镜片制造工艺介绍
2.阿贝数Vd 1)色散——不同波长的光经同一光学玻璃折射后,由于 折射绿不同而分开的现象。 例如:白光(阳光——七色光混合)通过三棱镜后形成 彩虹七色光带。 2)阿贝数Vd 是衡量色散大小的一个指标,习惯上用色散 率的倒数 Vd =(nd-1)/(nF-nc) (nF-nc)——平均色散 nF——氢的F线486.1nm的紫光的折射率 nc——氢的C线656.3nm的红光的折射率 阿贝数Vd 越大→色差越小→镜片品质越好。 3)折射率高的材料,一般色散也较高,配戴此类镜片时, 可能出现成像颜色的偏差,影响视觉效果,例如: 白色物体边缘出现有红至蓝的色带。♀
三.眼镜片折射面的形成 1. 正镜片(凸镜片)折射面的形成。 2. 负镜片(凹透镜)的折射面的形成。
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§1—3 眼镜片的性质 一.正镜片的性质 正镜片为凸透镜,会聚透镜,俗称老光镜、 远视镜等。 1.平行光线通过正镜片后,会聚成一点F`该点F` 称为焦点,焦点F`与镜片的距离称为焦距f`。 2.正镜片的焦点在入射光线的对侧,我们称该焦 距为正焦距,屈光度是焦距的倒数,也为正值。 3.正镜片的中央厚,边缘薄。 4.正镜片与眼睛结合成一个光学系统,使平行光 线经镜片、眼睛折射后,使远视眼焦点过后的 情况得到改的物理机械性能 机械物理性质反映了材料的质量,及对变形与冲击的抵 抗力,常用的有: 1、比重γ(伽玛) 比重——物体的重量与体积温度为4℃的纯水的比重 之比。单位g/cm3(吨/米3) 一般来讲,折射率越高的材料,其比重也越大。 N=1.7光学玻璃超薄镜片比n=1.523光学玻璃普通镜 片厚度虽有减薄,但重量并没有明显下降。 2、硬度:与表面质量有关的机械指标,可用硬度仪来精 确测定,对光学玻璃来说,其硬度约为520kg/平方毫 米显微硬度。 3、抗冲击性;常采用由美国食品与医物管理局(FDA) 规定的落球试验来进行。(即使用一个16克钢球从 1.27米高处对准镜片中心落下)。♀
二.负镜片的性质 负镜片也称为凹透镜,发散透镜,俗称近视 镜。 1.平行光线通过负镜片后发散,不能形成一点。 2.但从发散光线的反向延伸,可在入射光线的同 侧形成焦点F`,我们称该焦距f`为负焦距,屈 光度为负值。 3.负镜片的中央薄,边缘厚。 4.负镜片与眼睛结合成一个光学系统,使平行光 线经镜片、眼睛折射后焦点距离变大,使近视 眼焦点过前的情况得到改善,起光学矫正的效 果。♀
五.按表面设计、加工形式分类 1.球面镜片 2.环曲面镜片 3.非球面镜片 4.缩径镜片(草帽片) 5.等曲率削薄镜片 六.按表面加膜处理分类 1.减反膜 2.加硬膜 3.憎水膜 4.彩色膜 5.保护膜♀
§第二章 眼镜片的材料与性能要求 §2—1 眼镜片的性能要求 一.镜片材料的性能要求。 ► 眼镜是矫正视力、保护眼睛的医疗器具,所 以对镜片材料的要求很高,一般可归纳为以下 要求 1.用来制造镜片的材料的折射率、比重、阿贝数 三要素的物理光学指数,必须达到一定的标准, 而且要稳定。 2.对可见光有较高的透过率,对紫外线、红外线 等有害辐射线有吸收作用。 3.镜片表面耐磨性好,抗老化性能好,化学稳定 性能好,防霉性能好。 4.热膨胀少且易加工。♀
