KR20000010765A - 굴절률 구배 렌즈 - Google Patents

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KR20000010765A
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잔네스치 로이스 에이.
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Abstract

원거리 물체를 보다가 근거리 물체를 보는 경우에, 시각의 광범위하고 자연스러운 진행을 갖는 점증적 다초점 렌즈를 허용하는 상이한 굴절률을 갖는 세 개 이상의 상이하고 별도로 도포되는 층(40)의 복합체를 포함하는 광학 렌즈 및 반가공 블랭크 등의 광학 제품이 제공된다. 또한, 복합 굴절률 구배 점증(漸增) 다초점 렌즈의 간단하고, 신속하고, 경제적인 제조방법이 제공된다. 기재층과 외층(50) 사이에 위치하는 변환 영역(45)은 기재층 및 외층의 굴절률의 중간이고, 바람직하게는 대략 기재층 및 외층의 굴절률의 기하평균인 유효 굴절률을 갖는 독특하고 별도로 도포되는 변환층 또는 층들(40)을 포함한다. 이러한 변환 영역은 상이하고 독특한 굴절률을 갖는 다수의 변환층을 포함할 수 있다. 렌즈는 실질적으로 원치않는 주변 수차가 없으며, 광범위한 판독 영역을 포함하고, 환자의 착용이 용이하며, 거의 눈에 띄지 않는 향장적 외관을 갖는다.

Description

굴절률 구배 렌즈
시판되고 있는 다초점 렌즈는 다양한 물질로 이루어지며, 일반적으로 플라스틱 또는 유리로 제조된다. 이들 렌즈는 다양한 모양 또는 크기로 제조되며, 선이 있거나(lined), 혼합되거나, 점증적인 디자인일 수 있다. 이들 디자인 중에서, 선이 있는 복초점이 근시 교정을 필요로 하는 사람들에 의해 오랫동안 사용되어 왔다. 선이 있는 복초점 단편은 유리의 경우에 융합되거나, 플라스틱의 경우에는 성형된다. 각각의 경우에, 복초점 단편 라인이 주목할 만 하고, 원 초점 및 근 초점을 제공하는 렌즈 또는 반가공 블랭크에서 가깝고 먼 광학 부분의 접합을 나타낸다. 버그비(Bugbee)(미합중국 특허 제1,509,636호), 메이로위츠(미합중국 특허 제1,445,227호) 및 컬버(Culver)(미합중국 특허 제2,053,551호)는 융합된 선이 있는 복초점 또는 다초점을 교시하고 있다. 선이 있는 복초점이 수년 동안 성공적으로 사용되어 왔지만, 이들은 수많은 단점을 갖는다. 먼저, 이들은 상당히 눈에 띄므로, 미용적으로 흥미를 유발하지 못하며, 둘째로, 단편 라인은 원거리 물체를 보다가 근거리 물체를 보는 경우에 흐릿해 보이고, 그 반대도 마찬가지이며, 셋째로, 원거리 물체를 보다가 근거리 물체를 보고 다시 반대로 하는 경우에, 초점 거리의 뜻밖의 변화가 있다. 선이 있는 삼초점(lined trifocal)이 사용되지 않는 한, 광학 부분에 중간 배율(초점 거리)이 제공되지 않는다.
제WO82/03129호에 기술된 바와 같은 혼합된 복초점은 원 초점 및 근 초점을 갖는 광학 영역 사이에 명확한 경계가 유지되지만, 경계선이 혼합되어 훨씬 덜 눈에 띄게 만드는 복초점이다. 혼합된 복초점은 선이 있는 복초점의 향장적 단점을 해결하려 하였지만, 그렇게 함에 있어서, 중간 시각을 제공하지 못할 뿐 아니라, 원거리 물체를 보다가 근거리 물체를 보는 경우에 광범위한 혼합된 흐릿한 영역을 생성하게 된다.
점증적 부가 렌즈(progressive addition lens)는 원시에서 근시로의 교정시 배율의 점증적인 변화를 수반하는, 시력을 원시에서 근시로 또는 이의 역으로의 점진적으로 변환시키는 다초점 렌즈의 형태이다. 점증적 부가 렌즈는 위에서 논의한 문제점들을 해결하기 위한 시도를 나타낸다. 선이 있거나 혼합된 복초점 렌즈의 몇몇 결점이 점증적으로 해결되었지만, 이들은 하기에서 논의되는 바와 같은, 렌즈 시력의 시각적 기능에 부합되는 광학 디자인에 있어서의 다른 절충안을 필요로 한다. 점증적 부가 렌즈는 눈에 보이지 않으며, 원 초점으로 부터 근 초점으로의 자연적인 변화를 제공한다.
