TWI493240B - 形成眼科鏡片預形物及鏡片的方法 - Google Patents

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Description

形成眼科鏡片預形物及鏡片的方法 相關申請案之交互參照
本申請案主張美國暫時專利申請案序號第60/957,069號(申請日：2007年8月21日，標題為“眼科鏡片的客製化製造”)的優先權，其相關內容併入本文作為參考資料。
本發明描述用於製造眼科鏡片的裝置，且更特別的是，在一些具體實施例中，描述有利於形成客製化隱形眼鏡之鏡片預形物的製造。
眼科鏡片常用鑄塑成型法製成，此法是在界定於相對模件的光學表面之間的模穴中沉積單體材料。用來把水凝膠塑造成有用物件(例如，眼科鏡片)的多部件模具可包含，例如具有與眼科鏡片後曲面對應之凸形部份的第一模件，以及具有與眼科鏡片前曲面對應之凹形部份的第二模件。為了使用該等模件來製備鏡片，而在可塑用完即棄型前曲面模件與可塑用完即棄型後曲面模件之間放置未固化的水凝膠鏡片配方。
通常是用射出成形技術來形成前曲面模件與後曲面模件，此技術係壓迫熔化的塑料進入具有至少一光學品質表面的經高度切削加工之鋼製工具。
合攏前曲面模件與後曲面模件以根據想要的鏡片參數來塑造鏡片。隨後，藉由例如暴露於熱及光來固化該鏡片配方，從而可形成鏡片。在固化後，分開該等模件以及由該等模件卸下鏡片。
對於量產尺寸及倍數有限的眼科鏡片，鑄塑成型法特別成功。不過，鑄塑成型製程及設備在本質上對於患者的眼睛或特定的應用難以形成特定的客製鏡片。因此，已有人開發出其他的技術，例如：車削鏡片圓片狀物(lens button)以及立體光刻技術。不過，車削需要高模量的鏡片材料，耗時且受限於表面的有效範圍而且立體光刻術無法產生適合人類使用的鏡片。
因此，最好有其他的方法及裝置可用來形成有預定尺寸及形狀的眼科鏡片以便針對特定的患者或目的來達成客製化。
本發明的目標為用於形成眼科鏡片預形物的方法，其中，在一些具體實施例中，隨後該鏡片預形物可用來形成眼科鏡片。一般而言，形成眼科鏡片預形物的方法包含下列步驟：將具有一光學品質區之一單一基板定位成與有一體積的反應混合物接觸；以及，傳輸足夠的光化輻射通過該單一基板以使該反應混合物之該體積有一部份聚合。然後，該鏡片預形物可形成沿著該光學品質區的第一表面，以及在該反應混合物體積內自由成形且不包含所有該反應混合物的第二表面部份。
本發明的其他方面包含：計算一強度分布(profile)；以及，基於該強度分布來傳輸該光化輻射通過該基板。基於該強度分布，相應地形成該自由成形鏡片預形物表面。
該反應混合物可包含能夠吸收被傳輸通過該單一基板之光化輻射的一輻射吸收組份。該輻射吸收組份可充分吸收在沿透射之一向量方向的輻射以中止在該向量之方向中的聚合。藉此，根據一序列的向量與每個向量的聚合深度來形成第二表面。在一些具體實施例中，該成形鏡片的第一表面會具有第一模量，以及該鏡片的第二表面具有第二模量。
具體實施例也可包含光化輻射的每個向量各與已聚合或部份聚合鏡片材料中之一體素(voxel)連繫，以及以逐個體素的方式來控制光化輻射的傳輸。用可執行代碼以及與一數位反射鏡元件裝置通訊的處理器來以逐個體素的方式控制光化輻射的傳輸。該數位反射鏡元件裝置可包含例如3個或更多個數位反射鏡元件晶片。
在一些特定的具體實施例中，可用比耳定律算出光化輻射由在該基板表面上之一點穿透進入該反應混合物的深度。
在另一方面，在第一及第二表面形成後，可在一溶液中清洗鏡片預形物。以不具限定性的實施例說明之，該溶液可包含未反應反應混合物或能夠使該鏡片預形物膨脹的水合溶液(hydration solution)。在一些具體實施例中，可在清洗期間用超音波振盪該溶液。
一般而言，不同的具體實施例可包含以動態模式或靜態模式傳輸光化輻射經過一預定持續時間。
可用以下方式來形成眼科鏡片：在一滯留(dwelling)期間，使一部份液態材料在該鏡片預形物之該第二表面上流動以及暴露該鏡片預形物於第二次光化輻射的曝光。此外，在一些具體實施例中，可由該鏡片預形物之第二成形表面芯吸出或排掉液態材料的第二部份。
在另一方面，可基於預定強度分布來傳輸光化輻射的第一次曝光通過該基板，該預定強度分布使得能以逐個體素的方式來控制光化輻射。此外，在一些具體實施例中，該分布可導致形成該眼科鏡片預形物或鏡片的第一表面，其中該第一表面的模量大於該眼科鏡片之該第二表面的模量。
有些具體實施例也可包含控制一定影光化輻射源的方法，該定影光化輻射源適於用來由一鏡片預形物形成一眼科鏡片。其他的方面可包含能夠控制本文所述之自動裝置的處理器與軟體儲存裝置。
該裝置的第一部件係用於致能描述於本文的方法以及提供用於取得光學參數以及使彼等成為材料產物的構造物，該材料產物在後續的生產後會符合想要的眼科鏡片參數。此第一部件包含基於體素之光刻光學裝置。藉由以數位方式編程強度曝光以及輸送該曝光至遍及一光學組件之曲面的離散位置，該裝置使得光化反應能以可控制及可編程的方式出現。
藉由使用此一裝置之體素光刻光學部件的製程可產生的產物之一會被稱作鏡片預形物。此鏡片預形物有液態區與結構區。在一較佳具體實施例中，結構區主要取決於體素光刻部件的操作；不過，可用許多方法決定液態區同時它也會被體素光刻部件影響。替代具體實施例可由體素光刻部件的效果來形成鏡片而不用經過鏡片預形物的中間產物。
在新穎裝置有利於加工液態組份的第二次級部件中可進一步加工該鏡片預形物。此芯吸部件包含有利於調整及控制液態組份在該鏡片預形物實體上之數量及其他特性的裝置。
該裝置的其他次級部件包含在會影響此材料之液態方面之力下考慮到其餘液態材料之受控加工的組件。藉由控制流量，在第二光化照射製程定影該液態材料後，可產生獨特的高品質表面。
不同次級部件的鏡片輸出是在有利於測量有膨脹及未膨脹形式之鏡片的部件中進一步加工。再者，用於水合及膨脹鏡片的裝置係包含該裝置的其他次級部件。結果為達成光學及功能要求的眼科鏡片。
經由基於體素之光刻加工以有彈性及可編程的方式形成鏡片預形物的方法可得到一些具體實施例。
將有各種形式之鏡片預形物加工成高品質眼科鏡片的性能係包含該新穎裝置的其他具體實施例。
其他的具體實施例係利用體素光刻裝置的能力來形成帶有特徵(除其部份的光學特性以外)的眼科鏡片預形物及鏡片。
描述於本文供具體實作該等方法的裝置在同時申請、共審查中之申請案(標題為“用於形成眼科鏡片預形物及鏡片的裝置”)中有進一步的說明。
因此，本發明包含一種用於形成客製化隱形眼鏡的方法，其係以有彈性及可編程的方式使得鏡片具有各種光學效能和各種非光學特性。所得眼科鏡片包含各種材料性質；包括水凝膠鏡片，以及在一些具體實施例中，也包括矽酮水凝膠鏡片。
本發明提供用於形成鏡片和用於形成鏡片預形物(眼科鏡片預形物為較佳)的方法及裝置。以下章節會給出本發明具體實施例的詳細說明。儘管較佳及替代具體實施例全都只用示範具體實施例來說明，然而顯然對熟諳此藝者應瞭解而言，仍有變體、修改及改變。因此，應瞭解該等示範具體實施例不會限制本發明各方面的廣泛性。
詞彙
在針對本發明的說明及申請專利範圍中，會用到以下所定義的各種術語：
如本文所用的“光化輻射”(Actinic Radiation)係指能夠啟動化學反應的輻射。
如本文所用的“拱形”係指像弓一樣的曲線或彎曲。
如本文所稱的“比耳定律”(Beer’s Law)(有時稱作“比耳朗伯定律”)是：I(x)/I0=exp(-αcx)，其中I(x)為隨著離受照射表面之距離x而改變的強度，I0為該表面的入射強度，α為吸收組份的吸收係數，以及c為吸收組份的濃度。
如本文所用的“準直”(Collimate)係指限制輻射的錐角，例如接受輻射作為輸入的裝置所輸出的光線；在有些具體實施例中，可限制該錐角使得行進光線呈平行。因此，“準直儀”(Collimator)包含執行此一功能的裝置，而“準直”是描述對於輻射的影響。
如本文所用的“DMD”(數位微型反射鏡元件)是在機能上由裝在CMOS SRAM上之活動微型反射鏡陣列組成的雙穩態空間光學調變器。為了引導空間映射(spatially map)視訊資料之像素至顯示器上之像素的反射光，藉由載入資料於在反射鏡下的記憶格來獨立地控制每個反射鏡。該資料是用靜電以二元方式控制反射鏡的傾斜角度，在此反射鏡的狀態是呈+X度(開)或者-X度(關)。對於當下的裝置，X可等於10度或者12度(正常)。然後，被開啟反射鏡反射的光穿過投影鏡片至螢幕上。光被反射離開以產生暗域，以及界定影像的黑度值下限(black-level floor)。藉由以夠快到能讓觀測器整合的速率調制在開啟及關閉位準之間的灰階來產生影像。DMD(數位微型反射鏡元件)有時是DLP投影系統。
如本文所用的“DMD腳本(Script)”係指空間光學調變器之控制協定，以及也指可包含一序列之命令時序的任何系統組件(例如，光源或濾光輪(filter wheel))之控制訊號。使用縮寫字DMD無意限定此術語僅用於任一特定類型或尺寸的空間光學調變器。
如本文所用的“Etafilcon”係指可用作反應混合物的示範材料，以及可大致包含：約95% HEMA(甲基丙烯酸-2-羥乙酯)、1.97% MAA(甲基丙烯酸)、0.78% EGDMA(乙二醇二(甲基丙烯酸)酯)、0.10%)TMPTMA(三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯)的交聯劑，以及約1%諾布拉克(Norbloc)7966(苯並三唑型紫外線阻劑)以及約1%光起始劑CGI 1700以及稀釋劑-BAGE(丙三醇的硼酸酯)(美國專利第US 4,495,313號)，稀釋比例為52：48反應組份。
如本文所用的“定影輻射”(Fixing Radiation)係指對於下列事項中之一或更多是足夠的光化輻射：使所有包含鏡片預形物或鏡片的反應混合物實質聚合及交聯。
如本文所用的“液態(fluent)鏡片反應介質”係指在天然形式、反應後形式、或者部份反應後形式下可流動以及在後續加工後形成眼科鏡片之一部份的反應混合物。
如本文所用的“自由形式”，術語“自由成形”或“自由形式”係指藉由反應混合物之交聯來形成且不是根據鑄模來成形的表面。
“凝膠點”係指首先觀察到凝膠或不溶部分的點。凝膠點為液態聚合混合物變成固體時的轉化程度。凝膠點可用索氏實驗(soxhlet experiment)測定：聚合物反應會停在不同的時間點以及分析所得到的聚合物以及測定殘留不溶聚合物的重量分數。可外推該等資料至不存在凝膠的點。不存在凝膠的點就是凝膠點。也可藉由分析反應混合物在反應期間的黏度來測定該凝膠點。可用在板子之間有反應混合物的平行板流變儀(parallel plate rheometer)測出黏度。至少一板子應該對於波長可用來聚合的輻射是透明的。黏度趨於無限大的點為凝膠點。就給定的聚合物系統和特定的反應條件而言，凝膠點是出現在相同的轉化程度。
如本文所用的“鏡片”係指任何可在眼睛中或上駐留的眼科裝置。該等裝置可提供光學矯正或化妝。例如，術語鏡片可意指隱形眼鏡，眼內鏡片，疊加鏡片，眼用插件(ocular insert)，光學插件或可用來矯正或改變視力或可增強眼睛生理化妝(例如，虹膜色彩)而不阻礙視力的其他類似裝置。在一些具體實施例中，本發明的較佳鏡片為由矽氧樹脂彈性體或水凝膠製成的軟性隱形眼鏡，包含(但不受限於)：矽酮水凝膠及氟化水凝膠(fluorohydrogel)。
如本文所用的“鏡片預形物”係指由鏡片預形物形式和與該鏡片預形物形式接觸之液態鏡片反應混合物組成的複合物件。例如，在有些具體實施例中，液態鏡片反應介質是在反應混合物體積內製造鏡片預形物形式的過程中形成。分離鏡片預形物形式及黏著液態鏡片反應介質與用來製造該鏡片預形物形式的反應混合物體積可產生鏡片預形物。另外，藉由去除大量的液態鏡片反應混合物或者是將大量的液態鏡片反應介質轉化成非液態合併材料，可將鏡片預形物轉變成不同的實體。
如本文所用的“鏡片預形物形式”係指有至少一光學品質表面的非液態物件，它與在後續加工成眼科鏡片後併入時的物件一致。
如本文所用的“鏡片形成混合物”、“反應混合物”或“RMM”(反應性單體混合物)係指可固化及交聯或交聯以形成眼科鏡片的單體或預聚物材料。不同的具體實施例可包含有一或更多添加物(例如，紫外線阻劑、染色、光起始劑或催化劑)以及想加入眼科鏡片(例如，隱形或眼內鏡片)之其他添加物的鏡片形成混合物。
如本文所用的“模具”係指可用來由未固化配方形成鏡片的剛性或半剛性物件。一些較佳的模具包含形成前曲面模件與後曲面模件的兩個模件。
如本文所用的“輻射吸收組份”係指可加入反應性單體混合配方以及可吸收在特定波長範圍內之輻射的輻射吸收組份。
反應混合物(有時本文也稱作：鏡片形成混合物或反應性單體混合物，意思與“鏡片形成混合物”相同)。
如本文所用的“由模具釋出”係指鏡片與模具完全分開，或者只是鬆散地附著使得它可用溫和的攪動來移除或用拭子推離。
如本文所用的“立體光刻鏡片預形物”係指已用立體光刻技術形成鏡片預形物形式的鏡片預形物。
“基板”：可安置或形成其他實體的實際實體。
如本文所用的“暫態鏡片反應介質”係指在鏡片預形物形式上可保持液態或非液態形式的反應混合物。不過，暫態鏡片反應介質是在併入眼科鏡片之前用以下步驟中之一或更多大量移除：清洗、溶解及水合步驟。因此，為求簡潔，鏡片預形物形式與暫態鏡片反應混合物的結合並不會構成鏡片預形物。
如本文所用的“體素”，術語“體素”或“光化輻射體素”為體積元素，其係表示在三維空間的規則網格上的數值。體素可視為三維像素，不過，在像素為二維影像資料時，體素包含第三維。此外，在體素常用於醫學及科學資料的視覺化及分析時，在本發明中，體素是用來界定光化輻射可得到有特定數量之反應混合物的數量界限，藉此控制該有特定數量之反應混合物的交聯或聚合速率。例如，本發明考慮到存在於與二維模具表面共形之單層的體素，其中可引導該光化輻射與二維表面垂直以及在各個體素的共軸維度(common axial dimension)。例如，可根據768x768個體素來交聯或聚合成有特定體積的反應混合物。
