眼鏡

【作　者】沈詒谷


用以矯正人眼屈光異常﹑改善和提高視力或保護眼睛的工具。




沿革

公元前2000年﹐巴比倫迦勒底人就有視放大用具。

中國戰國時期有關於平面鏡﹑凸面鏡﹑凹面鏡的論述。

羅馬皇帝尼祿用精密藍寶石嵌在框內以增進視力。

中國東漢時期﹐張衡用透鏡研究月亮盈虧及日月蝕。

中國元代﹐已利用水晶幫助解決視力不足。

13世紀﹐義大利人馬可波羅記載﹐在中國看到眼鏡。

1268年﹐英國人R.培根提出製造眼鏡的最早建議﹐並將放大透鏡送給教皇克利門特四世﹐用於閱讀。義大利人得阿馬多的墓碑上刻有:“眼鏡的發明者A.D.1317”。由此可見﹐中國和歐洲幾乎在同一時期出現鑲入框架用於閱讀的眼鏡。

最初﹐鏡片用透明水晶或綠玉製造。
1628年﹐中國蘇州吳江人孫雲球用天然水晶磨製鏡片﹐製造老視﹑遠視﹑近視多種光度鏡片﹐隨目配鏡﹐並著有《鏡史》。在歐洲﹐最早製造眼鏡的中心是義大利威尼斯和德國紐倫堡。

1700年以後﹐由於光學技術的發展﹐開始用光學玻璃製作鏡片。

1784年﹐美國科學家B.富蘭克林發明了雙焦眼鏡﹐ 把遠用和近用的兩塊鏡片裝在一個框裡。最初鏡片的形狀都為雙凸或雙凹鏡片﹐像差嚴重。

1804年﹐英國W.沃拉斯頓發現做成前凸後凹鏡片可大大減少像散現象。

1827年﹐英國天文學家G.B.艾里為了矯正自己眼睛的散光﹐做出了柱鏡片。

1864年﹐荷蘭眼科醫師F.C.東德斯又在鏡片中增加棱鏡﹐以矯正由於眼肌不平衡而造成的複視現象。

1884年﹐貼片雙焦鏡片問世。

1885年﹐德國物理學家E.阿貝和化學家O.肖特發展了光學玻璃。

1887年﹐瑞士物理學家A.E.菲克製出第一副玻璃隱形眼鏡。

1908和1910年﹐相繼發明熔合雙焦鏡片和整體雙焦鏡片。

1913年﹐德國von羅爾設計了準光鏡片﹐不同光度用不同彎弧度﹐像散得到進一步修正。為了減輕白內障晶狀體摘除後所需高度凸透鏡和高度近視鏡片的重量﹐又採用了縮鏡鏡片。

1947年﹐英國人K.N.圖伊發明僅與眼角膜大小相近的角膜隱形眼鏡。

70年代以後發明變焦距(又稱漸進焦)鏡片。近百年來﹐由於與高技術結合﹐眼鏡的品種日益繁多﹐品質日益精良。




種類

眼鏡可按鏡片材質﹑鏡架材質﹑鏡片功能分類。


按鏡片材質分﹐有﹕

水晶片眼鏡﹐如水晶﹑茶晶﹑墨晶眼鏡等。

玻璃片眼鏡﹐如白托﹑克司﹑克賽﹑色片﹑高折射率片(超薄片)﹑鍍膜片眼鏡等。

塑膠片眼鏡﹐如CR39片﹑染色片﹑加膜片眼鏡等。



按鏡架材質分﹐有﹕

塑料架眼鏡﹐如賽璐珞架﹑醋酸纖維板架﹑醋酸纖維注塑架眼鏡等。

金屬架眼鏡﹐所用金屬架有金﹑銀﹑鎳﹑銅﹑鋁﹑鈦等合金架﹑不鏽鋼架﹑K金架﹑包金架﹑鍍金架﹑鍍鉻架﹑鍍銠架等。

金屬塑料混合架眼鏡。



按鏡片功能分﹐有﹕

光學眼鏡﹐其中有遠視﹑近視﹑老視﹑散光﹑三棱鏡斜光﹑雙焦﹑多焦和縮徑眼鏡等。

太陽眼鏡。

變色眼鏡。

防護眼鏡。

隱形眼鏡。

前 4種眼鏡通常將鏡片鑲入鏡架﹐戴在眼前方﹐統稱為框架眼鏡。



水晶眼鏡
中國最古老的眼鏡。由天然水晶磨製。無色透明的稱水晶﹐帶咖啡色的稱茶晶﹐帶黑色的稱墨晶。天然水晶中往往有稱為“棉”的不透明雜質。近代除採用天然水晶製作外﹐也用人造石英製作。水晶眼鏡的透光度和硬度都比光學玻璃眼鏡高﹐不易擦傷﹐保持長久光潔。


