل و نقلی افزایش می دهد. با این وجود این دوربین ها حسب آرایش و شكل هندسی خاص منشورهای به كار رفته در آنها به هنگام مقایسه با دوربین های لوله ای با اندازه بزرگنمایی و قطر عدسی شیئی مشابه و در یك سطح كیفی ( هم قیمت ) تصاویر شفاف و درخشنده تری دارند. از طرفی عرض میدان و عمق میدان بیشتری نیز دارند.
1- الف : دوربین های زانو دار با منشور ( BK-7 ) : این ها در واقع انواع معمولی و ارزان قیمت دوربین های دوچشمی زانودار هستند. شیشه به كار رفته در منشور این گروه از جنس سیلیكات بر ( boro silicate ) می باشد. در این منشور ها نور فقط از وسط سطوح انعكاسی منشور به طور كامل منعكس می شود در حالیكه مقداری از نور كه به حواشی این سطوح برخورد كرده اند از سطوح شیشه – هوا به بیرون منتشر می شود ( نشت می كند ).
1- ب : دوربین های زانو دار با منشور ( BAK-4 ) : در منشور این گروه از شیشه باریومی اعلا با یكنواختی و كیفیت بسیار بالا استفاده شده كه مانع از انحراف و پخش نور شده و تصاویر شفاف تری ایجاد می كند. تراكم و یكنواختی بالاتر این نوع نسبت به ( BK-7 ) عملكرد سطوح انعكاسی آن را كامل كرده است. این نوع دوربین ها بسیار گران تر از انواع زانودار معمولی ( دارای منشور BK-7 ) هستند. در این دوربین ها مردمك خروجی كاملا دایره ای و شفاف خواهد بود.
2- الف : دوربین های لوله ای طرح اشمیت پچان : بیشتر دوربین های دوچشمی ساده لوله ای از این طرح منشور ( 1899 ) استفاده می كنند. این دوربین ها سبك تر از انواع زانو دار بوده و به دلیل داشتن شكل مناسب تر حمل و نقل آنها نیز راحت تر است ولی در كاربرد های متفاوت بسیار گرانتر از هم ردیف ( از نظر كیفیت ) زانودار خود هستند. شكل هندسی خاص منشور آنها باعث كاهش شدید كارایی انعكاس و انتقال نور می شود. اصلاح این مشكلات در انواع مرغوب آن قیمت این نوع را به حدود دو برابر انواع زانودار رسانده است.
2- ب : دارای منشور طرح اببه كونیگ : این منشور به نام ارائه كنندگان این طرح یعنی ارنست كارل اببه ( Ernst Karl Abbe ) و آلبرت كونیگ ( Albert Koenig ) نامگذاری شده و در سال 1905 توسط كارل زایس ثبت شده است. در این نوع كیفیت تصویر بهتر از اشمیت پچان می باشد ولی بلند تر و سنگین تر هستند. شكل هندسی و آرایش خاص منشور در این نوع نیاز به سطوح آینه ای را منتفی كرده است. این شكل و آرایش منشور اولین بار در یكی از طرحهای شركت زایس ارائه شده است.
مشكلات منشورهای بكار رفته در دوربین های لوله ای
قبل از شروع این بحث یادآوری برخی از مفاهیم و خصوصیات مربوط به نور می تواند در درك بهتر مطالب موثر باشد. سرعت حركت نور در خلا تقریبا 300000 كیلومتر در ثانیه است. سرعت حركت نور در هوا نیز تقریبا همان مقدار است. با افزایش غلظت یا تراكم محیط ( آب ، شیشه و ... ) سرعت حركت نور كاهش می یابد و موجب افزایش ضریب شكست نور در آن محیط می شود. ضریب شكست نور در یك محیط برابر نسبت سرعت نور در هوا به سرعت نور در آن محیط می باشد.
به هنگام عبور نور از یك محیط متراكم یا غلیظ ( ضریب شكست بیشتر ) به یك محیط با تراكم كمتر یا رقیق تر ( ضریب شكست كمتر ) پرتو شكست از خط عمودی دور می شود. در زاویه حد پرتو شكست بر سطح جدایی دو محیط مماس می شود ( 90 درجه نسبت به خط عمود ) وقتی زاویه تابش بیش از زاویه حد باشد بازتاب كلی رخ می دهد.
منشورها می توانند در صورت عبور نور از زوایای خاصی از سطوح آنها طیف نور وارده را از طریق تفكیك رنگهای مختلف نشان می دهند.
