红外光(IR)是一种电磁辐射,波长在780纳米至1毫米之间,也被称为热辐射。红外辐射的主要自然来源是太阳,长波光线的辐射能量较少,但是却是到达地球的太阳辐射光谱的最大部分(54%)

对人体而言,红外辐射是不可见光,我们可以感觉到的主要原因是皮肤感到了温暖。但从18世纪工业革命开始,人们就知道红外辐射也会对人眼造成危害。

随着技术的创新,不断有新的人造红外光源出现,而且功率更大。已发表的研究报告指出了职业性红外暴露与各种眼外伤之间的关联,其中包括了电焊工的视网膜烧伤或白内障,后者是1739年首次在玻璃吹制工和金属工人身上发现的。各种眼疾与红外辐射有关,主要是因为各个波段的红外辐射都会影响到眼球的相应位置(见图2)。

就红外辐射导致的疾病而言,特别需要关注的是与衰老过程相关的疾病:如白内障和老年黄斑变性(AMD)。这两种类型的伤害发生在眼球的晶状体和视网膜部位,对这两种病最大损害是波长在780纳米至1400纳米之间的短波红外辐射。
低辐射强度长期暴露造成的影响
很多研究都关注的是白内障出现之前人眼可以忍受的最大红外辐射,这些研究都使用高强度辐射源,但辐射强度相对较低的长期暴露也可能产生类似的影响。
人们普遍认为,红外辐射对眼睛晶状体的主要作用是加速衰老,最终导致白内障的发生。已知老化过程即氧化过程,受温度和传热的影响很大。事实上,在因长期或过度暴露于红外辐射中而患上白内障的人群中,很多人在老年时极有可能会出现眼球混浊。
眼球暴露于红外线中,眼睛内部温度会升高,并对视网膜和脉络膜造成负面影响。这是由于黑色素(以及较小程度的血红蛋白,见图3)吸收了近距红外线能量而使酶变性,通常比体温高出10℃的温度就会造成永久性热损伤。
值得注意的是,最近人们发现某些酶( 所谓的MMPs)无论是在健康还是在患病状态下,几乎一直在眼睛的各个组织中起着作用。几个研究小组检测到,MMPs酶以不同的方式导致了眼睛损伤:比如在受伤后的角膜表面重建过程中,在角膜发生溃疡或者出现干眼症时, 此外,白内障的产生也与晶状体中的特殊酶(MMP)的活性增强有关。因此可以假设,通过与酶的关系红外暴露在所有这些机制中都在起作用。
红外辐射对眼睛的主要损害已得到广泛证实,从整体上看,人们已经普遍具备了保护眼睛免受紫外线或职业性高强度红外光损害的意识。但越来越多的人认为,红外辐射的危害在整个生命过程中是逐步累积形成的,因此在日常暴露过程中为眼睛持续提供保护是非常必要的。
针对太阳镜和安全眼镜,已经存在相关红外保护方面的建议和法规。但随着预期寿命的增加,在高强度暴露环境中频繁地进行休闲活动(海滩、山区活动、帆船等),以及日常生活中无处不在的人工红外辐射源(例如生物识别、监视或加热设备)也可以看出,给眼镜加装滤光片是非常有利的。
研究结果在视光学上的应用
直到不久前,视光学领域的人群才开始关注这个问题。以太阳镜为例,在过去十年中,通过加入吸收性染料可以起到一定程度的滤光作用,安全防护眼镜也是一样的。但为了达到有效浓度,必须将染料放入半成品镜片的浇注聚合物中(而不是直接放在成品中),这种工艺几乎无法用到矫正镜片上。

近年来已经出现的几项专利表明,在多层结构中通过纯干涉作用可以获得对红外辐射的过滤效果(40~60%),可以连续使用折射率高(大于 1.9)和低(小于 1.6)的透明材料,就像标准抗反射涂层的工艺一样。滤光片的效率随着层数的增加而增加,并随着结构总厚度的增加而增加。但厚而且组织严密的多层结构存在一些力学和美学问题,如涂层的耐刮擦性、耐热性、滤光效率以及其他需要考虑的方面。
可以通过将厚层成分的精确协调与新的厚度解决方案相结合来降低总厚度(与传统的双层结合的重复使用相反,例如应用于精密光学中的双层组合),现在有多家制造商可以生产用于近红外波长范围的功能滤光片,这些滤光片可以用于各种各样的矫正镜片。
当然,日常生活中暴露的辐射水平不会在一夜之间使人失明,但证据同样也很明确:辐射存在累积效应,并且有潜在危险。如果要问何时以及如何将红外滤光片融入到眼镜镜片中,那么规则就是:如果我们不跑步前进,至少也应该走得尽可能快一些。