淺析光學鍍膜機的作用有哪些？

光學鏡片鍍膜

一、 耐磨損膜（硬膜）

無論是無機材料還是有機材料制成的眼鏡片，在日常的使用中，由于與灰塵或砂礫（氧化硅）的摩擦都會造成鏡片磨損，在鏡片表面產生劃痕。與玻璃片相比，

有機材料制成的硬性度比較低，更易產生劃痕。通過顯微鏡，我們可以觀察到鏡片表面的劃痕主要分為二種，一是由于砂礫產生的劃痕，淺而細小，戴鏡者不容易察覺；另一種是由較大砂礫產生的劃痕，深且周邊粗糙，處于中心區域則會影響視力。

（1）技術特征

1）第一代抗磨損膜技術

抗磨損膜始于20世紀70年代初，當時認為玻璃鏡片不易磨制是因為其硬度高，而有機鏡片則太軟所以容易磨損。因此將石英材料于真空條件下鍍在有機鏡片表面，形成一層非常硬的抗磨損膜，但由于其熱脹系數與片基材料的不匹配，很容易脫膜和膜層脆裂，因此抗磨損效果不理想。

2）第二代抗磨損膜技術

20世紀80年代以后，研究人員從理論上發現磨損產生的機理不僅僅與硬度相關，膜層材料具有“硬度/形變”的雙重特性，即有些材料的硬度較高，但變形較小，而有些材料硬度較低，但變形較大。第二代的抗磨損膜技術就是通過浸泡工藝法在有機鏡片的表面鍍上一種硬度高且不易脆裂的材料。

3）第三代抗磨損膜技術

第三代的抗磨損膜技術是20世紀90年代以后發展起來的，主要是為了解決有機鏡片鍍上減反射膜層后的耐磨性問題。由于有機鏡片片基的硬度和減反射膜層的硬度有很大的差別，新的理論認為在兩者之間需要有一層抗磨損膜層，使鏡片在受到砂礫磨擦時能起緩沖作用，并而不容易產生劃痕。第三代抗磨損膜層材料的硬度介于減反射膜和鏡片片基的硬度之間，其磨擦系數低且不易脆裂。

4）第四代抗磨損膜技術

第四代的抗膜技術是采用了硅原子，例如法國依視路公司的帝鍍斯（TITUS）加硬液中既含有有機基質，又含有包括硅元素的無機超微粒物，使抗磨損膜具備韌性的同時又提高了硬度?，F代的鍍抗磨損膜技術最主要的是采用浸泡法，即鏡片經過多道清洗后，浸入加硬液中，一定時間后，以一定的速度提起。這一速度與加硬液的黏度有關，并對抗磨損膜層的厚度起決定作用。提起后在100 °C左右的烘箱中聚合4－5小時，鍍層厚約3－5微米。

（2）測試方法

判斷和測試抗磨損膜耐磨性的最根本的方法是臨床使用，讓戴鏡者配戴一段時間，然后用顯微鏡觀察并比鏡片的磨損情況。當然，這通常是在這一新技術正式推廣前所采用的方法，目前我們常用的較迅速、直觀的測試方法是：

1）磨砂試驗

將鏡片置于盛有砂礫的宣傳品內（規定了砂礫的粒度和硬度)，在一定的控制下作來回磨擦。結束后用霧度計測試鏡片磨擦前后的光線漫反射量，并且與標準鏡片作比較。

2）鋼絲絨試驗

用一種規定的鋼絲絨，在一定的壓力和速度下，在鏡片表面上磨擦一琿的次數，然后用霧度計測試鏡片磨擦前后的光線漫反射量，并且與標準鏡片作比較。當然，我們也可以手工操作，對二片鏡片用同樣的壓力磨擦同樣的次數，然后用肉眼觀察和比較。

上述兩種測試方法的結果與戴鏡者長期配戴的臨床結果比較接近。

3）減反射膜和抗磨損膜的關系　

鏡片表面的減反射膜層是一種非常薄的無機金屬氧化物材料（厚度低于1微米），硬且脆。當鍍于玻璃鏡片上時，由于片基比較硬，砂礫在其上面劃過，膜層相對不容易產生劃痕；但是減反射膜鍍于有機鏡片上時，由于片基較軟，砂礫在膜層上劃過，膜層很容易產生劃痕。

