CN107817613A - 带有用于产生颜色效果的透明部件的眼镜 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种例如用于在眼镜中使用的透明部件（10）。该透明部件包括双折射层（11）和线性偏振层（12）。落在该透明部件（10）上的偏振光（15）展现出颜色效果。

Description

带有用于产生颜色效果的透明部件的眼镜

本发明涉及一种带有透明部件的眼镜，该透明部件在透过该透明部件看时产生颜色效果。

已知的是，透明部件可以具有当透过透明部件看时影响场景显现的方式的特性。例如，带有具有偏振特性的眼镜镜片的眼镜可以用于减少反射。然而，在这种情况下，仅减少了反射而没有提供任何“特殊效果”。例如，在US 7,093,935 B2中描述了具有偏振特性的太阳眼镜。

本发明的目的是提供一种带有透明部件的眼镜，该透明部件在透过该透明部件观看时提供颜色效果。

为此，提供一种如权利要求1所定义的眼镜。此外，提供一种如权利要求10所定义的用于制造眼镜的方法。从属权利要求限定另外的实施例。

眼镜通常是指用于校正、辅助或改变人的视觉和/或用于保护人的眼睛的装置。实例包括：眼镜镜片（还被称为眼镜片）、包括这样的眼镜镜片的眼镜、接触镜片、护目镜、例如用于滑雪面具等面具的护罩、或包括这样的护罩的面具。在此意义上，眼镜可以包括要被戴在人的头部上的装置或用于这样的装置的部件。在本发明中，眼镜通过提供颜色效果来改变视觉。

根据本发明，提供了一种带有透明部件的眼镜，该透明部件包括线性偏振层，并且其特征在于双折射层，其中观看方向延伸穿过该线性偏振层和该双折射层。该观看方向是人正规地使用眼镜时透过透明部件看的方向。例如，在眼镜的情况下，正规使用对应于人以正常的方式将眼镜配戴在他或她的头部上。

透明部件通常是指可以透过它看到场景（包括例如一个或几个物体）的部件。以上讨论的透明部件例如可以被提供作为眼镜镜片（又被称为眼镜片）。这样的眼镜镜片可以被设置在眼镜架中用于形成眼镜。以此方式，人可以更容易地配戴上因此形成的眼镜并且体验到颜色效果。

此处使用的线性偏振层是仅让在特定的偏振方向上具有线性偏振的光通过、而具有垂直于偏振方向的偏振的光无法通过的层。在此，“基本上”是指：取决于偏振层的品质，某些带有垂直于特定方向的偏振的光仍然可以通过该偏振层。偏振效率P在DIN EN 1836中被定义为P = (I_max - I_min)/(I_max + I_min)，I_max是偏振层的光透射率的最大值并且I_min是最小值。为了确定这些值，例如该线性偏振层被100%的线性偏振光照射，并且在偏振层的特定偏振方向与光的偏振方向之间的相对角度变化。当这些方向之间的角度是0°时，产生最大透射。对于另一角度（通常为大约90°），产生最小透射。在实施例中，偏振效率可以是至少60%、至少75%、或甚至更高。例如，高品质的偏振眼镜可以达到99%的偏振效率或更高。通常，本发明所提供的颜色效果由于偏振效率更高而更显著，但是另一方面，具有更高偏振效率的偏振层制造成本更高。

这样的偏振层在现有技术中本身是已知的。关于偏振器和偏振层的实例和另外信息例如可以在维基百科的关于偏振器的文章中找到https://en.wikipedia.org/wiki/polarizer（截止到2016年7月11日）。对于眼镜，例如微观光栅结构可以用于实现偏振效果。这样的眼镜在市场上可买到，例如正如http://www.zeiss.de/vision-care/de_de/products-services/veredelungen-und-toenungen/sonnenschutz-und-filterglaeser/polarisierende-brillenglaeser.html（截止到2016年8月19日）所提及的。

双折射层是包括双折射材料的层。双折射是具有取决于光的偏振和传播方向的折射率的材料光学特性。具有非立方晶体结构的晶体通常是双折射的，如在应力、例如机械应力下的塑料材料。

