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HINTERGRUND
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Diese
Erfindung betrifft eine Kontaktlinse mit sichtbaren Markierungskennzeichen.
Insbesondere betrifft diese Erfindung eine Kontaktlinse mit sichtbaren
Markierungskennzeichen, die durch ein Laserätzsystem erzeugt werden, und
Verfahren zur Herstellung der Markierungen.
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Eine
Vielzahl von Verfahren ist bekannt zum Anbringen von Markierungskennzeichen
auf Kontaktlinsen. Diese Techniken beinhalten im Allgemeinen entweder
Auftragen einer Markierung direkt auf die Kontaktlinse, oder für gießgeformte
Kontaktlinsen, Anordnen einer Inversionsmarkierung auf dem Formeinsatz
oder Formgießbecher,
sodass die Markierung auf der Linse während des Gießformvorgangs reproduziert
wird. Typischerweise werden die Markierungskennzeichen verwendet,
um die Herkunft der Linse zu identifizieren, um eine spezifische
Orientierung in einer asymmetrischen Linse zu identifizieren, oder
um die Vorder- oder Oberfläche
der Linse zu identifizieren.
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Ein
solches Verfahren zur Herstellung einer Inversionsmarkierung beinhaltet
die Verwendung einer elektrischen Entladung, um die Markierung in
einen Metallformeinsatz zu brennen. Die Elektroden werden zu der
entsprechenden Markierung geformt und eng an den Formeinsatz angeordnet,
wobei eine elektrische Entladung die Markierung in die Oberfläche des
Einsatzes schmilzt. Die Größe und Form
der Buchstaben in der Markierung sind durch den minimalen Radius
von 0,10 mm, der mit Drahtschneideelektroden möglich ist, begrenzt. Die elektrische
Entladung kann feuergefährlich
sein und die Ausrüstung muss
mit Löschgeräten ausgestattet
sein.
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Ein
weiteres Verfahren zur Herstellung der Markierungen besteht in der
Verwendung eines Diamantnadelgravierers, um die Markierung in die
Oberfläche
des Formeinsatzes zu schneiden. Einige Schwierigkeiten mit dieser
Technik sind, dass aufgrund der Schwierigkeit, den Bogen des Schneidwerkzeugs
mit der gekrümmten
Oberfläche
des Einsatzes in eine Flucht zu bringen, die Tiefe des Eindringens
nicht gleichförmig
ist. Auch ist das Profil der Markierung durch die Form des Schneidwerkzeugs begrenzt.
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Andere
Techniken zum Anbringen von Kennzeichen auf Kontaktlinsen, entweder
direkt oder indirekt durch das Markieren des Formeinsatzes, schließen Drucken
einer sichtbaren Markierung auf der Linse, Färben einer sichtbaren Markierung
auf der Linse, Anordnen von sphäro-zylindrischen,
optischen Markierungselementen auf der Linse, chemisches Ätzen der
Markierung auf dem Formeinsatz und Laserschreiben einer Markierung
in den Formeinsatz ein.
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EP 0 974 872 A1 offenbart
eine Kontaktlinse, umfassend eine Identifizierungsmarkierung auf
der Vorderoberfläche
der Linse. Die Identifizierungsmarkierung umfasst Löcher, die
in die Linsenoberfläche eingedrückt sind,
wobei die Löcher
eine konkave Oberfläche
am Boden der Löcher
aufweisen.
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EP 0 601 857 A1 offenbart
ein Verfahren zur Herstellung der Oberfläche einer ophthalmischen Linse
durch Bestrahlung mit einem Laserstrahl.
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Es
gibt hier noch Raum für
die Verbesserung von neuen Herstellungstechniken bezüglich Sichtbarkeit,
Wirtschaftlichkeit, Trägerkomfort,
Leichtigkeit der Herstellung und Herstellungssicherheit.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung ist auf ein Verfahren zur Herstellung einer Inversionsmarkierung
auf einer gießgeformten
Kontaktlinse, wie in Anspruch 1 definiert, gerichtet. In einem Aspekt
dieser Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Kontaktlinse
mit sichtbaren Markierungskennzeichen auf der Linse bereitgestellt.
Die Markierungskennzeichen schließen eine Vielzahl von Vertiefungsflecken
mit Seitenwänden ein.
Die Fläche
der maximalen Tiefe der Vertiefungsflecken ist im Allgemeinen an
die Seitenwände
um den Durchmesser des Flecks angenähert. Die Vertiefungsflecken
schließen
auch eine im Wesentlichen konvexe Bodenfläche ein. Die konvexe Bodenfläche hat
eine mittige Oberfläche
mit einer flacheren Tiefe als die maximale Tiefe des Vertiefungsflecks.
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In
einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung
einer gussgeformten Inversionsmarkierung in Kontaktlinsen bereitgestellt. Dieses
Verfahren schließt
Formen einer Vielzahl von Vertiefungsflecken in einem vorbestimmten
Muster in einem Metallformeinsatz ein. Vorzugsweise haben die Vertiefungsflecken
eine im Wesentlichen konvexe Bodenfläche. Das Verfahren verläuft durch
Spritzgießformen
von thermoplastischen Gießbechern
mit den Formeinsätzen
und anschließend
Gießen
einer Kontaktlinse mit den Gießbechern.
Durch dieses Verfahren werden Vertiefungsflecken in dem vorbestimmten
Muster in den Formeinsatz als erhöhte Flecken auf den Gießbecher
reproduziert, die dann als sichtbare Vertiefungsflecken in dem vorbestimmten Muster
auf der Kontaktlinse vorliegen.
