TWI382215B - 光學元件及其製造方法、該光學元件之使用方法與切割該光學元件所製造之鏡片 - Google Patents

Description

光學元件及其製造方法、該光學元件之使用方法與切割該光學元件所製造之鏡片

本發明係關於製造像素粗化之透明光學元件，此透明光學元件包含至少一種由具有不規則幾何形狀之網格狀單元所組成的圖形式樣以及混合的光學功能，並用以製造具有此光學元件之透明光學單元。尤其是此光學單元能夠被製作成具有不同光學性質的鏡片。

透過包含週期的連續性單元之離散化可以製造像素粗化之結構，這些單元具有預定的幾何形狀，並在平面方向上相鄰且透過間隔壁相互分隔。這些間隔壁導致此光學元件存在透明度缺陷，因此也將導致包含此光學元件的光學單元存在透明度缺陷。

在本發明所涉及之範圍之內，當透過所述光學元件所觀察到的影像不存在明顯的對比度損失時，此光學元件可被認為是透明的，也就是說，當透過所述光學元件所生成得到的影像沒有對其影像品質產生不利的影響。因此，在本發明中所涉及之範圍內，所述〞透明的〞之定義可以應用到本發明所提到的元件。

所述用於分隔光學元件之單元的間隔壁透過繞射與光線產生相互作用。繞射的定義是：當光波由於物理限制所觀測到的光線擴散效應(請參見：日本，佩雷斯-Optique，Fondements et應用第7版-DUNOD-2004年10月，第262頁)。因而，包含所述間隔壁 之光學元件所傳輸的影像品質會因所述間隔壁所引起的光線擴散效應而降低。肉眼不可見的極其微小的繞射會導致肉眼可見的較大的擴散。此肉眼可見的擴散或非相干擴散將導致光學元件的像素粗化結構產生擴散暈，且因此導致透過此結構所觀察到的影像產生對比度損夫。此對比度損失可以被看作是如前所述的透明度缺陷。此肉眼可見的擴散效應對於生產製造包含有本發明所涉及之像素粗化的光學元件之光學單元來說是無法接受的。尤其是當所述光學單元為一眼鏡片時更是如此，其中一方面需要根據前述之定義保證鏡片之透明度，同時，另一方面還需要避免妨礙該光學單元之佩戴者之視覺的裝飾性缺陷。

減少位於間隔壁水平面的繞射可減少此肉眼可見的擴散。假設有一間隔壁之集合，透過對其中的每一間隔壁減少繞射，那麼將於肉眼可見之水準減少此整個間隔壁集合之擴散面。

本發明之一目的在於提出一種結構，係以一種靈活的及模組化的方式提供一種具有一個或多個光學功能的光學元件，同時保留光學單元之切割和/或鑽孔之性能以使得此光學單元能夠安裝到一個框架內進而被使用或選用於其他地方，或者能夠以任何其他之方式得以夾持。本發明之另一目的在於能夠在良好的情況下製造適合於工業工程之光學單元。

本發明所提供之光學元件，包含至少一個透明的多單元之集 合，係並列平行設置於光學元件之表面，其中每一單元具有與其相鄰單元不同的尺寸及幾何形狀，進而形成平行於光學元件之表面的具有不規則分佈性和不規則幾何形狀的網格狀單元。

本發明還提供了一種光學元件，係包含至少一個如上所述的透明的多單元集合，其中每一單元被密封且包含至少一種具有光學性質的物質。

這些單元能夠填充不同的物質以選擇這些物質不同的光學性質，例如可以根據它們的折射率、光吸收或偏光性能、對光電刺激的反應等進行選擇。

本發明還涉及一種光學單元，係包含上述光學元件。如前所述，此光學單元能夠包含一眼鏡片，其中本發明之光學元件能夠使所述眼鏡片具有一光學性質。

本發明所提供之結構適合於多種應用領域，特別是那些包含先進的光學功能之應用中。這些應用需要在光學單元上形成一個以像素為單位的離散化表面，藉以為設計和實現該光學單元提供一個高度的靈活性。

此以像素為單位的離散化之特徵在於其分佈以及其幾何形狀均具有不規則性。對於分佈來說，不規則性是指不存在短距離有序之位移。在本發明之架構中，短距離是指一個小於瞳孔直徑之距離，例如可小於5毫米，且較佳為小於1毫米。對於幾何形狀來說，不規則性在本發明是指其每一單元具有任意的幾何形狀， 係包含線段和/或圓弧，在每一單元之內的每一個線段或圓弧可以相同或者不同。

