Аргументы для покупателя в пользу современных оптических покрытий

• НЕМНОГО ИСТОРИИ
• ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПРОСВЕТЛЯЮЩИХ ПОКРЫТИЙ
• СТРУКТУРА МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПОКРЫТИЙ
• СЛОЖНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ НАНЕСЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ
  • Контроль качества поверхности и ее очистка
  • Нанесение упрочняющих покрытий
  • Нанесение просветляющих покрытий
  • Нанесение завершающих гидро- и олеофобных покрытий
• ПОДЧЕРКИВАЕМ ПРЕИМУЩЕСТВА
• КЛИНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

НЕМНОГО ИСТОРИИ

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 английский ученый Деннис Тейлор (Dennis Taylor) случайно обнаружил, что более старая линза, поверхность которой со временем окислилась в результате воздействия кислорода из атмосферного воздуха, имела более высокое светопропускание, чем новая линза. Он установил, что причиной этого стало изменение свойств ее поверхностного слоя. В 1904 году Тейлор запатентовал метод искусственного старения поверхности линз при помощи химической обработки, которая приводила к увеличению светопропускания линзы.*

Технология нанесения просветляющих покрытий испарением в вакууме была изобретена в 1935 году специалистом компании Carl Zeiss Александром Смакулой (Alexander Smakula). Первоначально эта технология применялась для просветления оптики военного назначения, и только в 1939 году были нанесены первые покрытия на очковые линзы. Широкомасштабное внедрение технологии нанесения просветляющих покрытий на минеральные линзы наступило в 1959 году, на органические – в 1974-м.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПРОСВЕТЛЯЮЩИХ ПОКРЫТИЙ

При прохождении сквозь линзу свет частично отражается от ее поверхностей из-за разных коэффициентов преломления материала линзы и окружающей воздушной среды. Это приводит к возникновению мешающих отражений и снижению четкости восприятия изображения. Чем больше коэффициент преломления линзы, тем больше света отражается от ее поверхностей, а значит, тем меньше становится собственное светопропускание линзы.

При нанесении просветляющих покрытий отраженные световые волны интерферируют и гасят друг друга, что позволяет уменьшить отражение от обеих поверхностей линзы и увеличить ее светопропускание. Первые покрытия были однослойными и обеспечивали уменьшение отражения линз в узком диапазоне длин волн. Современные просветляющие покрытия являются многослойными и состоят из различных по толщине чередующихся слоев материалов с высокими и низкими значениями показателя преломления. Такая их структура позволяет уменьшить коэффициент отражения линз в более широкой области видимого спектра.

СТРУКТУРА МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПОКРЫТИЙ

Сегодня многослойные просветляющие покрытия являются только одним из «слоев», входящих в структуру современных многофункциональных оптических покрытий, которые наносят на очковые линзы для улучшения их оптических и эксплуатационных свойств. Как видно на рис. 1, многофункциональное покрытие состоит из предварительного, упрочняющего, многослойного просветляющего и гидро- и олеофобного слоев. В структуре качественных покрытий также присутствует и антистатический слой. Каждый слой в составе покрытия выполняет свои функции:

• предварительный – улучшает адгезию последующих слоев и повышает устойчивость линз из высокопреломляющих материалов к ударным нагрузкам;
• упрочняющий – увеличивает ус­тойчивость материала линз к возникновению царапин во время эксплуатации и служит подложкой для нанесения просветляющего слоя;
• просветляющий – увеличивает светопропускание линз и уменьшает количество паразитных отражений;
• антистатический – препятствует накоплению заряда статического электричества на поверхности линз и способствует снижению накопления пыли;
• гидро- и олеофобный – защищает поверхность линз от загрязнений и облегчает уход за линзами.

Рис. 1. Принципиальная структура современного многофункционального покрытия

СЛОЖНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ НАНЕСЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ

Анализ структуры многофункционально­го покрытия позволяет оценить всю сложность технологий, используемых для его нанесения, и понять, какое большое количество технологических операций необходимо осуществить для изготовления каждого покрытия. Рассмотрим кратко наиболее важные из них. Сотрудники компаний и рецептурных лабораторий, занимающихся производством очковых линз с оптическими покрытиями, отмечают, что их нанесение является наиболее сложным этапом в изготовлении линз.

Контроль качества поверхности и ее очистка

Перед нанесением покрытий все линзы проверяются на качество поверхности (нет ли царапин и повреждений), после чего их тщательно очищают в многокамерных ультразвуковых моечных машинах. Качественная очистка поверхности необходима для обеспечения хорошей адгезии к ней всех слоев многофункционального покрытия. Процесс очистки линз очень сложный и состоит в последовательном прохождении линз через серию камер, где происходит взаимодействие с химическими реагентами, ультразвуковое воздействие, промывка деионизированной водой и сушка очищенным воздухом. После очистки линзы вновь проверяются, так как в результате всех манипуляций на этом этапе могут выявиться неоднородности поверхности, которые станут более заметными после нанесения покрытий.

