Hoe werkt een verrekijker?

Verrekijkers en telescopen laten ons toe om voorwerpen van veraf te zien op een manier die voor het blote oog niet haalbaar is. Dat doen deze kijkers door slim in te spelen op licht en enkele natuurwetenschappelijke principes.

Wanneer licht vanuit de lucht overgaat in een ander materiaal zoals glas, wordt licht gebogen. Dit principe noemen we refractie. Dit principe wordt gebruikt door verrekijkers en telescopen, maar ook door pakweg een corrigerende bril of een vergrootglas.

Om proefondervindelijk te zien wat er gebeurt, kan je een glas vullen met vloeistof. De waterspiegel zal op het oog kaarsrecht zijn, waardoor een krant die je bovenop het glas legt perfect weerspiegeld zal worden door het wateroppervlak. Aan de randen waar de vloeistof het glas daadwerkelijk raakt, zal er echter een buiging zitten. De reflectie daarvan zal geen één-op-één weergave zijn van de krant die er bovenop ligt, maar een vergrote of verkleinde weergave ervan.

Een lens zoals we ze kennen uit een verrekijker, is dus eigenlijk niets meer dan een geslepen stukje glas waarvan het oppervlak hol of bol staat. De benaming stamt overigens al uit de tijd van de Romeinen, en is afgeleid van het Latijnse woord ‘lentulus’ – de naam voor linze. De vorm van een lens doet immers sterk denken aan de vorm van die peulvrucht.

Wanneer licht de lens raakt, wordt de lichtstralen vertraagd en gebogen. Afhankelijk van de manier waarop de lens geslepen is, zorgt ze voor een ander lichtbuiging en krijgt ze een andere naam. Lenzen die middenin dikker zijn dan aan de zijkanten (bolstaand), noemen we convex of convergerend. Ze trekken het licht als het ware binnen in de lens en focussen het gebundeld op één plek. Dit soort lenzen zorgen voor een vergroot beeld wanneer je er doorheen kijkt, zoals bij een vergrootglas.

Lenzen die middenin dunner zijn dan aan de buitenkanten (uitgehold), worden dan weer concaaf of divergerend genoemd. Ze doet exact het tegenovergestelde van een convergerende lens: lichtstralen worden door de lens gespreid over een groter oppervlak, zoals bij een home cinema-projector.

Het basisprincipe van een verrekijker speelt in op de vergrotende werking van lenzen, door twee convergerende lenzen achter elkaar te zetten in een tube. De eerste lens – het objectief – vangt het licht op en zorgt voor een gefocust beeld net achter die eerste lens. De tweede lens – het oculair – vangt dit beeld op en vergroot het vervolgens. Met een enkele tube maak je een telescoop, zet je er twee naast elkaar dan heb je een verrekijker. Simpel.

Maar er zit een addertje onder het gras. Wanneer licht van een veraf gelegen voorwerp een convergerende lens raakt, kunnen de afgebogen lichtstralen elkaar kruisen. Dat zorgt voor een beeld dat ondersteboven staat. Om dat probleem te verhelpen, maken verrekijkers gebruik van een paar prisma’s – twee geslepen stukken glas – die het beeld weer correct zetten: het eerste prisma draait het beeld 90 graden op zijn kant, waarna het volgende prisma het nog eens 90 graden verder draait. Resultaat? Een sterk vergroot beeld dat opnieuw perfect rechtstaat.

De prisma’s kunnen op twee manieren worden toegepast in een verrekijker: ofwel in een dakkantopstelling (roof prisma) waarbij ze achter elkaar staan, ofwel als een porroprisma waarbij ze in een hoek van 90 graden tegenover elkaar staan. Die werkwijze is meteen ook de reden voor de kenmerkende vorm van een verrekijker en het (vaak aanzienlijke) gewicht ervan, aangezien er in elke tube dus twee prisma’s ondergebracht moeten kunnen worden.

De enige uitzondering op die regel zijn compacte veldkijkers (of theaterkijkers). Deze kleine en lichte kijkers draaien het beeld de correcte richting uit zonder prisma’s, met behulp van alleen maar lenzen. Dit maakt de kijker veel minder complex, maar zorgt ook voor een duidelijk minder goede beeldkwaliteit.