Оптичні технології

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.


Нажми чтобы узнать.
скачати

Технологія виготовлення оптичних деталей має давню історію. Найпростіші оптичні деталі у вигляді лінз (прикраси, гудзики і навіть «запальні» лупи) були відомі ще в давнину. Спочатку вони виготовлялися з природних кристалів-мінералів (гірський кришталь, темно-зелений турмалін і темно-синій топаз), а потім і з силікатного скла, процес отримання якого з кварцового піску був відкритий 3-4 тисячі років тому. Скло це було малопрозорими з великою кількістю дефектів. Як інструменти для обробки в той час застосовували найпростіші знаряддя - природні камені, які мають відповідні плоску, увігнуту або опуклу форми. При шліфуванні користувалися піском різної крупності.

Винахід очкових лінз відносять до кінця 8 століття. У цей час у північних областях Італії був відкритий секрет отримання прозорого скла. У 1280 році слава про венеціанських дзеркалах поширилася по всіх довколишніх країнах. Цей рік можна вважати роком винаходу окулярів.

У 1300 році Венеціанський державна рада видав постанову, яка забороняє використовувати для виготовлення окулярів скло поганого сорту.

Науковими попередниками винаходу очкових лінз були єгипетський учений Ібн Аль Хайсама (965-1039), вперше вивчив оптику очі і пізнав збільшувальне дію кульового сегменту, і англійська вчений Роджер Бекон (1214-1294). Спочатку для читання користувалися однією лінзою, яка була або плосковипуклих, або двоопуклою, тобто позитивною і призначалася для корекції далекозорості. Тільки через 150 років після винаходу позитивних очкових лінз з'явилися негативні лінзи (що мають увігнуті поверхні), призначені для корекції короткозорості. Оправа служила для запобігання скла від сколювання і виготовлялася з дерева. Потім був зроблений перший крок по створенню прототипів сучасних очкових оправ: ручки оправ з'єднали заклепкою, а пізніше штифтом, що забезпечувало можливість закріплення окулярів на носі. Ідея прив'язати мотузку за обідки оправи і закріпити її за вухами виникла в 16 столітті. До цього часу оправи виготовлялися не тільки з дерева, а й із заліза, шкіри, роги і китового вуса. Появи заушников викликало необхідність при виготовленні очкових оправ застосовувати жорстке з'єднання двох ободків, тобто у оправи з'явився місток.

Ускладнення оптичних систем і підвищення вимог до точності виготовлення оптичних деталей сприяли вдосконаленню методів обробки скла, а саме до кінця 16 століття ручна робота замінилася в основному верстатної.

У «Діалектиці природи» Ф. Енгельс пише: «Коли після темної ночі середньовіччя раптом знову відроджуються з несподіваною силою науки, початківці розвиватися з чудовою швидкістю, то цим дивом ми знову-таки зобов'язані виробництву». І в першу чергу він серед інших факторів називає окуляри, які «... доставили не тільки величезний матеріал для спостереження, але також і зовсім інакше, ніж раніше, кошти для експериментування і дозволили сконструювати нові інструменти». Цими інструментами стали зорова труба (1609), а дещо пізніше мікроскоп. Історія їх винаходу пов'язана з великими іменами Галілея, Кеплера і Левенгука.

У Росії окуляри з'явилися в кінці 16 століття, щоправда, документальне підтвердження цього ставиться до 1639 році. До кінця 17 століття окуляри в Росії набули широкого поширення. У 80-90-х роках 17 століття російські купці продавали їх навіть до Сибіру і Китай.

У розвитку оптики і виробництва скла в Росії велика заслуга належить Петру Першому. При його дворі була організована оптична майстерня і побудовано багато скляних заводів. В 1726 році при Російській Академії наук були відкриті оптичні майстерні, які довгий час залишалися центром оптичного виробництва. Послідовником М.В. Ломоносова в області обробки скла був талановитий технік-винахідник І.П. Кулібін, який поновив обладнання оптичних майстерень і значно поліпшив технологію обробки скла. Однак досягнення російських вчених не отримали подальшого застосування, так як оптичне скло в країні не проводилося, а необхідні прилади ввозилися з-за кордону.

