HU213124B - Method for forming aspheric lens - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás aszferikus lencse kialakítására, amikoris fényáteresztő anyagok legalább egy forgásszimmetrikus felülettel ellátott, a fényt a szem retinájára fókuszáló felületet képezünk ki. A találmány szerinti eljárással minimális kép és optikai torzítással jellemzett lencsék készíthetők, a lencse maga aszferikus felülete folytán alkalmas kontaktlencse, szembe kerülő betétlencse és szemüveglencse létrehozására. Különösen akkor, ha a találmány szerint a lencsét hiperbola vagy parabola görbülettel kell elkészíteni.

A hagyományos lencsefelületek görbületét kúpszeletekkel lehet meghatározni. Mint köztudott, a kúpszeletek közé a kör, a parabola, az ellipszis és a hiperbola tartozik. Ennek megfelelően minden kúpszelet, amely forgásszimmetrikus alakzat, egyetlen közös egyenlettel határozható meg, mégpedig az y2 ^X “ γ+[Λ - (K+l) Y¹]^ alakban, ahol X és Y az aszferikus felület egy pontjának egymáshoz tartozó koordinátái, r a középponti sugár és κ a lencse aszferikus állandója.

A kúpszeletek meghatározásában szerephez jutó kúpállandók között találjuk az excentricitást, amelyet a κ = -e² kifejezés határoz meg, valamint a p tényezőt, amelyre a p = 1-e² kifejezés érvényes.

Az aszferikus állandó a kúpszelet alakját határozza meg. Ha e = 0, akkor κ = 0, ez esetben a kúpszelet kör alakú. Ha κ értéke 0 és -1 között van, akkor a 0 és 1 közötti excentricitással jellemzett ellipszist kapjuk. A parabolához az e = 1 (K = -1) összefüggés tartozik. A hiperbola esetén az e excentricitás értéke 1-nél nagyobb, és így κ értékére a -1-nél kisebb értékek adódnak.

A hagyományos megoldások értelmében a lencsék felületét gömbi vagy közel gömbi felületként alakítják ki. Az elméleti esetet tekintve, vagyis végtelen vékony héjú lencsét feltételezve a gömbi felület ideális, mivel a lencsén áthaladó fény fokuszálását ideális pontossággal biztosítja. A ténylegesen előállított lencsék vastagsága azonban nem tekinthető végtelenül kicsinek, ezért figyelhetők meg a jól ismert különböző optikai torzítások, mint például a szférikus, a komatikus torzítás, a párna vagy hordó alakú torzítások, az asztigmatizmus, amikoris a pontszerű fényforrásból származó és a lencse különböző területein áthatoló fénysugarak nem azonos pontban találkoznak. Ez bizonyos zavart okoz a látásban. Ezenkívül problémát jelent az is, hogy a tisztán szférikus lencsék nem alkalmasak az asztigmatizmus korrigálására, illetve az öregkori távollátást javítására.

A különböző látáshibák javítására éppen ezért különböző felületi kialakítású lencséket terveztek meg, amelyek típusonként alkalmasak például a szférikus aberráció, a szemlencse asztigmatizmusának javítására, bifokális hatás kifejtésére, vagyis a nem megfelelően működő szem számára lehetővé tenni a közeli és a távoli látást. A különböző lencsefajták azonban több közös hibával rendelkeznek, így számos esetben elmosódott vagy életlen képet adnak, az éles fokuszálást több változatuk csak egy adott távolságtartományban teszi lehetővé.

Az optikai aberrációk intenzitásának csökkentésére dolgozták ki az elliptikus felületű aszferikus lencséket. Ezek közül jól ismertek a parabola alakú tükrök, amelyeket csillagászati távcsövekben használnak, vagy pedig a kis excentricitású elliptikus felületű lencsék, amelyek a kis torzítású kontaktlencsék alapjául szolgálnak.

Ha csak magát az aszferikus lencsét kell megtervezni, jól ismert alapelvekre lehet támaszkodni. A gyakorlatban erre a célra számítógépes módszereket fejlesztettek ki, amelyekhez számos programcsomag kapható. Ezekben az előbb feltüntetett képlet felhasználásával aszferikus lencse kialakításához határoznak meg információkat. Ilyen rendeltetésű programcsomagok szerezhetők be például a Sinclair Optics Inc. cégtől (Super OLSO néven) az Optical Research Associates cégtől (Coda-V néven), vagy a Genesee Optics Inc. cégtől (GENÜ-PC néven). Ezeket a programcsomagokat tekinthetjük jelenleg a legelterjedtebbeknek. Bár különböző elvekre támaszkodó megközelítést alkalmaznak, mégis mindhárom programcsomag az aszferikus lencse számításában lényegében azonos eredményekre vezet. Ha a feladat az emberi látáshiba korrigálása, a megfelelő gondossággal megtervezett elliptikus felületű lencse igen jól javítja a fokuszálás rendellenességeit. Ha azonban a rendszerbe az emberi szemet is figyelembe kell venni, az elliptikus felület alig eredményez jobb hatást, mint a gömbi felületek. Ez annak tudható be, hogy az emberi szem az aberrációk szempontjából az elliptikus lencsénél több hibát tartalmaz, ezért az utóbbi nem tudja teljes mértékben kompenzálni az emberi szemből és a lencséből összetett rendszer optikai hibáit.

A szakirodalomból ismertté váltak olyan eljárások, amelyek segítségével nem gömbi felületű lencsék állíthatók elő látáshibák korrekciója céljából, így az US-A 4 170 193 Isz. szabadalmi leírás (bejelentője Volk) olyan lencsét ismertet, amely perifériájának irányában a dioptriát növelve biztosítja a fénynyaláb összefogásának nem megfelelő voltából eredő látási hiba korrekcióját. Mivel sem ez a lencse, sem pedig az irodalomból korábban ismertté vált lencsék nem pontosan gömbi felületűek, de nem is igazán aszferikusak, ezért bennük magasabbrendű deformációs együtthatókat is figyelembe vesznek. Ennek eredményeként a jelen találmány szerintitől jelentős mértékben eltérő alakú felületet kapnak. Az ellaposodó görbe, amely hiperbola jellegű, a periféria irányában kissé csökkenő dioptriás tényezőt eredményez. A korábbi lencsetervezési módszerek a különböző optikai problémák megoldását a pontosan vett gömbi felület torzításával kívánták elérni, de nem sikerült a javítást úgy lehetővé tenni, hogy a szem recehártyájára jutó kép torzítását csökkentenék.

Az ismertté vált és a fentiekben bemutatott hibával terhelt lencsetervezési módszerek általános elteijedésére az ad magyarázatot, hogy ily módon nincs szükség az emberi szemből és a lencséből álló rendszer megtervezésére. Ma2

HU 213 124 Β gának a lencsének az alakját annak feltételezésével tervezik meg, hogy az aberrációk korrekcióját ez az egyetlen elem biztosítja, pedig az emberi szemben számos olyan tényező fedezhető fel, amely a fénysugarak fokuszálását hozza létre, vagy azt befolyásolja. Ilyen tényezőt jelent például a szaruhártya felülete, vagy a szemlencse természetes felülete. Az elliptikus felület igen alkalmas a lencse által létrehozott aberrációk csökkentésére, de amikor a lencsét abba a rendszerbe helyezzük, amely az emberi szem minden fénytörő felületét tartalmazza, kiegészítő aszferikus korrekcióra van szükség.

A találmány feladata olyan eljárás kidolgozása, amely az emberi szem jelenlétét figyelembe véve az eddigi megoldásokhoz képest a látás jobb korrekcióját biztosítja.

A találmány alapja az a felismerés, hogy a lencse felületét hiperbolikus vagy parabolikus felülettel kell kialakítani, az ilyen jellegű korrekciót biztosítva a fény hatékonyan a recehártyán fókuszálható.

A feladat megoldásával olyan újszerű aszferikus lencse jön létre, amelynek fényáteresztő anyagon kiképzett, fényt szem recehártyájára fókuszáló forgásszimmetrikus aszferikus felülete van, és lényege, hogy az aszferikus felület az y^{2 X} r+ít² - (K+l) Y²]¹^ egyenlet határozza meg, ahol X és Y az aszferikus felület pontjainak összetartozó koordinátái, r a középponti sugár, κ pedig az általánosan használt aszferikus állandó, amelynek értéke a találmány értelmében legfeljebb -1. A találmány szerinti aszferikus lencse különösen előnyösen alkalmazható látásjavítási célokra, ha az aszferikus felületet konvex hiperbola alakú kúpszelet alakja határozza meg, amikor κ értéke kisebb -1nél, de adott esetben célszerű lehet a parabola alakban kiképzett felület is, amelynél K = -1.

Mindenekelőtt kontaktlencse létrehozása szempontjából igen célszerű a javasolt eljárással készült aszferikus lencsének az a kiviteli alakja, amely az aszferikus felület mellett emberi szem külső felületéhez illeszkedő konkáv gömbi görbületi sugarú második felülettel van kiképezve. Ugyancsak ebből a szempontból különösen előnyös, ha az elkészült aszferikus lencse hidrofil tulajdonságú polimer anyagból áll.

Általában, mint említettük, az aszferikus felület hiperbolikus görbülettel van kiképezve. Látásjavítás szempontjából az aszferikus lencse konvex és konkáv felülettel megvalósított változatai azonos értékűek. Ugyanúgy, a parabolikus görbülettel kiképzett felület lehet akár konkáv, akár konvex alakzat.

A találmány szerinti eljárással célszerűen készíthető szem belsejébe kerülő lencse.

A látáshibák különösen hatékony korrigálását teszi lehetővé a javasolt eljárással kialakított aszferikus lencsének az a kiviteli alakja, amelyben egy további konvex gömbi, konvex aszferikus, konkáv gömbi, konkáv aszferikus vagy sík felületként kiképzett második felület van, ahol az aszferikus felületet, ha kialakítására sor kerül, ugyancsak az yz ^X r+tr² - (K+l) Y²]* egyenlet határozza meg. A képletben X és Y az aszferikus felület pontjainak összetartozó koordinátái, r a középponti sugár, κ pedig az általánosan használt aszferikus állandó, amelynek értéke legfeljebb -1.

Ugyancsak igen előnyös a találmány szerinti eljárásnál az a lehetőség, hogy az aszferikus lencse egy darabként fényáteresztő műanyagból, műgyantából, egyéb polimerből, üvegből vagy zselészerű anyagból képezhető ki, és különösen célszerű az, hogy a javasolt módon (-20,00)-(+20,00) dioptria optikai törőképességű látásjavító lencsék készíthetők.

A találmány elé kitűzött feladat megoldásaként aszferikus lencse kialakítására szolgáló eljárást dolgoztunk ki, amikoris fényáteresztő anyagon legalább egy forgászszimmetrikus felülettel ellátott, fényt szem recehártyájára fókuszáló felületet alakítunk ki, ahol a találmány értelmében a forgásszimmetrikus aszferikus felületet az y^{2 X} “ r+fr² - (K+l) Y²]* egyenletnek megfelelően képezzük ki, ahol X és Y az aszferikus felület pontjainak összetartozó koordinátái, r a középponti sugár, κ általánosan használt aszferikus állandó, amelynek értéke legfeljebb -1, amihez először emberi szemből és tervezett lencséből álló rendszer matematikai modelljét állítjuk fel, a modell alapján fénysugarak útját a rendszeren keresztül követjük és a különböző lehetőségeket elemezzük, majd a κ aszferikus állandó értékét úgy változtatjuk, hogy minimális képtorzulású és maximális élességű fókuszt eredményező fényutakat mutató, mégpedig célszerűen kontaktlencsét vagy szembe kerülő lencsét tartalmazó lencse-szem rendszert készítsünk.

A találmány szerinti eljárást célszerűen úgy valósítjuk meg, hogy a κ aszferikus állandó értékét mintegy -1 és mintegy -2 között változtatva hajtjuk végre az emberi szemből és lencséből álló rendszer elemzését, amihez előnyösen matematikai modellként modulációs átmeneti frekvenciákat generáló Fourier-transzformációs függvényt alkalmazunk. Ennek során a látásjavító rendszer előállítására a modulációs átmeneti frekvenciákat diffrakciós határral hasonlítjuk össze.

A találmány szerinti eljárást célszerűen úgy valósítjuk meg, hogy ezzel a normál szem optikai törőképességét túllépő lencsével ellátott emmetróp (normál látást eredményező) látásjavító rendszert alakítunk ki.

A találmány szerinti eljárás egy még további előnyös megvalósítási módjában pontszerű fényforrást feltételezve a recehártyára a szemből és a lencséből álló rendszeren keresztül jutó fényből keletkező folt méreteit minimalizáló és azt a recehártyán, vagy annak közvetlen közelében létrehozó rendszert alakítunk ki.

A találmány szerinti eljárás megvalósításával kialakí3

HU 213 124 Β tott lencse alkalmas öregkori és szokásos távollátás, rövidlátás és asztigmatizmus javítására. Adott esetben egyéb látáshibák korrekciójában is hasznos lehet.

A találmány tárgyát a továbbiakban példakénti kiviteli alakok, illetve megvalósítási módok alapján, a csatolt rajzra hivatkozással ismertetjük részletesen. A rajzon az

1. ábra a találmány szerinti eljárással előállított kontaktlencse elölnézete, a

2. ábra az 1. ábrán bemutatott kontaktlencse 2-2 vonal mentén vett keresztmetszete, a

3. ábra a találmány szerinti eljárással előállított, szem belsejébe kerülő lencse elölnézete, a

4. ábra a 3. ábrán bemutatott, szem belsejébe kerülő lencse 4—4 vonal mentén vett keresztmetszete, az

5. ábra pontszerű fényforrás recehártyán keletkező képének pontosságát a pupilla átmérőjének függvényében bemutató grafikon, ahol rövidlátó szemből és hiperbolikus felületű kontaktlencséből, rövidlátó szemből és gömbi felületű kontaktlencséből álló rendszer, valamint normál látású szem megfelelő jellemző paraméterei vannak feltüntetve, ahol a lencsék optikai törőképessége a rövidlátás szempontjából optimális, a

6. ábra az 5. ábrán bemutatott képek esetén a recehártyához képest a legjobb fokuszálású pontok helyzete, a

7. ábra ugyanolyan középponti vagy csúcssugárral rendelkező gömbi felületű és aszferikus felületű lencsék görbületének grafikai összehasonlítása, a

8. ábra hagyományos korrekciós lencsével kiegészített szem felbontóképességét, valamint a felbontóképességnek a diffrakció maximumából eredő elméleti határértékét bemutató tipikus modulációs átviteli függvény, a

9Aábra lencséből és rövidlátó szemből álló optikai rendszer modulációs átviteli frekvenciájának és diffrakciós határának összehasonlítása, ha κ = 0, a

9B ábra lencséből és rövidlátó szemből álló optikai rendszer modulációs átviteli frekvenciájának és diffrakciós határának összehasonlítása, ha κ = -0,50, a

9C ábra lencséből és rövidlátó szemből álló optikai rendszer modulációs átviteli frekvenciájának és diffrakciós határának összehasonlítása, ha k =-1,00, a

9D ábra lencséből és rövidlátó szemből álló optikai rendszer modulációs átviteli frekvenciájának és diffrakciós határának összehasonlítása, ha k =-1,6858, a

9E ábra lencséből és rövidlátó szemből álló optikai rendszer modulációs átviteli frekvenciájának és diffrakciós határának összehasonlítása, ha κ = -1,850, míg a

9F ábra lencséből és rövidlátó szemből álló optikai rendszer modulációs átviteli frekvenciájának és diffrakciós határának összehasonlítása, ha κ = -2,50.

A jelen találmány megvalósítása során az emberi szemet az optikai sugármenetek elemzésének módszerével kapott leképezés alapján vesszük figyelembe, hogy így a lencséből és a szemből álló optikai rendszer megfelelő leképezési funkcióit biztosítsuk. Az emberi szem modelljét az irodalom alapos tanulmányozásával, az emberi szem fiziológiájának, a fiziológiai optikának és az anatómiának a figyelembevételével lehetett kialakítani. Ebből a szempontból iránymutató Gullstrand (1862-1930) ún. vázlatos szemmodellje, amelynek alapját az akkor rendelkezésre álló anatómiai adatok és a kutató saját vizsgálatai képezték. A Gulstrand-féle szemmodell centrikus szférikus felületeket tartalmaz és a XX. század folyamán alapul szolgált az emberi szem elsőfajú képalkotó képességének értékeléséhez, amikor a kép lokalizációját követték, de a kép torzulásait nem.

A Gullstrand-féle szemmodell az átlagos emberi szemet képviseli. Ehhez viszonyítva jelentős egyéni eltérések lehetségesek. A modell kialakítása óta eltelt időben a méréstechnika fejlődésével lehetővé vált az emberi szemre jellemző törésmutató térbeli eloszlásának követése és a szemet alkotó különböző részek aszferikus görbületének pontosabb mérése. így a Gullstrand-féle modell kiindulási pontként szolgált, amikor a szemre vonatkozó modem anatómiai ismeretek figyelembevételével az összetett szemmodellt kidolgoztuk.

Az összetett szemmodell lényegében három lencséből álló rendszernek tekinthető, ahol a korrekciós lencsék mellett megtalálható a szaruhártya, valamint a szem kristályos lencséje. Ez a sugármenet elemzése szempontjából tizenhárom felületre bontható, amelyek a következők:

1) tárgy;

2) a korrekciós lencse belépő felülete;

3) a korrekciós lencse kilépő felülete;

4) könnyréteg;

5) a szaruhártya belépő felülete;

6) a szaruhártya kilépő felülete és csamokvíz közötti átmeneti felület;

7) csamokvízbe merülő pupilla;

8) a szemlencse belépő kéregállománya;

9) a szemlencse belépő belső állománya;

10) a szemlencse kilépő belső állománya;

11) a szemlencse kilépő kéregállománya;

12) üvegtest;

13) recehártya.

A kép rendszerint nem a recehártyán képződik. Ez a törésmutató hibáinak következménye. A sugármenet elemzésének technikája alapján a recehártyához képest kialakuló aktuális helyzet és a két minősége meghatározható.

A találmány értelmében például az 1. és 2. ábrán látható 1 lencsét alakítjuk ki, amely alkalmas kontaktlencseként való felhasználásra. Az 1 lencse forgásszimmetrikus 2 hiperbolikus felülettel és konkáv 3 gömbi felülettel van kiképezve. A 3 gömbi felület görbületi sugara az emberi szem külső felületével konform és

HU 213 124 Β így az 1 lencse jól illeszkedik a szem felületére. Az 1 lencse méreteit a felhasználás célja határozza meg, vagyis átmérője mintegy 12...15 mm lehet, vastagsága pedig a mintegy 0,050...0,400 mm értéktartományba esik.

Ugyancsak a találmány értelmében a 3. és 4. ábrán látható 4 lencsét szintén létrehozhatjuk, amely mindenekelőtt szem belsejébe kerülő lencseként való felhasználásra szolgál. A 4 lencse forgásszimmetrikus 5 hiperbolikus felülettel és konkáv 6 gömbi felülettel van kiképezve. A 4 lencse átmérője mintegy 4...7 mm, vastagsága pedig legfeljebb hozzávetőlegesen 0,7... 1,0 mm.

A jelen találmány szerinti aszferikus lencse méreteit a fenti értéktartományok nem kizárólagos, hanem csak példakénti jelleggel határozzák meg, azok mindössze útmutatást jelentenek szakember számára ahhoz, hogy az egyes felhasználási céloknak megfelelően a létrehozandó lencse (lencsék) méreteit meghatározhassa.

A találmány értelmében a lencsét általában legalább két szimmetrikus aszferikus felülettel alakítjuk ki, de legalább egy felületnek szimmetrikus aszferikus jellegűnek kell lennie, amit a fentiekben már idézett y2 ^X r+[R - (K+l) Y²]* képlet határoz meg, ahol X és Y az aszferikus felület egy pontjának egymáshoz tartozó koordinátái, r a középponti sugár, κ pedig a lencse aszferikus állandója, amelynek értéke a találmány értelmében legfeljebb -1, annál általában kisebb. A felületre jellemző görbület előnyösen hiperbolikus jellegű, vagyis K<-1, bár adott esetben a parabolikus jelleg, tehát a K = -l értékű aszferikus állandóval jellemzett felület ugyancsak előnyös lehet. Az aszferikus felület lehet konkáv vagy konvex, ha a lencsét több (két) ilyen felülettel hozzunk létre, bármelyik lehet konvex vagy konkáv.

Az emberi szemből és lencséből álló látásjavító rendszerek jellemzőinek javítása a találmány szerinti lencse feladata. Ezt úgy fogalmazhatjuk meg, hogy a feladat az

5. ábra szerint a recehártyán az éles fókusz biztosítása. Az

5. ábra görbéjét számítógépes sugárelemzéses módszerrel vettük fel és ez azt mutatja, hogy pontszerű fényforrás leképzése esetén a recehártyán képződő elmosódott folt mérete a hiperbolikus belépő felülettel meghatározott lencsével korrigált rövidlátó szem esetében kisebb, mint az emmetropikus (normál látású) szem, vagy a gömbi felületű lencsével korrigált rövidlátó szem esetében.

A 6. ábrán bemutatott paramétereket eredményező mérések bizonyítják, hogy a recehártyán való fokuszálás pontossága a találmány szerinti kialakítású lencse alkalmazásakor javul. A 6. ábrán látható görbéket szintén számítógépes sugármenet elemzéssel határoztuk meg, ez azt bizonyítja, hogy a fókuszált kép helyzete a hiperbolikus lencséből és a szemből álló rendszer esetén van a legközelebb a recehártyához.

A fentiekben vázolt megoldás eredményeként adódik az a jelentős előny, hogy a találmány szerint kialakított lencse segítségével különösen asztigmatizmus és öregkori távollátás esetén lehet jó eredményeket elérni.

Az asztigmatizmus korrekciójánál a szokásos megközelítés az, hogy a radiális aszimmetriát kiegészítő módon vagy a normál szemlencsében vagy a recehártyán kompenzáló radiális irányban aszimmetrikus lencsét alakítanak ki. Ez a megközelítés azt igényli, hogy nagyobb számú lencsét készítsenek és építsenek be, aminek révén nemcsak az alaphiba, hanem a radiális aszimmetriák is javíthatók. A lencsét alkalmassá kell tenni arra, hogy a szemhez képest radiális helyzetét megtartsa, mivel így a lencse radiális változása illeszkedik a szem radiális irányú követelményeihez. A fenti ismertetésből nyilvánvaló, hogy ez a feladat bonyolult megoldásokat igényel, rendkívül nehezen oldható meg.

A fényt nem megfelelően összegyűjtő természetes szemlencse esetében a kompenzációt osztott lencsék alkalmazásával szokásos elérni. Ilyenkor két vagy több fókusztávolsággal jellemzett lencsét készítenek mind a közelebbi, mind pedig a távolabbi objektumok megkülönböztetésére, bár ma már ismeretesek olyan diffraktív vagy refraktív lencsék, amelyek két vagy több fókusztávolságuk révén mind a közeli, mind a távoli objektumok esetében a látást jól segítik. Ez az optikai rendszer azonban a beeső fényt a különböző fókuszpontok között szétosztja, és minden fókusz a recehártya minden pontján megjelenik. Ez annyit jelent, hogy az egyes fókuszpontokba jutó fény, vagyis a recehártyán érzékelhető kép intenzitása csökken.

Az aszferikus lencse asztigmatizmusban vagy öregkori távolbalátásban szenvedő személyeknél nem vizuális kompenzáció, tehát változó optikai törőképesség és többszörös fokuszáltság révén biztosít látásjavítást, hanem a korrekciós lencséből és a szemből álló rendszer működését javítja olyan értelemben, hogy az asztigmatizmus vagy az öregkori távollátás ellenére a rendszer jellemzői közel állnak ahhoz, ami a normál látású személy látásánál megfigyelhető.

Mindez annak következménye, hogy a recehártyán az egyes beeső pontszerű fények miatt kialakuló foltok mérete annyira lecsökken, hogy az már kisebb, mint ami a normál látású szemben segédeszköz nélkül, vagyis csak a természetes szemlencse működése során kialakul. Az aszferikus korrekciós lencséből és a szemből álló rendszer optikai teljesítménye kiváló, az aszferikus javítás következtében az öregkori távollátás vagy az asztigmatizmus miatt a recehártyán kialakuló pontelmosódás méretei csökkennek, adott esetben az elmosódás mértéke a normál szemben kialakuló mérték alá süllyed.

A találmány szerinti, megfelelően megtervezett aszferikus lencse felhasználásával végeredményben szinte minden fokuszálás! hiba javítható. A vizsgálatok szerint a találmány szerinti eljárással mintegy +20,00 és -20,00 dioptria közötti optikai törőképességű lencsék készíthetők.

A 7. ábra azt bizonyítja, hogy a fenti egyenlettel meghatározott 10 aszferikus görbe és ugyanolyan r csúcssugarú 11 szférikus görbe között milyen különbségek vannak. A rendszert jellemző 12 csúcshoz viszonyított X_a vagy X_s távolságon Y_a pontjelölhető ki a 10 aszferikus görbén, míg Y_s pont a 11 szférikus görbén.

HU 213 124 Β

Minél távolabbra esik az Xa vagy X_s távolság a 12 csúcstól, annál nagyobb az Y_s-Y_a különbség.

Az előbb említett tulajdonságokkal jellemzett aszferikus lencsét olyan módszerrel tervezhetjük meg, amelyben a sugármenetek elemzésének elvét hasznosítjuk, és így állapítjuk meg, helyes képalkotáshoz milyen pályát kell a fénysugaraknak a korrekciós lencséből és a szemből álló rendszerben befutniuk, amihez az emberi szem bonyolult matematikai modelljére és a korrekciós lencse optikai jellemzőire van szükség. Az utóbbi vastagsága, görbülete, anyagfüggő törésmutatója matematikai úton modellezhető, a sugármenet elemzésével olyan számítások hajthatók végre, amelyek révén egy adott szemhez a legkedvezőbb lencseparaméterek meghatározhatók. Ez utóbbi paramétereket a fókusz élessége és a képtorzítás minimuma jelöli ki. Kitűnt, hogy az optimális lencsefelépítést általában a -2.. .-1 tartományba eső aszferikus állandó jelöli ki.

A képelemzés fontos alkotórésze az optikai rendszeren áthaladó fénynyalábok minél nagyobb számának követése. A fénynyaláb terjedésének követése során lényeges, hogy a fénynyaláb helyzetét és szögváltozását az egyik optikai közegből a másikba való áthaladás során meghatározzuk. Itt az optikából jól ismert, klasszikusnak tekinthető Snell-törvény érvényesül, amely szerint η^ιηθ, = n₂sin©₂. Könnyen belátható, hogy az előzőekben felsorolt tizenhárom határfelülettel jellemzett rendszer esetében már egyetlen sugár menetének végigkövetése is rendkívül sok munkát jelenthet. Nyilvánvalóan a több száz sugár menetének vizsgálatát igénylő eljárások végrehajtása során minden összetevő lencsére nagyon nagy számú matematikai műveletet kell végrehajtani.

A képalkotás hibáinak elemzéséhez sokféle eljárás áll rendelkezésre. A hagyományosan értelmezett Seidel-féle aberrációk vagy a képminőség leromlása már néhány sugármenet elemzésével is kimutathatók. A képminőség osztályozásának széles körben elfogadott általános módszere a modulációs átviteli függvények elemzése. Ez lényegében a korábbiakban használt felbontásos módszerek továbbfejlesztését jelenti.

A 8. ábra szerint a modulációs átviteli függvényt úgy határozhatjuk meg, mint objektum finomfelületi mutatóitól vagy a térbeli frekvenciától függően megállapított modulációt vagy kontrasztot vagy felbontást (ez utóbbit 0 és 1 közötti mérőszámmal jellemezve). A modulációs átviteli függvény tipikus menetét a 8. ábra mutatja, ahol lencsesorozatból, ideértve az emberi szemből és korrekciós lencséből álló optikai rendszer felbontóképességét mutatjuk be az elméletileg elérhető határértékkel együtt.

Az objektum a 8. ábra szerinti X-tengely alatt elhelyezkedő csíkokat jelenti, amelyek térbeli frekvenciája O-tól levágási értékig változik, eközben növekszik. Az Y-tengelyen feltüntetett, zérustól egyig terjedő értékek skálája a csíkok felbontásának mértékét jelzi egy adott optikai rendszernél és az elméletileg elérhető diffrakciós határnál. Ha az Y értéke 1, a csíkok megkülönböztetése tökéletes, a fehér és fekete képek élesen elválnak. Az Y érték csökkenésével a kép fokozatosan „elszürkül”, vagyis a fekete és a fehér közötti különbség csökken. Az Y érték zérusra való lecsökkenésekor a csíkok megkülönböztetésének teljes hiánya állapítható meg.

A modulációt úgy határozhatjuk meg, hogy a különböző térbeli frekvenciáknál maximális és minimális szintű elszürkülést számítunk mind a fehér, mind a fekete csíkoknál. A modulációs átviteli függvény a maximális és minimális kontrasztok arányszámából adódik. A függvényt egy meghatározott szinten az általunk diffrakciós határnak nevezett küszöb korlátozza, amely megfelel a tökéletes optikai rendszer által elérhető modulációs kontrasztnak.

Optikai eszköz esetében, bármilyen jellegű is legyen az, a felbontóképességet úgy határozhatjuk, meg, hogy megállapítjuk, mi az a minimális távolság, amelyen két egymástól jól elváló objektumot elhelyezve a szem még két különálló objektumot észlel. Ez egyenesen arányos a szemlencse nyílásának átmérőjével és fordítva arányos az alkalmazott fény hullámhosszával. A diffrakció a nyíláson, annak különböző részein áthatoló fény nyalábokból vagy áttetsző objektum körüli különböző pontokból eredő fénynyalábokból azok újbóli egyesítésével keletkező interferenciacsíkok formájában jelenik meg. A diffrakció és az interferencia minden hullámjelenség esetében megfigyelhető. A diffrakció ennek megfelelően minden optikai eszköz felbontóképességét korlátozza.

Ha viszonylag nagy méretű és egymástól távol elhelyezkedő fekete és fehér csíkokat tekintünk, a lencsének nem okoz problémát ennek pontos reprodukálása. Ahogy a csíkok egymáshoz közelednek, a diffrakció és az optikai aberrációk miatt a világos csíkoktól eredő fény egy része a sötét tartományokba szóródik, vagyis a világosabb csíkok fokozatosan elmosódnak, a sötétebb tartományok világosabbá válnak, végül kialakulhat az az állapot, amikor a sötét és világos tartományok megkülönböztethetősége megszűnik, a felbontóképesség lényegében zérus.

A modulációs átviteli függvényt úgy állapíthatjuk meg, hogy a rendszerben nagyobb számú sugár optikai útját követjük, a kép helyzetét tekintve a sugarakhoz tartozó sűrűségeloszlást értékeljük. A kép foltjába eső sugarak a leglényegesebbek. Minél kisebb a folt mérete, annál jobb a kép. A foltot jelképező diagrammokat a modulációs átviteli függvénybe transzformáljuk, mégpedig úgy, hogy a pontszerű objektum képét pontszerű szórási függvénynek tekintjük, a rendszeren való áthaladás során bizonyos mértékű elmosódást állapítunk meg. így a kép szórást mutat. A pontszerű vagy pontszerű szórási függvényt Fourier-transzformációnak alávetve kapjuk a modulációs átviteli függvény menetét. Az utóbbihoz tartozó frekvencia minimális értéke zérus (a villamosmérnöki szóhasználatban ez az egyenáramot jelentené), ettől kezdve maximumig vagy levágási frekvenciáig növekszik, amelyen túllépve az objektum képpé már nem bontható fel.

Az optikai rendszerek egy vagy több felület vastagságának, görbületi sugarának, felületi aszferikus jellegének, a felületet hordozó anyag, stb. változtatásával

HU 213 124 Β módosíthatók. Az ismert numerikus számítási módszerekre támaszkodva a számítógépek lehetővé teszik a különböző változó paraméterek segítségével kapott eredmények gyors megállapítását, akár az aberrációt, akár a foltméretet, akár a modulációs átviteli függvényt használjuk.

A tervezési módszer lényege az, hogy a képhez tartozó helyzetekben a sugarakat jellemző sűrűséget elemezzük. Ehhez Fourier-transzformációs függvényeket alkalmazunk, amelyek biztosítják a modulációs átviteli frekvenciák generálását. Mivel igen nagy mennyiségű számítási munkára van szükség, ezért célszerű ezt a műveletet számítógéppel elvégezni. Ilyen jellegű példakénti számítások eredményei a 9A, 9B, 9C, 9D, 9E és 9F ábrákon láthatóak. Ezek az ábrák a modulációs átviteli frekvencia és a diffrakciós határ összehasonlítását mutatják be közellátó szemből és lencséből álló rendszer esetére, mégpedig a korrekciós lencse felületére jellemző aszferikus állandó különböző értékei mellett. Az eredmények azt bizonyítják, hogy a leghatásosabbak azok a lencsék, amelyeknél a K aszferikus állandó értéke -1 és -2 között van, vagyis az aszferikus felület hiperbolikus.

Amikor az emberi szemhez korrekciós lencsét tervezünk, a találmány értelmében a korrekciós lencse felépítését választjuk a feladatnak megfelelően.

Ha kontaktlencsét kell készíteni, a találmány szerint aszferikus belépő felület és konkáv gömbi kilépő felületet hozunk létre, ahol az utóbbi a szem külső felületéhez jól illeszthető méretekben készíthető el, így a lencse hordása nem jelent kényelmetlenséget.

Ha a szem belsejébe kerülő lencsét kell készítenünk, általában az egyik felület konvex aszferikus görbével határozható meg. A másik felület ezzel szemben sík, konkáv gömbi, konvex aszferikus, konkáv aszferikus vagy konkáv szférikus lehet. Mindez azonban csak javaslat, a konkrét feltételek ettől eltérő megoldásokat is szükségessé tehetnek.

Ha a szem elé kerülő, attól elválasztva használt optikai eszközt készítünk, a lencse belépő és kilépő felületei egymástól függetlenül lehetnek akár konkávak, akár konvexek. Közülük azonban legalább egynek aszferikusnak kell lennie. A belépő felület az, amelyet általában konvex felületként alakítunk ki, míg a kilépő felület konkáv alakú.

Az emberi látással kapcsolatos fokuszálást problémák korrekciójának egy másik lehetőségét a szemen végrehajtott sebészeti beavatkozások adják, mégpedig a hagyományos módon végzett operációk vagy a lézeres látásjavító műtétek. A festéklézerek különösen alkalmasak a jelen találmány szerinti eljárás megvalósításánál. Ebben az esetben a szaruhártya megfelelő hiperbolikus alakját - ezt a látás optimális feltételei jelölik ki - a találmány szerinti értéktartománnyal határozzuk meg és azután a szaruhártyát ismert módon az így kijelölt kívánt alakra hozzuk. Ebben az esetben nincs szükség korrekciós lencse alkalmazására (legalábbis a legtöbb asztigmatizmussal és öregkori távollátással küszködő személy esetében), a látásélesség jobb lehet, mint amit a természetes látás, az emberi szem „tökéletes” gömbi lencséje biztosítani tud.

Bár a jelen találmány szerinti eljárással kialakított aszferikus lencse előnyei egyetlen aszferikus felület létrehozásával is biztosíthatók, a találmány értelmében igen előnyös, ha többszörösen aszferikus felületeket használunk, akár egyetlen lencsén, akár lencserendszeren megvalósítva.

A találmány szerinti eljárással a lencsét bármilyen megfelelő minőségű optikai anyagból létre lehet hozni. Ezen anyagok között említhető az optikai üveg, az átlátszó műanyag, de különösen célszerű az áttetsző önthető műanyagok alkalmazása. Ez utóbbiak közé tartoznak a polimerek, ideértve a fluorozott készítményeket, a műgyanta jellegű anyagok, a szilárd vagy puha zselészerű anyagok, a merev gázáteresztő kompozíciók és hasonlók. A találmány szerinti eljárással létrehozott lencsék talán legkedvezőbb alapanyaga a metakrilát bázisú monomerből polimerizált hidrofil tulajdonságú polimer.

A találmány szerinti eljárást alapvetően aszferikus kontaktlencsék és szembe kerülő lencsék kialakításához használjuk, de a javasolt eljárás és kialakítás szemüveglencsék létrehozására ugyancsak alkalmas.

A találmány szerinti eljárással aszferikus lencse számos különböző módon elkészíthető. Az elkészítés technológiája szakember számára nyilvánvaló lépéseket jelent, a technológiai folyamatot pedig az igénypontokban foglalt alapvető intézkedések határozzák meg.

Claims (8)

1. Eljárás aszferikus lencse kialakítására, amikoris legalább egy forgásszimmetrikus felülettel ellátott, fényt szem recehártyájára fókuszáló felületet alakítunk ki fényáteresztő anyagon, azzal jellemezve, hogy a forgásszimmetrikus aszferikus felületet az y2 ^X “ r+fr² - (K+l) T²]⁹⁵ egyenletnek megfelelően képezzük ki, ahol X és Y az aszferikus felület pontjainak összetartozó koordinátái, r a középponti sugár, κ pedig az általánosan használt aszferikus állandó, amelynek értéke legfeljebb -1, amihez először emberi szemből, és tervezett lencséből álló rendszer matematikai modelljét állítjuk fel, a modell alapján különböző irányú fénysugarak útját a rendszeren keresztül követjük, majd a κ aszferikus állandó értékét változtatjuk, és ezzel minimális képtorzulású és maximális élességű fókuszt eredményező fényutakat mutató lencse-szem rendszert tervezünk.

2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy kontaktlencse-szem rendszert tervezünk.

3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a κ aszferikus állandó értékét mintegy -1

HU 213 124 Β és mintegy -2 között változtatva hajtjuk végre az emberi szemből és lencséből álló rendszer elemzését.

4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy matematikai modellként a modulációs átmeneti frekvenciákat generáló Fouriertranszformációs függvényt alkalmazzuk.

5. A 4. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy látásjavító lencse-szem rendszer előállítására a modulációs átmeneti frekvenciákat diffrakciós határral hasonlítjuk össze.

6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezye, hogy a normál szem optikai erősségét túllépő lencsével ellátott emmetróp látásjavító rendszert alakítunk ki.

7. Az 1-6. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezye, hogy pontszerű fényforrás mellett a recehártyára a szemből és a lencséből álló rendszeren keresztül jutó fényből keletkező folt méreteit minimalizáló és a recehártyán a fókusz kialakulását okozó rendszert alakítunk ki.

8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezye, hogy a recehártyához közeli fókuszt képező rendszert alakítunk ki.