用于视力调节的多焦点光学元件的专利技术综述

沈婷婷

摘要：本文分析了用于视力调节的多焦点光学元件的技术在国内外的概况，梳理了相关技术的发展趋势以及技术演进过程，分析了今后发展方向。随着年龄的增加，中老年产生“老花”是无法回避的现象，具有单焦点的透镜是人们最早用来矫正“老花”的方法。

关键词：多焦点，视力，综述

中图分类号： R778 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）06（b）-0000-00

一般轻度老花应用单光镜即可矫正，但是对于中度或重度老花眼来说，如果佩戴单光透镜可以看清近处物体，那么此单光透镜会使远处物体成像在视网膜前方位置，导致看远处物体时模糊。因此要完全矫正老花眼，必须要满足看近处物体时的屈光要求，又要满足看远处物体时的屈光要求，采用具有多个焦点的光学元件是解决这个问题的方法之一。

1.国内外相关专利申请概况

图1 图2 图3

如图1所示，关于用于视力调节的多焦点光学元件在全球的申请量总体呈上升趋势，在1996-2012年间出现了专利申请量的快速增长，而通过统计国内年度申请量，参见图2，可以看出，专利申请量在1996-2012年间出现的快速增长，主要得益于中国申请量的快速增长，说明在应用于视力调节的多焦点光学元件在国内呈现了应用热潮，国内眼镜市场开始由单一的传统的单光镜向多焦点元件发展。从图3中可以看出用于视力调节的多焦点元件以复光镜占主导地位，而带有流体的元件以及衍射元件虽然研究一直未曾停止，但是一直未有长足的发展。

从1784年，美国人本杰明·富兰克林把两个透镜一块装在同一个眼镜框上，制造出了第一副双光眼镜开始，在很长一段时期内人们都只致力于拼接方法，位置，框架结构，以及焦点个数的研究，直到1953年由法国依视路公司的前身“Societe des Lunetiers”公司的年轻工程师B Maitenaz提出了第一个专利，在理论上提出了渐进镜片的设计和研磨方法，在1954年研磨出了屈光度由上而下逐渐变化的渐进镜片。渐进多焦点镜片自上世纪80年代以后，在欧美及大洋洲地区的35周岁以上人群中流行起来，而在国内单光眼镜一直占据主导地位，复光镜几乎无人使用，但在国内近20年来由于社会的高速发展，各种电子产品的普及以及对文化教育的重视，老花眼，近视眼成为了大部分人都存在的疾病，国外公司开始重视中国市场，从图3可以看出自1996年至2012年复光镜的申请量明显上升，而参看图1，2，可以得出这一申请量的上升得益于相关专利在中国申请量的上升，对1996年至2013年国内申请量做统计分析，发现国内专利申请的申请人为国外申请人的占申请总量的87%，这足以看出国外公司想要快速抢占中国市场，对剩余的国内申请人做统计分析，发现很多是零散的个人申请，且处在双光镜和三光镜的复合类以及拼接类的研究中，且很多为实用新型专利。仅有部分高校以及医学院对渐进多焦眼镜进行设计和生产。例如苏州大学以及与其有合作关系的苏州苏大明世光学股份有限公司，温州医学院眼视光研究院以及与其有合作关系的温州新境界视光科技有限公司，这体现了，虽然国内在复光镜领域发展起步很晚，且技术落后于国外，但是由于国外公司急速抢占中国市场，国内相关领域的研究也急速增长起来，从最初的双光镜开始，飞速向多焦渐进眼镜片发展，且高校和公司的结合体现了产学研一体化发展的趋势。

随着衍射元件，液体透镜的出现，人们拓宽了获取多个焦点的思路，开始将流体和衍射元件用于人眼的视力调节中。

从图3中可以看出，将流体应用于视力调节的专利申请的申请量占总申请量的比例较低，一直未有较明显增长，对于流体应用于视力调节其调焦的灵活性虽然有复光镜不可比拟的优点但由于其调焦依赖于控制系统，而视力调节需要随身携带，易于更换，因此将其应用于视力调节一直面临体积，成本，工艺的限制，但人们对其探索一直不曾停止，相信在未来随着科技的不断进步，各种电子元件逐渐向小型化的发展趋势，其发展必然会取得突破。

衍射元件可对光分级衍射，从而产生多个焦点，其携带和更换和复光镜一样是适合用于视力调节的，且其在视力调节中不存在复光镜中各种像差导致的模糊以及物象变形的问题。但其制造精细度高，对加工技术有很高要求，因此从图6中也可反映出将其应用于视力调节一直没有广泛普及，但是随着激光元件的发展，光刻技术以及机械加工技术的进步，人们逐渐开始采用衍射元件来调节视力，从图3可知，从1996年至2012年，衍射元件用于视力调节有明显的上升趋势，虽然现在大部分衍射元件调节视力是用于眼内植入价格较昂贵，但是随着技术的进步，其必然会迎来明显增长期。

