Le aziende che producono lenti

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1 I trattamenti sulle lenti di Silvio Maffioletti e Angela Ravasi Le aziende che producono lenti oftalmiche di qualità le dotano di trattamenti multistrato che le rendono idrorepellenti, incrementano la loro resistenza ai graffi e diminuiscono la quantità di luce riflessa dalle loro superfici. Per conoscere meglio i rivestimenti multifunzionali è necessario esaminare in dettaglio le caratteristiche e le finalità di ogni singolo trattamento. (mediante lavaggio ad ultrasuoni) e asciugate con cura. Nella camera di trattamento si adottano speciali accorgimenti (utilizzando camere con aria condizionata che consentono al processo di svolgersi con la massima (Figura 1) Il processo di spin-coat per l applicazione del trattamento indurente avviene per rotazione e utilizza lacche simili a quelle impiegate nel processo ad immersione, pur se modificate (nella composizione e nella viscosità) per renderle adatte all applicazione per rotazione. Trattamenti indurenti Il trattamento indurente viene applicato sulla superficie delle lenti organiche per migliorarne la resistenza alle abrasioni e procrastinarne la durata nel tempo. Si realizza sia utilizzando lacche a base di polisilossano (che vengono applicate mediante immersione oppure spin-coat), sia utilizzando rivestimenti simili al quarzo (che vengono applicati utilizzando la tecnologia ad alto vuoto). I trattamenti indurenti ottenuti mediante immersione e spin-coat richiedono costi contenuti. Dopo la loro applicazione le lenti sono colorabili, sebbene l assorbimento del colore risulti più lento. I trattamenti indurenti ottenuti mediante tecnologia ad alto vuoto sono maggiormente duri ma le lenti, dopo l applicazione del film, non possono più essere colorate (Smsa, 2007). Prima di essere sottoposte al trattamento indurente, le superfici delle lenti devono essere pulite accuratamente Figura 1 - Applicazione del trattamento indurente su lenti organiche mediante immersione in lacca a base di silossano. Tratta da Smsa, pulizia) per evitare il deterioramento della lacca. La macchina che immerge le lenti nella lacca garantisce alla risalita una velocità controllata, necessaria per realizzare uno spessore definito e costante del film. (Figura 2 - vedi altra pagina) Il costo del trattamento indurente realizzato mediante tecnologia ad alto vuoto è elevato se alle lenti viene applicato solo tale film; ha invece un incidenza minore quando vengono contemporaneamente applicati altri trattamenti. Se ha uno spessore superiore ai 10 µm, ILMONDODELL OTTICA 61

2 il trattamento indurente può rovinarsi (formando crepe e strie) dato che le lenti organiche si flettono e si espandono quando vengono sottoposte a tensione (astucci rigidi troppo piccoli per la montatura che contengono, tensione meccanica applicata per rimuovere le lenti dalla montatura, etc.). Trattamenti antiriflesso Una parte della radiazione luminosa che incide sulla superficie di una lente viene riflessa dalle sue superfici e non concorre a formare l immagine finale, che per questo risulta meno luminosa. Le riflessioni si realizzano sia sulla superficie anteriore che su quella posteriore della lente. La radiazione luminosa riflessa dalla superficie posteriore della lente penetra nel forame pupillare e, oltre a non contribuire alla realizzazione dell immagine, provoca un decadimento generale del contrasto e quindi della qualità visiva. La radiazione luminosa riflessa dalla superficie posteriore della lente induce inoltre immagini parassite incoerenti rispetto a ciò che viene osservato, provocando un disturbo che penalizza soprattutto la visione notturna (lo sfondo scuro amplifica l effetto delle luci parassite) e il lavoro prossimale (l applicazione continua e protratta al Vdt viene resa difficile dalla presenza costante delle luci parassite). E quindi particolarmente importante prestare attenzione alle sorgenti luminose posteriori alla posizione del soggetto, che generano i riflessi che si formano sulla superficie posteriore delle sue lenti (Cappa et al., 1994). Tali riflessi variano in relazione alla posizione delle sorgenti luminose. La quantità di luce riflessa da una superficie lucida varia infatti in base all angolo di incidenza; se la luce incide sulla superficie perpendicolarmente, la riflettanza (r) è calcolabile mediante la relazione di Fresnel: r = [(n-1)/(n+1)] 2 dove n rappresenta l indice di rifrazione della lente e 1 l indice di rifrazione dell aria. Quindi r è tanto maggiore quanto maggiore è n. Materiale lente Indice di rifrazione (n) Riflettanza (r) CR-39 1,498 4% Vetro crown 1,523 4,3% Titanio 1,701 6,72% Lantanio 1,800 8,16% Tabella 1. Riflettanza (%) di alcuni materiali con luce incidente perpendicolarmente. Tratta da Smsa, 2007, modificata. Nella tabella 1 sono riportati i valori di r riferiti a materiali diversi. Si può osservare che la riflettanza cresce all aumentare di n; la superficie di una lente in CR39 con indice di rifrazione riflette il 4% della luce incidente mentre la superficie di una lente in lantanio con indice di rifrazione 1.80 ne riflette più dell 8%. La radiazione luminosa riflessa dalle superfici delle lenti produce una diminuzione del contrasto e una visione velata, che riduce la nitidezza. Per questo è opportuno usare occhiali con lenti dotate di trattamento antiriflesso, che aumenta la trasmittanza della lente migliorandone l aspetto estetico ed eliminando le immagini fantasma (Catalano, 2001). Figura 2 - Deposizione del trattamento indurente mediante rotazione o spin-coat. Tratta da Smsa, (Figura 3 - vedi pagina a lato) Dopo l applicazione del trattamento antiriflesso, se si analizzano i cammini ottici dei due raggi riflessi (uno dall interfaccia aria/film e l altro dall interfaccia film/lente) si evidenzia una differenza tra i due treni d onda. Se la 62 ILMONDODELL OTTICA

