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[其它] 简单的手动镜头2,3D结构科普-第二版

本主题由 System 于 2017-3-27 05:00 解除限时高亮
镜头与光学科技6
1978-2010年间出现的26种采用双高斯结构的镜头
(资料来自NPHOTO.NET)
[图1]1978-2010年间出现的26种采用双高斯结构的镜头

[ 本帖最后由 鱼大头日报 于 2016-10-4 03:28 编辑 ]

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[图1]1978-2010年间出现的26种采用双高斯结构的镜头

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镜头与光学科技6
(资料来自http://dslr.abang.com/od/dslr_lens/a/ed_ud_all.htm)
单反镜头中特殊镜片的介绍
有时候,我们在选择一只镜头的时候,除了会遇到焦段、光圈和镜头口径等参数外,还可能会见到诸如非球面镜片、萤石镜片、ED/UD镜片等等词汇和描述,那么,这些词汇是什么意思呢?

先来说非球面镜片(Aspherical Lens)。
传统的镜片是球面的,加工方便,但光线入射时,镜片中央处的光线与镜头边缘处的光线入射角度并不一样。这样一来,镜头中央通过的光线和边缘通过的光线将不能聚焦到同一位置(称为球面像差),这样将不可避免地造成成像的模糊。非球面镜片则可以有效地解决这样的问题。相比球面镜片,非球面镜片的边缘更薄,镜头中央处通过的光线和边缘处通过的光线都可以正确地聚焦到同样的位置,有效矫正球面相差。并不是所有的镜头都需要非球面镜片。
相对来说,由于广角镜头的视角宽,广角入射角度变化大,所以非球面镜片在广角镜头中被大量采用。  非球面镜片也有高档之分。由于生产工艺的不同,非球面镜片可以分为三种:铸模、精密研磨和复合非球面三种。铸模非球面镜片生产加工最简单,成本最低;精密研磨非球面镜片可以达到很高的精度,但是生产费时费力,成本也相当高昂。而复合非球面镜片则位于两者之间。
萤石:如果说广角镜头容易产生球面像差,那么长焦镜头则容易产生色散和色差。所谓色散,指的是由于不同颜色的光线的折射率不同所造成的现象(因为颜色不同,波长不同,而导致折射率不同)。这样一来,不同颜色的光线在通过透镜后也不能汇聚在同一个位置。另一方面,不同光线折射率不同,通过镜片的焦距也存在微小的差别,这种情况称为色差。这两种情况都直接影响到成像。而萤石镜片可以在很大上消除这一现象。但是整块的萤石在自然界中极其稀少,何况它易碎、难加工,所以可想而知一块萤石镜片需要多高的成本。因此,采用萤石镜片的镜头通常都极其高昂,光学素质也非常优秀。ED/UD:ED和UD分别是Extra Low Dispersion 和Ultra Low Dispersion的缩写。萤石虽然消色差和色散的本领高强,但是价格昂贵,加工困难,那么可否寻找到一种它的替代品?ED/UD玻璃就是其中之一(佳能称之为UD镜片,而其他厂商则大多数统称为ED镜片)。它的基本用途和萤石类似,都用来消除色散和色差。尽管其效果与萤石尚存在一定的差距,但是价格更为低廉,加工也更容易,所以得到了广泛的应用。例如,佳能经典的“小白”EF 70-200 F2.8 L USM就采用了4片UD镜片来消除色散和色差。对于佳能的UD认为,一般认为,2片UD镜片的消色散和色差效果等同于一片萤石。还有一种镜片被称为超级ED/超级UD,一般认为这样的镜片在消除色散和色差性能上已经和萤石媲美,但是其应用远不如普通的ED/UD来得广泛。需要注意的是,ED/UD镜片并非只在长焦镜头上才能见到,由于数码单反对色散和色差相对胶片相机更为敏感,所以,专为数码单反优化过的镜头,即使是广角镜头,也在大量采用这两种镜片,甚至是尼康入门级别的AF-S Nikkor18-55mm f3.5-5.6G ED也采用了ED镜片。
可以看出,不管是哪种镜片,目的都是为了提高成像质量。为了达到这个目标,对于广角镜头,我们考虑得更多的是消除球面像差,而长焦镜头则考虑消除色散和色差。所以,如果一只变焦镜头需要同时涵盖广角和长焦,势必要同时考虑多方面的因素,这样一来也必然会在很多方面有所妥协,这也是为什么定焦镜头的光学素质会超越变焦镜头的原因。
[图1]两只镜头的结构图 来源 尼康 佳能官方网站