Нанесение упрочняющих покрытий

Эти покрытия могут быть нанесены методом окунания, центрифугирования и вакуумного испарения. Наиболее устойчивые к абразивному износу покрытия наносят методом окунания. Линзы подвергают ультразвуковой очистке с использованием соединений, активирующих поверхность, затем погружают в жидкий раствор лака и вынимают с определенной скоростью для обеспечения равномерной толщины покрытия. При нанесении покрытия осуществляется постоянный контроль вязкости применяемого лака и его температуры. Линзы с покрытием проверяют по показателям качества, после чего выдерживают при температуре около 100 °С до формирования твердой прочной пленки, придающей им устойчивость к образованию царапин. Нанесение покрытий методом окунания проводят в чистых помещениях, в которых поддерживаются постоянные значения влажности и температуры воздуха.

Нанесение покрытий методом центрифугирования подходит для небольших партий линз. Линза закрепляется на шпинделе и вращается с контролируемой скоростью. На центр линзы помещают каплю жидкого лака, после чего вращение усиливают, пока на ее поверхности не образуется ровная пленка, затем проводят контроль поверхности и отверждение лака.

Упрочняющие покрытия могут быть нанесены и вакуумным методом полимеризации в плазме: в вакуумной камере генерируется плазма (ионизированный газ), после чего вводится газообразный мономер, который полимеризуется под воздействием энергии плазмы и осаждается в виде плотной пленки на поверхности находящихся в камере линз. Полимеризация в плазме – дорогостоящий метод, требующий сложных схем контроля. Некоторые компании- производители объединяют этот метод с обычными вакуумными и применяют полимеризацию в плазме для формирования промежуточного упрочняющего слоя перед нанесением просветляющего покрытия, а также для получения поверх него гидрофобного защитного слоя.

Нанесение просветляющих покрытий

Сначала линзы сушат и дегазируют в специальных термостатах. Для нанесения просветляющих покрытий могут применяться вакуумные установки разной производительности, которые являются сложным и дорогостящим оборудованием. Вакуумная установка имеет камеру, где с помощью мощных насосов создается разрежение (вакуум). Внутри камеры расположены вращающийся барабан, электронно- лучевой испаритель и мишень с пленкообразователями. Большинство установок имеют встроенный компьютер, который контролирует последовательность и толщину наносимых тонких слоев. Линзы помещают в барабан, камеру закрывают, после чего с помощью мощных вакуумных насосов откачивают воздух и создают определенный уровень давления. Затем, используя электронно- лучевой испаритель, пленкообразующие вещества переводят в газообразное состояние, и они оседают слой за слоем на поверхности вращающихся вместе с барабаном линз.

Вакуумные установки для нанесения покрытий размещают в особо чистых комнатах, где осуществляется жесткий контроль за содержанием в воздухе пыли, а также за его температурой и влажностью. Как правило, в этих помещениях создается небольшое избыточное давление, чтобы исключить попадание пыли извне.

Нанесение завершающих гидро- и олеофобных покрытий

Гидрофобное покрытие является самым последним слоем в структуре многофункционального покрытия. Он контактирует с окружающей средой и защищает поверхность линзы от воды, пыли и грязи, а также облегчает ее очистку. Этот слой наносят методом центрифугирования на отдельных установках или же в вакуумных установках после нанесения многослойного просветляющего покрытия. В состав гидро- и олеофобных покрытий входят фторорганические соединения, которые обеспечивают низкий коэффициент трения, что облегчает удаление с полученной поверхности твердых частиц без образования царапин.

При нанесении многофункциональных покрытий применяется разнообразное высокотехнологичное оборудование, используются современные материалы, проводится промежуточный контроль, а также выборочный контроль оптических характеристик линз (светопропускания, отражения, оттенка остаточного отражения). Проверяется их устойчивость к абразивному износу, к воздействию повышенной температуры и влажности, а также солнечного излучения. Как результат – современные многофункциональные покрытия улучшают оптические и эксплуатационные свойства линз.

ПОДЧЕРКИВАЕМ ПРЕИМУЩЕСТВА

Увеличение светопропускания. Просветляющий слой в многофункциональных покрытиях уменьшает отражения от обеих поверхностей линз и увеличивает ее светопропускание. Линзы из материала с показателем преломления 1,50 отражают до 8 % светового потока, а с более высоким значением (nd = 1,71) – 14 %. После нанесения просветляющих покрытий световой поток, достигающий глаз, увеличивается до 99 %, что обеспечивает четкое и контрастное зрение (рис. 2**).

