CN101173992A - 抗辐射结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种抗辐射结构，包括一基材；一反射层，邻接该基材之上；以及一周期性光栅，邻接该反射层。本发明亦提供另一种抗辐射结构，包括一基材，及一周期性光栅邻接该透明基材。上述的抗辐射结构可反射或绕射特定波段的入射辐射。
Description
技术领域
本发明关于一种抗辐射结构，特别关于一种可针对特定入射波长作反射或绕射的基材表面周期性光栅结构。
先前技术
白内障是老年人最常见的眼疾之一。眼球结构中水晶体位于瞳孔后面，是一个小小的凸透镜的构造，负责聚焦进入眼内的光线，成像在视网膜上。由于眼球上分布的血管较少，因此其散热能力较差，若眼球长期暴露在紫外光下，会造成眼球温度过高而导致水晶体病变，最常见的就是使水晶体白浊，也就是常见的眼疾“白内障”。
此外，色盲也是常见的眼疾之一。人的眼睛可以分辨颜色，主要是靠着视网膜上感光细胞内的特殊色素，每一个感光细胞含有一种色素，共有红、蓝、绿三种特殊色素，根据光源波长的不同组合出五彩缤纷的颜色，原理就好比相机底片上的感光粒子一样。
所谓色盲，就是无法正确判断颜色的种类或是对某些特定的颜色发生混淆，色盲发生的机率男生高于女生，男生约占百分之八，女生仅占百分之零点伍，其中绝大分是属于较轻微的色弱，真正完全无法分辨颜色者，大约是十万分之一。
色盲若是出生后即发生，而且严重程度终其一生都不改变者，我们称之为先天性色盲，属于性连遗传，以男性居多，绝大分是红绿色盲，对于红色及绿色无法清楚辨识，最大的特征就是无法区分紫色与蓝色。
另外一种是属于后天性的色盲，可能是因为视网膜病变或是视神经病变，如外伤、青光眼所造成，大部分是黄蓝色盲，对于黄色及蓝色无法清楚辨识，但是对于紫色及蓝色可以轻易加以区别。红绿色盲属于先天性的眼疾，以目前的医学，并无根本有效的治疗方式。然而，绝大分的色盲是属于色弱，其并非无法分辨颜色，而是分辨能力较弱。
由于白内障的产生通常都需要手术进行人工水晶体的移植，但手术效果通常因人而易，而色弱也是现代人常见的遗传眼疾，因此，亟需要一种能抗辐射并能有效反射特定颜色光波的结构来预防及改善上述的眼部症状。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能有效反射特定波段辐射的结构，可有效降低使用者暴露在辐射下的潜在危险，并可用来调整色弱患者的颜色辨识能力。
为达成上述目的，本发明提供一种抗辐射结构，包括基材；反射层，邻接基材；以及周期性光栅，置于反射层上，用以反射一入射辐射。
本发明更提供另一种抗辐射结构，包括基材；以及周期性光栅，邻接基材，用以绕射一入射辐射。
附图说明
图1-图4是本发明抗辐射结构的剖面图；
图5-图11是本发明优选实施例中，抗辐射结构对不同波长入射光的反射率模拟结果；
图12是本发明优选实施例中，抗辐射结构对不同波长入射光的穿透率模拟结果。
主要组件符号说明
100、200、300、400～抗辐射结构；
101、201、301、401～透明基材；
103、203、303～反射层；
105、205、305、405～周期性光栅。
具体实施方式
提供本发明一抗辐射结构反射率的仿真实施例，以显示本发明抗辐射结构对于紫外光、红光及蓝光的反射效果，可应用至镜片、窗户、或其它抗辐射的装置上。在此模拟中为了简化其参数复杂度，因此忽略材料的色散(material dispersion)，并假设具有完美的相干性(perfect coherence)以及法向入射(normal incidence)。
图1显示本发明的抗辐射结构100的剖面图，包括一透明基材101、反射层103、以及周期性光栅105。透明基材101可为玻璃或塑料，在本发明的此模拟实施例中为玻璃基材。反射层103与周期性光栅105的折射率约介于1.4至2.0之间。在本实施例中，反射层103与周期性光栅105的折射率实质上大于基材的折射率。在本发明实施例中，反射层103与周期性光栅105可为相同或不同材料，若两者为相同材料可考虑采用一体成型。
本发明提供一种可反射200-400纳米波长紫外光的抗幅射结构100，其用于人眼视察时，可防止白内障，其反射层103与周期性光栅105的折射率实质上大于透明基材的折射率，优选介于1.6-2.0之间。周期性光栅105的均分比(duty cycle)优选介于0.15至0.8之间，更佳介于0.2至0.3之间；其周期优选介于10至500纳米，更佳介于100-200纳米；其高度H约介于50至210纳米。反射层103的厚度d约介于5至70纳米。
本发明提供另一种抗辐射结构200，如图2所示。此结构可反射短波长如400至550纳米的光，使色弱患者眼中的色彩更趋近真实的颜色(truecolor)。上述结构的反射层203与周期性光栅205的折射率实质上大于透明基材的折射率，约介于1.6至2.0之间。周期性光栅205的均分比约介于0.15至0.8之间，更佳介于0.2至0.3之间；其周期优选介于10至500纳米，更佳介于100-200纳米；其高度H约介于50至210纳米。反射层203的厚度d约介于10至120纳米。
为了调整蓝色色弱患者的颜色辨识能力，本发明提供另一种抗辐射结构300，如图3所示。此结构可反射长波长如550至700纳米的光，使色弱患者眼中的色彩更趋近真实的颜色(true color)。上述结构的反射层303与周期性光栅305的折射率实质上大于透明基材的折射率，约介于1.6至2.0之间。周期性光栅305的均分比约介于0.15至0.8之间，更佳介于0.25至0.4之间；其周期优选介于10至500纳米，更佳介于100-200纳米；其高度H约介于5至130纳米。反射层303的厚度d约介于50至180纳米。
除了上述的三层结构外，本发明亦提供另一种不需反射层的抗辐射结构400，如图4所示。抗辐射结构400包括透明基材401以及周期性光栅405。透明基材401可为玻璃、塑料、或有机无机混成材料，在本发明的模拟实施例中优选为玻璃基材。周期性光栅105可为玻璃、塑料、或有机无机混成材料。在本发明实施例中，透明基材410与周期性光栅405的折射率优选相同，可为相同或不同材料，若两者为相同材料可考虑采用一体成型。为了反射波长200-400纳米波长紫外光，抗幅射结构400的周期性光栅405的均分比约介于0.1-0.9之间，；其周期优选介于180至340纳米之间；其高度H约介于10至400纳米之间。
模拟实验一
表一显示用来进行紫外线反射率仿真的抗辐射结构100。基材的折射率为1.5，可变参数包括周期性光栅105高度H、反射层103厚度d、周期性光栅105及反射层103的折射率(在此模拟实验中均假设光栅与反射层为相同材料)、均分比以及光栅周期T，其中均分比代表光栅宽度W与光栅周期T的比。第5组代表透明基材101上不具有反射层103及光栅105，也就是单独对透明基材101进行反射率模拟。模拟实验中入射光又可分为横电偏振TE(Transverse electric)的入射光以及横磁偏振TM(Transverse magnetic)的入射光。图4显示本发明抗辐射结构对不同波长入射光的反射率仿真结果，其中曲线1-5分别表示表一中抗辐射结构第1-5组反射率的模拟结果。由图4可知在波长介于200至400纳米的紫外光波段中，本发明的抗辐射结构(第1-4组)与透明基材(第5组)相较下均具有优选的反射率。特别是采用较高折射率(1.9)的反射层103与周期性光栅105的第3、4组，其反射率约介于8-14％之间。
表一
模拟实验二
表二显示用来进行短波长可见光反射率仿真的抗辐射结构200。透明基材的折射率为1.5，可变参数包括周期性光栅205高度H、反射层203厚度d、周期性光栅205及反射层203的折射率(在此模拟实验中均假设光栅与反射层为相同材料)、均分比以及光栅周期T，其中均分比代表光栅宽度W与光栅周期T的比。第10组代表透明基材201上不具有反射层203及光栅205，也就是单独对透明基材201进行反射率模拟。模拟实验中入射光又可分为横电偏振TE(Transverse electric)的入射光以及横磁偏振TM(Transversemagnetic)的入射光。图5显示本发明抗辐射结构对不同波长入射光的反射率仿真结果，其中曲线6-10分别表示表二中抗辐射结构第6-10组反射率的模拟结果。由图5可知在波长介于400至550纳米的短波长光波段中，本发明的抗辐射结构(第6-9组)与透明基材(第10组)相较下均具有优选的反射率。特别是采用较高折射率(1.9)的反射层203与周期性光栅205的第8、9组，其反射率约介于6-17％之间。
表二
表三显示具有不同参数的抗辐射结构200，针对折射率1.6、光栅高度145nm、光栅周期130nm以及不同反射层厚度d的抗辐射结构200进行反射率仿真。图6显示本发明抗辐射结构对不同波长入射光的反射率仿真结果，其中曲线11-14分别表示表三中抗辐射结构第11-14组反射率的模拟结果。由图6可知在波长介于400纳米至550纳米的蓝光波段中，曲线11及曲线13具有较大的反射率，约介于3-6％之间。当反射层203的厚度d大于100纳米如曲线13时，其短波长可见光的反射率将比透明基材还差。
表三
表四显示具有不同参数的抗辐射结构200，针对折射率1.9、光栅高度146nm、光栅周期130nm以及不同反射层厚度d的抗辐射结构200进行反射率仿真。图7显示本发明抗辐射结构对不同波长入射光的反射率仿真结果，其中曲线15-18分别表示表四中抗辐射结构第15-18组反射率的模拟结果。由图7可知在波长介于400纳米至550纳米的蓝光波段中，曲线15及曲线16具有较大的反射率，约介于6-17％之间。即使反射层较薄，如曲线17其反射层只有25纳米，其短波长的反射率亦较透明基材高。在此模拟结果中，可发现较高反射率的反射层对短波长可见光具有优选反射率。
表四
模拟实验三
表五显示用来进行长波长可见光反射率仿真的抗辐射结构300。透明基材的折射率为1.5，可变参数包括周期性光栅305高度H、反射层303厚度d、周期性光栅305及反射层303的折射率(在此模拟实验中均假设光栅与反射层为相同材料)、均分比以及光栅周期T，其中均分比代表光栅宽度W与光栅周期T的比。第25组代表透明基材301上不具有反射层303及光栅305，也就是单独对透明基材301进行反射率模拟。模拟实验中入射光又可分为横电偏振TE(Transverse electric)的入射光以及横磁偏振TM(Transversemagnetic)的入射光。图8显示本发明抗辐射结构对不同波长入射光的反射率仿真结果，其中曲线21-25分别表示表五中抗辐射结构第21-25组反射率的模拟结果。由图8可知在波长介于550至700纳米的长波长光波段中，本发明的抗辐射结构(第21-24组)与透明基材(第25组)相较下均具有优选的反射率。特别是采用较高折射率(1.9)的反射层303与周期性光栅305的第23、24组，其反射率约介于9-14％之间。
表五
表六显示具有不同参数的抗辐射结构300，针对折射率1.6、光栅高度70nm、光栅周期130nm以及不同反射层厚度d的抗辐射结构进行反射率仿真。图9显示本发明抗辐射结构对不同波长入射光的反射率仿真结果，其中曲线26-29分别表示表五中抗辐射结构第26-29组的反射率模拟结果。由图9可得知波长介于550纳米至700纳米的红光波段时，在本模拟中的三种反射层厚度中，越厚时反射率越低。
表六
表七显示具有不同参数的抗辐射结构300，针对折射率1.9、光栅高度60nm、光栅周期130nm以及不同反射层厚度d的抗辐射结构300进行反射率仿真。图10显示本发明抗辐射结构对不同波长入射光的反射率仿真结果，其中曲线30-33分别表示表七中抗辐射结构第30-33组的反射率模拟结果。由图10可知在波长介于550纳米至700纳米的红光波段中，曲线30及曲线32具有较大的反射率，约介于4-11％之间。当反射层203的厚度d大于100纳米如曲线31时，其长波长可见光的反射率将比透明基材还差。
表七
模拟实验四
