Стекло

Именно этим обоснован эффект так называемого «замыливания» линзы при длительном использовании. Поры на поверхности забиваются грязью, а в результате снижается прозрачность линзы.
Для борьбы с этим эффектом было предложено покрывать линзы упрочняющим покрытием. Это покрытие представляет собой кремнийорганический лак (окси нитрид кремния). Сам процесс нанесения покрытия довольно прост – линзу погружают в ёмкость с лаком и вынимают, давая возможность стечь излишкам. Другим способом нанесения является центрифунгирование, когда на вращающуюся заготовку капают лак, который под воздействием центробежных сил растекается по поверхности. Лак заполняет неровности на поверхности линзы, повышает её стойкость к образованию царапин. А за счёт выравнивания поверхности, подготавливает линзу к дальнейшему нанесению покрытий, повышает адгезию поверхности. Так же, этот лак может содержать в себе фотохромные компоненты, как это сделано в технологии Transitions для линз с показателем преломления отличным от 1.5.

Внешне, линза обработанная лаком ничем не отличается от такой же линзы без лака. Понять есть ли покрытие на линзе можно только на не обточенной линзе, посмотрев на её край. У обработанной линзы край глянцевый и имеет следы от держателей. У не обработанной край матовый.
Следующим покрытием, которое наносится на линзу, является просветляющее покрытие. Некоторые называют его антиблик, что является дословным переводом англоязычного AR (anti-reflex). Я за то, чтобы использовать именно «просветляющее», потому что данный термин описывает действие этого слоя.
Наносится просветляющее покрытие в вакуумной камере. На крышке камеры закрепляются линзы, в нижней части устанавливается подложка из нужного материала, чаще это металлы. Из камеры откачивается воздух, на подложку подаётся минус, на линзы плюс. Заряженные атомы подложки испаряются и налипают на линзу. В процессе может добавляться кислород для получения покрытия из оксида. В современных покрытиях просветляющий слой, в среднем, состоит из 4-5 слоёв разного состава. Состав, последовательность нанесения, толщина слоёв определяется на основании расчётов таким образом, чтобы свет минимально отражался при переходе из слоя в слой, а отраженный свет гасился благодаря интерференции. В бюджетных покрытиях просветляющее покрытие может состоять из одного слоя, тогда просветление производится для зелёного света т.к. человеческий глаз наиболее чувствителен именно к зелёному. Тогда красный и синий свет отражаются от линзы больше и остаточный цвет покрытия становится фиолетовым. Остаточный цвет премиальных покрытий отличается у разных производителей. Это отличие обусловлено «рецептом» покрытия, то есть толщиной и последовательностью слоёв, их составом. Например, большинство японских линз имеют остаточный цвет насыщенно зелёный. Со слов производителей он выбран т.к. отпечатки пальцев на таком цвете менее заметны. Европейские производители часто делают покрытия, остаточный цвет которых менее насыщенный, вплоть до практически бесцветных. В состав обычно входят оксиды разных элементов, например, кремний, алюминий, тантал, цирконий, титан, фторид магния и т.д.
Благодаря этому слою, линза становится более прозрачной. Процент пропускаемого света зависит не только от качества покрытия, но и от материала линзы. Чем плотнее линза (1.67, 1.74), тем меньше света она пропускает. Все рекламные материалы указывают прозрачность для CR-39. Хороший показатель это, около, 97%. Производители линз, с которыми я общался, рассказывали, что для достижения прозрачности в 99,9% необходимо нанести до 20 слоёв, что экономически не целесообразно.
Несмотря на столь сложный процесс нанесения, на поверхности линзы остаются неровности, за которые способна зацепляться грязь и вода.

Последним наносимым покрытием является грязе- и водоотталкивающее.
Этот слой позволяет максимально выровнять поверхность линзы, и минимизирует возможность воды и грязи налипать. Так как этот слой является первой ступенью защиты линзы от повреждений, то его делают максимально жестким, уплотняют высокоскоростными молекулами и т.д. Может быть изготовлен из сложных полимеров содержащих кремний или фтор.

