Pozorovací přístroje jsou optické přístroje , které se používají ve spojení s okem a přispívají k rozšíření zraku člověka jeho zrakovým vnímáním okolí. V tomto ohledu je teorie pozorovacích zařízení úzce spjata s fyziologickou optikou , jejíž hlavní ustanovení určují technické vlastnosti a volbu optického schématu těchto zařízení.
Ve většině případů je hlavním (ale ne jediným) problémem řešeným pomocí těchto zařízení zvětšení úhlové velikosti pozorovaných objektů, k jejichž malosti dochází v důsledku jejich odlehlosti ( dalekohledy a dalekohledy) nebo malých fyzických rozměrů ( lupy a mikroskopy ). ). V tomto případě je zisk zdánlivé velikosti objektu doprovázen zmenšením zorného pole (zorného pole).
Zvětšení zorného pole může být také úkolem, který vyřeší například „kukátko“ nainstalované na vstupních dveřích bytu a jehož základem optického schématu je objektiv Fisheye .
Smyslem použití takových pozorovacích zařízení, jako jsou periskop , stereo trubice , ochranné brýle a systémy technického vidění ve výrobě a zabudované do zařízení, je také ochrana člověka a jeho očí před agresivním prostředím a jinými nebezpečími.
Pozorovacím zařízením lze měřit vzdálenost ke vzdáleným objektům pomocí rozměrové stupnice nebo na principu dálkoměru.
Mezi pozorovací přístroje patří také elektronická zařízení se zvýšenou jasností a změnou šířky použitého spektra ( přístroje pro noční vidění ).
Termín „pozorovací zařízení“ je široce používán ve vojenských záležitostech [1] (průzkum, řízení palby, měření vzdálenosti), navigaci (vizuální pozorování, včetně za špatné viditelnosti a v noci) [2] a ve všech oblastech činnosti související s pozorování vzdálených objektů, jako je monitorování životního prostředí .
Až do poloviny 19. století bylo jediným přijímačem informací v oblasti optických vlnových délek záření lidské oko. Samotné pozorovací přístroje nevytvářejí obrazy pozorovaných objektů. Nezahrnují přijímače obrazu v případech, kdy svou roli hraje samotná sítnice. V tomto případě obrazotvorný optický systém oka, sestávající z rohovky, čočky a sklivce, působí jako nezbytný doplněk jeho optického schématu, ale prostorově izolovaný od skutečného pozorovacího zařízení.
Pozorovací zařízení lze tedy považovat za jakýsi komunikační kanál [ 3 ] [ 4 ] doručující informace obsažené v radiačním poli před nimi do přijímače informací a extrahovat je z optimálního (z hlediska provoz přijímače) obraz radiačního pole transformovaného optickým zařízením.
Při použití pozorovacích zařízení se řeší následující úkoly:
V současné době neexistuje ucelená, hierarchicky strukturovaná a všeobecně uznávaná klasifikace optických přístrojů, včetně pozorovacích přístrojů, což potvrzuje i srovnání části „obsah“ v publikacích prací o optice od různých autoritativních autorů [5] , [6] , [7] , [8] , [9] .
Nejjednodušším typem pozorovacího zařízení jsou obyčejné brýle (které se v Evropě staly známými po překladu z arabštiny v roce 1240 Alhazenovy knihy „Wonders of Optics“, která představila Západu optiku jako takovou [10] ). Právě princip brýlí umožňuje v určitých mezích řešit čtvrtý z úkolů pozorovacích přístrojů.
K řešení prvního z úkolů a v souladu se stupněm vzdálenosti od pozorovatele objektu pozorování se používají pozorovací zařízení buď typu dalekohledů nebo mikroskopů , s různými poddruhy.V obou případech se používají optická schémata, která nejsou se používají zásadně odlišné.
