通常，利用形成具有比空气更高折射率的透明材料来制得用于校正屈 光不正的镜片。选定镜片的形状，使得在材料/空气界面上的折射可在佩带 者的视网膜上形成适当的聚焦。常常切割镜片使之适配入镜框中，并位于 相对于被校正的眼睛瞳孔的适当位置上。
已知可以通过改变眼科镜片材料的折射率，使之可能限制几何约束 (例如参见EP-A-0 728 572)。该方法首先是针对隐形眼镜提出的。例如 在构成镜片的固体物的制造期间，可通过漫射、选择性照射或选择性加热 来获得折射率梯度(index gradient)。虽然这提供了用于治疗屈光不正的 各种情形的眼镜的制造，但是该方法本身不能很好地进行大规模生产。另 外，在工业规模上，可生产出具有渐变折射率的系列物体，以选出最适合 被校正的眼睛的那一个，并通过机加工和抛光进行重整操作，以使其与这 个眼睛相适应。在这种情况中，进行镜片重整操作的需要意味着丧失了传 统方法中最具有吸引力的地方。
专利申请US2004/0008319提出利用打印机中采用的那类喷墨头，来 调节与诸如眼镜片(spectacle lens)的镜片表面平行的折射率。可控制这 些喷墨头，使之在物体表面上沉积具有不同折射率的聚合物液滴，以获得 想要的表面折射率的变化。然后，通过照射或去除溶剂使聚合物固化。在 沉积和固化期间，液滴和衬底之间相互作用的物理现象的难以控制使得该 方法很难实现。此外，由于这里在构成镜片的固体物的生产期间再次调整 折射率，以及随后的用户化定制假设在镜片上进行重整操作，这种方法的 大范围运用仍成问题。
本发明的另一个应用领域是光致变色镜片。这种镜片的结构包含了具 有这种特性的层，该层的光吸收光谱取决于接收的光。虽然已知液体或凝 胶具有更优的特性，特别是在对发光度变化的反应速度上，但该层的光致 变色染料通常是固体的。
然而，已知在光敏染料是液体或凝胶的镜片中，在层的厚度内设有隔 离层(spacer)以限定在相邻透明层之间染料占据的容积，在该容积的外 围围绕有不透水层。这种镜片被制造用于特定的镜框中。不可能切割该镜 片使之与另一个镜框相适配。并且难以使之与被校正的屈光不正的眼睛相 适应。
还有益的是改变与镜片表面相平行的光吸收和/或使得该吸收取决于 光的偏振。
在可应用本发明的其它眼科镜片类型中，一种可涉及有源系统，在该 系统中电刺激可引起光学特性的改变。这就是电致变色(electrochromic) 镜片，或具有可变折射特性的镜片(例如参见US-A-5 359 444或WO 03/077012)。这些技术常使用液晶或电化学系统。
在这些多种类型的镜片或者不限于眼科光学用的其它镜片中，理想的 是可能提供一种结构，考虑到可将其并入特定的镜框或其它选定的镜框 中，或者并入在适当位置承载所述光学元件的任意其它装置中，该结构在 仍然保留可切割来获得光学元件的可能性的同时，允许以灵活的和模块的 方式引入一种或多种光学功能。

本发明的一个目的是满足这种需求。另一个目的是能够在适当的条件 下以工业的规模制造这种光学元件。
因而，本发明提出了一种制造透明光学元件的生产方法，包括以下步 骤：
-制造一光学构件，其具有至少一个与该构件的一表面平行并置的透 明单元阵列(array of cell)，每个单元具有大于100μm以及最高500μm 的与该构件表面相平行的尺寸、该单元是密封的并且包含具有光学特性的 物质；以及
-沿着所述表面上确定的对应于光学元件预定形状的轮廓，来切割该 光学构件。
这些单元可用选好光学特性的各种物质填满，例如是与这些物质的折 射率、它们的光吸收率或偏振率(polarizability)、它们对电或光刺激的 反应等相关的光学特性。
因此，该结构使其本身可用于多种应用中，尤其是那些利用发展的光 学功能的应用中。它包括将光学元件表面区分成离散的像素，因而提供了 设计上以及元件应用上的更大的灵活性。
