CN114460762B - 一种贝壳式螺旋梯度渐变离焦的镜片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种贝壳式螺旋梯度渐变离焦的镜片，其包括基片层，基片层上设置有贝壳式螺旋倾斜矩形光栅膜层，贝壳式螺旋倾斜矩形光栅膜层包括沿着贝壳式螺旋曲线的最内起点处至贝壳式螺旋曲线的最外终点处连续设置的倾斜矩形光栅，且倾斜矩形光栅的倾斜角度从最内起点处至最外终点处连续增大，以使各个入射角度的光束入射贝壳式螺旋倾斜矩形光栅膜层后连续的聚焦在视网膜前方。由于倾斜矩形光栅的倾斜角度从最内起点处到最外终点处是连续递增的，没有中断，从而使得各个入射角度的入射光束连续的聚焦在视网膜前方的减速信号区，在视网膜的前方聚焦会比较集中，从而实现无盲区、无通道、不分左右眼屈光矫正与近视离焦的效果。
Description
技术领域
本申请涉及镜片的技术领域，尤其是涉及一种贝壳式螺旋梯度渐变离焦的镜片及其制备方法。
背景技术
正常人的眼轴大概在23.5mm～24mm左右,眼轴每增长1mm,度数最高可以增加约300度，随着眼轴增长，眼底的视网膜被拉薄，这时的眼睛就如同一个气球,发生视网膜裂孔和脱离的概率就相应增加。
研究人员通过干扰动物的正常视觉，观察动物眼球形成屈光不正的过程，发现在动物眼球内形成不同种类的离焦刺激，会对动物眼睛的生长起到截然相反的诱导作用；正视眼是指当眼球处于静止(无调节)状态下，5m远的物体发出的平行光线入眼内，通过眼球的屈光系统聚焦于视网膜上，当射入眼内的光线焦点没有落在视网膜上时就形成了“离焦”，根据焦点与视网膜的位置关系,可以分为近视离焦和远视离焦，而焦点落在视网膜前者称为近视离焦，落在视网膜后面者称为远视离焦。
经过科学实验对比验证发现，周边视野聚焦焦点落在视网膜前方，形成近视离焦信号，此种近视离焦减速信号区面积越大，减缓眼轴增长越明显，能使眼轴缩短，如图5所示；而周边视野聚焦焦点落在视网膜后方，形成远视离焦信号，会诱发眼轴变长,如图6所示。在儿童青少年近视形成的过程中，周边视力处于离焦状态，视点周围形成模糊等状态，造成视野紧缩，产生周边视网膜成像远视性离焦，会导致近视或近视加深。
发明内容
针对上述在儿童青少年近视形成的过程中，周边视力处于离焦状态，视点周围形成模糊等状态，造成视野紧缩，产生周边视网膜成像远视性离焦，会导致近视或近视加深的问题,本申请提出了一种贝壳式螺旋梯度渐变离焦的镜片，采用如下的技术方案：
一种贝壳式螺旋梯度渐变离焦的镜片，包括基片层，其特征在于：
所述基片层上设置有贝壳式螺旋倾斜矩形光栅膜层，所述贝壳式螺旋倾斜矩形光栅膜层包括沿着贝壳式螺旋曲线的最内起点处至贝壳式螺旋曲线的最外终点处连续设置的倾斜矩形光栅，且所述倾斜矩形光栅的倾斜角度从所述最内起点处至所述最外终点处连续增大，以改变各个入射角度的入射光束；
其中，所述倾斜角度为倾斜矩形光栅的侧表面与基片层的法线之间的夹角。
由于倾斜矩形光栅的倾斜角度越大，则透射偏折角度越大，位于光学正焦中心区之外的倾斜矩形光栅将周边视野的入射光束聚焦在视网膜前方的减速信号区，利用近视离焦原理，将聚焦于视网膜后的焦点移至视网膜上或前方，减少旁中心离焦现象，抑制或减缓近视加深。且由于倾斜矩形光栅的倾斜角度从最内起点处到最外终点处是连续递增的，没有中断，从而使得各个入射角度的入射光束连续的聚焦在视网膜前方的减速信号区，在视网膜的前方聚焦会比较集中，从而实现无盲区、无通道、不分左右眼屈光矫正与近视离焦，亦通过周边视力控制技术缓解近用疲劳及防控近视，进而实现较好的避免眼轴增长的效果。
