CN112041729A - 用于模制刚性目镜的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

刚性透气目镜的一个实施例可以通过以下过程形成，所述过程包括：形成包括第一侧的模具的一部分，所述第一侧具有成形为用以形成刚性透气目镜的前表面的轮廓；将液体镜片材料施加到模具的所述一部分的所述第一侧；以及使液体镜片材料至少部分地固化，以形成刚性透气目镜。还提供了形成用于刚性透气目镜的模具的方法，所述模具包括用于铸造具有期望的表面光滑度和期望的尺寸公差的刚性透气目镜的模具。

Description

用于模制刚性目镜的设备和方法
背景技术
隐形眼镜是目镜(ocular lenses)的一个子集，其是直接放置在眼睛表面上的薄镜片。目镜粗略分成两种类型，软性目镜以及硬性或刚性目镜。软性目镜由柔韧且可变形的材料(有时是水凝胶材料)制成，并且在使用时可以变形以呈现眼睛表面的形状。相反，刚性透气目镜在放置在眼睛上时通常并不变形，而在某些情况下(例如，在角膜矫正镜片的情况下)可以促使眼睛表面顺应于镜片自身的形状。因此，与软性目镜相比，刚性镜片需要更高的公差和制造精度。
最初，刚性透气目镜由刚性聚合物(例如，聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA))制成。但是，这些刚性聚合物并不充分透气，并且不允许环境氧气通过镜片到达眼睛表面，从而对用户造成许多限制。最近，刚性镜片由透氧材料制成，从而允许舒适性和长时间佩戴。在某些情况下，佩戴时间与软性隐形眼镜一样长或者长于软性隐形眼镜。这些透氧刚性镜片通常称为刚性透气镜片或RGP镜片。
RGP镜片通过车削或车床切削来制造。这一过程包含将呈工件粒(button)形式的镜片材料附接到旋转装座(rotating mount)，然后雕除多余材料以形成期望的表面几何形状。车削过程加上大量的车削后珩磨和抛光过程能够实现舒适的RGP镜片(特别是诸如角膜矫正镜片之类镜片)所要求的公差和精度，该RGP镜片能够重塑眼睛形状并且要求极高的公差。但是，在去除材料以形成镜片时，车削会产生多余的废料。由于必须对每个目镜进行单独车削，因此按每个镜片为基础进行车削也会是缓慢且昂贵的。此外，车削可能导致镜片之间不一致，并且局限于旋转对称的几何形状。
另一方面，软性镜片通常由铸造过程、例如铸造模制或旋压铸造来制造，上述过程比较便宜、快速、可重复并且可以生产大量缺陷较少的镜片。通过这些铸造过程，形成具有期望镜片形状的模具，然后通过在这些模具中铸造液体单体，而使用这些模具形成具有期望形状和轮廓的镜片。但是，与RGP镜片相比，软性隐形眼镜的制造公差要宽松得多，因为一旦水合后，它们就会变得柔韧并顺应于用户的眼睛表面，由此使得大部分模制缺陷的影响最小化。
因此，需要快速、有效、可靠并且便宜地制造刚性透气目镜。
发明内容
根据一些实施例，刚性透气目镜可以通过一种过程形成，所述过程包括：形成包括第一侧的模具的至少一部分，所述第一侧具有成形为用以形成所述刚性透气目镜的前表面的轮廓；将液体镜片材料施加到模具的所述一部分的所述第一侧；以及使液体镜片材料至少部分地固化，以形成所述刚性透气目镜，其中所述刚性透气目镜的至少一个表面具有小于约5纳米的Ra粗糙度。
在一些实施例中，所述过程还包括铸造模制所述液体镜片材料，以形成所述刚性透气目镜。
在一些实施例中，所述模具的所述一部分不需要在形成刚性透气目镜之前进行抛光。
在一些实施例中，使得液体镜片材料至少部分地固化包括将液体镜片材料暴露于光化辐射。
在一些实施例中，通过如下方式来形成包括所述第一侧的模具的所述至少一部分，所述第一侧具有成形为用以形成所述刚性透气目镜的所述前表面的所述轮廓：加工工具钢坯件，以形成凸形注塑模具工装，所述凸形注塑模具工装具有与目镜的所述前表面相对应的表面；以及使用所述凸形注塑模具工装对模具的所述一部分进行注塑模制，从而形成包括所述第一侧的模具的所述一部分，所述第一侧具有成形为用以形成刚性透气目镜的所述前表面的轮廓。
在一些实施例中，加工所述坯件包括使用定位分辨率小于约10纳米的车床。
在一些实施例中，加工所述坯件包括使用定位分辨率小于约10纳米的多轴铣床。
在一些实施例中，所述刚性透气目镜包括刚性透气目镜。
在一些实施例中，所述刚性透气目镜是角膜矫正镜片。
在一些实施例中，所述刚性透气目镜的后视区(back optic zone)的曲率半径具有等于或小于约0.05毫米的尺寸公差。
在一些实施例中，所述刚性透气目镜使得用户的眼睛表面变形。
在一些实施例中，形成刚性透气目镜的方法包括：形成包括第一侧的模具的至少一部分，所述第一侧具有被成形为用以形成刚性透气目镜的前表面的轮廓；将液体镜片材料施加到模具的所述一部分的所述第一侧；以及使液体镜片材料至少部分地固化，以形成所述刚性透气目镜。
在一些实施例中，所述刚性透气目镜的至少一个表面具有小于约5纳米的Ra粗糙度。
在一些实施例中，所述方法还包括铸造模制所述刚性透气目镜。
在一些实施例中，所述模具的至少一部分无需在形成所述刚性透气目镜之前进行抛光，以产生具有Ra粗糙度小于约5纳米的所述刚性透气目镜。
在一些实施例中，使得所述液体镜片材料至少部分地固化包括将所述液体镜片材料暴露于光化辐射。