透過在光學元件之表面生成以像素為單位且具有不規則分佈和幾何形狀之離散化以製造一透明的光學元件，該透明光學元件即便是在具有一獨立光源的情況下也不會產生繞射。對形成網格狀單元且以間隔壁分隔的組織結構進行解構是破壞前述繞射的一種有效方法。因而具有不規則分佈性和不規則幾何形狀的網格狀單元使得透過具有週期性單元幾何形狀之網格所觀察到的繞射轉變為一種透過該網格所觀察到但不會對影像品質產生影響的繞射。此肉眼可見之擴散微觀地導致繞射能量之散布超過立體角度直至獲得一個不具有繞射頻率之幾何感知的光暈。此繞射之散布或分散與網格狀單元之間隔壁的不規則分佈性相互關聯。因此該包含有此網格狀單元的光學元件之光學性質及裝飾性外觀從品質上得以改良。

本發明之無規則網格化可分為以下三種不同變形。

具有不規則分佈及不規則幾何形狀的網格狀單元為一大網目形式，所述之大網目能夠覆蓋在光學元件之整個表面上。在此一實施例中，本發明之光學元件包含單一的大網目，此網目包含具有不規則分佈和不規則幾何形狀的網格狀單元。此大網目可以具有任意的幾何形狀，例如圓形、方形或六角形。

具有不規則分佈性及不規則幾何形狀的網格狀單元也可為另 一種大網目形式，所述之大網目被週期性地重複覆蓋在光學元件之整個表面上。在此一實施例中，本發明之光學元件包含複數個大網目，每一網目包含具有不規則分佈和不規則幾何形狀的網格狀單元，並且每一大網目被週期性重複分佈在所述光學元件之整個表面上。換句話說，此實施例容許大網目以週期性平鋪之方式製造，且每一網目包含具有不規則分佈和不規則幾何形狀的網格狀單元。

具有不規則分佈性及不規則幾何形狀的網格狀單元還可為另一種大網目形式，所述之大網目被非週期性地重複覆蓋在光學元件之整個表面上。在此實施例中，本發明之光學元件包含複數個大網目，每一網目包含具有不規則分佈和不規則幾何形狀的網格狀單元，並且每一大網目被非週期性重複分佈在所述光學元件之整個表面上。

在本發明上下文所記載之範圍內，所述的大網目以週期性或非週期性重複分佈係指該大網目以相同或不同的形式分佈在所述光學元件之整個表面上。如此，在具有複數個大網目的一個光學元件以及與之相同的光學元件之整個表面上，可能每一網目均包含相同形式的無規則網格，也可能每一網目所包含的無規則網格之形式都與另一網目互不相同。

在本發明之說明中所記載的具有不規則分佈性和不規則幾何形狀之網格狀單元的光學元件中，每一單元之特徵在於具有如下 的尺寸參數。

用以分隔每一單元的間隔壁之高度(h)，此高度幾乎維持固定且所述網格狀單元中每一單元之間隔壁高度彼此相等。

所述間隔壁之厚度(e)(與光學元件之表面平行測量)，此厚度幾乎維持固定且形成所述網格狀單元之所述單元的每一間隔壁之厚度彼此相等。

節點數量以及形成所述網格之每一單元的每個節點在雙向軸線(x，y)上的幾何位置，節點數量以及這些節點無規則地分佈於所述雙向軸線(x，y)上的相對幾何位置。節點數量以及這些節點的相對位置可定義每一單元之表面面積。如此，不規則分佈性具有本發明可容許之單元表面積之平均值及標準差之特徵。

平行於光學元件之表面，用於分隔所述單元的間隔壁之厚度(e)較佳為0.1微米至5微米。一個多單元之集合可以較佳地形成一個高度(h)介於1微米和50微米之間且包含1微米和50微米的層。平行於光學元件之表面，介於所述單元之兩個相對間隔壁之間的最大距離(D)係為500微米。此單元之距離(D)較佳為介於1微米和200微米之間。在一個大網目之內的每一單元之表面積可在同一表面積的百分之七十的增減幅度範圍之內變化。較佳地，一個大網目之內的所有單元可具有相同的表面積或者在表面積的百分之五十的增減幅度範圍之內變化，並且較佳為在表面積的百分之十的增減幅度範圍之內變化。

在本發明的另一實施例中，形成網格狀單元之間隔壁的一側之上的直線部分可被分解成不連續的子線段和/或變化為曲線段。同樣，形成網格狀單元之間隔壁的一側之上的圓弧部分也可被分解成不連續的子線段和/或變化為曲線段。這一最佳化使得擴散特性曲線達到被控制的標準化。

在本發明之說明中，並列單元之集合被較佳地配置為使得被物質所填充之單元所佔有的表面積所定義之填充因子τ，在光學元件之表面每單位面積內大於百分之九十。換句話說，單元集合之單元至少佔有光學元件百分之九十的表面積，至少在光學元件的一個區域內配置有此單元集合。較佳地，此填充因子介於90%至99.5%之間且包含90%和99.5%。

