通过加法制造来生产同质均匀的光学元件制造技术

本文公开了用于加法制造同质均匀的光学元件的系统和方法。将同质均匀的光图案照射到可聚合液体上以形成光学元件的各个聚合固体层。

Homogeneous and homogeneous optical elements produced by additive fabrication

This paper discloses a system and method for additive fabrication of homogeneous optical components. Homogeneous and uniform optical patterns are irradiated on polymerizable liquids to form various polymer solid layers of optical elements.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过加法制造来生产同质均匀的光学元件
本专利技术涉及眼科元件的制造，尤其涉及一种改善通过加法技术制造的眼镜镜片质量的方法，以及通过所述方法得到的产品。
技术介绍
处方眼镜镜片(眼镜镜片或眼科镜片)用于矫正人类视力的屈光不正。眼镜镜片可用于保护眼睛，即保护眼睛免受过量光线或机械、化学或生物伤害。通常有两个主要的技术用于成型眼镜镜片的曲面。一个成型技术是模制。通过模制，用玻璃或其他材料来制造基准曲面，并且通过成型铸造或注射制模将基准曲面复制到眼镜镜片上。另一种成型技术是打磨及抛光，其将固体光学材料机械研磨(或碾磨)并抛光直到得到所需的曲面。处方眼镜镜片的特征在于可以尽可能地制造出大量不同的镜片。镜片可以根据镜片材料、嵌入镜片中的改性剂、涂层、功率及功率分布的不同而不同。由于屈光不正以0.25D的步长进行测量，其被认为是人类模糊感知的可辨别平均阙值，因此在可以使用的不同光学功率的数量方面具有限制。尽管如此，考虑到镜片相对于眼睛的实际位置，自2000年左右以来可以根据用户的特征或需要来定制现代数字镜片。因此，针对每个个体的眼镜镜片的光学性能的优化需要能够生产大量具有不同光学功率的镜片的能力。类似地，主要用于老花眼人员的多焦点眼镜镜片在透镜的孔径上具有连续的变化，以允许用户在不同距离处进行清晰聚焦。同样地，在这些多焦点镜片中分布的不同光学功率的数量实际也是无限的。现代数字研磨(碾磨)及抛光技术可以用于制造任意曲面。这种方法非常适用于制造对形状可变性有要求的眼镜镜片。然而，机械研磨及抛光是一种减法工艺，其需要复杂和昂贵的机器来保证眼镜产品所需的准确度。机械研磨和抛光需要有用于准确对准的昂贵的工具和设备，以及使用昂贵的消耗品，包括切割工具、抛光浆料、抛光垫和冷却剂。另外，机械研磨和抛光是一种能量消耗工艺，其会产生大量难以处理及消灭的废弃物。模制不是一种减法工艺，但是其需要事先制作模具本身。当所需的镜片曲面量庞大时，模制变得不切实际，因为从每个模具中成型的(或浇注成型)的镜片曲面的数量太少，其结果是必须生产大量的模具并保存在手边。光学行业已经采用了结合模制和机械技术相结合的混合方法，其成为可能要归功于光学功率的附加性质。镜片元件具有两个抛光曲面，并且其光学功率可以在两个曲面之间分布。其中一个曲面可以标准化为相对少量的不同形状，这可以通过模制制成，另一个曲面被研磨/抛光成所需的形状以得到想要的光学功率和光学功率分布。通过这种方式，眼镜镜片的制造可以分为两个步骤。第一，可以通过浇注成型或注射成型制造半成品镜片毛胚。镜片制造商采购并储存这些毛胚或制造这些毛胚。第二，当镜片制造商收到镜片订单时，其可以选择一种合适的镜片毛胚，然后机械地计算毛胚的后曲面来生产所需的镜片。眼镜镜片的定制属性使其成为更加分散和简单的制造工艺的理想产品。一种改善的加法工艺对眼镜镜片的制备来说将是有利的。其可以根据需求来制造镜片，这具有多种优点。使用加法工艺制造定制镜片无需生产和储存半成品毛胚，消除了研磨中固有材料的浪费，并通过简化整个工艺降低了能耗。此外，加法制造允许添加或嵌入未来技术的结构于镜片中，所述未来技术包括使用反射镜、棱镜、微透镜、衍射光栅、光源及其他技术。附图说明图1A示出了用于制造光学元件的激光扫描立体光刻系统的等距示意图。图1B示出了图1A的系统的横截面示意图。图1C示出了通过图1A的系统制造的光学元件的横截面放大图。图2示出了通过图1A的系统制造的光学元件的横截面照片，其示出了如图1C所示的缺陷。图3示出了光束穿过通过图1A的系统制造的光学元件的等距示意图。图4示出了光束穿过通过图1A的系统制造的光学元件的另一等距示意图。图5示出了用于制造光学元件的数字光处理投影仪立体光刻系统的横截面示意图。图6示出了光束穿过通过图5的系统制造的光学元件的等距示意图。图7示出了用于加法制造同质均匀的光学元件的系统横截面示意图。图8示出了用于加法制造同质均匀的光学元件的另一系统横截面示意图。图9示出了用于加法制造同质均匀的光学元件的另一系统横截面示意图。图10示出了用于制造同质均匀的光学元件的工艺流程图。图11示出了用于制造同质均匀的光学元件的另一种工艺流程图。在整篇说明书中，图中出现的元件分配了3位数的参考标记，其中最高位数字表示附图编号，而两个最低位数字表示具体元件。可以假定未结合附图描述的元件与先前描述的具有相同的最低位数字的参考标记的元件具有相同的特征和功能。具体实施方式本文描述了一种改善三维(3D)印刷镜片的质量和光学性能的有效且创新的方法。本文描述了用于提高光学元件的均匀性的系统和方法。诸如透镜或眼镜镜片的光学元件可以通过加法制造工艺制造成任何合适的形状及几何形状。立体光刻(SLA)3D打印机就是这样一种方法。SLA打印机可以适用于不同的生长策略，可以在不同的生长平台和/或基板上使用，并且速度快。通过加法工艺来制造眼镜镜片为镜片制造商、眼保健从业者及最终消费者(即镜片使用者)提供了一些优点。镜片制造商可以从头开始制造镜片，而不需要采构及储存任何毛胚。另外，加法的制造方法更环保，因为产生很少的浪费或没有浪费。此外，通过加法工艺制造镜片所需的能量比传统技术少。SLA打印机将物体创建为一组3D像素，也称为体素。通过这些体素制造的3D物体可能不同质均匀。材料的物理及化学性能可以在体素之间的界面上改变。特别地，局部密度和折射率可以是在体素之间的界面上改变的两个物理特性。一旦镜片在SLA打印机中生长，镜片材料中的这些变化的光学效应是在光穿过3D打印的镜片时出现散射和衍射，从而降低其光学性能。SLA打印通常是以非常受控的方法将紫外(UV)光(例如波长在350nm-420nm之间)照射在包含在罐中的液体树脂上。UV光使树脂聚合并变成固体。所需的物体具有数字表示，其被切成许多层。通过暴露于例如来自扫描UV激光器或数字光处理(DLP)投影仪的UV光的图像或图案，通过液体聚合物层的聚合，可以在先前的固体层上产生每个固体层。无论是通过扫描激光器还是DLP投影仪，照射在树脂上的UV光都是高度定向的，并且由于DLP投影仪图像上的像素或扫描激光产生的线条，在聚合物层上产生体素结构。现在参考图1A、1B和1C，扫描激光SLA系统包括液体树脂106，所述液体树脂106位于罐102中，以及一支撑件104，以支撑光学元件108，所述光学元件108浸入树脂106中。