CN113412446A - 光学系统和用于修复光学系统的光学镜片的方法 - Google Patents

光学系统和用于修复光学系统的光学镜片的方法 Download PDF

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Abstract

一种光学系统，包括光学镜片，·‑所述光学镜片包括基材(2)和沿所述基材表面的至少一部分延伸的自修复涂层(3)，所述自修复涂层的玻璃化转变温度等于或大于40℃且等于或小于60℃，并且·‑光学系统包括加热部件(4)，所述加热部件适将所述自修复涂层加热到高于所述自修复涂层的玻璃化转变温度的温度。

Description

光学系统和用于修复光学系统的光学镜片的方法
技术领域
本发明涉及光学系统和用于修复本发明的光学系统的光学镜片的方法。
背景技术
由塑料材料制成的光学元件(包括光学镜片)的开发也需要开发提供良好耐磨性和/或耐划伤性的保护涂层。
在光学领域仍然需要相当多的努力和研究来提高已知的硬质涂层从而使它们在任何时候更耐磨和耐划伤。
一种相当新的并且十分有趣的用于解决有机玻璃的划痕和/或摩擦的方案是用能够自我修复的涂层来保护镜片，即当受到简单的物理处理时，涂层能够完全或部分地恢复到初始的无划痕的状态。
本领域已知的涂层，是聚苯乙烯基树脂或两部分式环氧基树脂，都显示出令人感兴趣的自修复性能。然而，本发明人进行的初步实验测试表明，这些涂层的初始模糊过高和/或耐划伤性非常差。
因此，需要一种包括具有良好自修复特性和良好初始耐划伤性的光学镜片的光学系统以及一种用于修复这种光学系统的光学镜片的方法。
本发明的一个目的是提供这种光学系统和方法。
发明内容
为此，本发明提出一种包括光学镜片的光学系统，
-所述光学镜片包括基材和沿所述基材的表面的至少一部分延伸的自修复涂层，所述自修复涂层的玻璃化转变温度等于或大于40℃且等于或小于60℃，并且
-所述光学系统包括加热部件，所述加热部件适于将所述自修复涂层加热到高于所述自修复涂层的玻璃化转变温度的温度。
有利地，由于玻璃化转变温度足够大于环境温度，自修复涂层具有良好的初始耐划伤性。
有利地，由于加热部件，可以激活自修复涂层的自修复特性。结果，本发明的系统允许以非常简单的方式修复光学镜片。
根据实施例，根据本发明的方法可以进一步包括以下根据任何可能组合的特征中的一个或几个：
-光学系统进一步包括眼镜架；和/或
-所述光学镜片安装在所述眼镜架上；和/或
-所述加热部件布置在所述光学镜片中；和/或
-所述加热部件布置在所述基材与所述自修复涂层之间；和/或
-所述加热部件包括电阻层和适于将电流施加到所述电阻层使得该电阻层通过焦耳效应变热的一对电极；和/或
-所述加热部件布置在所述眼镜架中；和/或
-所述加热部件包括适于通过热传导将热传递到所述自修复涂层的电阻材料和适于将电流施加到所述电阻材料使得所述电阻材料通过焦耳效应变热的一对电极；和/或
-所述光学系统进一步包括适于感测所述光学镜片上的冲击的冲击传感器；和/或
-所述光学系统进一步包括用于激活所述加热部件的激活装置；和/或
-所述光学系统进一步包括被布置用于测量所述自修复涂层的温度的温度传感器；和/或
-所述光学系统进一步包括用于控制所述加热部件的控制装置。
本发明进一步提出了一种用于修复根据本发明的光学系统的光学镜片的方法，所述方法包括：
-使用所述加热部件将所述自修复涂层加热到高于所述自修复涂层的玻璃化转变温度的温度。
自修复涂层可以包括聚氨酯、环氧树脂和形状记忆(共)聚合物当中的材料。自修复涂层可以更具体地是通过固化包含至少一种多官能硫醇和至少一种多官能烯丙基单体的液体单体混合物而获得的聚硫醇-烯基质。
在实施例中，自修复涂层可以由树脂材料组成，比如诺兰产品公司(NorlandProducts Inc)销售的诺兰光学粘合剂(NOA)。当被测试作为眼科镜片上的保护涂层时，这些树脂显示出令人感兴趣的修复水平。
