दूरबीन कैसे काम करती है?

तो फिर दूरबीन कैसे काम करती है?

इस विस्तृत गाइड में, मैं इस बात के पीछे के विज्ञान पर चर्चा करूँगा कि दूरबीन की एक जोड़ी में ऑप्टिक्स किस तरह से प्रकाश को एकत्रित करने में सक्षम हैं और फिर आपके सामने के दृश्य की एक बढ़ाई हुई छवि प्रस्तुत करते हैं। भविष्य के लेखों में, मैं फ़ोकस और आई-कप तंत्र कैसे काम करते हैं और उपलब्ध विभिन्न विकल्पों की सीमा के पीछे मुख्य यांत्रिकी पर भी चर्चा करने की योजना बना रहा हूँ।

इस तरह, मुझे यकीन है कि इस पुस्तक के अंत तक आप समझ जाएँगे कि दूरबीन कैसे काम करती है और इस तरह आप अपनी ज़रूरतों के हिसाब से सही उपकरण चुनने में बेहतर तरीके से तैयार हो जाएँगे और फिर जब यह आ जाए, तो आप इसे सही तरीके से सेट करके इस्तेमाल कर पाएँगे ताकि आप इसका सबसे अच्छा इस्तेमाल कर पाएँ। चलिए शुरू करते हैं:

दो दूरबीनें

अपने सरलतम रूप में, दूरबीनों का एक सेट अनिवार्य रूप से दो दूरबीनों से बना होता है जो एक-दूसरे के बगल में रखे होते हैं। तो शुरुआत करने के लिए और चीजों को थोड़ा सरल बनाने के लिए, आइए हम अपनी दूरबीन को आधा काट लें और पहले यह सीखें कि दूरबीन कैसे काम करती है और फिर हम अंत में उन्हें वापस जोड़ देंगे:

लेंस, प्रकाश और अपवर्तन

मूलतः दूरबीन कैसे काम करती है और दृश्य को कैसे बड़ा करती है, इसमें लेंस का उपयोग किया जाता है, जो प्रकाश को अपवर्तन के रूप में जाना जाता है:

अंतरिक्ष के निर्वात में प्रकाश सीधी रेखा में चलता है, लेकिन विभिन्न पदार्थों से गुजरने पर इसकी गति बदल जाती है।

इसलिए जब प्रकाश कांच या पानी जैसे किसी मोटे माध्यम से गुजरता है, तो यह धीमा हो जाता है। यह आम तौर पर प्रकाश तरंगों को मोड़ने का कारण बनता है और प्रकाश का यह झुकना ही अपवर्तन कहलाता है। प्रकाश अपवर्तन वह है जिसके कारण स्ट्रॉ पानी के गिलास में होने पर मुड़ा हुआ दिखाई देता है। इसके कई उपयोगी उद्देश्य भी हैं और यह आप जो देख रहे हैं उसे बड़ा करने में सक्षम होने की कुंजी है।

लेंस

केवल एक साधारण सपाट शीट या कांच के ब्लॉक का उपयोग करने के बजाय, दूरबीन, दूरबीन और यहां तक ​​कि पढ़ने के चश्मे जैसे उपकरणों में विशेष आकार के ग्लास लेंस का उपयोग किया जाता है, जो अक्सर कई व्यक्तिगत लेंस तत्वों से बने होते हैं, जो प्रकाश तरंगों के झुकाव को बेहतर ढंग से नियंत्रित करने में सक्षम होते हैं।

ऑब्जेक्टिव लेंस

दूरबीन पर (आप जिस वस्तु को देख रहे हैं, उसके सबसे करीब वाला) उत्तल आकार का होता है, जिसका अर्थ है कि इसका केंद्र बाहरी हिस्से से मोटा होता है। इसे अभिसारी लेंस के रूप में जाना जाता है, यह दूर की वस्तु से प्रकाश को पकड़ता है और फिर अपवर्तन के माध्यम से, यह प्रकाश को मोड़कर एक साथ लाता है (अभिसरण करता है) क्योंकि यह कांच से होकर गुजरता है। प्रकाश तरंगें फिर लेंस के पीछे एक बिंदु पर केंद्रित होती हैं।

ऐपिस लेंस

फिर इस केंद्रित प्रकाश को लेता है और इसे बड़ा करता है, जहां यह आपकी आंखों में जाता है।

बढ़ाई

सबसे पहले प्रकाश विषय से होकर वास्तविक छवि तक जाता हैAऑब्जेक्टिव लेंस द्वारा निर्मित होता है। फिर इस छवि को ऐपिस लेंस द्वारा बड़ा किया जाता है और इसे एक आभासी छवि के रूप में देखा जाता हैBपरिणाम यह होता है कि बढ़ाई गई वस्तुएं ऐसी दिखती हैं जैसे वे आपके सामने हों और विषय से अधिक निकट हों।

6x, 7x, 8, 10x, या अधिक.

