本發(fā)明涉及用于眼鏡的眼科鏡片，特別是太陽眼鏡，所述眼科鏡片具有橫跨所述鏡片的偏振梯度，使得遠處景象可以通過鏡片的偏振區(qū)域觀看 (經(jīng)常為上部區(qū)域)，而近處(或其他)景象可以通過鏡片的非偏振區(qū)域(經(jīng)常為下部區(qū)域)觀看。

發(fā)明背景

眼科鏡片為用于戶外或戶內用途的眼鏡的那些鏡片，通常為佩戴者提供矯正視覺以適應人眼睛中的生理學錯誤，而且還是平光的，且用于美學、保護性或時尚目的。戶外用途的眼科鏡片，經(jīng)常稱為太陽眼鏡鏡片，常規(guī)均勻地著色從而降低炫光和透光率以使佩戴者舒適。然而，這些鏡片不加區(qū)別地過濾所有光，不管其水平偏振或垂直偏振，炫光被抑制，但沒有消除。更重要地，通過過濾光的所有分量，降低視敏度。

光由不同方向行進的波組成。垂直偏振光對人眼睛有用，然而水平偏振光通常以較高比例作為炫光存在。炫光為水平光澤表面(例如汽車擋風玻璃、砂、水、雪或柏油路)反射的集束光，其降低可見性且可以使得不舒適、疼痛或甚至對進行駕駛、騎車、滑雪等有危險。因此，偏振眼科鏡片開發(fā)用于戶外用途以允許光的垂直偏振分量，這對清晰視覺是優(yōu)選的，同時還消除容易散射和偏斜的水平偏振的光分量。優(yōu)選垂直對準光，因為其注重視覺系統(tǒng)關注于圖像的垂直分量的自然傾向。

通常，偏振眼科鏡片包括線性偏振過濾器，其利用對準的二向色染料以使反射的太陽光的水平分量消光。在這方面，與偏振器的軸對準的光分量被吸收，只允許以與偏振器的軸垂直對準的波進行振蕩的光通過過濾器。

最近以來，具有偏振顯示器的智能手機、平板電腦、筆記本電腦及其它設備的流行和使用在提高。如美國專利7374282 (Robert K Tendler)中解釋，在下文稱為“Tendler”，當這種偏振顯示器通過具有均勻偏振的眼科鏡片(為橫跨鏡片的整個范圍具有相同偏振度的鏡片)以相反或交叉方向觀看時，顯示器將由于交叉偏振效應出現(xiàn)黑色且將不可視。

在該相同美國專利中，Tendler因此提議使用橫跨鏡片范圍的偏振梯度，使得遠處景象可以通過鏡片的偏振區(qū)域(上部區(qū)域)觀看，而近處景象可以通過鏡片的非偏振區(qū)域(下部區(qū)域)觀看，在兩個偏振區(qū)域之間存在銳利邊界，或從偏振區(qū)域到非偏振區(qū)域存在偏振變化以避免存在這種銳利邊界。在Tendler中，建議這種鏡片用于太陽眼鏡，具有橫跨所述鏡片的常規(guī)均勻著色，而且還用于透明(未著色)眼鏡。Tendler建議使用方法，例如拉伸偏振層，或提供不同偏振密度的偏振材料的相鄰條，以實現(xiàn)期望的梯度偏振。

隨后建議(參見Giorgio Trapani和Robert K Tendler的美國專利公開2015/0253465，在下文稱為“Trapani等人”)產(chǎn)生具有梯度特征的眼科鏡片的方法在于提供具有可印刷層 (例示為媒染劑的層)的膜，且在該膜上用噴墨印刷機來印刷點的圖案(預定和變化密度的點)，以由此橫跨膜的范圍提供平滑變化的梯度。在該文獻中，據(jù)說可通過該方法獲得的梯度特征為偏振、透光率和色彩。實際上，為了產(chǎn)生太陽眼鏡鏡片，Trapani等人建議結合合適的染料到印刷品中，從而提供橫跨所述鏡片的透光率梯度，產(chǎn)生具有可在Trapani等人的圖1中看到的類型的鏡片的太陽眼鏡，據(jù)說當通過鏡片的下部區(qū)域觀看時，這有利地提供很少的光阻。

