CN110869200A - 制造光学器件的方法及相应的系统 - Google Patents

Abstract

一种由一定体积的可固化组合物(4)制造光学器件的方法，包括以下步骤：‑通过用光辐照(B)照射所述体积的外表面使所述体积(4)的第一部分(14)聚合，从而增加所述第一部分(14)对所述光辐照的透射率；‑通过穿过所述外表面和所聚合的第一部分(14)用所述光辐照(B)照射所述体积的第二部分来使所述第二部分聚合，其中，所述光辐照(B)具有在所述外表面上在第一光强度和不同于第二光强度的所述第二光强度之间变化的光强度。

Description

制造光学器件的方法及相应的系统

技术领域

本发明涉及光学器件的制造，例如光学镜片。

更确切地说，本发明涉及一种制造光学器件的方法以及一种相应的系统。

背景技术

已经寻求使用3D打印技术来制造诸如光学镜片的光学器件，该3D打印技术可以提供优于常规方法的显着优势。

但是，某些3D打印技术可能不适用于制造光学器件，特别是由于此类产品需要界面处的内部的透明度和精确的形状。

发明内容

在这种情况下，本发明提供了一种由一定体积的可固化组合物制造光学器件的方法，包括以下步骤：

-通过用光辐照照射所述体积的外表面使所述体积的第一部分聚合，从而增加所述第一部分对所述光辐照的透射率；

-通过穿过所述外表面和所聚合的第一部分用所述光辐照照射所述体积的第二部分来使所述第二部分聚合，

其中，所述光辐照具有在所述外表面上在第一光强度和不同于第二光强度的所述第二光强度之间变化的光强度。

因此，从可固化组合物的一部分到另一部分连续地执行聚合，这使得可以获得均质聚合材料，因此，具有良好透明度。

另外，由于使用具有特定分布的光辐照，所以可以根据光学要求来控制所获得的光学器件的形状。

本发明还提供了以下可选的(并且因此是非限制性的)方面：

-对于所述外表面的至少一个点，所述功率(power)随时间变化；

-所述光辐照在紫外光范围内；

-所述光辐照在可见范围内；

-所述可固化组合物包括对所述光辐照敏感并且具有光致漂白性能的光引发剂，这意味着它在与光辐照反应后变得对光辐照波长透明。

-所述光引发剂是双酰基氧化膦(BAPO)或2，4，6-三甲基苯甲酰基苯基次膦酸酯(Irgacure TPO)；

-所述可固化组合物包含丙烯酸酯；

-该方法包括在使所述第一部分聚合之前使所述可固化组合物脱气的步骤；

-所述光学器件是光学镜片；

-特别地，所述光学器件是眼镜片；

-所述可固化组合物在具有底部的容器中；

-所述光学器件通过从所述底部开始的聚合形成；

-所述光辐照透射穿过所述底部。

-所述底部具有面对所述体积的球形或非球形的弯曲形状，由此，所制造的光学器件的底部具有相应的弯曲形状；

-所述底部具有面对所述体积的凸形，由此，所制造的光学器件的所述底部具有凹形；

-所述变化的光强度在所述外表面的中心呈现最大值，例如可用于形成正光学镜片；

-所述变化的光强度在所述外表面的外围呈现最大值，例如可用于形成负光学镜片；

-所述变化的光强度沿着所述第一轴在所述外表面的外围呈现最大值，而沿着垂直于所述第一轴的轴呈现较低的值，例如可用于形成复曲面光学镜片；

-所述变化的光强度在所述外表面内的偏心位置呈现最大值，例如可用于形成带有添加部的光学镜片；

-所述变化的光强度呈现上述图案的组合；

-所述光辐照由包括空间光调制器的发射器产生。

本发明还提供一种用于制造光学器件的系统，包括：

-容器，其容纳一定体积的可固化组合物；以及

-光辐照的发射器，其被布置成穿过所述容器照射所述体积的外表面，从而使所述体积的第一部分聚合并增加所述第一部分对所述电磁辐射的透射率，以使得所述体积的第二部分通过穿过所述外表面和所聚合的第一部分用所述电磁辐射照射所述第二部分而聚合，

其中，所述光辐照具有在所述外表面上在第一光强度和不同于第二光强度的所述第二光强度之间变化的光强度。

该系统还可包括用于控制所述发射器以产生所述变化的光强度的控制模块。

上面结合所提出的方法呈现的可选特征也可应用于该系统。

本发明可用于各种光学器件和元件，诸如光学镜片和器件或眼科元件和器件。眼科元件的非限制性示例包括矫正和非矫正镜片，包括可以分段或不分段的单视或多视镜片；以及用于校正、保护或增强视力的其他元件，包括但不限于隐形眼镜、眼内镜片、放大镜片和诸如在眼镜(spectacles)、眼镜(glasses)、护目镜和头盔中发现的防护镜片或护目镜。

附图说明

下面参考附图详细描述本发明的说明性实施例，其中

-图1示出了用于在初始步骤中制造光学器件的系统的第一示例；

-图2示出了在中间步骤中的图1的系统；

-图3示出了在最终步骤中的图1的系统；

-图4示出了用于在初始步骤中制造光学器件的系统的第二示例；

-图5示出了最终步骤中的图4的系统；

-图6示出了用于在初始步骤中制造光学器件的系统的第三示例；

-图7示出了在中间步骤中的图6的系统；

-图8示出了在最终步骤中的图6的系统；

-图9至图11示出了依次施加到如上系统中的容纳可固化组合物的容器的不同光分布；

-图12示出了通过施加这些光分布获得的一块聚合材料；和

-图13至图15示出了针对不同的操作条件使用以上参照图1至图3描述的方法获得的镜片。

具体实施方式

图1至图3分别示出了使用用于制造光学器件的示例性系统来制造光学器件的方法的三个不同步骤。

该系统包括容纳一定体积的可固化组合物4的容器2。

容器2包括底部6和侧壁8，使得其可以保持该一定体积的可固化组合物4。

该系统还包括光发射器10，该光发射器10朝向容器2、确切地朝向底部6发射光束B。

例如，所使用的光的类型可以是紫外光或可见光。例如，光发射器10包括产生准直光线的光发生器(未示出)和空间光调制器12，该空间光调制器12施加到准直光线以使得光束B具有在光束B本身上变化(以由于空间光调制器12可控的方式)的光强度。空间光调制器12例如适于在控制模块的控制下控制光束中的光分布。因此，空间分布(以及可能其时间演变)可以通过用户对所述控制模块编程来配置。

在本示例中，如图1至3所示，光束B的中心的光强度比光束B的外围高。

容器2的至少底部6(以及可能整个容器2)对于由光发射器10发射的光透明(或对于由光发射器10发射的光至少半透明)。为此，容器可以例如由石英制成。

因此，如图1所描绘的，由光发射器10发射的光在此穿过容器2(精确地穿过容器2的底部6)照射可固化组合物4的体积的外表面(在此：面向底部6的外表面)。由于光束B不均匀(在此：由于使用了空间光调制器12)，所以该光辐照具有在外表面上在第一光强度和不同于第二光强度的所述第二光强度之间变化的光强度。

可固化组合物4包括例如树脂(由诸如丙烯酸酯的单体制成，例如双季戊四醇五/六丙烯酸酯或PETIA)和光引发剂，诸如双酰基氧化膦(BAPO)。

根据可能的变化，可固化组合物可以包括：

-2.2双(4-(丙烯酰氧基二乙氧基)苯基)丙烷(EO4mol)或A-BPE-4，以提供主要的光学和机械性能(例如，在25wt％至95wt％之间)；

-丙烯酸异冰片酯或A-IB，以调节光学和机械性能(例如在5wt％和75wt％之间)；

-3-甲基-2-丁烯-1-醇，以防止泛黄(例如，在1wt％和3wt％之间，此处为2wt％)；

-2，4，6-三甲基苯甲酰基苯基次膦酸酯或Irgacure TPO，作为可光致漂白的光引发剂(例如，在1wt％至5wt％之间，优选，在2wt％至3wt％之间)。

至少一部分可固化组合物4(在此为光引发剂)具有光致漂白性能，即，由于该光在已经反应后变得对其接收的光透明。

由于光束不均匀，因此可固化组合物4的聚合首先在光强度高的区域中进行，此处在光束B的中心(因此在底部6的中心)，导致如图2所示的第一聚合部分14的形成。

由于可固化组合物4的光致漂白性能，第一聚合部分14对从光发射器10接收的光变得透明：在第一部分14聚合时，第一部分14对于从光发射器10接收的光的透射率增加。

因此，然后，在第一聚合部分14的区域中经由容器2的底部6进入的光透过第一聚合部分14(如图2示意性所示)并到达可固化组合物4的体积的第二部分16，从而导致该第二部分16的聚合(如图3所示)。

如已经指出的，由于跨光束B的光强度的变化，聚合在光强度高的区域中发展更快，因此聚合材料的厚度在容器2的底部6上可变化。

在当前情况下，由于光束中心的光强度高并且朝向光束的外围减小，因此聚合材料具有凸形，如图2和3中可见的。

在图3所示的其最终状态下，所获得的聚合材料(包括第一部分14和第二部分16)形成光学镜片18。该光学镜片18可以从容器2中移出，并可能经受后处理，诸如最终固化(后聚合)，特别地，以获得良好的表面状态。

在这方面，可以在容器2的底部6和可固化组合物4之间插入专用的防粘(透明)层20，以易于将光学镜片18从容器2移出。

在刚刚参照图1至图3描述的示例中，容器2的底部6具有面向可固化组合物4的平的表面，以使得所获得的光学镜片18是平凸光学镜片。

然而，限定光学镜片的一个面的容器2的底部6可以具有非平面形状，如以下示例的。

图4和5示出了用于制造光学器件的系统的另一实施例。

如在先前的实施例中，容器22容纳一定体积的可固化组合物24。以上给出的可固化组合物的示例也适用于本实施例。如以上所解释的，可固化组合物(或可固化组合物的至少非透明化合物)具有光致漂白性能。

容器22具有底部26和侧壁28。在本实施例中，如图4和5所示，底部26的面向可固化组合物24的体积(此处与可固化组合物24的体积接触)的表面27，即，底部26的顶表面具有凸形。

非均匀光束B被施加到底部26的外表面。该光束B在此具有与图1至图3的实施例中使用的光束相同的类型，并且因此可以以类似的方式产生。因此，光束B的中心的光强度高于其外围的光强度。

容器22的底部26(至少)对用于光束B的光透明，以使得光束B照射可固化组合物24的体积的外表面(即，此处是与容器22的底部26的顶表面27接触的表面)。

在图4所示的初始状态下，可固化组合物24的体积的任何部分尚未聚合，并且因此通过穿过底部26的光束B的照射导致在底部26的附近的可固化组合物24的体积的聚合区域，对应于该体积的第一部分24(在图5中示意性地示出)。

由于光束不均匀(此处光强度在中心较高)，因此在某些区域(此处是中心)比在其他区域(此处是外围)的聚合更为活跃，并且因此第一(聚合)部分34具有在容器22的底部26上变化的厚度(在此：厚度朝向其中心增加)。

因此，在初始步骤与最终步骤之间的中间时间，第一部分34已经聚合并且由于可固化组合物的光致漂白性能第一部分34的透射率已经增加。

因此，照射容器22的底部26并透过底部26的光束B传播通过聚合的第一部分34，从而到达可固化组合物24的体积的第二部分36，其随后依次聚合。

对于第一部分34，第二部分36的聚合在光强度较高的区域中更快，因此第二(聚合)部分26具有在容器22的底部26上变化的厚度(此处：厚度朝向其中心增加)。

如图5所示(对应于用于制造光学器件(此处为光学镜片38)的方法的最终步骤)，聚合材料在底部26的凸形顶表面27上延伸，并且具有朝向其中心增加的厚度：因此聚合的材料可以形成凹凸镜片38，该凹凸镜片38可以例如用作光学镜片。

如前一实施例所提到的，通过使从容器22移出的光学镜片38经受光，例如具有与上述光束B相同的类型，可以在从容器22移出之后对光学镜片38施加最终处理(后聚合步骤)。特别地，该后聚合步骤使得可以获得光学镜片38的良好的表面状态。

图6至图8示出了用于制造光学器件的系统的另一示例。

在图6所示的初始步骤中，将一定体积的可固化组合物44放入容器42中。

容器42在此与图4和图5的容器22相同：容器42具有底部46和侧壁48并且底部46的面向可固化组合物44的体积(此处是与可固化组合物44的体积接触)的表面47，即，底部46的顶表面具有凸形。

如上所述，可固化组合物(或可固化组合物的至少非透明部分)具有光致漂白性能。

非均匀光束B'被施加到底部26的外表面。该光束B'在其外围具有比其中心更高的光强度。换句话说，光束B'的光强度朝向光束B'的中心减小。如上面参照图1至图3所描述的，可以使用空间光调制器来获得这种光束B'。

容器42的底部46(至少)对于用于光束B'的光透明，以使得光束B'照射可固化组合物44的体积的外表面(即，此处为与容器42的底部46的顶表面47接触的表面)。

在图6所示的初始状态下，由于可固化组合物44的体积中的任何部分尚未聚合，因此通过穿过底部46的光束B'的照射导致在底部26的附近的可固化组合物44的体积的聚合区域。然而，由于光束不均匀(此处光强度在光束B'的外围处较高)，因此，特别地，聚合在可固化组合物44的体积的外围处开始，在图7中示意性地示出的第一部分54中。

结果，在图7所示的中间步骤，由于可固化组合物的光致漂白性能，这些第一部分54已经聚合并且这些第一部分54的透射率已经增加。

因此，照射容器42的底部46并透过底部46的光束B'传播通过聚合的第一部分54，如图7示意性示出的，从而到达可固化组合物44体积的第二部分56，因此，其进而聚合。

由于光束B'不均匀，因此该过程在光强度高的区域中更有效，从而导致这些(此处为外围)区域的厚度更大。

因此，在图8所示的最终步骤中，聚合材料延伸到底部46的凸形顶表面47上，其中，厚度朝向其中心减小：聚合材料因此可以形成双凹镜片58，该双凹镜片例如可用作光学镜片。

如先前实施例提到的，可以在从容器42中移出之后对光学镜片58施加最终处理(后聚合步骤)。特别地，该后聚合步骤使得可以获得光学镜片58的良好的表面状态。

在刚刚描述的示例中，照射可固化组合物的体积的光束B、B'在空间上不均匀，但是具有随着时间的推移的恒定的特性。在其他实施例中，如现在所解释的，光束中的光分布可以随着时间发展。

示例A

如图12所示，具有可变厚度的一块聚合材料通过使置于容器(与图1的容器2相同)中的可固化组合物(具有38cm³的体积)经受依次具有分别在图9至11中示出的三种不同光分布的光束而获得。

所用的可固化组合物包括作为单体的PETIA(双季戊四醇五/六丙烯酸酯)，以及作为光引发剂的1％(重量)的双酰基氧化膦(BAPO)。所用的光是可见光。

在图9至11中，白色区域代表具有高强度的光束的部分(例如，在10W.m^-2和100W.m^-2之间，此处约为40W.m^-2)，而黑色区域代表低(或者没有)光强度的光束的部分。