在一些实施例中，形成模具的所述至少一部分包括：提供模具材料；加工坯件以形成凸形注塑模具工装，所述凸形注塑模具工装具有与目镜的所述前表面相对应的表面；以及使用所述凸形注塑模具工装来对模具的所述一部分进行注塑模制，从而形成包括所述第一侧的模具的所述一部分，所述第一侧具有成形为用以形成刚性透气目镜的所述前表面的轮廓。
在一些实施例中，加工所述坯件包括使用定位分辨率小于约10纳米的多轴铣削机。
在一些实施例中，所述刚性透气目镜是角膜矫正镜片。
在一些实施例中，所述刚性透气目镜的后视区的曲率半径所具有等于或小于约0.005毫米的尺寸公差。
在一些实施例中，所述刚性透气目镜构造成用以使用户的眼睛表面变形。
在一些实施例中，所述液体镜片材料是各向同性材料，所述材料在20℃时具有大于5000cps(厘泊)的粘度，并且所述刚性透气目镜具有大于500Mpa的模量。
一种形成刚性透气目镜的方法包括：提供包括第一侧的模具，所述第一侧具有成形为用以形成所述刚性透气目镜的前表面的轮廓；将液体镜片材料分配到模具的所述部分的所述第一侧，所述液体镜片材料包括各向同性材料，所述材料在20℃时具有大于5000cps的粘度；以及使所述液体镜片材料至少部分地固化，以形成所述刚性透气目镜，其中所述刚性透气目镜具有大于500Mpa的模量。
在一些实施例中，所述刚性透气目镜是角膜矫正镜片。
在一些实施例中，所述刚性铸造透气目镜包括铸造模制所述刚性透气目镜。
模制的刚性透气目镜包括模制镜片主体，所述模制镜片主体包括前表面和后表面，其中所述刚性透气目镜具有大于500Mpa的模量以及大于100的DK。
在一些实施例中，所述模制的刚性透气目镜是角膜矫正镜片。
在一些实施例中，所述模制的刚性透气目镜包括形成在模制镜片主体的所述前表面上的视区、反向区、对准区以及外围区。
在一些实施例中，所述镜片是铸造模制的。
在一些实施例中，所述镜片主体具有从大致10μm到超过80pm的变化厚度。
在一些实施例中，所述镜片构造成用以固定到角膜，并且在所述前表面和所述角膜之间限定介于5μm和40pm之间的顶端间隙(apical clearance)。
提供以上发明内容，以通过简化形式引入一系列构思，稍后将在具体实施方式中进一步描述这些构思。以上发明内容和背景技术并不意图标识所公开主题的关键构思或必要方面，也不应将它们用于约束或限制权利要求的范围。例如，不应基于所列举的主题是否包括以上发明内容中所述的任一或所有方面和/或解决了以上背景技术中提及的任一问题来限制权利要求的范围。
附图说明
附图示出了本文所描述原理的各个实施例，并且是本说明书的一部分。所示的实施例仅仅是示例，并且不限制权利要求的范围。
图1A是根据本发明原理形成的刚性透气目镜的一个实施例的截面图。
图1B是根据本发明原理的设置在眼睛上的刚性透气角膜矫正镜片的一个实施例的截面图。
图2A到2C是根据本发明原理的形成用来铸造刚性目镜的模具的方法的截面图。
图3是根据本发明原理的用于形成目镜的铸造模制系统的一个实施例的截面图。
图4是根据本发明原理的用于形成目镜的铸造模制系统的一个实施例的截面图。
图5是示出根据本发明原理用于形成铸模组件的凹模部的方法的流程图，该铸模组件用于模制刚性透气目镜。
图6是示出根据本发明原理的用于形成铸模组件的凸模部的方法的流程图，该铸模组件用于模制刚性透气目镜。
图7是根据本发明原理的示出用于铸造模制刚性透气目镜的示例性方法的流程图。
图8是根据本发明原理的在用户的角膜与模制的刚性透气目镜之间的界面的截面图。
图9是根据本发明原理的形成为堆叠阵列的刚性透气目镜的截面图。
图10是根据本发明原理的模制的刚性透气巩膜镜的顶视图。
在全部附图中，相同的附图标记指示相似但不一定相同的元件。
具体实施方式
刚性透气目镜(特别是，隐形眼镜)在其制造期间需要高度的精确性，以便实现期望的尺寸公差和期望的表面光滑度。在本发明中描述的原理包括通过铸造过程由模具形成的刚性透气目镜。在一个示例中，该铸造过程是铸造模制过程。本文描述的原理还包括例如通过铸造模制、旋压铸造或其它模制方法来制造此种模具的方法和相关联的部件。
图1A是根据本文描述的过程形成的刚性目镜10(例如刚性透气目镜)的一个实施例的截面图。在一些实施例中，刚性透气目镜可以包括视区20，该视区20构造成用以将通过该视区的光线聚焦在用户的视网膜上。视区20定位在眼睛瞳孔的前方。通常，非视区12外接(circumscribes)视区20并且构成目镜10的剩余部分。该非视区12可以定位在虹膜上，并且在某些情况下可以定位在眼睛的结膜和巩膜的部分上。在一些实施例中，刚性透气目镜根据本发明中描述的方法和过程形成，并且可以用于角膜塑形。通常，在角膜矫正镜片中，刚性隐形眼镜仅与角膜接合。在一些实施例中，刚性透气目镜在放置在眼睛上时可能基本上并不变形，而在某些情况下(例如，在角膜矫正镜片的情况下)可以使得眼睛的表面或轮廓变形以顺应于镜片自身的形状，并且可以仅定位在眼睛的角膜之上。
刚性透气目镜10可以具有后表面或背表面22以及前表面或正表面24。视区20的背表面22的形状可以通过曲率半径或者任何数目的非旋转对称的几何形状来描述。在一些实施例中，刚性透气目镜10具有大致0.01mm到大致0.14mm的厚度。目镜10的厚度可以在目镜10的不同位置处改变。例如，与镜片的中心区域相比，目镜10可能在目镜10的外边缘附近较厚或较薄。
根据本文描述的方法和过程形成的刚性透气目镜可以由适合于用于刚性隐形眼镜的任何材料制造。在一些实施例中，刚性透气目镜是刚性的透气目镜，并且因此，该刚性透气目镜可以由透气或透氧的材料形成。在一些实施例中，刚性透气目镜可以包括聚合物材料。例如，在一些实施例中，刚性透气目镜可以包括硅氧烷材料。在一些实施例中，刚性透气目镜可以包括丙烯酸酯材料。在一些实施例中，刚性透气目镜可以包括乙酸丁酸纤维素、硅氧烷丙烯酸酯、叔丁基苯乙烯、氟甲基丙烯酸酯、氟硅氧烷丙烯酸酯、全氟醚、氟硅酮、替昔福康A(tisilfocon A)(C57H83F6NO14Si4)、其它类型的聚合物或它们的组合。这些材料可以包括单体、聚合物和其它材料的各种组合，以形成最终的聚合物。例如，这些材料的常见成分可能包括HEMA、HEMA-GMA等。
在一些实施例中，根据本文描述的方法和过程形成的刚性透气目镜可以具有将这种镜片与根据其它已知方法形成的刚性透气目镜区分开来的物理特征。例如，在一些实施例中，根据本文描述的本示例性方法和过程形成的刚性透气目镜可以具有与通过已知车削过程形成的刚性透气目镜相比较低的平均表面粗糙度(Ra)。例如，在一些实施例中，刚性透气目镜的前表面和/或后表面中的的至少一者可以具有以下表面，该表面的Ra表面粗糙度小于约15纳米、小于约10纳米、小于约5纳米、小于约4纳米、小于约3纳米、小于约2纳米或者小于约1纳米或更小。
在一些示例中，根据本文描述的方法和过程形成的刚性透气目镜所具有的尺寸公差可以小于或等于由ISO对于刚性透气目镜所规定的尺寸公差。在一些实施例中，刚性透气目镜所具有的尺寸公差可以小于约0.009毫米、小于约0.007毫米、小于约0.006毫米、小于约0.005毫米、小于约0.004毫米、小于约0.003毫米或者小于约0.002毫米或更小。如上所述，对于传统的软性隐形眼镜来说如果制造公差在0.2毫米左右是可接受的。相反，根据本示例性系统和方法制造的本示例性刚性透气目镜的制造公差是大致正负3到5微米。
图1B示出了根据一个示例性实施例的设置在眼睛38上的刚性透气角膜塑形(orthoK)目镜(rigid gas permeable ocular orthokeratology lens)10的一个实施例。如图所示，镜片的视区20或中心的背表面22(其直径通常在5.0mm和6.8mm之间)覆盖了可以被认为是角膜上的治疗区的部分。根据期望的近视治疗，基于与角膜曲率相关的期望的中心角膜变平量来设计背表面22的基础曲线或后视区半径。可以使用称为lessen公式的镜片设计计算来选择半径。该理论假定近视减少与基础曲线选择之间存在线性关系。换言之，如果角膜的平K读数为42.00D且Rx为–2.00D，则可以适配40.00D的基础曲线，该曲线将改变角膜曲率，并由此将折光改变期望的量。根据lessen公式，识别期望的近视矫正量，称为目标处方。然后通过屈光度(dioptric power)来识别平坦的角膜子午线，然后通过目标处方加上被称为lessen因子的附加量使基础曲线或后视区半径比平坦的角膜子午线更平坦，该lessen因子的范围大约为0.50D至约3.00D。添加lessen因子，以确保在摘下镜片并使角膜放松时，全天都能达到并维持期望的治疗量。
角膜矫正镜片可以设计为在基础曲线下具有期望的顶端间隙，该顶端间隙的范围从1μm到50μm、优选从5μm到40μm、更优选从15pm到25μm，其中较低的顶端间隙具有更大效果。
附加地，如图1B中所示，角膜矫正镜片包括反向区30、释放区32、对准区34以及外围区36。反向区将基础曲线或后视区半径连接到释放区32。如图所示，反向区比其相邻的曲线陡峭，并且可以包括曲线、样条曲线、许多切线，和类似设计的线性重定向性(linearreorientations)。反向区30限定泪膜储存器31，该泪膜储存器31的深度可以对应于被校正的近视量。对于低水平的校正，泪膜储存器31可以较浅，而高水平的校正通常具有较深的泪膜储存器31。泪膜储存器31可以从小于约10μm到约80μm或更大变化。反向区30可以提升或降低基础曲线，以实现期望的顶端间隙。陡峭的反向区30会增大顶端间隙，而相对平坦的反向区会减小或有时消除顶端间隙。精确形成反向区避免了过度陡峭的反向区(导致过度的顶端间隙和地形中心岛(topographical center island))或过度平坦的反向区(导致镜片接合在角膜顶部上而不是角膜外围上，从而导致镜片偏心和离心治疗模式)。
如图所示，释放区32可以将反向区30连接到对准区34。释放区32(如果存在的话)意图促进上皮细胞从对准区34向泪膜储存器迁移。在某些情况下，释放区32的宽度可以从0.4mm至大致0.8mm变化，而深度或厚度可以从大致10μm至20μm变化。
对准区34为角膜矫正镜片10建立了接触(着陆)的位置点，并且可以是球形、非球形或切线的。根据一个实施例，该对准区可以是略微非球面的，以适应各种各样的患者。对准区34的贴合有助于适当的镜片对中，并且是镜片落在眼睛上的位置。
邻近于对准区34可以形成外围区36，其是任何数目的边缘几何形状，以在外围角膜处产生合适的边缘提升。外围区36可以具有从0.1mm至0.6mm的宽度，并且可以具有从大致80至100pm的厚度。
上述区和曲线中的每一个的设计和选择变型可以根据期望治疗的激进性而改变。
图2A至图2C示出了根据本示例性系统和方法的可以在某些示例中使用以用于形成刚性透气目镜10的各种部件。尽管下面主要在两件式铸模中形成的铸造模制的目镜的背景下描述本示例性系统和方法，但是本系统和方法还可以应用于由旋压铸造、铸造模制制造的镜片，并且/或者应用于其它形式的模制或铸造隐形眼镜。
关于模铸隐形眼镜，通常将镜片的前表面和后表面的形状设计到用于制造镜片的模具中。图2A是根据本发明原理的制造用于生产刚性透气目镜10的模具的一个实施例的截面图。在该示例中，使用注塑模制过程来形成模具，随后将该模具用于形成刚性透气目镜10。如图所示，可以使用标准注塑模制机来形成模具。具体来说，用于模具的材料通过漏斗150或其它材料储存器进料到材料进料管线152。材料进料管线152可以包括螺杆154、螺旋推进器，或构造成用以使模制材料沿着材料进料管线152的长度移动的其它类型机构。附加地，将加热元件156施加到材料进料管线，以在模制材料通过材料进料管线152时熔化或至少软化模制材料。在材料进料管线152的喷嘴158处，将模制材料挤出到模腔160中，该模腔由注塑模制壳体的第一部分162和第二部分164共同形成。
如图2A和图2B中所示，模腔160包括彼此分别对准的凸模工装48和凹模工装47。根据一个实施例，凸模工装48和凹模工装47由工具钢制成。模制材料进入模腔160的挤出压力致使模制材料填充模腔160内的所有空隙空间，包括凸模工装48和凹模工装47之间的空间。凸模工装48和凹模工装47的几何形状转移到所产生的用于铸造目镜10的铸模。如图2B和图2C中所示，铸造模具的凸模工装48可以具有与待形成的刚性透气目镜10的前表面相对应的表面49。此外，凸模工装48的表面49可以具有与待形成的刚性透气目镜10相同程度的表面粗糙度和/或尺寸公差。
类似地，图2A至图2C中示出的铸造模制过程可以用于形成铸造模制系统的凸模部，该凸模部包括限定期望的刚性透气目镜10的后表面的表面。
为了生成表面49，根据本示例性系统和方法对凸模工装48进行精确加工或车削，以匹配在待生产的最终刚性透气目镜上期望的特征。类似地，精确形成对应的凹模工装的表面，以限定最终刚性透气目镜的期望后表面。由于凸模工装48的车削表面49最终与刚性透气目镜10的所形成的前表面相对应，因此凸模工装48的车削表面可以通过以下车削过程形成，该车削过程能够获得至少与刚性透气目镜10中期望的程度相同的精度和光滑度。
能够使用精确的加工和成形方法来形成凸模工装，包括但决不限于DAC眼科车床、视像眼科车床、FTS工装、5轴金刚石铣削、3维纳米印刷、纳米光刻、熔融沉积等。在一些实施例中，凸模工装48可以由计算机可控的车床或多轴铣床形成，例如可以从位于佛罗里达州拉戈萨默塞特大道8600号的Sterling Ultra Precision获得的视像超精密车床(型号30、40、50和/或80)。在一些实施例中，用于形成凸模工装48的机床可以具有10纳米或更小的定位分辨率。在一些实施例中，车削和/或铣削过程足够精确，使得在不对凸模工装48进行附加处理(例如研磨或抛光)的情况下，凸模工装48已具有期望的表面特性以形成如本文所述的刚性透气目镜10。在其它实施例中，凸模工装48接受附加的表面打磨处理，包括但决不限于研磨、抛光、研光(lapping)、珩磨或超精加工。
在模制材料已经在模腔160内硬化足够的时间之后，将第一部分162和第二部分164分开，并经由顶出销166将模具移出，从而产生期望的铸造模制系统的凹模部件。类似地，可以从注塑模制设备中形成并顶出期望的铸造模制系统的凸模部件。
虽然例如参照图2A至图2C中所描述的，在一些实施例中模具或模具的一部分可以通过车削和注塑模制过程来形成，但在一些实施例中，模具可以通过直接车削或加工模具坯件来形成，从而针对铸造模制系统的凹模部产生被成形为用以形成刚性透气目镜10的前表面的轮廓，或者针对铸造模制系统的凸模部产生被成形为用以形成刚性透气目镜的后表面的轮廓。类似地，由于模具的加工表面可以形成刚性透气目镜10的前表面，因此，模具工装48的加工表面可以通过以下车削或铣削过程形成，该车削或铣削过程能够获得与刚性透气目镜10中期望的程度相同的精度和光滑度。
图3是根据本发明原理形成的用于铸造刚性透气目镜10的铸造模制系统的一个实施例的截面图。如图所示，铸造模制系统包括凸模构件30，该凸模构件具有凸形的后成形表面32，该后成形表面32限定了在其中铸造的隐形眼镜的后表面的几何形状和表面光洁度。类似地，铸造模制系统包括凹模构件34，该凹模构件具有凹形的前成形表面36，该前成形表面36限定了在其中铸造的隐形眼镜的前表面的几何形状和表面光洁度。如图3中所示，可以将液体RGP镜片材料设置在凹模构件34的凹形表面内。
如上所述，在一些实施例中，凸模构件30的后成形表面32和凹模构件34的前成形表面36可以具有与期望形成的刚性透气目镜10相同程度的光滑度和尺寸公差。也就是说，在一些示例中，凸模构件30和凹模构件34所具有的针对后成形表面32和前成形表面36的尺寸公差可以小于约0.009毫米、小于约0.007毫米、小于约0.006毫米、小于约0.005毫米、小于约0.004毫米、小于约0.003毫米或者小于约0.002毫米或更小。在一些实施例中，后成形表面32和前成形表面36的轮廓可以具有以下表面，该表面的Ra表面粗糙度小于约15纳米、小于约10纳米、小于约5纳米、小于约4纳米、小于约3纳米、小于约2纳米或者小于约1纳米或更小。此外，在一些实施例中，上述的光滑度和尺寸公差可以直接通过车削或机加工过程在模具工装48中实现，并且可以不包含进一步的处理、研磨或抛光来实现。因此，与传统的过程(例如，直接车削刚性透气目镜的表面)相比，经由本车削过程实现的精度可以导致较少处理步骤、较少浪费、更快处理和更快模具形成时间，并最终降低了所形成的刚性透气目镜10的成本。
图4是根据本发明原理的组装的铸造模制系统的截面图，其中液体镜片材料38设置在凸模构件30和凹模构件34之间，以顺应于后成形表面32和前成形表面36。在该示例中，在组装期间中，液体镜片材料38沉积到凹模构件34的轮廓凹形表面中并由后成形表面32接合。
液体镜片材料38可以由适合于用于刚性透气目镜的任何材料制成。例如，液体镜片材料38可以由刚性的并且在固化、聚合或硬化时透气或透氧的任何材料制成。在一些实施例中，液体镜片材料38可以包括聚合物材料。在一些实施例中，液体镜片材料38可以包括硅氧烷材料。在一些实施例中，液体镜片材料38可以包括丙烯酸酯材料。在一些实施例中，液体镜片材料38可以包括乙酸丁酸纤维素、硅氧烷丙烯酸酯、叔丁基苯乙烯、氟硅氧烷丙烯酸酯、全氟醚、其它类型的聚合物，或它们的组合。这些材料可以包括单体、聚合物和其它材料的各种组合，以形成最终的聚合物。例如，这些材料的常见成分可能包括HEMA、HEMA-GMA等。
液体镜片材料38适合于从软性材料模制成刚性的非零凝胶最终产品。根据一个实施例，液体预聚合镜片材料在20℃时的粘度在10厘泊(cps)至超过10000cps之间、在100cps至8000cps之间、在1000cps至5000cps之间或超过5000cps。液体预聚合镜片材料38是相对粘性的，但不是那么粘稠以至于使凸模构件30畸变，这会引入气泡或使期望的RGP镜片畸变。附加地，液体镜片材料38可以构造成用以以各向同性的形式流动和模制，以维持所设计的尺寸效果。具体来说，液体镜片材料38以各向同性的方式收缩或膨胀，从而允许在整个聚合过程中以及在长期使用期间经受收缩时保持所设计的尺寸效果。历史上，非各向同性的收缩和尺寸畸变会阻碍刚性透性目镜的模制。所产生的形成刚性透气目镜的聚合材料的模量可以是至少500Mpa，并且可以大于800Mpa。模量可以根据ASTM D-1708a、采用Instron(4502型)仪器进行测量，其中将聚合物样品浸入硼酸盐缓冲盐水中；合适的样品尺寸是标距长度22mm和宽度4.75mm，其中样品还具有形成犬骨形状的端部，以允许用Instron仪器的夹具夹持样品，并且所述样品具有200+50微米的厚度。
产生的刚性透气目镜10可以基于各种因素来成形和定尺寸，这些因素包括用户眼睛的形状和尺寸，以及该目镜要实现的各种光学特性或表面操纵力。目镜10的总厚度可以是大致0.1mm至大致0.14mm。目镜10的厚度可以在目镜10上的不同位置处逐渐改变。例如，与视区相比，目镜10可能在目镜10的外边缘附近较厚，以及反之。
一旦将液体镜片材料38施加到凹模构件34并且接合了凸模构件30，液体镜片材料52然后可以暴露于固化剂(例如，温度、光化辐射或其它类型的固化剂或者它们的组合)，直到固化为止。结果，液体镜片材料38形成刚性透气目镜10，该刚性透气目镜10具有与凹模构件34的前成形表面36的形状相对应的前表面，以及与凸模构件30的后成形表面32的形状相对应的后表面。一旦刚性透气目镜固化，可以将该刚性透气目镜移出。
有利地，根据本文描述的方法和过程形成的刚性透气目镜10具有的表面光滑度可以高于通过其它方法(例如，通过车削)形成的刚性透气目镜。例如，在一些实施例中，刚性透气目镜的前表面和/或后表面中的至少一者可以具有以下表面，该表面的Ra表面粗糙度小于约15纳米、小于约10纳米、小于约5纳米、小于约4纳米、小于约3纳米、小于约2纳米或者小于约1纳米，或更小。
本文描述的过程还可以导致形成以下刚性透气目镜10，与通过传统方法(例如，车削过程)形成的刚性透气目镜相比，该刚性透气目镜具有减小量的表面缺陷和填隙缺陷(interstitial imperfections)。光滑度和无缺陷对于刚性透气目镜10的后表面而言是特别关键的特性，因为后表面直接接触用户的眼睛，因此如果该表面过于粗糙或者包含缺陷、则可能对用户造成刺激或不适，并且该后表面可以是构造成用以在眼睛的表面上施加重塑力的表面。
与用于形成刚性透气目镜的典型制造过程(例如，车削)相比，铸造允许同时形成多个刚性透气目镜，并且允许重复性。这些同时形成的镜片可以具有不同的几何形状，并且可以甚至由彼此不同的材料形成。每个镜片的形成时间通常也比通过传统的车削过程形成的类似镜片短，并且在一些实施例中，所形成的刚性透气目镜10可以不需要在形成之后进行进一步处理，以实现期望的尺寸公差和光滑度。此外，如本文所述，使用超精密车床和/或多轴铣床来直接地或经由模具坯件和注塑模制成形来形成模具，允许本发明的铸造刚性透气目镜10实现刚性透气目镜所期望的公差，该公差在之前可能只能通过直接车削刚性透气目镜来实现。过去无法设想可以通过车削以外的方法来形成这种精确成形的刚性透气目镜，而不需要成形后处理(诸如进一步的车削、抛光等等)。
图5示出了用于形成铸模组件的凹模部的示例性方法，该铸模组件用于形成刚性透气目镜10。如图所示，设计隐形眼镜的前表面几何形状(步骤502)。如前所述，使用复杂且光滑的车床和多轴铣削机允许设计出以前无法实现的非旋转对称几何形状和成形因子。这允许设计包括有对用户的压印效果(imprinting effect)。当压印或改变用户角膜的几何形状时，本示例性系统和方法所提供的可重复性的益处对于获得最佳效果至关重要。
一旦已设计了前表面几何形状，就可以将该设计提供给车床和/或多轴铣削机来加工模制材料(例如，工具钢)，从而形成凸模工装，该凸模工装具有与刚性透气目镜的所设计的前表面相对应的表面(步骤504)。如上所述，上面提到的高轴数铣削机允许满足角膜矫正镜片要求的极高公差(正负3微米至5微米)。
当完成模具工装时，可以将该工装并入到注塑模制系统中以形成铸模组件的凹模部，该凹模部包括被成形为用以形成刚性透气目镜的前表面的轮廓(步骤506)。
类似地，如图6中所示，铸模组件的对应凸模部可以通过如下步骤来形成：首先设计镜片的后表面几何形状(步骤602)；加工模具材料以形成凹模工装，该凹模工装具有与刚性透气目镜的所设计的后表面相对应的表面(步骤604)；以及形成铸模组件的凸模部，该凸模部包括被成形为用以形成刚性透气目镜的后表面的轮廓(步骤606)。
可以使用精确的加工和成形方法来形成凸模工装，包括但不限于DAC眼科车床、视像眼科车床、FTS工装、5轴金刚石铣削、3维纳米印刷、纳米光刻、熔融沉积等。在一些实施例中，凸模工装可以由计算机可控的车床形成，例如可以从位于佛罗里达州拉戈萨默塞特大道8600号的Sterling Ultra Precision获得的视像超精密车床(型号30、40、50和/或80)。在一些实施例中，用于形成凸模工装的机器可以具有10纳米或更小的定位分辨率。在一些实施例中，车削过程足够精确，使得在不对凸模工装进行附加的处理(例如研磨、珩磨、研光或抛光)的情况下，凸模工装已具有期望的表面特性以形成如本文所述的刚性透气目镜10。
如图7中所示，一旦制造了铸模组件的上述两个部分，就可以通过将液体镜片材料沉积到凹模的凹形侧来开始镜片成形方法700(步骤702)。然后，可以将凸模构件30和凹模构件34加以组合，以使液体镜片材料围绕模具的后成形表面和前成形表面分布(步骤704)。一旦组装好，就可以经由任何数目的固化机制来固化液体镜片材料，从而形成刚性透气目镜(步骤706)。
图8示出了在使用期间与用户的角膜800相互作用的刚性透气目镜810的截面图。虽然传统的软性隐形眼镜在大多数情况下会延伸超过角膜并包括至少部分位于用户眼睑下方的边缘，但角膜矫正镜片较小，并且每次用户眨眼时都会直接与用户的眼睑接合。这种构造导致更多的眼睑/边缘接合。由于这种增加的眼睑接合，因此传统的刚性透气目镜810经由手工研磨、抛光以及打磨来实现舒适性。类似地，边缘820的表面光洁度和质量影响用户的舒适性。此外，为了防止角膜受损和不舒适，应将角膜间隔830设计并形成到刚性透气目镜中。根据一个示例性实施例，模制的刚性透气目镜的表面粗糙度Ra小于约15纳米、小于约10纳米、小于约5纳米、小于约4纳米、小于约3纳米、小于约2纳米或者小于约1纳米，或更小。附加地，角膜间隔830是至少2纳米或更大。
除了可以赋予模制的刚性透气目镜的增强公差和复杂的非旋转对称设计之外，刚性透气目镜的模制还允许附加的设计能力。如图9中所示，模制的多层刚性透气目镜900可以形成为具有改变的性质。根据一个示例性实施例，可以在形成后续层之前，模制并且至少部分地固化分开的模制的层910、920、930、940。根据一个示例性实施例，液体镜片材料至少部分地固化，以形成刚性透气目镜。在一些实施例中，使液体镜片材料的分开的模制的层至少部分地固化可以包括使液体镜片材料暴露于如本文所述的固化剂(例如，光化辐射)。在一些实施例中，所形成的刚性透气目镜可以具有如本文所述的光滑度和尺寸公差特性，例如刚性透气目镜可以具有至少一个具有小于约5纳米的Ra表面粗糙度的表面。一旦完全固化，该多层刚性透气目镜900就可以具有带有不同的折射率、衍射阵列、特征部、屈光度(powers)、材料性质、硬度等的层。根据一个示例性实施例，可以将附加的元件引入到该多层刚性透气目镜900的各层中，由此这些元件被封装在最终固化的刚性透气目镜中。
模制本刚性透气目镜提供了优于传统的车床切削的刚性透气目镜的多个优点。具体来说，本模制过程为最终的隐形眼镜提供了提高水平的一致性。当车削实心工件粒以形成传统的刚性透气目镜时，每个镜片都是不同的。每次切削都会将不同程度的热能、以及不同的工件粒组分赋予镜片，从而导致每个车削的镜片的参数略有不同。附加地，每次执行切削，就会使镜片的基线移位。附加地，处方或所设计的角膜塑形治疗方法的任何变化都需要车削新的镜片，而这种镜片通常需要较长的交货时间。此外，由于传统的刚性透气目镜的高成本和长交货时间，因此用户通常会长时间佩戴它们。长时间使用的镜片通常会经受一些收缩和损坏，从而导致随着时间的推移逐渐减弱或达不到最佳期望效果。
相反，本文公开的模制的刚性透气目镜的制造成本较低，并且导致更一致的成品镜片，因为用于制造镜片的过程能够针对细度(finis)进行优化，能够迭代且可重复并且能够快速执行。减少的制造时间和工作量以及降低的成本允许患者更频繁地更换镜片。因此，可以消除通常由传统的刚性透气目镜所经受的收缩和损坏。
此外，本方法提供的可重复性和精度对角膜矫正镜片特别有益。灵活地对刚性透气角膜矫正镜片的隐形眼镜设计进行精确且可控的改变，允许医生能够更动态且更可控地对患者眼睛的实施形状改变。也就是说，验光师可以基于选择性测试和监控，来改变或调整他们通过Jesson效应寻求眼形变化的激进性。激进地改变扁圆形状，可允许更多的光线进入到患者的眼睛(以控制近视轴的生长)中，但可能由于过于激进而无法始终如此，因此该执业医生可能会反复改变激进的程度。由于本方法的准确性、可重复性和成本优势，这种变化是可行且实用的。
附加地，如图10中所示，本示例性系统和方法并不仅仅局限于意图用于角膜塑形的刚性透气目镜。而是，本示例性系统和方法可以用于形成包括视区和非视区的刚性透气目镜。根据一个示例性实施例，本系统和方法可以用于形成巩膜刚性透气目镜1000。如图所示，巩膜刚性透气目镜1000包括瞳孔区1030和包围视区的角膜区1010。附加地，巩膜区1020设置在视区外部。通过使用本示例性系统和方法来制造巩膜刚性透气目镜，在视区外部实现了附加的空间，其中可以将附加的元件嵌入在镜片中来便于实现智能隐形眼镜的功能性。例如，如图10中所示，可以将集成电路、传感器或其它感测或计算装置1040嵌入在巩膜刚性透气目镜1000的巩膜区1020内。根据示例性实施例，可以将集成电路、传感器或其他感测或计算装置1040嵌入在巩膜刚性透气目镜1000的各层之间。巩膜刚性透气目镜1000的刚度用于保护集成电路、传感器或其它感测或计算装置1040的完整性，并且可以延长其使用寿命。附加地，集成电路、传感器或其它感测或计算装置1040可以经由也位于巩膜区1020中的导电通路1050通信地联接到电源1060或其它电气部件。可以将任何数目的元件嵌入在巩膜区1020内，包括但绝不局限于通信装置、传感器、照明装置、衍射阵列等。
虽然已具体参照通过铸造模制过程形成刚性透气目镜来描述了上文所述的其中一些示例，但也可以使用任何合适的铸造或模制过程来形成根据本发明的刚性透气目镜。例如，在一些实施例中，可以通过旋压铸造来形成刚性透气目镜。附加地，本示例性系统和方法可以用于制造人工晶状体等等。
本示例性系统和方法利用多轴铣削机来满足刚性透气目镜，特别是那些接触并重塑角膜的镜片的必要高公差要求。本系统和方法允许由独特的材料形成刚性透气目镜，这些独特的材料具有较低的粘度和较低的表面张力特性并且呈单体形式，以在制造期间在模具内提供流动。附加地，与严格可车削的刚性透气材料(例如二氧化二苯乙烯和氟甲基丙烯酸酯的组合)相比，可以通过可模制材料来实现更高的DK值。根据ANSI Z80.20中指出的单位，本文的可模制材料能够具有大于50、大于100和/或大于150的DK值。附加地，与传统的车削镜片相比，本文的用于形成刚性透气目镜的模制技术在镜片上提供了更佳的表面性质和物理光洁度。模制还提供了较少的固有材料应力(这种应力在车削传统的刚性透气镜片时引入)。由于镜片的翘曲较小，因此材料应力减小本身表现为改进的润湿性和形状保持性。此外，通过模制刚性透气目镜，可以将附加的材料添加到镜片材料，而不用担心所添加的材料将如何影响车削过程。例如，可以添加表面改性剂，并且将该表面改性剂直接地模制到镜片中。此外，可以设计不同的前后表面光洁度，并且经由模具将该前后表面光洁度引入到刚性透气目镜。
模制还允许先前无法实现的复杂表面形状，这可能会利于镜片旋转、进行泪液交换、防止过夜粘合等。此外，可以将元件模制在镜片本身中，诸如各种形状(圆形、径向、线性等)的窗孔。
模制还允许层压或分层的构造，该构造允许可以在单个刚性透气目镜中包括替代材料。所包括的层可以包括但绝不限于颜色改性剂、折射率改性剂、药物递送选项(如阿托品、吡咯嗪)等。
本示例性系统允许优于传统的过夜角膜塑形车削镜片的优点，包括但绝不限于，与传统车削的镜片相比，镜片之间具有一致的几何形状，以在用户的眼睛上提供增强的压印效果，从而维持镜片之间的成形因子和形成高阶成形因子的能力；形成更佳地贴合眼睛的非旋转对称形状和边缘形状(edge forms)的能力，从而增强用户的舒适度。与车削刚性透气目镜相比，可以实现边缘形状和外围形状因子，并且可以实现更薄、更平滑的边缘形状(edge shapes)。
应当赋予权利要求中所引用的术语普通和惯用含义，这些含义是通过参考广泛使用的通用词典和/或相关技术词典中的相关条目、本领域技术人员通常理解的含义等而确定的，应理解的是，应将这些来源中的任何一个来源或组合所赋予的最广泛含义给予权利要求术语(例如，应组合两个或更多个相关的词典条目以提供条目组合的最广泛含义等)，但以下情况除外：(a)如果以比其普通和惯用含义更扩展的方式使用术语，则应给该术语提供其普通和惯用含义加上该附加的扩展含义，或者(b)如果通过后跟短语“如本文所使用应意指”或类似语言(例如“在本文中，该术语意指”、“如本文所限定的”、“鉴于本公开的目的，该术语应意指”等等)来引用术语，则已将该术语明确地限定为具有不同的含义。
对特定示例的引用、“即”的使用、词语“发明”的使用等并不意味着援引例外(b)或以其它方式限制所列举的权利要求条款的范围。除适用例外(b)的情况外，此处包含的任何内容均不应视为对权利要求范围的免责声明或否认。
权利要求书中引用的主题与本文所示的任何特定实施例、特征或特征的组合不是共同扩展的，并且不应被解释为是共同扩展的。即使本文仅示出和描述了特定特征或特征组合的单个实施例，也是如此。因此，鉴于现有技术和权利要求条款的含义，应当赋予所附权利要求书最广泛的解释。
如本文所使用的，诸如“左”、“右”、“前”、“后”等的空间或方向术语与附图中所示的主题有关。但是，应当理解，所描述的主题可以采取各种替代的定向，因此，这样的术语不被认为是限制性的。
诸如“该(the)”、“一(a)”和“一个(an)”之类的冠词可以表示单数或复数。此外，词语“或”在不具有前词“任一”(或者其它类似语言，其指示“或”明确表示排他性的-例如，x或y中的仅一者等等)的情况下使用时应解释为包括性的(例如，“x或y”意指x或y中的一者或两者)。
术语“和/或”也应被解释为包括性的(例如，“x和/或y”是指x或y中的一者或两者)。在将“和/或”或者“或”用作一组三个或更多个项目的连词的情况下，应将该组解释为单独包括一个项目、所有项目一起或者任何组合或数目的项目。此外，在说明书和权利要求书中使用的术语，例如具有(have)、具有(having)、包括(include)以及包括(including)应被解释为与术语包括(comprise)和包含(comprising)同义。
除非另有说明，否则在本说明书(权利要求书除外)中使用的所有数字或表述(例如表述尺寸、物理特性等的那些)在任何情况下均应理解为由术语“大致”修饰。至少并且不试图将等同原则应用于权利要求书，说明书或权利要求书中所列举的每个由术语“大致”修饰的数值参数至少应根据所引用的有效数字的位数并通过应用传统的舍入技术来解释。
应当理解的是，本文公开的所有范围涵盖并支持列举了任何和所有子范围或其中包含的任何和所有单个值的权利要求。例如，所陈述的1到10的范围应被认为包括并支持列举在最小值1和最大值10之间和/或包括最小值1和最大值10的任何和所有子范围或单个值的权利要求；也就是说，所有子范围均以最小值1或更大的值开始，并以最大值10或更小的值结束(例如5.5到10、2.34到3.56等)或1到10的任何值(例如3、5.8、9.9994等)。

Claims (20)

1.一种形成刚性透气目镜的方法，所述方法包括：
形成包括第一侧的模具的至少一部分，所述第一侧具有成形为用以形成所述刚性透气目镜的前表面的轮廓；
将液体镜片材料施加到所述模具的所述一部分的所述第一侧；以及
使所述液体镜片材料至少部分地固化，以形成所述刚性透气目镜。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述刚性透气目镜的至少一个表面具有小于约5纳米的Ra粗糙度。
3.根据权利要求2所述方法，所述方法还包括铸造模制所述刚性透气目镜。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述模具的所述至少一部分无需在形成所述刚性透气目镜之前进行抛光，以产生Ra粗糙度小于约5纳米的所述刚性透气目镜。
5.根据权利要求1所述的方法，其中使所述液体镜片材料至少部分地固化包括将所述液体镜片材料暴露于光化辐射。
6.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述模具的所述至少一部分包括：
提供模具材料；
加工坯件以形成凸形注塑模具工装，所述凸形注塑模具工装具有与所述目镜的所述前表面相对应的表面；以及
使用所述凸形注塑模具工装来注塑模制所述模具的所述一部分，从而形成包括所述第一侧的所述模具的所述一部分，所述第一侧具有成形为用以形成所述刚性透气目镜的所述前表面的轮廓。
7.根据权利要求6所述的方法，其中加工所述坯件包括使用定位分辨率小于约10纳米的多轴铣削机。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述刚性透气目镜包括角膜矫正镜片。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述刚性透气目镜的后视区的曲率半径的尺寸公差等于或小于约0.005毫米。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述刚性透气目镜被构造成用以使用户的眼睛表面变形。
11.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述液体镜片材料包括各向同性材料，所述各向同性材料具有在20℃时大于5000cps的粘度；以及
所述刚性透气目镜具有大于500Mpa的模量。
12.一种形成刚性透气目镜的方法，所述方法包括：
提供模具，所述模具包括第一侧，所述第一侧具有成形为用以形成所述刚性透气目镜的前表面的轮廓；
将液体镜片材料分配到所述模具的所述部分的所述第一侧，所述液体镜片材料包括各向同性材料，所述各向同性材料具有在20℃时大于5000cps的粘度；以及
使所述液体镜片材料至少部分地固化，以形成所述刚性透气目镜；
其中所述刚性透气目镜具有大于500Mpa的模量。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述刚性透气目镜包括角膜矫正镜片。
14.根据权利要求12所述方法，还包括铸造模制所述刚性透气目镜。
15.一种模制的刚性透气目镜，包括：
模制镜片主体，所述模制镜片主体包括前表面和后表面；
其中所述刚性透气目镜具有大于500Mpa的模量以及大于100的DK。
16.根据权利要求15所述的模制的刚性透气目镜，其中所述模制的刚性透气目镜包括角膜矫正镜片。
17.根据权利要求16所述的模制的刚性透气目镜，其中所述镜片包括形成在所述模制镜片主体的所述前表面上的视区、反向区、对准区以及外围区。
18.根据权利要求15所述的模制的刚性透气目镜，其中所述镜片是铸造模制的。
19.根据权利要求15所述的模制的刚性透气目镜，其中所述镜片主体具有从大致10pm至超过80pm的变化的厚度。
20.根据权利要求15所述的模制的刚性透气目镜，其中所述镜片被构造成用以固定到角膜，并且在所述前表面和所述角膜之间限定介于5μm和40μm之间的顶端间隙。
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