在本發明之說明中所記載的具有不規則分佈性和不規則單元幾何形狀之光學元件，其中每一大網目之特徵在於具有如下參數。

高度(h1)：此高度等於用以分隔每一單元之間隔壁的高度(h)。

大網目之表面積：此面積之大小沒有具體的限定範圍。因此，在本發明之一實施例中的大網目能夠覆蓋光學元件之整個表面。在此實施例中，大網目之表面積必須至少等於光學元件之表面積。在本發明之另一實施例中，光學元件之表面被許多以週期性或非週期性分佈之大網目所覆蓋。在此實施例中，大網目之表面積受到其分佈的限制，其需要讓光學元件的整個表面均被覆蓋 而不能存留未被大網目所覆蓋之自由空間。因此，可以很容易地理解，此大網目之重要特徵不在於其本身所固有的相對於光學元件之表面積的表面面積，而是在於其分佈特性。

週期性或非週期性分佈之大網目能夠覆蓋光學元件的整個表面。當大網目之分佈為週期性分佈時，此週期性表現為一個二維網目，即一個具有四條相同或不同長度的側邊以及兩個平移坐標軸的網目。就其本身來說，此大網目較佳為具有方形或六角形之幾何形狀。當大網目之分佈為非週期性分佈時，製作形成的此網目之分佈狀態不存在短距離或長距離有序之位移。如此之大網目分佈可以依照彭羅斯點陣(Penrose tiling)之形式特別加以製作形成。

此多單元之集合可以直接形成於一剛性透明支持體之上，或者形成於一個可變形的透明薄片之內，而後此透明薄片被轉移到一剛性透明支持體上。剛性透明支持體上用以接收此多單元集合之側面可為凸面、凹面或平面。

光學元件至少一部分單元內所包含的具有光學性質之物質係為液體或凝膠形式。這些物質可以從著色性、光致變色性、偏光性以及折射率等光學性質中選擇專門具有至少一種光學性質。

對於矯正鏡片之製造應用而言，最好是讓光學元件之不同單元具有不同折射率之物質。此折射率將依照視力被矯正後的預計之屈光度，沿著光學元件之表面適應性地變化。

對於製造具有偏光性質的光學透鏡之應用而言，光學元件之單元將特別包含與染料相結合或不相結合的液晶體。

光學元件之單元集合可以包含許多組含有不同物質的單元。同樣地，每一單元可以填充有如前所述的具有一種或多種光學性質之物質。

本發明之一目的還在於提供一種用於製造上述光學元件之方法，其中包含：根據具有幾何形狀及週期性分佈的網格狀單元以數位模擬和/或數位最佳化以確定具有不規則分佈性和具有不規則幾何形狀的網格狀單元。所述模擬和/或最佳化特別包含以下步驟：定義一個具有週期性重複分佈之多邊形網目的網格狀單元；依照一種或多種方法在一平面(二維)內移動多邊形網目之節點位置，所述一種或多種方法係選擇自限制於一空間中的任意移動，並且較佳為圍繞一點移動、圍繞一圓周移動及圍繞一方形移動；選擇性地增加新的節點作為網目節點，其中這些節點本身也可依照前述之方法移動其位置；透過數位模擬和/或數位最佳化製作能夠連接網目節點的線段和直線的直方圖；以及獲得所有方向後停止模擬和/或最佳化疊代，即直到取得所有繞射傳遞方向以便獲得分散繞射； 在一基板上形成平行於所述光學元件之表面的網格狀單元，所述網格狀單元具有依照前述數位模擬方法所獲得的不規則分佈性和不規則幾何形狀；以集合或單獨之方式為所述單元填充具有光學性質之液體或凝膠形式的物質；以及在所述單元相對於基板之側面上對單元進行密封。

依照本發明方法之較佳實施例，具有不規則分佈性及幾何形狀的單元之網目係透過矩陣的數位模擬和/或數位最佳化得以確定，該矩陣包含週期性重複分佈的多邊形網目，該多邊形網目具有六角形或方形幾何形狀。在此方法中，構建於一平面基板上的網目具有週期性分佈性並具有規則的六角形幾何形狀，該網目可由以下四種參數確定：週期性圖形式樣的節距(a)，係在三個彼此間具有120度夾角的對稱軸上相等；介於兩個相鄰單元之間的間隔壁之厚度(b)；所述單元之高度(e)；液體和基板介質各自的複合指數(na，ns)。

在用於所述模擬和/或最佳之模式中，考慮到繞射結構僅為一簡單的二維相位及振幅對象，因此單元高度應足夠的小。繞射波在佩戴者的視網膜平面成像，而從光學元件到眼睛瞳孔的距離(d)並不包含於成像之中。傳遞的振幅可以透過由具有三角形式 (三個成120度角的坐標軸)的狄悅克梳狀(Dirac comb)函數所得到的單獨的六角形圖案之卷積(convolution)表示，然後再乘以眼睛瞳孔的盤形函數(disc function)。

後面的表示有利於在傅立葉空間中繞射場的表示，其本身成像於眼睛的視網膜上以處於眼睛的幾何像差範圍之內。

所述卷積運算透過簡單的乘法運算在傅立葉空間中加以表示。因此遠場繞射振幅係為眼睛瞳孔(艾瑞盤，(Airy disc))之傅立葉變換與逆節距狄悅克梳狀函數(inverse pitch Dirac comb)之卷積，其本身再乘以六角形圖案之傅立葉變換。

