CN101918881A - 用于修正光学组件屈光率的曲面圆片 - Google Patents

Abstract

设计成粘贴于光学组件曲形凹面以修正所述组件屈光率的圆片，该圆片包括菲涅耳透镜，其形状大致为球形并由一系列菲涅耳区所组成，其中连续菲涅耳区之间高度的变化在该圆片的凹面上，并且其中所述菲涅耳区具有特定的分布。这种类型的圆片保持了屈光质量并且不会引入失真。

Description

用于修正光学组件屈光率的曲面圆片

本发明涉及粘贴于光学组件凹面，用于修正其屈光率的曲面圆片。本发明还涉及含有这样的圆片的光学元件和眼镜。

本发明非常适用于调整特定用途下的光学组件的屈光率。例如，调整太阳眼镜的镜片以适应于该镜片佩戴者屈光异常的情况。在本发明的上下文中，光学组件的屈光率表示此元件的光折射度数，并且通常也称之为屈光度。

众所周知，为了修正光学组件的屈光率，通常是制造一种粘贴在该光学组件表面上，透明材料的圆片。该圆片包括菲涅耳透镜，该透镜由一系列相互嵌套且平行于所述圆片光滑表面的菲涅耳区所构成。这些菲涅耳区在两个连续区之间具有高度差，该高度差大于可见光平均波长的五倍，该高度差可沿着垂直于该光滑表面切线的方向进行测量。在这些条件下，圆片自身就具有屈光率，该屈光率是由照射到各个菲涅耳区中的圆片两面上的光折射而形成。该圆片的屈光率与其所粘贴的光学组件的屈光率相叠加。与在光学组件上粘贴其它透镜相比较，使用菲涅耳透镜方式可得到固定的屈光率修正，同时还可减少圆片的厚度。

这些圆片起初为平面形状，当将其粘贴于眼镜镜片或透镜的曲面表面上时就必须是弯曲的。在美国专利US3904291中描述了这种圆片。一旦将其粘贴到眼镜镜片或透镜时，在圆片粘贴到眼镜镜片或透镜时所产生的变形就会使通过镜片和透镜所形成的图像产生失真和光学象差。特别是，当被观测的物体在视野范围内移动或当镜片的佩戴者跟随观看的物体转头时，图像的失真也随之动态地改变。因此，这些图像失真成为令人烦恼的事。此外，与散射和/或衍射相关的缺陷可出现在圆片的不同区域中，这就增加了佩戴者的烦恼和/或妨碍了此物体的美感效果。这一美感的损失可被面对该佩戴者的观测者识别。随着由圆片所提供的屈光率修正的增加，这种缺陷也逐渐变得越来越明显。还可以观察到：当屈光率修正圆片从平面变为曲面时，就会导致屈光缺陷。因此，该圆片为平面形状时的原始屈光率不同于将其粘贴至光学组件时的实际屈光率。这一差别对于提供给佩戴者的视觉质量是非常有害的。

本发明的一个目标是提出一种克服上述缺点且易于使用的屈光率修正圆片。本发明的产品必须易于需要佩戴简单的视力校正装置来校正视力的佩戴者所使用，通过将该屈光率修正圆片简单地粘贴于任一光学装置来调节诸如光学透镜之类光学组件的屈光率。

该技术问题的一种解决方案包括在具有球形表面的圆片内部形成菲涅耳结构，所述球形表面与接纳该圆片的光学组件的球形表面基本相同。在这一配置中，本发明的产品解决了现有技术当元件从平面表面变为曲面表面时所观测到的失真问题。这是本发明的一个特性。

为获得所述屈光率修正圆片的最佳配置，当设计所述圆片的菲涅耳结构的轮廓时，就必须考虑接纳所述圆片的光学组件的曲率。然而，这样的屈光率修正装置会由于衍射或散射而存在着光学缺陷，衍射或散射取决于所述圆片内的区域。在本发明的目标中，具有一套完整的解决方案来解决这些不同的问题。因此，本发明包括具有菲涅耳区的屈光率修正圆片，所述菲涅耳区域大致为球形，并仔细地选择其阶梯和高度的分布轮廓：在本发明的产品中，对于指定的校正屈光率以及确定的圆片直径，这样的选择能够消除前述的失真并且特别是当将其粘贴于光学组件中时可保持该圆片的原始屈光率。此外，在该圆片内的菲涅耳区的特定分布使得在该物体中心区域内的衍射最小化以及在该圆片非中心区域内的散射最小化，后者可能是由于允许制造这种结构的工具或设备的精度限制所产生。

为达此目标，本发明提出了一种上述类型以及在其球状凹面上具有一系列菲涅耳区的圆片，并将该圆片粘贴于光学组件的曲形凹面上，用于修正所述组件的屈光率。“修正”可理解为意指，或者为不具有这种屈光率的光学组件提供屈光率，或者改变自身已具有屈光率的光学组件的屈光率。因此，在本发明中，该圆片除了在菲涅耳区之间存在高度差外，还具有大致球形的形状，所述菲涅耳区位于所述圆片的凹面上，并且与该光学组件所接触的圆片表面是所述圆片的光滑凸面。换句话说，该圆片的光滑凸面具有初始的曲率，其基本上对应于接纳所述圆片的光学组件曲形凹面的形状。在本发明的一个实施例中，该圆片的光滑凸面可具有圆柱面或复曲面。在这一实施例中，本发明的圆片可为佩戴者提供散光校正。实际上，散光表面的特征在于两个主子午线并不具有相同的曲率半径这一事实。

所述具有高度差的圆片凹面还具有平均曲率，该平均曲率同样也对应于该光学组件的所述曲面。此面与周围的媒介接触。因此，覆盖整个圆片的菲涅耳结构的大体轮廓为球面几何。

在本发明中，“光学组件”可理解为意指面罩和镜片，面罩例如头盔面罩；“镜片”可理解为意指安装在眼镜框中的透镜，或安装在防护面具或护目镜中的透镜，例如滑雪护目镜、太阳镜或潜水面具，以及用于保护眼睛和/或校正视力的护目镜，所述透镜从远焦、单焦、双焦或渐加镜中选择。“防护面具或护目镜”，例如太阳镜，可理解为意指透镜，其由放置于两眼前的单个镜片组成。这种镜片或面罩可被染色。本发明意义范围内的这些光学组件可通过提供一个或多个涂层的应用有选择地具有一个或多个功能，这种涂层具体可从变色、防止反光、防止模糊、耐冲击、防刮擦、偏光以及抗静电中选择。本发明特别适用于校正或非校正式的镜片。本发明的屈光率修正曲面圆片由一种能够提供附着于其所粘贴的光学组件的附着力的材料制成，该附着力可以是自然的并归因于该材料所固有的粘着特性，还可以称之为粘性或胶粘性，或者通过放置薄层水来引起，该薄层水作为媒介引起和促进该圆片和该光学组件之间接触的建立。

因此，本发明包括圆片，其粘贴于光学组件曲形凹面用以修正所述组件的屈光率，其中该圆片包括由一系列菲涅耳区构成的菲涅耳透镜，该菲涅耳区彼此相互嵌套且平行于所述圆片的光滑面，并且在两个连续的区之间具有高度差，所述高度差沿着垂直于光滑面并通过该圆片光学中心○的方向z进行测量，其中该圆片具有：

-除了在连续的菲涅耳区之间的高度差外，其形状大致为球形，所述大致球形的平均曲率半径介于135mm和53mm之间，

-并且其中在连续的菲涅耳区之间的高度差位于该圆片的凹面上，连续的菲涅耳区之间的所述高度差具有：

-在半径圆C内具有固定幅值，该半径圆环绕着该圆片的光学中心○，该固定幅值被定义为该圆片屈光率的函数，

-当从光学中心○离开并位于所述圆C外时，在该圆片的外围部分具有增加的可变幅值，

-对于介于1到10之间的屈光度，所述半径圆C介于5mm和25mm之间，并且第一个中心高度差幅值大于或等于5μm。

在本发明的优选实施例中，该圆片形状大致为球形，其平均曲率半径介于88mm和53mm之间，最优选的是大致等于66mm。平均曲率半径为66mm对应于基础曲度为8的镜片，该基础曲度优选地使用于太阳防护镜片中，这意味着这些镜片包括滤色功能。这些太阳防护镜片通常具有介于88％和6％之间的可见光传输率。这种镜片符合用于分类太阳防护滤色镜的国际分类中的1至4类滤色标准。

在本发明中，在围绕圆片光学中心的区域内，连续的菲涅耳区之间的高度差具有固定的幅值。因此，包含该高度差的圆片凹面的中心部分具有固定的起伏高度。这特别有助于限制位于该圆片中心的衍射。而且，在第二个特性中，在前述的围绕光学中心的中心区域外直到所述圆片的外缘，连续菲涅耳区之间的高度差具有可变的幅值，这种特殊的外形限制了在该屈光率修正圆片此区域内的散射。对中心区域内固定幅值的大小以及该中心区域外可变幅值的大小的调整，选择为该屈光率修正圆片的屈光率和直径的函数，其中对这两个参数的调整作为对佩戴者获得的视觉校正的函数和其对本发明目标相匹配的光学组件的选择的函数。

本发明还涉及光学元件，其包括基底光学组件以及上述的圆片，所述圆片通过其光滑凸面粘贴于该组件的后凹面上。

如上所述，基底光学组件可以是镜片。优选的，该镜片具有颜色或者部分可反射并可能具有校正屈光异常的光学特性。当该圆片粘贴在镜片的凹面或后表面上时，该圆片几乎难以发现并且不会影响含有该镜片的眼镜的美观。本发明的圆片中菲涅耳区的固定和可变幅值的特定分布的外形能够极大地提高该器具的美感，特别是通过最小化光衍射和散射的物理影响。这些影响不仅会不利地影响提供给佩戴者的舒适度和光学质量，而且还会分散面对该佩戴者的观察者的注意力。

本发明还涉及包括至少一个镜片和贴于该镜片的上述圆片的眼镜。这副眼镜可为有色或无色眼镜以校正屈光异常，或者非用于校正的太阳防护面具或眼镜或护目镜。

本发明的其他特征和优点将根据下述非限制性实施例进一步明确，这些实施例参考下列附图：

-图1a是本发明圆片的透视图；

-图1b是本发明圆片的剖面图；

-图2a是可安装在眼镜中的镜片剖面图，该镜片装有图1b中所示的圆片；

-图3是显示本发明圆片的高度差变化的图表。

为了清晰起见，所示元件的尺寸并不与实际的尺寸或尺寸比成比例。另外，不同附图中的相同标记表示相同的元件。

如图1a和1b所示，本发明的圆片1形状大致为球状或杯状。优选地，该圆片为球形圆盖状，具有平均的曲率半径，例如大约为66mm(毫米)。这一曲率半径适合于多种眼镜镜片的后面或凹面的形状。在本发明中，该圆片的平均曲率半径介于135mm和53mm之间，在88mm和53mm之间特别有利。

圆片1构成菲涅耳透镜：其由一系列菲涅耳区构成，这些区以同心和接触的方式来设置，例如为100至200个区。这些区为面向并围绕于标记为z的光轴周围的同轴环，在附图中标记为2。该z轴还通过该圆片的光学中心，该光学中心处于该圆片上并由○来表示。在一公知的方式中，每个菲涅耳区都对应于透镜的一部分，并且该圆片1的厚度在此区域内沿标记为r的径向连续地变化，该径向位于垂直于轴z的平面内。在两个连续区2之间，该圆片1的其中一个表面具有平行于轴z的标记为3的高度差，其幅值由Δz表示。值得注意的是，位于两个连续区2之间的高度差3叠加到该圆片1的总轮廓上。根据本发明，其总轮廓为圆形。

该高度差3对应于圆片1的标记为S 1的凹面上的不连续高度。该面与周围的媒介接触。在两个连续高度差3之间，菲涅耳区2具有标记为Δr的半径尺寸，该尺寸沿垂直于轴z的方向上进行测量。圆片1的凸面，标记为S2，是光滑的并放置与光学组件接触以便形成本发明的光学元件。e表示圆片1的面S 1和S2之间的平均厚度。平均厚度沿着垂直于面S2的方向进行测量。优选地，该平均厚度e介于2mm(毫米)和0.5mm之间。圆片较薄的厚度限制了光学元件的厚度，并因此保持该物体的美观。此外，由于叠加至该光学组件的材料数量少，这就限制了该光学元件的总重量。

为了使光的散射和衍射最小化并不产生任何彩虹色，即使这些现象是不可见的，则该菲涅耳区2的尺寸使得其高度差3的幅值Δz至少等于可见光平均波长的5倍。此外，这些菲涅耳区依据幅值Δz进行分布，该幅值Δz是固定的并且作为相对于圆片光学中心○位置的函数而变化。一般来说，高度差3的幅值介于5μm(微米)和250μm之间。在这种方式下，由于自然光相干长度短，在光束穿过不同区域2的各部分之间时，不会发生可感知的干扰。换句话说，圆片1只具有单纯的折射光学效应，且相关于每个区域2中的表面S1和S2的形状，但不产生任何可见的衍射效应。如上所述，当表面S1保持基本球形轮廓时，连续菲涅耳区之间的高度差3的幅值在中心部分C范围内是不变的而在该圆片表面的圆C外延伸至外围部分的一部分的范围内是可变的。在此配置中，位于该圆片边缘的幅值Δz大于其中心区域的幅值Δz。因此，在本发明中，该圆片其位于圆C内的连续菲涅耳区之间的高度差3的幅值介于5μm和25μm之间，而位于圆C外部并外扩至该圆片外围部分的连续菲涅耳区之间的高度差3的幅值为可变数值且介于5μm和250μm之间。

更优选的是，圆片位于圆C内的连续菲涅耳区之间的高度差3的幅值介于10μm和20μm之间。

在本发明的一个实施例中，在圆片的侧外围的边缘可具有第三个外围区域，在图1b中定义为A，其具有固定的高度差。此外围区域有时可称为非可用区域。实际上，本领域技术人员知道光学可用的区域覆盖了具有限定直径的整个透镜。然而，在某些情况下，在镜片的周围提供了外围区域。此区域被称为外围是由于其并不符合指定的光学校正条件并且具有倾斜的缺陷。此外围区域的缺陷不会妨碍佩戴者的视野，这是因为此区域位于佩戴者视觉区域外。此外围区域A因此可被提供用于屈光率修正圆片，并用于制造和/或为了美观起见其可有利地具有固定幅值的菲涅耳区。因此，在此实施例中，外围区域A的连续菲涅耳区之间的高度差3具有固定幅值，所述幅值对应于圆C外的连续菲涅耳区之间的最近的高度差3，并且固定尺寸Δr对应于圆C外连续菲涅耳区之间的固定尺寸Δr。

因此，每个区域2的半径尺寸取决于圆片1的屈光率以及高度差3的幅值Δz。在上述情况下，若圆片1的屈光率小于或等于10屈光度，则Δr介于100μm和5mm之间。在本发明中，该圆片位于圆C内的菲涅耳区2的可变尺寸Δr介于5mm与100μm之间，其中最大尺寸位于最接近圆C中心○的地方，并且在圆C外菲涅耳区2的固定尺寸Δr介于500μm和100μm之间。优选地，本发明圆片的圆C内的菲涅耳区域2的可变尺寸Δr介于2.5mm和250μm之间，其中最大尺寸位于最接近圆C中心○的地方，并且在圆C外菲涅耳区域2的固定尺寸Δr为250μm。

圆片1可能具有聚敛或发散性，这取决于每个菲涅耳区2内其厚度沿着方向r所改变的方向。图1b对应于聚敛性圆片。该圆片每个区域2内的厚度的变化可能是r的二次函数。本发明的圆片还可为圆柱体，以便于必要时可考虑佩戴者的散光。在此特定实施例中，该圆片的光滑凸状的前部表面具有圆柱面或复曲面。

图2a示出了镜片，该镜片可安装于眼镜中并在它的后部表面S0或凹面上装备根据图1b所示的圆片。图2a中的镜片，标记为10，假定其具有两个平行的面，为不具有屈光率的太阳防护镜。因此，该圆片1可提供非零的屈光率，使得它能够校正屈光异常并可能校正该镜片佩戴者的散光。在此方式中，该圆片1允许调整任意太阳防护镜以适应于具有视觉失真的佩戴者。佩戴者可基于美观、色彩或相关镜框的外形来选择采用这种镜片的眼镜。图2a中标记为10的镜片，由于其中心比其边缘更薄，从而适应于对近视的校正。于是，该圆片1允许调整校正的强度以适应于佩戴者的近视度数。在此情况下，该圆片1以叠加镜片和圆片各自光轴的方式放置于镜片10上。对于校正远视的镜片也同样可以获得相同的功能。

该圆片1粘贴于镜片10的光滑后部表面S0上。此操作可直接由从业者或佩戴者完成于这副眼镜上，其中镜片安装于佩戴者所选的镜框中。

图3示出了高度差3幅值Δz沿着径向r的示例性变化。当r小于圆C的半径Rc时，高度差3幅值Δz是固定的并且区域2的半径尺寸Δr随着逐渐变大的区域2而减小。超过幅值Rc后，这意味着位于圆片1的圆C外部的外围区域，该高度差3幅值Δz会增加。

籍助于制造所述圆片材料的固有粘性，或可能通过在两个界面间使用薄层水，该薄层水起着元件之间初始接触的媒介作用，将圆片1粘贴于镜片10面S0上。因此，在本发明中，制造该圆片的材料必须具有透明特性，从而使其保持接纳它的光学组件的光学性能，也必须具有胶粘性和适当弹性的物理特性，以便适合其所粘贴至的光学组件的曲率半径。优选的是，制造本发明圆片材料的绍尔A硬度介于70和95之间，以及光散射百分比介于2.0％和0.4％之间，优选为小于1％。在本发明上下文中，可用的材料具体可为透明热塑性塑料材料，可选自高分子聚氨酯、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚碳酸酯。制成该圆片的材料优选自热塑性聚氨酯和热塑性聚氯乙烯。

镜片的材料可为有机的或无机的。作为一非限制性示例，在本发明上下文中，所使用的有机材料是在光学或眼科中常用的材料。例如，适当的材料包括下列衬底：聚碳酸酯；聚酰胺；聚酰亚胺；聚砜；聚对苯二甲酸乙二酯和聚对一酸乙二酯；聚烯烃，特别是聚降冰片烯；二甘醇烯二(丙基碳酸)聚合物和共聚物；(甲基)丙烯酸盐聚合物和共聚物，特别是双酚A的(甲基)丙烯酸盐派生物的聚合物和共聚物；硫(甲基)丙烯酸盐聚合物和共聚物；尿烷和硫尿烷的聚合物和共聚物；环氧树脂的聚合物和共聚物以及环硫化物的聚合物和共聚物。

可以理解的是：在保持本发明至少一些优点的同时，可以将很多调整引入到上述实施例中。特别是，本领域的技术人员将理解所引用的材料和取值仅为说明的目的并且可作修改。

Claims (22)

1.一种粘贴于光学组件(10)曲形凹面(S0)上以调整所述组件屈光率的圆片(1)，该圆片包括由一系列菲涅耳区(2)构成的菲涅耳透镜，该菲涅耳区彼此相互嵌套及平行于所述圆片的光滑面(S2)，并在两个连续区之间具有高度差(3)，所述高度差沿着垂直于该光滑面并通过该圆片光学中心(○)的方向(z)进行测量，其中该圆片具有：

-除在连续的菲涅耳区之间的高度差(3)外，其形状大致为球形，所述大致球形的平均曲率半径介于135mm和53mm之间，

-并且其中连续的菲涅耳区之间的高度差(3)位于该圆片的凹面(S1)上，连续菲涅耳区之间的所述高度差(3)具有：

-在围绕所述圆片光学中心(○)的半径圆(C)内具有固定的幅值，且该固定值的大小定义为所述圆片屈光率的函数，

-当远离光学中心(○)并位于所述圆(C)外时，在所述圆片的外围部分具有增加的可变幅值，

-对于屈光率介于1和10之间的，所述半径圆(C)的值介于5mm和25mm之间，并且第一个中心高度差幅值大于或等于5μm。

2.根据权利要求1所述的圆片，具有介于88mm和53mm之间的平均曲率半径，并优选为66mm。

3.根据权利要求1或2所述的圆片，其特征在于，所述圆(C)内的连续菲涅耳区之间高度差(3)的幅值介于5μm和25μm之间，而位于所述圆(C)外直到所述圆片外围部分的连续菲涅耳区之间的高度差(3)幅值是可变的，并介于5μm和250μm之间。

4.根据权利要求3所述的圆片，其特征在于，所述圆(C)内的连续菲涅耳区之间的高度差(3)的值介于10μm和20μm之间。

5.根据前述任一权利要求所述的圆片，其特征在于，所述菲涅耳区(2)沿着径向(r)通过光学中心(○)并垂直于该圆片光轴方向的尺寸(Δr)介于100μm和5mm之间。

6.根据权利要求5所述的圆片，其特征在于，所述菲涅耳区(2)在圆(C)内具有可变尺寸(Δr)并介于5mm和100μm之间，其中最大尺寸位于最接近于圆(C)中心(○)的地方，而所述菲涅耳区(2)在圆外具有固定尺寸(Δr)并介于500μm和100μm之间。

7.根据权利要求6所述的圆片，其特征在于，所述菲涅耳区(2)在圆(C)内具有可变尺寸(Δr)并介于2.5mm和250μm之间，其中最大的尺寸位于最接近于圆(C)中心(○)的地方，而所述菲涅耳区域(2)在该圆(C)外具有固定尺寸(Δr)并为250μm。

8.根据前述任一权利要求所述的圆片，其特征在于，在外围区域(A)内的连续菲涅耳区之间的高度差(3)具有固定幅值，所述幅值对应于圆(C)外的连续菲涅耳区之间的前一高度差(3)的幅值，而固定尺寸(Δr)对应于圆(C)外连续菲涅耳区之间的固定尺寸(Δr)。

9.根据前述任一权利要求所述的圆片，其平均厚度(e)沿着垂直于圆片光滑面(S 2)方向进行测量为介于2mm和0.5mm之间。

10.根据前述任一权利要求所述的圆片，其特征在于，所述圆片的光滑前凸面具有圆柱面或复曲面。

11.根据前述任一权利要求所述的圆片，包括具有绍尔A硬度介于70和95之间的透明材料。

12.根据前述任一权利要求所述的圆片，包括具有光散射百分比介于2.0％和0.4％之间的透明材料，优选为小于1％。

13.根据权利要求11或12所述的圆片，包括透明热塑性材料，选自高分子聚氨酯、聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯以及聚碳酸酯。

14.根据权利要求13所述的圆片，包括选自热塑性聚氨酯和热塑性聚氯乙烯的透明材料。

15.一种光学元件，包括基底光学组件(10)和根据权利要求1至14中任一权利要求所述的圆片(1)，所述圆片籍助于其光滑凸面粘贴于所述组件的背凹面上。

16.根据权利要求15所述的光学元件，其特征在于，所述圆片(1)籍助于薄层水粘贴于所述组件(10)上，该薄层水作为媒介放置于所述圆片和所述组件之间。

17.根据权利要求15或16所述的元件，其特征在于，所述基底组件为镜片。

18.根据权利要求17所述的元件，其特征在于，所述基底组件为用以校正屈光异常的镜片。

19.根据权利要求17或18所述的元件，其特征在于，所述镜片是有色的或部分可反射的。

20.根据权利要求15至19中任一权利要求所述的元件，其特征在于，所述基底组件为适于安装在太阳镜(10)上的镜片。

21.根据权利要求15至19中任一权利要求所述的元件，其特征在于，所述基底组件是面罩或护目镜的镜片，特别是太阳防护镜或滑雪防护镜或潜水面罩、或是眼罩的镜片，特别是头盔眼罩的镜片。

22.一副眼镜，其至少包括镜片(10)和根据权利要求1至14中任一权利要求所述的圆片(1)，所述圆片粘贴于所述镜片上。

Images