(57)【要約】      （修正有）【課題】表面上又は内部にナノ構造化されたメタ表面素子を有する媒体インサートを有する眼用装置を提供する。【解決手段】媒体インサート１００は、視力矯正を与えるための機能を有することのできるオプティカルゾーン１２０を含み、電池などのエネルギー印加素子１１０及び半導体ダイなどの電子要素１０５が組み込まれた基板１１５からなる、オプティカルゾーン１２０内ではない部分を有し、媒体インサート１００は眼用装置１５０に組み込むことができることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
眼用装置インサートを形成するための方法であって、
１０，０００ｎｍ２よりも小さいか又はそれに概ね等しい表面積を有するナノスケール金属特徴部を基材上に置くことと、
前記ナノスケール金属特徴部を有する基材を三次元形状に形成することと、
前記三次元形状に形成された基材をインサート内に取り付けることと、を含む、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法を用いて眼用装置を形成するための方法であって、
前記インサートを成形型内に置くことと、
前記インサートを前記成形型内で反応性混合物により包囲することと、
前記反応性混合物を重合することと、を更に含む、方法。
【請求項３】
前記基材上に置かれるナノスケール金属特徴部の形状及びサイズを、モデリングソフトウェアを含むコンピュータシステム上で設計することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記インサートを成形型内に置くことと、
前記インサートを前記成形型内で反応性混合物により包囲することと、
前記反応性混合物を重合させて眼用装置を形成することと、を更に含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記眼用装置の光学特性を測定することを更に含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
測定から得られた結果を用いて設計プロセスを調節することを更に含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記モデリングシステムに入力されるパラメータが、患者に対して行われる眼科測定により得られる、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記金属特徴部が周期的パターンに配列され、
前記周期的パターンの周期性が７００ｎｍよりも小さいか又はそれに概ね等しいサイズスケールを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
眼用インサート装置を形成するための方法であって、
１０，０００ｎｍ２よりも小さいか又はそれに概ね等しい表面積を有するナノスケール金属特徴部を三次元形状に形成された基材上に置くことと、
前記三次元形状に形成された基材をインサート内に取り付けることと、を含む、方法。
【請求項１０】
眼用インサート装置を形成するための方法であって、
一部が導電性電極を含むナノスケール特徴部を基材上に置くことと、
導電性電極を含む前記特徴部の少なくとも前記一部の上に誘電体コーティングを置くことと、
第１の流体に対する選択性を確立するように前記誘電体コーティングを処理することと、
前記ナノスケール特徴部を有する基材を三次元形状に形成することと、
前記三次元形状に形成された基材をインサート内に取り付けることと、を含む、方法。
【請求項１１】
前記基材の領域を少なくとも２種類の不混和性流体の混合物で充填することを更に含み、前記不混和性流体のうちの１つが第１の流体であり、他の任意の流体が前記処理された誘電体コーティングと逆の濡れ特性を有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１の流体が、金属ナノスケール要素を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記金属ナノスケール要素が、ナノスフェア及びナノロッドのうちの一方又は両方を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記金属ナノスケール要素の表面が、第１の流体に対する溶媒和選択性を確立するために表面結合化学物質により処理される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記金属ナノスケール要素の表面が、第１の流体を避ける溶媒和選択性を確立するために表面結合化学物質により処理される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
請求項１０に記載の方法に従って製造された眼用装置を使用する方法であって、
前記眼用装置を目の表面と瞼との間に配置することを含む、方法。
【請求項１７】
作動信号により前記インサート装置内の機能を作動させることを更に含み、前記機能が、ナノスケールメタ表面特徴部と光の相互作用により、前記インサート装置への入射光の位相特性を調節することに相当する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ナノスケールメタ表面特徴部が、前記インサート内の電極にわたって電位を印加することによりインサート内部に能動的に形成されることにより、対応する濡れ特性を前記第１の流体に生じさせる、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記眼用装置の作動に基づいて使用者により観察される像に対する効果を可視化することを更に含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記電位の印加が、誘電体上のエレクトロウェッティング電極をエネルギー印加素子に接続する電気回路によって行われ、前記エネルギー印加素子が前記眼用装置内に含まれる、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明では、その表面上又は内部にメタ表面素子を有する媒体インサート及びレンズを有する眼用装置について述べる。
【背景技術】
【０００２】
従来、コンタクトレンズ、眼内レンズ、又は涙点プラグなどの眼用装置には、矯正、美容、又は治療的性質を有する生体適合性装置が含まれていた。コンタクトレンズは、例えば、視力矯正機能、美容増進効果、及び治療効果のうちの１つ以上を与えることができる。それぞれの機能は、レンズの物理的特性によって与えられる。レンズに屈折性を取り入れた設計により、視力矯正機能を与えることができる。レンズに色素を取り入れることにより、美容増進効果を与えることができる。レンズに活性薬剤を取り入れることにより、治療的機能を与えることができる。こうした物理的特性は、レンズがエネルギー印加された状態になることなく実現される。涙点プラグは、従来より受動的装置であった。
【０００３】
エネルギー印加された、及びエネルギー印加されない眼用インサートに基づいた新規な眼用装置が最近になって述べられている。これらの装置は、エネルギー印加機能を用いて能動的光学要素に電力供給することができる。
【０００４】
最近になって、表面上に配列されたナノスケールの金属特徴部を有する特殊な表面構造の製造により固有のフラットレンズを形成することができることが実証されている。ナノスケール特徴部の単位セル構造の設計を制御することにより、異なる設計を作製することができる。
【０００５】
ナノスケール構造を組み込むことで得られる眼用装置を規定することが有用となりうる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
したがって、本発明は、メタ表面を構成するナノスケール金属特徴部を含む媒体インサートを含む。メタ表面は、特定の光の波長に対するサブ波長サイズの特徴部の繰り返しパターンであってよい。サブ波長サイズの特徴部の相互作用は光と相互作用して、特徴部から再放射される光の位相特性を変化させることができる。特徴部は、この意味で、ナノスケールアンテナと考えることもできる。インサート上にナノスケール金属特徴部を形成するための多くの方法が存在しうるものであり、これらのインサートを眼用材料のレンズスカート中に封入することによって眼用装置を形成することができる。
【０００７】
特定の実施形態では、インサート装置は、インサート装置の表面の少なくとも一部にわたった周期的パターンにナノスケール金属特徴部を形成することによって形成することができる。この周期的パターンは、可視光の異なる波長に概ね等しいか、又はそれよりも小さい周期性の長さ係数を有しうる。特定の実施形態では、金属特徴部の形状及びサイズ因子の設計は、ナノスケール特徴部の所望の位相特性のモデリングに基づいて決定することができる。メタ表面素子に入射する光は、異なる位相特性となって出射しうるが、これをモデル化することができる。この設計は、構造、レイアウト、特徴部の位置、及び他の因子、並びに光に対する所望の効果の性質が自己無撞着モデルにおいて使用されるアブイニシオモデリングプロセスとすることができる。また、過去の結果に基づいて調整が行われるトライアル設計に基づいた反復モデリングを使用することもできる。特定の実施形態では、ナノスケール金属表面の所望のレンズ特性は、径方向に対称的な調節機能レンズ特性を有しうる。モデルは、径方向の対称性を有する所望の位相特性及び素子の集合体の効果の焦点特性を生成することができる。インサートが三次元的、かつ平面ではなく曲面を有するように形成される場合、メタ表面素子を有する眼用装置の得られたレンズ特性を、三次元空間内の眼用装置及び相当する平面空間としてのメタ表面のモデルに変換するのに有用でありうる推定プロトコルが存在しうる。設計パラメータを与えうるメタ表面の有効焦点特性の推定値が存在しうる。このプロセスは、上記に述べたような反復モデリングプロセスとともに使用することができる。
【０００８】
特定の実施形態では、モデリングプロセスは、ユーザーによってパラメータが与えられ、コンピュータシステム上で動作させることが可能なソフトウェアベースのアルゴリズムの使用によって行うことができる。ユーザーが提供するパラメータは、理論上の必要条件に基づいたものであってよい。その他の場合では、眼科医が患者の眼科的な特性及び矯正の必要性を測定し、これらの必要性をモデリングシステムのパラメータ群として定式化することができる。コンピュータシステムは、特定の実施形態では数値的出力を与えてもよく、又は、空間的に設計された素子を設計データポイントの配列として与えることができる。
【０００９】
光の波長が好ましくは可視スペクトル内である特定の実施形態では、金属特徴部は小さい表面積寸法を有しうる。一例として、メタ表面特徴部は、１０，０００ｎｍ２以下の表面積を有しうる。メタ表面素子の配置の周期性は大きく異なりうる。メタ表面素子は、直線状、極若しくは放射状パターン、又は他の周期的パターンで展開することができる。最も近い隣合う素子同士の間隔は、素子が相互作用する所望の光の波長に関連付けることができる。特定の実施形態では、この間隔は、可視光スペクトル中に生じうる初期の赤のスペクトルよりも小さいか又はこれにほぼ等しくてよい。特定の実施形態では、この間隔又は周期性は、７００ｎｍよりも小さいか又はほぼ等しくてよい。
【００１０】
インサートはレンズスカート中に封入することができる。レンズスカートは、例えばヒドロゲルなどのコンタクトレンズの製造において一般的に使用されている材料で形成することができる。眼用スカートには、目の中でレンズを方向付けするために有用でありうる安定化特徴部を型成形することができる。これらの特徴部は、径方向に対称ではない高次の補正の態様を有するメタ表面レンズ素子において特に有用でありうる。得られた眼用装置に適合しうるインサートの異なる設計を使用することができる。メタ表面素子を有するインサートの表面の全体的な形状は、本質的に凸状であってもよく、又は本質的に凹状であってもよい。眼用装置のインサートに成形することが可能な他の形状には、本開示の範囲内の技術も含まれる。
【００１１】
メタ表面素子の能動的又は非静的な実施形態を作製することもできる。特定の実施形態では、電気エネルギーの作用下でメタ表面素子を形成するか又はその活性を高めるために使用することが可能な特徴部に金属層を形成することができる。能動的に形成された構造の周期性及び形状の態様は、上述の項における考察と同様でありうる。特定の実施形態では、誘電体上のエレクトロウェッティング（Electrowetting on Dielectric）（ＥＷＯＤ）の原理が有用でありうる。ＥＷＯＤ装置内の不混和性流体のうちの１つは、金属ナノスフェア又は金属ナノロッドを含みうる。特定の実施形態では、ナノスフェア又はナノロッドは、ＥＷＯＤ液のうちの一方又は他方に対する選択性を高めるための表面修飾を有しうる。特定の実施形態では、表面修飾は、ナノスケール金属要素に対するリガンド分子の化学的結合によって行うことができる。メタ表面素子が能動的に形成されるインサートの表面は、ＥＷＯＤ液と異なる相互作用をするために好ましい表面自由エネルギーを有する領域を有しうる。特定の実施形態では、ＥＷＯＤ領域の休止状態は、ナノスフェア、ナノロッド、又は他の形状の金属成分を含む流体が空間内に拡散した状態を形成しうる。ＥＷＯＤ装置に電位を印加することにより、領域の選択性を切り替えることが可能であり、これにより、ナノスケール金属成分を含む流体が、メタ表面素子を構成する形状に蓄積することになる。
【００１２】
三次元形状を有するインサートを有するコンタクトレンズを形成することが可能であり、インサートの表面の少なくとも一部が静的又は能動的なメタ表面素子を有してよく、このメタ表面素子はレンズ効果を有しうる。能動的なメタ表面素子を用いる特定の実施形態は、誘電体上のエレクトロウェッティング（Electrowetting on Dielectric）の現象により動作する要素を含みうる。ＥＷＯＤセルの流体中には、場合によりナノスフェア又はナノロッドを含みうるナノスケール成分が存在しうる。流体中のナノスケール成分の表面の修飾は異なる方法で行うことが可能であり、誘電体上のエレクトロウェッティング（Electrowetting on Dielectric）液のうちの１つ以上に対する選択性を変化させるためにナノスケール成分の表面に分子を化学的に結合させることが含まれる。能動的なメタ表面素子を有する実施形態は、インサート内又は眼用装置内に配置された他の要素により制御することが可能な電位に反応することができる。特定の実施形態では、能動的な表面のメタ表面素子の電気的に制御可能な形成により、可変焦点コンタクトレンズを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】エネルギー印加された眼用装置用の媒体インサートの例示的な一実施形態、及びエネルギー印加された眼用装置の例示的な一実施形態を示す。
【図２】本明細書の技術の各態様を実施するうえで有用でありうる組み込まれた一体型インサートを含む様々な特徴を有する例示的なコンタクトレンズを示す。
【図３】図２に示されるものの例示的な代替的実施形態を示す。
【図４】本明細書の技術の各態様を実施するうえで有用でありうる組み込まれた多部品型インサートを含む様々な特徴を有する例示的なコンタクトレンズを示す。
【図５】平坦なメタ表面素子に基づくレンズ、及びレンズとして機能するための双曲線位相プロファイルを有するメタ表面素子の設計に関連した従来技術の態様を示す。
【図６】平坦な基板ではなく、三次元的なレンズ基材に基づいたナノ構造モデリングへの変更を示す。
【図７】レンズをモデル化するうえで有用な位相特性の推定を示す。
【図８】能動的素子及びメタ表面素子を含む例示的な媒体インサートを示す。
【図９】作動時にメタ表面素子を導入する構造を有する例示的な能動的眼用装置を示す。
【図１０】作動時にメタ表面素子を導入する構造を有する代替的かつ例示的な能動的眼用装置を示す。
【図１１】組み込まれた静的メタ表面素子を有する眼用装置を設計及び形成するための例示的な方法を示す。
【図１２】組み込まれた動的メタ表面素子を有する眼用装置を設計及び形成するための例示的な方法を示す。
【図１３】組み込まれた動的メタ表面素子を有する眼用装置を使用するための例示的な方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、目の環境内の電磁放射の変化に影響を与えうるメタ表面要素を有する眼用装置に関する。以下の項では、本発明の各実施形態の詳細な説明を与える。好ましい実施形態及び代替的実施形態の説明はいずれも、あくまで代表的な実施形態に過ぎないものであって、当業者にとって、変形、改変、及び変更が明らかとなりうることは理解される。したがって、これらの代表的な実施形態は、基礎をなす発明の範囲を限定するものではない点は理解されるはずである。
【００１５】
用語
本発明を対象としたこの説明文及び特許請求の範囲においては、以下の定義を適用する様々な用語が用いられうる。
本明細書で使用するところの「エネルギー印加」とは、電流を供給することが可能であるか、又は電気エネルギーを内部に蓄えることが可能である状態を指す。
【００１６】
本明細書で使用するところの「エネルギー」とは、ある物理系が仕事をする能力のことを指す。本発明における使用の多くは、仕事を行う際に電気的動作を行うことが可能な前記能力に関連したものでありうる。
【００１７】
本明細書で使用するところの「エネルギー源」とは、エネルギーを供給するか、又は論理装置若しくは電気的装置をエネルギー印加状態とすることが可能な装置又は層を指す。
【００１８】
本明細書で使用するところの「エネルギーハーベスター」とは、環境からエネルギーを抽出し、これを電気エネルギーに変換することが可能な装置のことを指す。
【００１９】
本明細書で使用するところの「機能化」とは、例えばエネルギー印加、作動、又は制御を含む機能を、層又は装置が行うことを可能にすることを指す。
【００２０】
本明細書で使用するところの「漏れ」とは、エネルギーの望ましくない損失のことを指す。
【００２１】
本明細書で使用するところの「レンズ又は眼用装置」とは、眼内又は眼上に置かれるあらゆる眼用装置を指す。これらの装置は、光学的補正を与えるものであってもよく、美容的なものであってもよく、又は目とは無関係の機能性を与えるものであってもよい。例えば、レンズなる用語は、コンタクトレンズ、眼内レンズ、オーバーレイレンズ、眼用インサート、光学インサート、又は視力を矯正若しくは改変するか、又は、視力を妨げることなく目の生理機能（例えば、虹彩色）を美容的に強調する他の同様の装置のことを指す場合がある。また、レンズは、例えば、血糖値を監視し、薬剤を投与するといった、非光学的機能を与えるものであってもよい。特定の実施形態では、本発明の好ましいレンズは、例えばシリコーンヒドロゲル、及びフルオロヒドロゲルを含む、シリコーンエラストマー又はヒドロゲルで形成されたソフトコンタクトレンズである。
【００２２】
本明細書で使用するところの「レンズ形成混合物、又は反応性混合物若しくは反応性モノマー混合物（ＲＭＭ）」とは、硬化してから架橋するか、又は架橋することにより眼用装置を形成することができるモノマー材料又はプレポリマー材料のことを指す。異なる実施形態は、レンズ形成混合物を、例えばＵＶ遮断剤、染料、光開始剤、又は触媒などのうちの１つ以上の添加剤、及びコンタクトレンズ若しくは眼内レンズなどの眼用装置において望ましい他の添加剤とともに含みうる。
【００２３】
本明細書で使用するところの「レンズ形成表面」とは、レンズを型成形するために使用される表面のことを指す。特定の実施形態では、このような表面はいずれも、型成形表面に接触するレンズ形成材料の重合によって形成されるレンズ表面が光学的に許容可能なものとなるように充分に滑らかに形成されていることを示す光学品質の表面仕上げを有しうる。更に、特定の実施形態では、レンズ形成表面は、レンズ表面に、球面、非球面、及び円筒屈折力、波面収差補正、角膜トポグラフィ補正など、並びにこれらの任意の組み合わせを含む（ただしこれらに限定されない）所望の光学特性を付与するうえで必要とされる幾何学形状を有することができる。
【００２４】
本明細書で使用するところの「リチウムイオンセル」とは、リチウムイオンがセルを通じて移動することにより電気的エネルギーを発生する電気化学セルのことを指す。一般的に電池と呼ばれるこの電気化学セルは、その通常の形態では、再エネルギー印加又は再充電することができる。
【００２５】
本明細書で使用するところの「媒体インサート」とは、エネルギー印加された眼用装置に組み込まれる封入されたインサートのことを指す。エネルギー印加素子及び回路を、媒体インサートに組み込むことができる。媒体インサートは、エネルギー印加された眼用装置の主目的を与えるものである。例えば、エネルギー印加された眼用装置が、使用者に屈折力を調整することを可能とするような実施形態では、媒体インサートは、オプティカルゾーンの流体メニスカス部分を制御するエネルギー印加素子を含みうる。また、媒体インサートは、オプティカルゾーンに材料が存在しない環状のものであってもよい。このような実施形態では、エネルギー印加によるレンズの機能は、光学的性質のものではなく、例えば血糖値の監視、又は有効成分の投与でありうる。
【００２６】
本明細書で使用するところの「メタ表面」とは、周期性をもって配列されたナノスケール特徴部の人工的な組み合わせのことを指す。この組み合わせは、自然の構造とは異なる有用な特性を与える。本明細書の多くの実施形態において、光、特に可視スペクトルの光と特徴部との相互作用により、レンズ装置を構築することが可能となる。
【００２７】
本明細書で使用するところの「成形型」とは、未硬化の配合物からレンズを形成するために使用することが可能な剛性又は半剛性の物体のことを指す。特定の好ましい成形型は、フロントカーブ成形型部分及びバックカーブ成形型部分を形成する２つの成形型部分を含む。
【００２８】
本明細書で使用するところの「ナノスケール」とは、約１マイクロメートルよりも小さい少なくとも１つの寸法を有する特徴部を有する素子のことを指すものであり、したがって、その少なくとも１つの寸法の次元はナノメートルで表すことができる。
【００２９】
本明細書で使用するところの「動作モード」とは、回路上の電流が、その主たるエネルギー印加による機能を装置が行うことを可能とするような高電流引き込み状態のことを指す。
【００３０】
本明細書で使用するところの「オプティカルゾーン」とは、眼用装置の装用者がそこを通じて見る眼用装置の領域のことを指す。
【００３１】
本明細書において使用するところの「電力」とは、単位時間当たりに行われる仕事又は移送されるエネルギーのことを指す。
【００３２】
本明細書で使用するところの「再エネルギー印加可能又は再充電可能な」とは、仕事をするためのより高い能力の状態に回復させることが可能な能力のことを指す。本発明内の多くの使用は、特定の速度で、かつ特定の再定義された時間にわたって電流を流すことができる能力に装置を回復させることに関連したものでありうる。
【００３３】
本明細書で使用するところの「再エネルギー印加する」又は「再充電する」とは、仕事をするためのより高い能力を有する状態にまで回復させることを指す。本発明内の多くの使用は、特定の速度で、特定の再定義された時間の間、電流を流すことができる能力にまで装置を回復させることに関連したものでありうる。
【００３４】
本明細書で使用するところの「基準回路」とは、他の回路での使用に適した、理想的には固定かつ安定した電圧又は電流出力を生じる回路のことを指す。基準回路は、バンドギャップから誘導することが可能で、温度、供給、プロセスの変動について補償することが可能であり、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）に合わせて特に調整することができる。
【００３５】
本明細書で使用するところの「成形型から離型された」とは、成形型から完全に分離されているか、又は軽く揺動することによって取り外すか若しくは綿棒によって押し出すことができるようにごく緩く付着しているレンズのことを意味する。
【００３６】
本明細書で使用するところの「リセット機能」とは、例えば論理状態又はエネルギー印加状態を含む特定の予め決められた状態に回路を設定するための自己誘発アルゴリズム機構のことを指す。リセット機能は、例えば、電源への最初の接続時及び保存モードからの起動時の両方に際してチップの適正な起動（bring-up）を確実に行うためにスイッチング機構と組み合わせて動作することが可能な電源オンリセット回路を含みうる。
【００３７】
本明細書で使用するところの「スリープモード」又は「待機モード」とは、動作モードが必要とされない場合にエネルギーの保存を可能とする、スイッチング機構が閉じられた後のエネルギー印加された装置の低引き込み電流状態のことを指す。
【００３８】
本明細書において使用するところの「積層された」とは、少なくとも２層の構成層を、層のうちの一方の面の少なくとも一部が、第２の層の第１の面と接触するように、互いに近接して配置することを意味する。特定の実施形態では、接着用であるか又は他の機能を行うものかに関わらず、フィルムを、フィルムを介して互いに接触する２つの層の間に配置することができる。
【００３９】
本明細書において使用するところの「積層型集積コンポーネントデバイス」（Stacked Integrated Component Device）すなわちＳＩＣ素子とは、電気的及び電気機械的装置を含みうる基板の薄層を、各層の少なくとも一部分を互いの上に積層することにより、動作可能な集積装置として組み立てるパッケージング技術による製品のことを指す。各層は、様々な種類、材料、形状及びサイズのコンポーネントデバイスを含みうる。更に、各層は、様々な外形に適合してその外形となるように様々なデバイス製造技術により製造することができる。
【００４０】
本明細書において使用するところの「保存モード」とは、電源が最小限の設計の負荷電流を供給しているか又は供給することが求められる、電子要素を含むシステムの状態のことを指す。この用語は、待機モードと互換可能ではない。
【００４１】
本明細書において使用するところの「基板インサート」とは、眼用レンズ内部のエネルギー源を支持することが可能な成形可能又は剛性の基板のことを指す。特定の実施形態では、基板インサートは、１つ以上の要素も更に支持する。
【００４２】
本明細書において使用するところの「スイッチング機構」とは、眼用装置とは独立した、外部刺激に対して反応することが可能な異なるレベルの抵抗を与える、回路に統合された要素のことを指す。
【００４３】
本明細書において使用するところの「三次元の」とは、基本的に非平面状の形状又は表面のことを指す。
【００４４】
エネルギー印加された眼用装置
図１に進むと、エネルギー印加された眼用装置及び対応するエネルギー印加された眼用装置１５０の媒体インサート１００の代表的な一実施形態が示されている。媒体インサート１００は、視力矯正を与えるための機能を有してもよく又は有さずともよいオプティカルゾーン１２０を含みうる。眼用装置のエネルギー印加による機能が視力に関連したものでない場合、媒体インサート１００のオプティカルゾーン１２０には材料が存在せずともよい。特定の実施形態では、媒体インサート１００は、エネルギー印加素子１１０及び電子要素１０５が組み込まれた基板１１５からなる、オプティカルゾーン１２０内ではない部分を有しうる。メタ表面を眼用装置に組み入れることに関する多くの実施形態が考えられるが、その多くは、メタ表面がその上に展開されるオプティカルゾーン１２０内に表面部分を規定する。
【００４５】
特定の実施形態では、例えば電池であってよい電源１１０及び例えば半導体ダイであってよい負荷１０５を基板１１５に取り付けることができる。導電性トレース１２５及び１３０により、電子要素１０５とエネルギー印加素子１１０とを電気的に相互接続することができる。媒体インサート１００は、エネルギー印加素子、トレース、及び電子要素を保護し、封じ込めるために完全に封入することができる。特定の実施形態では、封入材料は、例えば、水などの特定の物質が媒体インサート１００に浸入することを防止し、周囲の気体又はエネルギー印加素子内部の反応の副生成物などの特定の物質が媒体インサート１００に浸透するか又は媒体インサート１００から逃げることを可能とするように半透性のものとすることができる。
【００４６】
特定の実施形態では、媒体インサート１００は、ポリマー生体適合性物質を含みうる眼用装置１５０に組み込むことができる。眼用装置１５０は、剛性の中心と軟質のスカートとからなる設計を有してよく、中心の剛性の光学素子が媒体インサート１００を含む。特定の具体的な実施形態では、媒体インサート１００は、大気及び角膜表面とそれぞれ前面及び後面において直接接触してもよく、あるいは、媒体インサート１００は眼用装置１５０内に封入されてもよい。眼用装置１５０の外周部１５５は、例えばヒドロゲル材料を含む軟質のスカート材料であってよい。
【００４７】
媒体インサート１００及び眼用装置１５０のインフラストラクチャーは、メタ表面を形成するためのナノ構造化素子を含む多くの実施形態の環境を与えることができる。これらの実施形態の特定のものは、例えば、メタ表面要素が例えば視力矯正に関する光学的機能を行うような、眼用装置の純粋に受動的な機能が関与しうる。他の実施形態は、メタ表面要素自体がやはり受動的機能を行うような能動的機能を有する眼用装置が関与しうる。更に、一層更なる実施形態では、メタ表面要素自体が、眼用装置の能動的機能の一部であってもよい。
【００４８】
図２に進むと、番号２００としての代表的な一体型インサートの図を断面で示すことができる。図２において、眼用装置２２０は、線２１０により表される位置を通る断面を表す断面図２３０を有しうる。代表的な一実施形態では、眼用装置２２０のオプティカルゾーンは、番号２３５として断面で表すことができる偏光素子を含みうる。番号２３５の表面上にはメタ表面を形成するためのナノ構造化素子が存在しうる。他の実施形態では、番号２３５は、その上にメタ表面素子を有する表面のみを表しうる。番号２３５は、他のインサート形成部品と接着されてインサートを形成する三次元的に形成された基材を表しうる。
【００４９】
同様に、装置のオプティカルゾーンの外側には、番号２２１によって示され、番号２３１として断面で示される一体型インサート上に配置された印刷パターンを設けることができる。特定の実施形態では、インサート部品は、２３５においてメタ表面要素２３５、及び場合により２３１において印刷領域を単純に有しうる。
【００５０】
断面で示されるように、一体型インサート部品２３５は三次元形状を有しうる。例えば、部品は、始めは平面状の形態であってよい薄いシート材料を熱成形することにより三次元的に湾曲した形状とすることができる。メタ表面素子は、この熱成形が行われる前又は後でシートに加えることができる。
【００５１】
特定の実施形態では、目の環境内の眼用レンズの向きについて必要条件が存在する場合もある。番号２５０及び２６０は、形成された眼用レンズを使用者の目の上で方向付けする助けとなりうる安定化ゾーン特徴部を表しうる。更に、特定の実施形態では、一体型インサートへの安定化特徴部の使用により、型成形された安定化特徴部に対するその方向付けが可能となる。このように方向付けが可能であることは、視力の２次又はそれよりも高次の収差を補正することが可能なパターンにおけるように、本来的に径方向に対称ではないメタ表面特徴部の配置において特に重要となりうる。
【００５２】
図３に進むと、図２に示される代表的な一体型インサートの変形例である番号３００を断面で表すことができる。図３において、眼用装置３２０は、線３１０により表される位置を通る断面を表す断面図３３０を有しうる。代表的な一実施形態では、眼用装置３２０のオプティカルゾーンは、表面形状が入射光に対して凸向きではなく、凹となっている部分（図では必ずしも縮尺は正しく示されていない）を有しうる。これにより、眼用レンズの焦点調節の側面を調節する代わりに、メタ表面素子がレンズ表面の発散的側面を調節することができるような実施形態が可能となりうる。番号３３５の表面上にはメタ表面を形成するためのナノ構造化素子が存在しうる。同様に、装置のオプティカルゾーンの外側には、番号３２１により示され、番号３３１として断面で示される一体型インサート上に配置された印刷パターンを設けることができる。特定の実施形態では、インサート部品は、３３５のメタ表面要素と、場合により３３１の印刷領域とから単純に構成されうる。図２の実施形態と同じ理由で、番号３５０及び３６０として示されるようなアラインメント特徴部又は安定化ゾーンが眼用装置に組み込まれてよく、また、特徴部３３１としてのパターンがインサートに印刷されてよい。
【００５３】
図４の番号４００に進むと、眼用装置を形成するために多部品型インサートを使用することができる更なる実施形態を見ることができる。番号４０５において、多部品型インサート４２２は、オプティカルゾーン内に能動的素子を含みうる。この図は、線４１０に沿った断面図４３０を示している。例示の目的で、眼用レンズは番号４３１として印刷特徴部を含んでもよく、これは番号４３１として断面で表すこともできる。更に、例示的なレンズは、安定化特徴部４５０及び４６０を含みうる。
【００５４】
多部品型インサートは、オプティカルゾーンにインサート材料が存在しない環状の形状を有する実施形態においても有用でありうる。メタ表面により、この種の環状インサートの改変を行うことが可能であり、２個の部品からなる環状の形状が、番号４３６として示される領域に見られるのに対して、インサートの１個の部品はオプティカルゾーン内に配置されてメタ表面素子を支持することができる。
【００５５】
多部品型インサートの例示的な一実施形態は、２個のインサート部品の間の番号４３５にメニスカスに基づいた能動的レンズ素子を有しうる。メニスカスレンズは、電池により電力供給される回路が、メニスカスレンズの各部分にわたって電位を作用させる場合に焦点特性を能動的に変化させることができる。メタ表面素子は、多部品表面のうちの１つの上に設けることもできる。非限定的な１つの例では、能動的メニスカスレンズの表面上に受動的メタ表面焦点調節素子を組み入れることにより、より高次のレンズの補正の態様について光学特性の調節が可能となる。
【００５６】
多部品型インサートは、能動的なナノスケールメタ表面の実施形態をも含みうる。後に続く項では、番号４３５の２個のインサート部品間の領域内にメタ表面素子を能動的に形成する実施形態について検討する。このような実施形態の一部のものでは、オプティカルゾーンは使用者の目に対して好ましい向きを有することができる。眼用装置を含むこのようなメタ表面を形成するために用いられる方法は、安定化素子４５０及び４６０に対するレンズの異なる要素の整合されたアラインメントを可能とするものである。これにより、これらの素子は、使用者の目に対して確立されたレンズの向きを維持することになる。
【００５７】
メタ表面レンズ素子
図５の番号５００に進むと、ナノスケール金属素子と光の位相変化相互作用に基づいた平面レンズ装置の従来技術の実施の態様が示されている。平面レンズの特定の実施態様では、小さな金属特徴部を、平面レンズの表面上で光と相互作用するような設計で平面上に形成することができる。番号５２０〜５２７には、１組の機能性レンズの設計が示されている。５１０の特徴部は、レンズを形成するように平面全体にわたって展開されたメタ表面素子の単位セルを構成している。
【００５８】
例示的な一実施形態では、レンズは、可視スペクトルの一般的な通信用電磁波長である約１．５マイクロメートルの波長に最適化される。他の実施形態では、最適化は可視スペクトル内の波長で行われる。単位セルは、番号５２０〜５２３で異なる。各要素の長さは、長さ１８０〜８５ｎｍの範囲であり、図に見られるように、その長さの直線状の要素の間に約９０オングストローム〜０の範囲の角度がある。メタ表面装置を構成する金属の厚さは、約５０ｎｍであってよく、装置は、７５０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲の間隔によって互いから分離されうる。２００ｎｍよりも近いと、メタ表面要素は、互いに「通信」して隣接する装置の性質を変化させる傾向を有しうる。機能性装置の実例では、単位セル要素の数は４つの別個の工程で作製したが、実際には異なる要素の設計の数はこれよりも大幅に多くともよい。異なるパラメータは、特定の波長域において実証された実例に関連している。厚さ及び長さを含む５１０のメタ表面素子の設計の態様を変化させることは、メタ表面素子を異なる波長域に合わせて調整するうえで有用となりうる。
【００５９】
上記に述べた図の素子及びパラメータは、メタ表面アンテナ素子の位相変化を利用して、レンズに与える双曲面放射位相分布５９０をモデル化した平面レンズを作製するために用いられる設計の態様に関連している。５５０において、平面レンズ５６０上に配置された素子の所望の位相特性を推定することに関連した重要な要素を見ることができる。レンズ５６０は、番号５６１として示される半径を有しうる。モデル化されたレンズは、番号５８１として示される焦点距離特性を有しうる。位置（ｘ，ｙ）として表すことができる、位置５７０のメタ表面素子、例えば５２４のモデル化された位相特性は、番号５９０によって表される位相シフト特性が、球面状のモデル表面５８０上への位置ベクトルの投射に比例するようなものである。これにより、所望の焦点特性５８１を有する所望のレンズ機能が与えられることになる。このようなパラメータの関係において、位相シフトＰＳ（ｘ，ｙ）のこのような投射は以下の関係に従うことを実証することができる。
【数１】
2014182399.tif 000003
式中、ＰＳ（ｘ，ｙ）は、平面レンズ上の点ｘ，ｙの所望の位相シフトを表し、λは光の波長を表し、ｆは所望のレンズの焦点特性を表す。極座標系では、位相シフトＰＳ（ｒ，θ）は下式である。
【数２】
2014182399.tif 000004
【００６０】
この種の平面レンズを組み入れることにより、新規な眼用装置を作製することができることは明らかである。眼内装置では、平坦な焦点調節平面が可能となりうる。この種の設計を眼内装置内に用いることは、静的な意味で焦点特性を調節するうえで有用でありうる。また、続く項において三次元的な形状の装置で検討される能動的素子の実施形態も、平面レンズ型の眼内の実施形態に関連性を同様に有しうる。
【００６１】
図６の番号６００に進むと、表面が平坦ではないこのようなレンズ条件で得られたモデルを示すことができる。６１０に番号６２０〜６２７として示されるメタ表面ナノスケール素子に、同様のユニットセルの設計を用いることが有用でありうる。厚さ、特徴部の角度、及び長さといった素子の設計の態様は、所望の焦点の中心波長及び計算された所望の位相シフト特性に関連しうる。
【００６２】
平面レンズから曲面レンズに切り替えることで、装置のモデル化に更なる複雑性が導入されうることは明らかである。曲面に基づいた入射平面波に対する物理的位相特性により、装置の位相の態様の第１の成分が導入されうる。更に、ここでメタ表面素子を、空間内におけるアンテナ特徴部の角度方向を変化させる、全体的に湾曲した表面上に設けることができる。更に、表面が湾曲することで、ナノ形成されたメタ表面素子の互いとの直線距離は、表面自体に沿った各要素間の距離とは異なりうる。
【００６３】
推定されるレンズ設計のパラメータを可能とする特定の妥当な推定値が存在しうる。例えば、１次までは、表面と平面波との相互作用の位相変化を導入する、曲面の位相特性と、メタ表面アンテナ素子の位相変化特性とを独立して扱うことが可能である。したがって、メタ表面アンテナの設計パラメータをモデル化するためには、その位相シフトを三次元的に形成されたレンズ装置の全体の位相シフトから差し引くことにより、メタ表面アンテナによる所望の位相の変化を他の位相シフトとは独立して考慮することで充分でありうる。
【００６４】
推定を行ううえで、ナノスケールメタ表面アンテナは極めて小さいことから、これらを点としてモデル化するのに良好な推定値となりうる。平面波と傾斜したナノスケールメタ表面素子との相互作用の仕方は異なりうるが、小さい装置を、レンズ表面を湾曲させることによって導入されうる歪みによって影響されない点として推定することにより、その影響を無視することはなお許容されうる。
【００６５】
更に、別の推定では、その設計の各素子間の間隔を、非湾曲空間内における各素子間の距離に基づいて推定することができる。実際には、ナノスケール素子の密度は、焦点調節装置の効率に影響を与えうるものであり、湾曲した実施態様により、ナノスケール素子を配置することができる密度が低下しうる。しかしながら、湾曲空間がナノスケール素子の設計密度を制限しないような推定値内で１次効果を有する装置をなお作製することができる。
【００６６】
湾曲空間の効果は、図６の番号６９０の描図に見ることができる。球面モデル表面を番号６７１として示すことができる。曲面は、番号６９１として示すことができ、番号６２４のようなナノスケールメタ表面素子を点６８０において表面（ｘ’，ｙ’，ｚ’）上の点に配置することができる。結果として生じる位相長さ特性に対する影響は、短縮された位相長さ６９１として認めることができる。位相シフトを推定するための式は、その依存度が三次元的であり、ＰＳ（ｘ，ｙ，ｚ）により、又は円柱座標系においてＰＳ（ｒ，θ，ｈ）として表される式となりうる。
【００６７】
上記に述べた異なる推定値を適用し、所望の全体的レンズ特性をメタ表面素子を有する曲面レンズ表面に適用するための方法を、図７の番号７００に関連して検討することができる。番号７１０において、メタ表面素子を有する曲面の描図を見ることができる。番号７３０としてのレンズ形状と、更に番号７４０としてのメタ表面要素との複合位相特性を示すことができる。メタ表面と物理的な曲面とが径方向に対称的であり、かつ焦点が合っている例示的な場合では、番号７６０は得られるレンズ焦点特性を番号７６０として表しうるものとして、複合位相シフトの焦点距離の差は番号７５０として理解することができる。７７０が、物理的な曲面レンズ表面の焦点特性に対するメタ表面により影響された焦点特性の角度を表しうるものとして、２つの異なる独立した焦点特性の相対的構成角度に焦点を合わせることは妥当な推定となりうる。
【００６８】
推定を引き続き行うと、７２０において、曲面眼用レンズ装置の位相シフト特性を、メタ表面装置から分離した場合に得られる状態を示すことができる。メタ表面素子を有する曲面レンズの全体的位相の影響の三次元的な影響の全体が、曲面装置の位相特性に起因するものと推定される場合、レンズ表面全体にわたってＰＳレンズ（ｘ，ｙ，ｚ）位相特性を差し引くことにより、所望のメタ表面モデル化条件を、図６を参照して検討したような平面レンズのモデル化条件にやはり一致するように変換することが可能であると推定することができる。これは、高さのパラメータ−ｈが０に設定された表現を有する円柱座標系に相当しうる。得られる変換が、番号７７１により示される焦点距離特性の相対角度を維持することによりモデル化することができる焦点距離の寄与を維持することによって行われると推定される場合、変換された位相空間平面レンズモデルについて新たに推定された焦点特性を番号７５０によって表すことができる。これにより、このようなメタ表面素子の設計の態様を、図６及び式１、２（式中、この場合、「ｆ」は番号７５０から推定された有効焦点距離）に関して述べたのと同様にして計算することができる。実際には、より高度な波面モデリングシステムを用いることで、任意の三次元曲面の所望の位相特性、及びその上に展開されたナノスケールメタ表面素子の得られる所望の位相特性を厳密に計算することができる。推定された光学特性を有する、本明細書における技術と整合する装置を作製するため、全体的推定値を適用することができる。
【００６９】
物理的なレンズ基材の三次元的特性を差し引くことにより、円柱座標を極座標の関係に圧縮することができる、推定された場合では、極座標の位相表現はやはり下式で表されうる。
【数３】
2014182399.tif 000005
【００７０】
更に、個々のメタ表面素子の設計パラメータのモデリングは、例えば有限差分時間依存型（Finite Difference Time-Dependent）（ＦＴＤＴ）電磁シミュレーションのような高度なモデリングプロトコルによって行うことができる。これらのシミュレーションは完全な三次元的に展開されたナノ表面素子に行われる場合には計算上の負担が大きくなりうるが、可能である。また、上記で検討した推定値は、製造、測定、及び正確な推定のサイクルにより、反復的に補正することが可能な結果を与える代替手段を与えることもできる。
【００７１】
図８の番号８００に進むと、これらの概念の一部の例示的な一実施形態を見ることができる。番号８００は、特定の実施形態の眼用レンズ内に組み入れることができるか、又はそれ自体で眼用装置を表す眼用インサート装置を表しうる。この例には、集積回路を構成しうる制御回路８４０にエネルギー印加するエネルギー印加素子８３０が含まれる。集積回路及び他の要素が、装置内の他の能動的要素を制御してもよい。非限定的な例では、能動的ゾーン内に、光が装置を通過する際に屈折力を調節することが可能な、メニスカスレンズが存在してよい。８２０においてこの装置のオプティカルゾーン内にメタ表面素子を重ねることができる。８１０の拡大部分図に、メタ表面素子を見ることができる。これらの素子は、下層のレンズ素子の屈折力の能動的変化との組み合わせにより新規な機能を与えることが可能な静的な光学補正を与えるように設計することができる。
【００７２】
特定の実施形態では、図９に示されるように、メタ表面素子を能動的に形成することもできる。番号８００で検討した例示的なメニスカスレンズでは、誘電体上のエレクトロウェッティング（Electrowetting on dielectrics）（ＥＷＯＤ）の技術を一般的に用いることができる。この技術は、流体の近くの表面の表面自由エネルギーを変化させることにより、流体の組み合わせに対して作用する。一方の流体が例えば水溶液のような極性の流体であり、他方の流体が油のような非極性の流体であるような不混和性の流体の組み合わせがＥＷＯＤ装置では効果的でありうる。この方法を使用することでメタ表面素子を能動的に形成することができる。番号９１０において、活性表面に電位が印加されていないＥＷＯＤタイプの流体の組み合わせは、規則的に形成されたメタ表面素子が存在しない拡散レンズ効果を生じうる。９１０のハイライトは、素子の拡散位置を示している。これらの素子は、９１５として示される流体層中に見ることができる。部分図では、流体層９１５は溶媒和された成分からなる。特定の実施形態では、これらの成分は、番号９３０により示されるような金属ナノスフェア又は番号９３５として示されるような金属ナノロッドであってよい。金属成分は、金、銀、白金、又はナノサイズの成分を形成しうる他の元素からなるものとすることができる。
【００７３】
ナノ成分の表面は、ナノサイズ成分に表面エネルギーを付与する化学物質でコーティングすることができる。これらのコーティングされる化学物質は、特定の流体のタイプに対する、又はそれを避ける選択性を確立しうる。ナノスフェア９３０に付着した状態が示されているリガンド分子９３１は、特定の実施形態において、ナノスフェアの性質を親水性、又は疎水性とすることができる。ナノスフェアが親水性である場合、これらはＥＷＯＤ流体混合物の水性成分中に選択的に存在することができる。第１の流体が図の９１５のようにナノサイズの成分を含んでいる場合、他の成分９１３はこれを含まなくともよい。次に、流体を、上部９１２、側面構造９１１、及び誘電体９１７上の表面層９１６により囲まれたマイクロスケール構造内に収容することができる。表面層は、例えば水相が、表面層全体にわたった例示的な水性流体層９１５の接触によって示されるように、表面全体にわたって好ましく濡らすようなものでよい。誘電体９１７の下層には電極９１８が配置されうる。流体層には別の電極９１４が接触してもよい。電極９１８及び９１４にわたって電位が印加されると、電極９１８に近接した表面層９１６の表面の表面自由エネルギーが、油型層により濡れやすくなるように変化しうる（これを油型濡れ特性と考えることができる）。この状態を９２０に示すことができる。
【００７４】
電極が、ナノ構造を含有する流体が、９２０の場合の流体９１４の場合のように小さい領域に局在化するように形成されている場合、ナノスフェアは、９２０の部分図に示されるようなナノ表面型の形態をとりうる特徴部に凝集する。これらの形状は、上記に述べたメタ表面要素と同じように光と相互作用することが可能なナノスフェア９３０又はナノロッド９３５からなる、凝集したナノ金属構造により生じるものである。表面分子が付着したナノスフェア又はナノロッドは、ディスカバリー・サイエンティフィック社（Discovery Scientific Inc）より市販される２ｎｍ〜２５０ｎｍの球径の範囲のサイズの混合物中の単一サイズの成分となるように配合することができる。また、異なるサイズの組み合わせを使用することもできる。流体の光学特性は、使用される球体のサイズ、又は異なるサイズの組み合わせに応じて変化させることができる。同様に、リガンドも、流体中のナノスフェア間の最も近い間隔を決定することにより、光学特性との相互作用において一定の役割を果たしうる。
【００７５】
特定の実施形態では、側面構造９１１は、個々のメタ表面素子を包囲するように設計することができる。他の実施形態では、複数の素子を、それぞれの隔離された表面構造内に配置することができる。電極位置９１８、又は電極位置のない設計は、個々の素子が約２５０ｎｍ又はそれ以上の間隔で離間するようなものとすることができる。これらの個々の隔離されたセル内の設計された特徴部９１８の相対表面積は、ＥＷＯＤ効果によりメタ表面素子が形成される際に、一方の流体領域の設計素子を収容するための２種類の不混和性の流体の相対量を決定しうる。
【００７６】
図１０に進むと、図９の実施形態の代替的な一実施形態を見ることができる。図１０の実施形態は、能動的メタ表面素子を形成する手段としてのエレクトロウェッティングと同じように動作することで、電極の側壁に沿ってナノ構造化装置を有する層を堆積させる。番号１０１０は、ナノ構造を含む流体層が小さなセルの底部に沿って配置された状態を示す。セルは、実施形態９００と同様の構造的特徴を有している。番号１０１１は、微小流体セルを含む側壁でありうる。セルの上部は番号１０１２でありうる。番号１０１４は、所望の形状のナノ表面素子として形成された電極であってよい。番号１０１３は、その側面に所望の濡れ特性を有する電極の側壁上に形成された誘電体フィルムであってよい。番号１０１５は、セルの上部を貫通した電極であってよい。番号１０１６は、溶媒和されたナノスフェアを含む流体層であってよく、番号１０１８は他の流体層であってよい。層１０１６は、ナノ構造の表面自由エネルギーを規定し、したがって、どちらの流体タイプ中に好ましく溶媒和されるかを規定するリガンド分子９３１が付着してよい同様の金属ナノスフェア９３０及びナノロッド９３５を有しうる。
【００７７】
電極１０１５及び電極１０１６にわたって電位が印加されると、この印加された電位が番号１０１６の側壁領域の表面自由エネルギーを変化させ、１０２０に関連した図に示されるように流体層１０１６を側壁領域に沿って動かすことができる。この領域内に流体が蓄積することで番号１０２０に示されるようなメタ表面構造を形成することができる。この場合もやはり、各セルにわたって電圧を印可することにより、モデル化された光学効果を有しうる能動的ナノ構造パターンを生成することができる。特定の実施形態では、電圧の印加は、エネルギー印加素子も含むインサート構造内に含まれる電子要素によって制御することができる。
【００７８】
メタ表面構造が金属電極に近接して配置される、番号１０２０の実施形態において形成された結果として得られるメタ表面構造は、誘電体及び第２の金属構造を有する金属ナノ構造の構造が、電磁放射の磁場とより強く結合されるナノ構造を形成しうるために、光学的相互作用が変化しうる。これにより、誘電体フィルムの厚さなどのパラメータに基づいて、波長に基づいた更なる共鳴が生じうる。これにより、このような実施形態に組み込まれるナノ表面構造のモデリングの別の一面が与えられうる。
【００７９】
方法
図１１の番号１１００に進むと、メタ表面素子を有する眼用装置を設計及び成形する例示的な方法を見ることができる。１１０１において、眼用装置のモデルを生成することができる。このモデルは、少なくとも２つの重要な態様を有しうる三次元的な基材を含みうる。最初に、基材の形態が、光学特性を理解しうる、入射光に付与されるポイントに基づいた位相特性として表すこともできる、従来の眼用装置の形状を一般的に規定する。次に、形状の表面上又は形状の内部に、三次元的に展開されたナノスケール金属素子のネットワーク又は配列をレイアウトすることができる。このシステムは、光学素子の波面特性、及びナノスケールメタ表面素子との電磁的相互作用の性質をモデル化する高度なモデリングシステムによって使用することができる。他の単純化された推定では、モデルを、標準的な装置のレンズ特性と、平面メタ表面レンズとして機能するものと推定されうる、重ね合わされたメタ表面レンズとに分解することができる。モデリングのアプローチとは無関係に、基材形状、並びにその形状にわたった個々のナノ表面素子の設計の両方の設計の態様を生成するうえで適切となるように、所望の眼科パラメータを、経験的結果とともにモデリングシステムに入力することができる。
【００８０】
１１０２に進むと、モデル情報を使用してナノスケールメタ表面アンテナ素子を基材上に作製することができる。非限定的な一例では、このプロセスは、最初にメタ表面素子を平面基材上に配置し、次いで基材を所望の三次元形状に成形することを含みうる。例えば、平面基材の成形は、熱成形により行うことができる。メタ表面素子を配置するには、所望の結果を与えることができる多くの方法が存在しうる。熱成形可能な基材は、半導体産業において使用されうるような化学レジストの薄膜をコーティングすることができる。次いで、例えばナノインプリントリソグラフィーを用いて、メタ表面素子に望ましいパターンをフォトレジストに刻印することができる。ナノインプリント基材は、所望の眼用基材と同じ大きさとしてもよく、また、所望の眼用基材のパターンの複数の版を含んでもよい。特定の実施形態では、ナノインプリント基材を、眼用基材にわたって複数回ステップすることで適当なパターンを転写することも可能である。
【００８１】
この場合もやはり、非限定的な例として、化学エッチング又は反応性イオンエッチング法により熱成形可能な基材に凹部をエッチングすることができる。一般的には金、銀、白金若しくは銅、又は他の金属成分若しくは合金を含む金属の薄膜をエッチングされた特徴部及びフォトレジストを有する基材上に置くことができる。次にリフトオフプロセスにより、金属及びフォトレジストを剥離するとナノ構造化された特徴部のパターンが残る。フォトレジスト又は金属層の残留材料を除去するうえで化学的洗浄及び物理的研磨工程が有用でありうる。
【００８２】
１１０３において、得られた基材を三次元的に成形された形態に変形させることができる。特定の実施形態では、これは基材を熱変形させることにより行うことができる。得られた三次元形状は、インサートの一部となるか、又はそれ自体でインサートとなりうる。次に１１０４において、ナノスケール金属特徴部を有するインサートを成形型枠に入れることができる。１１０５において、インサートを、反応性混合物と呼ぶこともできる眼用材料により包囲し、眼用装置が重合し、インサートの周囲の成形型により成形される際に封入することができる。成形型から外すと眼用装置の型を得ることができる。１１０６において、得られた眼用装置を、例えば波面収差計によりその光学特性について測定することができる。測定により得られる結果を用いてこのように成形された装置が許容可能なものか否かを判定することができる。また、１１０７において、測定結果に基づいてモデリングシステムのパラメータを調節することにより、別のモデルを形成することもできる。１１０８において、これらの調節されたパラメータ及びモデリング特性は、レンズ設計を改良するためのフィードバックとなりうる。
【００８３】
図１２の番号１２００に進むと、能動的メタ表面素子を有する眼用装置を設計及び成形するための例示的な方法を見ることができる。このフローは、図１１を参照して検討したものと似たものである。１２０１において、眼用装置のモデルを成形することができる。このモデルは、少なくとも２つの重要な態様を有しうる三次元的な基材を含みうる。最初に、基材の形態が、光学特性を理解しうる、入射光に付与されるポイントに基づいた位相特性として表すこともできる、従来の眼用装置の形状を一般的に規定する。次に、形状の表面上又は形状の内部に、三次元的に展開されたナノスケール成形要素のネットワーク又は配列をレイアウトすることができる。上記の項で検討したように、これらの成形要素は、電位の作用下でメタ表面素子を成形することができる。得られる設計されたシステムは、光学素子の波面特性、及び能動的に成形されるナノスケールメタ表面素子との電磁的相互作用の性質をモデル化する高度なモデリングシステムによって使用することができる。他の単純化された推定では、モデルを、標準的な装置のレンズ特性と、平面メタ表面レンズとして機能するものと推定されうる、重ね合わされたメタ表面レンズとに分解することができ、流体の懸濁液中のナノ粒子の集合でありうる複合能動素子を固体金属特徴部として推定することができる。モデリングのアプローチとは無関係に、基材形状、並びにその形状にわたった個々のナノ表面素子の設計の両方の設計の態様を生成するうえで適切となるように、所望の眼科パラメータを、経験的結果とともにモデリングシステムに入力することができる。
【００８４】
１２０２に進むと、モデル情報を使用してナノスケールメタ表面アンテナ成形素子を基材上に作製することができる。非限定的な一例では、このプロセスは、最初にメタ表面制御素子を平面基材上に配置し、次いで基材を所望の三次元形状に成形することを含みうる。例えば、平面基材の成形は、熱成形により行うことができる。メタ表面制御素子を配置するには、所望の結果を与えることができる多くの方法が存在しうる。熱成形可能な基材は、半導体産業において使用されうるような化学レジストの薄膜をコーティングすることができる。次いで、例えばナノインプリントリソグラフィーを用いて、メタ表面素子に望ましいパターンをフォトレジストに刻印することができる。ナノインプリント基材は、所望の眼用基材と同じ大きさとしてもよく、また、所望の眼用基材のパターンの複数の版を含んでもよい。特定の実施形態では、ナノインプリント基材を、眼用基材にわたって複数回ステップすることで適当なパターンを転写することも可能である。
【００８５】
非限定的な一例として、一般的には金、銀、白金若しくは銅、又は他の金属成分若しくは合金を含む金属の薄膜を、刻印されたフォトレジストを有する基材上に置くことができる。次にリフトオフプロセスにより、金属及びフォトレジストを剥離するとナノ構造化された金属特徴部のパターンが残る。残留材料を除去するうえで化学的洗浄及び物理的研磨工程が有用でありうる。誘電体フィルムを基材上に成膜し、金属特徴部及び金属特徴部が存在しない領域を被覆することができる。金属特徴部の一部のものは、構築されるＥＷＯＤセルの電極として使用することができ、他の場合では各ＥＷＯＤセルを包囲する壁を形成するために使用することができる。成膜された誘電体フィルムはその表面自由エネルギーを調整するために処理することができる。次の工程では、ＥＷＯＤ液を、基材全体にわたって形成された複数のセルに加えることができる。次に、ＥＷＯＤセルの上部を構成する層を、成長する基材構造上に置くことができる。電気的相互接続は、電気的接続を与えるために上部層構造上に予め配置することができる。
【００８６】
１２０３において、得られた基材構造を三次元形状の構造に変形させることができる。特定の実施形態では、これは基材を熱変形させることにより行うことができる。得られた三次元形状は、インサートの一部となるか、又はそれ自体でインサートとなりうる。これを、インサート内部の他の要素と電気的に接続することもできる。次に１２０４において、ナノスケール金属制御特徴部を有するインサートを成形型枠に入れることができる。１２０５において、インサートを、反応性混合物と呼ぶこともできる眼用材料により包囲し、眼用装置が重合し、インサートの周囲の成形型により成形される際に封入することができる。成形型から外すと眼用装置の型を得ることができる。１２０６において、得られた眼用装置を、例えば波面収差計によりその光学特性について測定することができる。眼用装置内部のエネルギー印加されたインサート内の制御電子部品により、眼用装置の試験モードの起動が可能であり、メタ表面素子のある状態及びない状態の両方の状態を試験することができる。測定により得られる結果を用いてこのように成形された装置が許容可能なものか否かを判定することができる。また、１２０７において、測定結果に基づいてモデリングシステムのパラメータを調節することにより、別のモデルを形成することもできる。１２０８において、これらの調節されたパラメータ及びモデリング特性は、レンズ設計を改良するためのフィードバックとなりうる。
【００８７】
メタ表面形成素子を含むエネルギー印加されたインサートを有する眼用装置を使用するための方法も考えられる。特定の実施形態では、眼用装置は、メタ表面形成素子に関連した２つの動作状態を有しうる。メタ表面素子が作動される第１の状態では、レンズは第１の有効焦点特性を有し、メタ表面素子が停止される他方の状態ではレンズは第２の焦点特性を有しうる。すなわち、図１３の番号１３００に進むと、このような能動的眼用装置を利用するための方法を見ることができる。１３０１では、能動的メタ表面素子を有する眼用装置を得ることができる。装置がコンタクトレンズの実施形態である場合、１３０２において装置を使用者の目の領域に置くことができる。定位置に置かれると、使用者の目にはレンズが特定の光学品質及び特性を有することがわかる。次に１３０３において、使用者は、なんらかの作動信号を与えることができる。これは、使用者が例えば特定の方法でメタ表面を意図的に瞬きすることにより直接制御することが可能な信号を伴いうる。また、使用者が無線通信装置を制御することで信号を与えることもできる。信号は眼用装置により受信されると眼用装置の状態を変化させる。１３０４において、使用者は、眼用装置により状態変化の結果を見て変化した光学品質及び特性を認識することができる。特定の実施形態では、１３０５において、使用者は、能動的眼用装置を工程１３０３の前にあった状態に復帰させることが可能な第２の作動信号を与えることができる。工程１３０６において装置を目から取り出すことができる。
【００８８】
〔実施の態様〕
（１）  眼用装置インサートを形成するための方法であって、
１０，０００ｎｍ２よりも小さいか又はそれに概ね等しい表面積を有するナノスケール金属特徴部を基材上に置くことと、
前記ナノスケール金属特徴部を有する基材を三次元形状に形成することと、
前記三次元形状に形成された基材をインサート内に取り付けることと、を含む、方法。
（２）  実施態様１に記載の方法を用いて眼用装置を形成するための方法であって、
前記インサートを成形型内に置くことと、
前記インサートを前記成形型内で反応性混合物により包囲することと、
前記反応性混合物を重合することと、を更に含む、方法。
（３）  前記基材上に置かれるナノスケール金属特徴部の形状及びサイズを、モデリングソフトウェアを含むコンピュータシステム上で設計することを更に含む、実施態様１に記載の方法。
（４）  前記インサートを成形型内に置くことと、
前記インサートを前記成形型内で反応性混合物により包囲することと、
前記反応性混合物を重合させて眼用装置を形成することと、を更に含む、実施態様３に記載の方法。
（５）  前記眼用装置の光学特性を測定することを更に含む、実施態様４に記載の方法。
【００８９】
（６）  測定から得られた結果を用いて設計プロセスを調節することを更に含む、実施態様５に記載の方法。
（７）  前記モデリングシステムに入力されるパラメータが、患者に対して行われる眼科測定により得られる、実施態様６に記載の方法。
（８）  前記金属特徴部が周期的パターンに配列され、
前記周期的パターンの周期性が７００ｎｍよりも小さいか又はそれに概ね等しいサイズスケールを有する、実施態様１に記載の方法。
（９）  眼用インサート装置を形成するための方法であって、
１０，０００ｎｍ２よりも小さいか又はそれに概ね等しい表面積を有するナノスケール金属特徴部を三次元形状に形成された基材上に置くことと、
前記三次元形状に形成された基材をインサート内に取り付けることと、を含む、方法。
（１０）  眼用インサート装置を形成するための方法であって、
一部が導電性電極を含むナノスケール特徴部を基材上に置くことと、
導電性電極を含む前記特徴部の少なくとも前記一部の上に誘電体コーティングを置くことと、
第１の流体に対する選択性を確立するように前記誘電体コーティングを処理することと、
前記ナノスケール特徴部を有する基材を三次元形状に形成することと、
前記三次元形状に形成された基材をインサート内に取り付けることと、を含む、方法。
【００９０】
（１１）  前記基材の領域を少なくとも２種類の不混和性流体の混合物で充填することを更に含み、前記不混和性流体のうちの１つが第１の流体であり、他の任意の流体が前記処理された誘電体コーティングと逆の濡れ特性を有する、実施態様１０に記載の方法。
（１２）  前記第１の流体が、金属ナノスケール要素を含む、実施態様１１に記載の方法。
（１３）  前記金属ナノスケール要素が、ナノスフェア及びナノロッドのうちの一方又は両方を含む、実施態様１２に記載の方法。
（１４）  前記金属ナノスケール要素の表面が、第１の流体に対する溶媒和選択性を確立するために表面結合化学物質により処理される、実施態様１３に記載の方法。
（１５）  前記金属ナノスケール要素の表面が、第１の流体を避ける溶媒和選択性を確立するために表面結合化学物質により処理される、実施態様１３に記載の方法。
【００９１】
（１６）  実施態様１０に記載の方法に従って製造された眼用装置を使用する方法であって、
前記眼用装置を目の表面と瞼との間に配置することを含む、方法。
（１７）  作動信号により前記インサート装置内の機能を作動させることを更に含み、前記機能が、ナノスケールメタ表面特徴部と光の相互作用により、前記インサート装置への入射光の位相特性を調節することに相当する、実施態様１６に記載の方法。
（１８）  前記ナノスケールメタ表面特徴部が、前記インサート内の電極にわたって電位を印加することによりインサート内部に能動的に形成されることにより、対応する濡れ特性を前記第１の流体に生じさせる、実施態様１７に記載の方法。
（１９）  前記眼用装置の作動に基づいて使用者により観察される像に対する効果を可視化することを更に含む、実施態様１８に記載の方法。
（２０）  前記電位の印加が、誘電体上のエレクトロウェッティング電極をエネルギー印加素子に接続する電気回路によって行われ、前記エネルギー印加素子が前記眼用装置内に含まれる、実施態様１９に記載の方法。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【外国語明細書】
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