Дисперсия света

Световой луч состоит из ряда лучей с различной длиной вол- ны и, соответственно, различного цветового диапазона, которые проходят сквозь линзу с различной скоростью.

Код линии спектра	i	9	f	е	d	с	t
Длина волны	365,0	435,8	486,1	546,1	587,6	656,3	1014,0
Цвет	УФ	Фиоле- тово- голубой	Голу- бой	Зеле- ный	Жел- тый	Крас- ный	ИК

11

Показатель преломления меняется с изменением длины волны излучения, так как чем короче длина волны луча, тем ниже скорость его прохождения сквозь линзу. Поэтому синий луч види- мой области спектра с более короткой длиной волны преломляется больше, чем красный луч с большей длиной волны. У синей, зеле- ной и красной части видимого спектра показатели преломления различны. Белый свет, преломляясь на поверхностях линзы, разла- гается на составные части (в спектр). Средняя дисперсия опреде- ляется как разность показателей преломления для синего (линия кадмия 480 нм) и красного (линия кадмия 644 нм) цветов.

На практике используют функцию показателя преломления и средней дисперсии - так называемый коэффициент дисперсии (число Аббе).

Число Аббе, коэффициент дисперсии V^

Число Аббе (коэффициент дисперсии) используется для опи- сания способности линзы разлагать свет на составные части. Число

Аббе - это выражение следующего вида:

отношение угла отклонения горизонтали для зеленого луча б_е к среднему значению угла дисперсии <5f 'd(рис. 4).

Рис. 4. Явление дисперсии света

* Свет различных длин волн, перемещаясь в стекле с разными скоростями, преломляется линзой по-разному. Явление зависимости показателя пре- ломления от длины волны носит название дисперсии. 12

Число Аббе для очковых линз меняется в пределах от 30 до 60. Чем меньше число Аббе, тем хуже будет цветопередача через переферические части линзы, так как сильнее сказывается явление дисперсии света. На практике дисперсия приводит к появлению ок- рашенной каймы вокруг изображения предмета. Такое окрашива- ние вызвано хроматическими аберрациями линзы. Хроматическая аберрация проявляется при отклонении зрачка от оптического цен- тра линз. Хроматическая аберрация это искажение изображения, связанное с тем, что световые лучи различных длин волн собира- ются после прохождения линзы на различном расстоянии от нее; в результате изображение размывается, и края его окрашиваются. Последние исследования показали, что с этим явлением следует считаться, начиная с оптической силы линз ±7,00 дптр.

ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА БЕСЦВЕТНОГО ОПТИЧЕСКОГО СТЕКЛА

Оптическое стекло бесцветно делят на категории, которые обозначающиеся цифрой и классы - обозначающиеся буквой, по следующим показателям качества:

• допустимые отклонения показателя преломления п_в и средней дисперсии n_F- - п_с- от значений, установленных для стекла каждой марки;

• однородность партии заготовок стекла по показателям преломления п_е и средней дисперсии n_F - п_с-; оптическая однородность;

• двойное лучепреломление,

• показатель ослабления с_А; бессвильность;

• пузырность.

Допустимые отклонения показателя преломления п_е и средней дисперсии n_F- п_с-

Оптическое стекло, выпускаемое стекловаренными завода- ми, по допускаемым отклонениям оптических свойств делят на ряд категорий. Категория показывает насколько показатель преломле-

13

ния и средняя дисперсия данной варки отличаются от требований ГОСТа.

Однородность партии заготовок стекла по показате- лям преломления п_е и средней дисперсии n_F- л_с-

По однородности показателя преломления и средней дис- персии в партии заготовок оптическое стекло делят на 4 класса. Класс показывает каков разброс показателя преломления и сред- ней дисперсии в пределах данной партии.

Обеспечение высокой однородности партии возможно вы- держать лишь при специальном сопровождении данной партии, когда исключено перемешивание с заготовками другой партии.

Оптическая однородность характеризуется постоянством показателя преломления заготовки по всему объему. Если показа- тель изменяется, то изображение становиться менее резким. Оп- ределение оптической однородности стекла осуществляется с по- мощью коллиматора и зрительной трубы. По оптической однород- ности стекло делится на 5 категорий. Определение оптической од- нородности с целью определения категории оптического стекла производят по ГОСТ 3518-69.

Двойное лучепреломление возникает вследствие остаточ- ных напряжений в стекле в результате термических воздействий или механических усилий (например: пережим в оправе). Двойное лучепреломление заключается в том, что луч, входящий в образец стекла, разлагается на 2 луча (рис. 5) - обыкновенный (преломлен- ный по закону преломления) и необыкновенный луч (его скорость распространения в этом стекле выше, поэтому угол преломления больше).

Рис. 5. Явление двойного луче- преломления

14

Двойное лучепреломление измеряют разностью хода 5 обык- новенного и необыкновенного лучей в нанометрах на 1 см пути лу- ча в стекле.

По двойному лучепреломлению оптическое стекло делят на 5 категорий.

