KR20140068119A - 안과용 렌즈 형성 광학체 - Google Patents

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Abstract

적어도 하나의 자유 형성되는 안과용 렌즈의 제조에 이용되는 형성 광학체는, 렌즈 형성 재료를 포함하는 저장소의 공동 내에 위치설정될 수 있는 광학 품질 형성 물질을 포함하는 제2 아치형 표면(101A) 및 형성 광학체로 들어가는 화학 방사선에 대하여 투과성이 있는 제1 평면 표면; 및 하나 이상의 화학 방사선 공급원에 대하여 광학 품질 형성 표면의 하나 이상의 점을 정렬하는데 이용되는 정렬 특징부를 포함한다.

Description

안과용 렌즈 형성 광학체{OPHTHALMIC LENS FORMING OPTIC}
관련 출원과의 상호 참조
본 출원은 본 명세서에 참조로서 편입되고 의존되는 2011년 8월 31일자로 출원되고 "안과용 렌즈 형성 광학체(OPHTHALMIC LENS FORMING OPTIC)"라는 명칭의 미국 가특허 출원 일련 번호 제61/529,605호, 제61/529,617호 및 제61/529,623호의 우선권을 주장한다. 또한, 본 출원은 본 명세서에 참조로서 편입되고 의존되는 2012년 8월 30일자로 출원되고 "안과용 렌즈 형성 광학체(OPHTHALMIC LENS FORMING OPTIC)"라는 명칭의 미국 가특허 출원 일련 번호 제13/599841호 및 제13/599893호의 우선권을 주장한다.
사용분야
본 발명은 자유 형성(Free Form) 방식으로, 더욱 상세하게는, 자신의 형상, 조성물, 및 장착과 정밀한 조절 방법으로 맞춤형 안과용 렌즈의 제조에 이용되는 형성 광학체를 설명한다.
단량체 물질이 2개 이상의 대향하는 금형 부분품들의 광학 표면들 사이에 형성된 공동(cavity) 내에 침착되는 성형(molding) 기술을 통해 안과용 렌즈를 제조하는 것이 알려져 있다. 하이드로겔을 안과용 렌즈와 같은 유용한 물품으로 제조하기 위해 사용되는 멀티-부분품 금형은 예를 들어 안과용 렌즈의 후방 곡면에 대응하는 볼록부를 갖는 제1 금형 부분품 및 안과용 렌즈의 전방 곡면에 대응하는 오목부를 갖는 제2 금형 부분품을 포함할 수 있다.
그러한 금형 부분품들을 사용하여 렌즈를 제조하기 위해, 비경화 하이드로겔 렌즈 제형이 플라스틱의 일회용 전방 곡면 금형 부분품과 플라스틱의 일회용 후방 곡면 금형 부분품 사이에 배치되어 중합된다. 그러나, 그로부터 유래되는 안과용 렌즈의 설계는 이용되는 금형의 설계로 제한된다. 전술한 내용의 결과로서, 공정은 렌즈 크기 및 형상의 제한된 수의 다량의 진행에 적합하고, 각 크기 및 형상은 SKU 수와 관련된다.
따라서, 예를 들어 특정한 환자 또는 목적 중 하나 또는 둘 모두에 맞춤형으로 제조되는 렌즈와 같은 안과용 렌즈 금형(mold)에 종속되지 않는 형상으로 제조될 수 있는 중합된 안과용 렌즈의 형성에 도움이 되는 추가의 장치 및 방법을 갖는 것이 바람직하다.
본 발명은 자유 형성 방식으로 안과용 렌즈의 제조를 위한 형성 광학체에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 형성 광학체는 자유 형성 방식으로 맞춤형 안과용 렌즈의 제조에 이용되는 광학 품질 표면을 갖는 맨드릴(mandrel)을 포함하는 어셈블리를 포함할 수 있다. 본 발명에 따라서, 맨드릴의 형성 광학 품질 표면은 형성 광학 품질 표면의 만곡부의 하나 이상의 반경/형상을 포함할 수 있다. 상기 형성 광학 품질 표면의 각각의 반경은 선택된 만곡부의 반경 및/또는 형상을 위한 맨드릴의 경사각(steep angle)에 대응할 수 있다.
홈, 톱니 모양(indentation), 정렬 핀 또는 기타 기계적 또는 전자 기계적 장치 또는 접착제와 같은 위치설정 아티팩트(artifact)는 광학 형성 광학체 주위에 포함될 수 있다. 예를 들어, 일부 형성 광학체 어셈블리에서, 맨드릴은 상기 맨드릴의 외측 부분의 둘레 주위에 하나 이상의 위치설정 아티팩트를 포함할 수 있다. 상기 위치설정 아티팩트는 화학 방사선(actinic radiation)의 공급원에 대하여 형성 광학 맨드릴(forming optic mandrel)의 장착 및 정밀한 조절에 사용될 수 있다.
다른 양태에서, 형성 광학체의 조성물이 또한 교시된다. 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 개시된 예시적인 조성물의 특성이 자유 형성 방식으로 안과용 렌즈의 제조에 유용할 수 있으므로 이를 높이 평가할 것이다. 예를 들어, 특성은 실란 단층과 같은 단층의 접합을 제공할 수 있으며, 이는 맞춤형 렌즈의 제조에 유용한 렌즈 전구체의 자유 형성(Free Form) 형성을 가능하게 하도록 더욱 허용가능한 표면 에너지 특성 및 투과성 특성을 제공하는데 유용할 수 있다.
<도 1a>
도 1a는 안과용 렌즈의 자유 형성 제조 시에 구현될 수 있는 만곡부의 각도를 갖는 예시적인 형성 광학 맨드릴을 도시한다.
<도 1b>
도 1b는 안과용 렌즈의 자유 형성 제조 시에 구현될 수 있는 만곡부의 경사각을 갖는 다른 예시적인 형성 광학 맨드릴을 도시한다.
<도 1c>
도 1c는 안과용 렌즈의 자유 형성 제조 시에 구현될 수 있는 표면 특징부를 갖는 예시적인 형성 광학 맨드릴을 도시한다.
<도 1d>
도 1d는 안과용 렌즈의 자유 형성 제조 시에 구현될 수 있는 오목 표면을 갖는 다른 예시적인 형성 광학 맨드릴을 도시한다.
<도 2>
도 2는 안과용 렌즈의 자유 형성 제조 시에 구현될 수 있는 형성 광학체에 대한 특성의 표이다.
<도 3>
도 3은 안과용 렌즈의 자유 형성 제조 시에 구현될 수 있는 주파수에서 상기 맨드릴을 위한 예시적인 조성물의 투과율을 도시하는 차트이다.
<도 4a>
도 4a는 안과용 렌즈의 자유 형성 제조 시에 구현될 수 있는 형성 광학 맨드릴 및 장착 플레이트를 포함하는 예시적인 형성 광학체 어셈블리의 측단면도를 도시한다.
<도 4b>
도 4b는 안과용 렌즈의 자유 형성 제조 시에 구현될 수 있는 형성 광학 맨드릴 및 장착 플레이트를 포함하는 다른 예시적인 형성 광학체 어셈블리의 측단면도를 도시한다.
<도 5>
도 5는 본 발명에 유용할 수 있는 예시적인 장착/조절 메커니즘을 갖는 도 4a에 도시된 예시적인 형성 광학체의 상부도를 도시한다.
<도 6>
도 6은 형성 광학 품질 표면의 전처리로부터 초래되는 에지 특성을 갖는 자유 형성되는 안과용 렌즈를 갖는 예시적인 형성 광학 품질 표면을 도시한다.
<도 7>
도 7은 미처리된 광학 품질 표면으로부터 초래되는 에지 특성을 갖는 자유 형성되는 안과용 렌즈를 갖는 다른 예시적인 형성 광학 품질 표면을 도시한다.
<도 8>
도 8은 본 발명에 유용할 수 있는 기계적 정렬 수단을 포함하는 또 다른 예시적인 형성 광학체의 등각도를 도시한다.
