СПОСОБ И АППАРАТ ДЛЯ ОФТАЛЬМОЛОГИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ, СОДЕРЖАЩИХ ДИЭЛЕКТРИКИ И НАНОМАСШТАБНЫЕ КАПЛИ ЖИДКОГО КРИСТАЛЛА
METHOD AND APPARATUS FOR OPHTHALMIC DEVICES COMPRISING DIELECTRICS AND NANOSCALE LIQUID CRYSTAL DROPLETS

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА СМЕЖНЫЕ ЗАЯВКИ
Настоящая заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке №61/878,723, поданной 17 сентября 2013 г.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область применения изобретения
Настоящее изобретение относится к устройству офтальмологической линзы с возможностью изменения оптических свойств, а более конкретно, в некоторых вариантах осуществления, к изготовлению офтальмологической линзы со вставкой с изменяемыми оптическими свойствами, использующей жидкокристаллические элементы.
2. Обсуждение смежной области
Традиционно офтальмологическая линза, такая как контактная линза или интраокулярная линза, обеспечивала заданное оптическое свойство. Например, контактная линза может обеспечивать одно или более из следующего: функциональность коррекции зрения; косметическое улучшение; а также терапевтические воздействия, но лишь некоторый набор функций коррекции зрения. Каждая функция обусловлена физической характеристикой линзы. По существу конфигурация линзы с использованием светопреломляющего свойства обеспечивает функциональность коррекции зрения. Введение в линзу пигмента может обеспечивать косметическое улучшение. Введение в линзу активного агента может обеспечивать терапевтическую функциональность.
На сегодняшний день оптическое свойство офтальмологической линзы обуславливает физическую характеристику линзы. По существу определяют оптическую конфигурацию, а затем придают ее линзе в процессе изготовления линзы, например, при отливке или токарной обработке. После формирования линзы оптические свойства линзы оставались постоянными. Однако пользователям иногда может быть полезно иметь более одной доступной оптической силы для обеспечения аккомодации зрения. В отличие от людей, которые носят очки и могут менять очки для изменения оптической коррекции, пользователи контактных или интраокулярных линз не имели возможности менять оптические характеристики при коррекции зрения без значительного усилия или ношения очков в дополнение к контактным линзам или интраокулярным линзам.
ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Соответственно, настоящее изобретение включает инновации, которые относятся ко вставке с изменяемыми оптическими свойствами с жидкокристаллическими элементами, на которую может быть подано энергообеспечение и которая может быть встроена в офтальмологическое устройство, а также которая может быть выполнена с возможностью изменения оптического свойства устройства. Примеры таких офтальмологических устройств могут включать контактную линзу или интраокулярную линзу. Кроме того, представлены способы и устройство для изготовления офтальмологической линзы со вставкой с изменяемыми оптическими свойствами, в которой используются жидкокристаллические элементы. Некоторые варианты осуществления также могут включать литую силикон-гидрогелевую контактную линзу с жесткой или формируемой вставкой с энергообеспечением, которая дополнительно включает часть с изменяемыми оптическими свойствами, причем вставка включена внутрь офтальмологической линзы биосовместимым образом.
Таким образом, настоящее изобретение включает описание офтальмологической линзы со вставкой с изменяемыми оптическими свойствами, устройство для изготовления офтальмологической линзы со вставкой с изменяемыми оптическими свойствами, а также способы их изготовления. Источник энергии может быть нанесен или собран на вставке с изменяемыми оптическими свойствами, а вставка может быть размещена в непосредственной близости к одной или обеим из первой части формы для литья и второй части формы для литья. Композицию, содержащую реакционную смесь мономера (в дальнейшем называемую «реакционная смесь мономера»), размещают между первой частью формы для литья и второй частью формы для литья. Первая часть формы для литья расположена в непосредственной близости от второй части формы для литья, посредством этого образуя полость линзы с вкладышем-субстратом с энергообеспечением и по меньшей мере некоторым количеством реакционной смеси мономера в полости линзы; реакционную смесь мономера подвергают воздействию актиничного излучения с образованием офтальмологической линзы. Линзы образуют путем управления актиничным излучением, воздействию которого подвергают реакционную смесь мономера. В некоторых вариантах осуществления края офтальмологической линзы или инкапсулирующий вставку слой могут быть образованы из стандартных гидрогелевых составов для офтальмологической линзы. Примеры материалов с характеристиками, которые могут обеспечивать приемлемое совпадение со множеством материалов вставки, могут включать, например, семейство нарафилкона (включая нарафилкон A и нарафилкон B), семейство этафилкона (включая этафилкон A), галифилкон А и сенофилкон А.
Способы образования вставки с жидкокристаллическими элементами с изменяемыми оптическими свойствами и итоговые вставки представляют собой важные аспекты различных вариантов осуществления. В некоторых вариантах осуществления жидкий кристалл может быть размещен между двумя слоями центрирования, которые могут устанавливать для жидкого кристалла ориентацию в состоянии покоя. Эти два слоя центрирования могут находиться в электрической связи с источником энергии с помощью электродов, нанесенных на слои подложки, которая содержит часть с изменяемыми оптическими свойствами. Электроды могут иметь энергообеспечение за счет промежуточного взаимного соединения с источником энергии или непосредственно за счет компонентов, внедренных во вставку.
Подача питания к слоям центрирования может вызывать сдвиг жидкого кристалла из ориентации в состоянии покоя в ориентацию с энергообеспечением. В вариантах осуществления, использующих два уровня энергообеспечения, в режиме вкл. или выкл., жидкий кристалл может иметь лишь одну ориентацию с энергообеспечением. В других альтернативных вариантах осуществления, где подача питания происходит вдоль шкалы уровней энергии, жидкий кристалл может иметь множество ориентаций с энергообеспечением. Дополнительно могут быть получены варианты осуществления, в которых процесс подачи питания может вызывать переключение между различными состояниями за счет импульса подачи питания.
Итоговое центрирование и ориентация молекул могут влиять на свет, проходящий через жидкокристаллический слой, посредством этого вызывая изменение во вставке с изменяемыми оптическими свойствами. Например, центрирование и ориентация могут влиять на рефракционные характеристики при падающем свете. Кроме того, воздействие может включать изменение поляризации света. Некоторые варианты осуществления могут включать вставку с изменяемыми оптическими свойствами, в которой подача питания изменяет фокальную характеристику линзы.
В некоторых вариантах осуществления жидкокристаллический слой может быть образован способом, в котором инициируют полимеризацию полимеризуемой смеси, содержащей молекулы жидкого кристалла. Управляя полимеризацией различными способами, можно отделять капли из молекул жидкого кристалла от полимеризованного слоя по мере его образования. В некоторых вариантах осуществления процессом можно управлять таким образом, чтобы капли были наномасштабными, что может означать, что средний или медианный диаметр скопления капель - менее приблизительно 1 микрона в длину. В некоторых дополнительных версиях средний или медианный диаметр также может быть менее приблизительно 0,1 микрона в длину.
Соответственно, в некоторых вариантах осуществления офтальмологическое устройство может быть образовано путем встраивания вставки с изменяемыми оптическими свойствами, содержащей молекулы жидкого кристалла, внутрь офтальмологического устройства. Вставка с изменяемыми свойствами может содержать по меньшей мере часть, которая может быть размещена в оптической зоне офтальмологического устройства. Вставка с изменяемыми свойствами может содержать передний элемент вставки и задний элемент вставки. Любая или обе из поверхностей переднего и заднего элемента вставки могут быть искривлены различным образом, а в некоторых вариантах осуществления радиус кривизны задней поверхности на переднем элементе вставки может отличаться от радиуса кривизны передней поверхности заднего элемента вставки. В линзу и вставку может быть включен источник энергии, а в некоторых вариантах осуществления источник энергии может быть размещен так, чтобы по меньшей мере часть источника энергии находилась в неоптической зоне устройства.
В некоторых вариантах осуществления слой, содержащий капли жидкокристаллического материала, дополнительно может быть образован так, что внутри слоя, образованного из капель жидкокристаллического материала, область, содержащая капли, представляет собой часть слоя, содержащую жидкокристаллический материал, и имеет формованный профиль, способный вызывать оптический эффект, дополняющий эффект локально изменяющихся толщин диэлектрика на поверхностях вставки.
В некоторых вариантах осуществления слой, содержащий капли жидкокристаллического материала, дополнительно может быть образован так, что внутри слоя, образованного из капель жидкокристаллического материала, плотность капель изменяется в пространстве так, что изменение способно вызвать оптический эффект, дополняющий эффект локально изменяющихся толщин диэлектрика на поверхностях вставки.
Вставка может содержать по меньшей мере первый жидкокристаллический материал, а жидкокристаллический материал также может находиться в каплях, где средний или медианный диаметр скопления капель может иметь диаметр менее микрона в длину или рассматриваться в качестве наномасштабного.
В некоторых вариантах осуществления офтальмологическое устройство может представлять собой контактную линзу.
В некоторых вариантах осуществления вставка офтальмологического устройства может содержать электроды, изготовленные из различных материалов, включая прозрачные материалы, такие как, в качестве примера, не имеющего ограничительного характера, оксид индия и олова (ITO). Первый электрод может быть размещен в непосредственной близости от задней поверхности переднего криволинейного элемента, а второй электрод может быть размещен в непосредственной близости от передней поверхности заднего криволинейного элемента. Когда к первому и второму электродам прикладывают электрический потенциал, в жидкокристаллическом слое, размещенном между электродами, может быть создано электрическое поле. Приложение электрического поля к жидкокристаллическому слою может вызвать физическое центрирование молекул жидкого кристалла внутри слоя с электрическим полем. В некоторых вариантах осуществления молекулы жидкого кристалла могут быть размещены в каплях внутри слоя, а в некоторых вариантах осуществления капли могут иметь средний диаметр размером менее 1 микрона. Когда молекулы жидкого кристалла центрируются с электрическим полем, центрирование может вызывать изменение оптических характеристик, при котором световой луч может восприниматься как пересекающий слой, содержащий молекулы жидкого кристалла. В качестве примера, не имеющего ограничительного характера, можно привести изменение показателя преломления, вызванного изменением центрирования. В некоторых вариантах осуществления изменение оптических характеристик может привести к изменению фокальных характеристик линзы, содержащей слой, который содержит молекулы жидкого кристалла.
В некоторых вариантах осуществления описанные офтальмологические устройства могут включать процессор.
В некоторых вариантах осуществления описанные офтальмологические устройства могут включать электрическую схему. Электрическая схема может управлять или направлять электрический ток для обеспечения его протекания через офтальмологическое устройство. Электрическая схема может управлять потоком электрического тока от источника энергии к первому или второму электродным элементам.
В некоторых вариантах осуществления устройство-вставка может содержать больше переднего элемента вставки и заднего элемента вставки. Между передним элементом вставки и задним элементом вставки может быть размещен промежуточный элемент или элементы. В примере слой, содержащий жидкий кристалл, может быть размещен между передним элементом вставки и промежуточным элементом. Вставка может содержать по меньшей мере часть, которая может быть размещена в оптической зоне офтальмологического устройства. Любая или обе из поверхности переднего, промежуточного и заднего элемента вставки могут быть искривлены различными способами, а в некоторых вариантах осуществления радиус кривизны задней поверхности на переднем элементе вставки может отличаться от радиуса кривизны передней поверхности промежуточного элемента вставки. В линзу и вставку может быть включен источник энергии, а в некоторых вариантах осуществления источник энергии может быть размещен так, чтобы по меньшей мере часть источника энергии находилась в неоптической зоне устройства.
Вставка с передним элементом вставки, задним элементом вставки и по меньшей мере первым промежуточным элементом вставки может содержать по меньшей мере первую молекулу жидкого кристалла, а молекула или молекулы жидкого кристалла также могут находиться в каплях, где средний или медианный диаметр скопления капель может иметь диаметр менее микрона в длину или рассматриваться в качестве наномасштабного.
В некоторых вариантах осуществления с передним элементом вставки, задним элементом вставки и по меньшей мере первым промежуточным элементом вставки офтальмологическое устройство может представлять собой контактную линзу.
