Изготовление линз для оптических приборов: Оптические элементы на заказ

Содержание

Оптические элементы на заказ

Исторически оптическими элементами являлись линзы, призмы и зеркала. Существует легенда, что ещё Нерон пользовался для наблюдения боёв гладиаторов увеличительным стеклом, образованным кристаллом изумруда, отшлифованным в виде чечевицы линзы.

В 19 веке эта триада была дополнена так называемыми поляризаторами, дифракционными решётками.

Затем, почти одновременно, появились элементы волоконной оптики (гибкие световоды), элементы голографической техники (например — толстослойные фотопластинки) и элементы нелинейной оптики, (например — кристаллы, используемые для преобразования частоты света).

Общее количество базовых оптических элементов в ближайшие годы вряд ли превзойдёт десяток.

Совокупность определённым образом размещённых в пространстве базовых оптических элементов, принимающих непосредственное участие в преобразовании поля излучения, называется оптической системой.

Классификация оптических элементов

В большом числе случаев рабочая поверхность оптических элементов представляет собой поверхность тела вращения, ось симметрии которого одновременно становится главной оптической осью оптического элемента. В оптическом приборе, состоящем из нескольких установленных друг за другом оптических элементов, главные их оптические оси, как правило, совмещаются.

Технологически наиболее простыми в изготовлении и потому наиболее широко применяемыми являются оптические элементы, образованные поверхностями, имеющими сферическую или плоскую форму.

Существенное значение имеет пространственная ориентация сферической поверхности.

Отражающие оптические элементы (зеркала), поверхность которых вогнута по направлению распространения излучения позволяют концентрировать перед собой поток излучения и, наоборот, рассеивать его в стороны, если это поверхность выпукла.

Для преломляющих оптических элементов (линз) имеет значение, будут ли они толще у оптической оси, чем на периферии, или же наоборот — тоньше. При этом вопрос о том, будет ли такая линза «собирательной» или же «рассеивающей» зависит от того, будет ли коэффициент преломления ее материала больше, чем у окружающей среды, или наоборот. Более «толстая» по оси линза с коэффициентом преломления большим, чем у окружающей среды, будет концентрировать излучение в пространстве предметов, т.е. «собирательной».

Известны оптические элементы, рабочая поверхность которых имеет цилиндрическую форму (анаморфотная оптика). Такие элементы использовались в проекторах для широкоэкранного кино.

В современном мире лазеры и оптоэлектронная техника играет огромную роль в успешности Вашего бизнеса. Наша компания идёт навстречу своим клиентам и занимается производством и продажей данной продукции наивысшего качества. Приборы, состоящие из оптических элементов, мы производим из лучшего сырья. Благодаря прогрессивным технологиям обработки, шлифования, полировки и использования покрытий, наши изделия очень эффективны в эксплуатации.

На сегодняшний день, наша компания является одним из ведущих поставщиком оптических элементов в Москве. В нашем интернет – магазине Вы можете заказать прямо сейчас линзы, окна, призмы, расширители пучка, интерференционные светофильтры для различных типов оборудования. Вся продукция соответствует требованиям ГОСТ 11141-84

Всю продукцию Вы можете заказать как в единичном экземпляре, так и целую партию.

Мы предлагаем Вам:

Линзы:

  • плосковыпуклые линзы из оптических кристаллов CaF2, ZnSe, Ge,
  • плосковыпуклые и плосковогнутые линзы из кварца,
  • тип ВК7, класс А: плосковыпуклые, двояковогнутые, плосковогнутые, двояковыпуклые, менисковые, произведенные методом прецизионного отжига;
  • ахроматические дуплеты из оптического стекла (Крон и Флинт).


Призмы:

Отражательные – прямоугольные, кубы, призмы Дове, клиновидные, призмы с крышей, призмы с алюминиевым покрытием и черной эмалью, пентапризмы.

Дисперсионные – чаще простые трехгранные призмы разделяющие лучи с разной длиной волны, есть и другие.

 

Расширители пучка лазера

Данные оптические системы служат для увеличения диаметра лазерного пучка.

Все линзовые телескопические расширители пучка оснащены плавной регулировкой кратности увеличения в диапазоне 1,5 – 20 крат, что позволяет легко производить настройку.

Продукция рассчитана для разных длин волн – 532 или 1064 нм.

  


Интерференционные светофильтры.

На стеклянную подложку наносятся тончайшие слои диэлектрических покрытий. Интерференционные светофильтры предназначены для управления параметрами излучения.

Благодаря данной технологии, мы готовы создавать для Вас изделия по Вашим индивидуальным чертежам. Это могут быть:

  • Полосовые фильтры выделяют полосы пропускания в ультрафиолетовом, видимом и ближнем ИК диапазоне, отсекая ненужное излучение других диапазонов.
  • Отрезающие интерференционные светофильтры. Они разделяют поток излучения по спектральному составу и изготавливаются двух видов: длинноволновые пропускающие фильтры (Long Pass или LP), отражающие коротковолновую часть спектра и пропускающие излучение длинноволновой части спектра, и коротковолновые (Short-Pass, SP), выполняющие противоположную функцию.

Если Вам нужны оптические элементы, смело обращайтесь в нашу компанию. Мы принимаем любые заказы и изготавливаем продукцию по Вашим индивидуальным чертежам. Мы учтём все Ваши пожелания по поводу толщины, спектральных характеристик, габаритных размеров и наличия покрытий.

Наши опытные сотрудники готовы ответить на все вопросы.

Доступные цены Вас приятно удивят.

Для удобства, Вы можете воспользоваться услугой «Заказать обратный звонок», любые консультации бесплатны.

Изготовление микроскопов, оптических деталей и приборов

Процесс изготовления таких изделий как прецизионные оптические детали и приборы подчинён строгому графику, когда все производственные операции регламентированы и оптимизированы. Здесь нет места ошибкам, компромиссам и небрежному отношению к мелочам. Приведённые ниже статьи иллюстрируют подходы проекта Labor-microscopes

® к выбору и использованию всех составляющих технологического процесса.

Оптические материалы (стекло, кристаллы и др.), их технические и потребительские свойства определяют качество и добротность изготавливаемой оптической детали. Она должна быть прозрачной, не иметь включений, стойкой к внешним механическим и атмосферным воздействиям. Именно поэтому мы используем только качественные оптические материалы, соответствующие требованиям норм и стандартов, имеющие паспорта и аттестаты. Приведённые справочные материалы дают представление о многочисленности и важности технических параметров оптических материалов. Нашими инженерами эти сведения используются в процессе подготовки и непосредственно при изготовлении оптических деталей.

Всё, что связано с изготовлением оптических деталей микроскопов и других оптических приборов нашего проекта, а также проведением сборочных, контрольных, юстировочных и аттестационных работ, осуществляется силами участника проекта «НПП Фокус». Приведённые на этой странице материалы иллюстрируют уровень технологий этого предприятия, возможности применения различных оптических материалов, оснащённость парком станков и контрольных приспособлений.

Этот материал доказывает, что в проекте Labor-microscopes® действительно осуществляется производство микроскопов и других прецизионных оптических приборов. При этом существующая производственная и технологическая дисциплина обеспечивает выпуск приборов высокого качества, соответствующих техническим условиям, другим требованиям конструкторской и регламентной документации.

Общая презентация технологий
Основные производственные участки

Используемые оптические материалы:

Типовые оптические детали

Прецизионные механические узлы

Оптические клеи

Производство | Компания НПП «Александр»

Производственный комплекс компании оснащён последними техническими новинками. Мы организовали полный цикл производства: от заготовительного участка до нанесения покрытий, механообработки деталей и оптомеханики. Практически все участки нашего предприятия «чистые», оборудованы в соответствии со всеми требованиями для производства высококлассных деталей.

Производство включает в себя следующие участки:

Оборудование:

  • Станки Optotech для микрооптики, диаметром от 2мм. На станках OptoTech производится обработка сферических и асферический поверхностей из стекла и кристаллов Si, ZnSe CVD, ZnS и Ge.
  • Станки DMG для изготовления сложных профилей для защитных стекол из оптического стекла и кристаллов. Станки DMG для изготовления механических деталей токарной и фрезерной группы.
  • Установки Leybold Optics для нанесения всех типов оптических покрытий для УФ, видимого и ИК-диапазона.

Производственный участок Optotech

Немецкий производитель прецизионных станков для производства высокоточных оптических элементов OptoTech является нашим стратегическим партнёром. Благодаря взаимовыгодному сотрудничеству на площадях «ООО НПП «АЛЕКСАНДР» создан один из крупнейших участков оптических станков ЧПУ, позволяющий производить и контролировать качество широкой номенклатуры оптических элементов из оптического стекла и кристаллов – от микрооптики до крупногабаритной асферической оптики. Парк оборудования OptoTech насчитывает более 10 единиц станков и приборов контроля.

Продукция:

  • Микрооптика (диаметр от 2 мм)
  • Сферический линзы (диаметр от 2 до 250 мм) из оптического стекла, кварца, кристаллов (Ge, Si, ZnSe, ZnS)
  • Асферические линзы (диаметр от 2 до 250 мм) из оптического стекла, кварца, кристаллов (Ge, Si, ZnSe, ZnS).

Оптическое производство

Оптическое производство компании «ООО НПП «АЛЕКСАНДР» имеет возможность выпускать широкую номенклатуру высокоточных оптических изделий из оптического стекла, кварца и кристаллов. Персонал состоит из более 100 оптиков имеющих большой опыт в производстве оптических элементов из различным материалов.

Материалы:

Продукция:

  • Заготовки
  • Защитные стекла
  • Микрооптика
  • Сферические линзы
  • Цилиндрические линзы
  • Асферические линзы
  • Обтекатели (колпаки) из стекла и кристаллов: ZnSe, ZnS, сапфира, Al2O3, CaF2, Si, Ge
  • Иллюминаторы из стекла и кристаллов: Al2O3, CaF2, ZnSe CVD, ZnS
  • Крупногабаритная оптика
  • Призмы
  • Зеркала
  • Светофильтры

Высокоточные призмы и призменные блоки

Компания «ООО НПП «АЛЕКСАНДР» изготавливает призмы следующих типов: пента-призмы, призмы Дове, прямоугольные призмы, триппель призмы, многоугольные призмы, клинья, МНПВО и НПВО призмы из оптического стекла ЛЗОС, Schott и OHARA, кварца, Ge, Si, ZnSe, ZnS, CaF

2, BaF2, MgF2, LiF, Al2O3. Мы в состоянии осуществить самые сложные заказы по изготовлению призм, специалисты компании имеют большой опыт в изготовлении призм с секундной точностью и высокими классами чистоты.

  • анаморфотные призменные пары («искажение» размера изображения по одной из осей)
  • триппель призмы (ретрорефлекторы) из стекла, точность ±2 секунды (поворот оси пучка на 180 град.)
  • аксиконы
  • зеркальные трехгранные уголковые отражатели (ретрорефлекторы) отклонение отраженного пучка ±1 секунда (поворот оси пучка на 180 град.)
  • дисперсионные призмы: равносторонние; равнобедренные призмы Брюстера
  • призмы Дове (поворот изображения)
  • призмы Пеллин-Брока (дисперсионные)
  • призмы Порро (поворот оси пучка на 180 град.)
  • пентапризмы с алюминиевым покрытием (поворот оси пучка на 90 град.)
  • призмы Амичи или «крыша» (прямоугольная призма для одновременного поворота изображения  и оси пучка  на 90 град.)
  • прямоугольные призмы
  • многоугольные призмы

Технические  данные:

  • Точность ± 1 секунда
  • Класс чистоты – 0

На предприятии функционирует участок по склейке высокоточных призменных блоков по ТЗ заказчика.

Оптические покрытия

В 2012 году в рамках расширения и модернизации оптического производства в г. Рязань – был создан уникальный участок по разработке и нанесению оптических покрытий во всем спектре от УФ до глубокого ИК с различной степенью сложности – от простых просветляющих до специальных многослойных покрытий по ТЗ заказчика. Парк оборудования производственного комплекса составляет модернизированные под собственную технологию вакуумные установки Leybold Optics. 

С момента создания участка разработаны и внедрены в производство различные технологии оптических покрытий, такие как — нанесения многослойных интерференционных покрытий с ионным ассистированием на оптические элементы, позволяющая получать покрытия со спектральными характеристиками, устойчивыми к изменению эксплуатационных параметров внешней среды.

Процесс вакуумного напыления сопровождается применением современных технологий: ионным ассистированием процесса напыления с использованием световой энергии частиц в вакууме для удаления дефектов на оптических деталях и без нагрева подложек, компьютеризованным управлением и оптическим контролем, позволяющем добиваться неизменно высоких результатов от процесса к процессу.

Для проверки оптики с требованием к высокой лучевой прочности создан специальный стенд.

Участок укомплектован современным оборудованием для контроля качества продукции.

Сфера применения: лазерная техника, системы спец. назначения, наука, медицина.

Типы покрытий:

  • Просветляющие покрытия
  • Высокоотражающие диэлектричесие зеркальные покрытия
  • Светоделительные покрытия
  • Фильтрующие покрытия
  • Металлические покрытия
  • Покрытия с высокой лучевой прочностью
  • Алмазоподобные DLC-покрытия

Металлообработка

В 2015 году компания «ООО НПП «АЛЕКСАНДР» провела расширение и модернизацию собственного механического производства. В рамках стратегического сотрудничества  с производителем прецизионных станков ЧПУ для металлообработки DMG-Mori – было создано современное механическое производство ЧПУ с большим парком токарных и фрезерных обрабатывающих центров, в том числе с 5-ти координатными фрезерными станками.

На существующих производственных мощностях предприятие способно изготавливать сложные изделия из различных металлов и сплавов –  в том числе таких как титан, дюраль.

Механическое производство  способно выполнять заказы на опытные образцы и выполнять серийные заказы с широкой номенклатурой. Производственный комплекс укомплектован высококвалифицированным персоналом и приборами для проверки и обеспечения высокого качества продукции.

Виды работ:

  • Токарные операции (длина до 1500мм, диаметр — до 760мм)
  • Фрезерные операции, в том числе 5-ти координатные (поля обработки 508мм х 762мм и 406мм х 1016мм)
  • Плоскошлифовальные работы (поле обработки 200мм х 600мм)
  • Круглошлифовальные работы (длина до 700мм, диаметр – до 250мм)
  • Зубофрезеные работы (диаметр — до 250 мм)
  • Гальванические покрытия (анодирование, хромирование, цинкование, никелирование, оксидирование)

Контроль качества

Высокий уровень качества выпускаемой продукции подтверждается сертификатами соответствия системы менеджмента качества внедренных на нашем предприятии и стандартам ISO 9001: 2015, ГОСТ РВ 0015-002-2012, а также многочисленными премиями, дипломами и наградами.

Особенности изготовления и применения оптического стекла

В зависимости от материала изготовления оптические стекла бывают неорганическими, органическими и минералоорганическими. Каждый вид оптического стекла имеет свои константы – показатели преломления волн в пределах одного спектрального участка.

В целом оптическое стекло – это материал с однородной структурой и определенными физическими константами. Основные характеристики материала – это дисперсия и показатель преломления. Применение оптического стекла затрагивает разные сферы. Преимущественно это изготовление линз, призм, кювет, отдельных элементов для оборудования.

По оптическим свойствам такое стекло должно отличаться высоким уровнем прозрачности, не содержать вкраплений, свилей, трещин и пузырьков воздуха. Оптическая плотность стекла, которая определяет его прозрачность, должна быть высокой и находиться в соответствии с принятыми нормами.

Технология изготовления оптических стекол

Рассмотрим, как делают оптическое стекло в условиях современного производства. По технологии производственный процесс происходит аналогично изготовлению листового стекла, при высоких температурах на специальном оборудовании. Смесь варят в емкостях при температуре выше 1500 градусов. Процесс занимает более суток, после того, как смесь готова, ее извлекают из печи и медленно охлаждают, что может занять до 8 дней.

Когда материал остыл, его сортируют по размерам и отправляют на доработку. Готовые детали из стекла производят из заготовок или прессованных плиток. Заготовки могут нагревать повторно до 500 градусов и медленно охлаждать. Готовое стекло проходит тщательный контроль на предмет выявления дефектов и трещин. После этого следует заключительный производственный этап – шлифовка и полировка изделия. На это требуется около трех дней.

