Оптические приборы для визуальных наблюдений

Содержание материала

Как выбрать бинокль

Кратность – это числовое значение, которое показывает во сколько раз оптика увеличивает картинку. У большинства устройств эта характеристика равна восьми. Но если нужно тщательно рассматривать детали, то стоит взять модель с кратностью повыше.

Стоит учитывать, что на увеличение данного показателя влияет диаметр линз: чем больше диаметр – тем больше кратность. Такие изменения увеличивают вес и размеры оптического прибора.

В некоторых случаях для удобного использования крупногабаритного устройства с повышенной кратностью применяют специальный штатив.

Светосила. Данный показатель отражает степень захвата объективом света и характеризует четкость изображения. При плохом освещении эффективным будет бинокль с большим диаметром линз.

Значение светосилы обратно пропорционально значению кратности.

При увеличении выходного зрачка, которое повлечет за собой увеличение световой силы, кратность обязательно уменьшиться.

Светопропускная способность. Конструкция биноклей предполагает наличие линз, скрепленных в моноблоки. Первоначально линзы их тщательно шлифуют, добиваясь зеркальной поверхности, затем объединяют с помощью специального клея.

Задача производителей – скрепить между собой элементы специальным клеящим составом с чрезвычайной точностью, для минимизации соприкосновения с воздухом. Соблюдение таких действий позволяет получить прибор с высокой светопропусной способностью.

Диапазон фокусировки бинокля. Данный параметр отображает максимальную дистанцию, на которой детально рассматривается наблюдаемый объект. При превышении указанного диапазона получить точное изображение становится проблематичным.

Механизм фокусировки. Различают два типа фокусировки: центральная и раздельная. В первом случае регулировка фокуса проводится через одно кольцо диоптрийной коррекции.

Второй тип характеризуется регуляторами на каждой зрительной трубе, что позволяет настроить фокус для каждого глаза в отдельности.

Стабилизация изображения. Функция присутствует в большинстве современных биноклей: в конструкцию встроены два гироскопа, работающие от батареек. Стабилизация необходима при использовании на подвижных поверхностях: морские или воздушные суда, автомобили.

Устройство и эволюция оптических систем[править | править код]

Первые оптические приспособления были относительно простыми, однокомпонентными (линза, лупа, зеркало, призма).

В современных оптических системах, в оптических приборах и устройствах, обычно можно выделить несколько подсистем, имеющих самостоятельное функциональное назначение. Чаще всего это объектив и окуляр (например, в микроскопе или зрительной трубе); коллиматор, диспергирующая система и камера в спектрографе. Эти оптические подсистемы, в свою очередь, можно делить на меньшие подсистемы, и так далее вплоть до оптических деталей, которые неразложимы с функциональной точки зрения, то есть являются элементами.

От камеры-обскуры — к моноклюправить | править код

Простейшая оптическая система — камера-обскура, в которой можно выделить экран (например, белую стену, холст, или лист бумаги) и небольшое отверстие, играющее роль объектива.

Триплетправить | править код

Эволюция оптических схем привела к появлению систем из трёх линз, благодаря чему удалось существенно скомпенсировать наиболее заметные аберрации. Наиболее известна схема Триплет – несимметричный объектив, состоящий из собирающей, рассеивающей, и задней собирающей линзы.

Диафрагма в триплетах обычно расположена перед задней линзой. Триплеты характеризуются заметным падением резкости при открытой диафрагме (почти как монокли), но при малых относительных отверстиях (ниже F/16) они дают хорошую резкость. Эти объективы были широко распространеты в середине ХХ века, их выпускали практически все оптические фирмы в качестве штатного (базового) фотообъектива.

Виды оптических систем[править | править код]

Оптические системы разделяются на натуральные (биологические) и оптические системы, созданные человеком .

Оптические натуральные (биологические) системыправить | править код

Глаз, Оптические элементы: 1- деформируемый хрусталик, 2-управляемая диафрагма глаза, 3-сетчатка глаза, 4-изображение в глазу

К природным (биологическим) оптическим системам относятся системы, существующие в природе.
К оптическим биологическим системам относятся, например, глаза.