В некоторых вариантах осуществления вставка офтальмологического устройства с передним элементом вставки, задним элементом вставки и по меньшей мере первым промежуточным элементом вставки может содержать электроды, изготовленные из различных материалов, включая прозрачные материалы, такие как, в качестве примера, не имеющего ограничительного характера, ITO. Первый электрод может быть размещен в непосредственной близости от задней поверхности переднего криволинейного элемента, а второй электрод может быть размещен в непосредственной близости от передней поверхности промежуточного элемента. Когда к первому и второму электродам прикладывают электрический потенциал, в жидкокристаллическом слое, размещенном между электродами, может быть создано электрическое поле. Приложение электрического поля к жидкокристаллическому слою может вызвать физическое центрирование молекул жидкого кристалла внутри слоя с электрическим полем. В некоторых вариантах осуществления молекулы жидкого кристалла могут быть размещены в каплях внутри слоя, а в некоторых вариантах осуществления капли могут иметь средний диаметр размером менее 1 микрона. Когда молекулы жидкого кристалла центрируются с электрическим полем, центрирование может вызывать изменение оптических характеристик, при котором световой луч может восприниматься как пересекающий слой, содержащий молекулы жидкого кристалла. В качестве примера, не имеющего ограничительного характера, можно привести изменение показателя преломления, вызванного изменением центрирования. В некоторых вариантах осуществления изменение оптических характеристик может привести к изменению фокальных характеристик линзы, содержащей слой, который содержит молекулы жидкого кристалла.
В некоторых вариантах осуществления промежуточный элемент может содержать множество элементов, соединенных вместе.
В некоторых вариантах осуществления, где устройство-вставка может быть образовано из переднего элемента вставки, заднего элемента вставки и промежуточного элемента или элементов, слой, содержащий жидкий кристалл, может быть размещен между передним элементом вставки и промежуточным элементом или между промежуточным элементом и задним элементом вставки. Кроме того, поляризационный элемент также может быть размещен внутри устройства-вставки с изменяемыми свойствами. Вставка с изменяемыми свойствами может содержать по меньшей мере часть, которая может быть размещена в оптической зоне офтальмологического устройства. Любая или обе из поверхностей переднего, промежуточного и заднего элементов вставки могут быть искривлены различными способами, а в некоторых вариантах осуществления радиус кривизны задней поверхности на переднем элементе вставки может отличаться от радиуса кривизны передней поверхности промежуточного элемента вставки. В линзу и вставку может быть включен источник энергии, а в некоторых вариантах осуществления источник энергии может быть размещен так, чтобы по меньшей мере часть источника энергии находилась в неоптической зоне устройства.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Представленные выше и другие элементы и преимущества настоящего изобретения будут очевидны после представленного ниже более подробного описания предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, что проиллюстрировано в приложенных чертежах.
На Фиг. 1 представлен пример компонентов устройства узла формы для литья, которые могут быть подходящими для реализации некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения.
На Фиг. 2А и 2В представлен пример варианта осуществления офтальмологической линзы с энергообеспечением и вставкой с изменяемыми оптическими свойствами.
На Фиг. 3A и 3B представлены виды в сечении вставки с изменяемыми оптическими свойствами, где передний и задний криволинейные элементы вставки с изменяемыми оптическими свойствами могут иметь слои диэлектрика, изменяющиеся в части с изменяемыми оптическими свойствами.
На Фиг. 4A и 4B представлен вид в сечении варианта осуществления устройства офтальмологической линзы со вставкой с изменяемыми оптическими свойствами, причем часть с изменяемыми оптическими свойствами может быть образована из наномасштабных капель жидкого кристалла.
На Фиг. 5 представлен пример варианта осуществления вставки с изменяемыми оптическими свойствами, в которой часть с изменяемыми оптическими свойствами может быть образована из наномасштабных капель жидкого кристалла.
На Фиг. 6 представлен альтернативный вариант осуществления линзы с изменяемыми оптическими свойствами, содержащей вставку, в которой части с изменяемыми оптическими свойствами могут быть образованы из наномасштабных капель жидкого кристалла.
На Фиг. 7 представлены стадии способа образования офтальмологической линзы со вставкой с изменяемыми оптическими свойствами, которая может быть образована из наномасштабных капель жидкого кристалла.
На Фиг. 8 представлен пример компонентов устройства для размещения вставки с изменяемыми оптическими свойствами, образованной из наномасштабных капель жидкого кристалла в часть формы для литья офтальмологической линзы.
На Фиг. 9 представлен процессор, который можно применять для реализации некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения.
На Фиг. 10A, 10B и 10C представлен альтернативный вариант осуществления линзы с изменяемыми оптическими свойствами, содержащей вставку, причем части с изменяемыми оптическими свойствами могут быть образованы из формованных областей с наномасштабными каплями жидкого кристалла.
На Фиг. 11, 11A, 11B и 11C представлен альтернативный вариант осуществления линзы с изменяемыми оптическими свойствами, содержащей вставку, в которой части с изменяемыми оптическими свойствами могут быть образованы из наномасштабных капель жидкого кристалла с изменяемой плотностью.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение включает способы и устройство для изготовления офтальмологической линзы со вставкой с изменяемыми оптическими свойствами, причем часть с изменяемыми оптическими свойствами содержит жидкий кристалл или композитный материал, который сам по себе включает жидкокристаллические составляющие. Кроме того, настоящее изобретение включает офтальмологическую линзу со вставкой с изменяемыми оптическими свойствами, содержащей жидкий кристалл, встроенный в офтальмологическую линзу.
В соответствии с настоящим изобретением образована офтальмологическая линза с внедренной вставкой и источником энергии, таким как электрохимический элемент или батарея, в качестве средства хранения энергии. В некоторых примерах осуществления материалы, содержащие источник энергии, могут быть инкапсулированы и выделены из среды, в которой размещена офтальмологическая линза. В некоторых примерах осуществления источник энергии может включать щелочной электрохимический элемент, который можно применять в первичной или перезаряжаемой конфигурации.
Для изменения оптической части можно применять регулирующее устройство, управляемое пользователем. Регулирующее устройство может включать, например, электронное устройство или пассивное устройство для увеличения или уменьшения напряжения на выходе или для подключения и отключения источника энергии. Некоторые примеры осуществления также могут включать автоматизированное регулирующее устройство для изменения части с изменяемыми оптическими свойствами с помощью автоматизированного устройства в соответствии с измеренным параметром или входными данными пользователя. Входные данные пользователя могут включать, например, переключатель, управляемый беспроводным устройством. Беспроводная связь может включать, например, радиочастотное управление, магнитное переключение, световое излучение с упорядоченной структурой и индуктивное переключение. В других примерах осуществления активация может происходить в ответ на биологическую функцию или в ответ на измерение чувствительного элемента внутри офтальмологической линзы. В других примерах осуществления, не имеющих ограничительного характера, активация может происходить вследствие изменения условий освещенности окружающей среды.
Изменение оптической силы может иметь место тогда, когда электрические поля, создаваемые путем подачи питания к электродам, вызывают перецентрирование внутри жидкокристаллического слоя, посредством чего молекулы из ориентации в состоянии покоя смещаются в ориентацию с энергообеспечением. В других альтернативных примерах осуществления могут использоваться разные воздействия, вызванные изменением жидкокристаллических слоев за счет подачи питания на электроды, например, путем изменения состояния поляризации света, в частности, вращения плоскости поляризации.
В некоторых примерах осуществления с жидкокристаллическими слоями в части неоптической зоны офтальмологической линзы могут быть элементы с энергообеспечением, в то время как другие варианты осуществления могут не требовать подачи питания. В вариантах осуществления без подачи питания жидкий кристалл может изменяться пассивно на основе некоторого внешнего фактора, например, температуры окружающей среды или естественного освещения.
Жидкокристаллическая линза может обеспечивать электрически изменяемый показатель преломления поляризованного света, падающего на ее тело. Комбинация из двух линз, в которой ориентация оптической оси второй линзы вращается относительно первой линзы, позволяет получить элемент линзы, который может изменять показатель преломления неполяризованного света окружающей среды.
Комбинирование электрически активных жидкокристаллических слоев с электродами позволяет получить физический объект, управление которым может осуществляться путем приложения электрического поля через электроды. Если на периферии жидкокристаллического слоя присутствует слой диэлектрика, то поле, проходящее через слой диэлектрика, и поле, проходящее через жидкокристаллический слой, могут быть скомбинированы в поле, проходящее через электроды. Характер трехмерной формы комбинации полей, проходящих через слои, можно оценить на основе принципов электродинамики и геометрии слоя диэлектрика и жидкокристаллического слоя. Если эффективная электрическая толщина слоя диэлектрика изготовлена неоднородным образом, то воздействие поля, проходящего через электроды, может иметь «форму», образованную эффективной формой диэлектрика, и создавать пространственно сформированные изменения показателя преломления в жидкокристаллических слоях. В некоторых примерах осуществления такое придание формы может позволить получить линзы, имеющие способность приобретать изменяемые фокальные характеристики.
Альтернативный пример осуществления может быть получен, когда физические элементы линзы, содержащие жидкокристаллические слои, сами по себе сформированы так, что они имеют разные фокальные характеристики. Затем электрически изменяемый показатель преломления жидкокристаллического слоя можно применять для введения изменений в фокальные характеристики линзы на основе приложения электрического поля, проходящего через жидкокристаллический слой, за счет применения электродов. Показатель преломления жидкокристаллического слоя может называться эффективным показателем преломления, и каждую обработку, относящуюся к показателю преломления, можно рассматривать как в равной мере относящуюся к эффективному показателю преломления. Эффективный показатель преломления может быть получен, например, в результате наложения множества областей с разным показателем преломления. В некоторых примерах осуществления эффективным аспектом может быть среднее значение вкладов различных областей, в то время как в других примерах осуществления эффективным аспектом может быть наложение областей или молекулярных воздействий при падающем свете. Форма, которую передняя поверхность оболочки придает жидкокристаллическому слою, и форма, которую задняя поверхность оболочки придает жидкокристаллическому слою, могут в первую очередь определять фокальные характеристики системы.
В представленных ниже разделах будут приведены подробные описания вариантов осуществления настоящего изобретения. Описания как предпочтительных, так и альтернативных вариантов осуществления являются лишь примерами осуществления, и считается, что специалистам в данной области будут очевидны изменения, модификации и альтернативы. Таким образом, следует понимать, что объем, охватываемый настоящим изобретением, не ограничен указанными примерами осуществления.
СПИСОК ТЕРМИНОВ
В данном описании и в пунктах формулы изобретения, которые относятся к настоящему изобретению, могут применяться различные термины, для которых будут применимы представленные ниже определения.
Слой центрирования: в настоящем изобретении относится к слою, смежному с жидкокристаллическим слоем, воздействующему и центрирующему ориентацию молекул внутри жидкокристаллического слоя. Результирующее центрирование и ориентация молекул могут влиять на свет, проходящий через жидкокристаллический слой. Например, преломляющие характеристики, получаемые в результате центрирования и ориентации, влияют на падающий свет. К тому же такое воздействие может включать в себя эффект нарушения поляризации света.
Электрическая связь: в настоящем документе относится к состоянию под воздействием электрического поля. В случае использования проводящих материалов воздействие может быть результатом протекания электрического тока или может приводить к протеканию электрического тока. При использовании других материалов воздействие, такое как стремление ориентировать постоянные и наведенные дипольные молекулы вдоль линий поля, может быть вызвано электрическим потенциальным полем.
С энергообеспечением: в настоящем документе относится к состоянию с возможностью подачи электрического тока или хранения электрической энергии внутри устройства.
Ориентация с энергообеспечением: в настоящем документе относится к ориентации молекул жидкого кристалла при воздействии на них потенциального поля, подключенного к источнику энергии. Например, устройство, содержащее жидкие кристаллы, может иметь одну ориентацию с энергообеспечением, если источник работает только в режиме вкл. или выкл. В других примерах осуществления ориентация с энергообеспечением может изменяться по шкале в зависимости от приложения различного количества энергии.
Энергия: в настоящем документе относится к способности физической системы совершать работу. Множество вариантов применения в настоящем изобретении, как правило, может относиться к способности выполнять электрические действия при совершении работы.
