KR20110139237A - 자유 형태 안과용 렌즈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 렌즈의 적어도 일부분이 중합된 가교결합 가능한 물질의 다수의 복셀을 포함하는 안과용 렌즈를 제공한다. 또한, 본 발명은 적어도 일부분이 중합된 가교결합 가능한 물질의 다수의 복셀을 포함하는 안과용 렌즈를 생성하기 위한 장치를 제공한다. 일부 실시 형태에서, 안과용 렌즈는 융기 영역 및 함몰 영역 중 하나 또는 둘 모두를 갖는 표면을 포함한다.
Description
관련 출원과의 상호 참조
본 출원은 2008년 8월 20일자로 출원되고 발명의 명칭이 "안과용 렌즈 전구체 및 렌즈의 형성을 위한 장치(Apparatus for Formation of an Ophthalmic Lens Precursor and Lens)"인 미국 특허 출원 제12/194,981호의 일부 계속 출원으로서, 그리고 또한 2008년 8월 20일자로 출원되고 발명의 명칭이 "안과용 렌즈 전구체 및 렌즈의 형성을 위한 방법(Methods for Formation of an Ophthalmic Lens Precursor and Lens)"인 미국 특허 출원 제12/195,132호의 일부 계속 출원으로서 우선권을 주장하며, 각각의 출원의 내용은 의존되며 본 명세서에 참고로 포함된다.
본 발명은 안과용 렌즈(ophthalmic lens)의 제조, 보다 구체적으로는 몇몇 실시 형태에서 맞춤형 콘택트 렌즈(customized contact lens)의 형성을 위한 장치를 기술한다.
단량체 물질이 2개 이상의 대향하는 금형 부분품들의 광학 표면들 사이에 형성된 공동(cavity) 내에 침착되는 캐스트 성형(cast molding) 기술을 통해 안과용 렌즈를 제조하는 것이 알려져 있다. 하이드로겔을 유용한 물품, 예를 들어 안과용 렌즈로 형성하기 위해 사용되는 다중-부분품 금형은 예를 들어 안과용 렌즈의 후방 곡선에 대응하는 볼록부를 갖는 제1 금형 부분품 및 안과용 렌즈의 전방 곡선에 대응하는 오목부를 갖는 제2 금형 부분품을 포함할 수 있다.
그러한 금형 부분품들을 사용하여 렌즈를 제조하기 위해, 비경화 하이드로겔 렌즈 제형이 플라스틱의 일회용 전방 곡선 금형 부분품과 플라스틱의 일회용 후방 곡선 금형 부분품 사이에 배치되어 중합된다. 그러나, 그로부터 유래되는 안과용 렌즈의 설계는 이용되는 금형의 설계로 제한된다.
따라서, 특정한 환자 또는 목적 중 어느 하나 또는 둘 모두에 맞춤될 수 있도록 미리결정된 크기 및 형상의 안과용 렌즈의 형성에 도움이 되는 추가의 방법 및 장치를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명은 중합된 가교결합 가능한 물질의 다수의 복셀(voxel)들을 포함하는 제1 부분, 및 겔 점(gel point)을 넘어서 중합되는 가교결합 가능한 물질의 층상 체적부(layered volume)를 갖는 제2 부분을 포함하는 안과용 렌즈에 관한 것이다.
일반적으로, 광흡수성 성분(photoabsorptive component)을 포함하는 반응성 혼합물이 아치형 표면을 갖는 기재를 통해 화학 방사선(actinic radiation)의 공급원에 노출된다. 아치형 표면의 적어도 일부분은 광학 품질 표면을 포함할 수 있다. 화학 방사선은 반응성 혼합물의 일부분을 미리형성된 패턴으로 경화시키도록 제어가능하다. 미리형성된 패턴은 광학 품질 기재 표면을 따라 형성된 일 표면 및 반응성 혼합물의 체적 내에서 자유 형성된(free formed) 제2 표면을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 렌즈는 광흡수성 성분을 포함할 수 있다. 광흡수성 성분은 다수의 복셀들의 형성에 유용할 수 있다. 각각의 복셀은 제1 단부 및 제2 단부를 포함할 수 있고, 제2 부분은 겔 점을 지나서 중합되는 가교결합 가능한 물질의 층상 체적부를 포함할 수 있으며 각각의 제2 단부를 본질적으로 덮는다. 다양한 실시 형태는 제1 부분 및 제2 부분 중 하나 또는 둘 모두에서 광학 표면을 포함할 수 있다.
중합된 렌즈 물질의 복셀은 화학 방사선의 다수의 방사선들에 대한 가교결합 가능한 물질의 노출을 통해 형성될 수 있으며, 화학 방사선의 각각의 방사선은 공급원(source)으로부터 발생하며, 미리결정된 시간량 동안 반응성 혼합물의 미리결정된 부분을 향해 반사된다. 화학 방사선의 각각의 방사선은 미리결정된 시간량 동안 반응성 혼합물의 미리결정된 부분을 향해 반사될 수 있으며, 미리결정된 파장을 포함한다. 일부 실시 형태에서, 제2 부분은 다수의 지점들로부터 발생하는 화학 방사선의 다수의 방사선들에 대한 반응성 혼합물의 노출을 통해 형성된다.
몇몇 추가의 실시 형태는 중합된 가교결합 가능한 물질의 복셀들에 의해 형성된 골(trough), 중합된 가교결합 가능한 물질의 복셀들에 의해 형성된 하나 이상의 융기 영역(elevated area)과 같은 하나 이상의 특징부를 갖는 렌즈를 포함할 수 있다.
본 발명에 따라 형성된 렌즈는 구형이거나 비-구형(non-spherical)일 수 있다. 제1 표면은 광학 품질 광학 구역(optic zone)을 포함할 수 있으며, 제2 표면은 아티팩트(artifact)를 포함할 수 있다.
몇몇 실시 형태에서, 렌즈는 유동성 영역과 구조적 영역 둘 모두를 포함하는 렌즈 전구체로부터 형성될 수 있다. 바람직한 실시 형태에서, 구조적 영역은 대체로 복셀 리소그래피 섹션의 작동에 의해 결정되지만, 유동성 영역은 복셀 리소그래피 섹션에 의해 또한 영향을 받는 상태에서 다수의 방식으로 결정될 수 있다. 대안적인 실시 형태는 렌즈 전구체 중간 제품을 거치지 않고서 복셀 리소그래피 섹션의 결과로부터 렌즈를 형성할 수 있다.
<도 1>
도 1은 본 발명의 몇몇 실시 형태를 구현하기 위해 사용될 수 있는 방법 단계를 도시하는 도면.
<도 2>
도 2는 본 발명의 몇몇 실시 형태를 구현하기 위해 사용될 수 있는 방법 단계를 추가로 도시하는 도면.
<도 3>
도 3은 형성 및 고정 방사선과의 흡수도 및 투과율 간의 관계의 예를 도시하는 도면.
<도 4>
도 4는 본 명세서에 개시된 본 발명에 의해 제조된 렌즈의 예를 도시하는 도면.
<도 5>
도 5는 복셀 기반 리소그래피를 포함하는 본 발명의 몇몇 실시 형태를 구현하는 데 유용할 수 있는 장치 구성요소를 도시하는 도면.
<도 6>
도 6은 본 발명의 몇몇 실시 형태를 구현하는 데 유용할 수 있는 예시적인 광원 장치 구성요소를 도시하는 도면.
<도 7>
도 7은 본 발명의 몇몇 실시 형태를 구현하는 데 유용할 수 있는 예시적인 광학 장치 구성요소를 도시하는 도면.
<도 8>
도 8은 본 발명의 몇몇 실시 형태를 구현하는 데 유용할 수 있는 예시적인 디지털 미러 장치 구성요소를 도시하는 도면.
<도 9>
도 9는 본 발명의 몇몇 실시 형태를 구현하는 데 유용할 수 있는 추가의 장치 구성요소를 도시하는 도면.
<도 10>
도 10은 본 발명의 몇몇 실시 형태를 구현하는 데 유용할 수 있는 예시적인 형성 광학체를 도시하는 도면.
<도 11>
도 11은 본 발명의 몇몇 실시 형태를 구현하는 데 유용할 수 있는 예시적인 단량체 저장소를 도시하는 도면.
<도 12>
도 12는 본 발명의 몇몇 실시 형태를 구현하는 데 유용할 수 있는 예시적인 물질 제거 장치를 도시하는 도면.
<도 13>
도 13은 본 발명의 몇몇 실시 형태를 구현하는 데 유용할 수 있는 예시적인 물질 제거 장치의 전체 운동 시스템을 도시하는 도면.
<도 14>
도 14는 본 발명의 몇몇 실시 형태를 구현하는 데 유용할 수 있는 예시적인 안정화 및 고정 장치를 도시하는 도면.
<도 15>
도 15는 본 발명의 몇몇 실시 형태를 구현하는 데 유용할 수 있는 예시적인 계측 시스템을 도시하는 도면.
<도 16>
도 16은 본 발명의 몇몇 실시 형태를 구현하는 데 유용할 수 있는 예시적인 수화 및 제거 시스템을 도시하는 도면.
<도 17>
도 17은 유동성 렌즈 반응성 매체의 층상 체적부 및 복셀 형성을 갖는 렌즈 전구체의 예시적인 단면도를 도시하는 도면.
<도 18>
도 18은 예시적인 채널 아티팩트(channel artifact)를 갖는 렌즈 전구체를 도시하는 도면.
<도 19>
도 19는 화학 방사선에 대한 렌즈 전구체의 노출을 통해 형성된 렌즈를 도시하는 도면.
도 1은 본 발명의 몇몇 실시 형태를 구현하기 위해 사용될 수 있는 방법 단계를 도시하는 도면.
<도 2>
도 2는 본 발명의 몇몇 실시 형태를 구현하기 위해 사용될 수 있는 방법 단계를 추가로 도시하는 도면.
<도 3>
도 3은 형성 및 고정 방사선과의 흡수도 및 투과율 간의 관계의 예를 도시하는 도면.
<도 4>
도 4는 본 명세서에 개시된 본 발명에 의해 제조된 렌즈의 예를 도시하는 도면.
<도 5>
도 5는 복셀 기반 리소그래피를 포함하는 본 발명의 몇몇 실시 형태를 구현하는 데 유용할 수 있는 장치 구성요소를 도시하는 도면.
<도 6>
도 6은 본 발명의 몇몇 실시 형태를 구현하는 데 유용할 수 있는 예시적인 광원 장치 구성요소를 도시하는 도면.
<도 7>
도 7은 본 발명의 몇몇 실시 형태를 구현하는 데 유용할 수 있는 예시적인 광학 장치 구성요소를 도시하는 도면.
<도 8>
도 8은 본 발명의 몇몇 실시 형태를 구현하는 데 유용할 수 있는 예시적인 디지털 미러 장치 구성요소를 도시하는 도면.
<도 9>
도 9는 본 발명의 몇몇 실시 형태를 구현하는 데 유용할 수 있는 추가의 장치 구성요소를 도시하는 도면.
<도 10>
도 10은 본 발명의 몇몇 실시 형태를 구현하는 데 유용할 수 있는 예시적인 형성 광학체를 도시하는 도면.
<도 11>
도 11은 본 발명의 몇몇 실시 형태를 구현하는 데 유용할 수 있는 예시적인 단량체 저장소를 도시하는 도면.
<도 12>
도 12는 본 발명의 몇몇 실시 형태를 구현하는 데 유용할 수 있는 예시적인 물질 제거 장치를 도시하는 도면.
<도 13>
도 13은 본 발명의 몇몇 실시 형태를 구현하는 데 유용할 수 있는 예시적인 물질 제거 장치의 전체 운동 시스템을 도시하는 도면.
<도 14>
도 14는 본 발명의 몇몇 실시 형태를 구현하는 데 유용할 수 있는 예시적인 안정화 및 고정 장치를 도시하는 도면.
<도 15>
도 15는 본 발명의 몇몇 실시 형태를 구현하는 데 유용할 수 있는 예시적인 계측 시스템을 도시하는 도면.
<도 16>
도 16은 본 발명의 몇몇 실시 형태를 구현하는 데 유용할 수 있는 예시적인 수화 및 제거 시스템을 도시하는 도면.
<도 17>
도 17은 유동성 렌즈 반응성 매체의 층상 체적부 및 복셀 형성을 갖는 렌즈 전구체의 예시적인 단면도를 도시하는 도면.
<도 18>
도 18은 예시적인 채널 아티팩트(channel artifact)를 갖는 렌즈 전구체를 도시하는 도면.
<도 19>
도 19는 화학 방사선에 대한 렌즈 전구체의 노출을 통해 형성된 렌즈를 도시하는 도면.
본 발명은 렌즈를 형성하기 위한, 그리고 렌즈 전구체를 형성하기 위한 방법 및 장치를 제공한다. 하기 섹션들에서, 본 발명의 실시 형태들의 상세한 설명이 제공될 것이다. 바람직한 그리고 대안적인 실시 형태 둘 모두의 설명은 완전할지라도 단지 예시적인 실시 형태이며, 당업자에게는 변형, 수정 및 변경이 명백할 수 있을 것으로 이해된다. 따라서 예시적인 실시 형태는 특허청구범위에 의해 한정되는 바와 같은 근본적인 본 발명의 태양의 넓은 범위를 제한하지 않는다는 것이 이해되어야 한다.
용어
본 발명에 관한 이러한 상세한 설명 및 특허청구범위에서, 하기의 정의가 적용될 다양한 용어가 사용될 수 있다:
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "화학 방사선"은 화학 반응을 개시시킬 수 있는 방사선을 지칭한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "아치형"은 활과 같은 곡선 또는 만곡부를 지칭한다.
때로는 "베르-람베르트 법칙(Beers-Lambert Law)"으로 언급되는, 본 명세서에 언급되는 바와 같은 "베르의 법칙(Beer's Law)"은 I(x)/I0 = exp (-αcx)이며, 여기서 I(x)는 조사되는 표면으로부터의 거리(x)의 함수로서의 강도(intensity)이고, I0는 표면에서의 입사 강도이며, α는 흡수 성분의 흡수 계수이고, c는 흡수 성분의 농도이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "시준하다"라는 것은 입력으로서 방사선을 수용하는 장치로부터 출력으로서 진행하는 광과 같은 방사선의 원추각을 제한하는 것을 의미하고, 몇몇 실시 형태에서 원추각은 진행하는 광선이 평행하도록 제한될 수 있다. 따라서, "시준기(collimator)"는 이러한 기능을 수행하는 장치를 포함하고, "시준된"은 방사선에 대한 효과를 말한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은, 디지털 마이크로미러 소자(digital micromirror device)인 "DMD"는 CMOS SRAM 위에 기능적으로 장착된 이동가능한 마이크로미러들의 어레이로 이루어진 쌍안정 공간 광 변조기(bistable spatial light modulator)이다. 각각의 미러는 반사되는 광을 조종하도록 미러 아래의 메모리 셀 내로 데이터를 로딩하고, 비디오 데이터의 픽셀을 디스플레이 상의 픽셀에 공간적으로 맵핑(mapping)함으로써 독립적으로 제어된다. 데이터는 2진 방식(binary fashion)으로 미러의 경사각을 정전기적으로 제어하고, 여기서 미러 상태는 +X도(온(on)) 또는 -X도(오프(off))이다. 현재의 소자의 경우, X는 10도 또는 12도(공칭)일 수 있다. 온 미러(on mirror)에 의해 반사된 광은 그 다음에 투사 렌즈를 통과하여 스크린 상에 이른다. 광은 반사되어 다크 필드(dark field)를 생성하고 이미지를 위한 블랙-레벨 플로어(black-level floor)를 한정한다. 이미지는 관찰자에 의해 통합되기에 충분히 빠른 속도로 온 레벨과 오프 레벨 사이의 그레이-스케일 변조(gray-scale modulation)에 의해 생성된다. DMD(디지털 마이크로미러 소자)는 때로는 DLP 프로젝션 시스템이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "DMD 스크립트(DMD Script)"는 공간 광 변조기를 위한 제어 프로토콜과, 또한 예를 들어 광원 또는 필터 휠(filter wheel)과 같은 임의의 시스템 구성요소의 제어 신호를 지칭할 것이고, 이들 중 어느 하나는 일련의 시간 커맨드 시퀀스(command sequence in time)를 포함할 수 있다. 두문자 DMD의 사용은 이러한 용어의 사용을 임의의 하나의 특정 유형 또는 크기의 공간 광 변조기로 제한하고자 하는 것이 아니다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "고정 방사선(Fixing Radiation)"은 렌즈 전구체 또는 렌즈를 포함하는 모든 반응성 혼합물을 본질적으로 중합하고 가교결합하는 것 중 하나 이상에 충분한 화학 방사선을 지칭한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "유동성 렌즈 반응성 매체(Fluent Lens Reactive Media)"는 그의 본래 형태, 반응된 형태 또는 부분적으로 반응된 형태 중 어느 하나에서 유동가능한 반응성 혼합물을 의미하고, 추가 처리 시에 안과용 렌즈의 일부로 형성된다.
본 명세서에서 "자유-형성된(free-formed)" 또는 "자유-형태(free-form)"로 사용되는 바와 같은 "자유-형태"는 반응성 혼합물의 가교결합에 의해 형성되고 캐스트 성형에 따라 형상화되지 않은 표면을 지칭한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같은 "겔 점"은 겔 또는 불용성 부분이 최초로 관찰되는 점을 지칭할 것이다. 겔 점은 액체 중합 혼합물이 고체로 되는 정도까지 가교결합되는 변환의 정도이다. 겔 점은 속슬렛 실험(soxhlet experiment)을 사용하여 결정될 수 있다. 중합 반응이 여러 시점에서 정지되고 생성된 중합체가 잔류 불용성 중합체의 중량 분율(weight fraction)을 결정하기 위해 분석된다. 데이터를 통해 겔이 존재하지 않는 점이 추정될 수 있다. 겔이 존재하지 않는 이러한 점이 겔 점이다. 겔 점은 또한 반응 동안 반응 혼합물의 점도를 분석함으로써 결정될 수 있다. 점도는 평행 판 유량계(parallel plate rheometer)를 사용하여 반응 혼합물이 판들 사이에 있는 상태에서 측정될 수 있다. 적어도 하나의 판은 중합을 위해 사용된 파장에서의 방사선에 대해 투과성이어야 한다. 점도가 무한대에 접근하는 점이 겔 점이다. 겔 점은 주어진 중합 시스템 및 지정된 반응 조건에 대해 동일한 변환의 정도에서 나타난다.
본 명세서에서 "렌즈"로 사용되는 바와 같은 "렌즈"는 눈 내에 또는 눈 상에 있게 되는 임의의 안과용 장치를 지칭한다. 이들 장치는 광학적 교정을 제공할 수 있거나 미용을 위한 것일 수 있다. 예를 들어, 렌즈라는 용어는 콘택트 렌즈, 안내 렌즈(intraocular lens), 오버레이 렌즈(overlay lens), 안구 삽입체(ocular insert), 광학적 삽입체, 또는 시력이 교정되거나 변경되게 하는, 또는 시력을 방해함이 없이 눈 생리 기능이 미용적으로 향상되게 하는(예를 들어, 홍채 색상) 다른 유사한 장치를 지칭할 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 본 발명의 바람직한 렌즈는 실리콘 하이드로겔 및 플루오로하이드로겔을 포함하지만 이에 제한되지 않는 실리콘 탄성중합체 또는 하이드로겔로부터 제조된 소프트 콘택트 렌즈이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "렌즈 전구체"는 렌즈 전구체 폼(Lens Precursor Form) 및 렌즈 전구체 폼과 접촉하는 유동성 렌즈 반응성 혼합물로 이루어진 복합 물체를 의미한다. 예를 들어, 몇몇 실시 형태에서, 유동성 렌즈 반응성 매체는 소정 체적의 반응성 혼합물 내에서 렌즈 전구체 폼을 제조하는 중에 형성된다. 렌즈 전구체 폼을 제조하기 위해 사용된 반응성 혼합물의 체적으로부터 렌즈 전구체 폼 및 점착된 유동성 렌즈 반응성 매체를 분리하는 것이 렌즈 전구체를 형성할 수 있다. 또한, 렌즈 전구체는 유동성 렌즈 반응성 혼합물의 상당한 양의 제거 또는 유동성 렌즈 반응성 매체의 상당한 양의 비-유동성 혼입 물질로의 변환에 의해 상이한 실재물(entity)로 변환될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "렌즈 전구체 폼"은 안과용 렌즈로의 추가 처리 시에 혼입되는 것과 양립하는 적어도 하나의 광학 품질 표면을 갖는 비-유동성 물체를 의미한다.
