Binocolo

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Il binocolo è uno strumento ottico come lo sono anche la semplice lente di ingrandimento, il cannocchiale, il microscopio e il telescopio, con l'unica differenza che il binocolo ha la capacità di sfruttare la visione binoculare (dal latino scientifico del secolo XVII binocŭlus, composto di bīnus ‘a due a due’ e oculus ‘occhio’).

Infatti è fondamentalmente un insieme ben accoppiato di due cannocchiali identici (talvolta chiamati gemelli), incernierati parallelamente ad un cardine centrale meccanico (a volte anche a due cardini) anch'esso parallelo ai cannocchiali ed il quale permette esclusivamente di poter regolare in modo facile, preciso e veloce, la corretta distanza interpupillare per ogni utente. Questo meccanismo permette di adattare la larghezza dei due oculari dello strumento alla larghezza degli occhi di qualsiasi osservatore, per poter continuare a godere al meglio della più performante visione binoculare.

Il binocolo ha comunemente il potere di "ingrandire" il mondo che ci circonda, per osservare e per rivelare anche particolari invisibili ad occhio nudo, aumentando quindi le possibilità di osservazione. Viene utilizzato in genere per osservazioni di oggetti ed eventi tra 5 e 500 metri di distanza, ma anche per oggetti molto distanti da noi, tipo la luna, le stelle o i panorami, oppure anche per oggetti molto vicini entro i 5 metri, come piccola fauna, insetti, fiori, ecc. Esso è quindi uno strumento ottico con un vasto campo di applicazioni, che si posiziona tra il telescopio ed il microscopio (strumenti monoculari), per quanto riguarda gli ingrandimenti e che permette un utilizzo a mano libera. Il binocolo ha quindi la funzione di aumentare l'ingrandimento di osservazione rispetto alla normale visione ad occhio nudo, mantenendo però la visuale binoculare, la quale produce anche un maggior dettaglio (fino al 240% rispetto alla visione monoculare) ed una maggior luminosità relativa degli oggetti più o meno illuminati (fino al 150% rispetto alla visione monoculare).

Per mantenere la coerenza di focalizzazione con entrambi gli occhi, ogni strumento binoculare che si rispetti offre la regolazione diottrica separata, per poter compensare eventuali differenze di focalizzazione (ametropia) tra un occhio e l'altro. In strumenti più semplici, tuttavia, questa regolazione può essere posizionata in uno dei due oculari (o a destra o a sinistra), oppure direttamente nella regolazione della messa a fuoco centrale.

Caratteristiche ottichemodifica | modifica wikitesto

Tutti gli strumenti ottici che utilizzano gli obiettivi, producono un'immagine rovesciata e capovolta di quello che osservano, come ad esempio fa il telescopio. Negli strumenti come il binocolo, è necessario poter raddrizzare l'immagine dei due obiettivi e ciò è affidato quasi sempre a dei prismi in vetro ottico, ovvero vetri che riflettono l'immagine come gli specchi.

Prismimodifica | modifica wikitesto

Binocolo con prismi di Porro (sinistra) e a tetto (destra)

Il binocolo è costituito da due obiettivi rifrattori, come quelli delle fotocamere o quelli dei telescopi, uno per ogni occhio, che appunto invertono destra-sinistra e capovolgono sotto-sopra l'immagine virtuale, per cui è necessario dotare questi strumenti di un sistema di raddrizzamento dell'immagine, chiamati prismi di raddrizzamento.

I prismi più efficienti utilizzano schemi con soltanto 4 riflessioni totali e 2 soli passaggi aria-vetro.

