Линзы и их применение в работе со светом. Как устроена и работает контактная линза Как работают линзы для глаз

В отличие от призматических и других рассеивателей линзы в осветительных приборах практически всегда применяются для точечного освещения. Как правило, оптические системы с применением линз состоят из рефлектора (отражателя) и одной или нескольких линз.

Собирающие линзы направляют свет от расположенного в фокальной точке источника в параллельный пучок света. Как правило, они применяются в осветительных конструкциях вместе с отражателем. Отражатель направляет световой поток в виде луча в нужном направлении, а линза - концентрирует (собирает) свет. Расстояние между собирающей линзой и источником света обычно варьируется, что позволяет регулировать угол, который нужно получить.

Система из и источника света и собирающей линзы (слева) и аналогичная система из источника и линзы Френеля (справа). Угол светового потока можно менять путем изменения расстояния между линзой и источником света.

Линзы Френеля состоят из отдельных примыкающих друг к другу концентрических колецевидной формы сегментов. Свое название они получили в честь французского физика Огюстена Френеля, впервые предложившего и реализовавшего на практике такую конструкцию в осветительных приборах маяков. Оптический эффект от таких линз сопоставим с эффектом использования традиционных линз схожей формы или кривизны.

Однако линзы Френеля обладают рядом преимуществ, из-за которых они находят широкое применение в осветительных конструкциях. В частности, они значительно тоньше и дешевле в изготовлении по сравнению с собирающими линзами. Этими особенностями не преминули воспользоваться дизайнеры Франсиско Гомес Пас и Паоло Риццатто в работе над ярким и волшебным модельным рядом .

Выполненные из легкого и тонкого поликарбоната, «листы» Hope, как их называет Гомес Паз, представляют собой не что иное, как тонкие и большие рассеивающие линзы Френеля, создающие волшебное, искристое и объемное свечение за счет покрытия поликарбонатной пленкой, текстурированной микропризмами.

Паоло Риццатто так описал проект:
«Почему хрустальные люстры потеряли свою актуальность? Потому что слишком дороги, очень сложны в обращении и производстве. Мы же разложили саму идею на составляющие и осовременили каждую из них».

А вот что рассказал по этому поводу его коллега:
«Несколько лет назад наше внимание привлекли чудесные возможности линз Френеля. Их геометрические особенности позволяют получить те же оптические свойства, что и у обычных линз, но на абсолютно плоской поверхности лепестков.

Однако применение линз Френеля для создания подобных уникальных продуктов, сочетающих в себе великолепный дизайнерский проект с современными технологическими решениями, встречается все же нечасто.

Широкое применение такие линзы нашли в освещении сцен прожекторами, где они позволяют создать неравномерное световое пятно с мягкими краями, отлично смешиваясь с общей световой композицией. В наше время они также получили распространение и в архитектурных схемах освещения, в тех случаях, если требуется индивидуальная регулировка угла света, когда расстояние между освещаемым объектом и светильником может меняться.

Оптические показатели линзы Френеля ограничены так называемой хроматической аберрацией, образующейся на стыках ее сегментов. Из-за неё на краях изображений предметов появляется радужная кайма. Тот факт, что кажущаяся недостатком особенность линзы была превращена в достоинство в очередной раз подчеркивает силу новаторской мысли авторов и их отношение к деталям.

Осветительная конструкция маяка, в которой применяются линзы Френеля. На снимке хорошо видна кольцевая структура линзы.

Проецирующие системы состоят либо из эллиптического отражателя, либо из сочетания параболического отражателя и конденсора, направляющего свет на коллиматор, который может также быть дополнен оптическими аксессуарами. После чего свет проецируется на плоскость.

Системы прожекторов: равномерно освещенный коллиматор (1) направляет световой поток через систему линз (2). Слева - параболический отражатель, с высоким показателем светоотдачи, справа - конденсор, позволяющий добиться высокой разрешающей способности.

Размер изображения и угол света определяется особенностями коллиматора. Простые шторки или ирисовые диафрагмы, формируют световые лучи разных размеров. Контурные маски могут использоваться для создания различныз контуров луча света. Проецировать логотипы или изображения можно с помощью гобо-линзы с нанесёнными на них рисунками.

