CN114967177A - 一种仿生复眼离焦镜片 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种仿生复眼离焦镜片，包括主体镜片凸面和凹面，所述主体镜片凸面的微透镜阵列区域直径为60~80mm，所述主体镜片凸面包括光学中心和微透镜阵列区域，几何中心为一个8‑10mm的正六边形或者圆形区域，外侧为微透镜阵列区域（微透镜阵列区域覆盖的都是离焦区），微透镜阵列区域与主体镜片凹面做同心圆离焦环增量离焦值共同形成离焦区；通过模仿复眼特点采用微透镜阵列，解决了传统多点离焦存在的高像差，高像散，光线串扰，也解决了单纯的面型离焦镜片视野区域小，镜面散光大，成像不能聚焦等问题。

Description

一种仿生复眼离焦镜片

技术领域

本发明属于眼镜镜片领域，具体涉及一种预防和抑制近视发展的仿生复眼微透镜阵列离焦镜片。

背景技术

目前针对对儿童和青少年近视的防控框架眼镜多采用离焦、渐进多焦点等镜片进行干预和调节。根据近视成因，眼视光学界普遍认为：离焦学说和调节学说是近视防控的两大主要防控手段。本发明根据复眼微透镜阵列特点和离焦原理发明仿生复眼微透镜离焦镜片。

离焦镜片成为近视防控框架眼镜的主要防控产品，目前离焦镜片设计方案以两种镜片设计为主要代表，一种以蔡司成长乐为代表为曲率半径变化及面型变化的离焦镜片，因其形状犹如贝壳（以下简称贝壳形离焦）；第二种以豪雅新乐学（专利号：CN104678572 A）依视路星趣控（专利号：CN 110221454 A）为代表的多点离焦镜片。因以很多直径较小的凸透镜圆点负载于镜片表面，以下简称多点离焦。这两种设计都是都是以周边离焦原理为基础。

离焦原理产生的离焦镜片，本质上解决的是已经近视儿童和青少年对于单一球面镜周边成像于视网膜后，从而造成眼轴代偿性变长致使近视进一步加深的问题。镜片要达到这样的离焦调节效果，豪雅采用的是带空隙的多点微透镜来处理视网膜成像问题，概括为：看远时（正视），通过光学中心和微透镜间的空隙（第一屈光力）获取矫正视力度；眼球离开光学中通过微透镜所带的离焦度数（第二屈光力）调节物象于视网膜上或前。依视路的环形多点离焦采用的是非球面微透镜（小透镜由小变大）离焦值逐步变大调节物象于视网膜上或前。

同时根据微透镜做离焦设计的专利还有如：段亚东 的《微透镜周边离焦眼镜片》（专利号：CN 210690971 U），赵佩韬的《基于周边微透镜的视力控制镜片及眼镜 》（专利号：CN 109031696 B ）以上几种设计都是基于微透镜为凸透镜可以增加正度数，负载主体近视镜片上从而降低周边度数的设计理念。

离焦理论已经得到中外视光学专家的论证和认可，这里不做论述。然而，单一的曲率半径变化的贝壳形离焦和多点透镜离焦镜片从光学原理和制作工艺上确有其难度和设计上的不足。

一付近视防控镜片对近视防控的效果（这里排除佩戴习惯和装配因素），取决于镜片的除光学中心外周边离焦值（光学中心度数和有效光学周边区域度数相减的绝对值）的大小。离焦值大，调节物象在视网膜上（或前）成像的概率就大（一个处方矫正度数需要多大离焦量使物象准确的落在视网膜上，目前视光学界没有标准和相关定律）。

贝壳形离焦，1)、离焦值愈大，因其镜片的曲率半径变化就大，随之带来的镜面散光愈大及像散大，以至于在有效光学区做达到100~300多度左右的离焦值，这样高离焦值造成的镜面散光，像散现象严重，致使佩戴者感觉物象扭曲。2)、同时镜片光学区有上下左右的非对称设计，就形成了有效离焦区域较小，会造成佩戴者眼睛离开有效光学区进入高像散区，进而出现不适现象。