特别值得注意的，该光学构件可被切割成期望的外围形状，使其可并 入以及适配入多种固定支架中，诸如镜框或头盔。该生产方法还可包括， 在不影响结构完整性的情况下，在光学构件上钻孔以将光学元件固定在其 固定支架上。
在本发明中，优选配置并置的单元阵列，使得填充系数(fill factor)τ 大于90％，该系数限定为在构件每单位面积中，填满了物质的单元所占据 的面积。换句话说，至少在具有单元阵列的构件的一定区域中，单元阵列 占据了构件至少90％的面积。有利地，填充系数在90％-99.5％之间，并 包括90％和99.5％，更优选地，填充系数在96％-98.5％之间，并包括96 ％和98.5％。
因此，该结构使其本身可用于多种应用中，尤其是那些利用发展的光 学功能的应用中。这种结构意味着光学元件表面像素的离散化，因而提供 了设计上以及元件实施上更大的灵活性。每个像素包括一个被壁限定出的 单元。可易于理解地，所述壁构成了光学元件表面的不连续性，并且所述 壁是光学构件透明度缺陷的根源，因此，它们将引起包括该构件的光学元 件的透明度缺陷。
在本发明中，光学构件可理解为是透明的，当通过所述光学构件观察 图像时不会察觉显著的对比度损失，也就是说，当通过所述光学构件形成 图像时，可在不削弱图像质量的情况下获得形成的图像。将分隔光学构件 的单元的壁与光接触，使光发生衍射。衍射被定义为当光波被极大 (materially)限制时观察到的光散射现象(J-P.Perez，“Optique： Fondements et Applications[Optics：Basics and Applications]，第7版， Dunod出版，2004年10月，第262页)。因此，减少了通过包括这些壁 的光学构件来察觉光斑的可能性。近焦衍射与散射相同是肉眼可见的。这 种可目视的散射或不连贯的散射导致出现光学构件的像素化(pixelated) 结构的散射晕，并因而导致通过所述结构所观察到的图像的对比度损失。 这种对比度损失可比作如上所述的透明度损失。正如本发明所理解的，这 种可目视的散射效应对于制造包括像素化光学构件的光学元件来说是不 可以接受的。如果所述光学元件是眼科镜片则更是如此，其一方面必须是 透明的，另一方面必须没有美容缺陷，该缺陷可能削弱佩戴这种光学元件 的人的视力。
减少这种可目视的散射的一种装置包括具有适宜尺寸的单元。单元阵 列的几何特征是尺寸参数，该参数一般涉及与光学构件表面平行的单元的 尺寸(D)、它们对应于分隔它们的壁的高度h的高度、以及这些壁的厚 度d(平行于构件表面测得)。与表面平行的单元的尺寸确定了单元的面 积σ。在简单的情况中，当单元是边长为D的正方形(图4)时，该面积 是σ＝D2，以及填充系数是τ＝D2/(D+d)2。对于单元的任意其他空间组合 来说也可轻易地获得σ和τ的表达式。
衍射能量(diffracted energy)与填充系数相反地变化。如果单元占据 的面积与壁占据的面积比ρ增大，衍射能量的量将成反比地减小。换句话 说，衍射能量的量是填充系数τ＝ρ/(ρ+1)的递减函数。因而，通过将与表 面平行的单元尺寸(D)增大至大于100μm，对于相同壁厚的填充系数将 增大，因而减少了衍射。
因而，在本发明中，单元的尺寸设定在100μm-500μm之间，该尺寸 与构件表面相平行。在本发明一个特别有利的实施例中，单元的尺寸是大 约200μm。
与构件表面相平行的单元优选被厚度为0.10μm-5μm的壁所分隔。在 本发明第一个实施例中，壁的厚度为0.10μm-0.35μm，因此它们实际上在 可见光谱中不会产生不希望的衍射效应。
