CN101467076B - 用于修正光学构件光焦度的膜片 - Google Patents

用于修正光学构件光焦度的膜片 Download PDF

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Abstract

一种能够修正由菲涅尔镜片构成的光学构件的光焦度的膜片。该膜片最初成形为与光学构件形状相对应的大致圆形形状。这样，在将该膜片应用到所述构件上时，膜片不会变形，或者不会变形太多。当通过带有该膜片的光学构件来观察目标物时，不会引起图像失真或光学像差。这样一种膜片特别适于获得屈光异常的矫正或适于原本没有光焦度的遮阳面罩。

Description

用于修正光学构件光焦度的膜片
技术领域
本发明涉及一种膜片(patch/disk)，该膜片被用于固定在光学构件表面以改变其光焦度。本发明还涉及结合此种膜片的眼镜和光学元件，以及制作该膜片的方法。
背景技术
根据光学构件具体的使用情况来调整光学构件的光焦度是十分有用的。例如，可以将太阳眼镜的眼镜片调整到适于该镜片佩戴者的屈光异常。在本发明的内容中，光学构件的光焦度描述了这种元件的聚散度，并且光焦度通常被表述为屈光度。
制作透明材料的膜片，并将该膜片应用到光学构件的表面以改变光学构件的光焦度已经是公知的技术。该膜片包括菲涅尔镜片，该镜片由一系列菲涅尔区域构成，这些区域平行于该膜片的平滑表面设置为一个置于另一个之中。这些区域在两个连续区域间呈现出高度跃变(jump)，其为可见光平均波长的五倍，该高度跃变在垂直于平滑表面切线的方向上被测量。在这些情况中，膜片本身具有光焦度，该光焦度由每个菲涅尔区域中的膜片的两个表面上的光线折射而产生。该膜片的光焦度与所应用的光学构件的光焦度相加。与被粘附到光学构件上的附加镜片相比，使用菲涅尔形式的镜片减少了膜片的厚度，从而获得了固定的光焦度修正。
这些膜片最初具有平坦的形状，当它们被应用到镜片或眼镜片的弯曲表面上时，这些膜片向外弯曲。一旦镜片或眼镜片带有膜片，那么膜片在被应用到镜片或眼镜片上时所产生的变形就会造成透过镜片或眼镜片所形成的图像失真以及造成光学像差。这种缺陷特别不利于眼科应用，因为当通过眼镜片不同的点观察目标物时，该目标物会呈现出各种变形。特别地，当被观察物移动到视场中时或当眼镜片佩戴者跟随着被观察物扭头时，图像失真会动态变化。于是这些图像失真会令人感到十分不快。最后，当由膜片提供的光焦度修正很高时，这些缺陷将会加剧。
此外，现有的膜片被设计成通过使包括高度跃变的膜片表面背离眼镜片而被应用到眼镜片中。实际上，每个膜片的平滑表面位于与高度跃变相对的一侧，并通过毛细作用或静电效应使得膜片能附着到眼镜片上。因而，暴露在污垢中的膜片表面是包括高度跃变的表面。现在，具有高度跃变的表面由于其表面的起伏(relief)而无法被简单地清洁，，并且在高度跃变中形成的污垢沉淀产生了显著的光散射。同样，由于光波阵面在局部被扭曲，因此它们也大大降低了通过带有膜片的眼镜片而形成的图像的质量。
另外，从文件US 2006/0109554中了解到一种衍射光学镜片，其包括具有非球面曲面的底面和具有拟抛物线曲面的顶面，所述顶面还包括多个衍射槽。这些衍射槽根据菲涅尔衍射公式形成。所述光学镜片主要被用来作为仪器镜片，这类镜片能够在例如照相机、放映机以及扫描仪这样的电子设备中被找到。这些光学镜片组成了衍射光学元件。但是，由于这些镜片的设计，它们不能在眼用光学中被使用。实际上，衍射镜片增加了色差，该色差随着在镜片级别中建立的矫正度数而增加。因此，在此专利申请中所述的衍射镜片并不适合用来解决本发明的技术问题。
发明内容
本发明的一个目的是提出一种用来修正光焦度的膜片，该膜片不会呈现出上述缺点。
为此，本发明提出一种属于上述类型的膜片，该膜片用来被固定在光学构件的弯曲表面上以修正光学构件的光焦度。术语“修正”应被理解为可指在没有光焦度的光学构件中增加光焦度，也可指在已经具有光焦度的光学构件中变化光焦度。根据本发明，除了在菲涅尔区域间呈现出高度跃变，所述膜片通常具有向外凸起的形状。换而言之，所述膜片的平滑表面具有初始曲率，该初始曲率基本上与用来容纳所述膜片的光学构件的曲面形状相对应。包括高度跃变的膜片表面同样具有平均曲率，该平均曲率同样与所述光学构件的所述弯曲表面相对应。包括高度跃变的膜片的表面用于与光学构件的弯曲表面相接触。
因此，本发明所要求保护的用于修正光焦度的膜片除了高度跃变以外并不是平坦的，而是基本上呈现出向外凸起的形状，例如基本上呈球面。由于该初始向外凸起的形状，当所述膜片被应用到本身就基本向外凸起的光学构件表面上时，所述膜片仅仅轻微变形或者不变形。因此，当通过带有该膜片的光学构件来观察目标物时，所述膜片只会产生很小的图像失真或光学像差，甚至不产生失真和像差。因此，光学构件的使用舒适度不会因为所述膜片而被降低，甚至对于产生了明显光焦度修正的膜片也是如此，该修正可以比膜片本身级别大绝对值为30的屈光度。
在本发明内容中，词语“光学构件”应该被理解成是指例如头盔护目镜或眼镜这样的护目镜。词语“眼镜”应该被理解成是指特别适于镜框或面罩的镜片，该面罩可以是滑雪面罩或是潜水面罩，并且具有保护眼睛和/或纠正视力的功能，这些镜片可以是无焦点镜片、单焦点镜片、双焦点镜片或变焦镜片。词语“面罩”可以是遮阳面罩，其应该被理解成是指由单片构成的镜片，并且该镜片被定位在两个眼睛的前方。如果必要，所述眼镜或护目镜可以带有色彩。本发明内容中的这些光学构件可以随意地具有一个或多个特性，这些特性通过一种或多种涂层的应用来提供，特别地，这些涂层可以包括：光致变色涂层、抗反射涂层、抗沾污涂层、抗冲击涂层、防刮涂层、偏振涂层和抗静电涂层。本发明特别适合矫正或非矫正眼镜。
根据本发明的附加特征，连续的菲涅尔区域间的高度跃变位于膜片的大致凸起的表面上。当面向眼镜片后表面或凹入表面应用这种膜片时，暴露在污垢中的膜片表面是平滑表面。因此其很容易被清洁。从而通过所被应用的镜片，包括高度跃变的膜片表面可以防止污垢进入。由所述膜片提供的光焦度的修正因而是持久的，并且其不会因为污垢的沉积而被破坏。因此，当眼镜或面罩包括了带有这种膜片的眼镜片时，这些眼镜或面罩的使用者将会立即体会到其在他们日常生活中所产生的好处。
根据本发明的另一特征，所述膜片的平均曲率半径在135mm(毫米)到53mm之间。这种曲率半径与许多眼镜片的后表面或凹入表面的形状相对应。
根据本发明的一种改进，连续的菲涅尔区域间的高度跃变在围绕所述膜片光学中心的半径为10mm的圆周内具有基本上不变的跃变量。因此，包括高度跃变的膜片表面在该表面的中心部分具有恒定的起伏高度。这样还确保了当所述膜片具有高度跃变的一侧被应用到光学构件中时，该膜片不会产生图像失真和光学像差。本发明还包括一种膜片，其中连续的菲涅尔区域间的高度跃变在所述膜片的整个表面上都具有基本上恒定不变的跃变量。因此本发明包括在所述膜片整个表面或部分表面上的菲涅尔区域间可变的高度跃变和菲涅尔区域间恒定的高度跃变的各种可能组合。
本发明还涉及一种光学元件，其包括基础光学构件和上述膜片，该膜片固定在该构件上。优选地，所述膜片中包括高度跃变的表面在光学元件中面朝基础光学构件，从而防止该表面沾染污垢。特别地，该膜片可通过一层材料被固定在该构件上，该材料具有粘合特性从而能够在所述膜片和所述光学构件间形成持久的粘合力。因而该层材料被设置在形成光学元件的两个实体之间。
如前面所述，基础光学构件可以是眼镜片。优选地，所述眼镜片可以带有色彩或者局部反射，另外，如果必要，该眼镜片可以具有矫正屈光异常的特性。当该膜片被应用到镜片的凹入表面或后表面时，该膜片几乎是看不见的，也不会对包括该镜片的眼镜的美感产生影响。
本发明还涉及一副眼镜，该眼镜包括至少一块镜片和固定在镜片上的上述膜片。优选地，所述膜片固定在镜片的后表面上。这样一副眼镜可以是矫正屈光异常的眼镜类型或带有颜色，或者是太阳眼镜或遮阳面罩类型，特别地可以不具有矫正功能。
最后，本发明涉及一种制作上述用于修正光焦度的膜片，该方法基于热塑性材料。
附图说明
本发明其它的特点和好处将体现在下面结合附图对非限定性的实施例的描述中，其中：
- 图1a是本发明膜片的透视图；
- 图1b和1c分别是本发明两个膜片的剖视图；
- 图2a和2b是两个眼镜片的剖视图，它们适于被设置在一副眼镜中，并带有图1b和1c中的膜片；
- 图3的图表示出了本发明膜片的高度跃变的变化；
- 图4示出了测量浸湿角的传统方法；以及
- 图5示意性图示了本发明膜片的制造原理。
为了清楚起见，所示元件的尺寸并不与实际尺寸或尺寸比成比例。此外，不同附图中的同一标记指示同一元件。
具体实施方式
根据图1a和1b，本发明的膜片1具有基本上向外凸起的形状或呈杯状。优选地，该膜片具有球形穹面形状，其平均曲率半径例如可以达到66mm(毫米)。该平均曲率半径优选为在88mm到53mm之间。
所述膜片1构成了菲涅尔镜片：其由一系列连续的菲涅尔区域形成，这些菲涅尔区域被同心地和连续地布置，例如100到200个区域。附图标记为2的这些区域是同轴环，它们根据标记为z的光轴而被定向和居中。所述轴z穿过膜片的光学中心，该光学中心位于膜片上并被标记为O。以一种已知的技术手段，每个菲涅尔区域与镜片的一部分相对应，并且所述膜片1的厚度在该区域内在与轴z相互垂直的平面中沿标记为r的径向连续变化。在两个连续的区域2间，所述膜片1的一个表面具有与轴z平行的高度跃变3。其跃变量标记为Δz。需要说明的是，出现在连续的区域2间的高度跃变3在所述膜片1的总体形状中是成阶层状的，根据本发明，该总体形状是向外凸起的，几乎呈球面。
优选地，高度跃变3对应于所述膜片1的凸起表面的高度非连续性，该凸起表面标记为S1。在两个连续的高度跃变3之间，菲涅尔区域2具有标记为Δr的径向尺寸，该尺寸在垂直于轴z的方向中被测量出。所述膜片1的凹入表面S2是平滑的。e表示所述膜片1在表面S1和S2之间的平均厚度。该厚度在与表面S2垂直的方向上被测量。优选地，厚度e小于2mm并且能够在0.5mm到0.7mm之间。因此，包括了所述膜片1的光学元件的重量增加被限制。
为了不产生任何光线漫射、衍射或晕彩，或者使这些现象感受不到，所述菲涅尔区域2被设成特定的尺寸从而使得高度跃变3的跃变量Δz至少等于可见光平均波长的五倍。例如，高度跃变3的跃变量可以在5μm(微米)到250μm之间。这样，由于自然光较短的相干长度，在通过不同区域2的光束的各部分间产生的干扰将不会被感受到。换而言之，所述膜片1具有全折射光学效应，该效应与每个区域2中的表面S1和S2的形状相联系，另外，该膜片不会产生任何可见的衍射效应。如前面所述，连续的菲涅尔区域间的高度跃变3的跃变量可以在至少一部分膜片表面上变化。同时保持表面(S1)的轮廓基本上呈球面。在此情况中，在所述膜片外围的跃变量Δz大于在所述膜片中心区域的跃变量。因此，根据本发明，当连续的菲涅尔区域间的高度跃变在整个表面(S1)上是变化的，则这些跃变量可以在5μm到250μm之间。当连续的菲涅尔区域间的高度跃变在整个表面(S1)上是恒定的，则这些跃变量可以在5μm到100μm之间；当连续的菲涅尔区域间的高度跃变在围绕所述膜片光学中心(O)的半径为10mm的圆周(C)中具有基本上恒定的跃变量，该圆周(C)内的跃变量可以在5μm到50μm之间，而圆周(C)外到镜片外围部分间的可变的高度跃变量可以在5μm到250μm之间。
每个区域2的径向尺寸Δr取决于所述膜片1的光焦度以及高度跃变3的跃变量Δz。在前述的情况中，当所述膜片1的光焦度小于12个屈光度时，Δr可以在10μm和2mm之间。
所述膜片1可以根据沿方向r其厚度变化的方向而在每个菲涅尔区域2内具有正向或负向的趋势。图1b和1c分别对应会聚的膜片和发散的膜片。特别地，每个区域2中的膜片厚度变化可以是r的二次方函数。
图2a和2b示出了能够适用于一副眼镜的两种眼镜片，并且在它们的后表面S0上，或凹入表面上，分别带有本发明图1b和1c中的膜片。需要理解的是这些膜片中的每个可以与其它附图中的镜片以同样的方式来使用，并且所示出的组合完全是作为例子给出。图2a的镜片标记为10，其可以是具有零光焦度的太阳眼镜，假设其具有两个平行表面。因而所述膜片1会使其具有非零的光焦度，这就可以矫正镜片佩戴者的屈光异常的缺陷。这样，膜片1可以使任何太阳眼镜适于具有屈光异常的佩戴者。从而佩戴者可以根据眼镜的外表、色彩以及所连接框架的形状来选择该副包括了所述镜片10的眼镜。图2b中的镜片被标记为11，其对应于近视矫正镜，假设其中心处的厚度小于其外围的厚度。膜片1可以根据佩戴者的近视度数来调整矫正量。在此情况中，膜片1置于眼镜片11上，从而使得眼镜片和膜片各自的光学轴线叠加。同样的功能也可以在远视矫正眼镜片中获得。
所述膜片1被应用到镜片10或11的后表面S0上，该后表面是平滑表面。这种操作可以在眼镜上由专业人士来直接完成，该副眼镜已在由佩戴者选择的眼镜框架上固定了镜片。优选地，高度跃变3在围绕中心O半径为Rc的圆周C中具有基本恒定的跃变量。这样，膜片1可以至少在所述膜片的中心区域内被更简单地应用到圆周C中的镜片表面S0上，。图3示出了高度跃变3的跃变量Δz沿径向方向r变化的例子。当r小于圆周C的半径Rc时，跃变3的跃变量Δz为恒定，并且相对于愈加更大的区域2，区域2的径向尺寸Δr减少。超出Rc的部分，即在圆周C外侧的膜片1外围部分，高度跃变3可以具有增加的跃变量Δz，由此显著地避免生成具有十分短的径向尺寸Δr的区域2。举例来说，Rc可以等于10mm，并且高度跃变3的跃变量Δz在圆周C中可以等于40μm。
通过一层设置在膜片1和镜片间的粘合材料20，所述膜片1被粘合在镜片10或11的表面S0上。为了不降低膜片1的光学效应，所使用的粘合材料20优选呈液态，膜片1上的浸湿角小于90°。图4示出了在此被用来测量在膜片1材料上的粘合材料20的浸湿角θ的传统方法。在这些情况中，粘合材料20渗入高度跃变3的底部而不会残留气泡。可以使用几种类型的粘合材料，特别地，可以是通过照射或热塑手段而被聚合的胶水，或是乳胶类型的粘合材料。特别地，使用丙烯酸酯基并经UV照射聚合的胶水可以成功实现本发明。
所述膜片1和粘合材料20各自光学折射率值之间的不同决定了由所述膜片1所提供的眼镜片的光焦度修正。当膜片1的材料的值基本上等于1.59，粘合材料20的值基本上等于1.50时，就能够获得大于绝对值为6的屈光度的光焦度修正，甚至可以大于12个屈光度。镜片10或11可以由任何眼用工业中的普通材料构成，以此矫正屈光异常或形成太阳防护。因此，眼镜的材料可以是无机物或有机物的形式。作为指示，但并非限定的方式，可用于本发明的有机材料可以是光学或眼科领域中的常规材料。例如可以是由以下材料做基底：聚碳酸酯；聚酰胺；聚酰亚胺；聚砜；聚(对苯二甲酸乙二醇酯)和聚碳酸酯的共聚物；聚烯烃，特别是聚降冰片烯；二甘醇二(烯丙基碳酸酯)共聚物和聚合物；(甲基)丙烯酸聚合物和共聚物，特别是从双酚A中衍生出的(甲基)丙烯酸聚合物和共聚物；硫代(甲基)丙烯酸聚合物和共聚物；氨基甲酸酯和硫代氨基甲酸酯的聚合物和共聚物；环氧聚合物和共聚物以及环硫化物的聚合物和共聚物。
优选地，本发明的膜片可以通过将例如聚碳酸酯基材料这样的透明热塑型材料注入注模中来制造而成。以一种本身已知的方式，该注模提供有材料压缩和注入装置，所述装置包括压紧螺钉和加热装置。图5示意性地图示了这样一种模具100。两个标记为101和102的插入件置于该模具中。插入件101限定了包括高度跃变的膜片1的表面S1，插入件102限定了平滑表面S2。插入件101和102相互面对地设置并由对应于膜片1的间隙103隔离。从而热塑性材料通过注射嘴104注入到模具100中以填满间隙103。当模具100打开并经过冷却时，能够获得膜片1。
可以理解的是，多种改变可被引入到上述已被详细描述的实施例中，同时保留本发明的至少一些益处。特别地，那些本领域技术人员可以理解的是，所引用的材料和数值纯粹是用于例证，它们是可变的。

Claims (29)

1.一种膜片(1)，用来固定到一光学构件(10，11)的弯曲表面(S0)上以修正该构件的光焦度，所述膜片包括由一系列菲涅尔区域(2)形成的折射的菲涅尔镜片，所述菲涅尔区域(2)平行于所述膜片的平滑表面(S2)设置为一个置于另一个之中，并且在两个连续的区域间呈现出高度跃变(3)，该高度跃变(3)是可见光平均波长的五倍，并在膜片的光学中心(O)处沿与平滑表面相垂直的方向(z)被测出，
其特征在于，除了连续的菲涅尔区域间的高度跃变，该膜片具有基本上向外凸起的形状，且平均曲率半径在135mm到53mm之间，连续的菲涅尔区域间的高度跃变(3)位于膜片的大致凸起的表面(S1)上。
2.如权利要求1所述的膜片，其特征在于，除了连续的菲涅尔区域间的高度跃变(3)，该膜片具有基本上呈球面的形状。
3.如权利要求1或2所述的膜片，其特征在于，该膜片的平均曲率半径在88mm到53mm之间。
4.如权利要求1或2所述的膜片，其特征在于，连续的菲涅尔区域间的所述高度跃变(3)在整个所述膜片的表面(S1)上具有可变的跃变量。
5.如权利要求1或2所述的膜片，其特征在于，连续的菲涅尔区域间的所述高度跃变(3)在围绕所述膜片的光学中心(O)的半径为10mm的圆周(C)内具有基本上恒定的跃变量。
6.如权利要求5所述的膜片，其特征在于，当从光学中心(O)向半径为10mm的所述圆周(C)外的距离增加时，连续的菲涅尔区域间的所述高度跃变(3)在所述膜片的外围部分内具有增加的跃变量。
7.如权利要求5所述的膜片，其特征在于，在所述圆周(C)中的连续的菲涅尔区域间的高度跃变(3)具有5μm到50μm之间的跃变量，而在圆周(C)外侧到膜片的外围部分中的连续菲涅尔区域间的高度跃变(3)具有5μm到250μm之间的可变跃变量。
8.如权利要求1或2所述的膜片，其特征在于，连续的菲涅尔区域间的所述高度跃变(3)在膜片的整个表面(S1)上具有基本恒定的跃变量。
9.如权利要求8所述的膜片，其特征在于，连续的菲涅尔区域间的所述高度跃变(3)具有5μm到100μm之间的跃变量。
10.如权利要求1或2所述的膜片，其特征在于，所述菲涅尔区域(2)在穿过光学中心(O)并与膜片的光轴相垂直的径向方向(r)上，具有10μm到2mm间的尺寸(Δr)。
11.如权利要求1或2所述的膜片，其特征在于，所述膜片的平均厚度(e)小于2mm，该厚度在与所述膜片的平滑表面(S2)相垂直的方向中被测出。
12.如权利要求11所述的膜片，其特征在于，所述膜片的平均厚度(e)在0.5mm到0.7mm之间。
13.如权利要求1或2所述的膜片，其特征在于，还包括透明的热塑性材料。
14.如权利要求1或2所述的膜片，其特征在于，还包括聚碳酸酯基材料。
15.一种光学元件，其包括基础光学构件(10，11)和固定在该构件上的如权利要求1-14中任一项权利要求所述的膜片(1)，在所述膜片(1)中包括了高度跃变(3)的表面(S1)面向所述基础光学构件(10，11)，并且所述膜片(1)固定在所述基础光学构件(10，11)的凹入表面(S0)上。
16.如权利要求15所述的元件，其特征在于，所述膜片(1)通过一层设置在所述膜片和所述构件间的粘合材料(20)被固定到所述构件(10，11)上。
17.如权利要求16所述的元件，其特征在于，所述膜片(1)包括光学折射率基本等于1.59的材料，并且所述粘合材料(20)的光学折射率基本等于1.50。
18.如权利要求16所述的元件，其特征在于，所述粘合材料(20)属于能够通过照射或通过热塑手段被聚合的胶水类型，或是属于乳胶类型。
19.如权利要求18所述的元件，其特征在于，所述胶水(20)是丙烯酸酯基的，并能通过UV照射被聚合。
20.如权利要求16-19中任一项所述的元件，其特征在于，所述粘合材料(20)呈液态，在膜片(1)上呈现小于90°的浸湿角。
21.如权利要求15-19中任一项所述的元件，其特征在于，所述基础光学构件是眼镜片(11)。
22.如权利要求21所述的元件，其特征在于，所述基础光学构件是矫正屈光异常的眼镜片。
23.如权利要求21所述的元件，其特征在于，所述眼镜片带有颜色或局部反射。
24.如权利要求15-19中任一项所述的元件，其特征在于，所述基础光学构件是适于一副太阳眼镜(10)的镜片。
25.如权利要求15-19中任一项所述的元件，其特征在于，所述基础光学构件是面罩镜片或者是护目镜。
26.一副眼镜，其包括至少一块镜片(10，11)以及一个固定在所述镜片上的如权利要求1-14中任一项权利要求所述的膜片(1)，所述膜片(1)被固定在所述镜片的后表面，并且包括高度跃变(3)的所述膜片的表面(S1)面对所述镜片。
27.如权利要求26所述的一副眼镜，其特征在于，该眼镜是属于矫正屈光异常的眼镜类型或太阳眼镜类型。
28.如权利要求26或27所述的一副眼镜，其特征在于，所述膜片(1)通过粘合材料被保持在镜片上。
29.一种制作如权利要求1-14中任一项所述的膜片的方法，包括下述步骤：
-在一注模(100)中设置两个面向彼此的插入件(101，102)，该插入件(101，102)分别限定所述膜片(1)的具有高度跃变的表面(S 1)和平滑表面(S2)，并由与将被制作的膜片(1)相对应的空隙(103)隔离；以及
-向所述注模(100)中注入透明的热塑性材料，从而填满两个插入件之间的空隙(103)。
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