CN107438515B - 制造具有全息光学元件的光学铸件的方法和光学铸件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及借助铸造操作制造包括至少一个体全息光学元件的光学铸件的方法，其中所述方法包含下列步骤：‑提供铸模(30)，其包括具有平面、球面、非球面或自由形状的第一表面的第一模具部分(10)和具有平面、球面、非球面或自由形状的第二表面的第二模具部分(20)，其中第一模具部分(10)可与第二模具部分(20)接合以形成所述铸模(30)，‑提供至少一个全息光学元件(91)，‑相对于第一模具部分(10)或/和相对于第二模具部分(20)定位和对准所述至少一个全息光学元件(91)，‑合并第一和第二模具部分以形成所述铸模(30)，‑在一个或多个铸造步骤中引入铸造材料，其中所述铸造材料具有100000 mPas的在25℃下的最大粘度，‑固化所述铸造材料，‑从所述铸模(30)中移出包括所述至少一个全息光学元件(91)的固化的铸造材料，其中所述至少一个全息光学元件(91)至少部分地被所述铸造材料包围。

Description

制造具有全息光学元件的光学铸件的方法和光学铸件
本发明涉及借助铸造操作制造包括至少一个体全息光学元件的光学铸件的方法。本发明还涉及光学铸件和包括这样的光学铸件的眼镜、光学仪器和器件。
在衍射光学中，区分在表面上刻铸的衍射结构和包含在相应结构深处的衍射结构。如果后者涉及具有不同折射率的周期性变化的层，这些被称作相位全息图。这种结构能以非常精致的方式改变光的波前，并与起衍射作用的刻铸的表面相比具有各种优点。例如，衍射效率可以非常高，并且通过高的布拉格选择性可以有效抑制不想要的高阶。此外，在不满足布拉格条件时（例如在不同角度下），这些光学器件能实现透明外观。因此可以制造光组合器。
衍射光学器件，正如折射光学元件那样，具有必须最小化的色像差。由于对于折射光学器件而言短波长的光比较长波长的光更强地衍射，而对于衍射光学器件而言则正好相反，可以例如借助由衍射和折射组件构成的混合光学器件实现紧凑（kompakt）的色像差校正。此外，如果在一个光学结构中需要应彼此独立实现的不同光学功能，使用这样的混合光学器件具有优点。如果想要仅用折射光学器件实现这一点，则被迫相应地赋予该系统的光学孔径的各部分这一或另一光学功能。在混合光学器件中，其中的自由度更大，因为可以彼此独立地实现光学功能。
相位全息图也称作（体-）全息光学元件（缩写为vHOE）。经由周期性变化的层的几何形成光学功能。这通过干涉曝光法实现。全息图的可能的光学功能对应于光元件，如透镜、镜子、偏转镜、滤光器、散射透镜、定向散射元件、定向全息漫射器、衍射元件、光导体、光转向体（波导体）、耦合输入或-输出元件、投影透镜和/或掩模的光学功能。此外，多个这样的光学功能可以合并在这样的全息图中，例如以使光根据光的入射以不同方向衍射出去。可以通过干涉曝光法将相位全息图曝光到记录材料中。用于此用途的常见材料是光聚合物、卤化银薄膜和重铬酸盐明胶薄膜。
高品质的折射光学组件由透明材料，如玻璃和塑料制造。前者通常重，后者较轻并可通过铸造法和注射成型法制造。
JP2008170852A（Sony）教导了由热塑性塑料体借助注射成型法制造包括vHOE的塑料体。但是，这是安全全息图并且该结构的光学品质对光学用途而言不足。
US7826113B2（Konica Minolta）教导了使用层压法和使用胶粘剂层将vHOE与折射结构粘合。这种类型的方法需要依序组装至少两个起折射作用的组件（这是复杂的），以确保所需的光学品质。此外，中间层如胶粘剂的使用产生界面，其可能非常容易不利地影响光学品质。此外，提供多个独立组件和随后组装是昂贵的。
为了用作用于眼镜、成像光学器件中的光学结构以及要使用vHOE的高效率光投影和图像投影的光学元件，需要具有足够高品质的相应光学元件。
此外，非常重要的是，这种具有混合功能的光学制品的起折射作用的组件的光学功能与衍射组件（vHOE）互相光学配合。
因此本发明的目的是提供在透明的高品质铸件中精确定位体全息光学元件的方法。本发明的另一目的是提供具有至少一个全息光学元件的光学铸件，其中该光学铸件应以高光学品质为特征。
通过一种借助铸造操作制造包括至少一个全息光学元件的光学铸件的方法实现该目的，其中所述方法包含下列步骤：
- 提供铸模，其包括具有平面、球面、非球面或自由形状的第一表面的第一模具部分和具有平面、球面、非球面或自由形状的第二表面的第二模具部分，其中第一模具部分可与第二模具部分接合以形成所述铸模，
- 提供至少一个全息光学元件，
- 相对于第一模具部分或/和相对于第二模具部分定位和对准所述至少一个全息光学元件，
- 合并第一和第二模具部分以形成所述铸模，
- 在一个或多个步骤中引入铸造材料，其中所述铸造材料具有100000 mPas的在25℃下的最大粘度，
- 固化所述铸造材料，
- 从所述铸模中移出包括所述至少一个全息光学元件的固化的铸造材料，其中所述至少一个全息光学元件至少部分地被所述铸造材料包围。
通过本发明的方法，可以以相对简单的方式制造高光学品质的光学铸件。
在该方法开始时，提供铸模，其包括具有平面、球面、非球面或自由形状的第一表面的第一模具部分和具有平面、球面、非球面或自由形状的第二表面的第二模具部分。为了形成铸模，可以将第一模具部分与第二模具部分接合。此外，提供至少一个全息光学元件，其整合到要制造的光学铸件中。
没有严格规定在提供模具部分和所述至少一个全息光学元件后用于制造该光学铸件的各工艺步骤的顺序。例如，可以首先相对于第一模具部分或/和相对于第二模具部分定位和对准所述至少一个全息光学元件，此后合并第一和第二模具部分以形成铸模，然后将铸造材料引入铸模中并固化。
根据本发明，同样可以首先合并模具部分以形成铸模，然后在铸模中相对于第一模具部分或/和相对于第二模具部分定位和对准所述至少一个全息光学元件。为此，可以例如借助合适的，尤其是狭缝形的开口将所述至少一个全息光学元件引入铸模。
本发明的方法的另一变体在于，首先在第一铸造步骤中将铸造材料的一部分引入第一和/或第二模具部分，使该铸造材料至少部分固化，然后在形成的表面上定位和对准所述至少一个全息光学元件。此后合并第一和第二模具部分以形成铸模，并在进一步的铸造步骤中引入剩余的铸造材料，随后将其完全固化。
根据本发明，该铸模的部件包括具有第一表面的第一模具部分和具有第二表面的第二模具部分。这些模具部分可以例如由玻璃制成，其中玻璃在此是指由通常氧化硼、氧化硅、氧化铝、氧化钠和氧化钙及其混合物作为主要组分制成的那些。其它成分可以是铁、锆、钛、铅、钡、铜、银、钾和镁的氧化物。同样可以使用少量溴化物、溴化物和氟化物。优选的是硼硅酸盐和石英玻璃。
使用在使用前回火以不发生应力开裂的玻璃是有利的。在另一个优选的实施方案中，使用具有与铸造材料类似的热膨胀系数的玻璃。也可以使用具有低膨胀系数的玻璃，例如玻璃-陶瓷材料。
尤其对于（部分）自动化方法，该模具部分也可以由金属制成，因为这些具有更高的稳固性。
根据要制造的光学铸件的所需形状，可以使用各种形状。例如，可以使用平面，或球面、非球面，以及自由形状的表面。在每种情况下，可以使用凸或凹表面。该表面还可另外具有棱柱或圆柱几何。这些几何的组合也可行。可以改变半径，其中在用于眼镜时，这些通常以它们的折光力（以屈光度计）示出。在这种情况下，可以使用凸和凹面的合适的组合，以产生由于其起折射作用的形状而适用于校正视力不正常（屈光不正），如近视、远视或散光的美观形状的光学制品。同样可以使用其它不同的表面形状。考虑适合于例如紧密地和/或以美观方式贴合头型的眼镜镜片的形状也是有利的。工业光学器件中的光学元件更可能需要紧凑的结构体几何，这同样可经由该表面的合适成型实现。
该表面通过工业中常规的方法精整，以产生高精度的光学形状。常规的是铣切法、研磨法和抛光法以及施加抗反射层和/或防刮层。表面通常因此具有高光泽度。
可以将这两个模具部分接合，以产生具有铸造模腔或内部铸造体积的铸模。为此，第一和/或第二模具部分可进一步包括用于将一个模具部分与另一模具部分接合的轴套。通常，该轴套由塑料制成，以能够快速组装。为此，可以使用聚氯乙烯、聚烯烃如聚丙烯、聚乙烯或聚环烯烃。同样可以使用橡胶，例如丁基橡胶或EPDM，尤其为硫化形式。也可以使用热塑性和交联弹性体聚氨酯、硅酮和环氧树脂。
