热塑性光学装置制造方法及图纸

一种光学装置(1)，包括第一光学透明热塑性层(2)、第二光学透明热塑性层(3)以及在两个热塑性层(2、3)之间的：与一个热塑性层(2)相邻的衍射光学元件(4)、在衍射光学元件(4)与另一热塑性层(3)之间的间隔物(5)以及封闭衍射元件(4)从而形成密封腔(7)的边界(6)。

Thermoplastic Optical Device

An optical device (1) includes a first optical transparent thermoplastic layer (2), a second optical transparent thermoplastic layer (3) and a diffractive optical element (4) adjacent to a thermoplastic layer (2), a spacer (5) between a diffractive optical element (4) and another thermoplastic layer (3), and a closed diffractive element (4) to form a boundary (6) of a sealed cavity (7).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热塑性光学装置
本公开内容涉及弯曲光学装置，特别地涉及包括液体的弯曲光学装置。
技术介绍
远视眼是眼睛失去其聚焦在近距离处的能力的公知疾病，其困扰着全世界超过20亿患者。传统解决方案包括被动镜片如老花镜、渐进镜片或多焦接触镜片。然而，这些被动镜片通常受困于有限的视场、降低的对比度或长的适应时间。因而，可以改变镜片的一部分的焦距的可重聚焦镜片在该领域中引起了很多关注，因为它们将消除许多已知问题。尽管存在一些光机械解决方案，但是电光解决方案是优选的，因为它们更易于重新配置，具有更快的响应时间并且机械上更为鲁棒。大多数电光解决方案需要填充有一种或更多种液体的腔，并且通常使用基于液晶的实现。虽然液晶显示技术非常成熟，但是找到将可重聚焦的液晶镜片集成在眼科镜片中的方法已被证明是困难的，这主要是因为眼科镜片通常具有的弯月形状。例如，在US7,728,949中描述了现有的可重聚焦液晶镜片。该专利公开了由两个塑料镜片半体构成的镜片：具有衍射/折射光学结构的第一弯曲镜片半体和第二镜片半体。在两个镜片半体上沉积透明电极。除了光学结构的区域之外，镜片半体在整个表面上用UV可固化粘合剂粘合在一起。在光学结构的位置处，液晶材料填充两个镜片半体之间的间隙。在关态下，液晶具有与镜片半体的塑料基板相同的折射率。然后其隐藏了衍射/折射结构，并且不存在镜片作用。通过在镜片半体之间施加电场，液晶材料的折射率被调制并且其变得与基础的衍射/折射光学结构不同，从而产生镜片作用。其中直接在两个相对较厚(>1mm)的镜片半体上制造液晶镜片的上述方法具有一系列缺点。其由于难以实现电极层在衍射/折射光学结构的弯曲表面上的保形沉积并且可能导致产生可靠性问题而非常难以大批量制造。使用现有技术的单滴填充工艺获得具有成本效益且美观的清洁密封在超薄镜片中难以实现，因此阻碍了该方法的高批量生产。衍射/折射光学结构可以具有平面表面，但是这限制了典型薄镜片设计中的最大直径，在所述典型薄镜片设计中平面镜片需要以某种方式被集成在弯曲的后表面和前表面之间。衍射/折射光学结构可以被弯曲，但是然后液晶可能在该工艺期间溢出，导致表面污染和胶的不良粘合。粘合后填充腔是另一选项，但可能使镜片被填充的通道可见并损害镜片的美观性。必须分别制造每个镜片毛坯，限制了产量。由于通常需要偏振无关的焦距变化，所以需要使用具有向列型液晶的多层镜片结构，例如具有针对两种偏振的正交配向的两层，或者使用与胆甾型液晶结合的单层。该方法使得确实难以制造多层镜片结构，迫使使用胆甾型液晶来构建仅具有一层的偏振无关镜片。然而，本领域技术人员知道，由于向错线和胆甾醇层的大的内部能量，非常难以控制胆甾醇层，特别是较厚的层的混浊。为了避免胆甾型液晶的混浊，必须减小液晶层的厚度，但是这限制了闪光高度，迫使在光学衍射/折射结构中使用较短的闪光间距，从而增加了色像差。如上所述，使用向列型液晶的多层镜片可以产生具有较少雾度的偏振无关镜片，但是所提出的方法将产生具有大的厚度的镜片以及许多处理问题。解决上述挑战的另一方法可以是首先在平面表面上形成薄膜液晶层，然后将该平面表面嵌入到被动镜片中。目前为止，在EP1,428,063B1中公开了一种尝试，其描述了一种用于构建基于液晶的电致变色镜片插入物的方法。所描述的方法是首先在平面基板上制造液晶装置。该装置由两个相对面向的基板构成，在所述基板上沉积透明导体，所述透明导体被使用传统的球间隔物或球形聚合物颗粒相互间隔开。间隔被填充有液晶层并随后被密封。然后将平面装置热成形以集成在镜片毛坯中。所描述的装置不具有任何镜片作用，即其可以用于改变镜片的透明度，而不是光学功率。因此，需要一种具有电可调谐相位分布例如焦距改变的弯曲光学装置，从而可以以可靠的方式批量制造该装置。
技术实现思路
在第一方面，公开了一种光学装置，其包括第一光学透明热塑性层、第二光学透明热塑性层以及在两个热塑性层之间的：与第一热塑性层相邻的衍射光学元件，在衍射光学元件与第二热塑性层之间的间隔物，以及封闭衍射光学元件从而形成密封腔的边界。因此，光学装置包含由第一热塑性层和第二热塑性层以及两个热塑性层之间的边界形成的密封腔。在由边界封闭的区域中，存在衍射光学元件和间隔物。边界可以包括远离腔的包含与第二热塑性层接触的粘合剂的凹口。这种光学装置的腔填充有液晶材料。在一些实施方式中，存在延伸穿过边界而进入腔中的通道，该通道使得能够用液晶材料填充腔。在一个实施方式中，间隔物和衍射光学元件可以彼此堆叠，使得该堆叠在两个热塑性层之间保持控制的距离。为了改善在存在液晶材料时的配向，衍射光学元件的面向第二热塑性层的表面包含被配置为液晶材料的配向层的亚微米凹槽。另外，可以存在覆盖凹槽的至少一部分的保形配向层。在另一实施方式中，可以存在平坦化材料的层，以覆盖衍射光学元件，从而边界的与衍射光学元件相邻的至少一部分由平坦化材料制成。现在，间隔物、平坦化层和衍射光学元件彼此堆叠，从而该堆叠在两个热塑性层之间保持控制的距离。为了改善在存在液晶材料时的配向，覆盖衍射光学元件的平坦化层的面向第二热塑性层的那部分的表面包含被配置为用于液晶材料的配向层的亚微米凹槽。另外，可以存在覆盖凹槽的至少一部分的保形配向层。边界可以包括远离腔的现在以平坦化材料形成的凹口，其中，凹口包含与第二热塑性层接触的粘合剂。优选地，衍射光学元件、间隔物和边界具有相同的材料成分，使得能够通过纳米压印将这些部件形成在相同的层堆叠中。光学装置还可以包括与第一光学透明热塑性层相邻的第一光学透明电极，与第二光学透明热塑性层相邻的第二光学透明电极，其中，至少腔位于两个光学透明电极之间，使得在使用时，当液晶材料存在于腔中时至少在液晶材料上施加电场。第一透明电极可以位于衍射光学元件与第一光学透明热塑性层之间，其中，衍射光学元件和腔位于两个电极之间。替选地，第一透明电极位于衍射光学元件的面向另一光学透明热塑性层的表面上。此外，光学装置可以被弯曲，即两个光学透明热塑性层都具有预定的曲率。在第二方面，公开了一种光学仪器，其包括至少根据第一方面的光学装置。光学装置被配置成在使用时将光的相位分布朝向眼睛调谐。这种光学仪器的示例是镜片。光学仪器可以包含多于一个根据第一方面的光学装置，例如，两个这样的光学装置的堆叠。在第三方面，公开了一种用于制造根据第一方面的光学装置的方法。这种制造该光学装置的方法包括：提供第一光学透明热塑性层；通过纳米压印在第一光学透明热塑性层上形成间隔物、光学衍射元件和封闭光学衍射元件和间隔物的边界中的至少之一；以及提供第二光学透明热塑性层，从而形成包含间隔物和光学衍射元件的密封腔，其中，间隔物位于光学衍射元件与第二光学透明热塑性层之间。当纳米压印间隔物、光学衍射元件和封闭光学衍射元件的边界时，可以在边界中形成远离腔的凹口。该凹口被配置成包含与第二热塑性层接触的粘合剂，在施加第二光学透明热塑性层之前仅在凹口中提供该粘合剂。可以在光学衍射元件上提供液晶材料，其量被选择成当提供第二光学透明热塑性层时仅填充密封腔。可以在第二光学透明热塑性层封闭腔之前将该液晶材料提供给腔。