在实施例中，自修复涂层可以包括导电胶体(比如Sb2O5或SnO2)到硫醇-烯树脂中。导电胶体的结合显著提高了自修复涂层的修复水平。导电胶体的量优选0.5％至7％重量的范围内。
在实施例中，自修复涂层可以包含多于一种聚合物。自修复涂层可以附加地包括聚硫醇-烯基质和少量的另一种低聚物或聚合物组分，所述组分与聚硫醇-烯基质共价结合或均匀掺入其中。这种附加的低聚物或聚合物组分必须充分地与液态单体混合物以及固化树脂相容，以预防在不可避免会导致最终涂层过度模糊的固化过程期间或以后的任何相分离。在聚合物基质中的附加的低聚物或者聚合物组分的量优选的不高于30％重量，优选地不高于20％重量，最优选地不高于10％重量。聚合物基质中的附加低聚物或聚合物组分的量优选不小于约0.5％重量。
有利地，由于使用加热部件，自修复涂层的自修复特性被激活。
附图说明
为了更全面理解本文提供的说明和其优点，现在结合附图和详细描述参照以下简要说明，其中相同的附图标记表示相同的部分。
-图1至图7描绘了根据本发明实施例的光学系统的光学镜片的示意性截面图；
-图8描绘了根据本发明的实施例的光学系统；
-图9描绘了根据本发明实施例的光学系统的加热部件以及与所述加热部件相关联的装置的功能图；以及
-图10描绘了根据本发明的实施例的用于修复光学系统的光学镜片的方法。
具体实施方式
在下面的描述中，附图不一定是按比例绘制的，并且为了清楚、简明或者出于信息目的，某些特征可以以概括或示意性形式示出。
另外，尽管在下文详细讨论了制造和使用多个不同实施例，但应理解如本文所述提供了可以在多种环境下实施的许多发明构思。本文讨论的实施例仅仅是代表性的而不限制本发明的范围。对于本领域技术人员来说还显而易见的是，相对于方法限定的所有技术特征可以单独或组合地转置到装置，反之，相对于装置的所有技术特征可以单独或组合地转置到方法。
如图1至图7所示，本发明的目的是一种包括光学镜片1的光学系统。
如图8所示，光学系统可以进一步包括眼镜架8。在实施例中，光学镜片1可以安装在眼镜架8上。
光学系统适用于各种各样的眼睛配戴物，包括但不限于滑雪护目镜、处方护目镜镜片、战术护目镜、头戴式显示器、太阳镜、矫正处方眼镜、潜水镜、工业防护眼睛配戴物(比如安全眼镜)、消防防护眼睛配戴物、焊接防护罩、头盔面罩(例如，用于橄榄球、曲棍球或摩托车头盔)和彩弹面具。虽然主要用于眼睛配戴物，但光学系统也可以用于其他类型的镜片，比如专业级相机或摄像机的镜片。光学系统可以是半定制的或通用的，以配适特定类型的眼睛配戴物；例如，根据本发明的实施例的光学系统被成形为配适在滑雪护目镜的镜架内而不遮蔽护目镜的通风口，而根据本发明的另一个实施例的光学系统被配置为覆盖头盔面罩表面的大部分。
光学系统可以包括无源波导和/或无源全息镜和/或电有源元件，比如液晶单元、电有源波导、电有源全息镜。
如图1至图7所示，光学镜片1包括基材2。
基材2可以由透明材料制成，例如适于眼科镜片的透明材料，包括但不限于玻璃化转变温度高于100℃的热塑性材料，比如聚碳酸酯、热固性树脂，比如
Figure BDA0003193449010000051
基材2具有两个相反的表面：前表面和后表面，后表面是当光学镜片放置在配戴者眼睛前方时旨在最接近配戴者眼睛的表面。
相反的表面中的至少一个是成品的。在本发明的意义上，精加工表面是具有成品光学状态的表面、即具有期望的曲率，并且不再需要表面处理或抛光处理。在这个阶段，然而，一些附加的涂层(底漆涂层、自修复涂层、疏水性和/或疏油性涂层、防雾涂层)可能会被施加在此表面上。
在实施例中，两个相反的表面都是成品的。替代地，相反的表面之一可以是成品的而另一个相反的表面没有期望的曲率，即没有被表面处理。
作为特定实施例，可以获得具有成品光学状态的镜片。
-通过对镜片毛坯进行表面处理和抛光，
-直接通过将镜片浇铸在模具中，该模具的光学模具件具有成品状态，
-直接通过压力注塑成型(热塑性聚合物的情况)在模具中，该模具的光学模具件具有成品状态，
光学镜片1可以具有以下特性中的一个或多个：屈光功能，例如适于配戴者的处方，光吸收功能，例如适于太阳镜片的光吸收功能，蓝光截止功能和/或UV保护功能、偏振功能、光致变色特性。光学镜片1可以是平光镜片，例如平光太阳镜片。上述每一个特性可以由基材2提供，或由沿基材2的前表面或后表面延伸的至少一个特定层，或由基材2和至少一个特定层的组合提供。
如图1至图7所示，光学镜片1包括自修复涂层3。
自修复涂层3沿着基材2的表面的至少一部分延伸。如图1和图2所示，自修复涂层3可以直接设置在基材2的表面上。在实施例中，自修复涂层可以胶粘在基材2的表面上。在实施例中，自修复涂层可以是通过真空沉积(比如溅射法或真空下的物理蒸发或旋涂法或浸涂法)施加在基材2的表面上。浸涂法允许在基材的两面上同时施加自修复涂层。
在实施例中，自修复涂层3的厚度小于4μm，例如小于3μm，比如小于2μm。有利地，自修复涂层3的厚度和重量较光学系统的总厚度和重量可以忽略不计。有利地，最小化自修复涂层3的厚度有助于最小化光学镜片1上的雾度。
在实施例中，自修复涂层3的厚度大于0.1μm，例如大于0.2μm，比如大于0.4μm。有利地，自修复涂层3的重量被最小化，同时保持足够的厚度以通过蠕变修复。
在实施例中，自修复涂层3沿着基材2的前表面的至少一部分延伸。实际上，当光学镜片1放置在配戴者的眼睛之前时，光学镜片1的前表面容易被划伤。
在实施例中，自修复涂层沿着基材2的后表面的至少一部分延伸。实际上，例如在用粗糙的布擦洗的情况下，可能在光学镜片的后表面上意外地形成划痕。
自修复涂层3具有等于或大于40℃的玻璃化转变温度。在实施例中，玻璃化转变温度等于或大于45℃。自修复涂层3具有等于或小于60℃的玻璃化转变温度。在实施例中，玻璃化转变温度等于或小于55℃。
有利地，由于具有等于或大于40℃的玻璃化转变温度，即对于大多数应用而言足够大于环境温度，自修复涂层3具有良好的初始耐划伤性。
有利地，由于自修复涂层3具有等于或小于60℃的玻璃化转变温度，因此可以通过将自修复涂层3加热到其玻璃化转变温度以上来激活自修复特性而不损坏基材2。
在实施例中，自修复涂层3由透明材料制成。
在实施例中，自修复涂层3具有以下特性中的一个或多个：抗静电功能、防污功能、防雾功能、反射功能，例如抗反射特性、光吸收功能，例如蓝光截止和/或UV防护、特定颜色、偏振功能、光学镜片边缘保护功能和光致变色特性。光学镜片边缘保护功能可以包括保护光学镜片1以防冲击、撞击或磨损。光学镜片边缘保护功能可以包括相对于外部环境(比如湿气、溶剂、氧气等)密封光学镜片1的边缘。
如图2所示，自修复涂层3可以在光学镜片1的边缘上延伸以保护光学镜片1的边缘。特别地，自修复涂层3可以在光学镜片1的边缘上延伸，从而在光学镜片1与眼镜架的眼镜架元件之间形成可压缩的缓冲区域。可以在光学镜片1的边缘与在所述边缘上延伸的自修复涂层3的部分之间插入特定的中间密封件。
光学系统包括加热部件4，其适于将自修复涂层3加热到高于自修复涂层3的玻璃化转变温度的温度。加热部件4可以通过热传导和/或热辐射将热量传递到自修复涂层3。
有利地，自修复涂层3的自修复特性可以由于加热部件4而被激活。实际上，自修复涂层3由粘弹性材料制成。换言之，在其玻璃化转变温度以上，自修复涂层在其自重的作用下蠕变，这有效地去除了初始存在于自修复涂层3表面的任何划痕或磨损。
在实施例中，光学系统可以包括多个自修复涂层3。例如，光学系统可以包括两个光学镜片1，每个光学镜片1包括自修复涂层3。光学系统也可以包括光学镜片1，该光学镜片包括基材2、沿着基材2的前表面延伸的第一自修复涂层3和沿着基材2的后表面延伸的第二自修复涂层3。在这种实施例中，光学系统可以包括用于所有自修复涂层的单个共用加热部件4。替代地，光学系统可以包括与自修复涂层3一样多的加热部件4。加热部件4还可能包括对于所有自修复涂层3是常见的一些装置(这将在后面描述)和特定于每个自修复涂层3的一些装置。
如图3至图7所示，加热部件可以布置在光学镜片1中。换言之，加热部件4可以形成光学镜片1的一部分。
如图3至图7所示，加热部件4可以与自修复涂层3直接接触。图3描绘了一个实施例，其中加热部件4布置在基材2与自修复涂层3之间。图4描绘了一个实施例，其中自修复涂层3在基材的表面的第一区上延伸，并且加热部件4在基材的所述表面的第二区上延伸，第二区与第一区相邻。
例如，加热部件4可以胶粘到基材2上。
有利地，加热部件4与自修复涂层3之间的直接接触有利于在自修复涂层3内部获得和保持足以修复自修复涂层3的均匀温度。
如图5所示，加热部件4可以包括电阻层5和一对电极6、7，这对电极适于将电流施加到电阻层5，使得电阻层5通过焦耳效应变热。电阻层5可以与自修复涂层3热接触，使得自修复涂层3可以被电阻层5通过传导加热。
有利地，光学镜片1具有独立的自修复特性。
在实施例中，加热部件4可以至少部分地布置在眼镜架8中。换言之，加热部件4的至少一部分可以并入到眼镜架8中。
在实施例中，整个加热部件4可以布置在如图8所示的眼镜架8中，而光学镜片1可以是不具有加热部件4的标准光学镜片，如图1和图2所示。
如图8所示，加热部件4可以包括适于通过热传导将热传递到自修复涂层3的电阻材料9和适于将电流施加到电阻材料9使得电阻材料9通过焦耳效应变热的一对电极10、11。
如图8和图9所示，光学系统可以包括电源12，该电源适于向这对电极6、7(这对电极适于将电流施加到电阻层5)或这对电极10、11(这对电极适于将电流施加到电阻材料9)提供电力。电源12可以包括任何种类的电能产生装置或电能储存装置，包括但不限于太阳能电池、可抛弃式电池或可再充电电池。在实施例中，电源12形成加热部件4的一部分。电源12可以布置在眼镜架8中。在实施例中，电源12可以是可拆卸的或可更换的。
如图9所示，光学系统可以包括激活装置13和/或控制装置14。
在本发明的意义上，激活装置13是适于激活加热部件4、即打开加热部件4的装置，使得加热部件4开始加热自修复涂层3。
在本发明的意义上，控制装置14是适于控制加热部件4、即调节加热部件4的热输出的装置。
在实施例中，激活装置13和/或控制装置14可以由人(比如光学系统的配戴者或眼保健专业人员)按需操作。在实施例中，激活装置13或控制装置14可以根据一个或多个预定义触发器自动操作。预定义触发器可以例如与电源12(比如电池充电的开始)相关和/或与由传感器感测到的数据相关。在实施例中，加热部件4大部分时间被停用以减少电消耗。在实施例中，加热部件4被周期性地激活，例如每月一次。
如图6至图9所示，光学系统可以包括冲击传感器15。
冲击传感器15适于检测在光学镜片1的表面上的震动或冲击的发生。冲击传感器15可以包括加速度计以用于检测例如光学系统跌落在地面上。冲击传感器15可以包括指示异物接触光学镜片2的可能性的振动检测器。在实施例中，冲击传感器15可以可操作地连接到激活装置13，使得如果冲击传感器15检测到足以损坏光学镜片1的自修复涂层3的震动或冲击力时，可通过激活装置13自动激活加热部件4。
有利地，光学镜片1可以在由于冲击或震动而遭受损坏的情况下自动修复。
替代地或组合地，冲击传感器15可以适于触发已经发生冲击的警告或指示，随后可以手动和/或自动地激活加热部件4。
冲击传感器15可以形成光学镜片1的一部分。在如图6所示的实施例中，冲击传感器15形成沿基材表面的至少一部分延伸的层。
同样，光学系统可以包括力传感器，图中未表示，适于检测易于在自修复涂层3上形成划痕或磨损自修复涂层3的摩擦。力传感器可以可操作地连接到激活装置13以在检测到摩擦时激活加热部件4。
如图7至图9所示，光学系统可以包括温度传感器16。温度传感器16适于感测或确定自修复涂层3中的温度。温度传感器16可以例如包括热电阻和/或IR传感器，和/或半导体传感器。温度传感器16可以是光学镜片1和/或眼镜架8的一部分。
这允许提供达到自修复所需的加热能量，而不会通过在加热阶段监控镜片温度或通过定义取决于环境温度的加热循环而损坏镜片，使得此循环再次确保镜片温度高于自我修复所需的温度，但低于损坏镜片的温度。
有利地，由于温度传感器16，可以准确地控制自修复涂层的温度。
在实施例中，温度传感器16可以可操作地连接到控制装置14，使得加热部件4的热输出可以被调节并且自修复涂层3中的温度被保持在期望值处或附近，该期望值大于自修复涂层的玻璃化转变温度3。
温度传感器16可以形成光学镜片1的一部分。如图7所示，温度传感器16沿着自修复涂层3的表面的至少一部分延伸。
光学系统可以包括存储装置，比如存储器，以存储携带指令的计算机程序，这些指令用于执行根据本发明的用于修复光学镜片1的方法。
光学系统可以包括通信装置，比如天线，以接收来自传感器的数据或接收携带指令的计算机程序，这些指令用于执行根据本发明的用于修复光学镜片1的方法。
如图10所示，本发明进一步提出了一种用于修复根据本发明的光学系统的光学镜片1的方法，该方法包括：
-使用(S1)加热部件4将自修复涂层3加热到高于自修复涂层3的玻璃化转变温度的温度。
有利地，该方法允许激活自修复涂层3的自修复特性。
尽管代表性处理和物品已在本文详细描述，但是本领域技术人员将认识到可以在不脱离由所附权利要求描述和限定的范围下做出各种替代和修改。在权利要求中，词语“包括”并不排除其他要素或步骤，并且不定冠词“一(a)或(an)”并不排除复数。在相互不同的从属权利要求中叙述不同的特征这个单纯的事实并不表示不能有利地使用这些特征的组合。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为限制本发明的范围。

Claims (12)

1.一种光学系统，包括光学镜片，
-所述光学镜片包括基材和沿所述基材的表面的至少一部分延伸的自修复涂层，所述自修复涂层的玻璃化转变温度等于或大于40℃且等于或小于60℃，并且
-所述光学系统包括加热部件，所述加热部件适于将所述自修复涂层加热到高于所述自修复涂层的玻璃化转变温度的温度。
2.根据前一项权利要求所述的光学系统，所述光学系统进一步包括眼镜架和安装在所述眼镜架上的所述光学镜片。
3.根据前述权利要求中任一项所述的光学系统，其中，所述加热部件布置在所述光学镜片中。
4.根据前一项权利要求所述的光学系统，其中，所述加热部件布置在所述基材与所述自修复涂层之间。
5.根据前一项权利要求所述的光学系统，其中，所述加热部件包括电阻层和适于将电流施加到所述电阻层使得所述电阻层通过焦耳效应变热的一对电极。
6.根据前述权利要求中任一项所述的光学系统，其中，所述加热部件布置在所述眼镜架中。
7.根据前述权利要求中任一项所述的光学系统，其中，所述加热部件包括适于通过热传导将热传递到所述自修复涂层的电阻材料和适于将电流施加到所述电阻材料使得所述电阻材料通过焦耳效应变热的一对电极。
8.根据前述权利要求中任一项所述的光学系统，进一步包括冲击传感器，适于感测所述光学镜片上的冲击。
9.根据前述权利要求中任一项所述的光学系统，进一步包括激活装置，用于激活所述加热部件。
10.根据前述权利要求中任一项所述的光学系统，进一步包括温度传感器，被布置用于测量所述自修复涂层的温度。
11.根据前述权利要求中任一项所述的光学系统，进一步包括控制装置，用于控制所述加热部件。
12.一种用于修复根据前述权利要求中任一项所述的光学系统的光学镜片的方法，所述方法包括：
-使用所述加热部件将所述自修复涂层加热到高于所述自修复涂层的玻璃化转变温度的温度。
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