Диковинный прибор - диоптриметр. Измеряем реальные диоптрии очков с ним и без него.

Диоптриметр — прибор для измерения оптической силы линз. Большинству людей, на постоянной основе он не нужен. Но устройство это интересное, хотел бы немного рассказать про него.

А ещё я расскажу, как можно без этого прибора определить реальные диоптрии и фокусное расстояние линз купленных очков.

* Нет, это не микроскоп.






Начну с конца. Вы купили очки и возникли сомнения, что указанные диоптрии соответствуют заявленным. Как определить реальное значение?


Всё просто. Делите 1(один) на фокусное расстояние линзы в метрах, получаете её оптическую силу в диоптриях.

А как определить фокусное расстояние линзы?

А вот это можно сделать разными способами.

Вариант, сходить в ближайшую оптику и за шоколадку попросить измерить линзы, безусловно получает самый главный приз за оригинальность, но я расскажу про некоторые способы самостоятельного определения фокусного расстояния.



Первый и самый простой — с помощью Солнца (которое пока на небе).


Для тонкой линзы её фокусное расстояние — это расстояние от её плоскости до плоскости, где фокусируются направленные на неё параллельные лучи.

Солнечные лучи у Земли строго говоря не совсем параллельны, но для не очень высоконаучных измерений, их можно считать параллельными.

Соответственно фокусируем их на какую-нибудь поверхность и измеряем расстояние от линзы до этой поверхности. Это и будет фокусное расстояние этой линзы (F).


*Эта и последующие иллюстрации приведены для упрощения понимания текста и не являются точными масштабными схемами объектов и явлений.

Этот метод не требует никакого специфического оборудования, только Солнце и рулетку. Но в этом и первая проблема метода — Солнце не всегда под рукой. И включить его выключателем в нужный момент нельзя.

Но его можно заменить на какой-то другой источник условно параллельных лучей — контрастные облака, прожектор где-то вдали, лазер.

Вторая проблема в том, что определять точку фокусировки не всегда просто. Если на линзах с небольшой оптической силой Солнце фокусируется в достаточно большой круг, по которому точка фокуса на чёрной картонке детектируется легко, то линзами с большой оптической силой, Солнце фокусируется в маленькую очень яркую точку. Мало того, что определить фокус такой точки сложнее из-за меньшего размера и большей яркости, так ещё и фокусировать её на картонку не получится. Нужно что-то не только чёрное, но и несгораемое, чугунная сковородка, например.

С лазерами тоже ситуация не простая. Не каждый имеющийся под рукой лазер позволяет легко определить точку фокуса. По крайней мере с четырьмя имеющимися у меня это оказалась проблематично. Фокус ловить сложно и вообще непонятно, что из того, что я вижу, является фокусом, а что уже расфокусом.

С одним лазером мне удалось достичь точности как с Солнцем, но нужно тщательно подбирать яркость лазера в зависимости от окружающего освещения.



Второй способ.


Он не требует Солнца, лазеров, контрастных облаков или прожекторов, висящих в километре от вашего окна. Он вообще не требует источника параллельных лучей.

Но по-прежнему нужна рулетка и источник света, на этот раз, наоборот, с неупорядоченными лучами, типа лампы накаливания или света, отражённого от какого-то обычного объекта.

Схема измерения здесь следующая:


Помещаете линзу между источником света и экраном, на который пытаетесь сфокусировать источник света, передвигая линзу между ним и экраном.

В точке фокуса измеряете расстояние от линзы до источника света (Lист) и расстояние от линзы до сфокусированного изображения на экране (Lизобр) и по следующей формуле получаем фокусное расстояние (F) и диоптрии (D) этой линзы:

1 / Lист + 1 / Lизобр = 1 / F = D

В этом способе есть две тонкости. Первая это то, что точки фокуса тут две. В одной изображение уменьшенное, во второй увеличенное. Но обе считаются по одной формуле. Какую выбирать — на ваше усмотрение, где лучше видите момент фокуса.

