带有干涉滤光器的眼镜制品的制作方法

本申请涉及一种用于佩戴在人眼外部的眼镜制品，用于附接到眼镜或护目镜或者由眼镜或护目镜形成。术语眼镜制品意味着它置于视野中，而不是必须自我支撑。

背景技术：

存在各种需求来操作光谱以增强人类视觉体验、保护视觉系统或控制光与人类视觉系统的相互作用的子序列。

操作透射光谱的眼镜制品的最简单的例子是在太阳镜中发现的，太阳镜过滤光以降低对眼睛舒适的强度。黑色或深灰色太阳镜是中性密度滤光器，其在宽可见光谱范围内几乎同等地调暗光强度。具有各种色调的彩色眼镜也是滤光器，其部分地区分光谱的各个部分并且比光谱的其他部分过滤更多的某些部分。

第二个例子是来自现代数字显示器的强烈蓝光辐射的数字眼睛疲劳。减少蓝光的眼镜镜片通常可以缓解眼睛疲劳，有助于保持眼睛健康。通过暴露于蓝光和紫外光，还发现黄斑变性发展得更快。虽然已知暴露于强烈的阳光会加速黄斑变性，但据信长时间暴露于来自数字显示器的较低强度蓝光可能会使人眼受到类似的损害。

第三个例子是增加运动员的颜色对比度。例如，当高尔夫球员的眼镜镜片过滤绿色以与高尔夫球形成更高的对比度时，高尔夫球员更精确且更容易地在远处看到高尔夫球。

第四个例子是帮助色盲眼睛在某种程度上看到颜色。色盲人具有带有光谱灵敏度曲线重叠的视网膜细胞缺陷，导致一种以上的细胞检测到光信号。结果，由于多个锥形或棒形细胞同时传输信号，因此大脑无法区分颜色。利用灵敏度重叠过滤光谱部分中的光增加了区分颜色的能力。

第五个例子涉及偏头痛，其被证实在85％的偏头痛患者中恶化或开始于暴露于光。科学研究表明，这种对光的敏感性在可见光谱的某些部分明显高于其他部分。减弱这些高灵敏度光谱范围的滤光器已经证明可以降低偏头痛发作的风险。

第六个例子是在医疗或工业操作中防止激光和其他强光源。

第七个例子涉及现代led显示器在高周围光环境中的增强的观看能力。

第八个例子是在用于3d显示和电影应用的两个眼镜镜片上使用不同的滤光器。

第九个例子是由一小部分光谱引起的睡眠中断，其在晚上将我们的褪黑激素产生改变到不健康的水平。这可被过滤。

用于眼镜的传统且最常见的光过滤方式是镜片塑料或玻璃材料的着色。光学镜片用对某些波长的光不透明的染料着色。这种方法对于许多目的而言既便宜又有效。但是这种方法有缺点。有机或无机颜料通常通过吸收阻挡光。这有两个限制：

1)由颜料材料吸收的大部分光能在塑料或玻璃镜片材料中转化为热量，热量会熔化或损坏光学镜片。这对于激光防护眼镜尤其是一个问题。

2)绝大多数吸收性颜料材料提供相对宽的吸收光谱，从高吸收浅过渡到低吸收。换句话说，提供光的部分透射的吸收光谱的外围范围相当宽并且不提供明显的截止。吸收光谱具有浅侧面，从而部分地透射宽范围的波长。虽然这对于诸如消费者太阳镜的应用是期望的，但是对于其他几个应用来说这是一个主要缺点。大多数光过滤应用通过提供更窄的阻挡范围和从高透射到低透射的更尖锐过渡，必然需要或可受益于阻挡和透射的波长的更高水平的选择性。

例如，促使导致睡眠中断的褪黑激素水平的不健康变化的波长范围非常窄。460nm至480nm的波长范围是最有害的范围。然而，着色材料不具有如此窄的吸收带以仅阻挡该范围。它们吸收更宽的光谱带，因此不必要地扭曲颜色并降低相邻波长的特征的可见性。

在由光触发的偏头痛的情况下，发现光谱的两个狭窄部分是主要触发因素。然而，有色镜片材料不能仅阻挡那些范围而不会显著阻挡其他范围。因此，偏头痛患者没有更好的选择，但在室内和室外戴着深色太阳镜以降低风险。