如本文所用的“基於體素之鏡片預形物”係指已用基於體素之光刻技術形成鏡片預形物形式的鏡片預形物。
如本文所用的“X凝膠 ”，X凝膠 為可交聯反應混合物在凝膠分數變成大於零時的化學轉化程度。
裝置
本發明所揭示的裝置大體用5個主要次級部件來說明，而且會以次級部件層次的邏輯描述來組織裝置具體實施例的第一次說明。該等次級部件為基於體素之光刻光學裝置、芯吸裝置、穩定化及定影裝置、計量裝置、以及水合裝置。儘管如此，該等次級部件也起整個裝置的作用，而且在次級部件具體實施例的觀點下，這項應加以考慮。
基於體素之光刻光學裝置
該基於體素之光刻光學裝置是利用光化輻射來製成鏡片形式及鏡片預形物的組件。在本發明中，裝置係採用強度高度均勻的輻射以及以實質逐個體素的方式控制許多遍及成形光件表面之離散點的成形光件表面之照射。此一控制允許此組件可控制反應混合物在特定體素位置之光路中的反應程度；最後，可決定材料在反應後的體積，以及形成於其上之鏡片預形物的形狀。
第5圖的示範具體實施例係圖示基於體素之光刻光學裝置的主要組件。隨後下文會詳述每個組件的細節。在此時，給出次級部件功能的示範總覽。
請參考第5圖，成形裝置500在此示範操作中在功能上可在光源520開始。在該等具體實施例中，光源520產生的光線有確定的波段但是強度及方向有些許空間差異。為空間強度控制器或準直儀的元件530係濃縮、擴散光線，以及在一些具體實施例中，準直光線，以產生強度呈高度均勻的光束540。此外，在一些具體實施例中，光束540所撞擊的數位反射鏡元件DMD 510係將光束分成數個各自之強度可指定開或關之數位值的像素單元。實際上，反射鏡在每個像素只是將光線反射到兩條路徑中之一條。“開”路徑(元件符號550)為導致光子向反應性化學介質前進的路徑。反之，在一些具體實施例中，“關”狀態包含被反射至不同路徑(落在以元件符號516、517圖示的路徑之間)的光線。此“關”路徑係引導光子打到經仔細設計成可吸收及誘捕任何被引導向至彼之光子的光束捕集器(beam dump)515。請再參考，“開”路徑550，圖示於此路徑的光線實際包含許多可能不同但已設定成“開”值的像素值而且在空間中被引導至對應到彼等之像素位置的適當個別路徑。每個像素單元在各自路徑550的時間平均強度可描繪在由DMD 510界定之空間網格上的空間強度分布560。替換地，用恆定的強度照射每個反射鏡，元件符號560可代表空間時間曝光強度分布(spatial time exposure profile)。
接著，每個處於“開”狀態的像素單元都會有引導至路徑550的光子。在有些具體實施例中，可用聚光元件來聚集光束。例如，在第5圖以元件符號500表示的具體實施例中，光路550的影像是以實質垂直的方式照射成形光件580的光學表面。此時，帶影像的光線會穿過成形光件580並且進入在液池590中有反應性鏡片混合物的空間。對於給定的像素位置，光在液池590空間中以及在成形光件580四周的相互作用係定義處於”開”狀態的體素單元。可吸收在此空間中的光子以及致使光子與吸收它們的分子產生光化反應，從而導致附近單體的聚合狀態改變。
對於一特定具體實施例，可以此一大體方式來理解基於體素之光刻光件的作用。每個元件本身都有特性以及描述此裝置之功能模式的具體實施例。由下文對於個別複雜性的鑽研可進一步了解本發明。
此時，在基本了解上述的裝置功能彼，以整體來描述整個系統。在一些具體實施例中，基於體素之光刻系統整體是用來產生眼科鏡片。(第4圖圖示以此方式形成之鏡片的波前表面)。
在一些具體實施例中，可控制涵蓋裝置(encompassing apparatus)500的周遭環境(包含溫度及濕度)。其他的具體實施例可包含與實驗環境一致而可改變的環境。
可控制周遭氣體環境的本質，例如，通過氮氣的吹掃。可做吹掃以使氧氣的分壓增加或減少至預定位準。也可使濕度保持在相對預定位準，例如相對低於辦公環境的位準。
允許與個別裝置組件相互作用的振動能量位準是另一個在有些具體實施例中為可控制的環境參數。在一些具體實施例中，大質量支撐結構係界定相對低的振動環境。其他的具體實施例可包含基於體素之光刻系統500中要由主動型振動支撐物支撐的一些或全部。在不限定可能解決方案的一般性下，本技藝習知氣囊支撐活塞(air bladder support piston)可顯著減少振動轉移至隔離系統內。也可用振動隔離的其他標準構件，這與本發明的範疇一致。
在裝置環境中的顆粒可能導致各種類型的缺陷模式，包含摻入鏡片預形物及鏡片的產品。例如，在光路中，顆粒可能改變一或更多體素單元的實際強度及/或影響特定反射鏡元件的功能。基於這些理由，在本發明的整個範疇內，至少提供可控制環境中之顆粒物質的構件。可實現此事的具體實施例之一是在裝置環境體內加入高效率顆粒空氣(HEPA)過濾器以及強迫空氣通過過濾器而足以在裝置的暴露部份中建立層流區的構件。然而，任何可限制裝置中及其四周之顆粒含量的具體實施例都在本發明的範疇內。
用於本發明光學裝置的詳細環境支撐物的另一方面包含周遭光線及其控制方式。在一些具體實施例中，周遭照明可提供光化輻射，因此可限制光子能量的雜散光源。
因此，在一些具體實施例中，裝置500可密封於與前述環境要求一致的不透明材料。較佳的具體實施例在裝置環境中可使用過濾過的光源，這可充分避免裝置的活性部份暴露於有污染作用的環境照明。
請參考第6圖，其中光源是以形式600圖示。光能量的特殊方面可視為是任何光刻系統的基礎方面，而且是在使用基於體素之光刻光學裝置的本發明具體實施例中，光源的本質對於系統很重要。
在有些具體實施例中，光源620最好能提供窄譜帶的光線。示範光線系統600的組件可提供實現該窄譜特性的方法。在一較佳具體實施例中，光源包含存在於環境支撐物及圍封物610之中的發光二極體620。為了示範說明，在有些具體實施例中，發光二極體光源620可包含帶有控制器、售自數位光實驗室公司(美國田納西，諾克斯維爾)、型號為AccuCure ULM-2-365光源。此一模型是發射以365奈米為中心以及更有半峰全幅值(full width at half maximum breadth)約等於9奈米之特性的窄帶光。因此，此一市售光源組件已可發射有合意窄帶的光線而不需要其他的裝置。顯然，也可使用有類似特性的任何LED或其他發光產品。
替換地，也可使用頻譜較寬的光源，例如碳弧燈或氙氣燈620。在此一替代物中，可使用寬帶光源620。光由環境容器610放射出來並穿過用部署在光源620上的濾光輪630。濾光輪630可包含多個在不同操作位置上的不同濾波器631，以及該等濾波器631可包含例如帶通濾波器用來傳輸以365奈米為中心、半峰全幅值為10奈米的光線。在此具體實施例中，可用帶馬達的致動器610來致動該濾光輪，該致動器610可將濾光輪調整到不同的濾波器；因此，使得示範的體素光刻系統具體實施例500能以多種可選擇的波長來操作。
顯然可輕易衍生出許多替代具體實施例，在不具限定性的觀點下，這包含可在寬帶光源620附近以固定方式裝上濾波器631以及提供適當的具體實施例。在另一方面，在個別激活不同波長的環境610中，可由有多個LED光源620的替代具體實施例獲得多種波長的性能。
更一般地，顯然有些具體實施例可包含不同的光源，例如，有或無各種濾波器的白熾、雷射、發光及其他類比產品。另外，在一些具體實施例中，可使用能夠發出光線在受控譜帶內的光源，這都在本發明的範疇內。
另外，光源600可具有穩定、均勻及強度相對高的特性。在有些較佳具體實施例中，AccuCure LED光源620係輸出強光且包含內部監控反饋迴路以在時段中保持穩定的強度。
光源620可包含用於在受控制下調變強度的構件；這包含以明確的工作週期調變光源開與關。因此，在完整的時段中，此強度控制模式能產生可選擇的時間平均強度位準。替換地，在一附加操作具體實施例中，該LED光源可經由控制電壓的操作模式來調變強度，在此操作模式中，與時間無關的放射強度位準會有強度變化。
對於任何光源組件620的輸出穩定性，光源環境中的附加特徵可包含其他的具體實施例定義。此方面的例子可包含經由冷卻系統的控溫構件。其他的環境控件可包含與本發明目的一致的不同具體實施例定義。
在不同的方面中，光源裝置600提供用於調變強度的替代具體實施例。可操作個別光源620以放射給定的強度，以及可用帶馬達元件610來致動濾光輪630以用中性密度濾波器(neutral density filter)631來攔截射出的光線。因此，提供給體素光刻系統500之其餘部份的光強會被調變到較低的強度。以一般化的角度而言，應注意個別濾光器的設計可能涉及許多自由度，而且它們本身包含不同的具體實施例方面。用不具限定性的實施例說明之，可將濾光器設計成可以在空間上是明確的方式來調變強度使得與另一路徑相比，它在穿過彼之本體的一條路徑上可界定較高的強度。在第二個不具限定性的實施例中，可將濾光輪設計成可用與DMD之操作同步的方式來調變強度，藉此使得可協調像素與由各個濾光輪分段之密度值界定的強度。該等操作模式的組合可提供替代具體實施例，而且可控制上述特徵之光強的任何構件也顯然是落在本發明的範疇內。
不論光源組件620的具體實施例及其環境如何，包含濾光輪630的具體實施例都允許操作模式的具體實施例遮蔽濾光器元件631用來完全阻擋來自光學系統500之其餘部份的照射。加入此功能有許多優點，這包含下游光學組件的穩定性與使用壽命。另外，在一些具體實施例中，如果允許光源組件620連續操作則可改善它的穩定性。阻擋濾光器(blocking filter)631考慮到在操作系統的其餘部份中需要在沒有光源600之光線下完成步驟的構件。顯然對熟諳此藝者而言，儘管已描述有特定位置的濾光輪630，然而在光路中有不同的適當位置仍可包含在本發明範疇內的可接受具體實施例。
基於體素之光刻光學裝置的附加組件包含均勻化及準直光件。此裝置係經設計成可取得光源520的光輸出以及產生強度更加均勻且聚焦於DMD 510的輸出輻射540。以一般化的角度而言，在沒有此一元件部份下有可能達成本發明的目的，特別是在光源有相似目的的組件時。
第7圖係圖示較佳具體實施例700。如上述，裝置中此一部件的目的是要準直來自光源的光線以及相對於強度，使光線變均勻。結果，在此較佳具體實施例中，AccuCure 365奈米LED光源620加上光學組件以完成輸出光的準直。在更一般化的具體實施例，該準直裝置可包含此一準直及均勻化組件的第一組件。不過，在此較佳具體實施例中，被光源620準直的光線會進入700以及打到一組約1英吋之聚光光件710。該等光件包括例如可購自CVI雷射公司(美國新墨西哥州阿布奎基市)的非訂製鏡片組件。
兩個鏡片710將光源光聚焦於光管720上。此組件720的中心作用是在平滑空間強度(spatial intensity)之不均勻度的過程中使輸入光變均勻。光管720包含由紫外線等級丙烯酸材料製成的六角形光管。儘管已描述該具體實施例的特定細節，顯然可提供光學裝置供均勻化光源光之空間均勻度的任何替代具體實施例包含在本發明範疇內可預料到的解決方案。
用例如非訂製等級的光件730(此類型也可購自CVI雷射公司，美國新墨西哥州阿布奎基市)聚集來自光管720的勻化光輸出。此時，會聚光線前進穿過在一組約2英吋聚光元件750上的孔徑光闌(aperture stop)740。該等聚光元件也會標準型非訂製等級光件，例如可購自Thorlabs公司(美國新紐澤西州牛頓市)。此時，聚光光件750的目的是要引導光線至位在數位反射鏡元件(DMD)510的聚焦位置。這可完成光線在基於體素之光刻系統的照明部件中的路徑。有許多具體實施例可改變準直儀及勻質器組件的方面以實現用有想要中央波長及譜帶寬度的均勻強光達成照明DMD 510的類似目標，這些都在本發明的範疇內。
在此較佳具體實施例中，照明系統520與530供給光(在第8圖的800中以元件符號表示820)至包含德州儀器數位反射鏡元件510的活性元件上及其四周。用於該較佳具體實施例的DMD是用以下的DMD開發人員套件得到：可購自DLi(在美國德州奧斯汀的數位光學創新公司)的DMD Discovery 3000。該套件包含A DLi DMD Discovery 3000板，其係具有德州儀器DLPtm XGA DMD晶片(768 x 1024個反射鏡)，有紫外線透射窗選項的0.7”對角線。也包含與D3000板匹配的ALP-3高速光處理板以用來作為由電腦至D3000的鏈路。該等組件與810一起為來自基於體素之光刻系統較佳具體實施例的第8圖顯像系統800之組件。可由德州儀器的DMD DiscoveryTM 3000數位控制器(DDC3000)入門套件技術參考手冊得到TI DLPTM XGA DMD的詳細說明。
DMD裝置810可用來提供由照明系統離開的光線之強度空間調變。德州儀器的DMD是藉由反射光線離開微型反射鏡組件以數位方式來完成此一功能，該等微型反射鏡組件係於裝置之活性區的空間網格中組成單一可定址位置。因此，由DMD 810反射得到的光強以及進一步向下到顯像系統800本身的光強不會改變，不過，藉由控制該等反射鏡的工作週期進入開狀態或關狀態，可修改由單一像素位置反射得到的時間平均強度。
在其他具體實施例中，空間光學調變器(SLM)(例如，德國Fraunhofer Institut Photonische Microsysteme所出售的)可用來以逐個體素的方式控制輻射，而且可包含空間強度的調變功能810。該SLM的鏡似表面實際上可由多個(亦即，上千個)微小的活動反射鏡構成，每個反射鏡在積體電路內有它自己的儲存格。當有想要強度分布的影像傳送到SLM時，個別的反射鏡不是屈曲就是保持平坦(與旋轉或傾斜微型反射鏡的德州儀器DMD不同)。反射離開屈曲反射鏡的光線呈散射使得它不會穿過以及使光化輻射化學混合物曝光。
