ОФТАЛЬМОЛОГИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО С ИЗМЕНЯЕМЫМИ ОПТИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ, ВКЛЮЧАЮЩЕЕ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ С НАНОРАЗМЕРНЫМИ КАПЛЯМИ ИЗ ЖИДКИХ КРИСТАЛЛОВ
OPHTHALMIC DEVICE WITH VARIABLE OPTICAL PROPERTIES, INCLUDING LIQUID CRYSTAL ELEMENTS WITH NANO-SIZED DROPLETS OF LIQUID CRYSTALS

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА СМЕЖНЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящая заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент №61/878,723, поданной 17 сентября 2013 г.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Область применения изобретения
Настоящее изобретение относится к устройству офтальмологической линзы с возможностью изменения оптических свойств и, более конкретно, в некоторых вариантах осуществления - к производству 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 предварительно заданными оптическими характеристиками. Контактная линза, например, может предоставлять одну или более из следующих возможностей: коррекцию зрения; косметическое улучшение и терапевтическое воздействие, но только в виде 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 материал линзы активного агента позволяет использовать линзу в терапевтических целях.
На сегодняшний день оптические характеристики офтальмологической линзы обусловлены ее физическими характеристиками. По существу, оптические свойства линзы определяют и затем внедряют в процессе ее изготовления, например, отливкой или токарной обработкой. После изготовления линзы ее оптические характеристики остаются постоянными. Однако для обеспечения аккомодации зрения для пользователя иногда может быть эффективно наличие более одной доступной оптической силы. В отличие от тех, кто пользуется очками и может менять очки для оптической коррекции, пользователи контактных либо интраокулярных линз до сих пор могли менять оптические характеристики, только прикладывая значительные усилия или используя очки в дополнение к контактным либо интраокулярным линзам.
ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Соответственно, настоящее изобретение включает в себя инновации, относящиеся к вставке с изменяемыми оптическими свойствами, использующей жидкокристаллические элементы, которая может обладать энергообеспечением, может быть включена в офтальмологическое устройство и имеет возможность изменять оптические свойства линзы. Примеры таких офтальмологических устройств могут включать в себя контактную линзу или интраокулярную линзу. Кроме того, здесь представлены способы и устройство для изготовления офтальмологической линзы со вставкой с изменяемыми оптическими свойствами, использующей жидкокристаллические элементы. Ряд вариантов осуществления также включает в себя литую силикон-гидрогелевую контактную линзу с жесткой или формуемой вставкой с энергообеспечением, которая дополнительно включает в себя часть с изменяемыми оптическими свойствами, причем вставка включена в офтальмологическую линзу биосовместимым образом.
Таким образом, настоящее изобретение включает в себя описание офтальмологической линзы со вставкой с изменяемыми оптическими свойствами, устройства формирования офтальмологической линзы со вставкой с изменяемыми оптическими свойствами, а также способов их производства. Источник энергии можно нанести или установить на вставку с изменяемыми оптическими свойствами, а вставку можно разместить вблизи первой части формы для литья и/или второй части формы для литья. Композицию, содержащую реакционную смесь мономера (далее - «реакционная смесь мономера»), помещают 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 формируя полость линзы с несущей вставкой с энергообеспечением и по меньшей мере некоторым количеством реакционной смеси мономера в полости линзы; реакционную смесь мономера подвергают воздействию актиничного излучения для формирования офтальмологической линзы. Линзы формируют путем управления потоком актиничного излучения, которым облучают реакционную смесь мономера. В некоторых вариантах осуществления край офтальмологической линзы или герметизирующий вставку слой содержит стандартные гидрогелевые составы 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 формирования вставки с изменяемыми оптическими свойствами, использующей жидкокристаллические элементы, и полученные вставки представляют собой важные аспекты различных примеров осуществления настоящего изобретения. В ряде вариантов осуществления жидкий кристалл можно размещать между ориентирующими слоями, которые могут устанавливать ориентацию покоя жидкого кристалла. Два упомянутых ориентирующих слоя могут находиться в электрической связи с источником энергии посредством электродов, нанесенных на слои подложки, содержащие часть с изменяемыми оптическими свойствами. Электроды могут получать энергообеспечение через промежуточное соединение с источником энергии или непосредственно через компоненты, встроенные во вставку.
Подача питания к ориентирующим слоям может вызывать сдвиг жидкого кристалла из ориентации покоя в ориентацию с энергообеспечением. В вариантах 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. Могут быть реализованы также дополнительные варианты осуществления, в которых способ подачи питания может вызывать переключение между различными состояниями за счет импульса подачи питания.
Результирующее центрирование и ориентация молекул воздействуют на свет, проходящий через жидкокристаллический слой, вызывая, таким образом, изменение во вставке с изменяемыми оптическими свойствами. Например, рефракционные свойства, получаемые в результате центрирования и ориентации, могут влиять на падающий свет. Кроме того, такое воздействие может включать в себя эффект нарушения поляризации света. Некоторые варианты осуществления могут включать в себя вставку с изменяемыми оптическими свойствами, в которой подача питания изменяет фокальные характеристики линзы.
В некоторых вариантах осуществления жидкокристаллический слой может быть образован способом, при помощи которого вызывают полимеризацию полимеризуемой смеси, содержащей молекулы жидких кристаллов. Управляя полимеризацией различными способами, можно отделять капли, состоящие из молекул жидких кристаллов, от полимеризованного слоя в процессе его образования. В некоторых вариантах осуществления этим процессом можно управлять таким образом, чтобы капли были наноразмерными, т.е. чтобы средний или медианный диаметр скопления капель был меньше чем приблизительно 1 микрон в длину. В некоторых дополнительных вариантах средний или медианный диаметр может также быть меньше чем приблизительно 0,1 микрона в длину.
Соответственно, в некоторых вариантах осуществления офтальмологическое устройство может быть сформировано путем введения вставки с изменяемыми оптическими свойствами, содержащей молекулы жидких кристаллов, внутрь офтальмологического устройства. Вставка с изменяемыми оптическими свойствами может содержать по меньшей мере некоторую часть, которая может располагаться в оптической зоне офтальмологического устройства. Вставка с изменяемыми оптическими свойствами может содержать переднюю часть вставки и заднюю часть вставки. Любая или обе поверхности передней и задней части вставки могут быть искривлены различным образом, при этом в некоторых вариантах осуществления радиус кривизны задней поверхности передней части вставки может отличаться от радиуса кривизны передней поверхности задней части вставки. Источник энергии можно включить в состав линзы и в состав вставки, а в некоторых вариантах осуществления источник энергии можно разместить таким образом, чтобы по меньшей мере некоторая его часть находилась в неоптической зоне устройства.
В некоторых вариантах осуществления слой, содержащий капли жидкокристаллического материала, может быть дополнительно образован так, что внутри слоя, образованного из капель жидкокристаллического материала, область, содержащая капли, представляет собой комплект из слоя, содержащего жидкокристаллический материал, и имеет профиль специальной формы, способный вызывать оптический эффект, дополняющий эффект различных радиусов поверхностей вставки.
В некоторых вариантах осуществления слой, содержащий капли жидкокристаллического материала, может быть дополнительно образован так, что внутри слоя, образованного из капель жидкокристаллического материала, плотность капель характеризуется пространственной неравномерностью таким образом, что данная неравномерность способна вызывать оптический эффект, дополняющий эффект различных радиусов поверхностей вставки.
В некоторых вариантах осуществления офтальмологическое устройство может представлять собой контактную линзу.
В некоторых вариантах осуществления вставка офтальмологического устройства может содержать электроды, изготовленные из различных материалов, включая прозрачные материалы, такие как оксид индия и олова (ITO) в качестве примера, не имеющего ограничительного характера. Первый электрод может быть размещен в непосредственной близости от задней поверхности переднего криволинейного элемента, при этом второй электрод может располагаться в непосредственной близости от передней поверхности заднего криволинейного элемента. Когда к первому и второму электродам прикладывают электрический потенциал, в жидкокристаллическом слое, размещенном между электродами, может образоваться электрическое поле. Приложение электрического поля к жидкокристаллическому слою может вызвать физическое центрирование молекул жидких кристаллов, находящихся в слое, с электрическим полем. В некоторых вариантах осуществления молекулы жидких кристаллов могут располагаться в составе капель внутри этого слоя, при этом в некоторых вариантах осуществления капли могут иметь средний диаметр меньше 1 микрона. Когда молекулы жидких кристаллов центрируются в направлении электрического поля, такое центрирование может вызвать изменение оптических характеристик, при котором световой луч может восприниматься как проходящий через слой, содержащий молекулы жидких кристаллов. В качестве примера, не имеющего ограничительного характера, можно привести изменение коэффициента преломления, вызванное изменением центрирования. В некоторых вариантах осуществления изменение оптических характеристик может привести к изменению фокальных свойств линзы, содержащей слой с молекулами жидких кристаллов.
