用于制造配备有插入件的眼科镜片的方法与流程

本发明具体地涉及一种旨在用作光学显示器的镜片，该插入件是旨在通过进入表面接收光束并将所述光束朝向该佩戴者的眼睛引导以产生信息图像的波导。

专利文件WO 2011/095379中描述了一种用于制造这样的镜片的方法，其中镜片坯件或盘件(puck)是模制的并且然后通过机加工和抛光来加工以形成该镜片的前面和背面。

在该文件中，模具包括：旨在模制该盘件的前面的第一模具部分，以及旨在模制该盘件的背面的第二部分。与该模具的第二部分连结的衬垫在一方面旨在形成模制腔以便产生自由表面，光束通过该自由表面进入波导，并且在另一方面用于在模制前接纳该波导。为此，在模制前将该波导暂时紧固到衬垫，优选是通过单体层的粘性结合。

既然如此，这样的方法就要求用非常严格的平行度和对准公差来生产这样的衬垫，因为波导在模具内的并且因此在模制盘件中的正确位置取决于其形状、其尺寸和其位置。

除此之外，并且重要的是，出于同样的原因，该波导必须以高的位置精度粘性结合到该衬垫。

确切地讲，该波导在成品镜片中的精确三维位置是极其重要的。组件必须满足精确的光学规格，无论是相对于真实视景还是对于信息显示。限制元件体积也是有必要的，以便获得轻薄的制品。组件还必须符合美学标准。

此外，当盘件被机加工和抛光以形成该镜片的前面和背面时不破坏该波导的完整性是必要的。更精确地讲，对该镜片的前面和背面进行机加工的过程中、或甚至在对其进行修边的过程中，定位不佳的波导可能导致工具与该波导碰撞并且致使其破裂。

最后，这种模制类型不可避免地导致在成品镜片中产生缺陷、层离效果或削弱插入件的机械应力作用。即使在对该插入件进行定位时非常小心，模制材料仍可能会经受大幅收缩或当其被聚合时经受大量的热应力。与模具中的材料的重力或导通相关联的这些效应可能导致将应力施加在该插入件上，这些应力易于使该插入件移动或甚至导致其破裂，例如在随后的表面修整、修边或涂覆阶段。

此外，专利文件EP 0 552 498描述了一种用于制造配备有插入件的眼科镜片元件的方法，该方法包括如下步骤：

-形成由矿物玻璃元件构成的复合产品，该矿物玻璃元件装备有薄的粘合剂材料层并且旨在形成眼科镜片的前面；

-将插入件放置在该复合产品上；

-将呈液体形式的第二材料沉积在该复合产品上，以便用所述第二材料覆盖该插入件；并且

-使该第二材料固化。

无法对矿物玻璃元件进行机加工或修边以获得对应于一副眼镜的镜架的轮廓的形状，并且因此必须在该方法开始时具有其限定形状。

此外，薄的粘合剂材料层的存在导致该复合产品与插入件之间存在气泡的风险。

本发明通过提供一种用于制造镜片的方法并且通过提供允许以极大的精度已知插入件在成品镜片内的位置并且减小该插入件与模制材料之间的接触面积的多个实施例解决了这些问题，该方法限制了所采用的模制材料的量、并且因此限制了施加在插入件上的应力，该方法仍然保持简单并且可借助于相对简单的工具实施。

