向光学表面施加涂层的方法 【技术领域】
本发明涉及一种向光学表面施加涂层的方法。本发明尤其涉及一种向光学器件的光学表面施加涂层的方法，其中该光学表面可以是凹面或凸面，该光学器件可以是光学镜片或用于制造光学镜片的模具。
本发明的背景技术
随着时间的流逝，塑料镜片已经十分理想的用于制造光学镜片尤其是用于眼镜类型的光学镜片。相比较玻璃镜片而言，塑料镜片具有几项优点，包括重量轻、强度高以及容易制造。为了形成塑料镜片，使用在镜片制造领域通常称为前模和后模的两个模具。每个模具具有一个朝向内侧的表面，该表面也称之为光学表面。当这两个模具按照彼此之间理想的距离和旋转取向适当地设置时，他们面朝内侧的表面是所要形成的镜片表面的负像。使用闭合部件来对该腔进行必要的密封。然后流体状的形成镜片的混合物(通常是流体状单体)放入并包容在这两个模具和闭合部件所限定地腔内。当流体状的形成镜片的混合物处于该腔内之后，它固化而形成具有模具形状的硬化聚合物镜片。镜片的表面是该镜片的光学表面。
通常，用于眼部佩带的塑料镜片由经自由基聚合反应而聚合的二甘醇双(烯丙基碳酸酯)(“DAC”)制成。DAC镜片具有较高的耐冲击性、重量轻、易于制造和抛光、易于染色。但是DAC镜片不具有理想的耐磨性。
也可以通过模制热塑性树脂来制造塑料镜片，这种树脂例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚碳酸酯。但是这两种类型的镜片具有一些固有的缺陷：PMMA镜片具有不好的耐冲击性，而聚碳酸酯镜片不具有足够的耐磨性和耐溶剂性。
该领域提出的改善塑料镜片耐磨性的一种方法包括：在镜片表面通过热固化或紫外辐射固化施加硬涂层。
除了改善塑料镜片的耐磨性之外，涂层还能用来改善塑料镜片的其他性能，例如作为日光的保护屏。
目前，在该领域有几种给光学镜片施加涂层的方法。一种是在浇铸过程中给光学镜片施加涂层。在这种情况下，如图1所示，镜片浇铸模具F(前模)和B(后模)以及垫圈G一同形成镜片浇铸装置A。通过浸涂、喷涂或旋涂，可以首先将涂布液C分别施加在模具F和B朝内的表面或光学表面上。模具F和B位于垫圈G内，从而在模具F和B之间形成模腔MC，向该腔内引入例如形成镜片的单体的镜片形成溶液。当镜片形成溶液固化而形成光学镜片(未显示)时，涂布液与镜片形成溶液一同固化，并从模具F和B上转移至光学镜片的光学表面上，从而在其中形成涂层。
或者，在镜片浇铸过程之后，通过将光学镜片直接浸入到涂布液中、向光学镜片的表面喷涂涂布液、或者旋涂光学镜片的表面，而将涂层施加到光学镜片的表面上。
但是这些涂布方法通常费时而且具有实践上的限制，因为每一种方法都是难以控制的和容易浪费的，因此成本昂贵。另外，在涂布过程中，灰尘会引入到涂布液中或者镜片形成溶液中，从而在形成的镜片中导致光学缺陷。另外，各种传统的涂布方法都有其自身的特殊限制，例如在旋涂的情况下，难以向光学镜片的凸面施加涂层。
另外，在这些涂布方法中难以控制涂层的均匀度，尤其是当需要涂层是厚的和/或光学表面具有大的曲率的时侯。通常如图14A所示，通过这些涂布方法在光学表面上分配的涂布液C按照涂布液滴形成涂层，它具有粗糙的表面，并且在各滴之间具有多个孔。该领域称之为“橘皮”效应，这长期困扰着该领域，没有令人满意的溶液。
因此，在该领域需要新的涂布方法和装置，它可以为光学表面(凹面或凸面)提供轮廓分明的涂层，同时就成本而言是有效的。
【发明内容】
本发明克服了现有技术的缺点并革新了光学涂布方法。在一个方面，本发明涉及一种给光学器件的光学表面施加涂层的方法。在一个实施方案中，该方法包括如下步骤：模板(cliche plate)的模(cliche)上放置涂布液，将涂布液从模上转移到转移垫的可变形体上，将转移垫压在光学表面上，从而将涂布液从转移垫的可变形体上转移至光学表面。该方法还包括在微波波长对与光学表面结合的涂布液进行辐射，从而在光学表面上形成涂层。该涂层还可以固化以在适当的光学表面上形成所需的涂层。光学器件可以是具有至少一个光学表面的光学镜片，或者可以是用于制造光学镜片的模具。换句话说，本发明可以将涂料直接施加在光学镜片的光学表面上。或者，涂料可以首先施加在至少一个模具的光学表面上，然后在浇铸的过程中转移到光学镜片的光学表面上。
