一种基于3D打印支撑柱的双屈光度眼镜的制造方法与流程

本发明涉及双屈光度眼镜制造领域，特别是涉及一种基于3d打印支撑柱的双屈光度眼镜的制造方法。

背景技术：

在矫正视力的案例中，经常需要一副眼镜具有两种矫正度数。例如老人或老花眼用户近看报纸时，需要用老花镜(凸透镜)观看，当看远处景物时，需要用平光镜观看。又例如，在青少年假性近视中，也需要两个度数的眼镜，避免近视度数加深并矫正视力，用户可以自行调整眼镜的度数，适应不同场景的需求。

现有技术中，存在一种双光镜片(或称双焦点镜片)，它将两种不同屈光力磨在同一镜片上，成为两个区域的镜片，如图2所示。其不足之处在于：它是将一个镜片分为两个区域，造成了眼镜不同区域有明显间隔、外表不美观，有棱镜性跳跃现象，上下楼会头晕等问题；同时，需要一直手抬拿眼镜框来改变焦点，操作不便。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于3d打印支撑柱的双屈光度眼镜的制造方法。旨在实现眼镜镜片两种屈光度的可切换调节，解决现有技术双光镜片的不同区域有明显间隔、外表不美观，有棱镜性跳跃现象，上下楼会头晕等问题。同时，本发明采用3d打印支撑柱、边框胶，方便验光师利用毛胚镜片自行配眼镜，无需眼镜厂生产，提高双屈光度镜片的制造效率。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于3d打印支撑柱的双屈光度眼镜的制造方法，所述双屈光眼镜包括镜架和双屈光度镜片；所述双屈光度镜片从人眼观看方向依次包括第一镜片基板、第一电极层、第一配向层、液晶层、第二配向层、第二电极层、第二镜片基板；所述第一镜片基板和第二镜片基板之间设置有若干个支撑柱、所述液晶层四周设置有贴合边框；其特征在于，所述双屈光度镜片可以切换为第一屈光度和第二屈光度，所述制造方法包括如下步骤：

s1、通过镀膜工艺，在第一镜片毛胚和第二镜片毛胚上分别镀设第一电极和第二电极；

s2、通过版酮压印配向液，并经烘烤，在所述第一镜片毛胚和第二镜片毛胚上形成高分子聚合物配向膜，通过紫外光照射配置所述配向膜的配向方向；

s3、根据待配镜片的参数，确定采用液晶的双折射率差δn、第一毛胚和第二毛胚，并在所述第一镜片毛胚和第二镜片毛胚中选择或切割出合适的第一镜片基板、第二镜片基板；所述参数包括双眼瞳距参数、第一屈光度、第二屈光度以及镜框参数；

s4、生成支撑柱3d打印参数，在所述第一镜片基板或第二镜片基板上3d打印支撑柱，对所述支撑柱进行固化处理；生成所述贴合边框3d打印参数，在所述第一镜片基板或第二镜片基板上3d打印边框胶，对所述边框胶进行预固化处理；所述3d打印参数包括所述支撑柱位置和高度，所述贴合边框3d打印参数包括所述边框胶位置和高度，所述支撑柱高度与所述支撑柱所在位置的液晶层厚度相对应；

s5、将所述第一镜片基板、第二镜片基板设置于真空腔内，在所述第一镜片基板或第二镜片基板上滴注一定量的液晶，将所述第一镜片基板与所述第二镜片基板贴合，所述液晶恰好填充由第一镜片基板、第二镜片基板以及贴合边框构成的所述液晶层；

s6、对所述边框胶进行固化，形成双屈光度镜片；

s7、将所述双屈光度镜片安装于所述镜架上。

在该技术方案中，利用液晶双折射原理，制造双屈光度眼镜，实现液晶两种屈光度可切换，并且眼镜的不同区域无间隔、外表美观，无棱镜性跳跃现象，上下楼不会头晕。同时，本发明用于假性近视矫正，可以使用户观察远处景物时切换到高度数眼镜，观察近处景物时切换的低度数眼镜，以改善用户视力。此外，采用3d打印支撑柱和边框胶，无需光刻技术或印刷技术，使得步骤s3-s7均可以在眼镜店里进行，验光师通过对毛胚进行加工成眼镜，而无需在眼镜工厂加工，提高配眼镜效率；

