CN103781621A

CN103781621A - 眼科镜片成形光学器件

Info

Publication number: CN103781621A
Application number: CN201280042478.XA
Authority: CN
Inventors: M.F.维德曼; J.B.恩恩斯; C.维德史密斯; P.M.波维尔; P.W.斯特斯
Original assignee: Johnson and Johnson Vision Care Inc
Current assignee: Johnson and Johnson Vision Care Inc
Priority date: 2011-08-31
Filing date: 2012-08-31
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2032-08-31
Also published as: AU2012301745A1; WO2013033511A1; AU2012301743A1; CA2846383A1; RU2014112135A; RU2608600C2; BR112014004781A2; TWI565582B; JP2014531339A; JP2014525362A; SG2014011852A; CN103857519A; JP2017222179A; EP2750867A1; AU2012301745B2; JP6441424B2; ES2569188T3; CA2846078C; HK1199634A1; HK1199633A1

Abstract

本发明公开了一种用于制造至少一个自由成形的眼科镜片的成形光学器件，所述成形光学器件包括：使进入所述成形光学器件的光化辐射透射的第一平表面、以及包括光学质量成形表面的第二弓形表面(101A)，所述光学质量成形表面可被定位在包含镜片成形材料的贮存器的腔体中；用于使所述光学质量成形表面的一个或多个点与所述光化辐射的一个或多个源对齐的对齐结构。

Description

眼科镜片成形光学器件

相关专利申请的交叉引用

本专利申请要求提交于2011年8月31日的名称为“OPHTHALMICLENS FORMING OPTIC”的美国临时专利申请序列号61／529,605、61／529,617和61／529,623的优先权，所述专利申请的内容是可信的并且以引用方式并入本文。本专利申请还要求提交于2012年8月30日的名称为“OPHTHALMIC LENS FORMING OPTIC”的美国临时专利申请序列号13／599841和13／599893的优先权，所述专利申请的内容是可信的并且以引用方式并入本文。

技术领域

本发明描述了用于以自由形式方式制造定制眼科镜片的成形光学器件，更具体地讲，描述了其形状、组合物、以及安装和精确调整的方法。

背景技术

已知的是，经由模塑技术制造眼科镜片，在该技术中，将单体材料沉积在两个或更多个相对的模具部件的光学表面之间所限定的腔体中。用于将水凝胶塑造成可用制品(例如，眼科镜片)的多部件模具可包括例如第一模具部件和第二模具部件，所述第一模具部件具有与眼科镜片的后曲面对应的凸面部分，所述第二模具部件具有与眼科镜片的前曲面对应的凹面部分。

为了使用此类模具部件来制备镜片，将未固化的水凝胶镜片制剂放置在介于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使其聚合。然而，由此得到的眼科镜片的设计局限于所利用模具的设计。作为上述的结果，该方法适合于有限数量的镜片尺寸和形状的大容量运行，每个尺寸和形状与SKU编号相关联。

因此，期望具有有利于形成聚合的眼科镜片的额外设备和方法，使得该聚合的眼科镜片可被塑造成不依赖于眼科镜片模具的形状，例如为特定患者或目的之一或二者定制的镜片。

发明内容

本发明涉及用于以自由形式方式制造眼科镜片的成形光学器件。更具体地，该成形光学器件可包括含有具有光学质量表面的芯轴的组件，用于以自由形式方式制造定制眼科镜片。根据本发明，芯轴的成形光学质量表面可包括成形光学器件质量表面的一个或多个曲率半径／形状。所述成形光学器件质量表面的每个相应半径可与用于选择的曲率半径和／或形状的芯轴的陡度角相对应。

定位工件，例如沟槽、凹痕、对齐销、或其他机械装置或电子机械装置或粘合剂可包括于光学成形光学器件的周围。例如，在一些成形光学器件组件中，芯轴可包括围绕芯轴的外侧部圆周的一个或多个定位工件。所述定位工件可被用于与光化辐射源相关的成形光学器件芯轴的安装和精确调整。

在另一方面，也提出了成形光学器件的组合物。本领域的技术人员将会知道本发明所公开的示例性组合物的特性，因为它们可被用于以自由形式方式来制造眼科镜片。例如，该特性可实现单层例如硅烷单层的键合，从而可用于提供更加可接受的表面能特征和透射特性以使镜片前体的自由形式成形可用于定制镜片的制造。

