專利名稱：光學成品的制備方法及用于其制備的模具組件的制作方法
技術領域：
本發明涉及光學成品的制備方法及用于其制備的模具組件。
本發明的技術背景通常是通過對可聚合的樹脂直接進行模鑄或通過對半成品的坯件研磨成按要求的產品，其中該半成品的坯件是預先由可聚合的樹脂制成的，制備出光學元件，例如眼科用的透鏡等。也可以用等離子聚合作用，離心旋轉鑄造法，按序鑄造法或照象平板法等工藝，制備作為多層組合的光學元件。在任何情況下，制備的光學元件都要滿足一定的光學技術要求。
在許多應用中，例如眼利透鏡應用中，由于所需改變的光學特性的種類數量太多，以致于對所有可能需要的光學元件者進行預制會在經濟上是不可行的。因此，在多焦點的眼科透鏡的制備過程中，通常是采取兩個步驟1)模制半成品坯件，2)研磨上述未完工的表面，以形成最終預定的產品。
制備眼科透鏡的過程是非常費時間又很昂貴的。其結果不斷涌出了許多制備透鏡的工藝技術。例如，Blum(美國專利US 5,219,497)提出了在一個單圖象(視覺)透鏡或半成品坯件的外表面上鑄造一個可聚合樹脂薄層的方法，其中該半成品在透鏡上提供附加的放大倍數。通常，在單圖像透鏡中包括，含有任何所需要的復曲面校正的距離規定，而且在單圖象(視覺)透鏡上模鑄的樹脂層保留了由透鏡半成品提供的透鏡區域中的距離校正。Greshes(美國專利，US 4,190,621)描述了一種模鑄方法，它包括在夾具上夾持透鏡坯料，并把匹配曲率(度)的模具放在在透鏡下面，其中在模具與透鏡預制品之間介入液體樹脂層。Verhoeven(美國專利US4,623,496)揭示了一種方法，即把一個樹脂薄層模鑄在具有球面幾何外形的光學預制品上。Ito(美國專利US 4,536,267)描述了一個與光引發劑及熱塑引發劑相結合的可光聚合的樹脂。Toh(US 4,912,185)描述了一個用于制備各種透鏡的可光聚合的樹脂。
在用液體樹脂模鑄透鏡的各種情況下，會導致一些不便。例如，反應性液體的運輸及發送。此外，在硬固化過程中形成的收縮，會使透鏡發生光學變形(失真)。
本發明的概述本發明可以解決在現有技術中存在的上述不便，其中提供一個由一個光學物品組成的光學預制品，例如單圖象(視覺)透鏡。后者具有一個相鄰的部分硬化的樹脂層。該相鄰層可以適合模具，并進一步硬固化(例如交聯)，以便按需要改進預制品的光學特性。可以把上述相鄰層放置在(預先的，或以后的)光學物品的表面上。
此外，可以在把光學物品放置并緊靠在模具上之前，事先把上述部分硬化的樹脂層放置在光學物品上。或者，在把光學物品放置并緊靠在模具之前，事先把上述部分硬化的樹脂層放置在模具表面上。在任何情況下，上述可用來放置該部分硬化的樹脂層的模具表面通常呈顯凸形或凹形。
可以大批量地制備上述預制品，并儲存于分配發放處，其易于轉換制成許多的光學制品，例如拋光的球形或非球面的，復曲面的，單圖象(視覺)的，雙焦點的，多焦點的或遞進半成品坯件的，眼科透鏡或透鏡預制品。其他的光學制品還可以包括模具，眼內透鏡，接觸透鏡或其他光學元件，如用于光信號處理或光學計算的光學元件。
