三,镜面材料及表面处理

第三章
镜片材料及表面处理

? 一、眼镜发展简史
? 据史料记载，早在7世纪时，对近视眼的发病已有所发现，如巢式《诸病源候论》的文章中记载了“目不能远视……”。这是距今1300余年前的事了
? 而眼镜的发明与应用则迟了600年，直到12世纪初期，我国南宋时期一位名叫史沆的人，首次利用水晶放大的作用看书

? 史料记载：“史沆断狱，取水晶十数种以主，初不喻，既而知案卷牍故暗者，水晶承目照之则见……”。史沆在审案子时，看不见案卷的字，用水晶（凸透镜作用）放在眼睛前面,看清了案卷上的小字。

? 当时眼镜称“靉叇”。是用来帮助看近的老花眼镜。
? 西方直到13世纪末期，才由中国传去
? 当时意大利人马可波罗旅居中国17年为朝宫廷办事，跑遍中国各地，曾见到宫廷里有人用眼镜，他就把眼镜传到了西方，所以在西方最早制作眼镜的地方是马可波罗的故乡——威尼斯。这种说法证明眼镜是我国发现的。

? 还有一种说法，罗马著名作家Plinns在公元1世纪时，记录罗马皇帝尼禄看奴隶搏斗取乐，尼禄皇帝用一块绿宝石放在眼前观看，这绿宝石就是最早的眼镜
? 史学家聂崇侯认为这绿宝石是吉祥物，而不是眼镜

? 11世纪阿拉伯书籍中记载透明的圆球切下一块，有放大的作用
? 直到1267年由英国僧侣科学家培根依据此原理制成实物，确实可以放大物体，很小的字能放大。培根把这块透镜送给教皇。教皇用它看《圣经》，非常清楚。这就是最原始的老花眼镜。因造价太贵，未能推广使用

? 1300年在威尼斯已有正式眼镜片加工厂，当时的镜片不是玻璃的，是水晶磨制而成
? 在德国南部1270——1275年间，有些歌唱演员，为了更好地让观众看文艺演出，向观众提供眼镜，这眼镜由石英、水晶或宝石制成
? 总之，不论哪种说法，归结一点，是人们在生产实践中，不断摸索，发现规律，发现的眼镜

? 14——15世纪，印刷术普遍发展，看书的人渐多，眼镜需要量也随之增多
? 玻璃行业的兴起为眼镜制造提供了廉价的材料，眼镜才逐渐普及。
? 镜框先是用动物角质作原料，后来也用金属或皮革做原料，其形式是椭圆或圆形等，逐步变革，镜片制成凹透镜，用来矫正近视
? 由于当时眼镜均无镜脚，直到16世纪末，才出现装有镜脚的眼镜，可以挂在耳朵上，这是第一幅较完整眼镜
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? 18世纪初富兰克林把远用和近用的镜片各切一半，拼装在一副眼镜框中使用，成为最早的双光眼镜
? 1827年挪威的眼镜师Ariey首先磨出柱镜，用来矫正散光
? 1885年著名的德国蔡

司光学工厂建立，奠定现代眼镜业的基础。

? 我国在13世纪，眼镜的原材料均为天然晶石，价格昂贵，相传当时的一只看近用的老花眼镜，需在一对骏马交换
? 使用者仅为宫廷贵族，那时的眼镜是奢侈品。到了明代，随着社会进步，个体手工业生产发展，博山等地方制造“玻璃”
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? 我国在明朝年间，随着个体手工业的发展，眼镜制作原料由天然水晶石发展到玻璃
? 玻璃价格低廉，眼镜由宫廷走向了民间
? 明末清初，吴江县孙云球利用机械原理，发现人工磨片机。用矿石砂、白泥等把镜片磨成凸凹透镜
? 孙云球还根据凸凹透镜的屈光原理，编制了一套“随目对镜”的原始验光方法，并采用它验光配镜
? 孙云球是我国主觉验光的先驱