此時，請再參考第8圖，如上述，活性顯像元件DMD810係以數位方式處理光線使它反射至兩個方向中之一個。在處於關狀態時，光的反射路徑旨在永遠不看到有光化輻射化學混合物的位置。為了確保被引導至關閉方向光線永遠不看到此路徑，部份顯像系統800可包含光線捕集器830。此捕集器有高度吸收表面可大量吸收任何入射於其上的光線並且只把光反射到捕集器的更深處。在此較佳具體實施例中，作為不具限定性的實施例，該等表面包含可購自Hoya公司(日本東京)的吸收釹玻璃片(absorptive ND glass sheet)。
由處於“開”位置的反射鏡元件反射的光線會走不同的路徑且朝向聚光元件840。跟其他光件一樣，該等約1英吋長的聚光鏡片為例如可購自Thorlabs公司(美國新紐澤西州牛頓市)的非訂製組件。聚光鏡片840的目標是把由DMD 810射出的光線聚集至會出現光與反應性單體混合物能反應的成形光件上。
在一些具體實施例中，最好提供可直接顯示及監測光路之狀態的構件，而不是由製成鏡片的結果來推斷。在基於體素之光刻光學裝置的此一較佳具體實施例中是提供可直接監測的構造。聚集於成形光件580上的光線是用反射鏡850攔截而切換光線進入及離開光路。然後，被如此引導的光線入射於光偵測式顯像裝置860上。
此時請參考第9圖，成形裝置900的組件使光束射至反應混合物的最終目標區上。如上述，在一些具體實施例中，此光線已聚集至成形光件930本身之表面的法線方向。在圖示的具體實施例900中，光線可以大體垂直的方式照射至成形光件930的表面。在替代具體實施例中，鏡片的固定可用扣環或其他緊固件(以元件符號921圖示)，其係可使該鏡片相對於成形光件930可保持正確的方位。以寬廣的角度而言，應注意，本發明包含許多具體實施例是與可以逐個體素地越過光學表面930的路徑光線有關。
請繼續參考第9圖，由於液池及成形光件與光束的相對方位很重要，因此在有些具體實施例中可界定用於互鎖彼等之位置的機構，這可用成形光件固定件970與含反應性單體混合物950液池的相互作用來證實。這兩個構件的對齊也可提供液池950對成形光件表面930定中心的全面控制。有些具體實施例也可用間隔環951的功能來增強位置控制。同樣，此間距可控制反應性單體混合物可添加於液池950的體積。
第9圖也圖示與控制在反應性單體混合物附近的周遭氣體有關的附加具體實施例方面。在一些具體實施例中，由於氧氣的存在會修改單體的光化學而要求有光生自由基(photogenerated free radical)的淨化劑，因此有些具體實施例，在液池950四周的氣體需要驅除氧氣。這可用第9圖900的容納容器(containment vessel)990來實現。藉由惰性氣體(例如，氮)960的流動通過，可驅除環境中的氧。在另一具體實施例中，藉由控制流動通過容納容器990之氣體960的稀釋度，氧含量保持於一含量。本技藝習知的標準方法是用氣體質流控制器(gas mass flow controller)在氣體960中實現恆定的氧含量稀釋度，其具體實施例均在本發明的精神內。
包含反應混合物的液池950需填滿適當體積的該反應混合物。在一些具體實施例中，在成形光件930與液池950的定位之前，可做此填充。在其他具體實施例中，成形光件930與液池950可放在容納容器990內以及用氣流960吹掃。也可做反應混合物在使用前的過濾。之後，一體積的反應混合物945可定量填入液池950。
有許多方法可輸送反應混合物945，包括用手填充，用自動構件定量輸送或填充流體直到液位檢測器測得反應混合物945在液池950有適當的位準。以一般化的角度而言，熟諳此藝者顯然可實施許多可輸送適當數量之反應混合物945的具體實施例，而且此類技術都在本發明的範疇內。
在氧含量對於光學加工步驟(photoprocessing step)有關鍵性的具體實施例中，氧在反應性單體混合物945中顯然可以溶解組分的方式存在。在此具體實施例中，需要在反應性單體混合物945中能夠確立氧濃度的方法。一些可實現此功能的具體實施例包含允許混合物滯留在有吹掃氣體960流動通過的氣體環境中。替代具體實施例可包含在供給單體混合物時真空吹掃溶解氣體，以及在通過氣體與待分配液體的膜交換(membrane exchange)來分配混合物期間重建想要的氧含量。在本發明的範疇內，顯然可接受任何能確立有適當濃度之溶解氣體的構件。此外，更一般地說，其他的材料在有或無溶解氧氣的情形下可用作適當的抑制劑(inhibitor)。以更一般的角度言之，預料在本發明範疇內的具體實施例可包含能確立及維持有適當含量之抑制劑的裝置。
此時，請再參考第10圖，其係圖示有示範形狀之成形光件以及它的夾持定位裝置1000。夾持成形光件的結構可包含平玻璃圓盤1040。可用裝配夾具(assembly jig)以在光學上有一致性的黏著劑1020來定位及固定該成形光件以確保圓盤與成形光件對齊。圓盤的平坦表面可在垂直方向提供正定向，同時定位槽口1030與未圖示的另一平坦表面允許徑向及水平的位置控制。
請參考第11圖，圓盤1000可與液池系統1100匹配。該等平坦表面是座落在3個配合表面1130上。有些具體實施例可另外包含與零件1030正向匹配及定位的彈簧加載定位銷1120。兩個固定的定位銷(未圖示)與成形光件總成上的兩個其他平坦表面嚙合而且組合物在運動學上可用來固定成形光件總成的所有自由度，從而可確保有可重覆及穩定地使成形光件位於光學光路中的構件。在一些具體實施例中，也可包含用於容納反應性單體1110的液池。以更一般的角度言之，顯然對熟諳此藝者而言，有許多與本發明技藝一致的方法具體實施例可用來定中心成形光件，以使該光件靠近含有反應混合物的液池，以及在周遭受控制的環境中確定一或更多此類的功能。
成形光件1010至少部份透射光化輻射的想要光譜。因此，在不同的具體實施例中，成形光件1010可包含例如以下各物中之一或更多：石英、塑膠、玻璃、或可操作光波長之透射以固化所使用之RMM的其他材料。也應注意，成形光件1010的形狀包含具有待加入鏡片或鏡片預形物之特徵的表面1011中之一個，該等特徵係經由成形光化輻射流經成形光件1010所產生的聚合而在表面1011上形成。本發明的技藝可包含許多形狀具體實施例。
在可用於成形光件1010之設計及特徵化的不同具體實施例內，該等部件的個別實施例可具有與彼之例如庫存材料、製造、使用歷史記錄及/或其他原因有關的獨特方面。該等方面可與體素光刻系統500的整體功能有相互作用或沒有，這對於達成成品目標為必要、以體素為基礎的強度分布可產生獨特的光學偏移。因此，有些具體實施例可使用能調整、保持及追蹤成形光件1010的構件。例如，一具體實施例可用來把識別標記編碼成在成形光件片體1040之平坦表面上的機器可讀取格式。其他的具體實施例可包含，例如，加上射頻識別裝置和該識別標記供機器讀取用。許多可包含本發明目的的其他具體實施例可識別個別的成形光件片體1040。
基於體素之光刻光學設備500的輸出產物可包含許多具體實施例。在一具體實施例中，如在900圖示的，反應產物940會在成形光件930表面上形成同時仍然駐留在殘留的反應性化學混合物945中。由化學混合物945移除有反應產物940的成形光件930的動作可包含裝置的其他具體實施例。在某些具體實施例中，成形光件930及附著的反應產物940可在例如機器人的自動化動作下升高離開化學混合物945。
在一些具體實施例中，由上述製程產生的製成品可為稱作鏡片預形物的實體。該鏡片預形物在成形後可附著於成形光件。示意圖1700係圖示在沒有可黏上鏡片預形物的基板或成形光件下預形物可包含的東西。不過，這只是大略圖示鏡片預形物的關鍵特徵。該反應產物有被稱作鏡片預形物形式的固態組份(此時元件符號為1740)。在此具體實施例中，附著表面(未圖示成形光件)是圖示成光學表面1750。鏡片預形物形式1740此時會有已用操作基於體素之光刻系統500定義成的表面1730。附著於此表面1730的是液態鏡片反應混合物1745。在該等具體實施例中，介質1745會留在成形光件上，如本文所述，其係可暴露於其他的處理。
可流動材料去除裝置
在有些具體實施例中，已用前述基於體素之光刻光學系統500製成的鏡片預形物1700係界定一種新穎的實體。可流動材料去除裝置(有時是稱作芯吸裝置)為詳述於下文、可用在鏡片預形物1700上的一組裝置。
請參考第12圖的示意圖1200，其係圖示可流動化學物去除裝置之一具體實施例的一些方面。此時，圖中鏡片預形物係附著於黏上對齊板(alignment plate)1260的成形光件1250。圖中該組合為鏡片預形物表面朝下的具體實施例。液態鏡片反應混合物1240會在各種力(包含重力)的作用下移動。芯吸毛細管1210係組定位成是緊鄰於液態鏡片反應混合物1240(其係已沿著匯集於鏡片表面低點的液態化學物中及四周)。在一較佳具體實施例中，該芯吸毛細管可包含聚合物芯吸模型(其係由Safecrit，型號為HP8U的未處理塑膠微血球容量管(Untreated Plastic Microhematocrit tube)製成)。以替代實施例說明，該毛細管也可包含與去除液態化學物之物理及化學/材料要求一致的玻璃、金屬或其他材料。
液態化學物1240會被吸入毛細管1210而有從鏡片預形物吸出的體積1241。在一具體實施例中，此過程可重覆數次。之後，鏡片預形物1200留下數量減少、仍附著於鏡片預形物形式1750的液態鏡片反應混合物。
該液態鏡片反應混合物有許多方面會被此一過程影響；例如，液態鏡片反應混合物中黏性較小的組份可能會被析出及去除。對熟諳此藝者而言，顯然有許多與如何完成化學物去除過程有關的不同具體實施例選項，這些全與本發明的範疇一致。
一般而言，具體實施例選項可包含可從表面吸出化學物的許多物理設計。不同具體實施例的例子有驅動真空系統組件1220以協助吸離液態鏡片反應混合物1240。以不具限定性的實施例說明之，另一具體實施例可包括有多餘的毛細管裝置1210之版本，彼等係組部署成是在與成形光件表面1250表面相仿的點。另外，例如可用高表面積材料(例如，海綿)或有高表面積的奈米材料來完成化學物去除。重申上述概念，替代具體實施例可包含控制從反應混合物945中吸出成形光件930上之鏡片預形物的速率。在此具體實施例中，表面張力可包含化學物去除的一種形式，其係與毛細管芯吸步驟類似；以及在鏡片預形物形成時導致液態鏡片反應混合物1710的剩餘數量減少。以一般化的角度而言，可實現去除部份液態鏡片反應混合物1240的許多裝置具體實施例包含在本發明範疇內的技藝。
在此較佳具體實施例中，真空系統組件1220對於前述功能有替代性。在加工多個鏡片預形物時，化學物去除裝置1200會做許多次的化學物去除。真空系統組件1220可用來清洗及抽空毛細管裝置1210。不同的具體實施例可包含流經毛細管裝置1210及真空系統組件1220的清潔溶劑。
大體圖示於第12圖的具體實施例1200係圖解說明化學物去除系統如何起作用，以及著重在相關組件的細節及特寫圖。相較之下，第13圖為化學物去除系統1300具體實施例的全景圖以利於描述較佳具體實施例及替代例的使用設備。第13圖1300包含毛細管去除組件1305與掛載於成形光件及成形光件板1306上的鏡片預形物，其中該成形光件及成形光件板1306的組態與朝下的鏡片預形物相似。
此時，請再參考第13圖，顯然在替代具體實施例中，芯吸毛細管1306可安置成位在偏離成形光件鏡片預形物1305之中心點的位置。零件1330為單一尺寸的xy平移台，其係用來調整毛細管相對於成形光件中心點的偏移。例如，在較佳具體實施例中，零件1330的形式為手動遊尺調整(vernier adjustment)。不過，熟諳此藝者明白用包含例如步進馬達的自動裝置可做調整；以更一般的角度言之，預料用於定位XY平移台的各種先進自動設備可用於本發明。以更一般的角度言之，以及為了簡化以下的描述，假設該裝置在其他具體實施例中的運動性能有相同的自由度。
零件1320(成形光件夾持裝置)包含可柔軟地夾持成形光件於想要確定位置的裝置。在此具體實施例中，當如在前述說明以1000圖示的成形光件片體位於基於體素之光刻裝置500中可用使用類似的定位方案。替代具體實施例使得成形光件夾持裝置1000在自動構件下能夠輸送。顯然夾持成形光件以及在可流動化學物去除裝置中鎖定於適當位置的方式有許多替代例與本發明的方面有一致性。
到目前為止大體所描述的具體實施例是將成形光件的軸線定位成在重力方向中與水平面垂直。替代具體實施例允許軸線以垂直方向為中心旋轉某一角度。零件1350包含可改變成形光件軸線與重力之角度的調整構件。這種改變的基本效果在於會使鏡片預形物上的液態物質1710聚集於偏離成形光件中心點的位置。在有些具體實施例中，在偏離中心點處吸離液態介質有其優點。
圖示於第13圖的許多零件係與毛細管芯吸裝置1306對鏡片預形物上之液態介質垂直的位置有關。例如零件1340可包含藉由使固定於平台的芯吸毛細管1306沿著垂直軸線移動來整體或粗略地調整此一尺寸。另外，零件1345包含相同移動的微調。沿著相同的軸線調整成形光件安裝台1310相對於毛細管芯吸裝置1306有等價效果。零件1370包含可用於此目的的微調裝置。
為了使芯吸毛細管移到不同的方位，零件1360包含轉動裝置。例如，此具體實施例可考慮換成簡化以及有自動性能的芯吸裝置1306。
如上述，在液態化學物去除裝置1300的各種組件中，有許多與移動之自動化有關的具體實施例。不過，本發明的範疇涵蓋所有含有用於控制去除化學物過程之光學測量的替代具體實施例。用於此類監測的其他替代具體實施例可包含，例如，各種類型的液位感測器。以一般角度說明，就熟諳此藝者而言，顯然可控制地由固相(solid support)部份去除液態化學混合物的方法可能需要許多感測及計量裝置。
到目前為止與用以液態鏡片反應性化學物去除裝置有關之具體實施例的精神係包含用於從鏡片預形物形式1730表面去除部份化學物1710的方法及裝置。對熟諳此藝者而言，顯然化學物清洗步驟可包含清洗選項更具侵蝕性的具體實施例。通過使用工業標準的清潔技術，可部份去除或附近全部的液態鏡片反應性化學物1710。以其含義而言，有此類清潔作用的裝置會把鏡片預形物1700轉變成不同的形式。不過，在一些具體實施例中，在該清潔技術藉由經由例如沉積、噴灑、噴墨或芯吸來重新塗上反應混合物於鏡片預形物形式之表面1730上之後，有可能重建鏡片預形物。
