Способ изготовления многофокусных линз

Способ изготовления многофокусных линз

Реферат

Область применения изобретения

Настоящее изобретение относится к способам изготовления многофокусных офтальмических линз. В частности, изобретение предусматривает способ изготовления тонких многофокусных линз с использованием материалов с высоким показателем преломления.

Предпосылки изобретения

Использование офтальмических линз для коррекции аметропии общеизвестно из уровня техники. Например, многофокусные линзы, например, линзы с постепенным увеличением оптической силы (ЛПУОС) используются для лечения пресбиопии. Прогрессивная поверхность ЛПУОС обеспечивает дальнее, промежуточное и ближнее видение за счет постепенного, непрерывного изменения вертикально увеличивающейся диоптрической силы от дальнего фокуса к ближнему фокусу или от верхней к нижней части линзы.

ЛПУОС привлекательны для носящего очки, поскольку в ЛПУОС отсутствуют видимые границы между зонами разной диоптрической силы, которые имеют место в других многофокусных линзах, таких как бифокальные и трифокальные линзы. Однако скрытый недостаток ЛПУОС состоит в том, что вследствие действия силы зоны ближнего видения, центральная толщина линзы возрастает по сравнению с линзами единичного видения. Это делает ЛПУОС менее предпочтительным с косметической точки зрения для носящего очки.

Один способ, используемый для уменьшения центральной толщины ЛПД, состоит в формировании линзы из материала с высоким показателем преломления для снижения саггитальной высоты линзы. Предпочтительные материалы с высокими показателями преломления включают в себя некоторые пластмассы. Кроме того, алюмосиликатное или боросиликатное стекло, легированное некоторыми редкоземельными металлами, обеспечивает материал с высоким показателем преломления. Однако имеется необходимость в альтернативных способах, позволяющих уменьшить центральную толщину многофокусной линзы.

Описание изобретения и предпочтительных вариантов его осуществления

Настоящее изобретение предусматривает способ и линзы, изготовленные согласно способу, в которых толщина центральной части линзы уменьшена по сравнению с традиционными многофокусными линзами. Помимо более тонких линз, способ, отвечающий изобретению, обеспечивает линзы, имеющие высокую ударопрочность.

Согласно одному варианту осуществления, изобретение предусматривает способ изготовления многофокусной линзы, содержащий состоящий из и состоящий по существу из осаждения на, по меньшей мере, часть поверхности подложки линзы, по меньшей мере, одного слоя поверхностно-образующей массы материала с высоким показателем преломления, причем указанный материал осаждают в условиях, подходящих для формирования на поверхности подложки линзы зоны ближнего видения, зоны промежуточного видения или их комбинации. Согласно другому варианту осуществления, изобретение предусматривает многофокусную линзу, изготовленную этим способом. Применительно к изобретению «материал с высоким показателем преломления» - это материал, показатель преломления которого составляет около 1,7 или более.

Способ, отвечающий изобретению, наиболее предпочтителен при изготовлении линз с постепенным увеличением оптической силы. Применительно к изобретению «линза с постепенным увеличением оптической силы» - это линза, имеющая, по меньшей мере, одну поверхность с постепенным увеличением оптической силы. Под «поверхностью с постепенным увеличением оптической силы» или «прогрессивной поверхностью» понимают непрерывную асферическую поверхность, имеющую зоны дальнего и ближнего видения и зону промежуточного видения увеличивающейся или уменьшающейся диоптрической силы, соединяющую зоны дальнего и ближнего видения.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретение предусматривает способ изготовления линзы с постепенным увеличением оптической силы, содержащий, состоящий из или состоящий по существу из осаждения на, по меньшей мере, часть поверхности подложки линзы, по меньшей мере, одного слоя поверхностно-образующей массы материала с высоким показателем преломления, причем материал осаждают в условиях, подходящих для формирования на поверхности подложки линзы зоны ближнего видения и зоны промежуточного видения. Согласно другому варианту осуществления изобретение предусматривает линзу, изготовленную этим способом.

Подложка линзы, используемая согласно способу, отвечающему изобретению, может представлять собой линзу или оптическую заготовку. Под «оптической заготовкой» понимают оптически прозрачное изделие, имеющее форму, способное преломлять свет и предназначенное для использования при изготовлении очковых линз. Подложка линзы включает в себя полностью или частично: сферическую силу, необходимую для коррекции зрения на расстоянии; цилиндрическую силу; и призму, необходимую для изготовления линзы. Предпочтительно подложка линзы полностью включает в себя сферическую, цилиндрическую и призматическую силу. Подложку можно формировать любым известным способом, а именно формованием, механической обработкой, литьем и т.п. или их комбинацией. Предпочтительно подложку изготавливают методом литьевого формования.

Подложка линзы может быть выполнена из любого материала, предназначенного для использования в качестве материала очковой линзы. Иллюстративные материалы включают в себя, без ограничения, стекло, поликарбонаты, например поликарбонаты на основе бисфенола А, аллилдигликоль-карбонаты, например диэтиленгликоль-бисаллиль-карбонат (CR-39™), аллиловые сложные эфиры, например триаллил-цианурат, триаллил-фосфат и триаллил-цитрат, акриловые сложные эфиры, акрилаты, метакрилаты, например метил-, этил- и бутил-метакрилаты и акрилаты, стиролы, полиэфиры и т.д. и их комбинации. Кроме того, заготовку можно формировать из одного или нескольких оксидов фосфина, раскрытых в патенте США №6,008,299, включенном сюда во всей полноте посредством ссылки. Предпочтительно, материал подложки имеет показатель преломления около 1,50 или более.

Подходящий материал с высоким показателем преломления выбирают и осаждают на подложку так, чтобы материал: 1) имел поглощение видимого света на используемой толщине менее примерно 10%, предпочтительно менее примерно 5%; и 2) был способен образовывать устойчивую к удару и царапанью непрерывную пленку с среднеквадратической шероховатостью поверхности менее примерно 15 нм и не изменять оптическую прозрачность, преломляющие свойства, оптическую ясность и адгезию к подложке линзы не более чем примерно на 5 процентов за 2 или более месяцев использования в типичных условиях окружающей среды. Примеры подходящих материалов с высоким показателем преломления приведены ниже в таблице, причем материалы можно использовать в комбинации. Перечисленные показатели преломления являются типичными значениями в диапазоне видимого света, а фактические значения зависят от обработки пленки, стехиометрического состава и микроструктуры. Индекс «x» может принимать значения примерно от 0 до 2, а «y» - примерно от 0 до 1,33.

Материал	Показатель преломления
Si3N4	2,03
SiOxNy	1,5-2,0
ZrO2	1,88
Ta2O5	2,07
Al2O3	1,77
TiO2	1,9-2,3
Cr2O	2,24
Nb2O5	2,39
MgO	1,74
In2O3-SnO2	1,90
HfO2	2,07
Y2O	1,94
Алмаз	2,42
Алмазоподобный углерод	1,6-2,2
Нитрид углерода	1,6-2,2

Осаждение материала с высоким показателем преломления можно производить любыми удобными средствами. Предпочтительно производить его так, чтобы формировать модуляцию показателя преломления или градиент показателя преломления. Модуляция показателя преломления - это колебательное изменение показателя преломления как функция одной из пространственных координат, обычно по оси z над ортогональной плоскостью, например, плоскостью x-y. Градиент показателя преломления - это непрерывное изменение показателя применения, измеряемое аналогично. Модуляцию или градиент можно получить любым удобным способом. Например, для формирования модуляции можно попеременно осаждать два разных состава, например нитрид и оксид одного и того же металла. Градиент можно сформировать, непрерывно изменяя состав слоя в процессе осаждения, например непрерывно изменяя отношение кислорода к азоту от чистого оксида к чистому нитриду или непрерывно увеличивая толщину осажденного слоя.

Осажденный материал с высоким показателем преломления должен иметь показатель преломления, отличающийся от показателя преломления подложки, по меньшей мере, на 0,1 в диапазоне длин волны примерно от 400 до 750 нм. В случае осаждения более одного слоя слои могут отличаться друг от друга, по меньшей мере, на 0,1 единицы показателя преломления в диапазоне длин волны примерно от 400 до 750 нм. Специалистам в данной области очевидно, что оптическая коррекция, обеспечиваемая осажденным материалом с высоким показателем преломления, является функцией произведения добавленной высоты прогиба или толщины слоя, измеренной вдоль оси z, и показателя преломления материала, осажденного в виде слоя.

Масса материала с высоким показателем преломления, используемая в качестве поверхностно-образующей массы или массы, предназначенной для формирования на подложке линзы требуемой поверхности, зависит от выбранного материала. Масса используемого материала с высоким показателем преломления должна быть таковой, чтобы формировалась поверхность с толщиной в пределах примерно от 0 до 200 микрон, предпочтительно, примерно от 2 до 100 микрон. Обычно используется масса примерно от 10 до 100 микрограмм. Слой, предпочтительно, имеет наименьшую толщину в геометрическом центре подложки линзы. Предпочтительно, толщина слоя в центре подложки составляет около 0 микрон.

Осаждаемый материал с высоким показателем преломления не обязательно осаждать на всей поверхности подложки линзы. Вместо этого его можно осаждать на области поверхности подложки, на которой желательно обеспечить зону промежуточного видения, зону ближнего видения или их комбинацию.