"반응성 혼합물"; "반응성 단량체 혼합물" 또는 "가교결합 가능한 물질"과 상호 교환가능하게 사용될 수 있는, 본 명세서에 사용되는 바와 같은 "렌즈 형성 혼합물"은 경화되고/되거나 가교결합되어 안과용 렌즈 또는 안과용 렌즈의 일부를 형성할 수 있는 단량체 또는 예비중합체(prepolymer) 물질을 지칭한다. 다양한 실시 형태는 하나 이상의 첨가제, 예를 들어 UV 차단제, 염색제(tint), 광개시제 또는 촉매, 및 콘택트 렌즈 또는 안내 렌즈와 같은 안과용 렌즈에서 요구될 수 있는 다른 첨가제를 갖는 렌즈 형성 혼합물을 포함할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "금형"은 비경화 제형으로부터 렌즈를 형성하기 위해 사용될 수 있는 강성 또는 반-강성 물체를 지칭한다. 몇몇 바람직한 금형은 전방 곡선 금형 부분품 및 후방 곡선 금형 부분품을 형성하는 2개의 금형 부분품을 포함한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "방사선 흡수 성분"이라는 용어는 반응성 단량체 혼합 제형에 조합될 수 있고 특정 파장 범위의 방사선을 흡수할 수 있는 방사선-흡수 성분을 지칭한다.
반응성 혼합물은 또한 때로는 본 명세서에서 렌즈 형성 혼합물, 가교결합 가능한 매체 또는 반응성 단량체 혼합물로 지칭되며, "렌즈 형성 혼합물"과 동일한 의미를 갖는다.
본 명세서에서 "주형으로부터 해제한다"로 사용되는 바와 같은 "주형으로부터 해제한다" 라는 것은 렌즈가 주형으로부터 완전히 분리되거나, 또는 가벼운 정도의 교번에 의해 제거되거나 스웝(swab)에 의해 밀어 떼어낼 수 있도록 단지 느슨하게 부착되는 것을 의미한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "스테레오리소그래피 렌즈 전구체(Stereolithographic Lens Precursor)"는 렌즈 전구체 폼이 스테레오리소그래피 기술의 사용에 의해 형성된 렌즈 전구체를 의미한다.
"기재"는 그 상에 다른 실재물이 배치 또는 형성되는 물리적 실재물이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "과도성 렌즈 반응성 매체(Transient Lens Reactive Media)"는 렌즈 전구체 폼 상에 유동 또는 비-유동 형태로 남아 있을 수 있는 반응성 혼합물을 의미한다. 그러나, 과도성 렌즈 반응성 매체는 안과용 렌즈 내에 혼입되기 전에 세정(cleaning), 용매화(solvating) 및 수화(hydration) 단계 중 하나 이상에 의해 상당하게 제거된다. 따라서, 명료함을 위해, 렌즈 전구체 폼 및 과도성 렌즈 반응성 혼합물의 조합은 렌즈 전구체를 구성하지 않는다.
본 명세서에서 "복셀(Voxel)" 또는 "화학 방사선 복셀"로 사용되는 바와 같은 "복셀"은 3차원 공간에서의 규칙적 그리드(regular grid) 상의 값을 나타내는 체적 요소이다. 복셀은 3차원 픽셀로서 고려될 수 있지만, 여기서 픽셀은 2D 이미지 데이터를 나타내고 복셀은 제3 차원을 포함한다. 또한, 복셀은 흔히 의학적 및 과학적 데이터의 시각화 및 분석에 사용되며, 본 발명에서 복셀은 반응성 혼합물의 특정 체적에 도달하는 화학 방사선의 양의 경계를 한정하기 위해 사용되고, 그에 따라 반응성 혼합물의 그러한 특정 체적의 가교결합 또는 중합의 속도를 제어한다. 예로서, 복셀은 본 발명에서 화학 방사선이 2D 표면에 수직하게 지향될 수 있는 2D 금형 표면에 등각인 단일 층 내에 그리고 각각의 복셀의 공통 축 차원 내에 존재하는 것으로 고려된다. 예로서, 반응성 혼합물의 특정 체적은 768×768 복셀에 따라 가교결합 또는 중합될 수 있다.
본 명세서에서 "복셀-기반 렌즈 전구체(Voxel-based Lens Precursor)"로 사용되는 바와 같은 "복셀-기반 렌즈 전구체"는 렌즈 전구체 폼이 복셀-기반 리소그래피 기술의 사용에 의해 형성된 렌즈 전구체를 의미한다.
본 명세서에서 X겔(Xgel)로 사용되는 바와 같은 "X겔"은 겔 분율(gel fraction)이 0보다 크게 되는 가교결합 가능한 반응성 혼합물의 화학적 변환의 정도이다.
장치
본 발명에서 개시되는 장치는 일반적으로 본 명세서에서 5개의 주요 서브섹션으로 제시되며, 장치의 실시 형태의 최초의 논의가 서브섹션 수준에서 논리적 논의로 체계화될 것이다. 이들 서브섹션은 복셀-기반 리소그래피 광학 장치, 위킹 장치(wicking apparatus), 안정화 및 고정 장치, 계측 장치, 및 수화 장치이다. 그럼에도 불구하고, 서브섹션은 또한 전체 장치로서 기능하고, 이것은 서브섹션 실시 형태의 관점에서 고려되어야 한다.
복셀-기반 리소그래피 광학 장치
복셀-기반 리소그래피 광학 장치는 화학 방사선을 사용하여 렌즈 폼 및 렌즈 전구체를 생성하는 구성요소이다. 본 발명에서, 장치는 본질적으로 복셀 바이 복셀(Voxel by Voxel) 기반으로 매우 균일한 강도의 방사선을 취하고 형성 광학체 표면을 가로지르는 다수의 이산된 지점들에서 형성 광학체의 표면 상으로의 조사를 제어한다. 이러한 제어는 이러한 구성요소가 특정 복셀 위치의 광 경로를 따라 반응성 혼합물 내에서 일어나는 반응의 정도를 제어하게 하고, 궁극적으로 그곳에서 반응된 물질의 체적 및 그에 따른 그 상에 형성된 렌즈 전구체의 형상을 결정한다.
복셀-기반 리소그래피 광학 장치의 주요 구성요소가 도 5의 예시적인 실시 형태에 도시되어 있다. 지시된 각각의 구성요소가 하기 섹션에서 상세하게 논의된다. 이 시점에서, 서브섹션 기능에 대한 예시적인 개관이 주어진다.
이제 도 5를 참조하면, 렌즈 형성 장치(500)는 광원(520)을 포함한다. 광원(520)에 의해 발생된 광은 한정된 파장 대역 내에 있고 강도 및 방향에서 공간 변동을 갖는 광으로서 나온다. 공간 강도 제어기(530) 또는 시준기는 광을 모으고, 확산시키고, 몇몇 실시 형태에서는 시준하여 강도가 매우 균일한 광 빔(540)을 생성한다. 또한, 몇몇 실시 형태에서, 빔(540)은 각각 디지털 온(On) 또는 오프(OFF) 값으로 할당될 수 있는 소정 강도의 픽셀 요소들로 빔을 분할하는 디지털 미러 소자(DMD)(510)에 충돌한다. 각각의 픽셀에서 미러는 두 경로 중 하나로 광을 반사한다. 아이템 550의 "온(ON)" 경로는 반응성 화학 매체를 향해 진행하는 광자에 이르는 경로이다.
반대로, 몇몇 실시 형태에서, "오프(OFF)" 상태는 아이템 516 및 517로 도시된 경로들 사이에 놓일 상이한 경로를 따라 반사되는 광을 포함한다. 이러한 "오프" 경로는 빔 덤프(beam dump, 515)에 충돌하도록 광자를 지향시키고, 빔 덤프는 그를 향해 지향된 광자를 기능적으로 흡수하거나 달리 포획한다.
"온" 경로(550)를 다시 참조하면, 이러한 경로에 도시된 광은 "온" 값으로 설정되고 픽셀 위치에 대응하는 개별 경로를 따라 공간적으로 지향된 많은 상이한 잠재적인 픽셀 값을 포함한다. 그들 각각의 경로(550)를 따르는 픽셀 요소 각각의 시간 평균 강도는 DMD(510)에 의해 한정된 공간 그리드를 가로질러 공간 강도 프로파일(560)로서 나타내어질 수 있다. 대안적으로, 각각의 미러에 충돌하는 일정한 강도로, 아이템 560은 공간 시간 노출 프로파일을 나타낼 수 있다.
온 상태의 픽셀 요소들은 그들의 각자의 경로(550)를 따라 지향된 광자를 가질 것이다. 몇몇 실시 형태에서, 광 빔 또는 광선은 포커싱 요소(focusing element)에 의해 포커싱될 수 있다. 예로서, 광 경로(550)들은 그들이 형성 광학체(580)의 광학 표면 상에 표면 형식에 본질적으로 수직이거나 직각을 이루는 방식으로 충돌하도록 이미지화될 수 있다. 이미지화된 광은 형성 광학체(580)를 통해, 그리고 반응성 렌즈 혼합물을 포함하는 저장소(590) 내로 진행할 수 있다.
주어진 픽셀 위치와 관련된 광선의 상호작용은 저장소(590) 내에 포함된 반응성 매체 또는 가교결합 가능한 물질의 체적 내에 그리고 형성 광학체(580)의 주위에 온 상태 복셀 요소를 한정한다. 반응성 매체의 이 체적 내의 광자는 흡수되고 이를 흡수한 분자 내의 화학선 반응을 촉진할 수 있어서, 그 분자의 대체로 주변에 있는 단량체의 중합 상태 변화로 이어진다.
본 발명의 몇몇 실시 형태에 따르면, 복셀 기반 리소그래피 시스템이 안과용 렌즈를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 그러한 형성된 렌즈의 파면(wavefront) 표면의 그래픽 표현이 도 4에 도시되어 있다.
몇몇 실시 형태에서, 장치(500)를 둘러싼 온도 및 습도를 비롯한 주위 환경이 제어될 수 있다. 주위 기체 환경의 특성이 예를 들어 퍼징(purging) 질소 기체의 사용을 통해 제어될 수 있다. 퍼징은 산소 분압(partial pressure)을 미리결정된 수준으로 증가 또는 감소시키기 위해 수행될 수 있다. 습도가 또한 사무실 환경보다 상대적으로 더 낮은 수준과 같이 상대적으로 미리결정된 수준으로 유지될 수 있다.
개별 장치 구성요소와 상호작용하도록 허용된 진동 에너지의 수준은 몇몇 실시 형태에서 제어될 수 있는 다른 환경 파라미터이다. 몇몇 실시 형태에서, 큰 질량의 지지 구조물이 상대적으로 낮은 진동 환경을 형성한다. 다른 실시 형태는 능동적 진동 지지물에 지지되는 복셀-기반 리소그래피 시스템(500)의 일부 또는 전부를 포함할 수 있다. 가능한 해결책의 일반성을 제한함이 없이, 공기 블래더(air bladder) 지지 피스톤이 격리된 시스템(isolated system)으로의 진동 전달을 상당히 감소시킬 수 있다는 것이 당업계에 잘 알려져 있다. 진동 격리의 다른 표준 수단이 또한 본 발명의 범주와 양립할 수 있다.
장치의 환경 내의 미립자는 제품 렌즈 전구체 및 렌즈 내로의 혼입을 비롯하여 다양한 유형의 바람직하지 않은 결함 모드를 도입할 수 있다. 예를 들어, 광학 경로에서, 미립자는 하나 이상의 복셀 요소의 실제 강도를 변조시킬 수 있고/있거나 특정 미러 요소의 기능에 영향을 미칠 수 있다. 이들 이유로 인해, 최소한, 환경 내의 미립자 물질을 제어하는 수단을 제공하는 것은 전적으로 본 발명의 범주 내에 있다. 이것을 달성하는 실시 형태의 일례는 장치 환경의 본체 내로 고효율 미립자 공기(high efficiency particulate air, HEPA) 필터를 포함시키는 것 및 장치의 노출된 부분에 얇은 층의 유동 상황을 수립하기에 충분하게 필터를 통해 공기를 가압하는 수단일 것이다. 그럼에도 불구하고, 장치 내의 그리고 장치 둘레의 미립자 수준을 상당하게 제한하는 임의의 실시 형태가 본 발명의 의도된 범주 내에 있다.
본 발명에 따른 광학 장치의 상세한 환경적 지지의 다른 태양은 주위 광 및 그것을 제어하는 방식을 포함한다. 몇몇 실시 형태에서, 주위 조명은 화학 방사선을 제공하고, 따라서 광자 에너지의 스트레이 소스(stray source)를 제한하는 것이 현명하다.
따라서, 몇몇 실시 형태에서, 장치(500)는 상기 논의된 환경적 요구 사항과 양립하는 불투명 재료 내에 넣어질 수 있다. 바람직한 실시 형태는 장치의 환경 내에 필터링된 광원의 사용을 채용할 수 있으며, 이것은 오염 환경 조명에 대한 장치의 작동 부분의 노출을 방지하기에 충분할 수 있다.
이제 도 6을 참조하면, 강조된 형태(600)로 도시된 광원을 고려한다. 광 에너지의 구체적인 태양이 임의의 리소그래피 시스템의 근본적인 태양으로 고려될 수 있고, 복셀-기반 리소그래피 광학 장치를 사용하는 본 발명의 실시 형태에서 시스템의 광원의 특성이 중요할 수 있다.
몇몇 실시 형태에서, 광원(620)이 좁은 스펙트럼 대역의 광을 제공하는 것이 바람직하다. 예시적인 광 시스템(600)의 구성요소는 상기 좁은 스펙트럼 특성을 달성하는 수단을 제공한다. 바람직한 실시 형태에서, 광원은 환경적 지지물 및 인클로저(610) 내에 존재하는 발광 다이오드(620)를 포함한다. 예시적인 목적으로, 몇몇 실시 형태에서, 발광 다이오드 광원(620)은 디지털 라이트 랩 인크.(Digital Light Lab Inc.)(미국 테네시주 녹스빌 소재)로부터의 제어기를 구비한 모델 아큐큐어(AccuCure) ULM-2-365 광원을 포함할 수 있다. 이러한 모델은 약 365 ㎚에서 집중되고 대략 9 ㎚의 반치폭의 특성을 추가로 갖는 광의 좁은 대역을 방출한다. 따라서, 이러한 구매가능한 광원 구성요소는 이미 추가의 장치 없이 바람직한 좁은 대역의 광을 방출한다. 유사한 특성을 가진 임의의 LED 또는 다른 발광 제품이 또한 이용될 수 있다는 것이 명백할 수 있다.
대안적으로, 예를 들어 탄소 아크 램프 또는 제논 램프(620)와 같은 더 넓은 스펙트럼의 광원이 또한 사용될 수 있다. 이러한 대안에서, 광대역 광원(620)이 이용될 수 있다. 광은 환경 컨테이너(610)로부터 방출되고, 광원(620) 상에 배치된 필터 휠(630)을 통해 진행한다. 필터 휠(630)은 여러 작동 위치에서 다수의 별개의 필터(631)들을 포함할 수 있고, 이들 필터(631)는 예를 들어 유사한 10 ㎚ 성능의 반치폭을 갖고서 365 ㎚에서 집중된 광을 투과시킬 대역 통과 필터를 포함할 수 있다. 이러한 실시 형태에서, 필터 휠은 필터 휠을 여러 필터로 인덱싱할 수 있는 모터 구동식 액추에이터(610)에 의해 작동될 수 있고, 따라서 예시적인 복셀-리소그래피 시스템 실시 형태(500)가 다수의 선택가능한 파장에서 작동하게 한다.
다수의 대안적인 실시 형태가 비제한적인 관점을 포함하여, 필터(631)가 광대역 광원(620)에 근접하게 고정되는 방식으로 장착될 수 있다는 사실을 용이하게 도출할 수 있고 적절한 실시 형태를 제공할 수 있다는 것이 명백할 수 있다. 다른 태양에서, 상이한 파장에서 개별적으로 작동되는 환경(610)에 다수의 LED 광원(620)이 존재하는 대안 실시 형태로부터 다수 파장 성능이 도출될 수 있다.
보다 일반적으로, 몇몇 실시 형태가 예를 들어 다양한 종류의 필터를 갖고서 또는 갖지 않고서 백열광, 레이저, 발광 및 기타 유사 제품을 비롯한 다양한 광원을 포함할 수 있다는 것이 명백해야 한다. 추가로, 몇몇 실시 형태에서, 광원은 제어된 스펙트럼 대역의 광을 방출할 수 있고 이용될 수 있으며 본 발명의 범주 내에 있다.
광원(600)은 또한 안정하고 균일하며 상대적으로 강한 특성을 가질 수 있다. 몇몇 바람직한 실시 형태에서, 아큐큐어 LED 광원(620)은 강한 광을 출력하고 소정 기간에 걸쳐 안정한 강도를 유지하기 위해 내부 모니터링 피드백 루프를 포함한다.
광원(620)은 한정된 듀티 사이클(duty cycle)로 광원 온 및 오프를 조절하는 것을 비롯하여 제어된 방식으로 강도를 변조하는 수단을 포함할 수 있다. 따라서, 통합된 기간에 걸쳐, 강도 제어의 이러한 모드는 선택가능한 시간 평균 강도 수준으로 귀결될 것이다. 대안적으로, 추가의 작동 실시 형태에서, LED 광원은 강도 변화가 방출된 강도의 시간 독립적 수준 동안 발생하는 전압 제어 작동 모드를 통해 강도를 변조시킬 수 있다.
임의의 광원 구성요소(620)의 출력의 안정성을 위해, 광원의 환경의 추가 특징은 추가의 실시 형태 한정을 포함할 수 있다. 이러한 태양의 예는 냉각 시스템을 통한 온도 제어 수단을 포함할 수 있다. 다른 환경 제어는 본 발명의 의도와 양립하는 여러 실시 형태 한정을 포함할 수 있다.
상이한 태양에서, 광원 장치(600)는 강도 변조에 대한 대안적인 실시 형태를 제공한다. 개별 광원(620)은 주어진 강도를 방출하도록 작동될 수 있고, 필터 휠(630)은 중성 농도 필터(neutral density filter)(631)로 방출된 광을 가로채도록 모터 구동식 요소(610)에 의해 작동될 수 있다. 따라서, 복셀-리소그래피 시스템(500)의 나머지에 제공된 광의 강도는 더 낮은 강도로 변조될 것이다. 일반성의 관점으로부터, 개별 광 필터(631)의 설계는 수많은 자유도를 포함할 수 있고 당연히 여러 실시 형태 태양을 포함할 수 있다는 것에 주목할 수 있다. 비제한적인 예로서, 필터는 다른 경로보다 그의 본체를 통과하는 하나의 경로를 따라 더 높은 강도를 한정하는 공간적으로 한정되는 방식으로 강도를 변조하도록 설계될 수 있다. 제2의 비제한적인 예에서, 필터 휠은 DMD의 작동과 동기화되는 방식으로 강도를 변조하도록 설계될 수 있고, 그에 따라 각각의 필터 휠 세그먼트의 농도 값에 의해 한정된 강도 및 픽셀의 조화를 허용한다. 이들 작동 모드의 조합은 대안적인 실시 형태를 제공하고, 이와 같이 기술된 특성의 광 강도를 제어하는 임의의 수단이 본 발명의 범주 내에 있다는 것이 또한 명백해야 한다.
몇몇 실시 형태에서, 필터 휠(630)은 광학 시스템(500)의 나머지로부터의 조사를 차단하도록 필터 요소(631)를 셔터링(shuttering)할 수 있다. 하류의 광학 구성요소의 안정성 및 긴 수명을 비롯한 그러한 기능을 포함하는 것은 수많은 이점이 있을 수 있다. 추가로, 몇몇 실시 형태에서, 광원 구성요소(620)의 안정성은 만약 연속 작동하도록 허용된다면 개선될 수 있다. 차단 필터(631)는 광원(600)으로부터의 광의 부재를 필요로 하는 작동 시스템의 나머지에서 단계를 수행하는 수단을 허용할 수 있다. 필터 휠(630)의 특정 위치가 기술되었지만, 실시 형태는 광학 경로를 따른 다른 적절한 위치를 포함할 수 있다.
다른 태양에서, 몇몇 실시 형태에 있어서, 복셀-기반 리소그래피 광학 장치는 균질화 및/또는 시준 광학체를 포함할 수 있다. 이러한 장치는 광원(520)의 광 출력을 취하도록 그리고 더 균일한 강도를 갖고 DMD(510)에 포커싱된 출력 방사선(540)을 생성하도록 설계된다.
이제 도 7을 참조하면, 몇몇 바람직한 실시 형태가 도시되어 있다. 전술된 바와 같이, 장치는 광원(520)으로부터의 광을 시준할 수 있으며, 또한 강도에 대해서 그 광을 균질화할 수 있다. 몇몇 특정 실시 형태는 아큐큐어 365㎚ LED 광원(620)을 포함하고, 이는 광원(620) 출력의 시준을 수행하는 광학 구성요소에 부착된다.
시준 장치는 시준 구성요소 및 균질화 구성요소를 포함할 수 있다. 바람직한 실시 형태에서, 광은 광원(620)에 의해 충분히 시준되어 도면 부호 700으로 진행하고, 일 세트의 대략 2.54 ㎝(1 인치) 포커싱 광학체(710)에 충돌한다. 광학체(710)는 예를 들어 씨브이아이 레이저, 인크.(CVI Laser, Inc.)(미국 뉴멕시코주 앨버커키 소재)로부터 입수가능한 렌즈 구성요소를 포함할 수 있다.
하나 이상의 렌즈(710)가 광원의 광을 광 파이프(720) 상으로 포커싱하기 위해 이용될 수 있다. 광 파이프(720)는 입력 광을 균질화하고 공간 강도의 비균일성을 고르게 하도록 기능한다. 광 파이프(720)는 UV 등급 아크릴 재료로 제조된 6각형 형상의 광학 파이프를 포함할 수 있다. 대안적인 실시 형태는 광원 광의 공간 균일성을 균질화하기 위한 광학 장치를 포함할 수 있다.
광 파이프(720)로부터 출력된 균질화된 광은 예를 들어 씨브이아이 레이저 인크.(미국 뉴멕시코주 앨버커키 소재)로부터 입수가능한 유형의 역시 규격 등급의 광학 요소(730)에 의해 포커싱된다. 포커싱된 광은 이제 구경 조리개(aperture stop, 740)를 통해 일 세트의 대략 5.08 ㎝(2 인치) 포커싱 요소(750) 상으로 진행한다. 역시 이들 포커싱 요소는 예로서 쏘르랩스 인크.(Thorlabs Inc.)(미국 뉴저지주 뉴튼 소재)를 통해 입수가능할 수 있는 표준형의 즉시 구매 가능한 등급의 광학체이다. 포커싱 광학체(750)의 의도는 이제 광을 디지털 미러 소자(DMD)(510)의 초점 위치로 지향시키는 것이다. 이것은 복셀-기반 리소그래피 시스템의 조명 섹션에서 광의 경로를 완성한다. 원하는 중심 파장 및 스펙트럼 대역폭의 강하고 균일한 광으로 DMD(510)를 조명하는 유사한 목적을 달성하기 위해 시준기 및 균질화기 구성요소의 태양을 변경할 수 있는 수많은 실시 형태가 있을 수 있고, 이는 본 발명의 범주 내에 있다.
바람직한 실시 형태에서, 조명 시스템 아이템(520, 530)은 텍사스 인스트루먼츠(Texas Instruments) 디지털 미러 소자(510)를 포함하는 능동 요소 상으로 그리고 바로 그 주변에 광(도 8의 도면 부호 800에서 도면 부호 820으로 표시됨)을 부여한다. 바람직한 실시 형태에서 사용된 DMD는 DLi(디지털 라이트 이노베이션스(Digital Light Innovations), 미국 텍사스주 오스틴 소재)로부터 입수가능한 DMD 디벨로퍼 키트(Developer Kit): DMD 디스커버리(Discovery) 3000으로 입수되었다. 키트는 UV 투과성 윈도우 옵션을 갖는 1.778 ㎝(0.7 인치) 대각선의 텍사스 인스트루먼츠 DLPtm XGA DMD 칩(768 x 1024 미러)을 가진 DLi DMD 디스커버리 3000 보드를 포함한다. D3000 보드에 결합되어 컴퓨터로부터 D3000으로의 링크로서 역할을 하는 ALP-3 고속 광 처리 보드(High Speed light Processing board)가 또한 포함된다. 이와 함께 이들 구성요소는 복셀 기반 리소그래피 시스템의 이러한 바람직한 실시 형태로부터 이미징 시스템 구성요소의 도 8의 도면 부호 800에서 도면 부호 810을 포함한다. TI DLP™ XGA DMD의 상세한 설명은 DMD 디스커버리™ 3000 디지털 컨트롤러(Digital Controller)(DDC 3000) 스타터 키트(Starter Kit) 기술 참조 설명서와 같이 TI로부터 얻을 수 있다.
DMD 소자(810)는 조명 시스템으로부터 빠져 나가는 광의 강도의 공간 변조를 제공하는 기능을 할 수 있다. 텍사스 인스트루먼츠로부터의 DMD는 소자의 작동 영역의 공간 그리드에 단일 어드레스싱 가능한 위치를 구성하는 마이크로미러 구성요소의 광을 반사시킴으로써 디지털 방식으로 이러한 기능을 수행한다. 따라서, DMD(810)로부터 그리고 추가로 이미징 시스템(800) 자체의 아래로 반사된 광의 강도는 미러의 듀티 사이클을 온 상태 또는 오프 상태로 제어하더라도 변하지 않고, 단일 픽셀 위치로부터 반사된 시간 평균 강도는 변경될 수 있다.
다른 실시 형태에서, 독일 소재의 프라운호퍼 인스티튜트 포토니쉐 마이크로시스테메(Fraunhofer Institut Photonische Microsysteme)로부터 입수가능한 것과 같은 공간 광 변조기(Spatial Light Modulator, SLM)가 복셀 바이 복셀 기반으로 방사선을 제어하기 위해 사용될 수 있고, 강도 기능부(810)에서 공간 변조를 포함할 수 있다. SLM의 미러형 표면은 실제로 다수(즉, 수천 개)의 작은 이동가능한 미러로 구성될 수 있고, 각각의 미러는 집적 회로 내에서 그 자신의 저장 셀을 갖는다. 원하는 강도 프로파일의 이미지가 SLM으로 보내지면, 개별 미러는 (마이크로미러를 회전 또는 경사지게 하는 TI DMD와 다르게) 휘어지거나 평평한 상태로 유지된다. 휘어진 미러로부터 반사된 광은 산란되어 통과하지 못하고 화학선 반응성 화학 혼합물을 노출시킨다.
이제 다시 도 8을 참조하면, 전술된 바와 같이, 능동 이미징 요소 DMD(810)는 두 방향 중 하나의 방향으로 광을 반사시키는 디지털 방식으로 광을 처리한다. 오프 상태에서, 광의 반사 경로는 화학선 반응성 화학 혼합물을 갖는 위치와 결코 마주치지 않도록 의도된다. 오프 방향으로 지향된 광이 이러한 경로와 결코 마주치지 않는 것을 보장하기 위해, 이미징 시스템(800)의 일부는 광 덤프(light dump, 830)를 포함할 수 있다. 이러한 덤프에는 그에 입사하는 임의의 광을 상당하게 흡수하고 덤프 자체의 추가의 깊이 안으로만 반사하는 고흡수성 표면이 포함된다. 바람직한 실시 형태에서, 비제한적인 예로서, 이들 표면은 호야 인크.(Hoya Inc.)(일본 도쿄 소재)로부터 얻을 수 있는 것과 같은 흡수성 ND 유리 시트를 포함한다.
"온" 위치에서 미러 요소로부터 반사된 광은 상이한 경로를 취하고 포커싱 요소(840)를 향해 나아간다. 다른 광학체에서와 같이, 이들 대략 2.54 ㎝(1 인치) 포커싱 렌즈는 예를 들어 쏘르랩스 인크.(미국 뉴저지주 뉴튼 소재)로부터 입수가능할 수 있는 즉시 구매 가능한 구성요소이다. 이들 포커싱 렌즈(840)는 대상으로서 DMD(810)로부터 나오는 "온" 상태 광을 반응성 단량체 혼합물과의 광의 반응이 일어나는 형성 광학체로 포커싱한다.
몇몇 실시 형태에서, 제조된 렌즈에 대한 결과로부터 추론하기보다는 광학 경로의 상태를 직접 이미징 및 모니터링하는 수단을 제공하는 것이 바람직하다. 복셀-기반 리소그래피 광학 장치의 바람직한 실시 형태에서, 이러한 직접 모니터링을 위한 준비가 제공된다. 형성 광학체(580)로 포커싱될 광은 빔 경로 내로 그리고 빔 경로 외부로 절환될 수 있는 미러(850)에 의해 가로채어진다. 그렇게 지향된 광은 이어서 광-검출 이미징 장치(860)에 입사한다.
이제 도 9를 참조하면, 형성 장치(900)의 구성요소는 반응성 혼합물의 궁극적인 목표 영역에 빔을 충돌시킨다. 전술된 바와 같이, 몇몇 실시 형태에서, 이러한 광은 형성 광학체(930) 자체의 표면과 수직 배향으로 포커싱되었다. 도면 부호 900으로 도시된 실시 형태에서, 광은 형성 광학체(930)의 표면에 대략 수직한 방식으로 충돌할 수 있다. 대안적인 실시 형태에서, 렌즈는 도면 부호 921로 표시된 보유 링 또는 기타 체결 장치를 통해 제위치에 유지될 수 있고, 이는 형성 광학체(930)에 대한 상기 렌즈의 정확한 배향을 유지할 수 있다. 넓은 관점에서, 본 발명은 광이 광학체 표면(930)을 가로질러 복셀 바이 복셀 기반으로 취할 경로에 관한 수많은 실시 형태를 포함한다는 것에 주목하여야 한다.
도 9를 계속 참조하면, 광 빔에 대한 저장소 및 형성 광학체의 상대 배향이 중요하기 때문에, 그들의 연동된 위치를 위한 메커니즘은 몇몇 실시 형태에서 형성 광학체 보유 부재(970) 및 반응성 단량체 혼합물(950)을 포함하는 저장소의 아이템들의 상호작용에 의해 나타나는 바와 같이 한정될 수 있다. 이들 두 부재들 사이의 정렬은 또한 형성 광학체 표면(930)에 대한 저장소(950)의 중심설정의 확실한 제어를 제공할 것이다. 위치 제어는 또한 몇몇 실시 형태에서 이격 링(spacing ring, 951)의 기능에 의해 향상될 수 있다. 이러한 이격은 마찬가지로 저장소(950)에 추가될 수 있는 반응성 단량체 혼합물의 체적을 제어할 것이다.
도 9는 또한 반응성 단량체 혼합물의 근처의 주위 기체의 제어에 관한 추가 실시 형태 태양을 도시한다. 몇몇 실시 형태에서 산소의 존재는 단량체의 광화학 특성(photochemistry)을 변경시킬 수 있고 광발생된(photogenerated) 자유 라디칼의 포착제(scavenger)로서 작용할 수 있기 때문에, 몇몇 실시 형태에서 산소가 저장소(950)를 둘러싼 기체로부터 배제될 필요가 있다. 이는 도 9의 도면 부호 900에서 격납 용기(containment vessel, 990)에 의해 달성된다. 도면 부호 960을 통해 질소와 같은 불활성 기체를 유동시킴으로써, 산소는 환경으로부터 배제될 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 산소 수준은 격납 용기(990)를 통해 유동되는 기체(960) 내에서의 그의 희석을 제어함으로써 소정 수준으로 유지될 수 있다. 기체(960) 내의 산소의 일정한 희석 수준을 달성하는 기체 질량 유동 제어기의 사용을 통한 표준 수단은 잘 알려진 기술이며 본 발명의 사상 내의 실시 형태를 포함한다.
반응성 혼합물을 포함하는 저장소(950)는 적절한 체적의 상기 반응성 혼합물로 충전될 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 이러한 충전은 형성 광학체(930)가 저장소(950)에 대해 위치되기 전에 수행될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 형성 광학체(930) 및 저장소(950)는 격납 용기(990)의 내측에 배치될 수 있고 기체 유동(960)에 의해 퍼징될 수 있다. 사용 전에 반응성 혼합물의 필터링이 또한 이용될 수 있다. 그 후에, 소정 체적의 반응성 혼합물(945)이 저장소(950) 내에 정량적으로 충전될 수 있다.
수동 충전, 자동 수단에 의한 정량적 유체 전달 또는 수준 검출기가 저장소(950) 내의 반응성 혼합물(945)의 적절한 수준을 측정할 때까지 충전하는 것을 비롯하여 반응성 혼합물(945)을 전달하는 수많은 수단이 있을 수 있다. 일반적인 관점으로부터, 적절한 양의 반응성 혼합물(945)을 전달하는 수많은 실시 형태가 실제로 유용할 수 있고 그러한 기술은 충분히 본 발명의 범주 내에 있다는 것이 당업자에게 명백할 수 있다.
산소의 수준이 광처리 단계에서 중요한 실시 형태에서, 산소는 반응성 단량체 혼합물(945) 내에 용해된 화학종으로서 존재할 수 있다는 것이 명백할 수 있다. 그러한 실시 형태에서, 반응성 단량체 혼합물(945) 내의 산소 농도를 확립하는 수단이 요구된다. 이러한 기능을 달성하는 몇몇 실시 형태는 퍼지 기체(960)가 유동하는 기체 환경에서 혼합물이 휴지되게 하는 것을 포함한다. 대안적인 실시 형태는 단량체 혼합물의 공급물 내의 용해된 기체의 진공 퍼징 및 기체와 분배될 액체의 멤브레인 교환을 통한 혼합물의 분배 중에 원하는 양의 산소를 재구성하는 것을 포함할 수 있다. 본 발명의 범주 내에서, 적절한 농도에서 필요로 하는 용해된 기체를 형성하는 임의의 수단이 허용될 수 있다는 것이 명백해야 한다. 또한, 더 일반적인 의미에서, 다른 물질이 용해된 산소의 존재 또는 부재 시에 적절한 억제제로 작용할 수 있다. 더욱 더 일반적인 관점에서, 억제제의 적정 수준을 형성 및 유지하는 장치를 포함하는 실시 형태가 본 발명의 범주 내에서 예상된다.
이제 도 10을 다시 참조하면, 형성 광학체의 예시적인 형상과 그 유지(holding) 및 위치결정(locating) 장치(1000)가 도시되어 있다. 형성 광학체를 유지하는 구조물은 평평한 유리 디스크(1040)를 포함할 수 있다. 형성 광학체는 디스크와 형성 광학체 사이의 정렬을 보장하기 위해 조립 지그(jig)를 사용하여 광학적으로 양립하는 접착제(1020)에 의해 위치 및 체결될 수 있다. 디스크의 평평한 표면은 수직 방향의 확실한 배향을 제공하는 반면, 위치설정 노치(1030) 및 도시되지 않은 다른 평평한 표면은 반경방향 및 수평방향 위치 제어를 허용할 수 있다.
이제 도 11을 참조하면, 디스크(1000)는 저장소 시스템(1100)과 정합한다. 평평한 표면은 3개의 정합 표면(1130) 위에 안착된다. 몇몇 실시 형태는 아이템 1030과 확실하게 정합하고 그에 위치설정되는 스프링 로딩식 위치설정 핀(1120)을 추가로 포함할 수 있다. 2개의 정적 위치설정 핀(도시되지 않음)이 형성 광학체 조립체 상의 2개의 다른 평평한 표면과 맞물리고, 그 조합은 형성 광학체 조립체를 모든 자유도로 운동학적으로 위치설정하는 작용을 하며, 따라서 형성 광학체를 광학적 광 경로 내에 위치설정하는 반복가능하고 안정한 수단을 보장한다. 몇몇 실시 형태에서, 반응성 단량체(1110)의 격납을 위한 저장소가 또한 포함될 수 있다. 더 일반적인 관점으로부터, 형성 광학체를 중심설정하고, 반응성 혼합물을 포함할 저장소에 근접하게 그러한 광학체를 위치설정하며, 하나 이상의 그러한 기능부를 주위 제어 환경에 위치설정하는 방식에 대해 당업자에게 명백할, 본 명세서에 개시된 본 발명과 양립하는 수많은 실시 형태가 있다.
형성 광학체(1010)는 원하는 스펙트럼의 화학 방사선에 대해 적어도 부분적으로 투과성이다. 따라서, 다양한 실시 형태에서, 형성 광학체(1010)는 예로서 석영, 플라스틱, 유리 또는 사용된 반응성 단량체 혼합물을 경화시키도록 작용하는 광 파장에 투과성인 다른 재료 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 형성 광학체(1010)의 형상은 형성 광학체(1010)를 통과하는 형성 화학 방사선으로부터 유래하는 중합을 통해 표면(1011)을 따라 형성된 렌즈 또는 렌즈 전구체 내에 부여될 특징을 갖는 표면(1011)들 중 하나를 포함한다는 것으로 또한 언급될 수 있다. 수많은 형상 실시 형태는 본 명세서에 개시된 본 발명을 포함할 수 있다.
형성 광학체(1010)의 설계 및 특징을 위해 이용될 수 있는 다양한 실시 형태 내에서, 상기 부분의 개별 예는 예를 들어 그의 스톡 재료, 제조, 사용 이력 및/또는 다른 이유에 관련된 고유의 태양을 가질 수 있다. 이들 태양은 최종 제품 목적을 달성하기 위해 필요한 복셀 바이 복셀 강도 프로파일을 위한 고유의 광학 오프셋(offset)을 생성하는 복셀 리소그래피 시스템(500)의 전체 기능과 상호작용할 수 있거나 그렇지 않을 수 있다. 따라서, 몇몇 실시 형태는 형성 광학체(1010)를 조절하고, 그것을 유지하며 그것을 추적하는 수단을 이용할 수 있다. 예로서, 일 실시 형태는 형성 광학체 부분(1040)의 평평한 표면 상에 기계 판독가능한 포맷의 식별 마크를 인코딩하는 것일 수 있다. 추가 실시 형태는 예를 들어 기계 판독가능성을 위한 상기 식별 마크와 함께 RF 식별 장치의 부착을 포함할 수 있다. 본 발명의 의도를 포함할 수 있는 개별 형성 광학체 부분(1040)을 식별하는 수많은 다른 실시 형태가 있을 수 있다.
복셀-기반 리소그래피 광학 장비(500)의 생산 제품은 수많은 실시 형태를 포함할 수 있다. 일 실시 형태에서, 도면 부호 900으로 도시된 바와 같이, 잔류하는 반응성 화학 혼합물(945)에 여전히 머무르면서 반응성 제품(940)이 형성 광학체(930)의 표면 상에 형성될 것이다. 반응성 제품(940)을 갖는 형성 광학체(930)를 화학 혼합물(945)로부터 제거하는 작용은 장치의 추가 실시 형태를 포함할 수 있다. 몇몇의 그러한 실시 형태에서, 형성 광학체(930) 및 부착된 반응성 제품(940)은 예를 들어 로봇식 자동화 작동에 의해 화학 혼합물(945)의 밖으로 들어올려질 수 있다.
몇몇 실시 형태에서, 논의된 공정으로부터 생성되는 제조품은 렌즈 전구체로 불리는 실재물일 수 있다. 렌즈 전구체는 형성시 형성 광학체에 점착될 수 있다. 렌즈 전구체가 점착될 수 있는 기재 또는 형성 광학체 없이 전구체 내에 포함될 수 있는 것이 도면 부호 1700으로 개략적으로 나타내어져 있다. 그러나 이 대략적인 표현은 렌즈 전구체의 주요 특징부를 도시한다. 반응성 제품은 이제 도면 부호 1740으로 표시된 렌즈 전구체 폼으로 지칭되는 고체 구성요소를 갖는다. 이러한 실시 형태에서, (도시된 형성 광학체 없이) 부착 면은 도면 부호 1750으로 표시된 광학 표면을 갖는 것으로 도시된다. 렌즈 전구체 폼(1740)은 이제 복셀-기반 리소그래피 시스템(500)의 작동에 의해 형성된 표면(1730)을 가질 것이다. 유동성 렌즈 반응성 혼합물(1745)이 이러한 표면(1730)에 점착된다. 그러한 실시 형태에서, 매체(1745)가 형성 광학체 상에 남아 있을 것이고, 그것은 본 명세서에서 기술된 것과 같이 추가 처리되도록 노출될 수 있다.
유동가능한 물질 제거 장치
몇몇 실시 형태에서 전술된 복셀-기반 리소그래피 광학 시스템(500)에 의해 제조된 렌즈 전구체(1700)는 신규한 실재물을 형성한다. (때로는 위킹 장치로 지칭되는) 유동가능한 물질 제거 장치는 렌즈 전구체(1700)에 작용할 수 있는 일 세트의 장치이며, 이하에 더 상세하게 기술된다.
이제 도 12의 도면 부호 1200을 참조하면, 유동가능한 화학물질 제거 장치의 실시 형태의 몇몇 태양의 개략도가 도시되어 있다. 렌즈 전구체는 이제 형성 광학체(1250) 및 그 상에 부착된 정렬 판(1260)에 부착되어 도시된다. 이 조합은 렌즈 전구체의 표면이 하방을 향하는 실시 형태로서 도시된다. 유동성 렌즈 반응성 혼합물(1240)은 중력을 비롯한 다양한 힘 하에서 이동할 것이다. 위킹 모세관(1210)은 렌즈 표면을 따르는 낮은 지점에서 고인 유동성 화학물질의 주변에 그리고 그 내에, 유동성 렌즈 반응성 혼합물(1240)에 근접하게 위치된다. 바람직한 실시 형태에서, 위킹 모세관은 세이프크릿, 모델 HP8U 미처리 플라스틱 마이크로헤마토크릿 튜브(Safecrit, Model HP8U Untreated Plastic Microhematocrit tube)로부터 제조된 중합체 위킹 모델을 포함할 수 있다. 대안적인 예로서, 모세관은 또한 유리, 금속 또는 유동성 화학물질 제거의 물리적 및 화학적/물질적 요건과 양립하는 다른 재료를 포함할 수 있다.
유동성 화학물질(1240)은 모세관(1210) 내로 흡인되고, 렌즈 전구체로부터 떨어져서 흡인된 체적(1241)을 형성한다. 일 실시 형태에서, 이 공정은 다수회 반복될 수 있다. 처리 후에, 렌즈 전구체(1200)는 렌즈 전구체 폼(1750)에 점착된 유동성 렌즈 반응성 혼합물의 양이 감소된 상태로 남아 있다.
유동성 렌즈 반응성 혼합물의 다양한 태양은 예를 들어 유동성 렌즈 반응성 혼합물 내의 점성이 덜한 성분이 분리 및 제거될 수 있는 것을 비롯하여 이러한 처리에 의해 영향을 받을 수 있다. 화학물질 제거 공정이 어떻게 수행될 수 있는지에 관련된 많은 상이한 실시 형태 옵션이 있다는 것이 당업자에게 명백하여야 하며, 이들 모두는 본 발명의 범주와 양립한다.
일반적으로, 실시 형태 옵션은 표면으로부터 떨어져서 화학물질을 흡인하는 수많은 물리적 설계를 포함할 수 있다. 상이한 실시 형태의 예는 유동성 렌즈 반응성 혼합물(1240)을 떨어져서 흡인하는 것을 돕는 진공 시스템 구성요소(1220)의 작동일 수 있다. 비제한적인 예로서, 다른 실시 형태에는 그 지점들이 형성 광학체 표면(1250)의 형상을 모방하여 전개된, 모세관 장치(1210)의 여분의 복제물들이 포함될 수 있다. 추가로, 화학물질 제거는 예로서 스펀지와 같이 높은 표면적의 재료, 또는 높은 표면적을 갖는 나노스케일 재료로 수행될 수 있다. 전술된 개념을 다시 언급하면, 대안적인 실시 형태는 반응성 혼합물(945)로부터 형성 광학체(930) 상의 렌즈 전구체의 회수의 속도를 제어하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 실시 형태에서 표면 장력은 모세관 위킹 단계와 유사성을 갖는 화학물질 제거의 형태를 포함할 수 있고, 이것은 렌즈 전구체가 생성될 때 남아 있는 유동성 렌즈 반응성 혼합물(1710)의 양의 감소로 귀결된다. 일반성의 관점으로부터, 유동성 렌즈 반응성 혼합물(1240)의 부분들의 제거의 기능을 수행할 수 있는 장치의 수많은 실시 형태가 본 발명의 범주 내의 기술을 포함한다.
바람직한 실시 형태에서 진공 시스템 구성요소(1220)는 이전에 한정된 것에 대해 대안적인 기능을 갖는다. 다수의 렌즈 전구체의 처리에서, 화학물질 제거 장치(1200)는 화학물질 제거를 다수회 수행할 것이다. 진공 시스템 구성요소(1220)는 모세관 장치(1210)를 세정 및 배기하기 위해 사용될 수 있다. 상이한 실시 형태는 진공 시스템 구성요소(1220)와 함께 모세관 장치(1210)를 통해 유동하는 클렌징 용제(cleansing solvent)를 포함할 수 있다.
일반적으로 도 12에 도시된 실시 형태(1200)는 화학물질 제거 시스템이 어떻게 기능할 수 있는지를 예시하며, 이는 포함된 구성요소의 상세 및 확대도에 초점을 맞춘다. 비교하여, 도 13은 바람직한 실시 형태에 이용된 장비와 몇몇 변경 둘 모두를 설명하는 데에 도움을 주는 화학물질 제거 시스템(1300)의 몇몇 실시 형태의 더 전체적인 도면을 도시한다. 도 13의 도면 부호 1300은 모세관 제거 구성요소(1305), 및 유사한 형태이고 렌즈 전구체가 바로 아래를 향하는 상태로 형성 광학체 및 형성 광학체 판(1306) 상에 장착된 렌즈 전구체를 포함한다.
이제 다시 도 13을 참조하면, 위킹 모세관(1306)의 배치가 대안적인 실시 형태에서 중심점인 형성 광학체 렌즈 전구체(1305)의 중심을 벗어난 위치에 위치될 수 있다는 것이 명백할 수 있다. 아이템 1330은 xy 병진 테이블의 단일 차원을 나타내고, 여기서 형성 광학체 중심 정렬에 대해 모세관을 오프셋하기 위한 조절이 사용된다. 예로서, 도면 부호 1330은 바람직한 실시 형태에서 수동 버니어 조절 형태로 도시된다. 그러나, 예를 들어 스텝핑 모터를 포함하는 자동화에 의해 조절이 수행될 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 수 있으며, 더 일반적으로 XY 병진 테이블의 위치설정을 위한 자동화 장비의 점차 증대되는 정교함의 다양한 수준이 본 발명 내에서 예상될 것이다. 더 높은 수준의 일반화로부터 그리고 이하의 논의를 간단하게 하기 위해, 장치 상의 임의의 이동 능력은 실시 형태 가능성에서 유사한 자유를 가질 수 있다는 것이 가정될 수 있다.
형성 광학체 유지 장치인 아이템 1320은 형성 광학체를 원하는 고정 위치에 유연하게 유지하는 장치를 포함한다. 이전의 논의에서 도면 부호 1000으로 도시된 바와 같은 형성 광학체 부분은 이러한 실시 형태에서 복셀-기반 리소그래피 장치(500) 내에 위치될 때와 유사한 위치 계획을 이용할 수 있다. 대안적인 실시 형태는 자동화 수단 하에서 형성 광학체 유지 장치(1000)의 이동을 가능하게 할 수 있다. 형성 광학체를 유지하고 그것을 유동가능한 화학물질 제거 장치 내의 적절한 위치에 고정시키는 방식의 수많은 대안이 본 발명의 양립하는 태양을 포함하는 것이 명백해야 한다.
이제까지 논의는 수평 평면에 수직하고 중력의 방향에 있도록 위치된 형성 광학체의 축을 갖는 실시 형태를 일반적으로 기술하였다. 대안적인 실시 형태는 이러한 수직 배향에 대해 소정의 각도의 축의 회전을 허용할 수 있다. 아이템 1350은 형성 광학체 축이 중력과 형성하는 각도를 변경하는 조절 수단을 포함한다. 그러한 변화의 근본적인 효과는 렌즈 전구체 상의 유동성 물질(1710)이 형성 광학체 중심의 중앙에서 벗어난 위치에서 고이게 되는 경향이 있다는 것일 것이다. 몇몇 실시 형태에서, 중심에서 벗어난 위치에서 유동성 매체를 흡인하는 이점이 있을 수 있다.
도 13에 표시된 다수의 아이템은 렌즈 전구체 상의 유동성 매체에 대한 모세관 위킹 장치(1306)의 수직 방식의 위치설정에 관한 것이다. 예를 들어 도면 부호 1340은 위킹 모세관(1306)에 부착된 스테이지를 수직 축을 따라 이동시키는 것에 의해 이러한 차원의 거친 또는 대략적인 조절을 포함할 수 있다. 추가로 도면 부호 1345는 동일한 이동 가능성을 위한 미세 수준 조절을 포함한다. 동일 축을 따라 모세관 위킹 장치(1306)에 대해 형성 광학체 장착 스테이지(1310)를 조절하는 것은 동등하게 가능하다. 아이템 1370은 이러한 목적을 위한 미세 조절 장치를 포함한다.
위킹 모세관을 상이한 배향으로 이동시키는 목적을 위해, 도면 부호 1360이 회전 운동 장치를 포함한다. 예를 들어, 그러한 실시 형태는 위킹 장치(1306)를 교환하기 위한 간단하고 자동화된 능력을 허용할 수 있다.
언급된 바와 같이, 유동성 화학물질 제거 장치(1300)의 다양한 구성요소들 간의 이동의 자동화에 관련된 수많은 실시 형태가 있을 수 있다. 게다가, 그러나 대안적인 실시 형태가 화학물질 제거의 공정을 제어하기 위한 광학적 측정을 포함하는 것은 전적으로 본 발명의 범주 내에 있다. 그러한 모니터링을 위한 추가의 대안적인 실시 형태는 예를 들어 다양한 유형의 액체 수준 센서를 포함할 수 있다. 일반화로서, 고체 지지물로부터 유동성 화학 혼합물을 부분적으로 제어가능하게 제거하는 공정은 수많은 감지 및 계측 장치를 필요로 할 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 수 있다.
이제까지 논의된 유동성 렌즈 반응성 화학물질 제거를 위한 장치에 관련된 실시 형태의 사상은 렌즈 전구체 폼(1730)의 표면으로부터 화학물질(1710)의 일부의 제거를 위한 방법 및 장치를 포함한다. 화학물질 세정 단계가 더 적극적인 세정 옵션을 갖는 실시 형태를 포함할 수 있다는 것이 당업자에게 명백할 수 있다. 산업 표준 클렌징 기술의 사용을 통해, 유동성 렌즈 반응성 화학물질(1710)은 부분적으로 또는 거의 전체가 제거될 수 있다. 분명히, 그러한 클렌징 작용을 갖는 장치는 렌즈 전구체(1700)를 상이한 형태로 변환시킬 것이다. 그러나, 몇몇 실시 형태에서, 예를 들어 침착, 분무, 잉크젯 분사(ink jetting) 또는 위킹과 같이 렌즈 전구체 폼의 표면(1730)에 반응성 혼합물을 다시 적용함으로써 상기 클렌징 기술 후에 렌즈 전구체를 재구성하는 것이 가능할 수 있다.
화학물질 제거의 다른 실시 형태는 렌즈 전구체 폼(1740)에 대해 외부적인 장비를 사용하지 않을 수 있다. 대안적으로, 렌즈 전구체 폼(1740)의 형상은 수많은 실시 형태에 의해 형성될 수 있기 때문에, 렌즈 전구체 폼(1740)의 소정 위치에 지형적 함몰부 또는 채널(도 4의 도면 부호 400의 아이템 440은 그러한 특징부의 몇몇 예시적인 실시 형태를 포함하고 본 명세서의 다른 섹션에서 논의됨)을 포함할 수 있는 렌즈 전구체 폼의 설계가 있다. 유동성 렌즈 반응성 혼합물(1710)을 채널 내로 안내함으로써 렌즈 전구체 폼(1740) "상"의 유동성 렌즈 반응성 혼합물(1710)의 양의 감소가 얻어질 수 있고, 화학물질 제거의 상기 대안적인 실시 형태를 포함할 수 있다. 일반적으로, 이러한 유형의 실시 형태에서, 이러한 방식으로 기능하는 지형적 릴리프(relief) 특징부의 실제 형상은 변할 수 있고 자유 형태 표면으로 형성될 수 있다는 것이 명백할 수 있다.
안정화 및 고정 장치
렌즈 전구체(1700)는 안과용 렌즈의 맞춤형 형성을 위한 장치의 추가 실시 형태를 위한 기초를 포함한다. 일 실시 형태의 도시에서 층(1710)으로서 도시된 렌즈 전구체의 유동성 층은 광학 품질 안과용 렌즈 표면을 형성하는 신규한 방식을 제공한다. 렌즈 전구체가 직립하여 배치될 때, 유동성 매체는 시간이 지남에 따라 이동할 수 있다. 예를 들어 시간의 길이와 같은 소정 조건 하에서, 유동성 층은 중력과 표면력 둘 모두 하에서 퍼져서 안정한 실재물을 달성할 수 있다. 안정된 유동성 렌즈 반응성 혼합물(1710)의 표면은 도면 부호 1720으로 표현될 수 있다. 소정 실시 형태 하에서, 생성된 표면(1720)은 렌즈 전구체 폼(1740)의 표면(1730)과 비교할 때 광학적으로 우수한 표면을 포함할 수 있다. 수많은 장치가 유동성 렌즈 반응성 혼합물(1710)을 안정화시키는 기능적 능력을 제공할 수 있다.
이제 도 14를 계속하여 참조하면, 바람직한 실시 형태의 안정화 장치(1400)가 도시되어 있다. 일 태양은 유동 시스템이 이동 또는 진동 에너지로부터 격리되게 한다. 이는 도면 부호 1400에서 구성요소(1450)에 의해 달성된다. 상대적으로 큰 질량의 테이블(1450)이 진공 격리 시스템(1440) 상에 지지될 수 있다. 중력이 또한 그러한 실시 형태에서 이용되기 때문에, 큰 질량의 테이블(1450)이 동일 높이의 평평한 표면을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 렌즈 전구체(1410)는 유지 장치(1451)에 의해 부착될 수 있는 형성 광학체 홀더(1430)에 부착될 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 자동화된 타이밍 장비가 유동성 매체가 상대적으로 안정한 상태를 달성하는 시간의 최소량을 제어하기 위해 사용될 수 있다.
몇몇 실시 형태에서, 안정화를 위해 사용되는 장치는 렌즈 전구체(1700)를 형성된 안과용 렌즈로 고정하기 위한 목적을 위해 화학선 조사 단계에 렌즈 전구체의 노출을 허용하는 부착된 구성요소를 포함한다. 몇몇 실시 형태에서, 고정 방사선은 광화학 반응이 유동성 렌즈 반응성 혼합물(1710)에서만 일어나게 한다. 대안적인 실시 형태에서, 예를 들어 렌즈 전구체 폼(1740)과 같이 렌즈 전구체의 다른 부분은 고정 방사선 하에서 하나 이상의 화학적 변화를 겪을 수 있다. 렌즈 전구체를 포함하는 물질의 특성에 기초하여 변형을 구성하는 다른 실시 형태가 본 발명 하에서 양립하는 바와 같이 당업자에게 명백할 수 있다.
도면 부호 1400에서, 고정 방사선의 공급원은 도면 부호 1460으로 표시된다. 예로서, 복셀-리소그래피 광학 시스템(520)과 관련하여 앞서 논의된 것과 유사한 광원이 채용될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시 형태에서, 디지털 라이트 랩 인크.(미국 테네시주 녹스빌 소재)로부터의 제어기를 구비한 아큐큐어 ULM-2-420 광원(1460)이 고정 방사선(1461)의 허용가능한 공급원을 구성할 수 있다. 적절한 파라미터가 안정화를 위해 수행된 후에, 고정 광원(1460)을 위한 제어기가 온 위치로 절환되어 렌즈 전구체 및 주변을 고정 방사선(1461)에 노출시키고, 일 실시 형태의 안과용 렌즈 형태를 형성한다. 일반적인 관점으로부터, 렌즈 전구체 폼(1730) 표면을 가로질러 유동성 렌즈 반응성 혼합물을 안정화 또는 다르게 이동시키고 그 다음에 일부 방식에서 고정 방사선으로 조사하는 것에 관련된 수많은 실시 형태가 있을 수 있다.
예로서, 고정 장치에서 처리를 위한 몇몇 대안적인 실시 형태는 유동성 물질이 세척 시스템(washing system)에서 세척되었을 수 있는 렌즈 전구체 폼을 포함할 수 있다. 고정된 형태의 이러한 렌즈 전구체 폼이 당연히 소정 특징의 렌즈를 포함할 수 있기 때문에, 안정화 장치 자체를 필요로 하지 않는 방식으로 고정 장치의 사용을 포함하는 실시 형태를 예상하는 것은 본 발명의 범주 내에 있다. 더 일반적인 의미에서, 본 발명은 고정 장치가 고정될 표면 상의 유동성 물질의 선행하는 유동을 필요로 하지 않는 물질을 고정할 수 있는 물질 및 형태의 수많은 실시 형태를 예상할 수 있다. 예로서, 복셀-기반 리소그래피 광학 시스템에 의해 형성되고 세척된 유동성 렌즈 반응성 혼합물(1710)을 갖는 렌즈 전구체 폼은 고정 장치가 렌즈 전구체를 렌즈로 고정할 수 있는 실시 형태를 여전히 포함할 수 있다.
일 세트의 실시 형태는 유동성 렌즈 반응성 혼합물(1710)의 이동을 야기하는 대안적인 방식을 포함한다. 예로서, 몇몇 실시 형태에서, 유동성 렌즈 반응성 혼합물(1710)을 포함하는 렌즈 전구체 표면을 교반하는 것은 유동성 렌즈 반응성 혼합물(1710)의 이동을 가능하게 할 수 있다. 또한, 예를 들어 몇몇 실시 형태에서 필름 처리에 공통적인 스핀 코팅 방식으로 렌즈 전구체를 중심축 둘레로 회전시키는 것이 바람직할 수 있다.
또 다른 실시 형태는 렌즈 전구체(1410)를 소정 거리에 걸쳐 제어된 방식으로 낙하시키는 것에 의해 유동성 렌즈 반응성 혼합물(1710)이 경험하는 중력을 최소화하는 것을 포함할 수 있다. 추가의 실시 형태는 렌즈 전구체(1410), 형성 광학체(1420) 및 홀더(1430)가 그 상에 안착되는 표면(1450)의 높이를 변화시킴으로써 중력의 영향을 변경시킬 수 있다. 상이한 표면 높이에 의해, 중심 광학체 영역에서 유동성 렌즈 반응성 혼합물(1710) 상의 힘이 변할 수 있고 이동을 야기할 수 있다.
다른 태양에서, 몇몇 실시 형태는 유동성 렌즈 반응성 혼합물(1710)에 대한 화학적 또는 물리적 변화를 포함할 수 있다. 예로서, 대안적인 실시 형태는 그 유동 특성을 변화시키는 방식으로 유동성 반응성 화학물질 내에 그리고 그 주변에 용제 물질의 도입을 포함할 수 있다. 또한, 상기 첨가된 물질은 렌즈 전구체 시스템(1700) 내의 성분의 표면 에너지 특성에 영향을 줄 수 있다. 유동성 반응성 화학물질(1710)의 특성은 고정과 별개인 방식으로 유동 특성을 변경하기 위해 고정 조사(1461)의 사용을 통해 부분적으로 변경될 수 있다. 유동성 화학물질 시스템의 특성을 변경하는 것에 관련된 일반적 특성의 수많은 대안적인 실시 형태가 본 발명의 본질에 의해 예상될 수 있다.
상당히 근본적인 수준에서, 반응성 화학 혼합물(945)의 특성은 장치의 다양한 실시 형태와 상호 작용하여 여러 결과를 가능하게 할 수 있다. 안정화 및 고정 장치(1400)의 특성, 및 반응성 화학 혼합물 내의 기초 화학 성분을 변화시키는 것으로부터 도출되는 실시 형태의 변형이 본 발명의 범주 내에 있는 실시 형태를 포함하는 것이 명백해야 한다. 예로서, 이것은 예를 들어 고정 방사선을 위해 이용된 파장의 변화를 포함할 수 있고, 상기 고정 방사선의 파장의 유연성을 갖는 장치 실시 형태를 도입할 수 있다.
렌즈 전구체의 물질은 형성된 렌즈의 부분을 포함할 수 있기 때문에, 안정화 및 고정 장치의 내의 그리고 그 주변의 환경 제어가 중요한 실시 형태 태양을 포함하는 것이 당업자에게 명백할 수 있다. 예를 들어, HEPA 필터링된 공기 유동에 의한 미립자 물질의 제어는 환경 제어의 일 실시 형태를 포함할 수 있다. 유동성 매체가 여전히 화학 방사선에 민감하기 때문에, 환경으로 들어가는 미광(stray light)에 대한 제어는 추가의 실시 형태 옵션을 포함한다. 또한, 습도 및 다른 기체 오염물질이 렌즈 품질에 영향을 미칠 수 있고, 이들 환경 조건에 대한 제어는 대안적인 실시 형태를 포함할 수 있다. 당업자에게 명백할 수 있는 환경 제어의 수많은 태양이 본 발명의 범주 내의 기술을 포함한다.
안정화 및 고정 장치로 몇몇 실시 형태의 렌즈 전구체를 처리한 제품은 안과용 렌즈의 형태이거나 그와 유사한 장치를 포함할 수 있다. 많은 의미에서, 이러한 물질은 최종의 수화된 안과용 렌즈에 직접 관련된 특징을 갖는다. 그러나, 렌즈 안정화 및 고정 후에 많은 실시 형태는 비-수화 형태에서 다양한 형태로 계측될 수 있는 실재물을 여전히 형성 광학체 및 홀더(1430) 상에 생성한다.
계측 장치
도 15를 계속하여 참조하면, 광학 및 물질 특징을 측정할 수 있는 계측 장치의 실시 형태의 도면이 도시되어 있다. 전술된 고정 장치(1400)로 처리한 것에 뒤따르는 결과일 "건식(dry)" 렌즈와 수화된 렌즈 둘 모두로 계측이 가능할 수 있다는 것이 명백할 수 있다. 그러나, 이러한 실시 형태는 바람직하게 여전히 형성 광학체에 부착된 건식 렌즈의 계측에 초점을 맞춘다. 도 15를 참조하면, 건식 렌즈(1520)가 형성 광학체(1530) 및 그의 적절한 유지 구성요소(1540)에 여전히 부착되어 있다. 일례의 경우, 이러한 유지 구성요소(1540)는 중심축을 중심으로 한 렌즈의 제어된 회전 운동을 함께 가능하게 하는 한 쌍의 장착부(1550, 1560)에 부착된다.
몇몇 실시 형태에서, 케옌스(Keyence)(일본 오사카 소재) 모델 LT-9030에 의해 제조된 것과 같은 레이저 변위 센서(1510)로부터의 레이저 광(1515)과 렌즈 샘플(1520)의 표면과의 상호작용은 광학체(1530)를 형성하는 샘플(1520) 및 유지 클램프(1540)가 축방향으로 회전할 때 발생한다. 회전식 서보모터(1570)는 샘플 조립체가 놓이는 회전 베어링 운동학적 스테이지를 구동한다. 회전의 안정성을 위해, 렌즈 샘플 조립체의 질량 중심은 몇몇 실시 형태에서 가능한 한 중심점에 가까이 설정된다. 스테이지가 회전함에 따라, 레이저 변위 센서(1510)는 렌즈(1520)의 표면의 축방향 링을 따르는 다수의 지점의 변위를 측정한다. 스테이지가 완전히 한바퀴 회전한 후, 변위 센서(1510)는 방위각 방향으로 이동된다. 각각의 이동은 렌즈의 표면의 주변에 새로운 원형 프로파일을 생성한다. 이러한 실시 형태의 공정은 전체 렌즈 표면이 프로파일링될 때까지 반복된다. 렌즈 샘플(1520) 없이 특정한 형성 광학체(1530)를 측정함으로써, 형성 광학체의 표면 위치가 동등한 구형 표기법 포맷으로 얻어질 수 있다. 이 결과를 광학체 상에 렌즈를 갖는 결과로부터 제하는 것은 렌즈 제품의 두께 맵핑으로 귀결된다. 다시, 부착된 RFID를 통해 또는 몇몇 다른 수단에 의해 전자 포맷의 형성 광학체의 고유의 식별은 장치에 대한 다른 실시 형태의 형태를 포함할 수 있다.
이러한 유형의 몇몇 실시 형태에서, 센서(1510)에 대한 샘플 표면(1520)의 자유 진동 변위는 시스템에 의해 얻어진 변위 측정값에 상당한 오차를 포함시킬 수 있다. 따라서, 진동 감쇠 및 격리가 포함될 수 있다. 따라서, 몇몇 실시 형태에서, 진동 격리 장착부(1590) 상에 위치하는 큰 질량의 지지 테이블(1580)이 진동 효과를 최소화하기 위해 이용될 수 있다. 몇몇 실시 형태는 다른 것보다 진동 노이즈에 덜 민감할 수 있지만, 일반적으로 다양한 형태의 검출기 및 샘플 위치설정 장치의 주변의 환경으로의 진동 에너지 전달 모드를 최소화하는 다양한 방법이 본 발명의 범주 내의 실시 형태를 포함한다.
다른 실시 형태는 렌즈 특징을 추출하기 위해 몇몇 경우에 최초로 설명된 레이저 변위 센서에 추가하여 여러 측정 시스템을 이용할 수 있다. 비제한적인 예로서, 쏘르랩스 인크.(미국 뉴저지주 뉴튼 소재)로부터 입수가능한 샤크-하트만 파면 센서(Shack-Hartmann Wavefront Sensor)가 또한 형성된 렌즈 본체의 두께를 결정하기 위해 몇몇 실시 형태에서 사용될 수 있다.
일반적인 관점으로부터, 부분적으로 그리고 예로서 굴절률, 방사선 흡수도 및 농도를 특징짓는 기술을 비롯하여 본 발명의 범주 내에서 예상되는 계측 장치에서 상당한 차이점이 있을 수 있다. 예를 들어 입자 검출을 포함하여 환경 제어에 관한 태양이 또한 예상될 수 있다. 이들 다양한 기술은 예시적인 계측 장치(1500)와 동일한 환경 및 위치에 위치될 수 있거나, 대안적인 실시 형태에서 일반화된 시스템 환경 내에 또는 외부의 추가 위치를 포함할 수 있다.
특정한 샘플 및 특정한 샘플의 제조에 사용된 구성요소에 관한 계측 및 기호 논리 데이터의 수집, 저장 및 통신은 본 발명의 일반적인 실시 형태 원리를 포함한다. 이들 다양한 데이터는 렌즈 특징의 제어를 위한 피드백 루프를 확립할 때에 유용할 수 있다. 예시적이고 바람직한 실시 형태에서, 렌즈 샘플(1520)을 위한 레이저 변위 센서 기반 계측 장치(1500)로부터의 출력은 컴퓨팅 시스템에 기록 및 저장된다. 개별 형성 광학체 부분은 일 실시 형태(1530)에서 상기 샘플(1520)의 제조에 사용되기 전에 유사한 레이저 변위 계측이 그에 대해 수행되었을 수 있다. 데이터 컴퓨팅 시스템의 사용을 통해 변위 데이터는 이와 같이 제조된 렌즈 샘플의 두께의 표시를 발생시키는 소정의 방식으로 처리될 수 있다.
컴퓨팅 시스템 내에서, 렌즈 제조 시스템의 다양한 구성요소에 대해 시작 파라미터 설정점을 제공하는 데 유용한 렌즈 샘플에 대한 원하는 모델이 샘플(1520) 및 형성 광학체(1530)에 대한 변위 데이터의 조작과 비교될 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 모델의 다양한 위치점이 이미징 시스템의 개별 구성요소, 바람직한 실시 형태에서는 복셀-기반 리소그래피 광학 시스템의 특정한 복셀 요소에 다시 상호관련되거나 맵핑될 수 있다. 그 복셀에 대한 파라미터의 조절을 통해, 다음의 렌즈 또는 렌즈 전구체 샘플이 이전의 샘플과 비교하여 조절된 성능을 갖도록 제조될 수 있다. 계측의 수많은 실시 형태 및 다양한 계산 알고리즘 및 장치 내에서, 데이터의 획득, 처리, 모델링, 피딩 백(feeding back) 및 통신의 많은 대안 실시 형태가 본 발명의 범주 내의 요소를 포함한다는 것이 당업자에게 명백해야 한다.
몇몇 실시 형태에서, 제조된 렌즈 샘플(1520)의 두께에 관련된 특정 시스템의 계측 데이터는 렌즈 전구체 폼(1720)의 프로파일 내에 설계된 정렬 특징부의 사용을 통해 향상될 수 있다. 예시적인 도 4의 도면 부호 400에서, 전술된 것과 유사한 방식으로 얻어진 두께 계측값이 얻어졌다. 이러한 도면 부호 400의 다른 논의가 본 명세서의 다른 곳에서 행해질 것이며, 정렬 실시 형태의 이해의 사용이 없다면, 도면 부호 440이 고려될 수 있다. 아이템 440은 렌즈 샘플(1520)의 표면에 상대적으로 깊은 프로파일 리세스(recess)를 포함할 수 있다. 그러한 특징부의 설계는 장치에 수많은 처리 단계를 정할 때 유용할 수 있다. 일 실시 형태에서, 도면 부호 400에 관련된 신호는 계측 데이터의 알고리즘 또는 조작에 의해 추출 또는 인지될 수 있다. 그러한 추출은 정렬 특징부(440)에 근접하여 있거나 정렬 특징부에 대한 위치 처리를 제공하는 다양한 장치의 부분들을 위치설정하는 데 유용할 수 있다. 다른 것들 중에서 마킹 재료의 사용 및 프로파일 특징부의 설계를 비롯한 정렬 특징부의 수많은 여러 실시 형태가 가능하고 본 발명의 범주 내의 기술을 포함하는 것이 당업자에게 명백할 수 있다.
계측 시스템(1500)에 의해 생성된 계측 데이터의 몇몇 대안적인 실시 형태 사용은 전체 안과용 렌즈 제조 시스템 또는 그 내부의 다양한 장치에 대해 진단 및 제어 목적을 위해 이러한 데이터를 이용할 수 있다. 비제한적인 예로서, 형성 광학체(1530)의 전술된 측정값의 저장은 그러한 측정값의 이력으로 귀결될 수 있다. 대안적인 계산 및 알고리즘 처리를 통해, 표면의 특징이 시간 경과에 대해 비교될 수 있으며, 이들 특징의 급작스런 또는 안정된 방식으로의 변화가 몇몇 종류의 진단 개입에 대한 필요성을 알리기 위해 사용될 수 있다. 그러한 신호 변화의 많은 가능한 원인의 일례는 형성 광학체가 그의 표면 상에 몇몇 종류의 표면 스크래치를 수용하는 것을 포함할 수 있다. 추가 실시 형태에서, 통계 기반 공정 제어 알고리즘이 얻어진 계측 결과에 허용가능한 제한을 확립하고 자동화된 방식으로 측정값의 유효한 변화를 플래그(flag)하는 것 둘 모두를 위해 사용될 수 있다. 다른 추가 실시 형태는 자동화된 수단의 이들 플래그에 반응하기 위해 시스템 내의 자동화를 위한 수단을 제공할 수 있다. 그러나, 일반적인 관점으로부터, 본 발명의 범주는 전체 시스템을 진단 및 제어하기 위해 예를 들어 시스템(1500)으로부터의 계측 데이터를 사용하는 이들 및 다른 수많은 실시 형태를 예상한다.
이제까지 논의된 계측 장치에 대한 실시 형태는 일반적으로 "건식" 렌즈 샘플(1520) 또는 그의 형성 광학체(1530)에 대한 계측에 속하는 것일 수 있다. 그러나, 더 일반적인 관점으로부터, 유사한 또는 추가의 계측 실시 형태가 전체 시스템의 다른 형태의 특징을 측정하는 것으로부터 도출될 수 있다. 비제한적인 예로서, "건식" 렌즈는 몇몇 실시 형태에서 처리를 계속하여 수화될 수 있다. 그러한 새롭게 형성된 샘플(1520)에 대한 계측은 더 일반적인 실시 형태 논의의 예를 포함할 수 있다. 추가의 예는 렌즈 전구체 샘플(1700)에 대해 계측을 수행하는 것을 포함할 수 있다. 따라서, 일반적인 의미에서, 이러한 종류의 안과용 렌즈 제조 시스템의 제품을 처리 또는 구성하는 데 사용되는 다양한 형태의 재료에 대해 계측을 수행하기 위한, 본 발명의 범주 내에서 예상되는 수많은 실시 형태가 있다.
수화 및 제거 장치
안과용 렌즈의 제조를 위한 장치의 다른 서브섹션은 그의 형성 광학체로부터 렌즈 또는 렌즈 전구체를 제거하고, 그것을 클렌징하며, 그것을 수화시키는 단계를 포함한다. 몇몇 실시 형태에서, 이들 단계는 본질적으로 동시에 수행될 수 있다. 도 16의 도면 부호 1600을 계속하여 참조하면, 간단함을 위해 수화 장치로 지칭되는 이들 단계를 수행하는 장치의 실시 형태가 도시되어 있다. 장치는 수화 유체의 격납을 위한 용기(1610)를 포함한다. 유체 조(fluid bath, 1620), 렌즈(1630) 및 형성 광학체 홀더(1640)가 내부에 침지되고, 열 제어 유닛(1650)이 조를 일정한 온도로 유지한다.
바람직한 실시 형태에서, 유체 조(1620)는 계면활성제가 첨가된 탈이온(deionized, DI)수를 포함한다. 당업계에서 실시되고 본 발명의 범주와 양립하는 이러한 조에 대한 수많은 실시 형태가 있다. 대안적인 실시 형태에서, 유체 조(1620)는 때때로 탈이온수와 계면활성제의 혼합물 안에 유기 알코올의 혼합물을 포함할 수 있다. 따라서, 용기(1610)의 몇몇 실시 형태는 소정 체적의 물 또는 유기 알코올을 수용하고 또한 온도 제어 유닛(1650)과 유체 조(1620) 사이에 열에너지를 전달하는 것과 양립하는 재료를 포함할 수 있다. 일반성의 관점으로부터, 렌즈를 수화 및 클렌징하는 범주 내에 있고 본 발명의 기술의 실시 형태를 포함하는, 용기의 재료, 용기의 설계 및 용기를 충전하고 비우는 수단을 포함하는 수많은 대안적인 실시 형태가 있다.
몇몇 실시 형태에서, 조의 온도는 수화, 클렌징 및 제거 작업을 빠르게 하기 위해 상승된다. 그러한 일 실시 형태에서, 온도는 내부 감지 장치(1650)를 갖는 핫플레이트(hot plate)의 존재에 의해 유지될 수 있다. 더 진전된 실시 형태는 대안적인 조사 및 전도성 재료 및 장치를 비롯하여 유체를 가열하는 대안 방식을 포함할 수 있다. 또한, 추가의 실시 형태는 조 온도를 모니터링하고 그것을 온도 구역 내에서 제어하는 여러 방식을 포함할 수 있다. 또 다른 그리고 더 진전된 실시 형태는 적시에 유체 조의 온도를 변화시키거나 프로그래밍하는 능력을 포함할 수 있다. 본 발명의 범주 내의 실시 형태를 포함하는, 수화 조의 온도를 제어하는 수많은 실시 형태가 존재하는 것이 당업자에게 명백할 수 있다.
유체 조에 대한 렌즈(1630) 및 형성 광학체(1640)의 노출이 진행되고 렌즈가 수화됨에 따라, 몇몇 실시 형태에서 렌즈 본체가 팽창하고 종국적으로 형성 광학체(1640)로부터 탈착될 것이다. 따라서, 몇몇 실시 형태는 조립을 위해 탈착된 렌즈를 적절한 저장 및 패키징 수단 내로 포착하는 수단을 포함할 수 있다. 추가의 실시 형태는 유체 조 매체(1620)로부터 탈착된 렌즈를 위치설정 및 피킹(picking)하는 것을 포함할 수 있다. 대안적으로, 실시 형태는 렌즈를 유체로부터 격리시키는 배출 공정 동안 상기 유체 조 매체(1620)를 변형시키는 능력을 제공할 수 있다. 일반적인 관점으로부터, 렌즈를 저장 수단 내에 배치하고 그것을 취급하는 수많은 방법이 본 발명의 범주 내의 양립하는 실시 형태를 포함한다.
그러나, 상기 언급된 바와 같이, 팽창된 형태의 렌즈는 렌즈가 환자에게 착용된 동안 렌즈의 성능에 거의 일치하는 광학 특징을 포함할 수 있다. 따라서, 몇몇 실시 형태에서, 하나 이상의 계측 단계가 팽창된 렌즈에 수행될 수 있다. 그러한 실시 형태는 다른 계측 단계에서 논의된 바와 같은 피드백, 제어 및 진단의 유사한 태양을 포함할 수 있고, 수화 장치에서의 렌즈의 팽창으로부터 도출되는 다른 추가의 실시 형태가 당업자에게 명백할 수 있다.
이들 서브섹션은 안과용 렌즈의 형성을 위한 장치의 본 발명의 5개의 주요 서브섹션을 포함한다. 바람직한 실시 형태에서, 각각은 장치를 한정하는 고유한 실시 형태를 갖는다. 그러나, 장치의 각각의 서브섹션은 수많은 대안적인 실시 형태를 포함할 수 있기 때문에, 더 높은 수준에서도, 상이한 서브섹션의 체계화를 갖거나 대안적으로 하나 이상의 서브섹션이 생략되고 여전히 본 발명의 범주 하의 실시 형태를 포함할 수 있는 대안이 존재할 수 있다는 것이 명백할 수 있다.
방법
본 발명에 개시된 방법은 본질적으로 5개의 주요 서브섹션을 포함할 수 있고, 따라서 방법의 몇몇 실시 형태의 논의가 서브섹션 수준에서 논리적 논의로 체계화될 것이다. 서브섹션은 다양한 섹션 중에서 복셀-기반 리소그래피 렌즈 전구체의 제조에 관한 방법, 렌즈 전구체의 제조의 더 일반화된 방법, 렌즈 전구체를 처리하는 다양한 방법, 렌즈 및 렌즈 전구체의 후처리, 및 계측 및 피드백의 방법이다. 이하의 단계 및 방법의 설명은 예시적인 것이고 본 명세서에 첨부된 특허청구범위에 다르게 제시 또는 기재된 본 발명의 범주를 제한하고자 하는 것이 아님에 주목하여야 한다.
모든 서브섹션 또는 서브세트를 마찬가지로 포함하는 방법의 실시 형태가 있고, 따라서 설명된 하나 이상의 방법 단계의 포함 및 순서는 본 발명을 제한하지 않는다. 도 1을 참조하면, 방법(100)의 서브섹션 블록들이 식별되어 있으며, 복셀-기반 리소그래피 방법(110), 대안적인 형성 방법(120), 렌즈 전구체 처리 방법(130), 후처리 방법(140), 그리고 계측 및 피드백 방법(150)을 포함한다. 도 1에서, 2개의 실재물이 타원 형상의 특징부로 식별되어 있으며, 이들은 아이템 160의 렌즈 전구체 및 아이템 170의 안과용 렌즈이다. 단일 흐름을 갖는 화살표는 몇몇 실시 형태가 취할 수 있는 일반적인 방향을 포함할 수 있고, 2개의 머리를 갖는 화살표는 물질, 데이터 및 정보의 일부 또는 전부가 다양한 방법 섹션으로부터 코어 측정 및 피드백 섹션으로 그리고 이들로부터 이동할 수 있는 것을 도시한다.
복셀-기반 리소그래피 방법
복셀-기반 리소그래피 장치로부터 렌즈 전구체를 제조하는 방법은 다수의 장치 실시 형태에 관련된 다수의 실시 형태뿐만 아니라 렌즈 전구체의 처리에 있어서의 이러한 장치 실시 형태를 사용하는 다수의 방법을 포함하고 있다. 도 1의 아이템 110인 복셀 기반 리소그래피 방법을 참조하면, 이러한 시스템으로부터 렌즈를 제조하는 초기 단계를 포함할 수 있는 박스 115로 예시되어 있는 시작 단계가 있다. 원하는 렌즈 파라미터가 알고리즘 계산에 입력될 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 이들 파라미터는 안과 환자의 광학 표면 상에서의 광학 수차를 측정함으로써 얻어질 수 있다. 이들 측정은 렌즈가 제조되기 위한 필요한 파면 특징으로 변환될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 렌즈 제조 파라미터를 결정하기 위한 알고리즘으로 입력될 수 있는 이론적인 렌즈 파면 특징이 있을 수 있다. 당업자에게는 원하는 출력 렌즈 특징을 한정하는 초기 단계와 관련된 다수의 방법 실시 형태가 있을 수 있다는 것은 명백할 수 있다.
아이템 115를 계속하여 참조하면, 알고리즘은 전술한 입력 파라미터를 취하고, 소정의 실시 형태에서 파라미터를 이전에 제조된 렌즈와 상호관련시킨다. 이제, 일련의 "프레임(frame)"이 공간 광 변조기와 통신하게 되는 노출 "무비(movie)" 또는 스크립트에 대해 결정될 수 있다. 알고리즘에 입력된 필요한 파라미터의 알고리즘 처리를 정의하는 방법과 관련된 다수의 실시 형태가 있을 수 있다는 것이 명백할 수 있다.
마찬가지로, 특정 복셀 요소를 위한 알고리즘 출력을 "DMD" 스크립트를 포함할 계획된 광 반사 프로파일로 적시에 변환시키는 데에 사용될 수 있는 다수의 방법이 있을 수 있다. 예로서, 알고리즘에 의해 요구되는 총 강도 값은 광 조명 시스템의 입력 강도가 전체 시간 동안에 반사되는 일련의 시간 단계로서 반응 혼합물에서 복셀 위치로 전달될 수 있다. 이들 완전 "온" 단계(full "on" step)의 통합 강도는 다른 시간 단계에 의해 보충될 수 있는데, 여기서 부분적인 값이 미러 요소에 기록되고, 이에 따라 미러는 전체로서 반응성 혼합물에 노출되게 되는 잔여 시간 단계 동안에 완전 온보다 덜 한 듀티 사이클 "온" 레벨을 가지며, 이어서 이러한 특정 복셀 요소는 잔여 지속 기간 동안에 "오프"일 수 있다. 대안적인 방법은 전달될 다수의 단계 또는 "프레임" 동안에 강도의 평균값을 취하고, 이 값을 이용하여 DMD로 보내는 프레임 값의 벌크(bulk)로 설정하는 것을 포함할 수 있다. 이전의 장치 논의에서 논의한 공간 광 변조기의 일반성은 마찬가지로 강도 및 시간 노출 제어를 생성할 의도와 상호관련이 있는 방법 실시 형태를 갖는다는 것이 당업자에게 명백할 수 있다.
전술한 방법이 공간 조명 장치의 작용을 통해 공간 조명 장치에 적용되는 고정된 강도를 변조하는 것과 관련된 제시된 예이지만, 광원으로부터의 강도가 광 필터링을 갖는 광학체 시스템에서 또는 광원에서 변조된다면 더욱 진전된 방법이 도출될 수 있다. 다른 실시 형태가 조명 시스템 구성부품 및 공간 조명 변조기 둘 모두에서의 강도 제어 조합으로부터 도출될 수 있다. 또 다른 실시 형태가 조명의 파장 제어로부터 도출될 수 있다.
일반적인 의미로부터 임의의 크기의 임의의 공간 광 변조기에 대한 제어 신호와, 또한 예를 들어 광원, 필터 휠 등과 같은 임의의 시스템 구성요소의 제어 신호와 관련된 것으로 고려되어야 하는 "DMD" 스크립트를 형성하는 방법은 그에 따라 일반적으로 적시에 일련의 프로그래밍된 명령 시퀀스를 생성하는 것을 포함할 수 있다. 화학 방사선의 상세 사항, 이용되는 광학체 시스템의 상세 사항, 및 반응성 단량체 혼합물을 포함하는 물질의 상세 사항에 대한 많은 실시 형태를 포함하는 제어 신호 프로그램을 생성하는 방법에 관한 다수의 실시 형태가 있을 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 수 있다.
"DMD" 스크립트와 알고리즘의 상세 사항이 처리 후에 얻어진 결과와 관련이 있을 수 있다는 것에 주목할 수 있다. 임계 파라미터의 피드백이 이후 논의될 것이고, 따라서 그러한 상세한 논의는 뒤로 미룬다. 그럼에도 불구하고, 박스 115로 도시된 바와 같은 DMD 스크립트의 생성 방법에 의해, 복셀 기반 리소그래피 방법과, 피드백 및 계측 방법 내외로 향하는 이중 화살표는 부분적으로 DMD 스크립트를 생성하기 위한 방법에 있어서 이러한 정보 교환의 역할을 지칭한다.
렌즈 전구체를 형성하는 방법으로의 다른 입력이 시스템에 대한 반응성 혼합물을 제형화 및 제조하는 다양한 방법에 의해 포함된다. 도 1에서, 아이템 111은 반응성 혼합물에 포함되어 있는 다양한 방법의 박스 표현이다. 본 발명의 범주 내에 있는 것으로 논의된 장치 실시 형태가 반응성 혼합물 내의 성분의 조성 및 유형에 대해 고도의 유연성을 포함하고 있다는 것은 당업자에게 명백할 수 있으며, 반응성 혼합물 요소에 대한 많은 실시 형태가 본 발명의 범주를 포함하고 있다는 것이 본 발명의 일부로서 예상될 것이다.
일반성을 잃지 않는다면, 예를 들어 반응성 혼합물에서 단량체 단위로서 작용하는 화학 성분은 실시 형태들 중 몇몇에서 기술된 바와 같이, 자외선 스펙트럼의 광에 대해 광반응성인 화학물질을 포함할 수 있다. 그러나, 이들 단량체 분자는 마찬가지로 가시 스펙트럼의 방사선을 광반응적으로 흡수하도록 선택될 수 있다. 시스템 내의 구성요소는 마찬가지로 전자기 스펙트럼의 다른 부분에 대한 양립성을 위해 맞춰질 수 있다. 따라서, 본 발명과 관련된 물질 방법은 대부분의 전자기 스펙트럼에 걸친 화학 방사선에 민감한 분자를 포함할 수 있는 것으로 이해될 수 있다.
몇몇 실시 형태에서, 단량체 혼합물은 실제로 다른 화학 성분과 또한 혼합되는 하나 이상의 화학선 반응성 단량체 유형들의 혼합물이다. 비제한적인 예이기 때문에, 다른 화학물질이 흡수 화합물로서 포함될 수 있다. 이러한 단량체 혼합물에 대한 첨가물은 예를 들어 복셀 요소에 의해 한정된 경로를 따르는 화학 방사선의 강도가 베르-람베르트-부게르 법칙(Beer-Lambert-Bouguer Law)에 의해 모델링될 수 있는 그러한 방식으로 복셀-기반 리소그래피를 작동시키는 실시 형태에서 중요할 수 있다. 이러한 성분은 복셀 요소 내의 형성 공정의 두께 민감도를 대략적으로 한정할 수 있다. 다수의 실시 형태가 관련 스펙트럼 영역 내의 광을 흡수하는 단량체 혼합물에 소정의 성분을 추가하기 위한 본 발명의 범주 내의 기술을 포함할 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 수 있다.
다른 실시 형태에서, 단량체 혼합물의 흡수 성분은 바로 위에서 논의된 것에 추가적인 복잡성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상이한 방식들로 광을 흡수하는 다수의 분자가 포함되도록 흡수 성분을 형성하는 방법이 본 발명의 범주 내에 있을 수 있다. 추가의 실시 형태는 그 자체의 다수의 관련 흡수 대역을 갖는 분자들로 구성된 흡수제 요소로부터 도출될 수 있다. 또 다른 실시 형태의 방법은 조합된 단량체 및 흡수제 역할을 갖는 단량체 혼합물에 성분을 추가하는 것을 포함할 수 있다. 이러한 조합된 역할은 이어서 몇몇 실시 형태에서 또한 단량체가 화학 반응을 겪은 후에도 계속되는 흡수 역할을 가능하게 할 수 있다. 또한, 반대의 경우는 화학선 반응이 일어남에 따라 변경된 흡수 특성을 갖는 화학물질이 추가되는 방법에 대한 실시 형태를 포함할 수 있다. 일반적인 관점으로부터, 하나 이상의 관련 스펙트럼 대역에서 방사선을 흡수하는 성분을 가진 반응성 단량체 혼합물을 포함하는 방법에 대한 많은 실시 형태가 본 발명의 범주 내에 있을 수 있다는 것은 명백할 수 있다.
억제제 성분의 추가가 단량체 혼합물을 제조하는 방법에 포함되는 경우 추가의 실시 형태가 도출될 수 있다. 이러한 관점에서, 억제제 화합물은 반응성 단량체 혼합물 내에 형성된 화학 생성물과 반응하는 역할을 가질 것이다. 몇몇 실시 형태에서, 화학 방사선의 흡수는 하나 이상의 자유 라디칼 화학종을 생성시킬 수 있다. 억제제가 자유 라디칼 화학종과 반응하는 데에 작용하고, 그에 따라 중합 반응의 경로가 종료될 수 있다. 이러한 실시 형태의 하나의 효과는 광화학 중합 반응의 지속 기간을 제한하는 것일 것이며, 또는 다른 방식으로 중합 반응이 발생할 수 있는 거리를 본래의 광흡수 개시제 이벤트로부터 멀리 제한하는 것일 것이다. 따라서, 단량체 혼합물에의 억제제의 첨가에 대한 몇몇 실시 형태는 복셀 요소 내의 광자의 수집이 그들이 개시하는 반응의 공간적인 배치에서 최종적으로 반사하게 되는 공간 해상도와 관련이 있을 수 있다는 것이 명백할 수 있다. 일반적으로, 억제제의 작용은 본 기술과 관련된 다수의 실시 형태를 포함할 수 있다.
억제 방식으로 작용할 수 있는 반응성 혼합물의 화학종 또는 성분의 유형은 본 기술의 다수의 다른 실시 형태를 포함한다. 흡수제와 마찬가지로, 억제제가 다중 중합 경로를 억제하는 데에 있어서 이중 역할을 갖는 것은 본 발명의 범주 내에 있다. 또한, 억제제는 단량체 분자 자체의 일부분을 포함할 수 있다. 또한, 다른 일반성의 방식으로, 억제제는 자체적으로 열적 민감도 또는 광반응적 민감도를 가질 수 있다. 또 다른 실시 형태는 그의 순수한 화학적 상태에서의 억제제의 특성으로부터 도출될 수 있는데, 그 이유는 혼합물에서 용해된 형태를 포함할 수 있지만, 그의 순수한 형태에서 기체, 액체 또는 고체 특징을 나타내기 때문이다.
단량체 혼합물을 제조하는 방법은 개시제 성분의 추가에 대한 추가의 실시 형태를 가질 수 있다. 개시제는 광자를 흡수하는 데에 있어서 중합 반응을 촉진시키는 화학종을 발생시키는 광흡수성 성분을 포함할 수 있다. 개시제는 특정 대역에서 현저하게 흡수하는 분자를 포함할 수 있다. 추가의 실시 형태는 장치의 다수의 관련 대역에서 광흡수성인 개시제 분자에 의해 이루어질 수 있다. 그의 흡수는 또한 비교적 넓은 대역의 관련 주파수를 포함할 수 있다. 단량체 혼합물의 개시제 성분이 마찬가지로 단량체 혼합물 내에 하나 이상의 단량체 분자 유형이 존재하는 화학적 개시제 반응으로부터 유도된다면 또 다른 실시 형태가 가능하다. 본 발명의 범주 내에서, 다수의 대안적인 실시 형태가 개시제로서 반응하는 성분을 가진 단량체 혼합물을 포함하는 방법을 포함할 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 수 있다.
몇몇 실시 형태에서, 기술된 첨가제의 역할은 안과용 렌즈의 형성을 위한 방법에 대한 기능성을 포함하고 있다. 예시적인 실시 형태에서, 사용된 단량체 혼합물은 안과용 렌즈의 제조에서 일반적인 용도를 갖는 반응성 단량체 혼합물인 에타필콘(Etafilcon) A였다. 다시, 도 3을 참조하면, 에타필콘 A는 중합 하에서 고체 또는 겔을 형성하게 되는 단량체 성분을 포함한다. 에타필콘 A는 또한 흡수제 분자인 노르블록(Norbloc)을 포함하며, 이는 아이템 300에서 더 낮은 파장을 포함하는 대역에서 UV 방사선을 흡수하고, 예를 들어 아이템 310으로 도시되어 있다. 또한, 에타필콘 A는 또한 개시제로서 작용하는 성분을 포함하며, 그의 흡수는 아이템 340에 의해 표현된다. 혼합물에서, 용해된 기체 상태의 산소의 존재는 억제제 역할을 포함한다. 따라서, 이러한 실시 형태에서 반응성 단량체 혼합물을 형성하기 위한 방법은 고체 및/또는 액체 성분의 혼합물의 제형을 모두 포함하고, 용해된 산소의 수준을 제어하는 것을 추가로 포함한다. 이러한 실시 형태의 설명은 예시적이고, 따라서 본 발명의 범주를 제한하고자 하는 것이 아니다.
본 발명의 몇몇 실시 형태의 추가의 태양은 반응성 단량체 혼합물의 물리적인 태양의 제어를 포함한다. 몇몇 실시 형태에서, 이는 반응성 단량체 혼합물의 점도를 변경시키기 위해 용매 또는 희석제를 첨가하는 것을 포함할 수 있다.
단량체 혼합물의 제조 방법에서, 추가의 실시 형태가 초기 혼합물에 수행되는 처리로부터 한정될 수 있다. 비제한적인 예로서, 혼합물은 배기된 환경에 처해질 수 있는데, 이로 인하여 소정의 분해된 기체 화학종의 탈착이 있을 수 있다. 다른 실시 형태에서, 단량체 혼합물은 벌크 혼합물을 화학 방사선의 노출에 노출시키고, 이에 따라 후속 화학선 처리 단계에 사용되기 전에 혼합물 내의 다중 결합 성분들의 집단 분포 및 정도를 변경시킴으로써 처리될 수 있다. 다수의 추가의 실시 형태가 변경된 특징을 형성하도록 단량체 혼합물을 처리하기 위한 목적으로 가능할 수 있고, 생성된 혼합물이 안과용 렌즈 전구체 및 렌즈를 제조하기 위한 다른 목적으로 유용하다는 것은 당업자에게 명백할 수 있다.
도 1에서 화살표를 따라 박스 112로 이동하면, 반응성 단량체 혼합물의 계량(dosing) 및 침착이 관련된다. 몇몇 실시 형태에서, 반응성 혼합물의 양은 용해된 산소의 원하는 농도를 갖도록 평형을 이룰 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 인클로저 내에 상당한 양의 단량체 혼합물을 포함하는 용기를 저장함으로써 평형이 달성될 수 있고, 여기서 환경은 용해될 때 원하는 농도로 평형을 이루도록 원하는 양의 산소를 포함한다. 추가의 실시 형태는 멤브레인 기술을 통해 유동하는 반응성 혼합물 내로 정확한 양의 산소를 교환할 수 있는 자동화된 장비를 포함할 수 있다. 본 발명의 범주와 양립하는 원하는 수준의 혼입된 기체로 반응성 혼합물을 변경 또는 계량하기 위한 다수의 방식이 있을 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 수 있다.
몇몇 실시 형태에서, 소정 체적의 계량된 반응성 단량체 혼합물이 이제 형성 광학체 표면의 부근에서 혼합물을 함유하도록 용기를 포함하는 저장소로 수동 수단으로 전달될 수 있다. 다른 실시 형태는 저장소를 반응성 단량체 혼합물로 충전하기 위한 자동화된 메커니즘을 포함할 수 있다. 본 발명의 또 다른 실시 형태는 렌즈 형성 공정에 필요할 때 사용될 수 있는 일회용 용기를 충전하는 것을 포함할 수 있다. 본 발명의 범주는 형성 광학체 표면 부근의 저장소를 적어도 소정량의 반응성 단량체 혼합물로 충전하기 위한 몇몇 종류의 방법을 사용하는 것을 포함하며, 상기 반응성 단량체의 양은 모든 처리 후에 형성된 렌즈를 포함하게 될 물질의 양보다 많다.
다양한 장치 실시 형태, 반응성 단량체 혼합물의 물질 실시 형태, 화학 방사선의 특성에 대한 물리적 실시 형태, 및 포함하는 스크립트 및 장치의 제어 형식 실시 형태의 설명에 있어서, 이제 복셀 기반 리소그래피 방법의 출력을 형성하게 될 몇몇 실시 형태를 설명할 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 수 있다. 공정 흐름도인 도 1로 이동하면, 아이템 116은 이들 다양한 실시 형태를 사용하는 형성 방법을 지시한다. 전술된 각각의 구성요소에 대한 대안적인 실시 형태가 존재할 수 있고 이러한 소정의 실시 형태와 관련된 방법에 대한 설명은 본 명세서에서 본 발명의 범주를 제한하지 않는다는 것은 당업자에게 명백할 수 있다.
미시적 규모로 아이템 116의 방법의 일부를 고려하는 것이 유용할 수 있다. 비제한적인 예로서, 몇몇 실시 형태에서 베르의 법칙 형식으로 모델링될 수 있는 바와 같이, 이미지화된 화학 방사선이 통과하는 깊이를 갖는 강도에 있어서의 상당한 흡수 감소가 있도록 단량체 혼합물이 흡수 요소를 포함하는 전체 형성 방법을 고려한다. 또한, 예를 들어 도 3에 도시되어 있는 실시 형태를 고려하면, 여기서 특정 복셀 요소 상으로 지향된 화학선 조사의 파장은 그것이 반응성 혼합물 내에 포함된 개시제에 대한 능동적으로 흡수되는 파장 영역에 있고 흡수제에 대한 흡수 영역을 신속하게 변화시키도록 되어 있다. 또한, 비제한적인 예로서, 단량체 혼합물이 억제제를 포함하는 것을 고려한다. 용이한 참조 및 설명을 위해, 이 논의에 대해 이러한 방법의 조합은 실시예 3으로 불릴 수 있다. 비록 이것이 가능한 실시 형태로서 제시되고 있지만, 본 발명의 범주를 제한하고자 하는 것이 아니며, 다른 모델이 사용될 수 있다.
실시예 3의 하나의 실시 형태에서, 억제제는 단량체 혼합물 내에서 상당한 농도로 확인될 수 있다. 미시적인 수준에서, 이러한 예시적인 실시 형태는 입사 화학선 조사가 그 자체 둘레에서 매우 제한된 국소 영역을 한정하는 특징을 가질 수 있고, 여기서 특정 요소의 화학 방사선에 의해 개시되는 화학 반응은 그 촉진을 억제하기 위한 고농도 억제제의 능력을 초과하는 속도로 발생할 것이다. 몇몇 공간 광 변조기 시스템이 변조기 요소와 동일한 방식으로 광을 반사하지 않는 "데드(dead)" 공간으로서의 각각의 개별 변조 요소 사이에 그 표면의 일부분을 갖게 되는 사실 때문에, 이러한 실시 형태에서 형성 광학체 표면 상에 형성되는 생성된 물질이 극단에서 서로 연결되지 않을 수 있는 격리된 복셀-기반 컬럼형 요소의 형태를 취할 수 있다는 것은 명백할 수 있다.
실시예 3에 대한 실시 형태의 계속된 비제한적인 예로서, 억제제 농도는 다소 더 낮은 농도로 확인될 수 있고, 이러한 실시 형태에서 예를 들어 소정 농도일 수 있는데, 이러한 경우에 주어진 세트의 화학선 조명 파라미터에 대한 공간적 전파는 각각의 복셀 요소가 복셀 요소들 사이의 임의의 경계에서 중첩되도록 진행하는 화학선 활동을 한정하기에 매우 충분하다. 미시적 기반으로 이러한 경우에, 개별 컬럼형 요소는 이웃하는 복셀이 상당한 강도 조건을 한정하는 조명 조건을 위해 서로 블렌딩되는 경향이 있을 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 광학 이미징 시스템은 소정의 모드로 작동될 수 있는데, 여기서 개별 컬럼형 요소를 함께 블렌딩시키도록 하는 다른 방법 실시 형태로서 디-포커싱(de-focusing)된다. 또 다른 실시 형태에서, 공간에서의 형성 렌즈 광학체 및 홀더의 진동 또는 요동 이동은 복셀 요소가 서로 중첩하여 연속적인 폼 부분을 형성하는 유사한 효과를 일으킬 수 있다.
복셀 요소의 깊이 차원에서 미시적 기반으로, 계속하여 형성 방법의 효과를 설명하는 것이 유용할 수 있다. 실시예 3의 조건으로부터, 특정 복셀 요소의 "DMD" 스크립트가 형성 광학체 표면으로부터 멀리 복셀 요소의 깊이 내로 반응이 일어나게 하는 통합된 강도 또는 노출 시간을 한정할 수 있다는 것은 명백할 수 있다. 몇몇 예시적인 특정 깊이에서, 이러한 조건은 반응도가 겔 점을 한정하는 단량체 혼합물 내의 강도 유도 반응 조건을 포함할 수 있다. 이러한 깊이보다 작은 깊이에서, 반응 생성물이 3차원 외양을 형성하였을 수 있지만, 이러한 깊이보다 큰 깊이에서는, 반응 생성물은 겔 점에 도달하지 않았을 수 있고, 발생된 어느 수준의 단량체 반응으로 인하여 주변 초기 반응성 단량체 혼합물보다 점도가 큰 성분의 혼합물을 또한 포함할 수 있다. 이러한 실시 형태에서, 명백할 수 있는 바와 같이, 적어도 이들 2개의 영역, 즉 겔 점보다 더 높은 정도로 반응이 발생되는 영역과, 물질이 부분적으로 반응되고 반응되지 않은 단량체 혼합물일 수 있는 비-겔화 층(non-gelled layer)을 포함하는 영역을 포함하도록 하는 초기 반응성 혼합물 또는 충분한 체적이 있었다. 몇몇 실시 형태 하에서, 이러한 층의 일부는 유동성 렌즈 반응성 매체로 불리는 것을 포함할 수 있다. 미시적 수준에서, 이것은 반응성 혼합물의 체적 공간 내에 형성된다.
다른 실시 형태에서, "DMD 스크립트"는 겔 점을 지나 반응한 복셀 형성된 층으로 국소 설계 요소를 한정하는 데 유용할 수 있다. 이러한 실재물은 몇몇 실시 형태에서 렌즈 전구체 폼으로 고려될 수 있다. 비제한적인 예로서, 다수의 복셀 요소가 넓고 많은 복셀 요소가 길며 포함하고 있는 모든 복셀 요소에 대한 낮은 통합된 강도의 특성을 갖는 DMD 스크립트에 본질적으로 선형의 특징부를 매립하는 효과를 고려한다. 실시예 3에 대해 논의된 실시 형태를 사용하여, 비제한적인 예로서, 이러한 선형 특징부가 렌즈 전구체 폼으로 물리적으로 한정되는 것이 구현될 수 있다. 미시적인 규모에서, 이웃하는 복셀 요소는 소정의 상당한 수준에서 렌즈 전구체 폼에서의 그 두께를 한정하기 위한 강도를 포함할 수 있다. 선형 특징부의 제1 이웃하는 복셀 요소에서, 폼 두께는 저하하여 DMD 스크립트에서 한정된 선형 특징부와 관련된 프로파일 특징부가 된다.
예로서, 도 4의 아이템 400을 참조하면, 본 발명의 전체 실시 형태로 형성된 렌즈의 두께의 표현이 제공되어 있다. 이러한 예에서, 렌즈 두께는 이와 같이 설명된 선형 특징부의 특징을 갖는 소정의 특징부를 나타내고 있다. 아이템 440은 예를 들어 렌즈를 가로질러 다수의 복셀 요소를 향해 연장되는 선형 특징부다. 본 발명의 태양이 렌즈의 광학적 표면 한정에 추가하여 한정될 수 있는 형상 및 프로파일 특징부의 많은 상이한 실시 형태를 포함하고 있다는 것은 추론에 의해 명백할 수 있다. 가능한 다수의 실시 형태 중에서, 예로서 특징부(440)의 실시 형태 의도와 유사한 정렬 특징부가 있을 수 있다. 추가의 실시 형태는 렌즈 전구체 폼의 에지를 향하는 본질적으로 반경방향 경로를 따라 연장되는 드레인 채널(drain channel)인 선형 특징부, 다양한 형상 및 크기의 웰(well) 또는 바닥 홀(hole), 이웃하는 평균 토폴로지(topology)와 비교하여 급격한 돌출 계단부(step up) 또는 함몰 계단부(step down), 및 서브세트의 렌즈 한정 영역을 가로지르는 평탄부 또는 본질적으로 평평한 특징부를 한정하는 프로파일 특징부를 포함할 수 있다. 이러한 예는 형성 단계 방법과 관련하여 당업자에게 명백할 수 있는 다수의 실시 형태 중 몇 가지이다.
도 1의 단계 117로 진행하면, 몇몇 실시 형태에서, 반응성 단량체 혼합물의 환경으로부터 떨어져서 단계 116으로부터 생성된 물질의 제거와 관련된 방법이 설명된다. 몇몇 실시 형태에서, 이러한 제거를 위한 하나의 방법은 형성 광학체를 그의 유지 부분으로 그리고 반응성 단량체 혼합물의 저장소로부터의 렌즈 전구체 폼으로 상승시키는 공정을 포함할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 저장소는 부착된 렌즈 전구체 폼으로 형성 광학체로부터 떨어져서 하강될 수 있다. 또 다른 실시 형태는 소정의 정밀도로 이러한 제거 속도를 제어할 수 있는 장비를 이용하여 하강 또는 상승 단계를 자동화하는 것으로부터 도출될 수 있다. 대안적인 실시 형태에서, 반응성 단량체 혼합물의 저장소는 소정의 방식으로 배출되어 형성 광학체와 반응성 단량체 혼합물로부터의 부착된 렌즈 전구체 폼을 분리시킬 수 있다. 일반적인 관점으로부터, 반응성 단량체 혼합물로부터 단계 116의 생성물을 제거하는 단계 117을 포함하는 다수의 실시 형태가 있을 수 있고, 이들 실시 형태는 본 발명의 범주 내의 기술을 포함한다는 것이 당업자에게 명백할 수 있다.
도 1에서, 생성물 및 중간 생성물은 타원 형상의 패턴으로 표시되어 있다. 따라서, 몇몇 실시 형태에서 렌즈 전구체(160)는 장치 실재물을 포함한다. 방법의 논의에 의해 다른 섹션을 이해하기 위한 목적으로, 렌즈 전구체의 태양에 대한 검토가 보장된다. 렌즈 전구체(1700)에는 2개의 층인 렌즈 전구체 폼(1740)과 유동성 렌즈 반응성 매체인 아이템 1710이 포함될 수 있다. 이들 층은 몇몇 실시 형태에서 이전의 형성 방법의 논의에 상응한다. 몇몇 실시 형태에서, 렌즈 전구체 폼은 복셀 기반 리소그래피 시스템에 의해 형성되었고 겔 점을 지나 반응한 물질이다. 이것은 전술한 다양한 구조적 실시 형태를 가질 수 있다.
이제 도 17을 참조하면, 복셀(1704) 바이 복셀(1704) 기반으로 중합을 통해 형성된 렌즈 전구체(1700)가 도시되어 있다. 일부 실시 형태는 유동성 렌즈 반응성 단량체 혼합물, 또는 복셀 바이 복셀 중합에 의해 형성되는 가교결합 가능한 물질(1704)을 포함하는 렌즈 전구체를 포함할 수 있다. 형성 광학체, 및 반응된 물질의 복셀 바이 복셀 구조체가 반응성 단량체 혼합물의 저장소로부터 제거될 때, 복셀 바이 복셀 구조체 또는 렌즈 전구체 폼의 표면에 점착된 점성 물질이 있을 수 있다. 렌즈 전구체 폼과, 추가 처리 후에 안과용 렌즈 장치의 일부로 형성될 수 있는 렌즈 전구체 폼 상의 유동성 렌즈 반응성 매체(1704)의 이러한 조합은 렌즈 전구체를 구성하는 것이다.
몇몇 실시 형태에서, 렌즈 전구체는 3차원 형상을 취하지만, 흡수된 반응성 매체의 유동성 특성 때문에, 실재물은 고정된 3차원 형태를 갖지 않는다.
렌즈 전구체는 또한 예를 들어 광학 품질 표면을 갖는 기재와 같은 기재(1705)를 따라 형성될 수 있는 제1 표면(1701)을 포함할 수 있다. 제1 표면(1701)은 겔 점을 넘어서 적어도 부분적으로 중합되는 제1 가교결합 밀도 정도(crosslink density degree)를 갖는 매체의 일부분을 포함한다. 렌즈 전구체(1700)는 또한 제2 표면(1702)을 포함하며, 제2 표면은 대략 겔 점에서 또는 겔 점 아래에서 경화의 제2 가교결합 밀도 등급을 포함한다.
몇몇 실시 형태에서, 유동성 렌즈 반응성 매체의 일부가 렌즈 전구체로부터 제거될 수 있다. 비제한적인 예로서, 유동성 렌즈 반응성 매체는 모세관 작용에 의해 제거될 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 방법은 모세관 작용 단계가 수행되기 전에, 유동성 렌즈 반응성 매체 중 일부가 함께 고이게 할 수 있게 하는 휴지(dwelling) 단계를 포함할 수 있다. 또 다른 실시 형태에서, 렌즈 표면은 그 표면 축이 중력 방향에 대해 기울어져 있도록 위치될 수 있다. 모세관 기반 장치로 유동성 렌즈 반응성 매체를 제거하는 방법과 관련된 다수의 실시 형태가 가능할 수 있고, 본 발명의 범주 내의 기술을 포함하고 있다는 것은 명백할 수 있다.
다른 실시 형태에서, 유동성 렌즈 반응성 매체를 제거하는 방법은 모세관 위킹 장비에 대한 대안적인 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유동성 매체를 제거하기 위해 흡수 표면을 사용하는 것을 포함하는 방법은 몇몇 실시 형태를 포함할 수 있다. 추가의 실시 형태는 상세히 설명한 것보다 많은 모세관 점을 갖는 장치를 사용하는 방법에 관한 것일 수 있다. 또 다른 실시 형태는 유동성 물질을 제거하기 위해 렌즈 전구체를 스핀(spin) 처리하는 방법을 포함할 수 있다. 당업자에게 명백할 수 있는 바와 같이, 일부 유동성 물질을 제거하는 장치를 사용하는 임의의 다수의 방법은 본 발명의 범주 내에 있는 태양을 포함할 수 있다.
렌즈 전구체의 상부 표면으로부터 물질을 제거하는 다양한 유형의 실시 형태는 이러한 목적으로 렌즈 본체 내에 릴리프 특징부를 형성하는 방법을 포함할 수 있다. 이러한 유형의 실시 형태에서, 이전 섹션에 언급한 드레인 채널과 같은 특징부는 상대적으로 낮은 점도의 유동성 매체가 유출될 수 있는 위치를 생성하고, 이에 의해 상대적으로 더 높은 점도의 매체가 유입되는 하위 등급 공간(below grade space)을 생성하기 위한 목적으로 설계될 수 있다. 다른 실시 형태에서, 렌즈 본체의 스피닝의 사용은 또한 물질이 유입되기 위한 릴리프 특징부를 설계하는 것과 결합되어 렌즈 물질을 제거하는 실시 형태를 포함할 수 있다. 다양한 릴리프 표면 설계에 대한 다양한 실시 형태를 포함하는 실시 형태가 또한 본 발명의 범주 내의 기술을 포함하고 있다는 것은 당업자에게 명백할 수 있다.
안정화 동안에, 유동성 렌즈 반응성 매체는 렌즈 전구체 폼의 표면을 따라 낮은 에너지 및 비교적 안정된 상태를 찾도록 다양한 힘 하에서 유동할 수 있다.
미시적 수준에서, 전구체 폼의 표면이 그것에 대해 국소적으로 소정 수준의 조도를 가질 수 있다는 것은 명백할 수 있다. 형성 실시 형태의 많은 태양은 이러한 조도의 특성, 예를 들어 하나의 이러한 경우에 반응이 시작하는 부근에서 반응을 비교적 급격하게 중단시키는 억제제의 효과를 결정할 수 있다. 유동성 매체의 표면력, 마찰 및 분산력, 중력 및 다른 인가된 힘은 조합되어 많은 실시 형태에서 지형부(topography) 위로 유동되는 매끄러운 커버링을 생성한다. 이들 힘을 결정하는 방법에서, 본 발명의 범주 내에서 가능한 다수의 실시 형태가 있다.
몇몇 실시 형태에서, 렌즈 전구체는 중력 하에 유동성 렌즈 반응성 매체를 유동하게 하도록 구성될 수 있다. 이것을 수행하는 방법은 유동에 있어서 도움을 주도록 다양한 배향으로의 렌즈 전구체의 이동을 포함할 수 있다. 대안적인 실시 형태는 실제로 거의 이동이 없이 고정된 상태로 렌즈 전구체를 유지시킴으로써 반대의 방법을 포함할 수 있다. 또 다른 대안적인 실시 형태는 유동성 물질에 축을 중심으로 렌즈 전구체를 스피닝시키는 것과 관련된 힘을 가하는 것을 포함할 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 이러한 스피닝은 렌즈 전구체 중간에 중심설정된 축을 중심으로 수행될 수 있다. 대안적인 실시 형태에서, 상기 스피닝은 렌즈 전구체를 외부 축 지점을 중심으로 회전시키는 한편, 렌즈 전구체의 상부를 축 지점을 향해 또는 멀리 또는 그 사이에서 가능한 무수한 배향으로 향하게 한다. 또 다른 실시 형태에서, 렌즈 전구체는 중력의 영향을 최소화하기 위해 자유 낙하 환경에서 처리될 수 있다. 안정화 방법 동안에 렌즈 전구체에의 유동력의 인가와 관련된 다수의 방법이 있을 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 수 있다.
다른 실시 형태에서, 유동성 매체의 유동 특성은 방법에 의해 변경될 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 유동성 매체의 점도는 희석 또는 용매화에 의해 변경될 수 있다. 대안적인 실시 형태는 점도를 증가시키기 위해 희석제 중 일부를 증발시키는 것을 포함할 수 있다. 소정 수준의 화학 방사선에 대한 노출은 상기 유동성 필름 점도를 변경시키는 또 다른 방법을 포함할 수 있다. 유동성 매체의 점도를 변경시키는 것과 관련된 다수의 실시 형태가 있을 수 있다.
또 다른 실시 형태에서, 유동성 렌즈 반응성 매체 상의 힘과 관련된 표면 에너지는 방법에 의해 변경될 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 이것은 초기 반응성 단량체 혼합물에 대한 계면활성제의 추가를 포함할 수 있다. 대안적인 실시 형태에서, 첨가제 또는 화학 반응물이 표면 에너지를 변경시키기 위한 목적으로 렌즈 전구체에 첨가될 수 있다.
이제 도 18을 참조하면, 몇몇 실시 형태에서, 렌즈 전구체(1801)의 설계는 유동성 렌즈 반응성 매체의 유동 조건을 용이하게 하는 아티팩트(1802)를 포함할 수 있다. 비제한적인 예로서 채널(1802)은 렌즈 전구체의 영역으로부터 멀리 유동성 렌즈 반응성 매체를 흡인하는 수단을 포함할 수 있다. 대안적인 실시 형태에서, 급격한 프로파일 변화와 관련된 설계 방법은 변경된 안정화 상태를 제공하기 위한 방법을 포함할 수 있다. 아티팩트는 렌즈 전구체의 영역에 의해 지지가능한 거의 임의의 종류, 형상 및 배열로 형성될 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 아티팩트(1803)는 마킹, 예를 들어 하나 이상의 문자 숫자를 포함한다. 다른 마킹은 정렬 마크를 포함할 수 있다. 아티팩트(1802, 1803)는 DMD 스크립트에 따라 형성된다.
일반적인 관점으로부터, 이들 다양한 실시 형태 유형은 안정화를 포함하는 방법에 있어서 완전히 또는 부분적으로 안정화된 또는 안정화되지 않은 특성의 유동성 렌즈 반응성 매체를 생성하기 위한 방법의 일반성을 제한하지 않아야 한다. 다양한 실시 형태의 조합, 예를 들어 상기 방법에 대한 추가의 실시 형태는 당업자에게 명백할 수 있다.
안정화 방법이 수행된 후에, 유동성 물질은 몇몇 실시 형태에서 그것을 비-유동성 상태로 변환시키는, 아이템 133으로 지시된 고정의 다음 방법 유형이 가해질 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 고정 방법 동안에 인가된 화학 방사선의 특성은 대안을 포함할 수 있다. 인가된 스펙트럼 대역 또는 대역들은 하나의 유형의 방법 실시 형태의 예일 수 있다. 대안적인 실시 형태는 인가된 방사선의 강도를 포함할 수 있다. 대안적인 실시 형태에서, 다양한 태양의 고정 조사의 적용은 시간 의존성을 포함할 수 있다. 비제한적인 예로서, 초기 파장 대역이 이후 다른 대역으로 변경되는 제1 단계를 포함할 수 있다. 광 조건을 한정하는 방법에 대해 당업자에게 명백할 수 있는 실시 형태 중 다수가 본 발명의 범주 내에 있다.
아이템 133의 몇몇 실시 형태에서, 고정 방법은 조사가 취할 수 있는 다양한 경로를 포함할 수 있다. 예시적인 유형의 실시 형태에서, 렌즈 전구체의 전방 표면에, 또는 대안적으로 후방 표면을 통해 조사가 발생될 수 있다. 또 다른 실시 형태는 다수의 조사 공급원(sources of irradiation)으로부터 도출될 수 있는데, 일부는 아마도 렌즈 전구체 실재물에서의 화학 방사선의 다양한 효과를 생성시키는 다양한 광 특징을 갖고 있다. 또 다른 실시 형태는 방사선이 아닌 다른 에너지 형태를 포함하는 고정 방법으로부터 도출될 수 있다. 일반적으로, 고정 단계를 포함할 수 있는 다수의 방법이 본 발명의 범주 내에 있다.
몇몇 실시 형태에서, 고정이 발생한 후에, 렌즈 전구체(130)의 처리가 완료되었다. 이러한 완성된 제품은 몇몇 실시 형태에서 추가로 처리될 수 있다. 이러한 제품 유형은 도 1의 블록 120으로 지시되어 있는 전구체 대안적인 형성 기술의 양호한 예의 유형을 포함한다. 비제한적인 예로서, 고정 제품이 복셀 기반 리소그래피 방법으로 다시 도입된다면, 제2 층의 처리가 발생할 수 있다. 이러한 다중 통과 태양은 많은 실시 형태 방법 옵션을 도입한다.
몇몇 실시 형태에서, 다중 통과로부터 형성될 수 있는 복잡한 렌즈 전구체는 비제한적인 예로서 안과용 렌즈 표면이 형성되는 제1 단계 및 프로파일 특징부가 표면에 추가되는 제2 단계를 포함할 수 있다. 방법의 다른 복잡한 실시 형태가 예를 들어 설명된 이전의 예들 중 일부와 같이 렌즈 전구체 폼을 따르는 격리된 복셀 컬럼을 형성하는 조건을 가진 복셀 기반 리소그래피 시스템을 통한 제1 통과를 포함할 수 있다. 제2 복셀 기반 리소그래피 단계는 이어서 복셀 컬럼들 사이의 특징부에 다양한 특징의 물질을 충전하는 것을 포함할 수 있다. 이어서, 시스템을 통한 제3 통과를 계속하는 것이 안과용 렌즈를 형성할 수 있다. 시스템을 통한 다중 통과의 방법에 대한 일반화는, 이들 각각이 논의된 다수의 상이한 실시 형태 가능성을 가질 수 있고, 본 발명의 범주 내의 모든 다수의 상이한 실시 형태를 포함할 수 있다.
몇몇 다른 실시 형태에서, 렌즈 전구체는 렌즈 전구체 폼 상에 유동성 반응성 매체를 적용함으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 복셀-기반 리소그래피 방법에 의한 렌즈 전구체 폼에는 유동성 렌즈 반응성 매체의 제거의 극단의 방법으로서 세척 시스템이 가해질 수 있다. 렌즈 전구체 폼이 세척 방법으로부터 유도될 것이다. 몇몇 실시 형태에서, 이러한 렌즈 전구체 폼에는 이어서 다음 유동성 렌즈 반응성 매체를 그 표면에 추가하는 방법이 가해질 수 있다. 다음 유동성 매체를 표면에 추가하는 방법은 몇몇 실시 형태에서 아이템 117에서 설명된 실시 형태와 유사한 방법으로의 렌즈 전구체의 침지 및 제거를 포함할 수 있다. 생성된 렌즈 전구체는 이제 단량체 및 다중 결합 분자의 상이한 분포를 가질 수 있거나, 몇몇 실시 형태에서 렌즈 전구체 폼을 형성하기 위해 사용된 것과는 상이한 중합체 화학물질을 포함할 수 있다. 다양한 렌즈 전구체 폼 실시 형태 상에 유동성 렌즈 매체를 적용하는 방법을 포함하는 다수의 실시 형태가 본 발명의 범주 내의 기술을 포함한다는 것은 당업자에게 명백할 수 있다.
대안적인 실시 형태의 세트에서, 렌즈 전구체 폼은 복셀-기반 리소그래피 이외의 다른 수단에 의해 형성될 수 있다. 우선, 비제한적인 예로서, 렌즈 전구체 폼을 형성하기 위한 기반으로서 스테레오리소그래피(stereolithography)를 사용하는 것에 의해 다양한 실시 형태가 가능할 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 이러한 스테레오리소그래피에 의해 형성된 렌즈 전구체 폼은 117에서와 같은 제거 방법으로부터 유동성 렌즈 반응성 매체를 가질 수 있지만, 다른 실시 형태는 스테레오리소그래피에 의해 형성된 베이스에 유동성 렌즈 반응성 매체를 추가하는 것을 포함할 수 있다. 대안적인 실시 형태는 렌즈 전구체 폼을 결정하는 것에 대해 마스크 기반 리소그래피 공정을 사용하고, 이어서 이를 전술한 방법에 사용함으로써 가능할 수 있다. 또 다른 실시 형태는 안과용 렌즈의 제조에 공통되는 표준 캐스트 성형 공정에 의해 형성되는 렌즈 전구체 폼을 사용하고, 전술한 방법에서 렌즈 전구체를 형성하는 것을 포함할 수 있다. 렌즈 전구체 폼을 형성하는 다수의 실시 형태가 렌즈 전구체를 형성하기 위한 방법을 포함할 수 있다는 것은 명백할 수 있다.
이제 도 20을 참조하면, 미반응된 중합된 가교결합 가능한 물질을 중합하기에 충분한 화학 방사선에 대한 노출에 의해 렌즈 전구체로부터 형성된 렌즈(2001)가 도시되어 있다. 실시 형태는 중합된 가교결합 가능한 물질의 다수의 복셀을 포함하는 제1 부분(2003), 및 이 가교결합 가능한 물질의 겔 점을 넘어서 중합되는 가교결합 가능한 물질의 층상 체적부를 갖는 제2 부분(2002)을 포함할 수 있다.
화학 방사선의 공급원(2004)은 예를 들어 가교결합 가능한 물질에 화학선 작용이 있기에 충분한 강도 및 파장의 방사선(2005)을 생성하는 광원(2004)을 포함할 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 화학 방사선은 (도시된 바와 같이) 광선들의 다수의 공급원 지점(source point)을 포함할 수 있다. 다른 실시 형태는 화학 방사선을 제공하는 단일 광원을 포함할 수 있다.
몇몇 실시 형태에서, 형성되거나 고정된 렌즈는 형성 광학체의 표면에 점착될 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 렌즈는 수화될 수 있다. 수화는 예를 들어, 수용액 또는 IPA 용액과 같은 용액 내에의 침지를 포함할 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 용액은 섭씨 60도 내지 95도의 온도로 가열될 수 있다.
침지 방법은 몇몇 실시 형태에서 렌즈 본체를 클렌징하고 이를 수화시킬 수 있다. 수화의 공정에서, 렌즈는 팽창하여 렌즈가 점착되어 있던 형성 기재로부터 해제될 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 본 발명의 몇몇 실시 형태의 다른 태양에서, 안과용 렌즈의 형성은 계측 및 피드백을 통해 향상될 수 있다. 예를 들어, 205에서, 원하는 렌즈 파라미터가 외부 소스로부터 입력될 수 있다. 예시적인 목적으로, 렌즈 표면의 모델이 환자의 눈에 적용된 시각 측정 장치로부터 유래할 수 있다. 다른 실시 형태에서, 이론적인 입력 파라미터는 단계 205의 방법을 포함할 수 있다. 그러한 입력들은 소정의 방법으로 처리되어 이들을 복셀 기반 리소그래피(210)의 입력 요건과 정렬시킬 것이다. 다양한 장치가 그러한 입력을 수용하고, 몇몇 실시 형태에서 알고리즘 방법에 의해 이 입력을 복셀 기반 리소그래피 시스템(211)에서의 사용가능한 파라미터로 변환시킨다.