Переход от большего к меньшемуправить | править код

Основная статья: Нанотехнология

Нанотехнологии подразумевают методы создания микроскопических устройств с помощью всё меньших и меньших инструментов либо соответствующих методов. Конструкторы и технологи стремятся создать меньшие устройства при использовании больших, чтобы их использовать в нужных решениях.

Много технологий начиная от обычных методов применения, например, кремния как твердого тела в настоящее время при изготовлении микропроцессоров теперь способны выполнять функции, присущие элементам меньших чем 100нанометров, благодаря новым нанотехнологиям. Гигантские накопители на жестких дисках на основе магнитосопротивления уже заменяются малогабиритными устройствами и при изготовлении и работе используются нанотехнологии от большего к меньшему с использованием метода смещение атомного слоя (ALD). Питер Грзаджк 0кснберг и Альберт Ферт получили Нобелевскую премию по Физике за открытия Гигантского магнитосопротивления и вкладов в область спинтроники в 2007 году.

Методы твердого тела могут также использоваться при создании устройств, известные как наноэлектомеханические (en:nanoelectromechanical, NEMS) системы — развитие с микроэлектромеханических систем (MEMS).

Субмикронная литография

‎Разрешение современных атомных силовых микроскопов позволяют внести химикат на поверхность в желательном образце в процессе, названном Субмикронная литография (то есть техника литографии исследования просмотра, где используется силовой микроскоп, чтобы передать молекулы поверхности через растворитель мениск. Эта техника позволяет копировать элементы поверхности с размерами до 100 нм). Это сочетается с нарастающим объёмом внедрения методов субмикронной литографии. Например, сосредоточенные ионные потоки могут непосредственно удалить материал (ионное травление), или внести материал на подложку.

Нанооптикаправить | править код

Наносреда из электромагнитно-двойных пар золотых точек

В наносозданной среде получен эффект взаимодействия электромагнитных волн с сильным магнитным ответом в зоне видимого спектра электромагнитных волн («видимых-легких частот»), включая полосу с отрицательным магнетизмом. Среда сделана из электромагнитночувствительных двойных пар золотых точек с геометрией и симметрией, тщательно разработанной на нанометрическом уровне. Возникающий магнитный ответ получен в зоне частот 600—700 ТГц (1012Гц), в диапазоне зелёный — часть фиолетового цветов получается благодаря возбуждению антисимметричного плазменного резонанса. Высокочастотная проходимость проявляет себя качественно с новым эффектом оптического взаимодействия в данных условиях применения нанотехнологий. Это впервые показывает возможность применения электромагнетизма в зоне видимых частот и прокладывает путь в видимой оптике для получения оптических систем с лучшими показателями преломления, прозрачности к определённым лучам света.

Оптические достижения (разработки)править | править код

К оптическим разработкам относятся открытия, изобретения, технологии (нанотехнология), используемые на практике, реализованные в оптическом оборудовании, оптических приборах, измерительной оптической аппаратуре, микроскопы, Медицинское оборудование, фототехника, оптические материалы, Медикобиологические оптические разработки, Оптические биоинженерные технологии и т. д.

К оптическим системам также относится элементная база сложніх устройств, єлементы оптических приборов часто называют оптическими деталями.

Оптические приборы (микроскопы, ультрамикроскопы и т. д.) предназначены для управления спектром видимых электромагнитных волн, световых лучей (фотонов) с целью получения нужного изображения для его рассмотрения или для анализа одного из множеств характерных свойств волны.

История развития увеличительных приборов

Конечно, такое шикарное разнообразие и совершенство подобных устройств пришло не сразу. Наиболее сложные конструкции, позволяющие вмешиваться даже в волновые и корпускулярные процессы, появились только в XX-XXI веках.

История же появления и развития приборов для увеличения уходит своими корнями в глубину веков. Так, если говорить о лупах, то раскопки показали, что первые подобные устройства имелись у египтян задолго до нашей эры. Они были выполнены из горного хрусталя и так искусно заточены, что давали увеличение до 1500 раз!

Позже стали изготавливать стеклянные линзы и через них рассматривать интересующие микроскопические предметы. Так продолжалось до XVI века. Затем великий исследователь Галилео Галилей сконструировал свою первую трубу, которая при раскладывании напоминала микроскоп и давала увеличение практически в 300 раз. Это и был прародитель современного микроскопа.

