專利名稱：使用單個模具立體光刻制造眼科裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及眼科裝置的制造方法。具體來說，本發(fā)明涉及利用立體光刻制備眼科 裝置的方法。此外，本發(fā)明提供基于處方為特定病人制造接觸透鏡的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，接觸透鏡可以用于化妝和視力的校正。理想的接觸透鏡是不但長期佩 帶舒適，而且容易以最低成本制造的接觸透鏡。接觸透鏡由它們的背(靠著眼睛)表面和 前表面的形狀描述。該背表面經(jīng)成形而配合佩帶者的角膜。通常，接觸透鏡制造商對大多 數(shù)用戶僅使用三個至五個不同的形狀。透鏡的前表面控制透鏡的視覺校正能力。改變透鏡 的厚度以控制它的校正性能。當(dāng)前，鑄模方法是制備接觸透鏡的最成本劃算的制造方法之一。在典型的模制方 法中，將預(yù)定量的可聚合或可交聯(lián)材料分配在模具的陰半模中并通過將陽半?？拷撽幇?模放置封閉該模具而產(chǎn)生具有為接觸透鏡所需的幾何結(jié)構(gòu)的空腔。通常，使用過量的可聚 合或可交聯(lián)材料以當(dāng)閉合模具的陰陽半模時，將過量的材料排出到與模腔相鄰的溢流區(qū) 中。用經(jīng)由UV光、熱作用或其它非熱方法投射的輻射使保留在模具內(nèi)的可聚合或可交聯(lián) 材料聚合或交聯(lián)。因為眼科透鏡的幾何結(jié)構(gòu)特別由陰陽半模之間的空腔界定，并且因為眼 科透鏡的邊緣的幾何結(jié)構(gòu)由這兩個半模在它們接觸的區(qū)域中的輪廓界定，所以將接觸透鏡 制成通常在陰陽半模之間的最終形態(tài)，而對透鏡的表面或透鏡的邊緣不進行附加的修整工 作。這些全模制方法可以降低接觸透鏡制備中的成本。然而，校正透鏡的制造方法利用模具(軟接觸)或機械加工(硬接觸，眼內(nèi)透鏡)， 它們難以或不能響應(yīng)于個體的視力校正需求而改變。在典型的模制方法中，在固化后從模 具取出的接觸透鏡需要經(jīng)歷其它制造方法例如水合/萃取(extraction)和消毒，它們可能 提高接觸透鏡的制造成本。通過使用是水溶性光可交聯(lián)聚乙烯醇的預(yù)聚物，可以在數(shù)秒內(nèi) 在模具中制備具有光學(xué)質(zhì)量的成品透鏡，而不需要后續(xù)對接觸透鏡的萃取或修整步驟。采 用此種制造方法，可以按降低的成本制造接觸透鏡并因此可以制備使用者在一次使用后擯 棄的一次性接觸透鏡。雖然一些接觸透鏡模制方法能夠在一定程度上降低接觸透鏡的制造成本，但是與 模具和其制備相聯(lián)系的成本可能較高。部分地由于與使用模具相聯(lián)系的較高成本和部分 地由于難以處理具有極大數(shù)目SKU的存量，通過透鏡模制方法制造的一類接觸透鏡一般只 能具有有限量的光焦度變化和/或基曲等的選擇。在大多數(shù)情況下，病人必須使用將與他 (她)的處方最匹配的接觸透鏡或使用高價制備(例如通過車床加工制備)的定制接觸透
^Ml O此外，在典型的模制方法中，將預(yù)定量的可聚合或可交聯(lián)材料分配到兩個半模中 的一個中可能是挑戰(zhàn)性的制造問題。例如，可聚合或可交聯(lián)材料的粘度必須在某個特定值 內(nèi)以將可能以合理的成本分配可聚合或可交聯(lián)材料。此外，必須采取所有可能的措施消除 氣泡在可聚合或可交聯(lián)材料的分配期間形成。所有上述制造問題和與可聚合或可交聯(lián)材料的分配相關(guān)的其它問題可能提高制備接觸透鏡的成本，此外還限制可用于制造接觸透鏡的 可聚合或可交聯(lián)材料的選擇?！愋滦图映傻?additive)、層基制造方法已經(jīng)出現(xiàn)，它能夠?qū)崿F(xiàn)“自由制造”，而 無需硬性工具(雙面模制)或部分特定的程序設(shè)計(機械加工)。因此，仍需要經(jīng)濟地制備接觸透鏡而不使用模制方法的新方法。還需要制備定制 接觸透鏡的成本有效的制備方法。

發(fā)明內(nèi)容
在一個方面中，本發(fā)明提供利用立體光刻制備眼科裝置的方法。該方法包括以下 步驟(a)將(i)裝置形成材料的基本上無溶劑的液體或熔體，或(ii)所述裝置形成材料 的溶液沉積到包括單個模具表面的容器中，其中所述裝置形成材料可通過光化輻射交聯(lián)或 聚合；(b)用一個或多個活化能束輻射所述裝置形成材料以獲得聚合或交聯(lián)的裝置形成材 料的固化層；(c)用所述一個或多個活化能束輻射所述裝置形成材料以在具有由所述單個 陽模表面界定的背表面的先前固化的層上面獲得固化層；和(d)重復(fù)步驟(C)以獲得附加 的固化層直到完整地產(chǎn)生所述眼科裝置，其中固化層中的每一個對應(yīng)于所述眼科裝置的相 關(guān)截面。在另一個方面中，本發(fā)明提供為特定病人制備眼科透鏡的方法，包括以下步驟接 收包括所述病人的眼睛的一組特性數(shù)據(jù)的處方；基于該處方設(shè)計眼科透鏡的3-D數(shù)學(xué)模 型；將所述3-D數(shù)學(xué)模型以數(shù)學(xué)方式切成多個薄且垂直疊加的層，每個層在該層的水平處 具有限定的厚度分布和與所述3-D數(shù)學(xué)模型的截面(例如，平面橫截面或彎曲截面)對應(yīng) 的幾何結(jié)構(gòu)；和將多個所述薄且垂直疊加的層中的每一個的厚度分布和幾何結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成控 制信號，該控制信號控制立體光刻機以在可交聯(lián)或可聚合裝置形成材料的浴中在所述單個 陽模表面上層靠疊加層地產(chǎn)生眼科透鏡。在又一個方面中，本發(fā)明提供為特定病人制備眼科透鏡的系統(tǒng)，包括計算機系 統(tǒng)；與所述計算機系統(tǒng)通信以促使病人或他的眼睛護理醫(yī)生(該醫(yī)生照看該病人)輸入該 病人的眼睛處方的裝置；基于該處方設(shè)計眼科透鏡的3-D數(shù)學(xué)模型的裝置；將所述3-D數(shù) 學(xué)模型以數(shù)學(xué)方式切成多個薄且垂直疊加的層的裝置，每個層在該層的水平處具有限定的 厚度分布和與所述3-D數(shù)學(xué)模型的平面橫截面或彎曲截面對應(yīng)的幾何結(jié)構(gòu)；和將多個所述 薄且垂直疊加的層中的每一個的厚度分布和幾何結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成控制信號的裝置，該控制信號 控制立體光刻機以在可交聯(lián)或可聚合裝置形成材料的浴中層靠疊加層地產(chǎn)生眼科透鏡。在另一個方面中，本發(fā)明提供用于計算機系統(tǒng)中以利用立體光刻制備眼科透鏡的 計算機程序產(chǎn)品，包括記錄介質(zhì)；記錄在所述記錄介質(zhì)上的基于病人的眼睛的處方設(shè)計 眼科透鏡的3-D數(shù)學(xué)模型的裝置；記錄在所述記錄介質(zhì)上的將所述3-D數(shù)學(xué)模型以數(shù)學(xué)方 式切成多個薄且垂直疊加的層的裝置，每個層在該層的水平處具有限定的厚度分布和與所 述3-D數(shù)學(xué)模型的平面橫截面或彎曲截面對應(yīng)的幾何結(jié)構(gòu)；和記錄在所述記錄介質(zhì)上的將 多個所述薄且垂直疊加的層中的每一個的厚度分布和幾何結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成控制信號的裝置，該 控制信號控制立體光刻機以在可交聯(lián)或可聚合裝置形成材料的浴中層靠疊加層地產(chǎn)生眼 科透鏡，其中所述眼科裝置由所述厚度分布和所述陽模表面界定。本發(fā)明的一個目的是提供通過使用單個模具制造接觸透鏡及其它眼科裝置的新
4方法。本發(fā)明的另一個目的是提供可以按成本有效的方式容易地適合于制造定制接觸 透鏡的透鏡制備方法。本發(fā)明的又一個目的是提供可以容易地適合于遠程制備接觸透鏡或除接觸透鏡 以外的眼科裝置，優(yōu)選定制接觸透鏡的透鏡制備方法，例如制備定制接觸透鏡的按用戶要 求的成本有效的方法。本發(fā)明的另一個目的是提供根據(jù)成本有效的方法制備接觸透鏡，優(yōu)選定制接觸透 鏡的系統(tǒng)。本發(fā)明的這些及其它目的通過在此描述的本發(fā)明的各個方面滿足。本發(fā)明的這些及其它方面、特征和優(yōu)點將通過參考本文的附圖和詳細描述領(lǐng)會， 并且將借助于各種元素和組合，尤其是所附權(quán)利要求書中指出的各種元素和組合實現(xiàn)。應(yīng) 該理解的是，本發(fā)明的以上一般說明及以下附圖簡述和詳細描述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方案 的示例和說明，并對所要求的本發(fā)明沒有限制。


