Как улучшить зрение - Линзы для очков

Ни одни из очковых линз не вызывают такого интереса у пользователей, как фотохромные — что-то магическое заключено в их удивительной способности быстро изменять светопропускание в зависимости от интенсивности солнечного света. Сегодня фотохромные линзы занимают долю в 12% на мировом рынке очковых линз, и многие производители стараются увеличить их потребление, позиционируя этот продукт не как солнцезащитные, а как функциональные линзы для повседневного применения. Усовершенствование технологии и материалов в производстве фотохромных линз позволяет прогнозировать дальнейший рост их продаж.

Немного истории

Явление фотохромизма, то есть изменение цвета некоторыми химическими веществами под воздействием света и возвращение к исходному цвету в отсутствие источника освещения, было открыто в конце XVIII века. Но лишь во второй половине XX века принцип фотохромизма нашел свое практическое применение: в 1964 году компания «Corning» выпустила на рынок первые неорганические фотохромные линзы «PhotoGray». В качестве фотохромных добавок в неорганических линзах применялись галогениды серебра и меди. Эти вещества были достаточно устойчивы к длительному воздействию солнечного излучения, и минеральные фотохромные линзы быстро приобрели известность на оптическом рынке. Их успех стимулировал проведение исследований для получения фотохромных свойств у постепенно завоевывающих популярность органических линз. Однако для них были необходимы вещества и технологии, принципиально отличающиеся от производства минеральных фотохромных линз.

Первые органические фотохромные линзы появились в начале 1980-х годов («American Optical» выпустила линзы «Photolite»), однако по своим характеристикам они уступали имеющимся на рынке минеральным: медленнее происходил переход из активированной стадии в дезактивированную, при этом во время перехода проявлялись нежелательные цветовые оттенки. Компания «PPG Industries», являющаяся крупнейшим производителем органических мономеров, провела серьезные исследования по разработке пигментов и технологий для производства фотохромных линз из пластмассы, потратив на эти цели более 85 млн долл. США. Ее поиски увенчались успехом – была разработана технология изготовления органических линз. Но сама компания «PPG Industries» не имела опыта производства органических линз, поэтому в 1990 году она организовала совместное предприятие с компанией «Essilor International» – фирму «Transitions Optical», которая вскоре выпустила на рынок первые органические линзы «Transitions». Это первое поколение фотохромных органических линз получило признание на оптических рынках многих стран.

Дальнейшее усовершенствование технологии привело к появлению новых поколений линз марки «Transitions»: это «Transitions Plus», «Transitions III», «Transitions Next Generation». Сегодня потребителям предлагается уже пятое поколение органических фотохромных линз «Transitions V ESP», представленных на рынке в начале 2005 года. Собственную оригинальную технологию производства органических фотохромных линз разработали компании «Corning» (линзы «SunSensors»), «Indo International» (линзы «Indocromic IV Superfin»), «Hoya» (линзы «SunBrown» и «SunGrey», «Solio»), «Rodenstock» (линзы «ColorMatic Extra») и некоторые другие производители.

Принцип фотохромизма

В основе фотохромизма лежит чувствительность некоторых веществ к свету, точнее – к электромагнитной радиации определенной длины волны, которая вызывает изменение их цвета; при отсутствии же активирующей радиации происходит возврат в исходное состояние. Обратный процесс в фотохромных веществах инициируется температурой и видимым светом. В сущности процесс фотохромного превращения происходит следующим образом. Химическое вещество X возбуждается под воздействием ультрафиолетового излучения (300–400 нм) и переходит в вещество Y, которое имеет определенное светопоглощение. Если воздействие ультрафиолетового излучения прекращается, то вещество Y переходит обратно в бесцветное вещество X.

В минеральных фотохромных линзах в качестве фотохромных пигментов используются галогениды серебра и меди. В органических фотохромных линзах применяются три группы фотохромных органических соединений: оксазины (oxazine), производные фульгида (fulgide derivatives) и нафтопираны (naphtopyran). Фотохромные пигменты различных групп отличаются друг от друга по структуре, размерам, цвету в активированном состоянии, а также по чувствительности к температуре и ультрафиолету. Оксазины характеризуются высокими скоростями активации/дезактивации, они устойчивы к фотодеструкции под воздействием УФ-излучения и поэтому более длительный срок сохраняют фотохромные свойства. Однако они чувствительны к температуре, поэтому плохо проявляют себя в странах с жарким климатом. Производные фульгида имеют неплохие скорости активации/дезактивации, однако по показателю усталости (количество циклов затемнения/осветления) они уступают другим фотохромным пигментам. Соединения группы нафтопирана имеют сбалансированный комплекс свойств, при этом в меньшей степени зависят от температуры.

