一種色覺矯正鏡片、色覺矯正裝備的製作方法
2023-10-08 09:41:39 2
一種色覺矯正鏡片、色覺矯正裝備的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種色覺矯正鏡片、色覺矯正裝備，色覺矯正鏡片包括鏡片本體，鏡片本體正面沉積有具有選擇透射截止光譜特性的全介質多層膜堆，鏡片背面沉積有可見光波段的寬波段減反射多層膜堆，滿足：在545nm?555nm波段透過率小於等於1％；在435nm?450nm波段透過率為15～25％；在640nm?655nm波段透過率為25～35％。本實用新型選擇合適的高低折射率膜層設計，使得在特定波段截止透射，而其餘可見光波段無礙透過，得到全部的環境具象信息、亮暗信息和更為豐富的色彩信息，大大減弱目標群體的色覺異常問題，提高該群體學習、工作、生活的質量和滿意度。本實用新型結構緊湊、製造過程簡單，成本低，便於大規模生產。
【專利說明】
一種色覺矯正鏡片、色覺矯正裝備
技術領域
[0001] 本實用新型涉及一種生活設備，具體涉及一種色覺鏡片、色覺矯正裝備及其製造 方法，可應用於顯示、生命醫學等領域。
【背景技術】
[0002] 人眼具有分辨黑白和色彩的能力，是因為人眼視網膜上存在著視杆細胞和視錐細 胞。視杆細胞可以察覺外部環境的亮度信息，而視錐細胞則主要用來分辨各種顏色，其中視 錐細胞細胞又可以分為L、M、S三種類型的視錐細胞。每種視錐細胞對入射光譜有不同的光 譜響應程度，L類視錐細胞主要對可見光譜的長波區域響應，S類視錐細胞對可見光譜的短 波區域響應，M類視錐細胞則對可見光譜的中間波段響應。正常的人眼，L類視錐細胞和M類 視錐細胞光譜響應曲線有40納米左右的偏移。當M類視錐細胞和L類視錐細胞光譜響應曲線 接近甚至重合時，人眼色覺就會發生異常，這是常見的紅綠色覺異常。當M類視錐細胞光譜 響應曲線向L類視錐細胞光譜響應曲線靠近時，這時的色覺異常就是綠色覺異常；當L類視 錐細胞光譜響應曲線向M類視錐細胞光譜響應曲線靠近時，這時的色覺異常就是紅色覺異 常。這種紅綠色覺異常是一種隱形基因控制的先天性異常，在男性群體中出現機率為5%-7%，在女性群體中出現機率小於1%。目前並沒有藥物或其他醫學方法對該種色覺異常進 行治療或者矯正。 【實用新型內容】
[0003] 本實用新型提出的一種色覺矯正鏡片以及帶有該鏡片的眼鏡設備，利用該鏡片可 以極大地提高色弱人群對真實色彩的感知能力，而且性能穩定，環境友好，可以為紅綠色覺 異常的群體提供一種切實有效的色覺異常減弱手段，極大提高了該群體學習、工作、生活的 質量和滿意度，從而推進人類社會進步。
[0004] 本實用新型還提供了一種色覺矯正鏡片的製備方法，該方法只需使用到真空沉積 技術，避免了電子束曝光、雷射直寫或者納米壓印等複雜技術，整個方法步驟簡單，適於工 業化生產。
[0005] -種色覺矯正鏡片，包括鏡片本體，所述鏡片本體正面沉積有具有選擇透射截止 光譜特性的全介質多層膜堆，鏡片背面沉積有可見光波段的寬波段減反射多層膜堆，所述 全介質多層膜堆滿足：
[0006] 在545nm_555nm波段透過率小於等於1 % ;
[0007] 在435nm-450nm波段透過率為15~25% ;
[0008] 在640nm-655nm波段透過率為25~35%。
