具有多凸面彎月壁的透鏡的製作方法
2023-12-11 14:51:07
專利名稱：具有多凸面彎月壁的透鏡的製作方法
技術領域：
本發明整體涉及液體彎月形透鏡，更具體地講，其包括具有彎月壁的弓形液體彎月形透鏡，所述彎月壁包括多個凸形區段。
背景技術：
液體彎月形透鏡已為各行業中所熟知。如下文結合圖1A和圖1B更詳細地討論的，已知液體彎月形透鏡被設計成圓柱形狀，其具有周邊表面，所述周邊表面由與為直線的軸線相距固定距離的點形成。已知液體彎月形透鏡的設計被限制為具有大致平行於第二內表面的第一內表面並且每個均垂直於柱軸。液體彎月形透鏡的用途的已知實例包括例如電子照相機等裝置。傳統上，眼科裝置(例如角膜接觸鏡片和眼內透鏡)包括具有矯正性質、美容性質或治療性質的生物相容性裝置。例如，角膜接觸鏡片可提供如下作用中的一者或多者視力矯正功能性、美容增強作用和治療作用。每種功能由透鏡的物理特性提供。將折射性質結合到透鏡中的設計可提供視力矯正功能。結合到透鏡中的顏料可提供美容增強作用。結合到透鏡中的活性劑可提供治療功能性。最近，已將電子元件結合到角膜接觸鏡片中。一些元件可包括半導體裝置。然而，包括液體彎月形透鏡的尺寸、形狀和控制方面的物理限制使其難以應用於眼科鏡片。一般來講，液體彎月形透鏡的圓柱形狀(有時也稱為「冰球」形狀)並不有利於可用於人眼環境中的物品。此外，曲面液體彎月形透鏡包括的物理挑戰不一定存在於具有平行側壁和/或光學窗口的液體彎月形透鏡的傳統設計中。
發明內容
因此，本發明提供了包括弓形前曲面透鏡和弓形後曲面透鏡的液體彎月形透鏡。本發明包括彎月壁，其具有的物理結構有利於以下中的一者或兩者對被包含在透鏡內的液體的吸引和排斥以及與另一種液體形成彎月面。根據本發明，第一弓形光學件緊鄰第二弓形光學件，在第一弓形光學件和第二弓形光學件之間形成有腔體。所述腔體內保持有鹽溶液和油。對大致位於第一弓形光學件和第二弓形光學件中的一者或兩者的周邊區域中的彎月壁施加靜電荷改變了形成於被保持在所述腔體內的鹽溶液和油之間的彎月面的物理形狀。本發明包括彎月壁，其被成型為基本上包括多個凸形區段的複合形狀，所述彎月壁的橫截面包括彼此機械連通的多個環區段。
圖1A示出了處於第一狀態的圓柱形液體彎月形透鏡的現有技術實例。圖1B示出了處於第二狀態的圓柱形液體彎月形透鏡的現有技術實例。圖2示出了根據本發明的一些實施例的示例性液體彎月形透鏡的切面剖面輪廓。圖3示出了根據本發明的一些實施例的示例性弓形液體彎月形透鏡的一部分的橫截面。圖4示出了弓形液體彎月形透鏡的附加示例性方面。圖5示出了根據本發明的一些實施例的弓形液體彎月形透鏡內的彎月壁元件。圖6A示出了液體彎月形透鏡內的多凸面彎月壁，其中示出了處於其未通電狀態的液體彎月邊界。圖6B示出了液體彎月形透鏡內的多凸面彎月壁，其中示出了處於其通電狀態的液體彎月邊界。圖6C示出了液體彎月形透鏡內的多凸面彎月壁，其中在單個圖中示出了液體彎月邊界的通電狀態和未通電狀態以供比較。圖7A示出了從弓形液體彎月形透鏡的其餘部分單獨觀察的多凸面彎月壁的橫截面。圖7B示出了彎月壁的一個區段的橫截面，所述區段凸向形成於透鏡中的光軸，其中所得形狀包括當從所述弓形液體彎月形透鏡的其餘部分觀察時的環的區段。
具體實施例方式本發明提供了一種液體彎月形透鏡，其具有限定液體彎月形透鏡的彎月腔體的前曲面透鏡和後曲面透鏡中的至少一者。術語在針對本發明的該描述和權利要求中，所使用的各個術語定義如下接觸角油/鹽溶液界面(也稱為液體彎月邊界)接觸彎月壁的角度。就線性彎月壁而言，接觸角為在液體彎月邊界接觸彎月壁時在彎月壁和相切於液體彎月邊界的線之間測量的角度。就曲面彎月壁而言，接觸角為相切於彎月壁的線和液體彎月邊界接觸時在兩者之間測量的角度。透鏡如本文所用，透鏡是指具有前表面和後表面的製品，其在光學上能夠傳遞預定範圍波長的輻射，例如可見光。透鏡可包括基本上平坦的前表面和後表面中的一者或兩者，或可包括基本上為弓形形狀的前表面和後表面中的一者或兩者。液體彎月邊界介於鹽溶液和油之間的弓形表面界面。一般來講，該表面將形成在一側上為凹形而在另一側上為凸形的透鏡。彎月腔體位於弓形液體彎月形透鏡內、介於前曲面透鏡和後曲面透鏡之間的空間，在其中保持有油和鹽溶液。彎月壁前曲面透鏡內部上的特定區域，使得其位於彎月腔體內，其中液體彎月邊界沿彎月腔體運動。光學區域如本文所用，是指眼科鏡片的佩戴者通過其進行觀看的眼科鏡片的區域。銳緣前曲面或後曲面透鏡任一者的內表面的幾何結構，其足以包含光學件上兩種預定流體的接觸線的位置。所述銳緣通常為外角而非內角。以流體為基準點，其為大於180度的角度。現在參見圖1A，該圖為描述現有技術透鏡100的剖視圖，圓柱體110內包含有油101和鹽溶液102。圓柱體110包括兩個光學材料板106。每個板106包括基本上平坦的內表面113-114。圓柱體110包括基本上旋轉對稱的內表面。在一些現有技術實施例中，一個或多個表面可包括疏水性塗層。電極105也被包括在該圓柱體的周邊上或圍繞該圓柱體的周邊。在緊鄰電極105處也可使用電絕緣體。根據現有技術，內表面113-114中的每個為基本平坦的或平面的。在鹽溶液102A和油101之間限定界面表面112A。如圖1A所示，界面112A的形狀與鹽溶液102A和油101的折射率性質結合，以接收穿過第一內表面113的入射光108並提供穿過第二內表面114的發散光109。在油101和鹽溶液102之間的界面表面的形狀因對電極105施加電勢而改變。圖100A示出了在100所示的現有技術透鏡的透視圖。現在參見圖1B，其示出了處於增能狀態的現有技術透鏡100。通過在整個電極115上施加電壓114來達到增能狀態。在油101和鹽溶液102B之間的界面表面112B的形狀因對電極115施加電勢而改變。如圖1B中所示，穿過油101和鹽溶液102B的入射光108B聚焦為會聚光圖案111。現在參見圖2，其為具有前曲面透鏡201和後曲面透鏡202的液體彎月形透鏡200的剖視圖。在各個實施例中，前曲面透鏡201和後曲面透鏡202可包括弓形透鏡或基本上平坦的透鏡。在一些優選的實施例中，前曲面透鏡201和後曲面透鏡202緊鄰彼此定位並在兩者之間形成腔體210。前曲面透鏡201包括凹面弓形內透鏡表面203和凸面弓形外透鏡表面204。凹面弓形內透鏡表面203可具有一個或多個塗層(圖2中未示出)。塗層可包含例如導電材料或電絕緣材料、疏水性材料或親水性材料中的一者或多者。凹面弓形內透鏡表面203和塗層中的一者或兩者與被包含在腔體210中的油208液體連通和光學連通。後曲面透鏡202包括凸面弓形內透鏡表面205和凹面弓形外透鏡表面206。凸面弓形內透鏡表面205可具有一個或多個塗層(圖2中未示出)。塗層可包含例如導電材料或電絕緣材料、疏水性材料或親水性材料中的一者或多者。凸面弓形內透鏡表面205和塗層中的至少一者與被包含在腔體210中的鹽溶液207液體連通和光學連通。鹽溶液207包含一種或多種離子傳導性鹽或其它組分，並且因此可受電荷吸引或排斥。根據本發明，導電塗層209沿著前曲面透鏡201和後曲面透鏡202中的一者或兩者的周邊的至少一部分定位。導電塗層209可包含金或銀並且優選地為生物相容性的。對導電塗層209施加電勢使得鹽溶液207中離子傳導性鹽或其它組分受到吸引或排斥。前曲面透鏡201具有與穿過凹面弓形內透鏡表面203和凸面弓形外透鏡表面204的光相關的光焦度。該光焦度可為0，或可為正焦度或負焦度。在一些優選的實施例中，光焦度為通常存在於矯正性角膜接觸鏡片中的焦度，例如作為非限制性實例介於-8. O和+8. O屈光度之間的焦度。後曲面透鏡202具有與穿過凸面弓形內透鏡表面205和凹面弓形外透鏡表面206的光相關的光焦度。該光焦度可為O，或可為正焦度或負焦度。在一些實施例中，光焦度為通常存在於矯正性角膜接觸鏡片中的焦度，例如作為非限制性實例介於-8. O和+8. O屈光度之間的焦度。光軸212穿過後曲面透鏡202和前曲面透鏡201形成。多個實施例還可包括與在鹽溶液207與油208之間形成的液體彎月面211的形狀變化相關聯的光焦度變化。在一些實施例中，光焦度變化可相對較小，例如其變化介於O至
2.O屈光度之間。在其它實施例中，與液體彎月面的形狀變化相關聯的光焦度變化可為至多約30或更高的屈光度。一般來講，與液體彎月面211的形狀變化相關聯的更大光焦度變化與相對更厚的透鏡厚度213有關。根據本發明的一些實施例，例如可包括在眼科鏡片例如角膜接觸鏡片中的那些實施例，弓形液體彎月形透鏡200的橫切透鏡厚度210將為至多約1，000微米厚。相對較薄的透鏡200的示例性透鏡厚度210可為至多約200微米厚。優選的實施例可包括具有約600微米厚的透鏡厚度210的液體彎月形透鏡200。一般來講，前曲面透鏡201的橫切厚度可介於約35微米至約200微米之間，並且後曲面透鏡202的橫切厚度也可介於約35微米和200微米之間。通常，橫截面輪廓包括透鏡200的不同位置處的限定的厚度變化。根據本發明，聚合光焦度為前曲面透鏡201、後曲面透鏡202、以及在油208和鹽溶液207之間形成的液體彎月面211的光焦度的聚合。在一些實施例中，透鏡200的光焦度還將包括如介於前曲面透鏡201、後曲面透鏡202、油208和鹽溶液207中的一者或多者之間的折射率差。在包括結合到角膜接觸鏡片中的弓形液體彎月形透鏡200的那些實施例中，還期望的是，當角膜接觸鏡片配戴者運動時，鹽水207和油208在弓形液體彎月形透鏡200內的相對位置保持穩定。一般來講，優選的是防止油208在佩戴者運動時相對於鹽水207流動和運動。因此，油208和鹽溶液207組合優選地以相同或相似的密度選擇。另外，油208和鹽溶液207優選地具有相對低的混溶性，以使得鹽溶液207與油208將不混合。在一些優選的實施例中，包含於腔體210內的一定體積的鹽溶液207多於包含於腔體210內的一定體積的油208。此外，一些優選的實施例包括基本上與後曲面透鏡202的整個內表面205接觸的鹽溶液207。一些實施例可包括一定體積的油208，所述一定體積的油相比於一定量的鹽溶液207可為約66體積％或更多。一些附加實施例可包括弓形液體彎月形透鏡，其中一定體積的油208相比於一定量的鹽溶液207為約90體積％或更少。現在參見圖3，該圖示出了弓形液體彎月形透鏡300的邊緣部分的剖面圖。如上所述，弓形液體彎月形透鏡300包括組合的前曲面透鏡301和後曲面透鏡302組件。前曲面透鏡301和後曲面透鏡302可用一種或多種至少部分透明的材料形成。在一些實施例中，前曲面透鏡301和後曲面透鏡302中的一者或兩者包括通常為光學透明的塑料，例如下列中的一者或多者PMMA、Zeonor和TPX。例如，可通過以下中的一種或多種方法形成前曲面透鏡301和後曲面透鏡302中的一者或兩者單點金剛石車削車床加工；注塑；數字微鏡器件自由成形。前曲面透鏡301和後曲面透鏡302中的一者或兩者可包括導電塗層303，如圖所示，該導電塗層303沿著周邊部分從309延伸至310。在一些優選的實施例中，導電塗層303包含金。可通過濺鍍方法、氣相沉積或其它已知的方法來施加金。作為非限制性實例，可供選擇的導電塗層303包含鋁、鎳和銦錫氧化物。一般來講，導電塗層303將被施加到前曲面透鏡301和後曲面透鏡302中的一者或兩者的周邊區域。在本發明的一些實施例中，後曲面透鏡302具有施加到特定區域的導電塗層304。例如，可從第一邊界304-1至第二邊界304-2塗覆圍繞後曲面透鏡302的周邊的部分。例如，可通過濺鍍方法或氣相沉積來施加金塗層。在一些實施例中，可使用掩模以預定圖案圍繞前曲面透鏡301或後曲面透鏡302的一個或多個周邊部分來施加金或其它導電材料。可使用多種方法施加可供選擇的導電材料，並且使其覆蓋後曲面透鏡302的不同區域。在一些實施例中，可通過例如導電環氧樹脂的導電填充材料來填充導電流通路徑，例如後曲面透鏡302中的一個或多個孔或狹槽。導電填料可提供電傳導至前曲面透鏡301和後曲面透鏡302中的一者或兩者的內表面上的導電塗層。在本發明的另一方面，前曲面透鏡301和後曲面透鏡302中的一者或兩者可由多種不同的材料形成，其中通常在前曲面透鏡301和後曲面透鏡302的中心區域中的光學區域(未示出)可包含光學透明材料，並且周邊區域可包括含有導電材料的不透光區域。該不透光區域還可包括控制電路與能源中的一個或多個。在另一個方面，在一些實施例中，將絕緣體塗層305施加到前曲面透鏡301。作為非限制性實例，可將絕緣體塗層305施加在從第一區305-1延伸至第二區305-2的區域中。絕緣體可包括例如Parylene C ,Teflon AF或其它具有多種電特性和機械特性以及電阻的材料。在一些具體的實施例中，絕緣體塗層305產生邊界區域，以保持包含在前曲面透鏡301和後曲面透鏡302之間的腔體中的鹽溶液306與導電塗層303之間的分離。因此，一些實施例包括絕緣體塗層305，其被圖案化並定位在前曲面透鏡301和後曲面透鏡302中的一者或兩者的一個或多個區域中，以防止帶正電的導體303與帶負電的鹽溶液306接觸，其中導體303與鹽溶液306的接觸將造成電路短路。實施例可包括帶正電的鹽溶液306和帶負電的導體303。其它實施例可允許導體303和鹽溶液306之間發生短路而作為與透鏡300工作相關聯的電路的重置功能。例如，短路狀態可補償施加到透鏡的電勢，並使得鹽溶液306和油307回到默認位置。一些優選的實施例包括導體303，其從腔體311內部的區域309延伸至腔體311外部的區域310。其它實施例可包括穿過前曲面透鏡或後曲面透鏡的通道312，其可填充有導電材料313，例如防水導電環氧樹脂。導電材料313可形成或被連接到腔體外部的電端子。電勢可被施加到該端子並通過通道312中的導電材料313傳導至塗層。絕緣體塗層305的厚度可作為透鏡性能參數而變化。根據本發明，包括鹽溶液306和導體303的帶電組分通常被保持在絕緣體塗層305的任一側上。本發明提供了絕緣體塗層305厚度與鹽溶液306和導體303之間的電場之間的間接關係，其中鹽溶液306與導體303離得越遠，則其電場就將越弱。一般來講，本發明提供了電場強度可隨著絕緣體塗層305的厚度增加而明顯降低。電場越接近時，通常就將得到用於移動球形液體彎月邊界308的更多能量。當鹽溶液306和導體303之間的距離增大時，鹽溶液306與導體塗層303的靜電荷相隔就越遠，因此就越難使球形液體彎月邊界308運動。相反地，絕緣體塗層305越薄，透鏡就越容易受到絕緣體塗層305中的缺陷的影響。一般來講，絕緣體塗層305中甚至相對小的孔也將造成短路並且透鏡將不以電潤溼方式發揮作用。在一些實施例中，希望包括鹽溶液306，所述鹽溶液的密度與也包含於透鏡300內的油307的密度大致相同。例如，鹽溶液306的密度可優選地在油307的密度的10%內，更優選地，鹽溶液306的密度將在油的密度的5%內，最優選地在約I %內或更小。在一些實施例中，可通過調整鹽溶液306中的鹽或其它組分的濃度來調整鹽溶液306的密度。根據本發明，通過限制油307相對於前曲面透鏡301和後曲面透鏡302的運動，弓形液體彎月形透鏡300將提供更穩定的光學品質。使油307相對於弓形前曲面透鏡301和後曲面透鏡302中的一者或兩者的運動保持穩定的一種方法是使油307和鹽溶液306保持相對一致的密度。此外，與傳統的柱面透鏡設計相比，由於前曲面透鏡301和後曲面透鏡302兩者的內表面均為曲面設計，因此使得鹽溶液306層的相對深度或厚度有所減小。在這種情況下，作用於腔體內的流體的界面力可對於使液體彎月邊界308保持平靜具有相對較大的貢獻。因此，在這種情況下，密度匹配要求可變得更加寬鬆。在一些實施例中，相對薄的流體層還支撐液體透鏡邊界308。在一些優選的實施例中，與提供相對較高折射率的油307相比，鹽溶液306提供較低的折射率。然而，在一些實施例中，可能包括與油307相比折射率較高的鹽溶液306，在這種情況下油307提供相對較低的折射率。可使用粘合劑314將前曲面透鏡301和後曲面透鏡302緊鄰彼此固定就位，從而在兩者之間保持油307和鹽溶液306。粘合劑314用作密封物，使得鹽溶液306或油307不從曲面液體彎月形透鏡300中滲漏。現在參見圖4，圖中示出了曲面液體彎月形透鏡400，其中鹽溶液406與油407之間具有液體彎月邊界401。根據一些優選的實施例，在402和403之間延伸的弓形壁中的第一角度轉折限定前曲面透鏡404中的彎月壁405。當沿著一個或多個導電塗層或導電材料408施加和移除電勢時，液體彎月邊界401將沿著彎月壁405上下運動。在一些優選的實施例中，導電塗層408將從保存鹽溶液406和油407的腔體409內部的區域延伸至包含鹽溶液406和油407的腔體409外部的區域。在此類實施例中，導電塗層408可為電勢的管道，所述管道被施用到腔體409外部的點的導電塗層408至在腔體409內且與鹽溶液406接觸的導電塗層408的區域。現在參見圖5，其示出了弓形液體彎月形透鏡500的邊緣部分的剖視圖，該透鏡具有前曲面透鏡501和後曲面透鏡502。弓形液體彎月形透鏡500可包含鹽溶液503和油504。弓形液體彎月形透鏡500的幾何形狀以及鹽溶液503和油504的特性有利於液體彎月邊界505在鹽溶液503和油504之間形成。一般來講，液體彎月形透鏡可被視為具有以下中的一者或多者的電容器導電塗層、絕緣體塗層、通路以及材料，其存在於前曲面透鏡501和後曲面透鏡502上或穿過前曲面透鏡501和後曲面透鏡502。根據本發明，當對前曲面透鏡501和後曲面透鏡502中的一者或二者的至少一部分的表面施加電勢時，液體彎月邊界505的形狀並且因此液體彎月邊界505和前曲面透鏡501之間的接觸角隨之發生變化。根據本發明，通過導電塗層或材料而施加到鹽溶液503的電勢的變化使液體彎月邊界505沿彎月壁506的位置發生變化。該運動發生在第一銳緣506-1和第二銳緣506-2之間。
在優選的實施例中，當將第一量級的電勢(例如，與未通電狀態或靜息狀態相關的電壓和電流)施加到透鏡時，液體彎月邊界505將位於或臨近第一銳緣506-1。施加第二量級的電勢(有時稱為第一通電狀態)可使液體彎月邊界505沿彎月壁506大致向第二銳緣506-2運動，從而使得液體彎月邊界的形狀發生變化。如下文更詳細地討論，根據本發明，沿著彎月壁所包括的多銳緣中的每個可與相應的通電狀態相關聯。用於在第一通電狀態與第二通電狀態之間進行轉換的施加電壓可包括例如介於約5伏特至約60伏特的直流電壓。在其它實施例中，也可使用交流電壓。在一些實施例中，彎月壁506將為平滑表面，該表面與絕緣體塗層厚度有關。平滑彎月壁506表面可最小化絕緣體塗層中的缺陷。此外，因為當透鏡通電或斷電時表面紋理的隨機不規則性可能造成不穩定的流體運動，並且因此引起不穩定的或無法預測的彎月面運動，所以平滑彎月壁506是優選的。在一些優選的實施例中，光滑彎月壁包括沿著彎月壁506的在約1. 25納米至5. 00納米範圍內的峰谷測量。在另一個方面，在一些實施例中，期望彎月壁506為疏水性的，在這種情況下，所定義的紋理例如納米紋理化表面可結合到弓形液體彎月形透鏡的設計中。在另一個方面，在一些實施例中，彎月壁506可相對於透鏡光軸成角度。該角度範圍可為0° (或與光軸平行)至90°或接近90° (或與光軸垂直)。如圖所示，並且在一些優選的實施例中，彎月壁506角度通常介於約30°和50°之間，以使弓形液體彎月形透鏡根據當前介於液體彎月邊界505和塗覆有絕緣體的塗層的彎月壁506之間的接觸角來發揮作用。因使用不同材料或因不同光學使用目的，例如望遠視力，彎月壁506的角度可接近
O。或 90。。根據本發明，彎月壁506的角度可被設計成適應在施加規定電壓時產生的沿彎月壁506運動的量級。在一些實施例中，隨著彎月壁506角度的增加，改變透鏡焦度的能力通常在給定透鏡尺寸和電壓參數內降低。此外，如果彎月壁506相對於光軸為0°或接近0°，則液體彎月邊界505將幾乎直線前進至前光學件上。彎月壁角度是可被修改以提供各種透鏡性能效果的多個參數之一。在一些優選的實施例中，彎月壁506的長度為大約O. 265mm。然而，在各種設計中，彎月壁506的角度與整個透鏡的尺寸一起將自然地影響彎月壁506的長度。一般認為，如果油504接觸後曲面透鏡502，則弓形液體彎月形透鏡500將失效。因此，在優選的實施例中，彎月壁506經設計以使介於第一銳緣506-1和後曲面透鏡502之間在其最近點有50微米的最小間隙。在其它實施例中，雖然隨間隙減小，透鏡失效風險增力口，但最小間隙可小於50微米。在其它實施例中，可增加間隙以降低透鏡失效風險，但整個透鏡厚度也將增加，這可能是不期望的。在本發明一些優選實施例的另一個方面中，液體彎月邊界505隨彎月壁506運動的行為可使用楊氏方程式推測。雖然楊氏方程式定義了液滴在乾燥表面上所引起的力平衡，並且假設為完全平坦表面，但基本性質仍可應用於在弓形液體彎月形透鏡500內產生的電潤溼透鏡環境。例如當透鏡處於未通電狀態時，可將第一量級的電能施加到透鏡。在施加所述第一量級的電能的過程中，實現了油504與鹽溶液503之間的界面能平衡。這種狀態在本文中可被稱作液體彎月邊界505。油504和彎月壁506、以及鹽溶液503和彎月壁506形成液體彎月邊界505與彎月壁506之間的平衡接觸角。當改變施加到弓形液體彎月形透鏡500的電壓量級時，界面能的平衡將會改變，從而使得液體彎月邊界505和彎月壁506之間接觸角的相應改變。在弓形液體彎月形透鏡500的設計和功能中，液體彎月邊界505與塗覆有絕緣體的彎月壁506所成的接觸角是重要因素，不僅由於其在液體彎月邊界505運動中對於楊氏方程的作用，而且因為該接觸角與其它弓形液體彎月形透鏡500的結構結合用於限制彎月面運動。彎月壁506兩端處的中斷部分，例如銳緣506-1和506_2，充當用於液體彎月面505運動的邊界，因為其要求所施加的電勢的顯著變化以實現液體彎月面接觸角的足夠大的變化，從而使液態彎月邊界505移動通過銳緣中的一個。作為非限制性實例，在一些實施例中，液體彎月邊界505與彎月壁506的接觸角在15°至40°的範圍內，而液體彎月邊界505與第二銳緣506-2之外的步位507的接觸角可能在90°至130°的範圍內，並且在一些優選的實施例中為約110°。電壓可被施加到透鏡，從而使得液體彎月邊界505沿著彎月壁506朝第二銳緣506-2運動。液體彎月邊界505與塗覆有絕緣體的彎月壁506之間的自然接觸角將使得液體彎月邊界505在第二銳緣506-2處停止，除非提供明顯更高的電壓。在彎月壁506的一個末端，第一銳緣506-1通常限定一個界限，液體彎月邊界505通常不會超過該界限運動。在一些實施例中，第一銳緣506-1被構造為銳邊。在其它優選的實施例中，第一銳緣506-1具有限定的小徑向表面，其在製造時具有缺陷的可能性較小。導電、絕緣體和其它可能的所需塗層可能無法均勻並且按預期沉積在銳邊上，但限定的小徑向表面半徑邊緣可更可靠地塗覆。在一些實施例中，第一銳緣506-1被構造成約90°的角度並具有約10微米的限定半徑。該銳緣也可被製造成具有小於90°的角度。在一些實施例中，具有大於90°角度的銳緣可用於增加銳緣的堅固性，但該設計會佔據較多的透鏡空間。在各個實施例中，銳緣506-1和/或506-2的限定半徑可在5微米至50微米的範圍內。可使用較大的限定半徑來改善塗層的可靠性，但代價是在透鏡設計的緊密度容限中佔據更多空間。在這方面，正如在許多其它透鏡設計領域中，需在易於製造、透鏡功能最佳化以及尺寸最小化之間作出權衡。可使用各種變量來製造實用、可靠的弓形液體彎月形透鏡 500。在一些實施例中，較大的銳緣半徑可與兩個相鄰銳緣之間的側壁上的改善的表面光潔度結合使用。在一些實施例中，可能期望從第一半徑(銳緣)至第二半徑(銳緣)的表面是平滑的且沒有中斷部分，其中用相同的工具來切割用於成型銳緣的模具是有用的。包含在銳緣中的半徑可被切割成模具表面，其中模具表面半徑大於銳緣半徑。其中模具表面為包括側壁和一個或多個銳緣的連續表面。更大的工具半徑可能一般與相應切割的更平滑的表面光潔度有關。第二銳緣506-2包括經過設計的結構，其在電壓施加到弓形液體彎月形透鏡500時限制油的運動。在一些實施例中，第二銳緣506-2也可包括大致尖的末端，或在其它實施例中，第二銳緣506-2可包括介於5和25微米之間，最優選10微米的限定半徑。10微米半徑的性能表現與銳緣一樣良好，並且可使用單點金剛石車削或注塑工藝製造。
延伸到前曲面透鏡501的光學區508的起點的垂直或近垂直步位507可被包括在第二銳緣506-2與彎月壁506相對的一側上。在一些實施例中，步位507的高度為120微米,但也可在50至200微米的範圍內。在一些實施例中，步位507可與光軸成約5°的角度。在其它實施例中，步位507的角度可僅為1°或2°，或可成大於5°的角度。與光軸成較小角度的步位507通常將作為更有效的彎月面運動限制物，因為其需要液體彎月邊界505接觸角的更大變化，以將彎月壁506移開到步位507上。從步位507至光學區起始處508過渡的半徑為25微米。較大的半徑將在透鏡設計中不必要地佔據更多的空間。如果需要獲得空間，較小的半徑是可接受的並且可被實施。在該領域以及其它透鏡領域中，使用限定半徑而非理論銳緣的決定，部分地基於透鏡元件可能轉換為注塑工藝。步位507和光學區起始處508之間的彎曲，在注塑工藝期間將改善塑性流，並且使得透鏡具有最佳強度和應力處理特性。現在參見圖6A，在一些實施例中描述了多凸面彎月壁601，其可被包括在液體彎月形透鏡中。多凸面彎月壁601包括相對於光軸為凸形的多個區段，所述光軸穿過液體彎月形透鏡形成。相對於所述光軸為凸形的多個區段可穿插有或可不穿插有彎月壁的區段，所述彎月壁的區段包括相對於光軸的其它形狀，例如直線形、凹形或階梯形。也可穿插其它形狀的結構或區段。在一些實施例中，多凸面彎月壁601可與弓形彎月形透鏡中的光軸成大約四十五度(45° )的角度放置，所述弓形彎月形透鏡包含油602和鹽溶液603。在一些實施例中，液體彎月邊界604A在605A處接觸多凸面彎月壁601，所述液體彎月邊界604A處於將電勢施加到所述多凸面彎月壁601的第一狀態，例如未通電狀態。一般來講，在一些示例性實施例中，第一通電狀態包括接近多凸面彎月壁601的最靠近第一銳緣607的末端的液體彎月邊界。圖6B描述了液體彎月邊界604B的位置，所述液體彎月邊界604B處於第二通電狀態，例如將電壓施加到彎月壁601的通電狀態。相對於第一狀態，包括未通電狀態，液體彎月邊界604B沿著多凸面彎月壁601大致朝向前曲面透鏡606運動。通電狀態也可包括大致更接近多凸面彎月壁601中的凸形區段之間的中斷部分609的液體彎月邊界604B。現在參見圖7A，與弓形液體彎月形透鏡的其它部分分開地示出了弓形液體彎月形透鏡的多凸面彎月壁701部件的透視圖。在所示出的實施例中，多凸面彎月壁701包括四個凸面彎月壁區段701-1至701-4。凸面壁區段相對於穿過透鏡的光軸703為大致凸形的。其它實施例也可包括或多或少的凸面彎月壁區段701-1至701-4。許多壁區段可基於例如液體彎月形透鏡的物理尺寸、彎月面的期望部署透鏡的許多設定位置、或其它因素。多凸面彎月壁701具有介於第一銳緣702-1和第二銳緣702_2之間的圍繞整個透鏡的一致長度。圖7B描述了一個凸面彎月壁區段701-1的透視圖，所述凸面彎月壁區段701-1的形狀包括一段環。在一些實施例中，多凸面彎月壁將包括由彎月壁上的一個或多個螺旋狀工具通路形成的中斷部分。例如，可使用車床加工以在彎月形透鏡壁中或用於形成彎月形透鏡壁的模具中形成基本上螺旋形或螺旋狀的圖案。圖6C結合圖6A和圖6B示出了液體彎月邊界處於未通電604A狀態和通電604B狀態這兩者的位置。根據本發明，與相對於光軸以相似角度放置的具有線性彎月壁的液體彎月形透鏡相比，相對於光軸以給定角度放置的具有多凸面彎月壁601的液體彎月形透鏡(如圖6C所示)提供了對液體彎月面運動更一致且可重複的控制，所述液體彎月面運動通過對彎月壁部分施加電勢產生。包括線性彎月壁的透鏡的實例在2010年6月29日提交的且名稱為「LENS WITH CONICAL FRUSTUM MENISCUS WALL」的美國專利申請序列號61，359，548中有所描述，所述專利申請以引用方式併入本文中。在一些優選的實施例中，對液體彎月壁施加電壓，並且對應的液體彎月邊界沿著多凸面彎月壁601朝向前曲面透鏡606運動。凸面彎月壁區段之間的中斷部分609的功能是在指定區域中減緩和阻止液體彎月面運動以實現增加的比焦度變化和其它期望的液體彎月邊界運動。當液體彎月邊界沿著每個凸形區段行進時，由於液體彎月邊界接觸角在中斷部分609的任一側上的變化，液體彎月邊界的行進在靠近每個中斷部分609處將減緩且更容易停止。根據本發明，如果液體彎月邊界604A-604B的運動在靠近中斷部分609處停止，那麼由於在液體彎月邊界604A-604B之上的中斷部分609的通道作用，液體彎月邊界604A-604B略微運動以在中斷部分609的第二銳緣608側處定下來。在一些實施例中，本發明的淨效應包括可預測的小接觸角滯後，所述滯後即使在小電壓波動的情況下也有助於使液體彎月邊界的位置保持穩定。此外，當液體彎月邊界的位置被施加的電壓改變時，油滴可由通道結構保持。油滴在透鏡斷電時有助於液體彎月邊界的回縮，從而產生更快速且更可預測的恢復時間。雖然本發明已結合特定實施例進行了描述，但本領域的技術人員應當理解在不脫離本發明範圍的前提下可作出各種變化，以及使用等效物代替其元件。此外，在不脫離本發明範圍的前提下，可根據本發明的教導內容進行許多修改，以適應具體情況或材料。因此，旨在使本發明不受限於作為執行本發明的最佳方式公開的具體實施例，而是本發明將包括落入所附權利要求書的範圍和精神的所有實施例。
權利要求
1.一種光學透鏡，包括:前透鏡，所述前透鏡包括前透鏡外表面和前透鏡內表面；後透鏡，所述後透鏡包括後透鏡內表面和後透鏡外表面，所述後透鏡緊鄰所述前透鏡定位，使得在所述前透鏡內表面和所述後透鏡內表面之間形成腔體；一定體積的鹽溶液和油，所述鹽溶液和油被包含在形成於所述前透鏡內表面和所述後透鏡內表面之間的所述腔體內，在所述一定體積的鹽溶液和油之間包括彎月面；以及彎月壁，所述彎月壁包括環的多個區段的大致形狀，所述環凸向所述光軸，所述光軸形成於所述前透鏡和後透鏡中的一者或兩者中並且鄰接形成於所述鹽溶液和油之間的所述彎月面。
2.根據權利要求1所述的光學透鏡，其中所述前透鏡和所述後透鏡中的至少一者是基本上平坦的。
3.根據權利要求1所述的光學透鏡，其中所述前透鏡和所述後透鏡包括弓形透鏡。
4.根據權利要求3所述的光學透鏡，還包括在所述彎月壁的至少一部分上的導電塗層。
5.根據權利要求4所述的光學透鏡，其中所述一定體積的油少於被包含在所述腔體內的所述一定體積的鹽溶液。
6.根據權利要求5所述的光學透鏡，其中所述一定體積的油相比於一定量的鹽溶液包含約66體積％或更多。
7.根據權利要求5所述的光學透鏡，其中所述一定體積的油相比於一定量的鹽溶液包含約90體積％或更少。
8.根據權利要求4所述的光學透鏡，其中所述一定體積的油包含的密度約等於所述鹽溶液的密度。
9.根據權利要求4所述的光學透鏡，其中所述一定體積的油包含的密度在所述鹽溶液密度的約10%內。
10.根據權利要求4所述的光學透鏡，其中所述一定體積的油包含的密度在所述鹽溶液密度的約5%內。
11.根據權利要求4所述的光學透鏡，其中所述導電塗層從所述腔體內部的區域延伸至所述腔體外部的區域。
12.根據權利要求11所述的光學透鏡，其中所述腔體外部的導電塗層的區域形成用於向所述液體彎月形透鏡提供電勢的電端子。
13.根據權利要求11所述的光學透鏡，其中所述鹽溶液和所述油形成彎月面，並且對所述腔體外部的導電塗層的區域施加電勢使得所述彎月面沿著所述彎月壁的接觸位置發生變化。
14.根據權利要求11所述的光學透鏡，其中所述電勢包括直流電。
15.根據權利要求11所述的光學透鏡，其中所述電勢包含約5.0伏特至60.0伏特。
16.根據權利要求15所述的光學透鏡，其中所述電勢包含約20.0伏特。
17.根據權利要求15所述的光學透鏡，其中所述電勢包含約5.0伏特。
18.根據權利要求11所述的光學透鏡，其中所述電勢包含約3.5伏特至約7.5伏特。
19.根據權利要求5所述的光學透鏡，其中所述前曲面透鏡外表面包含不為約O的光焦度。
20.根據權利要求5所述的光學透鏡，其中所述前曲面透鏡內表面包含不為約O的光焦度。
21.根據權利要求5所述的光學透鏡，其中所述後曲面透鏡外表面包含不為約O的光焦度。
22.根據權利要求5所述的光學透鏡，其中所述後曲面透鏡內表面包含不為約O的光焦度。
23.根據權利要求5所述的光學透鏡，還包括穿過所述前曲面透鏡和所述後曲面透鏡中的一者或兩者的通道以及填充所述通道的導電材料。
24.根據權利要求23所述的光學透鏡，還包括與填充所述通道的所述導電材料電氣連通的端子。
25.根據權利要求24所述的光學透鏡，其中對所述端子施加電勢使得所述彎月面的形狀發生變化。
26.根據權利要求5所述的光學透鏡，還包括沿著所述前曲面透鏡的所述內表面的至少一部分的絕緣體塗層，其中所述絕緣體塗層包含電絕緣體。
27.根據權利要求26所述的光學透鏡，其中所述絕緣體包括ParyleneC1^PTeflon AF中的一者。
28.根據權利要求26所述的光學透鏡，其中所述絕緣體包括邊界區域，以保持包含在所述前曲面透鏡和所述後曲面 透鏡之間的腔體中的鹽溶液與所述導電塗層之間的分離。
全文摘要
本發明整體涉及具有彎月壁的弓形液體彎月形透鏡。一些具體實施例包括具有彎月壁的液體彎月形透鏡，所述彎月壁基本上呈環的多個區段的形狀，所述環凸向光軸。實施例還可包括具有適於包含在角膜接觸鏡片中的尺寸和形狀的透鏡。
文檔編號G02C7/04GK103080781SQ201180043355
公開日2013年5月1日 申請日期2011年9月7日 優先權日2010年9月8日
發明者R.B.普格, D.B.奧茨, A.託納, E.R.柯尼克, J.D.裡亞爾, S.斯努克 申請人:莊臣及莊臣視力保護公司