曲面镜片及相关方法
【专利摘要】本文描述了曲面镜片及其制造方法。制造曲面镜片的方法的一个实施例包括使镜片坯料弯曲，其中，镜片坯料由叠压在一起的线偏光层和多个聚合层制成。以如下方式弯曲镜片坯料：以第一压力对凸形件和凹形件之间的镜片坯料加热和施压；使压力沿S形曲线在一段时间内爬升至较高压力；以及将较高压力保持足以使镜片坯料符合凸形件和凹形件的形状的一段时间。本发明的方法可用于制造具有不同偏光特性和曲率的曲面镜片。
【专利说明】曲面镜片及相关方法
[0001]对相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2011年4月15日提交的标题为“Apparatus and Method forShaping Light Polarizers”的美国临时专利申请第61/475,871号的优先权,其全部内容结合于此作为参考。
【技术领域】
[0003]本发明涉及偏光眼镜领域，更具体地，涉及曲面偏光镜片和具有曲面偏光镜片的眼镜。
【背景技术】
[0004]诸如结合到太阳镜或其它眼镜中的那些偏光镜片优选地以符合时尚潮流而成形，从而将干扰佩戴者的周边视力的光线量最少化并使反射的出现降至最低。然而，当下几乎没有能够将平面偏光镜片坯料转变为曲面镜片的技术。现有的技术可具有如下一种或多种缺点:某些技术会产生具有光功率(optical power)的镜片，不适于高效自动化生产；某些技术会涉及到耗时的磨削工艺；或者成形工艺会破坏线偏光片。
【发明内容】
[0005]基于上文，本发明的目的在于提供一种基本不具有光功率的曲面偏光镜片，该曲面偏光镜片可根据对易损的线偏光片材料产生最小损坏的高效自动化工艺进行制造。
[0006]根据本发明的方法的一个方面，成形镜片由镜片坯料制备而成，镜片坯料由线偏光层和与线偏光层叠压在一起的多个聚合层制成，该线偏光层具有偏光轴。镜片还料以第一压力在凸形件和凹形件之间被加热和施压。压力在爬升时间段内以S形曲线爬升至更高压力，该更高压力维持足以使镜片坯料符合凸形件和凹形件的形状的时间。
[0007]根据本发明的方法的另一个方面，成形镜片由镜片坯料制备而成，镜片坯料由线偏光层和与线偏光层叠压在一起的多个聚合层制成，该线偏光层具有偏光轴。通过以第一压力在凸形件和凹形件之间对镜片坯料施压来将镜片坯料加热至成形温度，凸形件和凹形件均处于该成形温度。在以成形温度加热的同时，使压力爬升至第二压力，其中，从第一压力向第二压力的爬升根据S形压力曲线执行。维持第二压力同时以成形温度加热，以使镜片坯料符合凸形件和凹形件的形状。将温度减小至减小温度同时维持第二压力，以使镜片坯料成为具有凸形侧和凹形侧的刚性镜片。然后将该刚性镜片从凸形件和凹形件之间移除。
[0008]根据本发明的方法的另一个方面，眼镜由第一镜片和第二镜片制备而成，第一镜片和第二镜片由线偏光层和与线偏光层叠压在一起的多个聚合层制成，线偏光层具有偏光轴。第一镜片和第二镜片根据以下步骤由镜片坯料形成为所需形状:(i)分别对位于凸形件和凹形件之间的镜片坯料加热并以第一压力施压；(ii)使压力在爬升时间段内沿S形曲线上升至较高压力；以及(iii)使该较高压力维持足以使镜片坯料符合凸形件和凹形件的形状的时间。然后将成形的第一镜片和第二镜片放置到眼镜框中。
[0009]以下为在本发明的方法中可选择性使用的优选成形参数。优选地，以大约70°C至大约200°C进行加热。第一压力为大约0.75MPa至大约2.5MPa。第二压力为大约1.5至大约32MPa。爬升时间段优选为大约5秒至大约150秒。
[0010]在一些实施例中，方法可包括在维持第二压力的同时冷却镜片坯料。可以大约20°C至大约90°C进行冷却。
[0011]在一些实施例中，方法可包括:在将镜片坯料放置在凸形件和凹形件之间并以第一压力对镜片坯料加压之前将镜片坯料加热至大约20°c至大约150°C的温度。
[0012]在某些实施例中，至少其中一个聚合层为具有快轴(fast axis)和慢轴的光波延缓层，并且快轴相对于偏光轴以一定角度成角。可通过对该角度进行选择以使镜片为线偏光片、椭圆偏光片或圆偏光片。
