Podział soczewek okularowych OCULUS

Gabinet Okulistyczny i Salon Optyczny
 
83-000 Pruszcz Gdański   ul. Mickiewicza 1
tel.: (58) 683 00 37

Podział soczewek okularowych można przeprowadzać wg różnych kryteriów. W niniejszym artykule zastosowano następujące:

  1. współczynnik załamania,
  2. moc optyczna,
  3. kształt powierzchni czynnych,
  4. powłoki uszlachetniające,
  5. barwa,
  6. materiał.

1. Współczynnik załamania materiału optycznego, z którego wykonane są soczewki nazywany jest w branży optycznej indeksem. Współczynnik załamania klasycznego (mineralnego) szkła okularowego (BK 516/64) wynosi około n = 1,5. Niektóre materiały stosowane do produkcji soczewek osiągają maksymalnie współczynnik n = 1,9.

Zaletą soczewek wykonanych z materiałów o wysokim indeksie jest to, że są znacznie cieńsze od soczewek wykonanych z klasycznych materiałów (dla tych samych mocy optycznych).
W konsekwencji soczewki te są także lżejsze. W przypadku soczewek mineralnych spadek ciężaru jest jednak mniejszy niż można by tego oczekiwać porównując gabaryty obu rodzajów soczewek. Wynika to z faktu, że ciężar właściwy materiału używanego do produkcji soczewek o wysokim indeksie jest wyższy niż materiału stosowanego do produkcji soczewek o współczynniku załamania n = 1,5 (przy produkcji soczewek o wysokim indeksie stosuje się dodatki związków pierwiastków ciężkich).

Wadą soczewek o wysokim indeksie jest mały współczynnik Abbego - materiały te charakteryzuje większa skłonność do dyspersji - rozszczepiania światła na wiązkę barwną o kolorze tęczy.

Inną wadą materiałów o wysokim współczynniku załamania jest wysoki współczynnik częściowego odbicia. Przy przejściu przez soczewkę wykonaną z klasycznego szkła organicznego straty światła z tego tytułu wynoszą około 8%. W przypadku soczewek o współczynniku załamania n = 1,9 straty te są około 2,5 razy większe. W tej sytuacji stosowanie powłok przeciwodblaskowych (AR - antyrefleks) staje się koniecznością. Powłoki przeciwodblaskowe w dużym stopniu niwelują to niekorzystne zjawisko.

Istotną wadą, z punktu widzenie klienta, soczewek o wysokim indeksie jest niewątpliwie ich stosunkowo wysoka cena (w porównaniu do klasycznych soczewek).

Stosowanie soczewek o wysokich indeksach jest uzasadnione w przypadku korekcji większych wad refrakcji. Ze względów estetycznych ich użycie może być także uzasadnione przy korekcji mniejszych wad, w przypadku gdy szkła będą wstawiane do dużych opraw okularowych.

 

2. Ze względu na moc optyczną soczewki okularowe można podzielić na:

Spośród ww. najczęściej stosowane są soczewki sferyczne. Używa się ich do korekcji krótkowzroczności i nadwzroczności.
Obie powierzchnie takich soczewek są fragmentami czasz kulistych. W zależności od wartości promieni krzywizn rozróżniamy soczewki:

W optyce okularowej prawie wyłącznie stosowane są soczewki meniskowe.
Z geometrii ww. soczewek wynika ich moc optyczna:

Jeśli grubość soczewki w jej centralnej części jest większa niż na krawędziach to mamy do czynienia z soczewką dodatnią.
Jeśli natomiast grubość centralnej części soczewki jest mniejsza niż grubość soczewki na krawędziach to mamy do czynienia z soczewką ujemną.

Soczewki cylindryczne stosowane są do korekcji astygmatyzmu. Co najmniej jedna z dwóch powierzchni czynnych jest powierzchnią toryczną (ma dwa różne promienie krzywizny w prostopadłych do soczewki i wzajemnie do siebie płaszczyznach).

Oba wyżej wymienione rodzaje soczewek (s. sferyczne i s. cylindryczne) zaliczane są do kategorii soczewek jednoogniskowych.
Szkło okularowe dwuogniskowe to soczewka, która ma wydzielony obszar do dali w górnej części soczewki i obszar do bliży w dolnej części soczewki. Segment do bliży może mieć różny kształt i może być różnie położony względem środka szkła. Szkła dwuogniskowe mogą charakteryzować się wstępną decentracją segmentu do bliży.
Z tego powodu można mówić o soczewkach dwuogniskowych:

W zależności od użytych materiałów i zastosowanej technologii można soczewki dwuogniskowe podzielić na:

Jeśli w szkłach okularowych można wyróżnić więcej niż dwa obszary o różnych ogniskowych to mówimy o szkłach wieloogniskowych. Przykładem szkieł wieloogniskowych są soczewki trzyogniskowe.
Szkło okularowe trzyogniskowe to soczewka, w której oprócz obszaru do dali i obszaru do bliży znajduje się także obszar przejściowy (pośredni) o stałej (pośredniej) mocy optycznej.

