CN102884454A - 弓形液体弯月形透镜 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了液体弯月形透镜,所述透镜具有有助于包含在眼科镜片,诸如角膜接触镜片或人工晶体中的物理特征。根据本发明,第一弓形光学器件紧邻第二弓形光学器件,其间形成有腔体。
Description
相关专利申请
本专利申请要求提交于2011年4月27日的美国专利申请No.13/095,786以及提交于2010年5月14日的美国专利申请No.61/334,780的优先权。
技术领域
本发明整体涉及弓形液体弯月形透镜,一些具体的实施例包括具有前曲面弓形透镜和后曲面弓形透镜的液体弯月形透镜。
背景技术
液体弯月形透镜行业中是已知的。如下文结合图1A与1B更详细地讨论,已知的液体弯月形透镜被制造成圆柱形状,其具有由与直线轴为固定距离的点形成的周边表面。已知的液体弯月形透镜的设计限制为具有大致平行并且均垂直于圆柱轴线的第一内表面以及第二内表面。液体弯月形透镜的用途的已知例子包括诸如电子照相机和手机设备等装置。
传统上,眼科装置(诸如角膜接触镜片与人工晶体)包含生物相容性装置,其具有矫正、美容或治疗的性质。例如,角膜接触镜片可以提供如下作用中的一种或多种:视力矫正功能;增进美容;和治疗作用。每种功能由透镜的物理特性提供。将折射性质结合到透镜中的设计可提供视力矫正功能。加入透镜的颜料可提供增进美容的效果。加入透镜的活性剂可提供治疗功能。
最近,有理论表明电子元件可结合到角膜接触镜片中。一些元件可包括半导体器件。然而,包括液体弯月形透镜的尺寸、形状与控制方面的物理限制使其难以应用于眼科镜片中。一般来讲,液体弯月形透镜的圆柱形状(有时也称为“冰球球饼”形状)并不符合可用于人眼中的物品形状。其他弯曲透镜只是理论上的,不能为眼科用途提供实际可行的设计。
发明内容
因此,本发明提供了具有有助于包含在眼科镜片(诸如角膜接触镜片或人工晶体)中的物理特征的液体弯月形透镜。
根据本发明,第一弓形光学器件接近第二弓形光学器件,其间具有形成的腔体。该腔体中容纳有盐水溶液和油。对该第一弓形光学器件以及该第二弓形光学器件中的一者或两者的周边区域施加充电会改变在该腔体内容纳的盐水溶液与油之间形成的弯月形的物理形状。
附图说明
图1A示出了在第一状态的圆柱形液体弯月形透镜的现有技术例子。
图1B示出了在第二状态的圆柱形液体弯月形透镜的现有技术例子。
图2示出了根据本发明一些实施例的示例性液体弯月形透镜的切面剖面轮廓。
图3示出了根据本发明一些实施例的示例性弓形液体弯月形透镜的一部分的横截面。
图4示出了弓形液体弯月形透镜的附加示例性方面。
具体实施方式
本发明提供了一种液体弯月形透镜,具有前曲面透镜与后曲面透镜的至少一者,其限定了液体弯月形透镜的弯月形腔体。
现在参见图1A,该图示出了现有技术透镜100的剖视图,其中圆柱体110内含有油101和盐水溶液102。该圆柱体110包括两个光学材料板106。每块板106包括平的内表面113-114。圆柱体110包括基本上旋转对称的内表面。在一些现有技术实施例中,一个或多个表面可以包括疏水性涂层。电极105也包括在该圆柱体周边上或围绕该圆柱体周边。在邻近于电极105处也可以使用电绝缘体。
根据现有技术,各内表面113-114基本上为平坦的或平面的。盐水102A与油101之间限定了界面112A。如图1A所示,界面112A的形状与盐水102A和油101的折射率特性相结合,以接收经过第一内表面113的入射光108,并提供经过第二内表面113的发散光109。通过对电极105施加电流可以改变油101与盐水102之间的界面的形状。
