Современные материалы для изготовления очковых линз

 

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ

Государственное автономное образовательное учреждение СПО г.Москвы

Колледж предпринимательства №11

_____________________________________________________________

РЦ Московская школа медицинской оптики

 

 

 

РЕФЕРАТ

Студента заочного отделения по специальности «Медицинская оптика»

по дисциплине: Проектирование дизайна линз и оправ

на тему:

Современные материалы для изготовления очковых линз

 

 

 

 

 

Выполнил студент Папилин Е.С.

Группа  МО- 41-12

Проверил преподаватель Ерохин В.Е.

 

 

 

Москва 2013г.

 

Содержание

 

Введение...................................................................................................................3

1 Современные материалы для изготовления очковых линз…..........................5

1.1 Минеральные линзы ……………..………………………………….………..5

1.2 Полимерные линзы…………………………………………………………....6

1.3 Поликарбонатные линзы……………………………………….….……...…..8

1.4 Трайвекс……..……………………………………………………………….11

Заключение.............................................................................................................15

Список использованных источников и литературы...........................................16

 

 

Введение

 

Все очковые линзы в зависимости от материала, применяемого для их изготовления, подразделяются на два больших класса: минеральное стекло (неорганические материалы) и пластмассы (органические материалы).

Независимо от того, к какому из этих классов относится материал для линз, он должен быть:

• прозрачным для излучений видимого диапазона света, 
• гомогенным,
• не иметь высокой дисперсии (т.е. не  вызывать хроматические аберрации).

Основными характеристиками материалов, из которых изготавливают линзы, являются: 

• показатель преломления 
• дисперсия (число Аббе) 
• плотность материала 
• устойчивость к механическим и химическим воздействиям 
• технологичность 

Показатель преломления (n) характеризует оптические качества очковой линзы: чем выше коэффициент преломления, тем лучше оптические свойства линзы. Материалы для изготовления очковых линз в зависимости от коэффициента преломления  различают:

• материалы со стандартным показателем преломления: 1,54>n>1,48
• среднепреломляющие материалы: 1,64 > n> 1,54
• высокопреломляющие материалы: 1,74 > n> 1,64 
• сверхвысокопреломляющие материалы: n> 1,74. 

От коэффициента преломления зависит количество и качество аберраций, т.е. степень искажения очковой линзы. Качество аберраций определяется числом Аббе, чем выше коэффициент преломления, тем меньше аберраций и следовательно меньше число Аббе. Ниже приведена зависимость числа Аббе от коэффициента преломления очковой линзы. 

n 1,5  Abbe  60

n 1,6 Abbe  42 

n 1,7 Abbe  35

n 1,8 Abbe  35

n 1,9 Abbe  31

Все материалы для изготовления очковых линз можно разделить на 4 основных группы:

• Минеральные линзы 
• Полимерные линзы
• Поликарбонатные линзы
• Трайвекс

Рассмотрим данные материалы более подробно в основной части работы.

 

1 Современные материалы для изготовления очковых линз

1.1 Минеральные линзы

 

Минеральное стекло – это неорганический материал, который получают из кварцевого песка. Показатель преломления (n) стандартного минерального стекла – 1,523. Как известно, от показателя преломления зависит толщина линзы. Чтобы линзы были более тонкими, индекс преломления должен быть выше. Утонченные минеральные линзы с показателями преломления – 1,6, 1,7 и выше (до 1,9) получают путем добавления различных уплотняющих компонентов. Но при этом происходит также увеличение удельного веса стекла. Поэтому минеральные линзы с большими диоптриями, даже утонченные, будут довольно тяжелыми. 

Линзы из минерального стекла могут быть бесцветными, окрашенными и фотохромными.  Для придания линзам дополнительных свойств на них могут наносить специальные покрытия. Например, для защиты глаз от вредного воздействия ультрафиолетового излучения солнечного спектра в состав минерального стекла необходимо вводить дополнительные УФ-поглощающие агенты.

Достоинства минеральных очковых линз: 

• устойчивость к образованию царапин: если выбирать из стеклянной и пластиковой линзы без дополнительных покрытий, то минеральная линза прослужит дольше;
• возможность изготовления очень тонкой линзы с показателем преломления 1,9 – при очень больших диоптриях из стекла можно получить более тонкую линзу, чем из пластика, при этом надо учесть, что вес минеральной линзы будет, конечно, больше, чем пластиковой.

