Линзы асферика

Линза асферического дизайна имеет сложную геометрию — радиус кривизны постепенно изменяется от центра

Поверхность традиционных очковых линз имеет сферическую форму. Линза представляет собой часть сферы, шара, т.е. радиус кривизны такой линзы одинаковый на протяжении всей поверхности. 

Линза асферического дизайна имеет более сложную геометрию, радиус кривизны постепенно изменяется от центра к периферии, делая линзу заметно более плоской и тонкой.

Оглавление [Показать]

Асферический дизайн — линза тоньше

Асферический дизайн очковых линз особенно важен при высоких степенях дальнозоркости и близорукости. 

Плюсовая линза большой оптической силы сферического дизайна значительно толще в центральной части, чем по краям, линза очень выпуклая, и при высокой степени дальнозоркости существенно выдается вперед из оправы. Линза такой же оптической силы, но асферического дизайна будет иметь более уплощенную поверхность. Очки с такими линзами выглядят более привлекательно.

Минусовые линзы, используемые для коррекции близорукости, вогнутые – они утолщаются от центра к периферии. При близорукости высокой степени линзы практически невозможно поставить в безободковые или тонкие металлические оправы, так как толстые края также выдаются из оправы. 

Асферические минусовые линзы будут более плоскими и, соответственно, более тонкими по краям по сравнению с такими же сферическими линзами, что позволяет клиенту выбрать понравившуюся ему оправу вне зависимости от оптической силы нужных ему линз.

Улучшенное качество изображения

Кроме того, в сферических линзах больших диоптрий по периферии иногда бывают существенные оптические искажения — так называемые сферические аберрации, что снижает качество «бокового» зрения, сужает поле зрения. В асферических линзах такие искажения отсутствуют. 

Таким образом, помимо внешней привлекательности, асферические линзы имеют и значительное оптическое преимущество по сравнению с линзами сферического дизайна.

В очках с линзами асферического дизайна Ваши глаза выглядят естественно.

За счет своей формы асферические линзы практически не искажают изображение Ваших глаз с внешней стороны, ведь известно, что обычные сферические плюсовые линзы визуально увеличивают глаза пользователя, а минусовые – уменьшают. 

Таким образом, с асферическими очковыми линзами Ваши глаза выглядят более естественно.

Асферический дизайн могут иметь и монофокальные и мультифокальные линзы. Такие линзы могут быть предназначены для коррекции любых оптических нарушений: близорукости, дальнозоркости, астигматизма, пресбиопии.

Асферической может быть как передняя, так и задняя поверхность очковой линзы, существуют также и би-асферические линзы, у которых обе поверхности – и передняя, и задняя имеют асферическую форму.

Если линзу асферического дизайна изготовить из материала с высоким показателем преломления, то такая линза будет еще тоньше и легче, то есть будет выглядеть еще более эстетично.

Недостатки асферических линз

Недостатком асферических линз, отмечаемым некоторыми пользователями, являются блики, световые отражения на линзах, возникающие за счет того, что линзы более плоские и располагаются ближе к глазам, поэтому на такие линзы рекомендовано наносить антибликовое просветляющее покрытие.

Более сложная геометрия асферичной линзы усложняет ее производство, соответственно, цена линзы также увеличивается. Поэтому асферические линзы стоят дороже традиционных сферических. Но их стоимость оправдывается несомненными достоинствами: отличным качеством центрального и периферического зрения, высоким комфортом ношения очков и внешней эстетичностью.

Те, кто носил только солнцезащитную оптику, могут и не догадываться, что стекла в очках для зрения бывают разными. Например, поверхность обычных очковых линз может быть сферической или несферической. Первая из них представляет собой часть сферы (шара), поэтому радиус кривизны у нее на всей ее площади одинаковый. А вот асферические линзы имеют более сложную геометрию, и радиус кривизны у них меняется от центра к периферии, и поверхность их не является сферической. Это делает их площе и тоньше.

Малая толщина – оправа, независящая от диоптрий

Асферические очковые стекла особенно удобны при высоких степенях близорукости и дальнозоркости. Хотя бы потому, что положительные сферические стекла большой оптической силы очень выпуклые, поэтому они существенно выдаются из оправы. Это не очень красиво смотрится. А вот асферические такой же оптической силы будут более плоскими, и очки с ними будут выглядеть более привлекательно.

