- Насколько высок показатель преломления
- Преимущества линз из высокопреломляющих материалов
- Проблемы с высокопреломляющими линзами
- Просветление обязательно
- Какой показатель преломления выбрать?
- Рекомендации по выбору показателя преломления и асферического дизайна линз
Еще не так давно при выборе очков мы делали упор на косметический аспект, оценивая прежде всего дизайн оправы. А решать, какие очковые линзы следует подобрать, чтобы очки наилучшим образом соответствовали своей основной функции – коррекции зрения, оставалось прерогативой оптика. В настоящее время в связи с появлением на рынке огромного разнообразия материалов и дизайнов очковых линз разделение косметического и функционального аспектов все менее очевидно.
Мы становимся все более осведомленными и хотим иметь очки, наиболее устраивающие нас как по оптическим, так и по косметическим показателям. Несомненно, что очковые линзы из материалов со средним и высоким показателем преломления могут значительно улучшить внешний вид очков, особенно при необходимости высоких (и даже средних) степеней коррекции.
Насколько высок показатель преломления?
Минеральные высокопреломляющие очковые линзы появились раньше органических, однако вследствие того, что увеличение показателя преломления (ne) у них было связано с добавлением свинца, рост ne неизбежно приводил к увеличению веса очковых линз. Именно поэтому даже тогда, когда минеральные очковые линзы господствовали на мировом оптическом рынке, очковые линзы из высокопреломляющих материалов назначали только для коррекции высоких степеней миопии – как правило, свыше –7,00 D. Когда появились первые пластмассовые очковые линзы из CR-39 с показателем преломления 1,498, никто и не предполагал, что на их основе будет разработано такое большое разнообразие материалов (см. таблицу). Оптические пластмассы с более высокими показателями преломления из сополимеров CR-39 были созданы для получения более тонких очковых линз высоких рефракций.
Первоначально материалами с высокими показателями преломления назывались все органические и минеральные материалы c ne выше 1,498 (CR-39) и 1,52 (обычное очковое стекло). Постепенно, с расширением диапазона высокопреломляющих материалов, потребовался новый термин. Все материалы с показателем преломления выше, чем у очкового стекла – 1,52, но ниже, чем у поликарбоната – 1,59, стали называть материалами со средними значениями показателя преломления (middle index). Материалы, начиная с поликарбоната и включая минеральные стекла с ne = 1,90, отнесли к высокопреломляющим (high index), а в нашу оптическую практику вошло устойчивое словообразование «высокоиндексный материал».
|
Преимущества очковых линз из высокопреломляющих материалов
Чем больше показатель преломления, тем тоньше очковая линза. Чтобы разобраться, почему это происходит, обратимся к понятию показателя преломления ne. Он указывает, насколько скорость света в вакууме отличается от скорости света в прозрачной среде. Это абсолютный показатель преломления n = Cо / Cn.
На практике определяют так называемый относительный показатель преломления, т.е. отношение скорости распространения света в воздухе к скорости распространения света в испытуемом веществе. Световой луч, падающий на поверхность раздела двух сред, отклоняется от своего первоначального направления (рис. 1). Чем меньше абсолютный показатель среды, тем меньше ее оптическая плотность. Другими словами, чем выше скорость света в данной среде, тем меньше ее оптическая плотность. При переходе из оптически более плотной среды в оптически менее плотную угол преломления больше угла падения, и наоборот.
Чтобы понять, почему очковая линза из высокопреломляющего материала будет тоньше, рассмотрим простой пример. Очковая линза оптической силы –10,0 D из обычной пластмассы (ne = 1,498) обладает очень крутой задней кривой 10,0 D. Та же самая очковая линза из материала с показателем преломления 1,60 из-за того, что ее материал более сильно отклоняет световой луч, будет иметь заднюю кривую 9,0 D. Причем этого будет достаточно для достижения той же самой степени коррекции и получения нужного изображения. Более пологая задняя кривая приводит к уменьшению толщины очковой линзы по краю и общему уменьшению ее объема. В то же время положительная очковая линза высокой оптической силы из высокопреломляющего материала может иметь более пологую переднюю кривую.
Для того чтобы получить наглядное представление, насколько утончается очковая линза с увеличением показателя преломления, приведем вычисление фактора изменения кривизны CVF (Curve Variation Factor) по методике компании «Essilor» (Insigt // Essilor UK Edition. 2000. № 2). Этот фактор позволяет сравнивать вид очковых линз из высокопреломляющих материалов с очковыми линзами из CR-39 и наглядно объяснять покупателю, насколько тоньше предлагаемая очковая линза.
