梯度偏振眼科镜片的制作方法

本发明涉及用于眼镜的眼科镜片，特别是太阳眼镜，所述眼科镜片具有横跨所述镜片的偏振梯度，使得远处景象可以通过镜片的偏振区域观看 (经常为上部区域)，而近处(或其他)景象可以通过镜片的非偏振区域(经常为下部区域)观看。

发明背景

眼科镜片为用于户外或户内用途的眼镜的那些镜片，通常为佩戴者提供矫正视觉以适应人眼睛中的生理学错误，而且还是平光的，且用于美学、保护性或时尚目的。户外用途的眼科镜片，经常称为太阳眼镜镜片，常规均匀地着色从而降低炫光和透光率以使佩戴者舒适。然而，这些镜片不加区别地过滤所有光，不管其水平偏振或垂直偏振，炫光被抑制，但没有消除。更重要地，通过过滤光的所有分量，降低视敏度。

光由不同方向行进的波组成。垂直偏振光对人眼睛有用，然而水平偏振光通常以较高比例作为炫光存在。炫光为水平光泽表面(例如汽车挡风玻璃、砂、水、雪或柏油路)反射的集束光，其降低可见性且可以使得不舒适、疼痛或甚至对进行驾驶、骑车、滑雪等有危险。因此，偏振眼科镜片开发用于户外用途以允许光的垂直偏振分量，这对清晰视觉是优选的，同时还消除容易散射和偏斜的水平偏振的光分量。优选垂直对准光，因为其注重视觉系统关注于图像的垂直分量的自然倾向。

通常，偏振眼科镜片包括线性偏振过滤器，其利用对准的二向色染料以使反射的太阳光的水平分量消光。在这方面，与偏振器的轴对准的光分量被吸收，只允许以与偏振器的轴垂直对准的波进行振荡的光通过过滤器。

最近以来，具有偏振显示器的智能手机、平板电脑、笔记本电脑及其它设备的流行和使用在提高。如美国专利7374282 (Robert K Tendler)中解释，在下文称为“Tendler”，当这种偏振显示器通过具有均匀偏振的眼科镜片(为横跨镜片的整个范围具有相同偏振度的镜片)以相反或交叉方向观看时，显示器将由于交叉偏振效应出现黑色且将不可视。

在该相同美国专利中，Tendler因此提议使用横跨镜片范围的偏振梯度，使得远处景象可以通过镜片的偏振区域(上部区域)观看，而近处景象可以通过镜片的非偏振区域(下部区域)观看，在两个偏振区域之间存在锐利边界，或从偏振区域到非偏振区域存在偏振变化以避免存在这种锐利边界。在Tendler中，建议这种镜片用于太阳眼镜，具有横跨所述镜片的常规均匀着色，而且还用于透明(未着色)眼镜。Tendler建议使用方法，例如拉伸偏振层，或提供不同偏振密度的偏振材料的相邻条，以实现期望的梯度偏振。

随后建议(参见Giorgio Trapani和Robert K Tendler的美国专利公开2015/0253465，在下文称为“Trapani等人”)产生具有梯度特征的眼科镜片的方法在于提供具有可印刷层 (例示为媒染剂的层)的膜，且在该膜上用喷墨印刷机来印刷点的图案(预定和变化密度的点)，以由此横跨膜的范围提供平滑变化的梯度。在该文献中，据说可通过该方法获得的梯度特征为偏振、透光率和色彩。实际上，为了产生太阳眼镜镜片，Trapani等人建议结合合适的染料到印刷品中，从而提供横跨所述镜片的透光率梯度，产生具有可在Trapani等人的图1中看到的类型的镜片的太阳眼镜，据说当通过镜片的下部区域观看时，这有利地提供很少的光阻。

由于其中除去与偏振器的轴平行对准的光的一个分量的镜片中的偏振过滤器的固有光消光性质，这种梯度偏振镜片，在添加或没有添加着色剂的情况下，通常呈现横跨所述镜片的变化透光率特征的类型，如在Trapani等人中描述和说明。从美学观点来看，这些镜片将显现具有横跨所述镜片的变化着色(同样地，具有或不具有加入的着色剂)，且从性能的观点来看，其充当太阳眼镜的能力受到限制。作为时尚太阳眼镜，经常更加考虑这种梯度着色，且佩戴者通过镜片的底部(未着色)部分仍经历高水平的透射光。

本发明的目的在于提供用于眼镜的眼科镜片，特别是太阳眼镜，其中所述眼科镜片包括横跨所述镜片的偏振梯度，但还提供横跨所述镜片的均匀透光率。理想地，这种太阳眼镜能够充当高性能眼镜或太阳眼镜，其具有偏振益处，但不具有对偏振显示器的可见性的消极影响且在与梯度着色镜片相关的镜片的下部不具有高透光率。

在对本发明进行概述之前，必须了解现有技术的以上描述仅提供作为背景以解释本发明的上下文。不视为承认所提及的任何材料是公开的或已知的，或为公知常识的一部分。

发明概述

本发明提供用于具有第一透光率梯度的偏振梯度的眼镜的偏振眼科镜片，特征在于所述眼科镜片还包括第二透光率梯度，所述第二透光率梯度与所述第一透光率梯度互补，使得所述眼科镜片呈现均匀透光率。

在优选形式中，所述眼科镜片将为具有5-80%范围的均匀透光率的太阳眼镜镜片(具有或不具有矫正焦度)，但更优选10-50%，或10-15%。在这方面，且与术语“透光率”有关，透光率描述经过镜片的光的总强度，通常表示为与光在镜片上入射的起始量相比的百分数，对于一些专用形式的太阳眼镜有时低至5%，或对于不经受高水平的入射光的太阳眼镜，高达80%，但对于太阳眼镜镜片通常为约10%-50%。

具有高透光率量(例如大于50%)的镜片只吸收低水平的光，允许高比例的光强度透过镜片，这使它们不特别用作太阳眼镜镜片，或只用于有限的情形。具有非常低透光率(例如0%-5%)的镜片将吸收非常高量的光，提供暗得几乎不可能看透的镜片。技术人员将理解针对“透光率”所提及的“均匀”指的是透光率横框镜片的区域基本上相同，在由正常制造公差所引起的不可避免光学变化的范围内。

偏振眼科镜片通常通过在镜片内结合偏振膜制备。偏振膜为常规吸收性线性偏振器，其位于镜片中在镜片的表面或接近镜片的表面，且水平对准以除去从表面反射的太阳光“炫光”。偏振膜通常由用偏振材料(例如合适的染料)浸透的聚乙烯醇(PVA)形成。

在由热固性基材(例如以PPG Industries，Inc.的商标CR-39®销售的烯丙基二甘醇碳酸酯)形成的眼科镜片的情况下，偏振膜经常嵌入镜片内且在其内铸造。为了这样做，将偏振膜成形/弯曲以紧密匹配镜片的正面，随后放置在镜片铸造组合件内使得镜片液体单体可以填充且随后在偏振膜附近固化。通常，成形/弯曲的偏振膜利用在镜片铸造组合件中使用的衬垫上的膜夹持片(holding tabs)而保持接近正面。偏振器通常位于镜片的正面以避免由于偏振膜正面中的双折射聚合物引起的去偏振效应。取决于所用的具体镜片基材，偏振膜可以夹在保护性层之间以保护偏振材料免受用于固化方法的化学品，或提供偏振膜和镜片基材之间的足够粘合。

在由热塑性基材(例如聚碳酸酯)形成的眼科镜片的情况下，偏振膜夹在类似的热塑性材料层之间以形成偏振圆片。偏振圆片随后弯曲成接近注射模制工具的正面模具的形状。其可以随后插入模制以产生具有包封的偏振圆片的眼科镜片，且在镜片基材的层之间牢固结合。

根据本发明的眼科镜片还可以使用矿物(玻璃)基材形成。

在本说明书中，单词“梯度”指光学特征从眼科镜片的一部分到另一部分的变化，且该单词将针对透光率的变化和偏振的变化两者使用。通常，这种变化将逐渐且平稳，但变化也可以为急剧且突然，例如水平横跨镜片的下部区域的边界，低于该边界提供1偏振度，而高于该边界提供另一不同的偏振度。

为了制备偏振梯度，可以使用印刷方法，例如由上述Trapani等人概述的那些(其全部内容通过引用结合到文中)，其中二向色染料作为油墨印刷到取向膜上，印刷强度变化以提供梯度。

例如，取向膜可以使用喷墨印刷机用透明的碘或二向色染料印刷，使得取向膜用染料选择性染色以提供具有需要的梯度的透明度。在这种形式下，喷墨印刷染料的图案提供由于取向膜上的染料点密度的梯度偏振，其中“密度”指的是按照行/英寸表示或按照通过喷墨印刷机在给定的位置中沉积的材料实际量表示的点尺寸。

在优选形式中，聚乙烯醇(PVA)膜可以拉伸到四倍长度以提供取向膜，且三乙酸酯纤维素(TAC)基材可以随后结合到取向膜用于稳定和保护。可以随后用适用于接受来自喷墨印刷机的印刷物的层顶涂布取向膜，例如媒染剂的层。

在这种形式下，喷墨印刷机可以随后用于在取向膜上印刷，通过上述媒染剂使该取向膜可印刷。印刷机输出因此为具有梯度偏振的偏振膜，在一种形式中使用图案化的二向色染料使得膜的上部区域高度染色，而膜的下部区域基本上未染色，允许偏振膜用于眼科镜片，其中类似地，镜片的上部区域高度偏振，而镜片的下部区域基本上非偏振。

在优选形式中，眼科镜片将具有带有最大偏振的偏振上部区域，和带有最小偏振的非偏振下部区域，与其间偏振逐渐变化的中间区域，使得所述眼科镜片的偏振横跨所述镜片从上部区域中的最大值逐渐变化到下部区域中的最小值。在优选形式中，其中最大偏振为50-98%范围偏振效率，或更优选大于90%偏振效率，或大于70%偏振效率，或大于60%偏振效率。在优选形式中，最小偏振为0-50%范围偏振效率，或更优选小于10%偏振效率，或小于20%偏振效率，或小于30%偏振效率。

然而，将了解眼科镜片可以具有除了在上部和下部区域之间以外的不同偏振的区域，其可以例如在左和右区域，或中间和外周区域，或环形区域之间的差异，取决于这种眼科镜片的期望用途。

如上文预示，当常规吸收性偏振器除去与偏振器的轴对准的光的分量时，这还产生降低的透光率。提供横跨眼科镜片的偏振梯度的吸收性偏振器因此常常产生横跨所述镜片的相等的透光率梯度，该所得的透光率梯度在整个本说明书中称为“第一透光率梯度”。

具有这种第一透光率梯度的梯度偏振眼科镜片将因此显得与例如包含只由于常规使用非二向色染料造成的透光率梯度的梯度着色时尚镜片相同。然而，已发现如果施加第二透光率梯度例如非偏振着色到梯度偏振眼科镜片，可以在不改变偏振梯度的情况下影响镜片的总透光率。在这种形式下，总透光率实际上由通过偏振和非偏振的光吸收的累积效应产生。

在优选形式中，这种第二透光率梯度可以通过着色梯度(可以称为“逆向”着色梯度)提供，使得着色梯度与偏振梯度互补，由此提供横跨所述眼科镜片的区域的均匀透光率。例如，其中眼科镜片具有带有最大偏振度的上部区域和最小偏振度的下部区域，均匀透光率可以通过用非二向色染料梯度着色到下部区域与上部区域相比的较暗状态来获得。

非偏振梯度着色可以以下方式提供。要接受梯度着色的镜片可以放置在支架上且部分浸入在流体(经常为包含染料和分散剂的混合物的水)中。通过缓慢移除或振荡镜片，可以控制镜片的每部分浸入在着色浴中的时间，使得镜片的上部区域在浴中具有较少时间且因此具有高透光率，而镜片的下部区域在浴中消耗更多时间且具有较低透光率。亮和暗之间的梯度率可以通过着色流体中的取出轮廓和消耗时间来控制。可以在产生许多非矫正太阳眼镜的镜片的大型浴中或在用于产生矫正太阳眼镜镜片的小型“逐副生产”浴中将这种方法应用于各单独验光单。

产生所述第二透光率梯度的备选方式可以通过在偏振膜的正面利用阻挡过滤器，例如四分之一波片阻挡器。高双折射材料和呈现双折射的受压聚合物(具有合适厚度)，如果放置在偏振膜的正面时，将改变入射偏振光，改变或修改其偏振轴使得该偏振光随后经过过滤器。

关于与第一透光率梯度互补由此提供具有均匀透光率的眼科镜片的第二透光率梯度的概念，应当了解非二向色或非对准二向色染料将吸收光，不论偏振角度而等同吸收。因此，光强度可以通过使用不优先吸收定向偏振光的这些染料的吸收性技术降低。因此，且根据本发明，可以构建具有变化偏振度且还具有均匀的总透光率的镜片。

梯度透光率在过去与时尚太阳眼镜相关。然而，这种时尚并非对每个人都合乎需要，且一些佩戴者将偏好横跨其镜片的均匀透光率，但具有降低偏振增加益处以观看数字显示器和LCD，以及通过偏振镜片得到的炫光降低的益处。另外，梯度透光率镜片引起进入眼睛的光量的变化，要求瞳孔必须针对会导致感觉问题的变化光照条件进行调节，特别是在旅行和运动中经历的快速改变的光照条件。这种感觉可以通过使用如通过本发明提供的具有梯度偏振的均匀透光率改进。

附图简述

已简要地描述本发明涉及的一般概念，现在将根据本发明描述梯度偏振眼科镜片的优选实施方案。然而，应当理解以下描述并不限制以上描述的普遍性。

在附图中：

图1a为具有从顶部到底部的典型透光率梯度的梯度偏振镜片的示意图，如图1b的表和图1c的图表中所示；

图2a为具有典型透光率梯度、但现在逆向地从底部到顶部的非偏振梯度着色镜片的示意图，如图2b的表和图2c的图表中所示，其将在典型的梯度着色方法中产生。

图3a为根据本发明的优选实施方案的眼科镜片的示意图，显示横跨镜片的区域的均匀透光率，以及梯度偏振，如图3b的表和图3c的图表中所示。

优选实施方案的详述

一般地说，图1中显示典型的梯度偏振镜片具有在其上部区域(a)中的高偏振效率和较低透光率以及在其下部区域(c)中的低偏振效率和高透光率，横跨其中间区域(b)偏振效率逐渐变化。

图2显示将在典型的梯度着色方法中产生的典型梯度着色(非偏振)镜片。在优选的制造方法中保持在着色浴中最长时间的镜片的下部区域(c)具有较低透光率，而几乎不暴露到着色溶液的上部区域(a)具有最高透光率。

图3则说明例示性眼科镜片，其包括偏振梯度和第二透光率梯度，所述第二透光率梯度与偏振梯度的第一透光率梯度互补，使得镜片呈现横跨镜片的均匀透光率，但在其上部区域具有高偏振效率和在其下部区域具有低偏振效率。

现在将参考以下实施例来描述本发明。

实施例1 - 平光太阳眼镜镜片。

梯度偏振膜根据在上文中描述的Trapani等人的喷墨印刷方法产生。由膜切割出圆盘，梯度的中间以已知方式与凹槽对准。圆盘在热和压力的作用下弯曲成与期望镜片相同的弯曲，且该弯曲圆盘随后夹在两个玻璃模具之间并通过适当设计的衬垫与正面模具保持固定的距离。玻璃模具之间的间隔通常为1.8-2.2 mm，以便产生适用于太阳眼镜且没有光学矫正的镜片。

夹层组合件随后用催化的烯丙基二甘醇碳酸酯单体填充且使用塑料镜片生产技术人员已知的实践来固化7-21小时的时间。在固化完成之后，将镜片从组合件移除准备进行着色。

镜片在着色架中对准且放置在着色浴中，配制以产生互补性梯度颜色，使用镜片着色方法的技术人员已知的技术。然而，小心对准镜片使得偏振轴垂直于着色流体的表面且使得镜片的偏振部分在顶部。通过调节镜片浸入在着色浴中的时间和深度，可以实现类似颜色的梯度着色，但并不偏振。

在这种方式中，可以产生一种镜片，从顶部到底部具有基本上相同的透光率和颜色，但具有上部区域中大于90%的偏振效率和下部区域中的低偏振效率。

实施例2 - 半精整的坯体和具有矫正焦度的镜片。

梯度偏振膜根据在上文中描述的Trapani等人的喷墨印刷方法产生。由膜切割出圆盘，且梯度的中间以正常方式与凹槽对准。圆盘在热和压力的作用下弯曲成与期望镜片相同的弯曲以形成圆片。弯曲的圆片随后夹在两个玻璃模具之间且在适当设计的衬垫中与正面模具保持固定的距离(期望<1mm)。

布置组合件的正面模具和背面模具，以得到适用于期望镜片坯体的正面弯曲和镜片厚度，镜片坯体通常用于产生具有矫正焦度的眼科镜片。

夹层组合件随后用引发的烯丙基二甘醇单体填充且使用已知技术固化。在固化之后，半精整的镜片从夹层移除并后固化。对后固化时间和温度进行设计以进一步固化镜片且减轻来自模腔内的先前聚合的内应力。