И тут я бы рекомендовал использовать в качестве источника света не просто лампу, а лампу, закрытую экраном с каким-то контрастным изображением. Чёрным крестом, например. Фокус такого изображения ловить проще.

Вторая особенность метода в том, что работает он только если между источником света и экраном расстояние не менее четырёх фокусных расстояний линзы. Иначе фокуса вы не поймаете. Ни с крестом, ни с иконой.

А из этого вытекает, во-первых, что вы должны хотя бы ориентировочно знать фокусное расстояние измеряемой линзы. А во-вторых, на линзах с малой оптической силой вам надо иметь приличное свободное расстояние для измерения. Для линзы в 1.5 диоптрии вам надо расстояние под 3 метра, и это если вы точно уверены, что она около 1.5 диоптрий. А если не уверены, то нужен в запас ещё метр-другой.

Но и это ещё не всё.



Оба этих метода напрямую позволяют измерять только собирающие (+) линзы.


Впрочем, есть одна хитрость, позволяющая измерять этими способами и рассеивающие (-).

Дело в том, что оптическая сила системы тонких линз равна сумме оптических сил линз её составляющих.

Соответственно нужно взять собирающую линзу заведомо большей оптической силы, чем рассеивающая, сложить их вместе и измерить их общую оптическую силу любым описанным выше методом. Затем измерить оптическую силу собирающей линзы теми же методами и вычесть её из оптической силы системы. В результате получится оптическая сила рассеивающей линзы.

Ещё раз отмечу, что всё это работает для тонких линз. Сложные системы, состоящие из множества линз и имеющие существенную общую толщину это уже совсем другая тема, сильно выходящая за рамки статьи. Но для систем, толщина которых существенно меньше их фокусного, это работает.

И для редких измерений описанные выше методы вполне подходят.

Но вот для частых измерений или профессиональной работы они вряд ли удобны. И для этих целей созданы специальные приборы — диоптриметры.

Они позволяют не только измерять оптическую силу линз от долей до десятков диоптрий, причём как собирающих, так и рассеивающих, но и имеют ещё ряд функций, необходимых при работе с линзами и очками. И всё это собрано в относительно компактном корпусе.



Диоптриметры бывают автоматические и ручные. Ниже я расскажу про ручной и про принцип его работы.



Принцип работы у него очень прост. В нём так же поступают лучи подсветки (9) на исследуемую линзу (6), так же они фокусируются в определённой плоскости (2), и пользователь отслеживает этот момент через окуляр (1).


Но для уменьшения габаритов прибора и для возможности измерения рассеивающих линз без танцев с бубном, лучи на линзу подаются не параллельные, а под углом. Под таким углом, чтобы обеспечить на выходе исследуемой линзы параллельный пучок, который уже фокусируется оптической системой (3) в одной плоскости (2).

Угол этот меняется ручкой (12), которая меняет положение элементов в оптической системе (10), проецирующей лучи на исследуемую линзу.

К этой ручке приделан барабан, на который нанесены деления в диоптриях.

Соответственно вы крутите ручку, добиваясь резкости специальных светящихся меток (8), сфокусированных в плоскости (2) и видимых в окуляре (1), а на барабане сразу отображается оптическая сила линзы в диоптриях.

Бегать с рулеткой, ловить Солнце уже не нужно. Система почти закрытая, поэтому внешнее освещение не усложняет определение точки фокуса.

Кроме того, диоптриметр позволяет измерять астигматические линзы — линзы, имеющие не сферическую форму и имеющие разную оптическую силу по разным направлениям.

Бытовой пример такой линзы — бутылка с вод(к)ой. Для простоты понимания считаем, что наша бутылка представляет из себя идеальный цилиндр. Если её поставить вертикально, то в горизонтальном сечении она круглая и представляет собой классическую собирающую линзу, по вертикали же она линейная и её оптическая сила в этом направлении равна нулю.