Недостатки минеральных линз: 

• более низкая степень безопасности по сравнению с полимерными линзами - при сильном ударе бьются на осколки, поэтому не рекомендованы для изготовления детских или спортивных очков в силу возможного травматизма;более высокий вес;
• невозможность использования минеральных линз в полуободковых (на леске) и безободковых (на винтах) оправах.

 

1.2 Полимерные  линзы

 

Линзы из различных полимерных материалов называются органическими линзами. С каждым годом их популярность растет, все больше вытесняя минеральные линзы. Органические очковые линзы изготавливают из разных видов прозрачных полимеров (пластмасс). Наиболее распространенный оптический полимер называется CR-39, многие фирмы-производители присваивают собственные названия стандартным полимерам. 

Широко известная пластмасса CR-39 – один из органических материалов, применяемых для изготовления линз. В начале Второй мировой войны из-за нехватки натурального сырья производство пластмасс было развернуто с новой силой, что привело к появлению новых материалов, с успехом заменяющих минеральное стекло. В то время специалисты компании «Columbia Southern Chemical», филиала компании «PPG Industries», стали проводить испытания по получению реактопластов. Ученые назвали проект «Columbia Resins» (сокращенно «CR»). В мае 1940 года в ходе испытаний был получен мономер АДС. В последующие годы были исследованы и испытаны более180 различных образцов этого мономера. Самым удачным по свойствам оказался 39-й по счету образец, который и был позднее взят для изготовления органических линз. Ученые добавили номер образца, успешно прошедшего испытания, к названию проекта, и получилось «Columbia Resins № 39», или сокращенно «CR-39», которое компания «PPG Industries» зарегистрировала как торговую марку. 

Сначала очковые линзы изготавливали только из CR-39, материала с низким показателем преломления. А органические материалы с высоким показателем преломления начали создавать лишь в середине 1980-х годов.

Показатель преломления стандартного оптического полимерного материала около 1,5. На рынке представлены различные полимеры с широким диапазоном показателя преломления: 1.53, 1.54, 1.56, 1.6, 1.61, 1.67, 1,74. Соответственно, можно изготовить линзы различной толщины, исходя из необходимых диоптрий и финансовых возможностей – чем тоньше линза, тем выше ее стоимость. Полимерные линзы также могут быть прозрачными, окрашенными или фотохромными.

Преимущества полимерных линз: 

• высокая ударопрочность и высокая степень безопасности – при сильном ударе покрывается трещинами, а не разбивается на осколки;
• пластиковые поликарбонатные очковые линзы считаются самыми прочными, эффективно защищают от УФ-излучения и термостойки, т.е. сохраняют свою форму при высоких температурах. К тому же, они очень легкие, так как кроме достаточно высокого показателя преломления (1.59) имеют малый удельный вес. Поликарбонатные линзы рекомендованы для изготовления спортивных, детских и специальных защитных очков;
• меньший вес по сравнению с минеральными линзами;
• возможность нанесения многослойных покрытий, придающих линзам различные дополнительные свойства;
• возможность создания линз асферического дизайна, которые являются более плоскими и тонкими по сравнению со сферическими линзами и дают качественное изображение на периферии;
• возможность производства пластиковых линз самой разнообразной окраски путем добавления в жидкий состав различных красителей.

Основной недостаток полимерных линз - на них легко образуются царапины, поэтому необходимо наносить специальные упрочняющие покрытия.

В настоящее время при создании новых органических материалов ученые стремятся добиться не только высокого показателя преломления, но и хороших эксплуатационных качеств, высокой ударопрочности, низких хроматических аберраций и хорошей окрашиваемости. Все это делается для того, чтобы даже те, кому прописаны очки с линзами высоких рефракций, могли пользоваться легкими, тонкими и плоскими пластмассовыми линзами.

Пластиковые линзы из материала CR 39 (n=1.49) нашли в России очень широкое применение. Эти линзы по своим оптическим характеристикам близки к стеклу. 