附图说明

图1A示出了具有曲率角的示例性成形光学器件芯轴，其可在眼科镜片的自由形式制造中实现。

图1B示出了具有陡峭曲率角的另一个示例性成形光学器件芯轴，其可在眼科镜片的自由形式制造中实现。

图1C示出了具有表面结构的示例性成形光学器件芯轴，其可在眼科镜片的自由形式制造中实现。

图1D示出了具有凹形表面的另一个示例性成形光学器件芯轴，其可在眼科镜片的自由形式制造中实现。

图2为成形光学器件的特性的表格，其可在眼科镜片的自由形式制造中实现。

图3为示出了在一定频率处芯轴的示例性组合物的透射率的图表，其可在眼科镜片的自由形式制造中实现。

图4A示出了示例性成形光学器件组件的侧视图横截面，该组件包括成形光学器件芯轴和安装板，其可在眼科镜片的自由形式制造中实现。

图4B示出了另一个示例性成形光学器件组件的侧视图横截面，该组件包括成形光学器件芯轴和安装板，其可在眼科镜片的自由形式制造中实现。

图5示出了图4A中所示的具有可用于本发明的示例性安装／调整机构的示例性成形光学器件的俯视图。

图6示出了具有边缘特征的自由成形的眼科镜片的示例性成形光学质量表面，该边缘特征由成形光学质量表面的预处理所得。

图7示出了具有边缘特征的自由成形的眼科镜片的另一个示例性成形光学质量表面，该边缘特征由未处理的光学质量表面所得。

图8示出了包括可用于本发明的机械对齐装置的又一个示例性成形光学器件的等轴视图。

图9示出了示例性方法步骤，其可应用于清洁和预处理成形光学器件的至少光学质量成形表面部分。

具体实施方式

本发明提供了用于以自由形式方式制造眼科镜片的设备和方法。例如，其可在定制自由成形的眼科镜片的制造中实现，如在以与本发明相同的发明实体提交的名称为“Ophthalmic Lens Precursor and Lens”的美国专利申请No.12／396019中所述。在以下部分中，将给出实施例和方法的详细描述。尽管对优选和可供选择实施例的说明均仅为示例性的，然而应理解，其变型、修改和更改对于本领域的技术人员而言是显而易见的。因此，应当理解，示例性实施例并不限制本发明各方面的广度，而是由权利要求所限定。

术语

如本文所用，“光化辐射”是指能够引发化学反应的辐射。

如本文所用，“准直”是指限制辐射的锥角，所述辐射包括诸如作为来自设备的输出而前行的光，所述设备接收辐射用作输入；可以限制锥角，使得前行光线是平行的。因此，“准直器”包括执行此功能的设备，“准直的”则描述作用于辐射的结果。

如本文所用，“定制产品”是指包括一个或多个参数的产品，这些参数在除惯常的或标准的产品和／或设置外是可用的。定制产品参数与标准产品相比可允许更精确定向的球镜光焦度、柱镜光焦度、以及柱镜轴线(例如，-3.125D／-0.47D×18°)。基于特定的产品供应和产品的预期用途，定制设置也可涉及基弧、直径、稳定剖面和厚度剖面。

如本文所用，“膨胀系数”是指如下比率，在所述定制眼科镜片水合和稳定化之后，镜片前体可按该比率改变尺寸。

如本文所用，“验配实践”是指由眼部护理从业者(包括眼科医师和验光师)实施的通常最佳的眼科镜片验配实践。

如本文所用，“自由形式”和“自由成形的”是指这样的表面：其通过暴露于光化辐射使反应性混合物交联而形成，具有或没有流体介质层，且不是根据浇铸模具、车床或激光烧蚀而形成。示例性自由形式制造方法和设备的详细说明公开于美国专利申请S／N12／194,981和美国专利申请S／N12／195,132中，其与本发明的发明实体相同。

如本文所用，“灰度光掩模”是指空间可变的中性密度滤光器。例如，其可为可具有部分遮挡的镀银区域的光刻膜。

如本文所用，“人眼部机体”包括患者的眼睛前面部分(即“前房”)的独特形状，眼科镜片可针对其进行制作／定制以达到最佳匹配。

如本文所用，“镜片前体”是指由镜片前体形式和流体镜片反应性混合物(也被称为“流体镜片反应介质”)组成的复合材料物体，所述流体镜片反应性混合物与镜片前体形式接触。例如，在一定体积的反应性混合物内产生镜片前体形式的过程中，可形成流体镜片反应介质。从用于制备镜片前体形式的一定体积的反应性混合物中分离出镜片前体形式和所粘附的流体反应性介质，可产生镜片前体。另外，镜片前体可通过如下方式转化为不同的实体：除去大量的流体镜片反应性混合物或将大量的流体镜片反应介质转化为非流体的掺入材料，后者进而被称为未水合的眼科镜片。就在将流体介质转化为非流体介质的光化辐射之前，镜片前体在尺寸上等同于未水合的眼科镜片。

如本文所用，“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或可为美容的。例如，术语镜片可指用于矫正或改进视力或提升眼部机体美观效果(例如虹膜颜色)而不会影响视力的接触镜片、眼内透镜、覆盖镜片、眼部插入物、光学插入物或其他类似的装置。在一些实施例中，优选的是软性接触镜片且由有机硅弹性体或水凝胶制成，其中水凝胶包括但不限于有机硅水凝胶和含氟水凝胶。

如本文所用，“单层”是指通过键合的方式汇合至光学器件表面的原子或分子的涂层，其中涂层具有所用基底的一层分子的厚度。

如本文所用，“食人鱼溶液”(Piranha Solution)为用于清除基底上残余物的混合物。所述混合物可充当强氧化剂且可除去有机物质并羟化大部分表面，从而使所述表面具有亲水性，即减小与水的接触角。例如，含有四分之三硫酸和四分之一过氧化氢的混合物。

如本文所用，“预处理”是指使成形光学器件表面经受一些试剂或作用以便以指定方式或样式带来特定效果。

如本文所用，“反应性混合物”可与“镜片形成混合物”互换使用；且可包含镜片形成单体；表示可以固化和／或交联以形成眼科镜片或眼科镜片部分的单体或预聚物材料。镜片形成混合物可包含一种或多种添加剂，例如：紫外阻断剂、着色剂、光敏引发剂或催化剂和在眼科镜片(例如，接触镜片或眼内透镜)中可能需要的其他添加剂。

