Niezwykła historia pierwszych progresywnych soczewek okularowych

Historia progresywnych soczewek okularowych, rozumianych jako soczewki, których moc jest zmienna w zależności od strefy, przez którą patrzymy, liczy już dobrze ponad 100 lat. Często jako datę wynalezienia przytacza się 1907 rok, kiedy ukazał się brytyjski patent Owena Avesa, współtwórcy London Refraction Hospital
(obecnie pod nazwą Institute of Optometry).

Aves zaproponował bardzo innowacyjną jak tamte czasy konstrukcję, składając dwie soczewki, których jedna była wykonana jako wycinek stożka, zaś druga jako wycinek cylindra przekroju eliptycznym. Dzięki temu uzyskał zmianę krzywizny poziomie pionie, skutkującą progresją mocy optycznej przy przejściu wertykalnym. Niestety, ten wynalazek nie został wprowadzony nigdy na rynek, bowiem posiadał trudne do wyeliminowania wady, to jest brak symetrii obrotowej dwie zupełnie różne powierzchnie, co uniemożliwiało wtedy produkcję jako soczewek sferocylindrycznych. Dodatkowo były dość grube, aby uzyskać odpowiednio dużą zmianę mocy.

Wkrótce potem, 1909 roku, Henry O. Gowlland wynalazł konstrukcję soczewki progresywnej, której progresję uzyskano użyciem tylko jednej powierzchni (tylnej) profilu paraboloidalnym. kolejnych latach pojawiły się też inne konstrukcje soczewek progresywnych, autorstwa J. Corneta (1911), H. Newbolda (1913) czy D. Eldera (1922), tym że zarówno słabe własności optyczne, głównie za sprawą dużych aberracji, jak trudności technologiczne, sprawiły, że ta forma korekcji była tylko ciekawostką przez długi czas.

Do pierwszych sukcesów komercyjnych soczewek progresywnych trzeba było czekać aż do lat 50. XX wieku, chociaż nawet wtedy, przed wynalezieniem komputerowo sterowanych obrabiarek, opracowanie procesu technologicznego produkcji soczewek nietypowych krzywiznach było bardzo dużym wyzwaniem. Możliwość miarę precyzyjnej obróbki powierzchni uzyskiwano poprzez mechaniczne układy krzywek, które zmieniały ustawienia narzędzi tnących ściernych miarę postępu pracy.

Za wynalazcę nowoczesnej konstrukcji soczewki progresywnej uznaje się Bernarda Maitenaza, który 1953 r. opatentował konstrukcję nazwie Varilux, funkcjonującą do dziś posiadającą wiele kolejnych generacji, coraz lepszych cechach optycznych. Opracowanie pierwszego komercyjnego produktu na bazie tego patentu zajęło jednak kilka lat dopiero 1959 r. soczewka została zaprezentowana przez firmę Société des Lunetiers (obecnie Essilor). Inne firmy branży optycznej także, zachęcone sukcesem Variluksa, rozpoczęły prace nad swoimi autorskimi konstrukcjami.

Jednym wielu problemów, jakimi musieli się mierzyć konstruktorzy pierwszych (choć już tzw. współczesnych) soczewek progresywnych, była trudność obróbce twardego materiału, jakim jest mineralne szkło optyczne. Powodowało to, że koszt produkcji był bardzo wysoki, uwagi na szybko zużywające się elementy cierne maszyn. Rozwiązaniem tego problemu okazało się wprowadzenie na rynek materiałów organicznych. Pierwszą soczewkę tworzywa przedstawiono 1976 r. (Varilux Orma), tym że prace nad materiałem trwały już wtedy wiele lat, po opatentowaniu żywicy termoutwardzalnej 1963 r. przez Rene Grandperreta. Organiczne tworzywa sztuczne są wiele łatwiejsze obróbce niż mineralne szybko zaczęły wypierać je rynku. Dołożyła się do tego coraz bardziej popularna technologia komputerowo sterowanej obróbki skrawaniem (CNC, Computerized Numerical Control), która jest znana optyce pod nazwą free form, co ma odzwierciedlać dowolność projektowaniu powierzchni optycznych.

Warto zdawać sobie jednak sprawę, że pewne wady soczewek progresywnych istnieją od początku ich powstania prawdopodobnie długo jeszcze będą nami, mimo wielkiego postępu, zarówno koncepcyjnego, jak technologicznego. Te wady wynikają wprost ogólnej koncepcji soczewki zmiennej mocy – są to aberracje. Część nich wynika ze sporej dyspersji chromatycznej materiałów organicznych (aberracje chromatyczne) powoduje, że szczególnie peryferyjnych częściach soczewki pojawiają się charakterystyczne podkolorowania, wywołane rozszczepieniem światłem, ten efekt może być silniejszy niż soczewkach jednoogniskowych, których łatwiej optymalizację. Płynna zmiana mocy soczewce progresywnej powoduje także powstanie dużego astygmatyzmu obszarach peryferyjnych, co jest przedmiotem wielu badań naukowych, wyniku których udało się znacznie ograniczyć dyskomfort odczuwany przez użytkowników. Charakterystyczna dla soczewek progresywnych jest także dystorsja, która powoduje, że wszelkie oceny linii prostych są często problematyczne. Wymienione oraz inne aberracje powodują, że nie każdy człowiek jest stanie zaadaptować się pomyślnie do okularów wyposażonych soczewki progresywne.

Pierwsze soczewki miały ograniczone możliwości dopasowania do szerokiego spektrum wad wzroku.
To było też przyczyną wielu trudności braku adaptacji użytkowników. szczególności pierwsze konstrukcje były symetryczne, słabo działały przypadku anizometropii, nie miały możliwości regulacji wielu parametrów, które obecnie uznajemy za standard. Na szczęście coraz nowsze soczewki, projektowane przy użyciu matematycznych modeli, obliczanych przez komputery, umożliwiają dopasowanie coraz szerszym zakresie (indywidualizację). to jest właśnie przyszłość.

Dr hab. Jacek Pniewski
Akademickie Centrum Kształcenia Optometrystów
Wydział Fizyki, Uniwersytet Warszawski

Polecamy