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TW201639694A - 以全相光學元件製備光學鑄件之方法及光學鑄件 - Google Patents

以全相光學元件製備光學鑄件之方法及光學鑄件 Download PDF

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Abstract

本發明係關於利用至少一鑄造操作，製造包含至少一體積全相光學元件之光學鑄件的方法，方法包含下列步驟：- 提供鑄模，包含具平面、球面、非球面或自由形式之第一表面的第一模段和具平面、球面、非球面或自由形式之第二表面的第二模段，第一模段可連接至第二模段而形成鑄模；- 提供至少一全相光學元件；- 相對第一模段及/或相對第二模段定位及對準至少一全相光學元件；- 結合第一與第二模段而形成鑄模；- 在一或更多鑄造步驟中，引入鑄料，鑄料在25℃下的最大黏度為100000毫帕秒；- 固化鑄料；- 自鑄模移除包含至少一全相光學元件的固化鑄料，至少一全相光學元件被鑄料至少部分圍繞。

Description

以全相光學元件製備光學鑄件之方法及光學鑄件
本發明係關於利用至少一鑄造操作，製造包含至少一體積全相光學元件之光學鑄件的方法。本發明更關於光學鑄件及眼鏡、光學儀器和包含此光學鑄件的裝置。
在繞射光件中，需區別浮凸表面的繞射結構與存於對應結構內者。若後者涉及週期性變化的不同折射率層，則稱其為相位全相圖。此種結構容許光波前以非常精緻的方式改變，且相較於浮凸表面有許多優點。例如，繞射效率很高，高布拉格選擇性能有效抑制不當高階。此外，若不符合布拉格條件(如不同角度)，則這些光件可給予透明外觀。故可製造光學組合器。
就像折射光件，繞射光件的色差需最小化。就折射光件而言，短波光比長波光折射更激烈，繞射光件卻係完全相反的情況，故可利用如由繞射與折射部件組成的混合光件來達成簡潔色差修正。再者，若要在一光學結構中個別達到不同光學功能，使用混合光件係有利的。期僅以折射光件實施將被迫相應指定系統的光學孔徑零件各自具一或其他光學功能。在混合光件中，有更大的自由度，因為光學功能可個別獨立實現。
相位全相圖亦稱作(體積)全相光學元件(簡稱vHOE)。 光學功能可透過週期性變化層的幾何形狀形成。此可由干涉曝光法達成。全相圖的可行光學功能對應光元件的光學功能，例如透鏡、反射鏡、偏轉鏡、濾波器、漫射透鏡、導向漫射元件、導向全相漫射器、繞射元件、光導、波導、輸入/提取元件、投射透鏡及/或光罩。此外，複數個光學功能可結合在此一全相圖，例如使光依光入射角朝不同方向偏轉。相位全相圖可利用干涉曝光法接觸記錄材料。為此之標準材料為光聚合物、鹵化銀膜和重鉻酸凝膠膜。
高品質折射光學部件由透明材料製成，例如玻璃和塑膠。前者通常很重；後者較輕，且可以鑄造法及射出成型法製造。
JP2008170852A(Sony)教示利用射出成型法與熱塑性體製造包含vHOE的塑性體生產。然此係安防全相圖，且結構的光學品質不適合光學應用。
US7826113B2(Konica Minolta)教示利用層疊法及使用黏附層來接合vHOE與反射結構。此種方法需相繼裝設至少二反射部件，其十分困難，以確保所需光學品質。再者，使用中介層(如黏附劑)產生的界面很容易不當影響光學品質。此外，設置數個個別部件、然後組裝的成本很高。
在用作眼鏡的光學元件、用於影像光件的光學結構、還有高效率光與影像投影方面，其中使用vHOE，對應光學元件需有夠高的品質。
再者，此類光學物件具混合功能的折射部件和繞射部件(vHOE)的光學功能彼此相對光學對準乃十分重要。
因此，本發明的一目的為提供將體積全相光學元件精確定位於透明高品質鑄件的方法。本發明的另一目的為提供光學鑄件，具有至少 一全相光學元件，其中光學鑄件的特徵為高光品質。
上述目的可以利用至少一鑄造操作來製造光學鑄件的方法達成，其包含至少一全相光學元件，其中方法包含下列步驟：- 提供鑄模，包含具平面、球面、非球面或自由形式(free-form)之第一表面的第一模段和具平面、球面、非球面或自由形式之第二表面的第二模段，第一模段可連接至第二模段而形成鑄模；- 提供至少一全相光學元件；- 相對第一模段及/或相對第二模段定位及對準至少一全相光學元件；- 結合第一與第二模段而形成鑄模；- 在一或更多鑄造步驟中，引入鑄料，鑄料在25℃下的最大黏度為100000毫帕秒(mPas)；- 固化鑄料；- 自鑄模移除包含至少一全相光學元件的固化鑄料，至少一全相光學元件被鑄料至少部分圍繞。
根據本發明之方法可以較簡單的方式製造高光學品質的光學鑄件。
方法開始時，提供鑄模，包含具平面、球面、非球面或自由形式之第一表面的第一模段和具平面、球面、非球面或自由形式之第二表面的第二模段。為形成鑄模，第一模段可連接至第二模段。此外，提供至少一全相光學元件，其整合到待製光學鑄件。
提供模段和至少一全相光學元件後，不嚴格定義用於製造光學鑄件的個別方法步驟順序。例如，至少一全相光學元件可先相對第一模段及/或相對第二模段定位及對準，然後結合第一與第二模段而形成鑄模，再將鑄料引入鑄模及固化。
根據本發明，也可先結合模段而形成鑄模，接著相對第一模段及/或相對第二模段，在鑄模中定位及對準至少一全相光學元件。為此，至少一全相光學元件例如可利用適合手段引入鑄模，特別係槽狀孔口。
根據本發明之另一方法變化例涉及在第一鑄造步驟中，先引入部分鑄料至第一及/或第二模段，使鑄料至少部分固化，接著將至少一全相光學元件定位及對準於形成表面。然後結合第一與第二模段而形成鑄模，在另一步驟中，引入其餘鑄料，及隨後使之完全固化。
根據本發明，鑄模部件包含具第一表面的第一模段和具第二表面的第二模段。模段例如由玻璃製成，玻璃在此意指典型由氧化硼、氧化矽、氧化鋁、氧化鈉與氧化鈣和其混合物做為主要組分製得者。其他成分可為鐵、鋯、鈦、鉛、鋇、銅、銀、鉀和鎂的氧化物。少量溴化物、氯化物和氟化物也可使用。較佳為硼矽酸鹽和石英玻璃。
有利的是使用玻璃，其在使用前回火，如此不會產生應力破裂。在另一較佳具體實例中，使用熱膨脹係數類似鑄料的玻璃。亦可使用低膨脹係數玻璃，例如玻璃-陶瓷材料。
特別係(在一定程度上)就自動化製程而言，模段亦可由金屬製成，因為金屬較堅固。
可依待製光學鑄件的預定形狀，採用各種形狀。例如，可採用平面表面、或球面或非球面表面，還有自由形式表面。在各例中，可使用凸面或凹面表面。此外，表面亦可具稜柱或圓柱幾何形狀。也可結合這些幾何形狀。半徑可改變，其做為眼鏡應用時，通常就屈光度的屈光力方面論述。在此情況下，可使用精巧的凸面與凹面組合，藉由其折射形式產生美觀的光學物件，而適於矯正屈光不正，例如近視、遠視或散光。也可使用其他不同表面形狀。尚有利的是考量適合眼鏡的眼鏡形狀，其例如緊 密及/或以美觀方式對準頭形。期工業光件中的光學元件為比較緊密的結構幾何形狀，其也可透過適當表面塑形來實行。
表面由常用工業製程完工，以得高精度光學形式。常用製程為機器加工、研磨及拋光製程，及施用抗反射及/或防刮層。故表面通常經高度拋光。
二模段可連接而得具模腔或內部鑄造體積的鑄模。為此，第一及/或第二模段另可包含套筒，用以連接一模段至另一模段。通常，套筒由塑膠製成，以便快速組裝。為此，可使用聚氯乙烯、聚烯烴(如聚丙烯、聚乙烯)或其他多環烯烴。也可使用橡膠，例如丁基橡膠或EPDM，特別係硫化形式。亦可使用熱塑性和交聯彈性體聚胺酯、矽酮和環氧樹脂。
在幾何形狀方面，套筒係使二模段彼此緊密密接。特定夾扣和摺疊特別適合關閉奔流的配置。