雖然一個模具可以用來確定上述部分硬化的樹脂層的最終的表面形狀結構。然而，該形狀結構也可通過不需要用模具的多種已知處理方法得到實現。例如旋轉(離心)法，噴涂法，浸漬法及照相平板法。作為實例，可以用旋轉法形成部分硬化的聚合物層。可以用任一加熱方法加熱該部分硬化的聚合物層，使得在旋轉過程中，該聚合物層軟化并能流動，以形成所需的形狀結構。當該部分硬化的聚合物層達到所希望的流動性及粘度持性時，就可以開始實施光照固化過程。在該部分硬化的聚合物層繼續旋轉時，就繼續進行光照固化過程。上述光照固化使該聚合物層進一步硬化成最終的形狀。根據所用的引發劑及化學組合物，該方法可以在有氧氣環境或不含氧氣環境，例如在有氮氣存在下實施。可以用可見光或紫外線光，或兼用兩者，進行光照固化。
附圖的簡單說明

圖1是據本發明的模具與光學預制品的剖面圖；圖2是據本發明的光學制品與相鄰的模具的剖面圖；圖3是據本發明在光學制品上的部分硬化層的剖面圖；圖4是據本發明的放置在模具凹表面上的部分硬化層的剖面圖5是據本發明的放置在模具凸表面上的部分硬化層的剖面圖。
詳細說明圖1顯示據本發明的不用液體可聚合性樹脂制備光學預制品的一個實施方案。其中使用包括光學物品(10)的光學預制品，例如單圖象(視覺)透鏡，在透鏡的一個表面上緊粘接一個相鄰的部分硬化的聚合物層(20)，此外，還可以用附加的用于提供特殊的光學特性和/或防劃痕特性的相鄰層涂敷在該聚合物層(20)上，雖然可以預先把上述聚合物層放置在上述光學物品的表面上，但是也可以把該聚合物層預先放置在模具表面上。
在圖1顯示的實施方案中，具有附著的聚合物層的該光學預制品被放置在，并接觸了具有最終的透鏡所需的光學幾何形狀的模具(30)中。其中，在其上面可以實施光、熱或光與熱的作用，以便可最終完成相鄰層(20)的固化作用，并形成作為成品的透鏡。上述層(20)是與模具(30)相適合。例如通過熱、壓力或熱與壓力作用。采用這種方法，可以按用戶的具體要求把一個單圖象(視覺)透鏡轉變成一個雙焦點透鏡。
當預先把部分硬化的聚合物層放置在模具表面上時，然后把這模具/聚合物層組合體放置在，并接觸光學物品表面，接著把該聚合物層充分固硬化，并在脫除模具前，使該固化的聚合物層與光學物品的表面相連結。
通過使用具有成品光學幾何某些元件的光學物品(10)與聚合物層(20)的光學預制品可以低成本大批量地生產具有復雜幾何形狀的成品透鏡。其中，模具(30)或其他成形方法，可以從上述聚合物層(20)提供成品的其余幾何元件。例如用包括球形光學物品(10)與相鄰層(20)的光學預制品，以及一個與底曲面相匹配的非球形模具，就可以制備用于校正球面偏差的非球形透鏡。因此，上述光學物品(10)可以是球形，非球形或復曲面的單圖像透鏡，雙焦點的，多焦點的或遞進透鏡，等等。同樣地，該模具(30)也可用來提供球形的，非球形的或復曲面校正的，雙焦點的，多焦點的，或遞進的區域，等等。對涉及復雜光學幾何的該方法的唯一限制是，可以把所需求的光學幾何分解成一個或多個的更簡單的幾何元件，然后再使用線性重迭方法。
由玻璃、塑料、如CR-39TM，雙酚A的聚碳酸酯，或其他的聚合物所制成的單圖象(視覺)或其他的透鏡，可以在制備光學預制品中用作光學物品。這種光學物品可以是硬、軟或柔軟的。該透鏡的折射率作為典型的眼科透鏡可以選擇例如1.42-1.70的較廣范圍。也可以把半成品坯件用作光學預制品中的光學物品。其他的物品，例如屈折反應透鏡，光學反射器，三棱鏡等，也可以以這個方式進行處理和改進，以形成光學成品。因此，可以用塑料、金屬或玻璃，或它們的結合體制成光學物品。