La configurazione dei prismi determina in pratica due tipologie di binocoli (vedi foto sopra):

  • Binocoli con prismi di Porro – sistema sviluppato da Ignazio Porro e che dà vita alla configurazione più tradizionale di binocoli. I prismi di Porro riflettono tramite quattro riflessioni totali la luce attraverso un percorso cosiddetto ad S, quindi l'asse ottico delle lenti dell'obiettivo (quelle di diametro maggiore e più lontane dall'occhio) non è allineato a quello delle lenti dell'oculare (es a sinistra, in foto). In genere il disallineamento è verso l'esterno, per lasciare spazio a obiettivi di ampio diametro, per cui essi sono la scelta obbligata per ottenere elevati ingrandimenti in binocoli adatti alla visione notturna.
  • Binocoli con prisma a tetto – sistema sviluppato in vari schemi tra cui il più efficiente è il prisma Abbe-König (con sole 4 riflessioni totali e 2 passaggi aria-vetro) e lo schema Schmidt–Pechan che in genere porta ad avere le lenti dell'obiettivo e quelle dell'oculare praticamente sullo stesso asse (es a destra, in foto), producendo degli strumenti più leggeri e più compatti rispetto ad altri schemi.

Parametri tecnici principalimodifica | modifica wikitesto

Le principali caratteristiche tecniche di ogni binocolo, vengono descritte comunemente con due valori numerici (es: 10×50). Questi rappresentano rispettivamente il valore dell'ingrandimento angolare (10× - valido per oggetti all'infinito[1]) ed il diametro in millimetri della lente frontale dell'obiettivo (50 – che coincide col valore nominale della pupilla d'ingresso).

Per ingrandire un oggetto osservato da una posizione fissa, occorre attuare un ingrandimento angolare. Esso può essere interpretato in due modi differenti: uno come ingrandimento lineare dell'oggetto, ovvero delle sue dimensioni, e l'altro come un avvicinamento virtuale verso l'oggetto.

Osservando per ora un oggetto piatto con un binocolo per esempio 10×, l'oggetto viene ingrandito 10 volte rispetto alla normale visione ad occhio nudo; ovvero l'oggetto apparirà ai nostri occhi 10 volte più alto e 10 volte più largo, quindi 10 volte più grande. Poi si può idealizzare anche che un binocolo 10× ci "avvicina" virtualmente a quell'oggetto, fino ad 1/10 della distanza reale di osservazione: ad esempio, se siamo realmente distanti 1 000 metri dall'oggetto, questo appare come se ci fossimo avvicinati a 100 metri di distanza, osservandolo senza il binocolo.

Passando ad un oggetto o ad una scena dotata di profondità, ossia tridimensionale, e limitandosi per ora ad una analisi monoculare, ogni sistema ottico che attui un ingrandimento (o rimpicciolimento) angolare comporta anche una distorsione percettiva rispetto alla tipica visione ad occhio nudo (percezione naturale). Nel caso del binocolo, in particolare, si assiste ad uno schiacciamento dei piani nella profondità dell'immagine, direttamente proporzionale al valore di ingrandimento e rispetto alla visione che avremmo realmente ad occhio nudo, se fossimo trasportati ad esempio ad 110 della distanza di osservazione reale. Per oggetti non troppo distanti, il binocolo permette di falsificare questo schiacciamento (che comunque rimane), aumentando la sensazione di profondità (effetto ottico illusorio) tramite l'architettura binoculare, o per lo meno permette di mantenere una sensazione di tridimensionalità osservativa più verosimile e profonda, rispetto ad una osservazione monoculare. Alcuni utenti trovano un vantaggio a favore dei binocoli con prismi di Porro, che hanno una distanza tra gli assi ottici maggiore di quella interpupillare, amplificando in questo modo l'effetto stereoptico, mentre per altri utenti, questo aumento della parallasse rende soltanto più false le immagini sommate.

Nonostante rimane comunque il fatto che l'ingrandimento tenderà in ogni modo a "schiacciare" normalmente i piani nella profondità della scena, per migliorare questi "inconvenienti", alcuni produttori studiano ed applicano degli accorgimenti ottici per rendere più tridimensionale l'esperienza offerta dal sistema ottico binoculare, mentre altri produttori purtroppo riescono addirittura ad aumentarne l'effetto di schiacciamento, peggiorando l'osservazione.

