CN1322620A - 光学成品的制备方法及用于其制备的模具组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一个由光学物品,如单图象(视觉)透镜,与相邻的部分硬化的树脂层(20)所组成的光学预制品(10)。该相邻层(20)可以适合模具(30),并进一步硬化,以改进上述预制品(10)的光学特性。此外,该部分硬化的树脂层(20)既可以在把光学物品放入并靠紧模具(30)以前,就放置在光学物品(10)上;又可以在把光学物品(10)放入并靠紧模具(30)以前,就把上述部分硬化的树脂层(20)预先放置在模具(30)表面上。

Description

光学成品的制备方法及用于其制备的模具组件

本发明的技术领域

本发明涉及光学成品的制备方法及用于其制备的模具组件。

本发明的技术背景

通常是通过对可聚合的树脂直接进行模铸或通过对半成品的坯件研磨成按要求的产品，其中该半成品的坯件是预先由可聚合的树脂制成的，制备出光学元件，例如眼科用的透镜等。也可以用等离子聚合作用，离心旋转铸造法，按序铸造法或照象平板法等工艺，制备作为多层组合的光学元件。在任何情况下，制备的光学元件都要满足一定的光学技术要求。

在许多应用中，例如眼利透镜应用中，由于所需改变的光学特性的种类数量太多，以致于对所有可能需要的光学元件者进行预制会在经济上是不可行的。因此，在多焦点的眼科透镜的制备过程中，通常是采取两个步骤：1)模制半成品坯件，2)研磨上述未完工的表面，以形成最终预定的产品。

制备眼科透镜的过程是非常费时间又很昂贵的。其结果不断涌出了许多制备透镜的工艺技术。例如，Blum(美国专利US 5,219,497)提出了在一个单图象(视觉)透镜或半成品坯件的外表面上铸造一个可聚合树脂薄层的方法，其中该半成品在透镜上提供附加的放大倍数。通常，在单图像透镜中包括，含有任何所需要的复曲面校正的距离规定，而且在单图象(视觉)透镜上模铸的树脂层保留了由透镜半成品提供的透镜区域中的距离校正。Greshes(美国专利，US 4,190,621)描述了一种模铸方法，它包括在夹具上夹持透镜坯料，并把匹配曲率(度)的模具放在在透镜下面，其中在模具与透镜预制品之间介入液体树脂层。Verhoeven(美国专利US4,623,496)揭示了一种方法，即把一个树脂薄层模铸在具有球面几何外形的光学预制品上。Ito(美国专利US 4,536,267)描述了一个与光引发剂及热塑引发剂相结合的可光聚合的树脂。Toh(US 4,912,185)描述了一个用于制备各种透镜的可光聚合的树脂。

在用液体树脂模铸透镜的各种情况下，会导致一些不便。例如，反应性液体的运输及发送。此外，在硬固化过程中形成的收缩，会使透镜发生光学变形(失真)。

本发明的概述

本发明可以解决在现有技术中存在的上述不便，其中提供一个由一个光学物品组成的光学预制品，例如单图象(视觉)透镜。后者具有一个相邻的部分硬化的树脂层。该相邻层可以适合模具，并进一步硬固化(例如交联)，以便按需要改进预制品的光学特性。可以把上述相邻层放置在(预先的，或以后的)光学物品的表面上。

此外，可以在把光学物品放置并紧靠在模具上之前，事先把上述部分硬化的树脂层放置在光学物品上。或者，在把光学物品放置并紧靠在模具之前，事先把上述部分硬化的树脂层放置在模具表面上。在任何情况下，上述可用来放置该部分硬化的树脂层的模具表面通常呈显凸形或凹形。

可以大批量地制备上述预制品，并储存于分配发放处，其易于转换制成许多的光学制品，例如抛光的球形或非球面的，复曲面的，单图象(视觉)的，双焦点的，多焦点的或递进半成品坯件的，眼科透镜或透镜预制品。其他的光学制品还可以包括模具，眼内透镜，接触透镜或其他光学元件，如用于光信号处理或光学计算的光学元件。

虽然一个模具可以用来确定上述部分硬化的树脂层的最终的表面形状结构。然而，该形状结构也可通过不需要用模具的多种已知处理方法得到实现。例如旋转(离心)法，喷涂法，浸渍法及照相平板法。作为实例，可以用旋转法形成部分硬化的聚合物层。可以用任一加热方法加热该部分硬化的聚合物层，使得在旋转过程中，该聚合物层软化并能流动，以形成所需的形状结构。当该部分硬化的聚合物层达到所希望的流动性及粘度持性时，就可以开始实施光照固化过程。在该部分硬化的聚合物层继续旋转时，就继续进行光照固化过程。上述光照固化使该聚合物层进一步硬化成最终的形状。根据所用的引发剂及化学组合物，该方法可以在有氧气环境或不含氧气环境，例如在有氮气存在下实施。可以用可见光或紫外线光，或兼用两者，进行光照固化。

附图的简单说明

图1是据本发明的模具与光学预制品的剖面图；

图2是据本发明的光学制品与相邻的模具的剖面图；

图3是据本发明在光学制品上的部分硬化层的剖面图；

图4是据本发明的放置在模具凹表面上的部分硬化层的剖面图；

图5是据本发明的放置在模具凸表面上的部分硬化层的剖面图。

详细说明

图1显示据本发明的不用液体可聚合性树脂制备光学预制品的一个实施方案。其中使用包括光学物品(10)的光学预制品，例如单图象(视觉)透镜，在透镜的一个表面上紧粘接一个相邻的部分硬化的聚合物层(20)，此外，还可以用附加的用于提供特殊的光学特性和/或防划痕特性的相邻层涂敷在该聚合物层(20)上，虽然可以预先把上述聚合物层放置在上述光学物品的表面上，但是也可以把该聚合物层预先放置在模具表面上。

在图1显示的实施方案中，具有附着的聚合物层的该光学预制品被放置在，并接触了具有最终的透镜所需的光学几何形状的模具(30)中。其中，在其上面可以实施光、热或光与热的作用，以便可最终完成相邻层(20)的固化作用，并形成作为成品的透镜。上述层(20)是与模具(30)相适合。例如通过热、压力或热与压力作用。采用这种方法，可以按用户的具体要求把一个单图象(视觉)透镜转变成一个双焦点透镜。

当预先把部分硬化的聚合物层放置在模具表面上时，然后把这模具/聚合物层组合体放置在，并接触光学物品表面，接着把该聚合物层充分固硬化，并在脱除模具前，使该固化的聚合物层与光学物品的表面相连结。

通过使用具有成品光学几何某些元件的光学物品(10)与聚合物层(20)的光学预制品可以低成本大批量地生产具有复杂几何形状的成品透镜。其中，模具(30)或其他成形方法，可以从上述聚合物层(20)提供成品的其余几何元件。例如用包括球形光学物品(10)与相邻层(20)的光学预制品，以及一个与底曲面相匹配的非球形模具，就可以制备用于校正球面偏差的非球形透镜。因此，上述光学物品(10)可以是球形，非球形或复曲面的单图像透镜，双焦点的，多焦点的或递进透镜，等等。同样地，该模具(30)也可用来提供球形的，非球形的或复曲面校正的，双焦点的，多焦点的，或递进的区域，等等。对涉及复杂光学几何的该方法的唯一限制是，可以把所需求的光学几何分解成一个或多个的更简单的几何元件，然后再使用线性重迭方法。

由玻璃、塑料、如CR-39^TM，双酚A的聚碳酸酯，或其他的聚合物所制成的单图象(视觉)或其他的透镜，可以在制备光学预制品中用作光学物品。这种光学物品可以是硬、软或柔软的。该透镜的折射率作为典型的眼科透镜可以选择例如1.42-1.70的较广范围。也可以把半成品坯件用作光学预制品中的光学物品。其他的物品，例如屈折反应透镜，光学反射器，三棱镜等，也可以以这个方式进行处理和改进，以形成光学成品。因此，可以用塑料、金属或玻璃，或它们的结合体制成光学物品。

可以通过对丙烯酸酯，甲基丙烯酸酯，苯乙烯或烯丙基单体混合物进行聚合反应形成上述相邻的聚合物层。可以用加热，光化学或加热与光化学方法完成上述固化过程。优选根据单图象(视觉)透镜的凸表面的化学组合物及其折射率，选定所用的组分的单体。优选使上述相邻层的配制，在完成固化以后，相邻层在光学物品上形成有力的及持续的粘结。上述相邻层的配制，也优选在其完全固化以后，其形成的折射率相当于上述单图象(视觉)光学物品的折射率的0.05单位以内，或更优选是0.03单位以内。上述聚合作用可以用热聚合引发剂，光聚合引发剂或其混合剂实施。

据本发明优选实施方案，该聚合作用进行到玻璃转化温度达到20°-40℃，更优选25-35℃范围为止。该状态下的交联密度最好是低于10^-4摩尔/升。然后，优选用多功能单体及另加的聚合引发剂浸透该聚合物层。当光学预制品放置在并接触模具表面时，上述引发剂可以起继续固化的作用，而多功能单体可促进层间的交联密度。此外，也可以用热引发剂和光引发剂的混合物配制相邻层，使得只用加热方法形成该相邻层。而保存加入在该配剂中的光引发剂用于最终的模制步骤。另外，还可以考虑使用可以在不同波长上固化的光引发剂。

可以使上述相邻层在一个或多个光学物品的表面上形成，以制得光学预成品，通过将光学物品表面浸入单体配剂浴中，用旋转涂敷方法，使液体配剂涂敷在上述光学物品表面上形成均匀层，从而将液体配剂层施于光学物品上。此外，如图2所示，可以把光学物品(10)放置在相邻层模具(40)中。而在该光学物品(10)与相邻层模具(40)之间形成的凹处(50)则注满单体配剂。然后，如前述，上述液体配剂形成的物层可以被部分固化。可以用加热，光化学或加热与光化学方法两者实施上述固化作用。可以重复上述液体物层的涂敷与固化过程。既可以采用同一配剂以形成一定的厚度，也可以采用不同的配剂以致变其特性。可以洗净上述形成的光学预成品，并检测固化水平的一致性及相邻层的适当厚度。为此，可以采用标准的化学与分析工艺。

虽然图1显示了一个实施方案，即该部分硬化的树脂层是在将树脂层/光学物品组件放置在模表面之前，就放置在光学物品的凸形表面上，实际上该树脂层(20)也可放置在光学物品(10)的凹形表面上，如图3所示。在图4与5所示的另一些实施方案中，可以在把光学物品(10)放置在模具/树脂层组件之前，就可以把部分硬化的树脂层(10)，首先分别放置在模具(30)的凸形表面或凹形表面上。

用于使光学预成品完全硬固化的模具可以是由塑料、玻璃、用金属涂敷的玻璃、金属本身等物质所制成的，既可以重复使用，也可以一次性使用。虽然并不总是这样要求，但是该模具的底曲面最好与光学预成品的端曲面相匹配，并能在完成硬固化过程中，允许相邻层的收缩。有利的是大多数伴随聚合反应的收缩现象，发生在相邻层的形成期间。例如，在完全硬固化过程中，由单功能及双功能丙烯酸酯组成的典型混合物的聚合收缩率为12-18％。然而，整个收缩率的最高达70％是发生在导致形成相邻层20的最初的聚合反应中。其余的收缩率是与交联反应相关，发生在模具(30)中。

如果该模具30是由玻璃或其他的对用于引发光学交联作用的光化射线透明的物质所制成时，那么该射线就可穿透该模具(30)。如果该模具是由金属或一些其他对光化射线不透明的物质所制成时，那么该射线就穿透该光学物品(10)。在有些情况下，下述光化射线都可以穿透上述模具30与光学物品10。

我们用本发明以下一些实施例描述本发明，这些实施例仅用于详述并不构成对本发明的限制。

实施例1

提供一个光学预成品，它包括一个由一个从CR-39^TM单体模铸的单图象(视觉)透镜，以及一个粘结在该CR-39^TM透镜体的凸形表面上的相邻的部分硬化的聚合物层所组成的光学物品。此聚合物层含有未反应的交联剂及附加的用于形成完成硬化的，未反应的光引发剂。上述聚合物层的硬化程度要满足于使该物质具有弹性，而且其玻璃转化温度范围是25-35℃。然后，把上述光学预成品放置在具有匹配底曲面及所希望的加成曲面的一个双焦点的模具(FT-28)中。然后，将其旋转以便获得据预订的，在加成放大模块的轴线与CR-39单图象(视觉)透镜的复曲面轴线之间形成的角度方向。然后，把上述模具组件放入装有紫外线灯及可程序控制的加热器的硬固化室中。将上述模具组件加热到预定的温度，在该温度下，使上述的相邻层开始流化，并呈现模具的形状。该涂敷材料流到模具的加成放大区域中，并使与距离放大区域相联系的树脂层的厚度减小。随后采用紫外线照射及加热完成完全硬固化过程。由于上述相邻层变成交联化，其玻璃转化温度就升至80-90℃在大部分的眼科应用中，其表面需要具有一定的硬度及防划痕性。

实例2

提供一个光学预成品，它包括一个由一个从双酚A聚碳酸酯制成的非球形的单图象(视觉)透镜所组成的光学物品，并在其上面附加一个第一相邻层。后者再被一个由不同组分的第二相邻层所涂敷。上述第一相邻层是由一个由单功能及双功能丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯所部分聚合的共聚物所组成的，其中还含有未反应的多功能丙烯酸酯及过量的未反应的光引发剂。上述第二相邻层也是部分聚合的，丙烯酸酯及甲基丙烯酸酯的非交联化共聚物，但其中含有高度功能化的丙烯酸酯或苯乙烯交联剂，以便具有防划痕性，以及未反应的过量光引发剂。包装上述光学预成品。用分离纸包装之，以保护相邻层的完整性，并使其表面防尘。把上述光学预成品放置在一个与预成品的底曲面相匹配的，并具有据递进附加多焦点透镜设计所需要的加成曲面的玻璃模具中。上述预成品可用作圆环透镜坯件。或可以在最终的模制操作前，按框架磨边。把预成品的复曲面轴线对准模具上看不见的标记，以便据预订的要求调准复曲面轴线。然后，把模具组件放入硬固化室中。据第一个实施方案，完成该相邻层的硬固化，该硬固化过程，使用第二相邻涂敷层，在完工的递进加成透镜的凸形表面上形成一个向外的硬的防划痕层。内部的相邻涂敷层流进在单图象(视觉)透镜与玻璃具之间的凹形体中，因而有助于递进加成几何面的形成。

实例3

本实例描述用放置于单图象(视觉)透镜的凹形表面上的相邻层制备光学预成品。该单图象(视觉)透镜是由双酚A的二丙烯酸酯，苯乙烯与二乙烯基苯的配制剂铸模制成的。它的折射率是1.60。液体的树脂配剂是由封端的双酚A，单丙烯酸酯，单烯丙基链终止的双酚A二酯，单官能化脂族丙烯酸酯及光聚合引发剂，例如Irgacure184，的混合物组成的。把一定量的上述液体树脂配剂加入到上述单图象(视觉)透镜的凹形表面上，把易弯挠的衬垫放置在上述单图象(视觉)透镜的边缘上。并把能透过320-390mm波长的紫外线的玻璃模具放置在液体附脂配剂上面，以便使其能扩散开，形成预定的厚度层。上述模具组件经受由紫外线辐射与加热滑道组成的硬固化周期。经硬固化以后，把光学预成品从模具中取出，并在运输前，进行净化与包装。

实例4

本实施涉及在一次性使用的模具的凹形表面上应用部分硬固化的可聚合性树脂层。把一种粘性液体的可聚合性树脂层涂敷在由苯乙烯共聚物制成的塑料一次性用的模具上面。然后暴露于灯具的紫外线照射。经硬固化的该涂敷层变成了其交联密度低于1×10^-4摩尔/升的聚合物层。然后，用附加的多功能单体与光引发剂浸渍上述涂层。该涂层的厚度是50-150微米。上述一次性用的模具可以是球形或非球形的几何面，也可以是单焦点或多焦点的光学几何面。为了形成适合的物层，向模具中加入的树脂的容量，取决于加成的双焦点型式的加成放大(add power)率的大小。用分离纸包裹预涂敷的模具。然后运到零售店或制备工厂，为了制备一个透镜，可以选用一个其放大率与完工的透镜的远距放大率相对应的光学预成品。然后，将其放置在预涂敷模具上，其复曲面轴线相对该说明中所要求的模具的加成放大率的轴线指向一个角度。把该模具组件放置在一个硬固化室内，并首先经受加热周期，使敷形层软化或液态化，并使其与光学预成品的表面形成紧密接触。当完成硬固化过程后，就可以得到完工的双焦点或多焦点的透镜。

Claims (5)

1、制备一个具有包括几何元件的光学几何面的光学成品的方法，该方法包括下列步骤：

提供一种包括一个具有包括该光学成品的至少一个几何元件的成型表面的模具，以及至少一个可松开地连接在该成型表面上的部分硬化的聚合物层的模具组件。

2、据权利要求1的方法，其中还包括下列步骤：

a)其后用一个具有至少一个光学成品的几何元件的光学物品接触上述部分硬化的聚合物层的最外表面；

b)使上述模具组件与光学物品硬固化，以便使聚合物层粘结到光学物品上。

3、据权利要求1的方法，其中进一步包括下述步骤：

通过在成型表面上聚合一种液体单体，使形成的部分硬化的聚合物层的玻璃转化温度大约为20-40℃。

4、一个用于形成具有包括几何元件的光学几何面的光学成品的模具组件，该模具组件包括：

一个具有包括上述光学成品的至少一个几何元件的成型表面的模具，以及至少一个可松开地连接到该成型表面上的部分硬化的聚合物层。

5、一个用于形成具有包括几何元件的光学几何面的光学成品的光学预成品，该预成品包括：

一个具有该光学成品的至少一个几何元件的光学物品，该光学物品具有至少一个粘结到该光学物品的至少一个表面上的部分硬化的聚合物层，该聚合物层并没有上述光学成品的几何元件。

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