CN118284840A - 用于减缓视觉屈光异常的演变的光学镜片元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旨在配戴在配戴者的眼睛前方的镜片元件，该镜片元件适于在处方平面内提供处方屈光度矫正功能，该镜片元件包括微光学元件的布置，其中，当接收到单色光准直束时：‑镜片元件被配置为在处方平面内产生初级发光强度最大值，‑微光学元件的布置被配置为在与处方平面为第一接近度差异处产生至少一个第一次级发光强度最大值并且在与该处方平面为第二接近度差异处产生至少一个第二次级发光强度最大值，第一接近度差异和第二接近度差异具有相反的符号。

Description

用于减缓视觉屈光异常的演变的光学镜片元件

技术领域

本披露内容涉及用于矫正眼睛的屈光异常的光学镜片领域。

更确切地说，本披露内容涉及一种旨在配戴在配戴者的眼睛前方的镜片元件。该镜片元件适于在处方平面内提供给定的屈光度矫正功能。

本发明还涉及一种用于制造根据本发明的镜片元件的方法。

背景技术

一些视力缺陷(比如近视或远视)会随着时间的推移而演变。

眼睛近视的特征是眼睛将光聚焦在视网膜前方。换句话说，近视眼呈现的长度不适合清晰的视力。近视既有遗传原因，也有环境原因。在后一种情况下，近视的发展是由于例如视近任务和数字装置(比如电脑和智能手机的数字屏幕)使用的增加，而且也由于户外活动的减少。

存在许多旨在减少近视演变的解决方案。例如，使用渐进式镜片或双焦点镜片来减少在近视儿童中观察到的调节滞后。使用滤色器来减少或截止聚焦在视网膜后方的红光。使用在周边呈现更高焦度的镜片来补偿周边离焦现象。

最近，已出现了包括在视网膜周边上引起模糊的解决方案。实验证明，视网膜周边的对比度降低对眼睛的生理机能、尤其是对负责眼睛生长的机制有显著影响，并且因此对眼睛的长度有显著影响。国际专利申请WO 2020/138127披露了一种眼镜镜片，该眼镜镜片包括对比度调整单元，该对比度调整单元包括圆点部分组。欧洲申请EP 3 746001A1呈现了一种眼镜和接触镜片，该眼镜和接触镜片通过在观看轴线上施加具有无圆点的孔径的散射中心图案进行了处理。

发明内容

在此上下文中，本发明的一个目的是提供一种能够以可控方式在视网膜周边上产生模糊的解决方案。

根据本发明，上述目的是通过一种旨在配戴在配戴者的眼睛前方的镜片元件来实现的，该镜片元件适于在预定平面内提供处方屈光度矫正功能，该镜片元件包括微光学元件的布置，其中，当接收到单色光准直束时：

-镜片元件被配置为在预定平面内产生初级发光强度最大值，

-微光学元件的布置覆盖了镜片元件的整个表面或镜片元件的表面的至少一部分，微光学元件的布置被配置为在与预定平面为第一接近度差异处产生至少一个第一次级发光强度最大值并且在与该预定平面为第二接近度差异处产生至少一个第二次级发光强度最大值，第一接近度差异和第二接近度差异具有相反的符号，微光学元件包括全息微反射镜，其中全息微反射镜的第一子组具有被配置为产生该至少一个第一次级发光强度最大值的第一平均光焦度，并且其中全息微反射镜的第二子组具有被配置为产生该至少一个第二次级发光强度最大值的第二平均光焦度。

例如，微光学元件具有各自小于2mm的大小。

例如，镜片元件包括适于提供处方屈光度矫正功能的正面和背面。

在一些实施例中，微光学元件的布置包括在方形阵列、六边形阵列或组合式八边形方形阵列中选择的结构化阵列。

在一些实施例中，微光学元件的布置包括随机空间布置。

在一些实施例中，微光学元件进一步包括空间上交替的折射微透镜，其中折射微透镜的第一子组具有被配置为产生该至少一个第一次级发光强度最大值的第一平均屈光力，并且

其中，折射微透镜的第二子组具有被配置为产生该至少一个第二次级发光强度最大值的第二平均屈光力。

在一些实施例中，微光学元件进一步包括至少一个双焦点折射微透镜，该双焦点折射微透镜呈现被配置为产生该至少一个第一次级发光强度最大值的第一屈光力和被配置为产生该至少一个第二次级发光强度最大值的第二屈光力。

在一些实施例中，微光学元件进一步包括双焦点折射微透镜，其中双焦点折射微透镜的第一子组呈现被配置为产生初级发光强度最大值的预定屈光力和被配置为产生该至少一个第一次级发光强度最大值的屈光力，并且

其中，双焦点折射微透镜的第二子组呈现预定屈光力和被配置为产生该至少一个第二次级发光强度最大值的另一屈光力。

在一些实施例中，微光学元件进一步包括衍射光学元件，这些衍射光学元件至少呈现针对所述单色光的、被配置为产生该至少一个第一次级发光强度最大值的第一衍射级和针对所述单色光的、被配置为产生该至少一个第二次级发光强度最大值的第二衍射级。

在一些实施例中，微光学元件进一步包括衍射光学元件，其中衍射光学元件的第一子组至少呈现针对所述单色光的、被配置为产生初级发光强度最大值的预定衍射级和针对所述单色光的、被配置为产生该至少一个第一次级发光强度最大值的衍射级，和/或

