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Óptica Oftálmica 2º Grado de Óptica y optometría

Óptica Oftálmica Juan Antonio Aparicio Estudio de las lentes para gafas. 1

Laboratorio de Tecnología óptica. Prácticas y guiones en Moodle. Profesora de prácticas: Isabel Arranz

Bibliografía de problemas: Problemas de tecnología óptica – Universidad de Alicante Adaptación de lentes oftálmicas – Edición de la universidad politécnica de Cataluña Clinical optics - Troy E. Fannin, Theodore Grosvenor Lentes oftálmicas: problemas - Joan Salvadó Arqués Tecnología óptica: Lentes oftálmicas, diseño y adaptación - Joan Salvadó Arqués Problemas de tecnología óptica - C. Illueca, B. Doménech The principles of ophthalmic lenses - M. Jalie

Problemas para casa: Optativos. Sólo cuentan para aprobar en caso de 4,5.

Evaluación. 80% Examen escrito final. Cuestiones (40% de la nota total) y problemas. (40% de la nota total) Las cuestiones no son teoría. Son pequeños problemas. 20% Examen oral individual de laboratorio. Prácticas. 20 minutos. 3 cosas que hay que saber hacer. Si se suspende no hay derecho a examen escrito. Aprobado si sabe responder las 3 cosas, +1 punto. Si a mayores se sabe responder más preguntas puede conseguir hasta un máximo de 2 puntos.

Tutorías. Despacho B135. Mañanas y hasta las 4 de la tarde. Mejor avisar.

Óptica Oftálmica 2º Grado de Óptica y optometría Tema 1. El problema de la compensación visual. Las lentes oftálmicas. Capítulos 1 y 7 “Tecnología óptica; lentes oftálmicas, diseño y adaptación.” UPC Capítulo 5 y 6 “Clinical optics” Troy E. Fannin Capítulo 1 y 2 “The principles of ophthalmic lenses” M. Jalie

1- Compensación visual. En esta asignatura no se habla de corregir defectos refractivos si no de compensarlos. Ya que corregirlos requiere una cirugía.

Cualquier dispositivo óptico tiene un plano objeto y un plano imagen, que comprenden entre ambos la lente encargada de enfocar el objeto. Si el detector no está en el plano donde se forma la imagen, y poniendo como ejemplo la retina no se puede modificar la posición del detector, será necesario por tanto variar el resto de las partes del sistema óptico. Siguiendo en el ejemplo del ojo el resto del sistema óptico puede ser el cristalino o la lente oftálmica que porte el paciente. Tenemos la cuestión de un objeto que enfoca en un plano diferente que no es la retina, y no podemos variar ninguna de las dos distancias (ni el objeto, ni la imagen), por lo que el ojo tiene la capacidad de cambiar la potencia de la lente que se interpone entre ambos. En este caso la lente es el cristalino.

Hemos de introducir una serie de términos para entrar en materia: - Punto remoto, R. Se trata de un punto en el espacio objeto del ojo en condiciones de desacomodación, cuyo punto conjugado se encuentra sobre la retina. Por lo que cualquier objeto que se coloque en el punto remoto producirá una buena imagen retiniana. - La ametropía es la inversa de la distancia existente desde el punto principal objeto del ojo al punto remoto. Esta distancia se expresa en metros, por lo que la ametropía se medirá en dioptrías.

El ojo se comporta como una lente convergente, por lo que tendría de forma normal una potencia de unas 60 Dioptrías.

El ojo amétrope es aquel ojo que forma imagen del infinito sobre la retina sin acomodar el cristalino. Por lo que su punto remoto, R se encuentra en el infinito. Luego va a ser igual a ∞ y al realizar la ecuación de ametropía obtenemos una ametropía de 0 Dioptrías. Se suele dar el caso de ojos amétropes, en este caso el punto focal del ojo no está sobre la fóvea, si no que el punto conjugado de la retina es el punto remoto, que se encontrará por delante de la córnea en el miope y por detrás de la misma en el hipermétrope.