Какие есть типы оптического стекла

Выделяют прозрачные оптические стекла и цветные – оранжевые, красные, желтые, инфракрасные. Бесцветные стекла используют при изготовлении линз, деталей для измерительных приборов и наблюдательных систем, пластинок.
Чтобы получить неорганические цветные стекла, в белое стекло при варке вводят вещества с содержанием селена, меди или золота. К числу неорганических относится также кварцевое стекло — материал, содержащий в составе кремнезем, благодаря которому повышается стойкость к деформациям и образованию трещин. Из прозрачного и непрозрачного кварцевого стекла изготавливают сувениры, смотровые стекла, трубы, различное оборудование для приборостроения.

Обращение к коллегам-оптикам

Уважаемые коллеги-оптики!

Представляем Вашему вниманию новое и уникальное издание – каталог-пособие OPTICMASTER. Описания станков, инструментов и расходных материалов даны здесь в контексте трудовых действий с промежуточным и конечным результатом. За основу профессиональных компетенций взяты выдержки из нового ПРОФСТАНДАРТА для специалиста по изготовлению медицинской оптики, в разработке которого мы принимали участие. Для обоснования актуальности и важности идеи пособия — создать (изготовить) индивидуальные качественные, точные очки самим (своими руками) и взять их на пожизненное обслуживание – коснемся истории.

Основав компанию ЗАО «Оптик Мастер» 8 октября 1999 года в Санкт-Петербурге, нам посчастливилось зарегистрировать собственную торговую марку ОПТИКМАСТЕР/OPTICMASTER. Известность, постоянные покупатели, эксклюзивные поставщики, а следом экономический рост и устойчивость пришли позже. Однако, предназначение бизнеса уже было заложено в имени – помогаем создать будущего оптика-мастера, обеспечив его технологиями, знаниями, интересной и оплачиваемой работой, а главное – пользой, смыслом его ремесла. Напомним, что в прошлом веке специальность «сборщик очков», а сегодня и «техник-оптик» — это официальное название профессии. «Мастер» или «оптик-мастер» («мастер-оптик») – это, на наш взгляд, больше категория заслуженная, ведь плохого специалиста мастером не назовешь. В нашем бизнесе предела качеству и совершенству нет, как нет и ограничения в количестве, разнообразии и стоимости предлагаемых «Оптикой» услуг.

За последние 20 лет в оптическом бизнесе поменялось многое: формы и модели оправ, материалы, покрытия и характеристики очковых линз, способы и технологии крепления линз в оправу, сервис и ремонт проданных очков. Казалось бы, вот они гарантии развития и процветания «Оптики». Но есть и основные противоречия, камни преткновения, заложенные, кстати, в те же самые последние десятилетия. Контактная коррекция уверенно вошла в розничную « Оптику» и лидирует в интернет-продажах, сокращая количество заказов на изготовление очков. Отсутствие инвестиций в передовые технологии по изготовлению, сервису очков, покраске полимерных линз сокращает количество и снижает качество предоставляемых услуг. Общий невысокий профессиональный уровень специалистов по изготовлению очков (в основном это самоучки), а в некоторых случаях отсутствие своих мастеров как таковых, неминуемо сказывается  на качестве изготовления и выправки и является во многом причиной невозврата клиентов в данный салон. Клиент не знаком с мастером и обратная связь, как и культура обязательной профилактики, сервиса и ремонта очков, отсутствует и не закладывается при первом посещении салона. Перепродажа оптических изделий (очки, контактные линзы, солнцезащитные очки) и чужой работы (изготовление, диагностика (рецепт), покраска и ремонт) с минимальной ответственностью за результат (видит клиент в новых очках или не видит, удобно ему или нет) – это реалии и «грабли» нашего бизнеса «Оптика» сегодня и в ближайшее время. При падении покупательского спроса и открытой ценовой конкуренции в интернете, бизнес «перепродажа», не подкрепленный услугами, становится рискованным, нерентабельным и, загоняя себя в угол, постепенно угасает. С услугами же, на наш взгляд, происходит все наоборот. Клиенты больше ориентированы на качественную услугу, гарантии, сервис и обратную связь и возвращаются туда, где им удобно, понятно и выгодно.

Что на сегодня представляет для Вас, коллеги, Ваш бизнес, Ваша «Оптика»? Что дает Вам стабильный доход, развитие и внутреннюю удовлетворенность своим делом? В чем смысл, экономическая основа Вашего предприятия «Оптика»? Это в основном продажа оправ, линз, солнцезащитных и готовых очков и контактных линз? Или, всё-таки, суть бизнеса «Оптика» – это услуга? Услуга по подбору индивидуальных оправ, солнцезащитных очков, контактных линз и изготовлению (созданию) индивидуальных коррегирующих очков с их последующим обслуживанием. Какие услуги и почем есть в Вашей «Оптике»? Можно ли только на услугах зарабатывать в этом бизнесе? Сколько и каких услуг нужно иметь в «Оптике»? Что нужно знать и уметь, чтобы предоставить услугу? Готовы ли Ваши покупатели платить за услуги и сервис? Сколько могут заработать Ваши сотрудники с оказанных услуг? Как создать «Оптику», ориентированную на услуги? Как преподнести и закрепить «культуру» отношения покупателя к очкам, оптике, собственному зрению? На эти и другие вопросы просто ответить взяв за основу историческое предназначение нашего бизнеса (ещё до появления контактной линзы) – качественное изготовление индивидуальных очков. Очки коррегирующие – это индивидуальный медицинский оптический прибор и личный модный аксессуар. Прибор нужно изготовить (создать), настроить (выправить) и поддерживать в чистоте и сохранности. Аксессуар так же должен быть чистым, удобным, надежным и безопасным. Из понятия прибора вытекает его дальнейшая профилактика (чистка), ремонт и выправка, иначе мы в нем ничего не увидим. Аксессуар же по природе своей не может быть вечным и всесезонным.

Таким образом, мы возвращаемся к цели данного издания – помочь Вам сделать собственный выбор в развитии бизнеса, в формировании собственных традиций и культуры, возврате к историческим основам бизнеса – «создавать и обслуживать очки». Лечат нас доктора, кормят – повара, стригут – парикмахеры, а изготовят очки – оптики-мастера. Здорово, если они есть и они профессионалы.  Некоторых из них мы знаем лично или обращаемся к ним по рекомендации. Доверяя им себя, свое здоровье, мы относимся к ним, как к друзьям или членам семьи. Если услуга оказана нам качественно, то вопроса о ее стоимости у нас не возникает, а следующий визит к парикмахеру, оптику, в понравившийся ресторан неизбежен.

Мы благодарим, желаем здоровья и процветания всем коллегам-оптикам, с кем мы вместе «мастерим» очки для человека, помогаем (и учим) видеть мир и выглядеть в нем лучше.

 

Коллектив компании ЗАО «ОПТИКМАСТЕР»,

генеральный директор Чубаев А. А.

Микроны кончиками пальцев

В очередной раз пересказывать биографию Спинозы и пытаться объяснить суть его философии в небольшой статье было бы странно. На эти темы написаны бесчисленные тома. Лучше осветим его достижения в оптике — об этом массовому читателю известно меньше.

Автор этих строк в пору своего инженерного прошлого имел касательство к оптике и ее изготовлению. Конечно, со времен Спинозы методы и инструменты очень сильно продвинулись, но искусство рабочего все так же играет решающую роль в изготовлении особо точной оптики. Отмечу, что советские рабочие-оптики демонстрировали очень высокое мастерство.

Когда рухнул Советский Союз, некоторые наши бывшие соотечественники, занятые изготовлением оптики на своей новой родине — в Штатах — и знающие, каков уровень мастерства на предприятиях в Союзе, формировали из таких рабочих бригады и вывозили их в США, где те выполняли особо точные работы — в частности, изготавливали триппель-призмы для особо точных космических измерений. Оказалось, что в Штатах таких рабочих не хватает.

Это были люди, которые, как тогда говорили, чувствовали доли микрона кончиками пальцев. Насколько можно судить по результатам, достигнутым Спинозой при изготовлении оптики, он был именно таким человеком, и это необычно для гуманитария.

 Это были люди, которые, как тогда говорили, чувствовали доли микрона кончиками пальцев. Насколько можно судить по результатам, достигнутым Спинозой при изготовлении оптики, он был именно таким человеком, и это необычно для гуманитария

То, что Бенедикту пришлось заняться таким трудом, было не случайно, это было следствием его приверженности своим принципам и в частной жизни, и в философии. Уже в юности Спиноза проявил себя как независимый мыслитель, не считающийся ни с какими догмами и за это постоянно порицаемый своими учителями.

Будущий философ родился в семье евреев, чьи предки после изгнания из Португалии осели в Амстердаме. У его отца была преуспевающая семейная фирма по торговле южными фруктами. Спинозу отдали на обучение в семиклассное еврейское училище, которое готовило раввинов. Способности у молодого Баруха были выдающиеся, в нем видели будущее светило иудейского богословия. Однако этих надежд он не оправдал. В кружке, который собрался вокруг выдающегося преподавателя, гуманиста и врача Франциска ван ден Эндена, у которого Спиноза изучал латынь, он познакомился с математикой, естествознанием и медициной, а также с философскими идеями того времени. Спиноза все больше отдалялся от общины и иудейской религии. Совет раввинов строго предупредил его, но на него это мало подействовало. Тогда, после неудачной попытки подкупить Спинозу, совет раввинов проклял его и изгнал из общины. Философские принципы, которые уже к тому времени сформулировал для себя Спиноза, не позволили ему пойти на примирение.

В тексте проклятия было буквально сказано: «Будь он проклят днем и будь он проклят ночью; будь он проклят, когда ложится, и будь он проклят, когда встает. Будь он проклят, когда выходит, и будь он проклят, когда входит».

Не ограничившись простым отлучением, раввины подали на Спинозу жалобу городским властям Амстердама, изображая его опасным атеистом и добиваясь его изгнания из города. В результате этой жалобы философу пришлось покинуть Амстердам.

 Спиноза долго судился, а когда дело было им выиграно, добровольно уступил капиталы своим сестрам. Его спросили: зачем же он тогда судился? «Для того чтобы уяснить себе, существует ли еще в Голландии справедливость и правосудие. Богатства мне не нужны, у меня совсем иные цели»

Тридцатого марта 1654 года умер Михоэл Спиноза, отец Баруха. Его состояние стало предметом тяжбы между Барухом и его сестрами Мириам и Ребеккой. Спиноза долго судился, а когда дело было им выиграно, добровольно уступил капиталы сестрам. Его спросили: зачем же он тогда судился? «Для того чтобы уяснить себе, существует ли еще в Голландии справедливость и правосудие. Богатства мне не нужны, у меня совсем иные цели». В результате он остался без средств к существованию и даже без надежной крыши над головой. Именно это подтолкнуло его к поиску ремесла, и он выбрал оптику.

Наверное, Спиноза мог выбрать и другое занятие для заработка, но он занялся изготовлением линз не только по причине нужды, но и из научного интереса. Его интересовала и механика, и математическая физика, достижения современной ему биологии и химии, а также постоянно совершенствующиеся астрономические наблюдения.

Известно также, что на Спинозу большое влияние оказал в этом смысле Декарт. Из его работы «Диоптрика» Спиноза впервые узнал законы преломления и первое правильное объяснение радуги.

Дом Спинозы в Рейнсбурге

spinozahuis.nl

С 1661 года он живет в Рейнсбурге, недалеко от Лейдена, и занимается шлифовкой линз. Но, видимо, оптиком он начал работать еще в Амстердаме, потому что к тому времени, когда он поселился в Рейнсбурге, он уже проявлял большое искусство в изготовлении линз. Более того, он уже был известен тем, что делал не только линзы, но и телескопы и микроскопы.

В 1665 году Спиноза восторженно писал своему другу Генри Ольденбургу о новых инструментах, о которых он слышал от голландского ученого и математика Христиана Гюйгенса: «Он рассказал мне удивительные вещи о микроскопах, а также о некоторых телескопах, сделанных в Италии, с помощью которых они могли наблюдать затмения Юпитера, вызванные взаимным расположением его спутников, а также тень на Сатурне, которая выглядела так, как будто она была вызвана кольцом».

В конце концов он достиг такого совершенства в своем искусстве полировки, что к нему стали обращаться с многочисленными заказами.

Хотя сам Спиноза сделал мало оригинальных работ в области физических или математических наук, он хорошо разбирался в оптической теории, в современной ему физике света и был достаточно компетентен, чтобы вступать в сложные дискуссии со своими корреспондентами по поводу математики преломления света. А в переписке с математиком Йоханнесом Гудде, который проявлял интерес к резке и полировке линз, Спиноза обосновал важные технологические особенности их изготовления, настаивая на преимуществах использования плосковыпуклых линз.

Его биограф Жан-Максимилиан Лукас настаивал на том, что «если бы смерть не помешала этому, есть основания полагать, что он открыл бы самые прекрасные тайны оптики».

Станок Спинозы для шлифовки оптических стекол

hero-or-antihero.blogspot.com

Со временем Спиноза заслужил похвалу за свой опыт в создании линз и инструментов от многих известных специалистов. Гюйгенс писал своему брату из Парижа в 1667 году, что линзы, которые делает Спиноза для своих микроскопов, обладают замечательным блеском (видимо, имея в виду то, что теперь называется чистотой поверхности), и это делает их отличными. К началу 1670-х годов репутация Спинозы как оптика распространилась настолько широко, что немецкий философ Лейбниц назвал его «выдающимся оптиком» и прямо сказал ему, что «среди других ваших достижений, слава о которых распространилась за рубежом, я выделил бы ваше замечательное мастерство в оптике…» А известный врач Теодор Керкринк, коллега Спинозы по школе, где они изучали латынь, писал: «У меня есть первоклассный микроскоп, сделанный Бенедиктом Спинозой, этим благородным математиком и философом, который позволяет мне видеть лимфатические сосудистые пучки… то, что я открыл с помощью моего чудесного инструмента, чудесно».

Керкринк хвалил в своей переписке машину, изобретенную Гюйгенсом, которая облегчала изготовление оптики. Однако Спиноза больше надеялся на свое мастерство, чем на машину. Он писал Керкринку: «Опыт научил меня, что при полировке сферических пластин моя правая рука дает более безопасные и лучшие результаты, чем любая машина». Спиноза предпочитал держать стекло руками на токарном станке, который приводился в действие педалью. Видимо, микроны у него действительно были на кончиках пальцев.

 «Опыт научил меня, что при полировке сферических пластин моя правая рука дает более безопасные и лучшие результаты, чем любая машина»

Шлифовка и полировка линз во времена Спинозы была тихим, напряженным и уединенным занятием, требующим дисциплины и терпения — одним словом, занятием, идеально соответствующим темпераменту Спинозы. К сожалению, это не слишком соответствовало его физическому состоянию. Стеклянная пыль, образовавшаяся в результате этого процесса, вероятно, усугубила проблемы с легкими, которые он испытывал с детства, и способствовала его ранней смерти в 1677 году в возрасте 44 лет.

Уже в XIX веке, когда спрос на сувениры, имевшие хоть какое-то отношение к Спинозе, который к тому времени стал модным и даже популярным, быстро рос, один амстердамский торговец антиквариатом по имени Корнелиус ван Халевейн продавал линзы, отшлифованные Спинозой разного рода коллекционерам. Возможно, ван Халевейн случайно обнаружил склад с линзами, оставшимися от Спинозы.

«Швабе» автоматизировал процесс изготовления оптических линз

Фото: «Швабе»

На производстве оптического стекла холдинга «Швабе» Госкорпорации Ростех в Лыткарино начали проектировку линз оптико-электронных приборов на новом ПО. Автоматизация процесса позволила исключить вероятность возникновения ошибки при вычислении. 

Программное обеспечение применяют для автоматического расчета характеристик линз и конструктивных параметров, в том числе радиуса кривизны пробных стекол и других материалов, а также толщины изделий. С его помощью специалисты могут максимально оперативно подобрать требуемую деталь для выбранной части оптической системы. 

Внедрил программу Лыткаринский завод оптического стекла (ЛЗОС) «Швабе». На российском рынке предприятие занимает первые позиции в области производства стекольной продукции и ведет поставки более чем в 30 стран. 

В сравнении с аналогами ПО, созданное специалистами ЛЗОС, визуально представляет результаты расчета, проще в использовании и обладает достаточным функционалом для конструкторов и технологов. 

«Благодаря новому ПО мы полностью автоматизировали процесс расчета и подбора параметров линз. Сегодня программа запущена в двух научно-производственных комплексах ЛЗОС, специализирующихся на обработке крупногабаритной оптики и производстве оптического стекла», – отметил генеральный директор ЛЗОС Александр Игнатов. 