Современные органические фотохромные линзы содержат фотохромные пигменты всех трех типов, и каждый из производителей органических фотохромных линз имеет собственные рецептуры фотохромных компонентов.

Факторы фотохромного процесса

При производстве фотохромных линз необходимо учитывать следующие основные факторы:
- Воспроизводимость реакций затемнения и осветления. Процесс должен повторяться большое количество раз, сравнимое со временем эксплуатации фотохромных линз. Современные минеральные и органические фотохромные линзы удовлетворяют подобным требованиям.
- Степень и быстрота затемнения линз. Линзы должны темнеть достаточно быстро под воздействием солнечной радиации на открытом воздухе. Современные фотохромные линзы могут быть практически прозрачны в неактивированном состоянии (или иметь небольшой остаточный оттенок), что делает их весьма удобными для ношения в помещении.
- Температура и интенсивность солнечного излучения. Эти два параметра оказывают существенное влияние на интенсивность окрашивания линз в активированной стадии. Интенсивность окрашивания обусловлена уровнем ультрафиолетового излучения и в ряде случаев – коротковолнового видимого излучения: чем больше уровень излучения, тем больше светопоглощение линз. Температура оказывает обратное действие: под воздействием тепла линзы заметно светлеют. В последние годы производители очковых линз смогли существенно уменьшить температурную зависимость фотохромных материалов, и сегодня линзы осветляются в жаркую погоду меньше, чем их предшествующие аналоги. Однако следует предупреждать об этой особенности линз пользователей, желающих применять фотохромные линзы в условиях жаркого климата.
- Скорость затемнения и осветления. Скорость, с которой фотохромный материал реагирует на изменение условий освещенности, чрезвычайно важна для комфортного и эффективного применения фотохромных линз. Первые фотохромные материалы отличались чрезвычайно медленной скоростью реагирования, но этот недостаток на сегодняшний день преодолен. В то же время, если линзы изменяют светопропускание слишком быстро, это может привести к неудобству для пользователя, а в некоторых случаях – даже к аварийной ситуации. Так, когда человек находится за рулем открытого автомобиля в фотохромных линзах, которые практически мгновенно изменяют светопропускание, это может дезориентировать водителя и привести к нарушению управления автомобилем. Глазу человека требуется определенное время (до нескольких минут), для того чтобы полностью адаптироваться к условиям изменения освещенности, поэтому линзы с такой же скоростью затемнения являются наилучшим выбором для пользователя фотохромных очков. Скорость осветления линз также важна: когда человек заходит с открытого воздуха в помещение, он не желает долго ждать, пока линзы восстановят светопропускание до комфортного уровня.

Способы производства линз

Между минеральными и органическими фотохромными линзами существует значительная разница в процессе производства. Фотохромные неорганические пигменты добавляются в шихту для варки стекла и впоследствии равномерно распределяются в полученной заготовке. Для производства органических фотохромных линз используется несколько методов введения фотохромных пигментов, в частности введение их в мономерную смесь с последующим объемным распределением в материале линз, нанесение покрытий и метод имбайбинга (пропитывания).
- Введение фотохромных пигментов в массу полимера
В этом случае производство начинается с равномерного распределения фотохромных пигментов в жидком мономере, после чего осуществляется полимеризация фотохромных линз и заготовок. Используемые мономеры не относятся к применяемым в промышленности CR-39, поликарбонату, полиуретанам или типичным высокопреломляющим материалам. Это специально разработанные соединения, у разных производителей различные, с показателем преломления от 1,52 до 1,56, которые отличаются исключительной способностью хорошо совмещаться с фотохромными пигментами.

Метод производства органических фотохромных линз с объемно-распределенными фотохромными пигментами, нередко называемый полимеризацией в массе, не является собственностью какой-либо конкретной компании. Органические фотохромные линзы по этому методу производят многие компании, включая «Rodenstock», «Hoya», «Indo International».