可以通過對丙烯酸酯，甲基丙烯酸酯，苯乙烯或烯丙基單體混合物進行聚合反應形成上述相鄰的聚合物層。可以用加熱，光化學或加熱與光化學方法完成上述固化過程。優選根據單圖象(視覺)透鏡的凸表面的化學組合物及其折射率，選定所用的組分的單體。優選使上述相鄰層的配制，在完成固化以后，相鄰層在光學物品上形成有力的及持續的粘結。上述相鄰層的配制，也優選在其完全固化以后，其形成的折射率相當于上述單圖象(視覺)光學物品的折射率的0.05單位以內，或更優選是0.03單位以內。上述聚合作用可以用熱聚合引發劑，光聚合引發劑或其混合劑實施。
據本發明優選實施方案，該聚合作用進行到玻璃轉化溫度達到20°-40℃，更優選25-35℃范圍為止。該狀態下的交聯密度最好是低于10-4摩爾/升。然后，優選用多功能單體及另加的聚合引發劑浸透該聚合物層。當光學預制品放置在并接觸模具表面時，上述引發劑可以起繼續固化的作用，而多功能單體可促進層間的交聯密度。此外，也可以用熱引發劑和光引發劑的混合物配制相鄰層，使得只用加熱方法形成該相鄰層。而保存加入在該配劑中的光引發劑用于最終的模制步驟。另外，還可以考慮使用可以在不同波長上固化的光引發劑。
可以使上述相鄰層在一個或多個光學物品的表面上形成，以制得光學預成品，通過將光學物品表面浸入單體配劑浴中，用旋轉涂敷方法，使液體配劑涂敷在上述光學物品表面上形成均勻層，從而將液體配劑層施于光學物品上。此外，如圖2所示，可以把光學物品(10)放置在相鄰層模具(40)中。而在該光學物品(10)與相鄰層模具(40)之間形成的凹處(50)則注滿單體配劑。然后，如前述，上述液體配劑形成的物層可以被部分固化。可以用加熱，光化學或加熱與光化學方法兩者實施上述固化作用。可以重復上述液體物層的涂敷與固化過程。既可以采用同一配劑以形成一定的厚度，也可以采用不同的配劑以致變其特性。可以洗凈上述形成的光學預成品，并檢測固化水平的一致性及相鄰層的適當厚度。為此，可以采用標準的化學與分析工藝。
雖然圖1顯示了一個實施方案，即該部分硬化的樹脂層是在將樹脂層/光學物品組件放置在模表面之前，就放置在光學物品的凸形表面上，實際上該樹脂層(20)也可放置在光學物品(10)的凹形表面上，如圖3所示。在圖4與5所示的另一些實施方案中，可以在把光學物品(10)放置在模具/樹脂層組件之前，就可以把部分硬化的樹脂層(10)，首先分別放置在模具(30)的凸形表面或凹形表面上。
用于使光學預成品完全硬固化的模具可以是由塑料、玻璃、用金屬涂敷的玻璃、金屬本身等物質所制成的，既可以重復使用，也可以一次性使用。雖然并不總是這樣要求，但是該模具的底曲面最好與光學預成品的端曲面相匹配，并能在完成硬固化過程中，允許相鄰層的收縮。有利的是大多數伴隨聚合反應的收縮現象，發生在相鄰層的形成期間。例如，在完全硬固化過程中，由單功能及雙功能丙烯酸酯組成的典型混合物的聚合收縮率為12-18％。然而，整個收縮率的最高達70％是發生在導致形成相鄰層20的最初的聚合反應中。其余的收縮率是與交聯反應相關，發生在模具(30)中。
如果該模具30是由玻璃或其他的對用于引發光學交聯作用的光化射線透明的物質所制成時，那么該射線就可穿透該模具(30)。如果該模具是由金屬或一些其他對光化射線不透明的物質所制成時，那么該射線就穿透該光學物品(10)。在有些情況下，下述光化射線都可以穿透上述模具30與光學物品10。
