Все публикации

Оптические покрытия для очковых линз

Современные очковые линзы в большинстве случаев применяются с различными видами модификации поверхности, к которым относят нанесение различных покрытий и окрашивание. Оптические покрытия помогают улучшить оптические свойства линз, увеличить устойчивость их к царапинам, облегчают уход за ними и способствуют увеличению срока полезной эксплуатации.
Современные очковые линзы в большинстве случаев применяются с различными видами модификации поверхности, к которым относят нанесение различных покрытий и окрашивание. Оптические покрытия помогают улучшить оптические свойства линз, увеличить устойчивость их к царапинам, облегчают уход за ними и способствуют увеличению срока полезной эксплуатации.

В зависимости от материала очковых линз  возможно нанесения какого-либо одного вида покрытий – например, просветляющих или зеркальных на линзы из минерального стекла, упрочняющих на линзы из CR-39. Современные линзы из высокопреломляющих органических материалов выпускаются с многофункциональными покрытиями, в состав которых входят отдельные слои – предварительный, упрочняющий, просветляющий, антистатический, гидрофобный.

Упрочняющие покрытия

Оптические материалы из различных полимеров, применяемые для изготовления очковых линз имеют хорошие оптические свойства, малый удельный вес, устойчивы к ударным воздействиям, однако по сравнению с минеральным стеклом имеют плохую стойкость к царапинам и микроповреждениям поверхности. Исправить этот недостаток помогают упрочняющие покрытия, самые современные из которых поднимают абразивостойкость органических очковых линз до уровня минеральных.


Оптические материалы из различных полимеров, применяемые для изготовления очковых линз имеют хорошие оптические свойства, малый удельный вес, устойчивы к ударным воздействиям, однако по сравнению с минеральным стеклом имеют плохую стойкость к царапинам и микроповреждениям поверхности.


Упрочняющие покрытия значительно повышает стойкость очковой линзы к механическим воздействиям и продлевает срок ее службы. Они наносятся как на внутреннюю, так и на внешнюю сторону органической очковой линзы. Покрытия наносят методом окунания – линзы погружают в раствор специального лака, соответствующего по показателю преломления материалу линзы; или же центрифугирования – раствор лака наносят на поверхность вращающейся линзы.
Затем покрытия отверждают под воздействием ультрафиолетового излучения (УФ-отверждаемые) или высокой температуры (термоотверждаемые). Каждый вид отверждения имеет свои достоинства и недостатки. Выбор метода отверждения зависит от химического состава лака для нанесения покрытий.
- Термоотверждаемые покрытия, как правило, применяются производителями очковых линз на заводах при крупносерийном производстве. Их нередко называют заводскими упрочняющими покрытиями, так как они наносятся на переднюю поверхность заготовок для защиты от механических повреждений. Покрытия этого типа отличаются хорошей устойчивостью к абразивному износу, они прекрасно совместимы с просветляющими и зеркальными оптическими покрытиями. Они позволяют применять первичные покрытия для обеспечения интенсивного окрашивания, улучшения адгезии и ударопрочности. Как правило, конкретный вид термоотверждаемых покрытий разрабатывается для обеспечения адгезии к определенному субстрату – материалу линз.
- УФ-отверждаемые покрытия в основном используются при изготовлении рецептурных линз в лабораториях, а также на некоторых серийных производствах. Преимуществами покрытий этого вида является быстрота нанесения и отверждения, а также лучшая совместимость с материалами разного химического состава. Именно эти характеристики делают УФ-отверждаемые покрытия незаменимыми для работников оптической лаборатории, которые имеют дело с линзами из различных материалов, а время выполнения заказа должно быть минимальным. Считается, что УФ-отверждаемые покрытия уступают по абразивостойкости термоотверждаемым и менее совместимы с просветляющими и зеркальными покрытиями.
- Гибридные покрытия – это новая категория упрочняющих покрытий, позволившая объединить преимущества термо- и УФ-отверждаемых покрытий. Гибридные покрытия сначала отверждаются под воздействием УФ-излучения, а затем короткое время выдерживаются в термокамерах. В результате получаются покрытия, обладающие устойчивостью к абразивному износу и совместимостью с просветляющими слоями, как у термоотверждаемых покрытий, притом что время отверждения у них практически такое же, как у УФ-отверждаемых.

