Kính đơn trong PDF

KÍNH ĐƠN TRÒNG TÁC GIẢ David Wilson: Viện thị giác Brien Holden (BHVI), Sydney, Australia THẨM ĐỊNH Mo Jalie: Giáo sư thỉnh giảng: Đại học Ulster, Đại học Varilux (Paris) CHƯƠNG NÀY BAO GỒM NHỮNG NỘI DUNG: Kính đơn tròng Giới thiệu loạn thị chéo Thiết kế kính đơn tròng Tiết diện c...

KÍNH ĐƠN TRÒNG TÁC GIẢ David Wilson: Viện thị giác Brien Holden (BHVI), Sydney, Australia THẨM ĐỊNH Mo Jalie: Giáo sư thỉnh giảng: Đại học Ulster, Đại học Varilux (Paris) CHƯƠNG NÀY BAO GỒM NHỮNG NỘI DUNG: Kính đơn tròng Giới thiệu loạn thị chéo Thiết kế kính đơn tròng Tiết diện conic Thay đổi đường cong gốc Biểu đồ công suất cầu Biểu đồ công suất loạn thị Lắp tối ưu mắt kính vào gọng Tóm tắt Tháng 9, 2012, Phiên bản 1 Quang học ứng dụng Chương 4-1  Các loại kính-Kính đơn tròng KÍNH ĐƠN TRÒNG Đây là các loại kính đơn tròng phổ biến nhất. Chúng là kính cầu hoặc kính trụ đơn giản, KÍNH CẦU thường có mặt trước cầu cộng và mặt sau cầu trừ hoặc trụ trừ (Hình 4.1). Kính này có ở VÀ KÍNH TRỤ mọi vật liệu. Kính phi cầu sử dụng các đường cong hình nón, đặc biệt hình elipsoit để làm ra các mắt kính dẹt hơn và mỏng hơn. Mặt phi cầu cho phép thiết kế kính dẹt hơn mà không tăng loạn thị chéo (marginal astigmatism). Kính phi cầu có thể sản xuất bằng bất kì vật liệu nào nhưng chúng thường được làm nhất bằng vật liệu plastic chiết suất cao, vật liệu này làm giảm hơn nữa độ dày kính. Trước đây, kính phi cầu chỉ giới hạn ở kính công suất cộng cao dùng cho mắt không có thể thủy tinh. Hiện nay người ta đã phát triển các loại kính công suất thấp đến trung bình trong đó mục tiêu thẩm mĩ nhiều hơn là mục tiêu quang học. Các đường cong phi cầu cho phép sản xuất được kính dẹt hơn (Hình 4.1), do đó đẹp hơn mà không gây ra quang sai không chấp nhận được, nhất là loạn thị chéo. Mục tiêu chính của kính phi cầu công suất cao trước đây là loại trừ các loạn thị chéo có công suất vượt quá phạm vi của các elip Tscherning (sẽ KÍNH PHI CẦU được nói đến ở phần sau). Mặt phi cầu Mặt cầu và mặt trụ Hình 4.1: Sự khác nhau giữa mặt phi cầu, mặt cầu, và mặt trụ Các đường cong phi cầu cho phép sử dụng các dạng kính dẹt hơn so với đường cong của các loại kính cầu. Dạng kính dẹt hơn được coi là ưu thế về thẩm mĩ, tuy nhiên cần chú ý rằng dạng kính dẹt với các đường cong cầu bình thường sẽ gây ra độ loạn thị chéo không chấp nhận được. Tháng 9, 2012, Phiên bản 1 Quang học ứng dụng Chương 4-2  Các loại kính-Kính đơn tròng GIỚI THIỆU LOẠN THỊ CHÉO Loạn thị chéo được giới thiệu ở phần này để hiểu rõ hơn ý nghĩa của nó khi xem xét thiết kế kính. Nó sẽ lại được đề cập đến chi tiết hơn như là một phần của các quang sai của hình dạng kính trong một bài giảng sau. Loạn thị chéo được tạo ra bởi một chùm sáng ngoài trục. Sự khúc xạ không đều ở mặt cầu làm cho chùm sáng trở thành loạn thị. Các tia dọc (tangential rays) tạo thành tiêu tuyến thứ nhất (FT), nằm ở mặt phẳng ngang (sagittal plane). Các tia ngang (sagittal rays) tạo thành tiêu tuyến thứ hai (FS), nằm ở mặt phẳng dọc (tangential plane) (Hình 4.2). 2 tiêu tuyến được tạo thành vuông góc với nhau và cách nhau bởi khoảng Sturm. Một chùm tia chéo cũng sẽ tạo ra một quang sai khác gọi là coma (sẽ được đề cập đến ở phần sau), nhưng quang sai này trở thành không đáng kể nhờ có một cái chắn hoặc đường kính giới hạn như là đồng tử. Trong Hình 4.2, ánh sáng từ một nguồn điểm S đến thấu kính theo hướng chéo, với các tia ở mặt phẳng dọc tạo thành tiêu tuyến ngang FT’ trong khi các tia ở mặt phẳng ngang tạo thành tiêu tuyến dọc FS'. Chú ý rằng cả 2 tiêu tuyến đều không nằm trên trục chính. Độ dài của các tiêu tuyến và khoảng cách giữa 2 tiêu tuyến (khoảng Sturm) tăng khi độ nghiêng tăng lên. GIỚI THIỆU LOẠN THỊ CHÉO Hình 4.2: Mặt phẳng ngang và mặt phẳng dọc Hình 4.3 là một sơ đồ không gian 3 chiều cho thấy vị trí của các tiêu tuyến của mỗi góc nghiêng. Sơ đồ này được gọi là chén và đĩa vì những lí do hiển nhiên. Các tiêu tuyến của mặt cong dọc (tangential shell) (chén) nằm ngang đối với trục chính và các tiêu tuyến của mặt cong ngang (sagittal shell) (đĩa) nằm dọc đối với trục chính. Bởi vì mặt phẳng dọc bao giờ cũng đi qua trục chính. Hình 4.3: Hình chén và đĩa Tháng 9, 2012, Phiên bản 1 Quang học ứng dụng Chương 4-3  Các loại kính-Kính đơn tròng GIỚI THIỆU LOẠN THỊ CHÉO (tiếp theo) ẢNH HƯỞNG CỦA Loạn thị chéo làm cho kính thể hiện như là một kính loạn thị. Đối với những kính vốn có loạn LOẠN THỊ CHÉO thị thì loạn thị chéo làm thay đổi công suất loạn thị, khiến cho người đeo kính nhìn bị mờ. CHỨNG MINH Hình 4.4: Biểu đồ chứng minh loạn thị chéo LOẠN THỊ CHÉO 1 Để chứng minh loạn thị chéo, người quan sát cầm một biểu đồ như trong Hình 4.4 và nhìn nó từ một điểm nằm ngoài tiêu điểm của một kính >+6.00 D (cầm ở gần mắt), sau đó đưa dần biểu đồ lại gần mình. Đầu tiên, phần giữa của biểu đồ trở thành rõ nét bởi vì vùng cận trục (nơi chén gặp đĩa) là có công suất thấp nhất đối với biểu đồ. Khi biểu đồ lại được đưa vào gần mắt người quan sát thì các đường hướng tâm trở thành rõ nét. Các đường này tương ứng với mặt phẳng ngang công suất thấp hơn (cần nhớ rằng các tiêu tuyến này vuông góc với mặt phẳng tạo ra chúng và do mặt phẳng ngang ở cùng mặt phẳng với các vòng đồng tâm nên các tiêu tuyến của nó sẽ theo hướng tâm). Khi biểu đồ tiếp tục được đưa lại gần hơn, các vòng đồng tâm này cuối cùng trở thành rõ nét. Các vòng đồng tâm này tương ứng với mặt phẳng dọc công suất cao hơn. Cầm kính +5.00 D ở một góc hợp lí trên máy đo số kính và đọc công suất; sau đó nghiêng mắt kính đi và đọc lại công suất. CHỨNG MINH LOẠN THỊ CHÉO 2 Hình 4.5: Máy đo số kính dùng để chứng minh loạn thị chéo Cách chứng minh thứ hai cho thấy ảnh hưởng của ánh sáng tới xiên góc ở quang tâm. Đây là hiệu ứng được mô tả bởi các công thức độ nghiêng Martin (xem ở dưới). S’ = S [1 + (sin a)2/3] S = công suất cầu S' = công suất cầu mới a = độ nghiêng CÔNG THỨC ĐỘ NGHIÊNG MARTIN Kính +5.00 D bị nghiêng: 20° sẽ tạo ra +5.85/−0.66 × 90 30° sẽ tạo ra +7.09/−1.67 × 90 40° sẽ tạo ra +9.21/−3.52 × 90 45° sẽ tạo ra +10.83/−5.00 × 90 Tháng 9, 2012, Phiên bản 1 Quang học ứng dụng Chương 4-4  Các loại kính-Kính đơn tròng THIẾT KẾ KÍNH Theo Tscherning, có 2 đường cong cầu tốt nhất được đề nghị cho mỗi công suất kính; một đường cong vồng hơn (dạng Wollaston) và một đường cong dẹt hơn (dạng Ostwalt). Các elip Tscherning cho biết các đường cong gốc dạng cầu tối ưu để sử dụng cho các công suất kính khác nhau, tức là đường cong dạng Ostwalt công suất thấp hơn và đường cong dạng Wollaston công suất cao hơn. Bất kì kính nào được làm theo các đường cong được chỉ ra ở nhánh Ostwalt hoặc nhánh Wollaston của elip đều sẽ loại trừ được loạn thị chéo. Thí dụ: trong Hình 4.6, kính −5.00 D có thể được làm với một đường cong mặt sau −9.50 D và một đường cong mặt trước +4.50 D (dạng Ostwalt) hoặc một đường cong mặt sau −22.00 D và một đường cong mặt trước +17.00 D (dạng Wollaston). Chú ý rằng các elip Tscherning thay đổi theo: khoảng cách nhìn xa hoặc nhìn gần chiết suất. CÁC ELIP TSCHERNING Hình 4.6: Các elip Tscherning Hình 4.7 cho thấy những lợi ích của dạng kính phi cầu. Loạn thị chéo bị loại trừ và kính sẽ mỏng hơn, dẹt hơn và đẹp hơn. CÁC ĐƯỜNG CONG PHI CẦU Hình 4.7: Sự khác nhau giữa dạng kính phi cầu và dạng kính cầu Tháng 9, 2012, Phiên bản 1 Quang học ứng dụng Chương 4-5  Các loại kính-Kính đơn tròng TIẾT DIỆN CONIC Các dạng các đường cong phi cầu đơn giản nhất sử dụng các tiết diện conic (conicoids) như sau: Hình elip Hình thon (prolate) Hình bẹt (oblate) Hình parabol Hình hyperbol Để giải thích việc các tiết diện conic loại trừ loạn thị chéo thế nào, chúng ta sẽ xem xét các hình elip làm thí dụ, tuy nhiên những luận cứ này có thể áp dụng cho bất kì tiết diện conic nào. CÁC TIẾT DIỆN CONIC Hình 4.8: Các dạng đường cong phi cầu Các tiết diện conic về cơ bản là các mặt cắt của một hình nón (Hình 4.9). Hình tròn được tạo ra bằng cách cắt hình nón theo hướng song song với đáy của nó. Hình elip được tạo ra bằng cách cắt hình nón qua cả 2 cạnh theo một góc nghiêng với đáy. Hình parabol được tạo ra bằng cách cắt hình nón qua một cạnh và đáy, song song với cạnh kia. Hình hyperbol được tạo ra bằng cách cắt hình nón qua một cạnh và đáy, song song với trục hình nón. PHÂN LOẠI CÁC TIẾT DIỆN CONIC Hình 4.9: Các đường cong phi cầu của tiết diện conic Tháng 9, 2012, Phiên bản 1 Quang học ứng dụng Chương 4-6  Các loại kính-Kính đơn tròng TIẾT DIỆN CONIC (tiếp theo) Hình elip thon (prolate ellipse) có bán kính ở đỉnh ngắn hơn so với bán kính ở chu vi (Hình 4.10). Khi được xoay quanh trục dài thì nó tạo thành một hình elipsoit thon (prolate elipsoit). Loại đường cong này được dùng cho mặt trước của kính cộng (các hình paraboloid và hyperboloid cũng có đặc điểm tương tự). HÌNH ELIP THON Hình 