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[图1]两只镜头的结构图 来源 尼康 佳能官方网站

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镜头与光学科技8
镜头转接环1
[图1]Jarry自带光圈的EF-M4 3镜头转接环
[图2]中一减焦增光转接环结构

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[1]Jarry自带光圈的EF-M4 3镜头转接环

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[图2]中一减焦增光转接环结构

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镜头与光学科技9
镜头转接环2
转接环,微距接环与可变距微距接环的3D结构
1,转接环
转接环由一段具有一定长度的,可以由不同材料制造的筒状体造成,作用是增长法兰距,前面带卡口座,后面带卡口,这里的卡口泛指,不同时期不同门的镜头有不同的卡口与卡口座
本楼的转接环只是原理图,实际的更复杂点,带电子功能的就更更复杂许多

2,微距接环
微距接环结构同转接环,不同的是微距接环法兰距已经超过镜头无限远合焦范围,只能进行微距拍摄.

3,可变距微距接环
可变距微距接环由2段具有一定长度的,可以由不同材料制造的筒状体组成,它们可以由螺纹等方式拉伸或者旋转2个筒状体而改变长度,作用是增长法兰距用于微距拍摄,前面带卡口座,后面带卡口,这里的卡口泛指,不同时期不同门的镜头有不同的卡口与卡口座,

可变距微距接环可以有两类
01,在没有拉伸或者旋转2个筒状体而改变长度前,法兰距已经超过镜头无限远合焦范围的,这种可变距微距接环貌似非常少见,比如LM-NEX可变距微距接环,现实中存在的微距接环一般是不可变距的微距接环,通过多加几节微距接环的方式变相实现有限的固定级数的可变距微距接环

02,在没有拉伸或者旋转2个筒状体而改变长度前,法兰距在镜头无限远合焦范围的,这种可变距微距接环实际上也是镜头的转接环,在拉伸或者旋转2个筒状体而改变长度后,法兰距超过镜头无限远合焦范围了,然后只能进行可变距的微距拍摄.

这种可变距微距接环使用上比较方便,不必额外增加微距接环就可以实现正常拍摄与微距拍摄,但是设计与制造比较复杂,找到一个产品-带微距功能的尼康AI-NEX接环

4,移轴转接环[图6]
由于缺乏相应的平面图与机械知识,我只能做出原理图
[图1]转接环与微距接环的结构
[图2]带微距功能的尼康AI-NEX接环
[图3]可变距微距接环变距,扭长时的原理图
[图4]可变距微距接环未变距时的原理图
[图5]鱼大头21 2.8接可变距微距接环变距,扭长时的状态
[图6]移轴转接环,图片来源不明
[图7]
[图8]
[图9]
[图10]

[ 本帖最后由 鱼大头日报 于 2016-11-3 23:57 编辑 ]

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2016-10-6 13:40

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[图1]转接环与微距接环的结构

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[图2]带微距功能的尼康AI-NEX接环

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[图3]可变距微距接环变距,扭长时的原理图

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[图4]可变距微距接环未变距时的原理图

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[图5]鱼大头21 2.8接可变距微距接环变距,扭长时的状态

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[图6]移轴转接环,图片来源不明

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镜头与光学科技10
镜头零部件库,
发到这里了http://www.soupis.com/thread-137952-1-1.html
在这里就不再重复地发,很久没搞3D了,资料比较旧

