▍材料與文明
作者 | 陳俊鵬 王慧靈 施昕儀 胡聿琳 周佳鳴
編輯 | 焦瀅凱 鄭王樹
眼鏡是為矯正視力或保護眼睛而製作的簡單光學器件。從一千多年前眼鏡發明至今，眼 鏡行業在不斷進步，材料科學也在不斷向前發展，產生了許多不同的眼鏡類型及製造材料。
通過對每種材料的特點及其優勢和劣勢的比較，也能對眼鏡材料的選擇有一個更清晰的認知。未來，肯定會有越來越多的眼鏡材料出現並應用，眼鏡也會有更好的舒適度、更加豐富的功能等，滿足人們的多元需求。
眼鏡最初的起源地是中國還是西方，至今沒有一個明確的定論。《中國眼科史大綱》一書作者、史學家聶崇侯先生說，中國人使用眼鏡不會遲於13世紀上半葉，而要到13世紀後半葉，眼鏡才在歐洲出現。但可以確定的是，在明朝中期，中國已經出現了眼鏡，並且當時已有西方的眼鏡經過西域或者南洋傳入到我國。
圖 | 安陽殷墟出土的甲骨文中就有「疾目」等字眼的記載。
古人對近視的認知很早。安陽殷墟出土的甲骨文中就有「疾目」等字眼的記載，說明早在商朝，人們就發現了近視眼的存在。春秋戰國的《詩經》、《書經》裡，將近視稱為「瞽」、「蒙」、「瞍」。
最初的眼鏡是單片無框鏡，起源於透鏡，後來出現了有框鏡，雙片鏡，材料也從傳統的石英，玻璃轉變為塑料，樹脂等。
1.1.1 鏡片的出現
公元前750~710 年，出現了人類歷史上的第一塊鏡片，來自新亞述文明，由水晶打造。可能被當做放大鏡使用。
圖 | 公元前750～710年，由水晶打造的第一片鏡片。
1.1.2 閱讀石的發明
1268年，英國學者羅吉爾·培根發明了「閱讀石」，由玻璃製成。使用時放在紙上，便可放大文本內容，是最早記錄的用於光學目的的透鏡。
當時，培根看到許多人因視力不好，不能看清書上的文字，就想發明一種工具來幫助人們提高視力。為此，他想了很多辦法，做了不少試驗，但都沒有成功。一天雨後，培根來到花園散步，看到蜘蛛網上沾了不少雨珠，他發現透過雨珠看樹葉，葉脈放大了不少，連樹葉上細細的毛都能看得見。他看到這個現象，高興極了。培根立即跑回家中，翻箱倒櫃，找到了一顆玻璃球。但透過玻璃球，看書上的文字，還是模糊不清。他又找來一塊金剛石與錘子，將玻璃割出一塊，拿著這塊玻璃片靠近書一看，文字果然放大了。試驗成功了，培根欣喜若狂。後來他又找來一塊木片，挖出一個圓洞，將玻璃球片裝上去，再安上一根柄，便於手拿，這樣人們閱讀寫字就方便多了。這種鏡片後來經過不斷改進，成了現在人們戴的眼鏡。光矯正視力的就有青少年用的近視鏡與老年人戴的老花鏡，還有其他各種用途的眼鏡，人們學習、工作就更方便了。培根為人類的文明進步作出了貢獻。
早期的閱讀石是由水晶（石英）或綠柱石以及玻璃製成的。1286 年左右，義大利的工匠在凸鏡的基礎上，發明了可以調節屈光度以矯正視力的眼鏡。從13 世紀晚期開始，閱讀石逐漸被眼鏡所取代，但是現代也仍在使用，主要用塑料製成。
圖 | 1268年，英國學者羅吉爾·培根發明了「閱讀石」，由玻璃製成。
眼鏡最早出現於1289 年的義大利佛羅倫斯，據說這項世界上最重要的工具，是一位名叫阿爾馬託的光學家和一位生活在比薩市的義大利人斯皮納發明的。
美國發明家班傑明富蘭克林，身患近視和遠視，1784 年發明了遠近視兩用眼鏡以免受頻繁換兩副眼鏡的折磨。
1825 年，英國天文學家喬治艾利發明了能矯正散光的眼鏡。然而圓柱鏡片的使用，首先是娜威眼鏡師阿喏（Aireyy）於1827 年試用圓柱鏡來矯正自己的散光。同年，嗎卡萊斯特（Mcallester）磨製成功了圓柱鏡。1784 年，佛讓克林（Franklin）發明了雙光眼鏡。1905年，蘇特裡夫（Sutcliffe）又在一個鏡片上磨製成功。
直至1846 年德國卡爾蔡氏（Carl Zeiss）創造了舉世聞名的蔡氏工廠，經過艱苦的探索、精密的設計，終於製成了質地優良的卡答爾鏡片，銷售於世界各地，從此就有了光學鏡片的出現，給眼鏡史上寫下了光輝的一頁。
眼鏡與鏡架隨時代潮流在不斷更新，人們發現紅外線、紫外線對眼睛的損害之後，更進一步激發了對眼鏡材質的探討，目的尋求研製出更為理想的光學鏡片。自蔡氏研製出了光學鏡片之後，克羅克斯（Crooks）在光學玻璃原料的基礎上添加各種著色劑，終於製成了光學克斯片。
圖 | 1846 年，德國卡爾蔡氏（Carl Zeiss）創造了蔡氏工廠。
