Observationsanordningar är optiska anordningar som används i samband med ögat och bidrar till att expandera människans syn med dess visuella uppfattning av omgivningen. I detta avseende är teorin om observationsanordningar nära relaterad till fysiologisk optik , vars huvudbestämmelser bestämmer de tekniska egenskaperna och valet av det optiska schemat för dessa enheter.
I de flesta fall är det huvudsakliga (men inte det enda) problemet som löses med hjälp av dessa enheter att öka vinkelstorleken på de observerade föremålen, vars litenhet uppstår på grund av deras avlägset läge ( teleskop och kikare) eller små fysiska storlek ( luppar och mikroskop ) ). I detta fall åtföljs förstärkningen av objektets skenbara storlek av en minskning av synfältet (synfältet).
Att öka synfältet kan också vara en uppgift som löses, till exempel genom ett "titthål" installerat på ytterdörren till en lägenhet och som har en Fisheye- lins som grund för det optiska schemat .
Meningen med att använda sådana observationsanordningar som ett periskop , ett stereorör , skyddsglasögon och tekniska synsystem i produktion och inbyggd i utrustning är också att skydda en person och hans ögon från en aggressiv miljö och andra faror.
Observationsanordningen kan användas för att mäta avståndet till avlägsna objekt, med hjälp av en dimensionsskala eller med hjälp av principen för en avståndsmätare.
Observationsanordningar inkluderar även elektroniska anordningar med ökad ljusstyrka och en förändring av bredden på det använda spektrumet ( nattseendeanordningar ).
Termen "observationsanordning" används flitigt inom militära angelägenheter [1] (spaning, eldledning, avståndsmätning), navigation (visuell observation, inklusive vid dålig sikt och på natten) [2] och inom alla verksamhetsområden relaterade till bl.a. observation av avlägsna objekt, såsom miljöövervakning .
Fram till mitten av 1800-talet var det mänskliga ögat den enda mottagaren av information i det optiska våglängdsområdet för strålning. Observationsinstrument i sig skapar inte bilder av observerade föremål. De inkluderar inte bildmottagare i de fall där själva näthinnan spelar sin roll. I det här fallet fungerar det bildskapande optiska systemet i ögat, bestående av hornhinnan, linsen och glaskroppen, som ett nödvändigt tillägg till dess optiska schema, men spatialt isolerat från den faktiska observationsanordningen.
Därför kan en observationsanordning betraktas som en slags kommunikationskanal [ 3 ] [ 4 ] leverans av information som finns i strålningsfältet framför dem till informationsmottagaren och extraherar den från det optimala (ur synvinkeln av mottagardrift) bild av strålningsfältet som transformerats av den optiska enheten.
Vid användning av observationsanordningar löses följande uppgifter:
För närvarande finns det ingen sammanhängande, hierarkiskt strukturerad och allmänt erkänd klassificering av optiska instrument, inklusive observationsinstrument, vilket bekräftas genom att jämföra avsnittet "innehåll" i publikationer av verk om optik av olika auktoritativa författare [5] , [6] , [7 ] , [8] , [9] .
Den enklaste typen av observationsanordning är vanliga glasögon (som blev känt i Europa efter översättningen från arabiska 1240 av Alhazens bok "Optikens under", som introducerade västvärlden till optik som sådan [10] ). Det är glasögonprincipen som gör det möjligt att inom vissa gränser lösa den fjärde av observationsanordningarnas uppgifter.
För att lösa den första av uppgifterna och i enlighet med graden av avstånd från observatören av observationsobjektet, används observationsanordningar antingen av typen teleskop eller mikroskop , med olika underarter. I båda fallen, optiska scheman som inte är fundamentalt olika används.
Den andra av uppgifterna löses också av dessa enheter på samma sätt: För att säkerställa uppfattningen av scenens tredje koordinat - dess djup, används stereoeffekten , som uppnås genom att registrera disparitet (spatial diskrepans mellan positionen för bild av ett objekt skapat på näthinnan hos två bildmottagare som är åtskilda i rymden). I djurvärlden observeras detta fenomen i fallet med syn med två ögon ( binokulär vision ).
Stereoskopiska avståndsmätare används för att mäta avstånd till avlägsna föremål , och stereomikroskop används i mikroskopi för att erhålla en tredimensionell bild . och en stereoskopisk (kikare) lupp . Teaterkikare är en kombination av två rör, vars avstånd mellan de optiska axlarna är lika med avståndet mellan ögonens pupiller.
Uppfattningen av rymdens djup förbättras med en ökning av observationsbasen , det vill säga avståndet mellan teleskopens optiska axlar. Ett observationsinstrument av denna typ är fältkikare eller ( prismakikare ), ett stereorör och en avståndsmätare .
I fallet när de små vinkeldimensionerna hos det observerade föremålet beror på att observationsobjekten är så långt borta , observationsanordningar som markrör (spyglass) eller teleskop som en refraktor , (det första patentet för vilket det utfärdades i Holland 1608) [10] eller en reflektor , (uppfunnen av Newton). Skillnaden mellan ett jordbundet rör och ett teleskop är att det senare inte har ett inverteringssystem, och därför är bilden som ges genom det inverterad.
När du använder teleskop löses också det tredje av problemen, och i modern astronomi är det det viktigaste, vilket ger information om den spektrala sammansättningen av strålningen från punktobjekt - stjärnor.
I de fall då denna litenhet beror på dess egen lilla storlek på den observerade scenen , används förstoringsglas och mikroskop . Det första mikroskopet skapades av Zachrias Jansen omkring 1590 [10] .
Grundaren av vetenskaplig mikroskopi anses Anthony van Leeuwenhoek , som upptäckte existensen av mikrovärlden (bakterier), med hjälp av ett mikroskop av den enklaste designen med en lins, i huvudsak - Lupp / förstoringsglas .
En av undertyperna av mikroskop är - Stereomikroskop
En optisk enhet för att se objekt med deras volymetriska perception. Bilder av ett föremål måste erhållas från minst två punkter och överlappa varandra i par, vilket säkerställer överföring av föremål i enlighet med hur de ses separat av en persons högra och vänstra ögon. Ett stereomikroskop kan vara analogt eller digitalt.
När man observerar utsträckta föremål, det vill säga föremål vars vinkeldimensioner överstiger det minsta vinkelavståndet (cirka en bågminut = 0,0003 radianer) mellan två föremål som uppfattas av ögat som separata, reducerar en optisk observationsanordning ljusstyrkan i deras bild endast på grund av absorption förluster i optik. För att öka bildens ljusstyrka införs bildförstärkarrör eller CCD :er i enhetens krets , vilket ökar ljusstyrkan hos den mellanliggande bilden som skapas av optiken på grund av en extern energikälla. Samtidigt, tack vare användningen av mellanbildsmottagare med ett område med spektral känslighet utsträckt till det infraröda området, är det möjligt att observera på natten på grund av belysning från natthimlen och till och med på grund av objektets egen värmestrålning observation ( utrustning för mörkerseende ).
När man observerar punktobjekt , vars vinkeldimensioner är mindre än ögats upplösning (t.ex. stjärnor), visar sig begreppet ljusstyrka som en oföränderlig kvantitet som bestäms enbart av ljusstyrkan hos observationsobjektet vara orättvist, eftersom i det här fallet "bilden" av ett avlägset objekt bestäms av aberrationerna i enhetens optiska system och (i bästa fall genom diffraktion vid dess ingångspupill ) och inte beror på avståndet till observationsobjektet ( till exempel en stjärna).