ОФТАЛЬМОЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО С ИЗМЕНЯЕМЫМИ ОПТИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ, ВКЛЮЧАЮЩЕЕ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
OPHTHALMIC DEVICE WITH VARIABLE OPTICAL PROPERTIES, INCLUDING LIQUID CRYSTAL ELEMENTS

ОТСЫЛКИ НА СМЕЖНЫЕ ЗАЯВКИ
Настоящая заявка на патент испрашивает преимущество, заявленное в предварительной заявке на патент США № 61/878,723, поданной 17 сентября 2013 г.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область применения изобретения
Настоящее изобретение описывает устройство офтальмологической линзы с возможностью изменения оптических свойств, а более конкретно, в некоторых вариантах осуществления, изготовление офтальмологической линзы со вставкой с изменяемыми оптическими свойствами, использующей жидкокристаллические элементы.
2. Обсуждение смежной области
Традиционно офтальмологическая линза, такая как контактная или интраокулярная линза, обладает заданными оптическими характеристиками. Контактная линза, например, может предоставлять одно или более из: коррекции характеристик зрения; косметического улучшения; и терапевтического воздействия, но только некоторого набора функций коррекции зрения. Каждая из перечисленных функций обусловлена определенной физической характеристикой линзы. По существу, конфигурация линзы с использованием светопреломляющих свойств позволяет корректировать характеристики зрения. Введение в материал линзы пигмента позволяет получить косметический эффект. Введение в линзу активного агента позволяет использовать линзу в терапевтических целях.
На сегодняшний день оптические характеристики офтальмологической линзы обусловливаются ее физическими характеристиками. По существу, оптическую конфигурацию определяют и затем придают ее линзе в процессе изготовления, например отливкой или токарной обработкой. После того как линза изготовлена, ее оптические характеристики остаются постоянными. Однако пользователям может оказаться полезной возможность периодически иметь более одной доступной оптической силы для обеспечения аккомодации зрения. В отличие от тех, кто пользуется очками и может менять очки для изменения оптической коррекции, пользователи контактных либо интраокулярных линз до сих пор не имели возможности без значительных усилий менять оптические характеристики при таких способах коррекции зрения.
ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Соответственно, настоящее изобретение включает в себя инновации, относящиеся к вставке с изменяемыми оптическими свойствами, использующей жидкокристаллические элементы, которая может обладать энергообеспечением и быть включена в офтальмологическое устройство и выполнена с возможностью изменения оптических свойств линзы. Примеры таких офтальмологических устройств могут включать в себя контактную линзу или интраокулярную линзу. К тому же здесь представлены способы и устройство для изготовления офтальмологических линз со вставкой с изменяемыми оптическими свойствами, использующей жидкокристаллические элементы. Ряд вариантов осуществления изобретения также включает в себя литую силикон-гидрогелевую контактную линзу с жесткой или формируемой вставкой с энергообеспечением, которая дополнительно включает в себя часть с изменяемыми оптическими свойствами, при этом вставка включена в офтальмологическую линзу биосовместимым образом.
Таким образом, настоящее изобретение включает в себя описание офтальмологической линзы со вставкой с изменяемыми оптическими свойствами, устройство изготовления офтальмологической линзы со вставкой с изменяемыми оптическими свойствами, а также способы их производства. Источник энергии может быть размещен на изменяемой оптической вставке, а вставка может быть размещена вблизи от одной или обеих частей формы для литья: первой части формы для литья и второй части формы для литья. Реакционная смесь мономера помещается между первой частью формы для литья и второй частью формы для литья. Первую часть формы для литья располагают в непосредственной близости от второй части формы для литья, тем самым образуя полость линзы с несущей вставкой с энергообеспечением и по меньшей мере некоторым количеством реакционной смеси мономера в полости линзы. Реакционная смесь мономера подвергается воздействию актиничного излучения для образования офтальмологических линз. Линзы формируются посредством управления потоком актиничного излучения, которым облучается реакционная смесь мономера. В некоторых вариантах осуществления край офтальмологической линзы или герметизирующий вставку слой может быть образован из стандартных гидрогелевых составов для офтальмологической линзы. Примеры материалов с характеристиками, которые могут обеспечивать приемлемое сочетание со множеством материалов вставки, могут включать в себя, например, материалы семейства нарафилкона (включая нарафилкон A и нарафилкон B), семейства этафилкона (включая этафилкон A), галифилкон А и сенофилкон А.
Способы изготовления вставки с изменяемыми оптическими свойствами, использующей жидкокристаллические элементы, и получаемые в результате вставки представляют собой важные аспекты различных вариантов осуществления. В ряде вариантов осуществления жидкий кристалл размещается между слоями центрирования, которые могут устанавливать ориентацию покоя жидкого кристалла. Два упомянутых слоя центрирования электрически связаны с источником энергии электродами, размещенными на слоях подложки, которая содержит часть с изменяемыми оптическими свойствами. Электроды могут иметь энергообеспечение через промежуточное соединение с источником энергии или непосредственно через компоненты, встроенные во вставку.
Подача питания к слоям центрирования может вызывать сдвиг жидкого кристалла из ориентации покоя в ориентацию с энергообеспечением. В примерах осуществления, использующих два уровня подачи питания, запитанный и незапитанный, жидкий кристалл имеет только одну ориентацию с энергообеспечением. В других альтернативных вариантах осуществления, где подача питания происходит по шкале энергетических уровней, жидкий кристалл может иметь множество ориентаций с энергообеспечением.
Результирующее центрирование и ориентация молекул воздействует на свет, проходящий через слой жидкого кристалла, вызывая, таким образом, изменение во вставке с изменяемыми оптическими свойствами. 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. Некоторые варианты осуществления могут включать вставку с изменяемыми оптическими свойствами, в которой подача питания изменяет фокальные характеристики линзы.
В ряде вариантов осуществления между слоем центрирования и электродом располагается диэлектрический материал. Такие варианты осуществления могут включать в себя диэлектрический материал с объемными свойствами, такими как, например, предварительно сформированная форма. Другие варианты осуществления могут включать в себя второй слой диэлектрического материала, причем толщина первого слоя диэлектрического материала имеет разную толщину в области внутри оптической зоны, в результате чего в слое жидкокристаллического материала образуется изменяющееся электрическое поле. В альтернативных вариантах осуществления устройство офтальмологической линзы включает в себя первый слой диэлектрического материала, которое представляет собой смесь двух веществ с похожими оптическими свойствами и различными низкочастотными диэлектрическими свойствами.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Вышеизложенные и прочие элементы и преимущества настоящего изобретения станут понятны после следующего более подробного описания предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированных с помощью прилагаемых чертежей.
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 осуществления офтальмологической линзы с энергообеспечением и вставкой с изменяемыми оптическими свойствами.
На Фиг. 3 приводится сечение вставки с изменяемыми оптическими свойствами, где передний и задний криволинейные элементы вставки с изменяемыми оптическими свойствами могут иметь различную кривизну и где часть с изменяемыми оптическими свойствами может быть образована из жидкого кристалла.
На Фиг. 4 представлено сечение варианта осуществления устройства офтальмологической линзы со вставкой с изменяемыми оптическими свойствами, в котором часть с изменяемыми оптическими свойствами может быть образована из жидкого кристалла.
На Фиг. 5 представлен пример варианта осуществления офтальмологической линзы со вставкой с изменяемыми оптическими свойствами, в котором часть с изменяемыми оптическими свойствами может быть образована из жидкого кристалла.
На Фиг. 6 представлен альтернативный пример осуществления вставки с изменяемыми оптическими свойствами, в котором части с изменяемыми оптическими свойствами могут быть образованы из жидкого кристалла.
На Фиг. 7 представлены этапы способа изготовления офтальмологической линзы со вставкой с изменяемыми оптическими свойствами, которая может быть образована из жидкого кристалла.
На Фиг. 8 представлен пример компонентов устройства, предназначенного для помещения вставки с изменяемыми оптическими свойствами из жидкого кристалла в часть формы для литья офтальмологической линзы.
На Фиг. 9 представлен процессор, который можно использовать для реализации некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения.
На Фиг. 10 представлен альтернативный пример осуществления вставки с изменяемыми оптическими свойствами, в котором часть с изменяемыми оптическими свойствами может быть образована из жидкого кристалла.
На Фиг. 11 представлен альтернативный пример осуществления вставки с изменяемыми оптическими свойствами, в котором часть с изменяемыми оптическими свойствами может быть образована из жидкого кристалла.
На Фиг. 12А-В представлен альтернативный пример осуществления вставки с изменяемыми оптическими свойствами, в котором часть с изменяемыми оптическими свойствами может быть образована из жидкого кристалла.
На Фиг. 13А-С представлен альтернативный пример варианта осуществления вставки с изменяемыми оптическими свойствами, в котором часть с изменяемыми оптическими свойствами может быть образована из жидкого кристалла.
На Фиг. 14А-В представлен альтернативный пример осуществления вставки с изменяемыми оптическими свойствами, в котором часть с изменяемыми оптическими свойствами может быть образована из жидкого кристалла.
На Фиг. 15 представлен альтернативный пример осуществления вставки с изменяемыми оптическими свойствами, в котором часть с изменяемыми оптическими свойствами может быть образована из жидкого кристалла.
На Фиг. 16А-В представлен альтернативный пример осуществления вставки с изменяемыми оптическими свойствами, в котором часть с изменяемыми оптическими свойствами может быть образована из жидкого кристалла.
На Фиг. 17А-В представлен альтернативный пример осуществления вставки с изменяемыми оптическими свойствами, в котором часть с изменяемыми оптическими свойствами может быть образована из жидкого кристалла.
На Фиг. 17С, D, E представлен альтернативный пример осуществления слоя центрирования для примера осуществления вставки с изменяемыми оптическими свойствами, в котором часть с изменяемыми оптическими свойствами может быть образована из жидкого кристалла. На Фиг. 17F представлен альтернативный пример осуществления вставки с изменяемыми оптическими свойствами, в котором часть с изменяемыми оптическими свойствами может быть образована из жидкого кристалла, и уравнения, имеющие большое значение для данного варианта осуществления.
На Фиг. 18 и 18А приведен пример осуществления структурирования жидких кристаллов и пример оптических показателей устройства указанного типа.
На Фиг. 19А и 19В представлен альтернативный пример осуществления структурирования жидких кристаллов, которые могут содержаться во вставках с изменяемыми оптическими свойствами.
На Фиг. 20 приведен крупный план для вариантов осуществления, относящихся к типу, представленному на Фиг. 19.
На Фиг. 21, 21A, 21B и 21C представлен альтернативный пример осуществления вставки с изменяемыми оптическими свойствами, в котором часть с изменяемыми оптическими свойствами может быть образована из жидкого кристалла.
На Фиг. 22, 22A, 22B и 22C представлен альтернативный пример осуществления вставки с изменяемыми оптическими свойствами, в котором часть с изменяемыми оптическими свойствами может быть образована из жидкого кристалла.
На Фиг. 23 представлен альтернативный пример осуществления вставки с изменяемыми оптическими свойствами, в котором вставка с изменяемыми оптическими свойствами может быть образована из жидкого кристалла, и приводятся возможные варианты изменения компонентов поляризованного света при прохождении линзы такого варианта осуществления.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение включает в себя способы и устройства для изготовления офтальмологической линзы со вставкой с изменяемыми оптическими свойствами, в которой часть с изменяемыми оптическими свойствами образована из жидкого кристалла. К тому же настоящее изобретение включает в себя офтальмологическую линзу со вставкой с изменяемыми оптическими свойствами, образованной из жидкого кристалла, встроенного в офтальмологическую линзу.
В соответствии с настоящим изобретением сформирована офтальмологическая линза, содержащая встроенную вставку и источник энергии, такой как электрохимический элемент или аккумуляторная батарея, в качестве средства для хранения энергии. В некоторых примерах осуществления материалы, содержащие источник энергии, могут быть герметизированы и изолированы от среды, в которую помещают офтальмологическую линзу.
Для изменения оптической части используют регулирующее устройство, управляемое пользователем. Регулирующее устройство может включать в себя, например, электронное или пассивное устройство для увеличения или уменьшения выходного напряжения. Некоторые примеры осуществления также могут включать в себя автоматизированное регулирующее устройство, предназначенное для изменения части с изменяемыми оптическими свойствами посредством автоматизированного устройства в соответствии с измеренным параметром или данными, введенными пользователем. Данные могут вводиться носителем, например, с помощью переключателя, контролируемого беспроводным устройством. Беспроводное устройство может включать в себя, например, радиочастотное управление, магнитную коммутацию, а также индуктивную коммутацию. В другом примере осуществления активация может происходить в ответ на воздействие биологической функции или в ответ на показания датчика внутри офтальмологической линзы. В других примерах осуществления, не имеющих ограничительного характера, активация может происходить также в результате изменения освещенности окружающей среды.
В ряде примеров осуществления вставка также включает в себя часть с изменяемыми оптическими свойствами, образованную из слоев жидкого кристалла. Изменение оптической силы может происходить тогда, когда электрические поля, создаваемые подачей питания к электродам, вызывают переориентацию внутри слоя жидкого кристалла, сдвигая, таким образом, молекулы из ориентации покоя в ориентацию с энергообеспечением. В других альтернативных примерах осуществления используются другие эффекты, вызванные изменением слоев жидкого кристалла в результате подачи питания к электродам, например вращение углов поляризации.
В некоторых примерах осуществления изобретения с слоями жидкого кристалла в неоптической зоне офтальмологической линзы присутствуют элементы с энергообеспечением, в то время как другие примеры осуществления изобретения не требуют подачи питания. В вариантах осуществления, не требующих подачи питания, жидкий кристалл может изменяться пассивно в результате воздействия какого-либо внешнего фактора, например, температуры окружающей среды или естественного освещения.
Жидкокристаллическая линза обеспечивает электрически изменяемый коэффициент преломления поляризованного света, падающего на тело линзы. Комбинация двух линз, в которой ось поляризации второй линзы поворачивается относительно первой линзы, позволяет получить линзу, которая способна изменять коэффициент преломления неполяризованного естественного освещения.
Комбинируя электрически активные слои жидкого кристалла с электродами, можно получить физический объект, управляемый приложением электрического поля к электродам. Если в периферической зоне жидкокристаллического слоя присутствует слой диэлектрика, то поле слоя диэлектрика и поле жидкокристаллического слоя объединяются в поле электродов. Характер трехмерной формы комбинации полей слоев оценивается, основываясь на принципах электродинамики геометрии слоя диэлектрика и жидкокристаллического слоя. Если эффективная электрическая толщина диэлектрического слоя неоднородна, то воздействие поля на электроды может иметь «форму» эффективной формы диэлектрика и может создавать размерные изменения показателя преломления в жидкокристаллических слоях. В ряде примеров осуществления такое придание формы приводит к образованию линз, способных приобретать изменяемые фокальные свойства.
Альтернативный пример осуществления может предусматривать вариант, при котором физические элементы линзы, содержащие слои жидких кристаллов, меняют свою форму таким образом, чтобы обеспечивать изменение фокальных свойств. При этом электрически регулируемый показатель преломления слоя жидких кристаллов можно использовать для внесения изменений в фокальные свойства линзы в зависимости от прилагаемого электрического поля в слое жидкого кристалла за счет применения электродов. Форма, которую передняя поверхность оболочки придает слою жидкого кристалла, и форма, которую задняя поверхность оболочки придает жидкому кристаллу, могут в первую очередь определять фокальные свойства системы.