去除化學物的其他具體實施例可不使用在鏡片預形物形式1740之外的設備。替換地，由於可用許多具體實施例界定鏡片預形物形式1740的形狀，鏡片預形物形式的設計可包含在鏡片預形物形式1740中某些位置上的形貌凹坑或溝槽(第4圖400的零件440包含此類特徵的一些示範具體實施例，在本文其他段落會加以說明)。藉由導引液態鏡片反應混合物1710至溝槽內，可得到數量減少、在鏡片預形物形式1740“之上”的液態鏡片反應混合物1710，以及可包含化學物去除之該替代具體實施例。一般而言，顯然在此類具體實施例中，可改變能以此方式作用之形貌起伏釋放特徵(topographic relief feature)的實際形狀以及在自由形式表面中產生。
穩定化及定影裝置
鏡片預形物1700包含用於客製形成眼科鏡片之裝置的基礎。在一具體實施例中以層1710圖示的鏡片預形物液態層係提供可形成光學品質眼科鏡片表面的新穎方式。當筆直地安置鏡片預形物時，液態介質可隨著時間移除。在某些情況下，例如時間長度，液態層在重力及表面力的作用下會展開以實現穩定的實體。液態鏡片反應混合物1710穩定後的表面可用元件符號1720表示。在某些具體實施例下，所得到的表面1720可包含光學上比鏡片預形物形式1740表面1730更優的表面。有許多裝置能夠提供穩定液態鏡片反應混合物1710的功能。
此時請參考第14圖，其係圖示穩定裝置1400之一較佳具體實施例。有一方面讓流動系統與移動或振動能量隔離。這是用有組件1450的具體實施例1400實現。相對厚重的平台1450可支承隔振系統1440。由於該等具體實施例也利用重力，因此厚重平台1450最好有平坦的安置表面。鏡片預形物1410可附著於可與夾持裝置1451連接的成形光件夾具1430。在一些具體實施例中，自動計時設備可用來控制讓液態介質可達成相對穩定狀態的最少時間。
在一些具體實施例中，用以穩定化的裝置包含在光化照射步驟中允許用來曝光鏡片預形物的附加組件以便使鏡片預形物1700定影成為成形的眼科鏡片。在一些具體實施例中，定影輻射導致光化學反應只在液態鏡片反應混合物1710中發生。在替代的具體實施例中，鏡片預形物(例如，鏡片預形物形式1740)的其他部份在定影輻射下可經歷一或更多次化學變化。熟諳此藝者顯然明白本發明仍有基於包含鏡片預形物之材料本質來構成差異的其他具體實施例。
在具體實施例1400中，定影輻射的光源是以元件符號1460表示。例如，可使用上文在體素光刻光學系統520背景下提及的類似光源。例如，在一些具體實施例中，有控制器的AccuCure ULM-2-420光源(售自Digital Light Lab公司，美國田納西，諾克斯維爾)1460可構成可接受的定影輻射1461源。在完成穩定化的適當參數後，定影光源1460的控制器切換到可使鏡片預形物及其四周暴露於定影輻射1461的位置，以及形成有一具體實施例形式的眼科鏡片。以一般化的角度而言，有許多具體實施例與下列事項有關：穩定化或以其他方式使液態鏡片反應混合物移動越過鏡片預形物形式1730表面，然後以某種方式來照射定影輻射。
例如，在定影裝置中用於處理的一些替代具體實施例可包含液態材料已在洗滌系統中洗掉的鏡片預形物形式。由於呈固定形式的此一鏡片預形物形式可包含本身有某些特徵的鏡片，因此可預料在本發明範疇內的具體實施例可包含在使用時不需要穩定化裝置的定影裝置。更一般地說，可預料本發明有許多材料及形式具體實施例是，定影裝置可定影液態材料不需要先在待定影表面上流動的材料。例如，已用基於體素之光刻光學系統形成以及已洗掉液態鏡片反應混合物1710的鏡片預形物形式仍然包含其中定影裝置能夠將鏡片預形物定影成鏡片的具體實施例。
一組具體實施例包含可致使液態鏡片反應混合物1710移動的替代方法。例如，在一些具體實施例中，攪動含有液態鏡片反應混合物1710的鏡片預形物表面可致使液態鏡片反應混合物1710移動。另外，例如，在有些具體實施例中，最好以薄膜加工常用的旋塗法使鏡片預形物繞著中心軸旋轉。
其他的具體實施例還可包含：藉由使鏡片預形物1410在受控制下滴下某一段距離來最小化液態鏡片反應混合物1710所經受的重力。其他的具體實施例可在鏡片預形物1410、成形光件1420及夾具1430靜止後藉由改變表面1450的位準來改變重力的影響。在不同的表面位準下，在光件中央區之液態鏡片反應混合物1710上的力可改變而使其移動。
在另一方面，有些具體實施例可包含液態鏡片反應混合物1710的化學或物理變化。例如，替代具體實施例可包含在液態反應性化學物中及四周導入溶劑材料以便改變它的液態本質。另外，該添加材料可影響鏡片預形物系統1700中之組件的表面能量性質。利用定影照射1461可部份改變液態反應性化學物1710的性質以改變液態本質而與在定影時的本質不同。可預期本發明的本質有許多與改變液態化學物系統之性質有關的一般性質之替代具體實施例。
從顯著的根本水平來說，反應性化學混合物945的本質可與裝置的不同具體實施例相互作用以得到不同的結果。應瞭解，穩定化及定影裝置1400的本質以及具體實施例因改變反應性化學混合物中之基本化學組份而產生的差異都包含在本發明範疇內的具體實施例。例如，這可包含例如改變定影輻射的使用波長以及可引進定影輻射波長有彈性的裝置具體實施例。
由於鏡片預形物的材料可包含一部份的成形鏡片，因此對熟諳此藝者而言，顯然在穩定化及定影裝置中及四周的環境控件包含重要的具體實施例方面。例如，用例如高效率過濾器(HEPA)過濾之氣流的顆粒物質控制可包含環境控件之一具體實施例。由於液態介質對於光化輻射仍很敏感，對於進入環境之雜散光的控制包含其他的具體實施例選項。濕度及其他氣態污染物也可能影響鏡片品質，而且對於該等環境條件的控制可包含替代具體實施例。環境控件有許多方面為熟諳此藝者所習知且包含在本發明範疇內的技藝。
用穩定化及定影裝置處理一些具體實施例之鏡片預形物的成品可包含與眼科鏡片類似或有其形式的元件。在許多意義上，此一材料的特性與最終的水合眼科鏡片直接相關。不過，在鏡片穩定化及定影產生實體後仍在成形光件及夾具1430上而處於未水合形式的許多具體實施例可經受各種形式的計量。
計量裝置
請繼續參考第15圖，其係圖示能夠測量光學及材料特性的計量裝置之一具體實施例。顯然有可能計量“乾”鏡片(如上述定影裝置1400用以下加工獲致的結果)與水合鏡片。不過，此具體實施例著眼在計量最好仍然附著在成形光件的乾鏡片。請參考第15圖，乾鏡片1520為仍然附著於成形光件1530及其適當的夾持組件1540。例如，此夾持組件1540附著於一對托架1550、1560，這一對托架1550、1560一起致能控制鏡片以中心軸線為中心的旋轉運動。
在一些具體實施例中，當樣本1520成形光件1530與保持夾具1540軸向旋轉時，源於雷射位移感測器1510(例如，由Keyence(日本大阪)公司製成、型號為LT-9030者)的雷射光1515與鏡片樣本1520表面會有相互作用。旋轉伺服馬達1570係驅動有樣本集合座落於其上的旋轉軸承運動台(rotary bearing kinematic stage)。在一些具體實施例中，為了穩定地旋轉，設定鏡片樣本集合的質量中心儘量靠近中心點。在平台旋轉時，雷射位移感測器1510測量在鏡片1520表面之軸環上的多個點的位移。在平台轉完一圈後，水平移動位移感測器1510。每個運動可產生環繞鏡片表面的新圓形輪廓。此具體實施例重覆該過程直到描繪出整個鏡片表面的輪廓。藉由測量無鏡片樣本1520的特殊成形光件1530，成形光件的表面位置可得到等價的球形標記格式。由光件上有鏡片時的結果減去此一結果可產生鏡片成品的厚度對映厚度對映圖。再者，經由附加RFID或一些其他構件以電子格式唯一識別成形光件可包含裝置的另一具體實施例形式。
在此類型的一些具體實施例中，樣本表面1520相對於感測器1510的自由振動位移可包含用系統得到之位移測量值的顯著誤差。因此，可包含振動的阻尼及隔離。因此，在有些具體實施例中，座落在振動隔離托架1590上的厚重支承平台1580可用來最小化振動作用。有些具體實施例對於振動雜訊比其他的較不敏感；不過，大體上，最小化振動能量轉移至各種形式之偵測器及樣本定位裝置四周的環境的各種方法均包含在本發明範疇內的具體實施例。
其他的具體實施例可使用不同的測量系統，在有些情形下，除了第一次提及的雷射位移感測器以外，還可取得鏡片的特性。以不具限定性的實施例說明之，可購自Thorlabs公司(美國新紐澤西州牛頓市)的夏克-哈特曼波前感測器(Shack-Hartmann Wavefront sensor)也可用於一些具體實施例來測定成形鏡片本體的厚度。
以一般化的角度而言，預料在本發明範疇內的計量裝置有顯著差異，原因在於它們有一部份包含例如以折射率、輻射吸收氶密度為特徵的技術。也可預料與環境控件有關的方面會包含例如粒子偵測。這些不同的技術可安置在與示範計量裝置1500相同的環境氶位置中，或在替代具體實施例中，可包含其他在廣義系統環境內或外的位置。
收集、儲存及傳播與特定樣本以及用於製造特定樣本之組件有關的計量及物流資料均包含本發明的一般具體化原理。這些各式各樣的資料有利於用來建立反饋迴路供控制鏡片特性。在較佳的示範具體實施例中，對於鏡片樣本1520，是用計算系統記錄及儲存基於雷射位移感測器的計量裝置1500的輸出。在一具體實施例1530中，個別的成形光件片體在用來製造該樣本1520之前同樣可做雷射位移計量。使用該資料計算系統，可用某種方式來處理位移資料以產生以此方式製成之鏡片樣本的厚度圖。
在計算系統內，鏡片樣本的想要模型(有利於用來提供鏡片製造系統之各組件之起始參數設定點)可比做運算樣本1520及成形光件1530的位移資料。在一些具體實施例中，模型中不同的位置點可對映或關連回到顯像系統的個別組件；在此較佳具體實施例中，特定的體素單元是在基於體素之光刻光學系統中。經由調整該體素的參數，可用對前一個樣本做過調整的效能來製造下一個鏡片或鏡片預形物樣本。在許多計量具體實施例與各種計算算法及裝置內，對熟諳此藝者而言，顯然有許多取得、處理、建模、反饋及傳播資料的替代具體實施例都包含在本發明範疇內的單元。
在一些具體實施例中，可經由使用設計於鏡片預形物形式1720之輪廓內的對齊特徵來增強特定系統中與製成鏡片樣本1520厚度有關的計量資料。在第4圖的示範具體實施例400中，得到厚度計量的方式與上述類似。在本揭示內容中會有具體實施例400的其他描述；但是可用零件440來了解對齊具體實施例。零件440可包含在鏡片樣本1520表面中有相對深輪廓的凹坑。此特徵的設計在裝置中可用來定向許多加工步驟。在一具體實施例中，可萃取或用計量資料算法或運算來辨識與零件400有關的訊號。該萃取有利於用來定位各種裝置的部份到在對齊特徵440附近或可加工的位置。對熟諳此藝者而言，顯然有許多不同對齊特徵具體實施例，特別是包含使用標記材料與輪廓特徵的設計者，以及包含在本發明範疇內的技藝。
使用由計量系統1500產生之計量資料的一些替代具體實施例可使用此資料來診斷及控制整個眼科鏡片生產系統或其中的各種裝置。以不具限定性的實施例說明之，儲存成形光件1530的上述測量值可得到測量值的歷史資料。通過替代的計算及算法處理，可隨著時間來比較表面的特性以及改變該等特性，這可以突然或穩定的方式來標示需要介入某種診斷。在訊號改變的許多可能原因中，有一例子為成形光件的表面已有某種表面刮傷。在其他的具體實施例中，基於統計的過程控制算法可用來建立所得計量結果的可接受極限以及在自動感測器中標示測量值的有效改變。仍有其他的具體實施例可在系統內提供自動方法以回應自動構件的標示。不過，以一般化的角度而言，本發明範疇預料有許多具體實施例可用源於例如系統1500的計量資料來診斷及控制整個系統。
用於目前已提及的計量裝置具體實施例大體是屬於在“乾”鏡片樣本1520或它的成形光件1530上計量。不過，以更一般的角度言之，類似或其他的計量具體實施例可由整個系統中之其他形式的測量特性導出。以不具限定性的實施例說明之，“乾”鏡片在有些具體實施例中是繼續加工以及變成水合鏡片。在此一新定義樣本1520上的計量可包含更一般具體實施例說明的例子。另一例子可包含進行鏡片預形物樣本1700的計量。因此，以一般意義來說，預料在本發明範疇內有許多具體實施例對於有各種形式且用於加工或內含於此種眼科鏡片生產系統之成品的材料都可做計量。
水合及去除裝置
用於製造眼科鏡片之裝置的另一次級部件包含下列步驟：由成形光件卸下、清潔、及水合鏡片或鏡片預形物。在一些具體實施例中，該等步驟大體可同時進行。請參考第16圖，其係圖示可完成該等步驟的裝置具體實施例1600，為求描述簡潔，稱它為水合裝置。該裝置包含：用於容納水合流體1610的容器，有鏡片1630及成形光件夾具1640沉浸於其中的液槽1620，以及保持該池溫度不變的熱控制單元1650。
在一較佳具體實施例中，液槽1620含有已添加表面活化劑的去離子(DI)水。此池在本技藝有許多具體實施例而且與本發明的範疇一致。在替代具體實施例中，液槽1620可包含有機乙醇的混合液，它有時會混入去離子水及表面活化劑。因此，容器1610的一些具體實施例可包含符合含有一體積之水或有機乙醇而且也在溫度控制單元1650、液槽1620之間傳輸熱能的材料。以一般化的角度而言，在容器的構成材料，容器的設計，以及填入及倒空容器的方法方面，有許多替代具體實施例落在水合及清潔鏡片的範疇，而且包含本發明技藝的具體實施例。
在一些具體實施例中，升高液池的溫度以加速水合、清潔及去除操作。在一個此類具體實施例中，可在有內部感測裝置1650之熱板的作用下維持該溫度。更先進的具體實施例可包含加熱流體的替代方法，這包含替代的輻射及導電材料和裝置。而且，其他的具體實施例可包含監測液池溫度以及控制它在溫度區內的不同方法。另一更先進的具體實施例可包含及時改變或編程液槽溫度的性能。對熟諳此藝者而言，顯然有許多具體實施例可用來控制水合池溫度，這包含在本發明範疇內的具體實施例。
隨著鏡片1630的曝光，以及成形光件1640前進至液槽和鏡片呈水合時，在有些具體實施例中，鏡片本體會膨脹而最終與成形光件1640分離。因此，有些具體實施例可包含接住分離鏡片的構件供組裝成適當的儲存及包裝構件。其他的具體實施例可包含由液槽介質1620找到及拾取分離的鏡片。替換地，具體實施例可提供在排水過程期間可濾出該液槽介質1620以隔離鏡片及流體的性能。以一般化的角度而言，有許多可找到鏡片並放入儲存構件的方法，這包含在本發明範疇內的具體實施例。
不過，如上述，處於膨脹形式的鏡片可包含在患者戴上鏡片時與鏡片效能最匹配的光學特性。因此，在一些具體實施例中，對於膨脹鏡片可進行一或更多個計量步驟。此類具體實施例可包含反饋、控制及診斷的方面(這些與已用其他計量步驟說明的類似)，而且對熟諳此藝者而言，顯然仍有其他的具體實施例可得自鏡片在水合裝置中的膨脹。
在本發明用於形成眼科鏡片的裝置中，該等次級部件包含5個主要次級部件。在一較佳具體實施例中，各個本身有能夠界定該裝置的具體實施例。不過，顯然，由於裝置的各個次級部件可包含許多替代具體實施例(即使以更高的層次)，仍有次級部件之不同組織或者是省略一或更多個次級部件的替代例，這些仍然包含在本發明範疇內的具體實施例。
方法
本發明所揭示的方法大體可包含5個主要次級部件，因此，將方法中之一些具體實施例的說明組織成次級部件層次的邏輯論述。該等次級部件為與基於體素之光刻鏡片預形物之生產有關的方法，更一般化的鏡片預形物生產方法，加工鏡片預形物的各種方法，鏡片及鏡片預形物的後段加工，以及各部的計量及反饋方法。應注意，以下的步驟與方法的論述只是用來舉例說明而不是要限定在隨附申請專利範圍中或他處提及的本發明範疇。
有的具體實施例包含所有的次級部件或其子集，因此，一或更多方法步驟的順序或加入不會限定本發明。請參考第1圖，其係圖示方法100的次級部件圖塊，以及包含：基於體素之光刻方法110；替代成形方法120；鏡片預形物加工方法130；後段加工方法140；以及計量及反饋方法150。在第1圖中，兩個以橢圓形圖示的實體為鏡片預形物(元件符號為160)與眼科鏡片(元件符號為170)。單簇箭頭可包含一些具體實施例可採用的一般方向，而雙簇箭頭表示材料、資料及資訊中之一些或所有可由各方法部件流進及流出在核心的測量及反饋部件。
基於體素之光刻方法
用於由基於體素之光刻裝置製成鏡片預形物的方法包含與許多裝置具體實施例有關的許多具體實施例以及在加工鏡片預形物時使用該等裝置具體實施例的許多方法。請參考第1圖，在基於體素之光刻方法(元件符號為110)中，以方塊115圖示的起始步驟可包含由此系統製成鏡片的初始步驟。想要的鏡片參數可輸入算法的計算。在有些具體實施例中，該等參數可先藉由測量眼科患者之光學表面的像差來得到。可將該等測量值轉變成待製成鏡片的必要波前特性。在其他具體實施例中，有可輸入算法以測定鏡片製造參數的理論鏡片波前特性。對熟諳此藝者而言，顯然有許多方法具體實施例與界定想要輸出之鏡片特性的初始步驟有關。
接著為元件符號115，算法取得上述的輸入參數，以及在一些具體實施例中，使該等參數與先前製成的鏡片相關。此時可確定一序列的“畫面”為傳達至空間光學調變器的曝光“影片”或腳本。顯然，有許多具體實施例與定義必要參數(均輸入至算法)之算法處理的方法有關。
同樣，有許多包含“DMD”腳本的方法可用來及時把特定體素單元的算法輸出轉換成計畫的光反射分布。例如，算法所想要的總強度值可以一序列的時步(time step)輸送到在反應混合物的體素位置，在此係於整個時段期間反射光照明系統的輸入強度。然後，用另一時步來輔助全“開”步的累積強度，在此係寫入部份數值於反射鏡元件，使得反射鏡有低於全開的工作週期“開”位準，至於會暴露整個反應混合物的其餘時步，此特定體素單元則在其餘的期間為“關”。替代方法可包含，取得數步或送出“畫面”的強度平均值以及使用該數值來設定大量送到DMD的畫面值。對熟諳此藝者而言，顯然前述在描述裝置時提及的空間光學調變器之一般性也有方法具體實施例可使產生此一強度的意圖與時間曝光控制發生關連。
儘管上述方法給出與調變通過空間照明裝置的作用施加至空間照明裝置之固定強度有關的實施例，然而若是在光源或有濾光性能的光學系統中調變該光源的強度，則可得到更先進的方法。可由組合照明系統組件與空間照明調變器的強度控制來得到其他的具體實施例。也可由控制照明波長來得到其他的具體實施例。
以一般含義而言，形成“DMD”腳本的方法應視為有關於要給任何尺寸之空間光學調變器的控制訊號以及也有關於任何系統組件的控制訊號，因此，例如，光源、濾光輪及其類似物大體包含產生一序列的程式化命令時序。對熟諳此藝者而言，顯然，有許多具體實施例與產生控制訊號程式的方法有關，其中有許多具體實施例涵蓋光化輻射的細節，所用光學系統的細節，以及包含反應性單體混合物之材料的細節。
應注意，“DMD”腳本及算法的細節可能與在加工後得到的結果有關係。重要參數的反饋會在下文加以說明。然而，就產生如方塊115所示之DMD腳本的方法而言，進出基於體素之光刻方法和反饋及計量方法的雙簇箭頭部份表示交換資訊在產生DMD腳本的方法中的角色。
配製及製備系統用之反應混合物的各種方法包含形成鏡片預形物之方法的另一輸入。在第1圖中，元件符號111以方塊圖示包括反應混合物的各種方法。對熟諳此藝者而言，顯然在本發明範疇內的裝置具體實施例在反應混合物內之組份的種類及構成方面有高度彈性，這些為本發明之一部份，在本發明的範疇內的反應混合物元素有許多具體實施例。
在不失一般性下，例如，在反應混合物中用作單體單元的化學成分可包含對於紫外光有光反應性的化學物，如在上述一些具體實施例中提及的。不過，也可選擇可以光反應方式吸收在可見光譜中之輻射的單體分子。可定做系統內的組份以符合另一部份的電磁頻譜。因此，可知與本發明有關的材料方法可包含在大部份電磁頻譜範圍內對於光化輻射有敏感性的分子。
在一些具體實施例中，該單體混合物實際上為一或更多類光化輻射性單體的混合物(也與其他的化學成分混合)。以不具限定性的實施例說明之，可包含用作吸收化合物的其他化學物。例如，單體混合物的此一添加物對於用以下方式操作基於體素之光刻術的具體實施例是很重要的：沿著路徑由體素單元界定的光化輻射強度可用波格-朗伯-比爾定律(Beer-Lambert-Bouguer Law)建模。此組件大體可界定在體素單元內之形成過程的厚度敏感性。對熟諳此藝者而言，顯然有許多具體實施例可包含在本發明範疇內的技藝可用來添加能吸收在相關頻譜區內之光線的組份至單體混合物。
在其他具體實施例中，該單體混合物的吸收劑組份(component)可包含剛剛提及的附加複雜性。例如，定義吸收組份的方法以包含多種以不同方式吸收光線的分子均在本發明範疇內。由各有多個相關吸收頻帶之分子組成的吸收劑單元可得到其他的具體實施例。其他的方法具體實施例可包含增加組份至有組合單體及吸收劑角色的單體混合物。接著，在一些具體實施例中，此一組合角色也考慮到連續的吸收率角色，即使在單體經歷化學反應後。而且，相反的例子可包含添加在光化反應時會改變吸收率之化學物的方法具體實施例。以一般化的角度而言，顯然在本發明的範疇內有許多方法具體實施例可包含帶有可吸收一或更多相關譜帶之輻射的成分的反應性單體混合物。
如果在製備單體混合物的方法中增加抑制劑組份可得到其他的具體實施例。在這個意義上，抑制劑化合物的作用是與已在反應性單體混合物中形成的化學反應產物反應。在一些具體實施例中，光化輻射的吸收可產生一或更多自由基化學物種。抑制劑可與自由基物種反應，從而可結束聚合反應的路徑。此具體實施例的效果之一為限制光化學物聚合反應的持續時間，或以其他方式限制聚合反應與原始光吸收起始劑事件的距離。因此，顯然添加抑制劑至單體混合物的一些具體實施例與空間分辨率(spatial resolution)有關連，在此匯集於體素單元的光子最終會反映彼等起始之反應的空間局域化(spatial localization)。一般而言，抑制劑的作用可包含許多與該技藝有關的具體實施例。
以抑制劑方式作用的化學物種之種類或反應混合物之組份在技藝包含許多其他的具體實施例。與吸收劑一樣，在本發明範疇內，抑制劑在抑制多條聚合途徑方面有雙重角色。此外，該抑制劑可包含單體分子本身中的一部份。而且，以其他的一般方式來說，該抑制劑本身有熱或光反應敏感性。由處於純化學狀態的抑制劑之本質也可得到其他的具體實施例；由於它在混合物中可包含溶解形式，但是在純粹形式中呈現氣態、液態或固態的特性。
製備單體混合物的方法有跟添加起始劑組份有關的其他具體實施例。該起始劑可包含在吸收光子時會產生使聚合反應沉澱之化學物種的光吸收組份。該起始劑可包含明顯吸收特定頻帶的分子。其他的具體實施例是在裝置的多個相關頻帶中有光吸收性的起始劑分子。它的吸收也可包含有相對寬之頻帶的相關頻率。如果也由在單體混合物中有一或更多種單體分子的化學起始劑反應性得到單體混合物的起始劑組份，其他的具體實施例也有可能。在本發明的範疇內，熟諳此藝者明白，許多替代具體實施例可包含含有其中有組份用作起始劑之單體混合物的方法。
在一些具體實施例中，上述添加劑的角色包含對於眼科鏡片形成方法的機能。在一示範具體實施例中，所用的單體混合物為伊它富康A(Etafilcon A)，其係常用來製造眼科鏡片的反應性單體混合物。請再參考第3圖，伊它富康A包含在聚合下會形成固體或凝膠的單體組份。伊它富康A也包含吸收劑分子，諾布拉克(Norbloc)，如元件符號300及元件符號310所示，其係吸收頻帶包含較低波長的紫外線輻射。此外，伊它富康A也包含用作起始劑的組份，其吸收率以元件符號340表示。在混合物中，溶解氣態氧有抑制劑的作用。因此，在此具體實施例中，用於形成反應性單體混合物的方法包含固態及/或液態組份之混合物的配製，以及更包含控制溶解氧的含量。此具體實施例係僅供圖解說明，因此沒有限定本發明範疇的意思。
顯然，本發明藉由控制反應性單體混合物的物理方面可得到形成反應性單體混合物的其他方法具體實施例。在一些具體實施例中，這可包含添加溶劑或稀釋劑以改變混合物的黏度。可由導致混合物之黏度改變的其他方法得到其他的具體實施例。
在製備單體混合物的方法中，從對於初生態混合物(nascent mixture)的處理可定義其他的具體實施例。以不具限定性的實施例說明之，該混合物可經受能導致某些溶解氣態物種解吸附(desorption)的抽空環境。在另一具體實施例中，該單體混合物的處理可藉由暴露塊體混合物於光化輻射之曝光，從而改變多體組份(multimeric component)在混合物使用於後續光化加工步驟之前的程度分布及種群分布。對熟諳此藝者而言，顯然有許多其他的具體實施例可用來處理單體混合物以導致特性改變；所得混合物可進一步用來製造眼科鏡片預形物與鏡片。
請參考第1圖的方塊112，其係與用於投配及沉積反應性單體混合物的方法有關。在一些具體實施例中，需使有一定數量的反應混合物平衡以得到有想要濃度的溶解氧。在一些具體實施例中，實現該平衡的方式可藉由存放含有大量單體混合物的容器於其周遭有想要數量之氧的圍封物內以在溶解時達成有想要濃度的平衡。其他的具體實施例可包含可經由膜技術來交換數量正確之氧至流動中之反應混合物的自動設備。對熟諳此藝者而言，顯然有許多方法可將反應混合物改變或投配成有想要含量之加入氣體而與本發明的範疇一致。
在一些具體實施例中，此時可用人工手段轉移一體積的投配後反應性單體混合物至包含容器的液池內以在成形光件表面附近有混合物。其他的具體實施例可包含能用反應性單體混合物填充液池的自動機構。本發明的其他具體實施例可包含填充在鏡片形成製程中需要用到的用完即棄型容器。本發明範疇包含使用某種方法供以反應性單體混合物(其數量至少大於包含經所有加工後之成形鏡片的材料數量)填充在成形光件表面附近的液池。
對熟諳此藝者而言，顯然用各種裝置具體實施例的描述，反應性單體混合物的材料具體實施例，光化輻射之本質的物理具體實施例，以及腳本及其中裝置的控制形式具體實施例，此時可描述形成基於體素之光刻方法之輸出的一些具體實施例。在第1圖的處理流程圖中，元件符號116為使用該等不同具體實施例的成形方法。對熟諳此藝者而言，顯然各個上述組件的替代具體實施例都可能存在，以及本發明的範疇不受限於與此類若干具體實施例有關的方法之說明。
以微觀尺度來說明零件116的一些方法是有利的。以不具限定性的實施例說明之，整個成形方法是，單體混合物包含可使得強度會隨著成像光化輻射的通過深度而顯著減少的吸收元素；因為有些具體實施例可用比耳定律建模。而且，以第3圖的具體實施例為例，它是讓光化照射於特定體素單元的波長在內含於反應混合物的起始劑之活性吸收波長區以及在吸收劑的快速改變吸收區。以不具限定性的實施例說明之，也可考慮單體混合物含有抑制劑。為了便於參照及說明，可將此一方法組合的描述稱為實施例3。然而這只是用來致能具體實施例，沒有限定本發明範疇的意思，而且也可使用其他的模型。
在實施例3的一具體實施例中，可發現該抑制劑在單體混合物中有顯著的濃度。在微觀層次下，此示範具體實施例可具有以下特性：入射光化照射在它四周界定極有限的局部區域，在此會以能夠超過高濃度抑制劑抑制它助長的速率出現由光化輻射在特定元件中啟動的化學反應。由於有些空間光學調變器系統在每個個別調變元件之間的部份表面為“死”區因而反射光線的方式與調變元件不同，可知在此具體實施例中，在成形光件表面上形成的材料在形式上可採用孤立的基於體素之柱狀元件(彼此完全不連接)。
繼續以實施例3的不具限定性實施例說明之，可發現抑制劑有稍低的濃度，以及例如，對於一組給定光化照明參數，此具體實施例的濃度可空間傳播夠遠使得每個體素單元都可界定能前進以重疊體素單元之邊界的光化作用。在微觀基礎下，個別的柱狀元件容易彼此混合而有合適的照明條件，其中相鄰的體素可界定明顯的強度條件。在一些具體實施例中，光學顯像系統的運行模式是去聚焦成可驅動混合在一起的個別柱狀元件而成為另一方法具體實施例。在其他的具體實施例中，成形鏡片光件及夾具在空間中振動或擺動可驅動類似的效果，其中體素單元會彼此重疊而形成連續形式的片體。