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Diese
Erfindung stellt weiterhin in einem dritten Aspekt ein Verfahren
zur Herstellung einer gießgeformten
Inversionsmarkierung in einem Kontaktlinsenformeinsatz bereit. Das
Verfahren schließt
den Vorgang des Bereitstellens eines Metallformeinsatzes, der zur
Herstellung von Kontaktlinsengießbechern verwendet wird, Legen
einer Lasermaske über den
Einsatz, die eine Anordnung von Löchern aufweist, ein. Dann verläuft das
Verfahren durch Projizieren von einem oder mehreren Laserstrahlimpulsen
durch die Maske, um Vertiefungsflecken in der Oberfläche des
Einsatzes zu maskieren. Das Verfahren schließt weiterhin Abrastern des
Einsatzes und der Maske, synchron bezüglich der Laserstrahlimpulse,
ein, wodurch sich die Inversionsmarkierung auf dem Formeinsatz bildet.
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Diese
Erfindung hat den Vorteil des Bereitstellens einer sehr sichtbaren
Markierung auf einer feuchten Hydrogelkontaktlinse, die sichtbar
ist, wenn die Linse gehandhabt wird, und, wenn auf dem Auge getragen,
kann die Markierung durch einen Augenpflegefachmann leicht gesehen
werden. Darüber
hinaus müssen
keine zusätzlichen
Materialien, wie Druckfarben oder Farbstoffe, zu der Linse gegeben werden,
um die Sichtbarkeit der Markierungen zu erhöhen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1A und 1B zeigen
eine Draufsicht bzw. eine seitenerhöhte Ansicht einer Kontaktlinse mit
Inversionsmarkierungen, die an dem Umfang der Linse gemäß der vorliegenden
Erfindung angeordnet sind.
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1C und 1D zeigen
eine vergrößerte Draufsicht
der Inversionsmarkierungen auf der Kontaktlinse, die in 1A angegeben
ist.
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2 zeigt
eine perspektivische Interferenzmikroskopnahaufnahme einer Inversionsmarkierung an
einem Formeinsatz.
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3 zeigt
ein computerverstärktes,
perspektivisches Bild von einem einzelnen Vertiefungsfleck.
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4A und 4B zeigen
jeweils ein stilisiertes Profil von einem Vertiefungsfleck auf einer Oberfläche eines
metallischen Einsatzes.
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5 zeigt
ein Laserätzsystem,
das einen Laserstrahl auf die Oberfläche des Formeinsatzes projiziert.
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6 zeigt
eine Ausführungsform
einer Lasermaske zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Verfahren.
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7 und 8 gibt
zwei Schichten einer Lasermaske zur Verwendung in der vorliegenden
Erfindung an.
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9 gibt
eine alternative Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Markierungsmusters
an.
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10 gibt
ein stilisiertes Profil einer alternativen Ausführungsform von einem Vertiefungsfleck auf
einer Oberfläche
eines Metalleinsatzes an.
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11 gibt
eine Draufsicht auf eine Kontaktlinse mit einer Orientierungsmarkierung
und Bezugsmarkierung, die erfindungsgemäß hergestellt wurden, an.
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12 gibt
das Detail der Orientierungsmarke von 11 aus
der Nähe
an.
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13 gibt
eine Draufsicht auf eine Kontaktlinse mit einer maschinenlesbaren
Informationsmarkierung an.
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BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
IM EINZELNEN
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1A und 1B geben
eine Kontaktlinse 10 gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung an. Die Kontaktlinse schließt sichtbare
Inversionsmarkierungen 12, die am Umfang der Linse, vorzugsweise
auf der Oberfläche
der Linse, angeordnet sind, ein. Diese Inversionsmarkierungen liegen
in Form von Buchstaben „WJ" in umgekehrtem Bild, das
in die Linse gussgeformt wurde, vor. Die Buchstaben „W" und „J" wurden aus einer
Gruppenanordnung von Vertiefungsflecken oder Markierungen in der
Linse hergestellt. Wie aus der nachstehenden Beschreibung deutlich
wird, werden diese Vertiefungsflecken in der Kontaktlinse während des üblichen
Verlaufs eines herkömmlichen
Linsengießformverfahrens
gebildet.
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1C gibt
eine vergrößerte Ansicht
der Inversionsmarkierungen 12, die auf der Kontaktlinse 10 in 1A gezeigt
werden, an. Die Inversionsmarkierung umfasst eine Anordnung von
Vertiefungsflecken 14, die angeordnet sind, um umgekehrte
Buchstaben „J" und „W" zu bilden. Die Buchstaben
auf der Kontaktlinse haben eine Höhe von etwa 2,0 mm. Die Gruppe
der zwei Buchstaben hat eine kombinierte Breite von etwa 3,5 mm.
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1D gibt
eine vergrößerte Ansicht
des oberen Teils des Buchstabens „J" an, wie in 1C gezeigt.
Die jeweiligen Vertiefungsflecken 14 sind in dieser Ansicht
sichtbarer. Die Flecken 14 werden entlang der Linie A-A
kegelstumpfartig, was die Seite des Buchstabens „J" bildet. Die Kanten wurden durch die
Verwendung einer Zwei-Schicht-Maske – einer ersten Schicht mit
einer Anordnung von Löchern
und einer zweiten Schicht mit einer Außenlinie von dem Buchstaben „J" – in dem Laserätzverfahren,
das nachstehend in Verbindung mit dem Verfahren beschrieben wird,
kegelstumpfartig, um die erfindungsgemäße Linse herzustellen.
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Das
in der vorliegenden Erfindung angewendete Kontaktlinsengießformverfahren
ist im Stand der Technik gut bekannt. Das bevorzugte Herstellungsverfahren
verwendet Metallformeinsätze.
Ein Paar von Formeinsätzen
kann viele thermoplastische Einspritzgießformgießbecher bereitstellen; wohingegen
jedes Paar von Gießbechern
im Wesentlichen nur einmal verwendet wird, um eine einzelne Kontaktlinse
zu gießen.
