Цилиндрические линзы что это

Цилиндрические линзы: основные характеристики и применение

Цилиндрические, также плоско-выпуклые линзы – разновидность линз, особенность которых – наличие оси, в направлении которой оптическое действие не проявляется. В направлении, перпендикулярном оси, линза действует как обычная сферическая.

Сферические линзы широко применяются для коррекции астигматических аберраций, в лазерных нивелирах и для продольного увеличения изображения.

Рисунок 1. Проекции цилиндрической линзы

Рисунок 2. Цилиндрическая прямоугольная линза

Рисунок 3. Цилиндрическая линза удлиненной формы

Разработка лазерного нивелира требует знания эффективного фокусного расстояния. Инженерные расчеты ведутся по следующим формулам:

где θ – веерный угол пучка, x – необходимое расстояние, L – заданное рабочее расстояние в сантиметрах.
Веерный угол позволяет рассчитать длину линии на заданном рабочем расстоянии:

Рисунок 4. К расчету параметров лазерного нивелира

Эффективное фокусное расстояние можно рассчитать по радиусу входного пучка:

Рисунок 5. К уравнению расчета эффективного фокусного расстояния

Погрешности, аберрации, спецификация

Так как при обработке не представляется возможным получить абсолютно точные детали и всегда имеет место отступление с различной степенью погрешности размеров, формы, взаимного расположения и чистоты поверхности, то для обеспечения качественной работы машины или механизма на чертежах оптических деталей указываются допустимые погрешности или допуски на изготовление.

Клиновидность

У идеальной цилиндрической линзы плоская грань параллельна оси вращения цилиндра, у реальной из-за погрешностей при производстве между осью вращения и плоскостью возникает некоторый угол (рис. 6). Соответствующая погрешность называется «допуском на клиновидность» и выражается в угловой мере. Клиновидность вызывает отклонения, сферичность и хроматизм выходного волнового фронта.

Рисунок 6. Иллюстрация измерения допуска на клиновидность цилиндрической линзы

Отклонение кривизны

Главная оптическая ось идеальной цилиндрической линзы параллельна двум плоским граням цилиндрической линзы, в реальности существует допустимое отклонение кривизны. Допуск обоснован назначением линзы и согласованный с показателями качества материала по оптической неоднородности и двулучепреломлению.

Рисунок 7. Иллюстрация измерения допуска на децентрировку в цилиндрической линзе

Децентрировка

Оптической осью называют линию, соединяющую центры кривизны сферической поверхности линзы. Геометрическая ось является осью симметрии боковой поверхности линзы. В правильно изготовленной линзе геометрическая и оптическая ось совпадают, такие линзы называют центрированными. В децентрированной линзе оптическая и геометрическая оси не совпадают и могут занимать различное положение одна относительно другой (рис. 8).
Децентрировка вызывает смещение изображения относительно геометрической оси линзы, поперечный хроматизм, кому, астигматизм. Допуск на децентрировку определяют из условия допустимого волнового хроматизма, выражают в долях миллиметра.

Рисунок 8. Центрированная (слева) и децентрированная (справа) цилиндрическая линза

Приложения

Цилиндрические линзы широко применяют в качестве очковых линз для исправления астигматизма, в лабораторных исследованиях: велосиметрии частиц, лазерной индуцированной флуоресценции. Кроме этого, цилиндрические линзы используются в таких системах, где нужно получить изображение в виде тонких протяженных линий: лазерные нивелиры, сканеры. Сочетание цилиндрической линзы с лазерным диодом позволяет получить коллимированный пучок с симметричным по форме волновым фронтом.

Формирование изображений в виде тонкой протяженной линии

Лазерный уровень – устройство для получения вертикальной или горизонтальной линии разметки для выполнения строительно-монтажных работ. Уровни применяются на улице и в помещениях для разметочных работ, контроля ровности поверхностей. В лазерных нивелирах установлена пара коллиматорных цилиндрических линз, позволяющая построить световую линию (рис. 9). Каждая линза действует на одну ось, X или Y, комбинация обеих линз создает такое распределение амплитуды.