关于其几何，配置该轴套以使得这两个模具部分可以紧密地互相接合。特殊夹板和折痕（Falten）尤其适用于齐平闭合的布置。
根据本发明，所述至少一个全息光学元件相对于第一模具部分和/或相对于第二模具部分定位和对准。具体而言，所述至少一个全息光学元件在此可以相对于第一模具部分的第一表面和/或相对于第二模具部分的第二表面或相对于轴套定位和对准。在所述至少一个全息光学元件相对于轴套定位和对准的情况下，可以在将该轴套整合到各自的模具部分中之前或之后将所述至少一个全息光学元件定位和对准在那里。同样可以相对于第一模具部分的第一表面和相对于第二模具部分的第二表面实施定位和对准。此外，可以相对于模具部分的一个表面并同时相对于同一模具部分的轴套，或相对于第一模具部分的第一表面、相对于第二模具部分的第二表面和相对于第一和/或第二模具部分的轴套实施定位和对准。
可以相对于具有轴套的模具部分以各种方式实施定位。例如，可以在铸模闭合的情况下经由轴套中的开口插入全息光学元件，以通过该开口几何本身实施定位和对准。在这种情况下，开口的位置对该定位至关重要；该几何限定对准。轴套具有最小厚度可能是有利的，以使全息光学元件可以精确定位。例如，有利地选择大于0.5毫米，有利地大于3毫米，特别有利地大于10毫米的轴套厚度。
该开口可以在轴套内或在与第一模具部分的界面处。也可以借助轴套相对于模具部分固定全息光学元件。
另外可以相对于模具部分之一的表面实施定位。有利地，可以借助已预先层压、施加或涂覆（aufgezogen）到第一模具部分的第一表面或第二模具部分的第二表面上的薄膜实施该定位和对准。也可以借助工具施加该薄膜，该工具借助（空气）压力使该薄膜粘贴到表面上。也可以借助热成型法将该薄膜安置在表面上。在热成型法中，借助炉（例如对流炉）或辐射源（IR、UV、VIS）加热该薄膜并使其可轻微变形。通过加热，该薄膜特别容易和快速软化，然后借助（空气）压力施加到表面上。另外可用的是高压成型法，借此通过使用特别高的压力将薄膜在加热至略低于其软化温度后放置于表面上。特别有利的是利用第一表面的凸面施加该薄膜。
该薄膜可以完全或仅部分地覆盖第一或第二表面。此外，该薄膜可具有与全息光学元件相同的尺寸，或可以更大或更小。该薄膜特别有利地完全覆盖相应模具部分的表面，特别地，这一表面具有凸形。该薄膜也特别有利地完全覆盖相应模具部分的表面。
在本发明的另一个有利的实施方案中，所用薄膜基本由相同的铸造材料构成。其优点在于薄膜与铸造材料之间的可见界面消失。“基本由相同的铸造材料”是指含有与铸造材料相同的化学成分的材料。固化的铸造材料表现出高模量，因此可以有利地不将薄膜中的铸造材料的固化进行至完全，以仍有可能成型到表面上。对于单组分（1K）材料，这可以例如通过受控转化至30%-95%，特别有利地50%-90%的转化度实现（转化度在本发明中始终是指可通过光谱法测定的反应性化学基团的转化度百分比。适用于测定转化度的方法是例如红外光谱、拉曼光谱和核磁共振波谱法）。对于热固化型1K体系，可以例如降低催化剂的量、薄膜的固化时间或引发剂的量。在辐射固化型1K体系中，可以降低光引发剂的量或光剂量。热固化型1K体系可含有例如可自由基聚合的单体，其借助热分解的自由基形成剂，如过氧化物（例如二烷基过氧化物或羟烷基过氧化物或化学相关的产物）或重氮化合物（例如偶氮二异丁腈“AIBN”）聚合。在辐射固化型体系的情况下，同样可以使用可自由基聚合的单体，其借助UV引发剂（例如α-羟基酮）和紫外线聚合。合适的自由基聚合单体是丙烯酰基官能单体。也可以使用借助硫醇-烯反应聚合的单体。在此使用脂族硫醇，并且使其与丙烯酸酯、乙烯基硅烷或其它迈克尔受体反应。对于双组分铸造体系，可以不仅降低a) 催化剂的量和b)引发剂的量，c) 降低固化时间；还可以d) 轻微改变混合比或同时进行这些措施的两个或更多个。由此，可以仅建立降低的交联密度，以使该薄膜能够成型。在基于多-或二异氰酸酯和醇/硫醇的双组分体系（即所谓的聚氨酯体系或含硫聚氨酯体系）的情况下，异氰酸酯可以过量使用。稍后与环境水反应以产生脲。也可以在异氰酸酯不足的情况下以相同方式操作，在这种情况下异氰酸酯从铸造物料迁移到该薄膜中并使得能够后交联。
也可以用充当固定剂的材料微滴将全息光学元件定位在模具部分的表面上，其中该材料微滴的折射率与铸造材料的折射率相差不大于0.01，优选0.002。在这种情况下，该材料微滴基本由与铸造材料本身相同的材料构成也特别有利。当使用只有30%-90%，有利地50%-90%的转化度的材料时，这尤其得以实现。与使用薄膜定位和对准全息光学元件的情况中类似的考虑在此适用。在化学方面可用的体系也与薄膜作为定位材料（见上文）的情况中相同。
也可以通过使用在光学制品中引入另一个功能的薄膜实施该定位。例如，可以引入偏振膜、彩色膜、设计膜、UV防护膜、光致变色膜。在这些情况下，全息光学元件可以层压或粘合到这一薄膜上，然后相对于第一模具部分和/或相对于第二模具部分定位和对准。
该定位同样可以在两步法或多步法中实现，这通过首先用铸造材料填充铸模的一部分，将这一铸造材料部分固化或完全固化。随后，将全息光学元件安置到所产生的表面上。在后续步骤中，再填满该铸模的剩余空闲体积并将铸造材料固化。所产生的表面有利地与光学制品的光轴基本成直角，以使全息光学元件随之同样与其成直角。特别有利地在凹表面上实施该部分填充。
在上述实施方案的一个变形中，可以首先用铸造材料至少部分地填充第一和/或第二模具部分，然后将该铸造材料至少部分固化，然后将所述至少一个全息光学元件定位和对准在所述至少部分固化的铸造材料的形成的表面上，然后合并第一和第二模具部分以形成铸模，然后用铸造材料完全填满铸模并随后将整个铸造材料固化。
定位和对准的全息光学元件由于它们的固有光学功能，与制成的光学铸件的光学功能具有光学关系。
在一个优选实施方案中，该光学铸件具有光轴，其在眼镜镜片的情况下，与使用者的眼睛对准。全息光学元件，优选平面全息光学元件的对准因此可以以与该光学铸件的光轴的角度示出。平面全息光学元件的平面的法向矢量和铸件的光轴之间的角度可以为0°至90°，优选0°至60°。
全息光学元件始终具有两个固有的光学优先方向，它们在曝光时由基准光束和物体光束相对于记录材料的（优选平面的）表面的入射角规定。这两个光学优先方向可以从法向矢量到平面光学元件的平面自由选择。在一个特别优选的实施方案中，这两个优先方向之一（物体光束或基准光束）与光学铸件的光轴呈共线对准。
全息光学元件本身由全息记录层和任选毗邻的热塑性基底构成。可用的热塑性基底由聚对苯二甲酸乙二醇酯和其它聚酯、聚碳酸酯、非晶聚酰胺、三乙酸纤维素、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、聚环烯烃（COC）、聚苯乙烯和聚乙烯或聚丙烯构成。
也可以使用热固性基底而非热塑性基底。在这种情况下，特别合适的是使用与所用铸造材料基本相同的材料。
合适的全息记录材料是卤化银乳剂和重铬酸盐明胶。特别地，光聚合物也合适。优选的是包含粘合剂、书写单体和光引发剂体系的光聚合物。
所用粘合剂可以是非晶热塑性塑料，例如聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸或其它丙烯酸烷基酯和甲基丙烯酸烷基酯以及丙烯酸的共聚物，例如聚丙烯酸丁酯，以及聚乙酸乙烯酯和聚丁酸乙烯酯，其部分水解衍生物，如聚乙烯醇，以及与乙烯和/或其它(甲基)丙烯酸酯的共聚物、明胶、纤维素酯和纤维素醚，如甲基纤维素、乙酸丁酸纤维素（Celluloseacetobutyrat）、硅酮，例如聚二甲基硅酮、聚氨酯、聚丁二烯和聚异戊二烯，以及聚环氧乙烷、环氧树脂，尤其是脂族环氧树脂、聚酰胺、聚碳酸酯以及US 4994347A中和其中引用的体系。
该粘合剂特别可以是交联的，更优选是三维交联的。
该粘合剂更优选包含或由聚氨酯构成，该粘合剂最优选包含或由三维交联聚氨酯构成。
这样的交联聚氨酯粘合剂例如可通过至少一种多异氰酸酯组分a)与至少一种异氰酸酯反应性组分b)的反应获得。
多异氰酸酯组分a)包含至少一种具有至少两个NCO基团的有机化合物。这些有机化合物尤其可以是单体二-和三异氰酸酯、多异氰酸酯和/或NCO-官能的预聚物。多异氰酸酯组分a)也可含有或由单体二-和三异氰酸酯、多异氰酸酯和/或NCO-官能的预聚物的混合物构成。