优选的，所述倾斜矩形光栅位于贝壳式螺旋曲线的最内起点处的倾斜角度为3度，所述倾斜矩形光栅位于贝壳式螺旋曲线的最外终点处的倾斜角度为80度。由于倾斜矩形光栅的倾斜角度位于3度和80度之间，使得近视离焦减速信号区面积保持在一个连续的、合适的范围，能较好的减缓眼轴增长。
优选的，所述倾斜矩形光栅由五氧化三钛材料制成。由五氧化三钛材料制成的倾斜矩形光栅具有较高折射率。
优选的，所述贝壳式螺旋梯度渐变离焦的镜片还包括增透膜层，所述增透膜层位于贝壳式螺旋倾斜矩形光栅膜层远离基片层的一侧。增透膜层可以减少镜片表面的反射损失。
优选的，所述增透膜层由五氧化三钛镀膜膜层与二氧化硅镀膜膜层互相交替叠加而成。由五氧化三钛镀膜膜层与二氧化硅镀膜膜层互相交替叠加而成能较好的减少镜片表面的反射损失。
优选的，所述基片层包括镜片基片和打底层，所述打底层位于贝壳式螺旋倾斜矩形光栅膜层与镜片基片之间，且所述打底层由二氧化硅材料制成。二氧化硅打底层有利于贝壳式螺旋倾斜矩形光栅膜层的制作。
优选的，所述倾斜矩形光栅的光栅脊底部宽度为200nm～250nm，所述倾斜矩形光栅的光栅槽槽深为100nm～600nm。
优选的，所述镜片基片的厚度为0.6mm～3.0mm，所述打底层的厚度为1nm～5nm，所述増透膜层的厚度为83nm～830nm，所述贝壳式螺旋梯度渐变离焦的镜片的厚度为180nm～1500nm。从而使得镜片的厚度保持在一个合适的范围。
另一方面，本申请还提出了一种贝壳式螺旋梯度渐变离焦的镜片的制备方法，包括以下步骤：
S1：提供镜片基片；
S2：在所述镜片基片上制作打底层；
S3：将贝壳式螺旋倾斜矩形光栅掩膜片贴附在所述打底层上；
S4：在所述打底层上制作贝壳式螺旋倾斜矩形光栅膜层，所述贝壳式螺旋倾斜矩形光栅膜层包括沿着贝壳式螺旋曲线的最内起点处至贝壳式螺旋曲线的的最外终点处连续设置的倾斜矩形光栅，且所述倾斜矩形光栅的倾斜角度从所述最内起点处至所述最外终点处连续增大，以使各个入射角度的光束入射所述贝壳式螺旋倾斜矩形光栅膜层后连续的聚焦在视网膜前方；
S5：在所述贝壳式螺旋倾斜矩形光栅膜层上制作增透膜层。
利用该制备方法所制备的贝壳式螺旋梯度渐变离焦的镜片具有附着牢固、结构致密、环境稳定性好等优点。
优选的，所述步骤S4中，在贴附有所述贝壳式螺旋倾斜矩形光栅掩膜片的打底层上蒸镀沉积五氧化三钛增透膜料，并使五氧化三钛增透膜料蒸束流穿透贝壳式螺旋倾斜矩形光栅掩膜片的贝壳式螺旋梯度镂空斜孔径圈开区的区域，以形成所述贝壳式螺旋倾斜矩形光栅膜层。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.利用近视离焦原理，将聚焦于视网膜后的焦点移至视网膜上或前方，减少旁中心离焦现象，抑制或减缓近视加深；
2.倾斜矩形光栅的倾斜角度从最内起点处到最外终点处是连续递增的，没有中断，从而使得各个入射角度的入射光束连续的聚焦在视网膜前方的减速信号区，在视网膜的前方聚焦会比较集中，从而实现无盲区、无通道、不分左右眼屈光矫正与近视离焦，亦通过周边视力控制技术缓解近用疲劳及防控近视，进而实现较好的避免眼轴增长的效果；
