Оптические устройства

См. также Оптические устройства (версия Миг)

Основная статья: Оптическая система

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[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.).

Виды оптических систем[править | править код]

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

Оптические натуральные (биологические) системы[править | 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 меньшему[править | 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.

Нанооптика[править | 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 (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.^[1]

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.

Распространённые оптические устройства[править | править код]

Nikon D90

Дихроические фильтры

Микроскоп

Световод

Бронхоскоп Видео

Протез сетчатки бионического глаза

Сложные устройства[править | править код]

Общетехнические устройства

фототехника

Медицинское оборудование
- Бронхоскоп, Цистоскоп

Оптические биоинженерные технологии
- Бионический глаз

Некоторые важные оптические системы и их элементы[править | править код]

Оптические материалы[править | править код]

Основная статья: 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[править | править код]

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[править | править код]

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[править | править код]

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.