其中，衍射光学元件的第二子组至少呈现预定衍射级和针对所述单色光的、被配置为产生至少一个第二次级发光强度最大值的另一衍射级。

在一些实施例中，衍射光学元件包括菲涅耳微透镜或多级微透镜。

在一些实施例中，微光学元件位于两个面之一上或两个面之间。

在一些实施例中，第一接近度差异和第二接近度差异的绝对值高于0.5屈光度。

本发明的另一个方面涉及一种用于制造根据本发明的镜片元件的方法，其中微光学元件是通过光刻、全息、模制、机加工或封装形成的。

发明的详细说明

在下面的描述中，附图不一定是按比例绘制的，并且出于清楚和简洁的目的或出于信息目的，某些特征可以是概括或示意性的形式。另外，尽管在下文详细讨论了制造和使用多个不同实施例，但应理解的是，如本文所述提供了可以在多种背景下实施的许多发明构思。本文讨论的实施例仅仅是代表性的而不限制本发明的范围。对于本领域技术人员来说还清楚的是，关于方法限定的所有技术特征可以单独或组合地转置到装置，反之，关于装置的所有技术特征可以单独或组合地转置到方法。

为了更全面理解本文提供的说明及其优点，现在结合附图和详细说明来参考以下简要说明，其中同样的附图标记代表同样的部分。

在附图中：

-图1是根据本发明的示例的镜片元件的剖视图的示意性表示；

-图2是Pi菲涅耳透镜的相位剖面的示例；

-图3A、图3B和图3C是根据本发明的各种示例性实施例/应用的由微光学元件的不同布置创建的光体积的示意性表示；

-图4展示了根据本发明的第一实施例的微光学元件的布置的顶视图；

-图5示出了根据本发明的第一实施例的微光学元件的不同布置的调制传递函数的比较；

-图6B展示了根据本发明的第一实施例的跨越图6A的顶视图中所示的布置中的一排微光学元件的高度剖面；

-图7B展示了根据本发明的第一实施例的跨越图7A的顶视图中所示的布置中的一排微光学元件的高度剖面；

-图8示出了根据本发明的第一实施例的变体的微光学元件的不同布置的调制传递函数的比较；

-图9示出了图7的微光学元件的不同布置的改进版本的调制传递函数的比较；

-图10B展示了根据本发明的第一实施例的跨越图10A的透视图中所示的布置中的一排微光学元件的高度剖面；

-图11示出了以透视图所示的双焦点折射微透镜的几何形状的示例；

-图12示出了根据本发明的第五实施例的以顶视图所示的微光学元件的布置；

-图13示出了以沿着光轴的剖视图所示的二元衍射光学元件的衍射级；

-图14展示了包括根据本发明的第六实施例的镜片元件的眼镜；

-图15展示了正和负折射微透镜的交替的制造变体；

-图16展示了以顶视图所示的组合的八边形方形阵列。

本发明提出了一种借助于微光学元件在个体的视网膜周边上引起模糊的解决方案。

本披露内容中呈现的微元件具有特定的光学功能，使得一组微元件同时在视网膜前方和后方产生光散射或离焦。通过个体的瞳孔看到的光信号是在视网膜的每侧存在的多个信号(每个信号都是离焦或者是非聚焦的光体积)的组合。

作为所希望的效果，微光学元件创建一种光“漫射”、或光散射、或相对于视网膜的多个离焦位置，以便降低个体感知到的对比度，这种对比度降低假设性地减缓了近视进展，如上文所解释的。

因此，创建散射信号的微光学元件具有与由传统粗糙元件提供的漫射类似的效率，同时比那些粗糙元件更美观。

所谓微光学元件，是指一种能够借助于折射、反射、衍射或偏振特性来改变入射光的传播或特性的元件。若干个元件可以一起创建衍射，但单个衍射元件也可以创建衍射。下文将描述这种微光学元件可以如何以可控方式在视网膜周边产生模糊。例如，微光学元件的大小介于0.1至3mm之间，优选地介于0.5至2mm之间。所谓大小，是指微光学元件的直径、边缘长度或对角线长度。

所谓可控方式，是指微光学元件的设计(即，例如微光学元件的形状、尺寸和/或空间布置)适于在视网膜上产生预定量的模糊。术语“模糊”是指个体看到的物体图像中细节的损失。模糊可以通过其引起的视敏度损失或通过等效球镜离焦值(以屈光度为单位)来评估。模糊引起个体看到的物体图像中对比度的损失。这就是为什么本发明的一个目标是引起模糊，以减缓近视进展。

评估所引起的模糊的方式是计算或测量根据本发明的镜片元件的调制传递函数。光学系统的调制传递函数量化了在没有该光学系统的情况下看到的正弦波目标的对比度相对于透过光学系统看到的相同正弦波目标的对比度的损失。

更确切地说，本发明的一个方面涉及一种旨在配戴在配戴者的眼睛前方的镜片元件1。镜片元件1适于在处方平面P内提供处方屈光度矫正功能Rx，并且包括微光学元件2的布置。

在本发明的上下文中，术语“镜片元件”可以指未切割的光学镜片或被磨边以适配特定眼镜架的眼镜镜片。

如图1所展示的，镜片元件1包括指向物体侧的正面F1和与背面相比更靠近配戴者的眼睛的背面F2。

处方屈光度矫正功能Rx是基于配戴者在标准配戴条件下的处方。

术语“处方”应理解为是指由眼保健从业者确定的具有光焦度、散光和棱镜偏差的一组特征，用于矫正配戴者的视力缺陷。例如，屈光不正配戴者的处方可以包括光焦度值和具有用于视远的轴位的散光值。

