Что это такое – радиус кривизны линзы контактной. Большая энциклопедия нефти и газа

МУ составлены доц.Петренко Л.Г. 18.11.2007

Лабораторная работа №12-О

ИЗУЧЕНИЕ КАЧЕСТВА ПОВЕРХНОСТИ ЛИНЗЫ С ПОМОЩЬЮ КОЛЕЦ НЬЮТОНА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕЁ РАДИУСА КРИВИЗНЫ

Цель работы – изучение интерференционных линий равной толщины – колец Ньютона; определение качества поверхности линзы и радиуса кривизны линзы.

Общие сведения . Интерференционные методы широко применяются в оптической промышленности для контроля качества обработки плоских и сферических поверхностей оптических деталей и определения радиуса кривизны линз.

Кольца Ньютона – это интерференционные линии равной толщины в форме чередующихся светлых и тёмных колец, расположенных концентрически вокруг точки касания двух сферических поверхностей либо плоскости и сферы. Впервые они были описаны И.Ньютоном в 1675 году. Интерференция света происходит в тонком зазоре (обычно воздушном), разделяющем соприкасающиеся поверхности. Этот зазор играет роль тонкой плёнки. Кольца Ньютона наблюдаются и в проходящем, и в отражённом свете.

Для наблюдения колец Ньютона монохроматический свет направляют перпендикулярно на плоско выпуклую линзу с большим радиусом кривизны R , выпуклая поверхность которой соприкасается с отполированной стеклянной пластинкой (рис.1).

Светлое или тёмное m -ые интерференционные кольца наблюдаются там, где толщина зазора d m удовлетворяет одному из условий:

(n - показатель преломления вещества в зазоре).

Радиус m -го светлого или тёмного интерференционного кольца связан с радиусом кривизны линзы следующим очевидным соотношением (см.рис 1):

r m 2 = R 2 - (R - d m ) 2  2 Rd m . (1)

И
з уравнения (1) и приведенных выше условий определяются радиусы светлых и тёмных колец Ньютона. Эти соотношения позволяют с большой точностью определять радиусы кривизны линз, если известна длина  световой волны. По форме колец и по наличию на них искривлений можно оценивать качество сферических и плоских поверхностей.

Описание установки и методики измерений .

В

лабораторной работе интерференционные кольца наблюдаются в отражённом свете (рис.2). Исследуемая линза Л и плоская стеклянная пластинка П из чёрного стекла помещены в специальный держатель Д и укреплены на предметном столике микроскопа. Осветителем служит лампочка накаливания О , свет от которой через конденсорную линзу L направляется на светофильтр F , расположенный под углом 45 0 к оси светового пучка. Светофильтр используется для получения монохроматического света и служит отражателем, направляющим свет от источника на исследуемую линзу. Отражённый от системы линза-пластинка свет через светофильтр направляется в объектив микроскопа. В поле зрения окуляра микроскопа на фоне шкалы наблюдается увеличенное изображение интерференционной картины – колец Ньютона. В отражённом свете в центре наблюдается 0-ое тёмное кольцо. Ширина колец убывает по мере возрастания их порядков. Перемещая исследуемую систему вдоль предметного столика микроскопа, центр колец совмещают с центром шкалы окуляра, измеряют диаметры нескольких колец в делениях шкалы, а затем, зная цену деления шкалы, переводят эти значения в метры. Для уменьшения погрешности измерений рекомендуется измерять диаметры колец не ниже 3-го порядка. Радиус кривизны исследуемой линзы можно рассчитать по формулам: R =

=

(2)

Контакт линзы с пластинкой может быть нарушен из-за загрязнений, например, пылинок. Тогда в уравнении (1) необходимо учитывать добавку  d : r m 2 = R 2 - (R +  d - d m ) 2  2 Rd m – 2 R  d . Если измерить радиусы двух светлых или двух тёмных колец Ньютона, то можно, записав соотношение r m 2 – r k 2 = 2 R (d m – d k ) = 2 R

, выразить радиус кривизны линзы следующим более точным, чем формула (2), уравнением:

Порядок выполнения работы и результаты измерений :

Получить в поле зрения микроскопа чёткие интерференционные кольца.

Совместить центр колец с серединой шкалы окуляра.

Измерить диаметры 4-го, 5-го и 6-го колец Ньютона в делениях шкалы микроскопа, рассчитать радиусы каждого кольца, а затем, зная цену деления, перевести эти значения в метры.

Для каждой пары колец по формуле (3) рассчитать радиус кривизны линзы (длину световой волны  установить по паспортным данным светофильтра, показатель преломления n воздуха в зазоре между линзой и пластинкой с большой точностью можно принять равным 1):

R 1 =

; R 2 =

; R 3 =

.

Определить среднее значение радиуса кривизны линзы: < R >=

.