[ 本帖最后由 鱼大头日报 于 2016-10-4 03:42 编辑 ]
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镜头与光学科技11
Petzval镜头
来自http://blog.sina.com.cn/s/blog_56616f210101pu5k.html
Petzval镜头是由维也纳大学的数学教授Joseph Petzval教授在1840年发明的,在那个年代,还没有现在的胶片,采用的还是湿板技术,在Petzval镜头出来以前,拍一张照片,即便是在阳光下,曝光时间都要10分钟左右,如果用来拍摄风光之类的“死东西”,似乎问题还不是很大,但是如果要叫人10分钟保持不动,那几乎是不可能的,然而,对于人像摄影的需要却始终都很强烈的,这和我们现在并无太大不同。而当时的镜头光圈都比较小,速度很慢,加上湿板的原因,想快速拍张照片几乎是不可能的。

    就在这个时候,Petzval教授的天才发明,给摄影术带来了巨大的进步,Petzval研究出的镜头光圈是F3.6,而当时最快的镜头光圈是F5.6,而且画面中心的成像质量比当时其他镜头要好得多,就像现在Leica的Noctilux50f0.95一样,不仅有超大的光圈,还有极好的全开成像效果,这注定它会是一个里程碑式的光学成就。有尽可能大的光圈才有可能尽量缩短曝光时间,其实,也就是从Petzval开始,人像摄影才有了一个真正的开始。所以,称其为Portrait Lens是有两层含义的,其一是它的成像特点非常适合人像摄影,其二,它才是人类历史上第一支真正有实际应用意义的人像镜头。
[图1]Petzval镜头结构
[图2]光圈插片
[图3]圈插片铜质相机镜头

[ 本帖最后由 鱼大头日报 于 2016-10-4 03:49 编辑 ]

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[图1]Petzval镜头结构

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[图2]光圈插片

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[图3]圈插片铜质相机镜头

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镜头与光学科技12
摄影镜头的光学仿真软件-鱼大头大头鱼试镜v1.0
(这个是我胡思乱想的,百度了一下,貌似没有这样的软件,原创概念)
所谓摄影镜头的光学仿真软件,就是可以将设计出来的虚拟的,还没有实体的摄影镜头,在计算机中,对着虚拟场景拍摄就可以出照片的软件,这个软件的作用,是试镜设计中的虚拟镜头,从而可以不断改善设计,避免有设计缺陷,特别是有艺术摄影缺陷的镜头投入生产,这个软件设计成功后,艺术摄影镜头的主设计师将由技术家改变为不同门类的艺术家。


[ 本帖最后由 鱼大头日报 于 2016-12-18 22:07 编辑 ]
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镜头与光学科技13
昔之得一者,天得一以清;地得一以宁;神得一以灵②;谷得一以盈,万物得一以生;候王得一以为天下正

往昔曾得到过道的:天得到道而清明;地得到道而宁静;神(人)得到道而英灵;河谷得到道而充盈;万物得到道而生长;侯王得到道而成为天下的首领。

镜头各镜组得一以神(我胡编的)
意思是组成一个镜头的各镜组协调得如一镜片时,乃神头也

[ 本帖最后由 鱼大头日报 于 2016-10-4 23:35 编辑 ]
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镜头与光学科技14
镜头光学镜组设计中镜片数量的问题
蓝字部分来自http://itbbs.pconline.com.cn/dc/10861596.html
如果是单片镜头,对于设计师来说,就只有两个变量可以进行优化,左边球面半径,右边球面半径。如果有两片就有5个变量可以优化,两个透镜四个面的半径加上两个镜片之间的距离。镜片的数目越多,设计师能够获得优化变量就越多,就越能补偿更多的像差,这就是为何现代镜头片数越来越多的原因。

早期光学镜头根本没有镀膜,或者镀膜质量差,导致镜片之间的反射严重,镜片数目增多就会导致镜头视野内白花花一片,导致整个画面的对比度下降。这也是早期多片镜头设计不被接受的原因。现在时代不同了,镀膜技术的进步已经可以让设计师放手增加镜片(当然多镜片也意味者加工和组装必须使用更紧的公差)。对现代光学设计而言,镜片侧面的反射的杂散光是另外一个令人头疼的问题,所以设计讲究的镜头的镜片的侧面都被用吸光的黑色涂料染黑。


