Средства наблюдения в оптическом диапазоне Классификация оптических наблюдательных приборов визуально-оптические фотографические оптико-электронные

Основные характеристики средств наблюдения: диапазон длин волн света, воспринимаемых средством наблюдения; чувствительность; разрешающая способность; поле (угол) зрения и изображения; динамический диапазон интенсивности света на входе оптического приемника, не вызывающий искажение изображения на его выходе.

Возможности зрения человека глаз воспринимает световые лучи в диапазоне 0,4-0,76 мкм, причем максимум его спектральной чувствительности в светлое время суток приходится на голубой цвет (0,51 мкм), в темноте на зеленый (0,55 мкм); порог угловых размеров, которые глаз различает как две раздельные точки на объекте наблюдения, составляет днем 0,5-1 угл. мин, ночью 30 угл. мин; порог контрастности различимого объекта по отношению к фону составляет днем 0,01-0,03, ночью 0,6; диапазон освещенности объектов наблюдения, к которым адаптируется глаз, достигает дБ; при освещенности менее 0,1 лк (в безоблачную лунную ночь) глаз перестает различать цвет; угловое поле зрения: в горизонтальной плоскости 65-95°; в вертикальной плоскости 60-90°; резкого изображения 30°; расстояние наилучшего зрения 250 мм; время удержания взглядом изображения 0,06 с.

Схема устройства объектива

Недостатки оптических систем сферическая аберрация, проявляющаяся в отсутствии резкости изображения на всем поле зрения (оно резко в центре или по краям); астигматизм отсутствие одновременной резкости на краях поля изображения для вертикальных и горизонтальных линий; дисторсия искривление прямых линий на изображении; хроматическая аберрация появление цветных окантовок на границах световых переходов изображения, вызванных различием показателей преломления линз объектива для различных спектральных составляющих световых лучей.

Основные характеристики объективов фокусное расстояние; угол поля зрения и изображения; светосила; разрешающая способность; частотно-контрастная характеристика.

Фокусное расстояние объектива представляет собой расстояние от оптической плоскости объектива до плоскости, где фокусируются входящие в объектив параллельные лучи света. По соотношению величины фокусного расстояния f объектива и длины диагонали кадра поля создаваемого им изображения d объективы делятся на короткофокусные, у которых f d, а также с переменным фокусным расстоянием. Фокусное расстояние глаза человека составляет около 17 мм. Значения фокусного расстояния объективов унифицированы и принимают дискретные значения: 2,6, 3,5, 4,8, 6, 8, 12, 16, 25, 50, 75 мм и т. д.

По углу поля зрения (изображения) различают узкоугольные объективы, у которых величина этого угла не превышает 30°, среднеугольные (угол в пределах 30°-60°), широкоугольные с углом более 60° и, наконец, с переменным углом поля изображения у объективов с переменным фокусным расстоянием. Чем больше фокусное расстояние f объектива, тем больше масштаб изображения и больше деталей объекта можно рассмотреть на изображении, но тем меньше угол поля зрения. Поэтому для обнаружения объекта используют короткофокусные объективы, а для распознавания длиннофокусные.

Светосила характеризует долю световой энергии, пропускаемой объективом к светочувствительному элементу. Очевидно, что чем выше светосила объектива, тем ярче изображение на светочувствительном элементе. На светосилу объектива влияют следующие факторы: относительное отверстие объектива; прозрачность (коэффициенты пропускания, поглощения, отражения) линз; масштаб изображения; коэффициент снижения яркости изображения к краю его поля.

Светосила без учета реальных потерь света в линзах вычисляется как квадрат относительного отверстия, равного d/f, где d диаметр входного отверстия (апертуры). Эффективное относительное отверстие объектива меньше геометрического на величину потерь света в его линзах. По величине относительного отверстия объективы делятся на сверхсветосильные с d/f > 1/2, светосильные с d/f = (1/2,8 - 1/4) и малосветосильные с d/f < 1/5.

Физический принцип просветления оптических деталей

Зеркально-линзовый объектив системы Максутова МТО-1000

Для скрытого наблюдения используются: телеобъективы с большим фокусным расстоянием ( мм) для фотографирования на большом удалении от объекта наблюдения, например из окна противоположного дома и далее; так называемые точечные объективы для фотографирования из портфеля, часов, зажигалки, через щели и отверстия. Они имеют очень малые габариты и фокусное расстояние, но большой угол поля зрения.

Схематическое устройство биноклей с Порро призмами (слева) и Roof призмами (справа)

Устройство телескопа системы Максутова - Кассегрена

Телескоп Celestron C90 системы Максутова - Кассегрена