采用调制能制造眼用透镜的方法

专利名称：采用调制能制造眼用透镜的方法
技术领域：
本发明涉及眼用透镜及用于制造眼用透镜的相关方法。尤其是，本发明涉及通过调制能量源设计并形成双焦、多焦、及单焦眼用透镜的方法。
背景技术：
接触透镜广泛用于校正各种不同类型的视觉缺陷。这些缺陷包括例如近视和远视、散光、及通常与老花(老视)相关的近距离视觉缺陷。每种类型的缺陷均需要进行特别校正并需要调整一种或多种透镜的制造方法。
发生散光是因为，在眼中的折射误差依赖于光学误差的空间分布。散光通常由一个或多个折射面引起，更普遍地由具有环状形状的前角膜引起。散光可采用通常具有一个球面及一个环状(柱状)面的校正散光用眼用透镜进行校正。
老视随着人们年龄的增长而发生，因为眼睛的晶状体失去弹性，最终导致失去近距离聚焦的能力。为了对老视进行补偿，眼用透镜需要更多正光焦度或更少负光焦度而并非视距校正。一些老视眼既近视又远视，需要同时或交替的视觉透镜以适当校正视力。
同时视觉校正透镜指的是一类双焦或多焦眼用透镜，其中用于远视和近视的光焦度在使用者眼中瞳孔区中被同时定位。它们通常由两个或多个可选地提供远距光焦度和近距光焦度的同心环状区组成，或者由在整个选定光焦度范围内提供连续梯度的光焦度的非球面的多焦区组成。
交替视觉校正透镜指的是一类分段式(转换)双焦眼用透镜，其中该透镜分成两个或多个光学区。通常上面(上部)区域用于远视校正，而下部区域则用于近视校正。在最初注视时远视部分对着眼睛的瞳孔。在向下注视时则附加光焦度或近视部分(下部区域)对着瞳孔。用于这种缺陷的透镜例如可通过模制、浇铸或车床加工工艺形成。
另外，一些戴镜者可能需要多于一种的校正。例如，老视者也许还有散光视差。这些老视者可能需要能同时校正散光以及老视的眼用透镜。结合用于两种缺陷的校正的透镜，通常需要结合一个或多个制造工艺或经过长的单个制造工艺。
设计成校正上述缺陷的透镜可通过模制、浇铸或车床切割工艺制造。例如，大规模生产的接触透镜通常采用模制方法制造。在这些制造方法中，透镜在两个模具中制造而无须对其表面或边缘做后期处理。这种模制方法例如在美国专利NO.6113817中有描述，其通过引用而清楚地结合于此文中。从而，透镜的几何结构由模具的几何结构确定。在典型的模制系统中，透镜在半连续基底的一组位置中循环。透镜制造的循环部分通常包括将液体可交联和/或可聚合材料分配入阴半模中，将阳半模与阴半模配合，照射以交联和/或聚合，将该两半模分离并移出透镜，包装该透镜，清洁半模并将该半模返回至分配位置。材料的聚合由UV光的施加时间、位置以及施加量而决定。和模具几何形状一样，UV辐射通常根据不同类型的透镜而变化。因此，制造不同类型的透镜及光焦度的效率可能很低。
为了散焦或校正透镜，通常设置一个设计参数，即球面光焦度。每个不同透镜光焦度需要至少一套模制工具和/或模具。因此，为了提供最多地适于各种光焦度的透镜生产线，需要适量的模制工具和/或模具。对于复曲面透镜，需要考虑至少三个参数球面光焦度、柱面光焦度、及柱面光焦度的定向。所有这些光焦度的排列形成大型的、数量几乎难以控制的专用透镜的库存空间(SKU)，以及甚至更多的模制工具和模具。同样，对于多焦透镜，也需要大量的模制工具和模具。
另外，一些人需要特制(MTO)或定制透镜。每种定制透镜均需要其自身的模制工具和模具。因此，特制透镜的成本很高并甚至可能由于成本而受到限制。

发明内容
本发明通过降低用于制造大量具有不同参数的透镜的模制工具和模具的数量而寻求解决本文所列出的技术问题。本发明还寻求提供一种成本有效地制造MTO或定制透镜的方法。
为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供一种设计在材料体中具有多个区域的透镜的方法。
另一方面，本发明提供形成一种在透镜的光学区中具有一个或多个折射率的透镜的方法，其中，所述折射率在透镜整个光学区空间分布以与视觉校正需求一致。
