眼鏡片材料的特性

眼鏡材料與加工技術(shù)制作單位：XXX情境一眼鏡片材料的選擇單元三眼鏡片材料性能課程回顧按功能分類普通眼鏡按鏡片材料分類樹脂鏡片眼鏡保護(hù)眼鏡玻璃鏡片眼鏡天然水晶石眼鏡特殊眼鏡按鏡型款式分類全框架眼鏡治療眼鏡半框架眼鏡按鏡架材料分類非金屬眼鏡無框架眼鏡金屬眼鏡架組合框架眼鏡混合眼鏡架折疊鏡架眼鏡眉毛架眼鏡1.眼鏡的分類2.眼鏡的功能3.眼鏡的應(yīng)用學(xué)習(xí)目標(biāo)眼鏡片的光學(xué)性能12眼鏡片的機(jī)械特性14眼鏡片的化學(xué)性能3眼鏡片的熱性能和電性能眼鏡片是眼鏡的重要組成部分之一。一般來說，眼鏡要實(shí)現(xiàn)它所具有的各個(gè)功能，均是通過眼鏡片來完成。例如，普通眼鏡要依靠鏡片來矯正各種屈光不正和老視；保護(hù)眼鏡要通過鏡片來遮風(fēng)、擋光和安全防護(hù)等。眼鏡學(xué)的研究目的就是要通過配戴矯正鏡片使屈光不正的眼睛視物清晰，所以在選用鏡片材料時(shí)，需要考慮影響鏡片屈光作用的因素。眼鏡片的性能眼鏡片材料特性無論是用于矯正眼屈光不正、還是用于其他功用的眼鏡鏡片，在選用鏡片材料時(shí)都需要考慮以下因素：1.材料的幾何特性，如曲率半徑、表面形狀等。2.材料的物理化學(xué)特性，如折射率、阿貝數(shù)等。影響眼鏡片屈光作用的主要因素有幾何特性和物理化學(xué)特性。案例引入：現(xiàn)場找出兩位同學(xué)觀察其眼鏡的度數(shù)，請同學(xué)們敘述其眼鏡片的用途并說明不同點(diǎn)。眼鏡片材料基本特性鏡片材料的研究主要是優(yōu)化各項(xiàng)特性，以獲得更好的光學(xué)效果。眼鏡鏡片材料的基本特性有一下幾個(gè)方面鏡片材料基本性能光學(xué)性能機(jī)械性質(zhì)熱性質(zhì)電性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)光學(xué)性質(zhì)是指計(jì)算屈光作用和控制光學(xué)性能的特性。光學(xué)性質(zhì)是材料的基本性質(zhì)。材料的光學(xué)性質(zhì)與眼鏡片在日常生活中所碰到的各種光學(xué)現(xiàn)象相符合，主要有光線在眼鏡片兩個(gè)表面的折射、反射、鏡片本身的吸收、光通量以及散射現(xiàn)象和衍射現(xiàn)象。一、光學(xué)特性1.可見光2.光線折射及折射率3.光的色散力及色散系數(shù)（阿貝數(shù)）4.光的反射及反射率5.光線的吸收及光通量6.光線散射7.光線衍射一、光學(xué)特性

1.可見光

光是電磁波，可見光的波長范圍是380~760nm。

UVC10-280

UVB280-315

UVA315-380一、光學(xué)特性2.折射率

介質(zhì)的折射率是光在真空中的速度和在介質(zhì)中的速度之比。這個(gè)比值總是大于1

折射率越大，對光的偏折能力越強(qiáng)。不同波長的光有不同的折射率。

在歐洲，參考波長為λe=546.07nm(汞綠光譜線)；在美國等其他國家，參考波長則是λd=587.56nm(氦黃光譜線)。注意ne值稍大于nd，因此當(dāng)材料用ne值表示時(shí)反映的折射率相對偏大。例如，CR-39材料的折射率ne在歐洲是1.502，而nd則是1.498。一、光學(xué)特性2.折射率光線經(jīng)過鏡片的表面發(fā)生折射時(shí)將遵循折射定律(斯涅爾定律)。光的折射定律是指入射光線、折射光線與法線在同一平面內(nèi)，入射角的正弦與折射角的正弦之比，等于第二種介質(zhì)的折射率與第一種介質(zhì)的折射率之比。即sinI/sinI＇=n＇/n即：nsinI=n＇sinI＇光的折射定律一、光學(xué)特性光的折射定律折射定律，螞蟻也懂2.折射率折射率是反映鏡片材料折射能力的一個(gè)參數(shù)。折射率值越大，光線進(jìn)入鏡片偏離得就越遠(yuǎn)。一般情況下，折射率值越大，鏡片厚度越小。根據(jù)不同的折射率，鏡片材料的分類如下：

