DE69729584T2

DE69729584T2 - Multifokale optische kompositlinse

Info

Publication number: DE69729584T2
Application number: DE69729584T
Authority: DE
Inventors: D. Ronald BLUM; Amitava Gupta
Original assignee: Johnson and Johnson Vision Care Inc
Current assignee: EssilorLuxottica SA
Priority date: 1996-05-06
Filing date: 1997-04-15
Publication date: 2005-08-25
Anticipated expiration: 2017-04-16
Also published as: WO1997042530A1; AU2727297A; DE69729584D1; CA2253786A1; CN1217063A; ES2222513T3; MY114737A; EP0975993A4; AU712186B2; EP0975993B1; BR9709890A; US5861934A; CN1171099C; IL126785A; CA2253786C; JP2001519916A; RU2193225C2; TW325523B; EP0975993A1; IL126785A0

Description

Die Erfindung betrifft optische Produkte, zum Beispiel optische Linsen und Halbzeug-Linsenrohlinge mit einem kontinuierlichen Verlauf der Brechkraft von dem Fernfokus zu dem Nahfokus, insbesondere zunehmende mehrfachfokussierende Brechungsgradient-Linsen mit einem verringerten Umfang unerwünschten peripheren Astigmatismus, und bifokale Brechungsgradient-Linsen ohne einen breiten unscharfen ineinander übergehenden Bereich, der die Zunahmezone definiert.
Hintergrund der Erfindung
Kommerzielle mehrfachfokussierende Linsen gibt es aus einer Reihe von Materialien, und sie werden allgemein aus Kunststoff oder Glas hergestellt. Diese Linsen gibt es in vielen Stilen, Größen, und sie können ein liniertes, ineinander übergehendes oder zunehmendes Design aufweisen. Von diesen Designs sind linierte Bifokale seit langem von jenen benutzt worden, die eine Nahsichtkorrektur benötigen. Das linierte Bifokalsegment ist im Fall von Glas verschmolzen oder im Fall von Kunststoff gegossen. In beiden Fällen ist die Bifokalsegmentlinie bemerkbar und repräsentiert die Verbindung des Nah- und des Fernsichtabschnitts, die den Fernfokus und den Nahfokus liefern, in der Linse oder in einem Halbzeug-Rohling. Bugbee (U.S. Patent Nr. 1,509,636), Meyrowitz (U.S. Patent Nr. 1,445,227) und Culver (U.S. Patent Nr. 2,053,551) lehren zusammengeschmolzene linierte bifokale oder mehrfachfokussierende Linsen. Während linierte bifokale Linsen seit vielen Jahren erfolgreich benutzt worden sind, weisen sie mehrere Nachteile auf. Erstens sind sie extrem wahrnehmbar und somit nicht kosmetisch ansprechend; zweitens erzeugt die Segmentlinie eine Unschärfe, wenn man von fernen zu nahen Objekten und umgekehrt blickt; und drittens gibt es einen abrupten Wechsel der Fokuslänge, wenn man von fernen zu nahen Objekten und wieder zurück blickt. Es gibt überhaupt kein optisches Gebiet mit einer mittleren Brechkraft (Fokuslänge), sofern nicht eine linierte trifokale Linse verwendet wird.
Ineinander übergehende bifokale Linsen, zum Beispiel jene, die in der Druckschrift WO 82/03129 offenbart sind, sind Bifokale, die eine klare Abgrenzung zwischen den optischen Zonen mit Fernfokus und Nahfokus beibehalten; jedoch geht die Linie der Abgrenzung ineinander über, um sie weit weniger wahrnehmbar zu machen. Ineinander übergehende Bifokale versuchen den kosmetischen Nachteil von linierten Bifokalen zu überwinden, jedoch erreichen sie dies, indem sie eine breite ineinander übergehende Unschärfezone erzeugen, wenn man von fernen zu nahen Objekten und wieder zurück blickt, und ferner scheitern sie auch, eine Sicht mittlerer Entfernung zu schaffen.
Zunehmende Zufügelinsen sind ein Typ von mehrfachfokussierenden Linsen, die ein Zunehmen der Brechkraftänderungen von ferner zu naher Korrektur beinhalten, wodurch ein zunehmender Sichtübergang von ferner zu naher Brechkraft und zurück geschaffen wird. Zunehmende Zufügelinsen stellen einen Versuch dar, die oben diskutierten Probleme zu lösen. Obwohl die zunehmenden Linsen mehrere Nachteile von linierten oder ineinander übergehenden bifokalen Linsen lösen, benötigen sie andere Kompromisse im optischen Design, die wiederum zu Kompromissen der visuellen Funktion der Linsenoptik führen, wie unten diskutiert wird. Zunehmende Zufügelinsen sind unsichtbar und liefern einen natürlichen Übergang der Brechkraft von den Fern- zu den Nahfoki.
