什么是折射率？光学树脂选材与镜头设计的基础

折射率是决定光在物质中传播速度的物理量，是镜头曲率设计和材料选用的起点数值。只有掌握测定波长、测定标准与阿贝数之间的关系，这个数值才能真正用于设计。本文将从折射率的物理定义、测定标准、光学材料间的比较、折射率在镜头设计中的意义，到折射率与双折射、耐热性的关系进行系统整理，并与材料选用、镜头设计的实务紧密结合。

📌 三行读懂本文

• 折射率 n＝c/v（真空中光速 ÷ 介质中相速度）。按照JIS K 7142:2014（对应ISO 489:1999）规定的方法进行测定
• 折射率越高，镜头就能做得越薄，但很多材料的阿贝数（色散）也会随之下降，与色差之间形成权衡
• Iupizeta®EP拥有nd 1.616~1.671的多个牌号，特点是在几乎不改变 Tg 的情况下只需选择折射率

折射率的定义与物理意义

n=c/v的定义

折射率n定义为真空中光速c与介质中相速度v之比，即n = c/v。数值越大，光在介质中传播的速度越慢，在界面处的弯曲程度也越大（岛津制作所 折射率说明）。两种介质分界处的折射角遵循斯涅尔定律n₁sinθ₁ = n₂sinθ₂，入射光进入折射率n₂较大的介质时，光线会更靠近法线弯曲。镜头的集光能力正是源于这个折射角的大小。

波长依赖性与测定波长的惯例

折射率还会随光的波长而变化，这种现象称为色散。大多数透明材料在短波长（蓝光）一侧折射率更高。光学材料的目录数值习惯上以d线（波长587.56nm，氦）为基准标注为nd，并通过蓝光（F线）与红光（C线）之间的折射率差得出阿贝数νd（色散的详细内容请参见阿贝数说明文章）。

测定方法与标准

塑料采用JIS K 7142

塑料的折射率由JIS K 7142:2014《塑料—折射率的测定方法》规定。对应的国际标准是ISO 489:1999（MOD，修改采用）。该标准包含A法和B法。

• A法：适用于成型品、流延片材、挤出片材和薄膜，用折射率计（阿贝折射计）通过临界角法测定
• B法：适用于粉体、颗粒状透明材料，在显微镜下用浸液法（利用贝克线现象）测定

（岛津制作所 折射率测定法的种类）

玻璃采用其他标准测定

光学玻璃的折射率测定与塑料不同，使用的是JIS B 7071-1《光学玻璃折射率测定方法—第1部分：最小偏向角法》。将样品做成棱镜状，让光射入，从偏向角最小时的角度计算折射率。事先确认参考数值出自哪个标准和测定方法，能减少不同材料比较时混入误差的风险。

主要光学材料的折射率比较

下面列出代表性光学玻璃和光学树脂的nd（以d线为基准）。

出处：树脂塑料材料环境协会 折射率一览、SCHOTT N-BK7、日本瑞翁、Iupizeta®EP产品页面

一般光学树脂的折射率大多在1.49~1.60左右。像Iupizeta®EP这样超过1.6的光学树脂，是标准牌号达不到的区域，作为树脂却能实现接近玻璃的高折射率，这正是材料选用时的关键分歧点。

折射率对镜头设计的意义

提高折射率直接有助于镜头薄型化

折射率越高的材料，要获得相同的集光能力（光焦度）所需的曲率就越小。结果就是镜头可以做得更薄、更轻。在智能手机摄像头这类对厚度要求严苛的光学系统中，折射率的高低会直接转化为设计自由度（东海光学 光为什么会折射？）。

与阿贝数的权衡

另一方面，折射率与阿贝数之间存在负相关关系已是共识。以Iupizeta®EP的各牌号为例，折射率从1.616升至1.671，阿贝数也从25.8单调降至19.2（详情请见阿贝数说明文章）。仅凭折射率无法判断材料的优劣，需要同时权衡薄型化需求与阿贝数（色差）的容许范围，再决定镜头结构（片数与材料组合）。

折射率与双折射、耐热性的关系

提高折射率往往伴随双折射敏感度上升

提高折射率的分子设计也会影响双折射的敏感度。一般来说，含有苯环等芳香族结构的树脂（PC、PS等）折射率较高，但光弹性系数也大，即使残留应力很小也容易产生双折射（光学畸变）（注塑成型救急站 透明树脂的光学特性）。设计高折射率材料时，需要同时考虑双折射的控制（双折射说明文章）。

耐热性（Tg）可以与折射率独立设计

提高折射率的分子设计，并不一定会牺牲耐热性（玻璃化转变温度 Tg）。Iupizeta®EP的折射率在1.616~1.671范围内变化，Tg 却保持在140~145℃这一狭窄区间，说明折射率和 Tg 可以在一定程度上独立控制（Iupizeta®EP产品页面）。这个例子说明，提高折射率并不会按比例损害耐热性和成型性，通过分子设计可以自由组合各项物性。

Iupizeta®EP的定位 nd 1.616~1.671意味着什么

Iupizeta®EP是三菱瓦斯化学开发的光学用特殊聚碳酸酯树脂，以注塑成型用粒料形式供应，并按折射率分为多个牌号。

出处：Iupizeta®EP产品页面（为测定值，并非规格值）

光学玻璃可以从现有的光学玻璃列表中选择，而Iupizeta®EP通过配方设计提供了折射率、阿贝数、Tg 组合不同的多个牌号。设计方可以从“所需折射率”出发选择牌号，再结合透明树脂说明文章以及双折射、阿贝数各篇说明文章确认透明性、双折射、成型性，这样的选型流程是成立的。智能手机摄像头镜头、车载光学系统、AR/VR光学部件等，是薄型化与色差校正需要同时满足的主要应用领域。

总结

• 折射率n=c/v，按照JIS K 7142:2014（对应ISO 489:1999）规定的方法测定
• 光学玻璃和光学树脂的nd大多在1.5左右为标准范围，超过1.6则需要特殊的分子设计
• 提高折射率可以让镜头变薄，但会带来阿贝数下降（色差）和双折射敏感度上升等设计代价
• Iupizeta®EP在 Tg 140~145℃这一狭窄区间内提供nd 1.616~1.671的多个牌号，可以把折射率与阿贝数、耐热性分开选择

材料选用时，不能只看折射率，还需要综合考虑阿贝数、双折射、耐热性和透过率。

关于Iupizeta®EP

Iupizeta®EP是三菱瓦斯化学开发的光学用特殊聚碳酸酯树脂，在 Tg 140~145℃这一狭窄区间内提供折射率1.616~1.671的多个牌号，可以把折射率与阿贝数、耐热性分开选择，这是它的一大特点。如需详细的物性数据或洽谈样品提供，欢迎通过官方网站的咨询表单随时与我们联系。

Iupizeta EP官方网站