Рисунок 9. Применение цилиндрических линз в линейных лазерных нивелирах

Получение сферических пучков

Для описания структуры поля светового пучка, формируемого лазерным диодом, широко применяется модель гауссова пучка. Обычно предполагается, что такие пучки обладают симметрией вращения вокруг оптической оси. На практике, однако, световой пучок имеет в поперечном сечении не круглую, а эллиптическую форму. Такие пучки называются эллиптическими. С помощью цилиндрических линз, рабочие оси которых расположены ортогонально друг другу, можно достичь симметрии (сферичности) волнового фронта. Для этого соотношение фокусных расстояний двух линз должно соответствовать отношению между амплитудами излучения вдоль осей X и Y. Как и при стандартной коллимации, диод следует расположить в фокусе обеих линз.

Рисунок 10. Пример преобразования эллиптического пучка в сферический

Излучение от лазерных диодов может иметь очень большую расходимость, что затрудняет подбор коллимационной оптики. Расходимость напрямую влияет на пространственные размеры системы. Поскольку фокусное расстояние фиксировано, положения каждого компонента жестко закреплены.
Для такой схемы можно рассчитать максимальный диаметр пучка d, проходящего через объектив, по известному фокусному расстоянию объектива f и угла расходимости θ. Чистая апертура каждой линзы должна быть больше максимального диаметра пучка.

Пример

Преобразование эллиптического пучка с исходными параметрами: большая полуось 4 мм, меньшая 1 мм. Нужно получить сферический пучок с радиусом 4 мм, то есть увеличить меньшую полуось в 4 раза. Сила увеличения системы из двух линз с известными фокусными расстояниями рассчитывается по формуле:

Цилиндрические линзы позволяют снизить расходимость пучка, со храняют параллельность, что особенно важно при переносе излучения на длинные дистанции.

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции Edmund Optics на территории РФ

Источник

Что такое астигматизм?

Бубнова Любовь Анатольевна,
зам.главного врача, врач-офтальмолог салона Оптик Сити в ТРЦ «Вегас»

Баева Светлана Хасановна,
оптометрист салона Оптик Сити в Щелково

Гоцева Татьяна Николаевна,
оптометрист салона Оптик Сити на м. Фрунзенская

Данько Елена Анатольевна,
врач-офтальмолог салона Оптик Сити в Митино

Если при осмотре врач-офтальмолог выявляет у пациента нарушение зрения, то, прежде всего, он стремится человеку доступно объяснить, что такое «минус», «плюс» и что стоит за страшным словом «астигматизм», если и он выявлен при обследовании.

Лучше всего объяснять такие явления через понятные предметные образы.

Об астигматизме простыми словами.

И чем больше кривизна или выпуклость этого часового стекла, тем сильнее преломление лучей через такую кривизну. И лучи преломляются сразу, не доходя до сетчатки, на которой формируется изображение предмета. Поэтому не получается сформировать на ней четкий фокус и четкий зрительный образ. То есть зрительная сила избыточна. И надо поставить в очки или контактные линзы минус, дабы уменьшить силу преломления и передвинуть фокус на сетчатку.

Либо, напротив, роговица более плоская и кривизна ее невелика, и, соответственно, сила преломления через такую кривизну слабая. И фокусируются лучи далеко за сетчаткой, не хватает зрительной силы, что бы лучам долететь до самой сетчатки и получить фокус четким. И нужно выписать в рецепте плюс. Что бы усилить силу преломления и сфокусировать лучи на сетчатке.

Так вот, если роговица ровная, как полушарие, то и лучи через нее преломляются по всей поверхности равномерно. Как парашют ровный и стропы его сходятся под куполом равномерно и в одной точке.

