Покрытия очковых линз

Покрытия очковых линз 

25_big.jpgВ последнее время различные покрытия очковых линз очень широко применяются в очковой оптике ведущими фирмами.
Невзирая на удивительные достижения науки об оптических материалах,
которые сумели подарить современному человеку такие революционные решения,
как фотохромные, высокоиндексные и солнцезащитные объемные оптические материалы,
до сих пор удалось решить далеко не все задачи наделения их необходимыми
потребительскими свойствами. Эффективным решением во многих случаях служат
именно оптические покрытия. Покрытия наносятся на самые разные виды продукции
для увеличения их абразивостойкости. Помимо этого, специалисты отмечают,
что даже различные виды пластмасс с покрытиями являются изделиями широкого спектра назначения. Но обо всем по порядку.
 
Немного истории 

Начало активного внедрения технологии нанесения разнообразных покрытий
приходится на 1970-е годы. Первоначально их использовали для придания блеска
поверхностям изделий из синтетических материалов. В 1980-е годы началось
внедрение покрытий в целях повышения устойчивости к царапинам изделий
из поликарбоната, применяемых в авиастроительной и космической промышленности.
Кстати сказать, многие технологии нанесения покрытий, которые успешно
применяются сегодня для улучшения абразивостойкости органических очковых линз,
берут свое начало именно в этих передовых отраслях. Интересно, что упрочняющие
покрытия используются также в строительной промышленности – для придания
стойкости к царапинам изделиям из поликарбоната и акрилатов, в производстве
транспортных средств – для упрочнения окон автомобилей, автобусов и вагонов,
а также применительно к разнообразному промышленному оборудованию и т.д.
Появление у современных покрытий дополнительных функций, таких как увеличение
устойчивости к ударной нагрузке и запотеванию, обусловило их активное внедрение
при производстве защитных и спортивных очков, а также солнцезащитных линз.


Что ты умеешь? 

По словам Ивана Осипова, дистрибьютора одной из известных московских компаний,
реализующей поставку зарубежной оптики в Россию, основные функции современных
оптических покрытий сегодня достаточно разнообразны. «Это и изменение
(уменьшение) коэффициентов отражения света от поверхностей линз
(AR - антирефлексные, антиотражающие покрытия); это и изменение спектральных
характеристик пропускания - изменение цветовой окрашенности линз
(«окрашивающие» покрытия), а также изменение коротковолновых (УФ, сине-фиолетовых)
и длинноволновых границ спектральных
характеристик пропускания и т.д.» - рассказывает И.Осипов. 
Что ты умеешь? 

По словам Ивана Осипова, дистрибьютора одной из известных московских компаний,
реализующей поставку зарубежной оптики в Россию, основные функции современных
оптических покрытий сегодня достаточно разнообразны. «Это и изменение
(уменьшение) коэффициентов отражения света от поверхностей линз
(AR - антирефлексные, антиотражающие покрытия); это и изменение спектральных
характеристик пропускания - изменение цветовой окрашенности линз
(«окрашивающие» покрытия), а также изменение коротковолновых (УФ, сине-фиолетовых)
и длинноволновых границ спектральных
характеристик пропускания и т.д.» - рассказывает И.Осипов.  
   


В целом, даже рассмотрев эти функции можно понять, какие виды оптических
покрытий на рынке существуют сегодня, какие они имеют свойства и преимущества.
Однако, помимо этого, не все так идеально, и в каждой бочке меда
есть своя ложка дегтя. Так и в нашем случае: каждое из оптических покрытий
имеет какие-либо (пусть и незначительные) минусы.

Рассмотрим каждый тип покрытий более подробно, выделив первоначально основные виды существующих на сегодняшний день очковых покрытий.

Виды покрытий: - просветляющие - упрочняющие - гидрофобные - металлизированные - зеркальные - многофункциональные. 
 

 
 

Отметим, что немаловажными свойствами оптических покрытий являются
и упрочнение, придание царапиноустойчивости поверхностям линз, защита
и стабилизация поверхности линз, обеспечение водоотталкивающих,
грязеотталкивающих и антизапотевающих свойств.  
 
Просветляющие покрытия 

Эффект уменьшения отражения и увеличения светопропускания в результате
нанесения покрытия определенной толщины с меньшим значением коэффициента
преломления, чем коэффициент преломления прозрачной подложки, был открыт
в 1871 году. В 1892 году Деннис Тэйлор получил английский патент на способ
нанесения просветляющего покрытия. Впервые нанесение просветляющих покрытий
на минеральные очковые линзы осуществила компания «Carl Zeiss» в 1935 году.
Первые покрытия были однослойными; современные просветляющие покрытия
состоят из нескольких слоев и защищены на поверхности гидрофобным
грязеотталкивающим покрытием. 