Программа также выполняет автоматическую проверку корректности вводимых значений и расчет с ручным и автоматическим учетом «правила знаков».

События, связанные с этим
14 января 2020

«Швабе» автоматизировал процесс изготовления оптических линз

Подпишитесь на новости

6 Производство оптических компонентов и систем | Использование света: оптическая наука и техника в 21 веке

взаимозаменяемость оптических компонентов является важным фактором рентабельности производства.

Успешная конкуренция на международных рынках зависит от установления действенных международных стандартов в таких областях, как эта. К сожалению, участие США в деятельности по установлению международных стандартов значительно отстает от деятельности иностранных организаций.Практически все новые стандарты оптики до настоящего времени разрабатывались за рубежом без поддержки со стороны промышленности или правительства США. В результате оптическая промышленность США была последователем, а не лидером в адаптации к новым международным возможностям. Активное участие правительства и промышленности в установлении строгих международных стандартов для оптических компонентов особенно важно из-за разнообразия оптической промышленности США.

Государственные учреждения и оптическое сообщество должны признать важность стандартов оптики, особенно их значение в международной торговле.Правительство США должно активно участвовать в установлении таких стандартов. NIST следует предоставить финансирование, необходимое для того, чтобы стать лидером в этой области.

Размер и состав оптической промышленности

Нет удовлетворительного исчерпывающего источника данных по оптической промышленности. Ни одна профессиональная или торговая организация не представляет отрасль в целом, а промышленные данные, собираемые государственными учреждениями, имеют ограниченное применение, поскольку их схема классификации не позволяет четко идентифицировать оптическую продукцию.Тем не менее, некоторые факты очевидны.

Как упоминалось во введении к этой главе, крупные компании не доминируют в оптической промышленности США. Некоторые крупные компании, такие как AT&T, сосредотачиваются на интеграции оптики на системном уровне, тогда как другие, такие как Kodak, сосредотачиваются на системах и компонентах. Малые предпринимательские компании играют решающую роль в развитии компонентной технологии (Совет по конкурентоспособности, 1996).

Оптоэлектроника, по-видимому, является наиболее быстрорастущим сегментом оптической промышленности.Наиболее полным источником последних данных о производителях оптоэлектроники является опрос 106 американских компаний, проведенный в период с июля 1992 г. по февраль 1993 г. Бюро экспортного управления (BEA, агентство Министерства торговли). Из 106 компаний, опрошенных BEA, 77 были в основном производителями, а 17 выполняли как НИОКР, так и производство. (Для защиты конфиденциальной информации BEA не идентифицировала отдельные компании.) Для целей исследования BEA определила оптоэлектронику как все системы, оборудование и компоненты, которые излучают, модулируют, передают и / или воспринимают свет или зависят от комбинации оптических и электронных устройств (см. Таблицу 6.1) (U.S. BEA, 1994).

Согласно исследованию, в 1989 г. чистая выручка этих 106 компаний составила 4,4 миллиарда долларов. По прогнозам респондентов, к 1995 г. эта цифра составит

.

Другие оптические инструменты | Безграничная физика

Увеличительное стекло

Увеличительное стекло — это выпуклая линза, которая позволяет наблюдателю видеть увеличенное изображение наблюдаемого объекта.

Цели обучения

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Увеличение увеличительного стекла зависит от того, где оно расположено между глазом пользователя и просматриваемым объектом, а также от общего расстояния между глазом и объектом.
  • Сила увеличения — это соотношение размеров изображений, формируемых на сетчатке пользователя с линзой и без нее.
  • Наибольшая сила увеличения достигается при очень близком расположении линзы к глазу и одновременном перемещении глаза и линзы для получения наилучшего фокуса.
Ключевые термины
  • линза : объект, обычно сделанный из стекла, который фокусирует или расфокусирует свет, проходящий через него
  • диоптрия : единица измерения силы линзы или зеркала, равная обратной величине его фокусного расстояния в метрах.Близорукость диагностируется и измеряется в диоптриях
  • выпуклый : изогнутый или изогнутый наружу, как внешняя сторона чаши, сферы или круга

Увеличительное стекло — это выпуклая линза, которая позволяет наблюдателю видеть увеличенное изображение наблюдаемого объекта. Объектив обычно устанавливается в оправу с ручкой, как показано ниже.

Увеличительное стекло : Увеличительное стекло — это выпуклая линза, которая позволяет наблюдателю видеть увеличенное изображение наблюдаемого объекта.

Увеличение лупы зависит от того, где находится инструмент между глазом пользователя и просматриваемым объектом, а также от общего расстояния между глазом и объектом. Сила увеличения — это соотношение размеров изображений, формируемых на сетчатке глаза пользователя с увеличительным стеклом и без него. Когда объектив не используется, пользователь обычно приближает объект как можно ближе к глазу, при этом он не становится размытым. (Эта точка, известная как ближняя точка, меняется с возрастом.У маленького ребенка расстояние до него может составлять всего пять сантиметров, а у пожилого человека расстояние может достигать одного или двух метров. ) Лупы обычно характеризуются «стандартным» значением 0,25 м.

Наибольшая сила увеличения достигается, если поднести линзу очень близко к глазу и совместить движение глаза и линзы для получения наилучшего фокуса. Когда линза используется таким образом, увеличивающая сила может быть найдена с помощью следующего уравнения:

[латекс] \ text {MP} _ {0} = \ frac {1} {4} \ cdot \ Phi +1 [/ latex]

, где [латекс] \ Phi [/ latex] = оптическая сила.Если поднести увеличительное стекло к объекту и отвести глаз, сила увеличения приблизительно равна:

[латекс] \ text {MP} _ {0} = \ frac {1} {4} \ cdot \ Phi [/ latex]

Типичные увеличительные стекла имеют фокусное расстояние 25 см и оптическую силу четыре диоптрии. Этот тип стекла будет продаваться как двукратная лупа, но обычный наблюдатель увидит от одного до двухкратного увеличения в зависимости от положения линзы.

Самым ранним свидетельством наличия увеличительного устройства была «линза» Аристофана 424 г. до н.э., стеклянный шар, наполненный водой.(Сенека писал, что его можно использовать для чтения букв, «независимо от того, насколько они маленькие или тусклые».) Роджер Бэкон описал свойства луп в 13 веке, и очки также были разработаны в Италии 13 века.

Камера

Камеры

— это оптические устройства, которые позволяют пользователю записывать изображение объекта на фотобумаге или в цифровом виде.

Цели обучения

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Камеры работают аналогично человеческому глазу.Радужная оболочка похожа на линзу; зрачок похож на диафрагму; а веко похоже на шторку.
  • Камеры — это современная эволюция камеры-обскуры. Камера-обскура была устройством, используемым для проецирования изображений.
  • Самая важная часть камеры — это объектив, который позволяет увеличивать и фокусировать изображение. Это можно сделать вручную на некоторых камерах и автоматически на более новых камерах.
  • Видеокамеры работают, делая много снимков каждую секунду, а затем очень быстро демонстрируя каждое изображение, чтобы создать эффект движения изображений.Отсюда и название «кино».
Ключевые термины
  • выдержка : Продолжительность времени, в течение которого затвор фотоаппарата остается открытым при экспонировании фотопленки или другого светочувствительного материала на свет с целью записи изображения

Что такое камера?

Камера — это устройство, позволяющее записывать изображения на пленку или в цифровом виде. Камеры могут записывать как изображения, так и фильмы; сами фильмы получили свое название от движущихся картинок.Слово камера происходит от латинского словосочетания camera obscura , что означает «темная камера». «Камера-обскура была одним из первых инструментов для проецирования изображений со слайдов. Камера, которую вы используете сегодня, — это эволюция камеры-обскуры.

Камера обычно состоит из отверстия или апертуры, которая позволяет свету проникать в полость, и поверхности, которая фиксирует свет на другом конце. В 90–1990 гг. Эти изображения будут храниться на фотобумаге, которую затем нужно было проявить, но сейчас большинство фотоаппаратов хранят изображения в цифровом виде.

Как работает камера?

Камеры

имеют множество компонентов, которые позволяют им работать. Давайте посмотрим на них по очереди.

Объектив

Линза камеры позволяет свету попадать в камеру и обычно имеет выпуклую форму. Есть много типов объективов, которые можно использовать, каждый для своего типа фотографии. Есть объективы для крупного плана, для спорта, для архитектуры и для портрета.

Две основные характеристики объектива — это фокусное расстояние и диафрагма.Фокусное расстояние определяет увеличение изображения, а диафрагма контролирует интенсивность света. Число f на фотоаппарате определяет выдержку. Это скорость, с которой затвор, который действует как его «веко», открывается и закрывается. Чем больше диафрагма, тем меньше должно быть f-число, чтобы заслонка открывалась и закрывалась полностью. Время, необходимое для открытия и закрытия затвора, называется выдержкой. показывает пример двух линз одинакового размера, но с разной апертурой.

Фокус

Некоторые камеры имеют фиксированный фокус, и в фокусе будут только объекты определенного размера на определенном расстоянии от камеры. Другие камеры позволяют вручную или автоматически настраивать фокус. показывает снимок, сделанный камерой с ручной фокусировкой; это позволяет пользователю определять, какие объекты будут в фокусе, а какие нет. Диапазон расстояний, в пределах которого объекты выглядят резкими и четкими, называется глубиной резкости.

Экспозиция

Диафрагма регулирует интенсивность света, попадающего в камеру, а затвор регулирует экспозицию — количество времени, в течение которого свет попадает в камеру.

Затвор

Затвор — это то, что открывается и закрывается, пропуская свет через апертуру. Скорость, с которой он открывается и закрывается, называется f-числом. Для большей диафрагмы число f обычно мало для быстрой выдержки. Для меньшей диафрагмы число f больше, что позволяет использовать более длинную выдержку.

Составной микроскоп

Составной микроскоп состоит из двух выпуклых линз; первая, окулярная линза, находится близко к глазу, а вторая — линза объектива.

Цели обучения

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Составной микроскоп использует несколько линз для создания увеличенного изображения, которое легче увидеть человеческому глазу; это связано с тем, что конечное изображение находится дальше от наблюдателя, и поэтому глаз более расслаблен при просмотре изображения.
  • Объект находится сразу за фокусным расстоянием линзы объектива. Увеличенное изображение затем захватывается линзой объектива, которая действует как объект для линзы окуляра.Окулярная линза ближе к новому изображению, чем ее фокусное расстояние, поэтому она действует как увеличительное стекло.
  • Поскольку конечное изображение просто кратно размеру первого изображения, окончательное увеличение является произведением обоих увеличений каждого объектива.
Ключевые термины
  • хроматическая аберрация : оптическая аберрация, при которой изображение имеет цветные полосы, вызванные дифференциальным преломлением света с разной длиной волны

Составной микроскоп использует несколько линз для увеличения изображения для наблюдателя.Он состоит из двух выпуклых линз: первая, окулярная, расположена близко к глазу; второй — линза объектива.

Составные микроскопы намного больше, тяжелее и дороже простых микроскопов из-за наличия нескольких линз. Преимущества этих микроскопов, благодаря множеству линз, заключаются в уменьшенных хроматических аберрациях и сменных линзах объектива для регулировки увеличения.

показывает схему составного микроскопа, состоящего из двух выпуклых линз. Первая линза называется линзой объектива и находится ближе всего к наблюдаемому объекту.Расстояние между объектом и линзой объектива немного больше фокусного расстояния, f 0 . Линза объектива создает увеличенное изображение объекта, которое затем действует как объект для второй линзы. Вторая или окулярная линза — это окуляр. Расстояние между линзой объектива и линзой окуляра немного меньше фокусного расстояния линзы окуляра, f e . Это заставляет окулярную линзу действовать как увеличительное стекло для первого изображения и делать его еще больше.Поскольку конечное изображение перевернуто, оно находится дальше от глаза наблюдателя и, следовательно, его намного легче просматривать.

Схема составного микроскопа : На этой схеме показана установка зеркал, которые позволяют увеличивать изображения.

Поскольку каждая линза дает увеличение, которое умножает высоту изображения, общее увеличение является произведением отдельных увеличений. Уравнение для его расчета выглядит следующим образом:

[латекс] \ text {m} = \ text {m} _ \ text {o} \ text {m} _ \ text {e} [/ latex]

где m — общее увеличение, m o — увеличение линзы объектива, m e — увеличение линзы окуляра.

Телескоп

Телескоп помогает в наблюдении за удаленными объектами, собирая электромагнитное излучение, например, видимый свет.

Цели обучения

Основные выводы

Ключевые моменты
  • До изобретения зеркал с серебряной опорой преломляющие зеркала были стандартом для использования в телескопах. Это было из-за очень агрессивной природы металлов, используемых в старых зеркалах. С тех пор отражающие зеркала заменили преломляющие зеркала в астрономии.
  • Существует три основных типа оптических телескопов: рефракционные, рефлексивные и катадиоптрические.
  • В рефракционных телескопах, таких как изобретенный Галилео, используются линза объектива и окуляр. Изображение фокусируется в фокусной точке и позволяет наблюдателю видеть более яркое и крупное изображение, чем он видел бы своим глазом.
  • Отражающие телескопы используют изогнутые зеркала, которые отражают свет для формирования изображения. Иногда вторичное зеркало перенаправляет изображение в окуляр.В других случаях изображение регистрируется датчиком и просматривается на экране компьютера.
  • Телескопы Catadioptric объединяют зеркала и линзы для формирования изображения. Эта система имеет большую степень исправления ошибок, чем другие типы телескопов. Комбинация отражающих и преломляющих элементов позволяет каждому элементу исправлять ошибки, сделанные другим.
Ключевые термины
  • хроматическая аберрация : оптическая аберрация, при которой изображение имеет цветные полосы, вызванные дифференциальным преломлением света с разной длиной волны
  • сферическая аберрация : тип аберрации объектива, вызывающий размытость, особенно вдали от центра объектива
  • ахроматический : без цвета; пропускание света без искажений, связанных с цветом

Телескоп помогает в наблюдении за удаленными объектами, собирая электромагнитное излучение, такое как рентгеновские лучи, видимый свет, инфракрасные и субмиллиметровые лучи.Первые телескопы были изобретены в Нидерландах в 1600-х годах и использовали стеклянные линзы. Вскоре после этого люди начали строить их с помощью зеркал и назвали их отражающими телескопами.

История

Первым телескопом был телескоп-рефрактор, изготовленный в 1608 году мастерами по изготовлению очков в Нидерландах. В 1610 году Галилей усовершенствовал свою собственную конструкцию. После изобретения преломляющего телескопа люди начали исследовать идею телескопа с зеркалами. Потенциальные преимущества использования зеркал вместо линз заключаются в уменьшении сферических аберраций и устранении хроматических аберраций.В 1668 году Ньютон построил первый практический телескоп-рефлектор. С изобретением ахроматических линз в 1733 году цветовые аберрации были частично скорректированы, и можно было построить более короткие и более функциональные преломляющие телескопы. Отражающие телескопы были непрактичны из-за очень агрессивных металлов, используемых для изготовления зеркал, до появления стеклянных зеркал с серебряным покрытием в 1857 году.

Типы телескопов

Рефракционные телескопы

Схема кеплеровского преломляющего телескопа : Все преломляющие телескопы используют одни и те же принципы.Комбинация линзы объектива 1 и некоторого типа окуляра 2 используется для сбора большего количества света, чем человеческий глаз может собрать самостоятельно, фокусировки его 5 и представления зрителю более яркого, четкого и увеличенного виртуального изображения 6

На рисунке выше изображен рефракторный телескоп. Линза объектива (точка 1) и окуляр (точка 2) собирают больше света, чем человеческий глаз может собрать сам по себе. Изображение сфокусировано в точке 5, а наблюдателю показано более яркое увеличенное виртуальное изображение в точке 6.Линза объектива преломляет или изгибает свет. Это заставляет параллельные лучи сходиться в фокальной точке, а те, которые не параллельны, сходятся в фокальной плоскости.

Отражающие телескопы

Отражающие телескопы, такие как показанный на рисунке, используют одно или комбинацию изогнутых зеркал, которые отражают свет для формирования изображения. Они позволяют наблюдателю видеть объекты очень большого диаметра и являются основным типом телескопов, используемых в астрономии. Наблюдаемый объект отражается изогнутым главным зеркалом на фокальную плоскость.(Расстояние от зеркала до фокальной плоскости называется фокусным расстоянием.) Здесь можно разместить датчик для записи изображения или добавить вторичное зеркало для перенаправления света на окуляр.