Після винаходу позитивних і негативних очкових лінз великим кроком в історії розвитку їх є винахід біфокальних (двофокусних) лінз. Поєднав половинки двох лінз різних рефракцій в одну оправу американський вчений Б. Франклін (1784 рік). У 1837 році Уеллсом і Гульдом були виготовлені біфокальні лінзи шляхом наклейки додаткової лінзи на основну. У 1908 році Борш запропонував впекается в основну лінзу додаткову, що дало можливість отримувати біфокальні лінзи з невидимою лінією розділу.

У 1910 році Коннор винайшов тріфокальние лінзи, а в 1959-1960 роках у Франції і НДР були запропоновані лінзи з плавно мінливою рефракцією. Тим самим були створені найкращі умови корекції старечого зору.

Крім далекозорості і короткозорості, значне застосування має астигматизм ока. Астигматизм був виявлений і вперше досліджено в 1801 році англійським лікарем і натуралістом Т. Юнгом. У 1827 році астроном Айрі знайшов, що астигматизм ока можна коригувати циліндричними лінзами.

У 19 столітті очкові оправи зазнали серйозних змін: з'явилися з'єднувальні містки різної конфігурації, овальна форма ободків, окуляри-пенсне, носові упори. У 70-х роках став відомий новий напівпрозорий пластиковий матеріал - целулоїд, який відразу ж знайшов широке застосування у виробництві очкових оправ. Спочатку їм покривали заушники, обідки, носові упори металевих оправ, а потім целулоїд став повністю використовуватися для виготовлення цих деталей.

У 1905 році за ініціативою знаменитого російського кораблебудівника О.М. Крилова, професора А.Л. Гершун і конструктора оптичних прицілів Я.М. Перепьолкіна була організована оптична майстерня при Обухівському заводі в Петербурзі, яка зіграла значну роль в історії вітчизняного приладобудування, з'явившись першим російським оптико-механічним підприємством заводського типу та школою оптичного виробництва. У роки Першої Світової війни число оптичних заводів дещо збільшилася, але всі вони залежали від привізного оптичного скла і основного верстатного обладнання.

20 століття характеризується значним вдосконаленням очок. Замість двоопуклих і двоввігнуті лінз, так званих лінз «Бі-форми», були розраховані опукло-увігнуті (меніскові), анастігматіческіе лінзи високої точності - Чернінг, Оствальд, Воллостон, фон Рор. Опукло-увігнуті лінзи вперше були випущені в 1909 році фірмою К. Цейс. На початку 30-х років цієї ж фірмою були виготовлені катральние очкові лінзи з асферичної поверхнею.

Після революції створений Державний оптичний інститут (нині імені С. І. Вавілова) поклав початок організації вітчизняної оптико-механічної промисловості, за короткий проміжок часу досягла величезних успіхів не тільки з варіння оптичного скла, але і методами його обробки. До кінця першої п'ятирічки Радянський Союз повністю відмовився від ввезення оптичних приладів в основному верстатного обладнання.

Наступним великим кроком в історії розвитку засобів корекції зору було здійснення фірмою К. Цейс за розрахунками Хейне в 1929 році масового випуску лінз, що надіваються безпосередньо на очне яблуко, так званих контактних лінз. Спочатку вони виготовлялися з силікатного скла, а 1937 Дьерффі і Файнблюм запропонували виготовляти контактні лінзи з прозорої пластмаси (органічного скла). У 1949 році. З'явилися рогівкові контактні лінзи малого діаметра, які в даний час набули найбільшого поширення.

В кінці 50-х років в ЧССР академіком О. Віхтерле були розроблені м'які гідроколлоідние контактні лінзи. Ці лінзи зручні при тривалому носінні, але мають ряд недоліків: відсутність сталості форми, необхідність зберігання в спеціальному водному розчині.

З 50-х років нашого століття все більше починають застосовувати оправи з обідками, за формою близькими до прямокутної. Набули поширення і комбіновані очкові оправи, частина деталей яких зроблена з пластмаси, а частина з металу.

Форма очкових оправ, особливо останнім часом, змінюється досить часто, так як її пов'язують з тенденцією моди. Якщо з 1920 по 1950 рік у всьому світі було виготовлено всього лише 200 нових моделей, то в даний час удвічі більшу кількість нових моделей виготовляється щороку.

До 1940 року в СРСР було фактично одне підприємство, що випускає очкові лінзи - Вітебська фабрика очкової оптики. Вона виробляла щорічно 5 млн. лінз і 2,5 млн. оправ. Останні були металеві або в целулоїдної оплетке.