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Óptica Oftálmica 2º Grado de Óptica y optometría - Miopía. Se trata de un defecto refractivo en el que se produce un exceso de potencia. Para poder compensar una miopía debemos disminuir la convergencia de los rayos, y para ello debemos de tener en cuenta que el punto remoto va a estar por delante de la córnea. Si el foco imagen o F’ de la lente coincide con el punto remoto del ojo hago que la imagen del infinito se proyecte sobre él, y por definición aquello que está sobre el punto remoto forma una imagen nítida en la retina. La distancia entre la lente y el ápex corneal se suele considerar una medida Standart de unos 12mm. Debemos de tener en cuenta que el plano principal de la córnea está 1,35mm por detrás de la primera superficie corneal. La focal imagen en el caso de una lente compensatoria para miopía depende de la distancia entre la lente y la superficie corneal, luego también la potencia estará condicionada por esta distancia. Si fuesen lentes de contacto la distancia la potencia disminuiría.

sería la misma, pero la distancia focal aumentaría, consecuentemente

Luego un miope con +2,00D en lentes oftálmicas tendría una graduación menor en lentes de contacto, por ejemplo de +1,50D.

Como resumen podemos decir que para compensar una miopía con una lente divergente debemos conseguir que esta lente proyecte el objeto del infinito en el punto remoto del ojo. Hay que tener en cuenta que la focal cambia dependiendo de la distancia existente entre la lente oftálmica o de contacto al ojo, afectando por tanto a la potencia de la última.

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Óptica Oftálmica 2º Grado de Óptica y optometría - Hipermetropía. Se trata de un defecto refractivo que se produce por un déficit de potencia en el ojo. El problema reside en que las estructuras oculares no doblan lo suficiente los rayos de luz como para que éstos proyecten sobre la retina. La corrección de este defecto se basa en aportar un mayor grado de convergencia al ojo. El punto remoto de un hipermétrope debe estar detrás de la córnea y normalmente por detrás de la retina. Si hacemos coincidir el punto remoto con la focal imagen – F’– de la lente, será capaz de formar una imagen sobre la fóvea. La focal de la lente estará condicionada por la distancia de la lente a la córnea, y como en el caso de la miopía se considera un valor estándar de unos 12mm en caso de lentes oftálmicas y de 0mm en caso de lentes de contac to. Por lo tanto en el caso de los hipermétropes tendríamos la situación contraria que en los miopes, la focal de las lentes oftálmicas sería mayor y consecuentemente la potencia menor, por ejemplo de +5,00 Dioptrías, mientras que la focal de las lentes de contacto sería menor y por ello la potencia menor, por ejemplo de +5,50 Dioptrías.

La corrección depende por tanto de colocar una lente concreta que sea capaz de hacer coincidir el foco imagen con el punto remoto del sistema. La distancia de la que hemos estado hablando como distancia entre lente y ápex corneal se denomina distancia de vértice.

El problema surge por el movimiento que realiza el ojo. En los movimientos creados por la musculatura extrínseca del ojo, el eje del mismo y de las lentes de contacto se mueve con él, pero el eje de la lente oftálmica no lo hace. Como el punto remoto está contenido en el eje del globo ocular se desplazará junto a él. Pero la distancia del punto remoto hasta un supuesto centro de rotación no va a cambiar a pesar del movimiento. Si la distancia estándar desde el ápex del ojo a la superficie de la lente es de 12 mm, la distancia estándar desde la lente hasta el centro de rotación es de 27mm y se representa con la letra s. Todos los puntos remotos estarán comprendidos dentro de una superficie esférica, por lo que el radio de la esfera será la resta entre s y la focal imagen. La porción de superficie esférica que puede alcanzar el punto remoto debido al movimiento ocular se denomina esfera de remotos, cuyo radio es r= s – f’.

Imaginemos que el ojo se encuentra mirando hacia abajo, estando por tanto el punto remoto por encima del eje de la lente oftálmica colocada. Esto supondría que la imagen del infinito tiene que ir al punto remoto independientemente de lo que haya girado el ojo.

