CN109997059A - 折射率匹配层 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光学器件，例如眼镜镜片和数码显示器，通过在具有不同折射率的材料层之间合并一折射率匹配系统，在一定程度上改善光学性能。

Description

折射率匹配层
相关申请
本申请要求2016年9月2日提交的名称为Index Matching Layers的美国临时申请62/382,949的权益和优先权，其通过整体引用并入本文。
技术领域
本发明涉及用于在光学应用和显示应用中减少干涉条纹的系统和方法，更具体地说，涉及将折射率匹配系统合并在折射率不匹配的层和/或基底之间。
背景技术
高折射率的眼科镜片具有高折射力和较低的厚度，是一种很有吸引力的选择。然而，常使用的低折射率背面硬涂层会在镜片上产生干涉条纹，严重有损镜片美观。
普通眼科镜片是由较软的易产生刮痕的高分子材料制成的。因此，为使其表面足够的坚韧，镜片必须涂上防刮痕涂层。这种“硬涂层”通常由聚氨酯涂料、硅氧烷聚合物或氧化纳米颗粒(如二氧化硅，Si02)的胶体分散体组成。这类涂层常通过由浸渍法沉积，并覆盖在镜片两侧而形成。涂层的厚度通常在1-5微米之间，以达到预期的耐磨性，并具有高附着力和抗裂性。在这个厚度范围内，硬涂层会对镜片的美观度产生影响，尤其当硬涂层与镜片材料的折射率并不密切匹配时，这样的影响更明显。交界面反射率由公式A给出：
其中no为入射介质(通常为空气)的折射率，n1为形成该交界面的另一表面的折射率。以高折射率镜片(n1＝1.70)和入射空气介质(no＝1)为例，计算出该交界面的反射率为6.72％。这是针对单个交界面而言；因此，镜片的全反射(率)是13.4％。这说明了减反射涂层对降低这一数值和增加光透射率的重要性。最常见的硬涂层的折射率为1.5，与折射率1.70的镜片相差甚远。硬涂层的反射率低于镜片表面的反射率。虽然硬涂层的较低反射率最初看起来是有益的，但硬涂层和镜片之间的交界面也会产生反射，这也必须加以考虑。下表1示出了不同交界面的反射率。
表1
交界面 n<sub>1</sub> n<sub>o</sub> 反射率(％)
镜片-空气 1.70 1.00 6.72
硬涂层-空气 1.50 1.00 4.00
镜片-硬涂层 1.70 1.50 0.39
虽然折射率1.7(镜片)和折射率1.5(硬涂层)之间的交界面的反射率远小于其他反射率，但这对镜片的反射光谱有显著影响。由于光是一种波，来自不同交界面的反射根据光的波长相消地或相长地结合。例如，图1中，直线是折射率1.67的镜片的表面反射率，该镜片具有折射率匹配的硬涂层。振荡线是折射率1.67的镜片的表面反射率，该镜片具有折射率为1.5厚度为4微米的与其不匹配的硬涂层。从图中可以看出，影响非常大——反射率从超过6％到几乎低到2％不等。这些振荡导致镜片表面着色的增多。由于典型的硬涂层是由浸渍法沉积而成的，所以它们并不完全均匀，这意味着反射光谱会随镜片表面发生变化。这进而产生了类似在肥皂泡上观察到的条纹的干涉效应，并极大地降低了镜片的美观和性能。
上述例子证明了对任何给定镜片材料使用折射率匹配的硬涂层的优点。但是，这些优点受到一些限制。首先，没有完全能与所有商用镜片材料折射率匹配的硬涂层。有一种趋势是增加镜片折射率以更好地服务于需要高屈光力但镜片外观更薄更具吸引力的镜片的人群。然而，新镜片材料的开发通常发生在相近折射率的硬涂层的开发之前。因此，通常来说，市场上出现新的镜片材料时，还没有能与该镜片材料折射率紧密相配的硬涂层。
第二种限制涉及将镜片毛坯加工成成品镜片的过程。当将半成品镜片按照患者特定处方进行制配时，镜片的后表面被磨掉并被抛光成特定的曲线形状以产生所需的光学折射能力。而将镜片后表面磨掉的同时也磨掉了工厂镀在镜片上的硬涂层。大多数实验室是通过旋涂和紫外线固化的方式给镜片施加新的或替换的背面硬涂层。可用的紫外线固化、旋涂的硬涂层主要基于硅氧烷类化学物，其使得涂层折射率被限制在约1.5。因此，对高折射率镜片来说，上述效果发生在镜片的后表面上。因为高折射率材料相对于普通镜片材料(例如CR39)具有更高的屈光力，所以高折射率镜片材料通常用于具有高矫正力的处方。然而，屈光力增加的同时镜片厚度减小，许多眼镜佩戴者觉得这很有吸引力。但不幸的是，由于硬涂层和镜片之间折射率不匹配，这种镜片厚度的减小通常伴随着镜片外观的劣化。
