(57)【要約】  人の眼の視力矯正やその他の目的に使用できる収差矯正のための光学的補正用具の調製方法を提供する。硬化性材料が２つの板の間に保持され、矯正しようとする収差に基づいて、所望の硬化輪郭線を１つ確定し、その線の下方には予め設定してある屈折率が得られるようにし、そのラインに沿って材料を硬化させるために、そのラインに沿って光ビームを集束し、そのラインの上方の未硬化材料を取り除き、次いでそのラインの下方の未硬化材料を一括硬化することによって、上記調製プロセスを迅速化することができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
屈折輪郭を決定するステップと、該輪郭に沿って硬化性材料を硬化させるために前記輪郭に沿って光ビームを照射させるステップと、前記輪郭の上方の前記硬化性材料の領域を取り除くステップと、前記輪郭の下方の前記硬化性材料に光ビームを照射することによって、前記輪郭の下方の前記硬化性材料のほぼすべてを硬化させるステップを備えることを特徴とする、硬化性材料の層を有する光学系における波面異常を補正する光学素子を製造する方法。
方法。
【請求項２】
前記輪郭の下方の前記硬化性材料の実質的にすべてを硬化させるべく一度に光ビームを照射して、前記輪郭の下方の前記硬化性材料の実質的にすべてを硬化させることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記輪郭に沿った前記硬化性材料が、前記輪郭に沿った連続する位置に前記光ビームを集束することによって硬化されるものである、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記光ビームがビームウェストによって特徴付けられるものであり、該ビームウェストが０．１〜２００ミクロンの範囲である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記所望の屈折輪郭を求めるステップが、前記光学系の波面を測定することからなる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
ための第１透明板および第２透明板がその間に前記硬化性材料を保持するように設定されている、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
少なくとも硬化に先立って、前記硬化性材料は、少なくとも１種類のポリマーおよび少なくとも１種類の重合開始剤を含むものである、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記硬化性材料は、光重合可能なポリマーおよびモノマー、並びにエポキシを含むものである、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
一定量の硬化性材料を、予め定められた輪郭に沿って光ビームを照射してその輪郭に沿って材料を硬化することによって形成される第１層と、輪郭の下方の硬化性材料に光ビームを照射することによって第１層の下方に形成される第２層とからなる、補正用光学系矯正具
【請求項１０】
前記第２層が、一括硬化によって前記第１層の下方に形成されることからなる、請求項９に記載の光学系矯正具。
【請求項１１】
前記第１層の上方の硬化性材料の少なくとも一部分を光学的に安定な材料に置き換えることによって形成される第３層をさらに備える、請求項９に記載の光学系矯正具。
【請求項１２】
前記光学的に安定な材料が、流体である、請求項１１に記載の光学系矯正具。
【請求項１３】
前記光学的に安定な材料は、エポキシおよび硬化阻害剤を含むものである、請求項１１に記載の光学系矯正具。
【請求項１４】
少なくとも１つの波長の硬化照射への暴露から前記硬化性材料を保護するように設計された光学コーティングをさらに備える、請求項９に記載の光学系矯正具。
【請求項１５】
前記第１層および前記第２層を間に固定するように設計された第１透明板および第２透明板をさらに備える、請求項９に記載の光学系矯正具。
【請求項１６】
前記第１透明板が第１レンズである、請求項１５に記載の光学系矯正具。
【請求項１７】
前記第２透明板が第２レンズである、請求項１６に記載の光学系矯正具。
【請求項１８】
前記第２レンズが前記第１レンズの曲率よりも小さい曲率を有している、請求項１７に記載の光学素子。
【請求項１９】
前記予め決定された輪郭は、前記第２レンズの光学特性の少なくとも一部分を基に定められるものである、請求項１７に記載の光学系矯正具。
【請求項２０】
前記所定の輪郭が、少なくとも一部分は前記第１レンズの残余の欠点の補正部に基づいて定められるものである、請求項１７に記載の光学系矯正具。
【請求項２１】
前記所定の輪郭は、少なくとも一部分は前記第１レンズの光学特性に基づいて定められるものである、請求項１６に記載の光学系矯正具。
