一种自适应视力晶圆及眼镜镜片的制作方法

1.本实用新型涉及眼镜技术领域，具体而言，涉及一种自适应视力晶圆及眼镜镜片。


背景技术：

2.目前，眼镜的度数是一定的，不同的使用者需要根据自身的度数来定制，需要复杂的验光与定制过程，不适用于低成本、普适性、大批量生产。
3.为了能够让一个眼镜可以适用于不同度数的使用者，可以在镜片上规律地排列多个不同度数(焦距)的超透镜，形成自适应视力超透镜镜片；例如，不同度数的超透镜呈同心环的环状排列，且距离镜片中心越近，超透镜的度数越高。利用人脑的脑补能力以及视觉停留，使得不同度数的用户均能够透过该自适应视力超透镜镜片看清眼前的事物。
4.但是，由于超透镜及其阵列的加工使用光刻工艺加工，单次曝光区域(也称为reticle区域)的尺寸有限制(例如，一般约为26mm
×
33mm)，而日常使用的眼镜的尺寸(例如，一般约为40mm
×
55mm)要大于单次曝光区域的面积。所以，若要解决这样的问题，需采用拼版工艺，即将两个或多个整区域或部分区域进行拼接，对拼接误差有极高的要求，导致加工难度大，无法量产。
5.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
6.例如，上述的自适应视力超透镜镜片为实用新型人自主研发且未公开的镜片，将该自适应视力超透镜镜片记载于背景技术中，并不承认其为现有技术。


技术实现要素：

7.为解决自适应视力超透镜难以量产的问题，本实用新型实施例的目的在于提供一种自适应视力晶圆及眼镜镜片。
8.第一方面，本实用新型实施例提供了一种自适应视力晶圆，包括：透明基底和多种超透镜单元；
9.所述透明基底的尺寸不小于单次曝光区域的尺寸与单个眼镜镜片的尺寸中的较大值；
10.每种所述超透镜单元对应一种焦距，且每种所述超透镜单元所对应的超透镜单元数量为多个；
11.每种所述超透镜单元按照随机分布的方式设置在所述透明基底的至少一侧。
12.在一种可能的实现方式中，所述随机分布包括以所述超透镜单元的焦距作为随机变量的等概率随机分布；
13.或者，所述随机分布包括：以所述超透镜单元的焦距或度数作为随机变量的非等概率随机分布，且所述非等概率随机分布为凸型的随机分布。
14.在一种可能的实现方式中，所述透明基底的尺寸不小于m个自适应视力镜片的尺
寸之和，m≥2；
15.或者，所述透明基底的尺寸不小于n个单次曝光区域的尺寸之和，n≥2。
16.在一种可能的实现方式中，在所述透明基底的尺寸不小于n个单次曝光区域的尺寸之和的情况下，所述自适应视力晶圆中的所有单次曝光区域为满曝方式所确定的曝光区域。
17.在一种可能的实现方式中，单个所述眼镜镜片的尺寸为c
×
d，且满足：
18.min(a,c)
×
min(b,d)＞a
ml
×
n；
19.其中，所述单次曝光区域的尺寸为a
×
b，a
ml
表示单个所述超透镜单元的面积，n表示所述超透镜单元的种类数。
20.在一种可能的实现方式中，多个所述超透镜单元以密堆的形式设置在所述透明基底的至少一侧。
21.在一种可能的实现方式中，所述超透镜单元的形状为方形、六边形或扇环形。
22.在一种可能的实现方式中，任一所述超透镜单元的口径不大于最大口径，所述最大口径为基于具有最小焦距的超透镜单元在无色差的情况下所确定的口径。
23.在一种可能的实现方式中，所述最大口径满足：
[0024][0025]
其中，d
max
表示所述最大口径，δn
eff
表示所述超透镜单元对应的等效折射率区间，h表示所述超透镜单元中的纳米结构的高度，f
min
表示所述最小焦距。
[0026]
第二方面，本实用新型实施例还提供了一种眼镜镜片，所述眼镜镜片为从如上所述的自适应视力晶圆中切割出的眼镜镜片。
[0027]