Различные углы света или размер изображения может выбираться в зависимости от фокусного расстояния линз. В отличие от осветительных приборов с применением линз Френеля, здесь представляется возможным создать световые лучи с четкими контурами. Мягких контуров можно достичь смещением фокусировки.

Примеры дополнительных аксессуаров (слева направо): линза для создания широкого светового луча, скульптурная линза, придающая лучу овальную форму, канавчатый дефлектор и «сотовая линза», уменьшающая слепящий эффект.

Ступенчатые линзы преобразуют световые лучи таким образом, что они находятся где-то между «ровным» светом линз Френеля и «жестким» светом плоско-выпуклой линзы. У ступенчатых линз сохранена выпуклая поверхность, однако со стороны плоской поверхности сделаны ступенчатые углубления, образующие концентрические круги.

Лицевые части ступеней (подступени) концентрических кругов часто светонепроницаемы (либо закрашены, либо имеют выщербленную матовую поверхность), что позволяет отсечь рассеянное излучение лампы и сформировать пучок параллельных лучей.

Прожекторы с линзой Френеля формируют неравномерное световое пятно с мягкими краями и слабым ореолом вокруг пятна, благодаря чему легко смешиваются с другими источниками света, создавая естественную световую картину. Именно поэтому прожекторы с линзой Френеля используются в кино.

Прожекторы с плосковыпуклой линзой по сравнению с прожекторами с линзой Френеля формируют более равномерное пятно с менее выраженным переходом на краях светового пятна.

На наш блог, чтобы узнать новое об устройстве светильников и светодизайне.

26-10-2013, 23:06

Описание

Легче всего ответить на вопрос, не будет ли больно. Вам наверняка приходилось доставать соринку из глаза, и по аналогии вы, возможно, думаете, что более крупный предмет, каким является контактная линза, причинит вам большую боль. Однако чувствительность роговицы (передняя поверхность глаза, на которую и одевается контактная линза) очень избирательна. Роговица сверхчувствительна к мельчайшим касающимся ее частицам, чего нельзя сказать о более крупных. В это довольно трудно поверить, но только до тех пор, пока вы не поймете, что имеется крупный предмет, который касается вашей роговицы несколько тысяч раз в день, - это ваше веко. Когда контактная линза одета правильно, ощущать ее вы будете не больше, чем собственное веко.

Из всего этого отнюдь не следует, что при первой примерке контактной линзы вы ничего не почувствуете - наоборот, у вас будет ясное ощущение того, что при каждом моргании внутренняя поверхность века трется о кромку линзы (причем это ощущение исходит от века, а не от роговицы). Если стоят мягкие контактные линзы, то это ощущение почти незаметно, и даже в первый раз вам будет вполне удобно.

Что касается первого вопроса - сможете ли вы носить контактные линзы, то ответ на него обусловлен способностью роговицы адаптироваться к меньшему поступлению кислорода и изменению метаболизма. Это зависит от особенностей ваших глаз, выписанного рецепта и, самое главное, квалификации врача. Короче говоря, большинство людей, если у них есть такое желание, могут носить контактные линзы - при условии, что они правильно подобраны и установлены.

В последние двадцать лет, особенно после появления мягких контактных линз, использование их резко возросло. Их носят миллионы людей, а несколько миллионов других купили их и отложили в ящик туалетного столика. Этот «неуспех» вызван несколькими причинами, главными из которых являются неправильная и поспешная установка, которая впоследствии усугубляется еще более неправильным уходом.

Многих полупрофессионалов и псевдоспециалистов к работе с контактными линзами приводит стремление подзаработать без особого труда. В газетах, по телевидению, в различных справочниках появляется огромное количество рекламных объявлений, предлагающих установку контактных линз. По нашему опыту, наиболее падки на них подростки и молодые девушки - они не хотят выглядеть «очкариками», но в то же время у них не хватает мудрости принять решение на основе предварительно накопленной информации. Конечно, в этом играет свою роль и появление контактных линз, меняющих цвет глаз. К сожалению, хорошо составленная реклама всегда побеждает опыт, знания и советы специалистов по контактным линзам. Такие специалисты просто могут затеряться среди посредственных псевдоэкспертов, так как мягкие контактные линзы с самого начала носятся без проблем, и покупатель не может сам оценить правильность их установки и соответствие размера. Будьте особенно осторожны по отношению к различным «распродажам» и «скидкам» относительно контактных линз. Почему? Потому что вы покупаете изделие, не похожее на губную помаду или шампунь! Если чудодейственный шампунь не окажет укрепляющее действие на ваши волосы и не придаст им «неотразимый блеск», то в следующий раз вы просто попробуете другой. Если же контактные линзы повредят ваши глаза...

