[0048] 如图1所示，一种谐衍射Alvarez变焦智能眼镜，包括镜架和镜片；每侧的镜片都由一个谐衍射Alvarez透镜组4构成，一个谐衍射Alvarez透镜组由两个透镜组成，每个透镜上都设有谐衍射微结构表面；每个透镜通过滑块固定在镜架的滑动槽2上，所述的两个透镜中的其中一个或两个可在镜架的导轨上自由滑动，谐衍射微结构表面由Alvarez透镜去除相位差得到；所述的镜架正面左侧设有第一传感器1，镜架正面右侧设有第三传感器5，镜架正面中间设有第二传感器3，所述的距离传感器与控制电路模块连接；所述的控制电路模块13与第一驱动电机7、第二驱动电机1连接，两个驱动电机通过第一螺纹副10、第二螺纹副12驱动滑块滑动。所述的驱动电机和控制电路由电池模块6供电；所述的Alvarez变焦智能眼镜还设有两个指示灯，分别用来显示电量和眼镜焦距状态。
[0049] Alvarez透镜表面多项式方程为(假设移动方向为x方向)：
[0050]
[0051] 其中，z为两个多项式表面高度，A为多项式系数，f(x,y)为高阶多项式。
[0052] f(x,y)＝b1xy4+b2x3y2+b3x5+b4xy6+b5x3y4+b6x5y2+b7x7+…
[0053] 其中，b1,b2,b3,…为高阶多项式系数。
[0054] 产生焦距为：
[0055]
[0056] 其中，f为两个Alvarez透镜组合焦距，A为多项式系数，2δ为两个Alvarez 透镜之间的相对移动的距离，n为Alvarez透镜的材料折射率。
[0057] 谐衍射Alvarez透镜，其保留了Alvarez透镜组原有的特征，即且第二 Alvarez透镜相对于第一Alvarez透镜沿垂直于光轴方向移动，Alvarez透镜组的焦距会发生改变；同时它也拥有了谐衍射透镜的属性，可以极大的减小透镜的厚度，并且在一定程度上克服衍射器件存在大色差的缺点。
[0058] 为了使谐衍射透镜的谐振光波会聚于透镜原有的焦点(设焦点为f0)，需要使其满足一定的条件。当使用的波长为λ时，透镜的焦距为：
[0059]
[0060] 对于谐衍射透镜而言，其环带间光程差为mλ0，相当于设计波长为mλ0，焦距为f0的普通衍射透镜。若对使用波长为λ的p级次成像，则其焦距为：
[0061]
[0062] 如果要求fp,λ与原焦距f0重合，即应满足条件：
[0063]
[0064] 由此可得：
[0065]
[0066] 这就说明，对于谐衍射透镜，凡波长满足式(6)的整数p所对应的谐振光波均将会聚到共同的焦点f0处，m是设计时已经确定的结构参数，m越大，在确定光谱段内的谐振波长越多。m提供了另一个设计自由度，用以控制在给定的光谱范围内的几种波长会聚到同一位置。将Alvarez透镜组的第一透镜与第二透镜去除相位差为2π的整数m(m≥2)倍(如图3所示)，剩余的部分便是光程差为2π的m倍的谐衍射Alvarez透镜组。图3中相位压缩高度δ＝mλ0/(n-1)，n为Alvarez透镜材料的折射率。
[0067] 如图4(a)、图4(b)所示，多项式自由曲面位于相邻表面的Alvarez 透镜组经过相位压缩后的谐衍射Alvarez透镜组；如图5(a)、图5(b) 所示，四个表面均为多项式自由曲面的Alvarez透镜组经过相位压缩后的谐衍射Alvarez透镜组。可以看出采用谐衍射Alvarez透镜组可以大大减小两个Alvarez透镜之间的间隔和变焦透镜组的厚度。
[0068] 如图6、图9、图10、图13所示，所述的谐衍射Alvarez透镜组中两个谐衍射Alvarez透镜的谐衍射微结构表面位于相邻的两个表面，其余的表面为平面、球面或者非球面；工作时，外透镜固定不动，内透镜沿垂直于光轴的方向运动；或内透镜固定不动，外透镜沿垂直于光轴的方向运动；或内外透镜均可沿垂直于光轴的方向运动。
[0069] 如图7、图11、图12、图14所示，所述的谐衍射Alvarez透镜组中两个谐衍射Alvarez透镜的谐衍射微结构表面位于最前和最后的两个表面，中间相邻的两个表面为平面，球面或者非球面；工作时，外透镜固定不动，内透镜沿垂直于光轴的方向运动；或内透镜固定不动，外透镜沿垂直于光轴的方向运动；或内外透镜均可沿垂直于光轴的方向运动。
[0070] 如图8、图15、图16、图17所示，所述的谐衍射Alvarez透镜组中两个谐衍射Alvarez透镜的四个表面均为谐衍射微结构表面；工作时，外透镜固定不动，内透镜沿垂直于光轴的方向运动；或内透镜固定不动，外透镜沿垂直于光轴的方向运动；或内外透镜均可沿垂直于光轴的方向运动。
[0071] 如图18(a)所示，人眼在观察远处物体时，远处物体成像在眼球的视网膜上，光刺激在视网膜上的神经产生神经冲动沿视神经纤维传递到大脑皮层产生视知觉。当看近处的物体时，如图18(b)所示，如果人眼的状态保持看远处的状态不变，这时候近处物体所成的像会投射到人眼视网膜的后部，为了看清近处的物体，人眼的睫状肌会绷紧，使人眼的焦距变短，同时人眼的眼外肌会使人的眼球在光轴方向拉长(即像距增大)，通过人眼的肌肉的调节，使近处的物体也能成像在视网膜上。如果人眼长时间工作在近距离状态下，睫状肌和眼外肌会产生痉挛，无法恢复到放松状态的位置从而产生近视现象。我们实用新型的智能变焦眼镜工作原理是在人眼观察远处的物体时(如图18(c)所示)，眼镜上的距离传感器检测出目标平面的距离，移动活动Alvarez镜片的位置，使变焦透镜组的光焦度为0，人眼工作在正常状态下(不戴眼镜时看远处物体的状态，眼部肌肉处于放松状态)，当人眼观察近处目标时(比如看书，看手机屏幕)，智能眼镜上的位移传感器检测出此时的物体距离人眼的距离，控制活动Alvarez镜片移动到合适的位置，使变焦透镜组的光焦度为负(如-300度)，这个时候人眼仍能在观察远处物体时的状态看清楚近处的目标，且人眼步的肌肉处于放松状态(如图18(d)所示)。智能变焦眼镜可以使人眼始终工作在眼部肌肉放松的状态，从而预防和避免眼睛长时间工作在近距离看物体导致的近视，特别使青少年学生的近视。
[0072] 假设人眼的焦距为22.8mm，人眼角膜前表面到视网膜的正常距离(舒适距离)为23～24mm。当人眼观察物体在350mm以上的距离时，人眼工作在舒适状态，而当人眼观察150mm距离的物体时，物体成像表面距离人眼角膜前表面的距离为26.4mm，如果不佩戴眼镜，人眼的肌肉必须要调整眼睛的焦距和成像工作距，长时间工作在这个状态时，会引起人眼近视。
[0073] 假设Alvarez透镜的两个多项式自由曲面的系数A＝5.0E-4(1/mm2)，透镜的材料为PMMA(折射率为1.5)，通光口径为20mm，如图2所示的状态，由公式(2)所示，当第二个Alvarez透镜相对于第一个Alvarez透镜向下移动2mm时，Alvarez透镜组的焦距为：
[0074]
[0075] 对应的屈光度为+100度。
[0076] 相位压缩连续自由曲面为谐衍射微结构表面，假设谐衍射表面的相位差为即m＝2；设计波长λ0与使用的波长λ相等，且等于532nm。由公式(4)可知，其p级次成像的焦距为：
[0077]
[0078] 由此式便可知，当p＝2时，其谐衍射Alvarez透镜变焦系统与Alvarez 透镜组的焦距相等。谐衍射透镜组的2级次成像的焦距与原连续自由曲面Alvarez透镜组的焦距相等。
[0079] 当第二个Alvarez透镜相对于第一个Alvarez透镜向上移动2mm时， Alvarez透镜组的焦距为：
[0080]
[0081] 对应的屈光度为-100度。
[0082] 相位压缩连续自由曲面为谐衍射微结构表面，假设谐衍射表面的相位差为即m＝2；设计波长λ0与使用的波长λ相等，且等于532nm。由公式(4)可知，其p级次成像的焦距为：
[0083]
[0084] 由此式便可知，当p＝2时，其谐衍射Alvarez透镜变焦系统与Alvarez 透镜组的焦距相等。谐衍射透镜组的2级次成像的焦距与原连续自由曲面 Alvarez透镜组的焦距相等。
[0085] 当戴上智能眼镜的使用者在观察近距离物体时(比如看书时)，智能眼镜上的距离传感器探测到物体离人眼距离为200mm，智能眼镜上的控制电路根据这个探测距离驱动活动的Alvarez镜片向下移动4.4mm，产生220 度的光焦度，使近处的物体仍然成像在人眼舒适的距离24mm的位置。从而达到避免人眼因看近距离物体，而使肌肉紧张痉挛，并引起近视现象。
[0086] 当第二个Alvarez透镜相对于第一个Alvarez透镜向下移动4.4mm时， Alvarez透镜组的焦距为：
[0087]
[0088] 对应的屈光度为220度。
[0089] 相位压缩连续自由曲面为谐衍射微结构表面，假设谐衍射表面的相位差为即m＝2；设计波长λ0与使用的波长λ相等，且等于532nm。由公式(4)可知，其p级次成像的焦距为：
[0090]
[0091] 由此式便可知，当p＝2时，其谐衍射Alvarez透镜变焦系统与Alvarez 透镜组的焦距相等。谐衍射透镜组的2级次成像的焦距与原连续自由曲面 Alvarez透镜组的焦距相等。
