镜片的材料-培训课件

镜片的材料眼镜片是一个复合系统●片基●染料●抗冲击膜●耐磨损膜●减反射膜

●顶膜镜片材料的发展史○13世纪n=1.50的眼用玻璃镜片●

18世纪冕玻璃镜片●

19世纪下半叶火石玻璃折射率为1.70●

20世纪上半叶钡玻璃折射率为1.70●

20世纪60年代折射率为1.49的树脂镜片

折射率为1.49的变色玻璃问世镜片材料的发展史○

20世纪80年代PC

片应用钛玻璃，折射率为1.70,改善了色散折射率为1.56的树脂镜片问世折射率为1.60的玻璃镜片问世折射率为1.50的变色树脂镜片出现折射率为1.60的树脂镜片问世镜片材料的发展史●

20世纪90年代折射率为1.6的变色玻璃材料出现

折射率为1.8的玻璃材料出现树脂的变色材料出现高折射率的树脂材料出现折射率为1.9的玻璃材料出现

改进后的PC片重新面世与镜片屈光度密切相关的因素●材料的几何特性：曲率半径、表面形状●材料的物理化学特性：折射率、阿贝数镜片材料的基本特性●光学性质：计算屈光作用和控制光学性能●机械和热性质●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○与镜片在日常生活中所见到的各种光学

现象相符合●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光线折射●定义●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光线折射●折

射

率光线在真空中的速度c与在媒质中的速度v的比

值

，n=c/v没有单位并且总是大于1反映媒质的折射能力光线折射●根据折射率的不同镜片材料分类1.48≤n<1.541.54≤n<1.641.64≤n<1.74n>1.74普通折射率中折射率高折射率超高折射率光线折射折射率参考波长欧洲和日本：λe=546.07nm(偏大)英美：

λd=587.56nm(偏小)玻璃镜片折射率ndne1.51.5231.5251.61.6001.6041.71.7001.7051.81.8021.8071.91.8851.892光线折射○不同镜片材料的折射率光线折射●折射率越高，从空气进入该媒介的光束

偏离得越多o

sin

i=n

sin

r●目前市场所采用的镜片材料的折射率范

围是从1.5--1.9讨论为什么有些戴镜者抱怨说：“我通过镜片中心看物体很清晰，但通过镜片边缘看物

体模糊”色散系数：阿贝数●色

散

现

象

：●波长越短，折射率越高●阿贝数与材料的色散力成反比●范围通常从30-60●数值越大即表示色散越少色散系数●折射率越高，色散力越大，而阿贝数就

越低●在镜片中心，色散可以被忽略●用高色散材料制造的镜片周边部，色散

现象才易被察觉●色散现象所表现的是离轴物体边缘带有

彩色条纹色散系数常用镜片材料的阿贝数玻璃镜片1.51.61.71.81.91.59

31

1.6

361.67

321.74

33阿贝数42423531树脂镜片

阿贝数1.5581.56

37阿贝数的意义轴向色差

横向色差R光线反射●反射现象●影响镜片的清晰度○产生干扰性反射光●镜片材料的折射率越高，因反射而损失

的光线就越多○可以通过在镜片表面镀多层减反射膜而

相应抵消光线反射菲涅耳反射公式：P=

2×100°%第一媒质是空气，第二媒质是透镜：

P=

2×100%镜片材料折射率表面反射率有机玻璃1.4903.87Cr391.5004.00光学玻璃1.5164.21冕玻璃1.5234.30高折射玻璃1.8068.25光线反射不同材料镜片前表面的反射率光线吸收○减少镜片的光线透过率●对于非染色眼镜片是可以忽略的●染色或变色镜片，光的吸收量会很大○可通过镜片前、后表面吸收光线的百分比表示●30%的光线吸收相当于30%的光通量在镜

片内部的减少光线吸收●镜片的光线透过率光线通过镜片而没有被反射和吸收的光的总

量ΦY+Φp+Φα=Φ●ΦY:通过镜片抵达眼睛的光通量●Φp:镜片前、后表面的反射量Φp●Φα:被材料吸收的流量●Φ:镜片前表面的入射量Φ93929190898786皇冠

玻璃光线透过率透光度(%可見光的透光率CR-39

Poly>1.65樹脂1.560

樹脂1.806

玻璃1.600

樹脂光线透过率讨论如何利用光线的反射和吸收?光线散射●散射：散射是光线在各个方向上被散播

的一种现象●在固体的表面以及透明材料的内部产生●镜片的磨片过程(抛光)消除了这一现

象○外界污染而模糊不清时会产生散射●合格的眼镜片只有非常少量的散射光线

产生衍射○衍射是当光波遇到小障碍而改变行径方

向的一种现象●在使用不当或不小心在镜片表面造成的

磨损的情况下●使镜片表面产生异常干扰紫外线○光辐射分区紫外线可见光(380——780纳米)

