专利名称：光学空间滤波膜的制作方法
技术领域：
本发明涉及ー种光学滤波膜，具体的说，是应用于直视光学仪器的镜片上，特别是附着在望远镜、瞄准器以及眼镜镜片上的光学空间滤波膜。
背景技术：
近年由于科学发展，出现了不必用眼睛直接观察的显微镜和C⑶摄像机等，但直视光学依然是大多数的存在，如隐形眼镜，眼镜镜片等，它的机能是光束通过镜片在眼睛中直接成像。同样像望远镜和瞄准器等的存在，用的机会依然是很多的。直视光学仪器具有直接光射入眼睛后在视网膜上成象，受光体通过视神经再将信息传达给脑部的特征。亮视觉的范围是从几个勒克斯到10000勒克斯之间、但瞳孔变化 的直径只有从且只能调整16倍光量，所以长时间观察辉度大的物体时，面积小的高辉度物体会造成眼睛非常疲劳。以前对于減少眼睛疲劳的对策有，如去除有害的紫外线、如装吸收能量很大的蓝色光的膜、或者装像太阳镜那样调节光量的膜、再或者装减低反射光刺激的偏光膜。但是，除了偏光膜以外，其它三种方式都是调整视野全体的光量，而对于微小面积的点光源高辉度光亮就没有对应办法了。并且偏光膜对于反射光的减低，有方向性的限制，所以对于眼睛的保护也是有限的。又，用具有吸收特定波长的染料来减低刺激光的眼镜的方法我们也有试用，但因为没有吸收效果很好的染料，所以也没有得到特别好的效果。高辉度的可视光对眼睛的影响对大家来说已经是普遍知晓了。高辉度光射入到眼睛里会发生各种眩光，这种发生的眩光会使眼睛视カ低下，刺激眼睛，感到眩目。并且在视网膜上，由于光照射的时间长度和大小，会发生由光引起的热化学作用和光化学反应，造成视网膜细胞的伤害。特别是波长440nm的蓝色光对视网膜的伤害度是最大的。亮视觉感度最高的波长是550nm，它对视网膜的伤害只有440nm的蓝色波长的1/100，波长越长对视网膜的损害越小。同样波长600nm到1400nm的红外线对视网膜的损伤只有在440nm的1/1000。从照度上来说，达到1000勒克斯以上时，我们的眼睛就会感到眩目刺目等不适感，因此我们得有必要的对策。但是对于眼睛的调节机能来说，即使像太阳反射光等微小的视野范围内高辉度的光源，因为我们的眼睛只对光进行平均光量调节，所以在视网膜上微小范围内超过1000勒克斯的情况是很普遍的。因为这种现象，在视网膜上很小范围内产生了无意识的刺激，而造成眼睛的疲劳。如果能降低刺激光源在视网膜上成像的光密度，这个问题就是可以得到改善的。对于以前的特许文献I特许第3005607号公报，其微小的图形的目的是吸收红外线，但对于上述的刺激最強的在440nm附近的波长却没有考虑到，因此减低有害光源刺激的效果很小。另外，对在视野中的微小面积的高辉度光源的刺激没有提出对应方法。像类似的先行技术特许文献2特开平8-15646号公报，这项技术已经被提出来，并形成在ー些光学系统上的成像设备，如(XD成像Low-Pass-Filter。[0010]同公报中，微小图形设计的特征是不同大小的。但直视光学中光束通过Low-Pass-Filter时位置也是会变动的,所以我们希望微小图形的大小及间隔都是ー样的。此外，观察者为了达到高精度成像效果，而对视野中微小面积的高辉度光源的刺激依然不能够应对。
发明内容为了减轻在强的波长带域刺激光对眼睛的刺激，即减少刺激光在视网膜上的密度，本发明提供一种可以改善眼睛疲劳的光学空间滤波膜。本发明的目的是通过以下技术方案来实现光学空间滤波膜，是由均布在基板上的外表面具有高低差的许多个薄膜点状的微小图形所形成，所述点状的微小图形是按一定规律的重复间隔排列的、一祥大小的多边形或圆形所形成，其特征在于使光束通过这些图形和该图形周围的间隙时会产生光程差 Δ λ。光程差Λ λ以及该微小图形的高低差ΛΖ、基准波长Xci要满足关系式(I)及