圖1是描繪眼科裝置的制造裝置的示意圖；圖2a是通過所述方法制備的眼科裝置的截面圖；圖2b是經(jīng)過該眼科裝置的彎曲截面(圖2a的截面A_A)的截面圖；圖2c是基于圖2b中的彎曲截面的眼科裝置的彎曲層的截面圖；圖2d是通過圖2c的兩個彎曲層的制造形成的眼科裝置的截面圖；圖3示出了使用垂直疊加的平面層通過常規(guī)立體光刻制造的眼科裝置的截面圖； 以及圖4是示意性地描繪根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方案在遠程位置為特定病人制備一 對眼科透鏡的系統(tǒng)和方法。
具體實施例方式可以通過結(jié)合附圖參考以下發(fā)明的詳細描述更容易地領(lǐng)會本發(fā)明，所述附圖組成 本公開內(nèi)容的一部分。應(yīng)該理解的是，本發(fā)明不限于本文描述和/或顯示的具體裝置、方 法、條件或參數(shù)，并且本文所使用的術(shù)語旨在僅通過舉列描述具體的實施方案并且不打算 限制所要求的發(fā)明。本說明書中給出的任何和所有專利及其它出版物引入供參考，就像在 此完全描述一樣。此外，本說明書，包括所附權(quán)利要求書中使用的單數(shù)形式“a”、“an”、和“the”包括 復(fù)數(shù)形式，并且涉及的具體數(shù)值至少包括該具體值，除非上下文明確指明相反。范圍在此可 以表示為從“大約”或“大致” 一個具體值，和/或到“大約”或“大致”另一個具體值。當(dāng)表 示這樣的范圍時，另一個實施方案包括從該一個特定值和/或到另一個特定值。類似地，當(dāng) 用近似值來表示值時(在前面使用“大約”)，應(yīng)理解該特定值形成另一個實施方案。本發(fā)明總體上涉及接觸透鏡或除接觸透鏡以外的眼科裝置的新制備方法。與現(xiàn)有 技術(shù)中已知用于制備眼科裝置的任何方法不同，本發(fā)明方法在制備眼科裝置時不涉及使用 完全的陰陽模裝置和/或車床。根據(jù)本發(fā)明方法，使用立體光刻設(shè)備(機器)制備眼科裝置，優(yōu)選接觸透鏡或定制接觸透鏡。此外，使用單個陽模形成每個透鏡的后面。本文所使用的“眼科裝置”是指接觸透鏡(硬或軟)、眼內(nèi)透鏡、角膜覆層及其它用 在眼睛上或眼睛附近的眼科裝置(例如，展開層(stent)、植入物等)。通常實踐的立體光刻包括基于通過計算機產(chǎn)生的物體的3-D數(shù)學(xué)模型層靠疊加 層地構(gòu)造三維(3-D)物體。3-D數(shù)學(xué)模型通常在3-D計算機輔助設(shè)計(CAD)軟件的幫助下 產(chǎn)生。以數(shù)學(xué)方式將所述模型分離或“切”成多個較薄且垂直疊加的層，每個層在該層的水 平處具有限定的厚度分布和與所述模型的平面橫截面對應(yīng)的幾何結(jié)構(gòu)。每個層的幾何結(jié)構(gòu) 在該物體的外邊界內(nèi)在該層的水平處界定與所述模型相聯(lián)系的邊界及其它特征。存在各種立體光刻的途徑，這取決于用來制造物體的材料。優(yōu)選的立體光刻技術(shù) 基于通過光化輻射(例如，UV激光)一次一層地聚合和凝固液體材料。例如，聚焦的紫外 線(UV)激光在計算機或控制器的控制下遵循圖案在可光致聚合液體材料的浴的頂部上掃 描。該UV激光當(dāng)激光束射到該浴的表面上時使該浴聚合，導(dǎo)致在該表面處和在該表面剛好 以下形成第一固態(tài)塑料層。然后使該固態(tài)層降入該浴中并重復(fù)該激光引發(fā)的聚合過程以產(chǎn) 生下一個層，如此這樣，直到獲得多個疊加層。固態(tài)塑料層中的每一個是物體的3-D數(shù)學(xué)模 型(設(shè)計)的相應(yīng)“切片”(橫截面)的“再印刷”。在一個方面中，本發(fā)明提供利用立體光刻制備眼科裝置的方法。該方法包括(a) 將(i)裝置形成材料的基本上無溶劑的液體或熔體，或(ii)所述裝置形成材料的溶液沉積 到容器中，在所述容器內(nèi)包括模具、優(yōu)選單個模具、更優(yōu)選單個陽模，其中所述裝置形成材 料可通過光化輻射交聯(lián)或聚合；(b)用一個或多個活化能束經(jīng)過所述模具輻射所述裝置形 成材料以在所述模具表面上獲得聚合或交聯(lián)的裝置形成材料的固化層；(c)用所述一個或 多個活化能束輻射所述裝置形成材料以在先前固化的層的上面獲得固化層，其中所述眼科 裝置的背面(第一層)由所述陽模表面界定；(d)重復(fù)步驟(c)以獲得附加的固化層直到 完整地產(chǎn)生所述眼科裝置，其中固化層中的每一個對應(yīng)于所述眼科裝置的相干切片。所述 容器包括模具，優(yōu)選單個模具，更優(yōu)選單個陽模。本發(fā)明考慮向裝置形成材料投射圖案化光化輻射以形成眼科裝置的層。經(jīng)過陽模 投射紫外線(UV)輻射的程序化圖案，該陽模形成透鏡的背表面，使裝置形成材料固化成透 鏡的所需形狀。使用圖案產(chǎn)生器，例如得自Texas Instruments的Digital Micromirror Device (DMD )，產(chǎn)生UV圖案。DMD 是可獨立尋址的微反射鏡的大系列。UV輻射經(jīng)過陽模 反射DMD 的選定反射鏡。通過改變顯示在圖案產(chǎn)生器上的圖案，不同的UV圖案經(jīng)過模具 投射并投射到透鏡材料中，使不同的透鏡厚度分布固化。該實施方案的示意圖示于圖1中。將病人視力校正需求的數(shù)字模型輸入儀器的軟 件10，該軟件計算一組位案以顯示在圖案產(chǎn)生器12上。眼科裝置的每個層與一個或多 個位案對應(yīng)。使用適合的光學(xué)元件根據(jù)需要調(diào)節(jié)來自UV光源14，例如燈或激光器的 UV輻射26，并然后從圖案產(chǎn)生器12反射。優(yōu)選的光學(xué)元件的實例是準直透鏡16和虹膜或 濾光片18。還認為可以使用一組光學(xué)元件。從其，UV輻射穿過聚焦(或發(fā)散)透鏡20和 單個模具22，該模具使輻射聚焦。該模具可以由各種材料組成，例如石英是優(yōu)選的。模具 22優(yōu)選具有陽模形狀。進入眼科光可固化裝置形成材料24的輻射的輻射時間和強度分布 控制該眼科裝置中每個點處的固化厚度。顯示在圖案產(chǎn)生器12上的每個圖案使裝置形成 材料24固化到預(yù)定的厚度分布。這些圖案可以單獨地顯示或作為系列顯示，并具有由選擇
6散焦或模糊程度限定的“灰度級”，所述散焦或模糊程度通過控制聚焦透鏡20的位置引入。 如果將要對于復(fù)雜的眼科裝置形狀使用圖案序列，則謹慎地開發(fā)一組圖案以按照次序顯示 它們的結(jié)果獲得精確的眼科裝置形狀和厚度分布，而產(chǎn)生所需的視力校正性能。如此可以 制造球狀和特定形狀的眼科裝置。模具22的使用出于多個原因是優(yōu)選的。首先，它提供其上可以制造眼科裝置的精 確表面。其次，它充當(dāng)透鏡用于使樹脂固化的UV輻射的合適聚焦。實現(xiàn)模具22的使用不 影響制造定制眼科裝置的能力是重要的。具有數(shù)種不同尺寸和形狀的模具是優(yōu)選的，但是 數(shù)目可以小于10。相對照而言，使用常規(guī)眼科裝置模制方法，需要數(shù)千不同的(陰)模來為 所需范圍的眼科裝置提供校正的性能和形狀。圖2a示出了通過上述方法形成的眼科裝置的截面圖。此種眼科裝置優(yōu)選是接觸 透鏡。圖2b示出了圖2A中的眼科裝置的彎曲截面。圖2b中的彎曲截面代表制造眼科裝 置的一組彎曲層中的一個。圖2c是基于圖2b的彎曲截面的圖2a的眼科裝置的單個彎曲 層。每個層是一個或多個投射的位案的產(chǎn)物。圖2d示出了基于圖2b的彎曲截面的圖 2a的眼科裝置的多于一個彎曲層。用來構(gòu)造具體眼科裝置的層的數(shù)目和厚度取決于向軟件 10的輸入的個體用戶的眼睛要求并從UV產(chǎn)生器14投射。眼科裝置的彎曲截面的使用是優(yōu)選的，而不是如常規(guī)立體光刻中實踐的那樣使用 眼科裝置的平面橫截面。圖3示出了使用來自五個平面橫截面的五個平面層30制造實施 例眼科裝置28的結(jié)果。平面層的可選數(shù)目根據(jù)用戶的需求進行考慮。制造的形狀僅能接 近所需的裝置形狀，這將負面影響其作為校正透鏡的應(yīng)用。根據(jù)本發(fā)明，光可固化/可交聯(lián)或可聚合裝置形成材料(以下簡稱“裝置形成材 料”)可以是這樣的任何種類的材料，所述材料可以通過光化輻射聚合和/或交聯(lián)而獲得 眼科相容的交聯(lián)材料。