所用的单体二-和三异氰酸酯可以是本身为本领域技术人员公知的所有化合物或其混合物。这些化合物可具有芳族、芳脂族、脂族或脂环族结构。该单体二-和三异氰酸酯还可包含次要量的单异氰酸酯，即具有一个NCO基团的有机化合物。
合适的多异氰酸酯是具有氨基甲酸酯、脲、碳二亚胺、酰基脲、酰胺、异氰脲酸酯、脲基甲酸酯、缩二脲、噁二嗪三酮、脲二酮和/或亚氨代噁二嗪二酮结构并可由上述二-或三异氰酸酯获得的化合物。
该多异氰酸酯更优选是低聚的脂族和/或脂环族二-或三异氰酸酯，其中可以尤其使用上述脂族和/或脂环族二-或三异氰酸酯。
非常特别优选的是具有异氰脲酸酯、脲二酮和/或亚氨代噁二嗪二酮结构的多异氰酸酯以及基于HDI的缩二脲或其混合物。
所用异氰酸酯反应性化合物b1)可以是醇、氨基或巯基化合物，优选醇。这些尤其可以是多元醇。所用异氰酸酯反应性化合物b1)最优选可以是聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚(甲基)丙烯酸酯多元醇和/或聚氨酯多元醇。
合适的聚酯多元醇是例如可以通过脂族、脂环族或芳族二-或多羧酸或它们的酸酐与OH官能度≥ 2的多元醇的反应以已知方式获得的线型聚酯二醇或支化的聚酯多元醇。合适的二-或多羧酸的实例是多元羧酸，如琥珀酸、己二酸、辛二酸、癸二酸、癸烷二甲酸、邻苯二甲酸、对苯二甲酸、间苯二甲酸、四氢邻苯二甲酸或偏苯三酸，和酸酐，如邻苯二甲酸酐、偏苯三酸酐或琥珀酸酐，或它们互相的任意混合物。聚酯多元醇也可以基于天然原材料，如蓖麻油。聚酯多元醇也可以基于优选通过内酯或内酯混合物，如丁内酯、ε-己内酯和/或甲基-ε-己内酯加成到羟基-官能的化合物，如例如上述类型的OH官能度≥ 2的多元醇上可得的内酯均聚物或共聚物。
合适的二醇或混合物包含本身在聚酯链段的上下文中提到的OH官能度≥ 2的多元醇，优选丁-1,4-二醇、己-1,6-二醇和/或3-甲基戊二醇。也可以将聚酯多元醇转化成聚碳酸酯多元醇。
另外，低分子量（即分子量≤ 500 g/mol）、短链（即含有2至20个碳原子）的脂族、芳脂族或脂环族二-、三-或多官能醇也适合作为多元醇组分b1)的成分（作为多官能的异氰酸酯反应性化合物）。
该多元醇组分尤其优选是具有伯OH官能的双官能聚醚-、聚酯-或聚醚-聚酯嵌段共聚酯或聚醚-聚酯嵌段共聚物。
异氰酸酯反应性化合物b1)也优选具有≥ 200且≤ 10000 g/mol，更优选≥ 500且≤ 8000 g/mol，最优选≥ 800且≤ 5000 g/mol的数均摩尔质量。该多元醇的OH官能度优选为1.5至6.0，更优选1.8至4.0。
该异氰酸酯反应性组分尤其可包含具有数均至少1.5个，优选2至3个异氰酸酯反应性基团的化合物。
该书写单体可以是能够发生光引发聚合的化合物。这些是可阳离子和阴离子聚合的以及可自由基聚合的化合物。特别优选的是可自由基聚合的化合物。合适的化合物种类的实例是不饱和化合物，如(甲基)丙烯酸酯、α,β-不饱和羧酸衍生物，例如马来酸酯、富马酸酯、马来酰亚胺、丙烯酰胺以及乙烯基醚、丙烯基醚、烯丙基醚和含有二环戊二烯基单元的化合物，以及烯属不饱和化合物，例如苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯和/或烯烃。硫醇-烯反应性化合物，例如硫醇和活化的双键也可以自由基聚合。
氨基甲酸酯-(甲基)丙烯酸酯也特别优选可用作书写单体。
该书写单体非常特别优选包含或由一种或多种氨基甲酸酯-(甲基)丙烯酸酯构成。
氨基甲酸酯-(甲基)丙烯酸酯在本文中是指具有至少一个丙烯酸酯基团或甲基丙烯酸基团以及至少一个氨基甲酸酯键的化合物。这种化合物例如可通过使羟基官能的(甲基)丙烯酸酯与异氰酸酯官能的化合物反应获得。
可用于此用途的异氰酸酯官能的化合物的实例是单异氰酸酯以及a)下提到的单体二异氰酸酯、三异氰酸酯和/或多异氰酸酯。合适的单异氰酸酯的实例是异氰酸苯酯、异构的异氰酸甲硫基苯酯。上文已提到二-、三-或多异氰酸酯以及三苯基甲烷-4,4‘,4‘‘-三异氰酸酯和硫代磷酸三(对-异氰酸根合苯基)酯或其具有氨基甲酸酯、脲、碳二亚胺、酰基脲、异氰脲酸酯、脲基甲酸酯、缩二脲、噁二嗪三酮、脲二酮、亚氨代噁二嗪二酮结构的衍生物及其混合物。优选的是芳族二-、三-或多异氰酸酯。
可用于制备氨基甲酸酯丙烯酸酯的羟基-官能的(甲基)丙烯酸酯包括例如如下化合物：(甲基)丙烯酸2-羟乙酯、聚环氧乙烷单(甲基)丙烯酸酯、聚环氧丙烷单(甲基)丙烯酸酯、聚环氧烷单(甲基)丙烯酸酯、聚(ε-己内酯)单(甲基)丙烯酸酯，例如Tone® M100（Dow,Schwalbach, DE）、(甲基)丙烯酸2-羟丙酯、(甲基)丙烯酸4-羟丁酯、(甲基)丙烯酸3-羟基-2,2-二甲基丙酯、(甲基)丙烯酸羟丙酯、丙烯酸2-羟基-3-苯氧基丙酯、多元醇如三羟甲基丙烷、甘油、季戊四醇、二季戊四醇、乙氧基化、丙氧基化或烷氧基化的三羟甲基丙烷、甘油、季戊四醇、二季戊四醇的羟基官能的单-、二-或四丙烯酸酯或它们的技术（technisch）混合物。优选的是丙烯酸2-羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸4-羟丁酯和聚(ε-己内酯)单(甲基)丙烯酸酯。
尤其优选的是可由硫代磷酸三(对-异氰酸根合苯基)酯和/或异氰酸间甲硫基苯酯与醇官能的丙烯酸酯如(甲基)丙烯酸羟乙酯、(甲基)丙烯酸羟丙酯和/或(甲基)丙烯酸羟丁酯的反应获得的氨基甲酸酯-(甲基)丙烯酸酯。
用作书写单体的化合物也优选具有每分子两个或更多个可自由基聚合基团（多官能的书写单体）。这些可独自或与每分子只有一个可自由基聚合的基团的书写单体组合着使用。
因此，优选地，该书写单体也可包含或由至少一种单官能和/或多官能的(甲基)丙烯酸酯书写单体构成。更优选地，该书写单体包含或由至少一种单官能和/或多官能的氨基甲酸酯-(甲基)丙烯酸酯构成。该书写单体非常特别优选包含或由至少一种单官能的氨基甲酸酯-(甲基)丙烯酸酯和至少一种多官能的氨基甲酸酯-(甲基)丙烯酸酯构成。
合适的(甲基)丙烯酸酯书写单体尤其是通式(I)的化合物
Figure 434567DEST_PATH_IMAGE001
其中t ≥ 1且t ≤ 4，且R101是直链、支化、环状或杂环的未取代或任选被杂原子取代的有机基团，和/或R102是氢、直链、支化、环状或杂环的未取代或任选被杂原子取代的有机基团。更优选地，R102是氢或甲基和/或R101是直链、支化、环状或杂环的未取代或任选被杂原子取代的有机基团。
该光引发剂体系包含至少一种光引发剂。
光引发剂在本情况中是可借助光化辐射活化的化合物，其可引发书写单体的聚合。就光引发剂而言，可以区分单分子（I型）和双分子（II型）引发剂。此外，它们根据它们的化学性质分成用于自由基、阴离子、阳离子或混合类型的聚合的光引发剂。
在本发明中，优选使用II型光引发剂。因此，在一个优选实施方案中，该光引发剂体系由在可见光谱中吸收的敏化剂和共引发剂构成，其中共引发剂可优选是硼酸盐共引发剂。
这种光引发剂体系基本描述在EP 0 223 587 A中并优选由一种或多种染料与（一种或多种）烷基芳基硼酸铵的混合物构成。
该光引发剂体系最优选包含吸收光谱至少部分覆盖400至800纳米光谱范围的染料与至少一种匹配该染料的共引发剂的组合。
在另一个优选的实施方案中，该光聚合物层包含氟氨基甲酸酯，其中这些优选可以是根据式(II)的化合物
Figure 617286DEST_PATH_IMAGE002
其中n ≥ 1且n ≤ 8，且R1、R2和R3各自独立地为氢或直链、支化、环状或杂环的未取代或任选被杂原子取代的有机基团，其中R1、R2和R3基团的至少一个被至少一个氟原子取代，且R1更优选是具有至少一个氟原子的有机基团。
该全息光学元件可具有平面、球面或圆柱形状。也可以使用非球面形状。也可以使用自由形状。
这些形状可以以各种方式提供。例如，可以通过涂覆操作，例如浸涂、喷涂、旋涂将全息记录材料施加到成型基底上。关于这些方法的优点在于可以用这些几何直接实施全息曝光。
对于平面基底，可以在薄膜基底上使用刮刀、狭缝铸造施加（Schlitzgießerauftrag）法。在下一步骤中，随后可以实施全息曝光，然后使用成型法以获得成型薄膜体。