Осаждение материала с высоким показателем преломления можно осуществлять на задней (обращенной к глазу) поверхности или передней (обращенной к объекту) поверхности подложки или на обеих поверхностях. Осаждение можно производить любым из ряда способов, включая, без исключения, напыление, осаждение из паровой фазы, химическое осаждение из паровой фазы, осаждение атомного слоя, катодное дуговое осаждение, ионно-лучевое осаждение и т.д. и их комбинации.

Согласно одному полезному способу материал с высоким показателем преломления осаждают с использованием маски близкого контакта в сочетании со способом прямолинейного осаждения, например напыления или осаждения из паровой фазы. В условиях вакуума, в которой длина свободного пробега, т.е. среднее расстояние, пройденное осаждающимися частицами до столкновения с другими частицами или стенкой камеры осаждения, больше размеров системы осаждения, осаждение происходит в прямолинейном процессе от источника осаждения до покрываемой подложки. Сплошная металлическая маска, находящаяся в непосредственной близости, но не касающаяся поверхности, препятствует осаждению материала в области, закрытой от источника осаждения в зоне прямой видимости. Геометрия маски может обеспечивать возможность наложения на поверхность подложки с фиксацией относительно нее или перемещения по поверхности линзы. Точные параметры процесса зависят от осаждаемого материала.

Согласно альтернативному способу избирательное осаждение осуществляется с использованием лазерного осаждения из паровой фазы. Подложку линзы помещают в стеклянную или металлическую вакуумную камеру, снабженную лазерным портом, по меньшей мере, около 75 мм в диаметре, что позволяет фокусировать пучок во всех позициях на поверхности подложки. Камеру заполняют металло-органическим исходным веществом химической реакции. Подходящими исходными веществами являются те, которые способны к разложению под действием света определенных длин волны, доступных с использованием имеющихся в продаже лазеров. Взаимодействие исходного вещества с лазером приводит к химическому разложению и осаждению материала с высоким показателем преломления. Используемая скорость осаждения превышает примерно 10 нм/с. Иллюстративные исходные вещества включают в себя, без ограничения, CH₃I, SiH₄, N₂O, TiCl₄ и т.п. и их комбинации. Лазерный пучок непрерывно перемещается по поверхности подложки согласно рисунку и со скоростью, обеспечивающей требуемую геометрию и толщину.

Согласно еще одному способу осаждения материал избирательно удаляют, чтобы создать нужную геометрию и толщину поверхности. Слой материала с высоким показателем преломления, примерно однородный по толщине, осаждают на поверхности подложки с использованием вакуумного осаждения, например, без ограничения, напыления, осаждения из паровой фазы, химического осаждения из паровой фазы, плазменного осаждения и т.п. или их комбинаций. Затем осажденный слой подвергают действию ионного пучка, лазера или иного источника энергии, который способен удалить материал с высоким показателем преломления путем абляции, испарения и т.п. Можно использовать маску близкого контакта.

Согласно всем вышеописанным способам осаждения осаждением можно управлять посредством механизма обратной связи, который обеспечивает осаждение со сложной геометрией поверхности, согласующейся с многочленом или суммой многочленов, каждый из которых описывает сегмент поверхности, и сглаженной на границах посредством сплайнов или других процедур подгонки. Подходящие механизмы обратной связи включают в себя, без ограничения, измерение отражающей способности с использованием волоконно-оптического источника света и детектора. С использованием фокусирующего источника света с размером пятна менее примерно 1 мм и, предпочтительно, около 100 микрон, толщину осажденного слоя можно точно измерять в процессе осаждения. Информация поступает обратно в систему осаждения с использованием пропорционально-интегрально-дифференциального контроллера процесса. Альтернативно, фактическое фокусное расстояние всей линзы в данной позиции можно измерять с использованием фокусирующего источника света и детектора, причем размер пятна источника света составляет менее примерно 1 мм. Фокусное расстояние линзы можно измерять и сравнивать с требуемым фокусным расстоянием в различных позициях относительно линзы.

В качестве альтернативного варианта осуществления изобретения осажденный слой может проходить по всей поверхности подложки и обеспечивать коррекцию оптических аберраций высших порядков, т.е. третьего порядка и выше, включая, без ограничения, сферическую аберрацию, астигматизм с косыми осями и кому. Эти оптические коррекции можно обеспечить регулировкой добавленной высоты прогиба на единичном слое. Альтернативно, можно осаждать более одного слоя и регулировать топографию поверхности на границе раздела между двумя слоями для обеспечения геометрии поверхности, необходимой для обеспечения нужной коррекции оптической аберрации. Согласно еще одной альтернативе показатель преломления осажденного слоя или осажденных слоев можно изменять для обеспечения требуемых коррекций оптической аберрации. Таким образом, согласно другому варианту осуществления, изобретение предусматривает способ изготовления линзы, способной корректировать, по меньшей мере, одну аберрацию глаза высшего порядка, содержащий, состоящий из и состоящий по существу из осаждения на, по меньшей мере, часть поверхности подложки линзы, по меньшей мере, одного слоя поверхностно-образующей массы материала с высоким показателем преломления, причем материал осаждается в условиях, подходящих для формирования поверхности, способной корректировать, по меньшей мере, одну оптическую аберрацию высшего порядка.

