JP2020528838A - 光学装置を製造する方法及び対応するシステム - Google Patents

光学装置を製造する方法及び対応するシステム Download PDF

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Abstract

硬化性組成物のある体積（４）から光学装置を製造する方法は、− 前記体積の外面に光照射（Ｂ）を照射することによって前記体積（４）の第１の部分（１４）を重合し、それにより前記光照射に対する前記第１の部分（１４）の透過率を増加させるステップと、− 前記体積の第２の部分を、前記外面及び重合された第１の部分（１４）を通して前記第２の部分に前記光照射（Ｂ）を照射することによって重合するステップとを含み、前記光照射（Ｂ）は、第１の光強度と、第２の光強度と異なる前記第２の光強度との間で前記外面にわたって変化する光強度を有する。対応するシステムも記載される。

Description

本発明は、光学レンズなどの光学装置の製造に関する。
より正確には、本発明は、光学装置の製造方法及び対応するシステムに関する。
３Ｄ印刷技術を使用して光学レンズなどの光学装置を製造することが模索されている。３Ｄ印刷技術は、従来の方法に比べて大きい利点を提供するであろう。
しかしながら、一部の３Ｄ印刷技術は、特に内部透明度及びこの種の製品に必要な界面の正確な形状により、光学装置の製造に適していない場合がある。
これに関連して、本発明は、硬化性組成物のある体積から光学装置を製造する方法であって、
− 前記体積の外面に光照射を照射することによって前記体積の第１の部分を重合し、それにより前記光照射に対する前記第１の部分の透過率を増加させるステップと、
− 前記体積の第２の部分を、前記外面及び重合された第１の部分を通して前記第２の部分に前記光照射を照射することによって重合するステップと
を含み、前記光照射は、第１の光強度と、第２の光強度と異なる前記第２の光強度との間で前記外面にわたって変化する光強度を有する、方法を提供する。
したがって、重合は、硬化性組成物の部分から部分へと連続的に行われ、これは、均質な重合した材料を得ることを可能にし、したがって良好な透明性を有する。
加えて、特定の分布を有する光照射の使用のため、得られる光学装置の形状を光学要件に従って制御することができる。
本発明は、以下の任意選択の（したがって非限定的な）態様も提供する：
− 前記出力は、前記外面の少なくとも１つの地点について経時的に変化している；
− 前記光照射は、紫外線範囲内である；
− 前記光照射は、可視範囲内である；
− 前記硬化性組成物は、光照射に感受性があり且つ光退色特性を有する光開始剤を含み、これは、前記硬化性組成物が、光照射により反応した後、光照射波長に対して透明になることを意味する；
− 前記光開始剤は、ビスアシルホスフィンオキシド（ＢＡＰＯ）又は２，４，６−トリメチルベンゾイルフェニルホスフィネート（Ｉｒｇａｃｕｒｅ ＴＰＯ）である；
− 前記硬化性組成物は、アクリレートを含有する；
− 方法は、前記第１の部分を重合する前に硬化性組成物を脱ガスするステップを含む；
− 前記光学装置は、光学レンズである；
− 特に、光学装置は、眼科用レンズである；
− 前記硬化性組成物は、底部を備えた容器内にある；
− 光学装置は、底部から開始して重合によって形成される；
− 前記光照射は、前記底部を透過される；
− 前記底部は、前記体積に面する球面又は非球面の湾曲形状を有し、それにより、製造された光学装置の底部は、対応する湾曲形状を有する；
− 前記底部は、前記体積に面する凸形状を有し、それにより、製造された光学装置の底部は、凹形状を有する；
− 前記変化する光強度は、前記外面の中心で最大値を示し、これは、例えば、正の光学レンズを形成するために使用可能である；
− 前記変化する光強度は、前記外面の周辺で最大値を示し、これは、例えば、負の光学レンズを形成するために使用可能である；