3.利用本申请贝壳式螺旋梯度渐变离焦的镜片的制备方法所制备的贝壳式螺旋梯度渐变离焦的镜片具有附着牢固、结构致密、环境稳定性好等优点。
附图说明
包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本申请的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。附图的元件不一定是相互按照比例的。同样的附图标记指代对应的类似部件。
图1是本申请实施例一种贝壳式螺旋梯度渐变离焦的镜片的结构示意图。
图2是本申请实施例一种贝壳式螺旋梯度渐变离焦的镜片的贝壳式螺旋倾斜矩形光栅膜层的放大示意图。
图3是为了体现倾斜矩形光栅的倾斜角度变化与透射偏折角变化的关系的示意图。
图4是各个入射角度的光束入射贝壳式螺旋倾斜矩形光栅膜层后连续的聚焦在视网膜前方的示意图。
图5是近视离焦的原理示意图。
图6是远视离焦的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
参照图1，本申请实施例公开的一种贝壳式螺旋梯度渐变离焦的镜片，包括基片层、贝壳式螺旋倾斜矩形光栅膜层3和增透膜层4，其中，基片层包括镜片基片1和打底层2，打底层2位于贝壳式螺旋倾斜矩形光栅膜层3与镜片基片1之间，打底层2由二氧化硅材料制成，增透膜层4位于贝壳式螺旋倾斜矩形光栅膜层3远离基片层的一侧。
参照图1和图2，贝壳式螺旋倾斜矩形光栅膜层3包括沿着非对称贝壳式螺旋曲线的最内起点处至非对称贝壳式螺旋曲线的最外终点处连续设置的倾斜矩形光栅，且所述倾斜矩形光栅的倾斜角度从所述最内起点处至所述最外终点处连续增大。本申请中的非对称贝壳式螺旋为具有贝壳式形状的、非轴对称或者中心对称的螺旋形状，如图2所示，非对称贝壳式螺旋从最内起点处至最外终点处的半径逐渐增大。
如图3所示，倾斜矩形光栅的倾斜角度为倾斜矩形光栅的侧表面与基片层的法线Z之间的夹角β。其中，基片层的法线Z为垂直于基片层表面的直线，倾斜矩形光栅与镜片法线Z轴形成不同的β倾斜角度而产生偏振衍射不同方向、不同振幅与不同相位的透射光，应用在可见光波段时，随着倾斜矩形光栅倾斜度的不同，当倾斜矩形光栅与镜片法线Z轴倾斜度越大，透射偏振倾斜角越大，偏振衍射透射越明显。
参照图4，由于倾斜矩形光栅的倾斜角度越大，则透射偏折角度越大，位于光学正焦中心区之外的倾斜矩形光栅将周边视野的入射光束聚焦在视网膜前方的减速信号区，利用近视离焦原理，将聚焦于视网膜后的焦点移至视网膜上或前方，减少旁中心离焦现象，从而抑制或减缓近视加深。且由于倾斜矩形光栅的倾斜角度从最内起点处到最外终点处是连续递增的，没有中断，从而使得各个入射角度的入射光束连续的聚焦在视网膜前方的减速信号区，在视网膜的前方聚焦会比较集中，从而实现无盲区、无通道、不分左右眼屈光矫正与近视离焦，亦通过周边视力控制技术缓解近用疲劳及防控近视，进而实现较好的避免眼轴增长的效果。
在一个具体的实施例中，所述倾斜矩形光栅位于贝壳式螺旋曲线的最内起点处的倾斜角度为3度，所述倾斜矩形光栅位于贝壳式螺旋曲线的最外终点处的倾斜角度为80度。由于倾斜矩形光栅的倾斜角度位于3度和80度之间，使得近视离焦减速信号区面积保持在一个连续的、合适的范围，能较好的减缓眼轴增长。
在一个具体的实施例中，镜片基片的材料包括且不仅限于如下：光学镜片及太阳镜片的玻璃基材、聚碳酸酯PC基材、尼龙PA基材、CR-39基材、PMMA基材、AC亚克力基材、MR-7TM基材、MR-8TM基材、MR-8PlusTM基材、MR-10TM基材、MR-95TM基材、MR-174TM基材中的任意一种。
在一个具体的实施例中，倾斜矩形光栅由五氧化三钛材料制成。由五氧化三钛材料制成的倾斜矩形光栅具有较高折射率。
在一个具体的实施例中，增透膜层4由五氧化三钛镀膜膜层与二氧化硅镀膜膜层互相交替叠加而成，如图1所示，由五氧化三钛镀膜膜层与二氧化硅镀膜膜层互相交替叠加而成能较好的减少镜片表面的反射损失。
在具体示例中，增透膜层总膜系设计为Sub{[H L]ΛS}Air；
其中，H表示高折射率膜料Ti3O5五氧化三钛膜层膜厚13nm厚度；
L表示低折射率膜料SiO2二氧化硅膜层膜厚70nm厚度；
S表示膜堆周期数，S设计范围为1～10周期；
膜系的中心波长设计为550nm；
设计工作波长：420nm～780nm范围内的任意波长；
设计标准宽光谱增透膜Ravg＜0.5％@工作波长420nm～780nm；
设计透过率＞94％@工作波长420nm～780nm。
在一个具体的实施例中，倾斜矩形光栅的光栅脊底部宽度w为200nm～250nm，倾斜矩形光栅的光栅槽槽深h为100nm～600nm,镜片基片的厚度为0.6mm～3.0mm，打底层的厚度为1nm～5nm，増透膜层的厚度为83nm～830nm，贝壳式螺旋梯度渐变离焦的镜片的厚度为180nm～1500nm，倾斜矩形光栅的底部宽度为200nm～250nm。
另一方面，本申请还提出了一种贝壳式螺旋梯度渐变离焦的镜片的制备方法，包括以下步骤：
S1：提供镜片基片；
在具体的实施例中，镜片基片包括且不仅限于如下：光学镜片及太阳镜片的玻璃基材、聚碳酸酯PC基材、尼龙PA基材、CR-39基材、PMMA基材、AC亚克力基材、MR-7TM基材、MR-8TM基材、MR-8PlusTM基材、MR-10TM基材、MR-95TM基材、MR-174TM基材中的任意一种。
S2：在所述镜片基片上制作打底层；
在具体的实施例中，S2具体包括：在镜片基片上进行离子辅助轰击沉积电子束蒸镀技术沉积SiO2二氧化硅打底层,离子轰击时间为1min～5min。
S3：将贝壳式螺旋倾斜矩形光栅掩膜片贴附在所述打底层上；
在具体的实施例中，将事先进行准分子激光双光束干涉直写纳米尺度的贝壳式螺旋形镂空斜孔的倾斜矩形光栅开区结构的倾斜矩形光栅掩膜片贴附在镜片上，该掩模片上是连续贝壳式螺旋式等梯度渐变离焦的镂空斜孔从光学正焦中心区之外的最内起点由倾斜3°(与法线)的倾斜矩形光栅镂空斜孔开始连续逐渐贝壳式向外螺旋递增倾斜角度到80°(与法线)的镂空斜孔倾斜矩形光栅的开区结构。
S4：在所述打底层上制作贝壳式螺旋倾斜矩形光栅膜层，所述贝壳式螺旋倾斜矩形光栅膜层包括沿着贝壳式螺旋曲线的最内起点处至贝壳式螺旋曲线的的最外终点处连续设置的倾斜矩形光栅，且所述倾斜矩形光栅的倾斜角度从所述最内起点处至所述最外终点处连续增大，以使各个入射角度的光束入射所述贝壳式螺旋倾斜矩形光栅膜层后连续的聚焦在视网膜前方；
在具体的实施例中，在贴附有倾斜矩形光栅掩膜片的打底层上蒸镀沉积五氧化三钛增透膜料，并使五氧化三钛增透膜料蒸束流穿透倾斜矩形光栅掩膜片的贝壳式螺旋梯度镂空斜孔径圈开区的区域，以形成贝壳式螺旋倾斜矩形光栅膜层。