红外线紫外线○红外线的作用一般不会对眼睛造成危害-800—1200纳米的红外线可导致白内障

热作用化学作用●紫外线对眼睛的作用白内障眼底损害紫外线●紫外线分段-UVC(10-280):被臭氧层和大气中的氧和

氦吸收-UVB(280-315):皮

肤

癌可入眼-UVA(315-380):入眼紫外线●紫外线对眼睛的伤害结膜角膜：角膜吸收295纳米以下的紫外线，角膜炎，胬肉，畏光流泪晶状体：295-400纳米的紫外线到达晶体，

吸收350纳米以下的紫外线，白内障玻璃体：吸收270纳米以下的紫外线，视网膜：350-400的射线到达视网膜，黄

斑

病，暗视觉改变●紫外线的积累效应400350300250200150100500皇冠

玻璃紫外线吸收情况吸收UV(nm)高折射率

玻璃>1.65

樹脂1.560

樹脂1.600

樹脂CR-39二、机械性质●机械性质通常反映块状固体材料的特性比

重硬度弹性系数E抗冲击性抗断开点6.005.004.003.002.001.000.00皇冠高折射率

玻璃耐磨程度比较耐磨程度(摩氏嫖)CR-39

Poly1.600樹脂1.560

樹脂>1.65樹脂落球试验三、热性质●关于材料的变化状态以及温度影响下的

特性○热传导系数●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

所需的热量的比值热性质○线性膨胀系数○熔点●沸点●镜片的应力温度四

、电性质●材料电磁波和电效应的特性○将镜片的光学性质与电性质联系五

、化学性质●材料对于化学物质的反应特性●在某些极端条件下材料的反应特性●加速老化试验使用冷水、热水、酸类以及各种有机溶剂耐火性测试二

、基本镜片材料●无机材料●有机材料●天然介质玻璃材料的特点●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●没有固定的化学结构，因而没有确切的熔点●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●折射率为1.523的冕牌玻璃●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

片讨论相同度数的高折射率的玻璃镜片与低度数

的玻璃相比会轻吗?2、高折射率玻璃材料●含钛元素的镜片，折射率为1.7,阿贝数

为41(1975)●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高折射率玻璃材料●是目前折射率最高的镜片材料●制造的镜片越来越薄

●重量●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

来的重量上的减轻材料CR39冕玻璃火石玻璃钛玻璃

镧玻璃比重1.322.542.57

3.003.4-4.6高折射率玻璃材料材料n曲率半径标准磨具边缘厚度mmcr391.49031.25-16.748.74冕玻璃1.52332.69-16.007.63火石玻璃1.65440.88-12.806.03钛玻璃1.70113.81-11.945.63不同材料制作-16.00镜片比较相同直径和度数不同折射率镜片的比较ne=1.501ne=1.670克罗克斯镜片●基础：钠钙硅酸盐或冕玻璃●着色剂：氧化铈和氧化钕●色泽：太阳光下呈现浅紫色●紫外线吸收：345纳米克罗赛脱片●基础：冕玻璃●着色剂：氧化硒，氧化锰，氧化铈●颜色：淡粉红色3、染色玻璃材料●在玻璃材料中混合入一些具有特殊吸收

性质的金属盐●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)●主要应用于大规模地生产平光太阳镜片

或防护镜片染色玻璃材料○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●需求并不多●中心厚度与边缘厚度●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●原理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基本原则是使普通的玻璃(包括塑料光致变色材料)在紫外线辐射的影响下颜色变深在周围高温的影响下颜色变淡这两个过程是可逆的，而且可能一直存在光致变色玻璃材料●

1962年出现了第一代光致变色玻璃材料●主要是在玻璃材料中加入了卤化银晶体●晶体在紫外线击幅射下起化学反应，使镜片的

颜色变深●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。●

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光致变色玻璃材料●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●受到温度的控制●光照度不变时，温度越低则颜色越深光致变色玻璃材料●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●受到温度的控制●光照度不变时，温度越低则颜色越深光致变色玻璃材料●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●受到温度的控制●光照度不变时，温度越低则颜色越深光致变色玻璃材料●光致变色材料大多是灰色和棕色的●俗称灰变和茶变●颜色也可以通过专门的工艺达到。●熔合双焦点镜片、渐进镜片都可以使用

