CN112888973A - 包含光学元件的改进的光学制品及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

披露了一种光学制品(1)，所述光学制品包括：‑具有前表面(101)和后表面(102)的基础镜片基底(10)，‑覆盖所述前表面和所述后表面中的至少一个的耐磨涂层(20)，所述耐磨涂层(20)具有与所述基础镜片基底对接的第一表面(21，22)和与所述第一表面相反的第二表面(22，21)，以及‑从所述耐磨涂层的第一和第二表面之一突出的至少一个光学元件(30)，所述光学元件由适于形成耐磨涂层的材料构成。

Description

包含光学元件的改进的光学制品及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种光学制品，该光学制品包括覆盖有耐磨涂层的基础镜片基底并且具有至少一个光学元件(比如微镜片、菲涅耳结构等)。本发明还涉及所述光学制品的制造方法。
背景技术
光学制品(比如镜片)通常包括基础镜片基底和耐磨涂层，该基础镜片基底被成形以提供期望的光焦度，该耐磨涂层覆盖基础镜片基底的至少一个表面以防止该基础镜片基底被划痕损坏。
根据具有双层结构的优选实施例，耐磨涂层(也称为硬涂层)提供了从基础镜片基底到耐磨涂层的自由表面的硬度梯度。涂层的上层在其自由表面处限定了涂层的最硬部分并且允许抵抗细小颗粒和细小划痕，而涂层的下层限定了底面较不硬部分，可以吸收由较大颗粒提供的冲击并且防止较大划痕的形成。它还提供了基础镜片基底的硬度的过渡，以防止在基底与耐磨涂层之间的界面处形成裂纹。
对于许多应用，已经发现期望在基础镜片基底上提供多个微镜片，从而提供光学制品的焦度的局部改变。例如，从US 2017/0131567已知了一种镜片，该镜片包括在该镜片的表面上形成的多个微镜片，由该微镜片提供的焦度的局部改变能够抑制或减慢近视的发展。
从文献WO 2016/168746还已知了一种具有第一光焦度的镜片，该镜片包括具有第二光焦度的微镜片阵列，这些微镜片允许增加由该镜片提供的矫正(即使镜片的曲率受到限制也是如此)，或者允许形成具有大面积不同光焦度的多焦点镜片，同时不会展现出在微尺度上可见的急剧变化。
参考图1a和图1b，用耐磨涂层覆盖具有微镜片的镜片改变微镜片的焦度并且因此减小或削弱了由微镜片提供的效果。实际上，微镜片的厚度为约1μm，而耐磨涂层的典型厚度为约3μm。因此，当耐磨涂层覆盖(典型地通过浸涂)包括比如微镜片等突出元件的表面时，耐磨涂层的自由表面的曲率与其覆盖的镜片的曲率并不完全相同。相反，突出元件的存在使所述自由表面展现出表面的局部变形。
如图1b所示，入射到这种变形上的光线在进入耐磨涂层时会经历第一折射，并且在与基础镜片基底的微镜片的界面处经历第二折射，并且因此与不存在耐磨涂层的光线路径相比，该光线路径发生了变化(图1a)。这改变了微镜片的焦度。已经测量出，当微镜片覆盖有耐磨涂层时，微镜片的焦度P减小到约P-0,8屈光度的焦度P'，直至P-1,3屈光度。
已经提出了一种解决方案，该解决方案包括减小耐磨涂层的厚度，以减小微镜片焦度的这种改变。然而，已经测量出，由于覆盖有此涂层的微镜片的局部焦度P'为约P-0,5(P是没有涂层的微镜片的初始焦度)，因此仍然存在焦度的变化。此外，涂层的防划痕特性大大降低，因此此解决方案并不令人满意。
对于由基础镜片基底浮雕制成的其他光学结构，也出现了同样种类的问题。例如，比如菲涅耳环等结构在用耐磨涂层覆盖时也会经历焦度的扰动。
另一个问题出现在一些技术永久性标记上，这些标记标在多焦点镜片上以区分镜片的顶部与底部，以便于配镜师稍后插入镜架中。在形成耐磨涂层时，用于形成涂层的材料填充在凹槽中并且使其不可见。
发明内容
本发明的目的是提供一种对现有技术中的缺陷的解决方案。
特别地，本发明的一个目的是提供一种光学制品，该光学制品包括基础镜片基底、保护所述基底的耐磨涂层、以及光学元件，其中该耐磨涂层不会降低或抑制该光学元件的光学效果。
通过结合独立权利要求中描述的特征来实现上述目的，并且从属权利要求提供了本发明的特定有利示例。
披露了一种光学制品及其制造方法。
在实施例中，披露了一种光学制品，该光学制品包括：
-具有前表面和后表面的基础镜片基底，
-覆盖所述前表面和所述后表面中的至少一个的耐磨涂层，该耐磨涂层具有与该基础镜片基底对接的第一表面和与该第一表面相反的第二表面，以及
-从所述耐磨涂层的该第一和第二表面之一突出的至少一个光学元件，所述光学元件由适于形成耐磨涂层的材料构成。
在实施例中，由该耐磨涂层和该至少一个从中突出的光学元件构成的层的厚度是该光学元件的最大厚度。
在实施例中，该耐磨涂层可以由与构成该光学元件的材料相同的材料形成。
在实施例中，该光学元件从该耐磨涂层的第二表面突出。
在实施例中，该光学元件从该耐磨涂层的第一表面朝着该基础镜片基底突出，并且该基础镜片基底在与该耐磨涂层对接的表面中包括至少一个凹部，所述凹部具有与该光学元件的形状互补的形状，使得每个光学元件被接纳在相应的凹部中。
在实施例中，该光学元件限定了该光学装置的光焦度的局部变化，形成该光学元件的材料具有光学指数nM，并且该基础镜片基底具有形成有每个凹部的至少一个层，所述层由具有光学指数nS的材料制成，使得该光学指数nM不同于该光学指数ns。
在实施例中，该基础基底的形成有每个凹部的层具有光学指数nSns＜nM，并且该基础基底进一步包括第二层，该第二层在与形成有每个凹部的表面相反的表面上组装到该第一层，该第二层的折射指数nHI大于该第一层的折射指数nS。
在实施例中，该基础镜片基底的形成每个凹部的层的光学指数nS为ns-nM≥0.1，并且该光学制品进一步包括四分之一波长层，该四分之一波长层介于该耐磨涂层与该基础基底之间。
在实施例中，该光学元件选自以下组：
-微镜片，
-菲涅耳结构，
-衍射结构，比如各自限定菲涅耳结构的微镜片
-永久性技术凸起
-相移元件。
在实施例中，该光学装置进一步包括在该耐磨涂层的第二表面上的减反射涂层。
在实施例中，该基础镜片基底至少包括平光晶片或具有光焦度的基础镜片。
一种用于制造光学制品的方法，包括：
-提供具有前表面和后表面的基础镜片，
-在该基础镜片基底的前表面或后表面上形成耐磨涂层，该耐磨涂层具有与该基础镜片基底对接的第一表面和与该第一表面相反的第二表面，以及
-形成从所述耐磨涂层的该第一和第二表面之一突出的至少一个光学元件，该光学元件由适于形成耐磨涂层的材料构成。
在一个实施例中，通过浸涂或旋涂或增材制造在该基础镜片基底的前表面或后表面上形成该耐磨涂层，并且通过如下方式来进行形成该至少一个微元件的步骤：通过增材制造、或通过光刻、或通过热压印由耐磨涂层覆盖的基础镜片基底、或通过将熔融聚合物注射在耐磨膜上，以将该耐磨膜在注塑模具的内表面上推动，该注塑模具包括至少一个凹部，该至少一个凹部的形状与要形成的光学元件的形状互补。
在实施例中，该耐磨涂层和该光学元件由相同的材料构成并且通过模制同时形成。
在实施例中，该模制步骤包括：
-提供具有第一表面的模具，该第一表面具有至少一个凹部，该至少一个凹部的形状与要形成的微元件的形状互补，
-在包括该至少一个凹部的该模具的表面上，沉积处于可延展状态并适于在硬化后形成耐磨涂层的材料，
-将晶片施加在处于可延展状态的材料上，使得所沉积的处于可延展状态的材料遍布该晶片的表面并填充在该模具的相应表面的凹部中，以及
-将所沉积的材料及其上施加的晶片固化，以获得在该晶片的一侧上具有至少一个微元件的耐磨涂层。
在实施例中，该模制步骤进一步包括以下步骤：
-用第二表面来关闭该模具，从而与该第一表面和周围垫圈来限定在该支撑层的与该耐磨涂层相反的一侧上的腔体，用适于硬化后形成镜片的可延展材料来填充该腔体，
该基础镜片基底包括该支撑层和该镜片。
该基础镜片基底还在模具中通过模制形成，该模具包括给定曲率的两个壁，所述曲率是相对于要形成的该基础镜片基底的相应前表面和后表面选择的，其中一个壁的至少一个突出元件的形状分别与要形成的该光学元件的形状相同，使得该基础镜片基底在其前表面或后表面上包括至少一个凹部，该至少一个凹部的形状与要形成的该光学元件的形状互补，并且模制该耐磨涂层和该光学元件的后续步骤包括：
-在模具中提供该基础镜片基底，所述模具具有两个壁，该两个壁具有给定的相应曲率，这些给定的相应曲率与该模具的用于形成该基础镜片基底但具有突出元件的壁的相应曲率相同，
-在该基础镜片基底与该模具的壁之间沉积适于形成耐磨涂层的材料，使得当关闭该模具时，该沉积材料遍布在该基础镜片的具有该至少一个凹部的表面上，以及
-将该沉积的材料固化。
在实施例中，该方法进一步包括在该耐磨涂层上形成减反射涂层。
根据本发明的实施例的光学制品包括基础镜片基底和耐磨涂层，其中使至少一个光学元件从该耐磨涂层的表面突出并且以适用于构成耐磨涂层的材料形成。
因此，在一个实施例中，该耐磨涂层和该光学元件可以一体地形成。因此，该光学元件的形状及其光焦度不会由于随后的涂层沉积而被折损，因为它属于所述涂层并且因此不会发生之前披露的与该涂层的沉积有关的有害影响。
根据实施例，这些光学元件从该耐磨涂层的表面朝着该基础镜片基底突出，在该基础镜片基底中具有互补的凹部，这些突出元件可以被接纳在这些凹部中。根据此实施例，这些光学元件完全包含在该光学制品内，并且该光学制品的外表面没有任何浮雕，这对于随后沉积其他功能涂层(比如减反射涂层、抗污涂层或防雾涂层)是优选的、美观且舒适的。
附图说明
为了更完整地理解本文提供的描述及其优点，现在结合附图和详细描述参考以下简要描述，其中相似的附图标记表示相似的部分。
图1(已经描述过)描绘了耐磨涂层对入射光线的路径的影响，该耐磨涂层覆盖包括微镜片的基底。
图2a和图2b示意性地表示了光学制品的两个实施例。
图3a和图3b示出了根据图2b所示的实施例的光学制品的不同构型。
图4a示出了镜片的相位轮廓，图4b示出了能够具有图4a的相位轮廓的连续衍射轮廓，并且图4c示出了能够具有图4a的相位轮廓的光学元件的构型。
图5示意性地示出了根据第一方法的用于制造光学制品的设备。
图6a至图6d示意性地示出了用于制造光学制品的第二方法的主要步骤。
图7a至图7d示意性地示出了用于制造光学制品的第一方法的主要步骤，
图8a至图8e示意性地示出了用于制造光学制品的第二方法的主要步骤。
图9图示了如根据本发明的用于制造光学制品的第三方法施加的压印力和压印温度随时间变化的图。
图10a和图10b示出了根据本发明的用于制造光学制品的第三方法的主要步骤。
图11和图12分别示出了对包括图1a的光学元件的基底以及对图1b的制品的3D测量，该制品是用耐磨涂层覆盖所述基底产生的。
图13示出了由根据本发明的用于制造的第三方法获得的光学制品的3D测量结果。
具体实施方式
包含微元件的光学制品
参照图2a和图2b，现在将描述根据本发明实施例的光学制品1。光学制品1包括基础镜片基底10和耐磨涂层20。
基础镜片基底10可以包括单层，或者可以由层压件形成。基础镜片基底10优选地至少包括平光晶片11或提供光焦度的基础镜片12、或这两者，即提供光焦度的基础镜片12和将基础镜片12补充有以如下所述的光学功能的晶片11。
平光晶片11不具有光焦度，并且因此不为配戴者提供矫正，但是充当其他层的机械支撑，并且可选地还为成品光学制品提供一种或多种功能特性，比如以下光学功能中的至少一个：
-振幅滤光功能
-光谱滤光功能(比如像短通或长通等边通、或带通滤光、或特定颜色的滤光，例如通过着色、或包含光致变色或电致变色功能、UV吸收、反射镜等实现)，
-偏振功能。
平光晶片11是指由整个单个膜层形成的膜结构或者由彼此附接的多个膜层形成的膜层压结构。更精确地，平光晶片11可以由一个或几个眼科等级功能膜(例如具有极性或光致变色特性)形成、可选地在眼科等级功能膜的一侧或两侧具有眼科等级保护膜。
平光晶片11的厚度可以在20至700微米的范围内，优选为30至600μm。(多个)保护层(如果有的话)可以具有约50μm的厚度。
用于形成平光晶片(包括功能膜和保护膜)的合适的透明树脂膜或片材包括聚(乙烯醇)(PVA)或酰化纤维素基材料，例如，二乙酸纤维素和三乙酸纤维素(TAC)。其他可用的晶片材料可以包括聚碳酸酯、聚砜、丁酸醋酸纤维素(CAB)或环状油橄榄蛋白共聚物(COC)、聚丙烯酸酯、聚酯、聚苯乙烯、丙烯酸酯与苯乙烯的共聚物以及聚乙烯醇(PVA)。基于聚碳酸酯的材料例如包括聚双酚-A碳酸酯；均聚碳酸酯，比如1,1'-二羟基二苯基-苯基甲基甲烷、1,1'-二羟基二苯基-二苯基甲烷、1,1'-二羟基-3,3'-二甲基二苯基-2,2-丙烷，它们的相互共聚物聚碳酸酯和具有双酚A的共聚物聚碳酸酯。
基础镜片12可以由有机镜片形成，例如由热塑性或热固性塑料制成。特别地，热塑性材料可以选自，例如：聚酰胺、聚酰亚胺、聚砜、聚碳酸酯及其共聚物、聚(对苯二甲酸乙二酯)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
热固性材料可以选自，例如：环烯烃共聚物如乙烯/降冰片烯或乙烯/环戊二烯共聚物；直链或支链脂族或芳族多元醇的碳酸烯丙酯的均聚物和共聚物，比如二乙二醇双(碳酸烯丙酯)的均聚物(CR
Figure BDA0003018484420000081
)；可以衍生自双酚A的(甲基)丙烯酸及其酯的均聚物和共聚物；硫代(甲基)丙烯酸及其酯的聚合物和共聚物，可以衍生自双酚A或邻苯二甲酸和烯丙基芳烃如苯乙烯的烯丙基酯的聚合物和共聚物，尿烷和硫代尿烷的聚合物和共聚物，环氧树脂的聚合物和共聚物，以及硫化物、二硫化物和环硫化物的聚合物和共聚物，以及其组合。如本文中所使用的，(共)聚合物旨在意指共聚物或聚合物。如本文中所使用的，(甲基)丙烯酸酯旨在意指丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯。
适用于本发明的基底的示例包括由
Figure BDA0003018484420000091
和
Figure BDA0003018484420000092
树脂(热固性聚硫氨基甲酸酯树脂)获得的那些。基于聚硫代氨基甲酸酯树脂的各种基底由三井东压化学公司(Mitsui Toatsu Chemicals company)出售，并且尤其在第4,689,387号美国专利、第4,775,733号美国专利、第5,059,673号美国专利、第5,087,758号美国专利和第5,191,055号美国专利中描述了这些基底以及用于制备它们的单体。
基础镜片12优选地被成形为提供适合于矫正配戴者屈光不正(例如近视或远视)的光焦度。基底镜片12可以是单焦点或多焦点的，比如多焦点渐变镜片。
基础基底10可以除了基础镜片12和/或平面晶片11以外还包括其他层，比如基础镜片12的前表面上的光致变色
Figure BDA0003018484420000093
层，或者可以沉积在基础镜片或平光晶片上并且包含以下光学功能的任何附加层：
-振幅滤光功能
-光谱滤光功能(比如像短通或长通等边通、或带通滤光、或特定颜色的滤光，例如通过着色、或包含光致变色或电致变色功能、UV吸收、反射镜等实现)，
-偏振功能。
如图2a至图2d所示，基础镜片基底10包括前表面101和后表面102。
耐磨涂层20优选地形成在基础镜片基底10的前表面101上。耐磨涂层20具有保护基础镜片基底10免受划痕和磨损的作用。它通常也称为硬质多层式涂层、HC或HMC。
这种耐磨涂层可以是在眼科镜片领域中传统用作耐磨涂层的任何层。
硬质耐磨和/或耐划涂层优选是由包含至少一种烷氧基硅烷的组合物和/或这种烷氧基硅烷的例如通过用盐酸溶液水解获得的水解产物制备的。在水解阶段之后，其持续时间大致在2小时至24小时之间、优选在2小时至6小时之间，可以可选地添加催化剂。还优选添加表面活性化合物以提升沉积物的光学品质。
在本发明中推荐的这些涂层中，可以提及的是基于环氧硅烷水解产物的涂层，比如在专利EP 0614957、US 4,211,823和US 5,015,523中描述的那些。
用于耐磨涂层的优选组合物是以本申请人的名义在专利FR 2 702486中公开的组合物。它包括环氧基三烷氧基硅烷和二烷基二烷氧基硅烷水解产物、胶体二氧化硅和催化量的铝基固化催化剂，比如乙酰基丙酮酸铝，剩余物基础上由常规用于配制这种组合物的溶剂组成。优选地，所使用的水解产物是γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷(GLYMO)和二甲基二乙氧基硅烷(DMDES)水解产物，或者是γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷(GLYMO)和原硅酸三乙酯(TEOS)水解产物。
耐磨涂层20可以是双层结构，该双层结构形成从基础镜片基底10到耐磨涂层的自由表面的硬度梯度。该涂层的上层在其自由表面上限定了涂层的最硬部分，并且可以抵抗细小颗粒和细小划痕，而涂层的下层限定了底面较不硬部分，能够吸收由较大颗粒提供的冲击并且防止较大划痕的形成。
这种硬涂层双层结构可以是文献EP 2092377中披露的结构之一，该文献通过援引并入本文。
在文献US 2007238804中可以找到适用于形成耐磨涂层并可以用于增材制造或喷墨打印的材料的组合物。
耐磨涂层20包括前表面21和后表面22，这些表面之一与基础镜片基底10对接。在耐磨涂层20覆盖了基础镜片基底10的前表面201的情况下，因此涂层20与基础镜片基底10之间的界面包括涂层20的后表面22和基础镜片基底的前表面101。
如图2a和图2b所示，光学制品1进一步包括至少一个光学元件30，该光学元件从耐磨涂层20的前表面和后表面之一突出，所述光学元件30由适合于形成耐磨涂层20的材料(比如上面列出的那些之一)形成。“突出”是指每个光学元件从耐磨涂层20的表面向外、即背离涂层20突出。
在一个实施例中，每个光学元件30由与耐磨涂层20相同的材料形成，并且可以与之一体形成。
光学元件可以是从耐磨涂层的基础表面突出的任何种类的微元件，即形成微观尺度的离散岛或狭缝的微元件，或任何形式的肋(比如环)，其宽度和/或高度为微观尺度。
光学元件被设定尺寸、形成和排列成构成任何种类的光学功能，比如US 2017/0131567和WO 2016/168746中披露的微镜片、比如EP 2787385或WO 2014060552中披露的菲涅耳微结构、和/或比如EP 2604415中公开的技术或非技术性标记，所有参考文献均并入本文。
在实施例中，光学元件引起光学装置的光焦度的局部变化。
光学元件被配置成使得至少沿着镜片的一个区段，光学元件的平均球镜从所述区段的某个点朝向所述区段的周边增大。
根据本发明的实施例，光学元件被配置成使得至少沿着镜片的一个区段，例如至少与光学元件的平均球镜增大所沿着的区段相同的区段，平均柱镜从所述区段的某个点(例如，与平均球镜相同的点)朝所述区段的周边部分增大。
根据本发明的实施例，至少一个、例如所有的光学元件是例如微镜片。
微镜片可以是球面、复曲面或具有非球面形状。微镜片可以具有单个焦点或柱镜度或非焦点。在优选的实施例中，微镜片可以用于预防近视或远视的发展。在此情况下，基础镜片基底包括提供用于矫正近视或远视的光焦度的基础镜片12，并且分别地，如果配戴者具有近视，则微镜片可以提供大于基础镜片12的光焦度的光焦度，或者如果配戴者具有远视，则微镜片可以提供小于基础镜片12的光焦度的光焦度。
在本发明的意义上，“微镜片”具有在直径大于或等于0.8mm且小于或等于3.0mm的圆中不可见的轮廓形状。
光学元件可以被配置成使得光学元件的平均球镜和/或平均柱镜沿着镜片的至少一个区段从所述区段的中心朝向所述区段的周边部分增大。
例如，光学元件可以沿着以屈光区域的光学中心为中心的圆规则地分布。
在直径为10mm且以屈光区域的光学中心为中心的圆上的光学元件可以是具有2.75D的平均球镜的微镜片。
在直径为20mm且以屈光区域的光学中心为中心的圆上的光学元件可以是具有4.75D的平均球镜的微镜片。
在直径为30mm且以屈光区域的光学中心为中心的圆上的光学元件可以是具有5.5D的平均球镜的微镜片。
在直径为40mm且以屈光区域的光学中心为中心的圆上的光学元件可以是具有5.75D的平均球镜的微镜片。
可以基于人的视网膜的形状来调整不同微镜片的平均柱镜。
根据本发明的实施例，屈光区域包括视远参考点、视近参考点、以及连接视远参考点和视近参考点的子午线。例如，屈光区域可以包括渐变多焦点镜片设计，其适于人的处方或适于减慢配戴镜片元件的人的眼睛的屈光异常的发展。
子午线对应于主注视方向与镜片表面的交叉点的轨迹。
优选地，根据这种实施例，光学元件被配置成使得在标准配戴条件下沿着镜片的任何水平区段，光学元件的平均球镜和/或平均柱镜从所述水平区段与子午线的交叉点朝向镜片的周边部分增大。
沿着区段的平均球镜和/或平均柱镜增大函数可以取决于所述区段沿着子午线的位置而不同。
特别地，沿着区段的平均球镜和/或平均柱镜增大函数是不对称的。例如，在标准配戴条件下，平均球镜和/或平均柱镜增大函数沿着竖直和/或水平区段是不对称的。
当在标准配戴条件下戴着镜片元件时，至少一个光学元件具有不将图像聚焦在人眼的视网膜上的光学功能。
有利地，光学元件的这种光学功能与具有至少一个与处方的光焦度不同的光焦度的屈光区域相组合，从而允许减慢配戴镜片元件的人的眼睛的异常屈光的发展。
光学元件可以是不连续的光学元件。
在本发明的意义上，如果对于连接两个光学元件的所有路径，至少可以沿着每个路径的一部分基于人眼的处方来测量光焦度，则这两个光学元件是不连续的。
当两个光学元件在球面表面上时，如果对于连接两个光学元件的所有路径，至少可以沿着每个路径的一部分来测量所述球面表面的曲率，则这两个光学元件是不连续的。
根据本发明的实施例，至少一个光学元件具有将图像聚焦在除视网膜之外的位置上的光学功能。
优选地，至少50％、例如至少80％、例如所有的光学元件具有将图像聚焦在除视网膜之外的位置上的光学功能。
根据本发明的实施例，至少一个光学元件具有非球面光学功能。
优选地，至少50％、例如至少80％、例如全部光学元件具有非球面光学功能。
在本发明的意义上，“非球面光学功能”应理解为不具有单个焦点。
具有非球面光学功能的至少一个元件是透明的。
可以将这些光学元件添加在定义的阵列上，像正方形或六边形或随机或其他。
光学元件可以覆盖镜片元件的特定区，像在中心或任何其他区域。
可以根据镜片元件的区来调整光学元件密度或焦度量。通常，光学元件可以定位于镜片元件的周边，以增加光学元件对近视控制的影响，从而补偿由于例如视网膜的周边形状引起的周边散焦。
根据本发明的实施例，至少一个、例如所有的光学元件的形状被配置为在人眼的视网膜前方形成焦散点。换言之，这种光学元件被配置成使得光通量集中的每个区段平面(如果有的话)位于人眼睛的视网膜前面。
根据本发明的实施例，至少一个、例如所有的具有非球面光学功能的光学元件是多焦点屈光微镜片。
在本发明的意义上，光学元件是“多焦点屈光微镜片”，包括双焦点(具有两个焦度)、三焦点(具有三个焦度)、渐变多焦点镜片，具有连续变化的焦度，例如非球面渐变表面镜片。
根据本发明的实施例，至少一个多焦点屈光微镜片具有复曲面。复曲面表面是旋转表面，其可以通过围绕旋转轴线(最终定位在无穷远处)旋转一个圆或弧来产生，该旋转轴线不穿过其曲率中心。
复曲面表面镜片具有彼此成直角的两个不同的径向轮廓，因此产生两个不同的焦度。
复曲面镜片的复曲面和球面部件产生像散光束，而不是单点焦点。
根据本发明的实施例，至少一个、例如所有的具有非球面光学功能的光学元件是复曲面屈光微镜片。例如，球镜度值大于或等于0屈光度(δ)且小于或等于+5屈光度(δ)并且柱镜度值大于或等于0.25屈光度(δ)的复曲面屈光微镜片。
作为具体实施例，复曲面屈光微镜片可以是纯柱镜，意味着子午线最小焦度为零，而子午线最大焦度严格为正，例如小于5屈光度。
根据本发明的实施例，至少一个、例如所有的光学元件具有不连续性，比如不连续表面，例如菲涅耳表面和/或具有不连续的折射率分布。
至少一个、例如所有的衍射镜片可以包括如WO 2017/176921中披露的超表面结构。
衍射镜片可以是菲涅耳镜片，其相位函数ψ(r)在标称波长处具有π相跳。为了清晰起见，可以给这些结构命名为“π-菲涅耳镜片”，因为它与相位跃变是2π的多个值的单焦点菲涅耳镜片相反。π-菲涅耳镜片(其相位函数显示在图5中)主要以与屈光度0δ和正P(例如3δ)相关联的两个衍射级来衍射光。
根据本发明的实施例，至少一个、例如所有的光学元件是多焦点二元部件。
根据本发明的实施例，至少一个、例如所有的光学元件是像素化镜片。在EyalBen-Eliezer等人的“APPLIED OPTICS[应用光学]，第44卷，第14期，2005年5月10日”中公开了多焦点像素化镜片的实例。
根据本发明的实施例，至少一个、例如所有光学元件具有高阶光学像差的光学功能。例如，光学元件是由泽尼克多项式定义的连续表面构成的微镜片。
根据其他实施例，光学元件不引起光学装置的光焦度的局部改变，而是提供其他光学功能。
例如，光学元件可以是在包括渐变基础镜片12的光学制品的顶部或底部上形成为凸起的技术标记，所述技术标记使配镜师能够区分光学制品的顶部和底部，并且将光学制品正确地定位在镜架中。
根据图4c中示意性示出的又一个示例，光学元件可以用于提供由多个但有限数量的恒定相位光学元件制成的整体相位分布。在此情况下，每个微元件呈现出具有恒定厚度的离散分布-该厚度被测量为的耐磨涂层20的、光学元件从中突出的表面与光学元件的相反表面之间的距离-用于引起光学元件的相变。
如图4a所示，示出了期望的相位
Figure BDA0003018484420000161
(x)分布。此相位分布可以通过图4b中的连续衍射t(x，y)分布来实现，或者通过提供如图4c所示的使用具有恒定厚度t'(x，y)的多个元件获得的相位分布的离散化来实现。这些光学元件可以叠加以提供期望的分布。
凹形和凸形微镜片/微元件中的每一个可以具有例如在垂直于第一膜表面46a或第二膜表面的方向上测量的最大高度，该最大高度小于或等于0.1毫米(mm)，比如例如小于或等于100微米(μm)、90μm、80μm、70μm、60μm、50μm、40μm、30μm、20μm、10μm、5μm、1μm或在其任意两个之间，或更小。凹形和凸形微元件/微镜片中的每一个可以分别具有直径，该直径小于或等于2.0mm，比如例如小于或等于2.0mm、1.5mm、1.0mm、0.5mm、0.1mm、80μm、60μm、40μm、20μm或在其任意两个之间，或更小。
参照图2a，根据第一实施例，光学元件可以形成在耐磨涂层20的与基础镜片基底10对接的表面相反的表面上。例如，根据耐磨涂层20形成在基础镜片基底的前表面上的先前示例中，光学元件30可以从涂层20的前表面21突出，该涂层也形成光学制品1的前表面。
当光学元件从耐磨涂层20突出时，入射在光学元件上的光线只有一种衍射，这是由空气和形成耐磨涂层20的材料的不同折射率引起的衍射。当光学元件提供光焦度时，此衍射得到很好地控制，并且微元件的设计可以相应地可以容易适于获得所期望的光焦度。
参照图2b，根据第二实施例，光学元件30形成在耐磨涂层20的与基础镜片基底10对接的表面上。因此，光学元件朝向基础镜片基底10突出。在此实施例中，基础镜片基底10优选地在与耐磨涂层对接的表面处包括至少一个凹部13，该凹部13具有与光学元件的形状互补的形状，从而使光学元件能够被接纳在基底的互补凹部中。
在此实施例中，光学元件30被完全封装在光学制品1内，这提供了以下优点：光学制品的外表面关于外表面的总曲率没有任何凸起或曲率的局部变化，这更美观、更舒适并且使其更容易在光学制品1的外表面上提供任何所期望的附加涂层。
在此实施例中，基础镜片基底10在界面处的材料与形成光学元件30的材料之间的折射率差异产生屈光度。由于此折射率差异小于在光学元件材料与空气之间的差异(在先前实施例的情况下)，因此如果光学元件是微镜片，则需要通过增大微镜片的曲线来补偿此差异，以增加其表面焦度。通过知道材料的基础和指标，可以将其容易地计算出。因此，在此实施例中，也可以很好地控制微镜片的光焦度。如果如上所述将耐磨涂层形成为双层结构，则光学元件可以由双层结构的较硬上层的材料构成，并且在与设置有互补凹部的较不硬下层对接的界面上或者在双层结构的较硬上层的相反表面上与之一体制成上，。替代地，光学元件可以由较不硬下层的材料构成，并且朝着基础镜片基底的主表面突出。
如果光学元件形成菲涅耳结构，则出于上文披露的两个实施例中的相同原因，可以很好地控制菲涅耳结构的光焦度。如此获得的菲涅耳微结构可以类似于在文献EP 2 287385或WO 2014060552中披露的菲涅耳微结构之一，这些文献通过援引并入本文并定义了菲涅耳微结构典型的相移微元件。
可以注意到，由具有光学元件30的耐磨涂层20形成的层(无论光学元件是由与涂层相同的耐磨材料形成还是由与涂层不同的耐磨材料形成)展现了两种外表面：即，由微元件的外表面构成的第一种表面，其包括由于光学元件的形状引起的局部曲率变化，而由耐磨涂层20的布置光学元件之间的表面构成的第二种表面，其展现出较少或甚至没有局部曲率变化。优选地，与周围的第二种表面相比，由微元件的局部曲率变化引起的差异为至少1D。
因此，这种层在光学元件处展现出的平均厚度大于远离光学元件处的厚度，并且该层的最大厚度在光学元件的最大厚度的点处。
返回光学元件30从耐磨涂层20的与基础镜片基底10对接的表面突出的实施例，在光学元件引起光学装置(微镜片、菲涅耳结构)的光焦度的局部变化的情况下，微元件nM的折射率和基础镜片基底10的与微元件nS对接的层10i的折射率不同，以便允许所述光焦度的局部改变。
根据第一实施例，在与微元件对接的基底的折射率nS可以低于微元件的折射率nM，或者它可以稍大但不超过给定阈值T：
ns-nM＜T
T例如为约0.1
在此情况下，如图3a所示，基础镜片基底可以在与微元件对接的界面处包括低折射率nS的第一层14，并且包括比nS高的折射率nHI的附加层15。当层14和15是引起高光焦度的光学镜片的一部分时，这种情况特别合适，因为低折射率材料可能在低厚度内不足以提供高矫正，而高折射率层15可以在维持低厚度的同时提供所期望的光焦度。
根据图B中所示的另一个实施例，基底在与微元件对接的界面处的折射率nS大于超出上述阈值的微元件的折射率nM：
ns-nM≥T
在此情况下，基础镜片基底10与光学元件30之间的折射率差异可能在界面处引起反射。然后，光学制品1优选地在基础镜片基底10与光学元件30之间的界面处包括四分之一波长层40，以适合于减少反射量。例如，可以使用具有折射率RI＝(nS.nM)1/2的四分之一波层(也称为λ/4层)。
在申请人的专利US 7008690中披露了λ/4层的详细示例。
最后，光学制品1可以在其前表面和后表面各自上包括一个或多个涂层。例如，光学制品1的前表面可以涂覆有减反射涂层50(在图2b中以虚线示出)。
光学制品的制造方法
可以根据多种制造方法来制造上述光学制品1，该光学制品在适合于形成耐磨涂层的材料中结合光学元件30。
首先，可以在光学元件的制造期间在基础镜片基底10上形成光学元件。然而，也可以在成品光学制品的耐磨材料的层上形成光学元件，在该实施例中，光学元件从耐磨层的外表面突出。
参考图5，如果根据实施例来设计光学制品1，则可以通过增材制造、特别是通过喷墨来形成微元件，其中光学元件30从制品1的由耐磨涂层20的表面形成的外表面突出。
根据此实施例，首先通过旋涂、浸涂、喷涂或喷墨或通过增材制造，随后通过固化/聚合，在基础镜片基底10的表面上形成均匀的耐磨涂层20。
然后，通过如文献WO 2018010809 A1中所披露的比如喷墨或喷涂等技术，根据期望图案在耐磨涂层上形成光学元件。为此，设备包括多个喷嘴N，这些喷嘴被供有适合于形成光学元件的材料。可以根据用于喷墨打印的材料的密度、粘度和表面张力来确定喷嘴的网眼大小。将喷嘴相对于耐磨涂层20的定位编程。
为了在光学元件与耐磨涂层之间获得良好的粘附力，可以使用不同的技术，比如表面处理(例如物理的：电晕处理或等离子处理，或者根据形成光学元件和耐磨涂层的材料使用适当的粘附促进剂进行化学处理)。
喷嘴在期望的位置处沉积材料液滴，并且在每次沉积之间，可以使用UV闪光或热闪光来开始聚合，以便固定液滴的形状和位置，直到下一次沉积。还可以在用于形成光学元件的材料中添加添加剂，例如颜色或滤光器。
在文献US 2007238804中可以找到适用于形成耐磨涂层并且可以用于喷墨打印的材料的组合物。
根据图6a至6d所示的另一种制造方法实施例，可以通过光刻法来形成光学元件。
在第一步骤(图6a)期间，通过旋涂、浸涂、喷涂、喷墨或增材制造，随后固化，来在基础镜片基底10的表面上形成耐磨涂层20。然后，通过浸涂或旋涂，随后固化，来在耐磨涂层20的第一层的暴露表面上沉积可光聚合的耐磨涂层的层60沉积(图6b)。将掩模(图6c)定位于层60的顶部上，该掩模具有要形成的光学元件的形状的孔。然后将层60的暴露部分光聚合并固化以形成光学元件，而可以将其他部分洗掉，从而露出下面的耐磨涂层20(图6d)。
关于制造方法的前两个实施例中的任何一个，如果将光学元件添加到成品光学制品的耐磨层中，则添加光学元件可能需要对耐磨层进行表面处理，以允许在所沉积的光学元件与耐磨层之间获得附着力。
参考图7a至图7d和图8a至图8e，也可以模制光学制品。在此情况下，光学元件和耐磨涂层优选地通过用相同的材料进行模制来同时形成。
根据图7a至图7d所示的第一实施例，通过模制的制造方法允许形成光学制品，其中光学元件从该光学制品的外表面突出，类似于上述图2a。
根据此方法，提供了具有第一表面80的模具8(图7a)，在第一表面中形成至少一个凹部81，该凹部的形状与要形成的各个光学元件的形状互补。
在表面80上以可延展状态来沉积适用于形成耐磨材料的材料。然后，将支撑层16插入模具中并且施加在该材料上，以使该材料在表面80与支撑层之间散布，因此该材料填充了形成在表面80中的凹部(图7b)。“可延展状态”是指能够使材料散布以填充凹部的状态。
在实施例中，支撑层16可以是先前形成的光学镜片。在另一个实施例中，支撑层可以是晶片，比如上述晶片。在另一个实施例中，支撑层可以是基础镜片基底。
然后，将填充凹部81的材料固化(图4c)，以使支撑层上的耐磨涂层20硬化，从而该涂层具有形成在凹部81中的光学元件30。
在支撑层是基础镜片基底的情况下，一旦移除模具，就获得光学制品1。
根据另一个实施例，支撑层可以是例如晶片11，并且该方法可以进一步包括(图4d)以下步骤：提供另一个模具表面82，该另一个模具表面与周围垫圈(未示出)限定了在晶片的自由表面与另一模具表面82之间延伸的腔体；用适合于形成光学镜片的可延展材料来填充所述腔体；以及将所述材料固化。
在移除模具之后，于是所获得的光学制品1包括基础镜片基底10，该基础镜片基底包括：具有耐磨涂层的晶片11，在该耐磨涂层中形成有光学元件30；以及在晶片的相反侧上的光学镜片12。
根据图8a至图8e所示的另一个实施例，通过模制的制造方法允许形成光学制品，其中光学元件30被封装在光学制品1中。
根据图8a所示的第一步骤，通过模制来形成基础镜片基底10或基础镜片基底10的至少一层，该基础镜片基底被设计为包括与光学元件互补的凹部13。为此，提供了以下模具9，该模具具有给定的相应曲率的两个壁90、91，所述曲率是相对于要形成的基础镜片基底10的层的相应前表面和后表面选择的，其中一个壁的一个突出元件92的形状分别与要制造的每个光学元件的形状相同。在此模具中模制基础镜片基底10的层，以实现所期望的凹部13(图8b)。
然后，将基础镜片基底的层放在另一个模具9'内，该模具具有两个表面94,95，其曲率各自与前一个模具的壁90、91相同，但是两个表面没有任何突出元件。在包括凹部13的基础镜片基底的层的表面与模具的相对表面95之间以可延展状态提供适于形成耐磨涂层的材料(图8c)。然后，关闭模具对材料施加压力，使该材料遍布在基础镜片基底层的表面上并且填充该表面的凹部中(图8d)。
然后，将材料固化并且移除模具以获得光学制品1，该光学制品包括具有耐磨涂层20的基础镜片基底10的层、以及与该耐磨涂层一体形成并封装在制品内的光学元件30。
一旦获得包括基础镜片基底和具有突出的光学元件的耐磨涂层的光学制品，就可以进一步在任一主表面或相反的两个主表面上涂覆附加涂层(比如减反射涂层)。
参考图9至图13，还可以通过在已涂覆的基底上进行热压印技术来获得光学制品。在此情况下，获得以下光学制品：其中光学元件从其外表面突出，如图2a或图7a至图7d所示。
根据此方法，如图10a所示，基底101设有施加在一个表面上的耐磨涂层102，例如通过像传统镜片的浸涂、并且进行UV或热固化来获得。
然后用涉及压力和温度的热压印技术对所得的已涂覆的基底进行压印。将压印模具面向基底101的耐磨涂层102的层，压印模具包括插入件103，其内表面104设有至少一个凹部105。已涂覆的基底通过其耐磨涂层施加在插入件的内表面104上。将模具关闭，并且在一定时间内施加预定的温度和压力，以至少允许耐磨涂层或者甚至在一些情况下还允许基底的一部分采取模具103的凹部的形式。
将至少根据耐磨涂层的热特性和/或厚度来选择温度、压力和时间，以至少允许耐磨涂层或者甚至在一些情况下还允许基底的一部分采取模具103的凹部的形式。理想地，还将考虑基底的热特性。例如，可以将耐磨涂层和相应的基底选择为具有相似的热特性，即相似的玻璃化转变温度或等效温度。或者，如果耐磨涂层和对应的基底具有不同的热特性，例如玻璃化转变温度或等效温度相差10℃以上、优选地20℃或甚至更优选地30℃，则适配耐磨涂层的厚度、凹部的形式和/或压印方法的压力、时间和温度，以便允许至少耐磨涂层或者甚至在一些情况下还允许基底的一部分。
优选地，将根据基底的热特性来选择耐磨涂层的种类和/或其厚度，以允许至少耐磨涂层或甚至在一些情况下也允许基底的一部分采取模具103的凹部的形式。
即使基底和耐磨涂层不是热塑性的，所提供的实验仍表明，它们可以被加热以允许至少耐磨涂层或者甚至在一些情况下也允许基底的一部分采取模具103的凹部的形式。
具体地，对于所示的示例，基底MR8涂覆有3-6μm厚度的秘银HI耐磨涂层；并且如图9所示，加热到约120℃(温度接近秘银HI和MR8基底的玻璃化转变温度)并在预定时间内施加压印力(例如如图9所示，在200s内在2500至3000N之间)。
在对所得的压印的已涂覆的基底106进行冷却之后，获得以下镜片，在该镜片的表面上具有由耐磨涂层107制成并且与凹部105互补的形式的光学元件(参见图13)。
理想情况下，该基底必须具有与插入件相同的半径。
所述基底可以由半成品镜片构成、即至少一个表面(与耐磨涂层相反的那个表面)必须以预定的形式进行加工以定义特定光学设计的镜片，或者由成品镜片构成。基底也可以由功能晶片或膜构成，将其涂覆有耐磨涂层，然后被压印以形成根据本发明的本实施例的光学元件。
图11至图13示出了根据本发明的本实施例的如图9所示的已涂覆的基底(MR8基底和秘银HI涂覆，图13)的热压印的益处，其中与相反地获得的图12所示的光学制品的所得不良限定的光学元件109相比，获得了良好限定(即，具有预定的形式和曲率)的光学元件107，进一步，首先对裸基底110进行压印并限定良好限定的光学元件108(MR8基底，图11)，然后将其涂覆耐磨涂层(秘银HI，图12)，该耐磨涂层通过使表面平滑来减小由基底110的材料构成的光学元件108的曲率。
根据又一个实施例(未示出)，由耐磨材料构成的光学元件可以通过注射获得，方法是将耐磨膜插入注射模具的腔体中，该腔体包括内表面，该内表面至少设有凹部，该凹部具有与要形成的光学元件的形状互补的形状，当将熔融聚合物注射到模具腔体中时，耐磨膜沿着所述内表面推动以匹配凹部的形式。

Claims (14)

1.一种光学制品(1)，包括：
-具有前表面(101)和后表面(102)的基础镜片基底(10)，
-覆盖所述前表面(101)和所述后表面(102)中的至少一个的耐磨涂层(20)，所述耐磨涂层(20)具有与所述基础镜片基底的对接的第一表面(21，22)和与所述第一表面相反的第二表面(22，21)，以及
-从所述耐磨涂层的第一和第二表面之一突出的至少一个光学元件(30)，所述光学元件由适于形成耐磨涂层的材料构成。
2.根据权利要求1的光学制品(1)，其中，由所述耐磨涂层(20)和所述至少一个从其突出的光学元件(30)构成的层的厚度是所述光学元件的最大厚度。
3.根据权利要求1或2所述的光学制品(1)，其中，所述耐磨涂层(20)由与构成所述光学元件(30)的材料相同的材料形成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的光学制品(1)，其中，所述光学元件(30)从所述耐磨涂层(20)的第二表面突出。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的光学制品(1)，其中，所述光学元件(30)从所述耐磨涂层(20)的第一表面朝向所述基础镜片基底(10)突出，并且所述基础镜片基底(10)在与所述耐磨涂层(20)对接的表面中包括至少一个凹部(13)，所述凹部(13)具有与所述光学元件(30)的形状互补的形状，使得每个光学元件被接纳在相应的凹部(13)中。
6.根据权利要求5所述的光学制品(1)，其中，所述光学元件(30)限定了所述光学装置的光焦度的局部变化，形成所述光学元件(30)的材料具有光学指数nM，并且所述基底镜片基底(10)具有形成有每个凹部的至少一个层，所述层由具有光学指数nS的材料制成，使得所述光学指数nM不同于所述光学指数ns。
7.根据权利要求6所述的光学制品，其中，所述基础基底的形成有每个凹部的所述层(14)具有光学指数nSns＜nM，并且所述基础基底进一步包括第二层(15)，所述第二层在与形成有每个凹部(13)的表面相反的表面上组装到所述第一层(14)，所述第二层(15)的折射指数nHI大于所述第一层的折射指数nS。
8.根据权利要求6所述的光学制品(1)，其中，所述基础镜片基底的形成有每个凹部的层的光学指数nS为ns-nM≥0.1，并且所述光学制品进一步包括四分之一波长层(40)，所述四分之一波长层介于所述耐磨涂层(20)与所述基础基底(10)之间。
9.根据前述权利要求中任一项所述的光学制品(1)，其中，所述光学元件选自以下组：
-微镜片，
-菲涅耳结构，
-衍射结构，比如各自限定菲涅耳结构的微镜片
-永久性技术凸起
-相移元件。
10.根据前述权利要求中任一项所述的光学制品(1)，进一步包括在所述耐磨涂层的第二表面上的减反射涂层。
11.根据前述权利要求中任一项所述的光学制品(1)，其中，所述基础镜片基底(10)至少包括平光晶片(11)或具有光焦度的基础镜片(12)。
12.一种用于制造光学制品(1)的方法，包括：
-提供具有前表面(101)和后表面(102)的基础镜片基底(10)，
-在所述基础镜片基底(10)的前表面(101)或后表面(102)上形成耐磨涂层(20)，所述耐磨涂层具有与所述基础镜片基底(10)对接的第一表面(21，22)和与所述第一表面相反的第二表面(22，21)，以及
-形成从所述耐磨涂层(20)的第一和第二表面之一突出的至少一个光学元件(30)，所述光学元件(30)由适于形成耐磨涂层的材料构成。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，通过浸涂或旋涂或喷涂或喷墨或增材制造来在所述基础镜片基底(10)的前表面(101)或后表面(102)上形成所述耐磨涂层，
并且，通过如下方式来进行形成所述至少一个微元件的步骤：通过增材制造、或通过光刻、或通过热压印被耐磨涂层覆盖的基础镜片基底、或通过将熔融聚合物注射在耐磨膜上，以将所述耐磨膜在注塑模具的内表面上推动，所述注塑模具包括至少一个凹部，所述至少一个凹部的形状与要形成的光学元件的形状互补。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述耐磨涂层(20)和所述光学元件(30)由相同的材料构成并且通过模制同时形成。
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