此表示係用以建立：零繞射級(中央狄悅克峰)與瞳孔之傅立葉變換之卷積以整合可用於影像成形之總能量；零級能量必須最大化且高級能量必須最小化以便被視為偽造影像。

如此，在記載有本發明之用以製造前述光學元件之方法的說明中，根據具有週期性分佈性和規則的幾何形狀之單元網目的數位模擬能夠產生具有不規則分佈性和具有不規則幾何形狀的單元網目，其中：將間隔壁之透射最小化以消除被當作是相位函數的調變項；將單元之幾何形狀進行修正以破壞由間隔壁之網目節點發出的繞射線，對幾何形狀之修正可透過依據兩個同心隨機變量移動 雙向平面(x，y)內每一節點之位置得以實現；將偽造級(spurious orders)的繞射能量透過擾亂之方式分佈於空間中，此擾亂係按照對應於具有週期性分佈及規則的幾何形狀之單元網目的繞射影像之方向進行。

因此，本發明之方法能夠定義出不規則的單元網目，其中：破壞繞射方向；間隔壁長度的總和相比於基準網目以一種受控制的方式增加，所述基準網目即具有週期性分佈及規則的幾何形狀之單元網目；網目的平均表面積以及網目的覆蓋區域得以被控制在基準網目和無規則網目之間。

在本發明方法之另一實施例中中，所述具有不規則分佈性及具有不規則幾何形狀之網格狀單元係透過數位模擬或數位最佳化得以確定，所述數位模擬或數位最佳化係基於在一個二維平面內的點的分佈狀況得以進行。所述數位模擬用於製作一個能夠連接不同點的線段和直線的直方圖，在此二維平面中隨意地增加新的點，以及停止數位模擬之疊代進程直至取得所有方向，即，直至取得所有繞射傳播方向之表示法以便獲得此繞射之分散。

如此，本發明之按照不規則分佈性和不規則幾何形狀實現像素粗化的光學元件之方法，係提供了一種獲取光學元件之手段，其中網格狀單元之亂真光暈的紋理結構與按照〞斑紋〞統計量所 得到的公知的相關光擴散中的紋理結構相似。此亂真光暈不會被眼睛察覺到且在任何環境下都不會對含有該亂真光暈的光學元件之清晰度造成任何的損害。此亂真光暈不同於前述之擴散暈且不會對透過含有該網格狀單元的光學元件所觀察到的影像造成任何的對比度損失。

值得注目的是，由於其像素粗化之結構，所述光學元件可以被切割成所需要的外部形狀，使其能夠適合於各種不同的支撐架並且被結合到支撐架中，例如，該支撐架可以是一框架或一頭盔。所述方法同樣也可對結構之完整性不產生影響，係可透過一鑽穿光學元件之步驟將光學單元安裝在其固定支架上。

另外，本發明之另一方面還涉及一種透明光學單元，尤其是一種透過切割所述光學元件所製造出的眼鏡。在一種包含鏡片的眼鏡中，所述鏡片通常是指適合於眼鏡框的透鏡，係用以保護眼睛和/或矯正視力，這些透鏡可從無焦點透鏡、單焦點透鏡、雙焦點透鏡、三焦點透鏡以及漸進式透鏡中選擇。儘管眼科光學是本發明應用之較佳領域，然可以理解的是本發明同樣能夠適用於其他類型的透明光學單元，例如：用於光學儀器之透鏡、專門用於攝影或天文學中的濾鏡、光學瞄準透鏡、眼睛保護鏡、光學照明系統等等。在本發明中，眼科光學不僅包含鏡片，還包含隱形眼鏡及眼睛植入物。

有關本發明的特徵與實作，茲配合圖式作最佳實施例詳細說 明如下。

「第1圖」中所表示的光學元件係為用於製造眼鏡片的毛坯10。如前所述，一個眼鏡片包含一個鏡片。當然，儘管眼科光學是本發明應用之較佳領域，然而可以理解的是本發明同樣能夠適用於其他類型的透明光學單元。

「第2圖」表示了一個眼鏡片11，係透過圍繞一個預定的輪廓C切割毛坯10所獲得，此預定之輪廓在「第1圖」中用虛線表示。此輪廓可以隨意設計，但必須包含在毛坯外延之範圍以內。成批的製造毛坯便能夠用以獲得適用於各種不同眼鏡框的鏡片。通常，為了使鏡片具有適合於其框架的形狀，以及為了讓鏡片能夠安裝到此框架中和/或由於審美學之因素，切割後的鏡片之邊緣應當能夠輕易地被修剪。並且鏡片上還要能夠鑽出孔洞14，例如可用以收容安裝固定至框架的螺釘。

