光學原理與應用 光電科技簡介 幾何光學:成像光學與照明光學 物理光學:偏振、干涉與繞射 量子光學:雷射與CCD Image Sensor 報告人:電機系陳德請 報告日期:102.11.21

光電科技 全球光電市場持續邁向榮景 美伊戰事、SARS與金融海嘯風暴影響甚微 關鍵零組件牽一髮動全身：面板、智慧型手機 政黨輪替、大陸吸磁效應、四大金磚、金融海嘯 智慧型手機帶動臺灣相關產業及市場成長 日本311大地震-帶動臺灣光學產業成長 油電雙漲、歐債危機、臺灣邊緣化(雙邊貿易談判)、食品安全問題 全球暖化(天候異常)、高油價、高物價(生活壓力)

視光科技 染色隱形眼鏡 全視線鏡片 3D電影 liquid crystal glasses 抗藍光眼鏡鏡片

美核准仿生眼上市 盲人福音 經過多年研究，加州一家公司推出的仿生眼睛協助數十位盲友恢復視力，雖然恢復的程度各有不同。這款仿生眼睛已獲得歐洲批准，美國食品藥物管理局（FDA）也在十四日核准上市，成為全球首款上市的仿生眼睛。這款仿生眼睛由「第二視力醫療產品公司」研發，稱為「Argus二代視網膜修復系統」，目前已協助六十多人恢復視力。Argus是希臘神話裡的百眼巨人。這套裝置主體是六十個植入視網膜的電極，搭配安裝特製迷你攝影機的眼鏡。獲得大西洋兩岸政府批准後，將是首款普及全球的仿生眼睛。第二視力副總裁梅克說：「這是世界上推出的首款仿生眼睛，在歐洲是第一，在美國也是第一。」二代Argus仿生眼的最大受益者是視網膜色素變性的患者，這是一種遺傳病，美國有十萬人為其所苦。此病主要癥候是視網膜感光細胞退化。二代Argus已在歐洲好幾個國家出售，價格七萬三千歐元（台幣兩百八十九萬元），美國尚未定價，但可能高一點。

美核准仿生眼上市 盲人福音 首款全球上市的仿生眼「二代Argus」，主體是：配備特製迷你攝影機的眼鏡;攝影機內電腦將攝得的影像處理後，傳給植入視網膜的電極系統，刺激視網膜產生視覺脈衝。

Eyeglasses with controllable refracting power

能上網的隱形眼鏡 這種新式的隱形眼鏡上排列著一個LED集合。帕爾維茲表示：“這些LED組合可以在眼前形成各種圖像。這種眼鏡的大部分材料半透明，人們可以戴著它自由活動。” 　　這種眼鏡還將識別人的面部特徵，並顯示所見者的生平，還能將一種語言翻譯成另一種語言，這樣人們就可以看懂鏡片上顯示的字幕。也許準備參加期末考試的學生們會是這種隱形眼鏡的首批顧客，相信它也同樣會受到科幻迷們的喜愛。

 未來眼鏡概念設計 也許再過幾年，我們走在路上看到的不是低頭拿著手機,而是看著眼鏡上的螢幕。

飛秒雷射光白內障手術儀 一部400萬元飛秒雷射光白內障手術儀，增加手術的準確性。醫生在手術前，先用儀器進行眼球分析，及描繪一個立體眼球立體三維圖，準確地量度手術位置，切割角膜內囊膜及將有白內障晶體用雷射光震碎，然後才進行傳統的乳化手術。 使用新手術儀後，可減少乳化手術的超聲波強度，減低對眼球的傷害。儀器亦令醫生植入晶體時，更易定位及減低移位機會，可讓病情較輕的白內障患者提早進行手術。

專家「會診」LED藍光啟動藍光風險監測 藍光是否真如傳聞說那麼可怕？藍光是自然界一直存在的光，也是太陽光的重要組成部分，在各種白光光源中也必然存在。這意味著，我們生活的環境不可能“脫離藍光”，把藍光“妖魔化”顯然是不科學的。至於藍光的危害，“近年來通過對於小白鼠的試驗，藍光對視細胞的傷害已成定論，並且深入的研究成果不斷湧現。”但處於密集曝輻的“豐富藍化”環境與常態化的環境是兩個不同的概念。正因為注意到了白光LED照明產品藍光光譜較豐富的特點，才有了光生物危害的國際標準，以此提示產品應達到的安全性。目前標準的限值是基於成人和8小時曝輻實驗數據的提出，尚未考慮光對人體的積累性長期影響和某些特殊人群，例如嬰幼兒可能會長時間直視光源，從而造成對視網膜的傷害。 LED燈具光源發射的白光之所以能夠形成，主要是靠450～455nm波長的藍光激發螢光粉，其中波長越低擊發能力越強。通常LED光源的出廠波長控制在500nm之內，一般是450～455nm或455～460nm，都屬於輻射傷害最強的區段。如果波長變大，那麼激發螢光粉的能力就下降，發光效率就會降低。生產廠家為了追求亮度，通常會加強LED光源的藍光強度，人眼如果長期看這樣的光源，難免眼睛會受到藍光傷害。