繼續以微觀基礎描述形成方法在體素單元之深度尺寸的效果是有用的。在實施例3的條件下，顯然特定體素單元的“DMD腳本”可界定累積強度或曝光時間使得在距離成形光件表面有一深度的體素單元有反應。在某一特定的示範深度下，此條件可包含單體混合物的強度驅動式反應條件，其中反應程度係界定一凝膠點。在深度小於此深度時，反應產物可形成三維；不過，在深度大於此深度時，反應產物不會到達凝膠點而且仍包含更黏的組份混合物，這是因為在四周的初生態反應性單體混合物已發生某一程度的單體反應。在此具體實施例中，明顯有充分的體積或初生態反應混合物至少包含兩個區域；亦即，已出現反應程度高於凝膠點的區域，以及其中材料包含未膠凝層(為部份反應及未反應單體混合物之混合物)的區域。在一些具體實施例下，此層有一些可包含所謂的液態鏡片反應介質。在微觀層次下，它是在反應混合物的體空間內形成。
在其他具體實施例中，“DMD腳本”有利於在已反應越過凝膠點的體素定義層內定義局部設計素材(local design element)。在有些具體實施例中，此實體被視為是鏡片預形物形式。用不具限定性的實施例說明之，將實質線性特徵嵌入DMD腳本的影響要考慮：體素單元在橫向的數目以及體素單元在縱向的數目，以及所有內含體素單元的累積強度低。使用在實施例3提及的具體實施例，以不具限定性的實施例說明之，可設想將此一線性特徵實際定義於鏡片預形物形式內。在微觀尺度下，鄰近的體素單元可包含強度以定義有若干顯著水平的厚度於鏡片預形物形式中。在有線性特徵的第一鄰近體素單元處，形式厚度會減少以致於輪廓特徵會與定義於DMD腳本的線性特徵有關。
例如，請參考第4圖400，其係圖示用本發明的整個具體實施例形成的鏡片之厚度。在此實施例中，鏡片厚度有一些特徵具備上述線性特徵的特性。例如，零件440為供許多體素單元延伸越過鏡片的線性特徵。顯然，可推斷出本發明的方面定義除了鏡片的光學表面定義以外，還可包含許多不同的形狀及輪廓特徵具體實施例。其中，可能有許多具體實施例(例如，對齊特徵)跟特徵440的具體實施例目的一樣。其他的具體實施例可包含輪廓特徵，其係界定排泄槽，其係為沿著實質徑向路徑延伸至鏡片預形物形式邊緣的線性特徵；有各種形狀及大小的井孔或底孔；與鄰近的平均形貌相比，有呈陡升或陡降的階梯；以及橫越鏡片定義區之子集的高地或實質平坦特徵。對熟諳形成階梯方法者而言，這些實施例顯然只是許多具體實施例之中的少數。
前進到第1圖的步驟117，在一些具體實施例中，所描述的方法係有關於：由反應性單體混合物的環境去除步驟116所產生的材料。在一些具體實施例中，用於做此去除的方法可包含以下處理：從反應性單體混合物的液池升起成形光件及其夾持片與鏡片預形物形式。在其他具體實施例中，可放低液池而離開有附著鏡片預形物形式的成形光件。從用能夠以某一精確度控制去除速率的設備來自動地放低或者是升高的步驟可得到其他的具體實施例。在替代具體實施例中，可以某種方式來排泄反應性單體混合物的液池致使附著鏡片預形物形式的成形光件與反應性單體混合物分離。以一般化的角度而言，對熟諳此藝者而言，顯然有許多具體實施例可包含由反應性單體混合物去除步驟116之產物的步驟117；這些具體實施例包含在本發明範疇內的技藝。
在第1圖中，產物及中間產物是用橢圓形圖示。因此，有些具體實施例的鏡片預形物160包含裝置實體。為了了解論及方法的其他段落，在此回顧鏡片預形物的方面。鏡片預形物1700可包含兩層：鏡片預形物形式1740與液態鏡片反應介質(元件符號1710)。在一些具體實施例中，這兩層係對應至先前提及的形成方法。在有些具體實施例中，鏡片預形物形式為已用基於體素之光刻系統界定而且已反應越過凝膠點的材料。也許前文有各種結構性具體實施例。在第17圖中，在圖示具體實施例中，在成形方法期間，體素柱體會彼此重疊。
在有些具體實施例中，液態鏡片反應介質1710為用基於體素之光刻製程形成的一層，其係比反應介質出現凝膠點的那一點深。當成形光件及反應後材料由反應性單體混合物去除時，有黏性材料可附著於鏡片預形物形式的表面。本發明的技藝，在有些具體實施例中，可用以下方法進一步加工此一液態薄膜。構成鏡片預形物的就是在進一步加工鏡片部份後形成的鏡片預形物形式與在其上之液態材料的組合。顯然，在一些具體實施例中，假定鏡片預形物為獨一結構。它有包含三維形成的組件，不過，由於被吸收反應介質的液態本質，實體沒有固定的三維形式。對熟諳此藝者而言，顯然本發明的範疇包含形成方法(步驟116)包含之形式的所有不同具體實施例，以及與去除反應性單體混合物之成形光件有關之方法以及影響液態鏡片反應介質之本質的不同具體實施例。
在一些具體實施例中，步驟131包含由鏡片預形物去除部份液態鏡片反應介質的方法具體實施例。由前面與可完成此方法之裝置有關的段落(包含一些具體實施例)可見，有許多方法具體實施例能達成此目的。以不具限定性的實施例說明之，可用毛細管作用來去除液態鏡片反應介質。在一些具體實施例中，該方法可包含滯留步驟以在進行毛細管作用的步驟之前允許若干液態鏡片反應介質聚在一起。在其他的具體實施例中，可使該鏡片表面的表面軸線與重力方向有一角度。顯然，有許多方法具體實施例可用基於毛細管的裝置來去除液態鏡片反應介質，且包含在本發明範疇內的技藝。
在其他具體實施例中，可去除液態鏡片反應介質的方法可包含毛細管芯吸設備的替代裝置。例如，包含使用吸收性表面以去除液態介質的方法可包含一些具體實施例。其他的具體實施例可為使用有許多毛細管點而不是上述只有一點之裝置的方法。又其他的具體實施例可包含旋轉鏡片預形物以去除液態材料的方法。對熟諳此藝者而言，顯然有許多使用裝置來去除一些液態材料的方法都可包含在本發明範疇內的方面。
由鏡片預形物正面去除材料的不同類型之具體實施例可包含為此目的而在鏡片本體中定義起伏特徵的方法。在這些類型的具體實施例中，可將特徵(例如，在前段提及的排泄槽)設計成可用來產生一位置使得相對低黏度的液態介質可流出藉此產生不合格的空間給黏度相對高的流入。在其他的具體實施例中，旋轉鏡片本體的應用也可包含去除鏡片材料以及設計供材料流入之起伏特徵的具體實施例。對熟諳此藝者而言，顯然包含不同形貌表面設計之不同具體實施例的具體實施例也包含在本發明範疇內的技藝。
在一些具體實施例中，有可能省略液態鏡片反應介質的去除以及繼續進行其他的加工步驟。在第1圖中，這方面可用由零件160繞過方塊131的點線箭頭圖示。
在包含形成眼科鏡片之方法的具體實施例中，圖示於第1圖方塊的下一個步驟是穩定化(元件符號132)。在一些具體實施例中，此新穎方法包含使液態鏡片反應介質能在各種力下流動以在鏡片預形物形式之表面上找到穩定(或許有低能量)狀態的加工方式。在微觀層次下，顯然預形物形式的表面可局部性地有某一程度的粗糙度。形成具體實施例有許多方面可決定粗糙度的本質，例如有一種情形是抑制劑在反應開始附近相對突然地停止反應的影響。在許多具體實施例中，液態介質的表面力、磨擦及擴散力、重力、以及其他外加力會結合而產生覆蓋形貌的平滑覆蓋層。在決定這些力的方法中，有許多具體實施例可能在本發明的範疇內。
在一具體實施例中，可將該鏡片預形物組態成允許液態鏡片反應介質在重力下流動。實現此事的方法可包含鏡片預形物在不同方向的運動以利其流動。替代具體實施例可包含使鏡片預形物儘量少運動地保持固定狀態的相反策略。又其他的替代具體實施例可包含使液態材料經受鏡片預形物繞著軸線旋轉時產生的力。在一些具體實施例中，旋轉的軸線可為鏡片預形物的中心。在替代具體實施例中，該旋轉可包含使鏡片預形物以外部的軸點為中心旋轉同時使鏡片預形物的頂面面向或背對著該軸點或在這兩個方向之間的無數個方位。在其他的具體實施例中，可在自由落下環境下加工鏡片預形物以最小化重力的影響。對熟諳此藝者而言，顯然有許多方法在穩定化方法期間可用來施加液態力於鏡片預形物。
在其他具體實施例中，可用方法改變液態介質的液態本質。在一些具體實施例中，可利用稀釋或溶劑化來改變液態介質的黏度。替代具體實施例可包含蒸發若干稀釋劑以增加黏度。暴露於某一程度的光化輻射可包含可改變該等液態薄膜之黏度的其他方法。有許多與改變液態介質之黏度有關的具體實施例。
在其他具體實施例中，液態鏡片反應介質可用方法改變與表面能量有關的力。在有些具體實施例中，這可包含初生態反應性單體混合物添加表面活化劑。在替代具體實施例中，可添加添加劑或化學反應劑至鏡片預形物用來改變表面能量。
鏡片預形物形式的設計可包含可產生不同流動狀態之液態鏡片反應介質的方法。以不具限定性的實施例說明之，溝槽可包含由鏡片預形物之一區域吸出液態鏡片反應介質的構件。在替代具體實施例中，與突然改變輪廓有關的設計方法可包含用於提供改變穩定狀態的方法。對熟諳此藝者而言，顯然有許多設計鏡片預形物的方法包含包含在本發明範疇內的技藝。
以一般化的角度而言，在包含穩定化的方法中，該等不同具體實施例類型不應限制可產生有完全穩定性或部份穩定性或不穩定性之液態鏡片反應介質的方法之一般性。例如，不同具體實施例的組合，對熟諳此藝者而言，顯然可為該方法的其他具體實施例。
在穩定化的方法完成後，在一些具體實施例中，液態材料可經受下一種方法，即定影(以元件符號133表示)以將它轉換成非液態狀態。在一些具體實施例中，在定影方法期間施加的光化輻射之本質可包含替代例。外加譜帶(或數個)可為一種方法具體實施例的例子。替代具體實施例可包含外加輻射的強度。在替代具體實施例中，施加定影照射的各種方面可包含時間相依性。以不具限定性的實施例說明之，初始波段可包含隨後會變到不同頻帶的第一步。對熟諳此藝者而言，顯然定義光條件的方法具體實施例都在本發明的範疇內。
在元件符號133的一些具體實施例中，該定影方法可包含照射可採用的不同路徑。在具體實施例的一種例子中，照射可在鏡片預形物的正面上發生；或替代地，穿過背面。可由多個照射源得到其他的具體實施例，有些可能有不同光特性以在鏡片預形物實體中產生不同的光化輻射效果。可由包含輻射以外之能量形式的定影方法得到其他的具體實施例。一般而言，許多可包含定影步驟的方法都在本發明的範疇內。
在一些具體實施例中，在定影發生後，就完成鏡片預形物130的加工。在一些具體實施例中，可進一步加工完成後的產物。此產物類型包含圖示於第1圖方塊120之技藝(替代成形預形物)的一種優良例子。以不具限定性的實施例說明之，如果引進定影產物回到基於體素之光刻方法，可產生第二層的加工。此多回合方面可引進許多具體化方法選項。
在一些具體實施例中，以不具限定性的實施例說明之，可由多回合形成的複雜鏡片預形物可包含定義眼科鏡片表面的第一步驟與添加輪廓特徵於表面的第二步驟。該方法的其他複雜具體實施例可包含：第一回合，如前面實施例所述，其係通過有條件的基於體素之光刻系統，用來沿著鏡片預形物形式製成孤立的體素柱體。然後，基於體素之光刻的第二步驟可包含：用特性不同的材料填入在體素柱體之間的特徵。接著，第三回合是通過系統來定義眼科鏡片。顯然，在本發明的範疇內，多次通過系統的方法(每一回合都有許多不同的具體實施例)可包含許多不同的具體實施例。
在一些其他的具體實施例中，可藉由在鏡片預形物形式上塗佈液態反應介質來形成鏡片預形物。例如，用基於體素之光刻方法形成的鏡片預形物可經受洗滌系統，其係去除液態鏡片反應介質的極端方法。可由洗滌方法得到鏡片預形物形式。在一些具體實施例中，此鏡片預形物形式可接著經受添加下一個液態鏡片反應介質至表面的方法。在一些具體實施例中，添加下一個液態介質至表面的方法可包含在與描述於元件符號117之具體實施例類似的方法中浸泡及去除鏡片預形物。此時，所得鏡片預形物可能有單體及多體分子的不同分布，或在一些具體實施例中，可包含與用來形成鏡片預形物形式不同的聚合物化學。對熟諳此藝者而言，顯然有許多具體實施例可包含塗佈液態鏡片介質於各種鏡片預形物形式具體實施例上的方法都包含在本發明範疇內的技藝。
在一些替代具體實施例中，可用基於體素之光刻術以外的其他方法來形成該鏡片預形物形式。在不具限定性的第一實施例中，不同的具體實施例有可能使用作為形成鏡片預形物形式之依據的立體光刻術。在一些具體實施例中，用立體光刻術形成的鏡片預形物形式可具有來自去除方法117的液態鏡片反應介質，但是其他的具體實施例可包含添加液態鏡片反應介質至以立體光刻術形成的基底。替代具體實施例有可能使用基於遮罩之光刻方法來決定鏡片預形物形式，然後用於上述方法。其他的具體實施例可包含使用由常用來製造眼科鏡片之標準鑄塑成型法形成的鏡片預形物形式，然後以上述方法形成鏡片預形物。顯然，許多形成鏡片預形物形式的具體實施例可包含用於形成鏡片預形物的方法。
在鏡片預形物用各種方法具體實施例中之一個形成然後用方法具體實施例加工後，結果在一些具體實施例中，可形成眼科鏡片。在一些具體實施例中，此時鏡片仍在成形光件的表面上。在大多數的具體實施例中，它也需要加以清洗及水合以形成眼科鏡片的產品形式。在對本技藝大體為標準的方法中，鏡片及其附著形式(在一些具體實施例中)可浸入水溶液的池子。在有些具體實施例中，此池會加熱到攝氏60度至95度的溫度以輔助浸泡方法。在一些具體實施例中，該浸泡方法會洗滌鏡片本體以及水合它。在水合過程中，該鏡片會膨脹，以及在一些具體實施例中，脫離與其毗鄰的支撐物。顯然，在本發明的範疇內有協調加工的方法使得同一個支撐物及化學物處理結構也可包含水合方法的具體實施例。應注意，前述步驟與方法的說明均僅供示範而沒有限定本發明範疇的意思。
在許多具體實施例中，釋放後所得到的產品包含本發明的成形眼科鏡片。顯然，在此產品後的其他步驟可用來製造可接受成品的眼科鏡片。在一些具體實施例中，方法可包含用於隔離水合鏡片、包裝它、然後經受殺菌過程(元件符號為142)的標準技藝。對熟諳此藝者而言，顯然該等步驟的順序(包含彼此的相對性以及與前面步驟的相對性)可包含與本發明一致的不同具體實施例。
