ЛИНЗЫ С МНОГОВЫПУКЛОЙ СТЕНКОЙ МЕНИСКА
LENSES WITH POLYCONVEX MENISCUS WALL

СМЕЖНЫЕ ЗАЯВКИ
Данная заявка претендует на приоритет заявки на патент США серийный № 13/214, 617, поданной 22 августа 2011 года и предварительной заявки на патент США серийный № 61/380, 745, поданной 8 сентября 2010 года.
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение в целом относится к жидкостным менисковым линзам, в частности, включает в себя дугообразные жидкостные менисковые линзы со стеной мениска с множественными выпуклыми сегментами.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Жидкостные менисковые линзы известны в разных отраслях промышленности. Как описано ниже более подробно со ссылкой на фиг. 1A и 1B, известные жидкостные менисковые линзы имели цилиндрическую форму, и поверхность их периметра была сформирована точками, расположенными на фиксированном расстоянии от оси, представляющей собой прямую линию. Известные жидкостные менисковые линзы представлены только образцами, в которых первая внутренняя поверхность по существу параллельна второй внутренней поверхности, и каждая из них перпендикулярна оси цилиндра. Известные примеры использования жидкостных менисковых линз включают в себя такие устройства, как электронные камеры.
Традиционно такое офтальмологическое устройство, как контактная линза и интраокулярная линза, являлось также биосовместимым устройством с корректирующими, косметическими или терапевтическими свойствами. Контактная линза, например, может обеспечить одну или несколько из следующих возможностей: коррекция зрения; косметическая коррекция; и терапевтические эффекты. Каждая из перечисленных функций обусловлена определенной физической характеристикой линзы. Конструкция линзы с учетом светопреломляющего свойства позволяет осуществлять функцию коррекции зрения. Введение в материал линзы пигмента позволяет получить косметический эффект. Введение в материал линзы активного препарата позволяет использовать линзу в терапевтических целях.
Недавно в контактную линзу были включены электронные компоненты. Некоторые компоненты могут включать, например, полупроводниковые устройства. Однако физические ограничения жидкостной менисковой линзы, включая ее размер, форму и аспекты управления, не позволяют использовать ее в составе офтальмологической линзы. По существу, цилиндрическая форма жидкостных менисковых линз, иногда называемая формой "хоккейной шайбы", не способствует созданию изделия, способного функционировать в человеческом глазу.
Кроме этого, жидкостная менисковая линза изогнутой формы имеет физические недостатки, которые могут быть не характерны для жидкостной менисковая линзы традиционной конструкции, с параллельными боковыми стенками и/или оптическими окнами.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Таким образом, в настоящем изобретении предлагается жидкостная менисковая линза, включающая дугообразную переднюю изогнутую линзу и дугообразную заднюю изогнутую линзу. Настоящее изобретение включает стенку мениска, физические особенности которой благоприятствуют притягиванию и (или) отталкиванию жидкости, содержащейся внутри линзы и формирующей мениск с другой жидкостью.
В соответствии с настоящим изобретением, первая дугообразная оптическая часть находится в непосредственной близости от второй дугообразной оптической части, при этом между ними сформирована полость. Внутри полости находятся физиологический раствор и масло. Применение электростатического заряда к стенке мениска, расположенного в периметре области одной или обеих первой дугообразной оптической части и второй дугообразной оптической части мениска изменяет физическую форму мениска, образованного между физиологическим раствором и маслом, содержащимся в полости.
Настоящее изобретение включает в себя стенку мениска, сформированную в сложную форму, по существу включающую в себя множество выпуклых сегментов, поперечное сечение которых включает в себя несколько торусных сегментов в механической связи друг с другом.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1A представлен соответствующий предшествующему уровню техники пример цилиндрической жидкостной менисковой линзы, находящейся в первом состоянии.
На фиг. 1B представлен соответствующий предшествующему уровню техники пример цилиндрической жидкостной менисковой линзы, находящейся во втором состоянии.
На фиг. 2 представлен вид сбоку в разрезе примера жидкостной менисковой линзы в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 3 представлено поперечное сечение части примера дугообразной жидкостной менисковой линзы в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 4 представлены дополнительные иллюстративные аспекты дугообразной жидкостной менисковой линзы.
На фиг. 5 представлены элементы стенки мениска в дугообразной жидкостной менисковой линзе в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 6A представлена стенка многовыпуклого мениска внутри жидкостной менисковой линзы и показана граница жидкостного мениска в состоянии без применения напряжения.
На фиг. 6B представлена вогнутая стенка мениска внутри жидкостной менисковой линзы и показана граница жидкостного мениска в состоянии с применением напряжения.
На фиг. 6C представлена выпуклая стенка мениска внутри жидкостной менисковой линзы, при этом для сравнения на одной диаграмме показана граница жидкостного мениска в состоянии с применением и без применения напряжения.
На фиг. 7A представлено поперечное сечение стенки многовыпуклого мениска отдельно от остальной части дугообразной жидкостной менисковой линзы.
На фиг. 7B представлено поперечное сечение одного сегмента стенки мениска, выпуклого по отношению к оптической оси, сформированной в линзе, где полученная форма включает в себя сегмент тора при рассмотрении отдельно от остальной части дугообразной жидкостной менисковой линзы.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящем изобретении описана жидкостная менисковая линза с по меньшей мере одной передней изогнутой линзы и задней изогнутой линзы, которые образуют менисковую полость жидкостной менисковой линзы.
СПИСОК ТЕРМИНОВ
В приведенном ниже описании и пунктах формулы настоящего изобретения использован ряд терминов, для которых будут приняты следующие определения:
Краевой угол: угол, под которым граница раздела масло/физиологический раствор, также называемая границей жидкостного мениска, соприкасается со стенкой мениска. В случае если стенка мениска является линейной, контактный угол определяют как угол между стенкой мениска и касательной к границе жидкостного мениска в точке соприкосновения границы жидкостного мениска со стенкой мениска. В случае если стенка мениска является изогнутой, контактный угол определяют как угол между касательной к стенке мениска и касательной к границе жидкостного мениска в точке их соприкосновения.
Линза: Как используется в настоящем варианте осуществления, линза означает объект с передней поверхностью и задней поверхностью, который является оптически пропускающим в заданном диапазоне длин волн излучения, таких как, например, видимый свет. Линза может включать в себя одну или обе передние поверхности и заднюю поверхность, по существу плоские, или одну или обе передние поверхности и заднюю поверхность дугообразной формы.
Граница жидкостного мениска - дугообразная поверхность границы раздела физиологического раствора и масла. По существу, эта поверхность формирует линзу, которая является вогнутой с одной стороны и выпуклой с другой.
Полость мениска - пространство в дугообразной жидкостной менисковой линзе между передней изогнутой линзой и задней изогнутой линзой, в котором содержится масло и физиологический раствор.
Стенка мениска - особая область с внутренней стороны передней изогнутой линзы, которая находится в полости мениска и по которой проходит граница жидкостного мениска.
Оптическая зона: при использовании в настоящем документе термин относится к области офтальмологической линзы, через которую смотрит пользователь офтальмологической линзы.
Складка - особенность геометрии внутренней поверхности части передней изогнутой линзы или задней изогнутой линзы, позволяющая, чтобы в ней находилась линия контакта двух предварительно заданных жидкостей на оптической части. Складка обычно представляет собой наружный, а не внутренний угол. Со стороны части, заполненной жидкостью, это угол, превышающий 180 градусов.
На фиг. 1A представлен вид в разрезе линзы 100 в соответствии с предшествующим уровнем техники, на котором в цилиндре 110 содержатся масло 101 и физиологический раствор 102. Цилиндр 110 включает в себя две пластины из оптического материала 106. Каждая пластина 106 включает в себя по существу плоскую внутреннюю поверхность 113-114. Цилиндр 110 имеет внутреннюю поверхность, которая по существу является осесимметричной. В некоторых вариантах осуществления предшествующего уровня техники одна или более поверхностей могут иметь гидрофобное покрытие. На периметре или вокруг периметра цилиндра также расположены электроды 105. В непосредственной близости от электродов 105 также может быть предусмотрен электрический изолятор.
В соответствии с предшествующим уровнем техники, каждая из внутренних поверхностей 113-114 является по существу плоской или ровной. Между физиологическим раствором 102А и маслом 101 формируется поверхность раздела 112A. Как показано на фиг. 1A, форма поверхности раздела 112A в сочетании с показателем преломления физиологического раствора 102A и масла 101 обеспечивает вход падающего света 108 через первую внутреннюю поверхность 113 и выход расходящегося светового потока 109 через вторую внутреннюю поверхность 114. Форма поверхности раздела между маслом 101 и физиологическим раствором 102 может быть изменена путем применения электрического заряда к электродам 105.
На фиг. 1A представлен вид в перспективе линзы в соответствии с предшествующим уровнем техники, показанной как элемент, обозначенный как 100.
На фиг. 1B линза 100 в соответствии с предшествующим уровнем техники показана в запитываемом энергией состоянии. Запитываемое энергией состояние достигается путем приложения напряжения 114 к электродам 115. Форма поверхности раздела 112B между маслом 101 и физиологическим раствором 102B изменена путем применения электрического заряда к электродам 115. Как показано на фиг. 1B, падающий свет 108B, проходящий через масло 101 и физиологический раствор 102B, фокусируется с образованием сходящегося светового потока 111.
На фиг. 2 представлен вид в разрезе жидкостной менисковой линзы 200 с передней изогнутой линзой 201 и задней изогнутой линзой 202. В различных вариантах осуществления, передняя изогнутая линза 201 и задняя изогнутая линза 202 могут включать в себя дугообразную линзу или по существу плоскую линзу. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления, передняя изогнутая линза 201 и задняя изогнутая линза 202 размещены в непосредственной близости друг к другу и образуют между собой полость 210. Передняя изогнутая линза 201 включает в себя вогнутую дугообразную внутреннюю поверхность линзы 203 и выпуклую дугообразную внешнюю поверхность линзы 204Вогнутая дугообразная внутренняя поверхность линзы 203 может иметь одно или более покрытий (не показано на фиг. 2). В качестве покрытия могут использоваться, например, один или более из электропроводных или электроизоляционных материалов, гидрофобных или гидрофильных материалов. Одна или обе вогнутые дугообразные внутренние поверхности линзы 203 находятся в жидкостном и оптическом контакте с маслом 208, содержащимся в полости 210.
Задняя изогнутая линза 202 имеет выпуклую дугообразную внутреннюю поверхность линзы 205 и вогнутую дугообразную внешнюю поверхность линзы 206. Вогнутая дугообразная внутренняя поверхность линзы 205 может иметь одно или более покрытий (не показано на фиг. 2). В качестве покрытия могут использоваться, например, один или более из электропроводных или электроизоляционных материалов, гидрофобных или гидрофильных материалов. По меньшей мере одна из выпуклой дугообразной поверхности линзы 205 и покрытий находится в жидкостном и оптическом контакте с физиологическим раствором 207, содержащимся в полости 210. Физиологический раствор 207 содержит одну или более солей или других компонентов, являющихся ионопроводящими и поэтому способными притягиваться или отталкиваться под действием электрического заряда.
В соответствии с принципами настоящего изобретения, электропроводное покрытие 209 располагается вдоль по меньшей мере части периферической зоны передней изогнутой линзы 201 и (или) задней изогнутой линзы 202. Электропроводное покрытие 209 может включать в себя золото или серебро и предпочтительно является биосовместимым. Применение электрического заряда к электропроводному покрытию 209 приводит либо к притягиванию, либо к отталкиванию ионопроводящих солей или других компонентов физиологического раствора 207.
Передняя изогнутая линза 201 обладает оптической силой в отношении света, проходящего через вогнутую дугообразную внутреннюю поверхность линзы 203 и выпуклую дугообразную внешнюю поверхность линзы 204. Оптическая сила может быть равной 0, может быть положительной или отрицательной. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления оптическая сила представляет собой оптическую силу, свойственную корректирующим контактным линзам, например, в качестве неограничивающего примера, от -8,0 до +8,0 диоптрий.
Задняя изогнутая линза 202 обладает оптической силой в отношении света, проходящего через выпуклую дугообразную внутреннюю поверхность линзы 205 и вогнутую дугообразную внешнюю поверхность линзы 206. Оптическая сила может быть равной 0, может быть положительной или отрицательной. В некоторых вариантах осуществления оптическая сила представляет собой оптическую силу, свойственную корректирующим контактным линзам, например, в качестве неограничивающего примера, от -8,0 до +8,0 диоптрий. Оптическая ось 212 формируется через заднюю изогнутую линзу 202 и переднюю изогнутую линзу 201.
Различные варианты осуществления также могут включать в себя изменение оптической силы, связанное с изменением формы жидкостного мениска 211, сформированного между физиологическим раствором 207 и маслом. В некоторых вариантах осуществления изменение оптической силы может быть относительно небольшим, например, может составлять от 0 до 2,0 диоптрий. В других вариантах осуществления изменение оптической силы, связанное с изменением формы жидкостного мениска, может составлять до приблизительно 30 или более диоптрий. По существу большее изменение оптической силы, связанное с изменением формы жидкостного мениска 211, предполагает относительно большую толщину линзы 213.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, например, с такими, которые могут быть включены в офтальмологическую линзу, например, контактную линзу, толщина поперечного сечения 210 дугообразной жидкостной менисковой линзы 200 будет составлять до приблизительно 1000 микрон. Примерная толщина 210 относительно более тонкой линзы 200 может составлять до приблизительно 200 микрон. Предпочтительные варианты осуществления могут включать в себя жидкостную менисковую линзу 200 с толщиной линзы 210 приблизительно 600 микрон. По существу толщина поперечного сечения передней изогнутой линзы 201 может составлять от приблизительно 35 микрон до приблизительно 200 микрон, а толщина поперечного сечения задней изогнутой линзы 202 также может составлять от приблизительно 35 микрон до 200 микрон. Как правило, профиль поперечного сечения включает в себя определенное различие в толщине в разных местах линзы 200.
В соответствии с принципами настоящего изобретения, общая оптическая сила определяется совокупностью оптических сил передней изогнутой линзы 201, задней изогнутой линзы 202 и жидкостного мениска 211, сформированного между маслом 208 и физиологическим раствором 207. В некоторых вариантах осуществления, оптическая сила линзы 200 будет также включать в себя разницу в показателе преломления между одной или более передними изогнутыми линзами 201, задней изогнутой линзой 202, маслом 208 и физиологическим раствором 207.
В тех вариантах осуществления, в которых дугообразная жидкостная менисковая линза 200 включена в контактную линзу, также является желательным, чтобы физиологический раствор 207 и масло 208 сохраняли стабильные относительные положения внутри дугообразной жидкостной менисковой линзы 200 при движении пользователя контактной линзы. Как правило, предпочтительно предотвращать перемещение и движения масла 208 по отношению к физиологическому раствору 207 при движении пользователя. Соответственно, комбинация масла 208 и физиологического раствора 207 предпочтительно выбирается с такой же или аналогичной плотностью. Кроме того, масло 208 и физиологический раствор 207 предпочтительно имеют относительно низкую растворимость так, чтобы физиологический раствор 207 и масло 208 не смешивались.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления объем физиологического раствора 207, содержащегося в полости 210, превышает объем содержащегося в полости 210 масла 208. Кроме того, в некоторых предпочтительных вариантах осуществления физиологический раствор 207 контактирует по существу со всей внутренней поверхностью 205 задней изогнутой линзы 202. В некоторых вариантах осуществления объем масла 208 составляет приблизительно 66% или более объема физиологического раствора 207. Некоторые дополнительные варианты осуществления могут включать в себя дугообразную жидкостную менисковую линзу, в которой объем масла 208 составляет приблизительно 90% или менее по сравнению с объемом физиологического раствора 207.
На фиг. 3 представлен вид в разрезе краевой части дугообразной жидкостной менисковой линзы 300. Как было указано выше, дугообразная жидкостная менисковая линза 300 включает в себя переднюю изогнутую линзу 301 и заднюю изогнутую линзу 302. Передняя изогнутая линза 301 и задняя изогнутая линза 302 могут быть сформированы из одного или более материалов, которые являются по меньшей мере частично прозрачными. В некоторых вариантах изобретения, одна или обе передние изогнутые линзы 301 и задняя изогнутая линза 302 включают в себя обычно оптически прозрачную пластмассу, такую как, например, одна или более из: PMMA, Zeonor и TPX.
Одна или обе передние изогнутые линзы 301 и задняя изогнутая линза 302 могут быть изготовлены, например, с помощью одного или более следующих процессов: тонкое алмазное точение и растачивание; литье под давлением; отливка с помощью цифрового зеркального устройства.
Передняя изогнутая линза 301 и (или) задняя изогнутая линза 302 могут включать в себя электропроводное покрытие 303, которое, как показано на фигуре, проходит по периметру от положения 309 до положения 310. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления электропроводное покрытие 303 включает в себя золото. Золото может быть нанесено путем напыления, вакуумного осаждения или другим известным способом. Альтернативное электропроводное покрытие 303 может включать в себя, в качестве неограничивающих примеров, алюминий, никель и оксид индия и олова. По существу электропроводное покрытие 303 наносят на области периметра передней изогнутой линзы 301 и (или) задней изогнутой линзы 302.
В некоторых вариантах настоящего изобретения, задняя изогнутая линза 302 имеет проводящее покрытие 304, нанесенное на отдельные зоны. Например, зоны по периметру задней изогнутой линзы 302 могут иметь покрытие, нанесенное от первой границы 304-1 до второй границы 304-2. Покрытия из золота могут быть нанесены, например, путем напыления или вакуумного осаждения. В некоторых вариантах осуществления для нанесения золота или другого электропроводного материала на одну или более областей на периметре передней изогнутой линзы 301 или задней изогнутой линзы 302 в виде заранее заданного рисунка можно применять трафарет. Альтернативные электропроводные материалы можно наносить различными способами и с покрытием различных участков задней изогнутой линзы 302.
В некоторых вариантах осуществления сквозные каналы, например, одно или более отверстий или вырезов в задней изогнутой линзе 302, могут быть заполнены электропроводным материалом, например, электропроводным эпоксидным наполнителем. Электропроводный наполнитель может обеспечивать электрическое соединение с электропроводным покрытием на внутренней поверхности передней изогнутой линзы 301 и (или) задней изогнутой линзы 302.
В другом аспекте настоящего изобретения передняя изогнутая линза 301 и (или) задняя изогнутая линза 302 могут быть изготовлены из множества различных материалов, при этом оптическая зона, которая по существу находится в центральной области передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302 (не показана), может включать в себя оптически прозрачный материал, а периферическая зона может включать в себя оптически непрозрачную область, содержащую электропроводный материал. Оптически непрозрачная область также может включать в себя один или более из следующих элементов - схему управления и источники энергии.
В еще одном аспекте в некоторых вариантах осуществления на переднюю изогнутую линзу 301 нанесено изоляционное покрытие 305. В неограничивающем изобретение примере изоляционное покрытие 305 может быть нанесено на участок от первой области 305-1 до второй области 305-2. Изоляционные материалы могут включать, например, Parylen C™, Teflon AF или другие материалы с различными электрическими и механическими характеристиками и электрическим сопротивлением.
В некоторых конкретных вариантах осуществления изоляционное покрытие 305 образует пограничную область, отделяющую электропроводное покрытие 303 от физиологического раствора 306, который находится в полости между передней изогнутой линзой 301 и задней изогнутой линзой 302. Некоторые варианты осуществления включают в себя изоляционное покрытие 305, структурированное и расположенное в одной или более зон одной или обеих передних изогнутых линз 301 и задней изогнутой линзы 302 для предотвращения контакта между положительно заряженным проводником 303 и отрицательно заряженным физиологическим раствором 306, при котором контакт проводника 303 и физиологического раствора 306 приведет к короткому замыканию. Некоторые варианты осуществления могут иметь положительно заряженный физиологический раствор 306 и отрицательно заряженный проводник 303.
Некоторые другие варианты осуществления могут допускать короткое замыкание между проводником 303 и физиологическим раствором 306 как функцию сброса схемы, связанной с эксплуатацией линзы 300. Например, короткое замыкание может выравнивать заряд, примененный к линзе и возвращать физиологический раствор 306 и масло 307 в положение по умолчанию.
Некоторые предпочтительные варианты осуществления включают в себя проводник 303, который проходит от области 309 на внутренней поверхности полости 311 до области 310, расположенной за пределами полости 311. В других вариантах осуществления может быть предусмотрен канал 312, проходящий через переднюю изогнутую линзу или заднюю изогнутую линзу, который может быть заполнен электропроводным материалом 313, например, водостойким электропроводным эпоксидным наполнителем. Этот электропроводный материал 313 может формировать электрический вывод, расположенный за пределами полости, или может быть подключен к ней. Электрический заряд может быть применен к выводу и проводиться к покрытиям через проводящий материал 313 в канале 312.
Толщина изоляционного покрытия 305 может быть разной и являться эксплуатационным параметром линзы. В соответствии с принципами настоящего изобретения, заряженные компоненты, включая физиологический раствор 306 и проводник 303, по существу находятся на разных сторонах изоляционного покрытия 305. В настоящем изобретении предусмотрена косвенная связь между толщиной изоляционного покрытия 305 и электрическим полем между физиологическим раствором 306 и проводником 303, при этом, чем дальше друг от друга находятся физиологический раствор 306 и проводник 303, тем слабее будет электрическое поле.
По существу в настоящем изобретении предусмотрено, что напряженность электрического поля может значительно падать при увеличении толщины изоляционного покрытия 305. Чем ближе друг к другу будут находиться поля, тем, по существу, больше энергии будет доступно для перемещения сферической границы жидкостного мениска 308. При увеличении расстояния между физиологическим раствором 306 и проводником 303, будут следовать дальнейшие отдельные друг от друга электростатические заряды физиологического раствора 306 и проводника 303 и, следовательно, тем труднее заставить перемещаться сферическую границу жидкостного мениска 308. И наоборот, чем тоньше покрытие изолятора 305, тем более линза восприимчива к дефектам в изоляционном покрытии 305. Как правило, даже относительно небольшое отверстие в изоляционном покрытии 305 создаст короткое замыкание и линза не будет работать в режиме электроуправляемого смачивания.
В некоторых вариантах осуществления желательно использовать физиологический раствор 306 с плотностью, по существу совпадающей с плотностью масла 307, которое также содержится в линзе 300. Так, например, физиологический раствор 306 может предпочтительно иметь плотность в пределах 10%плотности масла 307 и более предпочтительно физиологический раствор 306 будет иметь плотность в пределах 5% плотности масла и наиболее предпочтительно в пределах примерно 1% или меньше. В некоторых вариантах осуществления концентрацию солей или других компонентов в физиологическом растворе 306 можно изменять для корректировки плотности физиологического раствора 306.
В соответствии с принципами настоящего изобретения, дугообразная жидкостная менисковая линза 300 будет иметь более стабильное оптическое качество при ограничении движения масла 307 относительно передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302. Одним из способов стабилизации движения масла 307 относительно дугообразной передней изогнутой линзы 301 и (или) задней изогнутой линзы 302 является поддержание относительно согласованной плотности масла 307 и физиологического раствора 306. Кроме того, благодаря изогнутой форме внутренних поверхностей передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302 относительная глубина или толщина слоя физиологического раствора 306 уменьшается в сравнении с традиционной цилиндрической конструкцией линзы. В этом случае поверхностные силы, действующие на жидкость внутри полости могут иметь относительно большее влияние на поддержание невозмущенной границы жидкостного мениска 308. Следовательно, плотность, соответствующая требованию, в таких случаях может быть меньшей. В некоторых вариантах изобретения, относительная тонкость жидких слоев также поддерживает границу жидкостной линзы 308.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления физиологический раствор 306 имеет низкий показатель преломления по сравнению с маслом 307, которое имеет относительно высокий показатель преломления. Однако в некоторых вариантах осуществления возможно использование физиологического раствора 306 с более высоким показателем преломления, чем у масла 307, которое в данном случае будет иметь относительно низкий показатель преломления.
Клей 314 может быть использован для фиксации передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302 вблизи друг от друга, тем самым сохраняя масло 307 и физиологический раствор 306 между ними. Клей 314 действует как уплотнение для предотвращения утечки физиологического раствора 306 или масла 307 из изогнутой жидкостной менисковой линзы 300.
На фиг. 4 показана изогнутая жидкостная менисковая линза 400 с границей жидкостного мениска 401 между физиологическим раствором 406 и маслом 407. В соответствии с некоторыми предпочтительными вариантами осуществления, в передней изогнутой линзе 404 предусмотрена стенка мениска 405, образованная первым угловым изломом дугообразной стенки, проходящим между зонами 402 и 403. Граница жидкостного мениска 401 будет двигаться вверх и вниз по стенке мениска 405, в то время как электрический заряд подается и удаляется по одному или более проводящим покрытиям или проводящим материалам 408.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления электропроводное покрытие 408 проходит от зоны, находящейся в полости 409, содержащей физиологический раствор 406 и масло 407, до области, находящейся за пределами полости 409, содержащей физиологический раствор 406 и масло 407. В таких вариантах, проводящее покрытие 408 может быть проводником электрического заряда, подаваемого на проводящее покрытие 408 в точке, внешней по отношению к полости 409 в зону проводящего покрытия 408 в полости 409 и в контакте с физиологическим раствором 406.
На фиг. 5 показан вид в разрезе краевой части дугообразной жидкостной менисковой линзы 500 с передней изогнутой линзой 501 и задней изогнутой линзой 502. Дугообразная жидкостная менисковая линза 500 может содержать физиологический раствор 503 и масло 504. Геометрия дугообразной жидкостной менисковой линзы 500 и характеристики физиологического раствора 503 и масла 504 способствуют формированию границы жидкостного мениска 505 между физиологическим раствором 503 и маслом 504.
Как правило, жидкостная менисковая линза может рассматриваться как конденсатор с одним или более из следующих пунктов: проводящие покрытия, изолирующие покрытия, траектории, и материалы, присутствующие на или проходящие через изогнутую переднюю линзу 501 и заднюю изогнутую линзу 502. В соответствии с настоящим изобретением, форма границы жидкостного мениска 505 и, следовательно, угол контакта между границей жидкостного мениска 505 и передней изогнутой линзой 501 изменяется в ответ на электрический заряд, подаваемый к поверхности, по меньшей мере, части одной или обеих передних изогнутых линз 501 и задней изогнутой линзе 502.
В соответствии с настоящим изобретением, изменение электрического заряда, подаваемого на физиологический раствор 503 через проводящие покрытия или материалы изменяет положение границы жидкостного мениска 505 вдоль стенки мениска 506. Движение происходит между первой складкой 506-1 и второй складкой 506-2.
В предпочтительных вариантах осуществления, граница жидкостного мениска 505 будет на или вблизи первой складки 506-1 при применении первой величины электрического заряда к линзе, такого как, например, напряжение и ток, коррелирующие с состоянием без подачи энергии или состоянием покоя.
Применение второй величины электрического заряда, которую иногда называют первым включенным состоянием, может коррелировать с движением границы жидкостного мениска 505 вдоль стенки мениска 506 в основном в направлении второй складки 506-2, в результате чего форма границы жидкостного мениска изменяется. Как обсуждается ниже, в соответствии с настоящим изобретением, каждая из множества складок вдоль стенки мениска может быть связана с соответствующими включенным состоянием.
Подаваемое напряжение для перехода между первым включенным состоянием и вторым включенным состоянием может включать в себя, например, напряжение постоянного тока приблизительно от 5 вольт до приблизительно 60 вольт. В других вариантах осуществления может использоваться напряжение переменного тока.
В некоторых вариантах осуществления стенка мениска 506 имеет гладкую поверхность по отношению к толщине изоляционного покрытия. Гладкая поверхность стенки мениска 506 может сводить к минимуму дефекты изоляционного покрытия. Кроме того, поскольку случайные неровности рельефа поверхности могут приводить к неравномерному движению жидкости и, следовательно, вызывать неравномерные или непредсказуемые движения мениска при подаче или отключении тока, гладкая поверхность стенки мениска 506 является предпочтительной. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления высота неровностей профиля гладкой стенки мениска вдоль стенки мениска 506 находится в диапазоне от приблизительно 1,25 нанометра до 5,00 нанометров.
В другом аспекте в некоторых вариантах осуществления желательно, чтобы стенка мениска 506 была гидрофобной, и в этом случае в конструкцию дугообразной жидкостной менисковой линзы может быть введен заданный рельеф, например, нанорельефная поверхность.
В еще одном аспекте в некоторых вариантах осуществления стенка мениска 506 может располагаться под углом к оптической оси линзы. Угол может варьировать от 0°, то есть стенка может быть параллельной оптической оси, до 90° или приблизительно 90°, то есть стенка может быть перпендикулярной оптической оси. Как показано на фигуре, и в некоторых предпочтительных вариантах осуществления, чтобы дугообразная жидкостная менисковая линза могла функционировать, угол стенки мениска 506 должен по существу находиться в диапазоне от приблизительно 30° до 50°, учитывая текущий контактный угол между границей жидкостного мениска 505 и покрытой изоляционным материалом стенкой мениска 506. При использовании иных материалов или при иных оптических свойствах, например, для телескопического зрения, угол стенки мениска 506 может быть ближе к 0° или к 90°.
В соответствии с настоящим изобретением, угол стенки мениска 506 может быть рассчитан для обеспечения величины перемещения вдоль стенки мениска 506 при подаче указанного электрического напряжения. В некоторых вариантах осуществления при увеличении угла стенки мениска 506 способность линзы менять свою оптическую силу в пределах, заданных параметрами размера линзы и напряжения, как правило, уменьшается. Кроме того, если стенка мениска 506 расположена под углом к оптической оси, равным или приблизительно равным 0°, граница жидкостного мениска 505 будет направлена почти прямо на переднюю оптическую часть. Угол стенки мениска является одним из нескольких параметров, которые можно изменять для получения различных эксплуатационных характеристик линзы.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления длина стенки мениска 506 составляет приблизительно 0,265 мм. Однако такой показатель, как угол стенки мениска 506, вместе с размером всей линзы естественным образом влияет на длину стенки мениска 506 в различных промышленных образцах изделия.
По существу, дугообразную жидкостную менисковую линзу 500 можно считать неисправной, если масло 504 касается задней изогнутой линзы 502. Таким образом, в предпочтительных вариантах осуществления стенка мениска 506 выполнена таким образом, что между первой складкой 506-1 и задней изогнутой линзой 502 (в ближайшей ее точке) остается минимальный просвет, составляющий 50 микрон. В других вариантах осуществления минимальный просвет может быть менее 50 микрон, однако риск получения неисправной линзы при уменьшении просвета возрастает. В некоторых других вариантах осуществления просвет может быть увеличен для снижения риска получения неисправной линзы, но, как правило, общая толщина линзы при этом также возрастает, что может быть нежелательным.
В еще одном аспекте некоторых предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения поведение границы жидкостного мениска 505, перемещающейся вдоль стенки мениска 506, может быть экстраполировано с помощью уравнения Юнга. Хотя уравнение Юнга описывает баланс сил, связанных с каплей жидкости на сухой поверхности, и предполагает идеально ровную поверхность, фундаментальные свойства можно применить к среде со смачиванием линзы с использованием электрического заряда, созданной в дугообразной жидкостной менисковой линзе 500.
Первая величина электрической энергии может применяться к линзе, например, когда линза находится в невключенном состоянии. Во время применения первой величины электрической энергии, достигается баланс межфазной энергии между маслом 504 и физиологическим раствором 503. Такое состояние может быть передано здесь как граница жидкостного мениска 505. Масло 504 и стенка мениска 506, и физиологический раствор 503 и стенка мениска 506 образуют равновесный контактный угол между границей жидкостного мениска 505 и стенкой мениска 506. При изменении амплитуды напряжения, приложенного к дугообразной жидкостной менисковой линзе 500, баланс энергии на поверхности раздела фаз изменяется, что приводит к соответствующему изменению контактного угла между границей жидкостного мениска 505 и стенкой мениска 506.
Контактный угол между границей жидкостного мениска 505 и покрытой изоляционным материалом стенкой мениска 506 является важным элементом конструкции и условием функционирования дугообразной жидкостной менисковой линзы 500, не только вследствие его роли в движении границы жидкостного мениска 505, описываемого уравнением Юнга, но также из-за того, что контактный угол вместе с другими особенностями дугообразной жидкостной менисковой линзы 500 используется для ограничения движений мениска.
Неоднородности, такие как складки 506-1 и 506-2, на обоих концах стенки мениска 506 выступают в качестве границ для перемещения жидкостного мениска 505, поэтому потребуется значительное изменение примененного электрического заряда, чтобы осуществить достаточно большие изменения контактного угла жидкостного мениска для перемещения границы жидкостного мениска 505 вне одной из складок. В качестве неограничивающего примера, в некоторых вариантах применения, контактный угол границы жидкостного мениска 505 со стенкой мениска 506 находится в диапазоне от 15° до 40°, а контактный угол границы жидкостного мениска 505 со ступенькой 507 за второй складкой 506-2 находится, возможно, в диапазоне от 90° до 130°, а в некоторых предпочтительных вариантах около 110°.
На линзу может подаваться напряжение, в результате чего возникает движение границы жидкостного мениска 505 вдоль стенки мениска 506 ко второй складке 506-2. Естественный контактный угол между границей жидкостного мениска 505 и покрытой изоляционным материалом стенкой мениска 506 приводит к тому, что граница жидкостного мениска 505 останавливается у второй складки 506-2, если не приложено существенно более высокое напряжение.
С одного конца стенки мениска 506 первая складка 506-1 по существу образует один ограничитель, за который граница жидкостного мениска 505 обычно не переходит. В некоторых вариантах осуществления первая складка 506-1 выполнена в виде острого края. В других предпочтительных вариантах осуществления первая складка 506-1 имеет поверхность небольшого заданного радиуса, которая может быть создана с меньшей вероятностью брака. Электропроводное, изоляционное и иные возможные и желательные покрытия не могут быть равномерно и должным образом наложены на острый край, в то время как на скругленный край радиальной поверхности заданного радиуса покрытие можно нанести более надежно.
В некоторых вариантах осуществления первая складка 506-1 выполнена под углом приблизительно 90°, при этом заданный радиус составляет приблизительно 10 микрон. Складка также может быть расположена под углом менее 90°. В некоторых вариантах осуществления складка может быть расположена под углом больше 90° для повышения прочности складки, но такая конструкция занимает в линзе больше места.
В различных вариантах осуществления, определенный радиус складки 506-1 и/или 506-2 может быть в диапазоне от 5 мкм до 50 мкм. Радиус больше определенного может быть использован для повышения надежности покрытия, но за счет использования большего пространства в жестких пределах конструкции линзы. В этом случае, как и во многих других областях изготовления линз, существует компромисс между простотой конструкции, оптимизацией функций линзы и уменьшением размера. функциональную, надежную дугообразную жидкостную менисковую линзу 500 можно изготовить с учетом широкого диапазона переменных параметров.
В некоторых вариантах осуществления, больший радиус складки может быть использован в сочетании с улучшенной отделкой поверхности на боковой стенке между двумя соседними складками. В некоторых вариантах осуществления может быть желательно, чтобы поверхность от первого радиуса (складки) до второго радиуса (складки) была гладкой и без неоднородностей в местах, где необходимо сократить форму для литья, используемую для формирования складки тем же инструментом. Радиусы, включенные в складку, можно разрезать на поверхности формовочного инструмента, где радиус поверхности формы больше, чем радиус складки. Здесь поверхность формовочного инструмента является непрерывной поверхностью, включая одну или несколько складок и боковую стенку. Больший радиус инструмента может в целом относиться к более гладкой обработке поверхности соответствующего разреза.
Вторая складка 506-2 имеет особенности, позволяющие ограничивать перемещение масла при применении напряжения к дугообразной жидкостной менисковой линзе 500. Вторая складка 506-2 может также включать в себя, в некоторых вариантах осуществления, обычно заостренный конец, или в других вариантах применения, вторая складка 506-2 может включать в себя определенный радиус от 5 до 25 мкм, наиболее предпочтительно 10 мкм. Радиус 10 микрон благоприятен для формирования складки, и его можно создать с помощью токарного станка с алмазным карандашом или путем литья под давлением.
Вертикальная или почти вертикальная ступенька 507, распространяющаяся на начало оптической зоны 508 передней изогнутой линзы 501, может быть включена в боковую сторону второй складки 506-2 напротив стенки мениска 506. В некоторых вариантах осуществления высота ступеньки 507 составляет 120 микрон, хотя может находиться в диапазоне от 50 до 200 микрон.
В некоторых вариантах осуществления ступенька 507 может располагаться под углом приблизительно 5° от оптической оси. В других вариантах осуществления угол ступеньки 507 может составлять всего 1° или 2° или же может составлять более 5°. Ступенька 507, расположенная под меньшим углом от оптической оси, как правило, более эффективно ограничивает движения мениска, поскольку потребуется более сильное изменение контактного угла границы жидкостного мениска 505, чтобы мениск сошел со стенки мениска 506 и поднялся на ступеньку 507. Переход от ступеньки 507 к началу оптической области 508 имеет радиус 25 микрон. Увеличение радиуса приведет к неоправданному увеличению занимаемого места в конструкции линзы. Использование меньшего радиуса возможно. Такой вариант используется, если необходимо сэкономить место. Решение об использовании заданного радиуса вместо идеальной складки в данной области линзы, а также в других ее областях, в частности, основано на потенциальном переходе к процессу изготовления элементов линзы путем литья под давлением. Изгиб между ступенькой 507 и началом оптической области 508 улучшает растекание пластика в процессе литья под давлением, и в результате получается линза с оптимальными характеристиками прочности и стойкости к нагрузкам.
На фиг. 6A, в некоторых вариантах осуществления, изображена многовыпуклая стенка мениска 601, которая может быть включена в жидкостную менисковую линзу. Многовыпуклая стенка мениска 601 включает в себя множественные сегменты, выпуклые по отношению к оптической оси, проходящей сквозь жидкостную менисковую линзу. Множественные сегменты, выпуклые по отношению к оптической оси, перемежаются или не перемежаются с сегментами стенки мениска, которая включает в себя другие формы по отношению к оптической оси, такие как, например, линейная, вогнутая или ступенчатая форма. Другие функции и формы сегментов также могут перемежаться.
В некоторых вариантах, многовыпуклая стенка мениска 601 может размещаться под углом примерно в сорок пять градусов (45 °) от оптической оси в дугообразной жидкостной менисковой линзе, содержащей масло 602 и физиологический раствор 603. В некоторых вариантах осуществления, граница жидкостного мениска 604A соприкасается с многовыпуклой стенкой мениска 601 в 605A в первом состоянии заряда, подаваемого к многовыпуклой стенке 601, например, в невключенном состоянии. По существу, в некоторых примерных вариантах осуществления, первое включенное состояние включает в себя границу жидкостного мениска ближе к концу многовыпуклой стенки мениска 601, наиболее близкой к первой складке 607.
На фиг. 6B изображено местоположение границы жидкостного мениска 604B во втором включенном состоянии, таком, как включенное состояние с напряжением, подаваемым на стенку мениска 601. По отношению к первому состоянию, включая невключенное состояние, граница жидкостного мениска 604B переместилась в целом по направлению к передней изогнутой линзе 606 вдоль многовыпуклой стенки мениска 601. Включенное состояние может также включать в себя границу жидкостного мениска 604B по существу ближе к неоднородности 609 между выпуклыми сегментами в многовыпуклой стенке мениска 601.
На фиг. 7A изображен вид в перспективе компонента многовыпуклой стенки мениска 701дугообразной жидкостной менисковой линзы отдельно от других частей дугообразной жидкостной менисковой линзы. В иллюстрированных вариантах осуществления, многовыпуклая стенка мениска 701 включает в себя четыре выпуклых сегмента стенки мениска, с 701-1 по 701-4. Выпуклые сегменты стенки по существу выпуклые по отношению к оптической оси 703, проходящей через линзу. Другие варианты осуществления могут включать более или менее выпуклые сегменты стенки мениска 701-1-701-4. Количество сегментов стенки может основываться, например, на физическом размере жидкостной менисковой линзы, количество установленных позиций менисковой линзы может устанавливаться или предполагаться.
Многовыпуклая стенка мениска 701 имеет постоянную длину между первой складкой 702-1 и второй складкой 702-2 по всей линзе. На фиг. 7B изображен вид в перспективе одного сегмента выпуклой стенки мениска 701-1, форма которого содержит сегмент тора.
В некоторых вариантах осуществления, многовыпуклая стенка мениска будет включать в себя неоднородности, которые образуют одна или несколько винтовых траекторий инструмента на стенке менисковой линзы. Например, токарный станок может использоваться для формирования спирали или спирального шаблона в стенке менисковой линзы или в формовочном инструменте, используемом для формирования стенки менисковой линзы.
Фиг. 6C сочетает в себе фиг. 6A и 6B, с указанием местонахождения границы жидкостного мениска в обоих невключенном 604A и включенном 604b состоянии. В соответствии с настоящим изобретением, жидкостная менисковая линза с многовыпуклой стенкой мениска 601, размещенная под заданным углом относительно оптической оси, как показано на фиг. 6C, обеспечивает более последовательный и повторяемый контроль над движением жидкостного мениска в результате применения электрического заряда к части стенки мениска, чем жидкостная менисковая линза с линейной стенкой мениска, размещенной под тем же углом по отношению к оптической оси. Примеры линзы, включающей линейную стенку мениска, описаны в заявке на патент США серийный № 61,359,548, поданной 29 июня 2010 года и озаглавленной "ЛИНЗА С УСЕЧЕННО-КОНИЧЕСКОЙ СТЕНКОЙ МЕНИСКА", которая включена здесь в качестве ссылки.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления, на стенку жидкостного мениска подается напряжение, и соответствующая граница жидкостного мениска перемещается вдоль многовыпуклой стенки мениска 601 к передней изогнутой линзе 606. Неоднородности 609 между сегментами выпуклой стенки мениска являются целесообразными для замедления и остановки перемещения жидкостного мениска в назначенных зонах для достижения определенных изменений и изменений энергии, или другого желательного перемещения границы жидкостного мениска. Когда граница жидкостного мениска перемещается вдоль каждого выпуклого сегмента, движение может быть замедлено или более легко остановлено у каждой неоднородности 609 в связи с изменениями контактного угла границы жидкостного мениска на каждой стороне неоднородности 609. В соответствии с настоящим изобретением, если перемещение границы жидкостного мениска 604A-604b остановилось у неоднородности 609, граница жидкостного мениска 604A-604b немного перемещается до остановки у боковой стороны второй складки 608 неоднородности 609 в связи с каналовым эффектом неоднородностей 609 на границе жидкостного мениска 604A-604b.
В некоторых вариантах чистый эффект настоящего изобретения включает в себя предсказуемый небольшой гистерезис контактного угла, который помогает стабилизировать положение границы жидкостного мениска, несмотря на небольшие колебания напряжения. Кроме того, капли масла могут сохраняться на структурах канала, когда положение границы жидкостного мениска вызвано изменением примененного напряжения. Капли масла помогают отводить назад границу жидкостного мениска, когда линза отключена от источника питания, что приводит к быстрому и более предсказуемому времени восстановления.
Так как изобретение описано со ссылкой на конкретные варианты осуществления, специалистам в данной области будет понятно, что существует возможность внесения различных изменений и эквивалентных замен его элементов, не выходящих за пределы объема изобретения. Кроме того, существует возможность реализации различных модификаций для адаптации конкретной ситуации или материала к методике изобретения, не выходя за пределы объема изобретения.
Следовательно, предполагается, что изобретение не ограничено конкретными вариантами осуществления, рассматриваемыми как наилучший предполагаемый вариант осуществления изобретения, а, напротив, изобретение будет включать в себя все варианты осуществления в пределах сущности и объема приложенных пунктов формулы изобретения.