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Óptica Oftálmica 2º Grado de Óptica y optometría Lo esperado es que la lente a la que llegue una serie de rayos de luz que vienen del infinito proyecte sobre el plano focal imagen como se ha estudiado en algunas otras asignaturas. Pero las lentes oftálmicas son lentes especiales, que forman imagen del infinito sobre una superficie esférica de puntos remotos. Por lo tanto, una lente que crea imágenes del infinito sobre una superficie curva debe tener aberraciones. Pero estas aberraciones estarán controladas, siendo además estas aberraciones de un tipo concreto, aberración de curvatura de campo. La lente oftálmica no es una lente convencional, debe ser una lente con aberraciones concretas para cada paciente.

2- Diseño. Por lo tanto el diseño de la lente debe cumplir dos expectativas, que compense la ametropía y que solucione el problema del movimiento del punto remoto junto con los movimientos oculares.

Existen diferentes tipos de aberraciones:

La lente debe tener corregidas las aberraciones que no interesan pero a la vez debe tener curvatura de campo. Toma como primera hipótesis la localización de la pupila en el plano que contiene el centro de rotación ocular. Y la segunda hipótesis en que cuando el ojo gira la pupila no gira, manteniendo la misma paralela a la lente. Asumdias las dos hipótesis pupilares la aberración esférica y el coma son despreciables porque dependen de la apertura, en el caso del ojo humano el ris en visión fotópica anda sobre los 3mm de diámetro. Tamaños tan pequeños tanto para la aberración esférica y el coma son desreciables y no represantan problema al diseño de la lente. Para tamaños grandes pupilares estas aberraciones aumentas pero no suponen realmente un problema Las aberraciones que nos preocupan son entonces el astigmatismo y la curvatura de campo. Intentando que el astigmatismo sea 0 y la cruvatura de campo sea tal que el plano de focos imagen coincida con la esfera de puntos remotos. La distorsión y la aberración cromática no suelen corregirse. Todas las lentes crean una distorsión de la imagen, pero nuestro cerebro es capaz de adaptarse a una visión distorsionada. Esto se puede observar cuando una persona se pone lentes por primera vez, ya que el cerebro adapta la métrica espacial a la nueva situación de imagen distrosionada, que suele conseguirse de forma completa a las 48 horas. El cambio de graduación cambia la distorsión, y por tanto genera una necesidad de nueva adaptación. Por lo tanto la distorsión no supone un problema grave. Las aberraciones cromáticas se pueden reducir con números de Abbe altos. Pero suelen ser normales en lentes de altas graduaciones en la zona periférica de la misma. Luego los que nos queda por corregir son el astigmatismo y la curvatura de campo.

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Óptica Oftálmica 2º Grado de Óptica y optometría Grados de libertad para anular el astigmatismo y adaptar la curvatura de campo a la curvatura de la esfera de remotos. Candidatos a modificar las aberraciones son: - El número de lentes. Queda descartado por ser dificil de acoplar sobre una montura. - Índice de refracción. No es un grado de libertad, porque los materiales ópticos son constantes. - Espesor de centro de la lente. Los usuarios no son partidarios cuando los espesores son altos. Siempre debe ser el menor posible, no el que mejore las aberraciones. - Variar s (25 = 12+15). En cuanto a la distancia de la lente al apex corneal, no puedo variar esta distancia porque depende de cada montura. Y en cuanto a la distancia hasta el punto de rotación, es diferente debido a la edad. No solamente no es un grado de libertad, sino que incluso es un problema, porque debe dar las mismas prestaciones para dos personas diferentes con diferentes valores. - Variar r1 y r2 (radios de curvaturas de la lente). La focal de la lente depende de los radios de curvatura, por lo que pasan de ser dos grados de libertad a uno; la focal de la lente. Los valores de los radios dependen de la emetropía del paciente, por lo que en el caso de un hipermétrope, la curvatura del r1 coincidirá aproximadamente con la esfera de puntos remotos. En el caso de la miopía el radio de curvatura que cambiará será r2, siendo este el que se aproxime a la forma de la esfera de puntos remotos. Por ello las formas de lentes oftálmicas para miopes e hipermétropes suelen tener siempre las mismas formas.

