КОНТАКТНЫЕ ЛИНЗЫ С ВНЕДРЕННЫМИ МЕТКАМИ
CONTACT LENSES WITH EMBEDDED LABELS

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область применения изобретения
Настоящее изобретение относится к офтальмологическим линзам, более конкретно, к контактным линзам, которые включают одну или более внедренных структур, чувствительных к направлению падающего света, и которые можно использовать для ряда целей, включая использование в качестве инверсионного маркера, рецептурной метки, метки наименования и/или косметического усиливающего средства. Данные структуры рассеивают свет под диапазоном углов таким образом, что структуры могут быть видны под данным диапазоном углов, обеспечивая прекрасную видимость независимо от угла обзора.
2. Описание смежной области
Миопия, или близорукость, представляет собой оптический или рефракционный дефект глаза, при котором лучи света фокусируются в точке, расположенной перед сетчаткой. Миопия по существу возникает из-за удлиненной формы глазного яблока или чрезмерной кривизны роговицы. Для коррекции миопии можно использовать минусовую линзу или линзу с отрицательной сферической силой. Гиперметропия, или дальнозоркость, представляет собой оптический или рефракционный дефект глаза, при котором лучи света фокусируются в точке, расположенной за сетчаткой. Гиперметропия по существу возникает из-за укороченной формы глазного яблока или недостаточной кривизны роговицы. Для коррекции гиперметропии можно использовать плюсовую линзу или линзу с положительной сферической силой. Астигматизм представляет собой оптический или рефракционный дефект глаза, при котором зрение человека становится нечетким из-за неспособности глаза фокусировать точечный объект в виде фокусного изображения на сетчатке. Астигматизм вызывается аномальной кривизной роговицы. Идеальная роговица имеет сферическую форму, тогда как у людей с астигматизмом ее форма отличается от сферической. Иными словами, роговица по существу более искривлена или выпукла в одном направлении, чем в другом, что приводит к тому, что изображение не фокусируется в одной точке, а растягивается. Для коррекции астигматизма можно использовать скорее цилиндрическую, а не сферическую линзу.
Контактные линзы можно использовать для коррекции миопии, гиперметропии, астигматизма, а также других дефектов остроты зрения. Контактные линзы также можно использовать для улучшения природного внешнего вида глаз пользователя линз. Контактные линзы представляют собой линзы, которые непосредственно помещают на глаз. Контактные линзы относятся к медицинским устройствам и могут применяться для коррекции зрения и/или для косметических или иных терапевтических целей. Контактные линзы применяют в коммерческих масштабах для улучшения зрения с 1950-х гг. Первые контактные линзы получали или изготавливали из твердых материалов, и они были относительно дорогими и хрупкими. Кроме того, данные первые контактные линзы изготавливали из материалов, которые не обеспечивали достаточной диффузии кислорода через контактную линзу в конъюнктиву и роговицу, что могло потенциально привести к ряду нежелательных клинических эффектов. Хотя данные контактные линзы используют и в настоящее время, они подходят не всем пациентам из-за низкого уровня первичного комфорта. Дальнейшие разработки в данной области привели к созданию мягких контактных линз на основе гидрогелей, которые в настоящее время чрезвычайно популярны и широко используются. В частности, силикон-гидрогелевые контактные линзы, доступные в настоящее время, сочетают преимущества силикона, отличающегося чрезвычайно высокой кислородной проницаемостью, с признанным комфортом при ношении и клиническими показателями гидрогелей. По существу данные силикон-гидрогелевые контактные линзы обладают более высокой кислородной проницаемостью, и они по существу более удобны для ношения, чем контактные линзы, полученные из применявшихся в прошлом твердых материалов.
Контактные линзы должны быть тонкими и гибкими для обеспечения комфорта пользователя. Такая гибкость может привести к выворачиванию контактных линз при использовании. По существу выворачивание контактной линзы происходит, когда обращенная к роговице или задняя искривленная сторона контактной линзы выворачивается и становится передней искривленной стороной линзы в результате определенного обращения. Таким образом, если контактную линзу поместить на глаз в вывернутом состоянии, не достигается необходимая коррекция зрения и комфорт. Таким образом, существует необходимость в маркировке контактных линз таким образом, чтобы их нормальное состояние можно было легко отличить от вывернутого состояния. Для того чтобы не нарушить эстетические и оптические свойства контактной линзы, в настоящее время используют маркер вывернутого состояния, предпочтительно получаемый в виде небольшой последовательности цифр, расположенной на периферической зоне контактной линзы. Это делает маркер едва заметным, что требует особых усилий и подходящего освещения, чтобы найти и идентифицировать его. Таким образом, существует необходимость в маркере вывернутого состояния, который может включать множество символов и/или знаков, которые хорошо видны и легко идентифицируются, когда контактная линзы находится вне глаза, но исчезает или становится оптически невидимым при расположении на глазу.
Контактные линзы также может быть сложно идентифицировать. Например, без упаковки трудно определить производителя конкретных линз. Кроме того, без упаковки может быть трудно определить рецептурную оптическую силу, и это особенно затруднительно для людей, у которых значения различны для каждого глаза. Иными словами, контактную линзу для левого глаза следует надевать на левый глаз, а контактную линзу для правого глаза следует надевать на правый глаз. Таким образом, может быть особенно полезно иметь контактные линзы с внедренной маркировкой. Внедренная маркировка может выступать в качестве маркера вывернутого состояния, как описано выше, рецептурной метки, метки наименования, косметического улучшающего средства и/или может выполнять любую другую подходящую функцию. Метка наименования подходит не только для распознавания марки изделия, но также для предотвращения и профилактики фальсификаций. Предпочтительно внедренная маркировка должна быть хорошо заметна, когда линза находится не на глазу, но должна быть невидима при расположении на глазу как для пользователя, так и других людей, и не должна влиять на оптические и эстетические свойства линзы.
ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Контактные линзы с внедренными метками в соответствии с настоящим изобретением преодолевают недостатки, связанные с предшествующим уровнем области техники, как кратко изложено выше.
В соответствии с одним аспектом настоящее изобретение относится к офтальмологической линзе с внедренной меткой. Офтальмологическая линза содержит контактную линзу и одну или более внедренных структур, чувствительных к направлению падающего света, которые внедрены в контактную линзу.
В соответствии с другим аспектом настоящее изобретение относится к офтальмологической линзе с внедренной меткой. Офтальмологическая линза содержит контактную линзу и одну или более внедренных структур, которые влияют на распространение света, падающего на контактную линзу.
В соответствии с другим аспектом настоящее изобретение относится к способу изготовления метки для внедрения во вторичный объект. Способ включает стадии нанесения фотоориентирующего отделяемого материала на подложку, центрирования фотоориентирующего отделяемого материала линейно поляризованным светом для получения на подложке однородного фона, размещения маски в заданном положении перед подложкой, воздействия на однородный фон на подложке интерферирующими пучками света с ортогональными состояниями поляризации сквозь маску, покрытия подложки реакционной жидкокристаллической пленкой, полимеризации реакционной жидкокристаллической пленки, отделения жидкокристаллической полимерной пленки от подложки и переноса по меньшей мере части снятой пленки на вторичный объект.
В соответствии с другим аспектом настоящее изобретение относится к способу изготовления метки для внедрения во вторичный объект. Способ включает стадии нанесения фотоориентирующего отделяемого материала на подложку, центрирования фотоориентирующего отделяемого материала линейно поляризованным светом для получения на подложке однородного фона, размещения маскированной дифракционной волновой пластины перед однородным фоном на подложке, воздействия на однородный фон на подложке одним пучком света сквозь маскированную дифракционную волновую пластину, покрытия однородного фона на подложке реакционной жидкокристаллической пленкой, полимеризации реакционной жидкокристаллической пленки, отделения жидкокристаллической полимерной пленки от подложки и переноса по меньшей мере части снятой пленки на вторичный объект.
В соответствии с другим аспектом настоящее изобретение относится к способу изготовления метки для внедрения во вторичный объект. Способ включает стадии нанесения фотоориентирующего отделяемого материала на подложке, создания на фотоориентирующем отделяемом материале условий фотоориентирования дифракционной волновой пластиной путем воздействия на нее заданной циклоидной картины поляризации, нанесения реакционной жидкокристаллической пленки на фотоориентирующий слой в соответствии с заданной циклоидной картиной поляризации, полимеризации реакционной жидкокристаллической пленки, отделения жидкокристаллической полимерной пленки от подложки и переноса по меньшей мере части снятой пленки на вторичный объект.
В соответствии с другим аспектом настоящее изобретение относится к способу изготовления метки из чешуек из циклоидных дифракционных волновых пластин для внедрения во вторичный объект. Способ включает стадии нанесения фотоориентирующего отделяемого материала на подложке, создания на фотоориентирующем отделяемом материале условий фотоориентирования с дифракционной волновой пластиной путем воздействия на нее заданной циклоидной картины поляризации, нанесения реакционной жидкокристаллической пленки на фотоориентирующий слой в соответствии с заданной циклоидной картиной поляризации, полимеризации реакционной жидкокристаллической пленки, отделения жидкокристаллической полимерной пленки от подложки, создания чешуек из полимеризованной жидкокристаллической пленки и переноса по меньшей мере части чешуек на вторичный объект.
Настоящее изобретение относится к контактным линзам с внедренными метками и к способам нанесения их на линзы таким образом, чтобы метка была видна только тогда, когда линза находится не на глазу. Контактная линза или контактные линзы в соответствии с настоящим изобретением содержат оптическую пленку, внедренную за пределами оптической зоны. Оптическая пленка может содержать дифракционную решетку, которая рассеивает проходящий сквозь нее свет, но дифракция не видна в отраженном от решетки свете, что делает ее невидимой как для пользователя, так и других людей, когда линза находится на глазу. Преимущество использования внедренных меток, состоящих из дифракционных волновых пластин, заключается в высокоэффективной широкополосной дифракции с тонкой пленкой сплошной структуры.
В соответствии с настоящим изобретением описанные выше функции можно достигнуть благодаря использованию дифракционных волновых пластин и других светопропускающих голографических пленок. Метки из дифракционных волновых пластин обладают рядом преимуществ, включая тот факт, что для получения высокого контраста можно использовать очень тонкослойные материалы, дифракция является широкополосной как в спектральном, так и в угловом отношении, доступен широкий набор дифракционных структур, а производство компонентов является сравнительно недорогим.
Следует отметить, что внедренные метки в соответствии с настоящим изобретением можно реализовать любым количеством подходящих способов. Однако независимо от способа реализации внедренных меток они содержат структуры, чувствительные к направлению света, как подробно описано в настоящем документе. В более широком смысле внедренные метки содержат структуры, влияющие на распространение падающего света. Внедренные метки представляют собой малозатратный, легкий в производстве вариант для четкой идентификации контактных линз.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Следующие и прочие характеристики и преимущества настоящего изобретения станут понятны после следующего более подробного описания предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированных с помощью прилагаемых чертежей.
На фиг. 1А представлено схематическое изображение видимой метки, связанной с контактной линзой, в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 1В представлено схематическое изображение контактной линзы, показанной на фиг. 1А, расположенной на глазу, в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 2 представлено схематическое изображение метки, выполненной с возможностью чтения снаружи контактной линзы, в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 3 представлено схематическое изображение светопропускающего оптического элемента, визуально изменяющего проходящий сквозь него свет, но не отраженный от него свет.
На фиг. 4A представлено схематическое изображение записи голограммы, несущей информацию при помощи двух интерферирующих пучков света.
На фиг. 4B представлено схематическое изображение чтения информации, записанной в голограмме, показанной на фиг. 4A, при помощи проходящего сквозь нее падающего света.
На фиг. 5 представлено схематическое изображение структуры циклоидной дифракционной волновой пластины.
На фиг. 6A представлено схематическое изображение циклоидной дифракционной волновой пластины, расположенной над текстом.
На фиг. 6B представлено схематическое изображение циклоидной дифракционной волновой пластины, расположенной на тексте, показанном на фиг. 6A.
На фиг. 7A представлено схематическое изображение дифракции пучка света на циклоидной дифракционной волновой пластине в вертикальной ориентации.
На фиг. 7B представлено схематическое изображение дифракции пучка света на циклоидной дифракционной волновой пластине в горизонтальной ориентации.
На фиг. 8A представлено схематическое изображение вертикально модулированной циклоидной дифракционной картины на фоне из однородно ориентированного материала.
На фиг. 8B представлено схематическое изображение горизонтально модулированной циклоидной дифракционной картины на фоне из однородно ориентированного материала.
На фиг. 8C представлено схематическое изображение циклоидной дифракционной картины с двухмерной модуляцией.
На фиг. 8D представлено схематическое изображение горизонтально модулированного циклоидного дифракционного фона с однородно ориентированной картиной.
На фиг. 9 представлено схематическое изображение записи циклоидной дифракционной волновой пластины через маску при помощи двух интерферирующих пучков света в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 10 представлено схематическое изображение печати циклоидной дифракционной волновой пластины для метки через маску и шаблонную циклоидную дифракционную волновую пластину, выступающую в качестве преобразователя поляризации, в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 11A представлено схематическое изображение циклоидных дифракционных волновых пластин для меток на подложке между скрещенными поляризаторами.
На фиг. 11В представлено схематическое изображение несущей метки полимерной пленки, отделенной от стекла, между скрещенными поляризаторами.
На фиг. 11С представлено схематическое изображение полимерной пленки без поляризаторов.
На фиг. 12 представлено схематическое изображение процесса изготовления метки для контактной линзы путем создания рисунка с использованием реакционных жидких кристаллов на подложке с циклоидным фотоориентированием с последующей полимеризацией и отделением в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 13 представлено схематическое изображение альтернативного процесса изготовления метки для контактной линзы в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 14А и 14В представлены схематические изображения процесса удаления полимерной пленки, содержащей набор печатных меток, с подложки в соответствии с настоящим изобретением.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Контактными линзами называют линзы, которые непосредственно помещают на глаз. Контактные линзы относятся к медицинским устройствам и могут применяться для коррекции зрения и/или для косметических или иных терапевтических целей. Контактные линзы применяют в коммерческих масштабах для улучшения зрения с 1950-х гг. Первые контактные линзы получали или изготавливали из твердых материалов, и они были относительно дорогими и хрупкими. Кроме того, данные первые контактные линзы изготавливали из материалов, которые не обеспечивали достаточной диффузии кислорода через контактную линзу в конъюнктиву и роговицу, что могло потенциально привести к ряду нежелательных клинических эффектов. Хотя данные контактные линзы используют и в настоящее время, они подходят не всем пациентам из-за низкого уровня первичного комфорта. Дальнейшие разработки в данной области привели к созданию мягких контактных линз на основе гидрогелей, которые в настоящее время чрезвычайно популярны и широко используются. В частности, силикон-гидрогелевые контактные линзы, доступные в настоящее время, сочетают преимущества силикона, отличающегося чрезвычайно высокой кислородной проницаемостью, с признанным комфортом при ношении и клиническими показателями гидрогелей. По существу данные силикон-гидрогелевые контактные линзы обладают более высокой кислородной проницаемостью, и они по существу более удобны для ношения, чем контактные линзы, полученные из применявшихся в прошлом твердых материалов.
Доступные в настоящее время контактные линзы остаются высокорентабельным средством коррекции зрения. Тонкие пластиковые линзы располагаются над роговицей глаза для коррекции дефектов зрения, включая миопию, или близорукость, гиперметропию, или дальнозоркость, астигматизм, т.е. асферичность роговицы, а также пресбиопию, т.е. потерю способности хрусталика к аккомодации. Доступны различные формы контактных линз, которые получены из различных материалов для обеспечения разных функциональных возможностей. Мягкие контактные линзы для повседневного ношения, как правило, получают из мягких полимерных материалов, которые соединяют с водой для кислородной проницаемости. Мягкие контактные линзы для повседневного ношения могут представлять собой одноразовые линзы для повседневного ношения или одноразовые линзы длительного ношения. Одноразовые контактные линзы для повседневного ношения обычно носят на протяжении одного дня и затем выбрасывают, в то время как одноразовые контактные линзы длительного ношения обычно носят до тридцати дней. Для обеспечения различных функциональных возможностей цветных мягких контактных линз используют различные материалы. Например, в контактных линзах с окрашиванием для повышения различимости используют светлое окрашивающее вещество для облегчения поиска пользователем выпавшей контактной линзы, контактные линзы, усиливающие цвет, содержат полупрозрачное окрашивающее вещество, которое предназначено для усиления натурального цвета глаз, цветные контактные линзы содержат более темное, непрозрачное окрашивающее вещество, предназначенное для изменения цвета глаз, а тонированные контактные со светофильтром предназначены для усиления определенных цветов с одновременным приглушением других. Жесткие газопроницаемые контактные линзы получают из полимеров с содержанием силоксана, но они более жесткие, чем мягкие контактные линзы, что позволяет им сохранять свою форму и делает их более долговечными. Бифокальные контактные линзы специально разработаны для пациентов с пресбиопией и доступны как в виде мягких, так и жестких контактных линз. Торические контактные линзы специально разработаны для пациентов с астигматизмом и также доступны как в виде мягких, так и жестких контактных линз. Также доступны комбинированные линзы, сочетающие разные описанные выше аспекты, например гибридные контактные линзы.