【請求項２２】
前記輪郭は、球および円筒から成る群より選択される、前記第１レンズの光学的特性の少なくとも１つに基づいて求められる、請求項２１に記載の光学素子。
【請求項２３】
屈折輪郭に隣接する未硬化材料の１つの容積部分を残したまま、該材料の所望の屈折輪郭のみを硬化するステップと、前記未硬化材料の一定量を取り除き、次いで前記未硬化材料の残りの量を一括硬化するステップを備える硬化性材料の層を有する補正素子を製造する方法。
【請求項２４】
少なくとも１回の硬化処理ステップを、該材料中に光ビームを集束することによって実行することを特徴とする、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
該材料において前記光ビームを集束する前記ステップは、該輪郭に沿った連続する位置上へ前記光ビームを集束させることを特徴とする、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記輪郭の上方の該材料の領域を取り除くステップをさらに備えることを特徴とする、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
眼から波面を測定するステップと、かくして測定された波面に基づいて前記屈折輪郭を決定するステップをさらに備えることを特徴とする、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
０．００２〜１．５ラジアンの円錐角を有する前記光ビームを形成するステップをさらに備えることを特徴とする、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
前記材料をその間に保持するための第１透明板および第２透明板を設けることを特徴とする、請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
少なくとも硬化に先立って、前記材料は、少なくとも１種類のモノマーおよび少なくとも１種類の重合開始剤を含むことを特徴とする、請求項２３に記載の方法。
【請求項３１】
少なくとも２つの透明支持板の間に硬化性材料を保持するステップと、前記材料において所望の輪郭を硬化するステップであって、該輪郭の形状は患者の眼から測定される波面に少なくとも部分的に基づいて求められたものであるステップと、並びに、該輪郭が硬化された後、前記輪郭の少なくとも片側の材料を一括硬化するステップとを備えることを特徴とする、眼科用レンズを作成する方法。
【請求項３２】
少なくとも１回の硬化処理ステップを、前記材料中に光ビームを集束することによって実行することを特徴とする、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記一括硬化処理ステップの前または後に、前記輪郭の上方の前記材料の領域を取り除くことを特徴とする、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記輪郭に沿った前記材料の硬化を、前記輪郭に沿った連続する位置に前記光ビームを集束することによって行うことを特徴とする、請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
前記光ビームは、０．１〜２００ミクロンの範囲のビームウェストによって特徴付けられることを特徴とする、請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
さらには、０．００２〜１．５ラジアンの円錐角を有する前記光ビームを形成することを特徴とする、請求項３１に記載の方法。
【請求項３７】
少なくとも１つの透明素子および硬化性材料を有する矯正具を製造する装置であって、該装置は、前記材料を硬化するのに適した光源を提供する、少なくとも１つの照射源と、前記少なくとも１つの照射源からの光を焦点に合焦するように構成された少なくとも１つのレンズと、前記硬化性材料に対して相対的に前記焦点を並進させるように構成された、少なくとも１つのＸ−Ｙ−Ｚ並進運動機構と、並びに、前記硬化可能な層における所定の輪郭に沿って前記焦点を並進させることを前記並進運動機構に指示するように構成された制御装置を備えることを特徴とする。
【請求項３８】
前記硬化性材料の少なくとも一部分を一括硬化するように構成された少なくとも１つの照射源をさらに有することを特徴とする、請求項３７に記載の装置。
【請求項３９】
