Dispozitivele de observare sunt dispozitive optice care sunt utilizate împreună cu ochiul și contribuie la extinderea vederii umane cu percepția sa vizuală a mediului. În acest sens, teoria dispozitivelor de observație este strâns legată de optica fiziologică , ale cărei prevederi principale determină caracteristicile tehnice și alegerea schemei optice a acestor dispozitive.
În cele mai multe cazuri, principala (dar nu singura) problemă rezolvată cu ajutorul acestor dispozitive este creșterea dimensiunii unghiulare a obiectelor observate, a căror mică măsură apare datorită distanței lor ( telescoape și lunete) sau dimensiunilor fizice mici ( lupe și microscoape ). ). În acest caz, câștigul în dimensiunea aparentă a obiectului este însoțit de o scădere a câmpului vizual (câmpul vizual).
Mărirea câmpului vizual poate fi, de asemenea, o sarcină rezolvată, de exemplu, printr-un „vizor” instalat pe ușa din față a unui apartament și având ca bază a schemei optice o lentilă Fisheye .
Semnificația utilizării unor astfel de dispozitive de observare precum un periscop , un tub stereo , ochelari de protecție și sisteme tehnice de vedere în producție și încorporate în echipamente este, de asemenea, de a proteja o persoană și ochii de un mediu agresiv și alte pericole.
Dispozitivul de observare poate fi folosit pentru a măsura distanța până la obiecte îndepărtate, folosind o scară dimensională sau folosind principiul unui telemetru.
Dispozitivele de observare includ și dispozitive electronice cu luminozitate crescută și o modificare a lățimii spectrului utilizat ( dispozitive de vedere pe timp de noapte ).
Termenul „dispozitiv de observare” este utilizat pe scară largă în afacerile militare [1] (recunoaștere, controlul focului, măsurarea distanței), navigație (observare vizuală, inclusiv în vizibilitate slabă și pe timp de noapte) [2] și în toate domeniile de activitate legate de observarea obiectelor aflate la distanță, cum ar fi monitorizarea mediului .
Până la mijlocul secolului al XIX-lea, singurul receptor de informații în intervalul de lungimi de undă optice a radiației era ochiul uman. Instrumentele de observare în sine nu creează imagini ale obiectelor observate. Nu includ receptori de imagine în cazurile în care retina însăși își joacă rolul. În acest caz, sistemul optic de creare a imaginii al ochiului, constând din cornee, cristalin și corpul vitros, acționează ca o completare necesară la schema sa optică, dar izolat spațial de dispozitivul de observare real.
Prin urmare, un dispozitiv de observare poate fi considerat ca un fel de canal de comunicație [ 3 ] [ 4 ]
La utilizarea dispozitivelor de observare, sunt rezolvate următoarele sarcini:
În prezent, nu există o clasificare coerentă, structurată ierarhic și universal recunoscută a instrumentelor optice, inclusiv a instrumentelor de observație, ceea ce este confirmat prin compararea secțiunii „conținut” din publicațiile lucrărilor despre optică ale diverșilor autori autorizați [5] , [6] , [7] , [8] , [9] .
Cel mai simplu tip de dispozitiv de observare sunt ochelarii obișnuiți (care au devenit cunoscuți în Europa după traducerea din arabă în 1240 a cărții lui Alhazen „Minunile opticei”, care a introdus Occidentul în optică ca atare [10] ). Este principiul ochelarilor care permite, in anumite limite, rezolvarea celei de-a patra dintre sarcinile aparatelor de observatie.
Pentru rezolvarea primei sarcini și în funcție de gradul de îndepărtare față de observatorul obiectului de observație, se folosesc dispozitive de observare fie de tip telescoape , fie de tip microscoape , cu diverse subspecii.În ambele cazuri, scheme optice care nu sunt sunt folosite fundamental diferite.