4.10: Hình elip thon Đồng hồ đo độ cong đặt ở quang tâm của hình elip thon sẽ cho thấy công suất cao hơn so với đặt ở chu vi (khi các chân thẳng hàng ở mặt phẳng dọc) (Hình 4.11). Hình 4.11: Công suất kính phi cầu ở quang tâm khác với ở chu vi của hình elip thon Tháng 9, 2012, Phiên bản 1 Quang học ứng dụng Chương 4-7  Các loại kính-Kính đơn tròng TIẾT DIỆN CONIC (tiếp theo) Hình elipsoit thon (prolate ellipsoid) có dạng một quả bóng bầu dục, hoặc đại khái là “hình trứng”. Ở bất kì điểm nào trên bề mặt của nó (trừ ở tâm), bán kính dọc sẽ dài hơn bán kính ngang, do đó công suất của đường cong sẽ thấp hơn ở kinh tuyến dọc. Vì vậy, công suất dọc sẽ giảm nhanh hơn nhiều so với công suất ngang. Loại bề mặt này được dùng ở đường cong mặt trước của kính cộng. Vì công suất dọc sẽ lớn hơn công suất ngang đối với ánh sáng tới xiên góc nên công suất ngang cao hơn của elipsoit thon sẽ tương ứng với kinh tuyến ngang công suất thấp hơn của chùm sáng tới, trong khi công suất dọc thấp hơn của elipsoit thon sẽ tương ứng với kinh tuyến dọc công suất cao hơn của chùm sáng. HÌNH ELIPSOIT THON Hình 4.12: Chênh lệch công suất giữa kinh tuyến ngang và kinh tuyến dọc ở một hình elip thon Hình 4.13: Hình elip bẹt Hình elip bẹt (oblate ellipse) (Hình 4.13) có bán kính ở đỉnh dài hơn so với ở chu vi. Khi được xoay quanh trục dài, nó tạo thành một hình elipsoit bẹt (oblate ellipsoid). HÌNH ELIP BẸT Loại mặt cong này được dùng cho đường cong mặt trước của kính trừ. Đồng hồ đo độ cong sẽ cho thấy công suất cộng cao hơn ở chu vi so với ở quang tâm (khi các chân đồng hồ thẳng hàng ở mặt phẳng dọc) (Hình 4.14). Hình 4.14: Công suất kính phi cầu ở quang tâm khác với ở chu vi của hình elip bẹt Tháng 9, 2012, Phiên bản 1 Quang học ứng dụng Chương 4-8  Các loại kính-Kính đơn tròng TIẾT DIỆN CONIC (tiếp theo) HÌNH ELIPSOIT BẸT Hình 4.15: Hình elipsoit bẹt dạng đĩa bay Hình elipsoit bẹt (oblate ellipsoid) có dạng giống như một đĩa bay (Hình 4.15). Ở bất kì điểm nào trên bề mặt của nó (trừ ở tâm), bán kính dọc sẽ ngắn hơn bán kính ngang, do đó công suất của đường cong sẽ lớn hơn ở kinh tuyến dọc. Công suất dọc sẽ tăng nhanh hơn nhiều so với công suất ngang. Vì công suất dọc lớn hơn công suất ngang đối với ánh sáng tới xiên góc nên công suất dọc lớn hơn của mặt elipsoit bẹt sẽ sinh ra một công suất kính trừ thấp hơn và tương ứng với kinh tuyến dọc công suất trừ cao hơn của chùm sáng tới trong khi công suất ngang thấp hơn của mặt elipsoit bẹt sẽ sinh ra một công suất kính trừ cao hơn và tương ứng với kinh tuyến ngang có công suất trừ thấp hơn của chùm sáng. THAY ĐỔI ĐƯỜNG CONG GỐC (BASE CURVE) Đối với tất cả kính phi cầu hoặc kính PAL, không nên chọn đường cong gốc nào khác ngoài các đường cong được đề xuất bởi các elip Tscherning hoặc nhà sản xuất kính PAL phi cầu. Thí dụ, nhà sản xuất đề nghị một kính −4.00 D dạng phi cầu có đường cong mặt trước là +1.25 D. Nếu người hành nghề