CN107656379B - 一种基于液晶透镜的变焦眼镜 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于液晶透镜的变焦眼镜，涉及眼镜领域，包括用于矫正视力的双屈光度镜片，双屈光度镜片包括：第一镜片基板、第二镜片基板、填充于第一镜片基板和第二镜片基板之间的液晶层以及设置于液晶层四周的液晶贴合边框；第一镜片基板和第二镜片基板内侧分别设置有第一电极层和第二电极层；本发明通过给电极施加电压，控制液晶旋转并切换折射率，达到控制镜片屈光度的目的。本发明提供的眼镜无间隔、外表美观，无棱镜性跳跃现象，用户观察远景物可切换到高度数眼镜，观察近景时切换低度数眼镜，改善用户视力。本发明不采用支撑柱，避免支撑柱眼镜折射率的影响，可以使得各个区域的折射率均衡，有效提高镜片各个区域的屈光度的均匀性。

Description

一种基于液晶透镜的变焦眼镜
技术领域
本发明涉及眼镜领域，特别是涉及一种基于液晶透镜的变焦眼镜。
背景技术
在矫正视力的案例中，经常需要一副眼镜具有两种矫正度数。例如老人或老花眼用户近看报纸时，需要用老花镜(凸透镜)观看，当看远处景物时，需要用平光镜观看。又例如，在青少年假性近视中，也需要两个度数的眼镜，避免近视度数加深并矫正视力，用户可以自行调整眼镜的度数，适应不同场景的需求。
现有技术中，存在一种双光镜片(或称双焦点镜片)，它将两种不同屈光力磨在同一镜片上，成为两个区域的镜片，如图2所示。其不足之处在于：它是将一个镜片分为两个区域，造成了眼镜不同区域有明显间隔、外表不美观，有棱镜性跳跃现象，上下楼会头晕等问题；同时，需要一直手抬拿眼镜框来改变焦点，操作不便。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于液晶透镜的变焦眼镜。旨在实现眼镜镜片两种焦距的可调节，解决现有技术双光镜片的不同区域有明显间隔、外表不美观，有棱镜性跳跃现象等问题。同时，本发明在第一基板和第二基板之间不设置支撑柱，避免支撑柱影响眼镜各个区域的折射率。
为实现上述目的，本发明提供了一种基于液晶透镜的变焦眼镜，包括用于矫正视力的双屈光度镜片，所述双屈光度镜片包括：
第一镜片基板、第二镜片基板、填充于所述第一镜片基板和第二镜片基板之间的液晶层以及设置于所述液晶层四周的液晶贴合边框；所述第一镜片基板和所述第二镜片基板内侧分别设置有第一透明电极层和第二透明电极层；当所述第一透明电极层和第二透明电极层不施加电压时，液晶处于第一状态；当所述第一透明电极层和第二透明电极层施加电压时，液晶处于第二状态；
所述液晶层的两个界面中至少一个界面为弧形结构；所述双屈光度镜片用于矫正视力，所述双屈光度镜片在第一状态和第二状态之间的屈光度差
Figure GDA0002104523640000021
所述ns1为第一状态下的液晶层折射率，所述ns2为第二状态下的液晶层折射率，所述ns1≠ns2，且
Figure GDA0002104523640000022
所述r1为液晶层第一界面的主光轴的曲率半径，r2为液晶层第二界面的主光轴的曲率半径，所述r1＞0，所述r2＞0；若所述液晶层的第一界面为凹面，则所述α＝-1；若所述液晶层的第一界面为平面，则所述α＝0；若所述液晶层的第一界面为凸面，则所述α＝1；若所述液晶层的第二界面为凹面，则所述β＝-1；若所述液晶层的第二界面为平面，则所述β＝0；若所述液晶层的第二界面为凸面，则所述β＝1。
在该技术方案中，提供双屈光眼镜的结构和参数，通过给电极施加电压，控制液晶旋转并切换折射率，达到控制镜片屈光度的目的。本发明提供的眼镜，虽然为三层结构，但是在外形上保持与现有眼镜类似，兼容现有镜框以及用户习惯。与双光镜片相比，眼镜镜片两种焦距的可调节，不同区域无间隔、外表美观，无棱镜性跳跃现象等问题。本发明用于假性近视矫正，可以使用户观察远处景物时切换到高度数眼镜，观察近处景物时切换的低度数眼镜，以改善用户视力。此外，在本发明中，液晶层之间不设置支撑柱对第一基板和第二基板进行支撑，其原因在于，一方面支撑柱本身具有折射率，会影响眼镜的屈光度，使得眼镜度数失真，另一方面，为了保证双屈光度差，本发明的双屈光镜片相对于传统液晶盒要更厚一些，镜片液晶层厚度精度无需显示领域的液晶盒那么高，无需支撑柱依然能够满足各个区域液晶层厚度满足设计要求。总之，本发明不设置支撑柱的优点在于，改善眼镜镜片的屈光度均匀性，改善镜片的光学性能。此外，通过