Катадиоптрические телескопы

Катадиоптрические телескопы, такие как тот, который показан на рисунке, объединяют зеркала и линзы для формирования изображения. Эта система имеет большую степень исправления ошибок, чем другие типы телескопов. Комбинация отражающих и преломляющих элементов позволяет каждому элементу исправлять ошибки, сделанные другим.

Рентгеновская дифракция

Принцип дифракции применяется для регистрации интерференции на субатомном уровне при исследовании рентгеновской кристаллографии.

Цели обучения

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Дифракция — это то, что происходит, когда волны сталкиваются с неровностями на поверхности или объекте и заставляют интерферировать друг с другом конструктивно или разрушительно.
  • Закон Брэгга относится к применению законов дифракции в кристаллографии для получения точных изображений структур решетки в атомах.
  • Рентгеновский дифрактометр — это устройство, используемое для сканирования объекта путем воздействия на него волны и регистрации интерференции, с которой он сталкивается.
  • Большинство XRD оснащены щелью Соллера, которая действует как поляризатор для падающего луча. Он гарантирует, что регистрируемый падающий луч идеально параллелен анализируемому объекту.
Ключевые термины
  • конструктивная интерференция : Возникает, когда волны интерферируют друг с другом от гребня к гребню, и волны точно совпадают по фазе друг с другом.
  • кристаллография : Экспериментальная наука об определении расположения атомов в твердых телах.
  • деструктивная интерференция : Возникает, когда волны интерферируют друг с другом от пика к впадине (от пика к впадине) и точно не совпадают по фазе друг с другом.

Дифракция рентгеновских лучей была открыта Максом фон Лауэ, который получил Нобелевскую премию по физике в 1914 году за математическую оценку наблюдаемых картин дифракции рентгеновских лучей.

Дифракция — это неоднородность, возникающая при столкновении волн с объектом.Скорее всего, вы наблюдали эффект дифракции, глядя на нижнюю часть компакт-диска или DVD. Появившийся радужный узор является результатом того, что ямки мешают свету, и он попадает на диск, на котором хранятся данные. показывает этот эффект. Дифракция может происходить с любым типом волн, не только с видимыми световыми волнами.

Дифракция Брэгга

В рентгеновской кристаллографии термин дифракция — это брэгговская дифракция, то есть рассеяние волн на кристаллической структуре.Уильям Лоуренс Брэгг сформулировал уравнение закона Брэгга, которое связывает длину волны с углом падения и шагом решетки. См. Диаграмму следующего уравнения: [latex] \ text {n} \ lambda = 2 \ text {d} \ sin (\ theta) [/ latex]

  • n — числовая константа, известная как порядок дифрагированного луча
  • λ — длина волны
  • d — расстояние между плоскостями решетки
  • θ — угол дифрагированной волны

Волны будут испытывать либо конструктивную интерференцию, либо разрушительную интерференцию.Точно так же рентгеновский луч, который дифрагирует от кристалла, будет иметь некоторые части, которые имеют более высокую энергию, а другие, которые теряют энергию. Это зависит от длины волны и шага решетки.

Рентгеновский дифрактометр

В XRD-аппарате в качестве источника рентгеновского излучения используется металлическая медь. Дифрактограммы записываются в течение длительного периода времени, поэтому очень важно, чтобы интенсивность луча оставалась постоянной. Раньше для записи данных использовалась пленка, но это было неудобно, потому что ее приходилось часто менять.Теперь аппараты XRD оснащены полупроводниковыми детекторами. Эти аппараты XRD записывают изображения двумя способами: непрерывное сканирование или пошаговое сканирование. При непрерывном сканировании детектор совершает круговые движения вокруг объекта, в то время как рентгеновский луч постоянно попадает в детектор. Импульсы энергии отложены в зависимости от угла дифракции. Метод пошагового сканирования — более популярный метод. Это намного эффективнее, чем непрерывное сканирование. В этом методе детектор собирает данные под одним фиксированным углом за раз.Чтобы гарантировать непрерывность падающего луча, аппараты XRD оснащены щелью Соллера. Это действует как поляризованные солнцезащитные очки, объединяя случайные рентгеновские лучи в стопку аккуратно расположенных волн, параллельных плоскости детектора.

Рентгеновские снимки и компьютерная томография

Радиография использует рентгеновские лучи для просмотра материала, который не может быть виден человеческим глазом, путем выявления областей разной плотности и состава.

Цели обучения

Основные выводы

Ключевые моменты
  • При рентгенографии используются рентгеновские лучи для получения снимков материалов, находящихся в невидимом объекте.Они пропускают рентгеновские лучи через объект и собирают лучи на пленке или детекторе с другой стороны. Часть лучей поглощается более плотными материалами, и именно так создается изображение.
  • Рентгеновские снимки позволяют получать изображения всех материалов внутри объекта, наложенных друг на друга.
  • Традиционные наложенные изображения могут быть полезны для ряда приложений, но компьютерная томография позволяет наблюдателю видеть только желаемые участки материала.
  • Современные компьютерные томографы могут даже взять все срезы или слои и упорядочить их в трехмерное представление объекта.
Ключевые термины
  • рентгенография : Использование рентгеновских лучей для просмотра неоднородного материала, такого как человеческое тело.
  • томограф : визуализация по сечениям или сечениям.
  • с наложением : расположен поверх чего-то другого, особенно в слоях

Обзор

Рентгеновское изображение, или радиография, использовало рентгеновские лучи для просмотра материала внутри тела, который не может быть виден человеческим глазом, путем выявления областей разной плотности и состава.Компьютерная томография использует компьютер для получения этой информации и создания трехмерных изображений.

Рентгеновские снимки

Рентгеновские снимки производятся путем проецирования пучка рентгеновских лучей на объект, в медицинских случаях — часть человеческого тела. В зависимости от физических свойств объекта (плотности и состава) некоторые рентгеновские лучи могут частично поглощаться. Часть лучей, которая не поглощается, затем проходит через объект и регистрируется пленкой или детектором, как в фотоаппарате.Это дает наблюдателю двухмерное представление всех компонентов этого объекта, наложенных друг на друга. показывает изображение человеческого локтя.

Рентгенография : Рентгенография колена на современном рентгеновском аппарате.

Томография

Томография относится к визуализации по сечениям или сечениям. демонстрирует эту концепцию. Трехмерное изображение разбито на разделы. (S 1 ) показывает разрез слева, а (S 2 ) показывает разрез справа.

КТ

КТ или компьютерная томография используют комбинацию рентгеновской радиографии и томографии для получения срезов участков человеческого тела. Врачи могут проанализировать область и, основываясь на способности материала блокировать рентгеновский луч, лучше понять материал. показывает компьютерную томографию человеческого мозга. Врачи могут сопоставить изображения с известными свойствами одного и того же материала и определить, есть ли какие-либо несоответствия или проблемы. Хотя обычно эти отсканированные изображения показаны как на рисунке, записанную информацию можно использовать для создания трехмерного изображения области.показывает трехмерное изображение мозга, полученное с помощью компьютерной томографии.

Специализированные микроскопы и контрастные вещества

Микроскопы — это инструменты, позволяющие человеческому глазу видеть объекты, которые в противном случае были бы слишком маленькими.

Цели обучения

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Для лучшего разрешения важно, чтобы между изображением и фоном был большой контраст.
  • Микроскопы классифицируются по тому, что взаимодействует с объектом, например, свет или электроны.Они также классифицируются по тому, снимают ли они изображения путем сканирования по частям или путем одновременной съемки всего объекта.
  • Некоторыми распространенными типами специальных микроскопов являются сканирующие электронные микроскопы (SEM), просвечивающие электронные микроскопы (TEM), оба из которых являются электронными микроскопами, и атомно-силовые микроскопы (ATM), которые являются сканирующими зондовыми микроскопами.
Ключевые термины
  • контраст : разница в освещенности, яркости и / или оттенке между двумя цветами, которая делает их более или менее различимыми

Микроскопы — это инструменты, позволяющие человеческому глазу видеть объекты, которые в противном случае были бы слишком маленькими.Существует много типов микроскопов: оптические микроскопы, просвечивающие электронные микроскопы, сканирующие электронные микроскопы и сканирующие зондовые микроскопы.

Классы микроскопов

Один из способов группировки микроскопов основан на том, как изображение создается с помощью микроскопа. Вот три способа классификации микроскопов:

1.) Световые или фотонные — микроскопы оптические

2.) Электроны — электронные микроскопы

3.) Зонд — сканирующие зондовые микроскопы.

Микроскопы

также можно классифицировать в зависимости от того, анализируют ли они образец путем сканирования одной точки (сканирующие электронные микроскопы) или путем одновременного анализа всего образца (просвечивающие электронные микроскопы).

Типы микроскопов

  • В оптических микроскопах, чем лучше контраст между изображением и поверхностью, на которой он просматривается, тем лучше будет разрешение для зрителя. Есть много способов освещения для улучшения контраста.Эти методы включают «темное поле» и «светлое поле». При использовании техники темного поля свет рассеивается объектом, и изображение появляется наблюдателю на темном фоне. В технике светлого поля объект освещается снизу, чтобы увеличить контраст изображения, видимого зрителем.
  • Просвечивающий электронный микроскоп: ТЕМ пропускает электроны через образец и позволяет людям видеть объекты, которые обычно не видны невооруженным глазом. Пучок электронов проходит через ультратонкий образец, взаимодействуя с образцом, когда он проходит через него.Это взаимодействие формирует изображение, которое увеличивается и фокусируется на устройстве обработки изображений.
  • Сканирующие электронные микроскопы: называемые SEM, эти микроскопы изучают поверхность объектов, сканируя их тонким электронным лучом. Электронный луч микроскопа взаимодействует с электронами в образце и генерирует сигналы, которые можно обнаружить и получить информацию о топографии и составе.
  • Атомно-силовая микроскопия: АСМ представляет собой сканирующую зондовую микроскопию с очень высоким разрешением и является одним из передовых инструментов для получения изображений в наномасштабе.Механический зонд ощущает поверхность кантилевером с острым концом. Затем измеряется отклонение наконечника с помощью лазерного пятна, которое отражается от поверхности кантилевера.

Пределы разрешения и круговые температуры

В оптической визуализации существует фундаментальный предел разрешающей способности любой оптической системы, обусловленный дифракцией.

Цели обучения

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Поскольку эффекты дифракции становятся наиболее заметными для волн, длина волны которых примерно равна размерам дифрагирующих объектов, длина волны луча изображения устанавливает фундаментальный предел разрешающей способности любой оптической системы.
  • Предел дифракции Аббе для микроскопа задается как [латекс] \ text {d} = \ frac {\ lambda} {2 (\ text {n} \ sin {\ theta})} [/ latex].
  • Поскольку дифракционный предел пропорционален длине волны, для увеличения разрешения можно использовать более короткие длины волн, такие как ультрафиолетовые и рентгеновские микроскопы.
Ключевые термины
  • дифракция : изгиб волны вокруг краев отверстия или препятствия.
  • наноструктура : Любая искусственная структура, имеющая шкалу между молекулярными и микроскопическими.
  • апертура : диаметр апертуры, ограничивающей ширину светового пути через всю систему. Для телескопа это диаметр линзы объектива (например, у телескопа может быть апертура 100 см).

Разрешение оптической системы визуализации (например, микроскопа, телескопа или камеры) может быть ограничено такими факторами, как дефекты линз или несовпадение. Однако существует фундаментальный максимум разрешения любой оптической системы, связанный с дифракцией (волновой природой света).Оптическая система, способная создавать изображения с угловым разрешением, равным теоретическому пределу прибора, называется дифракционно ограниченной.

Для телескопов с круглыми апертурами размер самого маленького элемента изображения, ограниченного дифракцией, равен размеру диска Эйри, как показано на рисунке. По мере уменьшения размера апертуры в линзе дифракция увеличивается, и от дифракции становятся более заметными. Точно так же, когда отображаемые объекты становятся меньше, дифракционные особенности начинают размывать границы объекта.Поскольку эффекты дифракции становятся наиболее заметными для волн, длина волны которых примерно равна размерам дифрагирующих объектов, длина волны луча изображения устанавливает фундаментальный предел разрешающей способности любой оптической системы.

Airy Disk : Компьютерный образ диска Эйри. Интенсивность серой шкалы была скорректирована для повышения яркости внешних колец узора Эйри.

Предел дифракции Аббе для микроскопа

Наблюдение субволновых структур с помощью микроскопов затруднено из-за дифракционного предела Аббе.В 1873 году Эрнст Аббе обнаружил, что свет с длиной волны λ, распространяющийся в среде с показателем преломления n, не может сходиться к пятну с радиусом меньше:

[латекс] \ text {d} = \ frac {\ lambda} {2 (\ text {n} \ sin {\ theta})} [/ latex].

Знаменатель [латекс] \ text {n} \ sin {\ theta} [/ latex] называется числовой апертурой и может достигать 1,4 в современной оптике, следовательно, предел Аббе примерно равен d = λ / 2. При зеленом свете около 500 нм предел Аббе составляет 250 нм, что является большим по сравнению с большинством наноструктур или биологических клеток с размерами порядка 1 мкм и внутренними органеллами, которые намного меньше.Используя луч 500 нм, вы не можете (в принципе) разрешить какие-либо детали размером менее 250 нм.

Улучшение разрешения

Для увеличения разрешения можно использовать более короткие длины волн, например ультрафиолетовые и рентгеновские микроскопы. Эти методы обеспечивают лучшее разрешение, но являются дорогостоящими, страдают отсутствием контраста в биологических образцах и могут повредить образец. Существуют методы получения изображений с более высоким разрешением, чем позволяет простое использование дифракционной оптики.Хотя эти методы улучшают некоторые аспекты разрешения, они обычно влекут за собой огромное увеличение стоимости и сложности. Обычно этот метод подходит только для небольшого набора проблем с визуализацией.

Аберрации

Аберрация или искажение — это неспособность лучей сходиться в одном фокусе из-за ограничений или дефектов линзы или зеркала.

Цели обучения

Основные выводы

Ключевые моменты
  • Существует много типов аберраций, включая хроматические, сферические, коматические, астигматизм и бочкообразные искажения.
  • Хроматические аберрации возникают из-за того, что линзы имеют разные показатели преломления для разных длин волн и, следовательно, цветов. Эти аберрации возникают прямо по краям изображения между светлыми и темными участками изображения.
  • Зеркала не имеют хроматических аберраций, потому что они зависят не от показателя преломления, а от показателя отражения, который не зависит от длины волны.
  • Коматические аберрации возникают из-за несовершенства линз и приводят к смещению точечного источника.Из-за этого изображения могут выглядеть грушевидными или иметь хвосты, как в случае с кометами.
Ключевые термины
  • искажение : (оптика) аберрация, вызывающая изменение увеличения в поле зрения.
  • преломление : Изменение направления светового луча, когда он проходит через изменения в материи.
  • аберрация : Схождение в разных фокусах линзой или зеркалом лучей света, исходящих из одной и той же точки, или отклонение таких лучей от одного фокуса; дефект в механизме фокусировки, который мешает намеченной точке фокусировки.

Основы аберраций

Аберрация — это неспособность лучей сходиться в одном фокусе из-за ограничений или дефектов линзы или зеркала. По сути, аберрация — это искажение изображения из-за того, что линзы никогда не будут вести себя точно так, как они были смоделированы. Типы аберраций зависят от размера, состава материала, толщины линзы или положения объекта.

Хроматическая аберрация

Хроматическая аберрация, также называемая ахроматизмом или хроматическим искажением, — это искажение цветов.Эта аберрация возникает, когда объектив не может сфокусировать все цвета на одной и той же точке схождения. Это происходит потому, что линзы имеют разный показатель преломления для разных длин волн света. Показатель преломления уменьшается с увеличением длины волны. Эти аберрации или искажения возникают на краях цветовых границ между яркими и темными областями изображения. Поскольку показатель преломления линз зависит от цвета или длины волны, изображения создаются в разных местах и ​​с разным увеличением для разных цветов.показывает хроматическую аберрацию для одиночной выпуклой линзы. Поскольку фиолетовые лучи имеют более высокий показатель преломления, чем красные, они больше изгибаются и фокусируются близко к линзе. показывает систему с двумя линзами, в которой используется расходящаяся линза, чтобы частично исправить это, но это практически невозможно сделать полностью.

Закон отражения не зависит от длины волны, поэтому у зеркал нет этой проблемы. Вот почему зеркала выгодно использовать в телескопах и других оптических системах.