نورهای رنگی حاصل از پاشیدگی نور به هنگام عبور از منشور را طیف آن نور می نامند. علت تفكیك رنگهای مختلف نور آن است كه هفت رنگ اصلی موجود در نور سفید هر یك طول موج خاص خود را اشته و در نتیجه فركانس ، سرعت و انرژی متفاوتی خواهند داشت. بنابراین ضریب شكست منشور نیز برای نورهای با رنگ مختلف ( دارای طول موج و سرعت مختلف ) متفاوت است. طیف مرئی برای چشم انسان محدوده امواج نوری بین قرمز تا بنفش بوده و انسان قادر به دیدن طول موج های خارج از این محدوده یعنی امواج مادون قرمز و ماورای بنفش نمی باشد.
شكل و طراحی منشورها به گونه ای است كه پرتو دریافتی از عدسی شیئی پس از برخورد به اولین سطح منشور ( سطح مقابل عدسی شیئی ) بایستی به طور كامل از آن عبور كند. سپس در برخورد با سایر سطوح منشور ( سطوح داخلی ) به طور كامل منعكس شده و در نهایت پس از برخورد با آخرین سطح منشور ( مقابل عدسی چشمی ) بدون هیچگونه تلفات از آن عبور كرده و به طرف عدسی چشمی و چشم انسان هدایت شوند.
شكل و آرایش منشورهای به كار رفته در دوربین های زانودار به گونه ای است كه انتقال نور تقریبا به طور كامل انجام می شود و
لی در بیشتر دوربین های لوله ای كه آرایش منشور آنها اشمیت پچان است یكی از سطوح خارجی منشور ( مجاور هوا ) دارای زاویه ای است كه نمی تواند پرتو دریافتی را به طور كامل به طرف مسیر طراحی شده منعكس كند و بخش اعظم نور از این سطح عبور می كند. این مشكل از طریق پوشش آن سطح با استفاده از پوشش های آینه ای همچون لایه نازكی از فلز انعكاسی كه بتواند تمام نور برخورد كرده را منعكس سازد برطرف گردید. این پوشش مانند یك سقف ( roof )
عمل كرده و ممكن است علت نام گذاری این طرح نیز باشد. منشورهای اببه كونیگ چنین سطوحی را كه پوشش آینه ای در آنها الزامی است را ندارند.
در ابتدا از فلز نقره جهت پوشش سطح فوق استفاده می شد ولی چون این سطح بعد از مدتی تیره و كدر شده و كارایی انعكاس خود را از دست می داد ، بعدها با سهولت دستیابی به آلومینیوم این فلز به كار گرفته شد ( آلومینیوم دوام بیشتری داشت ). امروزه در بیشتر دوربین های مرغوب لوله ای جهت پوشش سطح مورد بحث مجددا از نقره استفاده می شود زیرا نقره حسب درخشندگی خاص خود كارایی بسیار بالاتری در بازتاب نور دارد.
از طرفی در این دوربین ها به منظور اجتناب از اكسید شدن سطوح نقره و حفظ كارایی و كیفیت بازتاب نور ، بدنه آنها ضد آب طراحی شده و داخل بدنه با گاز نیتروژن پر شده است.
متاسفانه حتی با اعمال بهترین پوشش نقره نیز كیفیت انعكاس این سطوح در حد سطوح با زاویه برخورد مناسب نبوده است. بنابراین همیشه مقداری تلفات نور وجود داشته و این مقدار در پوشش های آلومینیومی ( انواع ارزان قیمت دوربین های لوله ای ) تا 15% نیز رسیده است. بنابراین در مقایسه دو دوربین لوله ای و زانودار در یك سطح مرغوبیت ( هم قیمت ) هیچ دوربین لوله ای ، كیفیت تصویر و درخشندگی دوربین زانودار را نداشته است.
مشكل دیگری كه به طور ذاتی در دوربین های دوچشمی لوله ای وجود دارد آن است كه جهت نور به هنگام بازتاب از یك سطح آینه ای عوض می شود. به عبارت دیگر حركت امواج به صورت دسته ای می باشد. آرایش این امواج در تمام جهات بوده و در وسط دسته همدیگر را قطع می كنند. به هنگام بازتاب نور از یك سطح آینه ای قسمتی از آن قطبی می شود و بیشتر امواج در ردیف های افقی قطب قرار می گیرند. به بیان دیگر پرتوهای حاصل از بازتاب نور از كناره های سطوح انعكاسی منشور به دو گروه طیف نوری تفكیك می شوند ، به این حالت تغییر جهت تابش نور یا تغییر فاز ( phase shift ) و یا انحراف از جهت تابش نور ( out of phase ) گفته می شود. این پرتوها به هنگام خروج از آخرین سطح منشور به طرف عدسی چشمی یكی شده و به چشم ما می رسند. این واقعه باعث كاهش وضوح ( resolution ) و برجستگی ( contrast ) تصویر می شود.