蒸镀沉积的参数如下：镜片基片与五氧化三钛增透膜料蒸发物距离40cm～90cm，基片长晶温度为40℃～80℃，充氧量20～180SCCM，束流密度100mA～120mA,工作时真空度为1×10^(-3)Pa～9×10^(-3)Pa。
S5：在贝壳式螺旋倾斜矩形光栅膜层上制作增透膜层。
在具体的实施例中，在眼镜基片上进行离子辅助沉积电子束(IBAD)蒸镀沉积制作增透膜层，增透膜膜系采用高折射率镀膜膜层与低折射率镀膜膜层互相交替叠加构成的高增透膜层，在具体示例中，高折射率镀膜膜层使用的膜料为Ti3O5五氧化三钛，低折射率镀膜膜层使用的膜料为SiO2二氧化硅，蒸镀背景真空度为1×10Λ(-3)Pa～9×10Λ(-3)Pa,氧压为1×10Λ(-2)Pa～8×10Λ(-2)Pa。
增透膜层总膜系设计为Sub{[H L]ΛS}Air；
H表示高折射率膜料Ti3O5五氧化三钛膜层膜厚13nm厚度；
L表示低折射率膜料SiO2二氧化硅膜层膜厚70nm厚度；
S表示膜堆周期数，S设计范围为1～10周期；
膜系的中心波长设计为550nm；
设计工作波长：420nm～780nm范围内的任意波长；
设计标准宽光谱增透膜Ravg＜0.5％@工作波长420nm～780nm；
设计透过率＞94％@工作波长420nm～780nm。
增透膜层制作过程中的参数如下：镀膜前离子轰击1分钟～5分钟，低折射率膜料SiO2二氧化硅的沉积速率0.6nm/s～6.0nm/s；高折射率Ti3O5五氧化三钛的沉积速率0.4nm/s～5.0nm/s，电子枪功率保持在50％～80％；电子枪阳极电压100V～130V，阳极电流3A～10A；阴极电压20V～50V，阴极电流12A～20A；停镀后在降温半小时之后充气真空室取出镜片。
本申请采用掩模法蒸镀沉积贝壳式螺旋向外渐增倾斜角度的倾斜矩形光栅，蒸镀制程中导入光学等效导纳值的调节，优化出可见光全带宽膜系，采用严格的耦合波方法分析倾斜矩形光栅结构参量对其衍射效率的影响而得到了倾斜矩形光栅的倾斜角度、槽深等结构参量以及波长与偏振衍射效率的关系，另在硬件技术采用电子束蒸发镀膜加以离子束辅助沉积(IBAD)，优点是所制备的薄膜附着牢固、结构致密、环境稳定性好，完全满足相关的环境试验要求。优点为高效率大批量性、无位移误差的鬼线(伪谱线)、低杂散光、高信噪比、集光立体角大、光谱范围宽、能量响应平滑、谱面平直、环形大面积聚焦、消色差等优良特性，其特点为，在相比单纯的近视离焦信号面，贝壳式螺旋形近视离焦光度梯度变化所形成的减速信号区，能产生更强的减缓近视发展的效果，适合大批量生产、制作成本低、发展潜力巨大、意义重大。
以上描述了本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。也应当注意，在有些作为替换的实现中，上述提到的方法可以不同于本申请记载的顺序发生，这依所涉及的功能而定。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。措词‘包括’并不排除在权利要求未列出的元件或步骤的存在。元件前面的措词‘一’或‘一个’并不排除多个这样的元件的存在。在相互不同从属权利要求中记载某些措施的简单事实不表明这些措施的组合不能被用于改进。在权利要求中的任何参考符号不应当被解释为限制范围。
