带有胞室的光学元件 |
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| 申请号 | CN200680034676.6 | 申请日 | 2006-07-13 | 公开(公告)号 | CN101268408B | 公开(公告)日 | 2011-03-16 |
| 申请人 | 埃西勒国际通用光学公司; | 发明人 | 热罗姆·巴莱; 克里斯蒂安·博韦; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及光学元件(10)，包括至少一组透明的在元件的表面并列设置的胞室(15；25)，每个胞室均是密封的并且包括具有光学性质的物质，胞室组包括不同尺寸的胞室。该胞室在元件(10)的表面的不同的区域其尺寸可以不同，以便于在不改变元件的光学性质的条件下，切割该光学元件。此外，胞室尺寸的不同可以防止在元件的某些区域内可见的衍射或散射。 | ||||||
| 权利要求 | 1.光学元件(10)，包括至少一组透明的在元件的表面并列设置的胞室(15；25)，每个胞室均是密封的并且包括具有光学性质的物质，其特征在于，胞室组包括平行于元件的表面测量的不同尺寸的胞室，其中，该胞室组包括至少一个在元件表面的中心区域(Z4)中的大胞室，以及在元件表面的所述中心区域和所述表面一个边缘(B)之间区域中的多个小胞室。 |
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| 说明书全文 | 带有胞室的光学元件技术领域[0001] 本发明涉及一种光学元件，该光学元件尤其可以用于制造透明的光学器件，例如眼科镜片。 背景技术[0002] 将光学元件制造成为眼科镜片的(技术)是已知的，所述光学元件包括一组(set)在元件的表面并列设置的胞室(cell)。每个胞室均是密封的并且包括具有光学性质的物质。正确地选择每个胞室中所包含的物质能够获得眼科镜片的理想的光学功能。具有不同光学功能的镜片可以相应简单地通过替换置入胞室中的光学物质而获取。因此，大量的镜片模型可以从同样的光学元件模型经济地获取。 [0003] 此外，使用密封胞室可以防止容纳在邻近胞室中的物质相混合。初始时由在某些胞室中放置不同的物质而形成的镜片的光学功能因此被不限定地保留，且不会限制镜片的使用寿命。 [0004] 使用密封胞室的另一个优点在于可以使用液态或凝胶体形态的光学性质的物质。实际上，对于某些光学功能，液态或凝胶态的物质比固态物质具有更好的性能。例如，光致变色液体或胶体比光致变色固体对于发光度的变化具有更好的反应速度。 [0005] 最后，眼科镜片通常是通过沿着与佩戴者选择的镜框所对应的轮廓切割一个光学元件而获取的。使用密封胞室以包含元件的光学性质的物质的作用还在于防止这些物质的大部分流出该元件。实际上，只有位于元件的切割轮廓部分的胞室中所包含的光学性质的物质流失了。通过在位于切割轮廓处的光学元件区域使用小尺寸的胞室，保留了用于镜片的元件的光学功能。因此，使用胞室可以将液态或凝胶状态的光学性质的物质的应用与通过切割一个初始元件来制造眼科镜片的方法相结合。 [0006] 然而，使用胞室对于眼科镜片来说具有美学和/或光学的缺陷。实际 上，大尺寸的胞室，也即，尺寸大于0.5mm(毫米)的胞室会给使用者带来视觉障碍。此外，这些胞室可能是可见的，因此不美观。足够小以避免单个可见的胞室会引起彩虹色和/或乳白色雾霾。这些小尺寸胞室的缺陷来源于由胞室组产生的光的衍射和/或散射的公知机理，尤其产生于设置在相邻的胞室之间的分隔壁。 发明内容[0007] 因此本发明的一个目的在于降低在光学元件中使用胞室所带来的美学和/或光学的缺陷。为此目的，本发明提出一种光学元件，包括至少一组在元件的表面并列设置的透明的胞室，每个胞室均是密封的并且包括具有光学性质的物质，其中，该胞室组包括平行于元件表面测量的不同尺寸的胞室。 [0008] 根据本发明，使用不同的胞室尺寸，是为了优化在光学元件的表面上取决于它们尺寸的胞室的分布。因此，通过明智地确定胞室的尺寸，可以在可能引发显著障碍的光学元件的区域内避免或降低胞室的可见度以及衍射和散射机理。所述的尺寸设定可以用以优化所获取的包括光学元件的光学器件的透明度。在本发明中，当透过所述光学元件观察一个图像而不会产生明显的对比度的损失时光学元件被称为是透明的，也即，通过该光学元件的成像不会损害图像的质量。 [0009] 此外，不同尺寸的胞室可以在制造光学元件的一个步骤中完成，因此光学元件的制造时间不会因为使用不同尺寸的胞室而加长。 [0010] 特别地，平行于元件表面测量得到的至少一个胞室的尺寸高于0.5mm直至5mm。这样的胞室不会造成由该光学元件传播的光线的明显衍射或散射，至少在包含比所述尺寸大的胞室的平面中不会造成。在该平面中，胞室因此具有连续的高透明度的视觉外观，而没有彩虹色或雾霾。因此该光学元件以及由该光学元件所获取的器件是美观的。这对于眼科的应用来说尤其有利，因为其对美观的要求是很重要的。 [0011] 平行于元件表面测量的光学元件的一些胞室的尺寸可小于200μm，优选小于100μm。这种胞室对于裸眼并不单个可见，因此它们不会明显地降低元件或者由该元件获取的光学器件的美观。 [0012] 根据本发明的一个优选的实施例，所述胞室组包括至少一个位于元件表面中心区域的大胞室，和位于元件表面上的在表面中心区域和表面的一个边缘之间的小胞室。因此，大胞室在光学元件的中心区域获得良好的美观感和光学传播。同时，小胞室通过改变相邻胞室之间的光学物质以用于适应和/或改变在光学元件的外部区域的光学功能。此外，该元件可以沿着位于边缘区域的轮廓被切割，而不需要改变在中心区域中的大胞室内所包含的光学物质。例如，中心区域的大胞室的尺寸可能大于0.5mm，而外部区域的某些小胞室的尺寸可能小于200μm。 [0013] 可选地，胞室的尺寸可以是在表面的中心区域与该表面的边缘之间按照连续的尺寸梯度(gradient)变化。因此获得了在光学元件的中心区域和外部区域之间的胞室尺寸的渐进转换，因此也有助于元件或由元件获取的光学器件的美观。这种连续的胞室尺寸梯度可选地根据光学元件的外部区域而有所不同。 [0014] 在本发明的另一个实施例中，胞室的尺寸可以在光学元件的中心区域和该表面的边缘区域之间的不连续尺寸梯度中变化。该胞室尺寸之间的不连续变化可以有助于优化元件或由元件获取的光学器件的光学功能。 [0015] 显然在本发明中，所有胞室尺寸的组合都是可能的。因此给定一个光学元件，可在其中至少有一个区域，其中胞室的尺寸在中心区域和该表面的边缘区域之间的连续梯度中渐变，以及至少一个第二区域，其中胞室的尺寸在中心区域和该表面的边缘区域之间的非连续梯度中渐变。 [0016] 归功于每个胞室之间的密封的特性，至少在部分这些胞室中所包含的光学性质的物质可以是液态或者凝胶态的。上述形态的物质，用于获取优良的光学性质，例如光致变色的反应速度。它也用于轻易地获取某些光学性质，例如光学参数的某一特定值。实际上，参数的某一理想值可以通过混合多个初始的液体或凝胶物质而获取。该液体或凝胶的物质对于该参数各自具有不同的数值。 [0017] 每个胞室所包含的物质的光学性质可能是着色，光致变色，偏振或者折射率。特别地，组中的某些胞室所包含的物质可能具有在这些胞室之间各不相同的光学折射率。在这种情况下，包含不同折射率的物质的胞室可能具有可变的尺寸。特别地，这些尺寸可以根据对待矫正的眼睛所预测的屈光异常而进行调整。 [0018] 根据本发明的一种光学元件可以用于制造一种透明的光学器件，该光学器件包括眼科镜片、光学仪器的镜片、滤光器、光学瞄准镜片、护目镜和照明设备的光学件。 [0019] 本发明也提出了一种眼镜镜片，其通过切割如上所述的光学元件而制成。