毛坯10的一般形狀可遵照工業標準來設計，例如可如「第3圖」所示具有：一個70毫米直徑的圓形外形B、一個凸形前表面12、以及一個凹形後表面13。傳統的切割、修剪以及鑽孔工具均可用來從毛坯10中加工以製作眼鏡片11。

在「第1圖」及「第2圖」中，表面層的一部分剖面顯示了毛坯10及眼鏡片11的像素粗化(pixellated)結構。此結構包含形成於透明元件之層17內的網格狀單元或微槽15。在這些附圖 中，層17以及網格狀單元15的外形尺寸相對於毛坯10及其基底16的尺寸被加以放大以方便其閱覽和繪圖。

網格狀單元15的橫向尺寸(D)(平行於毛坯10之表面)大於一微米且依序排列可達幾毫米。此網格狀單元因此需要由熟練掌握微電子學或微機械設備領域之技藝的技術人員加以製造。例如可透過使用熱壓、熱印、微型造模、光微影(硬、軟、陽極、陰極)、微沉積，如：透過微觸點印刷、網目印刷或甚至是材料噴印等方法加以製造，但並不以此為限。

層17之高度(h)用以形成間隔壁18，且較佳介於1微米和50微米之間。間隔壁18之厚度(d)介於0.1微米至5微米之間以作為一個高的填充因子。

如「第3圖」所示，按照眼科光學中的通常做法，混合有網格狀單元15的層17可以一定數量的附加層19、20覆蓋。這些附加層具有耐衝擊性、抗刮傷性、著色性、抗反射性、防污垢性以及其他類似特性。如實施例中所示，混合有網格狀單元的層17係直接放置在透明基底16之上，但顯而易見的是，在它們之間仍可以設置一層或更多的中間層，例如這些中間層可具有耐衝擊性、抗划傷性、或著色等特性。

透明基底16可為一般用於眼科光學中的無機(礦物質)玻璃或者不同的聚合材料。其中能夠被使用的聚合材料包含：聚碳酸酯、聚醯胺、聚醯亞胺、聚碸、聚對苯二甲酸乙二酯與聚碳酸酯 的共聚物、聚烯烴，尤其是聚降冰片烯、二伸乙甘醇雙(丙烯碳酸酯)之聚合物和共聚物、(甲基)丙烯酸聚合物和共聚物，尤其包含從雙酚A衍生得到的(甲基)丙烯酸聚合物和共聚物、含硫的(甲基)丙烯酸聚合物和共聚物、氨基甲酸乙酯與硫胺甲酸乙酯聚合物和共聚物、環氧聚合物和共聚物；以及環硫化物聚合物和共聚物。以上僅為說明但不以上述所列為限。

混合有網格狀單元的層17較佳地設置於基底之凸形前表面12上，凹形後表面13一側則保持自由以便在需要時透過機械加工和拋光對其重新整形。光學元件也可位於鏡片的凹面之上。當然，光學元件同樣也能夠合併到一個平面光學單元中。

微槽15填充有具有光學性質的液體或凝膠狀態的物質。如果需要，將對光學元件之前側面進行預先處理，以利於促進間隔壁和微槽底部之材料的表面溼潤。對於網格的所有微槽可以採用相同的溶液或者懸浮物，這些溶液或者懸浮物用以形成具有光學性質之物質。因而在此種情況下，可以採用多種簡單的方法，例如可將光學元件浸沒在一個合適的容器中，或透過網目印刷類型的方法，或透過一個自旋轉製程，或者透過利用滾子或刮刀以散布物質之方法，或甚至是透過噴射方法。此外，還可以使用材料印刷頭將物質局部地注入到單獨的微槽內。

為了密封填充後的微槽之集合，一個塑膠薄膜被施加、黏結、熱焊接或熱疊壓至間隔壁18的頂端之上。也可以在上述區域上放 置一種能夠在融解過程中聚合的材料以使該區域得以封閉，此材料不會與微槽中所包含的具有光學性質之物質相混合，然後可透過例如加熱或輻射之方法令此材料聚合。

一旦微槽15之網格被填充密封之後，製作附加層19、20以完成其製造加工。此類型的光學元件被連續的加工製造後將會儲存起來備用並根據需求單獨地進行切割。

假如不打算繼續保持具有光學性質之物質的液體或凝膠狀態，則可在該物質放置一段時間後進行一固化處理，例如加熱和/或順序輻射。

在本發明之另一不同的實施例中，由微槽之網格構成的光學元件，其構造形式係為一可變形的透明薄片。此透明薄片可透過類似於前述之技術加工製造而成。在此情形下，此透明薄片只能在一個既不是凸面也不是凹面的平面支撐體上加以製造。

例如，此薄片係大規模地進行工業化製造，而後切割成適當的外形尺寸以便被移轉至毛坯的基底16之上。所述移轉可以透過黏結該可變形薄片，熱壓成形該薄片，甚至透過一物理真空附著作用而加以進行。而後此薄片可以接收如前面實施例中所述的各種不同的覆蓋層，或者被移轉至基底16，而基底本身將被如前所述的一個或更多的附加層所覆蓋。

