Brýlové čočky II LF MU Brno Brýlová technika Struktura prezentace • Rozdělení brýlových čoček dle materiálu • Rozdělení brýlových čoček dle optického účinku • Vady zobrazení brýlových čoček Rozdělení brýlových čoček • Podle materiálu • Podle optického účinku Rozdělení brýlových čoček podle materiálu • Anorganické brýlové čočky — Minerální brýlové čočky • Organické brýlové čočky — Plastové brýlové čočky Rozdělení minerálních brýlových čoček • Korunové - nízko indexové (1,523) • FI i ntové - vyso koi ndexové • Fototropní • Absorpční Diagram optických skel Druh skla Značka Index lomu nj Abbeovo č. v£ Hustota borosilikátoré korunové BK7 1.5163 64 P = 2,53 korunové K2 1,5160 56,8 2,63 flintové barnaté Bar 1,5569 48,6 3,0 flintové F3 1,6129 37,0 3,54 F4 1,6166 36,6 3,59 těžké flintové SF2 1,6477 33,9 3,86 SF6 1,8052 25,5 5,13 Vysokoindexové minerální brýlové cocky • Snaha o dosažení co nejmenší tloušťky • Do optického korunového skla se přidává: -Titan (n = 1,7) - Lantan (n = 1,8) • Dříve se používalo Pb - příliš těžké • V současné době se dosáhlo maximálního indexu lomu n = 1,9 Nevýhody vysokoindexových čoček • Nedostatek vysokoindexových čoček je vysoká disperze (nízké Abbeovo číslo) • Vysoká odrazivost, která se musí minimalizovat pomocí AR • Materiál je mechanicky a chemicky méně odolný • Roste zde hmotnost a hustota Minerální fototropní brýlové čočky - historie • 1964 - americká firma Corning Glass Works představila první protisluneční skla pod názvem BESTLITE • Od roku 1968 jsou tyto čočky vyráběny pod názvem PHOTOGREY, PHOTOBROWN • V ČR byla první samozabarvovací čočka vyrobena v roce 1967 • 1970 - firma Zeiss uvedla svou první fotochromatickou čočku UMBRAMATIC • V ČR byly rozšířeny východoněmecké čočky HELIOVAR z jenských skláren Schott Výroba fotochromatických výlisků • V borosilikátové sklovine jsou během tavby rozptýleny halogenidy stříbra - chlorid, bromid a jodid • Po tavení prochází čočka přesně řízeným teplotním procesem, kdy se zahřívá po dobu 1 na 600°C, aby po následném ochlazení došlo k vytvoření drobných shluků halogenidů stříbra (velikost menší než vlnová délka světla) Velikost fotochromních mikrokrystalků • Sklo obsahuje asi jen 0,5% fotochromních krystalků, které jsou rovnoměrně rozptýleny ve skle • Vliv rozměrů krystalků na funkci skla: — Pod 5nm - sklo není fotosensitivní — 5 až lOnm - sklo je průhledné a fotosensitivní — Nad 30nm - sklo je mléčné a ztrácí transparenci Princip fotoreakce • Účinkem krátkovlnného světelného a ultrafialového kvanta dojde k uvolnění elektronu z iontu halového prvku (CI-, Br-) • Ten se pak zachytí na na iontu stříbra Ag+ • Tím se vytvoří neutrální atomy Cl, Br, Ag • Atom Ag absorbuje procházející světlo a zajistí tmavnutí čočky • Při přerušení nebo snížení přísunu světla dochází k návratu elektronu zpět do halového prvku Rovnice fotoreakce Rovnice vrané fotochemické reakce: AgCl ■ > Ag + Cl Podmínky vratnosti fotoreakce • Ag a Cl (Br) nesmí reagovat s okolními přítomnými látkami • Ag a Cl se nesmí vzdálit z barevného centra s slučovat se vzájemně • Cl nesmí těkat a vyprchat • Stav zabarvení čočky závisí na procesu uvolňování a slučování stříbra s halovým prvkem - stav dynamické rovnováhy Vliv vlnové délky světla na reakci • AgCI...reaguje na záření pod 400nm • Směs AgCI a AgBr...do 550nm • Směs AgCI a jódu...do 650nm Nedokonalosti fotoreakce • Fáze tmavnutí je rychlejší než blednutí • Vliv teploty • Nefungují např. v automobilu • Při nestejné tloušťce, nestejné zabarvení • Malý rozsah absorpce (15-75%) Organické brýlové čočky • CR39 • Polykarbonát • Trivex • Fototropní plastové čočky • Absorpční plastové čočky Rozdělení brýlových čoček dle optického účinku • Jednoohniskové — Sférické a asférické — Cylindrické, Tórické a atórické • Bifokální • Trifokální • Progresivní Sférické brýlové čočky • při dopadu paralelních paprsků na sférickou plochu se láme každý paprsek v různém úhlu • všechny lomené paprsky se ale setkají v jednom bodě, který nazýváme ohnisko • pokud ohraničíme optické prostředí dvěma sférickými plochami, vznikne objekt nazvaný sférická čočka • sférickou čočku lze zjednodušit na sadu prizmat Dělení sférických čoček • Konvexní - spojné čočky • Konkávni - rozptylné čočky Konvexní brýlové čočky • může mít plankonvexní, bikonvexní, nebo meniskový tvar • paprsky prošlé touto čočkou se lámou do ohniska • ohnisková vzdálenost je vzdálenost od hlavního