[0009] 380nm-780nm其餘波段透射率大於90% ;進一步講，在設計階段，目標光譜設置為 380nm一430nm 範圍內 100 % 透射；455nm-540nm 範圍內 100 % 透射；560nm-635nm 範圍內 100 %透射;660nm-780nm範圍內100 %透射。鏡片背面沉積可見光波段的寬波段減反射多 層膜堆後，鏡片380nm-780nm其餘波段透射率大於95% 〇
[0010]作為優選，所述全介質多層膜堆滿足：
[0011 ] 在545nm_555nm波段透過率小於等於1 % ;
[0012] 在435nm-450nm波段透過率為20%;
[0013] 在640nm-655nm波段透過率為30%〇
[0014] 本實用新型中，兩塊鏡片上的特殊膜系實現的光學特性與一般的無該膜系的鏡片 有明顯不同。一般的普通鏡片，只需要在可見光波段380nm-780nm範圍內實現高透射(92 % 以上）。而本實用新型一種色覺矯正裝置中的鏡片在可見光波段380nm-780nm範圍內有著特 殊的光譜調製特性。
[0015] 1)在特定波段545nm-555nm波段透過率小於等於1%。導致大部分色覺異常的生理 學機制是，色覺異常人群的L類視錐細胞和M類視錐細胞光譜響應曲線異常，相比於正常人 群，他們的L類視錐細胞光譜響應波峰和M類視錐細胞光譜響應波峰之間的距離小於正常 值，導致對顏色的區分能力大大降低。這種選擇性的截止透射可以將L類視錐細胞和M類視 錐細胞光譜響應曲線的異常區域摒棄，使L類視錐細胞和M類視錐細胞通過其他波段的光譜 信息來實現顏色分辨。545nm-555nm波段位於L類視錐細胞和M類視錐細胞光譜響應曲線的 兩個波峰之間，在此處設置一個透射截止帶，能夠濾除視錐細胞光譜響應異常波段的光譜， 使L類視錐細胞和M類視錐細胞通過其他波段的光譜信息來實現顏色分辨，能夠排除光譜響 應異常波段的幹擾，提高顏色分辨能力。
[0016] 2)在特定波段435nm-450nm波段設置為20%透過率。此波段覆蓋S類視錐細胞的光 譜響應峰值波段。通過在此波段設置20%的光譜透過率，能夠平衡S、M、L三種視錐細胞的光 譜刺激值。由於545nm-555nm波段被濾除，M和L類型視錐細胞的在光譜上積分的得到總刺激 值被削減，而S類視錐細胞在光譜上積分得到的總刺激值幾乎沒有變化，會引起S、M、L三個 通道刺激值的比例失衡。通過在435nm-450nm波段設置20%透過率，能夠降低S通道的刺激 值，使得三通道各自的刺激值比例(比如S: M，S: L)回歸到正常範圍內。
[0017] 3)在特定波段640nm-655nm波段設置為30%透過率。此波段的光譜特性設置是為 了實現白平衡，補償上述兩個截止濾波帶引起的偏色問題。在CIE1931標準色度學系統中， 通過對光譜功率進行積分，計算出太陽能光譜光源標準D65光源透過上述光譜調製後，顏色 仍為白色，能夠很好地實現白平衡。這意味著本實用新型外觀上看起來就如同常規的眼鏡， 避免了出現綠色或者紅色等明顯的顏色，能夠有效保護色覺異常人群的隱私。
[0018] 本實用新型一種色覺矯正裝置的選擇性透射的光學特性是通過在鏡片表面沉積 高低折射率介質膜堆（HL)S來實現。此時的多層膜堆可以使得380nm-430nm波段、455nm-540nm波段、560nm-635nm波段、660nm-780nm波段的外界可見光幾乎都透射進入人眼，形成 各種外界信息，同時將545nm-555nm波段的外界可見光排除在人眼之外，充分放大L類視錐 細胞和M類視錐細胞的有效光譜響應程度。鏡片背面的減反射膜系可以使得大角度入射到 鏡片背面的光線不會進入人眼，提高人眼的視覺感知。
