眼镜镜片材料的发展

眼镜镜片材料的发展

前言：生活中没有一成不变的事，唯一永恒的是变化。恰是提高、革新的激励推动着社会车轮的前进。眼镜镜片材料的发展史正是如此。目前，在西方国家，作为医疗手段，眼镜的使用率仅次于阿斯匹林；在我国，需要配戴眼镜者约为4亿多。眼镜镜片材料主要分为天然介质、光学玻璃、树脂等。天然介质早已被光学玻璃所取代。

本文只就光学玻璃、树脂的发展史、分类、特性及发展前景加以简述。

光学玻璃（一）光学玻璃的发展史大约在十三世纪末期，由于缺乏高质量的均质性光学玻璃，眼镜被发明仅限于矫正老视。直到1608年，Calileo发明望远镜，对光学玻璃的质量提出了极高的要求，从而推动了镜片材料制造工艺的突破性发展。十七世纪，Fraunhofer 研究了玻璃对太阳光谱的折射、色散及望远镜镜片对色散的矫正。1757年，Dolland用冕牌玻璃、燧石玻璃制成了无色差镜片。1880年，Abbe介绍了一种高折射率的光学玻璃，色散并无明显相应增加。此后，德国Carl Zeiss公司制造出这种玻璃的透镜。进入二十世纪，光学玻璃大量生产，品种繁多，作为眼镜镜片的材料，其质量要求以具备良好的光学性能为主，如折射率、色散等。

（二）光学玻璃的品种光学玻璃最重要的特性是折射率n、色散（以阿贝数V的倒数来表示）和比重SG。nd=真空中氦光的速度/

光学媒质中氦光的速度。Vd=(nd-1)/(nf-nc)式中c、f两谱线为红蓝两色，波长为486nm、656nm。V值高，则色散低。SG是等体积物体与水的重量之比值。目前，阿贝数>50的光学玻璃通常称为冕牌玻璃，而阿贝数<50的光学玻璃称为燧石玻璃，但并非所有的光学玻璃都按此分类，最常用的是采用6位数标志法，前3位数表示折射率的小数部分，后3位数表示阿贝数，如眼镜冕牌玻璃标志为523590。市场上广泛应用的光学玻璃主要是眼镜冕牌玻璃、燧石玻璃和冕号玻璃三种材料。冕牌玻璃，其折射率为1.523，阿贝数为59，主要用于单光镜、双光镜及多焦点镜的视远区。燧石玻璃，折射率较高（约为1.580~1.690），色散大（阿贝数小，约30~40），主要用于制作融合双光镜的子片、高度数镜片（高折射率可使镜片厚度变薄，尽管其重量增加）。冕号玻璃，折射率1.541~1.616，阿贝数55~59，主要用于制作融合双光镜的子片。近年来，一些高折射率的光学玻璃和吸收透镜相继进入市场，前者的n为1.60、1.70、1.80，能减少高度数镜片的厚度；后者则在原光学玻璃材料中加入金属氧化物，可吸收紫外线。

（三）光学玻璃的特性与缺陷光学玻璃应具有以下特性：1．均一性（化学组成成分与物理状态的均一性）若镜片材料存在裂隙、气泡、杂质、混浊、变形等，则将严重影响光学性能。2．合适的折射率与色散值折射率随波长下降而增加，折射率越高通常色散也逐渐增加。如，光学玻璃折射率为1.80，阿贝数为32～35.4，患者常抱怨戴镜时的视觉受彩色条纹的干扰。折射率增加通常比重也增加，因

此高折射率镜片厚度较薄，但重量却较重。3．高透明度光学玻璃的透光率为92%，高折射率光学玻璃因反射量增加而导致透光率下降，此外，镜片越厚，因光吸收作用，透光率也会降低。4．化学物理稳定性光学玻璃应能有效、持久地抵抗天气的影响，且不着色、不褪色。对双光镜而言，子片与主片应具有相同的膨胀率。