最早的眼鏡只是一塊鏡片並不帶框架。約於1000 年西方年老的傳教士，只是將「讀書石」放在書面上來講解聖經。14~15 世紀經過改進後，由手持使用改進為鉚釘式眼鏡，1352年，哈格·斯奇爾肖像就是佩戴著這種眼鏡。15 世紀以後人們對眼鏡的工藝就有了美化裝飾的要求，且取材於鐵、金、動物留質及鈦合金等，我國曾用過玳瑁甲製作框架。近用眼鏡架，18世紀英法各國盛行長柄式眼鏡。
在20世紀，鏡片與鏡架隨著材料學的發展不斷更新。
硬質透明塑料出現之後，1937 年首先用路塞特（Lucite）或己丁烯樹脂（Plexiglas）作素材制出塑膠眼鏡，美國匹茲堡（Pittsburgh）玻璃公司經過不懈的研究探索，終於推出了品質與性能良好的CR-39 樹脂鏡片，具有重量輕、強度高不易破碎等優點，同時又可根據佩戴者膚色、年齡及愛好著出絢麗多彩的各種顏色，因此頗受人們的青睞。
1957年美國GE（通用電氣）公司率先發展了PC（聚碳酸酯）塑料，並稱之為Lexan。德國Bayer（拜爾）公司緊隨其後發展了他們的PC塑料，Makrolen。
70 年代後，國外又研製出一種多碳酸鹽新型樹脂鏡片（Polycarbonate）又稱PC 鏡片，性能遠較上述各種鏡片優越，被稱為「熱塑金屬」。
這種塑料在70年代開始用於製造眼鏡。眼鏡架則演變成現今的金屬、注塑鏡架和醋酸纖維板材銑型架三大系列。
圖 | PC片又名「太空片」、「宇宙片」，化學名為聚碳酸酯，是熱塑性材料。
1.1.4 隱形眼鏡的發明
當今，處於信息科學時代的眼鏡製造業飛速發展，在原有的基礎上進一步發展為現在的玻璃鏡片，塑膠鏡片及隱形眼鏡三大系列。其功能也從原來的單一功能向多功能發展，雙光、多焦點(漸進式)、防紫外線、紅外線以及擋微波等功能性鏡片越來越是精湛美觀，其中變色眼鏡一時曾受到人們的青睞。
相對而言，隱形眼鏡的歷史則略短一些。
在1508年，義大利科學家倫納德·達·文西，用一個半球形的大玻璃罐，裝滿水，然後將面部浸入水中，透過半球形玻璃罐所形成的水透鏡來觀看物體，並發現在水中看物體會清楚。於是畫出角膜接觸鏡的草圖。
之後在1637年法國人雷內弟斯卡梯斯做了一個叫接目鏡的實驗。在一個兩端鑲有帶一定度數玻璃片的圓筒中，放入普通的水，置於眼前側，以此來觀測物體。這是隱形眼鏡的雛形。
圖 | 達·文西與雷內弟斯卡梯斯的實驗，奠定了隱形眼鏡的雛形。
1887年，德國醫生繆勒（FEMüller）為他病人設計製造了一個玻璃眼罩，把切除眼瞼的眼睛保護起來。製作時以特意使眼罩中心帶一定的屈光度，以起到了矯正屈光的作用。
1918年，德國的凱波（LKoeppe）開發了前房角檢查用的接觸鏡。
1936年，美國人芬伯路姆（WFeinbloom）發明了一種以玻璃作為中心光學部位，周圍採用白色塑料製成的鞏膜鏡。
圖 | 鞏膜鏡示意圖。大直徑鏡片，佩戴時不接觸角膜，佩戴前需要與液體接觸，適用於圓錐角膜患者。
1950年，捷克學者衛奇特雷（OWucgterle）與另一位眼科醫生莊富斯（Dreifus）共同開發出用HEMA材料製作的軟性接觸鏡。同時他發明了離心澆鑄法來製作角膜接觸鏡，並獲得專利。
1960～1964年，捷克斯拉夫國立高分子研究所首創以甲基丙稀酸羥乙酯(HEMA)及甲基丙稀酸丁酯(BMA)作素材制出了親水隱形眼鏡，大大提升了使用者的舒適度。
圖 | 二戰時期，隱形眼鏡已經得到大量使用。在當時的英國，士兵為了成為飛行員自費佩戴隱形眼鏡。不過其佩戴舒適度可想而知。
1.2.1 歷史記載
有人認為，中國人在2000 年前就發明了眼鏡。儘管眼鏡發明誰為先至今仍是個謎，但我國在明朝中期就出現了眼鏡，卻是不爭的事實。明萬曆田藝蘅在《留青日札》卷二《靉靆》條云：「每看文章，目力昏倦，不辨細節，以此掩目，精神不散，筆畫信明。中用綾絹聯之，縛於腦後，人皆不識，舉以問餘。餘曰：此靉靆也。」這時的靉靆即最初的叫法。
我國早期眼鏡的圖像及實物資料存世不多。中國歷史博物館藏明畫《南都繁會景物圖卷》中有一老者戴著眼鏡。
清乾隆年間，我國已能生產眼鏡，鏡架為黑漆木框，裝有繫結的絲帶，鏡片由水晶磨製，至清嘉慶年，眼鏡普及，張子秋在《續都門竹枝詞》云：「近視人人戴眼鏡，鋪中深淺制分明。更饒養目輕猶巧，爭買皆由屬後生。」有趣的是，清代眼鏡的深淺標度，是根據子醜寅卯十二地支來劃分的，這在清史料筆記李光庭所著的《鄉言解頤》中有記載。