在经受光束之前，将可固化组合物脱气(此处在0.09MPa下进行一小时)以除去溶解的O₂。

将图9所示的光分布施加5s。

然后，将图10所示的光分布施加5s。

然后，将图11所示的光分布施加10s。

所得到的该块聚合材料如图12所示。

三个不同的厚度清晰可见：

-e₁＝1.5mm(通过图11上的光束的右侧部分的10s长的照射获得)；

-e₂＝2.6mm(通过光束中心部分的15s长的照射获得)；

-e₃＝3.35毫米(通过光束的左侧部分的20s长的照射获得)。

示例B

图13至15分别示出了针对不同的操作条件使用以上参照图1至3所述的方法获得的平凸镜片。

所用的可固化组合物包括作为单体的PETIA(双季戊四醇五/六丙烯酸酯)，以及作为光引发剂的1％(重量)的双酰基氧化膦(BAPO)。

光束的光分布具有围绕光束中心(在本示例中，此处光强度最大)的旋转对称性。

所获得的镜片的操作条件和特性(最大厚度e_max和最小厚度e_min)在下表中给出。

	图13	图14	图15
				中心处的光强度	10W.m<sup>-2</sup>	10W.m<sup>-2</sup>	10W.m<sup>-2</sup>
外围处的光强度	3W.m<sup>-2</sup>	3W.m<sup>-2</sup>	3W.m<sup>-2</sup>
				脱气	无	是:硬	是:中间
e<sub>max</sub>	3.36mm	2.26mm	4.77mm
				e<sub>min</sub>	1.63mm	0.62mm	2.11mm

以上实验仅对应于本发明的示例性实施例，因此其中提及的值不应解释为限制性的。

Claims (16)

1.一种由一定体积的可固化组合物制造光学器件的方法，包括以下步骤：

-通过用光辐照照射所述体积的外表面使所述体积的第一部分聚合，从而增加所述第一部分对所述光辐照的透射率；

-通过穿过所述外表面和所聚合的第一部分用所述光辐照照射所述体积的第二部分来使所述第二部分聚合，

其中，所述光辐照具有在所述外表面上在第一光强度和不同于第二光强度的所述第二光强度之间变化的光强度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，对于所述外表面的至少一个点，所述功率随时间变化。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述光辐照在紫外光范围内。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述光辐照在可见光范围内。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述可固化组合物包括对所述光辐照敏感并且具有光致漂白性能的光引发剂。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述光引发剂是双酰基氧化膦。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述可固化组合物包含丙烯酸酯。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，包括在使所述第一部分聚合之前使所述可固化组合物脱气的步骤。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述光学器件是光学镜片。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述可固化组合物在具有底部的容器中；其中，所述光学器件通过从所述底部开始的聚合形成；并且其中，所述光辐照透射穿过所述底部。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述底部具有面对所述体积的凸形，由此，所制造的光学器件具有凹形。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，所述变化的光强度在所述外表面的中心呈现最大值。

13.根据权利要求1至11中的任一项所述的方法，其中，所述变化的光强度在所述外表面的外围呈现最大值。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中，所述光辐照由包括空间光调制器的发射器产生。

15.一种用于制造光学器件的系统，包括：

-容器，其容纳一定体积的可固化组合物；以及

-光辐照的发射器，其被布置成穿过所述容器照射所述体积的外表面，从而使所述体积的第一部分聚合并增加所述第一部分对所述电磁辐射的透射率，以使得所述体积的第二部分通过穿过所述外表面和所聚合的第一部分用所述电磁辐射照射所述第二部分而聚合，

其中，所述光辐照具有在所述外表面上在第一光强度和不同于第二光强度的所述第二光强度之间变化的光强度。

16.如权利要求15所述的系统，还包括控制模块，用于控制所述发射器以产生所述变化的光强度。

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