Binocolo

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Il binocolo (dal latino: bi = due, ed oculus = occhio) è probabilmente lo strumento ottico più interessante e completo realizzato dall'uomo. Ideato per utilizzare appunto la visione binoculare umana, ha la funzione di "ingrandire" il mondo che ci circonda per osservare e per rivelare anche particolari invisibili ad occhio nudo e/o migliorare la visione di soggetti distanti da noi, tipo la luna, le stelle o i panorami, ma anche i soggetti vicini come la fauna o gli insetti. In alcuni casi è in grado di aumentare la luminosità di osservazione e viene quindi utilizzato per migliorare le capacità visive in condizioni di scarsa illuminazione.

Presenta due fattori principali che giocano a suo favore e che lo rendono senza dubbio il Re dell'osservazione. Questi fattori sono l'alta portabilità e la capacità di sfruttare la visione binoculare.

Il binocolo è fondamentalmente un insieme ben accoppiato di due telescopi identici, incernierati parallelamente ad uno snodo centrale meccanico, il quale permette esclusivamente di poter regolare in modo facile, preciso e veloce, la corretta "distanza interpupillare". Ovvero, questo meccanismo permette di adattare la larghezza dei due oculari dello strumento, alla larghezza degli occhi di qualsiasi osservatore, fondamentalmente per poter continuare a godere al meglio della nostra visione binoculare. Il binocolo ha quindi la funzione di aumentare l'ingrandimento di osservazione rispetto all'occhio nudo, mantenendo una visuale tridimensionale e producendo così anche un maggior dettaglio ed una maggior luminosità relativa degli oggetti più o meno illuminati.

Inoltre, per mantenere la coerenza di focalizzazione con entrambi gli occhi (ametropia), ogni binocolo ha una regolazione diottrica separata, per poter compensare eventuali differenze, sia meccaniche che ottiche. Questa regolazione può essere posizionata in un oculare singolo (destra o sinistra), oppure nella regolazione della messa a fuoco centrale.

Caratteristiche ottichemodifica | modifica wikitesto

Prismimodifica | modifica wikitesto

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

Il non avere immagini rovesciate è una evidente necessità delle applicazioni terrestri, mentre non è richiesta nei telescopi astronomici. Il binocolo è costituito da due piccoli telescopi astronomici a rifrazione i cui obiettivi più oculari portano ad una immagine virtuale invertita destra-sinistra e sotto-sopra, quindi si rende necessario un sistema di raddrizzamento dell'immagine, i più efficienti dei quali sfruttano quattro riflessioni totali dei prismi.

La configurazione dei prismi determina due tipologie di binocoli:

- a 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 sx, 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.

- a prisma a tetto (il più efficiente è il prisma di Abbe-König perché usa quattro riflessioni totali) - sistema sviluppato probabilmente dalla Hensoldt AG, porta ad avere, in questa configurazione di binocoli, le lenti dell'obiettivo e quelle dell'oculare sullo stesso asse (es a dx, in foto), risultando in binocoli più leggeri e compatti rispetto ai tradizionali tipo Porro.

Parametri tecnici principalimodifica | modifica wikitesto

Le principali caratteristiche tecniche di ogni binocolo vengono descritte comunemente con due valori numerici, tipo 10x50, ed essi rappresentano, rispettivamente, l'ingrandimento angolare del binocolo (10x) (per oggetti all'infinito[1]), a volte chiamato anche "potere di ingrandimento", e il diametro in millimetri della lente frontale dell'obiettivo (50), che nel binocolo coincide con la pupilla d'ingresso.

Per ingrandire un oggetto senza doversi avvicinare a lui (come avviene con la lente di ingrandimento), occorre attuare un ingrandimento angolare. Esso può essere interpretato in due modi differenti: come un ingrandimento lineare dell'oggetto, ovvero delle sue dimensioni, oppure come un avvicinamento dell'oggetto verso di noi. Analizzando per ora un oggetto piatto, un binocolo, ad esempio 10x, lo ingrandisce 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. Oppure, ci "avvicina" idealmente a quell'oggetto, fino ad 1/10 della distanza reale di osservazione: se siamo distanti 100 metri dall'oggetto, questo appare come se ci fossimo avvicinati a 10 metri ad osservarlo senza il binocolo. Passando ad un oggetto o scena dotato di profondità, ossia tridimensionale, limitandosi per ora ad una analisi monoculare, ogni sistema ottico che attui un ingrandimento (o rimpicciolimento) angolare comporta però una distorsione percettiva rispetto alla tipica visione ad occhio nudo (percezione naturale). Nel caso del binocolo, in particolare, si assiste al forte schiacciamento dei piani nella profondità dell'immagine che esso ci restituisce in base ai suoi ingrandimenti rispetto alla visione ad occhio nudo che avremmo realmente, ad esempio ad 1/10 della distanza di osservazione. L'architettura binoculare del binocolo permette, per oggetti non troppo distanti, di attenuare questo schiacciamento, con un vantaggio a favore dei binocoli a prismi di Porro che hanno una distanza tra gli assi ottici maggiore di quella interpupillare, amplificando in questo modo l'effetto stereoptico. Per ovviare a questo "inconveniente", alcuni produttori studiano e applicano degli accorgimenti per rendere più tridimensionale l'esperienza offerta dal sistema ottico binoculare, ma rimane il fatto che l'ingrandimento tenderà in ogni modo a schiacciare i piani nella profondità della scena. A ciò si aggiunge la riduzione della profondità di campo rispetto alla diretta visione della scena ad occhio nudo, in maggior misura nei binocoli con forte ingrandimento e a fuoco su oggetti relativamente vicini.

