眼镜光学
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关键词: 眼镜,光学,
眼镜光学
框架眼镜是目前矫正屈光不正常用的方法之一,主要使用球镜、柱镜或球柱镜。正球镜用于矫正远视,负球镜用于矫正近视,柱镜用于矫正散光。框架眼镜的特点是安全、简便、经济.
如何才能配好一副眼镜,是眼科医生和验光师的职责,必须运用眼科学,眼镜光学和各种有关知识和技术,结合戴镜者的主观感觉认真仔细地验配,才能使病人视物清晰、舒适而又能提高视效能。
眼镜片的材质和性能
玻璃眼镜片
眼镜玻璃材料主要是由二氧化硅、氧化钠、氧化钾、氧化钙和氧化钡等多种氧化物组合而成。分普通玻璃和光学玻璃两种。普通玻璃的基础成分属钠钙硅酸盐系统。光学玻璃的基础成分属钾、钡硅酸盐系统。分为无色和有色光学玻璃。通常按无色光学玻璃的折射率和色
散系数的大小将光学玻璃划分为冕牌玻璃和火石玻璃两大类。用冕牌玻璃制成的镜片有光学白片、克罗克斯镜片、克罗克赛镜片、有色镜片和变色镜片等。火石玻璃多用于磨制双光镜片的子镜片和高折射率镜片等。
眼镜玻璃的性能要求不同于其他玻璃产品,主要是以光学性能和理化性能等为主。光学性能主要有折射率、色散系数和透光率等,理化性能主要有密度和化学稳定性等。
折射率:一般冕牌玻璃的折射率在1.49~1.53之间,火石玻璃的折射率在1.60-1.806。折射率的大小可以用来衡量镜片的厚薄。即折射率越高,镜片就越薄。同时,它也是决定镜片屈光度的重要光学参数之一.
色散系数:在镜片中,通常应用到色散系数的倒数,亦称色散系数。阿贝数的大小可用来衡量镜片成像的清晰程度。即阿贝数常越大,色散就越小,则成像的清晰程度就越好。但一般来讲,折射率越高,阿贝数相对变小,则成像的清晰程度就越差。一般冕牌玻璃的阿贝数在55以上,而火石玻璃阿贝数在50以下。
透光率:透光率可以用来衡量通过镜片视物的清晰程度,即透光率越高,视物就越清晰,一般要求无色光学玻璃对可见光的透光率在91%以上,火石玻璃玻璃的透光率在87%左右。
密度:通常用于制作眼镜片的玻璃密度均比较大。冕牌玻璃的密度为2.54,火石玻璃的密度为3.6,而且随着镜片折射率的增加,密度也增加,同时,阿贝数在减小。因此,折射率高、镜片薄、阿贝数大、镜片边缘色散小,密度小,镜片轻是最为理想的眼镜片。
化学稳定性:化学稳定性一般是指镜片在加工或使用过程中对水,酸,碱溶液以及抛光剂等化学物质的耐腐蚀能力。因为这些化学物质均能与玻璃发生作用,使镜片发霉、表面光洁度发生变化等,影手响使用寿命。
1. 克罗克斯镜片
克罗克斯镜片是由英国人克罗克斯于1914年研制成功而得名,又简称克斯片。它是以钠钙硅酸盐或冕玻璃为基础,再加入少量氧化铈和氧化钕等稀土氧化物着色的眼镜玻璃。在含有蓝紫光较多的太阳光或荧光灯照射时,玻璃呈浅紫色,用短波较少的白炽灯照射时玻璃呈绛红色,这种现象叫玻璃的双色效应。克斯镜片能全部吸收345mm以下的紫外线,在580nm处有一个显著的吸收峰。
2. 克罗赛脱镜片
克罗赛脱镜片简称克赛片,是在普通光学玻璃配方中加入部分氧化硒、有时还加入少量氧化锰和氧化铈等着色剂而制成的,呈淡粉红色,可以更好地吸收360nm以下的紫外线,白光透过率可达90%以上。
3.光致变色片
