Многофункциональные оптические покрытия

• Введение
• Упрочняющее покрытие
• Просветляющее покрытие
• Антистатическое покрытие 
• Гидро- и олеофобное покрытие 

Введение

Многофункциональные оптические покрытия обеспечивают линзам высокое светопропускание, устойчивость к царапинам и загрязнениям, устраняют блики и мешающие отражения от их поверхности, придают ей антистатические, а также водо- и грязеотталкивающие свойства, отрезают излучение в потенциально опасном для глаз спектральном диапазоне солнечного и искусственного света. Поскольку один слой оптического покрытия все эти полезные свойства очковой линзе придать не может, современные многофункциональные покрытия состоят из нескольких слоев. Каждый из них отвечает за какое-то одно свойство (рис. 1).

Рис. 1. Общая схема слоев большинства многофункциональных покрытий: 
1 – упрочняющий слой; 2 – просветляющий слой; 3 – пылеотталкивающий слой; 4 – грязеотталкивающий слой 

Нетрудно догадаться, что у многофункционального оптического покрытия, обеспечивающего поверхности очковых линз замечательный баланс характеристик, довольно сложная структура. Общая последовательность слоев в нем примерно такая: с самóй поверхностью полимерной линзы соприкасается предварительный слой, затем следуют упрочняющий, про­светляющий, антистатический, гидро- и олеофобный слои. Рассмотрим подробнее свойства каждого из них как покрытия.

Упрочняющее покрытие

Поскольку поверхность линз  из различных полимеров, в отличие от минеральных линз, легко подвержена царапинам и микроповреж­дениям, в основе многофункциональных покрытий лежит упрочняющий слой, призванный восполнить этот недостаток полимерных линз (рис. 2). Наиболее современные упрочняющие покрытия способны увеличить абразивостойкость органических очковых линз до уровня минеральных.

Рис. 2. Поверхность очковой линзы в процессе эксплуатации: без упрочняющего покрытия (слева) и с ним (справа)

Такой упрочняющий слой наносится как на внутреннюю, так и на внешнюю сторону органической очковой линзы. Происходит это либо методом окунания линзы в раствор специального лака, соответствующего по показателю преломления ее материалу, либо посредством центрифугирования, при котором раствор лака наносится на поверхность вращающейся линзы. Затвердение происходит под воздействием ультрафиолетового (УФ) излучения или высокой температуры.

Просветляющее покрытие

Первые просветляющие покрытия 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 бóльшего числа слоев, в результате просветление ра­ботает для более значительной по охвату области видимого спектра, а сами покрытия называются широкополосными.

Для уменьшения отражения от поверхностей очковых линз применяются просветляющие покрытия (рис. 3). Они состоят из микроскопически тонких слоев неорганических веществ с различными значениями показателя преломления. Для их нанесения применяется специальная вакуумная техника. Принцип действия таких покрытий заключается в уменьшении отраженного света и основан на явлении интерференции. Отраженные лучи интерферируют или гасят друг друга.

Рис. 3. Поверхность очковой линзы в процессе эксплуатации: без просветляющего покрытия (слева) и с ним (справа)

При ношении очков с линзами без про­светляющего покрытия человек сталкивается с проблемой паразитных изображений и мешающих отражений от задней поверхности этих линз. Паразитные изображения приводят к уменьшению четкости виˆдения объектов и могут вызвать серьезные проблемы, особенно при вождении автомобиля в ночное время. Раздражающие отражения от задней поверхности этих линз возникают, когда источник света находится позади человека, в результате чего он может видеть не только отражение этого источника, но и собственного глаза и ресниц (в некоторых типах компьютерных линз просветляющий слой комбинируют со спектральным фильтром, отрезающим вредный синий свет, излучаемый экраном монитора).

Чем выше показатель преломления линзы, тем сильнее от нее отражается свет и тем меньшим светопропускани­ем она обладает. Потери на отражение от обеих поверхностей линз состав­ляют:

• у линз с показателем преломления 1,6 – 5,33 %;
• у линз с показателем преломления 1,7 – 6,72 %;
• у линз с показателем преломления 1,8 – 8,16 %.

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

Антистатическое покрытие

Все оптические материалы, обладая высокими показателями поверхностного и объемного сопротивления, способны накапливать электрические заряды на своей поверхности. Статическое электричество образуется на поверхности очковой линзы, например, в результате ее очистки сухой салфеткой. После тщательного протирания линзы или ее контакта с заряженными материалами и предметами на ее поверхности 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 (рис. 4).

Рис. 4. Линзы с антистатическим покрытием (справа) не притягивают к себе пыль и пыльцу

Предупредить электризацию поверхнос­ти линз удается путем введения в структуру многофункционального покрытия дополнительных антистатических слоев с собственной высокой электропроводностью, которые препятствуют образованию и накапливанию заряда статического электричества и притягиванию частиц пыли из воздуха. 
Одно из самых современных покрытий наносится на премиальные линзы Crizal Prevencia (Essilor). В его состав, помимо антистатического, входит и множество других покрытий, весьма полезных по своим функциям в наш цифровой век (рис. 5).

Рис. 5. Структура многофункционального покрытия премиальных очковых линз Crizal Prevencia

Гидро- и олеофобное покрытие

Такое покрытие является завершающим слоем современных многофункциональных покрытий, который защищает поверхность нижележащих слоев от загрязнений и агрессивного воздействия окружающей среды (рис. 6). Для формирования гидро- и олеофобного покрытия могут применяться различные виды полимерных материалов – углеводороды, кремнийсодержащие углеводороды – силиконы, фторосодержащие углеводороды.

Рис. 6. Нанесение олеофобного покрытия сглаживает поверхность линзы, что облегчает ее очистку

Гидрофобный слой заполняет неровности поверхности просветляющего покрытия, сглаживает ее и снижает коэффициент трения, что облегчает очистку 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 линз: она становится водоотталкивающей, а в некоторых случаях и масло-, и жироотталкивающей, так как увеличивается ее угол смачивания маслами и жиром.

Польза от гидрофобного покрытия заключается и в том, что оно обеспечивает про­светляющему покрытию защиту от проникновения влаги, и это способствует более длительному сохранению его целостности и адгезии к линзе или упрочняющему слою.

Структура и свойства многофункциональных покрытий бывают разнообразными, и эти покрытия могут иметь в своем составе разные слои, что сказывается на эффективности использования линз и их цене. Но в любом случае применение в современных очковых линзах многофункционального покрытия позволяет достичь сразу нескольких полезных целей: значительного улучшения качества зрения в очках с этими линзами, увеличения срока службы таких очков, повышения устойчивости линз к загрязнению и облегчения их очистки.