技术实现要素：

本申请公开了一种用于佩戴在人眼外部的眼镜制品，其具有带有多层结构的柔性干涉滤光膜，其中干涉滤光膜包括至少一个滤光层，其层厚度的尺寸被设计成通过光学干涉减少所选波长范围的光的透射。干涉滤光膜可以是多层涂覆结构，可定制为具有高选择性的任何光谱形状。薄膜涂层是多层堆叠光学材料，其厚度小于待过滤的光的波长。这些涂层通过干涉效应操纵光谱，而不是吸收，这是颜料中的阻挡机制。

干涉滤光膜可以具有静电粘附特性的表面，其允许临时和可移除地粘附到眼镜镜片。

可替代地，固定到干涉滤光膜的附着层允许将干涉滤光膜附着到一副眼镜的镜片上。附着层可以在外表面上，用于将干涉滤光膜附着到光学镜片的平坦或凹入的内表面，即在面向眼睛的一侧。可替代地，附着层可以位于干涉滤光膜的内表面上，用于附着到眼镜镜片的外表面。附着层可以是通过光、压力或热激活的粘合剂的形式。可替代地，附着层可以是用于可移除附着的粘附膜。

与靠近眼镜镜片的表面相对，干涉滤光膜可涂覆有涂层，用于刮擦保护防止物理损伤或具有抗眩光的抗反射特性。

根据本发明的另一方面，干涉滤光膜可以永久地固定到眼镜镜片上。因为干涉滤光膜可以单独制造，所以它可以应用于成品镜片，从而减少库存需求。成品裸镜片可根据预期用途配备定制干涉滤光膜，而不需要在组装眼镜的位置使用昂贵的涂层设备。这使得校正镜片与定制干涉滤光膜成本有效且快速配对，而不需要存储具有许多不同滤光器的许多不同校正镜片。同样，干涉滤光器可以附着在校正镜片的凹形内侧或凸形外侧上。

可以通过永久粘合剂或通过材料粘合来固定干涉膜而无需中间粘合剂层。

对于可移除的滤光膜，两个光学镜片之间的空间可以用作干涉滤光膜的插入狭槽，从而根本不需要粘合。可替代地，两个光学镜片可以彼此手动分离，使得干涉滤光膜可以放置并保持在两个镜片之间。

在进一步的发展中，干涉滤光膜可以包括与眼镜配合的机械或磁性附接特征，或者用于增加稳定性的框架。

通过附图的描述，本发明的进一步细节和益处将变得显而易见。这里包括的附图仅用于说明目的，并不意图限制本发明的范围。

附图说明

在附图中，

图1示出了根据本发明的具有干涉滤光膜的一副眼镜；

图2示出了具有干涉滤光膜的眼镜镜片的第一实施例；

图3示出了具有干涉滤光膜的眼镜镜片的第二实施例；

图4示出了具有干涉滤光膜的眼镜镜片的第三实施例；

图5示出了具有干涉滤光膜的眼镜镜片的第四实施例；

图6示出了具有干涉滤光膜的眼镜镜片的第五实施例；

图7示出了具有干涉滤光膜的眼镜镜片的第六实施例；

图8示出了具有干涉滤光膜的眼镜镜片的第七实施例；

图9示出了具有干涉滤光膜的眼镜镜片的第八实施例；

图10示出了具有干涉滤光膜的眼镜镜片的第九实施例；

图11a示出了具有干涉滤光膜的眼镜镜片的第十实施例；

图11b示出了具有干涉滤光膜的眼镜镜片的第十一实施例；

图12示出了带框架的一对干涉滤光膜；

图13示出了替代实施例中的带框架的一对干涉滤光膜；

图14示出了未带框架的一对干涉滤光膜；

图15示出了用于在不需要眼镜的情况下保持干涉滤光膜的框架的示例；

图16示出了将干涉滤光膜应用于镜片的第一种方法；

图17示出了将干涉滤光膜应用于镜片的第二种方法；

图18示出了将干涉滤光膜应用于镜片的第三种方法；以及

图19示出了将干涉滤光膜应用于镜片的第四种方法。

具体实施方式

干涉薄膜涂层和滤光器用于从电信到医疗和消费电子的多个行业中，但很少用于需要低成本的大表面积的产品。原因是生产薄膜滤光器所涉及的过程非常昂贵。因此，薄膜滤光器在主流消费者眼镜市场中也没有发现很多应用。