我們用本發明以下一些實施例描述本發明，這些實施例僅用于詳述并不構成對本發明的限制。
實施例1提供一個光學預成品，它包括一個由一個從CR-39TM單體模鑄的單圖象(視覺)透鏡，以及一個粘結在該CR-39TM透鏡體的凸形表面上的相鄰的部分硬化的聚合物層所組成的光學物品。此聚合物層含有未反應的交聯劑及附加的用于形成完成硬化的，未反應的光引發劑。上述聚合物層的硬化程度要滿足于使該物質具有彈性，而且其玻璃轉化溫度范圍是25-35℃。然后，把上述光學預成品放置在具有匹配底曲面及所希望的加成曲面的一個雙焦點的模具(FT-28)中。然后，將其旋轉以便獲得據預訂的，在加成放大模塊的軸線與CR-39單圖象(視覺)透鏡的復曲面軸線之間形成的角度方向。然后，把上述模具組件放入裝有紫外線燈及可程序控制的加熱器的硬固化室中。將上述模具組件加熱到預定的溫度，在該溫度下，使上述的相鄰層開始流化，并呈現模具的形狀。該涂敷材料流到模具的加成放大區域中，并使與距離放大區域相聯系的樹脂層的厚度減小。隨后采用紫外線照射及加熱完成完全硬固化過程。由于上述相鄰層變成交聯化，其玻璃轉化溫度就升至80-90℃在大部分的眼科應用中，其表面需要具有一定的硬度及防劃痕性。
實例2提供一個光學預成品，它包括一個由一個從雙酚A聚碳酸酯制成的非球形的單圖象(視覺)透鏡所組成的光學物品，并在其上面附加一個第一相鄰層。后者再被一個由不同組分的第二相鄰層所涂敷。上述第一相鄰層是由一個由單功能及雙功能丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯所部分聚合的共聚物所組成的，其中還含有未反應的多功能丙烯酸酯及過量的未反應的光引發劑。上述第二相鄰層也是部分聚合的，丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯的非交聯化共聚物，但其中含有高度功能化的丙烯酸酯或苯乙烯交聯劑，以便具有防劃痕性，以及未反應的過量光引發劑。包裝上述光學預成品。用分離紙包裝之，以保護相鄰層的完整性，并使其表面防塵。把上述光學預成品放置在一個與預成品的底曲面相匹配的，并具有據遞進附加多焦點透鏡設計所需要的加成曲面的玻璃模具中。上述預成品可用作圓環透鏡坯件。或可以在最終的模制操作前，按框架磨邊。把預成品的復曲面軸線對準模具上看不見的標記，以便據預訂的要求調準復曲面軸線。然后，把模具組件放入硬固化室中。據第一個實施方案，完成該相鄰層的硬固化，該硬固化過程，使用第二相鄰涂敷層，在完工的遞進加成透鏡的凸形表面上形成一個向外的硬的防劃痕層。內部的相鄰涂敷層流進在單圖象(視覺)透鏡與玻璃具之間的凹形體中，因而有助于遞進加成幾何面的形成。
實例3本實例描述用放置于單圖象(視覺)透鏡的凹形表面上的相鄰層制備光學預成品。該單圖象(視覺)透鏡是由雙酚A的二丙烯酸酯，苯乙烯與二乙烯基苯的配制劑鑄模制成的。它的折射率是1.60。液體的樹脂配劑是由封端的雙酚A，單丙烯酸酯，單烯丙基鏈終止的雙酚A二酯，單官能化脂族丙烯酸酯及光聚合引發劑，例如Irgacure184，的混合物組成的。把一定量的上述液體樹脂配劑加入到上述單圖象(視覺)透鏡的凹形表面上，把易彎撓的襯墊放置在上述單圖象(視覺)透鏡的邊緣上。并把能透過320-390mm波長的紫外線的玻璃模具放置在液體附脂配劑上面，以便使其能擴散開，形成預定的厚度層。上述模具組件經受由紫外線輻射與加熱滑道組成的硬固化周期。經硬固化以后，把光學預成品從模具中取出，并在運輸前，進行凈化與包裝。