此外，可以在元件上钻穿至少一个孔，以将眼镜镜片固定在镜架上。该钻孔最好在镜片的胞室是小尺寸的部分完成。 [0020] 在上述的眼镜镜片中，一些胞室中包含的物质的光学性质以及这些胞室的尺寸可根据对待矫正的眼睛所预测的屈光异常进行调整，以沿着眼镜镜片的表面变化。特别地，生产的眼镜镜片可以是渐进式镜片。 [0021] 此外，眼镜镜片的胞室中包含的物质可以是光致变色物质，优选地，是以液态或凝胶的形态。 [0023] 通过参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、优点将会变得更加明显，其中： [0024] -图1示出了根据本发明的第一实施例的光学元件的正视图； [0025] -图2示出了由图1中的光学元件获取的光学器件的正视图； [0026] -图3示出了图1的光学元件的示意性横截面图； [0027] -图4和图5示出了可用于对根据本发明的光学元件的胞室进行设置的栅格的两种类型； [0028] -图6示出了根据本发明的第二实施例的光学元件的正视图； [0029] -图7和图8示出了图6的光学元件在其制造过程中两个步骤的示意性横截面图；以及 [0030] -图9示出了图6的光学元件的另一种制造方法的示意性横截面图。 [0031] 具体实施方式 [0032] 图1所示的光学元件10是眼镜的毛坯。眼镜包括眼科镜片。眼科镜片是指适合一眼镜框以用于保护眼睛和/或矫正视力的镜片，该镜片选自无焦距、单焦距、双焦距、三焦距和渐进的镜片。 [0033] 虽然眼科光学件是本发明的一个优选的应用领域，需要理解的是，本发明也适用于其他类型的透明的光学器件，例如，光学仪器的镜片、滤光器、光学瞄准镜片、护目镜和照明设备的光学件等。在本发明中，眼科光学件不仅包括眼科镜片，还包括隐形眼镜和目镜植入物。 [0034] 图2示出了通过沿着轮廓C切割毛坯10所获取的眼镜11，轮廓C在图1中以虚线表示。该轮廓基本是任意的，只要它可以适合毛坯10的面积。因此大规模生产的毛坯可以用于获取能适应大量不同眼镜框的镜片。常规地，被切割的镜片的边缘可以很方便地修整，以给予镜片与镜框相适应的以及适于将该镜片固定在镜框上和/或美观方法的形状。也可以在镜片上钻孔14，例如容纳将其固定在镜框上的螺钉。 [0035] 毛坯10的常规形状可以与工业标准相一致，例如，可以是直径为60mm的圆形外围边缘B，一个前凸起表面12，一个后凹入表面13(图3)。传统地切割，修整和钻孔工具可以用于从毛坯10获取镜片11。 [0036] 在图1和图2中，将表面层的一部分去除显示了毛坯10和镜片11的像素化结构。该结构包括在毛坯10的层17中形成的胞室或微槽(microtank)15的网状结构(network)(图3)。在这些图中，层17和胞室15的尺寸相对于毛坯10和基板16来说放大显示以便于附图的阅读。 [0037] 根据本发明的第一实施例，毛坯10的表面被划分为多个区域，例如，四个同心的区域Z1，Z2，Z3和Z4。平行于毛坯10的表面测量的胞室15的尺寸D根据不同的区域而变化。 [0038] 在外部区域Z1中的胞室15的尺寸D可低于20μm。例如，这些尺寸可约为5μm到10μm。这样的胞室尺寸有利于避免在切割毛坯10时明显损失胞室15中包含的光学性质的物质的数量，因为轮廓C在区域Z1中。毛坯10的光学性质只在切割轮廓C内部不宽于约30μm的周边带时改变。这样的窄带是不可见的。此外，区域Z1的胞室15也是不可见的。 [0039] 在中心区域Z4中，胞室15的尺寸D优选地大于5mm。因此它们不产生可察觉的衍射或散射，使得它们不会对佩戴者造成视觉障碍，也不会影响这副眼镜的美观。例如，胞室15在区域Z4中的尺寸在8mm到10mm之间。 [0040] 在中间区域Z2和Z3中，胞室15的尺寸D优选地在区域Z1和Z4 的胞室的尺寸之间。