In diesem Verfahren sind die thermoplastischen Gießbecher
in den Metalleinsatzformen spritzgießgeformt. Ein Paar von Bechern
wird im Verlauf des Verfahrens verbunden, um einen Gießhohlraum
zu bilden. Der durch das Verbinden der Gießbecher gebildete Gießhohlraum
wird geöffnet,
dann mit Monomer gefüllt
und dann geschlossen. Das Monomer wird dann gehärtet und polymerisiert, um
eine Linse zu bilden, die aus den Gießbechern entfernt wird und
weiter verarbeitet wird, um das Endprodukt, eine weiche Hydrogelkontaktlinse, zu
ergeben.
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Die
Gießbecher
können
aus einem beliebigen thermoplastischen Material hergestellt werden, das
spritzgießgeformt
werden kann und das die fertige Gießlinse mit den erforderlichen
optischen Eigenschaften versieht. Die bevorzugten Materialien für Gießbecher
sind Polystyrol und Polypropylen. Um die Gießbecher spritzgießzuformen,
werden Metallwerkzeugeinsätze
der erforderlichen Konfiguration in eine Spritzgießformmaschine,
wie auf dem Fachgebiet gut bekannt, befestigt. Die Spritzgießformgießbecher
werden dadurch hergestellt, indem Reproduktionen der Metallformeinsätze invertiert
werden.
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Um
die erfindungsgemäßen Kontaktlinsen herzustellen,
werden die Inversionsmarkierungskonfigurationen auf der Oberfläche der
Metalleinsätze mit
einem Laser geätzt.
Um in dem anschließenden Spritzgießformverfahren
die Gießbecher
herzustellen, stimmt das thermoplastische Polymermaterial mit der
Form und den Abmessungen des Metalleinsatzes überein. Folglich müssen die
spritzgießgeformten
Gießbecher
einen erhöhten Teil
auf deren Oberfläche
aufweisen, der mit den Vertiefungsflecken in den Metallformeinsätzen übereinstimmt.
Bei dem anschließenden
Gießvorgang
für die
Kontaktlinsen schmiegt sich das reaktive Prepolymer, das in den
Gießbecherhohlraum
dosiert wird, an die Gießbecheroberfläche an.
Folglich hat die Linse nach der Polymerisation einen Vertiefungsteil
mit einer Konfiguration, die mit dem erhöhten Teil auf den Gießbechern übereinstimmt,
und den Vertiefungsteil repliziert, der in dem Metallformeinsatz
vorlag.
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2 schließt eine
Reproduktion von einem Interferenzmikroskopbild der Vertiefungsflecken 14 ein,
die in die Oberfläche
des Formeinsatzes geätzt wurden.
Das Interferenzmikroskopbild wurde unter Verwendung eines Interferenzmikroskops
von AG Elektro-Optics aufgenommen. Dieses Interferenzmikroskop ist
von AG Electro-Optics, Tarporly Cheshire, England, erhältlich.
Wie beobachtet werden kann, haben die Vertiefungsflecken im Allgemeinen eine
Kreisform mit steilen vertikalen Seitenwänden, die zu einer Fläche der
maximalen Tiefe des Flecks in den Formeinsatz eindringen. Von der
Fläche
der maximalen Tiefe, die sich radial einwärts bewegt, erhöht sich
der Boden des Vertiefungsflecks zu einer im Allgemeinen konvexen
Bodenfläche.
Die mittige Fläche
von einer Bodenoberfläche
ist im Allgemeinen bei einer flacheren Tiefe als die maximale Tiefe
am Durchmesser des Flecks. Wie aus der rechten Kante der Anordnung
beobachtet werden kann, wurden die Seiten 16 der Vertiefungsflecken
durch die Kante der Markierung auswärts entlang Linie A-A an einer
Maske auswärts
darüber
gelegen, wie später
beschrieben wird, kegelstumpfartig.
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3 gibt
eine dreidimensionale Kurve von einem repräsentativen Vertiefungsfleck 18 in
der Oberfläche
eines Formeinsatzes wieder. Dieser Vertiefungsfleck wurde mit einem
WYKO MT200 Interferenz-Mikroskop gemessen und das Bild wurde unter Anwendung
von WYKO Vision 32 Software analysiert. Diese Kurve zeigt
die Roheigenschaften einer Oberfläche, die durch das bevorzugte
erfindungsgemäße Verfahren
gebildet wird. Ohne sich an diese Erläuterung halten zu müssen, wird
angenommen, dass eine mögliche
Erklärung
für das
in 3 angegebene Oberflächenprofil ist, dass projizierendes
Laserlicht durch jede Öffnung
in der Maske die Laserlichtstrahlen um den Umfang von jedem projizierten Fleck
konzentriert. Dies erzeugt eine tiefere Tiefe 20 von dem
Vertiefungsfleck um den Umfang des Flecks. Brechungs- und Interferenzeffekte
tragen zu der Oberflächenrauhigkeit über die
projizierte Fläche der
Buchstaben bei. Einige geringe Mengen von Debris werden um die Kanten 22 von
dem Vertiefungsfleck in einer kraterartigen Weise aufgebaut. Die
mittige Fläche 24 des
Vertiefungsflecks hat einen allgemeinen Aufwärtssatz, um eine wesentlich
konvexe Bodenoberfläche
zu erzeugen. Der oberste Punkt der konvexen Bodenoberfläche liegt
jedoch typischerweise unter der Nominaloberfläche des Metalleinsatzes.