Figure GDA0002104523640000031
可以有效的配置不同双屈光度差的镜片，镜片制造简单。
进一步而言，所述液晶贴合边框与所述第一镜片基板边缘留有间距，所述液晶贴合边框与所述第二镜片基板边缘留有间距，并形成以所述液晶贴合边框、第一镜片基板、第二镜片基板构成的安装槽，所述安装槽用于将所述双屈光度镜片安装于所述眼镜的镜框上。
在该技术方案中，贴合边框和基板边缘之间留有间隙，用于将镜片安装在镜框上，包括将镜片安装在半框眼镜的拉线上。无需验光师再次开设一个用于安装镜片的凹槽，简化镜片装配的工艺。
进一步而言，所述第一透明电极层上设置有用于预配置所述液晶层取向的第一配向层，所述第二透明电极层上设置有用于预配置所述液晶层取向的第二配向层；所述第一配向层和第二配向层是采用光配向获得，所述液晶层采用负性液晶；当所述双屈光度镜片处于第一状态，所述负性液晶为竖向排列；当所述双屈光度镜片处于第二状态，所述负性液晶沿电场排列。
在该技术方案中，采用光配向和负性液晶，提高眼镜各个区域的一致性，避免摩擦配向的各个区域损伤造成不一致。同时，在电场下实现了液晶两个折射率的切换。
在一实施例中，所述第一配向层和第二配向层的配向方向为沿双屈光镜片主光轴方向。
在该技术方案中，配向方向采用沿双屈光镜片主光轴方向，其有益效果在于紫外曝光角度为从主光轴正方向照射至基板，只需一个平行光源，曝光效率高、速度快。
在一实施例中，所述第一配向层和第二配向层的配向方向为沿所述第一镜片基板或第二镜片基板径向方向。
在该技术方案中，配向方向是沿基板的径向方向，其有益之处在于，各个视角的成像效果好。
进一步而言，在一具体实施例中，所述液晶层在位置Li的厚度
Figure GDA0002104523640000041
所述d0为主光轴方向上的液晶层厚度，所述θi1为所述第一基板在位置Li的径向与主光轴的夹角。
在该技术方案中，通过不同位置设定合理的液晶层高度，保证各个位置的均能得到良好的矫正视力效果。
值得一提的是，第一镜片基板和第二镜片基板可以对光进行折射，也可以不影响光的折射路径；在本发明一实施例中，第一镜片基板、第二镜片基板以及液晶层均参与光的折射；为了减少加工工序和加工成本，第一镜片基板两侧曲率半径相等或者第二镜片基板两侧的曲率半径相等。
在一实施例中，所述第一镜片基板的第三界面的主光轴曲率半径r3和第四界面的主光轴曲率半径r4相等。
在一实施例中，所述第二镜片基板的第五界面的主光轴曲率半径r5和第六界面的主光轴曲率半径r6相等。
进一步而言，所述第一镜片基板和第二镜片基板至少一个用于抛光，并调整所述双屈光度镜片在第一状态下的第一双屈光度值。
在该技术方案中，本发明为了便于验光师微调眼镜的度数，第一镜片基板和第二镜片基板中至少有一个用于抛光，避免预设的镜片度数与用户不匹配，减少镜片出厂型号的分类，提高镜片的适应性。
本发明的有益效果是：本发明提供双屈光眼镜的结构和参数，通过给电极施加电压，控制液晶旋转并切换折射率，达到控制镜片屈光度的目的。与双光镜片相比，眼镜镜片两种焦距的可调节，不同区域无间隔、外表美观，无棱镜性跳跃现象等问题。本发明用于假性近视矫正，可以使用户观察远处景物时切换到高度数眼镜，观察近处景物时切换的低度数眼镜，以改善用户视力。此外，不采用支撑柱，避免支撑柱眼镜折射率的影响，可以使得各个区域的折射率均衡，有效提高镜片各个区域的屈光度的均匀性。在本发明中，贴合边框和基板边缘之间留有间隙，用于将镜片安装在镜框上，包括将镜片安装在半框眼镜的拉线上。无需验光师再次开设一个用于安装镜片的凹槽，简化镜片装配的工艺。
附图说明
图1是现有技术中的一种双光镜片结构示意图；
图2是本发明一具体实施例的结构示意图；
图3是本发明一具体实施例中的液晶配向结构示意图；
图4是本发明另一具体实施例中的液晶配向结构示意图；
图5是本发明一具体实施例中的液晶在电场作用下的结构示意图；
图6是本发明一具体实施例中的镜片几何参数示意图；
图7是本发明另一具体实施例中的镜片几何参数示意图。
具体实施方式
本发明可以实现双光老花镜、双光近视眼镜，眼镜镜片表面光滑，无现有技术镜片的棱镜性跳跃现象，外表美观等优点，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图1-7所示，在本发明第一实施例中，提供一种基于液晶透镜的变焦眼镜，包括用于矫正视力的双屈光度镜片，如图1所示，所述双屈光度镜片包括：
第一镜片基板101、第二镜片基板107、填充于所述第一镜片基板101和第二镜片基板107之间的液晶层104以及设置于所述液晶层104四周的液晶贴合边框108；所述第一镜片基板101和所述第二镜片基板107内侧分别设置有第一透明电极层102和第二透明电极层106；当所述第一透明电极层102和第二透明电极层106不施加电压时，液晶处于第一状态；当所述第一透明电极层102和第二透明电极层106施加电压时，液晶处于第二状态；
所述液晶层104的两个界面中至少一个界面为弧形结构；所述双屈光度镜片用于矫正视力，所述双屈光度镜片在第一状态和第二状态之间的屈光度差
Figure GDA0002104523640000061
所述ns1为第一状态下的液晶层104折射率，所述ns2为第二状态下的液晶层104折射率，所述ns1≠ns2，且
Figure GDA0002104523640000062
所述r1为液晶层104第一界面的主光轴的曲率半径，r2为液晶层104第二界面的主光轴的曲率半径，所述r1＞0，所述r2＞0；若所述液晶层104的第一界面为凹面，则所述α＝-1；若所述液晶层104的第一界面为平面，则所述α＝0；若所述液晶层104的第一界面为凸面，则所述α＝1；若所述液晶层104的第二界面为凹面，则所述β＝-1；若所述液晶层104的第二界面为平面，则所述β＝0；若所述液晶层104的第二界面为凸面，则所述β＝1。
在本实施例中，所述液晶贴合边框108与所述第一镜片基板101边缘留有间距，所述液晶贴合边框108与所述第二镜片基板107边缘留有间距，并形成以所述液晶贴合边框108、第一镜片基板101、第二镜片基板107构成的安装槽，所述安装槽用于将所述双屈光度镜片安装于所述眼镜的镜框上。
在本实施例中，所述第一透明电极层102上设置有用于预配置所述液晶层104取向的第一配向层103，所述第二透明电极层106上设置有用于预配置所述液晶层104取向的第二配向层105；所述第一配向层103和第二配向层105是采用光配向获得，所述液晶层104采用负性液晶；当所述双屈光度镜片处于第一状态，所述负性液晶为竖向排列；当所述双屈光度镜片处于第二状态，所述负性液晶沿电场排列，如图5所示。
值得一提的是，配向层的配向方向可以根据实际生产需要进行确定，可选的配向方向沿镜片主光轴或者基板的径向方向。
优选地，在本实施例中，所述第一配向层103和第二配向层105的配向方向为沿双屈光镜片主光轴方向，如图3所示。在本发明另一实施例中，第一配向层103和第二配向层105的配向方向为沿所述第一镜片基板101或第二镜片基板107径向方向，如图4所示。
为了保证，各个区域的眼镜成像效果良好，液晶层各个区域的厚度应当满足一定的厚度需求。在本实施例中，所述液晶层在位置Li的厚度
Figure GDA0002104523640000081
所述d0为主光轴方向上的液晶层厚度，所述θi1为所述第一基板在位置Li的径向与主光轴的夹角。在本实施例中，通过不同位置设定合理的液晶层高度，保证各个位置的均能得到良好的矫正视力效果。
值得一提的是，第一镜片基板101和第二镜片基板107可以对光进行折射，也可以不影响光的折射路径；在本发明一实施例中，第一镜片基板101、第二镜片基板107以及液晶层104均参与光的折射；而了减少加工工艺步骤，也可以将镜片基板的两个界面的曲率半径设置为相等。
在本发明一实施例中，第一镜片基板101的第三界面的主光轴曲率半径r3和第四界面的主光轴曲率半径r4相等。优选地，在本实施中，所述第二镜片基板107的第五界面的主光轴曲率半径r5和第六界面的主光轴曲率半径r6相等。
值得一提的是，为了便于验光师对镜片度数进行微调，第一镜片基板101和第二镜片基板107至少一个用于抛光，并调整所述双屈光度镜片在第一状态下的第一双屈光度值。优选地，在本实施例中，第一镜片基板101用于抛光并调整镜片度数。在本发明另一实施例中，是采用第二镜片基板107抛光并微调镜片度数。
值得一提的是，在本实施例中，贴合边框108可以采用3D打印工艺或者网版印刷制造。
下面以具体配眼镜示例进行说明。
示例1，如图6所示，用户需配备常态度数为200度、第二状态度数为150度的近视眼镜，即第一屈光度为-2D，第二屈光度为-1.5D，双屈光度差为-0.5D。图中，自下而上分别为第一镜片基板101、液晶层104、第二镜片基板107。其中，第一镜片基板101下表面还有用抛光微调镜片度数，第二镜片基板107的上下界面曲率半径相同，屈光度
Figure GDA00021045236400000911
为0。
液晶层104的光学结构，选用凹凸镜形式，α＝-1，β＝1；由于液晶材料选定之后，液晶的双折射率及双折射率差就确定了，假定，液晶的第一折射率为1.8，第二折射率为1.3，第二曲率半径
Figure GDA0002104523640000091
根据可得r2＝0.5m。
根据
Figure GDA0002104523640000093
求得液晶层104的第一状态屈光度
Figure GDA0002104523640000094
根据
Figure GDA0002104523640000095
求得液晶层104的第二状态屈光度
Figure GDA0002104523640000096
根据
Figure GDA0002104523640000097
求得第一镜片基板101的屈光度
Figure GDA0002104523640000098
即需要选取屈光度为-1.0D的第二镜片基板107，并对第二镜片基板107的下表面进行抛光处理，以便调整度数。
关于液晶层各个位置的厚度参数问题，如图6所示，根据几何关系可得，各个位置的液晶层厚度
Figure GDA0002104523640000099
其中，d0根据验光师经验进行设定，一般取值范围为50μm-100μm。值得一提的是，在本示例中，液晶层104第一界面为凹形，α＝-1，第二界面为凸形，β＝1，实际上，各个位置的液晶层厚度
Figure GDA00021045236400000910
示例2，如图7所示，用户需配备常态度数为100度、第二状态度数为50度的老花眼镜，即第一屈光度为+1D，第二屈光度为+0.5D，双屈光度差为0.5D。图中，自下而上分别为第一镜片基板101、液晶层104、第二镜片基板107。其中，第一镜片基板101下表面还有用抛光微调镜片度数，第二镜片基板107的上下界面曲率半径相同，屈光度
Figure GDA00021045236400001012
为0。
液晶层104的光学结构，选用双凸镜形式，α＝1，β＝1；采用由于液晶材料选定之后，液晶的双折射率及双折射率差就确定了，假定，液晶的第一折射率为1.8，第二折射率为1.3，第二曲率半径根据
Figure GDA0002104523640000102
可得
Figure GDA0002104523640000103
根据
Figure GDA0002104523640000104
求得液晶层104的第一状态屈光度
Figure GDA0002104523640000105
根据
Figure GDA0002104523640000106
求得液晶层104的第二状态屈光度
Figure GDA0002104523640000107
根据
Figure GDA0002104523640000108
求得第一镜片基板101的屈光度
Figure GDA0002104523640000109