因此有機鏡片在鍍減反射膜前必須要鍍抗磨損膜，而且兩種膜層的硬度必須相匹配。

二、 減反射膜

（1）為什么需要鍍減反射膜？

1）鏡面反射　

光線通過鏡片的前后表面時，不但會產生折射，還會產生反射。這種在鏡片前表面產生的反射光會使別人看戴鏡者眼睛時，看到的卻是鏡片表面一片白光。拍照時，這種反光還會嚴重影響戴鏡者的美觀。

2）"鬼影"　

眼鏡光學理論認為眼鏡片屈光力會使所視物體在戴鏡者的遠點形成一個清晰的像，也可以解釋為所視物的光線通過鏡片發生偏折并聚集于視網膜上，形成像點。但是由于屈光鏡片的前后表面的曲率不同，并且存在一定量的反射光，它們之間會產生內反射光。內反射光會在遠點球面附近產生虛像，也就是在視網膜的像點附近產生虛像點。這些虛像點會影響視物的清晰度和舒適性。

3）眩光　

象所有光學系統一樣，眼睛并不完美，在視網膜上所成的像不是一個點，而是一個模糊圈。因此，二個相鄰點的感覺是由二個并列的或多或少重疊的模糊圈產生的。只要二點之間的距離足夠大，在視網膜上的成像就會產生二點的感覺，但是如果二點太接近，那么二個模糊圈會趨向與重合，被誤認為是一個點。

對比度可以用來反映這種現象，表達視力的清晰度。對比值必須大于某一確定值（察覺閾，相當于1－2）才能夠確保眼睛辨別二個鄰近點。

對比度的計算公式為：D＝（a-b)/(a b)

其中C為對比度，二個相鄰物點在視網膜上所成像的感覺最高值為a,相鄰部份的最低值為b。如果對比度C值越高，說明視覺系統對該二點的分辨率越高，感覺越清晰；如果二個物點非常接近，它們的相鄰部分的最低值比較接近于最高值，則C值低，說明視覺系統對該二點感到不清晰，或不能清晰分辨。

讓我們來模擬這樣一個場景產：夜晚，一位戴眼鏡的駕車者清晰地看見對面遠處有二輛自行車正沖著他的車騎過來。此時，尾隨其后的汽車的前燈在駕車者鏡片后表面上產生反射：該反射光在視網膜上形成的像增加了二個被觀察點的強度（自行車車燈）。所以，a段和b段的長度增加，即然分母(a b)增加，而分子（a-b)保持不變，于是就引起了C值的減少。對比減小的結果會令駕駛員最初產生的存在二個騎車人的感覺重合成為單一的像，就好比區分它們的角度被突然減??！

4）透過量　

反射光占入射光的百分比取決于鏡片材料的折射率，可通過反射量的公式進行計算。

反射量公式：R＝（n-1)平方/(n 1)平方

R：鏡片的單面反射量 n：鏡片材料的折射率

例如普通樹脂材料的折射率為1.50，反射光R＝（1.50－1）平方/（1.50＋1）平方＝0.04＝4%。

鏡片有兩個表面，如果R1為鏡片前表面的量，R2為鏡片后表面的反射量，則鏡片的總反射量R＝R1＋R2。（計算R2的反射量時，入射光為100%－R1）。鏡片的透光量T＝100%-R1-R2。

由此可見，高折射率的鏡片如果沒有減反射膜，反射光會對戴鏡者帶來的不適感比較強烈。

（2）原理

減反射膜是以光的波動性和干涉現象為基礎的。二個振幅相同，波長相同的光波疊加，那么光波的振幅增強；如果二個光波原由相同，波程相差，如果這二個光波疊加，那么互相抵消了。減反射膜就是利用了這個原理，在鏡片的表面鍍上減反射膜，使得膜層前后表面產生的反射光互相干擾，從而抵消了反射光，達到減反射的效果。

1）振幅條件　

膜層材料的折射率必須等于鏡片片基材料折射率的平方根。

2）位相條件　

膜層厚度應為基準光的1/4波長。d=λ/4 λ=555nm時，d=555/4=139nm

對于減反射膜層，許多眼鏡片生產商采用人眼敏感度較高的光波（波長為555nm)。當鍍膜的厚度過?。ā?39nm),反射光會顯出淺棕黃色，如果呈藍色則表示鍍膜的厚度過厚（ 〉139nm）。

鍍膜機反射膜層的目的是要減少光線的反射，但并不可能做到沒有反射光線。鏡片的表面也總會有殘留的顏色，但殘留顏色哪種是最好的，其實并沒有標準，目前主要是以個人對顏色的喜好為主，較多為綠色色系。