Контактные линзы должны быть тонкими и гибкими для комфорта пользователя. Такая гибкость может привести к выворачиванию контактных линз при использовании. Таким образом, существует необходимость в маркировке контактных линз, состоящей из маркировки в той или иной некоторой форме, которая позволяет легко отличить нормальное, или невывернутое, состояние контактной линзы от вывернутого состояния. Чтобы не нарушить эстетические и оптические свойства контактной линзы, в настоящее время используют маркер вывернутого положения, предпочтительно полученный в виде небольшой последовательности цифр, расположенной на периферической зоне каждой контактной линзы. Это делает маркер едва заметным и требует особых усилий и/или подходящего освещения, чтобы расположить и идентифицировать знаки. Весьма востребованы внедренная метка или маркировка в соответствии с настоящим изобретением, которые хорошо видимы и легко идентифицируются, когда контактная линза находится вне глаза, но становятся невидимыми, когда располагаются на глазу. Внедренную маркировку можно использовать в качестве маркера вывернутого положения, в качестве рецептурной метки, метки наименования, косметического улучшающего средства и/или для любых других целей или функций.
Настоящее изобретение относится к контактным линзам, содержащим одну или более внедренных структур, чувствительных к направлению света. Одна или более внедренных структур влияют на распространение падающего на контактную линзу света. Более конкретно, одна или более внедренных структур чувствительны к направлению света, и, таким образом, их можно использовать для манипуляций со светом и достижения необходимого влияния на распространение света. Данные структуры не обязаны формировать изображение, но должны рассеивать свет в диапазоне углов таким образом, что структуры выявляются под диапазоном углов, обеспечивая прекрасную видимость независимо от угла обзора.
На фиг. 1A и 1B показана контактная линза 100, содержащая внедренную метку 102, сформированную из дифракционных областей 104. В данном примере осуществления дифракционные области 104 расположены в виде рисунка, образующего цифровую последовательность 123, и расположены вне оптической зоны контактной линзы 100. Дифракция естественного освещения, проходящего через дифракционные области 104, делает рисунок хорошо различимым, причем внедренная метка 102 является невидимой, когда контактная линза 100 расположена на глазу 106 из-за отсутствия проходящего через нее света, как показано на фиг. 1B. Как показано на фигуре, внедренная метка 102 является невидимой, когда контактная линза 100 расположена на глазу 106. Внедренная метка 102 может представлять собой любую подходящую маркировку, такую как показанные цифры, буквы, знаки, рисунки, символы и/или любую их комбинацию. Кроме того, внедренную метку 102 можно вставить в разных ориентациях относительно контактной линзы 100. Например, на фиг. 2 внедренная метка 202 выполнена с возможностью чтения в том случае, если смотреть на наружную поверхность контактной линзы 200, в отличие от контактной линзы 100, показанной на фиг. 1A, где внедренная метка 102 выполнена с возможностью чтения в том случае, если смотреть на внутреннюю поверхность контактной линзы 100.
Общую концепцию, лежащую в основе настоящего изобретения, а именно видимость при прохождении света сквозь метку и невидимость при отсутствии проходящего сквозь метку света, можно объяснить с использованием простой линзы в качестве примера. На фиг. 3 показана такая линза 300. Проходя сквозь линзу 300, лучи падающего света 302 подвергаются сильному отклонению от первоначального направления распространения из-за оптической силы линзы 300, как показано на примере лучей пропускаемого света 304. С другой стороны, отраженный свет 306 на поверхности линзы 300 является недостаточно сильным, чтобы возникал линзовый эффект. Более того, если расстояние a между объектом и линзой с фокусным расстоянием f уменьшить таким образом, чтобы a<<f (например, если поместить линзу прямо на текст), то расстояние до формируемого изображения b становится почти равным -a, в соответствии с уравнением линзы, а это значит, что изображение совпадет с объектом. Таким образом, ситуация будет аналогична рассматриванию текста через простое стеклянное окно. Простое стеклянное окно по существу представляет собой линзу с бесконечно большим фокусным расстоянием.
Таким образом, для создания внедренной метки в соответствии с концепцией настоящего изобретения можно использовать микролинзы в качестве пиксельных элементов. Однако по существу нежелательно создавать дополнительный рельеф поверхности, особенно для контактных линз. Кроме того, такой рельеф может быть невидимым из-за совпадения показателя преломления с растворами для хранения, применяемыми с контактными линзами. Следовательно, в предпочтительном примере осуществления в качестве внедренной метки можно использовать голограмму, записанную на соответствующем носителе. Голография представляет собой процесс, при помощи которого можно создавать трехмерные изображения. По существу голография представляет собой методику, позволяющую записать свет, рассеиваемый на объектах, и затем восстановить его при отсутствии оригинального светового поля. Существует несколько разных типов голограмм, например, голограмма в проходящем свете и поляризационная голограмма. Кроме того, существует несколько способов создания голограмм, которые описаны ниже.