多点离焦，采用的是多点微透镜加大其透镜正值改变周边的屈光力。1）、周边的离焦量变化（离焦值增大）是用小凸透镜从中心区向边缘区逐步加大其屈光力，即改变小透镜的正度值，以上专利微透镜离焦值基本设定在200D~500D且所有近视度数都采用固定值。或通过微透镜分布位置不同，形成第一屈光区域或第二屈光区域以获取不同的屈光力来抑制近视的发展和加深。2）、要达到与中心光学区度数相比，离焦区度数要梯次递减，这对于多点小凸透镜的矢高（厚度）和直径的控制以及小透镜的曲率半径的计算和控制要求极大，制作难度极大。3）、多点离焦都是以圆形结构做微透镜的构建；这种多点圆形微凸透镜，小透镜与小透镜之间的结合部存在天然的空隙，空隙部位实际为主体镜片的凹透镜度数（以近视镜片为主体），小透镜和空隙呈现两种不同的成像原理，即凸透镜和凹透镜成像原理。同时有且一定存在离焦区内没有小透镜覆盖的区域，如同心圆设计的多点离焦环（如依视路的“星趣控”），这些区域没有小凸透镜的负载，其光度必然和负载区不同。4）、当物体反射成像光线穿过小透镜和小透镜之间的缝隙时，小透镜因凸透镜成像原理光线会偏向光轴，而缝隙处或没有负载微透镜的同心环，依然为本体近视镜片的凹透镜，其成像原理是光线必然偏离主光轴，当同一物体某个点的成像光线经过镜片时，发散光线和聚焦光线相互干扰，造成了光线的串扰现象。同时透镜和本体镜片结合部因其曲率发生很大变化必然产生镜面散光。

微透镜阵列属于微小光学，一般直径从纳米级，微米级到毫米，单靠如此小的微透镜在眼镜片（主体镜片）大小的面积上来解决光学镜片离焦量（从几十度到几百度）变化成像问题依然是成像光学上的技术难题，即或是采用精密磨削技术在微米级或 几个毫米级的微透镜基底上做非球或自由曲面技术来改变曲率变化，需要的车房刀头直径则需要达到微米或纳米级，这几无可能。

以上设计，给离焦镜片本体所带来的高像散、视场区域小、成像光线串扰现象，制作难度大等情况出现。其中因设计带来本体镜片的光学缺陷会使儿童和青少年佩戴时出现物象扭曲，头晕或眼疲劳等不适状况出现，长时间视觉疲劳也是近视发展加深的原因之一。这也是市面上两种离焦镜片出现需要适应周期的原因所在。

发明内容

为解决离焦镜片出现的以上问题，本发明提供了一种参考昆虫复眼的微透镜阵列技术而获得的一种仿生复眼微透镜离焦近视防控镜片，具体技术方案如下：

一种仿生复眼离焦镜片，包括光学中心区和离焦区；所述光学中心区为一个8-10mm的正六边形或圆形区域，所述离焦区位于光学中心区外侧直径为60~80mm的圆形区域，所述离焦区由外侧主体镜片凸面的微透镜阵列区与主体镜片凹面同心圆离焦环共同形成。

作为进一步的改进，其特征在于：其主体镜片离焦值由凸面微透镜阵列的正度值加主体镜片凹面同心圆离焦环产生的离焦值共同组成。

本发明模仿复眼正六边形微小凸透镜阵（以下简称微透镜或微透镜阵列）负载主体镜片（L）凸面（Ma）（朝物面）60~80mm直径圆形范围内，光学中心8~10mm直径的正六边形（或圆形）区域外侧，复眼微透镜阵列结构形成的正度值，与主体镜片凹面（Mb）（朝眼面）做同心圆离焦环增量离焦值共同形成离焦区。

模仿复眼数千个子眼有序分布在球面或椭球面上，不同的子眼均可以接收成像光线而独立成像，每个子眼分担复眼的一小部分视场，最终数千个子眼拼接成完整的像面，实现对物面信息的全覆盖。

作为进一步的改进，其特征在于：所述微透镜阵列中的凸镜单元形状为正六边形微凸镜，微透镜阵列负载在主体镜片凸面或凹面构成无空隙覆盖。正六边形直径、高度、边长、表面曲率半径随主体镜片直径，光学中心度数的不同而计算结果不同。

作为进一步的改进，其特征在于：所述正六边形微透镜阵列其表面结构为球面或非球面结构。

作为进一步的改进，其特征在于：所述所有正六边形微凸镜的表面曲率半径、面型和大小一样或根据需要为动态变化。动态变化即微透镜阵列中的透镜按照一定的规律排布，这样可以控制整个镜片的离焦值的变化。

正六边形的透镜阵列在排列上可以使得凸镜单元之间没有空隙，消除了圆形结构的缝隙带来的像散，并在一定程度上消除了成像盲区，提高了成像质量。

当成像光线穿透数千个微透镜任意一个点时，因微透镜（s）呈正六边形紧密排列，其所有微透镜表面曲率半径一样，所有入射平行光线不发生因圆形结构表面曲率半径的急剧变化产生的高像差和高像散。