在要获得借助本发明的方法制成的光学铸件的尽可能紧凑的形式时，作为全息光学元件的成型薄膜体尤其重要。由于平面全息光学元件的制造可以在卷到卷操作中良好实施以批量制造，优选使用平面全息光学元件。在这种情况下，全息光学元件也可占据光学铸件的整面的仅部分，以随后有利地以该全息记录材料的投影面与光轴成直角的方式选择全息记录材料的薄膜，且任选与模具部分的第一或第二表面一样大。平面全息光学元件此时仅占据全息记录材料的局部区域；可随后将剩余表面区域成型。
也可以使用一定形状，例如球面形、非球面形的全息光学元件。特别优选使用模具部分的第一和第二表面的相同形状。可以在成型前将该全息元件曝光到全息记录材料中。在这种情况下，在曝光中考虑稍后的形状是重要的。在特定光学功能的情况下（例如在光学陷波滤波器 - 即同轴反射全息图的情况下），也可能需要成型，以通过该成型有针对性地调节光学功能。在单轴成型的所选情况下，这种方法是特别合适的。
用于此用途的常见成型方法是对于全息记录材料的基底选择而言常规的那些。薄膜可以在深冲法，例如热成型或高压成型法（HPF）中成型。
该全息光学元件还可含有开口或裂口或狭缝，当全息记录法的薄膜占据光学制品的整面时，这尤其有利。在这种情况下，该开口用于使铸模的内部体积被铸造材料均匀填充，以尤其实现材料流动，或用于在完全填充的情况下的气体补偿。这些开口优选在全息光学元件的外缘，因为这些可以在稍后的加工步骤中再除去（例如通过切割或研磨操作，其中除去相应的区域）。
此外，该全息光学元件可以整合到光学层结构中，其中配置该层结构以使光可耦合输入该层结构、可沿该层结构的层的延伸方向（Erstreckung）传播并可经由所述至少一个全息光学元件从周围的光学铸件发出。优选配置该光学层结构以使光可以沿着光学全息元件的横向（lateral）以全反射传播。为此，包括所述至少一个全息光学元件的层结构的外层的折射率必须低于含有该全息光学元件的光聚合物层和任选的单独的光导体层的折射率。因此，尤其可以将光或图像信息经由全息光学元件的边缘引入和经由全息光学元件有针对性地耦合输出。
有利地，也可以使用光导体，在其上存在该全息光学元件。这种结构也具有低折射率的外层，以能够全反射。该全息光学元件可以有利地具有平面形状。楔形几何也有可能。也可以使用其它逐渐变细的几何。在一个特别有利的实施方案中，该全息光学元件包括从铸模的内部体积中伸出的光耦合输入部分，而在铸模内或稍后在铸件内存在耦合输出功能部分。全息光学元件的这两个部分经由光导体呈光学接触，而毗邻层具有特别低的折射率，以实现在光导体中的光的内部全反射，该光经由全息光学元件的耦合输入部分引入并经由全息光学元件的耦合输出部分引出。在一个特别优选的变体中，该全息光学元件的耦合输入和耦合输出部分是存在于同一全息记录材料中的两个分开曝光的体全息图。
该全息光学元件可以是反射全息图、透射全息图、同轴全息图、离轴全息图、全孔径转移全息图、白光透射全息图、Denisyuk全息图、离轴反射全息图或边缘照明全息图或全息立体图，优选反射全息图、透射全息图或边缘照明全息图。
全息图的可能的光学功能对应于光学元件，如透镜、镜子、偏转镜、滤光器、散射透镜、定向散射元件、定向全息漫射器、衍射元件、光导体、光转向体（波导体）、耦合输入或-输出元件、投影透镜和/或掩模的光学功能。此外，多个这样的光学功能可以合并在这样的全息图中，例如以使光根据光的入射以不同方向衍射出去。例如，用这种结构可以构建自动立体或全息电子显示器。还可以实现汽车平视显示器或头戴式显示器。因此，可以在矫正眼镜或太阳镜和其它视觉辅助装置和眼镜中使用根据本发明的方法制成的光学铸件。
这些全息光学元件常常根据全息图如何曝光和全息图具有何种尺寸而表现出特定的频率选择性。当使用单色光源，如LED或激光时，这尤其重要。例如，每个互补色（RGB）需要一个全息图，以使光以频率选择性的方式偏转并同时能够获得全色（平视）显示器。因此，在某些显示设置中，两个或更多个全息图以在彼此内部的方式曝光到光聚合物层中。
此外，也可以制造全息图像或影像（Darstellung），例如个人肖像、安全文件中的生物识别影像，或通常用于广告、安全标签、品牌保护、产品品牌、标签、设计元素、装饰、图例、收藏卡、图片等的图像或图像结构，以及可显示数字数据的图像等，或可以上述的组合在全息光学元件中整合到光学铸件中。全息图像可具有三维图像的印象，但它们也可表现图像序列、短片或许多不同的物体，这根据从何种角度和用何种光源（包括移动光源）等照射它们。由于这种各式各样的设计选择，根据本发明的方法制成的光学铸件是用于上述用途的有意义的技术解决方案。也可以使用这样的全息图存储数字数据，其中利用各种不同的曝光方法（移位复用、空间复用或角度复用）。
根据本发明的方法制成的光学铸件也可用于基于液晶的光学显示器、有机发光二极管（OLED）、LED显示板、基于衍射光选择的微机电系统（MEMS）、电润湿显示器（E-ink）和等离子显示屏。这种类型的光学显示器可以是自动立体和/或全息的显示器、透射式和反射式投影屏、用于防窥片（Privacyfilter）和双向多用户屏幕的具有可切换受限发射特征的显示器、虚拟显示器、平视显示器、头戴式显示器、照明标志、警告灯、信号灯、探照灯和显示板。
该铸造材料是单组分（1K）或多组分，例如双组分（2K）铸造体系。
根据本发明，铸造材料在引入铸造模腔，即铸模的内部体积时具有小于100000mPas的在25℃下的粘度。有利地，该粘度小于5000 mPas，优选小于500 mPas，更优选小于100 mPas。
该铸造材料包含一种或多种带有至少一个官能团的单体和/或低聚物。这些官能团可以是下列之一：丙烯酰基、甲基丙烯酰基、乙烯基、烯丙基、异氰酸酯、异硫氰酸酯、醇、酸、环氧乙烷、环硫乙烷、硫醇和胺，特别优选的是异氰酸酯-和烯丙基-官能团，非常特别优选的是异氰酸酯官能团。
这可以例如是基于二乙二醇双(碳酸烯丙酯)（CR39，碳酸烯丙基二乙二醇盐ADC）的铸造体系；也参见F. Strain, "Encyclopedia of Chemical Processing and Design",第1版, Dekker Inc. New York, 第11卷, 第432页及其后，其可借助过氧化物热固化。此外，也可以在存在或不存在ADC下将丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸酯和丙烯酸酯、苯乙烯、乙酸乙烯酯、丙烯腈和其它可自由基聚合的单体混合和聚合。
聚氨酯体系也合适并且由异氰酸酯官能部分和与异氰酸酯反应的组分构成。
合适的异氰酸酯是基于脂族异氰酸酯，例如六亚甲基二异氰酸酯（HDI）、异氰酸3-异氰酸根合甲基-3,5,5-三甲基环己基酯（IPDI）、4,4‘-亚甲基双(环己基异氰酸酯)（H12MDI）、甲基-2,4-环己烷二异氰酸酯、甲基-2,6-环己烷二异氰酸酯、1,3-或1,4-双(异氰酸根合甲基)环己烷（H6XDI）和双(异氰酸根合甲基)降冰片烷（NBDI）以及芳烷基异氰酸酯，例如1,3-或1,4-苯二甲基二异氰酸酯（XDI）以及四甲基苯二甲基二异氰酸酯（TMXDI）的那些。同时，也可以使用单体二异氰酸酯及其低聚物。不同二异氰酸酯和不同低聚物各自之间或相互之间的混合物也有可能。混合低聚物，即由多种不同的二异氰酸酯构成的那些也可用。低聚物被理解为是指可由两种或更多种二异氰酸酯在形成氨基甲酸酯、脲、碳二亚胺、酰基脲、酰胺、异氰脲酸酯、脲基甲酸酯、缩二脲、噁二嗪三酮、脲二酮和/或亚氨代噁二嗪二酮结构的情况下制成的相应产物。同样可以通过使例如具有低于Mw = 5000，优选低于Mw = 2000的分子量的基于聚醚、聚酯、聚碳酸酯的低分子量二-、三-或多元醇与上述二异氰酸酯在异氰酸酯过量下反应而制备的所谓的异氰酸酯官能预聚物。与二异氰酸酯反应的组分是多元醇，例如聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚丙烯酸酯多元醇、环氧多元醇、天然存在的基于脂肪酸的多元醇、硅酮多元醇、氟化多元醇和聚烯烃多元醇。这些也可以一起或独自使用。
聚醚多元醇可以是通常借助低分子量醇或水/氢氧根离子作为起始剂经催化法制成的聚亚丙基多元醇（Polypropylenpolyol）、聚环氧乙烷多元醇、C-4醚多元醇（聚THF多元醇）。