Еще позже, во второй половине XVII века, ученый Торе мастерил небольшие округлые лупы. Они позволяли рассматривать уже при 1500-кратном увеличении. Большим прорывом в развитии микроскопии стали приборы, сконструированные Антони ван Левенгуком. Он выпускал партии микроскопов, которые давали достаточное увеличение, чтобы можно было рассмотреть клеточное строение и мир микроорганизмов.

С тех самых пор увеличительные приборы (лупа, микроскоп) стали неотъемлемой частью практически во всех видах исследований, как в биологических, так и в других науках. Современное же разнообразие технических устройств обязано своим существованием людям с такими именами, как:

Л. И. Мандельштам.
Д. С. Рождественский.
Эрнст Аббе.
Р. Рихтер и другие.

Особенности

Лупа — это приспособление со встроенным увеличительным стеклом для просмотра мелкого текста или чтения книг. Особенность таких приборов заключается в линзе. Её увеличительная способность позволяет рассмотреть самые мелкие буквы, при этом не искажая и не размывая изображение. Сферический окуляр исключает появление искажения по краям и дает возможность просмотра текста по всей поверхности читаемого материала.

При этом диаметр линзы и её фокусное расстояние являются основными параметрами прибора. Существуют модели, которые позволяют читать материал обоими глазами

Это особенно важно при использовании прибора на протяжении длительного времени

Классификация микроскопов

Хотя современные микроскопы представляют собой удобные устройства для детального изучения различных микрообъектов, не существует универсального инструмента, который будет эффективен во всех ситуациях.

Сегодня существует множество различных конструкций микроскопов для разных задач. Классификация микроскопов производится в зависимости от класса или конструкции. Сначала мы рассмотрим деление микроскопов на классы. В мировой практике все микроскопы делят на три класса в зависимости от исследований для которых они предназначены.

Классы микроскопов

Еще одной важной классификацией микроскопов является деление в зависимости от конструкции микроскопа:

Прямой микроскоп – объект исследования находиться под объективом. Предназначены для исследования небольших образцов и образцов на предметных стеклах. Увеличение прямых микроскопов варьируется от 25х до 1000х.
Инвертированный микроскоп – объект исследования находиться над объективом. Предназначены для исследования клеток в специальной посуде и крупногабаритных образцов весом до 30 кг. Увеличение инвертированных микроскопов варьируется от 12,5х до 1000х.
Стереомикроскопы — объект исследования находиться под объективом. Предназначены для получения объемных изображений. Микроскопы имеют два оптических пути, которые обеспечивают стереоэффект. Они широко используются в биологических исследованиях, в промышленности, криминалистике. Увеличение стереомикроскопов варьируется от 2х до 200х для рутинного и лабораторного классов, для исследовательского до 500х. В нашем каталоге такой вид микроскопов представлен моделью Leica M205. Это люминесцентный микроскоп, предназначенный для обнаружения трансгенных экспрессий. Благодаря этому возможно отобрать лучший для исследования образец.
Цифровые микроскопы – это модели особой конструкции, как правило, макроскопы, в которых вместо тубуса с окулярами используется цифровая камера.
Конфокальные микроскопы – предназначены для сверхсложных биологических исследований. Используются в основном в научно-исследовательских институтах.
Электронные микроскопы – в качестве источника энергии вместо света используется поток электронов. Электронный микроскоп позволяет изучать объекты с увеличением 100 — 1 000 000 раз и большим разрешением. Используются в основном в научно-исследовательских институтах.
Рентгеновские микроскопы — для исследования очень малых объектов, размеры которых сопоставимы с длиной рентгеновской волны. Основан на использовании электромагнитного излучения с длиной волны от 0,01 до 1 нанометра. Рентгеновские микроскопы по разрешающей способности находятся между электронными и оптическими микроскопами. Теоретическая разрешающая способность рентгеновского микроскопа достигает 2-20 нанометров, что на порядок больше разрешающей способности оптического микроскопа (до 150 нанометров). В настоящее время существуют рентгеновские микроскопы с разрешающей способностью около 5 нанометров

Ознакомившись с классификацией микроскопов можно сделать вывод, что это достаточно сложное оборудование. Поэтому мы всегда рекомендуем нашим клиентам не подбирать оборудование самостоятельно, а обращаться к нашим экспертам. Это люди с соответствующим специализированным образованием и большим опытом реализации решений для микроскопии под различные задачи. Они постоянно совершенствуют свои знания на тренингах от ведущих производителей решений для микроскопии.