光能做甚麼

光電產業分類

基礎光學 幾何光學:光波長可視為極短，其波動效應不明顯，光能量延一 物理光學(波動光學):研究光的波動性， 如干涉、繞射及 根光線傳播，遵守直進、反射、折射等定律。討論光 學系成像與照明光學的基本性質，應用實例如光學鏡組、 LCD背光模組與LED。 物理光學(波動光學):研究光的波動性， 如干涉、繞射及 偏振等現象，應用實例如濾光片、全像 片、偏振片。 量子光學(分子光學):從原子或分子角度去研究光與物質 交互作用。如光的放射、吸收及光電 效應，應用實例如LED、 CCD、雷射。

幾何光學三定律 光直線傳播定律:遵守在均勻介質裡沿直線傳播，如影子。 光的反射定律:當光線前進遇到介質性質改變時，必有一 部份返回（全反射時例外），一部份透 入，前者叫反射，後者叫折射。反射角等於 入射角 (θi=θr )。如靜止水面或拋光金屬 鏡面可看到自己的影子。 光的折射定律:入射角與折射角正弦比是一個與介質及波 長有關之常數。( n1×SINθ1=n2×SINθ2 ； 入射角θ1與折射角θ2 )

Light rays

Reflection of light from optical surfaces When light is incident on an interface between two transparent optical media—such as between air and glass or between water and glass—four things can happen to the incident light. It can be partly or totally reflected at the interface. It can be scattered in random directions at the interface. It can be partly transmitted via refraction at the interface and enter the second medium. It can be partly absorbed in either medium. (a) Specular reflection (b) Diffuse reflection

The law of reflection

Images formed with spherical mirrors: Parallel rays and focal points (a) Concave mirror (b) Convex mirror

Images formed with spherical mirrors: Key rays for graphical ray tracing with spherical mirrors

Refraction of light from optical interfaces Reflection and refraction at an interface (b) Higher to lower: bending away from normal (a) Lower to higher: bending toward normal

折射定律 法線 介面 入射線 穿透光線 θ1 介質1 介質2 θ2

Indexes of refraction for common materials Substance n Air 1.0003 Glass (flint) 1.66 Benzene 1.50 Glycerin 1.47 Carbon Disulfide 1.63 Polystyrene 1.49 Corn Syrup 2.21 Quartz (fused) 1.46 Diamond 2.42 Sodium Chloride 1.54 Ethyl Alcohol 1.36 Water 1.33 Gallium Arsenide (semiconductor) 3.40 Ice 1.31 Glass (crown) 1.52 Germanium 4.1 Zircon 1.92 Silicon 3.5

Optical Glasses

Dispersion

Dispersion of light Optical glass (1)dispersion curves

Critical angle and total internal reflection

Refraction in prisms Minimum angle of deviation.

Dispersion of light Optical glass(2)Refraction by a prism

Special applications of prisms Image manipulation with refracting prisms (a) Right-angle prism (b) Dove prism (c) Penta prism (d) Porro prism

Converging and diverging thin lenses Shapes of common thin lenses 凹凸透鏡判斷? http://en.wikipedia.org/wiki/Lens_(optics) http://agamemnon.cord.org/step_online/introduction/contents.htm

Focal points of thin lenses Focal points for positive and negative lenses (a) Positive lens (b) Negative lens

Physics of waves and wave motion

Young's double-slit interference experiment

Thomas Young's Double Slit Experiment

Thin-film interference

Circular Aperture Diffraction

Fraunhofer Single Slit

Diffraction Grating

Polarization

Polarization

Polarization Polarization is a characteristic of all transverse waves. Oscillation which take places in a transverse wave in many different directions is said to be unpolarized. In an unpolarized transverse wave oscillations may take place in any direction at right angles to the direction in which the wave travels. Direction of propagation of wave

Linear Polarization If the oscillation does take place in only one direction then the wave is said to be linearly polarized (or plane polarized) in that direction. Direction of oscillation Direction of travel of wave

Polarization

應用： （1）液晶顯示器、光彈(應力) 、偏光顯微鏡。 （2）製作偏振攝像鏡頭、太陽鏡、稜鏡等光學元件。 （3）雷射的布氏窗。 （4）立體電影、車窗、飛機舷窗等的製作。

偏振光產生的方法 吸收 反射與折射 散射 雙折射

Polarization by Selective Absorption Polarization of light by selective absorption is analogous to that shown in the diagrams.

Dichroic Materials

Double Refraction When light is refracted into two rays each polarized with the vibration directions oriented at right angles to one another, and traveling at different velocities. This phenomenon is termed "double" or "bi" refraction.

量子光學 對於黑體輻射、光電效應等問題研究，直接導至了量子力學的產生，從而也形成了量子光學的內容。 波粒雙重性(particle-wave duality) 波　 粒 E = h = h / E P = h /   = h / p 波傳播 與物質互作用 1.干涉 1.光發射 2.繞射 2.光吸收 3.偏振 3.光電效應

Light Amplification by Stimulated 雷射（激光） Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 雷射架構

雷射光的基本特性 光束筆直性：雷射光束幾乎呈一直線，發射角很小 單一波長性：雷射光的波長範圍很窄，幾乎為單一波長 高同調性(High Coherence) ：雷射光波之間的相位(Phase)幾乎固定，因此適合做光學干涉(Optical Interference)方面的實驗與應用 高功率 其它

Laser Light

雷射測距儀 Kinect 感應器