CN115398279A - 用于形成包括微透镜的光学制品的改进方法 - Google Patents

用于形成包括微透镜的光学制品的改进方法 Download PDF

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Abstract

披露了一种用于形成光学制品的方法，包括：提供具有相反的第一光学表面和第二光学表面、以及从第二光学表面突出的至少一个微透镜的基础透镜基材(10)，将基础透镜基材放置在包括第一模具部分(91)和第二模具部分(92)的模具(90)中，使得第一光学表面设置在第一模具部分(91)的成型表面上，并且在第二模具部分的成型表面与第二光学表面之间限定体积，用适合于形成耐磨涂层的可成型材料填充该体积；以及设置可成型材料以在基础透镜基材(10)上形成耐磨涂层(20)，其中，耐磨涂层封装每个微透镜(30)。

Description

用于形成包括微透镜的光学制品的改进方法
技术领域
本发明涉及一种用于形成光学制品的方法，该光学制品包括具有从其表面突出的至少一个微透镜的基础透镜基材，以及封装每个微透镜的硬质涂层覆盖物。
背景技术
比如透镜等光学制品通常包括基础透镜基材，该基础透镜基材被成形以便提供所需的光焦度，以及覆盖基础透镜基材的至少一个表面以防止基础透镜基材被划痕损坏的抗磨损涂层覆盖物。
抗磨损涂层，也称为硬质涂层，根据具有双层结构的最优选的实施例，提供从基础透镜基材到抗磨损涂层的自由曲面的硬度梯度。涂层的上层定义了涂层在其自由曲面处最硬的部分，并且允许防止细粒子和细划痕，而涂层的下层定义了下面没那么硬的部分，可以吸收由较大粒子产生的冲击并且防止形成较大的划痕。它还提供了与基础透镜基材硬度的过渡，以防止在基材与耐磨涂层之间的界面处形成裂缝。
对于许多应用，已发现期望在基础透镜基材上设置多个微透镜，从而提供光学制品的焦度的局部变化。例如，从US 2017/0131567已知了一种透镜，该透镜包括形成在透镜的表面上的多个微透镜，由微透镜提供的焦度的局部变化能够抑制或减慢近视的进展。
从文件WO 2016/168746还已知一种具有第一光焦度的透镜，该透镜包括具有第二光焦度的微透镜阵列，即使透镜的曲率是有限的，这些微透镜也允许增加由透镜提供的矫正，或者允许形成具有不同光焦度的大面积的多焦点透镜，同时不展现出在微尺度上可见的尖锐台阶。
参考图1a和图1b，具有带有耐磨涂层的微透镜的透镜的覆盖物改变了微透镜的焦度，因此降低或影响了微透镜提供的效果。实际上，微透镜的厚度通常约为1μm至2μm，而耐磨涂层的典型厚度约为3μm。因此，当包括比如微透镜等突出元件的表面被耐磨涂层覆盖(典型地通过浸渍施加)时，耐磨涂层的自由曲面与其所覆盖的透镜的曲率并不完全相同。相反，突出元件的存在导致所述自由曲面展现出表面的局部变形。
如图1b所示，入射在一个这种变形上的光线在进入耐磨涂层时会发生第一次折射，并在与基础透镜基材的微透镜的界面处发生第二次折射，因此与没有耐磨涂层时的路径相比，光线的路径会发生变化(图1a)。这改变了微透镜的焦度。已经测量到，当微透镜覆盖有耐磨涂层时，微透镜的焦度P会降低到约P-0.8屈光度至P-1.3屈光度的焦度P’。
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透镜焦度的这种变化。然而，已经测量到，由于覆盖有此涂层的微透镜的局部焦度P'约为P-0.5(P是没有涂层的微透镜的初始焦度)，因此仍然存在焦度的变化。此外，涂层的防划伤性能大大降低，因此此解决方案不能令人满意。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的缺陷提供一种解决方案。
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透镜基材、保护所述基材的耐磨涂层、以及至少一个微透镜，其中，耐磨涂层不降低或不抑制微透镜的光学效果。
上述目的通过独立权利要求中描述的特征的组合来实现，并且从属权利要求提供了本发明的特定有利示例。
披露了一种用于形成光学制品的方法，该方法包括：
-提供具有相反的第一光学表面和第二光学表面、以及从第二光学表面突出的至少一个微透镜的基础透镜基材，
-将基础透镜基材放置在包括第一模具部分和第二模具部分的模具中，使得第一光学表面设置在第一模具部分的成型表面上，并且在第二模具部分的成型表面与第二光学表面之间限定体积。
-用适合于形成耐磨涂层的可成型材料填充该体积；以及
-设置可成型材料以在基础透镜基材上形成耐磨涂层，其中，耐磨涂层封装每个微透镜。
在实施例中，第二模具部分的成型表面具有与基础透镜基材的第二光学表面的基弧相同的基弧。
在实施例中，设置适合于形成耐磨涂层的材料的步骤通过UV固化或热固化或两者的组合来执行。
在实施例中，用可成型材料填充体积包括注射可成型材料以填充体积、或将处于可延展状态的可成型材料插入体积中、并使模具闭合以对可成型材料施加压力，以便可成型材料散布在基础透镜基材上。