Обратившись к нашим специалистам Вы можете быть уверенными что получите наилучшую конфигурацию оборудования, которая будет учитывать:

Задачи, которые стоят перед вами;
Требование мировых и региональных стандартов для выполнения эти задач;
Ваш бюджет.

Распространённые оптические устройства[править | править код]

Nikon D90

Дихроические фильтры

Микроскоп

Световод

Бронхоскоп Видео

Протез сетчатки бионического глаза

Сложные устройстваправить | править код

Общетехнические устройства
- Телескоп
- Микроскоп
- Ультрамикроскоп
- Спектроскоп
- Оптический измерительный прибор
- Видеоаппаратура
- Киноаппаратура

фототехника
- Фотоаппарат
- Объектив
- Светофильтр
- Дихроические фильтры
- Дихроическая призма

Медицинское оборудование
Бронхоскоп, Цистоскоп

Оптические биоинженерные технологии
Бионический глаз человека

Некоторые важные оптические системы и их элементыправить | править код

Очки
Бинокль и Подзорная труба
Линза и Лупа
призма
Зеркало
Диафрагма
Прозрачная пластинка, пластинка в полволны, пластинка в четвертьволны
Оптический клин
Оптическая линейка
Светофильтр
Щели
Поляризатор
Дифракционная решетка
Зонная пластинка
Модулятор
Оптические материалы
Световолноводная оптика
Медикобиологические оптические разработки
Спектроскоп

Общие сведения[править | править код]

В зависимости от расположения центров кривизны всех преломляющих поверхностей оптической системы на одной прямой (именуемой главной оптической осью системы) они могут быть центрированными, или (если сохраняются гомоцентричность пучков и изображение геометрически подобно предмету) идеальными оптическими системами.

Все источники световой энергии света — излучатели не зависимо от природы получения светового луча (от нагрева излучателя, лазерных источников излучения, термоядерных излучений и других источников, преобразующие в свет другие формы или виды движения материи (тепловые, химические, электрические и т. п.) не являются элементами рассматриваемых оптических систем. Источник света является самостоятельным материальным объектом, который попав в оптическую систему преобразуется, трансформируется этой оптической системой.

Источники света могут быть образованы в свою очередь другими оптическими системами, которые независимые и не связаны с рассматриваемыми ОС. (Например, Осветительные приборы — ОС являются источниками света для других ОС — фото\видеоаппаратуры, киноаппаратуры и др.).

Оптические приборы. Глаз как оптическая система

Оптические приборы – это устройства, предназначенные для получения на экране, светочувствительных пленках, фотопленках и в глазу изображений различных предметов.

Лупа – это короткофокусная двояковыпуклая линза, предназначенная для относительно небольшого увеличения изображения.

Увеличение лупы рассчитывается по формуле:

где \( d_0 \) – расстояние наилучшего зрения, \( d_0 \) = 0,25 м.

Для получения увеличенного изображения предмет помещают перед линзой на расстоянии немного меньше фокусного. Изображение получается мнимым.

Микроскоп – это оптический прибор, предназначенный для рассматривания очень мелких предметов под большим углом зрения.

Микроскоп состоит из двух собирающих линз – короткофокусного объектива и длиннофокусного окуляра, расстояние между которыми может изменяться:

где \( F_1 \) – фокусное расстояние объектива; \( F_2 \) – фокусное расстояние окуляра.

Фотоаппарат – прибор, предназначенный для получения действительных, уменьшенных, перевернутых изображений предметов на фотопленке.

Предметы могут находиться на разных расстояниях.

Мультимедийный проектор – оптическое устройство, с помощью которого на экране получают действительное, увеличенное изображение, снятое с источника видеосигнала.

Человеческий глаз – оптическая система, подобная фотоаппарату.

Зрачок регулирует доступ света в глаз. Диаметр зрачка уменьшается при ярком освещении и увеличивается при слабом.