? 到了清代康熙年间，眼镜片在北京、天津、苏州、上海、广州等地已蓬勃发展，眼镜已商品化
? 当时没有眼镜专业店，一般眼镜销售只附设在古玩玉器铺内
? 1719年上海小东门开设“澄明斋翡翠玉器铺”，铺内有眼镜出售，这就是后来的“吴良材眼镜店”。当时验光用的是孙云球的“随目对镜”法。
? 这时生产眼镜的作坊日益增多，苏州的眼镜手工作坊就十分兴旺
? 当时眼镜架有四类：1、纸板涂漆做边框，桩头穿线做镜脚；2、铜边眼镜，镜框桩头处用铰链，槽口用宣线做衬垫；3、真玳瑁甲眼镜；4、银丝边眼镜


? 1840年鸦片战争以后，西方的先进配镜技术传入我国
? 清末，首先是英国人约翰.高德（Joho Goddar）来上海开设高德洋行，专营研磨验光眼镜
? 以后，其他洋人也来，如托拔丝（Tobias）开设的“明晶洋行”，英籍犹太人雷茂顿（Riaiton）开设的雷茂顿洋行等
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? 直到19世纪末，我国实业家张謇在江苏创办了耀徐玻璃厂，没有镜框，手拿着使用，后来觉得单只眼镜不方便，改为两块镜子片
? 这就必须要有镜框连在一起使用，于是有人把2块镜片固定在骨架上，中间用骨钉铰链连在一起使用，夹在鼻子上使用



? 1911年曾在“高德洋行”工作过的中国联工筹资开设中国精益眼镜公司，使我国眼镜行业有了新的发展，在验光配镜方面有了很大的改革
? 1935年前后，上海南京路上除精益之外，还开设了几家大型专业眼镜公司，其中有茂昌、吴良材等，上海带动了全国眼镜行业的发展
? 40年代以后，我国眼镜行业处于停滞状态，一直延续要80年代，都是小作坊的形式。设备只限于一把检影镜，一个镜片箱，一部手动磨边机。技术是师傅带徒弟，镜片材料只有一种——1.523的光学玻璃。


? 1969年美国100项发明之一——

全自动电脑验光仪问世，使眼镜行业有了跨时代的发展
? 1970年，日本利用美国发明的电脑与电视连在一起，制造出了现在常用的可视电脑验光仪
? 从镜架材料看，变化也很大。从易燃易断易老化的塑料制品镜架发展到现在轻、牢、美观的钛架
? 镜片也出现了折射率1.71、1.9的超超薄镜片
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? 隐形眼镜的进步更快。从矫正眼睛的各种品牌软镜发展到可治疗眼镜，改变眼球角膜曲率的角膜矫型镜片
? 综上所述，近年来的眼镜业发展确实非常快，今后还会有更多的新产品问世，给屈光不正患者带来福音


二、镜 片 种 类
? 从功能来说：
? 有近视镜、远视镜、老花镜、散光镜、防风沙镜、太阳镜、防紫外镜、电焊镜、防红外镜等
? 从材质分的种类：
? 玻璃镜片、树脂镜片、天然水晶镜片、隐形眼镜等

三、镜片材料基本特性
? 可以制作光学镜片的前提条件：
? 镜片材料的折射率
? 透明媒质的折射率是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
? 目前市场所采用的镜片材料的折射率范围是从1.5--1.9




? 色散系数（阿贝Abbe数）
? 因媒质的折射率随光波长不同而改变，故白光（复合光）在经过透明介质时，被分解成连续色带的现象叫色散。色散大小用色散系数来表示
? 色散系数：是指光学媒质将光分解成光谱的程度，色散系数越大分成的宽度越大。
? 一般眼镜的色散系数范围为30~60


镜片材料基本特性
? 透光性能要好
? 能吸收有害射线
? 化学稳定性要好
? 要具有一定的机械强度
? 要有好的热稳定性
? 所谓热稳定性是指光学材料在剧烈温度的变化下物理化学性能不改变

1、光 学 玻 璃 概 述
? 主要材料是由氧化物，如：二氧化硅、三氧化硼、五氧化磷、氧化钠、氧化钾、氧化钙、氧化钡、氧化镁、氧化锌、氧化铝等组合而成。
? 是非常特殊的非晶态材料，在常温下呈固体，坚硬但易碎，在高温下具有粘性