Коротко остановимся на технологии производства органических фотохромных линз под маркой «SunSensors» с объемным распределением фотохромных пигментов, которая была разработана компанией «Corning» в 2000 году. Эта компания не производит готовые линзы сама, а поставляет мономер с фотохромными пигментами крупным производителям, таким как «Bourgeois S.A.», «Polycore Optical Pte., Ltd.», «Signet Armolite», «Thai Optical Co., Ltd.» и др. Линзы «SunSensors» производятся из материала с показателем преломления 1,56, коэффициентом Аббе 38 и выпускаются двух цветов: серого и коричневого. В этом году компания «Corning» анонсировала появление новых линз «SunSensors+», которые сохранили характеристики линз «SunSensors», но отличаются от них большей величиной предела прочности при растяжении – до 25 кг. Высокие физико-механические характеристики материала линз «SunSensors+» обуславливают их исключительную пригодность для сборки в очки безободковых конструкций.

- Поверхностное внедрение фотохромных пигментов
В этом случае фотохромные добавки распределяются в тонком поверхностном слое на глубину примерно 0,15 мм – аналогично тому, как это происходит при окрашивании органических линз из CR-39. Метод получил название «имбайбинг» (что в переводе с английского означает «поглощение», «пропитывание»), и единственной компанией, производящей по данному методу органические фотохромные линзы, является «Transitions Optical». Сам процесс производства выглядит следующим образом. Какая-либо компания производит бесцветные органические линзы и заготовки, которые затем переправляет на завод компании «Transitions Optical». На этом заводе линзы подвергаются имбайбингу, который является очень сложным процессом, поскольку разные по структуре и объему фотохромные пигменты должны равномерно диффундировать вглубь материала. По завершении этого процесса на поверхность линз наносится защитное покрытие. Далее готовые фотохромные линзы и заготовки отправляются компании-производителю, которая в зависимости от поступивших заказов отдает заготовки в рецептурные лаборатории, а линзы – на предприятия розничной торговли. Следует отметить, что в настоящее время технология имбайбинга используется компанией «Transitions Optical» для придания фотохромных свойств линзам из органических материалов с показателями преломления 1,50; 1,54 и 1,56. Как правило, для производства бесцветных линз используются специальные модифицированные мономеры, что позволяет обеспечить равномерность распределения и требуемую активность фотохромных пигментов.
Для остальных материалов – поликарбоната, трайвекса, высокопреломляющих пластмасс с показателем преломления 1,60 и выше – компания «Transitions Optical» применяет метод, получивший название «транс-бондинг». Сегодня фотохромные органические линзы под маркой «Transitions» представлены в ассортименте всех ведущих мировых производителей: «Essilor», «BBGR», «Nikon», «Carl Zeiss Vision», «Hoya», «Younger Optics», «Seiko», «Thai Optical Group», «Polaroid» и др.

- Нанесение фотохромных покрытий
Данный метод производства органических фотохромных линз предусматривает нанесение покрытия с распределенными в нем органическими пигментами на поверхность фотохромных линз. По данному методу компания «Transitions Optical» выпускает фотохромные линзы из таких материалов, как поликарбонат, трайвекс, высокопреломляющие пластмассы с показателем преломления 1,60 и выше. Сам метод у специалистов компании получил название «транс-бондинг». Суть его в том, что фотохромные пигменты распределяются в покрытии, наносимом на переднюю поверхность линз. В качестве подложки могут применяться линзы из обычных материалов, не требующих дополнительной модификации. О конкретной технологии нанесения покрытий известно очень мало – кроме того, что у всех производителей фотохромное покрытие нанесено только на переднюю сторону. После нанесения лака, высушивания и завершения процесса отверждения на поверхности линз образуется прочное покрытие из фотохромных соединений, обладающее высокой адгезией к материалу линз. В дальнейшем поверхность защищается упрочняющим покрытием.
Подобные органические фотохромные линзы под торговой маркой «Suntech» выпускает компания «Hoya», линзы марки «Solera» шести модных оттенков предлагает компания «Invicta Corporation».

Какие линзы лучше?

Какой метод производства лучше и какие линзы дольше сохраняют фотохромные свойства – минеральные или органические?