根據本發明，至少一全相光學元件係相對第一模段及/或相對第二模段定位及對準。特定言之，在此可相對第一模段的第一表面或相對第二模段的第二表面或相對套筒定位及對準至少一全相光學元件。在相對套筒定位及對準至少一全相光學元件的情況下，可在將套筒整合到各模段之前或之後，定位及對準至少一全相光學元件。也可相對第一模段的第一表面和相對第二模段的第二表面定位及對準。此外，可相對一模段的表面、同時相對同一模段的套筒、或相對第一模段的第一表面、相對第二模段的第二表面及相對第一及/或第二模段的套筒定位及對準。
可以各種方式相對具套筒的模段定位。例如，可關閉鑄模而經由套筒的口孔插入全相光學元件，使定位及對準得由口孔本身幾何形狀進行。在此情況下，口孔位置對定位至關重要；幾何形狀限定對準。為能精確定位全相光學元件，套筒具最小厚度係有利的。例如，套筒厚度選擇 為大於0.5毫米(mm)係有利的，更有利為大於3mm，特別有利為大於10mm。
口孔可在套筒內或在與第一模段的界面。亦可相對模段及在套筒輔助下固定全相光學元件。
此外，可相對模段表面定位。有利地，可利用膜來定位及對準，其已事先層疊、施用或下拉至第一模具的第一表面或第二模具的第二表面。亦可利用工具施用膜，其利用(空氣)壓力，促使膜黏附於表面。膜還可利用熱成形法定位在表面。在熱成形法中，利用烘箱(如對流烘箱)或輻射源(IR、UV、VIS)，加熱膜及稍微變形製作。藉由加熱，膜特別容易快速軟化，接著利用(空氣)壓力施用於表面。另可採行高壓成形法，在其協助下，加熱達略低於軟化溫度後，施加特別高壓而將膜定位於表面。利用第一表面的凸側來施用膜尤其有利。
膜可完全或僅部分覆蓋第一或第二表面。此外，膜尺寸可和全相光學元件一樣，或為更大或更小。膜完全覆蓋對應模段表面尤其有利，更特別地，此表面呈凸狀。膜完全覆蓋對應模段表面亦特別有利。
在本發明的另一有利構造中，所用膜由本質相同鑄料組成。此優點在於，膜與鑄料間的任何可見界面將消失。”本質相同鑄料”意指含相同化學成分做為鑄料的材料。固化鑄料具高模數，因此，最好不要讓膜中鑄料完全固化，以便仍能形成於表面。就單包裝(one-pack)材料而言，此屬可行，例如控制轉化程度轉化成30%-95%，特別有利為50%-90%。在本發明內文中，轉化程度總指反應化學基團的百分比轉化程度，及由光譜法測定。適合測定轉化程度的方法例如為紅外線、拉曼和核共振光譜。就熱固化單包裝系統而言，例如可降低催化劑量、膜固化時間或起始劑量。在輻射固化單包裝系統情況下，可減少光起始劑量或光劑量。熱固化單包裝 系統可含有如自由基聚合單體，其在熱分解自由基成形體的輔助下聚合，例如過氧化物(如二烷基過氧化物或羥烷基過氧化物或化學相關過氧化物)或重氮化合物(如偶氮異丁腈”AIBN”)。在輻射固化系統情況下，也可使用自由基聚合單體，其利用UV起始劑(如α-羥基酮)與UV光聚合。適合的自由基聚合單體為丙烯醯官能基單體。亦可使用藉由硫醇-烯反應聚合的單體。在此使用脂族硫醇，其與丙烯酸酯、乙烯基矽烷或其他Michael受體反應。就雙包裝鑄造系統而言，不只可降低a)催化劑量與b)起始劑量，及c)縮短固化時間；此外還可d)稍微修改混合比率或同時進行二或更多措施。依此，可僅減低交聯密度，使膜得以成形。在應用聚或二異氰酸酯與醇/硫醇的雙包裝系統情況下(即所謂聚胺酯系統或硫聚胺酯系統)，異氰酸酯可過量使用。接著將與周遭水分反應而得脲。亦可以同樣方式在異氰酸酯不足時作用，在此情況下，異氰酸酯從鑄料遷移到膜內而促使後交聯(postcrosslinkling)。
全相光學元件亦可利用材料液滴(其當作固定劑)定位於模段表面，材料液滴的折射率與鑄料的折射率相差不超過0.01，較佳為0.002。在此情況下，材料液滴本質由和鑄料本身一樣的材料組成亦特別有利。此屬可行，特別係使用轉化程度僅30%-95%的材料時，有利為50%-90%。類似考量在此適用全相光學元件定位及對準用膜的情況。可用化學品系統方面亦和做為定位材料膜的情況一樣(見上文)。
定位亦可透過使用膜實行，其引入另一功能至光學物件。例如，可引入偏光膜、色膜、設計膜、UV防護膜、光致變色膜。在這些情況下，亦可層疊或接合全相光學元件與膜，接著相對第一模段及/或相對第二模段定位及對準。
定位也可以二步驟或多步驟方法進行，其先用鑄料填充部分 鑄模，使鑄料部分固化或完全固化。其次，將全相光學元件定位於所得表面。在隨後步驟中，再次填充鑄模剩餘空體積，及固化鑄料。有利的是，所得表面基本上與光學物品的光軸成直角，使得全相光學元件同樣與之成直角。在凹面表面上進行部分填充尤其有利。
在上述構造修改例中，第一及/或第二模段先用鑄料至少部分填充，接著使鑄料至少部分固化，然後在至少部分固化鑄料的形成表面定位及對準至少一全相光學元件，再結合第一與第二模段而形成鑄模，接著用鑄料完全填充鑄模，隨後固化整個鑄料。
因固有光學功能而定位及對準的全相光學元件與製得光學鑄件的光學功能有光學關係。
在較佳具體實例中，光學鑄件具有光軸，其在眼鏡例子中為對準使用者的眼睛。全相光學元件故可與鑄件的光軸夾一角度對準，較佳為平面全相光學元件。平面全相光學元件的平面法線向量與鑄件光軸間的角度可為0°至90°，較佳為0°至60°。
全相光學元件總有兩個固有光學優先對準，曝光時，其由參考和目標光束相對記錄材料表面(較佳為平面)的入射角定義。二光學優先方向可自由選自平面光學元件的平面法線向量。在特佳具體實例中，二優先方向之一(即目標光束或參考光束)共線對準鑄件光軸。
全相光學元件本身由全相記錄層和選擇性毗連熱塑性基材組成。可用熱塑性基材由聚對苯二甲酸乙酯與其他聚酯、聚碳酸酯、無定形聚醯胺、纖維素三乙酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚胺酯、聚環烯烴(COC)、聚苯乙烯和聚乙烯或聚丙烯組成。
若非熱塑性基材，也可使用熱固性基材。在此情況下，特別選擇使用本質上和所用鑄料一樣的材料。
適合的全相記錄材料為鹵化銀乳液和重鉻酸凝膠。更特別地，光聚合物亦適用。較佳為光聚合物，其包含黏附劑、寫入單體和光起始劑系統。
所用黏附劑可為無定形熱塑性塑膠，例如聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸或其他烷基丙烯酸酯與烷基甲基丙烯酸酯的共聚物，還有丙烯酸(如聚丙烯酸丁酯)、聚乙酸乙烯酯與聚丁酸乙烯酯、其部分水解衍生物(如聚乙烯醇)、與乙烯及/或其他(甲基)丙烯酸酯的共聚物、凝膠、纖維素酯與纖維素醚(如甲基纖維素、纖維素乙醯丁酸酯)、矽酮(如聚二甲基矽酮)、聚胺酯、聚丁二烯與聚異戊二烯，及聚乙烯氧化物、環氧樹脂(特別係脂族環氧樹脂)、聚醯胺、聚碳酸酯和US 4994347A內文提及系統。
黏附劑較佳為交聯狀態，更佳為三維交聯狀態。
黏附劑更佳包含或由聚胺酯組成，最佳包含或由三維交聯聚胺酯組成。
交聯聚胺酯黏附劑例如可藉由使至少一聚異氰酸酯組分a)與至少一異氰酸酯反應組分b)反應而得。
聚異氰酸酯組分a)包含具至少二NCO基的至少一有機化合物。有機化合物特別可為單、二和三異氰酸酯、聚異氰酸酯及/或NCO官能基預聚物。聚異氰酸酯組分a)亦可含有或由單、二和三異氰酸酯、聚異氰酸酯及/或NCO官能基預聚物的混合物組成。
所用單、二和三異氰酸酯可為熟諳此技術本身已知的任何化合物或其混合物。化合物可具有芳族、芳脂族、脂族或環脂族結構。單、二和三異氰酸酯亦可包含少量單異氰酸酯，即具一NCO基的有機化合物。
適合的聚異氰酸酯為具胺基甲酸酯、脲、碳二醯亞胺、醯基 脲、醯胺、異氰脲酸酯、脲甲酸酯、雙縮脲、氧雜嗒嗪三酮、脲二酮及/或亞胺基氧雜嗒嗪二酮結構的化合物，且可獲自上述二或三異氰酸酯。
更佳地，聚異氰酸酯為寡聚脂族及/或環脂族二或三異氰酸酯，且特別可使用上述脂族及/或環脂族二或三異氰酸酯。
特佳為具異氰脲酸酯、脲二酮及/或亞胺基氧雜嗒嗪二酮結構的聚異氰酸酯和HDI系雙縮脲或其混合物。
所用異氰酸酯反應組分b1)可為醇、胺基或巰基化合物，較佳為醇，特別係聚醇。最佳地，所用異氰酸酯反應組分b1)為聚酯聚醇、聚醚聚醇、聚碳酸酯聚醇、聚(甲基)丙烯酸酯聚醇及/或聚胺酯聚醇。
適合的聚酯聚醇例如為直鏈聚酯二醇或支鏈聚酯聚醇，其可以已知方式使脂族、環脂族或芳族二或聚羧酸或其酸酐與OH官能基數2之多元醇反應而得。適合的二或聚羧酸實例為多元羧酸，例如琥珀酸、己二酸、辛二酸、癸二酸、癸烷二羧酸、鄰苯二甲酸、對苯二甲酸、間苯二甲酸、四氫苯二甲酸或偏苯三甲酸，及酸酐，例如鄰苯二甲酸酐、偏苯三甲酸酐或琥珀酸酐或其任何預定混合物。聚酯聚醇亦可以天然原料為基料，例如菎麻油。聚酯聚醇也可以內酯的均或共聚物為基料，其較佳由內酯或內酯混合物(如丁酸內酯、ε-己內酯及/或甲基-ε-己內酯)與羥官能基化合物(如OH官能基數2之多元醇)的加成反應製得，此如下文所述。
適合的二醇或混合物包含聚酯段落本身所述OH官能基數2之多元醇，較佳為1,4-丁二醇、1,6-己二醇及/或3-甲基戊二醇。亦可將聚酯聚醇轉化成聚碳酸酯聚醇。
此外，適合做為聚醇組分b1)成分、當作多官能基異氰酸酯反應化合物的還有低分子量(即分子量500克/莫耳)、短鏈(即含有2至20個碳原子)脂族、芳脂族或環脂族二、三或多官能基醇。
聚醇組分以雙官能基聚醚、聚酯或聚醚-聚酯嵌段共聚酯或具一級OH官能基的聚醚-聚酯嵌段共聚物尤佳。
又較佳地，異氰酸酯反應組分b1)的數目平均分子量為200且10000克/莫耳，更佳為500且8000克/莫耳，最佳為800且5000克/莫耳。聚醇的OH官能基數較佳為1.5至6.0，更佳為1.8至4.0。
異氰酸酯反應組分特別包含平均具有至少1.5個、較佳2至3個異氰酸酯反應基的化合物。
寫入單體可為能光起始聚合的化合物。其為陽離子與陰離子聚合和自由基聚合化合物。特佳為自由基聚合化合物。適合的化合物實例為不飽和化合物，例如(甲基)丙烯酸酯、α,β-不飽和羧酸衍生物(如順丁烯二酸酯、反丁烯二酸酯、順丁烯二醯亞胺、丙烯醯胺)和乙烯醚、丙烯醚、烯丙醚與含有二環戊二烯基單元的化合物，還有烯烴不飽和化合物，例如苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基甲苯及/或烯烴。亦可為自由基聚合的硫烯反應化合物，例如硫醇與活化雙鍵。
胺基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯較佳亦可做為寫入單體。
寫入單體特佳包含或由一或更多胺基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯組成。
胺基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯在此為具至少一丙烯酸酯或甲基丙烯酸基和至少一胺基甲酸酯鍵的化合物。此類化合物例如可藉由使羥官能基(甲基)丙烯酸酯與異氰酸酯官能基化合物反應而得。
為此可用的異氰酸酯官能基化合物實例為單異氰酸酯和a)所述單、二異氰酸酯、三異氰酸酯及/或聚異氰酸酯。適合的單異氰酸酯實例為苯基異氰酸酯、異構之甲基苯硫基異氰酸酯。二、三或聚異氰酸酯已描述如上，且可為三苯基甲烷-4,4',4"-三異氰酸酯與三(對異氰氧基苯基)硫磷 酸酯或其衍生物與胺基甲酸酯、脲、碳二醯亞胺、醯基脲、異氰脲酸酯、脲甲酸酯、雙縮脲、氧雜嗒嗪三酮、脲二酮、亞胺基氧雜嗒嗪二酮結構和其混合物。較佳為芳族二、三或聚異氰酸酯。
可用於製備胺基甲酸酯丙烯酸酯的羥官能基丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯例如包括諸如2-羥基乙基(甲基)丙烯酸酯、聚環氧乙烷單(甲基)丙烯酸酯、聚環氧丙烷單(甲基)丙烯酸酯、聚伸烷基氧化物單(甲基)丙烯酸酯、聚(ε-己內酯)單(甲基)丙烯酸酯(如Tone® M100；Dow,Schwalbach,DE)、2-羥基丙基(甲基)丙烯酸酯、4-羥基丁基(甲基)丙烯酸酯、3-羥基-2,2-二甲基丙基(甲基)丙烯酸酯、羥基丙基(甲基)丙烯酸酯、2-羥基-3-苯氧基丙烯酸丙酯、多元醇的羥基官能基單、二或四(甲基)丙烯酸酯，例如三羥甲基丙烷、丙三醇、季戊四醇、二季戊四醇、乙氧化、丙氧化或烷氧化之三羥甲基丙烷、丙三醇、季戊四醇、二季戊四醇或其工業混合物等化合物。較佳為2-羥基乙基丙烯酸酯、羥基丙基丙烯酸酯、4-羥基丁基丙烯酸酯和聚(ε-己內酯)單(甲基)丙烯酸酯。
較佳特別係使三(對異氰氧基苯基)硫磷酸酯及/或間甲基苯硫基異氰酸酯與醇官能基丙烯酸酯反應而得的胺基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯，例如羥基乙基(甲基)丙烯酸酯、羥基丙基(甲基)丙烯酸酯及/或羥基丁基(甲基)丙烯酸酯。
用作寫入單體的化合物較佳每分子亦具二或更多自由基聚合基(多官能基寫入單體)。其可單獨或結合每分子僅具一自由基聚合基的寫入單體使用。
故寫入單體較佳包含或由至少一單及/或多官能基(甲基)丙烯酸酯寫入單體組成。寫入單體更佳包含或由至少一單及/或多官能基胺基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯組成。寫入單體特佳包含或由至少一單官能基胺基甲 酸酯(甲基)丙烯酸酯和至少一多官能基胺基甲酸酯(甲基)丙烯酸酯組成。
適合的(甲基)丙烯酸酯寫入單體特別係具式(I)之化合物： 其中t係1且4，R101係直鏈、支鏈、環狀或雜環未取代或選擇性雜原子取代之有機基元，及/或R102係氫、直鏈、支鏈、環狀或雜環未取代或選擇性雜原子取代之有機基元。更佳地，R102係氫或甲基，R101係直鏈、支鏈、環狀或雜環有機基元，其為未取代或選擇性被雜原子取代。
光起始劑系統包含至少一光起始劑。
目前，光起始劑為由光化輻照活化而觸發寫入單體產生聚合作用的化合物。光起始劑可分成單分子(I型)和雙分子(II型)起始劑。此外，其可依化學天性分成自由基、陰離子、陽離子或混合型聚合的光起始劑。
在本發明內文中，較佳為使用II型光起始劑。故在較佳具體實例中，光起始劑系統由吸收可見光譜之感光劑和共始劑組成，其中共始劑較佳為硼酸鹽共始劑。
此類光起始劑原則上描述於EP 0 223 587 A，及較佳由一或更多染料與烷基芳基硼酸銨的混合物組成。
光起始劑系統最佳包含染料組合物，其吸收光譜至少部分覆蓋400至800nm的光譜範圍，且至少一共始劑與染料相配。
在另一較佳具體實例中，光聚合物層包含氟胺基甲酸酯，其 中其較佳為具式(II)之化合物： 其中n1且8，R1、R2和R3個別為氫或直鏈、支鏈、環狀或雜環未取代或選擇性雜原子取代的有機基元，其中R1、R2和R3的至少一者被至少一氟原子取代，R1更佳為具至少一氟原子的有機基元。
全相光學元件可為平面、球面或圓柱形。亦可採用非球面。也可採用自由形式。
這些類型可以各種方式提供。例如，全相記錄材料可利用塗佈操作施用於塑形基材，例如浸塗、噴塗、旋塗。這些方法的優點在於，可直接以此幾何形狀進行全相曝光。
就平面基材而言，可使用塗棒、狹縫式塗佈法施用於膜基材。在下一步驟中，則可進行全相曝光，然後利用塑形法獲得塑形膜體。
