CN103097922B - 具有凸环区段弯月壁的液体弯月形透镜 - Google Patents

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Abstract

本发明整体涉及具有弯月壁的液体弯月形透镜。一些具体实施例包括弯月壁基本上为锥形截头的形状的液体弯月形透镜，而所述锥形截头的至少一部分凸向所述光轴。实施例还可以包括具有适于包含在角膜接触镜片中的大小和形状的透镜。

Description

具有凸环区段弯月壁的液体弯月形透镜
相关专利申请
本专利申请要求提交于2011年6月20日的美国专利申请13/164,409以及提交于2010年7月27日的美国临时专利申请61/367,895的优先权。
技术领域
本发明整体涉及液体弯月形透镜，更具体地，其包括具有凸环区段弯月壁的弓形液体弯月形透镜。
背景技术
液体弯月形透镜已为各行业中所知。如下文结合图1A和1B更详细地讨论的，已知液体弯月形透镜被设计成圆柱形状，其具有由与直线轴为固定距离的点形成的周边表面。已知液体弯月形透镜的设计被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和第二内表面。已知液体弯月形透镜用途的例子包括诸如电子相机和手机等装置。
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提供以下一种或多种功能：视力矫正功能、增进美容以及治疗效果。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。掺入到透镜中的颜料可提供美容增强作用。掺入到透镜中的活性剂可提供治疗功能。
最近，已有将电子元件结合到角膜接触镜片中的设计。一些元件可包括半导体装置。然而，包括液体弯月形透镜的尺寸、形状和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”形状）并不符合可用于人眼中的物品形状。
此外，曲面液体弯月形透镜包括的物理挑战不一定存在于传统的具有平行侧壁的液体弯月形透镜设计中。
发明内容
因此，本发明提供液体弯月形透镜。一些优选的实施例包括弓形前曲面透镜和弓形后曲面透镜。本发明提供弯月壁，其具有的物理结构有利于以下中的一者或二者：包含于透镜内的液体的吸引和排斥，以及与另一种液体形成弯月面。
根据本发明，第一光学件邻近第二光学件，在两者之间形成有腔体。优选的实施例包括邻近第二弓形光学件的第一弓形光学件，在两者之间形成有腔体。所述腔体内容纳有盐水溶液和油。对大致位于所述第一光学件和所述第二光学件的一者或二者的周边区域中的弯月壁施加电荷改变了形成于容纳在所述腔体内的盐水溶液和油之间的弯月面的物理形状。
本发明包括弯月壁，其形成为基本上包括环区段的形状。根据本发明，环区段的横截面包括凸形壁。本发明还提出了包括弯月壁的凸面形成所赋予的液体弯月形透镜的独特操作。
附图说明
图1A示出了处于第一状态的圆柱形液体弯月形透镜的现有技术例子。
图1B示出了处于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。
图5示出了根据本发明一些实施例的弓形液体弯月形透镜内的弯月壁元件。
图6A示出了液体弯月形透镜内的凸形弯月壁，显示出处于其未通电状态的液体弯月边界。
图6B示出了液体弯月形透镜内的凸形弯月壁，显示出处于其通电状态的液体弯月边界。
图6C示出了液体弯月形透镜内的凸形弯月壁，在一个图中显示出用于比较的液体弯月边界的通电和未通电状态。
图7示出了凸环区段，其为从弓形液体弯月形透镜的静息状态单独观察时凸形弯月壁的形状。
具体实施方式
本发明提供了一种液体弯月形透镜，其具有限定液体弯月形透镜的弯月腔体的前曲面透镜和后曲面透镜中的至少一者。
术语
在针对本发明的具体实施方式和权利要求中，所使用的各个术语定义为如下：
接触角：油/盐水溶液界面（也称为液体弯月边界）接触弯月壁的角度。就线性弯月壁而言，接触角为在液体弯月边界接触弯月壁时，在弯月壁和相切于液体弯月边界的线之间测量的角度。就曲面弯月壁而言，接触角为相切于弯月壁的线和液体弯月边界接触时，在两者之间测量的角度。
液体弯月边界：盐水溶液与油之间的弓形表面界面。一般来讲，该表面将会形成在一侧上为凹面而在另一侧上为凸面的透镜。
弯月腔体：位于弓形液体弯月形透镜内、介于前曲面透镜和后曲面透镜之间的空间，其中容纳有油和盐水溶液。
弯月壁：前曲面透镜内部上的特定区域，使得其位于弯月腔体内，而液体弯月边界沿弯月腔体移动。
光学区：如本文所用，是指眼科镜片佩戴者可以透过而观看的眼科镜片区域。
锐缘：前曲面或后曲面透镜任一者内表面的几何特征，其足以包含光学件上两种预定流体接触线的位置。所述锐缘通常为外角而非内角。以流体为基准点，则为大于180度的角度。
现在参见图1A，该图为描述现有技术透镜100的剖视图，圆柱体110内包含有油101和盐水溶液102。圆柱体110包括两个光学材料板106。每块板106包括平坦的内表面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。在邻近电极105处也可使用电绝缘体。