[0013]在镜片为圆偏光片的实施例中，可将抗反射涂层涂覆成形镜片的凸面和凹面。这有利地使得成形镜片具有等于或大于90%的平行偏光透光度和等于或小于0.5%的交叉偏光透光度。
[0014]在一些实施例中，可调整凸形件和凹形件的形状以制造球面、环面或圆柱面形镜片。球面镜片具有第一曲率半径和垂直于第一曲率半径的第二曲率半径，其中第一曲率半径和第二曲率半径相等。环面镜片具有第一曲率半径和第二曲率半径，其中，第一曲率半径和第二曲率半径不相等。圆柱形镜片具有第一曲率半径和垂直于第一曲率半径的第二曲率半径，其中，第一曲率半径不为O而第二曲率半径为O。
[0015]在一些实施例中，凸形件和凹形件的形状产生厚度不均的镜片，其中，镜片的最大厚度大约位于镜片的中心，这有利地使得镜片基本不具有光功率。
[0016]本发明的实施例还包括根据本发明方法的这些方面制造的眼镜镜片。
[0017]结合附图和下面对优选实施例的详细说明，将会更好地理解本发明的这些和其他目的、方面和优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是可用于形成根据本发明的实施例的镜片的优选复合偏光片板材的侧视图；
[0019]图2是可用于形成根据本发明的实施例的镜片的另一种优选复合偏光片板材的侧视图；
[0020]图3是可用于形成根据本发明的实施例的镜片的再一种优选复合偏光片板材的侧视图；
[0021]图4是可自其上切下镜片坯料的优选复合偏光片板材的平面图，其示出了线偏光层的透光轴与延缓层的快轴的排列；
[0022]图5是复合偏光片板材段的平面图，其示出了如何从其上切下镜片坯料；
[0023]图6是从图4的复合偏光片板材段去除的镜片坯料的平面图；
[0024]图7是能够用于根据本发明的方法将镜片坯料弯曲为镜片的装置的截面图；
[0025]图8是图7中的装置处于本发明的方法的加压阶段时的截面图；
[0026]图9是图7中的装置的截面图，其示出将曲面镜片自该装置中移除；
[0027]图10为示出根据本发明的方法将镜片坯料成形为曲面镜片所使用的典型的S形压力曲线的线形图；
[0028]图1lA至IlC分别为根据本发明的方法制造的球面、环面及圆柱面形状的镜片；
[0029]图12是包括本发明的镜片的眼镜的立体图；
[0030]图13是根据本发明实施例的包含硬质涂层的曲面镜片的剖面图；以及
[0031]图14是根据本发明实施例的包含抗反射涂层的曲面镜片的剖面图。
【具体实施方式】
[0032]在上述综述以及对优选实施例的详细说明中参照了本发明的具体结构(包括方法步骤)。应当理解，本发明在说明书中所公开的内容包括这些具体结构的所有可能组合。例如，在本发明的实施例的实施例或特定方面的内容中所公开的特定结构，在可能的情况下，通常还能够在本发明中使用、在本发明的其它实施例和特定方面的内容中使用和/或与其结合使用。
[0033]本文所用术语“包含”表示其它结构、步骤等可选择性地存在。当文中参考包含两个或更多个定义的步骤时，这些步骤能够以任意顺序执行或同时执行(除非文中排除了这种可能)，该方法可包括在定义的任一步骤之前、两个定义的步骤之间或所有定义的步骤之后执行的一个或多个步骤(除非文中排除了这种可能)。
[0034]本发明可以多种不同形式实施并且不应被视为仅限制于本文中所例举的实施例。
[0035]—般的曲面偏光镜片的缺点在于厚度一致的镜片具有光功率。因为光功率随着镜片的厚度和曲率而增加，所以出于增加镜片耐久性的目的而增加其厚度和/或曲率会不期望地增加其光功率。 申请人:为Dalzell的美国第5，434，707号专利中描述了一种基本无光功率的曲面偏光镜片的制造工艺，其全部内容结合于此作为参考。Dalzell的工艺涉及对镜片加压，使得在单个施压步骤中使镜片材料位于两个加热的玻璃模具之间。然而，本发明人发现，Dalzell的工艺会在镜片中产生已知为“雾状分裂(split haze)”的缺陷，该缺陷起因于加热和加压时易损的线偏光材料的破碎。镜片的厚度和曲率越大，对线偏光材料的损伤就越明显。雾状分裂降低了镜片的光学透明度并减小了偏光效率。
