광학기기 光學器機 (optical instrument)

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작성자 최고관리자 작성일12-06-08 15:10 조회16,123회 댓글0건

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개요

태양이나 전등에서 복사되는 빛의 특성인 반사(反射) ·굴절(屈折) ·흡수(吸收) ·간섭(干涉) ·회절(回折) 등을 이용하여 공간에 있는 물체의 상(像)을 형성시키거나, 어떤 물체에서 발사되는 방사선(放射線)을 분석하여 그 물체의 성질을 연구하는 장치의 총칭.

내용

최근에는 레이저광(光)을 복사시켜 거리측정기 ·홀로그래피 ·레이저가공(加工) 등에 이용하는 광학기계나, 광학유리를 섬유속(纖維束)으로 만들어 광전송(光傳送)에 이용하는 일종의 광학관측기구(光學觀測器具)도 만들어지고 있다.

어느 경우나 빛의 반사 ·굴절 ·간섭 또는 회절 등의 성질을 이용하는 것으로서 여기에는 광학유리를 재료로 하는 렌즈 ·프리즘 ·반사경, 때로는 필터 등의 광학계(光學系)가 목적에 맞게 조립되어 형성된다.
다만 레이저광(光)인 경우에는 양자전자공학(量子電子工學)의 개념에 의하여 이해되는 발진기(發振器)가 기기의 형성에 주체를 이룬다.

광학기기는 각기 그 기능에 따라 다음과 같이 분류된다.

① 눈의 시각력 증강을 목적으로 하는 것(루페 ·안경 ·쌍안경 ·망원경 ·현미경 등),

② 렌즈에 의하여 생긴 상(像)의 기록과 그 재현을 목적으로 하는 것(카메라 ·영
화 ·텔레비전 ·비디오촬영기 ·투영기 등),

③ 광학적인 측정을 목적으로 하는 것(거리계 ·트랜싯 ·간섭계 ·광도계 ·굴절계 ·분
광계 ·분광기 ·렌즈미터 등),

④ 상(像)의 전파(傳播), 정보전달(통신) 등 광학섬유속에 의한 상의 전송을 하는
것(파이버스코프 ·가스트로스코프, 그 밖의 상전송기기),

⑤ 가간섭성(可干涉性) 레이저광(光)을 주체로 한 광학기계(카메라 ·통신 ·측량 ·測距儀 ·홀로그래피 ·간섭계 ·가공기술 등).

이상과 같이 최근에 와서 광학기기의 영역과 그 응용은 널리 다방면에 걸쳐 개발되고 있다.

일반적으로 광학기기의 기초는 광학적으로 우수한 특정의 광학상수(光學常數)를 가진, 이른바 광학유리에 있다.
우수한 렌즈(카메라 ·망원경 ·현미경 기타)는 특유의 각종 수차(收差:色收差 ·球面收差 ·코머收差 ·非點收差 ·歪曲收差 ·彎曲收差)를 가능한 한 없앨 수 있게 설계된다.

그러기 위해서는 렌즈 재료인 유리를 광학상수(굴절률 ·분산율 ·아베값)가 광범위하게 변화하는 유리를 선정함으로써 이들 수차를 없앨 수 있는 가능성이 커진다. 19세기 말까지도 소다석회유리 ·칼륨석회유리 ·납유리 계통 등의 유리밖에 없어서 굴절률과 분산능은 비례적이었고, 더욱이 변화의 영역이 좁은 범위의 것밖에 얻지 못하였다.

그러던 것이 1883년경부터 예나대학의 아베 교수의 지도 하에 오토 쇼트가 예나에 광학유리제조소를 세워 그때까지 얻지 못한 광학상수를 가진 광학유리, 특히 바륨을 함유한 광학유리를 만들게 되었다.
그 후, 무수차(無收差)렌즈의 설계가 자이스사(社)의 루돌프 등에 의해서 이루어진 것이 계기가 되어, 특별히 우수한 카메라 렌즈가 개발되기에 이르렀다.

그리고 1939년경부터 미국 카네기 지구물리연구소의 모레이 박사 등에 의하여 희원소(稀元素), 특히 란탄 ·탄탈 ·탈륨 ·토륨 등의 산화물을 함유시킨 붕규산(硼珪酸)유리가 광학유리로서 쓰이게 되고, 다시 그 밖의 사람들에 의해서 저굴절(低屈折) ·고분산(高分散)의 플루오르산염계(系)의 광학유리가 만들어지게 되었다.

이와 같은 광학유리를 재료로 하여 렌즈를 설계함으로써 무수차 ·광각(廣角)의 밝은 카메라 렌즈가 등장하기에 이르렀다.
광학기기 중 특히 카메라의 성능을 높이기 위하여 렌즈의 표면에 엷은 막을 증착(蒸着)시킴으로써 어느 특정한 빛의 반사를 방지할 수 있어서 상(像)의 밝기를 한층 높인 것과 컴퓨터의 이용으로 렌즈 설계가 능률적으로 된 것은 주목할 만한 일이다.

근래에는 반지름이 약 40μm의 섬유 모양의 유리를 몇 만 가닥이나 다발로 한 광학계(光學系)가 쓰이게 되었는데, 그것은 한 쪽 끝을 빛의 입사단면(入射端面), 다른 쪽을 출사단면(出射端面)으로 하고 전반사(全反射)에 의하여 적외선(열선) 또는 상(像) 등에 의한 광통신(光通信) 등의 광학기기의 전송체(傳送體)로서 중요한 역할을 하게 되었다.
또, 고체레이저 발진기로서 네오디뮴 등을 함유한 광학유리가 그 효과를 발휘하고 있다.

그리고 최근에는 광학변환(optical transfer function:OTF)으로 렌즈에 의하여 생긴 화상(畵像)에 어떤 함수변환(函數變換)을 시켜 원래의 상(像)의 조도분포(照度分布)와는 다른 상(像)의 조도분포를 만들어 그 분포상태를 알아보는 화상정보전달(畵像情報傳達)의 과학(기술)이 대두하게 되었다.
이것은 렌즈의 특성을 화상분포 상태하에서 해석 음미하는 데에 도움이 된다. 여기에는 수학의 푸리에변환(變換)방식이 적용된다.

현재는 적외선 스펙트럼, 자외선 스펙트럼 연구가 활발해졌으므로, 이 방면의 광학기기로서 적외선 및 자외선 분광기 및 이것에 적응하는 렌즈, 프리즘의 재료가 개발되고 있다.

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