Хрусталик имеет форму двояковыпуклой линзы с показателем преломления 1,41. Он может изменять свою форму, в результате чего меняется его фокусное расстояние. При рассмотрении близких предметов хрусталик становится более выпуклым, при рассмотрении удаленных предметов – более плоским.

На сетчатке глаза образуется действительное, уменьшенное, перевернутое изображение предмета. Благодаря большому количеству нервных окончаний, находящихся на сетчатке, их раздражение передается в мозг и вызывает зрительные ощущения.

Зрение двумя глазами позволяет видеть предмет с разных сторон, т. е. осуществлять объемное зрение.

Если смотреть на предмет одним глазом, то, начиная с 10 м, он будет казаться плоским, если смотреть на предмет двумя глазами, то это расстояние увеличивается до 500 м.

Угол зрения – это угол, образованный лучами, идущими от краев предмета в оптический центр глаза.

\( \varphi \) – угол зрения.

Аккомодация глаза – это свойство глаза, обеспечивающее четкое восприятие равноудаленных предметов путем изменения фокусного расстояния оптической системы.

Предел аккомодации – от \( \infty \) до 10 см.

Расстояние наилучшего зрения – это наименьшее расстояние, с которого глаз может без особого напряжения рассматривать предметы:

Дефекты зрения

Близорукость – это дефект оптической системы глаза, при котором ее фокус находится перед сетчаткой. Близорукий глаз плохо видит отдаленные предметы.
Дальнозоркость – это дефект оптической системы глаза, при котором ее фокус находится за сетчаткой. Дальнозоркий глаз плохо видит близкие предметы.

Очки – это простейший прибор для коррекции оптических недостатков зрения.

Близорукость исправляют с помощью рассеивающих линз.

Дальнозоркость исправляют с помощью собирающих линз.

Современные разновидности приборов

Среди разнообразия технических конструкций увеличительные приборы занимают особое место. Ведь без них дойти до истины и доказать ту или иную теорию сложно, особенно когда речь идет о микромире.

Современные технологии предлагают следующие разновидности подобных устройств:

1. Лупы. Строение увеличительных приборов такого типа достаточно простое, поэтому среди аналоговых по действию они появились первыми.

2. Микроскопы. Сегодня можно выделить несколько разновидностей:

оптический или световой;
электронный;
лазерный;
рентгеновский;
сканирующий зондовый;
дифференциальный интерферонно-контрастный.

Каждый находит широкое применение не только в биологических науках, но и в химии, физике, космических исследованиях, генной инженерии, молекулярной генетике и так далее.

Гарантия

Гарантия подразумевает бесплатный ремонт и замену деталей при обнаружении дефектов или возникновении неисправностей. Список обслуживаемых дефектов отображен в гарантийном талоне.

Срок обслуживания для биноклей варьируется в диапазоне от 1 года до десятков лет. Последнее присуще оптическим приборам премиум-класса, цена которых выше стандартных.

Стоит запомнить: ни в коем случае самостоятельно не разбирайте устройство, если у вас не закончилась гарантия. В противном случае, гарантийный талон аннулируется. Соблюдайте обязательные правила эксплуатации, которые прописаны в инструкции.

Точный перечень предоставляемых услуг, условий получения сервиса и срока гарантии индивидуален для каждой модели отдельного производителя.

Виды и характеристики биноклей

По схеме изготовления различают:

Бинокли Галилея. Простые и дешевые устройства. Конструкция – сочетание выпуклой линзы, которая собирает свет, и вогнутой, которая его рассеивает. Такие приборы получаются легкими и компактными.

Главный недостаток – это слишком маленький обзор.

Бинокли Кеплера имеют собирающие линзы и в окуляре, и в объективе. А для получения нормальной картинки между ними помещают оборачивающие призмы, которые делятся на:

призмы Порро. В конструкции используются призмы в форме Z. По этой причине луч света четыре раза меняет направление. Изображение передается ярко, без потерь и искажений. Конструкция получается не слишком длинной, но широкой, если сравнивать со следующим типом.
призмы Аббе и Шмидта-Пехана, иначе, Руф. Оптические приборы с такими составляющими компактны, но дороже и сложнее в изготовлении. Кроме того, характеристики подобных устройств не отвечают должному качеству. Призма сделана так, что луч 3-5 раз меняет направление, но в итоге возвращается на первоначальную линию.

