CN115903268A - 基于自由曲面的微球阵列结合菲涅尔透镜的渐进离焦镜片 - Google Patents

Abstract

基于自由曲面的微球阵列结合菲涅尔透镜的渐进离焦镜片，包括镜片本体，镜片本体的凹面为自由曲面，凸面的中心为圆形区域，圆形区域为自由曲面，在凸面上围绕圆形区域设置向镜片边缘延伸的叠加层，叠加层附着在凸面的镜片基底层上，叠加层内沿镜片的径向交替排布多个同心分布的非球面微透镜环带和菲涅尔透镜环带，同一非球面微透镜环带内的非球面微透镜的屈光度相同，不同环带内的非球面微透镜的屈光度不同，不同环带内的菲涅尔透镜的屈光度不同，并且非球面微透镜的屈光度和菲涅尔透镜的屈光度分别随着对应透镜环带中心到镜片中心的距离增大而增大。本发明可以提升镜片的佩戴舒适度和近视控制效果，并降低加工难度和制造成本。

Description

基于自由曲面的微球阵列结合菲涅尔透镜的渐进离焦镜片

技术领域

本发明属于光学镜片技术领域，具体涉及一种基于自由曲面的微球阵列结合菲涅尔透镜的渐进离焦镜片。

背景技术

科学家们发现除了视网膜中央区的离焦信号外，视网膜周边区的远视性离焦也是可能引起近视加深的重要因素，并在国际上首次证明，如果能控制好视网膜周边的远视性离焦，对青少年近视的增长有30-40％的控制效果。近年来，有关基于近视离焦控制技术不断发展，近视离焦镜片不仅能够让中心视力处的图像投影在视网膜上，还可让周边图像投射到视网膜前方。从而避免眼睛自身调节来加长眼轴，最终达到预防近视的目的。

通过专利检索发现，有关近视性离焦镜片的发明已经有很多。例如：日本特许第4891249号公报中描述的镜片是菲涅耳多焦点镜片，该系列镜片的微透镜屈光度之间的关系是独立的，患者佩戴过程中容易出现重影，影响佩戴效果；专利CN111796436A-一种减缓近视加深的镜片及其制备方法，该系列镜片加工困难，且由于该系列镜片的微透镜在镜片内部，其微透镜屈光度很难得到保障，其效果也很难体现；专利CN201710219871.6公开了一种多焦点仿生复眼结构的成形方法，提出了多焦点仿生复眼结构的成型方法，实现一体化多焦点仿生复眼结构的制备及成形涉及微细加工，仿生复眼等领域，但这种镜片加工程序复杂、成本高昂。这一类的专利除了各有特色之外，也同样存在着各自的缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于自由曲面的微球阵列结合菲涅尔透镜的渐进离焦镜片，以提升镜片的佩戴舒适度和近视控制效果，并降低加工难度和制造成本。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：基于自由曲面的微球阵列结合菲涅尔透镜的渐进离焦镜片，包括镜片本体，镜片本体的凹面为自由曲面，凸面的中心为圆形区域，圆形区域为自由曲面，在凸面上围绕圆形区域设置向镜片边缘延伸的叠加层，叠加层附着在凸面的镜片基底层上，叠加层内沿镜片的径向交替排布多个同心分布的非球面微透镜环带和菲涅尔透镜环带，同一非球面微透镜环带内的非球面微透镜的屈光度相同，不同环带内的非球面微透镜的屈光度不同，不同环带内的菲涅尔透镜的屈光度不同，并且非球面微透镜的屈光度和菲涅尔透镜的屈光度分别随着对应透镜环带中心到镜片中心的距离增大而增大。

所述非球面微透镜环带内包括至少一圈沿周向排布的多个非球面微透镜。

所述非球面微透镜的高度为0.1～3μm，底面直径为0.05～1mm。

所述菲涅尔透镜的高度为0.05～3μm。

不同环带内的非球面微透镜的屈光度和不同环带内的菲涅尔透镜的屈光度均是由镜片中心向镜片边缘呈指数函数变化，并符合人眼中心到边缘的离焦量变化，所述指数函数为y＝a^x+b，其中y为菲涅尔透镜或非球面微透镜的屈光度，x为对应透镜环带中心到镜片中心的距离，a、b为根据人眼屈光度设置的常数，且a＞1。

所述非球面微透镜的设计方程为：

其中，z为共轴光学系统设计Z值的大小，c为非球面微透镜的曲率，r为微透镜半径值；k为二次曲面系数；a₁、a₂、a₃、a₄、a₅...a_n为高阶自由曲面系数，n为自然数。

所述镜片基底层为自由曲面。

本发明的有益效果是：本发明所述的基于自由曲面的微球阵列结合菲涅尔透镜的渐进离焦镜片，镜片采用双面自由曲面设计，可以有效降低球面镜片边缘光学性能缺陷导致的边缘斜向视物时产生的模糊感，可使整体视觉更加清晰。