处方屈光度矫正功能Rx可以由正面F1和背面F2提供。更确切地说，正面F1和背面F2的形状可以被设计为提供处方屈光度功能Rx。

替代地，处方屈光度矫正功能Rx也可以通过微光学元件2的布置来提供。

在一种变体中，处方屈光度矫正功能Rx可以由正面F1和背面F2与微光学元件2的布置二者来提供。

在另一种变体中，处方屈光度矫正功能为零，即镜片元件包括至少针对所确定的视距或接近度来提供零屈光力的平光镜片。

配戴条件应理解为镜片元件1相对于配戴者的眼睛的位置，例如由前倾角、角膜到镜片距离、瞳孔到角膜距离、眼睛旋转中心(ERC)到瞳孔距离以及包角来定义。

前倾角是在镜片元件1的后表面的法线与处于第一眼位的眼睛的视轴(当配戴者直视前方时通常被认为是水平方向)之间在竖直平面内的角度。

角膜到镜片距离是沿着处于第一眼位的眼睛的视轴在角膜与镜片元件1的后表面之间的距离。

瞳孔到角膜距离是沿着眼睛的视轴在其瞳孔与其角膜之间的距离。

ERC到瞳孔距离是沿着眼睛的视轴在其ERC与其瞳孔之间的距离。

包角是在镜片元件1的后表面的法线与处于第一眼位的眼睛的视轴之间在水平平面内的角度。

标准配戴条件的示例可以由-8度的前倾角、12mm的角膜到镜片距离、2mm的瞳孔到角膜距离、11.5mm的ERC到瞳孔距离以及0°的包角来定义。

微光学元件2可以位于镜片元件1的正面F1和后表面F2之一上。在这种情况下，微光学元件2可以例如通过表面加工、光刻、模制、机加工、全息、增材制造、喷墨、纳米压印、纳米3D打印、直接激光写入、折射率梯度、薄膜层压或压花来形成。在一种变体中，在微光学元件2的表面上施加涂层。

替代地，微光学元件2位于正面F1与背面F2之间。在这种情况下，可以通过封装微光学元件2(例如，微光学元件2可以被包覆模制、薄膜层压或涂层覆盖)来制造镜片元件1。在一种变体中，可以在正面F1与背面F2之间引入折射率调制。

微光学元件2的布置可以是结构化阵列，该结构化阵列被包括在镜片元件1的正面F1和背面F2中的一个面上，或被包括在正面F1与背面F2之间。该结构化阵列覆盖了正面F1或背面F2或位于正面F1与背面F2之间的内表面的至少一部分或整个表面。所谓结构化阵列，是指规则的周期性阵列。

例如，结构化阵列是方形阵列(如图4)，或六边形阵列(如图12)，或组合式八边形方形阵列(如图16)。

替代地，微光学元件2的布置包括随机空间布置。换句话说，微光学元件2被不规则地定位。

微光学元件2可以是毗连的。所谓毗连，是指两个相邻微光学元件沿着边界或在一点处彼此接触。换句话说，微光学元件2的布置呈现100％的填充率。所谓填充率，是指镜片元件1的表面上被微光学元件2的布置覆盖的部分与镜片元件1的表面上没有微光学元件2的布置的此部分的比率。例如，100％的填充率对应于两个微光学元件2之间没有自由空间的情况。

微光学元件2可以不是毗连的。例如，微光学元件2的布置可以呈现50％的填充率。

微光学元件2可以覆盖镜片元件1的整个表面。替代地，微光学元件2可以仅覆盖镜片元件1的表面的一部分。例如，镜片元件1的中心部分可以不具有微光学元件2，或/和周边部分可以不具有微光学元件2。微光学元件2可以是若干种类型的。

例如，微光学元件2包括单焦点部件，比如折射微透镜。所谓折射微透镜，是指球面微透镜或非球面微透镜。例如，折射微透镜的大小可以介于0.01至2.5mm之间，优选地介于0.1至2.5mm之间，更优选地介于0.3至1mm之间。折射微透镜的光焦度的绝对值可以介于0.5至2000屈光度之间，优选地介于0.5至20屈光度之间。

例如，微光学元件2包括多焦点部件，比如双焦点折射微透镜。

例如，微光学元件2包括衍射光学元件，比如菲涅耳微透镜或多级衍射光学微透镜。菲涅耳微透镜可以是经典类型的，这意味着它们的相位函数在标称波长λ₀处具有2π相位跃变。菲涅耳微透镜可以是所谓的Pi菲涅耳类型的，其相位函数在标称波长λ₀处具有π相位跃变。图2展示了Pi菲涅耳微透镜的相位剖面Ψ(r)与Pi菲涅耳微透镜的半径r的函数关系。该相位剖面呈现关于中心轴线(r＝0)的旋转对称。在此示例中，Pi菲涅耳微透镜具有3mm的直径，并且围绕中心区域呈现具有Pi相移的五个环形环。多级微透镜是其表面剖面由若干个离散表面高度组成的部件。多级衍射光学微透镜的示例是呈现两级表面高度的二元衍射光学微透镜。

例如，微光学元件2包括全息微反射镜。全息微反射镜是通过在全息板上记录干涉图案而获得的微反射镜。全息板可以由透明基板(由玻璃或聚合物制成)组成，在该透明基板上已沉积光敏材料层。在微反射镜的情况下，所记录的干涉图案赋予全息板由光敏材料层中折射率的局部变化引起的反射功能。对干涉图案的记录是用单色光来执行的。