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Im
Gegensatz zu der in 3 gezeigten rauen Oberfläche geben 4A und 4B ein
stilisiertes „geglättetes" Profil von Vertiefungsflecken 26 und 28 auf
der Oberfläche
eines Formeinsatzes an. Obwohl nicht genau von einer einzelnen Vertiefungsmarkierung
wird das stilisierte Profil als repräsentativ für ein Oberflächenprofil,
das über
eine große
Anzahl von Vertiefungsflecken gemittelt wurde, angenommen. Unter
perfekten Bedingungen würde
dieses stilisierte Profil das ideale Erreichen eines Vertiefungsflecks
innerhalb des Umfangs dieser Erfindung sein. Jedoch ist ebenfalls
vorgesehen, dass Vertiefungsflecken mit rauen Oberflächen, wie
in 2 und 3 gezeigt, auch innerhalb des
Umfangs der vorliegenden Erfindung liegen. In 4A ist
die mittige Fläche 30 von
der konvexen Bodenoberfläche
unterhalb der Oberfläche
des Metallformeinsatzes, was als eine gepunktete Linie, die durch
null auf der vertikalen Skale verläuft, gezeigt wird. In 4B ist
die mittige Fläche 32 von
der konvexen Bodenoberfläche oberhalb
der Oberfläche
des Metallformeinsatzes. Ob die mittige Fläche von der konvexen Bodenoberfläche oberhalb
oder unterhalb der nominalen Oberfläche des Metallformeinsatzes
ist, wird als statistisches Artefakt des Verfahrens zur Herstellung
der Markierung angenommen. Folglich sind beide Ausführungsformen
innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung vorgesehen. In
beiden Fällen
ist die maximale Tiefe des Vertiefungsflecks in dem Formeinsatz
weniger als 10 μm
tief und die Bodenoberfläche
hat ein im Wesentlichen konvexes Profil. Vorzugsweise ist die maximale
Tiefe zwischen etwa 5 μm
und etwa 8 μm
tief.
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Da
die Inversionsmarkierung auf einer polymeren, gießgeformten
Kontaktlinse reproduziert wird, die später dem Quellen in ein Hydrogel
unterzogen wird, wird von der maximalen Tiefe des Vertiefungsflecks
in der hydratisierten Linse angenommen, dass sie mehr als die Tiefe
in dem Formeinsatz ist. Für
eine Kontaktlinse, die aus Netrafilconmaterial geformt wird, ist
das erwartete Quellen aufgrund Hydratation beispielsweise etwa 46
%. Somit würde
erwartet werden, dass die bevorzugte maximale Tiefe für den Fleck
in der Linse zwischen etwa 7,5 μm
und etwa 12 μm
unter der nominalen Oberfläche
der Linse liegt. Trotzdem können
Kontaktlinsen hergestellt werden, die nicht quellen, wie unter Verwendung
von „feucht
gegossenen" Null-Quell-Polymeren.
Für Linsen,
die aus diesen Materialien hergestellt wurden, würden die Abmessungen der Flecken
in den Formeinsätzen
modifiziert sein müssen,
um Abmessungen in den fertigen Kontaktlinsen ähnlich zu jenen zu erhalten,
die in den gequollenen Hydrogellinsen erhalten werden.
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Das
bevorzugte erfindungsgemäße Verfahren
beruht auf der Verwendung eines Laserstrahlsystems, wie eines Excimer-Lasers, YAG Lasers
oder Titan Saphir Laser, um die Vertiefungsflecken in dem Metallformeinsatz
zu ätzen.
Vorzugsweise werden Excimer-Laserstrahlsysteme in Verbindung mit
einer Maske und Rastertechniken verwendet. Vorzugsweise werden YAG-Laserstrahlsysteme
in Verbindung mit einer gesteuerten Strahleingravierungstechnik verwendet.
Im Fall des Anwendens eines Excimer-Lasers macht das Verfahren Verwendung
von der Energiedichteverteilung über
den Durchmesser eines Kreises der Maske von projiziertem Laserlicht. Dies
bedeutet, das Querschnittsprofil von einem Vertiefungsfleck, hergestellt
durch den Kreis von projiziertem Laserlicht auf einem Metallformeinsatz,
ist nicht eben. Der Kreisfleck hat einen Querschnitt, der tiefer
als der Umfang und ebener in der Mitte ist. Verglichen mit anderen
Verfahren, um eine Inversionsmarkierung auf einem Metallformeinsatz
zu erzeugen, ist dieses Verfahren kostengünstig und schnell. Es gibt
keine Brandgefahr durch eine elektrische Entladung. Es gibt keine
ungeordnete Dielektrik. Es gibt kein Problem mit der Ausrichtung,
das mit Mikroabtragung oder Diamantgravur verbunden ist. Das Ergebnis
des einzigartigen Querschnitts der Vertiefungsflecken besteht darin,
dass die Inversionsmarkierung leicht sichtbar ist, selbst wenn die
Vertiefungsflecken im Allgemeinen nur bei einer Tiefe von etwa 8
Mikrometern (0,008 Millimetern) in dem Formeinsatz vorliegen.
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Das
Lasersystem wendet vorzugsweise einen Excimer UV-gepulsten Laser, der bei einer Wellenlänge von
248 Nanometern arbeitet, an. Diese Laser sind Teil von einem Mikroabtragungssystem,
das von Exitech Limited, welches sich in Oxford, England, Vereinigtes
Königreich,
befindet, kommerziell erhältlich
ist. Diese Mikroabtragungssysteme sind unter verschiedenen Modellnummern:
M2000, Reihe 7000 und Reihe 8000, erhältlich. Es wird angenommen, dass
diese UV-Excimer-Laser durch Entfernen von Material aus dem Formeinsatz
durch „Ablation" wirken. Der Laserstrahlimpuls
schneidet die Oberflächenschicht
des Zielmaterials in sehr kleine Stücke, und dann werden die Stücke weggeblasen;
folglich sieht man die Rohoberflächeneigenschaften
auf den Mikroskopiebildern von 2 und 3.
Da nur ein kleiner Teil der UV-Energie in Wärme umgewandelt wird, gibt
es keinen Schmelzzusammenfluss zum Glätten der Oberfläche. Die
heraus gebrochenen Fragmente des Zielmaterials werden aufwärts und auswärts geschleudert,
was kraterartige Kanten um den Umfang von dem Vertiefungsfleck aufbaut.