即需要选择屈光度+0.5D的镜片毛胚，并进行抛光处理，调整屈光度为+0.2D。
关于液晶层各个位置的厚度参数问题，如图7所示，根据几何关系可得，各个位置的液晶层厚度
Figure GDA00021045236400001010
其中，d0根据验光师经验进行设定，一般取值范围为50μm-100μm。值得一提的是，在本示例中，液晶层104第一界面为凸形，α＝1，第二界面为凸形，β＝1，实际上，各个位置的液晶层厚度
Figure GDA00021045236400001011
本发明的工作原理：在电极没有施加电压，在配向层作用下，液晶发生偏转，镜片的屈光度为第一屈光度；在电极施加电压情况下，受电场影响，液晶发生偏转，镜片的屈光度为第二屈光度。当然，本发明提供的双屈光眼镜可以在眼镜上设置开关，用户自己调整。也可以设置测距电路，检测物距，眼镜自身调整双屈光度。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于液晶透镜的变焦眼镜，包括用于矫正视力的双屈光度镜片，其特征在于，所述双屈光度镜片包括：
第一镜片基板、第二镜片基板、填充于所述第一镜片基板和第二镜片基板之间的液晶层以及设置于所述液晶层四周的液晶贴合边框；所述第一镜片基板和所述第二镜片基板内侧分别设置有第一透明电极层和第二透明电极层；当所述第一透明电极层和第二透明电极层不施加电压时，液晶处于第一状态；当所述第一透明电极层和第二透明电极层施加电压时，液晶处于第二状态；
所述液晶层的两个界面中至少一个界面为弧形结构；所述双屈光度镜片用于矫正视力，所述双屈光度镜片在第一状态和第二状态之间的屈光度差
Figure FDA0002104523630000011
所述ns1为第一状态下的液晶层折射率，所述ns2为第二状态下的液晶层折射率，所述ns1≠ns2，且
Figure FDA0002104523630000012
所述r1为液晶层第一界面的主光轴的曲率半径，r2为液晶层第二界面的主光轴的曲率半径，所述r1＞0，所述r2＞0；若所述液晶层的第一界面为凹面，则所述α＝-1；若所述液晶层的第一界面为平面，则所述α＝0；若所述液晶层的第一界面为凸面，则所述α＝1；若所述液晶层的第二界面为凹面，则所述β＝-1；若所述液晶层的第二界面为平面，则所述β＝0；若所述液晶层的第二界面为凸面，则所述β＝1。
2.如权利要求1所述的一种基于液晶透镜的变焦眼镜，其特征在于，所述液晶贴合边框与所述第一镜片基板边缘留有间距，所述液晶贴合边框与所述第二镜片基板边缘留有间距，并形成以所述液晶贴合边框、第一镜片基板、第二镜片基板构成的安装槽，所述安装槽用于将所述双屈光度镜片安装于所述眼镜的镜框上。
3.如权利要求1所述的一种基于液晶透镜的变焦眼镜，其特征在于：所述第一透明电极层上设置有用于预配置所述液晶层取向的第一配向层，所述第二透明电极层上设置有用于预配置所述液晶层取向的第二配向层；所述第一配向层和第二配向层是采用光配向获得，所述液晶层采用负性液晶；当所述双屈光度镜片处于第一状态，所述负性液晶为竖向排列；当所述双屈光度镜片处于第二状态，所述负性液晶沿电场排列。
4.如权利要求3所述的一种基于液晶透镜的变焦眼镜，其特征在于：所述第一配向层和第二配向层的配向方向为沿双屈光镜片主光轴方向。
5.如权利要求3所述的一种基于液晶透镜的变焦眼镜，其特征在于：所述第一配向层和第二配向层的配向方向为沿所述第一镜片基板或第二镜片基板径向方向。
6.如权利要求1所述的一种基于液晶透镜的变焦眼镜，其特征在于：所述液晶层在位置Li的厚度
Figure FDA0002104523630000021
所述d0为主光轴方向上的液晶层厚度，所述θi1为所述第一基板在位置Li的径向与主光轴的夹角。
7.如权利要求1所述的一种基于液晶透镜的变焦眼镜，其特征在于：所述第一镜片基板和第二镜片基板至少一个用于抛光，并调整所述双屈光度镜片在第一状态下的第一双屈光度值。
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