Také druhý z úkolů je těmito zařízeními řešen stejným způsobem: Pro zajištění vnímání třetí souřadnice scény - její hloubky se využívá stereoefekt dosažený registrací disparity (prostorového nesouladu mezi polohou scény). obraz objektu vytvořený na sítnici dvou obrazových přijímačů od sebe vzdálených v prostoru). Ve světě zvířat je tento jev pozorován v případě vidění dvěma očima ( binokulární vidění ).
Stereoskopické dálkoměry se používají k měření vzdáleností ke vzdáleným objektům a stereomikroskopy se používají v mikroskopii k získání trojrozměrného obrazu . a stereoskopická (binokulární) lupa . Divadelní dalekohled je kombinací dvou tubusů, jejichž vzdálenost mezi optickými osami je rovna vzdálenosti mezi zorničkami očí.
Vnímání hloubky vesmíru se zlepšuje se zvětšením základny pozorování , tedy vzdálenosti mezi optickými osami dalekohledů. Pozorovacím nástrojem tohoto typu je polní dalekohled nebo ( prismový dalekohled ), stereo trubice a dálkoměr .
V případě, kdy je malátnost úhlových rozměrů pozorovaného objektu způsobena velkou vzdáleností objektů pozorování, použijí se pozorovací zařízení , jako jsou zemní trubice (dalekohledy) nebo dalekohledy, jako je refraktor (první patent, na který byl vydán v Holandsku v roce 1608) [10] nebo reflektor , (vynalezený Newtonem). Rozdíl mezi pozemským tubusem a dalekohledem je v tom, že dalekohled nemá invertující systém, a proto je obraz podaný přes něj převrácený.
Při použití dalekohledů se řeší i třetí z problémů a v moderní astronomii je to nejdůležitější, poskytování informací o spektrálním složení záření bodových objektů – hvězd.
V případě, že je tato malost způsobena vlastní malou velikostí pozorované scény , používají se lupy a mikroskopy . První mikroskop vytvořil Zachrias Jansen kolem roku 1590 [10] .
Za zakladatele vědecké mikroskopie je považován Anthony van Leeuwenhoek , který objevil existenci mikrosvěta (bakterie) pomocí mikroskopu nejjednoduššího, v podstatě jednočočkového designu - Lupy / lupy .
Jedním z podtypů mikroskopů je - Stereomikroskop
Optické zařízení pro prohlížení objektů s jejich objemovým vnímáním. Obrazy předmětu musí být získány alespoň ze dvou bodů a vzájemně se překrývat ve dvojicích, což zajišťuje přenos předmětů v souladu s tím, jak jsou odděleně viděny pravým a levým okem osoby. Stereo mikroskop může být analogový nebo digitální.
Při pozorování rozšířených objektů, tedy objektů, jejichž úhlové rozměry přesahují minimální úhlovou vzdálenost (asi jedna úhlová minuta = 0,0003 radiánu) mezi dvěma objekty vnímanými okem jako oddělené, optické pozorovací zařízení snižuje jas jejich obrazu pouze kvůli absorpci. ztráty v optice. Pro zvýšení jasu obrazu se do obvodu zařízení zavádějí trubice zesilovače obrazu nebo CCD , které díky vnějšímu zdroji energie zvyšují jas meziobrazu vytvářeného optikou. Zároveň je díky použití meziobrazových přijímačů s oblastí spektrální citlivosti rozšířenou do infračervené oblasti možné pozorovat v noci díky osvětlení noční oblohou a dokonce díky vlastnímu tepelnému záření objektu pozorování ( zařízení pro noční vidění ).
Při pozorování bodových objektů, jejichž úhlové rozměry jsou menší než rozlišovací schopnost oka (například hvězd), se koncept jasu jako invariantní veličiny určené výhradně jasem pozorovaného předmětu ukazuje jako nespravedlivý, protože v tomto případě je „obraz“ vzdáleného objektu určen aberacemi optického systému zařízení a (v nejlepším případě difrakcí na jeho vstupní pupile ) a nezávisí na vzdálenosti od objektu pozorování ( například hvězda).