Механизм действия просветляющего покрытия, состоящего из одного очень
тонкого слоя специальных оптически прозрачных веществ, состоит в замене
одной границы раздела воздух-линза двумя: воздух - просветляющий слой - линза.
Толщина слоя и его свойства подобраны таким образом, чтобы отраженные от этих
двух границ раздела материалов световые лучи гасили друг друга
(за счет эффекта интерференции). Просветляющее покрытие, состоящее
из одного слоя, уменьшает отражение световых лучей лишь в одной ограниченной
части видимого диапазона света.

Итак, очковые линзы с высококачественными просветляющими
покрытиями – это очковые линзы, на обе поверхности которых нанесено несколько
просветляющих слоев для уменьшения отражения света. «Просветляющие покрытия
обеспечивают повышенный зрительный комфорт и более высокую остроту зрения.
Они устраняют блики и ложные изображения на очковых линзах, уменьшая тем самым
степень «паразитного» ослепления глаз. Кроме того, просветляющие покрытия
придают линзам более эстетичный вид (создавая эффект «отсутствия» очковых линз
на глазу)», - говорит Ирина Симбирдяева, врач-офтальмолог, г.Москва.

Упрочняющие покрытия 

В настоящее время в США, где органические линзы занимают более 95% рынка,
70% этих линз продаются с упрочняющими покрытиями. В России же, где линзы
из пластмассы составляют примерно 30% от общего объема, количество продаваемых
линз с покрытиями намного меньше. И тем не менее, в нашей стране при создании
очковых линз широко применяются упрочняющие покрытия, поскольку на самом деле
они означают много больше, чем просто средство повышения устойчивости
органических очковых линз к образованию царапин.

«Структура и состав упрочняющих покрытий определяются рядом дополнительных
функций, которые разработчики хотят придать своим
новым линзам», - рассказывает И.Осипов. 

Однако оказалось, что одно-единственное покрытие не может гарантировать
наличие всех необходимых свойств. Поэтому современные очковые линзы
изготавливаются с многофункциональными, или интегральными, покрытиями,
наличие которых обеспечивает поверхности линзы наилучший баланс характеристик.

Упрочняющее покрытие наносится в несколько слоев.

Первый – промежуточный. Поверх него наносят упрочняющее покрытие, которое
увеличивает абразивостойкость линз и устойчивость к образованию царапин,
значительно повышает ее срок эксплуатации (абразивостойкость – это
устойчивость линзы к воздействию трения достаточно «мягкими» предметами,
например при протирании ее салфеткой, рукавом или бумагой). Химический состав
и способ нанесения покрытия оказывают влияние на толщину линз, а также
на степень отверждения и образования химических связей между молекулами
покрытия и линзой, что в свою очередь сказывается на абразивостойкости линз
и их устойчивости к образованию царапин.


Гидрофобные покрытия 

Необычное название у этого вида покрытий в сущности означает «боящиеся
воды» — в отличие от гидрофильных материалов и покрытий, которые, наоборот,
воду любят. На самом деле гидрофобные покрытия являются верхними,
или завершающими, слоями в сложной многослойной структуре современных
многофункциональных покрытий (о них пойдет речь позже).

Гидрофобное покрытие входит в состав ряда многофункциональных покрытий
и является самым последним наружным слоем, предохраняющим поверхность очковой
линзы от загрязнений.

В последнее время некоторые производители, характеризуя свойства своих
многофункциональных покрытий, указывают на повышенную устойчивость очковых
линз к запотеванию при резкой смене температуры. Этот эффект достигается
также в результате получения более гладкой поверхности, на которой трудней
удерживаться каплям воды.

Перспективы дальнейшего развития рынка гидрофобных покрытий очень хорошие.
Конечно, оптическая индустрия не может спонсировать дорогостоящие научные
исследования, но сегодня спрос на гидрофобные покрытия, обеспечивающие угол
смачивания до 140°, чрезвычайно высок во многих других отраслях промышленности.
Так, все большим спросом пользуются оконные стекла с водо- и грязеотталкивающими
свойствами для остекления как жилых домов, так и промышленных зданий.
Такие стекла практически не будут требовать мытья, поскольку грязь не будет
прилипать к их поверхности, а скатывающаяся во время дождя вода будет удалять ее.
Сегодня на рынке уже появились стеклянные стенки душевых кабин с подобными
свойствами. И это значит, что производители очковых линз смогут применить
и в своей практике все эти достижения, а мы можем ожидать появления
все новых гидрофобных покрытий с еще большими значениями угла смачивания.