在该技术方案中，采用光配向生成配向层，保证各个区域配向层一致性良好，提高整个眼镜的光学成像效果。通过第一屈光度和第二屈光度之间的差值，确定液晶双折射率差δn、第一毛胚和第二毛胚，以达到眼镜的双屈光度差的确定。由于支撑柱高度与支撑柱所在位置的液晶层厚度相对应，故而根据液晶层信息，生成支撑柱的3d打印参数。通过固化，提高眼镜的稳定性。

进一步而言，在所述步骤s2中，所述第一配向层和第二配向层是采用光配向获得，所述液晶层采用负性液晶；当所述双屈光度镜片处于第一状态，所述负性液晶沿所述配向方向排列；当所述双屈光度镜片处于第二状态，所述负性液晶沿电场排列。

在该技术方案中，采用光配向和负性液晶，提高眼镜各个区域的一致性，避免摩擦配向的各个区域损伤造成不一致。同时，在电场下实现了液晶两个折射率的切换。

进一步而言，在所述步骤s2中，所述配向方向为沿双屈光镜片主光轴方向。

在该技术方案中，配向方向采用沿双屈光镜片主光轴方向，其有益效果在于紫外曝光角度为从主光轴正方向照射至基板，只需一个平行光源，曝光效率高、速度快。

进一步而言，在所述步骤s2中，所述配向方向为沿所述第一镜片基板或第二镜片基板径向方向。

在该技术方案中，配向方向是沿基板的径向方向，其有益之处在于，各个视角的成像效果好。

进一步而言，所述贴合边框与所述第一镜片基板边缘留有间距，所述贴合边框与所述第二镜片基板边缘留有间距，并形成以所述贴合边框、第一镜片基板、第二镜片基板构成的安装槽，所述安装槽用于将所述双屈光度镜片安装于所述眼镜的镜框上。

在该技术方案中，贴合边框和基板边缘之间留有间隙，用于将镜片安装在镜框上，包括将镜片安装在半框眼镜的拉线上。无需验光师再次开设一个用于安装镜片的凹槽，简化镜片装配的工艺。

进一步而言，所述步骤s6包括：将所述步骤s5获得的双屈光度镜片设置于紫外灯下，用遮光罩遮挡所述双屈光度镜片的液晶区域，对所述边框胶进行紫外曝光；所述边框胶在紫外灯照射下可发生固化。

在该技术方案中，采用紫外光固化，避免热固化液晶膨胀影响液晶活性以及盒厚。利用遮光罩避免紫外光照射液晶，造成液晶效果变差。

进一步而言，所述液晶层的两个界面中至少一个界面为弧形结构；所述双屈光度镜片用于矫正视力，所述双屈光度镜片在第一状态和第二状态之间的双屈光度差

所述ns1为第一状态下的液晶层折射率，所述ns2为第二状态下的液晶层折射率，所述ns1≠ns2，且所述r1为液晶层第一界面的主光轴的曲率半径，r2为液晶层第二界面的主光轴的曲率半径，所述r1＞0，所述r2＞0；若所述液晶层的第一界面为凹面，则所述α＝-1；若所述液晶层的第一界面为平面，则所述α＝0；若所述液晶层的第一界面为凸面，则所述α＝1；若所述液晶层的第二界面为凹面，则所述β＝-1；若所述液晶层的第二界面为平面，则所述β＝0；若所述液晶层的第二界面为凸面，则所述β＝1。

在该技术方案中，使得双屈光度差不为零，经液晶偏转角切换即可使眼镜屈光度发生切换。在该技术方案中，给出了双屈光度差液晶双折射率、第一界面曲率半径和第二界面曲率半径关系，方便用户确定第一镜片毛胚和第二镜片毛胚的参数，求解速度快，求解精度高。

进一步而言，所述步骤s3包括：

s31、根据待配镜片的双屈光度差确定采用液晶的双折射率差δn，并根据求解所述液晶层的第一曲率半径r1和第二曲率半径r2；

s32、求解所述液晶层的第一屈光度和第二屈光度所述第一屈光度满足第二屈光度满足

s33、根据所述待配镜片总屈光度及液晶层的屈光度，确定第一镜片基板和第二镜片基板的屈光度，并选择第一镜片毛胚和第二镜片毛胚。

在该技术方案中，验光师根据用户对待配眼镜的需求，即待配镜片的双屈光度差确定液晶层参数，并进一步选取合适的镜片毛胚。镜片毛胚从眼镜厂加工若干种型号，验光师直接选择即可。采用这种方式选择镜片毛胚，一方面便于批量生产，另一方面也同时符合大部分用户的待配镜片的需求，也提高了配眼镜的效率。

