Vytisknout
Nadřazená kategorie: Teorie
Kategorie: Optické přístroje
Zobrazení: 1490

    Dospěli jsme už ke 3.části teoretického povídání o důležitých aspektech, dle kterých bychom měli vybírat ten správný binokulár. I dnes ozřejmíme čtenáři více či méně utajované skutečnosti - předmětem našeho pojednání jsou totiž reálné průchozí ztráty binokulárů a jejich dopad na astronomické pozorování především. Tím neříkám, že se důležité informace netýkají i uživatelů, kteří preferují používání triedrů při denních aktivitách.

Dáte mi za pravdu, že v této oblasti technické specifikace binokulárů, se velmi často setkáváme s tím, že řada výrobců nám podsouvá nepravdivá, rozuměj nadhodnocená, čísla. A nebo jsou pravdivá jen částečně, nebo-li jak dále uvidíme, se týkají jen určité části spektra. Jiní výrobci zase taktně mlčí, takže vám tímto dávají najevo, že danou problematiku moc neřeší, anebo mají snahu méně příznivé hodnoty zamlčet. Začneme hned praktickými ukázkami, na kterých si vysvětlíme podstatu věci a vzápětí se seznámíme se základními principy našeho vidění, neboť právě rozdílnosti v citlivostech lidského zraku za bílého dne a naopak temné noci jsou zde klíčové...

Na obr.níže jsou zobrazeny velmi typické, a tedy v praxi se hojně vyskytující, křivky naměřené propustnosti v závislosti na vlnové délce světla. Jde vesměs o velmi známé dalekohledy, tak tomu ostatně bude i v dalších ukázkách. Získání takovýchto hodnot není jednoduché a ani ve světě není moc zdrojů, ze kterých se dá čerpat. Já jsem převzal data od našich polských sousedů ze známého webu zabývajícího se testováním optiky a fotoaparátů ( všechny obrázky diagramů jsou k dispozici ve větším rozlišení otevřením na nové kartě ) :

https://www.optyczne.pl/lornetki.html            nebo        https://www.allbinos.com/

 

   

Je čas připomenout známá fakta o spektrálních citlivostech našeho zraku, abychom mohli uvedené křivky správně interpretovat. Dostupné vědecké zdroje nám říkají, že ve dne, kdy náš zrak snímá obraz pomocí tzv.fotopického vidění, je lidské oko nejvíce citlivé na trochu jinou oblast vlnových délek než v noci, kdy se k získání informací pro mozek spouští vidění skotopické. O přesných maximech nepanuje absolutní shoda - pro fotopické vidění se udává nejvyšší citlivost na 543 nebo 555 nm a pro noční skotopické pak u 498 nebo 507 nm. Důležitým faktem ( především právě u nočního vidění ) je, že křivky citlivosti jsou poměrně strmé. Uvedená fakta znázorňuje obrázek níže :

 

 

Maximum denní citlivosti je tedy v oblasti zeleno-žluté barvy, kdežto v noci je vrchol posunut spíše k modro-zelenému spektru. Kdo se podrobněji zabývá optikou, případně přímo problematikou čočkových objektivů, tak dobře ví, že ohledně korekce barevné vady se vychází právě z maxima denní citlivosti. Tak nějak bude znít logicky, že triedr provozovaný v noci by měl zohledňovat vrchol citlivosti ten vlevo, kde by měl mít nejlepší propustnost. Už jsem v první části apeloval na to, že je velmi málo výrobců binokulárů, kteří pro nás astroamatéry vyrábějí dalekohledy, které jsou pro naše potřeby uzpůsobené. Nicméně se nějací přeci jen najdou, nebo aspoň produkují triedry, které jsou velmi univerzální, tedy velmi dobře použitelné jak ve dne, tak v noci.

Z obrázku čtveřice typických diagramů propustnosti je zřejmé, že většina binokulárů dosahuje nejlepší transmise až za hranicí cca 600 nm. A právě tuto hodnotu pak výrobci rádi prezentují. To, že je propustnost kolem 550 nm o několik procent horší, je nechává v klidu, a ještě větší pokles v oblasti skotopického vidění a modrého spektra, neřeší už vůbec...