此類裝置形成材料可以是技術(shù)人員已知的任何材料。例如，裝置形 成材料可以是主要由各種單體和/或大分子單體構(gòu)成并可選地還包括例如光引發(fā)劑、阻聚 劑、填料等各種組分的組合物。本文所使用的“眼科相容”是指材料或材料的表面可以與眼睛環(huán)境緊密接觸較長 時間，而不會顯著損害眼睛環(huán)境和不會造成顯著的用戶不適。因此，眼科相容的接觸透鏡不 會產(chǎn)生顯著的角膜溶脹，在眨眼時將充分地在眼睛上移動而促進足夠的眼淚交換，不會具 有相當(dāng)大量的蛋白質(zhì)或類脂吸附，并且不會在佩帶的規(guī)定期間中引起顯著的佩帶者不適。本文所使用的“眼睛環(huán)境”是指可以與用于視力校正、施藥、愈傷、眼睛顏色改變或 其它眼科應(yīng)用的接觸透鏡緊密接觸的眼睛流體(例如，眼淚流體)和眼睛組織(例如，角 膜)?！皢误w”是指可以聚合的低分子量化合物。低分子量通常是指小于700道爾頓的平 均分子量?！按蠓肿訂误w”是指含有能夠進一步聚合的官能團的中和高分子量化合物或聚合 物。中和高分子量通常是指大于700道爾頓的平均分子量?？梢詫⒈绢I(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何適合的光引發(fā)劑結(jié)合到可交聯(lián)或可聚合裝置 形成材料中。示例性的光引發(fā)劑是苯偶姻-甲基醚、1-羥基-環(huán)己基-二苯酮、Daroeure 1173 或 lrgacure 型。裝置形成材料的溶液可以通過將裝置形成材料溶于本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何
除非另有規(guī)定，本文所使用的“分子量”是指通過凝膠滲透色譜法測定的重均分子 量Mw0在式I、II和III中，R3是氫、C1-C6烷基或環(huán)烷基。在式I、II和III中，R是含至多12個碳原子、優(yōu)選至多8個碳原子的亞烷基，并 且可以是線性或支化的。適合的實例包括亞辛基、亞己基、亞戊基、亞丁基、亞丙基、亞乙基、
適合的溶劑中來制備。適合的溶劑的實例是水，醇，例如低級鏈烷醇，例如乙醇或甲醇，和另 外羧酸酰胺，例如二甲基甲酰胺，兩極質(zhì)子惰性溶劑，例如二甲基亞砜或甲基乙基酮，酮，例 如丙酮或環(huán)己酮，烴例如甲苯，醚例如THF、二甲氧基乙烷或二^悉燒，和鹵化烴，例如三氯乙 燒，此外還有適合的溶劑的混合物，例如水與醇的混合物，例如水/乙醇或水/甲醇混合物。一類優(yōu)選的裝置形成材料是水溶性和/或可熔性的眼科相容預(yù)聚物。裝置形成材 料主要包含一種或多種預(yù)聚物將是有利的，所述預(yù)聚物優(yōu)選呈基本上純的形式(例如，通 過超濾純化)。因此，在通過光化輻射交聯(lián)之后，眼科裝置可以實際上不再要求隨后的純化， 例如尤其是未聚合成分的復(fù)雜萃取。另外，交聯(lián)可以無溶劑地或在水溶液中進行，從而隨后 的溶劑交換或水化步驟不是必要的?！邦A(yù)聚物”是指起始聚合物，其可在光化輻射下交聯(lián)以獲得分子量遠高于所述起始 聚合物的交聯(lián)聚合物。光化輻射的實例是UV輻射、電離輻射(例如Y射線或X射線輻射)、 微波輻射等。“聚合物”是指通過聚合一種或多種單體形成的材料。優(yōu)選的預(yù)聚物的一個實例是水溶性可交聯(lián)的聚(乙烯醇)預(yù)聚物。更優(yōu)選，水溶性 可交聯(lián)的聚(乙烯醇)預(yù)聚物是美國專利5，583，163 (全文引入供參考)和6，303，687 (全 文引入供參考)中描述的并具有至少大約2000的分子量且包含大約0.5%-大約80% (基 于所述聚(乙烯醇)中的羥基的數(shù)目)的式I、I和II、I和III，或I和Il和III的單元 的多羥基化合物
H2H2
OO
Π1
H」
C-
_ 2 f R Hc
R3
8亞甲基、2-亞丙基、2-亞丁基和3-亞戊基。低級亞烷基R優(yōu)選具有至多6，尤其優(yōu)選至多4 個碳原子。亞甲基和亞丁基是尤其優(yōu)選的。在式I中，R1是氫或含至多七個，尤其是至多四個碳原子的低級烷基。最優(yōu)選，R1是氫。在式I中，R2是烯屬不飽和、吸電子、可交聯(lián)的基團，其優(yōu)選含至多25個碳原子。 在一個實施方案中，R2是通式R4-CO-的烯屬不飽和酰基，其中R4是含2-24個碳原子、優(yōu)選 含2-8個碳原子、尤其優(yōu)選含2-4個碳原子的烯屬不飽和、可交聯(lián)的基團。含2-24個碳原子的烯屬不飽和可交聯(lián)的基團R4優(yōu)選是含2-24個碳原子的鏈烯 基，尤其是含2-8個碳原子的鏈烯基，尤其優(yōu)選含2-4個碳原子的鏈烯基，例如乙烯基、2-丙 烯基、3-丙烯基、2- 丁烯基、己烯基、辛烯基或十二碳烯基。乙烯基和2-丙烯基是優(yōu)選的， 從而該-CO-R4基團是丙烯酸或甲基丙烯酸的?；Ｔ诹硪粋€實施方案中，基團R2是式IV、優(yōu)選式V的基團-CO-NH- (R5-NH-CO-O) ,-R6-O-CO-R4 (IV)- [C0-NH- (R5-NH-CO-O) q-R6-0] P-C0_R4 (V)其中ρ和q彼此獨立地是0或1，R5和R6彼此獨立地是含2_8個碳原子的低級亞 烷基、含6-12個碳原子的亞芳基、含6-10個碳原子的飽和二價環(huán)脂族基團、含7-14個碳原 子的亞芳基亞烷基或亞烷基亞芳基或含13-16個碳原子的亞芳基亞烷基亞芳基，和其中R4 如上面所限定。低級亞烷基R5或R6優(yōu)選含2-6個碳原子并且尤其是線性的。適合的實例包括亞 丙基、亞丁基、亞己基、二甲基亞乙基、以及，尤其優(yōu)選，亞乙基。亞芳基R5或R6優(yōu)選是亞苯基，它是未取代或被低級烷基或低級烷氧基取代的，尤 其是1，3_亞苯基或1，4_亞苯基或甲基-1，4-亞苯基。飽和二價環(huán)脂族基團R5或R6優(yōu)選是亞環(huán)己基或亞環(huán)己基(低級亞烷基)，例如亞 環(huán)己基亞甲基，它是未取代或被一個或多個甲基取代的，例如三甲基亞環(huán)己基亞甲基，例如 二價異佛爾酮基。亞烷基亞芳基或亞芳基亞烷基R5或R6的亞芳基單元優(yōu)選是未取代或被低級烷基 或低級烷氧基取代的亞苯基，并且其亞烷基單元優(yōu)選是低級亞烷基，例如亞甲基或亞乙基， 尤其是亞甲基。這類基團R5或R6因此優(yōu)選是亞苯基亞甲基或亞甲基亞苯基。亞芳基亞烷基亞芳基&或1 6優(yōu)選是亞烷基單元中含至多4個碳原子的亞苯基(低 級亞烷基)亞苯基，例如亞苯基亞乙基亞苯基。基團R5和R6優(yōu)選彼此獨立地是含2-6個碳原子的低級亞烷基，未取代或被低級烷 基取代的亞苯基，未取代或被低級烷基取代的亞環(huán)己基或亞環(huán)己基(低級亞烷基)，亞苯基 (低級亞烷基)，(低級亞烷基)亞苯基或亞苯基(低級亞烷基)亞苯基。在式II中，R7是伯、仲或叔氨基或式N+(R' )3X_的季氨基，其中每個R'彼此獨立 地是氫或C1-C4烷基，X是相反離子，例如HSOp Γ、Cr、Br\ Γ、CH3C00\ 0Η\ ΒΓ或Η2Ρ0”具體來說，基團R7是氨基、一或二(低級烷基)氨基、一或二苯基氨基、(低級烷 基)苯基氨基或結(jié)合到雜環(huán)中的叔氨基，例如-NH2、-NH-CH3、-N(CH3)2、-NH(C2H5) ,-N(C2H5)2,
/\ O
-NH (苯基)、-N (C2H5)苯基或一+ >
在式III中，R8是一元、二元或三元、飽和或不飽和、脂族或芳族有機酸或磺酸的基 團。例如，優(yōu)選的基團R8衍生自氯乙酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、馬來酸、富馬酸、 衣康酸、檸康酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、鄰苯二甲酸和偏苯三酸。對于本發(fā)明目的，與基團和化合物結(jié)合的術(shù)語“低級”除非另有限定否則表示含至 多7個碳原子，優(yōu)選含至多4個碳原子的基團或化合物。具體來說，低級烷基含至多7個碳原子，優(yōu)選至多4個碳原子，并且例如，是甲基、 乙基、丙基、丁基或/叔丁基。具體來說，低級烷氧基含至多7個碳原子，優(yōu)選至多4個碳原子，并且例如，是甲氧