利用本發明方法製造極小型光學鑄件時，做為全相光學元件的塑形膜體尤其重要。由於平面全相光學元件生產可以捲繞式操作有效施行，故較佳為使用平面全相光學元件。在此情況下，全相光學元件亦可只填充整個光學鑄件區域的一部分，是以選擇全相記錄材料膜的投影區域與光軸成直角係有利的，若適合，則恰和第一或第二模段表面一樣大。平面全相光學元件接著只填充部分全相記錄材料區域；其餘區域則可塑形。
亦可使用如球面狀或非球面狀全相光學元件。特佳為使用相同形狀的第一或第二模段表面。在塑形前，使全相元件接觸全相記錄材料。在此情況下，考量稍後曝光形狀很重要。在特定光學功能例子中(如以光學凹口濾波器為例-即焦軸反射全相圖)，亦期塑形以透過塑形而依控制方 式調整光學功能。在選定單軸塑形例子中，此方法乃特殊選項。
為此，典型塑形法為常用於選擇全相記錄材料基材者。膜可以深抽法塑形，例如熱成形或高壓成形法(HPF)。
全相光學元件亦可含有口孔或孔徑或狹槽，其於全相記錄法的膜填充整個光學物件區域時尤其有利。在此情況下，口孔用於讓鑄料均勻填充鑄模內部體積，尤其以確保材料流動，或用於完全填充時供氣體補償。口孔較佳位於全相光學元件外緣，因其可在後來處理步驟再次移除(如利用切割或研磨操作，其中移除對應區域)。
此外，全相光學元件可整合到光學層結構，層結構配置使光可輸入層結構、沿層結構的各層廣度傳播，及經由至少一全相光學元件發射離開周圍光學鑄件。較佳地，光學層結構配置使光朝光學全相元件的側向方向傳播並進行全反射。為此，包含至少一全相光學元件的層結構外層的折射率需小於含全相光學元件的光聚合物層和任何個別光導層的的折射率。故特別可經由全相光學元件邊緣引入光或反映資訊，及利用全相光學元件以控制方式提取之。
有利地，亦可使用光導，全相光學元件存於其上。此類結構亦具低折射率外層，以進行全反射。全相光學元件有利為具平面形式。也可為楔形幾何形狀。亦可採用其他細窄幾何形狀。在特別有利的具體實例中，全相光學元件包含光輸入部件，其從鑄模內部體積投射，提取功能部件存於鑄模內或鑄模的後來平臺。二全相光學元件透過光導光學接觸，接合層特別具低折射率，使光得在光導中進行全反射，其經由全相光學元件的輸入部件引入及經由全相光學元件的提取部件發射。在特佳變化例中，全相光學元件的輸入和提取部件係兩個個別曝光的體積全相圖，其存於同一全相記錄材料。
全相光學元件可為反射、穿透、同軸、離軸、全孔徑轉移、白光穿透、Denisyuk、離軸反射或邊緣光全相圖、或為全相立體圖，較佳為反射、穿透或邊緣光全相圖。
全相圖的可行光學功能對應光元件的光學功能，例如透鏡、反射鏡、偏轉鏡、濾波器、漫射透鏡、導向漫射元件、導向全相漫射器、繞射元件、光導、波導、輸入/提取元件、投射透鏡及/或光罩。此外，複數個光學功能可結合在此一全相圖，例如使光依光入射角朝不同方向偏轉。例如，可利用此結構建立自動立體或全相電子顯示器。另可實現車用平視顯示器或頭戴式顯示器。也可將根據本發明方法製造的光學鑄件用於矯正或太陽眼鏡和其他視覺輔助器具與眼鏡。
依據全相圖曝光程度和全相圖尺寸，全相光學元件通常具有特定頻率選擇性。此對使用單色光源而言尤其重要，例如LED或雷射光。例如，每補色(RGB)需要一個全相圖，以依頻率選擇方式使光偏轉，同時賦予全彩顯示功能。故需有一定的顯示配置，其中二或更多全相圖內部彼此接觸光聚合物層。
此外，還可產生全相影像或圖像用於如個人肖像、安全文件中的生物標示、或用於廣告、防偽標籤、商標保護、打印品牌、標籤、設計元素、裝飾、圖示、多程車票、影像等的一般影像或影像結構、和表示數位資料等的影像，或將上述結合在全相光學元件並整合到光學鑄件。全相影像可提供三維影像印象，但其亦可視照射角度、照射光源(包括移動光源)等而呈現影像序列、短片或一些不同目的。由於設計選擇多樣化，根據本發明方法製造的光學鑄件提供上述應用可行的解決方案。亦可使用全相圖、利用各種不同曝光法(位移、空間或角度多工)來儲存數位資料。
根據本發明方法製造的光學鑄件亦可用於液晶應用光學顯 示器、有機發光二極體(OLED)、LED顯示面板、繞射光選擇應用微機電系統(MEMS)、電濕潤顯示器(電子紙)和電漿顯示螢幕。此類光學顯示器可為自動立體及/或全相顯示器、穿透與反射投影螢幕、用於隱私過濾器與雙向多用戶螢幕且具可切換限制發射特性的顯示器、虛擬顯示器、平視顯示器、頭戴式顯示器、照明符號、警示燈、信號燈、泛光燈和顯示面板。
鑄料包含單包裝或多包裝鑄造系統，例如雙包裝。
根據本發明，引入模腔(即鑄模內部體積)時，鑄料在25℃下的黏度為小於100000mPas。有利地，黏度為小於5000mPas，較佳為小於500mPas，更佳為小於100mPas。
鑄料包含一或更多含至少一官能基的單體及/或寡聚物。官能基可為下列之一：丙烯醯基、甲基丙烯醯基、乙烯基、烯丙基、異氰酸酯、異硫氰酸酯、醇、酸、環氧乙烷、硫環丙烷、硫醇和胺，特佳為異硫氰酸酯和烯丙基官能基，且以異硫氰酸酯官能基尤佳。
鑄造系統在此可為如以二乙二醇雙(碳酸烯丙酯)(CR39，烯丙基二甘醇碳酸酯，ADC)為基料者；亦參見「F.Strain,in "Encyclopedia of Chemical Processing and Design",1st Ed.,Dekker Inc.New York,Vol.11,p.432ff」，其可利用過氧化物熱固化。此外，也可混合及在使用或不用ADC下使丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯與丙烯酸酯、苯乙烯、乙酸乙烯酯、丙烯腈和其他自由基聚合單體聚合。
聚胺酯系統亦適用，其由異硫氰酸酯官能基部分和與異硫氰酸酯反應的組分組成。
適合的異硫氰酸酯係以脂族異氰酸為基料者，例如六亞甲基二異氰酸酯(HDI)、3-異氰酸甲基-3,5,5-三甲基環己基異氰酸酯(IPDI)、 4,4'-亞甲基雙(環己基異氰酸酯)(H12MDI)、甲基環己烷-2,4-二異氰酸酯、甲基環己烷-2,6-二異氰酸酯、1,3-或1,4-雙(異氰酸甲基)環己烷(H6XDI)、雙(異氰酸甲基)降莰烷(NBDI)，還有芳烷基異氰酸酯，例如茬基-1,3-或1,4-二異氰酸酯(XDI)和四甲基茬基二異氰酸酯(TMXDI)。同時，亦可使用單體二異氰酸酯和其寡聚物。亦可使用不同二異氰酸酯和不同寡聚物彼此或相互混合物。亦可使用混合寡聚物，即由二或更多不同二異氰酸酯組成者。寡聚物據悉意指對應產物，其可由二或更多二異氰酸酯與胺基甲酸酯、脲、碳二醯亞胺、醯基脲、醯胺、異氰脲酸酯、脲甲酸酯、雙縮脲、氧雜嗒嗪三酮、脲二酮及/或亞胺基氧雜嗒嗪二酮結構形成製備。也可藉由使如低分子量(分子量小於Mw=5000，較佳為小於Mw=2000)之聚醚、聚酯、聚碳酸酯系二、三或聚醇與上述二異氰酸酯在異氰酸酯過量下反應而製備所謂異氰酸酯官能基預聚物。與二異氰酸酯反應的組分為聚醇，例如聚醚聚醇、聚酯聚醇、聚碳酸酯聚醇、聚丙烯酸酯聚醇、環氧化聚醇、天然脂肪酸系聚醇、矽酮聚醇、氟化聚醇和聚烯烴聚醇。其亦可一起或單獨使用。
聚醚聚醇可為聚丙烯聚醇、聚環氧乙烷聚醇、C-4醚聚醇(聚THF聚醇)，其一般利用低分子量醇或水/氫氧根離子做為起始物，以催化方法製備。
至於與異氰酸酯反應的組分，亦可使用(二)胺，例如Jeffamines(美國猶他州鹽湖城的Huntsman Int.LLC)、Desmophen NH(德國Leverkusen的Bayer MaterialScience AG)，但也可為芳胺，例如2,4-與2,6-二胺基-3,5-二乙基甲苯(Ethacure 100，取自美國路易斯安納Baton Rouge的Albemarle公司)或二甲基硫甲苯二胺(Ethacure 300，取自美國路易斯安納Baton Rouge的Albemarle公司)、和單與多甲基、乙基及/或異丙基取代之亞 甲基聯苯胺(Lonzacure，取自瑞士Basle的Lonza Ltd)。