前記少なくとも１つの照射源が、前記硬化性材料の少なくとも一部分を一括硬化するように構成されたものであることを特徴とする、請求項３７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は全般的には、光学系で使用するための屈折矯正具の製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２００１年６月４日出願の「波面収差測定器および製造方法」と題する米国特許出願第０９／８７５，４４７号、２００２年８月１２日出願の「人間の眼の高次収差を矯正する装置および方法」と題する米国特許出願第１０／２１８，０４９号、および２００２年１０月３日出願の「樹脂混合物の空間的局部硬化を用いた波面矯正をする矯正具を製造する装置および方法」と題する米国特許出願第１０／２６５，５１７号に関するものであり、そのすべての内容は、参考資料として本願明細書に援用する。
【０００３】
多くの光学系において、光学系を通過する光は、近軸光ビーム、具体的には光軸の近くに存在し小角度内に維持される光ビームに限定されるものと考えるのが一般的である。この考え方によれば、便宜上球面のみに限定される可能性がある矯正用具を、光学系によって生成される像に存在するいかなる収差をも矯正するように設けることができるというものである。非球面光学部品を製造することはできるが、それには費用と時間がかかるものである。
【０００４】
上記の問題の一例は人間の眼である。従来からの考え方によれば、眼球の欠点は、一般に球面を有するレンズによって矯正できる「乱視」および「焦点ずれ」と呼ばれる欠点を含む低次の欠点に限定される。しかし実際には、人間の眼を含む光学系は、従来から想定されている球面のみの視力矯正で補正できるようなものに限定されることはめったにない。人間の眼の場合、例えば、「コマ収差」および「トレフォイル」として知られる欠点を含む（但しこれらに限定されない）高次の欠陥が存在することがある。これらの欠点は残念ながら、従来型のメガネまたはコンタクトレンズでは矯正することができず、利用可能な最善の矯正レンズが処方されたとしても、患者は最適な視力を得ることはできない。
【０００５】
さらに、多くの場合、すべての収差を同時に最小にすることは困難である。実際に、ある種類の収差を最小にするために光学系を矯正すると、他の種類の収差が増えることがある。ほんの一例を挙げると、コマ収差を減らすことによって球面収差が増えることがある。
【０００６】
さらに、本明細書で明らかになるように、製造時に生じた光学系における収差を矯正する必要があることもしばしばである。このプロセスは繰り返しが多く時間がかかる。この理由は、そのプロセスでは、組み立て、位置合わせ、収差を特定するための性能評価、分解、収差を矯正するための研磨または研削、再組み立て、および再テストが行われるからである。適切な光学系を開発する前に、何度も繰り返しが必要になることがある。
【特許文献１】WO  ２００４／０３４０９５
【特許文献２】WO  ２００４／０１５４８１
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一の態様は、硬化性材料の層を有する補正用矯正具を製造する方法に関する。この方法は、所望の屈折輪郭を決めるステップと、次にその輪郭に沿って材料を硬化するためにその輪郭に沿って光ビームを集束するステップを含んでいる。また、この方法は、この輪郭の上方の材料の領域を取り除くステップも含んでいる。次いで、輪郭の下方の材料に光ビームを照射することによって、輪郭の下方のほぼすべての材料を一括硬化させる。輪郭の下方のほぼすべての材料を同時に照射することによって、輪郭の下方のほぼすべての材料が一度に硬化されることが好ましい。
【０００８】
より好ましい態様として、輪郭に沿った連続する位置に光ビームを集束することによって、輪郭に沿って材料を硬化させる。この光ビームは、ビームウェストによって特徴付けることができ、そして、このビームウェストは、好ましくは０．１〜２００ミクロンの範囲であり、好ましくは０．００２〜１．５ラジアンの円錐角を持って形成され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
一実施形態においては、第１透明板および第２透明板との間に材料を保持する。好ましい実施形態においては、硬化に先立って、この材料は少なくとも１種類のモノマーと少なくとも１種類の重合開始剤を含むものである。この材料は、エポキシ材料またはその他の光重合材料であってもよい。
【００１０】
別の態様においては、硬化性材料の層を有する補正用光学系矯正具を製造する方法は、その材料における所望の屈折輪郭のみを硬化するステップと、その屈折輪郭により閉じ込められる未硬化材料の１つの容積部分を残すステップと、その閉じ込められる部分の外部の材料を取り除くステップと、次に輪郭により閉じ込められる未硬化材料の１つの容積部分を一括硬化するステップを含む。
【００１１】
さらに別の態様においては、メガネレンズおよびコンタクトレンズを作成する方法は、２枚の透明支持板の間に硬化性材料を保持するステップを含んでいる。表面または輪郭が材料において硬化されるが、その輪郭の形状は患者の眼から測定された波面に基づいて決められる。輪郭の硬化後、輪郭の少なくとも片側の材料が一括硬化される。
【００１２】
さらにまた別の態様においては、補正用光学系矯正具は、一定量の硬化性材料を所定の輪郭に沿って光ビームを照射してその輪郭に沿って材料を硬化することによって形成される第１層と、輪郭の下方の硬化性材料に光ビームを照射することによって第１層の下方に形成される第２層を含んでいる。この光学矯正具は、第１層の上方の硬化性材料の少なくとも一部分を光学的に安定な材料に置き換えることによって形成される第３層を含んでいることが好ましい。
【００１３】
別の態様においては、少なくとも１つの透明素子および硬化性材料を有する矯正具を製造する装置は、少なくとも１つの照射源を含んでいる。この照射源は、材料を硬化させるのに適した光源を提供することができる。照射源からの光を焦点に焦点合わせさせるようにレンズを構成することができる。硬化性材料に対して相対的に焦点を並進させるように、Ｘ−Ｙ−Ｚ並進運動機構が構成される。硬化可能な層における所定の輪郭に沿って焦点を並進させることを並進運動機構に指示するように、制御装置が構成される。硬化性材料の少なくとも一部分を一括硬化させるように、少なくとも１つの照射源が構成されることが好ましい。
【００１４】
最初に図１を参照しながら本発明を詳細に説明する。硬化前の矯正具を全説明を通して１０と表して図１に示す。図のように、矯正具１０は、第１の固型のまたは可撓性の透明板１２、第２の固型のまたは可撓性のある透明板１４、およびこれらの透明板に挟まれたエポキシなどの硬化性材料の材料層１６を含む。図１に示したように、透明板１２、１４は平面状であり得、あるいはその一方または両方は、既存の屈折力を示す、外側に向かって曲がった表面を含み得る。必要に応じて、後述するエポキシ硬化の前後に、障壁（図示していない）を用いて該板１２、１４の間にエポキシ１６を包含することができる。
【００１５】
好ましい材料１６はエポキシであるが、当然のことながら、エポキシは、材料１６のほんの一例にすぎず、一般にはモノマーおよび重合開始剤から成る硬化可能な樹脂であればよい。一実施形態においては、この樹脂は光硬化性を有している。材料１６の屈折率は、硬化に連れて変化する。硬化の程度は、材料１６内のモノマー間の架橋結合の割合によって決まる。硬化可能な光重合材料の例として、エポキシド、ウレタン、チオールエン、アクリレート、セルロースのエステル、メルカプトエステルポリマーから成る群より選択される硬化性ポリマーが挙げられる。光重合材料の好ましい例は、スター・テクノロジー株式会社（Star
Technology, Inc.）から入手できる、チオールおよびエン・ポリマー配合物であるＶＬＥ−４１０１  紫外・可視光硬化エポキシ（VLE-4101 UV-Visible
Light Cure Epoxy）、またはノーランド・プロダクツ株式会社（Norland Products, Inc.）から入手できる光学接着剤６３番紫外硬化剤（Optical
Adhesive #63, U.V.Curing）である。これらの樹脂は通常、３００〜５５０ナノメートル（ｎｍ）の範囲の紫外（ＵＶ）光または可視光の放射への暴露によって硬化することができる。通常、適切な材料は、硬化につれて屈折率の変化を示す。また、光硬化性材料の場合、対応する硬化光源は、適切な硬化波長、例えば２５０〜３０００ｎｍの範囲内の波長を有するものである。
【００１６】
但し当然のことながら、光など、硬化する放射またはエネルギーに暴露されると、同様に屈折率の変化を示す適切な樹脂がこれら以外にも数多く存在する。本発明においては、例えば、光開始剤を用いて長鎖分子に重合する他のモノマーを使用してもよい。適切なモノマーとしては、エポキシド類、ウレタン類、チオールエン類、アクリレート類、セルロース−エステル類、またはメルカプト−エステル類、および広義のエポキシド類から成る群から選択することができる。また例えば、適切な光開始剤としては、ベンゾインエーテル類、ベンジルケタール類、アセトフェノン類、ホスフィンオキシド類などのアルファ開裂型光開始剤、あるいはベンゾフェノン類、チオキサントン類、カンファーキノン類、又はビスイミダゾールなどの水素引き抜き型光開始剤、あるいはアリールジアゾニウム塩類、アリールスルホニウムとアリールヨードニウムの塩類、又はフェロセニウム塩類などのカチオン光開始剤から選択することができる。あるいは、その他の光開始剤として、フェニルホスホニウム・ベンゾフェン塩類、アリール−ターシャリール−ブチル・パーエステル類、チタノセン、又はＮＭＭなどを、使用してもよい。
【００１７】