1.2.2 發展階段
我國眼鏡行業的形成和發展，大致可分為三個歷史發展階段。
（一）明清之際行業幫會的形成
在我國歷史上隨著個體手工業的發展，眼鏡用料由天然晶石發展到使用玻璃後，眼鏡的使用範圍則開始向民間推廣和擴大，製作技術也有新的發展。
中國姑蘇（蘇州）是我國眼鏡的發源地，蘇州生產眼鏡不僅歷史悠久，而且對我國的眼鏡業的發展起了很大的推動作用。1628 年，蘇州孫雲球經過反覆多次試驗，利用機械原理髮明創造了鏡片研磨機器—牽陀車，採用礦石砂、白泥、磚灰等作研磨劑或拋光材料，把鏡片磨成凸凹透鏡，以適應眼屈光的需要，最後終於掌握了「磨片」技術。
用天然水晶石磨製出鏡片。同時他又掌握了「對光」（現稱驗光）的技術，按照人的年齡和不同的視力研製出老花、近視、遠視等品種以及各種光度的鏡片，並編制了一套「隨目對鏡」的原始驗光方法．用以驗目配鏡。
（二）清末民初眼鏡行業的順起
自1840 年鴉片戰爭以後，西方的配鏡技術傳人我國，為眼鏡行業的崛起開闢了新的道路。清朝末年，首先是英國人約翰·高德（John Goddard），在上海開設了「高德洋行」，專營機磨檢光眼鏡。之後其他洋人接因而來。如託極司（TobiM）開設了「明晶洋行」，英籍猶太人雷茂頓開設的「雷茂頓洋行」等。
至此以後，到19 門年曾經在「高德洋行」中國人籌資開設了「中國精益眼鏡公司」。由於精益眼鏡公司的開業，使我國眼鏡行業有了新的發展。特別是在驗光配鏡方面有了很大的改革。
（三）新中國成立後眼鏡行業的變遷和飛躍
舊中國，眼鏡行業的發展雖然初具規模，並且有了行業幫會或同工業會等行業組織，但是在其生產和經銷中均屬私人店鋪和家庭手工作坊，其產品大都是為統治階級服務的裝飾品，產量不多、價格昂貴，因而發展緩侵。
新中國成立後，在黨的正確路線指引下，眼鏡生產開始由家庭小作坊式的手工生產，逐步到組織起來合作生產的小企業。
框架眼鏡主要由眼鏡片和眼鏡架構成，它們分別有數種製造材料。
2.1 眼鏡片
眼鏡片是用來矯正屈光不正、保護眼睛的光學透鏡。其屈光與成像理論遵循幾何光學的定理和定律。
現代眼鏡片是一組複雜的光學系統，它是擁有各種特性的多種材料與膜層的組合體。以鏡片開始由內到外分別是鏡片的片基，染料，抗衝擊膜，耐磨損膜，減反膜及頂膜。
13 世紀，生產出折射率為 1.50 的眼用玻璃鏡片。
18 世紀，生產出冕牌玻璃鏡片。
19 世紀下半葉，燧石玻璃鏡片誕生，折射率為 1.70，但色散明顯。
20 世紀 60 年代，折射率為 1.50 的 CR39 樹脂鏡片與光致變色玻璃開始應用。
20 世紀 80 年代，聚碳酸酯（PC）材料應用於鏡片，折射率為 1.60 的玻璃鏡片與樹脂 鏡片出現，折射率為 1.50 光致變色樹脂鏡片開始得到應用。 20 世紀 90 年代，高折射率的樹脂材料與新一代樹脂變色材料問世，折射率為 1.90 的 玻璃材料出現，改進後的材料面市。
在 20 世紀下半葉，眼鏡片領域的主要代表性的成果有：樹脂材料的問世，變色材料的 出現與推廣，漸進多焦點鏡片與隱形眼鏡的廣泛應用。
2.1.2 眼鏡片材料的性能要求
在諸多的性能中，我們更關注的是鏡片材料三要素：折射率，阿貝數與比重。
用來製造眼鏡片的材料的三要素的物理光學指數，必須達到一定的標準，而且要穩定。其次，應對可見光有較高的透過率，對紫外線、紅外線等有害輻射線有吸收作用。眼鏡片表面耐磨性、抗老化性能、化學穩定性能、防黴性能要好。此外，還應熱膨脹少且易加工。
(1)折射率 n：
①折射是光線從一種透明物體斜射入另一透明物體，其傳播方向改變的現象。
②折射率是光線在真空中（空氣）的傳播速度與光線在某該種透明物體中傳播速度之比。 即 n=真空中的光速/透明物體中的光速。
③實驗室測定折射率：入射角 i（入射光線與界面法線的夾角）的正弦值與折射角 j（出 射光線與界面法線夾角）的正弦值之比等於折射率。即 n=sini/sinj。
④眼鏡片材料的折射率：在真空（空氣）中，各色光的光速一致，但由於每個單色光的波長不相同，所以在各光密度不同的物質中，速度也不相同，波長越短，速度越快，所以，紫 外光折射率最大，紅外光折射率最小。折射率不同同一屈光度的鏡片厚度也不相同。折射率越大，眼鏡片厚度（正鏡片中心厚度，負鏡片邊緣厚度）越小。