在自由曲面基础上叠加交替排布的非球面微透镜和菲涅尔透镜，与基于球面或非球面的微透镜多焦点离焦设计相比，其近视控制效果会得到一定的提升。

同时，叠加层的微透镜和菲涅尔透镜采用交替的环形分布，相比于同环内间隔分布更容易加工，可降低加工和测试成本。

环与环之间的微透镜屈光度和菲涅尔透镜屈光度均按照指数函数方程式逐渐增加，这与人眼的随视场增大时的屈光度和畸变增加趋势一致，会让佩戴者的舒适性增加。

附图说明

图1为本发明所述镜片的俯视图；

图2为本发明所述镜片的截面图；

图3为本发明所述镜片上叠加层中两种环带的截面图；

图中标记：1、镜片本体，101、镜片基底层，2、叠加层，201、非球面微透镜环带，202、菲涅尔透镜环带3、圆形区域。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。

参照附图所示，一种基于自由曲面的微球阵列结合菲涅尔透镜的渐进离焦镜片，镜片本体1两面采用差异化设计，如图1、2所示的基于自由曲面的微球阵列结合菲涅尔透镜的渐进离焦镜片俯视图和截面图，镜片本体1凸出的一面为凸面，凹进的一面为凹面，凸面和凹面均采用自由曲面设计。在凸面中心设置圆形区域3，该区域内无叠加层，仍采用自由曲面；凸面中心的圆形区域3之外设置叠加层2，叠加层2内沿径向交替布置同心圆环形分布的非球面微透镜环带101和菲涅尔透镜环带102，两种环带交替向镜片本体1的边缘延伸，具体延伸的范围可以根据实际情况调整。

普通球面镜边缘光学性能缺陷从眼视光的角度出发主要包括像散和畸变，上述缺陷将导致佩戴这种镜片转动眼球时的边缘视物产生模糊感和眩晕感。而常规的非球面镜片一般出于对中心度数测量方便以及加工相对容易控制的考量，往往会将中心10～15mm的区域设计成球面。比如日本精工公司的单非球面镜片就有一个中心10mm左右的球面设计，国内的大多数非面镜片也同样如此。但随着超精密光学加工技术的发展，不管是成像、照明或者眼视光中用到的镜片从中心开始即为非球面、自由曲面设计的方案逐渐可行，并且流行起来。中心非球、自由曲面设计能够给设计本身带来了更多的优化参量，如果自由曲面设计从中心开始，整个镜片表面的设计变量将会多得多，设计最佳优化也会变得相对容易，从而更有效地提升镜片的设计效果，镜片佩戴者的舒适度。

如图3所示叠加层示意图，此图仅仅为了示意，用于表达非球面微透镜环带201和菲涅尔透镜环带202的空间位置关系，具体以实际样品的设计尺寸为准。本发明在利用自由曲面降低镜片光学性能缺陷的同时，为了提升镜片控制近视的效果，在凸面的中心外围部分叠加呈同心圆环形分布的非球面微透镜环带201和菲涅尔透镜环带202。其中镜片基底层101采用自由曲面设计，其屈光度基于矫正视力屈光不正的医学检测屈光度来设计；叠加层2采用呈环形交替排布的非球面微透镜环带201和菲涅尔透镜环带202，即非球面透镜环带201和菲涅尔透镜环带202交替向镜片边缘延伸，这种交替排列方式在降低加工难度的同时，可以保证近视性离焦量连续变化，不会影响佩戴者的舒适度。叠加层2交替排布的环带直径和环带宽度根据个体眼睛的医学检测参量，离焦控制需求进行设计。不同环带上的菲涅尔透镜的屈光度和非球面微透镜的屈光度均不同，由镜片中心向边缘呈指数函数方式变化，并符合人眼中心到边缘的离焦量变化，指数函数为y＝a^x+b，其中y为菲涅尔透镜或非球面微透镜的屈光度，x为对应透镜环带中心到镜片中心的距离，a、b为常数，根据人眼的屈光度设置，其中a＞1，以确保指数函数为增函数，b的值不限定、可正可负。同环带内的非球面微透镜的屈光度相同，其曲面设计方程为：

其中，z为共轴光学系统设计Z值的大小，c为非球面微透镜的曲率，r为微透镜半径值；k为二次曲面系数；a₁、a₂、a₃、a₄、a₅...a_n为高阶自由曲面系数，n为自然数。