 

1.3 Поликарбонатные линзы

 

Поликарбонат был открыт в 1953 году химиками Шнеллем (H. Schnell) из компании «Bayer AG» (Германия) и Фоксом (D. W. Fox) из компании «General Electric Company» (США) независимо друг от друга. Фокс открыл этот материал неожиданно для себя: работая над композициями для волоконных покрытий, он оставил в конце рабочего дня расплав нового полимера и ушел домой, а вернувшись на следующий день, обнаружил, что тот превратился в твердый прозрачный материал. Так появился поликарбонат, получивший торговую марку Лексан (Lexan).

С 1950-х годов поликарбонат начинает использоваться в промышленном производстве – для изготовления дисплеев и элементов электропроводки, остекления парников и окон зданий. Постепенно благодаря исключительной ударопрочности и малому удельному весу поликарбонат находит все более широкое применение: на его основе стали выпускать защитные щитки, ударопрочные окна, компакт-диски, линзы для защитных очков, детали автомобилей и т.д. Применение поликарбоната для защитных очков было обусловлено его необыкновенной устойчивостью к ударным нагрузкам, однако светопропускание линз из этого материала было далеко от совершенства.

Неудовлетворительная прозрачность первых поликарбонатных линз была связана с низким качеством очистки исходного материала и несовершенством технологического процесса изготовления линз. Изобретение компакт-дисков и их массовое внедрение в производство в 1980-х годах обусловили резкое улучшение качества исходных материалов; от этих разработок выиграла и оптическая индустрия: появилась возможность получать поликарбонатные линзы с высоким светопропусканием.

Активному внедрению поликарбонатных линз на самый крупный оптический рынок США способствовало принятие в 1971 году закона, согласно которому все линзы должны проходить испытание на ударопрочность. Органические линзы стали доминировать на американском рынке, затем они постепенно потеснили минеральные линзы во всем мире. В США линзы из поликарбоната вследствие их более высокой по сравнению с CR-39 ударопрочностью в обязательном порядке стали назначать детям, взрослым, ведущим активный образ жизни, и спортсменам.

Убедившись в неуклонном росте спроса на поликарбонатные линзы, компания «Essilor» приобрела в 1995 году фирму «Gentex», занимающуюся их массовым изготовлением. В результате «Essilor» стала ведущим мировым производителем поликарбонатных линз и начала активно продвигать их на мировой оптический рынок.

Поначалу одним из существенных недостатков поликарбоната как материала для производства очковых линз являлась его низкая абразивостойкость. Решением проблемы стало нанесение высокоэластического промежуточного покрытия между поликарбонатной линзой и упрочняющим покрытием, которое нивелировало разность в их расширении. В настоящее время крупные производители поликарбонатных линз владеют технологией нанесения многофункциональных покрытий на их поверхность, которые защищают линзы от царапин, компенсируют потери на отражение, облегчают уход во время эксплуатации.

Чем меньше число Аббе, тем больше эффект хроматической аберрации, испытываемый пользователем очков.  По значению числа Аббе поликарбонат намного уступает стандартному минеральному стеклу и CR-39. На практике эффект хроматической аберрации зрительно воспринимается в виде радуги либо желтого, либо голубого света вокруг объекта, и чем больше зрачок отклоняется от оптического центра линзы, тем сильнее будет такой эффект.

Результаты исследования 1999 года показали, что при пользовании поликарбонатными линзами их минимальная оптическая сила, при которой хроматическая аберрация начинает оказывать влияние на остроту зрения, составляет ±7,0 дптр.

Поликарбонатные линзы имеют достаточно высокий показатель преломления – 1,59, но по цене они позиционируются ниже, чем линзы из высокопреломляющих материалов (от nd = 1,60 и выше). Однако у поликарбоната есть преимущество перед этими материалами: из него можно делать линзы (отрицательных рефракций) с минимальной толщиной по центру – на 0,5 мм меньшей по сравнению с линзами из многих высокопреломляющих материалов.

Как и все линзы из материалов с более высоким показателем преломления, поликарбонат пропускает меньше света, чем линзы из стандартного минерального стекла или CR-39. Светопропускание стандартных линз из CR-39 составляет примерно 92%, а потери на отражение с одной стороны – 4%. В случае линз из поликарбоната количество света, отраженного от обеих поверхностей, немного превышает 10%, таким образом, количество света, достигающего глаз, ниже 90%-го уровня. Однако современные многофункциональные покрытия, имеющие в своем составе широкополосные многослойные просветляющие покрытия, позволяют преодолеть этот недостаток, увеличивая светопропускание поликарбонатных линз до 99,5%.