專利名稱：具有非球形彎月壁的液體彎月形透鏡的制作方法
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液體彎月形透鏡，其橫截面為非球形并且還可以是弓形的。
背景技術(shù)：
液體彎月形透鏡已為各行業(yè)中所熟知。如下文結(jié)合圖1A和圖1B更全面地討論的，已知液體彎月形透鏡被設(shè)計(jì)成圓柱形狀，其具有由與為直線的軸相距固定距離的點(diǎn)形成的周邊表面。已知液體彎月形透鏡的設(shè)計(jì)被限定為具有大致平行于第二內(nèi)表面的第一內(nèi)表面并且每個(gè)均垂直于柱軸。液體彎月形透鏡用途的已知例子包括例如電子相機(jī)的裝置。傳統(tǒng)上，眼科裝置(例如接觸鏡片和眼內(nèi)透鏡)包括生物相容性裝置，其具有矯正性質(zhì)、美容性質(zhì)或治療的性質(zhì)。例如接觸鏡片可提供以下一種或多種功能:視力矯正功能、增進(jìn)美容以及治療效果。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(jì)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(qiáng)作用。結(jié)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(jié)合到接觸鏡片中。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使其難以應(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(shí)也稱為“冰球”形狀)不利于可用于人眼環(huán)境中的物
品O此外，曲面液體彎月形透鏡包括的物理挑戰(zhàn)不一定存在于具有平行側(cè)壁和/或光學(xué)窗口的液體彎月形透鏡的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)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)明包括橫截面為非球形的彎月壁，其具有的物理結(jié)構(gòu)有利于以下中的一者或二者: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(xué)件緊鄰第二弓形光學(xué)件，在兩者之間形成有腔體。所述腔體內(nèi)保持有鹽溶液和油。向大致位于所述第一弓形光學(xué)件和所述第二弓形光學(xué)件中的一者或二者的周邊區(qū)域中的彎月壁施加靜電電勢(shì)，改變了形成于包含在所述腔體內(nèi)的鹽溶液和油之間的彎月面的物理形狀。


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(shí)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(shí)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(shí)施例的弓形液體彎月形透鏡內(nèi)的彎月壁元件。圖6示出了弓形液體彎月形透鏡中的非球形彎月壁的俯視截面圖。圖7示出了弓形液體彎月形透鏡中的非球形彎月壁的俯視正交視圖，其示出了液體彎月面的位置。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種液體彎月形透鏡，其具有限定所述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之一。術(shù)語在涉及本發(fā)明的該說明書和權(quán)利要求中，所使用的各個(gè)術(shù)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與彎月壁接觸的點(diǎn)處，在彎月壁和相切于液體彎月邊界的線之間測(cè)量的角度。就曲面彎月壁而言，接觸角為在相切于彎月壁的線與液體彎月邊界接觸的點(diǎn)處，在兩者之間測(cè)量的角度。透鏡:如本文所用，透鏡是指具有前表面和后表面的制品，其在光學(xué)上能夠傳輸預(yù)定范圍波長(zhǎng)的輻射，例如可見光。透鏡可包括基本上平坦的前表面和后表面中的一者或兩者，或可包括弓形形狀的前表面和后表面中的一者或兩者。液體彎月邊界: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(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，其中包含有油和鹽溶液。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(yùn)動(dòng)。光學(xué)區(qū):如本文所用，是指眼科鏡片佩戴者可以透過其觀看的眼科鏡片區(qū)域。銳緣:前曲面透鏡片或后曲面透鏡片任一者的內(nèi)表面的幾何結(jié)構(gòu)，其足以包含光學(xué)件上兩種預(yù)定流體的接觸線的位置。銳緣通常為外角而非內(nèi)角。從流體的角度來看，其為大于180度的角度?，F(xiàn)在參見圖1A，其為描述了現(xiàn)有技術(shù)透鏡100的剖視圖，其中油101和鹽溶液102包含在圓柱體110內(nèi)。圓柱體110包括兩個(gè)光學(xué)材料板106。每塊板106包括基本上平坦的內(nèi)表面113-114。圓柱體110包括基本上旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的內(nèi)表面。