有利地，微光学元件2的横向大小等于或小于2mm。所谓横向大小，是指微光学元件2的直径、或一个微光学元件2的一侧或对角线的尺寸。

当接收到在标称波长λ₀处的单色光准直束时，该镜片元件1在处方平面P内产生初级发光强度最大值I₁。典型地，针对人眼视力应用，考虑λ₀是550nm。处方平面P垂直于镜片元件1的光轴。根据ISO 13666标准的定义，镜片元件1的光轴被定义为与镜片元件1的正面F1和背面F2垂直的直线，光可以沿着该直线无偏差地经过。典型地，标称波长λ₀处的单色光准直束的大小为一个微光学元件2的横向大小的三倍的量级。例如，准直束的横向大小(或直径，如果准直束具有圆形截面)通常在4至8mm之间的范围内，例如6mm。

初级发光强度最大值I₁是通过由镜片元件1提供的处方屈光度矫正功能Rx来创建的。当配戴者配戴着镜片元件1时，处方平面P对应于包含配戴者视网膜的中央凹部分的平面。初级发光强度最大值I₁是由镜片元件1的正面F1和背面F2两者(例如通过它们的形状)产生的，或者是由微光学元件2的布置产生的。替代地，初级发光强度最大值I₁是由正面F1和背面F2以及微光学元件2的布置两者产生的。

如果镜片元件1接收到标称波长λ₀处的单色光准直束，则该微光学元件2的布置在与处方平面P为第一接近度差异DProx1处产生至少一个第一次级发光强度最大值I₂₁并且在与处方平面P为第二接近度差异DProx2处产生至少一个第二次级发光强度最大值I₂₂。第一接近度差异DProx1和第二接近度差异DProx2具有相反的符号。这意味着，该至少一个第一次级发光强度最大值I₂₁和该至少一个第二次级发光强度最大值I₂₂位于处方平面P的两侧。

术语“接近度”是指一个点到与镜片元件1有关的顶点球体的距离的倒数。顶点球体是中心为配戴者的眼睛旋转中心且半径为配戴者的眼睛旋转中心与镜片元件1的背面F2的顶点之间的距离的球体。作为示例，顶点球体的25.5mm半径值对应于常用值，并且在配戴着镜片时提供令人满意的结果。

因此，第一接近度差异DProx1是第一次级发光强度最大值I₂₁所在的点P₂₁的接近度与处方平面P的接近度之间的差异。第二接近度差异DProx2是第二次级发光强度最大值I₂₂所在的点P₂₂的接近度与处方平面P的接近度之间的差异。

当配戴者配戴着镜片元件1时，该至少一个第一次级发光强度最大值I₂₁和该至少一个第二次级发光强度最大值I₂₂定义了至少涵盖视网膜的一部分并在视网膜前方和后方都延伸的光体积V。此光体积V在视网膜上产生扩展的且非集中的光斑。该扩展的且非集中的光斑引起了配戴者透过镜片元件1看到的物体的对比度降低，同时由于初级发光强度最大值I₁而维持良好视力。换句话说，镜片元件同时提供了周围的模糊效果和由于聚焦在视网膜上的光量而带来的良好视力。

例如，第一接近度差异DProx1和第二接近度差异DProx2的绝对值高于0.5屈光度。第一接近度差异DProx1和第二接近度差异DProx2的绝对值越高，所引入的模糊量就越高并且近视进展的减缓效果就越高。如下文将展示的，DProx1和DProx2是等同于光焦度的量。

如果处方屈光度功能Rx为零，换句话说，配戴者不需要任何屈光度矫正，则处方平面位于无穷远处并且处方平面P的接近度为零。

光体积V的形状是通过对微光学元件2的形状和其他光学参数以及它们空间布置的几何形状进行选择来设计的。

图3a、图3b和图3c示意性示出了针对点P₂₁和点P₂₂的不同位置，由第一子体积V₁(阴影线的)和第二子体积V₂(用圆点表示)组成的光体积V的几何形状。在图3a中，光体积V在视网膜R的前侧与后侧之间保持平衡，换句话说，第一子体积V₁和第二子体积V₂基本上相等。在图3b中，视网膜R的后侧的部分(即，第二子体积V₂)占主导。在图3c中，视网膜的前侧的部分(即，第一子体积V₁)占主导。

下文将描述镜片元件1的若干个实施例。这些实施例可以相组合。

在第一实施例中，微光学元件2的至少一部分是折射微透镜。折射微透镜的第一子组具有被配置为产生该至少一个第一次级发光强度最大值I₂₁的第一平均屈光力P_r1。折射微透镜的第二子组具有被配置为产生该至少一个第二次级发光强度最大值I₂₂的第二平均屈光力P_r2。所谓“第一平均屈光力”和“第二平均屈光力”，是指分别由折射微透镜的第一子组和折射微透镜的第二子组中的一个折射微透镜产生的平均光焦度。

在第一示例中，折射微透镜被间隔开并且是不毗连的，以允许镜片元件1的未被微光学元件2覆盖的部分产生处方屈光度功能Rx。

例如，处方屈光度功能Rx包括适合于矫正配戴者的一只眼睛或两只眼睛的屈光异常的处方球镜度SPH、可选的处方散光值CYL和处方轴位AXIS。术语“处方平均球镜度”被定义为MeanSphere＝SPH+CYL/2。例如，第一平均屈光力P_r1小于处方平均球镜度，并且第二平均屈光力P_r2大于处方平均球镜度。替代地，第一平均屈光力P_r1大于处方平均球镜度，并且第二平均屈光力P_r2小于处方平均球镜度。处方平均球镜度与P_r1的差异和处方平均球镜度与P_r2的差异的数值的示例可以是+/-2屈光度、+/-3.5屈光度、+/-4.5屈光度、+/-10屈光度或+/-20屈光度。针对近视的人，MeanSphere可以介于0至-10屈光度之间。