Теперь от теории к практике. Посмотрим, как устроен один конкретный диоптриметр. Разбирать его совсем до потрохов не имею возможности, но что-то покажу.

Устройства эти весьма специфические, сотнями миллионов, как смартфоны не продаются, поэтому технологии, используемые там, примерно такие же древние, как и принцип работы.

Свечку только заменили на лампу накаливания в подсветке.

Хотя нет, в этом экземпляре, несмотря на обещание 3 ваттной лампы, на самом деле 5 мм светодиод. Белый, яркий:


И даже положили запасной:


Посмотрим от чего питается светодиод, для этого заглянем вниз. Там сразу увидим автограф неизвестного художника, а также батарейный отсек и шнур питания:



Питание у светодиода двойное — от сети или от батареек. Рядом с батарейным отсеком расположен подстроечный резистор, регулирующий яркость подсветки:


Для сетевого питания построен вот такой высокотехнологичный блок питания:




Земелька сетевого провода не прижата, а нежно приложена к корпусу пластиковым хомутом:



Ничего страшного. Когда фазу пробьёт на корпус, сама к нему тогда и приварится.

Светит светодиод вот вон в ту трубочку:



в которой размещается маска, резкое изображение которой мы пытаемся ловить.

Там же, ниже, видим и зубнуючатую передачу, у которой явные проблемы с кариесом:



Эта зубчатая передача, вращение ручки со шкалой диоптрий:


преобразует в линейное движение трубки с маской.

Немного благородной ржавчины совершенно не повредит точному оптическому прибору:



Да и резьбу можно нарезать прямо винтами:


И лучше не в центре:


Так сразу видна ручная лепка работа.

Ну да ладно, идём дальше.

А дальше свет от светодиода, прошедший через маску и оптическую систему после неё, должен попасть на исследуемую линзу, которую нам нужно поместить вот сюда:


Чтобы не держать линзу или очки руками там есть поднимающаяся белая платформа. Но в лучших традициях, для упрощения конструкции, поднимается она только на одном цилиндре, второй просто болтается:


Далее, чтобы не видеть всего этого ужаса, смотрим в окуляр:


И в нём мы видим это:


Аяяй, расфокус. Крутим ручку со шкалой диоптрий и получаем:


Вай, красива!

Теперь смотрим на шкалу ручки:


Чуть больше 4 диоптрий.

На очки:



4 диоптрии.

По методам, описанным в начале статьи, у линз этих очков получилось фокусное расстояние F около 24 см = 4.2 диоптрии.

На мой взгляд хороший результат, по крайней мере я ожидал худшего, исходя из качества сборки многих элементов аппарата.

Проверка на нескольких других линзах с другой оптической силой дала тоже очень близкие значения, даже ещё ближе, чем на этих очках.

И я не уверен, что результаты, полученные методами из начала статьи более точные. Ловить фокус там не всегда просто. В диоптриметре же фокус ловится очень просто и чётко.

Ещё отличия могут быть вызваны следующим.

В первых методах мы ловим фокус всей линзы, некий средний результат. А линза ведь может иметь не идеальную форму, а значит и неодинаковую оптическую силу на разных участках. А диоптриметр измеряет относительно небольшую площадь и выдаёт оптическую силу именно этого участка. Впрочем, и в первых методах мы можем заэкранировать линзу непрозрачным материалом, оставив небольшой открытый участок для измерения, чтобы сравнение было более корректным.

Кроме того, если мы измеряем фокус с помощью «белого» света, то фактически мы измеряем некий абстрактный средний фокус для всех входящих в спектр длин волн, ведь свет разных длин волн преломляется одной и той же линзой под разными углами. Фактически у линзы несколько фокусных расстояний — для каждой длины волны своё фокусное:

Да, глаз лучше фокусируется именно по зелёной составляющей, как и сделано в диоптриметре, но тем не менее этот момент надо тоже знать и помнить.