在第二个实施例中，壁的厚度是0.40μm-2.00μm。在第三个实施例中， 壁的厚度是2.00μm-3.5μm。以这样的方式选择单元壁的组成材料，使得单 元不再可从填充所述单元的材料中被辨别出。措辞“不被辨别出”理解为 指的是没有可视的散射，没有可视的衍射以及没有杂光(parasitic)反射。
单元阵列有利地构成具有厚度在1μm-50μm之间，并包括1μm和50μm 的层。在本发明的一个有利的实施例中，该层的厚度在5μm-20μm之间， 并包括5μm和20μm。
单元阵列可直接形成在刚性透明衬底上，或形成在柔性透明薄膜中， 该柔性透明薄膜随后再转移到刚性透明衬底上。所述刚性透明衬底可能是 凸面、凹面或平面，在该侧面上容纳有单元阵列。
在实施该生产方法的一种方法中，容纳在至少一些单元内的具有光学 特性的物质是液体形式的或者凝胶形式的。所述物质可特别地具有至少一 个选自染色、光致变色、偏振和折射率的光学特性。
特别地，可加入光致变色染料，因而使其能够便利地制得具有非常迅 速反应的光致变色元件。
对于校正镜片的制造方法的应用来说，光学构件的不同单元必须包含 具有不同折射率的物质。典型地，依据被校正眼睛的屈光不正估计值，改 变适用的构件表面的折射率。
对于具有偏振光学特性的光学镜片制造方法的应用来说，光学构件的 单元将特别地包含可结合有或可不结合有染料的液晶。
同时，本发明的一个目的还是一种用于生产如上所述光学构件的生产 方法，其包括在衬底上形成网格壁(network of wall)，该壁用来限定平 行于构件所述表面的单元；用具有光学特性的液体或凝胶形式的物质集体 地或个别地填充该单元；以及在单元与衬底的相对侧上封闭单元。
光学构件的单元阵列可包括含有不同物质的数个单元组合。同样的， 每个单元可用具有一种或多种如上所述的光学特性的物质填充。还可能在 构件的厚度上层叠数个单元阵列。在这个实施例中，在每个层中的单元阵 列可具有相同或不同的性能，或每个单元阵列中的单元还可具有不同的光 学特性。因而可设想(envisage)具有一个层，其中单元阵列包含用以获 得折射率变化的物质，而另一层或单元阵列包含具有光致变色性能的物 质。
本发明的另一方面涉及一种用于上述生产方法的光学构件。该光学构 件包括至少一个透明单元阵列，该单元阵列与构件的一个表面平行设置。 每个单元的尺寸在与构件表面平行的大于100μm和500μm之间。每个单 元被密封并且包含具有光学特性的物质。
本发明的另一方面涉及一种透明光学元件，特别是一种眼镜片，其通 过切割该种光学构件而制得。
附图说明
参照以下附图，在下文的非限制性的示意性实施例中，本发明的其他 特征和优点将是显而易见的，其中：
图1是依据本发明的光学构件的正视图；
图2是从这个光学构件获得的光学元件的正视图；
图3是依据本发明的光学构件的示意性截面图；
图4和5是示出两种可用于将单元设置在依据本发明的光学构件中的 栅格的图解；
图6和7是示出这种光学构件在其制造过程的两个阶段的示意性截面 图；
图8是示出制造依据本发明的光学构件的另一种方法的示意性截面 图。

图1示出的光学构件10是一个眼镜片半成品。眼镜片包括一个眼科 镜片。词语“眼科镜片”理解为是指可适配入眼镜框以保护眼睛和/或校正 视力的镜片，这些镜片可选自无焦点的、单焦点的、双焦点的、三焦点的 和变焦的镜片。
虽然眼科光学镜是本发明优选的应用领域，但是可以理解的是本发明 还可用于其他类型的透明光学元件，例如光学仪器的透镜、滤光器、光学 瞄准镜、护目镜、光学照明装置等。包括在本发明眼科光学镜中的是眼科 镜片，以及隐形眼睛、植入目镜。
图2示出了通过围绕图1中虚线示出的预定轮廓线切割半成品10来 获得的眼镜片11。原则上，这种轮廓线是任意的，只要其在半成品范围内 即可。因而，大规模生产的半成品可用来获得适用于适配大量眼镜框的镜 片。为了使镜片具有与眼镜框以及将镜片固定在该眼镜框上的步骤相匹配 的形状，和/或出于美观原因，可按常规方式在没有问题的情况下修整被切 割镜片的边缘。还可能在其上钻孔14，例如容纳用于将其固定在眼镜框上 的螺钉。
半成品10的常规形状可符合工业标准，例如具有60mm直径的圆形 轮廓，凸起的正面12和凹陷的背面13(图3)。因而，可采用常规的切 割、修整和钻孔工具将半成品10制成镜片11。
在图1和2中，表面层已经被局部切割掉以暴露出半成品10和镜片 11的像素化结构。该结构由形成在透明构件的层17上的单元阵列或微腔 (microcavity)15构成(图3)。在这些附图中，层17和单元15的尺寸 相对于半成品10和其衬底16的尺寸被放大，以使得更容易分析附图。
单元15的横向尺寸D(与半成品10的表面平行)大于100微米并可 在500微米以下的范围内。优选的尺寸是200μm。单元阵列可随后通过在 微电子和微机械装置领域中的精控技术(well-controlled)制得。
包括单元15的阵列的层17的厚度h优选在1微米和50微米之间， 并包括1微米和50微米。有利地，高度h在5μm-20μm之间，并包括5μm 和20μm。
将单元15分隔的壁18确保了它们是彼此密封的。它们具有 0.10μm-5.00μm之间的厚度，并包括0.10μm和5.00μm，特别地，使其能 够获得光学构件的高填充系数。高填充系数提供了所想要的光学功能的高 效能，该光学功能由包含在单元15中的物质提供。该填充系数在90％-99.5 ％之间，并包括90％和99.5％，有利地在96％-98.5％之间，并包括96％ 和98.5％。通过明智地将单元的横向尺寸(D)与分隔单元的壁的厚度(d) 和高度(h)相结合，可获得具有高填充系数的光学构件，该光学构件是 不可目视的，这取决于所述单元中包含的物质的光学特性或各种特性。
因而，依据本发明一个优选的实施例，光学构件包括一个单元阵列， 在单元阵列中单元15具有与构件表面平行的200μm的尺寸D；分隔这些 单元的壁的厚度d是2μm，以及该单元阵列构成了高度h为5μm的层。作 为一种变型，本发明的光学构件包括一个单元阵列，在该单元阵列中单元 15具有与构件表面平行的200μm的尺寸D，分隔单元的壁的厚度d为3μm， 以及单元阵列构成了高度h为20μm的层。
例如，将单元设置在正方形栅格(图4)或六边形栅格(图5)中时， 厚度d＝2μm、像素尺寸D＝200μm的壁，只有2％的面积是可吸收的(τ≈ 98％)。在上述提到的变型中(d＝3μm)，填充系数是τ≈97％。
由于能够最优化单元阵列的机械强度以选定纵横比，图5示出的蜂巢 或六边形栅格是优选的布置。然而，在本发明中，可以想到满足晶体几何 学的所有可能的栅格布置。因而，可制得矩形、三角形或八边形几何形状 的栅格。在本发明中，在仍然遵守上述的单元尺寸的同时，还可能将各种 几何形状的栅格形状进行组合使用来形成单元阵列。
正如通常在眼科光学镜中，包括单元15阵列的层17可覆盖有多个附 加层19、20(图3)。这些层提供了诸如抗撞击性、抗划伤性、染色、抗 反射、抗污染等的功能。在示出的实施例中，包括单元阵列的层17直接 位于透明衬底16的顶部，但是可以理解的是，一个或多个中间层可位于 两者之间，诸如具有抗撞击性、抗划伤性或染色功能的层。
此外，多个单元阵列还可位于形成在衬底上的多个叠层(stack)中。 因而，例如，多个叠层可能特别包括一个由含有物质的单元阵列组成的层， 该层允许元件具有光致变色功能；和另一个使得元件具有折射率变化功能 的层。这些包括单元阵列的层还可用如上所述的附加层代替。
可有多种变型组合尤其归功于制造透明光学元件的生产方法的较大 灵活性。因而，在本发明中，光学构件可包括单元阵列，在单元阵列中每 个单元填充了具有一种或多种光学特性的物质，或者，在单元阵列中单元 15的阵列包括数个含有不同物质的单元的组合。光学构件还可由包括至少 两层的叠层组成，这些层中包括了单元阵列，每个单元阵列具有相同的光 学特性，或者每个单元阵列具有不同的光学特性，或者每个单元阵列中的 单元具有不同的光学特性。
透明衬底16可由玻璃或多种通常用于眼科光学镜的聚合物材料制成。 包括单元阵列的层17优选位于其凸起的正面12上，凹陷的背面13必须 保持空闲(free)，以通过机加工和抛光进行任意重整操作。然而，如果 透明光学元件是校正镜片，可通过空间地(spatially)改变包含在单元15 中的物质的折射率来实现对屈光不正的校正，使其免去了背面上的再加 工，并因此在透镜必须具有多种层和涂层的设计和/或操作上具有更大的灵 活性。光学构件还可位于镜片的凹面上。当然，光学构件还可并入平面光 学元件上。
图6和7示出了在衬底16上制得单元阵列的第一种方式。这里的技 术与用于制造电泳显示装置的技术相类似。例如，在文献WO 00/77570、 WO 02/01281、US 2002/0176963、US 6 327 072或US 6 597 340中描述了 这种技术。单元阵列还可利用本领域技术人员熟知的源自微电子的生产方 法来制造。作为非限制性的举例，还可通过其他生产方法来制得，诸如热 印、热模压印、光蚀刻、(硬的、软的、正极的或负极的)、微沉积、诸 如微接触印刷、丝网印刷或喷墨印刷。
在正在讨论的实施例中，首先将一辐射-可固化的，例如UV-可固化的 溶液薄膜单体沉积在衬底16上。通过掩模将该薄膜暴露在紫外射线下， 该掩模屏蔽了分布在栅格中的、与微腔15的位置相对应的正方形或六边 形。通过选择性固化，竖立在支撑层(support layer)21顶部的壁18保留 在适当的位置。然后去除单体溶液，构件则处于图6所示的状态中。
为了获得类似的结构，另一种可能是采用光蚀刻技术。它开始于在诸 如聚合物材料层的衬底16上沉积，该材料层的厚度与预定高度的壁18具 有一定规律，例如20μm。然后，在该层上沉积光致抗蚀剂薄膜，该薄膜 通过网格图形形式的掩模进行曝光。在显影光致抗蚀剂时除去未曝光区 域，以留下相对于壁的位置而对准的掩模，将材料层透过该掩模进行各向 异性(anisotropic)蚀刻。形成微型杯(microcup)15的这种蚀刻持续至 所需深度，随后通过化学蚀刻去除掩模。
从图6示出的状态开始，用具有一种光学特性的液体或凝胶状态的物 质填充该微型杯15。可选择性地在构件的正面进行前期处理，以易于使壁 材料和微型杯底部的表面湿润。对于阵列的所有微型杯来说，形成具有光 学特性的物质的溶液或悬浮液可以是相同的，在这种情况中，可通过将构 件浸入适当的溶液槽中，利用丝网印刷法、旋涂法(利用滚筒或刮墨刀涂 抹物质的生产方法)、或溅射法简单地引入该溶液。还可利用喷墨头将其 局部地注入到个别的微型杯中。
当一个微型杯的具有光学特性的物质不同于另一个微型杯时，典型 地，将采用后者的技术，在表面上移动数个喷墨头以接连地填充微型杯。
然而，特别地在微型杯是由选择性蚀刻形成的情况中，另一种可能性 是首先挖空一组微型杯，用第一种物质选择性地进行填充，然后将其封闭， 在这些操作中构件的剩余表面保持被掩盖的状态。接下来，除了壁区域之 外，通过至少覆盖已经填满的微型杯区域上的抗蚀剂掩模来重复进行选择 性蚀刻，并用另一种不同的物质填充新的微型杯然后封闭。如果需要在构 件表面上分布不同物质时，这个生产方法可以重复一次或若干次。
为了密封填满的微型杯阵列，例如可应用粘合塑料薄膜来密封，将其 热焊或热压在壁18的顶部。还可在该区域上沉积以使其与溶液中的可固 化材料相隔离，这种材料不与包含在微型杯中的具有一种光学特性的物质 相混溶，然后例如利用加热或辐射使该材料固化。
