專利名稱：接觸透鏡的激光固化的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用相干輻射固化可光聚合接觸透鏡材料的工藝。
軟接觸透鏡目前是通過(guò)將水凝膠單體混合物注入旋轉(zhuǎn)的并曝光在汞燈紫外輻射下的模具中使該單體混合物光聚合來(lái)制造。該水凝膠單體混合物包括甲基丙烯酸羥乙酯、二甲基丙烯乙二醇酯、乙二醇和安息香甲基醚光引發(fā)劑。一般將該水凝膠單體混合物在汞燈陣列的紫外輻射下至少曝光10分鐘以導(dǎo)致光聚合作用，然后將模具浸沒(méi)在熱水中以除去乙二醇和其它非聚合材料并將透鏡從模具分離。該聚合過(guò)程必須在惰性氣體中進(jìn)行，例如氮，以排除如果存在會(huì)抑制聚合作用的氧氣。
上述過(guò)程的一個(gè)主要缺點(diǎn)是必須使用濾光器除去來(lái)自汞燈的附加輻射。必須對(duì)濾光器和汞燈進(jìn)行水冷卻以濾去紅外輻射和防止過(guò)熱。又，汞燈壽命有限，必須定期更換。而且，汞燈的紫外輻射輸出隨工作時(shí)間降低，因而需要定期監(jiān)視。另外燈的大部分能量被廢棄了。
本發(fā)明的一個(gè)目的是減少處理接觸透鏡的上述缺點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于固化可光聚合接觸透鏡材料的工藝，該工藝包括用具有約200nm到約400nm波長(zhǎng)的激光輻射對(duì)該可光聚合接觸透鏡材料照射預(yù)定的時(shí)間周期的步驟。
最好是，該接觸透鏡材料含有水凝膠單體混合物。該水凝膠單體混合物最好含甲基丙烯酸羥乙酯、二甲基丙烯乙二醇酯、乙二醇和安息香甲基醚光引發(fā)劑。
又，最好是，接觸透鏡材料在激光照射期間在模具中旋轉(zhuǎn)。
更理想的是，在無(wú)氧環(huán)境中照射該接觸透鏡材料。又最好是，在固化條件下在對(duì)接觸透鏡材料為惰性的氣體中照射該接觸透鏡材料。該惰性氣體最好是氬氣或氮?dú)狻?br> 適合的激光器最好含激元激光器(分別工作在351nm、308nm和248nm的XeF、XeCl和KrF)，工作在337nm的氮激光器，工作在約355nm的固態(tài)激光器，以及氬和氪離子激光器的紫外輸出輻射。
所選擇的激光器工作在合適的脈沖能量強(qiáng)度和重復(fù)頻率下以在一個(gè)合理的短時(shí)間周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)接觸透鏡材料的光聚合。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于改進(jìn)了控制并獲得較短的光聚合時(shí)間，激光設(shè)備需要的維修比汞燈和附帶技術(shù)要少。另外，使用激光能容易實(shí)現(xiàn)工藝自動(dòng)化，無(wú)需汞燈所必需的冷卻和濾光器設(shè)備。
將參照附圖，以舉例方式對(duì)本發(fā)明實(shí)施例進(jìn)行描述，附圖中

圖1是用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明工藝的裝置的示意圖;
圖2是用于在接觸透鏡材料的樣品中監(jiān)測(cè)光聚合量裝置的示意圖;
圖3a、3b和3c是示出在光聚合期間紅外光譜變化的曲線圖;
圖4是示出如實(shí)例1中所述的被照射接觸透鏡材料的固化曲線的曲線圖;
圖5是示出如實(shí)例2中所述被照射的接觸透鏡材料的固化曲線的曲線圖;
圖6是示出如實(shí)例3中所述被照射的接觸透鏡材料的固化曲線的曲線圖;
圖7是示出如實(shí)例4中所述被照射的接觸透鏡材料的固化曲線的曲線圖;
圖8是示出如實(shí)例5中所述被照射的接觸透鏡材料的固化曲線的曲線圖;
圖9是示出如實(shí)例6中所述被照射的接觸透鏡材料的固化曲線的曲線圖;
圖10是示出如實(shí)例7中所述被照射的接觸透鏡材料的固化曲線的曲線圖;
圖11示出接觸透鏡材料的固化樣品的吸收光譜。
現(xiàn)在參照?qǐng)D1，示出用來(lái)執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的工藝的用10表示的裝置。將常規(guī)軟接觸透鏡材料11以水凝膠單體混合物的形式放在旋轉(zhuǎn)模具12中，該模具12能以合適的例如在本領(lǐng)域所知的350rpm速度旋轉(zhuǎn)。將透鏡材料11和模具12放在確定基本無(wú)氧腔14的外殼13中。腔14有諸如導(dǎo)入其中的氮或氬惰性氣體。含有接觸透鏡材料11的模具12以合適的速度旋轉(zhuǎn)以致于在最后的透鏡上形成內(nèi)凹表面。然后運(yùn)行紫外激光器15產(chǎn)生激光束20以合適的脈沖能量強(qiáng)度和重復(fù)頻率直接照射在透鏡材料11上充分的時(shí)間周期以使接觸透鏡材料11聚合。顯然，激光束20具有足夠的寬度以覆蓋透鏡材料11，或者它可以對(duì)旋轉(zhuǎn)軸偏置以能照射所有的透鏡材料。
可以使用圖2所示的布置或類似的布置對(duì)接觸透鏡材料11的聚合程度連續(xù)監(jiān)測(cè)。如圖所示，將接觸透鏡材料11放在由外殼13′確定的腔14′中NaCl底板16上。腔14′是無(wú)氧的，并通過(guò)導(dǎo)管17導(dǎo)入氬氣。紫外激光束20′通過(guò)窗18射入腔14′并被石英棱鏡19反射，射到接觸透鏡材料11上。底板16可以常規(guī)方式旋轉(zhuǎn)。
一束紅外光束21射過(guò)接觸透鏡材料11，透射過(guò)樣品11的紅外光束21′由紅外分光計(jì)22監(jiān)測(cè)。一束參考紅外光束23也射入腔14′，并且也由分光計(jì)22監(jiān)測(cè)透射參考光束23′。表明透鏡材料11逐漸固化的分光計(jì)22的輸出光譜圖示在圖3a、3b和3c中。分光計(jì)22將樣品光束21′與參考光束23′相比較并提供如在圖3a、3b和3c每一幅圖中所示的樣品材料11的紅外吸收光譜。在圖3a、3b和3c中，吸收峰B是1720cm-1處的碳氧C＝O吸收峰，吸收峰A是在1640cm-1處的碳碳C＝C吸收峰。圖3a提供樣品材料11在任何聚合作用前的吸收光譜，因此碳碳C＝C吸收峰位于由Ao所示的最大處。圖3b代表樣品材料11聚合作用的中間階段的吸收光譜，因此碳碳C＝C吸收峰Ai的大小減小。圖3C代表樣品11幾乎完全聚合的時(shí)間t后的吸收光譜，因此吸收峰A的大小如圖示減小到At。將知道碳氧C＝O吸收峰由于不受樣品接觸透鏡材料11的聚合作用影響而保持恒定。
象在本領(lǐng)域中所知道的，由于單體的吸收率，紅外吸收量隨著水凝膠單體混合物的聚合作用而下降，圖3a圖示了沒(méi)有聚合作用，圖3b圖示了適度數(shù)量的聚合作用，圖3c圖示了紅外樣品光束21′在1640cm-1處幾乎完全透射，因此接觸透鏡材料11′幾乎完全聚合。
實(shí)例1將通常為10微升的普通水凝膠單體混合物樣品涂在GaF底板上，并在無(wú)氧腔中用XeF激元激光器發(fā)射的波長(zhǎng)為351nm、脈沖重復(fù)頻率為4Hz、脈沖能量為35mJ的激光束加以曝光。使用上述紅外技術(shù)對(duì)聚合程度作定期監(jiān)測(cè)。圖4中所示結(jié)果是示出相對(duì)于以分鐘為單位的時(shí)間的已聚合部分的曲線圖。如圖所示，6分鐘后，約85%的樣品聚合。
實(shí)例2將10微升的普通水凝膠單體混合物樣品涂在GaF底板上，并在無(wú)氧腔中用N2激光器發(fā)射的波長(zhǎng)為337cm、脈沖重復(fù)頻率為4Hz、脈沖能量為0.3mJ的激光束加以曝光。使用上述紅外技術(shù)對(duì)聚合程度作定期監(jiān)測(cè)。圖5中所示結(jié)果是類似于圖4所示的曲線圖。如圖所示，3分鐘后，約85%的樣品聚合，6分鐘后，樣品幾乎完全聚合。