छवि का आवर्धन कितना होगा, यह ऑब्जेक्टिव लेंस की फोकल लंबाई को ऐपिस लेंस की फोकल लंबाई से विभाजित करने के अनुपात से निर्धारित होता है।

उदाहरण के लिए, 8 का आवर्धन कारक, एक आभासी छवि उत्पन्न करेगा जो विषय से 8 गुना बड़ी दिखाई देगी।

आपको कितना आवर्धन चाहिए यह इच्छित उपयोग पर निर्भर करता है और यह मान लेना अक्सर गलत होता है कि जितनी ज़्यादा शक्ति होगी, दूरबीन उतनी ही बेहतर होगी क्योंकि उच्च आवर्धन से कई नुकसान भी होते हैं। अधिक जानकारी के लिए इस लेख को देखें: आवर्धन, स्थिरता, दृश्य क्षेत्र और चमक

जैसा कि आप ऊपर दिए गए चित्र में भी देख सकते हैं, आभासी छवि उलटी है। नीचे हम देखेंगे कि ऐसा क्यों होता है और इसे कैसे ठीक किया जाता है:

उलटी छवि

यह बहुत अच्छी बात है और यदि आप केवल खगोल विज्ञान जैसे उपयोग के लिए दूरबीन बना रहे हैं तो कहानी यहीं समाप्त हो सकती है।

वास्तव में, आप दो लेंस लेकर और उन्हें एक बंद ट्यूब से अलग करके आसानी से एक साधारण दूरबीन बना सकते हैं। वास्तव में, यह लगभग वैसा ही है जैसे पहली दूरबीन बनाई गई थी।

हालाँकि, जब आप इसके माध्यम से देखेंगे तो आपको पता चलेगा कि जो छवि आप देख रहे हैं वह उल्टी और दर्पण जैसी होगी। ऐसा इसलिए है क्योंकि उत्तल लेंस के कारण प्रकाश अभिसरित होते समय पार हो जाता है।

वास्तव में आप इसे बहुत आसानी से प्रदर्शित कर सकते हैं यदि आप एक आवर्धक कांच को लगभग हाथ की लंबाई पर पकड़ते हैं और इसके माध्यम से कुछ दूर की वस्तुओं को देखते हैं। आप देखेंगे कि छवि उल्टी और रिवर्स मिरर्ड होगी।

दूर के तारों को देखने के लिए, यह वास्तव में कोई समस्या नहीं है और वास्तव में कई खगोल विज्ञान दूरबीनें एक गैर-सुधारित छवि उत्पन्न करती हैं, लेकिन स्थलीय उपयोगों के लिए, यह एक समस्या है। सौभाग्य से कुछ समाधान हैं:

छवि सुधार

दूरबीनों और अधिकांश स्थलीय दूरबीनों (स्पॉटिंग स्कोप) के लिए ऐसा करने के दो मुख्य तरीके हैं, ऐपिस के लिए अवतल लेंस या छवि निर्माण प्रिज्म का उपयोग करके:

गैलीलियन ऑप्टिक्स

17वीं शताब्दी में गैलीलियो गैलिली द्वारा आविष्कृत दूरबीनों में प्रयुक्त गैलीलियन ऑप्टिक्स में सामान्य तरीके से उत्तल ऑब्जेक्टिव लेंस का प्रयोग किया जाता था, लेकिन अब इसे ऐपिस के लिए अवतल लेंस प्रणाली में बदल दिया गया है।

अपसारी लेंस के रूप में भी जाना जाता है, अवतल लेंस प्रकाश किरणों को अलग-अलग फैलाता है (विचलित करता है)। इसलिए यदि इसे उत्तल ऑब्जेक्टिव लेंस से सही दूरी पर रखा जाए, तो यह प्रकाश को पार करने से रोक सकता है और इस प्रकार छवि को उल्टा होने से रोक सकता है।

कम लागत और बनाने में आसान, इस प्रणाली का उपयोग आज भी ओपेरा और थिएटर दूरबीनों में किया जाता है।

हालांकि इसका नुकसान यह है कि इसमें उच्च आवर्धन प्राप्त करना कठिन है, आपको देखने का क्षेत्र काफी संकीर्ण मिलता है और छवि के किनारों पर उच्च स्तर की छवि धुंधली हो जाती है।

इन्हीं कारणों से अधिकांश उपयोगों के लिए प्रिज्म प्रणाली को एक बेहतर विकल्प के रूप में देखा जाता है:

प्रिज्म के साथ केप्लरियन प्रकाशिकी

गैलीलियन प्रकाशिकी के विपरीत, जो ऐपिस में अवतल लेंस का उपयोग करती है, केप्लरियन प्रकाशिकी प्रणाली ऐपिस लेंस के साथ-साथ ऑब्जेक्टिव के लिए उत्तल लेंस का उपयोग करती है और इसे आमतौर पर गैलीलियो के डिजाइन में सुधार माना जाता है।

हालाँकि छवि को अभी भी ठीक करने की आवश्यकता है और यह प्रिज्म के उपयोग से प्राप्त किया जा सकता है:

उलटी छवि को सही करें
दर्पण की तरह काम करने वाली अधिकांश आधुनिक दूरबीनों में प्रिज्म का प्रयोग किया जाता है, जो प्रकाश को परावर्तित कर छवि की दिशा बदल देते हैं तथा उसे सही कर देते हैं।

हालांकि एक सामान्य दर्पण सुबह के समय स्वयं को देखने के लिए एकदम उपयुक्त है, लेकिन दूरबीन से देखने पर यह बेकार हो जाएगा यदि प्रकाश केवल 180 डिग्री परावर्तित होकर वापस उसी स्थान पर चला जाए जहां से आया था, क्योंकि तब आप कभी भी अपना प्रतिबिम्ब नहीं देख पाएंगे।

पोरो प्रिज्म

इस समस्या को सबसे पहले पोरो प्रिज्म की एक जोड़ी का उपयोग करके हल किया गया था। इतालवी आविष्कारक इग्नाज़ियो पोरो के नाम पर रखा गया एक पोरो प्रिज्म, दर्पण की तरह प्रकाश को 180 डिग्री परावर्तित करता है और जिस दिशा से वह आया था, उसी दिशा में वापस लौटता है, लेकिन यह घटना प्रकाश के समानांतर होता है और सीधे उसी पथ पर नहीं।

तो यह वास्तव में मदद करता है क्योंकि यह आपको दो पोरो प्रिज्मों को एक दूसरे के समकोण पर रखने की अनुमति देता है, जिसका अर्थ है कि आप प्रकाश को परावर्तित कर सकते हैं ताकि यह न केवल उल्टे चित्र को पुनः उन्मुख करे बल्कि प्रभावी रूप से इसे उसी दिशा में और नेत्रिकाओं की ओर जारी रखने की अनुमति भी दे।

दरअसल, समकोण पर रखे गए ये दो पोरो प्रिज्म ही दूरबीनों को उनका पारंपरिक, प्रतिष्ठित आकार देते हैं और यही कारण है कि उनके आईपीस ऑब्जेक्टिव लेंस की तुलना में एक-दूसरे के करीब होते हैं।

रूफ प्रिज्म

पोरो प्रिज्म के अलावा, कई अन्य डिज़ाइन भी हैं जिनके अपने-अपने अनूठे फायदे हैं।

उनमें से दो, एब्बे-कोएनिग प्रिज्म और श्मिट-पेचन प्रिज्म, रूफ प्रिज्म के प्रकार हैं जिनका उपयोग अब दूरबीनों में आम तौर पर किया जाता है।

इनमें से, श्मिट-पेचन प्रिज्म सबसे आम है क्योंकि यह निर्माताओं को अधिक कॉम्पैक्ट, पतला दूरबीन बनाने की अनुमति देता है जिसमें ऐपिस ऑब्जेक्टिव के साथ इन-लाइन होते हैं। नकारात्मक पक्ष यह है कि उन्हें पूर्ण आंतरिक परावर्तन प्राप्त करने और चरण परिवर्तन के रूप में जानी जाने वाली घटना को खत्म करने के लिए कई विशेष कोटिंग्स की आवश्यकता होती है।

दूरबीनें टेलिस्कोप से छोटी क्यों होती हैं?

प्रिज्म के उपयोग का दूसरा लाभ यह है कि चूंकि प्रकाश प्रिज्म से गुजरते समय दो बार उलट जाता है और इस प्रकार स्वयं पर वापस आता है, इसलिए उस स्थान में उसके द्वारा तय की गई दूरी बढ़ जाती है।

इसलिए, दूरबीन की कुल लंबाई को छोटा किया जा सकता है क्योंकि ऑब्जेक्टिव लेंस और ऐपिस के बीच आवश्यक दूरी भी कम हो जाती है और यही कारण है कि दूरबीन समान आवर्धन वाले अपवर्तक दूरबीनों की तुलना में छोटी होती हैं क्योंकि उनमें प्रिज्म नहीं होता है।