一种色彩增强的太阳镜片、太阳镜及装备的制作方法

本实用新型涉及一种生活设备，具体涉及一种色彩增强的太阳镜片、太阳镜、装备及其制造方法，可应用于显示、生命医学等领域。
背景技术：
：人眼具有分辨黑白和色彩的能力，是因为人眼视网膜上存在着视杆细胞和视锥细胞。视杆细胞可以察觉外部环境的亮度信息，而视锥细胞则主要用来分辨各种颜色，其中视锥细胞细胞又可以分为L、M、S三种类型的视锥细胞。每种视锥细胞对入射光谱有不同的光谱响应程度，L类视锥细胞主要对可见光谱的长波区域响应，S类视锥细胞对可见光谱的短波区域响应，M类视锥细胞则对可见光谱的中间波段响应。正常的人眼，L类视锥细胞和M类视锥细胞光谱响应曲线有40纳米左右的偏移。当M类视锥细胞和L类视锥细胞光谱响应曲线接近甚至重合时，人眼色觉就会发生异常，这是常见的红绿色觉异常。这种红绿色觉异常是一种隐形基因控制的先天性异常，在男性群体中出现几率为5％-7％，在女性群体中出现几率小于1％。目前并没有药物或其他医学方法对该种色觉异常进行治疗或者矫正。然而通过过滤重叠光谱响应区域，增强人眼对色彩的感知能力，可以大大提高色觉异常群体认识多彩世界的能力，丰富他们的色彩空间。发明专利文献“一种色觉矫正镜片、色觉矫正装备及其制造方法”(公开号105842877A)提出了一种高透过的可有效滤除重叠光谱相应区域而增强人眼对色彩感知能力的方法。虽然该发明可有效滤除M类视锥细胞和L类视锥细胞异常重叠光谱响应区域，但是其滤除的最主要波段是绿色的重要组成部分，因而这种滤除会影响绿色相关的视觉效果。事实上，在室外光线充足的环境下，有效降低进入人眼的光线对于人眼舒适度、视觉效果有着非同寻常的作用，也即具有相关滤波功能的太阳镜有着广泛的市场。此外，对于复色光而言，有效滤除主要颜色的旁带可以充分提高颜色的视觉饱和度和纯度从而达到色彩增强的效果。因此，具有色彩增强视觉效果，适用于色觉异常群体的太阳镜是急需的。技术实现要素：本实用新型提供的一种色彩增强的太阳镜片，以及带有该镜片的眼镜设备，利用该镜片可以极大地提高色觉异常人群的色彩感知能力，提高人眼对所见颜色的饱和度和纯度从而增强，而且该镜片以及装备结构简单、性能稳定、环境友好，可在室外强光或光线充足环境下广泛使用，因而本实用新型可以为相关群体提供一种高效可靠的色彩增强方案，极大提高该群体室外活动(学习、生活、工作)的质量和满意度，从而促进人类社会的向前发展。本实用新型还提供了一种色彩增强的太阳镜片的制备方法，该方法只需使用到真空沉积技术，避免了电子束曝光、激光直写或者纳米压印等复杂技术，整个方法步骤简单，适于工业化生产。一种方案为：一种色彩增强的太阳镜片，包括镜片本体，所述镜片本体正面沉积有具有两个选择透射截止带特性的全介质多层膜堆；所述镜片本体为空白玻璃或树脂镜片，镜片背面沉积可见光波段的宽波段中性衰减多层膜堆；所述宽波段中性衰减多层膜堆由交替设置的低折射率材料膜层和金属材料膜层组成，其中顶面和底面均为低折射率材料膜层。另一种方案为：一种色彩增强的太阳镜片，包括镜片本体，所述镜片本体正面沉积有具有两个选择透射截止带特性的全介质多层膜堆；所述镜片本体为黑色有色玻璃镜片或者黑色树脂镜片或者偏光玻璃镜片或者偏光树脂镜片，在镜片背面沉积可见光波段的宽波段减反射多层膜堆。