鏡片鍍膜

  一、 耐磨損膜（硬膜）

  無論是無機材料還是有機材料製成的眼鏡片，在日常的使用中，由於(yu) 與(yu) 灰塵或砂礫（氧化矽）的摩擦都會(hui) 造成鏡片磨損，在鏡片表麵產(chan) 生劃痕。與(yu) 玻璃片相比，有機材料製成的硬性度比較低，更易產(chan) 生劃痕。通過顯微鏡，我們(men) 可以觀察到鏡片表麵的劃痕主要分為(wei) 二種，一是由於(yu) 砂礫產(chan) 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(chan) 生的劃痕，深且周邊粗糙，處於(yu) 中心區域則會(hui) 影響視力。

  （1）技術特征

   1）*代抗磨損膜技術

  抗磨損膜始於(yu) 20世紀70年代初，當時認為(wei) 玻璃鏡片不易磨製是因為(wei) 其硬度高，而有機鏡片則太軟所以容易磨損。因此將石英材料於(yu) 真空條件下鍍在有機鏡片表麵，形成一層非常硬的抗磨損膜，但由於(yu) 其熱脹係數與(yu) 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年代以後，研究人員從(cong) 理論上發現磨損產(chan) 生的機理不僅(jin) 僅(jin) 與(yu) 硬度相關(guan) ，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麵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年代以後發展起來的，主要是為(wei) 了解決(jue) 有機鏡片鍍上減反射膜層後的耐磨性問題。由於(yu) 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(wei) 在兩(liang) 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衝(chong) 作用，並而不容易產(chan) 生劃痕。第三代抗磨損膜層材料的硬度介於(yu) 減反射膜和鏡片片基的硬度之間，其磨擦係數低且不易脆裂。

   4）第四代抗磨損膜技術

  第四代的抗膜技術是采用了矽原子，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，又含有包括矽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。現代的鍍抗磨損膜技術zui主要的是采用浸泡法，即鏡片經過多道清洗後，浸入加硬液中，一定時間後，以一定的速度提起。這一速度與(yu) 加硬液的黏度有關(guan) ，並對抗磨損膜層的厚度起決(jue) 定作用。提起後在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zui根本的方法是臨(lin) 床使用，讓戴鏡者配戴一段時間，然後用顯微鏡觀察並比鏡片的磨損情況。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(men) 常用的較迅速、直觀的測試方法是：

   1）磨砂試驗

  將鏡片置於(yu) 盛有砂礫的宣傳(chuan) 品內(nei) （規定了砂礫的粒度和硬度)，在一定的控製下作來回磨擦。結束後用霧度計測試鏡片磨擦前後的光線漫反射量，並且與(yu) 標準鏡片作比較。

   2）鋼絲(si) 絨試驗

  用一種規定的鋼絲(si) 絨，在一定的壓力和速度下，在鏡片表麵上磨擦一琿的次數，然後用霧度計測試鏡片磨擦前後的光線漫反射量，並且與(yu) 標準鏡片作比較。當然，我們(men) 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，然後用肉眼觀察和比較。

  上述兩(liang) 種測試方法的結果與(yu) 戴鏡者長期配戴的臨(lin) 床結果比較接近。

   3）減反射膜和抗磨損膜的關(guan) 係 

  鏡片表麵的減反射膜層是一種非常薄的無機金屬氧化物材料（厚度低於(yu) 1微米），硬且脆。當鍍於(yu) 玻璃鏡片上時，由於(yu) 片基比較硬，砂礫在其上麵劃過，膜層相對不容易產(chan) 生劃痕；但是減反射膜鍍於(yu) 有機鏡片上時，由於(yu) 片基較軟，砂礫在膜層上劃過，膜層很容易產(chan) 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(liang) 種膜層的硬度必須相匹配。