本实用新型实施例上述第一方面提供的方案中，自适应视力晶圆以随机分布的方式设有多种不同焦距的超透镜单元，从该自适应视力晶圆中可以方便的切割出具有自适应视力功能的眼镜镜片，避免了拼版问题；且合理的切割方案可以有效利用整个自适应视力晶圆，能够提高利用率，降低成本，适合大批量生产。该自适应视力晶圆可以对透过的光实现不同的矫正效果，用户使用从该自适应视力晶圆中截取出的眼镜镜片时，利用用户大脑的脑补能力以及视觉停留效果，用户的眼睛可以自动寻找清晰位置，从而不同度数的用户均能透过该眼镜镜片清晰地看到眼前的事物。该自适应视力晶圆无需经过验光和定制镜片等过程，可满足不同度数(包括近视、远视)人群的需求，具有普适性；并且，超透镜单元具有结构简单、重量轻、成本低等优势，方便用户佩戴。
[0028]
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0029]
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]
图1示出了本实用新型实施例所提供的自适应视力晶圆的一种结构示意图；
[0031]
图2a示出了本实用新型实施例所提供的自适应视力晶圆中，超透镜单元的一种分布示意图；
[0032]
图2b示出了本实用新型实施例所提供的自适应视力晶圆中，超透镜单元的另一种分布示意图；
[0033]
图2c示出了本实用新型实施例所提供的自适应视力晶圆中，超透镜单元的再一种分布示意图；
[0034]
图3示出了本实用新型实施例所提供的自适应视力晶圆的俯视结构示意图；
[0035]
图4示出了本实用新型实施例所提供的超透镜单元的一种结构示意图；
[0036]
图5示出了本实用新型实施例所提供的自适应视力晶圆的切割示意图。
具体实施方式
[0037]
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0038]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0039]
在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0040]
本实用新型实施例提供一种自适应视力晶圆，用于制作具有自适应视力功能的眼镜镜片，该自适应视力晶圆上随机分布有多种不同度数的超透镜单元。参见图1所示，该自适应视力晶圆包括：透明基底10和多种超透镜单元20。其中，透明基底10的尺寸不小于单次曝光区域的尺寸与单个眼镜镜片的尺寸中的较大值；每种超透镜单元20对应一种焦距，且每种超透镜单元20所对应的超透镜单元数量为多个；每种超透镜单元20按照随机分布的方式设置在透明基底10的至少一侧。
[0041]
本实用新型实施例中，该自适应视力晶圆的主体结构由透镜基底10决定。该明基底10为至少对可见光透明的基底，其具体可以为玻璃、氧化硅等材质。该透明基底10的形状为该自适应视力晶圆的形状，一般情况下，该透明基底10为圆形。本领域技术人员可以理解，在晶圆可以为方形、六边形等非圆形的情况下，该透明基底10的形状也可以为非圆形，本实施例对透明基底10的形状不做限定。
[0042]
超透镜单元20分为多种，每种超透镜单元20对应一种焦距，即焦距与镜片度数之间为一一对应的关系；由于眼镜的度数等于它的焦距(以米为单位)的倒数乘100，故每种超透镜单元20也对应一种度数。其中，可以基于当前需求来确定需要哪些焦距的超透镜单元
20。例如，若该自适应视力晶圆需要100度、200度和300度的超透镜单元20，则需要三种超透镜单元20，每种超透镜单元20的焦距依次为1000mm、500mm、250mm。可选地，多种超透镜单元20的焦距的倒数(例如，度数、屈光度)呈等差数列。
[0043]
该自适应视力晶圆包含多种不同度数(焦距)的超透镜单元20，利用多种不同度数的超透镜单元20，能够实现自适应视力。具体地，每种超透镜单元20需要包含多个超透镜单元20，即每种超透镜单元20中超透镜单元数量为多个，所有的超透镜单元20设置在透明基底的一侧。例如，超透镜单元20之间互相不重叠。可选地，为了提高该自适应视力晶圆的视力矫正效果，多个超透镜单元20以密堆的形式设置在透明基底10的至少一侧。例如，超透镜单元20的形状可以为方形、六边形或扇环形，以能够实现密堆积排列。图1以超透镜单元20为方形为例示出。或者，参见图2a所示，多个方形的超透镜单元20实现密堆积；参见图2b所示，多个六边形的超透镜单元20实现密堆积；参见图2c所示，多个扇环形的超透镜单元20实现密堆积。
[0044]
为了能够从该自适应视力晶圆中切割出所需的具有自适应视力功能的眼镜镜片，该自适应视力晶圆的尺寸(例如，面积)至少不小于单个该眼镜镜片的尺寸，即至少能够切割出一个眼镜镜片；并且，为了有效利用曝光区域，该自适应视力晶圆的尺寸也不小于单次曝光区域的尺寸。因此，该自适应视力晶圆或者透明基底10的尺寸，不小于单次曝光区域的尺寸与单个眼镜镜片的尺寸中的较大值。例如，透明基底10的面积s不小于单次曝光区域的面积s1与单个眼镜镜片的面积s2中的较大值，即s≥max(s1,s2)。
[0045]
并且，为了方便从该自适应视力晶圆中切割出具有自适应视力功能的眼镜镜片，该自适应视力晶圆中的超透镜单元20按照随机分布的方式设置在透明基底10上。参见图3所示，图3为一种自适应视力晶圆的俯视图，其包括八种超透镜单元20(图3以超透镜单元20的形状是圆形为例示出)，以标号1、2、
…
、8分别表示一种超透镜单元20，即所有的超透镜单元1具有一种焦距，所有的超透镜单元2具有另一种焦距
……
以此类推。如图3所示，以区域200表示单个眼镜镜片的尺寸，则在超透镜单元20随机分布的自适应视力晶圆中随意切割出一个区域200，则可得到一个眼镜镜片；并且，该眼镜镜片中超透镜单元20也是随机分布的，故可以实现自适应视力功能。
[0046]
其中，当该自适应视力晶圆用于制作远视的眼镜镜片时，超透镜单元20类似于凸透镜，其焦距为正值，度数也为正值；当该自适应视力晶圆用于制作近视的眼镜镜片时，超透镜单元20类似于凹透镜，其焦距为负值，度数也为负值。
[0047]
本实用新型实施例提供的自适应视力晶圆，其以随机分布的方式设有多种不同焦距的超透镜单元20，从该自适应视力晶圆中可以方便的切割出具有自适应视力功能的眼镜镜片，避免了拼版问题；且合理的切割方案可以有效利用整个自适应视力晶圆，能够提高利用率，降低成本，适合大批量生产。该自适应视力晶圆可以对透过的光实现不同的矫正效果，用户使用从该自适应视力晶圆中截取出的眼镜镜片时，利用用户大脑的脑补能力以及视觉停留效果，用户的眼睛可以自动寻找清晰位置，从而不同度数的用户均能透过该眼镜镜片清晰地看到眼前的事物。该自适应视力晶圆无需经过验光和定制镜片等过程，可满足不同度数(包括近视、远视)人群的需求，具有普适性；并且，超透镜单元20具有结构简单、重量轻、成本低等优势，方便用户佩戴。
[0048]
可选地，透明基底10的尺寸不小于m个自适应视力镜片的尺寸之和，m≥2；或者，透
明基底10的尺寸不小于n个单次曝光区域的尺寸之和，n≥2。即，该自适应视力晶圆经过多次曝光，且能够被切割出多个眼镜镜片。此外可选地，在透明基底10的尺寸不小于n个单次曝光区域的尺寸之和的情况下，自适应视力晶圆中的所有单次曝光区域为满曝方式所确定的曝光区域，即相邻的两个单次曝光区域之间不存在缝隙，以能够实现满曝。
[0049]
参见图3所示，单次满曝区域100的尺寸为a
×
b，单个眼镜镜片的尺寸为c
×
d。在制作该自适应视力晶圆时，需要经过多次曝光，每次曝光的区域大小为a
×
b，并通过无缝衔接曝光区域的方式实现满曝，从而能够得到超透镜单元20铺满整个透明基底10的自适应视力晶圆。之后，即可基于该自适应视力晶圆的尺寸设计切割方案，以能够切割出更多的眼镜镜片。
[0050]
此外可选地，为保证单个眼镜镜片中能够具有所有种类的超透镜单元20，本实用新型实施例中，单个眼镜镜片的尺寸为c
×
d，且满足以下约束条件：
[0051]
min(a,c)
×
min(b,d)＞a
ml
×nꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0052]
其中，单次曝光区域的尺寸为a
×
b，a
ml
表示单个超透镜单元20的面积，n表示超透镜单元20的种类数。
