用于視力調節的多焦點光學元件的專利技術綜述

沈婷婷

摘要：本文分析了用于視力調節的多焦點光學元件的技術在國內外的概況，梳理了相關技術的發展趨勢以及技術演進過程，分析了今后發展方向。隨著年齡的增加，中老年產生“老花”是無法回避的現象，具有單焦點的透鏡是人們最早用來矯正“老花”的方法。

關鍵詞：多焦點，視力，綜述

中圖分類號： R778 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）06（b）-0000-00

一般輕度老花應用單光鏡即可矯正，但是對于中度或重度老花眼來說，如果佩戴單光透鏡可以看清近處物體，那么此單光透鏡會使遠處物體成像在視網膜前方位置，導致看遠處物體時模糊。因此要完全矯正老花眼，必須要滿足看近處物體時的屈光要求，又要滿足看遠處物體時的屈光要求，采用具有多個焦點的光學元件是解決這個問題的方法之一。

1.國內外相關專利申請概況

圖1 圖2 圖3

如圖1所示，關于用于視力調節的多焦點光學元件在全球的申請量總體呈上升趨勢，在1996-2012年間出現了專利申請量的快速增長，而通過統計國內年度申請量，參見圖2，可以看出，專利申請量在1996-2012年間出現的快速增長，主要得益于中國申請量的快速增長，說明在應用于視力調節的多焦點光學元件在國內呈現了應用熱潮，國內眼鏡市場開始由單一的傳統的單光鏡向多焦點元件發展。從圖3中可以看出用于視力調節的多焦點元件以復光鏡占主導地位，而帶有流體的元件以及衍射元件雖然研究一直未曾停止，但是一直未有長足的發展。

從1784年，美國人本杰明·富蘭克林把兩個透鏡一塊裝在同一個眼鏡框上，制造出了第一副雙光眼鏡開始，在很長一段時期內人們都只致力于拼接方法，位置，框架結構，以及焦點個數的研究，直到1953年由法國依視路公司的前身“Societe des Lunetiers”公司的年輕工程師B Maitenaz提出了第一個專利，在理論上提出了漸進鏡片的設計和研磨方法，在1954年研磨出了屈光度由上而下逐漸變化的漸進鏡片。漸進多焦點鏡片自上世紀80年代以后，在歐美及大洋洲地區的35周歲以上人群中流行起來，而在國內單光眼鏡一直占據主導地位，復光鏡幾乎無人使用，但在國內近20年來由于社會的高速發展，各種電子產品的普及以及對文化教育的重視，老花眼，近視眼成為了大部分人都存在的疾病，國外公司開始重視中國市場，從圖3可以看出自1996年至2012年復光鏡的申請量明顯上升，而參看圖1，2，可以得出這一申請量的上升得益于相關專利在中國申請量的上升，對1996年至2013年國內申請量做統計分析，發現國內專利申請的申請人為國外申請人的占申請總量的87%，這足以看出國外公司想要快速搶占中國市場，對剩余的國內申請人做統計分析，發現很多是零散的個人申請，且處在雙光鏡和三光鏡的復合類以及拼接類的研究中，且很多為實用新型專利。僅有部分高校以及醫學院對漸進多焦眼鏡進行設計和生產。例如蘇州大學以及與其有合作關系的蘇州蘇大明世光學股份有限公司，溫州醫學院眼視光研究院以及與其有合作關系的溫州新境界視光科技有限公司，這體現了，雖然國內在復光鏡領域發展起步很晚，且技術落后于國外，但是由于國外公司急速搶占中國市場，國內相關領域的研究也急速增長起來，從最初的雙光鏡開始，飛速向多焦漸進眼鏡片發展，且高校和公司的結合體現了產學研一體化發展的趨勢。

隨著衍射元件，液體透鏡的出現，人們拓寬了獲取多個焦點的思路，開始將流體和衍射元件用于人眼的視力調節中。

從圖3中可以看出，將流體應用于視力調節的專利申請的申請量占總申請量的比例較低，一直未有較明顯增長，對于流體應用于視力調節其調焦的靈活性雖然有復光鏡不可比擬的優點但由于其調焦依賴于控制系統，而視力調節需要隨身攜帶，易于更換，因此將其應用于視力調節一直面臨體積，成本，工藝的限制，但人們對其探索一直不曾停止，相信在未來隨著科技的不斷進步，各種電子元件逐漸向小型化的發展趨勢，其發展必然會取得突破。

衍射元件可對光分級衍射，從而產生多個焦點，其攜帶和更換和復光鏡一樣是適合用于視力調節的，且其在視力調節中不存在復光鏡中各種像差導致的模糊以及物象變形的問題。但其制造精細度高，對加工技術有很高要求，因此從圖6中也可反映出將其應用于視力調節一直沒有廣泛普及，但是隨著激光元件的發展，光刻技術以及機械加工技術的進步，人們逐漸開始采用衍射元件來調節視力，從圖3可知，從1996年至2012年，衍射元件用于視力調節有明顯的上升趨勢，雖然現在大部分衍射元件調節視力是用于眼內植入價格較昂貴，但是隨著技術的進步，其必然會迎來明顯增長期。

2各技術分支演進情況

2.1復光鏡型

最早的復光鏡型為多個鏡片翻折，例如申請號為CN95205843.X的專利申請，該申請提供一種供老花眼者使用的可變光度眼鏡，在普通的老花眼鏡上加裝一幅可翻折的副鏡，主鏡片為正光度，副鏡片為負光度，根據使用者看遠處近處的不同需求，通過翻折副鏡調整鏡片度數。

多個鏡片翻折雖然能解決老花眼患者看近看遠的需求，但是需要有多個鏡片重疊或翻折的過程，對于需要不停看近看遠的情況下，調節較不方便。因此人們發明了另一種復光鏡，具有多個光焦度的拼接型透鏡，具有多個光焦度的拼接型透鏡便于遠處與近處視物調節，最早的拼接型透鏡是雙光鏡，例如申請號為CN03273388.7的專利申請，該申請提供了一種裝設定位在鏡架上的遠、近視兩用鏡片，該鏡片包含有嵌設在具有看遠區的第一鏡板下方的具有近讀區的第二鏡板，第一鏡板和第二鏡板互相嵌卡，當老花眼患者想看近處物體時可透過第二鏡板處視物，當想看遠處物體時可透過第一鏡板處視物。此后，人們為了滿足更多的視物需求發明了三光鏡，多光鏡等，但是早期的雙光鏡、三光鏡以及多光鏡都存在不同光焦度的分界線，當通過不同光焦度分界處觀察物體時會看到物體形狀的忽然變化，即跳像。人們為了克服這一問題，發明了另一種復光鏡，漸進多焦點眼鏡，其通過視物遠用區與視物近用區之間設置光焦度平滑過渡區，消除了雙光鏡、三光鏡以及多光鏡的跳像現象。例如專利申請號為CN201210363751.0的專利申請，該申請提供了一種漸進多焦眼鏡片，在漸進多焦眼鏡片的上部設定一定光焦度的視物遠用區，在鏡片的下部設置了一定光焦度的視物近用區，在中間部位設置了光焦度漸變的區域。目前，對漸變鏡片的研究以及專利申請主要在像差消除以及加工制造這兩個方面。

2.2衍射型

通過設置多個焦點以調節視力除了應用復光鏡外，衍射型透鏡也可以達到這個效果，例如專利申請號為CN200780012530.6的專利申請， 其公開了一種具有多個衍射區的三焦眼鏡片，其通過設置多個表現出不同寬度的環形衍射結構，那些衍射區中的至少兩個具有不同的面積，從而使得衍射區的近和遠焦點處的光能分布展寬，形成中焦點。目前，對衍射型視力調節元件的研究以及專利申請主要在衍射能量分布，衍射結構分布，以及加工制造這幾個方面。

2.3流體型

流體的靈動性，令其在形狀調節方面具有固體材質無法比擬的優越性，因此通過沖入流體物質制作焦距可變的透鏡，以此來調整視力是流體型元件用于調節視力的最早形態，例如專利申請號為DE3913398.2的專利申請，其公開了一種可沖入液體調焦的透鏡，其通過推進器調節注入透鏡的也體量，以調節透鏡的前后表面曲率，達到調節不同光焦度的目的。此種用于調焦的液體透鏡存在調節復雜，且參數不易控制的缺點。此后人們普遍采用電控制系統，控制調焦的準確性，例如專利申請號為US10/598258的專利申請，其公開了一種可用于視力調節的電控制的包含有不同液體的電控制彎月形透鏡，在透明殼體的內腔具有折射率不同的不混溶的流體，通過控制電壓，調節兩不混溶流體的彎月形接觸面的形狀，以達到變化焦距的目的。目前對包含流體的視力調節元件的研究以及專利申請主要在控制系統、組成結構這幾個方面。

3總結與展望

人們通過對單光鏡、復光鏡、衍射型透鏡、流體型透鏡的不斷研究探索，從克服近視，遠視，老花等一系列疾病帶來的困擾到逐漸從舒適度、便捷度角度考慮，設計研究出一系列的發明創造，而目前復光鏡存在的像差問題，衍射型透鏡存在的設計，加工問題，以及流體型透鏡存在的調節控制裝置體積以及成本的問題，這種種的問題，正是推進技術進步的助推器，相信對于用于視力調節的光學元件必然會出現更多樣化的技術。

參考文獻：

1. 陳雄 漸進多焦點鏡片40年 中國眼鏡科技雜志2000.3

2. 計菁等 衍射型多焦點人工晶體與單焦點人工晶體植入術后的臨床觀察 上海交通大學學報 2011Vol31 No.8