图100A示出了在100所示的现有技术透镜的透视图。
现在参见图1B,该图示出了激励状态下的现有技术透镜100。通过在电极105两端之间施加电压114产生激励状态。通过对电极105施加电流改变油101与盐水102之间的界面112B的形状。如图1B中所示,穿过油101和盐水102B的入射光108B被聚焦为会聚光模式111。
现在参见图2,其为具有前曲面透镜201和后曲面透镜202的液体弯月形透镜200的剖视图。前曲面透镜201与后曲面透镜202彼此紧邻设置,并在两者之间形成腔体210。该前曲面透镜包括凹面弓形内透镜表面203和凸面弓形外透镜表面204。凹面弓形透镜表面203可具有一个或多个涂层(图2中未示出)。涂层可包括例如导电材料或电绝缘材料、疏水性材料或亲水性材料中的一种或多种。弓形透镜表面203和涂层中的一者或两者与腔体210中所含的油208形成液体和光学连通。
后曲面透镜202包括凸面弓形内透镜表面205和凹面弓形外透镜表面205。凸面弓形透镜表面205可具有一个或多个涂层(图2中未示出)。涂层可包括例如导电材料或电绝缘材料、疏水性材料或亲水性材料中的一种或多种。凸面弓形透镜表面205和涂层中的至少一者与腔体210中所含的盐水溶液207形成液体和光学连通。盐水溶液207包含一种或多种盐或其他导电组分,并因此可受电荷吸引或排斥。
根据本发明,导电涂层209沿着前曲面透镜201与后曲面透镜202中的一者或两者的周边的至少一部分设置。导电涂层209可包括金或银,并优选地具有生物相容性。对导电涂层209施加充电造成盐水溶液中导电的盐或其他组分的吸引或排斥。
前曲面透镜201具有光焦度,它与通过凹面弓形内透镜表面203和凸面弓形外透镜表面204的光相关。该光焦度可为0或可为正焦度或负焦度。在一些优选的实施例中,该光焦度为通常存在于矫正性角膜接触镜片中的焦度,诸如,作为非限制性例子,介于-8.0与+8.0屈光度之间的焦度。
后曲面透镜202具有光焦度,它与通过凸面弓形内透镜表面205和凹面弓形外透镜表面206的光相关。该光焦度可为0或可为正焦度或负焦度。在一些实施例中,该光焦度为通常存在于矫正性角膜接触镜片中的焦度,诸如,作为非限制性例子,介于-8.0与+8.0屈光度之间的焦度。
多个实施例还可以包括与在盐水溶液207与油之间形成的液体弯月形211的形状变化相关的光焦度变化。在一些实施例中,光焦度变化可以相对较小,例如,其变化介于0至2.0屈光度之间。在其他实施例中,与液体弯月形的形状变化相关的光焦度变化可高达约30或更高的屈光度。一般来讲,与液体弯月形211的形状变化相关的较高光焦度变化与相对较厚的透镜厚度210有关。
根据本发明的一些实施例,诸如可包括在例如角膜接触镜片的眼科镜片中的实施例,弓形液体弯月形透镜200的横切透镜厚度210将高达约1,000微米厚。相对较薄的透镜200的示例性透镜厚度210可高达约200微米厚。优选的实施例可包括具有约600微米厚的透镜厚度210的液体弯月形透镜200。一般来讲,前曲面透镜201的横切厚度可介于约35微米至约200微米之间,并且后曲面透镜202的横切厚度也可介于约35微米至200微米之间。
根据本发明,累计光焦度为前曲面透镜201、后曲面透镜202以及在油208与盐水溶液207之间形成的液体弯月形211的光焦度的总和。在一些实施例中,透镜200的光焦度还包括介于前曲面透镜201、后曲面透镜202、油208和盐水溶液207中的一者或多者之间的折射率差。
在包括结合到角膜接触镜片内的弓形液体弯月形透镜200的那些实施例中,还期望的是,当角膜接触镜片配戴者移动时,盐水207与油208在曲面液体弯月形透镜200内的相对位置保持稳定。一般来讲,优选的是,当配戴者移动时,要防止油208相对于盐水207流动和移动,因此,选择的油208和盐水溶液207的组合优选地具有相同或相似的密度。此外,油208和盐水溶液207优选地具有相对低的不混溶性,以使得盐水溶液207与油208不会混合。
在一些优选的实施例中,腔体中所含的盐水溶液体积大于腔体中所含的油的体积。此外,一些优选的实施例包括基本上与后曲面透镜200的整个内表面205接触的盐水溶液207。在一些实施例中,油208的体积相较于盐水溶液207的量可为约66体积%或更多。一些附加实施例可包括弓形液体弯月形透镜,其中油208的体积相较于盐水溶液207的量为约90体积%或更少。
现在参见图3,该图示出了弓形液体弯月形透镜300的边缘部分的剖面图。如上所述,弓形液体弯月形透镜300包括组合的前曲面透镜301和后曲面透镜302元件。前曲面透镜301与后曲面透镜302可以用一种或多种至少部分透明的材料形成。在一些实施例中,前曲面透镜301与后曲面透镜302中的一者或两者包括通常为光学透明的塑料,例如,下列中的一种或多种:PMMA、Zeonor和TPX。
例如,可以通过以下方法中的一种或多种形成前曲面透镜301和后曲面透镜中的一者或两者:单点金刚石车削加工;注模;数字微镜器件自由成形。
前曲面透镜301与后曲面透镜302中的一者或两者可以包括导电涂层303,如图所示,该导电涂层303沿着周边部分从309延伸至310。在一些优选的实施例中,导电涂层303包括金。可通过溅镀方法、气相沉积或其他已知的方法涂覆金。可供选择的导电涂层303可包括(作为非限制性例子)铝、镍和铟锡氧化物。一般来讲,将导电涂层303涂覆于前曲面透镜301和后曲面透镜302中的一者或两者的周边区域。
在本发明的一些实施例中,后曲面透镜302具有涂覆于特定区域的导电涂层304。例如,可从第一边界304-1至第二边界304-2涂布围绕后曲面透镜302的周边的部分。例如,可以通过溅镀方法或气相沉积涂覆金涂层。在一些实施例中,可使用掩模,以预定图案围绕前曲面透镜301或后曲面透镜302的一个或多个周边部分涂覆金或其他导电材料。可使用多种方法涂覆可供选择的导电材料,使其覆盖后曲面透镜302的不同区域。
在一些实施例中,可通过例如导电环氧树脂的导电填料材料填充导电流通路径,例如后曲面透镜302中的一个或多个孔或狭缝。导电填料可提供电传导至前曲面透镜301和后曲面透镜302中的一者或两者的内表面上的导电涂层。
在本发明的另一方面,前曲面透镜301与后曲面透镜302中的一者或两者可以由多种不同的材料形成,其中通常在前曲面透镜301和后曲面透镜302的中心区域中的光学区(未示出)可包括光学透明材料,并且周边区域可包括含有导电材料的不透光区域。该不透光区域还可以包括控制电路与能源中的一者或多者。
还在另一方面,在一些实施例中,将绝缘体涂层305涂覆到前曲面透镜301上。作为非限制性例子,可以将绝缘体涂层305涂覆于从第一区305-1延伸至第二区305-2的区域。绝缘体可包括例如Parylene C、Teflon AF或其他具有多种电和机械特性以及电阻的材料。
在一些具体的实施例中,绝缘体涂层305产生边界区域,以便使导电涂层303与容纳在前曲面透镜301与后曲面透镜302之间的腔体中的盐水溶液306保持分离。因此,一些实施例包括绝缘体涂层305,其图案化并设置在前曲面透镜301和后曲面透镜302中的一者或两者的一个或多个区域中,以防止带正电的导体303与带负电的盐水溶液306发生接触,其中导体303与盐水溶液306的接触会造成短路。实施例可以包括带正电的盐水溶液306和带负电的导体303。
还有其他实施例可允许导体303与盐水溶液306之间发生短路,作为与透镜300工作有关的电路的重置功能。例如,短路状态可中断透镜的电源,并使得盐水溶液306和油307回到默认位置。
一些优选的实施例包括导体303,它从腔体311的内部区域309延伸至腔体311的外部区域310。其他实施例可包括穿过前曲面透镜或后曲面透镜的通道312,其可填充有导电材料313,例如,防水导电环氧树脂。导电材料313可形成或被连接到腔体外部的电气端子。可向该端子施加充电并通过通道312内的导电材料313传导至涂层。
绝缘体涂层305的厚度可作为透镜性能参数变化。根据本发明,包括盐水溶液306和导体303的带电组分通常保持在绝缘体涂层305的任一侧。本发明提供了绝缘体涂层305厚度与盐水溶液306和导体303之间的电场之间的间接关系,其中盐水溶液306与导体303离得越远,其电场将越弱。
一般来讲,本发明提供了电场强度会随着绝缘体涂层305的厚度增加而明显降低。电场越接近时,通常将得到用于移动球面液体弯月形边界308的更多能量。当盐水溶液306与导体303之间的距离增大时,盐水溶液306与导体涂层303的电场相隔越远,因此越难以移动球面弯月形边界308。相反,绝缘体涂层305越薄,球面液体弯月形308的移动对绝缘体涂层305中的缺陷越敏感。一般来讲,绝缘体涂料305中即使相对较小的孔也会使透镜300短路。
在一些实施例中,希望的是包括密度与也容纳在透镜300内的油307的密度大致相同的盐水溶液306。例如,盐水溶液306的密度可以优选地在油307密度的10%以内,更优选地,盐水溶液306的密度将在油密度的5%以内,最优选地在约1%以内。在一些实施例中,可通过调整盐水溶液306中的盐或其他组分的浓度来调整盐水溶液306的密度。
根据本发明,通过限制油307相对于前曲面透镜301和后曲面透镜302的移动,弓形液体弯月形透镜300将提供更稳定的光学质量。使油307相对于弓形前曲面透镜301和后曲面透镜302中的一者或两者的移动保持稳定的一种方法是使油307和盐水溶液306保持相对一致的密度。此外,与传统的圆柱形透镜设计相比,由于前曲面透镜301和后曲面透镜302两者的内表面均为曲面设计,使得盐水溶液306层的相对深度或厚度有所减小。因此,透镜300内油的位置变得更加稳定,以便避免油移动以及油306和盐水溶液307之间的弯月形可能遭到的破坏。
在一些优选的实施例中,与提供相对较高折射率的油307相比,盐水溶液306提供较低的折射率。然而,在一些实施例中,可能包括与油307相比折射率较高的盐水溶液306,在这种情况下油307提供相对较低的折射率。
可以用粘结剂308固定前曲面透镜301与后曲面透镜302到彼此接近的位置,从而在其间保持油307和盐水溶液306。粘结剂308用作密封件,使得盐水306或油307不会从曲面液体弯月形透镜300中漏出。
现在参见图4,图中示出了曲面液体弯月形透镜400,其中盐水溶液406与油407之间具有液体弯月形边界401。根据一些优选的实施例,在402与403之间延伸的弓形壁中的第一角度转折限定了前曲面透镜404中的弯月形壁405。当沿着一个或多个导电涂层或导电材料408施加和移除充电时,液体弯月形边界401将在弯月壁405上下移动。
在一些优选的实施例中,导电涂层403将从保存盐水溶液406和油407的腔体409内部的区域延伸至容纳盐水溶液406和油407的腔体409外部的区域。在此类实施例中,导电涂层403可为施加于腔体409外部某点的导电涂层403至腔体内且与盐水溶液406相接触的导电涂层区域的充电管道。
Claims (26)
1.一种光学透镜,其包括:
前曲面透镜,所述前曲面透镜包括前曲面透镜外表面和前曲面透镜内表面,其中所述前曲面透镜外表面和所述前曲面透镜内表面均包括弓形形状;
后曲面透镜,所述后曲面透镜包括后曲面透镜内表面和后曲面透镜外表面,其中所述后曲面透镜内表面和所述后曲面透镜外表面均包括弓形形状,所述后曲面透镜紧邻所述前曲面透镜设置,使得所述前曲面透镜内表面和所述后曲面透镜内表面之间形成腔体;
导电涂层,所述导电涂层在所述前曲面透镜内表面的一部分上,所述部分包括所述前曲面透镜内表面的周边区域;以及
粘结剂,所述粘结剂将所述前曲面透镜固定在紧邻所述后曲面透镜的位置处。
2.根据权利要求1所述的光学透镜,其还包括容纳在所述腔体内的一定体积的油和一定体积的盐水溶液以及在所述油和所述盐水溶液之间形成的弯月形。
3.根据权利要求2所述的光学透镜,其中所述腔体中容纳的所述油的体积小于所述盐水溶液的体积。
4.根据权利要求3所述的光学透镜,其中所述油的体积相较于所述盐水溶液的量占约66体积%或更多。
5.根据权利要求3所述的光学透镜,其中所述油的体积相较于所述盐水溶液的量占约90体积%或更少。
6.根据权利要求2所述的光学透镜,其中所述一定体积的油的密度约等于所述盐水溶液的密度。
7.根据权利要求2所述的光学透镜,其中所述一定体积的油的密度在所述盐水溶液密度的约10%以内。
8.根据权利要求2所述的光学透镜,其中所述一定体积的油的密度在所述盐水溶液密度的约5%以内。
9.根据权利要求2所述的光学透镜,其中所述导电涂层从所述腔体内部的区域延伸至所述腔体外部的区域。
10.根据权利要求9所述的光学透镜,其中所述腔体外部的导电涂层区域形成电气端子,所述电气端子为所述液体弯月形透镜提供充电。
11.根据权利要求9所述的光学透镜,其中所述盐水溶液和所述油形成弯月形,并且对在所述腔体外部的导电涂层区域施加充电使所述弯月形的形状发生变化。
12.根据权利要求9所述的光学透镜,其中所述充电包括直流。
13.根据权利要求9所述的光学透镜,其中所述充电包括约20.0伏特。
14.根据权利要求9所述的光学透镜,其中所述充电包括介于约18.0伏特至22.0伏特之间。
15.根据权利要求9所述的光学透镜,其中所述充电包括约5.0伏特。
16.根据权利要求9所述的光学透镜,其中所述充电包括介于约3.5伏特至约7.5伏特之间。
17.根据权利要求3所述的光学透镜,其中所述前曲面透镜外表面包括不为约0的光焦度。
18.根据权利要求3所述的光学透镜,其中所述前曲面透镜内表面包括不为约0的光焦度。
19.根据权利要求3所述的光学透镜,其中所述后曲面透镜外表面包括不为约0的光焦度。
20.根据权利要求3所述的光学透镜,其中所述后曲面透镜内表面包括不为约0的光焦度。
21.根据权利要求3所述的光学透镜,其还包括穿过所述前曲面透镜与所述后曲面透镜中的一者或两者的通道,并且导电材料填充所述通道。
22.根据权利要求21所述的光学透镜,其还包括与填充所述通道的所述导电材料电气连通的端子。
23.根据权利要求22所述的光学透镜,其中对所述端子施加充电使所述弯月形的形状发生变化。
24.根据权利要求3所述的光学透镜,其还包括沿着所述前曲面透镜内表面的至少一部分的绝缘体涂层,其中所述绝缘体涂层包括电绝缘体。
25.根据权利要求24所述的光学透镜,其中所述绝缘体包括Parylene C和Teflon AF之一。
26.根据权利要求24所述的光学透镜,其中所述绝缘体包括边界区域,以使所述导电涂层与包含在所述前曲面透镜和所述后曲面透镜之间的所述腔体内的盐水溶液之间保持分离。
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