Los dispositivos de observación son dispositivos ópticos que se utilizan junto con el ojo y contribuyen a la expansión de la visión humana con su percepción visual del entorno. En este sentido, la teoría de los dispositivos de observación está estrechamente relacionada con la óptica fisiológica , cuyas principales disposiciones determinan las características técnicas y la elección del esquema óptico de estos dispositivos.
En la mayoría de los casos, el principal (pero no el único) problema que se soluciona con estos dispositivos es aumentar el tamaño angular de los objetos observados, cuya pequeñez se produce por su lejanía ( telescopios y catalejos) o por su pequeño tamaño físico ( lupas y microscopios ). ). En este caso, la ganancia en el tamaño aparente del objeto va acompañada de una disminución en el campo de visión (field of view).
Aumentar el campo de visión también puede ser una tarea resuelta, por ejemplo, mediante una "mirilla" instalada en la puerta de entrada de un apartamento y que tenga una lente Ojo de Pez como base del esquema óptico .
El significado de utilizar dispositivos de observación como un periscopio , un tubo estéreo , gafas protectoras y sistemas técnicos de visión en producción e integrados en equipos también es proteger a una persona y sus ojos de un entorno agresivo y otros peligros.
El dispositivo de observación se puede usar para medir la distancia a objetos distantes, usando una escala dimensional o usando el principio de un telémetro.
Los dispositivos de observación también incluyen dispositivos electrónicos con mayor brillo y un cambio en el ancho del espectro utilizado ( dispositivos de visión nocturna ).
El término "dispositivo de observación" se usa ampliamente en asuntos militares [1] (reconocimiento, control de tiro, medición de distancia), navegación (observación visual, incluso en condiciones de poca visibilidad y de noche) [2] y en todas las áreas de actividad relacionadas con la observación de objetos remotos, como el monitoreo ambiental .
Hasta mediados del siglo XIX, el único receptor de información en el rango de longitud de onda óptica de la radiación era el ojo humano. Los instrumentos de observación en sí mismos no crean imágenes de los objetos observados. No incluyen receptores de imagen en los casos en que la propia retina juega su papel. En este caso, el sistema óptico del ojo que crea la imagen, que consiste en la córnea, el cristalino y el cuerpo vítreo, actúa como una adición necesaria a su esquema óptico, pero aislado espacialmente del dispositivo de observación real.
Por lo tanto, un dispositivo de observación puede considerarse como una especie de canal de comunicación [ 3 ] [ 4 ]
Al utilizar dispositivos de observación, se resuelven las siguientes tareas:
En la actualidad, no existe una clasificación coherente, jerárquicamente estructurada y universalmente reconocida de instrumentos ópticos, incluidos los instrumentos de observación, lo que se confirma al comparar la sección de "contenido" en publicaciones de trabajos sobre óptica de varios autores autorizados [5] , [6] , [7 ] , [8] , [9] .
El tipo más simple de dispositivo de observación son las gafas ordinarias (que se hicieron conocidas en Europa después de la traducción del árabe en 1240 del libro de Alhazen "Maravillas de la óptica", que introdujo a Occidente a la óptica como tal [10] ). Es el principio de las gafas el que permite, dentro de ciertos límites, resolver la cuarta de las tareas de los dispositivos de observación.
Para resolver la primera de las tareas y de acuerdo con el grado de lejanía del observador al objeto de observación, se utilizan dispositivos de observación ya sea del tipo de telescopios o microscopios , con varias subespecies, en ambos casos, esquemas ópticos que no son se utilizan fundamentalmente diferentes.
Además, la segunda de las tareas es resuelta por estos dispositivos de la misma manera: Para asegurar la percepción de la tercera coordenada de la escena - su profundidad, se utiliza el efecto estéreo , logrado mediante el registro de disparidad (discrepancia espacial entre la posición de la imagen de un objeto creada en la retina de dos receptores de imagen separados en el espacio). En el mundo animal, este fenómeno se observa en el caso de la visión con dos ojos ( visión binocular ).
Los telémetros estereoscópicos se usan para medir distancias a objetos distantes , y los microscopios estereoscópicos se usan en microscopía para obtener una imagen tridimensional . y una lupa estereoscópica (binocular) . Los binoculares de teatro son una combinación de dos tubos, cuya distancia entre los ejes ópticos es igual a la distancia entre las pupilas de los ojos.
La percepción de la profundidad del espacio mejora con un aumento de la base de observación , es decir, la distancia entre los ejes ópticos de los telescopios. Un instrumento de observación de este tipo son los binoculares de campo o ( binoculares de prisma ), un tubo estéreo y un telémetro .
En el caso de que la pequeñez de las dimensiones angulares del objeto observado se deba a la gran lejanía de los objetos de observación, los dispositivos de observación tales como tubos de tierra (catalaje) o telescopios tales como un refractor (cuya primera patente se emitió en Holanda en 1608) [10] o un reflector , (inventado por Newton). La diferencia entre un tubo terrestre y un telescopio es que este último no tiene un sistema inversor, y por lo tanto la imagen que da a través de él está invertida.
Cuando se usan telescopios, el tercero de los problemas también se resuelve, y en la astronomía moderna es el más importante, ya que proporciona información sobre la composición espectral de la radiación de los objetos puntuales: las estrellas.
En el caso de que esta pequeñez se deba al propio tamaño reducido de la escena observada , se utilizan lupas y microscopios . El primer microscopio fue creado por Zachrias Jansen alrededor de 1590 [10] .
El fundador de la microscopía científica se considera Anthony van Leeuwenhoek , quien descubrió la existencia del micromundo (bacterias), utilizando un microscopio del diseño más simple de una sola lente, en esencia: lupa / lupa .
Uno de los subtipos de microscopios es - Stereomicroscope
Un dispositivo óptico para ver objetos con su percepción volumétrica. Las imágenes de un objeto deben obtenerse desde al menos dos puntos y superponerse entre sí por pares, lo que asegura la transferencia de objetos de acuerdo con cómo los ven por separado los ojos derecho e izquierdo de una persona. Un microscopio estereoscópico puede ser analógico o digital.
Al observar objetos extensos , es decir, objetos cuyas dimensiones angulares exceden la distancia angular mínima (alrededor de un minuto de arco = 0,0003 radianes) entre dos objetos percibidos por el ojo como separados, un dispositivo de observación óptica reduce el brillo de su imagen solo debido a la absorción. pérdidas en la óptica. Para aumentar el brillo de la imagen, se introducen en el circuito del dispositivo tubos intensificadores de imagen o CCD , que aumentan el brillo de la imagen intermedia creada por la óptica debido a una fuente de energía externa. Al mismo tiempo, gracias al uso de receptores de imagen intermedios con una región de sensibilidad espectral extendida a la región infrarroja, es posible observar de noche debido a la iluminación del cielo nocturno e incluso debido a la propia radiación térmica del objeto. de observación ( equipo de visión nocturna ).
Al observar objetos puntuales , cuyas dimensiones angulares son menores que la resolución del ojo (estrellas, por ejemplo), el concepto de brillo como una cantidad invariable determinada únicamente por el brillo del objeto de observación resulta injusto, ya que en este caso la “imagen” de un objeto distante está determinada por las aberraciones del sistema óptico del dispositivo y, (en el mejor de los casos, por difracción en su pupila de entrada ) y no depende de la distancia al objeto de observación ( por ejemplo, una estrella).