(2)阿貝數 Vd：
①色散是指不同波長的光經同一光學玻璃折射後，由於折射率不同而分開的現象。 例如白光（陽光——七色光混合）通過三稜鏡後形彩虹七色光帶。
②阿貝數Vd是衡量色散大小的一個指標，習慣上用色散率的倒數。 計算公式為 Vd=(nd-1)/(nF-nC)。其中，(nF-nC)為平均色散，nF 為氫的 F 線 486.1nm 的紫 光的折射率，nC為氫的 C 線 656.3nm 的紅光的折射率。 阿貝數 Vd越大，則色差越小，鏡片品質越好。
③折射率高的材料，一般色散也較高，配戴此類鏡片時，可能出現成像顏色的偏差，影響視覺效果。 例如白色物體邊緣出現有紅至藍的色帶。
（二）眼鏡片材料的物理機械性能
機械物理性質反映了材料的質量，及對變形與衝擊的抵抗力。常用的有以下三種：
(1)比重 y： 比重是指物體的重量與體積溫度為 4℃的純水的比重之比。單位為 g/cm3（T/m3）。一般來講，折射率越高的材料，其比重也越大。 例如，n=1.7 光學玻璃超薄鏡片比 n=1.523 光學玻璃普通鏡片厚度雖有減薄，但重量並沒有明顯下降。
(2)硬度： 硬度是與表面質量有關的機械指標，可用硬度儀來精確測定。 例如對光學玻璃來說，其硬度約為 520kg/mm2顯微硬度。
(3)抗衝擊性： 常採用由美國食品與醫物管理局（FDA）規定的落球試驗來進行（即使用一個 16 克鋼球從 1.27 米高處對準鏡片中心落下）
圖 | 美國食品與醫物管理局（FDA）規定的落球試驗。
（三）鏡片材料的其它性能
(1)熱性質：如材料的比熱，熔點，熱膨脹係數等。
(2)化學性質：化學穩定性（化穩性），化學成份均勻性，抗黴變與老化性能等。
(1)天然晶體鏡片：
天然晶體即水晶石，它是一種透明的石英結晶體，主要成分為二氧化矽（SiO2），是我國古老的鏡片材料。按顏色分類主要有白水晶、茶水晶兩種。純水晶中的 SiO2 含量可達99.99%以上。以前由於科學技術尚不發達，鏡片製作大多採用天然結晶體。
水晶石的最大優點是透光率高，硬度大，材質不易磨損，熱膨脹係數小。但由於它對各種光線的高透光率，包括紫外線和紅外線，佩戴時容易引起視疲勞，所以不適宜作室外用眼 鏡片。另外，由於這種材質密度不均勻，鏡片常含有雜質，使用時容易造成折射紊亂，產生雙折射現象。而且水晶石硬度高、質量脆而不易加工，自然界裡存量少而生長緩慢，且價格昂貴，不是製作眼鏡片的合適材料，目前已被光學玻璃材料所取代。
由於水晶石從古代沿用至今，有一種傳說認為水晶石眼鏡性「涼」而有「養目」之功效，實際上這種說法並無科學根據。鏡片材料以重量輕、厚度薄、透光率好又能防有害光線的為最好。
光學玻璃是由純淨的二氧化矽為主的原料製成，另含有鈣、鋁、鈉、鉀等提煉而成的物質，所以又稱為無機玻璃。它具有透光率較好、成像清晰、硬度較好、不易磨損、理化性能穩定的特點，折射率恆定且相對較高：普通片為 1.523，超薄片為 1.72 以上，最高可達 2.0。製作鏡片的玻璃要求有一定的硬度，光學性能穩定，無氣泡、無雜質、無混濁，色像差低，可吸收部分紫外線。
光學玻璃通常可分為兩種：
①鏡片阿貝數大於 50％的稱為「冕牌玻璃」，全名為「白託力克鏡片」簡稱「白託」。它的透光率可達 90％以上，可製作遠視、近視和散光鏡片。
②阿貝數小於 50％的稱為「燧石玻璃」，重量輕，厚度薄，所以又叫超薄型鏡片，適宜用作度數高的眼鏡片，也可加入金屬氧化物，可防紫外線等。
光學玻璃的優點在於化學物理性能穩定，可以持久抵抗天氣影響，且不著色，不褪色。 缺點則是鏡片重量較大、抗衝擊性較差，故目前已經基本上被現代樹脂鏡片所代替。
(3)光學樹脂鏡片：
光學樹脂是由高分子有機化合物經過模壓澆鑄成型或注塑成型的材料，硬度接近無機玻璃，重量輕，抗衝擊力強，但易磨損，適用青少年配鏡選用。
樹脂鏡片有 3 種常見原料：PMMA(有機玻璃)、CR-39（哥倫比亞樹脂）、PC（聚碳酸酯）。
①PMMA：有機玻璃 （Polymethyl methacrylate）是一種通俗的名稱，縮寫為 PMMA，俗稱亞克力。它的化學名稱叫聚甲基丙烯酸甲酯，是由甲基丙烯酸甲酯聚合而成的高分子化合物。有機玻璃分為無色透明、有色透明、珠光、壓花有機玻璃四種。