具体讲：一种色彩增强的太阳镜片，包括镜片本体，所述镜片本体正面沉积有具有两个选择透射截止带特性的全介质多层膜堆，镜片背面沉积有可见光波段的宽波段中性衰减多层膜堆或者宽波段减反膜系，所述镜片本体以及镜片背面膜系可由三种结构组成：(1)镜片材料为普通空白玻璃或树脂，在镜片背面沉积可见光波段的宽波段中性衰减多层膜堆；(2)镜片材料为掺杂氧化铜、氧化锰、氧化钴、氧化铁的黑色有色玻璃，在镜片背面沉积可见光波段的宽波段减反多层膜堆；(3)镜片材料为浸染过染色液溶液的黑色树脂片，在镜片背面沉积可见光波段的宽波段减反多层膜堆；所述太阳镜片满足，可根据实际需要选择定制：在475nm-505nm波段透过率小于等于3％；在580nm-610nm波段透过率小于等于3％；在420nm-465nm波段透过率为10～60％；在510nm-575nm波段透过率为10～60％；在615nm-670nm波段透过率为10～60％。其中，所述全介质多层膜堆满足：在475nm-505nm波段透过率小于等于3％；在580nm-610nm波段透过率小于等于3％；在420nm-465nm波段透过率大于90％；在510nm-575nm波段透过率大于90％；在615nm-670nm波段透过率大于90％。作为优选，所述太阳镜片满足：在475nm-505nm波段透过率小于等于3％；在580nm-610nm波段透过率小于等于3％；在420nm-465nm波段透过率为25～35％；在510nm-575nm波段透过率为25～35％；在615nm-670nm波段透过率为25～35％。作为进一步优选，所述太阳镜片满足：在475nm-505nm波段透过率小于等于3％；在580nm-610nm波段透过率小于等于3％；在420nm-465nm波段透过率为30％；在510nm-575nm波段透过率为30％；在615nm-670nm波段透过率为30％。本实用新型中，两块镜片上的特殊膜系实现的光学特性与一般的无该膜系的太阳镜片有明显不同。一般的太阳镜片，只需要在可见光波段380nm-780nm范围内实现均匀透过(每一个波长上透过率几乎相同)。而本实用新型一种色彩增强的太阳镜装置中的镜片在可见光波段380nm-780nm范围内有着特殊的光谱调制特性。(1)在特定波段475nm-505nm波段透过率小于等于3％。该波段介于自然光蓝色光波段和绿色光波段之间，而自然界中的光往往是一种复色光，也即由不同波长的单色光组成，如果过滤掉这个波段的成分，那么复色光中的蓝绿色光的纯度将会大大提高。因此，我们将该波段透过率设置为小于等于3％的范围，提高透过镜片的颜色饱和度，从而增强蓝色和绿色为主的复色光。(2)在特定波段580nm-610nm波段透过率小于等于3％。该波段介于自然光绿色光波段和红色光波段之间，由前所述，自然界中的光往往是一种复色光，也即由不同波长的单色光组成，如果过滤掉这个波段的成分，那么复色光中的红绿色光的纯度将会大大提高。因此，我们将该波段透过率设置为小于等于3％的范围，提高透过镜片的颜色饱和度，从而增强绿色和红色为主的复色光。(3)在420nm-465nm波段透过率为25～35％。此波段的光谱特性设置是为了实现蓝色光的主要波长能透过镜片，从而不影响人眼的蓝色色觉感知。(4)在510nm-575nm波段透过率为25～35％。此波段的光谱特性设置是为了实现绿色光的主要波长能透过镜片，从而不影响人眼的绿色色觉感知。