2各技术分支演进情况

2.1复光镜型

最早的复光镜型为多个镜片翻折，例如申请号为CN95205843.X的专利申请，该申请提供一种供老花眼者使用的可变光度眼镜，在普通的老花眼镜上加装一幅可翻折的副镜，主镜片为正光度，副镜片为负光度，根据使用者看远处近处的不同需求，通过翻折副镜调整镜片度数。

多个镜片翻折虽然能解决老花眼患者看近看远的需求，但是需要有多个镜片重叠或翻折的过程，对于需要不停看近看远的情况下，调节较不方便。因此人们发明了另一种复光镜，具有多个光焦度的拼接型透镜，具有多个光焦度的拼接型透镜便于远处与近处视物调节，最早的拼接型透镜是双光镜，例如申请号为CN03273388.7的专利申请，该申请提供了一种装设定位在镜架上的远、近视两用镜片，该镜片包含有嵌设在具有看远区的第一镜板下方的具有近读区的第二镜板，第一镜板和第二镜板互相嵌卡，当老花眼患者想看近处物体时可透过第二镜板处视物，当想看远处物体时可透过第一镜板处视物。此后，人们为了满足更多的视物需求发明了三光镜，多光镜等，但是早期的双光镜、三光镜以及多光镜都存在不同光焦度的分界线，当通过不同光焦度分界处观察物体时会看到物体形状的忽然变化，即跳像。人们为了克服这一问题，发明了另一种复光镜，渐进多焦点眼镜，其通过视物远用区与视物近用区之间设置光焦度平滑过渡区，消除了双光镜、三光镜以及多光镜的跳像现象。例如专利申请号为CN201210363751.0的专利申请，该申请提供了一种渐进多焦眼镜片，在渐进多焦眼镜片的上部设定一定光焦度的视物远用区，在镜片的下部设置了一定光焦度的视物近用区，在中间部位设置了光焦度渐变的区域。目前，对渐变镜片的研究以及专利申请主要在像差消除以及加工制造这两个方面。

2.2衍射型

通过设置多个焦点以调节视力除了应用复光镜外，衍射型透镜也可以达到这个效果，例如专利申请号为CN200780012530.6的专利申请， 其公开了一种具有多个衍射区的三焦眼镜片，其通过设置多个表现出不同宽度的环形衍射结构，那些衍射区中的至少两个具有不同的面积，从而使得衍射区的近和远焦点处的光能分布展宽，形成中焦点。目前，对衍射型视力调节元件的研究以及专利申请主要在衍射能量分布，衍射结构分布，以及加工制造这几个方面。

2.3流体型

流体的灵动性，令其在形状调节方面具有固体材质无法比拟的优越性，因此通过冲入流体物质制作焦距可变的透镜，以此来调整视力是流体型元件用于调节视力的最早形态，例如专利申请号为DE3913398.2的专利申请，其公开了一种可冲入液体调焦的透镜，其通过推进器调节注入透镜的也体量，以调节透镜的前后表面曲率，达到调节不同光焦度的目的。此种用于调焦的液体透镜存在调节复杂，且参数不易控制的缺点。此后人们普遍采用电控制系统，控制调焦的准确性，例如专利申请号为US10/598258的专利申请，其公开了一种可用于视力调节的电控制的包含有不同液体的电控制弯月形透镜，在透明壳体的内腔具有折射率不同的不混溶的流体，通过控制电压，调节两不混溶流体的弯月形接触面的形状，以达到变化焦距的目的。目前对包含流体的视力调节元件的研究以及专利申请主要在控制系统、组成结构这几个方面。

3总结与展望

人们通过对单光镜、复光镜、衍射型透镜、流体型透镜的不断研究探索，从克服近视，远视，老花等一系列疾病带来的困扰到逐渐从舒适度、便捷度角度考虑，设计研究出一系列的发明创造，而目前复光镜存在的像差问题，衍射型透镜存在的设计，加工问题，以及流体型透镜存在的调节控制装置体积以及成本的问题，这种种的问题，正是推进技术进步的助推器，相信对于用于视力调节的光学元件必然会出现更多样化的技术。

参考文献：

1. 陈雄 渐进多焦点镜片40年 中国眼镜科技杂志2000.3

2. 计菁等 衍射型多焦点人工晶体与单焦点人工晶体植入术后的临床观察 上海交通大学学报 2011Vol31 No.8