Источник энергии: в настоящем документе относится к устройству, выполненному с возможностью подачи энергии или перевода биомедицинского устройства в состояние с энергообеспечением.
Устройство сбора энергии: в настоящем документе относится к устройству, способному извлекать энергию из окружающей среды и преобразовывать ее в электрическую энергию.
Интраокулярная линза: в настоящем документе относится к офтальмологической линзе, встроенной в глаз.
Линзообразующая смесь, или реакционная смесь, или реакционная смесь мономера (РСМ): в настоящем документе относится к мономерному или форполимерному материалу, который можно полимеризовать и поперечно сшить или поперечно сшить с образованием офтальмологической линзы. Различные примеры осуществления могут включать в себя линзообразующие смеси с одной или более добавками, такими как: УФ-блокаторы, красители, фотоинициаторы или катализаторы и другие добавки, которые могут понадобиться в составе офтальмологических линз, таких как, например, контактные или интраокулярные линзы.
Линзообразующая поверхность: в настоящем документе относится к поверхности, применяемой для литья линзы. В некоторых примерах осуществления любая такая поверхность может иметь оптическое качество обработки поверхности, что указывает на то, что она достаточно гладкая и образована так, чтобы поверхность линзы, изготовленная путем полимеризации линзообразующей смеси в контакте с формирующей поверхностью, была оптически приемлемой. Дополнительно в некоторых вариантах осуществления линзообразующая поверхность может иметь геометрию, которая необходима для придания поверхности линзы требуемых оптических характеристик, включая, например, сферическую, асферическую и цилиндрическую оптическую силу, коррекцию аберраций волнового фронта и коррекцию топографии роговицы.
Жидкий кристалл: в настоящем документе относится к состоянию вещества, имеющего свойства традиционной жидкости и твердого кристалла. Жидкий кристалл нельзя рассматривать как твердое вещество, но его молекулы имеют определенную степень центрирования. В настоящем документе термин «жидкий кристалл» не ограничен конкретной фазой или структурой, но жидкий кристалл может иметь конкретную ориентацию в состоянии покоя. Ориентацию и фазы жидкого кристалла можно изменять с помощью внешних сил, например, температуры, магнетизма или электричества, в зависимости от класса жидкого кристалла.
Литий-ионный элемент: в настоящем документе относится к электрохимическому элементу, в котором электрическая энергия генерируется в результате движения ионов лития через элемент. Данный электрохимический элемент, обычно называемый батареей, в своих типичных формах может быть перезапитан или перезаряжен.
Вкладыш-субстрат или вставка: в настоящем документе относится к формуемой или жесткой подложке, способной поддерживать источник энергии внутри офтальмологической линзы. В некоторых примерах осуществления вкладыш-субстрат также включает одну или более частей с изменяемыми оптическими свойствами.
Форма для литья: в настоящем документе относится к жесткому или полужесткому объекту, который можно применять для образования линз из неполимеризованных составов. Некоторые предпочтительные формы для литья включают две части формы для литья, образующие переднюю криволинейную часть формы для литья и заднюю криволинейную часть формы для литья.
Офтальмологическая линза, или линза: в настоящем документе относится к любому офтальмологическому устройству, расположенному в или на глазу. Данные устройства могут обеспечивать оптическую коррекцию или могут иметь косметическую функцию. Например, термин «линза» может относиться к контактной линзе, интраокулярной линзе, накладной линзе, глазной вставке, оптической вставке или другому аналогичному устройству, которое используется для коррекции или модификации зрения или для косметической коррекции физиологии глаза (например, цвета радужной оболочки) без ущерба для зрения. В некоторых вариантах осуществления предпочтительные линзы настоящего изобретения представляют собой мягкие контактные линзы, изготовленные из силиконовых эластомеров или гидрогелей, которые включают, например, силикон-гидрогели и фторгидрогели.
Оптическая зона: в настоящем документе относится к области офтальмологической линзы, через которую смотрит пользователь офтальмологической линзы.
Оптическая сила: в настоящем документе относится к совершенной работе или переданной энергии за единицу времени.
Перезаряжаемый или перезапитываемый: в настоящем документе относится к возможности быть восстановленным в состояние с более высокой способностью к совершению работы. Множество вариантов применения в рамках данного изобретения может относиться к возможности восстановления способности, при которой электрический ток определенной величины протекает в течение определенного установленного периода времени.
Перезапитывать или перезаряжать: в настоящем документе относится к возврату источника энергии в состояние с большей способностью к совершению работы. Множество вариантов применения в рамках настоящего изобретения может относиться к восстановлению способности устройства, при которой электрический ток определенной величины протекает в течение определенного установленного периода времени.
Высвобожденный из формы для литья: в настоящем документе относится к линзе, которая либо полностью отделена от формы для литья, либо лишь слабо закреплена на ней так, что ее можно отделить легким встряхиванием или сдвинуть с помощью тампона.
Ориентация в состоянии покоя: в настоящем документе относится к ориентации молекул жидкокристаллического устройства в состоянии покоя, то есть без энергообеспечения.
С изменяемыми оптическими свойствами: в настоящем документе относится к способности изменять оптическое свойство, например, оптическую силу линзы или угол поляризации.
ОФТАЛЬМОЛОГИЧЕСКИЕ ЛИНЗЫ
На Фиг. 1 представлено устройство 100 для образования офтальмологических устройств, содержащих герметизированные и инкапсулированные вставки. Аппарат включает пример передней криволинейной формы для литья 102 и соответствующей задней криволинейной формы для литья 101. Вставку с изменяемыми оптическими свойствами 104 и тело 103 офтальмологического устройства можно разместить внутри передней криволинейной формы для литья 102 и задней криволинейной формы для литья 101. В некоторых примерах осуществления материал тела 103 может представлять собой гидрогелевый материал, а вставка с изменяемыми оптическими свойствами 104 может быть окружена данным материалом на всех поверхностях.
Вставка с изменяемыми оптическими свойствами 104 может содержать множество жидкокристаллических слоев 109 и 110. Другие примеры осуществления могут включать один жидкокристаллический слой; некоторые из них описаны в представленных ниже разделах. При применении устройства 100 можно создать новое офтальмологическое устройство, содержащее комбинацию компонентов с множеством герметизированных областей.
В некоторых примерах осуществления линза со вставкой с изменяемыми оптическими свойствами 104 может включать конфигурацию с жесткой центральной частью и мягкими краями, причем центральный жесткий оптический элемент, включающий жидкокристаллические слои 109 и 110, находится в непосредственном контакте с атмосферой и поверхностью роговицы на передней и задней поверхностях соответственно. Мягкие края материала линзы (как правило, гидрогелевый материал) прикреплены по периферии жесткого оптического элемента, и жесткий оптический элемент также может придавать энергию и функциональность итоговой офтальмологической линзе.
На Фиг. 2A под номером 200 сверху вниз и в сечении под номером 250 на Фиг. 2В показан пример осуществления вставки с изменяемыми оптическими свойствами. На данном изображении источник энергии 210 показан в периферической части 211 вставки с изменяемыми оптическими свойствами 200. Источник энергии 210 может включать, например, тонкую пленку, перезаряжаемую литий-ионную батарею или батарею на основе щелочных элементов. Источник энергии 210 может быть соединен со взаимно соединенными элементами 214 для обеспечения взаимного соединения. Дополнительные взаимные соединения, например, под номерами 225 и 230, могут связывать источник питания 210 со схемой, такой как элемент 205. В других примерах осуществления вставка может иметь элементы взаимного соединения, расположенные на ее поверхности.
В некоторых примерах осуществления вставка с изменяемыми оптическими свойствами 200 может включать гибкую подложку. Данная гибкая подложка может быть образована с формой, приближенной к типичной форме линзы, образом, аналогичным тому, который был описан ранее, или другими средствами. Однако для добавления дополнительной гибкости вставка с изменяемыми оптическими свойствами 200 может включать дополнительные элементы формы, такие как радиальные разрезы вдоль ее длины. Возможно наличие множества электронных компонентов, таких как указанные под номером 205, такие как интегральные схемы, дискретные компоненты, пассивные компоненты и устройства, которые также могут быть включены.
Также представлена часть с изменяемыми оптическими свойствами 220. Часть с изменяемыми оптическими свойствами может изменяться по команде при приложении тока через вставку с изменяемыми оптическими свойствами, что, в свою очередь, как правило, может приводить к изменению электрического поля, созданного в жидкокристаллическом слое. В некоторых примерах осуществления часть с изменяемыми оптическими свойствами 220 содержит тонкий слой, содержащий жидкий кристалл между двумя слоями прозрачной подложки. Может быть множество способов электрической активации и управления компонентом с изменяемыми оптическими свойствами, обычно путем действия электронной схемы 205. Электронная схема 205 может принимать сигналы различными способами, а также может соединяться с чувствительными элементами, которые также могут находиться во вставке, такой как элемент 215. В некоторых примерах осуществления вставка с изменяемыми оптическими свойствами может быть инкапсулирована в края линзы 255, которые могут быть образованы из гидрогелевого материала или другого подходящего материала с образованием офтальмологической линзы. В данных примерах осуществления офтальмологическая линза может быть образована из края офтальмологической линзы 255 и инкапсулированной вставки офтальмологической линзы 200, которая сама по себе может содержать слои или области из жидкокристаллического материала или содержать жидкокристаллический материал, а в некоторых примерах осуществления слои могут содержать наномасштабные капли жидкокристаллического материала.
Вставка с изменяемыми оптическими свойствами, включающая жидкокристаллические элементы
На Фиг. 3A представлена часть с изменяемыми оптическими свойствами 300, которая может быть вставлена в офтальмологическую линзу, с жидкокристаллическим слоем 325. Часть с изменяемыми оптическими свойствами 300 может иметь аналогичное разнообразие материалов и структурного соответствия, как было описано в других разделах данной спецификации. В некоторых примерах осуществления прозрачный электрод 350 может быть размещен на первой прозрачной подложке 355. Первый элемент линзы может включать слой диэлектрика 340. Слой может быть образован из диэлектрической пленки, а в некоторых вариантах осуществления слои центрирования могут быть размещены на слое 340. В других примерах осуществления слои диэлектрика могут быть образованы таким образом, чтобы они имели двойную функцию слоя центрирования. В примерах осуществления, содержащих слои диэлектрика, форма слоя диэлектрика первой поверхности линзы 340 может образовывать локально изменяющуюся толщину диэлектрика, как показано. Такая локально изменяющаяся форма может сообщать дополнительную фокусирующую оптическую силу элементу линзы поверх геометрических эффектов криволинейных слоев. В некоторых примерах осуществления, например, сформированный слой диэлектрика может быть образован путем литья под давлением на комбинации первого прозрачного электрода 350 и первой прозрачной подложки 355.
В некоторых примерах осуществления первый прозрачный электрод 350 и второй прозрачный электрод 315 могут быть сформированы различными способами. В некоторых примерах придание формы может приводить к образованию отдельных выраженных областей, к которым питание может подаваться отдельно. В других примерах электроды могут быть образованы со структурами, такими как спираль, от центра линзы к периферии, вследствие чего к жидкокристаллическому слою 325 может быть приложено переменное электрическое поле. В любом случае такое придание формы электроду может быть выполнено в дополнение к приданию формы слою диэлектрика на электроде или вместо такого придания формы. Придание формы электродам данными способами также может сообщать дополнительную фокусирующую оптическую силу элементу линзы в процессе эксплуатации.
Жидкокристаллический слой 325 размещен между первым прозрачным электродом 350 и вторым прозрачным электродом 315. Второй прозрачный электрод 315 может быть закреплен на втором прозрачном слое подложки 310, причем устройство, образованное из второго прозрачного слоя подложки 310 с первым прозрачным слоем подложки 355, может содержать часть офтальмологической линзы с изменяемыми оптическими свойствами. Два слоя центрирования также могут быть размещены в положениях 320 и 330 на слое диэлектрика и могут окружать жидкокристаллической слой 325. Слои центрирования 320 и 330 могут выполнять функцию для определения ориентации в состоянии покоя офтальмологической линзы. В некоторых примерах осуществления слои электрода 320 и 330 могут находиться в электрической связи с жидкокристаллическим слоем 325 и вызывать сдвиг ориентации от ориентации в состоянии покоя к по меньшей мере одной ориентации с энергообеспечением.
