專利名稱：微光學(xué)眼鏡片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種微光學(xué)眼鏡片設(shè)計(jì)與制造工藝形成的鏡片。它利用微光學(xué)的衍射與常規(guī)鏡片折射光學(xué)的結(jié)合，形成新一代的眼鏡——微光學(xué)眼鏡。
背景技術(shù)：
目前市場(chǎng)上的眼鏡是利用光學(xué)鏡片的折射即曲率和折射率來(lái)成像，以滿足不同人眼的屈光不正現(xiàn)象。它有幾點(diǎn)不足一是為矯正高度遠(yuǎn)視或近視眼，鏡片往往過(guò)厚過(guò)重；因此目前市場(chǎng)上供應(yīng)的遠(yuǎn)視鏡及近視鏡的屈光度數(shù)最大為D＝+4.0m-1(遠(yuǎn)視400度)及D＝-4.0m-1(近視400度)。二是某些人(如老花近視、近視老花者)看不同遠(yuǎn)近物體時(shí)必須戴上拿下或更換另一付眼鏡，使用不便。雖然市場(chǎng)上也出現(xiàn)過(guò)各種特種眼鏡，但由于性能、價(jià)格、美觀等原因，始終未能有效推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服背景技術(shù)的不足，提供一種可以適應(yīng)高度遠(yuǎn)視、高度近視、老花近視、近視老花或散光的微光學(xué)眼鏡片，其產(chǎn)品具有輕巧、美觀且價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。
微光學(xué)眼鏡是最新發(fā)展的衍射光學(xué)與傳統(tǒng)的折射光學(xué)結(jié)合而形成的新一代眼鏡——雙焦、多焦以及超屈光度的遠(yuǎn)視鏡或近視鏡。這是填補(bǔ)眼鏡市場(chǎng)空白和推動(dòng)眼鏡市場(chǎng)走向現(xiàn)代化的發(fā)展方向。一個(gè)常規(guī)的光學(xué)透鏡，其面形由I(x，y)表達(dá)(見圖1a)，然后由專用軟件按式(A)設(shè)計(jì)成菲涅爾透鏡(見圖1b，俗稱羅紋透鏡)。由于菲涅爾透鏡微加工困難，因此再設(shè)計(jì)壓縮成衍射光學(xué)元件(見圖1c)，再考慮透光效率要高，最后設(shè)計(jì)成二元光學(xué)元件(見圖1d)。
由于微光學(xué)鏡片的I(x，y)是由微結(jié)構(gòu)的衍射波陣面合成產(chǎn)生，因此在鏡片上設(shè)計(jì)和加工不同的微結(jié)構(gòu)狀態(tài)就能形成雙焦，多焦和實(shí)現(xiàn)超屈光度眼鏡。由于光學(xué)微結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的衍射光學(xué)其提供的屈光度是不需要光學(xué)厚度的，因此微光學(xué)眼鏡不增加鏡片曲率就可實(shí)現(xiàn)超屈光度。從而實(shí)現(xiàn)高屈光度下的超薄型眼鏡。
本實(shí)用新型的微光學(xué)眼鏡片制造工藝是用光刻及離子蝕刻方法將光學(xué)微結(jié)構(gòu)直接做在樣板上。它包括如下工序1)光刻掩模按屈光度確定焦距，按光學(xué)口徑確定計(jì)算出(x、y)參數(shù)通過(guò)以下多項(xiàng)式來(lái)形成任意光波陣面I(x，y)φ(x,y)=(2πλ)Σnmanmxnym-----(A)]]>式中λ—入射光波長(zhǎng)，anm—象差優(yōu)化系數(shù)，n、m—多項(xiàng)式級(jí)數(shù)。n、m取值越大，擬合的波陣面就越精確，一般n、m取10級(jí)左右。上述光學(xué)微結(jié)構(gòu)的原理是用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)三維微光學(xué)結(jié)構(gòu)，以衍射光學(xué)的方式成像，光刻成對(duì)應(yīng)的若干塊掩模。理論上，掩模越多，在樣板上形成的臺(tái)階越多，也就越逼近I(x，y)曲面，而且光效率越高。用兩塊掩模，衍射效率可以到達(dá)90％，三塊掩?？梢缘竭_(dá)95％，四塊掩?？梢缘竭_(dá)99％。所以在制造中一般采用3塊即可。
2)離子蝕刻依次用掩模對(duì)樣板進(jìn)行若干次離子蝕刻，得到有相應(yīng)臺(tái)階深度的三維微光學(xué)鏡面結(jié)構(gòu)。