在本發明的一個應用領域中，被引入到微槽15中的物質之光學性質係與該物質之折射率有關。此物質之折射率係沿著光學元 件之表面被調整進而得到一矯正鏡片。在本發明之第一實施例中，所述調整可透過在製造微槽15之網格的過程中加入不同折射率的物質而得以實現。

在本發明之另一實施例中，所述調整可透過向微槽15中注入一種能夠藉由輻射以調節折射率的物質而得以實現。所述矯正的光學功能於是透過將毛坯10曝光或將眼鏡片11經光線照射而得到，其中光能量可沿著光學元件之表面變化以獲得需要的折射率剖面圖，進而矯正患者的視力。此光線可專門藉由一雷射發光器產生，此雷射發光器類似於用以蝕刻唯讀光碟或其他光學儲存媒介的寫入設備。感光物質的曝光量大小可藉由調節該雷射發光器的功率和/或選擇曝光時間而產生。

例如，能夠被用於此應用領域中的物質係為中孔性(mesoporous)材料或液晶體。所述的液晶體可透過一聚合反應進行固定，該聚合反應可藉由輻射產生。液晶體在固定過程中可以選擇向通過液晶體的光波中採用一預先設定的光學延遲。對於中孔性材料來說，材料的折射率可以透過變化其孔隙度而加以控制。此外，另一種可以使用的物質係為光聚合物，光聚合物的一個公知的性質就是其可以在藉由輻射所產生的聚合反應過程中改變折射率。所述折射率之改變係由於材料密度的改變和化學結構的改變所引起。當然，首先要選擇在聚合反應時僅有非常小的體積變化之光聚合物加以使用。

溶液或懸浮物的選擇性聚合係於存在一輻射的情況下才能得以實現，此輻射從空間上相區分於光學元件之表面，以便能夠調整所需要的折射率。此調整將會依據患者眼睛將要被矯正的預計之屈光度以預先加以確定。

在本發明的另一個應用領域中，在微槽中的凝膠或液體形式之物質係具有一偏光性能。使用在這一應用領域內的物質之中尤其以液晶體最為熟知。

在本發明的另一個應用領域中，在微槽中的液體或凝膠形式之物質係具有一光致變色性。例如，使用在這一應用領域內的物質之中包含有：含有一中心結構的光致變色化合物，例如：螺環惡嗪、螺環二氫吲哚[2,3']苯並惡嗪、苯並吡喃、醇惡嗪、勻相共沸金剛烷、螺環茀-(2H)-苯並吡喃、萘酚[2,1-b]吡喃核心。

在本發明之說明中，所述具有光學性質之物質也可為一著色劑或者是一種適合於改變光線傳輸速率的顏料。

本發明所提供之光學元件，包含至少一個透明的多單元之集合，係並列平行設置於光學元件之表面，其中每一單元具有與其相鄰單元不同的尺寸及幾何形狀，進而形成平行於光學元件之表面的具有不規則分佈性和不規則幾何形狀的網格狀單元。如『第4圖』為本發明一實施例之能夠覆蓋光學元件之整個表面的單一大網目之正視圖，此大網目包含具有不規則分佈性及幾何形狀的網格狀單元。此外。大網目分佈可以依照彭羅斯點陣(Penrose tiling) 之形式特別加以製作形成，如『第5圖』所示為彭羅斯網格形狀的大網目之非週期性分佈之正視圖。

在本發明的另一實施例中，形成網格狀單元之間隔壁的一側之上的直線部分可被分解成不連續的子線段和/或變化為曲線段。同樣，形成網格狀單元之間隔壁的一側之上的圓弧部分也可被分解成不連續的子線段和/或變化為曲線段。如『第6圖』所示為一種大網目之正視圖，其中間隔壁之每一直線線段均被分解成曲線線段；以及『第7圖』所示為一種大網目之正視圖，其中間隔壁之每一直線線段均被分解成不連續的子線段。

雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

C‧‧‧輪廓

B‧‧‧圓形外形

10‧‧‧毛坯

11‧‧‧眼鏡片

12‧‧‧凸形前表面

13‧‧‧凹形後表面

14‧‧‧孔洞

15‧‧‧網格狀單元或微槽

16‧‧‧基底

17‧‧‧層

18‧‧‧間隔壁

19‧‧‧附加層

20‧‧‧附加層

第1圖為本發明之一種光學元件之正視圖；第2圖為從本發明之光學元件所獲得的光學單元之正視圖；第3圖為本發明第一實施例之光學元件的橫截面示意圖；第4圖為本發明一實施例之能夠覆蓋光學元件之整個表面的單一大網目之正視圖，此大網目包含具有不規則分佈性及幾何形狀的網格狀單元；第5圖為彭羅斯網格形狀的大網目之非週期性分佈之正視 圖；第6圖為一種大網目之正視圖，其中間隔壁之每一直線線段均被分解成曲線線段；以及第7圖分為一種大網目之正視圖，其中間隔壁之每一直線線段均被分解成不連續的子線段。

