Havaintolaitteet ovat optisia laitteita , joita käytetään yhdessä silmän kanssa ja jotka edistävät ihmisen näkökyvyn laajentamista sen visuaalisen ympäristön havaitsemisen avulla. Tässä suhteessa havainnointilaitteiden teoria liittyy läheisesti fysiologiseen optiikkaan , jonka tärkeimmät säännökset määräävät näiden laitteiden tekniset ominaisuudet ja optisen järjestelmän valinnan.
Useimmissa tapauksissa pääasiallinen (mutta ei ainoa) ongelma, joka ratkaistaan näillä laitteilla, on lisätä havainnoitujen kohteiden kulmakokoa, jonka pienuus johtuu niiden syrjäisyydestä ( teleskoopit ja kaukoputket) tai pienestä fyysisestä koosta ( luupit ja mikroskoopit ). ). Tässä tapauksessa kohteen näennäisen koon vahvistumiseen liittyy näkökentän (näkökentän) pieneneminen.
Näkökentän kasvattaminen voi olla myös tehtävä, joka ratkaistaan esimerkiksi asunnon ulko-oveen asennetulla "silmäreiällä", jonka optisen kaavion pohjana on Fisheye -linssi .
Tällaisten havainnointilaitteiden, kuten periskoopin , stereoputken , suojalasien ja teknisten näköjärjestelmien tuotannossa ja laitteisiin sisäänrakennetun käytön tarkoitus on myös suojata ihmistä ja hänen silmiään aggressiiviselta ympäristöltä ja muilta vaaroilta.
Havaintolaitteella voidaan mitata etäisyyttä kaukana oleviin esineisiin mitta-asteikolla tai etäisyysmittarin periaatteella.
Havaintolaitteita ovat myös elektroniset laitteet, joiden kirkkaus on lisääntynyt ja spektrin leveys muuttuu ( pimeänäkölaitteet ).
Termiä "havainnointilaite" käytetään laajalti sotilasasioissa [1] (tiedustelu, tulenhallinta, etäisyyden mittaus), navigoinnissa (visuaalinen havainnointi, myös huonossa näkyvissä ja yöllä) [2] ja kaikilla toiminnan aloilla, jotka liittyvät etäisten kohteiden tarkkailu, kuten ympäristön seuranta .
1800-luvun puoliväliin asti ainoa tiedon vastaanottaja säteilyn optisella aallonpituusalueella oli ihmissilmä. Havaintolaitteet eivät itse luo kuvia havainnoista. Ne eivät sisällä kuvavastaanottimia tapauksissa, joissa verkkokalvo itse toimii. Tässä tapauksessa silmän kuvan luova optinen järjestelmä, joka koostuu sarveiskalvosta, linssistä ja lasimaisesta rungosta, toimii välttämättömänä lisäyksenä sen optiseen malliin, mutta on spatiaalisesti eristetty varsinaisesta havaintolaitteesta.
Siksi havainnointilaitetta voidaan pitää eräänlaisena viestintäkanavana [ 3 ] [ 4 ], joka välittää edessään olevan säteilykentän sisältämän tiedon tiedon vastaanottajalle, poimien sen optimaalisesta (tarkkailijan näkökulmasta). vastaanottimen toiminta) kuva optisen laitteen muuntamasta säteilykentästä.
Havaintolaitteita käytettäessä ratkaistaan seuraavat tehtävät:
Tällä hetkellä ei ole olemassa johdonmukaista, hierarkkisesti jäsenneltyä ja yleisesti tunnustettua optisten instrumenttien luokitusta, mukaan lukien havainnointilaitteet, mikä vahvistetaan vertaamalla eri arvovaltaisten kirjailijoiden optiikkaa koskevien julkaisujen "sisältö" -osiota [5] , [6] , [7] , [8] , [9] .
Yksinkertaisin havaintolaitteen tyyppi ovat tavalliset lasit (jotka tulivat Euroopassa tunnetuiksi sen jälkeen, kun Alhazenin kirja "Optiikan ihmeet" käännettiin arabiasta vuonna 1240, joka esitteli lännen optiikkaan sellaisenaan [10] ). Silmälasien periaate mahdollistaa tietyissä rajoissa neljännen havaintolaitteiden tehtävän ratkaisemisen.
Ensimmäisen tehtävän ratkaisemiseksi ja havainnointikohteen tarkkailijasta etäisyyden asteen mukaisesti käytetään havainnointilaitteita joko kaukoputken tai mikroskoopin tyypeistä , eri alalajeilla. Molemmissa tapauksissa optisia kaavioita, jotka eivät ole käytetään pohjimmiltaan erilaisia.