Двойное лучепреломление определяют на поляриметре.

Показатель ослабления е_а - величина обратная расстоя- нию, на котором поток излучения источника А ослабляется в ре- зультате поглощения и рассеяния в стекле в 10 раз.

По показателю ослабления оптические стекла делят на 8 ка- тегорий.

Свильность представляет собой прозрачные участки стек- ла, отличающиеся по показателю преломления от основной массы стекла. Свили имеют форму нитей, лент, слоистых потоков, узлов. Узловые свили имеют вид небольших вытянутых сфер с отходя- щими от них нитями. Свильность возникает при плохом перемеши- вании стекломассы или варке стекломассы в результате частичного растворения стекловаренного горшка и мешалки. Свили отклоняют и рассеивают лучи света.

Бессвильность стекла характеризуется двумя системами оценки в зависимости от их размера. Оптическое стекло подразде- ляется на категории и классы.

Категория - характеризует размер свилей и их число.

Класс бессвильности - характеризуется числом направлений, в которых просматривается заготовка. Принято 2 класса бессвиль- ности А и Б. По классу А свили выделяют при просмотре образца в двух взаимно перпендикулярных направлениях. По классу Б - в од- ном заданном направлении.

Пузыри - это замкнутая полость в стекле, имеющая различ- ную форму и размер, заполненные газом различной разряженно- сти. Камни, кристаллы и головки узелковых свилей при оценке ка- чества стекла приравниваются к пузырям. Пузыри играют роль до-

15

полнительной линзы, частично преломляя и рассеивая лучи, про- ходящие через стекло - это понижает светопропускание стекла.

Категорию пузырности определяют диаметром наибольшего допустимого пузыря (круглый пузырь). За диаметр пузыря непра- вильной (удлиненной) формы принимают размер, полученный как среднее арифметическое длин его наибольшей и наименьшей оси (рис. 6).

Рис. 6. Определение диаметра пузыря

Класс пузырности определяется по количеству пузырей в 1 кг стекла.

Наличие пузырей в оптическом стекле почти неизбежно, при- чем степень пузырности зависит от химического состава стекла и способа его производств.

МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ЛИНЗ

Органическое стекло

Органическое стекло - это синтетический полимерный матери- ал, находящийся в стекловидном состоянии. Он включает в себя макромолекулярные органические компоненты, в структуре которых отсутствует кристаллографическая симметрия, и они, следователь- но, являются аморфными.

16

Органические линзы подразделяются на изготовленные из реактопластов (CR-39 и его сополимеры), и на изготовленные из термопластов (поликарбонат).

Реактопластами называют материалы, которые способны от- верждаться под воздействием тепла, УФ-излучения с образовани- ем пространственной «сшитой» трехмерной структуры, нераство- римой в органических растворителях и неспособной изменять свои форму при последующем тепловом воздействии. Нагрев реакто- пластов приводит к разрушению их химических связей. Линзы из этого материала получают методом полимеризации.

Термопластами называют материалы, способные изменять свою форму под воздействием тепла, то есть переходить в вязко- текучее состояние, без нарушения химического строения исходных макромолекул. Это свойство делает их пригодными для получения изделий методом литья под давлением - из расплава полимера.

Промежуточное положение между реактопластами и термо- пластами занимают линзы из нового материала Trivex, который яв- ляется квазиреактопластом и объединяет преимущества обоих ви- дов органических материалов.

Линзы из полимерных материалов устойчивы к ударам, менее плотны и, следовательно, легче линз из минерального стекла. Так, например, широко применяемый для изготовления очковых линз полимер CR-39 имеет показатель преломления 1,50 - что близко к показателю преломления стандартного очкового стекла; удельный вес - 1,32 - что почти в два раза меньше, чем у минерального стек- ла; число Аббе - 58 - что обеспечивает очень низкую хроматиче- скую дисперсию. Эти линзы имеют высокую устойчивость к удар- ным нагрузкам.

В последнее время возросло применение линз из высокоин- дексных сополимеров CR-39. Они значительно легче и тоньше. Их удельный вес примерно такой же, что и у CR-39 (от 1.20 до 1.40 г/см³), хотя выше хроматическая аберрация - число Аббе < 45. Они имеют меньшую термостойкость, но лучшую защиту от УФ-излучения.

Линзы из полимерных материалов сравнительно легко обра- батываются, и легко окрашиваются. Возможно нанесение на них специальных покрытий. Большинство оптик предпочитает устанав-

17

ливать в безободковые и лолуободковые оправы именно эти лин- зы. Однако полимерный материал имеет низкую абразивостойкость, а линзы из высокопреломляющих материалов обладают еще и меньшей устойчивостью к ударным нагрузкам (в сравнении с CR-39). Преодолеть эти недостатки помогают специальные упроч- няющие покрытия, разработанные рядом ведущих зарубежных производителей, хотя никакое покрытие не может дать присущей минеральному стеклу твердости из-за природной мягкости самого полимера.

Характеристики материала CR 39 и его сополимеров рас- смотрены ниже