cấp các mắt kính này với đường cong mặt trước +8.00 D để lắp vào một gọng uốn quanh mắt thì sẽ có những hậu quả như được thấy trong Hình 4.16. Tháng 9, 2012, Phiên bản 1 Quang học ứng dụng Chương 4-9  Các loại kính-Kính đơn tròng BIỂU ĐỒ CÔNG SUẤT CẦU Đơn kính: −4.00 D. Đường cong gốc phi cầu thích hợp và tối ưu hóa cho đơn kính này là +1.25 D. Hãy xem điều gì xảy ra nếu yêu cầu một đường cong gốc +8.00D (thí dụ cho một gọng kính râm vòng quanh mắt). (A) Độ lớn của công suất cầu được ổn định (B) Độ lớn của công suất cầu được ổn định với đường cong gốc lí tưởng với đường cong gốc cao hơn Hình 4.16 Biểu đồ đẳng trụ (isocyl plot) ở bên trái (Hình 4.16A) cho thấy độ lớn của công suất cầu được ổn định với đường cong gốc lí tưởng. Chú ý rằng đến tận rìa hình mắt kính vẫn chưa đến đường đẳng trụ 0.25 tiếp theo, do đó loạn thị chéo không mong muốn là không đáng kể. Biểu đồ đẳng trụ ở bên phải (Hình 4.16B) cho thấy kích thước của công suất cầu được ổn định với đường cong gốc cao hơn, nó nhỏ hơn đáng kể so với đường cong gốc lí tưởng. Cũng chú ý rằng đường đẳng trụ 0.25 tiếp theo được đến khá nhanh trên hình mắt kính, do đó loạn thị chéo không mong muốn là đáng kể. Tháng 9, 2012, Phiên bản 1 Quang học ứng dụng Chương 4-10  Các loại kính-Kính đơn tròng LẮP TỐI ƯU MẮT KÍNH VÀO GỌNG Gọng kính và mắt kính sau khi đã chọn phải được lắp đúng để đạt được kết quả thị lực và thẩm mĩ tốt nhất. Tức là, đúng KCĐT và các độ cao. Việc lắp không đúng có ảnh hưởng bất lợi cho cả sự nhìn dễ chịu và hình thức của kính. Do đó, Lắp tối ưu mắt kính không chỉ dừng lại ở việc phối hợp mắt kính tốt nhất và gọng. Kính đơn tròng cần được lắp theo qui tắc trục chính/tâm xoay. Tức là, quang tâm phải thấp hơn tâm đồng tử 1mm với mỗi 2° nghiêng mặt kính. Điều này đảm bảo rằng trục chính của mắt kính đi qua tâm xoay của mắt. Trong Hình 4.17, độ nghiêng mặt kính là 8°, do đó quang tâm của mắt kính phải ở dưới tâm đồng tử 4 mm khi bệnh nhân thẳng phía trước. Điều này cần được làm cho tất cả kính đơn tròng, nhưng quan trọng nhất là cho kính phi cầu. Trong trường hợp kính PAL, góc nghiêng mặt kính đã được tính đến bởi các nhà thiết kế kính, do đó nếu bạn theo hướng dẫn của họ để lắp dấu chữ thập ở tâm đồng tử thì các quang sai sẽ được giữ ở mức tối thiểu. Hình 4.17: Vị trí của quang tâm với thay đổi góc nghiêng mặt kính Cũng có thể tìm vị trí của quang tâm bằng một phương pháp đo đơn giản hơn là đo góc nghiêng mặt kính và theo đó hạ thấp tâm. VỊ TRÍ CỦA Người khám quan sát bệnh nhân từ phía bên và yêu cầu bệnh nhân ngả đầu từ từ về phía QUANG TÂM sau đến khi gọng kính (và do đó mắt kính) vuông góc với sàn nhà. Trong khi bệnh nhân ngồi thật yên ở vị trí này, người khám ngồi đối diện với bệnh nhân (ở cùng độ cao mắt) và đo độ cao của các tâm đồng tử trong khi bệnh nhân nhìn thẳng phía trước (vào mắt người khám); đầu bệnh nhân vẫn ngả ra sau, do đó chỉ có mắt là di chuyển (Hình 4.18A). Khi