Vezměme teď jednu typickou křivku propustnosti lepšího binokuláru a přidejme k ní křivku citlivosti oka v rámci skotopického vidění. Když obě křivky prolneme ( rozuměj znásobíme ), tak dostaneme křivku, jejíž vyjádření transmise na nás zapůsobí dosti depresivně. Takto pojali tuto problematiku polští kolegové a spočítali pro několik desítek známých triedrů průměrné propustnosti zohledňující noční skotopické vidění. Pro nejlepší dalekohledy se dostali k hodnotám kolem 47%, naopak u starších kousků bez kvalitních AR vrstev jen ke 30% ( viz. druhý obrázek v pořadí, který patří starému ruskému triedru BPC 8x30 ).

 

  

S tímto zjednodušeným, a z mého pohledu až příliš pesimistickým, pojetím polských kolegů z "ALLBINOS" já tak úplně nesouhlasím a v další části článku se vám pokusím vysvětlit proč... Nejprve ale dokončeme přehled o změřených propustnostech dalších zajímavých triedrů, protože uvidíte také kousky, které mají o dost příznivější průběh transmise. Na obrázku níže vidíte čtveřici binokulárů, u kterých je vidět, že lze docílit i velmi vyrovnané křivky s minimálním poklesem v oblasti skotopického vidění, přičemž i zde se propustnost drží na cca 90%. Současně mají tyto triedry minimálně potlačenou modrou složku, takže budou mít vzorovou věrnost barevného podání. Tínto jsme se dostali k dalšímu aspektu, který lze z uvedených grafů vyčíst. Když se vrátíme k prvnímu obrázku, kde jsou grafy pro exkluzívního Nikona WX 10 x 50, či naší Meopty B1 8 x 32, tak společným rysem této čtveřice binokulárů je větší potlačení modré barvy ( u jmenované dvojice jde o cca 10% ), což se zákonitě projeví na mírném zhoršení barevného podání ve smyslu posunu do teplých odstínů - typický mírně nažloutlý obraz u Meopty. Rovněž u drahého Nikona WX jsme si při jeho zkoušení všimli, že barevné podání není zcela neutrální, především oproti v tomto dokonalém Swarovisionu 10 x 50 ( jeho graf je ob dva obr.níže ).

 

 

Následuje další várka velmi kvalitních binokulárů, do které se tak trochu vetřel levnější Vixen. Všimněte si v grafu dvojice triedrů Leica Ultravid 10 x 50, že ED sklo v o dost dražší verzi HD k lepší transmisi v podstatě nevedlo - základem jsou tedy kvalitní vrstvy jak na čočkách, tak hranolech. Zcela neutrální barevné podání nemůže mít ani věhlasný Zeiss Victory SF, který má jinak ve dne špičkovou transmisi atakující 94%.

 

 

Podnětné složení má i předposlední čtveřice velmi zajímavých dalekohledů. Především si všimněte binokulár Docter 8 x 58 z dílny Analytik Jena ( bývalý Carl Zeiss Jena ), která se 1.5.2016 přetransformovala ve firmu Noblex GmbH. V současné době se jedná o triedr s nejlepší celkovou transmisí - tento model se střechovými (!) hranoly nahradil donedávna vyráběný "porro" triedr Nobilem 8 x 56, který do té doby kraloval ( a asi bude kralovat na věky...) jako absolutní jednička v transmisi mezi všemi triedry. Binokulár Docter 8 x 58 je celkově velmi kvalitní, vytýkány jsou mu pouze mírné barevné lemy na kraji zorného pole. Zde je vhodné podotknout, že optici v Jeně zkonstruovali i v tomto vylepšenou verzi s ED skly - Docter 8 x 56 ED OH, dle srovnávacích testů velmi vydařenou. Tento triedr má také větší pole, než 8 x 58. Kolem obou těchto triedrů se vedou zajímavé debaty, které podnítil sám výrobce - zatímco u ED verze je konstatováno, že invertujícím systémem je dvojice hranolů Schmidt-Pechan, tak u 58 mm průměru informace o typu "roof" hranolů chybí. Vzhledem k tomu, že 58 mm verze je o něco delší, kolují domněnky, že jsou u ní použity hranoly Abbé-König.