所述的樣板如果是光學(xué)材料，就直接得到微光學(xué)眼鏡片，但成本過(guò)高；因此一般直接在光學(xué)樣板上加工，即采用光刻及離子蝕刻工藝在曲面上完成微加工，得到制造微光學(xué)眼鏡片的壓模，再由壓模轉(zhuǎn)換成復(fù)制模，然后批量地在光學(xué)樹脂鏡片上復(fù)制微光學(xué)眼鏡片，實(shí)現(xiàn)大批量、低成本生產(chǎn)。
所述的離子蝕刻，可以在樣板的兩面進(jìn)行。
根據(jù)不同的需要有相應(yīng)的軟件，可以設(shè)計(jì)掩模，光刻出焦距不同的微光學(xué)結(jié)構(gòu)；如掩模是按子午面的一個(gè)焦距設(shè)計(jì)微結(jié)構(gòu)，按弧矢面設(shè)計(jì)另一焦距的微結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)散光的矯正，和雙焦鏡片。所述的軟件可依據(jù)(A)式編制出來(lái)。
用本實(shí)用新型工藝制造的微光學(xué)眼鏡片，其特征在于在鏡片的一個(gè)面上有用微光學(xué)眼鏡片設(shè)計(jì)制造工藝形成的微光學(xué)鏡面結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)有若干個(gè)由多臺(tái)階形成的微光學(xué)結(jié)構(gòu)區(qū)，每個(gè)結(jié)構(gòu)區(qū)的環(huán)直徑依次遞增為rk＝(2kλf)1/2，式中環(huán)帶數(shù)K＝1、2、3…，λ—入射光波長(zhǎng)，f—焦距；(兩塊掩模對(duì)應(yīng)的)臺(tái)階深度依次為t1＝λ/4(n-1)和t2＝λ/8(n-1)，或者(三塊掩模對(duì)應(yīng)的)臺(tái)階深度依次為t1＝λ/4(n-1)、t2＝λ/8(n-1)和t3＝λ/16(n-1)，式中λ—入射光波長(zhǎng)，n—鏡片材料折射率。這些微光學(xué)結(jié)構(gòu)，可以是單個(gè)焦距的，也可以是有兩個(gè)或以上焦距的微光學(xué)結(jié)構(gòu)區(qū)，以適應(yīng)遠(yuǎn)視、近視或散光。
所述的鏡片另一面疊加有普通鏡面或微光學(xué)鏡面，以充分利用遠(yuǎn)視鏡或近視鏡的成熟技術(shù)，以最低成本獲得高屈光度眼鏡片。
本實(shí)用新型具有單焦、雙焦、多焦以及在超薄條件下獲得高屈光度并成像清晰的鏡片，能廣泛適應(yīng)高度遠(yuǎn)視、高度近視、老花近視、近視老花或散光的矯正，該鏡片還具有輕巧、美觀且價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，屬于更新?lián)Q代的新產(chǎn)品，預(yù)計(jì)有近億元的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。


圖1a-d是設(shè)計(jì)原理圖，其中圖1a是凸透鏡示意圖；圖1b是菲涅爾透鏡(即羅紋透鏡)示意圖；圖1c是衍射光學(xué)元件示意圖；圖1d是二元光學(xué)元件示意圖；圖2a-c是微加工工藝過(guò)程示意圖，其中圖2a是將I(x，y)光刻成掩模的第一塊掩模的加工示意圖；圖2b是第二塊掩模的加工示意圖；圖2c是第三塊掩模的加工示意圖；圖3是實(shí)施例1鏡片示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
實(shí)施例1。本例為+7.0m-1遠(yuǎn)視鏡片，其中+3.0m-1由普通遠(yuǎn)視鏡模具面形成，+4.0m-1由微光學(xué)復(fù)制模具面形成，微光學(xué)復(fù)制模設(shè)計(jì)與制作方法如下1)光刻掩模按視光學(xué)原理，屈光度為+4.0m-1遠(yuǎn)視鏡片的焦距是f＝200mm，光學(xué)口徑參數(shù)為30mm。采用光刻膠(#1350)的光刻鉻板，用電子束光刻機(jī)或激光直寫設(shè)備按照對(duì)應(yīng)(A)式設(shè)計(jì)的軟件做出三塊掩模，邊緣最小線寬控制到1μm，其環(huán)直徑依次遞增為rk＝(2kλf)1/2，式中環(huán)帶數(shù)K＝1、2、3…λ—入射光波長(zhǎng)，f—焦距。