По назначению выделяют:

Театральные. Компактный, легкий, но с малой увеличительной способностью и небольшим обзором.
Полевые отличается светосилой и кратностью.
Военный схож с полевым, но еще для него обязательны такие характеристики: водостойкость, прочность, поле обзора, портативность.
Астрономическому биноклю присуща высокая кратность. Размеры и вес предполагают использование техники со штативом.
Морской имеет увеличенную прочность и водостойкость. И в силу своей специфики характеризуется дополнительными технологиями: дальномер, встроенная стабилизация.
Биноклю для охоты необходима четкость изображения.
Бинокль ночной видения отличается повышенной светосилой.
С функцией фото- и видеозаписи (для цифровых биноклей).

По размеру объектива:

До 30 мм.
30-39 мм.
От 40 мм.

Чем больше объектив, тем шире обзор, выше светосила и кратность.

В комплект, помимо самого бинокля, входят:

Защитные крышки для объективов и окуляров.
Чехол.
Салфетки и чистящие средства для линз.
Ремешок.
Инструкция по эксплуатации.
Гарантийный талон.

Какими бывают?

Увеличительные приспособления для чтения делят на различные категории, в зависимости от конструкции и назначения. Существуют такие разновидности луп.

Прибор в рамке-держателе. Конструкция может быть как гибкой, так и твердой.
Настольная лупа с опорой для чтения за столом.
Прибор с подсветкой.
Прямоугольные и квадратные приборы. Первый тип приспособления крепится на страницу книги или документа формата A4. Световой поток падает по вертикальной направляющей без каких-либо отсветов и теней. Квадратные лупы имеют плоскую поверхность с линзой из пластика. Их можно использовать в качестве закладки для книг. Пластиковые лупы намного дешевле, но имеют единственный минус — быстро царапается поверхность.
Карманное приспособление. Имеет вид брелока.
Квадратные линзы.
Электронные лупы обладают большой кратностью увеличения — до 25 раз. Некоторые приборы оснащены подставкой, что позволяет слабовидящим людям не только читать, но и писать.

Советы и рекомендации

Часовая или ювелирная лупа должна быть не только качественной, но и удобной. Можно использовать дополнительные аксессуары для увеличения уровня комфорта при работе. Так, различные прищепки и поворотные штативы позволяют установить лупу в максимально удобном положении. Оптический прибор располагается на выбранной поверхности и фиксируется в нужном положении.

Особое внимание следует уделять лупе с подсветкой

Важно, чтобы модель имела защиту от царапин и легких механических повреждений. Такая лупа должна надежно устанавливаться на рабочей поверхности или фиксироваться на руке. Такая лупа должна надежно устанавливаться на рабочей поверхности или фиксироваться на руке

Такая лупа должна надежно устанавливаться на рабочей поверхности или фиксироваться на руке.

Применение лупы с подсветкой значительно упрощает работу с мелкими деталями. Такая модель позволяет меньше напрягать зрение. При правильном выборе конструкция вовсе не доставляет проблем. Уход за линзой максимально простой, достаточно начищать ее мягкой тканью для избавления от пыли

Важно защищать лупу от падений, ударов и других механических воздействий

Ювелирные лупы Levenhuk Gem представлены далее.

Краткая история

Любопытно привести этимологию слова «линза». Оно ведет происхождение от латинских слов lens и lentis, что означает «чечевица», поскольку оптические объекты по своей форме действительно похожи на плод этого растения.

Преломляющая способность сферических прозрачных тел была известна еще древним римлянам. Для этой цели они применяли круглые стеклянные сосуды, наполненные водой. Сами же стеклянные линзы начали изготавливаться только в XIII веке в Европе. Использовались они в качестве инструмента для чтения (современные очки или лупа).

Активное использование оптических объектов при изготовлении телескопов и микроскопов относится к XVII (в начале этого века Галилей изобрел первый телескоп). Отметим, что математическая формулировка закона преломления Стелла, без знания которой невозможно изготавливать линзы с заданными свойствами, была опубликована голландским ученым в начале того же XVII века.