基、乙氧基、丙氧基、丁氧基或叔丁氧基。如果q是1則存在二價基團-R5-NH-CO-O-,如果q是0則不存在。含其中q是0 的可交聯(lián)基團的聚(乙烯醇)是優(yōu)選的。如果ρ是1則存在二價基團-CO-NH- (R5-NH-CO-O) ,-R6-O-,如果ρ是0則不存在。 含其中P是ο的可交聯(lián)基團的聚(乙烯醇)是優(yōu)選的。在包含具有可交聯(lián)基團(其中ρ是1)的單元的聚(乙烯醇)中，指數(shù)q優(yōu)選是0。 尤其優(yōu)選包含其中P是1的可交聯(lián)基團的聚(乙烯醇)，指數(shù)q是0且R5是低級亞烷基。在式N+(R' )3X_中，R'優(yōu)選是氫或C1-C3烷基，X是鹵離子、乙酸根或亞磷酸根，例 如-N+ (C2H5) 3CH3C00\ -N+ (C2H5) 3cr 和-N+ (C2H5) 3H2P04_。根據(jù)本發(fā)明的水溶性可交聯(lián)聚(乙烯醇)更優(yōu)選是多羥基化合物，該多羥基化合 物具有至少大約2000的分子量并且基于該聚(乙烯醇)中的羥基數(shù)目包含大約0. 5-大約 80%，優(yōu)選1-50%，更優(yōu)選1-25%，更優(yōu)選2-15%式I的單元，其中R是含至多6個碳原子 的低級亞烷基，R1是氫或低級烷基，R3是氫，R2是通式(V)的基團。當(dāng)ρ是零時，R4優(yōu)選是 C2-C8鏈烯基。當(dāng)ρ是1且q是零時，R6優(yōu)選是C2-C6亞烷基，R4優(yōu)選是C2-C8鏈烯基。當(dāng)ρ 和q都是1時，R5優(yōu)選是C2-C6亞烷基、亞苯基、未取代的或低級烷基_取代的亞環(huán)己基或環(huán) 亞己基-低級亞烷基、未取代的或低級烷基_取代的亞苯基_低級亞烷基、低級亞烷基_亞 苯基、或亞苯基_低級亞烷基_亞苯基，R6優(yōu)選是C2-C6亞烷基，R4優(yōu)選是C2-C8鏈烯基。包含式1、1和II、I和III或I和II和III的單元的可交聯(lián)的聚(乙烯醇)可以 按本身已知的方式制備。例如，美國專利5，583，163 (全文引入供參考)和6，303，687 (全 文引入供參考)公開和揭示了如何制備包含式I、I和II、I和III、或I和Il和III的單 元的可交聯(lián)聚合物。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選預(yù)聚物的另一個實例是乙烯基封端的聚氨酯，它是通過使異氰 酸酯封端的聚氨酯與烯屬不飽和胺(伯或仲胺)或烯屬不飽和單羥基化合物反應(yīng)獲得的。 所述異氰酸酯封端的聚氨酯是以下物質(zhì)的共聚產(chǎn)物(a)以下式的至少一種聚亞烷基二醇HO- (R9-O) n- (R10-O) m_ (R11-O) ^H(I)其中R9、R10和R11彼此獨立地各自是線性或支化C2-C4亞烷基，n、m和1彼此獨立 地各自是0-100的數(shù)，其中(n+m+1)之和是5-100，(b)選自以下的至少一種支化劑(1)以下式的線性或支化脂族多羥基化合物R12-(OH)x(2)，
10
其中R12是線性或支化C3-C18脂族多價基團，χ是彡3的數(shù)，(ii)聚醚多元醇，它是式(2)的化合物和二醇的聚合產(chǎn)物，(iii)聚酯多元醇，它是式(2)的化合物、二元羧酸或其衍生物和二醇的聚合產(chǎn) 物，和(iv)環(huán)脂族多元醇，它選自被>3個羥基取代并且未被烷基取代的C5-C8-環(huán)烷烴、 被> 3個羥基取代并且被一個或多個C1-C4烷基取代的C5-C8-環(huán)烷烴、和未取代的一和二 糖，(ν)具有至少三個羥基C1-C4烷基的芳烷基多元醇，和(c)以下式的至少一種二 _或多異氰酸酯R13-(NCO)y(3)，其中R13線性或支化C3-C24脂族多異氰酸酯、C3-C24環(huán)脂族或脂族_環(huán)脂族多異氰 酸酯的基團、或C3-C24芳族或芳脂族多異氰酸酯的基團，y是2-6的數(shù)。根據(jù)本發(fā)明的異氰酸酯封端的聚氨酯聚合物可以通過遵循無溶劑方法制備。例 如，在無溶劑方法中，首先將式(1)的一種或多種聚亞烷基二醇(組分(a))與一種或多種 支化劑(組分(b))混合并將該混合物加熱到熔融溫度或以上并維持在那樣的溫度下。然 后，將式(3)的至少一種二 _或多異氰酸酯(組分(C))添加到該熔融混合物中而形成按所 需化學(xué)計量包含組分(a)、組分(b)和組分(c)的熔融反應(yīng)混合物。在熔融溫度或以上并優(yōu) 選在惰性氣氛環(huán)境下(例如，在氮氣或氬氣氣氛中)連續(xù)和劇烈地攪拌該熔融反應(yīng)混合物。 例如，通過監(jiān)測FT-IR光譜中的異氰酸酯峰監(jiān)測反應(yīng)。組分(a)-(c)都是已知的化合物或 化合物混合物，或可以根據(jù)本身已知的方法獲得。優(yōu)選的預(yù)聚物的另一個實例是歐洲專利1，017，734中描述的可交聯(lián)聚脲預(yù)聚物， 該文獻全文引入供參考。所述可交聯(lián)聚脲預(yù)聚物可以通過使烯丙酰氯或含異氰酸酯基的丙 烯酸酯或甲基丙烯酸酯與NH2封端的聚亞烷基二醇和二 -或多異氰酸酯的聚合產(chǎn)物可選地 在三胺存在下反應(yīng)而獲得。其它示例性的優(yōu)選預(yù)聚物包括乙烯基內(nèi)酰胺、MMA和共聚單體的可交聯(lián)統(tǒng)計共 聚物，它們在EP 655，470 (全文引入供參考)和US5，712，356 (全文引入供參考)中進行了 公開；乙烯基內(nèi)酰胺、乙酸乙烯酯和乙烯醇的可交聯(lián)共聚物，它們在EP 712，867(全文引入 供參考)和US5，665，840(全文引入供參考)中進行了公開；EP 932，635 (全文引入供參考) 中進行了公開的具有可交聯(lián)側(cè)鏈的聚醚-聚酯共聚物；EP 958，315和US6，165，408 (全文 引入供參考)中公開的支化聚亞烷基二醇-氨基甲酸酯預(yù)聚物；EP961，941(全文引入供參 考)和US 6，221，303 (全文引入供參考)中公開的聚亞烷基二醇-四(甲基)丙烯酸酯預(yù) 聚物；和PCT專利申請WO 2000/31150(全文引入供參考)中公開的可交聯(lián)聚烯丙胺葡糖酸 內(nèi)酯預(yù)聚物。根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選的實施方案，裝置形成材料主要由一種或多種預(yù)聚物和可選 的附加乙烯基單體組成。光固化/交聯(lián)或聚合優(yōu)選無溶劑或基本上無溶劑地或直接地從水 溶液進行。所述預(yù)聚物優(yōu)選呈基本上純的形式，例如，通過純化步驟，例如超濾獲得的形式。 例如，交聯(lián)或聚合可以從含大約15-90%—種或多種預(yù)聚物的水溶液進行。還可以用于根據(jù)本發(fā)明的光交聯(lián)或聚合的乙烯屬單體可以是親水性的、疏水性的 或可以是疏水性和親水性乙烯屬單體的混合物。適合的乙烯屬單體尤其包括通常用于制造接觸透鏡的那些。“親水性乙烯屬單體”是指作為均聚物通常產(chǎn)生水溶性或可以吸收至少10 重量％水的聚合物的單體。“疏水性乙烯屬單體”是指作為均聚物通常產(chǎn)生不溶于水和可以 吸收小于10重量％水的聚合物的單體。優(yōu)選使用疏水性乙烯屬單體，或疏水性乙烯屬單體與親水性乙烯屬單體的混合 物，藉此這一混合物包含至少50重量％疏水性乙烯基共聚單體。這樣，所得聚合物的機械 性能可以得到改進，而水含量不會顯著下降。常規(guī)疏水性乙烯屬單體和常規(guī)親水性乙烯屬 單體都適合于與所述預(yù)聚物的共聚合。適合的疏水性乙烯屬單體包括但不限于，C1-C18-烷基丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯， C3-C18-烷基丙烯酰胺和-甲基丙烯酰胺，丙烯腈，甲基丙烯腈，乙烯基-C1-C18-鏈烷酸酯， C2-C18-鏈烯烴，C2-C18-鹵代鏈烯烴，苯乙烯，C1-C6-烷基苯乙烯，乙烯基烷基醚(其中烷基 結(jié)構(gòu)部分含有1-6個碳原子)，C2-Cltl-全氟烷基-丙烯酸酯和-甲基丙烯酸酯或相應(yīng)的部 分氟化的丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯，C3-C12-全氟烷基-乙基-硫代羰基氨乙基-丙烯酸酯 和甲基丙烯酸酯，丙烯酰氧基-和甲基丙烯酰氧基-烷基硅氧烷，N-乙烯基咔唑，馬來酸、 富馬酸、衣康酸、中康酸等的C1-C12-烷基酯。優(yōu)選的是，例如含3-5個碳原子的烯屬不飽和 羧酸的C1-C4-烷基酯，或含至多5個碳原子的羧酸的乙烯基酯。