عدسی های آسفریک (Aspheric Lenses)

عدسی های آسفریک یا غیرکروی به عدسی هایی گفته می شود که سطح آن ها کروی نیست. این سطح غیرکروی شامل تمام انواع عدسی ها از جمله غیرکروی، آتوریک (atoric)، تدریجی (progressive) و آفاكیک (aphakic) می شود. بنابراین اگر همه ی این عدسی ها در تعریف عدسی غیرکروی قرار می گیرند، چطور می توانیم انواع مختلف آن ها را دقیق تر تعریف و از هم متمایز کنیم؟

غیرکروی (Aspheric)
به طور کلی در صنعت اپتیک و عینک سازی، عدسی غیرکروی به سطحی از عدسی گفته می شود که اندکی با سطح کروی تفاوت دارد. این تفاوت را «خروج از مرکز» یا اگزنتریسیته (eccentricity) می نامند و می توان آن را به صورت «مقاطع مخروطی» نیز تعریف کرد. مقاطع یک مخروط شامل منحنی هایی هستند که در طراحی سطوح عدسی به کار می روند، مانند دایره، بیضی، سهمی و هذلولی.

نوع منحنی (Curve)	خروج از مرکز (Eccentricity, e)	توضیح
دایره (Circle)	( e = 0 )	هیچ انحرافی ندارد؛ سطح کاملاً کروی است.
بیضی (Ellipse)		انحنا در مرکز بیشتر و در اطراف کمتر است؛ شبیه سطح آسپریک ملایم.
سهمی (Parabola)	( e = 1 )	سطحی که پرتوهای موازی را به یک نقطه کانونی می‌برد (مثل آینه سهموی).
هذلولی (Hyperbola)	( e > 1 )	انحنای منفی دارد؛ سطح بازتر و مقعرتر از سهمی است.

برای درک بهتر شکل یک عدسی غیرکروی، می توان از قضیه ی ‎sin⁻¹(e)‎ استفاده کرد که زاویه ای را نشان می دهد که باید مخروط را با آن زاویه بچرخانیم تا از بالا شکل منحنی حاصل را ببینیم. اگر یک فنجان قهوه را با هر زاویه ای کج کنید، مشاهده می کنید که شکل دایره ای دهانه ی آن هنگام کج شدن تغییر می کند؛ این همان شکلی است که منحنی های عدسی غیرکروی را نشان می دهد.

چرا از عدسی های آسفریک استفاده می شود؟
عدسی های غیرکروی در انواع مختلف خود برای اصلاح انحرافات نوری (aberrations) به کار می روند که در اثر تغییر در بیس عدسی های معمولی (best form curves) ایجاد می شوند. به عنوان مثال، در عدسی CR-39 با قدرت ‎-2.75‎، معمولاً از بیس (base curve) برابر با 4.63 استفاده می شود. اگر این عدسی با بیس 6 ساخته شود، نتیجه آن خواهد بود که هنگام نگاه کردن از نقاط دورتر از محور بینایی عدسی، قدرت آن تغییر می کند. این تغییر قدرت را می توان با تغییر تدریجی فرم عدسی از مرکز به لبه ها جبران کرد. این خروج از مرکز یا اگزنتریسیته (eccentricity) باعث می شود عدسی نه تنها وضعیت بینایی مورد نظر را اصلاح کند، بلکه با فریم یا انحنای مورد نیاز برای داشتن ظاهری زیباتر نیز هماهنگ شود.

آتوریک (Atoric)

در مثال قبلی از عدسی CR-39 با قدرت ‎-2.75‎ استفاده کردیم. حال اگر مثالی از یک عدسی اسفر-سیلندر با قدرت ‎-2.75 -2.00‎ در نظر بگیریم، منحنی ایده آل (best form curve) برای دو نصف النهار — یعنی کره ای (sphere) و استوانه ای (cylinder) — با یکدیگر متفاوت خواهد بود.

در یک عدسی اسفر (spherical lens)، لازم است تصمیم بگیرید که در کدام نصف النهار می خواهید بهترین کرو بیس (base curve) را فراهم کنید — برای کره، استوانه، یا مقدار معادل کروی (spherical equivalent) — و سپس خطا را بین دو نصف النهار تقسیم کنید.

