專利名稱：具有復(fù)合線性-凸形彎月壁的透鏡的制作方法
具有復(fù)合線性-凸形彎月壁的透鏡
相關(guān)專利申請
本專利申請要求2011年7月15日提交的美國專利申請序列號13/183，570和2010 年8月24日提交的美國臨時專利申請序列號61/376，426的優(yōu)先權(quán)。技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)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，所述彎月壁呈包括線性區(qū)段和凸形區(qū)段的截頭形狀。
背景技術(shù)：
液體彎月形透鏡已為各行業(yè)中所知。如下文結(jié)合圖1A和IB更詳細地討論的，已 知液體彎月形透鏡被設(shè)計成圓柱形狀，其具有由與直線軸相距固定距離的點形成的周邊表 面。已知液體彎月形透鏡的設(shè)計被限制為具有大致平行并且均垂直于圓柱軸線的第一內(nèi)表 面和第二內(nèi)表面。已知液體彎月形透鏡用途的例子包括例如電子相機和手機等裝置。
傳統(tǒng)上，眼科裝置(例如角膜接觸鏡片與人工晶體)包含生物相容性裝置，其具有 矯正、美容或治療的性質(zhì)。例如，角膜接觸鏡片可提供如下作用中的一種或多種視力矯正 功能；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(zhì)結(jié)合到透 鏡中的設(shè)計可提供視力矯正功能。結(jié)合到透鏡中的顏料可提供美容增強作用。結(jié)合到透鏡 中的活性劑可提供治療功能。
最近，已將電子元件結(jié)合到角膜接觸鏡片中。一些元件可包括半導(dǎo)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妨礙其應(yīng)用于眼科鏡片中。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)并不符合可用于人眼中的物品 形狀。
此外，曲面液體彎月形透鏡包括的物理挑戰(zhàn)不一定存在于傳統(tǒng)的具有平行側(cè)壁的 液體彎月形透鏡設(shè)計中。發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明提供了包括弓形前曲面透鏡和弓形后曲面透鏡的液體彎月形透鏡。 本發(fā)明包括彎月壁，其具有的物理結(jié)構(gòu)有利于以下中的一者或二者被包含在透鏡內(nèi)的液 體的吸引和排斥以及與另一種液體形成彎月面。
根據(jù)本發(fā)明，第一弓形光學件緊鄰第二弓形光學件，在兩者之間形成有腔體。所述 腔體內(nèi)保持有鹽水溶液和油。對大致位于第一弓形光學件和第二弓形光學件中的一者或二 者的周邊區(qū)域中的彎月壁施加電荷改變了形成于被保持在所述腔體內(nèi)的鹽水溶液和油之 間的彎月面的物理形狀。
本發(fā)明包括成型為復(fù)合形狀的彎月壁，所述復(fù)合形狀基本上包括第一區(qū)段和第二 區(qū)段，所述第一區(qū)段包括大致線性的形狀并且其橫截面為錐體截頭，所述第二區(qū)段包括相 對于光軸的凸形形狀并且其橫截面包括環(huán)區(qū)段。


圖1A示出了處于第一狀態(tài)的圓柱形液體彎月形透鏡的現(xiàn)有技術(shù)例子。
圖1B示出了處于第二狀態(tài)的圓柱形液體彎月形透鏡的現(xiàn)有技術(shù)例子。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)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(jù)本發(fā)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(jù)本發(fā)明的一些實施例的弓形液體彎月形透鏡內(nèi)的彎月壁元件。
圖6A示出了液體彎月形透鏡內(nèi)的線性-凸形彎月壁，其中顯示出處于其未通電狀 態(tài)的液體彎月邊界。
圖6B示出了液體彎月形透鏡內(nèi)的線性-凸形彎月壁，其中顯示出處于其通電狀態(tài) 的液體彎月邊界。
圖6C示出了液體彎月形透鏡內(nèi)的線性-凸形彎月壁，其中在單個圖中顯示出液體 彎月邊界的通電和未通電狀態(tài)以供比較。
圖7A示出了從弓形液體彎月形透鏡的其他部分單獨觀察的線性-凸形彎月壁的 橫截面。
圖7B示出了在與弓形液體彎月形透鏡的其他部分分開觀察時的彎月壁的線性部 分的橫截面，所述線性部分包括錐體截頭形狀。
圖7C示出了在與弓形液體彎月形透鏡的其他部分分開觀察時的凸向光軸的彎月 壁部分的橫截面，所述彎月壁部分包括環(huán)區(qū)段。
具體實施方式
本發(fā)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 曲面透鏡和后曲面透鏡中的至少一者。
術(shù)語
在針對本發(fā)明的具體實施方式
和權(quán)利要求中，所使用的各個術(shù)語定義如下
