包括成形液晶元件和偏振元件的可變光學眼科裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了用于提供具有可變光焦度的眼科鏡片的方法和設(shè)備。所述可變光學插入物可包括具有不同曲率半徑的表面。所述可變光學插入物還可包括偏振元件。在一些實施例中，所述可變光學插入物可以不同方式影響光的偏振分量并允許雙焦點型眼科裝置。能量源能夠為包括在所述眼科鏡片內(nèi)的所述可變光學插入物供電。在一些實施例中，眼科鏡片由有機硅水凝膠澆鑄模塑而成。各種眼科鏡片實體可包括電活性液晶層以便電控制折射特性。
【專利說明】包括成形液晶元件和偏振元件的可變光學眼科裝置
[0001] 相關(guān)專利申請的奪叉引用
[0002] 本專利申請要求2013年9月17日提交的美國專利申請序列No. 61/878,723的優(yōu) 先權(quán)。 【背景技術(shù)】 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本發(fā)明涉及具有可變光學性能的眼科鏡片裝置，并且更具體地，在一些實施例中， 涉及制造具有采用液晶元件的可變光學插入物的眼科鏡片。
[0004] 相關(guān)領(lǐng)域的討論
[0005] 傳統(tǒng)上，諸如接觸鏡片或眼內(nèi)鏡片的眼科鏡片提供預(yù)定的光學質(zhì)量。例如，接觸鏡 片可提供以下功能中的一者或多者：視力矯正功能性、美容增強作用、和治療效果；或者僅 提供一組視力矯正功能。每種功能由鏡片的物理特性提供?；旧?，將折射性質(zhì)結(jié)合到鏡 片中的設(shè)計提供視力矯正功能性。將顏料結(jié)合到鏡片中可提供美容增強作用。將反應(yīng)劑結(jié) 合到鏡片中可提供治療功能性。
[0006] 至今，已經(jīng)在鏡片的物理特性中設(shè)計眼科鏡片的光學特性。一般來講，光學設(shè)計已 被確定，并且隨后在鏡片的制造中（例如，通過澆鑄模塑或車床加工）應(yīng)用于鏡片中。一旦 所述鏡片已經(jīng)形成，所述鏡片的所述光學質(zhì)量就保持穩(wěn)定。然而，佩戴者有時可發(fā)現(xiàn)有利的 是具有不止一個光焦度可供其使用以提供視力調(diào)節(jié)。不同于可更換眼鏡來改變光學矯正的 眼鏡佩戴者，接觸鏡片佩戴者或使用眼內(nèi)鏡片的佩戴者在不顯著努力或不利用接觸鏡片或 眼內(nèi)鏡片來增補眼鏡的情況下已不能改變其視力矯正的光學特性。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 因此，本發(fā)明包括涉及具有液晶元件的可變光學插入物的創(chuàng)新，所述可變光學插 入物可通電并結(jié)合到眼科裝置中，其能夠改變鏡片的光學質(zhì)量。此類眼科裝置的例子可包 括接觸鏡片或眼內(nèi)鏡片。此外，提出了用于形成具有含液晶元件的可變光學插入物的眼科 鏡片的方法和設(shè)備。一些實施例可還包括具有剛性或可形成的通電插入物（其另外包括可 變光學部分）的澆鑄模塑的有機硅水凝膠接觸鏡片，其中該插入物以生物相容性方式包括 在眼科鏡片內(nèi)。
[0008] 因此，本發(fā)明包括具有可變光學插入物的眼科鏡片、用于形成具有可變光學插入 物的眼科鏡片的設(shè)備及其制造方法的公開內(nèi)容?？蓪⒛芰吭闯练e到或組裝到可變光學插入 物上，并且可將該插入物放置在鄰近第一模具部件和第二模具部件中的一者或兩者處。將 包含反應(yīng)性單體混合物的組合物（在下文中稱為反應(yīng)性單體混合物）放置在第一模具部件 和第二模具部件之間。第一模具部件被定位成鄰近第二模具部件，從而形成鏡片腔體，其中 通電介質(zhì)插入物和至少一些反應(yīng)性單體混合物置于所述鏡片腔體中；所述反應(yīng)性單體混合 物被暴露于光化輻射以形成眼科鏡片。通過控制反應(yīng)性單體混合物所承受的光化輻射來形 成鏡片。在一些實施例中，眼科鏡片裙邊或插入物封裝層可包含標準水凝膠眼科鏡片制劑。 具有可合格地匹配多種插入物材料的特性的示例性材料可包括例如那拉菲康族（包括那 拉菲康A(chǔ)和那拉菲康B)、依他菲康族（包括依他菲康A(chǔ))、加來菲康A(chǔ)和賽諾菲康A(chǔ)。
[0009] 形成具有液晶元件的可變光學插入物的方法和所得的插入物是各種實施例的重 要方面。在一些實施例中，液晶可位于兩個對齊層之間，所述對齊層可設(shè)定液晶的靜息取 向?？赏ㄟ^沉積于含有可變光學部分的基底層上的電極使這兩個對齊層與能量源電通信。 可通過連接到能量源的中間互連件或直接通過嵌入插入物中的部件，來對電極通電。
[0010] 對齊層的通電可導(dǎo)致液晶從靜息取向轉(zhuǎn)變?yōu)橥娙∠?。在用通或斷兩種通電水平 操作的實施例中，液晶可僅具有一種通電取向。在其他可供選擇的實施例中，在根據(jù)能量水 平的規(guī)模進行通電的情況下，液晶可具有多種通電取向。可獲得其他實施例，其中通電過程 可通過通電脈沖來引起不同狀態(tài)之間的切換。
[0011] 所得的分子對齊和取向可影響穿過液晶層的光，從而導(dǎo)致可變光學插入物的變 化。例如，對齊和取向可以將折射特性作用于入射光。另外，該效應(yīng)可包括光的偏振的改變。 一些實施例可包括可變光學插入物，其中通電改變鏡片的聚焦特性。
[0012] 在一些實施例中，可通過其中引起包含液晶分子的可聚合混合物聚合的方式來形 成液晶層。通過以各種方式控制聚合，液晶分子微滴可在聚合層形成時與其分離。在一些 實施例中，此過程可進行控制使得微滴為納米級的，這可意味著微滴簇的平均直徑或中值 直徑具有小于約1微米的長度。在一些其他型式中，平均直徑或中值直徑也可具有小于約 0. 1微米的長度。
[0013] 因此，在一些實施例中，可通過將包含液晶分子的可變光學插入物結(jié)合在眼科裝 置內(nèi)來形成眼科裝置?？勺儾迦胛锟砂晌挥谘劭蒲b置的光學區(qū)中的至少一部分?？勺?插入物可包括前插入件和后插入件。前插入件和后插入件可使其表面中的任一者或兩者以 各種方式彎曲，并且在一些實施例中，前插入件上的后表面的曲率半徑可不同于后插入件 的前表面的曲率半徑。能量源可被包括到鏡片中并可被包括到插入物中，并且在一些實施 例中可將能量源定位成其中能量源的至少一部分位于該裝置的非光學區(qū)中。
[0014] 插入物可至少包含第一液晶材料，并且液晶材料也可以微滴形式存在，其中微滴 簇的平均直徑或中間直徑可具有小于1微米長度的直徑或可被視為是納米級的。
[0015] 在一些實施例中，眼科裝置可為接觸鏡片。
[0016] 在一些實施例中，眼科裝置的插入物可包括由各種材料（包括透明材料，例如作 為非限制性例子的ITO)制成的電極。第一電極可定位為鄰近前彎曲件的后表面，并且第二 電極可定位為鄰近后彎曲件的前表面。當橫跨第一電極和第二電極施加電勢時，可橫跨位 于電極之間的液晶層建立電場。橫跨液晶層施加的電場可導(dǎo)致層內(nèi)的液晶分子利用電場進 行物理地對齊。在一些實施例中，液晶分子可以微滴形式位于層內(nèi)，并且在一些實施例中， 微滴可具有尺寸小于1微米的平均直徑。當液晶分子利用電場對齊時，此對齊可引起光學 特性的改變，使得在光線穿過包含液晶分子的層時可觀察到這種改變。非限制性例子可為 可通過對齊的變化來改變折射率。在一些實施例中，光學特性的改變可導(dǎo)致鏡片的聚焦特 性的改變，所述鏡片包括含液晶分子的層。
[0017] 在一些實施例中，所述的眼科裝置可包括處理器。
[0018] 在一些實施例中，所述的眼科裝置可包括電路。電路可控制或引導(dǎo)電流在眼科裝 置內(nèi)流動。電路可控制電流從能量源到第一電極元件和第二電極元件的流動。
[0019] 在一些實施例中，插入物裝置可包括不止一個前插入件和后插入件。中間件可位 于前插入件和后插入件之間。在一個例子中，含液晶層可位于前插入件和中間件之間。可 變插入物可包括可位于眼科裝置的光學區(qū)中的至少一部分。前插入件、中間插入件和后插 入件可使其表面中的任一者或兩者以各種方式彎曲，并且在一些實施例中，前插入件上的 后表面的曲率半徑可不同于中間插入件的前表面的曲率半徑。能量源可被包括到鏡片中并 且可被包括到插入物中，并且在一些實施例中可將能量源定位成其中能量源的至少一部分 位于該裝置的非光學區(qū)中。
[0020] 具有前插入件、后插入件和至少第一中間插入件的插入物可至少包括第一液晶分 子，并且所述液晶分子也可以微滴形式存在，其中微滴簇的平均直徑或中間直徑可具有小 于1微米長度的直徑或可被視為是納米級的。
[0021] 在具有前插入件、后插入件和至少第一中間插入件的一些實施例中，眼科裝置可 為接觸鏡片。
[0022] 在一些實施例中，眼科裝置的具有前插入件、后插入件和至少第一中間插入件的 插入物可包括由各種材料（包括透明材料，例如作為非限制性例子的ITO)制成的電極。第 一電極可定位為鄰近前彎曲件的后表面，并且第二電極可定位為鄰近中間件的前表面。當 橫跨第一電極和第二電極施加電勢時，可橫跨位于電極之間的液晶層建立電場。橫跨液晶 層施加的電場可導(dǎo)致層內(nèi)的液晶分子利用電場進行物理地對齊。在一些實施例中，液晶分 子可以微滴形式位于層內(nèi)，并且在一些實施例中，微滴可具有尺寸小于1微米的平均直徑。 當液晶分子利用電場對齊時，此對齊可引起光學特性的改變，使得在光線穿過包含液晶分 子的層時可觀察到這種改變。非限制性例子可為可通過對齊的變化來改變折射率。在一些 實施例中，光學特性的改變可導(dǎo)致鏡片的聚焦特性的改變，所述鏡片包括含液晶分子的層。
[0023] 在一些實施例中，中間件可包括接合在一起的多個件。
[0024] 在其中插入物裝置可包括前插入件、后插入件和中間件的一些實施例中，含液晶 層可位于前插入件和中間件之間或者中間件和后插入件之間。此外，偏振元件也可位于可 變插入物裝置內(nèi)?？勺儾迦胛锟砂晌挥谘劭蒲b置的光學區(qū)中的至少一部分。前插入件、 中間插入件和后插入件可使其表面中的任一者或兩者以各種方式彎曲，并且在一些實施例 中，前插入件上的后表面的曲率半徑可不同于中間插入件的前表面的曲率半徑。能量源可 被包括到鏡片中并且可被包括到插入物中，并且在一些實施例中可將能量源定位成其中能 量源的至少一部分位于該裝置的非光學區(qū)中。 【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 下文是附圖所示的本發(fā)明優(yōu)選實施例的更為具體的說明，通過這些說明，本發(fā)明 的上述及其他特征和優(yōu)點將顯而易見。
[0026] 圖1示出了可用于實施本發(fā)明的一些實施例的示例性模具組件設(shè)備部件。
[0027] 圖2A和圖2B示出了具有可變光學插入物實施例的示例性通電眼科鏡片。
[0028] 圖3示出了可變光學插入物的剖視圖，其中可變光學插入物的前彎曲件和后彎曲 件可具有不同的曲率，并且其中可變光學部分可包含液晶。
[0029] 圖4示出了具有可變光學插入物的眼科鏡片裝置實施例的剖視圖，其中可變光學 部分可包含液晶。
[0030] 圖5示出了可變光學插入物的示例性實施例，其中可變光學部分可包含液晶。
[0031] 圖6A示出了可變光學插入物的可供選擇的實施例，其中可變光學部分可包含液 晶。
[0032] 圖6B示出了可變光學插入物的可供選擇的實施例，其中可變光學部分可包含液 晶，并且插入物還可包括偏振元件。
[0033] 圖6C示出了可變光學插入物的可供選擇的示例性實施例，其中可變光學部分可 包含液晶，并且偏振光分量穿過此實施例的方式可受到影響。
[0034] 圖7示出了用于形成具有可包含液晶的可變光學插入物的眼科鏡片的方法步驟。
[0035] 圖8示出了用于將包含液晶的可變光學插入物放置在眼科鏡片模具部件中的設(shè) 備部件的例子。
[0036] 圖9示出了可用于實施本發(fā)明的一些實施例的處理器。 【具體實施方式】
[0037] 本發(fā)明包括用于制造具有可變光學插入物的眼科鏡片的方法和設(shè)備，其中可變光 學部分包含液晶或者包含其自身包含液晶組分的復(fù)合材料。另外，本發(fā)明包括具有可變光 學插入物的眼科鏡片，所述可變光學插入物包含液晶并結(jié)合到所述眼科鏡片中。
[0038] 根據(jù)本發(fā)明，眼科鏡片由嵌入式插入物和能量源形成，所述能量源諸如用作能量 存儲裝置的電化學電池或電池。在一些示例性實施例中，可對構(gòu)成能量源的材料進行封裝 并且使其與其中放置眼科鏡片的環(huán)境隔離。在一些示例性實施例中，能量源可包括可以一 次性或可再充電構(gòu)型進行使用的堿性電化學電池化學物。
[0039] 可使用佩戴者控制的調(diào)整裝置來改變光學部分。調(diào)整裝置可包括例如用于增大或 減小電壓輸出或者用于接合和切斷能量源的電子裝置或無源裝置。一些示例性實施例還可 包括自動調(diào)整裝置以根據(jù)測量的參數(shù)或佩戴者輸入通過自動設(shè)備來改變可變光學部分。佩 戴者輸入可包括例如無線設(shè)備所控制的開關(guān)。無線控制可包括例如射頻控制、磁開關(guān)、圖案 化光輻射、和電感開關(guān)。在其他示例性實施例中，可響應(yīng)生物學功能或者響應(yīng)眼科鏡片內(nèi)的 感測元件的測量而產(chǎn)生激活。作為非限制性例子，其他示例性實施例可源自由環(huán)境光照度 條件改變而觸發(fā)的激活。
[0040] 當電極通電所形成的電場導(dǎo)致液晶層內(nèi)重新對齊從而使分子從靜息取向轉(zhuǎn)變?yōu)?通電取向時，光焦度可發(fā)生變化。在其他可供選擇的示例性實施例中，可利用由電極通電引 起的液晶層改變而產(chǎn)生的不同效應(yīng)，例如，光偏振態(tài)的改變，具體地講，偏振旋轉(zhuǎn)的改變。
[0041] 在具有液晶層的一些示例性實施例中，在眼科鏡片的非光學區(qū)部分中可存在可進 行通電的元件，而其他實施例可不需要通電。在不進行通電的示例性實施例中，液晶可基于 一些外部因素（例如，環(huán)境溫度或環(huán)境光線）而被動地變化。
[0042] 液晶鏡片可向入射到其主體上的偏振光提供電力可變的折射率。其中光學軸線取 向在第二鏡片中相對于第一鏡片旋轉(zhuǎn)的兩種鏡片的組合允許鏡片元件能夠改變環(huán)境非偏 振光的折射率。
[0043] 通過將電活性液晶層與電極組合，可得到可通過橫跨電極施加電場進行控制的物 理實體。如果在液晶層周邊上存在有介電層，那么橫跨介電層的場和橫跨液晶層的場可組 合成橫跨電極的場。在三維形狀中，可基于電力學原理以及介電層和液晶層的幾何形狀，來 估計橫跨各層的場的組合的性質(zhì)。如果有效電厚度的介電層以非均勻方式制成，則橫跨電 極的場的效應(yīng)可按照介電的有效形狀"成形"并在液晶層中產(chǎn)生維度形狀的折射率變化。在 一些示例性實施例中，此類成形可產(chǎn)生能夠采用可變聚焦特性的鏡片。
[0044] 當包含液晶層的物理鏡片元件使其自身成形為具有不同的聚焦特性時，可得到可 供選擇的示例性實施例。然后，可基于通過使用電極橫跨液晶層施加的電場，利用液晶層的 電力可變的折射率來引入鏡片的聚焦特性的改變。液晶層的折射率可稱為有效折射率，并 且可以將有關(guān)折射率的每次處理視為同等地涉及有效折射率。有效折射率可得自例如具有 不同折射率的多個區(qū)域的疊加。在一些示例性實施例中，有效方面可為各個區(qū)域貢獻的平 均值，而在其他示例性實施例中，有效方面可為基于入射光的區(qū)域或分子效應(yīng)的疊加。前容 納表面與液晶層形成的形狀以及后容納表面與液晶層形成的形狀可確定系統(tǒng)的一級聚焦 特性。
[0045] 在以下章節(jié)中將詳細說明本發(fā)明的實施例。文中描述的優(yōu)選實施例和替代實施例 二者均僅為示例性實施例，并且應(yīng)當理解，對于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員而言其變化、修改和更 改均可能顯而易見。因此，應(yīng)當了解，所述示例性實施例并非限制本基礎(chǔ)發(fā)明的范圍。
[0046] 術(shù)語表
[0047] 在涉及本發(fā)明的該說明書和權(quán)利要求書中，所使用的各個術(shù)語定義如下：
[0048] 對齊層：如本文所用，是指與液晶層相鄰的影響并對齊液晶層內(nèi)的分子取向的層。 所得的分子對齊和取向可影響穿過液晶層的光。例如，對齊和取向可以將折射特性作用于 入射光。另外，該效應(yīng)可包括光的偏振的改變。
[0049] 電通信：如本文所用，是指受電場影響。就導(dǎo)電材料而言，該影響可由電流的流動 引起或?qū)е码娏鞯牧鲃?。在其他材料中，其可以是電勢場產(chǎn)生的影響，例如永久和感應(yīng)分子 偶極子沿著例如場力線取向的趨勢。
[0050] 通電：如本文所用，是指能夠提供電流或者其內(nèi)存儲有電能的狀態(tài)。
[0051] 通電取向：如本文所用，是指當受到由能量源供電的勢場的效果的影響時，液晶分 子的取向。例如，如果能量源以導(dǎo)通或斷開狀態(tài)操作，那么包含液晶的裝置可具有一種通電 取向。在其他實施例中，通電取向可沿著受所施加的能量的量影響的規(guī)模變化。
[0052] 能量：如本文所用，是指使物理系統(tǒng)做功的能力。本發(fā)明中的多種用途可能涉及在 做功的過程中能夠執(zhí)行電動作的能力。
[0053] 能源：如本文所用，是指能夠供能或者使生物醫(yī)學裝置處于通電狀態(tài)的裝置。
[0054] 能量采集器：如本文所用，是指能夠從環(huán)境中提取能量并將其轉(zhuǎn)化為電能的裝置。
[0055] 眼內(nèi)鏡片：如本文所用，是指嵌入眼睛內(nèi)的眼科鏡片。
[0056] 鏡片形成混合物或反應(yīng)性混合物或反應(yīng)性單體混合物（RMM):如本文所用，是指 可被固化并交聯(lián)或可被交聯(lián)而形成眼科鏡片的單體或預(yù)聚物材料。各種實施例可包括鏡片 形成混合物，其中所述鏡片形成混合物具有一種或多種添加劑，例如：紫外線阻斷劑、著色 劑、光引發(fā)劑或催化劑、以及眼科鏡片（例如接觸鏡片或眼內(nèi)鏡片）可能需要的其他添加 劑。
[0057] 鏡片形成表面：如本文所用，是指用來模塑鏡片的表面。在一些實施例中，任何此 類表面可具有光學質(zhì)量表面光潔度，這表示它足夠光滑并且被形成使得鏡片表面在光學上 是合格的，所述鏡片表面通過與模塑表面接觸的鏡片形成混合物的聚合而形成。此外，在一 些實施例中，鏡片形成表面可具有為應(yīng)用到鏡片表面期望的光學特性所必需的幾何形狀， 包括例如球面形狀、非球面形狀以及柱面度數(shù)、波前像差矯正和角膜形貌矯正。
[0058] 液晶：如本文所用，是指具有常規(guī)液態(tài)與固態(tài)晶體之間的屬性的物態(tài)。液晶不能以 固體表征，但其分子表現(xiàn)出某種程度的對齊。如本文所用，液晶不限于特定的相或結(jié)構(gòu)，但 液晶可具有特定的靜息取向。液晶的取向和相可通過外力操縱，例如溫度、磁力或電力，具 體取決于液晶的類別。
[0059] 鋰離子電池：如本文所用，是指其中鋰離子運動穿過電池以產(chǎn)生電能的電化學電 池。這種通常稱之為電池組（battery)的電化學電池可以其典型形式重新通電或重新充 電。
[0060] 介質(zhì)插入物或插入物：如本文所用，是指能夠在眼科鏡片內(nèi)支承能量源的可成形 的或剛性的基底。在一些實施例中，介質(zhì)插入物還包括一個或多個可變光學部分。
[0061] 模具：如本文所用，是指可用于利用未固化制劑來形成鏡片的剛性或半剛性物體。 一些優(yōu)選的模具包括形成前彎曲模具部件和后彎曲模具部件的兩個模具部件。
[0062] 眼科鏡片：如本文所用，是指駐留在眼睛中或眼睛上的任何眼科裝置。這些裝置可 提供光學校正或可為裝飾性的。例如，術(shù)語鏡片可指用于矯正或改進視力或用于增強眼部 生理美容（例如虹膜顏色）而不妨礙視力的接觸鏡片、眼內(nèi)鏡片、覆蓋鏡片、眼部插入物、光 學插入物或其他類似裝置。在一些實施例中，本發(fā)明的優(yōu)選鏡片是由有機硅彈性體或水凝 膠制成的軟性接觸鏡片，其中水凝膠包括例如有機硅水凝膠和含氟水凝膠。
[0063] 光學區(qū)：如本文所用，是指眼科鏡片佩戴者可透過眼科鏡片看到的區(qū)域。
[0064] 功率：如本文所用，是指每單位時間內(nèi)所做的功或所傳遞的能量。
[0065] 可再充電或可再通電：如本文所用，是指能夠被恢復(fù)到以較高性能進行工作的狀 態(tài)。在本發(fā)明內(nèi)的許多用途可與能夠在一定恢復(fù)時間段內(nèi)使電流以一定速率流動的恢復(fù)能 力相關(guān)。
[0066] 再通電或再充電：如本文所用，是指使能量源恢復(fù)到具有較高工作容量的狀態(tài)。本 發(fā)明中的多種用途可涉及恢復(fù)裝置使得電流在特定的恢復(fù)時間段內(nèi)以特定速率流動的能 力。
[0067] 從模具脫離：如本文所用，是指鏡片與模具完全分離，或只松散地附接，從而使其 可通過輕輕晃動而取出或用棉簽推離。
[0068] 靜息取向：如本文所用，是指液晶裝置的分子的取向處于其靜息、非通電狀態(tài)。
[0069] 可變光學：如本文所用，是指改變光學性能例如鏡片的光焦度或偏振角的能力。
[0070] 眼科鏡片
[0071] 參見圖1，示出了形成包括密封和封裝插入物的眼科裝置的設(shè)備100。所述設(shè)備包 括示例性的前彎曲模具102和匹配的后彎曲模具101。眼科裝置的可變光學插入物104和 主體103可位于前彎曲模具102和后彎曲模具101內(nèi)部。在一些示例性實施例中，主體103 的材料可為水凝膠材料，并且可變光學插入物104的所有表面均可被該材料包圍。
[0072] 可變光學插入物104可包括多個液晶層109和110。其他示例性實施例可包括單 個液晶層，其中的一些將在后面部分討論。設(shè)備100可用于建立新型眼科裝置，所述新型眼 科裝置包括具有多個密封區(qū)域的元件的組合。
[0073] 在一些示例性實施例中，具有可變光學插入物104的鏡片可包括剛性中心軟裙邊 設(shè)計，其中包括液晶層109和110的中心剛性光學元件與大氣以及相應(yīng)前表面和后表面上 的角膜表面直接接觸。鏡片材料（通常為水凝膠材料）的軟裙邊附接到剛性光學元件的周 邊，并且剛性光學元件還可將能量和功能性添加到所得的眼科鏡片。
[0074] 參見圖2A和圖2B，分別在200和250處示出了可變光學插入物的示例性實施例的 頂部朝下圖和剖視圖。在該繪圖中，能量源210顯示位于可變光學插入物200的周邊部分 211中。能量源210可包括例如可再充電的薄膜鋰離子電池或基于堿性電池的電池。能量 源210可連接到互連特征214以允許進行互連。例如，225和230處的附件互連件可將能量 源210連接到電路，例如條目205。在其他示例性實施例中，插入物可具有沉積在其表面上 的互連特征。
[0075] 在一些示例性實施例中，可變光學插入物200可包括撓性基底。此撓性基底可通 過與前述類似的方式或通過其他方式形成為近似于典型鏡片形式的形狀。然而，為了增加 另外的柔韌性，可變光學插入物200可包括另外的形狀特征，例如，沿其長度的徑向切口。 可存在例如由205標明的多個電子部件，例如集成電路、分立元件、無源元件以及可另外包 括的此類裝置。
[0076] 還示出了可變光學部分220?？赏ㄟ^施加電流以流過可變光學插入物，在此期間通 常可改變橫跨液晶層建立的電場，由此可改變可變光學部分220。在一些示例性實施例中， 可變光學部分220包括位于兩層透明基底之間的液晶薄層?？纱嬖谕ǔＭㄟ^電子電路205 的動作來電激活和電控制可變光學部件的多種方式。電子電路可以各種方式接收信號并且 也可連接到感測元件，所述感測元件也可位于插入物（諸如，條目215)中。在一些示例性 實施例中，可變光學插入物可封裝到鏡片裙邊255中，所述鏡片裙邊255可包含水凝膠材料 或其他合適的材料以形成眼科鏡片。在這些示例性實施例中，眼科鏡片可包括眼科裙邊255 和封裝的眼科鏡片插入物200,所述眼科鏡片插入物200自身可包括液晶材料層或區(qū)域或 者包括包含液晶材料的層或區(qū)域。
[0077] 包括液晶元件的可奪光學插入物
[0078] 參見圖3,條目300,可觀察到兩個不同形狀的鏡片件的鏡片效果的圖示。如前所 述，可通過將電極和液晶層系統(tǒng)包封在兩個不同形狀的鏡片部分內(nèi)來形成本發(fā)明領(lǐng)域的可 變光學插入物。電極和液晶層系統(tǒng)可占據(jù)鏡片件之間的空間，如在350處所示。在320處， 可觀察到前彎曲件，并且在310處，可觀察到后彎曲件。
[0079] 在非限制性例子中，前彎曲件320可具有與空間350相互作用的凹形表面。在一 些實施例中，此形狀可被進一步地表征為具有示為330的曲率半徑和焦點335。在本發(fā)明領(lǐng) 域的范圍內(nèi)可形成具有不同參數(shù)特征的其他更復(fù)雜形狀；然而為了圖示說明，可示出簡單 的球形形狀。
[0080] 按照類似的以及另外非限制性的方式，后彎曲件310可具有與空間350相互作用 的凸形表面。在一些實施例中，此形狀可被進一步地表征為具有示為340的曲率半徑和焦 點345。在本發(fā)明領(lǐng)域的范圍內(nèi)可形成具有不同參數(shù)特征的其他更復(fù)雜形狀；然而為了圖 示說明，可示出簡單的球形形狀。
[0081] 為了闡釋示為300的類型的鏡片的操作方式，構(gòu)成條目310和320的材料可具有 數(shù)值為η的折射率。在非限制性例子中，可在空間350內(nèi)選用液晶復(fù)合材料以匹配此折射 率值。因此，當光線穿過鏡片件310和320以及空間350時，它們將不以調(diào)整聚焦特性的方 式作用于各種界面。在其功能中，未示出的鏡片部分可激活各個部件的通電，由此可導(dǎo)致空 間350中的液晶層對入射光線呈現(xiàn)不同的折射率。在非限制性例子，可降低所得的折射率。 現(xiàn)在，在每個材料界面處，光的路徑可被建模成基于表面的聚焦特性和折射率的變化而進 行改變。
[0082] 此模型可基于斯涅爾定律：sin( Θ ^/sin( Θ 2) = Ii2Ai1。例如，界面可由件320和 空間350形成，Q1可為入射光線與界面處的表面法線形成的角度。θ 2可為光線在離開界 面時與表面法線形成的建模角度。η2可表示空間350的折射率并且η 1可表示件320的折 射率。當ηι不等于1!2時，則角度Θ廊Θ 2也將不同。因此，當空間350中的液晶層的電力 可變的折射率改變時，光線將在界面處采取的路徑也將改變。
[0083] 參見圖4,示出了具有嵌入的可變光學插入物410的眼科鏡片400。眼科鏡片400 可具有前曲表面401和后曲表面402。插入物410可具有含液晶層404的可變光學部分 403。在一些示例性實施例中，插入物410可具有多個液晶層404和405。插入物410的部 分可與眼科鏡片400的光學區(qū)重疊。
[0084] 參見圖5,不出了可插入眼科鏡片內(nèi)的具有液晶層530的可變光學部分500?？勺?光學部分500可具有如已在本說明書的其他部分中所討論的相似的材料多樣性和結(jié)構(gòu)關(guān) 聯(lián)性。在一些不例性實施例中，透明電極545可放置在第一透明基底550上。第一鏡片表 面540可包括介電膜，并且在一些示例性實施例中，可包括可放置在第一透明電極545上的 對齊層。在此類示例性實施例中，第一鏡片表面的介電層的形狀可在所示的介電厚度中形 成區(qū)域變化的形狀。此類區(qū)域變化的形狀可為鏡片元件引入超過參照圖3所述的幾何效應(yīng) 的額外聚焦能力。在其他示例性實施例中，成形層可通過在第一透明電極545基底550組 合之上注射模塑而形成。
[0085] 在一些不例性實施例中，第一透明電極545和第二透明電極520可以各種方式成 形。在一些例子中，成形可產(chǎn)生可單獨施加通電的單獨的和分立的形成區(qū)域。在其他例子 中，電極可被成型為圖案，諸如，從鏡片中心到周邊的螺旋形，所述圖案可橫跨液晶層530 施加可變電場。在任一種情況下，除了電極上的介電層成形之外或者取代此類成形，可執(zhí)行 這種電極成形。按照這些方式的電極成形也可在操作時為鏡片元件引入額外的聚焦能力。
[0086] 液晶層530可位于第一透明電極545與第二透明電極520之間。第二透明電極 520可沉積在頂部基底510上，其中從頂部基底510到底部基底550所形成的裝置可包含眼 科鏡片的可變光學部分500。兩個對齊層也可位于介電層上的540和525處并可圍繞液晶 層530。540和525處的對齊層可起到限定眼科鏡片的靜息取向的作用。在一些示例性實 施例中，透明電極層520和545可與液晶層530電通信并且可產(chǎn)生從靜息取向到至少一種 通電取向的取向改變。
[0087] 參見圖6A，不出了可插入眼科鏡片中的具有兩個液晶層620和640的可變光學插 入物600的替代形式。圍繞液晶區(qū)域的各個層的每個方面可具有類似的多樣性，如相對于 圖5中的可變光學插入物500所述。在一些示例性實施例中，對齊層可將偏振靈敏度引入 到單個液晶元件的功能內(nèi)。通過將由第一基底610形成的基于第一液晶的元件（其在空間 中圍繞620和第二基底630的居間層可具有第一偏振選擇）與由第二基底630上的第二表 面形成的基于第二液晶的元件（在空間中圍繞640和第三基底650的居間層具有第二偏振 選擇）結(jié)合，可形成組合，所述組合可允許鏡片的電力可變的聚焦特性，所述鏡片對于入射 到其上的光的偏振方面不敏感。
[0088] 在示例性元件600處，可利用三個基底層來形成具有與500處的例子相關(guān)的各種 類型和多樣性的兩個電活性液晶層的組合。在其他例子中，所述裝置可通過四個不同的基 底的組合來形成。在此類例子中，中間基底630可分成兩層。如果基底在稍后時間進行組 合，則可獲得功能類似于條目600的裝置。四個層的組合可為元件的制造提供方便的例子， 其中可圍繞620和640液晶層構(gòu)造類似的裝置，且處理差異可與限定用于液晶元件的對齊 特征的步驟部分有關(guān)。在其他實施例中，如果示于500處的圍繞單個液晶層的鏡片元件在 旋轉(zhuǎn)九十度時為球?qū)ΨQ的或?qū)ΨQ的，則可通過將兩個件在組裝之前相對于彼此旋轉(zhuǎn)九十度 來將這兩個件組裝成具有600處所示類型的結(jié)構(gòu)。
[0089] 可參照圖6B在條目660處觀察到可供選擇的示例性實施例，此實施例對入射到其 上的入射光的偏振方面不敏感。在660處的實施例中，可觀察到具有圖5相關(guān)討論中所涉 及的類型的單個光學元件，其中610和630處的第一插入件和第二插入件分別圍繞稍后構(gòu) 成620處的液晶元件的活性液晶。如所提及的，對齊液晶元件可對于入射光的不同偏振分 量具有不同的作用。然而，取代組合兩個正交部署的對齊液晶層，可將偏振濾光器層定位在 圖6B中的條目665處。在一些示例性實施例中，偏振濾光器可允許與條目620的對齊一致 的偏振光從其穿過，同時阻斷正交偏振分量。因此，液晶層620的電活性聚焦方面可對入射 到鏡片上的光產(chǎn)生單一效應(yīng)；但僅針對入射光的一個偏振分量。
[0090] 圖6B中的實施例660在665處不出了偏振濾光器，所述偏振濾光器在一些實施例 中可為靜態(tài)的或者在其他實施例中可為電活性的。作為示例性的方式，此層可定位在用于 容納的兩個插入件之間。這種實施例可見于圖6B中，其中偏振元件665可定位在第二插入 件630和第三插入件650之間。在含對齊液晶的光學裝置中可存在與偏振元件的使用相關(guān) 的多種實施例，在非限制性的意義上包括其中偏振元件產(chǎn)生在第一插入件或第二插入件中 的任一者上而非產(chǎn)生在兩個插入件之間的實施例。作為另外一種選擇，液晶層620和相關(guān) 的偏振元件665可例如一起定位在第一插入件和第二插入件之間。
[0091] 包括具有有源和無源方而的單偏振敏感件液晶層的雙隹點眼科裝詈
[0092] 參見圖6C，不同類型的裝置可源自形成具有液晶層的眼科裝置。在圖6A和圖6B 相關(guān)的實施例中，對齊液晶層的單個層對于入射光的不同偏振分量具有不同的反應(yīng)，可按 照不同的方式利用這種特性來產(chǎn)生裝置，所述裝置將光的單一光學或聚焦方面遞送到使用 者的視網(wǎng)膜。在圖6C相關(guān)的不同類型的裝置中，液晶材料的單個對齊層對于入射光的不同 偏振分量具有不同的作用，此事實可限定眼科裝置功能的一部分。此類裝置可被表征為一 種類型的雙焦點眼科裝置，所述雙焦點眼科裝置包括單偏振敏感性液晶層。圖4所述類型 的眼科鏡片400可具有包括液晶層的插入物500。已描述的各種類型的層可通過對齊層進 行對齊，并且因此可對于特定偏振態(tài)具有敏感性。如果所述裝置具有聚焦調(diào)節(jié)功能并且具 有單個對齊液晶層，或者作為另外一種選擇，所述裝置為其中一個液晶層相對于另一個液 晶層沿正交方向進行對齊并且一個液晶層相對于另一個液晶層通電到不同水平的雙層裝 置，則入射到眼科鏡片400上的光670可針對每個偏振方向而分解成兩種不同的聚焦特性。 如圖所不，一個偏振分量681可沿著路徑680聚焦到焦點682,而另一個偏振分量691可沿 著路徑690聚焦到焦點692。
[0093] 在最新型眼科裝置中，存在一類雙焦點裝置，所述所焦點裝置同時將多種聚焦圖 像提供到使用者的眼睛。人的大腦可具有分辨兩個圖像以及感知不同圖像的能力。圖6C 處的裝置可以優(yōu)異的方式來遞送這種雙焦點能力。并非攔截整個圖像的區(qū)域并且將它們以 不同方式進行聚焦，圖6C所示類型的液晶層可將光670橫跨整個可見窗分成兩個偏振分量 681和691。只要入射光670不具有偏振優(yōu)先權(quán)，則圖像應(yīng)看起來類似于僅具有任一聚焦 特性的情況。在其他示例性實施例中，此類眼科裝置可與光源進行配對以使其顯現(xiàn)放大的 圖像，所述光源利用限定的偏振進行投影以實現(xiàn)不同的效果，例如，顯示具有選定偏振的信 息。液晶顯示器可固有地提供此類環(huán)境條件，因為光可以限定的偏振特性從此類顯示器射 出?？纱嬖谌缦露鄠€實施例，所述實施例可源自利用多焦點特性來平衡所述裝置的能力。
[0094] 在其他示例性實施例中，有源地控制所述裝置的焦點的能力可允許所述裝置具有 一系列雙焦點狀態(tài)。靜息狀態(tài)或非通電狀態(tài)可包括雙焦點，其中一個偏振為離焦的并且另 一個偏振聚焦在中距離上。在其他實施例中，激活時，中距離分量可進一步地聚焦到近距成 像或者一系列焦距。雙焦點特性可允許使用者感知同時具有位于不同距離處的聚焦圖像的 距離環(huán)境，這可具有多種優(yōu)點。
[0095] MM
[0096] 微注射模塑實施例可包括例如聚（4-甲基戊-1-烯）共聚物樹脂，其可用于形成 直徑介于約6mm到IOmm之間、前表面半徑介于約6mm到IOmm之間、后表面半徑介于約6mm 到IOmm之間、以及中心厚度介于約0· 050mm和I. Omm之間的鏡片。一些示例性實施例包括 這樣的插入物，其直徑為約8. 9_，前表面半徑為約7. 9_，后表面半徑為約7. 8_，中心厚 度為約0. 200mm，邊緣輪廓為約0. 050mm半徑。
[0097] 可將圖1的可變光學插入物104放置在用于形成圖1中的眼科鏡片的模具部件 101和102中。模具部件101和102材料可包括例如以下一種或多種：聚丙烯、聚苯乙烯、 聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、和改性聚烯烴。其他模具可包括陶瓷或金屬材料。
[0098] 優(yōu)選的脂環(huán)族共聚物含有兩種不同的脂環(huán)族聚合物。各種等級的脂環(huán)族共聚物可 具有105°C至160°C范圍內(nèi)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。
[0099] 在一些示例性實施例中，本發(fā)明的模具可包括聚合物，諸如，聚丙烯、聚乙烯、聚苯 乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、主鏈上具有脂環(huán)烴部分的改性聚烯烴、以及環(huán)狀聚烯烴。這種共 混物可用于任何一半或兩半模具上，其中優(yōu)選的是將這種共混物用于后曲面，而前曲面包 含脂環(huán)族共聚物。
[0100] 在根據(jù)本發(fā)明的制備模具100的一些優(yōu)選方法中，按照已知的技術(shù)進行注射模 塑；然而，示例性實施例也可以包括用其他技術(shù)成型的模具，所述其他技術(shù)包括例如：車床 加工、金剛石車削、或激光切割。
[0101] 通常，在兩個模具部件101和102的至少一個表面上形成鏡片。然而，在一些實施 例中，鏡片的一個表面可由模具部件101或102形成，并且鏡片的另一個表面可以用車床加 工方法或其他方法形成。
[0102] 在一些不例性實施例中，優(yōu)選的鏡片材料包括含有機娃的組分。"含有機娃的組 分"是指在單體、大分子單體或預(yù)聚物中含至少一個[-Si-O-]單元的組分。優(yōu)選地，以含 有機硅的組分的總分子量計，所有Si和所連接的O在含有機硅的組分中以大于約20重 量％，還更優(yōu)選地大于30重量％的量存在?？捎玫陌袡C硅的組分優(yōu)選地包含可聚合的 官能團，諸如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、乙烯基、N-乙烯基內(nèi)酰胺、 N-乙烯基酰胺和苯乙烯基官能團。
[0103] 在一些示例性實施例中，圍繞插入物的眼科鏡片裙邊（也稱為插入物封裝層）可 包含標準水凝膠眼科鏡片制劑。具有可合格地匹配多種插入物材料的特性的示例性材料可 包括例如那拉菲康族（包括那拉菲康A(chǔ)和那拉菲康B)和依他菲康族（包括依他菲康A(chǔ))。 下文將對與本領(lǐng)域一致的材料性質(zhì)進行更全面的技術(shù)討論。本領(lǐng)域中的技術(shù)人員可認識 到，除所討論的那些材料之外的其它材料還可形成被密封和封裝插入物的合格的封裝件或 部分封裝件，并且應(yīng)將其視為符合并包含在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
[0104] 合適的含有機硅的組分包括由式I表示的化合物
[0105]
[0106] 其中
【權(quán)利要求】
1. 一種具有可變光學插入物的眼科鏡片裝置，所述眼科鏡片裝置具有光學區(qū)和非光學 區(qū)，所述眼科鏡片裝置包括： 可變光學插入物，所述可變光學插入物包括所述光學區(qū)內(nèi)的至少一部分并包括插入物 前彎曲件和插入物后彎曲件，其中所述前彎曲件的后表面和所述后彎曲件的前表面至少在 所述光學區(qū)內(nèi)的所述部分中具有不同的表面曲率半徑； 能量源，所述能量源至少在包括所述非光學區(qū)的區(qū)域中嵌入所述插入物中；并且 所述可變光學插入物包括液晶材料層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的眼科鏡片裝置，其中所述鏡片為接觸鏡片。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的眼科鏡片裝置，還包括： 鄰近所述前彎曲件的后表面的第一導(dǎo)電材料層；和 鄰近所述后彎曲件的前表面的第二導(dǎo)電材料層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的眼科鏡片裝置，其中當橫跨第一電極材料層和第二電極材料 層施加電勢時，所述液晶材料層改變其有效折射率，從而影響穿過所述液晶材料層的光線。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的眼科鏡片裝置，其中所述可變光學插入物改變所述鏡片的聚 焦特性。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的眼科鏡片裝置，還包括處理器。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的眼科鏡片裝置，還包括電路，其中所述電路控制電能從所述 能量源到所述第一電極層和第二電極層的流動。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的眼科鏡片裝置，還包括偏振元件。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的眼科鏡片裝置，其中包括兩個正交偏振分量的入射光被聚 焦，所述兩個分量具有不同的聚焦特性。
10. -種具有可變光學插入物的眼科鏡片裝置，所述眼科鏡片裝置具有光學區(qū)和非光 學區(qū)，所述眼科鏡片裝置包括： 可變光學插入物，所述可變光學插入物包括所述光學區(qū)內(nèi)的至少一部分并包括插入物 前彎曲件、中間彎曲件和插入物后彎曲件，其中所述前彎曲件的后表面和所述中間彎曲件 的前表面至少在所述光學區(qū)內(nèi)的所述部分中具有不同的曲率半徑； 能量源，所述能量源至少在包括所述非光學區(qū)的區(qū)域中嵌入所述插入物中；并且 所述可變光學插入物至少包括第一液晶材料層和第二液晶材料層。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的眼科鏡片裝置，其中所述鏡片為接觸鏡片。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的眼科鏡片裝置，還包括： 鄰近所述前彎曲件的后表面的第一電極材料層；和 鄰近所述中間彎曲件的前表面的第二電極材料層；并且 其中所述第一液晶材料層在所述第一電極材料層和所述第二電極材料層之間。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的眼科鏡片裝置，其中 當橫跨所述第一電極材料層和所述第二電極材料層施加電勢時，所述第一液晶材料層 改變其折射率，從而影響穿過所述第一液晶材料層的光線。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的眼科鏡片裝置，其中所述可變光學插入物改變所述鏡片的 聚焦特性。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的眼科鏡片裝置，其中所述中間彎曲件為已接合在一起的兩 個彎曲件的組合。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的眼科鏡片裝置，還包括 電路，其中所述電路控制電能從所述能量源到所述第一電極層和第二電極層的流動。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的眼科鏡片裝置，其中所述電路包括處理器。
18. -種具有可變光學插入物的眼科鏡片裝置，所述眼科鏡片裝置具有光學區(qū)和非光 學區(qū)，所述眼科鏡片裝置包括： 可變光學插入物，所述可變光學插入物包括所述光學區(qū)內(nèi)的至少一部分并包括插入物 前彎曲件、中間彎曲件和插入物后彎曲件，其中所述前彎曲件的后表面和所述中間彎曲件 的前表面至少在所述光學區(qū)內(nèi)的所述部分中具有不同的曲率半徑； 能量源，所述能量源至少在包括所述非光學區(qū)的區(qū)域中嵌入所述插入物中；并且 所述可變光學插入物至少包括第一液晶材料層和偏振元件。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的眼科鏡片裝置，其中所述鏡片為接觸鏡片。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的眼科鏡片裝置，還包括： 鄰近所述前彎曲件的后表面的第一電極材料層；和 鄰近所述中間彎曲件的前表面的第二電極材料層。
【文檔編號】G02C7/04GK104460036SQ201410475468
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月17日
【發(fā)明者】B. 普格 R., A. 弗里特施 F., D. 里亞爾 J., 潘多吉勞-斯 P., 托納 A., V. 塔比里安 N., 塞拉克 S., 尤斯科瓦 O., 德斯奧 L. 申請人:莊臣及莊臣視力保護公司