Materiales de lentes: regreso a una buena óptica

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En los últimos años, hemos presenciado la introducción de nuevos materiales orgánicos en la fabricación de lentes oftálmicas para sustituir al cristal mineral.

Este proceso empezó en los años cincuenta con la introducción del ADC (alil diglicol carbonato), conocido como RAV’ (marca registrada de Acomon AG) o CR-39 (marca registrada de PPG Industries Inc.). Este es un ensayo sobre diversos materiales de lentes.

En la mayor parte de los países del mundo, el cristal mineral en las aplicaciones oftálmicas ha sido sustituido en su mayoría por materiales plásticos, con un nivel actual de más del 70% en todo el mundo.

Figura 1: Estructura química del ADC (alil diglicol carbonato)

¿Pero por qué el ADC sustituyó al cristal tan fácilmente? Sencillamente porque ofrecía unas prestaciones mejores para el cliente final: el usuario de las gafas. El ADC pesa casi la mitad que el cristal, no se rompe tan fácilmente y tiene prácticamente las mismas propiedades ópticas. Por eso el ADC se denomina a veces “cristal orgánico”.

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Basándose en todo esto, los fabricantes de lentes tenían un buen argumento de venta, de ahí que el paso de un material a otro fuese fluido. Las únicas desventajas reales del ADC en sus primeros tiempos fueron su menor resistencia al rayado y su amarillamiento. En los años siguientes, esta problemática se resolvió mejorando el proceso de fundición y desarrollando recubrimientos resistentes al rayado. El hecho de que el ADC sea con diferencia el material oftálmico más utilizado hoy en día en todo el mundo es indicador de su éxito.

Materiales de índices elevados

Tras el ADC, se han ido introduciendo otros materiales. Se ha prestado especial atención a aumentar el índice de refracción. Un material con un índice más elevado permite que las lentes sean más finas, lo que supone una gran ventaja estética en las graduaciones de potencias altas.

Figura 2: Grosor aproximado del borde de una lente de 50 mm con la mejor óptica

Tal como se muestra en la figura 2, se consiguen reducciones significativas en el grosor de los bordes de potencias altas por encima de -6 D (lo mismo sucede con el grosor del centro de las lentes con potencias positivas). Obviamente, estos materiales han permitido mejorar su aspecto a las personas que, de otro modo, estarían condenadas a llevar cristales gruesos y estéticamente poco atractivos.

Otra razón para el éxito de los materiales de índice elevado ha sido su adaptabilidad a las monturas al aire, ya que estos materiales, a base de compuestos de tiouretano y epitio, presentan una mayor dureza en comparación con el ADC, por lo que su uso para las monturas al aire es seguro.

Materiales resistentes al impacto

Un segundo factor para el desarrollo y la introducción de nuevos materiales ha sido la preocupación por las prestaciones de seguridad, especialmente en Estados Unidos. Aumentando la dureza y la resistencia al impacto se consigue una mayor seguridad.

Figura 3: Datos de resistencia a los impactos Izod de algunos materiales ópticos del mercado

La figura 3 muestra la resistencia al impacto de algunos de los materiales ópticos disponibles en el mercado que se utilizan para la fabricación de gafas.

El policarbonato y el Trivex constituyen por sí mismos una clase especial, ya que su resistencia al impacto sobrepasa los límites normales de medición de impactos Izod. Para estos materiales, se realizan ensayos de impacto de alta velocidad (balística) para cuantificar propiamente su resistencia.

Su comportamiento frente a los impactos los hace especialmente adecuados para las gafas de seguridad, pero este nivel de protección no es necesario para las gafas corrientes ni para las gafas con monturas al aire.

Un efecto interesante de la aplicación de materiales con mayor resistencia al impacto -incluso aunque el índice sea bajo– es su influencia en el grosor de los bordes en las lentes de potencia baja hasta -4 D, como puede observarse en la figura 2 en el caso de RAVolution. Esto se debe a que el grosor del centro (GC) desempeña un papel importante a la hora de determinar el grosor de los bordes de las lentes negativas, como también puede comprobarse en la Figura 7.