Comatic Aberration

Коматическая аберрация, или кома, возникает, когда объект смещен по центру.Различные части линзы зеркала не преломляют и не отражают изображение в одной и той же точке, как показано на. Они также могут быть результатом несовершенства линзы или другого компонента и приводить к смещению относительно оси точечных источников. Эти аберрации могут привести к тому, что предметы будут иметь грушевидную форму. Они также могут привести к тому, что звезды будут выглядеть искаженными или иметь хвосты, как в случае с кометами.

Другие отклонения

Сферические аберрации — это форма аберрации, при которой лучи, сходящиеся от внешних краев линзы, сходятся в фокусе ближе к линзе, а лучи, находящиеся ближе к оси, фокусируются дальше.Астигматизм также является формой аберрации линз глаз, когда лучи, распространяющиеся в двух перпендикулярных плоскостях, имеют разные фокусы. В конечном итоге это может привести к искажению монохроматического изображения по вертикали или горизонтали. Другая аберрация или искажение — это бочкообразное искажение, при котором увеличение изображения уменьшается с увеличением расстояния от оптической оси. Очевидный эффект — это изображение, нанесенное на сферу, как в линзе «рыбий глаз».

Типы миниатюрных линз и их производство для оптических устройств

Удобство и размер современной электроники позволяют легко упустить из виду объем инженерной мысли, втиснутый в каждое устройство.Например, большинство людей не задумываются о том, что привело к установке нескольких крошечных линз в тонкие устройства, которые они носят ежедневно. Сегодня большинство смартфонов оснащено камерами, в каждом из которых есть от четырех до девяти миниатюрных линз. Для коррекции аберраций и правильной фокусировки света для формирования качественного изображения необходимо несколько линз. Возможности камер смартфонов резко возросли за последнее десятилетие. Улучшение настолько продвинулось, что характеристики камеры являются одним из наиболее приоритетных соображений потребителей, приобретающих новый смартфон.Вместо того, чтобы таскать с собой на прогулку отдельную зеркалку или цифровую камеру, обычный человек теперь просто берет свой телефон, чтобы сделать хорошие фотографии.

Миниатюрный объектив, используемый в приводе компакт-дисков. Любезно предоставлено Википедией.

Смартфоны, очевидно, не единственные продукты, требующие небольших или миниатюрных линз. Миниатюрные линзы встречаются во множестве устройств. Они используются как для визуализации, так и для освещения. Например, проигрыватели Blu-ray и другие приводы оптических дисков содержат по крайней мере одну маленькую линзу.Многие медицинские инструменты, например эндоскопы, содержат маленькие линзы или линзы. Хотя для некоторых приложений — из-за ограниченного пространства или по другим причинам — требуются миниатюрные линзы, при выборе между ними следует учитывать преимущества и недостатки использования линз большего или меньшего размера.

При использовании линз меньшего размера для производства требуется меньше материала. Это может побудить кого-то использовать более дорогой материал более высокого качества, чем обычно. Миниатюрные линзы весят меньше, чем линзы большего размера.Изменения температуры влияют на меньшие линзы меньше, чем на большие линзы. Точно так же аберрации (помимо искажения) уменьшатся при использовании меньшего объектива. Однако допуски по толщине и децентрализации для линз меньшего размера более жесткие, чем для больших.

Кроме того, в оптических устройствах используются различные типы линз. Сферические, асферические или цилиндрические линзы — вот все типы линз, которые приходят на ум. Чаще всего используются сферические и асферические линзы.Асферические элементы смягчают или даже нейтрализуют эффекты, которые сферическая аберрация оказывает на систему. Асферы также могут бороться с астигматическими эффектами. Поскольку асферические поверхности имеют разный радиус кривизны, для их производства требуется больше ресурсов, чем для изготовления сферических линз. Радиусы должны быть отрегулированы в соответствии со спецификациями в процессе шлифовки и полировки. С другой стороны, цилиндрические линзы фокусируют падающий свет на линию, а не на точку, как сферическая линза. Цилиндрические линзы используются в устройствах, от машин для производства полупроводников до медицинских систем визуализации.В производстве полупроводников цилиндрические линзы иногда используются для проверки пластин или округления эллиптических лучей.

Методы производства миниатюрных линз

Для создания правильной кривизны поверхности используются различные методы. Некоторые методы лучше, чем простая резка, шлифовка и полировка, когда дело касается миниатюрных линз. Один из методов — магнитореологическая отделка или MRF. MRF использует магнитную жидкость для полировки поверхности линзы. Жидкость реагирует на приложенное магнитное поле, что позволяет контролировать как количество, так и вязкость жидкости.

Алмазное точение — еще один вариант производства линз, особенно маленьких линз. Поскольку алмазное точение одновременно контактирует только с очень небольшой частью материала, это точный метод формирования правильной кривизны линзы. При использовании алмазного точения в производстве дополнительная полировка не требуется.

Формование, как правило, дешевле, когда производится большее количество единиц / с увеличением частоты использования форм. Первоначальная форма может быть дорогой, но может окупиться с точки зрения эффективности и времени производства при больших объемах заказов.Литье под давлением происходит быстрее, чем другие названные методы изготовления, хотя может иметь ограничения в отношении того, какие материалы могут быть эффективно применены.

Независимо от размера линз и технологии производства линзы необходимо проверять на предмет контроля качества. Метрология используется для проверки выпускаемых линз на предмет дефектов. Это гарантирует, что линзы соответствуют спецификациям в пределах заявленных допусков для таких категорий, как качество поверхности, центр толщины и радиус кривизны.

Metalenses

Как упоминалось ранее, может быть трудно правильно вырезать и придать форму стеклу меньших линз. Как известно специалистам в области оптического дизайна, нечасто используется только одна линза. Чаще требуются уложенные друг на друга линзы, целые мультилинзовые системы или их комбинация. Это создает проблему, когда в оптическом корпусе имеется ограниченное пространство. Компактное решение для небольшого пространства линз было разработано за счет создания металин.Металлы создаются из диэлектрических метаповерхностей. Эти типы поверхностей обрабатываются при создании, поэтому они мешают свету на наноразмерном уровне, вызывая фазовую задержку. Эти линзы действуют как дифракционные линзы. Некоторые из преимуществ металинзы заключаются в том, что они могут быть спроектированы так, чтобы влиять на поляризацию света, а также проявлять резонансное поведение.

Одна из наиболее полезных причин использовать металинзу — это борьба с хроматической аберрацией. Хроматическая аберрация или дисперсия возникает, когда разные длины волн света отделяются от преломляемых под разными углами.Это приводит к фокусировке света в нескольких местах. Сам Ньютон считал, что это присуще системе и не может быть устранено. Позднее было показано, что это неверно при создании ахроматического дублета. В ахроматическом дублете используется стекло с высокой дисперсией (называемое кремнем) в сочетании со стеклом с низкой дисперсией (корона) для фокусировки длин волн в более равномерно расположенном фокусе. Существуют металлы, которые были структурированы для борьбы с хроматической дисперсией. Это позволяет очень тонким линзам корректировать хроматическую дисперсию вместо того, чтобы нуждаться в стандартных линзах, которые по сравнению с ними являются громоздкими и толстыми.

 Сегодняшний пост спонсирован RPMC Lasers - ведущим американским поставщиком лазерного оборудования 

Использование линз в оптических устройствах

Использование линз в оптических устройствах

Простой микроскоп

  1. Увеличительное стекло — самый простой микроскоп. Он состоит из одной выпуклой линзы с коротким фокусным расстоянием.
  2. Когда увеличительное стекло подносится к глазу, а объект помещается в пределах его фокусного расстояния (u
  3. Вблизи видно более резкое и крупное изображение.
  4. В общем, ближняя точка принимается равной 25 см. Это ближайшее расстояние, на котором объект / изображение может быть сфокусировано глазом.

Люди также спрашивают

Составной микроскоп

  1. Составной микроскоп — это оптический прибор, используемый для наблюдения за близкими и очень маленькими объектами. Он состоит из двух мощных выпуклых линз, линзы объектива и окуляра с короткими фокусными расстояниями от 5.От 0 см до 10,0 см.
  2. Линза объектива — это линза, расположенная ближе к объекту. В качестве объектива используется более мощный объектив или объектив с меньшим фокусным расстоянием.
  3. Линза объектива используется для получения реального, перевернутого и увеличенного изображения, I 1 .
  4. Наблюдаемый объект должен находиться между F 0 и 2F 0 линзы объектива.
  5. Окуляр работает как увеличительное стекло. Он используется для увеличения первого изображения, сформированного линзой объектива.
  6. Окуляр необходимо расположить так, чтобы первое изображение, I 1 , находилось между линзой и точкой фокусировки окуляра, F e .
  7. При нормальной настройке комбинация двух линз микроскопа дает окончательное изображение, I 2 , которое перевернуто по отношению к объекту, O.
  8. Окончательное изображение I 2 , сформированное окуляром, является виртуальным, перевернутым по отношению к объекту O и увеличенным.
  9. Окончательное изображение I 2 будет в ближайшей точке, примерно в 25 см от глаза.
  10. В с нормальной регулировкой расстояние между линзами больше суммы их фокусных расстояний, L 0 > f 0 + f e .
  11. Если высота объекта h 0 , высота изображения I 1 равна h 1 , а высота конечного изображения I 2 равна h 2 , тогда увеличение , произведенное объективом , составляет:
    , а увеличение , произведенное окуляром , составляет:
  12. Увеличение сложного микроскопа составляет:

Астрономический телескоп

  1. Астрономический телескоп — это оптический инструмент, используемый для наблюдения за удаленными объектами.Он состоит из двух выпуклых линз, линзы объектива и окуляра.
  2. Линза объектива имеет малое оптическое увеличение (длинное фокусное расстояние), тогда как окуляр имеет высокое оптическое увеличение (короткое фокусное расстояние).
  3. Линза объектива собирает параллельные лучи от удаленного объекта и формирует реальное, перевернутое и уменьшенное изображение, I 1 в его фокусной точке, F 0 .
  4. Окуляр работает как увеличительное стекло. Он используется для создания виртуального вертикального и увеличенного изображения, I 2 .
  5. Когда зрительная труба используется при нормальной настройке, окончательное изображение создается на бесконечности, как показано на рисунке.
  6. Это делается путем регулировки положения окуляра таким образом, чтобы изображение, сформированное линзой объектива, I становилось объектом в фокусной точке, F e окуляра.
  7. При нормальной настройке расстояние между линзами равно сумме их индивидуальных фокусных расстояний, L = f 0 + f e .
  8. Увеличение телескопа при нормальной настройке определяется по формуле:

Различия и сходства между составным микроскопом и астрономическим телескопом

Составной микроскоп Астрономический телескоп
Состоит из двух мощных выпуклых линз (+20 D и +14 D). Состоит из мощных (+14 D) и маломощных (+2 D) выпуклых линз .
Фокусное расстояние объектива на короче на фокусного расстояния окуляра (f 0 e ). Фокусное расстояние объектива на больше фокусного расстояния окуляра (f 0 > f e ).
Изображение , сформированное линзой объектива , увеличено на . Изображение , сформированное линзой объектива уменьшенное .
При нормальной настройке окончательное изображение находится на рядом с точкой . При нормальной настройке окончательное изображение находится на бесконечности .
Расстояние между линзой объектива и окуляром:
L 0 > f 0 + f e
Расстояние между линзой объектива и окуляром:
L 0 ≤ f 0 + f e
Сходства:
  • Состоит из двух выпуклых линз.
  • Линза объектива формирует реальное перевернутое изображение, которое действует как объект для окуляра.
  • Окуляр действует как увеличительное стекло.
  • Сформированное окончательное изображение является виртуальным, перевернутым по отношению к объекту и увеличенным.

Однообъективная камера

  1. Типичная камера состоит из светонепроницаемой коробки с выпуклой линзой, установленной спереди, и рулона пленки, размещенного сзади.
  2. Базовая структура камеры показана на рисунке.Он состоит из выпуклой линзы, пленки, затвора и диафрагмы.
  3. Выпуклая линза используется для создания реального и перевернутого (и обычно уменьшенного) изображения на светочувствительной пленке, расположенной на задней стороне камеры.
  4. Фокусирующий винт используется для фокусировки изображения на пленке.
  5. Для удаленного объекта изображение формируется рядом с точкой фокусировки F. Винт фокусировки регулируется для перемещения точки фокусировки F по направлению к пленке, чтобы получить четкое изображение на пленке.
  6. Для близкого объекта изображение формируется на расстоянии, превышающем фокусное расстояние объектива.Винт фокусировки регулируется так, чтобы сместить точку фокусировки F от пленки, чтобы получить резкое изображение на пленке.
  7. Диафрагма используется для регулировки размера апертуры, которая контролирует количество света, попадающего в камеру. Фактическая функция диафрагмы — контролировать глубину резкости.
  8. Затвор определяет, может ли свет попадать на пленку или нет. Скорость открытия и закрытия затвора используется для управления временем экспозиции при фотографировании.

Проектор слайдов

  1. Слайд-проектор — это устройство, используемое для просмотра слайдов. Он состоит из четырех основных частей: проекционной лампы, вогнутого отражателя, конденсирующей линзы и линзы проектора.
  2. Когда свет проекционной лампы проходит через слайд и объектив проектора, полученное изображение увеличивается и проецируется на перпендикулярный плоский экран, где зрители могут видеть отражение слайда.
  3. Слайд, являющийся объектом, помещается между f и 2f от объектива проектора, где f — фокусное расстояние объектива проектора.Изображение на экране реальное, перевернутое и увеличенное.
  4. Чтобы на экране формировалось изображение с большим увеличением, слайд помещают ближе к f, а экран — дальше.
  5. Проекционная лампа расположена в центре кривизны C вогнутого отражателя, так что весь свет в направлении отражателя может отражаться обратно по тому же пути, что и линза конденсатора. Конденсорная линза состоит из двух плосковыпуклых линз, разделенных тепловым фильтром. Тепловой фильтр защищает слайд от перегрева лампой.
  6. Проекционная лампа также находится в фокусе конденсорной линзы. Прямой свет лампы и отраженный свет от вогнутого отражателя равномерно распределяются по поверхности предметного стекла после прохождения через линзу конденсора.
  7. Подвижная линза проектора фокусирует резкое, перевернутое и увеличенное изображение на экране.
  8. Слайд необходимо перевернуть, чтобы на экране появилось вертикальное изображение.

Проектирование и производство оптики из пластика

Разработка и производство оптических устройств из пластика становится обычной практикой для фирм, стремящихся достичь сложной или уникальной геометрии деталей, снизить затраты на единицу и / или производить компоненты в постоянном объеме.Производство больших объемов с помощью литья под давлением особенно хорошо подходит для полупрозрачных полимеров вместо стекла. Конечные продукты имеют тенденцию иметь лучшую сопротивляемость разрушению из-за полимерного материала, из которого они сделаны, их дешевле производить (особенно при использовании многогнездных пресс-форм, которые производят несколько деталей за цикл), и они чрезвычайно воспроизводимы. В одних приложениях предпочтение отдается использованию только полимерных пластиков, в других — стекла, а в третьих — сочетание этих двух материалов.Стекло, встроенное в пластик, имеет тенденцию укреплять лежащий в основе полимер и может быть добавлено в разной степени для изменения свойств готового материала. Тем не менее, ни один композит не решает всех проблем проектирования оптики, а конкретная комбинация обычно так или иначе связана с компромиссами.

Акриловая линза, отражающая свет лазера

Пластиковая лупа от творческих механизмов (линза: акрил, обработанный на станке с ЧПУ, корпус: АБС-пластик с 3D-печатью)

Один из основных недостатков стекла (и, наоборот, одно из основных преимуществ полупрозрачных полимеров, таких как акрил), заключается в том, что пластик, как правило, наносит меньше повреждений человеческому телу при разбивании или разрушении.По этой причине пластмассы, как правило, находят широкое применение в минимально инвазивных медицинских диагностических устройствах, используемых внутри тела или в непосредственной близости от чувствительных тканей (например, глаз). Два примера, в которых полимеры очень желательны, включают артроскопию (где оптическое устройство, известное как артроскоп или эндоскоп, вставляется в сустав через небольшой разрез) и оптическое устройство, закрепленное на голове, такое как очки ночного видения (с линзами, надетыми близко к глазу). Отказ устройства во время использования в обоих этих примерах может привести к повреждению тканей тела, и было показано, что полимеры вызывают гораздо меньшие повреждения по сравнению со стеклом в случае катастрофического отказа, связанного с контактом с тканями тела.