另外，设置含有涂布液的储存器，并且可以用来自储存器的涂布液填充模板的模。在一个实施方案中，储存器具有带第一端和第二端、以及一个外表面和纵向轴的、并限定一个轴向延伸的孔道的主体，在第一端封闭该延伸的孔道的盖子，以及在第二端围绕着该延伸的孔道的刮片。将储存器设置成其第二端对着具有模的模板表面而使得模板与刮片一同作用以在第二端封闭该延伸的孔道，并且将模板相对于储存器沿着基本垂直于纵向轴的方向移动而使得刮片刮过模而将涂布液留在模中，从而可以用来自储存器的涂布液填充模板的模。储存器也可以具有穿过盖子并与孔道以及涂布液的供给源流体相通的入口，从而可以将涂布液从涂布液的供给源通过入口引入到储存器的孔道中。
在本发明的一个实施方案中，将转移垫放置在第一位置中，将模板放置在第二位置上，其中第一位置和第二位置沿着第一操作轴相对准，使得转移垫和模板相对移动而使得转移垫接触模中的涂布液，将转移垫压在模板上而使得一些涂布液从模上转移而在转移垫上形成涂布液层，将转移垫和模板相对移动而彼此分开，使得转移垫基本返回至或停留在第一位置而模板基本返回至或停留在第二位置，将模板从第二位置缩回至缩回位置，其中第二位置和缩回位置沿着第二操作轴相对准，且第一操作轴和第二操作轴基本彼此垂直，从而可以将涂布液从模转移到转移垫中。然后，在缩回位置中，涂布液可以类似的放在模板的模中，在模中带有涂布液的模板可以再一次的放置在第二位置中，等待将涂布液转移到转移垫中。
另外，在本发明的一个实施方案中，将转移垫放置在第一位置中，将光学器件放置在第二位置上，其中第一位置和第二位置沿着第一操作轴相对准，使得转移垫和光学器件相对移动而使得转移垫接触光学器件的光学表面，将转移垫压在光学器件上而使得一些涂布液从转移垫上转移而在光学器件的光学表面上形成涂布液层，从而将涂布液从转移垫上转移至光学表面。可以将转移垫和光学器件相对移动而彼此分开，使得转移垫基本返回至或停留在第一位置。光学器件可以基本移向第三位置以进行进一步的辐射处理。
在本发明的一个实施方案中，如果光学器件是光学镜片，还可以通过在微波波长范围之外的辐射固化该涂层而在光学表面上形成涂层。辐射源可以包括红外光、紫外光或它们的任何结合。本发明的一个令人惊讶的发现是在固化之前对涂布液进行微波辐射，可以在光学表面上产生更光滑的涂层，并且消除了涂层的橘皮效应。
如果光学器件是前模或后模之一，其中前模具有朝向内侧的表面，后模具有朝向内侧的表面，则涂布液可以从转移垫转移至每个朝向内侧的表面上，分别在每一个朝向内侧的表面上形成涂层。然后可以利用微波波长的辐射来照射每个涂层。其朝向内侧的表面为所要形成的光学镜片表面的负像的前模和后模彼此按照适当的距离和旋转取向来设置。然后，用例如垫圈、套筒或包裹材料的封闭部件将前模和后模的边缘封闭起来，以限定一个模腔。然后可以向模腔内引入流体状的镜片形成材料。通过辐射来固化流体状的镜片形成材料，从而流体状的镜片形成材料可以硬化，以形成光学镜片，在前模和后模的内侧表面上的每个涂层转移并硬化而粘接在光学镜片的对应表面上。固化过程的辐射源可以包括红外光、紫外光或其任何的结合。
在本发明的另一个实施方案中，可以在转移垫压在光学表面上之前在光学表面上放置一个屏。可以向屏上施加一些涂布液。然后将转移垫压在屏上，从而将涂布液从转移垫上转移到屏和光学表面上。屏具有限定一个开口的框、以及覆盖该开口的膜，其中至少部分膜具有多个孔。在一个实施方案中，该模包括部分涂布的纤维，它使得涂布液可以按照所控制的速度通过。当转移垫压在屏上时，该膜与光学表面弯曲配合，并使得涂布溶液从转移垫通过该多个孔到达光学表面，这样使得涂层具有均匀的厚度。
在另一个方面，本发明涉及一种给具有第一光学表面和第二光学表面的光学器件施加涂层的方法。在一个实施方案中，该方法包括如下：将涂布液转移到第一转移垫和第二转移垫，将第一转移垫压在第一光学表面上，将第二转移垫压在第二光学表面上，从而将涂布液分别从第一转移垫和第二转移垫转移至第一表面和第二表面。涂布液可以放置在第一和第二模板的模中，涂布液可以从第一模板的模中转移到第一转移垫上，从第二模板的模中转移到第二转移垫中。
在另一个方面，本发明涉及一种给光学镜片的光学表面施加涂层的方法。在一个实施方案中，该方法包括如下步骤：将涂布液放置在模板的模中，将涂布液从该模中转移到转移垫上，将转移垫压在光学表面上，从而将涂布液从转移垫转移到光学表面上，对于光学表面相结合的涂布液利用微波波长进行辐射，从而在光学表面上形成涂层，利用微波范围之外的波长进行辐射而固化该光学涂层，从而在光学表面上形成涂层。
在另一个方面，本发明涉及一种给光学镜片的至少一个光学表面施加涂层的方法。在一个实施方案中，该方法包括如下步骤：将涂布液放在模板的模中，将涂布液从模上转移到转移垫上，提供分别具有朝向内侧的表面的前模和后模，将转移垫压在前模和后模的每个朝向内侧的表面上，从而将涂布液分别从转移垫转移至每个朝向内侧的表面上，在微波波长对与每个朝向内侧的表面相结合的涂布液进行辐射，从而在每个朝向内侧的表面上形成涂层，将其朝向内侧的表面是所要形成的光学镜片表面的负像的前模和后模彼此按照适当的距离和旋转取向来定位，前模和后模均具有边缘，利用封闭部件来封闭该前模或后模的边缘，以限定一个模腔，将流体状的镜片形成材料注入到模腔内，利用微波波长范围之外的辐射来固化该流体状镜片形成材料，从而硬化流体状的镜片形成材料，以形成光学镜片，在前模和后模的内侧表面上的每个涂层转移并硬化而粘接在光学镜片的对应表面上。
在另一个方面，本发明涉及一种给至少一个光学表面施加涂料而形成涂层的方法。在一个实施方案中，该方法包括以下步骤：将涂布液转移到光学表面上，在微波波长辐射该涂布液，从而在光学表面上形成涂层。该方法还包括：通过在微波波长范围之外的辐射固化该涂层，而在光学表面上形成涂层，其中从微波辐射源产生微波辐射，利用紫外光和红外光中的至少一种产生微波波长范围之外的辐射。
在另一个方面，本发明涉及一种在至少一个光学表面上施加涂层而形成涂层的设备。在一个实施方案中，该设备包括：将涂布液转移到光学表面上的转移装置，在微波波长进行辐射的辐射装置，从而在光学表面上形成涂层。该设备还包括用于利用在微波波长范围之外的辐射固化涂层而在光学表面上形成涂层的固化装置。在一个实施方案中，辐射装置可以包括微波能源例如微波炉，固化装置可以包括紫外光和红外光中的至少一种。
在另一个方面，本发明涉及一种给至少一个光学表面施加涂料而形成涂层的方法。在一个实施方案中，该方法包括如下步骤：将屏放置在光学表面上，向屏施加一些涂布液，将一些涂布液转移到转移垫上，将转移垫压在屏上，从而将涂布液从转移垫转移到屏上以及光学表面上，辐射涂布液从而在光学表面上形成涂层。
从以下结合附图对各种实施方案所做的描述中可以了解本发明的这些和其他方面，但是在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以作出各种变化和改进。
【附图说明】
图1是现有技术的在浇铸过程中向光学镜片施加涂料的涂布过程截面图；
图2是根据本发明用于向光学表面施加涂料的设备的透视图；
图3是图2的用于向光学表面施加涂料的设备的部分截面图；
图3A示意性地表示根据本发明的一个实施方案可以用于图2的设备的转移垫；
图3B表示图3A中的转移垫的截面图；
图3C示意性地表示根据本发明的另一个实施方案可以用于图2的设备的转移垫；
图3D是图3C所示的转移垫的截面图；
图4是在本发明的一个实施方案中向光学表面施加涂料的转移垫的截面图；
图5是在本发明的替换实施方案中向光学表面施加涂料的转移垫的截面图；
图6A-6F示意性地表示在本发明的一个实施方案中利用转移垫向光学表面施加涂料的过程；
图7是用于本发明的一个实施方案的涂布工段的透视图；
图8示意性地表示在本发明的另一个实施方案中在自动化生产线上向光学表面施加涂料的过程；
图9是在本发明的实施方案中从两侧向光学器件施加涂料的侧视图；
图10是图9的光学器件固化的侧视图；
图11是在本发明的一个实施方案中当模和储存器相对移动时向光学器件施加涂料的侧视图；
图12A是用于本发明一个实施方案的涂布屏的透视图；
图12B是图12A的涂布屏的俯视图；
图13A-13B示意性地表示在本发明的一个实施方案中利用转移垫和图12A的涂布屏来向光学表面施加涂料的过程；
图14A是根据现有技术的涂布方法向光学表面施加的具有类似橘皮表面的涂层的截面图；
图14B是根据本发明的一个实施方案向光学表面施加的带有更平滑的表面的涂层的截面图。
优选实施方案的详细说明
在以下的实施例中更详细的描述本发明，这些实施例仅仅是用于进行示例，因为对于本领域熟练技术人员来说可以清楚多种改进和变化。在说明书和权利要求书中，“一种”表示一个或多个，这取决于它所使用的内容。以下参考附图描述几个实施方案，其中在全部的图中相同的标记表示相同的部件。小标题(如果有的话)是用于帮助读者理解各个实施方案的，不是对本发明范围的限制。
参考图2-14，本发明包括向光学表面施加涂层的方法。该光学表面与光学镜片、或者用于浇铸或制造光学镜片的光学模具有关。
本发明的设备
本发明的设备可以用于向具有各种表面几何形状的光学表面施加涂层。首先参考图2-5，本发明涉及用于向光学表面施加涂层的设备200。在一个实施方案中，该设备200包括转移垫10。转移垫10具有基部12和与基部12连接的主体14。主体14可以具有底部16、顶部18、和与底部16及顶部18连接的表面20。从横截面看，主体14的表面20可以是任何几何形状，例如环形、卵形、椭圆形、矩形、正方形、多角形等。主体14的表面20也可以是不规则的。
在一个实施方案中，如图3A和3B所示，表面20具有环形截面，并从顶部18至底部16形成连续轮廓。主体14可以由例如橡胶等的可变形材料形成。换句话说，当压在另一个物体上时，主体14是可变形的。主体14具有的表面张力能使得它能够在接触时提取涂布液层。从图3B中可以看得最清楚，基部12的尺寸可以由半径rb表示，主体14的尺寸可以由半径r表示，它更具体的说是测量了主体14在底部16上伸出到基部12上的尺寸。半径r通常比半径rb小，这表示基部的尺寸通常比主体的底部的尺寸大，因此主体能够由基部完全支撑。但是，这不是必要的条件。换句话说，半径r可以基本等于或大于半径rb。
可变形的主体的表面可以是如图3A所示的表面20的无缝轮廓。或者，可变形主体的表面可以是其他的形式。例如图3C和3D所示，可变形主体314具有上部321和下部323。下部323通常是由底部316和上端317限定的圆柱状的或截头圆锥状的，其中从截面看下部323是圆形的，下部323的半径尺寸通常从上端317至底部316逐渐增加。从图3D中可以看得更清楚，底部316的尺寸由半径r1表示，上端317的尺寸由半径r2表示，其中半径r1通常比r2大。或者，下部323可以是圆柱状的，其中半径r1基本等于r2。
上部321和下部323在下部323的上端317处合并在一起。上部321具有弯曲的表面325，它可以由其曲率来表征。一般来说，表面的曲率越大，表面的弯曲程度越高。可以将弯曲表面325的曲率选择为非零值。在极端的情况下，弯曲表面325的曲率可以为0，也就是弯曲表面325可以是平的。在本发明的实践中，弯曲表面325的曲率可以由用户根据需要来选择。例如，如果要涂布的光学表面是凹面，则可以选择具有更“平”的表面的可变形体，也就是具有小曲率，从而该可变形体可以与该光学表面之间有良好的接触。另一方面，如果要涂布的光学表面是凸面，可以选择具有更“弯曲”的表面的可变形体，也就是具有较大的曲率，从而使该可变形体可以与凸的光学表面有更好的接触。但是由于该可变形体是可变形的，因此可以采用具有给定曲率的可变形体，以和具有任何表面几何形状的光学表面形成接触。
参考图3C和3D，主体314由基部312支撑。在所示的实施方案中，基部312具有半径为rb的盘。半径rb可以小于、等于或大于表示底部316的尺寸的半径r1。在图3C和3D所示的实施方案中，半径rb大于半径r1。因此基部312具有在底部316处围绕着下部323的边缘部分327。可以利用边缘部分327来操作转移垫310。边缘部分327是可有可无的。盘的厚度可以根据用户的需要来选择。
可变形体可以用胶、热合等方法连接至基部。转移垫的基部可以具有另外的特征。例如对于图3A和3B所示的实施方案来说，基部12具有第一侧边缘13和相对的第二侧边缘15。第一侧边缘13和第二侧边缘15分开设置，但是彼此基本平行。设置第一侧边缘13和第二侧边缘15，从而转移垫10可以利用一些机械设备来操作。例如通过在第一侧边缘13和第二侧边缘15处与转移垫10咬合，可以使用夹具(未显示)来保持和/或传送转移垫10。因为第一侧边缘13和第二侧边缘15是基本平的，因此它们可以提供比环状盘能够提供的区域更大和更方便的区域来使得夹具咬合转移垫10。另外，可以除去在可变形体14处对应的部分，从而可以形成更大的侧边缘(未显示)。
参考图3，可以将任选的转移垫支架24与转移垫10的基部12耦合，用于操作转移垫10。例如，转移垫支架24和基部12可以通过螺母螺栓耦合机构结合在一起。在一个实施方案中，基部12具有带螺纹的螺母部分，转移垫支架24可以具有带螺纹的螺拴部分，它与基部的带螺纹的螺母部分相匹配，以将它们结合在一起。也可以采用其他的耦合机构。例如转移垫支架24和基部12可以模制为一个整个工件。转移垫10的基部12和转移垫支架24由硬度比转移垫10的可变形体14高的相同或不同的材料制成。可以用于制造转移垫10的基部12和转移垫支架24的材料分别包括但不限于，金属、合金、陶瓷材料、塑料材料、玻璃等。
另外，转移垫圆筒26可以与转移垫支架24机械耦合。转移垫圆筒26可通过转移垫支架24来设置转移垫10。转移垫圆筒26可以与控制和定位部件或与如图7所示的涂布工段相关的其他处理部件相连接。
参考图2和3，设备200也包括模板30。模具30具有第一表面32和相对的第二表面34，至少一个位于模板的第一表面32上的模36，以容纳涂布溶液40。通常，模板30由硬度比转移垫10的可变形体14高的材料制成。模板30的材料可以是金属、合金、陶瓷材料、塑料材料、玻璃等。在图2所示的一个实施方案中，模板30由金属制成。
模36是在模板30第一表面32上的凹坑，其尺寸用于容纳涂布溶液40，该涂布溶液可以转移至转移垫10，如下所述。模36可以具有环形边缘38，如图2所示，或者可以其他的形状，包括卵形、椭圆形、矩形、正方形、多角形边缘等(未显示)。尽管不是必须的，但是为了方便起见，模36可以构成为与转移垫10相配合，或者相反。例如，如图2和3B所示，转移垫10的表面具有环形截面区域22，模36被构成为具有相应的环形边缘38。但是具有环形截面区域22的转移垫10可以与具有例如卵形、椭圆形、矩形、正方形、多角形边缘等任何其他几何形状的模一同工作，因为转移垫10的主体14是可变形的。类似的，具有环形边缘38的模36可以与具有带例如卵形、椭圆形、矩形、正方形、多角形边缘等任何其他几何形状的表面的转移垫10一起工作。另外，模36应当不会过深以具有多余的涂布溶液，也不会过浅而不能容纳足够的涂布溶液。通常，模36是深度为5-100微米的凹坑。对于图2所示的实施方案，模36是深度大致为15-20微米的凹坑。另外，模36可以相对于尺寸常数dc而言具有不同的尺寸。尺寸常数dc是在1-50cm范围内。对于图2所示的实施方案，当模36具有环形边缘38时，dc是环形边缘的直径，范围在5-15cm内。另外，模板30可以具有多个模，它们可以是相同或不同的(未显示)。另外，模板30可以在第二表面34上具有至少一个或多个相同或不同的模(未显示)。
填充模板30的模36的涂布液可以来自含有涂布液的储存器。在从图2和3中可以看得最清楚的一个实施方案中，储存器50具有带第一端54和第二端56、外表面58和纵向轴LR的主体52。储存器50限定了轴向延伸的孔道60。盖子62在第一端54封闭该延伸孔道60，刮片64在第二端56处位于延伸孔道60的周围。刮片64具有刮刀边缘66，它的尺寸为当储存器50位于模36上时环绕着模36，从而将孔道60与周围的空气相分开。在使用中，当储存器50的设置使得其第二端56压在模板30的第一表面32上时，模板30与刮片64共同操作而在第二端56封闭延伸孔道60，从而将涂布溶液40容纳在其中。在第二端56处在主体52的外表面58外侧装配一个垫圈68。垫圈68可以保护包括刮刀边缘66在内的刮片64，并可以进一步密封孔道60。
或者，储存器50可以具有穿过盖子62的入口70。入口70与孔道60和涂布液40的供应源(未显示)流体相通。涂布液40可以从涂布液供应源通过入口70提供给储存器50的孔道60。
另外，模(indexing cylinder)导引圆柱80与模板30连接。模导引圆柱80可以用于移动、控制和定位模板30。模导引圆柱80可以与控制和定位部件或与如图7所示的涂布工段相关的其他处理部件相连接。
在从图2和3中可以看得最清楚的一个实施方案中，模板30可以相对于储存器50沿着基本垂直于储存器50的纵轴LR的轴Lc所示的方向移动，从而刮片66经过模36而在模36中留下一些涂布液40，该溶液可以被转移垫10的可变形体14在接触时提取。
涂布液施加在例如光学镜片或可以用来浇铸光学镜片的光学模具的光学器件的光学表面上。如图2所示，带有光学表面92的光学器件90由镜片(indexing)导引板94定位并支撑，从而光学表面92背对着镜片导引板94，并可以与转移垫10接触。镜片板导引圆柱96与镜片导引板94相连接。镜片板导引圆柱96可以用于移动、控制和定位镜片导引板94，从而移动、控制和定位光学器件90。
任选地，镜片导引板可以具有容纳光学器件的凹槽。例如，如图4所示，镜片导引板494可以具有凹槽498，它是环形的，并具有平的底部，以接受带有凹光学表面492的光学器件490。光学器件490容纳在凹槽498内，从而凹的光学表面492背对着镜片导引板494，并可以利用转移垫410的可变形体414与其相接触。或者，如图5所示，镜片导引板594可以具有环形的凹槽598，并具有凸起的底部，以接受具有凸光学表面592的光学器件590。光学器件590容纳在凹槽598内，从而该凸的光学表面592背对着镜片导引板594，并可以利用转移垫510的可变形体514与其相接触。需要注意，如果光学器件具有凸的光学表面以及基本平的背表面，该光学器件也可以由镜片导引板494支撑。另外，镜片导引板可以具有几个凹槽，每一个可以容纳一个光学器件。凹槽可以相同或不同。
参考图2，设备200可以包括用于向光学表面92上辐射能量束的能源99，以对涂布液进行处理，从而在光学表面92上形成涂层。能源99可以包括例如微波炉的微波能源、红外(IR)光、紫外光(UV)、其他类型的能源，或者他们任意的结合。如以下详细讨论的，本发明的一个方面是在向光学表面施加了涂布液之后，对带有涂布液的光学表面首先用来自微波能源的辐射进行照射，然后用紫外光、红外光或它们的结合进行固化。该过程提供了具有令人惊讶的高质量的涂层。该微波辐射可以由微波炉来提供。
设备200可以放在空气过滤系统中，以形成一体化的涂布工段或系统。如图7所示，一体化的设备700包括可以处理光学器件790的涂布工段703。设备700还包括转移垫710、模板730、储存器750、带有镜片板导引圆柱796的镜片导引板794、以及能源799。他们中的每一个如上所述，并放置在空气过滤系统701内，该空气过滤系统701包括适当密封的柜体，该柜体可以控制为处于比周围的气压略为高的气压下，从而排斥灰尘和脏物。可以利用计算机(未显示)来控制和协调涂布设备200、700等的操作。
本发明施加涂层的方法
参考图2-11，描述本发明的向光学器件的光学表面施加涂层的方法。
在操作中，如图2、3和6A-6F所示的实施方案，将涂布液40放在模板30的模36中。为了这样做，设置含有涂布液40的储存器50，并将其定位成其第二端56压在模板30的第一表面32上，模板30与刮片64一同操作而在第二端56处封闭延伸孔道60。模板30相对于储存器50沿着与储存器50的纵向轴LR基本垂直的方向Lc移动，从而刮片66刮过模36，在模36中留下了一些涂布液40。参考图11，可以按照至少两种方式来完成这种相对移动。第一种选择是保持模板1130静止，而相对移动储存器1150，以用涂布液来填充模。或者，第二种选择是保持储存器1150静止，而相对移动模板1130，而用涂布液填充模。它们中的每一种都可以令人满意地用来实践本发明。在以下的描述中，为了明确起见，采用第二种选择。在该实施方案中，模板30从缩回位置或第一位置(在储存器50下的位置)移动至工作位置或第二位置，该位置是转移垫10下的位置。模板30的移动可以由模导引圆柱80控制。现在，模板30在其模36内具有一些涂布液40。
现在参考图6A-6F，在其模36内具有涂布液的模板30设置在转移垫10下，并与转移垫10沿着轴LR对准后，其中转移垫10最初在第二位置之上的原位置或第一位置，使转移垫10和模板30一起做第一相对运动，从而转移垫10与模36中的涂布溶液相接触。在从图6A中可以看得最清楚的实施方案中，转移垫10从其原位置向下移动进入第二位置而与模板30相接触。转移垫10压在模板30的模36上，从而可变形体14变形，一些涂布液从模36转移而在可变形体14的表面20上形成涂布液层17，如图6B和6C所示。然后转移垫10和模板30做第二相对运动而彼此分开，从而转移垫10基本返回至其原位置，模板30基本返回至或停留在第二位置。在从图6C可以看得最清楚的实施方案中，转移垫10沿着轴LR向上移动至其原位置，并且模板30从第二位置沿着轴Lc缩回至其缩回位置，该位置在储存器50下。就几何学而言，第二位置和模板30的缩回位置沿着轴Lc相对准，第二位置和转移垫10的原位置沿着轴LR相对准，轴Lc和轴LR彼此基本垂直。然后，可以在缩回位置中在模板30的模36中类似地放入涂布液，其模36中具有涂布液的模板30可以再次位于第二位置中，准备将涂布液再次转移至转移垫。
参考图6D，带有光学器件90的镜片导引板94从其原位置沿着轴Lo移动到转移垫10下面的第二位置中，该位置原来由模板30占据，并与转移垫10沿着轴LR相对准。如图6E所示，转移垫10和镜片导引板94一起相对移动，从而转移垫10与光学器件90相接触，从而将涂布液层17转移至光学表面92。在从图6E中可以看得最清楚的实施方案中，转移垫10从其原位置向下移动进入第二位置，而与光学表面92相接触。转移垫10压在光学表面92上，从而可变形体14发生变形，至少部分涂布液层17从可变形体14转移，而在光学器件90的光学表面92上形成涂布液层19。然后转移垫10和镜片导引板94(以及因此还有光学器件90)成相对运动而彼此分开，从而转移垫10基本返回至它的原位置。镜片导引板94移至第三位置，用于通过辐射能源99而进行固化，如图6F所示。
要指出的是，上述关于图6A-6F的描述仅是根据本发明涂布光学表面的一种方法。可以有更多的选择。例如，模板30和镜片导引板94可以保持静止，而使转移垫10移动，以首先从模板30得到涂布液，然后将涂布液转移到位于镜片导引板94上的光学器件90上。模板30和镜片导引板94可以单独或共同地保持静止。另外，这些移动可以手动或自动进行控制。
另外，如图12A-B和13A-B所示，在转移垫10压在光学表面92上之前，可以在光学器件90的光学表面92上放置一个屏1281。在一个实施方案中，屏1281具有限定开口1285的框1283。该开口由膜1287覆盖。在一个实施方案中，膜1287是涂布的纤维，它具有除去了涂料的区域1289。区域1289具有多个孔1291或孔矩阵，以使得涂布液按照控制的速率穿过。孔1291矩阵使得涂布液滤出。当转移垫10压在屏1281上时，纤维膜1287弯曲，以在可变形体14的压力下与光学表面92配合，而使得涂布液从转移垫10至屏1281，而穿过区域1289达到光学表面92，这样使得涂层19具有更好的均匀度，如图14B所示。
在涂布液层19施加到光学表面92之后，利用适当的辐射再次处理与光学表面92相结合的涂布液，从而在光学表面92上形成涂层。辐射处理包括固化。该领域的熟练技术人员可以理解，可以按照多种方法进行固化。例如本发明的固化方法涉及利用紫外光(UV)对涂布液曝光所需的时间。或者，在涂布液用紫外光曝光之后，然后将该涂布液例如在红外炉(IR)内加热预定的时间。如果在紫外步骤中没有充分的固化，IR加热步骤可以进一步固化涂布液，以在光学表面上形成硬化的涂层。
本发明的独特方面在于，在涂布液施加在光学表面上之后和在紫外或IR或两种固化步骤之前，首先用微波辐射带有涂布液层19的光学表面92。该微波辐射加热涂布液和相关的光学表面，硬化涂布液，并在光学表面上提供了令人惊讶的高质量涂层，与现有已知的紫外或IR或这两种固化方法而不首先使用微波辐射相比，它更平滑、更细、更均匀。如图14B示意性的显示，对涂层19在固化之前进行微波波长的辐射处理，将产生带有平滑的表面1419的涂层19，该平面消除了橘皮效应，如图14A所示。尽管我们不希望束缚于任何操作理论，但是要指出，一种可能的机理可能是因为涂布液的分子运动受到微波辐射的激励，而填充了涂布液滴之间的孔。微波能量不足够强而将涂层硬化，如图UV或IR辐射那样迅速。可以由微波炉来提供微波辐射。需要指出，利用微波辐射来照射带有本发明提供的涂布液的光学表面，而不管涂布液是如何施加在光学表面上。
因此，总而言之，在另一个方面，本发明提供一种向光学镜片的光学表面施加涂层的方法。在一个实施方案中，该方法包括如下步骤：将涂布液放在模板的模上，将涂布液从模转移至转移垫，将转移垫压在光学表面上，从而将涂布液从转移垫转移至光学表面，在微波波长照射与光学表面结合的涂布液，从而在光学表面上形成涂层，并利用微波波长范围之外的波长例如紫外或IR辐射固化涂层，以在光学表面上形成涂层。
在另一个方面，本发明提供一种向模具的至少一个光学表面施加涂层的方法。在一个实施方案(未显示)中，该方法包括：将涂布液放在模板的模中，从模上将涂布液转移至转移垫，提供均具有朝向内侧的表面的前模和后模，将转移垫压在前模和后模的每个朝向内侧的表面上，从而将涂布液从转移垫上分别转移至每个朝向内侧的表面上，如上所述在微波波长照射与每个朝向内侧的表面结合的涂布液，从而在每个朝向内侧的表面上形成涂层，将其朝向内侧的表面是所要形成的光学镜片表面的负像的前模和后模彼此按照适当的距离和旋转取向，前模和后模都具有边缘，利用封闭元件封闭前模和后模的边缘以限定一个模腔，向模腔内注入流体状的镜片形成材料，利用微波波长范围之外的辐射固化流体状镜片形成材料，从而使得流体状镜片形成材料硬化而形成光学镜片，并且在前模和后模的内侧表面上的每一个涂层分别转移并硬化而粘接在光学镜片的相应表面上。该封闭元件可以是垫圈、套筒或包裹材料。
向光学表面施加涂布液的整个过程可以是自动化的。在图8所示的一个实施方案中，多个镜片导引板830沿着传送带804移动，其中该传送带804由与旋转台802相连的辊806、808所驱动。多个镜片导引板830中的每一个通过保持部件842利用传送带804定位，并且所述镜片导引板830在区域1载有带光学表面892的光学器件890。然后通过在区域2将可变形体814压在光学表面892上，可以将涂布液从转移垫810的可变形体892转移至光学表面892上。在区域3，首先利用微波辐射带有所施加的涂布液的光学表面892，然后用紫外和/或IR光固化。在区域4，将在光学表面892上具有固化涂层的光学器件890卸载，进行进一步的处理。镜片导引板830可以相同或不同，他们中的每一个可以装有相同或不同的要进行涂布的光学器件。
参考图9和10，本发明可以用于向具有两个光学表面992、993的光学器件990施加涂布液。在一个实施方案中，通过第一转移垫910和第二转移垫911提取涂布液。该光学器件990设置在第一转移垫910和第二转移垫911之间。然后第一转移垫910压在第一光学表面992上，第二转移垫911压在第二光学表面993上，从而将涂布液从第一转移垫910和第二转移垫911分别转移至第一光学表面992和第二光学表面993上。如图10所示，第一辐射能源999和第二辐射能源997可以用于分别辐射第一光学表面992和第二光学表面993。第一辐射能源999和第二辐射能源997中的每一个可以包括例如微波炉的微波能源，红外光、紫外光、其他类型的能源或它们的任何结合。
可以使用例如涂料油墨和溶胶-凝胶混合物的各种涂布液来实施本发明。尤其是用于耐刮伤的涂料油墨GB-155和GB-158可以成功的用于实践本发明。油墨GB-155配方如下：
EBECRYL-40(UCB Radcure Inc.) 56g
EBCRY1-6040(UCB Radcure Inc.) 16g
TMPTA-N(UCB Radcure Inc.) 8g
Irgacure 907(Ciba Specialty Chem.) 1.0g
三苯基膦(Aldrich Chem.有限公司) 1.2g
二苯基[2，4，6-三甲基苯甲酰基]膦氧化物 0.32g
(phosphineoxide)(Aldrich Chem.有限公
司)
Fluorad FC-430(3M Specialty Chem DIR.) 0.8g
利用Canon-Fenske Capillary Viscometer来测量GB-155的粘度，结果为698cSt(厘沲)。
以下是油墨GB-158的配方：
EBECRYL-40 61g
EBCRY1-6040 11g
EBCRYL-3720-TP40 17g
TMPTA-N 11g
Irgacure 907 1.0g
三苯基膦 1.2g
二苯基[2，4，6-三甲基苯甲酰基]膦氧化物 0.32g
(phosphineoxide)
Fluorad FC-430 0.8g
利用Canon-Fenske Capillary Viscometer来测量GB-158的粘度，结果为409cSt(厘沲)。
对于本发明作了一些比较研究，结果如下。
实施方案1
向模具施加涂料而不经过微波辐射
制备：本实施方案使用涂料油墨GB-155。使用如上所述的用于向模具的至少一个光学表面施加涂层的方法。使用带有深度为15微米的模的模板。在向模具的朝向内侧的表面施加了涂料油墨GB-155层之后，利用紫外辐射30秒而半固化该涂层。
结果：该涂层具有良好的耐刮伤性，但是具有类似橘皮的表面。
实施方案2
向模具施加涂层并用微波辐射
制备：方式基本与实施方案1相同，所不同的是，施加涂布液的模具首先放在微波炉内用全功率(700W)照射(即加热)1分中，然后用紫外辐射30秒进行固化。
结果：该涂层具有良好的耐刮伤性，并具有光滑的表面。
实施方案3
用不同的模向模具施加涂层
制备：方式基本与实施方案2相同，所不同的是使用具有深度为20微米而不是15微米的模的模板。
结果：可能是由于涂层厚度增加的原因，涂层的耐刮伤性获得改善。
实施方案4
利用不同的涂料油墨向模具施加涂层
制备：方式基本与实施方案2相同，所不同的是使用涂料油墨GB-158，它的粘度值比涂料油墨GB-155小。
结果：可能由于涂层厚度降低的原因，涂层的耐刮伤性变弱。
实施方案5
不经微波辐射而向镜片施加涂层
制备：在该实施方案中使用涂料油墨GB-155。使用如上所述的向镜片的光学表面施加涂层的方法。使用具有深度为15微米的模的模板。在向模具的朝向内侧的表面上施加涂料油墨GB-155，利用紫外辐射30秒对涂层进行半固化。
结果：该涂层具有良好的耐刮伤性，但是具有类似橘皮的效果。
实施方案6
向镜片施加涂层并用微波辐射
制备：方式基本与实施方案5相同，所不同的是将施加有涂布液的镜片首先放在微波炉内用全功率(700W)照射(即加热)1分钟，然后用紫外辐射30秒进行固化。
结果：该涂层具有良好的耐刮伤性，并具有光滑和更均匀的表面。
尽管本发明已经参考了其某些实施方案的特定细节进行了描述，但是不希望这些细节限制本发明如所附权利要求限定的范围。