Галогениды серебра и меди, применяемые в минеральных фотохромных линзах в качестве фотохромных пигментов, отличаются устойчивостью к воздействию УФ-излучения, в то время как органические фотохромные пигменты являются менее стойкими. Однако у минеральных фотохромных линз высокой оптической силы в затемненном состоянии может наблюдаться некоторое различие в интенсивности окрашивания – так, линзы отрицательных рефракций могут быть светлее по центру, а положительных рефракций – по краям. Этих недостатков лишены минеральные фотохромные линзы «Umbramatic» компании «Carl Zeiss», которые состоят из тонкой фотохромной пластины с объемно-распределенным фотохромным веществом и бесцветной очковой линзы требуемой оптической силы из материала с высоким показателем преломления ne = 1,706. Различия в окрашивании уменьшаются при исполнении минеральных фотохромных линз из материалов с высоким показателем преломления (1,6).

Органические фотохромные линзы независимо от способа их производства демонстрируют равномерность окрашивания в активированной стадии. В линзах с поверхностно внедренными пигментами и фотохромными покрытиями равномерность окрашивания обусловлена одинаковой глубиной пропитывания или толщиной покрытия. В органических фотохромных линзах с объемным распределением пигментов равномерность потемнения линз обусловлена равномерностью распределения пигментов в полимерной матрице. Светопоглощение таких линз в активированной стадии (в отличие от минеральных фотохромных линз) не зависит от оптической силы, из-за того что УФ-излучение активирует молекулы фотохромных пигментов только на поверхности линзы. Активированные окрашенные молекулы не пропускают ультрафиолет к нижележащим молекулам, что также положительно сказывается на продолжительности сохранения фотохромных свойств.

Другая существенная разница между минеральными и органическими фотохромными линзами заключается в том, что минеральные фотохромные линзы по мере старения становятся темнее, в то время как органические фотохромные линзы выцветают. Однако процесс выцветания в современных органических фотохромных линзах происходит достаточно медленно, поэтому они сохраняют фотохромные свойства на протяжении всего периода эксплуатации. Продолжительность сохранения фотохромных свойств органических фотохромных линз зависит от материала самих линз и наличия специальных светостабилизирующих добавок. Длительность сохранения фотохромных свойств также определяется образом жизни пользователя. Так, человек, проводящий значительное время на открытом воздухе и подвергающий линзы длительному воздействию УФ-излучения, должен иметь в виду, что срок их полезной эксплуатации будет меньше. Большинство производителей указывают, что срок эксплуатации их линз при сохранении фотохромных свойств и обеспечении защиты от ультрафиолетового излучения составляет не менее двух лет.

Производители, изготавливающие линзы с объемным распределением фотохромных добавок, заявляют в своих информационных материалах, что их линзы имеют больший срок полезной эксплуатации. Причина этой долговечности кроется в значительно большем количестве фотохромных пигментов: по мере исчерпывания фотохромных свойств поверхностных молекул начинают активироваться нижележащие. Так, компания «Corning» сообщает, что линзы «SunSensors» сохраняют 95% фотохромного ресурса через три года эксплуатации у реальных пользователей из разных стран.

Эффект старения усложняет проблему замены одной из фотохромных линз в очках – если линзы были в эксплуатации различное время, то они по-разному будут реагировать на изменение солнечной активности. В минеральных фотохромных линзах эту проблему можно решить, подвергнув старую и новую линзы воздействию высокой температуры, например кипячению. В результате обе линзы обесцветятся и начнут функционировать с одинакового цикла. В случае же очков с органическими фотохромными линзами при утрате одной из них следует заказывать новую пару.

Специальные фотохромные линзы

С началом нового тысячелетия на рынке появились фотохромные линзы, которые не только увеличивают комфорт пользователя, но и имеют другие полезные или необычные функции. Так, концерн «Rodenstock» представил новые органические фотохромные линзы «Perfalit ColorMatic brown/grey» и «Perfalit ColorMatic Contrast orange», которые отличаются минимальным затемнением в неактивированной стадии, сохраняют стабильность окрашивания при чрезвычайно долгом сроке службы и усиливают контрастность зрительного восприятия. Новые фотохромные линзы особенно хорошо подходят людям с повышенной светочувствительностью, страдающим диабетом и аллергией.