При выполнении этого варианта осуществления изобретения используется заготовка, имеющая поверхность с постепенным увеличением оптической силы с заданными участками дальнего, промежуточного и ближнего видения, каковая заготовка имеет оптические аберрации высших порядков, которые необходимо устранить. Поверхность заготовки картографируют для определения значения прогиба, т.е. координат x, y, z, поверхности относительно опорной поверхности в плоскости x, y, выбирая точки, в которых производятся измерения прогиба, примерно через каждые 0,1-1,0 мм. Таблицу прогиба разбивают на сетку, покрывающую поверхность, причем сетка состоит из различных геометрических фигур, включая, без исключения, треугольники, прямоугольники или квадраты и т.п., причем размер каждого сегмента составляет не менее 1 мм и не более 8 мм.

Для каждого сегмента желательное расстояние до объекта от расстояния до целевого объекта составляет около 45 см в зоне ближнего видения и около 60 см в зоне промежуточного видения. Значения прогиба для каждого сегмента определяют во всех точках сегмента, которые будут обеспечивать наилучшую сфероцилиндрическую коррекцию для желательного расстояния до объекта на этом сегменте и сфероцилиндрическую и призматическую коррекцию, требуемую рецептом носящего очки. Разность между измеренным и расчетным значениями прогиба в каждой точке каждого сегмента определяют и повторно вычисляют с учетом показателя преломления осаждаемого материала с высоким показателем преломления. Значения прогиба в граничных точках каждого сегмента сравнивают с соответствующими значениями в соседнем сегменте, чтобы выявить нарушения непрерывности в значениях прогиба и наклонов на границах каждого сегмента.

Значения прогиба всех точек каждого сегмента изменяют, пока нарушения непрерывности в значениях прогиба не уменьшаются до значения, меньшего воспринимаемого человеческим глазом, около 0,1 микрона или менее, и пока нарушение непрерывности наклона не уменьшаются до значения, меньшего воспринимаемого человеческим глазом в виде скачка изображения, около 0,1 градуса или менее. Лучшая подгонка для новой поверхности в каждом сегменте определяется по отношению к сфероцилиндрической поверхности, и этапы процесса повторяются по мере необходимости и посредством необходимого количества итераций, пока значения прогиба не перестанут изменяться. Когда значения прогиба во всех точках каждого сегмента станут известны, материал осаждают до требуемой толщины.

1. Способ изготовления линзы, выполненной с возможностью коррекции оптических аберраций глаза высших порядков, содержащий этапы, на которых осаждают на, по меньшей мере, часть поверхности подложки линзы, по меньшей мере, один слой поверхностно-образующей массы материала с высоким показателем преломления, причем материал осаждают в условиях, подходящих для формирования поверхности, выполненной с возможностью коррекции, по меньшей мере, одной оптической аберрации высшего порядка.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что материал с высоким показателем преломления осаждают на всей поверхности подложки линзы.

3. Способ по одному из п.1 или 2, отличающийся тем, что материал с высоким показателем преломления выбирают из группы, состоящей из Si₃N₄, SiO_xN_y, ZrO₂, Та₂O₅, Al₂O₃, TiO₂, Cr₂О, Nb₂O₅, MgO, In₂O₃-SnO₂, HfO₂, Y₂O, алмаза, алмазоподобного углерода, нитрида и их комбинаций, причем x принимает значения примерно от 0 до 2, а y - примерно от 0 до 1,33.

4. Линза, изготовленная способом по одному из пп.1-3, при этом указанная линза является линзой с постепенным увеличением оптической силы.

5. Многофокусная линза, содержащая подложку, по меньшей мере, один слой поверхностно-образующей массы из, по меньшей мере, двух материалов с высоким показателем преломления, осажденных на, по меньшей мере, части поверхности подложки линзы, при этом указанные по меньшей мере два материала с высоким показателем преломления формируют зону ближнего видения, зону промежуточного видения или их комбинации, причем по меньшей мере два материала с высоким показателем преломления являются комбинацией, выбранной из группы, состоящей из Si₃N₄, SiO_xN_y, ZrO₂, Ta₂O₅, Al₂O₃, TiO₂, Cr₂O, Nb₂O₅, MgO, In₂O₃-SnO₂, HfO₂, Y₂O, алмаза, алмазоподобного углерода, нитрида и их комбинаций, причем x принимает значения примерно от 0 до 2, а y - примерно от 0 до 1,33.

6. Многофокусная линза по п.5, которая является линзой с постепенным увеличением оптической силы.