3 differenza di fase è zero (o multipli di 2p radianti) i due raggi si sommano (interferenza costruttiva) producendo luce, mentre se la loro differenza è data da multipli dispari di p radianti si ha una differenza di fase (interferenza distruttiva) che non produce luce. Per realizzare interferenza distruttiva ed eliminare la radiazione luminosa riflessa è necessario che lo strato di trattamento antiriflesso abbia un definito spessore, indicato dalla formula: dove n f rappresenta l indice di rifrazione del film antiriflesso e l la lunghezza d onda della radiazione luminosa incidente. Definendo con attenzione lo spessore del film antiriflesso, si può eliminare il riflesso di una determinata lunghezza d onda. Nel caso di un rivestimento monostrato, la lunghezza d onda più opportuna da eliminare è quella di massima sensibilità dell occhio ovvero 555 nm; se la riflettanza del film di rivestimento sarà pari a zero per i 555 nm (regione gialloverde dello spettro), la superficie del film apparirà di color magenta in quanto rifletterà parte della luce proveniente dalle regioni rossa e blu dello spettro e non rifletterà invece nella regione giallo-verde; il color magenta di tale riflesso è simile al rossore che appare sui frutti maturi e le lenti che lo manifestano sono dette bloomed lenses. In fase produttiva, l intensità del color magenta veniva usata (quando si realizzavano trattamenti antiriflesso monostrato) per verificare lo spessore e la qualità del materiale di rivestimento fatto evaporare nella camera sottovuoto; in caso di substrato troppo sottile o troppo spesso, il riflesso mutava Figura 3 - Trattamento antiriflesso monostrato. A destra è rappresentato il principio dell interferenza su cui si basa il trattamento antiriflesso. Tratta da Smsa, colore e appariva rispettivamente di color paglierino pallido oppure di color blu. Una seconda condizione deve essere soddisfatta affinché i treni d onda della radiazione luminosa riflessa realizzino interferenza distruttiva e quindi eliminino la luce riflessa: le onde devono avere ampiezza uguale. Per soddisfare tale condizione (realizzando quindi il substrato antiriflesso ideale) l indice di rifrazione del film di rivestimento dovrebbe corrispondere alla radice quadrata dell indice di rifrazione del substrato. Per esempio, nel caso del vetro crown l indice di rifrazione ideale del materiale di rivestimento è uguale alla radice quadrata di ovvero mentre nel caso del titanio l indice di rifrazione ideale del materiale di rivestimento è uguale alla radice quadrata di ovvero E però difficile reperire materiali di rivestimento che possiedano un indice di rifrazione così basso e allo stesso tempo siano dotati dei necessari requisiti meccanici di durezza, stabilità e resistenza all abrasione. Il più utilizzato è il fluoruro di magnesio (MgF 2 ), che possiede un indice di rifrazione di 1.38 (a livello di spessore del film) e la cui pellicola, quando viene sottoposta a indurimento dopo la deposizione sulla lente a circa 300 C, diventa dura come il vetro. Utilizzando fluoruro di magnesio su una lente in vetro crown con indice di rifrazione la condizione di interferenza distruttiva viene soddisfatta quando lo spessore ottico del film è la quarta parte di 555 ovvero nm. Il fluoruro di magnesio è il materiale ideale per i film antiriflesso delle lenti in vetro. L applicazione dei rivestimenti alle lenti organiche è invece più complessa a causa della loro flessibilità ed è necessario utilizzare un rivestimento a doppio strato. Il film da depositare immediatamente sul substrato può ILMONDODELL OTTICA 63

4 consistere in una sostanza monocomponente quale l ossido di zirconio o l ossido di titanio, che possiedono indici di rifrazione adeguatamente elevati; per lo strato più esterno è in genere utilizzato il biossido di silicio (Si0 2 ), che ha indice di rifrazione 1.46 ed è assai resistente ai graffi (Smsa, 2007). Trattamenti antiriflesso multistrato E possibile ridurre quasi a zero la riflettanza delle lenti utilizzando vari strati che realizzano interferenza ottica, scegliendo gli indici di rifrazione e gli spessori di ogni strato in modo che, associando i film di rivestimento, l ampiezza delle onde riflesse da ogni interfaccia risulti zero alle diverse lunghezze d onda. I rivestimenti multistrato efficaci in tutta la banda d onda dello spettro visibile (noti come rivestimenti a larga banda) sono costituiti da varie coppie di strati che alternano film con alti indici di rifrazione a film con bassi indici di rifrazione; di norma gli strati di maggiore spessore eliminano la riflettanza delle bande d onda centrali dello spettro, mentre gli strati di film più sottili agiscono sulle regioni rosse e blu dello spettro (Lovisolo et al., 1993). Oltre al trattamento antiriflesso multistrato, la serie di film di rivestimento può includere uno strato indurente, uno strato idrorepellente e uno strato il cui scopo è semplicemente quello di garantire la buona adesione degli strati antiriflesso al trattamento indurente. Figura 4: Rappresentazione in sezione di una superficie (a) non trattata e di una (b) dotata di trattamento idrorepellente. Tratta da Smsa, Figura 5 - Minore è l ampiezza dell angolo di contatto, maggiore è la bagnabilità della superficie. Tratta da Smsa, Trattamenti idrorepellenti Le lenti per occhiali devono trasmettere più luce possibile ed è necessario siano perfettamente pulite. La presenza di depositi di acqua, grasso o olio riduce la trasmittanza e abbassa drasticamente l efficacia del trattamento antiriflesso; può addirittura indurre un aumento della riflettanza a causa dell elevato indice di rifrazione dei depositi presenti sulle superfici delle lenti (Aa.Vv., 2003). Il problema può essere affrontato applicando un rivestimento idrorepellente sulle superfici della lente; si tratta di un film sottilissimo di silicone che elimina le irregolarità con un effetto simile a quello della cera per lucidare la carrozzeria dell auto. (Figura 4) Il trattamento idrorepellente aumenta l angolo di contatto formato dalla tangente all estremità della goccia con la 64 ILMONDODELL OTTICA

5 superficie della lente. Minore è l ampiezza dell angolo, maggiormente bagnabile è la sua superficie; affinché la superficie della lente sia idrorepellente (ovvero non sia bagnabile) l angolo di contatto deve essere più elevato possibile; in questo modo l acqua e i liquidi scivolano via e non rimangono sulla superficie (Smsa, 2007). (Figura 5 - vedi pagina a lato) I trattamenti idrorepellenti sono estremamente sottili e possono essere Catalano F., Elementi di Ottica geneapplicati mediante processo ad immersione, al termine del quale segue la cottura che indurisce chimicamente lo strato e lo fissa nella sede di deposizione. Poiché le lenti dotate di trattamento idrorepellente impediscono l accumulo delle gocce d acqua sulla superficie, si riduce anche la possibilità di appannamento in caso di condensazione dell acqua. Per questo motivo tali trattamenti sono detti anche antiappannanti o antimbrattamento. Maggior comfort, miglior qualità visiva Nella scelta della lente, oltre alle qualità del materiale ed i vantaggi della geometria, vanno considerati anche i trattamenti. Sono proprio i sottilissimi film depositati sulle sue superfici ad aumentarne la trasmittanza, renderla idrorepellente e più resistente ai graffi, più liscia e facile da pulire. Trattamenti che migliorano il comfort di chi porta l occhiale ed elevano la qualità visiva delle lenti, in ogni situazione. Riferimenti bibliografici Comfort e qualità visiva al top: questi i dettagli ricercati da chi ricorre alle lenti Aa. Vv., Lenti & occhiali, Medical Books, Palermo, 2003 Cappa S., Leoni U., Perris R., I trattamenti antiriflesso nell ottica oftalmica, Ottica Italiana, luglio 1994, pag rale, Zanichelli, Bologna, 2001 Lovisolo C., Abati S., Buratto L., Montani G., Occhiali in Ottica Oftalmica, Fabiano, S. Stefano Belbo (CN), 1993 Smsa Mo Jalie, I trattamenti multifunzione, B2Eyesmagazine, 11/2007, pag ILMONDODELL OTTICA 65