Терапевтические минеральные фотохромные линзы «Glare Control» представлены и в ассортименте компании «Corning». Эти линзы выполнены из шести типов фотохромных минеральных материалов, поглощающих видимый синий диапазон спектра и различающихся границей отрезания коротковолновой области спектра – от 450 до 550 нм. Эти линзы предназначены для людей, страдающих повышенной светочувствительностью.

В этом году компания «Younger Optics» анонсировала на миланской выставке появление очковых линз «Drivewear Activated by Transitions», которые относятся к принципиально новой, не имеющей аналогов категории продукции и предназначены для вождения автотранспорта. Это первые поляризационные фотохромные линзы, которые надежно защищают от мешающего плоскополяризованного отраженного света и изменяют светопропускание в зависимости от условий освещения. Новые линзы «Drivewear Activated by Transitions» меняют светопропускание и в салоне автомобиля, и на открытом воздухе, потому что эффект фотохромного затемнения активируется как видимым, так и ультрафиолетовым светом. В пасмурную погоду внутри автомобиля линзы будут иметь желто-зеленый оттенок со средним коэффициентом светопропускания Т = 35%, в солнечную они станут красно-коричневыми с Т = 21%, а на открытом воздухе в ясный погожий день эти же линзы приобретут темно-коричневый тон с Т = 12%. Спектральная характеристика линз оптимизирована к спектральной чувствительности глаза человека и адаптируется к изменяющимся дорожным условиям, уменьшая интенсивность нагрузки на глаза. Линзы «Drivewear Activated by Transitions» разработаны благодаря сотрудничеству компаний «Younger Optics» и «Transitions Optical». Серийный выпуск планировался начаться летом этого года, а на момент проведения «MIDO–2006» пока еще проводились тестовые маркетинговые исследования и собирались мнения пользователей о функциональности и комфортности этих линз.

Все большую популярность приобретают фотохромные линзы различной цветовой гаммы – их окрашивают в яркие цвета, которые изменяются после пребывания на открытом воздухе. Так, в ассортименте немецкой компании «Rupp + Hubrach» представлены органические фотохромные линзы «Switch» восьми модных цветов: желтого, оранжевого, зеленого, кофейного, бордового, фиолетового, сине-зеленого и голубого. Особенностью линз «Switch» является то, что в неактивированной стадии на них заметен лишь тот или иной цветной оттенок (5–15%), но под воздействием солнечных лучей линза приобретает более интенсивное и яркое окрашивание (20–65%). Все линзы выполнены из материала с показателем преломления 1,50; они надежно отрезают ультрафиолетовый диапазон солнечного излучения.

Органические фотохромные линзы «Muver» производства компании «Sola», которая теперь входит в компанию «Carl Zeiss Vision», выпускаются в более чем 20 модных цветовых оттенках; кроме того, имеется возможность создавать цвета по желанию заказчика. Линзы «Muver» хорошо совместимы со всеми оптическими покрытиями и соответствуют всем международным стандартам; при этом они в 1,5 раза более устойчивы к ударным нагрузкам, чем линзы из CR-39. Органические фотохромные линзы производит и компания «Solera», предлагая 6 модных цветов под маркой «Invicta».

Компания «Corning» является разработчиком технологии изготовления цветных минеральных фотохромных линз «H2F Colors», позволяющей получать минеральные фотохромные линзы более чем 1000 разнообразных оттенков. Внедрение в производство этой технологии было осуществлено итальянской компанией «Barberini». Продукция, изготовленная по технологии «H2F Colors», пользуется большим спросом в производстве солнцезащитных очков известных брендов.

На российском оптическом рынке устойчивым спросом пользуются минеральные фотохромные линзы. Так, по оценке компании SWV ежегодно в России продается до одного миллиона фотохромных линз, при этом 81% продаж приходится на минеральные и лишь 19% — на органические линзы. Менеджеры зарубежных компаний говорят о том, что спрос на современные и легкие фотохромные линзы из пластмассы постепенно увеличивается, чему способствует появление на рынке нашей страны новых улучшенных версий фотохромных линз. Надеемся, что эта статья поможет вам лучше представить себе принципы фотохромизма и особенности минеральных и органических фотохромных линз.

---

Читайте:
Просветляющие покрытия для солнцезащитных линз Выбираем цвет линз солнцезащитных очков Когда выбор очковых линз с высоким показателем преломления оправдан? Органические очковые линзы из традиционных полимерных материалов в России Очковые линзы для работы в помещении