  二、 減反射膜

  （1）為(wei) 什幺需要鍍減反射膜？

   1）鏡麵反射 

  光線通過鏡片的前後表麵時，不但會(hui) 產(chan) 生折射，還會(hui) 產(chan) 生反射。這種在鏡片前表麵產(chan) 生的反射光會(hui) 使別人看戴鏡者眼睛時，看到的卻是鏡片表麵一片白光。拍照時，這種反光還會(hui) 嚴(yan) 重影響戴鏡者的美觀。

   2）鬼影 

  眼鏡光學理論認為(wei) 眼鏡片屈光力會(hui) 使所視物體(ti) 在戴鏡者的遠點形成一個(ge) 清晰的像，也可以解釋為(wei) 所視物的光線通過鏡片發生偏折並聚集於(yu) 視網膜上，形成像點。但是由於(yu) 屈光鏡片的前後表麵的曲率不同，並且存在一定量的反射光，它們(men) 之間會(hui) 產(chan) 生內(nei) 反射光。內(nei) 反射光會(hui) 在遠點球麵附近產(chan) 生虛像，也就是在視網膜的像點附近產(chan) 生虛像點。這些虛像點會(hui) 影響視物的清晰度和舒適性。

   3）眩光 

  象所有光學係統一樣，眼睛並不，在視網膜上所成的像不是一個(ge) 點，而是一個(ge) 模糊圈。因此，二個(ge) 相鄰點的感覺是由二個(ge) 並列的或多或少重迭的模糊圈產(chan) 生的。隻要二點之間的距離足夠大，在視網膜上的成像就會(hui) 產(chan) 生二點的感覺，但是如果二點太接近，那幺二個(ge) 模糊圈會(hui) 趨向與(yu) 重合，被誤認為(wei) 是一個(ge) 點。   對比度可以用來反映這種現象，表達視力的清晰度。對比值必須大於(yu) 某一確定值（察覺閾，相當於(yu) 1－2）才能夠確保眼睛辨別二個(ge) 鄰近點。

  對比度的計算公式為(wei) ：D＝（a-b)/(a+b)

其中C為(wei) 對比度，二個(ge) 相鄰物點在視網膜上所成像的感覺zui高值為(wei) a,相鄰部份的zui低值為(wei) b。如果對比度C值越高，說明視覺係統對該二點的分辨率越高，感覺越清晰；如果二個(ge) 物點非常接近，它們(men) 的相鄰部分的zui低值比較接近於(yu) zui高值，則C值低，說明視覺係統對該二點感到不清晰，或不能清晰分辨。

  讓我們(men) 來模擬這樣一個(ge) 場景產(chan) ：夜晚，一位戴眼鏡的駕車者清晰地看見對麵遠處有二輛自行車正衝(chong) 著他的車騎過來。此時，尾隨其後的汽車的前燈在駕車者鏡片後表麵上產(chan) 生反射：該反射光在視網膜上形成的像增加了二個(ge) 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，於(yu) 是就引起了

C值的減少。對比減小的結果會(hui) 令駕駛員zui初產(chan) 生的存在二個(ge) 騎車人的感覺重合成為(wei) 單一的像，就好比區分它們(men) 的角度被突然減小！

   4）透過量 

  反射光占入射光的百分比取決(jue) 於(yu) 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：鏡片的單麵反射量  n：鏡片材料的折射率

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

  鏡片有兩(liang) 個(ge) 表麵，如果R1為(wei) 鏡片前表麵的量，R2為(wei) 鏡片後表麵的反射量，則鏡片的總反射量R＝R1＋R2。（計算R2的反射量時，入射光為(wei) 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(hui) 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幹涉現象為(wei) 基礎的。二個(ge) 振幅相同，波長相同的光波迭加，那幺光波的振幅增強；如果二個(ge) 光波原由相同，波程相差，如果這二個(ge) 光波迭加，那幺互相抵消了。減反射膜就是利用了這個(ge) 原理，在鏡片的表麵鍍上減反射膜，使得膜層前後表麵產(chan) 生的反射光互相幹擾，從(cong) 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於(yu) 鏡片片基材料折射率的平方根。