Просветляющие покрытия

Световой поток, падающий на линзу, частично отражается, большая его часть пропускается, а незначительное количество поглощается линзой. Отражение лучей света от поверхности линзы происходит из-за различных коэффициентов преломления стекла и воздуха.   Отражение происходит, во-первых, со стороны задней поверхности очковой линзы, во-вторых, от склеры и роговицы, в-третьих, со стороны передней поверхности очковой линзы.  Отраженные лучи препятствуют прохождению прямых лучей от предмета, уменьшая светопропускание линзы и снижая качество изображения на сетчатке глаза. Отражения света, возникающие на обеих поверхностях очковой линзы, причиняют немало неудобств тем, кто носит очки. При ношении линз без покрытий человек сталкивается с проблемой паразитных изображений и мешающих отражений от задней поверхности. Паразитные изображения приводят к уменьшению четкости видения объектов и могут вызвать серьезные проблемы, особенно при вождении автомобиля в ночное время. Раздражающие отражения от задней поверхности возникают, когда источник света находится позади человека, в результате чего он может видеть не только отражение этого источника, но и собственного глаза и ресниц.

Рис.1. Отражения от поверхности линз:
A, B - отражения, ощущаемые пользователем очками, от внутренней поверхности линз (А) и от поверхности роговицы (В); С - отражения от поверхностей линз, видимые сторонним наблюдателем.

Чем выше показатель преломления линзы, тем больше потери на отражение и меньше светопропускание. Так, для линз из материала с показателем преломления 1,6 потери на отражение от обеих поверхностей составят 5,33%, у линз с показателем преломления 1,7 или 1,8 потери увеличатся до 6,72 или 8,16% соответственно.
Для уменьшения отражения от поверхностей очковых линз применяются просветляющие покрытия. Просветляющие покрытия состоят из микроскопически тонких слоев неорганических веществ с различными показателями преломления. Для их нанесения применяется специальная вакуумная техника, в которой исходные вещества в условиях глубокого вакуума переводятся в газовую фазу и оседают на поверхности линз.
Цитата:
При ношении линз без покрытий человек сталкивается с проблемой паразитных изображений и мешающих отражений от задней поверхности
Принцип действия просветляющих покрытий заключается в уменьшении отраженного света и основан на явлении интерференции. Отраженные от этих двух границ лучи интерферируют и гасят друг друга, то есть создают такие условия, при которых наложение двух волн ведет к заданному распределению светового потока, усилению луча света. Конструкция покрытия, то есть толщина и показатели преломления его слоев, подбираются таким образом, чтобы световые волны, отражающиеся от обеих его поверхностей, имели разность хода в половину длины волны; кроме того, эти волны должны быть одинаковыми по амплитуде и длине. В таком случае отраженные волны интерферируют и гасят друг друга (рис. 2). Правильно подобранное просветляющее покрытие резко уменьшает отражение от обеих поверхностей линзы и увеличивает ее светопропускание.


Рис. 2. Погашение отраженного светового потока с помощью просветляющего покрытия:
n1, n2, n3 - коэффициенты преломления: n1 - воздуха,  n2 - просветляющего покрытия,  n3 - очковой линзы

Первые просветляющие покрытия, которые наносили на поверхность линз из минерального стекла, состояли из одного, максимум двух слоев. В результате достигался минимальный коэффициент отражения для излучения одной или в лучшем случае двух длин волн. Современные покрытия состоят из большего числа слоев, в результате просветление работает для более значительной по охвату области видимого спектра, а сами покрытия называются широкополосными. На рис. 3 приведены спектральные характеристики различных покрытий, позволяющие оценить, насколько изменяется значение коэффициента отражения в зависимости от структуры покрытия. Анализируя представленные данные, мы видим, как улучшение технологии нанесения просветляющих покрытий привело к значительному снижению коэффициента отражения.

Рис. 3. Характеристики различных просветляющих покрытий:
1 – современное широкополосное просветляющее покрытие; 2 – первые покрытия для органических очковых линз; 3 –однослойное просветляющее покрытие первого поколения) для минеральных линз на основе фторида магния

Нанесение широкополосного просветляющего покрытия особенно важно для линз из высокопреломляющих материалов, у которых с увеличением показателя преломления потери на отражение могут значительно уменьшить светопропускание. На рис. 4 приведены спектральные характеристики коэффициента отражения линз с различными значениями показателя преломления. После нанесения широкополосного просветляющего покрытия спектральные характеристики и оттенки остаточного отражения линз из разных материалов совпадают.
* Reflection colours of AR coatings from Carl Zeiss : Antireflection Coating // www.zeiss.de.