A ciò si aggiunge la riduzione della profondità di campo, che tendenzialmente diminuisce in proporzione all'aumento dell'ingrandimento, rispetto alla diretta visione della scena ad occhio nudo, in maggior misura nei binocoli con forte ingrandimento e a fuoco su oggetti relativamente vicini.

Messa a fuocomodifica | modifica wikitesto

Siccome nella visione comune ed emmetrope degli esseri umani, l'adattamento alla distanza minima di focalizzazione dell'occhio nudo è valutato come normale da 7 cm per i bambini fino a 25 cm per gli adulti (oltre è in atto la patologia chiamata presbiopia), ad esempio un binocolo 10× dotato di una escursione di messa a fuoco fino a 1 metro di distanza, è in grado di farci idealmente "avvicinare" al soggetto fino a 10 cm virtuali, permettendoci di vederne i particolari meglio che ad occhio nudo. Il potere di ingrandimento, nella sua definizione per oggetti vicini[2], è legato alla minima distanza di messa a fuoco e per via dell'ideale "avvicinamento", qualunque binocolo in grado di trasportarci virtualmente ad una distanza inferiore di 25 cm dal soggetto, esplica la funzione di "microscopio" o di "lente d'ingrandimento". Infatti, quando possibile, il binocolo viene sempre più spesso utilizzato anche per soggetti vicini e di piccola taglia, tipo farfalle, fiori, insetti o piccoli animali.

Logicamente, un binocolo 8×, che è idealmente in grado di farci "avvicinare" al soggetto soltanto fino ad 18 della distanza reale di osservazione, per equivalere lo stesso ingrandimento di un binocolo 10× che mette a fuoco fino a 100 cm, dovrà essere in grado di arrivare ad una distanza minima di messa a fuoco di 80 cm.

Ingrandimentomodifica | modifica wikitesto

Il numero degli ingrandimenti possibili dei binocoli è piuttosto variegato, quindi si trovano modelli per utilizzo a mano libera, con ingrandimenti da 2× fino a 25× circa, per vari scopi.

L'ingrandimento aumenta in maniera proporzionale sia il dettaglio dell'oggetto osservato, che anche la visione del mosso creato dall'utilizzatore, per vibrazione e tremolio. Per cui, la preferenza d'uso dei vari binocoli con differenti valori di ingrandimento, dipende sostanzialmente dalle capacità soggettive dell'utente e dalla tolleranza di accettazione dell'effetto visibile.

Addirittura, la struttura, la forma, l'ergonomia, la posizione dei comandi, il bilanciamento dei pesi e il peso stesso del binocolo, determinano un aumento o una riduzione, anche molto ampia, del mosso a mano libera.

La somma delle capacità personali dell'utente, dell'esperienza d'uso e dell'ergonomia dello strumento, produce una tale vasta differenziazione di risultati, rispetto al mosso durante l'osservazione, che è impossibile stabilire a priori quale sia il miglior ingrandimento per tutti.

Pur tuttavia, il numero di ingrandimenti con la maggiore offerta commerciale si trova tra 6× e 12×, ma anche se in genere i binocoli più son pesanti e più tendono ad essere stabili, i più potenti (es: 20×80) necessitano quasi sempre di un appoggio o di un montaggio più solido, come ad esempio un treppiede o un monopiede.

Un'eccezione è costituita dai binocoli con stabilizzatore d'immagine, progettati propriamente per l'uso a mano libera, ma anche questi hanno alcuni limiti fisici, oltre che prezzi abbastanza più alti.