Siccome nella visione comune ed emmetrope degli esseri umani, la distanza minima di focalizzazione dell'occhio nudo è valutata come normale da una distanza di 7 cm fino a 25 cm (oltre è in atto la patologia chiamata presbiopia), qualsiasi binocolo (dotato di una escursione di messa a fuoco sufficientemente lunga) in grado di farci idealmente "avvicinare" al soggetto a meno di questa distanza (o, più realisticamente, di formare a questa distanza una immagine più grande del vero) può essere classificato come "ingranditore" e ci permette 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: per via dell'ideale "avvicinamento", un binocolo 10x in grado di mettere a fuoco oggetti distanti 1 m, ci trasporta virtualmente ad una distanza di 10 cm dal soggetto, esplicando la funzione di "microscopio" (tecnicamente non è il termine corretto, ma serve per dare l'idea).

Infatti, quando possibile, il binocolo viene sempre più spesso utilizzato per soggetti vicini e di piccola taglia, tipo farfalle, fiori, insetti o piccoli animali, ecc., e con grande soddisfazione.

Logicamente, per un binocolo 8x che è idealmente in grado di farci "avvicinare" al soggetto soltanto fino ad 1/8 della distanza reale di osservazione, sarà necessario che la sua distanza minima di messa a fuoco sia di 80 cm (rispetto ai 100 cm di un binocolo 10x) per avere lo stesso ingrandimento.

Il numero degli ingrandimenti possibili dei binocoli è piuttosto variegato, quindi si trovano modelli con ingrandimenti da 2x fino a 20x e più, per vari scopi. Tuttavia, un numero di ingrandimenti maggiore a 10x o 12x poi facilmente diviene la causa prima, nell'osservazione a mano libera, delle evidenti immagini tremolanti. Infatti, i piccoli movimenti naturali delle proprie mani vengono notevolmente amplificati nell'immagine ingrandita, in proporzione appunto agli ingrandimenti del binocolo usato, così la capacità di utilizzare un 10x diventa una questione anche soggettiva.

Anche se in genere i binocoli più son pesanti e più tendono ad essere stabili, i più potenti (es: 20x80) necessitano di un appoggio o di un montaggio più solido, come ad esempio un treppiede. Un'eccezione è costituita dai binocoli con stabilizzatore d'immagine, progettati propriamente per l'uso a mano libera, ma anche questi hanno dei limiti fisici, oltre che prezzi abbastanza alti.

Il valore che rappresenta il diametro di ciascuno dei due obiettivi (le lenti più grandi), espresso in millimetri, insieme all'ingrandimento, determinano il diametro della pupilla d'uscita dell'oculareal'im. Il valore della pupilla d'uscita è utilizzato per comprendere le possibilità teoriche della configurazione binoculare di lavorare in determinate condizioni di luce. E questo stabilisce, in proporzionalità diretta, il cosiddetto indice di luminosità, che è ricavato dal diametro degli obiettivi fratto il fattore di ingrandimento (es: 50/10 = 5 in un binocolo 10x50).

Più è alto questo valore, migliore sarà l'utilizzo del binocolo durante le osservazioni con scarsa luce, in condizioni crepuscolari e/o notturne (ad esempio, in astronomia).

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

L'indice di luminosità, se trasformato in millimetri, corrisponde al diametro della pupilla d'uscita, ossia del cerchio luminoso che si vede sulla superficie di ciascun oculare (le lenti più piccole), guardandoli da una distanza di circa 30 cm e puntando l'asse ottico verso una fonte diffusa di luce.