Після 1940 і до 50-х років виробництво виробів окулярної оптики збільшилася в порівнянні з колишнім рівнем в 3 рази. Почали випускати повністю пластмасові або целулоїдні оправи. Науково-технічна революція потребувала значного збільшення виробництва очкової оптики. Це пов'язано із серйозними змінами умов зорової діяльності людини, неухильним зростанням культурного рівня населення, що призвело до значного збільшення потреби у коригуючих окулярах і зміни вимог до них. У нашій країні, як і в інших країнах розвинених у технічному відношенні, більш 1 / 3 населення потребує корекції зору. Вже 20 років тому вітчизняна промисловість випускала більше 70 млн. очкових лінз і 20 млн. оправ. В даний час - ще більше.

Працями радянських вчених істотно розвинені теорії шліфування та полірування оптичного скла, розроблені та впроваджені у виробництво напівавтоматичні верстати для виготовлення оптичних деталей, значно розширено об'єм робіт із застосуванням високоефективного алмазного інструмента, а з середини 60-их років і інструменту з синтетичним алмазом. Радянська оптико-механічна промисловість була однією з провідних в світі. Вона робила все без винятку види сучасних на той час оптичних деталей та приладів.

Дослідження з обробки оптичного скла велися головним чином в Державному оптичному інституті імені С.І. Вавілова. Серед провідних Радянських фахівців, які внесли значний внесок у розвиток вітчизняної оптико-механічної промисловості, в першу чергу можна назвати І.Є. Александрова, М.М. Качалова, І.І. Китайгородського, А.Л. Ардамацкая, В.М. Бакуля, К.Г. Куманіна, Т.П. Капустіну та інших. Слід зазначити педагогічну діяльність професора О.М. Бардіна в становленні не одного покоління радянських фахівців оптиків-механіків.

Характеризуючи подальший розвиток виробництва виробів очкової оптики, можна сформулювати такі основні тенденції:

- Подальше збільшення виробництва виробів очкової оптики, так як окуляри стали не тільки засобом корекції зору, але і аксесуаром людини;

- Розширення асортименту складних очкових лінз і збільшення діаметра усіх випущених лінз;

- Широке впровадження очкових лінз різних типів, виготовлених з прозорих полімерних матеріалів з ​​підвищеною механічною міцністю поверхневого шару;

- Застосування при формоутворенні очкових лінз зональних поверхонь Френеля;

- Використання при виготовленні контактних лінз полімерів, що містять гель, - отримання напівм'яких контактних лінз;

- Застосування етроли та інших пластичних мас, при виготовленні оправ, а також широке використання металів з ​​декоративним покриттям.

Розвиток технології виготовлення оптичних деталей відбувається за такими напрямами:

1. Створення інструментів з надтвердих матеріалів, синтетичних і полімерних матеріалів, появи абразивних порошків і інших матеріалів з ​​поліпшеними технологічними властивостями визначило можливість розробки принципово нових видів верстатів, що працюють на інтенсивних і швидкісних режимах. Це дозволило створювати устаткування, в якому якість здійснення технологічного процесу визначається не стільки кваліфікацією оптика, скільки самим верстатом, що працюють в напівавтоматичному і автоматичному режимах. Завдяки цьому відкриваються можливості подальшого скорочення трудомісткості і збільшення обсягу виробництва оптичних деталей.

2. Інтенсивно ведуться роботи з механізації та автоматизації всіх технологічних операцій (основних та допоміжних), таких як фасетірованіе очкових лінз, остаточна промивка деталей, очищення і промивання наклеечного інструменту. Здійснюється перехід до нового принципу виробництва оптичних деталей, коли автоматизоване обладнання з урахуванням технологічної послідовності об'єднується в потокову чи автоматизовану лінію.

3. Слід відзначити ще один напрямок автоматизації технологічного процесу, особливо для лінз з астигматичних і асферичної поверхнею, - створення програмних верстатів зі зворотним зв'язком, коригуючої програму формоутворення. За останній час зростає номенклатура обладнання, підвищується її точність, ускладнюються конструкції за рахунок застосування електричних, пневматичних, гідравлічних, вакуумних вузлів і агрегатів. При цьому значно зростає значення типового розмірного ряду обладнання з базовою моделлю і можливо більшим ступенем уніфікації деталей і вузлів. Одночасно з цим спостерігається тенденція до створення агрегатних верстатів - компонування верстатів залежно від умов і потреби виробництва з необхідного числа одиничних модулів. А тепер трохи про технології, які розвивалися з плином часу, удосконалювалися з ходом історії.