从最佳的眼科镜片光学器件设计逆向推理，可使成形光学器件的特定形状／尺寸得以确定。因素包括：人眼部机体、眼部护理从业者的一般验配实践、角膜地形图测量和材料膨胀系数可用于设计自由成形的眼科镜片。眼科镜片的基弧半径可为被称作是眼前房中央光学半径的中央后光学切面的曲率半径。

人眼的机体可决定镜片的曲率半径，并决定镜片的后弯曲应是单曲面、双曲面还是非球面的。一般来讲，正常眼睛的顶端曲率半径可为大约7.2-8.7mm。然而，在圆锥形角膜患者中各个角膜可呈现广泛的地形形状，这些形态被分类为“乳头状”、“椭圆形”和“球形”。这些分类归因于他们眼睛的形状和顶端曲率半径，其导致明显更陡的基弧和不同的形状。例如，在乳头状形状中，基弧半径可低至5.0mm，并且需要具有各自形状变化和更陡基弧的镜片。因此，重要的是镜片的形状和曲率半径被设计成使得其与眼睛相匹配以允许眼睛继续执行正常的功能并相应地矫正视力缺陷。例如，对于一些患者而言，如果角膜是非球面的且从中央到周边是平坦的，则预期要使镜片与周边角膜缘或巩膜对齐的单曲面镜片可能在周边会过陡，且不允许发生泪液交换，泪液交换对于氧气交换和清除残损物很重要。

在测量眼睛之后，可能还重要的是，在设计眼科镜片时，遵循眼部护理从业者的一般验配实践。通常，对于软性接触镜片而言，期望镜片的基弧半径比前角膜表面平坦约0.8mm。这就使镜片具有较大的直径，从而可允许镜片按照所期望的更平坦地覆盖基弧到最外弧。

一些自由形式制造方法包括形成可被加工成未水合的眼科镜片的镜片前体，该未水合的眼科镜片可在水合和平衡之后膨胀。经水合和平衡的眼科镜片超出自由成形的镜片前体的尺寸的膨胀与膨胀系数成比例。膨胀系数可根据用于使镜片聚合的方法和环境、以及单体的固有特性而有所不同。因此，如果膨胀系数是已知的，则成形光学器件的尺寸可不受限制。

对于本发明而言，在自由形式制造方法中，成形光学器件的形状通常可包括基于制成品的期望形状的第一光学质量表面。在成形光学器件为光化辐射投射路径的一部分的情况下，可能需要代表性的逐体素图像存在于眼科镜片的成形平面中。相应地，成形光学器件可优选地为如图1A中所示的平凸成形光学器件芯轴。作为另外一种选择，根据自由形式的成形设备中投射光学器件的设计，其可为双凸的、平凹的、凹凸的、或它们的任意组合，前提是：1)如果镜片是从后曲面到前曲面形成的，则成形光学器件芯轴表面具有凸形形状，或2)如果镜片是从前曲面到后曲面形成的，则成形光学器件芯轴表面具有凹形形状。

现在参见图1A，其示出了成形光学器件的侧视图，该成形光学器件包括具有曲率半径为7.4mm-8.0mm的凸形光学质量表面的示例性成形光学器件芯轴。光学质量表面设计的此半径在自由成形的眼科镜片的形成中可能是有用的。在101A处，示出了成形光学质量表面。对于所示的设计，所述表面可具有7.4mm至8.0mm的不同半径。通过改变曲率半径，形成的镜片的后曲面部分的半径可被改变。镜片的后曲面部分中的变化可为按恒定比例的变化，该变化可通过测定成形光学质量表面所使用的曲率半径和膨胀系数X来确定，膨胀系数X取决于所使用的镜片材料配方。膨胀系数不受限制，只要其在所使用的方法中足够恒定。例如，在使用通常已知的镜片材料依他菲康A的情况下，膨胀系数X为大约1.11(1.09至1.12)，其恒定地存在于眼科成品镜片的整个形成方法中。

在102A处，示出了从成形表面顶部到光学器件芯轴底部的距离。用于镜片制造设备(在同时提交的专利申请中所述)的距离可为12.7mm+／-0.01；这可提供足够的间隙，以使得贮存器的表面不干扰成形光学器件以及反应性混合物的聚合。在103A处，示出了从光学器件表面基部到围绕芯轴的下部横向侧的圆周的沟槽中间的距离。优选的距离为1.88mm。该距离可允许安装板的成形光学器件芯轴的精确定位和调整，如在本说明书的其他部分中进一步描述的。在104A处，示出了侧向沟槽的曲率半径。所使用的优选半径为1.5mm。所述优选的半径也可允许光学器件表面的精确定位和调整，这可通过使金属配件在固定点装配和运行来进行，如在本说明书的其他部分中描述的。另外，侧向沟槽水平部分优选具有14.00mm+0.10／-.00的长度，如在105A中所示。

在106A处，示出了中间部分。所述中间部分可包括连接到成形光学质量表面的线性光路连接部。所述连接部可产生90°的陡度角106A.1，其对应于成形光学质量表面的曲率半径。对于在该指定范围内的曲率半径，光学器件芯轴侧面部分90°的陡度角可允许光化辐射的充分透射。最后，在107A处，示出了可用于实施本发明的芯轴的直径。所述直径为例如14.6mm，以允许定位在光学器件组件的其他部件中。

