CN102421587A - 自由形态的眼科镜片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种眼科镜片，所述眼科镜片的至少一部分包括聚合的可交联材料的多个体素。另外，本发明提供了一种用于产生眼科镜片的设备，所述眼科镜片的至少一部分包括聚合的可交联材料的多个体素。在一些实施例中，一种眼科镜片包括具有隆起区域和/或凹陷区域的表面。
Description
相关专利申请的交叉引用
本申请要求2008年8月20日提交的标题为“Apparatus for Formationof an Ophthalmic Lens Precursor and Lens(用于眼科镜片坯件和镜片成形的设备)”的美国专利申请S/N 12/194,981的部分继续申请的优先权，以及2008年8月20日提交的标题为“Methods for Formation of an OphthalmicLens Precursor and Lens(用于眼科镜片坯件和镜片成形的方法)”的美国专利申请S/N 12/195,132的部分继续申请的优先权，以上每个申请的内容均为本文所依赖并以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明介绍了制造眼科镜片的设备，更具体地讲，在一些实施例中描述了定制隐形镜片的成形。
背景技术
已知通过注塑成型技术制造眼科镜片，其中单体材料沉积在限定于两个或更多个相对的模具部件的光学表面之间的腔体中。用于将水凝胶塑造成可用制品(例如，眼科镜片)的多部件模具可以包括(例如)具有与眼科镜片的后曲面对应的凸面部分的第一模具部件以及具有与眼科镜片的前曲面对应的凹面部分的第二模具部件。
为用此类模具部件来制作镜片，将未固化的水凝胶镜片制剂放置在一次性塑性前曲面模具部件与一次性塑性后曲面模具部件之间并且将其聚合。然而，由此导出的眼科镜片的设计局限于所用模具的设计。
因此，最好有其他有利于成形预定大小和形状的眼科镜片的方法和设备，使得可针对具体患者和/或目的来定制镜片。
发明内容
本发明涉及一种眼科镜片，其包括：第一部分，其包括聚合的可交联材料的多个体素；和第二部分，其包括在凝胶点之上聚合的加层体积的可交联材料。
一般来讲，光化辐射源通过具有弓形表面的基板对包含光吸收组分的反应混合物进行照射。弓形表面的至少一部分可包括光学质量表面。光化辐射是可控的，能以预定构型固化反应混合物的一部分。预定构型可包括沿着光学质量基板表面形成的一个表面以及在反应混合物体积内自由形成的第二表面。
根据本发明的镜片可包括光吸收组分。该光吸收组分可能在多个体素的形成中有用。各个体素可包括第一端和第二端，并且第二部分可包括在凝胶点之上聚合的加层体积的可交联材料，大致覆盖各个第二端。各种实施例可在第一部分和第二部分这两部分之一或之二中包括光学表面。
可通过将可交联材料暴露到光化辐射的多路光线中来形成聚合镜片材料的体素，光化辐射的各路光线来自光源并且以预定的时间量向反应混合物的预定部分反射。以预定的时间量向反应混合物的预定部分反射的光化辐射的各路光线包括预定波长。在一些实施例中，所述第二部分通过将反应混合物暴露于源自多个点的光化辐射的多路光线而成形。
一些另外的实施例可包括一种镜片，其具有一个或多个以下特征，例如：由聚合的可交联材料的体素形成的凹陷区域(trough)；由聚合的可交联材料的体素形成的一个或多个隆起区域。
根据本发明形成的镜片可为球面的或非球面的。第一表面可包括光学质量的光学区，并且第二表面可包括人工痕迹。
在一些实施例中，所述镜片可由包括流体区域和结构区域这二者的镜片坯件形成。在一个优选实施例中，结构区域在很大程度上由体素光刻部分的操作决定；然而流体区域尽管也受到体素光刻部分的影响，但可以由多种方式决定。在备选实施例中，可以由体素光刻部分的作用来形成镜片，而无需经过镜片坯件这一中间产品。
附图说明
图1示出了可用于实现本发明一些实施例的方法步骤。
图2示出了可用于实现本发明一些实施例的另外一些方法步骤。
图3示出一例成形辐射和固化辐射时吸光率和透射率之间的关系。
图4示出一例利用本文所公开的发明制作的镜片。
图5示出了可用于实现本发明一些实施例的设备部件，包括基于体素的光刻部件。
图6示出了可用于实现本发明一些实施例的示例性光源设备部件。
图7示出了可用于实现本发明一些实施例的示例性光学设备部件。
图8示出了可用于实现本发明一些实施例的示例性数字反射镜设备部件。
图9示出了可用于实现本发明一些实施例的附加设备部件。
图10示出了可用于实现本发明一些实施例的示例性成形镜片元件。
图11示出了可用于实现本发明一些实施例的示例性单体贮存器。
图12示出了可用于实现本发明一些实施例的示例性材料移除设备。
图13示出了可用于实现本发明一些实施例的示例性材料移除设备的总运动系统。
图14示出了可用于实现本发明一些实施例的示例性稳定和固化设备。
图15示出了可用于实现本发明一些实施例的示例性测量系统。
图16示出了可用于实现本发明一些实施例的示例性水合和移除系统。
图17示出了镜片坯件的示例性横截面图，该镜片坯件包括体素形成物和加层体积的(a layered volume of)流体镜片反应介质。
图18示出了具有示例性沟凹陷区域人工痕迹的镜片坯件。
图19示出了通过将镜片坯件暴露于光化辐射而形成的镜片。
具体实施方式
本发明提供用于形成镜片以及用于形成镜片坯件的方法和设备。在以下段落中，将提供本发明的实施例的详细描述。虽然作了详述，但优选和备选实施例均仅为示例性实施例，应理解其变化、修改和更改对于本领域技术人员而言是显而易见的。因此，应当理解这些示例性实施例不限制由权利要求限定的本发明各方面的宽泛性。
术语表
在针对本发明的本具体实施方式和权利要求书中，可以使用将适用以下定义的多个术语：
文中所用的“光化辐射”是指能够激发化学反应的辐射。
文中所用的“弓形”是指象弓一样的曲面或弯曲。
文中提及的“比尔定律”以及有时称“比尔-朗伯定律”是：I(x)/I0＝exp(-αcx)，其中I(x)是强度，其为距照射表面的距离x的函数，I0是表面处的入射强度，α是吸收组分的吸收系数，c是吸收组分的浓度。
文中所用的“使准直”表示限定辐射的锥角，例如接收辐射作为输入的设备作为输出而发射的光；在一些实施例中，可以限定锥角，使得发出的光线平行。因此，“准直器”包括执行此功能的设备，“已准直”则描述作用于辐射的结果。
文中所用的“DMD”是数字微镜器件，一种由功能性地安装在CMOS SRAM上的可移动微镜阵列组成的双稳态空间光调制器。通过将数据载入反射镜下的存储单元来独立控制各反射镜使反射光转向，从而将视频数据的像素空间映射到显示器上的像素。数据以二元方式静电地控制反射镜的倾角，其中反射镜状态为+X度(开)或-X度(关)。对于当前的器件，X可为10度或12度(标称)。由开反射镜反射的光随后通过投射透镜并投射到屏幕上。光在反射关闭时产生暗视场，并确定图像的暗电平基准。图像通过开电平与关电平之间的灰度调制来形成，开关速率快到足以让观看者将其视为完整图像。DMD(数字微镜器件)有时是DLP投影系统。
文中所用的“DMD脚本”应指空间光调制器的控制协议以及任何系统部件的控制信号，系统部件例如光源或滤光片转轮，其中任何一个可包括一系列时序命令。使用首字母缩写DMD并不表示将该术语的使用限于空间光调制器的任何一种具体类型或大小。
文中所用的“固化辐射”是指足以共聚或交联包括镜片坯件或镜片的基本上所有反应混合物中的一个或多个的光化辐射。
文中所用的“流体镜片反应介质”表示反应混合物，在其天然形态、反应后的形态或部分反应后的形态是可流动的，并且可进一步加工成为眼科镜片的一部分。
文中所用的“自由形成的”或“自由形态”是指由反应混合物交联形成的表面，而不是按照注模成形的。
文中所用的“凝胶点”应指第一次观察到凝胶或不溶物的点。凝胶点是液体聚合反应混合物被交联到成为固体的转化程度。凝胶点可用索氏实验确定：在不同时间点停止聚合物反应，分析所得聚合物以确定残余不溶性聚合物的重量比例。这些数据可外推至不存在凝胶的点。该不存在凝胶的点就是凝胶点。凝胶点还可以通过分析反应期间反应混合物的粘度来确定。可使用平行板流变仪将反应混合物放在板之间来测量粘度。至少一块板应透过聚合反应所用波长的辐射。粘度接近无限大的点为凝胶点。对于给定的聚合物系统和指定的反应条件，凝胶点发生在相同的转化度上。
文中所用的“镜片”是指位于眼睛内或眼睛上的任何眼科装置。这些装置可提供光学矫正作用或可以起到美容的作用。例如，术语镜片可以指用于矫正或改进视力或用于增进眼部机体美容(如虹膜颜色)而不会影响视力的隐形镜片、眼内镜片、覆盖镜片、眼植入物、光学植入物或其他类似的装置。在一些实施例中，本发明的优选镜片是由有机硅弹性体或水凝胶制成的软质隐形镜片，其中水凝胶包括但不限于有机硅水凝胶和含氟水凝胶。
文中所用的“镜片坯件”表示由镜片坯形和与镜片坯形接触的流体镜片反应混合物组成的复合物。例如，在一些实施例中，在一定体积的反应混合物内制作镜片坯形的过程中，会形成流体镜片反应介质。从用于制作镜片坯形的一定体积的反应混合物中分离出镜片坯形和所粘附的流体反应介质，即可得到镜片坯件。另外，镜片坯件可通过移除大部分流体镜片反应介质或将大部分流体镜片反应介质转化成非流体复合材料而转变为不同的实体。
文中所用的“镜片坯形”表示具有至少一个光学质量表面的非流体物，其经进一步加工即可相容地复合到眼科镜片中。
文中所用的“镜片形成混合物”可与“反应混合物”互换使用，“反应单体混合物”或“可交联材料”指可被固化和/或交联而形成眼科镜片或眼科镜片的一部分的单体或预聚物材料。多个实施例可包括镜片形成混合物，其中镜片形成混合物具有一种或多种添加剂，例如紫外线隔离剂、着色剂、光引发剂或催化剂以及眼科镜片(例如隐形镜片或眼内镜片)可能需要的其他添加剂。
文中所用的“模具”是指可以用于利用未固化的制剂来形成镜片的刚性或半刚性物体。一些优选的模具包括形成前曲面模具部件和后曲面模具部件的两个模具部件。
文中所用的术语“辐射吸收组分”是指可与活性单体混合制剂组合并且可在特定波长范围吸收辐射的辐射吸收组分。
反应混合物在本文中有时也称为镜片形成混合物、可交联介质或反应单体混合物，与“镜片形成混合物”的意思相同。
文中所用的“从模具脱离”表示镜片完全从模具分离，或者只是松松地连接着，使得可通过轻轻晃动取出或用药签推出。
文中所用的“立体光刻镜片坯件”表示一种其镜片坯形是通过立体光刻技术成形的镜片坯件。
“基底”是一种物理实体，其他实体可在其上面放置或形成。
文中所用的“暂态镜片反应介质”表示可以在镜片坯形上保持流体或非流体形态的反应混合物。然而，在复合到眼科镜片中之前，暂态镜片反应介质可通过清洗、溶剂化和水合步骤中的一个或多个而被大部分移除。因此，说得明确点，镜片坯形和暂态镜片反应混合物的组合不构成镜片坯件。
文中所用的“体素”或“光化辐射体素”是一种体积元，表示三维空间中规则格网上的值。但是，体素可看成三维的像素，其中像素代表二维图像数据而体素包含第三维。此外，其中体素常用于可视化以及医疗和科研数据分析，在本发明中，体素用于限定到达特定体积的反应混合物的光化辐射量的边界，从而控制该具体体积的反应混合物的交联或聚合反应速度。举例来说，本发明中体素被认为存在于正形投影到二维模具表面的单层上，其中光化辐射可垂直地直接指向二维表面并以各体素的共同轴向尺度表示。例如，具体体积的反应混合物可以按768×768个体素交联或聚合。
文中所用的“基于体素的镜片坯件”表示镜片坯形是通过基于体素的光刻技术成形的镜片坯件。
文中所用的“Xgel”是可交联反应混合物的化学转化率，其中混合物中凝胶份额大于零。
设备
本发明所公开的设备在本文中通常分为五个主要分部，设备实施例的首次讨论将安排为在分部层面上进行逻辑讨论。这些分部为基于体素的光刻光学设备、芯吸设备、稳定和固化设备、测量设备和水合设备。然而，这些分部也作为整体设备工作，这应根据分部实施例加以考虑。
基于体素的光刻光学设备
基于体素的光刻光学设备是使用光化辐射来制作镜片形状和镜片坯件的设备部件。在本发明中，设备接收高均匀强度的辐射，并且在整个成形镜片元件表面的众多离散点上(大体上以逐体素的方式)控制对成形镜片元件表面的照射。这种控制让该设备部件能够控制反应混合物中沿着特定体素位置的光路的反应程度；最终确定其中已反应材料的体积，进而确定其上所形成的镜片坯件的形状。
基于体素的光刻光学设备的主要设备部件在图5中的示例性实施例中示出。示出的各设备部件将在后续章节中详细说明。现在示例性地概述分部功能。
现在参照图5，镜片形成设备500包括光源520。光源520中产生的光以限定波长带内的光出现，并且在强度和方向上有空间变化。空间强度控制器530或准直器，可聚集、扩散以及在一些实施例中使光平行以形成强度高度均匀的光束540。此外，在一些实施例中，光束540照射数字反射镜器件(“DMD”)510，该器件将光束分割为强度像素，各个强度像素可被指派一个数字的开值或关值。各像素上的反射镜将光反射到两个光路之一。“开”光路(即550)是导致光子行进到活性化学介质的光路。
相反地，在一些实施例中，“关”状态包括光被沿着会位于516和517所示的光路之间的另一光路反射的情况。“关”光路使光子对准而撞击在光束收集器515上，光束收集器功能性地吸收或以其他方式捕获朝其撞击的光子。
再来看“开”光路550，此光路中所示的光包括设置成“开”值的许多不同的可能像素值，并且在空间上被对准为沿着对应于其像素位置的单个光路。沿着各自光路550的各像素的时均强度可表示为在整个由DMD510限定的空间格网上的空间强度分布560。作为另外一种选择，如果使用固定的强度照射各反射镜，则560可表示空间时间照射分布。
开状态中的像素元件使光子被对准为沿着它们各自的光路550。在一些实施例中，光束或光线可通过聚焦元件会聚。以举例的方式，光路550可被成像为使得它们与所述表面大致法向或垂直地投射到成形镜片元件580的表面上。被成像的光可行进而通过形成中的镜片580，并进入含有反应镜片混合物的贮存器590中。
与给定像素位置关联的光线的相互作用，限定了容纳于贮存器590中和在形成中镜片580周围的反应介质或可交联材料体积中的开状态体素单元。此反应性介质体积中的光子可被吸收，并且在吸收光子的分子中促成光化反应，从而导致在所述分子附近的单体的聚合反应状态发生变化。
根据本发明的一些实施例，基于体素的光刻系统可用于形成眼科镜片。这种已成形镜片的波前面的图形表示示于图4中。
在一些实施例中，可控制设备500周围的环境，包括温度和湿度。可控制周围气体环境的性质，例如通过使用吹扫氮气来进行控制。进行吹扫可以增大或减少氧气分压，使之达到预定值。湿度也可相对保持在的预定值上，例如比办公室环境相对低的值。
在一些实施例中，使得可与各个设备部件相互作用的振动能量值是可以得到控制的另一环境参数。在一些实施例中，巨大的支承体结构限定了相对较低的振动环境。其他实施例可以包括基于体素的光刻系统500中的一些部分或全部由主动振动支承体支撑的情况。本领域众所周知的是，气囊支承活塞可显蓍减少传递到隔离系统的振动，这并不限制可能解决方案的一般性。其他标准的振动隔离装置也能可符合本发明的范围。
设备环境中的颗粒可能引入不可取的多种缺陷类型，包括进入镜片坯件和镜片中。例如，在光路中，颗粒会改变一个或多个体素元的实际强度，和/或影响特定反射镜元件的功能。由于这些原因，至少控制环境粒状物质的装置之提供完全在本发明范围内。达到这一点的实施例的一个例子是将高效颗粒空气(HEPA)过滤器集成到设备环境的主体中，以及强制足量的空气通过过滤器以在设备的露出部分建立层流系统的装置。然而，显著限制设备中及其周围的颗粒水平的任何实施例都在本发明的既定范围内。
根据本发明的光学设备的详细环境支持的另一方面包括环境光及其控制方式。在一些实施例中，环境照明提供光化辐射，因此要慎重限制光子能量的漫射源。
因此，在一些实施例中，设备500可封闭在符合前述环境需求的不透明材料中。一个优选实施例中，可在设备环境中使用滤光光源，这足以避免设备的有源部分暴露于环境照明污染。
现在参见图6，考虑以突显方式示出的光源600。光能量的具体方面可作为任何光刻系统的基础方面进行考虑，而且在本发明使用基于体素的光刻光学设备的实施例中，系统的光源性质可能很重要。
在一些实施例中，期望光源620提供较窄光谱带内的光。示例性光系统600的若干部分通过了实现所述窄光谱带特性的手段。在一个优选的实施例中，光源包括存在于环境支承体和机罩610中的发光二极管620。出于示例性目的，在一些实施例中，发光二极管光源620可包括Digital LightLab Inc.(Knoxville，TN USA)提供的带控制器的AccuCure ULM-2-365型光源。此型发光二极管发出中心波长致365nm附近的窄带光，并且具有约9nm的半峰全宽特性。因此，这种市售的光源部件已可发出期望的窄带光，因而不需要额外的设备。应当清楚还可以使用任何LED或具有类似特性的其他发光产品。
作为另外一种选择，也可以使用更宽光谱范围的光源，例如碳弧灯或氙灯620。在这种备选情况下，可利用宽带光源620。光从环境容器610发出，然后穿过部署在光源620上的滤光片转轮630。滤光片转轮630可包括多个不同的滤光片631，它们位于不同工作位置，这些滤光片631可(例如)包括带通滤光片，该滤光片可透射中心在365nm并且具有类似10nm性能的半峰全宽的光。在此实施例中，滤光片转轮可通过将滤光片轮转指向不同滤光片的电机致动器610来致动，因此允许示例性的体素光刻系统实施例500在在多个可选波长上工作。
应当清楚不难导出多个备选实施例，包括在非限制性透视图中，实际上滤光片631可以按固定方式安装在宽带光源620附近并提供合适的实施例。在另一方面，可以从备选实施例导出多波长能力，在该实施例中，环境610中有多个可独立启动以得到不同波长的LED光源620。
更一般地，一些实施例可以包括多种光源，包括例如白炽灯、激光、发光以及其他带有或不带各种滤光片的类似产品，这应当是显而易见的。此外，在一些实施例中，可使用能够在受控光谱带内发光的光源，且这些光源在本发明的范围之内。
光源600还可以具有稳定、均匀以及强度较大的特性。在一些优选实施例中，AccuCure LED光源620输出强光并且包括内部监控反馈环路，以在一定时间段内保持稳定的强度。
光源620可包括以可控方式调制强度的装置；包括使用限定的占空比来调节光源的开关。因此，经过完整的周期后，这种强度控制的模式将导致可选的时间平均强度等级。作为另外一种选择，在另一工作实施例中，LED光源可通过电压控制工作模式来调制强度，在该模式中，强度改变发生以实现与时间无关的发光强度等级。
为了稳定任何光源部件620的输出，光源环境中的其他特征可以包括附加的实施方式限定。这方面的例子可包括通过冷却系统的温度控制装置。其他环境控制可以包括符合本发明意图的不同的实施方式限定。
在本发明的一个不同的方面，光源设备600提供一个用于强度调制的备选实施例。单个光源620可工作而发出给定的强度，滤光片转轮630可由电动元件610致动，从而使用中性密度滤光片631截断发出的光。这样，向体素光刻系统500的其他部分提供的光强度便可调制到更低的强度。根据一般性观点，注意到各个光滤光片631的设计可以涉及多个自由度，并且可独自包括不同的实施例形态。作为非限制性实例，滤光片可以设计为按空间限定方式调制强度，使得滤光片限定沿着经过其主体的光路比其他光路具有更高的强度。在第二个非限制性实例中，滤光片转轮可以设计为与DMD的工作同步的方式来调制强度，从而允许协调由各滤光片转轮部分的密度值限定的像素和强度。这些工作方式的组合提供了若干备选实施例，并且应当清楚具有如此描述的特性的任何光强度控制装置都在本发明的范围之内。
在一些实施例中，滤光片转轮630可关闭某个滤光片元件631，使其阻挡来自光学系统500的其它部分的辐射。集成这样的功能可具有众多优点，包括改善下游光学元件的稳定性和使用寿命。此外，在一些实施例中，如果允许光源部件620连续工作，其稳定性可以提高。阻断滤光片631可考虑到在工作系统的其他部分执行步骤的装置，该装置不需要来自光源600的光。虽然已经描述了滤光片转轮630的特定位置，但是实施例可包括沿着光路的其它合适位置。
在另一方面，在一些实施例中，基于体素的光刻光学设备可包括均化和/或准直光学元件。该设备被设计为接收光源520的光输出，产生具有更均匀的强度并且聚焦在DMD 510上的输出辐射540。
现在参照图7，描绘了一些优选实施例。如上所述，所述设备可准直来自光源520的光，并且还可将该光相对于强度进行均化。一些特定实施例包括附装在光学组件上的AccuCure 365nm LED光源620，以对光源620的输出执行准直。
准直设备可包括准直组件和均化组件。在所述优选实施例中，由光源620将光充分准直，以进入700并投射到一组大致1英寸的聚焦光学元件710上所述光学元件710可包括可得自例如CVI Laser，Inc(Albuquerque，NM USA)的透镜。
可利用一个或多个透镜710来将源光(source light)聚焦到光管720。光管720用于均化输入的光并消除空间强度上的不均匀。光管720可包括由紫外级丙烯酸系材料制成的六边形光管。替代实施例可包括用于均化源光空间均匀度的光学设备。
发自光管720的均化光输出由市售级的光学元件730聚集，该类型的光学元件又可购自例如CVI Laser Inc.(Albuquerque，NM USA)。聚焦的光现在穿过孔阻挡件740到一组约2英寸的聚焦元件750上。这些聚焦元件又是标准的市售级光学元件，可得自例如Thorlabs Inc.(Newton NJ USA)。聚焦光学元件750在这里的用途是将光导向数字反射镜器件(DMD)510的焦点位置。如此便完成了基于体素的光刻系统照射部分中的光路。可能存在多个在准直器和匀化器部件方面有所更改的实施例，以在使用具有所需中心波长和光谱带宽的强烈均匀的光照射DMD 510时达到相似的目的，这些实施例均在本发明的范围之内。
在优选的实施例中，照射系统520和530将光(在图8 800中标示为820)施加于包括Texas Instruments的数字反射镜器件510的有源元件上并且正好在其周围。优选实施例中所用的DMD是通过得自DLi(Digital LightInnovations(Austin Texas，USA))的DMD开发套件DMD Discovery 3000获得的。该套件包括DLi DMD Discovery 3000板，其配备Texas InstrumentsDLPTM XGA DMD芯片(768×1024反射镜)0.7″，与紫外透射窗口选配件成对角。还包括与D3000板配套的ALP-3高速光处理板作为从计算机到D3000的链路。将这些部件合在一起包括成像系统部件的图8 800中的810，成像系统部件来自此基于体素的光刻系统的优选实施例。TI DLPTMXGA DMD的详细说明可以从Texas Instruments的DMD DiscoveryTM 3000数字控制器(DDC3000)起动器套件的技术参考手册得到。
DMD装置810可用于对从照射系统发出的光强度进行空间调制。得自Texas Instruments的DMD通过将光从微镜器件反射出去以数字方式执行此功能，这些微镜器件在器件有效区域的空间格网中形成单一可寻址位置。因此，从DMD 810以及更下面的成像系统800反射的光强度本质上并不变化，然而通过控制反射镜进入开状态或关状态的占空比，从单个像素位置反射的时均强度可以改变。
在其他实施例中，空间光调制器(SLM，诸如可得自德国FraunhoferInstitut Photonische Microsysteme的那些)可用于逐体素地控制辐射，并且可包括对强度功能元件810进行空间调制。SLM的类似反射镜表面实际上可以由多个(即成千上万个)微小的可移动反射镜组成，在集成电路内每个反射镜都有其自身的蓄电池。当所需强度分布的图像发送到SLM时，各个反射镜或弯曲或保持平直(与TI DMD不同，TI DMD是旋转或倾斜微镜)。从弯曲的反射镜反射出去的光被散射，使得光不会通过和照射光化学活性的化学混合物。
现在再来看图8，如上文所述，有源成像元件DMD 810以数字方式在一个或两个方向反射来处理光。在关状态下，旨在让光的反射光路总是见不到有光化学活性的化学混合物的位置。为确保在关方向导向的光永远见不到此光路，部分成像系统800可包括光收集器830。该收集器包括高吸收性表面，这些表面显著吸收入射到其上的任何光，并且只向收集器自身的更深处反射光。在优选实施例中，作为非限制性实例，这些表面包括可购自Hoya Inc.(Tokyo，Japan)的吸收性ND玻璃片材。
从“开”位置的反射镜元件反射的光采用不同光路，并且朝着聚焦元件840前进。与其他光学器件一样，这些约1英寸的聚焦透镜为可例如得自Thorlabs Inc.(Newton NJ USA)的市售部件。这些聚焦透镜840将从DMD 810发出的“开”状态光作为物聚焦到成形镜片元件上，光与反应单体混合物在其上发生反应。
在一些实施例中，希望提供可直接成像并监控光路状态的装置，而不是根据所产生的镜片进行推断。在基于体素的光刻光学设备的优选实施例中，提供了进行此直接监控的条件。使用可在光束光路进行进出切换的反射镜850截取将要聚焦到成形镜片元件580上的光。如此引导的光随后入射到可检测光的成像装置860上。
现在继续参照图9，成形设备900的元件将光束投射到反应混合物的最终目标区域。如上文所述，在一些实施例中，此光聚焦到与成形镜片元件930本身的表面垂直的方向上。在实施例示出的900中，光可以大约垂直的方式照射到成形镜片元件930的表面。在备选实施例中，可通过扣环或其他扣紧装置将镜片保持在合适位置，如921所示，扣紧装置可以使所述镜片相对于成形镜片元件930保持在正确方向上。根据广义的观点，应当指出的是，本发明包括多个涉及在整个镜片表面930上逐体素地取光的光路的实施例。
从图9继续，由于贮存器和成形镜片元件相对于光束的取向很重要，在一些实施例中可限定实现其互锁位置的机制，如成形镜片元件保持构件970和容纳反应单体混合物950的贮存器之间的相互作用所示。这两个构件之间的对齐还可有效控制贮存器950，使其在成形镜片元件表面930上居中。在一些实施例中，还可通过间隔环951的功能加强定位控制。该间隔同样将控制可向贮存器950中添加的反应单体混合物的体积。
图9还示出了涉及反应单体混合物附近环境气体控制方面的附加实施例。由于在一些实施例中，氧气的存在可改变单体的光化学并且需要光生自由基的清除剂，因此在一些实施例中，需要从贮存器950周围的气体中排除氧气。在图9 900中通过密封容器990来实现此目的。可以通过使惰性气体(诸如氮气)流过960来从环境中排除氧气。在又一个实施例中，可以通过控制氧气在流经密封容器990后在气体960中的稀释度来将氧气含量保持在一定水平。通过使用气体质量流量控制器获得氧气在气体960中的稳定稀释度水平的标准方法为熟知的技术，并且包括在本发明精神之内的实施例。
包含反应混合物的贮存器950可被填充适量体积的所述反应混合物。在一些实施例中，可在相对于贮存器950定位成形镜片元件930之前执行此填充。在其他实施例中，成形镜片元件930和贮存器950可以设置在密封容器990内部，并且使用气流960进行净化。也可以在使用反应混合物之前进行过滤。此后，可以将一定体积的反应混合物945定量填充到贮存器950中。
可能存在多种转移反应混合物945的方法，包括手动填充、自动装置定量流体转移或填充直到液位检测器测量到贮存器950中反应混合物945达到合适的液位。根据一般性的观点，对本领域技术人员可能显而易见，转移适量反应混合物945的多个实施例可能实际可行，并且此类技术完全在本发明的范围之内。
在氧气含量对于光学加工步骤至关重要的实施例中，应当清楚氧气在反应单体混合物945中可能以溶解的物质存在。在此类实施例中，需要在反应单体混合物945中达到氧气浓度的装置。一些实现此功能的实施例包括让混合物驻留在有吹扫气体960流过的气体环境中。备选实施例可能涉及单体混合物源中溶解气体的真空净化，以及在混合物分配时通过气体与待分配液体的膜交换重建所需的氧气量。在本发明的范围之内，任何可将所需的溶解气体确定在合适浓度上的装置显然均可接受。此外，根据较普遍的观点，存在或不存在溶解氧时，其他材料也可以作为合适的抑制剂。根据更一般性的观点，在本发明的范围之内预期会有包括建立并保持合适的抑制剂含量的设备的实施例。
现在再参照图10，该图示出了成形镜片元件的示例性形状及其保持与定位设备1000。固定成形镜片元件的结构可包括平玻璃盘1040。成形镜片元件可使用光学上稳定的粘结剂1020进行定位和固定，该方法使用装配夹具来确保盘和成形镜片元件之间对齐。盘的平坦面用作竖直方向的正向，而定位凹口1030和未示出的其他平整表面可用于径向和水平方向的位置约束。
现在参见图11，盘1000与贮存器系统1100紧密配合。该平坦面位于三个配合面1130之上。一些实施例可以额外包括弹簧支承的定位销轴1120，销轴与部件1030完全配合并位于其上。两个静止的定位销轴(未示出)接合成形镜片组件上的两个其他平坦面，整个组合起到以全部自由度以运动的方式定位成形镜片组件的作用，从而确保以可重复并且稳定的方式将所述成形镜片元件定位在光学光路中。在一些实施例中，还可包括容纳活性单体的贮存器1110。根据更一般性的观点，有多个实施例符合本文所公开的本发明技术，这些技术对于本领域技术人员显而易见，这些实施例可用于对中成形镜片元件、将这种镜片元件定位在装有反应混合物的贮存器附近，以及将一个或多个此类功能设置在环境可控的环境中。
成形镜片元件1010至少部分地透射所需的光化辐射光谱。因此在各种实施例中，成形镜片元件1010可以包括(例如)以下材料中的一种或多种：石英、塑料、玻璃或可透射固化反应单体混合物所用光的波长的其他材料。还可注意到，成形镜片元件1010的形状包括具有可转移到镜片或镜片坯件的特性的若干表面1011之一，其中镜片或镜片坯件通过透过成形镜片元件1010的成形光化辐射造成的聚合反应沿着表面1011而成形。多种形状实施例可以包括本文所述的本发明技术。
在可被用于成形镜片元件1010的设计和特性的多个实施例中，所述各项的例子可以具有独特的形态，例如涉及其库存材料、制造、使用历史和/或其他原因的方面。这些形态可以跟或不跟体素光刻系统500的整体功能相互联系，从而形成实现最终产品目的所需的逐体素的强度分布的独特光学偏置。因此一些实施例可能使用调整成形镜片元件1010、保持并追踪它们的装置。举例来说明原因，一个实施例可以按机器可读的格式在成形镜片部件1040的平坦表面上编码识别标识。附加的实施例可包括例如RF识别装置附件及所述识别标识，供机器读取。可有多个其他实施例可标识各个成形镜片部件1040，这些实施例可以包括本发明的意图。
基于体素的光刻光学设备500的输出产品可以包括许多实施例。在一个实施例中，如900所示，反应产品940将在成形镜片元件930的表面上形成，然而它们仍然存在于残余的反应化学混合物945中。从化学混合物945中取出成形镜片元件930及反应产品940的操作可以包括设备的附加实施例。在一些此类实施例中，成形镜片元件930和所附的反应产品940可以通过例如机器人自动化操作从化学混合物945中提起。
在一些实施例中，利用所述方法得到的制品可以是称为镜片坯件的实体。镜片坯件一经形成就可附到成形镜片元件上。示意图1700表示在不存在可附着于镜片坯件的基底或成形镜片元件的情况下坯件所包括的结构。然而，此粗略的示意图仍示出了镜片坯件的关键特征。反应产品具有称为镜片坯形的固态元件，现标识为1740。在此实施例中，所附的表面(成形镜片元件未示出)和镜片表面一起标识为1750。镜片坯形1740现在将具有由基于体素的光刻系统500的操作所确定的表面1730。附着到此表面1730上的是流体镜片反应混合物1745。在此类实施例中，介质1745仍将保留在成形镜片元件上，如本文所述，它们可以在那里接受照射以进行附加的加工。
可流动材料移除设备
在一些实施例中由前文所述基于体素的光刻光学系统500制作的镜片坯件1700限确定了一种新颖的实体。可流动材料移除设备(有时称为芯吸设备)是一套可用于镜片坯件1700上的设备，将在下文中详述。
参照图12的1200，该示意图示出了可流动化学品移除设备的一个实施例的一些形态。镜片坯件现附在成形镜片元件1250上示出，对准板1260也附在其上。该组合作为一个实施例来说明，其中镜片坯件的表面朝下。流体镜片反应混合物1240将在包括重力在内的多种力的作用下移动。芯吸毛细管1210设置在流体反应混合物1240附近，在沿着镜片表面低点汇聚的流体化学品的周围和中间。在一优选实施例中，芯吸毛细管可以包括由Safecrit的HP8U型未处理塑性微量血细胞比容管制成的聚合物芯吸型毛细管。作为可供选择的例子，毛细管还可以包括玻璃、金属或其他符合流体化学品移除的物理和化学/材料要求的材料。
流体化学品1240被吸入毛细管1210，然后形成从镜片坯件抽走的体积1241。在一个实施例中，该过程可以重复多次。经过该过程后，镜片坯件1200保留的附在镜片坯形1750上的流体镜片反应混合物的量减少。
流体镜片反应混合物的多个方面可能受到此过程的影响，包括例如流体镜片反应混合物中粘性较差的组分可能会被分离和去除。本领域技术人员应当清楚有许多不同的实施例涉及执行化学品去除过程的方法，这些实施例全部都符合本发明的范围。
通常，实施例可以包括多种从表面抽走化学品的物理设计。不同实施例的一个实例可以是致动真空系统元件1220以协助抽走流体镜片反应混合物1240。以非限制性实例的方式，另一个实施例可包括毛细管设备1210的备用品，其各点的设置模仿成形镜片元件表面1250的形状。另外，例如可使用高表面积材料(类似海绵)或具有高表面积的纳米级材料来进行化学品移除。重申前文所述的概念，备选实施例可包括控制从反应混合物945吸取成形镜片元件930上镜片坯件的速度。在此实施例中，表面张力可包括与毛细管芯吸步骤相似的化学品移除形式，从而导致形成镜片坯件后留下的流体镜片反应混合物1710的量减少。根据一般性的观点，可进行流体镜片反应混合物1240部分移除功能的多个设备实施例均包括本发明范围之内的技术。
在优选实施例中，真空系统部件1220具有替换前文所定义功能的另一功能。在多个镜片坯件的加工过程中，化学品移除设备1200将多次进行化学品移除。真空系统部件1220可以用于清洗和排空毛细管设备1210。不同的实施例可以包括流经毛细管设备1210的清洗溶剂，与真空系统部件1220结合使用。
图12中所示的实施例1200通常示出化学品移除系统如何工作，并注重所涉及部件的细节和近距离视图。通过比较，图13示出了化学品移除系统1300的一些实施例的更全局化的视图，以帮助描述在优选实施例中使用的设备以及某些变更。图13中的1300包括毛细管移除部件1305和以类似构型安装在成形镜片元件和成形镜片板上的镜片坯件1306，其中镜片坯件朝正下方。
现再参照图13，显然在若干备选实施例中，芯吸毛细管1306可以设置在偏离成形镜片坯件1305中心(即中点)的位置。1330指示xy转移台的单一尺度，可在其上进行调节以补偿毛细管到成形镜片元件的中心对齐。1330以举例的方式描述了优选实施例中的手动游标调节形式。然而，本领域技术人员应当清楚可通过包括例如步进电机的自动方式来进行调节；更一般地说，用于XY转移台定位的自动设备的各种等级的完善改进均应被预计在本发明范围之内。从更高层次的一般性来看，并且为了简化以下的讨论，可以假定设备上的任何移动能力在可能的实施例中都具有类似的自由度。
1320为成形镜片元件夹持设备，包括将成形镜片元件灵活地夹持在所需稳定位置的设备。成形镜片部件，在前文中标示为1000，在此实施例中可以采用与位于基于体素的光刻光学设备500上时类似的定位方案。在若干备选实施例中，可以使成形镜片元件夹持设备1000的转移以自动方式进行。应当清楚，将成形镜片元件夹持并锁定到流动化学品移除设备上合适位置的多种备选方式包括符合本发明的各个方面。
到目前为止的讨论已一般性地示出了其中成形镜片元件的轴线被定位成使得其与水平面垂直并且沿着重力方向的实施例。若干备选实施例可以允许轴线围绕此垂直方向旋转一定角度。1350包括一个用于改变成形镜片元件轴线与重力所夹角度的调节装置。这种改变的基本效果是镜片坯件上的流体物质1710趋于在偏离成形镜片元件中心的位置处聚集。在一些实施例中，可能具有在偏离中心的位置处抽走流体介质的优点。
图13中示出多个部件涉及毛细管芯吸设备1306到镜片坯件上流体介质的竖直位置。例如1340可以包括使附连到芯吸毛细管1306上的工作台沿竖直轴线移动来粗略调节此尺度。另外1345包括同一运动可能性的精细调节。换句话说，可以沿着同一轴线相对于毛细管芯吸设备1306来调节成形镜片元件安装工作台1310。1370包括用于此目的的精细调节设备。
为了将芯吸毛细管移到不同的方向，1360包括转动装置。例如，这样的实施例可考虑到简单自动地更换芯吸装置1306。
如前文所述，可能有多个实施例涉及流体化学品移除设备1300的各个部件的自动移动。然而，此外，对于备选实施例，包括控制移除化学品过程的光学测量也完全在本发明的范围之内。用于此类监控的其他备选实施例可以包括例如多种类型的液位传感器。概言之，本领域技术人员显然应知，可控地从固体支承体部分移除流体化学混合物的过程可能需要多个传感和测量设备。
到目前为止所讨论的涉及流体镜片活性化学品移除设备的实施例的实质包括用于从镜片坯形1730的表面移除部分化学品1710的方法和设备。本领域技术人员应当清楚化学品净化步骤可以包括具有更有效净化方案的实施例。通过使用行业标准净化技术，流体镜片活性化学品1710可以部分地或几乎全部地移除。根据定义，具有此类净化措施的设备会将镜片坯件1700转化为其他形态。然而，在一些实施例中，例如通过沉积、喷洒、喷墨或芯吸，将反应混合物再次施加到镜片坯形的表面1730，可以在所述净化技术之后重新构成镜片坯件。
化学品移除的其他实施例可以不使用镜片坯形1740外部的设备。作为另外一种选择，由于镜片坯形1740的形状可通过多个实施例限定，因此有一些镜片坯形的设计可在镜片坯形1740的某些位置包括外形貌凹陷或沟凹陷区域(图4400中的部件440包括此类特征的一些示例性实施例，并且在本文的其他章节进行讨论)。通过引导流体镜片反应混合物1710进入沟凹陷区域，镜片坯形1740“上”的流体镜片反应混合物1710的量可能会减少，并且这种减少可能包括所述备选的化学品移除实施例。一般可以明显看出，此类实施例中，以这种方式进行的外形貌起伏特征的实际形状可以变化，并且可形成为自由形态的表面。
稳定和固化设备
镜片坯件1700包括用于定制眼科镜片的设备的附加实施例的基础。在一实施例的描述中示为层1710的镜片坯件的流体层提供了形成光学质量眼科镜片表面的新颖方式。竖式放置镜片坯件时，流体介质可能会流动一段时间。在某些条件(例如时间的长短)下，流体层可能在重力和表面张力的共同作用下绵延开，从而获得稳定的实体。稳定后的流体镜片反应混合物1710的表面可由1720来表示。在某些实施例中，所得表面1720可包括比镜片坯形1740的表面1730的光学性能更出众的表面。许多设备均可提供稳定流体镜片反应混合物1710的能力。
现在转到图14，该图示出了一优选实施例中的稳定设备1400。其一种形态允许流动系统与运动或振动能量隔离。在1400中利用部件1450实现这一点。振动隔离系统1440之上可支撑相对大型的工作台1450。由于在此类实施例中还应用了重力，因此所述大型工作台1450可优选具有水平的平坦表面。镜片坯件1410可连接到可以与夹持设备1451连接的成形镜片元件夹持器1430上。在一些实施例中，可使用自动计时设备控制流体介质达到相对稳定状态的最短时间。
在一些实施例中，用于稳定的设备包括便于镜片坯件暴露在光化辐射中的附属部件，以便将镜片坯件1700固化为成形眼科镜片。在一些实施例中，固化辐射只在流体镜片反应混合物1710中引起光化学反应。在备选实施例中，镜片坯件的其他部件，诸如镜片坯形1740，接受固化辐射后可能经历一个或多个化学变化。专业人士应当清楚，构成基于包含镜片坯件的材料性质的变型的其他实施例也符合本发明。
在1400中，固化辐射源标示为1460。例如，可以采用前文在体素光刻光学系统520的背景中所讨论的类似光源。例如，在一些实施例中，得自Digital Light Lab Inc.(Knoxville，TN USA)的带有控制器的AccuCureULM-2-420光源1460可构成合格的固化辐射源1461。执行适当的参数设定使之稳定后，固化光源1460的控制器切换到开位置，使镜片坯件及其环境暴露在固化辐射1461下，进而形成一种实施例形态的眼科镜片。根据一般性的观点，可以有多个涉及稳定或者移动镜片坯形1730表面上的镜片反应混合物并随后以某些方式使用固化辐射来进行照射的实施例。
例如，一些用于固化设备中加工的备选实施例可包括镜片坯形，其中流体材料可能已在清洗系统中清洗掉。由于固化形式的此镜片坯形可以包括具有某些独特特性的镜片，预见到在本发明的范围之内有涉及固化设备使用的实施例，其中涉及到固化设备以本质上不要求稳定设备的方式被使用。根据更一般性的观点，本发明可以预见到多个材料和形态的实施例，其中固化设备可固化材料，这些材料不需要待固化表面上先前有流体材料流过。例如，用基于体素的光刻光学系统成形的并清洗掉流体镜片反应混合物1710的镜片坯形，还可以包括一个其中固化设备能够将镜片坯件固化到镜片中的实施例。
一组实施例包括引起流体镜片反应混合物1710运动的替代方式。以举例的方式，在一些实施例中，晃动包括流体镜片反应混合物1710的镜片坯件表面可引起流体镜片反应混合物1710发生移动。另外，例如，在一些实施例中可能期望以薄膜加工中常用的旋转涂层方式使镜片坯件绕中心轴旋转。
还有一些其他实施例可包括通过将镜片坯件1410以可控的方式下落一定距离，使流体镜片反应混合物1710受到的重力成为最小。另一些实施例可以通过改变镜片坯件1410、成形镜片元件1420和夹持器1430被支承的表面1450的水平来改变重力的影响。当表面水平不同时，中心镜片区域中流体镜片反应混合物1710上的作用力可能会改变并引起运动。
在另一方面，一些实施例可以包括流体镜片反应混合物1710的化学或物理变化。以举例的方式，有一备选实施例可包括在流体活性化学品中或周围引入溶剂材料，其引入方式可改变其流体的本质。另外，所述增加的材料可以影响镜片坯件系统1700中部件的表面能量性质。可以通过使用固化辐射1461来部分改变流体活性化学品1710的性质，从而以完全不同于固化的方式改变流体的本质。可通过本发明的性质来预见到多个涉及改变流体化学品系统性质的关于一般性质的备选实施例。
在非常基础的水平上，活性化学品混合物945的性质可以与设备的多个实施例相互配合，以能够得到不同的结果。显然，稳定和固化设备1400的性质以及由改变活性化学品混合物中基础化学组分而衍生出的实施例变型均包括本发明范围内的实施例。例如，这可包括例如改变固化辐射所使用的波长，以及可以引入在所述固化辐射波长上具有灵活性的设备实施例。
由于镜片坯件的材料可包括已成形镜片的部分，因此对本领域技术人员应当显而易见，稳定和固化设备中及其周围的环境控制包括重要的实施例形态。例如，用例如HEPA过滤的空气流控制颗粒物质可以涵盖一个环境控制的实施例。由于流体介质仍然对光化辐射敏感，控制杂散光线进入环境可以涵盖一些附加的实施例选择。此外，湿度和其他气体污染物可能会影响镜片的质量，而控制这些环境条件可涵盖一些备选实施例。对本领域技术人员显而易见的许多环境控制方面均涵盖本发明的范围之内的技术。
用稳定和固化设备处理一些实施例的镜片坯件的产物可以包括眼科镜片的类似物或形态。在许多意义上，此材料具有直接涉及最终水合眼科镜片的特性。然而，许多实施例在镜片稳定和固化之后仍然在成形镜片元件和夹持器1430上形成实体，该实体的非水合形式可被以多种形式测量。
测量设备
继续参照图15，该图示出了可测量光学和材料特性的测量设备的实施例的示意图。应当清楚可以对“干”镜片和水合镜片进行测量，其中“干”镜片测量应在使用前文所述的固化设备1400处理之后进行。然而，此实施例关注干镜片的测量，这些干镜片最好仍附连在成形镜片元件上。参见图15，干镜片1520仍附连在成形镜片元件1530以及其适当的夹持部件1540上。例如，此夹持部件1540附连在一对安装座1550和1560上，其组合在一起便可控制镜片绕中心轴的旋转运动。
在一些实施例中，当镜片样品1520、成形镜片元件1530和夹持器1540轴向旋转时，来自激光位移传感器1510(例如由Keyence(Osaka，Japan)制造的LT-9030型)的激光1515会与镜片样品1520的表面相互作用。转动的伺服电机1570驱动一个旋转支承的运动载物台，样品组件位于该载物台上。为了稳定旋转，在一些实施例中镜片样品组件的质量中心尽量设置在靠近中心点的地方。载物台旋转时，激光位移传感器1510会测量沿着镜片1520表面轴环的多个点的位移。载物台旋转完一整周后，位移传感器1510会按方位角运动。每次运动都会在镜片表面周围形成新的环形轮廓。重复此实施例中的过程直至整个镜片表面获得其轮廓。通过测量没有镜片样品1520的特定成形镜片元件1530，获得以按等效球面标记格式给出的成形镜片元件的表面位置。从成形镜片上有镜片的测量结果中减去此结果，便得到该镜片产品的厚度测量图。还有，通过所连接的RFID或通过其他手段以电子格式给出的成形镜片元件的独有标识，可以涵盖该设备的另一实施例形式。
在一些此类实施例中，样品表面1520相对于探测器1510的自由振动位移会包含系统获得的位移测量值上的有效位误差。因此，可以包括减振和隔离。因此，在一些实施例中，可利用位于振动隔离安装座1590上的大型支撑工作台1580使振动的影响降至最小。一些实施例可能比其他实施例对振动噪声的敏感度更小；然而一般来说，使进入各种形式的探测器以及设备上的样品的周围环境的振动能量传递模式最小化的多种方法涵盖本发明范围之内的实施例。
其他实施例可以使用不同的测量系统，在一些情况下使用除前述的激光位移传感器之外的测量系统以获取镜片特性。作为非限制性实例，还可以在一些实施例中使用购自Thorlabs Inc(Newton，NJ，USA)的Shack-Hartmann波前传感器，以确定所形成的镜片主体的厚度。
根据一般性的观点，预见到在本发明范围之内的测量装置可以有显著的差异，部分地且举例地包括：用来表征折射指数、辐射吸收度和密度的技术。还可以预见到涉及环境控制的方面，例如包括颗粒检测。这些不同的技术可以用于与示例性测量装置1500相同的环境和位置，或者在备选实施例中可以包括普通系统环境内或外部的其他位置。
涉及特定样品生产时所用的特定样品和部件的测量和逻辑数据的收集、存储和通信涵盖本发明的一般实施例原理。这些不同的数据可用于建立用以控制镜片特性的反馈环路。在一个示例性的优选实施例中，镜片样品1520的来自基于激光位移传感器的测量设备1500的输出将记录并存储在计算系统中。在一个实施例1530中，单个成形镜片部件在用于生产所述样品1520之前可以进行类似的激光位移测量。通过使用数据计算系统，可以某种方式对位移数据进行加工，以得到由此制得的镜片样品的厚度表示。
在该计算系统内，镜片样品的所需型号(可用于提供镜片制造系统中各种部件的起始参数设定点)可与样品1520和成形镜片元件1530的位移数据的处理进行比较。在一些实施例中，一个型号中的各个位置点可映射或关联到成像系统的独立部件；在优选的实施例中，为基于体素的光刻光学系统中的具体体素元件。通过对该体素进行参数调节，下一个镜片或镜片坯件样品可以制成具有与前一样品相比经调整的性能。在测量以及多种算法和设备的多个实施例中，本领域技术人员应当清楚，许多数据获得、处理、建模、反馈以及通信的备选实施例包括本发明范围内的要素。
在一些实施例中，涉及制得的镜片样品1520的厚度的具体系统的测量数据可以通过使用镜片坯形1720的轮廓中所设的对准特征得以加强。在示例性的图4的400中，获得通过与上文所述相似的方式所得到的厚度测量。关于400的其他讨论将在本公开的其他章节展开；但在理解一对准实施例时，可以考虑440。部件440可在镜片样品1520的表面包括相对较深的轮廓凹凹陷区域。此类特征的设计可用于确定设备中的众多加工步骤的方向。在一个实施例中，与400相关的信号可以通过算法或测量数据的处理来提取或识别。此类提取可用于定位各种设备的部分，所述设备靠近相对于对齐特征440的位置或对该位置进行加工。本领域技术人员应当清楚，除了别的以外，包括标记材料的使用和轮廓特征设计的对齐特征的多个不同实施例都是可行的并且包括在本发明范围之内的技术。
一些备选实施例使用测量系统1500生成的测量数据，从而可以利用该数据诊断和控制整个眼科镜片生产系统或其中的多种设备。作为非限制性实例，存储成形镜片元件1530的上述测量结果可形成此类测量的历史记录。通过备选的计算和算法处理，可比较一段时间内的表面特性，而这些特性的突然或稳定变化都可用于标记某种诊断干预的需要。这种信号变化的多种可能原因中的一个例子可能包括成形镜片元件在其表面上受到某种表面划痕。在其他实施例中，基于统计的过程控制算法可用于设定所得测量结果的可接受限值以及自动地标记测量中的有效变化。又一些实施例可在系统内设置自动化装置，以在自动化装置内对这些标记作出反应。然而，根据一般性的观点，本发明的范围预见到这些以及多个其他实施例，其中使用来自例如系统1500的测量数据来诊断和控制整个系统。
到目前为止所讨论的测量设备的实施例可能通常适合在“干”镜片样品1520或其成形镜片元件1530上进行测量。然而，根据更一般性的观点，类似的或附加的测量实施例可能衍生自整个系统中其他形式的测量特性。作为非限制性实例，在一些实施例中“干”镜片可以继续加工并成为水合物。在这样的新确定样品1520上的测量可以包括一例更一般性的实施例讨论。另一实例可包括在镜片坯件样品1700上进行测量。因此，一般来说，存在多个预见到在本发明范围内的实施例，在用于加工或构成此类眼科镜片生产系统产品的多种形态的材料上进行测量。
水合和移除设备
眼科镜片生产设备的另一个分部包括从其成形镜片元件上分离镜片或镜片坯件、净化以及水合的步骤。在一些实施例中，这些步骤可以基本上同时进行。转到图16，描绘了用于执行这些步骤的设备1600(简称为水合设备)的实施例。所述设备包括用于容纳水合液的容器1610。还包括其中浸入镜片1630和成形镜片元件保持器1640的流体浴1620以及用以将所述浴保持恒温的温度温控装置1650。
在一优选实施例中，流体浴1620含有其中加有表面活性剂的去离子(DI)水。有多个此流体浴的实施例实际应用于本领域并且符合本发明的范围。在一替代实施例中，可包括有机醇混合物的流体浴1620，有时是在去离子水和表面活性剂的混合物中。因此，容器1610的一些实施例可以含有与下述材料相符的材料，即包含一定体积的水或有机醇并且还在温控装置1650和流体浴1620之间传递热能的材料。根据一般性的观点，可能有多个备选实施例，包括属于水合和净化镜片范围的容器材料、容器设计以及填充和排空容器的方法，并且包括本发明领域的实施例。
在一些实施例中，升高该流体浴的温度以加快水合、净化和脱离操作的速度。在一个此类实施例中，可通过使用具有内部传感设备1650的热板来保持温度。更高级的实施例可以包括加热流体的替代方式，其中包括备选的辐射和传导材料和设备。此外，其他实施例可以包括不同的方法来监控流体浴的温度并将温度控制在一定温度范围内。又一个更高级的实施例可包括及时改变或编程设定流体浴温度的能力。本领域技术人员应当清楚存在多个控制水合液浴温度的实施例，其中包括在本发明范围内的实施例。
当镜片1630和成形镜片元件1640暴露在流体浴中并且镜片成为水合物时，在一些实施例中，镜片主体将溶胀并最终从成形镜片元件1640上分离开来。因此一些实施例可以包括抓住分离的镜片并装入合适存放位置的装置以及封装装置。更多的实施例可以包括定位并拾取从流体浴介质1620分离的镜片。作为另外一种选择，在使镜片与流体分离的排放过程期间，实施例可以提供过滤所述流体浴介质1620的能力。从一般的角度来看，定位镜片并将其搬运到存放装置中的多种方式涵盖本发明范围内的符合实施例。
然而，如上所述，处于溶胀形态的镜片可能包括患者佩戴镜片时最匹配镜片性能的光学特性。因此，在一些实施例中，可以在溶胀的镜片上进行一个或多个测量步骤。此类实施例可以包括如其他测量步骤已经讨论过的反馈、控制和诊断的类似方面，并且专业人士应当清楚还存在导出自水合设备中镜片溶胀的一些附加实施例。
本发明包括用于眼科镜片形成的设备的五个主要分部。在一个优选实施例中，每个分部都有其自身的实施方式来限定设备。然而，应当清楚由于设备的每个分部可以包括多个备选实施例，即使在更高层级也可能存在其他选择，其可具有不同的分部构造，或作为另外一种选择可省略一个或多个分部，并且仍然涵盖本发明范围内的实施例。
方法
本发明中公开的方法基本上可以包括五个主要分部，因此该方法一些实施例的讨论将并入分部层级的逻辑讨论。这些分部分别是涉及基于体素的光刻镜片坯件生产的方法、镜片坯件生产的更普遍方法、加工镜片坯件的各种方法、镜片和镜片坯件的后加工，以及多个部分中的测量和反馈方法。应当指出的是，以下步骤和方法说明均为示例性的，并不旨在限制另外提出的或在本文所附权利要求中所述的发明范围。
还有包括所有分部或其子集的方法实施例，因此将所述的一个或多个方法步骤包含在内以及它们的顺序并不会限制本发明。参见图1，对方法100的分部方框进行了标示，并且它们包括：基于体素的光刻方法110；备选成形方法120；镜片坯件加工方法130；后加工方法140；以及测量和反馈方法150。在图1中，在椭圆形部件中标示了两个实体，它们是作为部件160的镜片坯件以及作为部件170的眼科镜片。单箭头可包括一些实施例可以采取的一般方向，双箭头则表示材料、数据以及信息中的一些或全部可以在各种方法部分与核心测量和反馈部分之间来回流动。
基于体素的光刻过程
利用基于体素的光刻光学设备制作镜片坯件的方法包括多个涉及许多设备实施例以及许多在加工镜片坯件时使用这些设备实施例的方法的实施例。参照图1，110为基于体素的光刻过程，框115表示开始步骤，其可能包括利用此系统制作镜片的起始步骤。可以在算法计算中输入所需的镜片参数。在一些实施例中，可以通过测量眼科患者光学表面上的光学像差来获得这些参数。这些测量可转变为待制作镜片的所需波前特性。在其他实施例中，可能存在可输入到算法中以确定镜片生产参数的理论镜片波前特性。对本领域技术人员应当显而易见，可能有多个方法实施例涉及限定所需输出镜片特性的初始步骤。
继续步骤115，一种算法接受上述输入参数，在一些实施例中使这些参数与之前制得的镜片相关。现在可确定用于将与空间光调制器通信的照射“影片”即脚本的一系列的“帧”。应当清楚，可能有多个实施例涉及确定输入到算法中的所需参数的算法处理的方法。
类似地，可能有多个方法可用于将特定体素元的算法输出及时转换为包括“DMD”脚本的计划光反射分布。举例来说，算法所要求的总强度值可作为一系列时步发送到反应混合物处的体素位置，在该处反映出整个时间段内光照射系统的输入强度。全“开”步的整体强度可以随后由另一个时步补充，在该时步给反射镜元件写入一个部分数值，因此在将整体照射反应混合物的剩余时步中反射镜具有小于全开的占空比“开”度，然后此特定体素元可在剩余期间“关”。可供选择的方法可包括，取得准备发送的多个步或“帧”的强度平均值，然后使用该值设定发送到DMD的大部分帧值。本领域技术人员应当清楚，在前面的设备讨论中论及的空间光调制器一般也具有与创建此强度和时间照射控制之意图相关的方法实施例。
虽然上述方法是涉及通过空间照射装置的动作调制施加到空间照射装置的固定强度的给定例，如果来自光源的强度在光源或带滤光的光学系统中得到调制，则可得到更高级的方法。可以将照射系统部件和空间照射调制器这两者中的强度控制结合而得出更多另一些实施例。还可以从照射波长控制得到更多实施例。
形成“DMD”脚本的方法一般来说应视为涉及发送给任何大小的任何空间光调制器的控制信号以及发送给任何系统部件的控制信号，系统部件例如光源、滤光片转轮及类似部件，因此该方法通常可以包括创建一系列编程的时序命令。对本领域技术人员应当显而易见，有多个实施例涉及创建控制信号程序的方法，其中涵盖涉及光化辐射详细信息的、所使用光学系统详细信息的以及包括反应单体混合物的材料详细信息的实施例。
应当指出，“DMD”脚本和算法的详细信息可能与处理后获得的结果有关系。关键参数的反馈将在稍后讨论，因此此类详细讨论将后推。然而，就创建方框115所示的DMD脚本的方法而言，在基于体素的光刻过程与反馈和测量方法之间指向的双箭头部分涉及创建DMD脚本方法中此信息交换。
系统反应混合物的配制及准备中的许多方法均包括进入制作镜片坯件方法的另一输入。在图1中，111是表示反应混合物制作中包括的多种不同方法的方框。本领域技术人员应当清楚，所述在本发明范围之内讨论的设备实施例涵盖关于反应混合物内组分的构成类型的高度灵活性，并且预见到(作为本发明的一部分)反应混合物组分的多个实施例涵盖本发明的范围。
不失一般性，例如作为反应混合物中单体单位的化学品成分可以(如一些实施例中所述那样)包括对紫外光谱的光具有光反应性的化学品。然而，这些单体分子同样可选择，使其可通过光化学反应吸收可见光谱的辐射。系统内的组分同样可以定制，使其与电磁频谱的另一部分相一致。因此，应当理解涉及本发明的材料方法可以包括对大部分电磁频谱敏感的分子。
在一些实施例中，单体混合物实际上是与其他化学品成分混合的一种或多种光化学活性单体类型的混合物。由于为非限制性实例，因此可以包括其他化学品作为吸收化合物。此类单体混合物的添加剂在一些实施例中可能很重要，这些实施例运用基于体素的光刻而使得沿着由体素元限定的光路的光化辐射强度可通过比尔-朗伯-波格定律模拟得出。该组分可以极大地限定体素元内制造过程的厚度敏感度。对本领域技术人员可能显而易见，多个实施例可以包括将本发明范围之内的技术用于向吸收相应光谱区域内光线的单体混合物中添加组分。
在其他实施例中，单体混合物的吸收组分会给刚讨论的方法增加复杂性。例如，限定由以不同方式吸收光线的多分子吸收剂组分的方法可以在本发明的范围之内。另一些实施例可从由分子构成的吸收剂单元得到，这些分子本身具有多个相关的吸收频带。还有更多方法实施例可包括向具有组合单体和吸收剂作用的单体混合物中添加组分。这种组合继而可在一些实施例中还可以便于在单体进行化学反应后继续起到吸收作用。此外，相反的情况下可能包括这样的方法实施例，该方法中添加发生光化学反应时具有变更的吸光率性质的化学品。根据一般性的观点，应当清楚有多个方法实施例包括具有可吸收一个或多个相关光谱带辐射的组分的反应单体混合物，并且这些实施例可以在本发明的范围之内。
如果在制作单体混合物的方法中包括添加抑制剂组分，则可以得出附加实施例。在这种情况下，抑制剂化合物的作用是与反应单体混合物中形成的化学产物进行反应。在一些实施例中，光化辐射的吸收可以生成一种或多种自由基化学物质。一种抑制剂可与自由基物质反应，从而结束聚合反应的光路。此类实施例的一个效果是限制光化学聚合反应的持续时间，或者以其他方式限制聚合反应可以在距原始光吸收引发剂事件多远的距离发生。显然，向单体混合物中添加抑制剂的一些实施例可能因此具有空间分辨率的关联性，其中体素元中的光子集合将最终在其引发的反应空间位置进行反射。通常抑制剂的作用可以涵盖多个涉及本领域的实施例。
可按抑制方式起作用的反应混合物化学物质或组分的类型涵盖本领域的多个其他实施例。与吸收剂一样，在多个聚合反应光路中具有双重作用的抑制剂也在本发明的范围内。此外，抑制剂可包括单体分子本身的一部分。而且，在一般性的其他方式中，抑制剂本身可以具有热或光反应的敏感性。还可从处于纯化学状态的抑制剂的性质得出又一些实施例，它可以包括在混合物中的溶解形态，但呈现其纯形态的气体、液体或固体特性。
制作单体混合物的方法可以具有关于引发剂组分添加的附加实施例。引发剂可以包括光吸收组分，该组分在吸收光子过程中生成促成聚合反应的化学物质。引发剂可以包括在特定频带吸收性显著的分子。可能会出现具有在设备的多个相关频带内有光吸收性的引发剂分子的更多实施例。其吸收还可包括相对较宽的相关频率频带。如果单体混合物的引发剂组分也是导出自存在于该单体混合物中一个或多个单体分子类型的化学引发剂反应性，则还可能有更多实施例。在本发明的范围之内，对本领域技术人员可能显而易见，多个备选实施例可以包括包含具有充当引发剂的组分的单体混合物的方法。
在一些实施例中，这些所述的添加剂包括有利于眼科镜片形成方法的功能。在一个示例性实施例中，使用的单体混合物是依他菲康(Etafilcon)A，其为眼科镜片生产中具有一般用途的反应单体混合物。再参照图3，依他菲康A包括在聚合反应中会形成固体或凝胶的单体组分。依他菲康A还包含吸收剂分子Norbloc，其可吸收包含300中较短波长的频带中的紫外辐射，并且显示为例如310。此外，依他菲康A还包含作为引发剂的组分，并且其吸光率以340来表示。在该混合物中，溶解气态氧的存在包括抑制剂的作用。因此在此实施例中形成反应单体混合物的方法包括固体混合物和/或液体组分的配制，而且还包括控制溶解氧的含量。此实施例的具体实施方式为示例性的，因此并不旨在限制本发明的范围。
本发明的一些实施例的其它方面为反应单体混合物的物理形态控制提供了条件。在一些实施例中，这可包括添加溶剂或稀释剂以改变反应单体混合物的粘度。
在制作单体混合物的方法中，对新生混合物进行的处理可能会确定其他实施例。作为非限制性实例，混合物可以处于可能导致某些溶解气体物质解吸的抽空环境下。在另一个实施例中，单体混合物的处理方法可以为，将大量混合物暴露在光化辐射的照射下，从而在用于后续的光化学工序之前改变混合物中多聚物组分的度分布和总体分布。对本领域技术人员应当显而易见，可以有多个附加实施例用于处理单体混合物以得到改变的特性；所得混合物可进一步用于制作眼科镜片坯件和镜片。
在图1中沿着箭头移到方框112，该框涉及反应单体混合物的定量给料和沉积方法。在一些实施例中，可以使反应混合物的量达到平衡，以具有所需的溶解氧浓度。在一些实施例中，可以通过在机罩中放置包含大量单体混合物的容器来达到平衡，机罩中的环境包括与溶解时所需浓度平衡的所需氧气量。附加实施例可包括可以通过膜技术将正确的氧气量交换到流动的反应混合物中的自动设备。对本领域技术人员应当显而易见，可以有多种方式来改变或定量配给反应混合物，以使所需的组合气体量符合本发明的范围。
在一些实施例中，某个容量的定量配给的反应单体混合物这时可以手动转移到成形镜片元件表面附近的贮存器中，贮存器具有包含混合物的容器。其他实施例可包括将反应单体混合物填充到贮存器中的自动机构。还有更多本发明的实施例可包括填充在镜片形成过程中需要时使用的一次性容器。本发明的范围包括使用某些类型的方法填充成形镜片元件表面附近的贮存器，所填充的反应单体混合物的量至少大于全部加工过程后所得到的已成形镜片的材料量。
本领域技术人员应当清楚，通过多个设备实施例、反应单体混合物的材料实施例、光化辐射本质的物理实施例以及所包括脚本和设备的控制形式系统实施例的具体实施方式，现在可以描述一些形成基于体素的光刻过程的输出的实施例。来看流程图，图1的116示出了将使用这些不同的实施例的成形方法。本领域技术人员应当清楚，可能存在上文所述各部件的备选实施例，而且适合某些此类实施例的方法说明并不会限制本文中本发明的范围。
从微观层面上考虑116的一些方法可能会有用。以非限制性实例的方式来考虑一个总体形成方法，其中单体混合物包含吸收元素，使得吸收性由于强度及成像的光化辐射经过的深度而显著降低；在一些实施例中，可以通过比尔定律形式系统进行模拟。此外，例如考虑图3所示的实施例，其中根据特定体素元导向光化辐射的波长，使得其处于反应混合物中所包含的引发剂的主动吸收波长区域，而且处于吸收剂快速变化吸收度的区域。还作为非限制性实例考虑了单体混合物包含抑制剂的情况。为了易于参考和描述，对于此讨论，这种方法的组合可称为实例3。虽然可通过可实现的实施例来展示这一点，但它并不旨在限制本发明的范围和可使用的其他型号。
在例3的一个实施例中，可以发现单体混合物中抑制剂的浓度很大。在微观层面上，此示例性实施例可以具有入射光化学照射在其周围限定非常有限的局部区域的特性，在该区域中由特定体素元中的光化学照射引发的化学反应将以超出高浓度抑制剂抑制其进展能力的速度进行。由于实际上一些空间光调制系统在各个调制单元之间具有被称为“死”空间的表面部分，“死”空间不会以与调制单元相同的方式反射光，因此应当清楚在此实施例中，在成形镜片元件表面上所得的材料可以具有分离的基于体素的柱状单元形态，在极端情况下柱状单元相互之间可以不相连。
作为例3的一些后续的非限制性实施例，抑制剂浓度可以具有在某种程度上更低的浓度，在此实施例中，其浓度可以是，例如对于给定的一组光化学照明参数，在该浓度下空间传播刚好足够充分，使得各体素元将限定使体素元之间的任何边沿重叠的光化学活性。在此类着眼于微观层面的情况下，各个柱状单元可以趋于相互混合，以得到由相邻体素确定重要强度条件的照射条件。在一些实施例中，光学成像系统的运行模式可以使其散焦成为另一个方法实施例，以驱使各个柱状单元混合在一起。在更多实施例中，成形镜片元件和夹持器的空间振动或摇晃动作可以造成类似的效果，其中体素元将相互重叠，从而形成连续的成形部件。
继续微观层面上描述该成形方法在体素元深度尺寸的效果可能会有用。应当清楚，根据例3的条件，特定体素元的“DMD脚本”可以限定引起反应远离成形镜片元件表面而在体素元的一定深度上发生的积分强度或照射时间。在某个特定的示例性深度上，该条件可以包括单体混合物中受强度控制的反应条件，该条件下反应的程度可决定凝胶点。在深度小于此深度时，反应产物可以形成三维形态；而在深度大于此深度时，反应产物可能未达到凝胶点，并且由于已经发生的某些程度的单体反应，可能仍然包括比周围新生的反应单体混合物更粘稠的组分混合物。在此实施例中，应当清楚有足够体积的新生的反应混合物以至少包括以下两个区域：即其中所发生反应的程度比凝胶点高的区域，以及其中材料包括可以混合有部分反应和未反应单体混合物的非凝胶层的区域。在一些实施例中，该层的一些部分可以包括所谓的流体镜片反应介质。在微观层面上，它是在反应混合物的体积空间内形成的。
在其他实施例中，“DMD脚本”可用于在已超过凝胶点而发生反应的体素限定层中确定局部设计元素。在某些实施例中，此实体可认为是镜片坯形。作为非限制性实例，考虑在DMD脚本中嵌入基本上线状特征的效果，该DMD脚本的宽度为若干体素元，长度为许多体素元，并且其包括的所有体素元都具有较低积分强度的性质。使用针对例3所述的实施例，作为非限制性实例，可以设想这样的线状特征将被有形地确定在镜片坯形中。在微观层面上，相邻的体素元可以包括在很大程度上限定其在镜片坯形中的厚度的强度。在线状特征的第一相邻体素元处形厚下降，从而导致与DMD脚本中限定的线状特征相关的轮廓特征。
参照图4中的400，以举例的方式示出了通过本发明的一个完整实施例成形的镜片的厚度。在此例中，镜片厚度显示了具有如此所述线状特征特性的一些特征。440例如是在整个镜片上延伸许多体素元的线状特征。通过经推论显见，除了镜片的光学表面限定，本发明的多个方面包括可以限定的形状和轮廓特征的多个不同实施例。在多个可能的实施例中，以举例的方式，可能有对齐特征，与例如特征440的实施例类似。附加实施例可以包括限定排出沟凹陷区域的轮廓特征，沿着基本上径向的通路朝向镜片坯形边缘延伸的线状特征；多种形状和大小的凹下部分或底孔；与相邻平均形貌相比上下突出的台阶；以及在镜片限定区域分部的平台或基本上平坦的特征。这些实例只是多个实施例中的几个，本领域技术人员应当清楚这些实施例与成形步骤方法有关。
接着参照图1的步骤117，在一些实施例中描述了由步骤116产生的、涉及从反应单体混合物环境移除材料的方法。在一些实施例中，该移除的一种方法可以包括将成形镜片元件连同其固定件以及镜片坯形从反应单体混合物贮存器升高的过程。在其他实施例中，可以降低贮存器，使其远离成形镜片元件及所附的镜片坯形。还可从用能够控制这种移除速度的设备以一定精度自动降低或升高的步骤得出更多实施例。在若干备选实施例中，反应单体混合物的贮存器可以某些方式排空，导致成形镜片元件与所附的镜片坯形从反应单体混合物中分离。根据一般性的观点，对本领域技术人员应当显而易见，有多个实施例包括从反应单体混合物移除步骤116的产品的步骤117；这些实施例组成本发明范围内的技术。
图1中，产品和中间产品在椭圆形框中示出。因此，在一些实施例中，镜片坯件160包括一种装置实体。为了通过方法讨论来理解其他部分，有理由再来考察镜片坯件的形态。镜片坯件1700可包括两层：镜片坯形1740和流体镜片反应介质1710。在一些实施例中这些层与成形方法的前述讨论对应。在一些实施例中，镜片坯形是由基于体素的光刻系统确定并且在超过凝胶点处发生反应的材料。其可以具有前述的多个结构实施例。
现在参见图17，镜片坯件1700被图示为通过以逐个体素1704的方式聚合而成形。一些实施例可包括镜片坯件，其包括通过逐个体素的聚合而成形的流体镜片反应单体混合物或可交联材料1704。当成形镜片元件和反应材料的逐体素结构从反应单体混合物的贮存器取出时，可能有粘性材料附着在逐体素结构或镜片坯形的表面上。镜片坯形和其上的流体镜片反应介质1704的此组合可进一步加工形成眼科镜片装置的一部分，即镜片坯件的组成部分。
在一些实施例中，所述镜片坯件呈现三维形状，然而，由于所吸收反应介质的流体性质，该形体并无固定的三维形态。
所述镜片坯件还可包括第一表面1701，其可以沿着基板1705(例如具有光学质量表面的基板)形成。第一表面1701包括一部分具有第一交联密度的介质，该介质在凝胶点之上至少部分地聚合。镜片坯件1700还包括第二表面1702，第二表面具有在约凝胶点或小于凝胶点处固化的第二交联密度。
在一些实施例中，流体镜片反应介质的一些部分可从镜片坯件移除。作为非限制性实例，可以通过毛细管操作来移除流体镜片反应介质。在一些实施例中，该方法可包括保持步骤，让一些流体镜片反应介质在进行毛细管操作步骤之前汇聚在一起。在又一些实施例中，镜片表面可设置成使得其表面轴线与重力方向成一定角度。显然，涉及使用基于毛细管的设备移除流体镜片反应介质方法的多个实施例是可能的，并且这些实施例涵盖本发明范围内的技术。
在其他实施例中，移除流体镜片反应介质的方法可以包括毛细管芯吸设备的替代设备。例如，包括使用吸附性表面移除流体介质的方法可以包括一些实施例。其他实施例可能涉及使用具有多个毛细管点的设备而不是所详述的设备。又一些实施例还可包括旋转处理镜片坯件来移除流体材料的方法。使用设备移除一些流体材料的多种方法中的任何一种对于本领域技术人员均应当显而易见，并且这些方法可涵盖本发明范围内的形态。
从镜片坯件的上表面移除材料的不同类型实施例可以包括为此目而限定镜片主体起伏特征的方法。在这些类型的实施例中，可以设计诸如前文所述的排放沟凹陷区域等特征来形成使粘度相对较低的流体介质流出的位置，从而形成向下坡度空间以使粘度相对较高的物质流入。在更多实施例中，旋转镜片主体的使用还可以包括结合设计用于材料流入的形貌起伏特征来分离镜片材料的实施例。对本领域技术人员应当显而易见，包括具有不同形貌表面设计的各种实施例也涵盖本发明范围内的技术。
在稳定过程中，流体镜片反应介质会在各种力的作用下流动，沿着镜片坯形表面找到低能量且较稳定的状态。
在微观层面上，应当清楚坯形的表面可以局部地具有一定程度的粗糙。成形实施例的很多方面可以决定该粗糙的性质，例如这样一种情况，抑制剂的作用较为突然地阻止了在附近开始的反应。在许多实施例中，在流体介质的表面力、摩擦和扩散力、重力以及其他施加力的共同作用下，形成流过整个外形的光滑覆盖面。在决定这些力的方法中，在本发明的范围之内有多个可能的实施例。
在一些实施例中，镜片坯件可被构造成允许流体镜片反应介质在重力作用下流动。实现这一点的方法可以包括将镜片坯件移动到不同方向以帮助流动。若干备选实施例可以包括相反的对策，即将镜片坯件维持在固定状态，在实际可行的范围内少移动。还有一些备选实施例可以包括使流体材料经受与镜片坯件绕轴线旋转相关的力。在一些实施例中，可以围绕位于镜片坯件中心的轴线进行旋转。在若干备选实施例中，所述旋转可以包括当镜片坯件顶部面向或远离轴点或者在这之间的无数可能的方向上时，将镜片坯件围绕外部轴点进行旋转。在其他实施例中，可以在自由下落的环境中加工镜片坯件，以尽量减小重力的影响。本领域技术人员应当清楚，在稳定化方法期间可以有多种涉及将流体力施加到镜片坯件上的方法。
在其他实施例中，可以通过成套方法来改变流体介质的流体性质。在一些实施例中，可以使用稀释或溶解来改变流体介质的粘度。若干备选实施例可以包括蒸发一些稀释剂来提高粘度。受到一定程度的光化辐射的照射可包括进一步的方法来改变所述流体薄膜的粘度。可能存在多个涉及改变流体介质粘度的实施例。
在其他实施例中，有办法改变作用于流体镜片反应介质的与表面能相关的力。在一些实施例中，这可以包括在新生的反应单体混合物中添加表面活性剂。在若干备选实施例中，可以在镜片坯件中加入添加剂或化学反应物来改变表面能。
现在参见图18，在一些实施例中，镜片坯件1801的设计可包括人工痕迹1802以改善流体镜片反应介质的流动条件。沟凹陷区域1802(作为非限制性实例)可以包括将流体镜片反应介质从镜片坯件的某个区域中抽出的装置。在若干备选实施例中，涉及突然轮廓改变的设计方法可包括提供更改的稳定状态的方法。人工痕迹可以被形成为镜片坯件的面积所能支持的几乎任何种类、形状和式样。在一些实施例中，人工痕迹1803包括标记，例如一个或多个字母数字字符。其他标记可包括对齐标志。人工痕迹1802-1803根据DMD脚本形成。
从总体来看，这些各种各样的实施例类型不应限制方法的普遍性，以便在包括稳定化的方法中得到流体镜片反应介质的完全稳定或部分稳定或不稳定的性质。对于本领域技术人员而言，各种实施例的组合(例如)可能是所述方法的显而易见的附加实施例。
执行稳定化方法之后，可以在一些实施例中使流体材料经受如133(固化)所示的下一个方法类型，以将其转变至非流体状态。在一些实施例中，在固化方法期间所施加的光化辐射的性质可以涵盖一些替代选择。光谱带或应用的频带可以作为一例方法实施例的类型。若干备选实施例可以包括所施加的辐射强度。在备选实施例中，固化辐射各方面的应用可以包括时间依存性。作为非限制性实例，初始波长带可包括随后会被改变为不同波长带的第一梯级。限定光线条件的方法实施例的领域对于本领域技术人员可能显而易见，并且在本发明的范围之内。
在133中的一些实施例中，固化方法可以包括可能发生照射的不同路径。在一例实施例类型中，照射可以在镜片坯件的前表面上进行，或者也可以通过后表面。可以从多个照射源导出另外一些实施例，一些可能具有不同的光特性以便在镜片坯件实体中产生不同的光化辐射效果。还有其他实施例可出自包括除辐射外其他能量形式的固化方法。作为一般性方式，多个可能包括固化步骤的方法均在本发明的范围内。
在一些实施例中，进行了固化后，镜片坯件130的加工即告完成。在一些实施例中，此成品可以进行进一步加工。此产品类型包括图1的方框120中所示的一例优良技术类型，即坯件的替代形成。作为非限制性实例，如果固化产品被重新引入基于体素的光刻过程中，则会出现第二个处理层。此多道方式引入许多实施例方法选择。
在一些实施例中，可以通过多道步骤来成形复杂的镜片坯件，作为非限制性实例，可能包括限定眼科镜片表面的第一步骤和向表面添加轮廓特征的第二步骤。所述方法的其他复杂实施例可以包括，例如，第一道步骤有条件地通过基于体素的光刻系统，如之前的一些实例所述，这形成沿镜片坯形的孤立体素柱。然后第二个基于体素的光刻步骤可以包括使用不同特性的材料填充体素柱之间的特征。然后继续第三道通过系统的步骤，其可以随后界定眼科镜片。可能显而易见，多道步骤通过系统的方法十分普遍，讨论的每种方法都可以具有大量不同的可能实施例，并且可以包括全部都在本发明范围之内的许多不同实施例。
在一些其他实施例中，可以将流体反应介质施加到镜片坯形上以形成镜片坯件。例如，通过基于体素的光刻方法成形的镜片坯件可以经受住洗涤系统，这是流体镜片反应介质移除的一种极端方法。镜片坯形将得自洗涤方法。在一些实施例中，此镜片坯形接下来可以经受在其表面添加下一个流体镜片反应介质的方法。在一些实施例中，向表面添加下一个流体介质的方法可以包括以类似于117中所述实施例的方法浸渍和移除镜片坯件。所得镜片坯件现在可以具有不同的单体和多聚分子分布，或在一些实施例中可以包括不同于形成镜片坯形所用的聚合物化学品。对本领域技术人员可能显而易见，很多包括将流体镜片介质施加到多种镜片坯形实施例上的方法的实施例均包括本发明范围内的技术。
在一组备选实施例中，可以使用除基于体素的光刻之外的其他方法来形成镜片坯形。在第一个非限制性实例中，通过使用立体光刻技术作为形成镜片坯形的基础可得到各种实施例。在一些实施例中，此立体光刻技术形成的镜片坯形可以利用如117中的移除方法将流体镜片反应介质移除，但是其他实施例可以包括向立体光刻技术形成的基础中添加流体镜片反应介质。使用基于掩模的光刻方法确定镜片坯形，然后将其用于所提到的方法中，如此可以得到备选实施例。还有其他实施例可以使用由眼科镜片制造中常用的标准注塑成型工艺成形的镜片坯形，然后用所提到的方法制作镜片坯件。可能显而易见的是，许多形成镜片坯形的实施例可以包括形成镜片坯件的方法。
现在参照图20，图示的镜片2001通过将镜片坯件暴露到充足光化辐射以来聚合未反应的聚合的可交联材料而形成。实施例可包括第一部分2003和第二部分2002，前者具有聚合的可交联材料的多个体素，后者具有在可交联材料的凝胶点以上聚合的加层体积的可交联材料。
光化辐射源2004可包括产生用以对可交联材料进行光化学作用的足够强度和波长的辐射2005的光源2004。在一些实施例中，光化辐射可包括光线的多个源点(如图所示)。其它实施例可包括提供光化辐射的单个光源。
在一些实施例中，已成形的或固定的镜片会附着在成形镜片元件的表面上。在一些实施例中，所述镜片可以被水合。水合可包括(例如)浸入溶液中，譬如水溶液或IPA溶液。在一些实施例中，所述溶液可加热到60摄氏度和95摄氏度之间的温度。
在一些实施例中，所述浸渍方法可清洗镜片主体并将其水合。在水合过程中，镜片会溶胀并从其所附着的成形基底上脱开。
现在参照图2，在本发明的一些实施例的另一方面，眼科镜片的形成可通过测量和反馈得到改进。例如，在步骤205，可从外部来源输入所需的镜片参数。出于示例性目的，镜片表面的模型可以来自施用到患者眼睛的眼部测量装置。在其他实施例中，理论输入参数可包括步骤205的方法。这样的输入可通过某种方法处理，以使其与基于体素的光刻210的输入要求相一致。各种设备将接收所述输入，在一些实施例中，这些输入通过算法转换成在基于体素的光刻系统211中可用的参数。
再转到图2，镜片坯件以逐个体素的方式成形220。随后可以通过镜片坯件加工方法对镜片坯件进行加工230，从而制成“干”式的眼科镜片240。现在可在测量步骤250中测量干眼科镜片。出于示例性目的，此步骤可以包括使用激光位移传感器。再次举例说明，得自此测量的表面形貌可以在一些实施例中显示为如图4所示，即400。算法可处理该数据，如果镜片匹配步骤205的输入参数，如251与252中所示将结果与可预期的结果进行比较。在一些实施例中，输入参数之间存在的差异可以进行处理并符合需要，以改变用于在基于体素的光刻系统211中处理镜片的参数。253的反馈回路中描述了此数据和参数信息反馈回路。数据也可以进行处理并符合镜片坯件加工方法252中所需的参数变化。反馈回路254描述了此系统252中所需参数变化的反馈。可能显而易见的是，可以在各种数据处理设备上执行各种计算和控制方法，这些设备包括但不限于大型计算机、个人计算机、工业计算机以及其他类似的计算环境。应该指出，图2中所示的步骤以及相关方法的具体实施方式均出于示例性目的，并非旨在限制本发明的范围。
测量步骤250以及各种数据加工251和252的结果，在一些实施例中可以包括对于所制成的镜片240是否在205中输入参数附近的可接受限度内的判定能力。对于此镜片的判断随后将示于251中，其中镜片可能被废弃以用经更改的参数制作另一镜片。作为另外一种选择，镜片可能在可接受限度内，因此进入到步骤260，在后加工方法和设备实施例中进行加工。然后待镜片溶胀和释放之后，可以使其经受如270中所示的另一种测量方法。在一些实施例中，此测量的结果可具有类似于本实施例中已经为步骤250示出的反馈实施例。
得到眼科镜片产品(280)之后，加工流程可同干镜片被废弃的流程会合。因此，整个流程可以在由290的条件返回步骤指示的步骤中返回至步骤205。对于本领域技术人员可能显而易见，在对本发明的各种产品执行测量步骤、然后设计出结合测量结果并调节系统参数的反馈回路之中，存在许多修改形式、附加形式和替代形式。
在一些略有不同的实施例中，另一种类型的测量可以为整个设备反馈评估镜片的质量状况。作为非限制性实例，在一些实施例中可以设置微粒检测方案以测量所生产镜片坯件中存在的此类缺陷。如果这样的测量给出标记微粒问题的结果，则会有这样的反馈环路，其在一些实施例中可能涉及给设备操作员反馈并补救所标记问题的方法。对本领域技术人员可能显而易见，将测量结果反馈给操作员的多个测量实施例可涵盖本发明范围内的技术。
在更多的实施例中，逻辑数据的使用可以涵盖反馈环路的一个要素。如对本发明设备的讨论中所提及的那样，在一些实施例中，设备的关键部件可以具有标识。在一些情况下，自动化设备可以追踪此部件标识。反馈可以包括例如特定部件已被用于包括其使用寿命在内的具体方面。在一些实施例中，反馈可以反馈给操作员，或者包括系统的自动响应。在使用部件标识的更多实施例中，之前测量实施例的结果(其中厚度结果影响系统参数)、部件(例如成形镜片部件)的唯一标识可便于为该特定部件个别定制否则则为全局性的参数。因此，可通过多种算法和数据处理设备产生逻辑和计量数据。计量数据可区别于用作输入镜片要求的数据，并仍作为反馈提供给用于形成镜片的设备。
实例1：
本发明的各种实施例已经过实践，并且本文所讨论形式的镜片产品和镜片坯件均已生产。在本节中，提供对来自一组实施例的结果的讨论，作为实例。
在本例中用于执行结果的设备包括以下的通用方面。基于体素的光刻光学设备用于形成镜片坯件。根据一般性的观点，该设备包括在365nm处工作的优选实施例类型的光源。使用如讨论所述的具有光管和聚焦光学器件的匀化器来照射得自Texas Instruments的DLPTM XGA数字反射镜器件。成像系统还包括图10中所示类型的成像到成形镜片元件上的成像光学器件。
根据吸光率和由依他菲康A组成的反应单体混合物的反应性计算强度分布和DMD像素值。该系统具有如图3所示的吸光率特性，365nm处为辐射峰320，420nm处为成形峰330。该系统的吸光率特性符合比尔定律的吸光率公式，此特性用于在整个成形镜片元件表面展开上的约768×1024的体素元中的每一个估算正确的强度和时间程序。
出于举例说明的目的，使用比尔-朗伯-波格公式来建立所需强度的模型。此模型会导致基于该公式的参数依赖性以及与材料(类似于依他菲康A)和设备都相关的变量。来自镜片制造阶段的结果随后以这种方式反馈以改进模型参数并形成镜片。模型的逻辑如下。
比尔-朗伯-波格定律：
比尔定律根据消光系数α(λ)预测光化辐射的强度将在材料中呈指数下降。
I(x)/I0＝exp(-α(λ)cx) 1
强度随距离下降的速率为
dI/dx＝-α(λ)cI0exp(-α(λ)cx) 2
其中强度I(x)为距照射表面的距离x的函数，I0为在该表面上的入射强度，α(λ)为作为波长(λ)的函数的吸收组分的吸收系数，c为在另外相对透明的介质中吸收组分的浓度。因此，通过选择辐射的波长，可对方法进行调节以选择强度梯度(即，α越大，性质变化越快，从而镜片越薄)。
现在参照图3，300为反应混合物的透射光谱，示出由吸收剂形成的过渡区域310、与引发剂的吸收光谱形成的叠加340，以及成形320和固化330辐射源的发射光谱。
反应单体混合物中自由基介导的聚合反应的聚合反应速率遵照一般速率方程，其中聚合反应速率(Rp)等于活性官能团的浓度([C＝C])乘以自由基浓度([·])和动力学参数(k)
Rp＝k[C＝C][·] 式3
自由基浓度很大程度上取决于初始速率和终止机制。主要的终止机制通常为自由基-自由基/双分子终止。自由基浓度随时间的变化等于初始速率(Ri)减去终止速率。
d[·]/dt＝Ri-kt[·]2 3
假设稳定状态(d[·]/dt＝0)并求解自由基浓度，可以看出自由基浓度随初始速率的1/2次方变化。因此，聚合反应速率取决于初始速率的1/2次方。
[·]＝(Ri/kt)1/2 4
Rp＝k[C＝C](Ri/kt)1/2 5
综合考虑活化能(E)、理想气体常数(R)、开尔文温度(T)、聚合反应速率标度(β)和Arrhenius前置因子(k0)，聚合反应速率的表达式为：
Rp＝koe-E/RT[C＝C](Ri/kt)β 6
光化引发反应速率为：
Ri＝k′I 7
其中I为辐射强度，k′为关于量子产额的常数。假设所有参数和引发剂浓度在整个反应期间保持为常数，则可简化表达式，使得所有为常数的参数整合为k。
Rp＝ke-E/RT[C＝C](I)β 8
聚合反应速率为官能团浓度随时间的变化率(-d[C＝C]/dt＝Rp)，因此该式可表达为：
-d[C＝C]/dt＝ke-E/RT[C＝C](I)β 9
求解微分方程并代入转换，其中转换表达为X＝1-[C＝C]/[C＝C]o；
X＝1-exp[-ke-E/RT(I)βt] 10
其中t为照射时间，单位为秒。
如果反应混合物包含吸收光化辐射波长上的辐射的吸收剂，转化率将作为强度的函数变化，因此根据比尔定律，其将成为距表面距离的函数。通过将比尔定律关系代入动力学方程，可预测作为距表面距离x的函数的转化率。
X(x)＝1-exp[-ke-E/RT(I0e-αcx)βt] 11
由于认识到自由形成的表面将在边界形成，边界上的转换度处于凝胶点(即，X＝Xgel)，镜片x厚度可通过重新整理该式求解x来预测：
ln(1-Xgel)＝-kt exp(-E/RT)(I0 exp(-αcx厚度))β 公12
x厚度＝f(I0，t) 式16
Xgel为转化率，在此转化率下制剂因光引发反应期间形成的交联而从液态转换为固态。在特定转化率Xgel处重新整理该式并求解x厚度后，可算出薄膜的厚度。通过保持所有其他参数和性质为常数，可通过改变I0和照射时间t估算表面上任何x，y位置处的所需厚度。也可以一个一个体素地估算所需厚度，其中i和j代表特定体素的行坐标和列坐标，
为同一体素的形成厚度。
x厚度(x，y)＝f(I0(x，y)，t(x，y)) 式17
可以通过对动力学数据的分析估算出该式中参数的典型值(表1)。
表1。式14中的参数
| 参数 | 单位 | 值 | 说明 |
| E | kJ/mol. | 12.0 | 活化能 |
| R | J/Kmol. | 8.31451 | 气体常数 |
| T | °K | 333 | 温度 |
| k | 1.3 | 速率常数 | |
| Xgel | 0.2 | 胶凝化时的转化率 | |
| β | 0.5 | 动力学因子 | |
| I0 | mW/cm2 | 10 | 强度 |
| α | μm-1 | 1.3 | 消光系数 |
| c | 0.01 | 浓度 |
经过该照射后，从反应混合物贮存器中取出镜片坯件，并使用图12与13中所示的流体化学移除设备进行处理。然后如相关章节所讨论的那样对镜片进行稳定化。然后在420nm的辐射下对镜片进行稳定化处理，该波长下依他菲康A中的吸收剂Norbloc不再显著地吸收入射光。镜片然后被测量，接着用上文提到的设备来水合镜片。
以此方式使用依他菲康A、反应单体混合物来制作实际镜片，并测量其光焦度。测量两个镜片的光焦度，单位为屈光度，结果列于下表中。
表2所制镜片的数据
| 装置编号 | 目标光焦度(屈光度) | 测得的光焦度(屈光度) |
| 1 | -5.75 | -5.55 |
| 2 | -5.75 | -5.92 |
类似地，处理条件被用于制作其他镜片，采用相同的化学系统、依他菲康A，并使用透射波前干涉仪设备来测量镜片。在图4中，成形镜片元件与所制得镜片之间的差值信号如400所示，其为所制得镜片的形貌特征图。值得注意的是，同心圈细纹410显示了镜片光学区的良好成形的外形。该表面为优质的眼科镜片表面。
在镜片400的生产及其测量中，存在多个设计到镜片中并在形貌特征图上作为特征出现的特征。例如，420包括通过在照射期间用所编程的低强度编程到镜片坯形中的排放沟凹陷区域。440被测出为不同类型的沟凹陷区域。此440包括用作镜片表面对齐标志的长沟凹陷区域。该特征以类似形式复制在镜片的另一面上，正好位于所示特征440上面，以明确形成镜片前表面在空间中的轴向取向。
表3镜片1+2的示例性参数
| 说明 | 参数 |
| 反应单体混合物的剂量 | 300μL |
| 反应单体混合物 | 依他菲康A |
| 反应单体混合物O2 | 7％ |
| 环境，基于体素的光刻-O2 | 7％ |
| 环境，坯件加工-O2 | 0％ |
| 对于镜片的成形照射 | 102μW/cm2 |
| 图像序列数目 | 128帧 |
| 总照射时间 | 115秒 |
| 聚结时间-向下凸 | 30秒 |
| 芯吸步骤 | 一次 |
| 后芯吸时间-向下凸 | 60秒 |
| 稳定时间 | 200秒 |
| 固化时间 | 240秒 |
| 对于镜片的固化强度 | 4mW/cm2 |
| 水合液 | DI w/300ppm吐温 |
| 水合温度 | 90C |
| 水合时间 | 15分钟 |
结论
如上所述以及如下文权利要求所限定的本发明提供了镜片坯件和眼科镜片的成形方法和实现此类方法的设备，以及通过这些方法和设备成形的镜片坯件和眼科镜片。
Claims (22)
1.一种眼科镜片，其包括：
第一部分，包括聚合的可交联材料的多个体素；和
第二部分，包括超出所述可交联材料的凝胶点而聚合的加层体积的可交联材料；
2.根据权利要求1所述的眼科镜片，其另外还包括第三部分，所述第三部分包括一个或多个额外加层体积的可交联材料。
3.根据权利要求1所述的眼科镜片，其中所述加层体积的可交联材料包含除了逐个体素之外的交联图案。
4.根据权利要求1所述的眼科镜片，其中所述第一部分另外包含光吸收组分。
5.根据权利要求1所述的眼科镜片，其中所述第二部分另外包含光吸收组分。
6.根据权利要求4所述的眼科镜片，其中所述第一部分包括第一光学表面。
7.根据权利要求6所述的眼科镜片，其中所述第二部分包括第二光学表面。
8.根据权利要求3所述的眼科镜片，其中所述第一部分通过将反应混合物暴露于光化辐射的多路光线而成形，其中光化辐射的各路光线来自光源并且各路光线被朝向可交联材料的预定部分反射长达一段预定时间。
9.根据权利要求8所述的眼科镜片，其中被朝向可交联材料的预定部分反射长达一段预定时间的光化辐射的各路光线包括预定波长。
10.根据权利要求9所述的眼科镜片，其中所述第二部分通过将反应混合物暴露于源自多个点的光化辐射的多路光线而成形。
11.根据权利要求8所述的眼科镜片，其还包括由聚合的可交联材料的体素形成的一个或多个凹陷区域。
12.根据权利要求8所述的眼科镜片，其还包括由聚合的可交联材料的体素形成的一个或多个隆起区域。
13.根据权利要求11所述的眼科镜片，其中超出所述凝胶点而聚合的所述加层体积的可交联材料适形于由聚合的可交联材料的体素形成的所述凹陷区域。
14.根据权利要求11所述的眼科镜片，其中超出所述凝胶点而聚合的所述加层体积的可交联材料不适形于由聚合的可交联材料的体素形成的所述凹陷区域。
15.根据权利要求1所述的眼科镜片，其中每个体素包括第一端和第二端，并且包括在凝胶点以上聚合的加层体积的可交联材料的所述第二部分基本上覆盖各个第二端。
16.根据权利要求6所述的眼科镜片，其中所述第一部分包括沿着基底的表面形成的非邻接图案。
17.根据权利要求6所述的眼科镜片，其中所述镜片的周边基本上构成非圆形状。
18.根据权利要求6所述的眼科镜片，其中所述镜片的周边基本上构成椭圆形状。
19.根据权利要求6所述的眼科镜片，其中所述镜片包括双曲面形状。
20.一种眼科镜片，其包括：
第一表面，包括光学质量的光学区，以及
第二表面，包括人工痕迹，所述人工痕迹包括通过光化辐射的各方向的作用而单独聚合的一个或多个相邻的体素。
21.根据权利要求20所述的眼科镜片，其中所述人工痕迹包括通过光化辐射的多个方向的作用而聚合的反应材料的方向总和。
22.根据权利要求20所述的眼科镜片，其中所述镜片的周边构成非球面形状。
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