光 学 玻 璃 概 述
　它没有固定的熔点。随着温度的上升，玻璃材料会变软、粘性增加，并逐渐由固体变为液体，这种逐渐变化的特性我们称之为“玻璃态“。这一特性意味着玻璃在高温时可以被加工和铸型。
玻璃材料制成的镜片具有良好的透光性、表面抛光后更加透明的优点
光 学 玻 璃 镜 片 特 点
无机物：分子单体以共价键相互间结合.
A.比重高（密度大）：即单位体积所含分子数量多，因此在配戴时感觉沉重；
B.折射率相对高：普通片为1.523，超薄片为：1.72以上，最高可达1.9；
C.硬度高：要用钻石切割，表面不容易被硬物划伤

光 学 玻 璃 镜 片 特 点
D.无弹性：断裂、伸拉弹性为零，容易遇到突发性外力发生粉碎性破碎，容易对眼睛造成意外伤害
E.辅助功能：可进行多种良好的功能化添加处理，使镜片具有防有害射线、变色等功能
F.加工性：一般不能进行渗透性染色；难于用玻璃镜片进行无框、半框的加工

光 学 玻 璃 的 性 能
主要包括光学性能、化学性能、热性能和机械性能等。
（1）光学性能
即折射率、透光率和色散系数等
A、折射率是决定镜片屈光度的常数之一
B、色散系数是衡量镜片成像清晰度的重要指标
C、透光率是视物清晰度的重要指标，无色光学玻璃对可见光的透光率应在92%以上。透光率越高，视物就越清晰
光 学 玻 璃 的 性 能
（2）化学性能
即化学稳定性，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
光 学 玻 璃 的 性 能
（3）热性能
主要包括热膨胀系数、导热系数和热稳定性等
光学玻璃的热膨胀系数与金属材料相比要小，因此光学玻璃不易变形。冬季戴着眼镜从户外进入室内时，镜片表面常常凝结一层水蒸汽，这是由于光学玻璃导热系数非常小的缘故
热稳定性是指玻璃在剧烈的温度变化时，不发生破裂的性能。它与热膨胀系数和导热系数有关，一般导热系数大或热膨胀系数小时，热稳定性就好
光 学 玻 璃 的 性 能
（4）机械性能
主要包括比重（密度）、硬度、表面张力和弹性系数等。
比重和硬度在眼镜玻璃中是极其重要的参数，一般光学玻璃的比重均比较大，比重和折射率有一定的关系。折射率越大，比重也就越大，镜片的重量就增加。光学眼镜片的表面要求有一定的硬度，硬度不仅影响使用寿命，而且也直接影响镜片的研磨加工质量和速度
光 学 玻 璃 分 类
? 无色光学玻璃：
? 冕牌玻璃：折射率较低，一般为1.49~1.53之间，阿贝数大于50 。制成的眼镜片有光学白片、克罗克斯镜片、克鲁赛脱镜片及各种变色镜片等
? 火石玻璃：折射率较高，一般1.60~1.80左右，阿贝数在50以下。多用于双光镜片的子片和各种“超薄镜片”等
? 有色光学玻璃

光 学 玻 璃
? 无色玻璃镜片
? 托力克片（Toric）：也称白托片，白片。可分为普通和光学白片两种。
? 普通白片的主要组成为钠钙硅酸盐，折射率为1.51，可见光的透光率为89%以上，可吸收280nm以下的紫外线
光学白片的主要组成为钠钙硅酸，折射率为1.531，阿贝数60.5，透光率在91%以上，防紫外线性能最差

光 学 玻 璃
? UV光学白片是在光学白片成分中添加少量的

氧化钛和氧化铈等，使其具有吸收紫外线的性能，折射率为1.523，阿贝数58.7，透光率为91%以上，能吸收330nm以下的紫外线。且机械性能和化学稳定性良好，是国内外普遍采用的一种吸收紫外线的白色优质镜片