В некоторых вариантах осуществления описываемые офтальмологические устройства могут включать в себя процессор.
В некоторых вариантах осуществления описываемые офтальмологические устройства могут включать в себя электрическую схему. Электрическая схема может контролировать или направлять электрический ток для обеспечения его протекания через офтальмологическое устройство. Электрическая схема может управлять электрическим током для обеспечения его протекания от источника энергии к первому или второму электродным элементам.
В некоторых вариантах осуществления устройство-вставка может содержать не только передний элемент вставки и задний элемент вставки. Между передней частью вставки и задней частью вставки можно размещать промежуточную часть или части. Например, слой, содержащий жидкий кристалл, может располагаться между передним элементом вставки и промежуточным элементом. Вставка с изменяемыми оптическими свойствами может содержать по меньшей мере некоторую часть, которая может располагаться в оптической зоне офтальмологического устройства. Любая или обе поверхности передней, промежуточной и задней части вставки могут быть искривлены различным образом, при этом в некоторых вариантах осуществления радиус кривизны задней поверхности передней части вставки может отличаться от радиуса кривизны передней поверхности промежуточной части вставки. Источник энергии можно включить в состав линзы и в состав вставки, при этом в некоторых вариантах осуществления источник энергии можно разместить таким образом, чтобы по меньшей мере некоторая его часть находилась в неоптической зоне устройства.
Вставка с передней частью вставки, задней частью вставки и по меньшей мере первой промежуточной частью вставки может содержать по меньшей мере первую молекулу жидких кристаллов, при этом молекула или молекулы жидких кристаллов могут также находиться в составе капель, где средний или медианный диаметр скопления капель может иметь меньше микрона в длину или рассматриваться в качестве наноразмерного.
В некоторых вариантах осуществления передняя часть вставки, задняя часть вставки и по меньшей мере первая промежуточная часть вставки офтальмологического устройства может представлять собой контактную линзу.
В некоторых вариантах осуществления вставка офтальмологического устройства с передней частью вставки, задней частью вставки и по меньшей мере первой промежуточной частью вставки может содержать электроды, изготовленные из различных материалов, включая прозрачные материалы, такие как оксид индия и олова (ITO) в качестве примера, не имеющего ограничительного характера. Первый электрод может располагаться в непосредственной близости от задней поверхности переднего криволинейного элемента, при этом второй электрод может находиться в непосредственной близости от передней поверхности промежуточной части. Когда к первому и второму электродам прикладывают электрический потенциал, в жидкокристаллическом слое, размещенном между электродами, может образоваться электрическое поле. Приложение электрического поля к жидкокристаллическому слою может вызвать физическое центрирование молекул жидких кристаллов, находящихся в слое, с электрическим полем. В некоторых вариантах осуществления молекулы жидких кристаллов могут располагаться в составе капель внутри этого слоя, при этом в некоторых вариантах осуществления капли могут иметь средний диаметр меньше 1 микрона. Когда молекулы жидких кристаллов центрируются в направлении электрического поля, такое центрирование может вызвать изменение оптических характеристик, при котором световой луч может восприниматься как проходящий через слой, содержащий молекулы жидких кристаллов. В качестве примера, не имеющего ограничительного характера, можно привести изменение коэффициента преломления, вызванное изменением центрирования. В некоторых вариантах осуществления изменение оптических характеристик может привести к изменению фокальных свойств линзы, содержащей слой с молекулами жидких кристаллов.
В некоторых вариантах осуществления промежуточная часть может содержать множество частей, соединенных вместе.
В некоторых вариантах осуществления, где устройство-вставка может состоять из передней части вставки, задней части вставки и промежуточной части или частей, слой, содержащий жидкий кристалл, может располагаться между передней частью вставки и промежуточной частью или между промежуточной частью и задней частью вставки. Кроме того, поляризационный элемент также может размещаться внутри устройства-вставки с изменяемыми оптическими свойствами. Вставка с изменяемыми оптическими свойствами может содержать по меньшей мере некоторую часть, которая может располагаться в оптической зоне офтальмологического устройства. Любая или обе поверхности передней, промежуточной и задней частей вставки могут быть искривлены различным образом, при этом в некоторых вариантах осуществления радиус кривизны задней поверхности передней части вставки может отличаться от радиуса кривизны передней поверхности промежуточной части вставки. Источник энергии можно включить в состав линзы и в состав вставки, при этом в некоторых вариантах осуществления источник энергии можно разместить таким образом, чтобы по меньшей мере некоторая его часть находилась в неоптической зоне устройства.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Указанные выше и прочие характеристики и преимущества настоящего изобретения наглядно представлены в следующем более подробном описании предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированных с помощью прилагаемых рисунков.
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 вид в поперечном разрезе 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 представлен вид в поперечном разрезе 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 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 вариант осуществления офтальмологической линзы со вставкой с изменяемыми оптическими свойствами, в котором часть с изменяемыми оптическими свойствами может быть образована 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 приведен пример компонентов устройства, предназначенных 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. 10A и 10B представлен пример осуществления офтальмологического устройства, содержащего слои с молекулами жидких кристаллов, в котором по меньшей мере некоторая часть жидких кристаллов образует наноразмерные капли.
На Фиг. 11A, 11B и 11C представлен альтернативный пример осуществления, содержащий наноразмерные капли из молекул жидких кристаллов, причем местоположение капель обладает специальной формой.
На Фиг. 12, 12A, 12B и 12C представлен альтернативный пример осуществления, содержащий наноразмерные капли.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение включает в себя способы и устройство, предназначенные для производства офтальмологической линзы со вставкой с изменяемыми оптическими свойствами, причем часть с изменяемыми оптическими свойствами образована из жидкого кристалла или композитного материала, который сам содержит жидкокристаллические элементы. Кроме того, 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, можно герметизировать и изолировать от среды, в которую помещают офтальмологическую линзу. В некоторых примерах осуществления источник энергии может включать в себя щелочной электрохимический элемент, который можно использовать в первичной схеме или в схеме с перезарядкой.
Для изменения оптической части можно использовать регулирующее устройство, управляемое пользователем. Регулирующее устройство может включать в себя, например, электронное или пассивное устройство для увеличения или уменьшения напряжения на выходе или для подключения или отключения источника энергии. Некоторые примеры осуществления также могут включать в себя автоматизированное регулирующее устройство для изменения части с изменяемыми оптическими свойствами с помощью автоматизированного устройства в соответствии с измеренным параметром или данными, введенными пользователем. Пользователь может вводить данные, например, с помощью переключателя, управляемого беспроводным устройством. Беспроводное управление может включать в себя, например, радиочастотное управление, электромагнитное переключение, световое излучение с упорядоченной структурой и индуктивное переключение. В других примерах 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.
Изменение оптической силы происходит тогда, когда электрические поля, создаваемые подачей питания к электродам, вызывают перецентрирование внутри жидкокристаллического слоя, сдвигая, таким образом, молекулы из ориентации покоя в ориентацию с энергообеспечением. В других альтернативных примерах осуществления изобретения могут использоваться другие эффекты, вызванные изменением жидкокристаллических слоев за счет подачи питания к электродам, например, изменением состояния поляризации света, в частности, вращением плоскости поляризации.
В некоторых примерах осуществления с жидкокристаллическими слоями в неоптической зоне офтальмологической линзы могут присутствовать элементы с энергообеспечением, в то время как другие примеры осуществления не требуют подачи питания. В примерах осуществления, не требующих подачи питания, жидкий кристалл изменяется 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 ориентация оптической оси второй линзы поворачивается относительно первой линзы, позволяет получить линзу, которая способна изменять коэффициент преломления неполяризованного окружающего освещения.
Комбинирование электрически активных жидкокристаллических слоев с электродами образует физический объект, которым можно управлять путем приложения электрического поля к электродам. Если в периферической зоне жидкокристаллического слоя присутствует диэлектрический слой, то поле диэлектрического слоя и поле жидкокристаллического слоя объединяются в поле электродов. В трехмерной форме характер комбинирования полей слоев можно оценить на основе принципов электродинамики и геометрии диэлектрического слоя 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 жидкокристаллические слои, меняют свою форму таким образом, чтобы обеспечивать изменение фокальных свойств. Затем электрически регулируемый показатель преломления жидкокристаллического слоя можно использовать для внесения изменений в фокальные характеристики линзы в зависимости от прилагаемого электрического поля в жидкокристаллическом слое за счет применения электродов. Показатель преломления жидкокристаллического слоя может называться эффективным показателем преломления, при этом каждую обработку, относящуюся к показателю преломления, можно рассматривать в равной мере как относящуюся к эффективному показателю преломления. Эффективный показатель преломления может быть получен, например, в результате наложения множества участков с различными показателями преломления. В некоторых примерах осуществления эффективным аспектом может быть среднее значение вкладов различных участков, в то время как в других примерах осуществления эффективным аспектом может быть наложение зональных или молекулярных эффектов на падающий свет. Форма, которую придает жидкокристаллическому слою передняя поверхность оболочки, и форма, которую придает жидкокристаллическому слою задняя поверхность оболочки, могут определять фокальные свойства системы с точностью до первого порядка.