Прочно зарубите себе на носу, что контактные линзы - это одно из средств решить проблемы зрения, а не вечное приспособление, раз и навсегда уже их решившее. Глаза нужно проверять регулярно, так как даже правильно подобранные контактные линзы могут вызвать или скрыть малозаметные изменения, а плохо подобранные линзы могут привести к повреждению роговицы. Хотя и верно, что прежде всего внимание к какой-то проблеме возникает через боль, отнюдь не все проблемы, связанные с ношением контактных линз, начинаются с ощущения дискомфорта или ухудшения зрения. Можно считать почти аксиомой, что врач, правильно подбирающий контактные линзы, всегда настаивает на регулярном и тщательном профилактическом обследовании глаз.

ИСТОРИЯ ВОПРОСА.

Многие поражаются, узнав, что контактные линзы носили еще в XIX веке. Тем не менее, до начала пятидесятых годов нашего столетия, когда появились небольшие линзы, устанавливаемые на роговицу, применялись они очень редко.

Первые контактные линзы были большими, закрывали глаз почти целиком и изготовлялись из тонкого выдувного стекла. Можете ли вы поставить себя на место смельчака, решившегося поместить в глаз хрупкую стеклянную полусферу? Делалось это отнюдь не от тщеславия. Такие линзы носили люди, которые могли хорошо видеть только с их помощью - очки им не помогали.
В 40-х годах нашего века с развитием производства чистых прозрачных пластмасс хрупкие стеклянные линзы были почти полностью ими вытеснены. Новые пластмассовые линзы были большими, выпуклыми, покрывали роговицу и склеру. Последующее изобретение тонких небольших линз, одеваемых на роговицу и удерживаемых на своем месте просто капиллярным притяжением, стало настоящим прорывом, давшим возможность носить их гораздо большему числу людей.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.

Роговица - во многих отношениях структура уникальная. Кроме того, что она прозрачна и по-разному реагирует на разные раздражители, роговица не имеет прямого кровоснабжения. Поэтому она должна получать кислород и большинство питательных веществ, необходимых для нормальной жизнедеятельности любой живой ткани, непосредственно из воздуха и слез. Слезы должны также смывать все биологические отходы жизнедеятельности. Если что-либо препятствует поступлению воздуха или нарушает слезную пленку, тогда нарушается метаболизм роговицы и ее прозрачность, и вы сразу же сможете это почувствовать.

Первые жесткие контактные линзы, изготовленные из полиметилметакрилата (ПММА), не пропускали воздух. Они проектировались таким образом, чтобы при каждом моргании могли немного смещаться, обеспечивая возможность воздухообмена и заменяя старую слезу с двуокисью углерода на свежую, богатую кислородом.

Появившиеся позднее жесткие газопроницаемые линзы (ЖГЛ) изготавливаются из смеси различных полимеров, благодаря чему допускают некоторый воздухообмен. Однако большинство из них смачивается хуже, чем старые ПММА, и поэтому возникают новые проблемы правильной установки линз.

При конструировании контактных линз учитываются как ваше удобство, так и здоровье роговицы. Если рассматривать роговицу в разрезе с достаточным увеличением, то можно заметить, что она имеет асферическую (не чисто сферическую) форму. Центр ее несколько выпячен, а кромки около склеры глаза уплощены. Жесткие контактные линзы должны приближаться к этой форме, но только приближаться. Некоторые линзы для их лучшей насадки изготовляются с асферической кривизной. Если линза будет прилегать к глазу слишком плотно, то давление приведет к отеку роговицы и ухудшению зрения, а если зазор будет слишком велик, то она будет соскальзывать, натирать и раздражать роговицу и веко, и может даже вообще выскочить из глаза. Между плотностью прилегания и величиной зазора должен быть найден точный баланс, достигаемый путем контроля кривизны линзы, ее размера, толщины и скоса кромок. Если принять во внимание, что средняя жесткая контактная линза имеет размер всего 9 миллиметров в диаметре и толщину порядка 0,2 миллиметра и даже меньше, то в этом крошечном кусочке пластмассы приходится учитывать огромное количество факторов.