(1)光致变色镜片的变色机制:光致变色镜片就是常说的变色片,它可随着光照强弱而变色的镜片。它是根据不同要求在普通光学玻璃中加入不同的光敏剂,如卤化银,卤化铜和卤化铬等,变色后就可呈现不同的颜色,如茶色、茶灰色、灰色等。其变色机制是,在光线(别是短波光线)照射时,玻璃中的卤化银分子分解为银和卤素原子,好多银原子积聚在一起就呈现浅黑色,即灰色。
(2)光致变色镜片的种类
①灰色变色眼镜片:分变浅灰、中灰、深灰和黑灰多种,这种镜片的组成是由氧化硅、硼酸,氢氧化铝、碳酸钠、氯化银,氧化亚铜等成分熔制而成。其中氧化亚铜或氯化亚铜是增感剂,由于它们的存在,玻璃的变色速度可增加数百倍至数千倍。这种镜片对可见光的原始透过率为85%以上,经紫外线和短波可见光照射后,可见光透过率可下降到25%-40%:光线停止照射1min后,可见光透过率可增加20%以上;20min后,可见光透过率可达75%以上,这种镜片可吸收300-380mmn的紫外线,这种镜片戴上很舒服,特别适合于患有青光限、电光性眼炎、角膜炎和老年人见光流泪等眼病病人
②浅黄、橙黄色变色眼镜片:由氧化硅、氧化硼、氧化锂、氧化钾、氯化银、氧化铝等焙制而成。经过热处理后就形成了由浅黄橙黄的变色镜片。铝在银的微粒上生成薄膜,或与银生成合金。银粒子能吸收450nm以下的紫外线。铝粒子在可见光谱区也能参加光线的吸收,所以加入铝后,可降低可见光的透过率。这种眼镜最适合于长时间在室外工作者配戴,也适用于视网膜疾病病人配戴。
③防视网膜褪化变色眼镜:锥状细胞位于视网膜黄斑部,主要产生明视觉,能区别颜色和浓度,能别细微的东西,它的峰值敏感度为50nm。杆状细胞位于视网膜周边部,主要产生暗视觉,它不能分辨颜色和细小东西,只能识别灰色的明暗,峰值敏感度为510nm。杆状感光细胞比锥状感光细胞褪化快。由研究得知,强光照射和强光的急剧变化,以及视网膜色素的沉积是影响感光细胞褪化的重要原因。维丁根据以上情况发明了两种变色眼镜玻璃。第一种是适用于患白内障而摘除晶体和光致视网膜炎病人配戴的变色镜片,这种镜片可完全阻截440nm以下的有害射线;第二种是对视网膜炎色素沉积症的病人使用的变色镜片,它可阻截550nm以下射线。未用紫外线照射时,可见光通过率约为25%,受紫外线照射变色后,可见光选过率小于10%。
④茶色变色镜:组成有氧化硅,氧化铝、氧化硼、卤化银等还加人钴、镍和锰等着色剂熔制而成。该镜片光线的原始透过率为85%左右,变色后透过率为30%左右。这种变色镜片有以下几种:无底色透明变茶色,有底色浅茶色变深茶色,茶色变灰色等色彩。
蓝色变色眼镜:主要由二氧化硅、氢氧化铝、硼酸、硝酸银和添加剂氧化钻,氧化铈和氧化镍等熔制而成。底色为纯正蓝色,在紫外线照射后变为深蓝色或蓝灰色。这种镜片褪色速度快,能吸收380-400nm的紫外线。配戴这种蓝色变色眼镜,容易消除眼睛的疲劳。
⑥渐变变色眼镜:又叫梯度变色镜,当接受紫外线或短波可见光照射后,镜片从上到下呈现由深到浅的变色,光线透过率呈梯度形分布。其原理是在热处理时,把它放在梯度温度炉内进行热处理,使镜片内的卤化银晶粒形成梯度形分布,所以变色后就呈梯度色。这种镜片是由蓝色变成灰色。它对380-420rmm的紫外线较有强的吸收作用。
液晶变色眼镜:液晶是一种有机化合物,又称为液态晶体,在电场和温度变化的作用下,能产生某些特殊的电光和热效应。这种眼镜的变色速度极快,一般变色镜片达列饱和变色状态需要几分钟。而液晶变色仅需要千分之几秒,其颜色能迅速地适应外界强光的变化。特别适应于气焊、电焊、汽车驾驶员以及患有畏光的青光眼病人配戴。
镀膜眼镜片