在一些現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)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中的每一個(gè)為基本上平坦的或平面的。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(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114的發(fā)散光109。介于油101與鹽溶液102之間的界面表面的形狀可因向電極105施加電勢(shì)而改變。圖1A示出了在100處所示的現(xiàn)有技術(shù)透鏡的透視圖?，F(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。增能狀態(tài)是通過橫跨電極115施加電壓114而完成的。介于油101與鹽溶液102B之間的界面表面112B的形狀因向電極115施加電勢(shì)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(huì)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。在多個(gè)實(shí)施例中，前曲面透鏡201與后曲面透鏡202可包括弓形透鏡或基本上平坦的透鏡。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，前曲面透鏡201和后曲面透鏡202緊鄰彼此定位并且在兩者之間形成腔體210。前曲面透鏡201包括凹面弓形內(nèi)透鏡表面203和凸面弓形外透鏡表面204。凹面弓形內(nèi)透鏡表面203可具有一個(gè)或多個(gè)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。凹面弓形內(nèi)透鏡表面203和涂層中的一者或兩者與包含在腔體210內(nèi)的油208液體連通和光學(xué)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。凸面弓形內(nèi)透鏡表面205可具有一個(gè)或多個(gè)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。凸面弓形內(nèi)透鏡表面205和涂層中的至少之一與包含在腔體210中的鹽溶液207液體連通和光學(xué)連通。鹽溶液207包含離子導(dǎo)電的一種或多種鹽或其它組分，并同樣地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)選地為生物相容性的。向?qū)щ娡繉?09施加電勢(shì)使得鹽溶液207中的離子導(dǎo)電的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(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(fù)焦度。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，光焦度為通常存在于矯正性接觸鏡片中的焦度，例如作為非限制性例子介于-8.0和+8.0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(fù)焦度。在一些實(shí)施例中，光焦度為通常存在于矯正性接觸鏡片中的焦度，例如作為非限制性例子介于-8.0和+8.0屈光度之間的焦度。光軸212穿過后曲面透鏡202和前曲面透鏡201形成。多個(gè)實(shí)施例還可包括與形成于鹽溶液207和油208之間的液體彎月面211的形狀變化相關(guān)聯(lián)的光焦度變化。在一些實(shí)施例中，光焦度變化可相對(duì)較小，例如介于O至2.0屈光度變化之間的變化。在其它實(shí)施例中，與液體彎月面的形狀變化相關(guān)聯(lián)的光焦度變化可為至多約30或更高的屈光度變化。一般來講，與液體彎月面211的形狀變化相關(guān)聯(lián)的更大的光焦度變化與相對(duì)增加的透鏡厚度213相關(guān)聯(lián)。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，例如可包括在例如接觸鏡片的眼科鏡片中的那些實(shí)施例，弓形液體彎月形透鏡200的橫切透鏡厚度213將為至多約1，000微米厚。相對(duì)較薄的透鏡200的示例性透鏡厚度213可為至多約200微米厚。優(yōu)選的實(shí)施例可包括具有約600微米厚的透鏡厚度213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。通常，橫截面輪廓包括透鏡200中不同位置處厚度的限定差異。根據(jù)本發(fā)明，累計(jì)光焦度為前曲面透鏡201、后曲面透鏡202、以及在油208和鹽溶液207之間形成的液體彎月面211的光焦度的總和。在一些實(shí)施例中，透鏡200的光焦度還包括前曲面透鏡201、后曲面透鏡202、油208和鹽溶液207中的一種或多種之間的折射率差。在包括結(jié)合到接觸鏡片中的弓形液體彎月形透鏡200的那些實(shí)施例中，還期望的是，當(dāng)接觸鏡片配戴者運(yùn)動(dòng)時(shí)，鹽水207與油208在弓形液體彎月形透鏡200內(nèi)的相對(duì)位置保持穩(wěn)定。