例如，这些胞室的尺寸D在区域Z2中为约50μm，而在区域Z3中为100μm。 [0041] 胞室15由壁18所分隔。壁18密封这些胞室。平行于毛坯10的表面测量的壁的厚度d例如为0.10μm到5μm之间。垂直于毛坯10的表面的壁18的高度在1μm到100μm之间并且优选地在1μm和10μm之间。 [0042] 胞室15可以以正方形的栅格(图4)或者正六边形的栅格设置(图5)，例如，其壁18的厚度d＝2μm。胞室的尺寸D则为正方形或正六边形的边长。优选地，栅格为正六边形或蜂窝形，因为它们可以用于优化胞室组的机械强度。然而在本发明中，所有与晶体几何形状一致的可能的栅格类型均是可以想象的。因此，可以制成长方形，三角形或八边形栅格。也可能结合不同类型的栅格以形成胞室组，同时与先前定义的胞室尺寸相一致。栅格类型可选地在毛坯10的一个区域和另外的区域之间有所不同。 [0043] 透明基板16可以由眼科光学件中常用的玻璃或多种塑料制成。在使用的塑料中，非限制性的且作为指示的可以是聚碳酸酯；聚酰胺；聚酰亚胺；聚砜；聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚碳酸酯共聚物；聚烯烃，特别是聚降冰片烯；二甘醇双(烯丙基碳酸酯)聚合物或共聚物；(甲基)丙烯酸聚合物和共聚物，尤其是衍生自双酚A的(甲基)丙烯酸聚合物和共聚物；硫代(甲基)丙烯酸聚合物和共聚物；氨基甲酸酯和硫代氨基甲酸酯聚合物和共聚物；环氧聚合物和共聚物；以及环硫化物(episulphide)聚合物和共聚物。 [0044] 与胞室结合在一起的层17优选地位于其前凸起表面12上，保持空闲的后凹入表面13如果需要的话，可以可选地由机加工或者抛光成型。然而，层17也可以位于镜片的凹入表面上。显然地，层17也可以形成于一个扁平的光学器件上。 [0045] 根据眼科光学件的标准做法，与胞室组15结合在一起的层17可以由多个附加的层19，20所覆盖(图3)。这些层具有如下功能，例如冲击强度，抗刮擦性，染色，抗反射，抗污染等。在图中显示的例子中，层17直接置于透明基板16上，但是可以理解，在它们之间可以放置一个或多个中间层。 [0046] 此外，在基板16上形成的层的堆叠中可叠加多组胞室。因此在层的 堆叠中可例如尤其包含一个胞室层，其中包含的物质使光学器件具有光致变色功能，而另一个胞室层使光学器件具有折射率变化的功能。这些胞室层还可由例如上述的附加胞室替换。 [0047] 根据本发明的图6所示的第二实施例，毛坯10的表面仅仅分成两个区域：外部区域Z1，其中的胞室15是小尺寸的，以及中心区域Z4，包含尺寸为区域Z4的单独的一个胞室。 [0048] 图7和图8示出了在基板16上提供图6所示的胞室组15的第一方法。此处所用的技术类似于用于制造电泳显示设备的技术。这些技术在文档WO 00/77570，WO 02/01281，US 2002/0176963，US 6327072或US 6597340中有所描述。胞室组15也可以用本领域的技术人员已熟知的来源于微电子的制造方法来制造。作为非限定性的示例，这类方法可以是热印、热压花、微成型、光刻(硬，软，正，负)、微沉积例如微接触印刷、丝网印刷或喷墨印刷。 [0049] 在所考虑到的例子中，在辐射例如是紫外线辐射的作用下聚合在一起的单体溶液的薄膜，首先沉积在基板16上。该薄膜通过掩膜在紫外线辐射下曝光。该掩膜隐藏(conceal)了分布在网状结构上的并且与胞室15的位置相对应的正方形或六边形。选择性聚合将支撑物留置于底部层21之上。在图7和图8中，支撑物对应于区域Z1中的壁18，或者区域Z4中的隔离间隔(spacer)28。然后移除单体溶液，元件10的状态如图7所示。 [0050] 为了获取类似的结构，另一种可能的方法是使用光刻技术。开始时，在基板16上沉积一层材料，例如是聚合物，其厚度与壁18的高度基本相等。