Федеральное агентство по здравоохранению исоциальному развитию Федеральное государственное образовательное учреждениесреднего профессионального образования «Санкт-Петербургскиймедико-технический колледж Федерального агентства по здравоохранению и социальномуразвитию» (ФГОУ СПО «СПб МТК Росздрава»)
Реферат
Оптическое стекло
Санкт-Петербург 2007-2008
План
IЧасть.Оптические постоянные стекла
1. Оптическое бесцветное стекло
2. Оптические постоянные стекла
3. Показатели качества оптическогостекла
IIЧасть. Астигматические линзы, их конструкция, назначение. Особенностиизготовления, контроль параметров
1. Конструкция
2. Назначение
3. Особенности изготовления
4. Контроль параметров
IЧасть.Оптическиепостоянные стекла
1.Оптическое бесцветное стекло
Оптическимбесцветным стеклом называется однородное, прозрачное и специально не окрашенноенеорганическое стекло любого химического состава, но с определеннымиоптическими постоянными. Оптическое стекло является основным материалом дляизготовления большинства оптических деталей. Основное назначение оптическихдеталей заключается в закономерном изменении хода световых лучей.
Привыборе стекол для оптического прибора руководствуются большим числомпараметров, которые можно разделить на три группы.
1.Оптические постоянные стекол: показатель преломления и дисперсии.
2.Показатели качества оптического стекла: показатель ослабления, оптическая однородность,пузырность, бессвильность, двойное лучепреломление. Эти параметры определяются,в основном технологией производства стекла.
3.Физико-химические свойства стекол: механические, термические, радиационные,химическая устойчивость. Эти характеристики определяются химическим, составомстекол и обеспечиваются постоянным его соблюдением.
2.Оптические постоянные стекла
Одноиз самых положительных свойств стекла — его прозрачность для прохождения светаи других видов лучистой энергии. При прохождении луча света из среды А (воздух)в среду В (стекло) с иной плотностью он меняет свое направление на границе этихсред, так как скорость распространения света в средах А и В обратно пропорциональнаих плотности.
Основнойхарактеристикой оптического стекла является его показатель преломления. Отвеличины показателя преломления зависит изменение направления луча света припереходе из одной среды в другую с иной плотностью. Чем больше показательпреломления стекла, тем меньше угол преломления β при том же угле паденияα.
Уголпадения и угол преломления связаны соотношением:
/>
гдеα — угол падения луча;
β— угол преломления луча;
n— показатель преломления, величина постоянная для данного стекла, не зависящаяот угла падения луча; здесь n — относительный показатель преломления, т. е.показатель преломления стекла, определенный относительно показателя преломлениявоздуха.
Чембольше плотность среды В, тем выше значение показателя преломления. Поскольку плотностьстекол тем выше, чем больше плотность входящих в них оксидов, то наибольшимпоказателем преломления будут обладать стекла, содержащие оксиды тяжелыхэлементов, а наименьшим — стекла, содержащие оксиды легких элементов.
ПоГОСТ 3514-76 «Стекло оптическое бесцветное» показатель преломленияпринято обозначать в общем виде nλ. Индекс λ означаетдлину волны в нанометрах, для которой дается показатель преломления. Вместодлины волны в качестве индекса служит обозначение соответствующей спектральнойлинии. Согласно ГОСТ 3514-76 предусматриваются следующие оптические постоянные:показатель преломления nе; средняя дисперсия nF,— nC,и коэффициент дисперсии:
νe=/> ,
гдее — линия спектра ртути с λe=546,07 нм; F,и С,— линии спектра кадмия с λF,=479,99 нм; λC,= 643,85нм. Значения показателя преломления и дисперсий приводятся при температуре />20°Cи нормальном атмосферном давлении. Стекла для оптических систем, работающихсовместно с глазом, характеризовались ранее показателем преломления nD,nF, nC.Для получения линии D спектрапользуются пламенем паров натрия, дающим спектральный свет с λ=589,3 нм,для линии d установлена длинаволны гелия λ=587,56 им, для линий Fи С — пламенем водорода, дающим спектральный свет с длинами воли λ=486 нми λ = 656,3 нм.
Дляотечественных оптических стекол значение nе изменяется от 1,4891 до1,8138. Имеются стекла и с большим показателем преломления, например, стекломарки СТФЗ имеет nе более 2,0.