具体的，所述非球面微透镜环带201内包括至少一圈沿周向排布的多个非球面微透镜。

进一步的，所述非球面微透镜的高度为0.1～3μm，底面直径为0.05～1mm。

进一步的，所述菲涅尔透镜的高度为0.05～3μm。

实施例1：一种基于自由曲面的微球阵列结合菲涅尔透镜的渐进离焦镜片的设计方法，镜片凹面为自由曲面设计，凸面为自由曲面的镜片基底层101与非球面微透镜和菲涅尔透镜的叠加层组合构成。其中自由曲面的镜片基底层101采用自由曲面设计，且曲面中心有10mm直径的圆形区域3，该区域无叠加层，其屈光度基于矫正视力屈光不正的医学检测屈光度来设计；叠加层2为非球面微透镜环带201和菲涅尔透镜环带202沿镜片径向交替排布成的多道同心环，从所述圆形区域3外沿开始以环形分布交替排列向镜片边缘延伸，总环数为8环，其中非球面透镜环带201为4环，每一环的宽度均为1mm；菲涅尔透镜环带202为4环，每一环的宽度为0.5mm。

同环带内非球面微透镜和菲涅尔透镜的屈光度相同，环与环之间非球面微透镜和菲涅尔透镜的屈光度由镜片中心向边缘呈指数函数y＝a^x+b变化，并符合人眼中心到边缘的离焦量变化，其中y为菲涅尔透镜或非球面微透镜的屈光度，x为对应透镜环带中心到镜片中心的距离，a、b为常数，根据人眼的屈光度设置，其中a＞1，以确保指数函数为增函数，b的值不限定、可正可负。例如，人眼的屈光度在-2.0D～-3.0D时，a的值取1.5，b的取值范围为[-0.5，0.5]，可以满足环与环之间非球面微透镜和菲涅尔透镜的屈光度由镜片中心向边缘的变化符合人眼中心到边缘的离焦量变化。

本实施例中所用镜片原材料为树脂材料，其折射率和阿贝数满足条件：折射率为1.60，阿贝数为40。非球面微透镜高度为0.2μm，底面直径为0.1mm；菲涅尔透镜的高度为0.1μm。

实施例2：本实施例与实施例1的区别在于：(1)本实施例中，叠加层2一共设置11个环带，其中非球面透镜环带201为6环，每一环的宽度均为0.8mm；菲涅尔透镜环带202为5环，每一环的宽度为0.4mm。(2)镜片材料的折射率为1.67，阿贝数为31。非球面微透镜高度为0.1μm，底面直径为0.08mm；菲涅尔透镜的高度为0.8μm。其他结构均与实施例1相同。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.基于自由曲面的微球阵列结合菲涅尔透镜的渐进离焦镜片，包括镜片本体，其特征在于：镜片本体的凹面为自由曲面，凸面的中心为圆形区域，圆形区域为自由曲面，在凸面上围绕圆形区域设置向镜片边缘延伸的叠加层，叠加层附着在凸面的镜片基底层上，叠加层内沿镜片的径向交替排布多个同心分布的非球面微透镜环带和菲涅尔透镜环带，同一非球面微透镜环带内的非球面微透镜的屈光度相同，不同环带内的非球面微透镜的屈光度不同，不同环带内的菲涅尔透镜的屈光度不同，并且非球面微透镜的屈光度和菲涅尔透镜的屈光度分别随着对应透镜环带中心到镜片中心的距离增大而增大。

2.根据权利要求1所述的基于自由曲面的微球阵列结合菲涅尔透镜的渐进离焦镜片，其特征在于：所述非球面微透镜环带内包括至少一圈沿周向排布的多个非球面微透镜。

3.根据权利要求2所述的基于自由曲面的微球阵列结合菲涅尔透镜的渐进离焦镜片，其特征在于：所述非球面微透镜的高度为0.1～3μm，底面直径为0.05～1mm。

4.根据权利要求1所述的基于自由曲面的微球阵列结合菲涅尔透镜的渐进离焦镜片，其特征在于：所述菲涅尔透镜的高度为0.05～3μm。

5.根据权利要求1所述的基于自由曲面的微球阵列结合菲涅尔透镜的渐进离焦镜片，其特征在于：不同环带内的非球面微透镜的屈光度和不同环带内的菲涅尔透镜的屈光度均是由镜片中心向镜片边缘呈指数函数变化，并符合人眼中心到边缘的离焦量变化，所述指数函数为y＝a^x+b，其中y为菲涅尔透镜或非球面微透镜的屈光度，x为对应透镜环带中心到镜片中心的距离，a、b为根据人眼屈光度设置的常数，且a＞1。

6.根据权利要求1所述的基于自由曲面的微球阵列结合菲涅尔透镜的渐进离焦镜片，其特征在于：所述非球面微透镜的设计方程为：

其中，z为共轴光学系统设计Z值的大小，c为非球面微透镜的曲率，r为微透镜半径值；k为二次曲面系数；a₁、a₂、a₃、a₄、a₅...a_n为高阶自由曲面系数，n为自然数。

7.根据权利要求1所述的基于自由曲面的微球阵列结合菲涅尔透镜的渐进离焦镜片，其特征在于：所述镜片基底层为自由曲面。

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