除了具有较低成本限制的军用级眼镜之外，干涉薄膜涂层还用于眼镜行业的两个一般领域：

抗反射(防眩光)涂层—这些涂层通常具有一层或仅几层涂层以产生高质量的抗反射。类似的涂层也被设计成部分反射蓝光，用于眼睛疲劳和黄斑变性缓解。涂层技术已经成熟到一定程度，这种简单的涂层在眼镜市场的大量销售中非常实惠。

激光防护—一类激光防护护目镜还使用具有多达约60个涂层的薄膜涂层以实现高阻挡水平而没有导致光学镜片材料熔化或降解的吸收。然而，这些护目镜非常昂贵，仅适用于技术应用。

眼镜和视觉应用中的滤光器需求的上述示例通常需要数十个且通常数百个涂层。因此，传统的薄膜涂层技术对于消费级眼镜来说成本过高。

干涉滤光膜可以是多层涂覆结构，其可定制为具有高选择性的任何光谱形状。薄膜涂层是多层堆叠光学材料，其厚度小于待过滤的光的波长。这些涂层通过干涉效应操纵光谱，而不是吸收，这是颜料中的阻挡机制。

已经开发了一种用于生产高性能干涉薄膜滤光器的新方法，其以低成本提供比传统涂层明显更好的可扩展性。在us20140242329a1中描述了制造这种薄膜滤光器的一般方法。该方法为将柔性干涉薄膜滤光器引入消费者眼镜市场铺平了道路。

滤光层厚度由应用和所需的光谱规格确定。滤光层可以从比典型的粘合剂层薄得多变化到相当的厚度，并且在极少数情况下变化到比粘合剂层更大的厚度。粘合剂通常以各种厚度出售，这取决于需要多大的强度。对于中间粘合剂层(在包括保护层的堆叠结构中)，较厚的粘合剂可能更好，因此这些层不容易分开。但是对于使干涉滤光膜粘附到眼镜镜片外部的最终粘合剂层，弱的薄粘合剂可能更好(除非需要永久粘合)。粘合剂通常为1密耳(25微米)至5密耳(125微米)。干涉滤光膜10本身可具有的厚度为从小于25微米、甚至10微米至数百微米、达1毫米。

通过这种热拉伸方法制造的干涉滤光器是薄的柔性膜或薄片的形式，包括引起干涉光反射的多个亚波长厚的光学材料层。因此，传统的真空涂覆工艺对于将这种类型的干涉滤光器应用于眼镜镜片是不可行的。

本公开提出了将薄膜干涉膜应用于眼镜的各种方法。

例如，干涉滤光膜的圆顶形状可以通过将材料控制拉伸制成薄片形式来实现。包括至少一种材料的预制件包括将存在于干涉滤光膜中的所有层和层厚度比例，尽管绝对厚度大于最终膜中的绝对厚度。通过炉子后，拉伸预制件以增加其在拉伸方向上的长度，同时减小其厚度。该过程可以重复多次，直到达到所需的厚度。在最后的加热步骤中，拉伸的膜可以成形为获得其圆顶形状，例如通过校准拉伸过程本身的参数，比如局部温度和局部拉伸速度，或者通过将所得滤光膜的薄片成型为给定表面形状。

在各种实施例的以下描述中，柔性多层干涉滤光膜具有附图标记10。

附图标记12表示刚性眼镜镜片，没有限制地，其主要显示为用于校正近视的凸镜片。图9示出了用于校正远视的镜片。眼镜镜片12可以由玻璃或聚碳酸酯或者适于光学镜片的任何其他透明材料制成。这些仅是用于说明的示例。通常，眼镜镜片是圆顶形的，具有外凸表面和内凹表面。在此上下文中，术语“圆顶形”意味着光学镜片在其两个主要尺寸上弯曲。光学镜片表面可以成形为部分球形，但是对于光学焦点的变化而言与球形形状的偏差包括在“圆顶形”的定义中，例如在多焦点、渐进镜片或散光镜片中。所公开的干涉滤光膜10也适用于各种多焦点或渐进镜片12，包括那些校正像散的镜片。

