專利名稱：梯度折射率透鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光焦度從視遠(yuǎn)光焦度到視近光焦度連續(xù)遞增的光學(xué)制品，如光學(xué)透鏡和半成品透鏡毛坯，具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及降低不希望的邊緣散光的折射率梯度遞增的多焦點(diǎn)透鏡和沒(méi)有限定正區(qū)域的寬的模糊混合區(qū)的梯度折射率雙焦點(diǎn)透鏡。
商用多焦點(diǎn)透鏡有多種材料制成，通常是由塑料或玻璃制成。這些透鏡具有不同的形式和尺寸，可以是有分界線的、混合的或遞增的形式。在這些形式中，需要近視力校正者多年來(lái)一直使用有分界線的雙焦點(diǎn)透鏡。在使用玻璃的情況下，有分界線的雙焦點(diǎn)透鏡通過(guò)熔融制成，在使用塑料的情況下通過(guò)模塑制成。在任一情況下，雙焦點(diǎn)部分的分界線都是明顯的，表示具有視遠(yuǎn)光焦度和視近光焦度的透鏡或半成品毛坯的視近和視遠(yuǎn)光學(xué)部分的連接。Bugbee(No.1,509,636美國(guó)專利)、Meyrowitz(No.1,445,227美國(guó)專利)和Culver(No.2,053,551美國(guó)專利)公開(kāi)了熔融的有分界線雙焦點(diǎn)或多焦點(diǎn)透鏡。雖然有分界線雙焦點(diǎn)透鏡已經(jīng)成功地使用了多年，它們也具有幾個(gè)不足之處。首先，分界線非常明顯，因此從美觀角度上看不夠吸引人；其次，當(dāng)從遠(yuǎn)到近或從近到遠(yuǎn)看物體時(shí)，所述分界線產(chǎn)生模糊；第三，當(dāng)從遠(yuǎn)到近再回過(guò)去看物體時(shí)，存在焦距的突然變化。根本沒(méi)有提供中間光焦度(焦距)的光學(xué)區(qū)域，除非使用有分界線的三焦點(diǎn)透鏡。
混合式雙焦點(diǎn)透鏡是這樣的雙焦點(diǎn)透鏡，如WO82/03129中所公開(kāi)的那樣，它在視近焦點(diǎn)和視遠(yuǎn)焦點(diǎn)的光學(xué)區(qū)域之間保持清楚的分界，但是使分界線十分不明顯。混合式雙焦點(diǎn)透鏡試圖解決有分界線的雙焦點(diǎn)透鏡美觀上的不足，但是在解決這一不足的過(guò)程中產(chǎn)生了這樣的問(wèn)題，即當(dāng)從遠(yuǎn)到近再回過(guò)來(lái)看物體時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)寬的混合的模糊區(qū)，除非提供一個(gè)中間視力。
遞增式透鏡是這樣一類雙焦點(diǎn)透鏡，隨著從遠(yuǎn)到近校正的光焦度變化的遞增，它產(chǎn)生從遠(yuǎn)到近再回過(guò)來(lái)的光焦度的遞增視力過(guò)渡。遞增式透鏡代表了解決上述問(wèn)題的一種嘗試。雖然遞增式透鏡解決了有分界線的雙焦點(diǎn)透鏡或混合式雙焦點(diǎn)透鏡的幾個(gè)不足之處，但是它們需要在光學(xué)設(shè)計(jì)中作出其他折衷處理，這些折衷處理影響光學(xué)透鏡的視覺(jué)功能，即如下面將討論的那樣。遞增式透鏡的分界線是看不到的，而且提供從遠(yuǎn)到近光焦度的自然過(guò)渡。
制造遞增式透鏡的方法已經(jīng)公開(kāi)，例如Harsigny(美國(guó)專利No.5448,442)、Maitenaz(美國(guó)專利No.4,253,747)、Maitenaz(美國(guó)專利No.3,687,528)、Cretin etal.(美國(guó)專利No.3,785,725)、Maitenaz(美國(guó)專利No.3,910,691)、Winthrop(美國(guó)專利No.4,055,379)、Winthrop(美國(guó)專利No.4,056,311)、Winthrop(美國(guó)專利No.4,062,629)。然而，這些透鏡的設(shè)計(jì)固有某些不足之處。第一個(gè)不足之處是只有大約寬為3-8mm的相當(dāng)窄的視力帶作為子午方向上兩個(gè)想象的分界線之間的間隔，所述分界線的特征是散光度為+/-0.50屈光度或更大。該視力帶代表焦距從遠(yuǎn)到近的遞增過(guò)渡區(qū)，使得人在一定程度上能自然地從看遠(yuǎn)到看近，而不經(jīng)歷有分界線的雙焦點(diǎn)透鏡的光焦度突然變化。第二個(gè)不足之處是遞增式透鏡只能提供寬為22mm或更窄的相當(dāng)窄的視力帶。第三個(gè)主要不足之處是由于遞增光學(xué)設(shè)計(jì)的本質(zhì)產(chǎn)生的不希望的邊緣散光。不希望的邊緣散光使用戶產(chǎn)生很大的視覺(jué)變形。生產(chǎn)者對(duì)限制不希望的邊緣光以改善視力性能感興趣，從而提高他們的不同產(chǎn)品被接受的程度。實(shí)際上，所有的遞增式透鏡設(shè)計(jì)需要在使透鏡具有最寬的視力區(qū)、最少的不希望的邊緣散光和最寬的正光焦度區(qū)域方面進(jìn)行折衷。第四個(gè)主要不足之處在于使患者適當(dāng)?shù)嘏宕鬟f增式透鏡是困難的；第五個(gè)不足之處是這些設(shè)計(jì)允許的佩戴誤差小。