Рис. 4. Зависимость коэффициента отражения от показателя преломления
1 –  линзы «Punktal 1,6»; 2 – «Punktal 1,5»; 3 – «Punktal 1,5 Super ET»; 4 – «Punktal 1,6 Super ET»

Все просветляющие покрытия характеризуются определенным уровнем остаточного отражения, которое может составлять менее 1%. Цвет остаточного отражения определяется тем, в какой области видимого спектра формируется максимум отражения этого покрытия. Более ранние однослойные просветляющие покрытия давали снижение отражения для излучения одной длины волны, как правило в центре видимого спектра. В результате оставался некоторый уровень остаточного отражения в краевых диапазонах, полученные покрытия имели достаточно яркие фиолетовые или желтые оттенки. Современные просветляющие покрытия, обеспечивающие снижение остаточного отражения для нескольких значений длин волн, позволяют достигнуть большего уменьшения коэффициента отражения. Эти продукты, как правило, имеют небольшой пик коэффициента отражения в центре видимого спектра, в зеленой области примерно на уровне 550 нм, что соответствует максимуму спектральной чувствительности глаза. Возможно нанесение просветляющих покрытий и с другими цветовыми оттенками, однако данная задача представляется более сложной с технической точки зрения, так как она требует очень тщательного контроля толщины и показателя преломления покрытия.
На рис. 5 приведены спектральные характеристики линз с просветляющими покрытиями и с различными оттенками остаточного отражения. Линза, описываемая синей линией, имеет максимум при длине волны 450 нм в синей области, что определяет синий оттенок остаточного отражения. Линза, соответствующая зеленой линии, имеет максимум остаточного отражения, когда длина волны составляет 550 нм в зеленой области спектра и, соответственно, остаточное отражение зеленого оттенка.

Рис. 5. Спектральные характеристики линз с различными оттенками остаточного отражения:
1 – зеленый оттенок остаточного отражения; 2 – синий оттенок остаточного отражения

В ассортименте некоторых компаний представлены бесцветные – ахроматические  просветляющие покрытия, например «Neva Secret» («BBGR») и «Color Free AR» («Optima»), которые не имеют какого-либо цветного оттенка остаточного отражения и могут сочетаться с оправами любых цветов.

Антистатические покрытия

Очковые линзы – это изделия оптического назначения, изготавливаемые на основе термореактивных материалов методом полимеризации в форме или производимые из термопластичных материалов методом литья под давлением. Все оптические материалы обладают высокими показателями поверхностного и объемного сопротивления, способны накапливать электрические заряды на своей поверхности.
Статическое электричество образуется на поверхности очковых линз, когда мы пытаемся очистить их поверхность сухой салфеткой. Известно, что некоторые положительно заряженные материалы, к которым относится сухая кожа человека, нейлон, шелк и др., при соприкосновении с поверхностью очковых линз могут взаимодействовать с веществами из слоев просветляющего покрытия, формируя электрический заряд на поверхности линз.  После тщательного протирания салфеткой или контакта с заряженными материалами и предметами на поверхности линз длительное время сохраняется электрический заряд, который притягивает заряженные частицы пыли из окружающего воздуха. Наличие пыли приводит к ухудшению оптических свойств линз. К тому же в большинстве промышленных городов пыль содержит мелкодисперсные частицы кварца (песка), твердость которого намного превышает твердость поверхности органических линз. Осаждение пыли на электризованной поверхности линз и многократные попытки ее удаления приводят к образованию еще большего электростатического заряда, появлению царапин и снижению срока эксплуатации линз.
Решить проблему электризуемости линз и их запыленности смогли компании, создавшие новые многофункциональные покрытия с антистатическими свойствами. Современные технологии нанесения таких покрытий позволяют соединить великолепную абразивную стойкость с устойчивостью к загрязнениям и запылению, не уменьшая высокие показатели светопропускания.
Придать покрытию линз антистатические свойства впервые удалось компании «SOLA» (США), которая предложила покрытие «Teflon EasyCare». Теперь эта фирма входит в состав компании «Carl Zeiss Vision» (Германия). В структуру многослойного покрытия введены дополнительные антистатические слои с высокой собственной электропроводностью, которые препятствуют образованию и накапливанию заряда статического электричества и притягиванию частиц пыли из воздуха (рис. 6).