粘合剂层(如果存在的话)带有附图标记14，并且涂层带有附图标记16。涂层可以提供划痕保护或具有防眩光的抗反射性能或两者兼有。

图1中示出了具有应用于光学镜片12的干涉滤光膜10的一对眼镜20。线a-a表示图2-10的横截面，为简单起见，省略了眼镜的框架22。为了更好地绘制薄层，在相对于垂直方向的水平方向上放大了图2-10所示的尺寸。此外，各层和光学镜片的各个厚度相对于彼此不成比例。

图2和3示出了干涉滤光膜10的第一和第二实施例，该干涉滤光膜10通过施加到干涉滤光膜10上的粘合剂层14附着到眼镜镜片12上，以粘附到光学镜片表面上。术语“粘合剂层”在本文中用于包括具有静电粘附材料层的实施例，使得粘合力可以是永久的或临时的，这意味着干涉滤光膜可以完整地从光学镜片移除并且不损坏光学镜片或干涉滤光膜。因此，干涉滤光膜10可以用不同的滤光膜10替换，该滤光膜10阻挡不同的波长范围并且可以是可重复使用的。因此，干涉滤光膜可以设置在定制切割的圆顶片中，如图14所示。

在图2的第一实施例中，粘合剂层14被施加到干涉滤光膜10的凹入的内表面10a，用于粘附到光学镜片12的外表面。光学镜片的外表面是远离眼睛的表面。在图3的第二实施例中，粘合剂层14被施加到干涉滤光膜10的凸出的外表面10b，用于粘附到光学镜片12的内表面。

例如，因为干涉滤光膜10可以应用于光学镜片的外表面和内表面，所以可以将第一干涉滤光膜(例如对于偏头痛患者)与第二干涉滤光膜组合，例如用于阻挡来自计算机监视器的蓝色光谱波长。两个膜中的一个可以应用于光学镜片12的外表面，另一个可以应用于内表面。因为阻挡的波长范围具有陡峭的光谱侧面，所以两个干涉滤光膜10的应用不会过度阻碍阻挡光谱范围之外的波长的透射。可替代地，可以在一个表面上堆叠两个或更多个滤光膜。

图4和5示出了第三和第四实施例，其中干涉滤光膜10通过在光学镜片12和干涉滤光膜10之间的重叠区域的至少周边上的热粘合或超声粘合附着到眼镜镜片12上。如在前两个实施例中，干涉滤光膜10可以应用于光学镜片12的外表面，应用于光学镜片12的内表面或两者兼有。

图6、7和8示出了具有干涉滤光膜10和涂层16的光学镜片12的变型。虽然这些实施例都示出了粘合剂层14，但是可以省略粘合剂层14，如图4和5所示，而不离开本发明的范围。在图6和8中，涂层16被施加到预制的干涉滤光膜10上，使得将干涉滤光膜10施加到光学镜片12上也将使光学镜片12具有抗划伤或防眩光性能。可替代地，图7示出了具有直接应用到光学镜片12上的涂层16的光学镜片12。对于预涂镜片，建议将干涉滤光膜10应用在光学镜片12的相对侧上，因为光学镜片12和干涉滤光膜10之间的涂层16失去其目的。因为涂层16通常存在于光学镜片的外表面上，所以干涉滤光膜10通常将应用到涂覆镜片12的内表面上，如图7所示。图7的干涉滤光膜10可以另外与图6类似地具有其自己的涂层16，使得光学镜片从两侧被刮擦保护或抗反射。而且，如上所述，图6和图8的实施例可以组合成用于向光学镜片12提供具有不同特性的两个干涉滤光膜10。

图9最后示出了眼镜镜片12的实施例，在其外表面上具有涂层16，并且在其内表面上具有粘合的干涉滤光膜10。

图10、11a和11b示出了插入在两部分镜片的外部分12a和内部分12b之间的干涉滤光膜10的示例。干涉滤光膜10可以插入形成在两个镜片部分12a和12b之间的狭槽中，该狭槽可以相对于彼此刚性地固定，例如通过眼镜的框架22。在这种装置中，所需的干涉滤光膜可以可移除地插入固定狭槽中。可替代地，两个镜片部分12a和12b可以作为可分离部分可逆地彼此固定，使得干涉滤光膜夹在两个镜片部分21a和12b之间。在图11a中，两个镜片部分21a和12b彼此咬合。这适用于具有一定材料弹性的镜片材料。可替代地，可以将弹性材料模制到光学镜片边缘上。可替代地，可以使用单独的紧固件18例如螺栓将外镜片部分12a、干涉滤光膜10和内镜片部分12b固定在一起。