bodu k ohnisku • lomivou sílu čočky (optická mohutnost, D) udáváme v dioptriích (D), lomivost je reciproká hodnota ohniskové vzdálenosti • sférická čočka má lomivost (mohutnost) 1 D, pokud prošlé paprsky vytvoří ohnisko ve vzdálenosti 1 metru od čočky (hlavního bodu) • pokud je předmět od čočky umístěn dále, než je ohnisková vzdálenost, je obraz obrácený, zmenšený a reálný (oko) • pokud je předmět od čočky umístěn blíže, než je ohnisková vzdálenost, je obraz zvětšený, vzpřímený a nereálný Umístění předmětu u spojné čočky Konkávni brýlové čočky • může být plankonkávní, bikonkávní, menisková • rozptylné čočky snižují vergenci procházejících paprsků (lámou paprsky tak, že jsou divergentní, nebo méně konvergentní) • obraz je vždy vzpřímený, zmenšený a virtuální Zobrazení rozptylnou brýlovou čočko Concave Lens Asférické brýlové čočky • Korigují otvorovou vadu • Plochy vytvořené pomocí kuželoseček • Tenčí a ploší než sférické brýlové čočky n H if a. Circle b. Ellipse c. Parabola Aspherical surface - the prolate ellipsoid d. Hyperbola Princip konstrukce asférických ploch Spojné asférické čočky Comparison of centre thickness of +4.00D lenses made in spherical and hyperbolic forms. Note that the lenses are all of diameter 70mm with a 1mm edge thickness 1mm +- 1mm 1mm +8.89 Ě +5.38 Ě +5.38 6.6mm 6mm -> +- 5.4mm-*B«- 70 +4.00D lens +4.00D lens +4.00D lens Point focal lens with +5.38 convex +5.38 convex spherical surfaces spherical surface hyperboloidal surface Weight = 20.3g Weight = 18.1 g Weight = 16g Rozptylne asfericke cocky 8mm +4.75 2mm +4.00D lens Point-focal lens with spherical surfaces 7.1mm +0.75 2mm +4.00D lens Flatter form lens with spherical surfaces 6.4mm +0.75 2mm +4.00D lens Point-focal lens with aspherical surface Astigmatické čočky • Plan-cylindrické • Sféro-cylindrické • Sféro-tórické Plan-cylindrické brýlové čočky • Vznikne řezem rotačního válce, vedeným rovnoběžně s podélnou osou válce • Optická mohutnost 1. hlavního řezu je maximální a 2. hl. řezu nulová Sféro-cylindrické brýlové čočky Pokud nahradíme základní rovinou plochu plochou sférickou, získáme sféro-cylindrickou čočku Sféro-tórické brýlové čočky Předchozí čočky vykazují nepřípustný stupeň astigmatismu šikmých paprsků Tórická plocha vzniká rotací kružnice o poloměru rh kolem bodu, který leží mimo střed její křivosti Nejlepší je kombinace sféry a tórické plochy Atórické brýlové čočky Vady zobrazení brýlových čoček • Monochromatické - Osové • Sférická vada - Mimoosové • Zkreslení (distorze) • Astigmatismus šikmých paprsků • Koma • Barevné - Barevná vada zvětšení - Barevná vada polohy Sférická (otvorová) vada Jednoduchá čočka vytváří obrazy s nepatrnými odchylkami od ideálního zobrazení pouze v paraxiálním prostoru Parsky jdoucí mimo paraxiální prostor vytváří plošku (místo bodu) Zkreslení (distorze) Hlavní paprsek protíná optickou po přechodu paraxiálním prostorem obrazovou rovinu v bodě Y' Tento bod není totožný s ideálním obrazovým bodem Yo' Odchylka delta y' je tím větší, čím dále od optické osy soustavy leží bod předmětový bod Y Příčina zkreslení Zkreslení způsobuje různé příčné zvětšení v obrazovém poli z= [(B-Bo)/Bo].100% B = y7y Bo = yoVy z = (y- yo')/yo' Astigmatismus šikmých paprsků Z jednoho předmětového bodu, který leží mimo optickou osu vznikají dva obrazy (úsečky) S astigmatismem š.p. souvisí zklenutí pole = prohnutí obrazové roviny Rozbor astigmatismu šikmých paprsků • Úzký mimoosový světelný svazek • Parsek je rozdělen do dvou rovin -tangeciální (I) a sagitální (-) • Obrazem jsou dvě fokály, mezi nimi je astigmatický rozdíl Koma Široký mimoosový svazek Tangenciální svazky vytváří obrazový bod Yť a sagitální obrazový bod Ys', které neleží v ose hlavního svazku ani v obrazové rovině Barevné vady zobrazení • Předměty jsou zobrazovány ideálně bílým světlem • Při zobrazení normální brýlovou čočkou dochází k rozkladu (disperzi) bílého světla Barevná vada polohy Vzdálenost mezi obrazy vytvořenými světly s různou vlnovou délkou Delta X' = Xc'-Xg' Barevná vada velikosti • Vzniká při různém příčném zvětšení pro určité barvy • Obrazy vznikají v různých barvách a mají různou velikost • Delta y'= yl'-y2' Děkuji za pozornost • Literatura: - Najman, L: Dílenská praxe očního optika, Brno: IDVPZ, 2001 - Rutrle, M.: Brýlová technika, estetika a přizpůsobování brýlí, Brno IDVPZ, 2001 - Polášek, J.: Technický sborník oční optiky, Praha: SNTL, 1975