CN103038700B - 具有网状结构的透明光学部件的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有网状结构的透明光学部件，其包括壁部(6)的网络，这些壁部形成了平行于部件表面并排排列的单元组(104)。为了生产这样的部件，需确定部件表面中的不规则点组(101，105)，每一个点用于形成一个单元的中心。继而确定每一壁部的位置和方向，以便单元组形成部件表面的维诺(Voronoi)分区。该部件具有与光学或眼科使用相匹配的透明度水平。

Description

具有网状结构的透明光学部件的生产方法

技术领域

本发明涉及包含由壁部隔开的单元组的透明光学部件产品。其可以应用于光学透镜的生产，特别是眼镜用的眼科透镜。

背景技术

众所周知，生产透明基底形式的光学部件，其至少在其一侧，支撑至少部分地覆盖那一侧的相邻单元组。具有确定光学性能的物质被包含在单元中，并配合使得光学部件获得为了特别应用所需的光学特性。比如，具有不同折射率的透明物质可分布在单元之间，这样，所获得的元件是修正屈光不正的透镜坯料。继而通过沿着相应于透镜佩戴者眼镜框架的轮廓切割出光学部件而获得该透镜。在单元被封闭以将物质保持在单元中之后，切割光学部件不会引起物质的损失。透镜坯料的初始光学特性被维持在所切的透镜中。

这样的透明光学部件具有独特的利益，因为通过改变放置在单元中的光学有效物质(一个或多个)，大量不同的样式可以从相同的被单元覆盖的基底中获得。光学部件的生产因而特别经济，因为单元覆盖的基底可以在工厂中大量制造。这些基底继而接受一个或多个具有光学性能进入到单元中的物质，这些单元是在需要满足客户需求的光学特性的基础上选择的。因此获得了针对每一客户的光学部件的个性化，且可以再往下执行元件分销链。生产和配送的物流因此得以简化且灵活，这另外有助于减少提供给客户的每一光学部件成品的单位价格。这些优点在眼科领域尤其重要，眼镜片、隐形眼镜或者镜片植入必须符合个性配方，其取决于每个佩戴者的视力。在本发明中，当位于光学部件第一侧的物体能被位于光学部件另一侧的观看者观看，且没有明显的对比度损失时，光学部件被认为是透明的。物体和观看者各定位在离光学部件一定距离之处。换句话说，物体的图像透过光学部件而成像，且在视觉上不存在失真。在本发明中，术语“透明”的定义应用于所有的在本描述中如此所指的物体。

靠近光学部件表面的单元由壁部隔开。这些隔开的壁部防止包含在单元中的物质在光学部件使用期间逐渐混合在一起。这保证了光学部件，或从该部件获得的光学元件几乎无限的使用寿命。

假定每一壁部具有平行于光学部件表面的有限的厚度，特别是0.1μm(微米)和5μm之间，这使得撞击在部件上的壁部位置处的光发生微观的近焦衍射。如果壁部在光学部件的表面上形成周期晶格，则分别由所有壁部衍射的入射光通量的部分由于相长干涉效应而在某些单独方向上组合起来。发生了宏观衍射，其使由该部件传输或反射的光线在几个出现的分离方向上汇聚。因此对于观看者来说，光学部件呈现黑色，继而又突然变亮，这是因为它相对于观察者的方向改变了并且观察方向与衍射方向一致。换句话说，源自光学部件表面的光闪烁被短暂地呈献给观看者。这样的闪烁视觉上无吸引力且在眼科领域是不能被接受的。

已知存在着具有单元结构的透明光学部件，单元结构具有在单元之间的弯曲分隔壁部，就如在文献WO 2007/010414所见。这些弯曲壁部限制了宏观衍射现象。确实，弯曲壁部各自在多个平面上以交错角衍射光线，以便减少来自所有壁部衍射贡献之间的干涉所产生的光线汇聚。这大量减少了在单独方向上光闪烁的出现。然而，制造弯曲壁部比直壁部更为复杂，且在弯曲壁部之间交界处填充单元额外增加了难度。

还已知的是，使用具有网状结构的透明光学部件，该网状结构中的单元具有随机的几何形状和随机的分布。再次，单元之间壁部布置的解构，防止了由所有壁部衍射的光线在独立的方向上汇聚。然而，优化这样的单元之间壁部布置需要一系列模拟退火步骤，以获得具有足够散播角度的衍射光线的分布。这些模拟的退火步骤需要特别长的计算。