根据现有技术，内表面113-114中的每一个为基本平坦的或平面的。在盐水溶液102A和油101之间限定界面表面112A。如图1A所示，界面112A的形状与盐水溶液102A和油101的折射率特性结合，以接收穿过第一内表面113的入射光108，并提供穿过第二内表面113的发散光109。在油101和盐水溶液102之间的界面表面形状因对电极105施加电流而发生改变。
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，其示出了处于增能状态的现有技术透镜100。通过在整个电极115两端之间施加电压114完成增能状态。在油101和盐水溶液102之间的界面表面112B的形状因对电极115施加电流而发生改变。如图1B中所示出，穿过油101和盐水溶液102B的入射光108B聚焦为会聚光图案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和后曲面透镜202彼此邻近定位，并在两者之间形成有腔体210。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）。涂层可包含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。凹面弓形透镜表面203和涂层的一者或二者与包含于腔体210中的油208形成液体连通和光学连通。
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206。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）。涂层可包含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包含于腔体210中的盐水溶液207形成液体连通和光学连通。盐水溶液207包含一种或多种盐或其他导电组分，并且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和后曲面透镜202中的一者或两者的周边的至少一部分定位。导电涂层209可包含金或银，并且优选地具有生物相容性。对导电涂层209施加电荷致使盐水溶液中导电的盐或其他组分受到吸引或排斥。
前曲面透镜201具有与穿过凹面弓形内透镜表面203和凸面弓形外透镜表面204的光相关的光焦度。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，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和+8.0屈光度之间的焦度。
后曲面透镜202具有与穿过凸面弓形内透镜表面205和凹面弓形外透镜表面206的光相关的光焦度。该光焦度可为0，或可为正焦度或负焦度。在一些实施例中，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和+8.0屈光度之间的焦度。
多个实施例还可包括与在盐水溶液207与油之间形成的液体弯月面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，与液体弯月面的形状变化相关的光焦度变化可为至多约30或更高的屈光度。一般来讲，与液体弯月面211的形状变化相关的较大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将为至多约1,000微米厚。相对较薄的透镜200的示例性透镜厚度210可为至多约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微米和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和盐水溶液207之间形成的液体弯月面211的光焦度的总和。在一些实施例中，透镜200的光焦度还将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中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和油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将不混合。
在一些优选的实施例中，包含于腔体内的盐水溶液的体积大于包含于腔体内的油的体积。此外，一些优选的实施例包括基本上和后曲面透镜200的整个内表面205接触的盐水溶液207。一些实施例可包括一定体积的油208，所述油的体积相比于盐水溶液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的体积相比于盐水溶液207的量为约90体积%或更少。
