ECM Formazione A Distanza

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1 ECM Formazione A Distanza Con questo numero dell OTTICO continua anche per il 2009 in virtù della proroga accordata dal Ministero e dalla Regione Lombardia, una grande iniziativa formativa che completa il programma di Educazione Continua in Medicina, ECM, istituito dal Ministero della Salute: la FAD ovvero Formazione A Distanza. E con grande orgoglio e soddisfazione che AIO, Associazione professionale Italiana Ottici, annunica questa importante iniziativa rivolta ai propri soci e a tutti gli ottici, nel pieno rispetto della propria missione associativa. Iniziativa che continuerà su tutti i numeri della rivista, permettendo di far acquisire ai partecipanti i crediti formativi FAD per l anno in corso. In questo modo AIO completa l offerta formativa, affiancando ai corsi residenziali i corsi FAD. Mette così concretamente l ottico nella condizione di ritagliarsi, nei tempi e nei modi che lui stesso deciderà, il suo personale percorso formativo, liberandolo da tutte le pastoie spazio-temporallogistiche e mettendolo in grado di concentrarsi esclusivamente sull apprendimento. Qualcuno sicuramente obbietterà che il contatto con l insegnante è altra cosa!. Noi lasciamo scegliere all ottico. Ci limiteremo, come nei corsi residenziali, a offrire una didattica e contenuti all avanguardia, con i migliori insegnanti del settore. Tutto ciò è stato reso possibile grazie all accordo che AIO, ha stipulato con Oerre Edizioni srl che diviene pertanto il provider FAD della nostra Associazione. Si ricorda che Oerre Edizioni è provider ECM registrato dal Ministero della Salute col n 2224 e dalla regione Lombardia (atto 1149, decreto n del 21/11/2005). Buon lavoro Per il consiglio AIO Sandro Spiezia, presidente N.B. Il corso ECM/FAD che troverai in questo numero della rivista è Radiazioni ottiche e filtri per la protezione oculare ed è accreditato per C.F. = 5. Si ricorda che il costo di un corso FAD è calcolato nella misura di euro 12,00 per ogni credito formativo, C.F. ECM Formazione A Distanza ovvero come si conseguono i crediti formativi del programma di Educazione Continua in Medicina, ECM, scegliendo il proprio percorso formativo, i tempi e il luogo dell apprendimento. Modalità di partecipazione al corso Per ricevere i Crediti Formativi è necessario: 1. Rispondere alle domande di valutazione dell apprendimento poste alla fine del corso. Si riterrà superata la valutazione dell apprendimento con 20 risposte esatte su Compilare in tutte le sue parti la scheda anagrafica. 3. Rispondere alla schede di Valutazione della qualità percepita. 4. Ritagliare e spedire in busta chiusa a. questionario b. schede di Valutazione della qualità percepita c. scheda anagrafica d. ricevuta dell avvenuto pagamento del corso all inidirizzo: OERRE EDIZIONI srl Corso Venezia 8, Milano Segreteria ECM Modalità di pagamento La quota di partecipazione al corso è di 12,00 euro per ogni credito formativo e dà diritto a ricevere l attestato nominativo di attribuzione dei crediti conseguiti. Esente IVA art. 10 comma 20 DPR 633/72 e successive modificazioni. Il costo è deducibile. Il pagamento può essere effettuato con le seguenti modalità: l tramite assegno bancario intestato a Oerre Edizioni srl l in banca con bonifico a favore di Oerre Edizioni srl sul c/c n. 230/1 ABI 5048 CAB Banca Pop. Commercio e Industria l in posta sul c/c n ABI CAB BancoPosta intestato a Oerre Edizioni srl. Per informazioni Segreteria ECM Tel.: Lun.-Ven.: ore 10.00/ [email protected] OTTOBRE

2 Radiazioni ottiche e filtri per la protezione oculare Autore Monica Tabacchi Laureata in ottica e optometria presso l Università degli Studi di Padova Responsabile scientifico Silvio Maffioletti Ottico-optmetrista. Docente presso il Corso di Laurea in Ottica e Optometria dell Università degli Studi di Milano Bicocca. OBIETTIVI: Il corso si propone di fornire le conoscenze di base relative alla protezione oculare data dai filtri solari nei confronti delle radiazioni ottiche e finalizzata a ridurre le alterazioni conseguenti e migliorare il comfort dei soggetti. ABSTRACT: La trattazione della protezione oculare sarà affrontata partendo dalle nozioni basilari relative alle radiazioni ottiche necessarie per comprendere il funzionamento dei filtri protettivi (colorati, polarizzanti e fotocromatici, filtri medicali) che saranno affrontati uno alla volta evidenziando le caratteristiche ottiche e gli scopi di utilizzo. Saranno poi trattate, a seguire, le problematiche indotte in particolare dai raggi ultravioletti e infrarossi al fine di dare le indicazioni utili per la scelta del filtro più idoneo alle singole problematiche. Al fine di dare maggior completezza all interno del corso vi è una parte nella quale è affrontato l argomento del trattamento antiriflesso, in quanto anch esso funziona come filtro protettivo nei confronti delle radiazioni riflesse. Crediti Formativi ECM: 5 oerre edizioni srl 2

3 radiazioni ottiche e filtri per la protezione oculare Radiazioni ottiche e filtri per la protezione oculare Introduzione Attualmente la protezione oculare è un tema molto sentito e discusso ed è ormai ampiamente accettato tra gli operatori del settore che le radiazioni ottiche possono essere causa di varie problematiche oculari. In particolare è noto che le radiazioni ultraviolette (UV) provocano danni permanenti e cumulativi a tutti i tessuti, ma sono soprattutto gli occhi ad essere più esposti ai rischi in quanto mancano di strutture difensive come la melanina e la cheratina. Oggi, rispetto al passato, la quantità di radiazioni che raggiunge la terra è maggiore a seguito della rarefazione progressiva dello strato d ozono. Inoltre, ciascuno di noi è sottoposto all irraggiamento solare per periodi più lunghi a seguito dell aumento della vita media e al cambio di abitudini. Tutto questo ha portato ad una maggior attenzione nei confronti di patologie oculari come la cataratta dove l irraggiamento è provato avere notevole influenza. Elemento interessante sul quale riflettere è che mentre gli operatori del settore sono consapevoli dei danni oculari provocati dal sole non c è altrettanta consapevolezza tra gli utenti infatti, gli studi fatti a tale proposito dimostrano che il 90% della popolazione è consapevole che il sole può essere causa di danni per la pelle ma probabilmente solo il 10% comprende che esso può avere effetti negativi anche a livello oculare. Da qui, nasce la necessità di comprendere meglio le caratteristiche e l impiego dei filtri solari al fine di consigliarne al meglio l utente. 1. Luce e radiazioni elettromagnetiche Prima di trattare il tema dei filtri protettivi e necessario fare qualche cenno alla luce in quanto il filtro, per sua natura, lavora proprio con le radiazioni dello spettro elettromagnetico. La luce (dal latino lux, lucis) è costituita da onde elettromagnetiche non ionizzate ed è prodotta naturalmente dalla reazione termonucleare del sole o artificialmente, per incandescenza, come ad esempio dalla fiamma di una candela o dal filamento di una lampadina. Le radiazioni elettromagnetiche sono fenomeni ondulatori e consistono in oscillazioni del campo elettrico (E) e del campo magnetico (B) che sono sempre perpendicolari l una rispetto all altra. Queste onde, definite trasversali in quanto si propagano in direzione perpendicolare ai piani di oscillazione dei campi, elettrico e magnetico, sono caratterizzate da una velocità di propagazione nel vuoto sempre pari alla velocità della luce c ( km/s) e possono essere descritte matematicamente dalle equazioni di Maxwell. Secondo queste equazioni, ogni qual volta si verifica una variazione di campo elettrico si genera un campo magnetico; viceversa, da un campo magnetico variabile nel tempo si genera un campo elettrico. Una perturbazione elettromagnetica, una volta che si è generata, si propaga nello spazio anche quando viene a cessare la causa che l ha originata. In figura 1 è raffigurato un caso particolarmente semplice relativo ad un onda elettromagnetica, polarizzata, piana, ma in generale la direzione del campo elettrico e quella del campo magnetico cambiano nel tempo e nello spazio come schematizzato dalla raffigurazione a destra, dai fig. 1 vettori del campo elettromagnetico. OTTOBRE

4 radiazioni ottiche e filtri per la protezione oculare 1.1 CARATTERISTICHE DELLE ONDE ELETTROMAGNETICHE I parametri che definisco le onde elettromagnetiche sono: Frequenza (f) espressa in Hertz (Hz), che rappresenta il numero di oscillazioni complete compiute al secondo; Lunghezza d onda (l-lambda-), espressa in metri (nello specifico, per la parte visibile si usano i nanometri, quindi 10-9 metri), corrisponde alla distanza tra due massimi o due minimi dell onda; Periodo (T), espresso in secondi, corrisponde al tempo necessario a compiere un oscillazione completa e che quindi non è altro che l inverso della frequenza (T=1/f). Osservando la figura 2 si nota come all aumentare della lunghezza d onda si ha come conseguenza logica la diminuzione della frequenza, ma non solo, si ha anche una riduzione di energia che quindi è tanto maggiore quanti più le onde sono corte. fig. 2 In ottica oftalmica il parametro solitamente usato per le onde elettromagnetiche è la lunghezza d onda chiamata lambda (l). Sulla base di questo parametro possiamo distinguere: lo spettro delle radiazioni che raggiungono l atmosfera: range di l da 290nm a nm; lo spettro delle radiazioni ottiche: range di l da 100nm dalla parte dell ultravioletto (UV), a 10 6 nm dalla parete dell infrarosso (IR); lo spettro delle radiazioni ottiche visibili: range di l da 380nn a 780nm; in figura 3 si può osservare la scomposizione di un fascio di luce operata da un prisma che mette in risalto la componente visibile dello spettro. fig INFLUENZA DELLE RADIAZIONI OTTICHE A LIVELLO OCULARE Tenuto conto che il tipo di radiazione che raggiunge la superficie terrestre è condizionato dalle caratteristiche dell atmosfera (assorbimento e scattering), dalla posizione del sole rispetto alla terra nell arco della giornata e dalle condizioni ambientali (ad es. mare o montagna), è ampiamente accettato, ai fini pratici, che le radiazioni che raggiungono la superficie terrestre dalla parte dell UV hanno l 280nm. Secondo i dati forniti dall ESA (European Space Agency) l emisfero meridionale è quello più esposto alla radiazione UV ma è opportuno ricordare che i buchi d ozono che sappiano favorire la penetrazione della radiazione UV si trovano in entrambi i poli. Nella figura 4 è possibile osservare la mappa dell UV globale pubblicata sul sito dell ESA. 4

5 fig. 4 Vediamo ora in maniera più dettagliata come si distribuisce la radiazione UV all interno dello spettro. Spettro UV Se si osserva lo spettro delle radiazioni ottiche elettromagnetiche corte (figura 5), si nota che la banda dell UV è suddivisa in tre parti UVA, UVB, UVC. fig. 5 La banda dell UVC in realtà è assorbita dall atmosfera quindi l UV con significato biologico è l UVB e l UVA. Le radiazioni che appartengono alla fascia dell UVB (280nm-315 nm) sono assorbite dalla cornea (ma l energia può comunque penetrare nell occhio e raggiungere la retina). Mentre il cristallino filtra tra i 295nm e i 300nm. A differenza del precedente, l UVA (315nm-380nm) non è assorbito dalla cornea e penetra più profondamente nell occhio. I raggi UVA e UVB sono entrambi dannosi infatti, sebbene in passato si ritenessero tali solo questi ultimi, ora sono noti i danni anche dell UVA sia al cristallino sia alla retina ma non solo, se queste radiazioni colpiscono tangenzialmente l occhio, le cellule staminali congiuntivali diventano vulnerabili con conseguenti alterazioni del tessuto stesso. Danni oculari da uv I raggi UV sono dannosi per tutte le strutture oculari in funzione di alcuni fattori quali: intensità della lunghezza d onda, durata dell esposizione ed energia radiante ma oltre a questi, probabilmente il primo fattore di rischio da considerare è la mancanza di consapevolezza in merito al problema che come detto nell introduzione è considerevole. Se infatti manca l informazione e quindi, la conoscenza relativa ai danni oculari provocati dai raggi UV non è possibile che vengano adottate le misure preventive necessarie. In Australia per sensibilizzare la popolazione sui rischi complessivi delle radiazioni UV, è stata promossa la campagna Slip, Slop, Slap (indossa una maglietta a maniche lunghe, usa una crema protettiva, indossa cappelli a falde larghe) ed ora lo slogan è stato sostituito con Slip, Slop, Slap, Slide (& sometimes slither): infila un paio di occhiali e scivola all ombra. Un altra cosa interessante riguarda uno studio relativo all angolo di incidenza delle radiazioni sull occhio secondo il quale il picco dei tempi di esposizione al giorno e quello delle singole stagioni è differente OTTOBRE

