可調節焦距的透鏡組的製作方法

2023-05-18 07:34:11 2

本發明涉及一種可調節焦距的透鏡組，具體的，涉及通過透鏡在垂直於光軸方向上的相互移動實現焦距變化的透鏡組。
背景技術：
：眾所周知的，眼睛的屈光不正(如近視、遠視)由眼部的肌肉調節失調而造成。在日常生活中，成年患者通過佩戴校正鏡片來達到正常視力，對於尚未完全發育定型的眼球結構，如青少年階段容易出現的假性近視，醫學建議通過一定的眼部調節肌肉訓練獲得恢復，針對這類矯正或者訓練所用的鏡片根據其眼部特徵需要(如，厚度、凸度/凹度)，限定出特定的焦距。眼科醫生或驗光師藉助輔助設備，結合經驗，根據各患者的每隻眼睛實際視度值開具合適的鏡片度數，以矯正屈光不正的患者的視力或者恢復眼部調節肌肉的功能，這樣的鏡片一般以單透鏡的形式存在。但通常，在多變的實際環境下，人眼都具有不同的視覺清晰度感覺，在看近和看遠的一般需求中，所實際需要的矯正鏡片度數並不是一個絕對值，為此，使用可變焦的透鏡成為一種較為方便的解決方式，眾所周知的，可以延光傳播方向(光軸)移動透鏡組中的一個或幾個透鏡可以改變整個透鏡組的焦距，但此種變焦方式顯然不適合作為眼鏡使用，因而在專利公開文件CN102782566A中提到，可以通過以下三種方法中的一種實現佔體積較小的可變焦：1.使用電驅動的充滿液體的鏡片；2.使用電氣系統，由液晶體或者靜電透鏡實現；3.使用一種類型的鏡頭，該種鏡頭由阿爾瓦雷茲在1964年的專利US3305294「一種雙元件的可變倍率球面透鏡」中公開。該發明中，具有相同光學自由曲面的兩個光學鏡片置於相互平行的位置並且這兩個自由曲面的光學總和取決於他們的相對平移抵消。作為液體鏡片或者液晶的方式，由於其依賴電致變形材料控制形變，本身成本較高，材料的穩定性在日常頻繁的使用後難以保證，進一步被動縮短了佩戴者的使用周期，並不經濟，影響受眾範圍。作為第三種方式，由於可以通過常規的透鏡生產工藝和材料實現，是一種從經濟上考慮是更為易接受的方案。但以球面為相對面調節位置的方式不利於鏡片面型的設計和防磨損。技術實現要素：本發明提出一種可調節焦距的透鏡組，涉及通過兩片各包括一個平面的透鏡在垂直於光軸方向上的相互移動實現焦距變化，兩個平面相鄰設置作為移動界面，減輕了變焦移動中容易造成的誤差和磨損，利於面型設計，具有更好的成像質量，方便佩戴者的實際操作和使用。根據本發明的一種可調節焦距的透鏡組，包括沿光軸方向依次設置的：第一透鏡，具有朝向物方側的第一表面和朝向像方側的第二表面；第二透鏡，具有朝向物方側的第三表面和朝向像方側的第四表面；第二表面和第三表面相鄰，且均為平面，第一表面和第四表面分別做為透鏡組的光入射表面和光出射表面，其面型可通過zernike多項式表示，第一透鏡和第二透鏡通過沿垂直於光軸的方向相互移動而實現焦距的調節。作為一種實施方式，所述透鏡組的第一透鏡和第二透鏡的相對移動範圍為-6mm至6mm，相應的焦距調節範圍為-10.5D～6.5D視度。優選的，zernike多項式的項數不少於21，歸一化半徑約為25mm；記第一表面與所述第二表面之間的厚度最大值與最小值的差為H1，第三表面與所述第四表面之間的厚度最大值與最小值的差為H2，0<∣H1-H2∣<0.2mm為了減少厚度和重量，第一透鏡和第二透鏡的中心厚度不超過2mm，第二表面和第三表面之間的空氣間隔不大於0.5mm，第一透鏡和第二透鏡均由PMMA材料製成。根據本發明的上述透鏡組，利用較小的垂軸移動距離獲得不同的鏡片組合位置，使使用者獲得大的變焦範圍，在滑動時以平面相對，空氣間隔避免摩擦損耗，以中心計算整體厚度不超過4.5mm，面型變化不劇烈，十分輕薄。附圖說明圖1為根據本發明的透鏡組結構圖(子午截面)圖2為根據本發明的透鏡組的第一透鏡和第二透鏡在各焦距值下的相對位置圖(子午截面)具體實施方式以下內容將參考附圖等來詳細討論具體實施本發明的實際示例，本領域技術人員應當了解，下述各描述中使用的具體名稱、用語等不構成對本發明技術方案的限定，並且在下文的描述中，為便於描述，相同的部件將使用相同的附圖標記。