При прохождении светового луча из среды с большим показателем преломления в среду с меньшим показателем преломления, т.е. когда n2 < n1 (рис. 13, б), световой луч отклоняется от нормали и |e|<|e'|. Если световой луч проходит через среды нормально к поверхности раздела, он не изменяет своего направления, т. |е|=|e'|. (рис. 13, в).
Закон преломления света выражает зависимость взаимного положения падающего и преломленного луча: луч падающий, нормаль к поверхности в точке падения и луч преломленный лежат в одной плоскости, произведение показателя преломления первой среды на синус угла падения равно произведению показателя преломления второй среды на синус угла преломления:
n1sin e = n2sin e'.
Преобразовав выражение, получим:
Sin e / sin e' = n2 / n1
Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред, а отношение n2 / n1 называется относительным показателем преломления этих сред.
Если поменять местами падающий и преломленный лучи, то они повторят свой путь в обратном направлении, т.е. они обратимы.
При прохождении светового луча из одной оптической среды в другую с меньшим показателем преломления (n2¢ n1) преломленный луч удаляется от нормали и |е'|>|е|. С увеличением абсолютного значения угла падения e увеличивается и угол преломления е' (рис. 14). При каком-то значении угла падения еm, когда угол преломления е' станет равным 90°, луч перестанет выходить в другую среду и будет распространяться вдоль поверхности раздела сред. Дальнейшее увеличение угла падения приведет к тому, что световой луч начнет отражаться от поверхности раздела сред по закону отражения. Это явление называется полным внутренним отражением. (11, с.12.)
Предельный максимальный угол падения еm, которому соответствует угол преломления е', равный 90°, и начиная с которого происходит явление полного внутреннего отражения, называется предельным углом полного внутреннего отражения.
Поскольку е'=90°, значение угла еm определяется из выражения
Sin em = n2 / n1
Итак, световые лучи, проходящие из оптической среды с большим показателем преломления в среду с меньшим показателем преломления, на границе раздела этих сред при углах падения свыше em претерпевают полное внутреннее отражение.
Предельный угол полного внутреннего отражения составляет: для оптического стекла 42 - 36°; для воды 48°; для алмаза 24-30°.
Явление полного внутреннего отражения широко используется в некоторых видах оптических деталей, например освещение штрихов сеток, действие световодов и ряда отражательных призм (рис. 15).
Лучи света от источника проходят через торец стеклянной сетки (рис. 15, а), многократно отразившись от ее поверхностей, попадают на штрих и выходят наружу. При ночных наблюдениях видны светящиеся штрихи на темном фоне сетки.
В световоде свет направляется внутрь через прозрачный торец световедущего волокна (рис. 15, б), а выходит через другой торец, многократно отразившись от его стенок, так как у оболочки показатель преломления nlбольше показателя преломления жилы п2.
В призмах Дове и АР-900 (рис. 15, в, г) световые лучи, падающие на отражающую грань под углами, большими ет, отражаются ею на последующую грань, в связи с чем не требуется наносить зеркальные покрытия на грани.
Полным внутренним отражением объясняется блеск капель росы, светящиеся фонтаны, сияние бриллиантов и ряд других явлений.
Оптическими называются детали, действие которых основано на использовании световой энергии. Они предназначены для формирования световых пучков, построения оптических изображений. Основными видами оптических деталей являются: линзы, призмы, светофильтры, сетки, зеркала, световоды и др.
Оптические детали ограничены тремя видами поверхностей: исполнительными, вспомогательными, свободными.
Исполнительные поверхности пропускают, отражают или изменяют направление световых лучей. Они могут быть сферическими, несферическими и плоскими.
Основным материалом для изготовления оптических деталей является оптическое стекло, в меньшей мере применяется техническое стекло, оптические кристаллы, ситаллы, прозрачные пластмассы и др.
Оптические детали, входящие в прибор, образуют его оптическую систему.
Линза - оптическая деталь, выполненная из прозрачного для света материала, ограниченная двумя исполнительными преломляющими поверхностями тел вращения.
Исполнительные поверхности линз могут иметь сферическую и несферическую форму. В большинстве случаев эти поверхности обладают общей осью симметрии.
Наибольшее распространение имеют линзы со сферической формой поверхности:
По действию линзы разделяются на положительные и отрицательные (рис. 16). Положительные линзы собирают световые лучи и называются собирающими, (рис. 16, а), а отpицательные рассеивают световые лучи и называются рассеивающими (рис. 16, б). У положительных линз толщина по оси больше толщины по краю, и, наоборот, у отрицательных линз толщина по краю больше толщины по оси.