В предпочтительном примере осуществления, как показано на фиг. 4A, вместо линзы, описанной выше применительно к фиг. 3, записывают голограмму в проходящем свете 400 с использованием интерферирующих пучков света - объектного пучка 402 и опорного пучка 404. Объект 406 в данном примере осуществления представляет собой последовательность букв ABC. Голограмма в проходящем свете - это голограмма, в которой объектный пучок и опорный пучок падают на записывающий носитель с одной стороны, как показано на фиг. 4A. На фиг. 4B представлен пример голограммы в проходящем свете 400 на носителе 408. Записанная голограмма в проходящем свете 400 по существу представляет собой пленку постоянной толщины с модулированным показателем преломления в толще носителя 408. Записанная голографическая картина восстанавливается в присутствии опорного пучка 410, который создает голографическое изображение 412.
Носитель для записи голограмм должен преобразовывать исходную интерференционную картину в оптический элемент, модифицирующий либо амплитуду, либо фазу падающего света пропорционально интенсивности исходного светового поля. Носитель для записи голограмм предпочтительно способен давать полное разрешение всех полос, создаваемых в результате интерференции между объектным пучком и опорным пучком. Если реакция носителя на пространственные частоты, определяемые по расстоянию между полосами, является низкой, то дифракционная эффективность голограммы будет низкой, и при чтении голограммы будет получено мутное изображение. Если реакция носителя является высокой, то дифракционная эффективность голограммы будет высокой, и будет получено яркое изображение. Примеры записывающих материалов включают фотографические эмульсии, бихромированный желатин, фоторезисты, фототермопластики, фотополимеры, фотопреломляющие жидкие кристаллы и жидкокристаллические полимеры.
Жидкие кристаллы представляют собой материалы с промежуточными свойствами между свойствами традиционных жидкостей и свойствами твердых кристаллов. Существует множество типов жидкокристаллических фаз, различимых по разным оптическим свойствам. Жидкие кристаллы (ЖК) и жидкокристаллические полимеры (ЖКП) являются особенно важным классом материалов для голографической записи по ряду причин. Во-первых, модуляция эффективного показателя преломления в ЖК может достигать 0,1, что по меньшей мере в 100 (сто) раз больше, чем в других материалах. Во-вторых, жидкокристаллические материалы, как с низкой, так и с высокой молекулярной массой, обеспечивают гибкость при разработке голографических решеток, удовлетворяющих различным наборам функциональных требований. В-третьих, ЖК являются недорогими и легко регулируемыми материалами. Жидкие кристаллы, диспергированные в голографическом полимере (H-PDLC), представляют собой пример голографического носителя, в котором модуляция показателя преломления является результатом распределения ЖК, диспергированных в полимерной матрице. Данные дисперсии можно получить с использованием пар компонентов, выбранных из большого разнообразия жидких кристаллов и полимеров, исходя из требований по совпадению показателей преломления. Например, нематические ЖК 4-циано-4'-пентилбифенила (5CB) можно сочетать с адгезивом Norland NOA 65 в приблизительном соотношении 1:1 и полимеризовать интерферирующими пучками ультрафиолета (УФ) при комнатной температуре.
Как правило, голограммы в проходящем свете характеризуются низкой дифракционной эффективностью и являются спектрально избирательными. Одно важное преимущество ЖК-материалов заключается в возможности записи поляризационных голограмм интерферирующими пучками света с ортогональными состояниями поляризации. В таком рисунке интенсивность остается постоянной, а результатом перекрывания является модуляция поляризации света на участке перекрывания пучков. В особенно важном случае пучков с круговой левосторонней и правосторонней поляризацией эффективная поляризация на участке перекрывания является линейной и поворачивающейся в пространстве в области рисунка, как показано на фиг. 5 и подробно описано ниже. Данная картина поляризации может давать соответствующую модуляцию оптической оси в так называемых фотоанизотропных материалах. Примеры фотоанизотропных носителей включают, например, малахитовый краситель в бихромированном желатине и, что более важно для предпочтительного варианта осуществления, полимеры, допированные азобензольным красителем, например ПВС, допированный метиловым красным. В настоящее время известно большое количество фотоанизотропных материалов на основе азобензольных полимеров, полиэфиров, жидких кристаллов из фотосшитого полимера с боковыми группами мезогенного 4-(4-метоксициннамоилокси)бифенила и т.п. Особый класс таких материалов известен как фотоориентирующие материалы, поскольку их используют в тонкопленочных покрытиях для создания анизотропных граничных условий для центрирования жидких кристаллов и жидкокристаллических полимеров. Примеры таких материалов включают сульфоновый бисазокраситель SD1 и другие азобензольные красители, в частности, материалы серии PAAD, доступные от компании BEAM Engineering for Advanced Measurements Co. (BEAMCO), поливинилциннаматы и другие.
Особый вид поляризационных голограмм; а именно циклоидные дифракционные волновые пластины (CDW), обеспечивают по существу 100% (стопроцентную) дифракционную эффективность и могут обладать спектральной широкополосностью. Структура циклоидных дифракционных волновых пластин, схематично показанная на фиг. 5, содержит пленку из анизотропного материала 500, в котором ориентация оптической оси непрерывно поворачивается в плоскости пленки 500. При выполнении условия полуволнового запаздывания по фазе, которое, как правило, обеспечивается в пленках из жидкокристаллического полимера (ЖКП) толщиной приблизительно 0,001 мм (один микрометр), достигается почти стопроцентная эффективность в диапазоне видимого света.
Такая необычная для оптики ситуация, при которой тонкая решетка показывает высокую эффективность, будет понятна, если рассмотреть линейно поляризованный пучок света с длиной волны λ, падающий в обычных условиях вдоль оси z на двупреломляющую пленку в плоскости х, у. Если толщина пленки L и ее оптическая анизотропия, Δn, выбраны таким образом, что LΔn=λ/2, а ее оптическая ось ориентирована под углом 45 (сорок пять) градусов, α, относительно направления поляризации входящего пучка, то поляризация выходящего пучка будет повернута под углом 90 (девяносто) градусов, β. Таким образом работает полуволновая пластина. Угол поворота поляризации на выходе из такой волновой пластины, β=2α, зависит от ориентации оптической оси d=(dx, dy)=(cosα, sinα). Жидкокристаллические материалы, как низкомолекулярные, так и полимерные, допускают непрерывное вращение d в плоскости волновой пластины с высокими пространственными частотами, α=qx, где период пространственной модуляции Λ=2π/q может быть сравним с длиной волны видимого света. Поляризация света на выходе из такой волновой пластины имеет непрерывную пространственную модуляцию, β=2qx, и электрическое поле в картине поворотной поляризации на выходе данной волновой пластины дает среднее значение, <Е>=0, и в направлении падающего пучка свет не пропускается. Таким образом, получаемая картина поляризации соответствует перекрытию двух пучков с круговой поляризацией, распространяющихся под углами ±λ/Λ. В случае входного пучка с круговой поляризацией присутствует только один порядок дифракции, +1-й или -1-й, в зависимости от того, является пучок правосторонним или левосторонним.
Изготовление дифракционных волновых пластин из ЖК и ЖК-полимера представляет собой многоэтапный процесс. Технология печати циклоидных дифракционных волновых пластин с шаблонной волновой пластины лучше всего подходит для крупномасштабного производства с высоким качеством и большими площадями, что позволяет избежать всех сложностей, затрат и проблем со стабильностью, характерных для голографических установок. В методике печати используется картина поворотной поляризации, получаемая на выходе шаблонной циклоидной дифракционной волновой пластины при подаче входного пучка с линейной или круговой поляризацией. Период печатаемых волновых пластин удваивается при применении линейно поляризованного входного пучка. По сравнению с прямой записью на фотоанизотропном материале, преимущество технологии жидкокристаллических полимеров на основе фотоориентирования заключается в том, что ЖКП доступны в продаже, например, от компании Merck. Типичные ЖКП, в номенклатуре Merck обозначаемые как реактивные мезогены, такие как RMS-001C, наносят методом центрифугирования (как правило, при 3000 (трех тысячах) об/мин в течение 60 (шестидесяти) секунд) на фотоориентирующий слой и полимеризуют ультрафиолетом (УФ) приблизительно в течение 10 (десяти) минут. Для широкополосной дифракции или корректировки пиковой длины волны дифракции наносят несколько слоев.
Пленка циклоидной дифракционной волновой пластины из жидкокристаллического полимера, нанесенная на стеклянную подложку 600, показана на фиг. 6А, расположена поверх элемента 602 с нанесенным текстом. На фиг. 6А показано, что пленка циклоидной дифракционной волновой пластины из
жидкокристаллического полимера не влияет на изображение текста, на котором она расположена. Однако если рассматривать голографическую запись или метку через пленку циклоидной дифракционной волновой пластины из жидкокристаллического полимера, обладающую высокой дифракционной эффективностью, дифракция расщепляет текст в стороны на изображения +/-1-го порядка 604 и 606 при низкой интенсивности передачи центральной части 608, как показано на фиг. 6В.
Для максимального увеличения видимости метки или маркировки в условиях обычной освещенности можно использовать различные ориентации циклоидных дифракционных волновых пластин, например вертикальную, горизонтальную или иную промежуточную ориентацию. На фиг. 7А показана вертикально ориентированная циклоидная дифракционная волновая пластина 700. Вертикальное центрирование циклоидной дифракционной волновой пластины 700 максимально улучшает видимость при освещении с неба или с потолка 702, поскольку падающий свет рассеивается в пучок 704, идущий в направлении глаза. На фиг. 7В показана горизонтально ориентированная циклоидная дифракционная волновая пластина 706. Горизонтальное центрирование циклоидной дифракционной волновой пластины 706 максимально улучшает видимость при освещении от окон 708, компьютерных экранов и т.п., поскольку падающий свет рассеивается в пучок 710, идущий в направлении глаза.
На фиг. 8А и 8В представлено вертикальное и горизонтальное центрирование циклоидных дифракционных волновых пластин на примере метки 800. На фиг. 8А показано вертикальное центрирование картины циклоидной дифракционной волновой пластины (CDW) 802 с образца метки 800. Фон картины циклоидной дифракционной волновой пластины 804 предпочтительно представляет собой недифракционную прозрачную область с однородно ориентированной оптической осью или изотропную область. Данный тип фона необходим для изготовления высококачественных меток без размытия. На фиг. 8В показано горизонтальное центрирование картины циклоидной дифракционной волновой пластины 806 с образца метки 800. Фон картины циклоидной дифракционной волновой пластины 804 аналогичен описанному выше. Двухмерную модуляцию ориентации оптической оси в циклоидной дифракционной волновой пластине 808, как показано на фиг. 8С, можно использовать для создания двухмерной дифракционной картины, чувствительной к множеству положений источников света или к свету, падающему в разных направлениях. Изображение на фиг. 8Б отличается от фиг. 8А-8С тем, что в представленном примере осуществления фон 812 является дифракционным, а метка или буква 810 имеет однородную ориентацию оптической оси, или она является оптически изотропной. Иными словами, пример осуществления, показанный на фиг. 80, противоположен примерам осуществления, показанным на фиг. 8А и 8В. Таким образом, если смотреть на источник света сквозь контактную линзу, сама метка будет видна в виде ярких букв.
Метку 800, показанную на фиг. 8А и 8В, можно создать или получить несколькими способами. В одном примере осуществления метку, например, такую как показанная на фиг. 8А и 8В, можно получить или создать с использованием методики поляризационной голографии в сочетании с использованием маски. Весь процесс состоит из нескольких стадий. На первой стадии фотоориентирующий отделяемый материал накладывают на подложку. На следующей стадии фотоориентирующий отделяемый материал предварительно центрируют линейно поляризованным светом. На следующей стадии между источниками света, используемыми для создания голографического изображения, и подложкой помещают маску с выполненным на ней заданным рисунком. Маска образует объект для записи изображения. На следующей стадии фотоориентирующий отделяемый материал на подложке подвергают воздействию интерферирующих пучков света в ортогональных состояниях поляризации сквозь маску. На следующей стадии фотоориентирующий отделяемый слой на подложке покрывают реакционной жидкокристаллической пленкой. На следующей стадии происходит полимеризация жидкокристаллической пленки. На следующей стадии полимеризованную жидкокристаллическую пленку отделяют от подложки, и ее можно использовать для любого подходящего применения.
2
Более конкретное описание представлено применительно к фиг. 9. Как показано на фигуре, маску 900 располагают между источниками света (не показаны), создающими пучки 902 и 904, и подложкой 906. Записывающие пучки 902 и 904 могут иметь ортогональную, в частности, круговую поляризацию. Благодаря использованию маски 900 подложка 906, на которой находится фотоориентирующий слой 908, подвергается воздействию модулирующей поляризационной картины только в областях, соответствующих метке. Однако перед данной стадией всю площадь фотоориентирующего слоя следует предварительно центрировать линейно поляризованным светом. В предпочтительном примере осуществления для фотоориентирования используют материалы серии PAAD. Материалы PAAD доступны от компании BEAM CO., г. Уинтер Парк, штат Флорида, и они основаны на азобензоле. Благодаря свойству обратимости материал серии PAAD можно предварительно однородно центрировать перед воздействием модулирующей поляризационной картины. Благодаря высокой фоточувствительности к волнам видимого диапазона фотоориентирование материалов серии PAAD можно проводить с использованием источников видимого света, например, 420 (четыреста двадцать) нм, и малого времени воздействия. Кроме того, материалы серии PAAD также могут выступать в качестве отделяемого слоя для готового продукта, а именно пленки с меткой. Пленку с меткой можно получить путем покрытия фотоориентированной подложки полимеризуемым жидкокристаллическим материалом и полимеризации его неполяризованным светом. Для получения жидкокристаллического полимерного слоя можно использовать реактивные мезогены, доступные от компании Merck & Со. Полимеризуемые жидкокристаллические материалы производства компании BEAM Со являются альтернативным вариантом, преимущество которого заключается в обеспечении видимой дифракции при одном покрытии и с высококачественной пленкой с высокой дифракционной эффективностью и без текстуры. Чтобы получить совершенно прозрачную метку без размытия, фотоориентирующий слой необходимо сначала подвергнуть однородному фотоориентированию в заданном направлении, подвергнув ее воздействию линейно поляризованного света. Затем на слое печатают циклоидную картину благодаря свойству обратимости азобензольных фотоориентирующих материалов. Условия воздействия для однородного и циклоидного центрирования могут быть различными. Например, однородное фотоориентирование можно осуществлять линейно поляризованным УФ-светом, тогда как циклоидную картину можно печатать пучком видимого света. Доза воздействия будет зависеть от конкретного материала, используемого в процессе. Например, как правило, для материалов серии PAAD фотоориентирование может быть достигнуто путем воздействия пучком видимого света в течение одной-десяти минут при плотности энергии 10 (десять) мВт/см. Данное время можно дополнительно уменьшить при увеличении плотности энергии в пучке света.
В альтернативном примере осуществления метку можно создать или получить при помощи одного пучка света и модулятора поляризации. Аналогичным образом весь процесс состоит из нескольких стадий. На первой стадии фотоориентирующий отделяемый материал накладывают на подложку. На следующей стадии фотоориентирующий отделяемый материал предварительно центрируют линейно поляризованным светом. На следующей стадии маскированную дифракционную волновую пластину располагают между источником света и подложкой. На следующей стадии фотоориентированный отделяемый материал на подложке подвергают воздействию света от единственного источника через маскированную дифракционную волновую пластину. На следующей стадии подложку с фотоориентированным отделяемым материалом на подложке покрывают реакционной жидкокристаллической пленкой. На следующей стадии происходит полимеризация реакционной жидкокристаллической пленки. На следующей стадии полимеризованную жидкокристаллическую полимерную пленку отделяют от подложки, и ее можно использовать для любого подходящего применения.
Более конкретное описание представлено применительно к фиг. 10. На фиг. 10 представлена компоновка в соответствии с данным альтернативным примером осуществления. Как показано на фиг. 10, единственный пучок света 1000 падает на маску 1002, расположенную над модулятором поляризации 1004. Модулятор поляризации 1004, например, циклоидная дифракционная волновая пластина, обеспечивает дифракционность рисунка, получаемого на фотоориентирующем слое 1006, который поддерживается подложкой 1008. Подложка 1008 может включать любой подходящий материал, например полимерную пленку. Следует отметить, что дифракционная волновая пластина может иметь вид маски. Маска 1002, модулятор поляризации 1004 и подложка 1008 предпочтительно находятся в непосредственной близости друг к другу в процессе изготовления, аналогично использованию контактной литографии или проекционной системы. Компоновка, показанная на фиг. 10, для удобства разъяснения сильно увеличена в размере.
На фиг. 11А, 11В и 11С представлены различные виды серии меток из циклоидной дифракционной волновой пластины, которые сначала получили на стекле и затем перенесли на тонкую опорную полимерную пленку. На фиг. 11А и 11В представлены метки, рассматриваемые между скрещенными поляризаторами, поэтому фон является темным. Поскольку циклоидные дифракционные волновые пластины модулируют состояние поляризации проходящего через них света, метка 1100 между скрещенными поляризаторами будет яркой. Однако без поляризаторов метки 1100 кажутся темнее фона из-за дифракции света за пределы поля зрения, как показано на фиг. 11С. По существу при помощи данной технологии можно легко изготавливать метки типа «белые на белом» и/или «черные на белом». Это позволяет разработчику создавать метки, которые лучше читаются и/или лучше выглядят на заданном фоне. На фиг. 14А и 14В представлены схематические изображения процесса удаления полимерной пленки, содержащей набор печатных меток, с подложки в соответствии с настоящим изобретением. На фиг. 14А показана полимерная пленка, содержащая серию печатных меток 1402, на подложке 1404. В ходе процесса изготовления подложка 1404 служит опорой для полимерной пленки 1402. На фиг. 14В показана полимерная пленка 1402, отделенная от подложки 1404 для переноса на другой объект, например, опорную пленку или на контактную линзу.
В соответствии с другим альтернативным примером осуществления способа изготовления внедренных меток условия фотоориентирования дифракционной волновой пластиной создают непосредственно на фотоориентирующем слое. Аналогичным образом процесс состоит из нескольких стадий. На первой стадии фотоориентирующий отделяемый материал накладывают на подложку. На следующей стадии на фотоориентирующем слое создают условия центрирования дифракционной волновой пластиной путем воздействия на него циклоидной картины поляризации. На следующей стадии на фотоориентирующий слой накладывают реакционный жидкокристаллический слой в соответствии с необходимым рисунком. На следующей стадии происходит полимеризация реакционного жидкокристаллического слоя. На следующей стадии метку освобождают путем растворения фотоориентирующей отделяемой пленки с использованием растворителя, например, воды. Полученную метку можно использовать в любом количестве подходящих сфер применения. На фиг. 12 данный процесс показан более подробно. На фотоориентирующий слой 1200 наносят циклоидную картину по всей площади покрытия на подложке 1202, после чего проводят печать жидкокристаллическим мономером 1204 в соответствии с образующим метку рисунком, как показано на фиг. 12. Полимеризация мономера позволяет отделить переносимый рисунок для переноса на контактную линзу, как показано на фиг. 2. Преимущество переноса метки 1206 на контактную линзу в виде отдельных букв, цифр, знаков и/или символов заключается в снижении стрессовой нагрузки на структуру контактной линзы и меньшем влиянии метки на механические свойства линзы, которое в противном случае могло бы привести к изменению формы и изгиба, особенно при больших размерах метки.
Следует отметить, что, хотя используется одна подложка, в любом из описанных выше примеров процессов отдельные метки можно легко отделить и нанести на любую подходящую структуру, например контактную линзу. После создания набора меток, образующих голографическую картину на опорной подложке, метку можно перенести на неоптическую зону внутренней поверхности контактной линзы в процессе формования. После этого линзу просто гидратируют и упаковывают.
В соответствии с другим альтернативным примером осуществления изготовления внедренных меток покрытие из жидкокристаллического мономера 1300 наносят на всю поверхность пленки 1302, подвергнутой циклоидному фотоориентированию, которая находится на подложке 1304, и полимеризуют светом 1306 сквозь маску 1308 в соответствии с рисунком метки, как показано на фиг. 13. Неполимеризованные части рисунка затем отмывают растворителем, тем самым освобождая метку. Преимущество данного способа состоит в том, что процесс нанесения упрощается из-за того, что печать мономером не требуется.
Вместо полного или частичного переноса меток их можно печатать непосредственно на контактной линзе с использованием небольших чешуек из циклоидной дифракционной волновой пластины и/или пигментов. Чешуйки и/или пигменты можно получить, например, в ходе процесса, аналогичного процессу печати, как показано и описано применительно к фиг. 12. Размер и форму чешуек циклоидной дифракционной волновой пластины и/или пигментов можно контролировать, изменяя условия печати или условия полимеризации, чтобы они соответствовали, например, штампам, уже используемым в производстве. При помощи создания данных чешуек и/или пигментов можно свести к минимуму стрессовые различия между разнородными материалами. Стрессовые напряжения образуются при использовании и встраивании более крупной пленки в другую структуру, например, в контактную линзу, образованную из другого материала. Однако если уменьшить размер пленки, например, путем создания чешуек и/или пигментов, стресс можно уменьшить.
Внедренная метка может содержать тонкую пленку, как описано в настоящем документе, а также один или более защитных слоев. Один или более защитных слоев могут сами представлять собой тонкие пленки. Внедренная метка может также содержать функциональные материалы, включая фотохромные материалы и терапевтические агенты.
После изготовления метки путем создания голографической картины на опорной подложке ее можно внедрить в контактную линзу. По существу метку просто переносят и располагают в необходимом месте формы для литья линзы, используемой в стандартной методике изготовления линз. Предпочтительно метку помещают в периферическую часть или зону линзы, а не в оптическую зону.
Следует отметить, что процесс изготовления меток, изложенный в настоящем документе, можно применять в сочетании с любым количеством конструкций. Например, метки можно внедрять в эксклюзивные наручные часы или в бутылки для вина или алкогольных напитков. Кроме того, аналогичным образом можно использовать чешуйки и/или пигменты из циклоидных дифракционных волновых пластин.
Хотя показанные и описанные варианты осуществления считаются наиболее практичными и предпочтительными, очевидно, что специалистам в данной области представляются возможности отступления от конкретных описанных и показанных конструкций и способов и их можно использовать без отступления от сущности и объема настоящего изобретения. Настоящее изобретение не ограничивается отдельными конструкциями, описанными и показанными в настоящем документе, но все его конструкции должны быть согласованы со всеми модификациями, которые могут входить в объем приложенной формулы изобретения.