В следующих разделах будет приведено подробное описание примеров осуществления настоящего изобретения. Описания как предпочтительных, так и альтернативных вариантов осуществления изобретения являются только примерами осуществления изобретения, предполагается, что специалисту в области, к которой относится изобретение, будут понятны возможности создания модификаций и других вариантов осуществления изобретения. Следовательно, предполагается, что примеры осуществления не ограничивают объем настоящего изобретения.
СПИСОК ТЕРМИНОВ
В приведенном ниже описании и пунктах формулы настоящего изобретения использован ряд терминов, для которых будут приняты следующие определения:
Слой центрирования: в рамках настоящего изобретения относится к слою, смежному с жидкокристаллическим слоем, воздействующим и центрирующим ориентацию молекул внутри жидкокристаллического слоя. Результирующее центрирование и ориентация молекул воздействует на свет, проходящий через слой жидкого кристалла. 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 рамках настоящего изобретения относится к состоянию под воздействием электрического поля. В случае использования проводящих материалов воздействие происходит в результате протекания электрического тока или приводит к протеканию электрического тока. При использовании других материалов воздействие, такое как, например, стремление ориентировать постоянные и индуцированные дипольные молекулы вдоль линий поля, к примеру, вызывает поле электрического потенциала.
С энергообеспечением: при использовании в настоящем документе относится к состоянию, в котором устройство может поставлять электрический ток или аккумулировать электрическую энергию.
Ориентация с энергообеспечением: в рамках настоящего изобретения относится к ориентации молекул жидкого кристалла при воздействии на них потенциального поля, подключенного к источнику энергии. Например, устройство, содержащее жидкие кристаллы, имеет одну ориентацию с энергообеспечением, если источник работает только в режиме вкл. и выкл. В других вариантах осуществления ориентация с энергообеспечением изменяется по шкале в зависимости от количества переданной энергии.
Энергия: в настоящем документе обозначает способность физической системы к совершению работы. В рамках настоящего изобретения многие применения могут относиться к указанной способности выполнения электрических действий при совершении работы.
Источник энергии: в настоящем документе обозначает устройство, выполненное с возможностью поставлять энергию или приводить биомедицинское устройство в состояние с энергообеспечением.
Устройство сбора энергии: в настоящем документе относится к устройству, выполненному с возможностью извлекать энергию из окружающей среды и преобразовывать ее в электрическую энергию.
Интраокулярная линза: в рамках настоящего изобретения относится к офтальмологической линзе, встроенной в глаз.
Линзообразующая смесь, или реакционная смесь, или реакционная смесь мономера (РСМ): при использовании в настоящем документе термин относится к мономерному или форполимерному материалу, который можно полимеризовать и поперечно сшить или поперечно сшить с образованием офтальмологической линзы. Различные варианты 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, например контактных или интраокулярных линз.
Линзообразующая поверхность: в настоящем документе обозначает поверхность, используемую для литья линзы. В ряде вариантов осуществления любая такая поверхность представляет собой поверхность оптической чистоты и качества, что указывает на то, что данная поверхность является достаточно гладкой и образована таким образом, что поверхность линзы, образованная при полимеризации линзообразующей смеси, находящейся в непосредственном контакте с поверхностью формы для литья, обладает оптически приемлемым качеством. Дополнительно, в ряде вариантов осуществления линзообразующая поверхность может иметь такую геометрию, которая необходима для придания поверхности линзы желаемых оптических характеристик, включая, например, сферическую, асферическую и цилиндрическую силу, коррекцию аберраций волнового фронта, коррекцию топографии роговицы.
Жидкий кристалл: при использовании в настоящем документе термин относится к состоянию вещества, имеющего свойства от стандартной жидкости и твердого кристалла. Жидкий кристалл невозможно рассматривать как твердое вещество, но его молекулы показывают определенную степень центрирования. Используемый в настоящем документе термин «жидкий кристалл» не ограничивается конкретной фазой или структурой, но такой жидкий кристалл может иметь конкретную ориентацию в состоянии покоя. Ориентацию и фазы жидкого кристалла можно изменять с помощью внешних воздействий, таких как, например, температура, магнитное или электрическое поле, в зависимости от класса жидкого кристалла.
Литий-ионный элемент: при использовании в настоящем документе термин относится к электрохимическому элементу, в котором электрическая энергия вырабатывается в результате движения ионов лития через элемент. Такой электрохимический элемент, как правило, называется батареей и в стандартных формах допускает возможность подзарядки или перезарядки.
Несущая вставка или вставка: в настоящем документе обозначает формуемую или жесткую подложку, выполненную с возможностью поддерживать источник энергии внутри офтальмологической линзы. В ряде примеров осуществления несущая вставка также включает в себя одну или более часть с изменяемыми оптическими свойствами.
Форма для литья: в настоящем документе обозначает жесткий или полужесткий объект, который может применяться для формования линз из неполимеризованных составов. Некоторые предпочтительные формы для литья включают в себя использование формы из двух частей, формирующей переднюю криволинейную поверхность части и формирующей заднюю криволинейную поверхность части формы для литья.
Офтальмологическая линза, или линза: при использовании в настоящем документе термин относится к любому офтальмологическому устройству, расположенному в или на глазу. Данные устройства могут обеспечивать оптическую или косметическую коррекцию. Например, термин «линза» относится к контактной линзе, интраокулярной линзе, накладной линзе, глазной вставке, оптической вставке или иному устройству подобного назначения, служащему для коррекции или модификации зрения или для косметической коррекции физиологии глаза (например, изменения цвета радужной оболочки) без ущерба для зрения. В некоторых вариантах осуществления предпочтительные линзы, составляющие предмет настоящего изобретения, представляют собой мягкие контактные линзы, полученные из силиконовых эластомеров или гидрогелей, которые включают в себя, например, силикон-гидрогели и фтор-гидрогели.
Оптическая зона: в настоящем документе обозначает область офтальмологической линзы, через которую смотрит пользователь офтальмологической линзы.
Оптическая сила: в настоящем документе обозначает совершенную работу или переданную энергию за единицу времени.
Перезаряжаемый или перезапитываемый: в настоящем документе обозначает возможность быть перезаряженным или переведенным в состояние с более высокой способностью к совершению работы. Множество вариантов применения в рамках настоящего изобретения могут относиться к возможности восстановления указанной способности, при которой электрический ток определенной величины генерируется в течение определенного восстановленного периода времени.
Перезапитывать или перезаряжать: в настоящем документе означает возвращение источника энергии в состояние с большей способностью выполнять работу. Множество вариантов применения в рамках настоящего изобретения могут быть связаны с восстановлением способности устройства генерировать электрический ток определенной величины в течение определенного восстановленного периода времени.
Высвобожденный из формы для литья: в рамках настоящего изобретения относится к линзе, которая либо полностью отделена от формы для литья, либо лишь слабо закреплена на ней таким образом, что ее можно отделить легким встряхиванием или сдвинуть с помощью тампона.
Ориентация покоя: в рамках настоящего изобретения относится к ориентации молекул жидкокристаллического устройства в состоянии покоя, то есть без энергообеспечения.
С изменяемыми оптическими свойствами: в настоящем документе относится к способности изменять оптические свойства, такие как, например, оптическую силу линзы или угол поляризации.
ОФТАЛЬМОЛОГИЧЕСКИЕ ЛИНЗЫ
На Фиг. 1 представлено устройство 100 для формирования офтальмологических устройств, содержащих герметизированные вставки. Устройство включает в себя пример формы для литья передней криволинейной поверхности 102 и соответствующей ей формы для литья задней криволинейной поверхности 101. Вставку с изменяемыми оптическими свойствами 104 и тело 103 офтальмологического устройства можно разместить внутри формы для литья передней криволинейной поверхности 102 и формы для литья задней криволинейной поверхности 101. В ряде примеров осуществления материал гидрогелевого тела 103 представляет 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 в себя один жидкокристаллический слой; некоторые из этих вариантов описаны в следующих разделах. Применение устройства 100 может позволить создать новое офтальмологическое устройство, образованное из комбинации компонентов со множеством герметизированных областей.
В ряде примеров осуществления линза со вставкой с изменяемыми оптическими свойствами 104 может включать в себя конфигурацию с жесткой центральной частью и мягкими краями, в которой центральный жесткий оптический элемент, содержащий жидкокристаллические слои 109 и 110, непосредственно контактирует с атмосферой и поверхностью роговицы передней и задней поверхностями, соответственно. Мягкие края материала линзы (как правило, материала на основе гидрогеля) прикрепляются по периферической зоне жесткого оптического элемента, и жесткий оптический элемент также может обеспечивать энергию и функциональность для полученной офтальмологической линзы.
На виде сверху 200 на Фиг. 2А и сечении 250 на Фиг. 2В показан пример осуществления вставки с изменяемыми оптическими свойствами. На данном чертеже источник энергии 210 показан в части периферической зоны 211 вставки с изменяемыми оптическими свойствами 200. Источник энергии 210 может включать в себя, например, тонкую пленку, перезаряжаемую литий-ионную батарею или батарею щелочных аккумуляторов. Источник энергии 210 может быть соединен с соединительными элементами 214 для обеспечения взаимосвязи. Дополнительные соединительные элементы, например, 225 и 230, могут связывать источник питания 210 со схемой, например, в позиции 205. В других примерах осуществления вставка может иметь элементы взаимосвязи, расположенные на ее поверхности.
В некоторых примерах осуществления вставка с изменяемыми оптическими свойствами 200 может включать в себя гибкий субстрат. Данный гибкий субстрат может иметь форму, приближенную к типичной форме линзы, аналогичным образом с тем, что было описано выше, или иными средствами. Однако для придания дополнительной гибкости вставка с изменяемыми оптическими свойствами 200 может включать в себя дополнительные особенности формы, такие как радиальные продольные разрезы. Возможна установка множества электронных компонентов, например, обозначенных 205, в частности, интегральных схем, отдельных компонентов, пассивных компонентов, а также других устройств, установка которых может считаться допустимой.
Часть с изменяемыми оптическими свойствами 220 также изображена на чертежах. Часть с изменяемыми оптическими свойствами может быть изменена по команде с помощью электрического тока, проходящего через часть с изменяемыми оптическими свойствами. В ряде примеров осуществления часть с изменяемыми оптическими свойствами 220 образована из жидкокристаллической тонкой пленки, расположенной между двумя слоями прозрачной подложки. Может существовать множество способов электронной активации и регулирования компонента с изменяемыми оптическими свойствами, как правило, с помощью электронной схемы 205. Электронная схема может принимать различного рода сигналы и соединяться с сенсорными элементами, которые могут находиться во вставке, например, элемент 215. В некоторых вариантах осуществления вставка с изменяемыми оптическими свойствами может быть инкапсулироваться в края линзы 255, которые могут быть образованы из гидрогелевого материала или другого подходящего материала с образованием офтальмологической линзы. В таких примерах осуществления офтальмологическая линза может содержать края 255 офтальмологической линзы и инкапсулированную вставку 200 офтальмологической линзы, которая сама по себе может содержать слои или области жидкокристаллического материала или состоять из жидкокристаллического материала.
Вставка с изменяемыми оптическими свойствами, содержащая жидкокристаллические элементы
На Фиг. 3, позиция 300, можно найти пример эффекта действия линзы для двух элементов линзы различной формы. Как отмечалось ранее, обладающая признаками изобретения вставка с изменяемыми оптическими свойствами, описанная в настоящем документе, может быть образована при введении системы электрода и жидкокристаллического слоя между двумя элементами линзы различной формы. Как показано в 350, система электрода и жидкокристаллического слоя может занимать пространство между двумя элементами линзы. Такими участками могут быть передний криволинейный элемент 320 и задний криволинейный элемент 310.
В примере, не имеющем ограничительного характера, передний криволинейный элемент 320 может иметь вогнутую по форме поверхность, которая соприкасается с пространством 350. В некоторых вариантах осуществления форма может дополнительно характеризоваться радиусом кривизны, который обозначается 330, и фокусной точкой 335. В соответствии со сферой охвата настоящего изобретения могут изготавливаться более сложные формы с различными параметрическими характеристиками; однако для наглядности может использоваться простая сферическая форма.
Точно также и без ограничительного характера задний криволинейный элемент 310 может иметь выпуклую по форме поверхность, которая соприкасается с пространством 350. В некоторых вариантах осуществления форма может дополнительно характеризоваться радиусом кривизны, который обозначается 345, и фокусной точкой 340. В соответствии со сферой охвата настоящего изобретения могут изготавливаться более сложные формы с различными параметрическими характеристиками; однако для наглядности может использоваться простая сферическая форма.
В качестве иллюстрации возможной работы линзы типа 300, материал, который содержится в элементах 310 и 320, может иметь заданное значение естественного показателя преломления, а жидкокристаллический слой в пространстве 350 может быть выбран, не имея ограничительного характера, таким образом, чтобы он соответствовал этому заданному значению показателя преломления. Таким образом, когда световые лучи проходят через элементы линзы 310 и 320 и пространство 350, они не будут взаимодействовать с различными поверхностями раздела так, чтобы корректировать фокальные свойства. Выполняя свое назначение, части линзы, не показанные на чертеже, могут активировать подачу питания к различным компонентам, вследствие чего жидкокристаллический слой в пространстве 350 может принимать другое значение показателя преломления падающего света. В примере, не имеющем ограничительного характера, результирующий показатель преломления может быть понижен. Далее на каждой границе раздела материалов можно моделировать нарушение хода светового луча с учетом фокальных свойств поверхности и изменения показателя преломления.
1
2
2
1
1
2
2
1
1
2
1
2
Модель может быть основана на законе преломления света: sin(theta)/sin(theta)=n/n. Например, граница раздела может быть образована элементом 320 и пространством 350. Theta может представлять собой угол, образуемый падающим лучом с нормалью к поверхности на границе раздела. Theta может представлять собой моделируемый угол, образуемый лучом с нормалью к поверхности при выходе за пределы границы раздела. n может представлять собой показатель преломления пространства 350, а n - показатель преломления элемента 320. Когда n не равен n, углы theta и theta также будут различными. Таким образом, когда электрически изменяемый коэффициент преломления в жидкокристаллическом слое в пространстве 350 изменяется, траектория светового луча на границе раздела также изменяется.
На Фиг. 4 показана офтальмологическая линза 400 со встроенной вставкой с изменяемыми оптическими свойствами 410. Офтальмологическая линза 400 может иметь переднюю криволинейную поверхность 401 и заднюю криволинейную поверхность 402. Вставка 410 имеет часть с изменяемыми оптическими свойствами 403 с жидкокристаллическим слоем 404. В некоторых примерах осуществления вставка 410 может иметь множество жидкокристаллических слоев 404 и 405. Части вставки 410 накладываются на оптическую зону офтальмологической линзы 400.
На Фиг. 5 показана часть с изменяемыми оптическими свойствами 500, которая вставляется в офтальмологическую линзу, а также жидкокристаллический слой 530. Часть с изменяемыми оптическими свойствами 500 имеет такое же подобное разнообразие материалов и структурного соответствия, как уже обсуждалось в других разделах данного описания. В ряде примеров осуществления прозрачный электрод 545 может быть размещен на первой прозрачной подложке 550. Первая поверхность линзы 540 может быть образована из диэлектрической пленки, и, в примерах вариантах осуществления, из слоев центрирования, которые могут размещаться на первом прозрачном электроде 545. В таких примерах осуществления форма диэлектрического слоя первой поверхности линзы 540 образовывает изменяемую по диэлектрической толщине форму, как показано на чертеже. Такая изменяемая по диэлектрической толщине форма может сообщать дополнительную фокусирующую оптическую силу линзе сверх геометрических эффектов, обсуждавшихся со ссылкой на Фиг. 3. В ряде вариантов осуществления, например, сформированный слой образован литьем под давлением на комбинации первого прозрачного электрода 545 и подложке 550.