进一步而言，在所述步骤s4中，各个所述支撑柱高度di满足

所述d0为主光轴方向上的液晶层厚度，θi1为支撑柱摆放位置与主光轴的夹角。

在该技术方案中，对支撑柱高度进行设定，一方面支撑起第一镜片基板和第二镜片基板之间的空间，形成液晶层，有效的实现双屈光度；另一方面通过不同位置设定合理的高度，保证各个位置的均能得到良好的矫正视力效果。

进一步而言，所述第一镜片毛胚还用于抛光并调整所述双屈光度镜片的第一屈光度值；所述第二镜片毛胚的第五界面的主光轴曲率半径r5和第六界面的主光轴曲率半径r6相等。

在该技术方案中，可通过对第一镜片毛胚还用于抛光，并调整屈光度，实现对眼镜度数的微调，以便更精确的矫正视力。同时，在该技术方案中，第二镜片毛胚的第五界面的主光轴曲率半径r5和第六界面的主光轴曲率半径r6相等，即第二镜片毛胚的屈光度为零，此时，第二镜片基板只起到一个形成液晶层空间的作用，不对光进行折射，而液晶层和第一镜片基板实现了屈光作用，其有益效果在于，简化第二镜片基板的加工成本。

本发明的有益效果是：本发明利用液晶双折射原理，制造双屈光度眼镜，实现液晶两种屈光度可切换，并且眼镜的不同区域无间隔、外表美观，无棱镜性跳跃现象。同时，本发明用于假性近视矫正，可以使用户观察远处景物时切换到高度数眼镜，观察近处景物时切换的低度数眼镜，以改善用户视力。步骤s3-s7均可以在眼镜店里进行，验光师通过对毛胚进行加工成眼镜，而无需在眼镜工厂加工，提高配眼镜效率。此外，贴合边框和基板边缘之间留有间隙，便于将镜片安装在镜框上。

附图说明

图1是本发明一具体实施例的流程示意图；

图2是现有技术中的一种双光镜片结构示意图；

图3是本发明一具体实施例的结构示意图；

图4是本发明一具体实施例中的液晶配向结构示意图；

图5是本发明另一具体实施例中的液晶配向结构示意图；

图6是本发明一具体实施例中的液晶在电场作用下的结构示意图；

图7是本发明一具体实施例中的镜片几何参数示意图；

图8是本发明另一具体实施例中的镜片几何参数示意图。

具体实施方式

本发明可以实现双光老花镜、双光近视眼镜，眼镜镜片表面光滑，无现有技术镜片的棱镜性跳跃现象，外表美观等优点，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1-8所示，在本发明第一实施例中，公开一种基于3d打印支撑柱109的双屈光度眼镜的制造方法，所述双屈光眼镜包括镜架和双屈光度镜片；所述双屈光度镜片从人眼观看方向依次包括第一镜片基板101、第一电极102层、第一配向层103、液晶层104、第二配向层105、第二电极106层、第二镜片基板107；所述第一镜片基板101和第二镜片基板107之间设置有若干个支撑柱109、所述液晶层104四周设置有贴合边框108；所述双屈光度镜片可以切换为第一屈光度和第二屈光度，所述制造方法包括如下步骤：

s1、通过镀膜工艺，在第一镜片毛胚和第二镜片毛胚上分别镀设第一电极102和第二电极106；

s2、通过版酮压印配向液，并经烘烤，在所述第一镜片毛胚和第二镜片毛胚上形成高分子聚合物配向膜，通过紫外光照射配置所述配向膜的配向方向；

s3、根据待配镜片的参数，确定采用液晶的双折射率差δn、第一毛胚和第二毛胚，并在所述第一镜片毛胚和第二镜片毛胚中选择或切割出合适的第一镜片基板101、第二镜片基板107；所述参数包括双眼瞳距参数、第一屈光度、第二屈光度以及镜框参数；

s4、生成支撑柱1093d打印参数，在所述第一镜片基板101或第二镜片基板107上3d打印支撑柱109，对所述支撑柱109进行固化处理；生成所述贴合边框1083d打印参数，在所述第一镜片基板101或第二镜片基板107上3d打印边框胶，对所述边框胶进行预固化处理；所述3d打印参数包括所述支撑柱109位置和高度，所述贴合边框1083d打印参数包括所述边框胶位置和高度，所述支撑柱109高度与所述支撑柱109所在位置的液晶层104厚度相对应；

