Pierwszy praktyczny teleskop optyczny został skonstruowany w 1608 roku w Niderlandach. Jego ulepszoną wersję w 1609 roku zaprezentował Galileusz. Mimo że od tego czasu minęło ponad 400 lat, wynalazek ten stanowi podwaliny dla współczesnej optyki, a także nauki i techniki.

Teleskop optyczny – proste urządzenie i milowy krok dla ludzkości

Teleskop optyczny początkowo wykorzystywany był w zastosowaniach militarnych oraz astronomicznych. Możliwość oglądania znajdującego się w znacznej odległości przedmiotu, tak jakby był na wyciągnięcie ręki, nie tylko fascynowało uczonych, ale przede wszystkim otworzyło szereg dalszych możliwości.

Pierwszy teleskop składał się z dwóch połączonych ze sobą soczewek. Konstrukcja ta była wielokrotnie udoskonalana, czego wynikiem są współczesne teleskopy. Obecnie wykorzystywane są one nie tylko do przybliżania oddalonych przedmiotów czy w astronomii, ale także rozpowszechniły się m.in. w diagnostyce medycznej.

Okulary teleskopowe – początki układów teleskopowych w optyce okularowej

Początkowo teleskopy w optyce okularowej były wykorzystywane jako pomoc dla osób słabowidzących. Ułatwiały życie m.in. chorym cierpiącym na zwyrodnienie plamki żółtej (AMD).

Historia pierwszych okularów teleskopowych wiele zawdzięcza Athanasiusowi Kicherowi. To filozof, matematyk i konstruktor żyjący w XVII wieku. Uczony zafascynowany był teleskopem Galileusza oraz możliwościami, jakie otwierało to urządzenie dla optyki. Efektem jego prac był opracowany w 1646 roku prototyp ręcznego teleskopu dla słabowidzących.

W 1667 roku kolejne okulary wykorzystujące układ teleskopowy skonstruował Eschinardi. Swój model wykonał również wynalazca patentowy Dixon w 1785 roku oraz naukowcy z firmy Zeiss w latach 30. XX wieku. Ten segment optyki, pomimo upływu lat, nadal systematycznie prezentuje kolejne nowinki, często bazując na dawnych koncepcjach.

Krótka historia soczewek kontaktowych w układzie teleskopowym

Jedną z podstawowych wad okularów teleskopowych jest to, że są niewygodne w użyciu. Zazwyczaj zapewniają małe pole widzenia, co ma związek zarówno z istnieniem przysłony polowej w układzie optycznym, jak i powiększeniem.

Soczewki kontaktowe w układzie teleskopowym opisywane były już w 1637 roku przez Kartezjusza. Uczony w jednym ze swoich dzieł wspominał o bezogniskowym układzie soczewek, który składał się z wypełnionej wodą trzyczęściowej szklanej tuby. Długość tuby mogła być regulowana. Po jej przyłożeniu do oka na siatkówce miał pojawiać się obraz o powiększeniu proporcjonalnym do długości tuby. Konstrukcja ta miała wiele wspólnego z teleskopem opracowanym przez Galileusza.

Pierwsze szklane soczewki skleralne pojawiły się w latach 30. XX wieku. Teoretycznie zaproponowano, aby w przypadku trwałego uszkodzenia wzroku wykorzystywać w układzie teleskopowym dwa rodzaje soczewek: dodatniej zwykłej oraz ujemnej kontaktowej. Nie przeprowadzono wówczas żadnych testów mających potwierdzić skuteczność takiej konstrukcji. W tym samym czasie powstał także projekt skleralnej soczewki kontaktowej składającej się z dwóch małych soczewek oddzielonych od siebie warstwą powietrza.

Przełomem okazał się jednak patent Dittmera. Zaproponował on połączenie pojedynczej ujemnej soczewki skleralnej ze sferyczną dodatnią soczewką z addycją do czytania. W wyniku tego powstał układ teleskopowy o dwóch różnych mocach w zależności od kierunku patrzenia.

Nie bez znaczenia jest także wydarzenie z 1939 roku, kiedy to dwóch naukowców ze Szkoły Medycznej Uniwersytetu Stanforda, Bettman i McNair, skonstruowało układ teleskopowy z dwuwypukłą soczewką dodatnią o mocy 20. Po połączeniu z soczewką kontaktową o mocy neutralizującej moc refrakcyjną rogówki otrzymano okular. W tym przypadku przeprowadzono obserwacje na pacjencie z degeneracją plamki żółtej. W okularach był on w stanie ostro zobaczyć litery, co bez nich było zupełnie niemożliwe.

W kolejnych latach XX wieku wykonano wiele prób zarówno na soczewkach twardych, jak i miękkich. Przeprowadzone obserwacje pozwoliły dojść do wniosku, że układy teleskopowe powinny opierać się na sztywnych soczewkach skleralnych.

