專利名稱：微光學眼鏡片設計與制造工藝及其鏡片的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種眼鏡及其制造工藝，具體是一種微光學眼鏡片設計與制造工藝及其鏡片。它利用微光學的衍射與常規鏡片折射光學的結合，形成新一代的眼鏡——微光學眼鏡。
背景技術：
目前市場上的眼鏡是利用光學鏡片的折射即曲率和折射率來成像，以滿足不同人眼的屈光不正現象。它有幾點不足一是為矯正高度遠視或近視眼，鏡片往往過厚過重；因此目前市場上供應的遠視鏡及近視鏡的屈光度數最大為D＝+4.0m-1(遠視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)看不同遠近物體時必須戴上拿下或更換另一付眼鏡，使用不便。雖然市場上也出現過各種特種眼鏡，但由于性能、價格、美觀等原因，始終未能有效推廣。
發明內容
本發明要解決的技術問題是，克服背景技術的不足，提供一種可以適應高度遠視、高度近視、老花近視、近視老花或散光的微光學眼鏡片及其設計與制造工藝，其產品具有輕巧、美觀且價格低廉等優點。
微光學眼鏡是最新發展的衍射光學與傳統的折射光學結合而形成的新一代眼鏡——雙焦、多焦以及超屈光度的遠視鏡或近視鏡。這是填補眼鏡市場空白和推動眼鏡市場走向現代化的發展方向。一個常規的光學透鏡，其面形由I(x，y)表達(見圖1a)，然后由專用軟件按式(A)設計成菲涅爾透鏡(見圖1b，俗稱羅紋透鏡)。由于菲涅爾透鏡微加工困難，因此再設計壓縮成衍射光學元件(見圖1c)，再考慮透光效率要高，最后設計成二元光學元件(見圖1d)。
由于微光學鏡片的I(x，y)是由微結構的衍射波陣面合成產生，因此在鏡片上設計和加工不同的微結構狀態就能形成雙焦，多焦和實現超屈光度眼鏡。由于光學微結構產生的衍射光學其提供的屈光度是不需要光學厚度的，因此微光學眼鏡不增加鏡片曲率就可實現超屈光度。從而實現高屈光度下的超薄型眼鏡。
本發明的微光學眼鏡片制造工藝是用光刻及離子蝕刻方法將光學微結構直接做在樣板上。它包括如下工序1)光刻掩模按屈光度確定焦距，按光學口徑確定計算出(x、y)參數通過以下多項式來形成任意光波陣面I(x，y)φ(x,y)=(2πλ)∑nmanmxnym-----(A)]]>式中λ-入射光波長，anm-象差優化系數，n、m-多項式級數。n、m取值越大，擬合的波陣面就越精確，一般n、m取10級左右。上述光學微結構的原理是用計算機設計一個三維微光學結構，以衍射光學的方式成像，光刻成對應的若干塊掩模。理論上，掩模越多，在樣板上形成的臺階越多，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90％，三塊掩模可以到達95％，四塊掩模可以到達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樣板進行若干次離子蝕刻，得到有相應臺階深度的三維微光學鏡面結構。
所述的樣板如果是光學材料，就直接得到微光學眼鏡片，但成本過高；因此一般直接在光學樣板上加工，即采用光刻及離子蝕刻工藝在曲面上完成微加工，得到制造微光學眼鏡片的壓模，再由壓模轉換成復制模，然后批量地在光學樹脂鏡片上復制微光學眼鏡片，實現大批量、低成本生產。
所述的離子蝕刻，可以在樣板的兩面進行。
根據不同的需要有相應的軟件，可以設計掩模，光刻出焦距不同的微光學結構；如掩模是按子午面的一個焦距設計微結構，按弧矢面設計另一焦距的微結構，以適應散光的矯正，和雙焦鏡片。所述的軟件可依據(A)式編制出來。
用本發明工藝制造的微光學眼鏡片，其特征在于在透明的鏡片的一個面上有微光學結構，這些微光學結構，可以是單個焦距的，也可以是有兩個或以上焦距的微光學結構區，以適應遠視、近視或散光。
所述的鏡片另一面疊加有普通鏡面或微光學鏡面，以充分利用遠視鏡或近視鏡的成熟技術，以最低成本獲得高屈光度眼鏡片。
本發明的工藝可以制造出具有單焦、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，能廣泛適應高度遠視、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、美觀且價格低廉等優點，屬于更新換代的新產品，預計有近億元的國內市場。
