光学眼镜片基本知识

第一节 光的反射和球面镜成像
一、光的反射
当光线投射到两种介质的分界面上时，一部分光线改变了传播方向，返回第一媒质里继续传播，这种现象称为光的反射。
自然界的反射分为：
漫反射（不规则反射）
镜面反射（规则反射）
当介质的分界面（反射面）粗糙凹凸不平时，即使入射光线是平行的，反射光线并不平行，这种反射称为漫反射（不规则反射）。
n=1.523 V≥56透光率≥84%可吸收340nm以下波长的紫外线。
在日光下呈浅兰色，白炽灯下呈浅紫黄色。
其用途同光白片。
④克塞片：
眼镜片材料中添加氧化硒、氧化锰、氧化铈等物质。
n=1.523 V≥56透光率≥86%可吸收350nm以下波长的紫外线。
镜片呈浅粉红色。
其用途同光白片。
⑤变色片：
又称光致变色片。是在玻璃材料中添加卤化物的缘故。如
优点：
a、强度高：强度很高，为玻璃片的60倍，传统树脂片的10倍，厚度为2.5公分时成为防弹玻璃。
b、重量特轻：比玻璃片轻57%，比传统树脂片轻37%，可以做得象超薄片一样薄。
c、能100%吸收紫外线。
缺点：
a、耐磨性差：级别为B，所以PC片一般要镀增硬膜（作为汽车防弹玻璃要镀防刮膜）。
b、色差大：v=29.9现在小框架流行时期，色差的矛盾并不突出。
光的折射是普遍存在的物理现象，如插入水中的筷子，浸入水中的部分与 气中的部分有弯折现象；观察位于池底的物体有变浅现象。
二、折射定律
如右图
折射定律：
1、折射光线在入射光线和法线所决定的平面内，折射光线和入射光线分居法线两侧；
2、
三、折射率
1、光在真空中的传播速度C＝30万公里/秒，光在其它介质里传播速度要下降，如在水中，V水＝3/4C，玻璃中，V玻＝2/3C等等。c、源自光率低：86～91%，最好镀增透膜。
二、按镜片规格用途分类
1、镜片规格：
直径规格（略）
厚度规格（略）
2、按用途分类：
第二节眼镜片的光学特性
眼镜片的光学特性主要指折射率、阿贝数、透光率、均匀性等。
一、折射率
材料的折射率定义为光在真空中的传播速度与光在该材料中的传播速度之比。折射率用数字表示，它恒大于1。
c、过光心的入射光线，折射后方向不变。
利用焦平面性质作图
透镜成像放大率计算公式：
当K＞0时正立、虚像
K＜0时倒立、实像
｜K｜＞1时放大像
｜K｜＝1时等大像
｜K｜＜1时缩小像
2、负透镜的成像：
留给自己学习。
第四节 棱镜（略）
第二章 眼镜片概论
第一节 眼镜片的分类
眼镜片按材料和规格用途进行讨论。
一、按材料分类
这种引起光的传播速度发生变化的原因，反映出介质的一种光学特性，称作介质的绝对折射率，简称折射率。
任何介质都有折射率的数值，空气的折射率n≈1
折射定律可表示成：
n1·Sini＝n2·Sini′
四、光的全反射
光的传播速度大的介质，也即折射率小的介质称为光疏媒质。
光的传播速度小的介质，也即折射率大的介质称为光密媒质。
透镜焦距的大小可用下式计算：
三、透镜的成像
1、正透镜的成像：
①公式计算法：
符号规则：a、以透镜为准，向左为负，向右为正；
b、以主轴为准，向上为正，向下为负；
c、要表示长度字母时，若要表示负数，应在其前加上负号。
②作图法：
利用三条特殊光线
a、平行主轴的入射光线折射后过像方焦距F′；
b、过物方焦点F的入射光线折射后平行于主轴；
在薄透镜条件下，问题的讨论和计算可以大大简化。
二、透镜的焦点、焦距和焦平面
一束平行于主轴的光线入射到正透镜上，经过透镜的折射光线将会聚到主轴上某点，这点称为焦点。
透镜的焦点有两个，物方焦点和像方焦点。用F和F′表示。
物方焦点到透镜的距离称为物方焦距，用f表示。
像方焦点到透镜的距离称为像方焦距，用f′表示。
晶石片>7，玻璃片>5～5.5（塑胶片<4）
愈硬的东西，愈能加工光滑。
温：温度，水晶片的传导系数的关系要比玻璃片感觉冰一些。
润：湿润感。
③仪器检查：检查成份、双折射。
现在市场上假冒的水晶主要为人造水晶，又分为：
熔炼水晶：水晶矿石经过熔炼而成。
生成水晶：石英粉末在高温高压下生长而成。
水晶重量较大，加工困难，对红外、紫外不能吸收，而且存在双折射，价格昂贵，所以作为眼镜镜片的加工已被玻璃或塑胶片所代替。
镜片厚
镜片薄
配变色片注意事项：
A、损坏一片，应两片同时换；工厂是按锅号配对的。
B、屈光度数较高的镜片（大于±5.00DS）不宜配变色片。
C、眼镜片退色不完全时，眼镜片已老化应及时更换。
3、塑胶片：
有机玻璃PMMA（亚克力）
CR—39
PC片
①有机玻璃片（亚克力）
n=1.491 V=57.6透光率92%比重1.19克/cm3耐磨性2H