Пример
1. Сравним две очковые линзы: из материала «Orma» (CR-39, ne = 1,498) и материала «Ormil» (ne = 1,601). В этом случае фактор изменения кривизны
CVF = 498 : 601 = 0,83.
Вид очковой линзы из высокопреломляющего материала определяется как оптическая сила очковой линзы, умноженная на CVF. Так, для очковые линзы рефракции +6,00 D имеем:
6,00 x 0,83 = 4,97.
Это значит, что очковая линза +6,00 D из материала «Ormil» с показателем преломления 1,601 будет соответствовать по толщине очковой линзе +4,97 D из материала «Orma» (CR-39).
2. Теперь обратимся к очковой линзе –8,00 D из органического материала с ne = 1,740. Рассчитаем фактор изменения кривизны:
CVF= 498 : 740 = 0,67.
Определим вид очковой линзы:
8,00 х 0,67=5,36.
Это значит, что очковая линза –8,00 D из материала c ne = 1,74 выглядит, как очковая линза –5,36 D, т.е. будет тоньше на 2,64 D.
Проблемы с высокопреломляющими очковыми линзами
Увеличение показателя преломления материала очковых линз всегда приводит к уменьшению их толщины и объема, что, в принципе, ведет к снижению их веса. Однако при выборе очковых линз следует иметь в виду, что это справедливо далеко не всегда. Для минеральных очковых линз характерно то, что с увеличением ne возрастает удельный вес, в результате чего очковая линза, вполовину тоньше обычной, может весить столько же, сколько очковая линза из стандартного очкового стекла. Как и в случае минеральных очковых линз, органические материалы с высоким показателем преломления могут характеризоваться большими значениями удельного веса, что сведет на нет достигнутое уменьшение объема (см. таблицу).
|
Очковые линзы из органических высокопреломляющих материалов характеризуются меньшей устойчивостью к ударным нагрузкам, чем обычные из CR-39. Поэтому специалисты не рекомендуют назначать их в тех случаях, когда требуется повышенная травмобезопасность средства коррекции зрения. Преодолеть несколько большую хрупкость очковых линз помогают специальные упрочняющие покрытия, разработанные рядом ведущих зарубежных производителей.
Некоторые оптики озабочены более низким значением коэффициента Аббе у высокопреломляющих очковых линз, что приводит к большей хроматической аберрации. Напомним, что коэффициент Аббе Ve рассчитывается по формуле, в которой используются показатели преломления для трех линий Фраунгофера: голубой – f, зеленой – е и красной – с:
Ve = (ne – 1) / (nf – nc).
Как свидетельствуют данные таблицы, с увеличением показателя преломления коэффициент Аббе снижается.
Хроматическая аберрация проявляется при отклонении зрачка от оптического центра очковых линз, но последние исследования показывают, что с этим явлением следует считаться начиная с оптической силы ±7,0 D (20/20. 1999. № 7). Решить проблему хроматической аберрации помогут оправы с более маленькими геометрическими проемами. Если же вы хотите большую оправу, то лучше выбрать материалы со средними значениями показателя преломления, имеющими несколько более высокий коэффициент Аббе – Ve = 38± 43.
Более серьезным свойством высокопреломляющих материалов, оказывающим влияние на оптические характеристики очковых линз, является увеличение отражения света от их поверхностей.
Просветление обязательно
Более высокий показатель преломления материала способствует уменьшению его светопропускания и увеличению количества отраженного света.
На рис. 2 схематично обозначены возможные отражения от поверхностей очковой линзы при освещении двумя различными источниками света, а рис. 3 иллюстрирует изменения отражения, которые вызваны увеличением показателя преломления при рассмотрении только одного источника света. Хотя нельзя полностью гарантировать точность изображения углов падения лучей, но при определенном угле падения луч света может, практически не отражаясь, пройти сквозь обычную очковую линзу, что демонстрируют голубые линии на рис. 2. Красные же линии обозначают дополнительные, мешающие, отражения от обеих поверхностей очковой линзы с высоким показателем преломления.