光致变色材料制造●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，

受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适合热塑和注塑，聚碳酸酯PC就是这种材料热固性材料1)普通树脂材料CR-39●学名碳酸丙烯乙酸，或称烯丙基二甘醇酸脂

(Dially

Glycol)●应用最广泛的生产普通树脂镜片的材料●于四十年代被美国哥伦比亚公司的化学家发现●美国空军所研制的一系列聚合物中的第39号材

料o

CR-39

被用于生产眼用矫正镜片是在1955~1960年CR-39优点●超轻、抗冲击●折射率为1.49(接近普通玻璃镜片)●密度1.32(几乎是玻璃的一半)●阿贝数为58~59(只有很少的色射)●高透光率●容易进行染色和镀膜处理CR-39缺点●耐磨性不及玻璃●需要镀抗磨损膜处理中高折射率树脂材料●大部分的中折射率和高折射率材料都是热固性树脂●折射率的改变

引入苯环结构在原分子中加入重原子诸如卤素(氯、溴等)

或硫中高折射率树脂材料●

特点与传统CR-39

相比镜片更轻、更薄。比重与CR-39大体一致

(在1.20到1.40之间)色散较大(阿贝数45),抗热性能较差然而抗紫外线较佳也可以染色和进行各种系统的表面镀膜处理树脂镜片1

CR-39眼镜片材料ICEEt°染色树脂材料●聚合前加入染料而制成的●适合大批量制造各色平光太阳镜片●在材料中加入可吸收紫外线的物质●常用的染料有红色、绿色、黄色、蓝色、

灰色、和棕色●根据需求可任意调染染色树脂材料○可以将整片镜片染色成一种颜色●也可以染成逐渐变化的颜色●双色或渐进色●解决了屈光不正者配戴太阳眼镜的问题光致变色树脂材料●大约出现在1986年●到1990年第一代Transition镜片面市后，

它才真正开始普及○变色原理是在材料中加入了感光的混合物在特殊波段的紫外线辐射作用下感光物质的结构发生变化，改变了材料的吸

收能力光致变色树脂材料○混合物与的结合主要有两种方法

在聚合前与液态单体混合在聚合后渗入材料中●采用几种光致变色物质●使这些不同的变色物质使变色效果结合

起来镜片变色不但迅速，而且不完全受温度

的控制光致变色树脂材料●新型的光致变色树脂镜片-1993年投放市场采用树脂材料作片基用渗透法在镜片的凸面渗透了一层光致变色材料

再镀上一层抗磨损膜变色不会随屈光度数的加深而出现镜片中央与周围

深浅不一的情况弥补了玻璃变色的不足轻且抗冲击适合用于各种屈光不正者使用热塑性材料o

PMMA透光率：92%以上折射率：1.49使用温度：-60——60度机械强度：随着温度上升强度下降PMMA●热性能：不良导体，加工在135度以下进

行●耐腐蚀：对稀酸，碱，无机盐稳定，对

氢氰酸，王水不稳定●老化：较好●加工性能：刀锋锋利，转速快，采取冷

却液降温热塑性材料太空镜片的材质来源●

五十年代开始展开太空的探险●

特别是在航天飞机、太空探测器和太空服的保

护面罩方面●

探险装备能适应太空的特殊环境●开发出适应太空需要的超轻、高度抗撞、防紫

外线和具有高透光率的材料o

Polycarbonate

(简称PC)

。中文化学名称为

聚碳酸脂PC材质的应用范围●宇航方面●制造防弹玻璃、防暴盾●飞机玻璃和照相机镜头●激光仪器镜头、光学眼镜片●制造CD、LD

及电脑光碟等高科技产品PC

镜片的发明●美国人斯蒂文·迈克尔

·

莫斯和乔治

·

约瑟

夫

·加利克○一种射出成型的方法●射出成型自动化设备●将PC

高透光材料制成光学镜片太空镜片的主要特性超轻o

PC材质的比重较低1.2●高抗撞性●镜片中心做得较薄且安全●

成为目前光学镜片中最轻的一类镜片超薄o

PC材质是高折射率光学材料●太空片在一5.00时，比传统树脂片薄26%,

与1.6高折树脂片一样薄超抗撞和高韧性●比传统树脂片抗撞击强10倍●比玻璃片强60倍●是世界上最抗撞的镜片●加厚后俗称防弹玻璃o

PC

材质为粘性材料，韧性强，不易碎裂●非常适合于打孔和拉丝镜架的使用防紫外线●本身就具备防紫外线的功能●无论是白片还是加膜片