雙焦眼鏡
又稱雙光眼鏡。根據中老年人視力特點﹐看遠和看近常常需換戴不同光度的眼鏡。雙焦眼鏡的鏡片上就有兩種光度。鏡片上部的光度適宜於看遠﹐區域較大﹐稱主鏡片﹔下部的光度適宜於看近﹐區域較小﹐稱子鏡片。根據製作工藝﹐雙焦眼鏡有以下3種。


膠合雙焦眼鏡﹕將主鏡片製成適宜看遠的光度﹐再在主鏡片的看近區上黏上小鏡片﹐該區兩鏡片焦度合成後即為看近時所需的光度。膠合雙焦眼鏡製作簡單﹐但交界線明顯。

整體雙焦眼鏡﹕鏡片的兩個視區製成不同的曲率﹐形成兩個光度。玻璃整體雙焦鏡片加工複雜﹐有一定難度。光學塑膠整體雙焦鏡片加工簡便。

熔合雙焦眼鏡﹕又稱無形雙光眼鏡。由折射率為正常值的眼鏡玻璃作主鏡片﹐在看近區磨拋出凹坑﹐由較高折射率的火石玻璃作小鏡片﹐磨拋成凸表面﹐通過燒成使兩者熔合在一起﹐磨成曲率一致的鏡片﹐利用折射率的差異形成兩種光度﹐舒適美觀﹐較為理想。



超薄玻璃眼鏡

又稱高折射率玻璃眼鏡。

國際統一規定製作玻璃眼鏡的材料採用比重 2.5﹑折射率 1.523的冕牌玻璃。

用這種玻璃製作高光度眼鏡時﹐鏡片中心和邊緣的厚度懸殊﹐鏡片重且不美觀。

超薄玻璃眼鏡採用比重為 3.1﹑折射率為1.70的專用火石玻璃﹐製作高光度眼鏡時﹐鏡片中心和邊緣的厚度差顯著減小﹐配戴時舒適美觀。




防護眼鏡

在一定環境下﹐為了防止強光﹑射線或有害飛濺物質傷害眼睛﹐通常配戴防護眼鏡。
主要有以下8種。


看火護目鏡﹕鏡片含鈷﹑鐵﹑銅而呈藍色的玻璃眼鏡﹐吸收熾烈強光﹐消除強光下眩光。宜於各種高溫爐前操作人員配戴。


焊工護目鏡﹕鏡片含鐵﹑鈷﹑鉻等著色劑而呈深綠色的玻璃眼鏡﹐對紫外﹑紅外和可見光都有強烈吸收﹐其可見光透過率一般為0.1％～1％。宜於氣焊﹑電焊﹑氬弧焊﹑等離子切割的操作工人配戴。

防強光護目鏡﹕鏡片含鐵﹑錳﹑鉻﹑鈰等著色劑而呈黃綠色的玻璃眼鏡﹐對紫外線和紅外線能全部吸收﹐可見光透過率為20％左右﹐宜於電焊輔助工人配戴﹐以減弱強光刺目﹐又能看到物件。

防X射線眼鏡﹕用含鉛玻璃製作的眼鏡﹐具有一定的鉛當量﹐呈淡黃色﹐防止 ﹑β﹑γ射線透過。宜於X射線操作人員配戴。

防微波眼鏡﹕在玻璃鏡片上真空蒸鍍或高溫噴塗四氯化錫導電膜﹐配戴後可防止微波﹑高頻波﹑超短波﹑雷達波等對眼睛的傷害﹐對毫米波至分米波的平均衰減量為20dB﹐其可見光透過率為65％左右。

防激光眼鏡﹕在鏡片中加入著色劑或在鏡片表面鍍金屬膜﹐能有效地吸收或反射某波長激光的眼鏡。如深藍色鏡片防禦紅寶石產生的0.6943m激光和氬離子﹑氦氖產生的0.6328m激光﹔橙紅色鏡片可防禦氬離子產生的0.48m激光﹔無色特種鏡片可防禦釹玻璃﹑釔鋁石和二氧化碳產生的1.06m激光。在鏡片表面鍍金屬膜﹐對0.53m﹑0.69m﹑1.06m等激光波段的反射率大於99％。適合於激光環境下操作人員配戴。