(3)在615nm-670nm波段透过率为25～35％。此波段的光谱特性设置是为了实现红色光的主要波长能透过镜片，从而不影响人眼的红色色觉感知。由于该镜片膜系反射光为特定窄带的高反射光，因而其镜片的外观将呈现亮彩色，这意味着本实用新型外观上看起来与目前很多炫酷的亮彩膜太阳镜相似，避免了出现绿色或者红色等明显的颜色，能够有效保护色觉异常人群的隐私。本实用新型一种色彩增强太阳镜装置的选择性透射的光学特性是通过在镜片表面沉积高低折射率介质膜堆(HL)s来实现。此时的多层膜堆可以使得420nm-465nm波段、510nm-575nm波段、615nm-670nm波段的外界可见光几乎都透射进入人眼，形成各种外界信息，同时将475nm-505nm波段以及580nm-610nm波段的外界可见光排除在人眼之外，充分提高红绿蓝各波段的颜色纯度，增加颜色的饱和度。镜片背面的中性衰减膜系可以使得透过镜片的外界光大大衰减，从而达到减弱强光照射、提高外界颜色分辨度的作用。作为优选，所述全介质多层膜堆由交替设置的高折射率材料膜层和低折射率材料膜层组成，其中全介质多层膜堆顶面和底面均为低折射率材料膜层；所述宽波段中性衰减多层膜堆由交替设置的低折射率材料膜层和金属材料膜层组成，其中顶面和底面均为低折射率材料膜层；所述宽波段减反射多层膜堆由交替设置的高折射率材料膜层和低折射率材料膜层组成，其中靠近镜片本体的第一层为高折射率材料膜层，最顶层为低折射率材料膜层。一般的，(HL)s膜系中，高折射率材料可以选择二氧化钛、二氧化铪，五氧化二钽、氮化硅、硫化锌；进一步优选为二氧化钛。低折射率材料可以选择二氧化硅、三氧化二铝、氟化镁或其他氟化物；进一步优选为二氧化硅。介质-金属膜系(宽波段中性衰减多层膜堆)中，介质为低折射率材料，可以选择二氧化硅、三氧化二铝、氟化镁或其他氟化物；进一步优选为二氧化硅。金属材料可以选择铬、钛、镍、铜、铝、银、以及其他金属或金属合金；进一步优选为铬。镜片材料可以选择白玻璃、K9玻璃、BK7玻璃、环氧树脂、ZF6玻璃、紫外熔融石英、ZF52、有机玻璃(亚克力、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)。根据所选的高低折射率材料和镜片材料，可以根据所需要的透射光谱特性，优化设计出所需要的结构尺寸。高低折射率材料的折射率差值会影响选择性透射截止的带宽，折射率差值越大，透射截止的带宽越宽。一般的，宽波段减反膜系由高低折射率介质膜堆(HL)s组成，高折射率材料可以选择二氧化钛、二氧化铪，五氧化二钽、氮化硅、硫化锌；进一步优选为二氧化钛。低折射率材料可以选择二氧化硅、三氧化二铝、氟化镁或其他氟化物；进一步优选为二氧化硅。作为优选，多层介质膜系中，高折射率材料选自二氧化钛、二氧化铪、五氧化二钽、氮化硅、硫化锌；低折射率材料选自二氧化硅、三氧化二铝、氟化镁。作为优选，所述低折射率材料为二氧化硅；所述高折射率材料为二氧化钛。在宽波段中性衰减多层膜系中，低折射率材料为二氧化硅、三氧化二铝、氟化镁或其他氟化物，进一步优选为二氧化硅；金属材料选自铬、钛、镍、铜、铝、银、以及其他金属或金属合金，进一步优选为铬；作为优选，所述全介质多层膜堆的总层数为55～65层，其中高折射率材料膜层厚度为10～350nm，低折射率材料膜层厚度为10～400nm；作为进一步优选的方案，所述全介质多层膜堆由交替设置的高折射率材料膜层和低折射率材料膜层组成，其中全介质多层膜堆顶面和底面均为低折射率材料膜层。