在另一个方面，本发明提供一种调制或衰减UV光以实现对体材料的不同固化的方法。
另一方面，本发明提供设计及制造具有不同光焦度的复曲面透镜的方法。
另一方面，本发明提供在任何结构中设计并制造至少两个光学区的方法。
另外，本发明提供设计及制造具有全息或光栅图形的透镜的方法。
本发明还提供一种制造眼用透镜的方法提供流体光学材料，提供模具，将该流体光学材料注入该模具中，并将模具及流体光学材料同时曝光于调制能源，以在透镜光学区中形成至少一种折射率。在该方法中，该能量源可以是UV辐射。在另一个实施例中，可通过根据照度配置(illumination scheme)改变光强完成对能量源的调制。在一个相关实施例中，光强改变既可通过利用与数字反射镜器件(DMD)光学连接的均匀光源的灰度级掩模完成，也可采用其他类似空间光调制器，如动态可编程掩模来完成。在采用灰度级掩模的方法中，灰度级掩模可通过立体光刻或计算机生成的全息图制造。在采用DMD方法中，DMD优选与均匀光源及流动光学材料光学连接。
在本发明的另一个实施例中，照度配置对应于透镜的几何形状。在另一个实施例中，透镜几何形状可具有一个以上的光学区。在另一个实施例中，本发明眼用透镜可为复曲面透镜、双焦透镜、多焦透镜、定制透镜或单焦透镜。在另一个实施例中，将透镜设计成用于校正近视、远视、老视、散光、和/或散焦。
本发明这些及其他方面将通过下述参照附图对优选实施例的描述变得清晰。对于本领域技术人员来说显然的是，在不脱离所公开的新的构思的精神和范围下，可对本发明进行许多改变和修正。


图1A是示出模具载体在打开位置的实施例的俯视图；图1B是示出图1A中模具载体在打开位置的端部截面图；图1C是示出图1A中模具载体在闭合位置的端部截面图；图2示出透镜设计程序的屏幕显示；图3A是示出根据本发明的实验设置的DMD的俯视图；图3B是示出根据本发明的实验设置的DMD的俯视图；图3C是示出根据本发明的实验设置的DMD的前视图。
具体实施例方式
下面对本发明实施例作出详细的描述。对于本领域技术人员显而易见，对本发明可作出不脱离其范围或精神的各种改变及修正。例如，作为其中一个实施例一部分而描述或说明的特征可结合另外的实施例使用，以进一步形成一个新的实施例。因此，本发明旨在覆盖这种在所附权利要求及其等同物范围之内的各种修改和改变。本发明的其他目的、特征及方案在下面的详细描述中公开或通过其变得显而易见。本领域技术人员可以理解，本文只描述了示例性实施例，而不是对本发明更广义方面的限定。本文中披露的所有专利及专利申请的全体内容在此引用作为参考。
除非特别限定，文中使用的所有技术和科学术语具有本发明所属领域技术人员所公知的相同含义。通常，文中术语和制造过程在本领域公知公用。对于这些制造过程均采用常规方法，例如本领域常规方法及各种常规手段。当术语以单数示出时，本发明人也考虑到术语的复数情况。
文中术语“眼用设备”指的是接触透镜(软性或硬性)，角膜高嵌体，眼中、眼上、眼环或眼睛附近所用可植入眼用设备。
文中术语“接触透镜”为广泛意义上的接触透镜，应包括任何用于眼上或眼睛附近进行视力校正、诊断、样本采集、麻醉给药、伤口愈合、化妆美观性(例如眼睛的色彩修饰)、或其他眼科应用的硬性或软性透镜。
“水凝胶材料”指的是当其完全水合时可吸收至少10重量％水的聚合材料。通常，水凝胶材料通过在具有或不具有另外的单体和/或大分子单体的条件下聚合或共聚合至少一个亲水单体而获得。示例性的水凝胶包括但不限于聚(乙烯醇)(PVA)、改性聚乙烯醇(例如，例如nelfilcon A)、聚(羟乙基甲基丙烯酸酯)、聚(乙烯吡咯烷酮)、带聚羧酸的PVA(例如carbopol)、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酰胺、含硅水凝胶、聚氨基甲酸酯、聚脲等等。水凝胶可通过任何本领域技术人员所熟知的方法制备。