我們也會發現殘留顏色在鏡片凸面與凹面的曲率不同也使鍍膜的速度不同，因此在鏡片中央部分呈綠色，而在邊緣部分則為淡紫紅色或其它顏色。

3）鍍減反射膜技術　

有機鏡片鍍膜的難度要比玻璃鏡片高。玻璃材料能夠承受300 °C以上的高溫，而有機鏡片在超過100 °C時便會發黃，隨后很快分解。

可以用于玻璃鏡片的減反射膜材料通常采用氟化鎂（MgF2），但由于氟化鎂的鍍膜工藝必須在高于200°C的環境下進行，否則不能附著于鏡片的表面，所以有機鏡片并不采用它。

20世紀90年代以后，隨著真空鍍膜技術的發展，利用離子束轟擊技術，使得膜層與鏡片的結合，膜層間的結合得到了改良。而且提煉出的象氧化鈦，氧化鋯等高純度金屬氧化物材料可以通過蒸發工藝鍍于樹脂鏡片的表面，達到良好的減反射效果。

以下對有機鏡片的減反射膜鍍膜技術作一介紹。

1）鍍膜前的準備　

鏡片在接受鍍膜前必須進行預清洗，這種清洗要求很高，達到分子級。在清洗槽中分別放置各種清洗液，并采用超聲波加強清洗效果，當鏡片清洗完后，放進真空艙內，在此過程中要特別注意避免空氣中的灰塵和垃圾再黏附在鏡片表面。最后的清洗是在真空艙內，在此過程中要特別注意避免空氣中的灰塵和垃圾再黏附在鏡片表面。最后的清洗是在真空艙內鍍前進行的，放置在真空艙內的離子槍將轟擊鏡片的表面（例如用氬離子），完成此道清洗工序后即進行減反射膜的鍍膜。

2）真空鍍膜　

真空蒸發工藝能夠保證將純質的鍍膜材料鍍于鏡片的表面，同時在蒸發過程中，對鍍膜材料的化學成分能嚴密控制。真空蒸發工藝能夠對于膜層的厚度精確控制，精度達到。

3）膜層牢固性　

對眼鏡片而言，膜層的牢固性是至關重要的，是鏡片重要的質量指標。鏡片的質量指標包括鏡片抗磨損、抗文化館、抗溫差等。因此現在有了許多針對性的物理化學測試方法，在模擬戴鏡者的使用條件下，對鍍膜鏡片進行膜層牢度質量的測試。這些測試方法包括：鹽水試驗、蒸汽試驗、去離子水試驗、鋼絲絨磨擦試驗、溶解試驗、黏著試驗、溫差試驗和潮濕度試驗等等。

三、 抗污膜（頂膜）　

（1）原理　

鏡片表面鍍有多層減反射膜后，鏡片特別容易產生污漬，而污漬會破壞減反射膜的減反射效果。在顯微鏡下，我們可以發現減反射膜層呈孔狀結構，所以油污特別容易浸潤至減反射膜層。解決的方法是在減反射膜層上再鍍一層具有抗油污和抗水性能的頂膜，而且這層膜必須非常薄，以使其不會改變減反射膜的光學性能。

（2）工藝

抗污膜的材料以氟化物為主，有二種加工方法，一種是浸泡法，一種是真空鍍膜，而最常見的方法是真空鍍膜。而最常用的方法是真空鍍膜。當減反射膜層完成后，可使用蒸發工藝將氟化物鍍于反射膜上?？刮勰た蓪⒍嗫椎臏p反射膜層覆蓋起來，并且能夠將水和油與鏡片的接觸面積減少，使油和水滴不易粘附于鏡片表面，因此也稱為防水膜。

對于有機鏡片而言，光學鍍膜機理想的表面系統處理應該是包括抗磨損膜、多層減反射膜和頂膜抗污膜的復合膜。通?？鼓p膜鍍層最厚，約為3－5mm，多層減反射膜的厚度約為0.3um，頂層抗污臘鍍最薄，約為0.005－0.01mm。以法國依視路公司的鉆晶（crizal)，復合膜為例，在鏡片的片基上首先鍍上具有有機硅的耐磨損膜；然后采用IPC的技術，用離子轟擊進行鍍減反射膜前的預清洗；清洗后采用高硬度的二氧化鋯（ZrO2)等材料進行多層減反射膜層的真空鍍制；最后再鍍上具有110的接觸角度的頂膜。鉆晶復合膜技術的研制成功表明了有機鏡片的表面處理技術達到了一個新的高度。