Myös toinen tehtävä ratkaistaan näillä laitteilla samalla tavalla: Kohteen kolmannen koordinaatin - sen syvyyden - havaitsemisen varmistamiseksi käytetään stereoefektiä , joka saavutetaan rekisteröimällä ero (tilallinen epäsuhta kuvan sijainnin välillä). kuva objektista, joka on luotu kahden avaruudessa erillään olevan kuvavastaanottimen verkkokalvolle). Eläinmaailmassa tämä ilmiö havaitaan kahden silmän näön tapauksessa ( binokulaarinen näkö ).
Stereoskooppisia etäisyysmittareita käytetään etäisyyksien mittaamiseen kaukana oleviin esineisiin , ja stereomikroskooppeja käytetään mikroskopiassa kolmiulotteisen kuvan saamiseksi . ja stereoskooppinen (binokulaarinen) luuppi . Teatterikiikarit ovat yhdistelmä kahdesta putkesta, joiden optisten akselien välinen etäisyys on yhtä suuri kuin silmäpupillien välinen etäisyys.
Avaruuden syvyyden havainnointi paranee, kun havaintokanta kasvaa , eli kaukoputkien optisten akselien välinen etäisyys kasvaa. Tämäntyyppinen havaintoväline on kenttäkiikarit tai ( prismakiikarit ), stereoputki ja etäisyysmittari .
Siinä tapauksessa, että havaitun kohteen kulmamittojen pienuus johtuu havaintokohteiden suuresta etäisyydestä , havainnointilaitteet , kuten maaputket (spyglass) tai teleskoopit, kuten refraktori (jolle myönnettiin ensimmäinen patentti Hollannissa 1608) [10] tai heijastin , (keksi Newton). Ero maanpäällisen putken ja kaukoputken välillä on se, että jälkimmäisessä ei ole invertointijärjestelmää, ja siksi sen kautta annettu kuva on käänteinen.
Teleskooppeja käytettäessä myös kolmas ongelmista ratkaistaan, ja nykyaikaisessa tähtitiedessä se on tärkein, joka tarjoaa tietoa pisteobjektien - tähtien - säteilyn spektrikoostumuksesta.
Siinä tapauksessa, että tämä pienuus johtuu sen omasta pienestä havainnollisesta koosta, käytetään suurennuslaitteita ja mikroskooppeja . Ensimmäisen mikroskoopin loi Zachrias Jansen noin vuonna 1590 [10] .
Tieteellisen mikroskopian perustajana pidetään Anthony van Leeuwenhoekia , joka löysi mikromaailman (bakteerien) olemassaolon käyttämällä yksinkertaisinta yksilinssistä mikroskooppia, pohjimmiltaan - Luuppi / suurennuslasi .
Yksi mikroskooppien alatyypeistä on - Stereomikroskooppi
Optinen laite esineiden katseluun niiden tilavuushavainnolla. Kohteen kuvat on hankittava vähintään kahdesta pisteestä, ja ne ovat päällekkäin pareittain, mikä varmistaa esineiden siirtymisen sen mukaan, miten ne näkevät erikseen henkilön oikealla ja vasemmalla silmällä. Stereomikroskooppi voi olla analoginen tai digitaalinen.
Tarkasteltaessa laajennettuja esineitä, eli kohteita, joiden kulmamitat ylittävät kahden silmän erillisenä havaitseman kohteen välisen vähimmäiskulmaetäisyyden (noin kaariminuutti = 0,0003 radiaania), optinen havaintolaite vähentää niiden kuvan kirkkautta vain absorption vuoksi. tappiot optiikassa. Kuvan kirkkauden lisäämiseksi laitepiiriin viedään kuvanvahvistinputkia tai CCD :itä , jotka lisäävät optiikan luoman välikuvan kirkkautta ulkoisen energialähteen ansiosta. Samaan aikaan, koska käytetään välikuvavastaanottimia, joiden spektriherkkyysalue ulottuu infrapuna-alueelle, on mahdollista havaita yöllä yötaivaan valaistuksen ja jopa kohteen oman lämpösäteilyn vuoksi. tarkkailu ( pimeänäkölaitteet ).
Tarkasteltaessa pistekohteita , joiden kulmamitat ovat pienemmät kuin silmän resoluutio (esim. tähdet), käsitys kirkkaudesta muuttumattomana suureena, joka määräytyy pelkästään havaintokohteen kirkkauden perusteella, osoittautuu epäoikeudenmukaiseksi, koska tässä tapauksessa kaukaisen kohteen "kuva" määräytyy laitteen optisen järjestelmän poikkeavuuksien perusteella ja (parhaimmillaan diffraktiolla sen sisääntulopupillissa ) eikä se riipu etäisyydestä tarkkailukohteeseen ( esimerkiksi tähti).