采用正六边形微凸透镜阵列，因每个正六边形的内角都为120°，且无缝紧密排列，当眼球离开主体镜片光学中心时，因眼球的凝视角度的变化，因眼球转动离开镜片光学中心区视物需较大有效视场。这种设计一定程度上消除了成像盲区，提高了成像质量。

当成像光线穿过数千个面型结构一样的微透镜时，因正六边形凸微投镜无空隙出现，被视物体成像平行入射有效光线都会朝向主体镜片（L）的中心光轴，避免穿过圆形透镜和空隙两种不同方向的光线干扰。

同理，也避免了无微透镜负载的有效离焦区和有透镜负载区的光线串扰问题。

模仿复眼数千个微透镜阵列，大数量的微透镜能够大角度，大范围的接收成像光线，从而增加成像面积。

数千个微凸透镜阵列，因无空隙对接可以接收比圆形结构更多的有效成像光线。

数千个正六边形阵列微透镜其表现形态结构一致，表面光学曲率一致，其凸透镜的特点可以增加接收成像光线的比表面积，扩大了镜片的曲面视野。

模仿复眼正六边形微透镜无缝并列结构，可以有效解决成像光线聚焦问题。

数千个正六边形微透镜阵列结构，主体镜片（L）凸面（朝物面）为同一曲率的球面形态，负载其表面的微透镜（S）因凸透镜成像特点，其所有入射光线都有聚焦效果。

从主体镜片（L）光轴周边的微透镜（S）渐次向外，所有微透镜都遵循凸透镜成像规律，即所成像光线的入射光线都朝向主体镜片光轴靠近。解决了单一球面镜光学中心周边因光线不能聚焦而成像于视网膜后的问题，达到预防和抑制眼轴的代偿性生长的效果。

作为进一步的改进，其特征在于：其主体镜片离焦值不低于光学中心度数的绝对值的30% ，随光学中心外侧梯次递增。

作为进一步的改进，其特征在于：所述主体镜片凸面微透镜阵列的正度值由主体镜片光学中心度数绝对值的10%~50%计算所得。

作为进一步的改进，其特征在于：主体镜片凹面“所需离焦值”为光学中心度数绝对值减去主体镜片凸面微透镜阵列正度值后的20%~100%进行计算和制作。

作为进一步的改进，其特征在于：主体镜片凹面“所需离焦值”按其同比例或不同比增长分布在主体镜片凹面的8~12级环形带。

作为进一步的改进，其特征在于：主体镜片凸面所负载的微透镜阵列的正度值随主体镜片光学中心度数变化而变化，其变化值在光学中心度数绝对值的10%~50%范围内。

作为进一步的改进，其特征在于：主体镜片镜面散光值低于主体镜片离焦值。

作为进一步的改进，其特征在于：主体镜片凸面微透镜阵列正度值可以是球面或者非球面的制作形式。

主体镜片凸面微透镜阵列为正六边形紧密型结构，使主体镜片成像光线具有聚焦，视野大，像散低、无成像光线串扰。

主体镜片离焦值分配在主体镜片的凸面和凹面，使镜片具有聚焦，视野大，像散低、无成像光线串扰，离焦值分配方案及大小科学合理，使仿生复眼离焦镜片有效预防和抑制近视眼轴的代偿性生长，预防和迟缓近视的发展和加深。