为了更快地互换干涉滤光膜，可以预制造一对涂覆或未涂覆的干涉滤光膜10，其具有它们自己的框架24，将两个干涉滤光膜10相对于彼此放置在适当的位置，以便可移除地将两个干涉滤光膜同时应用到眼镜20上。形成在框架上的连接器26可以与眼镜的框架22配合，用于将框架24安装在框架22上。例如，连接器26可以是可悬挂在框架22的侧部上的钩。可替代地或另外，连接器26可包括与框架22上的永磁体或铁磁特征配合的磁体。

每个干涉滤光膜10可以替代地具有其自己的单个框架28，如图13所示。与图12的实施例相比，这种结构可以减轻重量。各个框架可以是弹性的并且适合成形以便卡住在眼镜的框架22上。虽然如图1所示的眼镜20具有带框架的镜片，但本发明也可类似地应用于无框眼镜，其具有鼻梁和直接固定在光学镜片12上的耳片。

图15示出了用于使用所公开的干涉滤光膜10而不需要眼镜或护目镜的框架23的示意性示例。框架23类似于具有两个连接的镜片框架25和两个耳承27的无镜片眼镜框架。两个镜片框架25成形为接收干涉滤光膜10，如图14中所示的那些。在所示的示例中，插入狭槽位于两个滤光框架25中的每一个的上框架部分中。可替代地，插入狭槽可以位于滤光框架的横向侧上以便水平插入，或者甚至位于底部以便向上插入干涉滤光膜。如果需要，干涉滤光膜10可以制造成具有比附着在刚性镜片上的那些膜更大的硬度。而且，插入的干涉滤光膜10可以是平坦的或圆顶形的。

在所有上述实施例中，干涉滤光膜可以涂有一层硬材料，用于防反射或防刮擦或两者兼有。硬涂层将是暴露于外部的最外层，无论是在光学镜片的前侧上还是在其后侧上。

眼镜镜片通常在内表面和外表面上呈圆顶形的。曲线半径可以在约100mm至约300mm的范围内。垂直方向上的曲率半径可以与水平方向上的曲率半径不同。通常，当使用柔性但平面的干涉滤光膜时，将干涉滤光膜应用于平面或具有大曲率半径的光学镜片表面将使干涉滤光膜的扭曲最小化。

在下文中，给出了将柔性滤光膜应用于镜片的方法或者在将柔性干涉滤光膜应用于镜片之前如何成形柔性干涉滤光膜的方法的各种示例。在所示的示例中，省略了另外的粘合剂层和涂层。然而，应该注意，干涉滤光膜的任何上述实施例可以用于下面描述的方法。

对于大曲率半径和平坦镜片表面，可以使用多种方法将平面干涉滤光膜应用于镜片。与干涉滤光膜10相关的术语“平面”用于限定松弛形状，而没有施加在膜上的任何弯曲力。

在第一示例中，可以使用柔性辊30，如图15所示。可以使用可压缩辊材料来实现辊的柔性，该可压缩辊材料使其形状适应光学镜片12的曲率，使得当辊子滚过光学镜片时，干涉膜10(在本实施例中优选地包括面向光学镜片12的粘合剂)压靠在光学镜片12上。另外，辊旋转轴线可以是弹性可弯曲的，以容纳光学镜片的表面。这种附着方法适用于所有镜片，无论它们是凹面、凸面、平面还是圆柱形表面。