（四）光学玻璃的硬度光学玻璃理论上的抗张强度非常高，超过400万磅/平方英寸，但事实上却在2000～10000磅/平方英寸时即发生破裂，且光学玻璃无韧性，脆性高。光学玻璃的抗冲击力取决于其表面和边缘的质量。美国FDA对镜片强度标准作出了严格的规定，以尽量减少或避免镜片破碎时造成严重的眼外伤。

（五）光学玻璃逐渐被树脂取代随着科学技术的日益发展，眼科学、光学、制造工艺学等知识日益完善、深入，眼球作为接受光信息的感受器所经受的光损伤机制日益被认识，紫外光虽只占日光辐射能量的5%，但对眼的危害最大。眼的屈光介质能吸收大部分紫外光，但仍有少部分紫外光到达视网膜，导致慢性的视网膜光损伤。因此，眼镜作为矫正屈光不正、老视等医疗工具，理想的镜片不仅要具有完美的光学性能，重量轻，厚度薄，且必须具有吸收紫外光，足够的抗冲击力等特点。光学玻璃作为眼镜镜片材料，有其不可克服的许多缺点，因此，目前市场占有率逐年下降，树脂镜片则应运而生。

二、树脂镜片（一）发展史与光学玻璃相比，树脂镜片的发展史非常短暂。正如第一次世界大战推动了美国光学玻璃工业的发展，第二次世界大战推动了美国树脂工业的发展。1947年，哥伦比亚树脂（Columbia Resin39,CR-39）已开始作为眼镜镜片材料应用；1978年，聚碳酸酯树脂（Polycarbonate Resin）问世。由于美国FDA 对镜片的抗冲击力的检测要求、大镜片的流行以及能有效进行时尚染色，树脂镜片的需求量日增，市场占有率逐年扩大。

(二)、光学与物理特性1．哥伦比亚树脂CR-39折射率为1.498，阿贝数为58，比重为1.32。它具有下列优点：①重量轻（比重低），其重量约为等规格冕牌玻璃的一半；②具有较强的抗冲击力，即使破裂，碎片刃口较钝；③化学性能惰性；④因热传导系数低，具有较好的抗雾性能；⑤镜片设计多样化；⑥抗凹陷，因其表面弹性大，对高速粒子的冲击可予以反弹，不易损伤表面。然而，CR-39也有一些缺点：①镜片表面易磨损，须通过镀膜来改善；②因折射率相对较低，镜片相对较厚，镜片越大，边缘厚度越厚，配戴者常抱怨不美观；③折射率受温度影响。80年代，CR-39在美国的市场占有率约为90%。2．聚碳酸酯树脂（Polycarbonate Resin）折射率为1.586，比重为1.20，重量较轻，厚度较薄。由于聚碳酸酯树脂镜片表面较软且易磨损，故镜片表面须镀抗摩擦膜。该材料镜片能吸收紫外线，有助于防止眼球的光损伤。该材料镜片折射率高，故反射率也高，故须镀抗反射膜。

其最大的优点是具有非常好的抗冲击力。其缺点主要是阿贝系低，色散高，故易导致周边色差。尽管消费者很少抱怨色差，但仍应该告诉消费者色差问题和周边视力下降的可能性。进入90年代，在美国市场，聚碳酸酯树脂正逐步取代CR-39的主导地位，已广泛应用于单光镜、多焦点镜及渐变多焦点镜，它具有更好的安全性。

三．眼镜镜片材料的发展前景当前，聚碳酸酯树脂是较为理想的镜片材料。然而变化是永恒的，社会在不断进步，眼镜镜片材料发展必将不断趋向理想化。目前，由于聚碳酸酯树脂镜片的特性优于其它镜片材料，因此，具有较好的市场前景，尤其适用于屈光不正高于+5.00D、单眼屈光不正儿童以及从事危险职业的配戴者。