作为优选，所述宽波段中性衰减多层膜堆的总层数为3～7层，其中低折射率材料膜层厚度为60～200nm，金属材料膜层厚度为1～20nm。作为优选，所述宽波段减反射多层膜堆的总层数为6～10层，其中高折射率材料膜层厚度为7～75nm，低折射率材料膜层厚度为8～95nm。作为优选，所述镜片材料为白玻璃。本实用新型提供了一种色彩增强的太阳镜装备，包括上述任一技术方案所述的色彩增强的太阳镜镜片。作为优选，一种色彩增强的太阳镜眼镜，包括一个镜框、两块镜片、两个镜脚，其中两块镜片根据需要可以是平光镜片、近视镜片、远视镜片等，特别地，镜片正面上沉积上特定波段不透射，其余波段高透的多层全介质薄膜，镜片背面沉积上可见光波段的宽波段中性衰减膜系。本实用新型还提供了一种色觉增强的太阳镜片的制备方法，包括如下步骤：(1)对于选定的高低折射率材料，金属材料，镜片材料，根据确定的选择性透射截止带的中心波长和带宽以及其余波段的透射率要求，优化设计出具有选择透射截止光谱特性的多层膜系以及可见光波段中性衰减膜系或宽波段减反射多层膜系；(2)根据需要，将两块镜片用乙醇、丙酮分别进行擦拭清洗；(3)将两块镜片同时置于真空镀膜设备中，控制沉积参数，在镜片的正面沉积由(1)设计所得的具有选择透射截止光谱特性的多层介质膜系，得到全介质多层膜堆；(4)将两块镜片翻面置于真空镀膜设备中，控制沉积参数，在镜片的背面沉积由(1)设计所得的可见光波段中性衰减膜系或宽波段减反射多层膜系，得到可见光波段的宽波段中性衰减膜堆或宽波段减反射多层膜堆。(5)得到色彩增强的太阳镜片，将制备好的镜片安装在镜架上，配上镜脚，得到色彩增强的太阳镜。作为优选的组合：所述高折射率材料为二氧化钛，所述低折射率材料为二氧化硅，金属材料为铬，所述镜片材料为白玻璃，镜片正面沉积的具有选择截止功能的多层介质膜系的沉积参数为：作为优选的组合：所述高折射率材料为二氧化钛，所述低折射率材料为二氧化硅，金属材料为铬，所述镜片材料为白玻璃，镜片背面沉积的可见波段中性衰减膜系的沉积参数为：膜层材料厚度/nm1SiO2168.42Cr8.83SiO293.2当选用宽波段减反射多层膜系的设计方案时，作为优选的组合：所述高折射率材料为二氧化钛，所述低折射率材料为二氧化硅，所述镜片材料为K9玻璃，镜片背面沉积的可见波段减反射膜系的沉积参数为：作为对上述方案的进一步优选，所述全介质多层膜堆由交替设置的高折射率材料膜层和低折射率材料膜层组成，其中全介质多层膜堆顶面和底面均为低折射率材料膜层；所述宽波段减反射多层膜堆由交替设置的高折射率材料膜层和低折射率材料膜层组成，其中靠近镜片本体的第一层为高折射率材料膜层，最顶层为低折射率材料膜层。本实用新型的色彩增强的太阳镜装备，它巧妙去除了红绿蓝波段旁带的可见光波段，同时考虑衰减进入人眼的外界自然光，利用合适的高低折射率膜层设计实现了双通道的负滤光片透射特性，以及合适的介质-金属膜系实现了可见光宽波段的中性衰减特性，从而使得在特定波段截止透射，而红绿蓝可见光波段特定衰减透过，得到全部的环境具象信息、亮暗信息和增强的色彩信息，大大减弱目标群体的色觉异常问题，极大提高该群体室外活动(学习、工作、生活)的质量和满意度，进而推动人类社会进步。