1.2. Прикладная оптика и ее потребность в компьютерных технологиях

Хотя у специализаций кафедры Прикладной и компьютерной оптики есть различия, их объединяет общая область деятельности – прикладная оптика.

Прикладная оптика – это комплекс теоретических и прикладных дисциплин, изучающих общие законы и принципы оптики, оптическое изображение, основы, методы, и технологии проектирования, контроля, аттестации и юстировки оптических систем и оптических приборов.

Хотя природа наделила человека прекрасным оптическим прибором – глазом (глава 2), потребность человека в оптических приборах очень велика. Первые оптические приборы возникли как дополнение к глазу, так как возможности глаза ограничены (невысокая разрешающая способность, невысокая чувствительность при низкой яркости освещения). Путем создания и использования наблюдательных оптических приборов эти ограничения преодолеваются.

Такие оптические приборы, как лупа и микроскоп (глава 6), расширяют возможности зрения при наблюдении близких, но очень мелких предметов. Телескопические приборы: подзорная труба, бинокль, телескоп (глава 5) – расширяют возможности зрения при наблюдении далеких объектов.

Ограниченные возможности человеческой памяти приводят к необходимости сохранения зрительных образов. Фотоаппараты и видеокамеры (глава 4) предназначены для формирования изображения на приемнике изображения (фото- и кинопленка, ПЗС-матрица), которые позволяют запомнить это изображение.

Проекционные приборы служат для изменения масштаба изображения, они либо увеличивают изображение, либо уменьшают во много раз, например, с целью формирования электронных микросхем. Широко известны проекционные объективы и устройства, которые предназначены для демонстрации слайдов, кинофильмов, для печати фотографий.

Осветительные устройства (глава 7) предназначены для создания определенных условий освещения, специальных эффектов (сложные оптические системы с подвижными оптическими элементами).

Для того чтобы понять устройство и принцип действия всех этих приборов, необходимо знать основные характеристики оптических систем (глава 3).

В XXI веке ни одна область человеческой деятельности не обходится без использования компьютера. Оптика – наукоемкая область техники, и ее потребность в компьютерах очень высока. При помощи компьютерных технологий можно быстро и точно выполнить трудоемкие вычисления, которые являются основой и для проектирования оптических систем, и для автоматизированного конструирования.

Компьютерные технологии позволяют быстро и наглядно визуализировать большие объемы информации. В оптике это могут быть и распределение интенсивности, и различные таблицы и графики параметров оптических систем, и результаты оптических измерений, и многое другое. Благодаря использованию компьютера специалист-оптик избавляется от рутинных действий, ему предоставляется вся необходимая информация для решения творческих задач. Благодаря компьютерному моделированию работы оптических приборов можно сэкономить на создании, покупке и настройке дорогостоящего оптического оборудования для испытания оптической схемы или метода измерений.

Вычислительная оптика не только явилась одним из первых практических приложений для компьютеров, но и способствовала развитию многих новых методов прикладной математики (например, методов оптимизации).

Прикладная оптика и компьютерные технологии в настоящее время становятся все более взаимосвязанными. К методам прикладной оптики прибегают при создании оптических запоминающих устройств и вычислительных узлов на принципиально новой основе. Во всех областях широко применяются и оптические средства телекоммуникаций.