6 radiazioni ottiche e filtri per la protezione oculare rispetto a quelli della pelle, l esposizione oculare infatti risulta massima quando la luce ha un angolo di incidenza rispetto alla terra di 40 contro i 90 per la pelle, mentre le ore di esposizione massima agli UV per gli occhi sono le 9,00 del mattino e le 14,00-15,00 del pomeriggio contro le 10,00-14,00 per la pelle. Infine le stagioni di massima esposizione per l occhio sono la primavera e l autunno mentre per la pelle è l estate. Queste informazioni possono essere di estrema utilità per attuare una prevenzione efficace nei confronti dei raggi UV. Ora vediamo quali sono le problematiche relative alle differenti strutture oculari causate da UV. A livello corneale i potenziali danni da radiazione UV interessano tutti gli strati cellulari e derivano dall assottigliamento a cui va incontro la cornea con il passare del tempo e che riduce la capacità filtrante. La congiuntiva, come detto in precedenza, è vulnerabile e il problema più frequente, è lo pterigio che, secondo alcuni studi, ha un incidenza del 10% sulla popolazione meridionale degli Stati Uniti e raggiunge il 20% nella popolazione messicana. In proposito è stata condotta una ricerca sull effetto del PLF (Peripheral Light Focusing) secondo la fig. 6 quale, a seguito delle caratteristiche ottiche della cornea, la luce che penetra temporalmente, si concentra e si intensifica sul canto nasale ed in particolare la concentrazione è massima per raggi che hanno un angolazione di 115 dalla direzione dell orecchio (figura 6). Dalla ricerca è risultato anche che l intensità della luce nella regione nasale può arrivare ad essere 22 volte più forte rispetto a quella che raggiunge il limbus e 8 volte più forte nella zona corticale nasale del cristallino, proprio in corrispondenza dei due punti in cui isogono relativamente lo pterigio e la cataratta corticale che sappiamo essere alterazioni strettamente correlate all esposizione ai raggi UV. Inoltre, in merito al cristallino, va specificato che essendo il principale filtro UV perde la propria trasparenza proprio a causa dell esposizione alla radiazione UV, tanto che a seguito dell ulteriore riduzione dell ozono nei prossimi anni, si prevede un incremento dell incidenza della cataratta. La retina, pur essendo sottoposta ad una modesta esposizione ai raggi UV, è comunque a rischio, soprattutto nel soggetto afachico che può andare incontro a retinite solare e degenerazione maculare senile. Va inoltre sottolineato che il danno da UV è cumulativo e a lungo termine e colpisce maggiormente i bambini. A tale proposito l OMS (Organizzazioni Mondiale di Sanità) ha stimato che l 80% dell esposizione ai raggi UV dell intera vita si ha prima dei 18 anni, i bambini infatti hanno pupille più grandi e un cristallino più trasparente. La dose annuale di radiazioni UV a cui è sottoposto un bambino è ben 3 volte superiore rispetto a quella che colpisce l adulto, infine il cristallino di un soggetto di età inferiore a 10 anni trasmette il 75% dell UV che lo colpisce rispetto al 10% trasmesso dal cristallino di un soggetto di età superiore a 25 anni. A questo punto risulta evidente l importante ruolo giocato dai filtri UV per la salute oculare dei soggetti di tutte le età. Spettro Visibile In merito allo spettro visibile il discomfort deriva in particolare dai fenomeni di glare (abbagliamento), generati dalla riflessione della luce indotta dalle superfici (in particolare all esterno, specchi d acqua o neve) o nel passaggio da zone a bassa luminanza a zone ben illuminate. Negli ultimi anni sono stati messi in discussione anche gli effetti dati dalla radiazione blu ma stando a quanto riportato in letteratura non sembrano esserci rischi in condizioni normali. 6

7 Spettro IR Sebbene la radiazione IR abbia effetti biologici (es. cataratta causata da irraggiamento IR prolungato), non è ancora sufficientemente considerata. L IRC (maggiore di 3000nm) e l IRB ( nm) sono assorbiti dalla cornea, l IRA è assorbito parzialmente dal cristallino (fino a circa 1400nm), la restante parte dell IRA viene filtrata dal vitreo e soprattutto dall epitelio pigmentato quindi sulla retina giungono solo le lunghezze d onda inferiori ai 1000nm. 1.3 RIVERBERO LUMINOSO E COMFORT VISIVO Nel paragrafo precedente è stato trattato il problema delle radiazioni ottiche che raggiungono l occhio e possono essere, anche senza che ce ne accorgiamo, quindi senza che vi sia un fastidio diretto, fonte di danni, più o meno gravi, per le differenti strutture oculari. In realtà, a questo tipo di problematiche se ne aggiunge un altra che va a condizionare direttamente il comfort e la percezione visiva e che dipende dall interazione della porzione di spettro visibile con le differenti superfici e con l atmosfera, definito riverbero luminoso. In sostanza il riverbero luminoso non è altro che una luminosità eccessiva, che può, sia alterare la percezione visiva a seguito dell abbagliamento (glare), il quale in casi estremi può dare anche cecità temporanea, sia causare disagio visivo con conseguente affaticamento. Possiamo distinguere differenti condizioni di riverbero. Vediamo di seguito alcuni esempi: Riverbero distraente: può essere causato dalle luci delle automobili o dall illuminazione urbana notturna (figura 7). Si può verificare in portatori di occhiali a causa dei riflessi sia sulla superficie anteriore sia su quella posteriore delle lenti, ma è frequente anche in auto quando piove. Questo tipo di riverbero può provocare affaticamento oculare, fastidio e fig. 7 distrazione. Riverbero fastidioso: si verifica in normali condizioni di luce solare (figura 8). Questo riflesso può essere fastidioso in base alla sensibilità individuale alla luce indipendentemente dalle condizioni climatiche o dal momento della giornata. Può essere presente a ogni livello di intensità luminosa, o quando si passa da una condizione di luce a un altra. Il riverbero fastidioso può essere causa di disagio e di affaticamento oculare. fig. 8 Riverbero invalidante: proviene da una luce intensa ed eccessiva e può verificarsi quando ci si trova direttamente davanti al sole (figura 9). Questo tipo di riverbero, a seguito della forte intensità della luce, può ridurre il contrasto dell immagine al punto da bloccare momentaneamente la visione con conseguente anea cecità. fig. 9 Riverbero riflesso o accecante: provocato dalla luce riflessa da superfici lisce e luccicanti come l acqua, la sabbia o la neve (figura 10), può essere abbastanza forte da bloccare la visione. Anche in questo caso vi può essere cecità momentanea, a differenza però della condizione precedente qui la luce riflessa è polarizzata (vedi cap. 3.1). fig. 10 OTTOBRE

8 radiazioni ottiche e filtri per la protezione oculare Sulla base di quanto esposto fino a qui, è chiaro che lo scopo principale dei filtri solari è quello di limitare l esposizione eccessiva all irraggiamento del sole, contenendo i rischi per le strutture oculari, a questo poi si aggiunge il miglioramento della percezione visiva. Da questo risulta evidente come la scelta del filtro più adeguato dovrà essere fatta tenendo conto dell ambiente in cui deve essere utilizzato e sulla base della percezione soggettiva relativa all abbagliamento, ricordando inoltre che i bambini, i soggetti afachici e coloro che hanno cornee più sottili necessitano maggiormente di protezione. 2. I filtri solari Il termine filtro solare è riferito a tutti quei mezzi di protezione, siano essi in vetro o in plastica che sono i grado di assorbire un parte dello spettro solare, visibile o meno CARATTERISTICHE DEI FILTRI I filtri si distinguono sostanzialmente per la percentuale di luce che viene assorbita, o inversamente per la percentuale di luce trasmessa e per il range di radiazioni nel quale agiscono. Vediamo allora più nel dettaglio queste caratteristiche identificative, ricordando che ogni qual volta un fascio di luce incide su una superficie, una parte di esso sarà trasmessa, una parte assorbita e una parte riflessa. La trasmittanza spettrale t n : indica la quantità di luce che il filtro lascia passare e il suo valore dipende dall assorbimento proprio del filtro (se questa è colorata) e dalle riflessioni che si verificano sulle sue superfici. In sostanza il valore di t n è dato dal rapporto tra la quantità di flusso emergente e la quantità di flusso incidente (figura 11) e di frequente questo rapporto è espresso in percentuale. Va però precisato che quando si parla di trasmittazza generica ci si riferisce ad un valore medio (es. 60%) in realtà la trasmittanza è differente per ciascuna lunghezza d onda ed il suo valore è distribuito su una curva e attraverso uno spettrofotometro (strumento dedicato alla fig. 11 misurazione degli spettri di trasmissione), è possibile ricavare quelle che vengono definite curve di trasmissione percentuale per i singoli filtri dalle quali si può comprendere come questi lavorano rispetto a tutto lo spettro delle radiazioni ottiche di interesse oculare. In figura 12 è riportata la curva di trasmittanza di un filtro arancione fig. 12 con buon taglio per l UV. Assorbanza L assorbanza (in passato chiamata densità ottica D) in spettroscopia è definita come il logaritmo decimale dell inverso della trasmittanza ed è il parametro fotometrico di riferimento utilizzato abitualmente dalle case produttrici di spettrofotometri. L assorbanza è un altro modo per indicare l attività del filtro solare anche se più di frequente nei grafici che raffigurano gli spettri viene utilizzata la trasmittanza. 8

9 Efficienza luminosa spettrale n(l) Se si considera l attività di un filtro rispetto all occhio è necessario tenere presente anche quella che viene chiamata Efficienza luminosa spettrale n(l). Il concetto di efficienza luminosa (l/w) è dato dal rapporto tra il flusso emesso da una sorgente (in lumen) e la potenza (in Watt). In genere l efficienza si considera compresa tra 0 e 1, dove 1 rappresenta il valore massimo. Per l occhio umano l efficienza luminosa varia con la lunghezza d onda della radiazione incidente ed è massima, in visione diurna, per l=555nm come si vede dalla curva riportata in figura 13 e che indica l andamento dell efficienza luminosa oculare di un osservatore standard che guarda una sorgente luminosa anch essa standard (D65), come indicato dai criteri della CIE (Commission International de l Eclairage). E bene precisare che la sorgente D65 corrisponde alla luce fig. 13 solare diurna. Trasmittanza luminosa Nel caso dell occhio quindi la trasmittanza spettrale, chiamata più precisamente trasmittanza luminosa è data dal rapporto tra il valore d energia luminosa ricevuta dall occhio standard mentre guarda una sorgente luminosa D65 attraverso un filtro e il valore d energia ricevuta direttamente dalla sorgente D65. Volendo approfondire il concetto è possibile considerare le funzioni matematiche implicate nel calcolo che sono riportate fig. 14a nella formula in figura 14a. In pratica si sostituisce l integrale con una sommatoria sui valori di lunghezza d onda compresi tra 380nm e 780nm con step di 10nm. Ovviamente, come fatto per lo spettro visibile si può applicare lo stesso calcolo per lo spettro UV o IR basta andare a sostituire gli estremi di integrazione con il range di lunghezze d onda interessato, quindi integrando le radiazioni che vanno da 315nm a 380 nm o 780nm e 1400nm (figure 14b fig. 14b fig. 14c e 14c). 2.2 I FILTRI PER OCCHIALI Il termine filtro identifica un dispositivo ottico che a differenza della lente non modifica il percorso delle radiazioni, ma altera la composizione energetica di un raggio impedendo il passaggio di alcune lunghezze d onda o limitando la loro energia. Vi sono poi lenti filtranti, cioè lenti che modificano il percorso delle radiazioni e che hanno anche capacità filtranti. In genere i filtri sono colorati, ma qualora debbano tagliare solo lo spettro non visibile (UV o IR) possono essere trasparenti. Sono opachi invece i filtri che non lasciano passare tutto lo spettro visibile. Un filtro per occhiali ideale dovrebbe ridurre il passaggio dell UV senza causare distorsione dei colori dello spettro e mantenendo una buona acuità visiva. A tale scopo esso dovrebbe essere del tipo a banda larga che permette di stimolare equamente i tre tipi di coni (vedi capitolo 5). Per l IR invece, in condizioni di illuminazione diurna, non ci sono rischi e quindi non è necessario che il OTTOBRE