折射微透镜可以具有球面形状。在另一个示例中，折射微透镜可以具有非球面形状。

折射微透镜在空间上被布置成方形阵列，折射微透镜的第一子组中的一个折射微透镜与折射微透镜的第二子组中的一个折射微透镜交替。图4展示了这种配置。在图4中，可以看到，凹形折射微透镜41与凸形折射微透镜42交替，布置成二维方形阵列。凸形折射微透镜42具有正的平均屈光力，而凹形折射微透镜41具有负的平均屈光力。在图4的布置中，第一平均屈光力和第二平均屈光力分别等于+3.5屈光度和-3.5屈光度。两个相邻凹形折射微透镜41的中心(或质心)之间沿着方形阵列的主方向的距离dx和dy与两个相邻凸形折射微透镜42之间的距离相同，并且例如等于1mm。

图5示出了镜片元件1的不同调制传递函数的比较，在这里微光学元件2的布置包括布置成方形阵列的、平均屈光力分别为+3.5屈光度和-3.5屈光度的折射微透镜的交替。如先前所解释的，调制传递函数(MTF)被定义为光学系统在对比度方面对穿过此光学系统的周期性正弦波图案的响应，作为其空间频率的函数。

在图5的折射微透镜的不同布置中，两个相邻折射微透镜的中心之间的距离为1mm，并且处方屈光度功能Rx为零。不同的曲线对应于折射微透镜的直径的不同值：1mm(用空心圆)、0.9mm(用横线)、0.8mm(用十字)、0.75mm(用黑色正方形)、0.7mm(用黑色三角形)、0.6mm(用黑色圆盘)。可以观察到，直径越小，在大范围的空间频率上调制传递函数的值就越高，并且因此视远就越清晰。例如，针对直径为0.6mm的折射微透镜，在每度70个周期的空间频率下，镜片元件1的调制传递函数值为约0.3。这意味着，在配戴具有直径为0.6mm的折射微透镜的布置的镜片元件1时，配戴者可以看到比折射微透镜的直径高于0.6mm时更高分辨率的细节。作为参考，针对眼科应用，它与考虑多达约每度50个周期的空间频率的MTF相关。

在第二示例中，处方屈光度功能Rx为零，并且折射微透镜是毗连的。因此，第一平均屈光力P_r1为负，并且第二平均屈光力P_r2为正，或者反过来。

图6展示了此第二示例。图6A示出了折射微透镜的布置的一部分的顶视图，在这里黑色圆盘表示凹形微透镜62，并且浅色圆盘表示凸形微透镜61，两个相邻微透镜之间的自由空间区域是呈现正面F1或后表面F2的曲率的区域。两个相邻凸形折射微透镜61的中心之间沿着方形阵列的主方向的距离px和py与两个相邻凹形折射微透镜62的中心之间的距离相同，并且等于1mm，或例如1.4mm。图6B呈现了沿着图6A的虚线，微光学元件的布置的高度剖面。凸形微透镜的平均高度h₁为约1.2微米，并且凹形微透镜的平均高度h₂为约1.8微米。在此示例中，焦度P_r1和P_r2的值分别为+3屈光度和-4.5屈光度。

图7是此第二示例的另一个图示。图7A示出了折射微透镜的布置的一部分的顶视图，这里黑色圆盘表示凹形微透镜72，并且浅色圆盘表示凸形微透镜71，在这种情况下，两个相邻微透镜之间没有自由空间区域73。图7B表示沿着经过图7A的黑色圆和浅色圆的中心的水平截面，微光学元件的布置的高度剖面。在此示例中，折射微透镜的轮廓可以是例如球面的、抛物面的或非球面的。凸形微透镜和凹形微透镜的平均高度大致相同，并且等于0.95微米。两个相邻凸形微透镜和凹形微透镜之间的间距sx或sy为约1mm。例如，焦度P_r1和P_r2的值分别为+4屈光度和-4屈光度。

MeanSphere与第一平均屈光力P_r1的差异和MeanSphere与第一平均屈光力P_r2的差异的绝对值可能相等，也可能不同。当它们不同时，光体积V相对于视网膜向前移位或相对于视网膜向后移位。这允许根据需要来设计光体积V，因此设计所引起的模糊。

图8是镜片元件1的不同调制传递函数的比较，在这里微光学元件2的布置包括连续地布置成方形阵列的、平均屈光力分别为+3.5屈光度和-3.5屈光度的折射微透镜的交替。

处方屈光度功能Rx为零。不同的曲线对应于两个相邻折射微透镜(凹形72和凸形71)的中心之间分别平行于x方向或y方向的距离sx或sy的不同值，分别为1mm(用空心圆)、0.6mm(用十字)、0.5mm(用黑色正方形)、0.4mm(用黑色三角形)、0.3mm(用黑色圆盘)。可以观察到，直径越小，调制传递函数值就越高。这意味着，当配戴着具有毗连折射微透镜的方形阵列的镜片元件1时，当折射微透镜的直径很小(比如0.3mm)时，配戴者看到相较于较大直径值时更高分辨率的细节。

在折射微透镜毗连的此第二示例中，可能出现高度不连续。改进此方面的方式是添加偏移。更确切地说，为了避免高度不连续，每个折射微透镜都可以沿着其法线方向移位。

图9示出了在添加偏移或不添加偏移的情况下两个相邻折射透镜的中心之间的距离分别为0.5mm和0.4mm的毗连折射微透镜的若干个方形阵列的调制传递函数的比较。可以观察到，与无偏移相比，针对两个相邻折射微透镜之间的给定距离，添加偏移会针对多达每度80个周期的所有考虑的空间频率而言增加调制传递函数值，因此改进了正常的视远。