市售聚胺酯鑄料例如為BAYTEC® OCS 080D(美國賓州Pittsburgh的Bayer MaterialScience LLC)、Trivex(美國賓州Pittsburgh的PPG)。
尚適用的有硫聚胺酯系統，其中與異氰酸酯反應的組分為聚硫醇。
亦可使用矽、錫和鋯化合物，其與至多四個聚硫醇錯合(US2008/27198)。
鑄造系統可選擇性含有一或更多催化劑。在此特別專注於加速異氰酸酯加成反應的催化劑。適合催化劑係以錫、鋅、鋯、鉍、鈦和胺為基料者。其實例為辛酸錫、辛酸鋅、丁基三辛酸錫、二丁基二月桂酸錫、二甲基雙[(1-氧新癸基)氧基]錫烷、二甲基二羧酸錫、雙(乙基己酸)鋯、乙醯丙酮鋯或三級胺，例如1,4-二氮雜雙環[2.2.2]辛烷、二氮雜雙環壬烷、二氮雜雙環十一烷、1,1,3,3-四甲基胍、1,3,4,6,7,8-六氫-1-甲基-2H-嘧啶并(1,2-a)嘧啶。所用催化劑亦可為含錫之無機催化劑。此類催化劑可為環狀錫化合物，其由飽和或不飽和、直鏈或支鏈、脂族或環脂族或選擇性取代之芳族與芳脂族原子團錯合而成，其可選擇性含有選自氧、硫和氮群組的雜原子，例如：4,12-二丁基-2,6,10,14-四甲基-1,7,9,15-四氧雜-4,12-二氮雜-8-錫雜螺[7.7]十五烷、4,12-二丁基-1,7,9,15-四氧雜-4,12-二氮雜-8-錫雜螺[7.7]十五烷、4,12-二甲基-1,7,9,15-四氧雜-4,12-二氮雜-8-錫雜螺[7.7]十五烷、2,4,6,10,12,14-六甲基-1,7,9,15-四氧雜-4,12-二氮雜-8-錫雜螺[7.7]十五烷和2,2-二氯-6-甲基-1,3,6,2-二氧氮雜錫氧烷。亦可使用脂肪酸鉍和鋅鹽，例如硬脂酸鹽、新十二酸鹽與叔碳酸鹽、四烷基鈦酸鹽，例如四乙基或四丁基鈦酸鹽。
此外，亦可加入添加劑，例如脫模劑、塑化劑、消泡劑、均染劑、阻燃劑、觸變劑、增稠劑、抗靜電劑、反應抑制劑、乾燥劑、抗氧化劑、UV吸收劑、穩定劑。
鑄造系統可在室溫下由其數種組分混合。此可以NCO：OH當量比1.5至0.7完成，較佳為1.3至0.9。接著將混合物引入鑄模及在其內加熱達150℃，較佳達130℃，計0.5-48小時，較佳為1-24小時。分段加熱係有利的，例如先加熱達40℃至100℃，以此溫度熱處理適於達成最佳填充。後來再加熱達最高溫度，以得良好全面固化。亦可採取兩次以上的溫度保持時間或逐漸連續(如線性)加熱。固化後為逐漸冷卻，通常係在室溫下。亦可選擇溫度低於最高固化溫度的熱處理步驟。若模冷卻，則可自鑄模移出模造物。
鑄模可手動填充或以自動化方法填充，例如反應射出成型(RIM)、反應轉注成型(RTF)。在後者中，亦可由其他材料製造鑄模，較佳由金屬(如不銹鋼，但也可為鐵、鎳、銅、鋁、鉻、銀、金或其合金)。若二模段的至少一者具有套筒，則其也可由金屬製造。
可使用攪拌工具、靜態混合器、快速移動容器等完成混合。替鑄造系統去氣亦為有利。為此，可施加減壓及/或利用降膜增加表面積，其可避免氣泡形成。
本發明的另一態樣係關於光學鑄件，包含至少一全相光學元件，其係由如請求項1至13中任一項之方法製造。
光學鑄件可用於繞射光學透明部件和反射與繞射混合光件與透鏡。故可改善諸如非球面透鏡、整合透鏡系統與模組、繞射光件與Fresnel透鏡、離軸拋物面鏡、柱面透鏡、漸進型折射率透鏡(GRISM)、全反射透鏡(TIR)、稜鏡、反射光件、鏡子與立方光件、透鏡陣列與蛾眼 光件、光組合器、自由形式光件、準直透鏡、晶格結構等光學元件的光學性能，可建構成更小型或擴充成具其他光學功能。具全相元件且由本發明方法製造的光學鑄件的光學功能含有兩個可個別採用的光學功能(即取決於鑄模的折射功能和取決於全相光學元件的繞射功能)。二功能也可相互協同連接。例如，可利用繞射系統來補償折射系統的成像誤差。其可為單色誤差(球面像差、像散、彗形像差、像場彎曲與失真)、色差(側向與軸向色差、高斯誤差)、邊光衰落和漸暈。
此外，光學鑄件可用於特定光學功能，包括無折射光學功能的用途，即依據二模段的第一與第二表面設計的平面光學鑄件。故可實現光束整形器，例如高頂光束整形器、平穩頂光束整形器、均光器/漫射器、橢圓漫射器、渦旋透鏡、多光點元件、光束取樣元件、多焦元件、繞射限制聚焦裝置、消色校正器、平面透鏡、散光矯正器、用於數個波長的色度校正器。
本發明的又一態樣係關於眼鏡，例如矯正眼鏡、雙焦眼鏡、三焦眼鏡與變焦眼鏡、用於顯示螢幕作業及用於駕駛的矯正眼鏡、太陽眼鏡、具偏光功能的眼鏡、防護眼鏡、功能性眼鏡、具安裝電子顯示器以加強真實感的眼鏡或智慧型眼鏡、汽車前大燈或倒車燈、顯微鏡、泛光燈、袖珍手電筒、用於相機與智慧型手機的攝影鏡頭、(電子)投影機的投射光件、發光二極體與雷射中的二次光件、LED燈具、白熱燈和用於電子影像感測器的校正光件，其包含如請求項14之光學鑄件。
圖1a圖示鑄模30，其由第一模段10和第二模段20構成。該鑄模圍繞模腔40。第一模段10包含第一表面10.1(在本例中呈凹面且面對模腔40)和由塑膠製成的套筒10.2，例如PVC或橡膠。同樣地，第二模段20包含凸面表面，其面對模腔40，在此稱作第二表面20.1。利用套筒10.2，第一模 段10可緊密連接第二模段20。二模段10、20可由適合金屬材料或由玻璃製成。
為引入鑄料，套筒10.2具有填充口孔5。此外，圖1a圖示鑄模30的正視圖。故鑄模30沿此觀看方向呈球面。將理解其他幾何形狀亦可實行，例如橢圓形、矩形、方形或任何其他多邊形或自由形式。
對照圖1a的鑄模30，圖1b所示鑄模31的第二模段21亦具凹面第二表面21.1。圖1c圖示鑄模32，其中第二模段22的第二表面22.1呈平面狀。
圖2圖示在第一具體實例中，利用鑄造操作，製造包含全相光學元件之光學鑄件的方法。根據步驟a)，提供模段，在本例中為圖1a之具凸面第二表面20.1的第二模段20。其次在步驟b)中，提供第二模段20黏附液滴20.2。在步驟c)中，將全相光學元件90置於黏附液滴20.2上及對準。在步驟d)中，具表面10.1之第二模段10、黏附液滴20.2和全相光學元件90接著連接至圖1a之第一模段10的套筒10.2，以形成具模腔40的鑄模30。在步驟e)中，利用計量系統13，由填充口孔5引入鑄料7。所用鑄料可為單包裝或多包裝鑄造系統，例如雙包裝，引入模腔40時，鑄料在25℃下的黏度為小於100000mPas。
在步驟f)中，固化鑄料，接著拆除鑄模30。如步驟g)所示，此可得光學鑄件50。該鑄件具有第一凸面表面50.1和第二凹面表面50.2，且在其內部體積含有全相光學元件90。
圖3描述利用至少一鑄造操作，製造包含至少一全相光學元件之光學鑄件的另一方法具體實例。在步驟a)中，提供鑄模30，其由第一模段10(其包含第一表面10.1和套筒10.2且具鑄料用填充口孔5)和具第二表面20.1的第二模段20構成。鑄模30內設置全相光學元件91，其係膜段14的一部分，其於表面10.1與套筒10.2間定位及對準。膜段14配置成矩形，使得其 四個角固定在套筒10.2(在本例中，其亦為球形)與第一表面10.1之間。膜段14例如為全相記錄膜切片，其已部分曝光，使全相光學元件91得置於其中間。膜段14另可具有其他膜及/或保護漆層(未圖示)，其保護膜段14免遭化學及/或機械影響。在步驟b)中，利用計量系統，使鑄模30完全填滿鑄料7，鑄料可流動繞過矩形膜段14側邊而完全填充鑄模30，此如步驟a)的剖面圖所見。在步驟c)中固化鑄料，及在步驟d)中脫模，以得光學鑄件51。
