Instrumentele optice se bazeaza pe descoperirile stiintifice din sfera opticii. Optica este o ramura a fizicii care examineaza si explica modul de propagare a luminii si interactiunile acesteia cu diferitele obiecte. Principiile fizicii optice sunt incluse in disciplina numita optica tehnica si de aceea au un impact hotarator asupra constructiei, proiectarii si fabricarii instrumentelor optice.
Ochiul uman – instrumentul ideal
Cel mai faimos instrument optic de origine naturala este ochiul uman. Abilitatea acestuia de a converti undele eloctromagnetice cu lungimea de unda cuprinsa intre 380 nm (violet) la 780 nm(rosu), asa numita lumina vizibila cu ajutorul celulelor fotosensibile din retina in impulsuri neutre care sunt evaluate in cortexul vizual din creierul uman, determina abilitatea omului de perceptie vizuala. Mecanismul optic reprezentat de catre ochiul umaneste folosit in principiul de functionare al instrumentelor optice simple. Prin modificarea razei de curbura si indicelui de refractie, distanta focala poate fi variata si raza de lumina poate fi focalizata astfel incat obiectele pot fi reprezentate mai mari. Microscoapele, lunetele, binoclurile si telescoapele se bazeaza pe acelasi principiu. Majoritatea acestor instrumente optice sunt dispozitive pasive. Microscoapele optice spre exemplu au nevoie de o sursa secundara de lumina pe cand celelalte instrumente folosesc doar lumina exterioara.
Lentilele optice
Cele mai importante parti constructive al instrumentelor optice pasive sunt lentilele. Lentilele optice sunt sticle transparente cu doua suprafete de refractie. Proprietatea de refractie a acestor suprafete este determinata de curbura suprafetei care poate fi convexa sau concava in timp ce o suprafata plana nu provoaca refractie deloc. Daca un obiect este privit printr-o astfel de lentila, acesta poate fi marit sau micsorat in functie de implementarea acesteia. Cei mai importanti factori sunt distanta focala si indicele de refractie cu unitatea sa de baza dioptria. De aceea, distanta focala poate fi variata cu lentilele pentru a modifica imagine unui obiect in functie de dimensiunea sa.
In concluzie, principiul de functionare al instrumentelor optice pastreaza caracteristicile ochiului uman iar diferentele intre instrumente se fac doar din punct de vedere al utilizarii. Spre exemplu, telescoapele sunt destinate pentru observarea spatiului cosmic, lunetele pentru spatiul terestru si binoclurile sunt foarte apreciate pentru dimensiunile reduse si portabilitate.