Оптические устройства

• См. также Оптические устройства (версия Миг)

Оптические устройства — частные виды оптических систем, включающие совокупность оптических элементов (линз, групп линз — например объективы, окуляры, конденсоры, зеркала, диафрагмы, призмы, световодов и др.). Оптические устройства создают для реализации технических задач.

Оптические устройства обычно представляют собой функционально-законченные технические комплексы, состоящие из отдельных модулей (оптических систем, механических систем, электронных систем управления, и др.).

Искусственные технические оптические системы преобразуют пучки фотонов или квантов (световые лучи, волны) от объектов, по заданным параметрам, в требуемые виды оптических изображений или светового потока (для рассмотрения увеличенных оптических изображений, для анализа свойств волны, для светового оборудования, медико-билогических средств и др.). Нередко оптические устройства предназначены для фиксации оптических изображений (в светочувствительном слое, на фотосенсорах, и т. д.).

Естественные системы, как совокупность оптических или оптикобиологических элементов (хрусталик, зрачок, сетчатка и др.), образуют зрительные органы животого мира, органы зрения — глаза и обеспечивают формирование первичного оптического изображения объектов на сетчатке глаза).

Общие сведения

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.).

Виды оптических систем

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

Оптические натуральные (биологические) системы

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 меньшему

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.

Нанооптика

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 (10¹² Гц), 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)

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.

Распространённые оптические устройства

Nikon D90

Дихроические фильтры

Микроскоп

Световод

Бронхоскоп Видео

Протез сетчатки бионического глаза

Сложные устройства

• 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

Некоторые важные оптические системы и их элементы

• 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
• Оптоволокно (Световод)
• Медикобиологические оптические разработки
• Спектроскоп

Оптические материалы

К оптическим материалам можно отнести прозрачные стёкла и светофильтры, полимеры с органическими красителями для квантовой электроники, материалы черного цвета для чернения поверхностей и герметизации фотодиодов, оптоволокно, эпоксидный компаунд для герметизации оптоэлектронных приборов, оптические клеи и т.д.

Оптические детали

Элементы оптических приборов называют оптическими деталями.

Любые детали приборов могут взаимодействовать со светом, но далеко не все являются оптическими, предназначенными для его изменения (корпус, винты, оправы линз). С другой стороны, совокупность беспорядочно разбросанных оптических деталей также не образует оптические детали. (Такие оптические детали участвуют при изготовлении приборов или существуют как запчасти).

Структура оптических систем

Обычно в сложных оптических системах выделяют несколько подсистем, имеющих самостоятельное функциональное назначение: объектив и окуляр в микроскопе или зрительной трубе; коллиматор, диспергирующая система и камера в спектрографе. Подсистемы, в свою очередь, можно делить на меньшие подсистемы, вплоть до оптических деталей, которые неразложимы с функциональной точки зрения.

Близкие понятия

Следует различать понятия оптические системы, оптические схемы и оптические приборы (оборудование, принадлежности и др. устройства).

• Оптические схемы — это графическое представление процесса изменения света в оптических системах. Кроме оптических подсистем на оптических схемах показывают излучатели и некоторые другие вспомогательные элементы.
• Приборы называют оптическими, если хотя бы одна их основная функция выполняется оптической системой. Таким образом, наличие в приборах оптических систем служат необходимым, но не достаточным признаком оптического прибора. Например, добавление к логарифмической линейке лупы, облегчающей отсчет, не делает линейку оптическим прибором. ОС являются обязательной и необходимой частью оптических приборов, несмотря на то, что стоимость их изготовления может быть сравнительно малой. Основные функции некоторых приборов выполняются не только оптическими, но и другими системами: механической — нивелир, теодолит, электронной — телекамера.

Назначение и устройство оптических приборов обуславливают многообразные функции их оптических систем. Типичная функция оптических систем (и/или их подсистем) — формирование оптических изображений. Они выступают в качестве преобразователей одних световых пучков в другие. Оптические системы, предназначенные для создания требуемых изображений, называются иконическими.

См. также

• Оптика
• Свет
• Омматидий
• Точная механика и классическая оптика
• Нанотехнология

Ссылки

• «Разглядеть всех» информационный портал
• Статья из БСЭ

(или тут)

• http://hitec.nm.ru/papers/fiber2.htm
• http://www.astek-npo.ru/med/equipment/endoscopy/epk1000/eb1570k.htm
• http://www.membrana.ru/print.html?1132336800
• http://www.membrana.ru/articles/health/2005/04/07/205000.html
• http://en.wikipedia.org/wiki/Optical_device

Литература

• Б. М. Яворский и А. А. Детлаф Справочник по физике. — М.: Наука, 1971.