Устранить эту проблему можно с помощью качественных просветляющих покрытий. Их принцип действия при нанесении на очковые линзы с высоким показателем преломления такой же, как и в случае обычных очковых линз с показателем 1,52 (суммарный коэффициент отражения которых составляет 7,72 процента). В том и другом случае суммарное отражение от обеих поверхностей можно уменьшить до 1 процента, что особенно важно для высокопреломляющих очковых линз, исходное отражение которых составляет от 10,37 до 18,34 процента (см.таблицу). Именно просветляющие покрытия помогут пользователям очков полностью оценить все преимущества более тонких очковых линз.
|
*Следует отметить, что результирующие потери света на отражение не могут быть получены простым умножением отражения от одной поверхности на два - ведь если часть света отражается, то уже не весь световой поток достигает другой поверхности.
Следует отметить, что практически все готовые очковые линзы зарубежных производителей из материалов с высоким показателем преломления имеют многослойные просветляющие покрытия. В то же время во время командировок в разные регионы страны нашим корреспондентам неоднократно приходилось встречать высокопреломляющие минеральные очковые линзы (ne = 1,70) отечественного производства из импортных заготовок, но без просветления. По словам сотрудников оптических предприятий, заказ подобных очковых линз вызван желанием снизить их цену. Однако большинство наших собеседников указывали на то, что далеко не все клиенты смогли адаптироваться к этим очковым линзам. Многие жалуются на повышенную утомляемость глаз из-за мешающих отражений.
Какой показатель преломления выбрать?
Казалось бы, простая задача: чем больше требуемая коррекция, тем больше должен быть показатель преломления. Однако не все так просто, поскольку при выборе конкретного показателя преломления следует учитывать ряд факторов.
1. Дизайн очковых линз. Многие компании выпускают очковые линзы асферического дизайна из материалов с обычными (низкими) и средними показателями преломления, вследствие чего может быть достигнуто снижение толщины, сопоставимое с таковым в случае очковых линз с высоким показателем преломления. В настоящее время большинство ведущих производителей охотно объединяет достоинства асферического дизайна с преимуществами высокопреломляющих материалов.
2. Стоимость. Цена очковых линз из высокопреломляющих материалов выше, чем обычных очковых линз. Именно ценовой фактор, как свидетельствуют зарубежные оптические журналы (Eyecare business. 2001. № 5), является одной из причин «высоких продаж» очковых линз из поликарбоната. Показатель преломления поликарбоната равен 1,59, что позволяет отнести его к высокопреломляющим материалам, а его стоимость ниже, чем других очковых линз с высокими значениями ne.
3. Доступность. На основе высокопреломляющих материалов выпускается далеко не весь диапазон дизайнов очковых линз. Наиболее полный ассортимент очковых линз различного дизайна производится в настоящее время из обычных органических и минеральных материалов, а также поликарбоната.
4. Толщина по центру. Сегодня разработаны новые высокопреломляющие материалы, позволяющие выпускать готовые очковые линзы с толщиной по центру 1 мм, что на 0,5 мм меньше, чем у большинства применяемых пластмасс с высоким и средним показателем преломления. Это дает дополнительное снижение толщины края. Производство еще более тонких очковых линз стало возможным, как уже упоминалось, благодаря внедрению некоторыми производителями особых упрочняющих покрытий. Эти покрытия препятствуют хрупкому разрушению очковых линз, увеличивая их травмобезопасность. Новые виды покрытий являются собственностью компаний-производителей и недоступны для нанесения в условиях оптической лаборатории.
Для того чтобы вам было легче ориентироваться в том, как сочетать высокий показатель преломления очковых линз с асферическим дизайном, приводим рекомендации врача-офтальмолога г-на Арни, опубликованные в журнале «20/20» (1998. № 2).
Рекомендации по выбору показателя преломления и асферического дизайна очковых линз
Гиперметропия
1. Низкая рефракция (от +1,00 до +3,00 D) – рекомендуются материалы со средним показателем преломления (1,54 – 1,57). В зависимости от оправы возможен асферический дизайн.
2. Средняя рефракция (от +3,00 до +6,00 D) – рекомендуются материалы с показателем преломления 1,60 и асферический дизайн.
3. Высокая рефракция (свыше +6,00 D) – рекомендуются линзы с показателем преломления более 1,60 только асферического дизайна.
Миопия
1. Низкая рефракция (от –1,00 до –3,00 D) – рекомендуются материалы с показателем преломления от 1,54 по 1,59.
2. Средняя рефракция (от –3,00 по –6,00 D) – рекомендуются материалы с показателем преломления от 1,54 до 1,60. Возможно применение асферического дизайна.
3. Высокая рефракция (свыше –6,00 D) – рекомендуются линзы с показателем преломления более 1,60 асферического дизайна.