適合的疏水性乙烯屬單體的實例包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯 酸異丙酯、丙烯酸環(huán)己酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙 烯酸丙酯、乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、戊酸乙烯酯、苯乙烯、氯丁二烯、氯乙烯、 1，1_ 二氯乙烯、丙烯腈、1-丁烯、丁二烯、甲基丙烯腈、乙烯基甲苯、乙烯基乙基醚、全氟己 基乙基-硫代-羰基-氨基乙基-甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酸異冰片酯、甲基丙烯酸三氟 乙基酯、甲基丙烯酸六氟異丙基酯、甲基丙烯酸六氟丁酯、甲基丙烯酸三_三甲基甲硅氧 基_甲硅烷基_丙基酯、3-甲基丙烯酰氧基丙基_五甲基_ 二硅氧烷和雙(甲基丙烯酰氧 基丙基)_四甲基-二硅氧烷。適合的親水性乙烯屬單體包括但不限于，丙烯酸和甲基丙烯酸羥基取代的低級烷 基酯，丙烯酰胺，甲基丙烯酰胺，低級烷基丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺，乙氧基化丙烯酸酯和 甲基丙烯酸酯，羥基取代的低級烷基丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺，羥基取代的低級烷基乙烯 基醚，乙烯磺酸鈉，苯乙烯磺酸鈉，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，N-乙烯基吡咯，N-乙烯 基琥珀酰亞胺，N-乙烯基吡咯烷酮，2-或4-乙烯基吡啶，丙烯酸，甲基丙烯酸，丙烯酸和甲 基丙烯酸氨基_(其中術(shù)語“氨基”還包括季銨)、單低級烷基氨基_或二低級烷基氨基低級 烷基酯，烯丙醇等。優(yōu)選的是，例如羥基取代的C2-C4-烷基(甲基)丙烯酸酯，5-7元N-乙 烯基內(nèi)酰胺，N，N-二-C1-C4-烷基(甲基)丙烯酰胺，和含總共3-5個碳原子的烯屬不飽和 羧酸。適合的親水性乙烯屬單體的實例包括甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥乙酯、丙烯酰 胺、甲基丙烯酰胺、二甲基丙烯酰胺、烯丙醇、乙烯基吡唳、乙烯基吡咯烷酮、甘油甲基丙烯 酸酯、N-(l，l-二甲基-3-氧代丁基)丙烯酰胺等。優(yōu)選的疏水性乙烯屬單體是甲基丙烯酸甲酯和乙酸乙烯酯。優(yōu)選的親水性乙烯屬 共聚單體是甲基丙烯酸2-羥乙酯、N-乙烯基吡咯烷酮和丙烯酰胺。根據(jù)本發(fā)明，固化層中的每一個(凝固塑料或水凝膠層)優(yōu)選具有小于大約20密 耳(毫英寸)、更優(yōu)選小于大約10密耳、更加優(yōu)選小于6密耳，最優(yōu)選小于4密耳的厚度。
固化層的厚度主要由裝置形成材料的兩種性能控制，即臨界曝光(E。)和穿透深度 (Dp)。Ec定義為引起足夠數(shù)目的反應(yīng)以形成凝膠的最低曝光量。曝光(E)定義為射到表 面上的能量并按照能量/面積(焦耳/cm2)測量。E。取決于材料和波長。如果裝置形成材 料接收比Ec更多的曝光，則凝膠物質(zhì)更多聚合并且該質(zhì)量變得更強直到達到已經(jīng)賦予足 夠的曝光而完成聚合過程的點?？梢酝ㄟ^添加一種或多種光引發(fā)劑或自由基清除劑(阻聚 劑)改變裝置形成材料的E。。Dp是光化輻射能穿透裝置形成材料的深度。穿透深度與裝置形成材料吸收輻射的 能力成反比并且一般是波長依賴性的。裝置形成材料的穿透深度可以通過添加一種或多種 UV吸收劑來調(diào)節(jié)。通過提高UV吸收劑在裝置形成材料中的濃度，可以減小穿透深度。根據(jù)本發(fā)明，可以通過相關(guān)于Dp和艮控制來自輻射源的輻照而控制固化層的厚 度。例如，當(dāng)裝置形成材料具有較小E。時，可以讓激光束按較高速度掃描浴表面以獲得較 薄固化層，因為引起聚合需要的曝光較小。因為光化輻射隨著它進入裝置形成材料越來越 深而變得越來越弱，上水平(浴表面處和剛好該表面以下)比下水平接收更大強度，并因此 接收更大的曝光。因此，上水平將凝膠化，而在下水平處的裝置形成材料卻沒有凝膠化。在一個優(yōu)選的實施方案中，裝置形成材料按足以將裝置形成材料的穿透深度減小 到所需Dp的濃度包含至少一種UV吸收劑。向裝置形成材料添加UV吸收劑是有利的。這 可以將UV吸收劑結(jié)合到所得接觸透鏡或眼內(nèi)透鏡中，如本領(lǐng)域中已知的那樣。UV吸收劑能 夠使對眼睛的UV相關(guān)損害最小化。示例性的UV吸收劑包括，但不限于，4-甲基丙烯酰氧基 2-羥基二苯甲酮(MOBP)、2-(3‘-甲基烯丙基-2'-羥基_5'-甲基苯基)苯并三唑、取 代的2-羥基二苯甲酮、2-羥基-5-丙烯酰氧基苯基-2H-苯并三唑等?；罨苁梢允请娮邮?、X射線，或優(yōu)選UV光或可見光。適合的光源包括，但不限 于，He:Cd激光器、氬離子激光器、氮激光器、金屬蒸氣激光器、Nd:YAG激光器。激光器可以 以一個波長線產(chǎn)生單線或以數(shù)個波長產(chǎn)生數(shù)個線。例如，市售HeCd激光器在325nm產(chǎn)生單 個波長線。市售氬離子激光器可以經(jīng)設(shè)置以各種單個波長或同時以數(shù)個波長發(fā)出UV范圍 中的激光。氬離子激光器的主要UV線處于大致364nm、252nm和334nm和其它波長。激光 器可以經(jīng)設(shè)置同時在所有這些波長發(fā)出激光，其中364nm線、351nm線和334nm線/其它線 的功率輸出分別為大約40%、40%和20%。在本發(fā)明的另一個優(yōu)選的實施方案中，采用兩種活化能束獲得固化層，其中這些 能束具有不同波長并且可以對裝置形成材料產(chǎn)生兩種不同的穿透深度值。使用產(chǎn)生更小 Dp值的能束掃描層的周邊以使銳利層邊界的出現(xiàn)最小化，以可以獲得具有較平滑表面的眼 科裝置?；蛘撸梢栽诒景l(fā)明方法中使用兩種相同的能束，第一和第二束。在這個實施方案 中，裝置形成材料24僅當(dāng)這兩個能束交叉時凝膠，這是改進制造工藝的分辨率的方法。通 常，這兩個能束將按不同角度進入裝置形成材料24，優(yōu)選其具有大于30度的角位差以提供 其中裝置形成材料24將凝膠化的適當(dāng)控制的交叉范圍。應(yīng)該理解的是，所述能束中一個或 兩個可以經(jīng)過模具22進入裝置形成材料24。能束還可以經(jīng)過裝置形成材料容器的頂部進 入裝置形成材料24。在優(yōu)選的實施方案中，輻射圖案由圖案產(chǎn)生器12產(chǎn)生。在可選的實施方案中，可 以通過在浴的表面或模具上掃描能束產(chǎn)生輻射圖案。通過計算機或控制器控制圖案產(chǎn)生器
13的位案的產(chǎn)生或能束的掃描以遵循所需圖案。此種計算機控制通常受控制信號影響， 該控制信號是從眼科裝置的3-D數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換的。轉(zhuǎn)換過程包括以數(shù)學(xué)方式將所述3-D數(shù) 學(xué)模型分離或“切”成多個較薄且垂直疊加的層，每個層在該層的水平處具有限定的厚度分 布和與所述模型的平面橫截面或彎曲截面對應(yīng)的幾何結(jié)構(gòu)。通常，在CAD軟件的幫助下產(chǎn)生眼科裝置的3-D數(shù)學(xué)模型。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道 如何設(shè)計眼科裝置，然后構(gòu)造該設(shè)計的數(shù)學(xué)表面而獲得3-D數(shù)學(xué)模型。例如，具有任何表面 設(shè)計(包括不可旋轉(zhuǎn)對稱表面)的接觸透鏡可以使用光學(xué)計算機輔助設(shè)計(CAD)系統(tǒng)和機 械CAD系統(tǒng)設(shè)計。使用光學(xué)CAD系統(tǒng)設(shè)計光學(xué)模型透鏡?！肮鈱W(xué)模型透鏡”是指在計算機系統(tǒng)中設(shè)計 的一般不含屬于接觸透鏡的其它非光學(xué)系統(tǒng)的接觸透鏡，接觸透鏡的示例性的非光學(xué)系統(tǒng) 包括，但不限于斜面、晶狀體和連接接觸透鏡的前和后表面的邊緣?！靶泵妗笔侵肝挥诮佑|透鏡的后表面的邊緣處的非光學(xué)表面區(qū)。一般而言，斜面是 顯著扁平的曲面并通常與接觸透鏡的基曲(光學(xué)后表面)混合并表現(xiàn)為接近邊緣的向上錐 形。這保持更陡峭的基曲半徑不夾持眼睛并允許邊緣稍微提升。這種邊緣提升對眼淚越過 角膜的合適流動是重要的并使得透鏡更舒適地配合?！熬铙w”是指接觸透鏡的前表面的在光學(xué)區(qū)和邊緣之間的非光學(xué)表面區(qū)。晶狀體 的主要功能是控制透鏡邊緣的厚度。任何已知的、適合的光學(xué)計算機輔助設(shè)計(CAD)系統(tǒng)可用來設(shè)計光學(xué)模型透鏡。 示例性的光學(xué)計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)包括，但不限于得自Breault Research Organization 的 Advanced System An alysis program(ASAP)禾口 ZEMAX(Focus Software, Inc.)。優(yōu) 選地，將使用得自 BreaultResearch Organization 的 Advanced System Analysis program(ASAP)與得自 ZEMAX(Focus Software, Inc.)的輸入進行光學(xué)設(shè)計。可以通過，例如，機械CAD系統(tǒng)將光學(xué)模型透鏡的設(shè)計變換成包括光學(xué)區(qū)、非光學(xué) 區(qū)和非光學(xué)特征的機械透鏡設(shè)計。接觸透鏡的示例性的非光學(xué)區(qū)和特征包括，但不限于斜 面、晶狀體、連接接觸透鏡的前和后表面的邊緣、取向特征等。示例性的取向特征包括，但不 限于，使用變化的厚度分布來控制透鏡取向的棱面平衡體(ballast)、其中移除透鏡幾何結(jié) 構(gòu)的部分以控制透鏡取向的多面表面(例如，去脊(ridge-off)區(qū))、通過與眼瞼相互作用 而使透鏡取向的脊特征。優(yōu)選地，當(dāng)將優(yōu)化的光學(xué)模型透鏡的設(shè)計轉(zhuǎn)換成機械透鏡設(shè)計時， 可以將接觸透鏡類的一些常見特征結(jié)合。任何已知的、適合的機械CAD系統(tǒng)可以用于本發(fā)明。優(yōu)選地，使用能夠精確地且以 數(shù)學(xué)方式表現(xiàn)高階表面的機械CAD系統(tǒng)設(shè)計接觸透鏡。此種機械CAD系統(tǒng)的實例是Pro/ Engineer。優(yōu)選地，可以使用允許接收系統(tǒng)(光學(xué)CAD或機械CAD)構(gòu)造預(yù)期設(shè)計的NURB或 Beizier表面的轉(zhuǎn)換格式在光學(xué)CAD和機械CAD系統(tǒng)之間來回變換接觸透鏡的設(shè)計。示 例性的變換格式包括，但不限于，VDA(verbandder automobilIndustrie)和 IGES(Initial Graphics ExchangeSpecification)。通過使用此種變換格式，透鏡的總體表面可以呈連續(xù) 形式，該連續(xù)形式便于具有徑向非對稱形狀的透鏡的制備。任何數(shù)學(xué)函數(shù)可以用于描述眼科透鏡的前表面、后表面或周邊，只要它們具有允 許優(yōu)化透鏡的設(shè)計的足夠的動態(tài)范圍。示例性的數(shù)學(xué)函數(shù)包括二次曲面和二次函數(shù)、任何階的多項式、Zernike多項式、指數(shù)函數(shù)、三角函數(shù)、雙曲函數(shù)、有理函數(shù)、傅里葉數(shù)列和子波 函數(shù)(wavelet)。優(yōu)選地，使用兩種或更多種數(shù)學(xué)函數(shù)的組合描述眼科透鏡的正(前)表面 和底(后)表面。更優(yōu)選，使用Zernike多項式描述眼科透鏡的正(前)表面和底(后)表 面。更加優(yōu)選地，使用Zernike多項式和樣條基數(shù)學(xué)函數(shù)一起描述眼科透鏡的正(前)表 面和底(后)表面。在完成接觸透鏡的光學(xué)和機械設(shè)計后，透鏡設(shè)計(3-D數(shù)學(xué)模型)通常呈中性文件 格式，例如，IGES或VDA，或呈專利文件格式(例如，Pro/E文件格式)。然后以數(shù)學(xué)方式將 所述透鏡設(shè)計分離或切成多個較薄且垂直疊加的層，每個層在該層的水平處具有限定的厚 度分布和與所述透鏡模型的平面橫截面或彎曲截面對應(yīng)的幾何結(jié)構(gòu)。然后，將多個所述薄 的垂直疊加層中的每一個的厚度分布和幾何結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成控制信號，該控制信號控制活化能 束一次一個地印刷多個所述薄且垂直疊加的層中的每一個。涉及接觸透鏡的“垂直”是指 平行于接觸透鏡的中心軸的方向。接觸透鏡的中心軸是指在接觸透鏡的前表面(凸出彎曲 表面)的法線方向穿過該表面的頂點的線。本發(fā)明方法值得注意的是根據(jù)本發(fā)明的接觸透鏡可以由光可固化/可交聯(lián)或可 聚合裝置形成材料按與現(xiàn)有技術(shù)相比非常簡單和有效的方法制備。這基于多個因素。一方 面，生產(chǎn)中不涉及完全的模具組也不涉及車床。可以消除與模具相聯(lián)系的成本。其次，不存 在與裝置形成材料的基本上無溶劑的液體或熔體或所述裝置形成材料的溶液的分配相關(guān) 的嚴格的生產(chǎn)技術(shù)要求。裝置形成材料的溶液或基本上無溶劑的液體或熔體可以具有寬范 圍的粘度。裝置形成材料主要包含一種或多種預(yù)聚物將是有利的，所述預(yù)聚物優(yōu)選呈基本上 純的形式(例如，通過超濾純化)。因此，在通過光化輻射交聯(lián)之后，眼科裝置可以實際上不 再要求隨后的純化，例如尤其是未聚合成分的復(fù)雜萃取。另外，交聯(lián)可以無溶劑地或在水溶 液中進行，從而隨后的溶劑交換或水化步驟不是必要的。本發(fā)明方法還值得注意的是，連同通信網(wǎng)絡(luò)，例如互聯(lián)網(wǎng)，基于立體光刻的本發(fā)明 方法可以容易地且經(jīng)濟地執(zhí)行而制備定制接觸透鏡或在遠程位置中，例如，在眼睛醫(yī)生或 分散生產(chǎn)設(shè)施的辦公室中制備任何接觸透鏡。還有助于涉及接觸透鏡的定貨、制造和遞送 的電子商務(wù)。“定制接觸透鏡”是指按訂單要求定制的接觸透鏡?；ヂ?lián)網(wǎng)包括經(jīng)過通信鏈路互聯(lián)的許多個多計算機和計算機網(wǎng)絡(luò)?；ヂ?lián)的計算機使 用各種服務(wù)，例如電子郵件、Gopher和全球網(wǎng)(“WWW”)交換信息。WWW服務(wù)允許服務(wù)器計 算機系統(tǒng)(即，互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器或網(wǎng)址)將信息的圖形網(wǎng)頁發(fā)送給遠程客戶計算機系統(tǒng)。遠 程客戶計算機系統(tǒng)然后可以顯示網(wǎng)頁。WWW的每種資源(例如，計算機或網(wǎng)頁)通過統(tǒng)一資 源地址(“URL”)被唯一識別。為了觀察具體的網(wǎng)頁，客戶計算機系統(tǒng)在請求(例如，超文 本傳輸協(xié)議(“HTTP”)請求)中指定網(wǎng)頁的URL。該請求被轉(zhuǎn)送到支持該網(wǎng)頁的網(wǎng)絡(luò)服務(wù) 器。當(dāng)該網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器接收該請求時，它將該網(wǎng)頁發(fā)送給客戶計算機系統(tǒng)。當(dāng)客戶計算機系 統(tǒng)接收該網(wǎng)頁時，它通常使用瀏覽器顯示該網(wǎng)頁。瀏覽器是完成網(wǎng)頁的請求和顯示網(wǎng)頁的 專用應(yīng)用程序。當(dāng)前，通常使用超文本標記語言(“HTML”)限定網(wǎng)頁。HTML提供限定如何顯示網(wǎng) 頁的一組標準標記。當(dāng)用戶指示瀏覽器顯示網(wǎng)頁時，瀏覽器發(fā)送請求給服務(wù)器計算機系統(tǒng)