(2)η0是微小图形材料的折射率，m是I或者是2(I) 0. 85m λ。く | Δ λ | く I. 15m λ。；(2) Δ λ = m(n 0_1) Δ Ζ。所述基准波长λ ^、设定在亮视觉分光视感度的最大感度附近。微小图形的合计面积与该合计面积加周围所在単位的一定面积和所产生的一定的面积比，所形成的面积比Rs要满足以下的条件O. 35 彡 Rs 彡 O. 75。所述微小图形的间隔P要满足以下关系式O. 2mm < P < 2. 6mm。对于在440nm附近的刺激光，通过减低在视网膜上的光密度来减少刺激。所述光学空间滤波膜应用在太阳镜或包含太阳镜的其他镜片上时，置于外表面或里面都可以。所述光学空间滤波膜应用于隐形眼镜上，应置于隐形眼镜的外表面。所述光学空间滤波膜应用于望远镜、瞄准器等光学仪器的镜片上，并使置有光学空间滤波膜镜片的一面位于靠近眼睛的位置。由于有了本发明，因为我们构成了一定的光路差的光学空间滤波膜，使得我们在眼睛视网膜上的成像的波长有了可以选择的可能。在观察直视光学仪器时，在确保最大感度550nm波长处的眼睛的分辨率前提下，将对眼睛刺激很大的波长440nm附近的极小面积上的集光面积扩大，以达到减低视网膜上的过剩的刺激，来减轻眼睛的疲劳成为了可能。即在视野中微小面积的高辉度的可视光在基准波长部分，确保在视网膜上成像分辨率不降低的前提下，而降低刺激光带部分在视网膜上的光密度，扩大刺激光在视网膜上的成像，使视网膜上的刺激光的模糊量増大，达到改善眼睛的疲劳的目的，是本发明的有益效果。
下面根据附图和实施例对本发明作进ー步详细说明。图I :关于本发明的光学空间滤波膜的，提供其形态说明的，侧面说明图。图2 :关于微小图形的配置图(圆形)，其正面说明图图3:关于微小图形的配置图(正六角形)，其正面说明图图4 :关于瞄准器镜头的侧面说明图，图4. I是全体示意图，图4. 2是A部的扩大 示意图图5 :关于眼镜镜片构造的侧面说明图，图5. I是全体示意图，图5. 2是B部的扩大示意图图6 :亮视觉标准比视感度。图中I微小图形2入射光3 -I次衍射光4 O 次光5 +1次衍射光6单位面积范围(7滤波膜的基板8镜片基板9表面硬化膜10防反射膜11 镜片ΔΖ高低差(微小图形的深度)P 微小图形的间隔η 滤波膜的折射率η/空气的折射率Δ Θ衍射角D w圆形微小图形的直径W 多角形微小图形的宽幅
具体实施方式
为了解决上述的课题，我们考虑的是光学空间滤波膜对于其特定波长的光的作用，而对某些波长的光几乎是没有影响的。至于这样的作用，是由正方向传输型的衍射光棚所引起的。该衍射光棚，是均匀的分布在ー个方向的重复变化的长方形光棚。用图I来说明。入射光2通过光棚变成O次光4，因为高低差所以会产生相位差，同时通过微小图形I的光和图形周边透过的光会产生光程差，产生-I次衍射光3和+1次的衍射光5。该衍射光棚±3次、±5次又会发生衍射光，但该衍射光强度很弱，所以我们只考虑±1次的衍射光。这些光在镜片上成像、O次光4由于相位差形成互相干涉的衍射光3和5，得到了比“夫琅禾费Farunhofer”衍射图像弱的有复数峰值的衍射像。这衍射图像强度分布的不同是取决于衍射图形，光棚间隔及镜片孔径反复次数之间发生的相位差。有高低差Λ Z的和一定间隔P的微小图形I被放置在光学空间滤波膜上，该膜透过光会产生上述现象。就是在镜片上的成像有复数峰值的衍射像在一定范围内扩散开来。本发明參照图I说明。本发明的特定的波长λ的光程差为Λ λ，正好通过这个高度设计了一个波长或两个波长的高低差。这微小图形I透过的光和微小图形I周围透过的 光的相位差是2 31或4 31相位差组成。因为没有光程差和特定波长λ的波面收差，因此相互干涉不发生，所以衍射也不会发生。另ー方面，假使不是特定的波长，相位差如果越大，其衍射图形分布越广。假使特定波长外的另外任意波长λ a，光程差不再成正比，那么就会发生相位差并产生衍射，衍射角的公式λ ’ = λ a-λ。这里m等于I或2。Δ Θ = Sirf1OmA，/P)......(SI)对于权利要求1，是根据上述的原理来构成的光学空间滤波膜。