。。。。。。。

[ 本帖最后由 鱼大头日报 于 2016-10-5 00:24 编辑 ]
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镜头与光学科技15
变焦镜头结构

库克三片式镜头
这种镜头是这六种基础设计里最重要的。因为它是变焦的基本。

........第一个变焦镜头,Voigtlander Zoomar。至于它的后续就太多了。什么Sonnar, Elemar, Triotar,望远镜和显微镜也经常用这个结构。
(来自http://itbbs.pconline.com.cn/dc/14773672.html)
话说当年我不知道变焦镜头的变焦方式,拆了个小纸炮前部,只敢移动最前面的镜片,想增加焦距,结果小纸炮只能当狗微使用了.
后面的镜片不敢拆,又恢复原状当个小纸炮用了.

望遠鏡頭的內對焦設計
原理大致如左,最前方的鏡片不動,最後方的鏡組有時可動可不動,中間的鏡組則會前後移動,此種設計中間鏡組只移動一點點則可在較大的範圍對焦。

前鏡組不動時,偏光鏡就不會跟著動,比較方便。整個鏡頭的重心移動量也少,易於平衡。此外自動對焦系統只要負責較少、較輕量的鏡組移動,所耗費的能量也少,所需要的力量也小一些,反應自然也可以更迅速。一般內對焦系統較常用於望遠鏡頭,廣角鏡或標準鏡本身比較小巧,較少用到內對焦系統。

(来自http://www.360doc.com/content/13/1101/21/6932394_325941687.shtml)
[图1]传统变焦镜头结构
[图2]多组变焦镜头结构
[图3]后组对焦和内对焦结构
[图4]库克三片式镜头变焦结构
[图5]望遠鏡頭的內對焦設計

[ 本帖最后由 鱼大头日报 于 2016-10-6 13:22 编辑 ]

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[图1]传统变焦镜头结构

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[图2]多组变焦镜头结构

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[图3]后组对焦和内对焦结构

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[图4]库克三片式镜头变焦结构

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[图5]望遠鏡頭的內對焦設計

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镜头与光学科技16
镜头口径
不同镜头由于光学设计和产品定位的差异,其镜头口径也存在着明显的差别。虽然镜头口径的规格和光圈大小并没有必然的对应关系,但从光学原理分析,镜头的口径越大,透光量就会越大,因此理论上,镜头的成像素质也会更好。但大口径镜头的制造成本、体积和重量相对会增加,并不符合镜头设计的小型化趋势,因此,近年来已有越来越多口径不大但质量佳的镜头诞生。镜头口径的差异直接影响着滤镜的使用和兼容性,常见的镜头口径有58mm、62mm、67mm、72mm、77mm等,其中77mm被认为是专业镜头的通用口径。
(资料来自FOTOMEN)

资料来自http://wenda.so.com/q/1362722727069903
问:镜头口径大小能影响什么?
相机的镜头口径大小能影响通光量吧?
也就是说口径越大就越好吗?口径大成象质量就一定好吗?
记得NIKKOR的50 1.8是55mm的,50 1.4是52mm的.
应该是是1.4比1.8的要好吗?那为什么它的口径反而小呢?

另外,最后进入CCD光的多少,还得跟光圈有关吧?口径再大,光圈开小的话,进光量还是小啊?
口径大的和口径小的,打到同样的光圈,那么:口径大的进光的绝对面积还是比口径小的进光面积大,对吗?
我是这样理解的.谢谢.