В некоторых вариантах осуществления первому прозрачному электроду 545 и второму прозрачному электроду 520 может быть придана различная форма. В некоторых примерах придание формы может приводить к образованию отдельных четко выраженных областей, к которым подача питания может осуществляться отдельно. В других примерах электроды могут формировать определенные структуры, такие как спираль, идущая от центра линзы к периферической зоне, вследствие чего к жидкокристаллическому слою 530 прикладывается переменное электрическое поле. В любом случае, такое придание формы электродам может выполняться в дополнение к приданию формы диэлектрическому слою на электроде или вместо него. Придание формы электродам таким способом может также может сообщать дополнительную фокусирующую оптическую силу линзе в процессе эксплуатации.
Жидкокристаллический слой 530 может быть расположен между первым прозрачным электродом 545 и вторым прозрачным электродом 525. Второй прозрачный электрод 525 присоединен к верхнему слою подложки 510, причем устройство, образованное от верхнего слоя подложки 510 к нижнему слою подложки 550, может содержать часть с изменяемыми оптическими свойствами 500 офтальмологической линзы. Два слоя центрирования могут также размещаться в позициях 540 и 525 на диэлектрическом слое и окружать жидкокристаллической слой 525. Слои центрирования 540 и 525 функционируют для образования ориентации покоя офтальмологической линзы. В ряде примеров осуществления слои электродов 525 и 545 находятся в электрической связи с жидкокристаллическим слоем 530 и вызывают сдвиг ориентации от ориентации покоя к по меньшей мере одной ориентации с энергообеспечением.
На Фиг. 6 показан альтернативный вариант вставки 600 с изменяемыми оптическими свойствами, которую можно вставлять в офтальмологическую линзу, а также два жидкокристаллических слоя 640 и 620. Каждый из аспектов различных слоев, окружающих жидкокристаллическую область, может отличаться подобным разнообразием, как описано выше применительно к вставке с изменяемыми оптическими свойствами 500, показанной на Фиг. 5. В некоторых примерах осуществления слои центрирования могут вносить поляризационную чувствительность в функционирование единственного жидкокристаллического элемента. Комбинируя первый элемент на основе жидких кристаллов, образованный первой подложкой 610, промежуточные слои которой в пространстве вокруг 620 и вторая подложка 630 могут иметь первый поляризационный приоритет, со вторым элементом на основе жидких кристаллов, образованным второй поверхностью на второй подложке 630, промежуточными слоями в пространстве вокруг 640 и третьей подложкой 650 со вторым поляризационным приоритетом, можно сформировать комбинацию, позволяющую получить электрически изменяемые фокальные свойства линзы, нечувствительной к поляризационным аспектам падающего на нее света.
В приведенном примере элемента 600 комбинацию двух электрически активных жидкокристаллических слоев различного типа и разнообразие, связанное с примером 500, можно получить при помощи трех слоев подложки. В других примерах устройство может быть образовано комбинацией четырех различных подложек. В таких примерах промежуточная подложка 630 может подразделяться на два слоя. Если подложки объединяются позднее, может быть получено устройство, функционирующее аналогично элементу 600. Комбинация четырех слоев представляет собой удобный пример изготовления элемента, в котором вокруг жидкокристаллических слоев 620 и 640 могут быть выполнены аналогичные устройства, где различия при обработке могут быть связаны с частью стадий, определяющих элементы центрирования жидкокристаллического элемента. В дополнительных примерах, если линза, образованная вокруг одного жидкокристаллического слоя, такого, как показан позицией 500, является сферически-симметричной или симметричной при повороте на девяносто градусов, то два элемента могут быть собраны в конструкцию того же типа, который показан позицией 600, путем поворота двух этих элементов на девяносто градусов друг относительно друга перед сборкой.
МАТЕРИАЛЫ
Варианты микроинъекционного литья могут включать в себя, например, смолу на основе сополимера поли(4-метилпент)-1-ен, используемую для образования линз с диаметром от приблизительно 6 мм до 10 мм, радиусом передней поверхности от приблизительно 6 мм до 10 мм, радиусом задней поверхности от приблизительно 6 мм до 10 мм и толщиной центра от приблизительно 0,050 мм до 1 мм. Некоторые примеры вариантов осуществления включают в себя 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 профиля края приблизительно 0,050 радиуса.
Вставка с изменяемыми оптическими свойствами 104 может быть помещена в части формы для литья 101 и 102, использующиеся для образования офтальмологической линзы. Материал части формы для литья 101 и части формы для литья 102 может включать в себя, например: полиолефин или один или более из: полипропилена, полистирола, полиэтилена, полиметилметакрилата, а также модифицированных полиолефинов. Иные формы для литья могут включать в себя керамический или металлический материал.
Предпочтительный алициклический сополимер содержит два разных алициклических полимера. Различные марки алициклических сополимеров могут иметь температуру стеклования от 105°C до 160°C.
В некоторых примерах осуществления настоящего изобретения формы для литья настоящего изобретения могут включать в себя такие полимеры, как полипропилен, полиэтилен, полистирол, полиметилметакрилат, модифицированные полиолефины с алициклической группой в основной цепи и циклические полиолефины. Смесь можно использовать на любой или обеих из половин формы для литья, причем предпочтительно данная смесь используется для выполнения 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 используют литье под давлением в соответствии с известными технологиями, однако примеры осуществления также могут включать в себя формы для литья, изготовленные иными способами, в том числе такими как токарная обработка, алмазная обточка или лазерная резка.
Как правило, линзы образуются по меньшей мере на одной поверхности обеих частей формы для литья 101 и 102. Однако в некоторых вариантах осуществления одну поверхность линзы можно сформировать из части формы для литья 101 или 102, а другую поверхность линзы можно сформировать методом токарной обработки или любыми другими способами.
В некоторых вариантах осуществления предпочтительный материал включает в себя силиконсодержащий компонент. Под «содержащим силикон компонентом» подразумевается любой компонент, имеющий по меньшей мере один [-Si-O-] блок в составе мономера, макромера или преполимера. Полное содержание Si и непосредственно связанного с ним O в рассматриваемом силиконсодержащем компоненте предпочтительно составляет более чем приблизительно 20% вес., и более предпочтительно более чем 30% вес. полного 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 герметизирующим вставку слоем, который окружает вставку, могут быть образованы из стандартных гидрогелевых составов для офтальмологической линзы. Примеры материалов с характеристиками, которые могут обеспечивать приемлемое сочетание с множеством материалов вставки, могут включать в себя, без ограничений, материалы семейства нарафилкона (включая нарафилкон A и нарафилкон B) и семейства этафилкона (включая этафилкон A). Ниже приведено более полное с технической точки зрения описание природы материалов, которые могут применяться в целях настоящего изобретения. Специалист в данной области может обнаружить, что другие материалы, отличные от описанных ниже, также позволяют формировать приемлемую оболочку или частичную оболочку для герметизированных и герметично закрывающих вставок и должны рассматриваться как последовательные и включенные в объем формулы изобретения.
Подходящие силиконсодержащие компоненты включают в себя соединения по Формуле I
,
где
1
R независимо выбирают из группы, включающей моновалентные реакционные группы, моновалентные алкильные группы или моновалентные арильные группы, причем каждая из перечисленных химических групп может дополнительно содержать в своем составе функциональные группы, выбранные из следующего ряда: гидрокси, амино, окса, карбокси, алкилкарбокси, алкокси, амидо, карбамат, карбонат, галоген, а также их различные комбинации; а моновалентные силоксановые цепи содержат 1-100 повторяющихся Si-O блоков и могут дополнительно содержать функциональные группы, выбранные из следующего ряда: алкил, гидрокси, амино, окса, карбокси, алкилкарбокси, алкокси, амидо, карбамат, галоген, а также их различные комбинации;
где b = от 0 до 500, причем подразумевается, что если b отлично от нуля 0, то по b имеется распределение с модой, равной указанному значению;
1
1
причем по меньшей мере один фрагмент R содержит моновалентную реакционную группу, а в некоторых вариантах настоящего изобретения от одного до 3 фрагментов R содержат моновалентные реакционные группы.
1-6
1-6
2-12
2-12
2-12
2-6
1-6
Используемый в настоящей заявке термин «моновалентные реакционные группы» относится к группам, способным к реакциям свободнорадикальной и/или катионной полимеризации. Характерные, но не имеющие ограничительного характера примеры свободнорадикальных реакционных групп включают в себя (мет)акрилаты, стирилы, винилы, виниловые простые эфиры, Cалкил(мет)акрилаты, (мет)акриламиды, Cалкил(мет)акриламиды, N-виниллактамы, N-виниламиды, Cалкенилы, Cалкенилфенилы, Cалкенилнафтилы, Cалкенилфенил-Cалкилы, O-винилкарбаматы и O-винилкарбонаты. Характерные, но не имеющие ограничительного характера примеры катионных реакционных групп включают в себя винилэфирные или эпоксидные группы, а также их смеси. В одном варианте осуществления свободнорадикальные реакционные группы содержат (мет)акрилаты, акрилокси, (мет)акриламиды и их смеси.
1
16
6
14
Подходящие моновалентные алкильные и арильные группы включают в себя незамещенные моновалентные C-Cалкильные группы, C-C арильные группы, такие как замещенные и незамещенные метил, этил, пропил, бутил, 2-гидроксипропил, пропоксипропил, полиэтиленоксипропил, а также их различные комбинации и т.п.
1
1
В одном варианте осуществления b равно нулю, один R представляет собой одновалентную реакционную группу, и по меньшей мере 3 R выбраны из одновалентных алкильных групп, имеющих от одного до 16 атомов углерода, и в другом варианте осуществления - из одновалентных алкильных групп, имеющих от одного до 6 атомов углерода. Примеры кремнийсодержащих компонентов, не имеющие ограничительного характера, в данном варианте осуществления включают в себя 2-метил-, 2-гидрокси-3-[3-[1,3,3,3-тетраметил-1-[(триметилсилил)окси]дисилоксанил]пропокси]пропиловый эфир (SiGMA),
2-гидрокси-3-метакрилоксипропилоксипропил-трис(триметилсилокси)силан,
3-метакрилоксипропилтрис(триметилсилокси)силан (TRIS),
3-метакрилоксипропилбис(триметилсилокси)метилсилан и
3-метакрилоксипропилпентаметилдисилоксан.
1
1
1
1
1
В другом варианте осуществления b равно от 2 до 20, от 3 до 15 или в некоторых вариантах осуществления от 3 до 10; по меньшей мере один концевой R содержит одновалентную реакционную группу, а остальные R выбраны из одновалентных алкильных групп, имеющих от 1 до 16 атомов углерода, а в другом варианте осуществления - из одновалентных алкильных групп, имеющих от 1 до 6 атомов углерода. В другом варианте осуществления b равно от 3 до 15, один концевой R содержит одновалентную реакционную группу, другой концевой R содержит одновалентную алкильную группу, имеющую от 1 до 6 атомов углерода, а остальные R содержат одновалентные алкильные группы, имеющие от 1 до 3 атомов углерода. Не имеющие ограничительного характера примеры содержащих силикон компонентов такого варианта осуществления включают в себя (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 варианте осуществления настоящего изобретения b находится в диапазоне от 5 до 400 или от 10 до 300, оба концевых фрагмента R содержат моновалентные реакционные группы, а остальные фрагменты R независимо выбраны из моновалентных алкильных групп, имеющих от 1 до 18 атомов углерода, которые могут иметь эфирные мостиковые группы между атомами углерода и могут дополнительно содержать атомы галогенов.
В одном варианте осуществления, когда необходимо изготовить линзу на основе силикон-гидрогеля, линзу, составляющую предмет настоящего изобретения, ее 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 содержащих реакционный мономер компонентов, из которых изготавливают полимер.
1
В другом варианте осуществления от одного до четырех R содержат винилкарбонат или карбамат следующей 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 в себя: 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 необходимы биомедицинские устройства с модулем упругости менее приблизительно 200, только один из фрагментов R должен содержать моновалентную реакционную группу и не более двух из остальных фрагментов R должны содержать моновалентные силоксановые группы.
Другой класс силиконсодержащих компонентов включает полиуретановые макромеры со следующими формулами:
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, который может иметь в основной цепи эфирные, тиоэфирные или аминовые мостиковые группы;
*обозначает уретановую или уреидо мостиковую группу;
a
равен по меньшей мере 1;
A обозначает бивалентный полимерный радикал со следующей формулой:
Формула VII
,
11
1
R независимо обозначает алкильную или фторзамещенную алкильную группу, имеющую от 1 до 10 атомов углерода, которая может иметь эфирные связи между атомами углерода; y равно по меньшей мере 1; и p обеспечивает молекулярную массу фрагмента от 400 до 10 000; каждый из E и E независимо обозначает полимеризуемый ненасыщенный органический радикал, представленный следующей 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 бивалентный 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 собственно изоцианатной группы, например, бирадикал изофоронизоцианата. Другим подходящим силиконсодержащим макромером является соединение формулы X (где x + y представляет собой число в диапазоне от 10 до 30), образованное при реакции фторэфира, полидиметилсилоксана с концевой гидроксильной группой, изофоронизоцианата и изоцианатоэтилметакрилата.
Формула X
Иные силиконсодержащие компоненты, подходящие для применения в целях настоящего изобретения, включают в себя макромеры, содержащие полисилоксановые, полиалкиленэфирные, диизоцианатные, полифторуглеводородные, полифторэфирные и полисахаридные группы; полисилоксаны с полярной фторированной привитой или боковой группой, содержащей атом водорода, присоединенный к концевому дифторзамещенному атому углерода; гидрофильные силоксанилметакрилаты, содержащие эфирные и силоксанильные мостиковые группы, а также поперечно-сшиваемые мономеры, содержащие полиэфирные и полисилоксанильные группы. Все из перечисленных выше силоксанов могут также использоваться в качестве силиконсодержащего компонента для целей настоящего изобретения.
ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
Существуют многочисленные материалы, обладающие характеристиками, которые соответствуют типам жидкокристаллических слоев, рассмотренных выше. Можно предположить, что жидкокристаллические материалы с благоприятными токсическими свойствами окажутся предпочтительными, и что природные жидкокристаллические материалы на основе холестерина могут быть подходящими. В других примерах технология инкапсулирования и материалы офтальмологических вставок могут обеспечить широкий выбор материалов, которые могут включать в себя материалы, относящиеся к ЖК-дисплею, которые, как правило, могут охватывать широкие категории, связанные с нематическими, холестерическими (N*) или смектическими (C*) жидкими кристаллами или жидкокристаллической смесью. Коммерчески доступные смеси, такие как смеси Licristal, на основе специализированных химикалий Merck для применений в технологиях TN, VA, PSVA, IPS и FFS, и другие коммерчески доступные смеси формируют широкие возможности выбора с образованием жидкокристаллического слоя.
