Поўнае тэхнічнае кіраўніцтва па пакрыцці лінзаў

Многія людзі мала разумеюць, што такое пакрыццё лінзаў, бо гэта сапраўды нішавая галіна. У параўнанні з ужываннем пакрыццяў у такіх галінах, як электроніка і аўтамабілебудаванне, сектар пакрыццяў лінзаў не асабліва вялікі, а яго структуры пакрыццяў адносна простыя. Тым не менш, гэтыя ўсяго некалькі слаёў пакрыцця павінны вытрымліваць пастаяннае ўздзеянне ветру і сонечнага святла. Такім чынам, пакрыццё лінзаў усё яшчэ патрабуе спецыялізаваных тэхналогій для вырашэння гэтых праблем. Давайце больш падрабязна разгледзім пакрыцці лінзаў.

I. Асновы пакрыццяў лінзаў: вызначэнне, матэрыялы і прынцып

1. Што такое пакрыццё лінзаў?

Працэс пакрыцця лінзаў можна разумець як «функцыянальны вонкавы пласт» для лінзы. Гэтая тэхналогія працуе шляхам нанясення аднаго або некалькіх ультратонкіх слаёў металічных або дыэлектрычных матэрыялаў на паверхню лінзы ў вакуумным асяроддзі, што дазваляе дакладна кантраляваць такія ўласцівасці, як адлюстраванне, прапусканне, паглынанне і палярызацыя святла. Такім чынам, звычайныя лінзы надзяляюцца цалкам новымі і спецыфічнымі функцыямі.

Гэтыя пласты вельмі тонкія (звычайна нанаметровага маштабу). Іх часта вымяраюць у даўжынях хваль святла. Характарыстыкі аптычных лінзавых пакрыццяў залежаць ад колькасці пластоў пакрыцця, таўшчыні кожнага пласта і розніцы паказчыкаў праламлення паміж пластамі.

2. Распаўсюджаныя матэрыялы для пакрыцця лінзаў

У залежнасці ад іх фізічных уласцівасцей і паказчыка праламлення (n), распаўсюджаныя пакрыцці звычайна класіфікуюцца наступным чынам:

Матэрыялы з высокім індэксам (нГн)

Гэтыя матэрыялы звычайна выкарыстоўваюцца для стварэння шматслаёвых антыблікавых (AR) пакрыццяў, якія эфектыўна памяншаюць адлюстраванае святло дзякуючы прынцыпу інтэрферэнцыі.

• Дыяксід тытана (TiO₂): Мае надзвычай высокі паказчык праламлення (прыблізна 2,2 - 2,7). Ён забяспечвае выдатную хімічную стабільнасць і цвёрдасць, што робіць яго адным з найбольш шырока выкарыстоўваных матэрыялаў з высокім паказчыкам.

• Дыяксід цырконія (ZrO₂): З паказчыкам праламлення каля 2,1 ён цэніцца за высокую цвёрдасць, высокую тэмпературу плаўлення і выдатную празрыстасць ва ўсім спектры ад УФ да ІЧ.

• Пяціаксід тантала (Ta₂O₅): Вядомы вельмі нізкім узроўнем паглынання і высокай механічнай трываласцю, ён часта выкарыстоўваецца ў высокапрадукцыйных дакладных аптычных прыборах.

Матэрыялы з нізкім індэксам (нЛ)

Каб дасягнуць дэструктыўнай інтэрферэнцыі для адлюстравання, матэрыялы з нізкім індэксам пералому неабходна чаргаваць са пластамі з высокім індэксам пералому.

• Фтарыд магнію (MgF₂): З паказчыкам праламлення прыблізна 1,38, гэта класічны матэрыял для аднаслаёвых пакрыццяў AR. Ён стабільны і ўтварае вельмі цвёрдую плёнку, якая значна памяншае адлюстраванне.

• Дыяксід крэмнію (SiO₂): Мае паказчык праламлення каля 1,46. Дзякуючы моцнай адгезіі да шкла і розных падкладак, а таксама ўстойлівасці да кіслотнай і шчолачнай карозіі, яго звычайна выкарыстоўваюць у якасці вонкавага пласта або ахоўнага пласта ў шматслаёвых стэках.

Функцыянальныя пакрывальныя матэрыялы

Сучасныя лінзы патрабуюць не толькі аптычнай празрыстасці; ім таксама патрэбныя воданепрымальныя, алейстойлівыя і антыстатычныя ўласцівасці.

• Сумесі фторыдаў / сілану: Выкарыстоўваецца для крайняга Гідрафобнае пакрыццё (верхняе пакрыццё)Гэтыя матэрыялы значна зніжаюць павярхоўную энергію, што прыводзіць да сцякання вады ў выглядзе кропель і прадухіляе прыліпанне алею або адбіткаў пальцаў.

• Аксід індыя-волава (ITO): Празрыстая праводная плёнка. На спецыялізаваных лінзах яна выкарыстоўваецца для забеспячэння антыстатычны уласцівасці, памяншаючы назапашванне пылу.

• Нітрыд крэмнію (Si₃N₄): Часта ўжываецца для павышэння агульнай цвёрдасці і ўстойлівасці лінзы да драпін з-за яе высокай механічнай трываласці.

Заўвага:

Пакрыцці лінзаў звычайна не вырабляюцца з аднаго матэрыялу, а складаюцца з камбінацыі некалькіх слаёў. У рэальнай вытворчасці цяжка дасягнуць жаданых вынікаў з выкарыстаннем аднаго матэрыялу. Як правіла, электронна-прамянёвае выпарэнне (Электронна-прамянёвае выпарэнне) або іонна-асіставанае нанясенне (ІАД) выкарыстоўваюцца метады, якія дазваляюць накласці сем ці нават больш за дваццаць слаёў гэтых матэрыялаў, кожны з якіх таўшчынёй усяго некалькі нанаметраў, што дазваляе дасягнуць прапускання святла больш за 99% і адначасова забяспечыць трываласць.

Вядома, многія тэхнічна развітыя кампаніі будуць мець свае ўласныя, больш складаныя і ўнікальныя канструкцыі пакрыццяў, а іх матэрыяльныя сістэмы будуць крыху больш складанымі. Напрыклад, новыя шматслаёвыя плёнкі з кампазітных аксідаў (напрыклад, TiO₂-ZnO) для вырабу высокапрадукцыйных УФ-адбівальнікаў; квантавыя нанаслаі (напрыклад, Ta₂O₅-SiO₂) выкарыстоўваюцца для вырабу фільтраў для глыбокага ультрафіялетавага выпраменьвання, якія цяжка атрымаць з дапамогай традыцыйных матэрыялаў.

3. Прынцып працы: Інтэрферэнцыя тонкай плёнкі

Асноўны фізічны прынцып пакрыцця лінзаў заключаецца ў інтэрферэнцыі светлавых хваль.

Простымі словамі, калі святло трапляе на тонкаплёнкавы пласт, яно падвяргаецца шматразовым адлюстраванням і праламленням на розных паверхнях падзелу. Дакладна кантралюючы таўшчыню і паказчык праламлення кожнага пласта, гэтыя адлюстраваныя светлавыя хвалі можна накіроўваць так, каб ствараць альбо канструктыўную інтэрферэнцыю (дзе яны ўзмацняюць адна адну і паляпшаюць адлюстраванне), альбо дэструктыўную інтэрферэнцыю (дзе яны кампенсуюць адна адну і памяншаюць адлюстраванне).

Такім чынам, шляхам правільнага праектавання структуры пакрыцця можна вызначыць канчатковую паводзіны святла на пэўных даўжынях хваль.

II. Перадавыя тэхналогіі дакладнага пакрыцця

Працэс нанясення аптычнага пакрыцця дакладны і складаны, і яго можна ў цэлым падзяліць на дзве асноўныя катэгорыі: Фізічнае асаджэнне з паравой фазы (PVD) і Атамнае пластовае нанясенне (ALD)

1. Фізічнае асаджэнне з паравой фазы (PVD)

Сучаснае звышдакладнае пакрыццё ў першую чаргу абапіраецца на Фізічнае асаджэнне з паравой фазы (PVD)Тры асноўныя працэсы:

А. Выпарэнне электронным пучком

• Механізм: Матэрыялы (напрыклад, SiO₂, Ta₂O₅, HfO₂ і г.д.) плавяцца і выпараюцца з дапамогай рэзістыўнага нагрэву або электроннага пучка ў камеры высокага вакууму. Атамы з выпаранага матэрыялу рухаюцца па прамой лініі да круцячайся падкладкі і асядаюць на яе паверхні, паступова назапашваючыся, утвараючы плёнку.

• Плюсы: Здольны наносіць матэрыялы з высокай тэмпературай плаўлення з высокай хуткасцю нанясення і высокай чысцінёй, прыдатны для базавай оптыкі.

• Мінусы: Нізкая шчыльнасць і адгезія плёнкі; схільнасць да «спектральнага зруху», выкліканага вільготнасцю навакольнага асяроддзя.

B. Іонна-асіставанае нанясенне (IAD)

• Механізм: Падчас выпарэння матэрыялу крыніца іонаў бамбардзіруе падкладку высокаэнергетычнымі іонамі.

• Плюсы: Павялічвае шчыльнасць і адгезію плёнкі; значна паляпшае цвёрдасць. Шчыльнае пакрыццё практычна не паглынае вадзяную пару, а яго аптычныя канстанты (n, k) практычна аднолькавыя на паветры і ў вакууме, што робіць яго надзвычай стабільным. Гэта галіновы стандарт для высакаякасных афтальмалагічных лінзаў.

• Мінусы: Больш высокія выдаткі на абслугоўванне абсталявання.

C. Іонна-прамянёвае распыленне (IBS)

• Механізм:

Падумайце пра гэта як «Атамны більярд».

Іённая гармата: Выпраменьвае высокаэнергетычны пучок іонаў (звычайна Аргон) на мэтавым матэрыяле.

Распыленне: Удар выбівае атамы з мішэні, як більярдныя шары.

Дэпазіт: Гэтыя атамы ўдараюцца аб лінзу з вялікай хуткасцю, «ўразаючыся» ў паверхню, утвараючы амаль ідэальны, цвёрды як скала пласт.

• Плюсы: Фільмы IBS падыходзяць да аб'ёмная шчыльнасць матэрыялу. У плёнцы практычна няма пор або «пустот». Характарыстыкі ніколі не змяняюцца ў залежнасці ад вільготнасці або тэмпературы (няма «спектральнага зруху»). Дзякуючы надзвычай нізкаму паглынанню і рассейванню, лінзы з пакрыццём IBS могуць дасягнуць каэфіцыента адлюстравання больш за 99,999%.

• Мінусы: Абсталяванне дарагое; павольная хуткасць нанясення; высокі кошт.

2. Атамнае пластовае адкладванне (ALD)

Апошняе прасторавае атамнае пластовае адкладанне (Прасторавы ALD) тэхналогія павялічыла хуткасць нанясення пакрыцця ў 100 разоў, што дэманструе вялікі патэнцыял у масавай вытворчасці высакаякасных аптычных вырабаў, такіх як Акуляры дапоўненай рэальнасці.

• Механізм: Тэхніка росту тонкай плёнкі, заснаваная на паверхнева-абмежаваных хімічных рэакцыях. Газы-папярэднікі А і В па чарзе падаюцца ў рэакцыйную камеру імпульсамі; кожны імпульс хімічна адсарбуе толькі адзін атамны пласт на паверхні падкладкі, пасля чаго ўводзіцца інэртны газ для выдалення лішніх папярэднікаў. Адзін цыкл гэтай паслядоўнасці «А-імпульс – прадзьмух – В-імпульс – прадзьмух» прыводзіць да дакладнага росту аднаго пласта складанай плёнкі.

• Плюсы: Ідэальна канформнае і аднастайнае пакрыццё можна дасягнуць нават на складаных паверхневых структурах, такіх як глыбокія адтуліны і высокія суадносіны бакоў, што немагчыма з тэхналогіяй PVD. Таўшчыня плёнкі вызначаецца выключна колькасцю цыклаў з дакладнасцю кантролю аж да аднаго атамнага пласта.

• Мінусы: Вельмі нізкая хуткасць нанясення; абмежаваны выбар папярэднікаў; звычайна выкарыстоўваецца для вельмі тонкіх плёнак або спецыялізаваных ужыванняў.

У сучасных працэсах нанясення пакрыццяў на лінзы выкарыстоўваюцца іншыя тэхналогіі нанясення, такія як Мікрахвалевае распыленне і Пашыранае плазменнае распыленне таксама выкарыстоўваюцца. Кожная тэхналогія прапануе унікальныя перавагі, якія дазваляюць ёй аптымальна працаваць у пэўных, перакрываючыхся сцэнарыях прымянення.

III. Ключавыя фактары кантролю якасці

Незалежна ад выкарыстоўванай тэхналогіі, для атрымання высакаякасных пакрыццяў неабходныя наступныя ключавыя элементы:

• Падрыхтоўка падкладкі: Перад нанясеннем пакрыцця аптычныя кампаненты павінны быць старанна ачышчаны ультрагукам або іёнам, выдалены статычны зарад і актываваны паверхняй. Гэтыя этапы неабходныя для забеспячэння адгезіі і аднастайнасці плёнкі.

• Дакладная апрацоўка матэрыялаў: Для мішэняў і матэрыялаў для выпарэння патрабуецца надзвычайная чысціня (звычайна ≥99,99%). Любыя прымешкі будуць выступаць у якасці цэнтраў паглынання або рассейвання, што можа значна знізіць парог лазернага пашкоджання (LIDT).

• Цэласнасць вакууму: Узровень вакууму непасрэдна вызначае чысціню і аднастайнасць слаёў плёнкі. Узровень вакууму ў камеры звычайна павінен дасягаць парадку 10⁻⁵ Па (10⁻⁷ мбар), каб забяспечыць дастатковую даўжыню свабоднага прабегу асадкавых атамаў, тым самым пазбягаючы сутыкненняў з малекуламі рэшткавага газу і забяспечваючы чысціню і шчыльнасць плёнкі.

• Дызайн тонкай плёнкі: Для праектавання шматслаёвых стэкаў выкарыстоўваецца складанае праграмнае забеспячэнне, каб атрымаць пэўныя спектральныя крывыя.

• Кантроль таўшчыні плёнкі: Таўшчыня тонкай плёнкі непасрэдна ўплывае на канчатковыя аптычныя характарыстыкі. Пры гэтым для маніторынгу ў рэжыме рэальнага часу ў нанаметровым маштабе звычайна выкарыстоўваюцца мікравагавы на крышталях кварца (што выяўляюць змены ў напыленай масе) або спектрафатометры (што выяўляюць змены ў прапусканні/адлюстраванні).

• Пасляапрацоўка: Пасля завяршэння пакрыцця, адпал Часам патрабуецца для ліквідацыі ўнутраных напружанняў у пластах плёнкі, што яшчэ больш паляпшае стабільнасць і адгезію.

IV. Распаўсюджаныя тыпы пакрыццяў лінзаў

Купляючы акуляры, людзі часта не ў поўнай меры разумеюць важнасць пакрыццяў лінзаў. Таму мы падрыхтавалі кіраўніцтва, якое дапаможа вам разабрацца ў складанасцях розных даступных пакрыццяў.

1. Антыблікавае (AR) пакрыццё

Антыблікавае пакрыццё — гэта найбольш распаўсюджанае функцыянальнае пакрыццё, якое наносіцца на паверхню лінзаў для мінімізацыі блікаў і адлюстраванняў. Прапускаючы больш святла, яно паляпшае візуальную выразнасць і кантраснасць.

Перавагі: Вельмі важна мець лінзы з антыблікавым пакрыццём, калі вы кіруеце аўтамабілем уначы. Яны дапамагаюць паменшыць блікі ад фар аўтамабіляў і вулічных ліхтароў. Яны таксама памяншаюць блікі ад экранаў кампутараў. Для многіх карыстальнікаў антыблікавае пакрыццё з'яўляецца класічным выбарам, і яно сапраўды таго варта.

Тэхнічная заўвага: Высока-індэксныя лінзы адлюстроўваюць больш святла, чым стандартныя пластыкавыя лінзы, што робіць AR-пакрыццё для іх практычна неабходным.

2. Цвёрдае пакрыццё

Цвёрдыя пакрыцці для лінзаў — гэта празрысты, трывалы лак (часта выраблены з арганічных крэмніевых смол), які наносіцца на паверхню лінзы для абароны ад драпін і пацёртасцяў. Яны наносяцца перад антыблікавым (AR) пакрыццём, каб забяспечыць трывалую аснову, бо AR-пакрыцці тонкія і далікатныя.

Цвёрдае пакрыццё асабліва неабходна для пластыкавых лінзаў, таму што пластыкавы матэрыял натуральна мяккі і больш схільны да драпін, чым шкляныя лінзы.

Два распаўсюджаныя тыпы цвёрдых пакрыццяў — гэта тэрмічна зацвярдзелае цвёрдае пакрыццё і цвёрдае пакрыццё, зацвярдзелае пад уздзеяннем ультрафіялетавага выпраменьвання. Абодва яны наносяцца ў лабараторыі перад тым, як лінзы выразаюцца.

3. Пакрыццё з абаронай ад ультрафіялетавага выпраменьвання

Пакрыцці для лінзаў з аховай ад ультрафіялетавага выпраменьвання — гэта спецыяльныя пакрыцці або матэрыялы, якія дадаюцца ў акуляры, сонцаахоўныя акуляры і нават кантактныя лінзы для блакавання шкоднага выпраменьвання UVA і UVB. Абараняючы ад ультрафіялетавага выпраменьвання, гэтыя пакрыцці спрыяюць агульнаму здароўю вачэй, напрыклад, абараняюць ад катаракты і макулярнай дэгенерацыі.

4. Пакрыццё для фільтрацыі сіняга святла

Гэта пакрыццё прызначана для фільтрацыі высокаэнергетычнага бачнага (HEV) сіняга святла, якое выпраменьваюць лічбавыя экраны і сонца, змяншаючы патэнцыйную шкоду для вачэй. Лінзы з пакрыццём, якое фільтруе сіняе святло, маюць лёгкі сіні або фіялетавы рэшткавы адценне пры адлюстраванні святла.

5. Гідрафобныя і алеафобныя пакрыцці

Гэта «верхняе пакрыццё», якое змяняе павярхоўнае нацяжэнне лінзы.

Гідрафобны: Адштурхоўвае ваду, не даючы дажджу або поту забрудзіць лінзу.

Алеафобны: Адштурхоўвае ад тлушчу і адбіткаў пальцаў, што значна палягчае чыстку шкла.

6. Іншыя пакрыцці для абароны ад сонца

Няхай гэта будзе саматаніровачнае (фотахромнае) пакрыццё, таніраванае пакрыццё або люстраное пакрыццё, усе яны ператвараюць лінзы ў сонцаахоўныя акуляры. Яны не толькі дапамагаюць фільтраваць інтэнсіўнае сонечнае святло, але і з'яўляюцца модным элементам.

Даведайцеся больш пра сонцаахоўныя лінзы H&C Optik

• Фотахромныя лінзы
  
  
• Таніраваныя лінзы​
  
  

Акрамя вышэйзгаданых распаўсюджаных пакрыццяў, існуюць і іншыя тыпы функцыянальных пакрыццяў, такія як пакрыццё супраць запацявання і антыстатычнае пакрыццё. Ніжэй прыведзена параўнальная табліца розных пакрыццяў.

V. Тэрмін службы і абслугоўванне пакрыцця лінзаў

Аптычныя пакрыцці звычайна маюць тэрмін службы Ад 1 да 3 гадоўДобра дагледжаныя пакрыцці служаць да 2-4 гадоў. Іх даўгавечнасць моцна залежыць ад уздзеяння навакольнага асяроддзя і звычак карыстальнікаў.

Асноўныя парады па тэхнічным абслугоўванні

1. Пазбягайце сухога працірання: Пыл утрымлівае дробныя часцінкі. Выціранне сухой лінзы дзейнічае як наждачная папера, выклікаючы мікраскапічныя драпіны на пакрыцці.

2. Правільная ўборка: Прамыйце прахалоднай вадой, каб выдаліць часцінкі, выкарыстоўвайце кроплю мыйнага сродку для посуду з нейтральным pH, каб разбурыць тлушч, затым старанна прамыйце.

3. Пазбягайце высокіх тэмператур: Пакрыцці і падкладкі лінзаў пашыраюцца з рознай хуткасцю. Ніколі пакідайце акуляры ў гарачай машыне або апранайце іх у сауне, бо гэта выклікае «расколіны».

4. Хімічная адчувальнасць: Трымайце лінзы далей ад поту, парфумы і лаку для валасоў, бо працяглы кантакт з гэтымі рэчывамі можа выклікаць хімічную карозію слаёў лінзаў.

VI. Заключэнне

Дзякуючы дакладнай інжынерыі, працэсы аптычнага пакрыцця дасягаюць "дотыку Мідаса" светлавых хваль.

Як асноўная тэхналогія сучаснай аптычнай прамысловасці, яна спрыяе пастаянным прарывам у шматлікіх галінах — ад паўсядзённых электронных прылад да межаў навуковых даследаванняў.