專利名稱：接觸透鏡的激光固化的制作方法
技術領域：
本發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將水凝膠單體混合物注入旋轉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分鐘以導致光聚合作用，然后將模具浸沒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。該聚合過程必須在惰性氣體中進行，例如氮，以排除如果存在會抑制聚合作用的氧氣。
上述過程的一個主要缺點是必須使用濾光器除去來自汞燈的附加輻射。必須對濾光器和汞燈進行水冷卻以濾去紅外輻射和防止過熱。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間降低，因而需要定期監視。另外燈的大部分能量被廢棄了。
本發明的一個目的是減少處理接觸透鏡的上述缺點。
根據本發明，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波長的激光輻射對該可光聚合接觸透鏡材料照射預定的時間周期的步驟。
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劑。
又，最好是，接觸透鏡材料在激光照射期間在模具中旋轉。
更理想的是，在無氧環境中照射該接觸透鏡材料。又最好是，在固化條件下在對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氣。
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度和重復頻率下以在一個合理的短時間周期內實現接觸透鏡材料的光聚合。
本發明的優點在于改進了控制并獲得較短的光聚合時間，激光設備需要的維修比汞燈和附帶技術要少。另外，使用激光能容易實現工藝自動化，無需汞燈所必需的冷卻和濾光器設備。
將參照附圖，以舉例方式對本發明實施例進行描述，附圖中
圖1是用于執行根據本發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測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。
現在參照圖1，示出用來執行根據本發明的工藝的用10表示的裝置。將常規軟接觸透鏡材料11以水凝膠單體混合物的形式放在旋轉模具12中，該模具12能以合適的例如在本領域所知的350rpm速度旋轉。將透鏡材料11和模具12放在確定基本無氧腔14的外殼13中。腔14有諸如導入其中的氮或氬惰性氣體。含有接觸透鏡材料11的模具12以合適的速度旋轉以致于在最后的透鏡上形成內凹表面。然后運行紫外激光器15產生激光束20以合適的脈沖能量強度和重復頻率直接照射在透鏡材料11上充分的時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，或者它可以對旋轉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接觸透鏡材料11的聚合程度連續監測。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′是無氧的，并通過導管17導入氬氣。紫外激光束20′通過窗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可以常規方式旋轉。
一束紅外光束21射過接觸透鏡材料11，透射過樣品11的紅外光束21′由紅外分光計22監測。一束參考紅外光束23也射入腔14′，并且也由分光計22監測透射參考光束23′。表明透鏡材料11逐漸固化的分光計22的輸出光譜圖示在圖3a、3b和3c中。分光計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圖示了沒有聚合作用，圖3b圖示了適度數量的聚合作用，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，并在無氧腔中用XeF激元激光器發射的波長為351nm、脈沖重復頻率為4Hz、脈沖能量為35mJ的激光束加以曝光。使用上述紅外技術對聚合程度作定期監測。圖4中所示結果是示出相對于以分鐘為單位的時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，并在無氧腔中用N2激光器發射的波長為337cm、脈沖重復頻率為4Hz、脈沖能量為0.3mJ的激光束加以曝光。使用上述紅外技術對聚合程度作定期監測。圖5中所示結果是類似于圖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，并在無氧腔中用N2激光器發射的波長為337cm、脈沖重復頻率為100Hz、脈沖能量為0.7mJ的激光束加以曝光。使用上述紅外技術對聚合程度作定期監測。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重復頻率工作，其脈沖能量為0.3mJ。圖6中所示結果是類似于圖5所示的曲線圖。如圖所示，在2分鐘內實現90%以上的樣品聚合，至少需要0.7mJ的脈沖。
實例4將10微升的普通水凝膠單體混合物樣品涂在NaCl底板上，并在無氧腔中用N2激光器發射的波長為337cm、脈沖重復頻率為10Hz、脈沖能量為0.75mJ的激光束加以曝光。使用上述紅外技術對聚合程度作定期監測。結果示在圖7中，從中可觀察到5分鐘后實現90%的固化，然而此時將激光器斷開，在沒有進一步照射情況下，固化過程繼續到1.5小時后達到100%的固化。
實例5將10微升的普通水凝膠單體混合物樣品涂在NaCl底板上，并在無氧腔中用N2激光器發射的波長為337cm、脈沖重復頻率為100Hz、脈沖能量為0.7mJ的激光束加以曝光。使用上述紅外技術對聚合程度作定期監測。將類似的單體混合物樣品涂在NaCl底板上，并在無氧環境中用N2激光器發射的波長為337nm、脈沖重復頻率為10Hz、脈沖能量為0.75mJ的激光束加以曝光。對該樣品進行監測并將結果示在圖8中，從中可注意到在10Hz的較低脈沖頻率時固體速度較慢。10Hz的較低速度模擬當使用工作在100Hz重復頻率的激光器對10個樣品順序掃描時所獲得的效果。
實例6將10微升的普通水凝膠單體混合物樣品涂在NaCl底板上，并在無氧腔中用XeF激光器發射的脈沖重復頻率為100Hz、脈沖能量為4mJ的激光束加以曝光。將該激光器斷續性接通和斷開，并使用上述紅外技術連續監測聚合作用程度。結果示在圖9中，從中可注意到在激光器斷開后固化顯然連續(在初始激光照射階段后兩分鐘內F值從0.4升到0.6)。但是，一旦被固化部分達到90%，激光束的出現對固化速度只有極小的影響。
實例7將10微升的普通水凝膠單體混合物樣品涂在NaCl底板上，并在無氧腔中用XeF激元激光器發射的脈沖重復頻率為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，并在無氧腔中用XeF激光器發射的脈沖重復頻率為10Hz、脈沖能量為25mJ的激光束加以曝光。聚合作用程度被連續監測并將結果示在圖10中。在100Hz脈沖重復頻率的較上軌跡有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。看來較高的脈沖重復頻率產生較高的初始固化速度。
實例8將26微升的普通水凝膠單體混合物樣品置于以350rpm的速度旋轉的接觸透鏡模具中(見圖1)。該樣品在氬氣中用工作在100Hz重復頻率具有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。該接觸透鏡沒有可見瑕疵并被認為適合于使用。
用于在激光照射期間監測接觸透鏡材料樣品聚合程度的技術可通常只對薄的透鏡材料樣品進行。該技術不能成功地用在具有用來生產實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紅外光束的透射光譜進行定量測量。實例1到7中在小體積上的測試結果清楚地表示了用于對普通接觸透鏡材料成功地進行光聚合作用的參數。
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。如圖所示，大于380nm的激光束不實用，因為只吸收其一小部分(超過1mm深度8%)。在較短波長側，該材料在300nm附近或以下強烈吸收以致于只有非常薄的層可以用這些波長進行固化。可見光聚合作用的最佳激光波只在約300nm到約380nm的范圍內，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)。
本發明不限于在此所描述的實施例，它可不偏離本發明的范圍而進行改進或變化。
權利要求
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波長的激光輻射對該可光聚合接觸透鏡材料照射預定的時間周期的步驟。
2.如權利要求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。
3.如權利要求1所述的工藝，其特征在于在無氧環境中照射接觸透鏡材料。
4.如權利要求2所述的工藝，其特征在于在無氧環境中照射接觸透鏡材料。
5.如權利要求1所述的工藝，其特征在于在固化條件下在對接觸透鏡材料為惰性的氣體中照射該接觸透鏡材料。
6.如權利要求2所述的工藝，其特征在于在固化條件下在對接觸透鏡材料為惰性的氣體中照射該接觸透鏡材料。
7.如權利要求5所述的工藝，其特征在于所述氣體是氬氣或氮氣。
8.如前面權利要求中任一項所述的工藝，其特征在于在照射期間該接觸透鏡材料在模具中旋轉。
9.如前面權利要求中任一項所述的工藝，其特征在于激光器工作在選擇的脈沖能量強度和重復頻率下以在合理的短時間周期內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可光聚合接觸透鏡材料進行固化的工藝。
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波長的激光器輻射對該材料照射預定的時間周期的步驟。在無氧環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。所述激光器工作在選擇的脈沖能量強度和重復頻率下以在合理的短時間周期內完成所述接觸透鏡材料的光聚合作用。
文檔編號B29L11/00GK1055069SQ91101618
公開日1991年10月2日 申請日期1991年3月12日 優先權日1990年3月13日
發明者文森特·麥布賴爾蒂, 約翰·馬根, 沃納·布勞 申請人:博士倫有限公司