有機玻璃是一種開發較早的重要熱塑性塑料，具有較好的透明性、化學穩定性、力學性能和耐候性，易染色、易加工，外觀優美。折射率 1.49，阿貝數 58，比重 1.19g/cm3。
它的優點是透光性能好，可透過 92%以上的太陽光；比重小，只有冕牌玻璃的 1/2；機械強度較高，抗衝擊性好，安全；尺寸穩定，易於成型。缺點是其為熱塑性材料，溶解度在 75℃，受熱易變形，導致屈光度改變；表面硬度不夠，相對質量較脆，耐刮劃能力較差。
②CR-39： CR-39 學名碳本酸丙烯乙酸，或稱烯丙基二甘醇碳酸脂（Dially Glycol Carbonates），是應用最廣泛的生產普通樹脂鏡片的材料。CR-39 屬熱固性材料，為石油提取物。目前鏡片市場上大多為這種材料。
它於四十年代被美國哥倫比亞公司的化學家發現，是美國空軍所研製的一系列聚合物中的第 39 號材料，因此，被稱為 CR-39（哥倫比亞樹脂第 39 號）。CR-39 被用於生產眼用矯正鏡片是在 1955~1960 年，是第一代的超輕、抗衝擊的樹脂鏡片。
CR-39 作為一種熱固性材料，單體呈液態，在加熱和加入催化劑的條件下聚合固化。聚合是一個化學反應，即由幾個相同分子結構的單體組成的一個新的聚合體分子，具有不同的長度和性質。作為光學鏡片，CR-39 材料性質的參數十分適宜：折射率為 1.5（接近普通玻璃鏡片）、比重 1.32（幾乎是玻璃的一半）、阿貝數為 58~59（只有很少的色散）、抗衝擊、 高透光率，可以進行染色和鍍膜處理。它主要的缺點是耐磨性不及玻璃，需要鍍抗磨損膜處理。樹脂鏡片可採用模式壓法加工鏡片表面的曲率，因此很適用於非球面鏡片的生產。
CR-39 鏡片的優點是重量輕，比重為1.32，是玻璃的二分之一；抗衝擊性好，不易碎，安全（符合美國 FDA 標準）；抗紫外線能力強；具有較好的熱穩定性，在150攝氏度以下不變形，耐水性、耐腐蝕性（除強酸）也較好，不溶於一般的有機溶劑；熱傳導率低，由水蒸氣引起的「水霧」的情況比玻璃鏡片好一些；配戴舒適且加工方便，現代鑄模工藝可大批量生產。缺點是耐磨性較差；較低的折射率使鏡片外觀較厚、較重。
③PC： 聚碳酸酯（Polycarbonate，簡稱 PC）是分子鏈中含有碳酸酯基的高分子聚合物，由可繞曲的碳酸脂環和不易動的雙酚 A 聚合而成，分子量在 20000~38000 之間。在 25℃測試條件下折射率為 1.586(1.591)，且只有這一個折射率。一般的樹脂鏡片都是熱固性材料，即原料為液態，加熱後形成固態鏡片。而 PC 片屬於熱塑性材料，即原料為固態，經加熱後塑形為鏡片，所以這種鏡片成品後受熱過度也會變形，不適於高溼熱場合。用此種材料製成的鏡片也被稱為「太空片」、「宇宙片」。
聚碳酸酯以其獨特的高透光率、高折射率、高抗衝性、尺寸穩定性及易加工成型等特點，在光學透鏡領域佔有極其重要的位置。採用光學級聚碳酸酯製作的光學透鏡可作為眼鏡及太陽鏡的鏡片材料，世界眼鏡業聚碳酸酯消費量年均增長率一直保持在 20%以上，顯示出極大的市場活力。同時它還可用於照相機、顯微鏡、望遠鏡及諸多辦公設備和家電領域，應用市場極為廣闊。
PC 鏡片的優點是較輕薄，比重每立方釐米僅為 2 克，是目前用於鏡片的最輕材料，比傳統玻璃片輕 57％、比普通樹脂片輕 30％，與折射率 1.6 的 CR-39 鏡片厚度相等；它又稱安全鏡片，韌性極強，抗衝擊性能好，是玻璃片的 60 倍，厚度 2.5cm 時可做防彈玻璃、飛機擋風玻璃、潛艇觀察窗口武警盾牌等。因此這種 PC 鏡片在經過加硬處理後，非常適合青少年、學生以及職業運動員使用。它的缺點是表面硬度較低，耐磨性差；加工比較困難；熱 穩定性不好，100 攝氏度時變軟。所以平時應注意不要讓鏡面直接接觸硬物，擦洗時最好先用清水（或摻合少量洗潔精）清洗，然後用專用試布或優質棉紙吸乾眼鏡片上的水滴。
2.2 眼鏡架
眼鏡架是眼鏡的重要組成部分，主要起到支撐眼鏡片的作用，外觀漂亮的眼鏡架還可起到美觀的作用。
2.2.1 眼鏡架的類型
眼鏡架分為全框、半框、無框等類型。
(1)全框架：是最常用的一款鏡架類型，特點是牢固、易於定型，可遮掩一部分的鏡片厚度。
(2)尼龍絲架：用一條很細的尼龍絲作部分框緣，鏡片經特殊磨製將其下緣磨平，下緣中有 一條窄溝，使尼龍絲嵌入溝中，形成無底框的式樣，因而重量很輕，給人以輕巧別致之感， 也較為牢固。