如圖1所示，本發明透鏡組結構圖(以子午面截面為示)，包括沿光軸O布置的第一透鏡1和第二透鏡2，第一透鏡具有朝向物方側的第一表面11和朝向像方側的第二表面12；第二透鏡具有朝向物方側的第三表面21和朝向像方側的第四表面22，第二表面12和第三表面21相鄰且均形成為平面，第一表面11和第四表面22分別作為光進入透鏡組的入射面和出射面，具有非球面的面型，以實現成像質量和輕薄化，相應的，第一透鏡1和第二透鏡2以樹脂材料通過熱塑模壓形成，例如PMMA，環烯烴聚合物等。第一透鏡1和第二透鏡2在垂直於光軸的方向上相對移動，從而使整個透鏡組在有效通光孔徑內具有不同的光入射面面型和光出射面面型，以實現不同的透鏡組焦距。具體的，第一透鏡1和第二透鏡2的相對移動方式可以為固定第一透鏡1的位置而移動第二透鏡2，或者固定第二透鏡2而移動第一透鏡1，這樣實現的相對移動，在移動調節裝置的設置上較為簡便但造成透鏡組整體所需要的安裝空間變大，不利於外觀小型化。因此，優選的，以第一透鏡1和第二透鏡2各自移動作為實現相對移動的方式。在可實現變焦的情況下，各透鏡的移動距離可限制在不大於第一透鏡1和第二透鏡2的最大半徑R的範圍。第一透鏡1的第二表面12和第二透鏡2的第三表面21作為相鄰的平面，在拋光的前提下可以在貼合狀態下移動，但為避免表面磨損，優選的，兩平面間具有一細小空氣間隙以避免磨損，但空氣間隙的大小應控制在不大於0.5mm的範圍，以利於外觀的輕薄，並減少灰塵進入的可能性。根據本發明的透鏡組，第一透鏡1的第一表面11和第二透鏡2的第四表面22優選為自由曲面，兩曲面具有大致旋轉對稱的面型，均可以由zernike多項式描述。在以下的各實施例中，將均基於這樣的zernike數學表達式第一透鏡1或第二透鏡2。已知的Zernike多項式的項可以達到66項，但本發明中的第一表面11和第四表面22的面型特徵並無需使用全部66項來描述。其中：z＝表面矢高(sag)c＝頂點曲率k＝二次項常數r＝徑向高度ZPj＝第j項Zernike多項式Cj＝對應的第j項Zernike係數【示例1】根據本發明的第一示例中，第一透鏡1的第一表面11和第二透鏡2的第四表面22可以由表1的各項係數確定的上述zernike多項式描述。根據表1的各項數據，第一透鏡1和第二透鏡2的幾何中心厚度可以控制在2mm以內，以空氣間隙0.5mm計算，透鏡組整體厚度(以幾何中心計算)不超過4.5mm，能夠充分滿足作為眼鏡片使用時的輕薄化要求。進一步的，使用示例1的透鏡組作為可變焦的眼鏡鏡片時，由於醫學統計上人眼的瞳距大約分布於56-72mm的範圍，適應單側的瞳距變動值不宜超過8mm，優選的，不宜超過6mm，因此，以普遍適用的角度考慮，第一透鏡1和第二透鏡2的相對移動距離優選的不大於6mm，即以眼球中心位置為原點計算，第一透鏡1和/或第二透鏡2的運動距離不超過6mm，其方向可以為6mm半徑的圓內任一方向，相應的，焦距變化範圍-10.5D～6.5D視度，滿足絕大多數人眼目視所需的調節範圍。第一表面11第四表面22Radius1.38E+02-1.30E+02歸一化半徑2.50E+012.50E+01k0.00E+000.00E+00C1-3.83E-019.50E-01C2-2.99E-02-1.64E-01C3-6.36E-01-1.01E+00C4-1.35E+001.99E+00C5-6.16E-013.29E-01C6-1.67E-034.25E-02C7-3.66E-02-2.19E-02C8-1.01E+00-1.16E+00C9-8.00E-022.65E-01C10-3.17E-02-3.28E-02C11-1.27E+00-1.46E+00C12-5.72E-011.05E-01C13-4.18E-031.15E-02C141.74E-037.66E-03C151.89E-012.08E-01C161.93E-021.43E-01C17-5.07E-01-5.86E-01C181.83E-032.13E-02C191.88E-033.57E-03C201.08E-011.26E-01C21-3.39E-021.47E-01表1，單位mm【變形示例2-4】根據本發明的第二、三、四示例中，第一透鏡1的第一表面11和第二透鏡2的第四表面22可以由表2-4所示的各項係數確定的zernike多項式描述。