Verfahren zum Herstellen von zunehmenden Zufügelinsen werden zum Beispiel von Harsigny (U.S. Patent Nr. 5,488,442), Maitenaz (U.S. Patent Nr. 4,253,747), Maitenaz (U.S. Patent Nr. 3,687,528), Cretin et al. (U.S. Patent Nr. 3,785,725), Maitenaz (U.S. Patent Nr. 3,910,691), Winthrop (U.S. Patent Nr. 4,055,379), Winthrop (U.S. Patent Nr. 4,056,311) und Winthrop (U.S. Patent Nr. 4,062,629) offenbart. Diese Linsen weisen jedoch bestimmte Nachteile auf, die ihrem Design anhaften. Ein erster Nachteil ist eine relativ schmale Lesekanalbreite von etwa 3 bis 8 mm, die als der Abstand zwischen zwei meridionalen Imaginärlinien definiert ist, die durch einen Astigmatismus von +/–0,50 Dioptrien oder mehr gekennzeichnet sind. Dieser Lesekanal repräsentiert den zunehmenden Übergang der Fokuslänge vom Fernen zum Nahen, wodurch einem ermöglicht wird, vom Fernen zum Nahen in einer ziemlich natürlichen Weise zu sehen, ohne die abrupte Änderung der Brechkraft von linierten Bifokalen zu erfahren. Ein zweiter Nachteil ist, daß zunehmende Zufügelinsen nur eine relativ schmale Lesezone bieten, die nur etwa 22 mm oder weniger breit ist. Ein dritter Hauptnachteil ist der unerwünschte periphere Astigmatismus, der aufgrund der Natur des zunehmenden optischen Designs erzeugt wird. Dieser unerwünschte periphere Astigmatismus erzeugt erhebliche visuelle Störungen für den Benutzer. Hersteller sind an der Begrenzung der Menge des unerwünschten Astigmatismus interessiert, um die visuelle Leistung zu steigern und somit das Akzeptanzniveau ihrer andersartigen Designs zu erhöhen. In der Praxis repräsentieren alle Designs zunehmender Zufügelinsen Kompromisse zwischen einer Linse mit dem breitest möglichen Kanal, dem niedrigsten Umfang an unerwünschtem Astigmatismus und der weitesten Brechkraftzufügezone dar. Ein vierter Hauptnachteil ist die Schwierigkeit, den Patienten eine Zunehmende ordentlich anzupassen; und der fünfte Nachteil ist die geringe Toleranz gegenüber Anpassungsfehlern, die von diesen Designs zugelassen werden.
Zahlreiche Versuche wurden unternommen, um diese innewohnenden Probleme zu lösen, die oben für linierte, ineinander übergehende, trifokale und mehrfachfokussierende Zufügelinsen diskutiert wurden. Jedoch wurden keine kommerziell lebensfähigen Optionen gefunden. Das ophtalmische Linsendesign, das bei Frieder (U.S. Patent Nr. 4,952,048) und Frieder (U.S. Patent Nr. 4,869,588) offenbart ist, behandelt einige dieser Nachteile, scheitert jedoch aufgrund sowohl von Herstellungsschwierigkeiten als auch einer schlechten kosmetischen Erscheinung bei mäßigen bis hohen Zufügebrechkräften, eine befriedigende Lösung zu schaffen. Obwohl diese Patente eine Linse mit mehreren verbesserten Merkmalen offenbaren, verursachte diese Linse bei moderaten bis höheren Zufügebrechkräften von +1,75 bis +3,00 Dioptrien ein rückwärtiges Ausbeulen der vorderen (konvexen) Oberfläche, die die Peripherie der Nahbrechkraftzone definiert, und verursacht somit eine sichtbare optische Störung auf jeder Seite der Lesezone. Dieses Merkmal verringert ihren kommerziellen Anreiz erheblich. Darüber hinaus machten Schwierigkeiten bei der Herstellung dieser Linse die Linse kommerziell weniger brauchbar.
Maeda (U.S. Patent Nr. 4,944,584) offenbart eine Brechungsgradient-Linse, die eine erste teilweise ausgehärtete Substratschicht verwendet. Eine zweite nicht ausgehärtete Kunstharzschicht wird zugefügt, und eine Diffusion zwischen diesen zwei Schichten tritt während des Aushärtens auf, um eine dritte Diffusionsschicht mit einem Brechungsindexgradienten zu schaffen, der sich kontinuierlich zwischen den Brechungsindices der ersten und der zweiten Schicht verändert. Um diese Diffusionsschicht zu erhalten, wird die Anordnung, die die zweite Schicht enthält, auf bestimmte Temperaturen für 20 bis 26 Stunden geheizt. Die zum Aushärten benötigte Zeit zum Bilden der Diffusionsschicht macht dieses Verfahren von einem kommerziellen Standpunkt aus unattraktiv. Darüber hinaus ist bekannt, daß das bei Maeda offenbarte Verfahren, das ein Entformen einer teilweise gehärteten Linse oder eines Halbzeug-Rohlings umfaßt, Ausbeuteprobleme erzeugen kann. Somit können, obwohl es theoretisch möglich sein kann, Maeda's dritte, kontinuierlich verändernde Brechungsindexgradienten-Diffusionsschicht zu erhalten, tatsächliche Herstellungsschwierigkeiten die Wahrscheinlichkeit verringern, daß die Maeda-Linse einen kommerziellen Erfolg erreichen könnte. Die Merkmale der Erfindung, die von Maeda bekannt sind, sind in dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgenommen worden.
Zusätzlich zu den bereits erwähnten Nachteilen, die bifokale und mehrfachfokussierende Linsen betreffen, sind diese Linsentypen auch dicker als Einzelsichtlinsen entsprechender Fernbrechkraft, da es für sie notwendig ist, die zusätzliche Mehrbrechkraft in der Zufügebrechkraftzone zu liefern. Diese zugefügte Dicke an der hinteren Oberfläche der Linse neigt dazu, von ihrer kosmetischen Anziehung abzulenken, und fügt zusätzliches Gewicht zu der Linse hinzu. Mehrere Lösungen sind für dieses Problem vorgeschlagen worden.
Blum (U.S. Patent Nr. 4,873,029) beschreibt die Verwendung eines vorgeformten Wafers mit gewünschten Mehrfachfokussierungssegmenten, die hierauf gebildet sind, und das Zufügen einer Kunstharzschicht eines anderen Brechungsindexes auf die Oberfläche des vorgeformten Wafers. Bei diesem Ansatz wird der vorgeformte Wafer während des Formungsverfahrens verbraucht, so daß der vorgeformte Wafer schließlich einen Teil der Linse bildet. Während dieser Ansatz kosmetisch verbesserte Linsen erzeugt, benötigt das Verfahren Hunderte von Dichtungen und konvexe sphärische und torische Hinterformen. Diese Formen erzeugen schließlich die konkave Seite der fertiggestellten Linse. Darüber hinaus ist bei diesem Ansatz die bifokale Zone oder Mehrfachfokussierungszone aufgrund der benötigten signifikanten Brechungsabweichung und dem Fehlen eines Übergangs der Brechungsindices der verschiedenen Materialien nicht unsichtbar.
Verschiedene Patente offenbaren bifokale Brechungsgradient- oder mehrfachfokussierende Linsen oder Typen zunehmender Zufügelinsen, zum Beispiel Dasher (U.S. Patent Nr. 5,223,862), Maeda (U.S. Patent Nr. 4,944,584), Yean (U.S. Patent Nr. 5,258,144), Naujokas (U.S. Patent Nr. 3,485,556), Okano (U.S. Patent Nr. 5,305,028), Young (U.S. Patent Nr. 3,878,866), Hensler (U.S. Patent Nr. 3,542,535) und Blum (U.S. Patent Nr. 4,919,850). Die kommerzielle Herstellung von mehrfachfokussierenden ophtalmischen Brechungsgardient-Linsen ist jedoch bis heute aufgrund der Chemie, der Technologie, der Herstellung und der Kostenbegrenzungen nicht kommerziell erfolgreich gewesen.
In der europäischen Patentanmeldung Nr. PCT/US93/02470 offenbart Soane das Herstellen einer mehrfachfokussierenden Linse mit einem bifokalen astigmatischen Bereich auf der rückwärtigen, konkaven Seite der optischen Vorderseiten-Wafervorform. Soane offenbart das Härten eines Kunstharzmaterials, das einen von der optischen Wafervorform oder der Rückseite der optischen Vorderseiten-Wafervorform verschiedenen Brechungsindex aufweist, indem eine geeignete rückwärtige konvexe Form mit der korrekten Krümmung verwendet wird.
Dieser Ansatz erfordert jedoch, daß eine erhebliche Anzahl von optischen Vorderseiten-Vorformen inventarisiert wird.
Im Hinblick auf das Obige ist es wünschenswert, zunehmende mehrfachfokussierende Zufügelinsen zu erhalten, die dem Endverbraucher einen weiten und natürlichen Verlauf der Sicht gestatten, wenn er von der Ferne in die Nähe blickt, die im wesentlichen frei von unerwünschtem peripherem Astigmatismus ist, die eine breite Lesezone aufweist, die ein kleineres Inventar von Lagerhaltungseinheiten benötigt und die relativ verzeihend und leicht für einen Patienten anpaßbar ist. Zusätzlich ist es wünschenswert, eine zunehmende mehrfachfokussierende Linse zu schaffen, die im wesentlichen die gleiche Dicke wie eine Einzelsichtlinse einer entsprechenden Fernsichtverschreibung aufweist und deren Erscheinung kosmetisch fast unsichtbar ist. Ferner ist es wünschenswert, solche optischen Produkte in einer Weise herzustellen, die die Herstellungszeit verringert.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Die Erfindung löst diese und andere Unannehmlichkeiten des Standes der Technik, indem eine polymerische optische Verbundlinse, ein Halbzeug-Linsenrohling oder ein Linsenrohling nach Anspruch 1 und ein Verfahren zum Herstellen, wie es in Anspruch 8 definiert ist, geschaffen wird, das eine einfache, schnelle und kostengünstige Herstellung einer zunehmenden mehrfachfokussierenden optischen Brechungsgradient-Verbundvorform, einer Linse oder eines Halbzeug-Linsenrohlings liefert. Das optische Produkt, zum Beispiel eine Linse, umfaßt einen Verbund aus mindestens drei verschiedenen Schichten, einschließlich einer Basisschicht mit einem Bereich variierender Dicke, der entweder vertieft oder erhöht sein kann, einer Übergangszone und einer äußeren Schicht. Jede der Schichten des Verbundes wird getrennt aufgebracht und mit der angrenzenden Schicht oder den angrenzenden Schichten verbunden. Zusätzlich weist jede der Schichten einen unterschiedlichen und von den anderen verschiedenen Brechungsindex auf, was es einer zunehmenden mehrfachfokussierenden Linse gestattet, einen breiten und natürlichen Verlauf der Sicht zuliefern, wenn man von der Ferne in die Nähe sieht. Zwischen einer Basisschicht und einer äußeren Schicht ist eine Übergangszone angeordnet, die mindestens eine Übergangsschicht umfaßt. Die Übergangszone weist einen effektiven Brechungsindex auf, der zwischen den Brechungsindices der Basisschicht und der äußeren Schicht liegt. Vorzugsweise entspricht der effektive Brechungsindex ungefähr dem geometrischen Mittel der Brechungsindices der Basisschicht und der äußeren Schicht. Zusätzlich ist die erfindungsgemäße Linse im wesentlichen frei von unerwünschtem peripherem Astigmatismus, beinhaltet eine breite Lesezone und ist relativ verzeihend und leicht für einen Patienten anpaßbar und besitzt eine kosmetische Erscheinung, die im wesentlich unsichtbar ist.