一般來講，優(yōu)選的是在佩戴者運(yùn)動(dòng)時(shí)阻止油208相對(duì)于鹽溶液207流動(dòng)和運(yùn)動(dòng)。因此，油208和鹽溶液207的組合優(yōu)選地被選擇成具有相同的或類似的密度。油208和鹽溶液207還優(yōu)選地具有相對(duì)較低的混溶性，以使得鹽溶液207與油208不混合。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，包含在腔體210內(nèi)的一定體積的鹽溶液207比包含在腔體210內(nèi)的一定體積的油208多。一些優(yōu)選的實(shí)施例還包括基本上與后曲面透鏡202的整個(gè)內(nèi)表面205接觸的鹽溶液207。一些實(shí)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溶液207為約66體積％或更多。一些附加的實(shí)施例可包括弓形液體彎月形透鏡，其中一定體積的油208相比于一定量的鹽溶液207為約90體積％或更少?，F(xiàn)在參見圖3，其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地透明的材料形成。在一些實(shí)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(xué)透明的塑料，例如，下列中的一種或多種:PMMA、Zeonor和TPX。前曲面透鏡301和后曲面透鏡302中的一者或兩者可例如通過諸如以下中的一者或多者的工藝制成:單點(diǎn)金剛石車削車床加工、注塑和數(shù)字微鏡器件自由成型。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(shí)施例中，導(dǎo)電涂層303包含金。可通過濺鍍方法、氣相沉積或其它已知的方法來涂覆金。作為非限制性例子，可供選擇的導(dǎo)電涂層303可包含鋁、鎳和銦錫氧化物。一般來講，導(dǎo)電涂層303將被涂覆到前曲面透鏡301和后曲面透鏡302中的一者或兩者的周邊區(qū)域。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，后曲面透鏡302具有涂覆到特定區(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來涂覆金涂層。在一些實(shí)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(gè)或多個(gè)周邊部分來涂覆金或其它導(dǎo)電材料?？墒褂枚喾N方法涂覆可供選擇的導(dǎo)電材料，并且使所述導(dǎo)電材料覆蓋后曲面透鏡302的不同區(qū)域。在一些實(shí)施例中，可通過導(dǎo)電填充材料例如導(dǎo)電環(huán)氧樹脂來填充導(dǎo)電流通路徑，例如后曲面透鏡302中的一個(gè)或多個(gè)孔或狹縫。導(dǎo)電填料可向前曲面透鏡301和后曲面透鏡302中的一者或兩者的內(nèi)表面上的導(dǎo)電涂層提供電連通。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制成，其中通常位于前曲面透鏡301和后曲面透鏡302的中心區(qū)域中的光學(xué)區(qū)(未示出)可包含光學(xué)透明材料，并且周邊區(qū)域可包括含有導(dǎo)電材料的光學(xué)不透明區(qū)域。該光學(xué)不透明區(qū)域還可包括控制電路和能源中的一種或多種。在另一個(gè)方面，在一些實(shí)施例中，絕緣體涂層305被涂覆到前曲面透鏡301。作為非限制性例子，可將絕緣體涂層305涂覆在從第一區(qū)域305-1并且延伸至第二區(qū)域305-2的某個(gè)區(qū)域。絕緣體可包括例如Parylene C ,Teflon AF或其它具有多種電特性和機(jī)械特性以及電阻的材料。在一些具體的實(shí)施例中，絕緣體涂層305產(chǎn)生邊界區(qū)域，以保持導(dǎo)電涂層303和鹽溶液306之間的分離，所述鹽溶液包含在前曲面透鏡301和后曲面透鏡302之間的腔體中。因此，一些實(shí)施例包括絕緣體涂層305，其被圖案化并被定位在前曲面透鏡301和后曲面透鏡302中的一者或兩者的一個(gè)或多個(gè)區(qū)域中，以防止帶正電的導(dǎo)體303與帶負(fù)電的鹽溶液306接觸，其中導(dǎo)體303與鹽溶液306的接觸將導(dǎo)致電路短路。實(shí)施例可包括帶正電的鹽溶液306和帶負(fù)電的導(dǎo)體303。其它實(shí)施例可允許在導(dǎo)體303和鹽溶液306之間發(fā)生短路，作為與透鏡300的操作相關(guān)聯(lián)的電路的復(fù)位功能。例如，短路狀態(tài)可均衡施加到透鏡的電勢(shì)，并且致使鹽溶液306和油307回到默認(rèn)位置。一些優(yōu)選的實(shí)施例包括導(dǎo)體303，其從腔體311的內(nèi)部上的區(qū)域309延伸至腔體311外部的區(qū)域310。其它實(shí)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?？上蛟摱俗邮┘与妱?shì)并且通過通道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的參數(shù)而變化。根據(jù)本發(fā)明，帶電組分，包括鹽溶液306和導(dǎo)體303，通常被保持在絕緣體涂層305的任一側(cè)上。