دوربین‌های دو چشمی معمولا از دو مجموعه جداگانه تشکیل شده است که مخصوص چشم سمت چپ و راست. هر کدام از این مجموعه‌ها که به فارسی به آن لول یا لوله و به زبان انگلیسی به آن بارل (Barrel) گفته می‌شود که مطابق شکل 13، دارای اجزاء زیر می‌باشد:
- شیی (Objective)
- مجموعه منشور (Prism Assembly)
- چشمی (Eyepiece)
- تار مویی (Reticle یا Reticule)
- بدنه (Body) یا لول (Barrel)
- محافظ چشم (Eye Guard)
قطعات نوری یا همان قطعات اپتیکی دوربین دو چشمی (عدسی‌ها، منشورها و تار مویی) ، درون بدنه و در موقعیت‌های مناسب نسبت به یکدیگر نصب شده‌اند. بدنه وظیفه محافظت و نگهداری قطعات نسبت به یکدیگر را بر عهده دارد که معمولا جنس آن از آلومینیوم یا مواد پلیمری و یا ترکیبی از هر دو است.
عدسی شیی، تصویری واضح از منظره بیرون، جایی که تار مویی قرار دارد ایجاد می‌کند و شما می‌توانید به کمک چشمی آن را بزرگ‌تر ببینید. این مانند حالتی که شما از ذره بین برای مشاهده کلمات ریز کتاب استفاده می‌کنید.
منشورها چه کاری در این مسیر انجام می‌دهند؟
اگر ما از یک دوربین بدون منشور استفاده کنیم، تصویر منظره بیرون را وارونه می‌بینیم. به عبارت دیگر منشور، تصویر را مجددا وارونه کرده و تصویر مستقیم و واقعی از منظره بیرون برای ما ایجاد می‌کند.
- اگر به شکل نگاه کنید، خواهید دید که فاصله مرکز عدسی‌های شیی بیشتر از فاصله عدسی‌های چشمی است. هر چقدر که بتوان فاصله شیی‌ها را از یکدیگر بیشتر کرد، هنگام مشاهده منظره بیرون، بهتر تشخیص می‌توان تشخیص داد که کدام جسم جلوتر و کدام جسم عقب‌تر است. به‌عنوان مثال اگر یک فرد کنار یک اتومبیل ایستاده باشد، با استفاده از این دوربین بهتر می‌توان دریافت که فرد مورد نظر، به ما نزدیک‌تر از ماشین است یا دورتر و یا در کنار همدیگر قرار دارند. اما چگونه می‌توان فاصله عدسی شیی‌ها را از یکدیگر بیشتر کرد در حالی که فاصله عدسی چشمی‌ها تقریبا ثابت بماند؟ این کار با استفاده از منشورها امکان‌پذیر خواهد بود. شکل زیر نحوه دستیابی به این منظور را نشان می‌دهد.
- استفاده از منشور باعث کاهش طول دوربین می‌گردد. تا به حال شما به جارو برقی دقت کرده‌اید؟ هنگامی که روی دکمه سیم جمع کن فشار دهید، سیم درون جارو برقی جمع می‌شود و فضای منظم‌تری را اشغال می‌کند. استفاده از منشور باعث می‌شود که پرتوهای نور قبل از وارد شدن به چشمی، مسیر خود را به جای حرکت مستقیم، درون منشور طی کنند و طول کمتری را نیاز داشته باشند. مثل حالتی که ما بخواهیم یک طناب را دور دستمان بتابانیم و حلقه کنیم.
محافظ چشم
محافظ چشم، حلقه‌ای لاستیک مانند و انعطاف‌پذیر است که بین چشم انسان و چشمی دوربین قرار گرفته و مانع از برخورد احتمالی چشمی به چشم می‌گردد. همچنین همانند یک سایه‌بان عمل کرده و مانع ورود نور محیط اطراف به از کناره‌ها به درون چشم می‌شود. در شکل زیر اشکال متفاوتی از محافظ چشم را می‌بینید.
چشمی
همانطور که در توضیحات قبل به آن اشاره شده، کار چشمی، مشاهده بهتر تصویر ایجاد شده توسط شیی است. اما چرا چشمی دارای عدسی‌های مختلفی است؟ مگر با یک عدسی نمی‌توان تصویر را مناسب و به خوبی دید؟ جواب این سوال «خیر» است. برای مشاهده تصویری واضح و شفاف نیاز به عدسی‌هایی با جنس‌های متفاوت و اشکال مختلف است. برای اطلاعات بیشتر باید به کتب مهندسی اپتیک (Optical Engineering) مراجعه کرد. اما به اجمال می‌توان در مورد این موضوع به قرار زیر صحبت کرد.
شاخص‌های طوق چشمی
اما قبل از آنکه در مورد ابیراهی‌ها صحبت شود، اجازه دهید در مورد اعداد و شاخص‌هایی که معمولا کنار طوق چشمی حک شده است، توضیحاتی ارائه شود . لازم است بدانید این اعداد و ارقام به چه معنا هستند و چه کاربردی دارند. همانطور که می‌دانید، دوربین های دو چشمی برای مشاهده بهتر اشیا در فاصله دور طراحی و ساخته شده‌اند. حال اگر این اشیا به ما نزدیک شوند و یا کلا در فاصله نزدیکتری نسبت به آنچه که دوربین برای آن طراحی و ساخته شده است، قرار داشته باشند، تصویر را واضح نخواهیم دید. آنگاه با دوران طوق‌های چشمی و عقب و جلو کردن آن، تصویر را برای خودمان واضح خواهیم ساخت. اما استفاده از دوران چشمی، دلیل دیگری هم دارد. چشم‌های افراد مختلف از لحاظ کیفیت دید متفات هستند. در هر صورت دوران چشمی و عقب و جلو بردن آن، این امکان را به افراد می‌دهد تا بر اساس توانمندی چشم خود صحنه بیرون را از طریق دوربین، واضح و شفاف ببینند. اما اعداد و ارقام کنار بدنه چشمی چه معنایی دارد. اعداد و ارقام کنار طوق چشمی بر حسب دیوپتر (Diopter) می‌باشد. معکوس متر را دیوپتر می‌نامند به‌عنوان مثال 2 متر معادل نیم دیوپتر و 4 متر معادل 25/0 دیوپتر می‌باشد. فرض کنید منظره‌ای را در فاصله بسیار دور می‌بینید و شما برای مشاهده واضح منظره بیرون، چشمی را دوران داده و طوق چشمی را بر روی عدد 2- تنظیم نموده‌اید. این عدد بدان معناست که شما تصویر منظره را در فاصله نیم متری جلوی خود () ایجاد کرده‌اید. علامت 2+ بدان معناست که تصویر را در نیم متری پشت سر خود ایجاد کرده‌اید که تصور آن شاید مشکل باشد اما این مورد معمولا به علت ضعف و نقایص چشم است.
ابیراهی چیست؟
نقایص تصویر و عدم وضوح آن را «ابیراهی» که به زبان انگلیسی Aberation گفته می‌شود، می‌نامند. ابیراهی‌ها یا همان نقایص تصویر را می‌توان به شش نوع تقسیم کرد:
- ابیراهی کروی (Spherical Aberration)
- ابیراهی کما (Coma Aberration)
- ابیراهی آستیگماتیسم (Astigmatism Aberration)
- ابیراهی رنگی (Color Aberration)
- ابیراهی انحنای میدان (Field Curvature Aberration)
- ابیراهی پیچش تصویر (Distortion Aberration)
ابیراهی کروی: وقتی شما به یک توپ یا یک جسم گرد و کروی در فاصله دور با استفاده از دوربین نگاه می‌کنید و نتوانید تصویر آن را حتی با چرخاندن طوق چشمی واضح و شفاف ببینید، آنگاه دوربین دارای ابیراهی کروی است. برای مشاهده توپ یا جسم گرد آن را در مرکز میدان دید مشاهده کنید.
ابیراهی کما: این نقص تصویر معمولا در حاشیه میدان دید دوربین رخ می‌دهد. کما به زبان یونانی یعنی اشک چشم. هنگامی که در شب با استفاده از دوربین دو چشمی به یک ستاره نگاه کنید، ستاره را به جای اینکه گرد ببینید به صورت اشک چشم مشاهده می‌کنید. در این صورت سیستم ما دارای نقیصه کما می‌باشد.
ابیراهی آستیگماتیسم: هنگامی که با استفاده از دوربین دو چشمی یک آنتن تلویزیون و یا یک گوشه از ساختمانی در فاصله دور را مشاهده می‌کنید و با چرخاندن طوق چشمی یکبار خطوط افقی آنتن یا لبه افقی گوشه ساختمان را واضح و شفاف بینید و خطوط عمودی را مات و با چرخاندن مجدد طوق چشمی این بار خطوط عمودی را واضح و شفاف می بینید و خطوط افقی را مات، در این صورت دوربین دچار نقیصه آستیگماتیسم است.
ابیراهی رنگی: وقتی به یک لبه ساختمان در فاصله دور با استفاده از دوربین نگاه می‌کنید، ممکن است در لبه ساختمان رنگین کمان مشاهده کنید. آنگاه این دوربین دچار ابیراهی رنگی است.
ابیراهی انحنای میدان: وقتی به یک منظره در فاصله دور با استفاده از دوربین نگاه کنید و طوق چشمی را آنقدر دوران دهید تا تصویر را در مرکز میدان دید، واضح و شفاف ببینید، ممکن است متوجه شوید که کناره‌های میدان دید را دیگر واضح و شفاف نمی‌بینید. اگر مجددا طوق چشمی را دوران دهید تا کناره‌های میدان دید را واضح و شفاف ببینید اما این بار، تصویر مرکز میدان دید مات شد، آنگاه این دوربین دچار ابیراهی انحنای میدان است.
ابیراهی پیچش تصویر: هنگامی که به یک جسم مربعی شکل در فاصله دور، مانند یک دیوار ساختمان بزرگ که تمام میدان دید را پوشانده است نگاه کنید، می‌بینید که گوشه‌های آن مثل بالشت کشیده و یا مثل یک بشکه جمع شده است. در این صورت دوربین ما دارای نقیصه پیچش تصویر است که مقداری حدود 10 الی 12 درصد رایج می‌باشد. این نقیصه را می‌توان از روی کشیدگی یا جمع‌شدگی غیر عادی تصاویر حاشیه میدان دید به راحتی مشاهده کرد.
از نکات دیگر مورد توجه در ارزیابی دوربین، موازی بودن محورهای اپتیکی لول‌های چپ و راست نسبت به یکدیگر است. به بیان ساده‌تر اگر با استفاده از دوربین به یک جسم بسیار دور نگاه کنید و از دید چشم راست، تصویر جسم مورد نظر در مرکز میدان دید باشد، از دید چشم سمت چپ نیز، تصویر آن جسم باید در مرکز میدان دید باشد. در غیر این صورت بعد از مدتی، کاربر دچار سردرد و سر گیجه می‌شود.
همچنین بسته به کیفیت و هزینه پرداختی، دوربین باید در مقابل نفوذ رطوبت، آب و یا ضربه تا حدودی مقاوم باشد. اگر کاربر عادت دارد که دوربین را به گردن خود آویزان کند، شکل دوربین نبایستی به گونه‌ای باشد که هنگام راه رفتن و برخورد دوربین به سینه، به کاربر آسیب رسانده و یا باعث ناراحتی او شود.