Zusätzlich verringert die Erfindung die Anzahl der optischen Vorderformen, die inventarisiert werden müssen. Geht man zum Beispiel von Zufügebrechkräften von +1,00 bis +3,00 Dioptrien, sphärischen Brechkräften von +4,0 bis –4,0 Dioptrien, von zylindrischen Brechkräften von plan bis –2,0 Dioptrien, von drei Basiskrümmungen der Linsen, vom rechten und linken Auge aus und nimmt an, daß die Astigmatismusbrechkraft, wie es bei Soane (PCT/US93/02470) offenbart ist, auf der konkaven Seite der optischen Vordervorform zugefügt wird, dann wäre es notwendig für jeden Typ von Material die folgenden Lagerhaltungseinheiten zu inventarisieren:

1. für Bifokallinsen – es werden 9.720 verschiedene optische Vordervorformen für eine astigmatische Bifokalkorrektur benötigt, basierend auf 180 verschiedenen Astigmatismusgraden × 3 Basiskrümmungen × 2 Augendezentrierungen × 9 bifokalen Zufügebrechkräften × 1 Material; und
2. für Einzelsichtlinsen – es werden nur 540 verschiedene optische Vordervorformen für eine astigmatische Korrektur benötigt, basierend auf 180 verschiedenen Astigmatismusgraden × 3 Basiskrümmungen × 1 Material.

Somit würde Soane in dem obigen Beispiel insgesamt 10.260 optische Vordervorformen zusätzlich zu Absicherungsinventar benötigen, das für jede Lagerhaltungseinheit benötigt werden könnte. Im Gegensatz dazu benötigt die Erfindung 540 Lagerhaltungseinheiten und nur drei Paare von Basisformen bei 180 verschiedenen Astigmatismusgraden × 3 Basiskrümmungen × 1 Material. Darüber hinaus würde Soane zahlreiche Dichtungen und zu verwendende Formen benötigen, und würde aufgrund des signifikanten, benötigten Brechungsindexunterschieds und des Fehlens einer Übergangsschicht oder von Schichten unterschiedlichen Brechungsindexes keine bifokale Zone oder Mehrfachfokussierungszone erzeugen, die wie die der Erfindung kosmetisch unsichtbar ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
1 eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen optischen Vorform;
2 eine Querschnittsansicht einer optischen Vorform mit einer Übergangsschicht;
3 eine Querschnittsansicht einer optischen Vorform, die gegen eine Form angeordnet ist;
4 eine Querschnittsansicht einer Form, die gegen eine äußere Schicht angeordnet ist;
5 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen optischen Produkts; und
6 eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform der Erfindung.
Ausführliche Beschreibung
1 stellt eine Basisschicht dar, die eine optische Vorform 10 ist, die sowohl sphärische als auch astigmatische Vorgaben enthält, die aus einem Material mit einem Brechungsindex von 1,49 und mit einer sphärischen konvexen Oberfläche mit einem modifizierten Bereich 20 hergestellt ist, der mit Hilfe mechanischer Mittel modifiziert worden ist, um eine Oberflächenvertiefung zu bilden, die ungefähr die Grenzen der zunehmenden Mehrfachfokussierungszone definiert. Der modifizierte Bereich 20 könnte entweder auf der konvexen oder auf der konkaven Oberfläche hergestellt werden. Bei dieser Ausführungsform wird die Modifizierung jedoch auf der konvexen Oberfläche ausgeführt. Die astigmatischen Kurven oder die torische Oberfläche 30 sind auf der konkaven Seite angeordnet. Aus diesem Grund ist die geeignete optische torische Vorform ausgewählt und auf die geeignete astigmatische Achse für eine bestimmte benötigte Vorgabe gedreht, und die optische Modifizierung wird auf der vorderen konvexen Oberfläche in der richtigen Orientierung relativ zu der gewünschten astigmatischen Achse ausgeführt. Die modifizierte Region 20 berücksichtigt nicht nur die benötigte astigmatische Achse, sondern auch den geeigneten und unterschiedlichen Dezentrierungsort für jeweils das rechte und das linke Auge.
Obwohl für Zwecke der Darstellung eine mechanische Modifizierung der Oberfläche offenbart ist, versteht es sich, daß irgendein Verfahren, das die benötigte Veränderung an der Oberflächengeometrie erzeugen kann, wirken würde. Zum Beispiel könnte die Oberflächenvertiefung, nur zum Zwecke der Darstellung, mit Hilfe einer Vielzahl von Verfahren erreicht werden, die Prägen, Brennen, Meißeln, Schleifen, Abtragen und Gießen umfassen. Das Verfahren zum Erhalten der Oberflächenvertiefung ist etwas abhängig von der Härtungsbedingung der Vorform als auch der Zusammensetzung des Vorformmaterials. Um zum Beispiel die Vorform zu schleifen, sollte die Vorform sich in einem allgemein vollständig ausgehärteten und gehärteten Zustand befinden.
Der modifizierte Bereich 20 wird auf der optischen Vorform 10 gebildet, um eine Oberflächenvertiefung zu erzeugen, die allgemein die Grenzen der zunehmenden Mehrfachfokussierungszone definieren wird. Die gewünschte Geometrie der Vertiefung kann berechnet werden, indem bekannte optische Formeln verwendet werden, die den Brechungsindex betreffen. Im allgemeinen gilt nd = n₁d₁ + n₂d₂, wobei n der Gesamtbrechungsindex der Optik ist, d die Dicke der Optik ist, n₁ der Brechungsindex der optischen Vorform ist, d₁ die Dicke der optischen Vorform ist, n₂ der Brechungsindex der zugefügten Schicht und d₂ die Dicke der zugefügten Schicht ist. Die Brechkraft an irgendeinem Punkt ist durch den Gesamtbrechungsindex oder effektiven Brechungsindex an diesem Punkt bestimmt, welcher wiederum von der Tiefe des Hohlraums oder der Vertiefung an dem Punkt gegenüber der Oberflächenkontur (Durchbiegungstiefe) und von dem Brechungsindex des ausgehärteten Kunstharzes, der den Hohlraum füllt, gesteuert wird.
In Abhängigkeit von dem verwendeten Modifizierungsverfahren als auch dem Material der optischen Vorform kann, sobald die Modifizierung ausgeführt und die gewünschte Oberflächentopographie erhalten worden ist, die neu veränderte Oberfläche weiter mit Hilfe des Polierens, Oberflächenformens oder anderer bekannter Verfahren nach dem Stand der Technik modifiziert werden, um die aufgerauhte Oberfläche zu überglätten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die veränderte Oberfläche mechanisch abgerieben, um eine rauhe Oberfläche zu erhalten. Wie in 2 und 4 gezeigt ist, wird dann eine dünne Schicht Kunstharz auf die gesamte konvexe Oberfläche der optischen Vorform 10 einschließlich des modifizierten Bereichs 20 aufgebracht, um eine Übergangsschicht 40 zu bilden, die eine Übergangszone umfaßt. Bei einer alternativen Ausführungsform kann die Übergangsschicht nur auf einen Abschnitt der Vorform 10 aufgebracht sein, der mindestens den modifizierten Bereich 20 umfaßt.
Geeignet Materialien für die optische Vorform können allgemein Copolymere von Allylen, Acrylaten, Methacrylsäureestern, Stryenics und Viylics umfassen, so daß die Glasübergangstemperatur ungefähr zwischen 50°C und 200°C liegt und der Brechungsindex zwischen ungefähr 1,44 und 1,56 beträgt. Solche Materialien können zum Beispiel Poly(Diethyl bis Al lylcarbonat), Poly(Bisphenol A Carbonat) und Poly(Styrol)-co-(Bisphenol A Carbonat Diacrylat)-co-(Bisphenol A Carbonat Dimethacrylsäureester) umfassen.
Materialien für die Übergangszone können allgemein Copolymere aus Allyl, Acrylaten, Methaacrylsäureestern, Styrenics und Viylics umfassen, so daß die Glasübergangstemperatur zwischen etwa 50°C und 100°C und der Brechungsindex zwischen 1,52 und 1,65 betragen. Solche Materialien können zum Beispiel Poly(Poly Oxy Methylen Diacrylat)-co-(ethoxyliertes bis Phenol A Carbonat Diacrylat)-co-(Furfuryl Acrylat) umfassen.
Der Brechungsindex der Übergangsschicht 40 ist absichtlich gestaltet, um unangepaßt an die Brechungsindices der Vorform 10 und einer nachfolgend aufgetragenen Schicht 50 zu sein, um einen Übergangsmittelpunkt des zu erreichenden Brechungsgradienten zu erreichen. Diese Technik wird verwendet, um den zunehmenden mehrfachfokussierenden Bereich so unsichtbar wie möglich zu machen. Zusätzlich kann sie, wenn die Übergangsschicht 40 auf die Vorform 10 aufgebracht wird, die Oberfläche der Vorform 10 für eine gute Verbindung mit der nächsten Kunstharzschicht vorbereiten, die aufgebracht wird, und kann signifikant Oberflächenunregelmäßigkeiten ausgleichen, die verbleiben und die sichtbar wären, sobald eine andere Kunstharzschicht aufgebracht wird.
Obwohl der Brechungsindex der Übergangsschicht 40 gestaltet ist, um eine minimale innere Reflexion an der Grenzfläche zu erhalten, können andere Ausführungsformen, die andere Oberflächenmodifizierungstechniken verwenden, oder optische Vorformen, die aus anderen Materialien hergestellt sind, verwendet werden, oder kann der Brechungsindex der Beschichtung gestaltet werden, um dichter an dem der optischen Vorform oder an dem der nächsten aufzubringenden Kunstharzschicht zu liegen, oder kann nicht einmal benötigt werden. Wie in 6 gezeigt ist, kann eine alternative Ausführungsform der Erfindung mindestens eine zusätzliche Übergangsschicht 40 aufweisen, wobei die Übergangsschichten übereinander angeordnet sind, nachdem jede Schicht teilweise oder vollständig ausgehärtet ist. Jede Übergangsschicht 40 weist einen anderen Brechungsindex auf, so daß die Schichten gemeinsam eine Übergangszone 45 bilden, die einen effektiven Brechungsindex hat, der ungefähr dem geometrischen Mittel der optischen Vorform 10 und der äußeren Schicht 50 entspricht. Eine Übergangszone mit einem effektiven Brechungsindex zu erhalten, der dem geometrischen Mittel angenähert ist, macht den Übergang der Brechungsindices weniger abrupt und macht somit die fertiggestellte Mehrfachfokussierungszone unsichtbarer. Obwohl der effektive Bre chungsindex ungefähr dem geometrischen Mittel entsprechen sollte, erzeugt eine Variation von +/–0,03 Einheiten akzeptable Ergebnisse.
Geeignete Materialien für die äußere Schicht 50 können allgemein Copolymere aus Allyl, Acrylaten, Methacrylessigsäureestern, Stryrenics und Viylics umfassen, so daß die Glasübergangstemperatur zwischen ungefähr 60°C und 225°C und der Brechungsindex zwischen etwa 1,56 und 1,70 liegt. Solche Materialien können zum Beispiel ethoxyliertes Bisphenol A Diacrylat, ethoxylierten Bisphenol A Dimethacrylessigsäureester, ethoxyliertes 1,4-Dibrom-Bisphenol A Diacrylat, Bis(4-Acryloxyethoxyphenyl)Phosphin Oxid, 1,4-Divinyl Benzen, Bromstyrol, und Vinylcarbazol umfassen.
Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung können eine zusätzliche Kunstharzschicht oder Schichten zwischen der Basisschicht und der Übergangszone angeordnet werden. Ferner können zusätzliche Kunstharzschichten zwischen den Übergangsschichten in der Übergangszone oder zwischen der Übergangszone und der äußeren Schicht oder den äußeren Schichten angeordnet werden. Diese zusätzliche Schicht oder diese zusätzlichen Schichten sollten eine Oberflächenenergie aufweisen, die ausreichend an die der angrenzenden Schichten angepaßt ist, so daß das Kunstharz den gewünschten Grad an Beschichtung der darunterliegenden Schicht liefern kann.
Obwohl bei der bevorzugten Ausführungsform die Übergangsschicht 40 mittels des Auftragens aufgebracht ist, kann die Schicht ebenso mit Hilfe von anderen im Stand der Technik bereits bekannten Verfahren aufgebracht werden. Zum Beispiel können solche Verfahren wie Schleuderbeschichten (spin coating), Tauchbeschichten, Sprühbeschichten oder andere verwendet werden.
Sobald die Übergangsschicht 40 auf die konvexe Oberfläche der optischen Vorform 10 aufgebracht ist, wird die Übergangsschicht 40 vorzugsweise teilweise ausgehärtet. Der Aushärtungsprozeß kann mit irgendeinem bekannten Aushärtungsverfahren, einschließlich einer thermischen Härtung, einer UV-Härtung, einer Härtung mit sichtbarem Licht oder einer Kombination hiervon, in Abwesenheit oder in Anwesenheit von Sauerstoff mittels des Verwendens der geeigneten Auslöser, der geeigneten atmosphärischen Umgebung und der geeigneten Härtungsquelle ausgeführt werden. Bei der bevorzugten Ausführungsform wird die Übergangsschicht 40 in einer sauerstoffreien Stickstoffumgebung unter der Verwendung ultravioletten Lichts in dem Bereich von etwa 250 nm bis 400 nm teilweise gehärtet. Jedoch ist auch die Verwendung von sichtbarem Licht im Bereich von etwa 400 nm bis 450 nm in einer sauerstoffreien Stickstoffumgebung möglich. Wenn eine UV-Quelle zum Härten benutzt wird, kann das optische Produkt schnell hergestellt werden, da die Härtungszeit für eine Übergangsschicht weniger als 5 Minuten beträgt und allgemein eine Stunde nicht überschreiten wird.
Wie in 3 und 4 gezeigt ist, ist, sobald der modifizierte Bereich 20 in der optischen Vorform 10 gebildet ist, um die gewünschte Oberflächentopographie zu erreichen, und die gewünschte Übergangszone aufgebracht ist, die optische Vorform mit der Übergangszone fertig, um mit einer äußeren Schicht 50 versehen zu werden, die vorzugsweise mit Hilfe des Gießens eines Kunstharzes auf die Übergangszone gebildet wird. Die äußere Schicht 50 ist gestaltet, um einen signifikant verschiedenen Brechungsindex von dem Material der optischen Vorform 10 aufzuweisen. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist das Kunstharz der äußeren konvexen Schicht 50 gestaltet, um einen Brechungsindex von etwa 1,66 aufzuweisen; das Material der optischen Vorform 10 weist einen Brechungsindex von etwa 1,49 auf und der Brechungsindex der Übergangsschicht 40 ist eine Konstante von etwa 1,57. Somit wird die konvexe äußere Schicht 50 mit einem Brechungsindex von 1,66 aus einem Kunstharz auf die konvexe Übergangsschicht 40 mit einem Brechungsindex von 1,574 gegossen, welche an der optischen Vorform 10 mit einem Brechungsindex von 1,49 befestigt ist. Dieses wird vorzugsweise in diesem Beispiel erreicht, indem eine sphärische Einzelsichtform 60 verwendet wird, die ausgewählt ist, um die gewünschte äußere konvexe Krümmung auf die optische Vorform 10 mit der Übergangsschicht 40 abzugießen. Falls die konvexe Krümmung der optischen Vorform 10 ein asphärisches Design besitzt, wird die geeignete Einzelsichtform, die zum Oberflächenabgießen der äußeren konvexen Oberfläche ausgewählt wird, eher ein asphärisches Design als ein sphärisches Design besitzen. Diese äußere Krümmung wird die gewünschte Fernbrechkraft steuern, die erreicht wird. Geeignete Verfahren zum Liefern der Abgußschicht werden bei Blum (U.S. Patent Nr. 5,178,800) ("'800"), Blum (U.S. Patent Nr. 5,147,585) ("'585"), Blum (U.S. Patent Nr. 5,219,497) ("'497") und Blum (U.S. Patent Nr. 4,873,029) ("'029") beschrieben, wobei jedoch eine Einzelsichtform verwendet wird. Diese Verfahren sind ebenso kommerziell von Innotech, Inc. im Rahmen ihres Excalibur^® SurfaceCasting^®-System verfügbar.
Die Form 60, die zum Abgießen der äußeren Schicht 50 verwendet wird, kann aus irgendeinem anwendbaren Material hergestellt sein, welches eine ordentliche Aushärtung gestattet. Nur als Beispiel angegeben, können elektrogeformte Nickel-, Glas- oder Kunststoffeinweg formen verwendet werden. Vor dem Aushärtungsverfahren, kann das Kunstharz, das zum Abformen der äußeren Schicht 50 verwendet wird, in die Form 60 abgegeben werden, in einen Hohlraum 70 zwischen der Form 60 und der Vorform 10 abgegeben werden oder in Form einer teilweise ausgehärteten polymerischen Schicht, die in der Form 60 enthalten ist oder an der optischen Vorform 10 befestigt ist, geliefert werden. Bei Ausführungsformen, bei denen die äußere Schicht 50 aus einer teilweise ausgehärteten polymerischen Schicht erzeugt wird, die später ausgehärtet wird, können die Übergangsschicht 40 oder die Schichten, die die Brechungsindex-Übergangszone 45 erzeugen, an der teilweise ausgehärteten polymerischen äußeren Schicht 50 befestigt sein. In diesem Fall werden die teilweise ausgehärtete polymerische Schicht und die befestigte Brechungsindex-Übergangsschicht 40 dann ausgehärtet und auf die optische Vorform 10 geformt. Obwohl die bevorzugte Ausführungsform keine Dichtung während des Abformens der äußeren konvexen Krümmung auf die optische Vorform verwendet, kann eine Dichtung bei bestimmten Ausführungsformen verwendet werden.
Wenn die Übergangszone mehrere Schichten umfaßt, wird der Brechungsindex jeder Schicht so ausgewählt, daß die Übergangszone einen effektiven Brechungsindex aufweist, der ungefähr dem geometrischen Mittel der Vorform und der äußeren Schicht entspricht. Nur als Beispiel angegeben, falls die Vorform einen Brechungsindex von etwa 1,50 und die äußere Schicht einen Brechungsindex von etwa 1,70 besitzen, können die Brechungsindices der drei Übergangsschichten in einer Übergangszone, so wie die Schichten von der Vorform zu der äußeren Schicht abfolgen, etwa 1,54, 1,60 und 1,66 betragen.
Die Übergangszone 45 umfaßt eine getrennte und gesondert aufgebrachte Schicht oder Schichten, wobei jede Schicht einen anderen Brechungsindex aufweist und so gestaltet ist, daß die Übergangszone 45 einen effektiven Brechungsindex aufweist, der ein Zwischenwert ist und der sich dem geometrischen Mittel der Brechungsindices der optischen Vorform 10 und der äußeren Schicht 50 annähert. Der Brechungsindex jeder Übergangsschicht in der Übergangszone ist allgemein über die gesamte Schicht konstant.
Während des Aushärtungsschrittes werden sowohl die teilweise gehärtete Übergangsschicht 40 als auch die oberflächenabgegossene äußere Kunstharzschicht 50 bis zu dem gewünschten Grad ausgehärtet, um eine zunehmende mehrfachfokussierende optische Brechungsindexgradienten-Linse oder einen Halbzeug-Rohling zu bilden. Im Fall der bevorzugten Ausführungsformen verändert sich der Brechungsindexgradient von etwa 1,40 bis 1,66 mit verschiedenen Dicken jeden Materials, die mit Hilfe der Geometrien der konvexen Oberflächentopographie der modifizierten optischen Vorform, mit Hilfe der konkaven, sphärischen und astigmatischen Oberflächentopographie der optischen Vorform und mit Hilfe der sphärischen, konkaven Einzelsicht-Formoberfläche definiert sind, die die gewünschte äußere konvexe Krümmung auf der konvexen Seite der modifizierten und kundenspezifischen optischen Vorform zufügt, um die gewünschte Brechkraft zu erreichen. Innotech's kommerzielles Produkt SurfaceCasting bringt typischerweise eine Oberflächenschicht in einer Weise auf, so daß eine Fernbrechkraft der gewünschten Verordnung nicht wesentlich verändert wird. Bei der Erfindung kann jedoch die äußere Schicht, braucht aber nicht darauf eingeschränkt sein, die Fernbrechkraft im wesentlichen unverändert zu lassen. Darüber hinaus wird im Gegensatz zu Innotech's kommerzieller SurfaceCasting-Technologie und der Technologie der Patente '800, '585, '029 und '479 der zunehmende mehrfachfokussierende Zufügebereich der Erfindung nicht durch eine mehrfachfokussierende Form zugefügt, sondern eher aufgrund der wechselnden Oberflächentopographie der optischen Vorform 10 als auch des Brechungsindexgradienten erzeugt, der aus dem Abformen einer sphärischen oder asphärischen Oberfläche auf eine veränderte Oberflächentopographie herrührt, die besonders verändert worden ist, um eine unterschiedliche variierende Dicke eines Brechungsgradienten zu verursachen.
Es wird Bezug auf 5 genommen; sobald das Abformverfahren abgeschlossen ist, wird die zunehmende mehrfachfokussierende Brechungsgradient-Verbundlinse 100 aus der Form entfernt. Die neu geformte Verbundlinse 100 kann in der Form oder außerhalb der Form mit Hilfe von Techniken nachgehärtet werden, die im Stand der Technik wohl bekannt sind.
Das Verfahren der Erfindung kann verwendet werden, um optische Vorformen, optische Linsen und optische Halbzeug-Rohlinge zu erzeugen. Kunstharze, die verwendet werden, um irgendeine oder alle Schichten zu bilden, können photochromatisch sein, falls es gewünscht ist, solange der ordentliche Brechungsindex für die bestimmte Schicht erreicht wird. Obwohl die bevorzugte Ausführungsform dargestellt worden ist, indem Kunstharze zum Bilden der Schichten verwendet wurden, ergibt es sich zusätzlich, daß die Schichten des Verbunds aus Glas oder einer Kombination aus Kunstharz und Glas gebildet werden können.
Die äußere Schicht und die neu gebildete Verbundlinse 100 können in irgendeiner Weise oberflächenbehandelt werden, wie sie in der optischen Industrie verwendet wird, einschließlich des Aufbringens von Antireflex-Beschichtungen, kratzbeständigen Beschichtungen, Tönungen, photochromatischen Beschichtungen oder photochromatischen Imprägniertechniken, schmutzbeständigen Beschichtungen usw. Darüber hinaus kann eine In-der-Form- Übertragung von verschiedenen Beschichtungen als Teil des Herstellungsverfahrens im Gegensatz zu dem Aufbringen, nachdem die Linse oder der halbfertige Rohling hergestellt worden ist, verwendet werden.