如本文中所使用的，术语光学元件包括透镜和眼镜镜片。通过扫描镜118对准的激光束112，例如UV激光束，沿着扫描线120以不同的角度照射在树脂106上并且聚合树脂106以形成光学元件108的层110。从激光束112来的光是定向的，并且在树脂的表面上或树脂内的任何缺陷114(例如尘点或气泡)可以沿着入射激光束112的方向产生管状阴影，从而在辐射度和聚合速率方面引起变化。沿着阴影的辐射度可能与其他点上辐射度有很大的不同。聚合速率的变化可能导致具有如图1C所示的缺陷116的不同质均匀的光学元件108。图2的显微镜图像照片示出了通过诸如图1A和1B所示的扫描激光SLA系统制造的不同质均匀的光学元件。由树脂106中的缺陷114引起的光学元件中的缺陷116可以具有沿入射光方向取向的线性形状，但是可以随机地分布在各层上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于加法制造由层形成的光学元件的方法，其特征在于，该方法包括：将漫射器放置于光源和光可聚合液体之间；及针对每一层，将来自所述光源的光的图案穿过所述漫射器照射在所述光可聚合液体上以同质均匀地聚合所述每一层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.22 US 15/004,5671.一种用于加法制造由层形成的光学元件的方法，其特征在于，该方法包括：将漫射器放置于光源和光可聚合液体之间；及针对每一层，将来自所述光源的光的图案穿过所述漫射器照射在所述光可聚合液体上以同质均匀地聚合所述每一层。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述漫射器包括硅树脂。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述漫射器是包含染料的硅树脂膜。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述硅树脂膜厚约200微米。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述染料至多占所述硅树脂膜重量的3％。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述漫射器包括乳白玻璃层。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述乳白玻璃层的厚度为9微米至101微米之间。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述漫射器是全息漫射器。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述漫射器是支撑所述光可聚合液体的罐的地面。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述漫射器与所述光可聚合液体相邻布置。11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述漫射器位于支撑所述光可聚合液体的罐的透明部分上。12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光源是波长在350nm至420nm之间的UV光。13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光源是数字光处理投影仪。14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述光可聚合液体是UV光可聚合树脂。15.一种用于加法制造由层形成的光学元件的方法，其特征在于，该方法包括：横向振动光源；及针对每一层，将来自横向振动的光源的光图案照射到光可聚合液体上以聚合所述层。16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括横向振动包含所述光可聚合液体的罐。17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述光源是波长在350nm至420nm之间的UV光。18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述光源是数字光处理投影仪。19.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述光可聚合液体是UV光可聚合树脂。20.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述振动是类似随机的。21.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述光源是通过压电装置在二维方向上振动的。22.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述振动具有随机振幅。23.一种用于加法制造由层形成的光学元件的方法，其特征在于，该方法包括：横向振动光可聚合液体的罐；及针对每一层，将来自光源的光图案照射到所述光可聚合液体上以聚合所述层。24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述光源是波长在350nm至420nm之间的UV光。25.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述光源是数字光处理投影仪。26.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述光可聚合液体是UV光可聚合树脂。27.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述振动是类似随机的。28.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述光源是通过压电装置在二维方向上振动的。29.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述振动具有随机振幅。30.一种用于加法制造由层形成的光学元件的方法，其特征在于，该方法包括：针对每一层，将同质均匀的光图案照射到光可聚合液体上以形成层。31.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，所述同质均匀的光图案是不定向的。32.根据权利要求30所述的方法，其特征在于，所述同质均匀的光图案是通过将光穿过并照射在与所述光可聚合液体相邻的漫射器上而形成的。33.根据权利要求32所述的方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：迭戈·罗德里格兹，约瑟·阿隆索·费尔南德斯，丹尼尔·克雷斯波·巴斯克斯，胡安·安东尼奥·基罗加，
申请(专利权)人：美国因迪森光学技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US