Для багатьох людей є необхідність у корекції зору. Причин цьому може бути безліч: спадковість, погіршення зору в процесі життя пов'язане з перенапруженням очних м'язів, хвороби і травми. А так як людина близько 90% інформації про навколишній світ отримує завдяки зору, то його якість, безперечно, відіграє дуже важливу роль. Незалежно від причин погіршення зору формально існує три способи корекції зору: хірургічна корекція, корекція за допомогою корегуючих окулярів і контактних лінз. У кожному випадку людина сама вибирає, яким способом йому скористатися. Найбільш поширений спосіб корекції зору - це корегуючі окуляри.

Корегуючі окуляри складаються з двох частин: оправи та двох очкових лінз. Оправи для корегуючих окулярів роблять з двох матеріалів: сплавів різних металів і полімерів. Існують три основні способи кріплення лінз в оправі. Залежно від способу кріплення оправи їх ділять на три види: ободковие, лесочние і гвинтові. Залежно від типу оправи виготовляють окуляри з різних матеріалів: скло і пластик. Для виготовлення скляних лінз використовуються різні марки скла, такі як К-8 і БІК-3. За останнє десятиліття виготовлення скляних лінз по всьому світі значно скоротилося. Цьому послужили дві основні причини: необхідність використання великих виробничих площ і дорожнечі процесу варіння оптичного скла. Для варіння такого скла застосовуються титанові печі, які повинні працювати завжди. Якщо на короткий час зупинити цю процедуру, то частини оптичного скла затвердіють на поверхні титанової печі, і піч буде непридатна для подальшого використання, тому виготовлення полімерних лінз виявляється набагато простіше і дешевше. Сучасні полімерні лінзи виходять в результаті змішування двох рідких компонентів, після змішування яких, склад, що вийшов заливають у спеціальні форми, в яких виходять готові лінзи. За рахунок співвідношення кривизни внутрішніх сторін такої форми виходить очкова лінза з фіксованою кривизною зовнішньої і внутрішньої поверхонь. Завдяки спеціальному співвідношенню кривизни двох цих поверхонь досягається необхідна оптична сила лінзи. Оптична сила лінзи вимірюється в діоптріях. Лінзи виробляються з кроком рівним 0,25 діоптрій. Для лінз з великою оптичною силою (більше 10 діоптрій) здійснюється крок розміром 0,5 одиниці. Для корекції далекого зору застосовуються лінзи з негативними діоптріями, а для корекції ближнього зору - з позитивними. У залежності від знаку діоптрій відрізняються поверхні задньої і передньої поверхонь лінзи. У мінусовій лінзи задня поверхня увігнута, а передня - вигнута, але при збільшенні оптичної сили до 6 діоптрій і далі, вона стає плоскою. У плюсової лінзи передня поверхня вигнута, задня - увігнута, але при збільшенні оптичної сили до 8 діоптрій і далі, вона стає плоскою. В результаті центр мінусовій лінзи тонше, ніж край, а у плюсовій край тонше центральній частині.

Перш ніж очкова лінза отримає закінчений вигляд необхідно провести обробку її поверхонь. Для цього використовується напівготові лінза, звана заготівлею, визначальною кривизну передньої і задньої поверхонь. Перш ніж з заготівлі вийде готова лінза, необхідно провести полірування і шліфування обох поверхонь. Для цього застосовується спеціалізоване обладнання. У залежності від товщини і кривизни заготовки поділяються на групи, звані базою. Технологічний процес виготовлення очкової лінзи складається з кількох операцій, які виконуються в строгій послідовності.

Спочатку проводиться обробка передньої поверхні, в результаті чого створюється базова кривизна передньої поверхні. Перед цим заготівля блокується по задній поверхні, потім виконується обробка передньої. У результаті цього виходить напівготові лінза, звана полузаготовкой. Після того, як створена передня поверхня потрібної кривизни, приступають до обробки задньої поверхні. Для цього аналогічно блокується передня поверхня, а шліфують і полірують задню. Попередньо передню поверхню лінзи захищають за допомогою спеціального лаку, якщо це скляна лінза, якщо ж це полімерна лінза, то використовую особливу захисну плівку. У результаті виходить готова лінза. Далі виконується контроль якості цієї очкової лінзи. Перевіряється якість шліфування та полірування поверхонь, товщина лінзи по центру і її оптична сила.