10 radiazioni ottiche e filtri per la protezione oculare filtro da sole abbia un taglio specifico, che dovrebbe invece essere previsto per coloro che lavorano in ambienti fortemente irraggiati o in presenza di elevate fonti di calore come ad esempio negli altiforni. 2.3 CLASSIFICAZIONI PER I FILTRI Esistono differenti classificazioni per i filtri che si basano, una fra le più comuni tiene conto dell interazione che essi hanno con le onde elettromagnetiche: Assorbenti: i filtri assorbenti differiscono per colorazione (tinta) e per intensità della stessa. In base al tipo di colorazione viene determinata la porzione di spettro tagliata, mentre l intensità limita la percentuale di radiazione trasmessa (maggiore è l intensità minore è la percentuale trasmessa). I filtri assorbenti si possono ottenere utilizzando differenti metodi di colorazione che differiscono in base al materiale impiegato: Colorazione lenti in vetro: può essere ottenuta in pasta, aggiungendo all impasto vetroso degli ossidi (cobalto, nichel, ferro, etc). Questo tipo di colorazione è poco adatto alle lenti graduate in quanto la lente risulta più scura dove c è il maggior spessore (al centro per lenti positive e al bordo per quelle negative); alternativa alla colorazione in pasta è la placcatura che consiste in una sottile lamina in vetro colorata che è cementata sulla lente stessa, limite di questa colorazione è l aumento di spessore e la fragilità in fase di lavorazione e montaggio. Alternativa migliore alle precedenti è la colorazione sotto vuoto con deposizione di ossidi vaporizzati, sulla superficie della lente. Colorazione lenti in plastica: utilizzo di plastiche già colorate, con l inconveniente visto per la colorazione in pasta delle lenti in vetro, o colorazione della lente per immersione in colorante a caldo che è quella abitualmente usata. Tra i filtri assorbenti si possono poi avere sia colorazioni uniformi su tutta la superficie, sia avere una colorazione sfumata ad un solo tono che degrada di intensità lungo un asse, o con due toni che degradano uno verso l altro. Una colorazione sfumata ad un colore può favorire la visione a distanza ravvicinata per coloro che hanno esigenza di portare a permanenza lenti colorate (es soggetti che soffrono di fotofobia) e in questo modo quando abbassano lo sguardo per leggere hanno un immagine più luminosa; Riflettenti: proteggono l occhio riflettendo le radiazioni non desiderate. La riflettività dipende dal rivestimento di superficie della lente che è ottenuto depositando sotto vuoto un vapore contenente particelle di metallo, similmente a quanto avviene per la colorazione delle lenti in vetro o per il trattamento antiriflesso; Polarizzanti: impiegati per selezionare la radiazione lungo l asse di polarizzazione; sebbene l occhio non sembra sia sensibile alla polarizzazione, questi filtri limitano le riflessioni e quindi riducono il glare. Vista la particolarità di questi filtri seguirà una trattazione più ampia (cap.3); Fotocromatici: sono filtri in grado di variare la percentuale di assorbimento in base all intensità delle radiazioni presenti. La trattazione dettagliata, come per i filtri polarizzati, si trova al capitolo 3. Un altro tipo di classificazione applicata ai filtri tiene conto dell utilizzo e li distingue in: Protettivi: usati per ridurre l energia raggiante o le lunghezze d onda, appartengo a questa categoria tutti i filtri assorbenti e riflettenti; Cosmetici o estetici: usati per mascherare occhi rovinati o per migliorare l estetica in generale; 10

11 Sanitari o medicali: filtri colorati con specifico assorbimento, impiegati per migliorare la visione in particolari condizioni patologiche come retiniti (pigmentosa, diabetica, ipertensiva, degenerazione maculare, acromatopsia) (vedi cap.5). 2.4 CLASSI DI PROTEZIONE NORMATE (DIRETTIVA EUROPEA) Una più corretta classificazione dei filtri solari protettivi e quindi degli occhiali da sole, deriva dalle normative europea (EN 1836), americana (ANSI Z80.3 ) e australiana (AS 1067). Per l Europa ad esempio esistevano anche norme nazionali come la BS 2724 che ora però sono state sostituite da quella europea nel Le classificazioni normate tengono conto del livello di protezione e dell uso. La EN 1836/1997 prevede 5 classi, dette categorie di protezione che sono stabilite in base alla quantità di luce che il filtro lascia passare (trasmittanza) pertanto, più alto è il numero più il filtro assorbe, come si può vedere dalla classificazione esposta sotto (categoria 0 filtro chiaro, categoria 4 filtro molto scuro). La EN 1836/1997 distingue anche i filtri in base all uso su strada, sia durante la guida, sia durante altro uso in cui sia richiesto il riconoscimento dei semafori, definendo un livello minimo di trasmissione al di sotto del quale non è consentito l impiego del filtro (esempio il filtro di categoria 4 non è idoneo) e definendo anche un livello minimo di trasmissione spettrale nell intervallo nm in condizione di illuminazione artificiale in quanto, sorgenti luminose impiegate in campo automobilistico, presentano un emissione concentrata in questo campo di lunghezze d onda. Nella figura 15 è riportato un esempio pratico di classificazione per tinta e assorbimento pubblicato sul catalogo prodotto da un azienda di lenti oftalmiche e fornito ai professionisti del settore. fig. 15 Sempre tratto dallo stesso catalogo è l immagine della figura 16 in cui sono riportate le classi di alcune lenti (i nomi commerciali sono stati sostituita dalle lettere). Si può notare che affianco a ciascuna lente è indicata la categoria, l indicazione per l idoneità alla guida (segnaletica semaforica) e le condizioni ideali d uso. Ad esempio, la lente indicata con la lettera A che appartiene alla categoria 0, è idonea per la guida senza alcuna restrizione e può essere usata anche in condizioni di cielo nuvoloso. La lente B, appartenente alla categoria 3, è ritenuta inadeguate alla guida, differentemente le lenti E, F, e G sebbene anch esse fig. 16 appartenenti alla categoria 3, sono ritenute inadeguata solo per la guida notturna. Ciò significa che non si deve tenere conto solo della categoria della lente per definirne le condizioni d uso. Ora, al fine di fornire maggiori dettagli in merito alla Direttiva Europea, verranno riportati gli articoli principali relativi ai filtri solari. OTTOBRE

12 radiazioni ottiche e filtri per la protezione oculare 2.5 FILTRI PROTETTIVI E REGOLAMENTAZIONE EUROPEA (EN 1836:1997) La produzione e commercializzazione di lenti ed occhiali da sole nell Unione Europea è regolamentata dalle Direttive 89/686/CEE, 93/68/CEE, 93/95/CEE e 96/58/CE, in quanto sono stati classificati tra i Dispositivi Individuali di Protezione (DPI). Tutti i Paesi membri dell Unione Europea sono stati obbligati a recepire nella propria legislazione tali direttive. Per aiutare i fabbricanti nella definizione e progettazione dei DPI, la Comunità Europea ha dato mandato al CEN (European Committee for Standardization) di preparare una serie di norme tecniche armonizzate che definiscano metodi di prova e specifiche tecniche che assicurino la conformità ai requisiti essenziali di sicurezza definiti dalle Direttive. A tale scopo è nata la norma EN 1836:1997. La norma ha cercato di interpretare la filosofia della Direttiva, rispecchiandone lo spirito. Entrambe quindi si pongono come unico obiettivo di: garantire che i prodotti in libera circolazione nella Comunità Europea siano sicuri. Questo concetto di sicurezza deve essere interpretato sia come capacità di assolvere adeguatamente alla funzione primaria di protezione (nel nostro caso protezione degli occhi dalla radiazione solare) sia come idoneità a non essere essi stessi pericolosi (ad esempio perché eccessivamente fragili o limitativi per la visione). Inoltre deve essere garantita all utilizzatore l informazione necessaria in merito al corretto impiego del prodotto. Dati questi presupposti è dunque coerente che la Direttiva, e quindi anche la norma tecnica, pongano grande attenzione al filtro, come elemento protettivo, mentre si limitano a dettare un numero limitato di specifiche per le montature. Secondo il legislatore l occhiale da sole deve essere soprattutto un prodotto sicuro e deve proteggere adeguatamente dalla radiazione solare. L elemento essenziale è di conseguenza il filtro da sole (l elemento protettivo), mentre la montatura è considerata semplicemente un accessorio necessario per consentire il corretto posizionamento degli elementi protettivi davanti agli occhi. Vediamo ora alcuni degli articoli fondamentali della Direttiva: Adeguata protezione dalla radiazione solare (4.1.1; 4.1.3) La norma definisce i livelli di protezione minimi dalla radiazione UV e suddivide i filtri in funzione del grado di trasmissione della luce visibile. Per una corretta informazione dell utilizzatore la norma definisce inoltre i metodi di valutazione del grado di protezione dalla luce blu e dalla radiazione infrarossa, senza però fissare dei requisiti minimi. Nota: Per garantire un grado di precisione sufficiente, le misure di trasmissione (protezione UV, trasmissione della luce visibile, ecc.) devono essere effettuate con uno spettrofotometro a scansione. Caratteristiche ottiche per non affaticare la visione (4.2) In merito la norma prevede due classi ottiche in funzione del tipo di utilizzo, fissando i limiti per potere sferico, potere astigmatico, potere prismatico e per la differenza di deviazione prismatica tra lente destra e lente sinistra nell occhiale finito. Ai fini della valutazione di detti parametri la norma definisce anche gli strumenti ottici che devono essere utilizzati. Nota: I frontifocometri normalmente impiegati in campo oftalmico non sono adatti alla valutazione di filtri solari e possono dare origine a risultati non corretti. Filtrazione idonea a non recare pericolo in situazioni comuni di utilizzo ( ) A questo proposito sono previste specifiche ben precise per l impiego durante la guida, che riguardano la riconoscibilità dei segnali stradali, la visibilità in condizioni di illuminazione artificiale e livello minimo di trasmissione. 12

13 1. Riconoscibilità segnali luminosi stradali: sono definiti dei fattori relativi di trasmissione per i colori Rosso, Giallo, Verde e Blu; 2. Trasmissione in condizioni di illuminazione artificiale: è definito un livello minimo di trasmissione spettrale nell intervallo nm poiché molte sorgenti luminose impiegate in campo automobilistico presentano un emissione concentrata in questo campo di lunghezze d onda; 3. Trasmissione minima della luce visibile: è definito un livello minimo di trasmissione al di sotto del quale non è consentito l impiego durante la guida o in condizioni di traffico stradale. Caratteristiche che garantiscono la non pericolosità del filtro per la salute degli occhi (4.5; 4.7) A tale scopo sono previste prove atte a verificare che i filtri non costituiscano pericolo per l utilizzatore. In particolare: 1. Resistenza meccanica: prova statica (obbligatoria); 2. Resistenza meccanica: prova dinamica (opzionale); 3. Prova di infiammabilità. Costruzione (4.1.2 ; 4.3; 4.4) Al riguardo sono previsti requisiti relativamente a: 1. Filtrazione uniforme entro lo stesso filtro; 2. Diffusione della luce; 3. Appaiamenti; 4. Difetti cosmetici. Mantenimento nel tempo delle capacità filtranti (4.6) In merito è previsto un test di invecchiamento accelerato basato su un massiccio irraggiamento di radiazione UV. Informazioni sufficienti per il corretto impiego dell occhiale da parte dell utilizzatore (7) Qui la norma prevede una serie di informazioni minime, semplificate rispetto a quanto stabilito dalla direttiva 89/686/CEE. Questo, per facilitare la comprensione da parte dell utilizzatore il quale, a differenza di quanto avviene nel settore industriale, non è un tecnico ed allo stesso tempo, per non costringere i fabbricanti alla pubblicazione di note informative onerose. Occhiale completo Informazioni da allegare a ciascun occhiale: 1. Identificazione del fabbricante o distributore; 2. Categoria dei filtri impiegati; 3. Numero ed anno della norma; 4. Avvertenza in forma di simbolo o in testo per eventuali non idoneità alla guida. Informazioni da fornire su richiesta 1. Nome ed indirizzo del fabbricante o distributore 2. Tipo di filtro 3. Istruzioni per la pulizia e la conservazione 4. Classe ottica 5. Punti di riferimento, se diversi da quelli definiti nella norma 6. Valore nominale della trasmissione di riferimento OTTOBRE