В следующих разделах будет приведено подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения. Описания как предпочтительных, так и альтернативных вариантов осуществления являются только примерами осуществления. Предполагается, что специалистам в данной области будут понятны возможности создания модификаций и других вариантов осуществления изобретения. Поэтому следует учитывать, что область, охватываемая настоящим изобретением, не ограничивается приведенными примерами осуществления изобретения.
СПИСОК ТЕРМИНОВ
В данном описании и в формуле изобретения, которые относятся к настоящему изобретению, могут встречаться различные термины, для которых будут применимы представленные ниже определения.
Ориентирующий слой: в настоящем документе относится к слою, смежному с жидкокристаллическим слоем, воздействующему и центрирующему ориентацию молекул внутри жидкокристаллического слоя. Результирующее центрирование и ориентация молекул могут воздействовать на свет, проходящий через жидкокристаллический слой. Например, рефракционные свойства, получаемые в результате центрирования и ориентации, могут влиять на падающий свет. Кроме того, такое воздействие может включать в себя эффект нарушения поляризации света.
Электрическая связь: в настоящем документе относится к состоянию под воздействием электрического поля. В случае использования проводящих материалов воздействие происходит в результате протекания электрического тока или приводит к протеканию электрического тока. При использовании других материалов воздействие, такое как стремление ориентировать постоянные и индуцированные дипольные молекулы вдоль линий поля, вызывает поле электрического потенциала.
С энергообеспечением: в настоящем документе относится к состоянию способности поставлять электрический ток или аккумулировать электрическую энергию.
Ориентация с энергообеспечением: в настоящем документе относится к ориентации молекул жидкого кристалла при воздействии на них потенциального поля, подключенного к источнику энергии. Например, устройство, содержащее жидкие кристаллы, может иметь одну ориентацию с энергообеспечением, если источник работает только в режиме вкл. и выкл. В других примерах осуществления ориентация с энергообеспечением может изменяться по мере приложения различных величин энергии.
Энергия: в настоящем документе относится к способности физической системы к выполнению работы. В рамках настоящего изобретения многие применения могут относиться к указанной способности выполнения электрических действий при проведении работы.
Источник питания: в настоящем документе относится к устройству, выполненному 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 настоящем документе относится к офтальмологической линзе, вставленной в глаз.
Линзообразующая смесь, или реакционная смесь, или реакционная смесь мономера (РСМ): в настоящем документе относится к мономерному или форполимерному материалу, который можно полимеризовать и поперечно сшить или поперечно сшить с образованием офтальмологической линзы. Различные 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, таких как контактные или интраокулярные линзы.
Линзообразующая поверхность: в настоящем документе относится к поверхности, используемой для литья линзы. В некоторых примерах осуществления любая такая поверхность может иметь оптическое качество поверхности, что означает, что данная поверхность является достаточно гладкой и образована таким образом, чтобы поверхность линзы, формируемой путем полимеризации линзообразующей смеси в контакте с формирующей поверхностью, была оптически приемлемого качества. Кроме того, в некоторых примерах осуществления линзообразующая поверхность может иметь такую геометрию, которая необходима для придания поверхности линзы желаемых оптических характеристик, включая, например, коррекцию сферических, асферических и цилиндрических аберраций, коррекцию аберраций волнового фронта и коррекцию топографии роговицы.
Жидкий кристалл: в настоящем документе относится к состоянию вещества, обладающего свойствами между стандартной жидкостью и твердым кристаллом. 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 покоя. Ориентацией и фазами жидкого кристалла можно манипулировать с помощью внешних воздействий, таких как температура, магнетизм или электричество, в зависимости от класса жидкого кристалла.
Литий-ионный элемент: в настоящем документе относится к электрохимическому элементу, в котором электрическая энергия вырабатывается в результате перемещения ионов лития через элемент. Данный электрохимический элемент, как правило, называемый аккумуляторной батареей, в своей типичной форме может быть перезапитан или перезаряжен.
Несущая вставка или вставка: в настоящем документе относится к формуемой или жесткой подложке, способной поддерживать источник энергии внутри офтальмологической линзы. В некоторых примерах осуществления несущая вставка также включает в себя одну или более частей с изменяемыми оптическими свойствами.
Форма для литья: в настоящем документе относится к жесткому или полужесткому объекту, который можно использовать для формирования линз из неполимеризованных составов. Некоторые предпочтительные формы для литья состоят из двух частей - передней криволинейной поверхности и задней криволинейной поверхности формы для литья.
Офтальмологическая линза, или линза: в настоящем документе относится к любому офтальмологическому устройству, расположенному в или на глазу. Данные устройства могут обеспечивать оптическую или косметическую коррекцию. Например, термин «линза» может относиться к контактной линзе, интраокулярной линзе, накладной линзе, глазной вставке, оптической вставке или другому аналогичному устройству, которое используют для коррекции или модификации зрения, либо для косметического улучшения физиологии глаза (например, изменения цвета радужной оболочки) без снижения зрения. В некоторых примерах осуществления предпочтительные линзы, составляющие предмет настоящего изобретения, представляют собой мягкие контактные линзы, выполненные из силиконовых эластомеров или гидрогелей, которые включают в себя, например, силикон-гидрогели и фтор-гидрогели.
Оптическая зона: в настоящем документе относится к области офтальмологической линзы, через которую смотрит пользователь офтальмологической линзы.
Оптическая сила: в настоящем документе относится к выполненной работе или переданной энергии за единицу времени.
Перезаряжаемый или перезапитываемый: в настоящем документе относится к возможности быть восстановленным до состояния с более высокой способностью к выполнению работы. В рамках настоящего изобретения указанная способность, как правило, может относиться к восстановлению способности испускать электрический ток определенной величины в течение определенного повторного периода времени.
Перезапитывать или перезаряжать: в настоящем документе относится к восстановлению источника энергии до состояния с более высокой способностью к выполнению работы. В рамках настоящего изобретения указанная способность, как правило, может относиться к восстановлению способности устройства испускать электрический ток определенной величины в течение определенного повторного периода времени.
Высвобожденный из формы для литья: в настоящем документе относится к линзе, которая либо полностью отделена от формы для литья, либо лишь слабо закреплена на ней так, что ее можно отделить легким встряхиванием или сдвинуть с помощью тампона.
Ориентация покоя: в настоящем документе относится к ориентации молекул жидкокристаллического устройства в состоянии его покоя, то есть без энергообеспечения.
С изменяемыми оптическими свойствами: в настоящем документе относится к способности изменять оптическое свойство, например, оптическую силу линзы или угол поляризации.
ОФТАЛЬМОЛОГИЧЕСКИЕ ЛИНЗЫ
На Фиг. 1 представлено устройство 100 для формирования офтальмологических устройств, содержащих герметизированные вставки. Прибор 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 некоторых примерах осуществления материал тела 103 может представлять собой гидрогелевый материал, а вставка с изменяемыми оптическими свойствами 104 может быть окружена данным материалом на всех поверхностях.
Вставка с изменяемыми оптическими свойствами 104 может содержать множество жидкокристаллических слоев 109 и 110. Другие примеры осуществления могут включать в себя один жидкокристаллический слой; некоторые из этих вариантов описаны в следующих разделах. При применении устройства 100 можно создать новое офтальмологическое устройство, образованное из комбинации компонентов с множеством герметичных участков.
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) прикрепляют по периферической зоне жесткого оптического элемента, и жесткий оптический элемент также может обеспечивать энергию и функциональность для полученной офтальмологической линзы.
На Фиг. 2А элементом 200 показан вид сверху, и на Фиг. 2В элементом 250 показано поперечное сечение для примера осуществления вставки с изменяемыми оптическими свойствами. На данном рисунке 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 щелочную аккумуляторную батарею. 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, нанесенные на ее поверхность.
В некоторых примерах осуществления вставка с изменяемыми оптическими свойствами 200 может включать в себя гибкий субстрат. Данному гибкому субстрату можно придать форму, приближенную к типичной форме линзы, способом, аналогичным описанному выше, или иными средствами. Однако для обеспечения 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 рисунках. Часть с изменяемыми оптическими свойствами 220 может изменяться по команде при пропускании тока через вставку с изменяемыми оптическими свойствами, что, в свою очередь, обычно приводит к изменению электрического поля, приложенного к жидкокристаллическому слою. В ряде примеров осуществления часть с изменяемыми оптическими свойствами 220 содержит жидкокристаллическую тонкую пленку, расположенную 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 205 может принимать различные сигналы, а также соединяться с детектирующими элементами, которые могут находиться во вставке, например, как элемент 215. В некоторых примерах осуществления вставку с изменяемыми оптическими свойствами можно инкапсулировать в края линзы 255, которые могут быть образованы из гидрогелевого материала или другого подходящего материала для изготовления офтальмологической линзы. В таких примерах осуществления офтальмологическая линза может быть образована из офтальмологического края 255 и инкапсулированной вставки 200 для офтальмологической линзы, которая сама по себе может содержать слои или области жидкокристаллического материала или содержать жидкокристаллический материал.
Вставка с изменяемыми оптическими свойствами, содержащая жидкокристаллические элементы
На Фиг. 3, элемент 300, можно найти пример эффекта линзы для двух участков линзы различной формы. Как отмечалось ранее, обладающая признаками изобретения вставка с изменяемыми оптическими свойствами, описанная в настоящем документе, может быть образована путем введения системы электродного и жидкокристаллического слоя между двумя участками линзы различной формы. Элементом 350 показано, что система электродного и жидкокристаллического слоя может занимать пространство между двумя участками линзы. Элементом 320 показан передний криволинейный элемент, и элементом 310 показан задний криволинейный элемент.
В примере, не имеющем ограничительного характера, передний криволинейный элемент 320 может иметь вогнутую по форме поверхность, которая соприкасается с пространством 350. В некоторых примерах осуществления форма может дополнительно характеризоваться радиусом кривизны, который обозначается 335, и фокусной точкой 330. В соответствии со сферой охвата настоящего изобретения, могут изготавливаться и более сложные формы с различными параметрическими характеристиками; однако для наглядности можно использовать простую сферическую форму.
Аналогичным образом и без ограничительного характера, задний криволинейный элемент 310 может иметь выпуклую по форме поверхность, которая соприкасается с пространством 350. В некоторых примерах осуществления форма может дополнительно характеризоваться радиусом кривизны, который обозначается 340, и фокусной точкой 345. В соответствии со сферой охвата настоящего изобретения, могут изготавливаться и более сложные формы с различными параметрическими характеристиками; однако для наглядности можно использовать простую сферическую форму.
Для того чтобы проиллюстрировать работу линзы типа 300, укажем, что материал, содержащий элементы 310 и 320, может обладать коэффициентом преломления, имеющим значение n. В качестве примера, не имеющего ограничительного характера, в пространстве 350 можно выбрать слой жидкокристаллического композитного материала, имеющего соответствующее значение коэффициента преломления. Таким образом, когда световые лучи будут проходить 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 может иметь 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 могут накладываться на оптическую зону офтальмологической линзы 400.
На Фиг. 5 показана часть с изменяемыми оптическими свойствами 500, которую можно вставлять в офтальмологическую линзу, а также жидкокристаллический слой 530. Часть с изменяемыми оптическими свойствами 500 может иметь аналогичное разнообразие материалов и структурного соответствия, как уже обсуждалось в других разделах настоящего описания. В ряде примеров осуществления прозрачный электрод 545 можно разместить на первой прозрачной подложке 550. Первая поверхность линзы 540 может быть образована из диэлектрической пленки, а в некоторых примерах осуществления - из ориентирующих слоев, которые можно разместить на первом прозрачном электроде 545. В таких примерах осуществления форма диэлектрического слоя первой поверхности линзы может образовывать локально изменяемую по диэлектрической толщине форму, как показано на рисунке. Такая локально изменяемая по диэлектрической толщине форма может сообщать элементу линзы дополнительную фокусирующую оптическую силу помимо геометрических эффектов, рассмотренных со ссылкой на Фиг. 3. В дополнительных примерах осуществления сформированный слой образован литьем под давлением на комбинации первого прозрачного электрода 545 и подложки 550.
В некоторых примерах осуществления первому прозрачному электроду 545 и второму прозрачному электроду 520 можно придать различную форму. В некоторых примерах придание формы может приводить к образованию отдельных четко выраженных участков, 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 можно выполнять в дополнение к приданию формы диэлектрическому слою на электроде или вместо него. Придание электродам формы таким способом также может сообщать элементу линзы дополнительную фокусирующую оптическую силу в процессе эксплуатации.
Жидкокристаллический слой 530 можно разместить между первым прозрачным электродом 545 и вторым прозрачным электродом 520. Второй прозрачный электрод 520 можно нанести на вторую прозрачную подложку 510, причем устройство, образованное от второй прозрачной подложки 510 до первой прозрачной подложки 550, может содержать часть с изменяемыми оптическими свойствами 500 офтальмологической линзы. Два ориентирующих слоя также могут располагаться в элементах 540 и 525 на диэлектрическом слое и окружать жидкокристаллический слой 530. Ориентирующие слои в элементах 540 и 525 могут служить для образования ориентации покоя офтальмологической линзы. В некоторых примерах осуществления слои электродов 520 и 545 находятся в электрической связи с жидкокристаллическим слоем 530 и вызывают сдвиг от ориентации покоя как минимум к одной ориентации с энергообеспечением.
На Фиг. 6 показан альтернативный вариант вставки с изменяемыми оптическими свойствами 600, которую можно вставлять в офтальмологическую линзу, а также два жидкокристаллических слоя 640 и 620. Каждый из аспектов различных слоев, окружающих жидкокристаллическую зону, может отличаться подобным разнообразием, как описано выше применительно к вставке с изменяемыми оптическими свойствами 500, показанной на Фиг. 5. В некоторых примерах осуществления ориентирующие слои могут вносить поляризационную чувствительность в функционирование единственного жидкокристаллического элемента. Во многих вариантах осуществления, в которых капли жидкого кристалла могут быть наноразмерными, ориентирующие слои могут не использоваться, и в отсутствие других центрирующих сил, таких как электрические поля, ориентация жидких кристаллов внутри наноразмерных капель может быть случайно ориентированной в пространстве.
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 примерах осуществления, в которых наноразмерные капли жидкого кристалла могут располагаться в отсутствие ориентирующих слоев и поэтому имеют случайную пространственную ориентацию в состоянии покоя, множество жидкокристаллических слоев, как показано элементом 600, могут подходить для формирования линзы, фокальные свойства которой можно изменять в несколько стадий в зависимости от того, находятся ли первый и второй жидкокристаллические в состоянии покоя или в состоянии с энергообеспечением соответственно.
В приведенном примере элемента 600 комбинацию двух электрически активных жидкокристаллических слоев различного типа и разнообразие, связанное с примером элемента 500, можно получить при помощи трех слоев подложки. В других примерах такое устройство может быть сформировано комбинацией четырех различных подложек. В таких примерах промежуточная подложка 630 может подразделяться на два слоя. Если эти подложки объединяются позднее, может быть получено устройство, функционирующее аналогично элементу 600. Комбинация четырех слоев представляет собой удобный пример изготовления элемента, в котором аналогичные устройства могут быть выполнены вокруг жидкокристаллических слоев 620 и 640, где различия при обработке могут быть связаны с частью стадий, образующих элементы центрирования жидкокристаллического элемента. Комбинация из множества слоев из материалов, содержащих жидкие кристаллы, может подходить для многочисленных назначений, включая, без ограничений, линзы, имеющие более двух фокальных состояний.
МАТЕРИАЛЫ
Варианты осуществления в виде 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 1,0 мм. Некоторые примеры осуществления включают в себя вставку с диаметром приблизительно 8,9 мм, радиусом передней поверхности приблизительно 7,9 мм, радиусом задней поверхности приблизительно 7,8 мм, толщиной центра приблизительно 0,200 мм и толщиной края приблизительно 0,050 мм.
Вставку с изменяемыми оптическими свойствами 104, показанную на Фиг. 1, можно поместить в форму для литья 101 и 102, используемую для формирования офтальмологической линзы. Материал части формы для литья 101 и 102 может включать в себя, например, полиолефин одного или более из следующих типов: полипропилен, полистирол, полиэтилен, полиметилметакрилат, а также модифицированные полиолефины. 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 формы для литья настоящего изобретения могут содержать такие полимеры, как полипропилен, полиэтилен, полистирол, полиметилметакрилат, модифицированные полиолефины с алициклическим фрагментом в основной цепи и циклические полиолефины. Смесь можно использовать на любой или обеих половинах 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 используется литье под давлением в соответствии с известными методиками; однако примеры осуществления могут также включать в себя формы для литья, выполненные другими способами, в частности: токарной обработкой, алмазным точением, а также лазерной резкой.
Как правило, линзы образуются по меньшей мере на одной поверхности обеих частей формы для литья 101 и 102. Однако в некоторых примерах 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 примерах осуществления предпочтительный материал линзы включает в себя силиконсодержащий компонент. Под «силиконсодержащим компонентом» подразумевается любой компонент, содержащий по меньшей мере одно звено [-Si-O-] в составе мономера, макромера или форполимера. Полное содержание Si и непосредственно связанного с ним O в рассматриваемом силиконсодержащем компоненте предпочтительно составляет более чем приблизительно 20 весовых процентов, а еще предпочтительнее более чем 30 весовых процентов полного молекулярного веса силиконсодержащего компонента. Подходящие для целей настоящего изобретения силиконсодержащие компоненты предпочтительно содержат полимеризуемые функциональные группы, такие как акрилатная, метакрилатная, акриламидная, метакриламидная, виниловая, N-виниллактамовая, N-виниламидная и стириловая 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 материалы семейства нарафилкона (включая нарафилкон A и нарафилкон B) и семейства этафилкона (включая этафилкон A). Ниже приведено более полное с технической точки зрения описание характера материалов, которые могут применяться в области, представленной в настоящем документе. Специалисту в данной области будет понятно, что другие материалы, отличные от описанных ниже, также позволяют сформировать приемлемую оболочку или частичную оболочку для герметизированных вставок и должны считаться соответствующими и включенными в объем формулы изобретения.
Подходящие для целей настоящего изобретения силиконсодержащие компоненты включают в себя соединения Формулы I
,
где
1
R независимо выбирают из группы, включающей моновалентные реакционноспособные группы, моновалентные алкильные группы или моновалентные арильные группы, причем каждая из перечисленных химических групп может дополнительно содержать функциональные группы, выбираемые из следующего ряда: гидрокси, амино, окса, карбокси, алкилкарбокси, алкокси, амидо, карбамат, карбонат, галоген или их различные комбинации; а моновалентные силоксановые цепи имеют в своем составе 1–100 повторяющихся Si-O блоков и могут дополнительно содержать функциональные группы, выбираемые из следующего ряда: алкил, гидрокси, амино, окса, карбокси, алкилкарбокси, алкокси, амидо, карбамат, галоген или 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 R содержит одновалентную реакционноспособную группу, а в некоторых вариантах осуществления от одного до 3 R содержат одновалентные реакционноспособные группы.
1–6
1–6
2–12
2–12
2–12
2–6
1–6
Используемый в настоящем документе термин «моновалентные реакционноспособные группы» относится к группам, способным к реакциям свободнорадикальной и/или катионной полимеризации. Не имеющие ограничительного характера примеры свободнорадикальных реакционноспособных групп включают в себя (мет)акрилаты, стирилы, винилы, виниловые эфиры, Cалкил(мет)акрилаты, (мет)акриламиды, Cалкил(мет)акриламиды, N-виниллактамы, N-виниламиды, Cалкенилы, Cалкенилфенилы, Cалкенилнафтилы, Cалкенилфенил-Cалкилы, O-винилкарбаматы и O-винилкарбонаты. Не имеющие ограничительного характера примеры катионных реакционноспособных групп включают в себя винилэфирные или эпоксидные группы и их смеси. В одном варианте осуществления свободнорадикальные реакционные группы содержат (мет)акрилаты, акрилокси, (мет)акриламиды и их смеси.
1
16
6
14
Подходящие для целей настоящего изобретения одновалентные алкильные и арильные группы включают в себя незамещенные одновалентные C–Cалкильные группы, C–Cарильные группы, такие как замещенные и незамещенные метил, этил, пропил, бутил, 2-гидроксипропил, пропоксипропил, полиэтиленоксипропил, их комбинации и т.п.
1
1
В одном примере осуществления b равно нулю, один R представляет собой одновалентную реакционноспособную группу, и по меньшей мере 3 R выбирают из одновалентных алкильных групп, имеющих от одного до 16 атомов углерода, а в другом примере осуществления - из одновалентных алкильных групп, имеющих от одного до 6 атомов углерода. Не имеющие ограничительного характера примеры силиконсодержащих компонентов 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-метакрилоксипропилоксипропилтрис(триметилсилокси)силан,
3-метакрилоксипропилтрис(триметилсилокси)силан (TRIS),
3-метакрилоксипропилбис(триметилсилокси)метилсилан и
3-метакрилоксипропилпентаметилдисилоксан.
1
1
1
1
1
В другом примере осуществления b равно от 2 до 20, от 3 до 15 или в некоторых примерах осуществления от 3 до 10; по меньшей мере один концевой R содержит одновалентную реакционноспособную группу, а остальные R выбирают 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 реакционноспособную 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 силиконсодержащих 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 примере осуществления b равно от 5 до 400 или от 10 до 300, оба концевых R содержат одновалентные реакционноспособные группы, а остальные R независимо выбирают из одновалентных алкильных групп, имеющих от 1 до 18 атомов углерода, которые могут иметь эфирные связи между атомами углерода и могут дополнительно содержать галоген.
В одном примере осуществления, где желательно использовать линзы из силиконового гидрогеля, линзы настоящего изобретения изготавливают из реакционной смеси, содержащей по меньшей мере приблизительно 20 и предпочтительно от 20 до 70% вес силиконсодержащих компонентов в расчете на общую массу реакционных компонентов мономерной смеси, из которой образуется полимер.
1
В другом варианте осуществления от одного до четырех R содержат винилкарбонат или карбамат следующей формулы:
Формула II
,
где: Y обозначает O-, S- или NH-;
R обозначает водород или метил; d равен 1, 2, 3 или 4; 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 R должен содержать моновалентную реакционноспособную группу, и не более двух из остальных 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, содержащий от 6 до 30 атомов углерода,
G обозначает алкильный бирадикал, циклоалкильный бирадикал, алкилциклоалкильный бирадикал, арильный бирадикал или алкиларильный бирадикал, содержащий 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 двухвалентный 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 двухвалентный радикал, имеющий от 1 до 12 атомов углерода; X означает -CO- или -OCO-; Z означает -O- или -NH-; Ar означает ароматический радикал, имеющий от 6 до 30 атомов углерода; w равно от 0 до 6; x равно 0 или 1; y равно 0 или 1; 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 изофорондиизоцианата. Другим силиконсодержащим макромером, соответствующим целям настоящего изобретения, является соединение Формулы X (где x+y представляет собой число в диапазоне от 10 до 30), получаемое при реакции фторэфира, полидиметилсилоксана с концевой гидроксильной группой, изофорондиизоцианата и изоцианатэтилметакрилата.
Формула X
Иные силиконсодержащие компоненты, соответствующие целям настоящего изобретения, включают 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 поперечносшиваемые мономеры, содержащие полиэфирные и полисилоксанильные группы. Для целей настоящего изобретения любой из перечисленных выше полисилоксанов можно также использовать в качестве силиконсодержащего компонента.
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 обложки 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 (N), холестерическими или смектическими жидкими кристаллами или жидкокристаллическими смесями. 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 создают широкие возможности выбора для формирования жидкокристаллического слоя.
В не имеющем ограничительного характера смысле смеси и 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 (4'-пентил-4-бифенилкарбонитрил, 4'-октил-4-бифенилкарбонитрил, 4'-(октилокси)-4-бифенилкарбонитрил, 4'-(гексилокси)-4-бифенилкарбонитрил, 4-(транс-4-пентилциклогексил)бензонитрил, 4'-(пентокси)-4-бифенилкарбонитрил, 4'-гексил-4-бифенилкарбонитрил) и 4,4'-азоксианизол.
пар
перп
В не имеющем ограничительного характера смысле, составы, демонстрирующие особенно высокое двупреломление, составляющее n-n>0,3 при комнатной температуре, можно использовать в качестве материала для формирования жидкокристаллического слоя. Например, такой состав под названием W1825 можно приобрести у компаний AWAT и 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 ОРИЕНТИРУЮЩИХ СЛОЕВ
Во многих примерах осуществления, описанных 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 путем надлежащей обработки различных поверхностей. Эта обработка может включать в себя покрытие подложек вставок, содержащих жидкий кристалл (ЖК) ориентирующими слоями. Эти ориентирующие слои раскрыты в настоящем описании.