圖1a-d是設計原理圖，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是衍射光學元件示意圖；圖1d是二元光學元件示意圖；圖2a-c是微加工工藝過程示意圖，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是實施例1鏡片示意圖。
具體實施例方式
下面結合實施例，對本發明做進一步詳細描述。
實施例1。本例為+7.0m-1遠視鏡片的設計與制造工藝，使用一副模具，其中+3.0m-1由普通遠視鏡模具面形成，+4.0m-1由微光學復制模具面形成，微光學復制模設計與制作方法如下1)光刻掩模按視光學原理，屈光度為+4.0m-1遠視鏡片的焦距是f＝200mm，光學口徑參數為30mm。采用光刻膠(#1350)的光刻鉻板，用電子束光刻機或激光直寫設備按照對應(A)式設計的軟件做出三塊掩模，邊緣最小線寬控制到1μm，其環直徑依次遞增為rk＝(2kλf)1/2，式中環帶數K＝1、2、3…λ-入射光波長，f-焦距。
2)離子蝕刻使用離子蝕刻機，見圖1a用第一塊掩模對壓模進行離子蝕刻，蝕刻深度為t1＝λ/4(n-1)，式中λ-入射光波長，n-鏡片材料折射率；見圖1b用第二塊掩模對衍射光學元件進行離子蝕刻，蝕刻深度為t2＝λ/8(n-1)；見圖1c用第三塊掩模對二元光學元件進行離子蝕刻，蝕刻深度為t3＝λ/16(n-1)。這就完成了+4.0m-1的三維形貌微光學壓模。
3)制造鏡片復制模的一面是對應+4.0m-1的微光學復制模，另一面是+3.0m-1的遠視眼鏡模。即可以批量生產以光學樹脂為材料的+7.0m-1的微光學遠視眼鏡。其鏡片的一個面上有用微光學眼鏡片設計制造工藝形成的+4.0m-1的微光學鏡面結構1，另一面是+3.0m-1的遠視眼鏡面結構2，見圖3。
本發明工藝可以制造+5.0m-1以上的微光學遠視鏡，和-5.0m-1以上的微光學近視鏡。
實施例2。本例為+6.0m-1遠視兼+200度散光鏡片的設計與制造工藝。比照實施例1，在所設計的軟件中代入相應參數，按子午面+6.0m-1焦距設計微結構，按弧矢面+2.0m-1焦距設計微結構，并制作在掩模上，制成一付制造模。
權利要求
1.一種微光學眼鏡片的設計與制造工藝，其特征在于1)光刻掩模按屈光度確定焦距，按光學口徑確定計算出(x、y)參數通過以下多項式來形成任意光波陣面I(x，y)φ(x,y)=(2πλ)∑nmanmxnym-----(A)]]>式中λ-入射光波長，anm-象差優化系數，n、m-多項式級數，將I(x，y)光刻成對應的若干塊掩模；2)離子蝕刻依次用掩模對樣板進行若干次離子蝕刻，得到有相應臺階深度的三維微光學鏡面結構。
2.根據權利要求1所述的微光學鏡片的設計與制造工藝，其特征在于所述的掩模是按子午面的一個焦距設計微結構，按弧矢面的另一焦距設計微結構而形成的。
3.根據權利要求1或2所述的微光學鏡片的設計與制造工藝，其特征在于所述的樣板是壓模。
4.根據權利要求1或2所述的微光學鏡片的設計與制造工藝，其特征在于所述的離子蝕刻，可以在樣板的兩面進行。
5.根據權利要求3所述的微光學鏡片的設計與制造工藝，其特征在于所述的離子蝕刻，可以在樣板的兩面進行。
6.一種根據權利要求1所述工藝制造的微光學眼鏡片，其特征在于在鏡片的一個面上有微光學鏡面結構(1)。
7.根據權利要求6所述的微光學眼鏡片，其特征在于鏡片的另一面是普通鏡面(2)或微光學鏡面結構。
全文摘要
本發明涉及一種微光學眼鏡片設計與制造工藝及其鏡片。其工序為1)光刻掩模按屈光度確定焦距，按光學口徑確定計算出(x、y)參數將I(x，y)光刻成對應的若干塊掩模。2)離子蝕刻依次用掩模對樣板進行若干次離子蝕刻，得到有相應臺階深度的三維微光學鏡面結構。所述的掩模可以是按子午面的一個焦距設計微結構，按弧矢面的另一焦距設計微結構而形成的。其特征在于所述的樣板是壓模。所述的離子蝕刻，可以在樣板的兩面進行。本發明的工藝可以制造出具有單焦、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，能廣泛適應高度遠視、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、美觀且價格低廉等優點。
文檔編號G02B3/08GK1447150SQ0311512
公開日2003年10月8日 申請日期2003年1月20日 優先權日2003年1月20日
發明者楊國光 申請人:楊國光, 陳自強