“可交联和/或可聚合材料”指的是可通过光化辐射而被交联和/或聚合以获得已交联和/或聚合的生物相容的材料。光化辐射例如为UV辐射、离子辐射(例如咖嘛射线或X射线辐射)、微波辐射等等。
“聚合物”指的是通过聚合一个或多个单体而形成的材料。
“预聚物”指的是起始聚合物，其可在光化辐射条件下被聚合和/或交联以获得分子量大大高于起始聚合物的交联聚合物。
文中术语“流体”指的是能够像液体一样流动的物质。文中术语“流体光学材料”指能够像液体一样流动的预聚物、聚合物、可交联和/或可聚合材料、和/或水凝胶材料。
本发明总体涉及制造和设计接触透镜。在一方面，本发明提供一种通过调制能量源以形成根据照度配置的不同光强来制造具有希望光焦度的透镜光学区的方法。以不同光强对流体光学材料进行不同的固化，以在被固化透镜的透镜光学区中形成折射率的空间分布。例如，改变能量源如UV光的强度以控制光波前。可根据特定图形如Zernike多项式基组或老视像差图形控制该波前。该光波前可来源于像差测量数据、角膜形貌数据，或被计算为老视校正波前。
本领域技术人员很容易理解，本发明可适于很多不同种透镜。本发明接触透镜既可为硬性透镜也可为软性透镜。本发明接触透镜可为复曲面、多焦、复曲面多焦接触透镜，定制接触透镜等等。本发明接触透镜还可校正一种以上的视力缺陷，例如老视及散光。根据本发明，这些透镜的每一种均可通过照度配置或能量调制而制造。
本发明软性接触透镜优选由流体光学材料制造，如含硅或氟的水凝胶或HEMA等具有可调整折射率的材料。可以理解，任何流体光学材料均可用于本发明接触透镜制造中。优选材料及其适于该应用的配制优选由纯的或特定的改性水凝胶组成，更优选由含当被特定波长曝光时可被光引发的辐射激活可交联官能团的聚乙烯醇(PVA)组成。
眼用透镜可采用双面模制(DSM)工艺制造。这些工艺通常包括将液体单体分配入阴半模中，将阳半模与阴半模配合，提供紫外辐射以聚合该单体。这种模具可采用本领域公知的任何一种其他可执行的方式注模或制造。该阴半模可具有限定接触透镜前(前方)表面的模制表面。该阳半模可具有限定该透镜后(后方)表面的模制表面。在DSM进程中从模具中移除的被聚合透镜通常无需进行表面抛光处理，而通常需要接下来进行将未反应单体或溶剂取出的处理。
DSM工艺的改进例如在美国专利6113817中被描述，该改进工艺可为半循环的，并优选包括以下步骤(a)将可聚合和/或可交联材料分配到阴半模中；(b)将阳半模与阴半模配合以形成透镜腔；(c)对可聚合和/或可交联材料施加辐射以使其聚合和/或交联而形成透镜；(d)将阳半模从阴半模分离；(e)清洗这些半模及透镜以去除未反应的可聚合和/或可交联材料；(f)确保透镜与所选半模(例如阴半模)相邻；(g)在选定半模中对准透镜中心；(h)抓持该透镜(例如在中心区)以将透镜从半模中取出；(i)至少局部干燥透镜以去除不利于透镜检测的表面水份；(j)检查透镜；(k)将合格的透镜放入包装；(l)清洁阴阳半模；及(m)将阴阳半模送到分配可交联和/或可聚合材料的位置。该半连续、部分循环的模制工艺可再利用或再循环利用该用于保持该流体光学材料并给出透镜形状的半模。
该半连续、部分循环的模制工艺的整个工艺可以是单个模制循环。然而，在优选实施例中，该工艺使用多个被设置并排列在模具载体中的模具以提高工艺的效率。例如，图1A示出具有十个完整模具的阵列的模具载体20的一个实施例的俯视图。模具载体20包括十个可移地位于第一壳体24中的阴半模22的阵列。模具载体20还包括十个可移地位于第二壳体28中的阳半模26的阵列。第一壳体24通过枢轴装置30附接于第二壳体28上，该枢轴装置使第二壳体28铰链连接于第一壳体24上，以使阳半模和阴半模之间可释放地适配。这样，第一壳体24被铰链式附接于第二壳体28上。
在操作中，将流体光学材料(或溶液或其分散体)分配到阴半模22中。如图1B箭头所示，通过转动并线性移动第二壳体28而将阳半模26与阴半模22配合，以形成模制腔。图1C中示出模具载体20处于闭合位置(即模制位置)。在图1C中，所有十对半模均被适配，由此限定出可于其中形成透镜的十个模制腔32。
这些半模可由多种材料形成，其中至少一个能够透射希望的用于交联和/或聚合的辐射，优选透射紫外波段的辐射。可优选采用的用于制造再生模具的材料是石英。优选，仅其中一个半模透射足够的辐射而另一个却不透射。石英具有持久耐用的实质性优点，由此可使得模具重复利用显著多的次数而不影响产品质量。然而，石英模具可能相当昂贵。可选的是，这些半模可由聚合材料模制而成，其中至少一个能够透射希望的辐射。合适的模制材料的例子例如包括PMMA、聚碳酸酯、Zenex、Zenor、Hitachi的OPI树脂、TOPAS、聚苯乙烯、聚丙烯、及聚(丙烯腈)如BAREX。
在优选实施例中，阳半模或阴半模中的至少一组的半模包括在聚合和/或交联期间阻挡光(尤其UV光)的外缘区域。通过采用这种挡光外缘区域能够对形成的透镜的边缘精确限定。该区域可通过在半模的透镜形成表面以外的区域沉积金属或UV吸收涂层而形成。
透镜设计包括在透镜几何结构的材料体中制造一个或多个区域的步骤。透镜的几何结构可包含透镜光学区中的单个折射率或多个折射率，其取决于需校正的类型。通常，当前大多数透镜具有大致均匀的折射率。
本发明寻求制造一种具有折射率/多个折射率的空间分布的透镜。另外，该透镜可包括具有不同折射率梯度的区域。优选，折射率或多个折射率结合或替代表面几何光学设计而形成透镜的光焦度。这些区域的位置由透镜的希望光学设计确定。具有不变或变化折射率梯度的一个或多个区域可用于制造单焦透镜，复曲面透镜，双焦透镜，多焦透镜或其任意组合。
透镜光焦度随其前表面与后表面曲率变化。具体是，透镜的光焦度采以屈光度测量，其为透镜焦距的倒数1f=(n-1)(1r-1r2)+(n-1)2ntcr1r2]]>其中，n＝折射率tc＝中心厚度r1＝第一表面的曲率半径(如果曲面中心向右则为正)r2＝第二表面的曲率半径(如果曲面中心向左则为负)通常，改变透镜表面来改变焦距以校正视力；然而，本发明寻求通过改变折射率来校正视力。
最广泛使用的光学表面或形状是球面。该球面中心与光轴对准。标准球面的“凸凹”或z坐标由下式给出标准球面z=cr21+1-(1+k)c2r2]]>其中c＝曲率(半径的倒数)
r＝透镜单元的极坐标k＝锥体常量；该锥体常量对于双曲线为小于-1，对于抛物线为等于-1，对于椭圆为在-1和0之间，对于圆为等于0，对于扁椭圆为大于0。
双锥面最好地定义了复曲面透镜的透镜表面或形状。双锥面的“凸凹”或z坐标由下式给出双锥面z=cxx2+cyy21+1-(1+kx)c2xx2-(1+ky)c2yy2]]>其中，cx=1rx,cy=1ry]]>参考折射率可由下列公式定义nref＝n0+nr2r2+nr4r4+nz1z+nz2z2+nz3z3+nz4z4其中，r2＝x2+y2该参考折射率可用于计算参考波长。任何其他波长的折射率然后可采用下列Sellmeier公式的一般展开式计算n(λ)2=n(λref)2+Σi=13Ki(λ2-λ2ref)λ2-Li,]]>其中，Ki和Li定义材料的色散。色散为材料属性，为本领域所公知。
上述所有计算通常通过在使用者键入特定参数后由下述光学设计软件程序执行。
本发明包含的透镜设计寻求抵消或校正光学像差及散焦。用于校正缺陷/散焦的两个基本方法包括设计透镜表面轮廓或通过固化改变折射率或多个折射率。本发明寻求通过在透镜光学区内空间分布折射率或多个折射率以补偿视觉缺陷而校正视力。透镜设计可被预设为普通透镜设计或可为用户特别设计。
在为用户设计的眼用透镜的具体实施例中，可采用眼用波前传感器如Shack-Hartmann波前传感器测量眼睛的不规则度。采用改进的Hartmann-Shack波前传感器高精度测量眼睛波前像差的方案在美国专利5777719中有描述，其全部内容在此引用作为参考。
开始在视网膜产生理想波前，其通过眼睛的光路。该波前传感器示出为带窄束光源的凹状体，通常为一个激光二极管或LED，并记录散射光通过子透镜阵列的位置。当波前(光学元件发出的电磁波的光波前)射出眼睛，则其包含完整的眼睛像差图以由传感器分析。子透镜阵列将近似准直的光束分散成数码相机(通常为CCD或CMOS成像器)上的若干个点。当波前由传感器接收，则可进行一系列的综合分析以提供眼睛光路的更完整的图形。该数据然后可采用Zernike基组进行拟合。
由用以改进测量人眼的Hartmann-Shack波前传感器提供的基本数据为从眼睛瞳孔射出的光线的方向。从所述方向光线信息得到波前数学表达式的方法在美国专利5777719中被描述。首先，由一组Zernike多项式表达波前，其中每一项均在初始由未知系数加权。接着，从Zernike组展开式计算偏导(对x&y的)。然后，将这些偏导表达式分别设为等于被测量波前的对由波前传感器测量得到的x和y方向的斜率。最后，对实验波前斜率数据进行最小二乘多项式组拟合，从而获得矩阵表达式，对其求解，则得到Zernike多项式的各系数。接着，由Zernike多项式组表达的波前对于位于瞳孔面中的所有的点均可被完全地数字化地确定。关于最小二乘拟合法，在Sokolnikoff和Redheffer(McGraw-Hill，New York，1958)的Mathematics of Physics and Modern Engineering”的第11部分第9章中有讨论。这种分析的优点在于，可将波前分为独立的表示特定像差的数学分量中。
提出的OSA标准(Optical Society of America)的至7阶的Zernike多项式表格如下所示(更多有关Zernike多项式的信息见http//color.eri.harvard.edu/standardization/standards_TOPS4.pdf)。极坐标下的至7阶的Zernike多项式表(36项) 在没有散光或非MTO透镜情况的实施例中，所需光焦度及由此所需的折射率或多个折射率是已知的。其他参数如直径和基曲也是已知的。这些类型的透镜被设计成校正散焦、并被制成为特定已知几何形状而具有特定已知屈光度。因此，需要最少的计算来确定照度配置，因为为了校正散焦需要较少的折射率。在用于校正老视而需要的渐进透镜的实施例中，通过Zernike折射率和透镜的渐进叠加分布来解决误差。
材料的Δn为所需最小曝光的合成折射率和最大允许固化曝光的合成折射率的差值。在限定范围之外固化的透镜将导致形成固化不足或过度固化的透镜。透镜设计在计算中引入Δn。被光学连接的数字反射镜器件(DMD)可用作定位固化调制器。在该优选实施例中，该DMD沿着透镜(x，y)横向面的表面控制折射率，而“n参数”沿着z轴(进入透镜)保持恒定。
如上所述，并且如本领域技术人员所熟知，接触透镜的透镜设计可通过光学设计系统及机械CAD系统而实施。光学模型透镜设计可采用如机械CAD系统被转换成一组包括光学区、非光学区和非光学特征的机械透镜设计。示例性的接触透镜的非光学区和特征包括但不限于斜面、晶状体部分、及连接接触透镜的前后面的边沿、定向特征等等。示例性的定向特征包括但不限于采用不同厚度轮廓以控制透镜定向的棱镜平衡等，其中部分透镜几何结构被去除以控制透镜定向的多面体表面(例如去脊区)，以及通过与眼睑相互作用而定向透镜的脊部特征。优选，当将优化光学模型透镜的设计改为机械透镜设计，则可结合接触透镜系列的一些共用特征。众所周知，合适的机械CAD系统可用于本发明中。优选，使用能够精确地、数学上地表达高阶表面的机械CAD系统来设计眼用透镜。作为这样的机械CAD系统的实例如Pro/Engineer。
优选，接触透镜的设计可通过使用转换格式在光学CAD和机械CAD系统之间来回转换，以使光学CAD或机械CAD的接收系统构建希望设计的NURB(非均匀有理B-样条)或Bezier面。示例性的转换格式包括但不限于VDA((Verband Der Automobilindustrie)和IGES(Initial GraphicsExchange Specification)。通过使用这种转换格式，透镜的整个表面可以是连续的形式，这有助于制造具有径向非对称形状的透镜产品。Bezier和NURB面对老视设计尤其有用，因为可混合、分析及优化多个区。
在完成接触透镜的光学和机械设计之后，透镜设计优选为中间文件格式，例如IGES或VDA，或专有文件格式(如Pro/E文件格式)。
在将已知缺陷拟合到Zernike或类似数学表达式中之后，将数学表达式转换成光焦度。这种转换通过采用光学软件程序完成，如图2所示，例如ZEMAX Development Corporation(San Diego，CA)的ZEMAX，OpticalResearch Associates(ORA)(Pasadena，CA)的Code V，Sinclair Optics(Fairport，NY)的OSLO，及Breault Research Organization(Tucson，AZ)的ASAP。这些程序采用更早出现的以及其他数学公式计算透镜设计及有效抵消视觉缺陷所需的校正。例如，用户可电子地输入眼睛的一些属性如形状、折射率、反射率、梯度折射率、热量、偏振、透射及衍射等。该软件然后模拟连续和非连续成像并通过确定在整个瞳孔均匀聚焦所需要的折射率或多个折射率以校正这些缺陷。这实际上需要整个透镜需具有不同的多个折射率。该软件寻求整个瞳孔上的折射率的标准化，以在整个瞳孔上均匀聚焦。于是，所需校正成为合适的透镜设计。
在设计所需透镜之后然后制造。如上所述，通过固化处理改变折射率或多个折射率，形成提供用于特定像差的适当透镜所需的多个折射率的空间分布。这通过在固化处理中进行能量调制而实现。
在该制造过程中，将模制工具引导到载台上，其中将辐射入射至该模具上，该模具允许基本所有的辐射从其中穿过并接触流体光学材料。辐射的优选波长是处于紫外线(UV)波段并可以由光引发该流体光学材料所需的波长决定。优选，该波长与光引发剂激活波长一致。在特定材料中形成特定折射率所需的合适的强度及曝光时间对本领域技术人员来说是公知的。
辐射时长优选小于约5分钟，更优选小于约1分钟，更优选小于约10秒。辐射可在一个步骤或一个阶段的过程中完成，但这并非必需的，因为可以使用多个阶段的过程进行辐射。例如，如果所述过程中选择大约4秒作为均匀阶段周期，而所需的辐射时间大约为6秒，则在过程中可插入两个辐射阶段以提供合适的辐射。另外，可采用一个预处理步骤，或采用一些附加辐射阶段。例如，可以在短时间内提供均匀辐射以生成均匀折射率如大约1.4的折射率。例如，如下所述，可以接着该预处理步骤进行一秒钟时长的非均匀辐射以达到想要的折射率如约1.5。
所需辐射时长根据施加的辐射的强度、选定预聚物、及采用的特定光引发剂而变化。用于聚(乙烯醇)预聚物的紫外辐射的优选强度为约1-5毫瓦每平方厘米，更优选约2到约3.5mW/cm2，进一步优选约2.8到3.2mW/cm2。施加的辐射的优选波长约280到约380纳米，更优选约305到约350纳米。对于其他流体光学材料可采用其他波长或它们的光引发波长。
在本发明的优选实施例中，该流体光学材料如水凝胶将固化以形成多个折射率的空间分布。该空间分布优选形成为等同于光强及照度配置的图形。折射率差与辐射的分布成正比而与光密度(OD)成反比。材料的折射率越大，透镜各光学区光焦度差越大。如上所述，为了校正视力，整个瞳孔上的折射率必须均匀。通过改变透镜的特定已知区域中的透镜折射率以补偿未校正眼中所发现的已知缺陷，该折射率可被标准化。
在本发明的一个实施例中，通过采用灰度级掩模来调制能量源。在采用灰度级掩模的实施例中，掩模具有变化的OD值，该值控制射入该模具中的UV光或其他能量源的强度，以形成不同折射率或折射率梯度。在采用灰度级掩模的实施例中，该掩模可采用立体光刻技术制造，其可使掩模设计高度精确。掩模的设计以及掩模特定部分允许更多或更少光能量穿过的能力可以根据设计及制造过程而变化。掩模的设计优选与关注透镜的希望设计一致，其中，材料中具有的理想的折射率取决于掩模允许穿过透镜模制腔的光能量的量。掩模还可能受光强影响。
在本发明另一个实施例中，可采用空间光调制器改变光强。
在本发明范围内可采用各种照明系统。在一个实施例中，可采用定制紫外(UV)照明系统将平面光掩模成像到一个凸或凹的透镜表面上。在本发明中，优选基本均匀的光源，即均匀强度分布，其与DMD光学相关。例如，如果光源为UV灯泡，可采用Koehler或Abbe照明系统。在另一个实施例中，可将具有液体光导的UV光源与匀化器一起使用。在一些采用激光光源的实施例中，可对光线准直并由此无需对光进一步的匀质化。在另一个实施例中，照明图形优选用于对固化UV场中的非均匀性进行补偿。
在优选实施例中，透镜可从模具的凹侧开始固化。可设计照明系统的场曲，以将理想透镜设计具体至透镜的凸表面。该UV系统优选将理想照明/辐射分布具体至模制腔。该设计可形成大约8.6mm量级的曲率半径。如果需要也可形成其他的曲率半径。
在优选实施例中，能量调制可采用数字反射镜器件(DMD)完成。在另一个实施例中，DMD可利用微电机械系统(MEMS)。在采用DMD的实施例中，该DMD软件和MEMS器件一起，根据与用于生成所需多个折射率空间分布的透镜设计相一致的照度配置，调制光线的强度/辐射。该构思的实验设置的视图在图3A、3B、和3C中示出，其示出了本发明的光学设置。图3A、3B、和3C不包括光源但示出了DMD110、形成准直光源的多个透镜120和模具130。在一些实施例中，无需多个透镜。这种光学设置只是示例性的，并且，在大规模制造工艺中可对其进行修改或压缩。
如上所述，完整透镜设计中还需要一些特定参数。这些参数通过本文已披露的特定软件程序及其等同物而用于计算特定光强和图形。在优选实施例中，该DMD和其软件根据透镜设计将多个反射镜控制为on或off位置。当光源射出的光入射至DMD之上，则与DMD相关的计算机板优选通过将反射镜切换至on或off来控制这些反射镜反射并调制希望光强/照度图形至流体眼用材料之上。在另一个实施例中，这些与反射镜相关的计算机板可计算并校正像差或系统中的其他光学噪音。
在本发明中，特定类型的更改优选用来精确地将能量调制转换成材料密度调制。这种精确调制导致电子密度调制并由此获得希望的折射率调制。这些种类的更改优选包括合适的PVA公式，如美国专利5508317、5583163、5789464、及5849810中所描述，其全部内容在此引用作为参考。还可采用其他类似的预聚物，包括用于制造全息镜片的物质如明胶基预聚物。这些材料在美国专利5508317中描述，其全部内容在此引用作为参考。第一优选材料更改可包括基于上述专利中所述PVA结构式的材料结构式，第二材料结构式优选包括折射率增强改性剂，其化学上附于水凝胶主链上，水凝胶主链可以是与PVA的羟基反应生成环状缩醛的取代苯甲醛。将芳族部分引入聚合物阵列中增加了阵列的整体折射率，其导致具有不同聚合物密度的区域之间的折射率差增加。芳族化合物(aromat)/聚合物的反应促进了折射率差的额外增加，其增强了高密度区中的聚合物链的堆积量级并且实现更高的效率。因为将改性剂化学键接到聚合物阵列，所以，材料保持生物相容的，无须在透镜制造之后额外进行其他抽提步骤。
在另一个优选实施例中，可交联和/或可聚合流体材料是一种或多种预聚物的水溶液并且可选地为一种或多种乙烯类单体，其中，该水溶液包括低分子量的添加剂如NaCl，其显示出与从该可交联和/或可聚合流体材料生成的聚合物呈限制相容性，但与水却具有良好的相容性。由于这种限制相容性，该添加剂产生渗透梯度，其导致产生的聚合物阵列收缩。认为，该添加剂在全息记录期间从其中引发交联和/或聚合过程的高辐射强度区分离到低辐射强度区。这种分离引起渗透梯度，接着引起生成的聚合物阵列局部脱水及收缩。结果，高和低辐射区之间的折射率差增加并且获得高效材料。高和低辐射区由干涉条纹图形形成。因为例如NaCl为透镜储液的成分，故在透镜预制备期间无须进行额外的处理。另外，还可以添加具有类似属性的其他添加剂，例如HEMA或其他亲水性单体。
为了促进光致交联和/或聚合进程，添加光引发剂是理想的，其能够引发基团交联和/或聚合。示例性的适合于本发明的光引发剂包括苯偶姻甲醚，1-羟基环己基苯基酮，Durocure1173及Irgacure光引发剂。优选地，采用占聚合结构式总重量的约0.3到约5.0％之间的光引发剂。可以另外添加敏化剂以增强能量传输过程。
根据本发明，可交联和/或可聚合流体材料能够将能量的调制转换成材料密度调制，从而能够获得希望的折射率调制。
权利要求
1.一种制造眼用透镜的方法，包括提供流体光学材料；提供模具；将所述流体光学材料注入所述模具中；将所述模具和流体光学材料曝光于能量源下；以及调制所述能量源以在透镜光学区中形成至少一种折射率。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述能量源从由UV光线组成的组中选择。
3.如权利要求1和2所述的方法，其中所述调制能量源步骤还包括根据照度配置改变光强度。
4.如权利要求3所述的方法，其中通过形成灰度级掩模而实现所述改变。
5.如权利要求4所述的方法，其中采用立体光刻技术形成所述灰度级掩模。
6.如权利要求4所述的方法，其中通过计算机生成的全息图形成所述灰度级掩模。
7.如权利要求4所述的方法，其中所述灰度级掩模根据照度配置遮蔽所述能量源，其中所述照度配置对应于希望的透镜几何形状。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述希望的透镜几何形状具有多于一个的光学区。
9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述曝光步骤还包括将所述流体光学材料固化成透镜。
10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述眼用透镜选自于双焦透镜、多焦透镜、复曲面透镜、定制透镜及单焦透镜。
11.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中将所述眼用透镜设计成校正一种或多种下列视觉缺陷近视、远视、老视、散焦、及散光。
12.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述流体光学材料包括预聚物和光引发剂。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述流体光学材料还包括敏化剂。
14.如权利要求12和13所述的方法，其中所述流体光学材料包括添加剂。
15.如权利要求12所述的方法，其中所述流体光学材料包括NaCl。
16.如权利要求3所述的方法，其中所述改变光强还包括提供与DMD光学连接的均匀光源。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述DMD与所述流体光学材料光学连接。
18.如权利要求17所述的方法，其中一个或多个MEMS器件驱动一个或多个DMD。
全文摘要
本发明涉及透镜及用于制造透镜的相关方法。尤其是，本发明涉及通过调制能量源设计并制造双焦、多焦、及单焦眼用透镜的方法。
文档编号B29C35/08GK101031409SQ200580033034
公开日2007年9月5日 申请日期2005年7月29日 优先权日2004年7月30日
发明者R·V·安迪诺, A·M·多姆施克, J·M·林达彻, C·F·摩根 申请人:诺瓦提斯公司