Отдельно упоминаются антистатическое покрытие, покрытие защищающее от вредного синего излучения (по сути, покрытие отражающее часть синего света) или инфракрасных лучей. Все эти функции «зашиты» в описанные мною слои. Дело в том, что производители имеют свои рецепты покрытий, в которых набор и последовательность нанесения слоёв обеспечивает все функции разом. Скажем, для получения антистатических свойств (способность линзы не накапливать или быстро рассеивать электрический заряд), слои просветляющего покрытия должны чередоваться определённым образом. Вот выдержка из общедоступного патента, описывающая последовательность слоёв для достижения антистатического эффекта:
а) по меньшей мере один проводящий полимер,
б) коллоидные частицы хотя бы одного непроводящего оксида,
c) по меньшей мере одно связующее, содержащее по меньшей мере один эпоксисилан, имеющий по меньшей мере две гидролизующиеся группы, непосредственно связанные с атомом Si эпоксисилана, и/или продукт его гидролиза.

Теперь немного о том, почему советуют защищать глаз от синего света. Тут есть два аспекта. Первый заключается в том, что все оптические материалы раскладывают белый свет на составляющие в результате дисперсии света. Тоже самое происходит и в глазу.

При этом синий свет преломляется больше, а значит, формирует на сетчатке самую размытую картинку (похоже на миопию). Таким образом, если в свете много синего, то глаз вынужден постоянно аккомодировать, чтобы сохранить чёткость картинки, а соответственно, быстрее устаёт. Ещё одна проблема с ночным вождением. Зрачок в темноте расширен, и преломляющийся больше других синий свет попадает на самые удалённые части сетчатки, что приводит к большему ослеплению. Именно поэтому очки снижающие количество синего света (с покрытием блю блокер, с жёлтым фильтром) рекомендуются для ночного вождения.
Кстати, красный и зелёный свет находятся на равном расстоянии за и перед сетчаткой. На этом факте основан дуохромный тест в оптике, когда пациента просят ответить на каком фоне лучше видно, зелёном или красном. Таким способом определяется правильная коррекция. Должно быть видно одинаково хорошо.

Второй аспект основан на повреждающих факторах синего света и некоторых исследованиях, утверждающих, что синий свет регулирует биоритмы. Теперь чуть подробнее.
В свете приходящем от солнца примерно 30% это синий свет. Это привычный для нас фон. Современные технологии используют для подсветки экранов светодиоды. Напомню, что светодиоды изобрёл российский учёный Олег Лосев в 1927 году. Производить их стали позже, при этом новые цвета появлялись в следующей последовательности:
1962: Первый промышленный светодиод - красный
1970 Оранжевый и зелёный
1993: Синий
1995: Белый. По сути, это синий светодиод со слоем флуоресцентной краски.
В результате, в свете белого светодиода (LED и OLED) имеется очень большой процент синего

Согласно формуле, определяющей энергию переносимую светом, количество энергии обратно пропорционально длине волны, т.е. чем короче длина волны, тем больше энергии несёт излучение (энергия фотона). Отсюда и повреждающий фактор рентгена и УФ. Это означает, что большое количество синего света способно наносить повреждения фототермические (в результате нагрева центральной области сетчатки) и фотохимические (образование свободных радикалов).

Ещё одно воздействие синего света это подавление секреции мелатонина – гормона отвечающего за регулирование ритма сна и бодрствования – циркадный ритм. Считается, что синий свет полезен в дневное время, потому что он не дает нам заснуть, при этом повышает внимание, и сокращает время нашей реакции. Но это не нужно ночью. Использование гаджетов со светодиодными экранами, а также энергосберегающего освещение увеличивают воздействие синих волн, особенно после захода солнца. Такое воздействие нарушает циркадные ритмы, приводит к бессоннице, хронической усталости и т.п.

Покрытия на стекле.
Стекло, как материал гладкий, твёрдый и имеющий хорошую адгезию к покрытиям не нуждается в нанесении упрочняющего слоя. Остальные покрытия наносятся таким же образом, как и на пластиковые линзы.