<도 9>
도 9는 형성 광학체의 적어도 광학 품질 형성 표면 부분을 세정하고 전처리하도록 구현될 수 있는 예시적인 방법 단계들을 도시한다.
본 발명은 자유 형성 방식으로 안과용 렌즈를 제조하는 데 이용되는 장치 및 방법을 제공한다. 예를 들어, 본 발명의 동일한 출원인에 의해 출원된 "안과용 렌즈 전구체 및 렌즈(Ophthalmic Lens Precursor and Lens)"라는 명칭의 미국 특허 출원 번호 제12/396019호에 기재된 바와 같이 맞춤형 자유 형성되는 안과용 렌즈의 제조 시에 구현될 수 있다. 하기 섹션에서, 본 발명의 실시예 및 방법의 상세한 설명이 주어질 것이다. 바람직한 실시예 및 대안적인 실시예 둘 모두의 설명은 단지 예시적인 실시예이지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게는 변형, 수정 및 변경이 명백할 수 있을 것으로 이해된다. 따라서 예시적인 실시예는 특허청구범위에 의해 한정되는 바와 같은 근본적인 본 발명의 양태의 넓은 범위를 제한하지 않는다는 것이 이해되어야 한다.
용어 해설
본 명세서에 사용되는 바와 같이 "화학 방사선(Actinic Radiation)"은 화학 반응을 개시시킬 수 있는 방사선을 지칭한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "시준하다"라는 것은 입력으로서 방사선을 수용하는 장치로부터 출력으로서 진행하는 광과 같은 방사선의 원추각을 제한하는 것을 의미하고, 원추각은 진행하는 광선이 평행하도록 제한될 수 있다. 따라서, "시준기(collimator)"는 이러한 기능을 수행하는 장치를 포함하고 "시준된"은 방사선에 대한 효과를 말한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같은 "맞춤형 제품"은 통상 또는 표준 제품 외에서 이용할 수 있는 하나 이상의 파라미터 및/또는 설정을 포함하는 제품을 지칭한다. 맞춤형 제품 파라미터들은 표준 제품보다 더욱 정밀한 목표 구면 굴절력(sphere power), 원주 굴절력(cylinder power), 및 원주 축(cylinder axis)(예를 들어, -3.125D/-0.47D x 18°)을 가능하게 할 수 있다. 맞춤형 설정은 또한 특정 제품 제공 및 제품의 의도된 사용에 기초한 기본 곡면(base curve), 직경, 안정화 프로파일 및 두께 프로파일에 관련될 수 있다.
본 명세서에서 지칭되는 바와 같이 "팽창 계수"는, 렌즈 전구체가 상기 맞춤형 안과용 렌즈의 수화(hydration) 및 안정화 후에 크기가 변할 수 있는 비율이다.
본 명세서에서 지칭하는 바와 같은 "피팅 업무(Fitting Practices)"는 안과 의사 및 검안사를 포함하는 눈 관리 의사들에 의해 수행되는 통상적인 최상의 안과용 렌즈 피팅 업무를 지칭한다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같은 "자유 형성(Free-Form)" 및 "자유 형성되는(Free-Formed)"은, 유동성 매체층을 갖거나 또는 갖지 않는 화학 방사선에 대한 노출을 통한 반응성 혼합물의 가교결합에 의해 형성되며 캐스트 금형, 래싱(lathe) 또는 레이저 어블레이션(laser ablation)에 따라 형성되지 않는 표면을 지칭한다. 예시적인 자유 형성 제조 방법 및 장치의 상세한 설명은 본 발명의 동일한 출원인의 미국 특허 출원 일련 번호 제12/194,981호 및 미국 특허 출원 일련 번호 제12/195,132호에 개시되어 있다.
본 명세서에서 지칭하는 바와 같이 "그레이 스케일 포토마스크(Grayscale Photomask)"는 공간적으로 가변적인 중성 밀도 필터이다. 예를 들어, 부분적으로 쉐이드된 은도금(shaded silvered) 영역을 가질 수 있는 포토리소그래피 필름일 수 있다.
본 명세서에서 지칭하는 바와 같은 "인간 눈 생리학"은, 광학 렌즈가 최적의 피팅을 위하여 생성되고/맞춤형이 될 수 있는 환자의 눈의 전방 부분("전방(anterior chamber)")의 고유 형태를 포함한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "렌즈 전구체"는 렌즈 전구체 폼(Lens Precursor Form) 및 렌즈 전구체 폼과 접촉하는 유동성 렌즈 반응성 혼합물(또한 "유동성 렌즈 반응성 매체"로서 지칭함)로 이루어진 복합 물체를 의미한다. 예를 들어, 유동성 렌즈 반응성 매체는 소정 체적의 반응성 혼합물 내에서 렌즈 전구체 폼을 제조하는 중에 형성될 수 있다. 렌즈 전구체 폼을 제조하기 위해 사용된 반응성 혼합물의 소정 체적으로부터 렌즈 전구체 폼 및 접착된 유동성 렌즈 반응성 매체를 분리하는 것이 렌즈 전구체를 형성할 수 있다. 또한, 렌즈 전구체는, 상당한 양의 유동성 렌즈 반응성 혼합물의 제거 또는 상당한 양의 유동성 렌즈 반응 매체의 비유동성 혼입 물질로의 변환에 의해 상이한 실재물(entity)로 변환될 수 있고, 후자는 미수화(Unhydrated) 안과용 렌즈로서 알려져 있다. 치수적으로, 비유동성 매체로 유동성 매체를 변환하는 화학 방사선 직전의 렌즈 전구체는 미수화 안과용 렌즈와 같다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같은 "렌즈"는 눈 안에 또는 눈 위에 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. 바람직하게는, 본 발명의 렌즈는 소프트 콘택트 렌즈이고, 실리콘 하이드로겔 및 플루오로하이드로겔을 포함하지만 이에 제한되지 않는 하이드로겔 또는 실리콘 탄성중합체로 제조된다.
본 명세서에 지칭하는 바와 같은 "단층"은 광학 표면에 대한 접합의 방식에 의해 융합된 원자 또는 분자의 코팅부이고, 코팅부는 사용되는 기재의 하나의 분자층의 두께를 갖는다.
본 명세서에서 사용되는 바와 같은 "피라나 용액"은 기재의 잔유물을 세정하는 데 이용되는 혼합물이다. 상기 혼합물은 강한 산화제로서 작용할 수 있고 유기 물질을 제거하고 대부분의 표면을 수산화(hydroxylate)하여 친수성으로 만들고, 물과의 접촉각을 낮춘다. 예를 들어, 3부 황산 및 1부 과산화수소를 포함하는 혼합물이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "전처리"는, 특정화된 방식 또는 방법으로 특정 결과를 제공하도록 일부 용매 또는 작용에 형성 광학체 표면을 노출시키는 것이다.
본 명세서에 사용되는 바와 같은 "반응성 혼합물"은 "렌즈 형성 혼합물"과 상호교환가능하게 사용될 수 있고, 렌즈 형성 단량체를 포함할 수 있고, 이는 경화되고/되거나 가교결합되어 안과용 렌즈 또는 안과용 렌즈의 일부를 형성할 수 있는 단량체 또는 예비중합체(prepolymer) 물질을 지칭한다. 렌즈 형성 혼합물은, 하나 이상의 첨가제 예를 들어, UV 차단제, 틴트(tint), 광개시제 또는 촉매, 및 콘택트 렌즈 또는 안내 렌즈와 같은 안과용 렌즈에서 요구될 수 있는 다른 첨가제를 포함할 수 있다.
최적의 안과용 렌즈 광학체 설계로부터 역행하는 작업은 형성 광학체의 특정 형상/크기의 결정을 가능하게 할 수 있다. 인간 눈 생리학, 눈 관리 의사들의 통상적인 피팅 업무, 각막 토포그래피(corneal topography) 측정 및 물질 팽창 계수를 포함하는 인자들은, 자유 형성되는 안과용 렌즈를 설계하는 데 이용될 수 있다. 안과용 렌즈의 기본 곡면 반경은 전안방(anterior chamber of the eye)의 중앙 광학 반경으로서 알려진 중앙 후방 광학 부분의 곡률반경일 수 있다.