Полученные результаты внести в таблицы:

Cтраница 1

Радиусы кривизны поверхностей линзы равны R 10 см. Какое линейное увеличение дает такая линза, если ею пользоваться как лупой.  

Радиусы кривизны R поверхностей линзы одинаковы и равны 12 см. Определить увеличение лупы.  

Обозначим: R - радиус кривизны поверхностей линзы, п - показатель преломления стекла.  

Измерив радиусы колец Ньютона и зная радиус кривизны поверхности линзы, можно определить длину световой волны.  

С изменением температуры происходят изменения: показателей преломления стекол, радиусов кривизны поверхностей линз, толщин линз и воздушного промежутка между линзами из-за теплового расширения материала промежуточного кольца (рис. 41, гл.  

Из стекла требуется изготовить двояковыпуклую линзу с фокусным расстоянием 10 см. Каковы должны быть радиусы кривизны поверхностей линзы, если известно, что один из них в 1 5 раза больше другого.  

Чтобы микроскоп давал большое увеличение, диаметр его объектива (апертура) должен быть очень мал, чтобы радиус кривизны поверхности линзы можно было сделать малым.  

На втором этапе расчета исходя из требований, предъявляемых к разрешающей способности прибора, выбираются материалы линз объективов и рассчитываются их конструктивные элементы (радиусы кривизны поверхностей линз и зеркал, толщины линз и воздушные промежутки) таким образом, чтобы аберрации объективов не превышали заданных значений.  

Одна сторона двояковогнутой линзы посеребрена. Радиус кривизны поверхностей линзы 20 см. На расстоянии 50 см от линзы находится предмет высотой 5 см. Определить высоту изображения, даваемого оптической системой.  

Ниже рассматриваются основные типы зеркально-линзовых объективов с одним и двумя отражениями. Радиусы кривизны поверхностей линзы гг и г 2 выбираются из условия, чтобы при заданной ее толщине dx компенсировалась сферическая аберрация зеркала, а линза не вносила хроматизма положения.  

Для уменьшения фокусного расстояния необходимо использовать для линзы материал с большим показателем преломления и уменьшать радиус кривизны поверхностей линзы.  

Простейшими примерами применения интерференционных методов для технических целей является определение радиусов кривизны линз и испытание качества плоскопараллельных пластинок. Обычно радиусы кривизны линз определяются с помощью сферометра. При этом требуется измерить радиус сферического сегмента линзы и его стрелку. Эта точность вполне удовлетворяет требованиям, если радиусы кривизны поверхностей линз достаточно малы, что обусловливает большую стрелку сегмента. Однако существует ряд оптических приборов, в которых линзы имеют большие радиусы кривизны и соответственно малую стрелку сегмента, охватываемого стойками сферометра. Относительная точность измерений при этом сильно падает и становится неудовлетворительной.  

При изготовлении линз способом грубого шлифования определяется методом крепления заготовок на приспособлении; при эластичном креплении обрабатывают по одной заготовке. Основным видом оборудования для данного вида работ являются сферошли-фовальные станки, работающие алмазным инструментом. При жестком креплении заготовок их обрабатывают блоками на сферо-шлифовальных станках. Радиус кривизны поверхности обрабатываемой линзы (или блока) зависит от диаметра Dp, K режущей кромки инструмента, угла ф наклона оси инструмента относительно оси заготовки (фиг.  

Страницы:      1

Выбирая контактные линзы для улучшения зрения, человек, у которого возникли проблемы, подбирает их по диоптриям. Убедившись в том, что этот размер полностью удовлетворяет его пожеланиям, он сразу же их покупает. Но есть и другие показатели, не учитывать которые нельзя. Один из таких параметров - кривизна контактных линз .

Ношение контактных линз назначает окулист, в рецепте он указывает не только необходимые параметры коррекции зрения, но и буквенные наборы :

• DIA - диаметр оптики, для левого и правого глаза он может различаться;
• ВС (В S) - базовая кривизна нужного изделия.

Не всем известны эти обозначения, но именно от этих параметров зависит удобство ношения контактных линз , независимо от их физического состояния (мягкие или жёсткие). Базовая кривизна призвана обеспечить полное прилегание контактной оптики к роговице глаза в соответствии с изгибом её поверхности. Характеристика поверхности контактной линзы - выпуклая с наружной стороны, и вогнутая со стороны, прилегающей к поверхности глазного яблока. Если неправильно подобрать кривизну, можно значительно ухудшить зрение.

Величина значений кривизны линз - как выбрать

Понятие радиуса кривизны

Радиусы кривизны контактной оптики и роговицы должны совмещаться , в противном случае изделие будет неплотно прилегать или давить на поверхность глаза. Чтобы не повредить свои глаза, надо помнить, что на упаковке вместе с оптическими сведениями указываются и физические - базовая кривизна . Измеряется она в миллиметрах и может указываться также и на самих изделиях. Понятно, что меньшие значения - это больший изгиб поверхности , и наоборот - большие значения радиуса кривизны, это более плоские контактные линзы.