14 radiazioni ottiche e filtri per la protezione oculare Filtri non sagomati e filtri di ricambio 1. Nome ed indirizzo del fabbricante o distributore 2. Categoria del filtro 3. Numero ed anno dello standard 4. Istruzioni per l immagazzinamento e pulizia 5. Raccomandazioni per le lavorazioni successive 6. Classe ottica 7. Avvertenze per i filtri non idonei alla guida 8. Altre avvertenze (guida notturna, uso nei solarium, ecc) 3. Tipologie particolari di filtri Tra i filtri ve ne sono alcuni che non si limitano solo a regolare il passaggio delle radiazioni filtrando, in modo più o meno marcato lo spettro delle radiazioni ottiche ma che interagiscono in modo più ampio e complesso con le onde elettromagnetiche: i filtri polaroid che modificano le caratteristiche dell onda una volta che viene trasmessa e i filtri fotocromatici nei quali la modifica interessa il filtro stesso. 3.1 FILTRI POLARIZZATI Prima di affrontare l argomento relativo ai filtri polarizzati è opportuno ricordare che cosa è la polarizzazione delle radiazioni luminose che è un fenomeno tipico delle onde trasversali. Come visto all inizio di questa trattazione, la luce naturale ci appare bianca, in realtà ciò non è altro che il risultato della sovrapposizione di numerose radiazioni monocromatiche, ne è dimostrazione pratica la scomposizione del fascio luminoso indotta da un prisma (figura 3). Ora, partendo da questo, possiamo immaginare un fascio di luce come composto da una serie di radiazioni monocromatiche ciascuna delle quali può essere vista come un onda piana che si propaga in una certa direzione e nella quale il campo elettrico E oscilla in un piano che è variabile durante la propagazione, definito piano di vibrazione. A sua volta, il campo magnetico B oscilla di conseguenza in quello che viene detto piano di polarizzazione, restando sempre a 90 nello spazio, rispetto al campo elettrico E. Qualora il piano di vibrazione dell onda resti invariato durante la propagazione della stessa, essa si definisce polarizzata. Dal punto di vista pratico, quando una radiazione è polarizzata parzialmente, si potrà osservare una maggior intensità della radiazione da una parte e una minor intensità dalla parte perpendicolare. Abitualmente, quando un fascio di radiazioni elettromagnetiche incide su una superficie trasparente il fascio, anche se attenuato, viene trasmesso, ma non polarizzato. Affinché le radiazioni elettromagnetiche si polarizzino è necessario che o il fascio luminoso passi attraverso particolari sostanze, o che si verifichino specifiche interazioni tra il fascio e la superficie sulla quale esso incide. Più propriamente si può affermare che la polarizzazione è ottenuta principalmente per trasmissione o per riflessione. In particolare, in merito alla trasmissione, quando essa avviene attraverso l aria abbiamo quella che è definita polarizzazione naturale per diffusione. IL FENOMENO DELLA POLARIZZAZIONE La polarizzazione delle radiazioni elettromanetiche può avvenire in differenti circostanze sulla base delle quali possiamo distinguere diversi tipi di polarizzazione: Polarizzazione per trasmissione: il comune materiale trasparente è caratterizzato da molecole 14

15 disposte casualmente, qualora esse, invece di avere una disposizione casuale, siano orientate tutte nella stessa direzione, il materiale si comporta come un polarizzatore di luce. Ciò si spiega immaginando le molecole come dipoli elettrici (un dipolo è un sistema di due cariche elettriche opposte, vicine) che a seguito delle oscillazioni del campo elettromagnetico, oscillano a loro volta con una direzione preferenziale dovuta al loro orientamento. Questo fa si che la radiazione trasmessa sia parzialmente polarizzata. Vi sono sia materiali naturali che artificiali, detti dicroici, che posseggono tali caratteristiche. Ad esempio i cristalli di tormalina o di Spato di Islanda sono tra i più noti materiali polarizzanti, naturali. Viceversa, il polaroid è un materiale artificiale ottenuto per riscaldamento e stiramento di lastre di alcool polivinilico imbevuto di sodio. Polarizzazione naturale per diffusione: un raggio di luce non polarizzata che colpisce una molecola d aria o un altra minuscola particella, e che da questa viene diffuso, si polarizza in un piano perpendicolare alla direzione di propagazione del raggio incidente. Un esempio pratico della polarizzazione naturale per diffusione è l effetto cielo: la luce blu del cielo è parzialmente polarizzata dalla diffusione atmosferica che produce il colore blu. Se si usa un filtro polarizzatore per assorbire i raggi naturalmente polarizzati, il colore blu si scurisce notevolmente. Dal momento che la polarizzazione è più forte ad angolo retto rispetto alla direzione del raggio, l effetto è maggiore perpendicolarmente alla direzione del sole, mentre è praticamente inesistente in direzione parallela. Al tramonto, la luce del cielo allo Zenith è fortemente polarizzata, come quella che si trova agli orizzonti Nord e Sud. A mezzogiorno, la polarizzazione maggiore si trova vicino agli orizzonti Est e Ovest. I massimi effetti di polarizzazione naturale si verificano durante giornate molto limpide in quanto il cielo velato produce effetti progressivamente inferiori all aumentare della diffusione multipla e della conseguente depolarizzazione della luce. Polarizzazione per riflessione: con i materiali dielettrici (non conduttori) una parte della luce riflessa è polarizzata, il piano di polarizzazione è parallelo alla superficie riflettente, l angolo è maggiore di quello di riflessione e diverso per ciascun materiale. La polarizzazione diminuisce rapidamente, al variare dell angolo. L angolo di polarizzazione massima varia in funzione della natura del materiale che riflette la luce, ma per la maggior parte delle sostanze è tra i 30 e i 40 gradi. La luce riflessa, polarizzata in questo modo, può essere assorbita da un filtro polarizzatore appropriatamente diretto. Di conseguenza il riflesso (o bagliore) su molte superfici può essere eliminato parzialmente o completamente. Per comprendere meglio ciò che accade conviene considerare cosa succede a due particolari polarizzazioni ortogonali per le quali il fenomeno della riflessione è più semplice. Queste due polarizzazioni sono dette polarizzazione S, in cui il campo elettrico è parallelo alla superficie (e quindi ortogonale al piano di incidenza) e polarizzazione P, ortogonale alla precedente e alla direzione di propagazione (quindi appartenente al piano di incidenza). Sia la polarizzazione S che la polarizzazione P hanno la particolarità che la riflessione non le cambia, ossia la luce riflessa ha la stessa polarizzazione di quella incidente. L intensità della luce riflessa è però diversa e sempre minore di quella incidente. Il rapporto tra l intensità della luce incidente e quella della luce riflessa è detto coefficiente di riflessione R, e questo può essere diverso per la luce polarizzata S e per quella polarizzata P. In particolare, la riflessione della luce polarizzata P si può annullare completamente per uno specifico angolo di incidenza, detto angolo di Brewster, dal nome dello scopritore di questo fenomeno. In pratica per questo angolo specifico si ha che il coefficiente di riflessione, come funzione della polarizzazione P, si annulla (R (P) =0), mentre non si annulla il coefficiente di riflessione per la luce polarizzata di tipo S (R (S) 0) e quindi questa luce viene in parte riflessa. OTTOBRE

16 radiazioni ottiche e filtri per la protezione oculare Ne consegue che quando la luce non polarizzata è riflessa secondo l angolo di Brewster, la componente P è eliminata mentre quella S sopravvive. Pertanto la riflessione agisce come un filtro per la polarizzazione. Inoltre la luce riflessa diventa polarizzata e la sua polarizzazione finale è quella S, ossia il campo elettrico oscilla parallelamente alla superficie su cui la luce è stata riflessa. L entità dell angolo di Brewster (q B ) varia secondo la funzione arcontangente del rapporto tra i due indici di rifrazione dei mezzi attraverso i quali passa il fascio luminoso. Perciò, ad esempio, l angolo di Brewster per un vetro di indice 1,523 immerso in aria, è pari a 56 circa, mentre per l acqua che ha indice 1.333, l angolo è pari a circa 52. Giunti a questo punto risulta utile soffermarsi su una particolare condizione di polarizzazione detta per riflessione radente, in quanto in tale condizione la luce riflessa è intensa e può risultare particolarmente fastidiosa. Come noto, alcune superfici riflettono un alta percentuale della luce che le colpisce; altre ne riflettono una parte e ne assorbono un altra. In particolare le superfici metalliche hanno alta riflettività e sono caratterizzata dalla presenza di una parte di elettroni moto mobili che per tale ragione, rispondono prontamente alle sollecitazioni del campo elettrico di una radiazione elettromagnetica. Tale mobilità è massima nel piano della superficie metallica. Se ora si considera la condizione in cui un fascio di radiazioni elettromagnetiche incide su una superficie metallica levigata (es. specchio) in modo radente (angolo di incidenza circa 90 ), la luce sarà quasi totalmente riflessa. Ragione per cui, ad esempio al tramonto, l immagine del sole che si specchia su una superficie d acqua in quiete ha la stessa brillantezza del sole stesso. Oltre a questo, poiché la componente del campo elettrico parallela alla superficie solleciterà gli elettroni del metallo differentemente da ciò che farà la componente ortogonale, la radiazione riflessa risulterà polarizzata parallelamente alla superficie. Pertanto va precisato che qualora la riflessione radente sia causata da una superficie opaca o irregolare come il manto stradale, la spiegazione del fenomeno della polarizzazione è legato alla variazione di indice di rifrazione che subisce l aria al cambiare della temperatura. Infatti lo strato d aria appena sopra l asfalto è più caldo e ha un indice di rifrazione inferiore rispetto a quello dello strato soprastante. Questa differenza di indice fa in modo che lo strato d aria più calda si possa considerare come un vero è proprio strato di materiale differente dall aria presente sopra. Il fenomeno è più evidente in estate, quando le temperature sono più alte. A questo punto risulta chiaro che, sebbene l occhio umano non sia sensibile alla polarizzazione della luce e malgrado in genere la luce ambientale non sia polarizzata, si possono verificare situazioni, come quelle esposte sopra in cui la luce si polarizza. Infatti situazioni simili a quanto spiegato per una superficie di metallo possono verificarsi in presenza di specchi d acqua o manti nevosi. In tali condizioni si potrà intervenire per attenuare i riflessi e limitare il disagio con l impiego di filtri polarizzanti. fig. 17 FUNZIONAMENTO DEI FILTRI POLARIZZANTI Sono impiegati per limitare la componente del fronte d onda orizzontale riflesso a seguito dell incidenza del fascio luminoso su superfici altamente riflettenti come l acqua, la neve ma anche l asfalto stradale. Prima si è detto che la luce solare non è polarizzata, ciò significa che l onda non si propaga in un unica direzione, come 16

17 schematizzato in figura 17, però si polarizza per riflessione. Il filtro polarizzato ha la capacità di bloccare una parte del fronte d onda che lo colpisce secondo la legge di Malus, dove I è l intensità luminosa uscente dal filtro, I I è l intensità luminosa incidente e Q è l angolo che si forma tra l asse di polarizzazione del filtro e il piano di vibrazione dell onda luminosa. Considerato nel caso specifico in cui la luce riflessa è polarizzata orizzontalmente, il filtro, per agire al meglio dovrà avere asse verticale in quanto Q sarà uguale a 90 ma il cos 2 90=0 di conseguenza anche I, intensità uscente dal filtro sarà uguale a zero. I filtri polarizzati, che comunemente vengono chiamati Polaroid, sono ottenuti usando un sottile foglio di acetato di cellulosa o di polivinile nel quale sono contenuti i cristalli di solfato di iodochinino. La pellicola così ottenuta viene stirata facendo in modo che i cristalli si dispongono tutti in una stessa direzione. Successivamente la pellicola viene inserita all interno di due lamine di plastica o di vetro, costituendo così la lente polarizzata, che potrà essere neutra ma anche graduata. Nelle immagini riportate in figura 18a e 18b si può osservare la differenza di qualità dell immagine in particolari circostanze che favoriscono l insorgenza fig. 18a fig. 18b dell effetto glare come la superficie dell acqua e le condizioni di luce durante la guida. Ciò che caratterizza un occhiale da sole con filtri polarizzati è l angolo di inclinazione dell asse di polarizzazione di ciascuna lente e l angolo che si forma tra gli assi di polarizzazione delle due lenti. Una versione molto pratica ed economica di filtri polarizzati è rappresentata dai frontalini clip-on che si applicano ai normali occhiali da vista e possono fornire un alternativa a chi utilizza occhiali graduati a permanenza e vuole proteggersi in ambiente esterno evitando l uso del doppio occhiale. VANTAGGI E SVANTAGGI DEI FILTRI POLARIZZATI Vantaggi: Ottimo blocco della radiazione UV; Riduzione dei riflessi e dell effetto di abbagliamento; Aumento del contrasto visivo sia in città sia in tutti i luoghi aperti; Miglioramento della percezione dei colori. Complessivamente questi vantaggi contribuiscono ad aumentare il comfort visivo e possono risultare particolarmente utili nella guida. Svantaggi: Protezione limitata nei confronti dell IR; Percezione di alonature chiare e scure sui vetri delle auto; Riduzione della percezione visiva di monitor e quadranti digitali; Costi superiori ad altri filtri solari. OTTOBRE