[0053]
本实用新型实施例中，上述约束条件能够尽可能保证眼镜镜片涵盖全度数的概率，使得单个眼镜镜片中具有所有种类的超透镜单元20。一般情况下，单个的眼镜镜片中包含约100个甚至更多个超透镜单元20，其远远多于超透镜单元20的种类数，可以满足上述约束条件。
[0054]
可选地，该随机分布包括以超透镜单元20的焦距作为随机变量的等概率随机分布。即，在自适应视力晶圆的任意位置，选用哪种超透镜单元20的概率是相同的。例如，每种超透镜单元20所包含的超透镜单元20的数量是相同的，所有的超透镜单元20随机分布在透明基底10的一侧。例如，该自适应视力晶圆需要10种不同焦距的超透镜单元20，且超透镜单元20的总数量为1000个，则每种超透镜单元20可以选用100个，通过随机排列的方式设置生成该自适应视力透镜。
[0055]
或者，该随机分布包括：以超透镜单元20的焦距或度数作为随机变量的非等概率随机分布，且非等概率随机分布为凸型的随机分布。
[0056]
本实用新型实施例中，不同种的超透镜单元20的分布概率不同，例如，不同种的超透镜单元20的数量可以是不同的。本实用新型实施例提供的自适应视力晶圆能够制作适用于一定度数范围内的用户使用的眼镜镜片，该度数范围的具体数值与自适应视力晶圆所选用的超透镜单元20的焦距有关，而用户选用不同度数范围的眼镜镜片时，更容易选用该度数范围的中间值与自身度数相匹配的眼镜镜片。例如，自适应视力晶圆的度数范围为200度～400度，由该自适应视力晶圆切割得到的眼镜镜片的度数范围也为200度～400度，则该自适应视力晶圆更易被度数为300度的用户使用。为了提高对用户的视力矫正效果，超透镜单元20所按照的非等概率随机分布为凸型的随机分布，该随机分布为中间高、两边低的分布，即，中间的焦距或度数具有更高的概率。例如，该非等概率随机分布具体可以为高斯分布、泊松分布等。
[0057]
其中，该非等概率随机分布的随机变量可以为焦距，也可以为度数，一般情况下可以以度数作为随机变量实现所有超透镜单元20的非等概率随机分布。该自适应视力晶圆以随机分布的方式分布所有的超透镜单元20，更有利于人眼自动寻找清晰位置，更适用于不
同度数的人群。
[0058]
与衍射透镜类似，超透镜存在较大色差(相比于折射透镜)，故自适应视力晶圆中所用的超透镜单元20的色差需要矫正。本实用新型实施例中，基于具有最小焦距的超透镜单元20来确定无色差的超透镜单元20的最大口径，且任一超透镜单元20的口径均不大于该最大口径，可以使得超透镜单元20的口径尽可能大、且无色差(能够无色差聚焦)，能够获得更清晰的像质。其中，超透镜单元20的口径指的是超透镜单元20的外围尺寸；例如，若超透镜单元20为圆形，则口径为直径，若超透镜单元20为方形或六边形等，则口径可以为超透镜单元20的外接圆直径。
[0059]
可选地，超透镜单元20包含多个周期排列的纳米结构，可以从无色差库中选取合适的纳米结构来设计超透镜单元20。在超透镜单元20无色差的情况下，该超透镜单元20对应的等效折射率区间δn
eff
(无色差库中纳米结构的最大等效折射率与最小等效折射率之间的差值)与超透镜单元20的口径d的最大值dm之间的关系满足下式(2)，即超透镜单元20的口径小于该最大值dm时，该超透镜单元20能够色差校正。
[0060][0061]
其中，h表示超透镜单元20中的纳米结构201的高度，f表示该超透镜单元20的焦距。
[0062]
在无色差库确定后，等效折射率区间δn
eff
为定值；由上式(2)可知，超透镜单元20的焦距f越小，其口径的最大值dm也越小。由于自适应视力晶圆包含多种不同焦距的超透镜单元20，若每种自适应视力晶圆均按照各自的标准选用较大口径，会导致不同种类的超透镜单元20大小不一，难以排列，例如难以做到密堆积排列，影响使用效果。本实施例设置所有超透镜单元20均不能超过的最大口径，能够使得所有超透镜单元20的口径尽可能大，且超透镜单元20大小能够统一，方便排列，例如方便实现密堆积排列。
[0063]
具体的，本实施例将具有最小焦距fmin的超透镜单元20的口径的最大值dm作为该自适应视力晶圆所需的最大口径dmax。由上式(2)可得，该最大口径d
max
满足：
[0064][0065]
其中，d
max
表示最大口径，δn
eff
表示超透镜单元20对应的等效折射率区间，h表示超透镜单元20中的纳米结构201的高度，f
min
表示最小焦距。
[0066]
例如，自适应视力晶圆适用的度数范围为200～400度，且该自适应视力晶圆包含五种超透镜单元20，且五种超透镜单元分别对应200度、250度、300度、350度、400度，具有最小焦距的超透镜单元20为对应400度的超透镜单元20，且最小焦距f
min
＝250mm。若等效折射率区间δn
eff
＝0.65，纳米结构的高度为1200nm，基于上式(3)可得，该最大口径d
max
＝1.25mm，即每个超透镜单元20的口径不大于1.25mm。例如，所有超透镜单元20的口径相同，且均为1.25mm。基于最小焦距的超透镜单元20确定最大口径，并约束所有的超透镜单元20的口径均不大于该最大口径，可以在保证无色差的情况所有超透镜单元20的口径尽可能大，以能够获得更清晰的像质；并且，超透镜单元20大小能够统一，方便实现密堆积排列。
[0067]
可选地，由于该自适应视力晶圆所制作的眼镜镜片主要用于透过自然光，该超透
镜单元20中的纳米结构201采用偏振不相关结构。例如，该纳米结构201包括：纳米柱结构、中空纳米柱结构、纳米孔结构、纳米环孔结构、纳米方柱结构、方纳米孔结构、纳米方环结构、纳米方环孔结构中的至少一种。通过不同结构类型的纳米结构以及占空比，可以调节色散。
[0068]
该纳米结构可以是全介质结构单元，在可见光波段具有高透过率，可选的材料包括：氧化钛、氮化硅、熔融石英、氧化铝、氮化镓、磷化镓、氢化非晶硅等。其中，纳米结构呈阵列排布。由于超透镜单元20包含多个纳米结构201，为了能够减少纳米结构的数量，降低成本，参见图4所示，该超透镜单元20中的纳米结构201呈六边形阵列排布，且纳米结构201位于六边形阵列的中心位置和/或顶点位置。图4以六边形阵列的中心位置以及所有的顶点位置均设有纳米结构201为例示出。
[0069]
基于同样的实用新型构思，本实用新型实施例还提供一种眼镜镜片，该眼镜镜片为从上述任意一项实施例提供的自适应视力晶圆中切割出的眼镜镜片。
[0070]
下面通过一个实施例详细介绍该自适应视力晶圆的结构。
[0071]
本实用新型实施例中，自适应视力晶圆用于切割制作出125度至300度、度数间隔为25度的近视眼镜镜片。由此需求可知，需要的超透镜单元20的种类数n为8。本实施例中，透明基底10选用石英玻璃，任意单个超透镜单元20，其纳米结构选择氮化硅，纳米结构高度为1200nm，周期为400nm，最小线宽为60nm，纳米结构类型包括纳米柱、中空纳米柱和纳米孔。
[0072]
考虑到色差矫正，根据纳米结构的有效折射率区间、最大度数、纳米结构高度，基于上式(2)得到色差矫正最大半径为1.5mm。超透镜单元20的排布为正四边形、按均分分布概率排布。reticle区域(曝光区域)的大小为25mm
×
32mm，单个reticle区域里约放置超透镜的数量为88个。选用石英玻璃晶圆的直径为150mm。眼镜镜片的设计大小为40mm
×
55mm，得到无重复区域的面积a
eff
为800mm2，所以得到无重复区域的面积a
eff
要大于单个超透镜的面积a
ml
乘以全部度数超透镜单元的种类n。最终得到的超透镜晶圆和一种切割方案如图5所示；图5中以超透镜单元20为圆形为例示出，以不同的图案表示不同种类的超透镜单元20。从中可以切割出6个眼镜镜片，取其中任意两片眼镜镜片即可得到自适应视力眼镜。
[0073]
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换的技术方案，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。