   2）位相條件 

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

對於(yu) 減反射膜層，許多眼鏡片生產(chan) 商采用人眼敏感度較高的光波（波長為(wei) 555nm)。當鍍膜的厚度過薄（<139nm),反射光會(hui) 顯出淺棕黃色，如果呈藍色則表示鍍膜的厚度過厚（>139nm）。

  鍍膜反射膜層的目的是要減少光線的反射，但並不可能做到沒有反射光線。鏡片的表麵也總會(hui) 有殘留的顏色，但殘留顏色哪種是的，其實並沒有標準，目前主要是以個(ge) 人對顏色的喜好為(wei) 主，較多為(wei) 綠色色係。

  我們(men) 也會(hui) 發現殘留顏色在鏡片凸麵與(yu) 凹麵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(wei) 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(hui) 發黃，隨後很快分解。

  可以用於(yu) 玻璃鏡片的減反射膜材料通常采用氟化鎂（MgF2），但由於(yu) 氟化鎂的鍍膜工藝必須在高於(yu) 200°C的環境下進行，否則不能附著於(yu) 鏡片的表麵，所以有機鏡片並不采用它。

  20世紀90年代以後，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(yu) 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於(yu) 樹脂鏡片的表麵，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，並采用

超聲波加強清洗效果，當鏡片清洗完後，放進真空艙內(nei) ，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麵。zui後的清洗是在真空艙內(nei) ，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麵。zui後的清洗是在真空艙內(nei) 鍍前進行的，放置在真空艙內(nei) 的離子槍將轟擊鏡片的表麵（例如用氬離子），完成此道清洗工序後即進

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於(yu) 鏡片的表麵，同時在蒸發過程中，對鍍膜材料的化學成分能嚴(yan) 密控製。真空蒸發工藝能夠對於(yu) 膜層的厚度控製，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(guan) 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(si) 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、 抗汙膜（頂膜） 

  （1）原理 

  鏡片表麵鍍有多層減反射膜後，鏡片特別容易產(chan) 生汙漬，而汙漬會(hui) 破壞減反射膜的減反射效果。在顯微鏡下，我們(men) 可以發現減反射膜層呈孔狀結構，所以油汙特別容易浸潤至減反射膜層。解決(jue) 的方法是在減反射膜層上再鍍一層具有抗油汙和抗水性能的頂膜，而且這層膜必須非常薄，以使其不會(hui) 改變減反射膜的光學性能。

  （2）工藝

  抗汙膜的材料以氟化物為(wei) 主，有二種加工方法，一種是浸泡法，一種是真空鍍膜，而zui常見的方法是真空鍍膜。而zui常用的方法是真空鍍膜。當減反射膜層完成後，可使用蒸發工藝將氟化物鍍於(yu) 反射膜上。抗汙膜可將多孔的減反射膜層覆蓋起來，並且能夠將水和油與(yu) 鏡片的接觸麵積減少，使油和水滴不易粘附於(yu) 鏡片表麵，因此也稱為(wei) 防水膜。

  對於(yu) 有機鏡片而言，理想的表麵係統處理應該是包括抗磨損膜、多層減反射膜和頂膜抗汙膜的複合膜。通常抗磨損膜鍍層zui厚，約為(wei) 3－5um，多層減反射膜的厚度約為(wei) 0.3um，頂層抗汙臘鍍zui薄，約為(wei) 0.005－0.01um。以法國依視路公司的鑽晶（crizal)，複合膜為(wei) 例，在鏡片的片基上首先鍍上具有有機矽的耐磨損膜；然後采用IPC的技術，用離子轟擊進行鍍減反射膜前的預清洗；清洗後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製；zui後再鍍上具有110的接觸角度的頂膜。鑽晶複合膜技術的研製成功表明了有機鏡片的表麵處理技術達到了一個(ge) 新的高度。