為解決上述的關(guān)于具有分界線的、混合式的、三焦點(diǎn)的和遞增式多焦點(diǎn)透鏡的固有問(wèn)題已經(jīng)進(jìn)行了許多嘗試。然而還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)其他更經(jīng)濟(jì)可行的辦法。Frieder(美國(guó)專利No.4,952,048)和Frieder(美國(guó)專利No.4,869,588)公開(kāi)的眼用透鏡設(shè)計(jì)指出了這些不足之處中的幾個(gè)，但是由于制作上的困難和從中等到更高光焦度區(qū)域的外形不夠美觀，沒(méi)有提出令人滿意的解決方案。雖然這些專利公開(kāi)了在從+1.75至+3.00屈光度的中等到更高光焦度區(qū)域有幾個(gè)改進(jìn)了特征的透鏡，但是該透鏡使形成視近光焦度區(qū)域邊緣的前(凸)表面向前凸出，這樣在過(guò)渡區(qū)的兩面都產(chǎn)生明顯的光學(xué)變形。這一特征將大大降低它的商業(yè)吸引力。而且，制作上的困難也使得這一透鏡在商業(yè)上是不可行的。
Maeda(美國(guó)專利No.4,944,584)公開(kāi)了使用部分固化的第一基質(zhì)層的梯度折射率透鏡。加入第二非固化的樹(shù)脂層，并在固化過(guò)程中在第一層和第二層的折射率之間產(chǎn)生具有連續(xù)變化之梯度折射率的第三擴(kuò)散層過(guò)程中，在這兩層之間產(chǎn)生擴(kuò)散。為了獲得這一擴(kuò)散層，把裝有第二層的組件在特定的溫度下加熱20-26小時(shí)。從商業(yè)角度看，固化形成擴(kuò)散層所需要的時(shí)間使得這一力法不具有吸引力。而且，眾所周知Maeda所公開(kāi)的方法包括去掉部分固化透鏡或半成品毛坯的模具，所以會(huì)產(chǎn)生合格低的問(wèn)題。因此，雖然理論上可以達(dá)到Maeda三級(jí)連續(xù)變化的梯度折射率擴(kuò)散層，但實(shí)際的制作困難可能降低質(zhì)量，使得Maeda不能獲得商業(yè)上成功。
除了上述的關(guān)于雙焦點(diǎn)和多焦點(diǎn)透鏡的缺點(diǎn)以外，這些透鏡形式也比單個(gè)等效視遠(yuǎn)光焦度的遠(yuǎn)視透鏡厚，因?yàn)樾枰谡饨苟葏^(qū)域附加正光焦度。這一附加在透鏡前表面的厚度將影響它的美觀和增加透鏡的重量。已經(jīng)提出了幾個(gè)解決這一問(wèn)題的辦法。
Blum(美國(guó)專利No.4,873,029)描述了使用其上形成有所需之多焦點(diǎn)部分的預(yù)成形晶片并將不同折射率的樹(shù)脂層加到預(yù)成形晶片的表面上。在這一方法中，模壓過(guò)程中耗用預(yù)成形晶片，使預(yù)成形晶片最終形成透鏡的一部分。雖然這種方法制成的透鏡從美觀上有所改進(jìn)，但是處理過(guò)程需要許多襯墊以及后凸球面的和復(fù)曲面的模具。這些模具最終形成完成透鏡的凹面。而且，由于需要折射率明顯地不一致，又缺少不同材料折射率間的過(guò)渡，所以使用這一方法雙焦點(diǎn)或多焦點(diǎn)區(qū)域并非不可見(jiàn)的。
許多專利公開(kāi)了梯度折射率的雙焦點(diǎn)、多焦點(diǎn)或漸增透鏡形式，例如Dasher(美國(guó)專利No.5,223,862)、Maeda(美國(guó)專利No.4,944,584)、Yean(美國(guó)專利No.5,258,144)、Naujokas(美國(guó)專利No.3,485,556)、Okano(美國(guó)專利No.5,305,028)、Young(美國(guó)專利No.3,878,866)、Hensler(美國(guó)專利No.3,542,535)以及Blun(美國(guó)專利No.4,919,850)。然而，梯度折射率的多焦點(diǎn)眼用透鏡作為商業(yè)產(chǎn)品到目前為止還沒(méi)有獲得成功，這是因?yàn)榛瘜W(xué)上、技術(shù)上、制造上以及成本的限制。