В устройствах на основе жидких кристаллов различных типов широко применяется способ шлифовки. Этот способ можно применить с возможностью учета кривизны поверхностей, таких как поверхности частей вставки, используемых для образования оболочки жидкого кристалла. В одном из примеров поверхности можно покрыть слоем поливинилового спирта (ПВС). Например, покрытие на слой ПВС можно нанести методом центрифугирования с использованием водного раствора, 1% вес. Раствор можно наносить в процессе центрифугирования при 1000 об/мин в течение приблизительно 60 с, а затем высушивать. 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 ориентирующих слоев на жидкокристаллических оболочках можно применять фотоцентрирование. В некоторых примерах осуществления фотоцентрирование наиболее востребовано вследствие своего бесконтактного характера и возможности осуществления крупносерийного производства. В качестве примера, не имеющего ограничительного характера, фотоориентирующий слой, используемый в жидкокристаллической части с изменяемыми оптическими свойствами, может содержать дихроичный азобензольный краситель (азокраситель), способный к ориентации преимущественно в направлении, перпендикулярном поляризации линейно поляризованного света типичных ультрафиолетовых волн. Такое центрирование может быть результатом повторяющихся транс-цис-транс-фотоизомеризационных процессов.
В качестве примера, азокрасители серии PAAD можно наносить 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, путем применения оптических линзовых устройств. Свет от лазерного источника может, например, обладать некоторой степенью коллимирования, внутренне присущей источнику.
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 потребоваться применение водных или спиртовых растворов азокрасителей серии PAAD. Некоторые азобензольные красители, например, метиловый красный краситель, можно использовать для фотоцентрирования путем создания жидкокристаллического слоя с помощью 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, способные улучшать центрирование смежных жидкокристаллических слоев. 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 упорядоченную ориентацию жидкого кристалла.
2
-4
-6
В другом примере осуществления производства ориентирующих слоев ориентирующий слой можно получить посредством вакуумного напыления оксида кремния на подложки части вставки. Например, SiO можно напылять при низком давлении, таком как ~10 Па (10 мбар). Элементы центрирования можно получить в наноразмерном масштабе с помощью инжекционного формования при создании передней и задней частей 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 центрирование формируемого рисунка в центрированную ориентацию молекул жидкого кристалла.
Ионно-лучевое центрирование может представлять собой еще один способ получения ориентирующих слоев на жидкокристаллических оболочках. В некоторых примерах осуществления ориентирующий слой может бомбардироваться коллимированным аргоновым ионным или сфокусированным галлиевым ионным лучом, имеющим определенный угол/ориентацию. Этот тип центрирования можно также использовать для ориентации оксида кремния, алмазоподобного углерода (DLC), полиимида и других материалов центрирования.
Дополнительные примеры осуществления могут быть связаны с созданием физических элементов центрирования частей вставок после их формования. Методы шлифовки, общепринятые в других областях применения жидких кристаллов, могут быть реализованы на формованных поверхностях для создания механических желобков. Поверхности можно также подвергать 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 способы формирования рисунка 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 жидкокристаллической части с изменяемыми оптическими свойствами, обладают характеристиками, подходящими для настоящего изобретения, описанного в настоящем документе. Диэлектрик может содержать один или более слоев материала, функционирующих по отдельности или вместе в качестве диэлектрика. Несколько слоев могут использоваться для достижения диэлектрических характеристик, превосходящих характеристики одиночного диэлектрика.
Диэлектрик может допускать наличие бездефектного изолирующего слоя толщиной, требуемой 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 в диэлектрике, допускающее возможность электрического и/или химического контакта через диэлектрик. Диэлектрик, при определенной толщине, может отвечать требованиям в отношении напряжения пробоя, согласно которым, например, диэлектрик должен выдерживать напряжение 100 вольт или более.
Диэлектрик можно изготавливать на криволинейных, конических, сферических и сложных трехмерных поверхностях (например, криволинейных поверхностей или неплоских поверхностях). Можно использовать типовые способы покрытия методом погружения и центрифугирования или применять другие способы.
Диэлектрик может сопротивляться повреждению от 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 жидкокристаллического участка. Диэлектрик может сопротивляться повреждению от 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 можно прикреплять к нижележащему электроду и/или подложке, например, с помощью 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 проницаемостью или диэлектрической постоянной, совместимой с электрической эксплуатацией системы, например, низкой относительной проницаемостью для уменьшения емкости в определенной 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 таких материалов, как парилен-C, парилен-HT, диоксид кремния, нитрид кремния и тефлон AF.
ЭЛЕКТРОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Электроды, раскрытые в настоящем описании, служат для приложения электрического потенциала с целью получения электрического поля в жидкокристаллической зоне. По существу, электрод содержит один или более слоев материала, функционирующих по отдельности или вместе в качестве электрода.
Электрод можно прикреплять к нижележащей подложке, диэлектрическому покрытию или другим объектам в системе, возможно, с применением усилителя адгезии (например, метакрилоксипропилтриметоксисилана). Электрод может формировать оказывающий полезное воздействие естественный оксид или подвергаться обработке для создания полезного оксидного слоя. Электрод может быть прозрачным, почти прозрачным или непрозрачным, обладать высоким светопропусканием и слабым отражением. Электрод можно подвергать структурированию или травлению с помощью известных способов обработки. Например, электроды можно подвергать испарению, металлизации напылением или гальванизации с использованием формирования рисунка методом фотолитографии и/или взрывной литографии.
Конструкция электрода может быть выполнена с возможностью обладания удельным сопротивлением, подходящим для применения в электрической системе, раскрытой в настоящем описании, например, в соответствии с требованиями к сопротивлению в определенной геометрической конструкции.
Электроды можно изготавливать из одного или более материалов, таких как оксид индия и олова (ITO), оксид цинка с примесью алюминия (AZO), золото, нержавеющая сталь, хром, графен, слои легированного графена и алюминий. Следует понимать, что данный список не является исчерпывающим.
СПОСОБЫ
Следующие стадии способа предложены как примеры способов, которые можно реализовать в соответствии с некоторыми аспектами настоящего изобретения. Следует понимать, что порядок представления стадий способа не является ограничивающим, и для реализации настоящего изобретения можно использовать и другие последовательности. Кроме того, не все из стадий являются необходимыми для реализации настоящего изобретения, и в различные варианты осуществления настоящего изобретения можно включать дополнительные стадии. Специалисту в данной области может быть очевидно, что на практике возможны дополнительные варианты осуществления, и такие способы также входят в объем формулы изобретения.
На Фиг. 7 представлена блок-схема с примерами стадий, которые можно использовать для реализации настоящего изобретения. На стадии 701 происходит формирование первого слоя подложки, который может содержать заднюю криволинейную поверхность и иметь верхнюю поверхность с формой первого типа, которая может отличаться от формы поверхности других слоев подложки. В некоторых примерах осуществления разница может включать в себя различный радиус кривизны поверхности по меньшей мере в некоторой части, расположенной в оптической зоне. На стадии 702 происходит формирование второго слоя подложки, который может содержать переднюю криволинейную поверхность или промежуточную поверхность или часть промежуточной поверхности для более сложных устройств. На стадии 703 электродный слой можно нанести на первый слой подложки. Нанесение может происходить, например, путем осаждения из паровой фазы или методом нанесения гальванического покрытия. В ряде вариантов осуществления первый слой подложки может быть частью вставки, которая имеет участки как в оптической, так и в неоптической зоне. Способ осаждения покрытия на электрод может одновременно образовывать соединительные элементы в некоторых вариантах осуществления. В некоторых примерах осуществления диэлектрический слой можно формировать на соединительных элементах или электродах. Диэлектрический слой может содержать многочисленные изолирующие и диэлектрические слои, такие как диоксид кремния.
На стадии 704 первый слой подложки можно дополнительно обработать, чтобы добавить ориентирующий слой на предварительно нанесенный электродный слой. Ориентирующие слои можно нанести на верхний слой подложки, а затем обработать стандартным способом, например, шлифованием, для создания желобков, характерных для стандартных ориентирующих слоев, или посредством обработки с использованием воздействия энергетических частиц или света. Тонкие слои фотоанизотропных материалов можно обрабатывать посредством светового воздействия в целях формирования ориентирующих слоев с различными характеристиками.
На стадии 705 второй слой подложки можно подвергнуть дополнительной обработке. Электродный слой можно нанести на второй слой подложки способом, аналогичным описанному 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 можно сформировать с переменной толщиной по всей его поверхности. Например, диэлектрический слой можно формовать на первом слое подложки. Альтернативно, предварительно сформированный диэлектрический слой можно прикрепить на электродную поверхность второй части подложки.