점증적 부가 렌즈의 제조방법은, 예를 들면, 하시그니(Harsigny)(미합중국 특허 제5,488,442호), 마이테나츠(Maitenaz)(미합중국 특허 제4,253,747호), 마이테나츠(미합중국 특허 제3,687,528호), 크레틴(Cretin) 등(미합중국 특허 제3,785,725호), 마이테나츠(미합중국 특허 제3,910,691호), 윈스롭(Winthrop)(미합중국 특허 제4,055,379호), 윈스롭(미합중국 특허 제4,056,311호) 및 윈스롭(미합중국 특허 제4,062,629호)에 의해 기술되었다. 그러나, 이들 렌즈는 이들의 디자인에 있어서 고유한 특정 결함을 갖는다. 첫 번째 결함은 수차가 ±0.50 디옵터 이상임을 특징으로 하는 두 개의 자오선 가상선 사이의 공간으로서 정의되는 판독 채널 너비(reading channel width)가 단지 약 3 내지 8 ㎜로 비교적 좁다는 것이다. 이러한 판독 채널은 먼곳으로 부터 가까운 곳으로의 초점 거리의 점증적인 변화를 나타내어, 선이 있는 복초점의 뜻밖의 배율의 변화를 나타내지 않고 다소 자연스러운 방법으로 먼곳으로 부터 가까운 곳을 볼 수 있도록 한다. 두 번째 결함은 점증적 부가 렌즈가 너비가 약 22 ㎜ 이하인 비교적 좁은 판독 영역 만을 제공할 수 있다는 것이다. 세 번째 주요한 결함은 점증적 광학 디자인의 특성으로 인하여 생성되는 원치않는 주변 수차이다. 이러한 원치않은 주변 수차는 사용자에게 중요한 가시적 변형을 생성한다. 제조업자는 가시적 성능을 향상시키기 위하여 원치않는 수차의 양을 제한하는데 관심이 있으며, 이에 따라, 이들의 상이한 디자인의 허용되는 수준을 증가시키고 있다. 실제로, 모든 점증적 렌즈 디자인은 가능한 채널이 최대한 넓고, 원치않는 수차의 양이 최저이며, 부가 배율의 영역이 가장 넓은 렌즈를 갖는 절충안을 나타내고 있다. 네 번째 주요 결함은 환자에게 점증적으로 적절히 맞추기가 어렵다는 것이고, 다섯 번째 결함은 이들 디자인에 의해 허용되는 오차를 조절하기 위한 오차 허용도가 낮다는 것이다.
선이 있고, 혼합되고, 삼초점이며, 점증적인 다초점과 함께 위에서 논의한 고유의 문제점들을 해결하기 위한 수많은 시도가 있었다. 그러나, 다른 상업적으로 실행 가능한 선택은 발견되지 않았다. 안과용 렌즈 디자인은 프리더(Frieder)의 특허(미합중국 특허 제4,952,048호)에 기술되어 있으며, 프리더(미합중국 특허 제4,869,588호)는 이들 결함 중의 일부를 기술하고 있지만, 제조상의 어려움 및 적절함 내지 보다 높은 부가력에 대한 향장적 외관이 불량하므로, 만족스러운 해결책을 제공하지 못한다. 이들 특허는 +1.75 내지 +3.00 디옵터의 적절하거나 보다 높은 부가 배율에서 몇몇 개선된 특징을 갖는 렌즈를 기술하고 있지만, 이 렌즈는 가까운 배율의 영역의 말단을 한정하는 전면(볼록) 표면이 전방으로 팽창됨으로써, 판독 영역의 어느 한 면에 가시적인 광학적 변형을 유발한다. 이러한 특징은 상업적인 관심을 상당히 감소시킨다. 더욱이, 이러한 렌즈의 제조상의 어려움으로 렌즈의 상업적인 실행 가능성을 덜하게 만든다.
마에다(미합중국 특허 제4,944,584호)는 부분 경화된 제1 기판층을 사용하는 굴절률 구배 렌즈를 기술하고 있다. 경화되지 않은 제2 수지층을 부가하고, 경화 도중에 이들 두 층사이에 확산을 유발시켜, 제1층과 제2층의 굴절률 사이에서 연속적으로 변하는 굴절률 구배를 갖는 제3 확산층을 생성한다. 이러한 확산층을 수득하기 위하여, 제2층을 함유하는 조립체를 특정 온도에서 20 내지 26시간 동안 가열한다. 확산층을 형성하기 위하여 경화시키는데 필요한 시간은 상업적인 관점에서 이 방법을 선호하지 못하게 만든다. 더욱이, 부분 경화 렌즈 또는 반가공된 블랭크를 탈금형시키는 단계를 포함하는, 마에다에 기술된 공정은 수율상의 문제점을 유발할 수 있다고 공지되어 있다. 따라서, 마에다의 연속적으로 변하는 굴절률 구배 확산층을 이론적으로는 성취할 수 있지만, 실제 제조상의 어려움이 마에다 렌즈가 상업적인 성공을 거둘 수 있는 가능성을 감소시킬 수 있다.
복초점 및 다초점 렌즈에 관하여 이미 언급한 결점 이외에, 이들은 부가 배율 영역에 부가의 플러스 배율을 제공하는 것이 필요하므로, 이들 렌즈 형태는 또한 등거리 배율의 단일 시각 렌즈 보다 두껍다. 렌즈의 전방 표면에 부가된 이러한 두께로 이들의 향장적 매력이 감소되며, 렌즈에 부가의 중량을 부가하게 된다. 이러한 문제점에 대한 수많은 해결책이 제안되어 왔다.
블룸(Blum)(미합중국 특허 제4,873,029호)은 원하는 다초점 단편이 그 위에 형성되어 있고, 상이한 굴절률의 수지층이 예비 성형된 웨이퍼의 표면에 부가된 예비 성형된 웨이퍼의 사용을 기술하고 있다. 이러한 시도에 있어서, 예비 성형된 웨이퍼는 성형 공정 도중에 소비됨으로써, 예비 성형된 웨이퍼는 궁극적으로 렌즈의 일부를 형성한다. 이러한 시도로 향장적으로 개선된 렌즈가 제조되지만, 공정은 수많은 가스킷 및 및 후면 볼록 구형과 원환체 금형을 필요로 한다. 이들 금형은 궁극적으로 가공된 렌즈의 오목면을 만들게 된다. 더욱이, 이러한 시도로, 필요한 현저한 굴절률의 적합치 않은 매치 및 다양한 물질의 굴절률의 변화 결여로 인하여, 복초점 또는 다초점 영역이 눈에 띄게 된다.
다양한 특허는 굴절률 구배 복초점, 다초점 또는 점증적 렌즈 형태를 기술하고 있는데, 그 예로는 대셔(Dasher)(미합중국 특허 제5,223,862호), 마에다(미합중국 특허 제4,944,584호), 연(Yean)(미합중국 특허 제5,258,144호), 나우조카스(Naujokas)(미합중국 특허 제3,485,556호), 오카노(Okano)(미합중국 특허 제5,305,028호), 영(Young)(미합중국 특허 제3,878,866호), 헨슬러(Hensler)(미합중국 특허 제3,542,535호) 및 블룸(Blum)(미합중국 특허 제4,919,850호)이 있다. 그러나, 지금까지 굴절률 구배 다초점 안과용 렌즈의 상업적 제조는 화학, 기술, 제조 및 경비상의 한계로 인하여 상업적으로 성공하지 못하였다.
유럽 특허원 제PCT/US93/02470호에서, 소안(Soane)은 전면 광학 웨이퍼 예비 성형체의 배면의 오목면에 복초점 및 수차 영역을 갖는 다초점 렌즈의 제조방법을 기술하고 있다. 소안은 광학 웨이퍼 예비 성형체로 부터 전면 광학 웨이퍼 예비 성형체의 배면으로 교정 곡률을 갖는 적절한 배면 볼록 금형을 사용하여 굴절률이 상이한 수지 물질을 경화시키는 공정을 기술하고 있다. 그러나, 이러한 시도는 상당한 수의 전면 광학 예비 성형체가 발명되어야 하는 필요성을 갖는다.
상기에 비추어, 최종 사용자가 먼곳으로 부터 가까운 곳을 보는 경우에, 실질적으로 원치않는 주변 수차가 없으며, 광범위한 판독 영역을 가지고, 보다 작은 스커(skus)(저장 유지 단위) 재고품이 필요하고, 환자에게 착용하기에 비교적 적합하고 용이한, 시각의 광범위하고 자연스러운 진행을 허용하는 점증적 다초점 렌즈를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 등거리 기준의 단일 시각 렌즈와 두께가 실질적으로 동일하고, 향장적으로 외관이 거의 보이지 않는 점증적 다초점 렌즈를 갖는 것이 바람직하다. 또한, 공정 시간의 양을 감소시키는 방법으로 광학 제품을 제조하는 것이 바람직하다.
발명의 요약
본 발명은 복합 굴절률 구배 점증적 다초점 예비 성형체, 렌즈 또는 반가공된 렌즈 블랭크와 같은 광학 제품 및, 이들을 간단하고 신속하고 경제적으로 제조할 수 있는 제조방법을 제공함으로써, 선행 기술 분야의 이들 및 다른 불편함을 해결한다. 광학 제품(예: 렌즈)은 함몰되거나 상승될 수 있는 다양한 두께의 영역을 갖는 기재층, 변환층 및 외층을 포함하는, 세 개 이상의 상이한 층의 복합체를 포함한다. 복합체 층은 각각 별도로 인접층 또는 층들에 적용되어 결합된다. 또한, 각각의 층은 상이하고 독특한 굴절률을 가짐으로써, 원거리로 부터 근거리를 보는 경우에, 광범위하고 자연스러운 시각의 진행을 갖는 점증적 다초점 렌즈를 허용하게 된다. 기재층과 외층 사이에 하나 이상의 변환층으로 구성된 변환 영역이 삽입된다. 변환 영역은 기재층과 외층의 굴절률의 중간인 유효 굴절률을 갖는다. 바람직하게는, 유효 굴절률은 대략 기재층과 외층의 굴절률의 기하평균이다. 또한, 본 발명의 렌즈는 실질적으로 원치않는 수차가 없으며, 광범위한 판독 영역을 포함하고, 환자가 착용하기에 비교적 편안하며 용이하고, 실질적으로 눈에 띄지 않는 향장적 외관을 갖는다.
또한, 본 발명은 확보되어야 하는 전면 광학 예비 성형체의 수를 상당히 감소시킨다. 예를 들면, 부가 배율이 +1.00 내지 +3.00 디옵터이고, 구형률이 +4.0 내지 -4.0 디옵터이며, 실린더 배율이 플라노(plano) 내지 -2.0 디옵터라고 가정하는 경우에, 렌즈의 우측 및 좌측 눈의 3개의 기본 곡선이 존재하고, 수차율이 전면 광학 예비 성형체의 오목면 위에 소안(PCT/US93/02470)에 의해 기술된 바와 같이 부가된다고 가정하면, 각각의 물질 형태의 경우에, 다음의 스커가 보유되어야 한다:
1. 복초점 렌즈의 경우에 - 수차형 복초점 교정을 위하여 180。 상이한 수차도 x 3기본 곡선 x 2눈 분산(eye decentration) x 9복초점 부가 배율 x 1물질을 기본으로 하여, 9,720개의 상이한 전면 광학 예비 성형체가 필요하고;
2. 단일 시각 렌즈의 경우에 - 수차 교정 만을 위하여 180。 상이한 수차도 x 3기본 곡선 x 1 물질을 기본으로 하여, 540개의 상이한 전면 광학 예비 성형체가 필요하다.
따라서, 소안이 요구하는 위의 예에서, 각각의 스커에 요구될 수 있는 백업 목록 이외에, 총 10,260개의 전면 광학 예비 성형체가 필요하다. 이와는 대조적으로, 본 발명은 180。 상이한 수차도 x 3기본 곡선 x 1물질을 기본으로 하여, 단지 540개의 스커 및 단지 3쌍의 금형이 필요하다. 더욱이, 소안은 수많은 가스킷 및 금형이 사용되어야 하고, 요구되는 상당한 굴절률의 불일치 및 상이한 굴절률의 변환층 또는 층들의 결여로 인하여 본 발명과 같이 향장적으로 눈에 띄지 않는 복초점 또는 다초점 영역을 생성해서는 안된다.