15‧‧‧網格狀單元或微槽

18‧‧‧間隔壁

Claims (42)

1. 一種光學元件，包含至少一個透明的多單元之集合，係並列平行設置於該光學元件之表面，每一單元具有與其相鄰單元不同的尺寸及幾何形狀，進而形成網格狀單元，該網格狀單元具有平行於該光學元件表面的不規則分佈和不規則幾何形狀。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學元件，其中該光學元件係包含至少一個如上所述的透明的多單元集合，其中每一單元被密封且包含至少一種具有光學性質的物質。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光學元件，其中該單元具有任意限定的幾何形狀，該幾何形狀包含線段和/或圓弧，在每一單元之內的每一線段或圓弧相同或不同，在該光學元件之整個表面上的分佈不存在短距離有序之位移。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光學元件，其中該具有不規則分佈及不規則幾何形狀的該網格狀單元為一大網目形式，該大網目覆蓋在該光學元件之整個表面上。
5. 如申請專利範圍第1項所述之光學元件，其中該具有不規則分佈及不規則幾何形狀的該網格狀單元為一大網目形式，該大網目被週期性地重複覆蓋在該光學元件之整個表面上。
6. 如申請專利範圍第1項所述之光學元件，其中該具有不規則分佈及不規則幾何形狀的網格狀單元為一大網目形式，該大網目被非週期性地重複覆蓋在該光學元件之整個表面上。
7. 如申請專利範圍第5項所述之光學元件，其中該大網目以週期性或非週期性重複分佈係為該大網目以相同或不同的形式分佈在該光學元件之整個表面上。
8. 如申請專利範圍第4項所述之光學元件，其中該大網目之表面積至少等於該光學元件之表面積。
9. 如申請專利範圍第5項至第7項中任一項所述之光學元件，其中重複覆蓋在該光學元件之整個表面上的該大網目係由週期性或非週期性分佈之該大網目組成，該分佈係透過至少一個大網目而在該光學元件之表面上不存留任何未被覆蓋之自由空間。
10. 如申請專利範圍第5項所述之光學元件，其中該大網目之週期性分佈表現為一個二維網目，該二維網目係具有四條相同或不同長度的側邊以及兩個平移坐標軸。
11. 如申請專利範圍第5項所述之光學元件，其中該大網目具有方形或六角形之幾何形狀。
12. 如申請專利範圍第6項所述之光學元件，其中該大網目之非週期性分佈不存在短距離或長距離有序之位移。
13. 如申請專利範圍第6項所述之光學元件，其中該大網自之非週期性重複分佈包含一彭羅斯點陣之形式。
14. 如申請專利範圍第1項所述之光學元件，其中更包括有複數個間隔壁，用於分隔該單元，該間隔壁之厚度係為0.1微米至5 微米。
15. 如申請專利範圍第1項所述之光學元件，其中該多單元之集合係形成一個高度介於1微米到50微米之間且包含1微米和50微米的層。
16. 如申請專利範圍第1項所述之光學元件，其中平行於該光學元件之表面，介於該單元之兩個相對間隔壁之間的最大距離係為500微米。
17. 如申請專利範圍第16項所述之光學元件，其中該單元之距離介於1微米到200微米之間。
18. 如申請專利範圍第5項所述之光學元件，其中在一個該大網目之內的每一單元之表面積係在一相同的表面積及該表面積的百分之七十的增減幅度範圍之內變化。
19. 如申請專利範圍第18項所述之光學元件，其中在一個大網目之內的每一單元之表面積係在一相同的表面積及該表面積的百分之五十的增減幅度範圍之內變化。
20. 如申請專利範圍第18項所述之光學元件，其中在一個大網目之內的每一單元之表面積係在一相同的表面積及該表面積的百分之十的增減幅度範圍之內變化。
21. 如申請專利範圍第1項所述之光學元件，其中更包括有介於90%至99.5%且包含90%和99.5%的填充因子。
22. 如申請專利範圍第14項所述之光學元件，其中至少一該間隔 壁的一側之上的直線部分係被分解成不連續的子線段、曲線段或不連續的子線段與曲線段之組合。
23. 如申請專利範圍第14項所述之光學元件，其中至少一該間隔壁的一側之上的圓弧部分係被分解成不連續的子線段、曲線段或不連續的子線段與曲線段之組合。
24. 如申請專利範圍第1項所述之光學元件，其中該多單元之集合係直接形成於一剛性透明支持體之上，或者形成於一可變形的透明薄片之內，而後該透明薄片係被移轉至一剛性透明支持體之上。