Es wird angenommen, dass möglicherweise
etwas der Debris in die Mitte des Flecks fallen kann, oder dass weitere
Debris von dem Umfang, als der Mitte, geschleudert wird, wo durch
sie zu einer im Wesentlichen konvexen Bodenoberfläche beiträgt.
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Unter
Bezugnahme auf 5 wird ein typischer Aufbau
eines Excimer-UV-Laserstrahlsystems zum Ätzen eines Formeinsatzes gezeigt.
Beim Vorgang wird der Laserstrahl 34 nicht auf einen Fleck
fokussiert. Stattdessen wird der Strahl vorzugsweise als ein rechter
Winkel 20 Millimeter × 4
Millimeter im Quadrat zu einer Maske 38 fokussiert. Der
Laserstrahl 34 wird als ein Impuls aus der Quelle (nicht
gezeigt) emittiert. Der Strahl wird homogenisiert, kondensiert und
als eine rechtwinklige Form durch die zwei Schichten 36 und 38 von
einer Lasermaske fokussiert. Beispielsweise schließt in der
gezeigten Ausführungsform
die Lasermaske eine Schicht 36 mit einer Anordnung von
Kreislöchern
oder Öffnungen
und einer weiteren Schicht 38 mit der Außenlinie der
Buchstaben „W" und „J" ein. Masken wie
diese werden in 7 und 8 genauer
gezeigt. Alternativ kann eine einzige Schichtmaske, wie in 6 gezeigt,
verwendet werden.
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Nach
Durchleiten durch die Maske wird der Laserstrahl durch eine Verkleinerungslinse 40,
die die Größe des Laserstrahls
um einen Faktor 10 vermindert, projiziert. Mit einer Stärke von
10 Verkleinerungen hat die Linse 40 eine zahlenmäßige Blende von
0,1.
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Diese
Verminderung in der Größe erhöht die Energiedichte
des Laserstrahls, sodass wirksames abtragendes Verarbeiten des Metalleinsatzes
stattfinden kann. In anderen Worten ist die Maskengröße 10 mal
größer als
die Größe der Markierungskennzeichen,
um in dem Formeinsatz 42 geätzt zu werden.
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Der
Laserstrahl wird in Impulsen emittiert und auf die Oberfläche 44 des
Formeinsatzes projiziert, um Abfallmaterial in Form einer Anordnung
von Vertiefungsflecken weg zu ätzen.
In Abhängigkeit von
der Energie des Laserstrahls können
mehrere Laserstrahlimpulse auf der gleichen Fläche auf dem Formeinsatz notwendig
sein, um die gewünschte
Tiefe zu erreichen. Während
dieses Laserätzungsverfahrens
kann ein Un terstützungsgas über die
Oberfläche
des Formeinsatzes geblasen werden. Das Unterstützungsgas hilft, die vom Laser
ablatierte Debris zu entfernen und die Chance von Gratbildung zu
vermindern. Vorzugsweise ist dieses Unterstützungsgas ein Inertgas, wie
Stickstoff oder Helium. Alternativ kann der Formeinsatz unter einer
Inertgasabdeckung während
des Laserätzens
angeordnet werden.
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Vorzugsweise
wird der Laserstrahl verwendet, um den Matrizen-Formeinsatz 44 zu ätzen. Der Matrizen-Formeinsatz
wird verwendet, um den Matrizengießbecher herzustellen. Der Matrizengießbecher
schließt
eine Oberfläche
ein, die die Vorder- oder Rückoberfläche der
fertigen Kontaktlinse bildet. Deshalb erzeugt dieses Verfahren vorzugsweise
die Inversionskennzeichen auf der Vorder- oder Rückoberfläche der Kontaktlinse; das heißt, der
Oberfläche in
Kontakt mit der Innenseite des Augenlids vom Träger. Dieser Einsatz sitzt in
einer Halterung 46, die den Einsatz bei einem Winkel von
48 Grad, bezüglich
der Richtung des Laserstrahlimpulses, hält. Dies gibt die Arbeitsoberfläche des
Formeinsatzes bei einer senkrechten Beziehung zu dem Laserstrahl
wieder. Vorzugsweise werden Bezugsmarkierungen auf der Einsatzhalterung
angeordnet, sodass jeder Metalleinsatz in einer wiederholbaren optimalen
Position angeordnet sein kann.
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Da
die Lasermaske im Wesentlichen größer als die Größe des Laserstrahls
ist, ist es notwendig, die Maske und den Formeinsatz synchron über den Laserstrahl
zu bewegen, um das Abrastern des Laserstrahls über die Oberfläche des
Formeinsatzes bereitzustellen. Der Laserstrahl und die Linsensysteme
bleiben in einer fixierten stationären Position. Die Maske und
der Formeinsatz bewegen sich synchron in entgegen gesetzten Richtungen 48 bzw. 50,
wobei sie sich stufenweise während
des Laserstrahlimpulses bewegen. In anderen Worten, der Laserstrahl feuert
einen oder mehrere 20 Nanosekunden Impulse, dann springen die Maske
und der Einsatz zu einer neuen Position, dann feuert der Laser erneut.
Die Ausrüstung,
um das Abrastern bereitzustellen; das heißt, die synchrone Bewegung der
Maske und des Ziels, ist typischerweise ein Integralteil des Lasersystems.
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Nachdem
die Markierung in die Oberfläche des
Formeinsatzes geätzt
ist, kann der Einsatz zum Glätten
oder Entfernen von jeglichen Graten von erhöhtem Material um den Umfang
von jedem Fleck poliert werden. Jede bekannte Metallpoliertechnik, die
zum Polieren eines Metalleinsatzes geeignet ist, kann verwendet
werden. Beispielsweise kann eine auf Wasser basierende Diamantpoliermasse
mit einer Poliermaschine, die den Metalleinsatz gegen ein auf einem
sich hin- und herbewegenden Schwabbelscheibe gehaltenen Tuch rotiert,
verwendet werden. Alternativ kann das erhöhte Material durch abtragendes
Verarbeiten des Abfallmaterials entfernt werden. Eine weitere Alternative
besteht darin, einen tieferen Fleck in dem Metallformeinsatz zu
erzeugen, beispielsweise 0,020 mm tief, und dann eine 0,010 mm tiefe
Oberflächenschicht
abzuheben, um einen Fleck mit einer Tiefe von 0,010 mm, bezogen
auf die neue nominale Oberfläche
des Einsatzes, zu erzielen.
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6 gibt
eine Ausführungsform
einer Ein-Schicht-Strahlmaske 52 an.
Diese Maske schließt
eine Anordnung von Löchern
oder Öffnungen 54 ein,
die in einem vorher ausgewählten
Muster vorliegen, wie einem umgekehrtem Bild von Buchstaben „W" 56 und „J" 58. Vorzugsweise
hat jede einzelne Öffnung 54 einen
Durchmesser von etwa 0,7 Millimeter. Die Höhe von jedem einzelnen Buchstaben auf
der Maske ist vorzugsweise etwa 13,0 Millimeter. Vorzugsweise ist
der Abstand zwischen Lochmitten oder dem Mitte-zu-Mitte-Abstand
etwa 0,95 Millimeter. Mit einer 10-Stärken Verkleinerungslinse würden die
entsprechenden Abmessungen der Markierung in dem Formeinsatz um
einen Faktor von zehn vermindert werden. Da die fertige Kontaktlinse
bei Hydratation, nachdem sie gegossen und gehärtet wurde, quillt, würden die
letzten Abmessungen der Flecken und Markierung, wie der hydratisierten
Kontaktlinse, dann durch etwa die Menge des Quellens der Linse, durch
Hydratation verursacht, erhöht
werden.
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Um
die Sichtbarkeit der Endmarkierung zu steigern, werden die Symbole
der Markierung aus zwei, drei oder vier Vertiefungsflecken über die
Breite von jeder Linie, die die Teile der Symbole ausmachen, aufgebaut.
Bevorzugter werden drei Vertiefungsflecken die Breite der Linien
ausmachen, die die Buchstaben, die Zahlen oder Symbole in der Markierung
ausmachen. Folglich werden für
eine Linienbreite von 0,25 mm an dem Formeinsatz drei Flecke, jeweils
mit einem Durchmesser von etwa 0,07 mm, über die Linie ausgerichtet,
um stark sichtbare Markierungen zu erzeugen. Auch wird angenommen, dass
Flecke, die in einer regelmäßigen Anordnung organisiert
sind, wie entgegengesetzt zu einer statistischen Anordnung, bessere
Ergebnisse liefern.
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7 und 8 geben
eine zweite Ausführungsform
einer Lasermaske, einschließlich
einer Zwei-Schicht-Maske, an. Eine Schicht 60, gezeigt
in 8, ist eine Anordnung von regelmäßig beabstandeten Öffnungen 62.
Die Öffnungen
haben vorzugsweise einen Durchmesser von 0,7 Millimetern. Der Öffnungs-Mitte-zu-Mitte-Abstand
ist vorzugsweise etwa 0,9 Millimeter. Die zweite Maskenschicht 64, wie
in 7 gezeigt, schließt einen Umriss 66 der Buchstaben
oder anderer Markierungskennzeichnungen, die in die Maske geschnitten
werden, ein. Die Umrissschicht, die über der Öffnungsanordnungsschicht liegt,
erlaubt dem Laserstrahl, nur durch jene Löcher projiziert zu werden,
die in den Umriss oder die Grenze der Buchstaben fallen, die in die
darüber
gelegte Schicht der Maske geschnitten werden. Somit kann die Auswärtslinie
der Buchstaben den Umfang der Öffnungen
in der nachstehenden Maskenschicht kegelstumpfartig gestalten. In diesem
Fall stellt die kegelstumpfartige Öffnung einen Vertiefungsfleck
in der Oberfläche
des Formeinsatzes, ähnlich
zu dem in 2 gesehenen, kegelstumpfartigen
Vertiefungsfleck bereit.
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Vorzugsweise
haben die Öffnungen
der Maske eine Kreisform, obwohl andere Formen verwendet werden
können.
Wenn der Laserstrahl geeignet fokussiert ist, werden die Vertiefungsflecken
in der gleichen Form wie die Form der Öffnungen hergestellt. Wenn
eine kreisförmige Öffnung in
der Maske vorliegt, wird vorzugsweise ein Kreisfleck gebildet. Wenn
der Laserstrahl trotzdem in ungeeigneter Weise fokussiert ist, kann
die Form des Flecks etwas verzerrt sein. Beispielsweise wurde bei
einer Kreisöffnung
gefunden, dass ein elliptischer Fleck gebildet wurde, wenn der Laserstrahl
in der Fokusposition „oberhalb" war. Wenn der Laserstrahl
in der Fokusposition „unterhalb" war, wurde ein elliptischer
Fleck mit der Längsachse
der Ellipse, die sich um 90 Grad von der „oberhalb" Fokusposition dreht, gebildet. Der Fachmann
kann unter Anwendung dieser Lehren von diesem Merkmal profitieren,
um die in dem Ziel gebildeten Flecken zu verändern.
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9 gibt
eine Alternativausführungsform eines
Inversionsmarkierungsmusters 68 auf einem Metallformeinsatz 80 an.
Die Inversionsmarkierung 68 macht eine Reihe von Vertiefungsflecken 70 aus, die
in dem Muster der Buchstaben „W" und „J" gebildet werden.