راه حل این مشکل، عدسی آتوریک (atoric lens) است که به گونه ای تعریف می شود که در دو نصف النهار متفاوت، اگزنتریسیته (eccentricity) یا خروج از مرکز متفاوتی دارد. این ویژگی باعث می شود ناحیه ی وسیع تری از عدسی دارای قدرت دقیق و حداقل انحراف نوری (aberration) باشد و در نتیجه کیفیت بینایی کاربر به طور محسوسی افزایش یابد.

عدسی های تدریجی (Progressive)

عدسی های تدریجی یا پروگرسیو خود یک دسته ی مستقل از عدسی ها هستند. با این حال، تغییر تدریجی قدرت در این عدسی ها از طریق به کارگیری خاصیت آسفریک (asphericity) در بخش موسوم به راهرو یا کانال دید (corridor) انجام می شود تا عدسی ای با تغییر تدریجی قدرت، بدون خطوط مرزی قابل مشاهده ساخته شود. عدسی های تدریجی با بسیاری از سطوح غیرکروی تفاوت دارند، زیرا بر پایه ی مقاطع مخروطی (conic sections) طراحی نشده اند، بلکه بهتر است آن ها را به عنوان مخروط های تغییرشکل یافته (deformed conicoids) تعریف کنیم. برای تصور یک مخروط تغییرشکل یافته، تصور کنید سنگ ریزه ای را درون برکه ای آرام می اندازید. امواجی که از نقطه ی برخورد پخش می شوند، سطحی را ایجاد می کنند که با یک منحنی ساده قابل تعریف نیست. بسته به این که در کجای برکه نگاه کنید، شکل منحنی ها متفاوت است. این تغییرات در انحنا را می توان با گسترش معادله ی ساژیتال (sagittal equation) توصیف کرد:

z=Ay²+By⁴+Cy⁶+Dy⁸+Ey¹⁰
A=1/2r
B=p/8r³
C=p²/16r⁵
D=5p³/128r⁷
E=7p⁴/256r⁹

این گسترش (expansion) این امکان را فراهم می کند که شکل عدسی در نواحی دورتر از محور، به درجات مختلف تغییر داده شود بدون آن که محور اصلی تحت تأثیر مستقیم قرار گیرد. همچنین می توان از همین گسترش برای تعریف یک مقطع مخروطی ساده تر استفاده کرد. در این حالت، اگر مقادیر متغیرهای B، C، D و E را برابر با صفر قرار دهیم، تنها مقدار a باقی می ماند که همان متغیری است که مقطع مخروطی (conic section) را تعریف می کند.

اگر بخواهیم سطح را به حالت ساده ی مقطع مخروطی معمولی برگردانیم، کافی است همه ی ضرایب (B, C, D, E) را صفر کنیم. در آن صورت فقط (A = 1/(2r)) باقی می ماند و سطح ساده ی کروی یا سهموی می شود.

عدسی های آفاكیک (Aphakic)

عدسی های آفاكیک از طراحی آسفریک (aspheric) استفاده می کنند، زیرا عدسی هایی با قدرت مثبت بیش از ‎+8.00‎ خارج از بیضی شرنینگ (Tscherning’s ellipse) قرار دارند و فاقد بیس ایده آل (best form curve) هستند.
به همین دلیل، برای دستیابی به بهترین کیفیت بینایی، طراح عدسی ناچار است از سطوح غیرکروی استفاده کند. معمولاً در عدسی های آفاكیک، خاصیت غیرکروی نه تنها برای بهبود عملکرد نوری عدسی به کار می رود، بلکه اغلب از مخروط های تغییرشکل یافته (deformed conicoids) نیز استفاده می شود تا ظاهر عدسی زیباتر و نازک تر شود، زیرا عدسی های با قدرت بالا معمولاً ضخیم هستند. به خاطر داشته باشید که در اپتیک عینک سازی، سطوح آسفریک می توانند روی سطح جلو یا پشت عدسی اعمال شوند. با گسترش فناوری فری فرم (Free Form Technology) در این صنعت، شاهد آن خواهیم بود که در هر دو سطح جلویی و پشتی عدسی ها، درجات مختلفی از خروج از مرکز (eccentricity) به کار گرفته می شود تا هم زیبایی ظاهری و هم کیفیت اپتیکی عدسی ها بهبود یابد.

Harry Chilinguerian ABO-AC NCLE COA

منبع: Aspheric Lenses