Ахроматическая склейка в корригирующих очках

Введение

Для изготовления очковых линз все шире применяются полимерные (пластиковые, органические) материалы, которые по сравнению с традиционными силикатными стеклами значительно легче. Это делает их более комфортными для ношения, особенно в течение длительного времени, и более устойчивыми к ударам и повреждениям, что делает их более безопасными. В настоящее время многие фирмы-изготовители очковой оптики отдают предпочтение таким полимерным материалам, как поликарбонат (ПК), аллилдигликолькарбонат (АДК) или CR-39^® и полиметилметакрилат (ПММА) [1].

При всех преимуществах одиночные очковые линзы из полимеров (впрочем, как и одиночные линзы из силикатного стекла) обладают существенным недостатком – невозможностью эффективно исправить хроматические аберрации, что для линз с оптической силой более ±3,0 диоптрий приводит к появлению цветных «ореолов» вокруг изображений объектов, особенно заметно проявляющихся в краевых зонах формируемого изображения.

Как следствие, линзы с сильно выраженными аберрациями уменьшают качество световой информации, попадающей на сетчатку. Особенностью обработки такой информации аналитическим аппаратом человека является то, что при длительном использовании таких линз человек как бы перестает замечать эти искажения – информация о них поступает в мозг человека, где происходит ее коррекция (фильтрация). В результате увеличения потока обрабатываемой информации растет нагрузка как на головной мозг, так и на органы зрения. Люди быстрее и чаще устают, происходит ухудшение зрения, возникают головные боли, нервозность и другие пагубные последствия [2][3]. Учитывая, что в последнее время количество населения с миопией средней и высокой степени увеличивается [4], проблема устранения хроматических аберраций в очковых линзах становится все более актуальной.

Ахроматизация очковых линз

В существующей практике производители очковых линз и оправ не устраняют влияние хроматических аберраций, лишь пытаются уменьшить их влияние, а именно:

– индивидуальным изготовлением и подгонкой очков под анатомические особенности клиента для соблюдения величины пантоскопического наклона оправы;

– спектральной коррекцией зрения за счет нанесения многослойных фильтрующих покрытий. Так, например, линзы для очков могут не пропускать фиолетовый и снижать интенсивность синего и зеленого цветов, что, с одной стороны, снижает зрительную нагрузку, с другой – снижает и информативность наблюдения [5][6].

Принципиальное отличие ахроматического оптического компонента от обычной одиночной линзы в том, что он состоит из двух склеенных линз, одна из которых положительная, а другая – отрицательная, при этом линзы должны быть изготовлены из оптических материалов с различной дисперсией, и это позволяет осуществлять аберрационную хроматическую коррекцию, например уравнивать задние фокальные отрезки для синего и красного цветов.

Склеивание линз само по себе никак не влияет на ахроматические свойства, однако позволяет уменьшить отражение света от поверхностей линз, снизить требования к точности изготовления склеиваемых поверхностей и облегчить последующий монтаж.

Метод ахроматизации оптических систем известен давно, но для очковых линз он не был практически реализован по разным причинам:

– когда оптическая схема из двух несклеенных линз требует большого набора оправ для монтажа оптической системы с целью достижения нужной оптической силы (диоптрийности);

– когда склеены (бальзамином или другим известным оптическим клеем) линзы из неорганических силикатных стекол – тогда вес очков увеличивается в 2 раза и более;

– линзы требуемых для очков Ø50 мм и более из полимерных материалов не склеивают по причине отсутствия клеевого состава, обеспечивающего все требования к такому конструктиву.

По нашему мнению, для обеспечения конкурентных преимуществ ахроматический компонент для очков должен соответствовать следующим требованиям:

– к конструктиву. Ахроматические линзы по сравнению с аналогами (по диоптрийности) должны отличаться по весу не более чем на 10 %. Для достижения этой цели толщина склеиваемых линз по краю или по центру (в зависимости от типа линзы) должна быть минимальной;

– к клеевому составу. Клей должен иметь высокую прозрачность и бесцветность в диапазоне спектра 400÷700 нм, показатель преломления после отверждения n_D = 1,49÷1,58, оптическую однородность, низкое светорассеяние, низкую люминесценцию, сохранение оптических свойств в интервале температур ±50 °C, отсутствие разрушения или существенных напряжений в слое толщиной 10÷20 мкм отвержденного клея, нарастание вязкости, достаточное для проведения центрирования склеиваемых деталей, нетоксичность, достаточную прочность, высокую эластичность, сохранение свойств во времени, устойчивость к воздействию влаги. Кроме того, в состав клея не должны входить растворители – они портят поверхность полимерных линз.

Оптический клей

Традиционные клеи – эпоксидные, полиуретановые, силиконовые и т. д. – по совокупности предъявляемых требований непригодны для склейки полимерных очковых линз. Наиболее близким по требованиям клеем является Cosmofen Сa-12 (Германия). Однако его время схватывания единицы секунд делает невозможным центрирование деталей.

Исходя из вышеизложенного, на предприятии ООО «Хромо Взгляд» была разработана специальная технология склеивания линз и создан эластичный оптический клей, включающий основу и отвердитель полиоксипропиленамин и жидкую фотоустойчивую присадку 2-окси-4-алкоксибензофенон. В качестве основы применяется смесь эпоксидиановой смолы УП 631 и диглицедилового эфира 1,4-бутандиола. При использовании клея снижается френелевское отражение, а также увеличивается пропускание и фотоустойчивость при одновременном повышении защиты глаз от опасного УФ-излучения [7][8].

Очковая склейка

В качестве примера для сравнения на рисунке 1 показана одиночная очковая линза из CR-39 и склейка из ПК с CR-39, а ниже представлена диаграмма пятна рассеяния на формируемом изображении для центрального, крайнего и зонального поля лучей. Синий цвет на диаграмме соответствует длине волны излучения 480 нм, зеленый – 546,1 нм и красный – 643,8 нм.

Для однофокальных очковых линз из сферических поверхностей, предназначенных для коррекции миопического зрения, по результатам расчетов установлено, что среднеквадратичное значение аберраций для одиночной линзы составляет ~115 мкм, тогда как для склеенного компонента это значение ~45 мкм.

Заключение

Разработан уникальный клей, обеспечивающий надежное соединение полимеров, в частности с целью применения для очковых линз. Как и было ожидаемо, модельные эксперименты показывают, что использование полимерных склеек в разы снижает уровень хроматических аберраций, улучшая тем самым качество формируемого изображения. Таким образом, полученные результаты открывают новые возможности для разработки очковой оптики с улучшенными характеристиками.