Не имея ограничительного характера, смеси или составы могут содержать следующие жидкокристаллические материалы: жидкий кристалл 1-(транс-4-гексилциклогексил)-4-изотиоцианатобензол, соединения бензойной кислоты, включая (4-октилбензойную кислоту и 4-гексилбензойную кислоту), карбонитрильные соединения, включая (4ʹ-пентил-4-бифенилкарбонитрил, 4ʹ-октил-4-бифенилкарбонитрил, 4ʹ-(октилокси)-4-бифенилкарбонитрил, 4ʹ-(гексилокси)-4-бифенилкарбонитрил, 4-(транс-4-пентилциклогексил)бензонитрил, 4ʹ-(пентокси)-4-бифенилкарбонитрил, 4ʹ-гексил-4-бифенилкарбонитрил) и 4,4ʹ-азоксианизол.
В примере, не имеющем ограничительного характера, в качестве материала для формирования жидкокристаллического слоя может использоваться состав под названием W1825. W1825 может предлагаться, например, компанией BEAM Engineering for Advanced Measurements Co. (BEAMCO).
Для реализации концептов, обладающих признаками изобретения, могут быть подходящими и другие классы жидкокристаллических материалов. Например, ферроэлектрические жидкие кристаллы могут обеспечивать выполнение основной функции при варианте осуществления с жидкими кристаллами с ориентацией вдоль электрического поля, но могут вносить и другие эффекты, такие как взаимодействие с магнитным полем. Виды взаимодействия электромагнитного излучения с материалами также могут различаться.
МАТЕРИАЛЫ СЛОЕВ ЦЕНТРИРОВАНИЯ:
Во многих примерах осуществления, раскрытых выше, может возникнуть необходимость центрирования жидкокристаллических слоев внутри офтальмологических линз различными способами на границах вставок. Центрирование может быть, например, параллельным или перпендикулярным границам вставок, при этом такое центрирование может быть получено при помощи надлежащей обработки различных поверхностей. Обработка может включать в себя покрытие подложек вставок, содержащих жидкий кристалл (ЖК) слоями центрирования. Эти слои центрирования раскрыты в настоящем описании.
В устройствах на основе жидких кристаллов различных типов широко применяется способ шлифовки. Эти способы можно приспособить, чтобы учесть кривизну поверхностей, таких как поверхности элементов вставки, используемые для образования оболочки жидкого кристалла. В одном из примеров поверхности могут быть покрыты слоем поливинилового спирта (ПВС). Например, покрытие на слой ПВС может быть нанесено методом центрифугирования с использованием водного раствора, 1% масс. Раствор может наноситься в процессе центрифугирования при 1000 об/мин в течение приблизительно 60 с, а затем высушиваться. После этого просушенный слой можно отшлифовать мягкой тканью. В качестве примера, не имеющего ограничительного характера, мягкая ткань может представлять собой бархат.
В качестве другого способа получения слоев центрирования на жидкокристаллических оболочках может применяться фотоцентрирование. В некоторых примерах осуществления фотоцентрирование наиболее востребована вследствие своего бесконтактного характера и возможности осуществления крупносерийного производства. В качестве примера, не имеющего ограничительного характера, слой фотоцентрирования, используемый в части с изменяемыми оптическими свойствами жидкого кристалла, может состоять из дихроичного азобензольного красителя (азокрасителя), выполненного с возможностью ориентации преимущественно в направлении, перпендикулярном поляризации линейно поляризованного света типичных ультрафиолетовых волн. Такое центрирование может быть получено в результате повторяющихся транс-цис-транс-фотоизомеризационных процессов.
В качестве примера азобензольные красители серии PAAD могут наноситься методом центрифугирования с использованием водного раствора, 1% вес., в DMF при 3000 об/мин в течение 30 с. В дальнейшем полученный слой можно подвергнуть воздействию линейно поляризованного светового луча, имеющего длину волны в УФ-диапазоне (например, 325 нм, 351 нм, 365 нм), или даже в видимом диапазоне (400-500 нм). Источник света может иметь различные формы. В некоторых примерах осуществления свет может поступать, например, от лазерных источников. Другими примерами, не имеющими ограничительного характера, могут служить такие световые источники, как СИД, галогенные источники и лампы накаливания. До или после поляризации различных форм света, выполняемой согласно различным схемам в зависимости от конкретного случая, свет можно коллимировать различными способами, например, при помощи применения оптических линзовых устройств. Свет от лазерного источника может обладать некоторой степенью коллимирования, внутренне присущей источнику, например.
В настоящее время известно большое количество фотоанизотропных материалов на основе азобензольных полимеров, полиэфиров, жидких кристаллов из фотосшитого полимера с боковыми группами мезогенного 4-(4-метоксициннамоилокси)бифенила и т.п. Примеры таких материалов включают в себя 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 желательным применение водных или спиртовых растворов азокрасителей серии PAAD. Некоторые азобензольные красители, например, метиловый красный краситель, могут использоваться для фотоориентации путем создания жидкокристаллического слоя путем прямого легирования. Воздействие поляризованного света на азобензольный краситель может вызвать диффузию азокрасителей внутрь объема жидкокристаллического слоя и их сцепление с граничными слоями, что создает требуемые условия центрирования.
Азобензольные красители, такие как метиловый красный краситель можно также использовать в комбинации с полимером, например, ПВС. В настоящее время известны также другие фотоанизотропные материалы, выполненное с возможностью улучшать центрирование смежных слоев жидких кристаллов. Такие примеры могут включать в себя материалы на основе кумаринов, полиэфиров, жидкие кристаллы из фотосшитого полимера с боковыми группами мезогенного 4-(4-метоксициннамоилокси)бифенила, поли(виниловые циннаматы) и другие. Технология фотоцентрирования может быть преимущественной в вариантах осуществления, содержащих структурированную ориентацию жидкого кристалла.
2
-6
В другом примере осуществления производства слоев центрирования слой центрирования может быть получен посредством вакуумного напыления оксида кремния на подложки элементов вставки. Например, SiO можно напылять при низком давлении, таком как ~0,001 Па (~10 мбар). Элементы центрирования можно получить в наноразмерном масштабе с помощью инжекционного формования при создании переднего и заднего элементов вставки. Эти формованные элементы можно покрывать различными способами с помощью материалов, упомянутых выше, или других материалов, которые могут непосредственно взаимодействовать с физическими элементами центрирования и передавать центрированную структуру в центрированную ориентацию молекул жидкого кристалла.
Дополнительные примеры осуществления могут быть связаны с созданием физических элементов центрирования элементов вставок после их формования. Методы шлифовки, общепринятые в других областях применения жидких кристаллов, могут быть реализованы на формованных поверхностях для создания механических желобков. Поверхности могут подвергаться также процессу выдавливания рельефа после формования с целью создания на них небольших желобчатых элементов. Дополнительные примеры осуществления могут быть реализованы с применением методов травления, которые могут включать оптические процессы структурирования различного типа.
ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
В настоящем описании раскрыты диэлектрические пленки и диэлектрики. В качестве примеров, не имеющих ограничительного характера, диэлектрические пленки или диэлектрики, используемые в части с изменяемыми оптическими свойствами жидкого кристалла, обладают характеристиками, подходящими для настоящего изобретения, раскрытого в настоящем документе. Диэлектрик может содержать один или более слой материала, функционирующий по отдельности или вместе в качестве диэлектрика. Несколько слоев могут использоваться для достижения диэлектрических характеристик, превосходящих характеристики одиночного диэлектрика.
Диэлектрик может допускать наличие бездефектного изолирующего слоя толщиной, требующейся для части с дискретно изменяемыми оптическими свойствами, например, между 1 и 10 мкм. Как известно специалистам в данной области, дефект может называться «микроотверстием», которое представляет собой отверстие, допускающее возможность электрического и/или химического контакта через диэлектрик. Диэлектрик при данной толщине может отвечать требованиям в отношении напряжения пробоя, согласно которым, например, диэлектрик должен выдерживать напряжение 100 вольт или больше.
Диэлектрик может допускать изготовление с образованием криволинейных, конических, сферических и сложных трехмерных поверхностей (например, криволинейных поверхностей или неплоских поверхностей). Можно использовать типовые способы покрытия методом погружения и центрифугирования или применять другие способы.
Диэлектрик может сопротивляться повреждению из-за воздействия химикатов в части с изменяемыми оптическими свойствами, например, жидкого кристалла или жидкокристаллической смеси, растворителей, кислот и оснований или других материалов, которые могут присутствовать при формировании жидкокристаллической зоны. Диэлектрик может сопротивляться повреждению из-за воздействия инфракрасного, ультрафиолетового и видимого света. Нежелательное повреждение может включать в себя ухудшение параметров, раскрытых в настоящем описании, например, напряжения пробоя и светопропускания. Диэлектрик может сопротивляться проникновению ионов. Диэлектрик может прикрепляться к нижележащему электроду и/или подложкой, например, с применением слоя, повышающего адгезию. Диэлектрик может изготавливаться с использованием способа, обеспечивающего низкий уровень загрязнения, малую 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 зоне электрода. Диэлектрик может обладать высоким удельным сопротивлением, таким образом пропуская лишь очень небольшой ток, даже если приложено высокое напряжение. Диэлектрик может обладать свойствами, желательными для оптического устройства, например, высоким пропусканием, низкой дисперсией и показателем преломления в определенном диапазоне.
В качестве примера, не имеющего ограничительного характера, диэлектрические материалы включают в себя один или более из парилена-C, парилена-HT, диоксида кремния, нитрида кремния и тефлона AF.
ЭЛЕКТРОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Электроды, раскрытые в настоящем описании, 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 другими объектами в системе, возможно, с применением усилителя адгезии (например, метакрилоксипропилтриметоксилана). Электрод может формировать оказывающий полезное воздействие естественный оксид или подвергаться обработке для создания полезного оксидного слоя. Электрод может быть прозрачным, по существу прозрачным или непрозрачным, обладать высоким светопропусканием и слабым отражением. Электрод может подвергаться структурированию или травлению с помощью известных способов обработки. Например, электроды могут подвергаться испарению, металлизации напылением или гальванизации с использованием формирования рисунка методом фотолитографии и/или взрывной литографии.
Конструкция электрода может быть выполнена с возможностью иметь удельное сопротивление, подходящее для применения в электрической системе, раскрытой в настоящем описании, например, в соответствии с требованиями к сопротивлению в данной геометрической конструкции.
Электроды могут изготавливаться из одного любого подходящего материала, включая или один или более из оксида индия и олова (оксида цинка с примесью алюминия), золота, нержавеющей стали, хрома, графена, слоев легированного графена и алюминия. Следует понимать, что данный список не является исчерпывающим.
СПОСОБЫ
Перечисленные ниже стадии описанных способов приводятся как примеры процессов, которые могут быть реализованы в соответствии с некоторыми аспектами настоящего изобретения. Как должно стать понятно, порядок, в котором представлены отдельные стадии описываемых способов, ни в коей мере не является ограничивающим, и настоящее изобретение может быть реализовано и при ином их порядке. Кроме того, не все из стадий являются необходимыми для реализации настоящего изобретения, и в различные варианты осуществления настоящего изобретения можно включить дополнительные стадии. Специалисту в данной области может быть очевидно, что на практике возможны дополнительные примеры осуществления, и такие способы находятся в рамках объема формулы изобретения.
На Фиг. 7 представлена блок-схема с примерами стадий, которые можно использовать для реализации настоящего изобретения. На стадии 701 создают первый слой подложки, где первый слой подложки может содержать заднюю криволинейную поверхность и иметь верхнюю поверхность с формой первого типа, которая может отличаться от формы поверхности других слоев подложки и, на этапе 702, создают второй слой подложки, который может содержать переднюю криволинейную поверхность или промежуточную поверхность, или часть промежуточной поверхности в случае более сложных устройств. На стадии 703, электродный слой может быть нанесен на первый слой подложки. Осаждение может происходить, например, осаждением из паровой фазы или методом нанесения гальванического покрытия. В ряде примеров осуществления первый слой подложки может быть частью вставки, которая имеет области, как в оптической зоне, так и в неоптической зоне. Способ осаждения покрытия на электрод может одновременно определить элементы взаимодействия в некоторых примерах осуществления.
На стадии 704, первый слой подложки может быть дополнительно обработан, чтобы добавить слой центрирования на предварительно нанесенный слой покрытия электрода. Слои центрирования могут быть нанесены на верхний слой подложки, а затем обработаны стандартным способом, например, шлифованием, для создания желобков, характерных для стандартных слоев центрирования, или посредством обработки с использованием воздействия энергетических частиц или света. Тонкие слои реактивных мезогенов могут обрабатываться посредством светового воздействия в целях формирования слоев центрирования с различными характеристиками.
На стадии 705 второй слой подложки может быть подвергнут дополнительной обработке. Электродный слой может быть осажден на втором слое подложки аналогичным образом, как это было сделано на стадии 703. Затем в некоторых вариантах осуществления, на стадии 706, диэлектрический слой может быть нанесен на второй слой подложки, расположенный на электродном слое. Диэлектрический слой может быть сформирован с переменной толщиной по всей его поверхности. Например, диэлектрический слой можно формовать на первом слое подложки. Альтернативно, предварительно сформированный диэлектрический слой может быть прикреплен на электродную поверхность второго элемента подложки.
На стадии 707 слой центрирования может быть сформирован на втором слое подложки аналогичным образом, как и на стадии обработки на стадии 704. После стадии 707 два отдельных слоя подложки, которые могут образовывать по меньшей мере часть вставки офтальмологической линзы, готовы к присоединению. В некоторых примерах осуществления на стадии 708 эти два элемента будут приведены в непосредственную близость друг к другу, а затем жидкокристаллический материал будет введен между элементами. На стадии 709 два элемента могут быть расположены смежно друг с другом, а затем герметизированы с образованием элемента с изменяемыми оптическими свойствами с жидким кристаллом.
В ряде примеров осуществления два элемента такого типа, как были образованы на стадии 709, могут быть созданы путем повторения стадий способа от 701 до 709, в котором слои центрирования смещены друг от друга, чтобы обеспечить получение линзы, которая может регулировать фокальную оптическую силу неполяризованного света. В таких примерах осуществления, оба слоя с изменяемыми оптическими свойствами могут быть объединены с образованием вставки с изменяемыми оптическими свойствами. На стадии 710 элемент с изменяемыми оптическими свойствами может быть соединен с источником энергии и промежуточные или прикрепляемые 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 компонент. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления вставка с изменяемыми оптическими свойствами помещается в часть формы посредством механическим способом. Установка механическим способом может включать в себя, например, применение робота или других средств автоматизации, известных в отрасли в качестве применяемых для установки компонентов методом поверхностного монтажа. В рамках настоящего изобретения предусмотрено также помещение вставки с изменяемыми оптическими свойствами в форму человеком. Соответственно для эффективного помещения вставки с изменяемыми оптическими свойствами с источником энергии в часть формы для литья могут быть использованы какие-либо механические или автоматизированные способы помещения, так чтобы полимеризация реакционной смеси в частях формы для литья включала в себя изменяемые оптические свойства в итоговой офтальмологической линзе.
В некоторых примерах осуществления в формы для литья помещается вставка с изменяемыми оптическими свойствами, закрепленная в подложке. Источник энергии и один или более компонент также закреплены в подложке и связаны электрической связью со вставкой с изменяемыми оптическими свойствами. Компоненты могут включать в себя, например, схему для управления оптической силой, прикладываемой к вставке с изменяемыми оптическими свойствами. Соответственно, в некоторых примерах осуществления компонент включает в себя механизм контроля, приводящий в действие вставку с изменяемыми оптическими свойствами, чтобы изменить одну или более оптическую характеристику, например, изменить состояние первой оптической силы на вторую оптическую силу.