實(shí)例3將10微升的普通水凝膠單體混合物樣品涂在NaCl底板上，并在無(wú)氧腔中用N2激光器發(fā)射的波長(zhǎng)為337cm、脈沖重復(fù)頻率為100Hz、脈沖能量為0.7mJ的激光束加以曝光。使用上述紅外技術(shù)對(duì)聚合程度作定期監(jiān)測(cè)。將類似的單體混合物樣品類似地用激光器照射加以曝光，但所用N激光器以100Hz重復(fù)頻率工作，其脈沖能量為0.3mJ。圖6中所示結(jié)果是類似于圖5所示的曲線圖。如圖所示，在2分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)90%以上的樣品聚合，至少需要0.7mJ的脈沖。
實(shí)例4將10微升的普通水凝膠單體混合物樣品涂在NaCl底板上，并在無(wú)氧腔中用N2激光器發(fā)射的波長(zhǎng)為337cm、脈沖重復(fù)頻率為10Hz、脈沖能量為0.75mJ的激光束加以曝光。使用上述紅外技術(shù)對(duì)聚合程度作定期監(jiān)測(cè)。結(jié)果示在圖7中，從中可觀察到5分鐘后實(shí)現(xiàn)90%的固化，然而此時(shí)將激光器斷開(kāi)，在沒(méi)有進(jìn)一步照射情況下，固化過(guò)程繼續(xù)到1.5小時(shí)后達(dá)到100%的固化。
實(shí)例5將10微升的普通水凝膠單體混合物樣品涂在NaCl底板上，并在無(wú)氧腔中用N2激光器發(fā)射的波長(zhǎng)為337cm、脈沖重復(fù)頻率為100Hz、脈沖能量為0.7mJ的激光束加以曝光。使用上述紅外技術(shù)對(duì)聚合程度作定期監(jiān)測(cè)。將類似的單體混合物樣品涂在NaCl底板上，并在無(wú)氧環(huán)境中用N2激光器發(fā)射的波長(zhǎng)為337nm、脈沖重復(fù)頻率為10Hz、脈沖能量為0.75mJ的激光束加以曝光。對(duì)該樣品進(jìn)行監(jiān)測(cè)并將結(jié)果示在圖8中，從中可注意到在10Hz的較低脈沖頻率時(shí)固體速度較慢。10Hz的較低速度模擬當(dāng)使用工作在100Hz重復(fù)頻率的激光器對(duì)10個(gè)樣品順序掃描時(shí)所獲得的效果。
實(shí)例6將10微升的普通水凝膠單體混合物樣品涂在NaCl底板上，并在無(wú)氧腔中用XeF激光器發(fā)射的脈沖重復(fù)頻率為100Hz、脈沖能量為4mJ的激光束加以曝光。將該激光器斷續(xù)性接通和斷開(kāi)，并使用上述紅外技術(shù)連續(xù)監(jiān)測(cè)聚合作用程度。結(jié)果示在圖9中，從中可注意到在激光器斷開(kāi)后固化顯然連續(xù)(在初始激光照射階段后兩分鐘內(nèi)F值從0.4升到0.6)。但是，一旦被固化部分達(dá)到90%，激光束的出現(xiàn)對(duì)固化速度只有極小的影響。
實(shí)例7將10微升的普通水凝膠單體混合物樣品涂在NaCl底板上，并在無(wú)氧腔中用XeF激元激光器發(fā)射的脈沖重復(fù)頻率為100Hz、脈沖能量為0.35mJ激光束加以曝光。將類似的樣品也涂在NaCl底板上，并在無(wú)氧腔中用XeF激光器發(fā)射的脈沖重復(fù)頻率為10Hz、脈沖能量為25mJ的激光束加以曝光。聚合作用程度被連續(xù)監(jiān)測(cè)并將結(jié)果示在圖10中。在100Hz脈沖重復(fù)頻率的較上軌跡有35mW的平均照射功率，它比平均功率為250mW的10Hz軌跡有較快的初始固化速度?？磥?lái)較高的脈沖重復(fù)頻率產(chǎn)生較高的初始固化速度。
實(shí)例8將26微升的普通水凝膠單體混合物樣品置于以350rpm的速度旋轉(zhuǎn)的接觸透鏡模具中(見(jiàn)圖1)。該樣品在氬氣中用工作在100Hz重復(fù)頻率具有3mJ脈沖能量的N2激光器光束(337nm)加以曝光。2分鐘后將模具從氬氣中取出，并浸入熱水中，此后再將聚合的接觸透鏡取出。該接觸透鏡沒(méi)有可見(jiàn)瑕疵并被認(rèn)為適合于使用。