现在参见图1B，描述了具有曲率半径为6.6mm-7.2mm的成形光学质量表面的成形光学器件芯轴设计的侧视图。图1B中示出的成形光学质量表面设计的示例性半径可用于例如具有陡角膜过渡的患者的自由成形的眼科镜片的形成。在101B处，示出了成形光学器件表面。对于所示的设计，所述表面可具有6.6mm至7.2mm的不同半径。与成形表面的较大曲率半径比较，通过改变曲率半径，所形成的镜片的后曲面部分的半径可成比例地变化。

在102B处，示出了从成形表面顶部到光学器件芯轴底部的距离。用于镜片制造设备(在本文引用的专利申请中所述)的距离可为12.7mm+／-0.01；同样，这提供了间隙以使得所使用的贮存器表面不干扰反应性混合物的自由形式聚合。在103B处，示出了从光学器件表面基部到围绕芯轴的下部横向侧圆周的沟槽中间的距离。距离可为1.88mm，该距离可允许在本发明的其他部分中成形光学器件芯轴的精确定位和调整。在104B处，示出了侧向沟槽的曲率半径。所使用的半径可为1.5mm。所述半径也允许光学器件表面的精确定位和调整，例如通过使金属配件在固定点装配和运行来进行，如在此描述的。另外，侧向沟槽水平部分优选具有14.00mm+0.10／-.00的长度，如在105B中所示。

在106B处，示出了中间部分。所述中间部分可包括具有半径Y、陡度角106B.2或线性连接部的弓形表面，然而，陡度角106B.1和106B.2可彼此相关。可使用任何一个，只要其允许使用所述曲率半径的成形表面101B提供用于使光化辐射相应地穿过的清晰光学孔径。所使用的这些变量可与成形光学质量表面的曲率角成比例，以在Y和Z之间提供切点，从而确保所需的光化辐射的透射可对镜片的形成和制造便利性所优选的方式穿过芯轴。例如，为了在Y和Z之间提供切点，具有陡度角以及6.60mm半径的成形表面可具有含由12.7mm半径产生的角度的中间部分，其中圆周的中心点距芯轴基部的侧面11.71mm且高9.45mm。在另一个实施例的例子中，具有陡度角以及7.0mm半径的成形表面可具有含由12.7mm半径产生的角度的中间部分，其中圆周的中心点距芯轴基部的侧面12.12mm且高9.02mm。最后，在107B处，示出了可用于本发明的芯轴的直径。所述直径也为14.6mm，以允许如本发明的其他部分所述的定位和调整。

使用成形光学器件中的其他形状或结构可实现额外的眼科镜片结构。例如，光学质量表面可具有形成镜片边缘的几何结构，该几何结构可导致镜片边缘与患者眼睛进行交互的方式。例如，对于一些人眼部机体可能期望改变十分靠近镜片边缘的后曲面半径或剖面以提供更舒适的镜片或实现特定功能方面。为了实现此目的，反作用形状可用于成形光学器件的光学质量表面。此外，对于镜片不是圆形的情况，形状结构可在定制轮廓上或在特定的周长中形成，使得该结构在镜片的不同半径／部件处是不同的。因此，靠近镜片边缘的半径可为平坦的或陡峭的，具体取决于所需的成品镜片效果。

参见图1C，示出了具有成形表面结构的示例性成形光学器件的设计的侧视图，该成形表面结构能够形成另外的自由成形的眼科镜片。在101C处，成形光学器件的基弧可提供围绕周边的形状结构以引起镜片边缘的卷曲形状。(为了更清晰地示出，图中的结构为放大的。)在101C.1和102C.1处，接触角显示在成形光学器件表面和镜片前体的流体介质之间。接触角根椐成形光学器件的光学质量成形表面特性以及所使用的反应性混合物的材料而变化。在这种情况下，反应性混合物可为未反应的和部分反应的镜片形成混合物的混合物。产生的眼科镜片的形状和镜片边缘剖面可因接触角而受影响，因为接触角可充当存在于表面上的镜片前体的流体介质的最小能量状态的边界条件。芯轴的光学质量成形表面的预处理可以是期望的，以防止流体介质的下垂或蠕变，并因此可产生不期望的镜片边缘剖面形状。

此外，表面结构的几何形状可根据需要在空间上变化，以为所得的自由成形的眼科镜片提供另外的优势。例如，在102C.1处，镜片的成形边缘处的平坦形状可由该变化所得。这可产生其中镜片边缘不置于眼睛上的镜片，因为其对于一些可能极度敏感的患者可为不期望的，从而为这些患者提供改善的舒适度。在103C处，示出了光化辐射源。例如，所使用的源可为DMD设备，所述DMD设备能够为制造中的镜片产生程序化波长的光化辐射的向量。此外，在形状上的额外差异也可提供定制眼科镜片(对于圆锥角膜患者为多区的)，以适应眼睛的角膜和巩膜区域的独特形状。

定制眼科镜片可由其前曲面侧面形成。参见图1D，示出了可用于本发明的凹面成形光学器件芯轴表面。该形状可允许由前曲面侧面形成定制眼科镜片。另外，在一些方法中，可期望除去过量的液体聚合物。然而，使用该成形光学器件设计形状可允许成形光学器件充当贮存器。在101D处，示出了凹形成形光学质量成形表面。如在102D处所示，所述光学质量成形表面也可包括形状结构以根据需要适应独特的眼部形状和条件。

