KR20240013133A - 근시 진행을 감소시키기 위한 안과용 렌즈 및 이를 형성하기 위한 레이저 기반 방법 - Google Patents
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Abstract
렌즈 재료를 포함하는 안과용 렌즈의 표면에 광학 요소를 형성하는 방법은 안과용 렌즈의 표면에 레이저 상호작용층을 제공하는 단계로, 레이저 상호작용층은 제1 파장(λ1)에서 제1 방사선 흡수율을 갖는 제1 재료를 포함하고, 렌즈 재료는 λ1에서 제1 방사선 흡수율보다 낮은 제2 방사선 흡수율을 가지는 단계, 및 렌즈 재료의 각각의 개별 영역에 광학 요소를 형성하기에 충분한 λ1의 레이저 방사선에 레이저 상호작용층의 개별 영역을 노출시키는 단계를 포함한다.
Description
본 출원은 "근시 진행을 감소시키기 위한 안과용 렌즈 및 이를 형성하기 위한 레이저 기반 방법"이라는 명칭의 2021년 5월 28일자 미국 특허출원번호 제63/194,905호에 대한 우선권을 주장하며, 그 개시 내용을 참조에 의해 본 명세서에 통합한다.
본 개시는 근시 진행을 감소시키기 위한 안과용 렌즈 및 근시 진행을 감소시키기 위한 광학 특징을 포함하도록 안과용 렌즈(예컨대, 단초점 또는 다초점 스톡 렌즈(stock lens))를 수정하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 이 기술은 레이저 상호작용층, 예컨대 다른 층 또는 렌즈 소재의 대부분과 비교하여 레이저와 실질적으로 다르게 상호작용하는 층을 이용한 레이저 노출을 통해 안과용 렌즈에 (예컨대, 산란 중심 또는 렌즈릿을 형성하도록) 굴절률이 변경된 영역을 생성하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
눈은 외부 광원으로부터 오는 광이 렌즈에 의해 파장 의존형 광센서 배열체인 망막의 표면에 초점이 맞춰지는 광학 센서이다. 눈의 수정체는 그 형상을 변경하는 것에 의해 외부 광선이 최적으로 또는 거의 최적으로 초점이 맞춰지는 초점거리가 눈으로 관찰되는 외부 이미지에 상응하는 반전된 이미지를 망막의 표면에 생성하도록 조절될 수 있다. 눈의 수정체는 눈으로부터 특정 거리 범위 내에 있는 외부 물체에 의해 방출되거나 혹은 그 외부 물체에 의해 반사되는 광의 초점을 최적으로 또는 거의 최적으로 맞추고, 해당 거리 범위 밖에 있는 물체에 대해서는 초점을 덜 최적으로 맞추거나 혹은 초점을 맞추지 못한다.
정상 시력을 가진 개인의 경우, 눈의 안축장(axial length), 즉 각막의 전면으로부터 망막 중심와까지의 거리는 멀리 있는 물체에 거의 최적으로 초점을 맞추기 위한 초점 거리에 상응한다. 정상 시력을 가진 개인의 눈은 눈 수정체의 형상을 변경하도록 힘을 가하는 모양체근(ciliary muscles)에 대한 신경 입력 없이 멀리 있는 물체에 초점을 맞추는데, 이러한 과정을 "조절"이라고 한다. 보다 가까이에 있는 인근 물체는 조절의 결과로 정상적인 개인에 의해 초점이 맞춰진다.
그러나 많은 사람들이 근시(myopia("nearsightedness"))와 같은 눈 길이 관련 장애로 고통 받고 있다. 근시가 있는 개인의 경우, 눈의 안축장이 조절 없이 멀리 있는 물체에 초점을 맞추는 데 필요한 안축장보다 길다. 결과적으로 근시가 있는 개인은 특정 거리에 있는 가까운 물체는 선명하게 볼 수 있지만, 그 거리보다 더 멀리 있는 물체는 흐릿하게 보인다.
일반적으로 영아는 원시 상태로 태어나는데, 이는 눈 길이가 조절하지 않고 멀리 있는 물체에 최적으로 또는 거의 최적으로 초점을 맞추는 데 필요한 길이보다 짧다는 것이다. "정시화"라고 하는 눈의 정상적인 발달 중에, 눈의 안축장은 눈의 다른 치수와 비하여 조절하지 않고도 멀리 있는 물체에 거의 최적으로 초점을 맞출 수 있는 길이까지 증가한다. 이상적으로, 생물학적 과정은 눈이 최적의 성인 크기로 자람에 따라 눈의 크기에 대한 상대적인 길이(예컨대, 안축장)를 거의 최적으로 유지한다. 그러나 근시인 경우 전체 눈 크기에 대한 상대적인 안축장이 발달 중에 계속 증가하여 멀리 있는 물체에 거의 최적으로 초점을 맞추는 길이를 넘어서 근시가 점점 더 뚜렷해진다.
근시는 유전적 요인뿐만 아니라 환경적 요인의 영향도 받는 것으로 알려져 있다. 따라서 근시는 환경적 요인을 해결하는 치료 장치에 의해 완화될 수 있다. 예를 들어, 근시를 비롯한 눈 길이 관련 장애를 치료하기 위한 치료 장치가 미국 특허공개번호 제2011/0313058A1에 개시되어 있다.
안과용 렌즈에 광학 요소(예컨대, 산란 중심 및/또는 도트 형상의 렌즈릿)를 형성하는 기술이 개시된다. 광학 요소는 착용자의 근시 발병을 감소시키도록 그 크기와 형상 및 렌즈 표면 전체에 대한 분포가 정해질 수 있다. 안과용 렌즈는 렌즈 표면에 배치되고 그리고 레이저 방사선에 노출될 때 광학 요소의 형성을 가능하게 하는 레이저 상호작용층을 포함한다. 예를 들어, 레이저 상호작용층은 레이저 파장의 빛을 강하게 흡수하는 염료 또는 기타 감광성 재료를 포함할 수 있다. 일부 경우에, 레이저 상호작용층은 레이저 상호작용층 없이 렌즈를 레이저 광에 직접 노출시키는 것보다 경제적으로, 효율적으로 그리고/또는 더 높은 정밀도로 렌즈에 광학 요소의 패턴을 형성하는 것을 가능하게 한다. 또한, 레이저 상호작용층은 렌즈의 광학 요소 패턴을 높은 수준으로 맞춤화할 수 있어 개인별 맞춤 근시 관리 솔루션을 향한 길을 열어준다.
일반적으로, 제1 태양에서, 본 발명은 렌즈 재료를 포함하는 안과용 렌즈의 표면에 광학 요소를 형성하는 방법을 특징으로 한다. 이 방법은 (1) 안과용 렌즈의 표면에 레이저 상호작용층을 제공하는 단계로, 레이저 상호작용층은 제1 파장(λ1)에서 제1 방사선 흡수율을 갖는 제1 재료를 포함하고, 렌즈 재료는 λ1에서 제1 방사선 흡수율보다 낮은 제2 방사선 흡수율을 가지는 단계; 및 (2) 렌즈 재료의 각각의 개별 영역에 광학 요소(예컨대, 렌즈릿, 산란 중심)를 형성하기에 충분한 λ1의 레이저 방사선에 레이저 상호작용층의 개별 영역을 노출시키는 단계를 포함한다.
일반적으로, 다른 태양에서, 본 발명은 안과용 렌즈로, 안과용 렌즈의 기본 곡률을 제공하도록 형상화되고 대향하는 두 곡면을 가지되, 대향하는 두 곡면은 제1 표면을 가지는 렌즈 재료; 제1 표면에 패턴으로 배열되는 다수의 광학 요소로, 렌즈 재료의 굴절률과 다른 굴절률 및/또는 제1 표면의 곡률과 다른 표면 형상을 가지는 영역에 상응하는 다수의 광학 요소; 및 제1 표면에 있는 레이저 상호작용층으로, 제1 파장(λ1)에서 제1 방사선 흡수율을 갖는 제1 재료를 포함하고, 렌즈 재료는 λ1에서 제1 방사선 흡수율보다 낮은 제2 방사선 흡수율을 가지는 레이저 상호작용층을 포함하는 안과용 렌즈를 특징으로 한다.
일반적으로, 또 다른 태양에서, 본 발명은 안과용 렌즈로, 안과용 렌즈의 기본 곡률을 제공하도록 형상화되고 대향하는 두 곡면을 가지되, 대향하는 두 곡면은 제1 표면을 가지는 렌즈 재료; 및 제1 표면에 있는 레이저 상호작용층으로, 제1 파장(λ1)에서 제1 방사선 흡수율을 갖는 제1 재료를 포함하고, 렌즈 재료는 λ1에서 제1 방사선 흡수율보다 낮은 제2 방사선 흡수율을 가지는 레이저 상호작용층을 포함하는 안과용 렌즈를 특징으로 한다.
이러한 태양의 구현예는 다음의 피처들 중 하나이상을 포함할 수 있다. 예를 들어, 안과용 렌즈는 레이저 상호작용층과 함께 제1 표면에 배치된 하나 이상의 추가층을 더 포함할 수 있고, 하나 이상의 추가층은 레이저 상호작용층과 다른 조성을 가진다. 하나 이상의 추가층은 하드코트, UV 차단층, 반사방지층, 광변색층 및 소수성층으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 추가층(들)은 제1 층을 포함할 수 있고, 레이저 상호작용층은 제1 층과 렌즈 재료 사이에 위치된다. 제1 층은 λ1에서 제1 재료의 흡수율보다 낮은 방사선 흡수율을 갖는 재료로 구성될 수 있다. 제1 층을 구성하는 재료는 렌즈 재료의 흡수율보다 낮은 흡수율을 가질 수 있다.
안과용 렌즈는 λ1에서 반사성(예컨대, λ1에서 수직 입사광의 50% 이상을 반사)인 반사층을 더 포함할 수 있다. 반사층은 적어도 일부 가시광선 파장에 대해 투과성일 수 있다. 반사층은 렌즈 재료와 레이저 상호작용층 사이에 위치할 수 있다.
다른 장점들 중에, 본 명세서에서 설명하는 기술과 물품은 안과용 렌즈(예컨대, 근시 감소용 렌즈)의 외관을 개선하고, 생성된 렌즈의 성능을 개선하고 그리고/또는 노화 및/또는 박리와 같은 회복성을 개선할 수 있다. 다른 장점들은 상세한 설명에서 설명하거나 암시하고 있다.
본 명세서의 요지에 대한 하나 이상의 실시예의 세부사항은 첨부도면 및 아래의 상세한 설명에 기재되어 있다. 요지의 다른 특징, 태양 및 장점은 상세한 설명, 도면 및 특허청구범위로부터 명백해질 것이다.
도 1a는 렌즈 표면에 레이저 상호작용층이 구비된 안과용 렌즈의 일부분의 단면도이다.
도 1b는 레이저 노출 도중의 안과용 렌즈 해당 부분의 단면도이다.
도 1c는 표면에 광학 요소가 형성된 레이저 노출 후의 안과용 렌즈의 해당 부분의 단면도이다.
도 2는 표면에 레이저 상호작용층의 또 다른 예를 구비하는 다른 안과용 렌즈의 일부분의 단면도이다.
도 3은 표면에 레이저 상호작용층의 다른 예를 구비하는 또 다른 안과용 렌즈의 일부분의 단면도이다.
도 4는 표면층과 벌크 재료의 경계면에 형성된 광학 요소를 구비하는 레이저 노출 후의 다른 안과용 렌즈의 일부분의 단면도이다.
도 5는 표면에서 렌즈의 벌크 재료에 레이저 상호작용층의 다른 예를 구비하는 다른 안과용 렌즈의 일부분에 대한 단면도이다.
도 6a는 안경을 위한 맞춤형 안과용 렌즈를 인도하기 위한 예시적인 시스템 및 작업흐름을 도시하는 다이어그램이다.
도 6b는 광학 요소를 포함하는 안과용 렌즈를 제조하는 예시적인 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 7은 안과용 렌즈에 광학 요소를 형성하기 위한 예시적인 레이저 시스템의 개략도이다.
도 8a는 근시를 늦추기 위한 안과용 렌즈를 포함하는 안경을 도시한다.
도 8b는 도 8a에 도시된 안과용 렌즈의 광학 요소 패턴을 도시한다.
도 9의 (a) 및 도 9의 (b)는 투명 개구와 광학 요소 패턴 사이에 전이 구역을 갖는 광학 요소 패턴을 갖는 렌즈 블랭크를 도시한다.
도 9의 (c)는 균일한 간격으로부터 무작위 변위를 갖는 광학 요소를 도시한다.
여러 도면들에서 유사한 참조 번호들 및 명칭은 유사한 요소를 나타낸다.
도 1b는 레이저 노출 도중의 안과용 렌즈 해당 부분의 단면도이다.
도 1c는 표면에 광학 요소가 형성된 레이저 노출 후의 안과용 렌즈의 해당 부분의 단면도이다.
도 2는 표면에 레이저 상호작용층의 또 다른 예를 구비하는 다른 안과용 렌즈의 일부분의 단면도이다.
도 3은 표면에 레이저 상호작용층의 다른 예를 구비하는 또 다른 안과용 렌즈의 일부분의 단면도이다.
도 4는 표면층과 벌크 재료의 경계면에 형성된 광학 요소를 구비하는 레이저 노출 후의 다른 안과용 렌즈의 일부분의 단면도이다.
도 5는 표면에서 렌즈의 벌크 재료에 레이저 상호작용층의 다른 예를 구비하는 다른 안과용 렌즈의 일부분에 대한 단면도이다.
도 6a는 안경을 위한 맞춤형 안과용 렌즈를 인도하기 위한 예시적인 시스템 및 작업흐름을 도시하는 다이어그램이다.
도 6b는 광학 요소를 포함하는 안과용 렌즈를 제조하는 예시적인 방법을 도시하는 흐름도이다.
도 7은 안과용 렌즈에 광학 요소를 형성하기 위한 예시적인 레이저 시스템의 개략도이다.
도 8a는 근시를 늦추기 위한 안과용 렌즈를 포함하는 안경을 도시한다.
도 8b는 도 8a에 도시된 안과용 렌즈의 광학 요소 패턴을 도시한다.
도 9의 (a) 및 도 9의 (b)는 투명 개구와 광학 요소 패턴 사이에 전이 구역을 갖는 광학 요소 패턴을 갖는 렌즈 블랭크를 도시한다.
도 9의 (c)는 균일한 간격으로부터 무작위 변위를 갖는 광학 요소를 도시한다.
여러 도면들에서 유사한 참조 번호들 및 명칭은 유사한 요소를 나타낸다.
안과용 렌즈의 표면에 산란 중심 또는 렌즈릿과 같은 광학 요소를 형성하는 기술이 개시되어 있다. 일반적으로, 광학 요소는 착용자의 근시 진행을 감소시키기에 충분한 광학 효과를 제공하도록 서로에 대해 크기, 형상 및 배열이 정해진다. 예시적인 광학 요소 및 구성 형태는 "근시 치료용 안경 렌즈"라는 명칭으로 2018년 9월 27일에 출원된 미국 특허 제10571717B2호; "근시 치료용 광 산란이 있는 안과 렌즈"라는 명칭의 2019년 1월 29일자 국제출원 번호 PCT/US2019/015724; "안과용 렌즈, 안과용 렌즈 제조 방법 및 이를 포함하는 눈 관리 제품을 분배하는 방법"이라는 명칭의 2021년 5월 18일자 국제특허출원 번호 PCT/US2021/033026; 및 "근시 치료용 광산란 렌즈 및 이를 포함하는 안경"이라는 명칭의 2019년 12월 2일자 국제특허출원 번호 PCT/US2019/063982에 개시되어 있고, 이들 각각의 전체 내용을 참조에 의해 본 명세서에 통합한다.
일반적으로, 개시된 기술은 안과용 렌즈(예컨대, 안과용 스톡 렌즈, 예컨대 단초첨 또는 누진 렌즈)의 표면에 레이저 상호작용층을 제공(예컨대, 코팅 또는 증착)하고 레이저 상호작용층을 레이저 방사선에 노출시켜 렌즈 표면에(예컨대, 렌즈 표면 위에 또는 렌즈 표면에 인접하게) 광학 요소를 형성하는 것을 포함한다. 적절한 레이저 방사선에 노출되면, 레이저 상호작용층은 렌즈 표면에의 광학 요소 형성을 용이하게 한다. 이는 도 1a 내지 도 1c에 도시되어 있다. 도 1a를 참조하면, 코팅된 렌즈(10)는 렌즈 본체(111)의 표면(115)에 레이저 상호작용층(100)을 포함한다. 일반적으로, 표면(115)은 기준 곡률을 제공하도록(예컨대, 정의 또는 부의 구면 굴절력 및/또는 원주 굴절력, 또는 평면 렌즈의 경우에는 영(0)의 굴절력을 제공하도록) 렌즈 본체(111)의 반대쪽 면의 반대쪽 표면과 동일하게 형성되는 곡선형 표면이다. 보통, 렌즈(10)는 메니스커스 렌즈이고, 표면(115)이 볼록한 표면으로 도시되어 있지만 레이저 상호작용층은 오목한 렌즈 표면에도 도포될 수 있다. 일반적으로, 렌즈 본체(111)는 광학적으로 투명한 재료, 예컨대 트라이벡스(Trivex)나 폴리카보네이트와 같은 투명한 고분자 재료로 형성된다.
일반적으로, 레이저 상호작용층(100)의 조성 및 두께는 레이저 상호작용층(100)이 적절한 레이저 방사선에 노출될 때 표면(115)에 대한 광학 요소의 형성을 용이하게 하도록 선택된다. 이는 도 1b 및 도 1c에 도시되어 있다. 구체적으로, 도 1b는 각각 위치(126, 123)에서 레이저 상호작용층 내부에 초점이 맞춰진 레이저 빔(119, 120)에 대해 노출되는 중인 렌즈(10)를 도시한다. 레이저 방사선은 레이저 상호작용층(100)에 의해 국부적으로 흡수되어, 렌즈 본체(111)를 표면(115)에서 수정하여 개별 광학 요소(133, 131)를 형성한다(도 1c 참조). 광학 요소(133, 131)의 기하학적 구조(즉, 폭, 깊이 및 높이)는 레이저 상호작용층 두께, 레이저 방사선 에너지 및 노출 시간, 및 레이저 파장에 따른 레이저 상호작용층의 흡수율과 같은 요인에 따라 달라진다. 일부 예에서, 레이저 상호작용층의 두께는 0.2마이크론 내지 15마이크론 범위(예컨대, 0.5마이크론 이상, 1마이크론 이상, 2마이크론 이상, 예를 들어 12마이크론 이하, 10마이크론 이하, 8마이크론 이하, 예를 들어 3마이크론 내지 5마이크론)에 있다. 도 1b는 위치(126, 123)가 동시에 노출되는 경우를 도시하지만, 위치들에 대한 노출이 순차적으로 이루어질 수 있다.
레이저 빔의 에너지 밀도는 레이저 방사선과 레이저 상호작용층(100)의 물리적 및/또는 화학적 상호작용에 영향을 미칠 것이다. 예를 들어, 특정 펄스 에너지의 경우, 레이저 상호작용층(100)은 노출된 곳에서 용융되어 광학 요소를 형성할 수 있다. 일부 펄스 에너지의 경우, 레이저 상호작용층(100) 및/또는 렌즈 재료가 발포되거나 공동화되게 하는 것에 의해 광학 요소가 형성될 수 있다. 일부 펄스 에너지의 경우, 레이저와 레이저 상호작용층(100) 간의 상호작용은 렌즈 재료 및/또는 레이저 상호작용층(100)의 (예컨대, 탄화에 의한) 색상 변화를 초래할 수 있다. 또 다른 경우에, 레이저 상호작용층(100) 및/또는 벌크 렌즈 재료는 절제(ablation)에 의해 렌즈 표면으로부터 제거될 수 있다.
다른 레이저 파라미터 또한 형성된 광학 요소의 특성에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 파라미터는 레이저 파장, 노출 시간(예컨대, 레이저 상호작용층(100)이 노출되는 기간) 및 패스 횟수(예컨대, 레이저 상호작용층(100)의 영역을 여러 번 노출함)를 포함하며, 이들 각각은 레이저 상호작용층(100)의 원하는 대로 수정하기 위해 선택될 수 있다. 또한, 레이저 광과 레이저 상호작용층(100) 간의 상호작용은 레이저 상호작용층(100)의 재료에 따라 달라질 것이다. 예를 들어, 레이저 상호작용층(100)의 재료는 레이저 광에 대한 노출로 인해 아래에 있는 렌즈 재료가 변색되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다.
레이저 상호작용층(100)의 조성은 UV, 가시광선 또는 IR 방사선일 수 있는 레이저의 작동 파장에서 방사선을 흡수하는 재료를 포함한다. 예를 들어, 재료는 레이저 방사선의 파장에 상응하는 특정 파장에서의 흡수만을 가능하게 하는 특정 밴드 갭 또는 기타 적절한 물리적 특성을 갖도록 선택될 수 있다. 레이저의 작동 파장에서 레이저 상호작용층에 의한 흡수는 렌즈 본체(111)의 벌크 재료에 의한 흡수보다 높을 수 있다. 이는 예를 들어 레이저 방사선 노출로 인해 렌즈 본체에 발생할 수 있는 손상을 감소시키고, 렌즈 벌크 재료의 굴절률과 렌즈 표면의 형상을 국부적으로 수정하여 광학 요소를 형성하는 데 도움을 주고, 그리고/또는 향상된 흡수율로 인해 광학 요소를 보다 높은 효율로 형성할 수 있게 하는 것에 의해 유리할 수 있다. 예를 들어, 광학 요소가 국부적인 열 효과로 인해 형성되는 경우, 레이저 상호작용층에 의한 레이저 흡수는 렌즈 표면의 직접 노출과 비교하여 보다 신속한 가열 및/또는 가열된 표면의 보다 나은 국지화를 제공할 수 있다. 그 결과 광학 요소가 더 신속하게 형성되고, 광학 요소의 형성에 필요한 레이저 에너지가 낮아지고, 그리고/또는 광학 요소의 크기와 형상에 대해 더 잘 제어할 수 있다.
일부 실시예에서, 레이저 상호작용층이 방사선에 노출되면 특정 파장에서 렌즈 벌크 재료가 투과성에서 흡수성으로 변할 수 있다. 예를 들어, 노출 방사선은 렌즈 재료 또는 그 표면에 광학 요소를 형성하기 위하여 렌즈 재료 및/또는 레이저 상호작용층(100)을 태울 수 있다.
다른 예에서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 레이저 상호작용층(100)은 염료를 포함할 수 있다. 적합한 염료 재료는 예를 들어 Epolin, LLC(Newark, New Jersey)로부터 상업적으로 입수 가능한 것들을 포함할 수 있다. 염료는 레이저 파장(예컨대, UV 또는 IR)에서 높은 흡수율을 가질 수 있지만 다른 파장(예컨대, 가시광선 파장)에서는 비교적 낮은 흡수율을 가질 수 있도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 레이저 상호작용층은 벌크 렌즈 재료보다 2배 이상(예컨대, 3배 이상, 5배 이상, 10배 이상, 20배 이상) 높은 흡수 계수를 가질 수 있다. 이러한 레이저 상호작용층은 레이저 상호작용층이 여전히 부착되어 있는 경우에도 가시광선 스펙트럼에 걸쳐 실질적으로 투명하고 무색인 렌즈를 제공할 수 있다. 광학 요소를 서브플랜트(subplant)하기 위하여, 상부층(들)의 레이저 파장에 대한 흡수 계수는 광학 요소가 형성되도록 설계된 재료보다 낮게 선택될 수 있다(예컨대, 1/3배 이하, 1/5배 이하, 1/10배 이하, 1/20배 이하).
일반적으로, 각기 다른 다양한 레이저가 광학 요소를 형성하는 데 사용될 수 있고, 적절한 레이저 상호작용층과 짝을 이룰 수 있다. 일부 실시예에서, 높은 피크 출력을 갖는 초고속 레이저(펨토초 또는 피코초 레이저)가 사용될 수 있다. 예를 들어, 상업용 펨토초 레이저 시스템이 레이저 상호작용층(100)을 조사하여 원하는 형상과 크기의 광학 요소를 형성하는 데 사용될 수 있다.
일반적으로, 레이저 상호작용층(100)은 층을 형성하는 재료에 적합한 통상의 코팅 또는 증착 방법을 사용하여 표면(115)에 증착될 수 있다. 예를 들어, 레이저 상호작용층은 열 증착, 전자빔 보조 증착, 물리적 기상 증착(PVD), 스퍼터링, 화학적 기상 증착(CVD), 원자층 증착(ALD), 액상 코팅(예컨대, 스핀 코팅 또는 딥 코팅), 스프레이 코팅, 중합 또는 기타 적절한 기술을 사용한다. 레이저 상호작용층(100)은 용액에 의해 증착될 수 있는데, 이 용액은 코팅 후에 제거된다.
광학 요소를 형성한 후, 레이저 상호작용층은 완성된 렌즈의 일부로 남거나 (예컨대, 적절한 용매로 헹구는 것에 의해) 제거될 수 있다.
일반적으로, 예컨대, 레이저 방사선에 노출되기 전이나 후에 레이저 상호작용층 위에 다른 층이 증착될 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 렌즈(12)는 렌즈 본체(111), 렌즈 표면(115) 위의 레이저 상호작용층(200), 및 레이저 상호작용층(200) 상부에 있는 다른 층(210)을 포함한다. 층(210)은 예를 들어 하드코트 또는 소수성 코팅일 수 있다. 일반적으로, 층(210)은 광학 요소의 형성과 관련되지 않은 기능(예컨대, 기계적 및/또는 화학적 보호)을 제공할 수 있다. 또한, 일부 경우에, 층(210)은 레이저 광의 흡수 특성에 영향을 미칠 수 있다.
일부 실시예에서, 레이저 상호작용층과 렌즈 사이의 렌즈 표면에 하나 이상의 층이 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 렌즈(13)는 레이저 상호작용층(301)과 렌즈의 표면(115) 사이에 제1 층(311)을 포함한다. 제2 층(321)은 레이저 상호작용층(301)의 상부에 형성된다.
특정 실시예에서, 제1 층(311)은 작동 레이저 파장의 방사선을 반사하도록 선택된다. 이러한 구성 형태는, 제1 층이 없는 경우에는 렌즈 본체(111)로 투과될 레이저 방사선이 제1 층에 의해 레이저 상호작용층(301)으로 다시 반사되기 때문에, 레이저 상호작용층(301)에 의한 레이저 방사선 흡수를 더 향상시키는 역할을 할 수 있다. 이러한 층의 예는 레이저 파장의 광을 반사하도록 설계된 (예컨대 브래그 반사기를 형성하는) 유전체 다층 스택이다.
일부 실시예에서, 렌즈의 표면(115)에 가장 가까운 제1 층(311)은 UV 및/또는 청색광 차단층이다. 이러한 배열 형태는 UV 또는 청색 레이저 방사선이 광학 요소를 형성하는 데 사용되는 경우 유리할 수 있다. 추가층(311, 321) 중 하나 또는 둘 다는 광학 요소가 형성될 때 레이저 노출로 인한 손상으로부터 아래에 있는 렌즈 재료를 보호하는 기능을 수행할 수 있고, 예컨대 층이 레이저 광에 노출될 때 미세 균열 또는 기타 바람직하지 않은 피처를 형성하지 않도록 레이저 광 노출을 물리적으로 견딜 수 있게 구성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 추가층(311) 및/또는 추가층(321)은 예컨대, 접착력을 향상시키고 그리고/또는 인접한 층 사이의 차등 팽창을 감소시킴으로써 레이저 노출 전, 도중 또는 후에 다층 구조물의 박리를 감소시킬 수 있다.
다른 예에서, 레이저 상호작용층은 벌크 재료에 대한 트랜스본딩(transbonding)을 통해 도포된다. 트랜스본딩 공정은 예를 들어 접착제 사용이나 필름 인서트 성형을 포함할 수 있다.
또 다른 예에서, 레이저 상호작용층은 적층 가공 공정에서 필름 인서트를 사용하는 기술을 포함하는 3D 프린팅 기술을 통해 형성된다.
보다 일반적으로, 레이저 상호작용층은 예컨대 스크래치 방지 코팅(예컨대, 다층 하드코트를 포함하는 하드코트), UV 보호 코팅, 광변색성 코팅 및 반사방지(AR) 코팅과 같은 하나 이상의 층과 함께 렌즈 표면에 다층 스택의 일부를 형성할 수 있다. 레이저 상호작용층은 렌즈 표면에 광학 요소가 형성될 수 있게 하기 위해 다층 스택의 임의의 적절한 위치에 있을 수 있다.
일부 예에서, 레이저 상호작용층은 레이저 노출에 의한 광학 요소의 형성을 가능하게 하는 것 외에도 추가 기능을 제공할 수 있다. 예를 들어, 스펙트럼의 UV 부분에서 광을 강하게 흡수하는 것에 의해, 레이저 상호작용층은 UV 레이저에 노출되어 광학 요소 형성을 가능하게 하는 것 외에도 UV 보호 코팅의 역할을 할 수 있다. 유사하게, 레이저 상호작용층은 청색 차단 렌즈(예컨대, 380nm 내지 420nm의 광, 예컨대 시각적 피로를 유발하는 것으로 알려진 광의 양을 줄이는 렌즈)에서 청색광 필터층의 역할을 할 수 있다.
특정 예에서, 레이저 상호작용층은 하나 이상의 컴포넌트층으로 구성된다. 예를 들어, 레이저 상호작용층은 레이저 파장의 광을 강하게 반사하는 컴포넌트층을 레이저 파장의 방사선을 강하게 흡수하는 다른 층 아래에(즉, 렌즈 표면에 더 가깝게) 포함할 수 있다. 이러한 반사기는 반사층에 의해 반사된 광의 이중 통과로 인해 렌즈 본체에 들어가는 레이저 방사선의 양을 감소시키고 흡수 층 내 레이저 광의 양을 증가시키는 두 가지 목적을 수행할 수 있다. 다층 유전체 스택은 특정 파장의 빛을 강하게 반사하는 동시에 다른 파장에서는 상대적으로 투과성이도록 사용될 수 있으며, 이러한 스택은 이러한 목적으로 사용될 수 있다.
상술한 예는 렌즈 표면(115)의 형상을 국부적으로 수정하는 것에 의해 광학 요소를 형성하는 것을 특징으로 하지만, 일부 구현예에서 렌즈 표면은 실질적으로 변하지 않은 채로 유지되여 광학 요소는 렌즈 표면(115)에서 렌즈를 형성하는 벌크 재료의 광학 특성을 수정하는 것에 의해 형성된다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 코팅된 렌즈(14)는 렌즈 본체(111) 및 표면(115)의 형상을 변경하지 않으면서 표면(115)에서 렌즈 본체(111)의 벌크 재료에 광학 요소(430, 431)의 형성을 가능하게 하는 레이저 상호작용층(400)을 포함한다. 예를 들어, 레이저 상호작용층은 렌즈의 벌크 재료를 벌크 재료의 굴절률이 변화하여 광학 요소를 형성하는 온도까지 국부적으로 가열할 수 있다.
앞서의 예에서, 레이저 상호작용층은 렌즈 표면상에 배치된 층 또는 렌즈 표면에 배치된 층 스택의 일부이다. 그러나 다른 실시예도 가능하다. 예를 들어, 레이저 상호작용층은 렌즈 표면에서 렌즈의 벌크 재료에 통합된 층일 수 있다. 그러한 예가 도 5에 도시되어 있는데, 렌즈(15)는 레이저 상호작용층(500)을 포함하고 이 레이저 상호작용층은 재료를 렌즈 본체(111)의 벌크에 표면(115)을 통해 주입하는 것에 의해 형성된다. 일부 실시예에서, 레이저 상호작용층은 렌즈 표면에서 렌즈의 벌크 재료 내로 확산될 수 있는 작동 레이저 파장의 방사선을 흡수하기 위한 염료일 수 있다.
여러 예들을 설명했고 다른 예도 가능하다. 예를 들어, 상술한 내용은 렌즈의 단 하나의 표면에 레이저 상호작용층이 있는 것을 특징으로 하는 반면, 일부 예에서는 렌즈의 양 표면 모두가 예를 들어 렌즈의 양 표면들에 광학 요소를 형성하기 위한 레이저 상호작용층을 포함할 수 있다.
도 6a를 참조하면, 안경(101)을 제조하기 위한 예시적인 시스템(600)은 입력 터미널(110) 및 렌즈 수정 시스템(130)과 통신하는 데이터 처리 장치(120)를 포함한다. 안경(101)은 안경테(170)에 장착된 렌즈(150, 151)를 포함한다. 각각의 렌즈(150, 151)는 맞춤화 공정의 일부로 렌즈 수정 시스템(130)에 의해 렌즈에 형성되는 광학 요소의 패턴(155, 156)을 포함한다.
입력 터미널(110)은 예를 들어 시스템(600)의 동작을 가능하게 하는 소프트웨어 애플리케이션을 실행하는 컴퓨터 터미널 또는 (태블릿 컴퓨터나 휴대폰과 같은) 모바일 장치일 수 있다. 데이터 처리 장치(120)는 (예컨대, 하나 이상의 컴퓨터 프로세서를 포함하는) 처리 모듈(122)을 포함하고, 이 처리 모듈은 렌즈에 형성될 광학 요소의 패턴(155)에 대한 정보(124)를 검색하거나 계산한다. 예를 들어, 광학 요소는 패턴(155)에 따라 배열될 수 있는 렌즈릿, 산란 중심 및/또는 프레넬 렌즈 요소를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 광학 요소는 안경(101)을 사용하는 자의 근시 진행을 감소시킨다. 선택되면, 시스템(600)은 패턴(155)에 관한 정보(125)를 렌즈 수정 시스템(130)으로 전송한다.
시스템(600)은 다양한 렌즈(140)가 광학 요소의 패턴(155)을 포함하도록 수정하는 것을 가능하게 하도록 설계되었다. 즉, 시스템은 수많은 안과용 렌즈 회사에서 상업적으로 구입할 수 있는 렌즈 블랭크를 수정하도록 설계되었다. 여기에는 단초점 처방 렌즈, 다초점 렌즈 및 평면 렌즈가 포함된다. 렌즈(140)는 일반적으로 유리 또는 플라스틱으로 형성된다. 수정을 위한 렌즈(142)는 전형적으로 사용자의 필요(예컨대, Rx)와 선호도(예컨대, 렌즈 재료, 코팅)에 따라 선택된다.
렌즈 수정 시스템(130)은 선택된 렌즈(142)를 노광 장치(134)에 대해 위치시키거나 또는 반대로 노광 장치를 선택된 렌즈에 대해 위치시키는 플랫폼(132)을 포함한다. 구현예에 따라, 노광 장치(134)는 광학 요소를 형성하기 위해 렌즈의 표면에 재료를 증착할 수 있거나, 혹은 광학 요소를 형성하기 위해 렌즈(142)의 표면 및/또는 벌크를 수정하는 방사선에 렌즈를 노출시킬 수 있다. 렌즈 수정 시스템(130)은 패턴이 렌즈와 이 패턴 사이의 정해진 상대 정렬에 따라 형성되는 것을 보장하도록 렌즈(142)를 노광 장치(134)에 대해 정렬하는 렌즈 정렬 모듈, 예컨대 광학 정렬 모듈 또는 물리적 조정 장치를 또한 포함한다.
시스템(600)은 광학 요소를 패턴(155)에 따라 렌즈에 형성하기 위해 렌즈(142)와 노광 장치(134) 간의 상대적인 배향을 제어한다. 렌즈(142)에 광학 요소(152)의 패턴(155)을 형성한 후, 렌즈의 가장자리는 일반적으로 가장자리화라고 하는 공정에서 안경테(170)에 맞는 형상으로 형성(예컨대, 밀링)된다. 대안적으로, 렌즈의 가장자리는 렌즈(142)에 광학 요소(152)의 패턴(155)을 형성하기 전에 안경테(170)에 맞는 형상으로 형성된다. 제2 렌즈가 동일한 방식으로 수정되어 안경테(170)에 장착하기 위한 제2 렌즈(151)를 제공된다.
도 6a에 개략적으로 설명한 공정은 추가 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 패턴(155)을 적용하기 전이나 후에 추가 코팅을 렌즈 표면 중 하나 또는 둘 다에 도포할 수 있다. 예로는 UV 또는 청색광 필터, 반사 방지 코팅, 광변색 코팅 또는 층, 편광판, 거울 코팅, 착색제 및 하드코트가 있다. 일부 경우에서, 예컨대 패턴(155)의 적용 전이나 후에 다초점 렌즈를 사용자에 맞춤화하기 위해 렌즈 표면의 추가적인 형상화가 수행된다.
이 공정은 안경점, 유통 센터, 광학 연구실 또는 중앙 제조 시설에서 수행될 수 있다. 렌즈 수정이 렌즈 재고에 있는 렌즈로부터 현장에서 그리고 기존의 안경 제조 프로토콜에 맞추어 수행될 수 있기 때문에, 맞춤화된 광학 요소 패턴과 같은 광학 요소 패턴을 포함하는 고도로 맞춤화된 안경을 적시에 제공하는 것이 가능하다.
도 6b를 또한 참조하면, 일부 구현예에서, 개인화된 안경(101)은 전적으로 안과 전문의의 진료실에서 또는 유통 센터, 광학 연구실 또는 중앙 제조 시설과 협력하여 수행될 수 있는 시퀀스(180)에 의해 제공된다. 제1 단계(181)에서, 안과 전문의는 예컨대 환자의 굴절력을 측정하는 것에 의해 환자의 처방을 결정한다. 이 단계에서 패턴이 형성되는 안과용 렌즈의 굴절력을 결정한다. 환자는 또한 일반 처방 안경과 동일한 방식으로 안경테를 선택한다. 일부 실시예에서, 안경테는 소매점에서 선택될 수 있으며, 렌즈 형상은 (i) 트레이스 형상(trace shape)이 데이터베이스에서 검색될 수 있도록 모델 번호를 제공하거나; (ii) 매장에서 프레임 트레이스 공정을 수행하고 전자적으로 트레이스 형상을 제공하거나; 또는 (iii) 가장자리화 설비가 트레이스 형상을 얻을 수 있도록 프레임을 가장자리화 위치로 운송하는 것에 의해 가장자리화 위치로 전달될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 안경테는 "정적 프레임보드"에서 선택될 수 있으며, 하나 이상의 매장 내 모델은 가장자리화 설비의 재고에 있는 안경테와 일치한다.
안과 전문의는 패턴 선택을 위한 추가 정보를 수집할 수도 있다. 일반적으로 패턴은 환자의 렌즈 처방(Rx), 환자의 동공 크기, 환자의 버전스(vergence), 환자의 동공 거리, 환자의 시선 각도, 환자의 근시 진행 척도, 환자의 근시 소인(예컨대, 유전적 소인 또는 행동 영향 요인), 안경테에 장착된 렌즈의 최종 형상과 크기, 광학 요소 패턴의 다른 것들에 대한 선명도 척도, 환자의 편안함 수준 척도, 환자의 안경테에 대해 상대적인 특정 동공의 광학 중심 높이, 환자 선호도 또는 선택(예컨대, 패턴의 윤곽선 형상) 및 안과 전문의 선호도(예컨대, 치료 효과의 복용량) 등의 요소를 고려할 수 있다.
다음 단계(182)에서, 시스템은 환자에게 적합한 광학 요소의 패턴을 식별한다. 이러한 식별에는 (예컨대, 패턴 데이터베이스에 저장된) 사전 설정된 여러 패턴 중에서 선택하거나 패턴 생성 알고리즘에 따라 새로운 패턴을 계산하는 것이 포함될 수 있다. 예를 들어, 패턴은사용자가 선택한 특정 윤곽선이나 밀도 프로필을 갖도록 시스템에 의해 계산될 수 있다.
변경될 수 있는 패턴에 대한 파라미터는 예를 들어 광학 요소의 유형(예컨대, 렌즈릿, 산란 중심, 프레넬 렌즈), 광학 요소의 크기, 밀도 및 차지하는 영역의 형상을 포함한다. 추가 파라미터는 명시 구경(clear aperture)의 크기, 모양, 위치는 물론 렌즈 패턴의 위치도 포함한다. 이들 각각은 착용자에 대한 패턴의 원하는 광학 효과(예컨대, 주변 시야에서의 콘트라스트 감소량 및 명시 구경 각도 범위) 및/또는 착용 중인 안경을 보는 관찰자에 대한 패턴의 선명도에 따라 개별화될 수 있다.
시스템이 패턴을 설정하고 나면, 단계(183)에서 패턴에 관한 정보가 렌즈 수정 시스템으로 전송된다. 이 정보는 렌즈 수정 시스템(130)에 의해 판독 가능한 형식으로 된 하나 이상의 데이터 파일을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이미지 생성에 적합한 상용 소프트웨어(예컨대, Visio, PowerPoint 또는 Word와 같은 Microsoft Office 제품, Adobe Photoshop, Adobe Illustrator, SolidWorks)를 표준 드라이버 소프트웨어와 함께 사용하여 렌즈 수정 시스템(130)에 대한 제어 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어, 패턴은 WLJ(WinLase Professional Job), WLO(WinLase Professional Object), PLT(HPGL Plotter File), EMF(Windows Enhanced Metafile), WMF(Windows MetaFile), AutoCad(DXF), AutoCad(DWG), Adobe Illustrator(AI), CorelDRAW(CDR), Excellon2 File(EX2), Windows Bitmap(BMP), JPEG Bitmap(JPG), CompuServe Bitman(GIF), PaintBrush(PCX), TruView Job (JOB) 또는 TruView 개체(MCL) 파일과 같은 파일 형식으로 명시될 수 있다. 이러한 파일에 인코딩된 패턴은 컴퓨터 코드, 예를 들어 AppleScript, JavaScript, Python, C++ 등과 같은 컴퓨터 프로그래밍 언어를 사용하여 생성될 수 있다. 대안으로 또는 추가로 맞춤형 소프트웨어 및 파일 형식을 사용할 수 있다. 이러한 패턴은 안과 전문의나 환자와 같은 특정 사용자로부터 입력되는 파라미터를 사용하여 소프트웨어에 의해 생성될 수 있다. 이러한 맞춤형 패턴은 24시간 이하(예컨대, 12시간 이하, 1시간 이하, 50분 이하, 40분 이하, 30분 이하, 20분 이하, 10분 이하, 예컨대, 1분 이하, 40초 이하, 30초 이하, 10초 이하, 1초 이하)의 신속한 적시(Just-In-Time) 제조가 가능한 짧은 시간 내에 생성될 수 있다.
다음으로, 단계(184)에서, 렌즈 수정 시스템(130)은 렌즈의 지정된 위치에 패턴을 형성하기 위해 시스템에 대해 렌즈를 정렬하거나 혹은 반대로 렌즈에 대해 시스템을 정렬한다. 이는 렌즈 수정 시스템에 대해 렌즈를 물리적으로 이동시키는 것 및/또는 패턴의 크기를 렌즈의 위치에 맞추기 위해 변환, 회전 및/또는 크기 조정하는 소프트웨어 조정을 포함할 수 있다. 정렬되고 나면, 단계(185)에서, 시스템은 패턴에 대한 정보에 따라 렌즈를 수정하여 원하는 패턴의 광학 요소를 형성한다.
단계(186)에서, 렌즈 가장자리가 형상화되고, 형상화된 렌즈는 안경테에 장착된다.
일반적으로 이 단계들은 다른 순서로 일어날 수 있다. 예를 들어, 단계(185)에서 광학 요소가 렌즈에 형성되기 전에 단계(186)에서 렌즈가 가장자리화 및 형상화될 수 있다.
일부 실시예에서, 렌즈와 패턴은 모두 방사상 대칭이다. 즉, 렌즈와 패턴 둘 다 중심축을 기준으로 대칭을 이루고 있다. 이는 회전 대칭이라고도 할 수 있다. 예를 들어, 평면 렌즈 또는 구면 굴절력만 갖는 렌즈에 원형 가장자리가 제공되면 방사상 대칭 렌즈가 된다. 일반적으로 원형 가장자리를 갖는 렌즈는 표면의 곡률이 가장자리에 의해 획정된 원 평면 밖으로 연장되더라도 원형 렌즈라고 한다.
또한, 광학 요소는 패턴의 기하학적 중심에 대해 방사상 대칭인 패턴으로 배열될 수 있다. 이러한 패턴은 일반적으로 원형 둘레를 가지며, 광학적으로 사용자가 보는 방사 방향에 관계없이 동일한 기능을 수행한다. 그러한 경우, 광학 요소의 환형 영역 내의 명시 구경의 중심과 같은 패턴의 기하학적 중심은 렌즈의 광학 중심에 대해 정렬될 수 있다. 이러한 구면 렌즈의 경우, 광학 중심은 렌즈의 기하학적 중심과 일치하는 경우가 많다. 그러한 경우에 있어서 렌즈에 대한 패턴의 정렬은 예를 들어 렌즈미터를 이용하여 광학 중심을 측정 및 표시하고 렌즈에 패턴을 형성하기 전에 표시된 광학 중심에 패턴을 정렬하는 것에 의해 달성될 수 있다.
그러나, 보다 일반적으로, 상술한 기술은 방사상 대칭 또는 방사상 비대칭 렌즈에 회전 비대칭 패턴을 형성하는 데에도 사용될 수 있다. 일반적으로, 이는 광학 요소를 형성하기 전에 비대칭성을 처리하는 패턴과 렌즈 간의 상대적 정렬을 설정하는 것을 포함한다. 시스템은 상대 정렬이 정해진 바와 같이 되도록 필요에 따라 정렬을 조정한다. 일부 실시예에서, 광학 요소를 형성하기 전에 렌즈 수정 시스템 내에서 렌즈의 정렬을 가능하게 하는 구조적 및/또는 광학적 정렬 피처가 렌즈에 형성될 수 있다.
도 7을 참조하면, 렌즈 표면에 광학 요소를 형성하기 위한 예시적인 레이저 시스템(700)은 레이저(320), 레이저 빔 감쇠기(330), 초점 맞춤 광학 장치(340), 직각 프리즘 미러(350) 및 스테이지(370)를 포함한다. 레이저(320)는 레이저 빔을 거울(350)을 향해 지향시키고, 거울은 빔이 스테이지(370)에 의해 거울(350)에 대해 위치된 렌즈(302)를 향하도록 빔의 방향을 조종한다. 액추에이터(360)(예를 들어 압전 액추에이터)가 거울(350)에 부착된다. 레이저 시스템(300)은 또한 레이저(320), 빔 초퍼(330) 및 액추에이터(360)와 통신하는 컨트롤러(예컨대, 컴퓨터 컨트롤러)를 포함한다.
레이저 빔 감쇠기(330)와 초점 맞춤 광학 장치(340)는 빔 경로에 위치된다. 빔 감쇠기(330)는 렌즈(302)에 노출되는 레이저 에너지가 조정 및 제어(예컨대, 펄스화)될 수 있도록 빔을 감쇠시킨다. 일반적으로, 하나 이상의 광학적으로 구동되는 요소(예컨대, 하나 이상의 렌즈)를 포함하는 초점 맞춤 광학 장치(340)는 렌즈 표면 위의 레이저 빔에 의해 수정되는 영역이 원하는 패턴 피처 크기로 형상화될 수 있도록 렌즈(302) 표면 위의 충분히 작은 지점에 빔의 초점을 맞춘다. 액추에이터(360)는 빔에 대한 거울(350)의 방향을 변경하여 펄스형 빔을 렌즈 표면의 다른 목표 지점으로 주사한다. 제어기(310)는 레이저 시스템이 사전에 정해진 광학 요소 패턴을 렌즈에 형성하도록 레이저(320), 빔 감쇠기(330) 및 액추에이터(360)의 작동을 조정한다.
일부 구현예에서, 스테이지(370)는 액추에이터도 포함한다. 스테이지 액추에이터는 예컨대 빔 전파 방향과 직교하는 측방향의 2차원에서 렌즈를 이동시키는 다축 액추에이터일 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 액추에이터는 빔 방향을 따라 스테이지를 이동시킬 수 있다. 빔 방향을 따라 스테이지를 이동시키는 것은 렌즈 곡률에 불구하고 렌즈 표면의 노출된 부분을 빔의 초점 위치에 유지하고 이에 의해 렌즈 표면 전체에 걸쳐 실질적으로 일정한 빔 크기와 레이저 에너지 밀도를 유지하는 데 사용될 수 있다. 스테이지 액추에이터는 또한 제어기(310)에 의해 제어될 수도 있는데, 제어기는 이러한 스테이지 움직임을 시스템의 다른 요소와 조화시킨다. 일부 실시예에서는 미러 액추에이터 대신 스테이지 액추에이터가 사용된다.
또한, 일부 구현예에서, 렌즈의 광학적 또는 구조적 피처의 방향과 위치는 예컨대 초점거리 측정기, 렌즈미터, 광학 매퍼(optical mapper), 피처 검출 소프트웨어가 있는 CCD 카메라, 기계적 고정물 또는 기계적 구조를 포착하는 추적기 등을 이용하여 예컨대 시스템(600, 700)에 도입하기 전에 캡처된다. 그런 다음 렌즈는 이전 측정을 기반으로 알려진 방향과 위치에서 예컨대 클램프, 고정 장치, 지그, 흡입 컵 등을 사용하여 제자리에 유지되고, 방향 및 위치 정보를 잃지 않고 시스템(600, 700)에 도입된다. 이러한 전달은 예컨대 로봇 팔의 사용, 홀더나 알려진 위치 및 방향으로의 수동 전달, 고정된 잠금 위치가 있는 회전 턴테이블 등을 통해 수행될 수 있다. 대안적으로, 상술한 예를 포함하는 렌즈의 광학적 및 구조적 피처의 방향과 위치를 캡처하기 위한 장치는 시스템의 다른 컴포넌트, 예컨대 작동 스테이지(370), 컨베이어 또는 회전 테이블과 통합될 수 있다. 일반적으로, 구현예는 광학 요소 패턴을 렌즈 위에 원하는 대로 배치할 수 있도록 하기 위해 머신 비전, 및 렌즈의 다양한 시스템 컴포넌트에 대한 자동화된 정렬을 포함할 수 있다.
일반적으로, 레이저(320)는 표면의 렌즈 재료를 수정하기에 충분한 에너지를 갖는 광을 생성할 수 있는 임의의 유형의 레이저일 수 있다. 가스 레이저, 염료 레이저, 고체 레이저 및 반도체 레이저가 사용될 수 있다. 일반적으로, 예컨대 기계 가공 용도에 적합한 다양한 레이저 기술이 사용될 수 있다. 가스 레이저는 특정 엑시머 레이저(예컨대, 308nm의 XeCl 및 353nm의 XeF)를 포함한다. 사용할 수 있는 다른 종류의 가스 레이저는 (9.4μm 또는 10.6μm의 방출 파장을 가지는) CO2 레이저와 같은 특정 적외선 레이저가 포함된다. 예를 들어 Universal Laser Systems, Inc.(Scottsdale, AZ)에서 제조한 CO2 레이저 시스템(예컨대, 60W VLS 4.60 시스템)과 같은 상업적으로 이용 가능한 레이저 시스템을 사용할 수 있다. 사용할 수 있는 고체 레이저의 예는 1μm에서 방출하는 이테르븀 첨가 유리 레이저와 (예컨대, 가시광선 또는 근적외선 파장을 방출하는) 크롬 첨가 알렉산드라이트 레이저가 있다. 사용할 수 있는 반도체 레이저의 예는 InGaAsP 또는 InGaAsP 레이저를 포함한다.
펄스 지속 시간과 펄스 에너지는 전형적으로 원하는 크기의 광학 요소를 제공하기 위해 렌즈 표면에서 소정 양의 재료를 수정하도록 선택된다.
상술한 예시적인 렌즈 수정 시스템은 렌즈 표면에 광학 요소를 형성하는 것을 포함하지만, 대안적으로 또는 추가로 광학 요소는 렌즈 재료 자체에 매립될 수 있다. 예를 들어, 렌즈 재료와 레이저 노출 시스템은 노출에 의해 벌크 렌즈 재료 자체의 굴절률에 국부적인 변화가 초래되어 렌즈 본체에 광학 요소(예컨대, 산란 중심 또는 렌즈릿)가 형성되도록 선택될 수 있다.
도 8a를 참조하면, 두 눈을 동시에 치료할 수 있게 하는 근시 감소 안경(800)이 도시되어 있다. 근시 감소 안경(800)은 한 쌍의 안경테(801)와 안경테에 장착된 안과용 렌즈(810a, 810b)로 구성된다. 일반적으로, 안과용 렌즈는 평면 렌즈, (예컨대, 정의 또는 부의 굴절률을 갖는) 단초점 렌즈 또는 멀티비전 렌즈(예를 들어 이중초점 또는 누진 렌즈)일 수 있다. 안과용 렌즈(810a, 810b) 각각은 콘트라스트 감소 영역(830a, 830b)으로 둘러싸인 명시 구경(820a, 820b)을 각각 구비한다. 명시 구경(820a, 820b)은 착용자의 축상 시야(on-axis viewing) 위치와 일치하도록 위치되고, 콘트라스트 감소 영역(830a, 830b)은 착용자의 주변 시야에 해당한다. 도 8b를 또한 참조하면, 콘트라스트 감소 영역(830a 및 830b)은 이 영역을 통과하는 빛을 착용자의 눈에 산란시켜 착용자의 주변 시야에 있는 물체의 콘트라스트를 감소시키는 광학 요소(840)의 어레이로 구성된다. 일반적으로, 광학 요소(840)는 위에서 설명한 기술을 사용하여 제공될 수 있다.
명시 개구의 크기와 형상은 다를 수 있다. 일반적으로 명시 개구는 착용자에게 시력이 (예컨대, 20/15 또는 20/20까지) 최적으로 교정될 수 있는 시야 원뿔을 제공한다. 일부 예에서, 개구는 (xy 평면에서의) 최대 치수가 약 0.2mm(예컨대, 약 0.3mm 이상, 약 0.4mm 이상, 약 0.5mm 이상, 약 0.6mm 이상, 약 0.7mm 이상, 약 0.8mm 이상, 약 0.9mm 이상) 내지 약 1.5cm(예컨대, 약 1.4cm 이하, 약 1.3cm 이하, 약 1.2cm 이하, 약 1.1cm 이하, 약 1cm 이하)의 범위이다. 예를 들어, 도 8a에 도시된 바와 같이 개구가 원형인 경우 이 치수는 원의 직경(즉, Ax = Ay)에 해당하지만, 비원형(예컨대, 타원형, 다각형, Ax ≠ Ay)인 개구도 가능하다. 일부 예에서, 렌즈에는 명시 개구를 전혀 구비하지 않으며, 광학 요소가 시축을 가로질러 포함된다. 일부 예에서, 광학 효과의 크기는 예컨대 광학 요소 크기 및 모양을 변경하는 것에 의해 개구 영역에 걸쳐 변할 수 있다. 또한 광학 요소의 밀도는 개구 영역에 따라 다를 수 있다.
명시 개구는 관찰자의 시야에서 약 30도 이하(예컨대, 약 25도 이하, 약 20도 이하, 약 15도 이하, 약 12도 이하, 약 10도 이하, 약 9도 이하, 약 8도 이하, 약 7도 이하, 약 6도 이하, 약 5도 이하, 약 4도 이하, 약 3도 이하)의 입체각에 대응할 수 있다. 수평 및 수직 보기 평면에 해당하는 입체각은 동일하거나 다를 수 있다.
일반적으로, 콘트라스트 감소 영역(830a, 830b)의 광학 요소 패턴은 사용자의 망막에 원하는 정도의 광 산란을 제공하기 위해 다양한 설계 파라미터에 기초하여 선택될 수 있다. 일반적으로, 이러한 설계 파라미터에는 예를 들어 광학 요소의 밀도, 크기 및 형상, 그리고 굴절률을 포함하며, 이에 대해서는 아래에서 보다 상세하게 논의한다. 이상적으로, 패턴은 중심와에 높은 시력을 제공하고 망막의 다른 부분에서 이미지 콘트라스트를 감소시켜 착용자의 불편함을 충분히 줄여 장시간 연속 착용이 가능하도록 선택된다. 예를 들어, 하루 종일은 아니더라도 하루의 대부분을 안경을 착용하는 어린이가 편안한 것이 바람직할 수 있다.
사용자 눈의 중심와에서 이미지 콘트라스트가 감소되는 것은 사용자 망막의 다른 부분에서 이미지 콘트라스트를 줄이는 것보다 눈 성장을 제어하는 데 덜 효율적이라고 여겨진다. 따라서 도트 패턴은 사용자의 중심와로 산란되는 광을 감소(예컨대, 최소화)시키도록 맞춤화될 수 있는 반면, 망막의 다른 부분에서는 산란광이 상대적으로 더 많다. 중심와에서 산란광의 양은 각각 명시 개구(820a, 820b)의 크기에 의해 영향을 받을 수 있을 뿐만 아니라, 광학 요소, 특히 명시 개구에 가장 가까이 있는 광학 요소의 특성에 의해서도 영향을 받을 수 있다. 일부 예에서, 예를 들어 명시 개구에 가장 가까이 있는 광학 요소는 더 멀리에 있는 광학 요소보다 광 산란이 덜 효율적이도록 설계될 수 있다.
특정 실시예에서, 광학 요소는 감소된 협각 산란 및 증가된 광각 산란을 전달하여 망막에 균일한 광 분포를 생성(콘트라스트 감소)하면서, 산란 중심의 기하학적 구조를 통해 시력을 유지도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 광학 요소는 (예컨대, 10% 이상, 20% 이상, 30% 이상, 40% 이상, 50% 이상이고, 2.5도 이상 편향된) 상당히 넓은 전방 각도 산란을 생성하도록 설계될 수 있다. 협각 전방 산란, 즉 2.5도 이내는 상대적으로 낮게(예컨대, 50% 이하, 40% 이하, 30% 이하, 20% 이하) 유지될 수 있다.
일반적으로, 안경에 기반한 근시 관리 솔루션에 사용하기 위해 광학 요소 패턴을 최적화하기 위하여 다양한 측정 기준을 이용하여 광학 요소 패턴의 성능을 평가할 수 있다. 예를 들어, 광학 요소 패턴은 예컨대 각기 다른 광학 요소 패턴을 갖는 렌즈의 물리적 측정에 기반하여 경험적으로 최적화될 수 있다. 예를 들어, 광 산란은 헤이즈에 대한 국제 테스트 표준(예컨대, ASTM D1003 및 BS EN ISO 13468)과 같은 헤이즈 측정을 기반으로 특성화할 수 있다. 렌즈를 완전히 투과한 광의 양, (예컨대 0.5도 이내에서) 방해받지 않고 투과한 광의 양, 2.5도를 초과하여 편향된 양(헤이즈) 및 선명도(2.5도 이내에서의 양)를 측정하는 (Haze-Gard Plus 기기와 같은) BYK-Gardner 헤이즈미터와 같은 통상의 헤이즈미터가 사용될 수 있다. 산란 패턴을 경험적으로 최적화하기 위한 목적으로 광산란을 특성화하는 데 다른 장비를 사용할 수도 있다. 예를 들어, 2.5도 부근의 환형 링에서 광을 측정하여 광의 확산을 측정하는 장비를 사용할 수 있다(예컨대, Hornell의 장비).
대안적으로 또는 추가로, 광학 요소 패턴은 광선 추적 컴퓨터 모델링 소프트웨어(예컨대, Zemax 또는 Code V)를 통해 최적화될 수 있다.
일부 실시예에서, 광학 요소 패턴은 광학 요소에 의해 망막에 제공되는 광의 해상도 및 분포를 나타내는 점 확산 함수의 최적화에 기초하여 설계될 수 있다. 예를 들어, 광학 요소의 크기, 형상 및 간격은 중심와 외부의 망막이 산란광으로 균일하게 덮여서 망막의 이 영역에서 콘트라스트를 감소시키도록(예컨대, 최소화시키도록) 망막의 조명을 균일하게 확산시키게 변화될 수 있다.
대안적으로 또는 추가로, 광학 요소 패턴은 인간 시각 시스템의 공간 주파수 응답을 나타내는 변조 전달 함수의 최적화를 기반으로 설계될 수 있다. 예를 들어, 광학 요소의 크기, 형상 및 간격은 다양한 공간 주파수를 부드럽게 감쇠시키기 위해 달라질 수 있다. 광학 요소 패턴의 설계 파라미터는 특정 공간 주파수를 필요에 따라 증가시키거나 혹은 감소시키기 위하여 변할 수 있다. 일반적으로 시각의 경우 흥미 있는 공간 주파수는 미세한 쪽에서는 1도당 18주기이고, 거친 쪽에서는 1도당 1.5주기이다. 광학 요소 패턴은 이 범위 내에 있는 공간 주파수의 특정 하위 집합에서 증가된 신호를 제공하도록 설계될 수 있다.
시뮬레이션된 이미지를 망막에 투사하는 것과 같은 다른 툴이 광학 요소 패턴을 통해 눈이 보는 것을 시뮬레이션하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 여러 개의 라이브러리 이미지 파일이 시력과 직접적으로 관련될 수 있는 광학 시뮬레이션 소프트웨어에서 사용될 수 있다. 정상 시력(20/20)이 물체 공간에서 5분의 호에 해당하는 E와 같은 5개 막대 문자의 해상도에 상응하기 때문에, 0.024mm의 망막 이미지 크기가 생성된다. 망막에 시뮬레이션된 문자 E는 광학 요소 패턴이 존재하는 경우의 이미지 품질의 변화를 나타낸다. 이는 광학 시스템의 변경 전후의 망막 이미지를 비교할 때 유용할 수 있다.
상술한 측정 기준은 도트의 크기 및/또는 형상을 기반으로 광학 요소 패턴을 평가하는 데 사용할 수 있으며, 둘 다 원하는 대로 변경될 수 있다. 예를 들어, 광학 요소는 실질적으로 둥글거나, 가늘고 길거나(예컨대, 타원형) 또는 불규칙한 형상일 수 있다. 일반적으로, 광학 요소의 치수(예컨대, 도 1b에 도시된 바와 같은 직경)는 가시광선을 산란시키기에 충분히 크면서도 정상적인 사용 중에 착용자가 인식할 수 없을 정도로 충분히 작아야 한다. 예를 들어, 광학 요소의 (x-y 평면에서 측정한) 치수는 약 0.001mm 이상(예컨대, 약 0.005mm 이상, 약 0.01mm 이상, 약 0.015mm 이상, 약 0.02mm 이상, 약 0.025mm 이상, 약 0.03mm 이상, 약 0.035mm 이상, 약 0.04mm 이상, 약 0.045mm 이상, 약 0.05mm 이상, 약 0.055mm 이상, 약 0.06mm 이상, 약 0.07mm 이상, 약 0.08mm 이상, 약 0.09mm 이상, 약 0.1mm) 내지 약 1mm 이하(예컨대, 약 0.9mm 이하, 약 0.8mm 이하, 약 0.7mm 이하, 약 0.6mm 이하, 약 0.5mm 이하, 약 0.4mm 이하, 약 0.3mm 이하, 약 0.2mm 이하, 약 0.1mm) 범위일 수 있다.
예컨대, 광의 파장(예컨대, 0.001mm 내지 약 0.05mm)과 유사한 치수를 갖는 보다 작은 광학 요소의 경우, 광 산란은 롤리(Raleigh) 또는 미에(Mie) 산란으로 간주될 수 있다. 보다 큰 광학 요소(예컨대, 약 0.1mm 이상)의 경우 광 산란은 기하학적 산란으로 인해 발생할 수 있다.
일반적으로, 광학 요소의 치수는 각 렌즈 전체에서 동일하거나 다를 수 있다. 예를 들어, 치수는 예컨대 명시 개구로부터 측정되는 광학 요소의 위치 및/또는 렌즈 가장자리로부터의 거리에 따라 증가하거나 감소할 수 있다. 일부 실시예에서, 융기부 치수는 렌즈 중심으로부터의 거리가 증가함에 따라 단조적으로 변한다(예컨대, 단조적으로 증가하거나 혹은 단조적으로 감소한다). 일부 경우에서, 치수의 단조적인 증가/감소는 렌즈 중심으로부터의 거리에 따라 광학 요소의 직경을 선형적으로 변화시키는 것을 포함한다.
도 8b에 도시된 광학 요소는 정방형 격자 상에 각각의 방향으로 균일한 양만큼 이격되게 배열된다. 이는 y방향으로는 Dy로 그리고 x방향으로는 Dx로 표시된다. 일반적으로, 광학 요소는 전체적으로 근시 감소를 위해 관찰자의 주변에서 충분한 콘트라스트 감소를 제공하도록 이격된다. 일반적으로 (인접한 도트들이 중첩되거나 병합되지 않는 경우) 광학 요소의 간격이 작을수록 콘트라스트가 더 많이 감소한다. 일반적으로, Dx 및 Dy는 약 0.05mm(예컨대, 약 0.1mm 이상, 약 0.15mm 이상, 약 0.2mm 이상, 약 0.25mm 이상, 약 0.3mm 이상, 약 0.35mm 이상, 약 0.4mm 이상, 약 0.45mm 이상, 약 0.5mm 이상, 약 0.55mm 이상, 약 0.6mm 이상, 약 0.65mm 이상, 약 0.7mm 이상, 약 0.75mm 이상) 내지 약 2mm(예컨대, 약 1.9mm 이하, 약 1.8mm 이하, 약 1.7mm 이하, 약 1.6mm 이하, 약 1.5mm 이하, 약 1.4mm 이하, 약 1.3mm 이하, 약 1.2mm 이하, 약 1.1mm 이하, 약 1mm 이하, 약 0.9mm 이하, 약 0.8mm 이하)의 범위에 있다. 예를 들어, 광학 요소의 간격은 0.55mm, 0.365mm 또는 0.240mm일 수 있다.
도 8b에 도시된 도트들이 x방향과 y방향으로 동일한 간격으로 배열되어 있지만, 보다 일반적으로 각각의 방향으로의 간격은 다를 수 있다. 또한, 광학 요소는 정사각형이 아닌 격자로 배열될 수 있다. 예를 들어, 육각형 격자가 사용될 수 있다. 비정규 배열도 가능한데, 예를 들어 무작위 또는 반무작위 도트 배치가 사용될 수 있다. 무작위 패턴의 경우, 주어진 치수는 x방향 및 y방향으로 도트의 평균 간격일 것이다.
일반적으로, 광학 요소에 의한 렌즈의 커버리지는 필요에 따라 다를 수 있다. 여기서, 커버리지는 광학 요소에 상응하는 xy평면에 투영될 때 렌즈의 전체 면적의 비를 가리킨다. 전형적으로, (개개의 광학 요소가 개별적이라고, 즉 광학 요소가 합쳐져서 더 큰 광학 요소를 만들지 않는다고 가정할 때) 광학 요소 커버리지가 낮으면 광학 요소 커버리지가 높을 때보다 더 낮은 산란이 일어난다. 광학 요소 커버리지는 10% 이상에서 약 75%까지 달라질 수 있다. 예를 들어, 광학 요소 커버리지는 15% 이상, 20% 이상, 25% 이상, 30% 이상, 35% 이상, 40% 이상, 45% 이상일 수 있고, 예를 들어 50% 또는 55%일 수 있다. 광학 요소 커버리지는 사용자의 편안함 수준에 따라, 예컨대 착용자가 자발적으로 장기간 동안(예컨대, 하루 종일) 안경을 착용할 정도로 충분히 편안한 주변 시야의 수준을 제공하도록 선택될 수 있다.
도 8b에서 광학 요소가 원형 풋프린트를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 보다 일반적으로 광학 요소는 다른 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 광학 요소는 타원형 광학 요소의 경우와 같이 한 방향(예컨대, x방향 또는 y방향)으로 긴 형상일 수 있다. 일부 실시예에서, 광학 요소는 그 형상이 불규칙하다.
도트들 사이의 콘트라스트가 감소된 영역(830a, 830b)에서 렌즈에 입사하는 장면의 광은 사용자 망막 위의 장면 이미지에 기여하는 반면, 광학 요소에 입사하는 장면의 광은 그렇지 않은 것으로 생각된다. 더욱이, 광학 요소에 입사된 광은 여전히 망막에 전달되고, 따라서 망막의 광 세기를 실질적으로 감소시키지 않으면서 이미지 콘트라스트를 감소시키는 효과가 있다. 이에 따라, 사용자 주변 시야의 콘트라스트 감소량은 광학 요소에 의해 커버되는 콘트라스트 감소 영역의 표면적 비율과 상관관계가 있는(예컨대, 대략 비례하는) 것으로 생각된다. 일반적으로 광학 요소는 콘트라스트 감소 영역(830a, 830b)의 (xy평면에서 측정한) 면적의 적어도 10%(예컨대, 20% 이상, 30% 이상, 40% 이상, 50% 이상, 예를 들어 90% 이하, 80% 이하, 70% 이하, 60% 이하, 예컨대, 10% 내지 20%, 10% 내지 30%)를 차지한다.
일반적으로, 광학 요소 패턴은 이 영역에서 관찰자의 시력을 크게 저하시키지 않으면서 착용자의 주변 시야에서 물체 이미지의 콘트라스트를 감소시킨다. 여기서 주변 시야란 명시 개구 영역 바깥의 시야를 말한다. 이러한 영역에서의 이미지 콘트라스트는 결정된 바와 같이 렌즈의 명시 개구를 이용하여 본 이미지 콘트라스트에 비해 40% 이상(예컨대, 45% 이상, 50% 이상, 60% 이상, 70% 이상, 80% 이상) 감소될 수 있다. 콘트라스트 감소량은 각각의 개별 사례의 필요에 따라 설정될 수 있다. 전형적인 콘트라스트 감소량은 약 50% 내지 55% 범위일 것으로 생각된다. 매우 경증인 경우 50% 미만의 콘트라스트 감소가 사용될 수 있지만, 보다 취약한 피험자는 55% 이상의 콘트라스트 감소가 필요할 수 있다. 주변 시력은 주관적 굴절 검사에 따라 결정된 20/30 이상(예컨대, 20/25 이상, 20/20 이상)으로 교정될 수 있는 동시에 의미 있는 콘트라스트 감소를 달성할 수 있다.
여기서, 콘트라스트란 동일한 시야 내에서 두 물체 간의 휘도 차이를 나타낸다. 이에 따라 콘트라스트 감소는 이러한 차이의 변화를 의미한다.
콘트라스트 및 콘트라스트 감소는 다양한 방법으로 측정할 수 있다. 일부 실시예에서, 콘트라스트는 제어된 조건 하에서 렌즈의 명시 개구 및 도트 패턴을 통해 얻어지는 흑백의 정방형들로 된 체커보드와 같은 표준 패턴의 각기 다른 부분들 간의 밝기 차이에 기초하여 측정될 수 있다.
대안적으로 또는 추가로, 콘트라스트 감소는 렌즈의 광학 전달 함수(OTF)에 기초하여 결정될 수 있다(예컨대, http://www.montana.edu/jshaw/documents/18%20EELE582_S15_OTFMTF.pdf 참조). OTF의 경우, 밝은 영역과 어두운 영역이 서로 다른 "공간 주파수"로 정현파 변조되는 자극의 전송을 위해 콘트라스트가 지정된다. 이러한 자극은 밝은 막대와 어두운 막대가 번갈아 나타나면서 막대 사이의 간격이 일정 범위에 걸쳐 달라지는 것처럼 보이다. 모든 광학 시스템에서, 가장 높은 공간 주파수를 가지며 정현파로 변화하는 자극에 대한 콘트라스트 전송이 가장 낮다. 모든 공간 주파수에 대한 콘트라스트 전송을 설명하는 관계가 OTF이다. OTF는 점 확산 함수를 푸리에 변환하는 것에 의해 얻을 수 있다. 점 확산 함수는 점광원을 렌즈를 통해 검출기 어레이 상에 이미징하고 점으로부터 나온 광이 검출기 전체에 어떻게 분산되는지 결정하는 것에 의해 얻을 수 있다.
측정값이 충돌하는 경우, OTF 기술이 우선시된다.
일부 예에서, 콘트라스트는 명시 개구의 면적과 비교하여 광학 요소에 의해 커버되는 렌즈 면적의 비에 기초하여 추정될 수 있다. 이 근사법에서는, 광학 요소에 닿는 모든 광이 전체 망막 영역에 균일하게 분산되어 이미지의 보다 밝은 영역에서 이용 가능한 광량을 감소시키고 보다 어두운 영역에 광을 추가하는 것으로 가정한다. 이에 따라 콘트라스트 감소는 렌즈의 명시 개구 및 광학 요소 패턴을 통해 이루어진 광 투과 측정에 기초하여 계산될 수 있다.
렌즈는 폴리카보네이트로 이루어질 수 있다. PC 외에, 렌즈 자체는 또한 알릴 디글리콜 카보네이트 플라스틱, 우레탄계 모노머 또는 기타 내충격성 모노머로 만들 수 있다. 대안적으로, 렌즈는 굴절률이 1.60보다 큰 고밀도 고굴절률 플라스틱 중 하나로 만들 수도 있다. 일부 실시예에서, 렌즈는 굴절률이 보다 낮은 광학적으로 투명한 재료로 만들어진다(예컨대, CR39는 1.50이고 Trivex는 1.53이다).
앞서 언급한 바와 같이, 일반적으로, 광학 요소 패턴의 크기, 간격 및 배열 형태는 다양할 수 있다. 일부 예에서, 광학 요소 패턴은 예컨대 광학 요소 크기 및/또는 간격에 있어서의 변화를 특징으로 한다. 광학 요소 패턴은 (예컨대, 굴절률 불일치 및/또는 각각의 광학 요소의 형상에 있어서의 변화로 인한) 광학 요소의 산란 효율의 변화를 특징으로 할 수 있다. 점진적인 광학 요소 패턴은 패턴의 명시성을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 렌즈의 투명한 부분에서 산란 부분으로의 점진적인 전환은 급격한 전환보다 눈에 덜 띌 수 있다.
일부 실시예에서, 렌즈는 광학 요소 패턴이 제각기 다른 각기 다른 구역을 특징으로 할 수 있다. 예를 들어, 도 9의 (a) 및 도 9의 (b)를 참조하면, 렌즈(900)는 명시 개구(910), 전이 구역(920) 및 산란 구역(930)을 포함한다. 명시 개구(910)는 반경(R910)을 가지며, 전이 구역(920)은 내부 반경(R910) 및 외부 반경(R920)을 갖는 명시 개구를 둘러싸는 환형 영역이다. 렌즈 영역의 나머지 부분은 산란 구역(930)을 형성한다.
전이 구역(920)은 산란 구역(930)의 광학 요소 패턴보다 입사광을 덜 산란시키는 도트 패턴을 특징으로 하며, 명시 개구에서 산란 구역으로 렌즈의 산란 특성의 전이를 제공한다. 이러한 전이는 산란 구역이 명시 개구까지 확장되는 경우 제공될 수 있는 산란과 비교하여 중심와로의 산란을 감소시킨다는 점에서 유리할 수 있다. 또 다른 장점은 전이 영역이 사용자에게 광학 요소 패턴의 가시성을 줄여 보다 편안한 착용 경험을 제공할 수 있다는 것이다. 이는 어린이에게 특히 중요할 수 있으며, 어린이가 그러한 렌즈를 특징으로 하는 안경을 장기간 규칙적으로 착용할 가능성은 어린이의 편안함 수준에 따라 달라진다.
일반적으로, 전이 영역(920)의 광학 요소 패턴은 다양할 수 있다. 일부 예에서, 전이 구역은 광학 요소가 동일한 모양과 크기를 가지며 균일하게 이격되어 있는 균일한 광학 요소 패턴을 특징으로 한다. 대안적으로, 특정 예에서, 전이 구역의 광학 요소 패턴은 다양한 광학 요소 밀도, 간격 및/또는 크기를 특징으로 할 수 있다. 예를 들어, 광학 요소 패턴은 R910에서 R920까지 증가하는 반경 방향 거리에서 산란이 단조적으로 증가하면서 명시 개구에 가장 가까운 가장 약한 산란을 제공하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 광학 요소 밀도는 R910에서 R920까지 단조적으로(예컨대, 선형으로) 증가한다. 예를 들어, 광학 요소 직경은 렌즈 축으로부터의 반경 방향 거리가 R910에서 R920으로 증가함에 따라 제1 값(예컨대, 0.05mm)에서 제2 값(예컨대, 0.17mm)까지 선형으로 증가할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 광학 요소 간격은 R910에서 R920까지 단조적으로(예컨대, 선형으로) 감소할 수 있다.
전형적으로, R910은 약 1mm 내지 약 3mm 범위(예컨대, 1.0mm 내지 1.1mm, 1.1mm 내지 1.2mm, 1.2mm 내지 1.3mm, 1.3mm 내지 1.4mm, 1.4mm 내지 1.5mm, 1.5mm 내지 1.6mm, 1.6mm 내지 1.7mm, 1.7mm 내지 1.8mm, 1.8mm 내지 1.9mm, 1.9mm 내지 2.0mm, 2.0mm 내지 2.1mm, 2.1mm 내지 2.2mm, 2.2mm 내지 2.3mm, 2.3mm 내지 2.4 mm, 2.4mm 내지 2.5mm, 2.5mm 내지 2.6mm, 2.6mm 내지 2.7mm, 2.7mm 내지 2.8mm, 2.8mm 내지 2.9mm, 2.9mm 내지 3.0mm)에 있다.
R920은 약 2mm 내지 약 6mm의 범위(예컨대, 2.0mm 내지 2.2mm, 2.2mm 내지 2.4mm, 2.4mm 내지 2.6mm, 2.6mm 내지 2.8mm, 2.8mm 내지 3.0mm, 3.0mm 내지 3.2mm, 3.2mm 내지 3.4mm, 3.4mm 내지 3.6mm, 3.6mm 내지 3.8mm, 3.8mm 내지 4.0mm, 4.0mm 내지 4.2mm, 4.2mm 내지 4.4mm, 4.4mm 내지 4.6mm, 4.6mm 내지 4.8mm, 4.8mm 내지 5.0mm, 5.0mm 내지 5.2mm, 5.2mm 내지 5.4mm, 5.4mm 내지 5.6mm, 5.6mm 내지 5.8mm, 5.8mm 내지 6.0mm)에 있을 수 있다.
일부 실시예에서, 광학 요소 패턴은 규칙적인 어레이에 대해 무작위로 변위하는 광학 요소를 포함한다. 무작위 변위를 도입하면 별모양 광채와 유사한 눈부심 같은 규칙적으로 이격된 산란 중심과 관련된 광학 효과를 줄일 수 있다. 예컨대, 사진 촬영과 관련된 별모양 광채 효과를 보여주는 https://www.slrlounge.com/diffraction-aperture-and-starburst- Effects/를 참조하라. 이에 따라, 광학 요소 패턴에 무작위 변위를 포함시키는 것은 광학 요소가 균일한 간격으로 배치된 유사한 광학 요소 패턴에 비해 사용자에게 더 편안한 경험을 제공할 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 광학 요소 패턴의 무작위화는 반사광에서 나타나는 광학 효과(예컨대, 회절 또는 간섭 효과)를 감소시켜 관찰자에 대한 광학 요소 패턴의 인지도를 감소시킬 수 있다.
무작위 변위가 9c에 도시되어 있는데, 인접한 격자 위치가 x방향으로 서로 거리 Dx, y방향으로 서로 거리 Dy만큼 이격되어 있는 어레이 격자에 대해 위치된 광학 요소(901a 내지 901e)를 나타낸다. 도시된 바와 같이, Dx = Dy이지만, 보다 일반적으로는 수직 및 수평 격자 간격이 다를 수 있다.
각각의 광학 요소에 대해 δx = Ax·Dx·RN[0,1] 및 δy = Ay·Dy·RN[0,1]이며, 여기서 Ax와 Ay는 각각 x방향 및 y방향으로 0과 1 사이의 지터 진폭이며, 이들은 동일하거나 혹은 다를 수 있다. RN[0,1]은 0과 1 사이의 난수이다.
광학 요소 크기는 무작위로 달라질 수도 있으며, 이는 눈부심과 같은 균일한 크기의 광학 요소 어레이와 관련된 광학 효과를 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 도 9c에 도시된 바와 같이, 각각의 광학 요소의 반경 방향 치수는 공칭 광학 요소 반경, r0에서 달라질 수 있다. 도시된 바와 같이, 광학 요소(401d)는 공칭 반경 r0을 갖는 반면, 광학 요소(401b 및 401e)는 각각 r0보다 큰 반경 rb 및 re를 가지며, rb ≠ re이다. 광학 요소 반경은 공식 ri = r0 + Δr에 따라 설정될 수 있고, Δr = Ar·r0·RN[0,1]이며, i는 i번째 광학 요소를 나타내고 Ar은 0과 1 사이의 값으로 설정된 광학 요소 반경 지터 진폭이다.
보다 일반적으로, 위의 예는 명목적으로 원형인 광학 요소의 광학 요소 반경을 나타내지만, 지터는 응용 분야에 따라 다른 광학 요소 크기 파라미터에 적용될 수 있다. 예를 들어 지터는 광학 요소 부피나 기타 광학 요소 치수(예컨대, x치수, y치수)에 적용될 수 있다.
일부 실시예에서, 광학 요소 패턴은 광학 요소 배치에 있어서의 무작위 지터 및 광학 요소 크기에 있어서의 무작위 지터를 모두 포함할 수 있다.
다수의 실시예를 설명했으며, 다른 실시예는 아래의 특허청구범위에 있다.
Claims (11)
- 렌즈 재료를 포함하는 안과용 렌즈의 표면에 광학 요소를 형성하는 방법으로,
안과용 렌즈의 표면에 레이저 상호작용층을 제공하는 단계로, 레이저 상호작용층은 제1 파장(λ1)에서 제1 방사선 흡수율을 갖는 제1 재료를 포함하고, 렌즈 재료는 λ1에서 제1 방사선 흡수율보다 낮은 제2 방사선 흡수율을 가지는 단계; 및
렌즈 재료의 각각의 개별 영역에 광학 요소를 형성하기에 충분한 λ1의 레이저 방사선에 레이저 상호작용층의 개별 영역을 노출시키는 단계를 포함하는 광학 요소 형성 방법. - 안과용 렌즈로,
안과용 렌즈의 기본 곡률을 제공하도록 형상화되고 대향하는 두 곡면을 가지되, 대향하는 두 곡면은 제1 표면을 가지는 렌즈 재료;
제1 표면에 패턴으로 배열되는 다수의 광학 요소로, 렌즈 재료의 굴절률과 다른 굴절률 및/또는 제1 표면의 곡률과 다른 표면 형상을 가지는 영역에 상응하는 다수의 광학 요소; 및
제1 표면에 있는 레이저 상호작용층으로, 제1 파장(λ1)에서 제1 방사선 흡수율을 갖는 제1 재료를 포함하고, 렌즈 재료는 λ1에서 제1 방사선 흡수율보다 낮은 제2 방사선 흡수율을 가지는 레이저 상호작용층을 포함하는 안과용 렌즈. - 안과용 렌즈로,
안과용 렌즈의 기본 곡률을 제공하도록 형상화되고 대향하는 두 곡면을 가지되, 대향하는 두 곡면은 제1 표면을 가지는 렌즈 재료; 및
제1 표면에 있는 레이저 상호작용층으로, 제1 파장(λ1)에서 제1 방사선 흡수율을 갖는 제1 재료를 포함하고, 렌즈 재료는 λ1에서 제1 방사선 흡수율보다 낮은 제2 방사선 흡수율을 가지는 레이저 상호작용층을 포함하는 안과용 렌즈. - 청구항 3에 있어서,
레이저 상호작용층과 함께 제1 표면에 배치된 하나 이상의 추가층을 더 포함하되, 하나 이상의 추가층은 레이저 상호작용층과 다른 조성을 가지는 안과용 렌즈. - 청구항 4에 있어서,
하나 이상의 추가층은 하드코트, UV 차단층, 반사방지층, 광변색층 및 소수성층으로 이루어진 군으로부터 선택되는 안과용 렌즈. - 청구항 4에 있어서,
적어도 하나의 추가층은 제1 층을 포함하고, 레이저 상호작용층은 제1 층과 렌즈 재료 사이에 위치되는 안과용 렌즈. - 청구항 6에 있어서,
제1 층은 λ1에서 제1 재료의 흡수율보다 낮은 방사선 흡수율을 갖는 재료로 구성되는 안과용 렌즈. - 청구항 7에 있어서,
제1 층을 구성하는 재료는 렌즈 재료의 흡수율보다 낮은 흡수율을 가지는 안과용 렌즈. - 청구항 3에 있어서,
λ1에서 반사성(예컨대, λ1에서 수직 입사광의 50% 이상을 반사)인 반사층을 더 포함하는 안과용 렌즈. - 청구항 9에 있어서,
반사층은 적어도 일부 가시광선 파장에 대해 투과성인 안과용 렌즈. - 청구항 9에 있어서,
반사층은 렌즈 재료와 레이저 상호작용층 사이에 위치하는 안과용 렌즈.
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