Κιάλια

Κιάλια με πρίσμα porro

Τα κιάλια είναι ζεύγος δύο διοπτρών στερεωμένων συμμετρικά η μία δίπλα στην άλλη, ώστε να δείχνουν στην ίδια κατεύθυνση, επιτρέποντας στον χρήστη τους να βλέπει και με τα δύο μάτια μακρινά αντικείμενα. Τα περισσότερα μπορούν να χρησιμοποιηθούν κρατημένα στα χέρια, ενώ το μέγεθός τους ποικίλει από γυαλιά όπερας, μέχρι στρατιωτικά κιάλια, τα οποία είναι στερεωμένα σε βάση. Σε αντίθεση με τα τηλεσκόπια, τα οποία διαθέτουν έναν προσοφθάλμιο φακό, τα κιάλια δίνουν τρισδιάστατη εικόνα, κυρίως για κοντινά αντικείμενα. Συνηθίζεται τα κιάλια να ταξινομούνται με την μεγέθυνση x διάμετρος αντικειμενικού φακού, π.χ. 7x50. Έτσι το 7 σημαίνει ότι τα αντικείμενα που παρατηρούμε μεγεθύνονται 7 φορές, ενώ η διάμετρος του αντικειμενικού φακού είναι 50mm.

Οπτικές Παράμετροι

Τα κιάλια συνήθως σχεδιάζονται για τη συγκεκριμένη χρήση, για την οποία προορίζονται. Έτσι ανάλογα με τη χρήση οι οπτικές τους παράμετροι έχουν διαφορετικές τιμές. Αυτές οι οπτικές παράμετροι είναι:

• Μεγέθυνση: Η μεγέθυνση είναι το πόσες φορές βλέπουμε μεγαλύτερα τα αντικείμενα όταν τα παρατηρούμε με τα κιάλια, απ' ότι αν τα παρατηρούσαμε με γυμνό οφθαλμό. Ισούται με το λόγο της εστιακής απόστασης του προσοφθάλμιου τμήματος, προς την εστιακή απόσταση του αντικειμενικού φακού. Έτσι μια μεγέθυνση, για παράδειγμα, της τάξης του 9 μας δίνει μια εικόνα 9 φορές μεγαλύτερη από από αυτήν που θα βλέπαμε χωρίς κιάλια. Η τιμή της μεγέθυνσης εξαρτάται από την χρήση για την οποία προορίζονται. Τα φορητά κιάλια έχουν μικρότερη μεγέθυνση, ώστε να είναι λιγότερο ευαίσθητα στα κουνήματα. Επίσης οι μεγαλύτερες μεγεθύνσεις καταλήγουν σε μικρότερα πεδία όρασης.
• Διάμετρος αντικειμενικού φακού: Συνήθως δίνεται σε χιλιοστά (mm). Η διάμετρος του αντικειμενικού φακού καθορίζει την ποσότητα του φωτός που εισέρχεται στα κιάλια. Αυτός ο αριθμός καθορίζει την απόδοση τους. Όταν δύο διαφορετικά κιάλια έχουν την ίδια μεγέθυνση και την ίδια ποιότητα φακών, τότε όσο μεγαλύτερη είναι η διάμετρος του αντικειμενικού φακού (δηλ. ο δεύτερος αριθμός των χαρακτηριστικών τους), τόσο φωτεινότερη και οξεία είναι η εικόνα. Έτσι ένα ζευγάρι κιάλια 10X40, θα μας δώσει μια φωτεινότερη και οξύτερη εικόνα από ένα 10X25, παρόλο που και τα δύο έχουν την ίδια μεγέθυνση. Όσο μεγαλύτερος είναι ο εμπρόσθιος (αντικειμενικός) φακός, τόσο μεγαλύτερη διάμετρο έχει η εξερχόμενη δέσμη από το προσοφθάλμιο τμήμα (εξερχόμενη κόρη, exit pupil) Έτσι βλέπουμε πιο άνετα με ένα ζευγάρι κιάλια 8x40, απ' ότι με ένα ζευγάρι 10x25.
• Πεδίο όρασης (Field Of View, FOV): Το πεδίο όρασης ενός ζευγαριού κιαλιών καθορίζεται από τον οπτικό σχεδιασμό τους. Συνήθως δίνεται με μία γραμμική τιμή, όπως: πόσο είναι το πλάτος τού πεδίου που βλέπουμε στα 1000m, π.χ. 115m. Μπορεί όμως να δίνεται και σαν γωνία, δηλ. πόσες μοίρες του οπτικού πεδίου μπορούμε να δούμε.
• Κόρη εξόδου (Exit pupil): Τα κιάλια συγκεντρώνουν το φως που συλλέγει ο αντικειμενικός φακός σε μία δέσμη φωτός, η οποία εξέρχεται από το προσοφθάλμιο σύστημα. Η διάμετρος αυτής της δέσμης σε mm είναι η κόρη εξόδου. Η κόρη εξόδου (δηλ. η διάμετρος της εξερχόμενης δέσμης), ισούται με το πηλίκο της διαμέτρου του αντικειμενικού φακού (σε mm) διαιρούμενη με την μεγέθυνση. Για καλύτερη ποιότητα εικόνας, η κόρη εξόδου πρέπει να είναι ίση με την διάμετρο της πλήρως διασταλμένης κόρης του ανθρώπινου ματιού που είναι συνήθως 7mm, που όμως μειώνεται με την ηλικία. Εάν ο κώνος του φωτός που εξέρχεται από τα κιάλια, είναι μεγαλύτερος από την κόρη του ματιού στην οποία κατευθύνεται, όλο το φώς έξω από την κόρη χάνεται και δεν δίνει καμιά πληροφορία στο μάτι. Στο φως της ημέρας η κόρη του οφθαλμού τυπικά συστέλλεται γύρω στα 3mm, η οποία είναι η κόρη εξόδου ενός ζευγαριού κιαλιών 7x21. Τα κατά πολύ μεγαλύτερα κιάλια 7x50, θα παρήγαγαν έναν κώνο φωτός κατά πολύ μεγαλύτερο από την κόρη στην οποία εισέρχονται και έτσι αυτό το φως, στην διάρκεια της ημέρας, θα πάει χαμένο. Έτσι εκ πρώτης όψεως φαίνεται άσκοπο το να κουβαλάμε τόσο μεγάλα κιάλια. Όμως η μεγαλύτερη κόρη εξόδου κάνει ευκολότερη την τοποθέτηση του ματιού στη θέση όπου μπορούμε να δούμε την εικόνα. Για άνεση, ευκολία χρήσης και ευελιξία σε διάφορες χρήσεις, τα μεγαλύτερα κιάλια με μεγαλύτερη κόρη εξόδου είναι καλύτερη επιλογή, αν και οι ικανότητές τους δεν αξιοποιούνται πλήρως στο φως της ημέρας.
• Απόσταση Προβολής (Eye relief): Είναι η απόσταση από τον προσοφθάλμιο φακό μέχρι το σημείο στο οποίο πρέπει να τοποθετήσουμε το μάτι μας για να δούμε καθαρά την εικόνα. Όσο μεγαλύτερη είναι η εστιακή απόσταση του προσοφθάλμιου τμήματος, τόσο μεγαλύτερη είναι η απόσταση προβολής. Τα κιάλια μπορεί να έχουν αποστάσεις προβολής από μερικά χιλιοστά μέχρι 2,5 εκατοστά ή και περισσότερο. Η απόσταση προβολής μπορεί να είναι ιδιαίτερα σημαντική για ανθρώπους που φορούν γυαλιά. Το μάτι ενός ανθρώπου που φοράει γυαλιά, τυπικά βρίσκεται μακρύτερα από το προσοφθάλμιο σύστημα, πράγμα το οποίο καθιστά απαραίτητες μεγαλύτερες αποστάσεις προβολής για να είναι δυνατή η όραση ολόκληρου του πεδίου. Κιάλια με μικρές αποστάσεις προβολής είναι δύσκολα στη χρήση τους σε συνθήκες που είναι δύσκολο να τα κρατάμε σταθερά (π.χ. πλοίο, δυνατός άνεμος).
• Μικρότερη απόσταση εστίασης (Close focus distance): Είναι η πλησιέστερη απόσταση στην οποία μπορούν να εστιάσουν τα κιάλια. Οι αποστάσεις αυτές κυμαίνονται από 0,5 μέτρα έως 30 μέτρα, ανάλογα με τον σχεδιασμό τους.