次いで図２を参照して、本矯正具を製造する方法１００の実施形態について説明する。この方法は開始ブロックから、硬化性材料１６を用意するステップ１８で始まる。次にステップ２０において、材料１６内の所望の輪郭５４を決める。所望の輪郭５４を決める際は、輪郭が決められるだけでなく、一実施形態において、輪郭５４の下方に残る材料の厚さも決められる。言い換えれば、硬化された状態において材料１６の屈折率が変化することを利用して、所望の空間リターデーション分布を有する矯正具を提供するために、両方の輪郭、および板１２、１４に対して相対的な輪郭の位置を決めることができる。
【００１８】
図３は、所望の輪郭５４を決める方法を示している。ここでは、球面収差、乱視、および高次収差から成り得る発散波として波面２２を例示している。かかる波面を例えば、格子を利用したシャックハルトマン波面検出技術または空間分解屈折率測定方法を採用したシステムなど、当業者に周知の方法およびシステムを用いて眼から測定したり、決定することができる。仮想上の断面２４において、波面は点２６、２８、３０、３２に位置する交点を有している。波面の頂点は３４で示され、交点２６、２８、３０、３２の上を移動する。頂点３４と交点の間の距離は通常、空間における物理的距離の単位で表される。頂点３４は、平面２４上に投影された点３６を有している。
【００１９】
この波面を補償するために、方法１００の実施形態が適用されて、頂点３４の移動を遅くする波面リターデーション輪郭が材料１６において生成される。したがって、所望の輪郭５４は、矯正装置から平面波が出射するように波面２２の共役を引き起こす屈折率を硬化後に示す、材料１６の一部分の表面である。図３に示した波面２２のプロファイルと同じ三次元分布プロファイル３８を有する輪郭５４または硬化プロファイルの例を、図４に示している。
【００２０】
特に、好ましい一実施形態においては、理想的な補正に必要なリターデーションの単位を次のように計算できると仮定してみて下さい。さらに、硬化された材料と未硬化材料１６の間の屈折率の差Δｎが知られていると仮定してみて下さい。この屈折率は通常、０．００１〜０．１の範囲内である。必要とされる最大リターデーションは、波２２の頂点３４と、平面２４上への頂点の投影点２４の間の物理的距離「ｄ」である。したがって、材料１６の必要な厚さは少なくともｄ／Δｎとなる。材料１６の硬化プロファイルにおいて、リターデーションの大きさの尺度は、硬化されるエポキシの厚さの大きさがｄ／Δｎとなるような程度のもの、またはプロファイルピーク３８での屈折率の、断面４２上へ頂点の投影点４０に対する差を統合したものがｄ／Δｎとなるような程度のものである。かかるプロファイルの効果は、波２２の頂点３４が最大のリターデーションまたは相調整を受け、交点２６、２８、３０、３２における波が、材料１６の未硬化部分に存在する屈折率プロファイルの対応する位置４４、４６、４８、５０においてリターデーションを受けないということである。したがって、硬化後の材料１６の所望の輪郭は、その屈折率によって、補償しようとする波面のプロファイルに適合するプロファイルが確定されるのである。
【００２１】
図２に示したプロセス１００に戻って、一度所望の輪郭５４が決定されると、ステップ５２において、図５に示したように材料１６は所望の輪郭５４に沿って硬化される。輪郭５４の上方および下方の材料は、このステップにおいては実質的には、未硬化の状態のままであってもよい。
【００２２】
この硬化は、例えばビーム整形ユニットと組み合わせて、光源を使用してエネルギー源または照射源を輪郭線に沿って当てることによって行うことができる。ビーム整形ユニットについては、上述した関連出願の中で詳しく説明されている。便宜上、先の開示の部分をここで一部繰り返す。光源をビーム整形ユニットとともに使用すると、好ましい実施形態において、小さい空間容積もしくは体積の中に実質的に収斂し厳密に焦点合わせされた光ビームが生成される。これに限定されるものではないが、一例を挙げると、光ビームは集束レンズを通過して、矯正具１０に向けられる、収斂するまたは焦点合わせしながら光ビームを形成することができる。ここで、光ビームは第１透明板１２を通過して、三次元輪郭面の二次元断面である所望の輪郭線５４上に焦点合わせされる。この光ビームが輪郭５４上のモノマー（例えば材料１６）に照射され、光開始剤が活性化されて、材料１６内の硬化プロセスが開始される。この硬化プロセスの結果、材料内の屈折率が変化する。光暴露を止めると硬化が中断され、屈折率の変化が終わる。
【００２３】
図２Ａは、材料１６を硬化するための製造システム１２４の一実施形態を示す概略図である。システム１２４の実施形態は、Ｘ方向レール１２８およびＹ方向レール１３０を有するＸ−Ｙ−Ｚ走査ユニット２６を含んでいる。また、システム１２４の実施形態は、Ｘ方向レールまたはＹ方向レールから延伸するＺ方向レール１３２も含んでいる。ビーム整形ユニット１３６を有する光源１３４がＺ方向レール１３２に取り付けられており、このレール上で移動可能である。ビーム整形ユニット１３６は、高品質のビームを生成するために、空間フィルタリング構成部品およびビームコリメーション（collimation）構成部品を含んでもよい。
【００２４】
光源１３４はビーム整形ユニット１３６とともに、好ましい実施形態において収斂レンズ１４０を通過して、矯正具１０に向かう、収斂するまたは焦点合わせされた光ビーム１４２を形成する光ビーム１３８を指向させる。集束した光ビーム１４２は、第１透明板１２を通過して、層１６内の１４４において焦点合わせされる。一実施例においては、収斂レンズ１４０は、大口径の顕微鏡対物レンズである。
【００２５】
光源１３４が輪郭５４に沿って材料１６を照射し、それにより光開始剤が活性化されて、周囲の材料１６内の硬化プロセスが開始される。この硬化プロセスの結果、輪郭５４に沿って材料１６の屈折率が変化する。光暴露を止めると材料１６の硬化が中断され、それにより、輪郭５４に沿って材料１６が示す屈折率の変化が終わる。
【００２６】
光源１３４の活性化および出力レベル、並びにＸＹＺ軸に沿った位置は、制御装置１４６によって制御することができる。制御装置１４６は、光源１３４と、光源１３４をレール１２８、１３０、および１３２の１つ以上に沿って動かすための構成部品とに電気的に接続されている。制御装置１４６は、モニター１５０が接続されているコンピュータ１４８から、実行すべき所望の屈折率プロファイルに関する指示を受け取ることができる。より詳細には、レール１２８、１３０、１３２に沿って光源１３４を、それぞれ矢印１５２、１５４、５６６で示した方向に移動させることと、光源１３４の出力を設定することとによって、層１６を輪郭５４に沿って硬化させることができる。樹脂混合物１６における焦点１４４の深度は、集束レンズ１４０と層１６の間の距離ｄｄを適切に設定することによって設定される。
【００２７】
好ましい実施形態においては、光源１３４の出力密度は、光源への電流を調整することによって制御される。別の実施形態においては、層１６内に供給される光の量は、恒常的な光源１３４の強度レベルと、ポッケルセルまたはその他の偏光回転手段や偏光弁別器を含む、可変光減衰器を用いて制御することができる。当然のことながら、その他の光強度制御方法を用いることもできる。
【００２８】
別の実施形態においては、光ビーム１４２は固定ビームであってもよく、光学素子が三次元空間で並進してもよい。かくして、輪郭５４は、光の焦点上にポリマー材料を硬化することによって作成される。収斂光ビームが透明板１２を通過し、材料１６内で収斂する。具体的には、光ビームの縁が、輪郭５４上にある焦点で収斂し、その焦点において材料１６を硬化する。次に、硬化されたばかりの点に隣接する、輪郭５４上の点に光ビームが移動してその点を硬化し、輪郭５４全体が硬化されるまで、さらに次の点へと進む。
【００２９】
上記で「焦点」という言葉を用いているが、その焦点における光ビームは、数学において大きさを持たない真の「点」にあるのではなく、収斂光ビームへの暴露によって硬化される、材料１６における領域を表す「ビームウェスト」と呼ばれる、ある１つの容量において焦点合わせされる。一般的に言えば０．００２〜１．５ラジアンの範囲の円錐角を有する光ビームを使用することができるが、この範囲に限定されない。
【００３０】
所望の輪郭５４に沿った硬化容積部分間の距離が、光ビームの直径、すなわちビームウェストよりも小さく、そのために重なり領域が形成されることが好ましい。更に好ましい実施形態においては、光ビームの重なり領域の大きさは、ビームウェストの大きさの１５〜８５％の範囲で変化してもよい。これに限定されるものではないが、特に好ましい実施形態においては、光ビームの重なり領域の大きさは、ビームウェストの大きさの４０〜６０％の範囲であり得る。
【００３１】
好ましい実施形態においては、ビームウェストは２０ミクロン（２０μｍ）以下の範囲である。但し、０．１〜２００ミクロンの範囲のビームウェストを用いることもできる。屈折率プロファイルの寸法が顕微鏡レベルの微小であるような、より厳しい状況では、顕微鏡対物レンズを備える回折限界的な集束構成を用いることができる。例えば、口径が０．５の集束レンズとともに、３５０ｎｍの波長光を生成する光源を用いることができる。この組み合わせの構造によって、この場合のビームウェストは、空気中で約０．８６ミクロン（０．８６Φｍ）の長さとエポキシ樹脂中の屈折率１．５４を有する。一例を挙げると、ビームウェストが１．３５ミクロンであり、エポキシの表面直下の焦点深度は０．８７ミクロンである。
当然のことながら、輪郭５４に沿った硬化容積部分は互いに逐次的で連続することができ、あるいは、一連の走査にランダムにアクセスすることができ、ここで、ビームウェストが重ならずに新しい硬化位置が以前の位置から隔離されている。
【００３２】
図２に戻り、プロセス１００のステップ５６に移って、材料１６が輪郭５４に沿って硬化された後、輪郭の上方の、すなわち該板１２と輪郭５４の間の余分な未硬化材料１６を、一実施形態において取り除くことができる。これは、板１２を取り外し、次に余分な未硬化材料を取り除くことによって行うことができる。あるいは、板１２を所定の場所に残したまま、余分な未硬化材料を適切な溶剤を用いて洗い流すことによっても行うことができる。
【００３３】
次にステップ５８に進み、残りの未硬化材料１６、すなわち輪郭５４の下方の材料１６が、例えば輪郭５４の下方の材料１６を一括照射することによって一括硬化され、図６に示したように、硬化容積部分６０が確定される。言い換えれば、残りの材料内の連続した小さい容積部分上に硬化光ビームを集束するという手間のかかる作業の代わりに、単一の、場合によっては焦点合せされていない光ビームを、残りの未硬化部分のほぼすべてに指向させて一度に硬化することができる。これにより、処理にかかる時間と費用を節約することができる。その結果もたらされる、硬化部分６０の屈折率が、線５４の輪郭と協働して、上記の開示に従って矯正しようとする波面の共役を生じさせる。
【００３４】
図２Ａの製造システム１２４の一実施形態においては、レンズ１４０を光学経路から取り除いて、硬化部分６０を形成する一括硬化を可能にすることができる。別の実施形態においては、システム１２４は、硬化部分６０を一括硬化する第二の光源（図示していない）を構成するものであってもよい。
【００３５】
一実施形態においては、本プロセスは図２のステップ６２に続く。図７に示したように、輪郭５４の上方の部分または空隙に、光学的に安定した流体またはその他の材料６４を再充填してもよい。光学的に安定した材料は、照射に暴露されても屈折率の変化を示すことはない。別の実施形態においては、この部分に、材料１６と同じまたは類似の材料であるが、光暴露時に硬化作用を防止するために光開始剤を含まない材料を充填してもよい。さらに別の実施形態においては、エポキシが照射に暴露されても硬化を阻害する、フェノールやヒドロキノン誘導体などの硬化抑阻害剤を含有するエポキシをこの部分に再充填する。さらにまた別の実施形態においては、材料に応じて、材料を硬化する所定の範囲の波長に暴露されないように材料を保護するために、光学コーティングが板１２、１４に施される。
【００３６】
未硬化材料を取り除いてその容積部分を、光学的に安定した材料に置き換えるまたは置き換えないことによって、光源に長時間暴露された場合の屈折率の変化に耐える安定した矯正具１０を確立することができる。これは、予め未硬化の材料を硬化を生じさせるような波長を含む日光またはその可能性がある他の光源に矯正具１０が暴露される環境において特に有用である。
【００３７】
様々な実施形態において、硬化計画によっては、材料１６を必ずしも完全に硬化する必要はない。例えば、部分的に硬化されたエポキシでは、同じ量の完全に硬化されたエポキシに比べ屈折率の変化が少ない。このため、完全に硬化された材料と部分的に硬化された材料の混合物が、波面補正に役立つこともある。
【００３８】
本発明の実施形態は、任意の空間的変動とともに任意のリターデーションレベルを示すことがある安定した光学波長板を提供するのに役立つ。矯正具１０の実施形態は、例えば直径がミリメートルから数メートルの断面の光ビームにおけるひずみの矯正に適用できる。矯正具１０は、わずか１つから数個という少数の波ひずみを矯正できるだけでなく、最大数百個の波をも矯正できる。屈折力矯正機能を含むスタンドアローン型の波面ひずみ矯正手段も様々な実施形態の一つとに含められる。
【００３９】
一実施形態においては、ミラーの表面の非平坦性が、本発明の原理を用いてミラーの前面に適切に硬化された素子を提供することによって矯正される。別の実施形態においては、矯正具が、上記の原理に従って別の光学用レンズにおける欠点を矯正するレンズとして構成される。
【００４０】
また、一部の実施形態は、レンズ領域全体にわたる波長の屈折の増加が有ってもこれに対応できる特製の眼鏡レンズを作成するのに特に有用であり、かくしてレンズによって個々人の眼の収差に合わせて調整された局所的な波面矯正ができるのである。好ましい実施形態においては、眼の収差は上記のように測定される。この波面測定の結果は、ピストン（piston）、チップ（tip）、チルト（tilt）、焦点ずれ（球面屈折力）、乱視とその軸、並びに三次および高次ゼルニケ多項式で記述可能な高次収差を含むことができる。現在利用可能な眼科用レンズのうち、最も適合するレンズを用いて、屈折力と呼ばれるプリズム（チップ、チルト）、球面収差、および乱視の各成分を矯正することができる。但し、通常は１／８ジオプターの増分に限られる。次に、機械的な研削および研磨が原因で生じる球および乱視の未矯正部分と、現在の従来型眼科用レンズでは矯正できない高次収差とを含め、収差の矯正を完成させるために方法１００の実施形態が適用される。かかる実施に当たっては、従来型の眼科用レンズが板１２、１４の一方を形成し、カバーレンズが他方の板を形成し、硬化された材料の薄層がその間に配設され、上記のように硬化される。これに限定されるものではないが一例として、従来型レンズは、通常は近視患者向けの負の屈折力を有するレンズであり得、従来型レンズの外面、すなわち眼から最も遠い面は、内面よりも曲率が低い。そのカバーレンズは焦点を合わせる機能を有していてもいなくてもよく、組み合わされたレンズ系全体の厚さを最低限に抑えるために薄いことが好ましい。本カバーレンズは、従来型レンズの外面の曲率にほぼ一致する表面曲率を有していてもよい。かくしてこの組み合わせの構造が例えば本発明の原理に従って測定され、カバーレンズおよび硬化性材料を含む、全体的な屈折力および収差が決定される。これは、組み合わされたレンズ構造の矯正および収差を眼の測定値から差し引いて残存収差プロファイルを得ることによって、材料１６の硬化計画に割り当てられる。次に、上記の原理に従って材料が硬化され、残存収差が取り除かれる。眼科用レンズの面積は３〜７０ｍｍの範囲にすることができ、且つ患者の瞳の大きさ以上である。次に、レンズの光中心がメガネフレームにおける瞳孔位置の入り側に配置され、次に、患者のメガネにぴったりと収まるような適切なサイズにレンズがカットされる。
【００４１】
別の実施形態は、望遠鏡、顕微鏡、走査型共焦点検眼鏡や眼底カメラなどの眼科診断用機器といった検査機器の分解能の向上に関する。すべてのケースにおいて各検査機器には、レンズなどの屈折素子、ミラーやビームスプリッタなどの反射素子、並びにグレーティングや音響光学結晶および電気光学結晶などの回折素子が含まれる。本発明の実施形態では、高精度光学部品に比べ１０〜５０倍もコストを低減できる低精度光学部品を用い、上記の如く矯正具を使用して付随する残存収差を補正することによって、かかる装置の製造コストを下げることができる。
【００４２】
一実施形態においては、選択された光学系の収差は、まず、干渉分光法または収差感知法を用いて解析および測定され、次に、適切に構成された矯正具のための材料１６の硬化計画を策定し、これによって、波面収差を排除することが出来る。矯正される光学系には、必要に応じて、特定の利用者の眼から得られる収差を含めさせることができ、これによっても収差を補正することができる。望遠鏡の場合、像光ビームがほぼ平行である、望遠鏡の対物レンズに隣接して矯正具１０が位置決めされる。顕微鏡の場合、矯正具１０は接眼レンズに隣接して位置決めされる。
【００４３】
顕微鏡矯正と同様に矯正することができる眼底カメラの場合、検査される患者の眼の収差は、カメラの分解能の制限を受けることがある。制限を受ける場合、眼の調節筋が麻痺している毛様体筋麻痺の状態の眼の収差をなくすように、矯正具１０を、例えばプロセス１００によって最初に構成することができる。次に、カメラの収差を矯正するための別個の矯正具１０をカメラに取り付ける。
【００４４】
本明細書で詳しく説明した、光重合材料の空間的局部硬化を用いた波面矯正のための眼鏡レンズを製造する特定の装置および方法は、本発明の上記の目的を十分に達成することができるが、当然のことながら、この装置および方法は本発明の現在の好ましい実施形態であって、本発明で広く意図されている主題を代表するものである。また、当然のことながら、本発明の範囲は、当業者にとって明白となり得る他の実施形態を完全に包含するものであって、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲以外の何ものによっても制限されることはない。添付の特許請求の範囲において、単数形の要素の表現は、明確な特定がない限り、「唯一の」ではなく「１つ以上の」を意味するものとする。また、添付の特許請求の範囲に包含されるため、本発明によって解決しようとするあらゆる問題に装置または方法が取り組む必要はない。さらに、本開示におけるいかなる要素、構成部品、または方法ステップも、その要素、構成部品、または方法ステップが特許請求の範囲において明確に挙げられているかどうかにかかわらず、一般のためのものであるとは意図されていない。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】硬化前の矯正具の断面図である。
【図２】矯正具を製造する方法のフローチャートである。
【図２Ａ】図１の矯正具を製造する装置の一実施形態を示す概略図である。
【図３】補正すべき収差を有する波面の概略図である。
【図４】図３の波面に示された収差を矯正するレンズを硬化させるための屈折率プロファイルを示す概略図である。
【図５】輪郭に沿った硬化後の矯正具の断面図である。
【図６】輪郭の下方の材料を一括硬化させた後の矯正具の断面図である。
【図７】輪郭の上方の空隙に一括充填した後の矯正具の断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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