인간 눈 생리학은, 렌즈의 곡률반경을 결정하고 렌즈의 후방 만곡부가 단일커브(monocurve), 이중커브(bicurve) 또는 비구면일 수 있지를 결정할 수 있다. 일반적으로, 정상적인 눈의 정점 곡률반경은 약 7.2 내지 8.7mm일 수 있다. 그러나, 원추각막 환자들에서, 개별 각막들은, "니플(nipple)", "타원형" 및 "구형"으로서 분류되어 온 넓은 범위의 토포그래피컬 형상을 취할 수 있다. 이들 분류는 그들의 눈의 형상 및 정점 곡률반경에 기인하고, 이는 현저하게 훨씬 더 가파른 기본 곡면 및 다양한 형상을 야기한다. 예를 들어, 니플 형상에서, 기본 곡면 반경은 5.0mm만큼 낮을 수 있고, 각각의 형상 변동 및 훨씬 더 가파른 기본 곡면을 갖는 렌즈를 필요로 할 수 있다. 그 결과로서, 따라서 눈이 정상 기능 및 결함 시력 보정의 수행을 계속하게 하기 위하여 눈에 정합하도록 렌즈의 형상 및 곡률반경이 설계되는 것이 중요하다. 예를 들어, 일부 환자에 대하여, 각막이 비구면이고 중앙으로부터 주변부까지 편평함이 있으면, 주변 림바(limbar) 또는 공막(sclera)과 렌즈를 정렬하도록 의도되는 단일커브 렌즈는 주변부에서 너무 가파르게 될 수 있고, 산소 교환 및 잔여물 제거에 중요한 누액 교환이 발생하는 것을 허용하지 않을 것이다.
눈을 측정한 후에, 또한 안과용 렌즈를 설계할 때 눈 관리 의사들의 통상적인 피팅 업무를 따르는 것이 중요할 수 있다. 일반적으로, 소프트 콘택트 렌즈에 대하여, 바람직하게는 렌즈의 기본 곡면 반경이 전방 각막 표면보다 약 0.8mm 더 편평하게 된다. 이는 렌즈가 기본 곡면에서 최외각 곡면까지의 더 편평하게 걸치게 할 수 있는 더 큰 직경의 렌즈를 제공하고, 이는 원하는 바와 같을 수 있다.
일부 자유 형성 제조 방법은, 미수화 안과용 렌즈로 처리될 수 있고 수화(hydration) 및 평형화(equilibration) 후에 팽창될 수 있는 렌즈 전구체를 형성하는 단계를 포함한다. 자유 형성되는 렌즈 전구체의 크기를 넘는 수화되고 평형화된 안과용 렌즈의 팽창은 팽창 계수에 비례한다. 팽창 계수는, 렌즈를 중합하는 데 이용되는 환경 및 공정, 및 단량체의 고유 특성에 따라 변동될 수 있다. 그 결과, 형성 광학체의 크기는 팽창 계수를 알면 제한되지 않을 수 있다.
본 발명에 대하여, 자유 형성 제조 방법에서, 형성 광학체의 형상은 일반적으로 제조되는 물품의 원하는 형상에 기초하여 제1 광학 품질 표면을 포함할 수 있다. 형성 광학체가 화학 방사선을 위한 투사 경로의 일부인 경우, 대표적인 복셀 바이 복셀(voxel by voxel) 이미지가 안과용 렌즈의 형성 평면에 존재하는 것이 필요할 수 있다. 따라서, 바람직하게는, 형성 광학체는 도 1a에 도시된 바와 같이 평면-볼록(plano-convex) 형성 광학 맨드릴일 수 있다. 이 대신에, 자유 형성(Free Form) 형성 장치에서 투사 광학체의 설계에 따라, 볼록-볼록, 평면-오목, 오목-볼록, 또는 1) 렌즈가 후방 곡면으로부터 전방 곡면으로 형성되면, 형성 광학 맨드릴 표면이 볼록 형상을 갖거나, 또는 2) 렌즈가 전방 곡면으로부터 후방 곡면으로 형성되면, 형성 광학 맨드릴 표면이 오목 형상을 갖는 한 임의의 결합일 수 있다.
이제 도 1a를 참조하면, 측면도는 7.4mm 내지 8.0mm의 곡률반경을 갖는 볼록 광학 품질 표면을 갖는 예시적인 형성 광학 맨드릴을 포함하는 형성 광학체가 도시된다. 광학 품질 표면 설계의 반경은 자유 형성되는 광학 렌즈의 형성에 유용할 수 있다. 101A로, 형성 광학 품질 표면이 도시된다. 상기 표면은 도시된 설계에 대하여 7.4mm 내지 8.0mm의 상이한 반경을 가질 수 있다. 곡률반경을 변경함으로써, 형성된 렌즈의 후방 곡면 부분의 반경이 변경될 수 있다. 렌즈의 후방 곡면 부분에서의 변경은, 사용된 렌즈 재료 제형에 종속적일 수 있는 팽창 계수 X 및 형성 광학 품질 표면에 이용되는 곡률반경의 측정에 의해 결정되는 일정한 비례 변경일 수 있다. 팽창 계수는 사용된 방법에서 충분히 일정한 한 제한되지 않는다. 예를 들어, 통상적으로 알려진 렌즈 재료 에타필콘 A(Etafilcon-A)가 사용되는 경우, 팽창 계수, X는 안과용 가공된 렌즈의 형성 공정을 통해 일정하게 발생하는 약 1.11 (1.09 내지 1.12)이다.
102A로, 형성 표면의 상부로부터 광학 맨드릴의 하부까지의 거리가 도시된다. 렌즈 제조 장치를 위한 거리(동시에 출원된 출원에 기술됨)는 12.7mm +/-0.01일 수 있고, 이는, 저장소의 표면이 형성 광학체 및 반응성 혼합물의 중합을 간섭하지 않도록 충분한 여유를 제공할 수 있다. 103A로, 광학체 표면의 기부로부터 맨드릴의 낮은 측면의 원주 둘레의 홈의 중간까지의 거리가 도시된다. 바람직한 거리는 1.88mm이다. 이 거리는 본 명세서의 다른 부분에서 더 설명되는 바와 같이 장착 플레이트의 형성 광학 맨드릴의 정밀한 위치설정 및 조절을 가능하게 할 수 있다. 104A로, 측면 홈의 곡률반경이 도시된다. 사용된 바람직한 반경은 1.5mm이다. 상기 바람직한 반경은 또한 본 명세서의 다른 부분에서 설명하는 바와 같이 피팅되고 기능하도록 고정된 점(point)에서 금속 피팅을 가능하게 함으로써 광학체 표면의 정밀한 위치설정 및 조절을 가능하게 할 수 있다. 또한, 측면 홈 수평 부분은 105A로 도시된 바와 같이 14.00mm +0.10/-.00 길이를 갖는 것이 바람직하다.
106A로, 중간 부분이 도시된다. 상기 중간 부분은 형성 광학 품질 표면에 대한 선형 광로 연결부를 포함할 수 있다. 상기 연결부는 형성 광학 품질 표면의 곡률반경에 대응하는 90°의 경사각(106A.1)을 제공할 수 있다. 이러한 특정 범위 내의 곡률반경에 대하여, 광학 맨드릴의 측 부분의 90°의 경사각은 화학 방사선의 적절한 투과를 가능하게 할 수 있다. 마지막으로, 107A로, 본 발명을 구현하는 데 유용할 수 있는 맨드릴의 직경이 도시된다. 상기 직경은 광학체 어셈블리의 다른 부분품에 위치설정을 가능하게 하도록 예를 들어 14.6mm이다.
이제 도 1b를 참조하면, 6.6mm 내지 7.2mm의 곡률반경의 형성 광학 품질 표면을 갖는 형성 광학 맨드릴의 설계의 측면도가 도시된다. 도 1b에 도시된 형성 광학 품질 표면 설계의 예시적인 반경이 예를 들어 가파른 각막 전이를 갖는 환자용 자유 형성되는 안과용 렌즈의 형성에 이용될 수 있다. 101B로, 형성 광학체 표면이 도시된다. 상기 표면은 도시된 설계를 위하여 6.6mm 내지 7.2mm의 상이한 반경을 가질 수 있다. 곡률반경을 변경함으로써, 형성 표면에 대한 더 큰 곡률반경으로 평행하므로, 형성된 렌즈의 후방 곡면 부분의 반경은 비례적으로 변경될 수 있다.
102B로, 형성 표면의 상부로부터 광학 맨드릴의 하부까지의 거리가 도시된다. 렌즈 제조 장치를 위한 거리(본 명세서에 참조된 출원에 기술됨)는 12.7mm +/-0.01일 수 있고, 다시 이는 사용된 저장소의 표면이 반응성 혼합물의 자유 형성 중합과 간섭되지 않도록 여유를 제공한다. 도 103B로, 광학체 표면의 기부로부터 맨드릴의 낮은 측면의 원주 둘레의 홈의 중간까지의 거리가 도시된다. 그 거리는 1.88mm일 수 있고, 이 거리는 본 발명의 다른 부분에서 형성 광학 맨드릴의 정밀한 위치설정 및 조절을 가능하게 할 수 있다. 도 104B로, 측면 홈의 곡률반경이 도시된다. 사용된 반경은 1.5mm 일 수 있다. 상기 반경은 또한 예를 들어 본 명세서에 설명한 바와 같이 피팅되고 기능하도록 고정된 점에서 금속 피팅을 가능하게 함으로써 광학 표면의 정밀한 위치설정 및 조절을 가능하게 한다. 또한, 측면 홈 수평 부분은 105B로 도시된 바와 같이 14.00mm +0.10/-.00 길이를 갖는 것이 바람직하다.
106B으로 중간 부분이 도시된다. 상기 중간 부분은 경사각(106B.2) 또는 선형 연결부를 갖는 반경(Y)을 가진 아치형 표면을 포함할 수 있지만, 106B.1 및 106B.2의 경사각은 서로 종속적일 수 있다. 둘 중 하나는 사용되는 곡률반경을 갖는 형성 표면(101B)이 부응하여 통과하는 화학 방사선에 대한 깨끗한 광학 개구를 제공하는 한 이용될 수 있다. 이용되는 변수들은, Y와 Z 사이에 접점을 제공하기 위하여 형성 광학 품질 표면의 곡률 각도에 비례할 수 있고, 이는 원하는 렌즈를 형성하고 용이하게 제조하는 데 바람직한 방식으로 화학 방사선의 투과가 맨드릴을 통과할 수 있는 것을 보장한다. 예를 들어, Y와 Z 사이의 접점을 제공하기 위하여, 6.60 mm의 반경을 갖는 경사각을 갖는 형성 표면은 12.7mm의 반경으로부터 생성된 각도를 갖는 중간 부분을 가질 수 있으며, 이때 둘레의 중심점은 맨드릴의 기저의 측으로부터 11.71mm 이고 높이는 9.45mm이다. 다른 실시예의 예에서, 7.0mm의 반경을 갖는 경사각을 갖는 형성 표면은 12.7mm의 반경으로부터 생성된 각도를 갖는 중간 부분을 가질 수 있고, 이때 둘레의 중심점은 맨드릴의 기저의 측으로부터 12.12mm이고 높이는 9.02mm이다. 마지막으로, 107B로, 본 발명에 유용할 수 있는 맨드릴의 직경이 도시된다. 상기 직경은 또한 본 발명의 다른 부분에서 설명하는 바와 같이 위치설정 및 조절을 가능하게 하도록 14.6mm이다.
추가의 안과용 렌즈 특징부는 형성 광학체에서 다른 형상 또는 특징을 이용하여 달성될 수 있다. 예를 들어, 광학 품질 표면은 렌즈 에지가 환자의 눈과 상호작용하는 방식으로 간주될 수 있는 렌즈 에지 형상 기하학적 특징부를 가질 수 있다. 예를 들어, 더욱 편안한 렌즈 또는 기능적 측면을 제공하기 위하여 렌즈의 에지 최근방에서 후방 곡면 반경 또는 프로파일을 변경하는 것이 일부 인간 눈 생리학에 바람직할 것이다. 이를 달성하기 위하여, 반작용 형상은 형성 광학체의 광학 품질 표면에 이용될 수 있다. 또한, 형상 특징부는 렌즈가 원형이 아닌 경우에 특정한 주변부에서 또는 맞춤형 윤곽으로 형성될 수 있어, 특징부는 렌즈의 상이한 반경/부분으로 변경된다. 그 결과, 렌즈의 에지 근처에서 반경은 원하는 가공된 렌즈 효과에 따라 편평해지거나 가파르게 될 수 있다.
도 1c를 참조하면, 다른 자유 형성되는 안과용 렌즈를 형성할 수 있는 형성 표면 특징부를 갖는 예시적인 형성 광학체의 설계의 측면도가 도시되어 있다. 101C에서, 형성 광학체의 기본 곡면은 렌즈의 에지의 만곡된 형상을 유도하기 위하여 주변부 둘레에 형상 특징부를 제공할 수 있다. (도면에서 특징부는 명백하게 도시하기 위하여 과장되어 있다.) 도 101C.1 및 102C.2로, 접촉각이 렌즈 전구체의 유동성 매체 및 형성 광학 표면 사이에 도시된다. 접촉각은 이용된 반응성 혼합물의 재료 및 형성 광학체의 광학 품질 형성 표면 특성에 따라 변경된다. 이러한 경우에, 반응성 혼합물은 미반응되고 부분적으로 반응된 렌즈 형성 혼합물의 혼합물일 수 있다. 생산된 안과용 렌즈 및 렌즈 에지 프로파일의 형상은 접촉각에 기인하여 영향을 받을 수 있는데, 그 이유는 접촉각이 표면 상에 존재하는 렌즈 전구체의 유동성 매체의 최소 에너지 상태를 위한 경계 조건으로서 작용할 수 있기 때문이다. 맨드릴의 광학 품질 형성 표면의 전처리는 유동성 매체의 처짐(drooping) 또는 크리핑(creeping)을 방지하는 데 바람직할 수 있고, 따라서 원하지 않는 렌즈 에지 프로파일 형상이 초래될 수 있다.
또한, 표면 특징부의 기하학적 구조는 생성된 자유 형성되는 안과용 렌즈에 대한 부가적인 이점을 제공하는 것이 바람직하므로 공간적으로 변화될 수 있다. 예를 들어, 102C.1에서, 렌즈의 형성된 에지에서 편평해진 형상은 변화로부터 초래될 수 있다. 이는 렌즈의 에지가 눈 위에 놓이지 않는 렌즈에서 초래되고, 과도하게 민감할 수 있는 일부 환자들에게 바람직하지 않을 수 있으므로, 이들 환자에게 개선된 편안함을 제공한다. 103C로, 화학 방사선의 공급원이 도시되어 있다. 예를 들어, 사용된 공급원은 DMD 장치일 수 있고, 상기 DMD 장치는 렌즈를 제조하는 프로그래밍된 파장에서 화학 방사선의 벡터를 생성할 수 있다. 또한, 형상에서 추가적인 차이는 또한 눈의 각막 및 공막 영역의 독특한 형상을 수용하기 위하여 원추각막 환자를 위하여 다구역성인 맞춤형 안과용 렌즈를 제공할 수 있다.
맞춤형 안과용 렌즈는 그 전방 곡면 측면으로부터 형성될 수 있다. 도 1d를 참조하면, 본 발명에 유용할 수 있는 오목 형성 광학 맨드릴 표면이 도시된다. 이러한 형상은 전방 곡면 측면으로부터 맞춤형 안과용 렌즈의 형성을 가능하게 할 수 있다. 또한, 일부 방법에서, 과잉된 액체 중합체의 제거가 바람직할 수 있다. 그러나, 이러한 형성 광학체 설계 형상을 이용하는 단계는 형성 광학체가 저장소로서 작용하게 할 수 있다. 101D로, 오목 형성 광학 품질 형성 표면이 도시되어 있다. 102D로 도시된 바와 같이, 상기 광학 품질 형성 표면은 또한 원하는 바와 같이 독특한 눈 형상 및 상태를 수용하기 위하여 형상 특징부를 포함할 수 있다.
일정한 광원은 참조된 출원에 도시된 바람직한 DMD 복셀 바이 복셀 방법과는 대조적으로 화학 방사선의 공급원으로서 이용될 수 있다. 일정한 화학 방사선 공급원이 이용되는 다른 방법에서, 그레이 스케일 포토마스크가 또한 형성 광학체에 통합될 수 있다. 예를 들어, 맨드릴에서 그레이 스케일 포토마스크의 부분적 은도금 영역은 렌즈에서 더 얇은 영역을 초래할 수 있는 렌즈의 더 두꺼운 영역 대 더 어두운 영역을 생성할 수 있고, 명암에 기인한 더 밀집된 부분으로부터 더 느린 경화를 제공한다.
안과용 렌즈, 특히 맞춤형 렌즈의 형성을 위한 광학체 표면 맨드릴 조성물은 유리, 석영, 루비 및 사파이어로 제조될 수 있거나, 다양한 열가소성의 중합체로 제조될 수 있다. 일반적으로, 유리 및 석영 표면은 비용 효율적이고, 내화학성이고, 더 내구성이 있을 수 있고, 더 높은 투명성 및 더 높은 치수 안정성을 제공한다. 또한, 사용된 조성물이 화학 방사선의 투과를 허용하고 이용된 렌즈 형성 혼합물과 화학적 상호작용에 영향을 받지 않는 것이 중요하다.
붕규산염 유리는 형성 광학체에 이용될 수 있다. 붕규산염 유리는 실험실용 유리 용기에 널리 이용되고, 대량 생산되거나 맞춤 제작될 수 있다. 또한, 광학 등급(optical grade), 예를 들어 붕규산염 유리의 ("N-BK7")로 이용가능하다. N-BK7 붕산규산염 유리는 저 팽창 계수 및 고 연화점을 갖는 열 특성을 가질 수 있다. 또한, 물, 산, 염 용액, 유기 용매, 할로겐, 및 사람들이 안과용 렌즈의 생산 시에 사용하는 것을 원하는 기타 첨가물로부터의 공격에 대한 높은 레벨의 저항성이 제공된다. 또한, 알칼리 용액에 대한 저항성은 적절하고, 그 조성물 특성은 상기 맞춤형 렌즈의 제조를 위해 원하는 바와 같이 화학 방사선이 통과하도록 투과 특성을 포함할 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 붕규산염 유리의 ("N-BK7") 특성을 갖는 표이다. 201에서, N-BK7 유리의 광학 특성이 주어져 있다. 상기 맞춤형 렌즈의 형성동안 내내 이용되는 파장은 전형적으로 λ365 및 λ420일 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, N-BK7는 이러한 주파수들에서 화학 방사선의 90% 초과가 투과될 수 있게 한다. 이러한 파장들에서 화학 방사선의 적어도 30%의 투과를 허용하는 재료는 화학 방사선의 양이 비례적으로 증가될 수 있는 바와 같이 이용될 수 있다. 그러나, N-BK7에 의해 제공되는 바와 같이, 투과는 제조 반복성을 시간에 걸쳐 변경되지 않는 것이 중요하다.
도 2를 다시 참조하면, 중요할 수 있는 다른 광학 특성은 굴절률이다. 굴절률 nd 1.458 (석영의 nd) 내지 1.77 (사파이어의 nd)은 형성 광학체에 허용가능할 수 있다. N-BK7의 굴절률은 nd 1.5168이고, 따라서 허용가능할 수 있다. 또한, 형성 공정이 파장에 민감하므로, 다음에 낮은 색수차 분산을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 사용된 반응성 혼합물의 굴절률이 형성 공정 동안 이미지의 왜곡을 방지하기 위하여 맨드릴의 조성물 중 하나에 근접하게 되는 것이 또한 바람직할 수 있다.
아베수(Abbe number)는 또한 201에 도시되어 있다. 아베수는 또한 투명 물질의 수렴율(constringence) 또는 V-수(number)로 알려져 있으며, 굴절률에 관하여 재료의 분산(파장에 따른 굴절률의 변동)의 측정이다. 저분산(낮은 색수차(low chromatic aberration)) 물질은 높은 V의 값을 갖는다. 낮은 색수차 물질이 사용되는 것이 중요할 수 있다. 바람직하게는, 형성 광학 맨드릴의 조성물의 아베수는 63.96 (N-BK7) 내지 106.18 (MgF2)일 수 있다. N-BK7에서, 아베수 또는 vd는 64.17과 같다.
202에서, N-BK7은 기계적 특성이 주어져 있다. 사용된 조성물의 밀도 및 경도는 중요할 수 있다. 밀도는 맨드릴이 얼마나 투과성이 있는지를 제공하고, 렌즈에 사용되는 중합체를 제한할 수 있다. 예를 들어, N-BK7은 2.51 g/g/㎤의 밀도를 갖는다. 허용가능한 범위는 2.20 g/g/㎤ (UV 용융 실리카(Fused Silica)) 내지 5.27 g/g/㎤ (ZnSe)일 수 있다. 경도는 맨드릴에 인가된 힘에 대하여 얼마나 저항성이 있을 수 있는지를 제공할 수 있고, 위치설정동안 맨드릴의 파단(fracture)을 방지하는 데 중요할 수 있다. N-BK7는 HK0,1/20: 610의 누프 경도(Knoop hardness)를 갖는다. 허용가능한 범위는, 상기 자유 형성되는 렌즈의 형성 공정을 허용하도록 105 kg/mm2 (ZnSe) 내지 740 kg/mm2 (수정 결정체)이다.
장착 프레임은 형성 광학체의 맨드릴을 유지하고 정렬하는 데 이용될 수 있다. 사용되는 광학 맨드릴을 유지하는 장착 프레임의 재료의 열계수는 형성 광학 맨드릴에 사용될 수 있는 열계수를 제한할 수 있다. 그러나, 동일한 재료는 프레임 및 형성 광학 맨드릴에 이용되면, 그로부터 야기되는 제한이 없을 수 있다. 203에서, N-BK7의 열특성이 주어져 있다. 바람직하게는, 광학 형성 맨드릴을 유지하는 프레임은 스테인레스 스틸로 제조된다. 열팽창 계수가 스테인레스 스틸의 계수보다 더 낮기 때문에, N-BK7이 본 발명에 사용될 수 있다. 그 역은 광학체를 압착하여 아마 맨드릴이 파단될 것이다.
마지막으로, 204에서, N-BK7의 화학 저항성이 주어져 있다. 일반적으로, 렌즈 형성 혼합물 및 전처리는, 형성 광학 맨드릴이 혼합물에 사용되는 화학 물질 및 화학 방사선에 대한 저항성을 필요로 할 수 있다. N-BK7는 일정한 방식으로 이를 위해 허용되고, 이는 본 발명에서 사용하는 데 적합하게 만들 수 있다.
도 4a, 도 4b, 및 도 5에 도시된 바와 같이, 형성 광학체는 장착 프레임 상에 놓일 수 있는 형성 맨드릴을 포함할 수 있다. 상기 프레임은 스테인레스 스틸, 알루미늄, 광학 재료 등과 같은 금속으로 제조될 수 있다. 형성 광학체 어셈블리는 형성 광학체 어셈블리를 적소에 유지하도록 동적 장착 장치를 포함할 수 있다. 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게, 동적 마운트는 서로에 대하여 고정 위치에서 물체를 장착하는 메커니즘으로서 규정된다. 동적 마운트 및 동적 장착 기술의 사용은, 위치설정될 때마다 형성 광학체 어셈블리가 X, Y 및 Z 위치에서 1 서브마이크로미터 미만의 편차(deviation)를 갖게 할 수 있다. 이는 3가지 이유에 대하여 중요할 수 있다: 1) 렌즈를 형성할 때, 매번 형성 광학체 상에 동일한 위치에 정확하게 형성된다; 2) 렌즈 없이 형성 광학체를 측정할 때, 형성 광학체는 동일한 정확한 위치에 있다; 3) 형성 광학체 상에 렌즈를 측정할 때, 형성 광학체는 측정용 기준점이 있는 변위 센서에 대하여 동일한 정확한 위치이다; 그리고, 4) 반복가능한 렌즈의 위치설정은 측정된 두께가 생성된 안과용 렌즈의 측정 및 맨드릴의 측정 사이에 상이한 점 대 점(point to point)이 될 수 있게 한다.
이제 도 4a를 참조하면, 예시적인 동적 장착 장치 어셈블리의 측면도는 본 발명에 이용될 수 있다. 3개의 강철 또는 텅스텐 카바이드의 위치설정 탄환부(bullet)(2개만이 도시됨)가 보어 내의 동적 마운트의 플레이트의 상부에 있고, 각 탄환부의 위치는 볼(ball)이 단일 점에서 형성 광학체 어셈블리를 접촉할 때까지 스크루(screw)를 조절할 수 있고, 이에 따라 형성 광학체 어셈블리의 기부 상에 형성 광학 맨드릴을 위치설정 한다. 이 대신에, 탄환부는 볼에 의해 대체될 수 있고, 또한 볼-탄환부-푸셔(pusher)-스크루 조합, 또는 본 명세서에서 설명한 동일한 기능을 할 수 있는 그 임의의 조합을 포함할 수 있다. 401A로, 3개의 탄환부 중 하나가 도시되어 있다. 상기 볼은 스크루 및 스프링, 즉 볼 플런저(plunger)에 의해 작동될 수 있다. 402B로, 남아 있는 2개의 탄환부의 시스템이 도시되어 있다. 상기 탄환부는 2개의 위치에서 2개의 세트스크루(setscrew)에 의해 시스템에서 작동될 수 있다. 서로에 대하여 고정된 위치에서 형성 광학 맨드릴의 장착 및 조절을 위한 메커니즘을 제공할 수 있는 이러한 시스템은, 본 발명의 일부 실시예에서 바람직할 수 있다.
이제 도 4b를 참조하면, 형성 광학 맨드릴은 형성 광학체를 형성하기 위하여 플레이트에 고정될 수 있다. 유지 플레이트에 형성 광학 맨드릴을 고정하기 위한 하나의 방법은 높은 열팽창 차이를 보상하기 위한 능력을 갖는 UV 경화 에폭시를 사용할 수 있다. UV 경화 에폭시는 형성 광학 맨드릴을 위한 밀봉재(sealant) 및 봉지재(encapsulant)로서 이용될 수 있다.
허용가능한 안정성, 내구력 및 내화학성일 수 있는 UV 경화 에폭시의 예들은 마스터 본드 사(Master Bond Inc.)의 UV15-7SP4, UV15X-2, UV15X-2GT, 또는 Supreme 3HT와 같은 것이다. 또한, 맨드릴 재료의 열계수가 사용된 플레이트의 열계수보다 더 낮은 경우, 따라서 임의의 접착제의 사용은 위치설정 및 조절에 충분할 수 있다.
401B로, 정렬 위치에 UV 경화 에폭시를 주입하는 동안 형성 광학 맨드릴의 위치설정에 일시적으로 사용될 수 있는 러버 워셔(rubber washer)가 도시되어 있다. 402B로, 삽입될 UV 경화 에폭시를 위한 액세스(access) 충전(fill) 부분이 도시되어 있다. 이는 형성 광학 맨드릴 주위에 주입 및 분배를 가능하게 할 수 있다. 403B로, 형성 광학 맨드릴의 오목 인터로킹 특징부가 도시되어 있고, 형성 광학 맨드릴은 에폭시가 완전히 경화되지 않는 동안 외부 수단에 의해 조절될 수 있고, 제자리를 얻은 후에, 다음에 UV광은 락 위치(lock position)에 가해질 수 있다. 이 대신에, 일액형(one part) 또는 이액형(two part) 에폭시는 조절을 하기 위한 충분한 작업 시간이 있도록 이용될 수 있다.
이제 도 5를 참조하면, 형성 광학체를 위한 동적 장착 장치 어셈블리를 구현하는 예시적인 실시예의 상면도가 도시되어 있다. 예시적인 동적 마운트(kinematic mount)는 두 개의 조절자 볼 핀(501, 502) 및 플런저(503)에 의해 적소에 유지될 수 있다. 플런저(503)는 그 뒤에 스프링을 갖는 홈(groove) 내에서 움직이고, 이는 스프링 핀 어셈블리를 나타내는 스프링 핀 어셈블리 스크루에 의해 잡힐 수 있다. 플런저(503)는 자유롭게 안팎으로 움직이고 형성 광학체를 결합할 수 있다. 노치는 맨드릴의 회전을 피하기 위하여 통합될 수 있다.플런저를 통해 스프링 핀 어셈블리는 왼쪽을 향하여 형성 광학체 어셈블리를 밀고(도 5에서), 다음에 그 에지는 조절자 볼 핀(501, 502) 상에 충돌한다. 조절자 볼 핀(501, 502) 중 어느 하나의 조절은, 장착 플레이트(505) 내에서 형성 광학 맨드릴(504)의 전체 X, Y 및 Z 위치를 충분히 조절할 수 있다.
본 명세서에서 전술하고 도 2에 도시된 바와 같이, 일반적으로, BK7 유리 및 석영 표면은 더욱 내구성이 있고, 더 높은 투명성 및 더 높은 치수 안정성을 제공하며, 상기 맞춤형 안과용 렌즈의 형성 및 경화를 위한 형상 특징부를 향상시키기 위한 코팅부를 가능하게 할 수 있다. BK7 유리 또는 석영과 같은 조성물이 사용되는 경우, 안과용 렌즈의 형상 특징부는, 광학 품질 형성 표면을 전처리하고 낮은 표면 에너지 특성을 제공할 수 있는 코팅부 또는 단층을 도포함으로써 향상될 수 있다. 예를 들어, 형성 표면에 의해 제공된 접촉각을 증가시키는 코팅부 또는 단층을 도포하는 단계는 원하는 안과용 렌즈의 에지 형상을 위하여 제공될 수 있다.
표면의 표면 에너지를 증가시키고/감소시키기 위하여, 또는 더 양호한 광학 품질 표면을 생성하기 위하여 코팅부의 사용이 이용될 수 있다. 코팅부는 영구적이거나 일시적일 수 있고, 많은 방법으로 도포될 수 있다. 예를 들어, 코팅부는 와이프(wipe) 또는 스프레이를 사용하여 물이 물방울지게 하는 합성 소수성 표면-도포 제품의 도포일 수 있고, 이에 의해 접촉각이 증가된다. 코팅부의 두께는 상당히 다양할 수 있다. 그러나, 코팅부가 반응성 혼합물과 예상하지 못한 방식으로 반응하지 않고 사용된 방법에서 일정한 방식으로 작용하는 것이 중요할 수 있다.
코팅부는 형성 광학체의 광학 품질 형성 표면에 유익할 수 있는 특정한 특성을 제공하는 특정 단층을 포함할 수 있다. 하나의 단층은,
Figure pct00001
(트라이데카플루오로-1,1,2,2-테트라하이드로옥틸)-트라이에톡시실란 ("플루오로 실란") 단층을 포함할 수 있다. 또한, 플루오로 실란 단층은 광학체 표면을 세정하고 광학 표면에 단층을 도포하기 위한 공정을 사용하여 깨끗한 광학 형성 표면에 도포될 수 있다. 단층은 내구성이 있을 수 있고, 더욱 소수성인 표면을 제공할 수 있으며, 접촉각을 증가시켜 자유 형성되는 렌즈의 안과적 사용을 위한 허용가능한 에지 특성을 제공한다. 이 대신에, 또는 또한, 옥타데실트라이메톡시실란("옥타데실 실란")
Figure pct00002
단층이 또한 사용될 수 있다. 옥타데실 실란 단층은 동일한 적합한 세정 및 단층 접합 공정을 사용하여 도포될 수 있다.