25. 如申請專利範圍第24項所述之光學元件，其中該剛性透明支持體上用以接收該多單元集合之側面係為凸面、凹面或平面。
26. 如申請專利範圍第1項所述之光學元件，其中包含於該光學元件之至少一部分單元內的具有光學性質之物質係為液體或凝膠形式。
27. 如申請專利範圍第26項所述之光學元件，其中該物質係從著色性、光致變色性、偏光性以及折射率之光學性質中選擇至少一種光學性質。
28. 一種用於製造光學元件之方法，該光學元件包含至少一個透明的多單元之集合，係並列平行設置於該光學元件之表面，每一單元具有與其相鄰單元不同的尺寸及幾何形狀，進而形成網格狀單元，該網格狀單元具有平行於該光學元件表面的不規則分 佈和不規則幾何形狀，該方法係包含如下步驟：在一基底上形成平行於該光學元件之表面的該網格狀單元；以集合或單獨之方式為該單元填充具有光學性質之液體或凝膠形式的物質；以及在該單元之相對於該基底之側面上對該單元進行密封。
29. 如申請專利範圍第28項所述之方法，其中確定具有不規則分佈和不規則幾何形狀的網格狀單元，係透過基於具有幾何形狀及週期性分佈的網格狀單元之數位模擬和/或數位最佳化得以實現，該模擬和/或最佳化包含以下步驟：定義一具有週期性重複分佈之多邊形網目的網格狀單元；依照一種或多種方法在一平面(二維)內移動該多邊形網目之節點位置，該方法係從在空間中進行任意的有限移動之方法中選擇，其中該移動方法包括有圍繞一點移動，圍繞一圓周移動及圍繞一方形移動；選擇性地增加新的節點作為網目節點，其中該些節點自身係可依照前述之方法移動其位置；透過數位模擬和/或最佳化製作能夠連接該網目節點的線段和直線的一直方圖；以及停止該模擬和/或最佳化之佚代進程直至獲得所有方向，即直至取得所有繞射傳播方向之表示法以獲得被分散之繞 射。
30. 如申請專利範圍第29項所述之方法，其中週期性重複分佈的該多邊形網目具有六角形或方形幾何形狀。
31. 如申請專利範圍第29項所述之方法，其中該基於具有幾何形狀及週期性分佈之網格狀單元的數位模擬和/或最佳化確定具有不規則分佈和不規則幾何形狀的網格狀單元之步驟中係包含：將該間隔壁之透射最小化以消除被當作是相位函數的調變項；將該單元之幾何形狀進行修正以破壞由該間隔壁之網目節點發出的繞射線，該對幾何形狀之修正係透過依據兩個同心隨機變量移動雙向平面(x，y)內每一節點之位置得以實現；以及將偽真級的繞射能量透過擾亂之方式分佈於空間中，此擾亂係按照對應於具有週期性分佈及規則的幾何形狀之單元網目的繞射影像之方向進行。
32. 如申請專利範圍第29項所述之方法，其中該數位模擬及/或數位最佳化係定義出不規則的單元網目，其中：分解破壞繞射方向；該間隔壁之長度的總和相比於基準網目以一種受控制的方式增加，該基準網目係具有週期性分佈及規則的幾何形狀之 單元網目；以及該網目的平均表面積以及該網目的覆蓋區域係被控制介於基準網目和無規則網目之間。
33. 如申請專利範圍第29項所述之方法，其中確定一具有不規則分佈及不規則幾何形狀的網格狀單元之步驟係透過在一個二維平面內的點的數位模擬得以執行。
34. 如申請專利範圍第29項所述之方法，其中確定一具有不規則分佈及不規則幾何形狀的網格狀單元之步驟係透過在一個二維平面內的點的數位最佳化得以執行。
35. 如申請專利範圍第28項所述之方法，其中該光學元件之製造包含在一剛性透明支持體上形成該多單元之集合。
36. 如申請專利範圍第35項所述之方法，其中該光學元件之製造包含在一可變形的透明薄片之內形成該多單元之集合，而後將所述透明薄片移轉至一剛性透明支持體上。
37. 如申請專利範圍第36項所述之方法，其中該剛性透明支持體上用以接收該多單元集合之側面係為凸面、凹面或平面。
38. 一種用於製造一透明光學單元之方法，係包含如下步驟：依照申請專利範圍第28項所述之方法製造一透明的光學元件；以及至少一個步驟用以根據確定的光學單元之形狀，沿著所述光學元件之表面上的一條限定的輪廓線切割該光學元件。
39. 如申請專利範圍第38項所述之方法，其中更包含一透過鑽穿所述光學元件以將該光學單元安裝在其固定支架上的步驟。
40. 如申請專利範圍第1項所述之光學元件之用途係為製造一種透明的光學單元，其中該透明的光學單元係為：眼鏡片、隱形眼鏡、眼睛植入物、用於光學儀器之透鏡、濾鏡、光學瞄準透鏡、眼睛保護鏡以及光學照明設備。
41. 一種眼鏡片，係透過切割如申請專利範圍第1項所述之光學元件而製造取得。
42. 如申請專利範圍第41項所述之眼鏡片，其中該光學元件上至少鑽穿有一個孔洞以將該鏡片安裝固定至一框架。