چگونه می توان ابیراهی‌های یک دوربین را تشخیص داد؟
در این قسمت روش‌های عملی برای تشخیص نقایص تصویر ارائه داده خواهد شد. وجود نقایص تصویر در یک دوربین به معنای بی‌کیفیت بودن آن نیست. در طراحی و ساخت دوربین‌های دو چشمی، وزن دوربین، اندازه دوربین، هزینه تمام شده، اهمیت ابیراهی‌ها در نقاط مختلف میدان دید و نیاز کاربر تأثیرگذار می‌باشد. برای دوربین‌های دوچشمی، کیفیت بالای وضوح تصویر در مرکز میدان دید از اهمیت بیشتری برخوردار است، چرا که اگر در گوشه میدان دید موضوعی توجه کاربر را جلب کند با چرخاندن سر به اندازه چند درجه، موضوع مورد نظر را در مرکز میدان دید قرار داده و آن را با دقت بیشتری مشاهده می‌کند. بنابر این نیاز نیست که کیفیت تصویر در حاشیه میدان به خوبی مرکز میدان دید باشد. اگر چه نباید کیفیت تصویر در حاشیه میدان دید آنقدر بد باشد که نتوان حضور اشیا را نادیده گرفت.
بعضی از تعاریف مفید
طول کانونی (Effective Focal Length) یا به اختصار EFL:
همانطور که قبلا به آن اشاره شد حتما شما سوزاندن برگ درخت یا کاغذی را با متمرکز کردن نور خورشید به کمک یک عدسی را تجربه کرده‌اید. طول کانونی مؤثر، کم و بیش برابر با فاصله تمرکز نور خورشید تا عدسی است. اما اگر شما مجموعه‌ای از عدسی‌ها را مانند یک چشمی که ترکیبی از عدسی‌های مختلف است را داشته باشید و این کار را مجددا انجام دهید، آنگاه طول کانونی مؤثر برابر با محل تمرکز نور خورشید تا عدسی است؟
جواب این سوال «خیر» است. این فاصله تمرکز نور خورشید تا سطح عدسی خروجی را همان طور که در شکل اول به آن اشاره شده، طول کانونی پشتی (Back Focal Length) یا به اختصار BFL می‌نامند.
به فاصله تمرکز نور خورشید تا لبه مکانیکی را فاصله کانونی لبه‌ای (Flange Focal Distance) یا به اختصار FFD می‌گویند. البته این کمیت در دفترچه راهنمای محصولات مختلف اپتیکی دارای اسامی متفاوتی است.
حال این سوال مطرح می‌شود که منظور از طول کانونی مؤثر (EFL) چیست؟ اگر مطابق شکل دوم امتداد پرتوهای ورودی را به طور فرضی رسم کنیم و همچنین امتداد خروج پرتوها را به سمت عقب( معکوس حرکت نور) رسم کرده و با نقطه چین نشان دهیم، محل تلاقی دو نقطه چین با یکدیگر تا محل تمرکز نور را طول کانونی مؤثر می‌نامند و این پارامتر در محاسبات اپتیکی به خصوص بزرگنمایی نقش دارد. البته یادمان باشد، بعضی از عدسی‌ها نه تنها پرتو را متمرکز نمی‌کنند، بلکه آن‌ها را واگرا می‌کنند مانند شکل‌های زیر. در این حالت اندازه طول کانونی مؤثر را با یک عدد منفی نشان می‌دهند. این نوع عدسی نقطه مقابل عدسی‌هایی است که نور خورشید را متمرکز می‌کنند و به عدسی‌های مثبت معروف هستند.
نحوه محاسبه بزرگنمایی دوربین دو چشمی
حال با توجه به تعاریف فوق می‌توانیم نحوه محاسبه بزرگنمایی یک دوربین دو چشمی را ارائه کنیم.
