JP2023528710A - 真性層スライシングにより光学素子を印刷する方法 - Google Patents

Abstract

３次元光学構造、特に眼科レンズを印刷する方法であって、３次元光学構造が、連続的な印刷ステップにおいて、印刷インクの液滴を少なくとも部分的に隣接するよう照準して吹き付けることにより堆積された印刷インクの層から構築され、印刷される３次元構造のスライシング（３）が、少なくとも１つの印刷ステップの実行中に少なくとも１つの層が真性層の所定の形状（２）に応じて印刷されるように、真性層の所定の形状に応じて適合されていて、真性層の所定の形状（２）が典型的な印刷層の形状及び／又は体積特徴を含んでいる、

Description

本発明は、３次元光学構造、特に、眼科レンズを印刷する方法に関し、連続的な印刷ステップにおいて印刷インクの液滴を少なくとも部分的に隣接するように照準して吹き付けることにより堆積された印刷インクの層から、３次元光学構造が構築される。

眼科レンズ等の３次元光学構造の印刷は、従来技術から知られている。
３次元印刷においては、３次元構造が印刷インクの層から構築される。
これらの層の形状及び大きさを符号化する印刷データは、２次元のスライスに印刷される３次元構造の仮想スライシングから得られる。
従来、スライスは、互いに平行な上面と底面、及び、通常は高さが一定に画定された外周縁を含んでいる。
例えば、スライスは、円筒状であって直径が変動する。
各スライス毎に、印刷ヘッドの排出ノズルにより印刷インクの液滴を少なくとも部分的に隣接するように照準して吹き付けることにより、層が堆積される。
これらの層は、意図された３次元光学構造を形成するために、少なくとも部分的に互いに重ね合わせて印刷される。

堆積された印刷インクの表面張力に起因して、印刷された層の実際の形状は、この印刷された層の意図された形状、すなわち、対応するスライスの形状とは異なる。
例えば、堆積層の上面に、特に、この堆積層の上部端縁に沿って、メニスカスが生じる場合がある。
これらのずれは、単一の堆積層では小さいとしても、積み上がって、意図した形状とは異なる形状の印刷構造を生じる恐れがある。
光学用途では求められる精度が高いため、印刷された３次元光学構造、特に、眼科レンズに付随する誤差は、特に、有害である。

従って、現行技術による方法と比較して精度が向上した３次元光学構造、特に、眼科レンズを印刷する方法を提供することが、本発明の目的である。

本発明によれば、上述の目的は、３次元光学構造、特に、眼科レンズを印刷する方法により実現され、この３次元光学構造は、連続的な印刷ステップにおいて印刷インクの液滴を少なくとも部分的に隣接するよう照準して吹き付けることにより堆積された印刷インクの層から構築され、印刷される３次元光学構造のスライシングは、少なくとも１つの印刷ステップの実行中に少なくとも１つの層が真性層の所定の形状に応じて印刷されるように、真性層の所定の形状に応じて適合され、真性層の所定の形状が、印刷層の形状及び／又は体積特徴を含んでいる。

真性層の所定の形状により、少なくとも１つの堆積層の実際の形状を考慮に入れることができる。
従って、少なくとも１つの印刷ステップにおいて、層、すなわち、対応するスライスの理想的な形状から、堆積層の実際の印刷形状のずれを考慮に入れることができる。
例えば、表面張力により、堆積後に堆積層の上部端縁に沿ってメニスカスが生じるため、余分な印刷インクが最上端縁に沿ってリムを形成し、堆積層の中央では、印刷インクが少ないため窪みが生じる。
少なくとも１つの印刷ステップｎに続く印刷ステップで印刷される３次元光学構造のスライシングを適合させることにより、堆積層の実際の形状とこの堆積層の理想的な形状の間のずれを考慮に入れることができる。
真性層の所定の形状に応じてスライシングの適合を介して真性層の所定の形状を考慮に入れることにより、３次元光学構造をより高い精度で印刷することができる。

本発明の意味における３次元光学構造は、レンズ、特に眼科レンズを含んでいる。
眼科レンズは、凹、凸、両凹、両凸及びメニスカスレンズを含んでいる。
また、本発明の意味における眼科レンズは、屈折率勾配レンズと共に多焦点レンズも含んでいる。
特に、眼科レンズは、目に挿入しない眼科レンズ、又は、他のレンズを含んでいる。

本発明の意味において、３次元光学素子の印刷は、印刷インクの層から光学素子を構築するステップを含んでいる。
これらは、印刷インクの液滴を少なくとも部分的に隣接するよう照準して吹き付けることから得られる。
印刷インクの液滴は、印刷ヘッドのノズルから、基板へ向けて噴出される。
第２層以下を構成する層の液滴は、３次元光学構造が一層ずつ構築されるように、以前に堆積された層へ向けて少なくとも部分的に排出される。

印刷インクは、半透明又は透明な成分を含んでいる。
好適には、印刷インクは、少なくとも１つの光重合可能な成分を含んでいる。
そして、少なくとも１つの光重合可能な成分は、放射線、例えば、紫外（ＵＶ）光に露出された瞬間にポリマー化するモノマーである。
また、堆積された液滴は、堆積後にピン硬化、すなわち、部分的に硬化する。
好適には、印刷インクの少なくとも１つの成分の粘性が増大する。
ピン硬化は、各々の液滴の堆積後に、又は、ある層の全部又は一部のみの堆積後に行われる。
代替的に、ピン硬化は、特定の間隔、例えば、２層印刷する毎に行われる。

層の形状及び体積は、印刷される３次元光学構造の仮想スライシングにより画定される。
仮想スライシングは、意図された形状の２次元スライス近似を含んでいる。
スライスは、画定された高さｈを有している。
そして、全てのスライスの高さｈは、等しく、例えば、使用中の印刷ヘッドから排出された液滴の体積により画定される。
代替的又は追加的に、高さｈは、所望の印刷時間及び／又は所望の精度により画定される。
さらに、スライスは、互いに等しい平坦な上面及び底面を有している。
特に、このスライスは、互いに平行且つ交差しない。
例えば、スライスは、円筒形であって様々な直径を有している。

本発明の意味における印刷層は、使用する印刷ヘッド及び印刷インクに応じて特定のプリンタにより堆積される平均的な層である。
また、この印刷層は、印刷ヘッドの排出ノズル、排出された液滴の体積、印刷速度及び他のプリンタ設定に依存する場合がある。
そして、体積特徴は、印刷層の体積分布を記述しており、印刷インクの堆積量に関する情報を含んでいる。
形状特徴は、印刷層の形状、例えば、高さ分布を記述している。
体積特徴は、例えば、堆積された印刷インクの高さ分布に関する情報を含んでいる。
体積及び／又は形状特徴は、例えば、２次元の印刷平面の関数である。

本発明の実施形態によれば、真性層の所定の形状は、少なくとも１つの印刷ステップに先行する較正ステップで決定される。
従って、特定のプリンタ及び／又は印刷インク及び／又はプリンタ設定のために、この真性層の所定の形状を１回決定することができる。
次いで、当該情報を用いて、このプリンタ、印刷インク及び／又はプリンタ設定により実行される全ての印刷の質を向上させることができる。

この実施形態によれば、真性層の所定の形状を決定することは、較正ステップの実行中に少なくとも１回、少なくとも１つの較正層を印刷して、少なくとも１つの較正層の形状及び／又は体積を測定することを含んでいる。
真性層の所定の形状を決定することは、較正ステップの実行中に、複数の測定された形状を所定の形状関数にフィッティングさせること、及び／又は、複数の測定された体積を所定の体積関数にフィッティングさせることを含んでいる。
反復された測定により、測定誤差を減らして統計値を向上させることができる。
そして、典型的な印刷層、すなわち、特定のプリンタ、印刷インク及び／又はプリンタ設定により印刷された平均的な層の形状及び／又は体積特徴は、容易に且つ高い信頼度で、決定、捕捉、及び、保存することができる。

この実施形態において、少なくとも１つの較正層の形状及び／又は体積が、較正ステップの実行中に面積測定により決定される。
従って、較正層の完全な表面プロファイルが得られる。
反復測定及び平均化により、印刷層の平均的な表面プロファイルを決定することができる。

代替的又は追加的に、少なくとも１つの較正層の形状及び／又は体積が、較正ステップの実行中にライン測定により決定される。
これは、印刷平面に対称軸を有する層、例えば、眼科レンズの印刷に用いる円形層に有用である。
また、画定された角度で複数回のライン測定を行うことも考えられる。
例えば、第１のライン測定は、第２のライン測定に直交している。

実施形態によれば、少なくとも１つの層は、真性層の所定の形状のフィードフォワードに応じて少なくとも１つの印刷ステップの実行中に印刷される。
真性層の所定の形状は、有利な特徴として、少なくとも１つの印刷ステップに先行する印刷ステップに堆積された層に関する情報を提供する。
代替的な実施形態によれば、この少なくとも１つの層は、真性層の所定の形状のフィードバックに応じて少なくとも１つの印刷ステップの実行中に印刷される。
真性層の所定の形状は、少なくとも１つの印刷ステップの実行中に堆積された少なくとも１つの層に関する情報を提供する。
真性層の所定の形状のフィードフォワード又はフィードバックにより、近似的にせよ、堆積層の実際の形状を考慮に入れることができる。

本実施形態において、少なくとも１つの層に対応するスライスの高さ及び／又は形状が、所定の層形状に応じて適合される。
そして、少なくとも１つの層に対応するスライスの高さ及び／又は形状が、少なくとも１つの印刷ステップの実行中に適合される。

実施形態によれば、少なくとも１つの層が、印刷される残りの構造の仮想スライシングに応じて印刷され、印刷される残りの構造は、完全な３次元光学構造と、少なくとも１つの印刷ステップに先行する印刷ステップの実行中に印刷された構造の差違により決定される。
実施形態によれば、少なくとも１つの印刷ステップに先行する印刷ステップの実行中に印刷された構造は、真性層の所定の形状を用いて決定される。
従って、スライシングにより画定される理想的な層ではなく、堆積層の実際の形状を真性層の所定の形状の形式で考慮に入れる。
従って、印刷される残りの構造は、少なくとも１つの印刷ステップに先行する印刷ステップの実行中に堆積された印刷インクの実際の形状及び／又は体積分布を考慮に入れて決定される。

少なくとも１つの印刷ステップは、ｎ番目の印刷ステップであり、印刷される残りの構造は、（ｎ－１）番目の印刷ステップで印刷される残りの構造（ここにｎ＞１）と真性層の所定の形状の差違として決定される。
特に、当該手順は、例えば、第１の印刷ステップに続く全ての印刷ステップについて繰り返し実行される。
少なくとも１つの印刷ステップに先行する印刷ステップの実行中に印刷された構造は、真性層の所定の形状から決定されるため、その形状及び／又は体積は、先行印刷ステップの実行中に堆積された実際の形状及び／又は体積である。
少なくとも１つの層を画定するスライスは、印刷される残りの真性構造のスライシングから得られる。
従って、堆積層の変形、例えば、表面張力及び粘性効果による、誤差の蓄積が防止される。
また、更に、これらの変形は、印刷される残りの構造をスライスする際に考慮に入れられる。
従って、このように強化されたスライシングは、堆積層の変形を補償する。

本発明の一実施形態による印刷方法を模式的に示す。 本発明の一実施形態による較正ステップを模式的に示す。 本発明の一実施形態による印刷方法を模式的に示す。

本発明を特定の実施形態に関して特定の図面を参照しながら記述するが、本発明は、これらにではなく、請求項だけにより限定される。
従って、説明する図面は、模式的に過ぎず、非限定的である。
これらの図面において、いくつかの要素の大きさが誇張されている場合があり、説明目的のため必ずしも一定の比率で描かれている訳ではない。

単数名詞を指す際に不定又は定冠詞、例えば、「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」を用いる場合、別途具体的に言及しない限り、当該名詞の複数形を含んでいる。

更に、明細書本文及び請求項における「第１」、「第２」、「第３」等の用語は、類似要素同士を区別すべく用いられ、必ずしも、連続的又は時系列的順序を記述するものではない。
このように用いる用語が適当な条件下で交換可能であり、本明細書に記述する本発明の実施形態が本明細書に記述又は図示するものとは、別の順序で動作可能であることを理解されたい。

図１に、本発明の一実施形態による印刷方法を模式的に示す。

現行技術によれば、３次元光学構造１が、２次元スライスに仮想的にスライスされる。
これらのスライスの各々に、インクジェット式プリンタの印刷ヘッドの排出ノズルから印刷インクの層が堆積される。
堆積される印刷インクの表面張力に起因して、堆積層の形状は、対応するスライスにより画定される意図した形状とは異なる。
眼科レンズを印刷する場合、例えば、スライスは、平坦且つ互いに平行な上面及び底面を有する円筒状である。
しかし、対応する堆積層の上面は、表面張力及び粘性効果に起因して平坦でない。
一般に、堆積層の上面の端縁に沿ってメニスカスが形成される。
従って、当該層の上部端縁に沿って余分な印刷インクが蓄積して、上面にリング状の突起を形成する。
この突起は、印刷インクの量が不充分なときだけリング状の窪みを伴う。
放置すれば、これらのずれが蓄積して、誤差が多い３次元光学構造が生じてしまう。

これらのずれに対処すべく、本発明による方法は、少なくとも１つの印刷ステップの実行中、真性層の形状、すなわち、印刷工程実行中に堆積された層の実際の形状を考慮に入れる。
真性層の形状は、印刷層の形状及び／又は体積特徴を含む真性層の所定の形状の形式で提供される。
印刷層は、特定のプリンタ、印刷インク及び／又はプリンタ設定に固有である。
印刷層は、特定のプリンタ設定がなされた特定のプリンタにより堆積された特定の印刷インクの、平均的な層の形状及び／又は体積特徴を含んでいる。
真性層の所定の形状は、少なくとも１つの印刷ステップに先行する較正ステップの実行中に得られる（図２を参照されたい）。
較正ステップの実行中に較正層が堆積され、較正層の形状及び／又は体積は、少なくとも１回決定される。
複数の較正層が堆積され、その体積及び／又は形状が各々測定されて平均化される。
特に、測定された体積、又は複数の測定の場合は平均化された体積が、所定の体積関数とフィッティングされる。
代替的又は追加的に、測定された形状、又は、複数の測定の場合は平均化された形状が、所定の形状関数にフィッティングされる。
形状及び／又は体積は、２次元測定により決定される。
代替的に、形状及び／又は体積は、１つ又は複数の１次元、すなわち、ライン測定により決定される。
ライン測定は、時間及びコストが節約でき、印刷平面内に少なくとも１つの対称軸を有するスライスに特に適している。
眼科レンズの印刷に用いられるような円筒状スライスの場合、印刷層の体積及び／又は特徴の捕捉には、１次元ライン測定で充分である。
図２において、形状は、少なくとも１つの較正層の高さ測定により決定される。
層高プロファイルは、例えば、共焦点高の測定により決定することができる。
ここで、１０個の較正層の共焦点高の測定が実行及び平均化されて、印刷層高プロファイルが得られる。
平均化された相対的な層高（破線）から推定できるように、印刷層は、平坦ではない。
特に、印刷層の上面は、非平坦である。
突起及び隣接する窪みは、表面張力及び粘性効果に起因して形成される。
層高プロファイルにより提供される平均化された形状は、所定の形状関数（実線）にフィッティングする。
所定の形状関数は、例えば、次式で提供される。

ここで、ａ，ｂ，ｃは、フィッティング対象パラメータを定義する。
変数ｘは、較正層の直径に沿った長さを表す。
所定の形状及び／又は体積関数により、コンパクト且つ効率的な手段で、印刷層の形状及び／又は体積特徴を決定、捕捉、及び保存することができる。
次いで、真性層の所定の形状は、例えば、フィッティングされた所定の形状関数及び／又はフィッティングされた所定の体積関数の形式で提供される。
代替的に、形状及び／又は体積特徴は、参照表の形式で提供される。

本発明によれば、３次元光学構造は、連続的な印刷ステップで印刷インクの液滴を少なくとも部分的に隣接するように照準して吹き付けることにより堆積された印刷インクの層から構築される。
少なくとも１つの層は、上述のような較正ステップの実行中に決定された真性層の所定の形状に応じて、対応する少なくとも１つの印刷ステップの実行中に印刷される。
真性層の所定の形状は、例えば、対応する形状及び／又は体積関数のフィードフォワード又はフィードバックのいずれかにより、少なくとも１つの印刷ステップで提供される。
少なくとも１つの印刷ステップの実行中に印刷される構造のスライシングは、真性層の所定の形状に応じて適合される。
例えば、少なくとも１つの層に対応する高さ及び／又はスライスの形状が、少なくとも１つの印刷ステップの実行中に適合される。

真性層の所定の形状を用いて、各々の印刷ステップの実行中に、複数の層のスライシングを適合させる。
例えば、初期層が印刷されている初期化ステップＩの後で、少なくとも１つの印刷ステップの実行中に真性層の所定の形状がフィードフォワードＦＦを介して提供される。
少なくとも１つの印刷ステップは、ｎ番目（例えばｎ＝２）の印刷ステップである。

少なくとも１つの印刷ステップの実行中に、３つのサブステップＳ１、Ｓ２及びＳ３が実行される。
最初に、印刷される残りの構造ＲがサブステップＳ１で決定される。
ｎ番目の印刷ステップで印刷される残りの構造Ｒ_ｎが、（ｎ－１）番目の印刷ステップで印刷される残りの構造Ｒ_ｎ－１と、以前に堆積された層の差違として得られる。
以前に堆積された層は、図３に示すように、真性層の所定の形状２の形式で考慮に入れられる。
真性層の所定の形状２が、残りの構造Ｒ_ｎ－１から減算される。
従って、残りの構造Ｒ_ｎが得られる。
残りの構造Ｒ_ｎは、ｎ番目の印刷ステップの印刷データを提供する２次元のスライス３に仮想的にスライスされる。
これは、少なくとも１つの印刷ステップの真性層をスライシングするサブステップＳ２の実行中に行われる。
少なくとも１つの層の実際の印刷は、少なくとも１つの印刷ステップのサブステップＳ３の実行中に実行される。
真性層のスライシング３から得られた最も低いスライスに対応する層が、サブステップＳ３の実行中に堆積される。
複数の層について、サブステップＳ１～Ｓ３が繰り返される。
特に、サブステップＳ１～Ｓ３は、３次元光学構造１が仕上がるまで繰り返される。
サブステップＳ１～Ｓ３に続いて仕上げステップＦが任意選択的に行われる。
仕上げステップＦは、例えば、必ずしも全ての層が真性層のスライシング３及び真性層の所定の形状２を用いて印刷されていない場合、３次元光学構造１を仕上げるために印刷を要する残りの層の、従来方式による印刷を含んでいる。
また、仕上げステップＦは、印刷された３次元光学構造１の仕上げに必要なエッジング、サーフェイスング、コーティングその他の方法も含んでいる。

１ ・・・３次元光学構造
２ ・・・真性層の所定の形状
３ ・・・真性層のスライシング
Ｉ ・・・初期化ステップ
Ｓ１・・・印刷される残りの構造の決定
Ｓ２・・・真性層のスライシング
Ｓ３・・・印刷ステップ
ＦＦ・・・真性層の形状のフィードフォワード
Ｆ ・・・仕上げステップ
Ｒ_ｎ・・・印刷される残りの構造（ｎ番目の印刷ステップ）
ｎ ・・・印刷ステップの数

Claims (13)

1. ３次元光学構造（１）を印刷する方法であって、
   前記３次元光学構造（１）が、連続的な印刷ステップにおいて印刷インクの液滴を少なくとも部分的に隣接するように照準して吹き付けることにより堆積された印刷インクの層から構築され、
   印刷される前記３次元構造（１）のスライシング（３）が、少なくとも１つの印刷ステップｎの実行中に少なくとも１つの層が真性層の所定の形状（２）に応じて印刷されるように、前記真性層の所定の形状に応じて適合され、
   前記真性層の所定の形状（２）が、印刷層の形状及び／又は体積特徴を含んでいることを特徴とする、３次元光学構造（１）を印刷する方法。
2. 前記真性層の所定の形状（２）が、前記少なくとも１つの印刷ステップｎに先行する較正ステップで決定されることを特徴とする、請求項１に記載に記載の３次元光学構造（１）を印刷する方法。
3. 前記真性層の所定の形状（２）を決定することが、前記較正ステップの実行中に少なくとも１回、少なくとも１つの較正層を印刷すること及び前記少なくとも１つの較正層の形状及び／又は体積を測定するステップを含んでいることを特徴とする、請求項２に記載に記載の３次元光学構造（１）を印刷する方法。
4. 前記真性層の所定の形状（２）を決定することが、前記較正ステップの実行中に、複数の測定された形状を所定の形状にフィッティングさせること及び／又は複数の測定された体積を所定の体積関数にフィッティングさせることを含んでいることを特徴とする、請求項３に記載に記載の３次元光学構造（１）を印刷する方法。
5. 前記少なくとも１つの較正層の形状及び／又は体積が、前記較正ステップの実行中に面積測定により決定されることを特徴とする、請求項２～請求項４のいずれか１項に記載の３次元光学構造（１）を印刷する方法。
6. 前記少なくとも１つの較正層の形状及び／又は体積が、前記較正ステップの実行中にライン測定により決定されることを特徴とする、請求項２～請求項４のいずれか１項に記載の３次元光学構造（１）を印刷する方法。
7. 前記少なくとも１つの層が、前記真性層の所定の形状のフィードフォワードに応じて前記少なくとも１つの印刷ステップｎの実行中に印刷されることを特徴とする、請求項１～請求項６のいずれか１項に記載の３次元光学構造（１）を印刷する方法。
8. 前記少なくとも１つの層が、前記真性層の所定の形状のフィードバックに応じて前記少なくとも１つの印刷ステップｎの実行中に印刷されることを特徴とする、請求項１～請求項６のいずれか１項に記載の３次元光学構造（１）を印刷する方法。
9. 前記少なくとも１つの層に対応する前記スライスの高さ及び／又は形状が、前記真性層の所定の形状（２）に応じて適合されることを特徴とする、請求項１～請求項８のいずれか１項に記載の３次元光学構造（１）を印刷する方法。
10. 前記少なくとも１つの層に対応する前記スライスの高さ及び／又は形状が、前記少なくとも１つの印刷ステップｎの実行中に適合されることを特徴とする、請求項９に記載の３次元光学構造（１）を印刷する方法。
11. 前記少なくとも１つの層が、印刷される残りの構造Ｒ_ｎの仮想スライシング（３）に応じて印刷され、
    印刷される前記残りの構造Ｒ_ｎが、完全な３次元光学構造（１）と、前記少なくとも１つの印刷ステップに先行する印刷ステップの実行中に印刷された構造との差違により決定されることを特徴とする、請求項１～請求項１０のいずれか１項に記載の３次元光学構造（１）を印刷する方法。
12. 前記少なくとも１つの印刷ステップｎに先行する印刷ステップの実行中に印刷された構造が、前記真性層の所定の形状（２）を用いて決定されることを特徴とする、請求項１１に記載の３次元光学構造（１）を印刷する方法。
13. 前記少なくとも１つの印刷ステップｎが、ｎ番目の印刷ステップであり、
    印刷される前記残りの構造Ｒ_ｎが、（ｎ－１）番目の印刷ステップで印刷される前記残りの構造Ｒ_ｎ－１と、前記真性層の所定の形状（２）の差違として決定され、ここでｎ＞１であることを特徴とする、請求項１２に記載の３次元光学構造（１）を印刷する方法。

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