بنابراین ، تصاویر حاصل از منشورهای بدون روكش اصلاحی در دوربین های لوله ای در مقایسه با انواع زانودار هم ردیف خود درخشندگی كمتری داشته و تیره تر هستند. سازندگان دوربین های لوله ای با استفاده از روكش های نازك در سطوح منشور ( phase corrected coating ) از طریق برگرداندن پرتوهای نور به مسیر اصلی خود ، ضمن اصلاح كیفیت تصویر و برجستگی آن ، دقت تصویر را مخصوصا به هنگام مشاهده جزییات بالا می برند.
با وجود اینكه در منشورهای اببه كونیگ زاویای برخورد نور به سطوح منشور اصلاح شده و نیاز به پوشش آینه ای ندارند ولی مشكل اثرات تخریبی ( destructive interference ) حواشی سطوح انعكاسی ، همانند طرح اشمیت پچان وجود دارد. اگر چه علت های كج شدن و بهم خوردن جهت نور در این سیستم قدری متفاوت از سیستم اشمیت پچان است ولی در اینها نیز به دلیل یكی شدن پرتوهای نور مسیرهای مختلف ، در تصویر حاصل مشكلات كاهش وضوح و درخشندگی تصویر وجود دارد. لذا اعمال روكش های اصلاحی ( phase correction ) الزامی است.
در سال 1890 مهندسین شركت زایس روش جدیدی برای روكش دار كردن سطوح منشور ارائه كردند. در این روش كه تا حدودی مشابه اعمال روكش های ضد انعكاسی عدسی ها بود ، با استفاده از تركیبات معدنی با شاخص انكسار بالا چندین لایه نازك روی سطوح منشور كشیده شد. این لایه ها توانستند كج یا منحرف شدن مسیر نور ( phase distortion ) را در منشور های اببه كونیگ برطرف كنند.
سایر سازندگان نیز پس از مدت كوتاهی روكش های مشابهی را برای منشور اشمیت پچان اعمال كردند تا هم درخشندگی و هم وضوح تصاویر دریافتی از منشور فوق را اصلاح كنند. این كار كه عموما روكش اصلاح جهت نور ( phase coating ) نامیده می شود برای اولین بار این امكان را ایجاد كرد كه حداقل منشورهای اببه كونیگ كه مشكل تلفات نور در سطح آینه ای منشور نداشتند ، بتوانند از نظر كارایی و عملكرد با بهترین منشورهای پوررو ( porrro ) برابری كنند.
در سالهای اخیر برخی سازندگان معتبر در حال انجام آزمایشات مختلف به منظور جایگزین كردن پوشش سطوح آینه ای نقره یا آلومینیوم با 70-30 لایه بسیار نازك تر از تركیبات معدنی ضد انعكاسی با شاخص های انكسار مختلف بوده اند تا بتوانند به بازتاب كامل در سطوح داخلی برسند.
اخیرا پوشش سطوح آینه ای منشورهای اشمیت پچان به روش دی الكتریك ( Dielectric ) راندمان بازتاب این سطوح در طیف مرئی نور را افزایش داده و در آینده نزدیك ممكن است موجب كاهش هزینه تولید در انواع مرغوب آن گردد.
در یك عدسی یا منشور بدون روكش ضد انعكاس حدود 96-90 درصد نور دریافتی از آن عبور كرده و 10-4 درصد آن منعكس می شود. روكش های استاندارد منیزیم فلوراید ( MgF2 ) كه روی این سطوح اعمال می شوند درصد انعكاس نور را به حدود 4-5/1 درصد رساند و باعث افزایش كیفیت تصویر دریافتی می شود. بكارگیری روش های پیچیده در روكش های چند لایه ای به تعداد 7 تا 15 لایه از طریق كاهش بیشتر انعكاس یا تلفات نور در سطح عدسی یا منشور می تواند درصد عبور نور را به 99% یا بیشتر برساند.
این مقادیر فقط در مورد یك عدسی یا منشور بوده و در عمل وقتی نور به عدسی شیئی دوربین دوچشمی برخورد می كند تا خروج آن از عدسی چشمی بطرف چشم انسان از سطوح بیشتری عبور می كند. یك دوربین دوچشمی ممكن است دارای 14 سطح عدسی باشد ( 2 عدسی شیئی + 5 عدسی چشمی ). به استثنای برخی روكش های بی نهایت مرغوب ، حتی یك دوربین مرغوب با روكش چند لایه ای عدسی ها در بهترین شرایط فقط 96-90 درصد نور وارده را عبور می دهد.
یك دوربین با روكش تك لایه تمام سطوح عدسی های بكار رفته در آن ( 14 سطح ) با منیزیم فلوراید فقط 79 درصد نور ورودی را ممكن است عبور دهد.
منبع:دیدن لینک ها برای شما امکان پذیر نیست. لطفا
ثبت نام کنید یا
وارد حساب خود شوید تا بتوانید لینک ها را ببینید.
.gif "Khansariha (8)")