在任何情况下，在此第一实施例中，当被配戴者配戴时，镜片元件1创建了涵盖视网膜的一部分的光体积。此光体积在配戴者观察到的场景上引起模糊。

图10表示折射微透镜是毗连的并呈现非球面形状的另一个示例。图10A表示折射微透镜的布置的一部分用灰度等级表示的3D视图。

图10B表示图10A上所表示的竖直截面平面中的高度剖面。在此示例中，凸形微透镜的中心与其相邻凹形微透镜之一的中心之间的距离为大约0.70mm。凸形微透镜的高度h₃为6微米，并且凹形微透镜的高度h₄为0.85微米。

在第二实施例中，微光学元件2的布置包括至少一个双焦点折射微透镜。

每个双焦点折射微透镜都呈现在被单色光准直束照射时产生该至少一个第一次级发光强度最大值I₂₁的第一屈光力P_br1和在被单色光准直束照射时产生该至少一个第二次级发光强度最大值I₂₂的第二屈光力P_br2。第一屈光力P_br1可以小于处方平均球镜度，并且第二屈光力P_br2可以大于处方平均球镜度。替代地，第一屈光力P_br1大于处方平均球镜度，并且第二屈光力P_r2小于处方平均球镜度。

该至少一个双焦点折射透镜可以包括不同种类的双焦点折射透镜的空间混合体。例如，该空间混合体包括具有平坦顶部的折射微透镜和在顶部上具有负曲率的折射微透镜。在另一个示例中，该空间混合体包括在顶部上具有正曲率的折射微透镜和在顶部上具有负曲率的折射微透镜。例如，第一屈光力P_br1可以比处方平均球镜度高4屈光度，并且第二屈光力P_r2可以比处方平均球镜度低4屈光度。

因此，当被配戴者配戴时，镜片元件1创建了涵盖视网膜的一部分的光体积。此光体积在配戴者观察到的场景上引起模糊。

MeanSphere与第一屈光力P_br1之间的差异和MeanSphere与第二屈光力P_br2之间的差异的绝对值可能相等，也可能不同。当它们不同时，光体积V相对于视网膜向前移位或相对于视网膜向后移位。

例如，每个双焦点折射微透镜都呈现由中心圆形区111组成的第一部分和由周边环形区112组成的第二部分。第一部分和第二部分都是凸形的，或都是凹形的。替代地，第一部分可以是凸形的，并且第二部分可以是凹形的，或者反过来。周边环形区的截面轮廓可以是任何类型的，例如球面的或非球面的。例如，第一部分创建了第一屈光力P_br1，并且第二部分创建了第二屈光力P_br2。图11给出了这种具有第一部分111和第二部分112的双焦点折射微透镜的几何形状的示例。

当该至少一个双焦点折射微透镜包括具有第一屈光力P_br11或P_br12和第二屈光力P_br21或P_br22的至少两个双焦点折射微透镜时，第一屈光力P_br11和P_br12可以不同，并且第二屈光力P_br21和P_br22可以不同。

在此第二实施例中，处方屈光度功能Rx是由正面F1和背面F2的形状提供的。例如，在中心处，第一屈光力可以是+4屈光度，并且在周边处，第二屈光力可以是-4屈光度。例如，中心区的曲率半径可以介于0.5mm至1.5mm之间，并且双焦点微透镜的总直径可以介于1至3mm之间。

在第三实施例中，微光学元件的布置的至少一部分是双焦点折射微透镜。处方屈光度功能Rx是由双焦点折射微透镜提供的。微光学元件2的布置包括双焦点折射微透镜的第一子组，该第一子组呈现被配置为在被单色光准直束照射时产生初级发光强度最大值I₁的处方屈光力P_p和被配置为在被单色光准直束照射时产生该至少一个第一次级发光强度最大值I₂₁的屈光力P_ra。微光学元件2的布置进一步包括双焦点折射微透镜的第二子组，该第二子组呈现处方屈光力P_p和被配置为在被单色光准直束照射时产生该至少一个第二次级发光强度最大值I₂₂的另一屈光力P_rb。

换句话说，处方屈光力P_p提供了处方屈光度功能Rx。此外，双焦点折射微透镜的第一子组在处方平面P的一侧提供了光体积V的一部分，并且双焦点折射微透镜的第二子组在处方平面P的另一侧提供了光体积V的一部分。例如，处方屈光力P_p可以介于0至-10屈光度之间，而另一屈光力P_rb可以大于或小于P_p(例如，它们的差异的绝对值可以是4屈光度)。

该至少一个双焦点折射透镜包括不同种类的双焦点折射透镜的空间混合体。例如，该空间混合体包括具有平坦顶部的折射微透镜和在顶部上具有负曲率的折射微透镜。在另一个示例中，该空间混合体包括在顶部上具有正曲率的折射微透镜和在顶部上具有负曲率的折射微透镜。例如，屈光力P_ra可以比处方屈光力P_p高4屈光度，并且另一屈光力P_rb可以比处方屈光力P_p低4屈光度。

因此，当被配戴者配戴时，镜片元件1创建了涵盖视网膜的一部分的光体积。此光体积在配戴者观察到的场景上引起模糊。

在第四实施例中，微光学元件2的布置的至少一部分是衍射光学元件。例如，衍射光学元件可以是菲涅耳微透镜。在另一个示例中，衍射光学元件可以是Pi菲涅耳微透镜。在另一个示例中，衍射光学元件可以是多级微透镜。