光 学 玻 璃
? 克罗克斯镜片（Crookes）
　由英国人威廉.克罗克斯于1914年发明，故命名为克罗克斯镜片，简称克斯片。克斯片分为普通和光学克斯片两种
? 普通克斯片简称光克片，是在钡冕玻璃成分中添加微量
? 的氧化铈、氧化钕和氧化镨等物质，使镜片有明显的双色效应，即在白炽灯光下呈浅紫红色，在日光灯下呈浅青兰色，能吸收340nm以下的紫外线，折射率为1.523，透光率为87%以上。

光 学 玻 璃
? 克鲁赛脱镜片（Cruxite）
克鲁赛脱镜片也分为普通和光学镜片两种。前者简称克赛片，后者简称光赛片。
? 克赛片是在普通白片成分中添加一定量的氧化硒，使镜片颜色呈浅粉红色，能吸收300nm以下的紫外线，折射率为1.510，透光率在85%以上。
光赛片是在钡冕玻璃成分中添加氧化锰和氧化铈等物质，使镜片颜色呈浅粉红色，折射率为1.523，透光率为87%以上，能吸收350nm以下的紫外线

光 学 玻 璃
? 光致变色镜片
简称变色片。是在无色或有色光学玻璃成分中添加卤化银等化合物，使镜片能在紫外线照射时分解成银和卤素原子，镜片颜色由浅变深。反之，当光线变暗时，银和卤素重新又结合成无色的卤化银，使镜片又回到原来无色或有基色的状态。变色镜片有茶变和灰变两种，其特点是既可矫正视力，又可作为太阳眼镜，适合野外配戴

光 学 玻 璃
? 有色玻璃镜片
有色玻璃镜片是在无色光学玻璃中加入一些具有特殊吸收性质的金属盐后使玻璃呈现不同颜色，并对各种不同的单色光有选择性地吸收或滤过。其目的主要是用来做遮光和各种防护目镜，使眼睛不受有害射线以及风沙、化学药品、有毒气体等的侵害，起到保护眼睛的作用。常见的有色玻璃镜片有灰色、茶色、绿色、兰色、红色和黄色等

光 学 玻 璃
? 灰色玻璃镜片
添加氧化钴、氧化铜、氧化铁和氧化镍等着色。能均匀吸收光线，且有吸收紫外线和红外线的作用，可做太阳镜，适合司机配戴

光 学 玻 璃
? 茶色玻璃镜片
添加氧化锰、氧化铁或氧化镍等着色。具有吸收紫外线和防眩光的作用，视物层次分明、清晰，可做太阳镜。

光 学 玻 璃
? 绿色玻璃镜片
添加氧化铜、氧化铬、氧化铁及氧化铈等着色。具有吸收紫外线和红外线的作用，可用作气焊、电焊和氩弧焊等人员的护目镜

光 学 玻 璃
? 兰色玻璃镜片
添加氧化钴、氧化铁、氧化

铜和氧化锰等着色。具有防眩光的作用，适合高温炉前人员的护目镜

光 学 玻 璃
? 红色玻璃镜片
添加硒化镉、硫化镉等着色。具有防止荧光刺眼的作用，适合做X光医务人员的护目镜

光 学 玻 璃
? 黄色玻璃镜片
添加硫化镉、氧化铈及氧化钛着色。具有吸收紫外线的作用，且视物清晰、明亮，可适合司机在阴雨、雾天配戴

高折射率玻璃镜片
? 又称“超薄镜片”。国产超薄镜片大都采用折射率1.7035，比重3.028，阿贝数41.6的钡火石光学玻璃材料。
? 它与冕牌玻璃的镜片相比，在同等屈光度下，镜片的厚度要薄约五分之一，特别适合高度屈光不正者配戴
? 但由于其中含氧化铅较高，则比重较大，同时阿贝数也较小，在镜片边缘易产生色散现象等缺点。目前已在高折射率玻璃中添加氧化钛等取代氧化铅，使其比重和阿贝数等光学系数都得到了改善，弥补了上述缺点

高折射率玻璃镜片
? 1975年生产出含钛元素的镜片，折射率为1.7，阿贝数为41；
? 1990年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，这是目前折射率最高的镜片材料.
? 虽然采用这些材料所制造的镜片越来越薄，然而却没有减少镜片的另一重要参数：重量，实际上，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

2、光 学 树 脂 镜 片
　是一种有机材料，内部是一种高分子链状结构，联接而呈立体网状结构，分子间结构相对松驰，分子链间有可产生相对位移的空间.光线可透过率为84%-90%
特点：
A.密度低：因分子链间的间隙，因此单位体积内的分子数量少，决定了树脂镜片的优点：比重低，质地轻,是玻璃镜片的1/3-1/2

光 学 树 脂 镜 片
B. 折射率适中：普通CR-39丙烯基二甘醇碳酸酯，折射率为1.497-1.504，
目前沈阳眼镜市场上销售的树脂镜片折射率最高的为日本尼康非球面超薄加硬加膜折射率为1.67树脂镜片。日本尼康公司将推出1.74折射率的树脂镜片
C. 表面硬度比玻璃较低，容易被硬物划伤，所以需经加硬处理，其加硬材料即为二氧化硅，但硬度绝达不到玻璃的硬度。因此需配戴者注意镜片的保养

D. 弹性好,由于有机物分子链间有可产生位移的空间的原因，相对强度是玻璃片的23-28倍。决定了树脂片又一大特性——抗冲击性好

欧洲、美国、日本国家禁止十六岁以下儿童配戴玻璃镜片

光 学 树 脂 镜 片
E.辅助功能：可进行添加处理以获得防有害射线、变色等
功能
F.加工性：优良,可行进全框、

半框、无框的多型化加工，
并可进行渗透性染色，把镜片染成个人喜爱的颜色
G.化学性：由于是一种有机化合物，因此绝对禁止在酸、
碱环境下配戴使用
H.热性能：不得在超过60度以上环境下使用，否则表面减
反射膜将破裂，甚至导致发生减反射膜脱落现象
光 学 树 脂 镜 片
I.价格：随质量、功能、品牌、档次不一而论.
J.镜片的尺寸设计：美国药品与食品管理局“F.D.A”标准中规定，中心厚度最低可设计至0.6毫米，但强度要求却相应降低，为此欧洲、美国、日本等国生产商一般把近视、远视100度以上的镜片中央厚度设计在1.0毫米以上，以保证镜
　片的整体强度。
光 学 树 脂 镜 片
常用的光学树脂材料有：
丙烯基二甘醇碳酸酯（CR-39）--20世纪50年代
聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）
聚碳酸酯（PC）三大类---20世纪30年代
聚甲基丙烯酸羟乙烯酯—隐形眼镜
甲基丙烯酸乙醇酯---隐形眼镜

光 学 树 脂 镜 片
? CR-39树脂镜片：
? CR-39材料属热固性树脂，采用模压浇铸成型法制造，目前，矫正视力用树脂镜片大都采用CR-39树脂材料，该材料是1942年由美国PPG公司哥伦比亚研究所研制开发，称“哥伦比亚树脂”。普通的CR-39镜片的折射率为1.5。而今天大部分的中折射率（n=1.56）和高折射率（n＞1.56）材料都是热固性树脂，其发展非常迅速

光 学 树 脂 镜 片
? 折射率可以使用以下任意一种技术来增加：
（1）改变原子分子中电子的结构，例如：引入苯环结构
（2）在原分子中加入重原子，诸如卤素（氯、溴等）或硫
与传统CR-39相比，用中高折射率树脂材料制造镜片使得更轻、更薄


◆镜片直径50mm，边缘厚度5mm:




普通树脂片 光学玻璃片 普通超薄片 超超薄镜片
-4.50D -6.00D -8.50D -10.00D


◆镜片直径50mm，-10.00D镜片的边缘厚度比较：




◆镜片直径60mm，-10.00D镜片的边缘厚度比较：


普通树脂片 光学玻璃片 普通超薄片 超超薄镜片
9mm 7.5mm 5.8mm 4.9mm

光学玻璃片 普通超薄片 超超薄镜片
10.8mm 8.2mm 6.9mm

光 学 树 脂 镜 片
PMMA镜片：
PMMA属热塑性材料，早在五十年代就被首次用于制造镜片，但是由于受热易变形及耐磨性较差的缺点，很快就被CR-39所替代。 用PMMA生产的镜片（主要有太阳镜镜片、角膜接触镜）
幻灯片55
光 学 树 脂 镜 片
PC太空片：
聚碳酸酯是直线形无定型结构的热塑聚合体，具有许多光学方面的优点：出色的抗冲击性能（是CR39的10倍以上），高折射率（ne=1.591，nd=1.586），非常轻（比重=1.20g/cm3），100%抗紫外线（385nm），耐高温（软化点为140℃）。
（主要有工业

用护目镜片、偏光镜片、体育运动用镜片等）
光 学 树 脂 镜 片
中高折射率树脂材料：
今天大部分的中折射率(n=1.56)和高折射率(n>1.56)材料都是热固性树脂，其发展非常迅速。它们的折射率可以使用以下任意一种技术来增加：改变原分子中电子的结构，例如：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。与传统CR-39相比，用中高折射率树脂材料制造的镜片更轻、更薄
光 学 树 脂 镜 片
染色树脂材料：
用于制造太阳眼镜镜片的基本上都是聚合前加入染料而制成的，特别适合大批量制造各色平光太阳镜片，同时在材料中加入可吸收紫外线的物质。镜片的颜色取决于红黄蓝三原色的搭配，可以染成各种不同的颜色
光 学 树 脂 镜 片

染色方法：热浸泡法
镜片颜色的浓度取决于（染料的浓度）、
（浸泡的时间）、
（镜片片基对色素的吸收速度）

光 学 树 脂 镜 片
光致变色树脂材料：
第一代光致变色树脂镜片出现在1986年，但是直到1990年第一代Transition镜片面市后，它才真正开始普及
一种新型的光致树脂镜片于1993年投放市场，这种镜片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，然后再镀上一层抗磨损膜，起保护和耐磨作用。这项工艺技术可以使镜片的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。再加上片基是树脂材料，质轻且抗冲击性强，所以这种镜片特别适合用于各种屈光不正者使用
光 学 树 脂 镜 片
光致变色树脂镜片的组合物:
１．在所述单体混合物中加入抗氧剂、受阻胺、紫外线吸收剂、光稳定剂及聚合调节剂等，以提高光致变色染料的寿命
２．在所述单体混合物中加入内增塑剂大幅度提高镜片的抗冲击性
３．加入环氧及胺基单体大大改进镜片的膜层牢度
天 然 水 晶 镜 片
作为光学材料，水晶的最大优点是硬度大，制成的镜片不易磨损。在上世纪20－30年代曾流行一时。因其制成的镜片经久耐用，又因其价格十分昂贵，常常留传给下一代
在民间有：“水晶养目”之说
水晶的主要成分是SiO2，是一种天然透明矿物质
特性：（1）水晶对红外线、紫外线的吸收率差
对紫外线的吸收率仅为14.5％，而玻璃对紫外线的吸收率是52％，目前加入UV材料的树脂镜片对紫外线的吸收率已高达到90％以上
天 然 水 晶 镜 片
（2）天然水晶常含有杂质，密度不均匀，会出现气泡和条纹而产生双折射现象，从而影响视力

由此可见，水晶不

但不具有养目的作用，其对紫外线的高透过率是对眼睛有害的。在科学技术飞速发展的今天，新的光学材料树脂制作的眼镜片，无论其光学性能、安全性能、防止有害射线保护眼睛的性能都远远优于水晶
怎样鉴别水晶镜片
1、检查镜片纹路：对着阳光观察镜片，镜片内若有均匀细纹路或柳絮状的物质(俗称“棉”)为真品

2、凉热感：用舌尖轻轻舔镜片，凉爽感较强是天然水晶，舔后凉即变温的是仿造品。

3、硬度：天然水晶硬度大，一般灰尘不易划伤其表面，若发现镜片上有轻微细小的划痕，便有赝品之嫌