由本文所述之裝置及方法產生的眼科鏡片(元件符號170)之不同具體實施例包含有另一尺度的本發明技藝。對熟諳此藝者而言，顯然鏡片預形物的產品可具有獨特的形式。首先，該鏡片在某一程度上為兩個硬化層的合成。在一些具體實施例中，其中之一，即鏡片預形物形式是藉由基於體素之光刻裝置及方法的作用形成。此鏡片預形物形式有許多具體實施例，由前述方法可明白其中一些實施例。
例如，用一些方法具體實施例，該形式可包含一組相對孤立的柱狀體素單元，其中各個有由體素光刻方法決定的不同延伸。在其他具體實施例中，該鏡片預形物形式可包含一組完全互連、基於體素的材料柱體。對熟諳此藝者而言，顯然有許多具體實施例有關於單體混合物的實際組合物。此外，如先前在方法背景下所描述的，該鏡片預形物形式可用基於體素之光刻術以外的各種其他技術形成，包含(但不受限於)：立體光刻術，基於遮罩之光刻術、以及機械加工。有的具體實施例是基於體素之光刻形式具有用基於體素之技術設計的輪廓特徵；這些包含(但不受限於)：線性特徵、曲線特徵、井孔、有鏡片之部份高度或全高的特徵、形貌突變、高地、以及溝槽。
此外，可由本發明的多回合方面得到更複雜的具體實施例。以不具限定性的實施例說明之，鏡片預形物形式可為第一回合的合成物，其係以基於體素之光刻步驟在表面定義球形輪廓以及在其周邊帶有突變特徵。第二回合可在鏡片的視覺有效部份中定義客製眼科參數。一般而言，顯然有許多包含多次通過基於體素之光刻裝置及方法的具體實施例。變體可包含形成第一回合的不同方法，包含上述的替代光刻術選項，例如，模造眼科鏡片。這個第一種鏡片材料包含在第二回合時起作用的鏡片預形物，以及最終可定義新的鏡片具體實施例。
鏡片預形物的第二組份(液態鏡片反應介質)的本質，在一些具體實施例中，若加入鏡片可定義鏡片具體實施例的新穎性。當有些具體實施例用方法及裝置加工(元件符號130)時，該等具體實施例可包含有平滑表面的第二可區別層。鏡片預形物形式之許多具體實施例與液態鏡片反應介質之不同具體實施例的組合可包含眼科鏡片的新穎具體實施例。
經由計量及反饋150可增強眼科鏡片的形成。有些具體實施例可包含由方塊116流到零件170的直接加工方法。不過，使用計量方法可得到優異的具體實施例以驅動各種所用方法之參數的控制。在第1圖中，該等反饋機構及資訊的流向是用進出元件符號150的雙簇箭頭圖示。對熟諳此藝者而言，顯然有許多計量具體實施例可包含在本發明範疇內的技藝。
請參考第2圖，其係圖示與用基於體素之光刻方法形成之鏡片具體實施例的厚度與光學效能有關的計量及反饋迴路方法之一示範具體實施例。在一些具體實施例中，具有如元件符號200所示之功能的反饋迴路是由表示由外部輸入之想要鏡片參數的元件符號205開始。為了示範說明，鏡片表面的模型可來自施加於患者眼睛的眼睛測量裝置。在其他具體實施例中，理論輸入參數可包含步驟205的方法。該等輸入會用某些方法處理以與基於體素之光刻術210的輸入要求對準。各種裝置及方法的具體實施例會接收此一輸入，以及在一些具體實施例中，會用計算方法將它們轉換成可用於基於體素之光刻系統211的參數。
請再參考第2圖，在基於體素之光刻系統中製成鏡片預形物(元件符號220)。隨後，它可用鏡片預形物加工方法230加工而產生“乾”式眼科鏡片240。此時，此一乾眼科鏡片可在計量步驟250中測量。為了示範說明，此步驟可包含使用雷射位移感測器。再以實施例說明之，此測量所產生的表面拓樸在一些具體實施例中看起來有如第4圖(元件符號400)。如元件符號251及252所示，算法可處理此資料以拿結果與預期的比較鏡片是否與來自步驟205的輸入參數匹配。在一些具體實施例中，可處理輸入參數的差異以及對應地改變鏡片在基於體素之光刻系統211中加工的參數。資料及參數資訊的此一反饋迴路是以反饋迴路(元件符號253)圖示。也可處理該資料以及對應地改變鏡片預形物加工方法252之中的參數。系統252參數之想要改變的反饋是用反饋迴路254圖示。應注意，圖示於第2圖的步驟和相關方法的描述均僅供示範而且沒有限制本發明範疇的意思。
計量步驟250的結果以及資料251及252的各種處理，在有些具體實施例中，可包含能夠判定製成鏡片240是否在一組在步驟205之輸入參數左右的可接受極限內。元件符號251是判斷鏡片可拋棄以便用改變過的參數來製造另一個鏡片。替換地，鏡片可在可接受極限內，因而前進到步驟260以便在後段加工方法及裝置具體實施例中加工。在鏡片膨脹及釋出後，它可經受另一次計量方法(元件符號270)。在一些具體實施例中，此計量的結果可具有與步驟250類似的反饋具體實施例。在眼科鏡片成品280完成後，加工流程可與拒收乾鏡片的流程接合。之後，整個流程有可能在條件返回步驟290反饋回到步驟205。對熟諳此藝者而言，顯然對於本發明各種產品進行計量步驟然後設計出結合測得結果以及調整系統參數的反饋迴路這方面有許多修改、增加及替代。
在稍有不同的具體實施例中，附加類型的測量可計量鏡片的品質方面供全域設備的反饋用。以不具限定性的實施例說明之，在一些具體實施例中，顆粒偵測方案可用來測定製成鏡片預形物中之缺陷的存在。如果此一測量給出標示有顆粒問題的結果，在有些具體實施例中，有反饋迴路提供反饋給裝置及方法的操作員以矯正所標示的問題。對熟諳此藝者而言，顯然有許多計量具體實施例可包含在本發明範疇內、將測量結果反饋給操作員的技藝。
在其他的具體實施例中，物流資料(logistic data)的使用可包含反饋迴路的元件。如在說明本發明裝置時提及的，在有些具體實施例中，裝置的關鍵組件可具有識別證。在有些情形下，可用自動裝置來追蹤此一組件識別證。例如，反饋可包含用於特定方面的特定組件，包含該組件的使用壽命。在有些具體實施例中，可反饋給操作員，或包含系統的自動回應。在使用組件識別證的其他具體實施例中，就厚度結果會影響系統的參數(諸如成形光件片體之組件的唯一識別證)而言，前面計量具體實施例的結果允許針對該特定組件來個別地裁剪其他的全域參數。對熟諳此藝者而言，顯然描述於本文的本發明包含有各種形式的許多具體實施例可取得物流及計量資料以便用各種計算方法來處理該等資料以區別該等資料與輸入鏡片要求，以及提供反饋該等資料給系統本身或在系統外之操作員的方法；這些都視為是在本發明的範疇內。
EXAMPLE1：
已實施本發明的各種具體實施例以及製成形成已加以描述的鏡片成品及鏡片預形物。本段落用一實施例來描述由一組具體實施例產生的結果。
在此實施例中，用於完成該等結果的裝置包含下列的一般方面。基於體素之光刻光學裝置用來形成鏡片預形物。以一般化的角度而言，此裝置含有以365奈米操作的光源之較佳具體實施例。如上述，有光導管及聚光光件的勻質器是用來照明德州儀器DLPtm XGA數位反射鏡元件裝置。該顯像系統更包含在成形光件上的聚光光件，如第10圖所示。
強度分布及DMD像素值是用由伊它富康A組成之反應性單體混合物的光學吸收率與反應性來算出。此系統有吸收率特性，如第3圖中在365奈米的照射尖峰320，以及在420奈米的形成尖峰330。此系統的吸收率特性與比耳定律吸收率形式一致，而且對於部署在成形光件表面上大約有768×1024個的體素單元，可用來估計每一個單元的正確強度及定時程序。
為了做圖解說明，波格-朗伯-比爾形式用來建立所需強度的模型。基於此形式以及與材料(例如，伊它富康A)及裝置兩者有關的變數，該模型可導致參數相依性。然後，反饋鏡片製作回合的結果以精調模型參數並產生鏡片。以下為模型的邏輯。
波格-朗伯-比爾定律：
比耳定律預測光化輻射的強度在材料中會指數遞減，這取決於消光係數α(λ)。
I(x)/I0 =exp(-α(λ)cx)　方程式1
強度隨著距離遞減的速率為：
dI/dx=-α(λ)cI0 exp(-α(λ)cx)　方程式2
在此I(x)為以離受照射表面之距離x為變數的強度函數，I0 為入射於該表面的強度，α(λ)為吸收組份的吸收係數，其係波長(λ)的函數，以及c為吸收組份在相對透明介質之中的濃度。因此，藉由選擇輻射波長，可調整製程以選擇強度的梯度(亦即，α越大，性質的變化越快，從而鏡片會越薄)。
請參考第3圖(元件符號300)，為反應混合物的透射光譜；其係圖示由吸收劑310引起的過渡區、與其重疊的起始劑340吸收光譜、以及成形320的發射光譜、定影330、輻射源。
在反應性單體混合物中自由基介導聚合(radically mediated polymerization)的聚合速率係遵循總速率方程式，在此聚合速率(Rp)等於反應官能基([C=C])的濃度乘上自由基濃度([．])與動力參數(k)
Rp=k[C=C][．]　方程式3
該自由基濃度係強烈取決於起始速率及終止機構。通常自由基-自由基/雙分子終止為主要的終止機構。自由基濃度的時間變化等於起始速率(Ri)減去終止速率。
d[．]/dt=Ri -kt [．]2 　方程式3
假定處於穩定狀態(d[．]/dt=0)，以及解出自由基濃度，可見自由基濃度會隨著起始速率的平方根改變。因此，聚合速率取決於起始速率的平方根。
[．]=(Ri /kt )1/2 　方程式4
Rp=k[C=C](Ri /kt )1/2 　方程式5
用活化能(E)、理想氣體常數(R)、凱氏溫度(T)、聚合速率標度(β)、以及阿雷尼厄斯前沿因子(Arrhenius front factor)(k0 )表示聚合速率如下：
給出光化學起始的速率如下：
Ri =k'I　方程式7
在此I為輻射的強度，而k'為與量子效率(quantum yield)有關的常數。假設在反應期間所有的參數及起始劑濃度保持不變，可簡化該陳式使得所有參數為併入k的常數。
聚合速率為官能基濃度隨著時間(-d[C=C]/dt=Rp)而改變的速率，因此方程式可表示如下：
在解微分方程式後代入轉換，在此轉換式為X
在此t為以秒計的曝光時間。
如果反應混合物含有可吸收波長等於光化輻射之輻射的吸收劑，則轉化程度會隨著強度而改變，因而根據比耳定律，為離表面之距離的函數。藉由在動力方程式中插入比耳定律關係式，吾等可預測轉化程度為離表面之距離x的函數。
藉由認識到在轉化程度在凝膠點(亦即，X=X凝膠 )的邊界會產生自由成形表面，可藉由重新排列方程式來解出鏡片的厚度(x厚度 )：
x厚度 =f(I0 ,t)　方程式16
X凝膠 為配方因交聯(在光起始反應期間形成)而由液態轉換成固態時的轉化程度。在重新排列方程式以及解出在特定轉換式X凝膠 下的x厚度 之後，可算出薄膜的厚度。藉由保持所有的其他參數及性質不變，藉由改變I0 與曝光時間t可估計出在表面上之任一位置x,y的想要厚度。也可以逐個體素的方式估計想要的厚度，在此i、j為特定體素的行列座標，以及x厚度ij 為同一體素的成形厚度。
x厚度 (x,y)、=f(I0 (x,y),t(x,y))　方程式17
x厚度ij =f(I0ij ,tij )　方程式18
可由動力資料的分析來估計出方程式中之參數(表1)的典型數值。
使用此一模型與列於表1的參考參數，在第19圖以離受照射表面之距離、時間為座標繪出自由成形表面的強度(假設X凝膠 為20%)。圖中以元件符號1920表示自由成形表面與成形光件表面表面的距離估計值，以元件符號1930表示照射時間。圖中繪出以3種不同入射強度1940所算出的數值。明顯可見，由於此照射的產物為鏡片預形物1700，故而在給定的強度及強度時間下，距離為鏡片預形物形式1730的厚度估計值。根據以上DLPtm 裝置的說明，由於此裝置以數位強度控制器來操作，時間會與反射鏡元件處於開狀態的累積時間有關。可用某種技術來精確地測出實際出現於特定體素位置的強度，但是該裝置的能力在於可拿第一回合製成鏡片成品的測量值與目標厚度做比較，以及藉由參照第19圖的關係式，差值可用來驅動特定強度的時間差。例如，如果在反射鏡“開”下到達體素位置的強度等於10毫瓦/分分2 ，則參照第19圖的元件符號1910，藉由沿著曲線1910滑到新的目標厚度以及產生新的時間參數可找到由模型來做的調整值。控制算法可使用此一算出的時間目標值來調整一序列“影片”畫面的各個曝光時間以及總數等於目標時間的平均數量。或以另一方式言之，可使用每一畫面的最大時間，然後最後一個中間畫面有一部份的最大時間/畫面，然後其餘的畫面有定義好的關狀態。隨後，調整後的時間可以某種方式用來製作下一個鏡片以及重覆製程。
在曝光後，鏡片預形物由反應混合物液池移出以及用如第12圖及第13圖所示的液態化學物去除裝置加工。然後，穩定化該鏡片，如在相關段落所描述的。然後，用420奈米的輻射曝光穩定化該鏡片，伊它富康A中之吸收劑(諾布拉克)在此不再顯著吸收入射光。然後，測量該鏡片，接著用上述裝置水合。
以此方式，已用伊它富康A、反應性單體混合物以及測量光焦度來製成實際的鏡片。兩個鏡片的測得光焦度(單位為屈光率)列於下表。
就類似的意義而言，加工條件是使用相同的化學系統、伊它富康A來製成另一個鏡片，以及用透射波前干涉儀裝置來測量該鏡片。在第4圖中，元件符號400為成形光件與製成鏡片的差異訊號，其係圖示製成鏡片之形貌的對映圖。應注意，鏡片的光學區由同心圓曲線410顯示出有良好的形貌。該表面為合格的眼科鏡片。
在製造及測量鏡片400時，在鏡片中設計特徵以及在形貌對映圖上出現特徵。例如元件符號420包含在曝光影片期間用程式化的低強度編入鏡片預形物形式的排泄槽。不同類型的溝槽以元件符號440表示。此一零件440包含長溝槽，它可用作鏡片表面的對準標記。以相同的形式複製此特徵於鏡片的另一面以及剛好在特徵440的上面以使鏡片主表面在軸向空間中有清晰的方位。
實施例2
在此段落中，以第18圖1800描述成形光件組件580之一特定替代例。再者，成形光件為其上可建立鏡片預形物或鏡片的支撐物，其係圖示於可最直接了當地用來說明的第10圖1000。在已予描述的一具體實施例中，第10圖可描繪有實質質量的固態光件1010，其係具有形成於上的光學等級表面1011。取代厚重元件1010的替代具體實施例1800帶有一模件1810，其係很像常見的模件，包含用當前生產標準量產的標準眼科鏡片。在此情況下，該模件可用射出成形成標準光學形式。