综上，通过模仿复眼特点采用微透镜阵列，解决了传统多点离焦存在的高像差，高像散，光线串扰，也解决了单纯的面型离焦镜片视野区域小，镜面散光大，成像不能聚焦等问题

对于微透镜阵列的制作，主要有三种方法：

一种如上所述的微透镜阵列的制作方法，采用激光直写技术，具体步骤如下：

步骤一：使用CAD设计出微透镜阵列的曝光结构，采用设计软件设计出所需正六边形微透镜的直径，高度，焦距（正度数）曲率半径，传入激光直写设备的系统当中；

步骤二：对曝光后的光刻胶进行显影并清洗残余物质，最后得到排列整齐，结构均匀的微透镜阵列结构；

步骤三：使用激光直写制作完成微透镜阵列的原型以后，使用铸模工艺方法中的电铸技术将微透镜转化为金属模型具或其他材料模具，用于大规模的生产；

步骤四：利用具有微透镜阵列的模具，采用注塑或热固成型，在主体镜片表面形成需要的微透镜阵列。

一种如上所述的的微透镜阵列的制作方法，采用CNC车削技术，具体步骤如下：

步骤一：采用设计软件设计出微透镜需要的直径、高度、焦距、及表面曲率半径；

步骤二：采用朝超精细的雕刻技术，在基片（可不同材质）或模具上排列雕刻出正六边形结构的二维图形；

步骤三、利用CNC车床铣磨刀头在二维图形上铣磨出设计好的微透镜阵列结构；

步骤四：微透镜阵列结构制作在镜片上即为成品；微透镜阵列结构制作在模具上，再批量转印技术转移到镜片上。

一种如上所述的的微透镜阵列的制作方法，采用离子束或电子束直写技术加真空化学沉积技术，具体步骤如下：

步骤一：采用电脑软件设计出所需微透镜需要的直径、高度、焦距及表面的曲率半径；

步骤二：准备好一种与主体镜片凸面或凹面曲率相同、与主体镜片直径相同，厚度与微透镜高度相同的模板；（可以是金属类，也可以是具有粘性胶类）

步骤三：把设计好的图案通过离子束（或电子束）的刻蚀在设计好的模板上形成凹形结构；

步骤四：把模板与主体镜片的凸面或凹面粘结，采用电子束蒸发与主体镜片折射率相近的氧化物（如：二氧化硅，二氧化锆，ITO等），使这些氧化物按设定好的波长及厚度，采用真空镀膜技术在模板凹形结构里面沉积所需的微透镜结构；

步骤五：取下模板，即可在主体镜片凸面或凹面形成微透镜阵列的结构。

微透镜阵列因其属性为凸透镜，每个凸透镜必然具有焦距及产生屈光力（正度数）（焦距的倒数等于屈光力及度数），因微透镜阵列中每个透镜的面型及大小一致，可以通过主体镜片中心屈光力计算出微透镜通过表面调节需要的合理正度值，使主体镜片（L）除光学中心区（C）外的屈光力（度数）达到减少或降低。

微透镜阵列因其曲率一致，由此产生不同度数的视力矫正镜片除光学中心区域外，通过微透镜递减的正度值也就一样。

根据离焦理论，对光学中心正常处方度数的周边度数做递减，即增加离焦值来使其成像光线聚焦于视网膜上（或前），达到预防和抑制近视的进一步发展。

附图说明

图1为复眼微透镜阵列平面图。

图2为复眼微透镜阵列结构图。

图3为复眼微透镜截面图。

图4为复眼微透镜截面放大图。

图5为球面镜近视镜成像光路图。

图6为复眼微透镜阵成像光路图。

图7为凹面环形离焦区屈光变化示意图。

图8为凹面环形离焦区镜面散光变化示意图。

图9为-4.00为环形离焦屈光、散光曲线图。

图10为复眼微透镜镜片光学中心区参数及计算图。

图11为复眼微透镜镜片阵列区参数及计算图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，该实施例仅用于解释本发明，并不对保护范围构成限定。

一种仿生复眼离焦镜片，包括主体镜片凸面和凹面，所述主体镜片凸面微透镜阵列的直径为60~80mm，所述主体镜片凸面包括光学中心和微透镜阵列区域，几何中心为一个8-10mm的正六边形或者圆形区域，外侧为微透镜阵列区域，微透镜阵列区域与主体镜片凹面做同心圆离焦环增量离焦值共同形成离焦区。

其微透镜阵列图形设计：

其微透镜（s）和微透镜这列结构图（图2）其中：

中心空白区域参数及面积（图10）：高度为10mm，边长为5.7755mm ，面积为86.6025平方mm。

微透镜和阵列区参数及面积（图11）：小透镜的高为1.1547mm，边长为：0.6666mm,面积为：1.154698平方毫米。

微透镜阵列区负载以60mm直径圆形面积（光学中心区除外）为：2826mm²。小透镜的个为：2372个。

微透镜阵列的形成，正六边形微透镜形成有的技术方案很多种，这里包括但不仅限于具体措施中描述的两种。

方案一：采用激光直写技术：

1、激光直写方法易于操作，并且具有制作的微光学元件尺寸小、精度高的优点，激光直写制作微透镜阵列的工艺过程可以分为三步：

1）、使用CAD设计出微透镜阵列的曝光结构，采用设计软件设计出所需正六边形微透镜的直径，高度，焦距（正度数）曲率半径，传入激光直写设备的系统当中。（此写入为同样规格的微型凹透镜，经模具转化后变为微型凸透镜阵列）将涂敷有光刻胶的基片放置于直写平台，对光刻胶进行激光写入。