作为与异氰酸酯反应的组分，也可以使用(二)胺，例如Jeffamine（Huntsman Int.LLC, Salt Lake City, UT, USA）、Desmophen NH（Bayer MaterialScience AG,Leverkusen, 德国），以及芳胺，例如2,4-和2,6-二氨基-3,5-二乙基甲苯（来自AlbemarleCorp, Baton Rouge, LA, USA的Ethacure 100）或二甲硫基甲苯二胺（来自AlbemarleCorp, Baton Rouge, LA, USA的Ethacure 300），和被甲基、乙基和/或异丙基单-和多取代的亚甲基二苯基胺（Lonzacure，来自Lonza Ltd., Basle, 瑞士）。
市售可得的聚氨酯铸造材料是例如BAYTEC® OCS 080D（Bayer MaterialScienceLLC, Pittsburgh, PA, USA）、Trivex（PPG, Pittsburgh, PA, USA）。
其中与异氰酸酯反应的组分是多元硫醇的含硫聚氨酯体系同样合适。
也可以使用已与最多四个多元硫醇络合的硅、锡和锆化合物（US2008/27198）。
该铸造体系可任选含有一种或多种催化剂。这特别是加速异氰酸酯加成反应的催化剂。合适的催化剂是基于锡、锌、锆、铋和钛和胺的那些。其实例是辛酸锡、辛酸锌、三异辛酸丁基锡、二月桂酸二丁基锡、二甲基双[(1-氧代新癸基)氧基]锡烷、二羧酸二甲基锡、双(乙基己酸)锆、乙酰丙酮锆或叔胺，例如1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷、二氮杂双环壬烷、二氮杂双环十一烷、1,1,3,3-四甲基胍、1,3,4,6,7,8-六氢-1-甲基-2H-嘧啶并(1,2-a)嘧啶。所用催化剂也可以是含无机锡的催化剂。这种催化剂可以是由可任选含有选自氧、硫、氮的杂原子的饱和或不饱和、直链或支化、脂族或脂环族或任选取代的芳族或芳脂族基团络合的环状锡化合物，例如：4,12-二丁基-2,6,10,14-四甲基-1,7,9,15-四氧杂-4,12-二氮杂-8-锡螺[7.7]十五烷、4,12-二丁基-1,7,9,15-四氧杂-4,12-二氮杂-8-锡螺[7.7]十五烷、4,12-二甲基-1,7,9,15-四氧杂-4,12-二氮杂-8-锡螺[7.7]十五烷、2,4,6,10,12,14-六甲基-1,7,9,15-四氧杂-4,12-二氮杂-8-锡螺[7.7]十五烷和2,2-二氯-6-甲基-1,3,6,2-二氧杂氮杂锡辛烷（stannocan）。也可以使用脂肪酸的铋盐和锌盐，例如硬脂酸盐、新癸酸盐和叔碳酸盐（Versatate）、钛酸四烷基酯，如钛酸四乙酯或钛酸四丁酯。
此外，也可以加入添加剂，如脱模剂、增塑剂、消泡剂、流平剂、阻燃剂、触变剂、增稠剂、抗静电剂、反应抑制剂、干燥剂、抗氧化剂、UV吸收剂、稳定剂。
该铸造体系可以由其几种组分在室温下混合。在此使用1.5至0.7，优选1.3至0.9的NCO:OH当量比。然后将该混合物引入铸模并在其中经0.5-48小时，优选1-24小时加热到最多150℃，优选最多130℃。该加热可以有利地分阶段进行；例如，首先加热至40-100℃并在此温度下热处理（Termpern）是合适的，以实现最佳填充。然后稍后加热至最大温度以获得良好的充分固化。也可以使用多于两个温度保持时间或逐渐连续（例如线性）加热。在固化后缓慢冷却，通常在室温下。也可以选择在低于最高固化温度的温度下的热处理步骤。如果模具已冷却，可以从铸模中移出模制品。
该铸模可以手动或通过自动化方法，例如反应注射成型（RIM）、反应传递模塑（RTF）填充。对于后者，此时也可以由其它材料，优选由金属（例如不锈钢，以及铁、镍、铜、铝、铬、银、金或其合金）制造铸模。如果两个模具部分的至少一个具有轴套，其同样可以由金属制成。
可以使用搅拌工具、静态混合器、快速运动的容器等实现混合。将该铸造体系脱气也是有利的。为此，可以施加真空和/或可以借助降膜提高表面积，这避免气泡形成。
本发明的另一方面涉及通过本发明的方法制成的包括至少一个全息光学元件的光学铸件。
该光学铸件可用于起衍射作用的光学透明组件和起折射和衍射作用的混合光学器件和透镜。光学元件如非球面透镜、集成透镜系统和模块、衍射光学器件 & 菲涅耳透镜、离轴抛物面镜、柱面透镜、梯度折射率透镜（GRISM）、全内反射透镜（TIR）、棱镜、反射光学器件、镜子和立方光学器件、透镜阵列和蛾眼光学器件、光组合器、自由曲面光学器件、准直透镜、光栅结构由此可在其光学性能方面改进，以更紧凑的形式构建或通过进一步的光学功能扩展。具有全息元件并根据本发明的方法制成的光学铸件的光学功能可含有两个可独立利用的光学功能（即取决于铸模的折射功能和取决于全息光学元件的衍射功能）。这两个功能同样也可以互相协同结合。例如，可以借助衍射系统补偿折射系统中的成像误差。这些可以是单色误差（球面像差、散光、彗形像差、像场弯曲和畸变）、色像差（横向和轴向颜色误差、高斯误差）、边缘光衰减和渐晕。
此外，该光学铸件可用于特定的光学功能，其中包括无折射光学功能的用途，即根据这两个模具部分的第一和第二表面的设计，该光学铸件是平面的。由此可以实现光束成形器，例如平顶（Top Hat）光束成形器、稳态平顶（Stable Top）光束成形器、均化器/漫射器、椭圆漫射器、涡旋透镜、多点（Multispot）元件、光束取样器元件、多焦点元件、衍射受限聚焦装置、消色差校正器、平面透镜、散光校正器、用于多种波长的彩色校正器。
本发明的另一方面涉及包括本发明的光学铸件的眼镜，例如校正眼镜、双焦眼镜、三焦眼镜和渐进眼镜，用于显示屏工作和用于驾驶的校正眼镜、太阳眼镜、具有偏光功能的眼镜、防护眼镜、功能眼镜、具有用于扩增实境的安装的电子显示器的眼镜或数据眼镜、汽车前照灯或尾灯、显微镜、探照灯、手电筒、用于照相机和智能手机的摄影镜头、（电子）投影仪中的投影光学器件、发光二极管和激光器中的二次光学器件、LED灯、用于电子图像传感器的发光体（Leuchte）和校正光学器件。
下面参照附图详细阐释本发明。附图显示：
图1a-c具有不同配置的模具部分的三种不同铸模，其中模具部分之一包括轴套，
图2a-g在第一个实施方案中制造具有全息光学元件的光学铸件的方法，
图3a-d在第二个实施方案中制造具有全息光学元件的光学铸件的方法，
图4a-d在第三个实施方案中制造具有全息光学元件的光学铸件的方法，
图5a、b具有由相应成型的模具部分形成的凹表面和凸表面并具有平面结构的全息光学元件的铸模，以及可由其获得的光学铸件，
图6a、b具有凹表面和凸表面并具有平面结构的全息光学元件和与其接合的另一膜段的铸模，以及可由其获得的光学铸件，
图7a、b具有凹表面和凸表面并具有在具有曲柄（gekröpft）结构的载体上的平面全息光学元件的铸模，以及可由其获得的光学制品，
图8a、b具有凹表面和凸表面并具有球面形全息光学元件的铸模，以及可由其获得的光学铸件，
图9a、b具有凹表面和凸表面并具有球面形全息光学元件的铸模，以及可由其获得的用于校正近视的光学制品，
图10a、b具有凹表面和凸表面并具有球面形全息光学元件的铸模，以及可由其获得的用于校正远视的光学铸件，
图11a、b具有凹表面和凸表面并具有楔形结构的全息光学元件的铸模，以及可由其获得的光学铸件，
图12a、b具有凹表面和凸表面并具有包括置于光导体上的全息光学元件的层结构的铸模，以及可由其获得的光学铸件，
图13具有部分插入铸件中并包括两个置于光导体上的全息光学元件的层结构的光学铸件，
图14a-c具有凹表面和凸表面和与铸件的光轴成一定角度对准的全息光学元件的铸模，以及可由其获得的光学铸件，以及另外这一光学铸件的功能视图，
图15a-g在第四个实施方案中制造具有全息光学元件的光学铸件的方法，和
图16a-g在第五个实施方案中制造具有全息光学元件的光学铸件的方法。
图1a显示由第一模具部分10和第二模具部分20形成的铸模30。所述铸模围绕铸造模腔40。第一模具部分10包括在本情况中为凹面、面向铸造模腔40的第一表面10.1和由塑料例如PVC或橡胶制成的轴套10.2。第二模具部分20同样包括面向铸造模腔40、被称作第二表面20.1的凸表面。通过轴套10.2，第一模具部分10可以与第二模具部分20紧密接合。这两个模具部分10、20可以由合适的金属材料或由玻璃制成。