Soane在No.PCT/US93/02470歐洲專利申請(qǐng)中公開(kāi)了在光學(xué)晶片預(yù)型件的后凹面上制造具有雙焦點(diǎn)和散光區(qū)域的多焦點(diǎn)透鏡。Soane公開(kāi)了使用具有正確曲率的適宜的后凸面模具，把具有不同折射率的樹(shù)脂材料從光學(xué)晶片預(yù)型件上固化到光學(xué)晶片預(yù)型件的后面。然而這一方法需要光學(xué)預(yù)型件有許多預(yù)留量。
從上面可以看到，需要一種改進(jìn)的多焦點(diǎn)透鏡，這種透鏡使得使用者在由遠(yuǎn)有近觀察時(shí)具有寬闊而且自然的視力增長(zhǎng)，同時(shí)基本上免受不希望的邊緣散光的影響，具有寬的過(guò)渡區(qū)，需要的預(yù)留量it(元件保留部分)，而且要求相當(dāng)?shù)膶捤?，患者便于佩戴。此外，需要具有與相同的視遠(yuǎn)要求的單一視力透鏡大體相同厚度的漸增的多焦點(diǎn)透鏡，而且從美觀上幾乎看不出來(lái)。另外還需要一種減少處理時(shí)間的制造這種光學(xué)制品方法。
本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)的這些和其他不足，提供了一種光學(xué)制品，如合成梯度遞增折射率的多焦點(diǎn)預(yù)型件、透鏡或半成品透鏡毛坯，以及簡(jiǎn)單、快捷和經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)復(fù)合梯度遞增折射率的多焦點(diǎn)預(yù)型件、透鏡或半成品的方法。所述光學(xué)制品例如透鏡，包括由至少三種不同膜層復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述三種不同膜層包括厚度可以減小或增加的厚度可變區(qū)域的基質(zhì)層、過(guò)渡區(qū)和外層。這種復(fù)合結(jié)構(gòu)的每一層是分開(kāi)加上的，并粘和在鄰近層上。而且，每一層都有各不相同的折射率，當(dāng)由遠(yuǎn)及近觀察時(shí)使得遞增多焦點(diǎn)透鏡具有寬的和自然的遞增視力。介于基質(zhì)層和外層之間的是由至少一個(gè)過(guò)渡層構(gòu)成的過(guò)渡區(qū)。過(guò)渡區(qū)的有效折射率介于基質(zhì)層和外層的折射率之間。最好，有效折射率大約為基質(zhì)層和外層的折射率的幾何平均數(shù)。此外，本發(fā)明的透鏡基本上免受不希望的邊緣散光的影響，具有寬的過(guò)渡區(qū)，對(duì)于患者佩戴誤差要求寬松并容易佩戴，而且看不到分界線，外形美觀。
此外，本發(fā)明大大降低了光學(xué)預(yù)型件必須的預(yù)留量。例如，假設(shè)正光焦度為+1.00至+3.00屈光度，球面光焦度為+4.0至-4.0屈光度，柱面光焦度為從平面至-2.0光焦度，右眼和左眼透鏡的三級(jí)基本曲線；并且假設(shè)散光光焦度如Soane(PCT/US93/02470)所公開(kāi)的一樣，加在光學(xué)預(yù)型件的凹面上，那么對(duì)于每種材料需要的預(yù)留量如下1．對(duì)于雙焦點(diǎn)透鏡，根據(jù)180不同的散光度、三級(jí)基本曲線、兩眼的偏心、9個(gè)雙焦點(diǎn)正光焦度和一種材料，需要與預(yù)型件的差值為9,720，用于散光雙焦點(diǎn)校正；以及2．對(duì)于單一視力透鏡，根據(jù)180不同的散光度、三級(jí)基本曲線和一種材料，需要與預(yù)型件的差值為-540，只用于散光校正。
這樣，在Soane的例子中，除了每一sku所需要的預(yù)留量外，總共還需要與預(yù)型件的差值為10,260。相反，根據(jù)180不同的散光度、三級(jí)基本曲線和一種材料，本發(fā)明只需要540sku和三對(duì)模具。而且，Soane需要使用許多襯墊和模具，也不能制造出與本發(fā)明美觀上同樣看不到分界線的雙焦點(diǎn)或多焦點(diǎn)區(qū)域，因?yàn)樾枰凵渎拭黠@不一致，又缺少不同材料折射率間的過(guò)渡。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)預(yù)型件的截面圖2是具有過(guò)渡層的光學(xué)預(yù)型件的截面圖；圖3是位于模具上的光學(xué)預(yù)型件的截面圖；圖4是貼著外層的模具的截面圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的光學(xué)制品的截面圖；圖6是本發(fā)明的另一實(shí)施例的截面圖。
圖1描述了一個(gè)基質(zhì)層，它是光學(xué)預(yù)型件10，包括球面和散光的質(zhì)量要求，由折射率為1.49的材料制成，具有改形區(qū)域20的球形凸面，該區(qū)域20通過(guò)機(jī)械方法改形，大體形成遞增多焦點(diǎn)區(qū)域的邊界的表面凹陷。改形區(qū)域20可以形成在凹面和凸面中之一上。然而，在本實(shí)施例中，這一改形在凸面上進(jìn)行。散光曲線或復(fù)曲面30位于凹面一邊。為此，選擇適當(dāng)?shù)膹?fù)曲面光學(xué)預(yù)型件，并轉(zhuǎn)到所需的特定要求的適當(dāng)散光軸而且在前凸表面的相對(duì)于所需要的散光軸的正確方向上進(jìn)行光學(xué)改進(jìn)。不僅改形區(qū)域20考慮所需要的散光軸，而且對(duì)于右眼和左眼中的每一個(gè)的適當(dāng)位置和不同的離心位置也需要考慮所需要的散光軸。
雖然，為了描述的目的公開(kāi)了表面的機(jī)械改形，但是應(yīng)該明白，任何對(duì)表面幾何形狀產(chǎn)生所需改形的方法都是可行的。例如，僅僅作為舉例，表面凹陷可以通過(guò)許多方法完成，包括模壓、焙燒、刻蝕、研磨、燒蝕及鑄造。獲得凹陷表面的方法除了與預(yù)型件的成分有關(guān)外，一定程度上還與預(yù)型件的固化條件有關(guān)。例如，為了研磨預(yù)型件，通常預(yù)型件應(yīng)該處在整體固化或硬化條件下。
改形區(qū)域20形成在光學(xué)預(yù)型件10上，以便產(chǎn)生表面凹陷，該表面凹陷通常形成遞增多焦點(diǎn)區(qū)域的邊界。所需凹陷的幾何形狀可以使用已知的與折射率有關(guān)的光學(xué)公式計(jì)算。通常，nd=n1d1+n2d2，其中n是透鏡的整體折射率，d是透鏡的厚度，n1是光學(xué)預(yù)型件的折射率，d1是光學(xué)預(yù)型件的厚度，n2是附加層的折射率，d2是附加層的厚度。任意點(diǎn)的光焦度通過(guò)該點(diǎn)的整體或有效折射率確定，該點(diǎn)的有效折射率進(jìn)而由該點(diǎn)處自表面輪廓到凹陷或洞的深度(凹陷深度)和填充該洞的固化樹(shù)脂的折射率控制。
一旦完成改形并獲得所希望的表面形狀以后，除了根據(jù)光學(xué)預(yù)型件的材料，還根據(jù)改進(jìn)的方法，通過(guò)剖光、表面鑄造、或本領(lǐng)域其他的已知方法對(duì)新成形的表面進(jìn)行進(jìn)一步的改形，以使粗糙的表面平滑。在最佳實(shí)施例中，機(jī)械成形的表面通過(guò)機(jī)械研磨獲得粗糙的表面。如圖2和4所示，然后把樹(shù)脂薄膜加到包括改形區(qū)域20的光學(xué)預(yù)型件10的整個(gè)凸表面上，以便形成包含過(guò)渡區(qū)45的過(guò)渡層40。在另一實(shí)施例中，過(guò)渡層可以只加到預(yù)型件10的至少包括改形區(qū)域20的一部分上。
適合于光學(xué)預(yù)型件的材料通?？梢园ㄏ┍⒈┧狨ァ惗∠┧狨?、苯乙烯酯和乙烯基的共聚物，使玻璃過(guò)渡區(qū)的溫度大約在50℃和200℃之間而且折射率大約在1.44和1.56之間。例如，這樣的材料可以包括聚合二乙烯基雙烯丙基碳酸酯、聚合雙酚A碳酸酯以及苯乙烯羰基-二丙烯酸雙酚A碳酸酯-羰基-二甲丙烯酸雙酚A碳酸酯的聚合物。
過(guò)渡區(qū)的材料通?？梢园ㄏ┍?、丙烯酸酯、異丁烯酸酯、苯乙烯酯和乙烯基的共聚物，使玻璃過(guò)渡區(qū)的溫度大約在50℃和100℃之間而且折射率大約在1.52和1.65之間。例如，這樣的材料可以包括聚二丙烯酸甲醛-羰基-二丙烯酸乙氧基雙酚A碳酸酯-羰基糠基丙烯酸酯的聚合物。
過(guò)渡層40的折射率被故意制成與預(yù)型件10和隨后加上的外層50的折射率不一致，以便取得所得梯度折射率的過(guò)渡中點(diǎn)。使用這種技術(shù)是為了使得遞增多焦點(diǎn)區(qū)域盡可能看不出來(lái)。此外，當(dāng)過(guò)渡層40加到預(yù)型件10上時(shí)，可使預(yù)型件10的表面易于與下一個(gè)要加的樹(shù)脂層粘和，而且能夠大大消除表面的凸凹不平，這些凸凹不平在加上另一樹(shù)脂層后可能仍然存在而且是可見(jiàn)的。
雖然將過(guò)渡層40的折射率形成為使截面的內(nèi)反射最小，可以使用利用不同的表面改形技術(shù)的其他實(shí)施例，或由不同的材料制成的預(yù)型件；或者可使膜層的折射率形成為更接近光學(xué)預(yù)型件的折射率或者要加上的下一個(gè)樹(shù)脂層的折射率，或者根本就不需要。如圖6所示，本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例可以具有一個(gè)以上的附加過(guò)渡層40，在部分或完全固化完成每個(gè)膜層以后，這些過(guò)渡層彼此疊羅在一起。每個(gè)過(guò)渡層40具有不同的折射率，以便這些膜層選擇地形成過(guò)渡區(qū)45，該過(guò)渡區(qū)45的折射率近似為光學(xué)預(yù)型件10和外層50的幾何平均值。具有折射率近以為幾何平均值的過(guò)渡區(qū)使得過(guò)渡區(qū)的折射率更平緩，這樣所形成的多焦點(diǎn)區(qū)域更不明顯。雖然過(guò)渡區(qū)的折射率應(yīng)該近以為幾何平均值，但是+/-.03的偏差也可以得到滿意的結(jié)果。
適合于外層50的材料通?？梢园ㄏ┍?、丙烯酸酯、異丁烯酸酯、苯乙烯酯和乙烯基的共聚物，使玻璃過(guò)渡區(qū)的溫度大約在60℃和225℃之間，折射率大約在1.56和1.70之間。例如，這樣的材料可以包括二丙烯酸乙氧基雙酚A、二甲丙烯酸乙氧基雙酚A、二丙烯酸乙氧基14-二溴-雙酚A、雙(4-丙烯乙氧基羥苯基)氧化膦、1,4-二乙烯基苯、二溴苯乙烯以及乙烯基咔唑。
在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，可以在基質(zhì)層和過(guò)渡區(qū)之間加一個(gè)或幾個(gè)附加樹(shù)脂層。而且，附加樹(shù)脂層可以加在過(guò)渡區(qū)的過(guò)渡層之間或者過(guò)渡區(qū)與一個(gè)或幾個(gè)外層之間。這一個(gè)或幾個(gè)附加樹(shù)脂層應(yīng)具有足以與相鄰層匹配的表面能，以便樹(shù)脂能夠?yàn)橄旅娴哪犹峁┧璩潭鹊谋Ｗo(hù)。
雖然最佳實(shí)施例中的過(guò)渡層40是刷上去的，但也可以采用本領(lǐng)域的其他公知技術(shù)形成膜層。例如，可以使用旋轉(zhuǎn)鍍膜、浸漬鍍膜、噴涂鍍膜或其他技術(shù)。
一旦使過(guò)渡層40加在光學(xué)預(yù)型件10的凸表面上，最好使過(guò)渡層40部分固化。可以在無(wú)氧或有氧的情況下利用適當(dāng)?shù)慕佑|劑、大氣環(huán)境及固化源，使用任何公知的固化方法，包括熱固化、UV固化、可見(jiàn)光固化、或者這些方法的結(jié)合完成固化過(guò)程。在最佳實(shí)施例中，過(guò)渡層40在無(wú)氮的氧氣環(huán)境中利用大致位于250-400nm范圍的紫外光進(jìn)行部分固化。然而也可以在無(wú)氮的氧氣環(huán)境中使用大致位于400-450nm范圍的可見(jiàn)光進(jìn)行。當(dāng)使用UV光源固化時(shí)，可以快速制成光學(xué)制品，因?yàn)榭墒惯^(guò)渡層的固化時(shí)間短于5分鐘，通常不會(huì)超過(guò)1小時(shí)。
如圖3和4所示，一旦在光學(xué)預(yù)型件10上形成改形區(qū)域20，獲得期望的表面形狀，并加上了期望的過(guò)渡區(qū)45，則具有過(guò)渡區(qū)45的光學(xué)預(yù)型件就為給它加外層50作好了準(zhǔn)備，最好通過(guò)把樹(shù)脂澆鑄在過(guò)渡區(qū)45內(nèi)形成所述外層50。使外層50形成為折射率與光學(xué)預(yù)型件10的材料差別很大。在最佳實(shí)施例中，凸面外層50的樹(shù)脂形成為折射率大致為1.66；光學(xué)預(yù)型件10材料的折射率大致為1.49；過(guò)渡層40的折射率是大致為1.57的常數(shù)。這樣，把折射率為1.66的凸面外層50以樹(shù)脂澆鑄在折射率為1.574的凸面過(guò)渡層40上，所述過(guò)渡層40附加在折射率為1.49的光學(xué)預(yù)型件10上。本例中最好使用單獨(dú)一種視力的球面的模具60進(jìn)行，選擇球面模具60是為了在具有過(guò)渡層40的光學(xué)預(yù)型件10上澆鑄，形成期望的外凸面曲率。如果將光學(xué)預(yù)型件10的凸面曲率設(shè)計(jì)成非球面，則為澆鑄外凸表面而選擇的適當(dāng)單獨(dú)一種視力模具將是非球面而不是球面。該外凸面曲率將控制所期望得到的視遠(yuǎn)光焦度。形成澆鑄層的適當(dāng)技術(shù)已經(jīng)在下列專利中公開(kāi)，Blum(美國(guó)專利No.5,178,800)(“800”)、Blum(美國(guó)專利No.5,147,585)(“585”)、Blum(美國(guó)專利No.5,219,,497)(“497”)和Blum(美國(guó)專利No.4,873,029)(“029”)，而且使用單獨(dú)一種視力的模具。作為參考把這些專利的內(nèi)容編入本說(shuō)明書。這些技術(shù)也可以從Innotech.Inc.買到，采用它的ExcaliburSurfaceCasting系統(tǒng)。
用于澆鑄外層50的模具60可以由任何可用的適合于正確固化的材料制成。僅為舉例而言，可以使用電鑄成形的鎳、玻璃、或者易處理的塑料模具。在固化處理之前，用于澆鑄外層50的樹(shù)脂可以分散在模具60中、分散在模具60和預(yù)型件10之間的空穴70中，或以包含在模具60上的部分固化聚合層的形式提供或者附著在光學(xué)預(yù)型件10上。在由部分固化聚合層制成外層50然后固化的實(shí)施例中，可將形成折射過(guò)渡區(qū)45的一個(gè)或者幾個(gè)過(guò)渡層40附著在部分固化的聚合外層50上。在這種情況下，部分固化的聚合層和附著的折射過(guò)渡層40經(jīng)固化形成在光學(xué)預(yù)型件10上。雖然最佳實(shí)施例在光學(xué)預(yù)型件上澆鑄外凸面曲率時(shí)沒(méi)有使用襯墊，但是在某些實(shí)施例中可以使用襯墊。
當(dāng)過(guò)渡區(qū)包括多個(gè)膜層時(shí)，選擇每個(gè)膜層的折射率，使過(guò)渡區(qū)的折射率近以為預(yù)型件和外層的幾何平均值。僅為舉例而言如果預(yù)型件的折射率大約為1.50，外層的折射率大約為1.70，過(guò)渡區(qū)中三個(gè)過(guò)渡層的折射率隨著膜層從預(yù)型件到外層可以依次大約為1.54、1.60和1.66。
過(guò)渡區(qū)45由不同的而且是分別加上去的一個(gè)或幾個(gè)膜層構(gòu)成，其中每個(gè)膜層具有不同的折射率，并被選擇成使過(guò)渡區(qū)45的折射率為中間值，大致為光學(xué)預(yù)型件10和外層50的折射率的幾何平均值。通常在整膜層中過(guò)渡區(qū)內(nèi)每個(gè)過(guò)渡層的折射率為常數(shù)。
在固化的過(guò)程中，除了表面澆鑄(Surface Cast)的樹(shù)脂外層50以外，部分固化的過(guò)渡層40也固化到期望的程度，形成梯度折射率遞增的多焦點(diǎn)光學(xué)透鏡或者半成品。在最佳實(shí)施例的情況下，折射率大約從1.40到1.66梯度變化，每種材料的不同厚度通過(guò)下列因素確定，即改形光學(xué)預(yù)型件的凸表面幾何形狀、光學(xué)預(yù)型件的凹球面及散光表面形狀以及單獨(dú)一種視力的球形凹面模具的表面，其中所述模具在改形而且美觀的光學(xué)預(yù)型件的凸面上形成期望的外凸面曲率以便獲得期望的光焦度。Innotech公司的SurfaceCasting商業(yè)產(chǎn)品通常以如下方式加以表面膜層，即使得期望要求的視遠(yuǎn)光焦度基本不改變。然而，在本發(fā)明中，可以限制也可以不限制外層使得視遠(yuǎn)光焦度基本不變。而且，與Innotech公司的商業(yè)表面澆鑄(SurfaceCasting)技術(shù)以及“800”、“585”、“029”和“497”專利公開(kāi)的技術(shù)不同，本發(fā)明的遞增附加多焦點(diǎn)區(qū)域不是采用多焦點(diǎn)模具加上去，而是由于光學(xué)預(yù)型件10的變化的表面形狀以及梯度折射率形成的，這些是通過(guò)把球面或非球面澆鑄到變化的表面形狀上，該表面形狀變化是特別為引起梯度折射率的不同變化厚度而改變的。
參考圖5，一旦完成澆鑄過(guò)程以后，就把合成的梯度折射率遞增多焦點(diǎn)透鏡100從模具60上取下。新形成的合成透鏡100可以采用本領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)在模具內(nèi)或模具外進(jìn)行后續(xù)固化。
本發(fā)明的方法可以用于制造光學(xué)預(yù)型件、光學(xué)透鏡以及光學(xué)半成品。如果需要，用來(lái)形成任何一個(gè)以及所有膜層的樹(shù)脂可為彩色的，只需具體的膜層具有適當(dāng)?shù)恼凵渎?。此外，雖然在描述的最佳實(shí)施例中使用樹(shù)脂形成膜層，但是應(yīng)該理解，合成的膜層也可以由玻璃或者樹(shù)脂與玻璃組合形成。
新形成的合成透鏡100的外層可以是使用光學(xué)工廠的任何方法處理的表面，包括應(yīng)用防反射膜層、防刮痕膜層、著色層、彩色照相膜層或者彩色照相浸漬技術(shù)、防油污膜層等等。而且，也可以把不同膜層在模具中變化作為制造過(guò)程的一部分，而不是在透鏡或半成品造成以后進(jìn)行。
本發(fā)明提供了雙焦點(diǎn)正透鏡和左右眼的期望偏心，并且建立了正確的光學(xué)復(fù)曲面光軸。最好通過(guò)改形光學(xué)預(yù)型件的凸表面得到這些結(jié)果。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，光學(xué)預(yù)型件幾何形狀的改形可以通過(guò)采用與改形凸表面相同或相近的方法改進(jìn)凹表面完成。在這種情況下，光學(xué)預(yù)型件的表面改形以及澆鑄可以在光學(xué)預(yù)型件的凹表面上進(jìn)行，而不是在光學(xué)預(yù)型件的前表面上進(jìn)行。
