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1、树脂镜片镀膜一镜片的材料特性眼镜片的光学目的旨在通过配戴矫正镜片使屈光不正的眼睛恢复清晰视力，所 以在选用镜片材料时需要考虑以下这些与镜片屈光作用密切相关的因素：1、材料的几何特性：曲率半径、表面形状等；2、材料的物理化学特性：折射率、阿贝数等。 镜片材料的研究发展主要是为了获取并控制这些相关因素，了解并掌握其特性， 以使不断完善、发展镜片的光学矫正效果。镜片材料的基本特性有：1、光学性质，计算屈光作用和控制光学性能；2、机械和热性质；3、电性质材料；4、化学性质通过外界所可能接触的化学物质了解材料的相应变化。一、光学性质：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
2、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。（1）光线折射：通过镜片的光线会在镜片的前后表面发生折射或偏离现象，光 线的偏离幅度由材料的折射率和入射光线在镜片表面的入射角度决定。1）折射率：透明媒质的折射率是光线在真空中的速度c与在媒质中的速度v的 比值，n二c/v。该比值没有单位并且总是大于1。折射率反映媒质的折射能力，折射率 越高，从空气进入该媒介的光束偏离得越多。从空气到折射率为 n 的透明媒质 所发生的偏离或折射可以根据斯涅耳-笛卡尔定律（Snell-Descar tes Law）进行 计算，规定如下：折射光线与入射光线和法线位于同一平面入射角i和折射角
3、 r 分别由法线与入射光线、折射光线构成。计算公式： sin i=n sin r由于透明媒质的光速随着波长而变化，所以折射率的值总是参考某一特定 波长表示：在欧洲和日本，参考波长为e线546.07nm（汞一绿光谱线），但是在美国等其它国家则是d线587.56nm（氦一黄光谱线）。但这个区别并没有造成实际影响，因 为它的区别仅仅反映在折射率值的第三位小数上。目前市场所采用的镜片材料的折射率范围是从1.5-1.9。2）色散系数：阿贝数。由光波引起的折射率变化会使白光根据不同的折射产生色散现象。事实上， 波长越短，折射率越高，可见光的折射从光谱的红光区延伸到蓝光区。材料的 色散能力可以由阿贝数描述，
4、在欧洲、日本规定用e线，在美国等其他国家规 定使用 d 线。阿贝数与材料的色散力成反比，镜片材料规定的范围通常从 30-60，数值越大 即表示色散越少。一般而言，折射率越高，色散力越大，而阿贝数就越低。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。在这种情况下，色散现象所 表现的是离轴物体边缘带有彩色条纹。(2) 光线反射光线在镜片表面产生折射的同时，也会产生反射现象。光线反射会影响镜 片的清晰度，而且在镜片表面会产生干扰性反射光。通常，镜片材料的折射率 越高，因反射而损失的光线就越多。当然，对于干扰性反射光可以通过在镜片
5、 表面镀多层减反射膜而相应抵消。(3) 光线吸收：材料的本身吸收光的特性会减少镜片的光线透过率，这部分的 光量损失对于非染色眼镜片是可以忽略的，但如果为染色或变色镜片，光的吸 收量会很大，这也是此类镜片的设计目的。眼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(Lamber ts Law)定律，它根据镜片的不同厚度呈指数性的变化。镜片的光线透过率镜片的光线透过率指光线通过镜片而没有被反射和吸收的光的总量。通过 镜片抵达眼睛的光通量丫相当于镜片前表面的入射量，减去镜片前、后