Показательпреломления для оптических стекол измеряют и указывают в справочной литературес точностью не меньше чем до одной единицы четвертого десятичного знака,например nd=1,5215 для очковых стекол марки ОЧК-80; nе = 1,5183 для марки стеклаК8.
Вследствиеразличного преломления лучей с разной длиной волны луч белого света, проходячерез стеклянную призму, разлагается на цветные лучи: красный, оранжевый,желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Это разложение называетсядисперсией. Дисперсия света определяется разностью показателей преломления дляволн различной длины. Средняя дисперсия стекол деталей приборов для наблюденияглазом определяется разностью />F,-nC,.Частные дисперсии света определяются разностью других показателей преломления,например />D–nC, nF–nD.
Значениясредней и частных дисперсий измеряют и задают с точностью до одной единицыпятого десятичного знака. Если оптический прибор предназначен для наблюдения ввидимой области спектра, то расчет радиусов кривизны поверхностей линз ведуттак, чтобы фокус Fc' красных лучейсовпал с фокусом Ff' — синих лучей. При расчетеиспользуют функцию показателя преломления и средней дисперсии стекла — такназываемый коэффициент дисперсии (число Аббе):
νe=/>
Величинуνe вычисляют сточностью до одной единицы первого десятичного знака.
Длябольшинства оптических стекол νeизменяется в пределах от 76 до 17.
Дисперсиязависит от состава стекла, она возрастает при увеличении содержания в стеклетяжелых оксидов. Показатель преломления и дисперсия очень важны прииспользовании стекла в оптических приборах. По показателю преломления судяттакже об однородности стекла, и им широко пользуются в практике стекловарения.
Показательпреломления любого вещества, в том числе и стекла, меняется с изменением длиныволны излучения — для фиолетовой части спектра он больше, а для красной — меньше.Оптическое стекло, выпускаемое стекловаренными заводами, по допускаемымотклонениям оптических свойств делят на пять категорий:
/>
Притщательном проведении анализа химического состава сырьевых материалов, строгомсоблюдении режима варки по категории 1 выход стекла составляет 50—70%, а покатегории 2—90—95%.
Пооднородности показателя преломления и средней дисперсии в партии заготовокоптическое стекло делят на четыре класса:
/>
Коднородности партии по показателю преломления и средней дисперсии предъявляютсядовольно жесткие требования. Это возможно выдержать лишь при специальномсопровождении данной партии, когда исключено перемешивание с заготовками другихпартий.
3.Показатели качества оптического стекла
Наосновании расчета оптической системы производится выбор допусков по показателямкачества при изготовлении заготовки будущей оптической детали.
Оптическоестекло бесцветное делят на категории и классы по следующим показателямкачества:
а)допускаемым отклонением показателя преломления nе и среднейдисперсии nF'— nC' от значений,установленных для стекла каждой марки;
б)однородности партии заготовки стекла по показателям преломления и среднейдисперсии;
в)оптической однородности;
г)двойному лучепреломлению;
д)показателю ослабления εА;
е)бессвильности;
ж)пузырности.
II Часть.Астигматическиелинзы, их конструкция, назначение. Особенности изготовления, контрольпараметров
астигматический линза оптический преломление
1.Конструкция
Глазачеловека, с астигматизмом нуждаются в корригирующих линзах, сила которыхразлична по главным меридианам.
Изменениесилы астигматических линз происходит таким образом, что минимальная силаприходится на один меридиан, а максимальная сила имеет место на меридиане,расположенном под прямым углом к меридиану с минимальной силой.
/>
Рис.1. Цилиндрическая поверхность и плоскоцилиндрические линзы.
/>
Рис2. Движения изображения, подобные движениям ножниц, происходящие привращательном тесте, который производится с цилиндрическими линзами.
Такиемеридианы минимальной и максимальной силы называются главными меридианамилинзы. Если коррекция вдоль одного из меридианов не требуется, можноиспользовать линзы цилиндрической формы. В цилиндрической поверхности (из рис.1 а) сечение, параллельное оси вращения, имеет плоскую форму, а сечение,расположенное под прямым углом к осевому меридиану, представляет собой круг.Меридиан, расположенный под прямым углом к осевому меридиану, называетсямеридианом оптической силы цилиндра.