Важным моментом является то, что стекло не имеет высокой защиты от УФ в отличии от пластика. Это означает, что для солнцезащитных очков со стеклянными линзами требуются дополнительные покрытия, которые будут отфильтровывать УФ. Такие покрытия наносят бренды, дорожащие своим именем – Ray Ban, Persol, Serengeti и другие, использующие стеклянные линзы. Поэтому, при покупке С/З очков любой ценовой категории с пластиковыми линзами вы можете быть уверены в том, что ваш глаз хорошо защищен от УФ, бюджетные С/З очки со стеклом могут запросто УФ пропускать.

Ещё одно покрытие на стеклянных линзах это слой краски. Дело в том, что в отличие от пластиковых линз (кроме поликарбоната), которые окрашиваются просто опусканием в разогретую краску, стекло нельзя так покрасить. Существуют несколько марок стекла, которое окрашено в массе т.е. краска добавлена ещё при варке стекла, но они применяются очень ограниченно, обычно только для С/З очков, да и то в одном-двух цветах. Остальные стеклянные линзы окрашиваются методом нанесения слоя краски на заднюю поверхность.

Думаю, пока хватит про покрытия)

Преимущества стекла:

имеют высокие и стабильные оптические свойства;

устойчивы к образованию царапин по сравнению с органическими линзами;

низкая степень дисперсии, даже для линз с высоким показателем преломления;

высокая термоустойчивость;

высокая устойчивость к химическим воздействиям;

оптические покрытия имеют лучшую адгезию к поверхности;

линзы с высоким показателем преломления решают проблему «толстых» линз (диапазон показателей преломления у очковых линз из стекла 1,5…1,9, 1,8 и 1,9 очень хрупкие).

Недостатки:

больший вес по сравнению с пластиком;

хрупкость, относительно низкая ударопрочность (высокая травмоопасность);

фотохромные линзы работают медленнее, процент затемнения ниже (по сравнению с пластиковыми);

усложняют выбор оправы т.к. сложно установить стекло на леску или на винты;

плохо защищают от УФ.

На сегодняшний день, можно констатировать, что стеклянные линзы уходят в прошлое. Заводы, которые производили их в России, Белоруссии, Украине, либо закрыты, либо переключились на изготовление только линз для приборов. Не так давно, было легко найти обычные (не утончённые, а иногда и утончённые) линзы из стекла по низкой цене. Мало того, стекло сильно расходует ресурс станка для обточки линз и с этой точки зрения не выгодна оптикам. Крупные компании продолжают производить стеклянные линзы, но стоимость таких линз высока. Так что, сейчас большинству оптик выгоднее предлагать пластик, который к тому же, активно рекламируется.

Пластик, он же полимер, он же органический материал.

В большинстве своём, представленные на рынке материалы являются термореактивными. Их производство происходит следующим образом: замешивается жидкий состав, разливается по стеклянным формам, подвергается воздействию высокой температуры и/или УФ. В результате, происходит полимеризация и из формы извлекается уже готовая линза (для массовки) или полузаготовка (для рецептуры). Такой метод производства придаёт линзам определённые свойства, как минимум, однородность и стойкость к высоким температурам. Отдельно я рассмотрю термопластичный материал – поликарбонат, линзы из которого изготавливаются методом литья под давлением.

Преимущества полимеров:

широкий диапазон изменения показателя преломления (1,5…1,76);

низкий удельный вес (значительно легче стеклянных линз);

высокая ударопрочность - менее травмоопасны;

возможность окраски в различные цвета и с различным коэффициентом пропускания;

фотохромные линзы, независимо от рефракции, могут иметь одинаковый коэффициент пропускания по всей поверхности;

все полимеры имеют очень высокий процент защиты от УФ, CR-39 – 93%, остальные 100%.

Недостатки:

на поверхности линзы легко образуются царапины;

меньше число Аббе (следовательно, выше хроматичекие аберрации).

Теперь подробнее про варианты материалов.

CR-39 – пластик с показателем преломления (некоторые называют его индекс) 1,5.