(3)無框架：這類鏡架沒有鏡圈，只有金屬鼻梁和金屬鏡腳，鏡片與鼻梁和鏡腳是直接由螺 絲緊固連接，一般要在鏡片上打孔。無框架比普通鏡架更加輕巧、別致，但強度稍差。
(4)組合架：前框處有兩組鏡片，其中一組可上翻，通常為戶內戶外兩用。
(5)摺疊架：鏡架可以折成四折或六折，多為閱讀鏡。
(6)半框鏡架：半框架是用一條很細的尼龍絲作部分框緣，特點是重量輕，給人以輕巧別致之感，也較為牢固。
(7)眉毛架：眉毛架與半框鏡架類似，上半框只有一條類似眉毛的圈絲，用一條很細的尼龍 絲作下部分框緣，款式比較時尚。
2.2.2 眼鏡架的常用材料
眼鏡架的材質主要有金屬、塑料或樹脂、天然材料等。
(1)金屬材料：
用於眼鏡架的金屬材料有銅合金、鎳合金和貴金屬三大類。
要求具有一定的硬度、柔軟性、彈性、耐磨性、耐腐蝕性、重量輕、有光澤和色澤好等 等。因此，用來製作眼鏡架的金屬材料幾乎都是合金或在金屬表面加工處理後使用。
①白銅鏡架（銅鋅合金）： 主要成分為銅 64%、鋅 18%、鎳 18%，鏡架材料最便宜易加工電鍍主要用於製造合頁 託絲等，細小零件及低檔鏡架。
②高鎳合金鏡架： 鎳含量高達 80%以上，主要有鎳鉻合金、錳鎳合金等，高鎳合金的抗蝕性更好，另外， 材質的彈性好。
③錳乃爾鏡架： 鎳銅合金，鎳含量達到 63%銅 28%左右，另外還有鐵、錳等其它少量金屬，特別是： 抗腐蝕、高強度、焊接牢固，為中檔架採用最多的材料。
④純鈦鏡架： 鈦的比重只有 4.5，非常耐腐蝕，強度是鋼的 2 倍，用於製造太空梭表殼等，被稱為 「太空金屬」，而且沒有金屬過敏。早期鈦材存在著切削難，焊接難等問題，隨著技術發展， 這些問題已被逐步解決。在日本市場，鈦材已成為主流，在歐美市場上的鈦材也主要來自日 本。鈦材鏡架一般表示成 Ti-P 或 TiTAN，除了託絲、合頁、螺絲以外基本上由鈦製造。
⑤記憶鈦合金鏡架： 指鎳、鈦按原子比 1:1 所組成的一種新合金，比一般合金輕 25%而耐蝕性和鈦材一樣， 此外彈性非常好。記憶鈦合金：在 0℃以下表現為形狀記憶的特性，在 0-40℃之間表現為高 彈性，記憶鈦材質耐腐蝕型高於蒙耐爾合金及高鎳合金，不過比純鈦和β-鈦要稍遜一籌。
⑥β-TiTAN 鈦合金： 指純鈦（佔 70%）和鈷、鉻等稀有金屬（佔 30%）混合後形成的一種特殊合金，超輕 超彈性鏡架可以做的很細。由於是鈦於鈷和鉻等稀有金屬的合金穩定型很好，不會產生皮膚 過敏現象，在未來的數十年裡將會有更大的發展普及。
⑦包金架： 其工藝是在表層金屬和基體間加入釺料或直接機械結合，與電鍍相比，包覆材料的表面 金屬層較厚，同樣具有亮麗的外觀，具有良好的耐久性和耐腐蝕性。包金號的表示：根據國際貴金屬會議規定，對金與合金重量比例為 1/20 以上製品用 GF 表示，1/20 以下製品用 GP 表示。
⑧K 金架： 一般為 18K 金，說明鏡架中純金 24K 的含量為 18/24。如果用 750/1000 表示的話，說 明含銀、銅及別的物質為 250/1000。18K 金的眼鏡，重量為 40 克的話，金含量為 18÷24×40=30 克。
(2)塑料或樹脂材料： 一般用來製造眼鏡架的非金屬材料主要為合成樹脂，分為熱塑性和熱固性樹脂兩大類。
①賽璐珞： 是一種很早就用來做眼鏡架的材料，21 世紀初已經少見了。賽璐珞可塑性好，硬度大， 可染成各種顏色。缺點是穩定性差，易腐蝕老化。摩擦時會發出樟腦氣味，可以用來鑑別這種材料。由於易老化和易燃燒現象等特性，已很少採用。
②醋酸纖維： 和賽璐珞相比，醋酸纖維不易燃。一般化學架多為這種材料，按照加工方式，又可分為 注塑架和板材架。
③注塑架： 造價低有接縫、粗糙，用於太陽鏡低檔架（熱加工製造）。
④板材架： 用冷加工製造，精細，質量好，經久耐用，絕大部分的非金屬架都是由板材材質加工的 碳晶架。特點是高強度，結實。但是材質較脆，在冬季受到衝擊碰撞後易脆裂。區分碳晶架的方法是：鏡腿處有明顯切割痕跡。
⑤環氧樹脂： 環氧樹脂最早由歐洲的眼鏡公司開發出來主要用於製造 CD、Dunhill 等名牌架。比重輕，色彩鮮豔，而且彈性好，壽命長。區分環氧樹脂方法是鏡腿處沒有蕊，而醋酸纖維架有金屬蕊。另外環氧樹脂架顏色較鮮豔。