2)離子蝕刻 使用離子蝕刻機(jī)，見圖2a用第一塊掩模對(duì)壓模進(jìn)行離子蝕刻，蝕刻深度為t1＝λ/4(n-1)，式中λ—入射光波長(zhǎng)，n—鏡片材料折射率；見圖2b用第二塊掩模對(duì)衍射光學(xué)元件進(jìn)行離子蝕刻，蝕刻深度為t2＝λ/8(n-1)；見圖2c用第三塊掩模對(duì)二元光學(xué)元件進(jìn)行離子蝕刻，蝕刻深度為t3＝λ/16(n-1)。這就完成了+4.0m-1的三維形貌微光學(xué)壓模。
3)制造鏡片復(fù)制模的一面是對(duì)應(yīng)+4.0m-1的微光學(xué)復(fù)制模，另一面是+3.0m-1的遠(yuǎn)視眼鏡模。即可以批量生產(chǎn)以光學(xué)樹脂為材料的+7.0m-1的微光學(xué)遠(yuǎn)視眼鏡，其鏡片的一個(gè)面上有用微光學(xué)眼鏡片設(shè)計(jì)制造工藝形成的+4.0m-1的微光學(xué)鏡面結(jié)構(gòu)1，另一面是+3.0m-1的遠(yuǎn)視眼鏡面結(jié)構(gòu)2，見圖3。
實(shí)施例2。本例為+6.0m-1遠(yuǎn)視兼+200度散光鏡片。比照實(shí)施例1，在所設(shè)計(jì)的軟件中代入相應(yīng)參數(shù)，按子午面+6.0m-1焦距設(shè)計(jì)微結(jié)構(gòu)，按弧矢面+2.0m-1焦距設(shè)計(jì)微結(jié)構(gòu)，并制作在掩模上，制成一付制造模，得到+6.0m-1遠(yuǎn)視兼+200度散光鏡片。
權(quán)利要求1.一種微光學(xué)眼鏡片，其特征在于在鏡片的一個(gè)面上有用微光學(xué)眼鏡片設(shè)計(jì)制造工藝形成的微光學(xué)鏡面結(jié)構(gòu)(1)，該結(jié)構(gòu)有若干個(gè)由多臺(tái)階形成的微光學(xué)結(jié)構(gòu)區(qū)，每個(gè)結(jié)構(gòu)區(qū)的環(huán)直徑依次遞增為rk＝(2kλf)1/2，式中環(huán)帶數(shù)K＝1、2、3…，λ-入射光波長(zhǎng)，f-焦距；臺(tái)階深度依次為t1＝λ/4(n-1)和t2＝λ/8(n-1)，式中λ-入射光波長(zhǎng)，n-鏡片材料折射率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微光學(xué)眼鏡片，其特征在于所述的臺(tái)階深度依次為t1＝λ/4(n-1)、t2＝λ/8(n-1)和t3＝λ/16(n-1)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微光學(xué)眼鏡片，其特征在于鏡片的另一面是普通鏡面(2)或微光學(xué)鏡面結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微光學(xué)眼鏡片，其特征在于所述的微光學(xué)結(jié)構(gòu)，可以是單個(gè)焦距的，也可以是有兩個(gè)或以上焦距的微光學(xué)結(jié)構(gòu)區(qū)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微光學(xué)眼鏡片，其特征在于所述的微光學(xué)結(jié)構(gòu)，可以是單個(gè)焦距的，也可以是有兩個(gè)或以上焦距的微光學(xué)結(jié)構(gòu)區(qū)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種微光學(xué)眼鏡片。該鏡片的一個(gè)面上有用微光學(xué)眼鏡片設(shè)計(jì)制造工藝形成的微光學(xué)鏡面結(jié)構(gòu)(1)，該結(jié)構(gòu)有若干個(gè)由多臺(tái)階形成的微光學(xué)結(jié)構(gòu)區(qū)，每個(gè)結(jié)構(gòu)區(qū)的環(huán)直徑依次遞增為r
文檔編號(hào)G02C7/06GK2632707SQ0322853
公開日2004年8月11日 申請(qǐng)日期2003年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月20日
發(fā)明者楊國(guó)光 申請(qǐng)人:楊國(guó)光, 陳自強(qiáng)