Пожалуй, наиболее часто используемый оптический пластик — это акрил (ПММА). Акрил был представлен до Второй мировой войны и первоначально использовался в таких вещах, как лобовые стекла самолетов. Этот материал сегодня широко используется в потребительских товарах, медицинских приборах и даже мебели. Это хорошая замена поликарбонату в том случае, если прочность не является главным приоритетом или в случаях, когда чрезвычайно важна устойчивость к царапинам. Другие полупрозрачные пластмассы, обычно используемые в оптических устройствах, включают поликарбонат (известный своей чрезвычайно высокой ударной вязкостью и широким диапазоном рабочих температур) и полистирол (используется в оптических компонентах, НЕ подвергающихся внешнему контакту и, следовательно, менее подверженных царапинам или в тех случаях где пониженная УФ-пропускающая способность является желаемой характеристикой).

Если вы собираетесь использовать полимеры для оптических устройств, вы должны понимать некоторые небольшие различия между пластиком и стеклом. Вот несколько примеров соответствующих различий и / или сходства между двумя типами материалов, когда речь идет об оптических устройствах:

1. Свойства материала: Стекло обычно имеет более высокий показатель преломления, чем пластик (это означает, что свет более существенно отражается и / или изгибается, когда проходит через стекло). ПММА (оргстекло), самый распространенный оптический пластик, имеет показатель преломления 1.49, в то время как Flint Glass (обычное оптическое стекло) колеблется от 1,45 до 2,00. Тем не менее, это зависит от конкретного стекла или полимера, используемого в качестве стекла Crown (другое распространенное оптическое стекло), имеет значение показателя преломления 1,52 (намного ближе к таковому у оргстекла). Вообще говоря, диапазон значений намного меньше для оптики из чистого пластика. Использование различных композитов из стекла и полимера значительно улучшит доступные свойства материала и, вероятно, упростит процесс для дизайнеров.

2. Фактическая конструкция оптического устройства: Стекло гораздо лучше подходит для сферических и / или цилиндрических конструкций, в то время как пластмассы позволяют дизайнеру более гибкий диапазон форм. Например, асферические линзы (такие, как показанные ниже) намного дешевле производить из полимеров, чем стекло, а более сложные геометрические формы, такие как прорези диафрагмы или прямоугольная диафрагма, часто намного лучше подходят для пластика.

Изображение из Википедии

3.Стоимость компонента: Более низкая цена за единицу, возможно, является самым большим преимуществом использования пластика для оптических устройств вместо стекла. Пластмассы идеально подходят для производства литьем под давлением в больших объемах и могут иметь очень низкие удельные затраты при массовом производстве.

4. Покрытия: Покрытие пластмасс и стекла — это очень похожий процесс, и оба материала подходят для зеркальных, проводящих, отражающих, антибликовых или светоделительных покрытий и т. Д. Принципиальное отличие состоит в том, что покрытия можно наносить на пластмассы. при значительно более низкой температуре, чем это принято для стекла.

5. Монтаж и / или подключение устройства к механическому оборудованию: Пластмассы значительно упрощают процесс монтажа, поскольку довольно часто они могут быть изготовлены с язычками или специальными фитингами для упрощения подключения к более крупному устройству. Это означает меньше деталей, более прочные изделия и, как правило, более низкие затраты на сборку.

6. Контакт с тканями человека: Пластмассы гораздо менее вредны для человеческих тканей (например, кожи, глаз и т. Д.), Чем стекло, если они разбиваются или раскалываются при контакте с человеческим телом.Стекло имеет тенденцию раскалываться на множество острых, часто чрезвычайно тонких и повреждающих осколков, в то время как пластик — нет. В результате в случае выхода из строя пластик может нанести гораздо меньший ущерб человеческому телу, чем стекло. Для устройств, используемых в частом контакте и / или в непосредственной близости от тканей человеческого тела, следует серьезно подумать о пластике.

Таким образом, пластиковая оптика предлагает подходящую альтернативу стеклу по ряду причин, в том числе: более низкая стоимость, меньшее повреждение при разрушении и контакте с тканями человека, большая гибкость конструкции и более простая интеграция с другими компонентами устройства.Основное преимущество стекла — его преломляющие свойства, которые во многих случаях можно улучшить, используя композит стекла и полимерных материалов.

Оптические товары | Encyclopedia.com

ПРОМЫШЛЕННЫЕ КОДЫ

NAICS: 33-3314 Производство оптических инструментов и линз, 33-9115 Производство офтальмологических товаров

SIC: 3827 Оптические инструменты и линзы, 3851 Товары для офтальмологии NAICS

Коды: 33-33141, 33-33143, 33-3314W, 33-

, 33-

, 33-

, 33-9115B и 33-9115W

ОБЗОР ПРОДУКТА

Фундаментальная физика

Основной компонент любого Оптическое устройство представляет собой линзу, изменяющую направление лучей света.Положительные линзы, которые лицом к лицу напоминают круглые скобки — () — заставляют лучи света сходиться в фокус. Отрицательные линзы -) (- заставляют лучи рассеиваться, расходиться в стороны. Это происходит из-за того, что свет замедляется, проходя через плотную, но полупрозрачную среду, такую ​​как стекло или пластик, и при замедлении луч будет преломляться или изгибаться. Такое поведение свет используется оптическими приборами для самых разных целей, что делает оптические товары столь полезными и широко применяемыми

Свет, конечно, всего лишь один из видов излучаемой энергии, часть электромагнитного спектра.Весь спектр начинается с чрезвычайно мощных радиационных волн, известных как гамма-лучи. Следующими по порядку идут рентгеновские лучи, ультрафиолетовый свет, наш собственный видимый свет, инфракрасный свет, микроволны, радио- и телевизионные волны и, наконец, так называемые длинные волны. Все эти типы излучаемой энергии распространяются по прямой в форме волны; у них есть вершины и впадины. Расстояние между двумя пиками известно как длина волны. Количество волновых пиков, которые проходят через одну точку пространства за одну секунду, называется частотой волны.Эти две меры связаны, потому что все волны движутся с одинаковой скоростью; скорость света. Следовательно, высокая частота, много волн в секунду, обязательно подразумевает короткую длину волны. В этой сфере физической реальности числа обычно бывают астрономически большими или маленькими. Гамма-лучи, например, самые мощные, имеют частоты в районе 10 19 Гц (Гц). Это число больше квадриллиона или 1000 триллионов — столько пиков волн проходит за одну секунду. Длины волн гамма-лучей невообразимо малы, от 10 −11 до 10 −14 метров, таким образом, попадая в диапазон чуть меньше триллионной метра в самом большом диапазоне и чуть меньше квадриллионной доли метра на глубине. их самые маленькие.Видимый свет имеет значительно большую длину волны, число для фиолетового, варьируется от 400 миллиардных долей метра, называемого нанометром (нм), до 700 нм, длины волны красного света. Частота видимого света находится в области 10 15 Гц, то есть около квадриллиона Гц. Инфракрасное, микроволновое, радио и телевидение, а также длинные волны имеют большие длины волн и более низкие частоты.

Этот взгляд на весь спектр полезен, потому что все эти волны могут изгибаться или преломляться линзами правильной конструкции.Положительные (вогнутые) линзы могут их концентрировать, а отрицательные (выпуклые) — рассеивать. Комбинированное использование нескольких линз может дать самые разные результаты, таким образом, они могут делать очень крошечные объекты видимыми, приближать очень далекие объекты, могут концентрировать радио- или телевизионные волны, а также могут фокусировать свет в очень крошечные лучи для чтения компакт-дисков. или нанесение изображений на барабаны в лазерных принтерах. Более того, управляемые таким образом лучи не обязательно должны быть видимым светом, но могут исходить из других диапазонов электромагнитного спектра.

Основные функции

Наша способность отклонять лучи света и управлять их углами преломления путем формирования линз открывает путь к увеличению малого и приближению далеких. Увеличение лучше всего можно понять, рассматривая зеркала. Когда мы смотрим в зеркало, кажется, что наше лицо находится в пространстве за зеркалом, а не на его поверхности. Конечно, свет отражается от поверхности зеркала, но мы видим глубину. Когда мы смотрим на очень мелкий шрифт через увеличительное стекло, происходит нечто аналогичное.Мы видим отпечаток за увеличительным стеклом, но на этот раз не таким, каким он кажется — крошечный отпечаток большой. Лучи, исходящие от отпечатка, меняют угол наклона при прохождении через линзу. Наши глаза излучают этот свет, как будто он не изогнут; на наши глаза влияют только углы света на нашей стороне, а не на дальней стороне стекла. Мы формируем изображение из этих углов и видим целевой объект, как если бы он находился за стеклом. Оптика называет то, что мы видим, виртуальным изображением. Наш мозг создает его, интерпретируя свет.Слово виртуальный используется потому, что эти изображения нельзя сфотографировать.

Когда мы позволяем свету от линзы достигать светочувствительной поверхности в камере, будь то пленка или цифровой датчик, мы получаем реальное, а не виртуальное изображение и, следовательно, можем его записать. В результате действия линзы изображение всегда будет уменьшаться в размере. Те же углы света, которые наш мозг проецирует вперед, когда смотрит в увеличительное стекло, на самом деле сходятся. Мы видим увеличенное изображение, но на самом деле оно уменьшается.Таким образом, оптика позволяет нам концентрировать свет и другие лучи. Мы используем эту конвергенцию, чтобы сконцентрировать радио и телевизионные лучи для передачи через антенну.

Телескопы используют обе функции за счет использования двух линз. Основная линза концентрирует свет в острой фокусной точке внутри телескопа. Окуляр, еще одна линза, используется для увеличения этой точки фокусировки, чему способствует наше собственное восприятие, как обсуждалось выше. Глядя на Луну в телескоп, телескоп сначала сжимает свет, отраженный от Луны, в крошечный фокус, который, увеличенный окуляром, кажется намного больше, чем Луна кажется нашим невооруженным глазом.Телескопы работают, потому что они способны улавливать гораздо больше света от объекта и, таким образом, улавливать гораздо больше деталей, чем человеческий глаз. Зрачок человека имеет диаметр около 4 мм (одна шестнадцатая дюйма). Первый телескоп Галилея имел диаметр около 5 см и, таким образом, собирал в двенадцать раз больше света. Микроскопы работают так же, как телескопы.

Мы можем спроектировать линзы так, чтобы они пропускали только параллельные лучи. Эти коллимирующие линзы важны в лазерной технологии.Лазеры, в свою очередь, широко используются в потребительских товарах, таких как компакт-диски (лазеры записывают и читают их), в принтерах и в оптической литографии, используемой для изготовления интегральных схем. Мы также используем коллимирующие линзы в сочетании с призмами (последние имеют форму греческой дельты, Δ) в спектроскопии. Спектроскопы разделяют свет на составляющие лучи разных цветов. Точное управление светом с помощью оптических методов лежит в основе промышленных и научных измерительных технологий, называемых метрологией.

Взгляд назад

Первое использование и производство стекла возникло в Месопотамии. Первые стеклянные бусины, использованные для украшения, датируются 2600 годом до нашей эры, временами шумеров. Формованные стеклянные сосуды датируются временами египтян и 1540 годом до нашей эры. Выдувание стекла было обнаружено в Вавилоне, к югу от современного Багдада. Затем искусство быстро распространилось в Римской империи и во времена Августа (63 г. до н.э. — 14 г. н.э.). К тому времени практиковалось плавление песка в стекло с использованием различных добавленных химикатов с добавлением ингредиентов для получения желаемых цветов, включая марганец для создания пурпурного цвета.Низкое количество марганца привело бы к производству прозрачного стекла, хотя доза, которую нужно использовать для получения неизменно прозрачного стекла, не была обнаружена до 100 г. н.э. в Александрии, что быстро привело к производству стекла для окон, используемых очень богатыми. Тогда стекло было предметом роскоши. Некоторое прозрачное стекло должно было быть произведено еще раньше и с правильной кривизной, потому что Луций Анней Сенека, знаменитый Сенека Младший, как сообщается, использовал наполненный водой стеклянный шар, чтобы помочь ему читать в старости.

Число читателей в те дни было недостаточно велико, чтобы купить очки.Это ожидало прохождения еще 1200 лет. Тем временем Римская империя пала, и возникла другая цивилизация. В переходный период производство стекла пришло в спячку. Однако в 1200-х годах для общего пользования появились так называемые камни для чтения ручного размера, которые производились стеклодувами в Италии. Основной принцип, лежащий в основе этого увеличения, был отмечен Роджером Бэконом в 1268 году. Бэкон признал, что частичная стеклянная сфера с выпуклой и, следовательно, вогнутой стороной стекла, направленной на текст, будет делать эту работу.К 1280-м годам появились первые очки. Это были сдвоенные линзы в оправе, подвешенные к носу с помощью соединительного звена. После этого искусство изготовления линз медленно развивалось, создав профессию мастера по изготовлению очков. Голландия заняла видное место в этой специализации, так что голландские создатели очков открыли инструменты, позволяющие видеть как самые маленькие, так и самые большие и самые далекие объекты. В 1590 году Закариас Янсен изобрел первый микроскоп, а в 1609 году Ганс Липперши изобрел первый телескоп.Историки не совсем уверены, что Липперши был единственным изобретателем этой категории; другие могли прийти в голову в то же время. Однако все историки первым называют Липперши. Галилео Галилей в Италии создал свой собственный телескоп вскоре после 1609 года. С его помощью он обнаружил, что у Юпитера есть спутники.

Область научной оптики постепенно возникла из этих начал. Использование микроскопов в науке и телескопов в астрономии, мореплавании и войне стимулировало разработку все более совершенных линз.Эти линзы, в свою очередь, помогли научным исследованиям прогресса света, так что физика и технология линз развивались бок о бок, помогая друг другу в успехе. Примерно через 1400 лет после изобретения телескопа, то есть во второй половине первого десятилетия двадцать первого века, оптические устройства с линзами прочно вошли в нашу технологическую культуру. Стекло продолжало доминировать в промышленности, но пришло на долю рынка линз вместе с пластмассами, а камни для чтения превратились в крошечные пластиковые контактные линзы.

Основные категории продукции

Оптические товары обычно классифицируются по основным конечным потребителям, но повсеместное присутствие оптических устройств в промышленных, военных, исследовательских и потребительских категориях делает любую категоризацию приблизительной. Большие группы включают офтальмологические товары, объективы для фотоаппаратов и оптические инструменты.

Товары для офтальмологии

Это категория корректирующих линз, иногда называемых профилактическими устройствами. Обычные рецептурные очки с однофокальными, многофокусными и прогрессивными линзами относятся к одной категории, а контактные линзы — к другой.Первые созданы для удобного ношения. Контактные линзы имеют рынки вторичных чистящих средств. Бифокальные очки — это обычные мультифокальные линзы; они обеспечивают два фокуса, например, один для чтения, а другой — для дистанции. Прогрессивные линзы предназначены для постепенного увеличения. Поворачивая голову, пользователь находит правильный фокус для цели. Никаких видимых переходов невозможно различить, глядя на само стекло. Солнцезащитные очки, защитные очки, сварочные круги и пластины, а также аналогичные устройства, предназначенные для людей, включены в эту категорию и обычно называются офтальмологическими товарами — это слово происходит от греческого слова, обозначающего глаза.

Объективы для фотоаппаратов

Эти объективы, используемые в фотосъемке или кино, предназначены для получения изображений на пленочных или цифровых датчиках и предназначены для стандартного или специального использования. Они бывают стандартными, телефото и широкоугольными. Зум-линзы позволяют пользователю переключаться с одного стиля на другой путем регулировки. В промышленной классификации объективы фотоаппаратов включены в оптические приборы, следующие в списке.

Оптические инструменты

Продукция этой категории простирается от небольших оперных очков до больших телескопов, сделанных из множества изогнутых зеркал, установленных в сельской местности.Обычные и электронные микроскопы используются в исследованиях и медицине. Теодолиты используются в топографической съемке, а бороскопы — для исследования труднодоступных мест. Линза бороскопа находится на конце трубки, и визуальное изображение передается пользователю по оптическим волокнам. Миниатюрные версии этой техники используются в медицине. Металлографы — это специализированные микроскопы для исследования, а также фотографирования металлических поверхностей. Контурные проекторы используются для измерения изготовленных компонентов. Интерферометры, как следует из их названия, заставляют две или более волны накладываться друг на друга и, таким образом, интерферировать друг с другом.Интерферометры используются в астрономии, измерениях, океанографии, сейсмологии и других сферах деятельности. Сюда входят метрологические приборы. Хотя некоторые из вышеперечисленных инструментов находятся на очень высоком уровне сложности, обычные увеличительные стекла и бинокли также относятся к этой категории оптических товаров.

