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광학기구

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1. 개요

광학 기구는 빛을 이용하여 영상, 분석, 변조 등의 다양한 기능을 수행하는 장치들을 통칭한다. 망원경, 현미경, 카메라, 간섭계, 분광기 등 다양한 종류가 있으며, 영상 기기로는 망원경과 현미경이 대표적이다. 분석 기기는 빛이나 광학 재료의 특성을 분석하는 데 사용되며, 광학 변조 소자는 빛의 명멸, 편광, 파장 등을 변조하는 역할을 한다. 광상식 조준기는 반투명 거울을 사용하여 조준선을 구현한다.

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광학기구
개요
정의빛의 파동성을 이용하여 물체의 상을 보는 데 사용되는 과학 기기
활용광학 연구
의료 진단
산업 검사
종류
주요 종류현미경
망원경
카메라
분광기
기타 종류쌍안경
사진기
영사기
슬라이드 프로젝터
확대경
오토콜리메이터
굴절계
간섭계
편광계
광섬유 스코프
아이 파인더
광학 현미경
전자 현미경
주사 탐침 현미경
갈릴레이식 망원경
케플러식 망원경
뉴턴식 망원경
카세그레인식 망원경
작동 원리
핵심 원리빛의 반사, 굴절, 회절, 간섭 등의 현상 이용
이미지 형성빛의 경로를 제어하여 물체의 확대된 상 또는 축소된 상 생성
구성 요소
일반적인 구성 요소렌즈
거울
프리즘
필터
광원
조리개
응용 분야
과학 연구천문학
생물학
물리학
화학
의료 분야진단
수술
산업 분야품질 관리
검사
군사 분야정찰
감시
기타 분야사진
영화
텔레비전
참고 문헌

2. 종류

광학 기기에는 다양한 종류가 있다. 크게 영상을 얻기 위한 기기와 빛의 특성을 분석하기 위한 기기로 나눌 수 있다.[5]


  • '''영상 기기''': 멀리 있는 물체를 확대하는 망원경이나 아주 작은 물체를 확대하는 현미경이 대표적이다. 갈릴레오안토니 판 레이우엔훅 시대 이후 크게 발전했으며, 전자기 스펙트럼의 다른 영역까지 확장되었다. 휴대용 쌍안경이나 카메라도 광학 기기로 볼 수 있다.[5]
  • '''분석 기기''': 빛 또는 광학 재료의 특성을 분석하는 데 사용된다. 간섭계, 광도계, 편광계, 분광광도계, 굴절계, 분광기 등이 있다.[5] DNA 염기서열 분석기나 표면 플라즈몬 공명 기반 기기도 광학 기기로 분류할 수 있다.
  • '''기타 광학 기기''': 매직 랜턴, 편광 제어기 등이 있다.[5]
  • '''광학 변조 소자''': 외부 신호에 의해 빛의 명멸, 편광, 파장 등을 변조하는 소자이다. 켈셀, 액정, 음향 광학 소자, 파라데이 효과를 이용한 소자 등이 있다. 과거에는 통신이나 계측에 사용되었으나, 최근에는 반도체 레이저의 발달로 용도가 제한적이다.
  • '''광상식 조준기''': 광상을 반투명 거울을 이용하여 공간에 떠오르게 하여 조준선이 있는 것처럼 보이게 하는 장치이다.

2. 1. 영상 기기

최초의 광학 기기는 멀리 떨어진 물체의 영상을 확대하는 데 사용된 망원경과 매우 작은 물체의 영상을 확대하는 데 사용된 현미경이었다. 갈릴레오안토니 판 레이우엔훅 시대 이후로 이러한 기기는 크게 개선되었으며 전자기 스펙트럼의 다른 부분으로 확장되었다. 쌍안경은 휴대용으로 설계된 양눈용으로 일반적으로 콤팩트한 기기이다. 카메라는 핀홀 카메라와 카메라 옵스큐라를 포함하는 일종의 광학 기기로 간주될 수 있다.[5]

망원경(쌍안경 포함), 현미경, 카메라, 거리 측정기, 프로젝터, 간섭계, 돋보기, 육분의, 굴절계, 내시경(파이버스코프 포함), 플라네타륨 등이 있다.[5]

2. 2. 분석 기기

광학 기기의 또 다른 종류는 또는 광학 재료의 특성을 분석하는 데 사용된다. 여기에는 다음이 포함된다.

  • 간섭계: 빛의 간섭 특성 측정
  • 광도계: 빛의 세기 측정
  • 편광계: 편광된 빛의 분산 또는 회전 측정
  • 분광광도계 또는 반사율계: 표면 또는 물체의 반사율 측정
  • 굴절계: 다양한 재료의 굴절률 측정
  • 분광기 또는 단색화 장치: 화학 또는 재료 분석을 위해 광학 스펙트럼의 일부를 생성하거나 측정
  • 자동 시준기: 각도 편향을 측정하는 데 사용
  • 버토미터: 안경, 콘택트 렌즈 및 확대경과 같은 렌즈의 굴절력을 결정하는 데 사용


DNA 염기서열 분석기는 특정 DNA 가닥의 특정 뉴클레오티드에 부착된 형광체에서 방출되는 빛의 색상과 세기를 분석하므로 광학 기기로 간주할 수 있다.

표면 플라즈몬 공명 기반 기기는 굴절 측정법을 사용하여 생체 분자 상호 작용을 측정하고 분석한다.

2. 3. 기타 광학 기기

2. 4. 광학 변조 소자

광학 변조 소자는 빛에 외부 신호에 의해 빛의 명멸이나 편광, 파장 등을 변조하는 소자이다. 켈셀, 액정, PLZT와 같은 강유전체에 의한 음향 광학 소자, MEMS 기술을 응용한 GxL 소자, 파라데이 효과에 의한 편광 변조 등이 있다.

백열전구나 아크등처럼 광원의 종류가 제한되었던 시대에는 통신이나 계측 등에 사용되었다. 하지만 최근에는 반도체 레이저 등 광원의 출력을 직접 변화시켜 변조하기 때문에 광학 변조 소자의 용도는 제한적이다.

  • 켈셀: 유기 용매를 채운 관 내부에 전계를 가해 투과하는 빛에 명멸을 부여한다.
  • 파라데이 소자: 주변에 감긴 코일전압을 가하면 자기장이 변화하여 들어온 편광의 각도가 비틀린다. 코일의 인덕턴스 때문에 고속 변조에는 적합하지 않다.
  • 음향 광학 소자: 강유전성 결정에 전압을 가하면 결정의 격자 상수가 변화하여 굴절률이 바뀐다. 이를 통해 변조한다.

2. 5. 광상식 조준기

광상을 반투명 거울을 사용하여 공간상에 떠올림으로써 마치 공간상에 조준선이 존재하는 것 같은 시야를 얻을 수 있다.

참조

[1] 서적 Fundamentals and Basic Optical Instruments https://books.google[...] CRC Press 2017-11-22
[2] 서적 The Light Fantastic: A Modern Introduction to Classical and Quantum Optics https://books.google[...] Oxford University Press 2008-01-01
[3] 서적 学術用語集 天文学編 "[[日本学術振興会]]"
[4] 서적 学術用語集 分光学編 "[[培風館]]"
[5] 웹사이트 『光学機械』 https://kotobank.jp/[...]



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