s5、将所述第一镜片基板101、第二镜片基板107设置于真空腔内，在所述第一镜片基板101或第二镜片基板107上滴注一定量的液晶，将所述第一镜片基板101与所述第二镜片基板107贴合，所述液晶恰好填充由第一镜片基板101、第二镜片基板107以及贴合边框108构成的所述液晶层104；

s6、对所述边框胶进行固化，形成双屈光度镜片；

s7、将所述双屈光度镜片安装于所述镜架上。

值得一提的是，在本实施例中，步骤s3-s7可以在眼镜厂加工，也可以在眼镜店直接由验光师加工制作成眼镜。眼镜店只需要配备3d打印机以及液晶灌装机就可以自行配置眼镜，提高配眼镜的效率和速度。

在所述步骤s2中，所述第一配向层103和第二配向层105是采用光配向获得，所述液晶层104采用负性液晶；当所述双屈光度镜片处于第一状态，所述负性液晶沿所述配向方向排列；当所述双屈光度镜片处于第二状态，所述负性液晶沿电场排列，如图6所示。

在本实施例中，在所述步骤s2中，所述配向方向为沿双屈光镜片主光轴方向。如图4所示，为本实施例中，配向方向为沿双屈光镜片主光轴方向，液晶在配向层影响下，呈竖向排布。

值得一提的是，如图5所示，在本发明另一实施例中，在所述步骤s2中，所述配向方向为沿所述第一镜片基板101径向方向，液晶在配向层作用下，沿第一镜片基板101径向排布。在另一实施例中，配向方向沿第二镜片基板107的径向方向排布。

如图3所示，在本实施例中，所述贴合边框108与所述第一镜片基板101边缘留有间距，所述贴合边框108与所述第二镜片基板107边缘留有间距，并形成以所述贴合边框108、第一镜片基板101、第二镜片基板107构成的安装槽，所述安装槽用于将所述双屈光度镜片安装于所述眼镜的镜框上。

在本实施例中，步骤s6包括：将所述步骤s5获得的双屈光度镜片设置于紫外灯下，用遮光罩遮挡所述双屈光度镜片的液晶区域，对所述边框胶进行紫外曝光；所述边框胶在紫外灯照射下可发生固化。

值得一提的是，液晶的滴注量实际上与液晶层104的体积相一致，即液晶量的计算是根据第一镜片基板101和第二镜片基板107之间形成的液晶层104空间的体积确定的在本实施例中，首先根据液晶层104的设计参数，获得液晶层104体积，通过液晶的密度，换算出滴注液晶的质量，然后再控制设备滴注液晶。

在本实施例中，液晶层104的两个界面中至少一个界面为弧形结构；所述双屈光度镜片用于矫正视力，所述双屈光度镜片在第一状态和第二状态之间的双屈光度差

所述ns1为第一状态下的液晶层104折射率，所述ns2为第二状态下的液晶层104折射率，所述ns1≠ns2，且所述r1为液晶层104第一界面的主光轴的曲率半径，r2为液晶层104第二界面的主光轴的曲率半径，所述r1＞0，所述r2＞0；若所述液晶层104的第一界面为凹面，则所述α＝-1；若所述液晶层104的第一界面为平面，则所述α＝0；若所述液晶层104的第一界面为凸面，则所述α＝1；若所述液晶层104的第二界面为凹面，则所述β＝-1；若所述液晶层104的第二界面为平面，则所述β＝0；若所述液晶层104的第二界面为凸面，则所述β＝1。

在本实施例中，步骤s3包括：

s31、根据待配镜片的双屈光度差确定采用液晶的双折射率差δn，并根据求解所述液晶层104的第一曲率半径r1和第二曲率半径r2；

s32、求解所述液晶层104的第一屈光度和第二屈光度所述第一屈光度满足第二屈光度满足

s33、根据所述待配镜片总屈光度及液晶层104的屈光度，确定第一镜片基板101和第二镜片基板107的屈光度，并选择第一镜片毛胚和第二镜片毛胚。

值得一提的是，在实际生产中，眼镜厂会生产出若干型号的镜片毛胚，这些镜片毛胚具有不同的屈光度，镜片毛胚的两侧界面的曲率半径也不相同，以便验光师选配。故而，选择镜片毛胚实质也就是选择眼镜各个层的曲率半径，可以有公式推导。