− 前記変化する光強度は、第１の軸に沿って前記外面の周辺で最大値を示し、且つ前記第１の軸に垂直な軸に沿ってより低い値を示し、これは、例えば、トーリック光学レンズを形成するために使用可能である；
− 前記変化する光強度は、前記外面内の偏心位置で最大値を示し、これは、例えば、付加部分を有する光学レンズを形成するために使用可能である；
− 前記変化する光強度は、上記のパターンの組み合わせを示す；
− 前記光照射は、空間光変調器を含むエミッタによって生成される。
本発明は、光学装置を製造するためのシステムであって、
− 硬化性組成物のある体積を含有する容器と、
− 光照射のエミッタであって、容器を通して前記体積の外面を照射し、それにより前記体積の第１の部分を重合し、且つ前記電磁放射線に対する前記第１の部分の透過率を増加させるように構成され、それにより、前記体積の第２の部分は、前記外面及び重合された第１の部分を通して前記第２の部分に前記電磁放射線を照射することによって重合される、エミッタと
を含み、前記光照射は、第１の光強度と、第２の光強度と異なる前記第２の光強度との間で前記外面にわたって変化する光強度を有する、システムも提供する。
このシステムは、前記変化する光強度を生成するために前記エミッタを制御するための制御モジュールも含み得る。
提案された方法に関連して上記で提示された任意選択の特徴は、このシステムにも適用され得る。
本発明は、光学レンズ及び装置又は眼科用要素及び装置など、あらゆる種類の光学装置及び要素に使用することができる。眼科用要素の非限定的な例は、セグメント化又は非セグメント化され得る単焦点又は多焦点レンズを含む矯正及び非矯正レンズ並びに視力を矯正、保護又は強化するために使用される他の要素を含み、コンタクトレンズ、眼内レンズ、拡大レンズ及び眼鏡、ゴーグル並びにヘルメット内で見出されるものなどの保護レンズ又はバイザーを限定することなく含む。
本発明の説明に役立つ実施形態は、添付の図面を参照して以下で詳細に記載される。
光学装置を製造するシステムの第１の例を初期ステップにおいて示す。 図１のシステムを中間ステップにおいて示す。 図１のシステムを最終ステップにおいて示す。 光学装置を製造するシステムの第２の例を初期ステップにおいて示す。 図４のシステムを最終ステップにおいて示す。 光学装置を製造するシステムの第３の例を初期ステップにおいて示す。 図６のシステムを中間ステップにおいて示す。 図６のシステムを最終ステップにおいて示す。 上記のシステムにあるような硬化性組成物を含有する容器に連続して適用される互いに異なる光分布を示す。 上記のシステムにあるような硬化性組成物を含有する容器に連続して適用される互いに異なる光分布を示す。 上記のシステムにあるような硬化性組成物を含有する容器に連続して適用される互いに異なる光分布を示す。 これらの光分布を適用することにより得られた一片の重合した材料を示す。 個別の異なる動作条件について、図１〜３を参照して上に記載したプロセスを使用して得られたレンズを示す。 個別の異なる動作条件について、図１〜３を参照して上に記載したプロセスを使用して得られたレンズを示す。 個別の異なる動作条件について、図１〜３を参照して上に記載したプロセスを使用して得られたレンズを示す。
図１〜３は、光学装置を製造するための例示的なシステムを使用して光学装置を製造する方法の３つの異なるステップをそれぞれ示す。
このシステムは、硬化性組成物４のある体積を含有する容器２を含む。
容器２は、硬化性組成物４の体積を保持することを可能にする底部６及び側壁８を含む。
システムは、容器２に向かって、正確には底部６に向かって光ビームＢを発する発光体１０をさらに含む。
使用される光のタイプは、例えば、紫外光又は可視光であり得る。
発光体１０は、例えば、コリメート光線を生成する光発生器（図示せず）と、光ビームＢが（空間光変調器１２のために制御可能な方法で）ビームＢ自体にわたって変化する光強度を有するようにコリメート光線に適用される空間光変調器１２とを含む。空間光変調器１２は、例えば、制御モジュールによる制御下で光ビーム内の光の分布を制御するように適合されている。したがって、空間分布（及び場合によりその時間的進化）は、ユーザが前記制御モジュールをプログラミングすることによって構成することができる。
本例では、図１〜３に概略的に示されるように、光強度は、ビームＢの周辺部よりもビームＢの中心部でより高い。
容器２の少なくとも底部６（及び場合により容器２全体）は、発光体１０によって発せられる光に対して透明（又は少なくとも発光体１０によって発せられる光に対して半透明）である。この目的で、容器は、例えば、石英で作られ得る。
したがって、図１に示されるように、発光体１０によって発せられる光は、ここでは容器２を通して（正確には容器２の底部６を通して）硬化性組成物４の体積の外面（ここでは底部６に面する外面）を照射する。光ビームＢは、均一ではないため（ここでは空間光変調器１２の使用のため）、この光照射は、第１の光強度と、第２の光強度と異なる前記第２の光強度との間で外面にわたって変化する光強度を有する。
硬化性組成物４は、例えば、樹脂（例えば、ジペンタエリスリトールペンタ／ヘキサアクリレート又はＰＥＴＩＡなどのアクリレートなどのモノマーで作られたもの）及びビスアシルホスフィンオキシド（ＢＡＰＯ）などの光開始剤を含む。
可能な変形例によれば、硬化性組成物は、以下を含み得る：
− ２．２ビス（４−（アクリルオキシジエトキシ）フェニル）プロパン（ＥＯ４ｍｏｌ）又はＡ−ＢＰＥ−４（主な光学的及び機械的特性を提供するためのもの）（例えば、２５ｗｔ％〜９５ｗｔ％）；
− アクリル酸イソボルニル又はＡ−ＩＢ（光学的及び機械的特性を調整するためのもの）（例えば、５ｗｔ％〜７５ｗｔ％）；
− ３−メチル−２−ブテン−１−オール（黄変を防ぐためのもの）（例えば、１ｗｔ％〜３ｗｔ％、ここでは２ｗｔ％）；
− ２，４，６−トリメチルベンゾイルフェニルホスフィネート又はＩｒｇａｃｕｒｅ ＴＰＯ（光退色可能な光開始剤として）（例えば、１ｗｔ％〜５ｗｔ％、好ましくは２ｗｔ％〜３ｗｔ％）。
硬化性組成物４の少なくとも一部（ここでは光開始剤）は、光退色特性を有し、すなわち光により反応した後、それが受ける光に対して透明になる。
光のビームは、均一ではないため、硬化性組成物４の重合は、光強度が高い領域、ここではビームＢの中心（したがって底部６の中心）で最初に発達し、図２に示すように第１の重合部分１４の形成をもたらす。
硬化性組成物４の光退色特性により、第１の重合部分１４は、発光体１０から受け取った光に対して透明になり、発光体１０から受け取った光に対する第１の部分１４の透過率は、増加する一方、第１の部分１４は、重合する。
したがって、第１の重合部分１４の領域内で容器２の底部６を介して入る光は、（図２に概略的に示すように）第１の重合部分１４を透過し、硬化性組成物４の体積の第２の部分１６に達し、これにより（図３に示されるように）この第２の部分１６の重合がもたらされる。
すでに述べたように、光ビームＢを横切る光強度の変化により、光強度が高い領域で重合がより急速に発達し、したがって、重合した材料の厚さは、容器２の底部６にわたって可変である。
この場合、光の強度は、光ビームの中心で高く、その周辺に向かって減少するため、図２及び３に見られるように、重合した材料は、凸形状を有する。
図３に示す最終状態では、得られた重合材料（第１の部分１４及び第２の部分１６を含む）は、光学レンズ１８を形成する。この光学レンズ１８は、容器２から取り出され、特に良好な表面状態を得るために、場合により最終硬化（後重合）などの後処理にかけられ得る。
この点で、専用の付着防止（透明）層２０を容器２の底部６と硬化性組成物４との間に介在させて、容器２からの光学レンズ１８の取り出しを容易にし得る。
まさに図１〜３を参照して記載した例では、容器２の底部６は、得られる光学レンズ１８が平凸光学レンズであるように、硬化性組成物４に面する平面を有する。
しかしながら、光学レンズの面の１つを画定する容器２の底部６は、以下で例示されるように、非平面形状を有することができる。
図４及び図５は、光学装置を製造するシステムの別の実施形態を示す。
前の実施形態と同様に、容器２２は、硬化性組成物２４のある体積を保持する。上記の硬化性組成物の例が本実施形態にも適用される。硬化性組成物（又は硬化性組成物の少なくとも不透明な化合物）は、上で説明したように光退色特性を有する。
容器２２は、底部２６及び側壁２８を有する。本実施形態では、硬化性組成物２４の体積に面する底部２６の表面２７（ここでは硬化性組成物２４の体積と接触している）、すなわち底部２６の上面は、図４及び５に見られるように凸形状を有する。
不均一な光ビームＢが底部２６の外面に適用される。この光ビームＢは、ここでは、図１〜３の実施形態で使用される光ビームと同じタイプであり、したがって同様に生成することができる。したがって、光強度は、光ビームＢの周辺部よりも中心部でより高い。
容器２２の底部２６（少なくとも）は、光ビームＢが硬化性組成物２４のある体積の外面（すなわち、ここでは容器２２の底部２６の上面２７と接触する表面）を照射するように、光ビームＢに使用される光に対して透明である。
図４に示す初期状態では、硬化性組成物２４の体積のいずれの部分も依然として重合しておらず、したがって底部２６を通る光ビームＢによる照射は、（図５に概略的に示されている）この体積の第１の部分２４に対応する底部２６の近くの硬化性組成物２４の体積の重合した領域をもたらす。
光ビームは、不均一であるため（ここでは、光強度は、中心でより高い）、重合は、一部の領域（ここでは中心）で他の領域（ここでは周辺）よりも活発であり、その結果、第１の（重合した）部分３４は、容器２２の底部２６にわたって変化する厚さ（ここでは、その中心に向かって増加する厚さ）を有する。
したがって、初期ステップと最終ステップとの中間の時点で第１の部分３４が重合し、硬化性組成物の光退色特性により第１の部分３４の透過率が増加した。
したがって、容器２２の底部２６を照射し、底部２６を透過した光ビームＢは、重合した第１の部分３４を通って伝播し、それにより硬化性組成物２４の体積の第２の部分３６に到達し、第２の部分３６が結果として重合する。
第１の部分３４に関して、第２の部分３６の重合は、光強度がより高い領域でより速く、したがって、第２の（重合した）部分２６は、容器２２の底部２６にわたって変化する厚さを有する（ここでは、厚さは、その中心に向かって増加する）。
図５（光学装置、ここでは光学レンズ３８を製造する方法の最終ステップに対応する）に示すように、重合した材料は、底部２６の凸状上面２７上に広がり、その中心に向かって厚さが増加する。したがって、重合した材料は、例えば、光学レンズとして使用できる凹凸レンズ３８を形成することができる。
前の実施形態について述べたように、容器２２から取り出された光学レンズ３８を例えば上記の光ビームＢと同じ種類の光にさらすことにより、容器２２から取り出した後、光学レンズ３８に最終処理（重合後ステップ）を適用することができる。この重合後ステップにより、特に光学レンズ３８の良好な表面状態を得ることが可能になる。
図６〜８は、光学装置を製造するシステムのさらに別の例を示す。
図６に示される最初のステップにおいて、硬化性組成物４４のある体積が容器４２に入れられる。
ここで、容器４２は、図４及び５の容器２２と同一であり、容器４２は、底部４６及び側壁４８を有し、硬化性組成物４４の体積に面する底部４６の表面４７（ここでは、硬化性組成物４４の体積と接触する）、すなわち底部４６の上面は、凸形状を有する。
硬化性組成物（又は硬化性組成物の少なくとも不透明成分）は、上で説明したように光退色特性を有する。
不均一な光ビームＢ’が底部２６の外面に適用される。この光ビームＢ’は、中心よりも周辺で高い光強度を有する。換言すると、光ビームＢ’の光強度は、光ビームＢ’の中心に向かって減少する。そのような光ビームＢ’は、図１〜３を参照して上述したように、空間光変調器を使用して得ることができる。
容器４２の底部４６（少なくとも）は、光ビームＢ’が硬化性組成物４４の体積の外面（すなわち、ここでは容器４２の底部４６の上面４７と接触する表面）を照射するように、光ビームＢ’に使用される光に対して透明である。
図６に示す初期状態では、硬化性組成物４４の体積のいずれの部分も依然として重合していないため、底部４６を通した光ビームＢ’による照射は、底部４６の近くにおいて硬化性組成物４４の体積の重合する領域をもたらす。しかしながら、光ビームは、不均一であるため（光強度は、光ビームＢ’の周辺でより高い）、重合は、特に、図７に概略的に示される第１の部分５４において硬化性組成物４４の体積の周辺で始まる。
結果として、図７に示される中間ステップでこれらの第１の部分５４が重合し、これらの第１の部分５４の透過率が硬化性組成物の光退色特性により増加した。
したがって、容器４２の底部４６を照射し、底部４６を透過した光ビームＢ’は、図７に概略的に示すように、重合した第１の部分５４を通って伝播し、それにより硬化性組成物４４の体積の第２の部分５６に到達し、結果として第２の部分５６が重合する。
光ビームＢ’は、均一ではないため、このプロセスは、光強度が高い領域でより効果的であり、これらの（ここでは周辺の）領域の厚さが大きくなる。
その結果、図８に示す最終ステップでは、重合した材料は、底部４６の凸状上面４７上に広がり、その中心に向かって厚さが減少する。したがって、重合した材料は、例えば、光学レンズとして使用できる二重凹レンズ５８を形成することができる。
先の実施形態について述べたように、容器４２から取り出した後、最終処理（重合後ステップ）を光学レンズ５８に適用することができる。この重合後ステップにより、特に光学レンズ５８の良好な表面状態を得ることが可能になる。
ここで記載した例では、硬化性組成物の体積を照射する光ビームＢ、Ｂ’は、空間的に不均一であるが、経時的に一定の特性を有する。他の実施形態では、次に説明するように、光ビーム内の光分布は、経時的に変化することができる。
実施例Ａ
図１２に示される可変厚さを有する重合した材料片は、容器（図１の容器２と同一）内に置かれた硬化性組成物（３８ｃｍ３の体積を有する）を、図９〜１１にそれぞれ示された３つの異なる光分布を連続して有する光ビームにさらすことにより得られた。
使用された硬化性組成物は、モノマーとしてのＰＥＴＩＡ（ジペンタエリスリトールペンタ／ヘキサアクリレート）と、光開始剤としての１％（重量において）のビスアシルホスフィンオキシド（ＢＡＰＯ）とを含む。使用した光は、可視光である。
図９〜１１において、白い領域は、高強度（例えば、１０Ｗ．ｍ−２〜１００Ｗ．ｍ−２、ここでは約４０Ｗ．ｍ−２）の光ビームの部分を表し、黒い領域は、光強度が低い（又はない）光ビームの部分を表す。
光ビームにさらされる前に硬化性組成物を脱ガスし（ここでは０．０９ＭＰａで１時間）、溶存Ｏ２を除去した。
図９に示す光分布を５秒間適用する。
次に、図１０に示す光分布を５秒間適用する。
次に、図１１に示す光分布を１０秒間適用する。
得られた重合した材料片を図１２に示す。
３つの異なる厚さが明確に見える：
− ｅ１＝１．５ｍｍ（図１１のビームの右側部分の１０秒間の照射により得られた）；
− ｅ２＝２．６ｍｍ（ビームの中央部分の１５秒間の照射により得られた）；
− ｅ３＝３．３５ｍｍ（ビームの左側部分の２０秒間の照射により得られた）。
実施例Ｂ
図１３〜１５は、個別の異なる動作条件について、図１〜３を参照して前述したプロセスを使用して得られた平凸レンズをそれぞれ示す。
使用された硬化性組成物は、モノマーとしてのＰＥＴＩＡ（ジペンタエリスリトールペンタ／ヘキサアクリレート）と、光開始剤としての１％（重量において）のビスアシルホスフィンオキシド（ＢＡＰＯ）とを含む。使用した光は、可視光である。
光ビームの光分布は、光ビームの中心の周りで回転対称性を有する（この例では、中心で光強度が最大である）。
得られたレンズの動作条件と特性（最大厚さｅｍａｘ及び最小厚さｅｍｉｎ）とを以下の表に示す。
Figure 2020528838
上の実験は、本発明の例示的な実施形態のみに対応し、したがって、記載した値は、限定として解釈されるべきでない。

Claims (16)

  1. 硬化性組成物のある体積から光学装置を製造する方法であって、
    − 前記体積の外面に光照射を照射することによって前記体積の第１の部分を重合し、それにより前記光照射に対する前記第１の部分の透過率を増加させるステップと、
    − 前記体積の第２の部分を、前記外面及び前記重合された第１の部分を通して前記第２の部分に前記光照射を照射することによって重合するステップと
    を含み、前記光照射は、第１の光強度と、第２の光強度と異なる前記第２の光強度との間で前記外面にわたって変化する光強度を有する、方法。
  2. 前記出力は、前記外面の少なくとも１つの地点について経時的に変化している、請求項１に記載の方法。
  3. 前記光照射は、紫外線範囲内である、請求項１又は２に記載の方法。
  4. 前記光照射は、可視範囲内である、請求項１又は２に記載の方法。
  5. 前記硬化性組成物は、前記光照射に感受性があり且つ光退色特性を有する光開始剤を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記光開始剤は、ビスアシルホスフィンオキシドである、請求項５に記載の方法。
  7. 前記硬化性組成物は、アクリレートを含有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
  8. 前記第１の部分を重合する前に前記硬化性組成物を脱ガスするステップを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
  9. 前記光学装置は、光学レンズである、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
  10. 前記硬化性組成物は、底部を備えた容器内にあり、前記光学装置は、前記底部から開始して重合によって形成され、前記光照射は、前記底部を透過される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
  11. 前記底部は、前記体積に面する凸形状を有し、それにより、前記製造された光学装置は、凹形状を有する、請求項１０に記載の方法。
  12. 前記変化する光強度は、前記外面の中心で最大値を示す、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
  13. 前記変化する光強度は、前記外面の周辺で最大値を示す、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
  14. 前記光照射は、空間光変調器を含むエミッタによって生成される、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
  15. 光学装置を製造するためのシステムであって、
    − 硬化性組成物のある体積を含有する容器と、
    − 光照射のエミッタであって、前記容器を通して前記体積の外面を照射し、それにより前記体積の第１の部分を重合し、且つ前記電磁放射線に対する前記第１の部分の透過率を増加させるように構成され、それにより、前記体積の第２の部分は、前記外面及び前記重合された第１の部分を通して前記第２の部分に前記電磁放射線を照射することによって重合される、エミッタと
    を含み、前記光照射は、第１の光強度と、第２の光強度と異なる前記第２の光強度との間で前記外面にわたって変化する光強度を有する、システム。
  16. 前記変化する光強度を生成するために前記エミッタを制御するための制御モジュールをさらに含む、請求項１５に記載のシステム。
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