Оптическая заготовка, часть оптического устройства, оптическое устройство (варианты) и способ его изготовления - RU2178576C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к оптическому устройству, имеющему градиент оптического увеличения, и более конкретно к оптическому устройству, имеющему оптическую заготовку со множеством вложенных одна в другую концентрических сферических частей, сформированных на поверхности заготовки.

Термин "оптическое устройство" включает частично обработанные заготовки для линз, линзы с одним фокусом или линзы со многими фокусами и полностью обработанные оптические линзы, объединяя широкий спектр известных конструкций линз. Такое оптическое устройство, как линза с постепенным приростом увеличения, является предпочтительным в отношении бифокального оптического устройства, так как оптическое устройство с постепенным приростом увеличения обеспечивает канал, в котором добавляемое оптическое увеличение меняется непрерывно, в то же время давая дополнительно только относительно низкий уровень астигматизма, так чтобы качество изображения, сформированного с помощью зоны перехода, оставалось приемлемым. Кроме того, передняя поверхность оптического устройства с постепенным приростом увеличения остается непрерывной и гладкой, в результате чего переходная зона остается по существу незаметной. Эта переходная зона от одного сагитального радиуса кривизны к меньшему радиусу неизбежно вводит различие между сагитальным радиусом кривизны и тангенциальным, которое проявляется как нежелательный астигматизм. Для того чтобы иметь удачную оптическую конструкцию с постепенным приростом увеличения, важно минимизировать нежелательный астигматизм вдоль центральной меридиональной линии, которая подсоединяет главную опорную точку к центру зоны прироста оптического увеличения. Ранее подход к этой проблеме был аналитическим с использованием конечного элементного анализа. Предлагались конструкции с постепенным приростом увеличения, реализующие одну или более связующих линий. Сплайны, так же как и конические секции, применялись для моделирования поверхностной геометрии. Современные конструкции оптических устройств с постепенным приростом увеличения имеют недостатки, присущие методологии выбранной конструкции, т. е. узкий канал постепенного прироста увеличения, в котором нежелательный астигматизм удерживается на уровне менее чем 0,25 дптр, появление нежелательного астигматизма на периферии оптического устройства, который уменьшает поле зрения, существование рефракционных ошибок, и т. п.

Градиенты показателя преломления первоначально были использованы для того, чтобы разработать изменение сферического оптического увеличения. Например, Guilino (патенты США NN 4.240.719, 5.148.205 и 5.042.936) в процессе, уникальным образом применимом к неорганическому стеклу, описывает формирование непрерывных градиентов показателя преломления (n = f(z)) для конструирования непрерывной поверхности с постепенным приростом увеличения, в которой градиент вводится за счет ионной имплантации или помещения оптического устройства в раствор, способный диффундировать тяжелые ионы в материал оптического устройства. Guilino показал, что возможно уменьшить разницу между сагитальными и тангенциальными радиусами кривизны, в то же время меняя скорость изменения сагитального радиуса кривизны за счет введения дополнительной функции, которая регулирует изменение показателя преломления сагитально. Однако нежелательный астигматизм не исключается, и рефракционные ошибки проявляются при относительно низких значениях угла зрения, потому что конструкция градиента показателя преломления, так же как и процесс достижения градиента показателя преломления, производят плоские поверхности с постоянными показателями преломления (т. е. n(z) = f(z)) для того, чтобы достичь непрерывной поверхности с непрерывными первой и второй производными по отношению к сагитальной глубине.

В соответствии с настоящим изобретением раскрывается оптическое устройство со многими фокусами, являющееся увеличивающим с постепенным приростом естественным образом, которое исключает нежелательный астигматизм. Оптическое устройство с постепенным приростом увеличения имеет оптическую заготовку с базовым сферическим оптическим увеличением, промежуточным слоем смолы (полимерной) и вышележащим слоем смолы. Зона прироста оптического увеличения оптической заготовки имеет ряд вложенных друг в друга в существенной степени концентрических сферических частей, сформированных в виде поверхности оптической заготовки и имеющих постепенно изменяющиеся последующие радиусы. Область поверхности оптической заготовки, имеющая сферические части, покрыта тонким непрерывным промежуточным слоем полимерной смолы. Смола в промежуточном слое имеет показатель преломления, который не более чем приблизительно на 0,05 единиц выше, чем показатель преломления материала оптической заготовки. Вышележащий слой наносится так, что он примыкает к промежуточному слою для восстановления кривизны оптического устройства. Вышележащий слой имеет требуемый показатель преломления, поэтому итоговая поверхность является непрерывной с зоной дистанционного оптического увеличения обработанного оптического устройства и имеет тот же самый радиус кривизны, что и зона дистанционного оптического увеличения обработанного оптического устройства.

Фиг. 1 представляет собой поперечное сечение оптического устройства в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 2 представляет собой вид сверху оптической заготовки.

Фиг. 3 представляет собой поперечное сечение вышележащего слоя из частично полимеризованной смолы, прикрепленного к шаблону.

Фиг. 4 представляет собой поперечное сечение другого варианта реализации оптического устройства в соответствии с настоящим изобретением.

Как иллюстрируется на фиг. 1 и 2, оптическое устройство 10 в соответствии с настоящим изобретением включает ряд сферических частей 20, сформированных на оптической заготовке 30, в котором сферические части 20 имеют постепенно изменяющиеся радиусы кривизны. Сферические части 20 покрыты тонким, промежуточным слоем смолы 40. Вышележащий слой 60 затем наносится на промежуточный слой 40 для формирования сферических секций 50, причем каждая сферическая секция 50 определяется сферической частью 20 и соответствующей частью внешней поверхности вышележащего слоя 60. Показатели преломления каждой сферической секции 50 выше, чем показатель преломления оптической заготовки 30. Эта структура, как ожидалось бы обычно, обеспечивала бы постепенный градиент в сферическом оптическом увеличении оптического устройства и, как ожидалось бы, проявляла бы ряд линий, аналогичный линиям линзы с тремя фокусами, получаемой за счет плавления. Однако в настоящем изобретении изменение сферического оптического увеличения в зоне прироста оптического увеличения регулируется за счет вариации постепенного изменения радиусов кривизны отдельных сферических секций 50, показателя преломления промежуточного слоя смолы 40 и вышележащего слоя смолы 60, используемых для создания зоны прироста оптического увеличения. Преобразование сферического оптического увеличения осуществляется непрерывно, и границы между близлежащими сферическими частями 20 являются скрытыми за счет нанесения на всю сформированную поверхность промежуточного слоя смолы 40, имеющего показатель преломления, который является максимальным, и оказывается приблизительно на 0,05 единиц выше, чем показатель преломления оптической заготовки 30. Таким образом, градиент показателя преломления обнаруживается между оптической заготовкой 30 и вышележащим слоем смолы 60. Центры кривизны сферических частей 20 выбираются вдоль кривой, сконструированной так, чтобы минимизировать перемещение изображения относительно его местоположения при его формировании за счет главной опорной точки.

Сферические части 50 обеспечивают гладкий переход между базовым и добавляемым оптическим увеличением оптического устройства. Для наилучших результатов каждая сферическая секция 50 изменяет сферическое оптическое увеличение близлежащей сферической секции 50 на величину приблизительно от 0,03 до 0,05 дптр, хотя могут быть приемлемыми шаги вплоть до приблизительно 0,06 дптр каждый. Благодаря наличию градиента показателя преломления между промежуточным слоем смолы 40 и вышележащим слоем 60 профиль сферического оптического увеличения обработанного оптического устройства 10 имеет внешний вид гладкой возрастающей функции и не обнаруживает дискретных скачков сферической оптической силы. Если полный прирост оптического увеличения приблизительно в 3 дптр должен быть осуществлен внутри канала размером 12 мм, то каждая сферическая секция должна иметь ширину приблизительно 0,12 - 20 мм. Разность высот прогиба для шагов в 0,03 дптр, представляемых соседними сферическими секциями шириной 0,12 мм, составляет приблизительно 5 мкм. Максимальная глубина углубления для вышележащего слоя смолы 60 составляет около 500 мкм для зоны прироста оптического усиления 3,00 дптр. Глубина углубления зависит от показателя преломления промежуточного слоя смолы 40, показателя преломления оптической заготовки 30, добавляемого оптического усиления, которое требуется осуществить и длины канала, задаваемой оптической конструкцией для обеспечения изменения сферического оптического усиления, и размера зоны прироста оптического увеличения.