接觸角油/鹽水溶液界面(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，在彎月壁和相切于液體彎月邊界的線 之間測量的角度。就曲面彎月壁而言，接觸角為相切于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。
液體彎月邊界介于鹽水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(cè)上為凹面而在另一側(cè)上為凸面的透鏡。
彎月腔體位于弓形液體彎月形透鏡內(nèi)、介于前曲面透鏡和后曲面透鏡之間的空 間，其中保持有油和鹽水溶液。
彎月壁前曲面透鏡內(nèi)部上的特定區(qū)域，使得其位于彎月腔體內(nèi)，而液體彎月邊界 沿彎月腔體運動。
光學區(qū)域如本文所用，是指眼科鏡片的佩戴者通過其觀看的眼科鏡片的區(qū)域。
銳緣前曲面或后曲面透鏡任一者的內(nèi)表面的幾何特征，其足以包含光學件上兩種預(yù)定流體接觸線的位置。所述銳緣通常為外角而非內(nèi)角。以流體為基準點，則為大于180 度的角度。
現(xiàn)在參見圖1A，該圖為描述現(xiàn)有技術(shù)透鏡100的剖視圖，圓柱體110內(nèi)包含有油 101和鹽水溶液102。圓柱體110包括兩個光學材料板106。每塊板106包括平坦的內(nèi)表 面113-114。圓柱體110包括基本上旋轉(zhuǎn)對稱的內(nèi)表面。在一些現(xiàn)有技術(shù)實施例中，一個或 多個表面可包括疏水性涂層。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(jù)現(xiàn)有技術(shù)，內(nèi)表面113-114中的每個為基本平坦的或平面的。在鹽水溶液 102A和油101之間限定界面表面112A。如圖1A所示，界面112A的形狀與鹽水溶液102A 和油101的折射率性質(zhì)結(jié)合，以接收穿過第一內(nèi)表面113的入射光108并提供穿過第二內(nèi) 表面113的發(fā)散光109。在油101和鹽水溶液102之間的界面表面形狀因?qū)﹄姌O105施加 電流而發(fā)生改變。
圖100A示出了在100所示的現(xiàn)有技術(shù)透鏡的透視圖。
現(xiàn)在參見圖1B，其示出了處于增能狀態(tài)的現(xiàn)有技術(shù)透鏡100。通過在整個電極115 上施加電壓114完成增能狀態(tài)。在油101和鹽水溶液102之間的界面表面112B的形狀因 對電極115施加電流而發(fā)生改變。如圖1B中所示出，穿過油101和鹽水溶液102B的入射 光108B聚焦為會聚光圖案111。
現(xiàn)在參見圖2，其為具有前曲面透鏡201和后曲面透鏡202的液體彎月形透鏡200 的剖視圖。前曲面透鏡201和后曲面透鏡202緊鄰彼此定位，并在兩者之間形成腔體210。 前曲面透鏡包括凹面弓形內(nèi)透鏡表面203和凸面弓形外透鏡表面204。凹面弓形透鏡表面 203可具有一個或多個涂層(圖2中未示出)。涂層可包含例如導(dǎo)電材料或電絕緣材料、疏水 性材料或親水性材料中的一種或多種。凹面弓形透鏡表面203和涂層的一者或二者與被包 含在腔體210中的油208液體連通和光學連通。
后曲面透鏡202包括凸面弓形內(nèi)透鏡表面205和凹面弓形外透鏡表面206。凸面 弓形透鏡表面205可具有一個或多個涂層(圖2中未示出)。涂層可包含例如導(dǎo)電材料或電 絕緣材料、疏水性材料或親水性材料中的一種或多種。凸面弓形透鏡表面205和涂層中的 至少一者與被包含在腔體210中的鹽水溶液207液體連通和光學連通。鹽水溶液207包含 一種或多種鹽或其他導(dǎo)電組分，并且因此可受電荷吸引或排斥。
根據(jù)本發(fā)明，導(dǎo)電涂層209沿著前曲面透鏡201和后曲面透鏡202中的一者或兩 者的周邊的至少一部分定位。導(dǎo)電涂層209可包含金或銀，并且優(yōu)選地具有生物相容性。對 導(dǎo)電涂層209施加電荷使得鹽水溶液中導(dǎo)電的鹽或其他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(nèi)透鏡表面203和凸面弓形外透鏡表面204 的光相關(guān)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(yōu)選的實施例中，光焦 度為通常存在于矯正性角膜接觸鏡片中的焦度，例如作為非限制性例子介于-8. O和+8. O 屈光度之間的焦度。
后曲面透鏡202具有與穿過凸面弓形內(nèi)透鏡表面205和凹面弓形外透鏡表面206 的光相關(guān)的光焦度。該光焦度可為0，或可為正焦度或負焦度。在一些實施例中，光焦度為 通常存在于矯正性角膜接觸鏡片中的焦度，例如作為非限制性例子介于-8. O和+8. O屈光 度之間的焦度。
