DE69833226T2

DE69833226T2 - Verfahren zur herstellung einer optischen linse mit oberflächenmikrostruktur und die so hergestellten linsen

Info

Publication number: DE69833226T2
Application number: DE69833226T
Authority: DE
Inventors: Gerhard Keller; Jean-Franυois DUFRESNE; Gilles Massey; Shaw Sidney Seminole WHITE; Charles Walter Seminole BRALEY; Basilio Wilson St. Petersburg MORALES; Richard Bosmans
Original assignee: Essilor International Compagnie Generale dOptique SA
Current assignee: EssilorLuxottica SA
Priority date: 1997-12-11
Filing date: 1998-11-30
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2018-12-01
Also published as: US6491851B1; EP1039994B1; JP2001525269A; EP1039994A1; FR2772302B1; FR2772302A1; JP2010033064A; DE69833226D1; WO1999029494A1; JP4512267B2; US20030075814A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft auf allgemeine Weise, ein Verfahren zur Herstellung von ophthalmischen Linsen, die eine Hilfsmikrostruktur, und insbesondere eine Antireflexmikrostruktur, auf der Oberfläche umfassen.
Derzeit besteht das am häufigsten verwendete Mittel, um ophthalmischen Linsen, insbesondere organischen Gläsern, Antireflexeigenschaften zu verleihen, darin, auf der Linse eine antireflexive Schicht oder ein System von antireflexiven Schichten aus mineralischem Material aufzubringen. Die Verwendung einer derartigen antireflexiven Schicht aus mineralischem Material besitzt einige Nachteile, insofern sie die mechanischen Eigenschaften der erhaltenen Linse, und insbesondere die abriebfesten/anti-abrasiven Eigenschaften der harten abriebfesten Schichten, die ebenfalls auf der ophthalmischen Linse aufgebracht wurden, verändern kann.
Die Ausführung von optischen Eigenschaften ausgehend von Mikrostrukturen auf der Oberfläche ist in der Welt der Optik ein bekanntes Gebiet. So beschreibt die Patentschrift US-A-5 630 902 die Übertragung einer Mikrostruktur, bestehend aus beugenden optischen Elementen in einer Schicht aus photopolymerisierbarem Material, das auf einem Substrat aus Kunststoff mittels Tiefziehen aufgebracht wurde, zum Beispiel mittels einer Matrix aus Quartz, welche die gewünschte Mikrostruktur aufweist.
Die Patentschrift US-A-4 013 465 beschreibt ein Ausführungsverfahren für eine Oberfläche, die gegenüber elektromagnetischer Strahlung eine verminderte Reflexion aufweist, welches darin besteht, auf einer Oberfläche eines Substrats eine Schicht eines lichtempfindlichen Materials aufzubringen, dieses Material einem regelmäßigen Muster von elektromagnetischer Strahlung auszusetzen, gegenüber der es empfindlich ist, und das lichtempfindliche Material zu entwickeln, so dass die Topographie der Oberfläche des entwickelten Materials den Licht mustern entspricht, um so eine Oberfläche mit einer verminderten Reflexion der sichtbaren Strahlung zu erhalten.
Die Patentschrift GB-A-2 027 441 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Gegenstandes, umfassend eine monolithische geformte Schicht oder einen monolithischen geformten Körper aus Kunststoff, der aus bestimmten vernetzten Polymeren besteht und eine oder mehrere Oberflächen umfasst, die eine Nachbildung/Replik einer Mikrostruktur aufweisen, welches darin besteht, eine Hauptform, welche die Mikrostruktur aufweist, mit einer flüssigen, gießfähigen, vernetzbaren, oligomeren, mittels Strahlung additionspolymerisierbaren Zusammensetzung zu füllen, welche gleichzeitig harte und weiche Segmente aufweist, und darin, die gegossene Zusammensetzung einer aktinischen Strahlung auszusetzen, um so den Gegenstand zu bilden. Diese Patentschrift verdeutlicht, dass der Begriff Mikrostruktur Störungen umfasst, wie Vorsprünge und Vertiefungen, in der Fläche, deren Profil ausgehend von einer mittleren oder zentralen Linie variiert, die so durch die Mikrostruktur geht, dass die Summe der Flächen, die vom Profil der Flächen über der Linie eingenommen wird, gleich der Summe der Flächen unterhalb der Linie ist, wobei die Linie im Wesentlichen parallel zur normalen Fläche (welche die Mikrostruktur trägt) des Gegenstands verläuft. Die Höhe dieser Abweichungen variiert von ± 0,05 μm bis ± 750 μm auf einer typischen repräsentativen Länge der Fläche, zum Beispiel 1 bis 30 cm. Das mittlere Profil oder die zentrale Linie kann eben, konkav, konvex, asphärisch oder eine Kombination dieser Formen sein.
Gegenstände, in welchen diese Abweichungen nur geringfügig sind, das heißt von ± 0,005 μm bis 0,1 μm oder, vorzugsweise von ± 0,05 μm, und diese Abweichungen nicht oft vorkommen oder nur wenig auftreten, das heißt, dass die Fläche frei von jeglichen maßgeblichen Störungen ist, sind solche, für welche die eine Mikrostruktur tragende Fläche eine „ebene" oder „vollkommen glatte" Fläche ist. Derartige Gegenstände sind nützlich, zum Beispiel als optische Präzisionselemente oder als Elemente mit einer optischen Präzisionsgrenzfläche wie ophthalmische Linsen. Die Gegenstände, für welche diese Abweichungen nur geringfügig sind, aber häufig auftauchen, sind solche, zum Beispiel, die zweckorientierte Störungen aufweisen, wie bei Gegenständen mit einer Antireflexmikrostruktur. Gegenstände für welche die Abweichungen größer sind, das heißt von ± 0,1 μm bis ± 750 μm, welchen eine Mikrostruktur zugeordnet werden kann, die eine Gruppe von zweckorientierten Störungen umfasst, die identisch oder verschieden sind, von einander getrennt oder angrenzend, willkürlich oder geord net, sind Gegenstände wie rückreflektierende Folien lineare Fresnellinsen und Bildplatten. Ferner erwähnt diese Schrift, dass es notwendig oder wünschenswert sein kann, bestimmte oligomere Zusammensetzungen zu wählen, deren Schrumpfung beim Härten gering ist, um das Auftreten von parasitären Störungen zu vermeiden, die mit den zweckorientierten Störungen in Wechselwirkung treten.
Das Patent US 5 538 674 beschreibt ein Verfahren zum Formen eines Elements aus Kunststoff, das eine Mikrostruktur aufweist, welches darin besteht, eine eine Mikrostruktur aufweisesende Hauptform bereitzustellen, eine flüssige Beschichtung auf die Hauptform zu gießen und die Beschichtung zu verfestigen, um eine starre Gießeinrichtung/Gießwerkzeug auszubilden, welche die Mikrostruktur aufweist, die Gießeinrichtung in eine Formgussmaschine zu setzen, ein Element aus Kunststoff in die Formgussmaschine einzuführen, die Mikrostruktur von der Gießeinrichtung auf das Element aus Kunststoff zu überführen und das geformte Element aus Kunststoff aus der Formgussmaschine zu entnehmen.
Das Patent US 4 013 465 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Oberfläche mit einer verminderten Reflexion gegenüber elektromagnetischer Strahlung für einem vorbestimmten Wellenlängenbereich, welches die Anordnung eines regelmäßigen Netzwerks aus Vorsprüngen mit einer Höhe, die nicht kleiner ist als ein Drittel der Länge der größten Wellenlänge des Bereiches, und einem Abstand, der kleiner ist als die kürzeste Wellenlänge des Bereiches, geteilt durch den Brechungsindex des Materials der Vorsprünge, auf der Fläche umfasst. Das Netzwerk aus Vorsprüngen kann ausgeführt werden, indem eine Schicht aus lichtempfindlichen Material aufgebracht wird, das Material einem regelmäßigen Muster von elektromagnetischer Strahlung ausgesetzt und das lichtempfindliche Material entwickelt wird.
Die vorliegende Erfindung hat also ein Verfahren zum Erlangen einer ophthalmischen Linse zum Gegenstand, das heißt eines Gegenstands mit einer Sichtkorrekturgeometrie, umfassend eine Hilfsmikrostruktur auf der Oberfläche, das heißt mit optischen Eigenschaften, insbesondere mit Antireflexeigenschaften, wobei die Geometrie der zweckorientierten Mikrostruktur anfangs durch ein Interferenzverfahren bestimmt wird.
Die vorliegende Erfindung hat auch so erhaltene Linsen zum Gegenstand, umfassend eine Fläche mit Sichtkorrekturgeometrie, versehen mit einer zweckorientierten Mikrostruktur mit Antireflexeigenschaften, deren Geometrie anfangs durch ein Interferenzverfahren bestimmt wird. Diese Hilfsmikrostruktur wird in einer oberflächlichen funktionellen Schicht der ophthalmischen Linse ausgeführt, welche nach dem Härten eine harte Beschichtung mit abriebfesten Eigenschaften darstellt.
Gemäß der Erfindung umfasst das Verfahren zum Erlangen einer ophthalmischen Linse, die an der Oberfläche eine zweckorientierte Antireflexmikrostruktur aufweist, einen Schritt des Übertragens der Mikrostruktur von einer Form, deren eine interne Fläche die Mikrostruktur trägt und eine Sichtkorrekturgeometrie besitzt, wobei die Geometrie der Mikrostruktur anfangs/initial durch ein Interferenzverfahren bestimmt ist, wobei die Übertragung besteht im:

– Ausbilden einer Schicht eines ersten härtbaren, optischen Materials, dessen eine Fläche eine Replik/Duplikat der von der internen Fläche der Form getragenen Mikrostruktur trägt, in der Form;
– Härten lassen der zu härtenden Schicht des ersten optischen Materials in der Form, wobei der Übertragungsschritt dadurch charakterisiert ist, dass das erste optische Material nach dem Härten eine harte Beschichtung ausbildet, die abriebfeste Eigenschaften hat, und dass er ferner besteht aus:
– Einführen eines zweiten härtbaren, optischen Materials zwischen der Fläche der gehärteten Schicht des ersten optischen Materials, die der die Mikrostruktur tragenden Fläche entgegengesetzt ist, und einer Wandung der Form;
– Härten lassen des zweiten optischen Materials; und
– Auseinandernehmen der Form, um eine ophthalmische Linse zu erhalten, die ein Substrat aufweist, das aus dem zweiten optischen Material gebildet ist, deren eine Fläche mit der gehärteten Schicht des ersten optischen Materials überzogen ist, welche die Hilfsmikrostruktur trägt.

Vorzugsweise ist die Fläche mit Sichtkorrekturgeometrie eine Fläche mit progressiver Geometrie. Im Allgemeinen hat die Flächenbrechkraft mit progressiver Geometrie der Form einen Krümmungsradius, gemessen an irgendeinem Punkt der Korrekturfläche, zwischen 40 mm und 100 mm.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren können jegliche Arten von herkömmlichem Formen für die Herstellung von ophthalmischen Linsen angewandt werden, wie das direkte Formen, zum Beispiel mit einer Integralform oder mit einer mehrteiligen Form aus angebrachten oder eingesetzten Elementen oder auch durch Formen nach einem Abguss und dem sogenannten „Transferpressen", zum Beispiel durch Tiefziehen, oder durch in der optischen Ophthalmik wohlbekannten Verfahren der Übertragung durch „Beschichtung in der Form" ("In-Mould Coating").
In einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist die verwendete Form eine Integralform, d.h. die Hilfsmikrostruktur wird direkt an der internen Fläche der Form ausgebildet, welche die gewünschte Sichtkorrekturgeometrie besitzt. Die Form kann aus Kunststoff, aus Mineralglas oder aus Metall, insbesondere Nickel bestehen.
In einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, ist die Form eine mehrteilige Form, welche ein angebrachtes Element mit einer Fläche umfasst, auf welcher die Hilfsmikrostruktur ausgebildet ist, wobei sich das angebrachte Element an die Fläche der Form, welche die Sichtkorrekturgeometrie aufweist, so anpasst/anschmiegt, dass die Fläche des angebrachten Elements mit der zweckorientierten Mikrostruktur ebenfalls die gewünschte Sichtkorrekturgeometrie aufweist. Das angebrachte Element kann anfangs angepasst werden, um die gewünschte Sichtkorrekturgeometrie aufzuweisen, und auf der entsprechenden Fläche der Form, zum Beispiel mittels eines Klebstoffs/Haftmittel fixiert werden. Das angebrachte Element kann anfangs auch eine ebene Form haben und anschließend verformt werden, um sich an die Sichtkorrekturgeometriefläche der Form anzuschmiegen. In letzterem Fall kann das angebrachte Element auch an der Sichtkorrekturgeometriefläche der Form mittels eines Klebstoffs fixiert werden. Wenn das angebrachte, die Mikrostruktur tragende Element ein Element aus Kunststoff ist und dazu bestimmt ist, auf einer Fläche einer Form angewandt zu werden, muss dieses Element ein Minimum an Elastizität in der Ebene aufweisen, um auf geeignete Weise angewandt werden zu können. Geeignete Elemente von dieser Art sind Elemente aus Polyurethan mit zum Beispiel einem Elastizitätsmodul von 1,2 Gigapascal, gemessen bei 30°C. Im Allgemeinen haben die geeigneten Elemente ein Elastizitätsmodul von kleiner als 2,5 Giga pascal.
Schließlich können die angebrachten Elemente aus einer Materialschicht bestehen, wie einem Kunststoffmaterial, welches direkt auf einer Fläche eines Substrats gebildet wurde.
In einer dritten Ausführungsform der Erfindung, ist die Form eine mehrteilige Form, welche einen ebenen Einsatz umfasst, dessen eine Fläche mit der zweckorientierten Mikrostruktur versehen ist, wobei der ebene Einsatz in der Form verformt wird, um sich bei Anwendung in der Form durch einen Druck oder ein Vakuum an die Sichtkorrekturgeometriefläche der Form anzupassen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von ophthalmischen Linsen können jegliche optischen, thermisch oder mittels einer aktinischen Strahlung, insbesondere mittels UV-Strahlung, härtbaren Materialien oder Zusammensetzungen verwendet werden, die in die Form gegossen oder gespritzt werden können und die zu ophthalmischen Linsen mit der gewünschten optischen Transparenz und den gewünschten mechanischen Eigenschaften führen. Diese optischen Materialien oder Zusammensetzungen umfassen nicht nur die Materialien und Zusammensetzungen, welche der Herstellung von ophthalmischen Linsen selbst dienen, sondern auch Materialien und Zusammensetzungen, welche die Aufbringung von speziellen funktionellen Schichten auf einer ophthalmischen Linse ermöglichen, wie Materialien, die zur Bildung einer abriebfesten Schicht auf der ophthalmischen Linse bestimmt sind.
Vorzugsweise ist das optische Material oder die optische Zusammensetzung ein thermoplastisches Material oder eine flüssige Zusammensetzung aus thermisch oder mittels aktinischer Strahlung härtbaren Monomeren. Für das erfindungsgemäße Verfahren sind insbesondere flüssige Monomerzusammensetzungen bevorzugt.
Unter den verwendbaren Monomeren in den optischen Zusammensetzungen der Monomere, die für das erfindungsgemäße Verfahren verwendbar sind, können Alkyl(meth)acrylate genannt werden, insbesondere C₁-C₄-Alkyl(meth)acrylate wie Methyl(meth)acrylat und Ethyl(meth)acrylat, Allylderivate wie Allylcarbonate von linearen oder verzweigten, aliphatischen oder aromatischen Polyolen und Thio(meth)acrylderviate.
Im erfindungsgemäßen Verfahren besonders bevorzugte Monomere sind Allylcarbonate von Polyolen, von denen Ethylenglykol-bis-allylcarbonat, Diethylenglykol-bis-2-methylcarbonat, Diethylenglykol-bis-(allylcarbonat), Ethylenglykol-bis-(2-chlorallylcarbonat), Triethylenglykol-bis-(allylcarbonat), 1,3-Propandiol-bis-(allylcarbonat), Propylenglykol-bis-(2-ethylallylcarbonat), 1,3-Butandiol-bis-(allylcarbonat), 1,4-Butandiol-bis-(2-bromallylcarbonat), Dipropylenglykol-bis-(allylcarbonat), Trimethylenglykol-bis-(2-ethylallylcarbonat), Pentamethylenglykol-bis-(allylcarbonat), Isopropylen-bisphenol-A-bis-(allylcarbonat) genannt werden können. Ein insbesondere bevorzugtes Monomer ist Diethylenglykol-bis-(allylcarbonat).
Eine andere Klasse von für die Zusammensetzungen geeigneten Monomere, die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden können, umfasst aromatische polyethoxylierte (Meth)acrylate wie polyethoxyliertes Bisphenol-A-dimethacrylat, insbesondere solche, die in der französischen Patentanmeldung FR-A-2 699 541 beschrieben werden.
Es können auch Thio(meth)acrylmonomere verwendet werden, insbesondere solche, die in der französischen Patentanmeldung FR-A-2 734 827 beschrieben werden.
Es können auch Zusammensetzungen auf der Basis von Polythiolen und Polyisocyanaten in monomerer Form verwendet werden, die zu Polythiourethanen führen, wie sie insbesondere im Patent US 4 689 387 beschrieben werden.
Schließlich können Zusammensetzungen verwendet werden, die ein oder mehrere Di- oder Polythiolmonomere mit einem oder mehreren Monomeren umfassen, die reaktive ungesättigte Gruppen mit Thiolfunktionen tragen, wie Vinylgruppen, (Meth)acrylgruppen und Thio(meth)acrylgurppen.
Selbstverständlich können die Monomerzusammensetzungen Mischungen der oben genannten Monomere enthalten.
Es wurde festgestellt, dass die antireflexive Wirkung umso ausgeprägter ist, je höher der Brechungsindex der die Mikrostruktur enthaltenden Schicht ist. Daher ist der Index der Mikrostrukturschicht vorzugsweise gleich oder größer 1,55, mehr bevorzugt gleich 1,6 oder mehr.
Es ist offensichtlich, dass diese Mikrostrukturschicht aus einem organischen Glas bestehen kann oder aus einer oberflächlichen Schicht wie einer abriebfesten Beschichtung, die auf einer Fläche eines Substrats aus organischem Glas aufgebracht wurde.
Unter den für das erfindungsgemäße Verfahren nützlichen thermoplastischen Materialien können Präpolymere und thermoplastische Polymere genannt werden, wie thermoplastische Polycarbonate.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Hilfsmikrostruktur nicht in der ophthalmischen Linse selbst angebracht, sondern in einer funktionellen abriebfesten Beschichtung, die auf dieser Linse aufgebracht wurde. Im erfindungsgemäßen Verfahren können jegliche härtbaren Monomerzusammensetzungen verwendet werden, die geeignet sind, um auf einer ophthalmischen Linse eine abriebfeste Schicht zu bilden.
Unter diesen härtbaren, abriebfesten Zusammensetzungen können Zusammensetzungen auf Basis von Silanhydrolysaten genannt werden, insbesondere Epoxysilanhydrolysate wie solche, die in der französischen Patentanmeldung Nr. 93 026 49 beschrieben werden, und Zusammensetzungen auf Basis von Acrylderivaten.
Selbstverständlich können die optischen, für das erfindungsgemäße Verfahren nützlichen Materialien und Zusammensetzungen jegliche herkömmlichen Zusätze enthalten, die bei der Herstellung von ophthalmischen Linsen verwendet werden, und insbesondere thermische und/oder photochemische Polymerisationsstarter und -katalysatoren.
Wie angegeben, wird die Geometrie der zweckorientierten Mikrostruktur anfänglich durch ein Interferenzverfahren bestimmt, d.h. dass die Hilfsmikrostruktur entweder direkt durch ein Interferenzverfahren auf der Fläche der Form gebildet wird, oder durch Übertragung ausgehend von einer Matrix erhalten wird, deren Fläche eine Hilfsmikrostruktur umfasst, die durch ein Interferenzverfahren erhalten wurde.
Genauer gesagt, besteht das Interferenzverfahren darin, eine Figur aus Interferenzstreifen durch Überlagerung von zwei kohärenten Lichtwellen auszuführen, zum Beispiel von zwei Laserbündeln, und eine Schicht aus lichtempfindlichem Material zu bestrahlen, die auf einem Substrat mittels dieser Figur aus Interferenzstreifen aufgebracht wurde.
Indem anschließend auf herkömmliche Weise die Schicht aus lichtempfindlichen Material entwickelt wird, erhält man eine periodische Mikrostruktur.
Es können zwei Bestrahlungsstufen der lichtempfindlichen Schicht vorgesehen sein, indem das Substrat nach der ersten Bestrahlungsstufe gedreht wird, vorzugsweise um 90°, und anschließend die Schicht mit lichtempfindlichem Material auf herkömmliche Weise entwickelt wird.
Man erhält dann eine in der Ebene periodische Mikrostruktur. Es kann so eine isotrope Struktur erhalten werden, deren Antireflexeigenschaften vom Betrachtungswinkel unabhängig sind.
Selbstverständlich können Figuren aus Interferenzstreifen verwendet werden, mit unterschiedlichen oder identischen Schrittweiten (i) und Amplituden (2A). Die Bestrahlungsstufen können auch mehrere Male wiederholt werden, um so nach der Entwicklung eine endgültige Mikrostruktur zu erhalten, die aus mehreren übereinander gelagerten Mikrostrukturen besteht.
Im Allgemeinen beträgt die Wellenlänge der kohärenten Lichtbündel, zum Beispiel der Laserbündel, zwischen 170 und 510 nm und die Schrittweite in der Figur der Interferenzstreifen (und daher der erhaltenen periodischen Mikrostruktur) beträgt zwischen 100 und 300 nm. Die Amplitude 2A beträgt im Allgemeinen zwischen 100 und 300 nm.
Vorzugsweise werden ebene Lichtwellen verwendet und man erhält so eine sinusförmige Mikrostruktur. Die periodische Mikrostruktur kann in einem orthonormalen Koordinatensystem (x, y, z) im Allgemeinen durch die folgenden Gleichung (1) definiert werden:
in welcher A_n, B_n Fourierkoeffizienten der Mikrostruktur in x-Richtung sind;
C_m, D_m Fourierkoeffizienten der Mikrostruktur in y-Richtung sind; und
i die Schrittweite (Periode) der Mikrostruktur ist.
Vorzugsweise setzt man B_n = D_m = o, A_n = C_m = A (sinusförmige Struktur) und das Muster der Interferenzstreifen, und daher auch die Mikrostruktur, kann durch die Gleichung (2) dargestellt werden:
in welcher i die Periode und A die halbe Amplitude ist.
In 1 ist ein System aus sinusförmigen, mit 90° gekreuzten Interferenzstreifen dargestellt.
Alles was vorher definiert wurde, betrifft den Fall, dass das Muster der Interferenzstreifen von einer ebenen Fläche getragen wird.
Handelt es sich um eine gekrümmte Fläche, ist die Mikrostruktur in Bezug auf die Interferenzfigur leicht deformiert, aber enthält keine plötzlichen Störungen.
Insbesondere kann die Schrittweite i der Mikrostruktur deutlich in Abhängigkeit von den Gegebenheiten auf der Korrekturfläche variieren. Diese Deformation kann beseitigt werden, indem ein Muster aus Interferenzstreifen gebildet wird, das selbst modifiziert wird, um der Krümmung der Fläche, welche die Mikrostruktur tragen soll, Rechnung zu tragen.
Um zu verhindern, dass Vertiefungen der zweckorientierten Mikrostruktur, und insbesondere der antireflexiven, Verschmutzungen und Fette zurückhalten, können die Vertiefungen dieser Mikrostruktur mit einem Material gefüllt werden, das einen geringeren Brechungsindex als den der Mikrostruktur aufweist. Die Differenz der Indices dieser beiden Materialien beträgt vorzugsweise gleich oder mehr als 0,1.
Vorzugsweise wird als schmutzabweisendes Material ein hydrophobes Material ausgewählt.
Ein geeignetes schmutzabweisendes Material entspricht der Formel:
in welcher R ein Alkylrest ist, zum Beispiel ein C₁-C₆-Alkylrest, und n und n' ganze Zahlen sind, die unabhängig voneinander zwischen 0 und 6 variieren können.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf die angehängten Abbildungen, welche jeweils darstellen:
1 – eine theoretische Darstellung eines Systems aus sinusförmigen, mit 90° gekreuzten Interferenzstreifen, das für die Bildung der erfindungsgemäßen Mikrostruktur verwendbar ist;
2 – eine schematische Sicht einer Integralform, die in einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erlangen einer ophthalmischen Linse verwendbar ist;
3 – eine schematische Sicht einer Form aus angehängten Elementen, die in einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erlangen einer ophthalmischen Linse verwendbar ist;
4 – eine schematische Sicht einer Form mit einem deformierbaren Einsatz, die in einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erlangen einer ophthalmischen Linse verwendbar ist;
5 – eine schematische Sicht einer Form, die für den Erhalt einer erfindungsgemäßen ophthalmischen Linse durch ein Verfahren der „Beschichtung in der Form" (In-Mould Coating) verwendbar ist; und In den Abbildungen werden gleiche Elemente durch die gleichen Bezugsnummern identifiziert.
Mit Bezug auf die 2 bis 4, kann die Herstellung von ophthalmischen Linsen aus organischem Glas durch Formen zwischen zwei Abschnitten 2, 4 einer Form 1 ausgeführt werden, die durch Befestigungselemente 5 verbunden sind. Ein optisches Material oder eine optische Zusammensetzung wird dann in den Aufbau der Form durch eine Öffnung 6 eingebracht, entweder durch Gießen oder durch Spritzen, und wird dort gehärtet oder polymerisiert, um, nach dem Auseinandernehmen der Form, eine ophthalmische Linse zu erhalten. Im Allgemeinen enthält mindestens einer der Abschnitte 2, 4 der Form eine innere Fläche, zum Beispiel die Fläche 3, mit einer Sichtkorrekturgeometrie.
Gemäß der Erfindung, wie es die 2 und 3 darstellen, ist die Innenseite 3 oder 3' eines Abschnitts 2 der Form mit einer zweckorientierten Mikrostruktur, d.h. mit optischen Eigenschaften, vorzugsweise mit antireflexiven Eigenschaften, versehen.
In der in 2 dargestellten Ausführung, wird der Abschnitt der Form 2, deren Fläche die Hilfsmikrostruktur aufweist, direkt im Abschnitt der Form gebildet. Der Abschnitt der Form umfasst die mikrostrukturierte Fläche mit einer Korrekturgeometrie aus Metall, zum Beispiel aus Nickel, oder aus Kunststoff. Die Geometrie dieser Mikrostruktur wird anfänglich bestimmt durch ein Interferenzverfahren, zum Beispiel unter Verwendung des Musters von Interferenzstreifen, das in 1 dargestellt ist.
Ein erstes Verfahren zur Ausführung eines Abschnitts der Integralform, das mit einer mikrostrukturierten Fläche mit Korrekturgeometrie versehen ist, besteht in der Ausführung einer metallischen Matrix, zum Beispiel aus Nickel, durch Galvanotechnik, wie oben beschrieben. Ist die Matrix ausreichend dick, kann diese direkt als Abschnitt der Form verwendet werden.
Ein zweites Verfahren zur Ausführung eines Abschnitts der Integralform, das mit einer mikrostrukturierten Fläche mit Korrekturgeometrie versehen ist, besteht darin, auf einer Fläche mit Sichtkorrekturgeometrie aus einem Substrat aus Mineralglas eine Schicht aus lichtempfindlichem Harz aufzubringen und durch das vorher beschriebene Interferenzverfahren dort die gewünschte Mikrostruktur zu bilden. Durch Beschuss der gehärteten Schicht mit isotropem Plasma (zum Beispiel ein Argon-CHF₃-Plasma), wird die Mikrostruktur in das Substrat aus Glas überführt. Ein derartiges Übertragungsverfahren wird in dem Patent FR-A-2 663 431 beschrieben.
Ein drittes Verfahren zur Ausführung eines Abschnitts der Integralform, besteht darin, ein Formen an einem Abschnitt der Form ausgehend von einer Form durchzuführen, deren einer Abschnitt eine Hilfsmikrostruktur umfasst, die anfangs durch ein Interferenzverfahren ausgeführt wurde.
Es ist auch möglich, die Hilfsmikrostruktur auf einer Fläche eines Abschnitts einer mehrteiligen Form mit Korrekturgeometrie direkt zu bilden. In diesem Fall wird eine Schicht aus lichtempfindlichem Harz auf die Fläche mit Korrekturgeometrie des Abschnitts der Form aufgebracht und durch das vorher beschriebene Verfahren, das in einer Bildung aus Lichtinterferenzen auf dem Harz und deren anschließender Entwicklung besteht, wird in dem Harz das gewünschte Muster der Mikrostruktur erhalten.
Ein Verfahren, um einen Abschnitt einer mehrteiligen Form zu erhalten, deren einer Abschnitt eine mikrostrukturierte Fläche mit Korrekturgeometrie hat, ist die Duplizierung durch Polymerisation. Auf einer Fläche mit Korrekturgeometrie eines Substrats wird eine Schicht aus polymerisierbarem Harz aufgebracht. Anschließend wird das beschichtete Substrat in engen Kontakt mit einer mikrostrukturierten Fläche einer Matrix gebracht, zum Beispiel aus Metall (Nickel), zum Beispiel durch Anwendung von Vakuum oder Druck. Nach der Polymerisation, die entweder thermisch oder photochemisch (UV-Bestrahlung) erfolgt, durch das beschichtete Substrat (gemäß der Art der Harzschicht) und dem Auseinandernehmen, wird ein Abschnitt der Form erhalten, der aus einem Substrat gebildet wurde, deren eine Fläche mit Korrekturgeometrie mit der gewünschten zweckorientierten Mikrostruktur versehen ist.
Die 3 stellt den Fall dar, in welchem die Hilfsmikrostruktur durch ein angebrachtes Element 2' getragen wird, deren eine Fläche 3' mit der zweckorientierten Mikrostruktur versehen ist. Dieses angebrachte Element, das aus Metall sein kann, zum Beispiel aus Nickel, oder aus Kunststoff, kann wie vorher beschrieben erhalten werden. Da dieses Element auf einer Fläche des Abschnitts 2 der Form mit einer Sichtkorrekturgeometrie befestigt werden muss, kann es entweder im Voraus in der gewünschten Geometrie geformt werden, oder, zum Beispiel durch Tiefziehen, im Augenblick seines Einbaus auf den Abschnitt 2 der Form verformt werden, um sich an die Geometrie dieses Abschnitts anzupassen. Im Allgemeinen wird dieses angebrachte Element 2' auf der Fläche 3 des Abschnitts 2 der Form mittels eines Kleb stoffs befestigt.
Der Erhalt einer erfindungsgemäßen ophthalmischen mikrostrukturierten Linse wird im Allgemeinen einfach durch Gießen einer flüssigen Zusammensetzung aus optischen Monomeren in eine Form durch eine Einführungsöffnung 6 oder durch Spritzen eines optischen thermoplastischen Materials ausgeführt. Nach dem Auseinandernehmen der Form wird die ophthalmische Linse mit einer Fläche erhalten, welche die Hilfsmikrostruktur aufweist, insbesondere mit antireflexiven Eigenschaften.
In 4 ist eine andere Ausführungsform einer im erfindungsgemäßen Verfahren verwendbaren Form dargestellt, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie einen ebenen verformbaren Einsatz 2' enthält, der auf einer seiner Flächen mit einer zweckorientierten Mikrostruktur 3', vorzugsweise mit Antireflexeigenschaften, versehen ist. Dieser ebene Einsatz 2' kann beim Formen der ophthalmischen Linse durch die Erzeugung eines Vakuums in der Form 1 auf der Fläche des Einsatzes, die der Fläche 3' gegenüberliegt, welche die Mikrostruktur trägt, so verformt werden, dass er sich an die Geometrie der Fläche 3 des Abschnitts der Form 2 anschmiegt, im Allgemeinen mit einer Sichtkorrekturgeometrie. In einer Variante kann dieser Einsatz 2' durch Druck verformt werden, der durch die flüssige Monomerenzusammensetzung, welche durch die Einführungsöffnung 6 in die Form gegossen wurde oder durch das durch diese Öffnung 6 in die Form gespritzte thermoplastische Material so ausgeübt wird, dass sich der Einsatz an die Sichtkorrekturgeometrie des Abschnitts 2 der Form anschmiegt.
Der verformbare Einsatz 2' kann ein Einsatz aus Kunststoff oder Metall sein, vorzugsweise aus Metall, zum Beispiel aus Nickel.
Ein Vorteil der Verwendung einer derartigen Form beim erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass man auf einem ebenen Band mehrere Einsätze mit gleichen oder unterschiedlichen Mikrostrukturen bilden, diese Einsätze auseinanderschneiden und sie in der Form in Abhängigkeit von der gewünschten Mikrostruktur verwenden kann. Ferner können diese Einsätze weggeworfen werden und sind einfach zu ersetzen.
In 5 ist ein Verfahren zum Erhalt von erfindungsgemäßen ophthalmischen Linsen mittels Formen durch eine Übertragung dargestellt.
Die 5 betrifft die Technik der Beschichtung „in der Form" (In-Mould Coating), das in der Technik der Herstellung von ophthalmischen Linsen wohlbekannt ist.
Bei dieser Technik wird eine Schicht 8 aus einem optischen Material, gemäß der Erfindung, eine Schicht aus hartem abriebfestem Material, auf einem Abschnitt 2 der Form gebildet, welche eine Seite 3 mit Sichtkorrekturgeometrie umfasst und mit einer zweckorientierten Mikrostruktur versehen ist. So wird die Mikrostruktur des Abschnitts 2 der Form direkt auf die Schicht 8 übertragen. Anschließend wird durch die Öffnung 6 der Form durch Gießen oder Spritzen eine optische Zusammensetzung oder ein optisches Material eingeführt, welches thermisch oder unter der Wirkung von aktinischer Strahlung, zum Beispiel UV-Strahlung entweder gehärtet oder polymerisiert wird. Nach dem Auseinandernehmen der Form wird eine ophthalmische Linse erhalten, welche auf einem optisch transparenten Substrat eine optisch transparente mikrostrukturierte Schicht mit der gewünschten Korrekturgeometrie umfasst.
Selbstverständlich können alle Abschnitte der Form jegliche geeignete Form aufweisen, insbesondere konvex, konkav oder andere, je nach gewünschter Korrekturgeometrie.
Selbstverständlich werden die Materialien, aus denen die Abschnitte der Form bestehen, in Abhängigkeit vom Polymerisations- oder Härtungsverfahren der optischen Zusammensetzungen und Materialien gewählt, die für die Herstellung der Linse oder der funktionellen Schicht auf der Linse verwendet werden. So werden bei der Polymerisation oder Härtung mittels aktinischer Strahlung Abschnitte der Form aus transparentem Kunststoff verwendet.
Die folgenden Beispiele veranschaulichen die vorliegende Erfindung.
Beispiel 1: Ausführung einer abriebfesten Antireflexionslinse aus Diallyldiglykoldicarbonat durch ein Verfahren der Beschichtung in der Form (In-Mould Coating).
Ein angebrachtes Element aus Nickel mit einer Fläche, die mit einer Mikrostruktur vom periodischen Typ versehen ist, welche anfangs aus einem Interferenzverfahren resultiert, wird auf eine Innenseite eines Abschnitts einer Form aus Glas geklebt.
Die erhaltene Form wird mit Aceton gereinigt und anschließend mit einer Lösung aus Fluorkohlenwasserstoffen (FKW) behandelt, die 0,26 % eines festen Materials E-349, einem Formtrennmittel, vertrieben von der Firma Chem-Trend Inc., enthält.
Die mikrostrukturierte Seite der Form wird mittels Eintauchen mit einer Schicht aus einer Beschichtungszusammensetzung beschichtet, die durch Hydrolyse von Alkoxysilanen einschließlich Glycidoxypropyltrimethoxysilan, Methyltrimethoxysilan, Itaconsäure und kolloidaler Kieselerde, erhalten wird.
Die Beschichtungszusammensetzung wird vorgehärtet bis zu einem Stadium „staubtrocken", d.h. dass sie nicht mehr klebrig oder schmierig ist.
Der auf seiner Innenseite der Mikrostruktur beschichtete Abschnitt der Form wird verwendet, um die Vorderseite der Linse zu formen und der Abschnitt der Form aus herkömmlichen Mineralglas (ohne Mikrostruktur) wird verwendet, um die hintere Seite der Linse zu formen.
Beide Abschnitte der Form werden zusammengebaut und durch eine Dichtung auf Distanz gehalten und eine Befestigungsklammer stellt den Zusammenhalt der Baugruppe sicher
Die Form wird anschließend mit Diallyldiglykoldicarbonat (von der Firma PPG) gefüllt, welches als Katalysator Diisopropylperoxydicarbonat (ebenfalls erhältlich bei der Firma PPG) umfasst.
Die Monomerenzusammensetzung wird dann thermisch gehärtet.
Am Ende des thermischen Härtungszyklus, wird die Form mit einem geeigneten Werkzeug auseinandergenommen und man erhält eine Linse, welche abriebfeste Eigenschaften und Antireflexeigenschaften aufweist, wobei beide Eigenschaften denen einer unbeschichteten Linse überlegen sind, die ausgehend von einer herkömmlichen Form aus Mineralglas (ohne Mikrostruktur) erhalten wurde.
Beispiel 2: Ausführung einer abriebfesten Antireflexionslinse, Brechungsindex 1,6, aus Polyurethan durch ein Verfahren der Beschichtung in der Form (In-Mould Coating).
Ein angebrachtes Element aus Nickel, welches auf einer Seite mit einer Mikrostruktur vom periodischen Typ versehen ist, welches anfangs aus einem Interferenzverfahren resultiert, wird auf eine Fläche eines Abschnitts einer Form aus Mineralglas geklebt. Die Form wird wie in Beispiel 1 gereinigt.
Eine Beschichtungszusammensetzung, wie sie in Beispiel 3 des Patents FR-A-93 02649 beschrieben wird (Hydrolysat von Glycidoxypropyltrimethoxysilan, Dimethyldiethoxysilan und kolloidaler Kieselerde), wird mittels Eintauchen unter Verwendung eines Tauchüberziehers in Laborgröße auf der mikrostrukturierten Fläche aufgebracht.
Die Beschichtung wird bis zum Zustand „staubtrocken" bei einer Temperatur von 80°C für 15 Minuten vorgehärtet. Der so beschichtete Abschnitt der Form wird verwendet, um die Vorderseite der Linse zu formen und der Abschnitt der Form aus herkömmlichen Mineralglas (ohne Mikrostruktur) wird verwendet, um die hintere Seite der Linse zu formen.
Beide Abschnitte der Form werden zusammengebaut und durch eine Dichtung auf Distanz gehalten und eine Befestigungsklammer stellt den Zusammenhalt der Baugruppe sicher.
Die Form wird anschließend mit dem Monomer MR6^® (vertrieben von der Firma Mitsui-Toatsu) gefüllt, welche als Katalysator Dibutylzinn enthält. Dann wird die Monomerenzusammensetzung gehärtet, um eine Linse aus Polyurethan vom Brechungsindex 1,6 zu erhalten, unter Verwendung des folgenden thermischen Härtungszyklus an Luft:

Zeit (Minuten) Temperatur (°C)

O 20

1 32

25 32

33 60

35 80

(Entfernung der Dichtung)

37 120

39 120

41 75
Am Ende des Härtungszyklus wird die Form unter Verwendung eines geeigneten Werkzeugs auseinandergebaut, um nach einer Nachhärtung bei 110 °C über 3 Stunden eine Linse zu erhalten, die beim Versuch mit Stahlwolle kratzfeste Eigenschaften und Antireflexeigenschaften aufweist, die denen einer nicht beschichteten Linse, die durch ein analoges Verfahren hergestellt wurde, überlegen sind.
Beispiel 3:
Beispiel 2 wird wiederholt, jedoch unter Verwendung einer Beschichtungszusammensetzung auf der Basis von Epoxysilanhydrolysat, welches kolloidales Titan umfasst.
Es wird eine Linse mit vergleichbaren Eigenschaften wie denen in Beispiel 2 erhalten.
Beispiel 4: Ausführung einer Form aus Diallyldiglykoldicarbonatkunststoff, versehen mit einer Mikrostruktur vom periodischen Typ.
Eine Form analog zu der aus Beispiel 1 wird mit Aceton gereinigt. Es wird vorgegangen wie in Beispiel 1 und die Form wird mit einer Zusammensetzung aus Diallyldiglykoldicarbonat gefüllt, welche Triallylcyanurat enthält und mit Isopropylperoxydicarbonat katalysiert wird, vertrieben von PPG Industries. Die Zusammensetzung wird mittels des folgenden thermischen Härtungszyklus gehärtet:

Zeit (Minuten) Temperatur (°C)

15 46

45 46

30 49

60 49

60 54

45 54

45 58

120 58

45 62,5

45 62,5

60 67,5

45 67,5

60 72

45 72

60 78

60 78
Am Ende des Härtungszyklus wird die Form mittels eines geeigneten Werkzeugs auseinandergenommen, um ein Substrat zu erhalten, dessen eine Seite mit einer Mikrostruktur versehen ist.

Claims

Verfahren zum Erlangen einer ophthalmischen Linse, die an einer Fläche eine Antireflexmikrostruktur aufweist, wobei das Verfahren umfasst einen Schritt des Übertragens der Mikrostruktur von einer Form (1), von der eine interne Fläche (3, 3') die Mikrostruktur trägt und eine Sichtkorrekturgeometrie besitzt, an eine Fläche der Linse, wobei die Geometrie der Mikrostruktur initial durch ein Interferenzverfahren bestimmt ist, wobei die Übertragung darin besteht: – Ausbilden einer Schicht eines ersten härtbaren, optischen Materials, von dem eine Fläche eine Replik der von der internen Fläche der Form getragenen Mikrostruktur trägt, in der Form, wobei das erste optische Material nach dem Härten eine harte Beschichtung ausbildet, die abriebfeste Eigenschaften hat; – Härten lassen der Schicht des ersten optischen Materials in der Form; – Einführen eines zweiten härtbaren, optischen Materials zwischen der Fläche der gehärteten Schicht des ersten optischen Materials, die der die Mikrostruktur tragenden Flächen entgegengesetzt ist, und einer Wandung der Form; – Härten lassen des zweiten optischen Materials; und – Auseinandernehmen der Form, um eine ophthalmische Linse zu erhalten, die ein Substrat aufweist, das aus dem zweiten optischen Material gebildet ist, von dem eine Fläche mit der gehärteten Schicht des ersten optischen Materials überzogen ist, die die Mikrostruktur trägt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Geometrie der Mikrostruktur periodisch ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die periodische Mikrostruktur einer zwischen 100 und 300 nm enthaltene Periode hat.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Sichtkorrekturgeometriefläche eine Fläche mit progressiver Geometrie ist.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Krümmungsradius der Fläche enthalten ist zwischen 40 und 100 mm.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Form eine Integralform ist und die Mikrostruktur direkt an der internen Fläche der Form ausgebildet ist, die die Korrekturgeometrie besitzt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Form aus Kunststoff, Metall oder Mineralglas ist.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Form eine mehrteilige Form mit zumindest zwei Schichten ist, von denen eine an ihrer Oberfläche die Mikrostruktur trägt.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Mikrostruktur an einer Fläche eines angebrachten Elements ausgebildet ist, wobei sich das angebrachte Element an die Oberfläche der Form, die die Sichtkorrekturgeometrie aufweist, anschmiegt/anpasst.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das angebrachte Element eine Form hat, die jener der Sichtkorrekturgeometriefläche der Form entspricht, und an dieser Fläche festgelegt ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das angebrachte Element eine initial ebene Form hat und verformt wird, um sich an die Korrekturgeometriefläche der Form anzuschmiegen/anzupassen.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei das angebrachte Element an der Korrekturgeometriefläche der Form mittels eines Haftmittels festgelegt ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die mikrostrukturierte Schicht gebildet ist durch Aufbringen einer Materialschicht auf die Fläche der Form mit Korrekturgeometrie, wobei das Material geeignet ist, die Ausbildung einer Mikrostruktur auf ihrer Fläche zu erlauben, die der Fläche mit Korrekturgeometrie der Form entgegengesetzt ist.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Schicht des ersten härtbaren, optischen Materials erlangt wird durch Anwendung einer flüssigen Zusammensetzung von optischen Monomeren auf die Form.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Schicht des ersten härtbaren, optischen Materials gebildet wird durch Spritzen eines thermoplastischen Materials.
Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die Mikrostruktur auf einer Fläche eines verformbaren, ebenen Einsatzes ausgebildet wird, wobei der Einsatz in der Form verformt wird, um sich an die Fläche mit Korrekturgeometrie der Form anzuschmiegen.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Einsatz in der Form durch Erzeugen eines Vakuums an einer Fläche des Einsatzes, die der die Mikrostruktur tragende Fläche des Einsatzes entgegengesetzt ist, verformt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Einsatz in der Form durch Erzeugen eines Drucks an der Fläche des Einsatzes, die die Mikrostruktur trägt, verformt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Druck der Fließdruck des zweiten optischen Materials ist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Druck der Spritzdruck des zweiten Materials ist.
Verfahren nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, wobei das aus dem zweiten härtbaren, optischen Material gebildete Substrat erhalten wird durch Gießen einer flüssigen Zusammensetzung von optischen Monomeren oder durch Injektion eines optischen thermoplastischen Materials.
Ophthalmische Linse, die eine Antireflexmikrostruktur aufweist, die initial durch ein Interferenzverfahren bestimmt wird, die einer Fläche der Linse verliehen wird, die eine Sichtkorrekturgeometrie hat, dadurch gekennzeichnet, dass die die Mikrostruktur aufweisende Fläche eine Oberfläche einer abriebfesten Schicht ist.
Linse gemäß Anspruch 22, wobei die die Mikrostruktur aufweisende Fläche einen Brechungsindex von gleich oder größer als 1,55, vorzugsweise gleich oder größer als 1,6 hat.