Средства наблюдения в оптическом диапазоне Классификация оптических наблюдательных приборов •визуально-оптические

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 60-70 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, нормальные
или среднефокусные (f≈d), длиннофокусные и
телеобъективы с 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 (300-4800 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