JP2008536708A - 埋めこんだ光学機構の製造方法 - Google Patents

Abstract

埋めこまれた要素をもつ硬質光学機構を製造する方法が提供される。前記埋めこまれた要素は、無機質レンズ類、ポリマーレンズ類またはハイブリッドレンズ類、鏡、ビームスプリッター及び偏光プリズムまたは他の要素を含んでいる。埋めこみされる側のマテリアルは、透明な高品質の光学ポリマーである。
【選択図】図５

Description

［関連出願の相互参照］なし
［連邦支援の研究または開発に関する声明］
なし

［発明の背景］
頭部装着デイスプレイ類のような光学機構を製造するには、いくつかの部品を組みつけることがしばしば必要になる。例えば、米国特許６，５３８，６２４；６，４６２，８８２；６，１４７，８０７号明細書を参照されたい。いくつかの光学機構の構造には、光学部品類の間に空隙を含むようになっているものがある。これにより、前記部品類を機械的に位置合わせして保持するハウジングが必要になったり、前記部品類の内面をダスト、オイルおよびその他の汚染物から保護する方法も必要になる。別の光学機構においては、前記間隙にいくつかの別の媒体を充填できるようにしている。これらの機構は、例えば、反射部品、屈折部品、偏光部品または他の光学部品を光学的に透明なソリッド媒体に埋めこむことにより作られる。例えば、米国特許５，８８６，８２２；６，０９１，５４６および６，３８４，９８２を参照されたい。この試みの利点は、できあがった機構がモノリシックなソリッド部分であるという点である。前記部品類の相対位置は、永久的に固定しており、内面が露出されず、ダストで汚染されたり、濃縮されたりさらない。

実際面では、埋込した光学機構を実際に製造することは非常に難しい。埋め込んだ光学部材と埋め込む媒体における熱膨張係数の相違、埋め込まれた光学部材と埋め込む媒体との間の接着強度、最終製品における複屈折および歪曲、エージング処理などの点を考慮しなければならない。最も多用される埋め込む媒体は、ポリマー化合物である。しかしながら、これらのものは、非常に多くの欠点を有している。問題になる点は、重合と架橋工程の間における液体モノマーまたはプレポリマーが収縮する点である。これにより、光学的な歪みが生じ、埋め込まれた部材類の相対的な位置が変わってしまう。さらに加えて、埋め込まれた部材類の表面で開始される重合により、前記硬化されたポリマーにおける分子配向が好ましいものになる。この結果、完成された部分に複屈折が生じてしまう。

好ましくは、頭部装着ディスプレイシステムを作る目的のためには、硬化し曲がった埋め込む側のマテリアルは、物理特性および光学特性が眼科用レンズの製造に用いられるマテリアルと似ていなければならない。このマテリアルは、可視スペクトルにおいて高度の透明度（少なくとも８５％の透過性）、色収差の発生を防ぐ高いアッベ数、ＦＤＡボールドロップテストをパスする良好な衝撃強度。低い色指数または低い帯黄色指数、静的ストレスに対する良好な抵抗力とスクラッチに対する抵抗力および吸水性の低さをもつものでなければならない。眼科用レンズ製造に現在使用されている最も一般的な光学用ポリマーは、ＣＲ−３９としても知られているジエチレン・グリコールビス（アリル炭酸塩）である。このマテリアルは、硬化時収縮度が１３〜１６％であり、埋めこみ機構のために使用する価値がある。レンズ成形のために市場的に使用できる他のポリマー類は、埋めこみ機構の製造にはこれまた過剰な少なくとも６％の収縮度をもつ。

前記光学ポリマー類の硬化時における収縮度を低減するいくつかの試みがなされている。例えば、米国特許第５，９５２，４４１号におけるＨｅｒｏｌｄ他は、埋めこみ機構を成形するのに先立ち、エチレン性不飽和化合物の混合物を部分的に前重合して最終硬化の際の収縮度を最小にすることを示唆している。この前重合工程は、制御が簡単ではなく、所望の重合度が得られる迄重合は完全に停止しない。また、低粘度のプレポリマーマテリアルのための要件によって、硬化したポリマーは、依然として収縮度合いが高いものになる。

米国特許第５，１１４，６３２号におけるＳｏａｎｅにより示唆されている別の試みは、液体マテリアルを硬化工程の間金型内へ連続して供給し、前記収縮度合いを補償するようにしている。この試みにより、機械的ストレスを除くことがおそらく可能であるとしても、装置本体におけるポリマーの分子量に変動が生じ、その結果、光学指数が変動し、影像歪みが生じてしまう。

米国特許第６，３８０，３１４号におけるＳｏａｎｅとＨｕｓｔｏｎは、絡み合った重合活性を失ったポリマー内の反応性可塑剤からネット近似形状成形を行う方法を提案している。この試みにおいては、固体状態で完全に重合したマテリアルを、前記光学部材類を埋め込むために使用の重合可能な化合物または組成物に溶解し、これによって、その後の硬化の際の収縮度を下げるようにしている。しかしながら、このケースにおいては、前記硬化可能な混合物は、半固体で、頭部装着ディスプレイのためのような埋め込み光学機構には使用できない。

［発明の概要］
本発明は、頭部装着ディスプレイ用の光学機構の製造方法に関するものであり、この光学機構は、透明なポリマー性液体またはゲル状マトリックスに埋めこまれるプレート類、鏡類またはレンズなどのような無機光学部材類またはポリマー光学部品類を含む（図１，２）。本発明は、さらに、眼科用レンズまたは埋め込み光学機構の一般的な製造方法に関するものであり、これらレンズまたは光学機構は、カプセル化するマテリアルがまた光路にある透明なポリマー性ゲルまたは液体マトリックスに埋められた、限定はしないがレンズ、鏡類、ビームスプリッタおよび偏光プリズム（図３）を含む無機質、ポリマーまたはハイブリッドの光学部材類からな眼科用レンズまたは他の埋め込み光学機構である。その他の光学要素もまた特定の問題を解決するために埋め込むことができる。これらの要素には、限定はしないが、回析要素、調光ミラーおよび電気互換性フィルムおよび要素または調光フィルムおよび要素、屈折率の相違により形成される要素および導波管、光繊維束および内部反射現象全体に基づく要素が含まれる。

埋め込み光学機構を作る工程には、前記光学要素のクリーニングと前処理（オプショナル）、カプセル化に先立つ前記光学要素の位置決め、金型組立、成型工程またはカプセル化工程、オーバーキャスティング（オプショナル）、表面仕上げまたは磨き（オプショナル）および表面コーティング（オプショナル）（図４）が含まれる。

［発明の詳細な記述］
図１は、１対の眼鏡１０を示し、該眼鏡は、眼鏡枠１４内に納められた２枚の眼鏡レンズ１２を有している。一方のレンズにおいては、光学要素または光学部材１６が埋めこまれてディスプレイ１８からの影像を受け、この影像を装着者の目へ送るようになっている。図１は。シースルーシステムを示しており、装着者が前記光学要素を経てまわりの情景も見れるようになっている。図２は、図１に似ているが、まわりを見る（シーアラウンド）方式のもので、この方式においては、埋め込みした光学要素１４’が周囲の情景からの光の一部を遮断し、前記光学要素まわりの周囲の情景しか見えないようになっている。この光学要素は、例えばレンズ類、鏡類、ビームスプリッタおよび偏光プリズなどであって、これらは、それぞれ既知の方法で形成されるものである。前記要素は、ついで、以下に述べるように、前記レンズに埋めこまれるものである。

前記の埋め込んだ光学部品類における汚染を除くために、埋め込む前記光学要素を埋め込む前に清浄にする必要がある。図４の工程１を参照。清浄化工程は、既知の適当な方法で行えばよい。前記要素のタイプとマテリアルに応じて、超音波洗浄、低発泡で、リンスが容易な洗浄剤により洗浄した後リンス処理し、糸くずが出ない布により乾燥する洗浄またはアルコールをベースとするクリーナまたは有機溶剤による洗浄と乾燥で清浄化できる。

成形に先立ち、埋めこまれる前記要素には、種々の技術により接着性を向上させる前処理が施される。埋めこまれる要素と埋めこむ基体との化学的および物理的接合を改良することで、層間剥離と前記光学特性の低下にむすびつく複数のキャビティの形成を防ぐ。埋めこまれた光学部材類は、コロナ放電、火焔処理、プラズマ処理で処理でき、さらにはまた、前記表面をアルカリ溶液でエッチングでき、これらについては、当業者のよく知るところである。またさらに、必要に応じて、プライマー処理、シロキサン、シラン、硼酸塩、有機金属および他のカップリング剤も使用でき、これらについても、当業者のよく知るところである。

前記光学要素を、ついで、成形のために位置決めする。図４の工程２参照。本発明の好ましい実施例においては、前記光学要素は、これらを正しい相対的位置に固定することでプレートに合わせ、ついで、成形金型の複数の面の一つを形成する。前記複数の光学要素は、前記金型プレートに機械的手段または接着剤の使用のいずれかで接合される。接着剤は、加熱または室温でキュアリングする接着剤、紫外線・可視光線または放射線でキュアリングする接着剤または加湿でキュアリングする接着剤でよい。この接着剤の屈折率は、硬化した充填コンパウンドの屈折率の少なくとも０．１以内、好ましくは、０．０５、さらに好ましくは０．０１以内のものであるべきものである。充填成形コンパウンド組成物それ自体は、光学および機械的特性をより正確に合致させるために前記要素を所定位置に取り付けるように使用できるものである。

位置決めの際、前記光学要素類は、真空吸引により所定位置に支持されることができるようになっている。図５は、貫通した開口５２０を経て真空吸引されることでベースプレート５００上に配置された二つのプリズム要素５１０を示す。要素類は、連続して真空吸引支持しながらキャスティングでき、または、真空吸引せずにキャスティングできるように前記プレートに接着できる。

前記要素類は、接着する前に、色々な手段。例えば、機械的固定、拾い上げて載置する装置またはその他の似たような装置を用いて機械的に位置合わせすることができる。図６Ａは、シースルーレンズのための前記要素類の位置決めにおける固定具６２０の使用を示す。第１の表面鏡６１０、ビームスプリッタ６３０およびマンジャンミラー６４０が機械的固定具６２０で支持されてベースプレート６００の上に取り付けられる。ついで少量の光学接着剤を前記光学要素類それぞれのベース６２５に導入して、これを前記ベースプレートに支持させる。前記接着剤が硬化した後、前記支持固定具は、取り外すことができ、図６Ｂに示した前記ベースプレートアッセンブリーは、最終金型内で簡単に組み立てできる。同じような処理を図７Ａに示すようにシーアラウンド光学機構やその他の望ましい埋め込み光学機構に使用できる。図７Ａにおいては、光学要素類７１０は、固定具７２０で前記ベースプレート７００に取り付けられ、そのベース７２５に接着剤を導入する。この接着剤が硬化した後、前記固定具を取り外し、図７Ｂに示すような前記ベースプレートアッセンブリーは、成形準備完了の状態になっている。別な実施例において、図８は、２枚の表面鏡８１０を前記ベースプレート８００の開口部８２０に配置する点を示している。光学構造に必要な各種の要素類の位置決めと位置合わせは、一工程または複数の工程で行われる。

前記光学要素類の位置決めを行う別の手段は、キャスティング、射出成形および／または切断を含む、ここに記載の又は周知の方法により形成されたレンズに切り込んだ開口部に前記要素類を配置する。この試みを図９に示す。キャスティング後、部材９００に切りこんだ開口部に二つの光学要素９１０が配置される。また別に、一つ又は複数のダミーの取り外しできる要素１０１０をキャスティング金型に配置し、該要素を図１０に示すように、硬化後成形部１０００から取り除くことで開口部を作ることができる。前記ダミーの要素は、望ましい表面特性をもつように選ばれるか、又は、作られる；例えば、よく磨かれたインサートを用いて、取り除くことで光学特性をもつ窓を作ることができる。この窓は、例えば、前記光学機構の別の部分からの光を埋め込んだ光学機構へ結ばせることに用いられる。同じようにして形成されたフラットまたはカーブした面もまたコーティングされて前記光学構造に必要な鏡にすることもできる。

前記要素類の最初の位置を調節して硬化工程の間における収縮を補正できるようになっている。前記要素類の位置決めと正合もまた光学的方法を利用して前記要素類の正合度合いを調べることができる。例えば、レーザービームまたはオートコリメータを用いて、折った鏡の角度または曲面の求めた中心をチェックする。オプショナルには、積極的な光学的配列を用いることができ、この工程においては、前記要素類の機械的位置が調節できる一方、前記機構の光学的パフォーマンスをモニターできる。配列の間、配列された機構またはサブシステムの光学的パフォーマンスは、前記完成された部品類の光学的パフォーマンスといささか趣を変えているものである。このケースにおいては、成形プレートにおけるサブアッセンブリーの期待されるパフォーマンスを計算し、適切な配列工程を設計するのに光学的成形が必要になる。

工程３（図４）において、金型アッセンブリーが作られる。この工程のための好ましい金型形状は、図１１に示してある。前記金型は、上記したようにベースプレート１１００と、このプレート上に位置する光学要素１１２０および第２のカバープレート１１１０を備えている。２枚のレートは、環状のスペーサ１１３０で離されている。一般的にいって、前記プレートは、平らで平行になっており、前記スペーサは、均一な厚みをもつ；しかしながら、用途に応じて、一方または両方のプレートは、曲率をもつことができ、さらに／または前記スペーサは、均一な厚さのものでなくてもよく、例えば、くさび形状の部分をもつものでもよい。前記スペーサでキャビティが作られ、このキャビティ内で前記部分が成形され、前記スペーサに少なくとも一つの開口が設けられて、これを介して前記金型の充填が行われるようになっている。代表的には、埋めこまれる前記要素は、前記プレートの一方、ここでは前記ベースプレートに取り付けられる。オプショナルには、前記第２のプレートに要素類を追加できる。このケースにおいては、前記金型を組み立てる際に、位置の正合が必要になる。前記部分の厚みは、前記スペーサの高さで決定される。前記金型部品類は、機械的ファスナー類、例えば、ねじ類および／またはクランプ類により一緒に保持される。また別に、前記金型部品類は、成形工程の圧力を用いて一緒に保持することもできる。前記金型は、好ましくは、硬化した充填組成物に対し接着度が低いマテリアルズから組み立てられることができる。前記金型は、また、シリコン、炭化水素、フッ化炭化水素または他の適当な離型剤を予めコーティングしておくこともできる。前記金型の仕上げ剤、表面マテリアルおよび離型剤は、仕上げ部分における面が高品質な状態で磨き上げられるように選択される。また別途、以下に述べるように、前記表面マテリアルを前記仕上げ部分から除去するように後処理する場合には、前記金型マテリアル、表面仕上げおよび離型剤を選択して、重合工程を促進し、前記表面品質に関係なしに前記部分の全体の光学特性を向上させることができる。例えば、金属金型部材を用いて前記工程の熱制御を改善するようにすることが望ましい。

前記金型には、ついで、適当な収縮率が低い重合可能な光学成形コンパウンドを充填する（工程４、図４）。適当な成形コンパウンドは、業界で知られている。前記金型に充填するために用いられる成形コンパウンドは、前記金型に均等に充填されるよう、粘性が低いものでなければならず、均一な相対屈折率、低い応力、良好な耐久性、低い結晶化度などを含む上記した望ましい特性をもつ部分になるようにならなければならない。本発明では、どのような重合方法でも使用できる。これらの方法には、例えば、縮重合、フリーラジカル重合、陰イオン重合、陽イオン重合が含まれる。この実施例において、適当なものは、硬化時における収縮度が６．０％以下、好ましくは、４．０％以下、最も好ましくは、１．５％以下である。より低い複屈折率のより均一なアモルファスなマテリアルにするために、業界で知られている停止剤を添加して平均分子量を下げることができる。

高度のアモルファスな複屈折しない埋め込まれる側のマテリアルにする別の許容できる手段は、注意深く調節された複屈折率をもつ高度に配向されたマテリアルである。この場合、好ましい方向にそって、通常は（必ずしもそうではないが）プライマリーの光軸方向に平行に前記マテリアルが重合されることが望ましい。このタイプのマテリアルは、高度の複屈折率のものであるが、光の偏光の方向またはイメージ品質に影響を与えないものであり、これは、前記光路のすべてが同じ相対屈折率分布をみるからである。このような試みは、例えば、光繊維の製造に使用されており、ここでは、該繊維に機械的応力が加えられて、前記マテリアルの重合方向と光の伝播方向をもつ好ましい光軸に配向される。埋めこみされる側のマトリックスの好ましい配向は、業界で知られている色々な方法、例えば、表面前準備、熱勾配、圧力勾配または応力勾配または磁気的または電気的方法などにより確立される。この場合においては、前記成形コンパウンドは、高度の分子配向をもつべきものである。

業界で知られているように、添加剤を前記成形組成物に添加して、いくつかの特性を変えることができる。業界で知られているように、重合体および単量体で非反応性の光学可塑剤を前記組成物に添加して、前記ポリマーの内部応力を下げることができる。可塑剤の添加が随意に可能であって、例えば屈折率を調節して埋め込んだ組成物の屈折率に合わせることができる。このような可塑剤の例には、モノマー可塑剤、ジイソノニル フタール酸エステル、ビス（２−エチルエキシル）シバシン酸エステル、トリイソヘキシル トリメリット酸エステル、ジプロピレングリコール・ジ安息香酸エステル、１，２ プロパンジオール ジ安息香酸エステル、２−ニトロフェニル オクチル エステル、２−ブトキシエチル アジピン酸エステル、イソオクチルトール油エステル（tallate）、ジイソデシル グルタミン酸エステル、ジシクロキシエチル フタール酸エステル、トリクレシルリン酸エステル、ポリマー可塑剤−エポキシ化大豆脂、可塑剤ＣＥＬ及びＵｌｔｒａｍｏｌｌ（登録商標）ｐｐのようなバイエルのフタール酸ポリエステル類、Ｕｌｔｒａｍｏｌｌ（登録商標）Ｉ及びＵｌｔｒａｍｏｌｌ（登録商標）IIのようなバイエルのアジピン酸ポリエステル類が含まれる。ポリエチレン グリコール ジオレイン酸エステル、Ｕｌｔｒａｍｏｌｌ（登録商標）Ｍ及びＣａｒｄｏｌｉｔｅ（登録商標）ＮＣ−５１３のような反応性可塑剤も使用して内部応力−複屈折を除き前記屈折率を調節することもできる。

前記屈折率と前記埋めこまれた要素類のアッベ数分光および硬化した成形コンパウンドを合致させることは、ここでは美観と光学的な理由で重要な点である。前記埋め込まれた要素がコーティングまたは他の要素の機械的支持に透明なガラスまたはプラスチック成分を使用している場合、この点は望ましいことである。例えば、反射コーティングで被覆されているガラスプレートを前記機構に埋めこむと、指数が合致したガラスとポリマーマトリックスのペアーは、前記ガラスを目立たなくし、前記マトリックス内で支持されずに浮遊する反射フィルムの印象を作り出す。さらに、前記ガラス支持要素と埋めこむマトリックスの間で指数がミスマッチしていると、プリズム作用と同様の光学作用により表示イメージとシースルーイメージ両者の間に歪みを生じさせてしまう。前記光学要素類の屈折率は、硬化した充填コンパウンドの屈折率の少なくとも０．１、好ましくは、０．０５、さらにより好ましくは０．０１以内にあるべきものである。

また別途、前記単量体を重合してゲル充填システムに使用するゲル粘稠度にすることもできる。これらのシステムは、重合、部分重合、可塑剤または反応性または非反応性希釈剤の存在下または可塑剤または溶剤においてポリマーを膨張または溶解させることによる重合で形成されることができる。図３は、上記機構の一例を示すもので、この例においては光学要素３２０は、成形ベース要素３００内の開口部に配置されている。ついでレンズが透明なカバープレート３３０で覆われ、できたキャビティに指数が合致したゲルまたは液体３１０が充填される。ゲルまたは液体の使用によって光学歪みおよび／または複屈折が大幅に減少する；しかしながら、それには、固い殻体のレンズを使用し、前記機構を適切に封止しなければならない。

好ましくは、前記可塑剤は、前記ポリマーマトリックスに融和するもので、前記ポリマー内で又は前記表面に前記可塑剤が位相分離したり、移動したりしないように濃縮状態で使用される。前記ポリマー可塑剤の濃度は、１〜６０％、好ましくは３〜３０％、さらに好ましくは５〜２５％である。しかしながら、ゲル状の場合、前記可塑剤の濃度は、９５％程度高いものでよい。異なる可塑剤の混合物を前記組成物に使用することもできる。前記マテリアルにおける疏水性の特性を増進させる可塑剤を選ぶことが好ましい。これによって、最終ポリマーの吸湿性を低下させ、この点は、環境安定性に重要であり、屈折率の変動を防ぐ。

その他の添加物を使用して、重合工程をコントロールすることができる。前記マテリアルにおいて複屈折を生じさせる反応熱を低下させるために、前記ポリマー組成物に抑制剤を添加することができ、この抑制剤の選択は、業界で知られているように、使用されるポリマーシステムによるものである。抑制剤濃度は、通常、５．０％以下、好ましくは３．０％以下である。いくつかのポリマーシステムには、重合に導き、高い重合率を達成したり、重合工程を促進させたりするのに触媒の使用が必要または望ましいことであって、触媒の選択は、業界で知られているように、使用するポリマーシステムによるものである。このシステムにおける触媒の濃度は、通常では、３．５％以下、好ましくは１．０％以下であるべきものである。いくつかのポリマーシステム、特にフリーラジカル重合においては、連鎖移動剤を添加することが役立ち、業界で知られているように、使用のポリマーシステムに応じて選択される。通常、それらの濃度は、０．５％以下であるべきものである。

前記システムに安定剤を使用して、業界で知られているように、オーバータイムにおける前記ポリマーの光学的、機械的または科学的特性の変化を防ぐことができる。業界で知られているように、最終部品の可視光線透過に影響を与えない濃度で有機シリコン樹脂および有機カップリング剤を前記樹脂に添加してもよい。これらの添加剤によって、最終仕上げされた埋め込み光学機構における機械的応力を低下させ、屈折率変化および複屈折に役立つ。前記カップリング剤の通常の濃度は、０．３％〜５．０％の間であるが、３５．０％の濃度までの分を添加し、化学ボンディングにより前記ポリマーに組み入れることができる。

前記ポリマーに空気が取り込まれることを防ぐために、業界で知られているように、成形コンプアンドを金型へ入れる前にガス抜きを行わなければならず、成形工程を加圧状態で行う。さらに、業界で知られているように、脱泡剤を成形混合物に添加することができる。上記マテリアルズの好ましい濃度は、０．１〜３．５％である。

前記成形工程（工程４，図４）には重合、硬化およびオプショナルに硬化後処理が含まれる。重合工程中に前記成形混合物に一定の圧力を加えることで付加的に収縮度合いを減らすことができる。これで硬化前に前記プレポリマーに通常発生する収縮を補償することに役立つ。別の利点は、前記圧力で取り込まれた空気を追い出すことである。

一般的に言って、前記重合工程は、室温よりも高い温度で行われる。前記硬化サイクルにおける差別的な熱膨張によって、前記システムが室温に戻るにつれ、機械的応力を封止する結果になる。熱硬化システムには、前記温度を容認できる硬化温度の最低温度に維持して、光学的および機械的応力を発生させる発熱反応を防ぐようにしなければならない。後硬化が要求される場合、前記温度のプロフィールは、高い転換率を目指す一方、発熱反応で発生する熱を最低に保つようにしなければならない。できれば前記組成物を室温で硬化させたり、また別に前記工程に必要な最低温度で硬化させたりすることが望ましい。重合、硬化および後硬化工程の間、業界で知られているように、温度傾斜をコントロールして最終仕上げ部品における機械的応力の作用を制限したり、最低にしたりするようにしなければならない。特定の温度と圧力および処理レートは、業界で知られているように、使用される特定のポリマーシステムによるものである。

例えば紫外線硬化システムのような放射線硬化システムには、エネルギーレベルを選択して完全なモノマー転換ができるようにしなければならない。このようなシステムを薄い層を重ね塗りして硬化させることが望ましい。この場合、前記キャステイングコンパウンドを金型へ複数の層の状態で添加し、各層を次の層が添加されるまでに硬化させる。前記光学要素は、前記キャスティングコンパウンド内へ、このようにして徐々に埋めこまれる。図１４を参照すると、金型１４２０に配置された光学部品１４１０は、金型リング１４３０内に配置されている。未硬化のモノマーの増分層１４５０を前記システムのそれまでに硬化されたポリマー１４４０の上面に添加し、前記マテリアルにより要求される加熱硬化、放射線硬化又は化学的硬化条件１４６０下におく。この工程を必要な多くの層に対し繰り返し、所望の厚さのものにする。ついで前記部品を研削し、研磨し、磨き上げ、または、その他の後処理を行って、前記キャステイング工程による不均一な面を取り除く。さらに、所望の化粧効果、機械的効果または光学的効果を達成するために、前記マテリアルの異なる層に異なる組成を使用することができる。例えば、サングラスに望ましいように、前記機構の全体の光透過を抑えるために、いくつかの層に薄い色づけをする。

成形後、硬化された組成物または固形体は、オプショナルとして種々の方法で後処理される。表面の欠陥を見えなくするには、図１２に示すように、硬化された固形体１２００をひとまわり大きな金型１２００内に配置し、ついで同じキャスティングマテリアルか、または、埋めこみ側のマテリアルと光学指数が合致する異なるキャスティングマテリアルで重ねキャスティングを行うことができる。オプショナルとして、前記部品は、埋め込まれたコンパウンドと異なる屈折率と機械的特性をもつポリマーコンパウンドで重ねキャスティングされる。例えば、前記重ねキャスティングするポリマーは、埋めこみ側のコンパウンドよりも硬いものが選ばれ、最終仕上げ部品の耐久性を増進させるようになっている。別の実施例においては、重ねキャスティングするマテリアルの指数は、前記主たる機構よりも低いものが選ばれ、インターフェースにおける反射を減らすようにできる。前記重ねキャスティングを室温で行い、前記異なるマテリアルの熱膨張の相違による表面の欠陥をなくすことが好ましい。また、同じ、または、違うマテリアルで前記機構を何回でも重ねキャスティングすることもできる。前記重ねキャスティングのマテリアルにフォトクロミックまたは電子フォトクロミック染料を含む染料を添加すると利点がある。別な試みとしては、前記主の光学機構をキャスティングする前に、先ず最初に重ねキャスティングにより前記複数の金型プレートに付加的な層をキャスティングする。重ねキャスティングにより添加された前記層は、視覚矯正のような付加的光学特性をもつように成形される。また別に、前記添加の層を研削し、研磨し、またはダイアモンド研磨により視覚矯正を付加することもできる。

研削または研磨工程をオプショナルに行うことも望ましい。（工程６，図４）埋め込み側の組成物の収縮または埋め込まれるマテリアルズと埋め込み側の組成物の熱膨張係数の相違により前記マテリアルの面に明らかな欠陥がある場合、前記固形体の面を磨く必要がある。この磨き工程は、前記固形体の表面を平にして平でない面の屈折による歪みを無くすために使用される。別な理由でも強くストレスがかかったマテリアルの層を除去するようにするもので、これは、均質でないマテリアルを光線が通過することにより光路の歪みが生じるのを防ぐためである。成形された部品の厚さは、調節されて成形後研磨に対応できるようになっている。前記固形体もまた研磨され、研削され、又はダイモンド磨きされて視覚矯正のような望ましい光学特性をもつ特定の表面形状にされる。

表面コーティング工程を行うことが望ましい（工程７，図４）。最終仕上げ製品の外見、光学特性、化学抵抗、耐摩耗性、酸素と湿気の不透過性は、順応性、平面度、色々なコーティングを使用することで増進される。最終仕上げ製品は、スクラッチに強く、曇らず、反射せず、偏光を生じないコーティングまたは他の機能的または装飾的コーティングでコーティングされることができる。これらのコーティングは、ディップコーティング、スピンコーティング、スプレイコーティング、ローリコーティング，真空吸引コーティング、スパッタリングまたは他の方法でコーティングされる。また、上記種類のコーティングと共にオプショナルに準備してあった保護フィルムを前記最終装置の表面にラミネートすることができる。

矯正光学要素１３１０を図１３に示すように上記機構１３００に永久的または一時的に取り付けることができる。この矯正要素は、特定の矯正の要求に応じて平凸レンズまたは平凹レンズおよび平らな光学機構からなるものである。また別に、前記光学機構が平らなものでない場合、前記矯正要素は、前記光学機構の面に合う形状にされる。前記矯正要素に対する他の選択肢には、回折レンズまたはフレネルレンズが含まれ、これらは、一方の面が前記光学機構の外面に合うようになってラミネートされることができるようになっている。前記矯正要素を内側の視界面に配置して、前記外面に投射された影像と周囲の影像を矯正したり、または、前記矯正要素を外側面に配置して、シースルー眺望のみを矯正したり、例えば、強い処方の場合またはシリンドリカルな矯正が必要な場合、両側面における矯正を行うことができる。前記矯正要素は、糊剤、感圧接着剤、さらには表面張力で取り付けるか、または前記機構に組み込んで成形することができる。

前記要素を平らな機構の面に成形する場合、透明なフィルムを前記複合光学機構パック塗布化した光学要素の間の平らな面に前記矯正要素を重ねて成形する前にのり付けしたり、ラミネートしたりして配置することができる。この中間のフィルムにより、前記平らな光学機構を破壊することなく、前記矯正光学要素を簡単に取り除くことができる。また、全内部反射（ＴＩＲ）を使用する平らな光学機構においては、前記中間フィルムの屈折率を前記平らな機構の屈折率よりも低いものにしてＴＩＲのための光学条件を維持できるようにすることができる。

本発明は、添付の請求の範囲に示されたものを除き、特に図示され、記載されたものに限定されるものではない。

本発明は、添付の図面を参照しての詳細な記述からさらに完全に理解てるもので、添付の図面において：
本発明による光学要素を埋め込んだ透視する埋め込み眼鏡フレーム取り付けディスプレイの正面図。 本発明による光学要素を埋め込んだ周囲を見る埋め込み眼鏡フレーム取り付けディスプレイの正面図。 指数が合ったゲルまたは液体を充填した機構の断面図。 前記埋め込んだ光学機構を製造する工程のフローチャート。 真空吸引支持により取り付けられるプリスム要素の側縁図。 支持具に配置されたプレート要素透視機構の側面図。 成形プレートに配置のプレート要素透視機構の側面図。 支持具に配置されたプレート要素透視機構の側面図。 成形プレートに配置のプレート要素透視機構の側面図。 前記成形プレートに予めカットされ、又は、予め成形された開口部に配置の前記周囲を見る要素の断面図。 前記レンズベースに予めカットされ、又は、予め成形された開口部に配置の前記周囲を見る要素の断面図。 前記レンズベースから外されたインサートの断面図。 配置された光学要素をもつ組み立てられた金型の断面図。 重ね成形のための硬化したレンズ設定の状態の断面図。 光学要素と眼疾矯正要素を埋めたレンズの断面図。 層ごとに成形する工程における金型構成の断面図。

符号の説明

５００ ベースプレート
５１０ プリズム要素
５２０ 貫通した開口

Claims (57)

1. 以下の構成からなる光学要素を埋め込んだ硬質光学機構を製造する方法：
   金型キャビティをもつ金型アッセンブリーを用意し；
   一つまたは複数の光学要素を前記金型キャビティの壁に取り付けるものであって、前記光学要素は、無機質マテリアル、ポリマーまたはハイブリッドレンズ無機ポリマーマテリアルからなるものであり；
   ポリマー化できる光学成形コンパウンドを前記金型キャビティ内へ導入し；そして
   前記成形コンパウンドを硬化させて光学要素にすること。
2. 前記金型アッセンブリーは、ベースプレート、カバープレートおよび前記ベースプレートとカバープレートの間のスペーサ要素を備え、さらに、前記スペーサ要素に設けられた開口から前記金型キャビティの充填が行われる請求項１の方法。
3. 前記ベースプレートは、平らなプレートか、または、形作られたプレートからなる請求項２の方法。
4. 前記カバープレートは、平らなプレートか、または、形作られたプレートからなる請求項２の方法。
5. 前記スペーサーは、環状要素からなる請求項２の方法。
6. 前記スペーサーは、ウエッジ形状からなる請求項２の方法。
7. 一つまたは複数の光学要素が前記ベースプレートに取り付けられ、前記ベースプレートおよび前記カバープレートが前記金型キャビティを形成するように組み立てられる請求項２の方法。
8. 一つまたは複数の光学要素が光学セメントで前記ベースプレートに取り付けられる請求項２の方法。
9. 一つまたは複数の光学要素が前記重合可能な光学成形コンパウンドと同じマテリアルで前記ベースプレートに取り付けられる請求項２の方法。
10. 一つまたは複数の光学要素が真空吸引で前記ベースプレートに取り付けられる請求項２の方法。
11. 前記ベースプレートには、該プレート内に凹部が含まれ、前記一つまたは複数の光学要素が前記ベースプレートにおける凹部に挿入されて前記ベースプレートに取り付けられる請求項２の方法。
12. 一つまたは複数の光学要素が取り外しできる固定具で前記ベースプレートに取り付けられる請求項２の方法。
13. 一つまたは複数の光学要素が前記カバープレートに取り付けられる請求項２の方法。
14. 前記ベースプレートとカバープレートが前記金型アセンブリーを組み立ててる間前記一つまたは複数の光学要素およびさらに別な一つまたは複数の光学要素に対し光学的に正合される請求項１３の方法。
15. 前記一つまたは複数の光学要素の位置が前記機構の所定の光学機能を発揮できるように調節される請求項１の方法。
16. 前記一つまたは複数の光学要素の位置が成形工程または硬化工程の間における収縮に見合うように調節される請求項１の方法。
17. 前記重合可能な光学成形コンパウンドは、液体またはゲルである請求項１の方法。
18. 前記一つまたは複数の光学要素には、レンズ、鏡、ビームスプリッタまたは偏光プリズムが含まれる請求項１の方法。
19. 前記一つまたは複数の光学要素と前記重合可能な光学成形コンパウンドは、前記光学コンパウンドの屈折率に合致しているものから選択される請求項１の方法。
20. 前記合致する屈折率は、０．１以内である請求項１９の方法。
21. 前記合致する屈折率は、０．０５以内である請求項１９の方法。
22. 前記合致する屈折率は、０．０１以内である請求項１９の方法。
23. 前記一つまたは複数の光学要素と前記重合可能な光学成形コンパウンドは、光学分光に合致しているものから選択される請求項１の方法。
24. 前記重合可能な光学成形コンパウンドは、結晶度が低いものから選択される請求項１の方法。
25. 前記重合可能な光学成形コンパウンドは、低い複屈折呈するものから選択される請求項１の方法。
26. 前記重合可能な光学成形コンパウンドは、収縮率が低いものから選ばれる請求項１の方法。
27. 前記重合可能な光学成形コンパウンドは、硬化時６．０％以下の収縮率をもつ請求項１の方法。
28. 前記重合可能な光学成形コンパウンドは、硬化時４．０％以下の収縮率をもつ請求項１の方法。
29. 前記重合可能な光学成形コンパウンドは、硬化時１．５％以下の収縮率をもつ請求項１の方法。
30. 前記重合可能な光学成形コンパウンドは、分子配向が低いレベルにあるものから選ばれる請求項１の方法。
31. 前記重合可能な光学成形コンパウンドは、均一な複屈折と好ましい光学軸が得られるように調節される分子配向が高いレベルにあるものである請求項１の方法。
32. 前記導入工程において、可塑剤が前記光学成形コンパウンドと共に導入される請求項１の方法。
33. 前記可塑剤は、複屈折を減らすために、前記光学成形コンパウンドの屈折率と合致している屈折率をもつものである請求項３２の方法。
34. 前記可塑剤は、前記光学成形コンパウンドの屈折率と異なる屈折率をもち、前記光学成形コンパウンドの屈折率を前記一つまたは複数の光学要素の屈折率に合うように調節できるようにしている請求項３２の方法。
35. 前記金型キャビティへ圧力をかける工程を備え、これによって、硬質化する前に重合可能な成形コンプアンドの収縮を制御する請求項１の方法。
36. さらに一つまたは複数の光学要素を結合剤で前処理して前前記光学要素におけるストレスと複屈折を低下させるようになっている請求項１の方法。
37. さらに前記一つまたは複数の光学部材を結合剤で前処理して微細な剥離現象を減らすようになっている請求項１の方法。
38. さらに前記結合剤を前記金型キャビティ内へ導入して微細な剥離現象を減らすようになっている請求項１の方法。
39. さらに前記光学部材を前記金型キャビティから取り外し、前記光学部材を磨きまたは研磨するようになっている請求項１の方法。
40. さらに前記光学部材を前記金型キャビティから取り外し、前記光学部材をコーティングしたり、さらに別の光学マテリアルを重ね成形するようになっている請求項１の方法。
41. さらに前記光学部材に眼疾矯正機能を加えるようになっている請求項１の方法。
42. 平凸面または平凹面レンズを前記光学部材の一方または両方にラミネートすることで前記光学部材に眼疾矯正機能を加えるようにする請求項１の方法。
43. 前記光学部の厚さを加えて、付加的に厚くされた光学面をさらに研磨、ポリシッングまたはダイアモンド回転磨きするようにする請求項１の方法。
44. 成形時に前記のように厚くされる請求項４３の方法。
45. 成形後に前記光学部材を重ね成形して厚みを加えるようにする請求項４３の方法。
46. 前記金型キャビティに厚さを加える請求項４３の方法。
47. さらに中間透明光学フィルムを前記光学部材に取り付け、矯正眼用要素を前記フィルムの面に成形する請求項４３の方法。
48. 前記光学部材の屈折率よりも低い屈折率をもつ中間透明光学フィルムが前記光学要素に取り付けられ、前記矯正眼用要素が前記フィルムに取り付けられる請求項１の方法。
49. 前記フィルムが糊剤、感圧接着剤または表面張力で取り付けられる請求項４８の方法。
50. 前記重合可能な光学成形コンパウンドが増分された複数層となるように前記金型キャビティに導入され、各層は、次の層が導入される前に硬化されるようになっている請求項１の方法。
51. すべての前記層は、同じマテリアルで形成されている請求項５０の方法。
52. すべての前記層は、異なるマテリアルまたは組成物で形成されている請求項５０の方法。
53. 前記層のいくつかは、異なる工程で硬化される請求項５０の方法。
54. 請求項３の方法で作られた装置。
55. 以下の構成からなる光学要素を埋め込んだ硬質光学機構を製造する方法：
    金型キャビティをもつ金型アッセンブリーを用意し；
    一つまたは複数の取り外し可能な光学部材を前記金型キャビティの壁に取り付け；
    重合可能な光学成形コンパウンドを前記金型キャビティ内へ導入し；
    前記成形コンパウンドを硬化させて光学要素に形成し；
    前記光学部材を前記金型アッセンブリーから取り外し；
    前記一つまたは複数の取り外し可能な要素を前記光学部材から取り外して。キャビティから離し；
    一つまたは複数の光学要素を前記キャビティ内で前記光学部材へ取り付ける。
56. 前記取り外し可能な要素を取り外して、前記光学機構と光学的に他の光学機構と結合できる光学窓を作る請求項５５の方法。
57. 前記取り外し可能な要素を取り外して、前記光学部材の面を非常によく磨かれた面とし、さらに、この非常によく磨かれた面をコーティングして鏡に仕上げる請求項５５の方法。

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