[0019]作為優選，所述全介質多層膜堆或寬波段減反射多層膜堆均由交替設置的高折射 率材料膜層和低折射率材料膜層組成;其中全介質多層膜堆頂面和底面均為低折射率材料 膜層;所述寬波段減反射多層膜堆中靠近鏡片本體的第一層為高折射率材料膜層，最頂層 為低折射率材料膜層。
[0020] 一般的，（HL)S膜系中，高折射率材料可以選擇二氧化鈦、二氧化鉿，五氧化二鉭、 氮化矽、硫化鋅;進一步優選為二氧化鈦。低折射率材料可以選擇二氧化矽、三氧化二鋁、氟 化鎂或其他氟化物;進一步優選為二氧化矽。鏡片材料可以選擇白玻璃、K9玻璃、BK7玻璃、 環氧樹脂、ZF6玻璃、紫外熔融石英、ZF52、有機玻璃（亞克力、PMMA、聚甲基丙烯酸甲酯等）、 CR-39(聚丙烯基二甘醇碳酸酯）、PC(聚乙碳酸酯）、PS(苯乙烯）。根據所選的高低折射率材 料和鏡片材料，可以根據所需要的透射光譜特性，優化設計出所需要的結構尺寸。高低折射 率材料的折射率差值會影響選擇性透射截止的帶寬，折射率差值越大，透射截止的帶寬越 寬。
[0021 ]作為優選，高折射率材料選自二氧化鈦、二氧化鉿、五氧化二鉭、氮化矽、硫化鋅； 低折射率材料選自二氧化矽、三氧化二鋁、氟化鎂。作為優選，所述低折射率材料為二氧化 娃；
[0022]作為優選，所述全介質多層膜堆的總層數為55~65層，其中高折射率材料膜層厚 度為5~210nm，低折射率材料膜層厚度為7~245nm;
[0023]作為優選，所述寬波段減反射多層膜堆的總層數為6~10層，其中高折射率材料膜 層厚度為7~75nm，低折射率材料膜層厚度為8~95nm〇 [0024]作為優選，所述鏡片材料為K9玻璃。
[0025]本實用新型提供了一種色覺矯正裝備，包括上述任一技術方案所述的色覺矯正鏡 片。
[0026]作為優選，一種色覺矯正眼鏡，包括一個鏡框、兩塊鏡片、兩個鏡腳，其中兩塊鏡片 根據需要可以是平光鏡片、近視鏡片、遠視鏡片等，特別地，鏡片正面上沉積上特定波段不 透射其餘波段高透的多層全介質薄膜，鏡片背面沉積上可見光波段的寬波段減反射膜系。 [0027]本實用新型還提供了一種色覺矯正鏡片的製備方法，包括如下步驟：
[0028] (1)對於選定的高低折射率材料，鏡片材料，根據確定的選擇性透射截止帶的中心 波長和帶寬以及其餘波段的透射率要求，優化設計出具有具有選擇透射截止光譜特性的多 層膜系以及可見光波段減反射膜系；
[0029] (2)將兩塊鏡片用乙醇、丙酮分別進行擦拭清洗；
[0030] (3)將兩塊鏡片同時置於真空鍍膜設備中，控制沉積參數，在鏡片的正面沉積由 (1)設計所得的具有選擇透射截止光譜特性的多層介質膜系，得到全介質多層膜堆；
[0031] (4)將兩塊鏡片翻面置於真空鍍膜設備中，控制沉積參數，在鏡片的背面沉積由 (1)設計所得的可見光波段減反射膜系，得到可見光波段的寬波段減反射多層膜堆。
[0032] (5)將製備好的鏡片安裝在鏡架上，配上鏡腳，得到色覺矯正鏡片。
[0033]作為優選的組合:所述高折射率材料為二氧化鈦，所述低折射率材料為二氧化矽， 所述鏡片材料為K9玻璃，鏡片正面沉積的具有選擇截止功能的多層介質膜系的沉積參數 為：
[0034]
[0035]
[0036]
[0037] 作為優選的組合:所述高折射率材料為二氧化鈦，所述低折射率材料為二氧化矽， 所述鏡片材料為K9玻璃，鏡片背面沉積的可見波段減反射膜系的沉積參數為：
[0038]