衍射光学元件已被设计为在(如有可能)用于照射镜片元件1的单色光准直束的波长λ₀处工作。

在此第四实施例中，当镜片元件1接收到单色光准直束λ₀时，衍射光学元件的衍射级+1和衍射级-1分别产生该至少一个第一次级发光强度最大值I₂₁和该至少一个第二次级发光强度最大值I₂₂，或者反过来。处方屈光度功能Rx是由正面F1和背面F2的形状提供的。衍射光学元件的大小可以介于1至2mm之间。衍射级+1的光焦度可以是+4屈光度，并且衍射级-1的光焦度可以是-4屈光度。

例如，如果衍射光学元件是4级小透镜，则元件的直径可以是2mm。衍射级+1的焦度可以为+3.5屈光度。衍射光学元件被布置成方形图案，其中毗连元件被间隔开2mm。

在另一个示例中，衍射光学元件是直径为2mm的Pi菲涅耳小透镜。衍射级+1和-1的焦度分别为+3.5屈光度和-3.5屈光度。衍射光学元件被布置成方形图案、毗连并间隔开2mm。

在第五实施例中，微光学元件2的布置的至少一部分是衍射光学元件。处方屈光度功能Rx是由衍射光学元件提供的。

在第一示例中，微光学元件2的布置包括衍射光学元件的第一子组，该第一子组至少呈现针对波长λ₀的处方衍射级。处方衍射级产生初级发光强度最大值I₁。衍射光学元件的第一子组进一步呈现针对波长λ₀的、产生该至少一个第一次级发光强度最大值I₂₁的衍射级。因此，在此第一示例中，当镜片元件1接收到单色光准直束λ₀时，衍射光学元件的第一子组创建了位于处方平面P的一侧的光体积V。衍射光学元件可以是Pi菲涅耳小透镜，并且它们的直径可以介于1至2mm之间。例如，针对衍射级0，光焦度为0屈光度，并且针对衍射级1，光焦度为+4屈光度。

在另一个示例中，衍射光学元件可以是最大相位为Pi、直径为2mm的4级小透镜。针对衍射光学元件的第一子组，光焦度可以为+3.5屈光度。例如，4级小透镜可以被布置成方形图案，间隔开4mm的距离。

因此，当被配戴者配戴时，镜片元件1创建了被视网膜拦截的光体积，从而在视网膜上形成扩展斑。此扩展斑在配戴者观察到的场景上引起模糊。

在第二示例中，微光学元件2的布置包括衍射光学元件的第二子组，该第二子组至少呈现第一示例中的处方衍射级和针对波长λ₀的产生该至少一个第二次级发光强度最大值I₂₂的另一个衍射级。因此，在此第二示例中，与第一示例相比，当镜片元件1接收到单色光准直束λ₀时，衍射光学元件的第二子组创建了位于处方平面P的另一侧的光体积V。

因此，当被配戴者配戴时，镜片元件1创建了被视网膜拦截的光体积，从而在视网膜上形成扩展斑。此扩展斑在配戴者观察到的场景上引起模糊。

替代地，镜片元件1由根据第一示例和第二示例的衍射光学元件的组合产生。在这种情况下，衍射光学元件的第一子组与衍射光学元件的第二子组的组合创建了在处方平面的两侧延伸的光体积V。因此，当被配戴者配戴时，镜片元件1创建了涵盖视网膜的一部分的光体积。此光体积在配戴者观察到的场景上引起模糊。

图12示出了根据第五实施例的布置的示例，在这里衍射光学元件是被布置成六边形阵列的Pi菲涅耳微透镜121。Pi菲涅耳微透镜121的直径为1mm。0级的光焦度为0屈光度，并且+1级的光焦度为+20屈光度。

图13示出了二元衍射光学元件13的不同衍射级，已描述这是一种特殊类型的多级衍射光学元件，呈现两级表面高度。部分131和132示出了二元衍射光学元件13的两个不同高度等级。衍射级0、1和-1各自由分别表示红色波长、绿色波长和蓝色波长的衍射方向的不同线来指示。

在第六实施例中，微光学元件的布置的至少一部分是全息微反射镜。全息微反射镜已用带宽小于1nm(典型地小于5MHz)的单色光记录。有利地，全息微反射镜的以波长λ₀为中心的光谱的有效宽度是由全息镜的材料和记录参数决定的。光谱的有效宽度典型地介于5至20nm之间，并且优选地小于10nm，以避免干扰配戴者对颜色的视觉。

在第一示例中，镜片元件1被集成到镜架143中，如图14所展示的。镜架被定位在配戴者的眼睛141的前方。外部光源144被嵌入镜架143内，例如位于并固定在镜架143的一个镜腿上。全息微反射镜142将来自外部光源144的光反射到配戴者的眼睛中。有利地，外部光源144呈现的单色光波长明显等于用于记录产生微反射镜的干涉图案的单色光的波长λ₀。

在此示例中，全息微反射镜142的第一子组具有在外部光源144开启时产生该至少一个第一次级发光强度最大值I₂₁的第一平均光焦度。全息微反射镜142的第二子组具有在外部光源144开启时产生该至少一个第二次级发光强度最大值I₂₂的第二平均光焦度。例如，第一平均光焦度小于MeanSphere，并且第二平均光焦度大于MeanSphere，或者反过来。在此示例中，全息微反射镜以随机方式定位在镜片元件1上。

因此，当被配戴者配戴时，镜片元件1创建了涵盖视网膜的一部分的光体积。此光体积在配戴者观察到的场景上引起模糊。

在第二示例中，无外部源被嵌入镜架143内。微反射镜142通过镜片元件1的镜架边缘反射由配戴者接收到的自然光。全息微反射镜的第一子组产生该至少一个第一次级发光强度最大值I₂₁。全息微反射镜的第二子组产生该至少一个第二次级发光强度最大值I₂₂。

