Исследования по обработке оптического стекла велись главным образом в Государственном оптическом институте имени С.И. Вавилова. Среди ведущих Советских специалистов, внесших значительный вклад в развитие отечественной оптико-механической промышленности, в первую очередь можно назвать И.Е. Александрова, Н.Н. Качалова, И.И. Китайгородского, А.Л. Ардамацкого, В.Н. Бакуля, К.Г. Куманина, Т.П. Капустину и других. Следует отметить педагогическую деятельность профессора А.Н. Бардина в становлении не одного поколения советских специалистов оптиков-механиков.
Характеризуя последующее развитие производства изделий очковой оптики, можно сформулировать следующие основные тенденции:
– дальнейшее увеличение производства изделий очковой оптики, так как очки стали не только средством коррекции зрения, но и аксессуаром человека;
– расширение ассортимента сложных очковых линз и увеличение диаметра всех выпускаемых линз;
– широкое внедрение очковых линз различных типов, изготовляемых из прозрачных полимерных материалов с повышенной механической прочностью поверхностного слоя;
– применение при формообразовании очковых линз зональных поверхностей Френеля;
– использование при изготовлении контактных линз полимеров, содержащих гель, – получение полумягких контактных линз;
– применение этрола и других пластических масс, при изготовлении оправ, а также широкое использование металлов с декоративным покрытием.
Развитие технологии изготовления оптических деталей проходит по следующим направлениям:
1. Создание инструментов из сверхтвёрдых материалов, синтетических и полимерных материалов, появления абразивных порошков и других материалов с улучшенными технологическими свойствами определило возможность разработки принципиально новых видов станков, работающих на интенсивных и скоростных режимах. Это позволило создавать оборудование, в котором качество осуществления технологического процесса определяется не столько квалификацией оптика, сколько самим станком, работающим в полуавтоматическом и автоматическом режимах. Благодаря этому открываются возможности дальнейшего сокращения трудоёмкости и увеличения объёма производства оптических деталей.
2. Интенсивно ведутся работы по механизации и автоматизации всех технологических операций (основных и вспомогательных), таких как фасетирование очковых линз, окончательная промывка деталей, очистка и промывка наклеечного инструмента. Осуществляется переход к новому принципу производства оптических деталей, когда автоматизированное оборудование с учётом технологической последовательности объединяется в поточную или автоматизированную линию.
3. Следует отметить ещё одно направление автоматизации технологического процесса, особенно для линз с астигматической и асферической поверхностью, – создание программных станков с обратной связью, корректирующей программу формообразования. За последнее время возрастает номенклатура оборудования, повышается её точность, усложняются конструкции за счёт применения электрических, пневматических, гидравлических, вакуумных узлов и агрегатов. При этом значительно возрастает значение типового размерного ряда оборудования с базовой моделью и возможно большей степенью унификации деталей и узлов. Одновременно с этим наблюдается тенденция к созданию агрегатных станков – компоновка станков в зависимости от условий и потребности производства из необходимого числа единичных модулей. А теперь немного о технологиях, которые развивались с течением времени, совершенствовались с ходом истории.
Для многих людей есть необходимость в коррекции зрения. Причин этому может быть множество: наследственность, ухудшение зрения в процессе жизни связанное с перенапряжением глазных мышц, болезни и травмы. А так как человек около 90% информации об окружающем мире получает благодаря зрению, то его качество, бесспорно, играет очень важную роль. Вне зависимости от причин ухудшения зрения формально существует три способа коррекции зрения: хирургическая коррекция, коррекция с помощью коррегирующих очков и контактных линз. В каждом случае человек сам выбирает, каким способом ему воспользоваться. Наиболее распространённый способ коррекции зрения – это коррегирующие очки.
Коррегирующие очки состоят из двух частей: оправы и двух очковых линз. Оправы для коррегирующих очков делают из двух материалов: сплавов различных металлов и полимеров. Существуют три основных способа крепления линз в оправе. В зависимости от способа крепления оправы их делят на три вида: ободковые, лесочные и винтовые. В зависимости от типа оправы изготавливают очки из различных материалов: стекло и пластик. Для изготовления стеклянных линз используются различные марки стекла, такие как К-8 и БОК-3. За последнее десятилетие изготовление стеклянных линз по всему миру значительно сократилось. Этому послужили две основных причины: необходимость использования больших производственных площадей и дороговизны процесса варки оптического стекла. Для варки такого стекла применяются титановые печи, которые должны работать всегда. Если на короткое время остановить эту процедуру, то части оптического стекла затвердеют на поверхности титановой печи, и печь будет непригодна для дальнейшего использования, поэтому изготовление полимерных линз оказывается намного проще и дешевле. Современные полимерные линзы получаются в результате смешивания двух жидких компонентов, после смешивания которых, получившийся состав заливают в специальные формы, в которых получаются готовые линзы. За счёт соотношения кривизны внутренних сторон этой формы получается очковая линза с фиксированной кривизной внешней и внутренней поверхностей. Благодаря специальному соотношению кривизны двух этих поверхностей достигается необходимая оптическая сила линзы. Оптическая сила линзы измеряется в диоптриях. Очковые линзы производятся с шагом равным 0,25 диоптрий. Для линз с большой оптической силой (более 10 диоптрий) осуществляется шаг размером 0,5 единицы. Для коррекции дальнего зрения применяются линзы с отрицательными диоптриями, а для коррекции ближнего зрения – с положительными. В зависимости от знака диоптрий отличаются поверхности задней и передней поверхностей линзы. У минусовой линзы задняя поверхность вогнутая, а передняя – выгнутая, но при увеличении оптической силы до 6 диоптрий и далее, она становится плоской. У плюсовой линзы передняя поверхность выгнутая, задняя – вогнутая, но при увеличении оптической силы до 8 диоптрий и далее, она становится плоской. В результате центр минусовой линзы тоньше, чем край, а у плюсовой край тоньше центральной части.
Прежде чем очковая линза получит законченный вид необходимо произвести обработку её поверхностей. Для этого используется полуготовая линза, называемая заготовкой, определяющей кривизну передней и задней поверхностей. Прежде чем из заготовки получится готовая линза, необходимо произвести полировку и шлифовку обоих поверхностей. Для этого применяется специализированное оборудование. В зависимости от толщины и кривизны заготовки делятся на группы, называемые базой. Технологический процесс изготовления очковой линзы состоит из нескольких операций, выполняемых в строгой последовательности.
Сначала производится обработка передней поверхности, в результате чего создаётся базовая кривизна передней поверхности. Перед этим заготовка блокируется по задней поверхности, затем выполняется обработка передней. В результате этого получается полуготовая линза, называемая полузаготовкой. После того, как создана передняя поверхность нужной кривизны, приступают к обработке задней поверхности. Для этого аналогично блокируется передняя поверхность, а шлифуют и полируют заднюю. Предварительно переднюю поверхность линзы защищают с помощью специального лака, если это стеклянная линза, если же это полимерная линза, то использую особую защитную плёнку. В результате получается готовая линза. Далее выполняется контроль качества этой очковой линзы. Проверяется качество шлифовки и полировки поверхностей, толщина линзы по центру и её оптическая сила.
Толщина линзы измеряется с помощью толщинометра, а оптическая сила – с помощью диоптриометра.
Все очковые линзы имеют круглую форму и определяются следующими диаметрами: 65 или 70 миллиметров. В зависимости от того, какое количество линз надо произвести, применяются различные способы их изготовления. Можно привести два основных способа: серийный и штучный. При серийном изготовлении линз, двухкомпонентный состав заливается в специальную форму, после чего происходит полимеризациялинзы. Штучное же изготовление полимерных линз осуществляется с помощью полузаготовки, у которой передняя поверхность полностью обработана, поэтому выполняется шлифовка и полировка только задней поверхности. Процесс изготовления штучной стеклянной линзы аналогичен процессу технологии изготовления штучной полимерной линзы.
Чем выше оптическая сила линзы, тем она толще по центру или краю. Поэтому в современной оптической промышленности применяются стеклянные и полимерные материалы, имеющие различные коэффициенты преломления. Чем выше коэффициент, тем тоньше линза. Коэффициенты преломления стеклянной линзы из БОК-3 равен 1,523. Существуют более современные марки стекла, у которых этот коэффициент достигает 1,6 и 1,7. Наиболее распространённый материал полимерной линзы имеющий маркировку СR-39 имеет коэффициент преломления 1,49. Более современные варианты полимерных линз имеют следующие коэффициенты: 1,56; 1,61, 1,67 и 1,74.
Очковые линзы производящиеся из стекла имеют значительно большую массу по сравнению с полимерными линзами, но в отличие от них более устойчивы к механическим повреждениям передней и задней поверхностей, но стеклянная линза является более хрупкой, чем полимерная. Для того чтобы защитить поверхности полимерной линзы от царапин применяются специальные покрытия. Они наносятся двумя разными способами: напылением в вакууме, лакированием. При лакировании линза либо опускается в жидкий лак, либо лак наносится специальным оборудованием. Для более быстрого затвердевания лака применяется ультрафиолетовое излучение. Помимо упрочняющих покрытий в современной оптике применяются просветляющие, гидрофобные, антистатические покрытия. Просветляющие покрытия предназначены для уменьшения отражения света от поверхностей линзы. Как правило, просветляющее покрытие наносится на линзу от двух до девяти слоёв. Каждый из слоёв позволяет снизить отражение света имеющего определённую длину волны. Чем больше слоёв – тем качественней покрытие. Гидрофобное покрытие предназначено для защиты поверхности линзы от загрязнения и разводов жидкости на линзе. Антистатические покрытия предназначены для предотвращения скапливания электрических зарядов на линзе, что приводит к её быстрому загрязнению. Ещё из школьных опытов известно, что потёртая эбонитовая палочка прекрасно притягивает маленькие кусочки бумаги и пыль, а для линзы это вовсе излишняя способность. Помимо специальных покрытий применяются различные декоративные покрытия. Они наносятся для придания линзе определённого цвета.
Для защиты от ультрафиолетового излучения используются специальные покрытия. Так же эти покрытия дают дополнительную защиту от ультрафиолетовых лучей. Если необходимо добиться защиты от УФ без изменения цвета, то применяется особое прозрачное покрытие. К специальным покрытиям относят покрытия, имеющие узкую направленность, например для защиты от разных видов излучения. Даже для защиты от инфракрасного и электромагнитного излучений. Так же существуют покрытия, которые предназначены для защиты и восстановления зрения после операций на глазах, вызванных заболеваниями типа катаракты или глаукомы. На данный момент оптическая промышленность развивается быстрыми темпами и обещает в будущем изобретать всё более и более совершенные технологии изготовления всех видов линз.