Собственно, из-за этого сфокусировать белый свет в идеальную точку с резкими и чёткими границами не получится, на них всегда будут вылезать края спектра, известные большинству фотографов хроматические аберрации:


Кстати, а почему же глаз человека не видит в повседневной жизни эти аберрации, его хрусталик преломляет все волны одинаково? Конечно же нет. Часть аберраций устраняет мозг, часть убирается из-за особенностей строения глаза, подробнее можно почитать здесь.



Теперь немного из практики измерений реальных очков с Али.

Тут сильно как повезёт.
Есть очки с близкими к обещанным значениями. При заявленных +2.5 в реальности имеют +2.5, при заявленных +4 имеют +4. И даже стеклянные +6 имеют честные +6.
А есть и такие, которые вместо обещанных +2.5 имеют в реальности +1.5. А это почти 27 см лишнего фокусного расстояния.

Ну и на этом у меня пока всё, всем спасибо!
Добавить в избранное +102 +125
+
avatar
+1
Спасибо, интересно.
А с бифокальными такой метод прокатит? (я имею ввиду со светом померять)
+
avatar
+2
Да, как я писал в конце статьи, заэкранируйте всю линзу непрозрачным материалом, оставив нужный открытый участок для измерения.
+
avatar
  • nikkky
  • 02 октября 2023, 07:30
+4
очень важный деклеймер для носителей очков!
у большинства людей есть астигматимз, т.к. глаза не идеально круглые. обычно это «лечат» перекоррекцией (вместо -2,25 к примеру ставят -2,5 и далее по наростающей). итог — прогресс и глаз отучается видеть четко даже с коррекцией. поэтому нужно не просто контролировать диоптрии, а асферичность и межцентровое расстояние у готовых отчков. такое делают далеко не во клиниках.
если интересен мой случай мне диагноз и рецепт выписали в мнтк. где делать — не сказали, но пообещали проверить готовые очки бесплатно по реценту вне очереди. все так и было, не сочтите за рекламу
+
avatar
  • LePart
  • 08 октября 2023, 18:53
0
астигматимз
Обычно это не лечат, а корректируют при помощи так называемых цилиндров. Практически всегда сфера подбирается с цилиндром. Ну и сборка таких очков — дело кропотливое. Угол установки цилиндра строго индивидуален для каждого глаза и должен быть выдержан идеально точно.
А в клинику, где корректируют иначе, не ходите. Вообще без глаз остаться можно.
+
avatar
  • denn-che
  • 09 октября 2023, 13:25
0
С учётом, что все вокруг говорят, что это безопасно и просто, начинаю уже задумываться о том, а стоить ли мучаться плохим зрением, которое с годами лучше не становится. Хотя банально стрёмно
+
avatar
+7
Прям как в школу сходил.
Физика, раздел — оптика.
Круто! Пасиба! Однозначно плюс! (Но только пока светит Солнце ;-)
+
avatar
0
Интересно и познавательно! Спасибо!

P.S. А можно всетаки в двух словах как со стороны глаза это дополнительно убирается?
Часть аберраций устраняет мозг, часть убирается из-за особенностей строения глаза, подробнее можно почитать здесь.
Я конечно понимаю, что это магия и все дела, но лень с английского переводить…
+
avatar
+18
Я эту проблематику глубоко не изучал, поэтому могу в чём-то ошибиться, лучше почитать оригинал, но если совсем коротко, то «аппаратно» аберрации устраняются за счёт того, что в глазу есть некие пигменты, ослабляющие фиолетово-ультрафиолетовую сторону спектра, кроме того, короткое фокусное расстояние зрачка глаза даёт небольшие габариты этих аберраций, по ширине что-то типа нескольких штук рецепторов, ну и человек резко видит всегда только в центре, где аберрации меньше, по краям где они больше, они размыты и не так заметны.