普通折射率1.48≤n＜1.54

中折射率1.54≤n＜1.64

高折射率1.64≤n＜1.74

超高折射率n≥1.74一、光學(xué)特性目前市場所采用的鏡片材料的折射率范圍為1.5～1.93.色散力

色散力是眼視光學(xué)的一個(gè)重要特性，因?yàn)槭褂酶咔饬︾R片(高度近視或遠(yuǎn)視鏡片)時(shí)，高色散力會(huì)令所視物體邊緣產(chǎn)生彩色條紋，這可能會(huì)引起戴鏡者的抱怨。

習(xí)慣上用色散系數(shù)（阿貝數(shù)）反映鏡片材料的色散力，用ν值表示。阿貝數(shù)是材料色散力的倒數(shù)，是對控制光譜的材料能力的一種測量。類似折射率的計(jì)算，阿貝數(shù)可以用氦d譜線計(jì)算，也可以用汞e譜線計(jì)算。阿貝數(shù)越高，色散力越小，戴鏡者越不容易察覺到鏡片周邊產(chǎn)生的色散現(xiàn)象。一、光學(xué)特性3.色散系數(shù)（阿貝數(shù)）

阿貝數(shù)與材料的色散力成反比。通常鏡片材料的阿貝數(shù)值在30至60之間。阿貝數(shù)越大，色散就越?。话⒇悢?shù)越小，則色散就越大，對成像質(zhì)量的影響就越大。常用鏡片材料的阿貝數(shù)如下表所示。所有的高折射率材料（包括玻璃和樹脂材料），較低的阿貝數(shù)更容易產(chǎn)生色差現(xiàn)象。一、光學(xué)特性常用鏡片材料的阿貝數(shù)

盡管所有鏡片都存在色散，但在鏡片光學(xué)中心區(qū)域，該干擾因素可被忽略。只有高色散力鏡片的周邊部，色散現(xiàn)象才易被察覺，其表現(xiàn)為離軸物體邊緣帶有彩色條紋。玻璃材料Vd樹脂材料Vd1.5591.5581.6421.56371.7421.59311.8351.6361.9311.6732一、光學(xué)特性4.光的反射光在鏡片表面產(chǎn)生折射的同時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生反射。光線經(jīng)過鏡片的表面發(fā)生反射時(shí)也將遵循反射定律。一、光學(xué)特性4.光的反射光的反射對眼鏡片的成像有一定的影響，例如影響鏡片的清晰度，使其透光性能下降；鏡片的表面會(huì)產(chǎn)生干擾性反射光，即形成虛像、眩光等。通常情況下，鏡片材料的折射率越高，因反射所損失的光就越多。當(dāng)然，在鏡片表面鍍增透膜、鍍多層減反射膜將會(huì)得到改善。一、光學(xué)特性4.光的反射-反射率

光線在鏡片表面會(huì)產(chǎn)生反射現(xiàn)象，影響鏡片的清晰度。針對未經(jīng)表面處理的鏡片，即不改變鏡片材料本身反射量的條件下，鏡片單面反射率P1的計(jì)算公式如下：

P1=(n-n＇)2/(n+n＇)2*100%

一、光學(xué)特性例：計(jì)算折射率為1.6的鏡片材料的反射率。

解：光線入射鏡片第一面時(shí)產(chǎn)生的反射率P1為：

光線入射到鏡片第二面時(shí)的入射率為

光線入射鏡片第二面時(shí)產(chǎn)生的反射率P2為

則折射率為1.6的鏡片材料的反射率P為：一、光學(xué)特性例：計(jì)算折射率為1.8的鏡片材料的反射率。

解：光線入射鏡片第一面時(shí)產(chǎn)生的反射率P1為：

光線入射到鏡片第二面時(shí)的入射率為

光線入射鏡片第二面時(shí)產(chǎn)生的反射率P2為

則折射率為1.8的鏡片材料的反射率P為：一、光學(xué)特性對于眼鏡片而言，鏡片材料折射率越高，鏡片表面的反射率就越大，因反射而損失的光線就越多。這種現(xiàn)象會(huì)使鏡片內(nèi)部產(chǎn)生光圈現(xiàn)象從而導(dǎo)致鏡片厚度明顯；使戴鏡者的眼睛會(huì)因?yàn)殓R片表面的光線反射而被掩蓋；使戴鏡者看到虛像；使鏡片產(chǎn)生眩光而降低了對比度，等等。對于這些問題的解決辦法是在鏡片表面鍍多層減反射膜。折射率總反射量（%）1.57.81.610.41.712.31.815.71.918.3一、光學(xué)特性5.光線的吸收

鏡片的光線吸收通常指材料內(nèi)部的光線吸收。其表示方式為鏡片前后表面對光線吸收的百分比。例如，30%的光線吸收表示有30%的光通量在鏡片內(nèi)部的減少。

鏡片材料本身的吸收特性會(huì)減少鏡片的光線透過率，這部分的光損失對于無色鏡片是可以忽略的，但如果為染色或光致變色鏡片，鏡片本身對光線的吸收量會(huì)很大，這也是此類功能鏡片的設(shè)計(jì)目的，即減少光線出射量。一、光學(xué)特性6.光通量

鏡片的光通量指光線通過鏡片而沒有被反射和吸收的可見光總量。戴鏡者的視覺受三方面的綜合影響：入射光

的強(qiáng)度和入射光譜范圍，鏡片吸收和對光譜的選擇以及眼對不同可見波長的敏感度。

通常鏡片要求對可見光透光率高，而對有害光線透光率低。目前對鏡片的要求要具有防紫外線功能。

紫外線也可分為三個(gè)波段，UVC(10~280nm)、UVB(280~315nm)，以及UVA(315~380nm)。UVC危害最大，但一般可被大氣層中的氧、氮和臭氧層吸收，不排除工業(yè)來源的UVC。大部分的UVA和UVB會(huì)進(jìn)入人眼，所以保護(hù)眼睛，減少UVB和UVA的入侵非常重要。一、光學(xué)特性7.光的散射散射是指光在各個(gè)方向上被散播的一種現(xiàn)象。其一般在固體的表面或透明材料的內(nèi)部產(chǎn)生。理論上來講，眼鏡片表面沒有散射發(fā)生，因?yàn)殓R片經(jīng)過拋光等工藝過程表面相當(dāng)光滑，消除了這種現(xiàn)象。對于合格的眼鏡片來說，鏡片內(nèi)部的散射也是非常有限的，通?？梢院雎圆挥?jì)。一、光學(xué)特性7.光的散射但是對于以下情況，光的散射現(xiàn)象就會(huì)影響到鏡片的光學(xué)成像。例如，當(dāng)鏡片因外界污染而被弄臟或者是因油污等而模糊不清時(shí)，鏡片表面呈現(xiàn)不光滑，會(huì)產(chǎn)生光的散射而影響光學(xué)成像，必須加以考慮。此外，如果鏡片內(nèi)部質(zhì)量欠佳，則會(huì)在鏡片內(nèi)產(chǎn)生散射光線，鏡片呈現(xiàn)黃色或者是乳白色，此時(shí)也應(yīng)加以考慮。一、光學(xué)特性丁達(dá)爾現(xiàn)象在光的傳播過程中，光線照射到粒子時(shí)，如果粒子大于入射光波長很多倍，則發(fā)生光的反射;如果粒子小于入射光波長，則發(fā)生光的散射，這時(shí)觀察到的是光波環(huán)繞微粒而向其四周放射的光，稱為散射光或乳光。丁達(dá)爾效應(yīng)就是光的散射現(xiàn)象或稱乳光現(xiàn)象。由于溶膠粒子大小一般不超過100nm，小于可見光波長(400nm~700nm)，因此，當(dāng)可見光透過溶膠時(shí)會(huì)產(chǎn)生明顯的散射作用。而對于真溶液，雖然分子或離子更小，但因散射光的強(qiáng)度隨散射粒子體積的減小而明顯減弱，因此，真溶液對光的散射作用很微弱。此外，散射光的強(qiáng)度還隨分散體系中粒子濃度增大而增強(qiáng)。所以說，膠體能有丁達(dá)爾現(xiàn)象，而溶液沒有，可以采用丁達(dá)爾現(xiàn)象來區(qū)分膠體和溶液8.光的衍射衍射是指當(dāng)光波在行進(jìn)中遇到小的障礙而改變行進(jìn)方向的一種現(xiàn)象。在眼鏡的使用中，衍射現(xiàn)象是必須要引起高度重視的。因?yàn)槿绻坨R使用不當(dāng)或者是在鏡片的表面有磨損時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，這樣就會(huì)對鏡片的成像產(chǎn)生異常干擾。一、光學(xué)特性二、鏡片的機(jī)械性能機(jī)械性質(zhì)是指鏡片形狀及抗變形能力的特性。機(jī)械性質(zhì)通常是反映固體材料的特性，它規(guī)定了材料的質(zhì)量、體積和尺寸以及材料對變形和沖擊的抵抗力。我們常見的反映鏡片的機(jī)械性質(zhì)有密度、硬度、彈性模量、抗沖擊性和抗斷開點(diǎn)等。二、眼鏡片的機(jī)械性能二、鏡片的機(jī)械性能