본 발명은 배율을 원 초점으로부터 근 초점으로 증가시키는 광학 렌즈 및 반가공 렌즈 블랭크(lens blank)와 같은 광학 제품, 및 보다 특히는 원치않는 주변 수차(收差)의 양이 감소된 굴절 구배 점증적 다초점 렌즈(refractive gradient progressive multifocal lens)와 부가 영역을 한정하는 광범위한 흐린 혼합 영역이 없는 굴절률 구배 복초점 렌즈에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따르는 광학 예비 성형체의 단면도이다.
도 2는 변환층을 갖는 광학 예비 성형체의 단면도이다.
도 3은 금형에 대해 배치된 광학 예비 성형체의 단면도이다.
도 4는 외층에 대해 배치된 금형의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따르는 광학 제품의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 양태의 단면도이다.
도 1은 굴절률이 1.49이고, 점증적 다초점 영역의 경계를 대략 한정하는 표면 함몰부를 형성하기 위하여 기계적 방법에 의해 변형시킨 변형 영역(20)을 갖는 구형 볼록 표면이 있는 물질로 부터 제조된 구형 및 수차 기준을 모두 함유하는 광학 예비 성형체(10)인 기재층을 도시한 것이다. 변형 영역(20)은 볼록 또는 오목 표면 위에 제조될 수 있다. 그러나, 이 양태에 있어서, 변형은 볼록 표면 위에 수행한다. 수차형 곡선 또는 원환체 표면(30)은 오목면 위에 위치한다. 이러한 이유로 인하여, 적절한 원환체 광학 예비 성형체를 선택하여, 필요한 특별한 기준에 대한 적절한 수차축에 배치하고, 광학적 변형은 원하는 수차축에 대해 교정 방향으로 전면 볼록 표면 위에서 수행한다. 변형 영역(20)은 필요한 수차축을 고려해야 할 뿐만 아니라, 우측 및 좌측 눈의 각각에 대한 적절하고 상이한 분산 위치에 위치해야 한다.
기술을 위하여, 표면의 기계적 변형이 기술되었지만, 표면 기하학에 대한 필요한 변화를 생성하는 방법이 수행됨을 알아야 한다. 예를 들면, 단지 기술에 의해, 표면 함몰은 스탬핑(stamping), 연소, 스컬춰링(sculpturing), 연마, 어블레이팅(ablating) 및 주조를 포함하는 다양한 방법에 의해 성취할 수 있다. 표면 함몰부를 수득하는 방법은 예비 성형체 물질의 조성 뿐만 아니라, 예비 성형체의 경화 조건에 따라 다소 좌우된다. 예를 들면, 예비 성형체를 연마하기 위하여, 예비 성형체는 일반적으로 완전히 경화(cured or hardened)된 상태여야 한다.
변형 영역(20)은 광학 예비 성형체(10) 위에 형성되어, 일반적으로 점증적인 다초점 영역을 한정하는 표면 함몰부를 생성한다. 함몰부의 바람직한 기하는 굴절률에 관한 공지된 광학식을 사용하여 계산할 수 있다. 일반적으로, nd = n1d1+ n2d2(여기서, n은 광학의 전반적인 굴절률이고, d는 광학의 두께이며, n1은 광학 예비 성형체의 굴절률이고, d1은 광학 예비 성형체의 두께이며, n2는 부가층의 굴절률이고, d2는 부가층의 두께이다)이다. 특정 지점의 배율은 그 지점에서의 전반적이거나 유효한 굴절률에 의해 결정되며, 이는 또한 표면 윤곽으로 부터 그 지점의 공동 또는 함몰부의 깊이[새그 깊이(sag depth)] 및 공동을 채우는 경화 수지의 굴절률에 의해 조절된다.
광학 예비 성형체의 물질 뿐만 아니라, 사용된 변형 방법에 따라, 변형이 수행되고 원하는 표면 형태가 성취되면, 새로이 변화된 표면이 연마, 표면 주조 또는 당해 분야에 공지된 다른 방법에 의해 다시 변형되어, 거친 표면을 매끄럽게 만들 수 있다. 바람직한 양태에 있어서, 기계적으로 변화된 표면은 거친 표면을 성취하기 위하여 기계적으로 마멸시킨다. 그 다음에, 도 2 및 도 4에 제시된 바와 같이, 얇은 수지층을 변형 영역(20)을 포함하는 광학 예비 성형체(10)의 전체 볼록 표면에 적용시켜, 변환 영역(45)을 포함하는 변환층(40)을 형성한다. 다른 양태에 있어서, 변환층은 적어도 변형 영역(20)을 둘러싸는 예비 성형체(10)의 단지 일부에 도포할 수 있다.
광학 예비 성형체를 위한 적합한 물질에는 일반적으로 유리 전이온도가 대략 50 내지 200 ℃이고, 굴절률이 대략 1.44 내지 1.56이 되도록 하는, 알릴계, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 스티렌 및 비닐계의 공중합체가 포함될 수 있다. 예를 들면, 이러한 물질에는 폴리(디에틸 비스 알릴 카보네이트), 폴리(비스페놀 A 카보네이트) 및 폴리(스티렌)-코-(비스페놀 A 카보네이트 디아크릴레이트)-코-(비스페놀 A 카보네이트 디메타크릴레이트)가 포함될 수 있다.
변환 영역을 위한 물질에는 일반적으로 유리 전이온도가 대략 50 내지 100 ℃이고, 굴절률이 대략 1.52 내지 1.65가 되도록 하는, 알릴계, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 스티렌 및 비닐계의 공중합체가 포함될 수 있다. 예를 들면, 이러한 물질에는 폴리(폴리 옥시 메틸렌 디아크릴레이트)-코-(에톡시화 비스페놀 A 카보네이트 디아크릴레이트)-코-(푸르푸릴 아크릴레이트)가 포함될 수 있다.