 

 

Tyto hranoly má i další triedr z uvedené čtveřice - Zeiss Victory 8 x 56 FL - dnes už nahrazený modelem HT s menším průměrem 54 mm a ke škodě už s hranoly Schmidt-Pechan. Starší FL modely s hranoly Abbé-König totiž podávaly bezkonkurenční kresbu hvězd ze všech triedrů, byť to bylo jen kolem středu pole, neboť pak bodovost naopak směrem ke cloně rychle klesala. Nejlepší Meopta, aspoň co se týče brilance, B1 10 x 42 HD, kopíruje křivkou propustnosti svého menšího sourozence ( viz. výše ). Budiž ke cti našeho výrobce z Přerova, že nedávno začal u svých triedrů udávat realističtější hodnoty transmise, a to hned ve dvou údajích - denní a soumrakovou. U výše uvedené "32ky" je to 88% ve dne a 82% za soumraku, u posledně jmenované vlajkové lodi HD s průměrem 42 mm jde o 88 + 84%. Tedy v obou případech hodnoty, které velice dobře korespondují s polskými naměřenými hodnotami.

Čtveřici uzavírá jeden z celkově nejlepších binokulárů na planetě - Swarovision EL 10 x 50. Touto lichotkou se honosí i přesto, že jeho transmise, která je jinak téměř vzorově vyrovnaná, svými 85% na to moc nevypadá... O důvodu, proč to tak je, bych chtěl ve stejném duchu pohovořit ještě jednou o výše probíraném Nikonu WX, který v oblasti největší citlivosti oka ve dne je na těch 85% rovněž. Když se podíváte na úvodní obrázek tohoto článku, tak v útrobách Nikona WX napočítáte přesně 20 (!) rozhraní sklo-vzduch, tedy extrémní náročnost na kvalitu AR vrstev. Ty nejlepší vykazují ztráty v průměru 0,25% u jednoho rozhraní - tzn.v tomto případě min. 5% ztrát jen na vrstvách. Když k tomuto přičtete tloušťku skla ( jen přes hranoly Abbé-König to vypadá na skoro 10 cm ) a uvážíte, že i ta nejlepší skla pohltí cca 0,2% na 1 cm tloušťky, tak máme minus dalších 3 až 4%. A to počítáme vlnovou délku, kde je soustava počítána a vrstvy optimalizovány. Neboli na modré složce spektra budeme v tomto případě tratit další procenta. Jinými slovy - očekávané ztráty u takto složitých dalekohledů jsou zkrátka oněch cca 15% v optimalizovaném pásmu spektra. Povšimněte si, že u složitějších optických soustav, jaké jsou v onom Nikonu WX, či modelové řadě Swarovision, jsou ztráty světla nápadně vyšší, než u jednodušších optických designů stejného průměru. Důvodem není jen větší počet čoček, ale také větší šířka pole - tzn. větší průměry některých optických členů a větší ztráty na AR vrstvách díky víc šikmým paprskům. Jednodušší modely rakouské firmy Swarovski ( bez rovnače pole ) mají o cca 5% transmisi lepší ( viz.křivka pro model SLC ). Dále stojí za pozornost, i z tohoto logicky vyplývající fakt, že stejně složitý optický design ( např.zmiňovaný Swarovision ) má v menším průměru i menší ztráty - porovnejte si Swarovisiony 50 a 32 mm.

 

 

Přehlídku triedrů a jejich transmisí završíme "porro" klasikou. Fujinon 7 x 50 je jen ve velmi těsném závěsu za zmiňovaným králem - binokulárem Docter Nobilem 8 x 56. Velmi pěkný výsledek zaznamenal i pamětník v "porro" klasice - Nikon 8 x 30 EII. Pro porovnání faktu, že staré jednoduché AR vrstvy na bázi MgF2 nemohou těm dnešním konkurovat, jsem do obrázku přidal dva stařičké triedry Carl Zeiss Jena -Jenoptemy 7 x 50 a 8 x 30W. Tito, svým způsobem předchůdci skvělých binokulárů Docter Nobilem, se lepších vrstev ještě také dočkaly, a to v 80. letech.

