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自然莎官网讲述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。 
 一.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 Resin 39,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。

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2019年2月15日 23:16
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