在另一个实施例中，微光学元件2是被涂覆的。

上述的不同实施例可以相组合。因此，根据本发明的镜片元件1可以包括在性质、结构和/或尺寸上不同的微光学元件2的布置。

在一个变体中，在上述的每个实施例中，除了微光学元件的布置外，还使用了漫射元件，以进一步设计光体积V。

在另一种变体中，通过在微透镜阵列上添加硬质涂层来制造正和负折射微透镜的交替。例如，可以使用根据图10的微透镜阵列。硬质涂层的折射率低于微透镜的折射率。这种硬质涂覆的微透镜阵列可以产生与未涂覆的微透镜阵列相同的效果，前提是对微透镜的折射率和尺寸有一些条件。硬质涂层应平坦或平行于基弧。例如，关于折射率为1.59的聚碳酸酯中的未涂覆的微透镜阵列，如果微透镜的折射率与硬质涂层的折射率之间的差异为0.1，则硬质涂覆的微透镜阵列将要求微透镜的高度以及它们的曲率都要更高6倍。图15展示了在其上已沉积硬质涂层153的凸形折射微透镜151和凹形折射微透镜152的这种交替的截面。

本发明的优点在于，通过控制衍射级的大小、屈光度或位置、几何布置(比如布置类型)、相邻微光学元件之间的间距、微光学元件的填充率，可以以容易的方式控制由微光学元件的这种布置引起的模糊。换句话说，所引起的模糊可以根据需要相对于视网膜被特定地定向，例如在视网膜前方的部分更大、或在视网膜后方的部分更大、或平衡。

此外，与现有技术的解决方案相比，微光学元件呈现出美学优点。

Claims (14)

1.一种旨在配戴在配戴者的眼睛前方的镜片元件，所述镜片元件适于在预定平面内提供处方屈光度矫正功能，所述镜片元件包括微光学元件的布置，其中，当接收到单色光准直束时：

-所述镜片元件被配置为在预定平面内产生初级发光强度最大值，

-所述微光学元件的布置覆盖了所述镜片元件的整个表面或所述镜片元件的表面的至少一部分，所述微光学元件的布置被配置为在与所述预定平面为第一接近度差异处产生至少一个第一次级发光强度最大值并且在与所述预定平面为第二接近度差异处产生至少一个第二次级发光强度最大值，所述第一接近度差异和所述第二接近度差异具有相反的符号，其中所述微光学元件包括全息微反射镜，其中所述全息微反射镜的第一子组具有被配置为产生所述至少一个第一次级发光强度最大值的第一平均光焦度，并且其中所述全息微反射镜的第二子组具有被配置为产生所述至少一个第二次级发光强度最大值的第二平均光焦度。

2.根据权利要求1所述的镜片元件，其中，所述微光学元件具有各自小于2mm的大小。

3.根据权利要求1或2所述的镜片元件，包括适于提供所述处方屈光度矫正功能的正面和背面。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的镜片元件，其中，所述微光学元件的布置包括在方形阵列、六边形阵列或组合式八边形方形阵列中选择的结构化阵列。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的镜片元件，其中，所述微光学元件的布置包括随机空间布置。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的镜片元件，其中，所述微光学元件进一步包括空间上交替的折射微透镜，其中所述折射微透镜的第一子组具有被配置为产生所述至少一个第一次级发光强度最大值的第一平均屈光力，并且

其中，所述折射微透镜的第二子组具有被配置为产生所述至少一个第二次级发光强度最大值的第二平均屈光力。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的镜片元件，其中，所述微光学元件进一步包括至少一个双焦点折射微透镜，所述双焦点折射微透镜呈现被配置为产生所述至少一个第一次级发光强度最大值的第一屈光力和被配置为产生所述至少一个第二次级发光强度最大值的第二屈光力。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的镜片元件，其中，所述微光学元件进一步包括双焦点折射微透镜，其中所述双焦点折射微透镜的第一子组呈现被配置为产生所述初级发光强度最大值的预定屈光力和被配置为产生所述至少一个第一次级发光强度最大值的屈光力，并且

其中，所述双焦点折射微透镜的第二子组呈现所述预定屈光力和被配置为产生所述至少一个第二次级发光强度最大值的另一屈光力。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的镜片元件，其中，所述微光学元件进一步包括衍射光学元件，所述衍射光学元件至少呈现针对所述单色光的、被配置为产生所述至少一个第一次级发光强度最大值的第一衍射级和针对所述单色光的、被配置为产生所述至少一个第二次级发光强度最大值的第二衍射级。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的镜片元件，其中，所述微光学元件进一步包括衍射光学元件，其中所述衍射光学元件的第一子组至少呈现针对所述单色光的、被配置为产生所述初级发光强度最大值的预定衍射级和针对所述单色光的、被配置为产生所述至少一个第一次级发光强度最大值的衍射级，和/或

其中，所述衍射光学元件的第二子组至少呈现所述预定衍射级和针对所述单色光的、被配置为产生所述至少一个第二次级发光强度最大值的另一衍射级。

11.根据权利要求9至10中任一项所述的镜片元件，其中，所述衍射光学元件包括菲涅耳微透镜或多级微透镜。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的镜片元件，其中，所述微光学元件位于所述两个面之一上或所述两个面之间。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的镜片元件，其中，所述第一接近度差异和所述第二接近度差异的绝对值高于0.5屈光度。

14.一种用于制造根据权利要求1至13中任一项所述的镜片元件的方法，其中，所述微光学元件是通过光刻、全息、模制、机加工或封装形成的。