1.密度

密度是指1cm3材料的質(zhì)量，單位是g/cm3，國標(biāo)單位為Kg/m3。

已知鏡片材料的密度不能預(yù)知鏡片的質(zhì)量。有可能密度大的材料比相同屈光力密度小的鏡片材料要輕，因?yàn)橛锌赡苊芏却蟮溺R片的用料少。

它是在標(biāo)準(zhǔn)條件下對固體的一個(gè)參考標(biāo)準(zhǔn)

2.硬度

金屬材料抵抗更硬的物體壓入其內(nèi)的能力。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指標(biāo)有布氏硬度（HB）、洛氏硬度（HR）和維氏硬度（HV）。

二、眼鏡片的機(jī)械性能布氏硬度：直徑為D(mm)的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球壓入被測金屬的表面；2.硬度

二、眼鏡片的機(jī)械性能維氏硬度：以49.03~980.7N的負(fù)荷,將相對面夾角為136°的方錐形金剛石壓入器壓材料表面，保持規(guī)定時(shí)間后，用測量壓痕對角線長度，再按公式來計(jì)算硬度的大小。洛氏硬度：以壓痕塑性變形深度來確定硬度值的指標(biāo)。用一個(gè)頂角為120度的金剛石圓錐體或直徑D(mm)的鋼球，在一定載荷下壓入被測材料表面，由壓痕深度求出材料的硬度。2.硬度玻璃鏡片易碎，但非常硬。盡管如此，在長期使用或者沒有基本防護(hù)（眼鏡和硬物接觸）的情況下，原本高光潔度且完全透明的眼鏡片也會(huì)被磨損。眼鏡片上大量細(xì)小的表面磨損會(huì)使入射光線發(fā)生散射，改變玻璃鏡片的透光率，影響成像質(zhì)量。對于樹脂鏡片而言，單憑硬度一個(gè)指標(biāo)不能評價(jià)其耐磨損性能，還需要綜合考慮鏡片材料的彈性變形、塑性變形以及材料的分子結(jié)合力等情況。二、眼鏡片的機(jī)械性能3.彈性模量二、眼鏡片的機(jī)械性能4.抗沖擊性

抗沖擊性反映了鏡片材料在規(guī)定條件下抵抗硬物沖擊的能力。各種材料的相對抗沖擊性能取決于沖擊物的尺寸和形狀等因素。

為了測試眼鏡片的抗沖擊性，英、美等許多國家制訂了測試標(biāo)準(zhǔn)。例如落球試驗(yàn)，即將一鋼球從某一高度落至鏡片凸面上，觀察鏡片的抗沖擊性能。

二、眼鏡片的機(jī)械性能4.抗沖擊性

落球測試的具體方法為：使用一個(gè)16克的鋼球，從1.27米的高度對準(zhǔn)鏡片中心落下，若鏡片不發(fā)生損壞，則其抗沖擊性性能好，否則抗沖擊性性能差。

安全標(biāo)準(zhǔn)：為了預(yù)防及盡可能避免因鏡片破碎而導(dǎo)致的損傷，一些國家甚至強(qiáng)制規(guī)定某些特定人群（例如兒童、駕駛員）應(yīng)該配戴的鏡片種類。二、眼鏡片的機(jī)械性能4.抗斷開點(diǎn)抗斷開點(diǎn)也是眼鏡片材料所必須要求的機(jī)械性質(zhì)之一。抗斷開點(diǎn)的測試方法采用由歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)制定的“CEN靜態(tài)變形測試”的方法。該測試的具體方法為：在一個(gè)恒定的速度下，對被測鏡片逐漸增加壓力，直至達(dá)到100牛頓，若鏡片不發(fā)生損壞，則其抗斷開點(diǎn)性能好；若材料變形超過4.5mm，則其抗斷開點(diǎn)性能偏差；若鏡片發(fā)生損壞，則其抗斷開點(diǎn)性能差。二、眼鏡片的機(jī)械性能1.熱性質(zhì)熱性質(zhì)是指在溫度的影響下鏡片材料的變化狀態(tài)。熱性質(zhì)主要包括熱導(dǎo)率、比熱容、線性膨脹系數(shù)、熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、鏡片的應(yīng)力溫度等。三、眼鏡片的熱性質(zhì)和電性能2.電性質(zhì)電性質(zhì)是指材料的電磁波和電效應(yīng)的特性。有時(shí)需要將鏡片的光學(xué)性質(zhì)和電性質(zhì)聯(lián)系起來考慮。通