2）、对曝光后的光刻胶进行显影并清洗残余物质，最后得到排列整齐，结构均匀的微透镜阵列结构。

3）、使用激光直写制作完成微透镜阵列的原型以后，使用铸模工艺方法中的电铸技术将微透镜转化为金属模型具或其他材料模具，用于大规模的生产。由于电铸复制工艺能够保证最终产品的形状，因此能够对微透镜阵列进行大规模的生产。利用这些先进的技术，重复制作出微单元结构，并能大幅度的降低制作工艺和成本。

4）、利用具有微透镜阵列的模具，采用注塑或热固成型，在主体镜片表面形成需要的微透镜阵列。 方案二：采用CNC车削技术

步骤一：采用设计软件设计出微透镜需要的直径、高度、焦距、及表面曲率半径。

步骤二：采用朝超精细的雕刻技术，在基片（可不同材质）或模具上排列雕刻出正六边形结构的二维图形。

步骤三、利用CNC车床铣磨刀头在二维图形上铣磨出设计好的微透镜阵列结构。

步骤四：可以制作在模具或镜片上，其区别是：

镜片上可以直接成形为需要的微透镜阵列，但效率不高，只能单片制作，成本较高。若制作在模具上，可以采用模具批量转印技术转移到镜片上。

方案三：采用离子束、（或电子束）直写技术加高真空化学沉积

步骤一：采用电脑软件设计出所需微透镜需要的直径、高度、焦距及表面的曲率半径。

步骤二：准备好一种与主体镜片凸面或凹面曲率相同、与主体镜片直径相同，厚度与微透镜高度相同的模板（可以是金属类，也可以是具有粘性胶类）。

步骤三：把设计好的图案通过离子束（或电子束）的刻蚀在设计好的模板上形成凹形结构。

步骤四：把模板与主体镜片的凸面或凹面粘结，采用电子束蒸发与主体镜片折射率相近的氧化物（如：二氧化硅，二氧化锆，ITO等），使这些氧化物按设定好的波长及厚度，采用真空镀膜技术在模板凹形结构里面沉积所需的微透镜结构。

步骤五：取下模板，即可在主体镜片凸面或凹面形成微透镜阵列的结构。

本方案适合批量制作或个性化制作所需微投镜阵列，局限是对于非球面微透镜的制作不是很适合。

微透镜均采用统一球面或非球面设计，该镜片中，微透镜直径、焦距、曲率半径均一致，根据人眼看近的距离和斜视角度大小不同可以设置可变焦微透镜阵列，也可以根据不同的近视矫正度数设计微透镜阵列不同的正度值。其计算和使用方法如下：

主体镜片所需离焦值等于主体镜片微透镜阵列正度值加主体镜片凹面同心圆环形离焦值。

围绕主体镜片正视矫正屈光度数不低于30%的离焦量逐步递增：

微透镜阵列正度值 = 主体镜片光学中心视力矫正度数绝对值乘以10%~50%

主体镜片凹面“所需离焦值” = 主体镜片光学中心视力矫正度数绝对值减去微透镜阵列正度值，其差值乘以20%~100% 。

如主体镜片（L）中心光学区（c）屈光矫正度为“-4.00”为例：

“-4.00”主体镜片（L）凸面（Ma）(朝眼面），根据其设计微透镜阵列凸镜正度值计算，为便于计算我们取其最小比例：-400的绝对值为400*10%=40°的正度值。

“-4.00”主体镜片（L）凹面（Mb）“所需离焦值”（取凸面、凹面最小比例）（400°-40°）*20%=360°。

主体镜片（L）凹面（Mb）环形离焦带按8级计算，平均离焦值为360°÷8=45°。

主体镜片（L）凹面（Mb）第一级离焦带离焦值：以平均值45°计，两面对应离焦区总离焦值为40°+45°=85° 主体镜片呈现本区域屈光度对应为，-400-（85）=- 315°。

主体镜片（L）凹面（Mb）第二级离焦带离焦值：为：45°*（1+20%）=54°，两面对应离焦区总离焦值为40°+54°=94°，主体镜片呈现本区域其屈光度对应为，-400-（+94）=-306°。

主体镜片（L）凹面（Mb）第三级离焦带离焦值：为：54°*（1+20%）=64.8°，两面对应离焦区总离焦值为40°+64.8°=104.8°，主体镜片呈现本区域其屈光度对应为，-400°-（+104.8°）=-295.2°。