А если парашют неидеально ровный, а, как лимон, с одного боку более крутой, а с другого более плоский, то и стропы его сойдутся под куполом в разных точках.

Такая вот несимметричная по кривизне с разных сторон роговица имеет определение астигматизма. И в рецепте мы пишем либо плюс, либо минус, в зависимости от вашего зрения, и добавляем еще учет коррекции по определенному градусу кривизны. Чтобы стропы у нашего парашюта сходились максимально близко друг к другу. Тогда и фокус зрения будет наиболее четким.

Но на этом обследование зрения еще не заканчивается.

Например, в акте зрения еще участвует наш хрусталик, который, меняя свою кривизну, влияет в свою очередь, и на преломление лучей и на их фокусировку в целом. Мы проверяем зрение тщательно, учитывая все зрительные функции: и особенности строения глаза, и состояние хрусталика в акте зрения, и состояние центральных нервных реакций в формировании зрительного образа. Ведь изображение на сетчатку попадает и с правого и с левого глаза по отдельности. Благодаря тому, что нервная система эти два зрительных образа сливает в одно объемное 3D изображение, у нас не возникает двоения. Это целый процесс зрительных реакций и нервных связей.

Поэтому необходимо проверять свое зрение у профессиональных офтальмологов или оптометристов не реже одного раза в год. Записаться на прием

АСТИГМАТИЗМ: ЧТО ДЕЛАТЬ?

Специфика астигматизма состоит в том, что нечеткость изображения сохраняется на любых расстояниях – и вблизь, и вдаль. И если при этом не используются средства коррекции, симптоматика может выходить далеко за пределы усталости глаз.

У человека со сниженным зрением мозг и без того прилагает дополнительные усилия, чтобы рассмотреть объект. А при астигматизме эта работа в разы усложняется. Именно поэтому офтальмологи и оптометристы начинают проверку зрения с вопросов, которые, на первый взгляд, никак не связаны со зрением. Например, беспокоят ли пациента головные боли.

Рассмотрим весь спектр недомоганий, который может говорить о наличии астигматизма:

При этом человеку может быть невдомек, что проблема кроется в астигматизме. При постоянной нагрузке на глаза, например, от продолжительной работы за компьютером, легко списать все на усталость и неправильный образ жизни. Визит к врачу откладывается, начинается поиск средств самопомощи, которые временно снимают неприятные симптомы, но не способны устранить причину проблемы.

К примеру, такие пациенты часто обращаются к гимнастике для глаз. Несомненно, она полезна при зрительных нагрузках, но «вылечить» астигматизм с ее помощью невозможно.

Является ли астигматизм болезнью?

Это довольно частый вопрос. Но давайте внесем ясность: астигматизм – это не болезнь.

Говорить о том, что астигматизм лечится, некорректно. Это аномалия зрения, которая корректируется, причем весьма успешно, при обнаружении средней и высокой степени патологии. Обычно астигматизм сопровождает близорукость или дальнозоркость. Вот почему необходима обязательная регулярная диагностика у офтальмолога. Особенно в детском возрасте.

Нужны ли очки и линзы при астигматизме.

Выше мы уже говорили о том, как выглядит роговица при астигматизме. Так вот, если ее форма имеет лишь незначительное отклонение от ровной сферической, это физиологический астигматизм. Он минимален, не превышает 0,5 диоптрий и далеко не всегда нуждается в коррекции.

Отметим, что астигматизм с показателем выше 0,5 диоптрий встречается примерно у 30% населения нашей планеты. В этом случае очки или линзы для коррекции астигматизма необходимы.

Следует учесть, что астигматизм может передаваться по наследству. Если у одного или обоих родителей есть астигматизм – это повод для обязательного наблюдения ребенка у офтальмолога с самого раннего возраста.

Как определить у себя астигматизм.