在实施例中，可成型材料的折射率nc低于形成微透镜的材料的折射率nm，并且可成型材料的折射率nm与形成微透镜的材料的折射率nc之间的差异可以大于或等于0.1。
在其他实施例中，可成型材料的光学折射率nc可以大于形成微透镜的材料的光学折射率nm。
在实施例中，该方法可以进一步包括在耐磨涂层上沉积至少一个附加涂层，所述附加涂层包括聚氨酯涂层、抗反射涂层、光致变色涂层、防污涂层、防雾涂层、可着色涂层、自修复涂层、防雨涂层、防静电涂层、抗UV涂层或抗蓝光涂层。
在实施例中，基础透镜基材可以是半成品透镜，并且该方法然后进一步包括对所获得的涂覆后的透镜进行表面处理和/或修整。
在实施例中，耐磨涂层具有与基础透镜基材接触的第一表面和与第一表面相反的第二表面，并且基础透镜基材的每个微透镜是凸面的，耐磨涂层的第一表面是凹面的，并且耐磨涂层的第二表面是凸面的。
在实施例中，提供基础透镜基材包括：
-将主模具的第一主模具部分和第二主模具部分从打开位置移动到闭合位置，在闭合位置，主模具部分协作以限定第一模腔，每个主模具部分限定一个成型表面；
-将第一可成型材料引入第一模腔中；
-设置第一可成型材料以形成具有相反的第一光学表面和第二光学表面的基础透镜基材，其中，第二主模具部分的成型表面限定至少一个凹槽，凹槽适合于形成从其第二光学表面突出的至少一个微透镜。
还披露了一种光学制品，包括：
-基础透镜基材，具有两个相反的主表面，基础透镜基材包括从主表面之一突出的至少一个微透镜，以及
-耐磨涂层，至少覆盖微透镜从其突出的主表面，使得耐磨涂层封装每个微透镜，
其中，光学制品是通过实现根据上述描述的方法获得的。
在实施例中，耐磨涂层的厚度在突出的微透镜处最小。耐磨涂层在突出的微透镜处的最小厚度可以低于或等于2μm，优选地包括在1与2μm之间。
在实施例中，每个突出的微透镜的沿垂直于承载微透镜的表面的方向测量的尺寸小于0.1mm，优选地包括在10μm与20μm之间。
根据本披露内容的实施例的用于形成光学制品的方法包括将耐磨涂层成型在至少包括突出的微透镜的光学构件上，使得耐磨涂层封装每个微透镜。
由于耐磨涂层是通过成型而不是浸渍形成的，因此允许控制耐磨涂层的形状，使得其自由曲面与其覆盖的基础透镜基材的表面完全相同，并具有相同的基弧。因此，每个微透镜的形状及其光焦度不会受到涂层的影响，因此不会发生之前披露的与涂层的沉积有关的不利影响。
在实施例中，选择分别形成耐磨涂层和微透镜的材料以提供至少0.1的折射率差距，耐磨材料的折射率低于形成微透镜的材料的折射率。此折射率差距允许在不增加微透镜的最大高度的情况下获得微透镜的所需光焦度，即将微透镜的高度保持在2μm以下、优选地在1μm与2μm之间。
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考以下简要说明，其中相同的附图标记代表相同的部分。
图1a和图1b(已经描述)描绘了覆盖包括微透镜的基材的耐磨涂层对入射光线路径的影响。
图2a和图2b示意性地示出了通过实现该制造方法获得的光学制品的示例。
图3a至图3e示意性地示出了根据一个实施例的用于制造光学制品的方法的主要步骤。
具体实施方式
包括微透镜的光学制品
参考图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包括基础透镜基材10和覆盖基础透镜基材10的主表面的耐磨涂层20。
基础透镜基材10可以包括单层或者可以由层压件形成。基础透镜基材10优选地包括至少一个平光薄片11、或提供光焦度的基础透镜12、或以上两者，即，包括提供光焦度的基础透镜12和与基础透镜12互补、具有如下所述的光学功能的薄片11。在图2a所示的示例中，基础透镜基材10包括平光薄片11和基础透镜12。在图2b所示的示例中，基础透镜基材10仅包括基础透镜12。
平光薄片11没有光焦度，因此不向配戴者提供矫正，但充当其他层的机械支撑件，并且可选地还为成品光学制品提供一种或多种功能特性，比如在以下光学功能中的至少一个：
-振幅滤波功能，
-光谱滤波功能(比如像短通或长通等边缘通，或带通滤波，或特定颜色的滤波，例如通过着色，或结合光致变色或电致变色功能、UV吸收、镜面等)，
-偏振功能。
平光薄片11是指由单个膜层形成的膜结构或由彼此附接的多个膜层形成的膜层压结构。更精确地，平光薄片11可以由一个或多个眼科级功能膜(具有例如偏振或光致变色特性)形成，可选地在眼科级功能膜的一侧或两侧上具有眼科级保护膜。
平光薄片11的厚度可以在20微米到700微米、优选地30μm到600μm的范围内。如果有的话，(多个)保护层可以具有约50μm的厚度。