S卩，权利要求I是使用在眼镜以及其它的直视光学仪器上的，可以减轻刺激光对眼睛造成疲劳的光学空间滤波膜。此滤波膜具有透光性，是由在基板表面上的有高低差Λ Z的许多薄膜点状的微小图形I所形成，这些点状图形是有一定的重复间隔的，一祥大小的多角形或圆形所形成。光束通过这些图形和该微小图形周围的间隔时会产生光程差Λ λ，这就是此滤波膜的特征。掌管亮视觉的锥体细胞是集中在眼底里非常小的范围内的。亮视觉的分光视感度在最大时大概是在波长550nm的地方，所以只要基准的波长λ 0设定在最大视感度附近，使光程差确定，这样就能使得视线清晰度保持最好。而离开视感度远的地方，使分光视感度在视网膜上的密度低下，就能保护好眼睛。权利要求2和权利要求3，其定义的是穿过微小图形I的光及穿过其周围的光束的光程差是Λ λ。这个光程差Λ λ为维持良好的清晰度，因此设定基准波长λ。在眼睛的最大视感度波长550nm附近，希望满足O. 85m λ。彡Δ λ |彡I. 15m λ。的范围内。m = 2,当基准波长λ。= 550nm时、波长λ = 440nm的光程差Δ λ为λ /2,其相互干渉的效果是最大的。基准波长λ ^附近的波长λ由于模糊量较大，所以这对于保护眼睛的效果是最合适的。m = 3以上吋，衍射的模糊量过大，能见度极端的恶化，所以不可取。通过光程差AX、m=l_m = 2时、基准波长λ ^在下列数式2的条件范围内是最好的。应当指出，微小图形I材质的折射率Iitl和关于光程差Λ λ的微小图形I的高低差ΔΖ，我们有以下数式3的关系。在图I中，η’所表示的是空气屈折率=1.0O. 85m λ。く | Δ λ | く I. 15m λ 0 ;Δ λ = m(n0-l) ΔΖ。权利要求4、权利要求I的微小图形I和其周围的面积比Rs是规定好的。这个面积比是决定这个空间滤波膜效果的重要要素。以上所述的正方向传输型的衍射光棚作为基础，±1次衍射效率计算出，最大约40%。而50%以上的光，作为O次光4通过镜片在眼睛上成像。衍射光3和5在強度最大时是在正方形向位。矩形相位凹凸的面积比越小，那他的衍射3和5的强度就越小。本发明的光学空间滤波膜、如图2及图3所示，単位面积范围6内的一定微小图形I的安排，该微小图形I是由圆形和多角形构成，只要在相同形状的情况下微小图形I的形状是什么都是不重要的，该衍射光棚都是同样的现象。微小图形I的面积比Rs在O. 5左右时，光3和5的衍射最強。该面积比Rs离O. 5越远，衍射光3和5就越弱，O次光4的影响就越强，光学空间滤波膜的影响就很小了。刺激光成像模糊面积小了，因此光密度就高了，我们所希望的减轻刺激光的效果就不能发挥了。该面积比Rs、权利要求4的条件式要符合数式4的范围内R s = R sI2/R S2O. 35 ^ Rs ^ O. 75权利要求5，根据数式1，P是影响衍射角Λ Θ的大小的，所以P的大小会影响到这个光学空间滤波膜的效果。另ー方面，直视光学仪器通过的光束是受到虹膜的限制的，所以P也是要在一定的范围之内。因为虹膜的瞳径是在2mm-8mm，为了发挥光学空间滤波膜的性能，因为最大P =
2.6mm，所以三周期的重复是必要的。另外，周期反复过多，衍射就变大了，因为最小的P =
O.2_，所以我们希望最多重复十次。因此在视网膜上成像，要尽量确保均匀，P就要尽量的小。所以考虑到这样的情况，要尽量采用比较小的间隔P比较好。根据以上所述，要尽量满足O. 2mm < P < 2. 6mm权利要求6，本发明的主要目的是为了确保在直视光学仪器上不降低分辨率的前提下，使其在波长440nm附近的在视网膜上的光密度降低，而达到减轻眼睛疲劳的效果。为了达到最适当的光学空间滤波膜的特性、我们只要知道最大感度波长550nm的分辨率和观察440nm的特性的实验来满足权利要求I到权利要求5就可以了。权利要求7、是规定本发明的光学空间滤波膜在直视光学仪器上使用时应该摆放的实际位置。