将减反射(AR)涂层应用于这种镜片上会使上述问题变得更糟。反射光谱中的振荡振幅尽管减小了，但仍存在于反射光谱中。然而，该振荡振幅幅度类似于AR涂层的反射率的振幅。这会导致减反射涂层的颜色失真。由于硬涂层的厚度会随着镜片表面而变化，因此镜片表面上的颜色失真变化使得其非常明显。该效果在图2A和2B中示出，并比较了两种镜片的反射光谱图，其中一种镜片具有一减反射涂层和一折射率匹配的硬涂层(图2A)，另一种镜片具有一减反射涂层和一折射率不匹配的硬涂层，例如，镀有一折射率为1.5硬涂层的折射率为1.67的镜片(图2B)。图2A和2B中的若干直线代表了没有添加硬涂层或减反射涂层的镜片的表面反射率。
第三个限制涉及对折射率匹配的硬涂层在光致变色镜片上的用途。包含一个或多个光致变色染料的光致变色镜片，通常置于镜片顶部的一层中，或在嵌入镜片内部的叠层中，或分散在粒状(块状)镜片材料中。当光致变色染料暴露于特定波长的光带时，染料在清晰的的高透光状态和暗淡的少透光状态之间可逆转换。在眼科镜片中，该功能使得镜片在室外阳光下使用时变暗，在室内使用时变得清晰或更清晰。使得染料变色的光的波长通常在300至400nm之间。当该光致变色功能与高折射率硬涂层结合时，就产生了潜在的问题。
例如，为了获得高折射率，市售的硬涂层含有掺杂剂，例如TiO2或硫代氨基甲酸酯。这两种材料都能吸收紫外线，并减少紫外线照射从而成为在光致变色透镜上或其内部使用的光致变色染料。该效果在图3中示出，图3比较了两种市售硬涂层的透射光谱，它们分别是HC-A，折射率接近1.50(即低折射率)和HC-B，折射率接近1.67(高折射率)。HC-B在300nm到380nm波长范围的透射减少将降低紫外线光致变色材料的性能。因此，为了保持优良性能，必须使用更像HC-A的涂层。然而，这将导致如上所述相同的颜色变化和外观劣化的问题。
鉴于上述情况，有必要在该领域的利用可用的、商业上常见的低折射率硬涂层，与高折射率的镜片和其他光学基底一同使用，同时使通常在高折射率光学基底和硬涂层折射率不匹配情况下出现的不良光学效应(例如，干涉条纹)降到最低。
发明内容
本发明通过提供一种具有减少的干涉条纹的眼镜镜片来实现这些目标，该眼镜镜片包括具有第一折射率的基镜片基底；设置在基镜片基底表面上的折射率匹配系统；以及设置在该折射率匹配系统表面上的涂层，该涂层具有第二折射率并与所述第一折射率相差0.08或更大。
在本发明的某些实施例中，基镜片基底包括高折射率镜片材料；该基镜片基底包括一功能性薄膜叠层；所述基镜片基底具有光致变色特性；所述折射率匹配系统设在基镜片基底的前表面和/或后表面上；该折射率匹配系统包括一系列的材料层，其中紧邻的材料层具有与彼此明显不同的折射率；该折射率匹配系统包括一系列不同折射率相互交替排布的聚氨酯层。上文提到的涂层为一种紫外固化硬涂层；第一折射率(镜片基底)等于或大于1.60，第二折射率(涂层)约为1.50；该眼镜镜片进一步包括设置在涂层上的减反射系统；该镜片在可见光光谱范围内具有单表面峰间反射率变化，其变化幅度等于或小于2％、等于或小于1％、或小于0.5％；所述折射率匹配系统包括多层系统和该多层系统的组合。
本发明还通过提供一种能改善光学器件的光学特性的系统来实现这些目标，该系统包括具有第一折射率的第一材料层；具有与第一折射率不同的第二折射率的第二材料层；以及置于第一材料层和第二材料层之间的折射率匹配系统，该折射率匹配系统可以减弱光学器件的入射光的总反射率。
在本发明的某些实施例中，该光学器件是一镜片，该光学器件在可见光谱范围内具有等于或小于2％、等于或小于1％、等于或小于0.5％的单一表面峰间反射率变化，该折射率匹配系统包括一系列的材料层及该材料层的组合，其中紧邻的材料层的折射率彼此不同。
本发明提供一种减少在光学制品中观察到干涉条纹的方法，在一定程度上进一步实现了这些目标。该方法包括：获得具有第一折射率的基镜片基底；在具有多个折射率彼此不同的材料层的基镜片基底的表面上形成折射率匹配系统；和将涂层应用在折射率匹配系统的表面上，该系统具有第二折射率，与第一折射率相差0.08或更大。
在本发明的某些实施例中：获得具有第一折射率的基镜片基底包括获得一眼镜镜片；在基镜片基底的表面上形成折射率匹配系统，基镜片基底具有多个折射率彼此各不同的材料层且能形成一系列材料层，其中紧邻的材料层具有与彼此不同的折射率；及上述步骤的组合。
附图说明
本发明实施例如何实现以上所述和其他方面以及其特征及优点将在下列描述中予以表述阐明，并参考以下附图：
图1是波长-反射率百分比对比图，对比对象是折射率为1.67并且具有匹配折射率的硬涂层的镜片和折射率为1.67并具有不匹配折射率(1.5)硬涂层的镜片。
图2A为具有减反射涂层和匹配折射率硬涂层的镜片的波长-反射率百分比图。
图2B为具有减反射涂层和不匹配硬涂层的镜片的波长-反射率百分比图。
图3为两种市售硬涂层的波长-透射率对比图。
图4是采用了根据本发明一个实施例的使用了折射率匹配系统的镜片的横截面图。
图5是根据本发明一个实施例的折射率匹配系统的截面图。
图6显示了用于形成根据本发明一个实施例的折射率匹配系统的示例性材料的表格。
图7为应用于基底的不同硬涂层的不同折射率的峰间反射率变化曲线图。
图8是采用了本发明一个实施例的折射率匹配系统的镜片的横切截面图。
图9是本发明一个实施例的折射率匹配系统的配置表。
图10是以下镜片的波长-反射率对比图，一种镜片采用根据本发明一个实施例的折射率匹配系统，该系统置于一折射率不匹配镜片基片与硬涂层之间；一种镜片仅采用折射率相匹配的镜片基底和硬涂层；一种镜片仅使用折射率不匹配的镜片基底和硬涂层。
图11示出了根据本发明一个实施例的折射率匹配系统的配置表。
图12是不同镜片的波长-反射率对比图，对比的是采用了根据本发明实施例的不同折射率的匹配系统的两种镜片和一种仅使用折射率不匹配的镜片基底和硬涂层的镜片。
图13A示出了折射率不匹配镜片的可见条纹和硬涂层。
图13B示出了一种折射率不匹配镜片的可见条纹和采用了根据本发明一个实施例的折射率匹配系统的硬涂层。
图14为两种镜片波长-反射率对比图，其中一种镜片采用了本发明一实施例中的折射率匹配系统，该折射率匹配系统置于一折射率不匹配的镜片基底和硬涂层之间，且所述硬涂层上有一减反射涂层；另外一种镜片只采用折射率匹配的镜片基底和硬涂层的镜片，且硬涂层上有一减反射涂层。
图15为两种镜片的波长-反射率对比图，其中一种镜片采用了本发明一实施例中的折射率匹配系统，该折射率匹配系统置于一折射率不匹配的镜片基底和硬涂层之间，且所述硬涂层上有一减反射涂层；另外一种镜片只采用折射率匹配的镜片基底和硬涂层的镜片，且硬涂层上有一减反射涂层。
图16示出了根据本发明一个实施例的折射率匹配系统的配置。
图17为两种镜片的波长-反射率对比图，一种镜片采用根据本发明一个实施例的折射率匹配系统，该系统处于一折射率不匹配的镜片基底与硬涂层之间，另一种镜片仅仅采用了折射率匹配的镜片基底和硬涂层。
图18的表格示出了光致变色镜片的光致变色响应，该光致变色镜片采用根据本发明实施例中的折射率匹配系统，该系统处于折射率不匹配的镜片基底和硬涂层之间；以及示出了其它光致变色镜片的光致变色响应，其中该光致变色镜片不采用根据本发明的折射率匹配系统。
图19为两种光致变色镜片的波长-反射率对比图，其中一种镜片采用根据本发明一实施例的折射率匹配系统，并且该系统处于一折射率不匹配的的镜片基底和硬涂层之间；另一种镜片没有采用该设置在折射率不匹配镜片基底和硬涂层之间的新型折射率匹配系统。
图20示出了一种采用了根据本发明一实施例的折射率匹配系统的光致变色镜片，且该系统处在一折射率不匹配的镜片基底和硬涂层之间；以及一种在折射率不匹配的镜片基底和硬涂层之间不采用上述新型折射率匹配系统的光致变色镜片。
图21示出了根据本发明一个实施例的折射率匹配系统的配置表。
图22为两种镜片的波长-反射对比图，其中一种镜片在折射率不匹配的镜片基底和硬涂层之间采用了根据本发明一实施例的折射率匹配系统；另一种镜片只采用了一折射率匹配的镜片基底和硬涂层。
图23示出了根据本发明一个实施例的折射率匹配系统的配置表。
图24为两种镜片的波长-反射对比图，一种是在折射率不匹配的镜片基底和硬涂层之间采用根据本发明一实施例的折射率匹配系统的镜片，和另一种是只采用折射率匹配的镜片基底和硬涂层的镜片。
具体实施方式
现将参照附图对本发明的具体实施例进行描述。然而，本发明可以包含许多不同的形式，但不应被解释为对本发明所述实施例的限制；相反，本文提供的这些实施例是为了使本公开彻底完整，并充分将本发明的保护范围传达给本领域技术人员。详细描述附图中所示实施例的术语并不意在限制本发明。附图相似的数字表示相似的元素。