Колебания радиуса изгиба роговицы глаза у людей изменяются в пределах от 7,5 миллиметров до 9,5. В первую очередь она зависит от строения глаза и его размеров, во вторую - от наличия у человека недостатков зрения:

• при близорукости роговица более выпуклая;
• кератоконус - истончение роговицы предопределяет её коническую форму.

Абсолютное большинство имеющихся в торговой сети контактных линз обладают сферической формой с базовой кривизной на уровне среднестатистических значений - от 8,3 миллиметров до 8,8. Проще всего подобрать контактные линзы тем людям, у которых радиус кривизны роговицы вписывается в обозначенные пределы. Производители оптики Acuvue TruEye, Optima F. W., Acuvue Advance и Acuvue 2 выпускают контактные линзы именно в этом диапазоне.

Прежде чем приобретать оптику, необходимо посетить офтальмолога и уточнить радиус кривизна поверхности своих глаз. Если она не вписывается в стандарт, оптику можно изготовить на заказ. Если же разница кривизны между имеющимися в продаже линзами и вписанными в рецепт офтальмолога не превышает 0,2 миллиметра, можно смело приобретать стандартные - большинство людей в таких случаях дискомфорта не ощущают.

Помимо оптики со сферическим изгибом, изготавливаются линзы сфероцилиндрической формы - торические, которые носят при астигматизме. Такие изделия состоят из двух располагаемых под разными углами выпуклостей и имеют двойную маркировку кривизны.

Возможны два варианта ошибочного выбора: либо радиус изгиба меньше требуемого, либо он больше. И в том, и в другом случае ношения таких изделий недопустимо по следующим причинам. Если базовая кривизна меньше требуемого (более плоское изделие):

• плёнка будет неустойчива на роговице, смещаясь, будет вызывать раздражение, зуд и слезотечение;
• малая выпуклость не позволит плёнке фиксироваться на поверхности глаза, и она может повредить роговицу или просто выпасть;
• при неплотном прилегании к роговице плёнка не сможет выполнять своего назначения - она не сможет корректировать зрение.

Если базовая кривизна больше требуемого (плёнка более выпуклая):

• глаз будет находиться в сдавленном состоянии, что приведёт к снижению газообмена и слёзообмена в роговице, и она станет восприимчивой к воспалительным процессам;
• потеря стабильности зрения, раздражение глазных тканей и интенсивное слезоотделение тоже будут являться следствием воздействия более выпуклых изделий.

Самостоятельно определить базовую кривизну поверхности глаза не получится. Не стоит и, следуя совету продавца оптики, подбирать линзы примеркой. Примеряя изделие, не получишь точного размера радиуса изгиба потому, что последствия неправильного подбора проявляются не сразу, а спустя некоторое время. Кроме того, появившийся дискомфорт необязательно может быть от неправильного подбора кривизны: те же симптомы могут вызвать и неправильно выбранные диаметр и материал линз. Поэтому единственно верный способ узнать базовую кривизну роговицы - обратиться к врачу-офтальмологу .

Определяются характеристики роговицы глаза безболезненной процедурой рефрактокератометрии , занимающей совсем немного времени - всего несколько минут. После предварительного обследования, имея сведения о кривизне роговицы и её состоянии, необходимо примерить линзу, оценить качество её фиксации в глазу. Это определяет врач осмотром с использованием щелевой лампы. Предварительно в глаз закапывают светящийся под ультрафиолетовыми лучами лампы раствор химического индикатора - флуоресцеин.

По интенсивности его свечения и глубине проникновения под плёнку определяется правильность подборки выпуклости плёнки. После завершения этой процедуры врач выписывает рецепт на линзы и указывает в нём все определённые параметры:

• оптическую силу;
• диаметр изделия;
• базовую выпуклость.

Есть и другие характеристики также важные для использования оптики - реакция на материалы плёнки, показатели её мягкости или жёсткости, но осмотром их выявить пока нет возможности. Здесь человек может основываться при выборе только на своих ощущениях.

Необходимо проконсультироваться у врача-офтальмолога, пройти обследование, придерживаться простых правил:

• не следует покупать оптику, не зная величины индивидуальной базовой выпуклости;
• бесполезно пытаться определить параметры своей роговицы самостоятельно - это может сделать только специалист врач-офтальмолог;
• допустимо применение линз, радиус изгиба которых отличается от радиуса изгиба роговицы менее, чем на 0,2 миллиметра, но у некоторых людей это расхождение может вызвать дискомфорт;
• недопустимо применение линз с радиусом изгиба, значительно отличающимся от радиуса изгиба поверхности глаза.