Ну а дальше идёт уже «софт» — мозг доубирает остатки аберраций, ну типа как спрямляет линии, которые в реальности не ровные, но мы считаем, что они должны быть ровными или раскрашивает известные предметы в темноте, где цвета плохо видны. Ну или осуществляет любые иные подобные действия, которые мы называем оптическими иллюзиями:


Эта картинка не анимированна, она статична:

+
avatar
  • iraa
  • 01 октября 2023, 17:55
+5
Нет там чёрных точек
+
avatar
0
Это как с сусликом. «Видишь суслика? Нет? Я тоже не вижу. А он там есть!»
+
avatar
  • AlZa
  • 02 октября 2023, 13:16
+1
Имеются, только большие и по форме близки к квадратам. :)
+
avatar
  • sprill
  • 08 октября 2023, 21:38
0
Только фокусное расстояние не зрачка, т.к. это отверстие в радужке, а хрусталика глаза.
+
avatar
+6
* Нет, это не микроскоп.
А гвозди им забивать можно?

ЗЫ: Простите, не удержался — детская школьная травма :-)
+
avatar
+10
А гвозди им забивать можно?
Этим можно, походу его так и делали :)
+
avatar
+1
«школьная травма» — микроскопом? :))
+
avatar
  • kvarkk
  • 01 октября 2023, 13:54
0
Можно ссылку на товар?
+
avatar
+1
Это не обзор товара, это публикация в блоге «Всё остальное»
+
avatar
  • Sintetik
  • 01 октября 2023, 14:04
+1
А каким прибором измерить межцентровое расстояние на очках? Хотя бы знать название прибора.
+
avatar
+4
Да собственно диоптриметром и меряют. Он позволяет найти оптический центр линзы, там даже есть разметочная приспособа, уже встроенная, ставит точку маркером в оптическом центре линзы. Ну а дальше уже обычной линейкой между центрами линз меряете.
+
avatar
  • Sintetik
  • 01 октября 2023, 14:36
+3
Вот бы их выставляли как контрольные весы.
+
avatar
  • TheLamer
  • 01 октября 2023, 14:07
+2
И тут я бы рекомендовал использовать в качестве источника света не просто лампу, а лампу, закрытую экраном с каким-то контрастным изображением. Чёрным крестом, например. Фокус такого изображения ловить проще.
Используйте лампу накаливания. Изображение спирали ловится лучше любого креста в экране.
+
avatar
  • iraa
  • 01 октября 2023, 17:57
0
А где лампу купить?
+
avatar
  • penzet
  • 01 октября 2023, 14:22
0
Не увидел в обзоре ссылку на товар
+
avatar
+1
А это не обзор товара. И вообще не обзор.
+
avatar
  • hanzo
  • 01 октября 2023, 14:23
+1
Часть аберраций устраняет мозг
Вот жеш что эволюция животворящая делает!
Удивительно и прикольно, насколько мощную оптическо-вычислительную систему природа у человекаф съинженерила!
Где-то давно читал, что глаза человека до того сильно, так скать, интегрированы в мозг, что, можно сказать, являются его частью.
И мозг прилично так обрабатывает и фильтрует поток оптической информации, прежде чем подать «чистые» (или наоборот, «дорисованные»;)) данные в сознание пользователя.
Взять, к примеру, тот же факт, что младенцы видят мир перевернутым, а спустя несколько недель, чтоли, мозг «переворачивает» картинку, в правильный вариант)
upd. Поразглядывал «анимированные» картинки, еще раз подивился)
+
avatar
  • saralex
  • 01 октября 2023, 14:39
0
Вот еще очень интересная иллюзия youtu.be/49sNHKIS8kc
Оптическая иллюзия «Окно Эймса»
+
avatar
  • hanzo
  • 01 октября 2023, 14:46
0
Ага, это видел,
Дерек прикольно показал,
могёт!)
+
avatar
  • Esculap
  • 01 октября 2023, 14:47
0
Начну с конца. Вы купили очки и возникли сомнения, что указанные диоптрии соответствуют заявленным.
Купил на Озоне готовые очки +7.50 для пайки вместо бинокуляров. Увеличение соответствует, но не могу понять почему не наводится резкость обоими глазами. Чем проверить?