Dalszym rozwinięciem koncepcji szkieł dwuogniskowych i wieloogniskowych są szkła progresywne. Dzięki płynnej zmianie odległości ogniskowej poczynając od obszaru do dali, do obszaru do bliży, możliwe jest ostre widzenie przedmiotów dalekich, bliskich a także tych, które znajdują się w odległościach pośrednich. Na soczewce progresywnej (w przeciwieństwie do ww. szkieł wieloogniskowych) nie widać linii podziału pomiędzy poszczególnymi obszarami. Ma to duże znaczenie estetyczne.
Soczewki progresywne można ze względu na ich konstrukcję podzielić analogicznie jak soczewki dwuogniskowe na:

Znakomita większość aktualnie używanych soczewek posiada konstrukcje asymetryczne, chociaż niektóre firmy nadal oferują tanie soczewki progresywne o konstrukcji symetrycznej.
Ze względu na zakres zastosowań, obecnie produkowane soczewki progresywne można podzielić na:

Soczewki progresywne uniwersalne pokrywają cały zakres widzenia (od dali do bliży).
Soczewki progresywne specjalne zostały stworzone dlatego, że część klientów dotkniętych starczowzrocznością ma problemy z przyzwyczajeniem się do noszenia uniwersalnych szkieł progresywnych.
Zasadniczą rolę w procesie adaptacji do posługiwania się szkłami progresywnymi odgrywa szerokość i długość (wysokość) tzw. kanału progresji. Jest to obszar soczewki zlokalizowany pomiędzy obszarem do dali i do bliży. Im szerokość i wysokość tego kanału jest większa tym łatwiejsza jest adaptacja.
Względy konstrukcyjne sprawiają natomiast, że im różnica mocy optycznych obszaru do dali i obszaru do bliży (tzw. addycja) jest większa tym kanał progresji jest węższy.
Dlatego dla ludzi, którzy wymagają stosowania dużej addycji a przy tym mają kłopoty z adaptacją do szkieł progresywnych stworzono okulary, których zakres widzenia jest co prawda mniejszy, jednak kanał progresji jest stosunkowo szeroki. Jest to wynikiem zmniejszenia addycji. Tego typu soczewki progresywne noszą nazwę specjalnych.
Najbardziej typowymi progresywnymi szkłami specjalnymi są soczewki przeznaczone do:

Ze względu na opisane wyżej problemy z adaptacją do soczewek progresywnych zaleca się stosowanie tego typu soczewek już w początkowych fazach presbyopii (starczowzroczności), gdy addycja jest stosunkowo mała i wynosi od 0,75 do 1,00 dioptrii. W soczewkach z małą addycją obszary stref użytkowych są najszersze, co znakomicie przyspiesza proces adaptacji i ułatwia późniejsze stosowanie soczewek progresywnych o większej addycji w miarę postępu presbiopii.

Inna koncepcja rozwiązania problemów z "akceptacją" szkieł progresywnych przyświecała twórcom tzw. soczewek progresywnych indywidualnych.

Soczewki te wykonywane są w oparciu o parametry pacjenta oraz opraw do których będą wstawiane.
Większość producentów soczewek progresywnych wykorzystuje tylko jedną z dwóch powierzchni czynnych soczewki do modelowania obszarów do dali, bliży i kanału progresji. Od niedawna firma Hoya przystąpiła do produkcji soczewek progresywnych, które wykorzystują obie powierzchnie czynne soczewki do modelowania poszczególnych obszarów widzenia. Nowa technologia pozwoliła na zmniejszenie zniekształceń obrazu oraz na poszerzenie kanału progresji.
Soczewki dwuogniskowe, wieloogniskowe oraz progresywne stosowane są u pacjentów z presbyopią.

Szkła pryzmatyczne służą do korekcji zeza.

 

3. Soczewki okularowe można podzielić wg kształtu powierzchni czynnych na:

Obraz uzyskiwany przy pomocy soczewek sferycznych nie jest wolny od wad. Szczególnie mocne zniekształcenia obrazu wywoływane są przez promienie:

W pierwszym przypadku mamy do czynienie z tzw. abberacją sferyczną, która polega na tym że promienie biegnące równolegle do osi optycznej załamywane są przez soczewkę mocniej lub słabiej w zależności od tego czy przechodzą przez soczewkę w pobliżu osi optycznej czy też przez obszary peryferyjne soczewki. Równoległe promienie przyosiowe i peryferyjne nie przecinają się w tym samym miejscu (ognisku) po przejściu przez soczewkę.
W drugim przypadku obraz punktu leżącego poza osią optyczną soczewki odwzorowywany jest nie jako punkt tylko jako elipsa lub odcinek.
W obu przypadkach osoba korzystająca z okularów ma poczucie, że obraz przedmiotów znajdujących się poza osią optyczną soczewki jest mniej ostry od obrazu przedmiotów znajdujących się w osi patrzenia.
W celu zniwelowania wyżej opisanych błędów odwzorowania opracowano soczewki asferyczne, w których poprzez zmianę geometrii soczewki ograniczono występowanie ww. abberacji.

 

4. Powłoki uszlachetniające, które mogą być nakładane na soczewki są kolejnym kryterium podziału soczewek .
Stosowane powłoki można podzielić na trzy rodzaje:

Powłoki utwardzające nanoszone są na soczewki wykonane z materiałów miękkich (materiałów sztucznych). Zabezpieczają one soczewki przed zarysowaniem.

Powłoki antyrefleksyjne mogą być nanoszone są na wszystkie rodzaje soczewek, jednak ich użycie w przypadku soczewek wykonanych z materiału o wysokim współczynniku załamania światła jest nieodzowne. Powłoki antyrefleksyjne pełnią trojaką rolę:

Przy budowie powłok antyrefleksyjnych wykorzystuje się dwa zjawiska:

Większość użytkowników uważa, że powłoki antyrefleksyjne odgrywają wyłącznie rolę estetyczną, tymczasem ich zastosowanie ma istotny wpływ na komfort widzenia. Światło padające na szkło okularowe ulega częściowemu odbiciu zarówno od powierzchni zewnętrznej jak i od powierzchni wewnętrznej soczewki.
Dla klasycznego szkła okularowego o współczynniku załamania n=1,5 straty te wynoszą około 10%. Dla materiałów optycznych o wyższych współczynnikach załamania (stosowanych do produkcji soczewek cienkich) straty te są znacząco większe.
Powłoki antyrefleksyjne ograniczają straty światła do około 2% (dla typowych szkieł o wsp. załamania n=1,5). "Odzyskane" światło trafia do oka, a jak wiadomo przedmioty lepiej oświetlone są lepiej widoczne.
Ponadto przy silnym oświetleniu z tyłu, na wewnętrznej powierzchni soczewki, która nie jest pokryta powłoką antyrefleksyjną, powstaje odbicie własnego oka i różne świetliste "duszki", które utrudniają obserwację. Powłoki antyrefleksyjne ograniczają także ten niekorzystny efekt. Obecność powłoki antyrefleksyjnej możemy stwierdzić obserwując pod odpowiednim kątem odbite światło resztkowe, które najczęściej ma kolor fioletowo-niebieski.

Zadaniem powłok ułatwiających pielęgnację jest niedopuszczenie do szybkiego zabrudzenia okularów.
Stosuje się powłoki:

W obu przypadkach wykorzystuje się zjawisko adhezji.

 

5. Barwa soczewek jest kolejnym kryterium ich podziału. Wyróżniamy soczewki okularowe:

Szkła bezbarwne są najpowszechniej stosowanymi w optyce okularowej.
Szkieł barwionych najczęściej używa się w okularach słonecznych z korekcją.
Najpowszechniej stosowanymi barwami jest kolor brązowy i szary. Jest sprawą bardzo ważną, aby zastosowany w soczewkach kolor nie zakłócał naturalnego odbioru barw. Jest to szczególnie istotne w przypadku okularów stosowanych przez kierowców. Podstawowe kolory używane w ruchu drogowym (czerwony, zielony i żółty) muszą pozostać jednoznacznie identyfikowalne.
Wyróżniamy pięć kategorii filtru przyciemniającego soczewkę (od przezroczystej lub bardzo jasno zabarwionej po bardzo ciemną.

kategoria filtru opis procent zabarwienia (absorbcja światła widzialnego) uwagi
0 przezroczysty lub bardzo jasno zabarwiony do 20% pochmmurne dni,
bardzo jasno oświetlone pomieszczenia
1 jasno zabarwiony 20 - 57% zachmurzenie umiarkowane
2 średnio zabarwiony 57 - 82% słoneczne dni
3 ciemno zabarwiony 82 - 92% słoneczne dni w górach
4 bardzo ciemno zabarwiony 92 - 97% słoneczne dni w górach, nasłonecznione i ośnieżone stoki górskie. Nieodpowiedni podczas kierowania pojazdami i do użytku na drogach.

Do sprzedawanych okularów słonecznych dołączona jest informacja - czy mogą być stosowane w ruchu drogowym.

W zależności od materiału, z którego wykonane są soczewki stosuje się różne techniki barwienia:

Większość szkieł barwionych jest barwiona równomiernie (na całej powierzchni, lub w masie). Inną formą barwienia jest tzw. barwienie gradalne lub gradientowe. W tym przypadku soczewki barwione są mocniej w górnych partiach i słabiej w dolnych. Ten sposób barwienia bardzo cenią sobie kierowcy (ulica jest dobrze widoczna, a przy tym możliwość rażenia przez światło słoneczne jest ograniczona).
Specyficzną kategorię tworzą filtry polaryzacyjne, które podobnie jak szkła barwione ograniczają ilość światła wpadającego do oczu. Wygaszają one jednak spolaryzowane promieniowanie odbite od przedmiotów (szosy, wody, śniegu), którego płaszczyzna polaryzacji jest prostopadła do płaszczyzny polaryzacji filtrów zastosowanych w okularach. Stosowanie tego typu soczewek zaleca się w szczególności kierowcom, wędkarzom, oraz narciarzom.

Szkła fotochromowe (fototropowe) są kategorią pośrednią między soczewkami bezbarwnymi i barwionymi. Przy ich budowie wykorzystano własności soli srebra, które pod działaniem promieni ultrafioletowych (UV) i temperatury przejściowo zmieniają swoją barwę. Soczewki fotochromowe barwią się tym mocniej im więcej pada na nie promieniowania UV i im niższa jest temperatura otoczenia. Podobnie jak w przypadku soczewek barwionych, w zależności od materiału, z którego wykonane są soczewki fotochromowe, stosowane są techniki:

Kolor organicznych szkieł fotochromowych jest bardzo równomierny niezależnie od mocy i grubości soczewek gdyż warstwa fotochromowa znajduje się w wierzchniej warstwie soczewki i ma ona stałą grubość.
W przypadku mineralnych szkieł fotochromowych o różnej grubości lub o dużych mocach pomimo barwienia materiału w masie soczewki, różnica w odcieniu kolorów jest nieproporcjonalnie mała w porównaniu do różnicy grubości soczewki gdyż promieniowanie ultrafioletowe (UV) odpowiedzialne za zmianę barwy wnikają na stosunkowo małą głębokość w głąb szkła mineralnego.

Najnowszą zdobyczą technologii w tym zakresie są powłoki  firmy Transitions o nazwie "Next Generation", które cechują się bardzo krótkim czasem reakcji na zmiany oświetlenia, oraz prawie niedostrzegalnym zabarwieniem resztkowym (w oświetleniu sztucznym są praktycznie bezbarwne).

Ważnym parametrem w przypadku wszystkich soczewek jest ich zdolność do wygaszania szkodliwego dla oczu promieniowania ultrafioletowego (UV), jednak w przypadku szkieł barwionych (przeciwsłonecznych) parametr ten ma kluczowe znaczenie. Jeśli soczewki barwione nie wygaszają w wystarczającym stopniu niewidocznego promieniowania UV, to okulary słoneczne, w których je zastosowano mogą być niebezpieczne dla oczu. Jak wiadomo, gdy do oka wpada mniejsza ilość światła widzialnego to źrenica ulega rozszerzeniu, jeśli w ten sposób na soczewkę oka pada i do siatkówki dociera większa ilość promieniowania UV to okulary takie w dalszej perspektywie mogą stać się przyczyną poważnych chorób oczu, dlatego należy kupować tylko okulary słoneczne posiadające oznaczenie "CE". Okulary te  spełniają zapisy certyfikatu europejskiego - między innymi wygaszają w wystarczającym stopniu promieniowanie UV.

 

6. Materiał, z którego wykonano soczewki jest kolejnym kryterium podziału soczewek.
Soczewki mogą być wykonane ze:

Szkło mineralne stosowane do produkcji soczewek można podzielić w zależności od współczynnika Abbego (charakteryzującego stopień dyspersji światła w materiale) na:

Tworzywa sztuczne zaczęto wykorzystywać do produkcji szkła optycznego w okresie drugiej wojny światowej. Pierwszym materiałem tego typu był CR39 (columbia resins no 39). Kolejnym materiałem było szkło organiczne, czyli tzw. plexi. Stosunkowo nowym materiałem jest poliwęglan a ostatnim krzykiem mody są trivex i NXT.

Porównanie parametrów mineralnych i organicznych soczewek okularowych.

   Szkła mineralne

   Szkła organiczne