防衝擊眼鏡﹕工業生產﹑交通運輸﹑體育活動中往往會遇到外來衝擊﹐為保護眼睛﹐常需配戴平光或有光度眼鏡。玻璃眼鏡﹑塑膠眼鏡和鋼化玻璃眼鏡的耐衝擊強度依次增強。鋼化玻璃眼鏡的鏡片磨拋加工後再進行化學鋼化處理。將鏡片放置在鹼金屬熔鹽中使其與玻璃中鹼離子交換﹐玻璃表面小半徑鹼離子被熔鹽中大半徑鹼離子取代充填結構﹐在玻璃表面造成壓應力﹐增強了其耐衝擊力。由於化學鋼化處理在玻璃變形溫度以下進行﹐鏡片光度和形狀尺寸不改變。

防化學介質眼鏡﹕為橡皮邊框眼鏡。與眼睛周圍的肌肉緊貼﹐可防止化學氣體﹑化學濺液﹑粉末塵埃等。用於在惡劣的環境下防護介質對眼睛的刺激。

偏振眼鏡 鏡片上鍍以偏振薄膜﹐可使普通光經過鏡片時只通過規定方向振動的光波。配戴偏振眼鏡可防止水面反光﹐車燈眩光等。若將兩片偏振鏡片重疊起來﹐兩鏡片光振動方向平行時透光明亮﹐旋轉一片﹐透光逐漸減弱﹐當兩鏡片透過光振動方向完全垂直時﹐光全部被阻。這一方式可用來根據需要調節透光強度。若配戴兩鏡片接受光振動方向互相垂直的一副眼鏡時﹐兩眼可各自接受兩台放映機投射的﹑光振動方向相互垂直的相關畫面﹐構成立體影像。

增透眼鏡 為高透射率眼鏡。光線通過玻璃鏡片時﹐會在空氣與玻璃的界面上發生折射和反射。光的反射會使光強減小﹐引起的光強損失與介質的折射率有關。眼鏡玻璃對可見光的反射率約為 4％。眼鏡片與空氣有兩個反射界面﹐引起的光損失約8％。因此﹐光通過率最大不超過92％。增透眼鏡即利用光的波動本質﹐在鏡片表面鍍膜﹐使反射光之間相互干涉﹐削減光的反射量﹐增加透光率。一般採用真空蒸鍍法鍍氟化鎂膜。鍍膜時須精確計算和控制鏡片雙面膜層厚度﹐可將鏡片反射引起的光損失減少到4％。如需進一步增透﹐需鍍多層不同材料的膜﹐產生複合的各波長光干涉。多層鍍膜可以使鏡片透過率達到 99.2％以上。





驗光

配製眼鏡前﹐一般須對人眼作全面的視機能與視力檢查﹑屈光度測定﹐以確定矯正視力的眼鏡片的類型和光度。

對正視眼者﹐平行光線通過眼的屈光系統(角膜﹑房水﹑晶狀體和玻璃體)集焦於視網膜上﹐遠近物體都能看清﹐出於遮擋陽光﹑特種防護或修飾容貌的需要﹐只須佩戴平光眼鏡。

近視﹑遠視﹑散光等統稱為屈光異常。在調節靜止狀態下﹐射入的平行光線集焦於視網膜之前﹐眼軸過長或眼的屈光系統屈折力過強﹐就成為近視眼。反之﹐就成為遠視眼。

如果角膜表面相互垂直的子午線上弧度不同﹐射入的平行光線集焦不是一點而是一線(稱為焦線)﹐就成為散光眼。

散光有遠視性散光﹑近視性散光﹑混合散光和不規則散光。

隨著年齡增長﹐晶狀體彈性逐漸減弱﹐睫狀肌調節功能逐漸衰退﹐以致看近物時不能成像於視網膜上﹐就成為老視眼(又稱老花眼﹑老光眼)。

近視眼用凹球透鏡矯正﹐遠視眼和老視眼用凸球透鏡矯正﹐散光眼用柱鏡或球柱鏡矯正。


屈光度測定
1872年﹐法國F.莫羅耶倡議鏡片焦距以米計數﹐焦距1m的鏡片為1屈光度(D)﹐鏡片焦距的倒數即該鏡片的屈光度﹐近視用負號(-)﹐遠視用正號(+)。此後世界各國都以此法定度。中國亦採用此法﹐並習慣將0.01D定為1度﹐1.00D即100度。