Вцилиндрической линзе (из рис. 1 б) кривизна поверхности вдоль меридиана,параллельного оси, представляет собой плоскость. Если плоскоцилиндрическуюлинзу перемещать вдоль ее осевого меридиана, она не производит никакогодействия при наблюдении через нее крестообразной миры.
Еслилинзу перемещать из стороны в сторону вдоль одного из меридианов передкрестообразной мирой, то она будет действовать как сферическая линзасоответствующей силы. Если линзу перед крестообразной мирой поворачивать, тоизображение лимбов миры начинает сходиться или расходиться, напоминая движенияножниц.
Положительнаяплоскоцилиндрическая линза (из рис. 2 а) помещена перед крестообразной мирой,так что ее осевой меридиан параллелен вертикальному лимбу миры. Смещенияизображения миры не происходит.
Линзуповорачивают по часовой стрелке (из рис. 2б), при этом изображениевертикального лимба миры поворачивается против часовой стрелки, то есть внаправлении, противоположном вращению линзы. Горизонтальный лимб миры вращаетсяпо часовой стрелке в соответствии с вращением линзы. Во время вращательноготеста движение, напоминающее движение ножниц, наблюдается у всехастигматических линз.
Отрицательнаяплоскоцилиндрическая линза (из рис. 2 в) первоначально помещается перед миройтаким образом, что ее ось параллельна вертикальному лимбу миры, затем линзуповорачивают по часовой стрелке, при этом изображение вертикального лимба мирытоже поворачивается по часовой стрелке, но горизонтальный лимб миры вращаетсяпротив часовой стрелки, то есть в направлении, противоположном вращению линзы.Этот вращательный тест может быть использован как для того, чтобы убедиться вналичии у линзы цилиндрической составляющей для коррекции астигматизма, так идля определения направления осевого меридиана линзы.
Сфероцилиндрическиелинзы.Линза, у которой одна поверхность сферическая, а другая плоскоцилиндрическая,называется сфероцилиндрической линзой (рис. 3).
/>
Рис3. Выпуклая сферическая поверхность, объединенная с плоско-выпуклойцилиндрической поверхностью
Оптическиесвойства такой линзы можно получить, если вообразить, что сфероцилиндрическаялинза получается из сферической линзы, соединенной с плоскоцилиндрическойлинзой. Ввиду того что плоскоцилиндрическая линза не имеет силы вдоль осевогомеридиана, то сила вдоль осевого меридиана комбинированной линзы должна равнятьсясиле только сферического.
2.Назначение
Направлениеоси цилиндра.
Направлениеоси астигматической линзы определяется «Стандартными обозначениями», которыеиногда называют системой ТАБО, согласно названию Технического комитета, которыйпредложил всеобщее использование этого стандарта, заменившего все ранееприменяемые методы определения осей.
/>
Стандартныеобозначения (рис. 5) применимы при условии, что очковые линзы видны фронтально, как, например, на лице человека в очках.При этом правый глаз наблюдатель видит слева,а левый глаз — справа. Горизонтальная линия, мысленно проведенная по глазамчеловека, надевшего очки, представляет собой в этой системе обозначений нулевоймеридиан. Направление оси задается в градусах и отсчитывается, начиная с правойстороны от каждого глаза, против часовой стрелки до крайней левой отметки в180° так, как это принято в математике. Обозначения ниже горизонтальногонулевого меридиана отсчитываются тоже начиная с нуля и возвращаясь к отметке в180°. Отсчет ведется от внутреннего угла правого глаза, расположенного ближе кносу (обозначен на рис. 5 буквой N),и от внешнего утла левого глаза, расположенного ближе к виску (обозначен нарис. 5 буквой Т).
Горизонтальныммеридианом принято считать 180-й меридиан (а не 0-й меридиан), а вертикальныммеридианом — 90-й меридиан. Направления оси обычно имеют 5-градусные деления,но иногда могут иметь 2,5- или 1-градусные деления. Символ, которым обозначаютградус,всегда опускается, чтобы не возникала путаница между 5° и 50 (что можетпроизойти, если записи ведутся небрежно). Оптические приборы, используемые напрактике, в большинстве своем градуируются в стандартных обозначениях.