Металлизированное покрытие 

В некоторых очковых линзах применяется также металлизированнное покрытие, нейтрализующее электромагнитные волны. Производители рекомендуют использовать такие очковые линзы при работе с приборами, испускающими сильные электромагнитные волны. Надо отметить, что требования к защитным свойствам мониторов персональных компьютеров в настоящее время очень высоки, и перед монитором электромагнитное излучение практически отсутствует. В настоящее время не вызывает сомнений, что при работе с компьютером на пользователя негативное влияние оказывает не электромагнитное излучение, а зрительное напряжение, особенно значительное при работе с жидкокристаллическими дисплеями. При работе с компьютерами можно рекомендовать применение очковых линз с просветляющими покрытиями, устраняющими посторонние блики. 


Зеркальные покрытия очковых линз 

Зеркалом называют тело, обладающее полированной поверхностью и способное образовывать оптические изображения предметов (в том числе источников света), отражая световые лучи. Первые сведения о применении металлических зеркал (из бронзы или серебра) в быту относятся к III тысячелетию до нашей эры. Далее, стеклянными зеркалами (с оловянной или свинцовой подкладкой) пользовались римляне в I веке нашей эры; в начале средних веков они исчезли и снова появились только в XIII веке. В XVI веке была изобретена подводка стеклянных зеркал оловянной амальгамой. С XVII века многообразие форм и типов зеркал (от карманных до огромных трюмо) возрастает. В XX веке с развитием тенденций функционализма в архитектуре зеркала почти утрачивают декоративную роль и обычно оформляются в соответствии с их бытовым назначением. Тогда же зеркала начали широко применяться в науке, различных областях техники и медицине. 

Зеркальные покрытия нашли применение в офтальмологической оптике благодаря косметическим особенностям – они изменяют внешний вид очковых линз, делая глаза человека практически невидимыми, а также выполняют определенные защитные функции. Зеркальные покрытия наносят на переднюю (выпуклую) поверхность предварительно окрашенных очковых линз (минеральные очковые линзы могут быть окрашены в массе, а пластмассовые – с поверхности). 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, - отмечает И.Симбердеева. - 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». 


Кто ты мне: друг или враг? 

К сожалению, при всех достоинствах оптических покрытий следует понимать, что они имеют и недостатки. Например, в случае нанесения на поверхность органических очковых линз одних лишь просветляющих покрытий устойчивость таких покрытий и самих очковых линз к повреждениям при их эксплуатации будет крайне невысокой. 

В процессе эксплуатации очковых линз на покрытия воздействуют три вида повреждающих воздействий: 
а) контакт с твердыми предметами, который способствует образованию царапин, нарушающих целостность поверхности покрытий; 
б) мелкие частицы, прилипающие к поверхности вследствие накопления зарядов статического электричества; 
в) вода, грязь и различные жироподобные загрязнения, прочно прилипающие к поверхности покрытий. 

Длительное время при продаже очковых линз с просветляющими покрытиями оптики сталкивались с проблемой недостаточной их долговечности в процессе эксплуатации. Это происходило потому, что первые просветляющие покрытия наносили непосредственно на поверхность очковых линз или недостаточно правильно подобранных упрочняющих покрытий. Ни очковые линзы, ни первые упрочняющие покрытия не являлись оптимальной подложкой для просветляющих слоев. Различия в физико-механических свойствах полимеров и просветляющих слоев – по твердости, эластичности, коэффициентам линейного термического расширения и коэффициентам сжатия под воздействием нагрузки – приводили к отслаиванию, разрушению покрытий, а также к образованию царапин. 


Современность 

Сегодня ряд производителей, например «Essilor», «Nikon», разработали принципиально новые нанокомпозитные упрочняющие покрытия, состоящие из композиции на основе органических силоксановых соединений, в которой распределены частицы из коллоидного кремния размером от 10 до 20 нм. Эти частицы значительно меньше длины световой волны, что позволяет избежать диффузии света и делает покрытия прозрачными. Введение коллоидных частиц кремния делает возможным повысить твердость покрытий по сравнению с обычными полисилоксановыми: так, содержание кремния в них может достигать 50%. 

Казалось бы, все хорошо, но появилась и вторая проблема. Одиночные упрочняющие покрытия улучшают устойчивость очковых линз к абразивному износу, но не решают проблем мешающих отражений, которые резко возрастают с увеличением показателя преломления очковых линз. 

В результате при рекомендации очковых линз покупателям оптики-профессионалы были вынуждены выбирать между долговечностью упрочняющих покрытий, с одной стороны, и высоким светопропусканием и отсутствием мешающих отражений – с другой. В действительности же пользователи нуждаются в едином оптическом покрытии, которое должно сочетать в себе преимущества различных видов очковых покрытий. Здесь на помощь приходят многофункциональные покрытия очковых линз, которые на сегодняшний день успешно справляются со своими задачами. 


В настоящее время органические очковые линзы имеют оптимальный баланс оптических, физико-механических свойств и при нанесении качественных покрытий и правильном ежедневном уходе позволяют обеспечить качественную и безопасную коррекцию зрения на протяжении всего срока их эксплуатации.