主体镜片（L）凹面（Mb）第四级离焦带离焦值：为：64.8°*（1+20%）=77.76°，两面对应离焦区总离焦值为40°+77.76°=117.76°，主体镜片呈现本区域其屈光度对应为，-400°-（+117.76°）=-306°。

以此类推

通过推演看出，通过凸面微透镜阵列的正度值和对应区各级 同心圆离焦环离焦值由比例的增加，主体镜片凹面（Mb）产生同心圆离焦环屈光度数出现有规律的下降。（图7）

同理，主体镜片（L））在光学中心外周其屈光度也成比例的下降，当在材料折射率一定的情况下，屈光度降低，其内凹面（Mb）的曲率变小，曲率半径变大，使镜片的内表面从中心到边缘逐渐变薄，比常规的同材料同度数的镜片更轻更薄。

通过主体镜片凸面（Ma）微透镜分担了部分离焦值，使主体镜片凹面（Mb）的可变屈光度成比例减小度数，表面曲率半径变大，曲率变小，使其各环的镜面散光也得到有效控制（图8）.避免了传统的多点圆点离焦在微透镜上单一做到离焦值而产生的像散现、像差现象；同时也避免了圆点之间的空隙和没微透镜负载的区域出现的成像光线串扰问题。

结合（图9）为“-400”通过技术创新后，加入复眼微透镜阵列的曲线图，X轴为镜片半径的距离，Y轴为镜片的屈光度数，Sphere为改进后镜片的球光动态曲线，Cylinder 为改进后镜片的散光动态曲线。

图9球光曲线看出，在半径5mm，（直径10mm）的范围内，其度数为正常所需的视力矫正度数，在镜片半径10mm的位置，其同心圆的环形离焦度数降低了“50”，在半径15mm的位置，同心圆的环形离焦度数降低了“100”度，在半径20mm位置，同心圆的环形离焦度数降低了“150”度。

图9散光曲线看出，在半径5mm的光学中心位置，基本上无散光出现；随着离焦值的产生，及镜片曲率半径的变化，镜面散光开始出现。

图9散光曲线看出，在镜片同心圆半径10mm的位置，离焦值为“50”的情况下，其镜面散光低于该区域的离焦值约为26度左右；在半径15mm的位置，离焦值为“100”时候，其镜面散光低于该区域的离焦值约为60度左右；在半径20mm的位置，离焦值为“150”，其镜面散光低于本区域离焦值约“100”度。

从图9曲线图可以看出，经改进过的复眼微透镜离焦镜片，随着同心圆离焦环的直径变大，其离焦值逐步加大，镜片的屈光度呈有规律的下降，其散光在镜片有效区域内（直径40mmn内）均低于其离焦值。

从图9曲线图可以看出，同心圆离焦环结合微透镜阵列，使镜片的屈光度从光学中心开始呈现连续的，有规律的下降，避免了传统离焦镜片光学中心周边区域出现因度数的急剧变化而导致的像差现象。

从图9曲线图看出，同心圆离焦环结合微透镜阵列，使镜片的离焦量从光学中心开始呈连续的，有规律的增加，镜面散光也呈现连续的，有规律的增加且小于离焦量的变化；避免了传统离焦镜片光学单一的只在镜片的某一面做离焦量的变化而导致的高像散现在。

本实施例的镜片创新性的模仿复眼功能及在主体镜片凸面（Ma）产生的微透镜阵列，结合主体镜片凹面（Mb）,以同心圆离焦环形成离焦区，并在离焦区形成的增量离焦值，有效解决传统离焦镜片设计产生的高像散和高像差以及成像光线串扰、不聚焦、曲面视野小等问题。使儿童、青少年在视力防控和佩戴舒适上达到统一结合的效果。

本实施例采用复眼微透镜阵列在主体镜片凸面（Ma）（朝物面）增加正度值和改变主体镜片内凹面（Mb）（朝眼面）的曲率半径减小度数，达到整个主体镜片（L）从中心光学区外，度数的梯次递减。

通过主体镜片凸面（Ma）（朝物面）微透镜阵列和主体镜片内凹面（Mb）（朝眼面）两种方案的结合，使主体镜片（L）：总离焦值等于凸面微透镜阵列产生的正度值加内凹面曲率半径变化产生的负屈光力（负度数）绝对值之和。避免了贝壳形离焦只在主体镜面一面做大离焦量带来的高散光，区域小（有盲区）等问题；同时也避免了圆形结构多点离焦只在微透镜上做大凸镜值从而做大离焦值的技术难度。