同樣的，示例2-4中的第一透鏡1和第二透鏡2的中心厚度也控制在2mm以內，透鏡組整體厚度不大於4.5mm。第一表面11第四表面22Radius1.33E+023.29E+02歸一化半徑2.50E+012.50E+01K0.00E+000.00E+00C1-4.96E-013.53E-01C2-7.47E-01-3.91E-01C3-4.74E-01-1.84E-01C4-1.62E+002.02E+00C5-1.47E+002.32E+00C6-3.37E-01-2.38E-01C7-4.66E-012.59E-01C8-1.03E+00-1.12E+00C9-5.85E-019.23E-01C10-3.93E-014.04E-02C11-1.51E+00-1.79E+00C12-1.49E+007.96E-01C13-3.62E-02-3.38E-03C14-8.48E-021.20E-01C151.95E-012.31E-01C16-8.73E-022.98E-01C17-5.46E-01-4.63E-01C18-6.06E-02-1.25E-02C19-6.15E-026.53E-02C205.09E-025.35E-02C21-2.31E-012.85E-01表2，單位mm表3，單位mm表4，單位mm根據本發明的上述第一至四示例，第一透鏡1和第二透鏡2的兩個非平面表面11和22無需過大的面型起伏變化，即可在相對位置變動較小的情況下實現較大的變焦範圍，作為一種極限的情況，如果本發明的上述各示例透鏡組處於無限制的相對移動狀態(即在自由空間無限制的完成最大範圍的相對移動)，可以實現大約-14D～14D的焦距變化範圍，相應的，有效半徑R只需要24mm。其中第一表面11為非平面，其相對於第二表面12(平面)的面型變化直接體現在第一透鏡1沿光軸方向的厚度變化上，記第一透鏡1的厚度最大值位置和厚度最小值位置的差為第一表面12厚度差H1；第四表面22同樣為非平面，其相對於第三表面21的面型變化體現在第二透鏡2沿光軸方向的厚度變化上，記第二透鏡2的厚度最大值位置和厚度最小值位置的差為第二表面22厚度差H2，優選的H1不等於H2，以實現更好的成像質量補償。示例1示例2示例3示例4第一表面厚度差H11.25mm1.36mm1.2mm1.23mm第四表面厚度差H21.18mm1.54mm1.28mm1.17mm圖2示出了本發明的透鏡組在各焦距下的第一透鏡1與第二透鏡2的相對位置值，例如，在狀態1，第一透鏡1和第二透鏡2在光軸上的厚度較小，透鏡組等效於凹透鏡形態，具有負的視度；在狀態2，透鏡組的光軸通過第一透鏡1和第二透鏡2的幾何中心，鑑於第一透鏡1和第二透鏡2在中心位置的厚度均為2mm，狀態2時透鏡組的形態可視為大致的平板狀態；在狀態3時，第一透鏡1和第二透鏡2在光軸上的厚度較大，透鏡組等價於凸透鏡形態，具有大約正的視度。佩戴者可以通過螺杆或者滑杆等附接於第一透鏡1和第二透鏡2外輪廓上實現上述相對位置變換的調整。作為可變焦的眼鏡鏡片使用時，優選的，第一透鏡1和第二透鏡2形成為大致橢圓的外輪廓，在橢圓形的長軸方向為第一透鏡和第二透鏡的相對移動方向，在短軸方向上無移動。根據本發明的上述透鏡組，可以實現以相對小的鏡片移動距離得到大變焦範圍，且以平面相對，減小了摩擦損耗，兩非平面表面的面型變化不劇烈，便於加工製造，十分輕薄。本發明可以以許多不同的形式實現且不應解釋為限於這裡所闡述的各實施例。而是，提供這些實施例使得本公開充分和完整，且向那些本領域的技術人員全面地傳達本發明的構思。另外，各個實施例中的特徵也可以按照下述實施例之外的方式組合，組合後的技術方案仍落在本申請的範圍之內。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp