ポリマー混合物を用いた屈折率プロファイルの安定化された光学素子の製造方法
【課題】 光学素子を製造する方法であって、第１モノマーを重合させて、所定の屈折率プロファイルが得られるよう空間的に変化する硬化度を有する第１ポリマーを形成させるステップと、第２ポリマーが第１ポリマーに混入するように第１ポリマーの存在下で第２モノマーを重合させるステップからなり、該第２ポリマーは第１ポリマーおよび屈折率プロファイルを安定化するものであることを特徴とする。人の眼の矯正用の眼鏡レンズの調製に用いられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、補正レンズなどの光学素子と、これらの光学素子を製造する方法とに関するものである。より詳細には、本発明は２種以上のポリマーを含む光学素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
人間の眼など多くの光学システムは収差を含んでいる。そのような収差を補正すべく、システムを通る光は、近軸光線、具体的には、光軸の近くにあって、小さな角度内に含まれる光線に限られると想定するのが一般的である。この想定により製造される補正用光学部品は一般に、球面のみを有している。例えば、人の眼の不完全性は、通常、球面をもつレンズによって矯正可能な、一般に「乱視」及び「ピンぼけ」と呼ばれる不完全性を含む低い程度の、若しくは、低次の不完全性に限られる、と想定されている。しかしながら、「コマ収差(coma)」及び「トレフォイル(trefoil)」として知られる他の不安定性を含むが、それらに限定されない高次の不安定性が存在しうる。残念ながら、これらの不安定性は、従来の眼鏡またはコンタクトレンズによっては矯正できず、可能な限りの最良の処方を行った矯正レンズでさえ、患者には最適な視力に充たない状態のままなのである。
【０００３】
さらに、多くの場合、すべての収差を同時に最小限にすることは困難である。実際に、ある種類の収差を最小限にするために光学システムを矯正すると、他の種類の収差が増えることがある。例えば、コマ収差を減らすことによって球面収差が増えることがある。さらに、製造時に導入される光学システムにおける収差を矯正する必要がある場合がしばしば起こる。このプロセスは、実行するには、組み立て、位置合わせ、収差を特定するための性能評価、分解、収差を補正するための研磨または研削、再組み立て、および再テストといった様に、繰り返しが多く時間がかかるものなのである。適切な光学システムを開発するまで、何度も何度も繰り返しが必要になることがある。
【０００４】
２００１年６月４日出願の「波面収差装置およびその製造方法」と題する米国特許出願第０９／８７５，４４７号において、とりわけ、ポリマーの屈折率を変化させる光重合法を用いて波面収差装置を製造する方法が開示されている。屈折率プロファイルは、放射線（例えば、紫外線）に対する暴露によって領域ごとにポリマーを選択的に硬化することにより形成され得る。選択された領域において暴露されたポリマーの屈折率は増大するが、結果的に得られる屈折率プロファイルは恒久的ではなく、時間の経過とともに変化し、生じる屈折率変化の大きさが時間につれて減少する傾向がある。
【特許文献１】米国特許第６，７６１，４５４号
【特許文献２】米国特許出願公開番号２００２／００８０４６４Ａｌ
【特許文献３】米国特許出願公開番号２００３／０１４３３９１Ａｌ
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
好ましい実施形態は、光学素子を提供するものであり、この光学素子は、第１光学カバー、第２光学カバー、および第１光学カバーと第２光学カバーに挟み込まれたポリマー材料の層を備えており、ここで、該ポリマー材料は第１ポリマーと第２ポリマーの混合物からなっており、該第１ポリマーは、所定の屈折率が得られるよう空間的に変化する硬化度を有しており、そして該第２ポリマーは、結果的にこの屈折率プロファイルを安定化させるように硬化されていることを特徴とする。
【０００６】
別の好ましい実施形態は、光学素子を製造する方法を提供するものであり、この方法は、第１モノマーを重合させて、所定の屈折率プロファイルが得られるよう空間的に変化する硬化度を有する第１ポリマーを形成させるべく第１ポリマーを重合させるステップと、第１ポリマーに混入して屈折率プロファイルを安定化する第２ポリマーを形成させるべく、第１ポリマーの存在下に第２モノマーを重合させるステップからなることを特徴とする。
【０００７】
別の好ましい実施形態は、眼鏡レンズを製造する方法を提供するものであり、この方法は、第１モノマー、第２モノマー、第１光開始剤、および第２光開始剤からなる混合物を調製するステップと、この混合物を第１光学カバーと第２光学カバーの間に配置するステップと、この混合物を第１照射源に暴露し、それにより、第１モノマーを重合させて、所定の屈折率プロファイルが得られるよう空間的に変化する硬化度を有する第１ポリマーを形成するステップと、第２モノマーを第２照射源に暴露し、それにより、第２ポリマーが第１ポリマーに混入した形に第２モノマーを重合させることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
これらの実施形態および本発明のその他の実施形態については、以下の説明および添付図面（正確な縮尺ではない）から容易に理解されるものである。但し、これらの図面は例示的なものであって、本発明を限定するものではない。
【０００９】
図１は、好ましい光学素子１０を示している。図１ａにおいて、光学素子１０は、透明プレートであってもよい、第１の剛性または可撓性のある光学カバー１２と、透明プレートであってもよい、第２の剛性または可撓性のある光学カバー１４と、第１光学カバーと第２光学カバー１２、１４の間に挟み込まれたポリマー材料１６の層とを含んでいる。必要に応じて、後述する硬化の前後に、障壁１８を用いて第１プレートと第２プレート１２、１４の間にポリマー材料１６を包含してもよい。必要に応じて、第１カバーおよび第２カバー１２、１４の一方または両方が、既存の屈折力を示す曲がった表面であってもよい。このため、第１カバーおよび第２カバー１２、１４はそれぞれが個別に、眼鏡レンズ、例えば単焦点レンズ、二焦点レンズ、または累進多焦点レンズであり得、そのすべてがプリズム屈折力を含んでいてもいなくてもよい。または、第１プレートおよび第２プレート１２、１４の両方が、曲がった表面を有しており且つ屈折力を有していない平面レンズであってもよい。
【００１０】
ポリマー材料１６は好ましくは、図１ｂに示したように各重合開始剤を用いて、２種のモノマー２０、２２など、少なくとも２種の硬化成分を重合させることにより製造される。２種のモノマー２０、２２それぞれの屈折率は、ポリマー材料１６を形成する重合（硬化）中に変化する。詳しく後述するように、硬化は好ましくは、硬化度がポリマー材料１６内の位置間で変化するように２種のモノマー２０、２２を照射源に暴露することにより実施される。屈折率プロファイルは、２種のモノマーの硬化度または重合度によって決まる。第１モノマー２０は好ましくは、重合されて、所定の屈折率プロファイルが得られるよう空間的に変化する硬化度を有する第１ポリマーを形成し、第２モノマー２２は好ましくは、均一に重合または硬化されて第２ポリマーを形成し、これにより、第１ポリマーおよび屈折率プロファイルが安定化される。このように、該ポリマー材料１６は第１ポリマーおよび第２ポリマーの混合物からなっている。本明細書で用いる「ポリマー材料」という用語は、各種のモノマーおよびポリマー、ならびにモノマーとモノマーの混合物、モノマーとポリマーの混合物、およびポリマーとポリマーとの混合物を包含する幅広い用語であることは、当業者によって当然に了解されるものである。
【００１１】
本説明の中から明らかな如く、２種のモノマー２０、２２はそれぞれ、異なる波長の光への暴露によって硬化する。例示したものに限られるものではないが、第１モノマー２０は比較的長い紫外線波長の光（例えばＵＶＡ）への暴露によって硬化することができ、第２モノマー２２は比較的短い紫外線波長の光（例えばＵＶＢ）への暴露によって硬化することができる。第１モノマー２０は例えばアクリレートまたはビニルエーテルであり得、第２モノマー２２は例えばビニルエーテルまたはエポキシであり得る。第１モノマーと第２モノマーの組み合わせとしては、アクリレート類とエポキシ類、チオール−エン類とエステル類、チオール−エン類とエポキシ類、アクリレート類とビニルエーテル類、およびビニルエーテル類とエポキシ類を挙げることができる。
【００１２】
光開始重合によって重合する他のモノマーを用いてもよい。適切なモノマーには、例えば、ウレタン類、チオール−エン類、セルロースエステル類、メルカプトエステル類、およびエポキシ類が含まれる。この第１モノマーおよび／または第２モノマーは、互いに相手と反応する２種以上のモノマーを含有するモノマー系であり得る。例えば、チオール−エンは好ましい第１モノマーであり、チオールモノマー類およびエンモノマー類からなっている。多種多様なチオール−エンモノマー類及びポリマー類は当業者に周知である。例えば、ジェー・ピー・フシエー及びジェー・エフ・ラベック共編、エー・ティー・ジャコバインの「高分子科学技術における放射線硬化：光重合機構」２１９〜２６８ページ（１９９３年）、エルセヴィアー・アプライド・サイエンス出版、ロンドン(Jacobine A.T. Radiation Curing in Polymer
Science and
Technology:Photopolymerization Mechanisms, J.P.Fouassier andJ.F
Rabek;219-268,1993, Elsevier Applied Science, London)を参照されたい。好ましくは、第１モノマーおよびまたは第２モノマーは感光性樹脂である。モノマーは照射時に自発重合してもよいし、または好ましくは光開始剤を用いてもよい。適切な光開始剤には、ベンゾインエーテル類、ベンジルケタール類、アセトフェノン類、およびホスフィンオキシド類などのアルファ開裂型光開始剤類、ベンゾフェノン類、チオキサントン類、カンファーキノン類、およびビスイミダゾール類などの脱水素型光開始剤類、ならびにアリールジアゾニウム塩類、アリールスルホニウム塩類、アリールヨードニウム塩類、およびフェロセニウム塩類などのカチオン光開始剤類が含まれる。または、フェニルホスホニウムベンゾフェン塩類、アリール・ターシャリール−ブチル・パーエステル類、チタノセン、Ｎ−メチルマレイミドなどの、その他の光開始剤を使用してもよい。
【００１３】
好ましい実施形態においては、この重合プロセスは紫外線への暴露の持続時間および強度によって制御される。より好ましくは、紫外線源がオフになったときに重合が実質的に停止されることが望ましい。チオール‐エン重合系は、例えば、この「逐次重合」乃至「段階的成長」という特性を呈する。図２は、光学素子１０を製造する好ましい方法を示すフローチャートである。ブロック２４において、光源が第１モノマー２０を選択的に重合させて、製造される光学素子１０にとって望ましい屈折率プロファイルに近似する屈折率プロファイルが得られるよう空間的に変化する硬化度を有するポリマー材料１６を生成する。図１ｃは、当該の選択的重合を実施する方法を概略的に示している。より高い重合度が望ましい領域には、より高いレベルの照射（図１ｃで複数本の矢印３０で示している）を受けさせ、より低い重合度が望ましい領域には、より低いレベルの照射と中間レベルの照射（それぞれ１本の矢印３５と２本の矢印３８で示している）を受けさせることにより、図１ｄに示した図で例示したような所定の屈折率プロファイルが得られるよう空間的に変化する硬化度を有するポリマーを形成することができる。適切な選択的重合方法が、米国特許出願公開番号２００２／００８０４６４ Ａｌおよび２００３／０１４３３９１ Ａｌに開示されている。これらの出願は、特に当該の方法を説明するためその記載内容全体若しくは部分的に参照して本明細書に組み入れられている。モノマー２０は重合時に変化する屈折率を有しているため、特定の領域における屈折率を、選択的照射によってその領域における重合度または硬化度を制御することにより制御できる。モノマー２０は好ましくは、第１波長の光に反応する光開始剤を用いて重合される。第２モノマー２２は第１モノマー２０の重合中に存在させてもよいし、第１モノマー２０の重合後にポリマー材料１６中に拡散させてもよい。第１モノマー２０の重合中に存在させる場合、第２モノマー２２は好ましくは、第１モノマー２０の重合中にはわずかな重合を受けるか全く重合を受けないままである。
【００１４】
ブロック２６において、第１波長の光への暴露が終了されて第１モノマー２０の硬化が停止すると、それにより、屈折率の変化も停止する。この段階における光学素子１０の屈折率プロファイルは、所望の屈折率プロファイルに近似している。例えば図１ｃに示したように、より少ない量の放射３５に暴露される光学素子１０の領域における第１ポリマー４０の量は、より多い量の放射３０、３８に暴露される領域における量より少ない。図１ｄに示した図で例示した空間的に変化する屈折率プロファイルは、各領域における第１ポリマーのそれぞれの量を反映している。このため、第１ポリマー４０の硬化度を空間的に変えることによって、様々な点４２、４４、４６における屈折率プロファイルは概ね、入射光３５、３０、３８の強度に（それぞれ）対応する。次にブロック２８において、光源が作動されて、好ましくは実質的に完全且つ均一に第２モノマー２２を硬化させる第２波長の光で材料１６が照射される。完全な重合を確保するために、過剰な光をブロック２８で用いてもよい。但し、第２モノマーの硬化が１００％未満であっても、屈折率プロファイルの安定化にとって効果的な場合もある。例えば、第２モノマー２２が重合前には、ポリマー材料１６が約２０，０００センチポイズを上回る粘度値を有する場合、第２モノマーの硬化度が約４０％であっても充分である。一般に、ポリマー材料１６の粘度が高いほど、屈折率プロファイルの安定化に必要とされる、第２モノマー２２の硬化度が低くなる。第２モノマーの量は、第１モノマーを基準にして重量百分率が約１５％以上であることが好ましい。それにより、第２ポリマー成分が実質的に完全に硬化されたときに、ポリマー混合物全体にわたってロック網が形成され、第１モノマー／ポリマー成分が実質的に動かない状態にされる。
【００１５】
ポリマー混合物１６を製造する好ましい実施形態には、モノマー１分子当たり比較的少数の（好ましくは３個または４個の）重合可能な官能基を含有する、分子量が比較的低い第１モノマーの使用が含まれる。例えば、好ましい第１モノマー混合物は、チオール‐エンからなることを特徴とし、より好ましくは１分子当たり３個または４個の‐ＳＨ基を含有するチオールと、１分子当たり３個または４個の炭素−炭素二重結合を含有するエン化合物とからなるチオール−エンであることを特徴とする。追加の例としては、当業者であればジェー・ピー・フシエー及びジェー・エフ・ラベック共編、エー・ティー・ジャコバインの「高分子科学技術における放射線硬化：光重合機構」２１９〜２６８ページ（１９９３年）、エルセヴィアー・アプライド・サイエンス出版、ロンドンを参照すれば明らかである。分子量が比較的少ない第１モノマーを使用することにより、体積収縮または緻密化による屈折率変化の大きさが最大になる。このため、モノマーは好ましくは、屈折率変化の動的範囲が広がるか、またはデルタＮ値が上がるように選択される。
【００１６】
第２モノマー（複数種のモノマーの混合物であってもよい）としてはマクロマが挙げられる。例えば、不飽和ビスフェノール−Ａ・フマル酸ポリエステルのような官能基を有する比較的低いまたは中程度の分子量のポリマー（例えば、ノースカロライナ州リサーチ・トライアングル・パークのリーチホールド，インクから販売されているＡＴＬＡＣ（Reichhold,
Inc.；Research Triangular Park, NC））である。好ましいＡＴＬＡＣは約４０個のエン基を含有しており、アセトンおよび各種チオール‐エン混合物に可溶である。好ましくは、第２モノマーは第１モノマーに比べ、比較的高い粘度を有しており、そのため、第１ポリマーの低分子量成分の拡散速度が下がる。例えば、好ましいチオール−エン／ＡＴＬＡＣの組み合わせにおいて、比較的高粘度のＡＴＬＡＣを第２モノマーとして用いて、好ましくは、硬化されていないまたは比較的低い程度に硬化された、チオール−エンモノマー／ポリマー混合物（第１チオール−エンモノマーの先行重合によって作製された）の部分拡散の速度が下がる。反応性官能基を含有する類似のマクロマを第２モノマーの成分として使用することができる。第２モノマーのその後の重合によって好ましくは、第１ポリマーの成分の、特に第１ポリマーのより分子量が低い成分（第１モノマーおよびそのオリゴマーなど）の拡散を遅らせるまたは防止することにより第１ポリマーを安定化する非常に粘度が高いマトリックスが形成される（そして、これにより、屈折率プロファイルが安定化される）。目的の屈折率プロファイルに望ましくない影響を与えないように、第２ポリマーを形成するための第２モノマーの硬化度は、空間的な意味で実質的に均一であることが好ましい。
【００１７】
第２ポリマーは、第２ポリマーと第１ポリマーの間の共有結合を形成することで第１ポリマーを安定化することもできる。例えば、好ましいチオール−エン／ＡＴＬＡＣ系において、光重合時に低分子量のチオールモノマーおよびエンモノマーが重合して、より密度が高く緻密なポリマーを形成し、その結果、屈折率が高まる。低分子量のチオールモノマーおよび／またはエンモノマー、および／または成長するチオール−エンポリマーもＡＴＬＡＣと反応することが好ましい。チオール−エン重合によって形成された、屈折率が高い領域は、当該単位とＡＴＬＡＣとの共有結合によって安定化される。ＡＴＬＡＣがなければ、低分子量のチオール−エン単位は拡散によって比較的自由に移動する。このため、所望の屈折率領域が時間とともに拡散する傾向があり、その結果、前述の安定化の問題が生じる。
【００１８】
空間的に変化する硬化度によって形成される屈折率プロファイルを安定化するその他の方法は、屈折率プロファイルを安定化する第２成分として、全く異なる種類のポリマーを使用することである。例えば、まず、前述のように光重合プロセスを使用して所望の屈折率プロファイルを生成し、次に、安定性を高める第２ポリマーを形成するために、紫外線によって硬化される第２モノマーを使用するのではなく、図２のブロック２８に示したように、加熱によって硬化される第２モノマーを使用するものである。当該の例の１つとしては、熱硬化可能なエポキシであり、例えば、前述の実施形態におけるＡＴＬＡＣの代わりに熱硬化可能なエポキシを使用するというものである。所望の屈折率プロファイルを形成するために用いられるステップは基本的に同じであり、次に、熱が加えられてエポキシが硬化され、それによって、エポキシマトリックスにおける第１ポリマーが安定化される。
【００１９】
一実施形態は、比較的低い温度（例えば８０℃未満）または室温に近い温度で硬化するエポキシを選択することである。次に、エポキシの硬化を防止するために、チオール、エン、およびエポキシが室温に近い温度または室温を下回る温度に保たれる。次に、チオール‐エン重合を誘発する光開始剤を活性化することにより、屈折率プロファイルを生成させることができる。所望の屈折率プロファイルが達成されたら、システムが少し暖められてエポキシ硬化温度に達し、エポキシが重合され、チオール−エンポリマーが凍結され、それにより、屈折率プロファイルが安定化される。
【００２０】
別の実施形態は、熱硬化によって屈折率プロファイルを安定化する方法である。屈折率プロファイルがポリマー混合物中に一旦作成されたら、その屈折率プロファイルの劣化を避けることが好ましい。エポキシを加熱すると、この屈折率プロファイルが劣化する可能性がある。このリスクを最小限に抑える１つの方法は、該エポキシ硬化を２つのステップで実行することである。すなわち、まず第一に、ポリマー中に屈折率プロファイルを作成した後、該混合物中の第２ポリマーを室温でゲル化（部分的に重合）させ、次いで、温度を例えば約６０℃〜８５℃に上げて完全硬化プロセスを完了させる。このゲル状態によって屈折率プロファイル周囲が高粘度環境になり、それにより、第１ポリマー、例えば光重合チオール−エンポリマーの拡散速度が低下する。高温での完全な硬化によって屈折率プロファイルが安定化される。
【００２１】
２００４年５月１８日に出願の「紫外線保護、紫外線硬化可能モノマーおよびポリマー混合物の硬化装置並びに方法」と題する米国特許出願第１０／８４８，９４２号、およびその出願がその優先権を主張している、２００３年５月２１日出願の米国仮出願第６０／４７２，６６９号は、特にポリマー材料１６を調製する好ましい方法の説明のため、その記載内容全体が参考として本明細書に組み入れられている。
【００２２】
図３を参照しながら、どのように所望の屈折率プロファイルを求めるかについて説明する。所望の屈折率プロファイルを得るために空間的に変化するように、第１モノマー２０（モノマーの混合物であり得る）が部分的に硬化されることと、第２モノマー２２（これもモノマーの混合物であり得る）の硬化によって屈折率が多少変化し得ることは、前述のことから当業者によって了解されるところである。第１モノマー２０の選択的重合からもたらされる所望の屈折率分布と、第２モノマー２２の硬化からもたらされる材料１６全体にわたる屈折率の追加変化との組み合わせである全体的プロファイルが得られるのが好ましい。
【００２３】
図３は、球面収差、乱視、および高次収差からなり得る発散波として波面３０を概略的に示している。高次収差は通常、三次項以上のゼルニケ多項式で記述可能である。仮想上の断面３２において、波面は点３４、３６、３８、４０の位置に交点を有している。波面の頂点は４２で示され、交点３４、３６、３８、４０の方向に移動する。頂点４２と交点の間の距離は通常、空間における物理的距離の単位で表される。頂点４２は、平面３２上に投影された点４４を有している。
【００２４】
この波面における収差を補正するために、頂点４２を遅らせる屈折率プロファイルが材料１６において生成される。したがって、材料１６の一部分についての所望の屈折率プロファイルは、硬化後には平面波が光学素子１０に出射するように波面３０の共役を引き起こす屈折率を示すプロファイルである。図３に示した波３０のプロファイルと基本的に同じ三次元分布プロファイル４６を有する硬化プロファイルの例を、図４に示している。
【００２５】
これに限定されるものではないが、特に、好ましい一実施形態においては、補正に必要な遅延を次のように計算することができる。硬化された材料と未硬化材料１６の間の屈折率の差Δｎは通常０．００１〜０．０５であり、ルーチンの実験によって求めることができる。本遅延は、波の頂点４２と、平面３２上への頂点の投影点４４の間の物理的距離「ｄ」である。したがって、該材料１６の厚さ尺度は少なくともｄ／Δｎとなる。材料１６の硬化プロファイルにおいて、遅延の大きさは、硬化された材料の厚さの大きさのスケールがｄ／Δｎ位のもの、またはプロファイル頂点４６での屈折率の、断面５０上へ頂点の投影点４８に対する差を集積したものがｄ／Δｎとなるのである。当該の屈折率プロファイルの効果は、波３０の頂点４２が最大の遅延を被り、交点３４、３６、３８、４０における波が、材料１６の未硬化部分における屈折率プロファイルの対応する位置５２、５４、５６、５８において遅延を被らないということである。したがって、硬化後の材料１６の所望の屈折率プロファイルとは、その屈折率によって、補償が必要とされる波のプロファイルに適合するプロファイルが確定されるということになる。
【００２６】
この硬化は、光源をビーム整形ユニットとともに使用して行うことができる。好ましくは、本ビーム整形ユニットを使用した光源は、実質的に平行な光線を発するものであることが好ましい。但し、当然ながら、必要に応じて非平行ビームを用いてもよい。限定的ではなく、例示的であるところの一実施形態においては、光線は集束レンズを通過して、光学素子１０に向けられる、収束するまたは焦点を結ぶ光線を形成することができる。ここで、光線は第１透明プレート１２を通過して、収束乃至焦点化した光線となり、即ち、材料１６における所望の量の光線が焦点を結んで収束される。この光線が、この場所においてモノマーを照射し、好ましくは、光開始剤が活性化され、材料１６内の硬化プロセスが開始される。この硬化プロセスの結果、材料内において相当する屈折率の変化が起きる。光への暴露を止めると硬化が止まり、屈折率の変化が停止する。
【００２７】
光源の作動および出力レベルならびにその位置は、制御装置によって制御されるのが好ましい。この制御装置は、光源と、光源を取り付けることができる往復移動部品とに電気的に接続されている。好ましい実施形態においては、収束光線が透明プレート１２を通過し、材料１６内で収束する。具体的には、光線の縁が所望の焦点で収束し、その焦点において材料１６を硬化する。次いで、光線が、硬化されたばかりの点に隣接する別の点に移動してその点を硬化し、さらに順次別の点へとこのプロセスが続く。ビーム走査によって光エネルギーを供給する各種方法の詳細が、米国特許出願公開第２００３／０１４３３９１ Ａｌに開示されている。その出願の内容全体は、特に当該の方法の説明のため参考として本明細書に組み入れられる。
【００２８】
本明細書で「焦点」という用語を用いているが、その焦点における光線は、数学において大きさを持たない真の「点」にあるのではなく、収束光線への暴露を受ける、材料１６における領域を表す「ビームウェスト」と呼ばれる、ある量的大きさで焦点を結ぶ。一般的に言えば０．００２〜１．５ラジアンの範囲の円錐角を有する光線を使用することができるが、この範囲に限定されるものではない。
【００２９】
好ましくは、重なり領域を形成しながら、硬化部分間の距離は光線のビームウェストを下回るものである。好ましい実施形態においては、この光線の重なり領域の大きさは、ビームウェストの大きさの約１０〜約７５％の範囲で変化してもよい。これに限定的されるものではないが特に好ましい実施形態においては、光線の重なり領域の大きさは、ビームウェストの大きさの約４０〜約６０％の範囲で変化してもよい。緊密に焦点を結ぶ光線が好ましい一実施形態においては、ビームウェストは２０μm以下の範囲である。但し、約０．１ミクロン〜約２００ミクロンの範囲のビームウェストを用いてもよい。当然のことながら、硬化部分は互いに逐次的で連続してもよく、あるいは、一連の走査にランダムにアクセスでき、ビームウェストが重なることなく、新しい硬化位置が以前の位置から隔離されているような状態のものである。
【００３０】
モノマーを選択的に硬化するその他の方法（例えばフォトマスク）を用いてもよい。適切な選択的重合方法が、米国特許出願公開第２００２／００８０４６４ Ａｌに開示されている。この出願の記載内容全体が、特に当該の方法を説明するため参照により本明細書に組み入れられる。
【００３１】
好ましい光学素子は、望遠鏡、顕微鏡、走査型共焦点検眼鏡や眼底カメラなどの眼科用診断機器といった光学部品において収差を補正するために使用することができる。このような場合、検査機器は一般に、レンズなどの屈折素子、ミラーやビームスプリッタなどの反射素子、ならびにグレーティングや音響光学結晶および電気光学結晶などの回折素子を含んでいる。好ましい実施形態では、安価な光学部品を用い、上述の如き補正素子を使用して付随する残存収差を補正することにより、当該の装置の製造コストを下げることができる。好ましい実施形態においては、図１に示した光学素子１０は、患者の眼の欠陥が原因で生じる収差を矯正するための、例えば眼鏡レンズの構成を示す補正素子である。
【００３２】
上述のプロセスに対しては本発明の精神から逸脱することなく、様々な省略、追加、および修正を実施できること、及び当該の修正および変更はすべて、添付の特許請求の範囲に規定される本発明の範囲内に入るものであることは、当業者によって充分に了解されるところである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１ａ】好ましい光学素子を概略的に示す断面図である。
【図１ｂ】好ましい光学素子を概略的に示す断面図である。
【図１ｃ】所定の屈折率プロファイルが得られるよう空間的に変化する硬化度を有するポリマーを形成する選択的重合を概略的に示す断面図である。
【図１ｄ】図１ｃに示した選択的重合の結果もたらされる屈折率プロファイルを概略的に示す図である。
【図２】光学素子を製造する好ましい方法を示すフローチャートである。
【図３】波面における収差を示す概略図である。
【図４】図３に示した収差を補償する好ましいレンズの屈折率プロファイルを示す概略図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０ 光学素子
１２ 第１光学カバー
１４ 第２光学カバー
１６ ポリマー材料
１８ 障壁
２０ 第１モノマー
２２ 第２モノマー
３０ 波面
３２ 仮想断面
３４ 交点
３６ 交点
３８ 交点
４２ 頂点
４４ 投影点
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に、補正レンズなどの光学素子と、これらの光学素子を製造する方法とに関するものである。より詳細には、本発明は２種以上のポリマーを含む光学素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
人間の眼など多くの光学システムは収差を含んでいる。そのような収差を補正すべく、システムを通る光は、近軸光線、具体的には、光軸の近くにあって、小さな角度内に含まれる光線に限られると想定するのが一般的である。この想定により製造される補正用光学部品は一般に、球面のみを有している。例えば、人の眼の不完全性は、通常、球面をもつレンズによって矯正可能な、一般に「乱視」及び「ピンぼけ」と呼ばれる不完全性を含む低い程度の、若しくは、低次の不完全性に限られる、と想定されている。しかしながら、「コマ収差(coma)」及び「トレフォイル(trefoil)」として知られる他の不安定性を含むが、それらに限定されない高次の不安定性が存在しうる。残念ながら、これらの不安定性は、従来の眼鏡またはコンタクトレンズによっては矯正できず、可能な限りの最良の処方を行った矯正レンズでさえ、患者には最適な視力に充たない状態のままなのである。
【０００３】
さらに、多くの場合、すべての収差を同時に最小限にすることは困難である。実際に、ある種類の収差を最小限にするために光学システムを矯正すると、他の種類の収差が増えることがある。例えば、コマ収差を減らすことによって球面収差が増えることがある。さらに、製造時に導入される光学システムにおける収差を矯正する必要がある場合がしばしば起こる。このプロセスは、実行するには、組み立て、位置合わせ、収差を特定するための性能評価、分解、収差を補正するための研磨または研削、再組み立て、および再テストといった様に、繰り返しが多く時間がかかるものなのである。適切な光学システムを開発するまで、何度も何度も繰り返しが必要になることがある。
【０００４】
２００１年６月４日出願の「波面収差装置およびその製造方法」と題する米国特許出願第０９／８７５，４４７号において、とりわけ、ポリマーの屈折率を変化させる光重合法を用いて波面収差装置を製造する方法が開示されている。屈折率プロファイルは、放射線（例えば、紫外線）に対する暴露によって領域ごとにポリマーを選択的に硬化することにより形成され得る。選択された領域において暴露されたポリマーの屈折率は増大するが、結果的に得られる屈折率プロファイルは恒久的ではなく、時間の経過とともに変化し、生じる屈折率変化の大きさが時間につれて減少する傾向がある。
【特許文献１】米国特許第６，７６１，４５４号
【特許文献２】米国特許出願公開番号２００２／００８０４６４Ａｌ
【特許文献３】米国特許出願公開番号２００３／０１４３３９１Ａｌ
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
好ましい実施形態は、光学素子を提供するものであり、この光学素子は、第１光学カバー、第２光学カバー、および第１光学カバーと第２光学カバーに挟み込まれたポリマー材料の層を備えており、ここで、該ポリマー材料は第１ポリマーと第２ポリマーの混合物からなっており、該第１ポリマーは、所定の屈折率が得られるよう空間的に変化する硬化度を有しており、そして該第２ポリマーは、結果的にこの屈折率プロファイルを安定化させるように硬化されていることを特徴とする。
【０００６】
別の好ましい実施形態は、光学素子を製造する方法を提供するものであり、この方法は、第１モノマーを重合させて、所定の屈折率プロファイルが得られるよう空間的に変化する硬化度を有する第１ポリマーを形成させるべく第１ポリマーを重合させるステップと、第１ポリマーに混入して屈折率プロファイルを安定化する第２ポリマーを形成させるべく、第１ポリマーの存在下に第２モノマーを重合させるステップからなることを特徴とする。
【０００７】
別の好ましい実施形態は、眼鏡レンズを製造する方法を提供するものであり、この方法は、第１モノマー、第２モノマー、第１光開始剤、および第２光開始剤からなる混合物を調製するステップと、この混合物を第１光学カバーと第２光学カバーの間に配置するステップと、この混合物を第１照射源に暴露し、それにより、第１モノマーを重合させて、所定の屈折率プロファイルが得られるよう空間的に変化する硬化度を有する第１ポリマーを形成するステップと、第２モノマーを第２照射源に暴露し、それにより、第２ポリマーが第１ポリマーに混入した形に第２モノマーを重合させることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
これらの実施形態および本発明のその他の実施形態については、以下の説明および添付図面（正確な縮尺ではない）から容易に理解されるものである。但し、これらの図面は例示的なものであって、本発明を限定するものではない。
【０００９】
図１は、好ましい光学素子１０を示している。図１ａにおいて、光学素子１０は、透明プレートであってもよい、第１の剛性または可撓性のある光学カバー１２と、透明プレートであってもよい、第２の剛性または可撓性のある光学カバー１４と、第１光学カバーと第２光学カバー１２、１４の間に挟み込まれたポリマー材料１６の層とを含んでいる。必要に応じて、後述する硬化の前後に、障壁１８を用いて第１プレートと第２プレート１２、１４の間にポリマー材料１６を包含してもよい。必要に応じて、第１カバーおよび第２カバー１２、１４の一方または両方が、既存の屈折力を示す曲がった表面であってもよい。このため、第１カバーおよび第２カバー１２、１４はそれぞれが個別に、眼鏡レンズ、例えば単焦点レンズ、二焦点レンズ、または累進多焦点レンズであり得、そのすべてがプリズム屈折力を含んでいてもいなくてもよい。または、第１プレートおよび第２プレート１２、１４の両方が、曲がった表面を有しており且つ屈折力を有していない平面レンズであってもよい。
【００１０】
ポリマー材料１６は好ましくは、図１ｂに示したように各重合開始剤を用いて、２種のモノマー２０、２２など、少なくとも２種の硬化成分を重合させることにより製造される。２種のモノマー２０、２２それぞれの屈折率は、ポリマー材料１６を形成する重合（硬化）中に変化する。詳しく後述するように、硬化は好ましくは、硬化度がポリマー材料１６内の位置間で変化するように２種のモノマー２０、２２を照射源に暴露することにより実施される。屈折率プロファイルは、２種のモノマーの硬化度または重合度によって決まる。第１モノマー２０は好ましくは、重合されて、所定の屈折率プロファイルが得られるよう空間的に変化する硬化度を有する第１ポリマーを形成し、第２モノマー２２は好ましくは、均一に重合または硬化されて第２ポリマーを形成し、これにより、第１ポリマーおよび屈折率プロファイルが安定化される。このように、該ポリマー材料１６は第１ポリマーおよび第２ポリマーの混合物からなっている。本明細書で用いる「ポリマー材料」という用語は、各種のモノマーおよびポリマー、ならびにモノマーとモノマーの混合物、モノマーとポリマーの混合物、およびポリマーとポリマーとの混合物を包含する幅広い用語であることは、当業者によって当然に了解されるものである。
【００１１】
本説明の中から明らかな如く、２種のモノマー２０、２２はそれぞれ、異なる波長の光への暴露によって硬化する。例示したものに限られるものではないが、第１モノマー２０は比較的長い紫外線波長の光（例えばＵＶＡ）への暴露によって硬化することができ、第２モノマー２２は比較的短い紫外線波長の光（例えばＵＶＢ）への暴露によって硬化することができる。第１モノマー２０は例えばアクリレートまたはビニルエーテルであり得、第２モノマー２２は例えばビニルエーテルまたはエポキシであり得る。第１モノマーと第２モノマーの組み合わせとしては、アクリレート類とエポキシ類、チオール−エン類とエステル類、チオール−エン類とエポキシ類、アクリレート類とビニルエーテル類、およびビニルエーテル類とエポキシ類を挙げることができる。
【００１２】
光開始重合によって重合する他のモノマーを用いてもよい。適切なモノマーには、例えば、ウレタン類、チオール−エン類、セルロースエステル類、メルカプトエステル類、およびエポキシ類が含まれる。この第１モノマーおよび／または第２モノマーは、互いに相手と反応する２種以上のモノマーを含有するモノマー系であり得る。例えば、チオール−エンは好ましい第１モノマーであり、チオールモノマー類およびエンモノマー類からなっている。多種多様なチオール−エンモノマー類及びポリマー類は当業者に周知である。例えば、ジェー・ピー・フシエー及びジェー・エフ・ラベック共編、エー・ティー・ジャコバインの「高分子科学技術における放射線硬化：光重合機構」２１９〜２６８ページ（１９９３年）、エルセヴィアー・アプライド・サイエンス出版、ロンドン(Jacobine A.T. Radiation Curing in Polymer
Science and
Technology:Photopolymerization Mechanisms, J.P.Fouassier andJ.F
Rabek;219-268,1993, Elsevier Applied Science, London)を参照されたい。好ましくは、第１モノマーおよびまたは第２モノマーは感光性樹脂である。モノマーは照射時に自発重合してもよいし、または好ましくは光開始剤を用いてもよい。適切な光開始剤には、ベンゾインエーテル類、ベンジルケタール類、アセトフェノン類、およびホスフィンオキシド類などのアルファ開裂型光開始剤類、ベンゾフェノン類、チオキサントン類、カンファーキノン類、およびビスイミダゾール類などの脱水素型光開始剤類、ならびにアリールジアゾニウム塩類、アリールスルホニウム塩類、アリールヨードニウム塩類、およびフェロセニウム塩類などのカチオン光開始剤類が含まれる。または、フェニルホスホニウムベンゾフェン塩類、アリール・ターシャリール−ブチル・パーエステル類、チタノセン、Ｎ−メチルマレイミドなどの、その他の光開始剤を使用してもよい。
【００１３】
好ましい実施形態においては、この重合プロセスは紫外線への暴露の持続時間および強度によって制御される。より好ましくは、紫外線源がオフになったときに重合が実質的に停止されることが望ましい。チオール‐エン重合系は、例えば、この「逐次重合」乃至「段階的成長」という特性を呈する。図２は、光学素子１０を製造する好ましい方法を示すフローチャートである。ブロック２４において、光源が第１モノマー２０を選択的に重合させて、製造される光学素子１０にとって望ましい屈折率プロファイルに近似する屈折率プロファイルが得られるよう空間的に変化する硬化度を有するポリマー材料１６を生成する。図１ｃは、当該の選択的重合を実施する方法を概略的に示している。より高い重合度が望ましい領域には、より高いレベルの照射（図１ｃで複数本の矢印３０で示している）を受けさせ、より低い重合度が望ましい領域には、より低いレベルの照射と中間レベルの照射（それぞれ１本の矢印３５と２本の矢印３８で示している）を受けさせることにより、図１ｄに示した図で例示したような所定の屈折率プロファイルが得られるよう空間的に変化する硬化度を有するポリマーを形成することができる。適切な選択的重合方法が、米国特許出願公開番号２００２／００８０４６４ Ａｌおよび２００３／０１４３３９１ Ａｌに開示されている。これらの出願は、特に当該の方法を説明するためその記載内容全体若しくは部分的に参照して本明細書に組み入れられている。モノマー２０は重合時に変化する屈折率を有しているため、特定の領域における屈折率を、選択的照射によってその領域における重合度または硬化度を制御することにより制御できる。モノマー２０は好ましくは、第１波長の光に反応する光開始剤を用いて重合される。第２モノマー２２は第１モノマー２０の重合中に存在させてもよいし、第１モノマー２０の重合後にポリマー材料１６中に拡散させてもよい。第１モノマー２０の重合中に存在させる場合、第２モノマー２２は好ましくは、第１モノマー２０の重合中にはわずかな重合を受けるか全く重合を受けないままである。
【００１４】
ブロック２６において、第１波長の光への暴露が終了されて第１モノマー２０の硬化が停止すると、それにより、屈折率の変化も停止する。この段階における光学素子１０の屈折率プロファイルは、所望の屈折率プロファイルに近似している。例えば図１ｃに示したように、より少ない量の放射３５に暴露される光学素子１０の領域における第１ポリマー４０の量は、より多い量の放射３０、３８に暴露される領域における量より少ない。図１ｄに示した図で例示した空間的に変化する屈折率プロファイルは、各領域における第１ポリマーのそれぞれの量を反映している。このため、第１ポリマー４０の硬化度を空間的に変えることによって、様々な点４２、４４、４６における屈折率プロファイルは概ね、入射光３５、３０、３８の強度に（それぞれ）対応する。次にブロック２８において、光源が作動されて、好ましくは実質的に完全且つ均一に第２モノマー２２を硬化させる第２波長の光で材料１６が照射される。完全な重合を確保するために、過剰な光をブロック２８で用いてもよい。但し、第２モノマーの硬化が１００％未満であっても、屈折率プロファイルの安定化にとって効果的な場合もある。例えば、第２モノマー２２が重合前には、ポリマー材料１６が約２０，０００センチポイズを上回る粘度値を有する場合、第２モノマーの硬化度が約４０％であっても充分である。一般に、ポリマー材料１６の粘度が高いほど、屈折率プロファイルの安定化に必要とされる、第２モノマー２２の硬化度が低くなる。第２モノマーの量は、第１モノマーを基準にして重量百分率が約１５％以上であることが好ましい。それにより、第２ポリマー成分が実質的に完全に硬化されたときに、ポリマー混合物全体にわたってロック網が形成され、第１モノマー／ポリマー成分が実質的に動かない状態にされる。
【００１５】
ポリマー混合物１６を製造する好ましい実施形態には、モノマー１分子当たり比較的少数の（好ましくは３個または４個の）重合可能な官能基を含有する、分子量が比較的低い第１モノマーの使用が含まれる。例えば、好ましい第１モノマー混合物は、チオール‐エンからなることを特徴とし、より好ましくは１分子当たり３個または４個の‐ＳＨ基を含有するチオールと、１分子当たり３個または４個の炭素−炭素二重結合を含有するエン化合物とからなるチオール−エンであることを特徴とする。追加の例としては、当業者であればジェー・ピー・フシエー及びジェー・エフ・ラベック共編、エー・ティー・ジャコバインの「高分子科学技術における放射線硬化：光重合機構」２１９〜２６８ページ（１９９３年）、エルセヴィアー・アプライド・サイエンス出版、ロンドンを参照すれば明らかである。分子量が比較的少ない第１モノマーを使用することにより、体積収縮または緻密化による屈折率変化の大きさが最大になる。このため、モノマーは好ましくは、屈折率変化の動的範囲が広がるか、またはデルタＮ値が上がるように選択される。
【００１６】
第２モノマー（複数種のモノマーの混合物であってもよい）としてはマクロマが挙げられる。例えば、不飽和ビスフェノール−Ａ・フマル酸ポリエステルのような官能基を有する比較的低いまたは中程度の分子量のポリマー（例えば、ノースカロライナ州リサーチ・トライアングル・パークのリーチホールド，インクから販売されているＡＴＬＡＣ（Reichhold,
Inc.；Research Triangular Park, NC））である。好ましいＡＴＬＡＣは約４０個のエン基を含有しており、アセトンおよび各種チオール‐エン混合物に可溶である。好ましくは、第２モノマーは第１モノマーに比べ、比較的高い粘度を有しており、そのため、第１ポリマーの低分子量成分の拡散速度が下がる。例えば、好ましいチオール−エン／ＡＴＬＡＣの組み合わせにおいて、比較的高粘度のＡＴＬＡＣを第２モノマーとして用いて、好ましくは、硬化されていないまたは比較的低い程度に硬化された、チオール−エンモノマー／ポリマー混合物（第１チオール−エンモノマーの先行重合によって作製された）の部分拡散の速度が下がる。反応性官能基を含有する類似のマクロマを第２モノマーの成分として使用することができる。第２モノマーのその後の重合によって好ましくは、第１ポリマーの成分の、特に第１ポリマーのより分子量が低い成分（第１モノマーおよびそのオリゴマーなど）の拡散を遅らせるまたは防止することにより第１ポリマーを安定化する非常に粘度が高いマトリックスが形成される（そして、これにより、屈折率プロファイルが安定化される）。目的の屈折率プロファイルに望ましくない影響を与えないように、第２ポリマーを形成するための第２モノマーの硬化度は、空間的な意味で実質的に均一であることが好ましい。
【００１７】
第２ポリマーは、第２ポリマーと第１ポリマーの間の共有結合を形成することで第１ポリマーを安定化することもできる。例えば、好ましいチオール−エン／ＡＴＬＡＣ系において、光重合時に低分子量のチオールモノマーおよびエンモノマーが重合して、より密度が高く緻密なポリマーを形成し、その結果、屈折率が高まる。低分子量のチオールモノマーおよび／またはエンモノマー、および／または成長するチオール−エンポリマーもＡＴＬＡＣと反応することが好ましい。チオール−エン重合によって形成された、屈折率が高い領域は、当該単位とＡＴＬＡＣとの共有結合によって安定化される。ＡＴＬＡＣがなければ、低分子量のチオール−エン単位は拡散によって比較的自由に移動する。このため、所望の屈折率領域が時間とともに拡散する傾向があり、その結果、前述の安定化の問題が生じる。
【００１８】
空間的に変化する硬化度によって形成される屈折率プロファイルを安定化するその他の方法は、屈折率プロファイルを安定化する第２成分として、全く異なる種類のポリマーを使用することである。例えば、まず、前述のように光重合プロセスを使用して所望の屈折率プロファイルを生成し、次に、安定性を高める第２ポリマーを形成するために、紫外線によって硬化される第２モノマーを使用するのではなく、図２のブロック２８に示したように、加熱によって硬化される第２モノマーを使用するものである。当該の例の１つとしては、熱硬化可能なエポキシであり、例えば、前述の実施形態におけるＡＴＬＡＣの代わりに熱硬化可能なエポキシを使用するというものである。所望の屈折率プロファイルを形成するために用いられるステップは基本的に同じであり、次に、熱が加えられてエポキシが硬化され、それによって、エポキシマトリックスにおける第１ポリマーが安定化される。
【００１９】
一実施形態は、比較的低い温度（例えば８０℃未満）または室温に近い温度で硬化するエポキシを選択することである。次に、エポキシの硬化を防止するために、チオール、エン、およびエポキシが室温に近い温度または室温を下回る温度に保たれる。次に、チオール‐エン重合を誘発する光開始剤を活性化することにより、屈折率プロファイルを生成させることができる。所望の屈折率プロファイルが達成されたら、システムが少し暖められてエポキシ硬化温度に達し、エポキシが重合され、チオール−エンポリマーが凍結され、それにより、屈折率プロファイルが安定化される。
【００２０】
別の実施形態は、熱硬化によって屈折率プロファイルを安定化する方法である。屈折率プロファイルがポリマー混合物中に一旦作成されたら、その屈折率プロファイルの劣化を避けることが好ましい。エポキシを加熱すると、この屈折率プロファイルが劣化する可能性がある。このリスクを最小限に抑える１つの方法は、該エポキシ硬化を２つのステップで実行することである。すなわち、まず第一に、ポリマー中に屈折率プロファイルを作成した後、該混合物中の第２ポリマーを室温でゲル化（部分的に重合）させ、次いで、温度を例えば約６０℃〜８５℃に上げて完全硬化プロセスを完了させる。このゲル状態によって屈折率プロファイル周囲が高粘度環境になり、それにより、第１ポリマー、例えば光重合チオール−エンポリマーの拡散速度が低下する。高温での完全な硬化によって屈折率プロファイルが安定化される。
【００２１】
２００４年５月１８日に出願の「紫外線保護、紫外線硬化可能モノマーおよびポリマー混合物の硬化装置並びに方法」と題する米国特許出願第１０／８４８，９４２号、およびその出願がその優先権を主張している、２００３年５月２１日出願の米国仮出願第６０／４７２，６６９号は、特にポリマー材料１６を調製する好ましい方法の説明のため、その記載内容全体が参考として本明細書に組み入れられている。
【００２２】
図３を参照しながら、どのように所望の屈折率プロファイルを求めるかについて説明する。所望の屈折率プロファイルを得るために空間的に変化するように、第１モノマー２０（モノマーの混合物であり得る）が部分的に硬化されることと、第２モノマー２２（これもモノマーの混合物であり得る）の硬化によって屈折率が多少変化し得ることは、前述のことから当業者によって了解されるところである。第１モノマー２０の選択的重合からもたらされる所望の屈折率分布と、第２モノマー２２の硬化からもたらされる材料１６全体にわたる屈折率の追加変化との組み合わせである全体的プロファイルが得られるのが好ましい。
【００２３】
図３は、球面収差、乱視、および高次収差からなり得る発散波として波面３０を概略的に示している。高次収差は通常、三次項以上のゼルニケ多項式で記述可能である。仮想上の断面３２において、波面は点３４、３６、３８、４０の位置に交点を有している。波面の頂点は４２で示され、交点３４、３６、３８、４０の方向に移動する。頂点４２と交点の間の距離は通常、空間における物理的距離の単位で表される。頂点４２は、平面３２上に投影された点４４を有している。
【００２４】
この波面における収差を補正するために、頂点４２を遅らせる屈折率プロファイルが材料１６において生成される。したがって、材料１６の一部分についての所望の屈折率プロファイルは、硬化後には平面波が光学素子１０に出射するように波面３０の共役を引き起こす屈折率を示すプロファイルである。図３に示した波３０のプロファイルと基本的に同じ三次元分布プロファイル４６を有する硬化プロファイルの例を、図４に示している。
【００２５】
これに限定されるものではないが、特に、好ましい一実施形態においては、補正に必要な遅延を次のように計算することができる。硬化された材料と未硬化材料１６の間の屈折率の差Δｎは通常０．００１〜０．０５であり、ルーチンの実験によって求めることができる。本遅延は、波の頂点４２と、平面３２上への頂点の投影点４４の間の物理的距離「ｄ」である。したがって、該材料１６の厚さ尺度は少なくともｄ／Δｎとなる。材料１６の硬化プロファイルにおいて、遅延の大きさは、硬化された材料の厚さの大きさのスケールがｄ／Δｎ位のもの、またはプロファイル頂点４６での屈折率の、断面５０上へ頂点の投影点４８に対する差を集積したものがｄ／Δｎとなるのである。当該の屈折率プロファイルの効果は、波３０の頂点４２が最大の遅延を被り、交点３４、３６、３８、４０における波が、材料１６の未硬化部分における屈折率プロファイルの対応する位置５２、５４、５６、５８において遅延を被らないということである。したがって、硬化後の材料１６の所望の屈折率プロファイルとは、その屈折率によって、補償が必要とされる波のプロファイルに適合するプロファイルが確定されるということになる。
【００２６】
この硬化は、光源をビーム整形ユニットとともに使用して行うことができる。好ましくは、本ビーム整形ユニットを使用した光源は、実質的に平行な光線を発するものであることが好ましい。但し、当然ながら、必要に応じて非平行ビームを用いてもよい。限定的ではなく、例示的であるところの一実施形態においては、光線は集束レンズを通過して、光学素子１０に向けられる、収束するまたは焦点を結ぶ光線を形成することができる。ここで、光線は第１透明プレート１２を通過して、収束乃至焦点化した光線となり、即ち、材料１６における所望の量の光線が焦点を結んで収束される。この光線が、この場所においてモノマーを照射し、好ましくは、光開始剤が活性化され、材料１６内の硬化プロセスが開始される。この硬化プロセスの結果、材料内において相当する屈折率の変化が起きる。光への暴露を止めると硬化が止まり、屈折率の変化が停止する。
【００２７】
光源の作動および出力レベルならびにその位置は、制御装置によって制御されるのが好ましい。この制御装置は、光源と、光源を取り付けることができる往復移動部品とに電気的に接続されている。好ましい実施形態においては、収束光線が透明プレート１２を通過し、材料１６内で収束する。具体的には、光線の縁が所望の焦点で収束し、その焦点において材料１６を硬化する。次いで、光線が、硬化されたばかりの点に隣接する別の点に移動してその点を硬化し、さらに順次別の点へとこのプロセスが続く。ビーム走査によって光エネルギーを供給する各種方法の詳細が、米国特許出願公開第２００３／０１４３３９１ Ａｌに開示されている。その出願の内容全体は、特に当該の方法の説明のため参考として本明細書に組み入れられる。
【００２８】
本明細書で「焦点」という用語を用いているが、その焦点における光線は、数学において大きさを持たない真の「点」にあるのではなく、収束光線への暴露を受ける、材料１６における領域を表す「ビームウェスト」と呼ばれる、ある量的大きさで焦点を結ぶ。一般的に言えば０．００２〜１．５ラジアンの範囲の円錐角を有する光線を使用することができるが、この範囲に限定されるものではない。
【００２９】
好ましくは、重なり領域を形成しながら、硬化部分間の距離は光線のビームウェストを下回るものである。好ましい実施形態においては、この光線の重なり領域の大きさは、ビームウェストの大きさの約１０〜約７５％の範囲で変化してもよい。これに限定的されるものではないが特に好ましい実施形態においては、光線の重なり領域の大きさは、ビームウェストの大きさの約４０〜約６０％の範囲で変化してもよい。緊密に焦点を結ぶ光線が好ましい一実施形態においては、ビームウェストは２０μm以下の範囲である。但し、約０．１ミクロン〜約２００ミクロンの範囲のビームウェストを用いてもよい。当然のことながら、硬化部分は互いに逐次的で連続してもよく、あるいは、一連の走査にランダムにアクセスでき、ビームウェストが重なることなく、新しい硬化位置が以前の位置から隔離されているような状態のものである。
【００３０】
モノマーを選択的に硬化するその他の方法（例えばフォトマスク）を用いてもよい。適切な選択的重合方法が、米国特許出願公開第２００２／００８０４６４ Ａｌに開示されている。この出願の記載内容全体が、特に当該の方法を説明するため参照により本明細書に組み入れられる。
【００３１】
好ましい光学素子は、望遠鏡、顕微鏡、走査型共焦点検眼鏡や眼底カメラなどの眼科用診断機器といった光学部品において収差を補正するために使用することができる。このような場合、検査機器は一般に、レンズなどの屈折素子、ミラーやビームスプリッタなどの反射素子、ならびにグレーティングや音響光学結晶および電気光学結晶などの回折素子を含んでいる。好ましい実施形態では、安価な光学部品を用い、上述の如き補正素子を使用して付随する残存収差を補正することにより、当該の装置の製造コストを下げることができる。好ましい実施形態においては、図１に示した光学素子１０は、患者の眼の欠陥が原因で生じる収差を矯正するための、例えば眼鏡レンズの構成を示す補正素子である。
【００３２】
上述のプロセスに対しては本発明の精神から逸脱することなく、様々な省略、追加、および修正を実施できること、及び当該の修正および変更はすべて、添付の特許請求の範囲に規定される本発明の範囲内に入るものであることは、当業者によって充分に了解されるところである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１ａ】好ましい光学素子を概略的に示す断面図である。
【図１ｂ】好ましい光学素子を概略的に示す断面図である。
【図１ｃ】所定の屈折率プロファイルが得られるよう空間的に変化する硬化度を有するポリマーを形成する選択的重合を概略的に示す断面図である。
【図１ｄ】図１ｃに示した選択的重合の結果もたらされる屈折率プロファイルを概略的に示す図である。
【図２】光学素子を製造する好ましい方法を示すフローチャートである。
【図３】波面における収差を示す概略図である。
【図４】図３に示した収差を補償する好ましいレンズの屈折率プロファイルを示す概略図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０ 光学素子
１２ 第１光学カバー
１４ 第２光学カバー
１６ ポリマー材料
１８ 障壁
２０ 第１モノマー
２２ 第２モノマー
３０ 波面
３２ 仮想断面
３４ 交点
３６ 交点
３８ 交点
４２ 頂点
４４ 投影点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光学カバーと、第２光学カバーと、前記第１光学カバーと前記第２光学カバーの間に挟み込まれたポリマー材料の層を含む光学素子であって、前記ポリマー材料は、第１ポリマーと第２ポリマーの混合物からなり、前記第１ポリマーは、所定の屈折率プロファイルが得られるよう空間的に変化する硬化度を有しており、そして前記第２ポリマーは、前記屈折率プロファイルが安定化されるように硬化されていることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記第１光学カバーおよび前記第２光学カバーは、透明プレートであることを特徴とする、請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記第１光学カバーおよび前記第２光学カバーは、眼鏡レンズである、請求項１に記載の光学素子。
【請求項４】
前記第１ポリマーおよび前記第２ポリマーが、ポリアクリレート／エポキシ、ポリアクリレート／ポリビニルエーテル、チオール−エン・ポリマー／ポリエステル、チオール−エンポリマー／エポキシ、およびポリビニルエーテル／エポキシからなる群より選択される一対を形成している、請求項２に記載の光学素子。
【請求項５】
前記第１ポリマーが、チオール‐エンポリマー、エポキシ、ポリアクリレート、およびポリビニルエーテルからなる群より選択されたものである、請求項１に記載の光学素子。
【請求項６】
前記第２ポリマーは、エポキシ、ポリエステル、ポリアクリレート、およびポリビニルエーテルからなる群より選択されたものである、請求項１に記載の光学素子。
【請求項７】
第１モノマーを重合させて、所定の屈折率プロファイルが得られるよう空間的に変化する硬化度を有する第１ポリマーを形成させ、かつ、前記第１ポリマーの存在下で第２モノマーを重合させて、前記第１ポリマーに混入するように第２ポリマーを形成させ、該第２モノマーが前記屈折率プロファイルを安定化させることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項８】
前記第２モノマーの重合中、前記第２モノマーおよび前記第１ポリマーは、第１カバープレートと第２カバープレートとの間に挟み込まれている、請求項７に記載の光学素子の製造方法。
【請求項９】
前記第１カバープレートおよび前記第２カバープレートは、眼鏡レンズである、請求項８に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第１モノマーの重合を、前記第１モノマーの、第１照射源への暴露により行う、請求項７に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第１モノマーを、光開始剤を要するものである、請求項１０に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１２】
前記第２モノマーの重合を、前記第１照射源とは異なる第２照射源へ前記第２モノマーを暴露することにより行うことを特徴とする、請求項１０に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１３】
前記第１モノマーが、エポキシ、チオール、エン、アクリレート、ビニルエーテル、およびこれらの混合物からなる群より選択されたものである、請求項７に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１４】
前記第２モノマーが、エポキシ、アクリレート、エステル、およびビニルエーテルからなる群より選択されたものである、請求項７に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１５】
前記第１モノマーの重合に先立って前記第１モノマーと前記第２モノマーを混合することを特徴とする、請求項７に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１６】
前記第１ポリマーがチオール−エンポリマーであり、前記第２ポリマーが、エポキシポリマーおよび不飽和ポリエステルからなる群より選択されてものである、請求項７に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１７】
第１モノマー、第２モノマー、第１光開始剤、および第２光開始剤を含む混合物を調製し、この混合物を第１光学カバーと第２光学カバーの間に配置させ、この混合物を第１照射源に暴露し、それにより、前記第１モノマーを重合させて、所定の屈折率プロファイルが得られるよう空間的に変化する硬化度を有する第１ポリマーを形成させ、そして前記第２モノマーを第２照射源に暴露し、それにより、前記第２モノマーを重合させて、前記第２モノマーが前記第１ポリマーに混入している第２ポリマーを形成させることを特徴とする眼鏡レンズを製造する方法。
【請求項１８】
前記第２モノマーの実質的に全てが、重合によって消費されている、請求項１７に記載の眼鏡レンズを製造する方法。
【請求項１９】
前記第２ポリマーが部分的に硬化している、請求項１７に記載の眼鏡レンズを製造する方法。
【請求項２０】
前記第１光学カバーおよび前記第２光学カバーが、透明プレート、平面型眼鏡レンズ、単焦点眼鏡レンズ、二焦点眼鏡レンズ、および累進多焦点眼鏡レンズからなる群より選択されたものである、請求項１７に記載の眼鏡レンズを製造する方法。
【請求項１】
第１光学カバーと、第２光学カバーと、前記第１光学カバーと前記第２光学カバーの間に挟み込まれたポリマー材料の層を含む光学素子であって、前記ポリマー材料は、第１ポリマーと第２ポリマーの混合物からなり、前記第１ポリマーは、所定の屈折率プロファイルが得られるよう空間的に変化する硬化度を有しており、そして前記第２ポリマーは、前記屈折率プロファイルが安定化されるように硬化されていることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記第１光学カバーおよび前記第２光学カバーは、透明プレートであることを特徴とする、請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記第１光学カバーおよび前記第２光学カバーは、眼鏡レンズである、請求項１に記載の光学素子。
【請求項４】
前記第１ポリマーおよび前記第２ポリマーが、ポリアクリレート／エポキシ、ポリアクリレート／ポリビニルエーテル、チオール−エン・ポリマー／ポリエステル、チオール−エンポリマー／エポキシ、およびポリビニルエーテル／エポキシからなる群より選択される一対を形成している、請求項２に記載の光学素子。
【請求項５】
前記第１ポリマーが、チオール‐エンポリマー、エポキシ、ポリアクリレート、およびポリビニルエーテルからなる群より選択されたものである、請求項１に記載の光学素子。
【請求項６】
前記第２ポリマーは、エポキシ、ポリエステル、ポリアクリレート、およびポリビニルエーテルからなる群より選択されたものである、請求項１に記載の光学素子。
【請求項７】
第１モノマーを重合させて、所定の屈折率プロファイルが得られるよう空間的に変化する硬化度を有する第１ポリマーを形成させ、かつ、前記第１ポリマーの存在下で第２モノマーを重合させて、前記第１ポリマーに混入するように第２ポリマーを形成させ、該第２モノマーが前記屈折率プロファイルを安定化させることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項８】
前記第２モノマーの重合中、前記第２モノマーおよび前記第１ポリマーは、第１カバープレートと第２カバープレートとの間に挟み込まれている、請求項７に記載の光学素子の製造方法。
【請求項９】
前記第１カバープレートおよび前記第２カバープレートは、眼鏡レンズである、請求項８に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第１モノマーの重合を、前記第１モノマーの、第１照射源への暴露により行う、請求項７に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１１】
前記第１モノマーを、光開始剤を要するものである、請求項１０に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１２】
前記第２モノマーの重合を、前記第１照射源とは異なる第２照射源へ前記第２モノマーを暴露することにより行うことを特徴とする、請求項１０に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１３】
前記第１モノマーが、エポキシ、チオール、エン、アクリレート、ビニルエーテル、およびこれらの混合物からなる群より選択されたものである、請求項７に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１４】
前記第２モノマーが、エポキシ、アクリレート、エステル、およびビニルエーテルからなる群より選択されたものである、請求項７に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１５】
前記第１モノマーの重合に先立って前記第１モノマーと前記第２モノマーを混合することを特徴とする、請求項７に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１６】
前記第１ポリマーがチオール−エンポリマーであり、前記第２ポリマーが、エポキシポリマーおよび不飽和ポリエステルからなる群より選択されてものである、請求項７に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１７】
第１モノマー、第２モノマー、第１光開始剤、および第２光開始剤を含む混合物を調製し、この混合物を第１光学カバーと第２光学カバーの間に配置させ、この混合物を第１照射源に暴露し、それにより、前記第１モノマーを重合させて、所定の屈折率プロファイルが得られるよう空間的に変化する硬化度を有する第１ポリマーを形成させ、そして前記第２モノマーを第２照射源に暴露し、それにより、前記第２モノマーを重合させて、前記第２モノマーが前記第１ポリマーに混入している第２ポリマーを形成させることを特徴とする眼鏡レンズを製造する方法。
【請求項１８】
前記第２モノマーの実質的に全てが、重合によって消費されている、請求項１７に記載の眼鏡レンズを製造する方法。
【請求項１９】
前記第２ポリマーが部分的に硬化している、請求項１７に記載の眼鏡レンズを製造する方法。
【請求項２０】
前記第１光学カバーおよび前記第２光学カバーが、透明プレート、平面型眼鏡レンズ、単焦点眼鏡レンズ、二焦点眼鏡レンズ、および累進多焦点眼鏡レンズからなる群より選択されたものである、請求項１７に記載の眼鏡レンズを製造する方法。
【図１ａ】
【図１ｂ】
【図１ｃ】
【図１ｄ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図１ｂ】
【図１ｃ】
【図１ｄ】
【図２】
【図３】
【図４】
【公表番号】特表２００８−５１２７０４（Ｐ２００８−５１２７０４Ａ）
【公表日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５３０４９６（Ｐ２００７−５３０４９６）
【出願日】平成１７年９月７日（２００５．９．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０３１９７３
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０２９２６０
【国際公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【出願人】（５０６２６５９８９）オフソニックス，インク (6)
【氏名又は名称原語表記】Ｏｐｈｔｈｏｎｉｘ，Ｉｎｃ．．
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月７日（２００５．９．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０３１９７３
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０２９２６０
【国際公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【出願人】（５０６２６５９８９）オフソニックス，インク (6)
【氏名又は名称原語表記】Ｏｐｈｔｈｏｎｉｘ，Ｉｎｃ．．
【Ｆターム（参考）】
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