传统离焦设计方案都在其主体镜片的某一面做设计，其大的离焦值必然带来大的镜片像散值，通过模仿复眼的微透镜阵列技术（图1）和自由曲面环形离焦技术（图7），因其微透镜阵列表面为球镜设置不带柱镜（散光度），根据第9点得知离焦值总值不变的情况系下，离焦总值减去凸面微透镜正度值，凹面（朝眼面）（Mb）环形离焦值相应减小，由此主体镜片（L）像散也相应减少最少不低于微透镜凸镜值的像散度。由此带来了主体镜片整个离焦区的底像散（图8）。

主体镜片凹面（Mb）（朝眼面）采用自由曲面技术，从中心光区（c）8~10mm直径的正六边形区域，以镜片的几何光学中心为圆心，在主体镜片60mm直径的范围内，做8到12级同心离焦环，从而形成8~12级连续、渐进、平缓的离焦区（图8）。

以主体镜片（L）光学中心（C）屈光度为基准数，减去微透镜阵列产生的平均离焦值等于凹面（朝眼面）“所需离焦值”。

主体镜片凹面（Mb）（朝眼面）“所需离焦值”从其光学中心（C）8~10mm直径的圆外，以1~6mm的环形带做曲率半径变化的改变。

“所需离焦值”在8~12级环形带上（图8），第一环形离焦带（在光学中心区8~10mm直径的圆外）在1~6mm宽度内。

第二离焦环（第一离焦环外）（图8）离焦量以第一环离焦量为基础继续在1~6mm的同心圆带宽内做增量离焦值，并以此类推到所需离焦环。

从主体镜片光学中心区域到：第一离焦环到多次离焦环形成连续的渐进的平缓的离焦区域（图8）。

本发明主体镜片凸面（Ma）（朝物面）微透镜阵列产生的凸镜值可以为变量，主体镜片凹面（Mb）（朝眼面）所需同心圆设计离焦环级数和每级带宽，以及每级所需离焦值增量均可以根据主体镜片光学中学视力矫正屈光度形成连续、渐进、平缓的离焦区域。

本发明主体镜片凸面（Ma）（朝物面）负载的微透镜阵列（图1）的区域大小和主体镜片凹面（Mb）（朝眼面）离焦环形成的离焦区区域大小相对应。

主体镜片凹面（Mb）各离焦环所需离焦值计算，第一环基数为：按8到12环“所需离焦值”平均值为基准，从第二环开始，遵从低次数离焦环的离焦量到高次数离焦环的离焦量同比例增长值。

分配主体镜片微透镜阵列凸面正度值和主体镜片凹面环形离焦带的离焦值根据个体屈光度数不同而设置。

由以上公式可以看出，如矫正屈光度为-4.00度的主体镜片，在微透镜阵列正度值为：400°*10%=40°一定的情况下（此处按最低比例计算），主体镜片凹面（Mb）（朝眼面）“所需离焦值”为：400°－40°=360°，主体镜片凹面第一离焦环基准度数为：360°÷8（环）=45°，第二环离焦值为：45°*（1+20%）=54°，第三环为：54°*（1+20%）=64.8°，以此类推到8环离焦值为161.24。

计算看出，这种设计比把离焦值分配在主体镜片（L）的凸面（Ma）凹面（Mb），因凸面微透镜阵列为球镜正度值设计无散光或极少散光，凹面各级离焦环因凸面微透镜分担了不同比例的离焦值,而使“所需离焦值”变得更小，根据光学设计原理其镜面散光因球镜值变小而相应变小。避免了传统设计中的多点离焦和贝壳形面型离焦把离焦值变化量设计在同一面而产生的高像散和高像差；同时在主体镜片微透镜阵列正度值一定的情况下，凹面离焦环比例愈大，其离焦量就愈大，所呈现的离焦区负屈光度（负度值）就愈低。因此可以根据儿童或者 青少年的医用处方，设计和调整微透镜阵列（图1）的正度值，以及每级离焦环从低次到高次，从小量到大量的离焦值变化；以及环形离焦区产生“所需离焦值”后的屈光度数，达到精确计算的效果。

本实施例提供的镜片，模仿复眼正六边形微透镜阵列，结合与之对应主体镜片凹面（Mb）各级同心圆离焦环形成离焦区；以及阵列产生的凸镜值和主体镜片凹面各离焦环按比例增大的离焦值共同组形成的离焦值。这种组合有效的扩大了主体镜片的曲面视野，解决同类圆形多点微透镜镜片设计产生的成像光线串扰，高像散和高像差。由此做到了离焦防控效果又达到了舒适佩戴的心理需求。

Claims (14)