Приборыс обратным отсчетом встречаются в лабораториях по обработке поверхностейрецептурных линз, где полузаготовки блокируют для шлифования задней вогнутойповерхности.
Прежниеметоды обозначения направления осей астигматических линз, такие как биназальное(в этом случае направление оси начинается от внутреннего угла глаза,расположенного ближе к носу) и битемпоральное (в этом случае направление осиначинается от внешнего угла глаза, расположенного ближе к виску), больше неиспользуются, кроме тех случаев, когда проводятся какие-нибудь математическиерасчеты (например, по формулам для нахождения призматического действия вкакой-нибудь точке линзы), для которых подобные методы предпочтительнее,поскольку обладают свойством симметрии.
Приведеныпримеры (рис. 4) направления оси цилиндра, при этом следует напомнить, чтолинзы изображены фронтально.
Вслучае линз, вставленных в очковую оправу, иногда при установке на приборвыступающие части оправы не позволяют добиться контакта вогнутой поверхности соптическим угломером. Тогда, возможно, нужно будет установить линзу переднейповерхностью на опору прибора. В этом случае необходимо проявлять большуювнимательность, поскольку следует помнить, что по угловой шкале считываетсядополнение к истинному направлению оси. Если требуется перевести рецепт на очкииз одной формы в другую, направление оси следует изменить на 90. Правило говорит,что если направление оси превышает 90, то нужно вычесть 90 из этой величины. Вовсех других случаях необходимо прибавить 90 к данной величине направления.Например, величины направлений осей, данные на рис. 4, переводятся в 120,160,35 и 75 слева направо.
Транспозиция
Рецептна очки для коррекции астигматизма, как, например, +2,00/-0,50 /> 45, может бытьзаписан либо с отрицательным цилиндром, как в данном случае, либо переведен вформу с положительным цилиндром +1,5О/+О,5О /> 135.Чаще рецепт, который выписывается после тестирования зрения, дается вотрицательной цилиндрической транспозиции, но бывает, что заказывать линзынужно в положительной цилиндрической транспозиции или, например, требуетсязнать обе рефракции для того, чтобы определить цену линзы. Рецепт можнотранспонировать из одной формы в другую следующим образом:
Первоначальнаяось сферы/цилиндра:
Новаясфера = алгебраическая сумма прежней сферы и цилиндра
Новыйцилиндр = прежний цилиндр измененного знака
Новаяось = прежняя ось плюс/минус 90.
Еслинаправление прежней оси задается величиной меньше 90, то, чтобы получитьнаправление- новой оси, нужно добавить к этой величине 90. Если направлениепрежней оси задается величиной больше 90, то, чтобы получить направление новойоси, нужно отнять от этой величины 90.
Торическиелинзы
Напрактике кривизна сфероцилиндрических линз распределяется по тем же принципам,как и в случае сферических линз. Кривизна линзы должна обеспечивать лучшеекачество изображения при внеосевом направлении взгляда через линзу.
Цилиндризогнут таким образом, что бывший прямым осевой меридиан становится изогнутым.Такая поверхность называется торической. У торической поверхности две разныеглавные силы, ни одна из которых не равна нулю. Меньшая из этих сил обычно называетсябазовой кривизной поверхности, а большая сила называется скрещенной кривизной.В случае простой цилиндрической поверхности базовая кривизна, расположеннаявдоль оси, равняется нулю, а скрещенная кривизна просто равна силецилиндрической поверхности. В случае торической поверхности осевой меридианизогнут и цилиндрическая сила поверхности соответствует разности значенийскрещенной и базовой кривизны. Торическая поверхность образуется вращением дугиокружности вокруг оси, лежащей в плоскости круга, но вне этого круга. Внастоящее время существуют поверхности торической формы, у которых образующиене являются круговыми дугамии.
3.Особенности изготовления
Астигматическиелинзы имеют одну поверхность торической формы, другую — в виде сферы. Торическиеповерхности представляют собой поверхности, у которых кривизна в главныхсечениях различна и постоянна, т. е. в меридиональном сечении радиус кривизныодного значения, а в противоположном ему (сагиттальном) — другого и может бытьдаже отличным по знаку. Такие поверхности, подобно сферическим, обрабатываютсяпосредством алмазного фрезерования, шлифования и полирования при взаимномпритирании сегментного торического инструмента и обрабатываемой поверхности наспециальных станках. Так как размер обрабатываемой поверхности вдоль образующейне равен поперечному размеру, то в процессе изготовления должна быть обеспеченавозможность раздельной регулировки величин возвратно-поступательногоперемещения инструмента и вращения блока с закрепленными на нем линзами.
