Многие считают оптику наукой статичной, старой, в которой все давно известно, чем-то вроде евклидовой геометрии. Однако это не совсем так.
В современной оптике существует масса проблем, решение которых требует серьезных исследований в области материаловедения, электроники, вычислительной техники, технологии обработки самых разнообразных материалов и даже медицины.
Современные оптические приборы очень далеко ушли от своих прародителей, простейших линз и раздвижных подзорных труб.
Из оптических приборов, которыми время от времени пользуется большинство людей, сейчас наибольшее распространение получили (за исключением очков, которые тоже являются оптическим прибором) фотообъективы, бинокли, подзорные трубы и несколько меньшей степени приборы ночного видения. Бинокли известны давно, и конструкторы многих фирм-производителей научились достаточно уверенно проектировать их оптические системы, добиваясь качественного изображения в окулярах, но одна проблема, связанная с желанием потребителя получить прибор с максимальным увеличением, продолжает существовать.
Дело в том, что человеческий глаз устроен таким образом, что если изображение неподвижно на сетчатке глаза, то глаз развивает максимальную разрешающую способность и может различать детали порядка 60 угловых сек. Однако если изображение перемещается по сетчатке (“прыгает”), то разрешающая способность резко ухудшается, вплоть до полной ее потери (при быстрых и резких перемещениях изображения по сетчатке глаза). Дрожания изображения увеличиваются по сравнению с колебаниями 10-кратного бинокля в 10 раз, а для 20-кратного в 20 раз.
Что же происходит, если попробовать последовательно посмотреть в бинокли разного увеличения?
Вначале с ростом увеличения качество изображения растет. Так, глядя в 5-кратный бинокль, можно различать объекты в 12, а в 8-кратный – 7,5 угл. сек.
Однако далее появляются проблемы – ведь с ростом увеличения растет и скорость движения изображения на сетчатке глаза из-за тремора рук или колебаний, создаваемых движущимся автомобилем, яхтой, самолетом. Это приводит к тому, что для наблюдателя с 10-кратным и более биноклем вместо улучшения различения происходит его ухудшение. В этой ситуации получается, что обычный 8-кратный бинокль оказывается полезнее сильного 20-кратного.
Вначале для того чтобы стабилизировать изображение, “сильные” бинокли устанавливали на штатив. Бинокль переставал дрожать, но таскать за собой тяжеленный штатив неудобно. Кроме того, в такой бинокль трудно вести наблюдение с движущейся машины или лодки. Во второй половине прошлого столетия появились бинокли со стабилизацией изображения.
Первые такие системы были основаны на применении гироскопов. Изображение действительно стабилизировалось, но при перемещении бинокля с работающим гироскопом (например, в случае когда наблюдатель, рассматривая панораму местности, плавно ведет бинокль справа налево) изображение стабильным не было. Кроме того, гироскопы долго выходят на режим работы, шумят, много весят, дорого стоят, а на биноклях оказались еще и недолговечными. Ресурс их работы ограничивался 150-200 часами.
Другой путь стабилизации изображения – использование так называемых “плавающих” призм. Микропроцессор, встроенный в бинокль, на основе информации о смещении изображения рассчитывает угол, на который необходимо отклонить одну из плоскостей призмы, а легкий исполнительный механизм исправляет сдвиг картинки практически мгновенно.
Однако для работы механизма стабилизации необходим источник электропитания, да и возможности таких систем парировать колебания изображения ограничены максимальной амплитудой в один угловой градус.
Впрочем, существуют и бинокли со стабилизацией изображения, не требующие источника питания и обеспечивающие стабилизацию в пределах до 7 и более угловых градусов. Конструкторы нашего завода разработали такую систему, и сейчас 16- и 20-кратные бинокли со стабилизацией изображения уже выпускаются. Другая проблема биноклей заключается в том, что ночью и даже в густых сумерках их использовать невозможно. Для ночного времени используют так называемые приборы ночного видения. В последние десятилетия разработано множество конструкций специальных ночных биноклей. Дальность видения таких биноклей в зависимости от состояния атмосферы и уровня естественной ночной освещенности – от 100 до 800 метров. Ночные бинокли, однако, неудобны тем, что ими нельзя пользоваться днем. Приходится иметь два прибора. Эту проблему смогли решить ученые из Сергиева-Посада. Здесь впервые в мире создан бинокль со стереоскопическим изображением как в дневном, так и в ночном каналах. Достаточно передвинуть клавишу на корпусе бинокля – и он переходит из ночного режима в дневной.