[0039] 本實用新型的色筧矯止裝備，它巧妙剝離/嚴生視筧弁芾的可見光波段，同時考 慮人眼視覺刺激的平衡以及色彩平衡的要求，利用合適的高低折射率膜層設計實現了三通 道的負濾光片透射特性，從而使得在特定波段截止透射，而其餘可見光波段無礙透過，得到 全部的環境具象信息、亮暗信息和更為豐富的色彩信息，大大減弱目標群體的色覺異常問 題，極大提高該群體學習、工作、生活的質量和滿意度，進而推動人類社會進步。而且，本實 用新型的色覺矯正裝備整體結構緊湊、製造過程簡單，成本低，便於大規模、批量化生產。因 此該實用新型有望在顯示、生命醫學等領域廣泛應用。
【附圖說明】
[0040] 圖1(a)為視覺矯正眼鏡的立體圖；
[0041] 圖1(b)為視覺矯正眼鏡中的視覺矯正鏡片的剖視圖；
[0042] 圖1(c)為視覺矯正鏡片的拆解圖；
[0043] 圖2為本實用新型色覺矯正眼鏡的製造流程圖；
[0044] 圖3為本實用新型色覺矯正鏡片正面的多層膜系優化過程中目標光譜；
[0045] 圖4為本實用新型採用二氧化鈦、二氧化矽作為高、低折射率材料，以K9玻璃為鏡 片材料設計的色覺矯正鏡片正面鍍膜後的透射光譜。
[0046] 圖5為本實用新型採用二氧化鈦、二氧化矽作為高、低折射率材料，以K9玻璃為鏡 片材料設計的色覺矯正鏡片正面背面均鍍膜後的透射光譜。
【具體實施方式】
[0047]下面結合附圖對本實用新型進行進一步地詳細說明。
[0048]如圖1(a)~圖1(c)所示，一種色覺矯正眼鏡，由鏡架1、固定在鏡架1上的兩塊鏡片 2、兩個鏡腳3、多層膜堆4和多層膜堆5組成，其中多層膜堆4沉積在兩塊鏡片2的正面(我們 定義遠離人眼睛的一側為正面），多層膜堆5沉積在兩塊鏡片2的背面，兩塊鏡片可以是平光 鏡片、近視鏡片或者遠視鏡片。
[0049] 本實用新型一種色覺矯正眼鏡中，兩塊鏡片上的特殊膜系實現的光學特性與一般 的無該膜系的鏡片有明顯不同。一般的普通鏡片，往往需要在可見光波段380nm-780nm範圍 內實現高透射(92%以上）。而本實用新型的色覺矯正眼鏡中的鏡片在可見光波段380nm-780nm範圍內有著特殊的光譜調製特性。
[0050] 本實用新型的色覺矯正眼鏡，它巧妙剝離了產生視覺異常的可見光波段，同時考 慮人眼視覺刺激的平衡以及色彩平衡的要求，利用合適的高低折射率膜層設計實現了三通 道的負濾光片透射特性，從而使得在特定波段截止透射，而其餘可見光波段無礙透過，得到 全部的環境具象信息、亮暗信息和更為豐富的色彩信息，大大減弱目標群體的色覺異常問 題，極大提高該群體學習、工作、生活的質量和滿意度，進而推動人類社會進步。
[0051] 本實用新型的鏡片結構，也可用於其他設備中，比如帶有鏡片的頭盔結構等。
[0052]如圖2所示，一種色覺矯正裝備的製造方法，包括以下步驟：
[0053] 1)選擇高、低折射率材料，鏡片材料，根據確定的選擇性透射截止帶的中心波長和 帶寬以及其餘波段的透射率要求，優化設計出具有選擇透射截止光譜特性的多層膜系以及 可見光波段減反射膜系，從而採用現有的仿真軟體得到多層膜系高、低折射率材料鍍膜順 序、鍍膜厚度和鍍膜層數等沉澱參數；
[0054]優化設計過程中的目標透射光譜如圖3所示。目標光譜設置為380nm-430nm範圍 內 100% 透射、435nm-450nm 範圍內 20% 透射、455nm-540nm 範圍內 100% 透射、545nm- 555nm範圍內〈1 %透射、560nm-635nm範圍內100 %透射、640nm-655nm範圍內30 %透射、 660nm一780nm範圍內 100 % 透射。
[0055]本實施例中，高折射率材料為二氧化鈦，低折射率材料為二氧化矽，鏡片材料為K9 玻璃，由仿真方法得到的鏡片正面沉積的具有選擇截止功能的多層介質膜系的沉積參數 為：