옥타데실 실란 단층은 또한 더 낮은 표면 에너지 특성을 초래할 수 있고, 이들 중 어느 하나는 선택된 유리, 석영과 접합할 수 있다. 특정 열가소성 중합체가 내재하는 낮은 표면 에너지 특성으로 사용되는 경우, 단층은 필요하지 않을 수 있다.
BK7 유리 또는 석영에서, 이들에서 화학적 성질때문에, 유리의 기본 특성인 SiO2와 공유 결합을 형성함으로써 표면과 플루오로실란을 중합하는 것이 가능하다. 이것이 발생하면, 훨씬 더 낮은 표면 에너지를 제공하는 단층을 제공할 수 있다. 상기 단층은 조각으로 분해될 수 있는 표면을 매끄럽게 하는 데 사용되는 일부 코팅부와는 대조적으로 자연적으로 매우 강할 수 있다. 또한, 이러한 단층들은 거의 검출가능하지 않을 것이고, 형성된 렌즈의 해제를 위하여 표면을 매끄럽게 하는 데 사용되지 않을 것이다.
Figure pct00003
형성 광학 표면에 대한 접합은 접촉각(θ)을 증가시킬 수 있다. 접촉각은 액체에 의해 고체의 습윤(wetting)의 정량적인 측정이다. 액체, 가스 및 고체가 교차하는 3상(three-phase) 경계에서 액체에 의해 형성되는 각도로서 기하학적으로 규정된다. 낮은 값의 접촉각(θ)은 사용된 겔이 퍼지거나 양호하게 습윤되는 것을 나타내고, 높은 접촉각은 불충분한 습윤을 나타낸다. 접촉각은 습윤의 아주 직접적인 측정으로서 통상적으로 사용된다. 다른 실험 파라미터들은 접촉각 및 표면 장력 결과들로부터 직접적으로 얻을 수 있다. 예를 들어, 확산의 작업은 고체 표면에 걸쳐 액체의 확산에 관련된 음의 자유 에너지이다. 표면 장력 수율 데이터의 측정은 시험된 반응성 단량체의 열역학 특성을 직접적으로 반영할 수 있고, 따라서 특정 액체/고체 페어(pair)의 습윤 행동을 특징짓기를 바란다면, 접촉각만 보고할 필요가 있다.
이제 도 6 및 도 7을 참조하면, 예시적인 형성 광학체의 측면도가 도시되어 있다. 도 6은 형성 표면의 전처리로부터 초래되는 에지 특성을 갖는 안과용 렌즈를 갖는 예시적인 형성 광학 맨드릴 표면을 도시한다. 602에서, 단층은 맨드릴의 형성 표면에 도포되어 있다. 601로, 단층의 더 높은 접촉각으로부터 생성되는 렌즈 에지가 도시되어 있고, 도 7은 반대로 형성 표면(702)의 전처리의 부재로 인해 초래되는 에지 특성을 갖는 안과용 렌즈를 갖는 다른 예시적인 형성 광학 맨드릴 표면을 도시한다. 701에서, 형성 표면은, 표면에 걸쳐 렌즈 에지가 처지게 하고, 정상 착용을 위한 허용가능하지 않은 에지 특성을 갖는 렌즈를 제공할 것이다.
이제 도 8을 참조하면, 다수의 기계 정렬 수단, 및 본 발명에 유용할 수 있는 식별자 특징부를 포함하는 또 다른 예시적인 형성 광학체의 등각도가 도시되어 있다. 801로, 다양한 기계 정렬 특징부가 도시되어 있다. 본 예시적인 형성 광학체 실시예는 한 번의 중심 조절만을 요구할 수 있는 추가적인 동적 마운트에 의해 정렬될 수 있다. 이러한 형성 광학체는 예를 들어, 알려진 유리 성형 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 성형제 형성 광학체는 서브마이크로미터 레벨로 정밀하게 제조될 수 있다. 또한, 형성 광학체는, 사용된 자유 형성 공정에서 수렴 값(convergence value)을 변화시키지 않고 세정, 코팅부 재도포를 위하여 더 용이한 제거를 가능하게 할 수 있다. 기계 특징부(801)는 온도 변동에 종속적이지 않은 하나의 자유도만을 제공할 수 있다.
802에서, 형성 광학 식별자는 광학 형성 표면(803) 외측의 형성 광학체의 표면 상에 성형될 수 있어, 통과하는 방사선을 위한 광로에 영향을 주지 않는다.
이제 도 9를 참조하면, 본 발명에서 사용될 수 있는 광학체 표면의 세정 및 전처리의 예시적인 방법을 도시하는 플로우차트가 제공된다. 901에서, 형성 광학체는 변형 또는 시각적인 결함에 대하여 관찰된다. 902에서, 광학체가 변형 또는 시각적인 결함을 갖는 것으로 결정되면, 광학체는 단계 903으로 진행하는 데 적합한 광학체가 발견될 때까지 대체될 것이다. 903에서, 형성 광학체는 피라나 용액(Piranha Solution)에 노출된다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 피라나 용액은, 황산(H2SO4) 및 과산화수소(H2O2)의 혼합물을 포함한다. 피라나 용액은 형성 광학체를 세정하고, 특히 유기 잔여물을 세정하는 데 이용될 수 있다. 또한, 세정 단계는 형성 광학체의 표면에 히드록실레이트의 도포를 포함할 수 있다. 따라서, 피라나 용액은 광학체의 친수성 특성을 증가시키는 광학체의 표면에 OH기를 첨가할 수 있다.
본 명세서에 참조되는 바와 같이, 피라나 용액은, 3:1 농축 황산 대 30% 과산화수소 용액을 포함하는 혼합물일 수 있고, 다른 프로토콜은 4:1 또는 심지어 7:1 혼합물을 이용할 수 있다. 이 대신에, 방법은 수산화 암모늄(NH4OH)과 과산화수소의 3:1 혼합물을 포함하는 "베이스 피라나(base piranha)"로서 알려진 용액을 사용할 수 있다.
세정은 피라나 용액에 대한 광학체의 약 1 내지 40분 사이에 노출을 포함할 수 있다. 피라나 용액은 도포 전에 혼합되거나, 우선 황산, 이어서 과산화물을 도포하여 광학체에 직접 도포될 수 있다. 과산화수소의 자가분해로 인해, 바람직하게는 피라나 용액은 광학체에 대한 도포 시간 또는 도포 시간에 근접하게 준비될 수 있다. 세정은 광학체에 대한 피라나 용액의 도포 또는 피라나 용액 내로의 광학체의 침지를 포함할 수 있다.
904에서, 메탄올이 필터링될 수 있다. 예를 들어, 메탄올은 폴 라이프 사이언스(Pall Lifesciences)의 1 마이크로미터 시린지 필터(syringe filte)로 필터링될 수 있다. 905에서, 광학체는 3 내지 5분 동안 필터링된 메탄올에 침지하여 헹궈진다. . . 광학체는 깨끗한 건조 공기로 건조된다. 907에서, 광학체는 플루오로 실란 용액을 갖는 깨끗한 테프론 튜브 내에 위치된다. 908에서, 테프론 용기(container)는 909 전에 세정될 수 있다. 909에서, 0.3 그램의 (트라이데카플루오로-1,1,2,2-테트라하이드록틸) 트라이에톡시실란은 세정된 테프론 용기 내의 바이알(vial) 내에서 측정되고 배치될 수 있다. 910에서, 마크는 광학 식별자를 유지하기 위하여 개별 광학 위치에 대하여 튜브의 외측에 만들어질 수 있다.
911에서, 테프론 용기는 필터링된 건조 공기 또는 질소로 34 kPaA(5 psi)에서 3분간 퍼지될 수 있다. 912에서, 오븐은 120°C(섭씨 120도)로 예열될 수 있다. 913에서, 테프론 용기는 밀봉되고 약 120°C(섭씨 120도)의 온도에서 오븐 내에 배치될 수 있다. 914에서 오븐 내에 있으면, 증착은 약 4시간 동안 일어날 수 있다. 915에서, 테프론 용기는 (실란 흄에 대한 노출을 방지하기 위하여 흄후드(fume hood)에서) 꺼내져서 개방될 수 있다. 916에서, 5분 동안 아이소프로필 알코올에서 초음파 처리되고, 다음에 917에서 건조하고 마크된 용기에서 재포장한다.
상기 단층에 대한 일정한 측정 및 시험 내구성을 보장하기 위하여, 접촉각은 단층의 도포 후에 시뮬레이션된 시험 순서를 통해 측정될 수 있다. 접촉각은 각 샘플 상에 9 방울의 물에 대해 측정되었다. 접촉각은 9 방울의 평균 값으로 취해졌다. 샘플 상의 위치와의 접촉각에서 차이가 관찰되지 않았다.
내구성 시험 1
1. 샘플은 15분 동안 90℃에서 트윈(Tween) 및 탈이온수(DI water)의 용액 500 ppm에 침지되었다.
2. 샘플은 아이소프로필 알코올에 의해 분출되고, 다음에 렌즈 페이퍼(lens paper)로 깨끗하게 와이핑(wipe)되었다(강력하게 문질러짐). 순서는 10회 반복되었다.
내구성 시험 2
1. 샘플은 5분 동안 90℃에서 트윈 및 탈이온수의 용액 500 ppm에 침지되었다.
2. 샘플은 아이소프로필 알코올에 의해 분출되고, 다음에 렌즈 페이퍼로 깨끗하게 와이핑되었다(강력하게 문질러짐). 순서는 5회 반복되었다.
3. 순서 1 및 순서 2는 10회 반복되었다.
Figure pct00004
¼ 파(wave) BK7 윈도우(괄호에 표준 편차) 상의 단층에 대한 물 접촉각 결과값. 세정된 기재(substrate)는 황산/과산화수소 혼합물로 세정되는 것을 지칭한다. ¼ 파 BK7 윈도우 상의 에타필콘 A에 대한 접촉각, 및 비스타콘(Vistakon)에 의해 제공되는 BK7 광학 렌즈가 표 1에 도시된다.
Figure pct00005
에타필콘 A 단층, ¼ 파 BK7 윈도우, 및 비스타콘 BK7 광학 렌즈(괄호에 표준 편차) 사이의 접촉각. 세정된 기재는 용매로 세정되는 것을 지칭한다.

Claims (20)

  1. 적어도 하나의 자유 형성되는(Free Formed) 안과용 렌즈의 제조에 이용되는 형성 광학체(forming optic)로서, 상기 형성 광학체 어셈블리는,
    상기 형성 광학체 및 제2 아치형 표면(여기서, 상기 제2 아치형 표면의 적어도 일부는 광학 품질 형성 표면을 포함한다)으로 들어가는 화학 방사선(Actinic Radiation)에 대하여 투과성인 제1 평면 표면;
    상기 제1 평면 표면으로부터 상기 제2 아치형 표면(여기서, 상기 광학 품질 형성 표면은 렌즈 형성 재료를 수용하는 저장소(reservoir)의 공동(cavity) 내에 위치설정될 수 있고, 상기 광학 품질 형성 표면은 자유 형성되는 안과용 렌즈의 직경 및 기본 곡면(base curve)을 일반적으로 규정할 수 있다)으로 광학 투사 경로(optical projection path)를 통해 화학 방사선을 투사하기 위한 상기 제1 평면 표면과 상기 제2 아치형 표면 사이의 화학 방사선을 위한 상기 광학 투사 경로; 및
    하나 이상의 화학 방사선 공급원에 대하여 상기 광학 품질 형성 표면의 하나 이상의 점(point)을 정렬하는 데 이용되는 정렬 특징부(alignment features)를 포함하는, 형성 광학체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 아치형 표면의 상기 광학 품질 형성 표면 부분의 형상은 일반적으로 볼록한, 형성 광학체.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2 아치형 표면의 상기 광학 품질 형성 표면 부분의 형상은 일반적으로 오목한, 형성 광학체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 저장소는, 화학 방사선 노출에 이어서 과잉된 렌즈 형성 재료를 제거하도록 기능하는 장치를 제공하는, 형성 광학체.
  5. 제4항에 있어서, 상기 장치는 상기 과잉된 렌즈 형성 재료로부터 상기 안과용 렌즈를 리트랙팅(retract)함으로써 상기 과잉된 렌즈 형성 재료를 제거하는, 형성 광학체.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 아치형 표면의 상기 광학 품질 형성 부분은, 자유 형성(Free Form) 방식으로 형성되는 안과용 렌즈의 에지들의 적어도 일부를 위하여 공간 반작용(spatial counteractive) 형상 특징부를 포함하는, 형성 광학체.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 정렬 특징부는, 5 마이크로미터 이하의 편차로 화학 방사선의 상기 투사 경로에 수직인 상기 제1 평면 표면을 장착하고 위치설정하는 것을 추가로 가능하게 하는, 형성 광학체.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 형성 광학체는 형성 광학 맨드릴(forming optic mandrel mandrel) 및 정렬 플레이트(alignment plate)를 포함하고, 상기 형성 광학 맨드릴 및 상기 정렬 플레이트 둘 모두는 서로 상보적인 정렬 특징부를 포함하는, 형성 광학체.
  9. 제8항에 있어서, 상기 형성 광학 맨드릴 및 상기 정렬 플레이트는 동일한 재료로 구성되는, 형성 광학체.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 형성 광학체는 기계적 운동 위치설정 아티팩트(artifact)을 포함하는, 형성 광학체.
  11. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 형성 광학 맨드릴 특징부는 상기 맨드릴의 측면 둘레의 주위에 홈(groove)을 포함하고, 상기 정렬 플레이트는 상기 맨드릴의 홈에 피팅(fit)되는 3개의 접촉점을 포함하는, 형성 광학체.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 형성 광학 맨드릴은 상기 정렬 플레이트와 동일하거나 상기 정렬 플레이트보다 더 낮은 열팽창 계수를 가지며, 상기 맨드릴은 접착제를 이용하여 위치설정되는, 형성 광학체.
  13. 제12항에 있어서, 상기 접착제는 UV 경화 에폭시를 포함하는, 형성 광학체.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 상기 광학 품질 형성 표면은, 화학 방사선에 대한 적어도 7%의 투과성이 있고 1.4 내지 1.8 nd 의 굴절률을 갖는 조성물을 포함하는, 형성 광학체.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 상기 광학 품질 형성 표면은 63.8 내지 106.2 ve의 아베수(Abbe number)를 갖는 조성물을 포함하는, 형성 광학체.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 상기 광학 품질 형성 표면은 2.1 내지 5.3 g/g/㎤의 밀도/침투성(permeability)을 갖는 조성물을 포함하는, 형성 광학체.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 상기 광학 품질 형성 표면은 104 내지 717 kg/mm2의 경도(hardness)를 갖는 조성물을 포함하는, 형성 광학체.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 상기 광학 품질 형성 표면은, 상기 자유 형성되는 안과용 렌즈의 형상 특징부를 향상시키기 위하여 전처리되는, 형성 광학체.
  19. 제18항에 있어서, 상기 전처리는 표면 에너지 특성을 변화시키기 위하여 코팅부를 도포하는 것을 포함하는, 형성 광학체.
  20. 제19항에 있어서, 상기 코팅부는 상기 광학 품질 부분의 접촉각(contact angle)을 증가시키는 데 이용되는 실란(silane) 단층 코팅부인, 형성 광학체.
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