18 radiazioni ottiche e filtri per la protezione oculare Sebbene i vantaggi si possano considerate sicuramente di gran lunga più importanti e influenti positivamente per la visione rispetto agli svantaggi è opportuno comunque tenere conto di entrambi in sede di prescrizione. NORMATIVA PER FILTRI POLARIZZANTI I filtri polarizzanti devono sottostare alla normativa già citata per i filtri solari in genere ma anche soddisfare alcuni requisiti legati alle proprietà polarizzanti. La norma EN 1836 prevede il rapporto di polarizzazione sia maggiore di 8 per filtri di classe 2, 3, o 4 e di 4 per la classe 1. Le tolleranze di montaggio relative all asse di polarizzazione prevedono un range di variabilità per ciascuna lente di ±5 gradi, mentre l angolo tra i due assi di polarizzazione non deve superare i 6 gradi. Ora, prima di concludere la trattazione dei filtri polarizzati è opportuno ricordare che alcune luci artificiali possono essere polarizzate, in particolare tutti gli schermi LCD sono basati sulla rotazione della polarizzazione da parte dei cristalli liquidi. Pertanto, per tale ragione, osservando lo schermo di un cellulare piuttosto che lo schermo di un PC con monitor LCD, è possibile che l immagine si oscuri. Per ciò, nel consigliare questa tipologia di filtri, è bene fare presente l esistenza di questo effetto. 3.2 Filtri fotocromatici La possibilità di poter usare un unico paio di occhiali adeguato a tutte le condizioni di illuminazione da quella in ambiente chiuso a quella all esterno, in una giornata di pieno sole piuttosto che la sera al crepuscolo, è rappresentata dai filtri fotocromatici, cioè filtri in grado di modificare la percentuale di assorbimento in base al grado di illuminazione ambientale. Tale capacità è data dal fatto che essi si attivano all aumentare dell intensità raggiante divenendo mano a mano, più scuri. L effetto fotocromatico fu scoperto dal chimico americano R.H. Dalton (1939) e poi sviluppato dal suo connazionale S.D: Stookey. La prima lente fotocromatica in materiale vetroso prodotta dalla Corning France fu commercializzata negli anni 60 con il nome di Photogray, ci vollero poi circa dieci anni per raggiungere un materiale vetroso ad azione rapida con il quale sono prodotte le attuali lenti. Successivamente l evoluzione in ambito fotocromatico si è estesa anche verso i materiali infrangibili e dai primi anni 90 sono disponibili sul mercato anche filtri fotocromatici in plastica. LENTI FOTOCROMATICHE IN VETRO Nelle lenti fotocromatiche in vetro si utilizzano pigmenti fotosensibili di origine inorganica che prendono il nome di cristalli di alogenuro d argento. L atomo d argento esposto a radiazioni corte (blu-violetto: comprese tra l UV e il visibile corto) si riduce chimicamente catturando un elettrone e completando così la sua struttura orbitarla (figura 19). Da qui deriva lo scurimento del materiale che ritorna alla colorazione iniziale, schiarendosi, una volta terminata la sollecitazione elettromagnetica. fig. 19 La dimensione e la distanza tra questi cristalli determina la riproducibilità del colore e l entità di scurimento. La misura ideale delle particelle dovrebbe essere compresa tra 800nm e i 1500nm. Con dimensioni inferiori a questo range l effetto diventa insignificante, mentre con valori superiori il vetro diventa 18

19 opalescente; in merito alla distanza di separazione tra i cristalli, il valore dovrebbe essere circa nm. I tempi relativi al processo di scurimento e schiarimento sono molto importanti per definire la qualità di una lente fotocromatica che più è rapida più è efficiente. Idealmente il ciclo di scurimento e schiarimento dovrebbe essere istantaneo al variare della luminosità ambientale, in realtà ciò non è possibile anche se le aziende produttrici in questi anni hanno lavorato proprio per ridurre il più possibile i tempi di reazione. Nella figura 20 possiamo osservare la velocità di reazione di una lente Photogray Extra prodotta da Corning France. Dopo 20 la trasmittanza raggiunge il 30%, scende a 25% dopo 10 e raggiunge il massimo scurimento dopo 60. Il processo di schiarimento è più lento. Una volta che la lente non è più sottoposta alla radiazione che stimola il processo di fotocromatismo, la trasmittanza ritorna al 65% nei primi 5 per raggiungere l 80% dopo 90. Questi valori sono riferiti ad una temperatura di 25. A temperature diverse i tempi possono dilatatesi o ridursi come spiegato fig. 20 successivamente. La performance di una lente fotocromatica dipende da una serie di fattori quali: Quantità di luce: lo scurimento della lente si raggiungerà maggiormente con un cielo sereno piuttosto che nuvoloso; Tipo di radiazione elettromagnetica: il fotocromatismo è stimolato dalla fascia di radiazioni comprese tra 320 e 420nm con sensibilità massima per i 355nm. Pertanto, poiché la porzione UV aumenta con l altitudine la lente si scurirà più rapidamente in località montane piuttosto che marine e potrà scurirsi molto meno in auto dove il parabrezza è trattato per UV. Energia termica: l effetto fotocromatico aumenta al diminuire della temperatura della lente, quindi la performance migliora in ambienti freddi, tanto che una lente al mare potrà risultare più chiara che non in montagna; Spessore della lente: con lo spessore aumenta la densità dei cristalli e la lente diventerà più scura laddove lo spessore è maggiore, questo potrà essere causa di disomogeneità della colorazione della lente tra centro e periferia quando le variazioni di spessore sono marcate; Cicli chiaro-scuro: inizialmente le lenti fotocromatiche hanno bisogno di un periodo di rodaggio a seguito del quale i tempi di scurimento e schiarimento vengono accelerati. Inoltre va ricordato che una lente usata non tornerà alla colorazione chiara iniziale a meno che non venga immersa in acqua bollente per 30 e quindi sottoposta alle radiazioni IR che favoriscono il processo di schiarimento; Trattamento di tempra: la tempra termica riduce la trasmittanza e la velocità di schiarimento a causa della dipendenza della lente dall energia termica; Trattamento anti-riflesso: se assorbe l UV può limitare il processo fotocromatico, pertanto o si usa un trattamento UV permeabile o si tratta solo la superficie posteriore della lente. La colorazione di queste lenti può essere varia ma le due tonalità principalmente usate sono il grigio e il marrone. Rispetto al passato, le lenti di nuova generazione hanno minore dipendenza termica, sono più rapide nella fase di schiarimento, si possono trattare più facilmente con tempra e anti-riflesso e hanno colorazioni più gradevoli. Le lenti fotocromatiche in vetro sono disponibili a basso e medio indice (n=1.523 e n=1.6), per gli alti indici invece sono disponibili lenti placcate, ossia lenti alle quali viene incollata sulla superficie anteriore una sottile lamina fotocromatica, similmente a quanto visto in precedenza per la colorazione. OTTOBRE

20 radiazioni ottiche e filtri per la protezione oculare LENTI FOTOCROMATICHE IN PLASTICA Ci sono voluti molti anni di ricerca per riuscire ad ottenere delle lenti fotocromatiche in plastica con prestazioni soddisfacenti. La prima lente di questo tipo è stata prodotta negli anni 70 però solo nei primi anni 90 è arrivata sul mercato la Transition di prima generazione. Il processo fotocromatico delle lenti in plastica è molto differente rispetto a quello delle lenti in vetro, innanzitutto il pigmenti fotosensibili sono di origine organica come lo spiropyrans e lo spiroxazines, chiamati anche melanina sintetica e sono distribuiti sulla superficie frontale delle lenti, come un vero e proprio rivestimento. Al fine di ottenere un prodotto di qualità sono fondamentali lo spessore dello strato di pigmenti e la densità di penetrazione del polimero della lente che dipendono da un corretto controllo dei tempi e delle temperature, durante i cicli di lavorazione. La penetrazione del trattamento è compresa tra 100 e 150mm, indipendentemente dallo spessore della lente. Questo rappresenta un vantaggio in quanto l effetto fotocromatico è indipendente dal potere della lente e dalla distribuzione degli spessori, soprattutto con medie ed elevate potenze. La lunghezza d onda che innesca il processo fotocromatico è più specifica di quella dei materiali vetrosi; quando le molecole di questi pigmenti sono esposte alla luce UV si verifica un apertura dei legami molecolari con una rotazione di una parte della catena da cui dipende lo scurimento del materiale e un alto assorbimento delle fig. 21 radiazione UV e blu (figura 21). Al cessare della stimolazione UV, le molecole ruotano nuovamente e ritornano nella posizione iniziale con conseguente schiarimento del materiale. I limiti delle lenti fotocromatiche in plastica sono simili a quelli visti per le lenti in vetro, quindi anche in questo caso si avrà un maggior scurimento all aumentare dell intensità della radiazione UV e al diminuire della temperatura. Altre problematiche specifiche del materiale fotocromatico in plastica, come le colorazioni poco gradevoli e il fenomeno dell affaticamento, (rallentamento dei tempi di reazione indotti dall uso delle lenti) sono state ridotte notevolmente con l evoluzione tecnologica applicata a queste lenti. In figura 22 è riportato il grafico dei tempi di scurimento e schiarimento di una lente Transition di 3 generazione. Osservandolo si può notare come i tempi di reazione sono al pari di quelli delle lenti fotocromatiche in vetro. Attualmente sul mercato sono disponibili lenti Transition di 5 generazione, che sono il risultato dei miglioramenti susseguitisi negli anni e a breve arriverà anche la Transition di 6 generazione. Le lenti fotocromatiche infrangibili si possono trovare in differenti materiali, come il tradizionale CR39, ma anche in polimeri con indici fig. 22 superiori (1.54, 1.56, 1.59) e in policarbonato. LENTI FOTOCROMATICHE CANGIANTI Si tratta di particolari lenti commercializzate soprattutto in America (Ambermatic di Baush & Lomb) è caratterizzata dal fatto che non solo varia la trasmittanza ma anche la colorazione che inizialmente è ambra e tende al marrone in ambienti caldi e al grigio scuro in quelli freddi. LENTI FOTOCROMATICHE POLARIZZANTI Sono lenti sia fotocromatiche che polarizzate nelle quali i due effetti si sommano. 20