bệnh nhân trở lại tư thế bình thường (Hình 4.18B), các độ cao sẽ hạ thấp 1 mm cho mỗi 2° nghiêng. (A) Chú ý quang tâm với (b) So sánh quang tâm với đầu bệnh nhân ngả ra sau bệnh nhân ở tư thế bình thường Hình 4.18 Tháng 9, 2012, Phiên bản 1 Quang học ứng dụng Chương 4-11  Các loại kính-Kính đơn tròng LẮP TỐI ƯU MẮT KÍNH VÀO GỌNG (tiếp theo) QUI TẮC TRỤC CHÍNH/TÂM XOAY Hình 4.19: Sơ đồ biểu diễn trục chính Nếu mắt kính được lắp theo qui tắc tâm xoay thì góc nhìn cho bất kì khoảng cách nào từ quang tâm cũng sẽ bằng nhau, bất kể hướng nhìn nào. Do đó, nếu người đeo kính nhìn ở trên quang tâm y mm thì góc nhìn sẽ là x độ, nếu nhìn dưới ở quang tâm y mm thì góc nhìn cũng là x độ. Các nhà thiết kế kính thừa nhận các số đo như khoảng cách đỉnh, khoảng cách từ tâm xoay tới đỉnh sau của mắt kính (thường là 27 mm) và cũng giả định là kính được lắp đúng bởi người khám. Các số đo được thừa nhận này cho phép tính các số đo như góc x. Thông tin này cho phép họ vẽ được đường đi của ánh sáng của bất kì điểm nào ở kính và dùng đúng độ phi cầu cần thiết để loại trừ loạn thị chéo (Hình 4.20). Ý NGHĨA CỦA VIỆC LẮP TỐI ƯU Hình 4.20a: Lắp tối ưu Hình 4.20b: Ảnh hưởng của việc lắp không đúng Tháng 9, 2012, Phiên bản 1 Quang học ứng dụng Chương 4-12  Các loại kính-Kính đơn tròng ẢNH HƯỞNG CỦA VIỆC LẮP KHÔNG ĐÚNG Nếu các mắt kính được lắp ở độ cao đồng tử mà không xét đến độ nghiêng mắt kính thì góc nhìn của bất kì khoảng cách nào so với quang tâm sẽ KHÔNG giống nhau, bất kể nhìn theo hướng nào. Do đó, nếu người quan sát nhìn y mm ở trên quang tâm thì góc nhìn sẽ là z độ. Nếu người quan sát nhìn y mm dưới quang tâm thì góc nhìn sẽ là w độ. Đây là các góc hoàn toàn khác nhau (Hình 4.20). Kính không thể có độ phi cầu đúng để loại trừ loạn thị chéo cho 2 góc hoàn toàn khác nhau với cùng một khoảng cách so với quang tâm, điều này dẫn đến loạn thị chéo không mong muốn ở mức độ đáng kể. TÓM TẮT Để đảm bảo kết quả thẩm mĩ tối ưu, tốt nhất là chọn một gọng kính trong đó các đồng tử nằm trên đường tâm ngang (datum). Nhờ vậy khi theo qui tắc trục chính, các quang tâm sẽ thấp xuống đến, hoặc gần, đường tâm ngang, do đó độ dày rìa ở đỉnh và đáy sẽ bằng nhau. Hình 4.21: Lắp tối ưu một mắt kính TÀI LIỆU THAM KHẢO Jalie M. 2003. Ophthalmic Lenses and Dispensing. Butterworth Heinemann, London. Jalie M. 1984. Principles of Ophthalmic Lenses, ABDO, London. Wakefield KG and Bennet AG. 2000. Bennett's Ophthalmic Prescription Work, Butterworth-Heinemann. Brooks CW and Borish IM. 2006. System of Ophthalmic Dispensing. Butterworth Heinemann. Brooks CW. 2005. Essentials of Ophthalmic Lens Finishing. Butterworth-Heinemann. Wilson D. 2006. Practical Optical Dispensing 2nd Edition. Open Training and Education Network, Sydney. Wilson D and Stenersen S. 2002. Practical Optical Workshop. Open Training and Education Network, Sydney. Tháng 9, 2012, Phiên bản 1 Quang học ứng dụng Chương 4-13