恒定光源可用作光化辐射源，这与所引用的专利申请中所述的优选DMD逐体素方法截然相反。在其中使用恒定光化辐射源的其他方法中，灰度光掩模也可并入在成形光学器件中。例如，芯轴中的灰度掩模的部分地镀银区域可产生镜片的较厚区域，而较暗的区域可产生镜片中的较薄区域，其产生于因遮光而固化较慢的更密部分。

用于形成眼科镜片特别是定制镜片的光学器件表面芯轴组合物可由玻璃、石英、红宝石、蓝宝石或由各种热聚性聚合物制成。一般来讲，玻璃和石英表面可具有成本效益、耐化学品性、更耐用，并提供较高的透明度和较高的尺寸稳定性。另外，重要的是所用组合物允许光化辐射的透射并抵抗与所使用的镜片形成混合物的化学相互作用。

硼硅酸盐玻璃可用于成形光学器件。硼硅酸盐玻璃广泛用于实验室玻璃器皿，且可大量生产或定制。此外，其光学等级可供使用，例如硼硅酸盐玻璃′(“N-BK7”)。N-BK7硼硅酸盐玻璃可具有低膨胀系数和高软化点的热特性。其也提供对来自水、酸、盐溶液、有机溶剂、卤素以及可能期望在眼科镜片生产中使用的其他添加剂的侵蚀的高水平抵抗性。此外，对碱性溶液的抵抗性是适中的，且其组合物特性可包括允许光化辐射穿过的透射特性，这对于所述定制镜片的制造是期望的。

现在参见图2，其为针对硼硅酸盐玻璃′(“N-BK7”)特性的表格。在201处，给出了N-BK7玻璃的光学特性。在所述定制镜片的整个形成过程中所使用的波长可通常为λ365和λ420。如图3所示，N-BK7允许在这些频率下超过90％的光化辐射透射。当光化辐射的量可成比例增加时，可使用允许在这些波长下至少30％的光化辐射透射的材料。然而，如N-BK7提供的，重要的是透射不会随时间推移而改变制造的可重复性。

重新参见图2，可能重要的另一个光学特性为折射率。1.458(石英的n_d)至1.77(蓝宝石的n_d)的折射率n_d对于成形光学器件是可接受的。N-BK7的折射率为n_d1.5168，因此可以为可接受的。另外，由于形成方法对波长敏感，因此可能期望具有低的色散。因此，还期望的是所使用的反应性混合物的折射率接近芯轴的组合物的折射率，以防止在形成方法期间图像失真。

色散系数也示出于201处。色散系数又称为透明材料的V-值或倒色散系数，并且为与折射率相关的材料分散性(折射率随波长的变化)的度量。低分散性(低色差)材料具有较大值的V。可能重要的是使用低色差材料。优选地，成形光学器件芯轴的组合物的色散系数可为63.96(N-BK7)至106.18(MgF2)。在N-BK7中，色散系数等于64.17。

在202处，给出了N-BK7的机械特性。所使用的组合物的密度和硬度可能是重要的。密度规定了芯轴渗透性如何，且可限制用于镜片的聚合物。例如，N-BK7具有2.51g/g/cm³的密度。可接受的范围可为2.20g/g/cm³(UV熔融硅石)至5.27g／g／cm³(ZnSe)。硬度可规定芯轴对外力的抵抗性如何，并且对于在定位期间防止芯轴的断裂是重要的。N-BK7的努普硬度HK_0.1／₂₀为：610。可接受的范围为105kg／mm²(ZnSe)至740kg／mm²(结晶石英)，以耐受所述自由成形的镜片的形成方法。

安装架可用于保持和对齐成形光学器件的芯轴。保持所使用的光学器件芯轴的安装架的材料热系数可限制可用于成形光学器件芯轴的热系数。然而，如果相同的材料用于框架和成形光学器件芯轴，则不存在由此产生的限制性。在203处，给出了N-BK7的热特性。优选地，保持光学器件成形芯轴的框架由不锈钢制成。由于热膨胀系数低于不锈钢的系数，因此N-BK7可用于本发明中。反之则会挤压光学器件而可能使芯轴断裂。

最后，在204处，给出了N-BK7的耐化学品性。一般来讲，镜片形成混合物和预处理可要求成形光学器件芯轴能抵抗混合物和光化辐射中所使用的化学品。N-BK7以恒定方式允许此种情况，从而使其适用于本发明。

如图4A、4B和5所示，成形光学器件可包括可位于安装架上的成形芯轴。所述框架可由诸如不锈钢、铝、光学材料等的金属制成。成形光学器件组件可包括运动学安装装置以将成形光学器件组件保持就位。对于本领域中的技术人员而言，运动学安装件可被定义为用于将一个物体相对于另一个物体安装在固定位置的机构。运动学安装件和运动学安装技术的使用可使成形光学器件组件每次定位时在X、Y和Z位置具有小于1亚微米的偏差。这可能是很重要的，因为以下三个原因：1)当形成镜片时，每次其恰好形成在成形光学器件上的同一个地方；2)当测量没有镜片的成形光学器件时，成形光学器件位于同样的准确位置；3)当在成形光学器件上测量镜片时，成形光学器件位于相对于建立测量参考点的位移传感器的同样的准确位置；以及4)镜片的重复定位使测量的厚度变成产生的眼科镜片的测量值和芯轴的测量值之间的点对点差值。

现在参见图4A，其为可用于本发明的示例性运动学安装装置组件的侧视图。在运动学安装件的板顶部中的镗孔中存在三个钢制或碳化钨定位子弹(仅示出了其中两个)，并且可用螺钉调整每个子弹的位置直到球头在单点处接触成形光学器件组件，从而将成形光学器件芯轴定位于成形光学器件组件的底部。作为另外一种选择，子弹可用球头取代，其也可包括球头-子弹-推杆-螺钉组合，或能够发挥此处所述相同功能的它们的任意组合。在401A处，示出了三个子弹之一。所述球头可借助于螺钉和弹簧(即球头柱塞)运转。在402B处，示出了其余两个子弹的系统。所述子弹可借助于在两处的两个固定螺钉在该系统中运转。该系统可提供用于在相对另一个的固定位置中安装和调整成形光学器件芯轴的机构，这可能是本发明的一些实施例中所期望的。

现在参见图4B，成形光学器件芯轴可固定到板上以形成成形光学器件。将成形光学器件芯轴固定到保持板的一种方式可以是使用紫外光固化的环氧树脂，其具有补偿高热膨胀差异的能力。紫外光固化的环氧树脂可用作成形光学器件芯轴的密封剂和封装剂。稳定性、强度和耐化学品性可接受的紫外光固化的环氧树脂的例子为如下这样的紫外光固化的环氧树脂：UV15-7SP4、UV15X-2、UV15X-2GT、或Supreme3HT(Master Bond，Inc.)。另外，在芯轴的材料的热系数小于所使用的板的热系数的情况下，任何粘合剂的使用对于相应的定位和调整可能是足够的。

在401B处，示出了橡皮垫圈，其在将紫外光固化的环氧树脂注入到对齐的地方期间可临时用于成形光学器件芯轴的定位。在402B处，示出了将要被插入的紫外光固化的环氧树脂的入口填充部分。这可允许在成形光学器件芯轴周围注入和分布。在403B处，示出了成形光学器件芯轴的凹形互锁结构；当环氧树脂没有完全固化时，成形光学器件芯轴可由外部装置调整，在定位后可施加紫外光锁定位置。作为另外一种选择，可使用一部分或两部分环氧树脂，使得有足够的工作时间进行调整。

现在参见图5，示出了实现用于成形光学器件的运动学安装装置组件的示例性实施例的俯视图。该示例性运动学安装件可被两个调整器球头销501和502以及柱塞503保持就位。柱塞503座置在一个其后有弹簧的沟槽中，其可被代表弹簧销组件的弹簧销组件螺钉抓住。柱塞503可自由地移进和移出并接合成形光学器件。可并入凹口以避免芯轴的旋转。弹簧销组件经由柱塞将成形光学器件组件推向左边(图5中)，其边缘然后撞击调整器球头销501和502。调整器球头销501和502中任何一个的调整可足以调整安装板505内的成形光学器件芯轴504的全部X、Y和Z位置。

如本文之前所解释的以及图2中所述，一般来讲，BK7玻璃和石英表面更耐用，提供更高的透明度和更高的尺寸稳定性，并且可允许涂层增强形状结构，以用于形成和固化所述定制眼科镜片。在使用如BK7玻璃或石英的组合物的情况下，眼科镜片的形状结构可通过预处理光学质量成形表面并施加能够提供低表面能特征的涂层或单层而增强。例如，施加增大由成形表面提供的接触角的涂层或单层可提供所期望的眼科镜片的边缘形状。

可利用通过使用涂层来增加／降低表面的表面能、或形成更好光学质量表面。涂层可以是永久的或暂时的，且可按多种方式施加。例如，涂层可为合成的施加疏水表面的产品的应用，该产品使用擦拭或喷涂使水成珠状，从而增大了接触角。所述涂层的厚度可显著变化。然而，可能重要的是涂层不以非期望的方式与反应性混合物反应，且其在所使用的方法中以恒定的方式起作用。

涂层可包括提供对于成形光学器件的光学质量成形表面可能有利的具体性能的特定单层。一种单层可包括

(十三氟-1，1，2，2-四氢化辛基)-三乙氧基硅烷(“氟代硅烷”)单层。另外，可使用用于清洁并将单层施加于光学器件表面的方法，将氟代硅烷单层施加于清洁光学器件成形表面。所述单层可为耐用的且可提供更疏水的表面，增大接触角，产生所述自由成形的镜片的眼科用途的可接受的边缘特性。在其他实施例中，也可使用十八烷基三甲氧基硅烷(“十八烷基硅烷”)

单层。十八烷基硅烷单层可使用相同的适当清洁和单层键合方法施加。

十八烷基硅烷单层也可导致低的表面能特征，且它们两者中的任一种均可与选择的玻璃、石英键合。当所使用的具体热塑性聚合物具有固有的低表面能特征时，单层可能不是必需的。

在BK7玻璃或石英中，由于它们中的化学性质，可以通过与作为玻璃基本特性的SiO2形成共价键，而使氟代硅烷与表面聚合。一旦该反应发生，其可提供具有非常低的表面能的单层。所述单层本质上非常牢固，这与一些用于使表面平滑的涂层截然相反，这些涂层可断裂成碎片。另外，这些单层将几乎无法察觉，且不会用于使表面平滑以便释放成形镜片。

键合到成形光学器件表面可增大接触角θ。接触角为液体润湿固体的定量量度。其在几何学上定义为由液体在液体、气体、固体相交的三相界面上形成的角。接触角(θ)低值表示所使用的凝胶会良好地展开或润湿，而高接触角表示不良的润湿。接触角通常用作润湿的最直接量度。其他试验参数可从接触角和表面张力结果中直接得到。例如，展开的功为与液体在固体表面上的展开相关的负自由能。表面张力屈服数据的测量值可直接反映所测试的活性单体的热力学特性，因此，如果想要表征特定液体／固体对的润湿行为，仅需要报告接触角。

现在参见图6和图7，其示出了示例性成形光学器件的侧视图。图6示出了具有边缘特征的眼科镜片的示例性成形光学器件芯轴表面，该边缘特征由成形表面的预处理所得。在602处，单层已被施加到芯轴的成形表面。在601处，示出了由单层的较高接触角所得的镜片边缘，这与图7相反，图7示出了具有边缘特征的眼科镜片的另一个示例性成形光学器件芯轴表面，该边缘特征由于缺少成形表面702的预处理而所得。在701处，成形表面会使镜片边缘垂在表面上，并使镜片具有对于正常佩戴不可接受的边缘特征。

现在参见图8，示出了包括多个机械对齐装置和可用于本发明的标识符结构的又一个示例性成形光学器件的等轴视图。在801处，示出了各种机械对齐结构。本发明示例性成形光学器件实施例可通过另外的运动学安装件对齐，其可只需要一次中心调整。该成形光学器件可例如使用已知的玻璃模塑技术制造。该模塑机成形光学器件可精确制造到亚微米水平。另外，该成形光学器件可允许更容易地移除以便清洁、再次施加涂层，而不改变所使用的自由形式方法的收敛值。机械结构801可提供仅一个不经受温度变化的自由度。

在802处，成形光学器件标识符可被模塑于光学成形表面803之外的成形光学器件表面上，因此其不影响辐射经过的光路。

现在参见图9，其为示出了清洁的示例性方法的流程图，并提供了可用于本发明的光学器件表面的预处理。在901处，观察成形光学器件的变形或可见缺陷。在902处，如果已确定光学器件确实具有变形或可见缺陷，应将光学器件替换，直至发现符合的光学器件才继续进行步骤903。在903处，成形光学器件被暴露于食人鱼溶液。如本文所用，食人鱼溶液包括硫酸(H₂SO₄)和过氧化氢(H₂O₂)的混合物。食人鱼溶液可用于清洁成形光学器件，尤其是清洁有机残余物。清洁步骤也可包括对成形光学器件表面施加羟化。因此，食人鱼溶液可将OH基团加入到光学器件的表面，从而增加光学器件的亲水性。

如本文所提及的，食人鱼溶液可为包含3∶1的浓硫酸与30％过氧化氢溶液的混合物；其他方案可使用4∶1或甚至7∶1的混合物。作为另外一种选择，该方法可使用被称为“碱食人鱼”(base piranha)的溶液，其包含氢氧化铵(NH₄OH)与过氧化氢的3∶1混合物。

清洁可包括将光学器件在食人鱼溶液中的暴露约1至40分钟。食人鱼溶液可在施加之前混合或直接施加到光学器件，首先施加硫酸，然后是过氧化物。由于过氧化氢的自身分解，食人鱼溶液可优选地在施加时制备，或在接近于施加到光学器件上的时间制备。清洁可包括将食人鱼溶液施加在光学器件上或将光学器件浸泡于食人鱼溶液中。

在904处，可过滤甲醇。例如，甲醇可用颇尔生命科学公司(PailLifesciences)的1微米注射器式过滤器过滤。在905处，光学器件通过浸入到经过滤的甲醇中3-5分钟进行冲洗。在906处，用干净的干燥空气干燥光学器件。在907处，将光学器件置于具有氟代硅烷溶液的干净Teflon管中。在908处，Teflon容器可在909之前清洁。在909处，可量取0.3g的(十三氟-1，1，2，2-四氢化辛基)三乙氧基硅烷，并将其置于清洁的Teflon容器中的小瓶中。在910处，可在管外面对各个光学器件位置做标记，以保持光学器件标识。

在911处，Teflon容器可用经过滤的干燥空气或氮气以5psi吹扫3分钟。在912处，可将烘箱预热至120℃(一百二十摄氏度)。在913处，可将Teflon容器密封并置于温度约120℃(一百二十摄氏度)的烘箱中。一旦置于烘箱中，在914处，可进行约4(四)小时的气相沉积。在915处，可取出Teflon容器并打开(在通风橱中进行以避免暴露于硅烷烟雾)。在916处，将其在异丙醇中超声处理5(五)分钟，然后在917处干燥，重新包装于标记的容器中。

为了确保所述单层得出恒定测量值和测试耐用性，可在单层施加后和整个模拟测试程序中测量接触角。对每个样品上的9滴水测量接触角。这9滴的平均值被当成接触角。观察到对于样品上的位置，接触角没有差别。

耐用性测试1

1.在90℃下将样品浸入吐温和去离子水的500ppm溶液中15分钟。

2.用异丙醇喷湿样品，然后用拭镜纸擦拭干净(大力地摩擦)。将程序重复10次。

耐用性测试2

1.在90℃下将样品浸入吐温和去离子水的500ppm溶液中5分钟。

2.用异丙醇喷湿样品，然后用拭镜纸擦拭干净(大力地摩擦)。将程序重复5次。

3.将程序1和程序2重复10次。

	氟代硅烷	十八烷基硅烷
			清洁的玻璃基底	38(3)	38(3)
涂布SAM的基底	110(3)	91(4)
			耐用性测试后1	102(4)	93(4)
耐用性测试后2	102(3)	91(4)

表1。

1/4波长BK7窗片上的单层的水接触角结果(括号内为标准差)。清洁的基底涉及用硫酸／过氧化氢混合物清洁。1/4波长BK7窗片及由维斯塔肯公司(Vistakon)提供的BK7光学镜片上的依他菲康A的接触角示于表1中。

	1/4波长BK7窗	光学镜片BK7
			清洁的玻璃基底	27(3)	39(3)
涂布氟代硅烷的基底	69(5)	67(3)

表2。

依他菲康A单体、1/4波长BK7窗片和维斯塔肯(Vistakon)BK7光学镜片之间的接触角(括号内为标准差)。清洁的基底涉及用溶剂清洁。

Claims

1. 一种用于制造至少一个自由成形的眼科镜片的成形光学器件，其中所述成形光学器件组件包括：

使进入所述成形光学器件的光化辐射透射的第一平表面、以及第二弓形表面，其中所述第二弓形表面的至少一部分包括光学质量成形表面；

介于所述第一平表面和所述第二弓形表面之间的用于光化辐射的光学投射路径，以用于通过所述光学投射路径将光化辐射从所述第一平表面投射到所述第二弓形表面，其中所述光学质量成形表面能够被定位在包含镜片成形材料的贮存器的腔体中，并且能够大体限定自由成形的眼科镜片的直径和基弧；以及

对齐结构，其用于使所述光学质量成形表面的一个或多个点与一个或多个光化辐射源对齐。

2. 根据权利要求1所述的成形光学器件，其中所述第二弓形表面的所述光学质量成形表面部分的形状为大体凸形的。

3. 根据权利要求1所述的成形光学器件，其中所述第二弓形表面的所述光学质量成形表面部分的形状为大体凹形的。

4. 根据前述权利要求中任一项所述的成形光学器件，其中所述贮存器提供具有在继光化辐射暴露之后除去过量的镜片成形材料的功能的设备。

5. 根据权利要求4所述的成形光学器件，其中所述设备通过从过量的镜片成形材料中撤回所述眼科镜片来除去所述过量的镜片成形材料。

6. 根据前述权利要求中任一项所述的成形光学器件，其中所述第二弓形表面的所述光学质量成形部分包括空间反作用形状结构，用于以自由形式方式形成的眼科镜片的边缘的至少一部分。

7. 根据前述权利要求中任一项所述的成形光学器件，其中所述对齐结构进一步允许所述第一平表面以不大于5微米的偏差垂直于光化辐射的所述投射路径来安装和定位。

8. 根据前述权利要求中任一项所述的成形光学器件，其中所述成形光学器件包括成形光学器件芯轴和对齐板，并且所述成形光学器件芯轴和所述对齐板两者包括与另一者互补的对齐结构。

9. 根据权利要求8所述的成形光学器件，其中所述成形光学器件芯轴和所述对齐板由相同的材料制成。

10. 根据前述权利要求中任一项所述的成形光学器件，其中所述成形光学器件包括机械运动学定位工件。

11. 根据权利要求8至9中任一项所述的成形光学器件，其中成形光学器件芯轴结构包括围绕所述芯轴的侧向圆周的沟槽，并且所述对齐板包括装配于所述芯轴的沟槽中的3个接触点。

12. 根据权利要求8至11中任一项所述的成形光学器件，其中与所述对齐板相比，所述成形光学器件芯轴具有相同的或较低的热膨胀系数，并且所述芯轴使用粘合剂定位。

13. 根据权利要求12所述的成形光学器件，其中所述粘合剂包括紫外光固化的环氧树脂。

14. 根据前述权利要求中任一项所述的成形光学器件，其中至少所述光学质量成形表面包含透射至少7%的光化辐射并具有介于1.4和1.8 n_d之间的折射率的组合物。

15. 根据前述权利要求中任一项所述的成形光学器件，其中至少所述光学质量成形表面包含具有介于63.8和106.2 v_e之间的色散系数的组合物。

16. 根据前述权利要求中任一项所述的成形光学器件，其中至少所述光学质量成形表面包含具有介于2.1和5.3 g/g/cm³之间的密度/渗透性的组合物。

17. 根据前述权利要求中任一项所述的成形光学器件，其中至少所述光学质量成形表面包含具有介于104和717 kg/mm²之间的硬度的组合物。

18. 根据前述权利要求中任一项所述的成形光学器件，其中至少所述光学质量成形表面经预处理以增强所述自由成形的眼科镜片的形状结构。

19. 根据权利要求18所述的成形光学器件，其中所述预处理包括施加涂层以改变表面能特征。

20. 根据权利要求19所述的成形光学器件，其中所述涂层为用于增大所述光学质量部分的接触角的硅烷单层涂层。