3- Materiales ópticos. Se trata de los materiales con los que se fabrican las lentes oftálmicas. Se podrían agrupar en dos grandes grupos: Materiales inorgánicos Materiales orgnánicos o Materales termoestabilizados o Materiales termoplásticos Todos los materiales ópticos deben ser transparentes para la radiación visible. Es absolutamente básico debe ser tallable, luego debo poder configurar su curvatura.

Los materiales inorgánicos o minerales. El princpal es el vidrio, y estos materiales son los materiales ópticos por excelencia, utilizados desde la antigüedad. Sin embargo, hasta el siglo XV no se comenzaron a utilizar para fabrical lentes para gafas. El elemento básico que se utiliza en cualquier material inorgánico es el óxido de silicio , pero no solamente llevan este componente, si no tambien Na, K, Ca, Al, y otros. Dependiendo de la spropiedades que se quieran conseguir en la lente se añaden diferentes minerales.

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Óptica Oftálmica 2º Grado de Óptica y optometría La forma de fabricar estas lentes es bastante artesanal. Se utiliza una olla de gran tamaño (1 m) que se caliente a altas emperaturas, y despues se añade a ella los materiales anteriores y a mayores los que se quieran para configurar las diferentes propiedades que se deseen. Todos estos materales se funden y por tanto se unen, los materiales se remueven, con el fin de homogeneizar la mezcla, es decir, que la mezcla sea igual en todas las partes de la olla, y tambien se consigue eliminar las impurezas mediante la evaporación, quedandome solamente una mezcla pura de los elementos que yo he querido añadir a la mezca. Luego el remover la mezcla se hace con el fin de homogeneizar y purificar. 7

Tras este proceso se da un proceso de enfriado, que consiste en dejar de aplicar calor. Se formarán unos discos pequeños, aproximadamente en unos moldes de altura 5 cm y de diámetro 80 cm. Si se le quiere añadir resistencia al vidrio, se realiza el templado, una serie de aplicación de calor y enfriado rápido, que dota al vidrio de una dureza especial. Una vez que el vidrio se ha enfriado, comienza el proceso de tallado de la lente según las propiedades que se quieran conseguir para cada lente. Esta técnica se utiliza princpalmente para las lentes minerales, y de ella me van ainteresar tres propiedades principales: -

El índice de refracción, n. Algunas veces se puede encontrar nd, significando esto que ese índice de refracción está medido para una =587’5nm, correspondiente con el color amarillo. Ya que el índice de refracción varía con la longitud de onda.

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Dispersión crómatica υ, que se especifica con el número de Abbe Densidad de material ( ) Esta densidad del material va a establecer un mayor o menor peso de la lente oftálmica. Longitud de onda de corte, longitud de onda por debajo de la cual el material es opaco, es decir, que no transmite la luz. La mayoría de estos materiales no son transparentes para el ultravioleta,normalmente sin necesidad de aditivos, pero a veces pueden añadirse sustancias que añadan esta propiedad. Para los materiales minerales esta longitud de onda es aproximadamente para el ultravioleta B, 315nm. Por lo que las lentes normalmente son opacas para el B y el C que está por debajo pero puede ser transparente para el ultravioleta A.