Teleskopowe soczewki kontaktowe w XXI wieku

Największą zaletą układów teleskopowych jest niewątpliwie możliwość uzyskania powiększenia w połączeniu z soczewkami okularowymi. Rozwiązanie to ma jednak swoje wady, które utrudniają ich rozpowszechnienie. Wśród nich wyróżnia się m.in. trudności w uzyskaniu stabilnego obrazu siatkówkowego ze względu na dużą moc optyczną soczewek. Nawet niewielkie przesunięcia mogą skutkować silnym efektem pryzmatycznym. Wśród wad układów teleskopowych wymienia się również zmianę poczucia postrzegania ruchu w przestrzeni. Powstaje wrażenie, że obiekty, które są blisko, poruszają się szybciej, niż ma to miejsce w rzeczywistości. Większość tych objawów zazwyczaj jest nie do uniknięcia. Ze względu na powyższe ważnym elementem doboru soczewek jest selekcja pacjentów, u których można wykorzystać ten sposób korekcji.

Stały rozwój techniki oraz technologii pozwala na rozwiązywanie problemów, które jeszcze niedawno wydawały się nie do rozwiązania. W ostatnim czasie pojawiła się koncepcja produkcji specjalnych soczewek kontaktowych oparta na rozwiązaniach wykorzystywanych w astronomii oraz mikrooptyce. Mechanizm znany już w XVII wieku został przeniesiony do współczesnych teleskopów do obserwacji nieba. Bazuje on na katadioptrycznych układach teleskopowych. Wiązka światła jest nie tylko załamywana, ale także odbijana od zwierciadła. To pozwala na realne skrócenie układu optycznego. Rozwiązanie to pozwoliło również na miniaturyzację sprzętów rejestrujących obraz. Stąd też, wydawać by się mogło, naturalny pomysł, aby mechanizm ten wykorzystać do odświeżenia koncepcji układu teleskopowego.

Perspektywy i kierunki rozwoju teleskopowych soczewek kontaktowych

W 2013 roku zespół naukowców działający pod kierownictwem Erica Tremblaya zaprezentował prototyp teleskopowej soczewki kontaktowej. Początkowo miała ona grubość aż 4,4 mm, jednak naukowcom udało się zmniejszyć tę wartość do 1,17 mm. Dzięki temu można ją założyć bezpośrednio na oko.

Centralna część teleskopowej soczewki kontaktowej to zwykła soczewka kontaktowa zapewniająca normalne widzenie. Jej zewnętrzny pierścień natomiast powiększa obraz o 2,8x. W konstrukcji soczewki wykorzystano zasadę odbicia od lustrzanych powierzchni, które zostały umieszczone w powiększającym pierścieniu. Światło, zanim wpadnie do oka, odbija się aż czterokrotnie. Dzięki korekcji aberracji chromatycznej obraz powstały na siatkówce jest wysokiej jakości.

Pewnym utrudnieniem jest konieczność użycia aktywnych okularów polaryzacyjnych. To one decydują, czy światło przejdzie przez centralną część soczewki, czy przez powiększający pierścień. Teleskopowe soczewki kontaktowe zostały stworzone przede wszystkim z myślą o chorych na zwyrodnienie plamki żółtej (AMD). Obecnie schorzenie to zyskało rangę choroby społecznej, która jest najczęstszą przyczyną pogorszenia się wzroku po 50. roku życia. W niektórych przypadkach może nawet prowadzić do całkowitej utraty widzenia.

Naukowcy napotkali jednak kilka problemów, które wymagają rozwiązania. Obecnie teleskopowe soczewki kontaktowe wykonane są z PMMA (polimetakrylanu metylu). To materiał mało wygodny, który nie przepuszcza powietrza. Wykonywane są z niego m.in. twarde soczewki starego typu. Konieczne jest więc poświęcenie czasu i kolejnych badań, aby rozwiązać ten i inne problemy, zanim soczewki trafią do powszechnego użycia.

Rozwój techniki i technologii sprzyja kolejnym próbom konstruowania prototypów teleskopowych soczewek kontaktowych. Rozpowszechnienie takiego rozwiązania z pewnością pozwoliłoby wielu słabowidzącym pacjentom na powrót do normalnej sprawności i komfortowego funkcjonowania w życiu codziennym. Teleskopowe soczewki kontaktowe to nadzieja współczesnej optyki, a przyszłość pokaże czy spełnią pokładane w nich nadzieje. 

Od redakcji:

Artykuł prezentuje rzetelne informacje o tematyce związanej z ochroną narządu oraz korekcji wad wzroku, opracowane przez wykwalifikowaną kadrę zespołu Zdrowym okiem. Nie zastąpi on jednak fachowej porady u specjalisty – okulisty lub optometrysty.

Bibliografia:

Liczba odwiedzin 937