В некоторых примерах осуществления процессор, микро- или наноэлектромеханические системы или другие компоненты также могут размещаться во вставке с изменяемыми оптическими свойствами и быть подключенными к источнику энергии. На стадии 712 реакционная смесь мономера может осаждаться в часть формы для литья. На стадии 713 вставка с изменяемыми оптическими свойствами может быть приведена в контакт с реакционной смесью. В некоторых вариантах осуществления порядок размещения изменяемой оптики 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 полости для изготовления линзы по меньшей мере с частью реакционной смеси мономера и вставкой с изменяемыми оптическими свойствами в полости. Как сказано выше, предпочтительные варианты осуществления включают в себя источник энергии и один или более компонент, также находящийся в полости, соединенных посредством электрической связи со вставкой с изменяемыми оптическими свойствами.
На стадии 715 реакционная смесь мономера в полости полимеризуется. Полимеризацию можно провести, например, путем воздействия одного или обоих из актиничного излучения и тепла. На стадии 716 офтальмологическая линза удаляется из части формы для литья вместе со вставкой с изменяемыми оптическими свойствами, удерживаемой на или инкапсулированной в герметизирующим вставку полимеризованном материале, из которого выполнена офтальмологическая линза.
Хотя настоящее изобретение можно использовать для образования жестких или мягких контактных линз из любого известного материала для образования линз или материала, подходящего для производства таких линз, линзы, составляющие предмет настоящего изобретения, предпочтительно представляют собой мягкие контактные линзы с содержанием воды от приблизительно 0 до приблизительно 90 процентов. Более предпочтительно, чтобы указанные линзы были изготовлены из мономеров, содержащих гидроксильные группы, карбоксильные группы или оба типа групп, или были изготовлены из силиконсодержащих полимеров, таких как силоксаны, гидрогели, силикон-гидрогели и их комбинации. Материал, подходящий для формирования линз, составляющих предмет настоящего изобретения, можно изготовить путем взаимодействия смесей макромеров, мономеров и их комбинаций вместе с добавками, такими как инициаторы полимеризации. Подходящие материалы включают в себя, без ограничений, силикон-гидрогели, изготовленные из силиконовых макромеров и гидрофильных мономеров.
Устройство
На Фиг. 8 изображено автоматизированное устройство 810 с одной или более перемещаемой поверхностью 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. Варианты осуществления могут включать в себя, например, единую поверхность раздела индивидуально помещаемой вставки с изменяемыми оптическими свойствами 814 либо множество поверхностей (не показано) для одновременного размещения вставок с изменяемыми оптическими свойствами 814 во множестве частей формы для литья, а в некоторых вариантах осуществления в каждую часть формы для литья. Размещение может происходить посредством вертикального движения 815 перемещаемых поверхностей 811.
Следующий аспект некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения включает в себя устройство для удерживания вставки с изменяемыми оптическими свойствами 814 во время формования вокруг этих компонентов тела офтальмологической линзы. В некоторых вариантах осуществления вставка с изменяемыми оптическими свойствами 814 и источник энергии могут прикрепляться к точкам удерживания на форме для литья линзы (не показано). Крепление к удерживающим точкам может осуществляться таким же полимеризованным материалом, из которого будет формоваться тело линзы. Другие примеры осуществления включают в себя слой преполимера на той части формы для литья, на которой могут закрепляться вставка с изменяемыми оптическими свойствами 814 и источник энергии.
Процессоры, включаемые в устройство-вставку
На Фиг. 9 представлен контроллер 900, который можно использовать в некоторых примерах осуществления настоящего изобретения. Контроллер 900 включает процессор 910, который может включать в себя один или более процессорный компонент, соединенный с устройством обмена данными 920. В некоторых вариантах осуществления контроллер 900 может использоваться для передачи энергии источнику энергии, помещенному в офтальмологическую линзу.
Контроллер 900 может включать в себя один или более процессор, подключенный к устройству обмена данными, выполненному с возможностью передачи энергии посредством канала связи. Устройство обмена данными может использоваться для электронного управления одним или более из: размещения вставки с изменяемыми оптическими свойствами в офтальмологическую линзу или передачи команды для управления устройством с изменяемыми оптическими свойствами.
Устройство обмена данными 920 также можно использовать для сообщения, например, с одним или более компонентом контролирующего устройства или производственного оборудования.
Процессор 910 также может быть 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 команды программы 940, и, таким образом, работает в соответствии с настоящим изобретением. Например, процессор 910 может принимать информацию с описанием расположения вставки с изменяемыми оптическими свойствами, расположения устройства обработки данных и т.п. Устройство хранения данных 930 может также хранить офтальмологические данные в одной или более базе данных 950, 960. Базы данных 950 и 960 могут включать в себя специальную контролирующую логическую схему для управления энергией, идущей к и от линзы с изменяемыми оптическими свойствами.
Вставка с изменяемыми оптическими свойствами, включающая жидкокристаллические элементы и профилированные слои диэлектрика
Во вставки с профилированными слоями могут вводить различные варианты осуществления жидкокристаллических материалов, как показано на Фиг. 3. Однако альтернативный набор примеров осуществления можно образовать с использованием элементов вставок, содержащих электроды и профилированные диэлектрические элементы. На Фиг. 10 показана часть с изменяемыми оптическими свойствами 1000, которую можно вставить в офтальмологическую линзу, а также жидкокристаллический слой 1025. Часть с изменяемыми оптическими свойствами 1000 может иметь такое же разнообразие материалов и структурного соответствия, как уже обсуждалось в других разделах данного описания. В ряде примеров осуществления прозрачный электрод 1050 может быть размещен на первой прозрачной подложке 1055. Первый элемент линзы 1040 образован из диэлектрической пленки, которая размещена на первом прозрачном электроде 1050. В таких вариантах осуществления форма диэлектрического слоя первого элемента линзы 1040 может формировать изменяемую по диэлектрической толщине форму, как показано на чертеже. В ряде вариантов осуществления сформированный слой образован литьем под давлением на комбинации первого прозрачного электрода 1050.
Жидкокристаллический слой разных типов 1025 может быть размещен между первым прозрачным электродом 1050 и вторым прозрачным электродом 1015. Второй прозрачный электрод 1015 присоединен к верхнему слою подложки 1010, причем устройство, образованное от верхнего слоя подложки 1010 к нижнему слою подложки 1055, может содержать часть с изменяемыми оптическими свойствами 1000 офтальмологической линзы. Два слоя центрирования 1030 и 1020 окружают жидкокристаллический слой 1025. Слои центрирования 1030 и 1020 функционируют для определения ориентации покоя офтальмологической линзы. В ряде примеров осуществления слои электродов 1015 и 1050 находятся в электрической связи с жидкокристаллическим слоем 1025 и вызывают сдвиг ориентации от ориентации покоя к по меньшей мере одной ориентации с энергообеспечением.
В некоторых примерах альтернативных вариантов осуществления часть с изменяемыми оптическими свойствами 1000 офтальмологической линзы может не содержать слоев центрирования 1020 и 1030, и вместо этого прозрачные электроды 1015 и 1050 сообщаются непосредственно с жидкокристаллическим слоем 1025. В некоторых примерах осуществления подача питания к жидкокристаллическому слою 1025 может приводить к фазовому изменению жидких кристаллов, таким образом изменяя оптические свойства части с изменяемыми оптическими свойствами 1000 офтальмологической линзы.
На Фиг. 11 показан альтернативный вариант части 1100 с изменяемыми оптическими свойствами, которую можно вставлять в офтальмологическую линзу, а также жидкокристаллический слой 1125. По аналогии с частью с изменяемыми оптическими свойствами 1000, показанной на Фиг. 10, наслоение подложек 1135 и 1155 и диэлектрических материалов как на первом элементе линзы 1145, так и на втором элементе линзы 1140 приводит к трехмерной форме, которая может воздействовать на оптические свойства жидкокристаллического слоя 1125. Первый прозрачный электрод 1150 может быть размещен на первом слое подложки 1155 части с изменяемыми оптическими свойствами 1100 офтальмологической линзы.
Поскольку каждый из слоев 1135, 1155, 1145 и 1140, входящих в часть с изменяемыми оптическими свойствами 1100, обладает трехмерной формой, характер верхнего слоя подложки 1110 и нижнего слоя подложки 1155 может быть более сложным, чем в вариантах осуществления с плоской линзой или в более типовых вариантах на основе жидких кристаллов. В ряде примеров осуществления форма верхнего слоя подложки 1110 может отличаться от нижнего слоя подложки 1155. Некоторые примеры осуществления включают в себя первый элемент линзы 1145 и второй элемент линзы 1140, причем оба из них состоят из диэлектрического материала. Второй элемент линзы 1140 может иметь диэлектрические свойства, отличные от диэлектрических свойств первого элемента линзы 1145 при низкой частоте, но сопоставим с оптическим спектром первого элемента линзы 1145. Материалы второго элемента линзы 1140 включают в себя, например водянистые жидкости, сопоставимые с оптическими свойствами первого элемента линзы 1145.
Часть с изменяемыми оптическими свойствами 1100 включает в себя средний слой подложки 1135, который формирует поверхностный слой, на котором может располагаться жидкокристаллический слой 1125. В ряде примеров осуществления средний слой подложки 1135 может также действовать для содержания второй линзы 1140, если указанный второй элемент линзы 1140 имеет жидкую форму. Некоторые примеры осуществления включают в себя жидкокристаллический слой 1125, размещенный между первым слоем центрирования 1130 и вторым слоем центрирования 1120, причем второй слой центрирования 1120 помещен на втором прозрачном электроде 1115. Верхний слой подложки 1110 может содержать комбинацию слоев, которые формируют часть с изменяемыми оптическими свойствами 1100, которая реагирует на электрические поля, прикладываемые к ее электродам 1150 и 1115. Слои центрирования 1120 и 1130 могут воздействовать на оптические характеристики части с изменяемыми оптическими свойствами 1100 различными способами.
Жидкокристаллические устройства, содержащие диспергированные в наноразмерном полимере жидкокристаллические слои
На Фиг. 12A и 12B часть с изменяемыми оптическими свойствами (Фиг. 12A), которая может вставляться в офтальмологическую линзу, показана с полимерным слоем 1235 и наноразмерными каплями жидких кристаллов, диспергированными в полимере, которые показаны находящимися во множестве местоположений, например, 1230. Полимеризованные области могут придавать пленке структурное строение и форму, тогда как капли, такие как 1230, содержащие много жидкокристаллического материала, могут оказывать значительный оптический эффект на свет, проходящий сквозь слой.
Наноразмерные капли являются подходящими в том смысле, что их размеры достаточно малы, чтобы изменения показателя преломления между каплями и соседними слоями как в состоянии с энергообеспечением, так и без энергообеспечения не были существенными с точки зрения процессов рассеяния.
Заключение жидких кристаллов в наноразмерные капли может затруднить вращение молекул внутри капли. Этот эффект может привести к тому, что для центрирования молекул в состоянии с энергообеспечением потребуются более сильные электрические поля. Кроме этого, разработка химических структур жидкокристаллических молекул может помочь определить условия, предусматривающие использование более низких электрических полей для перевода в выровненные состояния.
Возможно много способов формирования диспергированного в полимере жидкокристаллического слоя того типа, который показан в позиции 1200. В первом примере можно образовать комбинацию мономера и жидкокристаллических молекул, которая при нагревании образует равномерную смесь. Далее эту смесь можно нанести на элемент вставки, представляющую собой передний изгиб 1210, а затем инкапсулировать во вставку путем добавления заднего изгиба или промежуточного элемента вставки 1245. Вставку, содержащую жидкокристаллическую смесь, далее можно охладить с заданной и контролируемой скоростью. По мере охлаждения смеси области относительно чистого жидкокристаллического мономера могут осаждаться в виде капель внутри слоя. Далее можно выполнить следующую стадию обработки и катализировать полимеризацию мономера. В некоторых примерах для инициации полимеризации смесь можно обработать актиничным излучением.
В другом примере также можно приготовить смесь жидких кристаллов и жидкокристаллического мономера. В этом примере смесь можно нанести на передний криволинейный элемент 1210 или задний или промежуточный криволинейный элемент 1245, а затем установить дополнительный элемент. Нанесенная смесь может уже содержать компоненты, необходимые для запуска реакции полимеризации. Или для инициации полимеризации смесь можно обработать актиничным излучением. При выборе некоторых вариантов мономеров и инициирующих агентов реакция полимеризации может проходить с такой скоростью и таким образом, что в полимерном матриксе материала могут образовываться области с высокой концентрацией жидкокристаллического мономера, сходные с каплями. Эти капли могут быть окружены полимеризованным материалом, также содержащим некоторое количество жидкокристаллических молекул. Эти жидкокристаллические молекулы могут свободно двигаться по полимерному матриксу, прежде чем полностью полимеризуются, и также могут обладать способностью воспринимать ориентирующие влияния со стороны соседних областей, которые могут представлять собой другие жидкокристаллические молекулы или элементы центрирования на поверхностях элементов вставки, на которую нанесена жидкокристаллическая смесь. Такие области центрирования могут определять состояние покоя жидкокристаллических молекул в полимерном матриксе и могут определять фиксированную ориентацию жидкокристаллических молекул в полимеризованных областях после того, как произойдет значительная полимеризация. Кроме этого, выровненные жидкокристаллические молекулы в полимере также могут оказывать ориентирующее влияние на жидкокристаллические молекулы внутри капель жидкокристаллического материала. Следовательно, слой объединенных полимеризованных областей и включенных в него областей капель может присутствовать в естественном состоянии центрирования, заданном включением элементов центрирования в элементы вставки до того, как будет образована вставка с жидкокристаллическим промежуточным слоем.
Существует множество способов включения жидкокристаллических молекул в полимеризованные или гелевые области. Некоторые способы представлены в приведенных выше описаниях. Тем не менее, любой способ создания жидкокристаллических слоев, диспергированных в полимере, может соответствовать области действия настоящего изобретения и может использоваться для создания офтальмологического устройства. В приведенных выше примерах отмечалось применение мономеров для создания полимеризованных слоев, окружающих капли жидкокристаллических молекул. Полимеризованные мономеры могут находиться в кристаллической форме полимеризованного материала, а в других вариантах осуществления полимеризованный мономер также может находиться в гелевой форме.
Часть с изменяемыми оптическими свойствами, показанная на Фиг. 12A, может иметь другие аспекты, которые могут определяться сходным разнообразием материалов и конструктивным соответствием, что описано в других разделах настоящего описания. В ряде примеров осуществления прозрачный электрод 1220 может быть размещен на первой прозрачной подложке 1210. Первая поверхность линзы может быть образована из диэлектрической пленки и, в некоторых примерах осуществления, из слоев центрирования, которые могут размещаться на первом прозрачном электроде 1220. В таких примерах осуществления форма диэлектрического слоя первой поверхности линзы может иметь регионально распределенную толщину диэлектрика. Такая изменяемая по диэлектрической толщине форма может сообщать дополнительную фокусирующую оптическую силу линзе сверх геометрических эффектов, обсуждавшихся со ссылкой на Фиг. 3. В ряде примеров осуществления, например, сформированный слой образован литьем под давлением на комбинации первого прозрачного электрода 1220 и подложке 1210.