在某些其他實(shí)施例中，光學(xué)預(yù)型件表面形狀的改形可以在某一深度和幾何尺寸內(nèi)，并與具有期望的適當(dāng)表面的模具的雙焦點(diǎn)或多焦點(diǎn)區(qū)域?qū)?zhǔn)進(jìn)行。這樣做不僅形成適當(dāng)?shù)耐獗砻媲?，而且完成的雙焦點(diǎn)或多焦點(diǎn)區(qū)域范圍內(nèi)形成附加限定的幾何形狀。通過(guò)使用這一方法，可以使用折射率差值小于最佳實(shí)施例中所用材料的折射率更小的材料。
權(quán)利要求
1．一種光學(xué)制品，包括具有第一折射率和厚度變化區(qū)域的基質(zhì)層；具有與第一折射率不同的第二折射率的外層；以及粘結(jié)在基質(zhì)層和外層之間的過(guò)渡區(qū)，該過(guò)渡區(qū)包括至少覆蓋厚度變化區(qū)域的一個(gè)過(guò)渡層，其中所述過(guò)渡區(qū)的折射率介于基質(zhì)層和外層的折射率之間。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)制品，其中所述過(guò)渡區(qū)包括多個(gè)過(guò)渡層，每個(gè)過(guò)渡層具有與基質(zhì)層和外層折射率不同的折射率。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)制品，其中所述過(guò)渡區(qū)的有效折射率大約是基質(zhì)層和外層的折射率的幾何平均值。
4．根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)制品，其中所述過(guò)渡區(qū)的有效折射率大約是基質(zhì)層和外層的折射率的幾何平均值。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)制品，其中表面凹陷處于基質(zhì)層的凸面上，大體限定了漸增多焦點(diǎn)區(qū)域。
6．根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)制品，其中所述外層的第二折射率大于所述基質(zhì)層的第一折射率。
7．根據(jù)權(quán)利要求6所述的光學(xué)制品，其中所述基質(zhì)層的第一折射率大約為1.44至1.56。
8．根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)制品，其中所述外層的第二折射率大約為1.56至1.70。
9．根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)制品，其中所述基質(zhì)層的第一折射率大約為1.49。
10．根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學(xué)制品，其中所述外層的第二折射率大約為1.66。
11．一種眼用復(fù)合透鏡，包括具有第一折射率和厚度變化區(qū)域的光學(xué)預(yù)型件；具有與第一折射率不同的第二折射率的外層；以及粘結(jié)在光學(xué)預(yù)型件和外層之間的過(guò)渡區(qū)，該過(guò)渡區(qū)包括至少覆蓋厚度變化區(qū)域的至少一個(gè)過(guò)渡層，其中過(guò)渡層中的每一個(gè)具有與基質(zhì)層和外層折射率不同的折射率，過(guò)渡區(qū)的折射率介于光學(xué)預(yù)型件和外層的折射率之間。
12．根據(jù)權(quán)利要求11所述的眼用透鏡，其中所述過(guò)渡區(qū)的有效折射率大約是光學(xué)預(yù)型件和外層的折射率的幾何平均值。
13．根據(jù)權(quán)利要求12所述的眼用透鏡，其中表面凹陷處于光學(xué)預(yù)型件的凸面上，大體限定了漸增多焦點(diǎn)區(qū)域。
14．根據(jù)權(quán)利要求13所述的眼用透鏡，其中所述外層的射率大于所述光學(xué)預(yù)型件的折射率。
15．根據(jù)權(quán)利要求14所述的眼用透鏡，其中所述光學(xué)預(yù)型件的折射率大約為1.44至1.56。
16．根據(jù)權(quán)利要求15所述的眼用透鏡，其中所述外層的折射率大約為1.56至1.70。
17．根據(jù)權(quán)利要求16所述的眼用透鏡，其中所述光學(xué)預(yù)型件的折射率大約為1.49。
18．根據(jù)權(quán)利要求17所述的眼用透鏡，其中所述外層的折射率大約為1.66。