最简单且最常见的类型的双折射出现在单轴材料中。在单轴材料中，存在被称为光轴的单一方向，并且这些光学特性相对于该光轴旋转对称，因此是术语单轴。偏振垂直于这条光轴的光发生折射率n_O（被称为寻常折射率），而具有在光轴的方向上具有偏振的光发生不同的折射率n_e（被称为非寻常折射率）。具有垂直于光轴的偏振方向的光线被称为寻常光线。在该光轴的方向上具有偏振分量的光线被称为非寻常光线。这条光轴优选地位于双折射层在其中延伸的平面上。

例如在Zinth/Körner, Physik III., first edition 1994, R. OldenburgVerlag GmbH, pages 164-178 [Zinth/Körner，物理学III.，1994年第一版，R. OldenburgVerlag GmbH，第164-178页]中对双折射进行了描述。

双折射层可以由在像张应力（还被称为张力）等机械应力下的像聚碳酸酯或聚苯乙烯等透明塑料材料制成。这样的材料中的机械应力通过打破这样的材料的晶体结构的对称性而引起双折射。这样的材料比较便宜并且适合大量生产。这样的材料中的由应力引起的双折射是众所周知的特性并且例如在E. Milby的“Investigating StressBirefringence Using Photoelasticity [使用光弹性学研究应力双折射]”，http://fp.optics.arizona.edu/optomech/archive/Spr10/523L/Individual%20Project/Ezra_final%20Lab%20Writeup.pdf，或在R. Wimberger-Friedl，高分子科学期刊B部分：高分子物理学，1994年第32卷第4期中进行了描述。

正如例如在以上引用的R. Wimberger-Friedl的文章中所描述的，可以以机械方式（例如通过扩展透明塑料材料的膜、或通过热处理）引入像张力等应力。还可以以化学方式引起应力，因为化学不均匀性可以引起热膨胀系数的局部变化并且因此引起永久的机械应力。因此，通过应力本身来引入双折射很好地被理解并且可以简单地用于制造根据本发明的眼镜。

双折射层在寻常光线与非寻常光线之间引入了光程差，该光程差取决于几何距离（该双折射层的在观看方向上的厚度）以及折射率n_o和n_e之差。这个光程差对在双折射层的侧面落在透明部件上的偏振光引起颜色效果，这在基于干涉从偏振层的侧面观察时被看到。对于此效果，偏振光需要具有既不平行、也不垂直于该光轴的偏振方向，而是在两者之间，这样使得该光具有强度大致相同的非寻常光线分量和寻常光线分量。

例如当太阳光从非金属表面、或还有像汽车挡风玻璃等玻璃表面、或像路上的水坑等液体被反射时，产生偏振光。这样的反射的偏振效率取决于入射角度。从像石头等其他类型的材料反射的光不发生偏振。例如在“Polarisiertes Licht”www.physik.uni-erlangen.de/lehre/daten/Nebenfachpraktikum/Polarisiertes Licht.pdf（截止到2016年9月14日）中描述了细节。因此，当透过上述透明部件看时，看到引起光偏振的材料表面的颜色效果，而可能看到其他表面正常。

在优选实施例中，在线性偏振层的偏振方向与双折射层的透射偏振平面（寻常的和非寻常的）之间的角度是大约45°，例如在40°与50°之间。这样的角度引起了显著的颜色效果。

该双折射层在观看方向上的厚度可以被选择为使得寻常光线与非寻常光线之间的上述光程差引起大约2阶和3阶的干涉效应。与其他阶相比，这引起更明亮且更多彩的效果。这意味着，该光程差优选地在400 nm与1700 nm之间、更优选地在550 nm与1650 nm之间。

该偏振层和该双折射层可以、但不一定需要与彼此联接以便提供该透明部件作为单一单元（与实际分开的部件相比），例如以便提供可以被装运并合并到眼镜架中的眼镜镜片。

在一些实施例中，该双折射层可以在该平面上具有恒定的特性，这在整个透明部件上实现了相同的颜色效果。在其他实施例中，这些特性可以是不同的。例如，双折射层的层厚度可以变化，和/或双折射特性（n_o与n_e之间的差）可能例如由于在偏振层的区域上的塑料材料的不同应力而改变。在这样的情况下，在该透明部件上实现了不同的颜色效果。

