RO112931B1

RO112931B1 - Metoda de proiectare a unei lentile asferice

Info

Publication number: RO112931B1
Application number: RO148055A
Authority: RO
Inventors: H Roffman Jeffrey
Original assignee: Johnson & Johnson Vision Prod
Priority date: 1990-07-24
Filing date: 1991-07-22
Publication date: 1998-01-30
Also published as: BR9102977A; HU912488D0; GR1001038B; IE68945B1; FI913537A0; ES2089138T3; CA2047507A1; AU8117291A; CZ229591A3; ATE128248T1; CN1058474A; DK0472291T3; IL98780A0; IE912598A1; FI913537A; YU129591A; HU213124B; JP3022640B2; NZ238960A; EP0472291A1

Description

Prezenta invenție se referă la o metodă de proiectare a lentilelor, care să conducă la realizarea unui sistem ochi lentilă, cu caracteristici optime de corecție și distorsiuni minime ale imaginii, iar lentila astfel obținută să prezinte o suprafață asferică, ce permite utilizarea ei ca lentilă de contact, intraoculară sau de ochelari, în special, o lentilă a cărei suprafață să prezinte o curbură hiperbolică sau parabolică.

Curbura unei suprafețe de lentilă convențională poate fi definită prin referire la o “secțiune conică”. Familia secțiunilor conice cuprinde sfera, parabola, elipsa și hiperbola. Secțiunile conice cu simetrie axială pot fi descrise cu ajutorul unei singure ecuații:

r-[r² [k + 1 ]y²)^1/2 unde: x aparține punctului de pe suprafața asferică aflat în poziția Y, r este raza centrală, iar k este coeficientul de asfericitate.

Celelalte constante ale unei conice, respectiv ceilalți coeficienți asferici sunt excentricitatea e, legată de k prin relația: k = -e² și parametrul p, care este definit ca fiind egal cu ( 1 - e² ).

Valoarea coeficientului de asfericitate determină natura conicei. în cazul sferei e = O și k = O. Elipsa prezintă o excentricitate e cuprinsă între O și 1, iar k ia valori cuprinse între O și -1. Parabola este caracterizată prin e = 1 și deci k =-1.

în cazul hiperbolei, excentricitatea e este mai mare decât 1, iar k este mai mic decât -1.

De regulă, majoritatea suprafețelor de lentilă prezintă o curbură sferică sau cvasisferică. Teoretic, pentru o lentilă infinit de subțire, curbura sferică constituie soluția ideală, prin care să se asigure o reglare corectă a focalizării luminii care traversează lentila. Totuși, în condițiile unei lentile reale, curbura și grosimea introduc bine cunoscutele aberații optice, respectiv aberații sferice, coma, distorsiuni și astigmatism : lumina provenind de la o sursă punctiformă după ce trece prin diversele zone ale lentilei nu mai poate fi focalizată într-un singur punct. Se ajunge astfel la o oarecare neclaritate. Deosebit de aceasta, lentilele pur sferice nu se pretează la corectarea astigmatismului sau la înlăturarea presbitismului.

Acesta este motivul pentru care . există diverse tipuri de lentile special concepute pentru minimizarea aberațiilor sferice, corectarea astigmatismului ocular sau realizarea efectului de dublu focar care permite unui ochi neacomodabil o percepere corectă atât a obiectelor depărtate cât și a celor apropiate. Din nefericire însă, tipurile curente de lentile prezintă o serie de neajunsuri serioase - imagini neclare sau imposibilitatea unei focalizări corecte independent de distanța de vizualizare.

Lentilele asferice având suprafețe eliptice au fost introduse, în vederea reducerii aberațiilor optice. Dintre exemplele bine cunoscute amintim oglinzile obiectiv de formă parabolică ale telescoapelor astronomice și elipsele de mică excentricitate folosite la corectarea aberațiilor la lentilele de contact.

Metoda de proiectare a unei lentile asferice independente este în sine cunoscută. Se comercializează în mod curent diverse pachete de programe bazate pe variante ale ecuației date mai sus și care se utilizează în proiectarea lentilelor asferice. în pofida diverselor moduri de abordare adoptate de fiecare din metodele de proiectare cunoscute și curent folosite , toate aceste pachete de programe au condus la rezultate de calcul identice atunci când au fost aplicate la proiectarea lentilelor asferice. Ori de câte ori se urmărește exclusiv corectarea vizualizării, lentilele eliptice proiectate cu grijă asigură o focalizare îmbunătățită. Atunci când se trece la un sistem care include și ochiul uman, lentilele eliptice nu oferă avantaje semnificative în raport cu cele sferice. Lucrul se explică prin aceea că ochiul prezintă aberații la un nivel care depășește capacitatea de corecție a unei lentile eliptice ca parte componentă a unui sistem lentilă - ochi judecat în ansamblu.

RO 112931 Bl și pe de altă parte la o metodă de realizare a unei asemenea lentile. Lentila prezintă o suprafață asferică axial simetrică de tip parabolă sau hiperbolă definită cu ajutorul următoarei ecuații:

Metodele utilizate în trecut în realizarea unor lentile de corecție pentru ochiul uman au condus la lentilele nesferice. în brevetul US 4710193 acordat lui Volk, se prezintă un tip de lentilă prin care se corectează insuficienta capacitate de acomodare a ochiului recurgând la creșterea puterii dioptrice periferice. Chiar dacă acest tip de lentilă, precum și alte tipuri concepute anterior nu sunt strict sferice, ele nu sunt însă nici pur asferice și se bazează pe o serie de coeficienți de deformare de ordin superior. Aceasta a condus la un tip de suprafață radical diferită de cea pe care o propunem. □ curbă de aplatizare de tip hiperbolă ar putea prezenta o ușoară descreștere dioptrică periferică. Tipurile anterioare de lentile care încercau să rezolve diversele probleme optice prin abatere de la lentilele strict sferice nu își propun o îmbunătățire a vizualizării prin reducerea distorsiunilor imaginii care se formează pe retina ochiului.

Unul din principalele motive pentru folosirea pe scară largă a unor lentile prezentând restricțiile amintite mai sus rezidă în eșecurile repetate înregistrate atunci când se încerca luarea în considerare a sistemului lentilă - ochi în ansamblul său. De regulă, lentilele se proiectează ca și cum ar fi unicul element care · contribuie la introducerea de distorsiuni ale imaginii, în timp ce ochiul însuși prezintă numeroase caracteristici proprii care sunt capabile să influențeze focalizarea imaginii și din care amintim suprafața corneei și cea a lentilei naturale a ochiului. Forma eliptică s-a dovedit utilă în ceea ce privește reducerea aberațiilor introduse de lentila însăși, dar atunci când lentila face parte dintr-un sistem cuprinzând totalitatea suprafețelor refractante ale ochiului uman este necesar să se recurgă la o corecție asferică suplimentară.

Metoda conform invenției pleacă de la constatarea că această corecție suplimentară se prezintă sub forma unei anume hiperbole sau parabole și conduce pe de o parte la o lentilă prin care se asigură focalizarea luminii pe retina ochiului r+(r² ~(k + 1 ]y²)^1/s unde: x aparține punctului de pe suprafața asferică aflat în poziția y, r este raza centrală, iar k este o constantă de asfericitate curent folosită și a cărei valoare este mai mică sau cel mult egală cu -1.

Prezenta invenție își propune să elaboreze o metodă de aproximare sistematică a formei unei lentile asferice, lentila însăși fiind considerată și optimizată ținând seama de faptul că este o parte componentă a sistemului corectiv lentilă ochi luat în ansamblul său.

Această invenție își mai propune ca optimizarea proiectării unei lentile de corecție considerată ca parte componentă a sistemului lentilă - ochi să se facă cu ajutorul funcției de transfer de modulație (scara de modulație de la negru la alb) și al frecvenței spațiale ( prin care se definește gradul de separare al obiectelor prezentând frecvențe spațiale crescânde).

Un alt obiectiv pe care și-l propune prezenta invenție constă în elaborarea unei metode care să conducă la o lentilă cu ajutorul căreia să se optimizeze focalizarea imaginii pe retina ochiului și să se minimizeze aberațiile și neclaritățile.

Prezenta invenție își propune realizarea unui nou tip de lentilă asferică și care să se preteze a fi utilizată ca lentilă de contact, ca lentilă intraoculară sau ca lentilă de ochelari.

Această invenție își mai propune realizarea unei lentile care să poată fi aplicată pe suprafața ochiului sau în apropierea acestuia, lentila fiind caracterizată prin aceea că suprafața sa prezintă o curbură de tip hiperbolă.

Prezenta invenție își mai propune realizarea unei lentile care să poată fi aplicată pe suprafața ochiului sau în apropierea acestuia, lentila fiind caracterizată prin

RO 112931 Bl aceea că suprafața sa prezintă o curbură de tip parabolă.

Un alt obiectiv pe care și-l propune această invenție constă în realizarea unei lentile asferice care să se preteze a fi utilizată de către persoanele care suferă de presbitism, miopie, hipermetropie, astigmatism sau alte deficiențe de focalizare a vederii.

Metoda conform invenției prezintă următoarele avantaje:

- asigură îmbunătățirea preciziei de focalizare;

- asigură o vedere acceptabilă celor ce suferă de astigmatism sau presbitism;

- lentila obținută prin această metodă poate fi utilizată ca lentilă de contact, intraoculară sau de ochelari.

Se dă, în continuare, un exemplu de realizare a invenției, în legătură și cu fig. 1 la 9, care se referă la:

-fig.1, vedere frontală a unei lentile de contact conform prezentei invenții;

-fig.2, secțiune transversală 2-2 prin lentila din fig.1;

-fig.3, vedere frontală a unei lentile intraoculare, conform prezentei invenții;

-fig.4, secțiune transversală 4-4 prin lentila din fig.3

-fig.5, grafic în care se prezintă comparativ dimensiunile imaginii de pe retină a unei surse luminoase punctiforme în funcție de diametrul pupilei în cazul unui sistem format dintr-un ochi miop și o lentilă de contact sferică, un ochi miop și o lentilă de contact hiperbolică și, respectiv un ochi emetrop, în ipoteza că în fiecare din cazuri lentila dispune de capacitatea optimă de corectare a miopiei oculare;

-fig.6, prezintă poziția cea mai bună a focarului în raport cu retina în cazul imaginilor din fig.5;

-fig.7, grafic în care se prezintă comparativ curburile unei suprafețe sferice și ale unei suprafețe asferice având ambele aceeași rază centrală sau la vârf;

-fig.8, grafic reprezentativ al unei funcții de transfer de modulație în care se arată puterea de rezoluție a ochiului prevăzut cu o lentilă de corecție de tip uzual și limita inerentă a puterii de rezoluție datorită limitelor difracției;

-fig.9A la 9F, se compară frecvența transferului de modulație cu difracția limită pentru un sistem alcătuit dintr-o lentilă și un ochi miop; fiecare din aceste figuri prezintă câte o comparație referitor la o anumită valoare dată a coeficientului k, aceasta variind de la k = O în figura 9A până la k = -2,5 în figura 9F.

Metoda conform exemplului de realizare se bazează pe tehnica de urmărire a traiectoriilor razelor optice întro reprezentare schematizată a ochiului uman, în vederea obținerii unui nivel de performanțe încă neatins de vreun sistem cunoscut de corectare format din lentilă și ochi. Acest model al unui ochi uman a fost dezvoltat pe baza unor ample cercetări bibliografice referitoare la fiziologia ochiului uman, optica fiziologică și anatomia ochiului. în principal, punctul de plecare în construirea acestui model îl constituie ochiul schematizat așa cum a fost el definit de Gullstrand (1862-1930). Gullstrand a elaborat aceste modele ale sale pe baza datelor disponibile referitoare la anatomia ochiului și care se datorau atât cercetărilor proprii cât și rezultatelor obținute de alți cercetători. Modelele lui Gullstrand sunt alcătuite din suprafețe sferice centrice și au servit, de-a lungul întregului secol XX, la evaluarea în primul rând a modelului de formare a imaginii în ochiul uman, respectiv localizarea acesteia, fără luarea în considerare a nivelului aberațiilor.

Este cunoscut faptul că există abateri individualizate față de situațiile medii prezentate de Gullstrand; deosebit de aceasta, progresele înregistrate în domeniul metrologiei au permis adâncirea și detalierea studiilor privind distribuția indicelui de refracție și abaterile curburii asferice ale diverselor elemente. Plecând de la modelele schematice elaborate de Gullstrand, îmbogățite cu cunoștințele recente din domeniul anatomiei ochiului, s-a construit un model complex de ochi uman.

într-o primă aproximație, modelul poate fi considerat ca un sistem compus alcătuit din trei lentile și anume lentilele de corecție propriu-zise, corneea și lentila cristalinului ocular. în vederea analizării

RO 112931 Bl traiectoriilor razelor, acest sistem poate fi descompus astfel încât să se ajungă la un număr de 13 suprafețe componente și anume:

1) obiectul;

2) suprafața anterioară a lentilei de corecție;

3) suprafața posterioară a lentilei de corecție;

4) filmul lacrimal;

5) epiteliul corneei;

6) endoteliul corneei la contactul cu corpul apos;

7) pupila din corpul apos;

8) cortexul anterior al lentilei;

9) nucleul anterior al lentilei;

10) nucleul posterior al lentilei;

11) cortexul posterior al lentilei;

12) corpul vitros;

13) retina.

De regulă, imaginea nu se formează pe retină. De altfel, aceasta este definiția erorii de refracție. Prin aplicarea tehnicii bazate pe analizarea traiectoriilor razelor, se pot determina poziția efectivă în raport cu retina precum și calitatea imaginii.

Fig. 1 și 2 exemplifică o variantă de realizare a unei lentile 1 conform prevederilor acestei invenții, lentila putând fi utilizată ca lentilă de contact. Această lentilă 1 prezintă o suprafață hiperbolică axial simetrică 2 și o suprafață sferică concavă 3. Suprafața sferică 3 are o rază de curbură corespunzătoare suprafeței exterioare a ochiului uman, astfel încât lentila 1 poate fi aplicată confortabil pe suprafața ochiului. Dimensiunile lentilei de contact 1 trebuie să se conformeze destinației, adică aceasta să aibă un diametru, de exemplu, de circa 12-15 mm și o grosime nu mai mare decât circa 0,050-0,400 mm.

în fig. 3 și 4 se prezintă, cu titlu exemplificativ, o lentilă intraoculară 4 conform prevederilor prezentei invenții. Această lentilă intaoculară 4 prezintă o suprafață hiperbolică axial simetrică 5 și o suprafață sferică convexă 6. Lentila intraoculară 4 trebuie să aibă un diametru de aproximativ 4-7 mm și o grosime maximă de circa 0,7-1,0 mm.

Lentilele realizate potrivit prevederilor prezentei invenții nu se limitează la dimensiunile date mai sus; aceste dimensiuni au doar caracter orientativ. O lentilă poate avea orice dimensiuni corespunzătoare scopului.

O lentilă potrivit prevederilor prezentei invenții poate prezenta două suprafețe asferice simetrice în loc de una singură, dar cel puțin una dintre suprafețe trebuie să aparțină unei asfere simetrice definite prin ecuația de mai jos:

r-[r² -(k ^1 ]y²]^1/2 unde: X se referă la punctul de pe suprafața asferică aflat în poziția Y, r este raza centrală, iar coeficientul k este o constantă asferică folosită în mod curent și a cărei valoare este mai mică sau cel mult egală cu -1.

De preferință, curbura este de tip hiperbolic, respectiv coeficientul k are valori mai mici decât minus unu, cu toate că, în înțelesul prezentei invenții, se poate utiliza și o curbură parabolică (k = -1). Suprafața asferică poate fi convexă sau concavă; atunci când apar două suprafețe asferice, fiecare din acestea poate fi convexă sau concavă în mod independent una de cealaltă.

□ lentilă realizată pe baza acestei invenții minimizează aberațiile optice ale sistemului lantilă-ochi. Așa cum se arată în fig. 5, se obține o reglare a focalizării pe retină. Fig. 5 s-a obținut pe baza unor metode computerizate de trasare a traiectoriilor razelor și pune în eviență faptul că dimensiunile petei de neclaritate de pe retină sunt mult mai mici la un ochi miop corectat cu ajutorul unei suprafețe hiperbolice anterioare decât în cazul unui ochi emetrop (adică normal] sau al unui ochi miop corectat cu ajutorul unei lentile sferice.

Mai mult decât atât, așa cum apare în fig. 6, se constată o tendință de îmbunutățire a preciziei de focalizare. Fig. 6 a fost realizată, concomitent cu fig. 5, pe baza unei tehnici computerizate de trasare a traiectoriilor razelor și pune în

RO 112931 Bl g

evidență faptul că imaginea focalizată este cea mai apropiată de retină în cazul sistemului lentilă hiperbolică - ochi.

Pe baza rezultatelor pozitive obținute se poate trage concluzia că o lentilă conform prezentei invenții asigură o vedere acceptabilă celor care suferă de astigmatism sau presbitism. Procedeul uzual de corectare a astigmatismului constă în introducerea unei lentile de corecție cu asimetrie radială pentru compensarea complementară a asimetriei radiale fie în lentila oculară naturală, fie pe retină. Un asemenea procedeu presupune fabricarea și păstrarea în depozit a unei game largi de tipuri de lentile cu ajutorul cărora să se poată realiza rețeta prezentată și să se asigure totodată luarea în considerare a asimetriei radiale complementare a ochiului. Deosebit de aceasta, lentila trebuie să fie capabilă să-și păstreze poziția radială în raport cu ochiul astfel încât variațiile radiale pe care le prezintă lentila să corespundă cerințelor radiale ale ochiului. Mijloacele dezvoltate în acest sens nu au reușit să dea încă satisfacție totală.

Compensarea deficiențelor de acomodare a lentilei oculare naturale se face, de regulă, cu ajutorul unei lentile divizate și prezentând două sau mai multe distanțe focale pentru vedere aproape sau departe; unele rezolvări mai recente fac apel la lentile de difracție sau refracție cu două sau mai multe distanțe focale prin care să se asigure o percepție vizuală corespunzătoare atât în apropiere cât și la depărtare. Totuși, acest tip de sistem conduce la o divizare a luminii imergente la diversele focare, iar fiecare din aceste focare este reprezentat în fiecare punct al retinei. Firește că aceasta are drept rezultat o reducere a cantității de lumină disponibilă pentru fiecare focar în parte precum și formarea de imagini suprapuse în fiecare punct de pe retină.

Lentila asferică nu conduce la o compensare a percepției vizuale la astigmați sau presbiți prin gradarea puterii sau recurgerea la distanțe focale multiple, dar are drept rezultat o îmbunătățire a capacității de corecție a sistemului lentilă10 ochi până la un punct în care, în pofida modificărilor introduse de astigmatism sau presbitism, performanțele de ansamblu se situează în limitele sau în apropierea domeniului de acuitate vizuală a unui ochi normal.

Acest lucru devine posibil datorită faptului că dimensiunile spotului format pe retină corespunzător fiecărui punct în parte sunt reduse sub limita ce poate fi atinsă la un ochi emetrop fără ajutor din exterior și care se rezumă doar la lentila sferică naturală cu care este dotat. Datorită superiorității optice a sistemului asferic de corecție lentilă-ochi, neclaritatea introdusă de presbitism sau astigmatism în fiecare punct de pe retină este contrabalansată de ameliorările aduse de asfericitate și este deci mai mică decât (sau în limitele] celei constatate la un ochi normal.

Pe baza unei rețete corecte se poate ajunge la corectarea, practic vorbind, a oricărei deficiențe de focalizare. De regulă, o lentilă concepută conform prevederilor acestei invenții poate avea o putere optică de la circa +20 la circa -20 dioptrii.

în fig. 7 se prezintă diferențe dintre o curbă asferică 10 definită cu ajutorul ecuației de mai sus și o curbă sferică 11, ambele curbe având aceeași rază la vârf r. Pentru o distanță dată X, sau Xg, de la vârful 12 se obține un punct Y_a pe curba asferică 10 și un punct Y₈ pe curba sferică 11. Cu cât X_a sau Xg sunt mai depărtate de vârful 12, cu atât crește și diferența Y_s - Y_a.

O lentilă avînd caracteristicile menționate mai sus se proiectează pa baza unei metode care face apel la tehnicile de determinare a traiectoriilor razelor de lumină ce traversează un sistem de corecție lentilă-ochi și care se bazează pe un model matematic sofisticat de reprezentare a ochiului uman și a lentilei de corecție. Variațiile de grosime și curbură precum și cele ale indicelui de refracție ce depind de caracteristicile materialului din care este executată lentila sunt transpuse matematic, iar calculele de determinare a traiectoriilor razelor de

RO 112931 Bl lumină se efectuează pentru fiecare valoare în parte, urmărindu-se găsirea formei optime de lentilă pentru un anumit ochi dat. Lentila optimă este cea care rezultă din condițiile de optimizare a focalizării și de minimizare a aberațiilor de imagine. S-a găsit astfel că, în majoritatea cazurilor, lentila optimă este cea la care coeficientul k are valori cuprinse între circa -1 și circa -2.

Analiza imaginilor implică trasarea unui număr mare de traiectorii de raze de lumină ce traversează un sistem optic. Ecuația de bază aplicată la trasarea drumului unei raze (de exemplu, determinarea unghiului de înclinare și a poziției) la trecerea de la un mediu optic la altul, traversând suprafața de separare a celor două medii, este ecuația clasică fundamentală cunoscută sub numele de Legea lui Snell: n₁ sin θ_π = sin &>. în condițiile unui sistem cu 13 asemenea suprafețe de separare, un astfel de calcul poate cere un timp enorm chiar și pentru o singură rază. 0 asemenea analiză multiplă în care se iau în considerare câteva sute de raze, implică un număr considerabil de operații de calcul chiar și pentru o simplă lentilă singulară.

Imaginile pot fi analizate pe diverse și multiple căi. Aberațiile clasice Seidel sau diminuarea calității imaginii pot fi calculate prin trasarea traiectoriilor pentru un număr redus de raze. □ metodă larg răspândită de cuantificare a calității imaginii este așa numita metodă FTM, adică funcția de transfer a modulației. Aceasta poate fi concepută ca o extindere a metodelor de limitare a rezoluției aplicate anterior.

Referindu-ne la fig. 8, funcția de transfer a modulației (FTM) pune la dispoziție o rezoluție a modulației sau a contrastului (măsurată de la zero la unu) în funcție de frecvența spațială sau de dimensiunile de fin detaliu ale unui obiect. Graficul tip al unei asemenea funcții de transfer a modulației, arătat în figura 8, descrie puterea de rezoluție a unui sistem optic alcătuit dintr-o serie de lentile succesive - de exemplu, ochiul uman și o lentilă de corecție - și se face comparația cu nivelul teoretic realizabil.

Obiectul sub formă de bare reprezentat sub axa absciselor, de la zero până la frecvența de întrerupere, prezintă barele în sensul de creștere a frecvenței spațiale. Scara de la zero la unu de pe axa ordonatelor constituie măsura rezoluției barelor cu ajutorul unui sistem optic comparativ cu nivelul teoretic realizabil la limita de difracție. în dreptul valorii Y egal cu unu, barele apar sub formă de imagini în alb și negru perfect distincte. Pe măsură ce descrește valoarea lui Y, se constată o creștere a “gri”-ului la trecerea de la alb la negru a imaginilor. în final, în dreptul valorii Y egal cu zero, barele nu mai pot fi distinse între ele.

Modulația poate fi determinată calculând răspândirea “gri’-ului la barele albe și negre pentru fiecare nivel de frecvență spațială și stabilind un nivel maxim și unul minim. Modulația FTM este contrastul (max-min)/(max-min). Valoarea FTM se va limita la un anume nivel denumit “limita de difracție” și care ar fi nivelul de contrast de modulație ce poate fi realizat cu ajutorul unui sistem optic perfect.

Puterea de rezoluție a unui instrument optic, indiferent de tipul acestuia, se definește ca fiind măsura acurateței cu care imagini mici și foarte apropiate pot fi distinse și este direct proporțională cu diametrul deschiderii obiectivului și invers proporțională cu lungimea de undă a luminii. Schema de interferență dată de razele ce traversează diversele zone ale unui orificiu sau vin dinspre diversele puncte ce înconjoară un obiect opac și care apoi se unesc într-un punct, constituie o manifestare a fenomenului de difracție. Fenomenele de difracție și interferență sunt caracteristice ale oricărui fenomen ondulatoriu. Difracția limitează astfel puterea de rezoluție a unui instrument optic.

Atunci când barele albe și negre sunt bine definite și suficient de distanțate, lentila nu întâmpină nici un fel de dificultăți în reproducerea lor exactă. Dar în momentul în care barele se apropie unele de altele, difracția și aberațiile lentilei fac ca o parte din lumină să se disperseze dinspre barele luminoase către spațiile

RO 112931 Bl întunecate ce le despart astfel încât barele luminoase se întunecă, iar spațiile întunecate devin mai luminoase până când se ajunge în situația în care nu se mai poate distinge partea luminoasă de cea întunecată și se pierde posibilitatea de rezoluție.

Funcția de transfer a modulației se calculează trasând traiectoriile pentru un număr mare de raze care traversează sistemul și evaluând apoi densitatea de distribuție a acestor raze în poziția imaginii. Cu cât este mai mic spotul, cu atât mai bună este imaginea. Pentru transformarea spotului în FTM, metodologia este după cum urmează: imaginea unui obiect punctiform este denumită funcție de dispersie punctiformă, având în vedere că datorită traversării sistemului intervine o oarecare neclaritate. Imaginea devine astfel dispersată. Graficul funcției de transfer a modulației este generat aplicând punctului sau funcției de dispersie a spotului o funcție de transformare Fourier. Frecvența FTM pleacă de la zero (“DC” în terminologia electrotehnică] și ajunge la un maximum, respectiv la frecvența de întrerupere, dincolo de care obiectul nu poate fi separat în imagine.

Sistemele optice pot fi optimizate variind grosimea, cubura, asfericitatea suprafeței, materialul, etc. pentru una sau mai multe asemenea suprafețe. Metodele numerice cunoscute, bazate pe utilizarea calculatoarelor, permit o evaluare rapidă a rezultatelor obținute prin variația acestor parametri și exprimate în funcție de aberație, de dimensiunile spotului sau de funcția de transfer a modulației.

Metoda de proiectare prezentată presupune o analiză a densității razelor în dreptul poziției imaginii. Această analiză se efectuează cu ajutorul unei funcții de transformare Fourier prin care se generează frecvențele de transfer de modulație. Folosirea unui calculator se impune în mod necesar pentru a face posibilă efectuarea unui volum mare de calcule în limitele unei durate rezonabile, în figurile 9A până la 9F se prezintă rezultatele obținute pe baza unor asemenea calcule. în aceste figuri se face o comparație între frecvența de transfer de modulație și difracția limită pentru un sistem lentilă-ochi miop, iar fiecare din aceste figuri prezintă rezultatele obținute pentru o anume curbură dată a lentilei. Rezultatele pun în evidență faptul că cele mai bune lentile sunt cele cu suprafață hiperbolică la care coeficientul k variază între -1 și -2.

în cazul unui model alcătuit dintr-un ochi uman și o lentilă de corecție, apare necesitatea de a se introduce modificări ale lentilei de corecție.

în cazul în care obiectivul urmărit este realizarea unei lentile de contact, prezenta invenție recurge, de preferință, la o suprafață frontală asferică convexă și o suprafață posterioară sferică concavă care corespunde mai bine curburii ochiului și permite o aplicare comfortabilă.

în cazul în care obiectivul urmărit este realizarea unei lentile intraoculare, aceasta va avea, de preferință, o suprafață asferică convexă. De preferință, suprafața opusă va fi plană, sferică concavă, asferică convexă, asferică concavă sau sferică convexă. Sunt totuși posibile și alte variante.

în cazul în care obiectivul urmărit este realizarea unei lentile de ochelari, aceasta poate prezenta suprafețe frontale și posterioare concave sau convexe independent una de cealaltă, după cum una sau ambele aceste suprafețe pot fi asferice. De regulă, suprafața frontală va fi convexă, iar suprafața posterioară va fi concavă.

Un alt mod de abordare la care se face apel în vederea corectării unor deficiențe de focalizare a vederii îl constituie intervenția chirurgicală, ochiul fiind tăiat mecanic și remodelat cu ajutorul unui fascicul de raze laser. îndeosebi metoda de sculptare cu ajutorul razelor laser se pretează la aplicarea prezentei invenții. într-un asemenea caz, forma hiperbolică a corneei prin care să se asigure condiții optime de percepere vizuală se determină făcând apel la metoda propusă prin prezenta invenție precum și la forma rezultată în urma aplicării acestei tehnici. Rezultatul astfel obținut face inutilă

RO 112931 Bl utilizarea unor lentile suplimentare de corecție (chiar și în cazurile extreme de astigmatism sau presbitism] și asigură o acuitate vizuală mai bună decit cea oferită de o lentilă sferică natural “perfectă”.

Avantajele pe care le oferă prezenta invenție pot fi obținute recurgând la un sistem cu o singură suprafață asferică; totuși, prezenta invenție tratează și posibilitățile de utilizare a mai multor suprafețe asferice, fie sub forma unei lentile unice, fie prin combinarea mai multor lentile.

Lentilele concepute potrivit prevederilor prezentei invenții pot fi realizate din orice material optic de înaltă calitate, sticlă optică sau plastic; de preferință însă lentilele se execută din material plastic transparent și care prezintă calități optice. Din grupa materialelor corespunzătoare mai fac parte polimerii (inclusiv polimerii fluorurați), materialele rășinoase, materialele gelatinoase sub formă solidă sau semisolidă, materialele rigide permeabile la gaze și altele asemenea. Lentilele de contact concepute potrivit prevederilor prezentei invenții se realizează, de preferință, dintr-un polimer hidrofil obținut prin polimerizarea unui monomer pe bază de metacrilat. Lentilele concepute potrivit prevederilor prezentei invenții pot fi incorporate în ochelari, dar se preferă utilizarea lor sub formă de lentile de contact și lentile intraoculare.

Specialiștii din acest domeniu vor reuși să identifice și alte variante de relizare a acestei invenții. Prezenta invenție nu se limitează la exemplele concrete prezentate și care au un caracter exemplificativ și include și orice alte variante compatibile cu descrierea de mai sus și desenele anexate și care se încadrează în obiectivul delimitat prin capitolul de revendicări.

Claims

Revendicări

1. Metodă de proiectare a unei lentile asferice, pentru focalizarea luminii pe retina ochiului și prezentând o suprafață asferică, caracterizată prin aceea că cuprinde următoarele faze:

a) elaborarea unui model matematic pentru sistemul format din ochiul uman și o lentilă preliminară, lentilă având cel puțin o suprafață asferică axial simetrică definită cu ajutorul ecuației:

r/r²-[k-f-1 )y²)^1/2 unde (x) aparține punctului de pe suprafața asferică având ordonata (y), (r) este raza centrală, iar (k) este o constantă de asfericitate curent folosită și care este cel puțin egală sau egală cu -1;

b) efectuarea, pe baza modelului matematic astfel elaborat, a calculelor necesare pentru trasarea traiectoriilor razelor de lumină care traversează sistemul lentilă - ochi;

c) atribuirea unei serii de valori constantei de asfericitate (k) aparținând lentilei preliminar adoptate, în vederea obținerii unui sistem lentilă - ochi la care traiectoriile razelor de lumină să fie astfel optimizate încât să se regleze focalizarea și să se minimizeze aberațiile aferente imaginii.
2. Metodă conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că lentila astfel concepută este o lentilă de contact.
3. Metodă conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că valorile constantei de asfericitate (k) variază între aproximativ -1 și aproximativ -2, pentru a optimiza performanțele sistemului de corecție lentilă - ochi.
4. Metodă conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că modelul matematic folosit este o funcție de transformare Fourier, care produce frecvențele transferului de modulație.
5. Metodă conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că frecvența de transfer de modulație se compară cu limita de difracție în vederea optimizării sistemului de corecție lentilă - ochi.
6. Metodă conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că ochiul din cadrul sistemului de corecție lentilă - ochi este emetrop, iar procesul de optimizare

RO 112931 Bl conduce la o acuitate vizuală ce depășește pe cea a unui ochi normal.
7. Metodă conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că sistemul de corecție lentilă - ochi se optimizează prin minimizarea dimensiunilor spotului format pe retină, în cazul unor surse de lumină punctiforme ale cărei raze traversează sistemul și ajung pe retină.
8. Metodă conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că sistemul se 5 optimizează, prin poziționarea imaginii focalizate, cât mai aproape de retină.