用于形成平光薄片(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)或基于纤维素酰化物的材料，例如纤维素二乙酸酯和纤维素三乙酸酯(TAC)。其他可用的薄片材料可以包括聚碳酸酯、聚砜、醋酸丁酸纤维素(CAB)或环状烯烃共聚物(COC)、聚丙烯酸酯、聚酯、聚苯乙烯、丙烯酸酯和苯乙烯的共聚物以及聚(乙烯醇)(PVA)。例如，基于聚碳酸酯的材料包括聚双酚A碳酸酯；均聚碳酸酯如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、它们相互的共聚聚碳酸酯和与双酚A的共聚聚碳酸酯。
基础透镜12可以形成在有机眼镜片中，例如由热塑性塑料或热固性塑料制成。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，比如乙烯/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 BDA0003888272220000061
)；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)聚合物旨在是指共聚物或聚合物。如本文中所使用的，(甲基)丙烯酸酯旨在是指丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯。
适合在本发明中使用的基材的示例包括从
Figure BDA0003888272220000071
Figure BDA0003888272220000072
和
Figure BDA0003888272220000073
树脂(热固性聚硫氨酯树脂)获得的基材。基于聚硫氨酯树脂的各种基材由三井东压化学公司(Mitsui Toatsu Chemicals)销售，这些基材以及用于制备它们的单体尤其在美国专利号4,689,387、美国专利号4,775,733、美国专利号5,059,673、美国专利号5,087,758和美国专利号5,191,055中进行了描述。
基础透镜12被优选地成形为提供适用于矫正配戴者屈光不正(例如近视或远视)的光焦度。基础透镜12可以是单焦点或多焦点的，比如多焦点渐进式透镜。
除了基础透镜12和/或平光薄片11之外，基础基材10还可以包括其他层，比如基础透镜12的前表面上的光致变色
Figure BDA0003888272220000074
层或任何附加层，这些附加层可以沉积在基础透镜或平光薄片上并具有光学功能，使得：
-振幅滤波功能，
-光谱滤波功能(比如像短通或长通等边缘通，或带通滤波，或特定颜色的滤波，例如通过着色，或结合光致变色或电致变色功能、UV吸收、镜面等)，
-偏振功能。
基础透镜12也可以是半成品透镜，这意味着其不提供要由半成品透镜制造的透镜的最终焦度，也称为目标焦度。半成品透镜可以提供的焦度不是目标焦度，所述目标焦度是通过稍后对半成品透镜进行表面处理而获得的。
基础透镜12也可以是未修整的透镜，这意味着其周边形状尚未调整为随后其将插入的镜架的形状。
如图2a和图2b所示，基础透镜基材10包括两个相反的主表面，这些主表面包括后表面101和前表面102。在图2a的示例中，基础透镜基材10的前表面102由平光薄片11的前表面形成，而在图2b的示例中，基础透镜表面10的前表面102由透镜12的前表面形成。
光学制品1进一步包括从基础透镜基材10的主表面之一突出的至少一个微透镜30。在优选实施例中，每个微透镜30从基础透镜基材10的前表面102突出。
“突出”是指每个微透镜从基础透镜基材10的表面向外突起，即远离所述基材。因此，每个微透镜都是凸形的。
在一个实施例中，每个微透镜30由与基础透镜基材10相同的材料形成并且可以与基础透镜基材一体形成。如果基础透镜基材10是层压件，则每个微透镜30可以由与其突出的层相同的材料形成。
在下文中，微透镜是引起光学装置的光焦度局部变化的微尺度的离散光学元件。
在一个实施例中，微透镜被配置为使得至少沿着透镜的一个区段，微透镜的平均球镜从所述区段的一点朝向所述区段的周边增大。
根据一个实施例，光学元件可以被进一步配置为使得至少沿着透镜的一个区段，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一点(例如，与平均球镜相同的点)朝向所述区段的周边部分增大。
微透镜可以是球面、复曲面或具有非球面形状。微透镜可以具有单个焦点、柱镜度或非焦点。在优选实施例中，微透镜可以用于防止近视或远视的进展。在此情况下，基础透镜基材包括提供用于矫正近视或远视的光焦度的基础透镜12，并且分别地，如果配戴者近视，则微透镜可以提供大于基础透镜12的光焦度的光焦度，或者如果配戴者远视，则微透镜可以提供小于基础透镜12的光焦度的光焦度。
在本披露内容的意义上，“微透镜”具有可内接在直径大于或等于0.8mm且小于或等于3.0mm的圆内的外形形状。
例如，微透镜可以沿着以屈光区域的光学中心为中心的圆规则地分布。
可以基于人的视网膜的形状来调整不同微透镜的平均柱镜。
屈光区域可以包括视远参考点、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进式多焦点透镜设计，其适于人的处方或适于减慢配戴该透镜元件的人的眼睛的屈光异常的进展。
子午线对应于主注视方向与透镜表面的交点的轨迹。
优选地，根据这种实施例，光学元件被配置为使得在标准配戴条件下沿着透镜的任何水平区段，当配戴者配戴时，微透镜的平均球镜和/或柱镜从所述水平区段与子午线的交点朝向透镜的周边部分增大。
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。
微透镜中的至少一个具有一种光学功能，当在标准配戴条件下配戴透镜元件时，该光学功能不将图像聚焦在人眼的视网膜上。
有利地，微透镜的这种光学功能与具有至少一个与处方的光学焦度不同的光学焦度的屈光区域相组合，从而允许减慢配戴透镜元件的人的眼睛的异常屈光的进展。
微透镜可以是不连续的。
在本披露内容的意义上，如果对于连接两个微透镜的所有路径，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，则这两个微透镜是不连续的。
当两个微透镜在球面表面上时，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，则这两个微透镜是不连续的。
根据一个实施例，微透镜中的至少一个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％、例如所有的微透镜具有将图像聚焦在除视网膜之外的位置上的光学功能。
根据一个实施例，微透镜中的至少一个具有非球面光学功能。
优选地，至少50％、例如至少80％、例如所有的微透镜具有非球面光学功能。
在本披露内容的意义上，“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微透镜是透明的。
可以将这些微透镜添加到定义的阵列上，像圆形、正方形或六边形或随机或其他。
微透镜可以覆盖透镜元件的特定区，像在中心或任何其他区域。
可以根据基础透镜基材的区来调整光学元件密度或焦度量。典型地，微透镜可以定位于基础透镜基材的周边，以便增加光学元件对近视控制的作用，从而补偿由于例如视网膜的周边形状引起的周边散焦。
根据一个实施例，至少一个、例如所有的微透镜的形状被配置为在人眼的视网膜前方形成焦散面。换言之，这种微透镜被配置为使得通过所述微透镜的光通量集中的每个截面平面(如果有的话)位于人眼的视网膜前方，或者以点状的方式在平面中或者从不以点状的方式没有在这些截面平面中。
根据本披露内容的实施例，至少一个、例如所有的具有非球面光学功能的微透镜是多焦点屈光微透镜。
在本披露内容的意义上，微透镜是“多焦点屈光微透镜”，包括双焦点(具有两个焦度)、三焦点(具有三个焦度)、渐进式多焦点透镜，具有连续变化的焦度，例如非球面渐进表面透镜。
根据一个实施例，至少一个多焦点屈光微透镜具有复曲面。复曲面是旋转表面，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。
复曲面透镜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。
复曲面透镜的复曲面和球面部件产生像散光束，而不是单点焦点。
根据本披露内容的实施例，光学元件的至少一个、例如所有的具有非球面光学功能的微透镜是复曲面屈光微透镜。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)的复曲面屈光微透镜。
作为具体实施例，复曲面屈光微透镜可以是纯柱镜，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。
根据一个实施例，至少一个、例如所有的微透镜具有带有高阶光学像差的光学功能。例如，微透镜由泽尼克多项式定义的连续表面构成。
每个微透镜可以具有最大高度，例如沿垂直于其突出的表面的方向测量的最大高度，该最大高度小于或等于0.1毫米(mm)，比如小于或等于或在100微米(μm)、90μm、80μm、70μm、60μm、50μm、40μm、30μm、20μm、10μm、5μm、1μm中的任意两个之间或更小。在实施例中，如下所述，每个微透镜具有优选地包括在1μm与20μm之间的最大高度，例如等于11μm或15μm。每个微透镜的直径可以分别小于或等于2.0mm，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。例如，直径可以在2.0mm与0.5mm之间，例如约1.1mm。
回到图2a和图2b，可以注意到，承载微透镜30的基础透镜基材的表面(典型地是前表面102)是凸面的并且由两种外表面形成：第一外表面是每个光学元件的外表面，包括由于微透镜的形状引起的局部曲率变化，而第二外表面是基础透镜基材的设置在微透镜之间的表面，其展现出更小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，由微透镜的局部曲率变化引起的差异是至少1D。
因此，基础透镜基材在微透镜处的平均厚度大于远离微透镜处的厚度，并且在微透镜的最大厚度点处达到基材的最大厚度。
耐磨涂层20具有保护基础透镜基材10免受划痕和磨损的作用。耐磨涂层通常也称为硬质涂层或HC。
耐磨涂层可以是在眼科透镜领域中常规用作耐磨涂层的任何层，并且其可以铸造或用于压涂工艺中。
硬质耐磨和/或耐刮伤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。还优选添加一种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中描述的涂层。
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中披露的组合物。它包括一种环氧基三烷氧基硅烷和二烷基二烷氧基硅烷水解产物、胶体硅石、和催化量的铝基固化催化剂，如乙酰基丙酮酸铝，剩余物基本上由常规用于配制这类组合物的溶剂组成。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。
耐磨涂层也可以由可交联的热固性材料或复合材料形成。
耐磨涂层20可以是双层结构，该双层结构形成从基础透镜基材10到耐磨涂层的自由曲面的硬度梯度。涂层的上层定义了涂层在其自由曲面处最硬的部分，并且可以防止细粒子和细划痕，而涂层的下层定义了下面没那么硬的部分，能够吸收由较大粒子产生的冲击并且防止形成较大的划痕。
硬质涂层的这种双层结构可以是文件EP 2092377中披露的结构之一，该文件通过援引并入本文。
在文件US 2007238804中找到适合于形成耐磨涂层的材料的组合物。
在实施例中，可以使用与包覆成型更相容的耐磨涂层的非标准配方。这种配方不含溶剂且不基于缩合反应(比如用于形成硅氧烷的水解硅烷)。因此，这种配方可以基于加成反应，比如丙烯酸树脂的光聚合或热聚合，像由MYPolymers公司销售的材料MY-146-R2的情况。
耐磨涂层20覆盖每个微透镜30从其突出的基础透镜基材10的表面，使得每个微透镜被耐磨涂层20完全封装。因此，耐磨涂层20具有第一表面22以及与第一表面相反的第二表面21，该第一表面与基础透镜基材10和从其突出的每个微透镜接触。在实施例中，并且如图2a和图2b所示，耐磨涂层30覆盖基础透镜基材的前表面102。在那种情况下，涂层20与基础透镜基材10之间的界面因此由涂层20的后表面22和基础透镜基材的前表面102形成。
耐磨涂层的在与基础透镜基材的界面处的表面是凹面的。另一方面，由于如将在下文中更详细地披露的耐磨涂层的制造方法，耐磨涂层的第二表面(其是涂层20的自由曲面)是凸面的且光滑的，并且展现出与基材透镜基材10的承载微透镜的表面的基弧相同的基弧。
由于耐磨涂层完全封装微透镜，它展现出最大厚度，该最大厚度是沿垂直于承载微透镜30的基础透镜基材10的表面的方向测量的，该最大厚度大于从所述表面测量的微透镜的最大高度。耐磨涂层的最大厚度可以小于或等于或在200微米(μm)、150μm、100μm、90μm、80μm、70μm、60μm、50μm、40μm、30μm、20μm、10μm中的任意两个之间、或更小，同时大于微透镜的最大高度。此外，耐磨涂层的最小厚度是在微透镜处测量的，更具体地在微透镜的最大高度点处测量的。此时，在微透镜的最大高度点处并从该点测量的耐磨涂层的最小厚度点可以低于或等于在该点处的微透镜的高度，并且低于或等于10μm的高度，以最高者为准，优选地低于或等于微透镜高度的三分之二或甚至一半，优选地低于或等于2μm，例如包括在1μm与5μm之间。
而且，形成(多个)微透镜30的材料和形成耐磨涂层20的材料的折射率不同，以便允许发生由微透镜引起的局部焦度的变化。
根据一个实施例，形成耐磨涂层的材料的折射率nc低于形成微透镜的材料的折射率nm。在实施例中，形成耐磨涂层的材料的折射率nc低于折射率nm，使得差异nm-nc大于0.09，优选地大于0.1、0.3或甚至大于0.5。实际上，对于给定直径和给定所需光焦度的微透镜，添加耐磨涂层往往会增加实现所述光焦度所需的微透镜的最大高度。另一方面，形成耐磨涂层的材料与形成(多个)微透镜的材料之间的折射率的差异越大，所述所需的最大高度越低，进而，基础透镜基材及其微透镜的制造越容易。
给出了包括直径为1.12mm的突出的微透镜的基础透镜基材的非限制性示例，其中形成微透镜的材料是聚碳酸酯。为了在没有耐磨覆盖物的基础透镜基材上实现3.5dp的焦度，空气与聚碳酸酯之间的折射率差距是0.591，微透镜的最大高度是0.93。为了实现同样的焦度，对于由折射率为1.52的材料制成的耐磨涂层，涂层与微透镜之间的折射率差距是0.071，微透镜的最大高度提高到7.73μm。在一些情况中，对于约5dp的微透镜，折射率差距是0.071，可能需要高度约为11到15μm的微透镜。
根据另一个示例性实施例，形成微透镜的材料可以被选择为具有1.591的折射率的双酚-A-聚碳酸酯。形成耐磨涂层的材料可以是不含溶剂的可交联热固性材料，比如由MYPolymers公司销售的参考MY-146-R2。其折射率约是1.465，这提供了约0.126的折射率差异。
形成耐磨涂层并具有1.49的折射率(因此能够提供大于0.1的折射率差距)的另一种材料可以是专利EP 0614957的示例3的组合物，该示例通过援引并入并且在所述专利中叙述如下：“将80份0.1N盐酸逐滴加入到含有224份GLYMO和120份DMDES的溶液中。水解溶液在室温搅拌24小时，然后加入718份甲醇中的30％胶体二氧化硅、15份乙酰丙酮铝和44份乙基溶纤剂。加入少量表面活性剂。组合物的TDC约为水解DMDES的固体物质的13％。”GLYMO在所述专利中被定义为g-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷。DMDES在所述专利中被定义为二甲基二乙氧基硅烷。TDC表示理论干含量。所获得的总干含量是约组合物的35％。
还可以选择以下示例来实现耐磨涂层。
涂层示例1：
硬质涂层具有1.47的折射率并且是包含丙烯酸单体和二氧化硅纳米粒子的纳米复合光固化硬质涂层。
将乙烯基三甲氧基硅烷(32.1g)加入到在不透UV的瓶中的三羟甲基丙烷三缩水甘油醚(20.1g)、1,6-己二醇二丙烯酸酯(8.3g)和二季戊四醇六丙烯酸酯(20.8g)中。搅拌此混合物直至均匀。接下来，UVI-6976(六氟锑酸三芳基锍，0.8g))、UVI-6992(六氟磷酸三芳基锍，0.3g)、Darocur 1173(2-羟基-2-甲基苯丙酮，1.6g)和Irgacure 819(苯基双2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧化膦，0.4g)与表面活性剂EB-1360(0.8g)和FC4434(0.6g)一起被加入。再次混合该混合物直至均匀。最后加入Nanocryl C-150(分散在三羟甲基丙烷三丙烯酸酯-TMPTA中的50％纳米二氧化硅，10.3g)，并且在过滤之前允许涂层混合过夜。然后涂层准备好进行涂覆和UV固化。
UV固化之后涂层的折射率是～1.47。
涂层示例2：
具有微结构的透镜由PC制成，并且具有1.595的折射率。
硬质涂层具有1.40或更低的折射率并且是纳米复合光固化硬质涂层，该纳米复合光固化硬质涂层包含丙烯酸单体和中空二氧化硅纳米粒子，比如Thrulya(由JGC C&C生产的胶体中空二氧化硅纳米粒子)。
为了使高浓度的中空二氧化硅纳米粒子分散在可UV固化单体中，使用偶联剂3-三甲氧基甲硅烷基丙基丙烯酸酯来改性无机纳米粒子的表面。将平均粒径为45nm的中空二氧化硅纳米粒子(来自JGC)分散在水中。将硅烷偶联剂加入到分散体中，混合物在回流下加热4小时。然后将表面改性的纳米粒子分散在1-甲氧基-2-丙醇中(通过离心作用)。
将分散在1-甲氧基-2-丙醇中的表面改性的中空二氧化硅纳米粒子与UV固化单体1,6-己二醇二丙烯酸酯混合。光引发剂Irgacure 907的加入量为5％wt(单体代表95％wt)。
在沉积之后(通过前述实施例中描述的工艺之一)，涂层在80℃加热2分钟，然后UV固化5秒至60秒(取决于厚度)。
改性的中空二氧化硅纳米粒子在最终涂层中占60％wt。涂层的折射率(在633nm处)是1.38。
涂层示例3：
该配方类似于示例2中的配方，但表面改性的中空二氧化硅纳米粒子在最终涂层中占40％wt。折射率(在633nm处)是1.43。
耐磨涂层可以包含被选择以降低折射率的粒子，比如纳米粒子。因此，可以添加折射率范围从1.4至1.5的二氧化硅粒子，以降低天然折射率约为1.49的耐磨涂层的折射率；一个示例可以是Nanocryl C-150(分散在三羟甲基丙烷三丙烯酸酯-TMPTA中的50％纳米二氧化硅。在保持耐磨特性的同时进一步降低硬质涂层的折射率的另一种可能性是引入中空纳米粒子，比如中空二氧化硅纳米粒子，已知其折射率范围是1.04至1.4，这取决于制造工艺；相容的中空二氧化硅纳米粒子的一个示例可以是Thrulya，由JGC&C生产的胶体中空二氧化硅纳米粒子。替代地，二氧化硅和中空二氧化硅纳米粒子可以组合使用。因此，可以达到折射率低于1.4的硬质涂层。
在另一个实施例中，折射率nc也可以大于光学元件的折射率nm。
在这两种情况下，耐磨涂层20与微透镜30之间的折射率差异可以在耐磨涂层与承载微透镜的表面之间的界面处引起反射。然后，光学制品1优选地在基础透镜基材10与光学元件30之间的界面处包括四分之一波层40，适用于减少反射量。例如可以使用具有折射率RI＝(nc.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，参考图2b，光学制品1可以在其前表面和后表面中的每个上包括一个或多个涂层。例如，耐磨层的前表面可以覆盖有至少一个附加涂层50，包括以下中的一个或多个：聚氨酯涂层、抗反射涂层、光致变色涂层、防污涂层、防雾涂层、可着色涂层、自修复涂层、防雨涂层、抗静电涂层、抗UV涂层或抗蓝光涂层。
光学制品的制造方法
参考图3a至图3e，现在将披露一种用于形成上述光学制品的方法。
该方法包括提供100具有第一表面101和第二表面102、以及在其表面之一上、优选在其前表面上承载从所述表面突出的至少一个微透镜30的基础透镜基材10。
具有至少一个突出的微透镜的基础透镜基材10可以通过注塑成型获得，如图2a所示。
在那种情况下，相同的材料用于形成基础透镜基材10，或形成基础透镜基材的承载微透镜30的至少一层以及微透镜30。因此，所述成型包括提供包括第一主模具部分81和第二主模具部分82的主模具80，其中第一和第二主模具部分中的每一个都定义成型表面81'、82'。如图3a中可见，第一主模具部分81展现出成型表面，该成型表面对应于基础透镜基材的没有微透镜的相反表面之一。成型表面因此具有与基础透镜基材的所述表面的基弧相等的基弧。
第二主模具部分82展现出定义至少一个凹槽83的成型表面82'，这将允许通过成型互补形状的微透镜来形成。
因此，基础透镜基材的成型步骤包括将主模具的第一主模具部分和第二主模具部分从打开位置移动到闭合位置，在该闭合位置，这些主模具部分协作以限定第一模腔，将可成型材料引入第一模腔中，其中可成型材料适合于形成基础透镜基材和光学元件。
然后，成型步骤包括设置可成型材料以形成具有相反的第一主表面和第二主表面的基础透镜基材10，这些主表面对应于主模具部分的成型表面81'、82'，其中由第二主模具部分的成型表面限定的每个凹槽83形成从基材透镜基材的表面突出的微透镜30。
根据另一个实施例，可以形成没有任何突出的微透镜30的基础透镜基材10，并且每个光学元件30可以例如通过增材制造形成在基础透镜基材的一个表面上，优选地形成在前表面上。根据又一个实施例，包括微透镜的基础透镜基材可以通过直接机加工获得。
用于形成光学制品1的方法然后包括将耐磨涂层成型在承载光学元件的基础透镜基材的表面上使得耐磨涂层封装所述光学元件200。此成型步骤可以通过铸造或压涂来执行。
在任何情况下，参考图2b，此成型步骤包括将包括突出的光学元件的基础透镜基材放置210在第二模具90中，该第二模具包括第一模具部分91和第二模具部分92，使得基础透镜基材10的没有微透镜的表面设置在第一模具部分91的成型表面91'上，并且在第二模具部分92的成型表面92'与基础透镜基材的承载微透镜的表面之间限定了体积V。第二模具部分92具有与基础透镜基材10的承载微透镜的主表面相同的基弧。如果基础透镜基材10是通过成型获得的，基础透镜基材也是与第二主模具部分82的基弧相同的基弧。第一模具部分91具有与基础透镜的没有微透镜的表面相同的基弧，或者如果基础透镜基材10是通过成型获得的，则其也是与第一主模具部分81的基弧相同的基弧。
然后用适合于形成耐磨涂层的可成型材料M(参见上面详述的列表)填充220该体积。在通过铸造形成涂层的实施例中，在第二模具部分的成型表面与基础透镜基材的承载光学元件的表面之间限定的体积对应于耐磨涂层在成型后占据的体积。在那种情况下，注入可成型材料以填充该体积。
在通过压涂形成涂层的实施例中，并且示意性地示出在图3c中，模具中的体积V略大于耐磨涂层在成型后占据的体积。在那种情况下，可成型材料以可延展状态插入到体积V中，并沉积在包括基础透镜基材的微透镜的表面上。然后关闭第二模具90，从而逐渐在材料M上施加压力，以便使压力散布在基础透镜基材的表面上，使得在材料与承载微透镜30的基础透镜基材10之间形成紧密接触，直到可成型材料封装光学元件为止。进一步，在压涂的情况下，也可以将第一模具部91替换为保持基础透镜基材10的保持支架。
在任何情况下，耐磨涂层的成型然后包括设置300形成耐磨涂层的可成型材料以便形成所述涂层20。此设置步骤(图3d示意性地示出)可以通过UV或热固化、或两者的组合来执行。根据以上披露的实施例，其中基础透镜基材可以由双酚-A-聚碳酸酯制成并且形成耐磨涂层的材料可以由可交联的热固性材料制成，固化可以是UV固化，其中UV源调谐以确保1200mJ/cm2至1300mJ/cm2的剂量。
然后取出模具，如图3e所示，露出具有耐磨涂层20的光学制品1，该耐磨涂层具有基础透镜基材的承载微透镜的主表面的基弧的平滑表面。
在实施例中，用于制造光学制品的方法可以进一步包括附加步骤(未示出)，比如在耐磨涂层上、并且可能在基础透镜基材10的没有微透镜的主表面上沉积至少一个附加涂层，所述附加涂层包括聚氨酯涂层、抗反射涂层、光致变色涂层、防污涂层、防雾涂层、可着色涂层、自修复涂层、防雨涂层、防静电涂层、抗UV涂层或抗蓝光涂层。基础透镜基材的没有微透镜的主表面也可以涂布有耐磨涂层。如果基础透镜基材10是或包括半成品透镜，则该方法可以进一步包括精加工步骤，包括对半成品透镜进行表面处理以获得所需的目标焦度，和/或修整所获得的透镜。

Claims (15)

1.一种用于形成光学制品(1)的方法，所述方法包括：
提供(100)具有相反的第一光学表面(101)和第二光学表面(102)、以及从所述第二光学表面(102)突出的至少一个微透镜(30)的基础透镜基材(10)，
将所述基础透镜基材(10)放置(210)在包括第一模具部分(91)和第二模具部分(92)的模具(90)中，使得所述第一光学表面(101)设置在所述第一模具部分(91)的成型表面(91')上，并且在所述第二模具部分(92)的成型表面(92')与所述第二光学表面(102)之间限定体积(V)，
用适合于形成耐磨涂层的可成型材料(M)填充(220)所述体积(V)；以及
设置(300)所述可成型材料以在所述基础透镜基材(10)上形成耐磨涂层(20)，其中，所述耐磨涂层(20)封装每个微透镜(30)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二模具部分(92)的成型表面(92')具有与所述基础透镜基材(10)的第二光学表面(102)的基弧相同的基弧。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述设置适合于形成耐磨涂层的材料的步骤通过UV固化或热固化或两者的组合来执行。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，用可成型材料所述填充体积包括注射所述可成型材料以填充所述体积、或将处于可延展状态的所述可成型材料插入所述体积中、并使所述模具闭合以对所述可成型材料施加压力，以便所述可成型材料散布在所述基础透镜基材上。
5.根据权利要求1至4所述的方法，其中，所述可成型材料的折射率nc低于形成所述微透镜的材料的折射率nm。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述可成型材料的折射率nm与形成所述微透镜的材料的折射率nc之间的差异大于或等于0.1。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述可成型材料的光学折射率nc大于形成所述微透镜的材料的光学折射率nm。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，进一步包括在所述耐磨涂层(20)上沉积至少一个附加涂层(50)，所述附加涂层包括聚氨酯涂层、抗反射涂层、光致变色涂层、防污涂层、防雾涂层、可着色涂层、自修复涂层、防雨涂层、防静电涂层、抗UV涂层或抗蓝光涂层。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述基础透镜基材(10)是半成品透镜，并且所述方法进一步包括对获得的涂布后的透镜进行表面处理和/或修整。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述耐磨涂层(20)具有与所述基础透镜基材接触的第一表面(22)和与所述第一表面相反的第二表面(21)，其中，所述基础透镜基材的每个微透镜(30)是凸面的，所述耐磨涂层的第一表面(22)是凹面的，并且所述耐磨涂层的第二表面(21)是凸面的。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，提供所述基础透镜基材(10)包括：
将主模具(80)的第一和第二主模具部分(81，82)从打开位置移动到闭合位置，在所述闭合位置，所述主模具部分协作以限定第一模腔，每个所述主模具部分限定一个成型表面；
将第一可成型材料引入所述第一模腔中；
设置所述第一可成型材料以形成具有所述相反的第一光学表面和第二光学表面的所述基础透镜基材，其中，所述第二主模具部分的成型表面限定至少一个凹槽，所述凹槽适合于形成从其第二光学表面突出的至少一个微透镜。
12.一种光学制品(1)，包括：
-基础透镜基材(10)，具有两个相反的主表面(101，102)，所述基础透镜基材包括从所述主表面(102)之一突出的至少一个微透镜(30)，以及
-耐磨涂层(20)，至少覆盖所述微透镜(30)从其突出的主表面(102)，使得所述耐磨涂层封装每个微透镜(30)，
其中，所述光学制品是通过实现根据前述权利要求中任一项所述的方法获得的。
13.根据前一项权利要求所述的光学制品(1)，其中，所述耐磨涂层(20)的厚度在所述突出的微透镜(30)处最小。
14.根据权利要求12或13中任一项所述的光学制品，其中，所述耐磨涂层在所述突出的微透镜(30)处的最小厚度低于或等于2μm，优选地包括在1μm与2μm之间。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的光学制品(1)，其中，每个突出的微透镜(30)的沿垂直于承载所述微透镜的表面(102)的方向测量的尺寸小于0.1mm，优选地包括在10μm与20μm之间。
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