答:(一)实际口径
它是指镜头前镜的直径(镜片压圈以内)与镜头焦距的比值.但是,这种计算方式只是粗略的,并不一定符合镜头的实际进光量.原因是各类镜头的光学结构不同,光线通过镜筒各片透镜所形成的折射角度不同,所以并不一定与前镜直径相符.另外,有些镜头为了避免底片四角照度不足,会有意将镜头前镜制作得大一些.因此用实际口径表示镜头的光通量,并不一定符合上述关系.
(二)有效口径
实际上,比较精确的镜头口径计算是以镜头前镜实际通过的光束直径与镜头焦距的比值来确定的.所以说,我们平常所说的镜头口径,其实都是指镜头的有效口径而言的.而相机镜头上所标定的镜头口径,当然也是以这种方式测定的有效口径.
(三)相对口径
镜头有效口径是以镜头最大光通量确定的,当然在实际应用中我们不可能完全都用最大口径拍摄.镜头中间的光圈(光阑)就是按照一定比例改变光通量的装置.而由光圈改变不同光通量就形成了不同的口径等级.因此由光圈控制的镜头口径,我们把它叫做相对口径.
从上述情况我们可以看出,通常我们所说的镜头口径多半是指有效口径而言.而镜头前面安装滤镜的口圈直径不能与镜头口径混为一谈.
那么大口径镜头对于摄影的主要作用是什么呢?大口径镜头的唯一用途就是可以增加光通量,便于在照度不足的情况下拍摄,而在照度允许的情况下并没有什么优越性可言.其原因是,增大镜头口径需要突破更加困难的光学矫正,而这往往需要增加镜片或特种镜片来实现.这样做不仅增加了镜头重量,也增加了制作成本,这也就是为什么同等焦距镜头大口径往往要贵许多的原因.此外,尽管现代光学技术非常先进,可以制作出光学素质较高的大口径镜头,但这并不表明大口径镜头在所有情况下都有良好的素质表现.就一般情况而言,任何大口径镜头在全开光圈情况下的表现都不是最好的,而厂家也往往会推荐最佳光圈.

[ 本帖最后由 鱼大头日报 于 2016-10-6 13:31 编辑 ]
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镜头与光学科技17
镜片上的阻光槽

[ 本帖最后由 鱼大头日报 于 2016-10-6 13:33 编辑 ]
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镜头与光学科技18
适马两代50mm F1.4对比
产品名称        适马 50mm F1.4 EX DG HSM        适马 Art 50mm F1.4 DG HSM
镜片结构        6组8片(含1片非球面镜片)        8组13片(含3片SLD、1片非球面镜片)
最小光圈        F16        F16
滤镜直径        77mm        77mm
视角(35mm全画幅相机)        46.8°        46.8°
最近对焦距离        45cm        40cm
体积(直径×长度)        84.5mm×68.2mm        85.4mm×99.9mm
光圈叶片        9片圆形光圈叶片        9片圆形光圈叶片
放大倍率        1:7.4        1:5.6
重量        505g        815g

适马 Art 50mm F1.4 DG HSM
重量 815g,比一中的50 0.95还重
[图1]适马50mm F1.4 DG HSM镜头光学结构
[图2]适马Art 50mm F1.4 DG HSM镜头光学结构

[ 本帖最后由 鱼大头日报 于 2016-10-6 13:45 编辑 ]

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[图1]适马50mm F1.4 DG HSM镜头光学结构

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[图2]适马Art 50mm F1.4 DG HSM镜头光学结构

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镜头与光学科技19
镜头的焦距及对角线视角关系图
以前没玩过170毫米定,前几天用85 1.4+1.4X时发现这镜视角居然与300 F4相差不多,难怪老鸟早就说过,180 2.8以后视角的减少非常不容易

如果觉得图1还是不够形象的话,可以看下面这个例子,平举相机拍一个人的全身像(高度按2米计算,因为拍人不可能正好让人头脚顶到照片的上下边缘,为了美观要有一定的空余空间),根据镜头视角可以计算出不同焦距下相机需要距离被拍摄者的距离(大约值):(https://www.douban.com/group/topic/28468900/)
焦距 距离
24mm 2m
35mm 3m
50mm 4m
85mm 7m
100mm 8.5m
200mm 17m
300mm 25m
400mm 33m
600mm 50m
[图1]镜头焦距及对角线视角

[ 本帖最后由 鱼大头日报 于 2016-10-6 13:59 编辑 ]