Товщина лінзи вимірюється за допомогою товщинометрії, а оптична сила - за допомогою діоптріометра.

Всі лінзи мають круглу форму і визначаються такими діаметрами: 65 або 70 міліметрів. У залежності від того, яка кількість лінз треба зробити, застосовуються різні способи їх виготовлення. Можна навести два основних способи: серійний і штучний. При серійному виготовленні лінз, двокомпонентний склад заливається в спеціальну форму, після чого відбувається полімеризація лінзи. Штучне ж виготовлення полімерних лінз здійснюється за допомогою полузаготовкі, у якої передня поверхня повністю оброблена, тому виконується шліфування та полірування тільки задній поверхні. Процес виготовлення штучної скляної лінзи аналогічний процесу технології виготовлення штучної полімерної лінзи.

Чим вище оптична сила лінзи, тим вона товщі по центру або краю. Тому в сучасній оптичної промисловості застосовуються скляні та полімерні матеріали, що мають різні коефіцієнти заломлення. Чим вище коефіцієнт, тим тонше лінза. Коефіцієнти заломлення скляної лінзи з БІК-3 дорівнює 1,523. Існують більш сучасні марки скла, у яких цей коефіцієнт досягає 1,6 і 1,7. Найбільш поширений матеріал полімерної лінзи має маркування З R -39 має коефіцієнт заломлення 1,49. Більш сучасні варіанти полімерних лінз мають наступні коефіцієнти: 1,56; 1,61, 1,67 і 1,74.

Лінзи виробляються зі скла мають значно більшу масу в порівнянні з полімерними лінзами, але на відміну від них більш стійкі до механічних пошкоджень передньої і задньої поверхонь, але скляна лінза є більш крихкою, ніж полімерна. Для того щоб захистити поверхні полімерної лінзи від подряпин застосовуються спеціальні покриття. Вони наносяться двома різними способами: напиленням у вакуумі, лакуванням. При лакуванні лінза або опускається в рідкий лак, або лак наноситься спеціальним обладнанням. Для більш швидкого затвердіння лаку застосовується ультрафіолетове випромінювання. Крім зміцнюючих покриттів в сучасній оптиці застосовуються просвітлюючі, гідрофобні, антистатичні покриття. Просвітлюючі покриття призначені для зменшення відбиття світла від поверхонь лінзи. Як правило, покриття, що просвітлює наноситься на лінзу від двох до дев'яти шарів. Кожен з шарів дозволяє знизити відображення світла має певну довжину хвилі. Чим більше шарів - тим якісніше покриття. Гідрофобна покриття призначене для захисту поверхні лінзи від забруднення і розлучень рідини на лінзі. Антистатичні покриття призначені для запобігання скупчування електричних зарядів на лінзі, що призводить до її швидкого забруднення. Ще зі шкільних дослідів відомо, що потерта ебонітова паличка прекрасно притягує маленькі шматочки паперу і пил, а для лінзи це зовсім зайва здатність. Крім спеціальних покриттів застосовуються різні декоративні покриття. Вони наносяться для додання лінзі певного кольору.

Для захисту від ультрафіолетового випромінювання використовуються спеціальні покриття. Так само ці покриття дають додатковий захист від ультрафіолетових променів. Якщо необхідно добитися захисту від УФ без зміни кольору, то застосовується особливу прозоре покриття. До спеціальним покриттям відносять покриття, що мають вузьку спрямованість, наприклад для захисту від різних видів випромінювання. Навіть для захисту від інфрачервоного та електромагнітного випромінювань. Так само існують покриття, які призначені для захисту та відновлення зору після операцій на очах, спричинених захворюваннями типу катаракти або глаукоми. На даний момент оптична промисловість розвивається швидкими темпами і обіцяє в майбутньому винаходити все більш і більш досконалі технології виготовлення всіх видів лінз.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Фізика та енергетика | Реферат
54.6кб. | скачати


Схожі роботи:
Оптичні рефлектометри Оптичні вимірювачі потужності
Оптичні накопичувачі
Оптичні волокна
Оптичні прилади
Оптичні явища в природі
Пасивні оптичні мережі
Оптичні атмосферні явища
Волоконно-оптичні кабелі
Оптичні характеристики телескопа
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru