CN113391464A

CN113391464A - 一种离焦型眼镜镜片

Info

Publication number: CN113391464A
Application number: CN202110526752.1A
Authority: CN
Inventors: 江程; 刘木清
Original assignee: Fudan University
Current assignee: Fudan University
Priority date: 2021-05-14
Filing date: 2021-05-14
Publication date: 2021-09-14

Abstract

本发明属于眼视光技术领域，具体为一种离焦型眼镜镜片。本离焦型眼镜镜片由常规配方镜片内部完全浸没多个玻璃或塑料等材质的透明小球体组成，可通过对热固型材料利用模压浇铸成型法加热固化得到或对热塑型材料利用注塑成型得到；小球的折射率与镜片基材折射率不完全一样，从而根据需要实现光学离焦功能；当需要抑制眼轴增长即控制近视时，小球折射率大于基材折射率；当需要促进眼轴增长即控制远视时，小球折射率小于基材折射率。本发明的镜片外表面与普通镜片完全没有区别，表面顺滑，适于佩戴使用。本发明模具加工简单，可以兼容原有的制造模具。

Description

一种离焦型眼镜镜片

技术领域

本发明属于本发明属于眼视光技术领域，具体为一种离焦型眼镜镜片。

背景技术

随着电子设备的应用、课程作业等近距离工作负荷增大，青少年的眼睛屈光不正发病率逐年升高。近视或远视是两种典型的屈光不正，对于近视主要是由于眼轴的长度增长过快，远视则反之。近视是当前最常见的屈光不正。据不完全统计，我国小学生近视发病率约30％、初中生约60％、高中生约80％，而大学生已高达90％。眼视光行业经过研究，提出了离焦理论，指出使用普通单光镜片矫正视力时，其视网膜的中心凹区能清晰成像时，由于近视的眼球轴距变长，其周边视野的像点在视网膜之后，此种状态称之为周边远视离焦。由于眼球的正视化发展，眼球将进一步变长，使得可视区全局视野更多的落在视网膜上，从而近视将进一步加深。反之，则可以利用离焦特性，抑制眼轴增长，抑制近视的加深。

根据此理论，业内开始设计离焦型功能型框架镜片或接触镜，最早用同心菲涅尔多焦点设计，在接触镜上应用良好，但在框架镜片上使用时会有重影。香港理工大学的专利CN104678572B通过在镜片上加岛形的微结构，控制光线的焦点与视网膜的位置，通过合理设计所需要的离焦量，从而抑制屈光异常的发展，并确保有充分的可视性。

但采用表面微结构，实现原理直观，其缺点是，面型精度要求非常高，生产制作难度大，并且由于表面有微结构，表面不连续顺滑，凸凹不平，在其表面用于起减反作用、加硬作用的镀膜不便。并且，由于表面有微结构，镜片表面在使用时更易磨损，更易沾污，从而影响效果，严重的情况下，凸起刮花，不能良好透光，会产生形觉剥夺效应，从而加剧近视。另外，考虑到不同客户的眼睛眼镜配方不一样，故镜片面形不一样，从而微结构需要根据面形调整设计。

该专利也提到了可以采用不同折射率的两种材料来实现离焦设计，但是特指不同折射率材料在镜片的表面形成岛状形态，仍是通过面型的精准设计制作来实现。

发明内容

基于此，本发明提出一种表面连续顺滑的、加工生产较简易的离焦型眼镜镜片，该眼镜镜片更有利于视力保护。

本发明提供的离焦型眼镜镜片，是在常规配方镜片内部完全浸没多个透明小球体组成，小球的折射率与镜片基材折射率不完全一样，如图1所示。

具体做法是把这些透明小球放在液体基材中，通过模压浇铸成型法加热固化，得到所需的离焦型眼镜镜片。也可以把所述小球置于热塑型材料中，通过注塑成型得到。

所述常规配方镜片，可以是只有单一屈光度数，也可以是复合的具有矫正散光功能的镜片，还可以是具有多屈光度的渐进多焦度镜片。

本发明中，当需要抑制眼轴增长时，小球折射率大于基材折射率；当需要促进眼轴增长时，小球折射率小于基材折射率。具体地：

对于近视患者，通过凹透镜矫正近视屈光不正，内置小球为高折射率，从而能使经过内置小球的光线，会聚于视网膜前的区域，即实现近视离焦，抑制眼球的眼轴增长，减缓近视的加重。

对于远视患者，通过凸透镜矫正远视屈光不正，内置小球为低折射率，从而能使经过内置小球的光线，会聚于视网膜后的区域，即实现远视离焦，促进眼球的眼轴增长，减缓远视的加重。

本发明中，所述小球的半径的范围为0.1mm到2mm，优选值为0.5mm。

本发明中，所述小球折射率与镜片基材的折射率的差值绝对值小于0.015。

本发明中，所述小球在镜片内部的排布方式，可以是多层圆环方式，也可以横平竖直排布，也可以是随机均匀排布。

本发明中，所述小球的数量，需要满足小球整体的投影面积占整个镜片的投影面的20％-80％。

本发明中，本发明中，镜片中心半径小于5mm区域不设置小球。

本发明中，本发明中，所述透明小球体的尺寸大小或折射率可以完全一样，也可以略有区别。

本发明中，所述透明小球材料可以是树脂，可以是硅胶，可以是玻璃，也可以是采用了渐变折射率材料的透明小球。

本发明中，所述镜片基材可以是树脂材料，也可以是玻璃材料。

下面进一步的讨论如何设计小球的尺寸和折射率以满足本发明，仅以矫正近视镜片为例，矫正远视镜片则反之适用。

如图2所示，设镜片基材折射率n0，小球透镜折射率为n1；使球透镜浸没于镜片中；

假设一组平行光线中的一条光线，如图2所示从基材中入射到透明小球，入射角度为α，折射角为β，最后出射光线的总偏折角度为θ，并定义入射的位置的弦高yR,y为弦高与半径R的比例系数。根据球体的几何特性和折射光线定律，可以得到出射光线的路径，并得到下列公式。

根据折射定律，可知：

由三角函数定义有：

yR＝R*sinα， (2)

由图2的多个三角形几何关系有：

θ＝2α-2β， (3)

另由光线偏折角可计算出对应于此光线的焦距:：

f(y)＝yR*ctanθ， (4)

整理上述4式，最终有：

f(y)＝yR*ctan[2*arcsin(y)-2*arcsin(y*n0/n1)， (5)

在眼视光中，更常以光焦度来表征光学零件的屈光能力，故空气中的光焦度：

而患者配带普通的矫正镜片已能清晰的把图像聚焦于视网膜的中心凹处，增加放射小球产生的附加的光焦度，则使光线的焦点偏离视网膜。此处，我们定义这种光焦度的偏移量为离焦度。因此，由(6)式计算得到的光焦度亦即为离焦度。

由(5)式，可知平行光束经过透明小球，其焦点位置由多个因素决定。光线入射小球的角度或者说入射小球的弦高y有相关，与小球半径R相关，也与基材折射率n0和小球折射率n1相关。在小球半径R、基材折射率n0和小球折射率n1固定的前提下，小球并不能将平行光束聚焦成几何意义上零尺寸的焦点，而是一个焦斑区。弦高越高，入射角越大，焦距越短；弦高越低，入射角越小，焦距越长，如图3所示。

在极限位置弦高为0即入射角为0时，对(5)式取极限，此时焦距为：

此焦距即通常所指的透镜的近轴焦距，其倒数即为近轴的光焦度。根据所需要的离焦度，可计算出所需要的小球半径R和小球的折射率n1。

如图4，应用小球透镜时，未经小球的光线在视网膜上清晰成像，而经过小球透镜的光线会聚在视网膜前方，由于光束不能被完美聚焦，故而光线会聚于视网膜前一片区域，实现多焦点离焦的效果。如果在视网膜前的特定位置离焦成像，即单焦点离焦成像，特殊视场在强光下会有重影感。而多焦点离焦，因为是渐变的焦点位置(焦斑区)，无法在视网膜前成像，即使在户外强光下，也可避免重影感。

由球体的高度对称性，不同视场的光线经过小球后的光束聚焦度都几乎是等效的。

小球在镜片中排布方式，没有严格的要求，可以是多层圆环方式，如图5；也可以水平错位排布，如图6；也可以是随机排布。小球的数量需要使其整体的投影面积占整个镜片的投影面的20％-80％。为保证中心视场的足够高的分辨力，镜片中心区域,比如半径<5mm范围内，不设置透明小球。为了使离焦量均衡，尽量使小球的排布较均匀。

小球数量多或占整个镜片面的比例高，则意味着离焦面积大，对眼轴增长的抑制力更强。但是离焦面积过大，则意味着可清晰成像的面积变小，影响视觉成像。所以小球数量与整个镜片的投影面积需要有一个合适的比值。优选为30％-60％。

小球半径的范围可以为0.1mm到2mm，优选值为0.5mm。

小球折射率设置为与基材折射率的差异小于0.015；当折射率差过大时，则会导致离焦量过大，甚至光线在小球与基材边界处发生全反射。折射率差的优选值为0.001。

小球也可以使用渐变折射率材料(GRIN)，当积分后求平均的折射率大于基材折射率时，能抑制眼轴增长；反之，能促进眼轴增长。

本发明提到的透明小球体的尺寸大小或折射率可以完全一样，也可以略有区别，比如靠近周边时，可以增加离焦度，从而略提高折射率或略降低半径。

本发明的有益效果为：

通过在眼镜镜片成型时，加入较高的特定折射率的特定半径的小球，使得部分进入人眼光线处于近视离焦状态，从而通过光信号来抑制人眼球的增长，控制近视；反之，加入较低的特定折射率小球，能使部分进入人眼的光线处于远视离焦状态，促进眼轴增长，控制远视。

本发明在生产上模具更加简单，不需要更改原先的镜片生产模具面型，可以兼容之前的制造模具。

附图说明

图1为本发明的原理示意图。

图2为光线经过小球的光路示意图。

图3为不同位置的光线经过小球的光路示意图。

图4为经小球的光线与人眼视网膜位置关系示意图。

图5为小球的圆环形排列示意图。

图6为小球的水平错位排列示意图。

图7为等效离焦度与光线入射位置关系(实施例1)。

图8为等效离焦度与光线入射位置关系(实施例2)。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本发明实施例1，如图5所示，假设为光焦度为-4D的单光凹透镜，采用折射率为1.499的热固性树脂为基材，采用1.500折射率的透明材料制作小圆球，半径为0.5mm，把这些小球放在液体基材中，模压浇铸成型法加热固化。中心半径r<5mm区域内，为留白区域，不布置小球，其他区域采用环形摆放，使得小球的总体投影区域占整镜片的有效区域为35％。这里的透明材料可以是玻璃材料，也可以是光学树脂，甚至同一种改良过的光学树脂，比如热固性树脂可以使用以下任意一种技术来增加折射率：改变原子分子中电子的结构，例如：引入苯环结构；在原分子中加入重原子，诸如卤素(氯、溴等)或硫。

根据本发明推导的计算公式(5)式和(6)式，代入本实施案例的相关参数，可得到等效离焦度与光线入射位置的关系，参见图7；可以看出随着入射位置或入射角度的增加，等效的光焦度也会增长。即如图3和图4所示，不同位置的焦点或离焦度的变化。

此实施案例可以实现35％的离焦面积，且离焦量从2.6D到18.6D变化，能够一定程度帮助抑制眼轴增长，实现近视屈光不良的减缓。

本发明实施例2，如图5所示，假设为光焦度为4D的单光凸透镜，采用折射率为1.601的注塑材料为基材，采用1.600折射率的透明材料制作小圆球，半径为0.5mm，把这些小球放在液体基材中，模压浇铸成型法加热固化。中心半径r<5mm区域内，为留白区域，不布置小球，其他区域采用环形摆放，使得小球的总体投影区域占整镜片的有效区域为35％。这里的透明材料可以是玻璃材料，也可以是光学树脂，甚至同一种改良过的光学树脂。

根据本发明推导的计算公式，代入本实施案例的相关参数，可得到等效离焦度与光线入射位置的关系，参见图8；可以看出随着入射位置或入射角度的增加，等效的光焦度会降低。

此实施案例可以实现35％的离焦面积，且离焦量从-2.5D到-18D变化，能够一定程度帮助促进眼轴增长，实现远视屈光不良的减缓。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种离焦型眼镜镜片，其特征在于，由常规配方镜片内部完全浸没多个透明小球体组成，小球的折射率与镜片基材折射率不完全一样；

其中，所述常规配方镜片，是只有单一屈光度数的镜片，或者是复合的具有矫正散光功能的镜片，或者是具有多屈光度的渐进多焦度镜片；

当需要抑制眼轴增长时，小球折射率大于基材折射率；当需要促进眼轴增长时，小球折射率小于基材折射率。

2.根据权利要求1所述的离焦型眼镜镜片，其特征在于，把所述透明小球放在液体镜片基材中，通过模压浇铸成型法加热固化得到；或者把所述小球置于热塑型材料中，通过注塑成型得到。

3.根据权利要求1所述的离焦型眼镜镜片，其特征在于，所述小球的半径的范围为0.1mm到2mm。

4.根据权利要求1所述的离焦型眼镜镜片，其特征在于，所述小球折射率与镜片基材的折射率的差值绝对值小于0.015。

5.根据权利要求1所述的离焦型眼镜镜片，其特征在于，所述小球在镜片内部的排布方式，是多层圆环形排布，或者是横平竖直排布，或者是随机均匀排布。

6.根据权利要求1所述的离焦型眼镜镜片，其特征在于，所述小球的数量，满足小球整体的投影面积占整个镜片的投影面的20%-80%。

7.根据权利要求1所述的离焦型眼镜镜片，其特征在于，镜片中心半径小于5mm区域内不设置小球。

8.根据权利要求1所述的离焦型眼镜镜片，其特征在于，所述透明小球体的尺寸大小或折射率完全一样，或者略有区别。

9.根据权利要求1所述的离焦型眼镜镜片，其特征在于，所述透明小球材料为树脂、硅胶或玻璃，或者是采用了渐变折射率的材料。

10.根据权利要求1所述的离焦型眼镜镜片，其特征在于，所述镜片基材是树脂或者是玻璃。