 

 

     Po užitečné přehlídce zajímavých triedrů se vrátíme k problematice nočního skotopického vidění. Abychom lépe pochopili, co se děje v našich očích a mozku, když přiložíme k čelu triedr za pokročilého soumraku a dokonce pak v noci, musíme si ozřejmit další důležité principy vidění. Nejprve dokončíme myšlenku o spektrální citlivosti oka. Fotopické vidění ve dne začíná v oku u tří druhů světločivých receptorových buněk, kterým říkáme čípky. I když každý druh čípku je citlivý pouze pro jednu barvu - modro-fialovou ( max.na 437 nm ), zeleno-žlutou ( 533 nm ) a žluto-červenou ( 564 nm ) - tak stejným principem skládání barev, který znáte také od časů zrodu barevné fotografie ( aditivní míchání RGB a subtraktivní CMY ), pak je mozek schopen poskládat až několik desítek tisíc různých odstínů a sytostí. Každý druh čípku je ale jinak citlivý a tato skutečnost je znázorněna na obrázku níže :

 

 

Dále je užitečné, abychom si připomněli rámcově i stavbu našeho oka, viz. následující obrázek. Poměrně velký sklivec je na přední straně vybaven čočkou a na zadní straně je zevnitř vystlán sítnicí. Součástí té jsou ony světločivé nervové buňky. Neurony v podobě čípků jsou soustředěny ve žluté skvrně  a nejvíc v jejím středu, kdežto mimo něj převládají naopak tyčinky, což jsou druhé důležité modifikované nervové buňky, které nám zprostředkovávají noční skotopické vidění. Toto rozložení obou typů buněk můžeme potvrdit v astronomii i tím, že při pozorování mlhovin a galaxií vnímáme snáz detaily bočním viděním.

 

 

Z obrázku se spektrální citlivostí oka je zřejmé, že citlivost na modrou složku spektra je několikanásobně menší... Další skutečností, která markantně ovlivňuje vnímání modré barvy je fakt, že z celkového počtu 5ti až 7mi miliónů čípků, jsou pouze 2% těch citlivých na modro-fialové světlo. Čípků reagujících na zeleno-žluté světlo je pak 32% a čípků citlivých na žluto-červené světlo je dokonce až 65%. Z uvedeného vyplývá, že s detekcí modrého světla bychom měli být dost na štíru. Ovšem já tvrdím, že tady něco nehraje - zatímco citlivost oka ve dne na čistě červenou barvu je dle křivky spektrální citlivosti rovněž dosti potlačená a praxe tomu odpovídá, neboť červenou barevnou vadu v refraktoru oko moc nevnímá ( a v noci to platí ještě víc, neb se citlivost oka této části spektra ještě více vzdálí ), tak naopak modrofialovou barevnou vadu vidíme až neočekávaně dobře. Vidíme ji natolik silně, že vynakládáme nemalé částky na to, abychom si mohli pořídit kvalitnější ED nebo APO rerfraktor bez modrého haló a fialových lemů.. :-). Těch nesrovnalostí, co mi vrtají hlavou, je jak dále uvidíte vícero a potažmo souvisí i s polským pohledem na ztráty světla při pozorování triedrem v noci. 