Luminositàmodifica | modifica wikitesto

La luminosità nominale di qualsiasi binocolo è rappresentata dal valore della pupilla d'uscita. Questo valore si calcola dividendo il diametro espresso in millimetri (es: 50 di un binocolo 10×50) di ciascuno dei due obiettivi (le lenti più grandi anteriori o frontali) per il valore degli ingrandimenti (es: 10× di un binocolo 10×50): 50 mm : 10× = 5 mm di diametro della pupilla d'uscita.

Il valore della pupilla d'uscita viene utilizzato per idealizzare le possibilità teoriche di lavoro dello strumento nelle varie condizioni di luce. Questo stabilisce, in proporzionalità diretta, il cosiddetto indice di luminosità, che più è alto e migliore sarà l'utilizzo del binocolo durante le osservazioni con scarsa luce, tipo le condizioni crepuscolari e/o notturne (ad esempio, in astronomia).

Elevando al quadrato l'indice di luminosità, si ottiene la luminosità relativa, che, a meno delle perdite del sistema, e della perdita di flusso luminoso tra la pupilla di uscita del binocolo e la pupilla di ingresso dell’occhio, determina la luminosità[3] dell'oggetto osservato.

Schema ottico del binocolo con prismi di Porro:
1 – Obiettivo
2-3 – Prisma di Porro
4 – Oculare

Per sfruttare tutto il diametro dei due obiettivi, ossia per un'immagine il più possibile luminosa, la pupilla d'uscita (o l'indice di luminosità) dovrebbe essere almeno uguale o maggiore al diametro dell'iride dell'occhio, il quale varia apertura in maniera soggettiva e automaticamente a seconda della luce ambientale (es: visione diurna o visione notturna), tra un minimo di 1,5 mm ed un massimo di 10 mm (mediamente tra 2 mm e 8 mm).

Per un uso prevalente di osservazioni diurne è sufficiente un indice di luminosità tra 2 e 3 (che è generalmente utilizzabile fino al crepuscolo civile), mentre per osservazioni tipicamente crepuscolari o notturne, lo strumento dovrà avere indici di luminosità maggiori di 4, almeno 5 e possibilmente anche 7 ed oltre (se necessario).

A parità di tutti gli altri fattori, ad esempio, un binocolo 10×50 risulta maggiormente efficace rispetto ad un binocolo 8×40 grazie al maggior ingrandimento, nonostante abbiano la stessa pupilla d'uscita di 5 mm.

Questo valore può essere dato dal "fattore crepuscolare", calcolato esponendo alla radice quadrata il prodotto tra l'ingrandimento e il diametro delle lenti: 10 × 50 = 23,4 contro 8 × 40 = 17,9 (ad esempio).

La qualità dei vetri usati per lenti e prismi, la tipologia di prisma, insieme ai vari trattamenti antiriflesso applicati, e la cura dei diaframmi interni ed esterni, nonché il trattamento di opacizzazione ed oscuramento interno, andranno ad influenzare la luminosità reale di ogni strumento. E questo sarà il vero parametro fondamentale che può fare la differenza sul campo, tra gli strumenti, riguardo la luminosità. Tanto che, ad esempio, un buon binocolo moderno 10×32 ED con pupilla d'uscita di 3,2 mm può essere molto più luminoso ed efficace di un meno moderno binocolo 7×50 di qualità più bassa, ma con pupilla d'uscita di 7,1 mm (più del doppio). Oppure, un binocolo di alta qualità 10×25 può funzionare alla pari con un binocolo di bassa qualità 10×42 per tutto il crepuscolo civile, offrendo anche una visione migliore, più neutra, più contrastata, più pulita e più trasparente.

Altri parametrimodifica | modifica wikitesto

Le lenti oculari, generalmente quelle più piccole del binocolo, sono quelle che proiettano l'immagine verso i nostri occhi e dovranno quindi avere un diametro minimo almeno pari alla pupilla d'uscita. In genere queste lenti hanno un diametro anche molto più ampio della pupilla d'uscita e questo comporta vari benefici, tra cui avere una buona visuale del campo da varie posizioni fuori asse e anche una qualità più alta dell'ottica dell'oculare.

