沈婷婷

摘要：本文分析了用于視力調(diào)節(jié)的多焦點(diǎn)光學(xué)元件的技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的概況，梳理了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)以及技術(shù)演進(jìn)過(guò)程，分析了今后發(fā)展方向。隨著年齡的增加，中老年產(chǎn)生“老花”是無(wú)法回避的現(xiàn)象，具有單焦點(diǎn)的透鏡是人們最早用來(lái)矯正“老花”的方法。

關(guān)鍵詞：多焦點(diǎn)，視力，綜述

中圖分類號(hào)： R778 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）06（b）-0000-00

一般輕度老花應(yīng)用單光鏡即可矯正，但是對(duì)于中度或重度老花眼來(lái)說(shuō)，如果佩戴單光透鏡可以看清近處物體，那么此單光透鏡會(huì)使遠(yuǎn)處物體成像在視網(wǎng)膜前方位置，導(dǎo)致看遠(yuǎn)處物體時(shí)模糊。因此要完全矯正老花眼，必須要滿足看近處物體時(shí)的屈光要求，又要滿足看遠(yuǎn)處物體時(shí)的屈光要求，采用具有多個(gè)焦點(diǎn)的光學(xué)元件是解決這個(gè)問(wèn)題的方法之一。

1.國(guó)內(nèi)外相關(guān)專利申請(qǐng)概況

圖1 圖2 圖3

如圖1所示，關(guān)于用于視力調(diào)節(jié)的多焦點(diǎn)光學(xué)元件在全球的申請(qǐng)量總體呈上升趨勢(shì)，在1996-2012年間出現(xiàn)了專利申請(qǐng)量的快速增長(zhǎng)，而通過(guò)統(tǒng)計(jì)國(guó)內(nèi)年度申請(qǐng)量，參見圖2，可以看出，專利申請(qǐng)量在1996-2012年間出現(xiàn)的快速增長(zhǎng)，主要得益于中國(guó)申請(qǐng)量的快速增長(zhǎng)，說(shuō)明在應(yīng)用于視力調(diào)節(jié)的多焦點(diǎn)光學(xué)元件在國(guó)內(nèi)呈現(xiàn)了應(yīng)用熱潮，國(guó)內(nèi)眼鏡市場(chǎng)開始由單一的傳統(tǒng)的單光鏡向多焦點(diǎn)元件發(fā)展。從圖3中可以看出用于視力調(diào)節(jié)的多焦點(diǎn)元件以復(fù)光鏡占主導(dǎo)地位，而帶有流體的元件以及衍射元件雖然研究一直未曾停止，但是一直未有長(zhǎng)足的發(fā)展。

從1784年，美國(guó)人本杰明·富蘭克林把兩個(gè)透鏡一塊裝在同一個(gè)眼鏡框上，制造出了第一副雙光眼鏡開始，在很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)人們都只致力于拼接方法，位置，框架結(jié)構(gòu)，以及焦點(diǎn)個(gè)數(shù)的研究，直到1953年由法國(guó)依視路公司的前身“Societe des Lunetiers”公司的年輕工程師B Maitenaz提出了第一個(gè)專利，在理論上提出了漸進(jìn)鏡片的設(shè)計(jì)和研磨方法，在1954年研磨出了屈光度由上而下逐漸變化的漸進(jìn)鏡片。漸進(jìn)多焦點(diǎn)鏡片自上世紀(jì)80年代以后，在歐美及大洋洲地區(qū)的35周歲以上人群中流行起來(lái)，而在國(guó)內(nèi)單光眼鏡一直占據(jù)主導(dǎo)地位，復(fù)光鏡幾乎無(wú)人使用，但在國(guó)內(nèi)近20年來(lái)由于社會(huì)的高速發(fā)展，各種電子產(chǎn)品的普及以及對(duì)文化教育的重視，老花眼，近視眼成為了大部分人都存在的疾病，國(guó)外公司開始重視中國(guó)市場(chǎng)，從圖3可以看出自1996年至2012年復(fù)光鏡的申請(qǐng)量明顯上升，而參看圖1，2，可以得出這一申請(qǐng)量的上升得益于相關(guān)專利在中國(guó)申請(qǐng)量的上升，對(duì)1996年至2013年國(guó)內(nèi)申請(qǐng)量做統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)專利申請(qǐng)的申請(qǐng)人為國(guó)外申請(qǐng)人的占申請(qǐng)總量的87%，這足以看出國(guó)外公司想要快速搶占中國(guó)市場(chǎng)，對(duì)剩余的國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人做統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)很多是零散的個(gè)人申請(qǐng)，且處在雙光鏡和三光鏡的復(fù)合類以及拼接類的研究中，且很多為實(shí)用新型專利。僅有部分高校以及醫(yī)學(xué)院對(duì)漸進(jìn)多焦眼鏡進(jìn)行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。例如蘇州大學(xué)以及與其有合作關(guān)系的蘇州蘇大明世光學(xué)股份有限公司，溫州醫(yī)學(xué)院眼視光研究院以及與其有合作關(guān)系的溫州新境界視光科技有限公司，這體現(xiàn)了，雖然國(guó)內(nèi)在復(fù)光鏡領(lǐng)域發(fā)展起步很晚，且技術(shù)落后于國(guó)外，但是由于國(guó)外公司急速搶占中國(guó)市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的研究也急速增長(zhǎng)起來(lái)，從最初的雙光鏡開始，飛速向多焦?jié)u進(jìn)眼鏡片發(fā)展，且高校和公司的結(jié)合體現(xiàn)了產(chǎn)學(xué)研一體化發(fā)展的趨勢(shì)。