6、表 面的反射量e p，减去可能被材料吸收的流量e a，即丫 +ep +ea =e。因 此，戴镜者的视觉受三方面的综合影响：入射光的强度和入射光谱范围、镜片 吸收和对光谱的选择、以及眼睛对不同可见波长的敏感度。(4) 光线散射和衍射 1)散射：散射是光线在各个方向上被散播的一种现象，它一般在固体的表面以 及透明材料的内部产生。理论上眼镜片表面没有散射发生，因为镜片的磨片过程(抛 光)消除了这一现象。然而当镜片由于外界污染而弄脏或表面由于油渍而模糊 不清时会产生散射。同时镜片内部的菜射也非常有限，只在偶尔情况下，可能 会使镜片呈现黄色或乳白色。目前合格的眼镜片只有非常少量的散射光线产生， 通常可以
7、忽略不计。2）衍射：衍射是当光波遇到小障碍而改变行径方向的一种现象。在眼镜光学里， 衍 射现象是需引起重视的，因为衍射会使镜片表面产生异常干扰，尤其是在使用 不当或不小心在镜片表面造成的磨损的情况下。二、机械性质 机械性质通常反映块状固体材料的特性，它规定了材料的质量、体积和尺 寸，以及材料对变形和冲击的抵抗力。我们常见的反映镜片机械性质的特性有： 1、比重；2、硬度；3、弹性系数E （或杨氏系数）：压力和在排除压力后恢复 最初形状时产生的相应变形之间的比率。4、抗冲击性：常采用由美国食品和药 物管理局（FDA）规定的一项落球试验表示。落球试验即使用一个16克的钢球 从1.27M高处对准镜片中
8、心落下的测试。5、抗断开点：采用由欧洲标准化委员 会制定的100牛顿CEN静态变形测试。该测试是在一个恒定速度下增加压力直 到100牛顿。三、热性质 热性质描述了关于材料的变化状态以及温度影响下的特性。热性质主要包括： 1、热传导系数。 2、比热：物体温度每升高一摄氏度所 需的热量与相同质量的水温每升高一摄氏度所需的热量的比值。 3、线性膨胀系 数：预先设定的温度范围。 4、熔点：物理常数。 5、沸点。 6、镜片的应力温 度。四、电性质电性质表示了材料电磁波和电效应的特性，由物理定律决定，有时需将镜 片的光学性质与电性质联系。通常材料制造进需考虑以下参数：1、介电强度； 2、预定频率下的介电损
9、耗系数。五、化学性质化学性质反映了在镜片制造及日常生活中，镜片材料对于化学物质的反应 特性，或是在某些极端条件下材料的反应特性。例如加速老化试验是为了测试 材料的可信度。测试时通常使用冷水、热水、酸类以及各种有机溶剂，在国际 标准中也有判断镜片材料的耐火性测试。二基本镜片材料镜片材料采用透明的介质，主要分为无机和有机二大类。在我们的日常生活还 会碰到一种天然介质水晶镜片，这是用石英矿磨制成的镜片。古代有水晶能养 颜明目的说法，但事实上水晶的主要成分是二氧化硅（sio2），最大优点是硬 性度高且不易受潮，但紫外线及红外线的透过率较高，而且水晶中密度不均匀 含杂质，有条纹及气泡等到产生，会形成双折
10、射现象，从而影响视力。一、 无机材料-玻璃 玻璃是非常特殊的不定型材料，在常温下呈现固体，坚硬但易碎，在高温 下具有粘性。玻璃没有固定的化学结构，因而没有确切的熔点。随着温度的上升，玻璃 材料会变软、粘性增加，并逐渐由固体变为液体，这种逐渐变化的特性我们称 之为玻璃状态。这一特性意味着玻璃在高温时可以被加工和铸型。玻璃材料 制成的镜片具有良好的透光性、表面抛光后更加透明的优点。（1）普通玻璃材料（1。5 和1。6）：折射率为1.523 的冕牌玻璃是传统光学 镜片的制造材料，其中 60%70%为二氧化硅，其余则由氧化钙、钠和硼等多种 物质混合。有时也将折射率为1.6 的镜片划归普通镜片。（2）高
11、折射率玻璃材料：经过多年的研究，镜片制造商已经找到了在提高材料 折射率的同时又保持低色散的方法，即在玻璃中加入新的化学元素。早在 1975 年就生产出了含钛元素的镜片，折射率为 1.7，阿贝数为 41；15 年之后又生产出了含镧元素的镜片，折射率为 1.8 ，阿贝数为 34 ；1995 年出 现折射率为1.9 的材料，加入了元素铌，阿贝数为30，这是目前折射率最高的 镜片材料。虽然采用这些材料所制造的镜片越来越薄，然而却没有减少镜片的 另一重要参数：重量。实际上，随着折射率的增加，材料的比重也随之增加， 这样就抵消了因为镜片变薄而带来的重量上的减轻。（3）染色玻璃材料：在玻璃材料中混合入一些具