15以將限定該網(wǎng)頁的HTML文件傳送至客戶計算機系統(tǒng)。當(dāng)該請求的HTML文件被客戶計算機 系統(tǒng)接收時，瀏覽器顯示由該HTML文件限定的網(wǎng)頁。HTML文件含有控制文本、圖形、控件及 其它特征的顯示的各種標記。HTML文件可以含有可在服務(wù)器計算機系統(tǒng)或其它服務(wù)器計算 機系統(tǒng)上利用的其它網(wǎng)頁的URL。在另一個方面中，本發(fā)明提供為特定病人制備眼科透鏡的方法。該方法包括接收 包括所述病人的眼睛的一組特性數(shù)據(jù)的處方；基于該處方設(shè)計眼科透鏡的3-D數(shù)學(xué)模型； 將所述3-D數(shù)學(xué)模型以數(shù)學(xué)方式切成多個薄且垂直疊加的層，每個層在該層的水平處具有 限定的厚度分布和與所述3-D數(shù)學(xué)模型的橫截面對應(yīng)的幾何結(jié)構(gòu)；以及將多個所述薄且垂 直疊加的層中的每一個的厚度分布和幾何結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成控制信號，該控制信號控制立體光刻 機以在可交聯(lián)或可聚合裝置形成材料的浴中層靠疊加層地產(chǎn)生眼科透鏡。眼睛的處方最低程度地包括眼睛的低階像差，例如散焦、散光和棱鏡，和可選地后 表面(凹面)的適當(dāng)曲度。優(yōu)選地，眼睛的處方包括眼睛的波前像差和/或眼睛的角膜形 貌數(shù)據(jù)。個體的眼睛的波前像差可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何適合的方法測定。例 如，Liang等人在J. Optical Soc. Am. 11 :1_9 (該文獻全文在本文引入供參考)中揭示了 如何使用Hartmarm-Shack系統(tǒng)測定眼睛在各種瞳孔直徑下的波前像差。波前像差一般以 Zernike多項式量化，該Zernike多項式是在單位圓內(nèi)正交的一組函數(shù)。因為Zernike多項 式是正交的，所以像差是可分離的并且可以這樣處理。第一階Zernike模是線性項。第二階 Zernike模是二次項，它們與像差例如散焦和散光對應(yīng)。第三階Zernike模是三次項，它們 與彗差和彗差狀像差對應(yīng)。第四階Zernike模式含有球面像差以及其它模式。第五Zernike 模式是高階的不規(guī)則的像差。瞳孔內(nèi)的波前中的局部不規(guī)則性由這些高階的Zernike模式 表不。本文所使用的眼睛的“高階”像差是指超過散焦和散光的單色像差，即第三階、第 四階、第五階和更高階波前像差。可以使用角膜形貌儀或角膜地形儀(videokeratoscope)獲得角膜形貌數(shù)據(jù)。角 膜形貌數(shù)據(jù)可以呈適合用于設(shè)計眼科透鏡的任何形式。示例性的形式包括，但不限于， Zernike多項式、點云數(shù)據(jù)等。優(yōu)選，角膜形貌數(shù)據(jù)呈將眼睛的波前像差量化的形式。包含 在眼睛的一組特性數(shù)據(jù)中的角膜形貌數(shù)據(jù)也可以是來源于人口研究的平均角膜形貌。設(shè)計、以數(shù)學(xué)方式切片和轉(zhuǎn)換的步驟在計算機系統(tǒng)中進行，該計算機系統(tǒng)經(jīng)由界 面與顧客(病人或眼睛護理醫(yī)生)連接。計算機系統(tǒng)和顧客之間的界面可以是任何常規(guī)界 面，例如互聯(lián)網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)、寬域網(wǎng)、點到點撥號連接、硬線聯(lián)絡(luò)、無線聯(lián)絡(luò)等。不太優(yōu)選地，界面 是手動通信方式，例如處方的紙印本，它通過傳真或郵件或手交給計算機操作員來傳送，計 算機操作員使用例如，鍵盤、觸摸屏、語音識別硬件和軟件或掃描儀將信息輸入計算機。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方案中，為特定病人制備眼科透鏡的方法還包括使用 于制備眼科透鏡的控制信號變得可利用的步驟。在這個實施方案中，可以經(jīng)由上述界面使 控制信號直接地從計算機傳送給顧客，或不太優(yōu)選地，將控制信號記錄在計算機可讀的介 質(zhì)里，將該介質(zhì)寄往或手交給顧客。圖4是說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方案的方框圖。這一優(yōu)選的實施方案提供使用全球 網(wǎng)在互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)在遠程位置為特定病人制備一對眼科透鏡的方法。
參照圖4，服務(wù)器系統(tǒng)110包括服務(wù)器引擎111、透鏡設(shè)計引擎113、查詢引擎112、 立體光刻引擎114、用戶標識符表122、各種網(wǎng)頁121、病人數(shù)據(jù)庫131、眼睛護理醫(yī)生數(shù)據(jù)庫 132和SKU數(shù)據(jù)庫133。服務(wù)器引擎111接收進入由URL識別的網(wǎng)頁的HTTP請求并為各種用戶計算機系 統(tǒng)提供網(wǎng)頁。一旦當(dāng)顧客計算機系統(tǒng)首先與服務(wù)器系統(tǒng)相互作用，服務(wù)器引擎就還向用戶 計算機系統(tǒng)分配和發(fā)送用戶標識符。顧客計算機系統(tǒng)然后包括它的用戶標識符與送到服務(wù) 器系統(tǒng)的所有消息，從而服務(wù)器系統(tǒng)可以識別消息源。透鏡設(shè)計引擎113是基于病人眼睛的處方設(shè)計一對眼科透鏡的3-D數(shù)學(xué)模型的計 算機程序。該處方優(yōu)選包括個體眼睛的波前像差和角膜形貌。透鏡設(shè)計引擎113可以為該 對眼科透鏡產(chǎn)生為適應(yīng)角膜形貌和校正像差而優(yōu)化的一組物理和光學(xué)參數(shù)。這組物理和光 學(xué)參量可以用來產(chǎn)生一對新的定制透鏡或被查詢引擎112 (即計算機程序)用于針對含有 所有預(yù)先設(shè)計的眼科透鏡的SKU數(shù)據(jù)庫搜索。查詢引擎采用算法來為兩個眼睛中的每一個 找出一列SKU，它們中每一個可以充分地適應(yīng)該眼睛的角膜形貌和充分地校正該眼睛的像 差。這列SKU包括透鏡信息，例如一種或多種可交聯(lián)或可聚合裝置形成材料，每種透鏡與相 應(yīng)眼睛的角膜形貌的順應(yīng)性，和用特定SKU可達到的視力。優(yōu)選地，每種透鏡與相應(yīng)眼睛的 角膜形貌的順應(yīng)性作為交互式三維圖示顯示在用戶計算機系統(tǒng)中并且用特定SKU可達到 的視力作為圖示，例如，模擬視網(wǎng)膜圖像質(zhì)量顯示在相同計算機系統(tǒng)中。病人可以選擇一種 可交聯(lián)或可聚合裝置形成材料和一對SKU或可以請求設(shè)計一對新的眼科透鏡。本文所使用的“接觸透鏡可以充分地校正眼睛的像差”是指透鏡可以校正眼睛的 像差至少到眼睛護理醫(yī)生規(guī)定的程度。立體光刻引擎114是計算機程序，其將眼科透鏡的3-D數(shù)學(xué)模型以數(shù)學(xué)方式切成 多個薄且垂直疊加的層，每個層在該層的水平處具有限定的厚度分布和與所述3-D數(shù)學(xué)模 型的平面橫截面或彎曲截面對應(yīng)的幾何結(jié)構(gòu)，并且其將多個所述薄且垂直疊加的層中的每 一個的厚度分布和幾何結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成控制信號，該控制信號控制立體光刻機以在可交聯(lián)或可 聚合裝置形成材料的浴中層靠疊加層地產(chǎn)生眼科透鏡。該產(chǎn)生的控制信號然后將被送到顧 客計算機系統(tǒng)140，該計算機系統(tǒng)140控制立體光刻機(未顯示)而產(chǎn)生一對眼科透鏡。病人數(shù)據(jù)庫131含有病人特定的訂單信息，例如病人名稱，和各個病人或潛在病 人的計費信息。眼睛護理醫(yī)生數(shù)據(jù)庫132含有眼睛護理醫(yī)生特定的訂單信息，例如眼睛護理醫(yī)生 所護理的病人的名稱，和各個病人或潛在病人的眼睛護理醫(yī)生的地址和聯(lián)系信息。顧客標識符表122含有每個用戶標識符對最后與用戶計算機系統(tǒng)相聯(lián)系的病人 或眼睛護理醫(yī)生的映射，該用戶標識符是唯一地識別用戶計算機系統(tǒng)的全球唯一標識符。顧客計算機系統(tǒng)140包括瀏覽器141、分配的用戶標識符142和輸入/輸出(I/ 0)界面裝置。顧客標識符存儲在文件(稱為“cookie”)中。輸入裝置接收操作員的輸入 (例如數(shù)據(jù)、命令等)并經(jīng)由通信介質(zhì)將此種輸入傳送到顧客計算機系統(tǒng)140。任何已知的、 適合的輸入裝置可以用于本發(fā)明，例如鍵盤、指點器(鼠標、輥球、跟蹤球、光筆等)、觸摸屏 等。視情況而定，用戶輸入還可以存儲然后從數(shù)據(jù)/命令文件取回。輸出裝置向操作員輸 出信息。顧客計算機系統(tǒng)經(jīng)由通信介質(zhì)將這樣的信息傳送到輸出裝置。任何眾所周知的、 適合的輸出裝置可以用于本發(fā)明，例如監(jiān)視器、打印機、軟盤驅(qū)動器、語音合成器等。在一個
