眼镜材料讲义(第四章).doc

镜片材料及制备 现代眼镜片是非常复杂的光学系统，是多种材料和膜层的组合体，镜片材料所担当的角色不仅仅在于参与了各类功能镜片的制造，而且还是镜片表面系统镀膜处理的基础。镜片材料的研究与其配戴的舒适性、安全性、耐用性以及表面所镀的膜层是密切相关的。本章从镜片材料的的基本属性出发，介绍了镜片材料的分类及其特性，并对镜片的镀膜、染色、制造等加工制造工艺进行了分析。 第一节 镜片知识概述 镜片的分类与镜片材料的发展 眼镜的主要功能依赖所选用的镜片种类，可以从不同角度把镜片分类，按焦点分可分为单焦点、双焦点、三焦点、渐进多焦点镜片；按屈光度状态分可分为近视、远视、散光、斜视、平光镜片；按功能分可分为矫正屈光不正、遮阳用、特殊防护用镜片；按材料分可分为光学玻璃、光学树脂及天然水晶材料。而镜片材料的发展对镜片的性能改善和功能实现起着关键的作用。表4-1是镜片材料的发展简史。 表4-1 镜片材料的发展简史 13世纪 生产折射率为1.50 的眼用玻璃镜片 18世纪 生产冕牌玻璃镜片 19世纪 燧石玻璃镜片,折射率为1.70，色散明显 20世纪下半叶 钡玻璃镜片，折射率为1.70，色散较明显 20世纪60年代 折射率为1.50 的CR-39树脂镜片应用广泛 折射率为1.50 的光致变色玻璃镜片问世 20世纪80年代 聚碳酸酯（PC）材料应用于镜片 钛玻璃，折射率为1.70，色散情况大大改善 折射率为1.56 的树脂镜片出现 折射率为1.60 的玻璃镜片出现 折射率为1.50 的光致变色树脂材料出现 折射率为1.60 的树脂镜片出现 20世纪90年代 折射率为160 的光致变色玻璃材料出现 折射率为1.80 的玻璃材料出现 高折射树脂材料出现 新一代树脂变色材料出现 折射率为1.90 的玻璃材料出现 改进后的聚碳酸酯材料重新面市 二、镜片材料的基本特性 对制作镜片材料要求主要：安全、舒适、美观、光学性能好光学性质是材料的基本性质，与镜片在日常生活中所见到的各种光学现象相符合，主要为光线在镜片表面的折射和反射、材料本身的吸收，以及散射和衍射现象。 式中 F — 镜片屈光度（等于镜片焦距倒数）单位：1/m R — 镜片的曲率半径 n — 镜片的折射率 当折射率大时，制造—定屈光度的镜片，可采用较大的曲率半径R，这样镜片可以制造的薄—些，可以减轻眼镜重量；反之，镜片厚，眼镜重。因此，高折射率的镜片材料比低折射率的材料更薄更美观。现在制造镜片的材料n一般在1.40～1.90之间。 （2)色散系数 当白光入射镜片时，由于不同光线波长引起折射率变化，从而产生色散现象。色散力是眼视光学的一个重要特性，当使用高屈光力镜片视物时，镜片的高色散会使视物体边缘产生彩色条纹。 为了简便清楚地反映镜片的色散能力，通常用色散系数，又称阿贝数来表达，用V值表示。对于同—种透光物质，采用不同波长的光线测定其折射率，其结果不同，用短波测的折射率小，色散系数计算公式如下： 式中 nF——采用波长为486.3 nm 的浅兰色光(即汞光谱中的F线)所测折射率 nC——采用波长为656.3 nm 的红光(即氢光谱中的C线)所测折射率 nD——采用波长为587.6 nm 的黄色光(即钠光谱中的D线)所测折射率 阿贝数与材料的色散力成反比。一般镜片材料的阿贝数值在30到60之间。阿贝数越大,色散就愈小；阿贝数越小，色散就越大，对成像质量的影响就越大。常用镜片材料的阿贝数如表4-3所示。所有的高折射率材料，较低的阿贝数更容易产生色差现象。 尽管所有镜片都存在色散，但在镜片中心，这个因素可以被忽略，只有在用高色散材料制造的镜片周边部，色散现象才易被察觉表现离轴物体边缘带有彩色条纹。 通常，镜片材料的折射率越高，镜片表面的反射率就越大（见表4-4），因反射而损失的光线就越多。这种现象会使镜片内部产生光圈现象从而导致镜片厚度明显，使戴镜者的眼睛会因镜片表面的光线反射而被隐藏，使戴镜者产生眩光而降低了对比度等等。对于这些问题的解决办法是在镜片表面镀减反射膜。 表4-4 不同折射率镜片的反射率比较 折射率 1．5 1．6 1．7 1．8 1．9 反射率 7．8 % 10．4 % 12．3 % 15．7 % 18．3 % 3．光线吸收 镜片材料本身的吸收特性会减少镜片的光线透过率，这部分的光损失对于无色镜片是可以忽略的，但如果为染色或光致变色镜片，镜片本身对光的吸收量会很大，这也是此类功能镜片的设计目的，即减少光线入射量。镜片的光线吸收通常指材料内部的光线吸收，可通过镜片前、后表面吸收光线的百分比表示。例如，30％的光线吸收相当于30%的光通量在镜片内部的减少。材料的光线吸收遵循郎伯定律，根据镜片的不同厚度呈指数性的变化。 镜片的透过率指光线通