项目3眼镜片材料特性

2020年4月27日镜片材料特性项目三镜片材料天然介质玻璃塑料古代有水晶能“养颜明目”的说法实际：水晶的主要成分是二氧化硅（SiO2），优点：硬度高且不易受潮缺点：水晶质地坚硬，脆性又大，不容易研磨，加工困难，产量又较低紫外线及红外线的透过率较高天然水晶材料的中密度不均匀，含有条纹及气泡等产生，会形成双折射现象。较平没有弯度因此，无论从视力矫正或是保护眼睛亦或美观的角度均不作推荐水晶镜片。镜片材料常见类型玻璃-冕牌(标准)-高折射率玻璃(不同的‘n’)-变色镜片树脂-CR39(丙烯基二甘醇碳酸酯）-高折射率(不同的‘n’)-聚碳酸酯镜片（PC片）-变色镜片镜片材料不同点:材料特性-物理性质-光学性质材料特征:特点物理性质密度(重量)硬度抗冲击能力材料的稳定性（抗化学物质能力）光学性质折射率色散系数通透性光线的吸收材料特征:特点表现重量/舒适度耐磨/镜片寿命破损/镜片寿命清洗剂的应用/清洗物理性质密度(重量)硬度抗冲击能力材料的稳定性材料特征:表现厚度/曲率/重量色差可见光透过率防紫外线和红外线光学性质折射率色散系数通透性光线吸收折射率是用波长587.6nm的黄色光为基准测得的，是决定镜片屈光度的常数之一。色散系数：衡量镜片成像清晰度的重要指标，通常用色散系数的倒数，亦称阿贝数来表示。阿贝数越大，色散就越小，反之，阿贝数越小，则色散就越大，其成像的清晰度就越差。透光率：视物清晰度的重要指标，无色光学玻璃对可见光的透光率应在92%以上。透光率越高，视物就越清晰。玻璃镜片的种类眼镜片品种表材料玻璃镜片树脂镜片水晶石镜片结构单光镜片多焦点镜片球镜、球柱镜、柱镜双光镜片、三光镜片、渐进多焦点镜片用途矫正视力用镜片护目镜片近视、远视、散光镜片、老视镜片、三棱镜镜片有色镜片、偏光镜片、UV吸收紫外线镜片、IR吸收红外线镜片玻璃主要成分：二氧化硅可见光透过率80%~91.6%折射率n冕牌玻璃：1.523火石玻璃：1.6~1.9色散双折射光学白片----也称白托片、白片、冕玻璃基本成分：钠钙硅酸盐特点：无色透明、清析度高。透过率91%~92%吸收300nm以下的紫外线透过率:87%可防346nm以下的紫外线,称UV白片镜片材料冕牌玻璃(n=1.523)优点:最耐磨的镜片材料低的色散系数非常适合于变色镜片缺点:很重(密度2.52克/立方厘米)低的抗冲击能力克罗克斯片以冕玻璃的基础，加入稀土氧化物透过率:87%双色效应(需要记住）日光下---淡蓝色白炽灯下---淡红色吸收340nm以下的紫外线、580nm的黄光及部分红外线克罗克赛镜片以冕玻璃的基础，加入CeO2、MnO2日光下---淡红色，也称红片(需要记住）透过率88%可吸收350nm以下的紫外线镜片材料高折射率玻璃(n=1.60-1.80)在普通玻璃中增加氧化钛等金属化合物色差和密度都增加特点薄（比同一屈光度镜片薄1/3），适合高度近视颜色--淡红色阿贝数低，色像差大，引起周边视力降低，线条弯曲，出现色彩塑料镜片PMMA又称：有机玻璃、亚克力、聚甲基丙烯酸甲脂折射率—1.499比重—1.19透过率92%优点：比玻璃镜片轻缺点：表面硬度不够，易划伤。光学性能不及玻璃片树脂镜片CR-39聚丙烯基二甘醇碳酸脂折射率—1.499透过率—92%热稳定性：150°C不变形耐水性、耐腐蚀性好、不溶于一般有机溶剂镜片材料CR-39(n=1.499)最常用的镜片材料低色散重量轻(密度仅为玻璃的一半)优于玻璃镜片:耐冲击低导热性(较难于产生雾化)缺点:低折射率(厚度增加)耐磨性比玻璃镜片差必须小心处理镜片表面推荐:镜片护理指导加硬膜镜片材料CR-39(Plastic)树脂镜片CR-39优点：质轻比重1.32为玻璃的1/2耐冲击、不易碎、安全、舒适抗紫外线能力高热传导率低、不易引其“水雾”易染色缺点耐磨性