本发明在一定程度上提供了一种将高折射率镜片与低折射率硬涂层一起使用的方法，使常见的不匹配折射率的影响及其产生的不良光学效果降到最小。这种改进在一定程度上是通过在硬涂层和镜片表面或光学基底表面之间引入折射率匹配系统来实现的。
本发明一个实施例，如图4所示，一眼科眼镜镜片10使用一折射率匹配系统，该系统施加、涂覆或合并在一镜片基底14的表面18和不匹配折射率硬涂层16的表面20之间。例如，镜片基底14的折射率可以是1.67，而硬涂层16的折射率可以是1.50。镜片基底14的表面18，可以是镜片基底14最接近镜片使用者或佩戴者眼睛的一个表面，例如，可以是后镜片表面；或者可以是镜片基底14的离镜片使用者或佩戴者眼睛最远的一个表面，例如，前镜片表面。
在某些实施例中，如图5所示，眼科眼镜镜片10还采用减反射系统34，该系统以施加、涂覆或直接合并在硬涂层16表面36的顶部上。该减反射系统34可以是例如，由一系列由高折射率材料，中折射率材料和/或低折射率材料组成的交替层而形成。
本发明的折射率匹配系统由一系列或一叠材料层组成，其中紧邻的材料层具有明显不同于彼此的折射率。例如，在某些实施例中，根据本发明的折射率匹配系统采用了高折射率材料作为第一层材料层，低折射率材料作为第二层材料层和与第一层材料层相同或不同的高折射率材料作为第三层材料层。例如，高折射率材料可以是二氧化锆，即ZrO2，低折射率材料可以是二氧化硅，即SiO2。
为了清楚起见，本文关于本发明的折射率匹配系统和减反射系统所使用的术语“高折射率”是指在参考波长(例如约550纳米的波长)下约大于1.9的折射率。术语“低折射率”是指在参考波长(例如约550纳米的波长)下约小于1.55的折射率。术语中“折射率”或“中间折射率”是指在参考波长(例如约550纳米的波长)下约为1.55和1.9之间的折射率。低折射率材料可包括，例如二氧化硅。中折射率材料可包括，例如氧化钇、氧氮化硅或氧化铝；高折射率材料可包括，例如二氧化钛、五氧化二钽和二氧化锆。
在某些实施方案中，本发明的折射率匹配系统的材料层仅由高折射率材料组成；或仅由低折射率材料组成；或仅由中间折射率材料组成，其中紧邻的材料层相对于彼此具有明显不同的折射率。
或者，在本发明的某些实施例中，本发明的折射率匹配系统由具有不同折射率的聚氨酯材料交替层组成。例如，在某些实施方案中，上述聚氨酯材料是水性聚氨酯分散底涂料，其相对于彼此具有不同的折射率，例如，折射率在约1.47至1.70的范围内。示例性材料在公开号为US2012/0315485A1的专利中有所描述，其内容整体并入本文。典型的底涂料有，例如来自SDC Technologies的PR1165(n＝1.50)和来自ITOH Optical Industrial Co的X105E(n＝1.63)。
图6示出了可用于组成本发明折射率匹配系统的示例材料的折射率，并在下面的示例中使用。
本发明折射率匹配系统的材料层或多个材料层，是通过在镜片基底的一表面或其他表面进行沉积形成的，沉积的方式包括但不限于，真空沉积(例如电子束、溅射、和/或原子层沉积)和/或由液体前体(例如朗缪尔Blodgette、旋涂和/或浸涂)进行沉积。本领域技术人员知道，根据沉积的操作设备、沉积原材料和设备的技术水平，本发明的折射率匹配系统可应用于沉积操作或Rx实验室和/或大容量眼镜镜片制造设施。
在本发明的某些实施例中，本发明的折射率匹配系统用于非眼科应用，例如，包括但不限于显示系统、光学应用(例如非眼科镜片和组件)和窗户。本发明各种应用对象的共同特征是该应用对象包括至少两个具有不同折射率的不同材料层。
在本发明的某些实施例中，本发明的折射率匹配系统可用于注射模制和铸造模制，单焦点镜片或多焦点镜片。这些镜片还可带有其他功能特性，例如染色、浅着色、偏振、光致变色、电致变色、吸收紫外线、窄带滤波、易清洁、疏水性、亲水性和抗静电。这些功能特性可以以涂层、处理、薄膜和/或薄膜叠层的方式施加或合并到这些镜片中或镜片上。
本发明的折射率匹配系统在一定程度有利地减小了例如由硬涂层(折射率)和被施加硬涂层的基镜片材料或基底(的折射率)之间的不匹配导致的峰间反射率变化。图7示出了两个范例，其表示与涂覆到不同基底上的不同硬涂层的折射率所相对应的通过可见光谱时的峰间反射率变化。“聚镜片”样品代表施加到折射率约为1.58的聚碳酸酯基底上的不同折射率的硬涂层，“1.67镜片”样品代表施加到由Mitsui MR10铸造而成的折射率为1.67基础基底上的相同硬涂层。图7的数据表示由于硬涂层与镜片不匹配导致反射率变化中的平均峰间高度。在本例中，硬涂层的折射率固定在一特定值，而非真正的色散曲线。为了清楚起见，峰间变化是反射光谱中相邻峰谷之间反射率的绝对差。参考图1，平均峰值最大值约为6.3％，平均峰值最小值约为2.2％。因此，峰间值差异为4.1％。
从图7中可以明显看出，即使折射率有相对较小的不匹配也会引起反射率随波长发生相当大的变化。然后，这将在基底的光学表面上引起不良的反射颜色显着变化。折射率差为0.03将引起约1％的峰间反射率变化。本发明的折射率匹配系统有利地减小了在限定的波长带或波长范围内的平均峰间反射率变化，并且在某些实施例中，减小了可见光上的平均峰间变化。在本发明的某些实施例中，可见光谱内的单表面峰间反射率变化低于2％、低于1.0％或低于0.5％。
这种新出现的峰间反射率变化的降低使得将现有硬涂层应用到新的高折射率镜片材料上的效果、将紫外线固化涂料应用到不同镜片材料上的效果、以及低折射率硬涂料应用到高折射率光致变色镜片材料上的效果都得以改善。其中硬涂层和镜片材料采用光耦合(即分开距离小于20微米)的方式，使得干涉效应明显。
以下所述实施例将进一步阐述证明本发明的折射率匹配系统用于改善镜片系统性能的功效，但不应解释为对本发明实施范围和方式的限制。
实施例1：
见图4和图8-10，其示出了本发明折射率匹配系统的设计1a。见图8和图9，1a的设计采用了一折射率匹配系统12，该系统的第一材料层22由厚度为4.2纳米的ZrO2组成，并直接应用于镜片基底14(图3)的表面18；该系统的第二材料层24由厚度为40.0纳米的Si02组成，并直接施加于第一层22的表面26上；该系统的第三材料层28由厚度为6.3纳米的Zr02组成，并直接施加于第二层24的表面30上。硬涂层16施加在或形成在折射率匹配系统12的表面32上。
图10比较了如下几种镜片的模拟反射光谱，(1)采用上述折射率匹配系统12的镜片，如设计1a所示，该匹配系统设置1.67折射率镜片的基底14和折射率为1.5的不匹配硬涂层16之间；(2)采用1.67折射率镜片基底14的镜片，其具有折射率匹配的硬涂层16(即不含本发明的折射率匹配系统12)；(3)采用1.67折射率镜片基底12的镜片，该镜片基底12的折射率为1.5，并含有不匹配的硬涂层16(即不含本发明的折射率匹配系统12)。如图10所示，在折射率为1.67的镜片基底14和折射率为1.5的不匹配硬涂层16(1)之间采用上述本发明的折射率匹配系统12的镜片10，相对于采用折射率为1.67的镜片基底和折射率为1.5的不匹配硬涂层并不采用本发明的折射率匹配系统12的镜片12(3)，其反射震荡的振幅是大大减小的。
实施例2：
参照图4、图8、图11和图12所示，构成了本发明所述折射率匹配系统的一个设计1b。参考图11，设计1b所采用的折射率匹配系统12，其第一层材料层22由厚度为7.0纳米的ZrO2直接施加在镜片基底14(图3)的表面18上形成；其第二层材料层由厚度为50.0纳米的SiO2直接施加在第一层材料层22的表面26上；其第三层材料层由厚度为6.3纳米的ZrO2 28直接施加在第二层材料层24的表面30上。硬涂层16施加在或形成在折射率匹配系统12的表面32上。
图12比较了以下几种镜片的模拟反射光谱：(1)一种采用上述设计1a的折射率匹配系统的镜片，该匹配系统设置在一折射率为1.67的镜片基底14和折射率为1.5的不匹配硬涂层16之间；(2)一种采用上述设计1b的折射率匹配系统的镜片，该匹配系统设置在一折射率为1.67的镜片基底14和折射率为1.5的不匹配硬涂层16之间；(3)采用一1.67折射率镜片基底12的镜片，该镜片基底12具有折射率为1.5的不匹配硬涂层16(即该镜片不含本发明的折射率匹配系统)。如图12所示，在本发明的某些实施例中，通过操纵本发明折射率匹配系统的各材料层厚度，就可以对反射率的最小振幅变化的波长范围或位置进行选择性优化或改变。如图12所示以及图9所示的上述设计1a的镜片，其反射率振幅变化最小时的波长范围约为425-450nm。与此相反，图11所示的上述设计1b的镜片，其反射率振幅变化最小时的波长范围约为525-550nm。
因此，在本发明的某些实施例中，折射率匹配系统被设计成允许视觉灵敏度(低于400nm和高于700nm)的光谱边缘具有更大的反射率变化或振幅，因为人眼并不容易看出这种振荡所导致的光学效应。反射率振幅变化最小时的波长范围也可以根据折射率匹配系统的特定应用来优化，例如，以便优化在特定活动中使用的特定显示器或眼镜镜片的显示效果。
实施例3：
图13A和13B示出了两种折射率为1.70的镜片，其中，图13A是没有采用本发明的折射率匹配系统的镜片；图13B是使用了本发明的折射率匹配系统的镜片。所示两种镜片的最外层都施加有市售的折射率为1.5(近似)紫外线固化背面硬涂层(例如UV-NV；UltraOptics)。
通过比较图13A和图13B可以看出，本发明折射率匹配系统的优点是显而易见的。在标准的镜片和硬涂层折射率不匹配的结构(如图13A所示)中，紧密地排布着许多形状不规则的彩色条纹。这种效果会影响镜片的外观。而在硬涂层与镜片表面之间采用上述发明的折射率匹配系统(如图13B所示)后，条纹的数量大大减少，条纹间隔也更远，从而显著改善镜片外观。
实施例4：
如图14和15所示，当在镜片表面和折射率不匹配的硬涂层之间采用本发明折射率匹配系统并进一步将减反射涂层施加在硬涂层之上时，在镜片和(折射率)不匹配的硬涂层之间采用本发明所述的折射率匹配系统的优点将更为突出。在图14中，细线表示在折射率不匹配的硬涂层上施用减反射涂层的镜片的反射率，该镜片没有在镜片和硬涂层之间使用本发明的折射率匹配系统。粗线表示一种有减反射涂层的镜片的反射率，该减反射涂层施加在一折射率不匹配的硬涂层上，该硬涂层施加在本发明的折射率匹配系统上，该系统直接施加在镜片表面。在镜片与硬涂层之间不使用本发明的折射率匹配系统的情况下，在折射率不匹配的硬涂层上施加含有减反射涂层的镜片，其振幅变化如图14所示，该振幅变化将明显改变镜片表面涂层的反射颜色。此外，由于硬涂层是不均匀的，振荡的位置发生了变化，使镜片外观产生了色带或颜色条纹。而采用本发明的折射率匹配系统将大大减小振荡幅度，从而减少色带或颜色条纹的出现。
在本发明的折射率匹配系统的某些实施例中，系统被设计成使得减反射涂层在最大振荡幅度时仍具有最小的振荡，当允许一些振荡的情况下减反射涂层自然地具有接近零反射率的最小振荡幅度。如此一来，本发明的折射率匹配系统和减反射系统与折射率不匹配硬涂层和镜片的组合共同配合，大大减少了镜片上的色带数，使其外观呈现最大程度的均匀性，从而呈现出最佳的视觉外观效果。这改善了高折射率处方镜片的美学外观和性能。
为了更进一步阐述本发明的折射率匹配系统的优点，在镜片表面和硬涂层之间分别采用和不采用本发明的折射率匹配系统来制备折射率为1.67的镜片，然后在硬涂层上施加减反射涂层。这里所用的减反射涂层，是标准的五层减反射(AR)涂层。得到的光谱如图15所示(由Filmetrics光谱仪测量得，因此，仅显示后镜片表面反射率)。通过观察到反射振荡的幅度的减小，使用本发明的折射率匹配系统的好处是显而易见的。
实施例5：
在本发明折射率匹配系统的其他实施例中，所需要的匹配涂层由Y2O3和SiO2层层堆叠而成。Y2O3的中折射率涂层是理想的材料，因为该折射率更接近普通眼镜镜片材料的折射率。另外，Y2O3和SiO2都通过电子束蒸发沉积而成，这使得涂层应力可以被控制，从而有助于降低由材料层和系统厚度增加引发的涂层开裂或开裂的倾向。图16中示出了本发明折射率匹配系统的设计2。为了清楚起见，图16中所示的系统基本上类似于图4和图8所示所述的系统，其区别在于设计2所示的新型系统在镜片基底14的表面18和硬涂层16(见图3)之间还采用额外的材料层23、24、28、n1、n2、n3等。
图17示出了一组模拟反射光谱，粗线示出了当设计2的系统设置在折射率为1.67的镜片基底和折射率为1.5的不匹配的硬涂层之间时的镜片的模拟光谱；细线示出的是采用折射率为1.67的镜片基底和折射率为1.5的不匹配的硬涂层且不包含该新型折射率匹配系统的镜片的模拟光谱。本发明折射率匹配系统在减少反射光谱变化的作用上是显而易见的。例如，在大部分可见光谱中，反射光谱变化值减少到低于约0.5％。当折射率为1.50的硬涂层与折射率为1.67的镜片相结合时，该系统的并入使得峰间值变化值降低了7倍(参考图7)，这是令人印象深刻的性能。
随后，对折射率匹配系统设计2进行了进一步的测试，并将其用于涂覆在一折射率为1.67的镜片上，且该镜片内嵌有一光致变色叠层。这种制作出高折射率光致变色镜片的典型方法在公开号为US 2017/0165878 A1的专利中已进行了描述，在此对其内容进行整体引用。
对以下几种镜片的光致变色响应进行测量：(a)不带有硬涂层的镜片(1.67PhotoNHC)；(b)具有一低折射率为1.48的硬涂层，并不带有本发明的折射率匹配系统的镜片(1.67Photo No Match)；(c)具有一折射率为1.48的硬质涂层，并带有本发明设计2的折射率匹配系统的镜片(1.67Photo with Match)；(d)具有折射率为1.60的硬涂层，并不带有本发明的折射率匹配系统的镜片(1.67Photo H604)；(e)具有折射率为1.67的匹配的硬涂层，但不带有本发明的折射率匹配系统的镜片(1.67Photo with Match)。这些样品镜片的光致变色失活(透明)和激活透射(变暗状态)的光透射(Y)结果如图18所示。
从图18中可以看出，高折射率硬涂层使激活的透射率(Y-激活)增加了约5倍，相比未涂覆的镜片，高折射率硬涂层以显着的、视觉上可察觉的量降低了镜片的光致变色性能。这是正如图7所示的高折射率硬涂层的紫外线吸收性所能带来的预期效果。使用低折射率硬涂层，相对于未涂覆的镜片，其光致变色性能得到恢复和改善。该改善效果是由低折射率硬涂层使进入镜片的紫外线透射量总体增加所导致的。两个低折射率硬涂层样品在名义上都起到了激活的作用。
图19示出了具有折射率为1.48的硬涂层并带有设计2所示的新型折射率匹配系统的镜片的反射光谱(实线)，和具有低折射率为1.48的硬涂层但不带新型折射率匹配系统的镜片的反射光谱(虚线)。从图19中可以看出，不采用本发明涂层的镜片样品的峰间反射变化率大于3％。这导致镜片表面上产生容易观察到的彩色条纹。另一方面，采用新型涂层的镜片样品的反射率变化大大减小(小于1％)。这种小振幅不会产生明显的彩色条纹，从而改善了镜片系统的美观。因此，本发明的新型折射率匹配系统使得镜片的光致变色性能得以保持甚至改善，同时使镜片表面不出现视觉可见的色带。
图20示出了一种具有折射率为1.48的硬涂层并具有设计2所示的新型折射率匹配系统的样品镜片(A)，和具有低折射率为1.48的硬涂层不具有新型折射率匹配系统的镜片(B)。通过比较镜片(A)(B)，该新型折射率匹配系统的优点是显而易见的。在具有低折射率为1.48的硬涂层且不具有新型折射率匹配系统(B)的镜片中，存在许多紧密堆积的不规则形状的条纹。这种效果有损镜片外观，从而使镜片价值降低。在硬涂层和镜片表面之间采用上述新型折射率匹配系统(A)，即使不能使条纹完全消失，也能使其数量大大减少，从而显著提升镜片的美观和价值。
实施例6：
在本发明折射率匹配系统的另一个实施例中，该新型系统采用SiOxNy和SiO2作为交替的材料层。中折射率材料层SiOxNy是理想的材料，因为该折射率接近普通镜片材料的折射率，并且可以将该折射率控制在SiO2(1.46)和SiO3N4(2.0)的折射率之间。通过使用硅靶和受控的氮氧气供应来溅射，从而沉积生成SiOxNy。这使得涂覆平台具有通用性-使用一个硅靶，就可以沉积出1.46至2.0的多种折射率的镜片材料。设计3所示的折射率匹配系统在图21中示出。为清楚起见，图21中所示的系统基本上类似于关于图4和8所示所述的系统。不同的是，设计3所示的新型系统在镜片基底14的表面18和硬涂层16(参考图3)之间还采用了额外的层23、24、28、n1、n2、n3等。
图22是模拟反射光谱图，其中粗线示出的是设计3的新型系统设置在折射率为1.67的镜片基底和折射率为1.50的不匹配的硬涂层之间时的镜片的模拟反射光谱；细线示出的是采用折射率为1.67的镜片基底，并涂覆有折射率为1.5的不匹配的硬涂层并且不带有新型折射率匹配系统的镜片的模拟反射光谱。本发明折射率匹配系统的减少反射光谱变化的作用是显而易见的，例如，其使得反射光谱变化率在大部分可见光谱中低于约0.5％。将折射率为1.50的硬涂层与折射率为1.67的镜片相结合，使峰间值变化降低了7倍(参考图7)，这是一个令人印象深刻的性能。
实施例7：
在本发明折射率匹配系统的另一个实施例中，采用的是由不同的聚氨酯浸渍涂层堆叠起来的材料层。此类涂层在公开号为US2012/0315485A1的专利中有所描述，其内容以整体并入本文。这种材料层提供了将涂层的折射率从1.50变化到更高值的能力。这些材料可以是硬涂层或更常见的尿烷底料，用于提高镜片和硬涂层之间的粘合性。这种涂料用于采用浸涂工艺的大批量生产。图23中示出了本发明折射率匹配系统的设计(方案)4.为了清楚起见，图23中所示的系统基本上类似于图4和8所示所述的系统。如图4和8所示，除了本发明的设计系统4在镜片基底14的表面18和硬涂层16之间采用额外的层23、24、28、n1、n2、n3等(图3)。不同的是，设计4所示的新型系统在镜片基底14的表面18和硬涂层16(见图3)之间还采用了额外的层23、24、28、n1、n2、n3等。
在1.67折射率镜片基底和折射率为1.50的折射率不匹配硬涂层之间设置有设计4的新型系统的模拟反射光谱图(粗线所示)和采用1.67折射率镜片基底和折射率为1.5的折射率不匹配硬涂层的镜片的模拟反射光谱图(细线所示)在图24中示出。本发明的折射率匹配系统能使反射光谱变化明显降低，例如，使得该值在大部分可见光谱中低于约0.5％。将折射率为1.50的硬涂层与折射率为1.67的镜片结合，并使其峰间值变化降低了7倍(见图7)，是令人印象深刻的性能。
尽管本文已根据特定的实施例和应用对本发明进行了描述，但是根据该教导，本领域普通技术人员可以在不脱离要求保护的发明的精神或不超出要求保护的发明范围的情况下产生另外的实施例和进行修改。因此，应理解，本文中的附图和描述仅仅是作为示例提供以便理解本发明，而不应解释为对其保护范围的限制。

Claims (20)

1.一种减少干涉条纹的眼镜镜片，包括：
具有第一折射率的基镜片基底；
设置在所述基镜片基底的表面上的折射率匹配系统；和
设置在所述折射率匹配系统的表面上的涂层，所述涂层的第二折射率与第一折射率差值为0.08或更大。
2.根据权利要求1所述的眼镜镜片，其中所述基镜片基底包括高折射率镜片材料。
3.根据权利要求1所述的眼镜镜片，其中所述基镜片基底包括一功能膜叠层。
4.根据权利要求1所述的眼镜镜片，其中所述基镜片基底具有光致变色的特性。
5.根据权利要求1所述的眼镜镜片，其中所述折射率匹配系统设在所述基镜片基底的后表面上。
6.根据权利要求1所述的眼镜镜片，其所述折射率匹配系统包括一系列材料层，其中紧邻材料层的折射率彼此明显不同。
7.根据权利要求1所述的眼镜镜片，其所述折射率匹配系统包括一系列不同折射率的相互交替的聚氨酯层。
8.根据权利要求1所述的眼镜镜片，其中所述涂层为紫外线固化硬涂层。
9.根据权利要求1所述的眼镜镜片，其中所述第一折射率等于或大于1.60，所述第二折射率约为1.50。
10.根据权利要求1所述的眼镜镜片，还包括设置在涂层上的一减反射系统。
11.根据权利要求1所述的眼镜镜片，其中所述眼镜镜片在可见光谱内具有等于或小于2％的单表面峰间反射率变化。
12.根据权利要求1所述的眼镜镜片，其中所述折射率匹配系统包括一多层系统。
13.一种用于改善光学器件的光学特性的系统，包括：
第一材料层，具有第一折射率；
第二材料层，具有与所述第一折射率不同的第二折射率；和
放入在所述第一材料层和所述第二材料层之间的折射率匹配系统，所述系统能减弱所述光学器件入射光的总反射率。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述光学器件是眼镜镜片。
15.根据权利要求13所述的系统，其中所述光学器件在可见光谱内具有等于或小于2％的单表面峰间反射率变化。
16.根据权利要求13所述的系统，其中所述折射率匹配系统包括一多层系统。
17.根据权利要求13所述的系统，其中所述折射率匹配系统包括一系列材料层，其中紧邻的材料层具有明显不同的折射率。
18.一种用于减少在光学制品中观察到的干涉条纹的方法，包括：
获得一具有第一折射率的基镜片基底；
在所述基镜片基底的表面上形成一折射率匹配系统，所述基镜片基底具有多个折射率明显不同的材料层；和
在所述折射率匹配系统的表面上施加涂层，涂层具有第二折射率，并与所述第一折射率相差0.08或更大。
19.根据权利要求18所述的方法，其中获得具有第一折射率的所述基镜片基底包括获得一眼镜镜片。
20.根据权利要求18所述的方法，其中在所述具有多个彼此不同折射率的材料层的基镜片基底的表面上形成折射率匹配系统包括形成一系列材料层，其中紧邻的材料层具有彼此不同的折射率。
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