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Dependiendo de estas propiedades se pueden diferenciar tres tipos de materiales principales A) Vidrio Crown, 70% de , 15% de , 12% de CaO y el 3% restante otro tipos de sustancias el indice de refracción es 1’523, la dispersión, el numero de Abbe es alto, de 59 aprox. Y la densidad anda sobre los 2’54 . Es el vidrio básico que se ha utilizado desde la antiguedad B) Vidrio Flint, 55% de PbO, 30% de , 10% de y . Su índice de refracción se encuentra en torno a 1’7, su número de Abbe es relativamente bajo, de aprox. 30, y su densidad en torno a 3’9 , por lo que serán bastante más denso y por tanto más pesados que los Crown. C) Vidrios Crown de Bario. Cuya composición es entre un 20% y un 40% de BaO, , y otras sustancias añadidas. Sus propiedades son, un índice de refracción entre 1,54 y 1,6 con un número de Abbe entre 55 y 59 y una densidad de 3,25 Se pueden añadir en el proceso de fabricación diferentes óxidos para añadir colores al vidrio. Los vidrios son bastante resistentes a productos típicos caseros, como lejías, acetonas, sosa… etc. Son duros, es decir, dificil de rallar, y tremendamente frágiles, es decir que se rompe con facilidad ante las caidas, a no ser que haya sido sometido a procesos de templado, en cuyo caso, se romperá de igual forma si sufre más de una caida.

Óptica Oftálmica 2º Grado de Óptica y optometría Materiales organícos termoestabilizados. El más típico es el CR-39. Entre sus elementos se encuentran Carbono, nitrógeno, oxígeno e hidrógeno, que son los elementos básicos de todos los materiales orgánicos. Este CR-39 surgió de la fabricación de los aviones norteamericanos. Se fabrican por moldeado. Normalmente se tienen dos lentes minerales entre las cuales existe un hueco, estando unidas por debajo con un material plástico y en la parte superior una tápa, detro se vierte un monómero, un líquido que lleva la composición de los materiales orgánicos indicados junto con los complementos deseados. Este monómero, que se encontrará en estado líquido, se meterá en una bañera a una determinada temperatura en una bañera, haciendo que se polimerice el monómero. El polímero suele tener una estructura molecular tridimensional, que se puede observar gracias a la biseladora (corte para amoldar a la montura de la gafa), que soltará un polvillo propio de esta estructura. Son resistentes a temperaturas relativamente altas. Tienen una longitud de corte de340nm por lo que tambien será opaco para el ultravioleta A (no en totalidad) son materiales blandos que se rayan con facilidad, pero se les puede dotar de varias capas de óxido de silicio, haciendolas más resistenes al rayado, encarediendo la lente. El índice de refracción suele estar en torno a 1’498, su número de Abbe es de 60 y por tanto tiene una dispersión muy baja. Su densidad es 1’32 , siendo muy ligeras. Son bastantes resistentes a los agentes químicos y una de sus propiedades más interesantes es su resistencia ante los impactos.

Lentes orgánicas termoplásticos. Su material por definición es el policarbonato, siendo fabricadas de una manera parecida pero no exactamente igual que las lentes orgánicas termoestabilizadas. Su índice de refracción está en torno a 1’58, su número de Abbe es muy bajo, 29, por lo que tiene una gran dispersión, y su densidad es de 1’21 , haciéndolas muy ligeras. La longitud de onda de corte es de 380nm, por lo que no dejará pasar ningún tipo de ultravioleta, ni A, ni B, ni C. Resisten mal las temperaturas altas. Pero son remoldeables. Resistentes a los agentes químicos, y muy blandas, por lo que se rayan con mucha facilidad, por lo que todas llevan un recubrimiento de óxido de silicio de fábrica. Es incluso más resistente al impacto que las termoestabilizadas. Esta propiedad es utilizada para algunas aplicaciones como las lunas de los coches, y los vidrios de seguridad de los bancos. Son mucho más caros que los vidrios.

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Óptica Oftálmica 2º Grado de Óptica y optometría Tema 2. Lentes oftálmicas esféricas. Capítulos 2 “Óptica” Justiniano Casas Capítulos 3 “Tecnología óptica; lentes oftálmicas, diseño y adaptación.” UPC Capítulo 2 y 3 “Clinical optics” Troy E. Fannin Capítulo 6 “The principles of ophthalmic lenses” M. Jalie 9

Se define como eje óptico a la linea imaginaria que une los centros de curvatura de dos dioptrios esféricos. En él, suponiendo que la luz va de izquierda a derecha, encontraremos: - El vertice anterior o pu...