差、易擦伤折射率低，镜片相对比玻璃厚1.2~1.3倍树脂镜片CR-39发展克服材料耐磨性，80年代中期，表面加硬技术成功普通树脂镜片表面硬度2~3H加硬树脂镜片表面硬度4~5H高折射率树脂镜片研制成功，减少镜片厚度19851.56中折树脂镜片19881.60超薄树脂镜片19881.6119921.67超超薄树脂镜片19981.71镜片材料高折射率树脂(n=1.52-1.71)用于降低重量和厚度,特别适合于：高度数镜片PC镜片聚碳酸酯又称太空镜片优点：折射率高n=1.586重量最轻抗冲击力最强（宜制做无框镜架）100%抗紫外线缺点表面极易划伤热稳定性不好，100°C变软加工困难高色散镜片材料每一种材料都有优缺点材料的选择是基于镜片配戴者的需求镜片的镀膜和处理可提高镜片的性能物理特性玻璃树脂密度0.000.501.001.502.002.503.003.50CrownHICR39PolyHI1.56HI1.60HI1.65密度(g/cm3)Smallervalue,lighter&thinner物理特性GLASSPLASTIC耐磨0.001.002.003.004.005.006.00CrownHICR39PolyHI1.56HI1.60HI1.65ScratchResistance(Moh'sScale)Highervalue,lessscratching物理特性抗冲击能力N/AN/A0.000.100.200.300.400.500.600.700.800.90CrownHICR39PolyHI1.56HI1.60HI1.65ImpactResistanceHighervalue,lessbreakageGLASSPLASTIC材料的抗冲击能力抗冲击能力落球实验物理特性抗化学物质能力(ThermodyneClassification)N/AN/AN/A48.049.050.051.052.053.054.055.056.057.0CrownHICR39PolyHI1.56HI1.60HI1.65ChemicalResistance(Thermodyne)Lowervalue,moreresistantGLASSPLASTIC光的折射irn1n2SnellenLaw：n1sini=n2sinrd=587.56nm（美国,澳洲,英国,中国）e=546.07nm（欧洲,日本）CR-39：1.4985CR-39:1.502光学特性折射率1.351.401.451.501.551.601.651.701.751.80CrownHICR39PolyHI1.56HI1.60HI1.65RefractiveIndex玻璃树脂光学特性色差系数(Abbe数)0.010.020.030.040.050.060.070.0CrownHICR39PolyHI1.56HI1.60HI1.65Dispersion(AbbeNumber)Highervalue,lessdispersionGLASSPLASTIC光学特性通透性(可见光透过率的%)8687888990919293CrownHICR39PolyHI1.56HI1.60HI1.65Transparency(%VisibleLightTransmission)玻璃树脂光学特性紫外线防护050100150200250300350400CrownHICR39PolyHI1.56HI1.60HI1.65UVCut-Off(mm)玻璃树脂光学树脂材料镜片性能（部分要记住！）