图4显示用来进行紫外线反射率仿真的抗辐射结构400，其可变参数包括周期性光栅405高度H、透明基材401及周期性光栅405的折射率(在此模拟实验中均假设透明基材401与周期性光栅405为相同材料)、均分比以及光栅周期T，其中均分比代表光栅宽度W与光栅周期T的比。模拟实验中入射光为横电偏振TE(Transverse electric)，光栅高度H为100nm，抗辐射结构400的折射率为1.4，均分比为0.5，光栅周期为286nm。图12系抗辐射结构400对不同波长光的穿透率的仿真结果，曲线34为零阶穿透率，曲线35为正负一阶穿透率，36为总穿透率。由图12可知在波长介于200至400纳米的紫外光波段中，本发明的抗辐射结构具有较低的零阶穿透率。与仿真实验1-3不同，仿真实验4的原理系绕射而非反射。借由适当设计的光栅均分比，模拟实验4可使紫外线波段产生绕射，使部分能量传给正负一阶光并降低紫外线波段的穿透率。
虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (24)
1.一种抗辐射结构，包括：
一基材；
一反射层，邻接该基材；以及
一周期性光栅，置于该反射层之上，用以反射一入射辐射。
2.根据权利要求1所述的抗辐射结构，其中该基材包括玻璃、塑料、或有机-无机混成材料。
3.根据权利要求1所述的抗辐射结构，其中该反射层的折射率介于1.4-2.0之间。
4.根据权利要求1所述的抗辐射结构，其中该周期性光栅的折射率介于1.4-2.0之间。
5.根据权利要求1所述的抗辐射结构，其中该反射层与该周期性光栅一体成型。
6.根据权利要求1所述的抗辐射结构，其中该反射层及该周期性光栅的折射率实质上大于该基材的折射率。
7.根据权利要求1所述的抗辐射结构，其中该入射辐射为波长200纳米-400纳米的紫外光。
8.根据权利要求7所述的抗辐射结构，其中该周期性光栅的均分比约介于0.2-0.3、高度约介于50纳米-210纳米。
9.根据权利要求7所述的抗辐射结构，其中该反射层的厚度约介于5纳米-70纳米。
10.根据权利要求1所述的抗辐射结构，其中该入射辐射为550纳米-700纳米的红光。
11.根据权利要求10所述的抗辐射结构，其中该周期性光栅的均分比约介于0.15-0.8、高度约介于5纳米-130纳米。
12.根据权利要求10所述的抗辐射结构，其中该反射层的厚度约介于50纳米-180纳米。
13.根据权利要求1所述的抗辐射结构，其中该入射辐射为400纳米-550纳米的蓝光。
14.根据权利要求13所述的抗辐射结构，其中该周期性光栅的均分比约介于0.15-0.8、高度约介于50纳米-210纳米。
15.根据权利要求13所述的抗辐射结构，其中该反射层的厚度约介于10纳米-120纳米。
16.一种抗辐射结构，包括：
一基材；以及
一周期性光栅，邻接该基材，用以绕射一入射辐射。
17.根据权利要求16所述的抗辐射结构，其中该基材包括玻璃、塑料、或有机-无机混成材料。
18.根据权利要求16所述的抗辐射结构，其中该周期性光栅包括玻璃、塑料、或有机-无机混成材料。
19.根据权利要求16所述的抗辐射结构，其中该基材与该周期性光栅的折射率介于约1.4-1.9。
20.根据权利要求16所述的抗辐射结构，其中该基材与该周期性光栅的折射率实质上相同。
21.根据权利要求16所述的抗辐射结构，其中该基材与该抗辐射结构为相同材料。
22.根据权利要求16所述的抗辐射结构，其中该基材与该抗辐射结构一体成型。
23.根据权利要求16所述的抗辐射结构，其中该入射辐射为波长200纳米-400纳米的紫外光。
24.根据权利要求23所述的抗辐射结构，其中该周期性光栅的均分比约介于0.1-0.9、高度约介于10纳米-400纳米、周期约介于180纳米-340纳米。
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Cited By (2)
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2006
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