Очень стабильный материал, единственный пластик, который выпускается без упрочняющего покрытия. Самый толстый из пластиков. Не очень подходит для оправ на винтах т.к. хрупкий. Хорошие оптические свойства, наравне со стеклом, стойкий к температуре и растворителям. Кстати, свою стойкость к растворителям он приобрёл до того, как стать линзой, ведь аббревиатура CR это Columbia Resin – материал, который применялся для изготовления топливных баков самолётов.

NK-55 – пластик с показателем преломления 1,56. Бюджетный утончённый материал. Очень хрупкий. Большинство производителей используют его только для складских позиций.

MR-8 – пластик с показателем преломления 1,6. На мой взгляд, самый сбалансированный материал. Выглядит прозрачнее CR-39, значительно тоньше него, легче. Обладает хорошей вязкостью и рекомендуется для безободковых оправ. У разных производителей существуют аналоги с тем же показателем преломления, но с улучшенными характеристиками, например, по прочности или по оптическим свойствам.

MR-7 и MR-10 - пластик с показателем преломления 1,67. Один из самых тонких пластиков, который рекомендован для безободковых оправ. Имеет хороший внешний вид. С этого материала начинают заметно понижаться оптические свойства, в первую очередь, в отношении хроматических аберраций – радуги возле ярких объектов. Отличие между MR-7 и MR-10 в том, что первый дешевле, а второй легче красится. Поэтому сознательные производители используют оба, MR-7 для массовки, MR-10 для рецептуры.

1.7 – материал, который использует некоторые производители, с показателем преломления 1,7. Позиционируется, как самый тонкий, который можно ставить на винты.

MR-174 – пластик с показателем преломления 1,74. Один из самых тонких пластиков. Имеет желтоватый цвет, который является результатом добавления большого количества серы для утончения. Хрупкий. Существует полимер с показателем 1,76, производится в Японии. Он не тоньше 1,74, но выглядит поприличнее – не желтоватый, а скорее голубоватый.

По опыту работы в оптике (без малого 9 лет), могу привести примерное сравнение по толщине линз из разных материалов. Для линзы -5,0 дптр, в среднестатистической оправе толщина края будет:

CR-39 – 7mm

MR-8 – 5mm

MR-7, MR-10 – 4,5mm

MR-174 – 4.3mm

Таблица стойкости к отрыву (читай к излому)

В таблице выше упоминается материал CR607 для фотохромных линз, изготовленных по технологии Transitions. Он используется вместо CR-39 т.к. технология Transitions изначально позиционировалась, как технология внедрения фотохромного вещества в материал линзы, а CR-39 слишком плотный для этого.

Ещё несколько менее распространённых материалов.

Поликарбонат (PC) – полимер с показателем преломления 1,59. Очень лёгкий материал, обладает очень высокой вязкостью – нельзя разбить, можно только помять. Имеет 100% защиту от УФ. НО обладает оптическими свойствами наравне с MR174. Так же, имеет склонность «высыхать» под воздействием солнца и становится хрупким. Обычно, успевает отслужить положенные пластику 2 года, но не всегда) Рекомендуется там, где есть риск разбить очки.

Trivex – пластик с показателем преломления 1,53. Некий компромисс между поликарбонатом и, наверно, CR-39. Лёгкий, долговечный, защищает от УФ, прочный и имеет хорошие оптические свойства, но толстоват.

И немного о фотохромах. Эти линзы способны изменять процент прозрачности в зависимости от попадающего на них света, а именно ультрафиолетового излучения. Если объяснять на пальцах, то есть в линзе или в покрытии линзы молекулы вещества, в покое расположенные хаотично. Обычный свет несёт меньше энергии, чем УФ и не может заставить эти молекулы соединяться. Под воздействием УФ молекулы объединяются в цепочки и образуют фильтр, который мы видим, как затемнение. Когда воздействие УФ прекращается, молекулы возвращаются в состояние покоя. На морозе работают лучше, чем на жаре.

Как ни старался, а всё-равно длинно... Продолжение следует