数码投影用光学透镜涂墨工艺探讨

文 陈玉磊 石忠亮 任艳伟 蔡春辉 韩林星

近几十年科学技术的革命使光学蓬勃发展，光学制造技术成为其他科技领域发展的助推器，光电产业被认为是21世纪全球经济发展的四大支柱产业之一。受目前手机摄像、安防（车载）监控、人工智能行业的持续升温，以及传统数字投影扫描设备的稳固需求，光学透镜市场需求量巨大。

在光学仪器的成像系统中，除了成像光线外，扩散于探测器表面上的其他非成像光线，称为杂散光。杂散光给光学设计者带来巨大困扰，已经成为制约光学仪器系统性能的主要障碍，这些在摄影或监控成像中体现的更多，摄影成像的质量好坏取决于镜头的成像效果，而一个镜头的消光效果的好坏也成为了镜头好坏的一个因素，所以许多光学元件边缘的芯取面采用消杂光涂料，利用涂料的表面粗糙度和多孔性散射和吸收杂散光，达到消除杂散光的目的。

数码投影用透镜加工的一般流程是：

从上面的工艺流程不难看出，涂墨是生产过程中的重要工序。本文对数码投影类透镜涂墨工艺做简单概述，并针对实际操作中经常出现的典型问题进行分析总结，并给予相应的有效预防措施，供大家参考检讨。

涂墨产品控制的主要指标及检测方法

数码投影产品的涂墨质量直接影响产品外观以及镜头装配的品质，因此必须满足各项指标要求，具体见表1。

表1

常用消光材料介绍

GT-7Ⅱ是GT-7的换代产品，该种涂料由主剂、固化剂、稀释剂三部分组成，主剂、固化剂为固定配比8∶1，稀释剂根据产品图面墨色要求按一定的配比混合而成。加工镜片时可使用毛笔、海绵操作。相比已停产的GT-7、GT-7Ⅱ组分粒度稍粗，漆层强度有所下降，但通过增加固化剂比例可稍有改善，且该种涂料光泽、黑度好，在Canon、FujifILm等客户的产品中广泛使用。

埃博拉2000，该涂料也由三部分组成，主剂、固化剂为固定配比2∶1，稀释剂根据产品图面墨色要求按一定的配比混合而成。加工镜片时可使用毛笔或特制海绵操作，以避免操作时海绵硬化影响涂墨质量。该涂料是个别客户的指定涂料，如KONICA、MINOLTA。

Origin（奥利剂），该涂料无固化剂，主剂：稀释剂按1∶1配比。漆较稠，易产生气泡，漆层强度稍差，但通过添加辅助成分可改善墨层强度，满足超声波清洗要求。该涂料也是个别客户的指定涂料，如CBCCOPT。

水墨，日本专用墨棒加纯净水研磨而成，研磨时间1小时左右，研制成粘稠状，采用专用海绵涂制，海绵用纯水浸泡，不可用稀释剂浸泡。涂墨后的镜片因不能沾水而不能超声波清洗。该涂料在FujifILm的部分产品中使用。

其他如精工油墨等涂料有少量使用。

涂墨镜片的干燥工艺

不同涂料的干燥工艺差异不大，但是单片、胶合片的干燥工艺不同。一般情况下，单片140±5℃烘烤2小时，胶合片通常90±5℃烘烤4小时；对于胶合片特殊情况下，为保证胶层强度并尽量彻底释放应力，需将温度调低，对于特殊材质的零件可以选用不同温度分阶段或低温6-12小时烘烤工艺。实际操作中，为保证干燥效果，还需定时实际测量烘烤箱内部温度，避免温控仪器上设置的温度参数与实际温度差异过大的情况出现。

涂墨后霜降不良

涂料干燥后，在27或60W灯具下反光检查涂墨底层时，出现无规律分布的白点，即为霜降不良。该不良主要是由于芯取部位砂眼过粗所致，常出现在材质磨耗度偏软（FA＞310）或偏硬（FA＜60）的产品上，同时与芯取时凸轮的进刀速度过快有关。为了预防霜降不良庛病，应从以下方面预防改善：

①加工该类型镜片时，需选取400#以上的芯取砥石，砥石转速控制在2600r/min左右，同时严格控制凸轮的进刀速度；对于此类产品需限定最高班产，以保证加工品质。

②完善对砥石使用寿命的管理，新砥石老化多长时间可以使用，加工多少枚镜片后砥石报废，都必须通过完善的数据记录，防止砥石使用不当造成批次性不良的出现。

③完善芯取工序首末件试墨管理，在每次启动生产、更换设备和砥石以及调整加工参数后必须要进行涂墨试验，对发现的问题及时预防；

④涂墨时稀释涂料浓度，提升溶剂的渗透性；同时根据具体情况，在涂墨后先将镜片常温放置1小时左右后，再放入烤箱烘烤。通过延长涂料与基体的融合时间，改善不良。

⑤配置涂料时添加一定比例的OP光敏胶，通过添加胶水，提升涂料与基体的融合性和结合力，从而达到改善的目的。

涂墨后倒影白不良

倒影白不良同霜降确认方法相同，两者庛病症状存在相似之处，但倒影白不良常呈点、片或线状，进行庛病分析时，可使用显微镜仔细辨别，以免混淆，影响改善措施的有效性。倒影白不良主要因涂墨前镜片芯取部位有油污残留或是被划伤所致，常用的防范措施有以下几方面：

①镜片镀膜完工后在取放时，需将镜片放置至常温时方可操作，塑料无尘指套沾染基体后取出难度很大；同时在超声波清洗时还需要避免挥发溶剂纯度降低导致的液体残留问题。

②在设计镀膜工装时需选用合适的材质，并注意对表面粗糙度的要求和确认；同时在使用过程中要做好日常的防护和点检，防止工装对镜片基体的损伤。

涂墨后脱墨不良

镜片涂墨后在确认漆层强度或在组装过程中，存在偶发的脱漆问题。脱墨属于严重的质量事故，在组装时发生更会造成镜头组件的报废。基体洁净度差、涂料配比错误以及烘烤温度低或是时间不足等因素也都可能导致出现脱墨不良。因此在实际操作中，要确保按工艺要求调配涂料和设置操作参数；同时，确保涂墨前基体的洁净、无异物残留，以增强涂料与基体的结合力。另一方面，芯取面粗糙度也影响涂料与基体的结合力。

综上所述，涂墨过程中庛病的产生，有单一方面的原因，但更多的是错综复杂的诸多因素交叉影响的结果。操作者和工艺师应该根据具体原因进行系统分析，采取对策时要先多方面分析原因，找出最佳的解决方法。