Il campo visivo dipende dal progetto dell'oculare ed è un altro parametro da considerare, soprattutto se si eseguono, ad esempio, osservazioni di oggetti in rapido movimento o di ricerca e di localizzazione, oppure se si vuole avere sotto controllo visivo un'ampia area inquadrata. Questo parametro standardizzato[4] dipende da alcuni fattori di progetto e quindi viene in genere dichiarato dal fabbricante, almeno sotto forma di campo trasversale dello strumento.

Il campo visivo è indicato correttamente in metri, come massimo spazio di campo trasversale osservato da una distanza di riferimento che è generalmente standardizzata al valore di 1 000 metri (es: 100 m/1 000 m). Con le misure anglosassoni si utilizzano i piedi (ft) da 1 000 iarde (es: 300 ft/1 000 yd) ed è sufficiente dividere per 3 il valore in piedi (ft) per trasformarlo in metri (es: 300 ft = 100 m) e viceversa.

A volte l'ampiezza del campo visivo viene indicata in gradi d'angolo ed è sufficiente moltiplicare l'angolo per il coefficiente 17,5 per trovare il valore in metri del campo trasversale osservabile da 1 000 m di distanza.

La visione apparente del binocolo è invece quell'ampiezza misurata solo in gradi d'angolo secondo le norme ISO[5], ed è corrispondente al campo visivo osservato dalla ipotetica distanza di "avvicinamento" basata sull'ingrandimento (es: 1 000/10 per binocolo 10×, o 1 000/8 per binocolo 8×, ecc).

Entrambe le ampiezze del campo visivo e della visione apparente, sono calcolabili tramite la trigonometria, previa misurazione oggettiva e seguendo alcune procedure tecniche geometriche, oppure anche usando un goniometro in un disegno in scala seguendo i dati reali. facciamo due esempi:

  • Se il campo visivo di un binocolo 10× vale ad esempio 100 m/1 000 m (= 300 ft/1 000 yd), l'angolo dell'ampiezza è di 5,7°, mentre ad un decimo della distanza dei 1 000 m, l'angolo d'ampiezza della visione apparente risulta essere di 53°.
  • Se il campo visivo di un binocolo 10× vale ad esempio 140 m/1 000 m (= 420 ft/1 000 yd) l'angolo dell'ampiezza è di 8°, mentre ad un decimo della distanza dei 1 000 m, l'angolo d'ampiezza della visione apparente risulta essere di 70°.

In genere, per semplificare, si usa moltiplicare il valore in gradi del campo visivo del binocolo, per l'ingrandimento, ma questa soluzione, come si vede, porta naturalmente ad un valore di ampiezza della visione apparente anche molto errato di parecchi gradi (es: 80° ~ 70°).

Estrazione pupillaremodifica | modifica wikitesto

Il parametro di accomodamento oculare o proiezione della pupilla d'uscita (detta anche estrazione pupillare o rilievo oculare) viene misurata generalmente in millimetri, come la distanza tra il piano dell'oculare e la pupilla d'ingresso dell'occhio, dove è possibile vedere l'intero campo visivo del binocolo, senza nessuna perdita di intensità luminosa (vignetting). Per cui, il valore dell'estrazione pupillare dovrà essere sempre proporzionato al valore del campo visivo del binocolo.

Questo dato serve a grandi linee per capire se quel modello potrà essere utilizzato anche dai portatori di occhiali, infatti se la proiezione è troppo breve, non sarà poi possibile sistemarsi alla distanza giusta, quindi il campo visivo risulterà parzialmente ridotto. Quasi tutti i binocoli a proiezione arretrata, con distanza di accomodamento di almeno 17 mm o più, possono essere considerati consigliabili per chi usa abitualmente gli occhiali da vista o gli occhiali da sole. Nonostante sia possibile trovare comunque alcuni modelli che permettono l'uso degli occhiali ma dichiarano un valore di 11 mm o 12 mm. L'unica soluzione è provarli sempre prima, con i propri occhiali. Un valore minimo di estrazione pupillare per la visione ad occhio nudo, non dovrebbe essere inferiore agli 8 mm, proprio per evitare di sporcare continuamente le lenti oculari con le ciglia e quindi, di ridurre la nitidezza dell'immagine.