Vorzugsweise haben die Flecken einen Durchmesser von etwa 0,10 mm
und sind neben einem Mitte-zu-Mitte-Abstand
von etwa 0,15 mm beabstandet, was eine Linienbreite von etwa 0,25
mm ausmacht. Diese Flecken werden vorzugsweise durch Anwenden eines
gesteuerten Strahls eines YAG-Lasers
gebildet, um einen Fleck durch Steuern des Laserstrahls in einem
kleinen Kreis zu ätzen,
um eine kleine Donut-förmige
Vertiefung zu ziehen; das heißt,
ein Teil einer Ringoberfläche
in der Oberfläche eines
Formeinsatzes. Es ist bevorzugt, keine Maske mit dem YAG-Laser zu
verwenden, und stattdessen den Laserstrahl zu steuern, um jeden
Fleck auf der Formeinsatzoberfläche
zu schreiben. Der Laserstrahl wird durch Steuern der Bewegung von
zwei reflektierenden Spiegeln gesteuert, die den reflektierten Laserstrahl
auf die Zieloberfläche
richten. Im Gegensatz zu einem Excimerlaser, feuert der YAG-Laser vorzugsweise
Impulse im Kilohertzbereich. Der YAG-Laser kann auch in einem „kontinuierlichen Wellen"modus arbeiten. Ein
typisches YAG-Laserstrahlsystem, das verwendet werden kann, ist
als ein 65 Watt Leistungs-System unter der Modellnummer HKR5, vertrieben
von Hahn und Kolb Technologies Ltd., Rugby, England, kommerziell
erhältlich.
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Das
stilisierte Profil von einem solchen Vertiefungsfleck wird in 10 angegeben.
Der Vertiefungsfleck 72 hat eine erhöhte Kante 74 um ihren Durchmesser
und eine schräge
Seitenwand 76, die zu einer Fläche 78 von einer maximalen
Tiefe in den Formeinsatz 80 eindringt. Die maximale Tiefe
ist vorzugsweise weniger als 10 Mikrometer. Bevorzugter liegt die
maximale Tiefe zwischen etwa 5 Mikrometern und etwa 8 Mikrometern.
Der mittige Bereich 82, der den Boden 78 von dem
Vertiefungsfleck einschließt,
hat eine im Allgemeinen konvexe Form. Der mittige Bereich 82 wird
als die nominale Oberfläche 84 von
dem Formeinsatz gezeigt. Wenn ein enger Laserstrahl verwendet wird,
um einen größeren Donut-geformten
Fleck zu ätzen,
kann die Zentralfläche der
Nominaloberfläche
des Formeinsatzes unberührt gelassen
und von dem Laserstrahl umschrieben werden. Wenn ein breiterer Strahl
verwendet wird oder der Kreisdurchmesser kleiner ist, kann die Mittelfläche unterhalb
der Nominaloberfläche
des Formeinsatzes geätzt
werden. Typischerweise kann der Durchmesser des Teils der Mittelfläche 82 an
der Nominaloberfläche
etwa 0,039 mm sein. Der vollständige
Durchmesser von dem Fleck 72 kann etwa 0,11 mm sein.
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Die
tatsächliche
Oberfläche
von einem solchen Vertiefungsfleck wird als glatter als Excimerlaser-geätzte Flecken
erwartet, weil YAG-Laser charakteristischerweise im Vergleich mit
Excimer-UV-Lasern glatte geätzte
Oberflächen
bereitstellen. Trotzdem können
raue Oberflächen
oder Kämme
von aufgebautem Material über
die Breite des Wegs von dem gesteuerten Laserstrahl vorliegen.
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11 gibt
eine Kontaktlinse 86 mit einer Orientierungsmarkierung 90 und
einer Bezugsmarkierung 88, die erfindungsgemäß hergestellt
wurden, an. Die Orientierungsmarkierung 90 ist verwendbar, um
den Grad an Ausgleich anzumerken, der eine belastete Kontaktlinse
auf dem Auge des Patienten sitzen lässt. Die Bezugsmarkierung kann
zum Anzeigen der Richtung einer astigmatischen Achse in einer torusartigen
Kontaktlinse verwendbar sein. Auch die Bezugsmarke kann zum Anordnen
eines Vergleichsbezugs für
ein automatisches visuelles Untersuchungssystem verwendbar sein. 12 gibt
ein enges Detail der Orientierungsmarkierung 90 an. Die Markierung
wird aus einer horizontalen Linie 92 und drei radialen
Linien 94, 96 und 98 aufgebaut. Die drei radialen
Linien sind vorzugsweise 20 Grad entfernt von der Anordnung mit
der Mitte 100 der Linse. Jede Linie wird aus einer Anordnung
von Vertiefungsflecken 102 gemäß der vorliegenden Erfindung
hergestellt. US-Patent Nr. 4 976 533, Hahn et al., und US-Patent
Nr. 5 062 701, Drazba et al., offenbaren gedruckte Orientierungsmarkierungskennzeichen, die
gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt wurden.
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Beispiel:
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Eine
Reihe von 8000 Excimer-Laser-System, erhältlich von Exitech, Ltd., Oxford,
England, wurde verwendet, um eine Inversionsmarkierung auf einen
Metallformeinsatz in dem Muster von einem „WJ" zu erzeugen. Der Laser wurde bei einer
Wellenlänge
von 248 Nanometern mit einem 10 Joule/cm2 Laserfluenz
arbeiten lassen. Eine Zwei-Schicht-Maske, wie in 7 und 8 angeführt, wurde
durch chemisches Ätzen
von dünnen
Kupferblechen hergestellt. Die Maske wurde in den Durchgang eines
20 mm × 4
mm rechtwinklig geformten Laserstrahls gestellt. Eine Projektionslinse
mit einer 10-Stärke
Verkleinerung verminderte die Laserstrahlgröße unter die Maske. Der Laserstrahl
wurde mit einer Dauer von 20 Nanosekunden bei einer Wiederholung
von 20 Hz gepulst. Die Maske und der Metalleinsatzes wurden synchron
angerastert, um 12 Laserstrahlimpulse pro Einheitsfläche des
Formeinsatzes bereitzustellen. Hilfsgas von verdichteter Luft wurde über die Oberfläche des
Metalleinsatzes während
des Laserätzverfahrens
geblasen.