Die Erfindung schafft bifokale Zufügebrechkräfte und die gewünschte Dezentrierung für das rechte und das linke Auge und stellt die richtige optische torische Achse bereit. Diese Ergebnisse werden vorzugsweise mit Hilfe einer Modifizierung der konvexen Oberfläche der optischen Vorform erreicht. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Modifizierung der Geometrie der optischen Vorformen hergestellt werden, indem die konkave Seite der optischen Vorform in der gleichen oder ähnlichen Weise modifiziert wird, wie die Modifizierung auf der konvexen Oberfläche ausgeführt wird. In diesem Fall werden die Modifizierung der optischen Vorformoberfläche und das Abformen auf der konkaven Seite der optischen Vorform im Gegensatz zu der Vorderseite der optischen Vorform ausgeführt.
Ebenso kann bei bestimmten anderen Ausführungsformen die Modifizierung der Oberflächentopographie der optischen Vorform mit einer bestimmten Tiefe und Geometrie und Ausrichtung gegenüber einer bifokalen Zone oder Mehrfachfokussierungszone einer Form ausgeführt werden, die die geeignete benötigte Oberflächenkrümmung aufweist. Dieses wird getan, um nicht nur die geeignete äußere Krümmung zuzufügen, sondern auch um eine zusätzliche einschränkende Geometrie in dem Bereich der bifokalen Zone oder Mehrfachfokussierungszone der fertiggestellten Linse zuzufügen. Indem dieser Ansatz genutzt wird, ist es möglich, Materialien zu verwenden, die ein kleineres Brechungsindexdifferential als die Materialien aufweisen, die bei der bevorzugten Ausführungsform verwendet wurden.

Claims

Polymerische optische Verbundlinse, Halbzeug-Linsenrohling oder Linsenrohling (100), mit: einer polymerischen Basisschicht (10), die einen ersten Brechungsindex und einen Bereich (20) mit variierender Dicke aufweist; einer polymerischen Außenschicht (50), die einen zweiten Brechungsindex aufweist, welcher von dem ersten Brechungsindex verschieden ist; und einer polymerischen Übergangsschicht (40); dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsschicht (40) wenigstens eine zwischen der Basisschicht und der Außenschicht (10, 50) gebundene polymerische Schicht aufweist, wobei die Basisschicht, die Außenschicht und die Übergangsschicht einen unterschiedlichen Brechungsindex aufweisen, wobei der Brechungsindex der Schicht oder jeder der Schichten im wesentlichen konstant durch die Schicht hindurch ist und wobei die Übergangsschicht (40) einen effektiven Brechungsindex aufweist, der etwa gleich dem geometrischen Mittel der Brechungsindizes der Basisschicht und der Außenschicht (10, 50) ist.
Optische Linse, Halbzeug-Linsenrohling oder Linsenrohling (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer konvexen Oberfläche der Basisschicht eine Oberflächenvertiefung oder ein erhöhter Bereich (20) gebildet ist, der etwa eine zunehmende Mehrfachfokussierungszone definiert.
Optische Linse, Halbzeug-Linsenrohling oder Linsenrohling (100) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Übergangsschicht (40) wenigstens die Oberflächenvertiefung oder den erhöhten Bereich (20) bedeckt.
Optische Linse, Halbzeug-Linsenrohling oder Linsenrohling (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Brechungsindex der Außenschicht (50) größer als der erste Brechungsindex der Basisschicht (10) ist.
Optische Linse, Halbzeug-Linsenrohling oder Linsenrohling (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisschicht (10) eine sphärische Brechkraft und/oder eine astigmatische Brechkraft aufweist.
Optische Linse, Halbzeug-Linsenrohling oder Linsenrohling (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisschicht (10) einen Brechungsindex von etwa 1,49 und die Außenschicht (50) einen Brechungsindex von etwa 1,66 aufweisen.
Optische Linse, Halbzeug-Linsenrohling oder Linsenrohling (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenschicht (50) eine Plastik-Außenschicht ist.
Verfahren zum Herstellen eines polymerischen optischen Verbundprodukts (100), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: a) Vorsehen einer polymerischen Basisschicht (10), die einen ersten Brechungsindex und eine Oberflächenvertiefung oder einen erhöhten Bereich (20) aufweist; b) Aufbringen einer polymerischen Übergangsschicht (40) mit wenigstens einer Harzschicht auf die wenigstens eine Oberflächenvertiefung oder den wenigstens einen erhöhten Bereich (20) der Basisschicht (10) und wenigstens teilweises Aushärten der wenigstens einen Schicht vor dem Aufbringen einer Folgeschicht; c) Aufbringen einer polymerischen Außenschicht (50) aus Harz auf die wenigstens eine Übergangsschicht (40), wobei die Außenschicht (50) einen zweiten Brechungsindex aufweist, der von dem Brechungsindex der Basisschicht (10) verschieden ist; und d) Aushärten der Übergangsschicht (40) und der Außenschicht (50), um eine fertige polymerische optische Linse (100) zu erzeugen, wobei die Übergangsschicht (40) einen effektiven Brechungsindex aufweist, der etwa gleich dem geometrischen Mittel der Brechungsindizes der Basisschicht (10) und der Außenschicht (50) ist, und wobei die eine Schicht oder jede der Schichten einen anderen Brechungsindex aufweist, der durch die Schicht hindurch im wesentlichen konstant ist und sich von den Brechungsindizes der Basisschicht (10) und der Außenschicht (50) unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechungsindex der Außenschicht (50) von dem effektiven Brechungsindex der Übergangsschicht (40) verschieden ist.