+
avatar
  • DVANru
  • 01 октября 2023, 15:08
+11
+
avatar
  • dinogen
  • 01 октября 2023, 15:09
+1
Замечательный обзор. Какая ирония, какой слог, какая сила научной мысли. Понравилось. :)
+
avatar
  • SIG
  • 01 октября 2023, 17:50
+6
Я приобрел два сверла диаметром 3мм. Возможно эти сверла не из заявленной марки стали! Сейчас подбираю для домашнего использования искровой оптический спектрометр (атомно-эмиссионный, оптико-эмиссионный анализатор металлов).
+
avatar
  • Sintetik
  • 01 октября 2023, 18:49
+4
Ну что же, ждëм от вас обзор. Будет интересно.
+
avatar
  • Alex7667
  • 01 октября 2023, 20:51
+2
Всё это, конечно, интересно. А астигматизм, сферу как-то можно определять? Оси?
+
avatar
  • nikkky
  • 02 октября 2023, 07:21
+1
можно. см выше в первом комменте.
+
avatar
  • Alex7667
  • 02 октября 2023, 11:03
+2
Итак… Почему я задал вопрос?
Искал подходящую оправу для очков. Нашёл ту, которая мне понравилась. Но было два но:
1. Она была кривая с одной стороны, конкретно так изогнута.
2. Она была единственной такой модели в магазине.
Меня это не остановило. Пришёл в оптику, показал. «Мастер исправит». «Мастер» тупо обточил линзу под кривую оправу. Да плюс направление осей разогнал в стороны. В итоге в очках ходить невозможно. По приборам всё правильно.
Другая оптика.
Что они сделали не знаю, но ходить в очках было невозможно. Я всё время пытался закидывать ноги, земля сантиметров на 40-50 виделась ближе. Очки отказались принимать обратно и отказались возвращать деньги.
«По приборам всё правильно».
Делал, пока была возможность, очки за границей. У них почему-то таких приколов не было, хотя делали без моего присутствия.
Кто там что проверяет — мне не интересно. Мне интересно, как проверить самому. Я знаю как другие проверяют. Поэтому не доверяю.
+
avatar
  • INN36
  • 01 октября 2023, 22:08
-3
По методам, описанным в начале статьи, у линз этих очков получилось фокусное расстояние F около 24 см = 4.2 диоптрии
Вот это (с фото, выкладками и расчетами) было бы наиболее интересно.
Как это получено (хау ит мэйд).
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
А то, что где-то станина у вменяемого прибора (исходя из сути изложенного) за N+ лет необслуживаемого использования в х.з. каких условиях внезапно покрылась ржавчиной, некая дырочка просверлена не так и даже не по центру + питание подсветки заземлено далеко идеально — это как бы ни на что не влияет.
ИМХО.
Возможно, что я сильно ошибаюсь и все понял не так, как было изначально задумано автором сего безусловно интересного материала.
+
avatar
+1
Вот это (с фото, выкладками и расчетами) было бы наиболее интересно.
Как это получено (хау ит мэйд).
Да, собственно, как в начале статьи написано, так и делал. Там же и картинки есть. Добавить тут мне особо и нечего, всё там описал.
+
avatar
  • INN36
  • 01 октября 2023, 23:33
0
Да, собственно, как в начале статьи написано, так и делал. Там же и картинки есть.
Я не увидел картинок сделанного лично Вами стенда. С рулетками и прочей красотой. Как узнать был ли тот стенд а-натюрель?) Шутка.
+
avatar
  • striker
  • 08 октября 2023, 17:54
0
интересно шкала диоптрий отградуирована, на 8 делений, а не 10
+
avatar
  • LePart
  • 08 октября 2023, 18:47
0
Ну сферу да, никаких проблем, обычная оптическая скамья в помощь или коллиматор, а как быть с цилиндрами?
+
avatar
  • Leoniv
  • 08 октября 2023, 19:55
0
Интересно, а почему установлен не зелёный светодиод?