ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Линзовая и растровая оптика из "Оптические свойства полимеров" Основная задача прикладной оптики — получение изображения предмета на приемнике световой энергии (глаз, фотопленка и т. д.) за счет перераспределения светового потока при преломлении и отражении его на поверхности оптических деталей (линз, зеркал и т. д.). Идеальная оптическая система должна давать резкое увеличенное или уменьшенное изображение предмета без искажения его формы. В реальной оптической системе неизбежны искажения (аберрации) изображения, основные из которых сферическая, хроматическая аберрации, кома, астигматизм и дисторсия [3, 1321. Устранить все аберрации системы невозможно. Главная задача расчета оптических систем (вычислительной оптики) состоит обычно в сведении к минимуму аберраций, особенно тех из них, которые, в зависимости от назначения прибора, наиболее вредны. Все аберрации тем или иным образом связаны с кривизной поверхности, показателем преломления и дисперсией отдельных линз, составляющих систему. Показатель преломления Пц и коэффициент дисперсии V (см. 1.2) являются для вычислительной оптики основными оптическими постоянными материала. Для использования в линзовой оптике необходим прежде всего ассортимент полимеров с различными показателями преломления и дисперсией. [c.94] Существующий в настоящее время ассортимент оптических стекол весьма обширен. ГОСТ на оптическое стекло содержит более ста различных сортов стекла. Их оптические постоянные варьируют в пределах По от 1,44 до 1,81 и V от 17 до 61. [c.94] Соответственно изменяется с температурой и показатель преломления. Изменение геометрических размеров системы и оптических постоянных приводит к искажениям, недопустимым в прецизионной оптике, даже при перепаде температуры на несколько градусов [63]. К недостаткам полимеров относятся также дефекты однородности, описанные в гл. III (см. также [1, 119, 120]). [c.95] Таким образом, линзовая оптика является той областью, где ограничений для применения полимеров оказалось особенно много. Несмотря на это, полимеры все шире используются в линзовой оптике благодаря ряду свойств, дающих им преимзщество перед стеклами. [c.96] Плотность полимеров колеблется в пределах 1,0—1,5, т. е. в 2— 3 раза меньше, чем у стекол (см. табл. 10). Ударная вязкость их значительно выше, чем у стекол. При ударах и толчках пластмассы не дают опасных осколков. Легкость и ударопротаость органических стекол определяют их использование в устройствах военного назначения. [c.96] Эти же качества делают пластмассы незаменимым материалом для контактных линз. Исключительно малый вес контактных линз позволяет им удерживаться на радужной оболочке глаза благодаря поверхностному натяжению жидкости, постоянно смачивающей глаз. Ударопрочность применяемого в этом случае полиметилметакрилата делает их безопасными. Существуют дефекты глаза, при которых нормализовать зрение можно только с помощью контактных линз. [c.96] Другое существенное преимущество полимеров заключается в их легкой формуемости, возможности изготовлять детали, сложной конфигурации. Для точной обработки стекла применяются обычно методы, обеспечивающие сферическую симметрию детали. Обработка асферических стеклянных деталей более сложна. [c.96] Широкое применение находит линза Френеля, выполненная из полимерных материалов. Линза Френеля представляет собой концентрическую систему колец различного профиля (рис. 46). Она практически свободна от сферических аберраций и отличается большим углом охвата по сравнению с обычной сферической оптикой. Раньше линзы Френеля получали из стекла только прессованием, и качество поверхности при этом оказывалось очень низким. Соответственно применялись они почти исключительно в прожекторах (для которых и были первоначально предложены Френелем). Изготовление линз из пластмасс значительно расширило область их применения. Они стали использоваться в проекторах, диапроекторах, в осветителях приборов для измерения фотоупругости и в других конденсорных устройствах, дающих равномерное освещение больших поверхностей. Кроме того, линзы Френеля применяются в видоискателях фотоаппаратов. [c.97] Возможность получения из пластмасс оптических изделий сложной конфигурации позволяет отказаться от различных вспомогательных деталей, поскольку фланцы, детали крепления и прокладки могут быть предусмотрены в пресс-форме и изготовлены как одно целое с изделием. [c.97] Экономичность производства пластмассовых оптических изделий является серьезнейшим преимуществом пластмасс в оптико-механической промышленности. Экономический эффект от использования полимеров тем выше, чем больше тиражность соответствующей продукции. Наиболее широкое применение находят пластмассы при получении изделий массового потребления, таких, как лупы, бинокли, простая фотооптика. В настоящее время до /4 от общего количества линз для любительских фотоаппаратов изготовляют из органических стекол [62]. Для исправления хроматической аберрации используют сочетание полиметилметакрилата и полистирола с поликарбонатом или сополимером стирола с акрилонитрилом. Чтобы фокусное расстояние объектива не зависело от температуры, предложена конструкция, при которой изменение показателя преломления и тепловое расширение линз компенсируется изменением воздушных зазоров между ними [62]. Это достигается использованием пластмассовых прокладок с соответствующими коэффициентами термического расширения. Поскольку полимеры обладают низкой стойкостью к абразивному износу, детали из них рекомендуется располагать внутри прибора. Если это невозможно, детали защищают различными покрытиями. Для защиты пластмассовых деталей от перегрева в некоторых случаях могут быть применены теплозащитные (в частности, стеклянные) фильтры [133]. [c.97] Одной из важных задач полимерной оптики является разработка марочного ассортимента оптических полимеров. Наряду с требованиями, аналогичными предъявляемым к оптическому стеклу, при, этом необходимо также нормировать и неоптические свойства полимера (молекулярная масса, показатель текучести расплава, содержание остаточного мономера), ответственных за формирование оитиче-виих свойств детали на стадии переработки (см. III.2), а также за их изменение в процессе эксплуатации. [c.98] Высокое качество исходного полимера, его однородность по комплексу оптических, физико-механических и технологических показателей, а также соблюдение режимов переработки служат залогом стабильности качества оптических деталей при их крупносерийном производстве. В работе [133] описано получение пластмассовых линз с разбросом фокусных расстояний меньше длины волны и с разрешением 300 штрих/мм. Оказывается, что, за исключением элементов для наиболее прецизионных оптических систем, необходимое качество оптических систем вполне может быть обеспечено и с использованием пластмассовых деталей. В некоторых случаях (в частности, дри получении крупногабаритных деталей) отмечается даже более высокое качество, в частности малое светопоглощение, пластмассовых элементов по сравнению со стеклянными [63]. [c.98] Все большее значение приобретает использование оптических полимеров для крупносерийного выпуска оптоэлектронных систем [133]. Ряд оптических устройств в оптоэлектронике могут быть изготовлены практически только из пластмасс. Такова, например, матрица для считывания перфокарт, представляющая собой систему регулярно расположенных на одной поверхности малых линз [133]. Изготовить такую матрицу из стекла практически невозможно. [c.98] Вернуться к основной статье