Рис. 6. Структура многофункционального покрытия «Teflon EasyCare»

Результаты сравнения антистатических свойств покрытия «Teflon EasyCare» с обычным просветляющим покрытием, не обладающим антистатическими свойствами, после многократного протирания сухой тканью приведены на рис. 7. В рамках эксперимента на линзы с покрытиями и без них специально наносили загрязнения различных видов, после чего проводили оценку мутности линз в процессе очистки путем многократного протирания тканью. Как показывают экспериментальные данные, на первом этапе загрязненность линз без покрытий или с покрытием без антистатических свойств даже возрастает из-за электризации, в то время как линза с покрытием «Teflon EasyCare» легко и быстро подвергается очистке благодаря наличию антистатических и гидро-олеофобных свойств поверхности (http://www.solateflon.com).

Рис. 7. Мутность загрязненных линз после многократного протирания:
1 – линза с с обычным просветляющим покрытием; 2 – покрытие Teflon Easy Care; 3 – линза без покрытия

Учитывая потребности рынка, весной 2007 года концерн «Essilor International» (Франция) разработал новое покрытие «Crizal A2». Оно обладает антистатическими свойствами, препятствующими электризации поверхности, а следовательно, оседанию пыли и загрязнений на линзе. Для нанесения покрытия была создана современная технология ионного напыления, позволяющая увеличить адгезию между слоями многофункционального покрытия и обеспечить лучшую адгезию слоев к поверхности линзы. В состав нового покрытия «Crizal A2» были введены токопроводящие молекулы, препятствующие образованию заряда статического электричества и притягиванию пыли и грязи. На рынке представлены многофункциональные покрытия с антистатическими свойствами от разных производителей: также представлены в ассортименте следующих компаний: «Kodak CleAR» («Signet Armorlite», США), «Solitaire Top Coat» («Rodenstock», Германия), «Super HiVision» («HOYA Vision Care», Япония) и др.

Гидрофобные покрытия

Название этого вида покрытий означает «боящиеся воды» — в отличие от гидрофильных материалов и покрытий, которые, наоборот, воду любят. Гидрофобные покрытия являются верхними, или завершающими, слоями в сложной многослойной структуре современных многофункциональных покрытий, и помогают сохранять чистоту и прозрачность очковых линз при эксплуатации. Поверхности,  на которые необходимо наносить гидрофобные покрытия, различаются химическим составом и свободной поверхностной энергией, которые обусловлены свойствами молекул вещества в наружном слое. Мерой поверхностной энергии является контактный угол смачивания водой Θ, величина которого определяется взаимодействием жидкости с твердой подложкой при влиянии окружающей газовой среды – воздуха. Если жидкость растекается по поверхности, а Θ < 90° - поверхность гидрофильная.  В том случае,  если жидкость сохраняет форму шарика и не растекается, а Θ > 90° - поверхность гидрофобная.

Рис. 8. Краевые углы смачивания поверхностей

Угол смачивания поверхности линзы с просветляющим покрытием (без гидрофобного) составляет примерно 20 градусов.  Органические линзы с упрочняющим покрытием имеют угол смачивания примерно 40-60 градусов в зависимости от состава покрытия.
Для формирования гидрофобных покрытий могут применяться различные виды полимерных материалов: углеводороды, силиконы, фторсодержащие углеводороды. Углеводородные соединения обеспечивают угол смачивания величиной примерно 90º, силиконы – более 100°, а фторсодержащие углеводороды – более 110°. В настоящее время нанесение завершающих гидрофобных покрытий производят в вакуумной камере или специальной установке.
Гидрофобное покрытие наносят поверх многослойного просветляющего и оно заполняет неровности поверхности, сглаживает их, одновременно снижая коэффициент трения, что облегчает очистку очковых линз. Толщина применяемых гидрофобных слоев очень мала – всего 200 ангстрем (0,00002 мм), но эти сверхтонкие пленки оказывают влияние на химические и физико-химические свойства поверхности, существенно снижая ее поверхностную энергию. В итоге поверхность очковых линз становится водоотталкивающей, а в некоторых случаях и масло- и жиро отталкивающей, так как увеличивается и угол смачивания поверхности маслами и жиром. В результате уход и очистка очковых линз становятся проще, да и сами очковые линзы меньше притягивают и удерживают грязь. Еще одним преимуществом гидрофобных покрытий является защита просветляющего покрытия от проникновения влаги, что способствует более длительному сохранению его целостности и адгезии к линзе или упрочняющему слою.