该过程的细节可以如下：将清洁过的镜片12放置在柔软表面(例如硅橡胶)上。被干涉滤光膜10覆盖的光学镜片12的表面将朝上。干涉滤光膜10可以首先层叠有光学质量粘合剂层(例如3moca膜，其是光学透明的粘合剂)。使干涉滤光膜10靠近光学镜片12的表面，使粘合剂层暴露并朝下。然后，将具有柔软表面(例如硅橡胶)的柔性辊30垂直向下压，以使粘合剂与光学镜片表面接触。当柔性辊在垂直压力下以稳定速度在整个镜片区域上滚动时，干涉滤光膜10被层压到光学镜片12的所有部分。最后，延伸超出光学镜片12的周边的任何额外的膜将是使用众多切割方法(水射流、激光束或锋利的导向刀片)之一切割。随着粘合剂进一步固化，光学镜片和干涉滤光膜之间的粘合将增强。

在第二示例中，如图16所示，橡皮印模32成形为与接收干涉滤光膜的光学镜片12的表面的形状互补。橡皮印模32的尺寸设计成覆盖整个镜片12，以将具有粘合剂层的干涉滤光膜压靠着光学镜片。这种连接方法同样适用于所有镜片，无论它们是否具有凹面、凸面、平面或圆柱形表面。

该第二示例与第一示例的不同之处在于，代替滚动柔性辊30，预先成形为接近光学镜片12的表面的曲率的软印模32将被垂直向下按压以使干涉滤光膜(暴露的粘合层朝下)与光学镜片接触。

在图17和18所示的第三示例中，橡皮印模36或38具有的曲率半径允许干涉滤光膜10从光学镜片10的中心径向向外固定到光学镜片12。当将干涉滤光膜应用于如图17所示的凸面或仅在一个方向上凸出的圆柱面时，橡皮印模36选择为具有比镜片12更大的曲率半径的凹形。相反，当镜片表面如图18所示是凹的或者是平坦的或仅在一个方向上凹入的中空圆柱表面时，橡皮印模38具有凸起形状，其曲率半径小于光学镜片12的曲率半径。因此，当橡皮印模36或38压靠着光学镜片12时，靠近光学镜片12中心的点首先会形成接触。当印模逐渐压在干涉滤光膜10上时，接触区域向外生长，直到覆盖整个光学镜片12。

例如，在干涉膜用作售后产品并且与光学镜片分开出售的情况下，或者在光学镜片的曲率具有使得难以附着平面膜的小曲率半径的情况下，干涉滤光膜10可以预先成形为圆顶形状。

最初，通过将材料控制拉伸制成薄片形式来形成膜。包括至少一种材料的预制件包括将存在于干涉滤光膜中的所有层和层厚度比例，尽管绝对厚度大于最终膜中的绝对厚度。通过炉子后，拉伸预制件以增加其在拉伸方向上的长度，同时减小其厚度。该过程可以重复多次，直到达到所需的厚度。

在最后的加热步骤中，拉伸的膜可以成形为获得其圆顶形状，例如通过校准拉伸过程本身的参数，比如局部温度和局部拉伸速度。可替代地，可以将所得干涉滤光膜10的薄片模制成给定的表面形状。后一过程象征性地示于图16中，其中施加热量34，同时将干涉滤光膜压入光学镜片12的所需形状。如果用模具代替光学镜片12，则干涉滤光膜可以单独地移除和存储，例如在图12-14所示的配置中。

可替代地，在不使用压印的情况下，干涉滤光膜10和光学镜片12可以稍微加热到接近干涉滤光膜材料的软化温度的点，该软化温度优选地选择为具有足够低的软化温度，热量不会影响光学镜片12的光学性能。在一段时间内，重力和/或表面张力将使干涉滤光膜10成形以适应并粘附到光学镜片12的表面，并且两个表面通过交联聚合物链形成化学键。该方法同样适用于圆顶表面和圆柱表面。

尽管以上描述一般性地讨论了粘合剂层，但是所有实施例的粘合剂层可以通过在将干涉滤光膜10固定到光学镜片12时使用放置在干涉滤光膜10和光学镜片12之间的一滴uv可固化光学粘合剂来代替。然后，可以将干涉滤光膜10压在光学镜片12上或如上所述成形，然后可以使用强uv光源从另一侧照射光学镜片12(或者通过干涉滤光膜10，如果是透明的)来固化粘合剂。

尽管以上描述构成了本发明的优选实施例，但是应当理解，在不脱离所附权利要求的适当范围和公平含义的情况下，本发明易于修改、变化和改变。