17更優(yōu)選的實施方案中，經(jīng)由通信介質(zhì)將可以至少測量波前像差，優(yōu)選至少測量個體眼睛的 波前像差和角膜形貌的傳感器系統(tǒng)與顧客計算機系統(tǒng)連接。用戶計算機系統(tǒng)可以包括可以與服務(wù)器系統(tǒng)相互作用的硬件和軟件的任何組合。 一個實例是包括電視基系統(tǒng)的用戶計算機系統(tǒng)。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明在遠程位置為特定病人制備一對眼科透鏡的方法可以在除互聯(lián) 網(wǎng)以外的各種環(huán)境中執(zhí)行。除互聯(lián)網(wǎng)以外的示例性環(huán)境包括，但不限于，電子郵件環(huán)境、局 域網(wǎng)、寬域網(wǎng)和點到點撥號連接。在又一個方面中，本發(fā)明提供為特定病人制備眼科透鏡的系統(tǒng)，包括計算機或計 算機系統(tǒng)；與所述計算機或計算機系統(tǒng)通信以促使病人或他的眼睛護理醫(yī)生(該醫(yī)生照看 該病人)輸入該病人的眼睛處方的裝置；基于該處方設(shè)計眼科透鏡的3-D數(shù)學(xué)模型的裝置； 將所述3-D數(shù)學(xué)模型以數(shù)學(xué)方式切成多個薄且垂直疊加的層的裝置，每個層在該層的水平 處具有限定的厚度分布和與所述3-D數(shù)學(xué)模型的平面橫截面或彎曲截面對應(yīng)的幾何結(jié)構(gòu)； 和將多個所述薄且垂直疊加的層中的每一個的厚度分布和幾何結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成控制信號的裝 置，該控制信號控制立體光刻機以在光可固化/可交聯(lián)或可聚合裝置形成材料的浴中層靠 疊加層地產(chǎn)生眼科透鏡。在另一個方面中，本發(fā)明提供用于計算機系統(tǒng)中以利用立體光刻制備眼科透鏡的 計算機程序產(chǎn)品，該計算機程序產(chǎn)品包括記錄介質(zhì)；記錄在所述記錄介質(zhì)上的基于病人 的眼睛的處方設(shè)計眼科透鏡的3-D數(shù)學(xué)模型的裝置；記錄在所述記錄介質(zhì)上的將所述3-D 數(shù)學(xué)模型以數(shù)學(xué)方式切成多個薄且垂直疊加的層的裝置，每個層在該層的水平處具有限定 的厚度分布和與所述3-D數(shù)學(xué)模型的平面橫截面或彎曲截面對應(yīng)的幾何結(jié)構(gòu)；和記錄在所 述記錄介質(zhì)上的將多個所述薄且垂直疊加的層中的每一個的厚度分布和幾何結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成 控制信號的裝置，該控制信號控制立體光刻機以在可交聯(lián)或可聚合裝置形成材料的浴中層 靠疊加層地產(chǎn)生眼科透鏡。雖然參照優(yōu)選的實施方案和實施例實施方案描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人 員應(yīng)該理解各種修改、增補和刪除在由以下權(quán)利要求所限定的本發(fā)明范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種制造眼科裝置的方法，包括將一定量光可固化材料導(dǎo)入容器；其中所述容器包括模具表面；產(chǎn)生定義眼睛的矯正需求的數(shù)字3 D數(shù)學(xué)模型；以及經(jīng)由圖案產(chǎn)生器經(jīng)過所述模具投射UV光的程序化圖案；其中所述UV光的程序化圖案將所述可固化材料固化成由所述模具表面和所述數(shù)字模型界定的眼科裝置形狀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述UV光的程序化圖案通過將所述數(shù)字模型輸入軟件 程序而確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述模具表面是單個模具表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中所述單個模具表面是陽模表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述眼科裝置形狀由所述UV光的圖案的持續(xù)時間和強 度決定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述UV光的圖案是單獨投射的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述UV光的圖案是成組投射的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述UV光的圖案是以灰度級投射的，其中所述灰度級 由所述UV光的散焦度限定。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述數(shù)字模型包括多個薄疊加層，每個層具有限定的 厚度分布和與所述數(shù)字3-D數(shù)學(xué)模型的平面或彎曲截面對應(yīng)的幾何結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中將每個薄疊加層的所述厚度分布和幾何結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成 控制信號，該控制信號控制所述圖案產(chǎn)生器從所述光可固化材料以層靠疊加層的方式產(chǎn)生 所述眼科裝置。
11.一種制造眼科裝置的系統(tǒng)，包括計算機系統(tǒng)；與所述計算機系統(tǒng)通信以促使用戶輸入眼睛的處方的裝置；基于所述處方設(shè)計眼科裝置的數(shù)字3-D數(shù)學(xué)模型的裝置；數(shù)字地確定所述數(shù)字3-D數(shù)學(xué)模型的裝置，所述數(shù)字3-D數(shù)學(xué)模型包括與所述數(shù)字3-D 數(shù)學(xué)模型的橫截面對應(yīng)的幾何結(jié)構(gòu)；將所述數(shù)字3-D數(shù)學(xué)模型的幾何結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換成控制信號的裝置，所述控制信號控制立體 光刻機以在浸于光可固化材料的浴中的陽模上產(chǎn)生所述眼科裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中所述與所述計算機系統(tǒng)通信的裝置是經(jīng)過互聯(lián)網(wǎng)與 計算機連接的調(diào)制解調(diào)器。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)還包括確定眼睛的波前像差的波前傳感器。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)還包括測定眼睛的角膜形貌數(shù)據(jù)的角膜形 貌儀或角膜地形儀。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)還包括立體光刻機。
16.根據(jù)權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中所述模具是單個陽模。
全文摘要
一種眼科透鏡的制造方法，包括將一定量光可固化透鏡材料導(dǎo)入容器，其中所述容器包括模具表面。該方法還包括產(chǎn)生定義眼睛的矯正需求的數(shù)字3-D數(shù)學(xué)模型并經(jīng)由圖案產(chǎn)生器經(jīng)過所述模具投射UV光的程序化圖案，其中所述UV光的程序化圖案將所述光可固化透鏡材料固化成由所述模具表面和所述數(shù)字模型界定的透鏡形狀。
文檔編號B29D11/00GK101980855SQ200980111337
公開日2011年2月23日 申請日期2009年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月2日
發(fā)明者A·S·里馬耶, A·吉里阿爾德, D·W·羅森, R·E·施維爾扎爾, S·約翰斯頓 申請人:諾瓦提斯公司;佐治亞技術(shù)研究公司