镀膜玻璃镜片是指在各种光学玻璃镜片的表面上采用真空镀膜的方法镀上相应的减反射膜,以消除镜片表面的反射光,增加镜片的透光率,配戴起来更加清晰可见,舒适美观。常用的镀膜材料为氟化镁,折射率为1.38,并具有良好的耐磨性和稳定的物理化学性能。经镀膜后,镜片的透光率可由原来的91%提高到98%左右。镀膜镜片有单层镀膜片和多层镀膜片两种,多层镀膜镜片可镀有多层减反射膜、憎水膜(防水防雾)等不同功能的膜层,以增加镜片表面减反射的效果,同时也增加膜层的耐用性和实用性。
镀减反射膜镜片具有下述优点:
1.视物更加清晰。由于减少了反射光,增加了光线透过率,因而增加了像的亮度。所以,配戴这种眼镜犹如未带眼镜,视物极为清晰。
2.使视野清晰度不致受反射光的妨碍,增加戴镜的舒适感,尤其是高度近视病人的眼镜片,反射光在镜片表面的重复反射使镜片出现多重光圈。而配戴这种镀减反射膜的镜片,良好的防反光效应会消除这种光圈,视野开阔,感觉舒适,并增加美观。
3.太阳光下或闪光灯前拍照时,由于镜片镀减反射膜使反射交在像平面所成的耀眼光点大力减少,基本没有镜片反光现象。
高折射率镜片
这是一种新型光学眼镜片(又称超薄片)。国产超薄镜片大都采用折射率1.7035,密度3.028,阿贝数41.6的钡火石光学玻璃材料。它与冕牌玻璃材料磨制出的镜片相比,在同等屈光度条件下,其镜片的弯度要浅一些,镜片的厚度要薄约1/5,特别适合高度屈光不正者配戴。一般高折射率玻璃材料中含氧化铅较高,则密度较重,同时阿贝数也较小,在镜片边缘易产生色散现象等缺点。目前,高折射率玻璃中已采用添加氧化钛等取代氧化铅的方法,从而达到降低密度和提高阿贝数的目的。
塑胶镜片
玻璃制眼镜片易于破碎,有时造成眼部损伤。因而,近年来塑胶镜片得到很大发展。目前用于眼镜镜片的塑胶主要有两种:聚甲基丙烯酸酯和烯丙基乙二醇酸酯(商品名为CR-39哥伦比亚树脂)。前者硬度差,容易刮损:而CR-39硬度几乎与眼镜玻璃相近,故已逐渐推广,用作镜片材料。CR-39镜片与玻璃镜片比较,具有下述特点:
1.重量轻:重量仅为玻璃镜片的一半,所以如玻璃镜片太重有压迫感时,可换CR-39镜片。
2.抗冲击:可承受较大的冲击力。即使破裂,碎片也较小,边缘较钝。
3.能有效地吸收紫外线:经染色或镀膜处理可减少99%以上的紫外线,蓝光和散射性眩光。此外,透光度好,能见度高。
4.化学稳定性良好:耐高温,能在100℃长期使用不变形;于热传导系数低,减少了霉变现象:耐酸碱,并抗有机溶剂。
5.易染色:CR-39镜片染色容易,可根据需要和爱好把镜片染成不同颜色。
6.其他:制作较简单,可浇铸成型。
CR-39具有玻璃镜片所无法比拟的一些优点,现已成为世界上流行的眼镜片,用于制作各种屈光不正的矫正用镜片及太阳镜、弱视镜、防红外线和防毒面具镜片。但CR-39镜片的耐磨性能仍有待进一步提高;且镜片厚于玻璃镜片,其最小厚度在1-1.5mm,较玻璃镜片最小厚度0.6mm大。
水晶镜片
水晶石是天然结晶体,主要成分为二氧化硅,有无色水晶和茶色水晶两种。我国最早的眼镜即是用水晶制成。水晶镜片硬度高、耐光高温、耐摩擦、不易潮湿,且茶色水晶可以吸收一部分紫外线,并减少了镜片的透光度,所以戴后有舒适感。实际上茶晶并不能完全吸收短波紫外线,也不能防止红外线透过,同时由于水晶石中大多含有各种杂质,棉状或冰冻状花纹等,所以,其光学性能远不如光学玻璃优良,目前,已逐渐被光学玻璃或光学树脂材料所代替。
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