由于其中除去與偏振器的軸平行對準的光的一個分量的鏡片中的偏振過濾器的固有光消光性質，這種梯度偏振鏡片，在添加或沒有添加著色劑的情況下，通常呈現(xiàn)橫跨所述鏡片的變化透光率特征的類型，如在Trapani等人中描述和說明。從美學觀點來看，這些鏡片將顯現(xiàn)具有橫跨所述鏡片的變化著色(同樣地，具有或不具有加入的著色劑)，且從性能的觀點來看，其充當太陽眼鏡的能力受到限制。作為時尚太陽眼鏡，經(jīng)常更加考慮這種梯度著色，且佩戴者通過鏡片的底部(未著色)部分仍經(jīng)歷高水平的透射光。

本發(fā)明的目的在于提供用于眼鏡的眼科鏡片，特別是太陽眼鏡，其中所述眼科鏡片包括橫跨所述鏡片的偏振梯度，但還提供橫跨所述鏡片的均勻透光率。理想地，這種太陽眼鏡能夠充當高性能眼鏡或太陽眼鏡，其具有偏振益處，但不具有對偏振顯示器的可見性的消極影響且在與梯度著色鏡片相關的鏡片的下部不具有高透光率。

在對本發(fā)明進行概述之前，必須了解現(xiàn)有技術的以上描述僅提供作為背景以解釋本發(fā)明的上下文。不視為承認所提及的任何材料是公開的或已知的，或為公知常識的一部分。

發(fā)明概述

本發(fā)明提供用于具有第一透光率梯度的偏振梯度的眼鏡的偏振眼科鏡片，特征在于所述眼科鏡片還包括第二透光率梯度，所述第二透光率梯度與所述第一透光率梯度互補，使得所述眼科鏡片呈現(xiàn)均勻透光率。

在優(yōu)選形式中，所述眼科鏡片將為具有5-80%范圍的均勻透光率的太陽眼鏡鏡片(具有或不具有矯正焦度)，但更優(yōu)選10-50%，或10-15%。在這方面，且與術語“透光率”有關，透光率描述經(jīng)過鏡片的光的總強度，通常表示為與光在鏡片上入射的起始量相比的百分數(shù)，對于一些專用形式的太陽眼鏡有時低至5%，或對于不經(jīng)受高水平的入射光的太陽眼鏡，高達80%，但對于太陽眼鏡鏡片通常為約10%-50%。

具有高透光率量(例如大于50%)的鏡片只吸收低水平的光，允許高比例的光強度透過鏡片，這使它們不特別用作太陽眼鏡鏡片，或只用于有限的情形。具有非常低透光率(例如0%-5%)的鏡片將吸收非常高量的光，提供暗得幾乎不可能看透的鏡片。技術人員將理解針對“透光率”所提及的“均勻”指的是透光率橫框鏡片的區(qū)域基本上相同，在由正常制造公差所引起的不可避免光學變化的范圍內。

偏振眼科鏡片通常通過在鏡片內結合偏振膜制備。偏振膜為常規(guī)吸收性線性偏振器，其位于鏡片中在鏡片的表面或接近鏡片的表面，且水平對準以除去從表面反射的太陽光“炫光”。偏振膜通常由用偏振材料(例如合適的染料)浸透的聚乙烯醇(PVA)形成。

在由熱固性基材(例如以PPG Industries，Inc.的商標CR-39?銷售的烯丙基二甘醇碳酸酯)形成的眼科鏡片的情況下，偏振膜經(jīng)常嵌入鏡片內且在其內鑄造。為了這樣做，將偏振膜成形/彎曲以緊密匹配鏡片的正面，隨后放置在鏡片鑄造組合件內使得鏡片液體單體可以填充且隨后在偏振膜附近固化。通常，成形/彎曲的偏振膜利用在鏡片鑄造組合件中使用的襯墊上的膜夾持片(holding tabs)而保持接近正面。偏振器通常位于鏡片的正面以避免由于偏振膜正面中的雙折射聚合物引起的去偏振效應。取決于所用的具體鏡片基材，偏振膜可以夾在保護性層之間以保護偏振材料免受用于固化方法的化學品，或提供偏振膜和鏡片基材之間的足夠粘合。

在由熱塑性基材(例如聚碳酸酯)形成的眼科鏡片的情況下，偏振膜夾在類似的熱塑性材料層之間以形成偏振圓片。偏振圓片隨后彎曲成接近注射模制工具的正面模具的形狀。其可以隨后插入模制以產(chǎn)生具有包封的偏振圓片的眼科鏡片，且在鏡片基材的層之間牢固結合。

根據(jù)本發(fā)明的眼科鏡片還可以使用礦物(玻璃)基材形成。

在本說明書中，單詞“梯度”指光學特征從眼科鏡片的一部分到另一部分的變化，且該單詞將針對透光率的變化和偏振的變化兩者使用。通常，這種變化將逐漸且平穩(wěn)，但變化也可以為急劇且突然，例如水平橫跨鏡片的下部區(qū)域的邊界，低于該邊界提供1偏振度，而高于該邊界提供另一不同的偏振度。

為了制備偏振梯度，可以使用印刷方法，例如由上述Trapani等人概述的那些(其全部內容通過引用結合到文中)，其中二向色染料作為油墨印刷到取向膜上，印刷強度變化以提供梯度。

例如，取向膜可以使用噴墨印刷機用透明的碘或二向色染料印刷，使得取向膜用染料選擇性染色以提供具有需要的梯度的透明度。在這種形式下，噴墨印刷染料的圖案提供由于取向膜上的染料點密度的梯度偏振，其中“密度”指的是按照行/英寸表示或按照通過噴墨印刷機在給定的位置中沉積的材料實際量表示的點尺寸。

在優(yōu)選形式中，聚乙烯醇(PVA)膜可以拉伸到四倍長度以提供取向膜，且三乙酸酯纖維素(TAC)基材可以隨后結合到取向膜用于穩(wěn)定和保護?？梢噪S后用適用于接受來自噴墨印刷機的印刷物的層頂涂布取向膜，例如媒染劑的層。

在這種形式下，噴墨印刷機可以隨后用于在取向膜上印刷，通過上述媒染劑使該取向膜可印刷。印刷機輸出因此為具有梯度偏振的偏振膜，在一種形式中使用圖案化的二向色染料使得膜的上部區(qū)域高度染色，而膜的下部區(qū)域基本上未染色，允許偏振膜用于眼科鏡片，其中類似地，鏡片的上部區(qū)域高度偏振，而鏡片的下部區(qū)域基本上非偏振。

在優(yōu)選形式中，眼科鏡片將具有帶有最大偏振的偏振上部區(qū)域，和帶有最小偏振的非偏振下部區(qū)域，與其間偏振逐漸變化的中間區(qū)域，使得所述眼科鏡片的偏振橫跨所述鏡片從上部區(qū)域中的最大值逐漸變化到下部區(qū)域中的最小值。在優(yōu)選形式中，其中最大偏振為50-98%范圍偏振效率，或更優(yōu)選大于90%偏振效率，或大于70%偏振效率，或大于60%偏振效率。在優(yōu)選形式中，最小偏振為0-50%范圍偏振效率，或更優(yōu)選小于10%偏振效率，或小于20%偏振效率，或小于30%偏振效率。

然而，將了解眼科鏡片可以具有除了在上部和下部區(qū)域之間以外的不同偏振的區(qū)域，其可以例如在左和右區(qū)域，或中間和外周區(qū)域，或環(huán)形區(qū)域之間的差異，取決于這種眼科鏡片的期望用途。

如上文預示，當常規(guī)吸收性偏振器除去與偏振器的軸對準的光的分量時，這還產(chǎn)生降低的透光率。提供橫跨眼科鏡片的偏振梯度的吸收性偏振器因此常常產(chǎn)生橫跨所述鏡片的相等的透光率梯度，該所得的透光率梯度在整個本說明書中稱為“第一透光率梯度”。

具有這種第一透光率梯度的梯度偏振眼科鏡片將因此顯得與例如包含只由于常規(guī)使用非二向色染料造成的透光率梯度的梯度著色時尚鏡片相同。然而，已發(fā)現(xiàn)如果施加第二透光率梯度例如非偏振著色到梯度偏振眼科鏡片，可以在不改變偏振梯度的情況下影響鏡片的總透光率。在這種形式下，總透光率實際上由通過偏振和非偏振的光吸收的累積效應產(chǎn)生。