De asemenea, a doua dintre sarcini este rezolvată de aceste dispozitive în același mod: Pentru a asigura percepția celei de-a treia coordonate a scenei - adâncimea acesteia, se utilizează efectul stereo , realizat prin înregistrarea disparității (discrepanță spațială între poziția imaginea unui obiect creat pe retina a doi receptoare de imagine distanțate în spațiu). În lumea animală, acest fenomen se observă în cazul vederii cu doi ochi ( vedere binoculară ).
Telemetrul stereoscopic este folosit pentru a măsura distanțe până la obiecte îndepărtate , iar stereomicroscoapele sunt folosite în microscopie pentru a obține o imagine tridimensională . și o lupă stereoscopică (binoculară) . Binoclul de teatru este o combinație de două tuburi, a căror distanță dintre axele optice este egală cu distanța dintre pupilele ochilor.
Percepția adâncimii spațiului se îmbunătățește odată cu creșterea bazei de observație , adică a distanței dintre axele optice ale telescoapelor. Un instrument de observare de acest tip este un binoclu de câmp sau ( binoclu cu prismă ), un tub stereo și un telemetru .
În cazul în care dimensiunile unghiulare mici ale obiectului observat se datorează depărtării mari a obiectelor de observare, dispozitive de observare precum țevile de împământare (spiciorul) sau telescoape precum un refractor , (primul brevet pentru care a fost eliberat în Olanda în 1608) [10] sau un reflector , (inventat de Newton). Diferența dintre un tub terestru și un telescop constă în faptul că acesta din urmă nu are un sistem inversor și, prin urmare, imaginea dată prin el este inversată.
La utilizarea telescoapelor se rezolvă și a treia dintre probleme, iar în astronomia modernă este cea mai importantă, oferind informații despre compoziția spectrală a radiației obiectelor punctiforme - stele.
În cazul în care această mică se datorează dimensiunii sale mici a scenei observate , se folosesc lupe și microscoape . Primul microscop a fost creat de Zachrias Jansen în jurul anului 1590 [10] .
Fondatorul microscopiei științifice este considerat Anthony van Leeuwenhoek , care a descoperit existența microlumii (bacteriile), folosind un microscop cu cel mai simplu design, cu o singură lentilă, în esență - Lupă / lupă .
Unul dintre subtipurile de microscoape este - Stereomicroscop
Un dispozitiv optic pentru vizualizarea obiectelor cu percepția lor volumetrică. Imaginile unui obiect trebuie să fie obținute din cel puțin două puncte și să se suprapună în perechi, ceea ce asigură transferul obiectelor în conformitate cu modul în care sunt văzute separat de ochiul drept și cel stâng al unei persoane. Un stereomicroscop poate fi analog sau digital.
Când se observă obiecte extinse , adică obiecte ale căror dimensiuni unghiulare depășesc distanța unghiulară minimă (aproximativ un minut de arc = 0,0003 radiani) dintre două obiecte percepute de ochi ca separate, un dispozitiv de observare optic reduce luminozitatea imaginii lor doar datorită absorbției. pierderi în optică. Pentru a crește luminozitatea imaginii, în circuitul dispozitivului sunt introduse tuburi intensificatoare de imagine sau CCD -uri care măresc luminozitatea imaginii intermediare create de optică datorită unei surse externe de energie. În același timp, datorită utilizării unor receptoare de imagine intermediare cu o regiune de sensibilitate spectrală extinsă până în regiunea infraroșu, este posibil să se observe noaptea datorită iluminării de către cerul nopții și chiar datorită radiației termice proprii a obiectului. de observare ( echipament de vedere pe timp de noapte ).
Când se observă obiecte punctuale , ale căror dimensiuni unghiulare sunt mai mici decât rezoluția ochiului (stele, de exemplu), conceptul de luminozitate ca mărime invariantă determinată exclusiv de luminozitatea obiectului de observație se dovedește a fi nedrept, întrucât în acest caz „imaginea” unui obiect îndepărtat este determinată de aberațiile sistemului optic al dispozitivului și, (în cel mai bun caz, de difracția la pupila sa de intrare ) și nu depinde de distanța până la obiectul de observație ( de exemplu, o stea).