现在参见图3，其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和后曲面透镜302可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和后曲面透镜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。
前曲面透镜301和后曲面透镜302中的一者或两者可例如通过诸如以下一者或多者的工艺制成：单点金刚石车床加工、注模和数字微镜器件自由成型。
前曲面透镜301和后曲面透镜302中的一者或两者可包括导电涂层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包含金。可通过溅镀方法、气相沉积或其他已知的方法施用金。可供选择的导电涂层303可作为非限制性例子包含铝、镍和铟锡氧化物。一般来讲，导电涂层303将施用到前曲面透镜301和后曲面透镜302中的一者或二者的周边区域。
在本发明的一些实施例中，后曲面透镜302具有施用到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，可通过溅镀方法或气相沉积施加金涂层。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施用金或其他导电材料。可使用多种方法施用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和后曲面透镜302中的一者或两者可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域（未示出）可包含光学透明材料，并且周边区域可包括含有导电材料的不透光区域。该不透光区域还可包括控制电路与能源中的一者或多者。
在另一个方面，在一些实施例中，将绝缘体涂层305施加到前曲面透镜301。作为非限制性例子，可将绝缘体涂层305施加在从第一区305-1延伸至第二区305-2的区域中。绝缘体可包括例如ParyleneCTM、TeflonAF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，以使导电涂层303和包含于前曲面透镜301和后曲面透镜302之间的腔体中的盐水溶液306保持间距。因此，一些实施例包括绝缘体涂层305，其被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。实施例可包括带正电的盐水溶液306和带负电的导体303。
其他实施例可允许导体303和盐水溶液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内部的区域309延伸至腔体311外部的区域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。可向该端子施加电荷并通过通道312中的导电材料313传导至涂层。
绝缘体涂层305的厚度可作为透镜性能参数而变化。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可随着绝缘体涂层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形液体弯月边界308的更多能量。当盐水溶液306和导体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，因此越难以移动球形弯月边界308。相反，绝缘体涂层305越薄，球形液体弯月面308的移动对绝缘体涂层305中的缺陷越敏感。一般来讲，绝缘体涂层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包含于透镜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的密度可优选地在油307密度的10%内，更优选地，盐水溶液306的密度将在油密度的5%内，最优选地在约1%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性质。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，油在透镜300内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之间的弯月面可能遭到的破坏。
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。
可使用粘合剂308将前曲面透镜301和后曲面透镜302邻近彼此而固定到合适的位置，从而在两者间保持油307和盐水溶液306。粘合剂308用作密封物，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，其示出了曲面液体弯月形透镜400，其中盐水溶液406和油407之间具有液体弯月边界401。根据一些优选的实施例，在402和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施加和移除电荷时，液体弯月边界401将沿着弯月壁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内部的区域延伸至包含盐水溶液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可为施用到腔体409外部某点的导电涂层403至腔体内且与盐水溶液406接触的导电涂层区域的电荷管道。
现在参见图5，示出了弓形液体弯月形透镜500的边缘部分的剖视图，该透镜具有前曲面透镜501和后曲面透镜502。弓形液体弯月形透镜500可用于包含盐水溶液503和油504。弓形液体弯月形透镜500的几何形状以及盐水溶液503和油504的特性有利于液体弯月边界505在盐水溶液503和油504之间形成。
一般来讲，可将液体弯月形透镜视为具有下列中的一种或多种的电容器：导电涂层、绝缘体涂层、通路以及存在于前曲面透镜501和后曲面透镜502上或其中的材料。根据本发明，当对前曲面透镜501和后曲面透镜502中的一者或二者的至少一部分的表面施加电荷时，液体弯月边界505的形状，并且因此液体弯月边界505和前曲面透镜501之间的接触角随之发生变化。
根据本发明，通过导电涂层或材料施加于盐水溶液的电流的变化使液体弯月边界505沿弯月壁506的位置发生变化。该移动发生在第一锐缘506-1和第二锐缘506-2之间。
在优选的实施例中，当将第一大小的电流（例如，与未通电或静息状态相关的电压和电流）施加到透镜时，液体弯月边界505将位于或临近第一锐缘506-1。
施加第二大小的电流，有时称为通电状态，可使液体弯月边界505沿弯月壁506大致向第二锐缘506-2移动，从而致使液体弯月边界的形状发生变化。
在一些实施例中，弯月壁506将为平滑表面，该表面与绝缘体涂层厚度有关。平滑弯月壁506表面可最大限度地减少绝缘体涂层中的缺陷。此外，因为表面纹理的随机不规则性，将透镜通电或断电时可能造成不稳定的流体流动，并且因此致使不稳定或无法预测的弯月面运动，所以平滑弯月壁506是优选的。
在另一个方面，在一些实施例中，期望弯月壁506为疏水性的，在这种情况下，所定义的纹理例如纳米纹理化表面可被结合到弓形液体弯月形透镜的设计中。
在另一个方面，在一些实施例中，弯月壁506可相对于透镜光轴成角度。该角度范围可为0°（或与光轴平行）至为或接近90°（或与光轴垂直）。如图所示，并且在一些优选的实施例中，弯月壁506角度通常介于约30°和50°之间，以使弓形液体弯月形透镜根据当前介于液体弯月边界505和涂覆有绝缘体的弯月壁506之间的接触角来发挥作用。因使用不同材料或因不同光学使用目的，例如望远视力，弯月壁506的角度可接近0°或90°。
根据本发明，弯月壁506的角度可被设计成能适应在施加规定电压和电流时产生的沿弯月壁506移动的大小。在一些实施例中，随着弯月壁506角度的增加，改变透镜焦度的能力通常在给定透镜大小和电压参数内降低。此外，如果弯月壁506相对于光轴为0°或接近0°，则液体弯月边界505将几乎直线前进至前光学件上。弯月壁角度是可被修改以提供各种透镜性能效果的多个参数之一。
在一些优选的实施例中，弯月壁506的长度为大约0.265mm。然而，在各种设计中，弯月壁506的角度与整个透镜的大小一起将自然地影响弯月壁506的长度。
一般认为，如果油504接触后曲面透镜502，则弓形液体弯月形透镜500会失灵。因此，在优选的实施例中，弯月壁506经设计以使介于第一锐缘506-1和后曲面透镜502之间在其最近点有50微米的最小间隙。在其他实施例中，虽然随间隙减小，透镜失灵风险增加，但最小间隙可小于50微米。在其他实施例中，可增加间隙以降低透镜失灵风险，但整个透镜厚度也将会增加，这可能是不期望的。
在本发明一些优选实施例的另一个方面中，液体弯月边界505随弯月壁506移动的行为可使用杨氏方程式推测。虽然杨氏方程式定义了液滴在干燥表面上所引起的力平衡，并且假设为完全平坦表面，但基本特性仍可应用于在弓形液体弯月形透镜500内产生的电润湿透镜环境。
通过将第一大小的电能施加到透镜，例如当透镜处于未通电状态时，将实现油504和盐水溶液503之间（在本文中称为液体弯月边界505）、油504和弯月壁506之间以及盐水溶液503和弯月壁506之间的界面能的平衡，从而产生液体弯月边界505和弯月壁506之间的平衡接触角。当改变施加到弓形液体弯月形透镜500的电压大小时，界面能的平衡将会改变，从而致使液体弯月边界505和弯月壁506之间接触角的相应改变。
在弓形液体弯月形透镜500的设计和功能中，液体弯月边界505与涂覆有绝缘体的弯月壁506所成的接触角是重要因素，不仅由于其在液体弯月边界505移动中对于杨氏方程的作用，而且因为该接触角与其他弓形液体弯月形透镜500的结构结合用于限制弯月面运动。
弯月壁506两端的中断部分，例如锐缘506-1、506-2，作为液体弯月面505移动的边界发挥作用，因为其要求电压的显著变化以实现液体弯月面接触角的充分变化，从而移动液态弯月边界505通过锐缘中的一者。作为非限制性例子，在一些实施例中，液体弯月边界505与弯月壁506的接触角在15至40°的范围内，然而液体弯月边界505与第二锐缘506-2之下的步位507的接触角可能在90至130°的范围内，并且在一些优选的实施例中为约110°。
施加到透镜的电压可导致液体弯月边界505沿着弯月壁506朝第二锐缘506-2移动。液体弯月边界505与涂覆有绝缘体的弯月壁506之间的自然接触角将导致液体弯月边界505在第二锐缘506-2处停止，除非提供明显更高的电压。
在弯月壁506的一个末端，第一锐缘506-1通常限定一个界限，液体弯月边界505通常不会超过该界限移动。在一些实施例中，第一锐缘506-1被构造为锐缘。在其他优选的实施例中，第一锐缘506-1具有限定的小径向表面，其在制造时具有缺陷的可能性较小。导电、绝缘体和其他可能的所需涂层可能无法均匀并且按预期沉积在锐边上，但限定的小径向表面半径边缘可更可靠地涂覆。
在一些实施例中，第一锐缘506-1被构造成约90°的角度并具有限定的约10微米的半径。该锐缘也可被制造成具有小于90°的角度。在一些实施例中，具有大于90°角度的锐缘可用于增加锐缘的坚固性，但该设计会占去较多的透镜空间。
在各种实施例中，锐缘506-1、506-2的限定半径可在5微米至25微米的范围内。可使用较大的限定半径来改善涂层的可靠性，但代价是会在透镜设计的紧密度容限中占去更多的空间。在这方面，如在许多其他透镜设计领域中，需在易于制造、透镜功能最佳化以及尺寸减小之间作出权衡。可使用各种变量来制造实用、可靠的弓形液体弯月形透镜500。
第二锐缘506-2包括经过设计的结构，其在电压施加到弓形液体弯月形透镜500时限制油的移动。在一些实施例中，第二锐缘506-2也可包括锐缘，或在其他实施例中，第二锐缘506-2可包括介于5和25微米之间，更优选10微米的限定半径。10微米半径的性能表现与锐缘一样良好，并且可使用单点金刚石车削或注模工艺制造。
延伸到前曲面透镜501光学区508的起点的垂直或近垂直步位507可包括在第二锐缘506-2与弯月壁506相对的一侧上。在一些实施例中，步位507的高度为120微米，但也可在50至200微米的范围内。
在一些实施例中，步位507可与光轴成约5°的角度。在其他实施例中，步位507的角度可仅为1°或2°，或可为大于5°的角。与光轴成较小角度的步位507通常将作为更有效的弯月面移动限制物，因为其需要液体弯月边界505接触角的更大变化，以将弯月壁506移开到步位507上。从步位507至光学区起始处508过渡的半径为25微米。较大的半径将会在透镜设计中不必要地占去更多的空间。如果需要获得空间，较小的半径是可接受的并且可被实施。在该领域以及其他透镜领域中，使用限定半径而非理论锐缘的决定，部分地基于透镜元件可能转换为注模工艺。步位507和光学区起始处508之间的弯曲，在注模工艺期间将改善塑性流，并且致使透镜具有最佳强度和应力处理特性。
现在参见图6A-6C，其示出了多个模制例子。该模型采取8.45mm的前曲面透镜和8.05mm的后曲面透镜。在其他实施例中，透镜曲面可被改变，但不影响关于弓形液体弯月形透镜功能的一般结论。
现在参见图6A，在多个可能实施例之一中，示出了示例性凸形弯月壁601。如果单独从弓形液体弯月形透镜的静息状态观察，则弓形液体弯月形透镜的凸形弯月壁601元件包括具有环区段（如图7的透视图中所示）的弯月壁701的至少一部分。如图7中进一步所示，在这些实施例中，弯月壁701凸向光轴，并围绕整个透镜在第一锐缘702-1与第二锐缘702-2之间具有一致的长度。
图6A示出了示例性实施例，其中朝光轴凸出的半径为0.25mm的弯月壁601被设置为与包含大约4.5μl油602的弓形液体弯月形透镜中的光轴成大约45°角。盐水溶液603填满邻接弯月壁601的弯月腔体的剩余部分。液体弯月边界604A在未通电时以大约20°角(606A)接触弯月壁601。接触点605A在最接近第一锐缘608的弯月壁601的末端。
现在参见图6B，施加电压使得液体弯月边界沿着弯月壁601朝605B移动约0.025mm，通常朝着前曲面透镜607，从而在液体弯月边界604B和弯月壁601之间产生大约30°(606B)的接触角。当透镜焦度从+0.046变为+0.926时，图6C中示出的从605A至605B的这种弯月形变化产生为约0.854屈光度的正焦度。
根据本发明，具有弯月壁（包括至少一部分具有以给定的角度相对于光轴设置的凸形弯月壁）的液体弯月形透镜（如图6C所示）将表现出：对于给定大小的施加电压而言，比具有以相似角度相对于光轴设置的线性弯月壁的液体弯月形透镜更小的透镜焦度变化。具有线性弯月壁的液体弯月形透镜在名称为“LENSWITHCONICALFRUSTUMMENISCUSWALL”并提交于2010年6月29日的美国专利申请61/359,548中有更全面的描述。所施加的电压的特定变化导致界面能平衡的变化，并因此预计会导致液体弯月边界与弯月壁之间接触角的相应变化。在线性弯月壁上，接触角的变化导致液体弯月边界沿着弯月壁相对较大的移动，而该移动预计在凸形弯月壁（图6C）上则相对较小。
虽然本发明结合特定实施例进行了描述，但本领域的技术人员应当理解在不脱离本发明范围的前提下可作出各种变化，或使用等效物代替其元件。此外，在不脱离本发明范围的前提下，可根据本发明的教导内容进行多次修改，以适应具体情况或材料。
因而，旨在使本发明不受限于作为执行本发明的最佳方式公开的具体实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求书的范围和实质的所有实施例。

Claims (31)

1.一种光学透镜，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，所述后曲面透镜邻近所述前曲面透镜定位，使得在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；
一定体积的盐水溶液和油，所述盐水溶液和油包含在形成于所述前曲面透镜内表面和所述后曲面透镜内表面之间的腔体内，在所述一定体积的盐水溶液和油之间包括弯月面；和
弯月壁，所述弯月壁包括锥形截头的一般形状，所述锥形截头的至少一部分凸向所述光轴，并围绕整个透镜在第一锐缘与第二锐缘之间具有一致的长度。
2.根据权利要求1所述的光学透镜，还包括所述弯月壁的至少一部分上的导电涂层。
3.根据权利要求2所述的光学透镜，其中所述油的体积小于包含于所述腔体内的盐水溶液的体积。
4.根据权利要求3所述的光学透镜，其中所述油的体积相比于所述盐水溶液的量包含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比于所述盐水溶液的量包含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包含等于所述盐水溶液的密度的密度。
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包含在所述盐水溶液密度的10%内的密度。
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包含在所述盐水溶液密度的5%内的密度。
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以用于为所述液体弯月形透镜提供电荷。
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面，并且对所述腔体外部的导电涂层区域施加电荷致使所述弯月面沿着所述弯月壁的接触位置发生变化。
12.根据权利要求9所述的光学透镜，其中所述电荷包括直流。
13.根据权利要求9所述的光学透镜，其中所述电荷包含20.0伏特。
14.根据权利要求9所述的光学透镜，其中所述电荷包含在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，其中所述电荷包含5.0伏特。
16.根据权利要求9所述的光学透镜，其中所述电荷包含在3.5伏特至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含不为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含不为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含不为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含不为0的光焦度。
21.根据权利要求3所述的光学透镜，还包括穿过所述前曲面透镜和所述后曲面透镜中的一者或两者的通道以及填充所述通道的导电材料。
22.根据权利要求21所述的光学透镜，还包括与填充所述通道的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电荷致使所述弯月面的形状发生变化。
24.根据权利要求3所述的光学透镜，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含电绝缘体。
25.根据权利要求24所述的光学透镜，其中所述绝缘体包括聚对二甲苯和TeflonAF中的一者。
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于所述前曲面透镜和所述后曲面透镜之间的腔体中的盐水溶液之间保持间距。
27.根据权利要求3所述的光学透镜，其中具有所述锥形截头的至少一部分凸向所述光轴的所述锥形截头的角度介于30°和50°之间。
28.根据权利要求27所述的光学透镜，其中所述锐缘包括用于包含所述一定体积的盐水溶液和油的角度结构。
29.根据权利要求28所述的光学透镜，其中所述锐缘包括径向表面部分。
30.根据权利要求29所述的光学透镜，其中所述径向表面部分包含在5微米至25微米范围内的半径。
31.根据权利要求1所述的光学透镜，其中所述弯月壁在所述前曲面透镜和后曲面透镜中的一者或二者中形成，并邻接形成于所述盐水溶液和油之间的弯月面。
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