I trattamenti sulle lenti

lenti
I trattamenti
sulle lenti
di Silvio Maffioletti e Angela Ravasi
L
e aziende che producono lenti
oftalmiche di qualità le dotano
di trattamenti multistrato che le
rendono idrorepellenti, incrementano
la loro resistenza ai graffi e diminuiscono la quantità di luce riflessa dalle loro
superfici. Per conoscere meglio i rivestimenti multifunzionali è necessario esaminare in dettaglio le caratteristiche e
le finalità di ogni singolo trattamento.
Trattamenti indurenti
Il trattamento indurente viene applicato sulla superficie delle lenti organiche per migliorarne la resistenza alle
abrasioni e procrastinarne la durata
nel tempo. Si realizza sia utilizzando
lacche a base di polisilossano (che vengono applicate mediante immersione
oppure spin-coat), sia utilizzando rivestimenti simili al quarzo (che vengono
applicati utilizzando la tecnologia ad
alto vuoto). I trattamenti indurenti ottenuti mediante immersione e
spin-coat richiedono costi contenuti.
Dopo la loro applicazione le lenti sono
colorabili, sebbene l’assorbimento del
colore risulti più lento. I trattamenti
indurenti ottenuti mediante tecnologia
ad alto vuoto sono maggiormente duri
ma le lenti, dopo l’applicazione del
film, non possono più essere colorate
(Smsa, 2007).
Prima di essere sottoposte al trattamento indurente, le superfici delle lenti
devono essere pulite accuratamente
(mediante lavaggio ad ultrasuoni) e
asciugate con cura. Nella camera di
trattamento si adottano speciali accorgimenti (utilizzando camere con
aria condizionata che consentono al
processo di svolgersi con la massima
ne del trattamento indurente avviene
per rotazione e utilizza lacche simili a
quelle impiegate nel processo ad immersione, pur se modificate (nella composizione e nella viscosità) per renderle
adatte all’applicazione per rotazione.
Figura 1 - Applicazione del trattamento indurente su lenti organiche mediante immersione in
lacca a base di silossano. Tratta da Smsa, 2007.
pulizia) per evitare il deterioramento
della lacca. La macchina che immerge
le lenti nella lacca garantisce alla risalita una velocità controllata, necessaria
per realizzare uno spessore definito e
costante del film.
(Figura 1)
Il processo di ‘spin-coat’ per l’applicazioILMONDODELL’OTTICA
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(Figura 2 - vedi altra pagina)
Il costo del trattamento indurente
realizzato mediante tecnologia ad alto vuoto è elevato se alle lenti viene
applicato solo tale film; ha invece
un’incidenza minore quando vengono
contemporaneamente applicati altri
trattamenti.
Se ha uno spessore superiore ai 10 µm,
lenti
il trattamento indurente può rovinarsi
(formando crepe e strie) dato che le lenti organiche si flettono e si espandono
quando vengono sottoposte a tensione
(astucci rigidi troppo piccoli per la
montatura che contengono, tensione
meccanica applicata per rimuovere le
lenti dalla montatura, etc.).
Trattamenti antiriflesso
Una parte della radiazione luminosa
che incide sulla superficie di una
lente viene riflessa dalle sue superfici
e non concorre a formare l’immagine
finale, che per questo risulta meno luminosa. Le riflessioni si realizzano sia
sulla superficie anteriore che su quella
posteriore della lente. La radiazione
luminosa riflessa dalla superficie posteriore della lente penetra nel forame
pupillare e, oltre a non contribuire alla realizzazione dell’immagine,
provoca un decadimento generale
del contrasto e quindi della qualità
visiva. La radiazione luminosa riflessa
dalla superficie posteriore della lente
induce inoltre immagini parassite
incoerenti rispetto a ciò che viene
osservato, provocando un disturbo
che penalizza soprattutto la visione
notturna (lo sfondo scuro amplifica
l’effetto delle luci parassite) e il lavoro
prossimale (l’applicazione continua
e protratta al Vdt viene resa difficile
dalla presenza costante delle luci
parassite). E’ quindi particolarmente
importante prestare attenzione alle
sorgenti luminose posteriori alla posizione del soggetto, che generano i
riflessi che si formano sulla superficie
posteriore delle sue lenti (Cappa et
al., 1994).
Tali riflessi variano in relazione alla
posizione delle sorgenti luminose.
La quantità di luce riflessa da una
superficie lucida varia infatti in
base all’angolo di incidenza; se la
luce incide sulla superficie perpendicolarmente, la riflettanza (r)
è calcolabile mediante la relazione
di Fresnel:
Figura 2 - Deposizione del trattamento indurente mediante rotazione o “spin-coat”.
Tratta da Smsa, 2007.
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r = [(n-1)/(n+1)]2
dove n rappresenta l’indice di rifrazione della lente e 1 l’indice di rifrazione
dell’aria. Quindi r è tanto maggiore
quanto maggiore è n.