Мягкие контактные линзы (МКЛ) называются так потому, что обладают способностью впитывать воду. В отличие от жестких линз, которые не выходят за пределы роговицы, кромка мягких линз заходит на склеру глаза (рис. 33).

Будучи одетой, такая линза впитывает в себя слезу, при этом процент поглощаемой влаги в зависимости от материала линзы находится в пределах от 20 до 80. Количество кислорода и двуокиси углерода, проникающих сквозь мягкую линзу, зависит от содержания воды в ней, а также толщины самой линзы. Механизм удаления отходов не вполне ясен (некоторые из продуктов жизнедеятельности могут линзой задерживаться), и это может сказываться отрицательным образом, особенно при долговременном ношении линз.

ЗАЧЕМ НОСИТЬ КОНТАКТНЫЕ ЛИНЗЫ?

Для большинства людей на первый план выходят соображения красоты, хотя на самом деле у контактных линз много разных преимуществ.

Большей частью эти преимущества свойственны и жестким, и мягким контактным линзам.

1. Зрение становится более естественным, размеры предметов представляются почти настоящими. В очках форма и размеры предметов могут казаться искаженными.
2. Контактные линзы при движении глаз перемещаются вместе с ними, так что при этом не возникает тех искажений, которые бывают, если вы носите очки.
3. Оправа очков уже не ограничивает боковое зрение.
4. При дожде или снеге капли или снежинки не попадают на линзы.
5. Контактные линзы не запотевают при изменении температуры или влажности.
6. Если нужна коррекция зрения, сильно отличающаяся по своим параметрам для каждого глаза, то контактные линзы могут быть единственным способом, при котором оба глаза будут действовать согласованно.
7. У некоторых людей с тенденцией к косоглазию достигается лучшее управление глазодвигательной активностью.
8. При ношении контактных линз обычно уменьшается необходимость в частой коррекции зрения.
9. Контактные линзы могут защищать роговицу на время ее выздоровления (мягкие лечебные линзы).
10. Контактные линзы могут служить компонентом более сложных оптических систем для слабовидящих.

В некоторых редких случаях контактные линзы являются единственным способом обеспечить возможность хорошего зрения, а именно тогда, когда повреждена роговица, когда у нее неправильная форма, или при кератоконусе, заболевании, вызывающем истончение и выпячивание центральной части роговицы в виде конуса. В этих случаях обычно применяются контактные линзы типа ЖГЛ.

ОБСЛЕДОВАНИЕ НА ПРЕДМЕТ ПОКАЗАННОСТИ КОНТАКТНЫХ ЛИНЗ.

Такое обследование начинается с обычной проверки глаз и зрения с особым вниманием к состоянию роговицы и век. При этом может выявиться что-то необычное, что может исключить или снизить возможность применения линз. Что касается конкретно контактных линз, то замеряется кривизна роговицы. Также оценивается количество и химический состав слезы, так как слеза оказывает существенное влияние на выбор материала и определение длительности периода ношения линз.

ДИАГНОСТИЧЕСКАЯ ПРИМЕРКА.

Общее обследование может подсказать врачу, какие именно линзы подходят вам больше всего, но для окончательного выбора обязательно нужно попробовать несколько вариантов - из различного материала и разной конструкции. Обычно для такой «диагностической носки» вам назначат несколько сеансов, и лишь после этого принимается окончательное решение.

В статье рассказывается о том, что такое линзы, для чего используются, где применяются, и в частности об оптических и контактных линзах.