Другие категории продуктов

Дополнительные группировки категории оптических товаров являются обычными и широко используются в промышленности и торговле. Три наиболее часто упоминаемые подкатегории:

Устройства военного назначения

В качестве промышленной категории устройства военного назначения относятся к оптическим приборам, поскольку они действительно являются приборами.Это приборы прицельного, сопровождения и управления огнем. К этой категории относятся перископы, как и оборудование ночного видения. Военные, а также гражданское население используют бинокли. Оптические прицелы используются как в вооруженных силах, так и охотниками.

Медицинские приборы

Оптические инструменты, используемые в медицине, сгруппированы в одну рыночную категорию. Эта группа может включать микроскопы, но многие также включают другие устройства, используемые для диагностических целей, в том числе оборудование для проверки зрения; хирургические приспособления для увеличения очень маленьких участков; использование лазеров при стоматологических, глазных и других вмешательствах; и эндоскопы для изучения тела.

Промышленные технологические устройства

Оптические изделия, используемые в производственном процессе, а также оптические компоненты, встроенные в изделия, относятся к этому классу. Оптика очень широко используется в электронике, не в последнюю очередь при создании самого основного продукта в этой области — полупроводникового чипа. Чипы — это крошечные объекты, созданные с помощью оптической литографии, одна из причин, по которой микросхемы называются печатными схемами. Они буквально печатаются устройствами, основанными на технологии линз, которые уменьшают и без того мелкие маски до еще меньших размеров.Затем уменьшенные и проецируемые узоры в масках записываются на поверхности кремниевых пластин, покрытых светочувствительными отложениями, с помощью лазерного излучения. Сами лазеры в этом приложении, как и в других, работают с помощью линз. Применение оптики в электронике называется оптроникой, и эта область очень разнообразна. Лазерные принтеры, устройства для компакт-дисков, телевизоры, радиоприемники, сотовые телефоны и многие другие электронные товары работают с использованием продуктов оптроники. ThomasNet, веб-сайт Thomas Register, перечисляет около шестидесяти девяти основных категорий применений линз, большинство из которых используются в промышленных процессах.

Этот краткий обзор дает представление о масштабах панорамы используемых оптических товаров. Практически каждый продукт разделяется на подкатегории, и у большинства из них есть собственные ответвления. Например, интерферометры делятся на четыре основные категории, которые подразделяются на более чем сорок технологий. Специальные эндоскопы используются при артроскопии (суставы), бронхоскопии (дыхательные пути), колоноскопии и проктосигмоидоскопии (толстая кишка), кольпоскопии (шейка матки), холангиоскопии (желчные протоки), цистоскопии (мочевыводящие пути), эзофагогастродуоденоскопии (желудочно-кишечного тракта). Фаллопиевы трубы), фетоскопия (плод), лапароскопия (брюшная полость / полость таза), риноскопия (нос), а также тораскопия и медиастиноскопия (грудная клетка).Для хирургии катаракты доступны шесть различных устройств. Списки такого рода интуитивно передают сложность области, особенно если учесть, что такое же изобилие продуктов классифицирует практически все категории оптических товаров.

РЫНОК

Три наиболее заметных сегмента категории оптических товаров — это офтальмологические товары, инструменты, линзы и фотоаппараты. Из них офтальмологические товары представляют собой самый большой сегмент, а камеры — самый маленький, как показано на Рисунке 158.

Обратите внимание, что показанные сегменты отображают отгрузки. В частности, в этой группе отраслей данные на уровне производства не дают точной картины. потребления розничными или институциональными покупателями, потому что экспорт и импорт искажают картину. Импорт удовлетворяет примерно 70 процентов всего спроса на камеры в Соединенных Штатах, а экспорт практически незаметен, если он вообще имеет место; Камеры, например, занимают гораздо большую долю на рынке оптических товаров в розничной торговле, чем на уровне производства внутри страны.Индустрия оптических инструментов / линз экспортирует значительную часть произведенных товаров, 37 процентов поставок, но также импортирует на высоком уровне, хотя импорт ниже, чем экспорт. Это говорит о том, что на розничном уровне этот сегмент несколько меньше, чем в производстве. В индустрии офтальмологических товаров экспорт составляет около 12 процентов внутренних поставок. Информация об импорте не очень хорошая. Рыночные доли ведущих производителей очков, которые являются иностранными, позволяют предположить, что импорт играет большую роль в отрасли.Однако у этих экспортеров в США имеется большое количество так называемых лабораторий в стране, причем значительная часть добавленной стоимости к импортным линзам приходится на отечественные лаборатории. Таким образом, в итоге может показаться, что в розничной торговле офтальмологические товары несколько больше, чем на уровне производства. Переход от очков к контактам тоже имеет значение.

История отгрузок с 1997 по 2005 год представлена ​​на Рисунке 159. Эти данные показывают отрасль с отгрузками на сумму 6 долларов.8 миллиардов в 1997 году, увеличившись до 9,1 миллиарда долларов к 2005 году. Рост за этот период приходится на офтальмологические товары и фотоаппараты, ежегодно увеличиваясь на 5,1 процента и 19,9 процента, соответственно. Рост производства оптических инструментов и линз практически не изменился, хотя поставки несколько выросли в конце 1990-х годов, а затем ослабли во время кратковременной рецессии, которая началась в конце 2000 года и закончилась в 2001 году. Общая категория оптических товаров имела годовые темпы роста в 3,7 процента. ниже валового внутреннего продукта (ВВП) на уровне 5.1 процент в год, но лучше, чем доля товаров длительного пользования в ВВП, которая увеличивалась на 2,3 процента в год.

Более пристальный взгляд на основные сегменты показывает некоторые из динамики, лежащие в основе тенденций роста. Информация о деталях продукта несколько ограничена. Данные доступны единообразно только за 1997 и 2002 годы, когда Бюро переписи населения США проводит полное обследование. В другие годы Ежегодное обследование промышленных предприятий Бюро переписи населения использует только частичные опросы и сообщает только агрегированные данные.

Офтальмологические товары

Крупнейшим сегментом этой отрасли в 2002 году были контактные линзы, на которые приходилось 47,8% поставок. Сегмент также показал самый быстрый рост с 1997 по 2002 год, увеличивая объем производства на 6,8 процента в год. Большинство проданных линз (98%) были мягкими. Этот рост представляет собой отход от обычных очков с очевидными последствиями для отраслевого сегмента стеклянных оправ. Этот сегмент, 1,7 процента общее количество отгрузок по сравнению с 2.9 процентов в 1997 году показали снижение на 6,1 процента в год. Обычные фокусные линзы, изготовленные из стекла или пластика, составляли 13,9% поставок по сравнению с 21,9% в 1997 году, теряя позиции в период с 1997 по 2002 год со скоростью 5,3% в год. Линзы из пластика составляли 89 процентов этой категории и теряли позиции меньшими темпами (4,6% в год), линзы из стекла составляли 11 процентов в этой категории и теряли продажи быстрее (9,6% в год). Остальные товары, всего 36.6 процентов поставок составили промышленные средства защиты глаз; солнцезащитные очки, в том числе антибликовые; специально изготовленные по рецепту очки из матового стекла; и другие продукты, которые Бюро переписи не смогло отнести к другим категориям.

Среди трех американских компаний Bausch & Lomb является доминирующим отечественным и мировым производителем. Поскольку в продажах этого сегмента преобладают контактные линзы и все другие виды линз, которые медленно снижаются, может сложиться впечатление, что индустрия офтальмологических товаров импортирует все меньше и меньше своей продукции.

Основной движущей силой здесь является старение населения. Изменения в демографической структуре между двумя последними годами переписи, 1990 и 2000, говорят сами за себя. Если мы разделим население на двадцать возрастных групп, каждая из которых представляет собой пятилетний период, мы увидим, что увеличение произошло за счет лиц в возрасте 50-54 лет (рост на 54,9%), 45-49 лет (рост на 44,8%) и 90-94 года ( до 44,6%). Среди всех двадцати возрастных групп девять старших имели более высокие темпы роста, чем четыре группы 19 лет и младше. Число тех, кто находился в самом расцвете сил (от 20 до 34 лет), уменьшилось.Тенденция не изменилась, но усилилась с 2000 года. Прогнозы Бюро переписи населения на 2010 год показывают, что наибольший рост будет в возрастной группе от 45 до 64 лет, а в период с 2000 по 2010 год ожидается рост на 26,5 процента — людей, которые начинают употреблять очки стандартного увеличения с последующим переходом на рецептурные линзы.

Оптические инструменты и линзы

Хотя количество продуктов в этом сегменте больше, чем в двух других основных отраслях, подробные сведения о продуктах практически отсутствуют.Бюро переписи населения предоставляет только три разбивки. Первая — это в основном военные инструменты, такие как оборудование для наблюдения, слежения и управления огнем, на долю которых в 2002 году пришлось 21,5% поставок; в на втором месте все прочие инструменты и линзы, на долю которых пришлось 72,2 процента отгрузок; и третий — «Оптические приборы и линзы», не указанные по типу (нск), что составило 6,2 процента отгрузок. Бюро переписи населения подразделяет категорию «Все прочее» на бинокли и астрономические инструменты (4.5% подкатегории), другие инструменты и линзы (95%), а также все прочие категории nsk (0,5%). Не определены как самый крупный сегмент отрасли, так и его собственное крупнейшее подразделение.

Отгрузка продукции отрасли в этот период с 1997 по 2002 год росла на 0,8 процента в год и практически не росла в период 1997–2005 годов. Два продукта, показавшие рост на уровне 1% в год или выше, измеренные с 1997 по 2002 год, были продуктами военного назначения, рост которых составил 1%.2 процента и бинокли и астрономические инструменты на 9,8 процента в год. Из этой статистики можно сделать вывод, что отрасль является зрелой и очень конкурентоспособной. Бюро переписи населения определило 423 компании в качестве участников. Одним из вероятных объяснений небольшого роста или его отсутствия является постепенное перемещение производства электроники, главным образом, в Азию. Это частично объясняет высокие темпы экспорта продукции этой отрасли, что также может быть отражено запуском производства оптических приборов за рубежом.

Камеры

В период 1997–2005 годов в индустрии фотоаппаратов произошел резкий переход от традиционных пленочных фотоаппаратов, также называемых аналоговыми фотоаппаратами, к новым цифровым фотоаппаратам, которые заменяют электронные датчики пленочными и магнитными носителями для хранения уже сделанных снимков. . Большая часть этой отрасли поставлялась из-за границы, в основном из Японии, но внутреннее производство фотоаппаратов, увеличивающееся почти на 20 процентов в год, сделало фотоаппараты самой быстрорастущей категорией в индустрии оптических товаров.Продажи аналоговых фотоаппаратов резко упали, за исключением передовых фотографических систем высшего класса. Продажи цифровых фотоаппаратов практически захватили потребительский рынок. Штучные продажи выросли с уровня 4,5 миллионов в 2000 году до 20,5 миллионов в 2005 году, что даже быстрее, чем долларовые продажи. Цены на камеры падают.

Отечественное производство примерно поровну делится между фотоаппаратами и кинокамерами, первые быстро растут, а вторые резко сокращаются, поскольку импорт вытесняет отечественных производителей.В категории фотоаппаратов наибольший рост был отмечен в моделях более высокого класса, которые обеспечивают большее разрешение изображения.

Основная движущая сила благоприятных характеристик фотоаппаратов связана с распространением персональных компьютеров, Интернета, цветных фотопринтеров и падением цен на фотоаппараты.

Bottom Line

Подводя итог рыночной картине, оптические товары представляют собой отрасль стоимостью 10 миллиардов долларов на уровне производства с разумным ростом, лучше, чем у сопоставимых товаров длительного пользования.Промышленные сегменты остаются неизменными, главным образом потому, что отрасль является зрелой. Рост обеспечивается за счет старения населения, которому в некоторой степени способствует все еще активно развивающийся сектор цифрового оборудования.

ОСНОВНЫЕ ПРОИЗВОДИТЕЛИ / ПРОИЗВОДИТЕЛИ

Ведущим производителем контактных линз является американская компания Bausch & Lomb Incorporated, объем продаж которой в 2006 г. составил 2,29 миллиарда долларов. Примерно 31 процент продаж компании приходится на контактные линзы, а еще 18 процентов — на продукты, предназначенные для ухода за линзами.Bausch & Lomb также является производителем оборудования для глазной хирургии. Другими важными участниками являются Johnson & Johnson, которая продает контактные линзы под торговой маркой ACUVUE, и Cooper Companies, Inc. Cooper занимает третье место в области контактных линз, а также продает хирургическое оборудование. Швейцарская компания Alcon, Inc. является лидером в производстве оборудования для офтальмологической хирургии. Компания STAAR Surgical, базирующаяся в Калифорнии, является производителем имплантируемых линз для коррекции зрения.

Мировым лидером в производстве очков является Essilor International.Объем продаж этой французской компании в 2006 году составил 2,7 миллиарда евро. Essilor утверждает, что на ее долю приходится 23 процента мирового бизнеса, ежегодно производя 195 миллионов линз для очков. Компания была пионером в разработке прогрессивных линз и, по оценкам, продает одну из каждых двух произведенных линз и одну из каждых трех других типов линз. Есть ряд более специализированных производителей очков. Ниже приводится список и краткое описание основных производителей: Hoya Corporation (Япония) специализируется на производстве пластиковых линз.Indo Internacional SA (Испания) производит помимо линз и очков оборудование для офтальмологии. Корпорация Nikon (Япония) является лидером в производстве фотоаппаратов, но также производит очки и линзы. Pentax Corporation (Япония), наиболее известная своими фотоаппаратами, также является производителем хирургических луп и эндоскопов; хирургические лупы — это двойные лупы, закрепленные на очках. Rodenstock Gmbh (Германия) предлагает специализированные очки для пилотов и участников всех видов спорта, а также линейку высококачественных очков.Компания Seiko Optical Products Company, Ltd. (Япония) специализируется на производстве пластиковых линз. Carl Zeiss AG (Германия) участвует на рынке очков через компанию Sola, изначально австралийскую, но трансплантированную в Соединенные Штаты через American Optical, и производя специальное защитное покрытие на основе тефлона для линз. Zeiss играет важную роль в производстве объективов в целом, он используется в камерах, оптических приборах и инструментах всех видов.

Двумя ведущими производителями фотоаппаратов в мире являются Canon Inc. и Sony Corporation.Ведущий производитель в США — Eastman Kodak. Среди мировых лидеров в этом В товарную категорию входят пятнадцать японских компаний (Canon, Casio, Fuji, Kyocera, Minolta, Nikon, Olympus, Panasonic, Pentax, Ricoh, Sanyo, Sharp, Sigma, Sony и Toshiba), пять немецких компаний (Leica, Linhof, Minox, Rollei , и Zeiss), две швейцарские компании (Alpa из Швейцарии и Sinar AG) и по одной в Швеции (Victor Hasselblad AB) и в Южной Корее (Samsung Corporation).

На гораздо более диверсифицированном рынке оптических приборов компании, представляющие секторы внутри этой широкой отрасли, — это Olympus Corporation, Mead Instruments, Warren-Knight и Reynard Corporation.Olympus Corporation — японская фирма, основанная в 1919 году. В 2006 году объем продаж компании по всему миру составил 8,5 миллиардов долларов, из которых 23% приходится на Северную Америку. Компания Olympus возникла как производитель микроскопов и является лидером на этом рынке, производя продукцию как для промышленного, так и для медицинского / исследовательского применения. Помимо микроскопов, Olympus производит хирургические инструменты и диагностические системы.

Mead Instruments Corporation — лидер в области потребительской оптики. Она производит и распространяет телескопы, бинокли, микроскопы и прицелы для охотников и снайперов.В 2006 году объем продаж компании составил 101 миллион долларов. Его главный конкурент — SW Technology Corporation, владелец бренда телескопов Celestron. SW Technology является элементом тайваньской компании Synta Technology.

Warren-Knight Instrument Company, базирующаяся в Филадельфии, является представителем компаний, производящих оптические товары для промышленного и военного применения. Эта частная корпорация является крупным оборонным подрядчиком с рядом военного и навигационного оборудования, но также продает геодезические приборы, телескопы и широкий спектр оптических инструментов для промышленности.

Reynard Corporation из Сан-Клементе, Калифорния, является поставщиком военной оптики, которую она называет, для крупных аэрокосмических компаний и оборонных подрядчиков. Последние, в свою очередь, включают компоненты, покрытия и другие системы Reynard в продукты, которые становятся товарами военного назначения.