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[图1]镜头焦距及对角线视角

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镜头与光学科技20
镜头与材料科技1
-透明材料
资料摘自http://wenku.baidu.com/view/6d5421094a7302768e9939a2.html
透明材料的分类和透明塑料的用途
    按材料的透光率大小,可将材料分为如下三类:透明材料,波长400~800nm可见光的透光率在80%以上;半透明材料,波长400—800nm可见光的透光率在50%~80%之间;不透明材料,波长400~800nm可见光的透光率在50%以下。        按照上述的分类方法,可将树脂分成如下几类。      
1.透明性树脂
绝大部分树脂都属于透明类,主要包括PMMA、PC、PS、PET、PETG、透明ABS、透明PP、透明PA、SAN(又称AS)、(又称K树脂)、MS、MBS、PES、J.D系列、CR-39、TPX、HEMA、F4、F3、EFP、PVF、PVDF、EP、PF、UP、醋酸纤维素、硝酸纤维素及EVA等。 其中PES为聚醚砜,J.D系列光学树脂为PES的共聚衍生物,SAN为苯乙烯/丙烯腈共聚物,TPX为聚甲基-1-戊烯,BS为25%丁二烯/75%苯乙烯共聚物,CR-39为双烯丙基二甘醇碳酸酯聚合物,HEMA为聚咿基丙烯酸羟乙酯。        
在这些透明塑料中,最常用的为PC、PMMA、PS、PET、PETG、AS、BS、MS、MBS、透明ABS、透明PP及透明PA等

3.光学仪器类材料
光学仪器类主要指各类镜体材料,它包括眼镜、透镜、放大镜及望远镜等,具体又可分为硬质镜体和软质镜体(隐形眼镜)两类。
传统的光学仪器类制品所用的材料都为玻璃,但塑料具有与玻璃相媲美的透明性,又具有质轻、不易破碎等优点,正在逐步取代玻璃材料。      
(l)硬质镜体  硬质镜体要:求透明塑料的具体性能为:高透光率,应在90%以上,低雾度;低双折射,以防止出现图像歪斜、失真、重影等现象;高折射率,以尽可能减薄镜片的厚度;表面硬度高,可经反复擦洗;耐冲击性好,不易破碎;頌度小,质轻。        最适宜的硬质镜体用透明塑料材料为CR-39和J.D两种,并以CR-39为主。在美国,70 %的眼镜材料为CR-39,在中国也可达到30%~40%。这两种材料的共同特点为透明性好、高折射率、低双折射、耐冲击、表面硬度高。      
CR-39为双烯丙基二甘醇碳酸酯聚合物,属热固性塑料,可浇铸成型。它的透光率高,硬度较好,耐冲击,耐热,双折射低,适于生产镜片。其主要缺点为耐磨差,折射率稍小。      
CR-39与高折射单体如二烯丙基邻苯二甲酸酯共聚后,其折射率可提高到1. 546。        
CR-39表面经涂层后,可提高其耐磨性。        
J.D系PES的衍生共聚物,其组成为双烯聚苯醚砜、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯;其也属热固性树脂,可浇铸成型。        
J.D的折射率最大可达1.62,硬度最大可达到6H(洛氏硬度为332),其成本仅为PMMA的1/2、CR-39的1/6,是一种可与CR-39竞争的光学材料。      
硬质镜体制品一般采用浇铸法生产,这样可避免加工中产生取向,防止双折射增大。        
(2)隐形眼镜  隐形眼镜用材料对性能的要求比硬质镜体更苛刻,具体要求如下:高透光率,应在90%以上,低雾度;低双折射,以防止出现图像歪斜、失真、重影等现象;高折射率,以尽可能减薄镜片的厚度;高吸水性,一般生理盐水的吸收率不低于30%;柔软而有弹性;透氧性好,以利于眼球的生理呼吸;生理相容性好,与眼球接触无不良反应。卫生、无毒。      
最适宜的隐形眼镜用材料为聚甲基丙烯酸羟乙酯( HEMA),它的透光率高达97%,折射率为1. 43~1. 45,吸水率为39%~60%。        HEIx4的聚合方法为:以二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)为交联剂,使HEMA聚合成水凝胶状物质,再加入聚乙烯吡咯烷酮,使其吸水率从40%增大到60%。

[ 本帖最后由 鱼大头日报 于 2016-10-6 14:49 编辑 ]
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