12、有特殊吸收性质的金属盐后会 表现出着色的效果，例如：加镍和钴（紫色），钴和铜（蓝色），铬（绿色）， 铁，镉（黄色），金，铜和硒（红色）等等。这些染色镜片材料主要应用于大 规模地生产平光太阳镜片或防护镜片。一些具有特殊过滤性质的浅色材料（棕 色、灰色、绿色或粉红色）也被用于生产屈光矫正镜片，但象这种镜片的材料 现在的需求并不多，主要原因是由于近视或远视镜片的中心厚度与边缘厚度不 同，从而使镜片的颜色深浅不一致，屈光度越高，颜色差异就越明显。（4）光致变色玻璃材料：光致变色现象是通过改变材料的光线吸收属性，使材 料对太阳光强度作出反应的一种性质。它的基本原则是使普通的玻璃（包括塑 料光致变色材料）
13、在紫外线辐射的影响下颜色变深，以及在周围高温的影响下 颜色变淡，这 两个过程是可逆的，而且可能一直存在。这一现象是通过激活在材料中混合的 光致变色物质的分子而完成的。1962 年出现了第一代光致变色玻璃材料,此后 性能不断得到改良。其主要是在玻璃材料中加入了卤化银晶体。这些晶体在紫 外线击幅射下起化学反应，使镜片的颜色变深。第一代光致变色玻璃材料的变 色原理是银原子和氯原子之间的一种电子交换，通过氯化银和周围的环境来表 现。在没有光线的条件下，氯化银呈离子态，因银离子是透明的，所以镜片也 是透明的；而在紫外线辐射下，不稳定电子离开了氯离子，与银离子结合为金 属银并吸收光，镜片则变深。当紫外线辐
14、射减弱，移动电子离开银原子返回氯 原子，镜片逐渐恢复了原先的清澈状态。对一般的光致变色玻璃，变色同时也 受到温度的控制，在光照度不变时，温度越低则颜色越深。光致变色材料大多 是灰色和棕色的，俗称灰变和茶变，其它的颜色也可以通过专门的工艺达到。 所有的眼镜片，包括熔化双焦点镜片、渐进镜片都可以使用光致变色材料制造 近年来，光致变色树脂镜片的发展较快，材料在不断改良，其折射率已不再局 限于 1.50。二、 有机材料 有机材料可以分为两大类：热固性材料，具有加热后硬化的性质，爱热不 会变形，眼镜片大部分以这种材料为主，如CR-39。热塑性材料，具有加热后 软化的性质，尤其是适合热塑和注塑，聚碳酸酯P
15、C就是这种材料。（1）热固性材料1）普通树脂材料：（CR-39）学名碳本酸丙烯乙酸，或称烯丙基二甘醇酸脂（Dially Glycol Carbona tes），是应用最广泛的生产普通树脂镜片的材料。它于四十年代被美国哥伦比 亚公司的化学家发现，是美国空军所研制的一系列聚合物中的第 39 号材料，因 此，被称为CR-39 （哥伦比亚树脂第39号）。CR-39被用于生产眼用矫正镜片 是在19551960年，是第一代的超轻、抗冲击的树脂镜片。CR-39作为一种热 固性材料，单体呈液态，在加热和加入催化剂的条件下聚合固化。聚合是一个 化学反应，即由几个相同分子结构的单体组成的一个新的聚合体分子，具有不
16、 同的长度和性质。作为光学镜片， CR-39 材料性质的参数十分适宜：折射率为1.5（接近 普通玻璃镜片）、密度1.32（几乎是玻璃的一半）、阿贝数为5859（只有很 少的色射）、抗冲击、高透光率，可以进行染色和镀膜处理。它主要的缺点是耐磨性不及玻璃，需要镀抗磨损膜处理。树脂镜片可采用 模式压法加工镜片表面的曲率，因此很适用于非球面镜片的生产。2）中高折射率树脂材料：今天大部分的中折射率和高折射率材料都是热固性树 脂，其发展非常迅速。它们的折射率可以使用以下任意一种技术来增加：改变 原分子中电子的结构，例如：引入苯环结构；在原分子中加入重原子，诸如卤 素（氯、溴等）或硫。与传统 CR-39 相比，用中高折射率树脂材料制造的镜片 更轻、更薄。它们的比重与CR-39大体一致（在1.20到1.40之间），但色散 较大（阿贝数 45），抗热性