МАТЕРИАЛЫ И ЛОГИСТИКА ЦЕПОЧКИ ПОСТАВОК

Самыми большими расходами для индустрии оптических приборов являются линзы, за которыми следуют печатные схемы, другие электронные компоненты и готовые металлические изделия.В индустрии фотоаппаратов объективы играют лишь небольшую роль в долларовом выражении; большие затраты — это компоненты электроники и металлические изделия сложной конструкции и, следовательно, дорогостоящие. В офтальмологической промышленности заготовки для линз и пластмассы являются двумя крупнейшими категориями материалов.

Песок, пригодный для изготовления стекла, должен иметь низкое содержание железа, хрома и кобальта и высокое содержание кремнезема; первые придают стеклу цвет, но, особенно для оптического стекла, желательно прозрачное стекло.Подходящие пески не всегда доступны, но достаточно распространены повсюду. Высокая стоимость линз по сравнению с сырьем, из которого они сделаны, означает, что производство линз не обязательно и не находится там, где есть песок. Производители стеклянной тары и оконного стекла, продукции, производимой массово, стремятся располагать подходящие песчаные отложения, чтобы минимизировать транспортные расходы, связанные с сырьем.

Вся оптическая продукция производится в странах с высоким уровнем технологического развития, которые также являются крупнейшими потребителями этих товаров.Оптические товары характеризуются высоким уровнем добавленной стоимости в обрабатывающей промышленности (VA), что означает увеличение долларовой стоимости по сравнению со стоимостью закупленных материалов. В США в 2002 году добавленная стоимость составляла 48,2 процента от общего объема поставок всех промышленных товаров. В секторах оптических товаров, рассматриваемых как группа, добавленная стоимость составила 60,7% от поставок, что значительно выше, чем в среднем по обрабатывающей промышленности. VA камеры немного упала ниже среднего, на 47 процентов отгрузок, но у оптических инструментов VA была 62.7 и офтальмологические товары VA составляют 65,1 процента отгрузок. Это говорит о том, что факторы местоположения, влияющие на логистику, относительно не важны в отрасли.

КАНАЛ ДИСТРИБЬЮЦИИ

Оптические товары распространяются по самым разным каналам в зависимости от конечного продукта. Камеры продаются через дистрибьюторов и розничных продавцов; Розничные торговцы могут быть торговцами товара общего назначения или специализированными торговцами фотоаппаратами. Бытовая оптика, такая как телескопы и бинокли, имеет аналогичную систему распределения.Оптические инструменты, используемые военными, приобретаются на конкурсной основе; генеральный подрядчик, обычно аэрокосмическая или оборонная компания, будет закупать компоненты у других специализированных поставщиков напрямую или через оптовых дистрибьюторов. Промышленные и прочие покупатели пользуются услугами специализированных дистрибьюторов.

Офтальмологические товары частично следуют уникальной системе распределения, продиктованной необходимостью получения рецептов. Производители используют систему оптового распределения, в которой участники образуют гибрид между производителем и дистрибьютором.В своем бизнесе они называются лабораториями и занимаются подготовкой линз в соответствии с предписаниями офтальмолога для окончательного распределения в магазине оптики. Сегмент всей офтальмологической продукции состоит из очков со стандартным увеличением, которые продаются в торговых точках, обычно в аптеках, тем людям, чье зрение начинает нуждаться в помощи. Эти продукты следуют более традиционному каналу «дистрибьютор-розничный продавец-покупатель».

КЛЮЧЕВЫЕ ПОЛЬЗОВАТЕЛИ

Самая важная группа пользователей — поскольку ее членам необходим продукт для правильного функционирования — это люди, которые носят очки или контактные линзы.Это также может быть самая большая группа пользователей оптических продуктов. Центры для По данным Управления и профилактики заболеваний, число людей с нарушениями зрения старше 40 лет составляет 9 миллионов. По данным переписи населения 2000 года, людей с такими нарушениями в возрасте 65 лет и старше насчитывалось около 35 миллионов. Ключевые пользователи попадают в этот возраст, так как цифра 9 миллионов включает в себя диагностированные с медицинской точки зрения случаи, тогда как цифра 35 миллионов включает пожилых людей, многие из которых используют очки, даже если только для чтения.

Владельцы камер составляют еще одну очень большую группу пользователей.Поскольку продажи камер составляют около 20 миллионов единиц в год (2005 г.), эта группа вполне может равняться пользователям очков, хотя, конечно, эти группы частично совпадают. Только на розничном уровне продажи цифровых фотоаппаратов составили около 6,2 миллиарда долларов, а соответствующие розничные продажи магазинов оптических товаров — около 6,7 миллиарда долларов, что позволяет предположить, что в долларовом выражении эти две отрасли были примерно одинакового размера.

Тремя крупнейшими институциональными группами пользователей были медицина, электронная промышленность и военные.Использование оптических товаров, однако, настолько широко распространено, что термин «ключевой пользователь», если он не связан с понятием размера рынка, подойдет практически всем, кому требуются фотографические изображения или увеличение.

СМЕЖНЫЕ РЫНКИ

Фото- и рентгеновские устройства предполагают использование пленки и / или бумаги для записи изображений, что представляет собой несколько смежных рынков. Цифровые камеры, в которых не используется пленка, требуют магнитного носителя для хранения изображений, а фотопринтеры для создания снимков, которые можно держать в руке или вставлять в альбомы — два дополнительных смежных рынка.Для проекционного оборудования, используемого дома, в бизнесе или в качестве промышленных измерительных инструментов, например контурных проекторов, требуется экран. Врачи используют дисплейные панели с подсветкой для изучения рентгеновских лучей. Кожухи для фотоаппаратов, штативы, временные устройства и специальные фильтры — это рынки, примыкающие к камерам и телескопам.

Футляры для очков и средства для чистки контактных линз также представлены на смежных рынках. Растворы и салфетки для контактных линз составляют рынок, по крайней мере, в три раза меньший, чем производство контактных линз само по себе.

Многие оптические устройства являются компонентами более крупных узлов, в которых они выполняют функции. Они присутствуют в проигрывателях компакт-дисков, лазерных принтерах, телевизорах, спортивных и охотничьих ружьях и даже в автомобилях. Фары и задние фонари используют оптические конструкции. В большинстве этих категорий собственные смежные рынки продуктов частично связаны с оптическими товарами в продуктах, например, с музыкой для компакт-дисков, тонером, бумагой для принтеров и т. Д.

Лишь несколько продуктов соседствуют с оптическими устройствами в смысле предоставления услуг, которые конкурируют с ними.Романы и журналы, напечатанные крупным шрифтом, нацелены на читателей, не желающих пользоваться очками. Аудиокниги заменяют зрение звуком. Другие продукты включают наружные термометры, предназначенные для четкого отображения температуры на расстоянии, и медицинские термометры с большими цифровыми показаниями. За исключением таких удобных продуктов, предназначенных для пожилых людей, реальной альтернативы традиционным оптическим подходам не существует.

ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКИ

Диапазон исследований и разработок, связанных с оптическими товарами, огромен.Вкратце, НИОКР специализируются по категориям приложений, таким образом, в медицине, военном применении, астрономии, материаловедении, электронике / оптронике и в категориях промышленных измерений. Заметны основные направления исследований. К ним относятся миниатюризация компонентов, замена аналоговых сигналов цифровыми и компьютерная визуализация данных, полученных с помощью датчиков. Примером могут служить эндоскопы, используемые в медицинской диагностике. Конечная цель в этой области — разработка капсульных эндоскопов, чрезвычайно крошечных устройств, которые могут перемещаться в тело и самостоятельно добираться до органов без каких-либо трубок.Оснащенные крошечными источниками освещения, крошечными линзами, искусственным интеллектом и радиовещательной мощностью, капсулы могли заглядывать внутрь почек, печени и других органов и отправлять обратно поток данных, которые оборудование для обработки изображений могло преобразовывать в изображения. Такие устройства все еще находятся на стадии разработки, но иллюстрируют основные направления исследований. Важным направлением исследований в технологии линз является разработка очень тонких покрытий, которые могут использоваться в качестве линз и отражателей в устройствах или ячейках минимального размера.

ТЕКУЩИЕ ТЕНДЕНЦИИ

Помимо тенденций в исследованиях и разработках, наиболее важной положительной тенденцией является старение населения США, а значит, относительное численное увеличение людей в возрастных когортах от 40 лет и старше. Эта демографическая тенденция влияет на бесчисленные секторы экономики и особенно на оптические товары, потому что члены этих когорт используют офтальмологические товары. Быстрый рост рынка фотоаппаратов можно рассматривать как временное явление, вызванное переходом от пленочной аналоговой фотографии к цифровой фотографии, основанной на схемах.Это упростило фотосъемку и демонстрацию. Интернет добавил возможность быстро обмениваться фотографиями на больших расстояниях с членами семьи. Струйные принтеры упростили создание очень хороших снимков на блестящей бумаге прямо у себя дома. Ожидается, что эта волна, как это можно было бы изобразить, снова выровняется ко второму десятилетию двадцать первого века, поскольку этот сектор, как и рынок аналоговых камер, также становится зрелым.

Многие считают глобализацию производства негативным явлением, поскольку внутренние рабочие места переводятся в страны с более дешевой рабочей силой.В секторе оптических товаров это развитие стало очевидным из-за потери производства большинства электронных товаров, в основном в страны Азии. Производство в США по-прежнему преобладает в офтальмологических товарах, потому что американские компании доминируют в крупнейшем секторе — секторе контактных линз. На рынке фотоаппаратов уже доминируют иностранные производители. Производители оптических инструментов, похоже, меньше всего пострадали от всеобщего исхода, возможно, потому, что это не массовые потребительские товары, а продукты с очень высокой маржой, требующие запатентованных технологий.Однако отсутствие роста в этом секторе свидетельствует о сокращении промышленного рынка, на который продается по крайней мере часть товаров этого сектора. Его медицинские и военные рынки поддерживают продажи в этом секторе, но разрушающиеся промышленные рынки лишают его роста.

ЦЕЛЕВЫЕ РЫНКИ И СЕГМЕНТАЦИЯ

Офтальмологические рынки подразделяются на контактные линзы для коррекции зрения и очки, а последние — на пластиковые и стеклянные линзы. Контакты являются доминирующими, потому что они не закрывают лицо.Пластмассы продвигаются, потому что они легче; стеклянные линзы, потому что они более четкие и не царапаются.

Группа продаж камер состоит из двух крайностей: недорогие продукты для повседневной фотосъемки и высококачественные камеры для увлеченных любителей и профессионалов. Профессионалы продолжают поддерживать рынок передовых аналоговых фотосистем, которые по своим характеристикам значительно превосходят цифровые устройства. Камеры среднего уровня продаются фотографам-любителям, которые пока не могут позволить себе самые дорогие товары, но хотят чего-то лучшего, чем обычный пользователь.

Помимо этих основных категорий, есть продукты, ориентированные на очень узкие и специализированные категории. На этих рынках инструментов, используемых в промышленности, исследованиях, медицине и военном деле, производительность является главным аргументом в пользу продажи. Продажами занимаются инженеры. Соображения о рентабельности вторичны по отношению к техническим характеристикам.

СВЯЗАННЫЕ АССОЦИАЦИИ И ОРГАНИЗАЦИИ

Американская академия офтальмологии, http://www.aao.org

Ассоциация контактных линз офтальмологов, http: // www.clao.org

Оптическое общество Америки, http://www.osa.org

Ассоциация технологий оптической памяти, http://www.osta.org

Vision Council of America, http: //www.visionsite. org

БИБЛИОГРАФИЯ

Карбони, Джорджио. «От линз до оптических инструментов». Галерея Fun Science. Доступно по адресу 〈http://www.funsci.com/fun3_en/lens/lens.htm〉.

Дарней, Арсен Дж. И Джойс П. Симкин. Производство и распространение США , 4-е изд. Томсон Гейл, 2006.

«Открытие стекла». Стекло Интернет. Artech Publishing S.r.l. Доступно по адресу 〈http://www.glassonline.com/infoserv/history.html〉.

Гилман, Виктория. «Стакан.» Новости химии и машиностроения . 24 ноября 2003 г.

Лазич, Роберт С. Market Share Reporter 2006 . Томсон Гейл. 2006.

«Линзы». ThomasNet, Томас Регистр. Доступно по адресу 〈http://www.thomasnet.com/products/optical-lenses-43871409-1.html〉.

«NDP Group фокусируется на прогнозах по цифровым камерам до 2010 года.»Пресс-релиз NDP Group, Inc., 6 марта 2006 г. Доступно по адресу 〈http://www.npd.com/press/releases/press_060306.htm〉.

» Ежемесячный отчет PMA о тенденциях в области печати и использования камер. «Фото- Международная ассоциация маркетинга. Пресс-релиз, 7 июня 2007 г. Доступно по адресу 〈http://www.pmai.org〉.

«Камни для чтения — первые линзы для улучшения зрения». EyeTopics. 15 декабря 2004 г. Доступно с 〈http: //www.eyetopics.com/articles/41/1/The-History-of-Eyeglasses.html〉.

Уилсон, Эндрю.«ИК-линзы максимально увеличивают потенциал детектора». Дизайн систем машинного зрения . Май 2005 г.

см. Также Камеры

Крошечные линзы позволят создавать миниатюрные оптические устройства

По мере того, как телефоны, компьютеры и другая электроника становятся все меньше, их оптические компоненты упорно отказываются сжиматься. Примечательно, что сложно изготавливать крошечные линзы с помощью традиционных методов резки и гнутья стекла, а элементы в стеклянной линзе часто необходимо складывать друг с другом, чтобы правильно фокусировать свет.Инженеры недавно выяснили большую часть физики, лежащей в основе гораздо меньших и более легких альтернатив, известных как металины. Эти линзы могут позволить в большей степени миниатюризировать микроскопы и другие лабораторные инструменты, а также потребительские товары, такие как камеры, гарнитуры виртуальной реальности и оптические датчики для Интернета вещей. И они могут улучшить функциональность оптических волокон.

Металинза состоит из плоской поверхности, тоньше микрона, которая покрыта множеством наноразмерных объектов, таких как выступающие колонны или просверленные отверстия.Когда падающий свет попадает на эти элементы, меняются многие его свойства, включая поляризацию, интенсивность, фазу и направление распространения. Исследователи могут точно позиционировать наноразмерные объекты, чтобы гарантировать, что свет, выходящий из металинзы, имеет выбранные характеристики. Более того, металины настолько тонкие, что несколько могут располагаться друг на друге без значительного увеличения размера. Исследователи продемонстрировали оптические устройства, такие как спектрометры и поляриметры, сделанные из стопок этих плоских поверхностей.

В прошлом году исследователи сделали крупный прорыв, решив проблему, называемую хроматической аберрацией. Когда белый свет проходит через обычную линзу, лучи с разной длиной волны отклоняются под разными углами и, таким образом, фокусируются на разных расстояниях от линзы; Чтобы исправить этот эффект, сегодня инженерам нужно аккуратно выровнять линзы. Теперь одна металинза может фокусировать все длины волн белого света в одном и том же месте. Помимо создания этой «ахроматической» металинзы, ученые разработали металинзу, которая корректирует другие аберрации, такие как кому и астигматизм, которые вызывают искажения и размытость изображения.

В дополнение к уменьшению размера, металлические линзы должны в конечном итоге снизить стоимость оптических компонентов, потому что крошечные линзы могут быть изготовлены на том же оборудовании, которое уже используется в полупроводниковой промышленности. Эта особенность открывает заманчивую перспективу изготовления, скажем, оптических и электронных компонентов крошечного светового сенсора рядом.

На данный момент, однако, расходы по-прежнему высоки, поскольку трудно точно разместить наноразмерные элементы на микросхеме сантиметрового масштаба.Другие ограничения также нуждаются в рассмотрении. Пока что металины не пропускают свет так же эффективно, как традиционные линзы — важная возможность для таких приложений, как создание полноцветных изображений. Кроме того, они слишком малы, чтобы улавливать большое количество света, а это означает, что, по крайней мере, на данный момент, они не подходят для получения высококачественных фотографий.

Тем не менее, в ближайшие несколько лет крошечные линзы, вероятно, превратятся в более мелкие и простые в изготовлении датчики, диагностические инструменты, такие как устройства эндоскопической визуализации и оптические волокна.Эти потенциальные приложения достаточно привлекательны, чтобы получить исследовательскую поддержку со стороны государственных органов и таких компаний, как Samsung и Google.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *