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1、,第十二章 镜片材料及表面处理,镜 片 制 造,对于不同的材料，眼镜片的制造技术本质上虽各不相同，但总的方法不外乎是直接制成“成品”，或制成“半成品”。“成品”即“现片”，已具有屈光力，可直接用于割边、装框；而半成品即是所谓的一种表面研磨好的厚镜片，在需要时根据处方再加工后表面，制成相应的屈光度。,玻 璃 片 的 制 造,无论选用何种材料，玻璃镜片的制造是对所提供的玻璃毛坯进行前、后表面的处理。制造时先将炉内熔化的各类成分制成坯料，然后形成有精确曲率的前、后表面，从而生产出“成品”。,玻 璃 片 的 制 造,对镜片前、后表面的处理可以分成三个阶段:阶段1：粗磨 使用钻石砂轮研磨镜片以获得一定的
2、厚度和曲率。经过粗磨的镜片已基本定型，但表面仍是粗糙、半透明的。,玻 璃 片 的 制 造,阶段2：精磨 净化镜片表面的颗粒，但不改变其曲率半径。镜片与已贴有研磨衬垫或与研磨片的模具接触，所采用模具的半径与所磨镜片的曲率半径一致。镜片的模具随着润滑液冷却同时转动，在持续了数分钟的操作结束后，镜片应具有所需的精确厚度和曲率，但表面仍不是非常光滑。,玻 璃 片 的 制 造,阶段3：抛光：操作的最后阶段，目的是为镜片提供透明度。该阶段类似于先前的操作，但会留有非常细小颗粒的抛光片和研磨液。在工业上，加工镜片的前表面（无论设计是球面、非球面、双光或渐进）通常采用批量生产，而加工镜片的后表面（仅指球面或环
3、曲面）则是根据数量采用个别或连续的生产工艺。,树 脂 片 的 制 造,热固性材料（以热固性树脂中的CR-39为例）由化工产品供应商处获得液态单体后，再根据以下工序进行制造；单体准备：过滤、排气、加入催化剂 装配：可通过圆形环（垫圈）压缩和夹子紧固定，也可使用专门胶带装配的由两部分玻璃或金属组成的模子,树 脂 片 的 制 造,填料：在由两部件组成的模子空间内注入液态单体；聚合：将注满单体的模子放入炉内接受几小时的热循环固化，对于某些材料可用紫外线照射数分钟，以使树脂逐渐固化；开模：除去夹子或胶带，分开模子，取出镜片。,树 脂 片 的 制 造,热塑性材料 对该材料进行磨削和磨边时必须小心，它与CR
4、-39的工艺不同。以聚碳酸酯为例，热塑性材料的制造工艺是将由透明颗粒组成的原材料加热后注入镜片模子。该技术是通过加热液化原材料，再使用活塞将其注入金属或玻璃模子。在整个制造过程中，螺杆不但起了活塞的作用，通过各通道将热材料推入模腔，而且确保了注入模腔内的材料的可塑性。在注入和冷却一段时间后，打开模子，取出镜片。,树 脂 片 的 制 造,具体的制造步骤如下：1）材料准备：用热气吹干颗粒，并将材料加入压力机；2）设置压力机：取出模子，设置压力、模子温度、注射和冷却的时间，并加热材料（大约到3000C）;3）注射：通过压力将熔化的材料注入模子；4）冷却：通过模子传导使材料固化；5）开模：打开压力和模
5、子，取出镜片。,镜 片 镀 膜,耐磨损膜（加硬膜）第一代抗磨损膜技术：第二代抗磨损膜技术：第三代抗磨损膜技术：第四代抗磨损膜技术：,减 反 射 膜,二、减反射膜（1）为什么需要镀减反射膜？镜面反射 光线通过镜片的前后表面时，不但会产生折射，还会产生反射。这种在镜片前表面产生的反射光会使别人看戴镜者眼睛时，看到的却是镜片表面一片白光。拍照时，这种反光还会严重影响戴镜者的美观。,减 反 射 膜,鬼影 眼镜光学理论认为眼镜片屈光力会使所视物体在戴镜者的远点形成一个清晰的像，也可以解释为所视物体的光线通过镜片发生偏折并聚集于视网膜上，形成像点。但是由于屈光镜片的前后表面的曲率不同，并且存在一定量的反射
6、光，它们之间会产生内反射。内反射光会在远点球面附近产生虚像，也就是在视网膜的像点附近产生虚像点。这些虚像点会影响视物的清晰度和舒适性。,减 反 射 膜,眩光 定义：在视野内由于远大于眼睛可适应的照明而引起的烦恼、不适或丧失视觉表现的感觉。眩光的光源分为直接的，如太阳光、太强的灯光等，和间接的，如来自光滑物体表面（高速公路路面或水面等）的反光。根据眩光产生的后果主要归结为三种类型：不适型眩光、光适应型眩光和失能型眩光。,减 反 射 膜,不适型眩光：是指在某些太亮的环境下感觉到的不适，只引起视觉上的不舒适，并不影响视功能或可见度的眩光。在室内外照明中普遍存在，例如坐在强太阳光下看书或在一间漆黑的房
7、子里看高亮度的电视，当人眼的视野必须在亮度相差很大的环境中相互转换时，就会感到不适。这种不舒服的情况会引起眼的一种逃避动作而使视力下降。,减 反 射 膜,光适应型眩光：指的是当人从黑暗的电影院（或地下遂道）走入阳光下双眼视觉下降的一种现象。主要原因是由于强烈的眩光源在人眼的视网膜上形成中央暗点，引起长时间的视物不清。当某些人患有眼底疾病（尤其是黄斑病变）时，由于视网膜上光感受细胞的明适应功能受到损害，对这种眩光的反应会更重。,减 反 射 膜,失能型眩光：是指由于周边凌乱的眩光源引起人眼视网膜像对比度下降从而导致大脑对像的解析困难的一种现象，类似于幻灯机在墙上的投影受到旁边强光的干扰而导致成像质
8、量下降的表现。,减 反 射 膜,如果眩光是由普通光源形成的，则可以配带一些能滤掉特定短波长光线的滤光镜片来保持视网膜像的质量，由于这种镜片能消除多余的散射光，就能够增加对比敏感度，使人感觉视物更清晰，但同时要注意这种镜片也会带给配带者色觉上的一些干扰和紊乱。,减 反 射 膜,如果怀疑引起丧能型眩光的原因是人眼晶体吸收处理紫外线的能力下降，这时就需配带能过滤掉400nm以下波长紫外线的眼镜来解决这一问题；而生活中如阳光下高速公路路面、雪地和沙滩上的反光引起的眩光则可以配带偏振光眼镜来消除疲劳，增强视力.,减 反 射 膜,透光率 反射光占入射光的百分比取决于镜片材料的折射率，可通过反射量的公式进行
9、计算：反射量公式：R（n-1)2/(n+1)2R：镜片的单面反射量n：镜片材料的折射率,减 反 射 膜,例如普通树脂材料的折射率为1.50，反射光R（1.501）2/（1.501）20.044%。镜片有两个表面，如果R1为镜片前表面的反射量，R2为镜片后表面的反射量，则镜片的总反射量RR1R2。（计算R2的反射量时，入射光为100%R1）。镜片的透光量T100%-R1-R2。由此可见，高折射率的镜片如果没有减反射膜，反射光对戴镜者带来的不适感比较强烈。,减 反 射 膜,镀减反射膜原理 是以光的波动性和干涉现象为基础的。二个振幅相同，波长相同的光波叠加，那么光波的振幅增强；如果二个光波振幅相同，
10、波程相差/2，这二个光波叠加，那么互相抵消了。减反射膜就是利用了这个原理，在镜片的表面镀上减反射膜，使得膜层前后表面产生的反射光互相干扰，从而抵消了反射光，达到减反射的效果。,减 反 射 膜,振幅条件 膜层材料的折射率必须等于镜片片基材料折射率的平方根。位相条件 膜层厚度应为基准光的1/4波长。d=/4例:=555nm时，d=555/4=139nm对于减反射膜层，许多眼镜片生产商采用人眼敏感度较高的光波（波长为555nm)。当镀膜的厚度过薄（139nm),反射光会显出浅棕黄色，如果呈蓝色则表示镀膜的厚度过厚（139nm）。,减 反 射 膜,镀减反射膜层的目的是要减少光线的反射，但并不可能做到没
11、有反射光线。镜片的表面也总会有残留的颜色，但残留颜色哪种是最好的，其实并没有标准，目前主要是以个人对颜色的喜好为主，较多为绿色色系。我们也会发现残留颜色在镜片凸面与凹面会有差异，曲率不同使镀膜的速度不同，因此在镜片中央部分呈绿色，而在边缘部分则为淡紫红色或其它颜色。,减 反 射 膜,镀减反射膜技术有机镜片镀膜的难度要比玻璃镜片高。玻璃材料能够承受300 0C以上的高温，而有机镜片在超过100 0C时便会发黄，随后很快分解。可以用于玻璃镜片的减反射膜材料通常采用氟化镁（MgF2），但由于氟化镁的镀膜工艺必须在高于2000C的环境下进行，否则不能附着于镜片的表面，所以有机镜片并不采用它。,减 反
12、射 膜,20世纪90年代以后，随着真空镀膜技术的发展，利用离子束轰击技术，使得膜层与镜片的结合，膜层间的结合得到了改良。而且提炼出的氧化钛，氧化锆等高纯度金属氧化物材料可以通过蒸发工艺镀于树脂镜片的表面，达到良好的减反射效果。,减 反 射 膜,镀膜前的准备 镜片在接受镀膜前必须进行预清洗，这种清洗要求很高，达到分子级。在清洗槽中分别放置各种清洗液，并采用超声波加强清洗效果，当镜片清洗完后，放进真空舱内，在此过程中要特别注意避免空气中的灰尘和垃圾再黏附在镜片表面。最后的清洗是在真空舱内镀膜进行的，放置在真空舱内的离子枪将轰击镜片的表面（例如用氩离子），完成此道清洗工序后即进行减反射膜的镀膜。,减
13、 反 射 膜,真空镀膜 真空蒸发工艺能够保证将纯质的镀膜材料镀于镜片的表面，同时在蒸发过程中，对镀膜材料的化学成分能严密控制。真空蒸发工艺能够对于膜层的厚度精确控制，精度达到+5A。,减 反 射 膜,膜层牢固性 对眼镜片而言，膜层的牢固性是至关重要的，是镜片重要的质量指标。镜片的质量指标包括镜片抗磨损、抗腐蚀、抗温差等。因此现在有了许多针对性的物理化学测试方法，在模拟戴镜者的使用条件下，对镀膜镜片进行膜层牢固度质量的测试。,减 反 射 膜,减反射膜和抗磨损膜的关系 镜片表面的减反射膜层是一种非常薄的无机金属氧化物材料（厚度低于1微米），硬且脆。当镀于玻璃镜片上时，由于片基比较硬，砂砾在其上面划
14、过，膜层相对不容易产生划痕；但是减反射膜镀于有机镜片上时，由于片基较软，砂砾在膜层上划过，膜层很容易产生划痕。因此有机镜片在镀减反射膜前必须要镀抗磨损膜，而且两种膜层的硬度必须相匹配。,抗污膜（顶膜）,抗污膜（顶膜）原理 镜片表面镀有多层减反射膜后，镜片特别容易产生污渍，而污渍会破坏减反射膜的减反射效果。在显微镜下，我们可以发现减反射膜层呈孔状结构，所以油污特别容易浸润至减反射膜层。解决的方法是在减反射膜层上再镀一层具有抗油污和抗水性能的顶膜，而且这层膜必须非常薄，以使其不会改变减反射膜的光学性能。,抗污膜（顶膜）,工艺 抗污膜的材料以氟化物为主，有二种加工方法，一种是浸泡法，一种是真空镀膜，而最常用的方法是真空镀膜。当减反射膜层完成后，可使用蒸发工艺将氟化物镀于反射膜上。抗污膜可将多孔的减反射膜层覆盖起来，并且能够将水和油与镜片的接触面积减少，使油和水滴不易粘附于镜片表面，因此也称为防水膜。,抗污膜（顶膜）,对于有机镜片而言，理想的表面系统处理应该是包括抗磨损膜、多层减反射膜和顶膜抗污膜的复合膜。通常抗磨损膜镀层最厚，约为35um，多层减反射膜的厚度约为0.3um，顶层抗污 膜最薄，约为0.0050.01um。,憎水膜 多层减反射膜、增透膜 磨损膜、辐射膜 磨损膜 多层减反射膜、增透膜 憎水膜、辐射膜,