屈光度測定分主覺法﹑他覺法和主他覺結合法。

主覺法﹕將視力表和散光圖表置於人眼前規定距離﹐逐一換戴調整各種(+)﹑(-)球鏡和柱鏡﹐交叉圓柱鏡﹐棱鏡﹐馬道士杆等試光片﹐直到主覺上認為最佳視力為止。為兒童和少年驗光可先散瞳﹐以消除其調節力﹔對青年和成人不必散瞳﹔老年人不可散瞳。

驗光所用的視力表是1862年H.斯內倫根據視力相當於光學系統極限鑑別角原理創造的。視力表定出不同大小的 “E”字視標。此後﹐有些國家根據這一原理製成“C”字﹑字母﹑數字等多種視力表。1952年中國眼科學會決定全國採用“E”字國際標準視力表﹐以5m距為標準﹐用小數記錄法﹐1.0為標準視力。散光圖表於1869年由格林創造﹐後來流行的雖有不同式樣﹐但基本圖形均相似。散光眼觀看散光圖表時﹐會在某一方向上清晰﹐而在與其垂直方向上模糊﹐不斷更換不同度數柱面鏡﹐直到看清各方向線條﹐即可確定散光度數和散光軸方向。

他覺法﹕在暗室中使用檢影鏡和檢眼鏡﹐不需瞭解被驗光者的主觀感覺﹐直接測定眼內屈光系統情況﹐確定矯正屈光不正的鏡片光度。

主他覺結合法﹕近年來發展用電子計算機控制的電腦驗光機。電腦驗光簡單快速﹐但是有時出現誤差。通常將主覺法和他覺法相結合﹐核對驗得屈光度的正確性﹐最後確定矯正光度。



瞳距測定
瞳孔距離為配鏡的主要參數之一。可用瞳距儀﹑專用測瞳距尺或普通小米尺測定。使人眼注視遠方或近方﹐人眼的右眼角膜內緣到左眼角膜外緣間的距離即相應為遠用瞳距或近用瞳距。




配鏡

按驗光處方正確地配製眼鏡還需做以下必要的工作。

選定鏡片材質。例如﹐
常在室外工作配克司鏡片以防紫外光﹔為增加膚色美觀配克賽鏡片﹔
經常出入室內外配光致變色鏡片以增加舒適﹔
老視眼鏡最好配白色鏡片﹔
深度近視或遠視配高折射率鏡片﹑塑膠鏡片或縮徑鏡片以防過重過厚﹔
兒童和老人配塑膠鏡片以防打碎﹔特殊職業需要配隱形眼鏡。

兩鏡片光學中心間隔距離必須與眼的瞳距相符﹐否則將產生棱鏡效果﹐使視覺產生疲勞﹐甚至複視。雙光鏡片的主鏡片光學中心符合遠用瞳距﹐子鏡片光學中心符合近用瞳距。鏡片離眼角膜應當為12mm左右﹐否則不能保證驗光準確度。近視鏡戴得過近等於加深光度﹐過遠等於減淺光度﹔遠視鏡則反之。運用時鏡框和鏡架腳應作向下大約10°傾斜﹐有利於工作並感到舒適。