而且，本实用新型的色彩增强的太阳眼镜装备整体结构紧凑、制造过程简单，成本低，便于大规模、批量化生产。因此该实用新型有望在显示、生命医学等领域广泛应用。本实用新型选择合适的高低折射率膜层设计实现了双通道的负滤光片透射特性巧妙去除了红绿蓝波段旁带的可见光波段，以及合适的中性衰减镜片组合实现了可见光宽波段的中性衰减特性，从而使得在特定波段截止透射，而红绿蓝可见光波段特定衰减透过，得到全部的环境具象信息、亮暗信息和大大增强的色彩信息，大大减弱目标群体的色觉异常问题，极大提高该群体室外活动质量和满意度，进而推动人类社会进步。本实用新型结构紧凑、制造过程简单，成本低，便于大规模生产。与发明专利文献“一种色觉矫正镜片、色觉矫正装备及其制造方法”(公开号105842877A)不同的是本实用新型有效保留了绿色的重要组成部分，从而保证了绿色颜色相关的视觉效果。而且本实用新型提出的低透过率的透射截止特性可在强光或光线充足环境下广泛使用，而发明专利文献“一种色觉矫正镜片、色觉矫正装备及其制造方法”(公开号105842877A)并不适用。此外，对于复色光而言，本实用新型有效滤除主要颜色的旁带充分提高颜色的视觉饱和度和纯度从而达到色彩增强的效果。附图说明图1为本实用新型色彩增强的太阳眼镜的结构示意图，其中(a)为色彩增强的太阳眼镜的立体图，(b)为色彩增强的太阳眼镜的剖视图，(c)为色彩增强的太阳眼镜的拆解图；图2为本实用新型色彩增强的太阳眼镜的制造流程图；图3为本实用新型色彩增强的太阳镜片优化过程中目标光谱；图4为本实用新型采用二氧化钛、二氧化硅作为高、低折射率材料，以铬为金属材料、以白玻璃为镜片材料设计的色彩增强的太阳镜片正面镀膜后的透射光谱。图5为本实用新型采用二氧化钛、二氧化硅作为高、低折射率材料，以铬为金属材料、以白玻璃为镜片材料设计的色彩增强的太阳镜片正面背面均镀膜后的透射光谱。具体实施方式下面结合附图对本实用新型进行进一步地详细说明。如图1中(a)～(c)所示，一种色彩增强的太阳眼镜，由镜架1、固定在镜架1上的两块镜片2、两个镜脚3、多层膜堆4和多层膜堆5组成，其中多层膜堆4沉积在两块镜片2的正面(我们定义远离人眼睛的一侧为正面)，多层膜堆5沉积在两块镜片2的背面，两块镜片可以是平光镜片、近视镜片或者远视镜片。本实用新型一种色彩增强的太阳眼镜中，两块镜片上的特殊膜系实现的光学特性与一般的无该膜系的太阳镜片有明显不同。一般的太阳镜片，只需要在可见光波段380nm-780nm范围内实现均匀透过(每一个波长上透过率几乎相同)。而本实用新型一种色彩增强的太阳镜装置中的镜片在可见光波段380nm-780nm范围内有着特殊的光谱调制特性。本实用新型的色彩增强的太阳镜装备，它巧妙去除了红、绿、蓝波段旁带的可见光波段，同时考虑衰减进入人眼的外界自然光，利用合适的高低折射率膜层设计实现了双通道的负滤光片透射特性，以及合适的介质-金属膜系实现了可见光宽波段的中性衰减特性，从而使得在特定波段截止透射，而红绿蓝可见光波段特定衰减透过，得到全部的环境具象信息、亮暗信息和增强的色彩信息，大大减弱目标群体的色觉异常问题，极大的提高了该群体室外活动(学习、工作、生活)的质量和满意度，进而推动了人类社会进步。