用于在激光照射期間監(jiān)測(cè)接觸透鏡材料樣品聚合程度的技術(shù)可通常只對(duì)薄的透鏡材料樣品進(jìn)行。該技術(shù)不能成功地用在具有用來(lái)生產(chǎn)實(shí)際接觸透鏡的足夠體積樣品上，所述體積太大以致于不能對(duì)紅外光束的透射光譜進(jìn)行定量測(cè)量。實(shí)例1到7中在小體積上的測(cè)試結(jié)果清楚地表示了用于對(duì)普通接觸透鏡材料成功地進(jìn)行光聚合作用的參數(shù)。
圖11中示出普通水凝膠接觸透鏡材料的1.4mm厚已固化樣品的吸收光譜。從該曲線中可確定最佳固化激光波長(zhǎng)。如圖所示，大于380nm的激光束不實(shí)用，因?yàn)橹晃掌湟恍〔糠?超過(guò)1mm深度8%)。在較短波長(zhǎng)側(cè)，該材料在300nm附近或以下強(qiáng)烈吸收以致于只有非常薄的層可以用這些波長(zhǎng)進(jìn)行固化?？梢?jiàn)光聚合作用的最佳激光波只在約300nm到約380nm的范圍內(nèi)，因此最有用的激光器可能是XeCl和XeF激元激光器(分別為308nm和351nm)以及N2激光器(337nm)。
本發(fā)明不限于在此所描述的實(shí)施例，它可不偏離本發(fā)明的范圍而進(jìn)行改進(jìn)或變化。
權(quán)利要求
1.一種用于固化可光聚合接觸透鏡材料的工藝，該工藝包括用具有約200nm到約400nm波長(zhǎng)的激光輻射對(duì)該可光聚合接觸透鏡材料照射預(yù)定的時(shí)間周期的步驟。
2.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于該激光輻射具有約300nm到380nm間的波長(zhǎng)。
3.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于在無(wú)氧環(huán)境中照射接觸透鏡材料。
4.如權(quán)利要求2所述的工藝，其特征在于在無(wú)氧環(huán)境中照射接觸透鏡材料。
5.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于在固化條件下在對(duì)接觸透鏡材料為惰性的氣體中照射該接觸透鏡材料。
6.如權(quán)利要求2所述的工藝，其特征在于在固化條件下在對(duì)接觸透鏡材料為惰性的氣體中照射該接觸透鏡材料。
7.如權(quán)利要求5所述的工藝，其特征在于所述氣體是氬氣或氮?dú)狻?br> 8.如前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于在照射期間該接觸透鏡材料在模具中旋轉(zhuǎn)。
9.如前面權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于激光器工作在選擇的脈沖能量強(qiáng)度和重復(fù)頻率下以在合理的短時(shí)間周期內(nèi)完成接觸透鏡材料的光聚合作用。
10.一種基本上參照附圖所描述的和如附圖中所示的對(duì)可光聚合接觸透鏡材料進(jìn)行固化的工藝。
全文摘要
一種用于固化可光聚合接觸透鏡材料的工藝，該工藝包括用具有約200nm到約400nm波長(zhǎng)的激光器輻射對(duì)該材料照射預(yù)定的時(shí)間周期的步驟。在無(wú)氧環(huán)境中照射所述接觸透鏡材料，并在照射期間將該材料在模具中旋轉(zhuǎn)。所述激光器工作在選擇的脈沖能量強(qiáng)度和重復(fù)頻率下以在合理的短時(shí)間周期內(nèi)完成所述接觸透鏡材料的光聚合作用。
文檔編號(hào)B29L11/00GK1055069SQ91101618
公開(kāi)日1991年10月2日 申請(qǐng)日期1991年3月12日 優(yōu)先權(quán)日1990年3月13日
發(fā)明者文森特·麥布賴爾蒂, 約翰·馬根, 沃納·布勞 申請(qǐng)人:博士倫有限公司