多個實施例還可包括與在鹽水溶液207與油之間形成的液體彎月面211的形狀變 化相關(guān)的光焦度變化。在一些實施例中，光焦度變化可相對較小，例如其變化介于O至2. O 屈光度之間。在其他實施例中，與液體彎月面的形狀變化相關(guān)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(guān)的較大光焦度變化與相對 較厚的透鏡厚度210有關(guān)。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，例如可包括在例如角膜接觸鏡片的眼科鏡片中的實施 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(yōu)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 介于約35微米至約200微米之間，并且后曲面透鏡202的橫切厚度也可介于約35微米和 200微米之間。
根據(jù)本發(fā)明，累計光焦度為前曲面透鏡201、后曲面透鏡202、以及在油208和鹽水 溶液207之間形成的液體彎月面211的光焦度的總和。在一些實施例中，透鏡200的光焦 度還將包括介于前曲面透鏡201、后曲面透鏡202、油208和鹽水溶液207中的一者或多者 之間的折射率差。
在包括結(jié)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在曲面液體彎月形透鏡200內(nèi)的 相對位置保持穩(wěn)定。一般來講，優(yōu)選的是，當配戴者運動時，要防止油208相對于鹽水207流 動和運動，因此所選擇的油208和鹽水溶液207的組合優(yōu)選地具有相同或相似的密度。此 外，油208和鹽水溶液207優(yōu)選地具有相對低的不混溶性，以使得鹽水溶液207與油208將 不混合。
在一些優(yōu)選的實施例中，包含于腔體內(nèi)的一定體積的鹽水溶液多于包含于腔體內(nèi) 的一定體積的油。此外，一些優(yōu)選的實施例包括基本上與后曲面透鏡200的整個內(nèi)表面205 接觸的鹽水溶液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于一定 量的鹽水溶液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相比于一定量的鹽水溶液207為約90體積％或更少。
現(xiàn)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和后曲面透鏡302元件。前曲面 透鏡301和后曲面透鏡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和后曲面透鏡302中的一者或兩者包括通常為光學透明的塑料，例如下列 中的一種或多種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和后曲面透鏡302中 的一者或兩者單點金剛石車削車床加工；注模；數(shù)字微鏡器件自由成形。
前曲面透鏡301和后曲面透鏡302中的一者或兩者可包括導(dǎo)電涂層303，如圖所 示，該導(dǎo)電涂層303沿著周邊部分從309延伸至310。在一些優(yōu)選的實施例中，導(dǎo)電涂層303 包含金?？赏ㄟ^濺鍍方法、氣相沉積或其他已知的方法來施用金?？晒┻x擇的導(dǎo)電涂層303 可作為非限制性例子包含鋁、鎳和銦錫氧化物。一般來講，導(dǎo)電涂層303將施用到前曲面透 鏡301和后曲面透鏡302中的一者或二者的周邊區(qū)域。
在本發(fā)明的一些實施例中，后曲面透鏡302具有施用到特定區(qū)域的導(dǎo)電涂層304。例如，可從第一邊界304-1至第二邊界304-2涂覆圍繞后曲面透鏡302的周邊的部分。例 如，可通過濺鍍方法或氣相沉積施加金涂層。在一些實施例中，可使用掩模以預(yù)定圖案圍繞 前曲面透鏡301或后曲面透鏡302的一個或多個周邊部分施用金或其他導(dǎo)電材料?？墒褂?多種方法施用可供選擇的導(dǎo)電材料，使其覆蓋后曲面透鏡302的不同區(qū)域。
在一些實施例中，可通過例如導(dǎo)電環(huán)氧樹脂的導(dǎo)電填料材料填充導(dǎo)電流通路徑， 例如后曲面透鏡302中的一個或多個孔或狹縫。導(dǎo)電填料可提供電傳導(dǎo)至前曲面透鏡301 和后曲面透鏡302中的一者或兩者的內(nèi)表面上的導(dǎo)電涂層。
在本發(fā)明的另一方面，前曲面透鏡301和后曲面透鏡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和后曲面透鏡302的中心區(qū)域中的光學區(qū) 域(未示出)可包含光學透明材料，并且周邊區(qū)域可包括含有導(dǎo)電材料的不透光區(qū)域。該不 透光區(qū)域還可包括控制電路與能源中的一者或多者。
在另一個方面，在一些實施例中，將絕緣體涂層305施加到前曲面透鏡301。作為 非限制性例子，可將絕緣體涂層305施加在從第一區(qū)305-1延伸至第二區(qū)305-2的區(qū)域中。 絕緣體可包括例如Parylene C、Teflon AF或其他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，絕緣體涂層305產(chǎn)生邊界區(qū)域，以在導(dǎo)電涂層303與鹽水 溶液306之間保持間距，鹽水溶液306被包含在前曲面透鏡301和后曲面透鏡302之間的 腔體中。因此，一些實施例包括絕緣體涂層305，其被圖案化并定位在前曲面透鏡301和后 曲面透鏡302中的一者或兩者的一個或多個區(qū)域中，以防止帶正電的導(dǎo)體303與帶負電的 鹽水溶液306發(fā)生接觸，其中導(dǎo)體303與鹽水溶液306的接觸會造成短路。實施例可包括 帶正電的鹽水溶液306和帶負電的導(dǎo)體303。
其他實施例可允許導(dǎo)體303和鹽水溶液306之間發(fā)生短路，作為與透鏡300工作 有關(guān)的電路的重置功能。例如，短路狀態(tài)可中斷透鏡的電源，并使得鹽水溶液306和油307 回到默認位置。
一些優(yōu)選的實施例包括導(dǎo)體303，它從腔體311內(nèi)部的區(qū)域309延伸至腔體311外 部的區(qū)域310。其他實施例可包括穿過前曲面透鏡或后曲面透鏡的通道312，其可填充有導(dǎo) 電材料313，例如防水導(dǎo)電環(huán)氧樹脂。導(dǎo)電材料313可形成或被連接到腔體外部的電端子。 可向該端子施加電荷并通過通道312中的導(dǎo)電材料313傳導(dǎo)至涂層。
絕緣體涂層305的厚度可作為透鏡性能參數(shù)而變化。根據(jù)本發(fā)明，包括鹽水溶液 306和導(dǎo)體303的帶電組分通常保持在絕緣體涂層305的任一側(cè)上。本發(fā)明提供了絕緣體 涂層305厚度與鹽水溶液306和導(dǎo)體303之間的電場之間的間接關(guān)系，其中鹽水溶液306 與導(dǎo)體303離得越遠，則其電場將越弱。
—般來講，本發(fā)明提供了電場強度可隨著絕緣體涂層305的厚度增加而明顯降 低。電場越接近時，則通常將得到用于運動球形液體彎月邊界314的越多能量。當鹽水溶 液306和導(dǎo)體303之間的距離增大時，鹽水溶液306與導(dǎo)體涂層303的電場相隔越遠，因此 就越難以使球形彎月邊界314運動。相反，絕緣體涂層305越薄，球形液體彎月面308的運 動對絕緣體涂層305中的缺陷越敏感。一般來講，絕緣體涂層305中即使相對較小的孔也 會使透鏡300短路。
在一些實施例中，希望的是包括密度與也包含于透鏡300內(nèi)的油307的密度大致相同的鹽水溶液306。例如，鹽水溶液306的密度可優(yōu)選地在油307密度的10%內(nèi)，更優(yōu)選 地，鹽水溶液306的密度將在油密度的5%內(nèi)，最優(yōu)選地在約1%內(nèi)。在一些實施例中，可通 過調(diào)整鹽水溶液306中的鹽或其他組分的濃度來調(diào)整鹽水溶液306的密度。
根據(jù)本發(fā)明，通過限制油307相對于前曲面透鏡301和后曲面透鏡302的運動，弓 形液體彎月形透鏡300將提供更穩(wěn)定的光學品質(zhì)。使油307相對于弓形前曲面透鏡301和 后曲面透鏡302中的一者或兩者的運動保持穩(wěn)定的一種方法是使油307和鹽水溶液306保 持相對一致的密度。此外，與傳統(tǒng)的柱面透鏡設(shè)計相比，由于前曲面透鏡301和后曲面透鏡 302兩者的內(nèi)表面均為曲面設(shè)計，使得鹽水溶液306層的相對深度或厚度有所減小。因此， 油在透鏡300內(nèi)的位置變得更加穩(wěn)定，以便避免油運動以及油306和鹽水溶液307之間的 彎月面可能遭到的破壞。
在一些優(yōu)選的實施例中，與提供相對較高折射率的油307相比，鹽水溶液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水溶液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308將前曲面透鏡301和后曲面透鏡302緊鄰彼此固定就位，從而 在兩者間保持油307和鹽水溶液306。粘合劑308用作密封物，使得鹽水306或油307不從 曲面液體彎月形透鏡300中滲漏。
現(xiàn)在參見圖4，圖中示出了曲面液體彎月形透鏡400，其中鹽水溶液406與油407 之間具有液體彎月邊界401。根據(jù)一些優(yōu)選的實施例，在402和403之間延伸的弓形壁中的 第一角度轉(zhuǎn)折限定前曲面透鏡404中的彎月壁405。當沿著一個或多個導(dǎo)電涂層或?qū)щ姴?料408施加和移除電荷時，液體彎月邊界401將沿著彎月壁405上下運動。
在一些優(yōu)選的實施例中，導(dǎo)電涂層403將從保存鹽水溶液406和油407的腔體409 內(nèi)部的區(qū)域延伸至包含鹽水溶液406和油407的腔體409外部的區(qū)域。在此類實施例中， 導(dǎo)電涂層403可為施用到腔體409外部某點的導(dǎo)電涂層403至腔體內(nèi)且與鹽水溶液406接 觸的導(dǎo)電涂層區(qū)域的電荷管道。
現(xiàn)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和后曲面透鏡502。弓形液體彎月形透鏡500可用于包含鹽水溶液503 和油504。
弓形液體彎月形透鏡500的幾何形狀以及鹽水溶液503和油504的特性有利于液 體彎月邊界505在鹽水溶液503和油504之間形成。
一般來講，在本發(fā)明的一些實施例中，液體彎月形透鏡可視為具有下述部分中的 一者或多者的電容器導(dǎo)電涂層、絕緣體涂層、通路以及存在于或通過前曲面透鏡501和后 曲面透鏡502的材料。根據(jù)本發(fā)明，當對前曲面透鏡501和后曲面透鏡502中的一者或二 者的至少一部分的表面施加電荷時，液體彎月邊界505的形狀并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(fā)生變化。
根據(jù)本發(fā)明，通過導(dǎo)電涂層或材料施加于鹽水溶液的電流的變化使液體彎月邊界 505沿彎月壁506的位置發(fā)生變化。該運動發(fā)生在第一銳緣506-1和第二銳緣506-2之間。
在優(yōu)選的實施例中，當將第一量級的電流例如與未通電或靜息狀態(tài)相關(guān)的電壓和 電流施加到透鏡時，液體彎月邊界505將位于或臨近第一銳緣506-1。
施加第二量級的電流，有時稱為通電狀態(tài)，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(fā)生變化。
在一些實施例中，彎月壁506將為光滑表面。平滑彎月壁506表面可最小化絕緣 體涂層中的缺陷。此外，因為當透鏡通電或斷電時表面紋理的隨機不規(guī)則性可能造成不穩(wěn) 定的流體運動，并且因此引起不穩(wěn)定的或無法預(yù)測的彎月面運動，所以平滑彎月壁506是 優(yōu)選的。在一些優(yōu)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 納米范圍內(nèi)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(jié)合到弓形液體彎月形透鏡的設(shè)計中。
在另一個方面，在一些實施例中，彎月壁506可相對于透鏡光軸成角度。該角度范 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，并且在一些優(yōu) 選的實施例中，彎月壁506角度通常介于約30°和50°之間，以使弓形液體彎月形透鏡根 據(jù)當前介于液體彎月邊界505和涂覆有絕緣體的涂層的彎月壁506之間的接觸角來發(fā)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0° 或 90。。
根據(jù)本發(fā)明，彎月壁506的角度可被設(shè)計成適應(yīng)在施加規(guī)定電壓和電流時產(chǎn)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大小和電壓參數(shù)內(nèi)降低。此外，如果彎月壁506相對于光軸為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(shù)之一。
在一些優(yōu)選的實施例中，彎月壁506的長度為大約O. 265mm。然而，在各種設(shè)計中， 彎月壁506的角度與整個透鏡的大小一起將自然地影響彎月壁506的長度。
一般認為，如果油504接觸后曲面透鏡502，則弓形液體彎月形透鏡500將失靈。 因此，在優(yōu)選的實施例中，彎月壁506經(jīng)設(shè)計以使介于第一銳緣506-1和后曲面透鏡502之 間在其最近點有50微米的最小間隙。在其他實施例中，雖然隨間隙減小，透鏡失靈風險增 加，但最小間隙可小于50微米。在其他實施例中，可增加間隙以降低透鏡失靈風險，但整個 透鏡厚度也將增加，這可能是不期望的。
在本發(fā)明一些優(yōu)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干燥表面上所引起的力平 衡，并且假設(shè)為完全平坦表面，但基本性質(zhì)仍可應(yīng)用于在弓形液體彎月形透鏡500內(nèi)產(chǎn)生 的電潤濕透鏡環(huán)境。
例如，當透鏡處于未通電狀態(tài)時，將第一量級的電能施加到透鏡，以實現(xiàn)油504和 鹽水溶液503之間(在本文中稱為液體彎月邊界505)、油504和彎月壁506之間、以及鹽水 溶液503和彎月壁506之間的界面能的平衡，從而產(chǎn)生液體彎月邊界505和彎月壁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(yīng)改變。
在弓形液體彎月形透鏡500的設(shè)計和功能中，液體彎月邊界505與涂覆有絕緣體 的彎月壁506所成的接觸角是重要因素，不僅由于其在液體彎月邊界505運動中對于楊氏 方程的作用，而且因為該接觸角與其他弓形液體彎月形透鏡500的結(jié)構(gòu)結(jié)合用于限制彎月 面運動。
彎月壁506兩端的中斷部分，例如銳緣506-1、506_2，作為液體彎月面505運動的 邊界發(fā)揮作用，因為其要求電壓的顯著變化以實現(xiàn)液體彎月面接觸角的充分變化，從而運 動液態(tài)彎月邊界505通過銳緣中的一者。作為非限制性例子，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°的范圍內(nèi)，然而液體彎月邊界505與第二銳緣 506-2之下的步位507的接觸角可能在90°至130°的范圍內(nèi)，并且在一些優(yōu)選的實施例中 為約110°。
施加到透鏡的電壓可導(dǎo)致液體彎月邊界505沿著彎月壁506朝第二銳緣506_2運 動。液體彎月邊界505與涂覆有絕緣體的彎月壁506之間的自然接觸角將導(dǎo)致液體彎月邊 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(gòu)造為銳緣。在其他優(yōu)選 的實施例中，第一銳緣506-1具有限定的小徑向表面，其在制造時具有缺陷的可能性較小。 導(dǎo)電、絕緣體和其他可能的所需涂層可能無法均勻并且按預(yù)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涂覆。
在一些實施例中，第一銳緣506-1被構(gòu)造成約90°的角度并具有約10微米的限定 半徑。該銳緣也可被制造成具有小于90°的角度。在一些實施例中，具有大于90°角度的 銳緣可用于增加銳緣的堅固性，但該設(shè)計會占據(jù)較多的透鏡空間。
在各個實施例中，銳緣506-1、506-2的限定半徑可在5微米至25微米的范圍內(nèi)。 可使用較大的限定半徑來改善涂層的可靠性，但代價是在透鏡設(shè)計的緊密度容限中占據(jù)更 多的空間。在這方面，正如在許多其他透鏡設(shè)計領(lǐng)域中，需在易于制造、透鏡功能最佳化以 及尺寸最小化之間作出權(quán)衡?？墒褂酶鞣N變量來制造實用、可靠的弓形液體彎月形透鏡 500。
第二銳緣506-2包括經(jīng)過設(shè)計的結(jié)構(gòu)，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也可包括通常尖銳的銳緣。在其他實 施例中，第二銳緣506-2可包括介于5和25微米之間的限定半徑，最優(yōu)選10微米的限定半 徑。10微米半徑的性能表現(xiàn)與銳緣一樣良好，并且可使用單點金剛石車削或注模工藝制造。
延伸到前曲面透鏡501光學區(qū)508的起點的垂直或近垂直步位507可包括在第二 銳緣506-2與彎月壁506相對的一側(cè)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微米的范圍內(nèi)。
在一些實施例中，步位507可與光軸成約5°的角度。在其他實施例中，步位507 的角度可僅為1°或2°，或可成大于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(qū)起始處508過渡的半徑為25微米。較 大的半徑將在透鏡設(shè)計中不必要地占據(jù)更多的空間。如果需要獲得空間，較小的半徑是可 接受的并且可被實施。在該領(lǐng)域以及其他透鏡領(lǐng)域中，使用限定半徑而非理論銳緣的決定， 部分地基于透鏡元件可能轉(zhuǎn)換為注模工藝。步位507和光學區(qū)起始處508之間的彎曲，在 注模工藝期間將改善塑性流，并且使得透鏡具有最佳強度和應(yīng)力處理特性。
現(xiàn)在參見圖6A，在多個可能的實施例之一中，其示出了由至少一個線性彎月壁區(qū) 段601-1和至少一個凸形彎月壁區(qū)段601-2構(gòu)成的復(fù)合彎月壁601。復(fù)合彎月壁601放置成相對包含油602和鹽水溶液603的弓形液體彎月形透鏡中的光軸成大約45°角。液體彎 月邊界604A在大致位于最靠近第一銳緣608的復(fù)合彎月壁601末端附近的605A處接觸復(fù) 合彎月壁601。接觸角606A形成于液體彎月邊界604A和復(fù)合彎月壁601-1之間。
圖6B示出了在已將電壓施加到壁601上的導(dǎo)電涂層(未示出)并且液體彎月邊界 604B已沿著復(fù)合彎月壁601大致運動到前曲面透鏡607的液體彎月邊界604B的位置。液 體彎月邊界604B已運動到605B (大致位于從彎月壁的線性部分601-1到彎月壁的凸形部 分601-2的過渡區(qū)域中)，從而產(chǎn)生接觸角606B。
現(xiàn)在參見圖7A，與弓形液體彎月形透鏡的其余部分分開示出了弓形液體彎月形 透鏡的復(fù)合彎月壁701部件的透視圖。復(fù)合彎月壁701包括至少一個線性彎月壁區(qū)段 701-1和至少一個凸形彎月壁區(qū)段701-2。在此實施例中，線性彎月壁區(qū)段701-1從第一銳 緣702-1大致朝第二銳緣702-2延伸，并且凸形彎月壁區(qū)段701-2可位于線性彎月壁區(qū)段701-1的末端和封端的第二銳緣702-2之間。一般來講,復(fù)合彎月壁701包括位于第一銳緣702-1和第二銳緣702-2之間的圍繞整個透鏡的一致長度和形狀。
現(xiàn)在參見圖7B，示出了線性彎月壁區(qū)段701-1的透視圖，所述線性彎月壁區(qū)段的 形狀大致包括錐體截頭。圖7C同樣示出了形成為環(huán)區(qū)段的凸形彎月壁區(qū)段701-2的透視 圖。
圖6C將圖6A和圖6B相組合來示出未通電狀態(tài)604A和通電狀態(tài)604B下的液體 彎月邊界的位置(604-A和604-B)。具有相對光軸放置成給定角度的復(fù)合彎月壁601的液 體彎月形透鏡(如圖6C所示)通常提供較穩(wěn)定的透鏡性能。
將電壓施加到彎月壁601的導(dǎo)電區(qū)域，由此導(dǎo)致液體彎月邊界沿著復(fù)合彎月壁 601運動。凸形彎月壁區(qū)段601-2通常充當限制器或制動器，從而對彎月邊界604B沿復(fù)合 彎月壁601的運動提供附加控制。
當液體彎月邊界604B到達凸形彎月壁區(qū)段601-2時，液體彎月面接觸角以較快的 速率增加，從而減慢液體彎月面的運動。復(fù)合彎月壁601沿著彎月壁的線性部分遞送相對 較有效的彎月面運動，而凸壁部分將在目標區(qū)域中減慢和停止彎月面運動以用于特定透鏡 焦度。
雖然本發(fā)明已結(jié)合特定實施例進行了描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當理解在不脫 離本發(fā)明范圍的前提下可作出各種變化，或使用等效物代替其元件。此外，在不脫離本發(fā)明 范圍的前提下，可根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)內(nèi)容進行許多修改，以適應(yīng)具體情況或材料。
因此，旨在使本發(fā)明不受限于作為執(zhí)行本發(fā)明的最佳方式公開的具體實施例，而 是本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求書的范圍和精神的所有實施例。
權(quán)利要求
1.一種光學透鏡，包括前曲面透鏡，所述前曲面透鏡包括前曲面透鏡外表面和前曲面透鏡內(nèi)表面，其中所述前曲面透鏡外表面和所述前曲面透鏡內(nèi)表面均包括弓形形狀；后曲面透鏡，所述后曲面透鏡包括后曲面透鏡內(nèi)表面和后曲面透鏡外表面，其中所述后曲面透鏡內(nèi)表面和所述后曲面透鏡外表面均包括弓形形狀，所述后曲面透鏡緊鄰所述前曲面透鏡定位，使得在所述前曲面透鏡內(nèi)表面和所述后曲面透鏡內(nèi)表面之間形成腔體；一定體積的鹽水溶液和油，所述鹽水溶液和油被包含在形成于所述前曲面透鏡內(nèi)表面和所述后曲面透鏡內(nèi)表面之間的腔體內(nèi)，在所述一定體積的鹽水溶液和油之間包括彎月面；和彎月壁，所述彎月壁包括第一區(qū)段，所述第一區(qū)段包括大致錐形截頭的形狀，所述第一區(qū)段與包括環(huán)的第二區(qū)段機械連通，其中所述環(huán)大致凸向光軸，所述光軸穿過所述前曲面透鏡和后曲面透鏡形成并且鄰接所述彎月面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1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(dǎo)電涂層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學透鏡，其中所述一定體積的油少于被包含在所述腔體內(nèi)的一定體積的鹽水溶液。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學透鏡，其中所述一定體積的油相比于一定量的鹽水溶液包含約66體積％或更多。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學透鏡，其中所述一定體積的油相比于一定量的鹽水溶液包含約90體積％或更少。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學透鏡，其中所述一定體積的油包含約等于所述鹽水溶液的密度的密度。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學透鏡，其中所述一定體積的油包含在所述鹽水溶液密度的約10%內(nèi)的密度。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學透鏡，其中所述一定體積的油包含在所述鹽水溶液密度的約5%內(nèi)的密度。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學透鏡，其中所述導(dǎo)電涂層從所述腔體內(nèi)部的區(qū)域延伸至所述腔體外部的區(qū)域。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學透鏡，其中所述腔體外部的導(dǎo)電涂層的區(qū)域形成用于向所述液體彎月形透鏡提供電荷的電端子。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學透鏡，其中所述鹽水溶液和所述油形成彎月面，并且對所述腔體外部的導(dǎo)電涂層的區(qū)域施加電荷使得所述彎月面沿著所述彎月壁的接觸位置發(fā)生變化。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學透鏡，其中所述電荷包括直流電。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學透鏡，其中所述電荷包含約20.O伏特。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學透鏡，其中所述電荷包含約18.O伏特至22. O伏特。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學透鏡，其中所述電荷包含約5.O伏特。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光學透鏡，其中所述電荷包含約3.5伏特至約7. 5伏特。
17.根據(jù)權(quán)利要求3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
18.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學透鏡，其中所述前曲面透鏡內(nèi)表面包含不為約O的光焦度。
19.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學透鏡，其中所述后曲面透鏡外表面包含不為約O的光焦度。
20.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學透鏡，其中所述后曲面透鏡內(nèi)表面包含不為約O的光焦度。
21.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學透鏡，還包括穿過所述前曲面透鏡和所述后曲面透鏡中的一者或兩者的通道以及填充所述通道的導(dǎo)電材料。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的光學透鏡，還包括與填充所述通道的導(dǎo)電材料電氣連通的端子。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的光學透鏡，其中對所述端子施加電荷使得所述彎月面的形狀發(fā)生變化。
24.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學透鏡，還包括沿著所述前曲面透鏡內(nèi)表面的至少一部分的絕緣體涂層，其中所述絕緣體涂層包含電絕緣體。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的光學透鏡，其中所述絕緣體包括ParyleneC和Teflon AF 中的一種。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的光學透鏡，其中所述絕緣體包括邊界區(qū)域，以在所述導(dǎo)電涂層與鹽水溶液之間保持間距，所述鹽水溶液被包含在所述前曲面透鏡和所述后曲面透鏡之間的腔體中。
27.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學透鏡，其中包括所述彎月壁的錐形截頭區(qū)段的角度包含約30。至50。。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的光學透鏡，還包括鄰近所述彎月壁的彎月面銳緣，所述銳緣包括用于包含所述一定體積的鹽水溶液和油的角度結(jié)構(gòu)。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的光學透鏡，其中所述銳緣包括徑向表面部分。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的光學透鏡，其中所述徑向表面部分包含在5微米至25微米范圍內(nèi)的半徑。
全文摘要
一種具有復(fù)合線性-凸形彎月壁的透鏡。本發(fā)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錐形截頭與環(huán)區(qū)段結(jié)合的形狀，所述環(huán)區(qū)段凸向光軸。實施例還可包括具有適于包含在角膜接觸鏡片中的大小和形狀的透鏡。
文檔編號G02C7/04GK103069312SQ201180040691
公開日2013年4月24日 申請日期2011年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月24日
發(fā)明者R.B.皮尤, D.B.奧茨, A.托納, E.R.克尼克, J.D.里亞爾, S.斯努克 申請人:莊臣及莊臣視力保護公司