为此，本发明提供了用于制造配备有插入件的眼科镜片元件的方法，该眼科镜片元件包括前面和背面，其特征在于，该方法包括如下步骤：

-提供由第一材料制成的、包括第一和第二正面的第一部分或中间产品，所述第二面形成所述眼科镜片元件的背面或前面；

-将该插入件放置在所述中间产品的所述第一面上；

-将呈液体形式的第二材料沉积在该中间产品的所述第一面上，以便用所述第二材料至少部分地覆盖所述插入件；并且

-使所述第二材料固化以形成所述中间产品的一体式第二部分，

其特征在于所述第一材料是有机的。

相对于传统铸造方法，本发明还具有的优点是，可以在希望将插入件整合到镜片中的时刻决定该插入件的位置，这允许例如考虑到与佩戴者有关的位置和厚度特性而无需特殊的工具。

旨在将眼科镜片放置在佩戴者的眼睛的前方以便矫正他的视力、保护眼睛或减弱到达眼睛的视网膜的光的幅度。

在此，表述“眼科镜片元件”应当被理解为是指镜片坯件(也称为“盘件”)，或其一个面已经是成品的一种半成品镜片，或未修边的成品镜片(即其两个面已经是成品但其轮廓还未被研磨到配合眼镜架的镜片)，或经修边的成品镜片(即其两个面都已经是成品并且其轮廓已被磨削到配合眼镜架的镜片)。

插入件可以是插入到镜片中的易于看到其增大的脆性的、或者在使用常规插入解决方案的情况下冒着在机加工/修边/涂覆操作过程中破裂风险的、或者其在所述镜片中的位置相对于光学约束或满足厚度规格或避免损坏的风险而言至关重要的任何元件。通过举例的方式，插入件可以是光学波导或可控光学模块，例如，液晶模块(具有或不具有菲涅尔(Fresnel)镜片)、电致变色模块、光致变色模块或其他滤波模块、流体模块或甚至是散射模块。

凭借本发明，在玻璃元件的整个区域上的粘性材料层是不必要的。

根据一个优选实施例，使该第二材料沉积的步骤被实现成将所述第二部分的形状确定成是所述眼科镜片元件的前面或背面。

这种沉积可以例如通过模制或3D打印(增材制造)来进行的。

有利地，该方法此外包括对所述第二部分进行机加工以便使所述眼科镜片元件的前面或背面成形的步骤。

优选地，所述第一面包括适用于接纳该插入件的至少一个部分的凹陷，并且在沉积该第二材料的步骤中，将所述插入件的至少一个部分放置在所述凹陷中。

术语“凹陷”在此可以例如是指定位孔、槽缝、插入部分、壳体、底座、凹口、空隙、槽、沟槽、狭缝或台肩。

可以在眼科镜片元件的中间零件(在此例如为半成品镜片)中在当该插入件被整合时希望将其整合到的位置上产生该凹陷。不必事先已经提供精确的工具来将该插入件定位在正确的地方。这相对于需要该类型的工具来固持插入件的常规铸造方法增加了选择的灵活性或自由度。该凹陷可以是通过对该中间零件进行非常精确地机加工来产生和定位的。该凹陷的位置可以相对于所希望的最终镜片(在厚度、曲率等方面)进行优化。

除了可以非常精确地定位插入件，该凹陷可以减少所采用的第二材料的量并且因此减小在其固化过程中发生的收缩。确切地讲，第二材料的收缩随着所采用的材料量的增加而增加。该插入件的表观面积(即该插入件从该凹陷露出的并且将与第二材料接触的面积)在将该插入件完美容纳在凹陷中时，比将该插入件简单地放置在不包含凹陷的平坦表面时更小。因此，用于包覆模制该插入件所需的第二材料的量在将该镶块容纳在凹陷中时比不是这种情况时更小。

有利地，在沉积该第二材料的步骤中，将所述插入件固持在所述第一面上。

例如，可以通过粘性结合或毛细作用来固持该插入件，从而防止该插入件移动并且防止在该沉积步骤过程在该插入件与第一部分之间形成气泡。

所述中间产品的第二面与所述第一面相反，所述第二面是通过模制或机加工来形成的，以便形成所述眼科镜片元件的所述背面或前面。

优选地，所述中间产品包括用于该插入件在其第二面之上或在其第一面与其第二面之间的位置基准。

有利地，该第一材料是与该第二材料相容的。

术语“相容”应当理解为是指在折射率、粘附性、玻璃化转变温度、机械特性、热膨胀系数、色调等方面相容。

此外，所述中间产品的第一材料优选是与该第二材料相同的。

本发明涉及这样的方法中所使用的中间产品。

优选地，该中间产品包括位于其第一面上的用于接纳插入件的至少一个部分的凹陷。

该第二面可以形成所述眼科镜片元件的所述背面或前面。

本发明涉及一种旨在用作光学显示器并通过根据这样的方法来制造的眼科镜片元件，所述元件旨在被放置在佩戴者的一只眼睛的前方，该插入件是旨在通过进入表面接收光束并将所述光束朝向该佩戴者的该眼睛引导以在所述眼睛上产生信息图像的波导。