Поверхность сферических частей 20 покрыта промежуточным слоем смолы 40, который имеет показатель преломления приблизительно от 0,03 до 0,05 единиц выше, чем показатель преломления материала оптической заготовки 30. Толщина промежуточного слоя смолы 40 будет составлять около 1-2 мкм. Промежуточный слой смолы 40 является частично полимеризованным для того, чтобы сконструировать непрерывное покрытие поверх границ сферических секций 20. Промежуточный слой 40 также обнаруживает градиент показателя преломления с вышележащим слоем смолы 60 и, таким образом, делает границу раздела между двумя слоями существенно незаметной. Вышележащий слой смолы 60 полимеризуется для того, чтобы развивать механические, оптические и тепловые свойства, требующиеся для предшествующей поверхности итогового оптического устройства 10.

Способ в соответствии с настоящим изобретением может быть использован для конструирования переходной зоны, тянущейся от 10 до 15 мм, завершающейся в зоне прироста оптического увеличения, которая может превышать 25 мм в диаметре. В соответствии с одним подходом переходная зона является сферически симметричной, т. е. длина переходной зоны будет одной и той же на всех меридианах. В соответствии со вторым подходом можно изменять длину или геометрию переходной зоны на периферии линзы и ее можно сделать короче на носовой стороне. Так как переходная зона укорачивается, интенсивность изображения для промежуточных значений оптического увеличения уменьшается. Однако будет обеспечиваться лучшее разрешение изображения, чем для традиционных конструкций, так как астигматизм будет небольшим, если таковой вообще будет иметь место.

Сферические части 20 на оптической заготовке 30 могут быть сформированы с помощью множества известных методик, таких как механическая обработка оптической заготовки или изготовление оптической заготовки по шаблону, использующее шаблон, обладающий необходимыми контурами поверхности. Части 20 также могут протравливаться на поверхности с помощью множества методик, включающих химические (например, лазер) процессы или процессы травления с помощью плазмы.

Если оптическое устройство является обработанной (сферической, асферической или торической) однофокусной линзой, градиент показателя преломления может быть создан на любой поверхности оптического устройства. С другой стороны, оптическое устройство может представлять собой частично обработанную заготовку, которая может обеспечивать градиент показателя преломления на передней поверхности заготовки. В этом случае последующая поверхность может быть основанием по отношению к рекомендации, как делается с традиционными линзами с постепенным приростом увеличения. С другой стороны, последующая поверхность может быть основой по отношению к требуемой сферической коррекции, и торическое оптическое увеличение может быть получено при литье с использованием шаблона, имеющего согласование базовой кривизны и заданной торической кривизны, как описано ниже.

В соответствии с предпочтительным вариантом реализации изобретения вышележащий слой смолы 60 создается как слой, прикрепленный к шаблону 70, как показано на фиг. 3. Шаблон 70 может быть либо многократного использования, либо одноразового использования. Вышележащий слой 60 является частично полимеризованным и включает компоненты, которые являются многофункциональными, поэтому формируется гель, не являющийся поперечно сшитым, имеющий температуру стеклования в диапазоне приблизительно 20-65^oC и предпочтительно в диапазоне около 40-50^oC. Дополнительные компоненты, принимающие участие в полимеризации, диффундируют в слой смолы, чтобы провести дальнейшую полимеризацию и поперечное сшивание слоя смолы, повысить температуру стеклования до значения, превышающего 75^oC, довести показатель преломления до его конечного заданного уровня и сделать предшествующую поверхность устойчивой к исцарапыванию. Процесс повторной полимеризации может быть инициирован воздействием тепла, света или обоих этих факторов. Дополнительный компонент, принимающий участие в полимеризации, может представлять собой дипентоэритритпентакрилат или любой из множества подходящих компонентов, способных к полимеризации, таких, как ди- или трифункциональные метакрилаты или акрилаты.