[0036]正如即将在下文描述的，本文所述发明克服了这些缺点。有利的是，本发明人采用一种在多个施压阶段对镜片坯料加压的独特成形工艺，在对偏光材料损害最小或无损的条件下，开发出了厚而耐久的曲面镜片。
[0037]图1至图3示出了可形成本发明的曲面偏光镜片的示例性复合偏光板材。首先参照图1，示例性板材I包括叠压在第一和第二聚合层14、16之间的偏光层12。保护性硬质涂层5涂覆在复合层14、16的顶面上。参照图2，另一个示例性板材10包括叠压在第一和第二聚合层14、16之间的偏光层12以及叠压至第二聚合层16的延缓层18。现参照图3，板材20的可替代实例包括在一侧叠压至第一聚合层14且在另一侧叠压至延缓层18的偏光层12。第二聚合层16在延缓层18与偏光层12相对的一侧叠压至延缓层18。
[0038]偏光层12优选为线偏光片(linear polarizer),其可由任何数量的适合的线偏光片材料制成，例如H型或K型偏光片。在优选实例中，偏光片材料由线性分子取向的二色性偏光材料制成。这类材料的厚度通常介于大约0.025mm至0.076mm的范围内。充当偏光片的优选材料为大约0.025mm厚的拉伸(定向)的聚乙烯醇层，其通过二色性染料(如，碘)染色。可选地，偏光片可与硼酸混合以提高稳定性。美国第23，297号再版专利和美国第4，166，871号专利公开了这种类型的偏光片。
[0039]可选地，偏光片材料可以是拉伸的聚乙烯醇(PVA)板材，其包括例如可由传统的氢氯酸蒸发工艺所提供的聚乙烯基偏光物。优选地，这种偏光材料可与硼酸混合以提高稳定性。可根据美国第2，445，555号专利制备这种类型的适合的偏光材料。还可使用诸如美国第2，237，567号专利、美国第2，527，400号专利和美国第2，554，850号专利所述的其它偏光材料。无论米用何种偏光材料，偏光片材料均可叠压至一个或多个支撑层(如，聚合材料层14、16)或支撑层之间，从而为偏光层12提供机械强度。
[0040]聚合层14、16优选由一种或多种热塑性聚合物制成，它们是能够通过施加温度和/或压力成形为所需形状的聚合物。适合的聚合物包括但不限于:诸如醋酸纤维素、二醋酸纤维素、三醋酸纤维素或醋酸丁酸纤维素的纤维素衍生物；诸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的丙烯酸衍生物；聚碳酸酯；聚酰胺；聚氨酯；聚丙烯；聚乙烯；或环烯烃基聚合物或共聚物。聚合材料层14、16可由单层的单种聚合物形成、由单层的混合聚合物形成、由多叠层的单种聚合物形成或者由不同聚合物或混合聚合物制成的多叠层制成。
[0041]优选地，聚合层14、16为板材12和由板材12制成的成品曲面镜片提供耐久性、机械强度以及抗划伤性。在一些情况下，有利地使用了带有或提供诸如聚合硬质涂层5的合适的保护涂层的聚合物，该保护涂层能够承受成形过程中的温度和压力。合适的保护涂层包括聚氨酯、聚丙烯酸酯或尿素基树脂。
[0042]延缓层18优选由诸如环烯基聚合物或共聚物的透光双折射材料制成。能够用于形成延缓层18的其它合适的材料包括但不限于:丙烯酸基聚合物、聚丙烯、聚酯、醋酸纤维素基聚合物、PVA、聚苯乙烯、聚碳酸酯以及降冰片烯基聚合物或共聚物。
[0043]偏光层12、聚合层14、16和/或延缓层18中可包含一种或多种添加剂。例如,可根据成品曲面滤光片的所需性能采用稳定剂、UV吸附剂和着色剂染料。
[0044]偏光层12和延缓层18包括可彼此对齐的轴线，以产生所需的偏光效果。参照图4，示出了具有偏光层12和延缓层18的示例性板材。偏光层12具有角度为Θ的穿透轴T。延缓层18的快轴R的角度为炉= 0 + #，其中β为延缓层18的快轴R相对于偏光层12的穿透轴T的角度偏移。当β=(η-1)(π/2) (η为整数)时，两轴线彼此平行或垂直，此时板材30表现为线偏光片。当β=(2η-1) (ji/4) (η为整数)时，板材30表现为圆偏光片。对于β的任何其它值，板材30表现为椭圆偏光片。