Противозапотевающие прокрытия очковых линз
 


Запотевание очковых линз – это проблема, с которой сталкиваются многие потребители, и по результатам международных исследований в семи странах мира с привлечением 1493 участников 75% из них хотели бы получить оптимальный способ ее решения. Запотевание приводит к резкому ухудшению прозрачности линз при переходе из холода в теплое помещение или при занятиях различными видами спорта, что может создавать для пользователей очков неудобные и потенциально опасные ситуации. Современные многофункциональные покрытия менее подвержены запотеванию, так как вода не растекается по поверхности, а быстро скатывается. Для снижения запотевания линз применяют разнообразные спреи и салфетки, которые обеспечивают временную устойчивость линз к запотеванию.
В ассортименте ведущих производителей очковых линз появились противозапотевающие покрытия. Компания Essilor International) разработала инновационное гидрофильное покрытие Optifog, которое в сочетании со специальным составом Optifog Activator предупреждает запотевание линз. Принцип действия достаточно прост: на каждую сторону  линзы с покрытием Optifog наносится капля Optifog Activator и аккуратно распределяется по всей поверхности при помощи микрофибровой салфетки, после чего очковая линза становится устойчивой к запотеванию в течение как минимум одной недели при сохранении всех преимуществ просветления. Активацию поверхности следует повторять через неделю или после мытья линз, причем одной бутылочки Optifog Activator хватает для применения на протяжении шести месяцев.
Компания SEIKO OPTICAL EUROPE с 2004 года имеет в ассортименте своей продукции противозапотевающее покрытие Seiko FogLessCoat. В основе покрытия имеется гидрофильный слой сложного химического состава, который предупреждает запотевание поверхности линз, особенно в холодное время года при входе в теплое помещение, при занятиях спортом на открытом воздухе, а также при нахождении в теплом помещении с повышенной влажностью.
В ассортименте компании Tokai Optecs NV представлены два различных вида противозапотевающих покрытий: временное, наносимое на поверхности линз при помощи специального спрея No fog, и постоянное – Foggy Gard Coating (FGC), которое необходимо активировать один раз в неделю, используя особый реагент FGC Agent. Покрытие FGC наносится поверх просветляющего слоя и имеет гидрофильную природу, которая способствует диффузии образующихся на поверхности линз мелких капель воды в прозрачную пленку, не ухудшающую светопропускания линз.

Зеркальные покрытия

Зеркальные покрытия нашли применение в офтальмологической оптике благодаря косметическим преимуществам – они изменяют внешний вид очковых линз, делая глаза человека практически невидимыми, а также защищают глаза от избыточной яркости солнечного излучения.. Зеркальные покрытия наносят на переднюю (выпуклую) поверхность окрашенных очковых линз. Как и современные просветляющие, зеркальные покрытия сегодня представляют собой комбинацию слоев металлов, их оксидов и других веществ, варьирование состава и толщины которых позволяет получать зеркальные покрытия с разнообразными коэффициентами отражения (от 10 до 50 процентов) и различными цветовыми оттенками – желтым, синим, зеленым, розовым. Существуют также специальные зеркальные покрытия: градиентные, с плавно изменяющимся коэффициентом отражения по диаметру очковой линзы (сверху вниз), и радужные, с разнообразными цветовыми оттенками.
Длительное время зеркальные покрытия применялись только для нанесения на плановые очковые линзы в солнцезащитных очках, однако совершенствование технологии способствует увеличению потребления рецептурных очковых линз с зеркальными покрытиями. Зеркальные покрытия предназначены прежде всего для ориентирующихся на моду покупателей, которые приобретают их исходя из косметических особенностей и потому, что очки с такими покрытиями они видели у своих любимых артистов и спортсменов. Однако следует учитывать, что зеркальные покрытия оказывают большое влияние на зрение. Покрытия с высоким коэффициентом отражения (50 процентов) существенно снижают количество видимого света, поступающего в глаза. А в сочетании с интенсивным окрашиванием самой очковой линзы (остаточное светопропускание которой может составлять всего 10–20 процентов) становится очевидным, что ношение подобных очков в условиях низкой освещенности может создать серьезные проблемы. Такие очки рекомендуются для занятий зимними и горными видами спорта.


Другие статьи по теме:


 

Просмотров: 24700

Реклама
Закрыть
Яндекс.Метрика