在另一个优选实施例中，该透明部件包括另外的偏振层，该偏振层被安排成使得该双折射层夹在该偏振层与该另外的偏振层之间。该另外的偏振层的偏振方向优选地不同于该偏振层的偏振方向，例如与其大致垂直（例如在80°至100°或85°至95°的角度范围内）。

在这样的实施例中，通过该另外的偏振层使落在该透明部件上的所有光偏振。因此，所有的光发生颜色效果。换言之，透过该透明部件看到的整个场景通过颜色效果而显现为彩色的。

在另外的方面，提供了一种用于制造眼镜的方法，该方法包括提供线性偏振层并且其特征为提供双折射层，使得眼镜的观看方向延伸穿过该线性偏振层和该双折射层。

上述这些层的细节还适用于该方法。如上所述，例如，该双折射层可以通过提供受应力的塑料层来制造，其中，可以以机械方式、以热学方式和/或以化学方式引起该应力。并且，该方法可以包括提供另外的线性偏振层（如也在以上讨论的）。该方法可以用于制造上述眼镜。

为了提供对本发明的另外的理解，将参照附图对接下来的实施例进行描述，在附图中：

图1是根据实施例的透明部件的截面视图，

图2是图1的部件的平面视图，

图3是展示了颜色效果的不同阶的图解，

图4是根据另一个实施例的透明部件的截面视图，

图5是用于展示颜色效果的图解，

图6是使用根据实施例的透明部件的眼镜的透视图，

图7展示了透过实施例的透明部件可看到的场景，

图8至图10展示了双折射层提供的颜色效果，并且

图11是展示了根据实施例的方法的流程图。

图1是根据实施例的透明部件10的截面视图。透明部件10具有包括双折射层11和线性偏振层12的层结构。所示实施例中的折射层11是受应力的塑料层、尤其是聚碳酸酯层。此外，图1的透明部件10包括透明间隔层13、14，这些透明间隔层可以由任何适合的透明材料制成并且基本上无助于该透明部件的光学功能，偏振层12比双折射层11更靠近眼镜16。层11-14在平行的平面中延伸。

图2示出了透明部件10的平面视图以便展示不同的轴线和方向。图2中的透明部件10被示出为具有圆形形状。然而，还可以以其他形状（矩形形状、椭圆形形状或其他等）来提供透明部件10。

图2中的数字20表示双折射层11的轴线（即寻常轴线）。数字21表示与其垂直的方向并且因此展示了非寻常轴线。数字23展示了偏振层12的偏振方向。在图1和图2的实施例中，轴线20与偏振方向23之间的角度α以及非寻常轴线21与偏振方向23之间的角度β均为大致45°。

如箭头15所象征的，箭头22展示了入射光的示例性偏振方向。偏振方向22垂直于偏振方向23。透明部件10可以在使用时被定向成使得偏振方向23是竖直的（垂直于地面）。在这种情况下，偏振方向22对应于水平方向。当太阳光从像玻璃表面等某些表面、某些非金属表面、或水面被反射时，例如产生这样的水平偏振的光。由于偏振层12，在不具有双折射层11的情况下，在偏振方向22上偏振的光不会透射过透明部件10，因为偏振方向22垂直于偏振方向23。

由于双折射层11的存在，来自寻常光线和非寻常光线的光可能干涉，这引起颜色效果。具体地，通过所示偏振方向22，光可以被分解成平行于寻常轴线20的分量和平行于非寻常轴线21的分量，这些分量经受透过双折射层11的不同折射率以及因此不同的光程长度。这有效地引起偏振改变并且引起干涉效果，这些干涉效果使得使用者体验到颜色效果。具体地，取决于光程长度之间的光程差，特定颜色的寻常光线和非寻常光线可以在该偏振层处产生建设性的或破坏性的干涉，产生所讨论的颜色效果。

具体地，寻常光线分量（平行于轴线20的偏振）和非寻常光线分量（垂直于轴线20的偏振）的光程差Δ可以被写做：

Δ = n_o · d - n_e · d。

n_o是寻常折射率，n_e是非寻常折射率，并且d是双折射层11的厚度，如在图1中展示的。

根据光程差Δ，具有与偏振方向22相对应的偏振的白光显现出不同的颜色，如在图3中展示的。图3展示了根据单位为nm的光程长度差Δ而显现出的颜色。对于为零的路径长度差，基本上没有光如上所解释地透射，对应于黑色。随着路径长度差的增大，产生高透射率（在图3中被标记为白色），然后直到路径长度差为550 nm时变成红色。这对应于一阶透射。如展示的，对于更大的路径长度差，然后接着是二阶、三阶、以及四阶等。在每阶内，场景颜色从蓝色变成红色。对于更高阶，光强度或色饱和度减小。因此，优选地二阶和三阶用于提供本发明的颜色效果，对应于在大约550 nm与1650 nm之间的路径长度差。

应注意的是，这种效果仅针对偏振光发生。非偏振光不展显出这样的颜色效果。因此，通过使用图1的透明部件10，当透过透明部件10看时，只有发射偏振光的物体显现为彩色的。

图4展示了光学部件40的实施例，该光学部件提供不限制于落在透明部件40上的偏振光的颜色效果。透明部件40包括已经参照图1讨论的这些层，并且这些层具有相同的参考数字并且将不再详细描述。除了相对于图1描述的这些层之外，透明部件40还包括夹在两个另外的间隔层41、43之间的另外的线性偏振层42。与偏振层12相比，另外的偏振层42被安排在双折射层11的另一侧，使得双折射层11被夹在偏振层12与另外的偏振层43之间。

另外的偏振层43的偏振方向被选择为基本上垂直于偏振层12的偏振方向。返回参见图2，于是另外的偏振层43的偏振方向对应于用数字22指示的方向。

以此方式，箭头15指示的入射光的分量（这些分量没有在另外的偏振器42的偏振方向上偏振）被移除，使得到达双折射层41的所有光偏振。这即使非偏振光落在透明部件40上也引起存在颜色效果。

双折射层11可能是均匀的，即，在其整个区域上具有相同的双折射特性。这产生均匀的颜色效果。在其他实施例中，这些双折射特性可能是不均匀的，这产生如图5中示出的不同的颜色效果。

图5展示了通过受到机械应力的聚碳酸酯基体实现的效果，其中，该应力是不均匀的，在该基体的区域上产生不均匀的双折射行为。该基体被偏振光照亮并且是透过与偏振层12对应的偏振滤光镜来看的。在所示实例中，区域50基本上是白色的，而区域51基本上是黑色的，对应于一阶（参见图3）。沿着箭头52，二阶直至五阶遍历重复地从蓝色变成红色的颜色。因此，当使用具有不同双折射特性的双折射层时，可以实现不同的颜色效果。

图6展示了带有如上讨论的透明部件的、呈眼镜60的形式的眼镜的应用实例。眼镜60包括镜架61，该镜架带有作为眼镜镜片插入的图1的透明部件10或图4的透明部件40。当使用者配戴这样的眼镜60时，他/她在看他/她的周围环境时体验到这些颜色效果。透明部件10、40被设置为使得当以常规方式配戴眼镜60时，偏振层12面向配戴眼镜60的人的头部，而双折射层11比偏振层12离头部更远。

图7展示了可以透过图6的眼镜60看到的示例性场景。图7的示例性场景包括具有挡风玻璃71、车体72、以及轮胎73的汽车70。而且，该场景包括汽车70在其上行驶的街道75、以及石墙74。

当反射阳光时，挡风玻璃71和车体72使光水平地偏振。另一方面，石墙74、和街道75、以及轮胎73反射非偏振的光。因此，当透过具有作为眼镜镜片的透明部件10的眼镜16看时，挡风玻璃71和车体72以所述颜色效果而的显色。在双折射层的双折射特性恒定的情况下，挡风玻璃71和车体72以单一颜色而显色。在双折射特性不同的情况下，颜色发生变化。另一方面，轮胎73、街道75、以及墙74不显现为彩色的。这样的眼镜可能适合于驾驶，因为其他车辆通过颜色效果而显得突出。另一方面，当图4的透明部件40被用作眼镜镜片时，该场景的所有元素以该颜色效果而显色。这可能是令人分心并且因此不适合于驾驶员，但是可以用于体验有趣的效果。

图8至图10另外展示了通过本发明可获得的颜色效果。在图8至图10中，通过参考数字来指示颜色。由于这些实例中的颜色效果提供了颜色梯度，所以这只是相应的颜色的粗略指示。在图8至图10中，数字71表示白色，数字72表示蓝色，数字73表示绿色，数字74表示黄色，并且数字75表示红色。

在图8中，聚乙烯条带87在非双折射的石英片80上被拉伸，通过来自计算机监视器的偏振光被照亮，并且透过偏振器（在此上下文中还被称为分析器）被观看。所实现的光程长度差多达1400 nm，对应于三阶干涉效果。

在图9中，聚乙烯条带的三个层87A、87B、和87C在非双折射的石英片80上被拉伸，通过来自计算机监视器的偏振光被照亮，并且透过偏振器被观看。在区域90中，由于该条带的折叠，在更小的距离内发生应力变化，在该距距内引起更强的颜色变化。取决于这些层87A、87B、和87C之间的重叠，提供了不同的光程差以及因此不同的颜色。

在图10中，经热处理的聚碳酸酯基体通过来自计算机监视器的偏振光被照亮并且透过偏振器被观看，示出了基于二阶干涉的颜色效果。

图11是流程图，展示了根据本发明的用于制造如以上讨论的透明部件的方法。关于以上用于该透明部件的这些层的材料、效果、安排等的所有解释也适用于图11的方法并且因此将不再重复。

在步骤110中，该方法包括提供线性偏振层（层12）。在步骤111中，该方法包括提供双折射层（层11）。这可以包括提供受应力的塑料层，其中，如以上讨论的，可以以机械方式、以热学方式、和/或以化学方式引起该应力。

应注意的是，在图11中描绘这些步骤的顺序不是限制性的并且还可以被颠倒。

Claims (11)

1.一种带有透明部件（10；40）的眼镜，该透明部件（10；40）包括：

线性偏振层（12），以及

双折射层（11），

其中，该眼镜的观看方向延伸穿过该线性偏振层（12）和该双折射层（11），

其特征在于

该双折射层（11）的在该观看方向上的厚度被选择为提供寻常光线与非寻常光线之间的、在400 nm与1700 nm之间的光程差。

2.如权利要求1所述的眼镜，其中，该线性偏振层（12）的偏振方向（23）与该双折射层（11）的寻常光线或非寻常光线（20）的轴线形成在40°和50°之间的角度（α）。

3.如权利要求1或2中任一项所述的眼镜，其中，该双折射层（11）在平面上具有恒定的双折射特性。

4.如权利要求1或2中任一项所述的眼镜，其中，该双折射层（11）在该平面上具有不同的双折射特性。

5.如权利要求1至4中任一项所述的眼镜，其中，该透明部件（40）另外包括另外的偏振层（42），该偏振层被安排成使得该双折射层（11）位于该偏振层（12）与该另外的偏振层（42）之间。

6.如权利要求5所述的眼镜，其中，该另外的偏振层（42）的偏振方向与该偏振层（12）的偏振方向（23）形成在80°与100°之间的角度。

7.如权利要求1至6中任一项所述的眼镜，其中，该偏振层和该双折射层与彼此和/或与该另外的偏振层固定地联接。

8.如权利要求1至7中任一项所述的眼镜，其中，该透明部件（10；40）被设计成用于通过2阶和/或3阶干涉来提供颜色效果。

9.一种用于制造眼镜的方法，包括：

提供线性偏振层（12），并且

提供双折射层（11），使得该眼镜的观看方向延伸穿过该线性偏振层（12）和该双折射层（11），

其特征在于

提供该双折射层（11）包括为该双折射层提供寻常光线与非寻常光线之间的、在400 nm与1700 nm之间的光程差。

10.如权利要求9所述的方法，其中，提供该双折射层（11）包括通过以机械方式、以热学方式和/或以化学方式引起应力来提供受应力的塑料材料。

11.如权利要求9或10中任一项所述的方法，另外包括：提供另外的线性偏振层（42），使得该双折射层（11）被安排在该线性偏振层（12）与该另外的线性偏振层（42）之间。