Visione binocularemodifica | modifica wikitesto

Binocolo navale

Il binocolo ha un grande vantaggio rispetto al telescopio e al cannocchiale perché permette l'utilizzo di entrambi gli occhi contemporaneamente, offrendo all'osservatore anche una possibile visione migliorata fino a 240%, per ciò che riguarda l'acutezza visiva (o risoluzione dei dettagli). E grazie appunto alla visione binoculare è molto più semplice seguire gli oggetti che si muovono velocemente, come aerei, o cavalli da corsa, usando un binocolo, piuttosto che un cannocchiale, dato che l'uso di entrambi gli occhi permette al cervello di costruire un'immagine tridimensionale e questo permette di valutare e seguire più facilmente i movimenti nello spazio.

Il binocolo è largamente usato anche dagli astronomi. Il grande campo visivo è fondamentale per l'utilizzo nella ricerca di comete e nell'osservazione generale del cielo.

Modelli di binocolimodifica | modifica wikitesto

La dimensione dei binocoli può spaziare dai piccoli modelli 3x10 (usati in genere come binocoli da teatro) fino a grossi modelli 20×140 usati di più in astronomia, passando per modelli più comuni come i 6×30, 7×35, 7×50, 8×30, 8×42, 10×25, 10×32, 10×42 o 10×50, per usi generici.

Ci sono anche enormi differenze ergonomiche tra i vari modelli, per cui quando serve maggior portabilità in ogni luogo, può risultare ideale un binocolo cosiddetto Pocket dal 6×20 all'8×25 o il 10×28, con pesi da 150 g a 300 g e strutture richiudibili con doppia cerniera, per uno stoccaggio facile anche nel "taschino" della camicia. Questi sono in genere dei binocoli sportivi, piccoli e comodi per l'osservazione in luce diurna, che possono regalare anche delle ottime immagini, come i binocoli più grandi. Generalmente questi sono con prismi a tetto, per poter contenere le dimensioni.

Nella navigazione sono comunemente usati modelli 4×30, 6×42, 7×50, 10×50.

Notemodifica | modifica wikitesto

  1. ^ L'ingrandimento angolare aumenta leggermente avvicinandosi all'oggetto; tale variazione provoca lo schiacciamento prospettico descritto più avanti.
  2. ^ Il potere di ingrandimento nel caso di oggetti vicini ha una diversa definizione rispetto a quella per oggetti distanti: è riferito alle massime dimensioni percepibili ad occhio nudo, ossia quando questo dista 25 cm dall'oggetto.
  3. ^ Con luminosità ci si riferisce qui al flusso luminoso sulla retina e non alla definizione fotometrica di luminanza: nell’ipotesi di matching tra pupilla di uscita e pupilla dell'occhio, la luminanza della scena ingrandita (l'illuminamento della retina) è al più la stessa (nell'ipotesi ideale di binocolo senza perdite) di quella percepita a occhio nudo nelle stesse condizioni ambientali di illuminamento, in accordo alla legge di conservazione della luminanza nei sistemi ottici senza perdite.
  4. ^ ISO 14132-1:2015
  5. ^ (EN) ISO 14132-1:2015 - Optics and photonics -- Vocabulary for telescopic systems -- Part 1: General terms and alphabetical indexes of terms in ISO 14132, su www.iso.org. URL consultato il 29 marzo 2018.

Voci correlatemodifica | modifica wikitesto

Altri progettimodifica | modifica wikitesto

Collegamenti esternimodifica | modifica wikitesto

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