Claims (10)
1.一种贝壳式螺旋梯度渐变离焦的镜片，包括基片层，其特征在于：
所述基片层上设置有贝壳式螺旋倾斜矩形光栅膜层，所述贝壳式螺旋倾斜矩形光栅膜层包括沿着贝壳式螺旋曲线的最内起点处至贝壳式螺旋曲线的最外终点处连续设置的倾斜矩形光栅，且所述倾斜矩形光栅的倾斜角度从所述最内起点处至所述最外终点处连续增大，以改变各个入射角度的入射光束；
其中，所述倾斜角度为倾斜矩形光栅的侧表面与基片层的法线之间的夹角。
2.根据权利要求1所述的一种贝壳式螺旋梯度渐变离焦的镜片，其特征在于：所述倾斜矩形光栅位于贝壳式螺旋曲线的最内起点处的倾斜角度为3度，所述倾斜矩形光栅位于贝壳式螺旋曲线的最外终点处的倾斜角度为80度。
3.根据权利要求1所述的一种贝壳式螺旋梯度渐变离焦的镜片，其特征在于：所述倾斜矩形光栅由五氧化三钛材料制成。
4.根据权利要求1所述的一种贝壳式螺旋梯度渐变离焦的镜片，其特征在于：所述贝壳式螺旋梯度渐变离焦的镜片还包括增透膜层，所述增透膜层位于贝壳式螺旋倾斜矩形光栅膜层远离基片层的一侧。
5.根据权利要求4所述的一种贝壳式螺旋梯度渐变离焦的镜片，其特征在于：所述增透膜层由五氧化三钛镀膜膜层与二氧化硅镀膜膜层互相交替叠加而成。
6.根据权利要求4所述的一种贝壳式螺旋梯度渐变离焦的镜片，其特征在于：所述基片层包括镜片基片和打底层，所述打底层位于贝壳式螺旋倾斜矩形光栅膜层与镜片基片之间，且所述打底层由二氧化硅材料制成。
7.根据权利要求1-6任一所述的一种贝壳式螺旋梯度渐变离焦的镜片，其特征在于：所述倾斜矩形光栅的光栅脊底部宽度为200nm～250nm，所述倾斜矩形光栅的光栅槽槽深为100nm～600nm。
8.根据权利要求6所述的一种贝壳式螺旋梯度渐变离焦的镜片，其特征在于：所述镜片基片的厚度为0.6mm～3.0mm，所述打底层的厚度为1nm～5nm，所述増透膜层的厚度为83nm～830nm，所述贝壳式螺旋梯度渐变离焦的镜片的厚度为180nm～1500nm。
9.一种贝壳式螺旋梯度渐变离焦的镜片的制备方法，包括以下步骤：
S1：提供镜片基片；
S2：在所述镜片基片上制作打底层；
S3：将贝壳式螺旋倾斜矩形光栅掩膜片贴附在所述打底层上；
S4：在所述打底层上制作贝壳式螺旋倾斜矩形光栅膜层，所述贝壳式螺旋倾斜矩形光栅膜层包括沿着贝壳式螺旋曲线的最内起点处至贝壳式螺旋曲线的最外终点处连续设置的倾斜矩形光栅，且所述倾斜矩形光栅的倾斜角度从所述最内起点处至所述最外终点处连续增大，以使各个入射角度的光束入射所述贝壳式螺旋倾斜矩形光栅膜层后连续的聚焦在视网膜前方；
S5：在所述贝壳式螺旋倾斜矩形光栅膜层上制作增透膜层。
10.根据权利要求9所述的一种贝壳式螺旋梯度渐变离焦的镜片的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，在贴附有所述贝壳式螺旋倾斜矩形光栅掩膜片的打底层上蒸镀沉积五氧化三钛增透膜料，并使五氧化三钛增透膜料蒸束流穿透贝壳式螺旋倾斜矩形光栅掩膜片的贝壳式螺旋梯度镂空斜孔径圈开区的区域，以形成所述贝壳式螺旋倾斜矩形光栅膜层。
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