眼鏡片是眼鏡的重要組成部分之一,眼鏡要實現(xiàn)它所具有的各個功能,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;保護眼鏡要通過鏡片來遮風(fēng)、擋光和安全防護等,可以說沒有無鏡片的眼鏡,而有無鏡架的眼鏡。
現(xiàn)代的眼鏡片是一組非常復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng),它是多種材料和膜層的組合體,具有一定的特性。眼鏡片材料作為鏡片的重要組成部分之一,其作用不僅僅是參與了鏡片的矯正功能,而且它還是鏡片系統(tǒng)鍍膜處理的基礎(chǔ),鏡片的材料與所鍍的膜層是密切相關(guān)的。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,需要考慮影響鏡片屈光作用的因素。
一、影響眼鏡片屈光作用的主要因素
1、幾何特性
鏡片的幾何特性主要包括鏡片的曲率半徑和表面形狀。
2、物理化學(xué)特性
鏡片的物理化學(xué)特性主要包括鏡片的折射率、阿貝系數(shù)等。眼鏡學(xué)的研究與發(fā)展就是要對以上影響因素合理地設(shè)計、很好地控制,以便不斷地完善眼鏡片的光學(xué)矯正效果。
二、眼鏡片的主要特性
眼鏡片的主要特性有光學(xué)性質(zhì)、機械和熱性質(zhì)、電性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。
(一)光學(xué)性質(zhì)
光學(xué)性質(zhì)是指計算屈光作用和控制光學(xué)性能的特性。
(二)機械和熱性質(zhì)
機械和熱性質(zhì)是指鏡片形狀及抗變形能力的特性。
(三)電性質(zhì)
電性質(zhì)是指材料的電磁波和電效應(yīng)的特性。
(四)化學(xué)性質(zhì)
化學(xué)性質(zhì)是指通過外界所接觸的化學(xué)物質(zhì)了解材料的相應(yīng)變化的特性。
三、眼鏡片的光學(xué)性質(zhì)
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表面的折射、反射、鏡片本身的吸收以及散射現(xiàn)象和衍射現(xiàn)象。光線經(jīng)過鏡片的表面發(fā)生折射時將遵循折射定律。
(一)折射率
折射率是反映鏡片材料折射能力的一個參數(shù)。折射率值越大,光線進入鏡片偏離得就越遠。一般情況下,折射率值越大,鏡片厚度越小,鏡片的重量越輕。
(二)色散系數(shù)
色散現(xiàn)象是指由于不同顏色的光線,波長不同,折射率也不同,當白色光線被折射后,所產(chǎn)生的顏色像差即為色散現(xiàn)象。材料的色散能力可以由阿貝數(shù)來描述。阿貝數(shù)的大小與材料的色散成反比,即阿貝數(shù)越大,表示該材料的色散越小。通常情況下,眼鏡片材料的阿貝數(shù)為30-60。一般眼鏡片的折射率越高,色散越大,阿貝數(shù)就越低。

盡管所有眼鏡片都存在色散,但是在鏡片的中心這個因素可以被忽略。只有高色散材料制造的鏡片周邊部容易出現(xiàn)色散現(xiàn)象,例如離光軸比較遠的鏡片邊緣有彩色條紋。光在鏡片表面產(chǎn)生折射的同時,也會產(chǎn)生反射。光線經(jīng)過鏡片的表面發(fā)生反射時也將遵循反射定律。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。當然,在鏡片表面鍍增透膜、鍍多層減反射膜將會得到改善。

(三)光的吸收

眼鏡片光的吸收通常是指鏡片材料內(nèi)部對光線的吸收,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。材料的光吸收遵循郎伯定律(Lambert'sLaw),該定律表明光吸收是隨著鏡片厚度的變化呈指數(shù)性的變化。鏡片材料對光的吸收會減少光透過率,對于普通鏡片來說,這部分光的損失可以忽略,但如果鏡片為有色鏡片,如染色鏡片、變色鏡片等,光的吸收量會很大,這就要求光的吸收量要符合我們的設(shè)計要求。

(四)光的散射

散射是指光在各個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,因為鏡片經(jīng)過拋光等工藝過程表面相當光滑,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?。

但是對于以下情況,光的散射現(xiàn)象就會影響到鏡片的光學(xué)成像。例如,當鏡片因外界污染而被弄臟或者是因油污等而模糊不清時,鏡片表面呈現(xiàn)不光滑,會產(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,此時也應(yīng)加以考慮。

(五)光的衍射

衍射是指當光波在行進中遇到小的障礙而改變行進方向的一種現(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。因為如果眼鏡使用不當或者是在鏡片的表面有磨損時,便會產(chǎn)生衍射現(xiàn)象,這樣就會對鏡片的成像產(chǎn)生異常干擾。

 四、機械性質(zhì)

機械性質(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械性質(zhì)有密度、硬度、彈性模量、抗沖擊性和抗斷開點等。

(一)密度

密度是指物質(zhì)的質(zhì)量與體積的比值。該量沒有單位,它是在標準條件下對固體的一個參考標準。

(二)硬度

硬度是指達到一定變性時所必須的力。硬度是衡量眼鏡片質(zhì)量檔次的重要因素之一,不同硬度的鏡片材料有不同的加工方法和技術(shù)要求。

(三)彈性模量

彈性模量是指出現(xiàn)壓力和排除壓力后恢復(fù)最初形狀時產(chǎn)生的相應(yīng)變形之間的比率,通常是指高度或體積的比率

(四)抗沖擊性

抗沖擊性是眼鏡片材料所必須要求的機械性質(zhì)之一??箾_擊性的測試方法常采用由美國食品和藥物管理機構(gòu)(FDA)規(guī)定的一項落球測試來表示。落球測試的具體方法為:使用一個16克的鋼球,從1.27米的高度對準鏡片中心落下,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。

(五)抗斷開點

抗斷開點也是眼鏡片材料所必須要求的機械性質(zhì)之一。

抗斷開點的測試方法采用由歐洲標準化委員會制定的“CEN靜態(tài)變形測試”的方法。該測試的具體方法為:在一個恒定的速度下,對被測鏡片逐漸增加壓力,直至達到100牛頓,若鏡片不發(fā)生損壞,則其抗斷開點性能好;若材料變形超過4.5mm,則其抗斷開點性能偏差;若鏡片發(fā)生損壞,則其抗斷開點性能差。

五、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、沸點、鏡片的應(yīng)力溫度等。

六、電性質(zhì)

電性質(zhì)表示材料的電磁波和電效應(yīng)的特性,有時需要將鏡片的光學(xué)性質(zhì)和電性質(zhì)聯(lián)系起來考慮。通常鏡片材料在制造時需要考慮以下兩個參數(shù),介電強度和預(yù)定頻率下的介電損耗系數(shù)。

 七、化學(xué)性質(zhì)

化學(xué)性質(zhì)是指在眼鏡片的制造和日常使用中,鏡片材料對于化學(xué)物質(zhì)的反映特性,或者是在某些極端條件下鏡片材料的反映特性。例如,加速老化實驗是為了測試材料的可靠度,測試時通常使用冷水、熱水、酸類以及各種有機溶劑。