制造像差校正梯度折射率透鏡的系統(tǒng)和方法
【專利說明】制造像差校正梯度折射率透鏡的系統(tǒng)和方法
[0001]政府許可權(quán)利
[0002]本發(fā)明根據(jù)自然科學(xué)基金授予的資助號IIP0637355和IIP0822695受到政府的支持。政府擁有本發(fā)明的某些權(quán)利。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明的各種實(shí)施例通常涉及制造定制透鏡的系統(tǒng)和方法。更加具體地，一些實(shí)施例涉及制造像差校正梯度折射率透鏡的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0004]透鏡是能用來改變光的運(yùn)動表現(xiàn)的物體。例如，透鏡能使光穿過并向焦點(diǎn)折射。透鏡通常由塑料或玻璃做成，能廣泛用于各類應(yīng)用和成像系統(tǒng)。例如，透鏡存在于雙筒望遠(yuǎn)鏡、望遠(yuǎn)鏡、內(nèi)窺鏡探頭、顯微鏡、投影儀、照相機(jī)以及放映機(jī)都使用透鏡。此外，諸如眼鏡和隱形眼鏡等校正透鏡能用于視覺損傷的校正(例如，散焦、散光和高階像差)。
[0005]考慮到目的類型和應(yīng)用的多樣性，傳統(tǒng)上貯備有可能需要的所有透鏡是不實(shí)際的。例如，對于校正透鏡而言，校正的精度受限于能經(jīng)濟(jì)地加工和貯備的透鏡的數(shù)量。因此，增加精細(xì)分度或高階像差(例如慧形像差)會改善病人的視力，但會以更大的存量為代價(jià)，這使得制造和維護(hù)更為昂貴。此外，制造定制的校正多種像差的透鏡的傳統(tǒng)系統(tǒng)昂貴并有明顯的滯后。因此，就需要能有效地制造定制透鏡的系統(tǒng)和方法。
[0006]概述
[0007]實(shí)施例包括可用于制造定制的像差校正梯度折射率透鏡(例如人工晶體)的方法、系統(tǒng)和設(shè)備。在某些實(shí)施例中，像差數(shù)據(jù)是被接收的。該像差數(shù)據(jù)可對應(yīng)于針對病人的測量數(shù)據(jù)、用于校正特定像差的具體規(guī)格(例如，屈光度為2的近視)，也可表示不存在像差(例如具有良好視力但卻需要人工晶體的人)，和/或能用于生成特別像差的任意函數(shù)。例如，在某些實(shí)施例中，該任意函數(shù)可用于生成多焦點(diǎn)的、擴(kuò)展的焦深等。
[0008]像差數(shù)據(jù)能被處理，相反映射能被產(chǎn)生用以補(bǔ)償該像差數(shù)據(jù)。然后對應(yīng)于該相反映射的強(qiáng)度圖樣被投影到透鏡毛坯上(例如，使移動單體局部聚合)，以制造帶有梯度折射率用以校正、補(bǔ)償、和/或生成該像差的曝光透鏡。例如，在某些實(shí)施例中，透鏡可以是人工晶體，數(shù)據(jù)可以通過使用波前傳感器測量病人眼內(nèi)像差產(chǎn)生(例如，光學(xué)相位分布來校正散焦或散光)。
[0009]曝光透鏡能在其被泛光固化固定之前在富含單體的環(huán)境中顯影。在至少一個(gè)實(shí)施例中，透明模具能夠用來保持透鏡毛胚。在對曝光透鏡在富含單體的環(huán)境中顯影之前，能夠?qū)⑵毓馔哥R從該透明模具中移出。在一些實(shí)施例中，富含單體的環(huán)境能夠在曝光透鏡的兩側(cè)。
[0010]用于通過使用多階段聚合過程制造定制透鏡的系統(tǒng)能包括曝光室、光學(xué)圖樣生成器、光學(xué)窗口、材料遞送子系統(tǒng)、和/或擴(kuò)散室。曝光室能為用于形成定制梯度折射率透鏡(例如，人工晶體、隱形眼鏡、望遠(yuǎn)鏡頭、顯微鏡頭或內(nèi)窺鏡頭)的材料提供場所。該材料能包括光敏液體，該光敏液體擁有曝光在光學(xué)強(qiáng)度圖樣中能局部聚合的移動單體。光學(xué)圖樣生成器能被配置成接收像差數(shù)據(jù)并通過形成定制梯度折射率來產(chǎn)生強(qiáng)度圖樣以補(bǔ)償該像差數(shù)據(jù)。
[0011 ] 光學(xué)窗口能被配置成將曝光室與光學(xué)圖樣生成器分離。根據(jù)某些實(shí)施例，該光學(xué)窗口允許強(qiáng)度圖樣進(jìn)入曝光室從而生成曝光透鏡(例如，通過形成模具的上表面)。該光學(xué)窗口能包括固態(tài)層，例如用以提供力學(xué)支持和形狀保持。在某些實(shí)施例中，該固態(tài)層能被注入液體以提供可補(bǔ)充的釋放層。材料遞送子系統(tǒng)能被配置成將材料遞送到曝光室。擴(kuò)散室能被配置成使擴(kuò)散垂直于曝光透鏡的表面進(jìn)行。在某些實(shí)施例中，該擴(kuò)散室能夠是曝光室。
[0012]本發(fā)明的實(shí)施例還包括計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，其包含引起一個(gè)或多個(gè)處理器來執(zhí)行上述方法的指令集、上述方法的變化和本文描述的其它操作。
[0013]雖然公開了多種實(shí)施例，但從下文表示和描述了本發(fā)明的說明性實(shí)施例的具體描述，本發(fā)明的其它實(shí)施例對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言將變得非常明顯。正如他們會意識到的，本發(fā)明能夠在多個(gè)方面進(jìn)行修改，但都不會背離本發(fā)明的范圍。據(jù)此，附圖和具體實(shí)施例將本質(zhì)上被視為說明性的而非限制性的。
【附圖說明】
[0014]本發(fā)明的實(shí)施例將通過以下【附圖說明】的使用得到描述和解釋:
[0015]圖1按照本發(fā)明的多種實(shí)施例給出了加工環(huán)境的高階方框圖，可在該環(huán)境中制造像差校正梯度折射率透鏡；
[0016]圖2按照本發(fā)明的某些實(shí)施例說明了加工環(huán)境的簡化實(shí)體布局；
[0017]圖3A-3B按照本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例表示了透鏡的解釋；
[0018]圖4是一組關(guān)于制造定制透鏡操作的流程圖，按照本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例所作；
[0019]圖5是一組關(guān)于制造定制透鏡操作的流程圖，按照本發(fā)明的多種實(shí)施例所作；以及
[0020]圖6舉例說明了可用于本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
[0021]這些附圖不一定依比例繪成。例如，圖中的一些要素的尺寸可能被放大或縮小，以幫助提高對本發(fā)明實(shí)施例的理解。同樣地，出于討論本發(fā)明的某些實(shí)施例的目的，一些組件和/或操作可能被分成不同小塊或組合成一塊。此外，盡管本發(fā)明能夠經(jīng)受不同的修改和替代形式，但具體實(shí)施例通過附圖中的例子得到體現(xiàn)并在下文進(jìn)行細(xì)節(jié)描述。然而，本發(fā)明并不是將該發(fā)明限定于所描述的特定實(shí)施例。相反，本發(fā)明是為了涵蓋落入本發(fā)明由所附的權(quán)利要求書所限定的保護(hù)范圍內(nèi)的所有修改、等同和替代。
具體實(shí)施例
[0022]本發(fā)明的多種實(shí)施例通常涉及制造定制透鏡的系統(tǒng)和方法(例如人工晶體、隱形眼鏡、望遠(yuǎn)鏡頭、顯微鏡頭、內(nèi)窺鏡頭等)。更具體地，某些實(shí)施例涉及制造像差校正梯度折射率透鏡的系統(tǒng)和方法以及制造具有定制的光學(xué)和/或力學(xué)性能的透鏡(例如，針對個(gè)體患者)的經(jīng)濟(jì)方法的技術(shù)。此外，為了最小化切口大小、匹配生理需求或訪問需求，能夠使用多階段聚合過程來允許透鏡模量在插入之后被改變(例如插入病人或設(shè)備之中)。
[0023]例如，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中，聚合物材料和新型處理技術(shù)能用來制造具有改良的視覺性能和易于植入的有晶體眼的或人工晶狀體眼的人工晶體。目前的人工晶體通過彎曲曲面透鏡前后表面處的光線來校正病人的視力。本公開方法的多種實(shí)施例在透鏡上增加二維或三維的梯度折射率，以提供對透鏡性能明顯更好的控制。因?yàn)槿搜鄣木铙w是梯度折射率結(jié)構(gòu)，所以存在這樣的生理動機(jī)，即這種程度的控制是重要的。定制這種梯度結(jié)構(gòu)的能力為個(gè)體患者提供了明顯的潛在視覺好處。人眼的運(yùn)行遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到理論上的衍射極限性能。在視覺校正的今天，這給予我們靈感通過定制眼鏡和隱形眼鏡來校正超過傳統(tǒng)的散焦和散光以外的像差。這些“高階像差校正”方法具有明顯的缺點(diǎn)，即人造透鏡不能相對于眼睛固定。普通的眼鏡在這一點(diǎn)上特別明顯，而隱形眼鏡的移動也可能限制校正的程度。另一方面，人工晶體在插入之后能相對于眼睛固定，因此為像差校正提供了一個(gè)理想的位置。所提出的方法的多種實(shí)施例應(yīng)當(dāng)使得視力校正超過20/20。
[0024]某些實(shí)施例提供了多焦點(diǎn)透鏡的構(gòu)造(例如多焦點(diǎn)人工晶體)。多焦點(diǎn)透鏡可通過沿著光軸在不同距離處生成多個(gè)同時(shí)聚焦的圖像來彌補(bǔ)缺少調(diào)節(jié)。視覺系統(tǒng)拒絕散焦圖像，并集中在最近的焦內(nèi)圖像上。然而，用戶抱怨炫光和低對比度。目前的多焦點(diǎn)透鏡將透鏡分成多個(gè)環(huán)孔，每一個(gè)環(huán)孔都有一個(gè)具有不同焦距的菲涅耳透鏡。這有許多缺點(diǎn)，包括衍射的顏色和位于透鏡間的尖銳過渡的發(fā)散。相反，在梯度折射率(GRIN)結(jié)構(gòu)中體現(xiàn)的額外程度的自由能用來使得多焦點(diǎn)具有非常低的色散、平滑的過渡和更好的散焦性能。例如，梯度折射率透鏡(the GRIN lens)能夠設(shè)計(jì)成控制來自其它焦點(diǎn)的散焦光線的位置以最小化視覺干擾。
[0025]最后，對建構(gòu)透鏡力學(xué)性能的最終固化的使用可在調(diào)節(jié)人工晶體時(shí)有用。它們接到眼睛的睫狀體上，用于改變其形狀從而改變焦距，正如天然晶狀體一樣。修改透鏡三維折射率和三維模量的能力能使睫狀運(yùn)動最優(yōu)耦合從而修改透鏡焦距。
[0026]為了方面起見，盡管本發(fā)明的實(shí)施例被描述為關(guān)于制造定制透鏡，但本發(fā)明的實(shí)施例同樣適用于多種其它類型的光學(xué)設(shè)備，包括而不限于，全息圖、衍射光柵和光波導(dǎo)。
[0027]在以下的描述中，出于解釋的目的，所陳述的許多具體細(xì)節(jié)是為了提供對本發(fā)明具體實(shí)施例的透徹理解。然而，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，本發(fā)明的實(shí)施例可在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下得到實(shí)施是很明顯的。本發(fā)明的實(shí)施例可作為計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品提供，這一產(chǎn)品可包括具有存