21 LENTI FOTOCROMATICHE E NORMATIVA EUROPEA (EN 1836) La qualificazione delle lenti fotocromatiche avviene attraverso i valori della trasmittanza massima e minima (t 0 e t 1 ) che identificano la lente allo stato chiaro e allo stato di massimo scurimento. In genere la normativa sui filtri fotocromatici prevede alcune norme aggiuntive rispetto alle comuni lenti da sole, nel caso di quella europea la lente fotocromatica è considerata come due lenti distinte, una corrispondente allo stato chiaro e l altra allo stato scuro, ciascuna delle quali deve rispondere ai requisiti trasmessivi previsti. Inoltre, secondo tale norma, affinché una lente si possa considerare fotocromatica il rapporto t 0 /t 1 non deve essere inferiore a 5/4. Infine la normativa europea prevede che vi sia l attribuzione della lente a due categorie corrispondenti ai due stati, chiaro e scuro. Va ricordato che le sostanze fotosensibili hanno una lunghezza d onda di attivazione specifica detta anche l a, essa si trova, come visto in precedenza nel vicino ultravioletto ma può essere anche nel visibile. Da ciò ne può derivare un comportamento diverso quando si è in presenza di luce filtrata, come avviene da dietro al vetro di una finestra che blocca l UVB e limita il passaggio dell UVA causando una riduzione dell attività del filtro. Per tale ragione una lente con l a nel visibile può eliminare le problematiche citate in precedenza durante la guida, dove il parabrezza dell auto filtra l UV e trasmette il visibile però come limite potrà scurirsi in ambienti chiusi in presenza di un illuminazione artificiale di alta intensità. 4. Attenuazione delle radiazioni dannose Lo spettro di radiazioni solari, come detto inizialmente è composto da onde elettromagnetiche che in base alla lunghezza d onda possono avere più o meno influenza sull integrità dei tessuti e sui fenomeni di discomfort visivo. Pertanto, di seguito saranno prese in esame le radiazioni spettrali che hanno maggior peso per l occhio e per la visione. Ultravioletto: che queste radiazioni siano causa di danni tissutali è oramai ben compreso, ciò che è ancora in discussione tra i professionisti è l ampiezza del range. Infatti, mentre l UVB ( nm) è ritenuto dannoso non c è ancora un accordo preciso relativamente all UVA ( nm). Esiste attualmente una ricerca riportata dal National Radiologic Protection Board secondo la quale viene messo in dubbio che sia solo l UVB pericoloso ma che vi possa essere un implicazione anche dell UVA. Quindi un filtro UV probabilmente dovrebbe tagliare tutto lo spettro che si trova sotto i 360nm. Nella figura 23 è riportato lo spettro di trasmissione di un filtro UV totale, si nota infatti che la curva di trasmittanza è pari allo 0% a 400nm poi sale rapidamente e per lo spettro compreso tra i 420nm e i 680nm la trasmittanza è molto alta, compresa tra 97,1% e i 93,6%. Infine la curva si abbassa nella zona vicina all IR e la trasmittanza scende tra 0,5% e 1,5% per le fig. 23 lunghezze d onda comprese tra i 730nm e i 1.200nm, pertanto il filtro garantisce un buon taglio anche dell IR. Infrarosso: compreso tra i 780nm e i nm, è impiegato come protezione da coloro che lavorano nei altiforni dove l emissione IR è molto alta. In genere le radiazioni più pericolose sono intorno ai 1.400nm pero ci sono filtri che possono tagliare dai 780 ai 2.000nm. I filtri per IR possono essere montati su occhiali o maschere, per gli occhiali è preferibile l utilizzo del vetro che ha un buon assorbimento dell IR e non è soggetto a deterioramento a causa del calore, come invece avviene per il CR39. Sempre per occhiali, volendo impiegare lenti in resina, si possono trovare ancora disponibili lenti in policarbonato che garantiscono un buon livello di protezione. In genere la colorazione OTTOBRE

22 radiazioni ottiche e filtri per la protezione oculare per i filtri in vetro è verde. Anti-calore: sono sempre dei filtri che tagliano l IR però devono lasciar passare la maggior quantità di luce possibile con picchi di trasmissione intorno ai nm oltre le quali la trasmittanza si riduce rapidamente per arrivare allo 0% a circa 800nm. Sono generalmente di colore blu o verde pallido. Anti-giallo: la luce gialla è molto luminosa e per questo ha un effetto altamente abbagliante. I filtri che assorbono questo tipo di radiazioni riducono il glare e aumentano il contrasto tra il rosso e il blu che si trovano agli estremi dello spettro visibile. Anti-blu (filtro di contrasto): al di là della diatriba relativa ai possibili danni causati dalla luce blu, ciò che è assodato riguarda l aumento del contrasto dato dall uso di questo tipo di filtro ed in particolare nel passaggio da zone illuminate a zone d ombra, facilita la capacità di discriminazione. Questi filtri sono disponibili sia in plastica che in vetro e il loro colore varia tra il giallo e il rosso in base alla percentuale di assorbimento richiesto. Questa tipologia di filtri dovrebbe assorbire le radiazioni sotto circa i 450nm con un picco di trasmissione a 525nm. Il valore di trasmittanza qui raggiunto dovrebbe poi rimanere teoricamente costante nella parte dello spettro che va verso IR. I filtri di contrasto negli ultimi anni sono stati indicati per gli ambienti illuminati con sorgenti fluorescenti in quanto limitano il fastidioso effetto flicker tipico delle luci al neon. Le luci fluorescenti hanno due picchi di emissione, nell UV e nel blu, se questi picchi sono rimossi, il flicker si riduce. Il limite è dato dalla distorsione della restante parte dello spettro che viene alterata e può essere causa di discomfort. 5. Scelta del filtro L impiego di un filtro può sia avere lo scopo di proteggere gli occhi dalle radiazioni nocive non visibili, sia di migliorare la percezione visiva e il comfort. In tutti i casi, al fine di operare una scelta corretta è necessario conoscere l attività dei differenti filtri e seguire dei criteri adeguati, in particolare per definire la colorazione e l assorbimento adeguati alle esigenze del singolo utilizzatore. 5.1 CRITERI PER LA SCELTA DEL FILTRO Assorbimento Come indicazione si può ricordare che più il filtro è scuro più assorbe. Come visto in precedenza nella trattazione della Direttiva europea, ogni filtro dovrebbe essere accompagnato dal grafico che indica la trasmittanza spettrale percentuale. Va da se che il filtro più è scuro e più protegge in condizione di forte illuminazione ma allo stesso tempo può rappresentare un ostacolo nel momento in cui l irraggiamento si riduce repentinamente come può accadere durante la guida, quando si passa da una zona di sole ad una zona d ombra. Per questo motivo i filtri di categoria 4 non sono ammessi per la guida (semaforo rosso) e per quelli di categoria 2 e 3 va adoperata una certa cautela (semaforo giallo). In merito alle radiazioni non visibili, come già detto, si deve fare particolare attenzione all assorbimento dell UV che deve comprendere un range più ampio possibile. Equilibrio cromatico Come criterio generale si può tenere presente che il colore del filtro corrisponde alla banda di lunghezze d onda che passa mentre sono tagliate le altre lunghezze d onda, è importate però sapere che i filtri non dovrebbero alterare l equilibrio cromatico in quanto una volta tolti, il soggetto che ne fa uso, può trovarsi in difficoltà a causa di una cromatopsia corrispondente al colore complementare a quello degli stessi filtri. Quindi i filtri più idonei per uso oftalmico sono quelli definiti a banda larga, che trasmettono quindi un ampio intervallo di radiazioni, viceversa quelli a banda stretta possono trovare impiego in ambito clinico 22

23 come avviene per i filtri anaglifici (rosso-verde). In particolare poi i filtri usati durante la guida non dovrebbero attenuare troppo i colori dei segnali stradali tali che la trasmittanza non dovrebbe essere inferiore all 80% per il rosso e il giallo, 60% per il verde e 40% per blu. In merito alla relazione tra filtri e benefici nella percezione visiva c è uno studio spagnolo del 2002 condotto per verificare l influenza di alcuni filtri colorati sulla sensibilità al contrasto e sulla discriminazione dei colori. Da questo studio è risultato che i filtri verde, marrone e blu non hanno causato notevoli cambiamenti nella sensibilità contrasto rispetto ad un filtro grigio di pari luminanza anche se è stata disturbata la discriminazione cromatica. Anche i filtri giallo e arancio alterano la discriminazione cromatica però, a differenza dei precedenti, aumentano la percezione del contrasto. Relazione tinta-utilità Spesso la scelta del colore del filtro è fatta sulla base del gusto personale o della moda, in realtà ciascuna tinta lavora differentemente sullo spettro e quindi è adatto a circostanze differenti. Vediamo ora le colorazioni più usate e il loro impiego: Filtro Blu: è un filtro che viene usato esclusivamente per ragioni estetiche, come si vede dal suo grafico di trasmittanza (figura 24) c è una taglio parziale nella zona dell arancio-rosso, non c è protezione significativa nei confronti dell UV e per i soggetti ipermetropi, a causa dell aberrazione cromatica che porta le radiazioni corte a focalizzarsi prima della retina, il filtro blu può causare una riduzione delle capacità visive, inducendo una condizione simile a quella miopica. fig. 24 Filtro Verde: è un filtro con buona selettività per l UV e per l IR però nei confronti del visibile è piuttosto selettivo come si può osservare dalla curva di trasmittanza tipicamente a campana come evidente dalla figura 25, dove sono riportate le curve di trasmittanza di tre filtri verdi che hanno differenti gradi di trasmittanza (30, 50 e 65% circa). Sempre a causa dell aberrazione cromatica questo filtro può migliorare la visione di soggetti ipermetropi. fig. 25 Filtro Grigio: è sicuramente una delle colorazioni più usate e rappresenta un buon filtro in quanto taglia bene sia l UV sia l IR oltre a mantenere l equilibrio cromatico grazie alla curva di trasmittanza appiattita, specchi quindi di una trasmittanza simile per tutta la banda visibile (figura 26). La lente grigia è indicata sia per l attività sportiva che per le attività lavorative in ambienti fortemente illuminati. fig. 26 Filtro Giallo: taglia bene l UV e il blu trasmettendo tutta la restante parte del visibile (figura 27), può essere molto utile nella guida notturna e in alcune pratiche sportive come lo sci e il tiro al piattello, nelle giornate nuvolose o di nebbia, grazie al fatto che riduce l effetto di maggior diffusione causato dalle lunghezze d onda corte e aumenta il contrasto in condizione di scarsa illuminazione. Negli ultimi anni è stato consigliato l uso dei filtri che assorbono la radiazione blu, negli fig. 27 ambienti in cui sono usate le lampade al neon in quanto riducono l effetto flicker. Questo trova ragione nel fatto OTTOBRE

24 radiazioni ottiche e filtri per la protezione oculare che i picchi di flickering si trovano tra l UV e la regione del blu, quindi questi filtri li attenuano, riducendo il fastidioso effetto. Filtro Marrone: presenta sufficiente assorbimento dell UV, dell IR e taglia maggiormente le radiazioni più energetiche delle spettro visibile (blu-verde). Per tali ragioni, come detto per il filtro giallo, migliora il contrasto in caso di nebbia e può favorire la visione in soggetti protanomali (cechi parziali per il rosso) grazie alla buona trasmittanza nella banda rossa. Viceversa può essere penalizzante per i soggetti deuteranomali (cechi parziali per il verde). fig. 28 Nella figura 28 si può osservare la trasmittanza spettrale per tre filtri marroni con diversi assorbimenti, nella quale si vede come all aumentare della lunghezza d onda mano a mano aumenta la trasmittanza. Filtro Rosa: parziale filtro per l UV (lo taglia totalmente solo sotto i 350nm), riduce la trasmittanza delle lunghezze d onda corte (figura 29) e trova impiego, con varie sfumature, in ambienti chiusi fortemente illuminati in particolare con lampade fluorescenti, per le stesse ragioni esposte per il filtro giallo. fig. 29 Filtri antiattinici: filtrano tutto l UV e lasciano pressoché inalterato il visibile. Sono indicati per soggetti esposti ad elevate dosi di UV come saldatori, marinai, addetti agli skilift ma anche chirurghi, dentisti microscopisti che possono trovarsi, in alcune circostanze, esposti a notevoli dosi di UV. Nel caso di utilizzo di lampade abbronzanti è necessario l impiego di un filtro UV o meglio ancora di filtri opachi in quanto le sole palpebre non rappresentano una protezione sufficiente. Nella figura 30 è riportata la curva di trasmittanza di un filtro UV dalla quale si può notare che ad eccezione delle radiazioni corte il filtro ha un alta trasmittanza per tutto lo spettro visibile. fig. 30 Filtri antitermici: sono filtri che non devono alterare la percezione cromatica in quanto sono spesso impiegati nello svolgimento di particolari lavori nei quali è prevista un alta esposizione all IR come nelle fornaci dove è richiesta la capacità di valutare la temperatura di fornace e i segnali di pericolo. In genere le radiazioni più pericolose sono intorno a circa 1.400nm ma spesso questi filtri assorbono da 780 a 2.000nm. Abitualmente, più che occhiali con lenti antitermiche, sono disponibili vere e proprie maschere di protezione. Il colore di questi filtri in genere è compreso tra il verde e il marrone come si può comprendere osservando la curva di trasmittanza spettrale riportata in fig. 31 figura 31. Si ricorda di controllare le curve di trasmittanza spettrale per ciascun filtro in quanto spesso sono disponibili filtri IR che lavorano bene nell IR corto ma non sono sufficientemente assorbenti nel lungo e nel caso di maschere per la protezione laser è importante che la curva di assorbimento corrisponda alla banda di emissione che varia al variare del tipo di laser. In merito alla scelta del colore del filtro più adeguato sono stati condotti vari studi, anche di recente, sia su soggetti privi di problematiche oculari sia in presenza di anomalie. Vediamo alcuni dei risultati più interessanti. 24