鏡片加工

鏡片加工工藝因材質而異。


玻璃鏡片加工
包括粗磨﹑細磨﹑拋光﹑磨邊 4道主要工序。

粗磨成型﹕
近視﹑遠視鏡粗磨成型的傳統方法是在轉動的鑄鐵模具上﹐用粗砂把玻璃毛坯表面磨成所需彎曲度。

改進的方法是採用高速旋轉的環形金剛石砂輪﹐將玻璃毛坯裝在主軸上﹐銑出各種所需弧度。
散光鏡片一般採用圓輪多片磨法。

將鏡片黏於半徑等於鏡片基底屈光度的曲率半徑的圓輪上﹐將高速旋轉金剛石砂輪調整至所需曲率﹐銑磨鏡片至所需散光面。


細磨﹕
傳統的方法是在曲率準確的模具上用加水散粒細砂加工經粗磨的鏡片﹐使鏡片表面細潔﹐弧度準確。

還可在大膠盤上貼3～8塊鏡片﹐用曲率準確的大模具進行多片細磨。

改進的細磨方法是用數十片直徑10mm﹑厚 3mm的金剛石片黏於模體上組成細磨模具﹐用三乙醇胺有機溶液作冷卻液進行細磨。

散光面細磨在專用機床上進行。


拋光﹕
傳統的方法是在模具上用松香柏油黏上一層呢布﹐加氧化鐵紅粉和水對經過細磨的鏡片表面進行拋光。

改進的方法採取轉速達 1200r/min的高轉速機械﹐在模具上黏上一層聚氨脂﹐加氧化鈰和水進行拋光。

散光面拋光在專用機床上進行。


磨邊﹕
鏡片裝框前需製成所需的形狀﹑大小並研磨邊緣。

磨邊前先用塑料薄片依鏡架框形剪成樣板﹐並畫出幾何中心。

傳統的手工磨邊方法是用金剛石劃玻璃刀在鏡片上依樣板劃出刀痕﹐再用平口鉗按刀痕剝去多餘部分﹐然後在棕剛玉細砂輪或碳化硅硬砂輪上磨邊。

改進的磨邊方法採用自動磨邊機﹐將經拋光的鏡片夾裝準確﹐樣板套入樣板夾內﹐機內羅列粗﹑細﹑尖邊﹑方邊等砂輪﹐電腦控制﹐自動進刀﹐完成磨邊。




塑膠鏡片加工

一般以丙烯基二甘醇碳酸脂(CR39)﹑聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)﹑聚碳酸脂(PC)等光學塑料為原料﹐經注塑模鑄﹑聚合﹑染色﹑表面處理等工序製成 ﹐將聚合物單體及配合料在配料器中充分混合互溶﹐濾除雜質。

用兩片玻璃和密封圈精確配合﹐組成模具。

將模具充分清洗擦淨﹐配好的單體用壓縮空氣管注入模具內﹐抽真空除去氣泡﹐送聚合爐內加溫聚合﹐形成塑料鏡片。

為遮陽和減少紫外線透過以及美容裝飾的塑膠鏡片可經過染色工序。

鏡片清洗擦淨後﹐放入染液槽中﹐控制染色溫度和染色時間﹐完畢後用熱水沖洗一定時間﹐擦淨。

染色鏡片如果色澤不理想﹐可重複在其他染色液或漂白液﹑退色液中改色。

CR39塑膠鏡片通常需表面鍍膜﹐提高鏡片表面的耐磨性。

鍍膜方法有浸泡法﹑旋轉法和澆塗法等化學法﹐還有真空鍍膜等物理法。

真空鍍膜法工藝複雜﹑成本較高。

化學法較為常用。
化學法鍍膜液是一種熱固性有機硅化合物﹐鏡片表面預先脫脂清洗並擦淨﹐再在鍍膜液中浸泡﹑旋轉或澆塗﹐然後在烘箱中固化處理。




鏡架製造

眼鏡架由鏡腿﹑鏡框﹑鏡樑﹑鼻托﹑鉸鏈等部分組成。

根據材質可分為全金屬﹑全塑料和金屬塑料混合 3種類型。
由於造型和選材的多樣化﹐形成了多種精細加工工藝。


金屬鏡架製造

由於強度﹑韌性﹑質輕﹑耐蝕﹑經濟等要求﹐多採用不同成分如鈦﹑鎳﹑銅﹑鋅﹑鋁﹑鉻﹑錳等合金線材﹐整形後分別製成鏡圈﹑鏡腿﹑鼻樑等零部件。

將零部件按設計用高頻焊接﹐拋光﹑電鍍﹐隨後可採取噴砂﹑染色﹑塗層等多種裝飾工藝。


塑料鏡架製造

過去用硝酸纖維素(即賽璐珞)﹐由於易燃﹐現在代之以醋酸纖維素。
板材採用加熱衝製或仿形銑磨成型﹔顆粒料採用注塑成型。
鉸鏈﹑鉚釘等零部件可一次注入﹐隨後進行染色﹑拋光﹑塗色等多道加工工序。

金屬塑料混合架製造

在金屬架上鑲裝部分塑料部件﹐適應美化鏡架的設計需要﹐製造工藝兼有金屬和塑料鏡架部件加工工藝。