В некоторых примерах осуществления первому прозрачному электроду 1220 и второму прозрачному электроду 1240 может быть придана различная форма. В некоторых примерах придание формы может приводить к образованию отдельных четко выраженных областей, к которым подача питания может осуществляться отдельно. В других примерах электроды могут образовывать структуры, такие как спираль, идущая от центра линзы к ее периферической зоне, вследствие чего к жидкокристаллическому слою 1230 и 1235 прикладывается переменное электрическое поле. В любом случае, такое придание формы электродам может выполняться в дополнение к приданию формы диэлектрическим слоям на электроде или вместо него. Придание формы электродам таким способом может также может сообщать дополнительную фокусирующую оптическую силу линзе в процессе эксплуатации.
Жидкокристаллический слой, диспергированный в полимере, 1230 и 1235 может быть размещен между первым прозрачным электродом 1220 и вторым прозрачным электродом 1240. Второй прозрачный электрод 1240 может быть присоединен к нижнему слою подложки 1245, причем устройство, образованное от верхнего слоя подложки 1210 к нижнему слою подложки 1245, содержит часть с изменяемыми оптическими свойствами офтальмологической линзы. Два слоя центрирования также могут быть размещены на диэлектрическом слое и окружать жидкокристаллические слои 1230 и 1235. Слои центрирования функционируют для определения ориентации покоя офтальмологической линзы. В ряде вариантов осуществления слои электродов 1220 и 1240 находятся в электрическом соединении с жидкокристаллическим слоем 1230, 1235 и вызывают сдвиг ориентации от ориентации покоя к по меньшей мере одной ориентации с энергообеспечением.
На Фиг. 12B показан эффект подачи питания на электродные слои. Подача питания может приводить к формированию электрического поля, проходящего через устройство, что показывает позиция 1290. Электрическое поле может приводить к тому, что молекулы жидких кристаллов изменят ориентацию в соответствии с образовавшимся электрическим полем. Как видно в позиции 1260, в каплях, содержащих жидкие кристаллы, молекулы могут приобрести ориентацию, изображенную вертикальными линиями.
На Фиг. 13A-C представлен альтернативный вариант осуществления вставки с изменяемыми оптическими свойствами 1300, встраиваемой в офтальмологическую линзу, с жидкокристаллическим слоем, содержащим полимеризованные области 1320 и капли, богатые жидкокристаллическим материалом 1330. Каждый из аспектов различных элементов, которые могу быть образованы вокруг жидкокристаллической области, может отличаться таким же разнообразием, как описано выше применительно к вставке с изменяемыми оптическими свойствами, показанной на Фиг. 12A-B. Следовательно, возможно существование переднего оптического элемента 1310 и заднего оптического элемента 1340, где в некоторых примерах осуществления на этих оптических элементах могут присутствовать, например, один или более из электродов, диэлектрических слоев и слоев центрирования. Как показано на Фиг. 13A, может наблюдаться общая структура местоположения капель, обозначенная пунктирной линией 1305. Вокруг можно сформировать полимеризованную область 1320, полностью или относительно лишенную капель, причем капли, такие как 1330, могут образовываться в других местоположениях. Характер расположения капель, обозначенный границей 1305, может определять дополнительные способы образования устройств, использующих жидкокристаллический слой вставки с изменяемыми оптическими свойствами. На оптическое излучение, проходящее через жидкокристаллический слой, будут оказывать совокупный эффект содержащие капли области, с которыми излучение будет взаимодействовать. Так, части слоя, содержащие большее число капель, будут в сущности иметь более высокий эффективный показатель преломления света. В альтернативной интерпретации можно по существу считать, что толщина жидкокристаллического слоя будет меняться при задании границы 1305 таким образом, чтобы она охватывала меньшее число капель. Как показано на Фиг. 13B, капли могут быть наноразмерными, и в некоторых примерах осуществления могут быть образованы в слое, не содержащем внешних ориентирующих элементов. Как показывает позиция 1350, молекулы жидких кристаллов в каплях могут иметь невыровненное или случайное состояние. Если перейти к Фиг. 13C, применение электрического поля 1370 путем прикладывания электрического потенциала к электродам на обеих сторонах жидкокристаллического слоя может приводить к центрированию молекул жидких кристаллов в каплях, как показано в позиции 1360. Такое центрирование приводит к изменению эффективного показателя преломления луча света вблизи капли. Этот эффект в сочетании с вариациями плотности или наличия капельных областей в жидкокристаллическом слое, может формировать электрически регулируемый эффект фокусировки посредством изменения эффективного показателя преломления в области, имеющей подходящую форму и содержащей капли с молекулами жидких кристаллов. Хотя примеры осуществления с капельными областями демонстрируются с наноразмерными каплями, содержащими жидкокристаллические слои, возможны дополнительные варианты осуществления с каплями большего размера и дополнительные примеры осуществления на основе применения слоев центрирования при наличии областей с более крупными каплями.
Жидкокристаллические устройства, содержащие диспергированные в жидкокристаллическом полимере жидкокристаллические слои
На Фиг. 14A представлена часть с изменяемыми оптическими свойствами с жидкокристаллически полимерным слоем 1430 и диспергированным в полимере жидкокристаллическим слоем 1440, которую можно вставить в офтальмологическую a линзу. Жидкокристаллический слой, диспергированный в жидкокристаллическом полимере, может быть образован из изолированных капель, содержащих большое количество молекул жидких кристаллов 1440, внутри других полимеризованных областей 1430. Полимеризованные области могут придавать пленке структурное строение и форму, тогда как капли, содержащие много жидкокристаллического материала, могут оказывать существенный оптический эффект на свет, проходящий сквозь слой.
В тех случаях, где при создании компонента с изменяемыми оптическими свойствами используются эффекты, связанные с показателем преломления жидких кристаллов, может оказаться подходящим выполнить полимеризованные области таким образом, чтобы внутрь гелеобразных или полимеризованных областей была заключена существенная часть встроенных молекул жидких кристаллов. Такое встраивание может обеспечить передачу ориентирующих влияний от слоев центрирования, встроенных в поверхности вставки, на жидкокристаллические компоненты в диспергированных в полимере каплях. На Фиг. 14A встраивание центрированных молекул жидких кристаллов как в полимеризованные области, так и в капли, показано наличием параллельных линий, проходящих через эти области. Кроме этого, молекулы жидких кристаллов, встроенные в полимеризованные или гелеобразные материалы, могут обеспечить относительное совпадение показателей преломления полимерных областей и областей капель как в покоящемся состоянии, так и в электрическом поле. Относительное совпадение показателей преломления этих двух компонентов жидкокристаллического слоя позволяет свести к минимуму рассеяние света на границах между областями.
Возможно много способов образования диспергированного в жидкокристаллическим полимере жидкокристаллического слоя того типа, который показан на Фиг. 14A. В первом примере можно образовать комбинацию мономера и жидкокристаллических молекул, которая при нагревании образует гомогенную смесь. Далее эту смесь можно нанести на часть вставки, представляющую собой передний криволинейный элемент 1410, а затем инкапсулировать во вставку путем добавления заднего криволинейного элемента или промежуточного элемента вставки 1460. Вставку, содержащую жидкокристаллическую смесь, далее можно охладить с заданной и контролируемой скоростью. По мере охлаждения смеси области относительно чистого жидкокристаллического мономера могут осаждаться в виде капель внутри слоя. Далее можно выполнить следующую стадию обработки и инициировать полимеризацию мономера. В некоторых примерах для инициации полимеризации смесь можно обработать актиничным излучением.
В другом примере также можно образовать смесь жидких кристаллов и жидкокристаллического мономера. В этом примере смесь можно нанести на передний криволинейный элемент 1410 или задний или промежуточный криволинейный элемент 1460, а затем установить другой криволинейный элемент. Нанесенная смесь может уже включать в себя компоненты, необходимые для катализации реакции полимеризации. Или для инициации полимеризации смесь можно обработать актиничным излучением. При выборе некоторых вариантов мономеров и катализирующих агентов реакция полимеризации может проходить с такой скоростью и таким образом, что в полимерном матриксе материала могут образовываться области с высокой концентрацией жидкокристаллического мономера, сходные с каплями. Эти капли могут быть окружены полимеризованным материалом, также включающим в себя некоторое количество жидкокристаллических молекул. Молекулы жидких кристаллов могут свободно двигаться в полимерном матриксе, пока матрикс не достигнет определенного состояния полимеризации. Жидкокристаллические молекулы также могут обладать способностью воспринимать ориентирующие влияния со стороны соседних областей, которые могут представлять собой другие жидкокристаллические молекулы или элементы центрирования на поверхностях элементов вставки, на которую нанесена жидкокристаллическая смесь. Области центрирования могут задавать состояние покоя молекул жидких кристаллов внутри матрикса. Кроме этого, выровненные жидкокристаллические молекулы в полимере также могут оказывать ориентирующее влияние на жидкокристаллические молекулы внутри капель жидкокристаллического материала. Следовательно, слой объединенных полимеризованных областей и включенных в него областей капель может присутствовать в естественном состоянии центрирования, заданном включением элементов центрирования в элементы вставки до того, как будет образована вставка с жидкокристаллическим промежуточным слоем.
Существует множество способов включения жидкокристаллических молекул в полимеризованные или гелевые области. Некоторые способы представлены в приведенных выше описаниях. Тем не менее, любой способ создания жидкокристаллических слоев, диспергированных в полимере, может соответствовать области действия настоящего изобретения и может использоваться для создания офтальмологического устройства. В приведенных выше примерах отмечалось применение мономеров для создания полимеризованных слоев, окружающих капли жидкокристаллических молекул. Полимеризованные мономеры могут находиться в кристаллической форме полимеризованного материала, а в других вариантах осуществления полимеризованный мономер также может находиться в гелевой форме.
Часть с изменяемыми оптическими свойствами, показанная на Фиг. 14A, может иметь другие аспекты, которые могут определяться сходным разнообразием материалов и конструктивным соответствием, что описано в других разделах настоящего описания. В ряде примеров осуществления прозрачный электрод 1450 может быть размещен на первой прозрачной подложке 1460. Первая поверхность линзы 1445 может быть образована из диэлектрической пленки, и, в некоторых вариантах осуществления, из слоев центрирования, которые могут размещаться на первом прозрачном электроде 1450. В таких примерах осуществления форма диэлектрического слоя первой поверхности линзы 1445 может формировать регионально распределенную толщину диэлектрика, как показано на фигуре. Такая изменяемая по диэлектрической толщине форма может сообщать дополнительную фокусирующую оптическую силу линзе сверх геометрических эффектов, обсуждавшихся со ссылкой на Фиг. 3. В ряде примеров осуществления, например, сформированный слой может быть образован литьем под давлением на комбинацию первого прозрачного электрода 1445 и подложке 1450.
В некоторых вариантах осуществления первому прозрачному электроду 1445 и второму прозрачному электроду 1425 может быть придана различная форма. В некоторых примерах придание формы может приводить к образованию отдельных четко выраженных областей, к которым подача питания может осуществляться отдельно. В других примерах электроды могут образовывать определенные структуры, такие как спираль, идущая от центра линзы к ее периферической зоне, вследствие чего к жидкокристаллическому слою 1430 и 1440 прикладывается переменное электрическое поле. В любом случае, такое придание формы электродам может выполняться в дополнение к приданию формы диэлектрическому слою на электроде или вместо него. Придание формы электродам таким способом может также может сообщать дополнительную фокусирующую оптическую силу линзе в процессе эксплуатации.
Жидкокристаллический слой 1430 и 1440, диспергированный в полимере, расположен между первым прозрачным электродом 1450 и вторым прозрачным электродом 1420. Второй прозрачный электрод 1420 присоединен к верхнему слою подложки 1410, причем устройство, образованное от верхнего слоя подложки 1410 к нижнему слою подложки 1450, содержит часть с изменяемыми оптическими свойствами 1400 офтальмологической линзы. Два слоя центрирования могут также размещаться в позициях 1445 и 1425 на диэлектрическом слое и окружать жидкокристаллической слой 1430 и 1440. Слои центрирования 1445 и 1425 могут функционировать для определения ориентации покоя офтальмологической линзы. В ряде вариантов осуществления слои электродов 1420 и 1450 находятся в электрической связи с жидкокристаллическим слоем 1430, 1440 и вызывают сдвиг ориентации от ориентации покоя к по меньшей мере одной ориентации с энергообеспечением.
На Фиг. 14B показан эффект подачи питания на электродные слои. Подача питания может приводить к формированию электрического поля, проходящего через устройство, что показывает позиция 1490. Электрическое поле может приводить к тому, что молекулы жидких кристаллов изменят ориентацию в соответствии с образовавшимся электрическим полем. Как показывает позиция 1470 для молекул, находящихся в полимеризованных частях слоя, и позиция 1480 для молекул в каплях жидких кристаллов, молекулы могут изменять свою ориентацию, и новая ориентация обозначена вертикальными линиями.
На Фиг. 15 показан альтернативный вариант вставки с изменяемыми оптическими свойствами 1500, вводимой в офтальмологическую линзу, с двумя жидкокристаллическими слоями 1520 и 1550, каждый из которых может представлять собой жидкокристаллические слои и жидкокристаллические слои, диспергированные в полимере, как описано со ссылкой на Фиг. 14A и 14B. Каждый из аспектов различных слоев, окружающих жидкокристаллическую область, может отличаться таким же разнообразием, как описано выше применительно к изменяемой оптической вставке, показанной на Фиг. 14A и Фиг. 14B. В некоторых примерах осуществления слои центрирования могут вносить поляризационную чувствительность в функционирование единственного жидкокристаллического элемента. Объединяя первый элемент на основе жидких кристаллов, образованный первой подложкой 1510, промежуточные слои которой в пространстве вокруг 1520 и вторая подложка 1530 могут иметь первый поляризационный приоритет, со вторым элементом на основе жидких кристаллов, образованным второй поверхностью на второй подложке 1540, промежуточными слоями в пространстве вокруг 1550 и третьей подложкой 1560 со вторым поляризационным приоритетом, можно образовать комбинацию, позволяющую получить электрически изменяемые фокальные свойства линзы, нечувствительной к поляризационным аспектам падающего на нее света. Точечные элементы на изображении области 1550 могут показывать молекулы жидких кристаллов, центрирование которых перпендикулярно центрированию центрированных молекул в слое, обозначенном 1520. Приложенное электрическое поле 1590 демонстрирует, что поле, проходящее через два слоя жидких кристаллов, может вызвать изменение ориентации молекул жидких кристаллов в областях капель. В некоторых примерах осуществления может присутствовать возможность отдельной подачи электрических полей на жидкокристаллические области 1520 и 1550, как показано на Фиг. 15. В других примерах осуществления прикладывание электрического потенциала к электродам офтальмологического устройства может одновременно подавать питание на оба слоя.
В приведенном примере элемента 1500 комбинацию двух электрически активных жидкокристаллических слоев различного типа и разнообразие, связанное с примером 1510 на Фиг. 14A и 14B, можно образовать при помощи трех слоев, 1530, 1540 и 1560 подложки. В других примерах устройство можно образовать путем комбинации трех разных подложек, где промежуточная подложка может представлять собой комбинацию показанных элементов 1530 и 1540. Применение четырех элементов подложки представляет собой удобный пример изготовления элемента, в котором вокруг жидкокристаллических слоев 1520 и 1550 могут быть выполнены аналогичные устройства, различия при изготовления которых могут быть связаны с той частью стадий, которые определяют элементы центрирования жидкокристаллического элемента. В дополнительных вариантах осуществления, если линзовый элемент, находящийся вокруг жидкокристаллического слоя, например, показанного на Фиг. 14A 1400, является сферически симметричным или симметричным при повороте на девяносто градусов, то два элемента могут быть объединены в конструкцию с четырьмя элементами подложки, подобную показанной в позиции 1500, путем поворота двух отдельных элементов вставки, каждый из которых состоит из двух элементов подложки, на девяносто градусов относительно друг друга перед соединением.