Materiale
lente
Indice di
rifrazione
(n)
Riflettanza
CR-39
1,498
4%
Vetro crown
1,523
4,3%
Titanio
1,701
6,72%
Lantanio
1,800
8,16%
(r )
Tabella 1. Riflettanza (%) di alcuni materiali
con luce incidente perpendicolarmente. Tratta da Smsa, 2007, modificata.
Nella tabella 1 sono riportati i valori
di r riferiti a materiali diversi. Si può
osservare che la riflettanza cresce all’aumentare di n; la superficie di una
lente in CR39 con indice di rifrazione
1.498 riflette il 4% della luce incidente
mentre la superficie di una lente in
lantanio con indice di rifrazione 1.80
ne riflette più dell’8%.
La radiazione luminosa riflessa dalle
superfici delle lenti produce una diminuzione del contrasto e una visione
velata, che riduce la nitidezza. Per
questo è opportuno usare occhiali con
lenti dotate di trattamento antiriflesso, che aumenta la trasmittanza della
lente migliorandone l’aspetto estetico
ed eliminando le immagini fantasma
(Catalano, 2001).
(Figura 3 - vedi pagina a lato)
Dopo l’applicazione del trattamento
antiriflesso, se si analizzano i cammini
ottici dei due raggi riflessi (uno dall’interfaccia aria/film e l’altro dall’interfaccia film/lente) si evidenzia una
differenza tra i due treni d’onda. Se la
differenza di fase è zero (o multipli di
2p radianti) i due raggi si sommano
(interferenza costruttiva) producendo
luce, mentre se la loro differenza è
data da multipli dispari di p radianti si
ha una differenza di fase (interferenza
distruttiva) che non produce luce.
Per realizzare interferenza distruttiva
ed eliminare la radiazione luminosa
riflessa è necessario che lo strato di trattamento antiriflesso abbia un definito
spessore, indicato dalla formula:
dove nf rappresenta l’indice di rifrazione del film antiriflesso e l la lunghezza d’onda della radiazione luminosa
incidente.
Definendo con attenzione lo spessore
del film antiriflesso, si può eliminare il riflesso di una determinata
lunghezza d’onda. Nel caso di un rivestimento monostrato, la lunghezza
d’onda più opportuna da eliminare è
quella di massima sensibilità dell’occhio ovvero 555 nm; se la riflettanza
del film di rivestimento sarà pari a
zero per i 555 nm (regione gialloverde dello spettro), la superficie
del film apparirà di color magenta
in quanto rifletterà parte della luce
proveniente dalle regioni rossa e blu
dello spettro e non rifletterà invece
nella regione giallo-verde; il color
magenta di tale riflesso è simile al
rossore che appare sui frutti maturi
e le lenti che lo manifestano sono
dette ‘bloomed lenses’. In fase produttiva, l’intensità del color magenta
veniva usata (quando si realizzavano
trattamenti antiriflesso monostrato)
per verificare lo spessore e la qualità
del materiale di rivestimento fatto
evaporare nella camera sottovuoto;
in caso di substrato troppo sottile
o troppo spesso, il riflesso mutava
Figura 3 - Trattamento antiriflesso monostrato. A destra è rappresentato il principio dell’interferenza su cui si basa il trattamento antiriflesso. Tratta da Smsa, 2007.
colore e appariva rispettivamente
di color paglierino pallido oppure di
color blu.
Una seconda condizione deve essere
soddisfatta affinché i treni d’onda
della radiazione luminosa riflessa
realizzino interferenza distruttiva e
quindi eliminino la luce riflessa: le
onde devono avere ampiezza uguale.
Per soddisfare tale condizione (realizzando quindi il substrato antiriflesso ideale) l’indice di rifrazione
del film di rivestimento dovrebbe
corrispondere alla radice quadrata
dell’indice di rifrazione del substrato.
Per esempio, nel caso del vetro crown
l’indice di rifrazione ideale del materiale di rivestimento è uguale alla radice quadrata di 1.523 ovvero 1.234
mentre nel caso del titanio l’indice
di rifrazione ideale del materiale di
rivestimento è uguale alla radice
quadrata di 1.701 ovvero 1.304. E’
però difficile reperire materiali di rivestimento che possiedano un indice
di rifrazione così basso e allo stesso
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tempo siano dotati dei necessari
requisiti meccanici di durezza, stabilità e resistenza all’abrasione. Il più
utilizzato è il fluoruro di magnesio
(MgF2), che possiede un indice di rifrazione di 1.38 (a livello di spessore
del film) e la cui pellicola, quando
viene sottoposta a indurimento dopo la deposizione sulla lente a circa
300 °C, diventa dura come il vetro.
Utilizzando fluoruro di magnesio su
una lente in vetro crown con indice
di rifrazione 1.523 la condizione di
interferenza distruttiva viene soddisfatta quando lo spessore ottico del
film è la quarta parte di 555 ovvero
138.75 nm.
Il fluoruro di magnesio è il materiale
ideale per i film antiriflesso delle
lenti in vetro.
L’applicazione dei rivestimenti alle
lenti organiche è invece più complessa a causa della loro flessibilità ed è
necessario utilizzare un rivestimento
a doppio strato. Il film da depositare
immediatamente sul substrato può
lenti
consistere in una sostanza monocomponente quale l’ossido di zirconio o
l’ossido di titanio, che possiedono
indici di rifrazione adeguatamente
elevati; per lo strato più esterno è in
genere utilizzato il biossido di silicio
(Si02), che ha indice di rifrazione
1.46 ed è assai resistente ai graffi
(Smsa, 2007).
Trattamenti
antiriflesso multistrato
E’ possibile ridurre quasi a zero la
riflettanza delle lenti utilizzando vari
strati che realizzano interferenza ottica, scegliendo gli indici di rifrazione
e gli spessori di ogni strato in modo
che, associando i film di rivestimento,
l’ampiezza delle onde riflesse da ogni
Figura 4: Rappresentazione in sezione di una superficie (a) non trattata e di una (b) dotata di
trattamento idrorepellente. Tratta da Smsa, 2007.
Figura 5 - Minore è l’ampiezza dell’angolo di contatto, maggiore è la bagnabilità della superficie. Tratta da Smsa, 2007.
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interfaccia risulti zero alle diverse lunghezze d’onda. I rivestimenti multistrato efficaci in tutta la banda d’onda
dello spettro visibile (noti come rivestimenti a larga banda) sono costituiti
da varie coppie di strati che alternano
film con alti indici di rifrazione a
film con bassi indici di rifrazione; di
norma gli strati di maggiore spessore
eliminano la riflettanza delle bande
d’onda centrali dello spettro, mentre
gli strati di film più sottili agiscono
sulle regioni rosse e blu dello spettro
(Lovisolo et al., 1993).
Oltre al trattamento antiriflesso multistrato, la serie di film di rivestimento
può includere uno strato indurente,
uno strato idrorepellente e uno strato
il cui scopo è semplicemente quello
di garantire la buona adesione degli
strati antiriflesso al trattamento indurente.
Trattamenti idrorepellenti
Le lenti per occhiali devono trasmettere più luce possibile ed è necessario
siano perfettamente pulite. La presenza di depositi di acqua, grasso o olio
riduce la trasmittanza e abbassa drasticamente l’efficacia del trattamento
antiriflesso; può addirittura indurre
un aumento della riflettanza a causa
dell’elevato indice di rifrazione dei
depositi presenti sulle superfici delle
lenti (Aa.Vv., 2003).
Il problema può essere affrontato
applicando un rivestimento idrorepellente sulle superfici della lente; si
tratta di un film sottilissimo di silicone che elimina le irregolarità con un
effetto simile a quello della cera per
lucidare la carrozzeria dell’auto.
(Figura 4)
Il trattamento idrorepellente aumenta
l’angolo di contatto formato dalla tangente all’estremità della goccia con la
superficie della lente. Minore è l’ampiezza dell’angolo, maggiormente bagnabile è la sua superficie; affinché la
superficie della lente sia idrorepellente (ovvero non sia bagnabile) l’angolo
di contatto deve essere più elevato
possibile; in questo modo l’acqua e i
liquidi scivolano via e non rimangono
sulla superficie (Smsa, 2007).
(Figura 5 - vedi pagina a lato)
I trattamenti idrorepellenti sono
estremamente sottili e possono essere
applicati mediante processo ad immersione, al termine del quale segue
la cottura che indurisce chimicamente
lo strato e lo fissa nella sede di deposizione.
Poiché le lenti dotate di trattamento
idrorepellente impediscono l’accumulo delle gocce d’acqua sulla superficie,
si riduce anche la possibilità di appannamento in caso di condensazione
dell’acqua. Per questo motivo tali
trattamenti sono detti anche “antiappannanti” o “antimbrattamento”.
Comfort e qualità visiva al top: questi i
dettagli ricercati da chi ricorre alle lenti
Riferimenti bibliografici
• Aa. Vv., Lenti & occhiali, Medical
Books, Palermo, 2003
• Cappa S., Leoni U., Perris R., I
trattamenti antiriflesso nell’ottica oftalmica, Ottica Italiana, luglio 1994, pag.
52-60
• Catalano F., Elementi di Ottica gene-
rale, Zanichelli, Bologna, 2001
• Lovisolo C., Abati S., Buratto L.,
Montani G., Occhiali in Ottica Oftalmica,
Fabiano, S. Stefano Belbo (CN), 1993
• Smsa Mo Jalie, I trattamenti multifunzione, B2Eyesmagazine, 11/2007,
pag. 25-29
ILMONDODELL’OTTICA
Maggior comfort,
miglior qualità visiva
Nella scelta della lente, oltre alle qualità del materiale ed i vantaggi della
geometria, vanno considerati anche i
trattamenti. Sono proprio i sottilissimi
film depositati sulle sue superfici ad
aumentarne la trasmittanza, renderla
idrorepellente e più resistente ai graffi,
più liscia e facile da pulire. Trattamenti
che migliorano il comfort di chi porta
l’occhiale ed elevano la qualità visiva
delle lenti, in ogni situazione.
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