170

Лабораторная работа № 26 определение оптической силы очковых линз с помощью диоптриметра

Цель работы: ознакомиться с устройством диоптриметра, научиться определять с его помощью оптическую силу очковых линз.

Приборы и принадлежности: диоптриметр ДО-2, набор очковых стекол.

Теория работы

Глаз человека является сложной оптической системой, достигшей в процессе эволюции высокого совершенства. Однако этой системе присущи как врожденные, так и приобретенные дефекты, которые корректируются с помощью оптических линз.

Рассмотрим тонкую линзу, фокусное расстояние которой связано с радиусами кривизны R₁иR₂ ее поверхностей соотношением:

, (1)

где 1/F=D– оптическая сила линзы,n– показатель преломления материала линзы, знак «+» берут для выпуклой поверхности, знак «-» – для вогнутой. За одну диоптрию принята оптическая сила линзы с фокусным расстоянием 1 м, т.е. 1 дптр = 1/1м. Оптическая сила выпуклых линз больше нуля, вогнутых – меньше нуля. В очковой оптике применяют, главным образом, выпукло-вогнутые линзы или мениски.

Сферические линзы называют стигматическими (от греч. stigma– точка), т.к. они формируют изображение точки в пространстве изображений в виде точки. Пучок лучей, проходящий через них, называется гомоцентрическим.

Положение задней точки фокуса глаза относительно сетчатки глаза называется клинической рефракцией. Если фокус лежит за сетчаткой, то рефракция считается гиперметропической (дальнозоркой), на сетчатке – эмметропической (соразмерной), впереди сетчатки мионической (близорукой).

Дальнозоркость объясняется слабой преломляющей силой глаза, укороченной оптической осью глазного яблока, возрастным ослаблением аккомодации из-за уменьшения упругости хрусталика.

Миопия является следствием большой преломляющей силой глаза, врожденной увеличенной оптической осью глазного яблока или следствием обоих причин.

Благодаря сферическому действию линз очки могут исправлять зрение при миопии (используют отрицательные линзы) и гиперметропии (положительные линзы).

При рассмотрении удаленного предмета оптические оси обоих глаз параллельны и глаз работает без аккомодации. Для рассмотрения близких предметов оси обоих глаз должны пересекаться на наблюдаемом объекте. Для этого необходимо, чтобы мышцы, вращающие глазное яблоко, функционировали нормально. Если их функция нарушается, то возникнет косоглазие, которое в дальнейшем может стать постоянным. Для коррекции косоглазия применяются призматические очковые линзы.

Призматическая очковая линза (рис.1) представляет собой тонкую стеклянную призму с углом при вершинеи отклоняющим углом δ – это угол, на который отклоняется падающий луч. Для наглядности профиль призмы выбран в виде прямоугольного треугольника, а падающий луч параллелен основанию. Согласно закону преломления света (для точки 0):

. (2)

Учитывая, что призма тонкая и все рассматриваемые углы малы, можно считать, что синусы углов примерно равны самим углам (в радианах), а т.к. для воздуха n₂=1, то (2) перепишется в виде:

, (3)

откуда с учетом равенства , получим:

. (4)

Поскольку для стекла обычноn₁= 1,5, то из (4) видно, что отклоняющий угол δ призмы примерно вдвое меньше угла при вершине. Поэтому в очках редко используют призмы с отклоняющим углом более 5⁰, т.к. они будут очень тяжелыми. Отклоняющее действие призм (призматическое действие) чаще измеряют не в градусах, а в призменных диоптриях (Δ или пр. дптр).

Призма силой в 1Δ (или 1пр. дптр.) отклоняет изображение предмета, находящегося на расстоянии 1 м, на 1 см в сторону вершины (рис.2).

По определению призматической диоптрии (1Δ=10²). При зрении с помощью призматических линз необходимо учитывать, что при сходящемся косоглазии (рис.3а), основание призмы должно быть направлено к виску, при расходящемся – к носу (рис.3б).

Призматическое и сферическое действие линз сопряжены. Благодаря призматическому действию положительные сферические линзы отклоняют лучи к центру, а отрицательные – к периферии.

Если линза имеет неодинаковую кривизну в двух различных меридианных плоскостях и как следствие этого различные показатели преломления, то лучи, падающие на линзу по одному и другому меридиану, пересекутся в различных точках по отношению к преломляющей поверхности. Пучок лучей, образующих такие изображения, перестает быть гомоцентрическим и называется астигматическим, а недостаток (абберация) такой линзы – астигматизмом. При такого рода астигматизме получается не одно изображение, а два (рис.4). При этом искажается форма предмета. Точка превращается в черточку. Астигматизм означает буквально «бесточие».

Астигматическим действием обладают линзы с цилиндрической и торической поверхностью. Линза с торической поверхностью образуется при вращении окружности или ее части вокруг прямой, не проходящей через ее центр.

Выпуклая цилиндрическая линза (рис.5) собирает падающий на нее пучок параллельных лучей в линию, параллельную оси цилиндра и расположенную в фокальной плоскости линзы. Цилиндрические и торические линзы называют астигматическими.

Мерой астигматизма является разность оптической силы в двух главных сечениях. Чем астигматическая разность больше, тем больше расстояние между фональными линиями и.

Астигматическим действием обладает и любая сферическая линза, если лучи падают на нее под большим углом к оптической оси (астигматизм косых пучков). Астигматизм как оптический дефект глаза обусловлен нарушением сферической формы роговицы, реже – неправильной кривизной хрусталика. Это проявляется, например, в неспособности глаза одинаково резко видеть взаимно перпендикулярные линии на испытательной таблице. Астигматизм косых пучков для глаза не имеет места, так как он всегда устанавливается в направлении наблюдаемого предмета.

Чаще всего встречается правильный астигматизм, при котором преломляющие свойства глаза имеют наибольшее различие в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Если в одном из главных меридианов глаз имеет нормальную рефракцию, то астигматизм называется простым. Он устраняется с помощью цилиндрических линз.