当验光室长度尺寸达不到国家规定的5米－6米的距离时，可以利用反射镜成像的原理，将长度尺寸压缩一半。
四、球面镜成像
镜的反射面为球面的一部分称做球面镜
反射面为球形的凹面——凹面镜
反射面为球形有凸面——凸面镜
1、凹面镜的成像：
镜面的几何中心点O，称镜面的顶点。
镜面的曲率中心C，称镜面的球心。
过球心与顶点的连线——称为主光轴，简称为主轴。
此外，对光学材料的条纹粗细、长短，气泡的大小、数量也有严格的要求。
光学材料的理化性能主要是材料的比重、耐磨性、耐冲击性、耐热性和材料的化学稳定性等，具体就不再细述了。
第三节眼镜片加工用的磨料（略）
附述：
太阳光线包含有紫外光线、可见光线和红外光线。其中紫外光线根据波长长短又可分为三种：波长在100nm～290nm范围的称C型紫外线（UVC），波长在290nm～315nm范围的称B型紫外线（UVB），波长在315nm～380nm范围的称A型紫外线（UVA）。红外光线根据波长长短也可分为三种：波长在780nm～1.4μm范围的称A型红外线，波长在1.4μm～3μm范围的称B型红外线，波长在3μm～1mm范围的的称C型红外线。由于大气层上方的臭氧层的作用，到达地球表面的太阳光线中包含有B型紫外线（约占太阳光能量的0.4%）、A型紫外线（约占太阳光能量的3.9%）、可见光线（约占太阳光能量的51.8%）、A型红外线（约占太阳光能量的31.2%）和B型红外线（约占太阳光能量的12.7%）。
晶石片
玻璃片
塑胶片
1、晶石片：
为天然晶体n＝1.54比重2.65克/cm3
无色：水晶片
浅茶晶片
有色： 茶晶片
（茶晶） 墨晶片
分成五档，市净、市行、小棉、中棉、大棉（棉：是指晶石片中的石棉效果）。
鉴别方法：①目测：看颜色、水纹、石性。
②手感：感觉光滑、湿润的程度。
从摩氏硬度看，天然金钢石10，红宝石、兰宝石9
设n1＝nn2=1
所以SinA=
全反射是自然界中常见的现象，如玻璃中的气泡特别明亮是全反射的关系；近视眼镜片的涡旋现象，就是因为射入镜片光线在周边发生折射和全反射的结果。
折射棱镜根据全反射的原理，反射面可以不镀反射膜。
第三节 透镜和透镜成像
一、透镜
两个包容面所包容的透明体——透镜。
包容面可以是球面或一球面一平面或一非球面一平面或一非球面一球面。
由于n高，在相同屈光度情况下，眼镜片弯度可做得浅一些，所以镜片边缘较薄、重量变轻，适合高度数眼镜片的制作加工。
高折射率镜片的缺点：
a、色差大，由于V较低，经过眼镜片边缘的物体成的像带有色边。
b、像散大，由于眼镜片弯度问题，眼镜片边缘视场成像不清晰。
c、透光率低，含氧化铅较多的缘故。
③克斯片：
眼镜片材料中添加氧化铈、氧化钕等物质。
眼镜片的折射率是决定镜片屈光度的重要光学参数之一，折射率的大小可用来衡量镜片的厚薄。折射率愈高，眼镜片就可加工得愈薄。正因为如此，追求高折射率是未来镜片的发展方向。
二、阿贝数
材料的阿贝数是按下式计算的：
式中，nd——黄光（d光）的折射率
nF——蓝光（F光）的折射率
nC——红光（C光）的折射率
阿贝数用数字表示，眼镜片材料的阿贝数大概在30～60之间，它是决定眼镜片色差大小的重要光学参数。研究结果表明眼镜片色差的大小与阿贝数大小成反比。但是世界上目前所发现的普通光学材料的阿贝数与折射率也成反比，折射率愈高，阿贝数愈低。因此，寻找高折射率、高阿贝数的普通光学材料是摆在世人面前的一道难题。
一般用于太阳眼镜片的制作。
②CR—39：
n=1.498 V=57.8透光率89～92%比重1.32克/cm3耐磨性4H
现在已开发出n=1.56～1.74的眼镜片
优点：
a、不易破碎，破碎后破口不锋利。
b、重量轻。
c、可以方便地染色。
d、对紫外吸收优于普遍玻璃眼镜片。
特别适合学生、野外工作人员、体育工作者使用。
当光线从光密介质进入光疏介质时，折射角将大于入射角，随着入射角的增大，折射角也增大。若折射角为90°时，折射光线沿界面折射，入射角再s增大，折射光线将变成反射光线，遵循反射定律。
对应于折射角为90°时的入射角A称为临界角。
根据折射定律，介质的临界角对于真空或空气有：
n1·SinA＝n2·Sin90°
当一束平行于主轴的光线入射，经凹面镜反射后相交于镜前主轴上的一点F，F点称为焦点。
焦距到顶点的距离FO称为焦距，用f表示。
可以证明：f = r为曲率半径
求凹面镜的成像问题（已知物体位置，求像的位置），可以用二种办法解决。
①公式计算法
如图，假设物体AB，离凹面镜距离（物距）S；像A′B′，离凹面镜距离（像距）S′；则有如下等式：