Первичный тест на астигматизм можно провести в домашних условиях. Для этого используются специальные изображения, которые несложно найти в интернете. Например, изображение «Лучистая фигура» (скачать файл)

Как проходить тест, чтобы результаты были максимально достоверными? Вот правильная последовательность действий:

Стоит насторожиться, если одни линии видны ярче или жирнее, чем другие.

Другой подручный способ самостоятельного определения астигматизма: прикрыть один глаз ладонью или листом бумаги, как описано выше, и посмотреть на округлые цифры

Попробуйте легко, чётко и быстро отличить их. Если получается с трудом и медленно, то можно заподозрить астигматизм.

Важно учитывать, что плохое самочувствие, повышенная сухость глаз, темное время суток, переутомление способны повлиять на результат тестирования.

Подтвердить или опровергнуть наличие астигматизма можно только в кабинете офтальмолога. Он проведет серию тестов на высокоточном оборудовании.

Если домашний тест показал, что имеются нарушения зрения, запишитесь на прием к офтальмологу или оптометристу. Записаться на прием

Можно ли при астигматизме использовать обычные сферические очки или контактные линзы.

Очки без учета параметров астигматизма, как и контактные линзы, не дадут полноценной коррекции. Это значит, что излишнее напряжение глаз никуда не уйдет, изображение останется нечетким. Впоследствии это может привести к амблиопии – синдрому ленивого глаза. А в этом случае при коррекции зрения будет уже очень сложно добиться четкости и остроты, увеличение силы линз не поможет.

Поэтому при астигматизме необходимо учитывать все параметры рецепта и носить очки со специальными астигматическими линзами или торические контактные линзы. Ношение правильно подобранных очков или контактных линз даст оптимальную коррекцию зрения и позволит устранить головные боли, вызванные напряжением глаз, снизить риск воспаления век (блефарита) и замедлит ухудшение зрения.

Помните, что очки при астигматизме нужно носить постоянно!

Как выглядит рецепт при астигматизме.

Помимо сферы (sph) для правого и левого глаза при астигматизме в рецепте отмечаются значения цилиндра (cyl) и оси (axis).

Подробнее о том, как прочитать рецепт на очки:

Итак, теперь мы знаем, что астигматизм не является болезнью. Это вариант нормы и довольно распространенное явление, которое корректируется при помощи очков или контактных линз. Носить средства коррекции при астигматизме нужно постоянно. Это избавит вас от осложнений.

Чтобы проверить наличие астигматизма, можно сделать тест в домашних условиях, при сомнениях обратиться к врачу или оптометристу.

Источник

Что это такое астигматические линзы для очков

Если у вас постоянно болит голова, вам тяжело фокусировать зрение, картинка часто представляется нечеткой или двоится, если глаза быстро устают – возможно, у вас развивается астигматизм.

Астигматизм – это нарушение зрения, которое связано с деформацией формы глаза, роговицы или хрусталика. На сетчатке не появляется четкое изображение картинки, она формируется искаженной. Некоторые фрагменты картинки проявляются на сетчатке, другие – за ней, третьи – перед ней. В итоге получаемое изображение напоминает ваше лицо, которое отражается в металлической ложке.

Причины заболевания

Чаще всего астигматизм развивается с учетом формы глаз. Как роговица, так и хрусталик могут быть отчасти ответственны за астигматизм одного глаза.

Наиболее частые причины, приводящие к астигматизму:

Симптомы заболевания

Наиболее частый симптом – это постоянная усталость глаз. Зачастую происходит в мягкой форме во время начала заболевания. Более значительный недостаток – ограниченность остроты зрения. Часто деформируются изображения, видимые зрительными органами.

Болезнь выражается фронтальными головными болями, сложностями в фокусировке увиденных предметов (затуманенное зрение с близкого расстояния и издалека). При легком астигматизме единственным признаком может являться учащенное моргание, поскольку люди с таким дефектом зрения пытаются получить более четкое изображение при помощи резкой смены фокусного расстояния. Пациент, который страдает от астигматизма, видит звезды, как пятна, ровные линии – кривыми. Одновременно не видит резко горизонтальные и вертикальные полосы. При размытых очертаниях может развиться нарушение ощущения пространства. У новорожденных до 3-х лет жизни астигматизм может приводить к амблиопии одного или двух глаз.