[0056]
[0057]
[0058]
[0059] 同樣在鏡片背面，高折射率材料為二氧化鈦，低折射率材料為二氧化矽，鏡片背面 沉積的可見波段減反射膜系的沉積參數為：
[0060]
[0061] 2)將兩塊鏡片用乙醇、丙酮分別進行擦拭清洗; '
[0062] 3)將兩塊鏡片同時置於真空鍍膜設備中，控制沉積參數，在鏡片的正面沉積由1) 設計所得的具有選擇截止功能的多層介質膜系；
[0063] 4)將兩塊鏡片翻面置於真空鍍膜設備中，控制沉積參數，在鏡片的背面沉積由1) 設計所得的可見光波段減反射膜系。
[0064] 5)將製備好的鏡片安裝在鏡架上，配上鏡腳，從而得到本實用新型一種色覺矯正 的裝備。
[0065] 最後得到的色覺矯正鏡片正面鍍膜後的透射光譜如圖4所示。可以看到，各透射截 止帶的光譜與目標光譜較為吻合，表現出良好的色覺矯正特性;高透波段的平均透射率大 於90%，說明足夠的光線能夠進入鏡片，充分保證了該色覺矯正裝備在絕大多數場合廣泛 使用的要求。
[0066]採用二氧化鈦、二氧化矽作為高、低折射率材料，以K9玻璃為鏡片材料，最後得到 的色覺矯正鏡片正面、背面均鍍膜後的透射光譜如圖5所示。與圖4相比，鏡片背面沉積寬波 段減反射膜後，裝備的透過率顯著增加，其平均透過率可以達到95%左右，而且可以大大消 除那些大角度入射到鏡片背面的雜散光，提高人眼透過鏡片後的成像質量。與圖4相比，鏡 片背面沉積寬波段減反膜後，鏡片的選擇性透射截止特性被完好地保存下來，也就是說，這 種鏡片正面、背面均鍍膜後的透射光譜與目標光譜較為吻合，從而出良好的色覺矯正特性， 同時保證良好的色平衡特性。
【主權項】
1. 一種色覺矯正鏡片，包括鏡片本體，其特徵在於，所述鏡片本體正面沉積有具有選擇 透射截止光譜特性的全介質多層膜堆，鏡片背面沉積有可見光波段的寬波段減反射多層膜 堆，所述全介質多層膜堆或寬波段減反射多層膜堆均由交替設置的高折射率材料膜層和低 折射率材料膜層組成;其中全介質多層膜堆頂面和底面均為低折射率材料膜層;所述寬波 段減反射多層膜堆中靠近鏡片本體的第一層為高折射率材料膜層，最頂層為低折射率材料 膜層;高折射率材料選自二氧化鈦、二氧化鉿、五氧化二鉭、氮化娃、硫化鋅;低折射率材料 選自二氧化娃、三氧化二鋁、氟化鎂。2. 根據權利要求1所述的色覺矯正鏡片，其特徵在於，所述高折射率材料為二氧化鈦， 所述低折射率材料為二氧化娃； 所述全介質多層膜堆的總層數為55~65層，其中高折射率材料膜層厚度為5~210nm， 低折射率材料膜層厚度為7~245nm; 所述寬波段減反射多層膜堆的總層數為6~10層，其中高折射率材料膜層厚度為7~ 75nm，低折射率材料膜層厚度為8~95nm〇3. 根據權利要求2所述的色覺矯正鏡片，其特徵在於，所述全介質多層膜堆沉積參數如 下：4. 根據權利要求2所述的色覺矯正鏡片，其特徵在於，所述可見光波段的寬波段減反射 多層膜堆沉積參數如〇5. 根據權利要求1-4任一權利要求所述的色覺矯正鏡片，其特徵在於，所述鏡片材料為 K9玻璃。6. -種色覺矯正裝備，其特徵在於，包括權利要求1-5任一權利要求所述的色覺矯正鏡 片。
【文檔編號】G02C7/10GK205720944SQ201620521521
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年5月31日
【發明人】沈偉東, 楊陳楹, 史斌
【申請人】杭州燈之塔科技有限公司