发明内容

本发明的一个目的在于，使用相当简单并快速的工业手段，消除由于光学部件中的衍射引起的光闪烁，该部件具有由壁部隔开的单元。

为此目的，本发明提出了制造具有网状结构的透明光学部件的方法，这个部件包括形成了平行于部件表面的并排排列的单元组的壁部网络，在部件两侧之间，每一壁部垂直于部件表面延伸，以隔开两相邻单元，且每一壁部具有平行于部件表面的在0.1μm到5μm之间的厚度，该方法包括以下步骤：

/1/在部件表面中确定一组点，在该表面上这些点组不规则分布，每一点被用于形成单元之一的中心；且

/2/确定平行于部件表面的每一壁部的位置和方向，以便壁部网络形成部件表面的维诺(Voronoi)分区，该维诺分区由从单元中心构建的多边形组成，以便整个壁部网络包含具有平行于部件表面的分别是不同方向的至少五个壁部。

“点的不规则分布”应被理解为指未形成规则重复图案的分布。

在步骤/2/中，通过对步骤/1/中确定的一组点中所有成对相邻的点画出垂直二等分线而获得部件表面的维诺分区。继而，针对每一对相邻的点，壁部被放置在垂直二等分线上，位于两个相交直线之间，一个相交直线是这个垂直二等分线与相对于所述对中两个点之一的垂直平分线的交线，另一个相交直线是与相对于该对之外的另一个相邻点的垂直二等分线的交线。每个单元继而由所有点组成，这些点比起其他任意单元中心而言更为接近这个单元的中心。部件表面这样的细分可以通过电脑快速生成，而无需复杂的计算资源。

当这样的维诺分区被应用于步骤/1/中确定的单元中心的不规则分布时，其导致单元之间壁部的随机分布，这些壁部有效地减弱了由壁部组衍射的光线的任意汇聚。

为了增加光线部件的透明度，形成单元中心的该组点可有利地在步骤/1/中确定，这样，由部件散射的光线其角度分布的特性，因为步骤/2/中确定的壁部，而最小化或小于预定临界值。为此目的，散射光线从照亮部件的平行光线束中生成。

“散射光线的角度分布特性”被理解为一种物理量，该物理量的值依据相对于光学部件的成角度方向而定。换句话说，该讨论中的特性，当其在部件中指定位置测量之时，取决于穿过光源和部件中涉及位置的第一线，及在穿过部件中这个位置和光探测仪的第二线之间的角度。

有利地，最小化这样的特性使得部件透明度的水平相对于初始水平增加。所获得的透明度水平还可以与预定临界值相比。针对散射光线的角度分布特性，这样的临界值继而可以构成最大可接受值。

在本发明优选的实施例中，散射光线的角度分布特性可以是第一阶衍射峰值的振幅。这样的选择特别可取，因为第一阶衍射峰值通常大于更高阶的衍射峰值。换句话说，第一阶衍射峰值的振幅是适于评估光学部件透明度的标准。

在本发明第一类型的实施例中，被用于形成单元中心的点可直接在步骤/1/中确定，且在部件表面中具有不规则的分布。

在本发明第二类型的实施例中，步骤/1/可包括下面的子步骤：

/1-1/在部件表面中针对用以形成单元中心的那些点选择第一不规则分布，然后

/1-2/将这些点其中至少一个移动到在第一不规则分布中该点的初始位置上，以便获得针对步骤/2/中应用的点组的不规则分布。

附加子步骤/1-2/比第一实施例获得更为不规则的单元中心分布。那么，通过光学部件产生的任意光闪烁其减少或消除更为有效。

在本发明这两种类型的实施例中，部件表面中点不规则分布的密度，在初始选择的分布中，可能取决于由部件执行的光学函数的梯度。在执行本发明的方法之后最终获得的单元结构进而适于部件的光学函数。

本发明的第三种实施例可通过在子步骤/1-1/中，用规则分布替代形成单元中心的点其不规则分布而获得。子步骤/1-1/进而可以非常简单地由电脑执行，且子步骤/1-2/继而保证最终获得的细分为单元的部件表面足够不规则，从而为部件透明度获得足够的水平。

优选地，子步骤/1-2/中移动的每一点其平移矢量，可以随机或伪随机确定，针对平行于部件表面的这个平移矢量的方向和长度，该长度还可以由部件表面限定。

“伪随机确定”被理解为指应用电脑算法模拟随机确定的方法。

该方法可额外地包括用具有可变量折射率的透明基底填充每一单元，这样，至少一些单元为穿过部件两相反侧之间的这些单元的光线产生可变相移。包含在不同单元中的基质还可具有可变的吸光性。

最后，本发明可用于各种光学或眼科部件的生产。特别地，光学部件可包括透镜、或打算用于覆在透明基底上以形成透镜的膜。更特别地，该透镜可以是眼镜用的眼科透镜。为了这些应用，光学部件透明度水平是最终产品的基础特性。此外，在眼科应用中，为观看者从部件中消除可见的光闪烁满足了这个领域中特定的美学要求。

附图说明

本发明的其他特征和优点将通过参考附图从下面的非限定性示例的说明中变得清楚：

-图1示出了本发明应用的透明光学部件，

-图2示出了根据本发明制造的网状结构的一部分，

-图3为在本发明特别实施例中的方法其步骤的框图，

-图4a再现了根据本发明生产的光学部件的网状结构，

-图4b再现了图4a中光学部件的光线散射图，且

-图5a和5b分别相应于图4a和4b的本发明另一实施例。

为清楚起见，图1和2中所示的元件尺寸不与实际尺寸相应或者成比例。此外，不同附图中相同的附图标记表示相同的元件或具有相同功能的元件。

具体实施方式

如图1所示，光学部件100可以是具有前侧S₁和后侧S₂的眼科透镜。在所示示例中，S₁侧是凸的，S₂侧是凹的。这两侧S₁和S₂之一，比如S₁，支撑垂直于S₁侧延伸的壁部106的网络，所有壁部的高度h可相同。壁部106可直接在透镜100的基础基底上，或者在基础基底上的透明膜上。壁部106将S₁侧分为一组单元104，其中，两相邻单元104通过壁部106相互隔开。

S₁和S₂侧由四周边缘B界定，当透镜100被裁切而形成组装在眼镜框架中的眼镜镜片之时，该边缘可以是直径为65mm(毫米)的圆形。

每一壁部106具有平行于S₁侧的厚度e，，其可以在0.1μm(微米)到5μm之间。由于这个厚度e，在任意壁106处，穿过S₁和S₂侧之间透镜100的可见光被衍射。所有壁部106的累积衍射可导致在不同方向上透镜100传输或反射的光线汇聚。特别是当在壁部106的网络是规则的或间歇的这种情况下。为了防止传输或折射光线成如此的角度汇聚，参考附图2和3说明的本发明涉及透镜100其S₁侧上壁部106的不规则网络的确定。

首先在透镜100的S₁侧上确定不规则分布的点组101。当被形成在S₁侧上时，点101的分布不形成如方形、长方形、三角形或六边形的基础图案。有一些方法可选地可用于获得这样的点101的不规则分布。

在第一种方法中，点101首先选择为具有在图3步骤401期间已经为不规则的分布。这种情况下，该方法可在步骤403中，按照附图标记400所示的顺序直接继续进行。

在第二种方法中，点101首先根据S₁侧中的任意分布在步骤401期间进行选择，然后在分离的步骤402期间被不规则地转移到S₁侧上。这个分离的步骤402保证了无论步骤401中采纳的点101的初始分布如何，点101最终的分布都是不规则的。在这第二种方法中，点101可先在步骤401中，根据规则的分布或者已经是不规则的、随机或伪随机的分布进行选择。特别地，当退出步骤401之时，该分布最初是规则的时候，点101其分布可具有方形、长方形、等边三角形或六边形的格子图案。

在步骤402中，平移矢量103以随机或伪随机方式确定，并施加到点101的至少某部分上。以这种方式平移的点101可被随机选择，或者所有的点101都可平移。被平移的点101在图2中以105表示。然而，为了清楚起见，在步骤402中由于平移而得到的这些点105随后以101表示，因为在该方法剩下的步骤中，它们取代了在步骤401中形成的点101。当然，每一平移矢量103具有限定的长度，这样，点105仍然在S₁侧内，而S₁侧自身由其四周边缘B限定。

当步骤402被应用于点101的规则初始分布时，平移矢量103可被确定为各具有长度为点101的规则初始分布的点阵参数的0.5到2.5倍之间的最大长度。因此步骤402将不规则性引入到点101的分布中，同时限定了在S₁侧中的这些点在局部密度中的变量。