25 Una ricerca americana condotta nel 2001 su un gruppo di giovani (maschi e femmine di 25 anni d età media) con buona acuità visiva e senza patologie oculari aveva lo scopo di trovare un eventuale correlazione nella scelta del filtro, tra fattore estetico e fattore visivo. In realtà non è risultata alcuna correlazione tra i due fattori. La scelta dei giovani tra le nove tinte proposte (tutte con trasmittanza del 50%) è ricaduta sulle lenti il cui colore ha modificato al minimo la cromaticità delle immagini sottoposte alla loro osservazione (quattro fotografie e quattro dipinti) e che erano caratterizzate da diverse lunghezze d onda dominanti. La lente azzurra è stata quella scelta con maggior frequenza seguita da quella verde, viola e grigia. Mentre la lente che meno è ha incontrato favore, sia per la cosmesi sia per la visione prodotta, è stata quella gialla. Un altro studio, sempre condotto su soggetti senza patologia visiva aveva lo scopo di quantificare gli effetti delle lenti colorate sulla loro prestazione visiva sia in condizioni normali sia di abbagliamento. Lo studio ha misurato la soglia di sensibilità al contrasto con lenti di colore grigio, marrone, giallo, verde, viola, blu, rispetto ad una lente chiara. Tutti i soggetti hanno dimostrato un aumento della soglia di sensibilità al contrasto in condizione di abbagliamento per tutte le lenti, con un miglior risultato per la lente gialla e un miglioramento modesto per le lenti viola e blu. In realtà, in merito ai benefici delle lenti gialle vi sono diversi studi che hanno dimostrato esservi una preferenza soggettiva per tali lenti, mentre non hanno avuto ancora molto successo gli studi finalizzati a determinare la natura clinica di questo beneficio. 5.2 USO DEI FILTRI MEDICALI Ci sono condizioni di alterazione dei tessuti oculari come la cataratta o patologie retiniche come la degenerazione maculare senile, nelle quali la prescrizione di un filtro può migliorare la percezione visiva del soggetto come dimostrato da alcuni studi che hanno testato il miglioramento visone con i filtri. Cataratta Nei soggetti affetti da cataratta nei quali si verifica una riduzione della sensibilità al contrasto indipendentemente dal decremento dell acuità visiva l impiego di filtri medicali può migliorare le prestazioni visive come dimostrato da varie ricerche tra le quali uno studio americano del 2003 condotto su soggetti affetti da cataratta che ha messo in evidenza come in condizioni di abbagliamento, si verifichi un aumento della sensibilità al contrasto con tutte le lenti testate (grigio, marrone, giallo, verde e viola) anche se il beneficio maggiore deriva dall uso di lenti marroni o gialle che quindi potrebbe dare un aiuto a questo soggetti in attesa dell intervento chirurgico. Degenerazione maculare senile Nei soggetti affetti da degenerazione maculare senile l impiego di filtri colorati, in particolare di colore marrone e giallo possono migliorare la prestazione visiva anche se non sempre i risultati ottenuti attraverso gli studi sono altamente significativi. Ad esempio, da una ricerca inglese del 2004 è risultato che l uso di un filtro giallo durante la lettura ne ha aumentato la velocità solo per il 5% dei soggetti testati. Uno studio danese ha invece cercato di valutare l effettivo beneficio sulla Sensibilità contrasto, la visione dei colori e l acuità visiva, derivato dall uso di filtri di vari colori confrontati con un filtro di controllo neutro. I risultati hanno dimostrato che le lenti, rossa e grigia inducono una riduzione della sensibilità al contrasto mentre le lenti, giallo e arancio migliorano Sensibilità contrasto. Pertanto anche se non sempre i risultati degli studi sono confortanti è comunque opportuno considerare l uso di filtri colorati da parte di soggetti affetti da degenerazione maculare senile. 6. Trattamento antiriflesso Per una trattazione completa della protezione oculare non si può trascurare l argomento relativo all antiriflesso. OTTOBRE

26 radiazioni ottiche e filtri per la protezione oculare Infatti, sebbene in genere sia trattato con i rivestimenti di superficie come l indurente e l antimbrattante, trova una sua collocazione logica anche in questo contesto in quanto svolge una funzione protettiva ed è in grado di migliorare la prestazione visiva e il comfort. La prima intuizione, relativa al trattamento antiriflesso fatta su base prettamente empirica, è di Taylor (1892), il quale si accorse che lenti vecchie e sporche avevano valori di trasmittanza maggiori di lenti uguali ma nuove, si deve aspettare però la prima metà degli anni trenta per arrivare allo sviluppo tecnologico in grado di fornire dei trattamenti di superficie in grado di limitare le riflessioni. Furono, quasi contemporaneamente, Baush & Lomb e Zeiss a produrre le prime lenti trattate che trovarono impiego in ambito militare solo dopo gli anni 60, l impiego fu esteso in ambito civile e quindi anche alle lenti oftalmiche LE RIFLESSIONI FASTIDIOSE In precedenza sono state affrontate le problematiche relative fig. 32 alla riflessione della luce quando essa incide su particolari superfici, ma vi è un altra categoria di riflessioni fastidiose per i portatori di occhiali, date dalle superfici delle lenti. Come noto, ogni qualvolta un fascio di radiazioni luminose passa attraverso mezzi di indice di rifrazione differente una parte del fascio luminoso si perde per riflessione. Nel caso specifico delle lenti, anche quando sono trasparenti, si hanno delle riflessioni sulla superficie anteriore, su quella posteriore e all interno delle stesse. Inoltre, quando l occhiale è calzato, anche la cornea prende parte alla formazione di riflessi. Nella figura 32, sono riportati gli schemi delle diverse immagini prodotte per riflessione che si possono manifestare durante il porto di occhiali. Prendiamole in esame una ad una: A. Immagine dovute alla presenza di sorgenti luminose poste dietro la lente che vengono riflesse dalla superficie posteriore della lente, è l immagine che possiede la maggior riflettanza (r=4,3% per il vetro Crown) e si manifesta, ad esempio, con la percezione da parte del portatore del proprio occhio riflesso sulla superficie posteriore della lente che si accentua in particolare con lenti colorate o quando il piano della montatura è allontanato rispetto al piano corneale. B. Immagine sempre causata da sorgenti luminose poste dietro la lente e dovute alle riflessioni interne alla lente, a differenze dell immagine precedente questa è meno riflettente (r=3,94% per il vetro Crown) e di poco, fastidiosa per il portatore. C. Immagine data da sorgenti luminose poste davanti al portatore che danno doppia riflessione, prima sulla superficie posteriore e poi su quella anteriore della lente; malgrado la bassa riflettanza (r=0,17% per il vetro Crown), sono quelle che danno maggior fastidio tra quelle generate da sorgenti anteriori; D. Anche in questo caso le immagini sono dovute alle sorgenti luminose poste davanti e dovute alla riflessione corneale prima e della superficie posteriore della lente poi, in questo caso la riflettanza è contenuta (r=0,09% per il vetro Crown), e può essere ulteriormente ridotta impiegando lenti con curva base più piatta, riducendo, la distanza apice corneale-lente e variando l angolo pantoscopico; E. Simile alla condizione precedente, in questo caso l immagine si crea dopo che la radiazione riflessa dalla cornea subisce le riflessioni interne alla lente, anche in questo caso la riflettanza è bassa (r=0,08% per il vetro Crown) e, può essere ridotta con gli stessi metodi indicati nel caso precedente EFFETTI INDOTTI DALLE RIFLESSIONI FASTIDIOSE Complessivamente, le riflessioni dovute all interazione tra la lente e le radiazioni luminose, provocano una riduzione dell acuità visiva e una riduzione del comfort. 26

27 Nel dettaglio, gli elementi che danno origine a tutto ciò sono: Diminuzione del contrasto: definito anche effetto fluo, è una condizione indotta dalla perdita della luce per riflessione che riduce il contrasto e fa si che l immagine risulti meno luminosa. Formazione di immagini fantasma: si tratta spesso di bagliori o effetti luminosi che compaiono nel campo visivo, in particolare di sera possono formarsi immagini deboli di oggetti posti dietro al portatore di occhiali con conseguente aumento di stress e affaticamento visivo. Difficoltà nella visione notturna: le immagini fantasma sono particolarmente evidenti di sera a causa dello sfondo scuro e quindi causano maggior disturbo di notte anche se sono di tenue intensità, a questo si aggiunge la riduzione della sensibilità al contrasto dovuta all aumento degli effetti di abbagliamento, più evidenti in condizioni di bassa illuminazione; Diminuzione della trasparenza: la perdita di luce per riflessione fa si che l immagine risulti meno luminosa, quindi di fatto è come se la lente fosse meno trasparente; tale effetto però è meno influente per la qualità della visione rispetto agli effetti citati in precedenza in quanto l occhio è poco sensibile a riduzioni di luminosità per valori di circa il 10%; Effetto specchiato : chiamato anche effetto vetrina, è soprattutto un limite estetico a seguito del quale chi guarda un portatore di occhiali vede fig. 33 le immagini circostanti riflesse sulla superficie anteriore con conseguente difficoltà nel vedere il suo sguardo (figura 33). 6.3 COEFFICIENTE DI RIFLESSIONE Il coefficiente percentuale di riflessione sulla superficie di una lente immersa in aria è definito dalla formula: Come si può notare, i termini inseriti nella relazione mettono in evidenza il legame stretto tra coefficiente di riflessione e indice di rifrazione della lente e poiché essi sono direttamente proporzionali, più è alto l indice di rifrazione maggiore è la quantità di luce che viene riflessa. Quindi, al variare del materiale varia la riflettanza, a ciò si aggiunge anche l angolo con il quale la radiazione incide sulla lente, in quanto anche esso può modificare l entità delle riflessioni. Si osservi nella tabella seguente la variazione della riflettanza, sia al variare del materiale sia al variare dell angolo. Volendo determinare la trasmittanza considerando solo rifrazione e riflessione (quindi considerando lenti non colorate che permettono di escludere l assorbanza) e considerando il coefficiente di riflessione uguale su entrambe le superficie, possiamo applicare la formula: t = (1 - r) PRINCIPIO OTTICO ALLA BASE DELL ANTIRIFLESSO Il principio di funzionamento dell antiriflesso è basato sull eliminazione delle radiazioni riflesse attraverso l interferenza distruttiva, vediamo di capire meglio di cosa si tratta. OTTOBRE

28 radiazioni ottiche e filtri per la protezione oculare In generale i fenomeni di interferenza si verificano quando due onde coerenti o che hanno la stessa frequenze, si incontrano. Se le onde in questione sono due radiazioni luminose il risultato sarà quello di avere una radiazione di intensità luminosa maggiore, in caso di interferenza costruttiva, o di una radiazione di intensità luminosa minore, se non addirittura l assenza di luminosità, in caso l interferenza sia distruttiva. Il trattamento antiriflesso ha proprio lo scopo di andare a creare un interferenza distruttiva tra le radiazioni riflesse in modo da eliminarle, esso infatti si comporta come una lamina ritardante che mette le radiazioni riflesse dalla prima superficie in opposizione di fase con quella riflesse dalla seconda superficie (figura 34). Affinché però l interferenza sia possibile è necessario anche che la riflettanza delle due onde sia uguale, pertanto le due condizioni necessarie per ottenere l interferenza distruttiva sono: fig La relazione definisce lo spessore dello strato antiriflesso che permette di ottenere lo sfasamento tra le radiazioni riflesse. 2. Partendo dalla condizione di riflettività uguale appena vista si ottiene la seguente equazione: e da quest ultima equazione si evince una relazione tra l indice di rifrazione della lente e quello dell antiriflesso. Tenuto conto di queste due relazioni si può comprendere che un unico strato di coating non può essere sufficiente ad eliminare totalmente le radiazioni riflesse, sia perché la luce è policromatica la prima relazione permette di ottenere l entità di uno spessore adeguato ad una sola lunghezza d onda, sia perché non si trovano materiali che abbiano l indice di rifrazione come quello risultante dalla seconda relazione. 6.5 REALIZZAZIONE DELL ANTIRIFLESSO Il rivestimento antiriflesso è ottenuto per deposizione sottovuoto di vapori a base di fluoruri metallici (di calcio, di magnesio, di alluminio) e fluorosilicati. Sulla base delle relazioni mostrate nel paragrafo precedente, si può notare che se viene depositato uno solo strato di coating calcolato per l=555nm, si avrà un residuo di riflessione pari a circa l 1,3% per la radiazione gialla mentre, andando verso gli estremi dello spettro, la riflessione aumenta con residui rossi e verdi che come combinazione danno il tipico riflesso di colore violetto. Nei trattamenti multistrato invece sono depositati più coating uno sopra all altro, ciascuno di indice e spessore opportunamente calcolato al fine di eliminare anche i riflessi provenienti dalle lunghezze d onda più estreme dello spettro con un leggero riflesso residuo di colore blu-verde. Si possono trattare tutti i tipi di lenti anche se su quelle in plastica la durata può essere minore in quanto il materiale è meno duro e più soggetto ai graffi. Per tale ragione è opportuno abbinare sempre all antiriflesso un trattamento indurente. 28