本发明还涉及通过这样的中间产品来制造的这样的眼科镜片元件，其特征在于，该中间产品此外包括向所述腔室的一个边缘上开放的凹陷，并且在于，所述进入表面是由所述凹陷形成的。

最后，本发明涉及通过这样的方法来制造的眼科镜片元件，该插入件是可控光学模块。

以下通过附图更详细地描述本发明，这些附图仅示出了本发明的多个优选实施例。

图1A至图1C是展示了根据第一实施例的制造方法的截面视图。

图2A至图2C是展示了根据第二实施例的制造方法的截面视图。

图3A至图3D是展示了根据第三实施例的制造方法的视图。

图4A至图4C是展示了根据第四实施例的制造方法的视图。

虽然首先具体描述的和在附图中示出的是以下情况，即：插入件1是旨在通过位于该插入件的齐平边缘上的进入表面来接收光束并且将所述光束朝向佩戴者的眼睛引导以便在眼睛上产生信息图像的波导，该眼科镜片旨在用作光学显示器并且旨在放置在佩戴者的一只眼睛的前方以矫正他的视力，但该方法可以适用于插入到镜片中的易于看到其增大的脆性的、或者在使用已知的生产方案的情况下冒着在机加工/修边/涂覆操作过程中破裂风险的、或者其在所述镜片中的位置相对于光学约束或满足厚度规格或避免损坏的风险而言至关重要的任何元件。如以上所指明的，该插入件还可以是可控光学模块，例如，液晶模块(具有或不具有菲涅尔镜片)、电致变色模块、光致变色模块或其他滤波模块、流体模块或甚至是散射模块。

如图1A至图1C所展示的，用于制造配备有插入件1的眼科镜片元件(该眼科镜片元件包括前面和背面)的方法包括如下步骤：

-提供由第一材料制成的、包括第一和第二正面2A、2B的第一部分或中间产品2，第二面2B形成该眼科镜片元件的前面；

-将插入件1直接放置在该中间产品的所述第一面2A上；

-通过多个模制部分，其中一个模制部分3A是正面的并且另一个模制部分3B是侧向的和周缘的，将呈液体形式的第二材料沉积在该中间产品的第一面2A上以便用该第二材料至少部分地覆盖插入件1；并且

-使该第二材料固化以便形成所述中间产品2的一体式第二部分4。

正面模制部分3A和周缘模制部分3B可以是或者可以不是一体构造的。此外，正面部分3A可以完全或仅部分地覆盖将该第二材料沉积在其上的第二部分4。正面部分3A可以例如被限制成与位于图1B左侧的最厚区域在同一水平上。

第二面2B可以通过模制或机加工来确定形状，以形成所述眼科镜片元件(在此为成品眼科镜片)的前面。该中间产品包括用于接纳在其第一面2A上的凹陷2C，该凹陷将形状确定成获得在该插入件在眼科镜片上的最终期望位置。

正面模制部分3A包括模制部段3A1，使插入件1的在该眼科镜片的背面一侧的边缘齐平，该边缘旨在形成波导的进入表面，该引导件旨在接收光束。

如图1C中所展示出的，该方法此外包括对第二部分4进行机加工以便使该眼科镜片元件的背面Far成形的步骤。可替代地，可以将正面模制部分3A的形状确定成直接产生所希望的背面，于是不需要机加工步骤。

有利地，该第一材料是与该第二材料相容的。术语“相容”应当理解为是指在折射率、粘附性、玻璃化转变温度、机械特性、热膨胀系数、色调等方面相容。此外，所述中间产品的第一材料优选是与该第二材料相同的。