替选地，该液晶材料可以经由通道提供到封闭腔，该通道至少形成在边界的上部，延伸穿过边界而进入腔中。该通道优选地在纳米压印边界本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学装置(1)，包括：‑第一光学透明热塑性层(2)，‑第二光学透明热塑性层(3)，以及在两个热塑性层(2、3)之间的：·与所述第一热塑性层(2)相邻的衍射光学元件(4)，·在所述衍射光学元件(4)与所述第二热塑性层(3)之间的间隔物(5)，以及·封闭所述衍射光学元件(4)从而形成密封腔(7)的边界(6)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.10 EP 16173913.11.一种光学装置(1)，包括：-第一光学透明热塑性层(2)，-第二光学透明热塑性层(3)，以及在两个热塑性层(2、3)之间的：·与所述第一热塑性层(2)相邻的衍射光学元件(4)，·在所述衍射光学元件(4)与所述第二热塑性层(3)之间的间隔物(5)，以及·封闭所述衍射光学元件(4)从而形成密封腔(7)的边界(6)。2.根据权利要求1所述的装置，其中：所述衍射光学元件(4)、所述间隔物(5)和所述边界(6)具有相同的材料成分(12)。3.根据权利要求1或2所述的装置，其中：两个光学透明热塑性层(2、3)是弯曲的。4.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中：所述边界(6)包括远离所述腔(7)的包含与所述第二热塑性层(3)接触的粘合剂(15)的凹口(16)。5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，还包括：-平坦化材料(17)的层(13)，所述平坦化材料(17)的层(13)覆盖所述衍射光学元件(4)，其中，所述边界(6)的与所述衍射光学元件(4)相邻的至少一部分由所述平坦化材料(17)制成，并且-所述间隔物(5)、所述平坦化层(13)和所述衍射光学元件(4)彼此堆叠，从而在两个热塑性层(2、3)之间保持受控的距离(d)。6.根据权利要求5所述的装置，其中：所述边界(6)包括远离所述腔(7)的以所述平坦化材料(17)形成的凹口(16)，所述凹口包含与所述第二热塑性层(3)接触的粘合剂(15)。7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，还包括：延伸穿过所述边界(6)而进入所述腔(7)中的通道(19)。8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，还包括：-与所述第一光学透明热塑性层(2)相邻的第一光学透明电极(8)，-与所述第二光学透明热塑性层(3)相邻的第二光学透明电极(9)，并且-其中，至少所述腔(7)位于两个光学透明电极(8、9)之间。9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中：所述第一透明电极(8)位于所述衍射光学元件(4)和所述第一光学透明热塑性层(2)之间。10.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其中：所述第一透明电极(8)位于所述衍射光学元件(4)的面向另一光学透明热塑性层(3)的表面上。11.一种光学仪器(15)，包括：至少一个根据前述权利要求中任一项所述的光学装置(1)。12.一种制造根据权利要求1至10中任一项所述的光学装置(1)的方法，所述方法包括：-提供第一光学透明热塑性层(2)，-通过纳米压印在所述第一光学透明热塑性层(2)上形成间隔物(5)、光学衍射元件(4)和封闭所述光学衍射元件(4)和所述间隔物(5)的边界(6)中的至少之一，以及-提供第二光学透明热塑性层(3)，从而形成包含所述间隔物(5)和所述光学衍射元件(4)的密封腔(7)，其中，所述间隔物(5)位于...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗·马卡尔，杰莱·德斯梅特，尚晓兵，
申请(专利权)人：西图有限公司，
类型：发明
国别省市：比利时,BE