为了引入铸造材料，轴套10.2具有填充开口5。此外，图1a显示铸模30的前视图。相应地，铸模30在这一视角方向上为球形。会认识到，也可以实现其它几何，例如椭圆形、矩形、正方形或任意多边的形状，或自由形状。
不同于图1a的铸模30，图1b中所示的铸模31的第二模具部分21同样包括凹第二表面21.1。图1c又显示铸模32，其中第二模具部分22的第二表面22.1具有平面形状。
图2显示在第一实施方案中借助铸造操作制造包括至少一个全息光学元件的光学铸件的方法。根据步骤a)，提供模具部分，在本情况中为图1a的具有凸第二表面20.1的第二模具部分20。随后，在步骤b)中为第二模具部分20提供胶粘剂微滴20.2。在步骤c)中，将全息光学元件90定位到粘合剂微滴20.2上并对准。在步骤d)中，现在将具有表面10.1、胶粘剂微滴20.2和全息光学元件90的第二模具部分10与图1a的第一模具部分10的轴套10.2接合以形成具有铸造模腔40的铸模30。在步骤e)中，借助计量系统13经填充开口5引入铸造材料7。所用铸造材料可以是单组分（1K）或多组分，例如双组分（2K）铸造体系，其中该铸造材料在引入铸造模腔40时具有小于100000 mPas的在25℃下的粘度。
在步骤f)中，将铸造材料固化，然后拆开铸模30。这产生如步骤g)所示的光学铸件50。所述铸件具有第一凸表面50.1和第二凹表面50.2并在其内部体积中含有全息光学元件90。
图3描述借助铸造操作制造包括至少一个全息光学元件的光学铸件的方法的另一实施方案。在步骤a)中，提供铸模30，其由第一模具部分10（其本身包括第一表面10.1和具有铸造材料填充开口5的轴套10.2）和具有第二表面20.1的第二模具部分20形成。在铸模30内布置全息光学元件91，其本身是定位和对准在表面10.1和轴套10.2之间的膜段14的一部分。这一膜段14配置为矩形，以使其在其四个角部固定在轴套10.2（其在本情况中又为球形）和第一表面10.1之间。膜段14可以例如是全息记录膜的已部分曝光的一段，以使全息光学元件91布置在这一段的中间。膜段14也可另外具有保护膜段14免受化学和/或机械影响的其它膜和/或保护漆层（未显示）。在步骤b)中，借助计量系统13用铸造材料7完全填满铸模30，其中铸造材料可以在侧边围绕矩形膜段14流动，以完全填满铸模30，如步骤a)的截面图中可见。该铸造材料在步骤c)中固化并在步骤d)中脱模，因此获得光学铸件51。
图4描述借助铸造操作制造包括至少一个全息光学元件的光学铸件的方法的另一实施方案。如联系图3描述的工艺变体的情况那样，全息光学元件92在此也固定在第一模具部分10的表面10.1和轴套10.2之间，因此定位和对准在铸模30内。显而易见，又提供具有全息光学元件92的铸模（步骤a）），其中全息光学元件在此配置为平面的并与第一模具部分10的第一表面10.1和轴套10.2同心，以使其用轴套10.2和第一表面10.1之间的圆周部分固定，并完全覆盖第一表面10.1。因此，在全息光学元件92中配备两个开口92.1，其能使铸造材料7（步骤b））也流入全息光学元件92和第一表面10.1之间的体积部分并因此完全填满铸模30。在步骤b)中，现在使用计量系统13将铸造材料7经填充开口5引入铸模30的内部体积，其中全息光学元件92中的开口92.1如所提到那样用于实现铸模30的完全填满。在步骤c)中，现在进行铸造材料7的固化，并在步骤d)中移出铸模以获得光学铸件52。
下图5至14显示具有定位和对准在那里的全息光学元件的另一些铸模以及可由其获得的光学铸件。
图5显示借助第一模具部分10的轴套10.2中的预制凹槽17定位和对准全息光学元件93。如果使用根据图4的配置的全息光学元件，凹槽17可以呈现沿轴套10.2的整个内圆周面连续行进的凹槽形式，或如果使用仅占据部分面积的全息光学元件（例如参见图3，步骤a，前视图），凹槽17可以仅包括轴套4的子区域。当随后要在光学铸件53的两个平面的外表面上都通过研磨法再加工并因此要求外表面距全息光学元件93的距离更大时，这一实施方案尤其合适。
类似于图5，图6显示在轴套20.1的预制凹槽17中定位和对准全息光学元件94。全息光学元件94是含有另外的保护膜和功能膜的多层结构。例如，这些保护膜和功能膜可以是偏振膜、彩色膜、设计膜、UV防护膜、光致变色膜或其组合。
图7显示具有平面全息光学元件95的铸件55和铸模30，该平面全息光学元件已施加到例如通过热成型或通过高压成型法（HPF）预成型并由于上述成型而具有曲柄结构的膜段95.1上。膜段95.1又定位和对准在轴套10.2和第一表面10.1之间。
图8显示具有球面弯曲的全息光学元件96的铸件56和铸模30，该全息光学元件平直地（flächig）施加到同样球面弯曲预成型的膜段96.1上或通过热成型或HPF法成型。膜段96.1本身又定位和对准在轴套10.2和第一表面10.1之间。
图9a与图8a的区别在于，铸模33的第二模具部分23的第二表面23.1在此更凸，以致可通过该铸造操作获得的铸件57（图9b）就其折射光学性能而言适用于近视校正。
相反，图10a的铸模34的模具部分14的第一表面14.1具有凹形，以致可通过该铸造操作获得的光学铸件58就其折射光学性能而言适用于远视校正。
图11a显示铸模35，其中将楔形全息光学元件97定位和对准在轴套15.2中的凹槽175中。全息光学元件97也可以是包括楔形基底和平面全息光学元件的多层结构。图11b显示相应的铸件59。
图12a显示铸模36，其中将全息光学元件98定位和对准在第一模具部分16的轴套16.2的凹槽176中。全息光学元件98包括多层结构，其本身包括全息光学层元件98.1、光导体98.2和两个低折射率层98.3。后者能够借助全息光学元件98.1和光导体98.2中的全反射导光。这一实施方案尤其适用于投影图像并为此使用光导体的平视显示器。为此，如图12b中所示（箭头L），需要在光导体边缘的良好的光耦合输入。通过研磨法，可以例如实现光导体边缘的必要的光学品质。全息光学层元件98随后用于耦合输出光（箭头L*）。图12b显示具有光的耦合输入和-输出方向L、L*的相应铸件60。
图13显示铸件61的另一优选实施方案，其中如同图12b中那样，利用光导体99.2经由全息光学层元件99.1耦合输出光L.1*。在此，也使用另一全息光学层元件99.4将光L.1耦合输入光导体99.2。光L.1在此以低折射率层99.3基本允许其透过的方式投射到耦合输入全息光学元件99.4上。光L.1优选以垂直且与垂线方向（Lotrichtung）相差最多+/-40°的方式投射到耦合输入全息光学元件99.4上（相对于其面而言）。特别优选的是+20°至-20°的入射的方向。耦合输入的光L.1现在在光导体99.2和全息记录材料中传播并以全反射在两个低折射率层99.3处反射直至其在全息光学元件99.1处耦合输出（箭头L.1*）。耦合输出角取决于光学元件99.1的衍射光学功能并优选相对于法线+/-40°。在图13中，这种光被标作箭头L.1*并在此处具有0°的耦合输出角，这相当于垂线。
图14a和14b显示铸模30和相应光学铸件62的另一实施方案，其中全息光学元件100 –在此又为平面–与起折射作用的光学制品67的光轴107成角度106布置。全息光学元件100在一侧上定位和对准在第一模具部分10的第一表面10.1和轴套10.2之间，和在轴套10.2中的凹槽17中。光轴107和全息光学元件100的平面之间的角度另外取决于全息光学元件100的形状。
图14c显示具有全息光学元件100的光学铸件62的基本功能。在此，将光L.2发射到光学铸件中并被全息光学元件100中的全息结构衍射，以使其再作为光束L.2*从光学铸件62中耦合输出。
图15描述借助铸模30和铸造操作制造包括至少一个体全息光学元件的光学铸件63的方法的另一实施方案。在该方法的这种配置中，将平面全息光学元件101定位和对准在模具部分20的表面20.1上的可成型膜20.3上。在步骤a)中，显示表面20.1，在步骤b)中将可成型膜20.3施加到其上。这可以例如通过层压实施。也可以预先撑开膜20.3（例如借助框架）并将模具部分20的表面20.1移向那里。膜20.3伸展并整齐地粘合到表面20.1上。随后，切掉膜20.3的突出边缘。在步骤c)中，现在将全息光学元件101定位和对准在膜20.3上。当膜20.3具有良好的可成型性和低（leicht）粘着性时，这以特别简单的方式实现。在步骤d)中，由具有表面10.1和轴套10.2的另一模具部分10组装铸模30，以产生铸造模腔40。在步骤e)中，借助计量系统13，现在将铸造材料7经开口5转移到铸造模腔40中。在固化步骤f)后在步骤g)中脱模。
图16 描述借助铸模30和铸造操作制造包括至少一个体全息光学元件102的光学铸件64的方法的另一实施方案。在这一工艺变体中，将全息光学元件102定位和对准在通过两步铸造和固化法形成的表面70上。在步骤a)中，由轴套10.2和第一表面10.1构成第一模具部分10并以第一表面10.1设置向下。在步骤b)中，借助计量系统13将铸造体系7引入到第一表面10.1上直至形成平表面70。在步骤c)中，将铸造材料7固化。在此可以仅部分进行固化，以使表面70仍部分发粘。也可以充分固化。优选部分固化。在步骤d)中，现在将全息光学元件102定位和对准在表面70上。在步骤e)中，现在通过安装第二模具部分20完全组装铸模3，并借助计量系统13经轴套10.2中的开口5将进一步的铸造材料7引入铸造模腔40直至铸造模腔40完全被铸造材料7填满。随后，在步骤f)中，将铸造体系7完全固化。在步骤g)中，将由此制成的具有全息光学元件102的光学铸件64脱模。
测量方法:
粘度的测定：
用Physica MCR 51（来自Anton Paar）粘度计测定粘度。为此，调温并悬挂锥（对于低粘度η < 10000 mPas：25℃，锥直径25 mm (CP-25)，对于高粘度η > 10000 mPas: 50℃，锥直径60 mm (CP-60)）。将大约0.5-1克产品置于板上，并使锥下行，以使锥完全被产品润湿。擦除过量产品。通过仪器独立设定剪切速率（在较低粘度下大约500 1/s，在较高粘度下大约100 1/s）。在每种情况下进行20次测量并确定平均值。
折射率的测定:
对于高粘度和固体产品，通过由透射和反射光谱获得作为样品波长的函数的折射率n，在589纳米波长下测定折射率。为此，由在乙酸乙酯中的5重量%溶液将大约100-300纳米厚的样品薄膜旋涂到石英玻璃载片上。用来自STEAG ETA-Optik的CD-测量系统ETA-RT光谱仪测量这种层组合的透射和反射光谱，然后将层厚度和n的光谱曲线拟合到测得的透射和反射光谱中。这使用光谱仪的内置软件实施并另外需要在空白测量中预先测定的石英玻璃基底的n数据。
对于液体产品，使用Abbe折射计测定在589纳米下的折射率。在此将3滴产品施加到该仪器的清洁的测量棱镜上、合上照明棱镜、然后在2分钟内调温至20℃。随后，在观察视野中，将明/暗边界清晰地调整到折射计的十字瞄准线上。当所设的值不再变化时，在该仪器上读出折射率至小数点后四位。进行两次测定。最多0.0002刻度的差异是允许的。
浊度的测量
根据ASTM D 1003测量浊度。浊度是与发射光束平均偏离大于2.5°的透射光的百分比。为了测量浊度，在测量之前在外侧清洁全息试样（Coupon），以避免由玻璃表面上的指纹和污物所致的结果失真。然后将试样插入用于测量的Byk-Gardner的Haze-Gard-Plus仪器。如下文在章节“在透射布置中借助双光束干涉测量全息介质的全息性质DE和Δn”中所述在根据Kogelnik的理论布拉格曲线的模拟中测量试样的层厚度。
异氰酸酯含量
根据DIN EN ISO 11909测定所示的NCO值（异氰酸酯含量）。
通过红外光谱学检测反应混合物中的NCO基团的完全转化，即其不存在。因此，在反应混合物的红外光谱中不可见NCO谱带（2261 cm-1）时，认为完全转化。
固含量
由未上漆的罐头盖和回形针确定皮重。然后称出大约1克待分析的样品，然后用适当弯曲的回形针均匀分布在罐头盖中。该回形针留在样品中用于测量。测定初始重量，然后在实验室烘箱中在125℃下加热1小时，然后测定最终重量。通过下列公式确定固含量：最终重量[g] * 100 / 初始重量[g] = 重量%固体。
化学品和基底:
多元醇1的制备:
在1升烧瓶中最初装载0.18克辛酸锡、374.8克ε-己内酯和374.8克双官能聚四氢呋喃聚醚多元醇（当量重量500克/摩尔OH），加热至120℃并保持在此温度直至固含量（非挥发成分的含量）为99.5重量%或更高。随后冷却并作为蜡质固体获得产物。
氨基甲酸酯丙烯酸酯1（书写单体）的制备: 硫代磷酰基（Phosphorothioyl）三(氧基苯-4,1-二基氨基甲酰氧基乙烷-2,1-二基)三丙烯酸酯
在500毫升圆底烧瓶中最初装载0.1克2,6-二-叔丁基-4-甲基苯酚、0.05克二月桂酸二丁基锡和硫代磷酸三(对异氰酸根合苯基)酯在乙酸乙酯中的213.07克的27%溶液（Desmodur® RFE，来自Bayer MaterialScience AG, Leverkusen, 德国的产品），加热至60℃。随后，逐滴加入42.37克丙烯酸2-羟乙酯并将该混合物仍保持在60℃直至异氰酸酯含量降至低于0.1%。此后冷却并在真空中完全除去乙酸乙酯。作为部分结晶固体获得产物。
氨基甲酸酯丙烯酸酯2（书写单体）的制备: 丙-2-烯酸2-({[3-(甲基硫烷基)苯基]氨基甲酰}氧基)乙基酯
在100毫升圆底烧瓶中最初装载0.02克2,6-二-叔丁基-4-甲基苯酚、0.01克Desmorapid Z、11.7克异氰酸3-(甲硫基)苯基酯[28479-1-8]，并加热至60℃。随后，逐滴加入8.2克丙烯酸2-羟乙酯并将该混合物仍保持在60℃直至异氰酸酯含量降至低于0.1%。此后冷却。作为无色液体获得产物。
添加剂1 (2,2,4-三甲基己烷-1,6-二基)双氨基甲酸双(2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7-十二氟庚基)酯的制备
在50毫升圆底烧瓶中最初装载0.02克Desmorapid Z和3.6克2,4,4-三甲基己烷-1,6-二异氰酸酯（TMDI），并加热至60℃。随后，逐滴加入11.9克2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7-十二氟庚-1-醇并将该混合物仍保持在60℃直至异氰酸酯含量降至低于0.1%。此后冷却。作为无色油获得产物。
硼酸盐（光引发剂）:
如欧洲申请EP 13189138.4的实施例1中所述制备硼酸盐。获得苄基二甲基十六烷基硼酸铵的51.9%溶液。
染料1:
该染料的制备描述在WO 2012 062655的实施例9中。
染料2:
该染料的制备描述在WO 2012 062655的实施例15中。
染料3:
该染料的制备描述在WO 2012 062655的实施例14中。
基底:
Tacphan 915-GL是来自LOFO high Tech Film GMBH, DE-79576 Weil am Rhein(德国)的50微米厚三乙酸酯膜
Desmodur® N 3900 来自Bayer MaterialScience AG, Leverkusen, DE的产品，基于己烷二异氰酸酯的多异氰酸酯，亚氨代噁二嗪二酮的含量至少30%，NCO含量：23.5%.
三甲基六亚甲基二异氰酸酯 [28679-16-5] - ABCR GmbH & Co KG, Karlsruhe,德国
1H,1H-7H-全氟庚-1-醇 [335-99-9] – ABCR GmbH & Co KG, Karlsruhe, 德国
Desmorapid Z 二月桂酸二丁基锡 [77-58-7], 来自Bayer MaterialScienceAG, Leverkusen, 德国的产品
Fomrez UL 28 氨基甲酸酯化催化剂，Momentive Performance Chemicals,Wilton, CT, USA的商品
双(2-乙基己基)磺基琥珀酸钠 [45297-26-5]可获自Aldrich Chemie,Steinheim.
4-氯苯基溴化镁 [873-77-8]可作为在THF/甲苯中的0.9 M溶液获自AldrichChemie, Steinheim.
四丁基溴化铵 [1643-19-2]可获自ABCR GmbH & Co. KG, Karlsruhe.
BYK® 310 来自YK-Chemie GmbH, Wesel的基于硅酮的表面添加剂，在二甲苯中的25%溶液
乙酸乙酯 [141-78-6] 溶剂。
试验全息图的制造和表征
如下制备试验全息图：在暗处将光聚合物膜切割成所需尺寸并借助橡胶辊层压到尺寸50 mm x 70 mm（厚度3 mm）的玻璃板上。
借助试验装置制造试验全息图，该试验装置借助绿色（532 nm）激光辐射产生Denisyuk反射全息图。该试验装置由激光源、光束引导系统和玻璃试样支架构成。玻璃试样支架相对于光束轴成13°的角度安装。
激光源生成辐射，其借助特定光束路径增宽至大约5厘米并导向与镜子呈光学接触的玻璃试样。该全息化对象（holographierte Objekt）是尺寸大约2 cm x 2 cm的镜子，以使在全息图的重构时重构镜子的波前。所有实施例用绿色532 nm激光器（Newport Corp,Irvine, CA, USA, 目录编号EXLSR-532-50-CDRH）曝光。借助快门，该记录膜以指定方式曝光2秒。
随后，将样品以基底面朝向灯的方式放在UV辐射器的传送带上，并在2.5米/分钟的带速度下曝光两次。所用UV辐射器是具有80 W/cm²总功率密度的Fusion UV型“D Bulb”No. 558434 KR 85的掺铁的汞灯。参数相当于2 x 2.0 J/cm²的剂量（用ILT 490型LightBug测量）。
由于该体全息图的高效率，可以用VIS光谱仪（USB 2000, Ocean Optics,Dunedin, FL, USA）用可见光以透射方式分析这种衍射性反射，并且其在透射光谱中作为具有降低的透射的峰出现。可以通过评估透射曲线确定全息图的品质：作为以纳米（nm）计的“半高全宽”（FWHM）测定峰的宽度，峰的深度（Tmin）作为100% - 以%计的Tmin示出，且具有最低透射的区域示出最高衍射效率的波长（nm）。
实施例
实施例1
将由全息记录膜制成的试验全息图定位和对准在圆形塑料轴套中的开口中（也参见图4a）。首先，通过将两个玻璃透镜（直径85毫米，内半径88毫米，Shamir Insight, Inc.）用塑料轴套夹到一起以形成模腔，从而组装铸模。
铸造体系由混合物1构成：80克Desmodur I（异佛尔酮二异氰酸酯, BayerMaterialscience AG, Leverkusen, 德国）、20克Desmodur N 3200（六亚甲基二异氰酸酯的含缩二脲的多异氰酸酯，Bayer Materialscience AG, Leverkusen, 德国）和3.76克Zelec UN脱模剂（Stepan Company, USA）；将其混合并静置整夜。混合物2由73.9克Desmophen 4011 T（Bayer Materialscience AG, Leverkusen, 德国）和0.04克催化剂（4,12-二丁基-2,6,10,14-四甲基-1,7,9,15-四氧杂-4,12-二氮杂-8-锡螺[7.7]十五烷）混合在一起并同样静置整夜。此后，将混合物1转移到烧瓶中并在10毫巴下抽空10分钟。然后将混合物2添加到烧瓶中，并将最终混合物3再搅拌和脱气。混合物3然后经5 µm过滤器过滤并引入注射器，然后完全填充该铸模。
填充的铸模在干燥箱中以下列温度分布固化：在20℃下4小时；在13小时内线性加热至100℃；100℃恒温2小时；120℃恒温2小时。最后，将该铸模冷却至室温并在将其完全冷却后，首先手动移出轴套，然后移出两个玻璃体。
实施例2
如同实施例1制造和表征实施例2，其中铸造体系不含催化剂。
实施例3
如同实施例1制造和表征实施例3，其中铸造体系含有0.04克催化剂2,4,6,10,12,14-六甲基-1,7,9,15-四氧杂-4,12-二氮杂-8-锡螺[7.7]十五烷。
实施例4
如同实施例1制造和表征实施例4，其中将试验全息图定位和粘贴在玻璃模具的凹表面的边缘上（也参见图3）。
表1显示嵌入的全息图在每种情况下在封装（Eingießen）之前和之后的光谱性质。
表1: 在封装之前和之后的Denisyuk全息图的中心波长的数据
中心波长 [nm]
实施例1 – 在嵌入前 530
实施例1 – 在固化的玻璃透镜中 566
实施例2 –在嵌入前 529
实施例2 – 在固化的玻璃透镜中 563
实施例3 –在嵌入前 531
实施例3 –在固化的玻璃透镜中 550
实施例4 –在嵌入前 530
实施例4 –在固化的玻璃透镜中 539

Claims (22)

1.借助铸造操作制造包括至少一个体全息光学元件的光学铸件的方法，其中所述方法包含下列步骤：
- 提供铸模，其包括具有平面、球面、非球面或自由形状的第一表面的第一模具部分和具有平面、球面、非球面或自由形状的第二表面的第二模具部分，其中第一模具部分可与第二模具部分接合以形成所述铸模，其中第一和/或第二模具部分包括至少一个用于将一个模具部分与另一模具部分接合的轴套，
- 提供至少一个全息光学元件，
- 其中所述至少一个全息光学元件是平面的并且施加到通过热成型或通过高压成型法预成型的膜段上，或者
- 其中所述至少一个全息光学元件是球面弯曲的并且通过热成型或高压成型法成型，
- 相对于第一模具部分或/和相对于第二模具部分以及另外相对于所述至少一个轴套定位和对准所述至少一个全息光学元件，
- 合并第一和第二模具部分以形成所述铸模，
- 在一个或多个铸造步骤中引入铸造材料，其中所述铸造材料具有100000 mPas的在25℃下的最大粘度，
- 固化所述铸造材料，
- 从所述铸模中移出包括所述至少一个全息光学元件的固化的铸造材料，其中所述至少一个全息光学元件至少部分地被所述铸造材料包围，
其中所述全息光学元件仅占据全息记录材料的局部区域。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于
所述至少一个全息光学元件相对于第一模具部分的第一表面和/或相对于第二模具部分的第二表面定位和对准。
3.根据权利要求2所述的方法，
其特征在于
所述至少一个全息光学元件借助充当固定剂的材料微滴相对于第一模具部分的第一表面和/或相对于第二模具部分的第二表面定位和对准，其中所述材料微滴的折射率与所述铸造材料的折射率相差不大于0.01。
4.根据权利要求3所述的方法，
其特征在于
所述材料微滴的折射率与所述铸造材料的折射率相差不大于0.002。
5.根据权利要求1至4任一项所述的方法，
其特征在于
所述至少一个全息光学元件定位和对准在至少一个膜段上，其中所述至少一个膜段布置在第一模具部分的第一表面上和/或第二模具部分的第二表面上并覆盖其至少局部。
6.根据权利要求1至4任一项所述的方法，
其特征在于
所述至少一个全息光学元件至少局部地与膜段接合，其中所述膜段另外提供进一步的光学功能。
7.根据权利要求6所述的方法，
其特征在于
所述光学功能是偏振器功能、UV吸收、设计功能、标记功能、着色功能、光致变色功能、机械支承功能或上述功能的组合。
8.根据权利要求1至4任一项所述的方法，
其中用铸造材料至少部分地填充第一和/或第二模具部分并将所述铸造材料至少部分固化，和然后将所述至少一个全息光学元件定位和对准在所述至少部分固化的铸造材料的形成的表面上，和然后合并第一和第二模具部分以形成铸模，然后用铸造材料完全填满铸模并随后将整个铸造材料固化。
9.根据权利要求1至4任一项所述的方法，
其特征在于
所述至少一个全息光学元件是平面的，并且以其表面法线与所述铸件的光轴成0°至90°的角度对准和定位。
10.根据权利要求9所述的方法，
其特征在于
所述至少一个全息光学元件以其表面法线与所述铸件的光轴成0°至60°的角度对准和定位。
11.根据权利要求1至4任一项所述的方法，
其特征在于
将所述至少一个全息光学元件整合到光学层结构中，其中配置所述层结构以使光可耦合输入所述层结构，可沿所述层结构的层的延伸方向传播，可经由所述至少一个全息光学元件在周围的光学铸件中发出，并可从此处离开所述光学铸件。
12.根据权利要求1至4任一项所述的方法，
其特征在于
所述至少一个全息光学元件由光聚合物材料形成，其中所述光聚合物材料包含粘合剂、至少一种书写单体和至少一种光引发剂体系。
13.根据权利要求12所述的方法，
其特征在于
所述粘合剂包含交联的粘合剂。
14.根据权利要求12所述的方法，
其特征在于
所述光聚合物材料进一步包含结构(II)的造影剂，其中n ≥ 1且n ≤ 8且R1、R2、R3各自独立地为氢、直链、支化、环状或杂环的未取代或任选被杂原子取代的有机基团，其中R1、R2、R3基团的至少一个被至少一个氟原子取代
Figure DEST_PATH_IMAGE001
。
15.根据权利要求1至4任一项所述的方法，
其特征在于
所述铸造材料在引入时具有小于5000 mPas的在25℃下的粘度。
16.根据权利要求15所述的方法，
其特征在于
所述铸造材料在引入时具有小于500 mPas的在25℃下的粘度。
17.根据权利要求16所述的方法，
其特征在于
所述铸造材料在引入时具有小于100 mPas的在25℃下的粘度。
18.根据权利要求1至4任一项所述的方法，
其特征在于
所述铸造材料包含一种或多种具有至少一个官能团的单体和/或低聚物，其中所述至少一个官能团选自：丙烯酰基、甲基丙烯酰基、乙烯基、烯丙基、异氰酸酯、异硫氰酸酯、醇、酸、环氧乙烷、环硫乙烷、硫醇和胺。
19.通过根据权利要求1至18任一项所述的方法制成的包括至少一个全息光学元件的光学铸件。
20.包括根据权利要求19所述的光学铸件的眼镜，汽车前照灯或尾灯、显微镜、探照灯、手电筒、用于照相机和智能手机的摄影镜头、投影仪中的投影光学器件、发光二极管和激光器中的二次光学器件、LED灯、用于电子图像传感器的发光体和校正光学器件。
21.包括根据权利要求19所述的光学铸件的眼镜，该眼镜是校正眼镜、双焦眼镜、三焦眼镜和渐进眼镜，用于显示屏工作和用于驾驶的校正眼镜、太阳眼镜、具有偏光功能的眼镜、防护眼镜、功能眼镜、具有用于扩增实境的安装的电子显示器的眼镜或数据眼镜。
22.包括根据权利要求19所述的光学铸件的投影仪中的投影光学器件，其中该投影仪是电子投影仪。
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