Диагностирование заболевания

Чтобы определить, присутствует ли у вас астигматизм, необходимо обратиться к офтальмологу. Когда выявили эту форму нарушения зрения, то первым инструментом для диагностирования стал кератоскоп – изобретение врача-офтальмолога А. Пласидо из Португалии. Это диск с последовательными черными и белыми кругами. Обследование включает в себя наблюдение их формы отражения на глазной роговице. Ось и степень астигматизма измеряет кератометр (офтальмометр).

Наиболее точный способ для определения астигматизма – компьютерная топография, использующая образ диска Пласидо, который отражается на поверхности роговицы, регистрирующийся при помощи камеры, а после передается на компьютер, на котором и производится анализ. Результат анализа – это карта цифрового значения кривизны роговицы и ее сечение поверхности. Также в медицинской практике применяется авторефрактометр, оборудованный топографом. Все данные обследования безболезненны.

Коррекция астигматизма с помощью очков

К сожалению, астигматизм сегодня довольно распространен. Врачи утверждают, что заболевание на определенном этапе развития обнаруживается у одной трети населения на планете, при этом развивается непосредственно с рождения. Некоторые получают астигматизм в результате повреждений, хирургических вмешательств, травм глаз.

Когда у пациента отмечается дальнозоркость или близорукость, вероятнее всего, у него присутствует и астигматизм. Как правило, он находится на легкой стадии и не ощущается человеком, а значит – не нуждается в коррекции.

При этом врачи-офтальмологи заявляют: астигматизм нуждается в своевременном лечении и коррекции. В противном случае, это грозит снижением зрения, косоглазием и другими сопутствующими осложнениями. Если вы подозреваете, что страдаете этим недугом, непременно обратитесь к врачу.

Коррекция астигматизма может производиться несколькими способами, и очки – один из них.

Преимущество коррекции с помощью очков:

В чем отличие астигматических очков от очков, которые корректируют остальные дефекты зрения? Какие линзы для очков сейчас предлагают?

Отличие астигматических очков от других

Если для коррекции близорукости используются обычные сферические линзы, то для коррекции астигматизма используются специальные астигматические. Их поверхность неравномерно выгнута, благодаря чему различные участки линзы имеют определенный уровень преломления.

Астигматические линзы – это одна из разновидностей цилиндрических линз. Разделяют отрицательные и положительные.

Чтобы понять, что такое цилиндрические линзы, приведем пример. Представьте себе какой-либо цилиндр, например, металлический бак для сыпучих предметов. Затем мысленно разрежем его вдоль. А теперь представьте, что стенки бака прозрачные. Перед вами предстанут две цилиндрические линзы – и обе положительные. Чтобы получить отрицательные линзы, необходимо как бы сделать слепок с цилиндра.

У цилиндрической формы линз есть ось – бездействующий меридиан, где направление не проявляет оптических свойств. У направления оси, которое перпендикулярно данному, есть фокус. Мощность этой линзы измеряется диоптриями. Используется, чтобы откорректировать астигматизм в легкой форме.

Если диагностирован сложный или комбинированный астигматизм, используются торические линзы, которые представляют собой сочетание сферических и цилиндрических. Они обладают свойством преломлять световые лучи в направлении двух меридианов, при этом каждое из направлений имеет свою оптическую силу.

Оптическая сила определяется в торических линзах при помощи двух показателей.

Бывают собирающими (положительны оба меридиана) и смешанными (один – положительный, второй – отрицательный).

Материал изготовления астигматических линз для очков

Как и при изготовлении других линз для очков, в астигматических линзах применяются или минеральные материалы (стекло), или органические (пластики). Подбирайте тот материал, который, как вы думаете, вам больше подходит.