而且，本实用新型的色彩增强的太阳眼镜装备整体结构紧凑、制造过程简单，成本低，便于大规模、批量化生产。因此该实用新型有望在显示、生命医学等领域广泛应用。本实用新型的色彩增强的太阳镜片结构，也可用于其他设备中，比如带有镜片的头盔结构等。如图2所示，一种色彩增强的太阳眼镜装备的制造方法，包括以下步骤：1)选择高、低折射率材料、金属材料，镜片材料，根据确定的选择性透射截止带的中心波长和带宽以及其余波段的透射率要求(可以根据需求者的定制参数确定，也可根据大量实验确定，本实用新型选用的参数均是通过大量的试样确定，对各种色觉异常群体的色觉异常问题均具有显著的改善作用)，优化设计出具有选择透射截止光谱特性的多层膜系以及可见光波段中性衰减膜系，从而采用现有的仿真软件得到多层膜系高、低折射率材料和低折射率材料、金属材料镀膜顺序、镀膜厚度和镀膜层数等沉淀参数；优化设计过程中的目标透射光谱如图3所示。目标光谱设置为420nm—465nm范围内30％透射、475nm—505nm范围内<3％透射、510nm—575nm范围内30％透射、580nm—610nm范围内<3％透射、615nm—670nm范围内30％透射。本实施例中，高折射率材料为二氧化钛，低折射率材料为二氧化硅，金属材料为铬，镜片材料为白玻璃，由仿真方法得到的镜片正面沉积的具有选择截止功能的多层介质膜系的沉积参数为：在镜片背面，低折射率材料为二氧化硅，金属材料为铬，镜片背面沉积的可见波段中性衰减膜系的沉积参数为：膜层材料厚度/nm1SiO2168.42Cr8.83SiO293.22)将两块镜片用乙醇、丙酮分别进行擦拭清洗；3)将两块镜片同时置于真空镀膜设备中，控制沉积参数，在镜片的正面依次沉积由1)设计所得的具有选择截止功能的多层介质膜系；4)将两块镜片翻面置于真空镀膜设备中，控制沉积参数，在镜片的背面依次沉积由1)设计所得的可见光波段中性衰减膜系。5)将制备好的镜片安装在镜架上，配上镜脚，从而得到本实用新型一种色彩增强的太阳眼镜装备。最后得到的色彩增强的太阳镜片正面镀膜后的透射光谱如图4所示。可以看到，各透射截止带的光谱与目标光谱较为吻合，表现出良好的旁带过滤特性；高透波段的平均透射率大于90％，说明足够的光线能够进入镜片。采用二氧化钛、二氧化硅作为高、低折射率材料，铬为金属材料，以白玻璃为镜片材料，最后得到的色彩增强的太阳镜片正面、背面均镀膜后的透射光谱如图5所示。与图4相比，镜片背面沉积宽波段中性衰减膜后，装备的透过率明显降低，其透过波段的平均透过率为30％左右，而且。与图4相比，镜片背面沉积宽波段减反膜后，镜片的选择性透射截止特性被完好地保存下来，也就是说，这种镜片正面、背面均镀膜后的透射光谱与目标光谱较为吻合，从而具有良好的色彩增强特性，同时保证良好的消除强光入射的太阳镜性能。当然，镜片材料也可采用掺杂氧化铜、氧化锰、氧化钴、氧化铁的黑色有色玻璃，此时在镜片背面沉积可见光波段的宽波段减反多层膜堆；或者镜片材料为浸染过染色液溶液的黑色树脂片，在镜片背面沉积可见光波段的宽波段减反多层膜堆。比如高折射率材料为二氧化钛，所述低折射率材料为二氧化硅，所述镜片材料为K9玻璃，镜片背面沉积的可见波段减反射膜系的沉积参数为：采用上述方案，也可得到与图4和图5相似的结果，从而进一步证明本实用新型具有良好的色彩增强特性。当前第1页1 2 3