CN103124920A - 包括梯度厚度电介质涂层的液体弯月形透镜 - Google Patents

Abstract

本发明一般涉及具有弯月壁的弓形液体弯月形透镜。一些具体的实施例包括具有基本上为锥形截头形状的弯月壁的液体弯月形透镜，其具有梯度厚度电介质的部分。其它实施例可包括圆柱形弯月壁。实施例还可包括适于包含在角膜接触镜片中的尺寸和形状的透镜。

Description

包括梯度厚度电介质涂层的液体弯月形透镜

相关专利申请

本专利申请要求以下专利申请的优先权：名称为“LIQUID MENISCUSLENS INCLUDING GRADIENT THICKNESS DIELECTRIC COATING”(包括梯度厚度电介质涂层的液体弯月形透镜)并作为于2011年4月27日提交的并且名称为“ARCUATE LIQUID MENISCUS LENS”(弓形液体弯月形透镜)的美国非临时专利申请序列号13/095786的部分申请继续申请的美国临时专利申请序列号61/386966；以及作为部分申请继续申请的于2011年5月31日提交的并且名称为“LENS WITH CONICAL FRUSTUMMENISCUS WALL”(具有锥形截头弯月壁的透镜)的美国非临时性专利申请序列号13/149105，本发明以这两份专利申请每一份的内容为基础，它们以引用方式并入本文。

技术领域

本发明一般涉及液体弯月形透镜，更具体地，其包括在弯月壁的部分上的具有梯度厚度电介质涂层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更全面地讨论的，已知液体弯月形透镜被设计成圆柱形状，其具有由与直线轴相距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被限制为具有大致平行于第二内表面的第一内表面并且每个均垂直于柱轴。已知的液体弯月形透镜用途的例子包括诸如电子相机的装置。

传统上，眼科装置(诸如角膜接触镜片和眼内透镜)包括生物相容性装置，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作用中的一种或多种：视力矫正功能性；美容增强作用；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。结合到透镜中的颜料可提供美容增强作用。结合到透镜中的活性剂可提供治疗功能性。

最近，已将电子元件结合到角膜接触镜片中。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)并不有利于可用于人眼环境中的物品形状。

此外，曲面液体弯月形透镜包括的物理挑战不一定存在于具有平行侧壁和/或光学窗的传统液体弯月形透镜设计中。

发明内容

因此，本发明提供了液体弯月形透镜。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。本发明提供了弯月壁，其具有的物理结构有利于以下中的一者或两者：对包含在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，第一光学件紧邻第二光学件，在两者之间形成有腔体。优选的实施例包括紧邻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溶液和油。对大致位于第一光学件和第二光学件中的一者或两者的周边区域中的弯月壁施加静电荷将改变形成于容纳在所述腔体内的盐溶液和油之间的弯月面的物理形状。

本发明包括在弯月壁的部分上具有梯度厚度电介质涂层的液体弯月形透镜。在当前实施例中，弯月壁形成为基本上包括锥形截头的形状。

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示出了根据本发明的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示出了根据本发明的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示出了根据本发明的一些实施例的弓形液体弯月形透镜内的弯月壁元件。

图6示出了根据本发明的一些实施例的具有梯度厚度电介质涂层的弯月壁的俯视截面图。

图7示出了根据本发明的一些实施例的具有梯度厚度电介质涂层的弯月壁的俯视正交视图，其显示出液体弯月面的位置。

图8示出了根据本发明的一些实施例的示例性弓形液体弯月形透镜的一部分的透视图，其显示出液体弯月面在具有梯度厚度电介质涂层的弯月壁上的位置。

图9示出了根据本发明的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，其显示出液体弯月面在弯月壁上的不同位置。

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。一些优选实施例包括具有弓形表面的前曲面透镜和后曲面透镜中的一者或两者。其它实施例包括相对平坦的前曲面透镜和后曲面透镜中的一者或两者，沿着弯月壁具有梯度厚度电介质涂层。

术语

在针对本发明的说明书和权利要求中，所使用的各个术语定义如下：

接触角：油/盐溶液界面(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。

透镜：如本文所用，透镜是指具有前表面和后表面的制品，其在光学上透射预定范围波长的辐射(以举例的方式，可见光)。透镜可包括基本上平坦的前表面和后表面中的一者或两者或者为弓形形状的前表面和后表面中的一者或两者。

液体弯月边界：介于盐溶液和油之间的弓形表面界面。一般来讲，该表面将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运动。

光学区域：如本文所用，是指眼科镜片的佩戴者通过其观看的眼科镜片的区域。

锐缘：前曲面透镜件或后曲面透镜件任一者的内表面的几何结构，其足以包含光学件上两种预定流体接触线的位置。锐缘通常为外角而非内角。以流体为基准点，其为大于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，其中油101和盐溶液102包含在圆柱体110内。圆柱体110包括两个光学材料板106。每个板106包括基本上平坦的内表面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也包括在该圆柱体的周边上或围绕该圆柱体的周边。在紧邻电极105处也可使用电绝缘体。

根据现有技术，内表面113-114中的每个为基本上平坦的或平面的。在盐溶液102A和油101之间限定界面表面112A。如图1A所示，界面112A的形状与盐溶液102A和油101的折射率性质相结合，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114的发散光109。介于油101和盐溶液102之间的界面表面形状可因对电极105施加电势而发生改变。

图1A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上施加电压114完成增能状态。介于油101和盐溶液102之间的界面表面112B的形状因对电极115施加电势而发生改变。如图1B中所示出，穿过油101和盐溶液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。在各个实施例中，前曲面透镜201和后曲面透镜202可包括弓形透镜或基本上平坦的透镜。在一些优选实施例中，前曲面透镜201和后曲面透镜202彼此紧邻定位并在两者之间形成腔体210。前曲面透镜201包括凹面弓形内透镜表面203和凸面弓形外透镜表面204。凹面弓形内透镜表面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。凹面弓形内透镜表面203和涂层的一者或两者与包含在腔体210内的油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。凸面弓形内透镜表面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。凸面弓形内透镜表面205和涂层中的至少一者与包含在腔体210内的盐溶液207形成液体连通和光学连通。盐溶液207包含离子导电性一种或多种盐或其它组分，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为生物相容性的。对导电涂层209施加电势致使盐溶液207中的离子导电性盐或其它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，或者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，例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，或者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，例如作为非限制性例子介于-8.0和+8.0屈光度之间的焦度。光轴212穿过后曲面透镜202和前曲面透镜201形成。

多个实施例还可包括与形成于盐溶液207和油208之间的液体弯月面211的形状变化相关联的光焦度变化。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。在其它实施例中，与液体弯月面的形状变化相关联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的形状变化相关联的更大光焦度变化与相对厚度增加的透镜厚度213相关联。

根据本发明的一些实施例，例如可包括在诸如角膜接触镜片的眼科镜片中的那些实施例，弓形液体弯月形透镜200的横切透镜厚度213将为至多约1,000微米厚。相对更薄的透镜200的示例性透镜厚度213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213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。通常，横截面轮廓在透镜200中的不同位置处包括限定的厚度变化。

根据本发明，聚合光焦度为前曲面透镜201、后曲面透镜202、以及形成于油208和盐溶液207之间的液体弯月面211的光焦度的聚合。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在弓形液体弯月形透镜200内的相对位置保持稳定。一般来讲，优选的是在佩戴者移动时防止油208相对于盐水207浮动和移动。因此，油208和盐溶液207的组合优选经选择具有相同或相似的密度。此外，油208和盐溶液207优选具有相对低的混溶性，使得盐溶液207与油208将不混合。

在一些优选的实施例中，包含在腔体210内的一定体积的盐溶液207多于包含在腔体210内的一定体积的油208。此外，一些优选的实施例包括基本上与后曲面透镜202的整个内表面205接触的盐溶液207。一些实施例可包括一定体积的油208，该一定体积的油相比于一定量的盐溶液207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，其中一定体积的油208相比于一定量的盐溶液207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可由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光学透明的塑料，例如以下中的一种或多种：PMMA、Zeonor和TPX。

例如，可通过以下中的一种或多种方法形成前曲面透镜301和后曲面透镜302中的一者或两者：单点金刚石车削车床加工；注塑；数字微镜器件自由成形。

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、气相沉积或其它已知的方法来施用金。作为非限制性例子，可供选择的导电涂层303可包含铝、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涂覆围绕后曲面透镜302的周边的部分。例如，可通过溅镀方法或气相沉积来施加金涂层。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它导电材料。可使用多种方法来施用可供选择的导电材料，并且使其覆盖后曲面透镜302的不同区域。

在一些实施例中，可通过导电填料材料例如导电环氧树脂来填充导电流通路径，例如后曲面透镜302中的一个或多个孔或狭缝。导电填料可提供电通信至前曲面透镜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，其中通常位于前曲面透镜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和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Parylene C^TM、Teflon AF或其它具有多种电特性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形成边界区域，以保持导电涂层303和盐溶液306之间的分离，该盐溶液包含在前曲面透镜301和后曲面透镜302之间的腔体中。因此，一些实施例包括绝缘体涂层305，其被图案化并定位在前曲面透镜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与带负电的盐溶液306接触，其中导体303与盐溶液306的接触将造成电路短路。实施例可包括带正电的盐溶液306和带负电的导体303。

其它实施例可允许导体303和盐溶液306之间发生短路，作为与透镜300工作相关联的电路的重置功能。例如，短路状态可平衡施加到透镜的电势，并致使盐溶液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内部上的区域309延伸至腔体311外部的区域310。其它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可形成或连接到腔体外部的电端子。可向该端子施加电势并通过通道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，包括盐溶液306和导体303的带电组分通常容纳在绝缘体涂层305的任一侧上。本发明提供了绝缘体涂层305厚度与在盐溶液306和导体303之间的电场之间的间接关系，其中盐溶液306与导体303保持相隔越远，则其电场将越弱。

一般来讲，本发明提供了电场强度可随着绝缘体涂层305的厚度增加而显著降低。电场越接近时，则通常将能够得到越多的能量以移动球形液体弯月边界308。当盐溶液306和导体303之间的距离增大时，盐溶液306与导体涂层303的静电荷相隔越远，因此就越难以移动球形液体弯月形边界308。相反，绝缘体涂层305越薄，透镜就越容易受到绝缘体涂层305中的缺陷的影响。一般来讲，绝缘体涂层305中的即使相对较小的洞也将造成电路短路，并且透镜将不以电润湿方式发挥作用。

在一些实施例中，期望包括密度与同样包含在透镜300内的油307的密度大致相同的盐溶液306。例如，盐溶液306包含的密度可优选在油307的密度的10％内，并且更优选地，盐溶液306包含的密度将在油密度的5％内，并且最优选在约1％内或更小。在一些实施例中，可通过调节盐溶液306中的盐或其它组分的浓度来调节盐溶液306的密度。

根据本发明，弓形液体弯月形透镜300将通过限制油307相对于前曲面透镜301和后曲面透镜302的运动来提供更稳定的光学性能。使油307相对于弓形前曲面透镜301和后曲面透镜302中的一者或两者的运动保持稳定的一种方法是使油307和盐溶液306保持相对一致的密度。此外，与传统的柱面透镜设计相比，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，使得盐溶液306层的相对深度或厚度有所减小。在这种情形下，作用在腔体内流体上的界面力对于维持平静的液体弯月边界308可具有相对较大的贡献。因此，在这种情况下，密度匹配要求可变得更加宽松。在一些实施例中，流体层的相对薄度进一步支持液体透镜边界308。

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相比折射率更高的盐溶液306，在这种情况下油提供相对更低的折射率。

可使用粘合剂314来将前曲面透镜301和后曲面透镜302固定在彼此紧邻的位置，从而在两者之间保持油307和盐溶液306。粘合剂314用作密封件，使得盐溶液306或油307不从曲面液体弯月形透镜300中渗漏。

现在参见图4，其示出了曲面液体弯月形透镜400，其中在盐溶液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，由在402和403之间延伸的弓形壁中的第一角度转折将弯月壁405限定在前曲面透镜404中。当沿着一个或多个导电涂层或导电材料408施加和移除电势时，液体弯月边界401将沿着弯月壁405上下运动。

在一些优选的实施例中，导电涂层408将从保存盐溶液406和油407的腔体409内部的区域延伸至包含盐溶液406和油407的腔体409外部的区域。在此类实施例中，导电涂层408可为电势的管道，所述管道被施加到腔体409外部的点的导电涂层408至在腔体409内且与盐溶液406接触的导电涂层408的区域。

现在参见图5，其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可包含盐溶液503和油504。弓形液体弯月形透镜500的几何形状以及盐溶液503和油504的特性有利于在盐溶液503和油504之间形成液体弯月边界505。

一般来讲，液体弯月形透镜可被视为具有以下中的一者或多者的电容器：导电涂层、绝缘体涂层、通路、以及存在于或穿过前曲面透镜501和后曲面透镜502的材料。根据本发明，响应于对前曲面透镜501和后曲面透镜502中的一者或两者的至少一部分的表面施加电势，液体弯月边界505的形状，以及因此液体弯月边界505和前曲面透镜501之间的接触角发生变化。

根据本发明，通过导电涂层或材料施加于盐溶液503的电势的变化使液体弯月边界505沿着弯月壁506的位置发生变化。该运动发生在第一锐缘506-1和第二锐缘506-2之间。

在优选的实施例中，当将第一量级的电势(例如，与未通电状态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将位于第一锐缘506-1处或接近第一锐缘506-1。

施加第二量级的电势(有时称为第一通电状态)可使液体弯月边界505沿着弯月壁506大致向第二锐缘506-2的方向运动，从而致使液体弯月边界的形状发生变化。

用于在第一通电状态与第二通电状态之间转换的施加电压可包括例如介于约5伏特至约60伏特之间的直流电压。在其它实施例中，也可使用交流电压。

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表面可最小化绝缘体涂层中的缺陷。此外，因为当透镜通电或断电时表面纹理的随机不规则性可能造成不稳定的流体运动，并且因此引起不稳定的或无法预测的弯月面运动，所以平滑弯月壁506是优选的。在一些优选的实施例中，平滑弯月壁包含沿着弯月壁506的在约1.25纳米至5.00纳米范围内的峰谷测量值。

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，所限定的纹理例如纳米纹理化表面可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可相对于透镜的光轴成角度。该角度范围可为0°(或与光轴平行)至90°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和涂覆有绝缘体的涂层的弯月壁506之间的接触角来发挥作用。因不同材料的使用或因不同光学目的，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的角度可经设计用以适应在施加规定电压时沿弯月壁506运动的量级。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尺寸和电压参数内降低。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中。弯月壁角度是可被定制以提供各种透镜性能上的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尺寸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将失灵。因此，在优选的实施例中，弯月壁506经设计用以使介于第一锐缘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。在其它实施例中，虽然随着间隙的减小，透镜失效的风险增加，但最小间隙可小于50微米。在其它实施例中，可增加间隙以降低透镜失效风险，但整个透镜厚度也将增加，这可能是不期望的。

在本发明的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行进的行为可使用杨氏方程式进行推测。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，但基本性能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。

例如，当透镜处于未通电状态时，可将第一量级的电能施加于透镜。在施加第一量级电能的过程中，达到了油504和盐溶液503之间的界面能平衡。这样的状态在本文中可称为液体弯月边界505。油504和弯月壁506以及盐溶液503和弯月壁506在液体弯月边界505和弯月壁506之间形成平衡接触角。当改变施加到弓形液体弯月形透镜500的电压量级时，界面能平衡将发生改变，从而导致液体弯月边界505和弯月壁506之间的接触角相应地改变。

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运动中对于杨氏方程的作用，而且因为该接触角与其它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和506-2，用作液体弯月面505运动的边界，因为其需要所施加电势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通过其中一个锐缘。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，而液体弯月边界505与超出第二锐缘506-2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°。

可向透镜施加电压，从而导致液体弯月边界505沿着弯月壁506朝第二锐缘506-2运动。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致使液体弯月边界505在第二锐缘506-2处停止，除非提供显著更高的电压。

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被构造为锐边。在其它优选的实施例中，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。导电性、绝缘体和其它可能的所需涂层可能无法均匀并且可预见地沉积在锐边上，然而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°的角度并具有约10微米的限定半径。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，但该设计可能占据更多的透镜空间。

在各个实施例中，锐缘506-1和/或506-2的限定半径可在5微米至50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，但代价是在透镜设计的紧密度容限中占据更多的空间。在这方面，正如在许多其它透镜设计领域中，需在易于制造、透镜功能最佳化以及尺寸最小化之间作出权衡。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。

在一些实施例中，可在两个相邻锐缘之间的侧壁上结合改善的表面光洁度使用更大的锐缘半径。在一些实施例中，可能期望从第一半径(锐缘)到第二半径(锐缘)的表面是平滑的且没有中断部分，其中这有助于使用相同的工具切割用于形成锐缘的模具。锐缘中所包含的半径可被切割成模具表面，其中模具表面半径大于锐缘半径。其中模具表面是包括一个或多个锐缘和一个侧壁的连续表面。较大的工具半径通常可与相应切割的更平滑的表面光洁度相关。

第二锐缘506-2包括经设计用以当电压施加到弓形液体弯月形透镜500时限制油的运动的结构。在一些实施例中，第二锐缘506-2也可包括通常尖的末端，或在其它实施例中，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微米半径表现与锐缘一样良好，并且可使用单点金刚石车削车床加工或注塑工艺制造。

延伸到前曲面透镜501光学区508的起点的垂直或几乎垂直步位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，但也可能在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。在其它实施例中，步位507的角度可低至1°或2°，或可成大于5°的角度。与光轴成较小角度的步位507将通常用作更有效的弯月面运动限制物，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508起始处过渡的半径为25微米。较大的半径将在透镜设计中不必要地占据更多的空间。如果需要获得空间，较小的半径是可接受的并且可被实施。在该领域以及其它透镜领域中，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塑工艺。步位507和光学区508起始处之间的弯曲在注塑工艺期间将改善塑性流，并且导致透镜具有最佳强度和应力处理特性。

现在参见图6，俯视截面图显示了具有电介质涂层602的弯月壁601。电介质涂层602的厚度围绕弯月壁601的周围变化。在此示例性图中，电介质涂层602包括在点603处沿y轴的第一厚度，所述第一厚度大于在点604处沿垂直x轴的第二厚度。电介质涂层602的厚度在最厚点603和最薄点604之间形成梯度。图6着重突出电介质涂层602，并且未按比例绘制。电介质涂层602下的弯月壁601上的导电涂层未在图6中示出。

根据本发明，矫正散光所必需的柱镜度、轴和光焦度可使用围绕弯月壁601周围的梯度厚度电介质涂层602在液体弯月形透镜中产生。当向透镜施加一定量级的电势时，相对于较厚电介质涂层区域(例如，点603)，在较薄电介质涂层区域(例如，点604)盐溶液被更强地吸向弯月壁601，在较厚电介质涂层区域盐溶液朝弯月壁601的吸引较弱。在一些优选实施例中，盐溶液沿着一个轴例如图6中的x轴强烈地吸向弯月壁601，并且沿着第二垂直轴例如图6中的y轴相对较弱地吸向弯月壁601，这将致使液体弯月边界移动并且弯月形腔体内的油呈现能够矫正散光的复曲面形状。

由电介质涂层602形成的特定梯度厚度以及其在弓形液体弯月形透镜内的弯月壁601上形成时所处的轴可以变化，以获得用于矫正散光的特有柱镜度和轴的组合。散光透镜的柱镜度受围绕弯月壁601周围所形成的电介质涂层602所处的最小厚度和最大厚度以及厚度梯度的影响。散光矫正所需的轴参数由弯月壁601上的电介质涂层602的最小点和最大点的位置控制，在图6中分别用点604和点603表示该最小点和最大点。具有梯度厚度电介质涂层的液体弯月形透镜可通过多种透镜稳定方法进行设计，以在用于散光矫正的眼睛上保持恰当的透镜轴取向。可使用例如压载(ballasting)或更先进的加速稳定设计的技术来实现稳定。稳定技术可在弓形液体弯月形透镜内实施，或在包封弓形液体弯月形透镜的透镜中实施。

在当前实施例中，当向透镜施加第一量级的电势时，液体弯月边界移动到第一状态，在该状态中可实现特定的远视光焦度与散光矫正的结合。可施加第二相对更大量级的电势，以将液体弯月边界移动到第二状态，从而导致近视矫正连同散光矫正。

在其它实施例中，可由透镜组合件内(例如以非限制性例子的方式，在包封弓形液体弯月形透镜的透镜内)的附加光学组件提供远视焦度矫正，而在弓形液体弯月形透镜内仅矫正近视和散光。

现在参见图7，该俯视正交视图示出了包括第一锐缘702和第二锐缘703的弯月壁701。该图包括液体弯月边界704的位置和光学区707。在该示例性图中，电介质涂层如图6所示沿x轴最薄时，盐溶液朝弯月壁701的吸引最强，并且液体弯月边界704已移动到点706，通常位于第二锐缘703处或最接近第二锐缘703。电介质涂层如图6所示沿y轴最厚时，盐溶液朝弯月壁701的吸引最弱，并且液体弯月边界704处于点705处，通常更靠近第一锐缘702。电介质涂层从最薄区域到最厚区域的梯度导致液体弯月边界704的位置在弯月壁701上从通常更接近第二锐缘703的点706到通常更接近第一锐缘702的点705渐变。

现在参见图8，其示出了弓形液体弯月形透镜800的一部分的透视图，该透镜包括弯月壁801、第一锐缘802、第二锐缘803、步位805和光学区806。弯月壁801上液体弯月边界的位置如线条804所示。图8的透视图示出了电介质涂层在点807a和807b处最薄时液体弯月边界804通常位于第二锐缘803处或最接近第二锐缘803，并且电介质涂层在点808a和808b处最厚时(尽管在该透视图中808b不直接可见)液体弯月边界804通常更靠近第一锐缘802。图8的透视图示出了液体弯月边界804在弯月壁808a上的其中一个最高点与弯月壁807a和807b上的两个最低点之间的梯度斜率。液体弯月边界804的相对一半，尽管在图8中不完全可见，但将是点807a和807b之间可见部分的镜像。

现在参见图9，其示出了弓形液体弯月形透镜900的边缘部分的剖视图，该透镜具有前曲面透镜901、后曲面透镜902、盐溶液903和油904。液体弯月边界905位于盐溶液903和油904之间，其与弯月壁906上的前曲面透镜901接触。当施加第一量级的电势时，例如当透镜处于未通电状态或静息状态时，液体弯月边界905在第一锐缘907处或接近第一锐缘907与弯月壁906接触，而如图6、7和8中所述，通过围绕弯月壁周围的梯度厚度电介质涂层施加第二量级的电势时，液体弯月边界905移动，从而根据电介质涂层的厚度在不同位置处产生沿弯月壁906的接触点。电介质涂层最厚并且盐溶液903朝弯月壁906的吸引最弱时，液体弯月边界905将具有例如朝通常更接近第一锐缘907的点908通常更有限的运动。在电介质涂层最薄的区域，盐溶液903朝弯月壁906上的电介质涂层下的导体的较强吸引将导致液体弯月边界905例如朝通常更接近第二锐缘910的点909的运动更大。

围绕弯月壁周围的梯度厚度电介质涂层可由多种技术来形成，例如以非限制性例子的方式，使用百叶窗式掩模工艺施加电介质材料以获得所需的梯度厚度，施加过量的电介质材料并使用金刚石车削车床加工工艺移除电介质材料以形成所需的梯度厚度，施加过量的电介质材料并使用激光消融电介质材料以形成所需的梯度厚度，以及使用电介质材料填充前曲面透镜然后插入不对称的外模一形成所需的梯度厚度。仅在电介质涂层覆盖弯月壁时才需要电介质涂层内的梯度厚度。其上可存在电介质涂层的其它透镜区域不需要涂层内的梯度厚度，尽管在这些区域中的梯度厚度将不会对弓形液体弯月形透镜的功能造成不利影响。

沉积梯度厚度电介质的另一种方式包括在所需的表面上形成热梯度，使得聚对二甲苯的冷凝/沉积可按梯度方式变化。

在本发明的实施例中，其上存在梯度厚度电介质涂层的弯月壁通常形成锥形截头的形状，该锥形截头的横截面显示弯月壁呈线性。透镜的例子包括2010年6月29日提交的并且名称为“LENS WITH CONICAL FRUSTUMMENISCUS WALL”(具有锥形截头弯月壁的透镜)的美国专利申请序列号61,359,548中所述的线性弯月壁，该专利申请以引用方式并入本文。在一些实施例中，梯度厚度电介质涂层可包括在具有不同形状和设计的弯月壁上，例如以非限制性例子的方式，凸面圆环段弯月壁、凹面圆环段弯月壁、复合线性凸面弯月壁、多凸面弯月壁、多凹面弯月壁、多段线性弯月壁以及具有微通道的壁。

虽然本发明已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许多修改，以适应具体情况或材料。

因此，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 (32)

1.一种光学透镜，包括：

前透镜，所述前透镜包括前透镜外表面和前透镜内表面；

后透镜，所述后透镜包括后透镜内表面和后透镜外表面，所述后透镜紧邻所述前透镜定位，使得在所述前透镜内表面和所述后透镜内表面之间形成腔体；

一定体积的盐溶液和油，所述盐溶液和油包含在形成于所述前透镜内表面和所述后透镜内表面之间的腔体内，在所述一定体积的盐溶液和油之间包括弯月面；以及

弯月壁，所述弯月壁包括具有第一电介质厚度的第一部分和具有第二电介质厚度的第二部分，其中所述第一电介质厚度大于所述第二电介质厚度，并且所述第一部分和所述第二部分中的每一个邻接形成于所述盐溶液和油之间的弯月面。

2.根据权利要求1所述的光学透镜，其中所述前透镜和所述后透镜中的至少一者为基本上平坦的。

3.根据权利要求1所述的光学透镜，其中所述前透镜和所述后透镜包括弓形透镜。

4.根据权利要求3所述的光学透镜，还包括在所述弯月壁的至少一部分上的导电涂层。

5.根据权利要求4所述的光学透镜，其中所述一定体积的油少于包含在所述腔体内的所述一定体积的盐溶液。

6.根据权利要求5所述的光学透镜，其中所述一定体积的油相比于一定量的盐溶液包含约66体积％或更多。

7.根据权利要求5所述的光学透镜，其中所述一定体积的油相比于一定量的盐溶液包含约90体积％或更少。

8.根据权利要求4所述的光学透镜，其中所述一定体积的油包含的密度约等于所述盐溶液的密度。

9.根据权利要求4所述的光学透镜，其中所述一定体积的油包含的密度在所述盐溶液密度的约10％内。

10.根据权利要求4所述的光学透镜，其中所述一定体积的油包含的密度在所述盐溶液密度的约5％内。

11.根据权利要求4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。

12.根据权利要求11所述的光学透镜，其中所述腔体外部的导电涂层的所述区域形成用于向所述液体弯月形透镜提供电势的电端子。

13.根据权利要求11所述的光学透镜，其中所述盐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的所述区域施加电势致使所述弯月面沿着所述弯月壁的接触位置发生变化。

14.根据权利要求11所述的光学透镜，其中所述电势包括直流。

15.根据权利要求11所述的光学透镜，其中所述电势包含在约5.0伏特至60.0伏特之间。

16.根据权利要求15所述的光学透镜，其中所述电势包含约20.0伏特。

17.根据权利要求15所述的光学透镜，其中所述电势包含约5.0伏特。

18.根据权利要求11所述的光学透镜，其中所述电势包含在约3.5伏特至约7.5伏特之间。

19.根据权利要求5所述的光学透镜，其中所述前曲面透镜外表面包含不为约0的光焦度。

20.根据权利要求5所述的光学透镜，其中所述前曲面透镜内表面包含不为约0的光焦度。

21.根据权利要求5所述的光学透镜，其中所述后曲面透镜外表面包含不为约0的光焦度。

22.根据权利要求5所述的光学透镜，其中所述后曲面透镜内表面包含不为约0的光焦度。

23.根据权利要求5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。

24.根据权利要求23所述的光学透镜，还包括与填充所述通道的所述导电材料电连通的端子。

25.根据权利要求24所述的光学透镜，其中对所述端子施加电势致使所述弯月面的形状发生变化。

26.根据权利要求5所述的光学透镜，还包括沿着所述前曲面透镜的所述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。

27.根据权利要求26所述的光学透镜，其中所述绝缘体包括Parylene C^TM和Teflon AF中的一者。

28.根据权利要求26所述的光学透镜，其中所述绝缘体包括边界区域，以保持所述导电涂层和盐溶液之间的分离，所述盐溶液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中。

29.根据权利要求5所述的光学透镜，其中包括所述弯月壁的锥形截头的角度包含在约30°和50°之间。

30.根据权利要求29所述的光学透镜，还包括邻近所述弯月壁的弯月形锐缘，所述锐缘包括用于包含所述一定体积的盐溶液和油的角度结构。

31.根据权利要求30所述的光学透镜，其中所述锐缘包括径向表面部分。

32.根据权利要求31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。

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