Часто люди склоняются в пользу пластика, безопасного, легкого и современного материала. Однако линзы, изготовленные на основе пластика, можно легко поцарапать.

Стекло поцарапать сложнее, при этом оно имеет высокий коэффициент преломления, что дает возможность на их основе изготавливать более тонкие линзы. Помимо этого, стекло защищает от инфракрасного излучения зрительные ораны. Однако стеклянные линзы могут разбиться. И если это случится, то есть большая вероятность получения травмы глаз. Поэтому стекло для изготовления линз применяется редко.

Как выбрать покрытие линз?

Офтальмологи говорят, что астигматические линзы непременно должны быть защищены антирефлексныи или антибликовым покрытием, которое снижает количество света, отражающегося от поверхности линзы. За счет этого покрытия глаза намного меньше устают, что характерно для людей, страдающих астигматизмом.

Если вы решили приобрести пластиковые линзы, непременно обращайте внимание и на упрочняющее покрытие. Хорошим вариантом также являются комбинированные покрытия, сочетающие в себе и упрочняющие, и антибликовые, а также другие варианты покрытия.

Для людей, которые хотят не только исправить зрение, но и защитить от сильного освещения свои глаза, изготавливаются линзы для очков с тонированным покрытием. При этом тонировка бывает с разной интенсивностью (от 12 до 98%), различных цветов (серые, коричневые, желтые, розовые и т.д., каждый цвет для определенной задачи).

Все эти линзы, разумеется, могут защитить глаза от вредоносных УФ-лучей и сильного света. Вряд ли вы станете себе заказывать большое количество астигматических очков – по причине длительного времени их изготовления и высокой стоимости. Если ваши единственные очки являются как корректирующими, так и солнцезащитными, это может привести к определенным проблемам. Например, в помещении в этих очках будет некомфортно. Таким образом, нужно отметить, что удобно в этих очках будет довольно редко – только в тех условиях, к которым вы подбирали цветовой оттенок линз.

Другие варианты линз для очков

Если же уж вам нужно, чтобы линзы для коррекции астигматизма помогали лучше видеть, а также обеспечивали надежную защиту, то стоит обратить внимание на фотохромные очки. Их отличие состоит в том, что они имеют свойство изменять уровень затемнения с учетом того, где вы находитесь в помещении или на улице, какое количество света на них падает. Секрет в особом веществе, находящемся в линзах, которое изменяет свойства под воздействием лучей света.

Таким образом, получается, что когда выходите на улицу, прозрачные обычные очки тут же темнеют, а когда заходите в помещение, они становятся прозрачными, что довольно удобно.

Защитить зрительные органы от негативного действия бликов и УФ-излучения, а также от переутомления, смогут помочь линзы с поляризационным напылением (бывают разных цветов). Это довольно актуально для активных людей, которые много времени проводят за рулем автомобиля, на воде, в горах. Нужно сказать, что это покрытие стоит довольно дорого, это значительно увеличит стоимость астигматических линз для очков.

Заключение

Линзы для коррекции астигматизма выбираются окулистами особо тщательно, так как неподходящие очки могут вызвать головные боли, высокую утомляемость глаз и другие неприятные симптомы. Изготавливаются в индивидуальном порядке, с учетом необходимостей каждого определенного человека, это занимает некоторый промежуток времени. Стоят дороже простых линз, которые корректируют дальнозоркость или близорукость.

Лучше, когда на ваши астигматические линзы для очков будет нанесено упрочняющее, а также антирефлексное покрытие. Это продлит срок службы очков и сделает процесс их ношения более комфортным.

Также сейчас можно заказать линзы с тонированными покрытиями различной степени защиты и различных цветов. Кроме того, изготавливаются линзы с поляризационным покрытием и фотохромные линзы. По вашему желанию вы сможете укомплектовать очки именно этими видами оптики.

Источник