اگر طول کانونی موثر شیی دوربین را با FO و طول کانونی چشمی را با FE نشان دهیم، از تقسیم FO به FE بزرگنمایی دوربین به دست می‌آید. برای مثال اگر طول کانونی موثر شیی 160 میلیمتر و طول کانونی موثر چشمی 20 میلیمتر باشد، آنگاه بزرگنمایی دوربین دو چشمی X8 (هشت ایکس) یا همان 8 برابر می‌باشد. اما تلسکوپ‌ها چه فرقی با دوربین‌های دو چشمی دارند؟ عملا هر دو آن‌ها از یک خانواده هستند با این تفاوت که در تلسکوپ‌ها، طول کانونی شیی خیلی بزرگ است. یعنی از بزرگنمایی خیلی بالاتری (مثلا X50) نسبت به دوربین‌های دوچشمی دستی (مثلاً X8) برخوردار هستند. در مقابل این پارامتر باید اشاره نمود که تلسکوپ‌ها کم و بیش به همان نسبت از زاویه میدان کمتری نسبت به دوربین‌های دوچشمی برخوردار هستند، به گونه‌ای که ناچارا تلسکوپ را باید بر روی یک پایه مستقر کرد و نمی‌توان با دست آن را به راحتی نگه داشت و تصاویر را به خوبی دید. چرا که لرزش و حرکت دست باعث می‌شود ماه از میدان دید تلسکوپ به سرعت خارج شود. اما تلسکوپ‌ها معمولا به جای عدسی شیی دارای آینه هستند و یا از ترکیب آینه و عدسی استفاده می‌کنند.
اما چگونه می‌توان بزرگنمایی این نوع تلسکوپ‌ها را مورد بررسی و محاسبه قرار داد؟ در تلسکوپ‌ها، آینه مقعر و یا ترکیبی از آینه‌ها و عدسی‌ها که به عنوان شیی به کار می‌روند، مانند عدسی‌های ورودی دوربین‌های دو چشمی رفتار می‌کنند و دارای طول کانونی مؤثر می‌باشند (FO). در شکل زیر چند نوع چیدمان تلسکوپ را مشاهده می‌کنید. از آنجا که با تلسکوپ اجرام آسمانی مشاهده می‌شود، نیاز به مستقیم کردن جهت تصویر نیست. لذا معمولا تصاویر را به صورت وارونه می‌بینیم.
لازم است که به دو نکته در استفاده از تلسکوپ اشاره کنیم. اول آنکه در کنار بدنه چشمی‌های تلسکوپ که معمولا قابل تعویض هستند، یک عدد با علامت ضربدر حک شده است مانند 25X .
آیا منظور از این عدد طول کانونی مؤثر چشمی است؟ اگر طول کانونی شیی را داشته باشیم و بخواهیم بزرگنمایی تلسکوپ را محاسبه کنیم، باید طول کانونی شی را بر طول کانونی چشمی تقسیم کنیم . لذا نیاز به طول کانونی موثر چشمی داریم. عبارت فوق بزرگنمایی چشمی است و نه طول کانونی مؤثر چشمی. طبق قرارداد، بزرگنمایی چشمی برابر با 250 تقسیم بر طول کانونی مؤثر است. بنابراین چشمی با بزرگنمایی 25X دارای طول کانونی 10 میلیمتر است.
نکته دیگری که در استفاده از تلسکوپ‌های نجومی مطرح است. مجموعه عدسی بارلو (Barlow) می‌باشد که معمولا جزو تجهیزات جانبی تلسکوپ می‌باشد. این مجموعه معمولا بین شیی و چشمی قرار گرفته و طول کانونی موثر شیی را دو برابر می‌کند. بنابراین بزرگنمایی کل تلسکوپ دو برابر می‌شود. البته عدسی‌های بارلو با بزرگنمایی‌های متفاوت موجود می‌باشد که معمولا بر روی بدنه آن میزان افزایش بزرگنمایی حک می‌شود. به عنوان مثال اگر روی بدنه عدسی بارلو عدد 3 نوشته شده باشد، کل بزرگنمایی را 3 برابر می‌کند.