所得塑膠形式在光學表面四周可具有與1011類似的額外造形，包含包圍光學表面1860的井孔。在各種裝置使用期間利於讓流體流動的管子1850及1890流入相同的塑膠形式可得到附加的複雜性。以類似方式，該成形光件可在較大的金屬件1840(類似1040)以及彼之相關元件內定中心。不過，在此示範例中，塑膠模造成形光件的周邊可通過兩個形狀與1040類似之金屬件的壓力配合來密封。此時，所得合成固定物的功能與1000的一些具體實施例類似；不過，整體上，它可包含光件1000及液池1110、1140兩者的功能。
使用時，基於體素之光刻光學系統500可裝入此一示範性單件式的模子、井孔及夾持裝置於等價位置(在第5圖的580附近)。此示範替代例的一些具體實施例可包含在成形光件及井孔上方形成頂部塑膠片1830。然後，這可定義有一體積、可讓上述管子流入流體的空間。
基於體素之光刻光學系統的一替代具體實施例可定義從較低位置向上穿過成形光件表面1810的光路，而不是從上方。這允許在成形光件四周的井孔用鏡片成形反應混合物1870填滿覆蓋內部的成形光件表面於適當的步驟期間。
基於成形光件表面的設計以及概要的鏡片光學特性，可計算出一序列的程式化影像以便用替代具體實施例成形光件及井孔來照射反應混合物。反應混合物1870可用某種方法填入井孔至溢出成形光件表面的位準。此時，相同的充填管1850、1890可使鈍化氣態混合物流動越過鏡片反應混合物的頂面，其方式與在零件具體實施例990、960之中的很像。在成形光件具體實施例的照射步驟之後，此時在形式上可用某種方法關閉流出管1890，然後，此時進口氣體1850的壓力可強迫其餘的反應混合物1870離開排泄口1880。這導致此時成形光件的表面可為鏡片預形物1820，其類型圖示於圖1700。
以示範觀點而言，如果鏡片預形物的設計含有排泄槽本身足以芯吸足夠液態鏡片反應混合物的鏡片，則在鏡片穩定化步驟中，允許在包含此替代具體實施例的成形塑膠光件、支撐物及井孔中加工該鏡片。
藉由穿過塑膠形式的定影照射，可用與上述相同的方式使該鏡片預形物變成鏡片。如果可徹底審查在鏡片、計量裝置之間的塑膠層，則計量步驟對於想要的性能可提供鏡片特性的順應性。此時，流動管可用來流動有表面活化劑的加熱水性介質通過鏡片腔室以及進行水合、清潔及去除步驟。以及，在一些具體實施例中，塑膠形式中之一些或所有可包含在包裝鏡片時填入適當儲存介質的儲存容器。
結論
如以上所述和以下陳述於申請專利範圍的本發明係提供數種形成鏡片預形物及眼科鏡片的方法以及用於具體實作該等方法的裝置，以及藉此形成的鏡片預形物及眼科鏡片。
100．．．方法
110．．．基於體素之光刻方法
111．．．製備單體混合物
112．．．投配及沉積
115．．．DMD腳本
116．．．成形方法
117．．．去除反應單體混合物
120．．．替代成形方法
130．．．鏡片預形物加工方法
131．．．去除液態材料
132．．．穩定化
133．．．定影
140．．．後段加工方法
141．．．釋放、清潔、水合
142．．．包裝及殺菌等等
150．．．方法及反饋
160．．．鏡片預形物
170．．．眼科鏡片
200．．．反饋迴路
205．．．輸入要求
210．．．基於體素之光刻
211．．．參數+算法
220．．．鏡片預形物
230．．．鏡片預形物加工
231．．．參數
240．．．眼科鏡片
250．．．乾鏡片計量
251．．．拋棄鏡片？
252．．．將資料處理成想要的
253．．．反饋至光刻
254．．．反饋至鏡片預形物加工
260．．．後段加工
270．．．濕鏡片計量
280．．．眼科鏡片成品
290．．．按需要重覆
300．．．第3圖
310．．．吸收劑
320．．．成形
330．．．定影
340．．．起始劑
400．．．差異訊號
410．．．同心圓曲線
420．．．排泄槽
440．．．形貌凹坑或溝槽
500．．．光刻光學系統
510．．．數位反射鏡元件裝置
515．．．光束捕集器
516,517．．．光線路徑
520．．．光源
530．．．空間強度控制器或準直儀
540．．．光束
550．．．“開”路徑
560．．．空間強度分布
580．．．成形光件
590．．．液池
600．．．光源
610．．．環境支撐物及圍封物
620．．．發光二極體
630．．．濾光輪
631．．．濾波器
700．．．較佳具體實施例
710．．．聚光光件
720．．．光管
730．．．非訂製等級光件
740．．．孔徑光闌
750．．．聚光元件
800．．．顯像系統
810．．．DMD裝置(數位反射鏡元件裝置)
820．．．光線
830．．．光線捕集器
840．．．聚光元件
850．．．反射鏡
860．．．光偵測式顯像裝置
900．．．成形裝置
921．．．扣環或其他緊固件
930．．．成形光件
940．．．反應產物
945．．．反應混合物
950．．．液池
951．．．間隔環
960．．．氣流
970．．．成形光件固定件
990．．．容納容器
1000．．．夾持定位裝置
1010．．．成形光件
1011．．．表面
1020．．．黏著劑
1030．．．定位槽口
1040．．．成形光件片體
1100．．．液池系統
1110,1140．．．反應性單體
1120．．．彈簧加載定位銷
1130．．．配合表面
1200．．．鏡片預形物
1210．．．芯吸毛細管
1220．．．真空系統組件
1240．．．液態鏡片反應混合物
1241．．．體積
1250．．．成形光件
1260．．．對齊板
1300．．．化學物去除系統
1305．．．毛細管去除組件
1306．．．成形光件及成形光件板
1310．．．成形光件安裝台
1320．．．成形光件夾持裝置
1330．．．xy平移台
1340．．．零件
1345．．．零件
1350．．．零件
1360．．．零件
1370．．．零件
1400．．．穩定裝置
1410．．．鏡片預形物
1420．．．成形光件
1430．．．成形光件夾具
1440．．．隔振系統
1450．．．平台
1451．．．夾持裝置
1460．．．定影輻射的光源
1461．．．定影照射
1500．．．計量系統
1510．．．雷射位移感測器
1515．．．雷射光
1520．．．鏡片樣本
1530．．．成形光件
1540．．．夾持組件
1550,1560．．．夾具
1570．．．旋轉伺服馬達
1580．．．厚重支承平台
1590．．．振動隔離托架
1600．．．裝置具體實施例
1610．．．容器
1620．．．液槽
1630．．．鏡片
1640．．．成形光件夾具
1650．．．熱控制單元
1700．．．鏡片預形物
1710．．．液態鏡片反應混合物
1720．．．表面
1730．．．表面
1740．．．鏡片預形物
1745．．．液態鏡片反應混合物
1750．．．光學表面
1800．．．替代具體實施例
1810．．．模件
1820．．．鏡片預形物
1830．．．頂部塑膠片
1840．．．金屬件
1850,1890．．．充填管
1860．．．光學表面
1870．．．反應混合物
1880．．．排泄口
1900．．．第19圖
1910．．．強度曲線
1920．．．自由成形表面與成形光件表面表面的距離估計值
1930．．．照射時間
1940．．．入射強度
第1圖　圖示可用於具體實作本發明之一些具體實施例的方法步驟。
第2圖　圖示可用於具體實作本發明之一些具體實施例的其他方法步驟。
第3圖　以圖例說明吸收率及透射率與成形及定影輻射的關係。
第4圖　圖示用本文所揭示之本發明製成的鏡片實施例。
第5圖　係圖示有利於具體實作本發明之一些具體實施例的裝置組件，彼等包含基於體素之光刻術。
第6圖　圖示有利於具體實作本發明之一些具體實施例的示範光源裝置組件。
第7圖　圖示有利於具體實作本發明之一些具體實施例的示範光學裝置組件。
第8圖　圖示有利於具體實作本發明之一些具體實施例的示範數位反射鏡元件裝置。
第9圖　圖示有利於具體實作本發明之一些具體實施例的其他裝置組件。
第10　圖圖示有利於具體實作本發明之一些具體實施例的示範成形光件。
第11　圖圖示有利於具體實作本發明之一些具體實施例的示範單體液池。
第12圖　圖示有利於具體實作本發明之一些具體實施例的示範材料去除裝置。
第13圖　圖示有利於具體實作本發明之一些具體實施例的示範材料去除裝置之總體運動系統。
第14圖　圖示有利於具體實作本發明之一些具體實施例的示範穩定化及定影裝置。
第15圖　圖示有利於具體實作本發明之一些具體實施例的示範計量系統。
第16圖　圖示有利於具體實作本發明之一些具體實施例的示範水合及去除系統。
第17圖為鏡片預形物的示範橫截面圖。
第18圖為鏡片成形光件與反應性單體混合物液池之組合的示範橫截面圖。
第19圖圖示以成形厚度、曝光時間為座標繪出在不同曝光強度下的示範模型輸出。
100．．．方法
110．．．基於體素之光刻方法
111．．．製備單體混合物
112．．．投配及沉積
115．．．DMD腳本
116．．．成形方法
117．．．去除反應單體混合物
120．．．替代成形方法
130．．．鏡片預形物加工方法
131．．．去除液態材料
132．．．穩定化
133．．．定影
140．．．後段加工方法
141．．．釋放、清潔、水合
142．．．包裝及殺菌等等
150．．．方法及反饋
160．．．鏡片預形物
170．．．眼科鏡片

Claims (16)

  1. 一種形成一眼科鏡片預形物的方法，該方法包含下列步驟：將一包括一含有一光學品質區之表面的基板定位成與有一體積的反應混合物接觸，其中該反應混合物包含一光吸收組份且該光學品質區包含一拱形表面用一數位反射鏡元件將一光化輻射的光束分成數個光束，其中該光化輻射的一波長包含一至少部分被該光吸收組份吸收的波長；計算一想要的數個各自體素(voxel)的固化的一深度，其包含一鏡片預形物形式，其中經由一執行可執行軟體的控制器完成該計算且該想要的數個各自體素的固化深度係基於一想要的鏡片預形物形式的形狀；經由該執行可執行軟體的控制器的計算，一時間長度及光化輻射的各自光束的一強度通過該基板的特定位置被應用以聚合反應混合物的體素及形成數個各自體素至各自經計算的想要的固化深度；於一經計算的時間及強度下傳輸一分離的光束的第一光化輻射通過該基板以聚合數個各自體素至該各自經計算的想要的固化深度，其開始於該基板的光學品質區的表面且以逐個體素的方式延伸進入反應混合物的體積；該第一光化輻射的傳輸形成一鏡片預形物，其係由一 鏡片預形物形式組成，其包含一體素非液態形成層及一非體素液態部分聚合層，其沿著該鏡片預形物形式的遠端遠離該基板；移除該基板及鏡片預形物，使其不與該反應混合物的體積接觸，用以從該反應混合物的體積分開該鏡片預形物，其中該眼科鏡片預形物包含沿著該基板的光學品質區的一第一表面部份以及一第二表面部份，該第一表面部份包含非液態聚合材料的體素；該第二表面部份包含從該反應混合物的體積分開的非體素液態部分聚合材料，其沿著一體素非液態聚合層的遠端定位並遠離該基板。
  2. 如申請專利範圍第1項的方法，其更包含下列步驟：將該鏡片預形物暴露至一第二光化輻射以聚合該第二表面部份以形成一眼科鏡片，其包含一包含數個聚合可交聯材料之體素的第一部份；以及一第二部份，包含一分層可交聯材料體積，其聚合超過一可交聯材料的凝膠點。
  3. 如申請專利範圍第2項的方法，其中該反應混合物包含能夠吸收被傳輸通過該基板之光化輻射的一輻射吸收組份；以及，該方法更包含下列步驟：沿透射之一向量方向吸收充分的輻射以中止在該向量方向中的聚合。
  4. 如申請專利範圍第3項的方法，其中光化輻射的每個向量各與已聚合或部份聚合鏡片材料中之一體素連繫，以及以逐個體素的方式來控制光化輻射的傳輸。
  5. 如申請專利範圍第1項的方法，其中用與一數位反射鏡元件裝置通訊的一處理器來控制光化輻射的傳輸。
  6. 如申請專利範圍第5項的方法，其中該數位反射鏡元件裝置包含3個數位反射鏡元件晶片。
  7. 如申請專利範圍第1項的方法，其中可用比耳定律算出由該基板表面上之一點的該反應混合物的固化深度。
  8. 如申請專利範圍第1項的方法，其更包含在一溶液中清洗至少該第二表面部份的步驟。
  9. 如申請專利範圍第8項的方法，其中該溶液包含未反應之反應混合物。
  10. 如申請專利範圍第8項的方法，其中該清洗步驟包含：在清洗該眼科鏡片預形物之該第二表面部份時，用超音波振盪用於清洗該眼科鏡片預形物之該第二表面部份的該溶液。
  11. 如申請專利範圍第2項的方法，其更包含以一靜態模式傳輸該光化輻射經過一預定持續時間的步驟。
  12. 如申請專利範圍第2項的方法，其更包含以一動態模式傳輸該光化輻射的步驟。
  13. 如申請專利範圍第2項的方法，其中該光化輻射包含波譜在370奈米與430奈米之間的光線。
  14. 如申請專利範圍第12項的方法，其更包含下列步驟：使具有該波譜的光線通過一帶通濾波器。
  15. 如申請專利範圍第1項的方法，其中數個各自的體素的想要的固化深度包含該鏡片預形物係基於由方程式衍生的一關係而計算；其中由方程式衍生之一關係中；其中A為消光係數乘上在照射波長下的吸收組份的濃度後之倒數的常數項；B為聚合速率標度因子的倒數之常數項；C為下列組合的常數項： I0ij 為用於在一位置(i,j)的一體素之強度，Tij 為用於在一位置(i,j)的一體素之曝光時間， Xij 為用於在一位置(i,j)的一體素之層的厚度，該層於凝膠點或高於一凝膠點時固化。
  16. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中於該於一經計算的時間及強度下傳輸一分離的光束的第一光化輻射通過該基板以聚合數個各自體素至該各自經計算的想要的固化深度之步驟期間，該基板相對於該反應混合物的體積保持穩定(stationary)。
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