29 6.6 VANTAGGI DELL ANTIRIFLESSO Il trattamento antiriflesso migliora l aspetto estetico delle lenti ma soprattutto migliora la percezione visiva e il comfort del portatore. In particolare i principali aspetti positivi sono: Aumento della brillanza delle immagini, dovuto alla riduzione delle riflessioni che aumenta la trasmissività delle lenti che diventa particolarmente rilevante con materiali ad alto indice dove il coefficiente di riflessione è maggiore; Migliore definizione dell immagine, grazie all aumento del contrasto e alla diminuzione della diffondanza della lente; Attenuazione delle immagini fantasma con aumento del comfort visivo; Miglior visione di sera, grazie alla riduzione dell abbagliamento indotto dalle sorgenti luminose di differente intensità con conseguente vantaggio in particolare per gli automobilisti; Miglior visione nel lavoro con strumenti illuminati artificialmente (monitor di vario tipo e strumenti digitali); Miglioramento dell aspetto estetico, poiché la presenza della lente risulta meno evidente soprattutto con lenti negative e gli occhi del portatore risultano maggiormente visibili, in particolare poi con lenti negative di medio e alto potere si ha una riduzione degli anelli concentrici che si formano intorno alle lenti a causa dei riflessi periferici. Sulla base di quanto detto in merito al trattamento antiriflesso risulta quindi evidente come sia importante consigliarne l uso ai portatori di occhiali in particolare in presenza di ametropie medio-elevate, per coloro che lavorano al videoterminale e infine per chi guida spesso di notte. Si precisa infine che questo trattamento può essere abbinato a tutti i filtri presi in considerazione nei capitoli precedenti, per aumentarne le prestazioni. Bibliografia Lenti & occhiali Autori vari ed. Medical Books 2003 Ophtalmic lenses & Dispensig ed. da C.A.M.O 1993 Elementi di fisica P.Mazzoldi, M.Nigro, C.Voci Occhiali in ottica oftalmica Lovisolo, Abati, Buratti, Montani Variable tinted spectacle lenses: a comparison of aesthetics and visual preferente Huang L, Seiple W, Park RI, Greenstein VC, Holopigian K, Naidu SS, Stenson SM.Department of Ophthalmology, New York University School of Medicine, NY, USA. (CLAO J Jul;27(3):121-4.) Effect of variable tinted spectacle lenses on visual performance in control subjects Lee JE, Stein JJ, Prevor MB, Seiple WH, Holopigian K, Greenstein VC, Stenson SM. Department of Ophthalmology, New York University Medical Center, New York, USA. (CLAO J Apr;28(2):80-2) Contrast is enhanced by yellow lenses because of selective reduction of short-wavelength light Wolffsohn JS, Cochrane AL, Khoo H, Yoshimitsu Y, Wu S. Clinic Research Unit, Victorian College of Optometry, University of Melbourne, Australia. j.s.w.wolffsohn@ aston.ac.uk (Optom Vis Sci Feb;77(2):73-81) Enhancement of contrast sensitivity and losses of chromatic discrimination with tinted lenses de Fez MD, Luque MJ, Viqueira V. Dpto. Interuniversitario de Optica, Escuela de Optica, Universidad de Alicante, Spain. (Optom Vis Sci Sep;79(9):590-7) Effect of light filters on reading speed in normal and low vision due to age-related macular degeneration Eperjesi F, Fowler CW, Evans BJ. Neurosciences Research Institute, School of Life and Health Sciences, Aston University, Aston Triangle, Birmingham B4 7ET, UK. [email protected] Ophthalmic Physiol Opt Jan;24(1):17-25 Age-related macular degeneration: filter lenses help in certain situations Langagergaard U, Ganer HJ, Baggesen K. Department of Ophthalmology, Aalborg Hospital, Aalborg, Denmark. [email protected] (Acta Ophthalmol Scand Oct;81(5):455-8) OTTOBRE

30 q u e s t i o n a r i o Venticinque domande a quiz con 5 risposte di cui una soltanto è quella esatta 1. Le radiazioni ottiche sono comprese tra: a nm b nm c nm d nm e nm 2. La lunghezza d onda di una radiazione rappresenta: a Il numero di oscillazioni che l onda compie in un minuto b Il numero di oscillazioni che l onda compie in un secondo c Il numero di periodi contenuti in un minuto d La distanza tra due massimi o due minimi e La distanza tra due massimi o due minimi in un minuto 3. Il parametro usato abitualmente per le onde elettromagnetiche è: a La lunghezza d onda b La frequenza c Il periodo d Indifferentemente la frequenza o il periodo e Nessuna delle risposte è corretta 4. La frequenza e la lunghezza d onda sono: a Inversamente proporzionali b Direttamente proporzionali c Non proporzionali d Sono grandezze non relazionabili tra loro e Nessuna delle risposte è corretta 5. I raggi UV hanno un range compreso tra: a nm b nm c nm d nm e nm 6. I raggi UVC: a Sono molto dannosi per l occhio b Non sono dannosi perchè non raggiungono la terra c Non sono dannosi perché poco energetici d Sono dannosi solo per la cornea e Sono dannosi solo a dosi elevate 30

31 7. L intensità della luce nella ragione oculare nasale: a È molto ridotta b È uguale a quella che colpisce tutto il resto dell occhio c È maggiore di 22 volte d È ridotta di 22 volte e È circa la metà di quella complessiva 8. La trasmittanza di un filtro è: a Il rapporto tra il flusso di luce incidente e quello uscente b Il rapporto tra il flusso di luce uscente e quello entrante c Corrisponde alla luce incidente d Il rapporto tra flusso incedente e assorbito e Il rapporto tra flusso incedente e riflesso 9. L efficienza luminosa spettrale oculare: a È relativa alla lunghezza d onda b È molto variabile da soggetto a soggetto c Non è un parametro relativo all occhio d È un parametro legato al materiale del filtro e Nessuna delle risposte è corretta 10. La sorgente D65 presa spesso come riferimento nello studio dei filtri corrisponde a: a Una sorgente di radiazioni UV b Una sorgente di luce con lunghezza d onda pari a 555nn c È molto variabile da soggetto a soggetto d Una sorgente di radiazioni IR e Ad una sorgente corrispondente alla luce solare diurna 11. La colorazione delle lenti in pasta è: a La più indicata per tutti i tipi di lente b Indicata soprattutto per lenti graduate c È sconsigliata per lenti con spessori variabili d Non esiste come metodo di colorazione e È adatta solo per lenti in plastica 12. Nella classificazione di protezione usata per i filtri le categorie tengono conto: a Della tinta del filtro b Della tipologia di filtro (polarizzato, fotocromatico, etc) c Dell uso del filtro d Della trasmittanza del filtro e Della riflettanza del filtro OTTOBRE

32 13. Le lenti polarizzate hanno lo scopo di: a Bloccare percentualmente tutte le radiazione b Polarizzare la luce che arriva all occhio c Bloccare le radiazioni polarizzate d Ridurre le riflessioni di superficie delle lenti e Attenuare la radiazione IR e UV 14. La luce naturale è: a È sempre parzialmente polarizzata b Può diventare polarizzata in particolari circostanze c Può diventare polarizzata solo se passa attraverso un materiale dicroico d Non è mai polarizzata e È totalmente polarizzata 15. La polarizzazione per riflessione radente risulta: a Molto fastidiosa perché il riflesso è intenso b Poco fastidiosa perché il riflesso è lieve c Non si ha polarizzazione quando la luce indice in modo radente d Fastidiosa ma si verifica solo in giornate molto calde e Nessuna delle risposte è corretta 16. Quando un raggio di luce solare incide su una superficie riflettente il fascio riflesso sarà: a Polarizzato solo se la superficie riflettente è metallica b Polarizzato solo se la superficie riflettente uno specchio d acqua c Non polarizzato d Parzialmente polarizzato e Completamente polarizzato 17. Nel montaggio di filtri polarizzati si deve fare attenzione a: a Montare gli assi delle due lenti uguali e con una angolo di tolleranza tra le due che non superi i 6 b Montare gli assi delle due lenti perpendicolarmente l una rispetto all altra c Montare gli assi delle due lenti a 45 l una rispetto all altra d Montare gli assi delle due lenti con lo stesso asse senza alcuna tolleranza e I filtri polarizzati non hanno assi di montaggio a meno che non siano astigmatiche 18. Nelle lenti fotocromatiche in vetro il tempo di scurimento massimo è ottenuto in: a 20 b 10 c 30 d 60 e 90 32

33 19. I tempi di reazione di una lente fotocromatica sono: a Uguali sia per lo scurimento che per lo schiarimento b Maggiori per lo scurimento e minori per lo schiarimento c Maggiori per lo schiarimento e minori per lo scurimento d Molto rapidi entrambi e Uguali anche se lo schiarimento può essere più rapido a basse temperature 20. Il lenti fotocromatiche possono scurirsi maggiormente: a In montagna grazie alla maggior presenza di UV b Al mare perché le temperature sono più alte c Al mare perché l irraggiamento è maggiore d Al mare perché c è maggior riflessione e Non ci sono ambienti più o meno favorevoli allo scurimento 21. Nelle lenti fotocromatiche in plastica lo scurimento è ottenuto grazie alla presenza di: a Sostanze di origine inorganica b Sostanze uguali a quelle impiegate nelle lenti in vetro c Alogenuri d argento d Sostanze dicroiche e Sostanze di origine organica 22. Per soggetti affetti da degenerazione maculare senile si possono usare dei filtri per migliorare la percezione visiva? a No, anzi un filtro colorato può solo peggiorarla b Si, se di colore giallo perché può migliorare la sensibilità al contrasto c Si se di colore azzurro d Si se di colore rosso e Si, tutti i filtri portano beneficio con questa patologia 23. Nella scelta delle lenti colorate è importante? a Evitare i filtri a banda larga perché poco protettivi b Evitare i filtri a banda larga perché alterano la percezione cromatica c Evitare i filtri a banda larga perché non filtrano bene l UV d Evitare i filtri a banda stretta perchè tagliano solo IR e Evitare i filtri a banda stretta perchè alterano la percezione cromatica 24. La curva di trasmittanza a campana è tipica dei filtri di colore? a Verde b Giallo c Grigio d Rosso e Marrone OTTOBRE

34 25. L efficienza del trattamento antiriflesso dipende? a Dallo spessore e dall indice di rifrazione del coating b Dal un notevole spessore del coating, più è alto più il trattamento funziona c Dal un ridotto spessore del coating, più è basso più il trattamento funziona d Dall indice di rifrazione delle lente, più è alto meno il trattamento funziona e Dallo spessore della lentecinque N.B. Il questionario deve essere inviato a OERRE EDIZIONI srl, Corso Venezia 8, Milano - Segreteria ECM Luogo e data DATI PARTECIPANTE Nome Cognome C.F. Luogo di nascita Data di nascita Indirizzo Città CAP Telefono Cellulare Diploma di ottico conseguito presso Data DATI FATTURAZIONE Ragione Sociale C.F. P.IVA Indirizzo Città CAP Telefono Cellulare firma Socio AIO 2009 password... ID... 34

35 E.C.M./CPD Educazione continua in medicina Scheda di valutazione dell evento formativo da parte dei partecipanti RADIAZIONI OTTICHE E FILTRI PER LA PROTEZIONE OCULARE Barrare con una crocetta le voci di interesse. 1. Come valuta la rilevanza degli argomenti trattati rispetto alla sue necessità di aggiornamento? Non rilevante Poco rilevante Abbastanza rilevante Rilevante Molto rilevante 2. Come valuta la qualità educativa/di aggiornamento fornita da questo evento? Scarsa (non ho imparato nulla per la mia attività clinica) Mediocre (mi ha confermato che non ho necessità di modificare la mia attività clinica) Soddisfacente (mi ha stimolato a modificare alcuni aspetti dopo aver acquisito ulteriori informazioni) Buona (mi ha stimolato a cambiare alcuni elementi della mia attività clinica) Eccellente (mi ha stimolato a cambiare in modo rilevante alcuni aspetti della mia attività clinica) 3. Come valuta l efficacia dell evento per la sua formazione continua? Inefficace Parzialmente efficace Abbastanza efficace Efficace Molto efficace Suggerimenti, commenti e proposte Firma del partecipante (leggibile) OTTOBRE