性能/种类CR-39PMMAPC性能特点比较折射率(ne)1.4981.4911.586PC＞CR-39＞PMMA阿贝数(ve)57.857.629.2CR-39＞PMMA＞PC透光率(%)89~929285~91基本相同，PC略差密度1.321.191.20CR-39＞PC＞PMMA耐磨性(H)4H2HBCR-39＞PMMA＞PC耐冲击性(kg-cm/cm²))2.45.692PC＞PMMA＞CR-39耐热性(℃)＞210118153CR-39＞PC＞PMMA厚度vs度数随着镜片度数增高:正镜片中心厚度增高负镜片边缘厚度增高高折射率玻璃厚度降低特殊镜片光致变色镜片玻璃变色原理：卤化银光照增强光照减弱卤素离子+银离子玻璃中的光敏感微粒（卤化银）在紫外线照射下化合树脂镜片的变色是在镜片表面吸收根据环境光亮自动地变暗、变亮不仅由由紫外线产生，还根据环境中的光的总量有关有时增加偏振光滤波片降低眩光不推荐在夜间驾驶时配戴可用玻璃镜片、树脂镜片、聚碳酸酯镜片等双光镜片、渐变镜也可使用镜片特征:变色光致变色镜片优点：可调节进入眼睛的光线，保持适当的视力。对紫外线吸收良好缺点高度镜片外观颜色不均匀镜片时间长久后，变色效果、速度变慢换单片颜色不一致光致变色镜片注意要点：换单片颜色不一致，建议同时更换屈光参差2.00D，不宜配戴高度远视或老视，中心变色效果低，不宜配戴高度近视，中心与边缘色差大，不宜配戴变色影响因素紫外线温度最近的变色情况光线下的强度和时间镜片变色存在记忆效果，并会逐渐降低变色能力，所以推荐同时更换双眼镜片！偏光镜片---具有只允许在某一方向上振动的光线通过的镜片（类似百叶窗的原理)使用目的：遮断某平面上反射的耀眼杂光注意：装镜架时，如出现内应力，会影响偏振效果驾驶／钓鱼偏光镜片的鉴别（重要）单片（测试片，手机）双片（重叠）思考问题分辨变色片和偏振片和有色镜片？镜片材料镜片镀膜镀膜镜片染色抗冲击膜加硬膜（耐磨损膜）减反射膜顶膜（憎水膜）Substrate染色顶膜抗反射膜加硬膜底膜抗冲击膜处理以保持和增强其抗冲击性；加硬膜处理的目的是增加镜片表面的硬度，使其接近玻璃的硬度；减反射膜处理的目的是增加可见光的透光率和防紫外线的性能；顶膜处理，用来提高镜片表面防水防雾的能力等；（1）镜面效应（“mirror”effect）：在镜片的前曲面(凸)面产生的反光会影响戴镜者的美观。光线通过镜片的前后表面时，不但会产生折射，还会产生反射。这种在镜片前表面产生的反射光会使别人看戴镜者眼睛时，看到的却是镜片表面一片白光。拍照时，这种反光还会严重影响戴镜者的美观。虚像(“鬼影”)（ghostimage）：镜片的前表面和后表面的不同曲率使镜片内部产生的反光会产生鬼影现象，影响视物的清晰度和舒适性。眼镜学理论认为镜片屈光力会使所视物体在戴镜者的远点形成一个清晰的像，也可以解释为所视物的光线通过镜片发生偏折并聚焦于视网膜上，形成像点。但是由于屈光镜片的前后表面的曲率不同，并且存在一定量的反射光，它们之间会产生内反射。内反射也会在远点球面附近产生虚像，也就是在视网膜的像点附近产生虚像点。这些虚像点会影响视物的清晰度和舒适性眩光（glare）：镜片的后表面(凹面)产生的反光会使我们产生眩光，降低视物的对比度。如同所有光学系统一样，眼睛并不完美，在视网膜上所成的像不是一个点，而是一个模糊圈。因此，二个相邻点的感觉是由二个并列的或多或少重叠的模糊圈产生的。只要二点之间的距离足够大，在视网膜上的成像就会产生二点的感觉，但是如果二点太接近，那么二个模糊圈会趋向与重合，被误认为是一个点减反射膜降低镜片表面的反射例如没镀抗反射膜的镜片在镜片表面反射光线的8%，单层镀膜可使镜片表面的反射量降到4%，多层镀膜可降到1-2%一个表面或两个表面镀膜入射光透过率入射光空气/镜片界面通透性吸收在媒质中持续地丢失厚度相关染色镜片反射4.3%persurfaceforglass镜面反射R=[(n1-n2)/(n1+n2)]²R---反射率n1---第一介质的折射率n2---第二介质的折射率如：n=1.523镜片的单面反射率R=[(1-1.523)/