Офтальмологические устройства, содержащие жидкокристаллические слои с различной прочностью сцепления
На Фиг. 16A представлен пример изображения офтальмологического устройства, содержащего жидкокристаллические слои, с разной прочностью сцепления. Офтальмологическая вставка может быть образована из переднего криволинейного элемента 1620 и заднего криволинейного элемента 1625, на которые установлен электродный слой передней кривизны 1610 электродный слой задней кривизны 1615. В некоторых примерах осуществления на поверхность электродных слоев или, в некоторых случаях, на диэлектрический слой, находящийся на электродных слоях, может быть добавлен сцепляющий слой материала. Поверхность сцепляющего слоя может быть модифицирована различными химическими или физическими способами таким образом, чтобы взаимодействие этой поверхности с наносимыми впоследствии слоями жидких кристаллов 1605 могло меняться на пространстве обрабатываемой поверхности. В иллюстративном способе, в котором размеры и физические явления показаны не в реальном масштабе, прочность сцепления отображается в позициях 1630, 1640 и 1650. Если прочность связи в местоположении сцепления 1630 повышена, что показывает тройная связь, то эффект этого сцепления молекул жидких кристаллов на области поверхности может передаваться соседним молекулам жидких кристаллов по слою. Прочность связи в области поверхности 1640, показанная двойной связью, может быть меньшей по сравнению с областью 1630, но при этом большей, чем в области поверхности 1650, где прочность сцепления показана одинарной связью. В статичном режиме без энергообеспечения жидкие кристаллы в жидкокристаллическом слое 1605 могут предпочтительно центрироваться так, как показано на иллюстрациях, где отрезки, показывающие молекулы жидких кристаллов, лежат, по существу, параллельно топографии поверхности.
При наличии электрического поля 1690 молекулы жидких кристаллов могут взаимодействовать с электрическим полем, и воздействующая на них сила ориентирует их по полю. Как отмечалось ранее, прочность сцепляющего взаимодействия может передаваться через жидкокристаллический слой и вызывать разное смещение ориентации молекул жидких кристаллов в разных местоположениях вблизи от точек сцепления к поверхности. Например, в областях с сильным взаимодействием молекулы жидких кристаллов при действии электрического поля 1690 могут почти не изменять ориентацию 1635. При этом в областях с наиболее слабым сцеплением молекулы 1655 могут полностью центрироваться по электрическому полю 1690. Кроме этого, как показано в позиции 1645, ориентация может принимать промежуточные состояния центрирования по полю 1690 в областях с промежуточной прочностью сцепления 1640.
Таким образом, равномерная ориентация молекул, такая как на Фиг. 16A, может принимать региональные изменения ориентации при наличии электрического поля, как показано на Фиг. 16B. Поскольку молекулы жидких кристаллов могут иметь разный показатель преломления проходящего света в зависимости от центрирования относительно падающего излучения, возможность управлять региональными изменениями ориентации путем изготовления сцепляющего слоя позволяет задать оптический эффект, активируемый при подаче питания к электродам 1615 и 1625 и энергообеспечения для создания электрического поля 1690. Кроме этого, особенности пространственных изменений показателя преломления также можно плавно изменять в зависимости от силы прикладываемого электрического поля. Силой поля, в свою очередь, можно управлять посредством величины электрического потенциала или напряжения, прикладываемого к электродным слоям. Следовательно, оптические устройства, содержащие жидкокристаллические слои, нанесенные на сцепляющие слои, обладающие регионально распределенной и различной прочностью сцепляющего взаимодействия со слоями жидких кристаллов, могут давать в результате устройства с двумя устойчивыми состояниями пространственного распределения показателя преломления в состоянии без энергообеспечения и в состоянии с энергообеспечением или, как вариант, возможен континуум оптических свойств, возникающий в результате подачи питания к электродам различных электрических потенциалов или напряжений.
Офтальмологические устройства, содержащие жидкокристаллические слои с различным направлением сцепления (предварительным наклоном)
На Фиг. 17A-B можно видеть сходный, но альтернативный пример осуществления для конфигурации пространственного распределения центрирования жидких кристаллов в области между электродами. На Фиг. 17A можно видеть пример изображения офтальмологического устройства, содержащего жидкокристаллические слои, имеющие варьирующуюся ориентацию. Офтальмологическая вставка может быть образована из переднего криволинейного элемента 1705 и заднего криволинейного элемента 1710, на которые помещены электродный слой передней кривизны 1715 и электродный слой задней кривизны 1720. В некоторых примерах осуществления слой материала, выполненный с возможностью центрировать находящиеся вблизи молекулы жидкокристаллических слоев, можно нанести на поверхность электродных слоев или, в некоторых случаях, на диэлектрический слой, расположенный поверх электродных слоев. Центрирующий слой 1725 можно образовать или обработать после формирования химическими или физическими методами таким образом, чтобы молекулы этого слоя были ориентированы изменяемым, но запрограммированным способом по всей поверхности. Некоторые такие ориентации могут вызывать такой эффект, что молекулы жидких кристаллов приобретают первую ориентацию 1735 вблизи слоя центрирования 1730, а молекулы вблизи слоя центрирования 1740 приобретают ориентацию 1745, полностью перпендикулярную первой ориентации 1735.
В обсуждении рассматривается ориентация молекул в центрирующем слое у первой поверхности, однако фактически в офтальмологической вставке, имеющей переднюю кривизну и заднюю кривизну, обработку слоя центрирования можно провести на обеих поверхностях. В некоторых примерах обработки структура пространственного распределения на первом криволинейном элементе может быть эквивалентна структуре пространственного распределения на заднем криволинейном элементе. В этих случаях ориентацию молекул можно показать как равномерную поперек слоя, в то время как ориентация может варьироваться в пространстве по элементам поверхности, как показано на Фиг. 17A. В других примерах осуществления можно образовать такую структуру пространственного распределения в слое центрирования на переднем криволинейном элементе, которая будет отличаться от структуры пространственного распределения в слое центрирования на заднем криволинейном элементе офтальмологической вставки. Такой вариант осуществления может приводить к управляемым вариациям центрирования молекул жидких кристаллов по поверхностям офтальмологических устройств-вставок, а также к дополнительным контролируемым вариациям центрирования в данной пространственной точке поверхности в ориентации поперек жидкокристаллического слоя от переднего оптического элемента к заднему оптическому элементу.
На Фиг. 17B представлено воздействие электрического поля на ориентацию молекул в жидкокристаллическом слое. Электрическое поле 1701 формируется путем подведения электрического потенциала к двум электродам 1760 и 1765 соответственно, размещенным на переднем криволинейном элементе 1710 и заднем криволинейном элементе 1705 вставки. Можно видеть, что ориентация молекул слоев центрирования, показанная в 1770 и 1780 при применении электрического поля 1701 в представленном примере может не изменяться. Тем не менее, взаимодействие электрического поля с молекулами жидких кристаллов может возобладать над взаимодействием со слоями центрирования, и следовательно, молекулы жидких кристаллов выровняются по электрическому полю, как показывают позиции 1775 и 1785. Можно отметить, что иллюстрация представляет упрощенный вариант реальной ситуации, поскольку в областях, находящихся очень близко к слоям центрирования, возможны ориентации, отличные от показанных на чертеже, и все же эффект для целого набора молекул жидких кристаллов можно считать сходным с показанным, т.е. равномерное центрирование молекул во всех пространственных местоположениях по электрическому полю.
Возможно множество способов образования слоев центрирования, показанных в качестве примера в позиции 1725, или фактически любых слоев центрирования, упомянутых в различных вариантах осуществления. В одном примере для формирования слоя на электродный слой или на диэлектрик, находящийся на электродном слое, можно нанести краситель, содержащий молекулы на основе химической структуры азобензола. Химический остаток азобензола может иметь транс-конфигурацию или цис-конфигурацию. Во многих примерах транс-конфигурация может являться термодинамически более стабильным состоянием из этих двух конфигураций и, следовательно, при температуре, например, около 30 градусов Цельсия, большинство молекул азобензольного слоя могут быть ориентированы в транс-конфигурацию. Вследствие разной электронной структуры эти две конфигурации могут поглощать свет разной длины волны. Таким образом, при облучении, например, светом с длиной волны 300-400 нм, транс-форма молекулы азобензола может изомеризоваться в цис-форму. Цис-форма может относительно быстро возвращаться в транс-конфигурацию, но эти две трансформации приводят к физическому перемещению молекулы в момент трансформации. При наличии поляризованнного света поглощение света может быть более или менее вероятным, в зависимости от ориентации транс-азобензольной молекулы относительно вектора поляризации и угла падения света, используемого для облучения. Под влиянием облучения определенной поляризации и угла падения света молекулы азобензола могут ориентироваться относительно оси поляризации падающего света и плоскости падения. Следовательно, облучая слои центрирования азобензольных молекул светом соответствующей длины волны с заданными и пространственно варьирующимися поляризацией и углом падения, можно образовать слой с варьирующимся в пространстве центрированием азобензольных молекул. Азобензольные молекулы в статичной ориентации также взаимодействуют с окружающими их молекулами жидких кристаллов, формируя различное центрирование молекул жидких кристаллов, как показано на Фиг. 17A.
Материалы на основе азобензола также предоставляют другие возможности модуляции направления сцепления благодаря способности формировать внутриплоскостную и внеплоскостную ориентацию в транс- и цис-состоянии, что схематично показано на Фиг. 17C-E. Такие материалы иногда именуются командными слоями. Модуляцию ориентации жидких кристаллов такими материалами также можно получить путем пространственной модуляции интенсивности актиничного излучения. Как показано на Фиг. 17C, молекулы азобензола 1742 могут быть ориентированы в транс-конфигурацию и при этом быть сцеплены с поверхностью. В такой конфигурации молекулы жидких кристаллов могут ориентироваться так, как показано в позиции 1741. В альтернативной цис-конфигурации молекулы азобензола 1743 могут заставлять молекулы жидких кристаллов ориентироваться, как показано в позиции 1740. На Фиг. 17E показана комбинация ориентаций жидких кристаллов, которая может соответствовать изложенным концепциям, обладающим признаками изобретения.
Другие слои центрирования могут быть образованы другими способами, например, с применением облучения падающим поляризованным излучением для контроля пространственного центрирования полимеризованных слоев на основе предпочтительной ориентации при индукции полимеризации локальным облучением падающим светом.
На Фиг. 17F показан оптический элемент с градиентным показателем преломления. Принципы сцепления, показанные на Фиг. 16A и B, а также примеры осуществления, связанные со слоями центрирования, показанными на Фиг. 17A, B и C, можно использовать для создания параболического изменения показателя преломления в зависимости от радиального расстояния. Отношение, математически описывающее такое параболическое изменение показателя преломления n(r) в зависимости от радиального расстояния r, представлено в позиции 1796. Графическое представление этого явления для уплощенной линзы можно видеть в 1790, где показатель преломления 1791 может быть относительно высоким, и это представлено на иллюстрации плотностью черного окрашивания. В радиальном направлении показатель меняется (позиция 1792), и может меняться в сторону меньшего значения, что показывает меньшая плотность черного окрашивания. Можно образовать оптический элемент с параболическим изменением показателя преломления в зависимости от радиального расстояния, и результатом влияния на свет может быть сдвиг фазы падающего излучения, приводящий к фокусировке света, как показано в позиции 1793. Математическую оценку фокальных характеристик такого оптического элемента с градиентным показателем преломления можно видеть в позиции 1795.
Офтальмологические устройства, содержащие линзы с циклоидальными волновыми пластинами
Особый вид поляризационных голограмм; а именно циклоидальные дифракционные волновые пластины (CDW), обеспечивают по существу стопроцентную дифракционную эффективность и могут обладать спектральной широкополосностью. Структура циклоидальных дифракционных волновых пластин, схематично показанная на Фиг. 18, содержит пленку из анизотропного материала 1810, в котором ориентация оптической оси непрерывно поворачивается в плоскости пленки 1810, что иллюстрируется структурой 1820 на пленке. Типичный оптический результат для такой волновой пластины можно видеть в позициях 1830 и 1840. При выполнении условия полуволнового запаздывания по фазе, которое, как правило, обеспечивается в пленках из жидкокристаллического полимера (ЖКП) толщиной приблизительно 0,001 мм (один микрометр), достигается почти стопроцентная эффективность в диапазоне видимого света. На Фиг. 18A, позиция 1890, показано увеличенное изображение программирования ориентации, которое может происходить в конструкции с циклоидальной волновой пластиной. В заданном направлении оси, например 1885, структура ориентации может варьировать от параллельной ориентации относительно направления оси 1860 к перпендикулярной ориентации относительно направления оси 1870 и снова к параллельной ориентации относительно направления оси 1880.
Такая необычная для оптики ситуация, при которой тонкая решетка показывает высокую эффективность, будет понятна, если рассмотреть линейно поляризованный пучок света с длиной волны λ, падающий в обычных условиях вдоль оси z на двухпреломляющую пленку в плоскости x,y. Если толщина пленки L и ее оптическая анизотропия, Δn, выбраны таким образом, что LΔn=λ/2, а ее оптическая ось ориентирована под углом 45 (сорок пять) градусов, α, относительно направления поляризации входящего пучка, то поляризация выходящего пучка будет повернута под углом 90 (девяносто) градусов, β. Таким образом работает полуволновая пластина. Угол поворота поляризации на выходе из такой волновой пластины, β=2α, зависит от ориентации оптической оси d=(dx, dy)=(cosα, sinα). Жидкокристаллические материалы, как низкомолекулярные, так и полимерные, допускают непрерывное вращение d в плоскости волновой пластины с высокими пространственными частотами, α=qx, где период пространственной модуляции Λ=2π/q может быть сравним с длиной волны видимого света. Поляризация света на выходе из такой волновой пластины имеет непрерывную пространственную модуляцию, β=2qx, и электрическое поле в картине вращающейся поляризации на выходе данной волновой пластины дает среднее значение, <E>=0, и в направлении падающего пучка свет не пропускается. Таким образом, получаемая картина поляризации соответствует перекрытию двух пучков с круговой поляризацией, распространяющихся под углами ±λ/Λ. В случае входного пучка с круговой поляризацией присутствует только один порядок дифракции, +1-й или -1-й, в зависимости от того, является пучок правосторонним или левосторонним.
Особый вид циклоидальных волновых дифракционных пластин показан на Фиг. 19A. В таком примере осуществления рисунок циклоидальной дифракционной волновой пластины, представленный на Фиг. 18, можно дополнительно уточнить в форм-факторе устройства-вставки офтальмологической линзы. На иллюстрации форма отображается в уплощенном виде, но сходное программирование ориентации можно выполнять на трехмерных поверхностях, таких как вставки для линз. В позиции 1910 рисунок циклоидальной дифракционной волновой пластины может спирально поворачиваться, образуя радиальную картину, которая может размещаться на плоской поверхности или на изогнутой поверхности, например, на стянутой части сферической поверхности, и угол поворота молекул жидких кристаллов или молекул жидкокристаллического полимера можно модулировать по параболе от центра волновой пластины. Такая структура действует подобно линзе и имеет перед другими жидкокристаллическими линзами такое преимущество, включающее в себя получение другой или более высокой оптической силы (измеряемую по фокусному расстоянию или в диоптриях) при той же или меньшей толщине пленки. В некоторых примерах осуществления толщина пленки может составлять всего 1-5 μм. Другим преимуществом такой линзы может быть возможность переключения между положительными и отрицательными значениями для корректировки оптической силы путем изменения поляризации света, падающего на устройство. В некоторых примерах осуществления жидкокристаллические волновые пластины можно применять для упрощения переключения поляризации. Разделение функции линзы и функции переключения позволяет обеспечить гибкость электрических характеристик системы, например, без ограничительного характера, емкость и потребление питания. Например, хотя для самой линзы может быть выбрана малая толщина, толщину жидкокристаллической волновой пластины можно выбрать так, чтобы свести к минимуму потребление энергии.