Дляизготовления торических поверхностей астигматических очковых линз наиболеешироко применяется трубчатый инструмент (рис. 6). Оси инструмента 2 и заготовки1 не должны лежать в одной плоскости (l/>0), так как при l= 0 получится сферическая поверхность. Трубчатый инструмент (алмазное кольцо)вращается вокруг своей оси, и его рабочая кромка во время обработки непрерывноправится.
Вположительных астигматических линзах выпуклая сторона является торической. Сформирования этой стороны заготовки начинается процесс изготовления линзы.Последовательность операций в принципе такая же, как и при изготовлениистигматических очковых линз. Кривизну поверхности контролируют в двух взаимноперпендикулярных направлениях при помощи шаблонов. Готовые астигматическиелинзы контролируются с помощью диоптриметра и других приборов, как этопредусмотрено при контроле стигматических линз.
/>
Рис6. Схема расположения линзы и трубчатого инструмента при изготовленииторических поверхностей.
Станкидля изготовления торических поверхностей
Изготовлениеастигматических очковых линз осуществляется на специальных станках,обеспечивающих получение торической поверхности. Обдирка при изготовленииторическои поверхности линзы в астигматических очковых линзах на некоторыхотечественных предприятиях, где остается блочный метод обработки, производитсяалмазным кругом на станках «Карат-60», кинематика которого подобнакинематике сферотокарных станков. Обрабатываемый цилиндрический блок с линзамикрепится в патроне станка. Алмазный круг, закрепленный в патроне суппорта, имеетдве степени перемещения — к обрабатываемому блоку и вдоль него по заданномурадиусу. Такое сочетание движений обеспечивает получение торическойповерхности.
Станок«Карат-60» аналогичен станку для фрезерования торической поверхностис использованием алмазного инструмента фирмы «Оптибель» (Бельгия).
Шлифованиеи полирование торических поверхностей осуществляется при блочном методеобработки на специальных станках с горизонтально расположенным шпинделем(штанги с блоками линз), а при больших радиусах кривизны торической поверхности— с вертикальным расположением шпинделя. Торический блок с закрепленными на немлинзами обрабатывается каблучковым (торическим) шлифовальником (при полировании— аналогичным полировальником) .
Рабочаяповерхность этих инструментов имеет торическую форму, один радиус кривизны которойсоответствует радиусу кривизны блока с закрепленными линзами, а другой радиускривизны этой поверхности, перпендикулярный первому, формирует аналогичныйрадиус готовой линзы. Каблучковые (торические) шлифовальники (полировальники) совершаюттолько колебательные движения.
4.Контроль параметров
Прирасчете астигматической линзы ее рассматривают как две стигматические линзы,значения рефракций которых в вертикальном и горизонтальном сеченияхсоответствуют значениям рефракций астигматических линз в главных сечениях Fv,Iи Fv,II.Поэтому расчет производится в три этапа. Первый этап — расчет параметровстигматической линзы в вертикальном сечении при минимуме астигматизма наклонныхпучков. Второй этап — аналогичный расчет в горизонтальном сечении. Третий этап— нахождение среднего значения астигматизма наклонных пучков лучей, полученныхпо предыдущим результатам.
Астигматическаяразность – разность между рефракцией второго и первого главного сечений.
Формулаопределения астигматической разности
As =Fv,II– Fv,I
Приконтроле уже готовых очков с астигматическими линзами положение главногосечения должно соответствовать указанному в рецепте Допустимые предельныеотклонения не должны превышать значений, указанных в ГОСТ Р — 51193-98.
/>
Списокиспользуемой литературы
1. Мо Джали «Оптическиелинзы», 2000 г.;
2. Власов «Оптика»,1982 г.;
3. Розенблюм Ю.З. «Оптометрия»,1996 г.;
4. Аветисов Э.С.,Розенблюм Ю.З. «Оптическая коррекция зрения», 1981 г.;
5. Урмахер Л.С.,Айзенштат Л.И. «Очковая оптика», 1982 г.