考虑光学的要素，该光学膜在太阳镜或包含太阳镜的其它镜片上放在表面或里面都可以。对于隐形眼镜一定要放在外表面。对于望远镜、瞄准器等光学仪器的情况下，该膜要放在尽量靠近接近眼睛部分的位置。本发明的光学空间滤波膜、是由上述各种手段构成，得到如下作用。换句话说，光子产生了如下的行进和跃动。在瞄准器和眼镜镜片等直视光学仪器，接近眼睛位置的部分，基本平行的光束来通过微小图形I。透过的光，因为微小图形I的高低差的Λ Z产生的光程差Λ λ、0次光4通过时因为光程差Λ λ，因此波面到达会有早晩。微小图形I在分割波面的同时会互相干渉。透过光的一部分，会发生衍射，衍射将向同相位方向产生弯曲，因此会产生衍射光3和5。之后，O次光4和衍射光3和5，同时射入进眼角膜。虹膜会进行最适合的瞳径收放，通过水晶体后在视网膜上集光成像。[0091]视网膜上，因为不同相位的O次光4和有角度的衍射光3、5同时集光、所以有着不同的光程差的复数的光束会同时集中在一起，并形成有波面収差的和相互干渉的光程差Δ入，因此造成有特定的強度分布的成像这ー結果。以下通过图和表对本发明进行更详细的说明本发明的光学空间滤波膜是通过在基板外表面有高低差的、有规则的多数的薄膜点状的微小图形I来形成的光学空间滤波膜。实际上在直视光学仪器上的配置就像图4和图5 —祥，在基板7和基板8上直接形成的两种形态。图4上的，在基板7上摆放着的光学空间滤波膜是用在瞄准器中，图5上有弯曲的基板上的摆放着的有高低差的光学空间滤波膜是使用在眼镜镜片上的。微小图形像图2，图3上所示的圆形的或蜂窝状的样子是比较容易设计的。
·[0095]该空间滤波膜的侧面，就像图I所示的构造，微小图形I和它周围(基板外表面)有高低差Λ Ζ、光束透过时会产生光程差Λ λ。各个微小图形在等距离情况下，全面地平均的分布在基板上，这个微小图形I和他周围单位面积的面积的比Rs是由圆形的微小图形I的直径Dw或多角形的微小图形I的宽幅W来決定的。本发明是确保对于眼睛的最大感度的波长即基准波长λ ^ = 550nm的分辨率前提下，发挥该光学空间过滤膜的效果，为了使对眼睛刺激强的波长Xa = 440nm在视网膜上成像扩大模糊开来，从而減少在视网膜上成像的光密度，就必须要设定光程差Λ λ = 550nm为基准值。这时实际的高度差ΛΖ由数式I来決定的。为了得到最大的效果，我们决定Rs等于O. 5左右。在的范围内有6_8次的重复，是由使用状态下的虹膜的大小来决定的。关于基准波长\ = 550nm及刺激光λ = 440nm,我们来作进ー步的详细的叙述。首先，眼睛对不同的波长有不同感觉，关于亮视觉的分光比视感图，由图6所示的亮视觉标准比视感度曲线所表示(出处C I E国际照明委员会1964年)众所周知，分辨率的表现MTF (Modulation Transfer Function)对波长是有依存性的、在眼睛上，波长的分辨率贡献度(Color weight)与图6的分光比视感度曲线是基本一致的。比波长460nm短的蓝紫光，比630nm长的红光，感度比较低，在波长550nm附近的感度是最高的。这性质就是说波长550nm附近的绿光对于眼睛的分辨率贡献度很高，蓝光和红光的贡献度就比较小。即像图6所示的分辨率贡献度V/ λ，在550nm的分辨率的贡献度是I的话，那么在440nm时只有0. 06的程度，在650nm时就只有0. 11的程度。另ー方面，如视网膜上的光密度高的时候，便会引起对视网膜的损伤，波长不同时对视网膜的影响也是不同的。表一所示，是不同的波长对视网膜的损伤度的表示(出处:三岛齐ー他著2003年「眼の事典」朝仓书店)、波长440nm时是影响最大的，波长越长影响越小，在红外领域基本没有影响了。对视网膜的损伤越大，对眼睛的刺激也就越大，眩目感越大，眼睛的疲劳感也越大。表I波長別の網膜への損傷度波長(ran)'網膜損傷度(比)
400O. 10'
4200.90.
