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解析眼镜片的光学性质

2014/12/26 9:34:13来源:本站原创 【字体:

导 读:眼镜片是眼镜的重要组成部分之一,眼镜要实现它所具有的各个功能,均是通过眼镜片来完成。现代的眼镜片是一组非常复杂的光学系统,它是多种材料和膜层的组合体,具有一定的特性。
关 键 词:

眼镜片是眼镜的重要组成部分之一,眼镜要实现它所具有的各个功能,均是通过眼镜片来完成。例如,普通眼镜要依靠镜片来矫正各种屈光不正和老视;保护眼镜要通过镜片来遮风、挡光和安全防护等,可以说没有无镜片的眼镜,而有无镜架的眼镜。

  现代的眼镜片是一组非常复杂的光学系统,它是多种材料和膜层的组合体,具有一定的特性。眼镜片材料作为镜片的重要组成部分之一,其作用不仅仅是参与了镜片的矫正功能,而且它还是镜片系统镀膜处理的基础,镜片的材料与所镀的膜层是密切相关的。眼镜学的研究目的就是要通过配戴矫正镜片使屈光不正的眼睛视物清晰,所以在选用镜片材料时,需要考虑影响镜片屈光作用的因素。

  一、影响眼镜片屈光作用的主要因素

  1、几何特性

  镜片的几何特性主要包括镜片的曲率半径和表面形状。

  2、物理化学特性

  镜片的物理化学特性主要包括镜片的折射率、阿贝系数等。眼镜学的研究与发展就是要对以上影响因素合理地设计、很好地控制,以便不断地完善眼镜片的光学矫正效果。

  二、眼镜片的主要特性

  眼镜片的主要特性有光学性质、机械和热性质、电性质和化学性质。

  (一)光学性质

  光学性质是指计算屈光作用和控制光学性能的特性。

  (二)机械和热性质

  机械和热性质是指镜片形状及抗变形能力的特性。

  (三)电性质

  电性质是指材料的电磁波和电效应的特性。

  (四)化学性质

  化学性质是指通过外界所接触的化学物质了解材料的相应变化的特性。

  三、眼镜片的光学性质

  光学性质是材料的基本性质。材料的光学性质与眼镜片在日常生活中所碰到的各种光学现象相符合,主要有光线在眼镜片两个表面的折射、反射、镜片本身的吸收以及散射现象和衍射现象。光线经过镜片的表面发生折射时将遵循折射定律。

  (一)折射率

  折射率是反映镜片材料折射能力的一个参数。折射率值越大,光线进入镜片偏离得就越远。一般情况下,折射率值越大,镜片厚度越小,镜片的重量越轻。

  (二)色散系数

  色散现象是指由于不同颜色的光线,波长不同,折射率也不同,当白色光线被折射后,所产生的颜色像差即为色散现象。材料的色散能力可以由阿贝数来描述。阿贝数的大小与材料的色散成反比,即阿贝数越大,表示该材料的色散越小。通常情况下,眼镜片材料的阿贝数为30-60。一般眼镜片的折射率越高,色散越大,阿贝数就越低。

  尽管所有眼镜片都存在色散,但是在镜片的中心这个因素可以被忽略。只有高色散材料制造的镜片周边部容易出现色散现象,例如离光轴比较远的镜片边缘有彩色条纹。光在镜片表面产生折射的同时,也会产生反射。光线经过镜片的表面发生反射时也将遵循反射定律。光的反射对眼镜片的成像有一定的影响,例如影响镜片的清晰度,使其透光性能下降;镜片的表面会产生干扰性反射光,即形成虚像;眩光等。通常情况下,镜片材料的折射率越高,因反射所损失的光就越多。当然,在镜片表面镀增透膜、镀多层减反射膜将会得到改善。