На стадии 707 ориентирующий слой можно сформировать на втором слое подложки способом, аналогичным описанному для стадии обработки 704. После стадии 707 два отдельных слоя подложки, которые могут образовывать по меньшей мере некоторую часть вставки офтальмологической линзы, готовы к присоединению. В некоторых примерах осуществления, на стадии 708, эти две части будут приведены в непосредственную близость друг к другу, а затем между ними будет введен жидкокристаллический материал. Существуют многочисленные способы введения жидкого кристалла между частями, включая, в качестве примера, не имеющего ограничительного характера, вакуумное введение, при котором полость вакуумируют, после чего обеспечивают возможность стекания жидкокристаллического материала в вакуумированное пространство. Кроме того, заполнению пространства жидкокристаллическим материалом будут способствовать капиллярные силы, присутствующие в пространстве между частями вставки линзы. На стадии 709 две части можно расположить смежно друг с другом, а затем герметизировать с образованием элемента с изменяемыми оптическими свойствами с жидким кристаллом. Существуют многочисленные способы совместной герметизации частей, включая применение связывающих веществ, герметизирующих составов и механических уплотнительных компонентов, таких как уплотнительные кольца и фиксаторы с защелкой в качестве примеров, не имеющих ограничительного характера.
В ряде примеров осуществления две части такого же типа, какие были образованы на стадии 709, могут быть созданы путем повторения стадий способа от 701 до 709, в которых ориентирующие слои смещены друг от друга, чтобы обеспечить получение линзы, которая может регулировать фокальную оптическую силу неполяризованного света. В таких примерах осуществления, два слоя с изменяемыми оптическими свойствами могут быть объединены с образованием единой вставки с изменяемыми оптическими свойствами. На стадии 710 часть с изменяемыми оптическими свойствами можно соединить с источником энергии и разместить на ней промежуточные или прикрепляемые компоненты.
На стадии 711 вставку с изменяемыми оптическими свойствами, полученную на стадии 710, можно разместить внутри части формы для литья. Вставка с изменяемыми оптическими свойствами также может содержать или не содержать один или более компонентов. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления вставку с изменяемыми оптическими свойствами помещают в часть формы для литья механическим способом. Установка механическим способом может включать в себя, например, использование 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 можно использовать любые механические или автоматизированные способы, так чтобы полимеризация реакционной смеси в части формы для литья включала в себя изменяемые оптические свойства в итоговой офтальмологической линзе.
В некоторых примерах осуществления вставку с изменяемыми оптическими свойствами помещают в форму для литья, закрепленную в подложке. Источник энергии и один или более компонентов также закреплены в подложке и электрически связаны 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, с тем чтобы изменить одну или более оптических характеристик, например, изменить состояние первой оптической силы на вторую оптическую силу.
В некоторых примерах осуществления процессор, микро- или наноэлектромеханические системы или другие компоненты также можно размещать во вставке с изменяемыми оптическими свойствами и подключать к источнику энергии. На стадии 712 реакционная смесь мономера может осаждаться в часть формы для литья. На стадии 713 можно привести вставку с изменяемыми оптическими свойствами в контакт с реакционной смесью. В некоторых примерах осуществления порядок размещения изменяемой оптики и осаждения мономерной смеси может быть обратным. На стадии 714 первую часть формы для литья помещают в непосредственной близости от второй части формы для литья с образованием полости для формирования 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 компонентов, также находящихся в полости, соединенных посредством электрической связи со вставкой с изменяемыми оптическими свойствами.
На стадии 715 реакционную смесь мономера в полости полимеризуют. Полимеризацию можно провести, например, путем воздействия актиничного излучения и/или тепла. На стадии 716 офтальмологическую линзу удаляют из частей формы для литья вместе со вставкой с изменяемыми оптическими свойствами, прикрепленной или инкапсулированной в герметизирующем вставку полимеризованном материале, из которого выполнена офтальмологическая линза.
Хотя настоящее изобретение можно использовать для создания жестких или мягких контактных линз из любого известного материала 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 изготовление линз из мономеров, содержащих гидроксильные группы, карбоксильные группы или оба типа групп, или 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 силикон-гидрогели, изготовленные из силиконовых макромеров и гидрофильных мономеров.
Устройство
На Фиг. 8 изображено автоматизированное устройство 810 с одним или более интерфейсами передачи 811. Множество частей формы для литья, каждая из которых связана со вставкой с изменяемыми оптическими свойствами 814, удерживают на поддоне 813 и передают к интерфейсам передачи 811. Примеры осуществления могут включать в себя, например, одну поверхность для отдельного размещения вставки с изменяемыми оптическими свойствами 814, или множество поверхностей (не показаны) для одновременного размещения вставок с изменяемыми оптическими свойствами 814 во множестве частей форм для литья, а в некоторых примерах осуществления - в каждой части формы для литья. Размещение может происходить посредством вертикального движения 815 интерфейсов передачи 811.
Следующий аспект некоторых примеров 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 примерах осуществления вставку с изменяемыми оптическими свойствами 814 и источник энергии можно прикреплять к удерживающим точкам на форме для литья линзы (не показано). Точки удерживания можно закреплять полимеризованным материалом того же типа, из которого формируют тело линзы. Другие примеры осуществления включают в себя слой форполимера на той части формы для литья, на которой можно закреплять вставку 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 процессорных компонентов, соединенных с устройством связи 920. В некоторых примерах осуществления контроллер 900 можно использовать для передачи энергии источнику энергии, помещенному в офтальмологическую линзу.
Контроллер может включать в себя один или более процессоров, соединенных с устройством связи, выполненным с возможностью передачи энергии посредством канала связи. Устройство связи можно использовать для электронного управления одним или более следующими процессами: помещение вставки с изменяемыми оптическими свойствами в офтальмологическую линзу или передача команды для управления устройством с изменяемыми оптическими свойствами.
Устройство связи 920 также можно использовать для сообщения, например, с одним или более устройствами контроллера или компонентами 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 базах данных 950, 960. Базы данных 950 и 960 могут включать в себя специальную контролирующую логическую схему для управления энергией, идущей к линзе с изменяемыми оптическими свойствами и от нее.
Жидкокристаллические устройства, содержащие СЛОИ из наноразмерных КАПЕЛЬ диспергированного в полимере жидкого кристалла
На Фиг. 10A и 10B часть с изменяемыми оптическими свойствами (Фиг. 10А), которую можно вставлять в офтальмологическую линзу, показана с полимерным слоем 1035 и наноразмерными каплями диспергированных в полимере жидких кристаллов, которые показаны во множестве местоположений, например, 1030. Полимеризованные участки могут придавать пленке определенную структуру и форму, тогда как капли, такие как 1030, с высоким содержанием жидкокристаллического материала, могут иметь значительный оптический эффект, влияющий на передачу света сквозь слои по существу независимым от поляризации образом.
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 жидких кристаллов в состояние с энергообеспечением потребуются более сильные электрические поля. Кроме того, разработка химических структур молекул жидких кристаллов может помочь в образовании условий, предусматривающих использование более низких электрических полей для перевода в выровненные состояния.
Существует множество способов формирования диспергированного в полимере жидкокристаллического слоя, который показан как элемент 1000. В первом примере можно сформировать комбинацию мономера и молекул жидких кристаллов, которая при нагревании образует гомогенную смесь. Затем эту смесь можно нанести на часть, представляющую собой передний криволинейный элемент вставки 1010, а затем герметизировать ее во вставку для линзы путем добавления заднего криволинейного или промежуточного элемента вставки 1045. 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 часть переднего криволинейного элемента вставки 1010 или на часть заднего или промежуточного криволинейного элемента вставки 1045, а затем установить дополнительную часть. Нанесенная смесь может уже содержать компоненты, необходимые для запуска реакций полимеризации. Либо, 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 молекул жидких кристаллов. Эти молекулы жидких кристаллов могут свободно двигаться по полимерному матриксу, прежде чем полностью полимеризуются, и также могут обладать способностью воспринимать ориентирующие влияния со стороны соседних участков, которые могут представлять собой другие молекулы жидких кристаллов или элементы центрирования на поверхностях частей вставки, на которые нанесена жидкокристаллическая смесь. Такие центрирующие участки, если они присутствуют, могут определять состояние покоя молекул жидких кристаллов в полимерном матриксе и могут определять фиксированную ориентацию молекул жидких кристаллов на полимеризованных участках после того, как произойдет существенная полимеризация. Кроме того, центрированные молекулы жидких кристаллов в полимере также могут оказывать ориентирующее влияние на молекулы жидких кристаллов внутри капель жидкокристаллического материала. Таким образом, слой объединенных полимеризованных участков и включенных в него участков капель может присутствовать в естественном состоянии центрирования, предварительно заданном включением элементов центрирования в части вставки до того, как будет сформирована вставка с жидкокристаллическим промежуточным слоем.
Наноразмерные капли из жидкого кристалла могут также образовываться без способности центрироваться под воздействием ориентирующих слоев. Это может быть связано с тем, что ориентирующие слои не образовались, или с тем, что наноразмерные капли слишком удалены от ориентирующих слоев или от молекул, способных передавать центрирующее воздействие ориентирующих слоев. Как показывает элемент 1030 на Фиг. 10A, ориентация молекул жидких кристаллов может быть случайной в отсутствие ориентирующих слоев или центрирующих сил, действующих на молекулы.