Циклоидальная дифракционная картина линзы, образованная в пространстве между передним элементом вставки и задним элементом вставки, позволяет получить электрически активную встроенную вставку с изменяемыми оптическими свойствами. Как показано на Фиг. 19B, при прикладывании электрического потенциала к электродам в передней и задней частях вставки в циклоидально-ориентированном жидкокристаллическом слое формируется электрическое поле 1990. Когда жидкокристаллические группы центрируются по электрическому полю, как показано на 1920, полученное центрирование может сделать жидкокристаллический слой пространственно равномерным, без особых линзовых свойств, обусловленных дифракционной волновой пластиной. Таким образом, в примере, не имеющем ограничительного характера, картина 1910, обладающая оптической силой, при прикладывании электрического поля может не вызывать эффекта фокусировки, как показано в позиции 1920.
Увеличенное изображение центрирования молекул жидких кристаллов в вариантах осуществления с циклоидальными волновыми пластинами представлено на Фиг. 20, позиция 2000. Показана четверть картины, и можно наблюдать сдвиг ориентации центрирования молекул в направлении от центра линзы 2010 по радиусу наружу, например, к точке 2020 и далее кнаружи. Можно видеть, что ориентация может быть сходна с радиальным поворотом запрограммированной картины, показанной, например, на Фиг. 18.
Изготовление дифракционных волновых пластин с жидкими кристаллами или жидкокристаллическим полимером может представлять собой многоэтапный способ. Технология печати циклоидальных дифракционных волновых пластин с шаблонной волновой пластины может оказаться подходящей для крупномасштабного производства с высоким качеством и большими площадями. Можно сравнить ее с другими вариантами осуществления с применением голографического оборудования, в которых могут наблюдаться дополнительные проблемы, связанные со сложностью, стоимостью и стабильностью. В методике печати может применяться картина вращающейся поляризации, получаемая на выходе шаблонной циклоидальной дифракционной волновой пластины при подаче входного пучка с линейной или круговой поляризацией. Период печатаемых волновых пластин может удваиваться при применении линейно поляризованного входного пучка. По сравнению с прямой записью на фотоанизотропном материале, преимущество технологии жидкокристаллических полимеров на основе фотоцентрирования может основываться на доступности жидкокристаллических полимеров в продаже, например, от компании Merck. Типичный жидкокристаллический полимер из реакционных мезогенов, например, имеющий в номенклатуре производителя (Merck) название RMS-001C, можно нанести методом центрифугирования (как правило, при 3 000 (трех тысячах) об/мин в течение 60 (шестидесяти) с) на фотоцентрирующий слой и полимеризовать УФ-облучением в течение еще 10 (десяти) минут. Для широкополосной дифракции или корректировки пиковой длины волны дифракции можно нанести множество слоев.
Офтальмологические устройства, содержащие профилированные слои диэлектрика и жидкокристаллические слои, диспергированные в полимере.
Как показано на Фиг. 21, возможен другой пример осуществления офтальмологического устройства, содержащего сформированные диэлектрические слои. Пример осуществления имеет много общих аспектов с примерами осуществления, описанными применительно к Фиг. 10. В позиции 2140 показан профилированный диэлектрический слой, соответствующий сходному элементу, обозначенному в 1040. В примерах осуществления, относящихся к Фиг. 21, диэлектрический слой 2140 может быть образован путем контролируемой полимеризации остатков мономеров, которые использовались для формирования жидкокристаллических слоев, диспергированных в полимере. В некоторых примерах осуществления слой 2140 может содержать некоторое количество молекул жидких кристаллов, захваченных в ходе процесса полимеризации. Если поверхность, на которой образуется слой 2140, содержит слой центрирования 2170, то в некоторых примерах осуществления молекулы жидких кристаллов могут центрироваться со структурами слоя центрирования и сохранять центрирование в процессе образования полимеризованного слоя 2140.
Мономер, содержащий молекулы жидких кристаллов, в дальнейшем полимеризуют в таких условиях, что образуются диспергированные в полимере пустоты, такие как 2130, содержащие молекулы жидких кристаллов. В других областях этого полимеризуемого в дальнейшем слоя 2120 может образовываться слой, содержащий молекулы жидких кристаллов. В некоторых примерах осуществления возможно наличие слоя центрирования 2165, который также может ориентировать молекулы жидких кристаллов в процессе полимеризации.
На Фиг. 21 представлен пример осуществления, в котором имеются передняя 2110 и задняя 2150 подложки, между которыми могут находиться электродные слои 2160 и 2175, а также слои центрирования 2170 и 2165. Образование слоев центрирования и рисунка на них может осуществляться способом, описанным ранее, или может осуществляться, например, в соответствии со стандартными промышленными процессами создания такого рисунка. На Фиг. 21 показана плоская ориентация различных слоев. Это изображение приводится лишь в качестве примера, и криволинейные оптические элементы, например, размещенные в офтальмологических устройствах, таких как контактные линзы, могут иметь с показанным изображением если не общую форму, то общую структурную схему. В некоторых примерах осуществления, например там, где пустотные элементы 2130 являются наноразмерными, в конструкции может быть не нужно применять слои центрирования. В таких элементах желательной может быть случайная ориентация молекул в слоях, содержащих пустоты.
Кроме этого, как описывалось ранее со ссылкой на образованные в офтальмологических устройствах-вставках жидкокристаллические слои, диспергированные в полимере, создание электрического поля, проходящего через жидкокристаллические слои, путем прикладывания электрического потенциала к электродным слоям может приводить к тому, что слои жидких кристаллов, имеющиеся в пустотах, будут центрироваться по электрическому полю и изменять показатель преломления света, проходящего через офтальмологическое устройство. Профилированный диэлектрический слой 2140 может приводить к тому, что в электрическом поле, проходящем через любую из частей жидкокристаллического слоя, будут возникать локальные изменения в соответствии с профилем диэлектрического слоя. В некоторых примерах осуществления профилированный диэлектрический слой может быть изготовлен из материала с оптическими свойствами, сходными с жидкокристаллическим слоем, диспергированным в полимере, но с иными диэлектрическими свойствами.
На Фиг. 21A и 21B показаны индивидуальные капли 2131 жидких кристаллов для демонстрации различных возможных аспектов ориентации. В некоторых примерах осуществления, в особенности в тех, где капли имеют наноразмер, в ориентации без энергообеспечения (Фиг. 21A) молекулы жидких кристаллов в каплях показывают случайный характер ориентации. В других примерах осуществления благодаря применению слоев центрирования может иметь место конфигурация ориентации без энергообеспечения, где, например, молекулы могут быть центрированы параллельной поверхности, как показано на Фиг. 21B, позиция 2132. В любом из этих случаев при применении электрического поля 2190 молекулы жидких кристаллов могут центрироваться по полю, что видно на Фиг. 21C, позиция 2133.
Офтальмологические устройства, содержащие жидкокристаллические слои, диспергированные в полимере, имеющие разную плотность капель жидких кристаллов в слое полимера
Как показано на Фиг. 22, возможен другой пример осуществления офтальмологического устройства, содержащего жидкокристаллические слои. В примерах осуществления, имеющих сходство с примерами, показанными на Фиг. 13A, для получения оптических эффектов может быть образован жидкокристаллический слой, в котором плотность капель жидких кристаллов в слое полимера меняется в радиальном направлении поперек слоя. На Фиг. 22 позиции 2210 и 2260 могут представлять собой передние и задние элементы вставки, соответственно. На этих элементах могут присутствовать слои или сочетания слоев, обозначенные позициями 2250 и 2220. Слои 2250 и 2220 могут представлять собой электродные слои, которых также могут содержать слои диэлектрика и/или слои центрирования. Между этими слоями может находиться слой 2240, содержащий жидкокристаллические остатки. Слой 2240 может быть выполнен таким образом, что области полимеризованного материала могут прерываться, главным образом, каплями, содержащими молекулы жидких кристаллов, например, 2230. На Фиг. 22 представлена ориентация различных слоев на плоскости. Это изображение приводится лишь в качестве примера, и криволинейные оптические элементы, например, размещенные в офтальмологических устройствах, таких как контактные линзы, могут иметь с показанным изображением если не общую форму, то общую структурную схему. В некоторых примерах осуществления, например там, где капельные элементы 2230 являются наноразмерными, в конструкции может отсутствовать необходимость применять слои центрирования. В таких элементах желательной может быть случайная ориентация молекул в слоях, содержащих пустоты.
Посредством регулирования процесса полимеризации можно обеспечить контроль пространственного распределения таким образом, чтобы в определенном местоположении жидкокристаллического слоя 2240 плотность или количество жидкокристаллического материала от передней криволинейной вставки до задней криволинейной области отличалось от аналогичных параметров в другом местоположении. Такие изменения количества жидкокристаллического материала по поверхности линзы могут быть подходящими для того, чтобы задать совокупный показатель преломления света, проходящего через офтальмологическое устройство в определенной области. В результате можно получать такие оптические эффекты, как сферическая фокусировка и эффекты более высокого порядка. Как и в предыдущих вариантах осуществления, формирование электрического поля в слое 2240 может приводить к изменению центрирования фрагментов жидких кристаллов, что позволяет изменять оптические эффекты офтальмологического устройства при помощи электрического управления.
На Фиг. 22A и 22B показаны индивидуальные капли 2231 жидких кристаллов для демонстрации различных возможных аспектов ориентации. В некоторых примерах осуществления, в особенности в тех, где капли имеют наноразмер, в ориентации без энергообеспечения (Фиг. 22A) молекулы жидких кристаллов в каплях показывают случайный характер ориентации. В других примерах осуществления благодаря использованию слоев центрирования ориентация молекул без энергообеспечения может быть параллельной поверхности, как показано на Фиг. 22B, позиция 2232. В любом из этих случаев при применении электрического поля 2290 молекулы жидких кристаллов могут центрироваться по полю, что видно на Фиг. 22C, позиция 2233.
Бифокальные офтальмологические устройства, содержащие однополяризационно-чувствительные жидкокристаллические слои с активными и пассивными аспектами.
На Фиг. 23 можно видеть класс устройств, использующих некоторые из различных описанных примеров осуществления и предназначенных для бифокальных офтальмологических устройств, содержащих одиночные чувствительные к поляризации жидкокристаллические слои. Офтальмологическая линза, представленная на Фиг. 4, может быть оснащена вставкой 2330, содержащей жидкокристаллический слой. Слой, принадлежащий к различным описанным выше типам, может быть центрирован при помощи слоев центрирования, и поэтому обладает чувствительностью к конкретному состоянию поляризации. Если устройство обладает функцией регулирования фокуса и имеет одинарный центрированный жидкокристаллический слой, или, альтернативно, представляет собой двухслойное устройство, в котором один жидкокристаллический слой центрирован в ортогональном направлении по отношению к другому жидкокристаллическому слою, при этом один из жидкокристаллических слоев имеет электрическое энергообеспечение до другого уровня по сравнению со вторым слоем, свет 2310, падающий на офтальмологическую линзу 400, можно разложить на две составляющие с различными фокальными свойствами для каждого из направлений поляризации. Как показано на чертеже, один из компонентов поляризации 2351 может быть сфокусирован на пути 2350 в фокальную точку 2352, тогда как другой компонент поляризации 2341 может быть сфокусирован на пути 2340 в фокальную точку 2342.
Среди офтальмологических устройств существующего уровня техники известен класс бифокальных устройств, одновременно представляющих глазу пользователя множество сфокусированных изображений. Человеческий мозг обладает способностью разделять эти два изображения и видеть различные изображения. Устройство 2300 может иметь улучшенную способность обеспечивать такую бифокальную функцию. Вместо того, чтобы выделять области полного изображения и по-разному их фокусировать, жидкокристаллический слой, относящийся к типу, изображенному на 2300, может разделять свет 2320 на два компонент поляризации 2351 и 2341 во всем видимом окне. До тех пор пока естественное освещение 2320 не обладает поляризационным приоритетом, изображения будут выглядеть так, как было бы при наличии только одной фокальной характеристики. В других вариантах осуществления такое офтальмологическое устройство может быть сопряжено с источниками света, проектируемыми с определенными типами поляризации для получения различных эффектов, таких как отображение информации с выбранной поляризацией для получения увеличенного изображения. Жидкокристаллические дисплеи могут обладать внутренними свойствами, позволяющими создавать такую внешнюю среду, поскольку свет, исходящий от такого дисплея, может обладать определенной поляризационной характеристикой. Возможны многие примеры осуществления, полученные благодаря возможности усовершенствования устройств за счет использования множества фокальных характеристик.
В других вариантах осуществления способность активного управления фокусом устройства позволяет получать устройства, обладающие целым диапазоном бифокальных состояний. В состоянии покоя или в состоянии без энергообеспечения может достигаться бифокальность с одним несфокусированным и с одним сфокусированным компонентом поляризации на средних расстояниях. После активации компонента, наблюдаемая на среднем расстоянии, может дополнительно фокусироваться для получения близкого изображения, если линза обладает двумя устойчивыми состояниями, или диапазона фокусных расстояний в других вариантах осуществления. Бифокальная характеристика позволяет пользователю воспринимать разнообразие окружающей среды одновременно со сфокусированным изображением независимо от расстояния, что обеспечивает ряд преимуществ. Любой из жидкокристаллических вариантов осуществления, в котором жидкокристаллический слой можно сориентировать по направлению поляризации, может содержать варианты осуществления, которые могут быть подходящими для создания бифокальных конструкций, относящихся к данному типу варианта осуществления.
В настоящем описании приводятся ссылки на элементы, изображенные на чертежах. Многие элементы показаны для ссылки для изображения примеров осуществления, обладающими признаками изобретения. Относительный масштаб фактических элементов может значительно отличаться от изображенных, причем следует понимать, что отличия относительных изображенных масштабов не образуют отступления от существа настоящего изобретения. Например, масштаб молекул жидкого кристалла может быть слишком мал, чтобы их можно было изобразить в реальном масштабе частей вставки. Изображение элементов, представляющих молекулы жидкого кристалла в том же масштабе, что и элементы вставки, чтобы сделать возможным представление таких факторов, как центрирование молекул, является поэтому таким примером масштаба изображения, который в реальных вариантах осуществления может быть совсем иным.
Хотя представленные и описанные в настоящем документе варианты осуществления считаются наиболее практичными и предпочтительными, очевидно, что специалистам в данной области будут понятны возможности отступления от конкретных конфигураций и способов, представленных и описанных в настоящем документе, которые можно использовать без отступления от сущности и объема настоящего изобретения. Настоящее изобретение не ограничивается отдельными конструкциями, описанными и показанными в настоящем документе, но все его конструкции должны быть согласованы со всеми модификациями, которые могут входить в объем приложенной формулы изобретения.