Para contar con la aprobación de la FDA en cuanto al comportamiento frente a los impactos, las lentes endurecidas con recubrimientos multicapa sin una capa preliminar requieren un GC de 2 mm si el material de la lente es ADC, de 1,5 mm si son materiales de índice elevado MR-7, MR-8 y MR-174, y solo de 1,2 mm si es RAVolution.

El policarbonato incluso se suministra con un GC de 1,0 mm. La figura 2 muestra que con un GC bajo, un material de índice bajo como RAVolution solo presenta diferencias marginales en el grosor de los bordes respecto a los materiales de índice elevado. Si se aplica una capa protectora o preliminar, los CG pueden reducirse incluso en el ADC, aunque esto afecta al rendimiento del recubrimiento.

Demanda de corrección de visión

Figura 4: Corrección de vista necesaria en la población mundial

Si se observa la demografía de las correcciones de visión (véase Figura 4), puede comprobarse que el 80% de las correcciones necesarias (población mundial) se sitúa entre el intervalo dióptrico de +4 a -4. Teniendo en cuenta también las puntualizaciones del apartado anterior, parece que los materiales con alta resistencia a los impactos y un índice bajo son una alternativa adecuada para la mayoría de los usuarios de gafas.

Dispersión baja

Pero eso no es todo. Los materiales de índice bajo presentan una ventaja adicional: proporcionan una dispersión baja, lo que se traduce en una óptica mejor. La misma razón por la que el cristal mineral y el ADC fueron considerados buenos materiales para uso oftálmico es cierta en la actualidad. Una buena óptica proporciona una mayor nitidez y una mayor comodidad para el usuario.

Figura 5: Relación general entre el índice de refracción y la dispersión óptica

En la figura 5 se ofrece una comparación del índice de refracción de algunos materiales oftálmicos plásticos disponibles en el mercado con su dispersión o aberración cromática. Se puede ver que existe una clara tendencia: los materiales con índices de refracción más elevados tienen una mayor dispersión, lo que se traduce en valores Abbe más bajos (*).

No obstante, un valor Abbe bajo significa una visión deteriorada fuera del eje, que se percibe en forma de borrosidad (aberración axial) y de halo cromático o arco iris (aberración lateral). Para algunos usuarios esto puede ser aceptable (incluso imperceptible), aunque para otros supone una carga (consciente o inconscientemente). La experiencia demuestra que los usuarios que vuelven a llevar lentes con dispersión baja y una buena óptica notan una mejora repentina en su comodidad de visión.

Tan solo unos pocos materiales utilizados en el mercado tienen un valor Abbe mayor que el valor Abbe natural del ojo humano. Si volvemos a analizar por qué el cristal mineral y el ADC son buenos materiales para las lentes, esta es probablemente la razón. Como se ha mencionado anteriormente, el ADC es todavía el material óptico más utilizado hoy en día con diferencia, ya que ofrece una óptica excelente y es asequible.

Actualmente, quizá la comparación con el ojo humano no sea tan categórica: el ojo tiene un sistema óptico bastante compacto con sensibilidad reducida en el área periférica. Por otra parte, las lentes para gafas se ven mucho más afectadas por la aberración cromática por el simple hecho de que se colocan a cierta distancia del ojo y la luz puede pasar a través de ellas a un ángulo diferente del eje óptico. En el centro óptico, la visión no se distorsiona. Pero al alejar el ojo del centro óptico al borde de la lente (en vez de mover la cabeza), aumenta la distorsión.

Dada una determinada graduación, la magnitud de estas distorsiones para los usuarios varía en función de:

  • el material de la lente: los materiales de dispersión baja son mejores.
  • el diámetro de la lente: cuanto más pequeño es el diámetro, mejor.
  • la montura: en general, el mejor posicionamiento del centro óptico, la mayor cercanía de la montura a los ojos, la selección adecuada de la curvatura base, el diseño de lente apropiado, etc.

En cualquier caso, la elección de un material con un alto valor Abbe, capaz de proporcionar una buena calidad óptica, es fundamental para reducir distorsiones indeseadas y contribuye a mejorar la comodidad del usuario.