19．一種制作復(fù)合光學(xué)制品的方法，包括如下步驟a)設(shè)置具有一種折射率和表面凹陷的基質(zhì)層；b)至少在基質(zhì)層的表面凹陷處加上樹(shù)脂過(guò)渡區(qū)，該過(guò)渡區(qū)的折射率與基質(zhì)層及外層的折射率不同，其中所述過(guò)渡區(qū)包括至少一個(gè)過(guò)渡層，至少一個(gè)過(guò)渡層中的每一個(gè)由樹(shù)脂構(gòu)成，而且折射率與基質(zhì)層及外層的折射率不同，而且至少一個(gè)過(guò)渡層中的每一個(gè)在加上后續(xù)的過(guò)渡層之前被部分固化；c)至少向過(guò)渡區(qū)上加樹(shù)脂外層，該樹(shù)脂外層的折射率不同于基質(zhì)層的折射率及過(guò)渡區(qū)的有效折射率，其中所述過(guò)渡區(qū)的有效折射率介于基質(zhì)層和外層的折射率之間；以及d)固化過(guò)渡區(qū)和外層，制成最終光學(xué)制品。
20．根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述過(guò)渡區(qū)的有效折射率大約是基質(zhì)層和外層的折射率的幾何平均值。
21．根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括把外層模壓為所需曲率的步驟。
22．根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述外層是部分固化的聚合層。
23．根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括加上外層之前部分固化過(guò)渡區(qū)的步驟。
24．根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中使用波長(zhǎng)約為250-450nm的光部分固化所述過(guò)渡區(qū)。
25．根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中使用波長(zhǎng)大約為250-400nm的紫外光部分固化所述過(guò)渡區(qū)。
26．根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中使用波長(zhǎng)約為400-450nm的可見(jiàn)光部分固化所述過(guò)渡區(qū)。
27．根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中通過(guò)表面澆鑄的方法將所述外層加到過(guò)渡層上。
28．根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，還包括在基質(zhì)層和外層之間加上至少一個(gè)樹(shù)脂層的步驟。
29．一種眼用復(fù)合透鏡，包括折射率約為1.49并在基質(zhì)層的凸面上具有表面凹陷的光學(xué)預(yù)型件，所述表面凹陷大致限定漸增多焦點(diǎn)區(qū)域，所述光學(xué)預(yù)型件具有球面光焦度或散光光焦度或兩者都有；折射率大約為1.66的外塑料層；以及粘結(jié)在光學(xué)預(yù)型件和外層之間的過(guò)渡區(qū)，該過(guò)渡區(qū)包括至少覆蓋表面凹陷的至少一個(gè)塑料過(guò)渡層，其中至少一個(gè)過(guò)渡層中的每一個(gè)具有不同于基質(zhì)層和外層的折射率，所述過(guò)渡區(qū)的有效折射率大約為光學(xué)預(yù)型件和外層的折射率幾何平均值。
全文摘要
一種光學(xué)制品如光學(xué)透鏡或半成品透鏡毛坯(10),該光學(xué)制品包括由至少三種不同而且分別加上的膜層(40)組合而成,每一層具有不同的折射率以便當(dāng)由遠(yuǎn)及近觀察時(shí)使得漸增多焦點(diǎn)透鏡具有寬的和自然的遞增視力。還提供一種制作復(fù)合梯度折射率漸增多焦點(diǎn)透鏡的簡(jiǎn)單、快捷而且低成本的方法。位于基質(zhì)層和外層(50)之間的過(guò)渡區(qū)(45)包括一個(gè)或幾個(gè)不同的而且是分別加上的過(guò)渡層(40),過(guò)渡區(qū)(45)的有效折射率介于基質(zhì)層和外層的折射率之間,而且最好大致為基質(zhì)層和外層的折射率的幾何平均數(shù)。該過(guò)渡區(qū)可以包括多個(gè)過(guò)渡層,其中每個(gè)過(guò)渡層具有不同的折射率。該透鏡基本上免受不希望的邊緣散光的影響,包括寬的視力區(qū),患者容易佩戴,而且看不到分界線,外形美觀。
文檔編號(hào)G02B3/10GK1217063SQ97194230
公開(kāi)日1999年5月19日 申請(qǐng)日期1997年4月15日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月6日
發(fā)明者R·D·布魯姆, A·古普塔 申請(qǐng)人:英諾特公司