光学镜片材料特性

眼镜片的光学目的旨在通过配戴矫正镜片使屈光不正的眼睛恢复清晰视力,所以在选用镜片材料时需要考虑以下与镜片屈光作用密切相关的因素:

  1、材料的几何特性:曲率半径、表面形状等;

  2、材料的物理化学特性:折射率、阿贝数等。

  镜片材料的研究发展主要是为了获取并控制这些相关因素,了解并掌握其特性,以使不断完善、发展镜片的光学矫正效果。

  镜片材料的基本特性有:
  1、光学性质,计算屈光作用和控制光学性能;
  2、机械和热性质;
  3、电性质材料;
  4、化学性质通过外界所可能接触的化学物质了解材料的相应变化。

  一、 光学性质:
  光学性质是材料的基本性质,与镜片在日常生活中所见到的各种光学现象相符合,主要为光线在镜片表面的折射和反射、材料本身的吸收,以及散射和衍射现象。

  (1)光线折射

  通过镜片的光线会在镜片的前后表面发生折射或偏离现象,光线的偏离幅度由材料的折射率和入射光线在镜片表面的入射角度决定。

  1)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。该比值没有单位并且总是大于1。

  折射率反映媒质的折射能力,折射率越高,从空气进入该媒介的光束偏离得越多。从空气到折射率为n的透明媒质所发生的偏离或折射可以根据斯涅耳-笛卡尔定律(Snell-Descartes Law)进行计算,规定如下:折射光线与入射光线和法线位于同一平面入射角i和折射角r分别由法线与入射光线、折射光线构成。计算公式: sin i=n sin r
  
  由于透明媒质的光速随着波长而变化,所以折射率的值总是参考某一特定波长表示:在欧洲和日本,参考波长为e线546.07nm(汞–绿光谱线),但是在美国等其它国家则是d线587.56nm(氦–黄光谱线)。但这个区别并没有造成实际影响,因为它的区别仅仅反映在折射率值的第三位小数上。

  目前市场所采用的镜片材料的折射率范围是从1.5–1.9。

  2)色散系数:阿贝数

  由光波引起的折射率变化会使白光根据不同的折射产生色散现象。事实上,波长越短,折射率越高,可见光的折射从光谱的红光区延伸到蓝光区。材料的色散能力可以由阿贝数描述,在欧洲、日本规定用e线,在美国等其他国家规定使用d线。

阿贝数与材料的色散力成反比,镜片材料规定的范围通常从30-60,数值越大即表示色散越少。一般而言,折射率越高,色散力越大,而阿贝数就越低。尽管所有镜片都存在色散,但在镜片中心,这个因素可以被忽略,只有在用高色散材料制造的镜片周边部,色散现象才易被察觉。在这种情况下,色散现象所表现的是离轴物体边缘带有彩色条纹。