[0045]更具体地，线偏光层12具有的穿透轴T以角度Θ定向，并由等式(I)的斯托克斯(Stoke)向量定义。
[0046]
【权利要求】
1.一种制造成形镜片的方法，所述方法包括: 获得镜片坯料，所述镜片坯料包括处于叠加关系的线偏光层和与所述线偏光层叠压在一起的多个聚合层，所述线偏光层具有偏光轴； 以第一压力在凸形件和凹形件之间对所述镜片坯料加热和施压； 使压力在爬升时间段内沿S形曲线升至较高压力；以及 使所述较高压力维持足以使所述镜片坯料符合所述凸形件和所述凹形件的形状的时间。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，以大约70°C至大约200°C进行加热。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一压力为大约0.75MPa至大约2.50MPa。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二压力为大约1.5MPa至大约32MPa。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述爬升时间段为大约5秒至大约150秒。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括:在维持所述第二压力的同时冷却所述镜片坯料。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，以大约20°C至大约90°C进行冷却。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括:在施加所述第一压力之前，将所述镜片坯料预加热至大约20°C至大约150°C的温度。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述聚合层中的至少一个为具有快轴的光波延缓层，所述快轴相对于所述偏光轴以一角度成角。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述角度使得所述镜片为线偏光片。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述角度使得所述镜片为椭圆偏光片。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述角度使得所述镜片为圆偏光片。
13.根据权利要求9所述的方法，还包括:用抗反射涂层涂覆所述成形镜片的凸面和凹面。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述成形镜片具有等于或大于90%的平行偏光透光度以及等于或小于0.5%的交叉偏光透光度。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述凸形件和所述凹形件的形状产生具有第一曲率半径和垂直于所述第一曲率半径的第二曲率半径的球面状镜片，其中，所述第一曲率半径与所述第二曲率半径相等。
16.根据权利要求1所述的方法，其中，所述凸形件和所述凹形件的形状产生具有第一曲率半径和垂直于所述第一曲率半径的第二曲率半径的环面状镜片，其中，所述第一曲率半径与所述第二曲率半径不相等。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述凸形件和所述凹形件的形状产生具有第一曲率半径和垂直于所述第一曲率半径的第二曲率半径的圆柱面状镜片，其中，所述第一曲率半径不等于0，所述第二曲率半径等于O。
18.根据权利要求1所述的方法，其中，所述凸形件和所述凹形件的形状产生厚度不均的镜片。
19.一种根据权利要求1所述的方法制造的眼镜镜片。