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Die
in dieser Probe gebildeten erhaltenen Flecken werden in 2 und 3 angegeben,
die vorstehend beschrieben wurden. Es wird angenommen, dass die
Impulswiederholung, Rastergeschwindigkeit und Laserfluenz Schlüsselparameter
darstellen, da sie vereinigt werden, um die Gesamtenergie, die auf
jede Einheitsfläche
des Metalleinsatzes gerichtet sind, zu bestimmen. Die Tiefe des
Vertiefungsflecks wird als proportional zu der Gesamtenergie angenommen,
die durch jede Einheitsfläche
des Ziels absorbiert wird. Beispielsweise wird angenommen, dass
Arbeiten des Lasersystems mit einem Laserfluenz von 6 Joules/cm2 und 30 Impulsen pro Einheitsfläche die
gleichen Ergebnisse wie in diesem Beispiel bereitstellen würden.
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Unter
Anwendung von diesem Metallformeinsatz wurden Gießbecher
geformt und verwendet, um Hydrogelkontaktlinsen gemäß bekannten
Techniken herzustellen. Die Kontaktlinsen wurden aus Netrafilconmaterial
hergestellt, welches ein Copolymer von Methacrylsäuremethylester
(MMA) und N,N-Dimethylacrylamid (DMA) ist. Die Inversionsmarkierungen
wurden auf den Kontaktlinsen reproduziert. Die Linsen wurden zu
einem Wassergehalt von etwa 65 Gewichtsprozenten hydratisiert und
von einem Quellfaktor von 1,46 begleitet. Die Inversionsmarkierungen
waren für
einen gewöhnlichen
Beobachter unter Handhaben der Linsen stark sichtbar. Die Markierungen
konnten innerhalb von Sekunden beim Betrachten der Linse beobachtet
werden. Die Kontaktlinsen waren komfortabel zu tragen und die Inversionsmarkierungen
konnten vom Träger
nicht gefühlt
werden. Die Inversionsmarkierungen waren auf den Augen des Trägers stark
sichtbar, wenn unter Anwendung von Schlitzlampen betrachtet.
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Der
Vorteil dieser Erfindung ist, dass er eine Inversionsmarkierung
auf einer feuchten Kontaktlinse bereitstellt, die innerhalb Sekunden
für einen
Anwender, der die Linse auf seinem Finger anordnet, leicht sichtbar
ist. Darüber
hinaus kann, wenn der Anwender die Linse auf sein Auge gibt, er
die Markierung nicht fühlen.
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Obwohl
die hier gezeigte Inversionsmarkierung ein „WJ" einschließt, das Kennzeichen der Quelle
der Linse, welche durch Westley-Jessen Corporation hergestellt wurde,
be reitstellt, können
andere geeignete Inversionsmarkierungen für jede erwünschte Markierungskennzeichnung
auf einer Kontaktlinse verwendet werden. Beispielsweise werden Markierungskennzeichnungen
zum Anzeigen, ob eine Linse für
die Verwendung im linken Auge oder im rechten Auge ist, bereitgestellt.
Auch können
Orientierungsmarkierungen auf Kontaktlinsen verwendet werden, um
die vertikale Achse oder die asymmetrische Achse von einer wulstigen
Linse anzuzeigen. Andere Markierungen können bereitgestellt werden,
die sich als hilfreich als Bezugsmarkierungen für automatische visuelle Untersuchungssysteme
erwiesen haben, wie dasjenige, das von Rhody et al., US-Patent Nr.
6 047 082, beschrieben wird.
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Die
vorliegende Erfindung kann auch verwendet werden, um das Markieren
der vorbeschriebenen Information der Linse bereitzustellen. Jedoch, aufgrund
der sehr kleinen, begrenzten Fläche,
die auf der Linse zur Verfügung
steht, würde
es nicht praktisch oder möglich
sein, wesentliche Informationsmengen auf der Linse einzuschließen. Folglich
können
maschinenlesbare Codes, wie Strichcodes oder Punktmatrizes, nützlich sein,
um wesentliche Information in einem begrenzten Raum bereitzustellen. Punktmatrix-
oder Datenmatrix-Codes sind eine maschinenlesbare Anordnung von
Flecken, die Informationen gemäß internationalen
Standards wiedergeben, wie angepasst durch das Semiconductor Equipment
Manufacturer's Institute
(SEMI) und andere Industrieorganisationen. Die Datenmatrixcodes
und Verfahren zum Lesen derselben wurden von Priddy et al. in US-Patent
Nr. 4 939 354 beschrieben. Datenmatrix kann weitere Information
in einer kleineren Raummenge als Strichcodes enthalten, und sind
somit besser geeignet als Strichcodes in Formeinsätzen, Gießbechern
und Kontaktlinsen.
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In
dieser Erfindung kann die Datenmatrix verwendet werden, um Information,
wie Kontaktlinsen-Vorschrifteninformationen, Herstellungsort, usw. zu
enthalten. 13 gibt eine Datenmatrix 104 auf einer
Kontaktlinse 106 an. Die Datenmatrix 104 wird von
einer scheinbaren statistischen Anordnung von Vertiefungsflecken 108 umfasst,
die gemäß Indust riestandards
angeordnet sind, um die gewünschte Information
wiederzugeben. Es ist auch denkbar, dass die Datenmatrix in den
Teil des Formeinsatzes geätzt
wird, der den Rand des Gießbechers
definiert – um
erfindungsgemäße Informationen
auf dem Gießbecher
bereitzustellen, der nicht zu der Kontaktlinse überführt werden würde.
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Folglich
können
Fresnel-„Nahfeld"-Beugungsmuster auf
einer Kontaktlinse durch Verändern der
Optik entlang der Laserachse und Größe und Position der Maske bereitgestellt
werden.