440
权利要求1.光学空间滤波膜，是由均布在基板上的外表面具有高低差的许多个薄膜点状的微小图形所形成，所述点状的微小图形是按一定规律的重复间隔排列的、一祥大小的多边形或圆形所形成，其特征在于使光束通过这些图形和该图形周围的间隙时会产生光程差Δ λ。
2.如权利要求I所述的光学空间滤波膜，其特征在于，光程差△λ以及该微小图形的高低差Λ Ζ、基准波长λ ^要满足关系式(I)及⑵ η0是微小图形材料的折射率，m是I或者是2(1)0. 85πιλ。≥ I Λ λ I ≤ I. 15πιλ0 ;(2) Δ λ = m(n0-l) Δ Ζ。
3.如权利要求2所述的光学空间滤波膜，其特征在于，所述基准波长λ^、设定在亮视觉分光视感度的最大感度附近。
4.如权利要求3所述的光学空间滤波膜，其特征在于，微小图形的合计面积与该合计面积加周围所在単位的一定面积和所产生的一定的面积比，所形成的面积比Rs要满足以下的条件O. 35 ≤ Rs ≤ O. 75。
5.如权利要求4所述的光学空间滤波膜，其特征在于，所述微小图形的间隔P要满足以下关系式O.2mm < P < 2. 6mm。
6.如权利要求5所述的光学空间滤波膜，其特征在于，对于在440nm附近的刺激光，通过减低在视网膜上的光密度来减少刺激。
7.如权利要求5所述的光学空间滤波膜，其特征在于，所述光学空间滤波膜应用在太阳镜或包含太阳镜的其他镜片上时，置于外表面或里面都可以，所述光学空间滤波膜应用于隐形眼镜上时，应置于隐形眼镜的外表面。
8.如权利要求5所述的光学空间滤波膜，其特征在于，所述光学空间滤波膜应用于望远镜、瞄准器等光学仪器的镜片上时，并使置有光学空间滤波膜镜片的一面位于靠近眼睛的位置。
专利摘要本实用新型公开一种光学空间滤波膜，是由均布在基板外表面上的具有高低差的许多个薄膜点状的微小图形所形成，所述点状的微小图形是按一定规律的重复间隔排列的、一样大小的多边形或圆形所形成。其特征在于使光束通过这些图形和该图形周围的间隙时会产生光程差Δλ。本实用新型的光学空间滤波膜是为了在点光源上微小面积的高辉度光源的像，即在视野中微小面积的高辉度的可视光。在基准波长部分，确保在视网膜上成像分辨率不降低的前提下，而降低刺激光带部分在视网膜上的光密度。扩大刺激光在视网膜上的成像，使视网膜上的刺激光的模糊量增大，达到改善眼睛的疲劳的目的，为本实用新型的有益效果。
文档编号G02B5/28GK202486345SQ20122007657
公开日2012年10月10日 申请日期2012年3月2日 优先权日2012年3月2日
发明者中山国雄, 大矢进, 松冈和雄 申请人:上海晨超眼镜有限公司