1.一种仿生复眼离焦镜片，其特征在于：包括光学中心区和离焦区；所述光学中心区为一个8-10mm的正六边形或圆形区域，所述离焦区位于光学中心区外侧直径为60~80mm的圆形区域，所述离焦区由外侧主体镜片凸面的微透镜阵列区与主体镜片凹面同心圆离焦环共同形成。

2.根据权利要求1所述的一种仿生复眼离焦镜片，其特征在于：其主体镜片离焦值由凸面微透镜阵列的正度值加主体镜片凹面同心圆离焦环产生的离焦值共同组成。

3.根据权利要求1所述的一种仿生复眼离焦镜片，其特征在于：所述微透镜阵列中的凸镜单元形状为正六边形微凸镜，微透镜阵列负载在主体镜片凸面或凹面构成无空隙覆盖。

4.根据权利要求3所述的一种仿生复眼离焦镜片，其特征在于：所述正六边形微透镜阵列其表面结构为球面或非球面结构。

5.根据权利要求3所述的一种仿生复眼离焦镜片，其特征在于：所述所有正六边形微凸镜的表面曲率半径、面型和大小一样或根据需要为动态变化。

6.根据权利要求2所述的一种仿生复眼离焦镜片，其特征在于：其主体镜片离焦值不低于光学中心度数的绝对值的30% ，随光学中心外侧梯次递增。

7.根据权利要求2所述的一种仿生复眼离焦镜片，其特征在于：所述主体镜片凸面微透镜阵列的正度值由主体镜片光学中心度数绝对值的10%~50%计算所得。

8.根据权利要求2所述的一种仿生复眼离焦镜片，其特征在于：主体镜片凹面“所需离焦值”为光学中心度数绝对值减去主体镜片凸面微透镜阵列正度值后的20%~100%进行计算和制作。

9.根据权利要求8所述的一种仿生复眼离焦镜片，其特征在于：主体镜片凹面“所需离焦值”按其同比例或不同比增长分布在主体镜片凹面的8~12级环形带。

10.根据权利要求9所述的一种仿生复眼离焦镜片，其特征在于：主体镜片凸面所负载的微透镜阵列的正度值随主体镜片光学中心度数变化而变化，其变化值在光学中心度数绝对值的10%~50%范围内。

11.根据权利要求2所述的一种仿生复眼离焦镜片，其特征在于：主体镜片镜面散光值低于主体镜片离焦值。

12.一种权利要求1-11中的微透镜阵列的制作方法，具体步骤如下：

步骤一：使用CAD设计出微透镜阵列的曝光结构，采用设计软件设计出所需正六边形微透镜的直径，高度，焦距（正度数）曲率半径，传入激光直写设备的系统当中；

步骤二：对曝光后的光刻胶进行显影并清洗残余物质，最后得到排列整齐，结构均匀的微透镜阵列结构；

步骤三：使用激光直写制作完成微透镜阵列的原型以后，使用铸模工艺方法中的电铸技术将微透镜转化为金属模型具或其他材料模具，用于大规模的生产；

步骤四：利用具有微透镜阵列的模具，采用注塑或热固成型，在主体镜片表面形成需要的微透镜阵列。

13.一种权利要求1-11中的微透镜阵列的制作方法，具体步骤如下：

步骤一：采用设计软件设计出微透镜需要的直径、高度、焦距、及表面曲率半径；

步骤二：采用朝超精细的雕刻技术，在基片或模具上排列雕刻出正六边形结构的二维图形；

步骤三、利用CNC车床铣磨刀头在二维图形上铣磨出设计好的微透镜阵列结构；

步骤四：微透镜阵列结构制作在镜片上即为成品；微透镜阵列结构制作在模具上，再批量转印技术转移到镜片上。

14.一种权利要求1-11中的微透镜阵列的制作方法，具体步骤如下：

步骤一：采用电脑软件设计出所需微透镜需要的直径、高度、焦距及表面的曲率半径；

步骤二：准备好一种与主体镜片凸面或凹面曲率相同、与主体镜片直径相同，厚度与微透镜高度相同的模板；

步骤三：把设计好的图案通过离子束或电子束的刻蚀在设计好的模板上形成凹形结构；

步骤四：把模板与主体镜片的凸面或凹面粘结，采用电子束蒸发与主体镜片折射率相近的氧化物，使这些氧化物按设定好的波长及厚度，采用真空镀膜技术在模板凹形结构里面沉积所需的微透镜结构；

步骤五：取下模板，即可在主体镜片凸面或凹面形成微透镜阵列的结构。

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