변환층(40)의 굴절률은 예비 성형체(10) 및 이어서 적용되는 외층(50)의 굴절률에 적합치 않도록 의도적으로 제조하여, 성취되는 굴절률 구배의 변환 중간점을 성취한다. 이러한 기술은 점증적 다초점 영역이 가능한 한 눈에 띄지 않도록 하기 위하여 사용된다. 또한, 변환층(40)을 예비 성형체(10) 위에 적용시키는 경우에, 적용되는 다음 수지층과의 양호한 결합을 위하여 예비 성형체(10)의 표면을 준비할 수 있고, 다른 수지층이 적용되는 경우에, 잔류하고 가시적인 표면 불규칙성을 상당히 매끄럽게 할 수 있다.
변환층(40)의 굴절률이 경계면으로 부터 최소한의 내부 굴절을 성취하도록 제조될 지라도, 상이한 표면 변형 기술을 사용하는 다른 양태 또는, 상이한 물질로 부터 제조되는 광학 예비 성형체가 사용되거나, 피복층의 굴절률이 광학 예비 성형체의 것이나 적용되는 다음 수지층의 것에 근접하도록 제조되거나, 심지어 필요하지 않을 수 있다. 도 6에 제시된 바와 같이, 본 발명의 다른 양태는 하나 이상의 부가의 변환층(40)을 가질 수 있고, 변환층은 각층이 부분적으로 또는 완전히 경화된 후에, 서로의 상부에 위치한다. 각각의 변환층(40)은 층이 대략 광학 예비 성형체(10) 및 외층(50)의 기하평균인 유효 굴절률을 갖는 변환층(45)을 집합적으로 형성하도록 상이한 굴절률을 갖는다. 기하평균에 근접하는 유효 굴절률을 갖는 변환층을 갖는다는 것은 굴절률의 변환을 덜 갑작스럽게 만듬으로써, 가공된 다초점 영역을 보다 눈에 띄지 않게 만든다. 유효 굴절률은 기하평균에 근접해야 하지만, ±0.03 단위의 변환이 허용되는 결과를 제공한다.
외층(50)을 위한 적절한 물질에는 일반적으로 유리 전이온도가 대략 60 내지 225 ℃이고, 굴절률이 대략 1.56 내지 1.70이 되도록 하는, 알릴계, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 스티렌 및 비닐계의 공중합체가 포함될 수 있다. 예를 들면, 이러한 물질에는 에톡시화 비스페놀 A 디아크릴레이트, 에톡시화 비스페놀 A 디메타크릴레이트, 에톡시화 1,4-디브로모-비스페놀 A 디아크릴레이트, 비스(4-아크릴옥시에톡시페닐)포스핀 옥사이드, 1,4-디비닐벤젠, 브로모스티렌 및 비닐카바졸이 포함된다.
본 발명의 다른 양태에 있어서, 부가의 수지층 또는 층들은 기재층과 변환 영역 사이에 삽입될 수 있다. 또한, 부가의 수지층은 변환 영역의 변환층 사이 또는 변환 영역과 외층 또는 층들 사이에 삽입될 수 있다. 이러한 부가층 또는 층들은 수지가 하부층의 원하는 피복 정도를 제공할 수 있도록 인접층에 충분히 적합한 표면 에너지를 가져야 한다.
바람직한 양태에 있어서, 변환층(40)은 브러싱(brushing)에 의해 적용되지만, 층은 또한 당해 분야에 용이하게 공지된 다른 기술에 의해 적용시킬 수 있다. 예를 들면, 방사 피복, 침지 피복, 분무 피복 또는 다른 것과 같은 기술이 사용될 수 있다.
변환층(40)을 광학 예비 성형체(10)의 볼록 표면에 적용시키는 경우에, 변환층(40)은 바람직하게는 부분적으로 경화된다. 경화 공정은 적절한 개시제, 대기 환경 및 경화 공급원을 사용하여 산소의 부재 또는 존재하에, 열 경화, UV 경화, 가시광선 경화 또는 이들의 조합을 포함한 공지된 경화법을 사용하여 수행할 수 있다. 바람직한 양태에 있어서, 변환층(40)은 산소가 없는 질소 환경에서 대략 250 내지 400㎚의 범위인 자외선을 사용하여 부분적으로 경화시킨다. 그러나, 산소가 없는 질소 환경에서 약 400 내지 450㎚의 범위인 자외선을 또한 사용할 수 있다. UV 공급원이 경화를 위하여 사용되는 경우에, 광학 제품은 변환층에 대한 경화 시간이 5분 미만일 수 있고, 일반적으로 1시간을 초과하지 않으므로, 신속히 제조될 수 있다.