또한 도 2를 계속하여 참조하면, 렌즈 전구체가 복셀 바이 복셀 기반(220)으로 형성될 수 있다. 이어서 렌즈 전구체가 렌즈 전구체 처리 방법(230)에 의해 처리되어, "건식" 형태의 안과용 렌즈(240)를 형성할 수 있다. 건식 안과용 렌즈는 이제 계측 단계(250)에서 측정될 수 있다. 예시적인 목적으로, 이러한 단계는 레이저 변위 센서의 사용을 포함할 수 있다. 다시, 예로서, 이러한 측정으로부터 기인하는 표면 토폴로지는 몇몇 실시 형태에서 도 4의 아이템 400으로 도시되어 있는 바와 같이 나타날 수 있다. 알고리즘은 아이템 251 및 252에 도시되어 있는 바와 같이 렌즈가 단계 205로부터의 입력 파라미터와 일치되는 경우 예상되는 것과 결과를 비교하도록 이러한 데이터를 처리할 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 입력 파라미터들로부터의 차이가 처리될 수 있고, 복셀 기반 리소그래피 시스템(211)에서 렌즈를 처리하기 위해 사용되는 파라미터를 변화시키기 위한 필요성에 대응할 수 있다. 파라미터 정보 및 데이터의 이러한 피드백 루프가 아이템 253의 피드백 루프에 도시되어 있다. 데이터는 또한 처리될 수 있고, 렌즈 전구체 처리 방법(252)에서 요구되는 파라미터 변화에 대응할 수 있다. 이러한 시스템(252)에서의 파라미터에 대한 원하는 변화의 피드백이 피드백 루프(254)에 의해 도시되어 있다. 다양한 계산 및 제어 방법이 메인프레임, 퍼스널 컴퓨터, 산업용 컴퓨터 및 다른 유사한 계산 환경을 포함하지만 이로 제한되지 않는 다양한 데이터 처리 장비에서 수행될 수 있다는 것은 명백할 수 있다. 도 2에 도시되어 있는 단계와 관련 방법의 설명은 예시적인 것이고, 본 발명의 범주를 제한하고자 하는 것은 아님에 주목하여야 한다.
계측 단계(250)의 결과와, 데이터의 다양한 처리(251, 252)는, 몇몇 실시 형태에서, 제조된 렌즈(240)가 아이템 205의 입력 파라미터 주변의 일 세트의 수용가능한 한계 내에 있는지를 결정하는 능력을 포함할 수 있다. 이러한 렌즈에 대한 결정이 이어서 아이템 251에 도시되어 있는데, 여기서 렌즈는 변경된 파라미터로 제조될 다른 렌즈를 위해 폐기될 수 있다. 대안적으로, 렌즈는 수용가능한 한계 내에 있을 수 있고, 이에 따라 후속 처리 방법 및 장치 실시 형태에서의 처리를 위한 단계(260)로 진행할 수 있다. 이어서, 렌즈는 팽창되고 해제된 후에, 아이템 270에서 도시되어 있는 바와 같은 다른 계측 방법에 처해질 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 이러한 계측의 결과는 이러한 실시 형태의 단계(250)를 위해 지시되어 있는 바와 같이 유사한 피드백 실시 형태를 가질 수 있다.
안과용 렌즈 제품이 실현된(280) 후에, 처리 흐름은 건식 렌즈가 거부된 흐름과 결합될 수 있다. 그 후, 전체 흐름이 290의 조건 귀환 단계에 의해 지시된 단계에서 단계(205)로 루프백할 수 있다. 본 발명의 다양한 제품에 대한 계측 단계의 수행과, 측정된 결과가 통합되어 있고 시스템 파라미터를 조절하는 피드백 루프의 고안에 있어서, 다수의 수정, 추가 및 변형이 있다는 것은 당업자에게 명백할 수 있다.
다소 상이한 몇몇 실시 형태에서, 추가 유형의 측정이 글로벌 장비 피드백을 위해 렌즈의 품질 측면을 측정할 수 있다. 비제한적인 예로서, 미립자 검출 계획이 전개되어 몇몇 실시 형태에서 제조된 렌즈 전구체의 이러한 결함의 존재를 측정할 수 있다. 이러한 측정이 미립자 문제를 알리는 결과를 제공한다면, 몇몇 실시 형태에서 알려진 문제를 해결하기 위한 방법 및 장치의 조작자에 대한 피드백을 포함할 수 있는 피드백 루프가 있을 수 있다. 다수의 계측 실시 형태는 측정 결과가 조작자에 대한 피드백인 본 발명의 범주 내의 기술을 포함할 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 수 있다.
또 다른 실시 형태에 있어서, 기호 논리 데이터(logistic data)의 사용은 피드백 루프의 요소를 포함할 수 있다. 본 발명의 장치의 논의에서 언급한 바와 같이, 몇몇 실시 형태에서 장치의 핵심 구성요소는 식별 확인을 가질 수 있다. 이러한 구성요소의 식별 확인은 몇몇 경우에 자동화 장치에 의해 추적될 수 있다. 피드백은 예를 들어 특정 구성요소가 그의 유효 수명을 포함하는 특정 측면을 위해 사용되는 것을 포함할 수 있다. 피드백은 몇몇 실시 형태에서 조작자에 의해 실행되거나, 시스템의 자동화된 응답을 포함할 수 있다. 두께 결과가 시스템의 파라미터에 영향을 주는 이전의 계측 실시 형태의 결과인 구성요소의 식별 확인을 사용하는 또 다른 실시 형태에서, 예를 들어 형성 광학체 부분으로서, 구성요소의 고유의 식별 확인은 특정 구성요소에 대한 다른 글로벌 파라미터의 개별적인 맞춤(tailoring)을 가능하게 할 수 있다. 따라서, 기호 논리 및 계측 데이터가 다양한 알고리즘 및 데이터 처리 장비에 의해 산출될 수 있다. 계측 데이터는, 입력 렌즈 요건으로서 사용되고 또한 렌즈를 형성하기 위해 사용된 장치로의 피드백으로서 제공되는 데이터와 구별될 수 있다.
실시예 1:
본 발명의 다양한 실시 형태를 실시하였고, 본 명세서에서 논의된 형태의 렌즈 제품 및 렌즈 전구체를 제조하였다. 이러한 섹션에서는, 일 세트의 실시 형태로부터의 결과에 대한 논의가 예로서 제시된다.
이러한 실시예에서의 결과를 수행하기 위한 장치는 하기의 일반적인 태양을 포함하였다. 복셀-기반 리소그래피 광학 장치를 사용하여 렌즈 전구체를 형성하였다. 이러한 장치는 일반적인 관점으로부터 365 ㎚에서 작동하는 바람직한 실시 형태 유형의 광원으로 구성하였다. 논의된 바와 같은 광학 파이프 및 포커싱 광학체를 구비한 균질화기를 사용하여 텍사스 인스트루먼츠 DLPtm XGA 디지털 미러 소자를 조명하였다. 이미징 시스템은 도 10에 도시되어 있는 유형의 형성 광학체 상의 이미징 광학체를 추가로 포함하였다.
강도 프로파일 및 DMD 픽셀 값을 에타필콘 A로 구성된 반응성 단량체 혼합물의 광학 흡수도 및 반응도에 기초하여 계산하였다. 이러한 시스템은 365 ㎚의 조사 피크(320) 및 420 ㎚의 형성 피크(330)를 가진 도 3에 도시되어 있는 바와 같은 흡수도 특징을 갖는다. 이러한 시스템의 흡수도 특징은 베르의 법칙의 흡수도 공식과 일치하고, 이것을 사용하여 형성 광학체의 면을 가로질러 배치된 대략 768 × 1024 복셀 요소 각각에 대한 정확한 강도 및 시간 프로그램을 평가하였다.
예시의 목적으로, 베르-람베르트-부게르 공식이 필요한 강도를 모델링하기 위해 사용한 것이다. 모델은 에타필콘 A와 같은 물질과 장치 모두와 관련된 이러한 공식 및 변수에 기초한 파라미터 의존성을 형성한다. 렌즈 제조 과정들로부터의 결과는 이어서 모델 파라미터를 정련하고 렌즈를 생성시키기 위한 방식으로 피드백된다. 모델 논리는 아래와 같다.
베르-람베르트-부게르 법칙:
베르의 법칙에 의하면 화학 방사선의 강도는 흡광 계수 α(λ)에 따라 물질에서 지수적으로 감소하게 될 것이라고 예측된다.
[수학식 1]
거리에 따른 강도 감소율은 아래와 같다.
[수학식 2]
여기서, I(x)는 조사된 표면으로부터의 거리 x의 함수로서의 강도이고, I0는 그 표면에서 입사된 강도이며, α(λ)는 파장 (λ)의 함수로서의 흡수 성분의 흡수 계수이고, c는 다른 상대적으로 투명한 매체에서의 흡수 성분의 농도이다. 따라서, 방사선의 파장을 선택함으로써, 공정은 강도 구배를 선택하도록 조정될 수 있다(즉, α가 클수록, 특성 변화가 더 빨라서 렌즈가 더 얇게 된다).
이제 도 3을 참조하면, 아이템 300인 반응성 혼합물의 투과 스펙트럼은 흡수제로 인한 천이 영역(310), 개시제의 흡수도 스펙트럼과의 중첩(340), 및 형성(320) 및 고정(330) 방사선 공급원의 방출 스펙트럼을 나타낸다.
반응성 단량체 혼합물 내의 라디칼 매개 중합의 중합 속도는 일반적인 속도 방정식에 따르는데, 여기서 중합 속도(Rp)는 반응성 작용기([C=C])의 농도에 라디칼 농도([·])와 동역학적 파라미터(k)를 곱한 것과 같다.
[수학식 3]
라디칼 농도는 개시 속도와 종료 메커니즘에 크게 의존한다. 전형적으로 라디칼-라디칼/2분자 종료가 1차 종료 메커니즘이다. 시간에 따른 라디칼 농도의 변화는 개시 속도(Ri)에서 종료 속도를 뺀 것과 같다.
[수학식 3]
정상 상태(d[·]/dt =0)를 가정하고, 라디칼 농도를 풀면, 라디칼 농도는 개시 속도의 1/2 승으로 변화함을 알 수 있다. 따라서, 중합 속도는 개시 속도의 1/2 승에 의존한다.
[수학식 4]
[수학식 5]
활성 에너지(E), 이상 기체 상수(R), 켈빈 온도(T), 중합 속도 스케일링(β), 및 아레니우스 프론트 인자(Arrhenius front factor)(k0)를 고려함으로써, 중합 속도는 아래와 같이 표현된다.
[수학식 6]
광화학적 개시 속도는 아래의 수학식으로 주어진다.
[수학식 7]
여기서, I는 방사선의 강도이고, k´는 양자 수율에 관한 상수이다. 모든 파라미터와 개시제 농도가 반응 전반에 걸쳐 일정하다고 가정하면, 일정한 모든 파라미터가 k로 합쳐지도록 수학식이 단순화될 수 있다.
[수학식 8]
중합 속도는 시간에 따른 작용기 농도의 변화 속도이고(-d[C=C]/dt = Rp), 따라서 수학식은 아래와 같이 표현될 수 있다.
[수학식 9]
미분 방정식을 풀고 X = 1 - [C=C]/[C=C]o로 표현되는 변환을 위해 치환하면,
[수학식 10]
이며, 여기서 t는 초 단위의 노출 시간이다.
반응성 혼합물이 화학 방사선의 파장에서 방사선을 흡수하는 흡수제를 포함하는 경우, 변환의 정도는 강도의 함수로서, 그리고 이에 따라 베르의 법칙에 따라 표면으로부터의 거리의 함수로서 변화하게 될 것이다. 운동 방정식에 베르의 법칙의 관계를 삽입하면, 표면으로부터의 거리 x의 함수로 변환의 정도를 예측할 수 있다.
[수학식 11]
변환도가 겔 점인(즉, X=X겔) 경계에서 자유 형성된 표면이 생성될 것이라는 것을 인지하는 것에 의해, x를 풀기 위한 수학식을 재배열함으로써 렌즈의 두께(x두께)가 예측될 수 있다.
[수학식 12]
[수학식 13]
[수학식 14]
[수학식 16]
X겔은 광-개시 반응 동안에 형성된 가교결합으로 인해 제형이 액체로부터 고체로 천이되는 변환의 정도이다. 수학식을 재배열하여 특정 변환(X겔)에서의 x두께를 구한 후, 필름의 두께를 계산할 수 있다. 모든 다른 파라미터와 특성을 일정하게 유지함으로써, 표면 상의 임의의 x, y 위치에서의 원하는 두께를 I0와 노출 시간 t를 변화시킴으로써 평가할 수 있다. 원하는 두께는 또한 복셀 바이 복셀 기반으로 평가될 수 있는데, 여기서 i 및 j는 특정 복셀의 행 및 열 좌표를 나타내고, 
는 그 동일한 복셀의 형성된 두께이다.
[수학식 17]
[수학식 18]
[수학식 19]
[수학식 20]
[수학식 21]
[수학식 22]
[수학식 23]
[수학식 24]
[수학식 25]
수학식에서의 파라미터에 대한 전형적인 값(표 1)은 동역학적 데이터의 분석으로부터 평가될 수 있다.
노출 후에, 도 12 및 도 13에 도시되어 있는 바와 같이 렌즈 전구체를 반응성 혼합물 저장소로부터 제거하였고, 유동성 화학물질 제거 장치로 처리하였다. 이어서, 관련 섹션에서 논의된 바와 같이 렌즈를 안정화시켰다. 그 후, 렌즈는 에타필콘 A 중 흡수제인 노르블록이 더 이상 입사 광을 상당하게 흡수하지 않는 지점인 420 ㎚의 방사 노출로 안정화되었다. 이어서, 렌즈를 측정한 후, 후속하여 전술한 장치로 수화시켰다.
실제 렌즈가 에타필콘 A 반응성 단량체 혼합물로 이러한 방식으로 제조되었고, 그들의 광학 굴절력을 위해 측정되었다. 디옵터(Diopter) 단위의 측정된 광학 굴절력이 2개의 렌즈에 대해 아래의 표에 제공된다.
유사한 의미에서, 동일한 화학적 시스템 에타필콘 A를 사용하는 다른 렌즈를 제조하기 위해 공정 조건을 사용하였고, 렌즈를 투과된 파면 간섭계 장치를 사용하여 측정하였다. 도 4에서, 형성 광학체와 제조된 렌즈 사이의 차이 신호가 도면 부호 400에서 제조된 렌즈의 지형부의 맵핑으로 도시되어 있다. 중요하게는, 렌즈의 광학 구역은 동심 원형 라인(410)에 의한 잘 형성된 지형부를 도시한다. 표면은 고품질의 안과용 렌즈 장치이다.
렌즈(400)의 제조 및 그 측정에서, 렌즈 내에 설계된 특징부가 있고, 지형적 맵핑 상에 특징부로서 발생된다. 예를 들어, 도면 부호 420은 노출 무비 동안에 프로그래밍된 낮은 강도로 렌즈 전구체 폼 내로 프로그래밍된 드레인 채널을 포함한다. 상이한 유형의 채널이 도면 부호 440으로 측정된다. 이러한 아이템 440은 정렬 마크로서 렌즈 표면에 유용한 긴 채널을 포함한다. 이러한 특징부는 렌즈의 다른 측면 상에 그리고 지시된 특징부(440) 바로 위에 유사한 형태로 복제되어 공간에서 전방, 축방향으로 렌즈 표면의 명백한 배향을 생성한다.
결론
전술되고 이하의 특허청구범위에 의해 추가로 한정되는 것과 같은 본 발명은 렌즈 전구체 및 안과용 렌즈를 형성하는 방법 및 이러한 방법을 구현하는 장치뿐만 아니라 이로써 형성된 렌즈 전구체 및 안과용 렌즈를 제공한다.
Claims (22)
- 안과용 렌즈(ophthalmic lens)로서,
중합된 가교결합 가능한 물질의 다수의 복셀(voxel)들을 포함하는 제1 부분; 및
상기 가교결합 가능한 물질의 겔 점(gel point)을 넘어서 중합되는 가교결합 가능한 물질의 층상 체적부(layered volume)를 포함하는 제2 부분
을 포함하는, 안과용 렌즈. - 제1항에 있어서, 가교결합 가능한 물질의 하나 이상의 추가의 층상 체적부를 포함하는 제3 부분을 추가로 포함하는, 안과용 렌즈.
- 제1항에 있어서, 상기 가교결합 가능한 물질의 층상 체적부는 복셀 바이 복셀(voxel by voxel) 이외의 가교결합 패턴을 포함하는, 안과용 렌즈.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 부분은 광흡수성 성분(photoabsorptive component)을 추가로 포함하는, 안과용 렌즈.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 부분은 광흡수성 성분을 추가로 포함하는, 안과용 렌즈.
- 제4항에 있어서, 상기 제1 부분은 제1 광학 표면을 포함하는, 안과용 렌즈.
- 제6항에 있어서, 상기 제2 부분은 제2 광학 표면을 포함하는, 안과용 렌즈.
- 제3항에 있어서, 상기 제1 부분은 화학 방사선의 다수의 방사선들에 대한 반응성 혼합물의 노출을 통해 형성되고, 화학 방사선의 각각의 방사선은 공급원으로부터 발생되며, 각각의 방사선은 미리결정된 기간 동안 상기 가교결합 가능한 물질의 미리결정된 부분을 향해 반사되는, 안과용 렌즈.
- 제8항에 있어서, 미리결정된 기간 동안 상기 가교결합 가능한 물질의 미리결정된 부분을 향해 반사되는 화학 방사선의 각각의 방사선은 미리결정된 파장을 포함하는, 안과용 렌즈.
- 제9항에 있어서, 상기 제2 부분은 다수의 지점들로부터 발생되는 화학 방사선의 다수의 방사선들에 대한 반응성 혼합물의 노출을 통해 형성되는, 안과용 렌즈.
- 제8항에 있어서, 상기 중합된 가교결합 가능한 물질의 복셀들에 의해 형성되는 하나 이상의 함몰 영역들을 추가로 포함하는, 안과용 렌즈.
- 제8항에 있어서, 상기 중합된 가교결합 가능한 물질의 복셀들에 의해 형성되는 하나 이상의 융기 영역(elevated area)들을 추가로 포함하는, 안과용 렌즈.
- 제11항에 있어서, 상기 겔 점을 넘어서 중합되는 상기 가교결합 가능한 물질의 층상 체적부는 상기 중합된 가교결합 가능한 물질의 복셀들에 의해 형성되는 상기 함몰 영역들에 일치하는, 안과용 렌즈.
- 제11항에 있어서, 상기 겔 점을 넘어서 중합되는 상기 가교결합 가능한 물질의 층상 체적부는 상기 중합된 가교결합 가능한 물질의 복셀들에 의해 형성되는 상기 함몰 영역들에 불일치하는, 안과용 렌즈.
- 제1항에 있어서, 각각의 복셀은 제1 단부 및 제2 단부를 포함하며, 상기 겔 점을 넘어서 중합되는 가교결합 가능한 물질의 층상 체적부를 포함하는 상기 제2 부분은 각각의 제2 단부를 본질적으로 덮는, 안과용 렌즈.
- 제6항에 있어서, 상기 제1 부분은 기재(substrate)의 표면을 따라 형성되는 불연속(non-contiguous) 패턴을 포함하는, 안과용 렌즈.
- 제6항에 있어서, 상기 렌즈의 주변부(perimeter)는 비-원형 형상을 본질적으로 포함하는, 안과용 렌즈.
- 제6항에 있어서, 상기 렌즈의 주변부는 타원형 형상을 본질적으로 포함하는, 안과용 렌즈.
- 제6항에 있어서, 상기 렌즈는 원환체 형상을 포함하는, 안과용 렌즈.
- 안과용 렌즈로서,
광학 품질 광학 구역(optic zone)을 포함하는 제1 표면; 및
화학 방사선의 각자의 벡터(vector)들에 의해 개별적으로 중합되는 하나 이상의 인접한 복셀들을 포함하는 아티팩트(artifact)를 포함하는 제2 표면
을 포함하는, 안과용 렌즈. - 제20항에 있어서, 상기 아티팩트는 화학 방사선의 다수의 벡터들에 의해 중합되는 반응성 물질의 벡터 합을 포함하는, 안과용 렌즈.
- 제20항에 있어서, 상기 렌즈의 주변부는 비-구형(non-spherical) 형상을 포함하는, 안과용 렌즈.
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