В другом предпочтительном варианте реализации изобретения частично обработанные заготовки или однофокусные линзы, которые являются сферическими и имеют градиенты показателя преломления, могут быть изготовлены и храниться в больших пакетах, включая градиенты показателя преломления на предшествующей (выпуклой) поверхности, развивающиеся вдоль любого меридиана. Эти оптические устройства включают все возможные комбинации сферического оптического увеличения и добавляемого оптического увеличения, необходимые для обслуживания существенной части зрения населения, для которого требуется коррекция зрения, например, 287 сохраняемых единиц (skus) для охвата диапазона сферического оптического увеличения от +4,00 до -4,00 дптр и диапазона добавляемого оптического увеличения от 1,00 до 3,00 дптр. Сферическое оптическое увеличение изменяется за счет изменения предшествующей (выпуклой) кривой в этих оптических устройствах и в то же время за счет сохранения последующей (вогнутой) кривой, фиксированной внутри широкого диапазона сферического оптического увеличения. Например, может быть возможно охватить диапазон от +4,00 до -4,00 дптр за счет использования трех последующих (вогнутых) кривых. Оптические устройства затем обрабатываются в соответствии с предписанием путем получения требуемого торического оптического увеличения за счет литья на последующей поверхности с учетом необходимости установления торической оси в соответствии с предписанием. Торическое оптическое увеличение получается при литье за счет размещения выпуклой стороны торического шаблона внизу на вогнутой поверхности оптического устройства. Шаблон выбирается для согласования его базовой кривой с последующей кривой оптического устройства. Торическая ось шаблона устанавливается под заданным углом для требуемого предписания, перед заполнением пространства между шаблоном и оптическим устройством составом на основе полимеризуемой смолы. Эта смола последовательно полимеризуется для формирования требуемой торической кривой на вогнутой поверхности оптического устройства.

Градиенты показателя преломления также могут быть использованы для разработки по существу незаметных бифокальных линз или линз с тремя фокусами, в которых линия сегмента является видимой слева, но радиальная линия, очерчивающая зону добавляемого оптического увеличения, представляется по существу незаметной. Как показано на фиг. 4, однофокусная линза или частично обработанная заготовка 80 обрабатываются механическим способом для формирования углубления 90, необходимого для создания зоны добавляемого оптического увеличения. Углубление 90 покрывается тонким (приблизительно 2-3 мкм) промежуточным слоем смолы 100, имеющим показатель преломления, который приблизительно на величину от 0,03 единиц до 0,05 единиц выше, чем показатель преломления частично обработанной заготовки 80. Этот тонкий промежуточный слой 100 затем полимеризуется на месте. Промежуточный слой смолы 100 формирует непрерывное покрытие на краю углубления 90. Вышележащий слой смолы 110 отливается над полимеризованным промежуточным слоем 100, восстанавливая предшествующую кривизну оптического устройства 120 и формируя зону добавляемого оптического усиления. Промежуточный слой смолы 100 может быть оставлен частично полимеризованным для того, чтобы создать градиент показателя преломления с вышележащим слоем 110.

Формирование градиента показателя преломления в оптическом устройстве иллюстрируется с помощью следующего примера.

ПРИМЕР
Создается сферическая линза, выполненная из диэтиленгликоля-бис-аллил-карбоната (CR-39^TM), имеющая оптический диаметр 76 мм, кривизну вогнутости 4,10 дптр, кривизну выпуклости 6,10 дптр, толщину края 0,7 мм, не имеющая торического оптического увеличения и имеющая измеряемое оптическое увеличение в оптическом центре, равное 2,03 дптр. Линза устанавливается на блоке и механическим способом обрабатывается на предшествующей (выпуклой) поверхности для получения ряда 150 сферических частей, каждая из которых имеет ширину около 90 мкм. Первая сферическая часть имеет кривизну 5,94 дптр, и последняя сферическая часть имеет кривизну -2,00 дптр. Последняя сферическая часть имеет меридиональную длину 25 мм. Изменение в кривизне между двумя соседними сферическими частями составляет 0,055 дптр. Затем эта линза устанавливается на держателе в камере ультразвукового напыления, которая полностью заполняется сухим азотом. Для формирования промежуточного слоя смолы линза подвергается напылению способного к фотополимеризации мономера смолы, которое генерируется ультразвуковым способом. Показатель преломления жидкой смолы перед полимеризацией составляет 1,51, а после полимеризации составляет 1,54. Размер капли тщательно контролируется для того, чтобы он составлял приблизительно 1,0 мкм. Толщина наносимого покрытия составляет приблизительно 2 мкм. Промежуточный слой подвергается воздействию ультрафиолетового излучения в диапазоне длин волн 360-380 нм и частично полимеризуется около 2 секунд.

Линза с нанесенным покрытием затем приводится в контакт со стеклянным шаблоном, имеющим кривизну вогнутости, равную 6,00 дптр. Шаблон является прозрачным для ультрафиолетового излучения в диапазоне длин волн 350 - 400 нм. Пространство между линзой и шаблоном заполняется составом на основе способного к фотополимеризации мономера смолы с показателем преломления 1,58 перед полимеризацией. Указанный состав полимеризуется для формирования вышележащего слоя из отвержденной смолы, имеющего показатель преломления 1,60. Установка для отливки в форму размещается в фотоотверждающей камере и подвергается воздействию ультрафиолетового излучения в диапазоне длин волн 360-340 нм. Когда полимеризация вышележащего слоя смолы завершается, установка для отливки в форму удаляется из камеры, и происходит извлечение из формы. Результирующая линза является линзой с постепенным приростом оптического увеличения, имеющей базовое оптическое увеличение 2,03 дптр, и добавляемое оптическое увеличение, равное 2,00 дптр, с зоной добавляемого оптического увеличения 25 мм в диаметре и длиной канала 13,5 мм.

Состав для получения смолы, образующий промежуточный слой, состоит из диэтилгликольбисаллилкарбоната, 65% в отношении массы к объему, алкоксилированного алифатического сложного эфира диакриловой кислоты, 12% в отношении массы к объему, фурфурилакрилата, 12% в отношении массы к объему, диакрилат этоксилированного бисфенола А, 9% в отношении массы со стеклянным шаблоном, имеющим кривизну вогнутости, равную 6,00 дптр. Шаблон является прозрачным для ультрафиолетового излучения в диапазоне длин волн 350 - 400 нм. Пространство между линзой и шаблоном заполняется составом на основе способного к фотополимеризации мономера смолы с показателем преломления 1,58 перед полимеризацией. Указанный состав полимеризуется для формирования вышележащего слоя из отвержденной смолы, имеющего показатель преломления 1,60. Установка для отливки в форму размещается в фотоотверждающей камере и подвергается воздействию ультрафиолетового излучения в диапазоне длин волн 360-340 нм. Когда полимеризация вышележащего слоя смолы завершается, установка для отливки в форму удаляется из камеры, и происходит извлечение из формы. Результирующая линза является линзой с постепенным приростом оптического увеличения, имеющей базовое оптическое увеличение 2,03 дптр и добавляемое оптическое увеличение, равное 2,00 дптр, с зоной добавляемого оптического увеличения 25 мм в диаметре и длиной канала 13,5 мм.

Состав для получения смолы, образующий промежуточный слой, состоит из диэтилгликольбисаллилкарбоната, 65% в отношении массы к объему, алкоксилированного алифатического сложного эфира диакриловой кислоты, 12% в отношении массы к объему, фурфурилакрилата, 12% в отношении массы к объему, диакрилат этоксилированного бисфенола А, 9% в отношении массы к объему и фотоинициатора, 2% в отношении массы к объему. Состав для получения смолы, образующий вышележащий слой, состоит из диакрилата этоксилированного бисфенола А, 51% в отношении массы к объему, стирола, 20% в отношении массы к объему, сложного эфира диакриловой кислоты, 12% в отношении массы к объему, триакрилат алкоксилированного пропана, 15% в отношении массы к объему, фотоинициатора, 2% в отношении массы к объему.

Реферат

Изобретение относится к офтальмологии. Технический результат изобретения заключается в создании многофокусного оптического устройства, которое исключает нежелательный астигматизм. Оптическое устройство имеет оптическую заготовку, в которой радиус кривизны поверхности изменяется за счет формирования дискретных сферических частей поперек поверхности. Тонкий промежуточный слой, имеющий показатель преломления, отличный от показателя преломления оптической заготовки, наносится поверх сформированной поверхности оптической заготовки. Оптическая заготовка, имеющая тонкий промежуточный слой, затем покрывается вышележащим слоем полимерной смолы, который восстанавливает кривизну оптического устройства. Каждая сферическая секция, определяемая сферическими частями и соответствующими частями внешней поверхности вышележащего слоя, изменяет сферическое оптическое увеличение соседней сферической секции на величину от 0,03 до 0,05 дптр. 5 с. и 23 з. п. ф-лы, 4 ил.

Формула