Существует множество способов включения молекул жидких кристаллов в полимеризованные или гелевые области. Некоторые способы представлены в приведенных выше описаниях. Тем не менее, любой способ создания диспергированных в полимере жидкокристаллических слоев может соответствовать объему настоящего изобретения и может использоваться для создания офтальмологического устройства. В приведенных выше примерах отмечалось применение мономеров для создания полимеризованных слоев, окружающих капли молекул жидких кристаллов. 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. 10А, может иметь другие аспекты, которые могут определяться аналогичным разнообразием материалов и конструктивным соответствием, что описано в других разделах настоящего документа. В некоторых примерах осуществления прозрачный электрод 1020 можно поместить на передний криволинейный элемент вставки 1010. Первая поверхность линзы может быть образована из диэлектрической пленки, а в некоторых примерах осуществления - из ориентирующих слоев, которые можно разместить на первом прозрачном электроде 1020. В таких вариантах осуществления форма диэлектрического слоя первой поверхности линзы может образовывать локально изменяемую по диэлектрической толщине форму. Такая локально изменяемая по диэлектрической толщине форма может сообщать элементу линзы дополнительную фокусирующую оптическую силу помимо геометрических эффектов, рассмотренных со ссылкой на Фиг. 3. В некоторых примерах осуществления, например, слой специальной формы может быть образован литьем под давлением на комбинации первого прозрачного электрода 1020 и переднего криволинейного элемента вставки 1010.
В некоторых примерах осуществления первому прозрачному электроду 1020 и второму прозрачному электроду 1040 может быть придана различная форма. В некоторых примерах придание формы может приводить к образованию отдельных четко выраженных участков, 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, содержащему части типа 1030 и 1035, прикладывается переменное электрическое поле. В любом случае, такое придание формы электродам можно выполнять в дополнение к приданию формы диэлектрическим слоям на электроде или вместо него. Придание электродам формы таким способом также может сообщать элементу линзы дополнительную фокусирующую оптическую силу в процессе эксплуатации.
Диспергированный в полимере жидкокристаллический слой, содержащий части типа 1030 и 1035, может располагаться между первым прозрачным электродом 1020 и вторым прозрачным электродом 1040. Второй прозрачный электрод 1040 можно присоединить к промежуточному элементу вставки 1045, причем устройство, образованное от переднего криволинейного элемента вставки 1010 до промежуточного элемента вставки 1045, может содержать часть офтальмологической линзы с изменяемыми оптическими свойствами. Два ориентирующих слоя могут также располагаться на диэлектрическом слое и окружать жидкокристаллической слой, содержащий части типа 1030 и 1035. Ориентирующие слои могут служить для образования ориентации покоя офтальмологической линзы. В некоторых примерах осуществления электродные слои 1020 и 1040 могут находиться в электрической связи с жидкокристаллическим слоем, содержащим части типа 1030, 1035, и вызывать сдвиг от ориентации покоя к по меньшей мере одной ориентации с энергообеспечением.
На Фиг. 10B показан эффект подачи питания на электродные слои. Подача питания может приводить к формированию электрического поля, проходящего через устройство, как показано в 1090. Электрическое поле может приводить к тому, что молекулы жидких кристаллов изменят ориентацию в соответствии с образованным электрическим полем. Элементом 1060 показано, что в каплях, содержащих жидкий кристалл, молекулы могут изменять свою ориентацию, и новая ориентация обозначена вертикальными линиями.
На Фиг. 11A–C представлен альтернативный вариант осуществления вставки с изменяемыми оптическими свойствами 1100, которую можно вставить в офтальмологическую линзу, с жидкокристаллическим слоем, содержащим полимеризованные участки 1120 и капли 1130, богатые жидкокристаллическим материалом. Каждый из аспектов различных элементов, которые можно образовать вокруг жидкокристаллического участка, может отличаться таким же разнообразием, как описано применительно к вставке с изменяемыми оптическими свойствами на Фиг. 10A-B. Таким образом, возможно существование переднего оптического элемента 1110 и заднего оптического элемента 1140, где в некоторых примерах осуществления данные оптические элементы могут содержать на себе, например, один или более электродов, диэлектрических слоев и ориентирующих слоев. Как показано на Фиг. 11А, можно наблюдать общую структуру местоположения капель, обозначенную пунктирной линией 1105. Вокруг элемента 1120 можно сформировать полимеризованный участок, полностью или относительно лишенный капель, причем капли, такие как 1130, могут образовываться в других местоположениях. Характер расположения капель, обозначенный границей элемента 1105, может определять дополнительные способы формирования устройств, использующих жидкокристаллический слой вставки с изменяемыми оптическими свойствами. На оптическое излучение, проходящее через жидкокристаллический слой, будут оказывать совокупный эффект содержащие капли участки, 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 образовании границы 1105 таким образом, чтобы она охватывала меньшее число капель. Как показано на Фиг. 11B, капли могут быть наноразмерными, и в некоторых примерах осуществления могут быть образованы в слое, не содержащем внешних ориентирующих элементов. Элементом 1150 показано, что молекулы жидких кристаллов в каплях могут иметь невыровненное или случайное состояние. Если перейти к Фиг. 11C, применение электрического поля 1170 путем прикладывания электрического потенциала к электродам на обеих сторонах жидкокристаллического слоя может приводить к центрированию молекул жидких кристаллов в каплях, как показано на примере элемента 1160. Такое центрирование приводит к изменению эффективного показателя преломления луча света вблизи капли. Этот эффект, в сочетании с вариациями плотности или наличия капельных участков 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 участками демонстрируются с наноразмерными каплями, содержащими жидкокристаллические слои, возможны дополнительные варианты осуществления с каплями большего размера, а также варианты осуществления на основе применения ориентирующих слоев при наличии участков с более крупными каплями.
Офтальмологические устройства, содержащие диспергированные в полимере жидкокристаллические слои, имеющие разную плотность капель жидких кристаллов в слое полимера
Как показано на Фиг. 12, возможен другой пример осуществления офтальмологического устройства, содержащего жидкокристаллические слои. В примерах осуществления, имеющих сходство с примерами, показанными на Фиг. 11A, для получения оптических эффектов можно образовать жидкокристаллический слой, в котором плотность капель жидких кристаллов в слое полимера меняется в радиальном направлении поперек слоя. На Фиг. 12 элементы 1210 и 1260 могут представлять собой передние и задние части вставки, соответственно. На этих частях могут присутствовать слои или сочетания слоев. Слои 1255 и 1225 могут представлять собой электродные слои, которые также могут содержать на себе диэлектрические слои и/или ориентирующие слои в элементах 1250 и 1220. Между этими слоями может находиться слой 1240, содержащий молекулы жидких кристаллов. Слой 1240 может быть выполнен таким образом, что участки полимеризованного материала могут прерываться, главным образом, каплями, содержащими молекулы жидких кристаллов, например, как в элементе 1230. На Фиг. 12 показана плоская ориентация различных слоев. Это изображение приводится лишь в качестве примера, и криволинейные оптические части, 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 1230 являются наноразмерными, в конструкции может отсутствовать необходимость применять ориентирующие слои. 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 1240 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 примерах осуществления, формирование электрического поля в слое 1240 может приводить к изменению центрирования молекул жидких кристаллов, что позволяет изменять оптические эффекты офтальмологического устройства при помощи электрического управления.
На Фиг. 12A и 12B показаны отдельные капли жидких кристаллов для демонстрации различных возможных аспектов ориентации. В некоторых примерах осуществления, особенно в тех, где капли имеют наноразмер, в ориентации без энергообеспечения (Фиг. 12A) молекулы жидких кристаллов в каплях показывают случайный характер ориентации. В других примерах осуществления благодаря применению ориентирующих слоев может иметь место конфигурация ориентации без энергообеспечения, где, например, молекулы могут быть центрированы параллельно поверхности, как показано на Фиг. 12B, элемент 1232. В любом из этих случаев при применении электрического поля, элемент 1290, молекулы жидких кристаллов могут центрироваться по полю, что видно на Фиг. 12C, элемент 1233.
В настоящем описании приводятся ссылки на элементы, изображенные на рисунках. Многие из этих элементов приведены для справки, чтобы проиллюстрировать варианты осуществления настоящего изобретения в целях лучшего понимания. 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 жидких кристаллов может быть слишком мал, чтобы их можно было изобразить в реальном масштабе частей вставки. Таким образом, изображение элементов, представляющих молекулы жидких кристаллов в том же масштабе, что и части вставки, чтобы сделать возможным представление таких факторов, как центрирование молекул, является 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 конкретными 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.