Линзы с цилиндрическими и тороидальными исполнительными поверхностями имеют две взаимно перпендикулярные плоскости симметрии. Цилиндрические линзы применяются, например, при изготовлении анаморфотных насадок, торические - для изготовления очков, корректирующих астигматизм глаз, и для других целей.
Глава 5. Способы коррекции аметропий
5.1. Контактные линзы,
Контактные линзы, без сомнения, являются самым замечательным приспособлением для коррекции зрения. Контактные линзы обладают рядом неоспоримых преимуществ перед очками. Правильно подобранные контактные линзы создают большее по величине и лучшее по качеству изображение на сетчатке глаза, тем самым повышают остроту зрения, расширяют поле зрения, восстанавливают бинокулярное зрение. Кроме этого, пользование контактными линзами уменьшает явления зрительного утомления и повышает зрительную работоспособность. Все это, несомненно, положительно влияет на общее состояние организма, повышает жизненный тонус, расширяет зону интересов и возможностей человека. Со слов пациентов, контактные линзы дают не только иное, лучшее качество зрения, но и лучшее качество жизни по сравнению с очками. К сожалению, при массе достоинств контактные линзы имеют не меньшее число недостатков. Даже самые совершенные контактные линзы остаются инородным телом для глаза и могут вызывать широкий спектр осложнений.
- При правильном подборе и использовании контактные линзы обеспечивают гораздо лучшее, чем очки, качество коррекции зрения. Хорошие линзы позволяют полностью восстановить остроту зрения без искажений и аберраций, чего не могут обеспечить самые лучшие очковые линзы. Они освобождают от ограничений накладываемых ношением очков, дают ощущение свободы, позволяют вести активный образ жизни. Имеют ряд специальных медицинских показаний, таких как - близорукость и дальнозоркость высоких степеней, когда линзы позволяют достичь значительно более высоких показателей остроты и качества зрения, чем очки. Непереносимость или неудовлетворенность результатами очковой коррекции зрения. Неправильно подобранные контактные линзы или неправильное обращение с линзами может привести к травме глаза. Достаточно тонкая процедура замена контактных линз. Она может оказаться непосильной не только для детей или пожилых людей, но и для многих взрослых.
- Можно выделить новое современное направление – ортокератология. Индивидуально изготавливаются контктные линзы (обратной геометрии), которые одеваются только на ночь, утром снимают их. Пациент хорошо видит без очков и контактных линз по меньшей мере сутки.
5.2. Очковая коррекция зрения
Для исправления гиперметропии можно использовать выпуклые (положительные) линзы, при миопии – вогнутые (отрицательные). Линзы перемещают задний фокус глаза на сетчатку и делают изображение предметов резким. Аметропии отличаются не только по виду (миопия, гиперметропия), но и по степени. Степень аметропии определяется преломляющей силы линзы, корригирующей зрение. Коррекции требует также астигматизм глаза. Очки могут исправить только правильный астигматизм глаза – это бывает, когда преломляющие поверхности оптических сред(роговицы и хрусталика) имеют не сферическую, а торическую форму. Астигматизм корригируется специальными линзами (торическими). Пресбиопия корректируется положительными линзами.
В настоящем времени существуют бифокальные, трифокальные линз. Недостатком этих линз является наличие слепой зоны на средних расстояниях. Современные достижения в технологии изготовления очковых линз (при помощи сложных компьютерных расчетов в каждой точке поверхности линзы создается точная преломляющая сила) позволили создать мультифакальные или прогрессивные линзы. Данные линзы позволяют человеку достаточно отчетливо видеть на любых расстояниях даже при отсутствии собственной аккомодации.
5.3. Хирургическая коррекция
Рефракционная хирургия – изменение преломляющей оптической системы глаза хирургическим путем. Все операции можно разделить на две группы: без вскрытия глазного яблока (операция изменяющая кривизну центра за счет воздействия на периферию роговицы и операция изменяющая кривизну центра за счет воздействия на оптическую зону) и со вскрытием глазного яблока (имплантируется добавочные интраокулярные линзы внутрь глаза). Виды вмешательств: радиальная кератотомия (нанесение радиальных насечек на роговицу в сильном меридиане, в современной медицине используется редко из-за осложнений), рефракционная кератопластика (операция изменяющая кривизну центра за счет воздействия на периферию роговицы), фоторефракционная кераэктамия ФРК (отрицательный момент – длительный после операционный период) и Lasik (операции изменяющие кривизну центра за счет воздействия на оптическую зону).