To už ale musíme naplno zabřednout do problematiky skotopického vidění a seznámit se se všemi dostupnými okolnostmi. Zatímco čípky v rámci fotopického vidění nám ve dne zprostředkovávají barevné vidění, tak tyčinky zodpovědné za skotopické vidění toto nedokáží a dopřávají nám v noci pouze černobílý vjem. Ovšem jejich počet je oproti čípkům až 20-ti násobný, tj. přes 120 mil. a jejich citlivost je až tisícinásobná. Absolutní citlivost oka v závislosti na druhu vidění vyjadřuje tento graf :

 

 

Věda se snaží výzkumem lidského zraku stanovit nějaké normativy. Je logické, že první snahy v tomto se týkaly fotopického vidění. Vzápětí následovalo vidění skotopické. Oba tyto druhy vidění mají pro výzkum tu výhodu, že lidský zrak se v těchto podmínkách chová konstantně. a především ve dne platí experimentálně naměřené zákonitosti v poměrně širokém rozsahu jasů, protože oko v tomto úžasnou adaptační schopnost. Ovšem v mezních podmínkách nedostatečného osvětlení, např. za soumraku, přestávají některé zákonitosti platit a oko se začíná chovat jinak, než jsme čekali. Mluvíme zde o mezopickém vidění, které je doposud značně neprobádanou oblastí, protože věda se mu náležitě začala věnovat v podstatě až v 90.letech a trvalo celých dvacet let, než v roce 2010 spatřila světlo světa aspoň trochu kloudná doporučení pro odborníky v této oblasti, např.kolem problematiky veřejného osvětlení a bezpečnosti dopravy. Vymezení oblasti mezopického vidění podle úrovně jasu ilustruje obrázek níže :

 

 

Všechny doporučené normativy totiž do té doby vycházely jen a pouze ze zákonitostí fotopického vidění ve dne. I přes viditelný pokrok v této oblasti je to pořád velmi málo, protože pokud potkáte na slovo vzatého odborníka-výzkumníka v této oblasti, tak vám na rovinu řekne, že se stejně zatím nedá skoro nic spočítat a je nutno stále experimentovat. Pokusím se shrnout aspoň základní poznatky :

1. Jedním z nezpochybnitelných faktů, který jsem už částečně nakousl, je tzv. Purkyňův jev, který způsobuje, že za horšího osvětlení se maximální citlivost oka přesouvá ze žluto-zelené oblasti spektra stále více k modré. Věda se začala zabývat doprovodnými jevy mezopického vidění, jako je postupné "vypínání" čípků, čili pokles jejich citlivosti  během snižování jasu a analogicky během tohoto i postupným "zapínáním" tyčinek, jejichž citlivost naopak s poklesem jasu stoupá. Moment, kdy citlivost tyčinek začíná převyšovat citlivost čípků, pak nazýváme Purkyňovým zlomem.

2. Pozoruhodným zjištěním v této souvislosti je to, že absolutní citlivost oka na vlnové délce 555 nm je za všech okolností stejná, tedy při všech druzích vidění. Toto ilustruje následující obrázek, kde jsou podle metodiky zatím posledního a nejlepšího modelu MES2 zaneseny i křivky pro různé adaptační jasy v rámci mezopického vidění. 

 

 

Vědci už tedy pochopili, že pro oblast mezopického vidění je potřeba mít k dispozici co nejvíce podobných křivek, tedy pro různé hodnoty adaptačních jasů. I to je však pořád málo, jak dále uvidíte...

3. Při nižších hodnotách jasů se zjistilo, že oko více zapojuje v mezopických podmínkách ještě mechanismus tzv.adaptačního pole. První experimenty v této oblasti vědcům spíše zamotaly hlavu, neboť se ukázalo, že ve hře je více proměnných a z toho vyplývající množství možných kombinací. Tedy spousta práce do budoucna. Pro nás je v tomto důležité vědět, že první řadě jde o velikost zorného pole, ve druhé pak také o jeho tvar. 

4. Další neprobádanou oblastí, která s předchozím bodem úzce souvisí, je mechanismus binokulárního vidění. Tímto pojmem nazýváme jev, kdy v mozku dochází ke průniku zorných úhlů pravého a levého oka, tedy ke spojení dvou obrazů v jeden. Skutečnost, že každé oko má jiný zorný úhel, nám dává možnost prostorového vnímání, tedy jakési hloubky pohledu.