此外，在本实施例中，在所述步骤s4中，各个所述支撑柱109高度di满足

所述d0为主光轴方向上的液晶层104厚度，θi1为支撑柱109摆放位置与主光轴的夹角。

在可选的实施例中，第一镜片毛胚和第二镜片毛胚都可以用于抛光并调整镜片度数，并且，第一镜片毛胚的两侧曲率半径可以相等，第二镜片毛胚的两侧曲率半径可以相等，并由液晶层104作为作业的屈光部件。即第一镜片和第二镜片的两个界面曲率半径相等，第一镜片和第二镜片不对光进行折射，屈光度为0，而只有液晶层104具有屈光度。

优选地，在本实施例中，第一镜片毛胚还用于抛光并调整所述双屈光度镜片的第一屈光度值；所述第二镜片毛胚的第五界面的主光轴曲率半径r5和第六界面的主光轴曲率半径r6相等。

下面以具体配眼镜示例进行说明。

示例1，如图7所示，用户需配备常态度数为200度、第二状态度数为150度的近视眼镜，即第一屈光度为-2d，第二屈光度为-1.5d，双屈光度差为-0.5d。图中，自下而上分别为第一镜片基板101、液晶层104、第二镜片基板107。其中，第一镜片基板101下表面还有用抛光微调镜片度数，第二镜片基板107的上下界面曲率半径相同，屈光度为0。

液晶层104的光学结构，选用凹凸镜形式，α＝-1，β＝1；由于液晶材料选定之后，液晶的双折射率及双折射率差就确定了，假定，液晶的第一折射率为1.8，第二折射率为1.3，第二曲率半径根据可得r2＝0.5m。

根据求得液晶层104的第一状态屈光度

根据求得液晶层104的第二状态屈光度

根据求得第一镜片基板101的屈光度即需要选取屈光度为-1.0d的第二镜片基板107，并对第二镜片基板107的下表面进行抛光处理，以便调整度数。

关于支撑柱109参数问题，如图7所示，根据几何关系可得，各个区域的支撑柱109高度其中，d0根据验光师经验进行设定，一般取值范围为50μm-100μm。值得一提的是，在本示例中，液晶层104第一界面为凹形，α＝-1，第二界面为凸形，β＝1，实际上，支撑柱109高度

示例2，如图8所示，用户需配备常态度数为100度、第二状态度数为50度的老花眼镜，即第一屈光度为+1d，第二屈光度为+0.5d，双屈光度差为0.5d。图中，自下而上分别为第一镜片基板101、液晶层104、第二镜片基板107。其中，第一镜片基板101下表面还有用抛光微调镜片度数，第二镜片基板107的上下界面曲率半径相同，屈光度为0。

液晶层104的光学结构，选用双凸镜形式，α＝1，β＝1；采用由于液晶材料选定之后，液晶的双折射率及双折射率差就确定了，假定，液晶的第一折射率为1.8，第二折射率为1.3，第二曲率半径根据可得

根据求得液晶层104的第一状态屈光度

根据求得液晶层104的第二状态屈光度

根据求得第一镜片基板101的屈光度即需要选择屈光度+0.5d的镜片毛胚，并进行抛光处理，调整屈光度为+0.2d。

关于支撑柱109参数问题，如图8所示，根据几何关系可得，各个区域的支撑柱109高度其中，d0根据验光师经验进行设定，一般取值范围为50μm-100μm。值得一提的是，在本示例中，液晶层104第一界面为凸形，α＝1，第二界面为凸形，β＝1，实际上，支撑柱109高度值得一提的是，在双屈光度眼镜的屈光度差满足要求，在本发明中，液晶层的厚度比传统的液晶显示器的支撑柱要高(10倍)，如果先做支撑柱工艺再做配向层工艺，则会影响配向层的配向，故而，在本实施例中，先制造配向层再制造支撑柱。

本发明的工作原理：在电极没有施加电压，在配向层作用下，液晶发生偏转，镜片的屈光度为第一屈光度；在电极施加电压情况下，受电场影响，液晶发生偏转，镜片的屈光度为第二屈光度。当然，本发明提供的双屈光眼镜可以在眼镜上设置开关，用户自己调整。也可以设置测距电路，检测物距，眼镜自身调整双屈光度。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。