  (三)光的吸收

  眼镜片光的吸收通常是指镜片材料内部对光线的吸收,其表示方式为镜片前后表面对光线吸收的百分比。例如,30%的光线吸收表示有30%的光通量在镜片内部的减少。材料的光吸收遵循郎伯定律(Lambert'sLaw),该定律表明光吸收是随着镜片厚度的变化呈指数性的变化。镜片材料对光的吸收会减少光透过率,对于普通镜片来说,这部分光的损失可以忽略,但如果镜片为有色镜片,如染色镜片、变色镜片等,光的吸收量会很大,这就要求光的吸收量要符合我们的设计要求。

  (四)光的散射

  散射是指光在各个方向上被散播的一种现象。其一般在固体的表面或透明材料的内部产生。理论上来讲,眼镜片表面没有散射发生,因为镜片经过抛光等工艺过程表面相当光滑,消除了这种现象。对于合格的眼镜片来说,镜片内部的散射也是非常有限的,通常可以忽略不计。

  但是对于以下情况,光的散射现象就会影响到镜片的光学成像。例如,当镜片因外界污染而被弄脏或者是因油污等而模糊不清时,镜片表面呈现不光滑,会产生光的散射而影响光学成像,必须加以考虑。此外,如果镜片内部质量欠佳,则会在镜片内产生散射光线,镜片呈现黄色或者是乳白色,此时也应加以考虑。

  (五)光的衍射

  衍射是指当光波在行进中遇到小的障碍而改变行进方向的一种现象。在眼镜的使用中,衍射现象是必须要引起高度重视的。因为如果眼镜使用不当或者是在镜片的表面有磨损时,便会产生衍射现象,这样就会对镜片的成像产生异常干扰。

  四、机械性质

  机械性质通常是反映固体材料的特性,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的机械性质有密度、硬度、弹性模量、抗冲击性和抗断开点等。

  (一)密度

  密度是指物质的质量与体积的比值。该量没有单位,它是在标准条件下对固体的一个参考标准。

  (二)硬度

  硬度是指达到一定变性时所必须的力。硬度是衡量眼镜片质量档次的重要因素之一,不同硬度的镜片材料有不同的加工方法和技术要求。

  (三)弹性模量

  弹性模量是指出现压力和排除压力后恢复最初形状时产生的相应变形之间的比率,通常是指高度或体积的比率。

 (四)抗冲击性

  抗冲击性是眼镜片材料所必须要求的机械性质之一。抗冲击性的测试方法常采用由美国食品和药物管理机构(FDA)规定的一项落球测试来表示。落球测试的具体方法为:使用一个16克的钢球,从1.27米的高度对准镜片中心落下,若镜片不发生损坏,则其抗冲击性性能好,否则抗冲击性性能差。

  (五)抗断开点

  抗断开点也是眼镜片材料所必须要求的机械性质之一。

  抗断开点的测试方法采用由欧洲标准化委员会制定的“CEN静态变形测试”的方法。该测试的具体方法为:在一个恒定的速度下,对被测镜片逐渐增加压力,直至达到100牛顿,若镜片不发生损坏,则其抗断开点性能好;若材料变形超过4.5mm,则其抗断开点性能偏差;若镜片发生损坏,则其抗断开点性能差。

  五、热性质

  热性质是指在温度的影响下镜片材料的变化状态。热性质主要包括热导率、比热容、线性膨胀系数、熔点、沸点、镜片的应力温度等。

  六、电性质

  电性质表示材料的电磁波和电效应的特性,有时需要将镜片的光学性质和电性质联系起来考虑。通常镜片材料在制造时需要考虑以下两个参数,介电强度和预定频率下的介电损耗系数。

  七、化学性质

  化学性质是指在眼镜片的制造和日常使用中,镜片材料对于化学物质的反映特性,或者是在某些极端条件下镜片材料的反映特性。例如,加速老化实验是为了测试材料的可靠度,测试时通常使用冷水、热水、酸类以及各种有机溶剂。


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