隨著衍射元件，液體透鏡的出現(xiàn)，人們拓寬了獲取多個(gè)焦點(diǎn)的思路，開始將流體和衍射元件用于人眼的視力調(diào)節(jié)中。

從圖3中可以看出，將流體應(yīng)用于視力調(diào)節(jié)的專利申請(qǐng)的申請(qǐng)量占總申請(qǐng)量的比例較低，一直未有較明顯增長(zhǎng)，對(duì)于流體應(yīng)用于視力調(diào)節(jié)其調(diào)焦的靈活性雖然有復(fù)光鏡不可比擬的優(yōu)點(diǎn)但由于其調(diào)焦依賴于控制系統(tǒng)，而視力調(diào)節(jié)需要隨身攜帶，易于更換，因此將其應(yīng)用于視力調(diào)節(jié)一直面臨體積，成本，工藝的限制，但人們對(duì)其探索一直不曾停止，相信在未來(lái)隨著科技的不斷進(jìn)步，各種電子元件逐漸向小型化的發(fā)展趨勢(shì)，其發(fā)展必然會(huì)取得突破。

衍射元件可對(duì)光分級(jí)衍射，從而產(chǎn)生多個(gè)焦點(diǎn)，其攜帶和更換和復(fù)光鏡一樣是適合用于視力調(diào)節(jié)的，且其在視力調(diào)節(jié)中不存在復(fù)光鏡中各種像差導(dǎo)致的模糊以及物象變形的問(wèn)題。但其制造精細(xì)度高，對(duì)加工技術(shù)有很高要求，因此從圖6中也可反映出將其應(yīng)用于視力調(diào)節(jié)一直沒(méi)有廣泛普及，但是隨著激光元件的發(fā)展，光刻技術(shù)以及機(jī)械加工技術(shù)的進(jìn)步，人們逐漸開始采用衍射元件來(lái)調(diào)節(jié)視力，從圖3可知，從1996年至2012年，衍射元件用于視力調(diào)節(jié)有明顯的上升趨勢(shì)，雖然現(xiàn)在大部分衍射元件調(diào)節(jié)視力是用于眼內(nèi)植入價(jià)格較昂貴，但是隨著技術(shù)的進(jìn)步，其必然會(huì)迎來(lái)明顯增長(zhǎng)期。

2各技術(shù)分支演進(jìn)情況

2.1復(fù)光鏡型

最早的復(fù)光鏡型為多個(gè)鏡片翻折，例如申請(qǐng)?zhí)枮镃N95205843.X的專利申請(qǐng)，該申請(qǐng)?zhí)峁┮环N供老花眼者使用的可變光度眼鏡，在普通的老花眼鏡上加裝一幅可翻折的副鏡，主鏡片為正光度，副鏡片為負(fù)光度，根據(jù)使用者看遠(yuǎn)處近處的不同需求，通過(guò)翻折副鏡調(diào)整鏡片度數(shù)。