Если же говорить о минусовых стеклах для коррекции высокой близорукости, то они, наоборот, вогнутые, т.е. утолщены от центра к периферии. Такие линзы для очков тоже практически невозможно вставить в красивую оправу, так как их толстые края будут некрасиво выпирать из нее. Соответственно, асферические минусовые стекла будут площе, поэтому их можно будет вставить в любую оправу – тонкую металлическую, безободковую и пр.

Несомненные достоинства и преимущества усовершенствованной оптики

В периферической части сферической линзы для очков больших диоптрий бывают заметные оптические искажения – сферические аберрации. Это снижает качество бокового зрения и сужает поле зрения. В асферических линзах таких искажений нет, что является существенным плюсом к их внешней привлекательности. Можете сравнить на фото.

Наверное, каждый из нас видел дальнозоркого человека с огромными глазами из-за большой оптической силы очков и близорукого – похожего на крота из-за того, что его очки сильно уменьшают глаза. С асферическими очковыми стеклами эти эффекты скрадываются и глаза выглядят более естественно.

Линзы асферической формы могут быть монофокальными и мультифокальными. Они предназначаются для коррекции любого нарушения рефракции: дальнозоркости, близорукости, астигматизма и пресбиопии. При этом несферической может быть как передняя, так и задняя поверхность стекол для очков. А могут быть и обе. Такие линзы называются би-асферическими. На них рекомендуется обратить внимание людей с астигматизмом.

Если для изготовления асферической линзы использовать материал с высоким уровнем преломления, то она будет еще тоньше и легче. А значит, будет еще привлекательнее.

Ложка дегтя в бочку меда, или недостатки сложной оптики

Некоторыми пользователями асферических стекол для очков были отмечены отражения света на них, блики. Это объясняется тем, что они более тонкие и располагаются близко к глазам. Во избежание появления подобных эффектов рекомендуется наносить на них антибликовое покрытие.

Стоимость такой оптики выше стоимости сферической, так как из-за сложной геометрии ее производство более трудоемкое. Но ее достоинства окупаются с лихвой. Это и высокое качество зрения, комфорт ношения очков и внешняя эстетичность.

Бывают случаи, что у некоторых пользователей величина сферических аберраций отличается от среднего значения, на которое рассчитана асферическая оптика. В таких случаях ее ношение вместо улучшения зрения может привести к его ухудшению. Поэтому в каждом конкретном случае ее действие необходимо проверять на практике.

Другие сферы использования улучшенной оптики

Интересно, но асферические линзы используются и для объективов фотоаппаратов. Это повышает качество изображения, так как использование сферических линз приводит к некоторым искажениям – тем самым сферическим аберрациям.

Впервые асферические элементы были использованы фирмой Canon в 1971 году для изготовления объектива FD 55mm/1.2 AL. Говорят, эффект был ошеломительный. Так как производство такой оптики довольно сложное, то она применяется в основном для изготовления профессиональных объективов.

Конечно, сложная геометрия используется и для создания контактных линз. У них, так же как и у очков, несферической может быть передняя или задняя поверхность. А радиус кривизны увеличивается от центра к периферии по определенному закону, что сводит уровень линзовых искажений к минимуму. Они, так же как и асферические очковые стекла, имеют небольшую толщину, что при ношении не приводит к дискомфорту глаз. Ими можно также корректировать различные виды нарушения рефракции.

Еще аналогичная технология используется для создания интраокулярных линз. У них несферическую форму имеют передняя и задняя поверхности. Радиус кривизны у них тоже меняется от центральной части к периферической, что также минимизирует искажения.

Интересное видео о том, как осуществляется изготовление очковых линз:

Приходилось ли вам использовать подобные средства коррекции зрения? Каковы были ваши ощущения? Поделитесь своим мнением – это может принести пользу другим пользователям!

Каждый человек, носящий очки, хочет, чтобы они не только давали необходимую коррекцию, но и красиво смотрелись. Однако при высоких степенях близорукости и дальнозоркости это не всегда возможно —стекла сильно выступают из оправы, искажаю лицо. Однако, благодаря стараниям врачей, в офтальмологию пришли асферические линзы. Именно о них и пойдет речь в этой статье.

Что это такое?

Традиционные очковые стекла имеют сферическую поверхность а их основная оптическая сила приходится на центр. Только в этой области человек может получить изображение четким и контрастным, по бокам же видимость заметно снижается. Диаметр этой области составляет около 2,5 сантиметров — при этом поле зрения составляет всего лишь 10º. То есть, для того чтобы иметь ясное зрение, человеку необходимо постоянно удерживать взгляд в этих десяти градусах, что уже само по себе создает повышенную нагрузку на зрение.

Они долго находились в активной эксплуатации по двум причинам: во первых, развитие оптики в то время не позволяло изготовить асферические линзы для очков, а во вторых — они были попросту не нужны, так как люди тогда пользовались очками с маленькой оправой. В таких очках данные оптические характеристики были вполне уместны. Однако со временем оправы стали больше, а потребности людей изменились — обыкновенные сферические стекла уже не могли им удовлетворять.

Асферическая линза же более плоская и тонкая, дает одинаковый оптический эффект во всей своей площади. Это достигается за счет более сложной геометрии — кривизна изменяется более плавно, а также за счет использования более качественных стекол.

Преимущества и недостатки

Естественно асферические очковые линзы имеют массу преимуществ, которые и обуславливают их популярность. В чем же они выражаются?

Преимущества

  • В обыкновенных сферических стеклах сильно снижается контрастность изображения из-за неравномерного распределения оптической силы. Асферические очковые линзы же позволяют достигнуть значительно лучшей контрастности.
  • При ношении сферических стекол пациент может испытывать значительный дискомфорт из-за возникновения так называемых сферических аберраций (оптических искажений по бокам оправы). У некоторых людей они могут вызвать мигрени, боль в глазах и тошноту. Проблема может усугубляться уже существующими аберрациями, которые могут иметь место при патологиях хрусталика или роговицы. Асферические линзы лишены этого недостатка — в них искажения не возникают.
  • Еще одно немаловажное преимущество, которое выделяет асферические линзы — эстетический фактор. Традиционные стекла обычно очень толстые и сильно выступают из оправы, тогда как асферические очковые линзы могут быть достаточно тонкими и красивыми даже при довольно сильных близорукости и дальнозоркости.

Недостатки

К сожалению, такие стекла имеют свои недостатки:

  • Благодаря использованию материалов более высокого качества и усложненной технологии производства, увеличивается их стоимость. Однако не стоит экономить на здоровье — тем более что очки при аккуратном ношении могут прослужить очень долго.
  • При ношении коррекции с такой оптикой возможно возникновение бликов и световых отражений. Однако эта проблема легко решается при помощи нанесения на стекла специального антибликового покрытия. Эта маленькая «модификация» будет очень полезна тем, кто водит машину в темного время суток, а также людям, проводящим много времени за компьютером (антибликовое покрытие снижает утомляемость глаз). Маленький бонус — вы будете лучше получаться на фотографиях, так как при ношении обычных очков глаза человека часто не видны. Единственный минус — нанесение такого покрытия делает стекла более уязвимыми для царапин, грязи и пятен, поэтому носить их нужно аккуратно, чаще протирать тряпочкой.

Контактные линзы

Современные технологии позволяют изготовить также асферические контактные линзы. Асферические контактные линзы, в отличии от своих устаревших аналогов, имеют те же преимущества, что их асферические стекла в очках, однако лишены недостатка в виде бликов и отражений.

Преимущества, которые имеют асферические контактные линзы очевидны:

  1. Возможность четкого периферийного зрения, и как следствие, более широкое зрительное поле. Сферические аналоги были лишены этого преимущества, поэтому при их ношении возрастала нагрузка на глазодвигательные мышцы.
  2. Уменьшенная толщина позволяет обеспечить комфортное ношение даже тем пациентам, которые раньше не прибегали к такому способу коррекции.
  3. В отличии от очков, не требуют нанесения антибликового покрытия — в них спокойно можно водить автомобиль или работать за компьютером.

Однако при этом такая коррекция не каждому по карману — в отличии от очков их необходимо часто менять, что, безусловно, может стать серьезной нагрузкой на бюджет.

Подводя итоги, можно уверенно сказать, что такая оптика постепенно вытесняют сферическую, благодаря своим очевидным преимуществам и комфорту. Все больше и больше производителей переводят свою продукцию на современный дизайн и технологии.


Текущая версия страницы пока

не проверялась

опытными участниками и может значительно отличаться от

версии

, проверенной 26 июня 2016; проверки требуют

2 правки

.

Текущая версия страницы пока

не проверялась

опытными участниками и может значительно отличаться от

версии

, проверенной 26 июня 2016; проверки требуют

2 правки

.