在两种方法中，其相应于401(对第一种方法则为400)诸顺序，或步骤401(对第二种方法则为402)，点101可在步骤401中根据取决于透镜100光学函数的梯度的局部密度首先进行选择。单元104更高的密度更适于在函数中获得明显的变量，在相邻单元104之间该函数借由这个函数的连续变量离散地变化。这样的函数可以是，比如，透镜100吸光性的水平、单元组形成的层的光折射率等。

在步骤403期间，确定成对的相邻点101的垂直二等分线。因此，构成每一点101的单元，其包含了这个点101，且其为由这些垂直二等分线限定的S₁侧的最小部分。以这种方式进行的侧S₁的划分相应于分成单元104的维诺分区(Voronoi分区)。每一点101在单元104的中心。点101分布的不规则性，在步骤401或402结束时，保证了壁部106的位置和方向是不规则的。特别地，壁部106的网络包含了具有不同方向并平行于S₁侧的至少五个壁部。壁部106的网络因此足够不规则，以防止由壁部106引起的光线衍射造成的相长干涉的出现，该干涉对于移动着的观看者而言形成为来自透镜100的光闪烁。

图4a再现了以刚刚说明过的方式确定的壁部106的网络，其根据点101的初始方形分布，其具有被限定为方形点阵，将平移矢量103的长度限定到方形点阵参数的1.27倍。点101初始网络的该方形点阵参数等于100μm，且所有壁部106具有5μm的厚度。x和y表示定义S₁侧上每一点的参照系的两个垂直轴线。x和y轴线的坐标以毫米(mm)表示。

图4b再现了相应于图4a的透镜100的衍射图。x轴是穿过透镜100发送的平行光线束的偏离角度，以度(°)表示。y轴表示针对每一偏离值的整个透镜100的衍射有效性，以分贝(dB)表示。这个衍射有效性等于特定偏离角度的衍射光线的强度除以直接进入透镜100的入射光束的强度。中心峰值300相应于透过透镜100的传输，且不会从光束的入射方向上偏离。两个侧峰301相应于第一阶衍射的成角度偏离。

作为比较，图5a和5b分别相应于图4a和4b，将平移矢量103的长度限制为方形点阵其点阵参数的0.5倍。对于这些图5a和5b，点101的初始方形点阵其点阵参数再次等于100μm，且所有的壁部106再次具有5μm的厚度。

图5b显示包含了再次用300表示的零阶衍射峰的一组衍射峰，用201表示两个第一阶衍射峰，用202表示两个第二阶衍射峰，以及用203表示两个第三阶衍射峰。高于第三阶的衍射峰未示出。为了对称起见，峰201、202、203成对展示。

比较图4b和5b，可见平移矢量103最大长度上的增加使得第二和第三阶衍射峰消失，且减弱了第一阶衍射峰。峰201和301的振幅，相应于第一阶衍射，因此能被认为是由本发明获得的提高透镜100其透明度的指标。

在步骤404期间(图3)，这个第一阶衍射振幅可与预定临界值比较。如果它仍然高于这个临界值，则可以重复该方法中的步骤402和403，可通过增加平移矢量103的最大长度，或者通过执行步骤402，利用由在先执行的步骤402而获得的点101和105获得该增加。

当第一阶衍射峰的振幅变得低于预定临界值时，接着确定的壁部106的网络是明确的，且透镜100可以在步骤405中，利用根据这个网络设置的壁部106制造得到。

由本发明获得的透镜100透明度的提高的另一个指标，可以是在零和第一阶峰值之间衍射效率波谷的深度。

由壁部106限定的单元104可以填充光学物质，以达到单独填充水平，该水平在点101构成每一单元104的中心，其相应于透镜100其光学函数的值。所使用的光学填充物质可在不同单元104之间变化。比如，每一单元104可填充具有可变折射率的透明基质，这样，对于在透镜100的两侧S₁和S₂之间穿过这些单元的光线，单元104产生可变相移。每一单元104可进行填充以获得相移目标值，该值已经由构成中心的点100确定。因此，除了由S₁和S₂侧各自曲率之间差异确定的初始光强度，能赋予透镜101额外的光强度。

Claims (15)

1.具有网状结构的透明光学部件(100)的生产方法，该光学部件适于为使用者提供一物体的像，其中所述物体位于所述部件的第一侧且距离所述部件第一间距，所述使用者位于相反于所述第一侧的所述部件的第二侧并距离所述部件第二间距，所述部件包括形成了平行于所述部件的表面(S₁)并排排列的单元组(104)的壁部(106)网络，在所述第一侧和所述第二侧之间，每一壁部垂直于所述部件表面延伸以分开两个相邻的单元，且每一壁部具有平行于所述部件表面的在0.1μm到5μm之间的厚度，所述方法包括以下步骤：

/1/在所述部件(100)的表面(S₁)中确定一组点(101，105)，所述点在所述表面内不规则分布，每一点被用于形成任一所述单元(104)的中心；

/2/确定平行于所述部件(100)的表面(S₁)的每一壁部(106)的位置和方向，以便于所述壁部网络形成所述部件的所述表面的维诺分区，所述维诺分区包含从所述单元(104)的中心构建的多边形，所述维诺分区的获得方式为通过对步骤/1/中确定的一组点中所有成对相邻的点画出垂直二等分线，继而针对每一对相邻的点，所述壁部被放置在所述垂直二等分线上，位于两个相交直线之间，一个所述相交直线是所述垂直二等分线与相对于所述成对相邻的点之一的垂直平分线的交线，另一个所述相交直线是与相对于所述成对相邻的点之外的另一个相邻点的垂直二等分线的交线，以便于所述壁部网络包含至少五个具有平行于所述部件的所述表面的各自不同方向的壁部(106)；以及

/3/生产所述透明光学部件(100)，所述透明光学部件(100)具有由步骤/2/获得的所述壁部(106)网络。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成所述单元(104)的所述中心的所述一组点(101，105)在所述步骤/1/中确定，以便由所述部件(100)的散射光的成角度分布特性是最小的，或者小于预定临界值，其中，所述部件(100)具有在步骤/2/中确定的所述壁部(106)，所述散射光从照亮所述部件的平行光束中产生。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述散射光的所述成角度分布特性是第一阶衍射峰(201，203)的振幅。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，用于形成所述单元(104)的所述中心的所述点(101)直接在步骤/1/中确定，其中所述点具有在所述部件(100)的所述表面(S₁)中的不规则分布。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述部件(100)的所述表面(S₁)中点(101)的所述不规则分布其密度取决于由所述部件提供的光学函数的梯度。

6.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，步骤/1/包括以下子步骤：

/1-1/针对被用于形成所述单元(104)的所述中心的所述点(101)，在所述部件(100)的所述表面(S₁)中选择第一不规则分布，然后

/1-2/移动这些点(101)中的至少一个，其中，这些点被用于形成任一所述单元(104)的所述中心，所述移动相对于所述第一不规则分布中所述点的初始位置，以便获得针对所述一组点(105)的所述不规则分布，其中，步骤/2/被应用于所述一组点中。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在子步骤/1-1/中选择的，所述部件(100)的所述表面(S₁)中点(101)的所述第一不规则分布的密度，取决于由所述部件实施的光学函数的梯度。

8.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，步骤/1/包括以下子步骤：

/1-1/针对被用于形成所述单元(104)的所述中心的所述点(101)，在所述部件(100)的所述表面(S₁)中选择规则分布，然后

/1-2/移动被用于形成所述单元(104)之一的所述中心的所述点(101)中至少一个，所述移动相对于所述规则分布中所述点的初始位置，以便获得步骤/2/中应用的所述点组(105)的所述不规则分布。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在子步骤/1-1/中选择的，所述部件(100)的所述表面(S₁)中所述点(101)的规则分布，具有选自方形、长方形、等边三角形或六边形图案的点阵图案。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，在子步骤/1-2/中移动的每一点(101)的平移矢量(103)的最大长度，是子步骤/1-1/中选择的所述规则分布的点阵参数的0.5至2.5倍之间。

11.根据权利要求6或8所述的方法，其特征在于，在子步骤/1-2/中移动的每一点(101)的平移矢量(103)以随机或伪随机方式确定，所述平移矢量的方向和长度平行于所述部件(100)的所述表面(S₁)，而所述平移矢量的长度还可以由所述部件的所述表面限定。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括将具有可变折射率的透明物质填充到每一单元(104)，以便至少一些单元针对光线产生可变相移，其中所述光线穿过所述部件(100)的第一和第二侧之间的所述单元。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，填充每一单元(104)，以便由所述单元产生的相移相应于针对所述单元的所述中心(101，105)而确定的相移目标值。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述光学部件(100)包括透镜，或准备用于在形成透镜的透明基底上的膜。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述光学部件(100)包括用于眼镜的眼科透镜、或准备用于在形成眼镜用光学透镜的透明基底上的膜。