该第一材料被选择为使用通过加聚反应聚合的树脂，优选是在不释放副产品的情况下(以便限制收缩效果)并且特别是与固化剂或交联剂相关联的环氧树脂。最经常使用的固化剂是胺、酸或酸酐。可以使用各种类型的环氧化物，如脂肪族、环脂肪族或芳香族环氧化物。通过举例的方式，将提及双酚A二缩水甘油醚、双酚F二缩水甘油醚、丁二醇二缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚以及相应的寡聚物。至于固化剂，将可能从二、三或多官能的化合物中作出选择，但还可以并入单官能组分。将可能从脂肪族胺(例如乙二胺、三亚乙基四胺、六亚甲基二胺、N,N-二甲基己二胺)、环脂肪族胺(例如异佛尔酮二胺)、或甚至芳香族胺(例如间苯二胺或4,4'-二氨基二苯基甲烷)中作出选择。这些产品可以是巧妙地混合的，以通过折中的方式获得受欢迎的特性。

如图2A至图2C所展示的，用于制造配备有插入件1的眼科镜片元件(该眼科镜片元件包括前面和背面)的方法包括如下步骤：

-提供由第一材料制成的、包括第一和第二正面2A、2B的第一部分或中间产品2，并且在此该第一部分或中间产品是装备有衬垫5的坯件或盘件，该衬垫允许固持该坯件或盘件并且提供位置基准；

-在由该盘件的第一正面2A承载的凹陷2C中，将插入件1直接放置在该中间产品的第一面2A上；

-通过多个模制部分，其中一个模制部分3A是正面的并且另一个模制部分3B是侧向的和周缘的，将呈液体形式的第二材料沉积在该中间产品的第一面2A上以便用该第二材料至少部分地覆盖插入件1；并且

-使该第二材料固化以便形成所述中间产品2的一体式第二部分4。

正面模制部分3A和周缘模制部分3B可以是或者可以不是一体构造的。此外，正面部分3A可以完全或仅部分地覆盖将该第二材料沉积在其上的第二部分4。正面部分3A可以例如被限制成与位于图2B右侧的最厚区域在同一水平上。

如图2C中所展示的，该方法此外包括对第二部分4进行机加工以便使该眼科镜片的背面Far成形，该步骤将继之以第二机加工步骤，以便在第二正面2B的一侧使成品眼科镜片的前面成形。该第二机加工步骤是通过对该眼科镜片的背面Far进行封阻来进行的。

还可以将偏光膜添加到该眼科镜片。为此，可想到三个选项：

-使用已经包含偏光膜的中间零件，所述膜被定位成不妨碍该凹陷的产生、并且相对于从波导输出的光的偏光轴线正确地定向；

-或将偏光膜以正确的取向粘性地结合到该成品眼科镜片的前面；

-或该中间零件装备有用于固持弯曲偏光膜的系统，该弯曲偏光膜是相对于从波导输出的光的偏光轴线正确定向的；在这种情况下，该模块或波导被定位在凹陷中，执行第一铸造以便封装该部分，并且然后装配该弯曲偏光膜。该偏光膜和包含波导的第一部分被定位成使得在第二铸造过程中容易地除去可能的气泡。

如图3A至图3D所展示的，用于制造配备有插入件1的眼科镜片元件(该眼科镜片元件包括前面和背面)的方法包括如下步骤：

-提供图3B中所示出的由第一材料制成的、包括第一和第二正面2A”、2B”的第一部分或中间产品2”，这些面是通过对单一盘件2'(图3A中所示出的)进行机加工来生产的；

-在盘件2’中还机加工出的凹陷2C”中，将插入件1直接放置在该中间产品的所述第一面2A上；

-通过多个模制部分，将呈液体形式的第二材料沉积在该中间产品的第一面2A”上，以便用该第二材料至少部分地覆盖插入件1；并且

-使该第二材料固化以便形成中间产品2”的一体式第二部分4，如图3C中所示出的。

第二面2B”在此通过模制或机加工来确定形状，以形成该眼科镜片元件(在此为成品眼科镜片)的背面。

如图3D中所展示出的，该方法此外包括对第二部分4进行机加工以便使该眼科镜片元件的前面Fav成形的步骤。

根据图4A至图4C中示出的一个变体实施例，还可以通过确保插入件1被正确地定位的多个视觉基准标记R来将插入件1(在此为有源光学部件)粘性地结合到中间产品2”的正面，这些标记被安排在中间产品2”上。

该制造方法于是包括如下步骤：

-提供图4A中所示出的由第一材料制成的、包括第一和第二正面2A”、2B”的第一部分或中间产品2”，这些面是通过对单一盘件2’(图3A中所示出的)进行机加工来生产的；

-将插入件1粘性地结合到该中间产品的第一面2A”上；

-通过多个模制部分，将呈液体形式的第二材料沉积在该中间产品的第一面2A”上，以便用该第二材料至少部分地覆盖插入件1；并且

-使该第二材料固化以便形成该中间产品的一体式第二部分，如以上参照图3C进行描述的。

插入件1可以由配备有允许对其供应动力和/或对其进行控制的电学、机械、光学或流体装置构成的有源光学部件。这些连通装置可以是基于接触的(例如有线接触)或非接触的(例如通过磁场来连通)。如图4C中所示出的，插入件1可以由配备有诸如金属丝线的多个导体C的有源光学部件构成，在已经对该眼科镜片修边之后这些导体在该眼科镜片的边缘上形成连接器，这些连接器允许激活该部件。这些导体C可以是由金属(例如铝、金、银或铜)制成的。这些导体的直径将是小的，以限制它们的可视性，优选小于100μm并且更特别是小于50μm。这些导体可以通过双面粘合带或快速固化粘合剂(例如UV固化粘合剂)来粘性地结合到中间产品2”的表面。然后在对该眼科镜片进行修边的过程中将该粘合带或粘合剂移除。还可以使用透明膜来生产这些导体C，例如氧化铟锡(ITO)或氟掺杂的氧化锡、或者甚至是诸如铝或镓掺杂的氧化锌(AZO、GZO)的其他无机导电材料的膜。

通过举例的方式，插入件1是菲涅尔模块，用于产生该第二部分的材料是满足上述材料选择标准的、特别是低收缩的光学材料选择标准的环氧化物/胺制剂。该材料包含三种成分：两种环氧成分(ERISYS GE30和ARALDITE PY 306CH)以及用作固化剂的胺(ARADUR 42BD)。这些材料具有以下化学性质和供应商：

-由翡翠高性能材料公司(Emerald Performance Materials)的CVC热固性特种材料部(CVC Thermoset Specialties)销售的ERISYS GE30是由三羟甲基丙烷三缩水甘油醚聚合物；

-由亨斯迈(HUNTSMAN)销售的ARALDITE PY 306 CH是2,2'-[亚甲基双(亚苯基氧亚甲基)]双环氧乙烷；并且

-由亨斯迈(HUNTSMAN)销售的ARADUR 42BD是3-氨基甲基-3,5,5-三甲基环己基胺。

这些组分被混合以在聚合之后获得折射率接近于用于生产菲涅尔模块的玻璃基板的折射率(即接近于1.52)的材料。用于生产中间产品和包覆模制的第二部分4的环氧树脂的量分别等于36g和21g。各成分的重量比例为62.1％的ERISYS GE30、15.4％的ARALDITE PY 306 CH以及22.5％的ARADUR 42BD。

美国专利申请US 2013/0037202中给出了菲涅尔模块的示例。

首先，将ARALDITE PY 306 CH预加热至80℃持续至少一小时，因为该产品具有结晶的倾向，并且需要将可能存在的任何结晶熔化。接着，使树脂在与制剂的其余部分混合之前冷却至室温，以防止聚合太快地发生。

所需量的ERISYS GE30是在塑料烧杯中称重的。将所需量的ARALDITE PY 306 CH添加至其中。这两种成分被充分搅拌以便在添加固化剂ARADUR 42BD之前使它们混合。一旦ARADUR 42BD已被添加，聚合开始，并且混合物变稠。这种聚合在室温下缓慢进行但随着温度的升高而加速。

所有的制备过程使用配备有搅拌叶片的HEIDOLPH机械搅拌器来充分混合持续45分钟。

搅拌后，在真空钟罩中在约5mbar的压力下用磁力搅拌使所得到的混合物脱气持续30分钟。脱气的开始是受监控的，以防止任何溢流，该混合物具有发泡的倾向。在将真空排出之前一或两分钟停止磁力搅拌，以便允许剩余的气泡到达表面。

该环氧树脂已准备好立即使用以生产中间产品2和包覆模制的第二部分4。

搅拌和真空脱气操作的长度和条件在此是针对制备80至120g的树脂来给出的，足以产生一个或两个中间产品和一个或两个第二部分(包覆模制件)。这些条件将需要被对所制备的数量进行适配。

将该环氧树脂浇注到60mm直径的硅酮模具中，以形成原始盘件2'。所浇注的量约为36g，由此获得11mm厚的盘件。确定该厚度以便获得接下来的在其中产生凹陷的表面修整步骤所需要的光学面积。在已经浇注该树脂之后使其静置一小时，以允许在浇注该树脂时产生的任何气泡到达表面。于是将在表面修整过程中除去这些表面气泡。然后使用以下将描述的聚合周期来使该环氧树脂聚合。

使用无绒纸，用乙醇清洁有待封装的模块1的两个面。

用来自洗瓶的乙醇射流来清洁包含凹陷2C”的经表面修整的盘件2”，随后浸渍在乙醇浴中，以便除去灰尘和机加工残渣。然后在压缩空气的射流下干燥该盘件。使用立体显微镜来检查凹陷2C”的清洁度并且特别是其边缘的清洁度。如果需要的话，可以进行额外的清洁。

将两个小块双面胶带定位在该盘件的边缘上，垂直于该模块上的这些导线的位置。这些双面胶带将允许一旦模块已被定位在凹陷中时就铝线固持在位并且防止当浇注包覆模制树脂时这些铝线移动。在将由真空笔固持的菲涅尔模块小心地插入之前，将两滴环氧树脂沉积在该凹陷中。树脂的存在允许该模块通过在该凹陷中滑动来正确地定位并且有助于除去截留在该凹陷的边缘的任何气泡。

当该模块被正确定位时，这两条铝线则被放置在并被粘性地结合到这些块粘合带上。然后将包含该模块的盘件插入到60mm直径的硅酮模具中，应当注意的是不损坏这些铝线。

将21g的环氧树脂浇注到该盘件上，应当注意的是在沉积过程不要产生气泡。在已经浇注该树脂之后，使组件静置一小时，以允许所产生的任何气泡到达表面。

该环氧树脂是在可编程MEMMERT烘箱中聚合的。在该烘箱中将包含该树脂的硅酮模具放置在板上，该板的水平度将事先进行检查和调整。

该树脂的聚合周期是这样限定的，以便：

-不超过菲涅耳镜片中所使用的液晶的胆甾-各向同性相变温度(T＝104℃)，并且因此不干扰该液晶的配相；并且

-使树脂的收缩最小化，并且因此使在封装及随后的过程中对该镜片施加的机械应力最小化。

因此，使用了以下的加热循环：

-5个小时从室温斜升到45℃；

-然后7个小时从45℃斜升到95℃；

-温度在95℃下持续1个小时保持恒定；并且

-停止加热，并且在烘箱的惯性下缓慢返回至室温(观察到的所花费时间：约6h)。

然后从该烘箱中取出该硅酮模具。可从该模具移除这些盘件，以进行后续的表面修整、涂覆(用漆/抗反射涂层)以及修边步骤。

然后可以使用常规的表面修整、涂覆以及修边方法，而没有损坏插入件的风险。所需要的仅是确保后续的热处理不使该插入件中所包含的任何材料退化。

如果需要的话，可以在修边之前和/或之后，在该镜片的边缘面上形成收集器。

可以使用如本发明所描述的用于制造配备有插入件的眼科镜片元件的方法来不仅生产矫正镜片，而且还生产非矫正镜片、太阳镜镜片、或甚至是面罩或面具。