Развитие науки

Во все времена находились те, кого интересовало истинное устройство мира и природных явлений. Особенно человеческое внимание приковывали к себе небо и звезды. Первые телескопы были изобретены еще в Средние века, и их появление послужило череде астрономических открытий. Поспособствовало тому еще такая вещь как развитие стекольной промышленности, а в частности линз. Примерно в те же годы были изобретены и первые микроскопы, которые постоянно совершенствовались и также помогли ученым познать тайны макромира. Так что такое линзы, как устроены, где применяются и для чего нужны? В этом мы и разберемся.

Определение

Согласно официальной терминологии, линза - это деталь из прозрачного материала с двумя поверхностями, которые преломляют лучи света. Производятся они из стекла, пластика или иного подобного оптического материала. Также этот термин может быть применим и к другим явлениям, к примеру, воздушная подземного озера и т.п. Но мы разберем именно оптические. Что такое линзы, мы разобрали, но как они работают?

Все дело в их поверхности. Проще говоря, одна их поверхность собирает свет, а вторая из-за своей формы преломляет его. Или же наоборот. Также в подобном процессе могут участвовать сразу обе стороны: одна, принимая, рассеивает, а вторая собирает в пучок и т.п.

С увеличительными линзами, наверное, знакомы все, особенно мальчишки, которые в летнюю пору, собирая ими свет, превращали его в крошечную и горячую точку. И, кстати, интересный факт: подобный способ разведения огня упоминается в пьесе Аристофана «Облака», датируемой 424 годом до н. э. В Римской Империи также впервые были применен способ коррекции зрения с помощью линзы: смотрел на бои гладиаторов через вогнутый изумруд. Вероятно, он страдал близорукостью. Так что теперь мы знаем, что такое линзы.

Классификация

По техническому принципу действия их можно разделить на две группы - рассеивающие и собирающие. К первой относятся те, у которых середина толще чем края, а ко второй те, чьи края толще середины. Это определение относится только к простому их типу.

Характеризуются они также по своей оптической силе, которая измеряется в диоптриях, и фокусным расстоянием. Но что такое фокус линзы?

Если говорить упрощенно, то это точка, где собираются лучи света, которые прошли через линзу. А термином «фокусное расстояние» обозначают длину от центра оптической линзы до самого места фокусировки. Объяснить это можно также на примере детской игры с и солнцем: чтобы лучи последнего собрались в горячую точку, необходимо найти нужное расстояние между светом и поверхностью. Также это проявляется и при ношении очков - если их слишком сильно приблизить или отдалить от глаз, то изображение будет размываться. Так что теперь мы знаем, что такое фокус линзы.

Области применения

С открытием возможности изменения длины световой волны посредством линз (увеличение изображения) человечество быстро оценило ее по заслугам. Началось все с простых телескопов и И последние долгое время были показателем статуса капитана корабля или исследователя, так как стоили немало денег и их часто инкрустировали драгоценными камнями и металлами.

А позже первые микроскопы позволяли приоткрыть завесу макромира. Правда, некоторые современные модели, действующие по зондирующему типу, линз почти лишены. Но зато они позволяют строить трехмерные и мелких объектов.

Различные устройства с линзами также являются неотъемлемой частью современного мира: они есть в камерах мобильных телефонов, фото и видеоаппаратов, даже обычные содержат линзы. Но в них используется не метод увеличения, а наоборот, рассеивания света, благодаря которому маленькое отверстие позволяет видеть всю лестничную площадку.

Также при вопросе о том, что такое оптические линзы, нельзя не упомянуть очки. Это простое устройство было изобретено в Средние века и мало изменилось, но оно значительно облегчает жизнь людям с нарушением зрения. Первые их праобразы применялись еще в Древнем Риме, но тогда они представляли собой просто плоские куски стекла с выпуклой или вогнутой формой, которыми пользовались редко, к примеру, для чтения или для изучения далеких объектов.

Контактные

Но что такое контактные линзы? Принцип их действия такой же, что и в обычных, но размер гораздо меньше. Изготавливаются они из мягкого пластика и надеваются прямо на роговицу глаза. Несмотря на преимущества перед обычными очками, они не вытеснили их полностью, как предрекали изобретатели. Подобные линзы более трудны в «надевании», им нужен частый уход, а долгое ношение утомляет и раздражает глаза. К тому же срок их службы меньше обычных очков, а цена порой выше.