用具有波長和所選每脈沖能量的脈沖激光器對眼科鏡片作標(biāo)記的裝置和方法
【專利說明】用具有波長和所選每脈沖能量的脈沖激光器對眼科鏡片作標(biāo) 記的裝置和方法
[0001 ]本申請涉及一種用于對眼科鏡片作標(biāo)記的方法。
[0002] 更具體地，本申請涉及永久標(biāo)記、尤其是眼科鏡片的永久標(biāo)記。
[0003] 已知了眼科鏡片(例如像眼科眼鏡或護(hù)目鏡)要經(jīng)歷不同的制造步驟。通常用于獲 得被磨邊成具體鏡架的形狀的成品鏡片所采用的制造方法典型地包括多個(gè)步驟，在這些步 驟中，在眼科鏡片的面上提供了被稱作永久標(biāo)記的多個(gè)標(biāo)記。
[0004] 技術(shù)性的永久標(biāo)記可以由表示點(diǎn)或十字并且標(biāo)識(shí)特定點(diǎn)（例如，眼科鏡片的光學(xué) 中心或漸變鏡片的棱鏡參考點(diǎn)）的雕刻物、或微型雕刻物、或軸線(例如，用于指示矯正散光 所沿著的水平軸線)或界定特定區(qū)域(例如，在漸變鏡片的情況下的近視覺區(qū)或遠(yuǎn)視覺區(qū)） 的形狀來形成。
[0005] 同樣，可能有必要產(chǎn)生與鏡片的標(biāo)識(shí)有關(guān)的標(biāo)記或被稱為商業(yè)性標(biāo)記的其他永久 標(biāo)記，這些標(biāo)記是在已經(jīng)執(zhí)行了成品鏡片的制造過程的最后步驟之后被雕刻在成品鏡片 上、或清漆上、減反射疊層上、或直接雕刻在基片上。
[0006] 這些技術(shù)性或商業(yè)性永久標(biāo)記通常是產(chǎn)生在眼科鏡片的一個(gè)面上，正面或背面 上。背面通常是凹面的，而正面通常是凸面的，但反過來也是可能的。
[0007] 例如，通過去除材料來標(biāo)記的方法是已知的。這樣的方法被配置成作用于鏡片的 一個(gè)面的表面上并且用激光射線的脈沖從其上去除少量材料。具體而言，標(biāo)記通常是由一 系列點(diǎn)(或斑點(diǎn))形成的，每個(gè)斑點(diǎn)是由激光的一個(gè)或多個(gè)脈沖產(chǎn)生的。
[0008]除了這些方法，允許通過灼燒來去除材料的熱方法，如實(shí)施二氧化碳激光器(C02 激光器）的方法，是已知的。在這樣的方法中，激光器發(fā)出的連續(xù)波或脈沖紅外（IR)或近紅 外激光輻射與鏡片的吸收射線的構(gòu)成材料之間的相互作用引起以下熱效應(yīng):射線被材料吸 收、熱量擴(kuò)散到材料中、材料熔化接著材料汽化。因此，如果脈沖相對長，則去除的材料量大 并且鏡片的更大體積區(qū)受到熱影響。然而，如果鏡片的材料受到熱影響，則其特性被改變。 因此，通常優(yōu)選的是使得受到熱影響的區(qū)(TAZ)盡可能小。熱方法此外通常與燒蝕點(diǎn)處的材 料變形問題相關(guān)聯(lián)。具體而言，在材料被去除之前發(fā)生的這些熱機(jī)理足夠慢到使得受到熱 影響的區(qū)是大的，并且因此形成變形材料區(qū)。
[0009] 通過燒蝕、并且特別是光燒蝕標(biāo)記的其他示例方法(又稱為光化學(xué)方法，如準(zhǔn)分子 激光器方法)也是已知的。在這樣的方法中，紫外線(UV)激光輻射與鏡片的吸收性材料(通 常為聚合物)的相互作用驅(qū)動(dòng)了化學(xué)分解機(jī)理。與紅外光子(IR)相比，紫外線(UV)光子的能 量足夠高到破壞共價(jià)鍵。因此，材料吸收的UV光子越多，熱效應(yīng)就越小，并且反之亦然。用UV 射線照射進(jìn)一步允許斑點(diǎn)的大小減小并且允許鏡片材料對射線的吸收得到改善。
[0010] 除了燒蝕標(biāo)記方法以外，被稱為超短波標(biāo)記方法的方法也是已知的，如采用"飛 秒"（10-15秒)或"皮秒"（10- 12秒)激光器的方法。在"皮秒"方法中，對于短于5ps(皮秒）的脈 沖持續(xù)時(shí)間而言，鏡片的被照射體積之外幾乎沒有熱擴(kuò)散，因?yàn)楸粺g掉的材料帶走了過 量熱量。相比而言，在C0 2激光器方法中，脈沖的持續(xù)時(shí)間是約lms(飛秒）。在超短波標(biāo)記方 法中每脈沖去除的材料量相對少但是標(biāo)記的品質(zhì)得到改善，尤其是相對于熱方法而目。在 超短波方法中生成的脈沖具有高強(qiáng)度(為大約幾 GW/cm2,而在準(zhǔn)分子激光器方法中是大約 18Mff/cm2，在C02激光器方法中是大約3kW/cm2)。因此，這些超短波脈沖使得能夠借助于非線 性多光子吸收機(jī)理來對透明材料(例如電介質(zhì))在表面上標(biāo)記。
[0011] 換言之，在紅外線下工作的熱方法產(chǎn)生大的受熱影響區(qū)，而也在紅外工作、但同樣 在可見光或紫外線下工作的超短波方法產(chǎn)生非常小的受熱影響區(qū)。在紫外線下工作的準(zhǔn)分 子激光器方法也允許獲得相當(dāng)小的受熱影響區(qū)。
[0012] 然而，準(zhǔn)分子或"飛秒"方法是相對昂貴的方法。此外，準(zhǔn)分子激光器方法具有大的 環(huán)境影響。C02激光器方法便宜得多，但它們產(chǎn)生與上述熱機(jī)理相關(guān)的問題。
[0013] 因此，本發(fā)明的目的是提供一種裝置，其源容易維持且較便宜，從而限制了環(huán)境約 束并且允許燒蝕雕刻機(jī)理被實(shí)施，此裝置此外具有其他優(yōu)點(diǎn)。
[0014] 為此，根據(jù)第一方面，提供了一種用于對眼科鏡片作標(biāo)記的裝置，所述眼科鏡片是 由至少一種預(yù)定材料生產(chǎn)的，該裝置包括被配置成用于在該眼科鏡片上產(chǎn)生永久雕刻物的 激光器，該裝置的特征在于，該激光器被配置成用于發(fā)出紫外激光輻射脈沖聚焦光束，該聚 焦光束至少具有以下參數(shù)：
[0015] _包含在200nm與300nm之間的輻射波長，
[0016]-包含在約0.1 ns與約5ns之間的脈沖持續(xù)時(shí)間，以及 [0017 ]-包含在約5μ J與約100μ J之間的每脈沖能量。
[0018]此類裝置的主要優(yōu)點(diǎn)之一是無論在鏡片的成品或未成品表面上都能夠產(chǎn)生商業(yè) 性或技術(shù)性標(biāo)記。
[0019] 例如，本發(fā)明有利地適用于所謂的"技術(shù)性"標(biāo)記，對應(yīng)于ISO 8980-2標(biāo)準(zhǔn)中第7.1 段以及優(yōu)選地第7. la)和7. lb)段所要求的標(biāo)記并且是在鏡片的幾何形狀的生產(chǎn)之后快速 地雕刻在鏡片的基片的材料上。
[0020] 例如，本發(fā)明還適用于商業(yè)性標(biāo)記，如標(biāo)志或品牌設(shè)計(jì)或?qū)?yīng)于ISO 8980-2標(biāo)準(zhǔn) 第7.1 c)段所要求的標(biāo)記的標(biāo)記。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的裝置此外允許在非常不同的材料上生產(chǎn)標(biāo)記。
[0022] 根據(jù)一個(gè)有利實(shí)施例，該聚焦光束此外具有以下參數(shù)中的至少一者：
[0023]-包含在約100Hz與約10kHz之間的脈沖頻率，和/或
[0024]-包含在約2.5kW與約lMw之間的峰值功率。
[0025]根據(jù)一個(gè)有利的示例性實(shí)施例，該裝置被配置成使得該聚焦紫外激光輻射光束具 有以下參數(shù)中的至少一者：
[0026]-該聚焦紫外激光光束的輻射波長包含在約230nm與約290nm之間并且優(yōu)選地是約 266nm，和/或
[0027] -脈沖頻率包含在約100Hz與約1kHz之間，和/或
[0028] -峰值功率包含在約10kW與約100kW之間，和/或
[0029] -脈沖持續(xù)時(shí)間包含在約0.1 ns與約2ns之間，和/或 [0030]-每脈沖能量包含在約10yJ與約6〇yJ之間。
[0031 ]表述"峰值功率"在此應(yīng)理解為是指在脈沖期間激光器的瞬時(shí)功率。這與例如所謂 的"有效"功率形成對比，有效功率是功率隨時(shí)間的平均值；因此，后者通常低得多，因?yàn)榘?照定義，它在脈沖之間為零。
[0032] 根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，該裝置包括被配置成用于發(fā)出脈沖紅外輻射光束的固態(tài)激 光源、以及倍增器，該倍增器位于該激光源的輸出端處并且被配置成用于使作為該激光源 的輸出而發(fā)出的紅外光束的輻射頻率以優(yōu)選地包含在三與十之間的因數(shù)倍增。
[0033] 在本發(fā)明的上下文中，表述"固態(tài)激光源"應(yīng)理解為是指其增益介質(zhì)（又稱為活性 介質(zhì)）是固態(tài)或離子晶體或是光纖的激光源。固態(tài)激光源因此不同于具有液態(tài)或氣態(tài)增益 介質(zhì)的激光器。
[0034] 這些激光源一般與具有液態(tài)或氣態(tài)介質(zhì)的激光源（例如像準(zhǔn)分子源)相比更容易 維持且更便宜。
[0035] 倍增因數(shù)此處被選擇成等于四，但一般取決于激光源的初始波長，其可以是包含 在三與十(含)之間并且優(yōu)選地在三與五之間的因數(shù)。
[0036] 該倍增器被配置成通過聯(lián)接到激光源而形成具有以下波長的紫外激光輻射光束： 波長包含在約200nm與約300nm之間、更優(yōu)選在約208nm與約220nm之間、例如約213nm或約 210nm或約209.4nm或者甚至在約260nm與約270nm之間、例如約261.7nm或約263nm或約 266nm〇
[0037] 該激光源和倍增器是可以分開的、或包含在同一殼體中的兩個(gè)元件。如果需要，固 態(tài)激光器和倍增器組合在同一殼體中允許獲得非常緊湊的裝置并且因此是在制造線上和 例如實(shí)驗(yàn)室中均可以隨意運(yùn)輸和轉(zhuǎn)移的裝置。
[0038] 購買和運(yùn)行成本(維護(hù)、使用壽命)相對于現(xiàn)有的常規(guī)使用的氣態(tài)或液態(tài)介質(zhì)紫外 輻射發(fā)射激光源裝置(例如，具體地準(zhǔn)分子激光器裝置)是適中的，并且因此根據(jù)本發(fā)明的 裝置是特別簡單、容易使用且經(jīng)濟(jì)的。
[0039] 該激光源是例如Nd-YAG激光器并且該倍增器例如被配置成用于使從ND-YAG激光 器輸出的脈沖的頻率增大到四倍。
[0040] ND-YAG源原則上可以發(fā)出波長為1064nm