(3)天然材料 ：用於製作眼鏡架的天然材料有玳瑁、特殊木材和動物頭角等。一般木質眼鏡架和牛角架 很少見，常見的是玳瑁眼鏡架。
①玳瑁架： 是採用產於熱帶海洋中的玳瑁殼做原料而製成的眼鏡架，主產地西印度群島。其優點是重量輕、光澤優美、易加工拋光、受熱時可塑、加熱加壓時可接合、對皮膚無刺激，且經久 耐用具有保存的價值。在各類眼鏡架中屬高檔品，很受中年以上男性配戴者歡迎。其缺點是 與賽璐珞等材料相比易斷裂，但斷裂後可粘合修理。在櫃檯陳列時需放置水中以防乾燥，在 使用保養時切不可用超聲波清洗，否則會發白失去光澤。由於玳瑁是海洋中禁止捕捉的動物，產量不多而價格昂貴。
②牛角架： 以牛角為鏡架材質的鏡架，至 21 世紀初已不常見。
(4)混合材料： 採用金屬及塑料混合製成鏡架。這種鏡架有的是將塑料包以金屬，即部分或全部包以賽璐珞；有的則在鏡架的不同部分使用不同的材料，即前框是塑料，鏡腳是金屬的，或前框是金屬，鏡腳為塑料的；有的混合使用上述兩種方式，如眉條及鼻梁使用塑料，鏡框用不鏽鋼材料，鏡腳用塑料包以金屬材料。
混合架造型精巧、秀麗，給人以典雅之感，因外層塑料緊密接觸內層金屬材料故不易燃燒，增加了鏡架的強度。
2.2.3 眼鏡架的選擇方法
一副好的鏡架應有穩定、安全、可靠、對皮膚無害的材料，且重量輕、結實且不變形。在選擇眼鏡架時，應從鏡架的實用性、價格、美觀等角度出發進行選擇，還要注意所選鏡架尺寸與本人瞳距儘量匹配，因為其直接影響到所配眼鏡的內在光學質量和配戴舒適性。
對鏡架質量的識別主要可考慮以下幾條：
1、彈性好的鏡架一般質量較好。
2、鍍層光滑亮澤的鏡架質量較好。
3、焊點光滑、小而均勻的鏡架質量較好。
4、零部件裝配緊密者為好。
5、左右鏡圈尺寸、形狀必須完全一樣，鼻梁對稱。
6、鏡架佩戴要舒適，不能一味追求美觀。
隱形眼鏡又稱角膜接觸鏡，是根據人眼角膜形態製成的，直接附著在角膜表面的淚液層上，從而達到矯正視力、美容、治療等目的的鏡片。
分類有軟性角膜接觸鏡（軟鏡， soft contact lens ，SCL）；硬性角膜接觸鏡（硬鏡， hard contact lens， HCL）； 硬質透氣隱形眼鏡（rigid gas permeable contact lens，RGPCL）。
3.1 軟性角膜接觸鏡
軟性角膜接觸鏡是目前臨床治療和日常生活中最普及、使用最多的一類角膜接觸鏡，這類鏡片通常由柔軟吸水的聚合物材料製成，其也被稱為水凝膠。
這種類型的材料可以在一定溫度、壓力和 pH 環境下飽和一定量的水分，擁有柔軟、親水和透氧的性質。軟鏡材料柔軟， 具有良好的可塑性，可以適應一定範圍內角膜的變化，佩戴相對舒適。材料需要具備一定的透氧能力以滿足佩戴是人眼生理供氧需求。
3.1.1 軟鏡的材料特徵
軟鏡的材料特徵是根據人眼前部解剖構造、生理需求以及眼部屈光矯正的需求而確定的。 根據上述原則，軟鏡材料需要有一定的柔韌性，透氧能力和在不同環境條件下的穩定性。 首先，軟鏡材料水凝膠要保證一定的含水量，含水量是材料固有的性質。鏡片材料本質上是含有許多親水化學基團有機高分子聚合物，這些基團吸附水分子的多少決定了鏡片含水量的高低；含水量不僅確保了鏡片柔軟，而且直接影響了軟鏡鏡片的氧通透性，一般來說， 含水量和氧通透性成正相關。此外，含水量也直接影響了材料的折射率，二者通常負相關。所以，軟鏡鏡片中還需要特別關注含水量隨時間的變化情況以及鏡片表面水層的均勻性，確保折射率的相對穩定。
其次是離子電荷，這一性質會影響材料的穩定性和生物相容性。軟鏡材料中離子型材料多數帶有負電荷，容易吸附或者結合人眼淚液中的帶正電荷的物質從而產生沉澱。這會對鏡 片材料結構造成影響，直接影響到隱形眼鏡的成像清晰度和舒適度。此外，帶電材料在不同 pH 環境下不穩定，容易發生尺寸變化甚至降解，直接造成角膜損傷。
最後是氧傳導性。氧氣是人眼必不可少的生理需求，但是角膜中無血管分布供氧，其主要通過淚膜從外界獲得氧。但是隱形眼鏡阻隔了角膜和外界直接進行氧交換。佩戴鏡片以後 氧可以通過眨眼時鏡片位置變化進入角膜以及直接通過鏡片空隙水彌散。所以，鏡片透氧能力對角膜供氧意義重大。
所以，選擇鏡片材料時應當優先考慮到其透氧能力，含水量和離子電荷情況。
3.1.2 軟鏡材料種類