На Фиг. 3B представлена альтернативная часть с изменяемыми оптическими свойствами 356, которую можно вставить в офтальмологическую линзу, со слоем из наномасштабных капель жидкого кристалла 375. Аналогично части с изменяемыми оптическими свойствами 300 на Фиг. 3A, внутри вставки могут быть слои сформированных диэлектриков. Например, слои, включая 385, 390 и 395, могут образовывать композитный сформированный слой диэлектрика в примере первого элемента линзы 397. Электрическое воздействие слоя диэлектрика может придавать форму эффективному электрическому полю, которое прикладывается к слою, содержащему жидкий кристалл, 375, когда вставка находится в состоянии с энергообеспечением. Первый прозрачный электрод 396 может быть размещен на первом слое подложки или элементе линзы 397, а второй прозрачный электрод 365 - на втором слое подложки 360. В некоторых примерах осуществления вокруг жидкокристаллического слоя 375 могут быть размещены слои центрирования 380 и 370, воздействующие на центрирование молекул в них.
Вставка 356 (которая также может называться частью с изменяемыми оптическими свойствами 356) может быть показана со множеством слоев диэлектрика 385, 390 и 395. В некоторых вариантах осуществления слои 385 и 395 могут содержать один тип диэлектрического материала, в то время как слой 390 может содержать другой тип материала. В некоторых примерах осуществления такая относительно сложная структура может обеспечивать комбинацию диэлектрических материалов, имеющих разную эффективную диэлектрическую прочность при разных частотах. Например, слои 385 и 395 могут быть образованы из диоксида кремния в смысле, не имеющем ограничительного характера, в то время как материалом на слое 390 может быть водный раствор. Данные слои могут быть образованы таким образом, чтобы при оптических частотах воздействие на пучок света во всех слоях могло быть аналогичным. Однако при более низких электрических частотах, которые могут быть приложены к электродам 365 и 396, водный слой 390 может иметь диэлектрические свойства, отличные от свойств других слоев, обеспечивая усиленное воздействие на придание формы областям диэлектрического поля, которое может действовать в жидкокристаллическом слое 375.
Часть с изменяемыми оптическими свойствами 356 может включать срединный слой подложки 385, который может образовывать поверхностный слой, на который может наноситься жидкокристаллический слой 375. В некоторых вариантах осуществления срединный слой подложки 385 также может действовать так, чтобы он содержал второй элемент линзы 390, если указанный второй элемент линзы находится в жидкой форме. Некоторые варианты осуществления могут включать жидкокристаллический слой 375, размещенный между первым слоем центрирования 360 и вторым слоем центрирования 370, причем второй слой центрирования 370 размещен на втором прозрачном электроде 365. Верхний слой подложки 360 может содержать комбинацию слоев, которые образуют часть с изменяемыми оптическими свойствами 356, которая может реагировать на электрические поля, приложенные через ее электроды 365 и 396. Слои центрирования 370 и 380 могут воздействовать на оптические характеристики части с изменяемыми оптическими свойствами 356 разными способами.
Жидкокристаллические устройства, содержащие СЛОИ из диспергированных в полимере наномасштабных жидкокристаллических КАПЕЛЬ
На Фиг. 4A и 4B представлена часть с изменяемыми оптическими свойствами (Фиг. 4A) с полимерным слоем 435 и диспергированными в полимере наномасштабными каплями жидкого кристалла, которую можно вставить в офтальмологическую линзу. Капли представлены во множестве мест в виде общего примера способа, одно из которых может быть показано в примере 430. Полимеризованные области могут придавать пленке структурное определение и форму, в то время как капли, такие как 430, содержащие большое количество жидкокристаллического материала, могут иметь значительное оптическое воздействие на свет, передаваемый через слой.
Наноразмерные капли могут быть подходящими в том смысле, что их размер достаточно мал, чтобы изменения показателя преломления между каплями и соседними слоями как в состоянии с энергообеспечением, так и в состоянии без энергообеспечения могли быть незначительными с точки зрения процессов рассеяния. Также важно, что их вклад в эффективное значение показателя преломления материала по существу может не зависеть от поляризации светового пучка. С технологической точки зрения материал также имеет перед большинством устройств на основе жидкого кристалла преимущество, которое заключается в том, что не требует слоев центрирования на границах форм для литья, а также процедур предварительного центрирования.
Заключение жидких кристаллов в наноразмерные капли может затруднить вращение молекул внутри капли. Данный эффект может привести к тому, что для центрирования молекул жидкого кристалла в состоянии с энергообеспечением применяются более сильные электрические поля. Также разработка химических структур молекул жидкого кристалла может помочь определить условия, предполагающие необходимость в более слабых электрических полях для перевода в центрированные состояния.
Возможно множество способов образования диспергированного в полимере жидкокристаллического слоя типа, представленного под номером 400. В первом примере может быть образована смесь мономера и молекулы жидкого кристалла с комбинацией, которая при нагревании образует гомогенную смесь. Затем смесь можно нанести на передний криволинейный элемент вставки 410, а затем инкапсулировать во вставку линзы путем добавления заднего криволинейного или промежуточного криволинейного элемента вставки 450. Затем вставку, содержащую жидкокристаллическую смесь, можно охладить с управляемой заданной скоростью. По мере охлаждения смеси области относительно чистого жидкокристаллического мономера можно осаждать в виде капель или капель внутри слоя. Впоследствии можно провести стадию обработки для катализа полимеризации мономера. В некоторых примерах для инициации полимеризации смесь можно подвергнуть актиничному излучению.
В другом примере также можно приготовить смесь жидкого кристалла и жидкокристаллического мономера. В данном примере смесь можно нанести на передний криволинейный элемент 410 или задний криволинейный или промежуточный криволинейный элемент вставки 450, а затем можно нанести дополнительный элемент. Нанесенная смесь может уже содержать компоненты, необходимые для инициации реакций полимеризации. Альтернативно для инициации полимеризации смесь можно подвергнуть воздействию актиничного излучения. При выборе определенного материала для мономера и инициирующих агентов реакция полимеризации может проходить с такой скоростью и таким образом, что внутри полимерной сети материала могут быть образованы области с высокой концентрацией жидкокристаллического мономера, аналогичные каплям. Данные капли могут быть окружены полимеризованным материалом, также содержащим некоторое количество молекул жидкого кристалла. Данные молекулы жидкого кристалла могут свободно перемещаться внутри полимерного матрикса до полной полимеризации, а также могут иметь способность воспринимать ориентирующие воздействия от соседних областей, которые могут представлять собой другие молекулы жидкого кристалла или элементы центрирования на поверхностях элементов вставки, на которые нанесена жидкокристаллическая смесь. Области центрирования, если они есть, могут определять состояние покоя молекул жидкого кристалла внутри полимерной матрицы и могут определять фиксированную ориентацию молекул жидкого кристалла в полимеризованных областях после того, как в значительной степени произошла полимеризация. Также центрированные молекулы жидкого кристалла в полимере могут оказывать ориентирующее воздействие на молекулы жидкого кристалла внутри капель молекул жидкого кристалла. Таким образом, слой комбинированных полимеризованных областей и областей включенных капель может существовать в естественном состоянии центрирования, заданном путем включения элементов центрирования на элементах вставки до того, как была образована вставка с жидкокристаллическим промежуточным слоем.
Наномасштабные капли жидкого кристалла также могут быть образованы без возможности центрирования слоями центрирования. Это может быть связано с тем, что слои центрирования не образуются, или с тем, что наномасштабные частицы достаточно удалены от слоев центрирования или от молекул, способных передать центрирующие воздействия слоев центрирования. Как можно видеть на Фиг. 4A под номером 430, ориентация молекул жидкого кристалла в отсутствие слоев центрирования или воздействия центрирующих сил на молекулы может быть случайной.
Существует множество способов встраивания молекул жидкого кристалла в полимеризованные или гелевые области. Некоторые способы были описаны в представленных ранее описаниях. Тем не менее любой способ создания диспергированных в полимере жидкокристаллических слоев может содержать область, находящуюся в рамках объема настоящего изобретения, и может применяться для создания офтальмологического устройства. В представленных ранее примерах было упомянуто применение мономеров для создания полимеризованных слоев, окружающих капли молекул жидкого кристалла. Состояние полимеризованных мономеров может представлять собой кристаллическую форму, полукристаллическую форму или аморфную форму полимеризованного материала или, в других примерах осуществления, полимеризованный мономер также может существовать в гелевой форме или полугелевой форме.
Часть с изменяемыми оптическими свойствами на Фиг. 4A может иметь другие аспекты, которые могут определяться аналогичным разнообразием материалов и структурным соответствием, как было описано в других разделах данной спецификации. В некоторых примерах осуществления первый прозрачный электрод 420 может быть размещен на первой прозрачной подложке 410. Первая поверхность линзы может быть образована из диэлектрической пленки, а в некоторых вариантах осуществления - из слоев центрирования, которые могут быть размещены на первом прозрачном электроде 420. В таких вариантах осуществления форма слоя диэлектрика первой поверхности линзы 425 может образовывать локально изменяющиеся по толщине формы областей диэлектрика. Слой диэлектрика 445 на второй поверхности линзы у заднего криволинейного или промежуточного криволинейного элемента вставки 450 также может быть образован так, чтобы он представлял собой форму, изменяемую по толщине диэлектрика. Такая локально изменяющаяся по толщине форма может сообщать дополнительную фокусирующую оптическую силу элемента линзы, как описано со ссылкой на Фиг. 3A и 3B. В некоторых вариантах осуществления, например, сформированный слой может быть образован путем литья под давлением на комбинации первого прозрачного электрода 420 первой прозрачной подложки 410.
В некоторых примерах осуществления первый прозрачный электрод 420 и второй прозрачный электрод 440 могут быть сформированы различными способами. В некоторых примерах придание формы может приводить к образованию отдельных выраженных областей, к которым питание может подаваться по отдельности. В других примерах электроды могут быть образованы со структурами, такими как спираль, от центра линзы к периферии, вследствие чего к жидкокристаллическому слою 430 и 435 прикладывается переменное электрическое поле. В любом случае такое придание формы электроду может быть выполнено в дополнение к приданию формы слоям диэлектрика на электроде или вместо такого придания. Придание формы электродам данными способами также может сообщать дополнительную фокусирующую оптическую силу элемента линзы в процессе эксплуатации.
Диспергированный в полимере жидкокристаллический слой 430 и 435 может быть размещен между первым прозрачным электродом 420 и вторым прозрачным электродом 440. Второй прозрачный электрод 440 может быть прикреплен к заднему криволинейному или промежуточному криволинейному элементу вставки 450, причем устройство, образованное из первой прозрачной подложки 410 и заднего криволинейного или промежуточного криволинейного элемента вставки 450, может содержать часть офтальмологической линзы с изменяемыми оптическими свойствами. Два слоя центрирования также могут быть размещены на слое диэлектрика и могут окружать жидкокристаллический слой 430 и 435. Слои центрирования могут функционировать для определения ориентации в состоянии покоя офтальмологической линзы. В некоторых примерах осуществления слои электрода 420 и 440 могут находиться в электрической связи с жидкокристаллическим слоем 435, 430 и вызывают сдвиг ориентации от ориентации в состоянии покоя к по меньшей мере одной ориентации с энергообеспечением.
На Фиг. 4B показан эффект подачи питания на слои электрода. Подача питания может приводить к созданию электрического поля через устройство, как представлено под номером 490. Электрическое поле может индуцировать изменение самоцентрирования молекул жидкого кристалла в соответствии со сформированным электрическим полем. Как показано под номером 460, в каплях, содержащих жидкий кристалл, молекулы могут изменять центрирование, как показано вертикальными линиями.
На Фиг. 5 представлена альтернативная часть с изменяемыми оптическими свойствами 500, которую можно вставить в офтальмологическую линзу, с двумя жидкокристаллическими слоями 525 и 545. Аналогичным образом, каждый из аспектов различных слоев вокруг жидкокристаллической области может быть разнообразным, как описано применительно к вставке с изменяемыми оптическими свойствами 300 на Фиг. 3A. В некоторых примерах осуществления слои центрирования могут вносить поляризационную чувствительность в функционирование одного жидкокристаллического элемента. Комбинируя первый элемент на основе жидкого кристалла, образованный первой подложкой 510, переходные слои которой в пространстве вокруг 520 и вторая подложка 530 могут иметь первый поляризационный приоритет, со вторым элементом на основе жидкого кристалла, образованным второй поверхностью на второй подложке 530, переходными слоями в пространстве вокруг 540 и третьей подложкой 550 со вторым поляризационным приоритетом, можно образовать комбинацию, которая может обеспечить электрически изменяемую фокальную характеристику линзы, нечувствительную к поляризационным аспектам падающего на нее света.
В примере элемента 500 комбинацию двух электрически активных жидкокристаллических слоев различного типа и разнообразие, связанное с примером 300, можно получить при помощи трех слоев подложки. В других примерах устройство может быть образовано с помощью комбинации четырех разных подложек. В некоторых примерах промежуточная подложка 530 может разделяться на два слоя. Если подложки комбинируют позднее, можно получить устройство, функционирующее аналогично элементу 500. Комбинация из четырех слоев может представлять собой пример изготовления элемента, в котором вокруг обоих из жидкокристаллических слоев 525 и 545 могут быть созданы аналогичные устройства, где различия при обработке могут быть связаны с частью стадий, определяющих особенности центрирования жидкокристаллического элемента. В дополнительных примерах, если элемент линзы вокруг одного жидкокристаллического слоя, такого как показанный под номером 300, является сферически симметричным или симметричным при вращении на девяносто градусов, то два элемента могут быть собраны в структуру типа, который показан под номером 500, путем вращения двух элементов на девяносто градусов относительно друг друга до сборки.
На Фиг. 6 показана офтальмологическая линза 600 с внедренной вставкой с изменяемыми оптическими свойствами 610. Офтальмологическая линза 600 может иметь переднюю криволинейную поверхность 601 и заднюю криволинейную поверхность 602. Вставка 610 может иметь часть с изменяемыми оптическими свойствами 603 с жидкокристаллическим слоем 605. В некоторых примерах осуществления вставка 610 может иметь множество жидкокристаллических слоев 604 и 605. Части вставки 610 могут перекрываться с оптической зоной офтальмологической линзы 600.
МАТЕРИАЛЫ
Варианты осуществления с использованием микролитьевого формования могут включать, например, поли(4-метилпент-1-ен)сополимер смолы, применяемой для образования линз, с диаметром в диапазоне от приблизительно 6 мм до 10 мм, радиусом передней поверхности в диапазоне от приблизительно 6 мм до 10 мм, радиусом задней поверхности в диапазоне от приблизительно 6 мм до 10 мм и толщиной центра в диапазоне от приблизительно 0,050 мм до 1,0 мм. Некоторые примеры осуществления включают вставку диаметром приблизительно 8,9 мм, радиусом передней поверхности приблизительно 7,9 мм, радиусом задней поверхности приблизительно 7,8 мм, а также толщиной центра приблизительно 0,200 мм и толщиной кромки приблизительно 0,050 мм.
Вставка с изменяемыми оптическими свойствами 104, как представлено на Фиг. 1, может быть помещена в часть формы для литья 101 и 102, которую используют для образования офтальмологической линзы. Материал части формы для литья 101 и 102 может включать, например, полиолефин одного или более из: полипропилена, полистирола, полиэтилена, полиметилметакрилата, а также модифицированных полиолефинов. Другие формы для литья могут включать керамический или металлический материал.
Предпочтительный алициклический сополимер содержит два разных алициклических полимера. Различные типы алициклических сополимеров могут иметь температуру стеклования в диапазоне от 105°C до 160°C.
В некоторых примерах осуществления формы для литья настоящего изобретения могут содержать полимеры, такие как полипропилен, полиэтилен, полистирол, полиметилметакрилат, модифицированные полиолефины, содержащие алициклический фрагмент в основной цепи и циклические полиолефины. Данную смесь можно применять на любой или обеих половинах формы для литья, причем предпочтительно данная смесь применяется на задней криволинейной поверхности, а передняя криволинейная поверхность состоит из алициклических сополимеров.
В некоторых предпочтительных способах получения форм для литья 100 в соответствии с настоящим изобретением используется литье под давлением в соответствии с известными техниками; однако примеры осуществления также могут включать формы для литья, выполненные другими техниками, включая, например: токарную обработку, алмазную обточку или лазерную резку.
Как правило, линзы образованы по меньшей мере на одной поверхности обеих частей формы для литья 101 и 102. Однако в некоторых примерах осуществления одну поверхность линзы можно образовать из части формы для литья 101 или 102, а другую поверхность линзы можно образовать с применением способа токарной обработки или других способов.
В некоторых примерах осуществления предпочтительный материал линзы включает силиконсодержащий компонент. «Силиконсодержащий компонент» представляет собой компонент, содержащий по меньшей мере один блок [-Si-O-] в мономере, макромере или форполимере. Полное содержание Si и связанного O в силиконсодержащем компоненте предпочтительно составляет более приблизительно 20% вес., а более предпочтительно более 30% вес. общего молекулярного веса силиконсодержащего компонента. Подходящие силиконсодержащие компоненты предпочтительно содержат полимеризуемые функциональные группы, такие как акрилатную, метакрилатную, акриламидную, метакриламидную, винильную, N-виниллактамовую, N-виниламидную и стирильную функциональные группы.
В некоторых примерах осуществления края офтальмологической линзы, также называемые инкапсулирующим вставку слоем, который окружает вставку, могут быть образованы из стандартных гидрогелевых составов для офтальмологической линзы. Примеры материалов с характеристиками, которые могут обеспечивать приемлемое соответствие с множеством материалов вставки, могут включать семейство нарафилкона (включая нарафилкон A и нарафилкон B) и семейство этафилкона (включая этафилкон A). Ниже представлено более полное с технической точки зрения описание природы материалов, которые соответствуют описанной в настоящем документе области. Обычный специалист в данной области может обнаружить, что другой материал, отличный от описанных, также образует приемлемую оболочку или частичную оболочку герметизированных и инкапсулированных вставок и должен рассматриваться как последовательный и включенный в объем пунктов формулы изобретения.
Подходящие силиконсодержащие компоненты включают соединения формулы I:
где:
1
R независимо выбран из одновалентных реакционноспособных групп, одновалентных алкильных групп или одновалентных арильных групп, и любая из них может дополнительно содержать функциональную группу, выбранную из гидрокси, амино, окса, карбокси, алкилкарбокси, алкокси, амидо, карбамата, карбоната, галогена или их комбинаций; а одновалентные силоксановые цепи содержат 1-100 повторяющихся блоков Si-O, которые дополнительно могут содержать функциональную группу, выбранную из алкила, гидрокси, амино, окса, карбокси, алкилкарбокси, алкокси, амидо, карбамата, галогена или их комбинаций;
где b = от 0 до 500, причем считается, что если b отлично от 0, то b представляет собой распределение, имеющее моду, равную указанному значению;
1
1
причем по меньшей мере один R содержит одновалентную реакционноспособную группу, а в некоторых вариантах осуществления от одного до 3 R содержат одновалентные реакционноспособные группы.
1-6
1-6
2-12
2-12
2-12
2-6
1-6
В настоящем документе термин «одновалентные реакционноспособные группы» представляет собой группы, способные к реакциям свободнорадикальной и/или катионной полимеризации. Не имеющие ограничительного характера примеры свободнорадикальных реакционноспособных групп включают (мет)акрилаты, стирилы, винилы, виниловые эфиры, C-алкил(мет)акрилаты, (мет)акриламиды, C-алкил(мет)акриламиды, N-виниллактамы, N-виниламиды, C-алкенилы, C-алкенилфенилы, C-алкенилнафтилы, C-алкенилфенил-C-алкилы, O-винилкарбаматы и O-винилкарбонаты. Не имеющие ограничительного характера примеры катионных реакционноспособных групп включают винилэфирные или эпоксидные группы, а также их смеси. В одном примере осуществления свободнорадикальные реакционноспособные группы содержат (мет)акрилаты, акрилокси, (мет)акриламиды и их смеси.
1
16
6
14
Подходящие одновалентные алкильные и арильные группы включают незамещенные одновалентные C-C-алкильные группы, C-C-арильные группы, такие как замещенный и незамещенный метил, этил, пропил, бутил, 2-гидроксипропил, пропоксипропил, полиэтиленоксипропил, их комбинации и т.п.
1
1
В одном примере осуществления b равно нулю, один R представляет собой одновалентную реакционно-способную группу и по меньшей мере 3 R выбраны из одновалентных алкильных групп, имеющих от одного до 16 атомов углерода, а в другом варианте осуществления - из одновалентных алкильных групп, имеющих от одного до 6 атомов углерода. Примеры силиконсодержащих компонентов, не имеющие ограничительного характера, в данном варианте осуществления включают 2-метил-, 2-гидрокси-3-[3-[1,3,3,3-тетраметил-1-[(триметилсилил)окси]дисилоксанил]пропокси]пропиловый эфир (SiGMA),
2-гидрокси-3-метакрилоксипропилоксипропилтрис(триметилсилокси)силан,
3-метакрилоксипропилтрис(триметилсилокси)силан (TRIS),
3-метакрилоксипропилбис(триметилсилокси)метилсилан и
3-метакрилоксипропилпентаметилдисилоксан.
1
1
1
1
1
В другом примере осуществления b равно от 2 до 20, от 3 до 15 или, в некоторых примерах осуществления, от 3 до 10; по меньшей мере один концевой R содержит одновалентную реакционно-способную группу, а остальные R выбраны из одновалентных алкильных групп, имеющих от 1 до 16 атомов углерода, а в другом примере осуществления - из одновалентных алкильных групп, имеющих от 1 до 6 атомов углерода. В другом примере осуществления b равно от 3 до 15, один концевой R содержит одновалентную реакционно-способную группу, другой концевой R содержит одновалентную алкильную группу, имеющую от 1 до 6 атомов углерода, а остальные R содержат одновалентную алкильную группу, имеющую от 1 до 3 атомов углерода. Не имеющие ограничительного характера примеры силиконсодержащих компонентов данного варианта осуществления включают (полидиметилсилоксан (МВ 400-1000) с концевой моно-(2-гидрокси-3-метакрилоксипропил)пропил эфирной группой) (OH-mPDMS), полидиметилсилоксаны (МВ 800-1000) с концевыми моно-н-бутильными и концевыми монометакрилоксипропильными группами (mPDMS).
1
1
В другом примере осуществления b равно от 5 до 400 или от 10 до 300, оба концевых R содержат одновалентные реакционноспособные группы, а остальные R независимо выбраны из одновалентных алкильных групп, имеющих от 1 до 18 атомов углерода, которые могут иметь эфирные связи между атомами углерода и могут дополнительно содержать галоген.
В одном примере осуществления, когда требуется получить силикон-гидрогелевую линзу, линзу настоящего изобретения изготавливают из реакционной смеси, содержащей по меньшей мере приблизительно 20 и предпочтительно приблизительно от 20 до 70% вес. силиконсодержащих компонентов в расчете на общий вес компонентов реакционноспособного мономера, из которых получают полимер.
1
В другом примере осуществления от одного до четырех R содержат винилкарбонат или карбамат формулы:
Формула II
где: Y означает O-, S- или NH-;
R означает водород или метил; d равен 1, 2, 3 или 4; и q равен 0 или 1.
Силиконсодержащие винилкарбонатные или винилкарбаматные мономеры конкретно включают: 1,3-бис[4-(винилоксикарбонилокси)бут-1-ил]тетраметилдисилоксан; 3-(винилоксикарбонилтио)пропил-[трис(триметилсилокси)силан]; 3-[трис(триметилсилокси)силил]пропилаллилкарбамат; 3-[трис(триметилсилокси)силил]пропилвинилкарбамат; триметилсилилэтилвинилкарбонат; триметилсилилметилвинилкарбонат, и
1
1
Если требуются биомедицинские устройства с модулем упругости менее приблизительно 200, только один R должен содержать одновалентную реакционно-способную группу, а не более двух из остальных групп R должны содержать одновалентные силоксановые группы.
Другой класс силиконсодержащих компонентов включает полиуретановые макромеры представленных ниже формул:
Формулы IV-VI
a
1
(*D*A*D*G)*D*D*E;
a
1
E(*D*G*D*A) *D*G*D*E или;
a
1
E(*D*A*D*G) *D*A*D*E,
где:
D обозначает алкильный бирадикал, алкилциклоалкильный бирадикал, циклоалкильный бирадикал, арильный бирадикал или алкиларильный бирадикал, имеющий от 6 до 30 атомов углерода;
G обозначает алкильный бирадикал, циклоалкильный бирадикал, алкилциклоалкильный бирадикал, арильный бирадикал или алкиларильный бирадикал, имеющий от 1 до 40 атомов углерода, и который может содержать в основной цепи эфирные, тиоэфирные или аминные связи;
*обозначает уретановую или уреидовую связь;
a
равен по меньшей мере 1;
A обозначает двухвалентный полимерный радикал формулы:
Формула VII
11
1
R независимо обозначает алкильную или фторзамещенную алкильную группу, имеющую от 1 до 10 атомов углерода, которая может содержать эфирные связи между атомами углерода; y равно по меньшей мере 1; и p обеспечивает молекулярный вес фрагмента от 400 до 10 000; каждый из E и E независимо обозначает полимеризуемый ненасыщенный органический радикал, представленный формулой:
Формула VIII
12
13
15
14
где: R представляет собой водород или метил; R представляет собой водород, алкильный радикал, имеющий от 1 до 6 атомов углерода, или радикал -CO-Y-R, в котором Y представляет собой -O-,Y-S- или -NH-; R представляет собой двухвалентный радикал, имеющий от 1 до 12 атомов углерода; X означает -CO- или -OCO-; Z означает -O- или -NH-; Ar означает ароматический радикал, имеющий от 6 до 30 атомов углерода; w равно от 0 до 6; x равно 0 или 1; y равно 0 или 1; и z равно 0 или 1.
Предпочтительный силиконсодержащий компонент представляет собой полиуретановый макромер, представленный следующей формулой:
Формула IX
16
где R представляет собой бирадикал диизоцианата после удаления изоцианатной группы, такой как бирадикал изофорондиизоцианата. Другим подходящим силиконсодержащим макромером является соединение формулы X (в которой x + y представляет собой число в диапазоне от 10 до 30), образованное при реакции фторэфира, полидиметилсилоксана с концевой гидроксильной группой, изофорондиизоцианата и изоцианатоэтилметакрилата.
Формула X
Другие силиконсодержащие компоненты, подходящие для применения в настоящем изобретении, включают макромеры, содержащие полисилоксановые, полиалкиленэфирные, диизоцианатные, полифторированные углеводородные, полифторированные эфирные и полисахаридные группы; полисилоксаны с полярной фторированной привитой или боковой группой, имеющей атом водорода, присоединенный к концевому дифторзамещенному атому углерода; гидрофильные силоксанилметакрилаты, содержащие эфирные и силоксанильные связи, а также поперечносшиваемые мономеры, содержащие полиэфирные и полисилоксанильные группы. В настоящем изобретении любые из представленных выше полисилоксанов также можно применять в качестве силиконсодержащего компонента.
ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Может быть множество материалов, имеющих характеристики, которые соответствуют типам жидкокристаллического слоя, описанным в настоящем документе. Можно ожидать, что могут быть предпочтительны жидкокристаллические материалы с благоприятными токсическими свойствами, а также что могут подходить получаемые в естественных условиях жидкокристаллические материалы на основе холестерина. В других примерах технология инкапсуляции и материалы офтальмологических вставок могут обеспечить широкий выбор материалов, которые могут включать материалы, относящиеся к ЖК-дисплею, которые, как правило, могут включать широкие категории, связанные с нематическими (N), холестерическими или смектическими жидкими кристаллами или жидкокристаллическими смесями. Доступные с коммерческой точки зрения смеси, такие как смеси Licristal на основе специализированных химических веществ производства компании Merck для применений в технологиях TN, VA, PSVA, IPS и FFS, а также другие доступные с коммерческой точки зрения смеси могут образовывать материал выбора для создания жидкокристаллического слоя.
Не имея ограничительного характера, смеси или составы могут содержать представленные ниже жидкокристаллические материалы: жидкий кристалл 1-(транс-4-гексилциклогексил)-4-изотиоцианатобензол, соединения бензойной кислоты, включая (4-октилбензойную кислоту и 4-гексилбензойную кислоту), карбонитрильные соединения, включая (4′-пентил-4-бифенилкарбонитрил, 4′-октил-4-бифенилкарбонитрил, 4′-(октилокси)-4-бифенилкарбонитрил, 4′-(гексилокси)-4-бифенилкарбонитрил, 4-(транс-4-пентилциклогексил)бензонитрил, 4′-(пентокси)-4-бифенилкарбонитрил, 4′-гексил-4-бифенилкарбонитрил) и 4,4′-азоксианизол.
пар
перп
Не имея ограничительного характера, составы, демонстрирующие особенно высокое двупреломление, составляющее n-n >0,3 при комнатной температуре, могут применяться в качестве материала для формирования жидкокристаллического слоя. Например, такой состав под названием W1825 может быть доступен у компаний AWAT и BEAM Engineering for Advanced Measurements Co. (BEAMCO).
Для применения концептов, обладающих признаками изобретения, в настоящем документе могут быть подходящими и другие классы жидкокристаллических материалов. Например, ферроэлектрические жидкие кристаллы могут обеспечивать выполнение функции в вариантах осуществления с жидкими кристаллами с ориентацией вдоль электрического поля, но могут вносить и другие эффекты, такие как взаимодействия с магнитным полем. Взаимодействия электромагнитного излучения с материалами также могут различаться.
МАТЕРИАЛЫ СЛОЯ ЦЕНТРИРОВАНИЯ
Во многих описанных примерах осуществления может существовать необходимость центрирования жидкокристаллических слоев внутри офтальмологических линз различными способами на границах вставки. Например, центрирование может быть параллельным или перпендикулярным границам вставок, и данное центрирование может быть получено путем надлежащей обработки различных поверхностей. Обработка может включать покрытие подложек вставок, содержащих жидкий кристалл (ЖК), слоями центрирования. Данные слои центрирования описаны в настоящем документе.
В устройствах различных типов на основе жидких кристаллов широко применяется техника шлифовки. Данную технику можно выполнить с возможностью учета криволинейных поверхностей, таких как поверхности элементов вставки, применяемых для образования оболочки жидкого кристалла. В одном примере поверхности могут быть покрыты слоем поливинилового спирта (ПВС). Например, покрытие на слой ПВС может быть нанесено методом центрифугирования с применением 1% вес. водного раствора. Раствор может наноситься в процессе центрифугирования со скоростью 1000 об/мин в течение времени, такого как приблизительно 60 с, а затем высушиваться. Затем просушенный слой можно отшлифовать мягкой тканью. В примере, не имеющем ограничительного характера, мягкая ткань может представлять собой бархат.
В качестве другой техники получения слоев центрирования на жидкокристаллических оболочках может применяться фотоцентрирование. В некоторых примерах осуществления фотоцентрирование может быть желательно вследствие своего бесконтактного характера и возможности крупносерийного производства. В примере, не имеющем ограничительного характера, слой фотоцентрирования, применяемый в части жидкого кристалла с изменяемыми оптическими свойствами, может быть образован из дихроичного азобензольного красителя (азокрасителя), способного к центрированию преимущественно в направлении, перпендикулярном поляризации линейно поляризованного света с длинами волн типичного УФ-диапазона. Такое центрирование может быть получено в результате повторных фотоизомеризационных процессов транс-цис-транс.
В качестве примера азобензольные красители серии PAAD могут наноситься методом центрифугирования с применением 1% вес. водного раствора в DMF со скоростью 3000 об/мин в течение 30 с. Затем полученный слой можно подвергнуть воздействию линейно поляризованного светового пучка, имеющего длину волны в УФ-диапазоне (например, 325 нм, 351 нм, 365 нм) или даже в видимом диапазоне (400-500 нм). Источник света может принимать различные формы. В некоторых примерах осуществления свет может поступать, например, от лазерных источников. Другими примерами, не имеющими ограничительного характера, могут быть световые источники, такие как LED, галогенные источники и лампы накаливания. Либо до, либо после поляризации различных форм света, выполняемой по различным схемам в зависимости от конкретного случая, свет можно коллимировать различными способами, такими как с помощью применения оптических линзовых устройств. Свет от лазерного источника может обладать некоторой степенью коллимации, например, присущей источнику.
В настоящее время известно большое разнообразие фотоанизотропных материалов на основе азобензола, полиэфиров, жидких кристаллов из фотосшитого полимера с боковыми группами мезогенного 4-(4-метоксициннамоилокси)бифенила и т.п. Примеры таких материалов включают сульфоновый биазокраситель SD1 и другие азобензольные красители, в частности, материалы серии PAAD, доступные от компании BEAM Engineering for Advanced Measurements Co. (BEAMCO), поли(винилциннаматы) и другие.
В некоторых примерах осуществления может быть необходимо применение водных или спиртовых растворов азокрасителей серии PAAD. Некоторые азобензольные красители, например метиловый красный, могут применяться для фотоцентрирования путем создания жидкокристаллического слоя с прямым легированием. Воздействие поляризованного света на азобензольный краситель может вызывать диффузию азокрасителей внутрь объема жидкокристаллического слоя и их адгезию с граничными слоями, что создает требуемые условия центрирования.
Азобензольные красители, такие как метиловый красный, также можно применять в комбинации с полимером, например, ПВС. В настоящее время известны другие фотоанизотропные материалы, способные улучшать центрирование смежных слоев жидких кристаллов. Данные примеры могут включать материалы на основе кумаринов, полиэфиров, жидкие кристаллы из фотосшитого полимера с боковыми группами мезогенного 4-(4-метоксициннамоилокси)бифенила, поли(винилциннаматы) и другие. Технология фотоцентрирования может быть преимущественной в вариантах осуществления, содержащих упорядоченную ориентацию жидкого кристалла.
2
-4
-6
В другом примере осуществления получения слоев центрирования слой центрирования можно получить путем вакуумного осаждения оксида кремния на элементах подложек вставки. Например, SiO можно осадить при низком давлении, таком как ~10 Па (10 мбар). Элементы центрирования можно получить в наномасштабном размере с помощью литьевого формования при создании переднего и заднего элементов вставки. Данные формованные элементы можно покрывать различными способами с помощью упомянутых материалов или других материалов, которые могут непосредственно взаимодействовать с физическими элементами центрирования и передавать центрирование рисунка в ориентацию центрирования молекул жидкого кристалла.
Ионно-лучевое центрирование может представлять собой другую технику получения слоев центрирования на жидкокристаллических оболочках. В некоторых примерах осуществления слой центрирования может бомбардироваться коллимированным аргоновым ионным или сфокусированным галлиевым ионным пучком, имеющим определенный угол/ориентацию. Данный тип центрирования также можно применять для центрирования оксида кремния, алмазоподобного углерода (DLC), полиимида и других материалов центрирования.
Дополнительные примеры осуществления могут быть связаны с созданием физических элементов центрирования элементов вставки после их образования. Техники шлифовки, общепринятые в других областях применения жидких кристаллов, могут быть реализованы на формованных поверхностях для создания физических желобков. Поверхности также могут подвергаться процессу выдавливания рельефа после формования для создания на них небольших желобчатых элементов. Дополнительные примеры осуществления могут быть получены с применением техник травления, которые могут включать оптические процессы формирования рисунка различных типов.
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
В настоящем документе описаны диэлектрические пленки и диэлектрики. В примерах, не имеющих ограничительного характера, диэлектрические пленки или диэлектрики, применяемые в части жидкого кристалла с изменяемыми оптическими свойствами, обладают характеристиками, подходящими для настоящего изобретения, описанного в настоящем документе. Диэлектрик может содержать один или более слоев материала, функционирующих по отдельности или вместе в качестве диэлектрика. Множество слоев могут применяться для достижения диэлектрических характеристик, превосходящих характеристики одного диэлектрика.
Диэлектрик может допускать наличие бездефектного изолирующего слоя с толщиной, требуемой для части с дискретно изменяемыми оптическими свойствами, например, в диапазоне от 1 до 10 мкм. Как известно специалистам в данной области, дефект может называться микроотверстием, которое представляет собой отверстие в диэлектрике, допускающее возможность электрического и/или химического контакта через диэлектрик. Диэлектрик при заданной толщине может отвечать требованиям в отношении напряжения пробоя, согласно которым, например, диэлектрик должен выдерживать напряжение 100 вольт или более.
Диэлектрик может допускать изготовление на криволинейных, конических, сферических и сложных трехмерных поверхностях (например, криволинейных поверхностях или неплоских поверхностях). Можно применять типовые способы покрытия методом погружения и центрифугирования или использовать другие способы.
Диэлектрик может препятствовать повреждению вследствие воздействия химических веществ в части с изменяемыми оптическими свойствами, например, жидкого кристалла или жидкокристаллической смеси, растворителей, кислот и оснований или других материалов, которые могут присутствовать при образовании жидкокристаллической области. Диэлектрик может сопротивляться повреждению вследствие воздействия инфракрасного, ультрафиолетового и видимого света. Нежелательное повреждение может включать ухудшение параметров, описанных в настоящем документе, например, напряжения пробоя и светопропускания. Диэлектрик может сопротивляться проникновению ионов. Диэлектрик может прикрепляться к нижележащему электроду и/или подложке, например, с применением слоя, стимулирующего адгезию. Диэлектрик может быть изготовлен с применением процесса, обеспечивающего низкий уровень загрязнения, низкую концентрацию поверхностных дефектов, однородное покрытие и низкую шероховатость поверхности.
Диэлектрик может обладать относительной диэлектрической проницаемостью или диэлектрической постоянной, совместимой с электрической эксплуатацией системы, например, низкой относительной диэлектрической проницаемостью для уменьшения емкости в данной области электрода. Диэлектрик может обладать высоким удельным сопротивлением, таким образом пропуская очень небольшой ток, даже если приложено высокое напряжение. Диэлектрик может обладать свойствами, требуемыми для оптического устройства, например, высоким пропусканием, низкой дисперсией и показателем преломления в пределах определенного диапазона.
В примере, не имеющем ограничительного характера, диэлектрические материалы включают один или более из парилена-C, парилена-HT, диоксида кремния, нитрида кремния и тефлона AF.
ЭЛЕКТРОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Электроды, описанные в настоящем документе, служат для приложения электрического потенциала с целью получения электрического поля в жидкокристаллической области. По существу электрод содержит один или более слоев материала, функционирующих по отдельности или вместе в качестве электрода.
Электрод может прикрепляться к нижележащей подложке, диэлектрическому покрытию или другим объектам в системе, возможно, с применением усилителя адгезии (например, метакрилоксипропилтриметоксисилан). Электрод может образовывать оказывающий благоприятное воздействие естественный оксид или подвергаться обработке для создания благоприятного оксидного слоя. Электрод может быть прозрачным, по существу прозрачным или непрозрачным, иметь высокое светопропускание и слабое отражение. Электрод может подвергаться структурированию или травлению с помощью известных способов обработки. Например, электроды могут подвергаться испарению, металлизации напылением или гальванизации с применением процессов формирования рисунка методом фотолитографии и/или взрывной литографии.
Электрод может быть выполнен с возможностью иметь удельное сопротивление, подходящее для применения в электрической системе, описанной в настоящем документе, например, с соблюдением требований к сопротивлению в данном геометрическом конструкте.
Электроды могут быть изготовлены из одного или более из оксида индия и олова (ITO), оксида цинка с примесью алюминия (AZO), золота, нержавеющей стали, хрома, графена, слоев легированного графена и алюминия. Следует понимать, что данный список не является исчерпывающим.
СПОСОБЫ
Представленные ниже стадии способа приведены как примеры процессов, которые можно реализовать в соответствии с некоторыми аспектами настоящего изобретения. Следует понимать, что порядок, в котором представлены стадии способа, не имеет ограничительного характера, а настоящее изобретение может быть реализовано и с другими порядками. Кроме того, не все стадии необходимы для реализации настоящего изобретения, а в различные варианты осуществления настоящего изобретения могут быть включены дополнительные стадии. Специалисту в данной области может быть очевидно, что на практике возможны дополнительные варианты осуществления, и такие способы находятся в рамках объема формулы изобретения.
На Фиг. 7 представлена блок-схема, на которой проиллюстрированы примеры стадий, которые можно применять для реализации настоящего изобретения. На стадии 701 происходит формирование первого слоя подложки, который может содержать заднюю криволинейную поверхность и иметь верхнюю поверхность с формой первого типа, которая может отличаться от формы поверхности других слоев подложки. В некоторых примерах осуществления разница может включать разный радиус кривизны поверхности по меньшей мере в части, которая может быть расположена в оптической зоне. На стадии 702 происходит формирование второго слоя подложки, который может содержать переднюю криволинейную поверхность или промежуточную поверхность или часть промежуточной поверхности для более сложных устройств. На стадии 703 слой электрода может быть нанесен на первый слой подложки. Осаждение может происходить, например, путем осаждения из паровой фазы или нанесения гальванического покрытия. В некоторых примерах осуществления первый слой подложки может представлять собой часть вставки, которая имеет области как в оптической зоне, так и области в неоптической зоне. Процесс осаждения на электрод может одновременно определить элементы взаимного соединения в некоторых вариантах осуществления. В некоторых примерах осуществления слой диэлектрика может быть образован на взаимных соединениях или электродах. Слой диэлектрика может содержать множество изолирующих слоев или слоев диэлектрика, например, диоксид кремния.
На стадии 704 первый слой подложки может быть дополнительно обработан так, чтобы добавить слой центрирования на предварительно нанесенный слой электрода. Слои центрирования могут быть нанесены на верхний слой подложки, а затем обработаны стандартными способами, например, с помощью техник шлифования, для создания элементов желобков, характерных для стандартных слоев центрирования, или путем обработки под воздействием энергетических частиц или света. Тонкие слои фотоанизотропных материалов могут быть обработаны путем светового воздействия с образованием слоев центрирования с различными характеристиками. Как было упомянуто ранее, в способах образования слоев жидкого кристалла, в которых образованы наномасштабные капли жидкого кристалла, способы могут не включать стадии, связанные с образованием слоев центрирования.
На стадии 705 второй слой подложки может быть подвергнут дополнительной обработке. Слой электрода может быть осажден на втором слое подложки образом, аналогичным использованному на стадии 703. Затем в некоторых примерах осуществления на стадии 706 слой диэлектрика может быть нанесен на второй слой подложки на слое электрода. Слой диэлектрика может быть образован с переменной толщиной по его поверхности. Например, слой диэлектрика можно сформовать на первом слое подложки. Альтернативно предварительно образованный слой диэлектрика может быть прикреплен к электродной поверхности второго элемента подложки.
На стадии 707 слой центрирования может быть образован на втором слое подложки аналогичным образом, как и при обработке на стадии 704. После стадии 707 два отдельных слоя подложки, которые могут образовывать по меньшей мере часть вставки офтальмологической линзы, готовы к соединению. В некоторых примерах осуществления на стадии 708 два элемента будут приведены в непосредственной близости друг к другу, а затем жидкокристаллический материал может быть введен между элементами. Существует множество способов введения жидкого кристалла между элементами, включая, в качестве примеров, не имеющих ограничительного характера, введение на основе вакуума, при котором полость вакуумируется, после чего обеспечивают возможность стекания жидкокристаллического материала в вакуумированное пространство. Кроме того, заполнению пространства жидкокристаллическим материалом будут способствовать капиллярные силы, присутствующие в пространстве между элементами вставки линзы. На стадии 709 два элемента могут быть расположены смежно друг с другом, а затем герметизированы с образованием элемента с жидким кристаллом с изменяемыми оптическими свойствами. Существует множество способов совместной герметизации элементов, включая применение адгезивов, герметиков и физических уплотняющих компонентов, таких как, в качестве примеров, не имеющих ограничительного характера, уплотнительные кольца и элементы фиксаторов с защелкой.
В некоторых примерах осуществления два элемента типа, образованного на стадии 709, могут быть созданы путем повтора стадий 701-709 способа, в котором слои центрирования смещены друг от друга, чтобы обеспечить получение линзы, которая может регулировать фокальную оптическую силу неполяризованного света. В таких примерах осуществления два слоя с изменяемыми оптическими свойствами могут быть скомбинированы с образованием одной вставки с изменяемыми оптическими свойствами. На стадии 710 часть с изменяемыми оптическими свойствами может быть соединена с источником энергии, а промежуточные или прикрепленные компоненты могут быть размещены на нем.
На стадии 711 вставка с изменяемыми оптическими свойствами, полученная на стадии 710, может быть размещена внутри части формы для литья. Вставка с изменяемыми оптическими свойствами также может содержать или может не содержать один или более компонентов. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления вставка с изменяемыми оптическими свойствами помещена в часть формы для литья путем механического размещения. Механическое размещение может включать, например, использование робота или других средств автоматизации, таких как известные в отрасли в качестве компонентов, применяемых для размещения методом поверхностного монтажа. В рамках объема настоящего изобретения предусмотрено также размещение вставки с изменяемыми оптическими свойствами человеком. Соответственно, для размещения вставки с изменяемыми оптическими свойствами с источником энергии внутри части формы для литья можно использовать механическое размещение или любые автоматизированные способы размещения, так чтобы полимеризация реакционной смеси, содержащейся в части формы для литья, включала изменяемые оптические свойства в полученной офтальмологической линзе.
В некоторых примерах осуществления в часть формы для литья может быть помещена вставка с изменяемыми оптическими свойствами, закрепленная в подложке. Источник энергии и один или более компонентов также могут быть закреплены на подложке и могут находиться в электрической связи со вставкой с изменяемыми оптическими свойствами. Компоненты могут включать, например, схему для управления оптической силой, прикладываемой к вставке с изменяемыми оптическими свойствами. Соответственно, в некоторых примерах осуществления компонент включает механизм управления для приведения в действие вставки с изменяемыми оптическими свойствами, чтобы изменить одну или более оптических характеристик, таких как, например, состояние между первой оптической силой и второй оптической силой.
В некоторых примерах осуществления устройство процессора, микроэлектромеханический (МЭМС), наноэлектромеханический (НЭМС) или другой компонент также могут быть помещены во вставку с изменяемыми оптическими свойствами и находятся в электрической связи с источником энергии. На стадии 712 реакционная смесь мономера может осаждаться в часть формы для литья. На стадии 713 вставка с изменяемыми оптическими свойствами может быть расположена в контакте с реакционной смесью. В некоторых примерах осуществления порядок размещения оптики с изменяемыми свойствами и осаждения мономерной смеси может быть обратным. На стадии 714 первая часть формы для литья помещена в непосредственной близости от второй части формы для литья с образованием линзообразующей полости с по меньшей мере частью реакционной смеси мономера и вставкой с изменяемыми оптическими свойствами в полости. Как описано выше, предпочтительные варианты осуществления включают источник энергии и один или более компонентов, также находящихся внутри полости и в электрической связи со вставкой с изменяемыми оптическими свойствами.
На стадии 715 реакционная смесь мономера внутри полости полимеризуется. Полимеризацию можно провести, например, путем воздействия одного или обоих из актиничного излучения и тепла. На стадии 716 офтальмологическая линза удаляется из частей формы для литья со вставкой с изменяемыми оптическими свойствами, прикрепленной к или инкапсулированной внутри инкапсулирующего вставку полимеризованного материала, из которого изготовлена офтальмологическая линза.
Хотя настоящее изобретение, представленное в настоящем документе, можно применять для обеспечения жестких или мягких контактных линз, изготовленных из любого известного материала для линзы или материала, подходящего для производства таких линз, линзы настоящего изобретения предпочтительно представляют собой мягкие контактные линзы, имеющие содержание воды от приблизительно 0 до приблизительно 90 процентов. Более предпочтительно, линзы изготовлены из мономеров, содержащих гидроксильные группы, карбоксильные группы или обе из групп, или изготовлены из силиконсодержащих полимеров, таких как силоксаны, гидрогели, силикон-гидрогели и их комбинации. Материал, подходящий для формирования линз настоящего изобретения, можно изготовить путем взаимодействия смесей макромеров, мономеров и их комбинаций с добавками, такими как инициаторы полимеризации. Подходящие материалы включают силикон-гидрогели, изготовленные из силиконовых макромеров и гидрофильных мономеров.
Устройство
На Фиг. 8 представлено автоматизированное устройство 810 с одной или более перемещаемыми поверхностями 811. Множество частей формы для литья, каждая из которых связана со вставкой с изменяемыми оптическими свойствами 814, удерживаются на поддоне 813 и передаются к перемещаемым поверхностям 811. Примеры осуществления могут включать, например, одну поверхность раздела отдельно помещаемой вставки с изменяемыми оптическими свойствами 814 или множество поверхностей раздела (не показаны) для одновременного размещения вставок с изменяемыми оптическими свойствами 814 во множество частей формы для литья, а в некоторых примерах осуществления - в каждую часть формы для литья. Размещение может происходить за счет вертикального перемещения 815 перемещаемых поверхностей 811.
Другой аспект некоторых примеров осуществления настоящего изобретения включает устройство для поддержания вставки с изменяемыми оптическими свойствами 814 в процессе литьевого формования тела офтальмологической линзы вокруг данных компонентов. В некоторых примерах осуществления вставка с изменяемыми оптическими свойствами 814 и источник энергии могут прикрепляться к точкам удержания в форме для литья линзы (не представлена). Крепление к точкам удержания может осуществляться с помощью полимеризованного материала такого же типа, из которого будет образовано тело линзы. Другие примеры осуществления включают слой форполимера внутри части формы для литья, на которой могут быть прикреплены вставка с изменяемыми оптическими свойствами 814 и источник энергии.
Процессоры, включаемые в устройство-вставку
На Фиг. 9 представлен контроллер 900, который можно применять в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения. Контроллер 900 включает процессор 910, который может включать один или более компонентов процессора, соединенных с устройством обмена данными 920. В некоторых примерах осуществления контроллер 900 может применяться для передачи энергии к источнику энергии, помещенному в офтальмологическую линзу.
Контроллер может включать один или более процессоров, соединенных с устройством обмена данными, выполненным с возможностью передачи энергии с помощью канала связи. Устройство обмена данными может применяться для электронного управления одним или более из размещения вставки с изменяемыми оптическими свойствами в офтальмологическую линзу или передачи команды для эксплуатации устройства с изменяемыми оптическими свойствами.
Устройство обмена данными 920 также можно применять для создания связи, например, с одним или более компонентами устройства контроллера или производственного оборудования.
Процессор 910 также может находиться в связи с устройством хранения данных 930. Устройство хранения данных 930 может содержать любые соответствующие устройства хранения информации, включая комбинации магнитных устройств хранения данных (например, накопители на магнитных лентах и жестких магнитных дисках), оптических устройств хранения данных и/или полупроводниковых запоминающих устройств, таких как оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ).
В устройстве хранения данных 930 может храниться программа 940 для управления процессором 910. Процессор 910 выполняет инструкции программы 940 и, таким образом, функционирует в соответствии с настоящим изобретением. Например, процессор 910 может принимать информацию с описанием размещения вставки с изменяемыми оптическими свойствами, размещения устройства обработки и т.п. Устройство хранения данных 930 также может хранить офтальмологические данные в одной или более базах данных 950, 960. Базы данных 950 и 960 могут включать специальную контрольную логическую схему для управления энергией, идущей к и от линзы с изменяемыми оптическими свойствами.
ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА, СОДЕРЖАЩИЕ СЛОИ ИЗ СФОРМИРОВАННЫХ ОБЛАСТЕЙ С ДИСПЕРГИРОВАННЫМИ В ПОЛИМЕРЕ НАНОМАСШТАБНЫМИ КАПЛЯМИ ЖИДКОГО КРИСТАЛЛА
На Фиг. 10A-C представлена альтернативная вставка с изменяемыми оптическими свойствами 1000, которая может быть встроена в офтальмологическую линзу, с жидкокристаллическим слоем, содержащим полимеризованные области 1020 и капли, в которых содержится большое количество жидкого кристалла 1030. Каждый из аспектов различных элементов, которые могут быть образованы вокруг области жидкого кристалла, может иметь аналогичное разнообразие, как описано в отношении вставки с изменяемыми оптическими свойствами на Фиг. 10A-B. Таким образом, может иметься передний оптический элемент 1010 и задний оптический элемент 1040, где в некоторых примерах осуществления на данных оптических элементах могут иметься, например, один или более электродов, слоев диэлектрика и слоев центрирования. Как описано в предыдущих разделах, слои диэлектрика могут быть сформированы так, чтобы по устройству проходили области изменяющихся толщин, и это может обеспечивать изменение электрического поля по слоям, содержащим жидкий кристалл. Описанные ранее и в настоящем документе различные варианты осуществления, относящиеся к управлению и образованию слоев диэлектрика, соответствуют примерам осуществления, которые относятся к Фиг. 10A-C.
Как показано на Фиг. 10A, может наблюдаться общий характер расположения капель, как может быть представлено пунктирной линией 1005. Вокруг элемента 1020 полимеризованная область может быть образована таким образом, что она лишена или относительно лишена капель, причем капли, такие как 1030, могут быть образованы в других местах. Формованный профиль капель, как представлено границей 1005, может определять дополнительные средства образования устройств, в которых применяется жидкокристаллический слой вставки с изменяемыми оптическими свойствами.
На оптическое излучение, пересекающее жидкокристаллический слой, будут в совокупности воздействовать области капель, с которыми оно взаимодействует. Таким образом, части слоя, представляющие разное число капель, будут иметь разный эффективный показатель преломления света. В альтернативной интерпретации можно считать, что толщина жидкокристаллического слоя может эффективно изменяться при определении границы 1005 там, где есть меньшее число капель. Как показано на Фиг. 10B, капли могут быть наномасштабными, а в некоторых вариантах осуществления могут быть образованы в слое, не содержащем внешних ориентирующих аспектов. Как показано на стадии 1050, молекулы жидкого кристалла внутри капель могут иметь нецентрированное и случайное состояние. Как показано на Фиг. 10C, при приложении электрического поля 1070 путем приложения электрического потенциала к электродам на любой стороне жидкокристаллического слоя можно получить центрирование молекул жидкого кристалла внутри капель, как представлено в примере элемента 1060. Данное центрирование приводит к изменению эффективного показателя преломления луча света вблизи капли. Это в сочетании с изменением плотности или наличия областей капель в жидкокристаллическом слое может образовывать электрически изменяемый фокусирующий эффект путем изменения эффективного показателя преломления в области, имеющей соответствующую форму, содержащую капли с молекулами жидкого кристалла. Хотя примеры осуществления со сформированными областями капель были представлены с наноразмерными каплями, содержащими жидкокристаллические слои, возможны дополнительные примеры осуществления, которые получают, когда капли имеют больший размер, и дополнительные примеры осуществления могут быть получены на основе применения слоев центрирования при наличии областей с более крупными каплями.
ОФТАЛЬМОЛОГИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА, СОДЕРЖАЩИЕ ДИСПЕРГИРОВАННЫЕ В ПОЛИМЕРЕ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ СЛОИ, С ИЗМЕНЯЮЩЕЙСЯ ПЛОТНОСТЬЮ КАПЕЛЬ ЖИДКОГО КРИСТАЛЛА В ПОЛИМЕРНОМ СЛОЕ
Как показано на Фиг. 11, можно найти другой пример осуществления офтальмологического устройства, содержащего жидкокристаллические слои. В примерах осуществления, имеющих сходство с вариантами осуществления, связанными с Фиг. 10A, для получения оптических эффектов может быть образован жидкокристаллический слой, в котором плотность капель жидкого кристалла в полимерном слое изменяется по радиальному слою поперек него. Как показано на Фиг. 11, элемент 1110 и элемент 1160 могут представлять собой передний и задний элементы вставки соответственно. На данных элементах могут находиться слои или комбинации слоев, представленных элементами 1150 и 1120. Слои 1150 и 1120 могут представлять собой слои электрода, которые также могут содержать слои диэлектрика и/или слои центрирования на них. Как описано ранее, форма слоя диэлектрика может иметь локальные формы для придания формы диэлектрическому полю в жидкокристаллическом слое. Например, области, указанные элементами 1125 и 1155, могут представлять собой сформированные слои диэлектрика. Между разными слоями может присутствовать слой 1140, содержащий молекулы жидкого кристалла. Слой 1140 может быть обработан таким образом, что области полимеризованного материала могут включать капли, главным образом молекулы жидкого кристалла, такие как элемент 1130. В некоторых примерах осуществления, таких как в которых элементы капель 1130 являются наномасштабными, в структуре может не потребоваться применять слои центрирования. В данных элементах требуемой может быть случайная ориентация молекул в слоях, содержащих жидкие кристаллы.
Путем управления процессом полимеризации можно обеспечить пространственное управление образованием капель таким образом, чтобы в конкретном месте слоя, содержащего жидкий кристалл 1140, плотность или количество жидкокристаллического материала из передней криволинейной вставки и задней криволинейной области отличалось от этих параметров в другом месте. Данные изменения количества жидкокристаллического материала по поверхности линзы могут быть подходящими для программирования совокупного показателя преломления света, пересекающего офтальмологическое устройство в конкретной области. Можно получать оптические эффекты, такие как сферическая фокусировка и эффекты более высокого порядка. Как и в предыдущих примерах осуществления, создание электрического поля в слое 1140 может приводить к изменению центрирования молекул жидкого кристалла, что может позволить создать измененный оптический эффект офтальмологического устройства с помощью электроактивного управления.
На Фиг. 11A и 11B представлены отдельные капли 1131 жидкого кристалла для демонстрации различных возможных аспектов ориентации. В некоторых примерах осуществления, в особенности в тех, где капли имеют наномасштабный размер, в ориентации без энергообеспечения (Фиг. 11A) могут быть капли, в которых молекулы жидкого кристалла, как показано, демонстрируют случайную структуру ориентации. В других примерах осуществления применение слоев центрирования может создавать конфигурацию ориентации без энергообеспечения, где, например, молекулы могут быть центрированы параллельно поверхности, такой как показанная на Фиг. 11B, п. 1132. В любом из данных случаев при приложении электрического поля 1190 молекулы жидкого кристалла могут центрироваться в электрическом поле, как представлено на Фиг. 11C под номером 1133.
В данном описании дана ссылка на элементы, представленные на фигурах. Многие из элементов показаны для ссылки, чтобы изобразить варианты осуществления, обладающие признаками изобретения, для обеспечения понимания. Относительный масштаб фактических элементов может значительно отличаться от показанных, и следует понимать, что отличия от показанных относительных масштабов входят в рамки сущности области, описанной в настоящем документе. Например, масштаб молекул жидкого кристалла может быть слишком мал, чтобы их можно было изобразить в масштабе элементов вставки. Таким образом, изображение элементов, представляющих собой молекулы жидкого кристалла в том же масштабе, что и элементы вставки, чтобы обеспечить возможность представления факторов, таких как центрирование молекул, является таким примером масштаба изображения, который в фактических вариантах осуществления может предполагать другую относительную шкалу.
Хотя показанные и описанные варианты осуществления считаются наиболее практичными и предпочтительными, очевидно, что специалистам в данной области представлены возможности отступления от конкретных описанных и показанных конфигураций и способов, и их можно использовать, не выходя за рамки сущности и объема настоящего изобретения. Настоящее изобретение не ограничено конкретными описанными и представленными конструкциями, но все конструкции должны быть согласованы со всеми модификациями, которые могут входить в объем приложенных пунктов формулы изобретения.