圖4描述利用鑄造操作，製造包含至少一全相光學元件之光學鑄件的又一方法具體實例。如同圖3所述方法變化例，全相光學元件92在此固定在第一模段10的表面10.1與套筒10.2間而定位及對準於鑄模30內。很顯然再次提供具全相光學元件92的鑄模(步驟a))，全相光學元件在此配置成平面且與第一模段10的第一表面10.1和套筒10.2同中心，使得其周圍區段固定在套筒10.2與第一表面10.1間並完全覆蓋第一表面10.1。故二口孔92.1設於全相光學元件92，讓鑄料7(步驟b))亦流入全相光學元件92與第一表面10.1間的體積區段，從而完全填充鑄模30。在步驟b)中，計量系統13則用於經由填充口孔5引入鑄料7至鑄模30的內部體積，上述全相光學元件92的口孔92.1用於完全填充鑄模30。接著在步驟c)中固化鑄料7，及在步驟d)中移除鑄模，以得光學鑄件52。
圖5至14圖示其他鑄模，全相光學元件定位及對準於內，由此可獲得光學鑄件。
圖5圖示利用第一模段10的套筒10.2中的製備溝槽17，定位及對準全相光學元件93。若採用依圖4配置的全相光學元件，則溝槽17可為沿套筒10.2的整個周圍內面連續延伸的溝槽形式，或若僅使用部分區域的全相光學元件，則可只包圍套筒10.2的次區域(如參見圖3，步驟a，正視圖)。此具體實例特別適合隨後擬研磨再造光學鑄件53的二平坦外側時，故外側 與全相光學元件93間需有更大距離。
類似圖5，圖6圖示全相光學元件94在套筒20.1的製備溝槽17中定位及對準。全相光學元件94係多層結構，包含其他保護膜和功能膜。例如，保護膜和功能膜可為偏光膜、色膜、設計膜、UV防護膜、光致變色膜或其組合物。
圖7圖示具平坦全相光學元件95的鑄件55和鑄模30，其施用於預製膜段95.1，例如利用熱成形或高壓成形法(HPF)，藉以產生偏移結構。膜段95.1進而在套筒10.2與第一表面10.1間定位及對準。
圖8圖示具球面彎曲全相光學元件96的鑄件56和鑄模30，其恰施用於同樣球面彎曲預製膜段96.1，或由熱成形或HPF法形成。膜段96.1本身進而在套筒10.2與第一表面10.1間定位及對準。
圖9a與圖8a的差別在於鑄模33的第二模段23的第二表面23.1更凸，使得以鑄造操作製得鑄件57(圖9b)在其折射光學能力方面更適合近視矯正。
反之，圖10a的鑄模34的模段14的第一表面14.1呈凹形，使得以鑄造操作製得光學鑄件58在其折射光學能力方面更適合遠視矯正。
圖11a圖示鑄模35，其中楔形全相光學元件97在套筒15.2的溝槽175中定位及對準。全相光學元件97亦可為多層結構，包含楔形基材和平面全相光學元件。圖11b圖示對應鑄件59。
圖12a圖示鑄模36，其中全相光學元件98在第一模段16的套筒16.2的溝槽176中定位及對準。全相光學元件98包含多層結構，其依次包含全相光學層98.1、光導98.2和二低折射率層98.3。後者可透過在全相光學元件98.1和光導98.2內全反射來導光。此具體實例特別適合頭戴式顯示器，其為此投射影像及使用光導。為此，光需從光導邊緣良好輸入，此如圖12b (箭頭L)所示。利用研磨方法例如可達成所需光導邊緣的光學品質。全相光學層元件98則用於提取光(箭頭L*)。圖12b圖示對應鑄件60和光輸入與提取方向L、L*。
圖13圖示鑄件61的另一較佳具體實例，其中如同圖12b，光導99.2用於由全相光學層元件99.1提取光L.1*。在此，另一全相光學層元件99.4亦用於將光L.1輸入光導99.2。光L.1投射到全相光學輸入元件99.4，使低折射率層99.3得讓光實質通過。相對於其面積，光L.1較佳以與重力方向相差至多±40°的直角投射到全相光學輸入元件99.4。較佳入射方向為+20°至-20°。光輸入L.1接著在光導99.2和全相記錄材料中傳播，及從二低折射率層99.3反射並進行全反射，直到由全相光學元件99.1提取(箭頭L.1*)。提取角度取決於光學元件99.1的繞射光學功能，較佳為相對法線夾±40°。在圖13中，此光依箭頭L.1*指示，此時提取角度對應垂直為0°。
圖14a和圖14b圖示鑄模30與對應光學鑄件62的又一具體實例，其中全相光學元件100(在此亦為平面式)配置成與反射光學物件62的光軸107夾角度109。全相光學元件100一側在第一表面10.1和第一模段10的套筒10.2與套筒10.2中的溝槽17間定位及對準。光軸107與全相光學元件100平面間的夾角另取決於全相光學元件100的形狀。
圖14c圖示具全相光學元件100之光學鑄件62的基本功能。在此，光L.2發射到光學鑄件及由全相光學元件100的全相結構繞射，使其再次從光學鑄件62提取成光束L.2*。
圖15描述利用鑄模30和鑄造操作，製造包含至少一體積全相光學元件之光學鑄件63的又一方法具體實例。在此方法配置下，平面全相光學元件101在模段20的表面20.1的可塑形膜20.3上定位及對準。在步驟a)中顯示在步驟b)中施用可塑形膜20.3的表面20.1。此例如可層疊實現。亦可 事先裝設膜20.3(如利用框架)及使模段20的表面20.1朝其移動。將膜20.3伸展並乾淨黏附於表面20.1。隨後，切掉膜20.3的突出邊緣。在步驟c)中，全相光學元件101接著定位於膜20.3及對準。當膜20.3具有良好成形性與低黏性時，此可以特別簡單的方式完成。在步驟d)中，鑄模30由具表面10.1的另一模段10組成，並組裝套筒10.2，以得模腔40。在步驟e)中，利用計量系統13，接著將鑄料7經由口孔5轉移到模腔40。固化步驟f)後為在步驟g)中脫模。
圖16描述利用鑄模30和鑄造操作，製造包含至少一體積全相光學元件102之光學鑄件64的再一方法具體實例。在此方法變化例中，全相光學元件102定位於表面70，其利用2步驟鑄造及固化方法產生及對準。在步驟a)中，第一模段10由套筒10.2與第一表面10.1組合，且與第一表面10.1裝設於底部。在步驟b)中，利用計量系統13，將鑄造系統7引至第一表面10.1，直到形成平面表面70。在步驟c)中，固化鑄造系統7。在此可進行部分固化，使表面70仍保持部分黏性。也可全面固化。較佳為部分固化。在步驟d)中，全相光學元件102接著定位於表面70及對準。在步驟e)中，附接第二模段20以完全組裝鑄模30，並利用計量系統13，經由套筒10.2中的口孔5將其他鑄料7引入模腔40，直到模腔40完全填滿鑄料7。隨後，在步驟f)中，使鑄造系統7完全固化。在步驟g)中，使依此製造具全相光學元件102的光學鑄件64脫模。
5‧‧‧口孔
7‧‧‧鑄料
10、14、16、20、21、22、23‧‧‧模段
10.1、14.1、20.1、21.1、22.1、23.1‧‧‧表面
10.2、15.2、16.2‧‧‧套筒
13‧‧‧計量系統
17‧‧‧溝槽
20.2‧‧‧黏附液滴
20.3‧‧‧可塑形膜
30-36‧‧‧鑄模
40‧‧‧模體
50-64‧‧‧鑄件
50.1、50.2、70‧‧‧表面
90-98‧‧‧全相光學元件
92.1‧‧‧口孔
95.1、96.1‧‧‧膜段
98.1、99.1‧‧‧光學層元件
98.2、99.2‧‧‧光導
98.3、99.3‧‧‧低折射率層
99.4‧‧‧光學輸入元件
100-102‧‧‧全相光學元件
106‧‧‧角度
107‧‧‧光軸
本發明將參照圖式詳述於後。圖式表示：圖1a-c 為三個具不同構造模段的不同鑄模，模段之一包含套筒；圖2a-g 為在第一構造中，製造具全相光學元件之光學鑄件的方法；圖3a-d 為在第二構造中，製造具全相光學元件之光學鑄件的方法； 圖4a-d 為在第三構造中，製造具全相光學元件之光學鑄件的方法；圖5a、b 為鑄模，其具有由對應塑形模段形成的凹面表面和凸面表面，全相光學元件具有平面結構，光學鑄件可由此獲得；圖6a、b 為具凹面表面和凸面表面的鑄模，且具有具平面結構的全相光學元件和另一膜段與之連接，光學鑄件可由此獲得；圖7a、b 為具凹面表面和凸面表面的鑄模，且在具偏移結構的載具上具有平面全相光學元件，光學鑄件可由此獲得；圖8a、b 為具凹面表面和凸面表面的鑄模，且具有球形全相光學元件，光學鑄件可由此獲得；圖9a、b 為具凹面表面和凸面表面的鑄模，且具有球形全相光學元件，近視矯正用光學物件可由此獲得；圖10a、b 為具凹面表面和凸面表面的鑄模，且具有球形全相光學元件，遠視矯正用光學物件可由此獲得；圖11a、b 為具凹面表面和凸面表面的鑄模，且具有具楔形結構的全相光學元件，光學鑄件可由此獲得；圖12a、b 為具凹面表面和凸面表面的鑄模，且具有層結構，其包含全相光學元件置於光導上，光學鑄件可由此獲得；圖13 為具層結構的光學鑄件，其部分伸入鑄件且包含二全相光學元件置於光導上；圖14a-c 為具凹面表面和凸面表面的鑄模，全相光學元件與鑄件光軸夾一角度對準，光學鑄件可由此獲得，另有此光學鑄件的功能圖；圖15a-g 為在第四構造中，製造具全相光學元件之光學鑄件的方法；及圖16a-g 為在第五構造中，製造具全相光學元件之光學鑄件的方法。
測量方法： 黏度測定
用Physica MCR 51(取自Anton Paar)黏度計測定黏度。為此，使樣品平衡及讓球體懸浮(低黏度η<10000mPas：25℃，球體直徑25mm(CP-25)；高黏度η>10000mPas：50℃，球體直徑60mm(CP-60))。將約0.5-1克的產物放到平板上，讓球體往下落，使球體完全被產物潤濕。擦掉過量產物。剪切率(低黏度時約500公升/秒(l/s)，高黏度時約100l/s)由儀器自動設定。在各個情況下進行20次測量，並測定平均值。
折射率測定
在高黏度固體產物方面，從穿透與反射光譜取得隨樣品波長變化的折射率n，藉以在589nm波長下測定折射率。為此，由5重量%的乙酸乙酯溶液，於載玻片上旋塗厚度約100-300nm的樣品膜。利用取自STEAG ETA-Optik的CD-Measurement System ETA-RT光譜儀，測量此層組的穿透與反射光譜，接著將層厚度和n之光譜變量曲線擬合測得穿透與反射光譜。此可由光譜儀的內建軟體完成，另需石英玻璃基材的n資料，其事先以空白測量測定。
在液體產物方面，Abbe折射計用於測定在589nm下的折射率。完成方式為施用3滴產物至儀器的乾淨測量稜鏡上、把照射稜鏡向下摺合，接著在2分鐘內達20℃平衡。其次，將觀測場域的明/暗邊界精確定位於折射計的十字準線。一旦設定值不再有任何變化，便讀取儀器上的折射率至小數點下四位。進行雙重測定。容許標度差可達0.0002。
霧度測量
依據ASTM D 1003，測量霧度。霧度係透射光百分比，其與發射光束平均偏離超過2.5度。為測量霧度，測量前先清洗全相試件外側， 以免玻璃表面上的指紋和灰塵導致結果失真。接著，將試件插入Byk-Gardner Haze-Gard-Plus儀器中分析。依據下文章節”利用透射配置的雙束干涉，測量全相媒體的全相性質DE和△n”，測量試件的層厚度，及根據Kogelnik模擬理論布拉格曲線。
異氰酸酯含量
依據DIN EN ISO 11909，定量所列NCO值(異氰酸酯含量)。以IR光譜儀偵測反應混合物中的NCO基是否完全轉化，即消失。若反應混合物的IR光譜中無NCO頻帶(2261公分-1(cm-1))，則假設已完全轉化。
固含量
未塗佈錫罐蓋和迴紋針用於確定空重。接著秤重約1克的待分析樣品，並均勻分散至具適當彎折迴紋針的錫罐蓋內。迴紋針仍留在樣品中進行測量。測定起始重量，接著在實驗室烘箱中，以125℃加熱組件1小時，然後定量最終重量。以下列公式定量固含量：最終重量[克]×100/起始重量[克]=固體重量%。
化學品和基材： 製備聚醇1
1公升燒瓶內先裝入0.18克辛酸錫、374.8克ε-己內酯和374.8克雙官能基聚四氫呋喃聚醚聚醇(當量重：500克/莫耳OH)，其加熱達120℃，並維持在此溫度，直到固含量(非揮發性成分比例)達99.5重量%或以上。隨後冷卻混合物而得蠟狀固體產物。
製備胺基甲酸酯丙烯酸酯1(寫入單體)：偶磷基硫基三(氧基苯-4,1-二基胺甲醯基氧基乙烷-2,1-二基)三丙烯酸酯
500毫升圓底燒瓶內先裝入0.1克2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、 0.05克二丁基二月桂酸錫和213.07克、備於乙酸乙酯的27%三(對異氰氧基苯基)硫磷酸鹽溶液(Desmodur® RFE，德國Leverkusen的Bayer MaterialScience AG的產品)，其加熱達60℃。接著滴加42.37克2-羥基乙基丙烯酸酯，並使混合物維持在60℃，直到異氰酸酯含量降至0.1%以下。隨後冷卻及在真空中完全移除乙酸乙酯。所得產物為部分結晶固體。
製備胺基甲酸酯丙烯酸酯2(寫入單體)：2-({[3-(甲基硫烷基)苯基]胺甲醯基}氧基)乙基丙-2-烯酸酯
100毫升圓底燒瓶內先裝入0.02克2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚、0.01克的Desmorapid Z、11.7克3-(甲硫基)苯基異氰酸酯[28479-1-8]，及加熱混合物達60℃。接著滴加8.2克2-羥基乙基丙烯酸酯，並使混合物維持在60℃，直到異氰酸酯含量降至0.1%以下。隨後加以冷卻。所得產物為無色液體。
製備添加劑1：雙(2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7-十二氟庚烷)(2,2,4-三甲基己烷-1,6-二基)雙胺甲酸酯
50毫升圓底燒瓶內先裝入0.02克的Desmorapid Z和3.6克2,4,4-三甲基己烷-1,6-二異氰酸酯(TMDI)，及加熱混合物達60℃。接著滴加11.9克的2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7-十二氟庚-1-醇，並使混合物維持在60℃，直到異氰酸酯含量降至0.1%以下。隨後加以冷卻。所得產物為無色油。
硼酸鹽(光起始劑)
依歐洲專利申請案EP 13189138.4所述實施例1製備硼酸鹽，以得51.9%的芣基二甲基十六基硼酸銨溶液。
染料1
染料製備描述於WO 2012 062655的實施例9。
染料2
染料製備描述於WO 2012 062655的實施例15。
染料3
染料製備描述於WO 2012 062655的實施例14。
基材
Tacphan 915-GL係取自LOFO high Tech Film GMBH,DE-79576 Weil am Rhein(德國)的50微米(μm)厚三乙酸酯箔。
製造及特性化測試全相圖
測試全相圖製備如下：在黑暗中把光聚合物切成預定尺寸，及利用橡膠輥層疊到尺寸50mm×70mm(厚度3mm)的玻璃板上。
利用測試設備製造測試全相圖，其利用綠色(532nm)雷射輻射製造Denisyuk反射全相圖。測試設備由雷射源、光束導引系統和玻璃試件支架組成。玻璃試件支架以相對光軸13度裝設。
雷射源產生輻射，其利用特定光束路徑放寬成約5cm並導向玻璃試件，其光學接觸反射鏡。全相物體為尺寸約2cm×2cm的鏡子，使得全相圖重建涉及反射鏡的波前重建。所有實施例皆以綠色532nm雷射曝光(美國加州Irvine的Newport公司，產品編號：EXLSR-532-50-CDRH)。利用快門，使記錄膜以預定方式曝光2秒。
其次，把樣品放到UV源的輸送帶上，並讓基材側面向燈具，及按2.5公尺/分鐘帶速曝光兩次。所用UV源為融合UV型鐵摻雜汞燈”D Bulb”，編號：558434 KR 85，總功率密度為80瓦/平方公分。參數對應2×2.0焦耳/平方公分劑量(以ILT 490 Light Bug測量)。
因體積全相圖具高效率，故繞射反射可用VIS光譜儀(美國佛州Dunedin的USB 2000,Ocean Optics)的可見光分析穿透率，其出現在穿透光譜中為具低穿透率的波峰。全相圖的品質可透過評估穿透率曲線確定：峰寬度測定為”半高寬”(FWHM)(單位：奈米(nm))，峰深度(Tmin)記述為100%-Tmin，單位：百分比，具最低穿透率的區域代表最高繞射效率 的波長(nm)。
實施例 實施例1
將由全相記錄膜製成的測試全相圖定位及對準於圓形塑膠套筒中的口孔(亦參見圖4a)。首先，裝設鑄模，其係將兩個玻璃透鏡(直徑85毫米，內徑88毫米，Shamir Insight公司)夾到塑膠套筒，以形成模腔。
鑄造系統由混合物1組成：80克的Desmodur I(異佛酮二異氰酸酯；德國Leverkusen的Bayer Materialscience AG)、20克的Desmodur N 3200(含雙縮脲的六亞甲基二異氰酸酯聚異氰酸酯；德國Leverkusen的Bayer Materialscience AG)和3.76克的Zelec UN脫模劑(美國的Stepan Company)，其混合後並靜置過夜。混合物2係將73.9克的Desmophen 4011 T(德國Leverkusen的Bayer Materialscience AG)和0.04克的催化劑(4,12-二丁基-2,6,10,14-四甲基-1,7,9,15-四氧雜-4,12-二氮雜-8-錫雜螺[7.7]十五烷)混合在一起並靜置過夜。隨後，把混合物1轉移到燒瓶，及在10毫巴下抽空10分鐘。然後將混合物2加入燒瓶，再次攪拌最終混合物3及去氣。接著利用5微米濾器過濾混合物3及引入注射器，然後完全填充鑄模。
在乾燥箱中依以下溫度量變曲線乾燥填充鑄模：在20℃下4小時；在13小時內線性加熱達100℃；100℃恆溫2小時；120℃恆溫2小時。最後，使鑄模冷卻至室溫，待其完全冷卻後，先手動移除套筒，再移除二玻璃體。
實施例2
如同實施例1製造及特性化實施例2，除了鑄造系統不含任何催化劑。
實施例3
如同實施例1製造及特性化實施例3，除了鑄造系統含有0.04克的2,4,6,10,12,14-六甲基-1,7,9,15-四氧雜-4,12-二氮雜-8-錫雜螺[7.7]十五烷催化劑。
實施例4
如同實施例1製造及特性化實施例4，除了測試全相圖乃定位及接合至玻璃模具表面的凹側邊緣(亦參見圖3)。
表1列出各例嵌入全相圖在封裝前後的光譜性質。
5‧‧‧口孔
10、20、21、22‧‧‧模段
10.1、20.1、21.1、22.1‧‧‧表面
10.2‧‧‧套筒
30、31、32‧‧‧鑄模
40‧‧‧模體

Claims (15)

  1. 一種利用至少一鑄造操作於製造包含至少一體積全相光學元件之光學鑄件的方法，該方法包含下列步驟：- 提供一鑄模，包含具一平面、球面、非球面或自由形式之第一表面的一第一模段和具一平面、球面、非球面或自由形式之第二表面的一第二模段，該第一模段可連接至該第二模段而形成該鑄模；- 提供至少一全相光學元件；- 相對該第一模段及/或相對該第二模段定位及對準該至少一全相光學元件；- 結合該第一與該第二模段而形成該鑄模；- 在一或更多鑄造步驟中，引入一鑄料，該鑄料在25℃下的一最大黏度為100000mPas；- 固化該鑄料；- 自該鑄模移除包含該至少一全相光學元件的該固化鑄料，該至少一全相光學元件被該鑄料至少部分圍繞。
  2. 如請求項1之方法，其特徵在於該第一及/或該第二模段包含至少一用以連接一模段至另一模段之套筒。
  3. 如請求項2之方法，其特徵在於該至少一全相光學元件乃專門或另外相對該至少一套筒定位及對準。
  4. 如請求項1至3中任一項之方法，其特徵在於該至少一全相光學元件係相對該第一模段的該第一表面及/或相對該第二模段的該第二表面定位及對準。
  5. 如請求項4之方法，其特徵在於利用一當作固定劑之材料液滴，以相對該第一模段的該第一表面及/或相對該第二模段的該第二表面定位及對 準該至少一全相光學元件，該材料液滴的折射率與該鑄料的折射率相差不超過0.01，較佳為0.002。
  6. 如請求項1至5中任一項之方法，其特徵在於該至少一全相光學元件係在至少一膜段上定位及對準，該至少一膜段置於該第一模段的該第一表面及/或該第二模段的該第二表面，並至少覆蓋其區段。
  7. 如請求項1至6中任一項之方法，其特徵在於該至少一全相光學元件至少於區段連接至一膜段，該膜段另提供一其他光學功能，特別係一偏光功能、一UV吸收、一設計功能、一標記功能、一著色功能、一光致變色功能、一機械支撐功能或上述功能之組合。
  8. 如請求項1至7中任一項之方法，其中該第一及/或該第二模段用一鑄料至少部分填充，使該鑄料至少部分固化，接著在該至少部分固化鑄料的形成表面定位及對準該至少一全相光學元件，再結合該第一與該第二模段而形成該鑄模，接著用一鑄料完全填充該鑄模，隨後固化該整個鑄料。
  9. 如請求項1至8中任一項之方法，其特徵在於該至少一全相元件為平面，且其表面法線與該鑄件的光軸夾0°至90°的一角度對準及定位，較佳為0°至60°。
  10. 如請求項1至9中任一項之方法，其特徵在於該至少一全相光學元件整合到一光學層結構，該層結構配置使光可輸入該層結構、沿該層結構的各層廣度傳播、經由該周圍光學鑄件的該至少一全相光學元件發射，由此離開光學鑄件。
  11. 如請求項1至10中任一項之方法，其特徵在於該至少一全相光學元件係由一光聚合物材料形成，該光聚合物材料包含一黏結劑、至少一寫入單體和至少一光起始劑系統，該黏結劑較佳包含一交聯黏結劑，該光聚合物材料更佳另包含具結構(II)之一對比劑，其中n1且n8，R1、R2、R3 個別為氫、直鏈、支鏈、環狀或雜環未取代或選擇性雜原子取代之有機原子團，其中R1、R2、R3原子團的至少一者被至少一氟原子取代。
  12. 如請求項1至11中任一項之方法，其特徵在於該引入鑄料在25℃下的黏度為小於5000mPas，較佳為小於500mPas，更佳為小於100mPas。
  13. 如請求項1至12中任一項之方法，其特徵在於該鑄料包含一或更多單體及/或寡聚物，具有至少一官能基，該至少一官能基選自丙烯醯基、甲基丙烯醯基、乙烯基、烯丙基、異氰酸酯、異硫氰酸酯、醇、酸、環氧乙烷、硫環丙烷、硫醇和胺。
  14. 一種光學鑄件，包含至少一全相光學元件，其係由如請求項1至13中任一項之方法製造。
  15. 一種眼鏡，例如矯正眼鏡、雙焦眼鏡、三焦眼鏡與變焦眼鏡、用於顯示螢幕作業及用於駕駛的矯正眼鏡、太陽眼鏡、具偏光功能的眼鏡、防護眼鏡、功能性眼鏡、具安裝電子顯示器以加強真實感的眼鏡或智慧型眼鏡、汽車前大燈或倒車燈、顯微鏡、泛光燈、袖珍手電筒、用於相機與智慧型手機的攝影鏡頭、(電子)投影機的投射光件、發光二極體與雷射中的二次光件、LED燈具、白熱燈和用於電子影像感測器的校正光件，其包含如請求項14之光學鑄件。
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