在優(yōu)選形式中，這種第二透光率梯度可以通過著色梯度(可以稱為“逆向”著色梯度)提供，使得著色梯度與偏振梯度互補，由此提供橫跨所述眼科鏡片的區(qū)域的均勻透光率。例如，其中眼科鏡片具有帶有最大偏振度的上部區(qū)域和最小偏振度的下部區(qū)域，均勻透光率可以通過用非二向色染料梯度著色到下部區(qū)域與上部區(qū)域相比的較暗狀態(tài)來獲得。

非偏振梯度著色可以以下方式提供。要接受梯度著色的鏡片可以放置在支架上且部分浸入在流體(經(jīng)常為包含染料和分散劑的混合物的水)中。通過緩慢移除或振蕩鏡片，可以控制鏡片的每部分浸入在著色浴中的時間，使得鏡片的上部區(qū)域在浴中具有較少時間且因此具有高透光率，而鏡片的下部區(qū)域在浴中消耗更多時間且具有較低透光率。亮和暗之間的梯度率可以通過著色流體中的取出輪廓和消耗時間來控制。可以在產(chǎn)生許多非矯正太陽眼鏡的鏡片的大型浴中或在用于產(chǎn)生矯正太陽眼鏡鏡片的小型“逐副生產(chǎn)”浴中將這種方法應用于各單獨驗光單。

產(chǎn)生所述第二透光率梯度的備選方式可以通過在偏振膜的正面利用阻擋過濾器，例如四分之一波片阻擋器。高雙折射材料和呈現(xiàn)雙折射的受壓聚合物(具有合適厚度)，如果放置在偏振膜的正面時，將改變入射偏振光，改變或修改其偏振軸使得該偏振光隨后經(jīng)過過濾器。

關于與第一透光率梯度互補由此提供具有均勻透光率的眼科鏡片的第二透光率梯度的概念，應當了解非二向色或非對準二向色染料將吸收光，不論偏振角度而等同吸收。因此，光強度可以通過使用不優(yōu)先吸收定向偏振光的這些染料的吸收性技術降低。因此，且根據(jù)本發(fā)明，可以構建具有變化偏振度且還具有均勻的總透光率的鏡片。

梯度透光率在過去與時尚太陽眼鏡相關。然而，這種時尚并非對每個人都合乎需要，且一些佩戴者將偏好橫跨其鏡片的均勻透光率，但具有降低偏振增加益處以觀看數(shù)字顯示器和LCD，以及通過偏振鏡片得到的炫光降低的益處。另外，梯度透光率鏡片引起進入眼睛的光量的變化，要求瞳孔必須針對會導致感覺問題的變化光照條件進行調節(jié)，特別是在旅行和運動中經(jīng)歷的快速改變的光照條件。這種感覺可以通過使用如通過本發(fā)明提供的具有梯度偏振的均勻透光率改進。

附圖簡述

已簡要地描述本發(fā)明涉及的一般概念，現(xiàn)在將根據(jù)本發(fā)明描述梯度偏振眼科鏡片的優(yōu)選實施方案。然而，應當理解以下描述并不限制以上描述的普遍性。

在附圖中：

圖1a為具有從頂部到底部的典型透光率梯度的梯度偏振鏡片的示意圖，如圖1b的表和圖1c的圖表中所示；

圖2a為具有典型透光率梯度、但現(xiàn)在逆向地從底部到頂部的非偏振梯度著色鏡片的示意圖，如圖2b的表和圖2c的圖表中所示，其將在典型的梯度著色方法中產(chǎn)生。

圖3a為根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方案的眼科鏡片的示意圖，顯示橫跨鏡片的區(qū)域的均勻透光率，以及梯度偏振，如圖3b的表和圖3c的圖表中所示。

優(yōu)選實施方案的詳述

一般地說，圖1中顯示典型的梯度偏振鏡片具有在其上部區(qū)域(a)中的高偏振效率和較低透光率以及在其下部區(qū)域(c)中的低偏振效率和高透光率，橫跨其中間區(qū)域(b)偏振效率逐漸變化。

圖2顯示將在典型的梯度著色方法中產(chǎn)生的典型梯度著色(非偏振)鏡片。在優(yōu)選的制造方法中保持在著色浴中最長時間的鏡片的下部區(qū)域(c)具有較低透光率，而幾乎不暴露到著色溶液的上部區(qū)域(a)具有最高透光率。

圖3則說明例示性眼科鏡片，其包括偏振梯度和第二透光率梯度，所述第二透光率梯度與偏振梯度的第一透光率梯度互補，使得鏡片呈現(xiàn)橫跨鏡片的均勻透光率，但在其上部區(qū)域具有高偏振效率和在其下部區(qū)域具有低偏振效率。

現(xiàn)在將參考以下實施例來描述本發(fā)明。

實施例1 - 平光太陽眼鏡鏡片。

梯度偏振膜根據(jù)在上文中描述的Trapani等人的噴墨印刷方法產(chǎn)生。由膜切割出圓盤，梯度的中間以已知方式與凹槽對準。圓盤在熱和壓力的作用下彎曲成與期望鏡片相同的彎曲，且該彎曲圓盤隨后夾在兩個玻璃模具之間并通過適當設計的襯墊與正面模具保持固定的距離。玻璃模具之間的間隔通常為1.8-2.2 mm，以便產(chǎn)生適用于太陽眼鏡且沒有光學矯正的鏡片。

夾層組合件隨后用催化的烯丙基二甘醇碳酸酯單體填充且使用塑料鏡片生產(chǎn)技術人員已知的實踐來固化7-21小時的時間。在固化完成之后，將鏡片從組合件移除準備進行著色。

鏡片在著色架中對準且放置在著色浴中，配制以產(chǎn)生互補性梯度顏色，使用鏡片著色方法的技術人員已知的技術。然而，小心對準鏡片使得偏振軸垂直于著色流體的表面且使得鏡片的偏振部分在頂部。通過調節(jié)鏡片浸入在著色浴中的時間和深度，可以實現(xiàn)類似顏色的梯度著色，但并不偏振。

在這種方式中，可以產(chǎn)生一種鏡片，從頂部到底部具有基本上相同的透光率和顏色，但具有上部區(qū)域中大于90%的偏振效率和下部區(qū)域中的低偏振效率。

實施例2 - 半精整的坯體和具有矯正焦度的鏡片。

梯度偏振膜根據(jù)在上文中描述的Trapani等人的噴墨印刷方法產(chǎn)生。由膜切割出圓盤，且梯度的中間以正常方式與凹槽對準。圓盤在熱和壓力的作用下彎曲成與期望鏡片相同的彎曲以形成圓片。彎曲的圓片隨后夾在兩個玻璃模具之間且在適當設計的襯墊中與正面模具保持固定的距離(期望<1mm)。

布置組合件的正面模具和背面模具，以得到適用于期望鏡片坯體的正面彎曲和鏡片厚度，鏡片坯體通常用于產(chǎn)生具有矯正焦度的眼科鏡片。

夾層組合件隨后用引發(fā)的烯丙基二甘醇單體填充且使用已知技術固化。在固化之后，半精整的鏡片從夾層移除并后固化。對后固化時間和溫度進行設計以進一步固化鏡片且減輕來自模腔內的先前聚合的內應力。

半精整的鏡片隨后在粗鍛(blocking)設備中以相對于偏振軸的特定取向對準?？梢噪S后磨平至驗光單焦度，其中偏振軸在佩戴者的眼鏡框中垂直取向。在磨平之后，鏡片可以在架中對準，其中驗光單的水平軸對著色流體的表面取向，因此偏振軸將為垂直的。隨后控制著色時間和深度使得產(chǎn)生與偏振梯度互補的梯度著色。

精整的鏡片具有從頂部到底部基本上均勻的透光率和顏色，具有在鏡片的上部區(qū)域的高偏振效率和在下部區(qū)域(閱讀區(qū))的低偏振效率，且具有在匹配到框時對佩戴者的用途校正取向的矯正焦度。