(3)调整匀化:调整是指降温来增高玻璃液粘 度,使其满足成型要求的粘度。均化是指把澄 清池中温度高,粘度小,料质步均匀的玻璃液 在调整匀化池中充分搅拌,使其料质均匀并达 到光学质量的要求。在调整均化中是一边降温, 一边不停搅拌。 (4)玻璃粘液分配:玻璃液由铂金供料管精确 控制温度以调节粘度及流量后流出,用特种钢 的剪刀切成要求重量的料滴。 3.自动压型 : 具有合适粘度及要求重量的玻 璃液料滴,注入模具型腔内,经自动压型机压 制成镜片毛坯。♀
1.无色光学玻璃 1)冕牌玻璃(皇冠玻璃),用K表示,折射率 1.523左右。 2)火石玻璃(低密度高折射率玻璃)用F表示。 折射率为1.6~1.9左右,也就是俗称超薄镜 片。 2.有色光学玻璃。 在无色光学玻璃的原料中加入一种或多种金 属氧化物为着色剂而制成,它具有选择吸收可见 光谱内一定波长范围的光的特性,常用于防护眼 镜(太阳镜,工业防护镜)♀
(3.)PC塑料 化学名称为聚碳酸脂。市场称为太空片, 宇宙片,也是一种热塑性塑料,最大特点是抗 冲击性能好,质轻,其折射率为1.586,比重 为1.20g/cm3,阿贝数V为30,能吸收全部 紫外线。 CR—39镜片,PC镜片的市场远景很好, 是非常理想的光学玻璃的更新换代的新品种。 许多国家都立法,青少年,老年人,司机等配 镜者都必须使用光学塑料镜片,不能采用光学 玻璃镜片,以免镜片碎裂时,伤害眼睛。♀
四:镜片材料的其它性能 1、热性质:如材料的比热,熔点,热膨胀系数 等 2、化学性质;化学稳定性(化稳性),化学成 份均勻性,抗霉变与老化性能等 在诸多的性能中,我们更关注的是镜片材料 三要素:折射率,阿贝数与比重。♀
§2—2 眼镜片的常用材料 镜片材料要透过可见光,所以必须是透明 的,透明不一定就是无色,按需求可以是无色 透明和有色透明。主要材料有三种。 一.天然水晶 水晶又称石英,化学成份为二氧化硅 SiO2纯水晶中的SiO2的含量可达99.99%以 上,水晶的最大优点是透光率高,硬度大,是 光学透镜的优良材料。但由于水晶对各种光线 的高透光率,包括紫外线和红外线的高透过率, 所以是不宜作室外用眼镜片的原因,此外,水 晶晶体有双折射现象n1=1.554,n2=1.553。 所以有复视现象,水晶晶体生长缓慢,价格昂 贵,因此,水晶不是眼镜片的合适材料,目前 已被光学玻璃镜片取代。♀
3)镜片材料的折射率 在真空(空气)中,各色光的光速一 致,但由于每个单色光的波长不相同, 所以在各光密度不同的物质中,速度也 不相同,(波长越短,速度越快,所以, 紫外光折射率最大,红外光折射率最小) 4)折射率不同同一屈光度的镜片厚度也不 相同。折射率越大,镜片厚度(正镜片 中心厚度,负镜片边缘厚度)越小。♀
二.镜片材料的光学性能 1.折射率n。 1)折射——光线从一种透明物体斜射入另一透明 物体,其传播方向改变的现象。 2)折射率: ① 理论上定义:光线在真空中(空气)的传播 速度与光线在某该种透明物体中传播速度之比。 n=真空中的光速/透明物体中的光速。 ② 实验室测定折射率:入射角(入射光线与界 面法线的夹角)正弦值与折射角(出射光线与 界面法线夹角)正弦值之比 n=sin i/sin j♀
三.光学塑料 1.光学塑料是以人工合成树脂为主要成份 再加入各种添加剂而模塑成型的透明高 分子有机化合物。 自从1940年塑料镜片问世以来,由于 它具有重量轻,耐冲击,染色方便等优 点,市场占有率迅速增长,随着科技的 发展,光学塑料镜片的最大缺点:易磨 损问题也可通过表面加硬技术加以解决。
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2.塑料按加热后的特点分为热塑性塑料,热固性 塑料两大类。 (1)热塑性塑料: 加热 → 软化→ 冷却→ 固化。 可逆
三.会聚光线,发散光线都是棱镜折射的 结果。 正镜片与负镜片都可看成是无数多个三 棱镜组成,光线通过三棱镜折向底边, 所以形成了正镜片的会聚光线及负镜片 的发散光线。♀
§1—4 眼镜片的分类 眼镜片的分类,可按用途、材料、性质、规格、 设计、加工等划分。 一.按用途分类 1.矫正视力镜片 单焦点(单光) 多焦点 双焦点(双光) 三焦点(三光) 渐变多焦点(渐进片) 2.遮阳、防护镜片 吸收式 反射式♀
二.光学玻璃。 光学玻璃是熔体经过冷却而获得的一种无 定型物质。具有较高的硬度,较大的脆性,对 可见光有较高的透明度,对紫外线,红外线等 有害辐射线有较高的吸收性。主要成份是二氧 化硅,其次是三氧化硼和五氧化磷,加入不同 的金属氧化物,可以改变光学玻璃的某些特性, 如透光率,对可见光谱的吸收选择性,硬度, 折射率等,从而分为不同的品种。 光学玻璃具有各项同性的特点,其折射率, 硬度,弹性模数等在各方向测得的数值相等。 光学玻璃按其氧化物成份不同可分为以下 二类 ♀
§第三章 眼镜片的加工工艺 §3-1 光学玻璃镜片的加工制造 一.光学玻璃镜片毛坯的热加工 光学玻璃镜片毛坯现在采用连续溶化一 次成型加工技术。 (一.)生产工艺流程图 配料→熔化→压型→退火→检测→入库
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(二):各生产工序简介 1.配料: 影响光学玻璃质量的因素很复杂,而原料的 配制是主要的影响因素,必须严格加以控制,秤量时, 极小的误差就会引起折射率及性质的改变,配方秤量时 采用万分之一精度的磅秤进行秤量,原料按配方秤量 后,在V型混料机中混合均匀后装袋。 2.熔炼: 包括熔化、澄清、调整匀化、分配四个工 步。 (1)熔化:用电加热或煤气、天然气加热池炉,使原料 熔化为粘流态。 (2)澄清:原料熔化后产生大量气泡,必须进行脱泡处 理,气泡上升速度与玻璃液粘度成反比,而粘度与 温度成反比,所以,提高温度使粘度下降来加快脱 泡。 ♀
眼镜片的材料特性与制造 工艺基础
§第一章 眼镜片基础知识 ► 眼镜片是用来矫正屈光不正、保护眼睛的 光学透镜。 ► 眼镜片的屈光与成像理论遵循几何光学的 定理和定律。
§1—1眼镜片材料简史 一;眼镜片材料的发展简史 1:13世纪,生产出折射率为1.50的眼用玻 璃镜片。
2;18世纪,生产出冕牌玻璃镜片♀
废料可以回炉再利用。例如:聚乙烯,聚 氯乙烯等 (2)热固性塑料: 成品加热 → 不软化 → 强热 → 碳化分解, 不可逆 废料不能回炉再生利用。例如:酚醛塑料(胶 木),密胺等♀
3.光学塑料镜片的主要材料 (1.)PMMA塑料: 化学名称为聚甲基丙酸类脂,市场称:有机玻璃,压 克力。是一种热塑性塑料,其折射率n为1.498,比重 为1.19g/cm3,阿贝数V为58,透光率约为95%, 具有高透明度,容易进行模型和机械加工,价格便宜 等优点,缺点则有,吸湿性大,容易变形,表面硬度 差,并能透过紫外线,染色后也不宜制作太阳镜,只 能制作室内用镜。 (2.)CR—39塑料 化学名称为:碳酸炳烯乙酸。俗称:哥伦比亚树脂,市 场称为树脂片,室一种热固性塑料,其折射率为 1.489,比重为1.32g/cm3,阿贝数V为56,透光率 约为92%,能吸收99%以上的紫外线,耐温在40°~150°之间,可制作近视,远视,双光,渐变 镜,散光等各类镜片,染色后可制作各种遮阳镜。♀