 

Vidíte, že problematika našeho vidění v mezopických podmínkách je dosti obsáhlá. Je potřeba si uvědomit, že lidské oko není jako fotoaparát, či kamera... Vidění není prostě strojové a snadno opakovatelné. Naše vidění je značně ovlivněno základním instinktem k přežití, adaptuje se na dané podmínky, které nás ovlivňují. Je tedy značně propojeno i s našimi emocemi. Toto vše ztěžuje vědecké zkoumání a experimentování v této oblasti. Pojďme si dosud získané informace promítnout do námi velmi dobře známé, a také velmi příjemné, situace, kterou je přiložení oka k okuláru našeho astronomického dalekohledu...

Mám teď na mysli situaci, kdy pozoruji hvězdné pole, kde nejsou příliš jasné hvězdy. Ačkoli by naše vidění mělo pracovat v čistě skotopických podmínkách, tak přesto nemám problém rozlišovat barvy jednotlivých stálic. Dobře, říkám si - dalekohled je především určen k tomu, aby dodal podstatně větší množství světla, než dokáže shromáždit oko. Vezmu-li průměr zorničky oka např. 6 mm, tak triedr s průměrem objektivů 60 mm nám shromáždí 100x více světla. Takže připusťme možnost, že naše oko nepracuje v režimu čistě skotopickém, ale mezopickém a přeci jen nějaké čípky mohou mít ještě zbytkovou citlivost, abych díky nim získal i barevnou informaci. Já ale změním podmínky našeho virtuálního experimentu a začnu vyhledávat kometu, jejíž plošná jasnost je velmi malá. Kometu jsem našel, jako slabý difúzní objekt mírně protáhlého tvaru. Po několika minutách, po ještě lepší adaptaci oka, jsem schopen vnímat její nazelenalou barvu... Tímto popsaným příkladem už určitě tušíte, kam mířím... Je nezpochybnitelné, že lidské oko je schopné i v čistě skotopických podmínkách vnímat také barevnou informaci a to dokonce za situace velmi malého kontrastu pozorované scény. V úvodu problematiky o spektrální citlivosti oka jsem už upozornil na nesrovnalosti ohledně viditelnosti zbytkové barevné vady v refraktoru - že zatímco červená je opravdu podstatně méně vidět, tak modrofialová působí pro oko značně rušivě, ačkoli by tomu tak být nemělo. V tomto mohu argumentovat ještě v další zkušenosti, která odráží onu typickou křivku propustnosti triedru, tedy s poklesem v modré oblasti - stačí i několik málo procent a naše oči tu změnu barevného podání, tedy že v obrazu chybí trochu modré, s přehledem zachytí.

Jsem přesvědčen, že výklad procesů kolem lidského zraku, o kterých jsme v tomto článku hovořili, není v současné době zcela správný a už vůbec ne dostatečně vyčerpávající. Asi bych měl nějakým doporučením uzavřít tuto delší kapitolu o reálné propustnosti binokulárů a jejím správném výkladu. Každý máme jiné priority a nároky, takže chápu, že někdo toto vůbec neřeší a naopak jiný uživatel se trápí tím, že jeho triedr pořízený za astronomické peníze ve svých útrobách zbaští hrozných 15% drahocenného světla... :-).  V tomto případě doufám, že mé informace pomohli onomu rozesmutnělému majiteli takového složitého binokuláru podívat se na problém z druhé strany - tedy ocenit snahu výrobce, který vyrobil tento dalekohled na samé mezi technologických možností. No, a těm astroamatérúm, kteří zase mají pocit, že těch několik procent rozdílu není vidět, zase doporučuji, aby si v praxi porovnáním několika známých triedrů ověřili, že jejich úžasné oči dokážou i velmi malý procentuální rozdíl opravdu zaznamenat... Ony polské křivky o "skotopické propustnosti" triedrů také neberte 100% vážně.. wink  Jejich hlavní přínos vidím v tom, že nás upozornily na to, že citlivost lidského zraku se v noci posouvá víc k modré oblasti spektra a jen málo triedrů s tím vysloveně počítá. Ve dne nás nemusí nějaké to procento ztrát mrzet, ale nám jde přece více o astronomické pozorování, takže se rádi pokocháme binokulárem, o kterém víme, že je vyroben převážně pro náš krásný koníček... cool