Per una visione ottimale, questo parametro deve essere maggiore del diametro della pupilla umana, la quale varia a seconda della luminosità osservata (es: visione diurna o notturna). Pertanto, un binocolo usato prevalentemente per visioni diurne basta che abbia un indice di luminosità tra 2 e 4 (che è generalmente utilizzabile fino al crepuscolo civile o poco dopo), mentre uno per visioni notturne (dopo il crepuscolo civile) dovrà avere indici maggiori di 4, almeno 5, e possibilmente anche 6 e oltre.

Elevando al quadrato l'indice di luminosità, si ottiene la luminosità relativa, che, a meno delle perdite del sistema, determina la brillantezza dell'oggetto osservato.

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. Anche la qualità delle lenti dell'obiettivo e dei differenti tipi di prisma, insieme ai vari trattamenti antiriflesso applicati, andranno ad influenzare la luminosità relativa.

Il campo visivo è un altro parametro da considerare, soprattutto se si eseguono, ad esempio, osservazioni di oggetti in movimento o di ricerca e di localizzazione, oppure se si vuole avere sotto controllo visivo un'ampia area inquadrata. Questo parametro standardizzato (ISO 14132-1:2015) dipende però da alcuni fattori di progetto e quindi viene in genere dichiarato dal fabbricante, almeno sotto forma di campo reale dello strumento.

Il campo visivo reale è indicato generalmente in metri, come spazio di campo lineare (orizzontale o verticale) osservato da una distanza nota. Ad esempio, si può trovare un campo dichiarato di 100 metri osservati da 1000 metri di distanza (100/1000 m), dove i 1000 m sono un valore standardizzato, oppure anche con misure "Americane", in tot piedi (ft) da 1000 iarde (es: 300 ft/1000 yd). Il campo visivo si può indicare anche in gradi d'angolo, con due tipologie specifiche: l'angolo di campo reale, che è quello corrispondente al campo reale (es: 100/1000 m) e l'angolo di campo apparente, che è quello corrispondente al campo osservato alla ipotetica distanza di "avvicinamento", in base all'ingrandimento (es: 1/10 per binocolo di 10x, o 1/8 per binocolo 8x, ecc). Entrambi sono calcolabili tramite la trigonometria, previa misurazione oggettiva seguendo alcune procedure tecniche. Se il campo visivo reale di un binocolo 10x vale 100m/1000m (= 300 ft/1000yd), ovvero l'angolo di campo reale è di 5,7 °, ad un decimo della distanza dei 1000m l'angolo apparente di osservazione risulta essere di 53 °.

In genere, per semplificare, si usa moltiplicare il valore dei gradi di campo reale per il valore dell'ingrandimento binoculare, ma questa soluzione porta naturalmente ad un valore errato del campo apparente, anche di parecchi gradi.

Poi, siccome il campo visivo può variare per uno stesso potere di ingrandimento (ad esempio si può trovare un binocolo 10x con un campo di 86 m e un altro 10x con un campo di 140 m), a parità di angolo apparente il campo reale è inversamente proporzionale all'ingrandimento del binocolo (maggior ingrandimento = minor campo ripreso).

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 fino a cui l'occhio può vedere l'intero campo visivo, senza eccessiva perdita di intensità luminosa (vignetting). Il suo valore dipende dal campo visivo.

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. I binocoli a proiezione arretrata, con distanza di accomodamento di almeno 15 mm o più, sono consigliati in particolare a chi usa abitualmente gli occhiali da vista o occhiali da sole. Un valore minimo di estrazione pupillare 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/o al cannocchiale perché permette l'utilizzo di entrambi gli occhi contemporaneamente, offrendo all'osservatore una visione migliorata anche del 240%, grazie appunto alla visione binoculare. È molto più semplice, infatti, seguire oggetti che si muovono velocemente, come aerei, o cavalli da corsa, usando un binocolo, piuttosto che un telescopio, dato che l'uso di entrambi gli occhi permette al cervello di costruire un'immagine tridimensionale e questo permette di valutare e seguire i movimenti più facilmente.

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 3×10 (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 7×50, gli 8×42 o i 10×50, per uso generico.

Ci sono anche enormi differenze ergonomiche tra i vari modelli, per cui quando serve la portabilità in ogni luogo, può risultare ideale un binocolo cosiddetto Pocket dal 6×20 all'8×25 o il 10×28, con grammature da 100 a 250-300 g e strutture richiudibili con doppia cerniera, per uno stoccaggio facile anche nel "taschino" della camicia; sono in genere binocoli sportivi, piccoli e comodi per l'osservazione in luce diurna, che possono però 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, 6×30, 7×35, 7×50, 8×40, 10×50, 12×50.

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.

Voci correlatemodifica | modifica wikitesto

Altri progettimodifica | modifica wikitesto

Collegamenti esternimodifica | modifica wikitesto

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