實例4本實施涉及在一次性使用的模具的凹形表面上應用部分硬固化的可聚合性樹脂層。把一種粘性液體的可聚合性樹脂層涂敷在由苯乙烯共聚物制成的塑料一次性用的模具上面。然后暴露于燈具的紫外線照射。經硬固化的該涂敷層變成了其交聯密度低于1×10-4摩爾/升的聚合物層。然后，用附加的多功能單體與光引發劑浸漬上述涂層。該涂層的厚度是50-150微米。上述一次性用的模具可以是球形或非球形的幾何面，也可以是單焦點或多焦點的光學幾何面。為了形成適合的物層，向模具中加入的樹脂的容量，取決于加成的雙焦點型式的加成放大(add power)率的大小。用分離紙包裹預涂敷的模具。然后運到零售店或制備工廠，為了制備一個透鏡，可以選用一個其放大率與完工的透鏡的遠距放大率相對應的光學預成品。然后，將其放置在預涂敷模具上，其復曲面軸線相對該說明中所要求的模具的加成放大率的軸線指向一個角度。把該模具組件放置在一個硬固化室內，并首先經受加熱周期，使敷形層軟化或液態化，并使其與光學預成品的表面形成緊密接觸。當完成硬固化過程后，就可以得到完工的雙焦點或多焦點的透鏡。
權利要求
1.制備一個具有包括幾何元件的光學幾何面的光學成品的方法，該方法包括下列步驟提供一種包括一個具有包括該光學成品的至少一個幾何元件的成型表面的模具，以及至少一個可松開地連接在該成型表面上的部分硬化的聚合物層的模具組件。
2.據權利要求1的方法，其中還包括下列步驟a)其后用一個具有至少一個光學成品的幾何元件的光學物品接觸上述部分硬化的聚合物層的最外表面；b)使上述模具組件與光學物品硬固化，以便使聚合物層粘結到光學物品上。
3.據權利要求1的方法，其中進一步包括下述步驟通過在成型表面上聚合一種液體單體，使形成的部分硬化的聚合物層的玻璃轉化溫度大約為20-40℃。
4.一個用于形成具有包括幾何元件的光學幾何面的光學成品的模具組件，該模具組件包括一個具有包括上述光學成品的至少一個幾何元件的成型表面的模具，以及至少一個可松開地連接到該成型表面上的部分硬化的聚合物層。
5.一個用于形成具有包括幾何元件的光學幾何面的光學成品的光學預成品，該預成品包括一個具有該光學成品的至少一個幾何元件的光學物品，該光學物品具有至少一個粘結到該光學物品的至少一個表面上的部分硬化的聚合物層，該聚合物層并沒有上述光學成品的幾何元件。
全文摘要
本發明涉及一個由光學物品,如單圖象(視覺)透鏡,與相鄰的部分硬化的樹脂層(20)所組成的光學預制品(10)。該相鄰層(20)可以適合模具(30),并進一步硬化,以改進上述預制品(10)的光學特性。此外,該部分硬化的樹脂層(20)既可以在把光學物品放入并靠緊模具(30)以前,就放置在光學物品(10)上;又可以在把光學物品(10)放入并靠緊模具(30)以前,就把上述部分硬化的樹脂層(20)預先放置在模具(30)表面上。
文檔編號B29D11/00GK1322620SQ00128790
公開日2001年11月21日 申請日期2000年9月19日 優先權日1996年3月11日
發明者A·古普塔, R·D·布魯姆 申請人:莊臣及莊臣視力保護公司