實施例3 - 具有矯正焦度的高折射指數(shù)鏡片

梯度偏振膜根據(jù)在上文描述的Trapani等人的噴墨印刷方法產(chǎn)生。由膜切割出圓盤，且梯度的中間與凹槽對準，如常見實踐。圓盤在熱、壓力和濕度的作用下彎曲成與期望鏡片相同的彎曲以形成圓片。彎曲的圓片隨后夾在兩個玻璃模具之間并用適當設計的襯墊與正面模具保持固定距離。布置組合件的正面和背面模具，以得到適用于半精整鏡片坯體的彎曲和厚度。

催化的氨基甲酸酯鏡片單體隨后填充到模腔中以包圍偏振膜。氨基甲酸酯鏡片單體對于高指數(shù)鏡片制造領域中的技術人員已知，且包括但不限于：硫代氨基甲酸酯鏡片單體組分例如亞二甲苯基二異氰酸酯(XDI)、降莰烷二異氰酸酯(NBDI)、2,3-雙[(2-巰基乙基)硫代]-1-丙烷硫醇(GST)、(雙-巰基甲基)-3,6,9-三硫雜十一烷-1,11-二硫醇(MR10B)、季戊四醇四3-巰基丙酸酯(PTMP)。

合適的錫催化劑用于固化鏡片。這種催化劑可以包括但不限于二氯二丁基錫或二月桂酸二丁基錫。另外，添加劑可以包括在鏡片單體混合物中例如本領域技術人員已知的UV吸收劑和脫模劑。

填充模具組合件隨后在烘箱中使用溫度程序和本領域技術人員已知的技術固化。固化的程序和長度可以變化，且合乎需要的固化時間為20-45小時，以便控制鏡片固化。在固化之后，鏡片從夾層移除并后固化。對后固化時間和溫度進行設計以進一步固化鏡片并減輕來自模腔內的先前聚合的內應力。半精整的鏡片隨后在模塊化設備中以與偏振軸的特定取向對準。其可以隨后磨平至驗光單焦度，其中偏振軸垂直取向，用于佩戴者的正常用途。在磨平之后，該鏡片可以在架中對準，其中驗光單的水平軸對著色流體的表面取向。隨后控制著色時間和深度以產(chǎn)生與偏振梯度互補的梯度著色。

所得的鏡片具有從頂部到底部基本上均勻的透光率和顏色，且具有在匹配到框時對佩戴者的用途校正取向的矯正焦度。該鏡片包含校正取向以適合佩戴者的偏振梯度，優(yōu)選具有在鏡片的上部區(qū)域中的高效率和在鏡片的下部區(qū)域中的低效率。

實施例4 - 具有矯正焦度的聚碳酸酯鏡片。

梯度偏振膜根據(jù)在上文描述的Trapani等人的噴墨印刷方法產(chǎn)生。使用已知方法和粘合劑將膜結合在聚碳酸酯膜層之間。由膜切割出圓盤，且梯度的中間與凹槽對準，如常見實踐。圓盤在熱和壓力的作用下彎曲成與期望鏡片相同的彎曲以形成圓片。彎曲圓片隨后插入到注射模制工具的模制腔中。

將熱熔融聚碳酸酯注射到腔中且在膜后面，抵著工具的正面模制表面壓制該熱熔融聚碳酸酯。使模具冷卻且聚碳酸酯能夠固化，且這樣做的話，膜粘附到聚碳酸酯鏡片。

將聚碳酸酯半精整偏振鏡片從模具移除且在粗鍛設備中以與偏振軸的特定取向對準。隨后可以磨平至驗光單焦度，其中偏振軸垂直取向，用于佩戴者的正常用途。

在磨平之后，該鏡片用可著色的硬涂料例如來自UltraOptics的UVNV硬涂布。磨平的、硬涂布的鏡片可以在架中對準，其中驗光單的水平軸對著色流體的表面取向。隨后控制著色時間和深度以產(chǎn)生與偏振梯度互補的梯度著色。

所得的鏡片具有從頂部到底部基本上均勻的透光率和顏色，具有在匹配到框時對佩戴者的用途校正取向的矯正焦度。該鏡片包含校正取向以適合佩戴者的偏振梯度，優(yōu)選具有在鏡片的上部區(qū)域中的高效率和在鏡片的下部區(qū)域中的低效率。