Рис. 2. Светопропускание очковых линз из материалов с различным показателем преломления

Устранение мешающих отражений. Просветляющие покрытия резко уменьшают количество мешающих отражений и повышают четкость изображения, что способствует уменьшению напряжения глаз, особенно при работе в помещениях с флуоресцентными источниками освещения, а также при вождении в темное время суток.

Фильтрование светового потока. Увеличивая светопропускание линз, современные многофункциональные покрытия отфильтровывают часть синего света, излучаемого мониторами, телевизорами, энергосберегающими лампами, а также экранами планшетных компьютеров и смартфонов. Опасное воздействие коротковолнового синего света на ткани сетчатки было доказано в ходе научных исследований, и устранение его наиболее вредной составляющей способствует поддержанию здоровья глаз при нахождении в помещениях с искусственным освещением, во время продолжительной работы за компьютером либо при длительном пользовании смартфоном или планшетом.

Улучшение внешнего вида очков. Благодаря устранению мешающих отражений глаза человека в очках лучше видны окружающим, а оттенок остаточного отражения придает очкам более эстетичный внешний вид.
Увеличение срока полезной эксплуатации линз. Современные многофункциональные покрытия препятствуют электризации линз при трении, снижают их загрязнение при эксплуатации, увеличивают устойчивость к образованию царапин, облегчают уход за линзами, способствуя более длительному сохранению их потребительских свойств.

КЛИНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Лучшие доказательства наличия убедительных преимуществ линз с современными покрытиями – это оценка их конкретными пользователями при повсе­дневном ношении. На сайте Американского совета по зрению (Vision Council) были опубликованы результаты сравнительного исследования ношения линз с многофункциональными покрытиями, в составе которых были высококачественные просветляющие покрытия, и без них.*** В исследовании приняли участие 46 человек в возрасте от 18 до 50 лет, которые не имели серьезных заболеваний глаз. Каждому из них были подобраны двое очков с поликарбонатными линзами того типа, которыми они пользовались постоянно: с однофокальными, бифокальными или прогрессивными. В одни очки были установлены линзы только с упрочняющими покрытиями, в другие – с современными многофункциональными.

На протяжении недели участники исследования пользовались очками с линзами, на которые было нанесено только упрочняющее покрытие, через две недели их заменили на очки с линзами, имеющими многофункциональное покрытие. Еще через две недели опять произошла замена очков – на первоначальные, хотя всем испытуемым говорили, что это очки № 3.

После каждой смены очков участников обследовали на остроту зрения, контрастную чувствительность и просили ответить на ряд вопросов. В завершение всех попросили отметить, какие очки обеспечили наибольший зрительный комфорт. Как показали результаты (рис. 3), большинство участников отдали предпочтение очкам с многофункциональным покрытием, отметив, что их использование привело к большему зрительному комфорту при повседневном ношении и таких видах деятельности, как вождение, работа за компьютером, использование планшета. Анализ результатов исследований позволил сделать вывод, что в условиях избыточной засветки испытуемые, использующие очки с линзами с многофункциональным оптическии покрытием, могли прочитать на одну строчку больше при проверке остроты зрения с помощью офтальмологической таблицы. Большинство участников хотели бы использовать такие очки и дальше и готовы были рекомендовать их своим родным и друзьям.

Рис. 3. Сравнение характеристик применения очков с линзами, имеющими многофункциональное покрытие и только упрочняющее покрытие (p – вероятность ошибки):
? – четкость зрения в очках с многофункциональным покрытием; ? – четкость зрения в очках с упрочняющим покрытием; ? – комфорт в очках с многофункциональным покрытием; ? – комфорт в очках с упрочняющим покрытием

Надеемся, уважаемые читатели, что эта статья поможет вам объяснить вашим клиентам преимущества линз с современными многофункциональными покрытиями и аргументированно обосновать их более высокую стоимость.


*     См.: Today’s course anti-reflection coating // HariSingh.com [Electronic resource]. URL: http://www.hari­singh.com/newsOpticalARCoating.htm (дата обращения: 11.09.2015).
**    См.: Today’s course anti-reflection coating.
***    См.: McMahon J. AR and non-AR lens performance during contrast sensitivity testing and daily activities // The Vision Council [Electronic resource].  URL: http://www.thevisioncouncil.org/sites/default/files/ARandNonARLensPerformanceFinalv22014update.pdf (дата обращения: 11.09.2015).

ПОДГОТОВЛЕНО ОЛЬГОЙ ЩЕРБАКОВОЙ