多個(gè)鏡片翻折雖然能解決老花眼患者看近看遠(yuǎn)的需求，但是需要有多個(gè)鏡片重疊或翻折的過(guò)程，對(duì)于需要不?？唇催h(yuǎn)的情況下，調(diào)節(jié)較不方便。因此人們發(fā)明了另一種復(fù)光鏡，具有多個(gè)光焦度的拼接型透鏡，具有多個(gè)光焦度的拼接型透鏡便于遠(yuǎn)處與近處視物調(diào)節(jié)，最早的拼接型透鏡是雙光鏡，例如申請(qǐng)?zhí)枮镃N03273388.7的專利申請(qǐng)，該申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N裝設(shè)定位在鏡架上的遠(yuǎn)、近視兩用鏡片，該鏡片包含有嵌設(shè)在具有看遠(yuǎn)區(qū)的第一鏡板下方的具有近讀區(qū)的第二鏡板，第一鏡板和第二鏡板互相嵌卡，當(dāng)老花眼患者想看近處物體時(shí)可透過(guò)第二鏡板處視物，當(dāng)想看遠(yuǎn)處物體時(shí)可透過(guò)第一鏡板處視物。此后，人們?yōu)榱藵M足更多的視物需求發(fā)明了三光鏡，多光鏡等，但是早期的雙光鏡、三光鏡以及多光鏡都存在不同光焦度的分界線，當(dāng)通過(guò)不同光焦度分界處觀察物體時(shí)會(huì)看到物體形狀的忽然變化，即跳像。人們?yōu)榱丝朔@一問(wèn)題，發(fā)明了另一種復(fù)光鏡，漸進(jìn)多焦點(diǎn)眼鏡，其通過(guò)視物遠(yuǎn)用區(qū)與視物近用區(qū)之間設(shè)置光焦度平滑過(guò)渡區(qū)，消除了雙光鏡、三光鏡以及多光鏡的跳像現(xiàn)象。例如專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N201210363751.0的專利申請(qǐng)，該申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N漸進(jìn)多焦眼鏡片，在漸進(jìn)多焦眼鏡片的上部設(shè)定一定光焦度的視物遠(yuǎn)用區(qū)，在鏡片的下部設(shè)置了一定光焦度的視物近用區(qū)，在中間部位設(shè)置了光焦度漸變的區(qū)域。目前，對(duì)漸變鏡片的研究以及專利申請(qǐng)主要在像差消除以及加工制造這兩個(gè)方面。

2.2衍射型

通過(guò)設(shè)置多個(gè)焦點(diǎn)以調(diào)節(jié)視力除了應(yīng)用復(fù)光鏡外，衍射型透鏡也可以達(dá)到這個(gè)效果，例如專利申請(qǐng)?zhí)枮镃N200780012530.6的專利申請(qǐng)， 其公開了一種具有多個(gè)衍射區(qū)的三焦眼鏡片，其通過(guò)設(shè)置多個(gè)表現(xiàn)出不同寬度的環(huán)形衍射結(jié)構(gòu)，那些衍射區(qū)中的至少兩個(gè)具有不同的面積，從而使得衍射區(qū)的近和遠(yuǎn)焦點(diǎn)處的光能分布展寬，形成中焦點(diǎn)。目前，對(duì)衍射型視力調(diào)節(jié)元件的研究以及專利申請(qǐng)主要在衍射能量分布，衍射結(jié)構(gòu)分布，以及加工制造這幾個(gè)方面。

2.3流體型

流體的靈動(dòng)性，令其在形狀調(diào)節(jié)方面具有固體材質(zhì)無(wú)法比擬的優(yōu)越性，因此通過(guò)沖入流體物質(zhì)制作焦距可變的透鏡，以此來(lái)調(diào)整視力是流體型元件用于調(diào)節(jié)視力的最早形態(tài)，例如專利申請(qǐng)?zhí)枮镈E3913398.2的專利申請(qǐng)，其公開了一種可沖入液體調(diào)焦的透鏡，其通過(guò)推進(jìn)器調(diào)節(jié)注入透鏡的也體量，以調(diào)節(jié)透鏡的前后表面曲率，達(dá)到調(diào)節(jié)不同光焦度的目的。此種用于調(diào)焦的液體透鏡存在調(diào)節(jié)復(fù)雜，且參數(shù)不易控制的缺點(diǎn)。此后人們普遍采用電控制系統(tǒng)，控制調(diào)焦的準(zhǔn)確性，例如專利申請(qǐng)?zhí)枮閁S10/598258的專利申請(qǐng)，其公開了一種可用于視力調(diào)節(jié)的電控制的包含有不同液體的電控制彎月形透鏡，在透明殼體的內(nèi)腔具有折射率不同的不混溶的流體，通過(guò)控制電壓，調(diào)節(jié)兩不混溶流體的彎月形接觸面的形狀，以達(dá)到變化焦距的目的。目前對(duì)包含流體的視力調(diào)節(jié)元件的研究以及專利申請(qǐng)主要在控制系統(tǒng)、組成結(jié)構(gòu)這幾個(gè)方面。

3總結(jié)與展望

人們通過(guò)對(duì)單光鏡、復(fù)光鏡、衍射型透鏡、流體型透鏡的不斷研究探索，從克服近視，遠(yuǎn)視，老花等一系列疾病帶來(lái)的困擾到逐漸從舒適度、便捷度角度考慮，設(shè)計(jì)研究出一系列的發(fā)明創(chuàng)造，而目前復(fù)光鏡存在的像差問(wèn)題，衍射型透鏡存在的設(shè)計(jì)，加工問(wèn)題，以及流體型透鏡存在的調(diào)節(jié)控制裝置體積以及成本的問(wèn)題，這種種的問(wèn)題，正是推進(jìn)技術(shù)進(jìn)步的助推器，相信對(duì)于用于視力調(diào)節(jié)的光學(xué)元件必然會(huì)出現(xiàn)更多樣化的技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

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