目前使用的軟鏡材料主要可以分為三類：聚甲基丙烯酸羥乙酯（PHEMA）、HEMA混合材料以及非 HEMA 材料。
PHEMA 是最早用於製作軟性角膜接觸鏡的材料，1960 年 Otto Wichterle 使用這種材料製作了第一幅軟性隱形眼鏡；1971 年，FDA 許可該種材料用於製作 軟性角膜接觸鏡。PHEMA 製作的角膜接觸鏡柔軟舒適，但其只能部分透氧，且容易吸附沉澱，使用壽命短。在此基礎上，人們通過加入不同的輔料改善 PHEMA 材料的不足。加入單體的多樣化帶來了 HEMA 混合材料特性的多樣化。此外的非 HEMA 材料囊括了不運用 HEMA 的所有用於製作軟性角膜接觸鏡的材料。其代表包括 Crofilcon，Lidoficon 和 Atlafilcon。 Croficon 是甲基丙烯酸甲酯(MMA)和甘油丙烯酸酯的共聚物，其比大多數基於 HEMA 的聚 合物更堅韌、更具抗沉澱物能力；Lidofilcon A 和 B 是甲基丙烯酸甲酯（MMA）和 N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）的共聚物，含水量分別有 70%和 79%兩種形式，由於 MMA 的添加， 增加了強度和韌度；Atlafilcon-A 的主要成分為聚乙烯醇（PVA）,屬於非離子性、抗沉澱物材料，atlafilcon 具有高彈性模量，其含水量為 64%。
製造法有離心鑄造法，車削成型，模壓成型和綜合工藝。
離心鑄造工藝是將多次純化的軟鏡鏡片材料以液體的形式滴入高速旋轉的一次性模具中，依據不同的滴入材料量、旋轉方向及速度以形成符合預設參數的鏡片，並運用強紫外光 使液體材料固化。再經過進一步加工打磨與拋光後將鏡片浸泡於水中使之吸水膨脹自然脫模即可得到柔軟的軟性角膜接觸鏡。此種方法所製成的鏡片的特徵為非球面彎曲，可以配合角膜形狀，提高使用者的舒適度。並且旋轉鑄造可以得到很薄的鏡片，並且表面光滑可以減少沉澱物在表面的吸附。
模壓成型工藝則是根據特定的參數要求設計具有凹凸兩面的模具，將 液態材質聚合物注入壓模後使用高溫高壓進行材料硬化，後續吸水脫模過程與旋轉鑄造法一致。此種方法的優點是加工效率高、成本低、工藝較為簡單。
另外一種加工方法是車削成型工藝，硬性角膜接觸鏡也使用該種工藝。此種工藝先將液態材質注入長玻璃管固化，將其切成小塊，置於車床上對內外兩面刀削得到符合要求的鏡片，後續在生理鹽水中進行水合製成柔軟的軟鏡鏡片。該種工藝對車床精度要求高，加工生產較慢，但是可以精確地進行定製角 膜接觸鏡的製造。
此外，綜合工藝就是選擇性結合以上三種工藝以滿足生產者的需求。
3.2 硬質高透氧角膜接觸鏡
硬質高透氧角膜接觸鏡（RGPCL/RGP）誕生於 1970 年，其材料主要是 PMMA 和矽酮、 氟等的聚合物；RGP 適合高度屈光不正者，多年來眼科臨床應用已證明其對青少年真性近 視和圓錐角膜的控制、矯正和治療的良好效果。
相較軟鏡，RGP 擁有與人眼良好的生物相容性，更好的高透氧性，更高的安全性以及更長的使用壽命和成本。但其相對更高的硬度也導致了更強的不適感，更長的使用期限也對日常清潔有著更高的要求。該種鏡片可以根據使用者自身眼部生理情況和角膜形狀進行設計製造，但這也意味著更高的價格。
3.2.1 硬質高透氧角膜接觸鏡的材料
硬質高透氧角膜接觸鏡是在傳統的硬質角膜接觸鏡的基礎上發展形成的，使用材料統稱為RGP 材料。這是一類兼備硬性和透氧性的接觸鏡材料。
目前，該類材料主要分類有醋酸丁酸纖維素、矽氧烷甲基丙烯酸酯、氟矽丙烯酸酯、氟多聚體等。這些材料統常具有高透氧性，透氧係數可達 80 至 140，可以滿足角膜對氧氣的需求。其含水量一般低於 3%，可以減少沉澱物的吸附。較高的硬度是精度加工和多種設計的基礎，也保證了 RGPCL 的耐用性， 但同時其也導致了使用者舒適度的下降。
從一千多年前眼鏡發明至今，眼鏡材料在隨著時代發展而發展。當今時代，人們對於眼鏡材料的要求不僅僅停留在功能，更有對美觀和舒適的追求。
眼鏡行業在不斷進步，材料科學也在不斷向前發展，未來會有越來越多的眼鏡材料出現並應用，眼鏡也會有更好的舒適度、 更加豐富的功能等，滿足人們的多元需求。
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