Асфери́ческими называют линзы, одна или обе поверхности которых не являются сферическими.

Асферические поверхности, применяемые в оптике, можно разделить на две основные группы:

  1. поверхности вращения, имеющие ось симметрии (аксиально-симметричные);
  2. поверхности, обладающие двумя плоскостями симметрии или не имеющие симметрии.

При этом, большинство применяющихся в настоящее время асферических поверхностей относятся к первой группе, а из второй группы поверхностей применение находят торические, цилиндрические и некоторые другие типы поверхностей.

Общее уравнение меридионального сечения асферической поверхности вращения первой группы имеет вид

x=A|y|+By2+C|y3|+Dy4+…{displaystyle x=A|y|+By^{2}+C|y^{3}|+Dy^{4}+…}

К тому же большинство применяемых асферических поверхностей обладают параксиальной областью. Для таких поверхностей центральные точки не имеют никаких особенностей (поверхность в этой точке без излома, то есть касательная к поверхности перпендикулярна к её оси). Из поверхностей, не обладающих параксиальной областью, пока применяются только конические.

Наиболее распространены асферические поверхности, в уравнении меридионального профиля которых равны нулю коэффициенты при всех нечетных степенях y{displaystyle y}

x=By2+Dy4+Fy6+…{displaystyle x=By^{2}+Dy^{4}+Fy^{6}+…}

К таким поверхностям можно отнести все поверхности второго порядка (коникоиды), поверхности коррекционных пластин (например, пластин Шмидта в телескопах одноимённой системы) и др.

Возможности асферических линз по сравнению со сферическим связаны с параметрами, определяющими форму несферических поверхностей. Так например, меридиональное сечение поверхности вращения 2-го порядка можно выразить уравнением вида

y2=Ax+Bx2{displaystyle y^{2}=Ax+Bx^{2}}

При этом радиус кривой в её вершине

r=A/2{displaystyle r=A/2}

Так как коэффициент B не влияет на радиус, то его изменения (связанные с изменением формы поверхности) не повлияют ни на фокусное расстояние, ни на увеличение системы для параксиального пучка лучей. Таким образом асферические поверхности 2-го порядка, в отличие от сферических, имеют ещё один расчетный параметр, позволяющий изменять ход краевых лучей, не затрагивая хода лучей параксиальных, что создаёт дополнительные возможности для построения оптических систем.

В общем случае можно сказать, что при расчёте оптической системы с заданными аберрациями одна асферическая поверхность может заменить 2 — 3 сферических, что приводит к резкому сокращению числа деталей системы. При этом, применение асферических поверхностей, хотя и существенно расширяет возможности разработчика оптических систем, однако ограничивается сложностью изготовления и контроля, так как типовая технология изготовления сферических поверхностей, основанная на притирании детали и инструмента, неприменима из-за непостоянства кривизны детали.

Асферические линзы без осевой симметрии (например цилиндрические) имеют разные фокусные расстояния в разных плоскостях, проходящих через оптическую ось, то есть обладают астигматизмом для осевых пучков лучей. Такие линзы применяются, например, в очках для исправления астигматизма глаза, и в киносъёмочных (кинопроекционных) анаморфотных системах для получения различного масштаба изображения по разным направлениям.

Детально

При оптимизации формы двухсторонней цельной асферической линзы, образованной поверхностями вращения из изотропного оптического материала с показателем преломления большим чем окружающая линзу однородная среда, возникает требование оптимизации: Угол θ1 падения света в каждой точке проксимальной к точечному источнику поверхности равен углу θ2 выхода того же луча (прошедшего через преломляющий материал цельной линзы) из дистальной к точечному источнику поверхности. В таком случае для каждого тонкого плоскопараллельного пучка света, условно прошедшего через точечный источник света будут выполняться также условия (см. Схему):

1) Угол ξ1 преломления луча при падении на проксимальную поверхность цельной линзы равен углу ξ2 преломления того же луча в точке выхода из дистальной поверхности границы раздела с окружающей средой; 2) Угол η1 отклонения луча при падении на проксимальную поверхность цельной линзы равен углу η2 отклонения того же луча в точке выхода из дистальной поверхности границы раздела с окружающей средой; 3) Под тем же лучом понимается здесь группа плоских однородных гармонических волн идущих вдоль линии постоянной амплитуды.

Схема — оптическая диаграмма, показывающая параметры и ход лучей через асферическую линзу

Теперь приведем форму такой линзы (стреловой срез через осевую линию) (см. Схему)

Проксимальная поверхность образована параметрическими уравнениями, соответствующими преобразованиям перехода от полярной системы координат в прямоугольную, где ϕ, r(ϕ) — угол и радиус-вектор точки полярной системы координат, показанной на Схеме. Точка O соответствует полюсу полярной системы координат и началу прямоугольной декартовой системы координат.

Уравнения: (Источник )

x1(φ)=r1(φ)⋅cos⁡(φ);{displaystyle x_{1}(varphi )=r_{1}(varphi )cdot cos(varphi );} y1(φ)=r1(φ)⋅sin⁡(φ);{displaystyle y_{1}(varphi )=r_{1}(varphi )cdot sin(varphi );} r1(φ)=c1⋅(1−n1−n⋅cos⁡(φ/2))2{displaystyle r_{1}(varphi )=c_{1}cdot left({frac {1-n}{1-ncdot cos(varphi /2)}}right)^{2}},

где с1 — константа, длина отрезка, который лежит на оси вращения линзы, соединяющего точку O и проксимальную поверхность линзы, причем точка О должна лежать на оси вращения.

r1(φ)=c1⋅(1−n1−n⋅cos⁡(φ/2))2{displaystyle r_{1}(varphi )=c_{1}cdot left({frac {1-n}{1-ncdot cos(varphi /2)}}right)^{2}} x2(φ)=(c2−c1)⋅(n−1)⋅cos⁡(φ/2)+r1(φ)⋅(n⋅cos⁡(φ)−cos⁡(φ/2))n−cos⁡(φ/2)){displaystyle x_{2}(varphi )={frac {(c_{2}-c_{1})cdot (n-1)cdot cos(varphi /2)+r_{1}(varphi )cdot (ncdot cos(varphi )-cos(varphi /2))}{n-cos(varphi /2))}}} y2(φ)=⋅tan⁡(φ/2){displaystyle y_{2}(varphi )=leftcdot tan(varphi /2)},

где с2 — константа, длина отрезка, который лежит на оси вращения линзы, соединяющего точку O и дистальную поверхность линзы, причем точка O должна лежать на оси вращения; n — показатель преломления материала асферической линзы. При этом вне линзы лучи идут в среде с показателем преломления, равным единице.

Асферическая линза, поверхности вращения которой описаны вышеприведенными уравнениями, имеет свойство преобразовывать излучение расположенного на оси вращения точечного источника в пучок плоских световых волн при прохождении фронта волн в направлении от проксимальной S1 к дистальной S2 поверхности и наоборот, из источника, генерирующего систему плоских волн (отдаленный точечный источник, например Солнце) в фокус O при обратном ходе лучей. Для получения такого идеального геометрического хода лучей нужно устранение или минимизация явления дисперсии показателя преломления материала линзы. Это достигается подбором материала линзы или фильтрами пропускания частот.

Максимальная толщина такой линзы равна:

d=2⋅r1(φm)⋅sin2⁡(φm/2)n−1{displaystyle d={frac {2cdot r_{1}(varphi _{m})cdot sin ^{2}(varphi _{m}/2)}{n-1}}},

где φm{displaystyle varphi _{m}} — угол наибольшего отклонения излучения точечного источника от оси вращения охватываемого линзой. Углы падения θ1 и выхода θ2 из поверхностей линзы луча из источника в точке O с угловым отклонением ϕ от оси вращения:

θ1=θ2=arccos⁡(n⋅cos⁡(φ/2)−11+n2−2⋅n⋅cos⁡(φ/2)){displaystyle theta _{1}=theta _{2}=arccos left({frac {ncdot cos(varphi /2)-1}{sqrt {1+n^{2}-2cdot ncdot cos(varphi /2)}}}right)}

Примечания

Источники

 — Z. Xu, B. Bundschuh*, R. Schwarte, O. Loffeld, F. Klaus, H.Heinol, R. Klein, — Power transmittance of optimized aspherical lens with large numerical aperture, SPIE Vol. 2775, pages 639—646

Литература

  • И. Я. Бубис и др., под общ. ред. С. М. Кузнецова и М. А. Окатова, Справочник технолога оптика. Л. «Машиностроение». 1983
  • Русинов М. М., Техническая оптика. Л., «Машиностроение», 1979.

Добавить комментарий

*