Ликбез по очковым линзам. (Часть III). Показатель преломления и дисперсия света. Л. А. Алексеева

Когда световой поток входит в более плотный, чем воздух, прозрачный материал, то скорость света в этом материале уменьшается. Если свет входит в другую среду параллельно нормали, то он замедляет свое движение в этой среде и восстанавливает начальную скорость на выходе из нее. (Рис.1)

Если свет входит в материал под углом, направление его на выходе из более плотной среды изменяется. Чем плотнее материал, тем больше замедляется движение света и тем сильнее он отклоняется от своего первоначального направления.

Плотность любого материала характеризуется показателем преломления.

Показатель преломления (n) это соотношение скорости света в вакууме к скорости света в прозрачной среде. Это абсолютный показатель преломления.

n = С/V,

где С- скорость света в вакууме

V- скорость света в прозрачной среде

Отношение значений скорости света в двух средах называется относительным показателем преломления.

Показатель преломления может измеряться для разных длин волн. Так например в Европе он измеряется для зеленой длины волны (546.07 нм) и обозначается ne, в Америке – для линии гелия (587,56 нм) и обозначается nd.

Рассмотрим показатели преломления различных оптических сред.

Материал.................................Показатель преломления


Воздух.............................................1,0

Роговица.........................................1,37

Хрусталик........................................1,42

Стекловидное тело..........................1,333

Стекло (крон)..................................1,523

Пластик CR –39..............................1,49

Поликарбонат.................................1,586

Бариевое стекло............................1,602

Стекло флинт..................................1,805


Очковые линзы могут иметь

стандартный показатель преломления 1,49 – 1,54,

средний показатель преломления 1,54 – 1,64

высокий показатель преломления 1,64 – 1,74

очень высокий показатель преломления свыше – 1,74

Сегодня очковые линзы изготовленные из минерального стекла могут иметь показатель преломления от 1,52 до 1,9, а линзы из органических материалов от 1,49 до 1,74.

Чем больше показатель преломления, тем тоньше линза.

Для примера рассмотрим линзу с оптической силой –10,0 дптр из органического материала CR –39 (ne=1,49), где ne – показатель преломления. Она обладает очень крутой задней поверхностью. Та же линза из материала с показателем преломления 1,61 будет иметь более пологую заднюю поверхность, из – за того, что ее материал более сильно отклоняет световой луч. При этом будет обеспечена необходимая коррекция зрения, а за счет пологой задней поверхности уменьшится толщина линзы по краю и ее объем.

По методике, предложенной компанией «Essilor» (Insigt/ Essilor UK Edition.2000. №2) можно вычислить фактор изменения кривизны CVF (Curve Variation Factor) который позволяет сравнивать вид линз из высокопреломляющих материалов с линзами из CR – 39 и наглядно объяснять покупателю насколько тоньше предлагаемая линза.

Пример: Сравним линзы с оптической силой – 8,0 дптр из органического материала с ne=1,74 и из материала CR –39 ne=1,49

Вычислим фактор изменения кривизны

CVF= 49 : 74=0,67

Если умножить CVF на оптическую силу линзы, то можно получить цифру, соответствующую по толщине линзе из предложенного высокопреломляющего материала.

-8,0 х 0,67= -5,36

т.е. линза из материала 1,74 с оптической силой –8,0 дптр будет выглядеть как линза –5,36 дптр.

Линзы с высоким показателем преломления (n) иногда называют высокоиндексными (high index).

Увеличение показателя преломления (n) приводит к уменьшению толщины линзы и ее объема при той же оптической силе; что ведет к снижению веса. Для минеральных линз характерно то, что с увеличением n возрастает удельный вес, в результате чего линза вдвое тоньше обычной, весит столько же, сколько линза из стандартного очкового стекла.

Иногда линзы с высоким показателем преломления называют «облегченными». Действительно, за счет более плоских поверхностей эти линзы более тонкие, но по весу они практически не отличаются от обычных минеральных линз с n = 1,523).Они имеют более высокую плотность, за счет введения в его состав оксидов свинца, титана (иногда используются такие элементы, как ниобий, цирконий, лантан).

Кроме показателя преломления к основным параметрам оптических материалов относится дисперсия света.

Скорость распространения света в одной и той же среде зависит от длины волны излучения и величина показателя преломления зависит от длины волны.

Зависимость показателя преломления оптической среды от длины волны светового излучения называется дисперсией света.

Средняя дисперсия – характеризует различное преломление света для разных длин волн (синей и красной).


nF – nC


Число Аббе – это величина, обратная относительной средней дисперсии для среднего показателя преломления nd или nе. Это важная характеристика стекла, т.к. она свидетельствует о наличии хроматических аберраций, вызывающих снижение остроты зрения у носящих очки. Число Аббе обозначается буквой v (ню) и рассчитывается по формуле:

vd = nd –1/ nF – nC для желтой линии спектра

или ve = ne –1/ nF – nC для зеленой линии спектра.

Как правило, чем больше показатель преломления, тем меньше число Аббе и более выражена хроматическая дисперсия. Число Аббе для очковых линз варьируется от 30 до 58. Чем больше число Аббе, тем «комфортнее» линзы.

Дисперсия света является причиной разложения естественного белого света на монохроматические составляющие – спектр – при прохождении его через преломляющую дисперсионную призму. Спектр белого света в порядке убывания длин волн состоит из семи цветов, плавно переходящих друг в друга: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового.

Дисперсией света объясняется радужная окраска изображений, наблюдаемых через линзу. Края линзы, подобно призме, разлагают свет на составляющие, окрашивая рассматриваемые предметы в радужные ореолы.

Этот недостаток линз называется хроматической аберрацией. И чем выше рефракция линз, тем более выраженная призма присутствует по краю. Особенно важно считаться с этим явлением при высоких рефракциях линз (свыше +/- 7,0 дптр).

Одним из существенных недостатков линз из высокопреломляющих материалов является увеличение отражения света от их поверхностей.

Устранить эту проблему можно с помощью качественных просветляющих покрытий.

Продолжение следует.

Опубликовано с разрешения Л. А. Алексеевой