半精整的镜片随后在粗锻(blocking)设备中以相对于偏振轴的特定取向对准。可以随后磨平至验光单焦度，其中偏振轴在佩戴者的眼镜框中垂直取向。在磨平之后，镜片可以在架中对准，其中验光单的水平轴对着色流体的表面取向，因此偏振轴将为垂直的。随后控制着色时间和深度使得产生与偏振梯度互补的梯度着色。

精整的镜片具有从顶部到底部基本上均匀的透光率和颜色，具有在镜片的上部区域的高偏振效率和在下部区域(阅读区)的低偏振效率，且具有在匹配到框时对佩戴者的用途校正取向的矫正焦度。

实施例3 - 具有矫正焦度的高折射指数镜片

梯度偏振膜根据在上文描述的Trapani等人的喷墨印刷方法产生。由膜切割出圆盘，且梯度的中间与凹槽对准，如常见实践。圆盘在热、压力和湿度的作用下弯曲成与期望镜片相同的弯曲以形成圆片。弯曲的圆片随后夹在两个玻璃模具之间并用适当设计的衬垫与正面模具保持固定距离。布置组合件的正面和背面模具，以得到适用于半精整镜片坯体的弯曲和厚度。

催化的氨基甲酸酯镜片单体随后填充到模腔中以包围偏振膜。氨基甲酸酯镜片单体对于高指数镜片制造领域中的技术人员已知，且包括但不限于：硫代氨基甲酸酯镜片单体组分例如亚二甲苯基二异氰酸酯(XDI)、降莰烷二异氰酸酯(NBDI)、2,3-双[(2-巯基乙基)硫代]-1-丙烷硫醇(GST)、(双-巯基甲基)-3,6,9-三硫杂十一烷-1,11-二硫醇(MR10B)、季戊四醇四3-巯基丙酸酯(PTMP)。

合适的锡催化剂用于固化镜片。这种催化剂可以包括但不限于二氯二丁基锡或二月桂酸二丁基锡。另外，添加剂可以包括在镜片单体混合物中例如本领域技术人员已知的UV吸收剂和脱模剂。

填充模具组合件随后在烘箱中使用温度程序和本领域技术人员已知的技术固化。固化的程序和长度可以变化，且合乎需要的固化时间为20-45小时，以便控制镜片固化。在固化之后，镜片从夹层移除并后固化。对后固化时间和温度进行设计以进一步固化镜片并减轻来自模腔内的先前聚合的内应力。半精整的镜片随后在模块化设备中以与偏振轴的特定取向对准。其可以随后磨平至验光单焦度，其中偏振轴垂直取向，用于佩戴者的正常用途。在磨平之后，该镜片可以在架中对准，其中验光单的水平轴对着色流体的表面取向。随后控制着色时间和深度以产生与偏振梯度互补的梯度着色。

所得的镜片具有从顶部到底部基本上均匀的透光率和颜色，且具有在匹配到框时对佩戴者的用途校正取向的矫正焦度。该镜片包含校正取向以适合佩戴者的偏振梯度，优选具有在镜片的上部区域中的高效率和在镜片的下部区域中的低效率。

实施例4 - 具有矫正焦度的聚碳酸酯镜片。

梯度偏振膜根据在上文描述的Trapani等人的喷墨印刷方法产生。使用已知方法和粘合剂将膜结合在聚碳酸酯膜层之间。由膜切割出圆盘，且梯度的中间与凹槽对准，如常见实践。圆盘在热和压力的作用下弯曲成与期望镜片相同的弯曲以形成圆片。弯曲圆片随后插入到注射模制工具的模制腔中。

将热熔融聚碳酸酯注射到腔中且在膜后面，抵着工具的正面模制表面压制该热熔融聚碳酸酯。使模具冷却且聚碳酸酯能够固化，且这样做的话，膜粘附到聚碳酸酯镜片。

将聚碳酸酯半精整偏振镜片从模具移除且在粗锻设备中以与偏振轴的特定取向对准。随后可以磨平至验光单焦度，其中偏振轴垂直取向，用于佩戴者的正常用途。

在磨平之后，该镜片用可着色的硬涂料例如来自UltraOptics的UVNV硬涂布。磨平的、硬涂布的镜片可以在架中对准，其中验光单的水平轴对着色流体的表面取向。随后控制着色时间和深度以产生与偏振梯度互补的梯度着色。

所得的镜片具有从顶部到底部基本上均匀的透光率和颜色，具有在匹配到框时对佩戴者的用途校正取向的矫正焦度。该镜片包含校正取向以适合佩戴者的偏振梯度，优选具有在镜片的上部区域中的高效率和在镜片的下部区域中的低效率。