도 3 및 도 4에 제시된 바와 같이, 변형 영역(20)이 광학 예비 성형체(10)에 형성되어 원하는 표면 형태가 성취되고, 원하는 변환 영역(45)이 적용되면, 변환 영역(45)이 있는 광학 예비 성형체는 변환 영역(45) 위에 수지를 주조함으로써 바람직하게 형성되는 외층(50)이 제공되기 시작한다. 외층(50)은 광학 예비 성형체(10) 물질과 상당히 상이한 굴절률을 갖도록 제조된다. 바람직한 양태에 있어서, 외부 볼록층(50)의 수지는 굴절률이 약 1.66이 되도록 제조되며, 광학 예비 성형체(10) 물질은 굴절률이 약 1.49이고, 변환층(40)의 굴절률은 약 1.57의 상수이다. 따라서, 굴절률이 1.66인 볼록 외층(50)은 굴절률이 1.49인 광학 예비 성형체(10)에 고정된 굴절률이 1.574인 볼록 변환층(40) 위에 수지로 부터 주조된다. 이는 바람직하게는 변환층(40)을 갖는 광학 예비 성형체(10) 위로 원하는 외부 볼록 곡면을 주조하기 위하여 선택된 단일 시각용 구형 금형(60)을 사용하여 본 예에서 수행한다. 광학 예비 성형체(10)의 볼록 곡면의 디자인이 비구면인 경우에, 외부 볼록 표면을 표면 주조하기 위하여 선택된 적절한 단일 시각용 금형은 구면 디자인이라기 보다는 비구면 디자인이다. 이러한 외부 곡면은 성취되는 원하는 거리 배율을 조절한다. 그러나, 단일 시각용 금형을 사용하여 주조층을 제공하기 위한 적절한 기술이 블룸(미합중국 특허 제5,178,800호)("'800"), 블룸(미합중국 특허 제5,147,585호)("'585"), 블룸(미합중국 특허 제5,219,497호)("'497") 및 블룸(미합중국 특허 제4,873,029호)("'029")에 기술되어 있다. 이들 특허의 내용은 본 명세서에 참조로 인용된다. 이들 기술은 또한 ExcaliburRSurfaceCastingR시스템으로 이노텍, 인코포레이티드(Innotech, Inc.)에서 시판하고 있다.
외층(50)을 주조하기 위하여 사용되는 금형(60)은 적절한 경화를 허용되는 적용 가능한 물질로 부터 제조될 수 있다. 단지 예로서, 전기 주조된 닉켈, 유리 및 플라스틱 일회용 금형이 사용될 수 있다. 경화 공정 전에, 외층(50)을 주조하기 위하여 사용되는 수지는 금형(60)으로 가하거나, 금형(60)과 예비 성형체(10) 사이의 공동(70)에 가하거나, 금형(60)과 함께 포함되거나 광학 예비 성형체(10)에 부착된 부분 경화된 중합체성 층의 형태로 제공될 수 있다. 외층(50)이 이후에 경화되는 부분 경화된 중합체성 층으로 부터 제조되는 경우의 양태에 있어서, 굴절률 변환 영역(45)을 생성하는 변환층 또는 층들(40)은 부분 경화된 중합체성 외층(50)에 부착될 수 있다. 이 경우에, 이어서 부분 경화된 중합체성 층 및 부착된 굴절률 변환층(40)이 광학 예비 성형체(10) 위로 경화되어 형성된다. 바람직한 양태는 외부 볼록 곡면을 광학 예비 성형체 위로 주조하면서 가스킷을 사용하지 않지만, 특정 양태에 있어서는, 가스킷을 사용할 수 있다.
변환 영역이 다수의 층을 포함하는 경우에, 각 층의 굴절률은 변환 영역이 대략 예비 성형체와 외층의 기하평균인 유효 굴절률을 갖도록 선택된다. 단지 예로서, 예비 성형체의 굴절률이 약 1.50이고, 외층의 굴절률이 약 1.70인 경우에, 변환 영역에서 세 개의 변환층의 굴절률은 층이 예비 성형체로 부터 외층으로 진행되는 경우에, 약 1.54, 1.60 및 1.66일 수 있다.
변환 영역(45)은 독특하고 별도로 적용되는 층 또는 층들로 구성되며, 이때 각 층은 상이한 굴절률을 갖고, 변환 영역(45)이 대략 광학 예비 성형체(10)와 외층(50)의 굴절률의 기하평균의 중간이고, 이에 근접하는 유효 굴절률을 갖도록 제조된다. 변환 영역에서 각각의 변환층의 굴절률은 일반적으로 전체 층을 통하여 일정하다.
경화 단계 도중에, 표면주조 수지 외층(50) 뿐만 아니라, 부분 경화된 변환층(40)은 원하는 정도로 경화되어 굴절률 구배 점증적 다초점 광학 렌즈 또는 반가공된 블랭크를 형성한다. 바람직한 양태의 경우에, 굴절률 구배는 약 1.40 내지 1.66으로 변하며, 각각의 물질의 상이한 두께는 변형된 광학 예비 성형체의 볼록 표면 형태, 원하는 배율을 성취하기 위하여 원하는 외부 볼록 곡선을 변형되고 통상적인 광학 예비 성형체의 볼록 표면 위로 부가한 광학 예비 성형체 및 단일 시각용 구형 오목 금형 표면의 오목 구형 및 수차형 표면 형태의 기하학에 의해 정의된다. 이노텍의 표면주조(SurfaceCasting) 시판 제품은 통상 원하는 기준의 거리 배율이 실질적으로 변하지 않도록 하는 방식으로 표면층을 적용한다. 그러나, 본 발명에서, 외층은 거리 배율이 실질적으로 변하지 않도록 하기 위하여 한정하거나, 한정하지 않을 수 있다. 더욱이, 이노텍의 시판되는 표면주조 기술 및 '800, '585, '029와 '497 특허의 기술과는 다르게, 본 발명의 점증적 부가 다초점 영역은 다초점 금형에 의해 부가되는 것이 아니라, 오히려 구면 또는 비구면 표면을 굴절률 구배의 두께가 상이하게 변화되도록 특히 변하는 변형된 표면 형태 위로 주조함으로써 생성되는 굴절률 구배 뿐만 아니라, 광학 예비 성형체(10)의 변형된 표면 형태로 인하여 생성된다.
도 5에 있어서, 주조 공정이 완결되면, 복합 굴절률 구배 점증적 다초점 렌즈(100)를 금형(60)으로 부터 제거한다. 새로이 형성된 복합 렌즈(100)를 금형에서 또는 금형 밖에서 당해 분야에 잘 공지된 기술에 의해 후 경화시킬 수 있다.
본 발명의 방법은 광학 예비 성형체, 광학 렌즈 및 광학 반가공 블랭크를 제조하기 위하여 사용될 수 있다. 일부 및 모든 층을 형성하기 위하여 사용되는 수지는, 경우에 따라, 적절한 굴절률이 특별한 층에 대하여 수득되는 한, 포토크로마틱(photochromatic)시킬 수 있다. 또한, 바람직한 양태가 층을 형성하기 위하여 수지를 사용하는 것으로 기술되었지만, 복합체의 층은 또한 유리 또는 수지와 유리의 조합물로 부터 제조될 수 있다.
새로이 형성된 복합 렌즈(100)의 외층은 반사 방지 피복물, 내스크래치성 피복물, 틴트, 포토크로마틱 피복물 및/또는 포토크로마틱 함침 기술 방오성 피복물 등의 적용을 포함한, 광학 공업에서 사용되는 방식으로 표면 처리할 수 있다. 더욱이, 다양한 피복물의 금형내 전이가, 렌즈 또는 반가공 블랭크가 제조된 후에 적용되는 것과는 반대로 제조 공정의 일부로서 또한 사용될 수 있다.
본 발명은 복초점 부가 배율과 좌측 및 우측 눈에 대한 원하는 분산을 제공하고, 교정된 광학 원환체 축을 성립한다. 이들 결과는 바람직하게는 광학 예비 성형체의 볼록 표면의 변형에 의해 수행된다. 본 발명의 다른 양태에 있어서, 광학 예비 성형체의 기하학에 대한 변형은 광학 예비 성형체의 오목면을 볼록 표면에 대해 행했던 변형과 동일하거나 유사한 방법으로 변형시켜 수행할 수 있다. 이 경우에, 광학 예비 성형체 표면 변형 및 주조는 광학 예비 성형체의 전면과 마주보는 광학 예비 성형체의 오목면 위에서 수행한다.
또한, 특정의 다른 양태에 있어서, 광학 예비 성형체의 표면 형태 변형은 특정의 깊이 및 기하학을 갖도록 수행될 수 있고, 필요한 적절한 표면 곡면을 함유하는 금형의 복초점 또는 다초점 영역과 마주보게 배열될 수 있다. 이는 적절한 외부 곡면을 부가하기 위하여 뿐만 아니라, 가공된 렌즈의 복초점 또는 다초점 영역에 부가의 한정하는 기하학을 부가하기 위하여 수행된다. 이러한 시도를 사용하여, 바람직한 양태에 사용되는 물질보다 굴절률이 특히 더 작은 물질을 사용할 수 있다.

Claims (35)

  1. 제1 굴절률, 및 두께가 변하는 영역을 갖는 기재층,
    제1 굴절률과 상이한 제2 굴절률을 갖는 외층 및
    적어도 두께가 변하는 영역을 둘러싸는 변환층을 포함하고, 기재층과 외층의 굴절률의 중간인 유효 굴절률을 가지며, 기재층과 외층 사이에 결합되는 변환 영역을 포함하는 광학 제품.
  2. 제1항에 있어서, 변환 영역이 다수의 변환층을 포함하고, 각각의 변환층의 굴절률이 기재층 및 외층과 상이한 광학 제품.
  3. 제1항에 있어서, 변환 영역의 유효 굴절률이 대략 기재층과 외층의 굴절률의 기하평균인 광학 제품.
  4. 제2항에 있어서, 변환 영역의 유효 굴절률이 대략 기재층과 외층의 굴절률의 기하평균인 광학 제품.
  5. 제1항에 있어서, 표면 함몰부가 기재층의 볼록 표면 위에 존재하고, 대략적으로 점증적 다초점 영역을 한정하는 광학 제품.
  6. 제5항에 있어서, 외층의 제2 굴절률이 기재층의 제1 굴절률 보다 큰 광학 제품.
  7. 제6항에 있어서, 기재층의 제1 굴절률이 대략 1.44 내지 1.56인 광학 제품.
  8. 제7항에 있어서, 외층의 제2 굴절률이 대략 1.56 내지 1.70인 광학 제품.
  9. 제8항에 있어서, 기재층의 제1 굴절률이 대략 1.49인 광학 제품.
  10. 제9항에 있어서, 외층의 제2 굴절률이 대략 1.66인 광학 제품.
  11. 굴절률 및 두께가 변하는 영역을 갖는 광학 예비 성형체,
    기재층의 굴절률과 상이한 굴절률을 갖는 외층 및
    적어도 두께가 변하는 영역을 둘러싸는 하나 이상의 변환층(여기서, 하나 이상의 변환층은 각각 기재층 및 외층의 굴절률과는 상이한 굴절률을 갖는다)을 포함하고, 광학 예비 성형체와 외층의 굴절률의 중간인 유효 굴절률을 가지며, 광학 예비 성형체와 외층 사이에 결합되는 변환 영역을 포함하는 안과용 복합 렌즈.
  12. 제11항에 있어서, 변환 영역의 유효 굴절률이 대략 광학 예비 성형체와 외층의 굴절률의 기하평균인 안과용 복합 렌즈.
  13. 제12항에 있어서, 표면 함몰부가 광학 예비 성형체의 볼록 표면 위에 존재하고, 대략적으로 점증적 다초점 영역을 한정하는 안과용 복합 렌즈.
  14. 제13항에 있어서, 외층의 굴절률이 광학 예비 성형체의 굴절률 보다 큰 안과용 복합 렌즈.
  15. 제14항에 있어서, 광학 예비 성형체의 굴절률이 대략 1.44 내지 1.56인 안과용 복합 렌즈.
  16. 제15항에 있어서, 외층의 굴절률이 대략 1.56 내지 1.70인 안과용 복합 렌즈.
  17. 제16항에 있어서, 광학 예비 성형체의 굴절률이 대략 1.49인 안과용 복합 렌즈.
  18. 제17항에 있어서, 외층의 굴절률이 대략 1.66인 안과용 복합 렌즈.
  19. a) 굴절률과 표면 함몰부를 갖는 기재층을 제공하는 단계,
    b) 기재층 및 외층의 굴절률과는 상이한 유효 굴절률을 갖는 수지의 변환 영역(여기서, 변환 영역은 하나 이상의 변환층을 포함하고, 이때 하나 이상의 변환층은 각각 수지를 포함하며, 기재층 및 외층의 굴절률과는 상이한 굴절률을 가지고, 이어지는 변환층의 도포 전에 적어도 부분적으로 경화된다)을 적어도 기재층의 표면 함몰부에 도포하는 단계,
    c) 기재층의 굴절률 및 변환 영역의 기재층과 외층의 굴절률의 중간인 유효 굴절률과는 상이한 굴절률을 갖는 수지의 외층을 적어도 변환 영역에 도포하는 단계 및
    d) 변환 영역과 외층을 경화시켜 가공된 광학 제품을 형성하는 단계를 포함하는, 복합 광학 제품의 제조방법.
  20. 제19항에 있어서, 변환 영역의 유효 굴절률이 대략 기재층 및 외층의 굴절률의 기하평균인 방법.
  21. 제20항에 있어서, 외층을 원하는 곡률로 성형하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 외층이 부분 경화된 중합체성 층인 방법.
  23. 제19항에 있어서, 외층의 도포 전에 변환 영역을 부분적으로 경화시키는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  24. 제21항에 있어서, 변환 영역을 파장이 대략 250 내지 450㎚인 빛을 사용하여 부분적으로 경화시키는 방법.
  25. 제24항에 있어서, 변환 영역을 파장이 대략 250 내지 400㎚인 자외선을 사용하여 부분적으로 경화시키는 방법.
  26. 제24항에 있어서, 변환 영역을 파장이 대략 400 내지 450㎚인 가시광선을 사용하여 부분적으로 경화시키는 방법.
  27. 제20항에 있어서, 외층이 표면 주조에 의해 변환층에 도포되는 방법.
  28. 제20항에 있어서, 기재층과 외층 사이에 하나 이상의 수지층을 도포하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  29. 굴절률이 대략 1.49이고, 점증적 다초점 영역을 대략 한정하며 기재층의 볼록 표면 위에 존재하는 표면 함몰부를 갖는 구형률(球形率; spherical power), 수차율(收差率; astigmatic power) 또는 이들 모두를 갖는 광학 예비 성형체,
    굴절률이 대략 1.66인 플라스틱 외층 및
    적어도 표면 함몰부를 둘러싸는 하나 이상의 플라스틱 변환층(여기서, 하나 이상의 변환층은 각각 기재층 및 외층의 굴절률과는 상이한 굴절률을 갖는다)을 포함하고, 대략 광학 예비 성형체와 외층의 굴절률의 기하평균인 유효 굴절률을 가지며, 광학 예비 성형체와 외층 사이에 결합되는 변환 영역을 포함하는 안과용 복합 렌즈.
  30. 두께가 변하는 영역을 갖는 광학 예비 성형체 및 굴절률 구배를 제공하는 두 개 이상의 층을 포함하는 점증적 다초점 광학 렌즈 또는 반가공된 블랭크.
  31. 제1항에 있어서, 상승 영역이 기재층의 볼록 표면 위에 존재하고, 대략 점증적 다초점 영역을 한정하는 광학 제품.
  32. 제12항에 있어서, 상승 영역이 광학 예비 성형체의 볼록 표면 위에 존재하고, 대략 점증적 다초점 영역을 한정하는 안과용 복합 렌즈.
  33. a) 굴절률 및 상승 영역이 있는 표면을 갖는 기재층을 제공하는 단계,
    b) 기재층 및 외층의 굴절률과는 상이한 유효 굴절률을 갖는 수지의 변환 영역(여기서, 변환 영역은 하나 이상의 변환층을 포함하고, 이때 하나 이상의 변환층은 각각 수지를 포함하며, 기재층 및 외층의 굴절률과는 상이한 굴절률을 가지고, 이어지는 변환층의 도포 전에 적어도 부분적으로 경화된다)을 적어도 기재층의 상승 영역에 도포하는 단계,
    c) 기재층의 굴절률 및 변환 영역의 유효 굴절률(여기서, 변환 영역의 유효 굴절률은 기재층과 외층의 굴절률의 중간이다)과는 상이한 굴절률을 갖는 수지의 외층을 적어도 변환 영역에 도포하는 단계 및
    d) 변환 영역과 외층을 경화시켜 가공된 광학 제품을 형성하는 단계를 포함하는, 복합 광학 제품의 제조방법.
  34. 굴절률이 대략 1.49이고, 기재층의 볼록 표면 위에 점증적 다초점 영역을 대략 한정하는 상승 영역을 가지며, 구형률, 수차율 또는 이들 모두를 갖는 광학 예비 성형체,
    굴절률이 대략 1.66인 플라스틱 외층 및
    적어도 상승 영역을 둘러싸는 하나 이상의 플라스틱 변환층(여기서, 하나 이상의 플라스틱 변환층은 각각 기재층 및 외층의 굴절률과는 상이한 굴절률을 갖는다)을 포함하고, 대략 광학 예비 성형체와 외층의 굴절률의 기하평균인 유효 굴절률을 가지며, 광학 예비 성형체와 외층 사이에 결합되는 변환 영역을 포함하는 안과용 복합 렌즈.
  35. 제19항에 있어서, 변환층이 브러싱, 스핀 피복, 침지 피복 또는 분무 피복에 의해 제공되는 방법.
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