本發(fā)明提供了絕緣體涂層305的厚度與介于鹽溶液306和導(dǎo)體303之間的電場(chǎng)之間的間接關(guān)系，其中鹽溶液306和導(dǎo)體303保持的分離越遠(yuǎn)，則其電場(chǎng)就將越弱。一般來講，本發(fā)明提出，電場(chǎng)強(qiáng)度可隨著絕緣體涂層305的厚度增加而明顯降低。電場(chǎng)越接近，則通常將能夠得到越多的能量以使球形液體彎月邊界308運(yùn)動(dòng)。當(dāng)鹽溶液306與導(dǎo)體303之間的距離增大時(shí)，鹽溶液306與導(dǎo)體涂層303的靜電荷相隔就越遠(yuǎn)，因此就越難以使球面液體彎月邊界308運(yùn)動(dòng)。反之，絕緣體涂層305越薄，透鏡就越容易受到絕緣體涂層305中的缺陷的影響。一般來講，絕緣體涂層305中甚至相對(duì)小的孔也將產(chǎn)生電路短路，并且透鏡將不以電潤(rùn)濕方式起作用。在一些實(shí)施例中，希望的是包括密度與也包含在透鏡300內(nèi)的油307的密度大致相同的鹽溶液306。例如，鹽溶液306的密度可優(yōu)選地在油307的密度的10%內(nèi)，并且更優(yōu)選地鹽溶液306的密度在油的密度的5%內(nèi)，并且最優(yōu)選地在約1%內(nèi)或更少。在一些實(shí)施例中，可通過調(diào)節(jié)鹽溶液306內(nèi)的鹽或其它組分的濃度來調(diào)節(jié)鹽溶液306的密度。
根據(jù)本發(fā)明，通過限制相對(duì)于前曲面透鏡301和后曲面透鏡302的油307的運(yùn)動(dòng)，弓形液體彎月形透鏡300將提供更穩(wěn)定的光學(xué)性質(zhì)。使油307相對(duì)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(yùn)動(dòng)保持穩(wěn)定的一種方法是使油307和鹽溶液306保持相對(duì)一致的密度。此外，與傳統(tǒng)的圓柱形透鏡設(shè)計(jì)相比，由于前曲面透鏡301和后曲面透鏡302兩者的內(nèi)表面的曲面設(shè)計(jì)，使得鹽溶液306層的相對(duì)深度或厚度有所減小。在這種情形下，作用在腔體內(nèi)的流體上的界面力可在維持未擾動(dòng)的液體彎月邊界308方面具有相對(duì)較大的貢獻(xiàn)。因此，在這種情況下，密度匹配要求可變得更加寬松。在一些實(shí)施例中，流體層的相對(duì)厚度還支撐液體透鏡邊界308。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，與提供相對(duì)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(shí)施例中，可能包括與油307相比折射率較高的鹽溶液306，在這種情況下油提供相對(duì)較低的折射率?？梢杂谜澈蟿?14使前曲面透鏡301與后曲面透鏡302緊鄰彼此固定就位，從而保持其間的油307和鹽溶液306。粘合劑314用作密封件，使得鹽溶液306或油307不會(huì)從曲面液體彎月形透鏡300中滲漏?，F(xiàn)在參見圖4，示出了曲面液體彎月形透鏡400，其中在鹽溶液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(shí)施例，在402和403之間延伸的弓形壁中的第一角度轉(zhuǎn)折將彎月壁405限定在前曲面透鏡404中。當(dāng)沿著一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電涂層或?qū)щ姴牧?08施加和移除電勢(shì)時(shí)，液體彎月邊界401將沿著彎月壁405上下運(yùn)動(dòng)。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，導(dǎo)電涂層408將從保持鹽溶液406和油407的腔體409內(nèi)部的區(qū)域延伸至包含鹽溶液406和油407的腔體409外部的區(qū)域。在此類實(shí)施例中，導(dǎo)電涂層408可為施加到腔體409外部某點(diǎn)處的導(dǎo)電涂層408至腔體409內(nèi)且與鹽溶液406接觸的導(dǎo)電涂層408的區(qū)域的電勢(shì)的管道?，F(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的特性有利于在鹽溶液503和油504之間形成液體彎月邊界505。 一般來講，可將液體彎月形透鏡視為具有下列中的一種或多種的電容器:導(dǎo)電涂層、絕緣體涂層、通路以及存在于前曲面透鏡501和后曲面透鏡502上或其中的材料。根據(jù)本發(fā)明，響應(yīng)于向前曲面透鏡501和后曲面透鏡502中的一者或兩者的至少一部分的表面施加的電勢(shì)，液體彎月邊界505的形狀并且因此液體彎月邊界505與前曲面透鏡501之間的接觸角發(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溶液503的電勢(shì)的變化會(huì)改變液體彎月邊界505沿彎月壁506的位置。該運(yùn)動(dòng)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(shí)施例中，當(dāng)將第一量級(jí)的電勢(shì)(例如，與未通電狀態(tài)或休眠狀態(tài)相關(guān)的電壓和電流)施加到透鏡時(shí)，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(jí)的電勢(shì)(有時(shí)稱為第一通電狀態(tài))，可與液體彎月邊界505沿彎月壁506大致向第二銳緣506-2方向的運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)，從而使液體彎月邊界的形狀發(fā)生變化。用于第一通電狀態(tài)與第二通電狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換而施加的電壓可包括例如在約5伏特到約60伏特之間的直流電壓。在其它實(shí)施例中，也可使用交流電壓。
在一些實(shí)施例中，彎月壁506將為與絕緣體涂層的厚度相關(guān)的平滑表面。平滑彎月壁506表面可最小化絕緣體涂層中的缺陷。因?yàn)楫?dāng)透鏡通電或斷電時(shí)表面紋理的隨機(jī)不規(guī)則性還可導(dǎo)致不穩(wěn)定的流體運(yùn)動(dòng)，并且因此致使不穩(wěn)定的或無法預(yù)測(cè)的彎月面運(yùn)動(dòng)，所以平滑彎月壁506是優(yōu)選的。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，平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(cè)量。在另一個(gè)方面，在一些實(shí)施例中，期望彎月壁506為疏水性的，在這種情況下，所限定的紋理例如納米紋理化表面可被結(jié)合到弓形液體彎月形透鏡的設(shè)計(jì)中。在另一個(gè)方面，在一些實(shí)施例中，彎月壁506可相對(duì)于透鏡的光軸成角度。該角度的范圍可為0° (或平行于光軸)至90°或接近90° (或垂直于光軸)。如圖所示，并且在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，彎月壁506角度通常介于約30°和50°之間，以便使弓形液體彎月形透鏡根據(jù)當(dāng)前介于液體彎月邊界505和涂覆有絕緣體的彎月壁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(xué)目的，例如遠(yuǎn)望視覺，彎月壁506的角度可更接近0°或 90。。根據(jù)本發(fā)明，彎月壁506的角度可被設(shè)計(jì)成適應(yīng)在施加規(guī)定電壓時(shí)沿彎月壁506的運(yùn)動(dòng)的量級(jí)。在一些實(shí)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。如果彎月壁506相對(duì)于光軸為0°或接近0°，則液體彎月邊界505還將幾乎直線前進(jìn)至前光學(xué)件上。彎月壁角度是可被調(diào)整以提供各種透鏡性能結(jié)果的多個(gè)參數(shù)之一。在一些優(yōu)選的實(shí)施例中，彎月壁506的長(zhǎng)度為大約0.265mm。然而，在各種設(shè)計(jì)中，彎月壁506的角度與整個(gè)透鏡的大小一起將自然地影響彎月壁506的長(zhǎng)度。一般認(rèn)為，如果油504接觸后曲面透鏡502，則弓形液體彎月形透鏡500將失效。因此，在優(yōu)選的實(shí)施例中，彎月壁506被設(shè)計(jì)成允許在第一銳緣506-1與后曲面透鏡502之間在其最近點(diǎn)處存在50微米的最小間隙。在其它實(shí)施例中，雖然透鏡失效的風(fēng)險(xiǎn)隨間隙減小而增加，但最小間隙可小于50微米。在其它實(shí)施例中，可增加間隙以降低透鏡失效的風(fēng)險(xiǎn)，但整個(gè)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)選的實(shí)施例的另一個(gè)方面中，液體彎月邊界505隨其沿著彎月壁506行進(jìn)的行為可使用楊氏方程推測(cè)。雖然楊氏方程定義了液滴在干燥表面上所引起的力平衡，并且假設(shè)為完全平坦的表面，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(rùn)濕透鏡環(huán)境。可將第一量級(jí)的電能施加到透鏡，例如當(dāng)透鏡處于未通電狀態(tài)時(shí)。在施加第一量級(jí)的電能期間，實(shí)現(xiàn)了油504與鹽溶液503之間的界面能量的平衡。這種狀態(tài)在本文中可被稱作液體彎月邊界505。油504與彎月壁506，以及鹽溶液503與彎月壁506形成液體彎月邊界505與彎月壁506之間的平衡接觸角。當(dāng)被施加到弓形液體彎月形透鏡500的電壓量級(jí)改變時(shí)，界面能量的平衡將改變，從而導(dǎo)致液體彎月邊界505與彎月壁506之間的接觸角相應(yīng)地改變。在弓形液體彎月形透鏡500的設(shè)計(jì)和功能中，液體彎月邊界505與涂覆有絕緣體的彎月壁506的接觸角是重要元素，不僅由于其在液體彎月邊界505運(yùn)動(dòng)中對(duì)于楊氏方程的作用，而且由于該接觸角與弓形液體彎月形透鏡500的其它結(jié)構(gòu)結(jié)合用于限制彎月面運(yùn)動(dòng)。
彎月壁506兩端處的中斷部分，例如銳緣506-1和506_2，用作液體彎月面505運(yùn)動(dòng)的邊界，因?yàn)槠鋵⒁笏┘与妱?shì)的顯著變化以實(shí)現(xiàn)液體彎月面接觸角的充分變化，從而使液態(tài)彎月邊界505運(yùn)動(dòng)通過銳緣中的一者。作為非限制性例子，在一些實(shí)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之外的步位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(shí)施例中為約110°?？蓪㈦妷菏┘拥酵哥R，從而導(dǎo)致液體彎月邊界505沿著彎月壁506朝第二銳緣506-2運(yùn)動(dòng)。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致使液體彎月邊界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的一端處，第一銳緣506-1通常限定一個(gè)界限，超過該界限液體彎月邊界505通常不會(huì)運(yùn)動(dòng)。在一些實(shí)施例中，第一銳緣506-1被構(gòu)造為銳緣邊緣。在其它優(yōu)選的實(shí)施例中，第一銳緣506-1具有限定的小徑向表面，其可被制造成具有缺陷的可能性較小。導(dǎo)電體、絕緣體和其它可能的期望的涂層可能無法均勻地且按預(yù)期沉積在銳緣邊緣上，但徑向表面的限定的半徑邊緣可更可靠地被涂覆。在一些實(shí)施例中，第一銳緣506-1被構(gòu)造成約90°的角度，其中限定的半徑為約10微米。該銳緣也可被制造成具有小于90°的角度。在一些實(shí)施例中，具有大于90°角度的銳緣可用于增加銳緣的堅(jiān)固性，但該設(shè)計(jì)將占據(jù)更多的透鏡空間。在多個(gè)實(shí)施例中，銳緣506-1和/或506-2的限定的半徑可在5微米至50微米的范圍內(nèi)?？墒褂幂^大的限定的半徑來改善涂層的可靠性，但代價(jià)是在透鏡設(shè)計(jì)的緊密的范圍內(nèi)使用更多的空間。在這方面，正如在許多其它透鏡設(shè)計(jì)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(shí)用、可靠的弓形液體彎月形透鏡500。在一些實(shí)施例中，較大的銳緣半徑可與兩個(gè)相鄰銳緣之間的側(cè)壁上的改善的表面光潔度結(jié)合使用。在一些實(shí)施例中，可能期望從第一半徑(銳緣)至第二半徑(銳緣)的表面為平滑的且不具有中斷部分，其中這有助于使用相同的工具切割用于形成銳緣的模具。銳緣中所包括的半徑可被切割成模具表面，其中所述模具表面半徑大于銳緣半徑。其中所述模具表面為包括側(cè)壁和一個(gè)或多個(gè)銳緣的連續(xù)表面。較大的工具半徑可能一般涉及對(duì)應(yīng)的切割中的更平滑的表面光潔度。 第二銳緣506-2包括設(shè)計(jì)成當(dāng)電壓被施加到弓形液體彎月形透鏡500時(shí)限制油運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，第二銳緣506-2也可包括大致尖的端部，或在其它實(shí)施例中，第二銳緣506-2可包括介于5微米和25微米之間、最優(yōu)選地為10微米的限定的半徑。10微米的半徑良好地用作銳緣并且可使用單點(diǎn)金剛石車削車床加工或注塑方法制造。延伸到前曲面透鏡501的光學(xué)區(qū)域508的起始處的垂直或幾乎垂直步位507可被包括在第二銳緣506-2與彎月壁506相對(duì)的一側(cè)上。在一些實(shí)施例中，步位507的高度為120微米，但其也可在50微米至200微米的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，步位507可與光軸成約5°的角度。在其它實(shí)施例中，步位507的角度可為小至1°或2°的角度，或可成大于5°的角度。與光軸成較小角度的步位507將通常用作彎月面運(yùn)動(dòng)更有效的限制物，因?yàn)槠湫枰后w彎月邊界505的接觸角的更大變化，以使彎月壁506運(yùn)動(dòng)離開并運(yùn)動(dòng)到步位507上。從步位507至光學(xué)區(qū)域508起始處的過渡區(qū)的半徑為25微米。較大的半徑將在透鏡設(shè)計(jì)中不必要地占據(jù)更多的空間。如果需要獲得空間，則較小的半徑是可能的并且可被實(shí)施。在該領(lǐng)域以及其它透鏡領(lǐng)域中，使用限定的半徑而非理論銳緣的決定部分地基于用于透鏡元件的注塑方法的電勢(shì)運(yùn)動(dòng)。步位507和光學(xué)區(qū)域508起始處之間的彎曲，在注塑方法期間將改善塑性流，并且導(dǎo)致透鏡具有最佳強(qiáng)度和應(yīng)力處理特性。現(xiàn)在參見圖6，其示出了弓形液體彎月形透鏡的非球形彎月壁601元件的俯視截面圖。在圖6中，非球形彎月壁601的形狀被夸大以用于強(qiáng)調(diào)。如果用實(shí)際比例繪圖，那么圖6將示出具有非常輕微非球形形狀的彎月壁，使得其在肉眼下將呈現(xiàn)球形。在大多數(shù)優(yōu)選實(shí)施例中，非球形彎月壁被制造為橢圓形形式。從而，復(fù)曲面形透鏡可以被制造成具有輕微橢圓形的液體彎月面。優(yōu)選實(shí)施例包括球形弓形液體彎月形透鏡組件中的非球形彎月壁601。其它實(shí)施例在非球形弓形液體彎月形透鏡組件中結(jié)合有非球形彎月壁601?，F(xiàn)在參見圖7，弓形液體彎月形透鏡中的非球形彎月壁701的俯視正交視圖示出為包括第一銳緣702、第二銳緣703和光學(xué)區(qū)域704。與在圖6中一樣，橢圓形的量級(jí)在圖7中再次被強(qiáng)調(diào)。液體彎月面在線705處接觸非球形彎月壁701。在該圖示中，液體彎月面接觸線705處于通電狀態(tài)，更靠近第二銳緣703。在未通電狀態(tài)中，液體彎月面接觸線705將處于第一銳緣702處或者更靠近第一銳緣702。采用在構(gòu)造上為橢圓形的彎月壁，允許第一弓形光學(xué)件和第二弓形光學(xué)件之間的腔體為非球形，并且所得到的油和鹽溶液采取復(fù)曲面的片段的形式。所得到的的透鏡包括能夠矯正散光的圓柱度、軸和光焦度。通過改變彎月壁的橢圓形的量級(jí)來實(shí)現(xiàn)特定的圓柱度。軸由旋轉(zhuǎn)度控制，在該旋轉(zhuǎn)度下，橢圓形在弓形液體彎月形透鏡組件中對(duì)準(zhǔn)。除了散光矯正之外，當(dāng)施加第一電壓水平以使得液體彎月面運(yùn)動(dòng)到第一狀態(tài)時(shí)，在具有非球形彎月壁的弓形液體彎月形透鏡中可以獲得用于遠(yuǎn)視的特定光焦度。可以施加較高的第二電壓水平，以進(jìn)一步使液體彎月面運(yùn)動(dòng)，從而獲得用于近視的光焦度矯正?；蛘撸诎夤我后w彎月形透鏡的透鏡中可以出現(xiàn)用于遠(yuǎn)視的光焦度矯正，而在具有非球形彎月壁的弓形液體彎月形透鏡中進(jìn)行散光和近視矯正。具有非球形彎月壁的液體彎月形透鏡包括各種透鏡穩(wěn)定方法，以保持透鏡在眼睛上的正確定位，以用于散光矯正。利用諸如壓載或更加先進(jìn)的加速穩(wěn)定設(shè)計(jì)的技術(shù)來獲得穩(wěn)定。在弓形液體彎月形透鏡中或者在包封弓形液體彎月形透鏡的透鏡中實(shí)施穩(wěn)定技術(shù)。雖然已結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解在不脫離本發(fā)明的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)明的范圍的前提下，可根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)內(nèi)容作出許多修改形式，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)明的最佳設(shè)想方式公開的具體實(shí)施例，而是本發(fā)明將包括落入所附權(quán)利要求書的范圍和實(shí)質(zhì)內(nèi)的所有實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種光學(xué)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(nèi)表面； 后透鏡，所述后透鏡包括后透鏡內(nèi)表面和后透鏡外表面，所述后透鏡緊鄰所述前透鏡定位，使得在所述前透鏡內(nèi)表面與所述后透鏡內(nèi)表面之間形成腔體； 一定體積的鹽溶液和油，所述一定體積的鹽溶液和油包含在形成于所述前透鏡內(nèi)表面與所述后透鏡內(nèi)表面之間的所述腔體內(nèi)，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，所述彎月壁包括大致錐形截頭的形狀，其橫截面為非球形的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)透鏡，其中所述前透鏡和所述后透鏡中的至少之一是基本上平坦的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)透鏡，其中所述前透鏡和所述后透鏡包括弓形透鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光學(xué)透鏡，還包括在所述彎月壁的至少一部分上的導(dǎo)電涂層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)透鏡，其中所述一定體積的油少于包含在所述腔體內(nèi)的所述一定體積的鹽溶液。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)透鏡，其中所述一定體積的油相比于一定量的鹽溶液包含約66體積％或更多。`
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)透鏡，其中所述一定體積的油相比于一定量的鹽溶液包含約90體積％或更少。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)透鏡，其中所述一定體積的油包含的密度約等于所述鹽溶液的密度。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)透鏡，其中所述一定體積的油包含的密度在所述鹽溶液的密度的約10%內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)透鏡，其中所述一定體積的油包含的密度在所述鹽溶液的密度的約5%內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光學(xué)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。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學(xué)透鏡，其中所述腔體外部的導(dǎo)電涂層的所述區(qū)域形成用于向所述液體彎月形透鏡提供電勢(shì)的電端子。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學(xué)透鏡，其中所述鹽溶液和所述油形成彎月面，并且向所述腔體外部的導(dǎo)電涂層的所述區(qū)域施加電勢(shì)致使所述彎月面沿著所述彎月壁的接觸位置發(fā)生變化。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學(xué)透鏡，其中所述電勢(shì)包括直流電。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學(xué)透鏡，其中所述電勢(shì)包含在約5.0伏特至60.0伏特之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光學(xué)透鏡，其中所述電勢(shì)包含約20.0伏特。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的光學(xué)透鏡，其中所述電勢(shì)包含約5.0伏特。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學(xué)透鏡，其中所述電勢(shì)包含在約3.5伏特至約7.5伏特之間。
19.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)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(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)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。
21.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)透鏡，其中所述后曲面透鏡外表面包含不為約O的光焦度。
22.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)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。
23.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)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。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的光學(xué)透鏡，還包括與填充所述通道的所述導(dǎo)電材料電連通的端子。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的光學(xué)透鏡，其中向所述端子施加電勢(shì)致使所述彎月面的形狀發(fā)生變化。
26.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)透鏡，還包括沿著所述前曲面透鏡的所述內(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。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的光學(xué)透鏡，其中所述絕緣體包括ParyleneC 和TeflonAF中的一者。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的光學(xué)透鏡，其中所述絕緣體包括邊界區(qū)域，以保持所述導(dǎo)電涂層和鹽溶液之間的分離，所述鹽溶液包含在所述前曲面透鏡和所述后曲面透鏡之間的腔體中。
29.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光學(xué)透鏡，其中包括所述彎月壁的所述錐形截頭的角度包含在約30。和50。之間。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的光學(xué)透鏡，還包括鄰近所述彎月壁的彎月形銳緣，所述銳緣包括用于包含所述一定體積的鹽溶液和油的角度結(jié)構(gòu)。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的光學(xué)透鏡，其中所述銳緣包括徑向表面部分。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的光學(xué)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
本發(fā)明一般涉及具有彎月壁的弓形液體彎月形透鏡。某些特定實(shí)施例包括具有彎月壁的液體彎月形透鏡，彎月壁為基本上錐形截頭的形狀，其橫截面為非球形的。實(shí)施例還可包括具有適于包含在接觸鏡片中的大小和形狀的透鏡。
文檔編號(hào)G02B3/14GK103140780SQ201180046963
公開日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2011年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者R.B.普格, D.B.奧特斯, A.托納, E.R.科尼克, J.D.里亞爾, S.斯努克 申請(qǐng)人:莊臣及莊臣視力保護(hù)公司