Distorsiones 

Las distorsiones provocadas por los materiales ópticos utilizados para las lentes oftálmicas pueden dividirse entre:

  • aberración axial (causa borrosidad fuera del eje)
  • aberración lateral (causa arco iris y halos)

El segundo tipo de aberración es el más predominante, aunque también hay personas susceptibles al primer tipo.

Figura 6: Área de visión sin distorsiones en lentes esféricas oftálmicas monofocales

En la figura 6, se muestra esquemáticamente la diferencia entre los materiales ópticos. Los materiales con valores Abbe altos, como RAV7 y RAVolution, ofrecen una mayor área sin distorsiones y, por tanto, una mayor nitidez de visión que los materiales de índice elevado y valores Abbe bajos, como MR-7 y MR-174.

No obstante, cabe mencionar que los diseños de lentes más complejos (progresivas, de alta potencia o prismas) pueden tener sus propias contribuciones a las distorsiones.

Diseños asféricos

Para limitar el grosor de las lentes, también es posible cambiar el diseño de su mejor forma a una forma aplanada, escogiendo una curvatura de base más plana para la parte delantera y trasera de la lente. Los errores ópticos que se introducen en la periferia de las lentes siguiendo esta técnica pueden neutralizarse con un diseño asférico.

Figura 7: Influencia del diseño de lentes y del grosor del centro en la estética de la lente

Los diseños asféricos reducen el grosor significativamente, sobre todo en potencias más elevadas. La Figura 7 muestra su efecto en lentes positivas y negativas con reducción en el grosor y, por tanto, en el volumen y el peso.

Reduciendo el grosor del centro de las lentes negativas, el grosor del borde puede mejorarse aún más, lo que es significativo en la sección de la potencia baja (véase también figura 2), donde los materiales duros de índice bajo pueden incluso superar a los materiales de índices elevados.

Las aberraciones ópticas introducidas por el diseño asférico u otro diseño son menores para los materiales de dispersión baja como el ADC o RAVolution, otra razón por la que decantarse por una buena óptica.

Peso de las lentes

Por último, aunque no por ello menos importante, otro aspecto a tener en cuenta a la hora de seleccionar el material óptico para las lentes es la densidad del material. Las densidades de los materiales ópticos disponibles en el mercado oscilan en un gran intervalo, como se muestra en la figura 8.

Figura 8: Densidad de algunos materiales ópticos del mercado

La diferencia entre la mayor densidad (MR-l74) y la menor (RAVolution, Trivex) es de un 32%, lo que es significativo. Esto se traduce en que, aunque las lentes con potencias altas fabricadas con materiales de índices elevados sean más finas y tengan un menor volumen interno, el peso final de la lente será parecido. Por tanto, la elección de de los usuarios de materiales de índice elevado para las secciones de potencia alta tendrá sentido únicamente por razones estéticas, pero no por el peso de la lente.

Regreso a una buena óptica

En vista de todos los aspectos mencionados, los ópticos deben reflexionar sobre el uso de materiales de índice elevado en las zonas de corrección inferiores hasta -/+4 D o incluso ligeramente superiores.

La comodidad del usuario, una nitidez óptima y una visión perfecta, la finura y la ligereza, además de la seguridad, son posibles con los nuevos materiales de lentes, que combinan todas estas buenas prestaciones. En especial con el más novedoso material óptico disponible: RAVolution, que constituye el regreso a una buena óptica. Es una buena noticia, ya que una buena óptica es la base de las buenas lentes, y enfoca la búsqueda de un índice mayor desde una perspectiva diferente.

(*) La aberración cromática, también llamada dispersión, se determina por la diferencia del índice de refracción entre dos longitudes de onda de luz en el espectro visual. Debido a que esta diferencia aumenta al aumentar los índices de la mayoría de materiales, los materiales de índice elevado presentan valores Abbe bajos o, lo que es lo mismo, dispersión alta.

Artículo publicado en la edición impresa de Optimoda edición nº 142 correspondiente a Noviembre/Diciembre 2008

 

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