20.一种制造成形镜片的方法，所述方法包括: 获得镜片坯料，所述镜片坯料包括处于叠加关系的线偏光层和与所述线偏光层叠压在一起的多个聚合层，所述线偏光层具有偏光轴； 通过以第一压力对凸形件和凹形件之间的所述镜片坯料施压来将所述镜片坯料加热至成形温度，所述凸形件和所述凹形件均处于所述成形温度； 在以所述成形温度加热的同时使压力爬升至第二压力，其中，从所述第一压力向所述第二压力的爬升过程根据S形压力曲线来执行； 在以所述成形温度加热的同时维持所述第二压力，以允许所述镜片坯料符合所述凸形件和所述凹形件的形状； 在维持所述第二压力的同时将温度减小至减小温度，以使所述镜片坯料变成具有凸侧和凹侧的刚性镜片；以及 将所述刚性镜片自所述凸形件和所述凹形件之间移除。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述成形温度为大约70°C至大约200°C。
22.根据权利要求20所述的方法，其中，所述第一压力为大约0.75MPa至大约2.50MPa。
23.根据权利要求20所述的方法，其中，所述第二压力为大约1.5MPa至大约32MPa。
24.根据权利要求20所述的方法，其中，从所述第一压力至所述第二压力的爬升时间为大约5秒至大约150秒。
25.根据权利要求20所述的方法，其中，所述减小温度为大约20°C至大约90°C。
26.根据权利要求20所述的方法，还包括:在施加所述第一压力之前，将所述镜片坯料预加热至大约20°C至大约150°C的温度。
27.根据权利要求20所述的方法，其中，所述聚合层中的至少一个为具有快轴的光波延缓层，所述快轴相对于所述偏光轴以一角度成角。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述角度使得所述镜片为线偏光片。
29.根据权利要求27所述的方法，其中，所述角度使得所述镜片为椭圆偏光片。
30.根据权利要求27所述的方法，其中，所述角度使得所述镜片为圆偏光片。
31.根据权利要求27所述的方法，还包括:用抗反射涂层涂覆所述成形镜片的凸面和凹面。
32.根据权利要求31所述的方法，其中，所述成形镜片具有等于或大于90%的平行偏光透光度以及等于或小于0.5%的交叉偏光透光度。
33.根据权利要求20所述的方法，其中，所述凸形件和所述凹形件的形状产生具有第一曲率半径和垂直于所述第一曲率半径的第二曲率半径的球面状镜片，其中，所述第一曲率半径与所述第二曲率半径相等。
34.根据权利要求20所述的方法，其中，所述凸形件和所述凹形件的形状产生具有第一曲率半径和垂直于所述第一曲率半径的第二曲率半径的环面状镜片，其中，所述第一曲率半径与所述第二曲率半径不相等。
35.根据权利要求20所述的方法，其中，所述凸形件和所述凹形件的形状产生具有第一曲率半径和垂直于所述第一曲率半径的第二曲率半径的圆柱面状镜片，其中，所述第一曲率半径不等于0，所述第二曲率半径等于O。
36.根据权利要求20所述的方法，其中，所述凸形件和所述凹形件的形状产生厚度不均的镜片。
37.一种根据权利要求20所述的方法制造的眼镜镜片。
38.一种制作眼镜的方法，所述方法包括: (a)获得第一镜片和第二镜片，所述第一镜片和所述第二镜片包括处于叠加关系的线偏光层和与所述线偏光层叠压在一起的多个聚合层，所述线偏光层具有偏光轴，所述第一镜片和所述第二镜片根据以下步骤由镜片坯料形成为期望形状: (i)以第一压力在凸形件和凹形件之间对所述镜片坯料加热和施压； (ii)使压力在爬升时间段内沿S形曲线上升至较高压力；和 (iii)使所述较高压力维持足以使所述镜片坯料符合所述凸形件和所述凹形件的形状的时间；以及 (b)将所述第一镜片和所述第二镜片放置在眼镜框中。
【文档编号】B29D11/00GK103703393SQ201280018677
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2012年4月16日 优先权日:2011年4月15日
【发明者】埃里克·巴纳德, 帕斯卡·巴纳德 申请人:宝丽来眼镜有限公司