一旦完成微型杯15阵列(图5)，该构件可接纳附加层或涂层19、 20，以完成其制造过程。这种类型的构件可大规模生产和储存，以依据顾 客的需要随后再次拿出和进行个别的切割。
如果不打算将具有光学特性的物质维持在液体或凝胶状态，还可在已 经沉积完物质之后的适当的阶段中，通过例如加热和/或辐射顺序对其进行 固化处理。
在图8示出的变型中，由微型杯25阵列组成的光学构件被构建成柔 性透明薄膜27的形式。这种薄膜27可通过与上述类似的技术制得。在这 种情况下，该薄膜27可在平面衬底，即非凹面或凸面的平面上制得。
例如，以工业化的规模制造相对较大尺寸的该薄膜27，以节省各生产 步骤的组合实施，然后将其切割成适当的尺寸以转移到半成品的衬底16 上。这种转移可通过胶接柔性薄膜，通过热成型薄膜或者甚至通过真空中 的物理粘合效应来进行。然后，该薄膜27可容纳如之前情况中的多种涂 层，或者可转移至其上涂敷有一个或多个如上所述的附加层的衬底16上。
在本发明应用的一个领域中，被引入到微型杯15中的物质的光学特 性是其折射率。物质的折射率在构件的表面上是变化的，以获得校正的镜 片。在本发明的第一个实施例中，可通过在微型杯15的阵列的制造过程 中引入不同折射率的物质来产生这些变化。
在本发明的另一个实施例中，可通过在微型杯15中引入一种可通过 辐射而随后调整折射率的物质来获得这种变化。然后，通过将半成品10 或镜片11暴露在光中来进行校正光学功能的写入，其中光的能量在表面 上变化，以获得期望的折射率分布(index profile)来校正患者的视力。这 种光典型地由激光器产生，写入设备与用于蚀刻CD-ROM或其他光存储 媒介的设备相同。激光能量的变化和/或曝光时间的选择可导致光敏物质更 多或更少的曝光。
在可用于这种应用中的这些物质中，还可由例如介孔材料和液晶来制 造。液晶可通过聚合作用或固化反应，例如辐射引起的反应而凝固。因而， 液晶可在选定的阶段中凝固，以在穿过它们的光波中引入预定的光延迟。 在介孔材料的情况中，材料的折射率可通过其孔隙度的变化来控制。另一 个可能性是利用感光聚合物，其具有已知的、可在辐射-引致的固化反应中 改变其折射率的特性。这些折射率的改变是归因于材料密度的更改以及化 学结构的改变。优选利用在固化反应期间只改变非常小体积的感光聚合 物。
在辐射存在时进行溶液或悬浮液的选择性固化，该辐射相对于构件的 表面而存在空间差异，从而获得想要的折射率变化。依据被校正的患者眼 睛的屈光不正估计值来预先确定这种变化。
在本发明的另一个应用中，以液体或凝胶形式引入微型杯中的物质具 有光致变色的特性。在用于该应用的物质当中，作为示例，可由含有一中 间单元的光致变色化合物来制成，例如螺恶嗪(spirooxazine)、螺环-二 氢吲哚-[2，3’]苯并恶嗪(sprio-indoline-[2，3’]benzoxazine)、苯并吡喃 (chromene)、螺环恶嗪同型氮杂金刚烷(spiroxazine homoazaadamantane)、 螺环芴-(2H)-苯并吡喃(spirofluorene-(2H)-benzopyrane)，或者萘并[2，1-b]- 吡喃核(naphtho[2，1-b]-pyrane core)，诸如具体地描述在专利和专利申请 FR 2 763 070、EP 0 676 401、EP 0 489 655、EP 0 653 428、EP 0 407 237、 FR 2 718 447、US 6 281 366和EP 1 204 714中的那些化合物。
在本发明中，具有一种光学特性的物质可以是一种染料，或能够改变 透射度的色素。