随后将一个光阻薄膜沉积在该层上，并以栅格图案的掩膜进行曝光。未曝光的区域在光阻材料的显影(development)过程中去除，以使掩膜在壁的位置上对齐，通过该掩膜，材料层进行各向异性的刻蚀。所述的刻蚀形成了胞室15，继续到理想的深度后，用化学刻蚀将掩膜移除。 [0051] 从图7所示的状态中，胞室15充满了液态或凝胶态的光学性质的物质。对于元件10的前表面的前期处理可选地用于将壁18的材料和胞室15的底部表面润湿。形成具有光学性质的物质的溶液或悬浮液可能对于所有胞室都是相同的，且可以简单地通过以下方式引入，即通过将元件 10浸入合适的溶池(bath)中，或者通过丝网印刷工艺，或者通过旋涂工艺，通过滚筒或刮刀将物质涂布的工艺，或者喷涂工艺。也可将溶液或悬浮液局部地或者单个地通过材料印刷头注射到每个胞室中。所述后一种方法典型地用于胞室之间所具有的光学性质的物质不同的情况，多个印刷头沿着元件10的表面移动以相继地填充胞室。 [0052] 在胞室由选择性的刻蚀形成时，另一种方法是先挖空一组胞室，集中地对它们填充第一物质然后将它们堵住(plug)，元件表面的剩余部分在这些操作中仍进行掩膜。通过抗蚀剂掩膜重复选择性刻蚀。所述抗蚀剂掩膜至少覆盖已经被填充的胞室区域和壁的区域，并且将新的胞室用另一种物质填充并堵住。该工艺过程可以任意重复以在元件表面分布不同的物质。 [0053] 为了密封已被填充的胞室，可以应用一个塑料薄膜22，例如可将其粘附，热封或层叠在壁18和间隔28的顶端。也可以在即将闭合的区域上沉积溶液聚合材料，其与胞室中包含的光学性质的物质不相混容，然后例如通过加热或照射聚合该材料。 [0054] 当胞室组15完成后(图8)，元件10可以接收附加层或涂层19，20以结束其制造过程。该类型的元件是批量制造的，并且被存储以便于随后获取并且根据客户的需要单个切割。 [0055] 如果光学性质的物质不期望保持在液态或者凝胶态，可以对其进行凝固处理，例如，在物质被沉积后的一个合适的阶段，进行加热或照射工序。 [0056] 因此，胞室15安置在两个透明的器件之间以保持光学性质的物质。这些器件各自包括底部层21和薄膜22。这些保持器件与光学元件10的表面平行，而胞室15被连接两个保持器件的壁18彼此分隔。区域Z4中的胞室的每个都具有至少一个间隔28，间隔28与保持器件21和22相接触。 [0057] 在本发明的该实施方式中，保持器件21和22共用数个胞室15，没有这点不能实施本发明。 [0058] 间隔28与对应的胞室的壁18相隔开，而且最好与壁18间隔一段距离。它们平行于元件的表面测量的厚度可小于5μm。因此，间隔28与胞室15中所包含的物质所带来的性质相比，不会明显地改变元件10的光学 性质。垂直于毛坯10的表面的间隔的高度在1μm和100μm之间，优选地，在1μm和10μm之间。有利地，间隔28与壁18的高度相同，以补齐(makeup)胞室组。 [0059] 可选地，间隔28和/或壁18可以由吸收材料制成。在本发明中，吸收材料意味着一种吸收至少部分可见光谱的材料，也即，具有在400nm到700nm之间的至少一个波长吸收带。有利地，根据本发明，在整个可见光谱区具有吸收带的材料是优选的。用于制成壁的材料可选地可以包含近红外区的光谱吸收带，也即高于700nm，和/或近紫外区，也即低于400nm。 [0060] 间隔28和壁18可以包含相同材料的各自的部分。可选地，间隔28可以是在区域Z4的胞室15中设置的附加器件。 [0061] 在图9所示的一个变例中，包括一组胞室25的光学元件10被制成柔性的透明薄膜27的形式。所述的薄膜27可以根据与上述内容相似的技术制成。在该情况中，薄膜27可以在一个平面支撑物上制成。 [0062] 薄膜27包括位于其厚度中并且填充了光学性质的物质的胞室25。胞室25位于薄膜厚度中的较低部分21和较高部分22之间。部分21和22由分隔相邻胞室的壁18，以及设置在最大的胞室中的间隔28所连接。壁18和间隔28都集成在薄膜27中。 [0063] 薄膜27例如在工业上以较大规模制造，以在方法步骤的成组执行中实现经济节约，然后，将其切割成合适的尺寸以转移到毛坯的基板16上。该转移可以通过粘结柔性薄膜，通过热力塑型薄膜，或在真空下物理粘附来完成。薄膜27随后可以接收如前例中的不同的涂层，或者转移到涂覆有上述一层或多层附加层的基板16上。 [0064] 在本发明的一个应用领域中，胞室15中引入的光学物质的性质与其折射率相关。沿着元件10的表面调整物质的折射率以获取矫正镜片。在本发明的第一变例中，可以通过在胞室组15的制造过程中引入具有不同折射率的物质以获取调整。例如，胞室15中包含的物质可以是在胞室之间以不同比例混合的液体组成的。特别地，如果选择胞室中所包含的物质，使镜片11的光功率(power)沿着其子午线变化，则获取的镜片11可以是渐进的镜片。 [0065] 基于在毛坯10表面光功率和散光的理想的分布，可以以已知的方式来从中推断胞室15中包含的物质的折射率的分布。为了精确地获取理想的光功率和散光分布，优选地可以根据确定的折射率的变化来改变胞室15的尺寸。例如，在毛坯10的折射率有较大梯度的位置，胞室15可以较小，且平行于基板16的表面；而在毛坯10的折射率梯度较低的位置，胞室15可以较大。因而可以达到以下两者之间的折中，特别是获取矫正屈光异常的精确性以及在胞室较大的区域用合适的物质填充胞室15的简易性之间的折中。 [0066] 在本发明的另一个变例中，可以通过在胞室15中引入一种物质而获取调整，该物质的折射率可以随后在照射下改变。因此矫正光学功能可以通过将毛坯10或镜片11在沿着表面具有不同能量的光下曝光而实现，以获取用于矫正佩戴者视力的理想的折射率分布。该光通常由激光器产生，写入装置与用于刻录CD-ROMs或者其他光学存储介质的装置类似。感光物质曝光时间的多少取决于激光器的功率和/或曝光时间的调整。 [0067] 在本发明中使用的物质中，可以是介孔材料、液晶和盘状(discotic)元件。例如，液晶可以例如由照射引起的聚合反应而固定。它们因此可以固定在一个选择的状态，用以对通过它们的光波引入预先设定的光学延迟。在介孔材料的情形中，材料的折射率可以通过改变其孔隙率而进行控制。另一种可能性是使用光敏聚合物，光敏聚合物的一个公知的特性是在辐射引起的聚合作用中能够改变折射率。折射率的改变来源于材料密度的变化，以及化学结构的变化。优选地，使用在聚合反应中体积仅发生微小改变的光敏聚合物。 [0068] 在本发明的另一个应用中，以液态或凝胶态形态引入胞室中的物质具有光致变色特性。在该应用中用到的物质可以是光致变色化合物，其包括例如为螺噁嗪(spirooxazine)、螺(吲哚啉-[2，3′]-苯并噁嗪)、苯并吡喃、螺噁嗪均相金刚烷(Homoazaadamantane spirooxazines)、螺芴(杂环-(2H)-苯并吡喃)(spirofluorene-(2H)-benzopyrane)、或萘并[2，1-b]-吡喃环的中心单元(central motif)。上述物质在专利申请和专利FR2763070，EP 0676401，EP 0489655，EP 0653428，EP 0407237，FR 2718477，US 6,281,366或EP 1204714中特别有所描述。 [0069] 光学性质的物质也可以是可改变光传播速率的染料或者颜料。对于光吸收性质，优选地将该吸收物质平行于镜片的表面变化，和/或者使该吸收物质依赖于光的偏振而改变。 [0070] 为了生产具有偏振光学性质的光学镜片，光学元件的胞室可以包括与染料相结合的液晶。 |
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