Οπτικές Επικαλύψεις

Επειδή τα κιάλια συνήθως έχουν από 6 έως και 10 οπτικά στοιχεία και μέχρι 16 διαχωριστικές επιφάνειες αέρα με γυαλί, οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν διάφορους τύπους οπτικών επικαλύψεων και για τεχνικούς λόγους και για βελτιώσουν την εικόνα που αναπαράγουν.

Η παρουσία οποιονδήποτε επικαλύψεων συνήθως δηλώνεται στα κιάλια με τους παρακάτω όρους:

• Επικαλυμμένα οπτικά (coated optics): Μία ή περισσότερες επιφάνειες είναι επικαλυμμένες με αντιανακλαστικά ενός στρώματος.
• Πλήρως επικαλυμμένα (fully coated): Όλες οι διαχωριστικές επιφάνειες γυαλιού-αέρα είναι καλυμμένες με αντιανακλαστικά ενός στρώματος. Εάν όμως χρησιμοποιούνται πλαστικοί φακοί, μπορεί να μην είναι επικαλυμμένοι.
• Πολυεπικαλυμμένα (multi-coated): Μία ή περισσότερες επιφάνειες έχουν αντιανακλαστικές επικαλύψεις πολλών στρωμάτων.
• Πλήρως πολυεπικαλυμμένα (fully multi-coated): Όλες οι διαχωριστικές επιφάνειες γυαλιού-αέρα είναι καλυμμένες με αντιανακλαστικά πολλών στρωμάτων.

Αντιανακλαστικές επικαλύψεις

Οι αντιανακλαστικές επικαλύψεις μειώνουν την απώλεια φωτός σε κάθε οπτική επιφάνεια, λόγω ανάκλασης. Η μείωση της ανάκλασης μέσω των αντιανακλαστικών επικαλύψεων, μειώνει επίσης την ποσότητα του «χαμένου» φωτός, που διαχέεται μέσα στα κιάλια και που μπορεί να έχει σαν συνέπεια να φαίνεται η εικόνα θολή. Ένα ζευγάρι κιάλια με καλές επικαλύψεις μπορεί να δώσει φωτεινότερη εικόνα, από ένα ζευγάρι χωρίς επικαλύψεις, με μεγαλύτερο αντικειμενικό φακό, λόγω της καλύτερης διάδοσης του φωτός μέσω των διαφόρων οπτικών διατάξεων του. Ένα κλασικό υλικό επικάλυψης των φακών είναι το φθοριούχο μαγνήσιο (MgF₂), το οποίο μειώνει το ανακλώμενο φως από 5% σε 1%. Οι μοντέρνες επικαλύψεις των φακών αποτελούνται από πολλά πολύπλοκα επίπεδα και ανακλούν 0,25% ή και λιγότερο, με συνέπεια να δίνουν εικόνες με μεγαλύτερη φωτεινότητα και φυσικά χρώματα.