ЖИДКОСТНАЯ МЕНИСКОВАЯ ЛИНЗА, ВКЛЮЧАЮЩАЯ ЗОНЫ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ
FLUID MENISCUS LENS COMPRISING VARIABLE STRESS SECTIONS

СМЕЖНЫЕ ЗАЯВКИ
Данная заявка заявляет приоритет предварительной заявки на патент США серийный № 61/387597, поданной 29 сентября 2010 года и озаглавленной “Жидкостная менисковая линза, включающая зоны переменного напряжения”, и в качестве продолжения к частичной заявке последующей заявки на патент США серийный № 13/095786, поданной 27 апреля 2011 года и озаглавленной “Дугообразная менисковая линза”, а также последующей заявки на патент США серийный № 13/149105, поданной 31 мая 2011 года и озаглавленной “Линза с усеченно-конической стенкой мениска”, в качестве продолжения к частичной заявке, содержание каждой из которых прилагается здесь в качестве ссылки.
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение по существу относится к жидкостной менисковой линзе, а более конкретно, включает в себя дугообразную жидкостную менисковую линзу с зонами переменного напряжения на стенке мениска.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Жидкостные менисковые линзы известны в разных отраслях промышленности. Как описано ниже более подробно со ссылкой на фиг. 1A и 1B, известные жидкостные менисковые линзы имели цилиндрическую форму, и поверхность их периметра была сформирована точками, расположенными на фиксированном расстоянии от оси, представляющей собой прямую линию. Известные жидкостные менисковые линзы представлены только образцами, в которых первая внутренняя поверхность по существу параллельна второй внутренней поверхности, и каждая из них перпендикулярна оси цилиндра. К известным примерам использования жидкостных менисковых линз относятся такие устройства, как электронные камеры.
Традиционно такое офтальмологическое устройство, как контактная линза и интраокулярная линза, являлось также биосовместимым устройством с корректирующими, косметическими или терапевтическими свойствами. Контактная линза, например, может обеспечить одну или несколько из следующих возможностей: коррекция зрения; косметическая коррекция; и терапевтические эффекты. Каждая из перечисленных функций обусловлена определенной физической характеристикой линзы. Конструкция линзы с учетом светопреломляющего свойства позволяет осуществлять функцию коррекции зрения. Введение в материал линзы пигмента позволяет получить косметический эффект. Введение в материал линзы активного препарата позволяет использовать линзу в терапевтических целях.
Недавно в контактную линзу были включены электронные компоненты. Некоторые компоненты могут включать, например, полупроводниковые устройства. Однако физические ограничения жидкостной менисковой линзы, включая ее размер, форму и аспекты управления, не позволяют использовать ее в составе офтальмологической линзы. По существу, цилиндрическая форма жидкостных менисковых линз, иногда называемая формой "хоккейной шайбы", не способствует созданию изделия, способного функционировать в человеческом глазу.
Кроме этого жидкостная менисковая линза изогнутой формы имеет физические недостатки, которые могут быть нехарактерны для жидкостной менисковой линзы традиционной конструкции, с параллельными боковыми стенками и/или оптическими окнами.
ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Таким образом, в настоящем изобретении предусмотрена жидкостная менисковая линза. Некоторые предпочтительные варианты осуществления включают в себя дугообразную переднюю изогнутую линзу и дугообразную заднюю изогнутую линзу. В настоящем изобретении предусмотрена стенка мениска, физические характеристики которой способствуют притяжению и (или) отталкиванию жидкости, которая содержится внутри линзы и формирует мениск с другой жидкостью.
В соответствии с принципами настоящего изобретения первая оптическая часть находится в непосредственной близости от второй оптической части, при этом между ними сформирована полость. Предпочтительные варианты осуществления включают в себя первую дугообразную оптическую часть, которая находится в непосредственной близости от второй дугообразной оптической части, при этом между ними сформирована полость. Внутри полости находятся физиологический раствор и масло. Применение электростатического заряда к стенке мениска, расположенного в периметре области одной или обеих первой дугообразной оптической части и второй дугообразной оптической части мениска изменяет физическую форму мениска, образованного между физиологическим раствором и маслом, содержащимся в полости.
Настоящее изобретение включает в себя жидкостную менисковую линзу с зонами переменного напряжения на стенке мениска. В настоящем осуществлении стенка мениска сформирована в форму, которая по существу включает усеченный конус.
ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1A представлен соответствующий предшествующему уровню техники пример цилиндрической жидкостной менисковой линзы, находящейся в первом состоянии.
На фиг. 1B представлен соответствующий предшествующему уровню техники пример цилиндрической жидкостной менисковой линзы, находящейся во втором состоянии.
На фиг. 2 представлен вид сбоку в разрезе примера жидкостной менисковой линзы в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 3 представлено поперечное сечение части примера дугообразной жидкостной менисковой линзы в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 4 представлены дополнительные иллюстративные аспекты дугообразной жидкостной менисковой линзы.
На фиг. 5 представлены элементы стенки мениска в дугообразной жидкостной менисковой линзе в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 6 представлен сверху вниз вид в разрезе стенки мениска с зонами переменного напряжения, включая некоторые осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 7 представлен ортогональный вид сверху вниз стенки мениска с зонами переменного напряжения, изображающий положение границы жидкостного мениска, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 8 представлено поперечное сечение части примера дугообразной жидкостной менисковой линзы, изображающее положение границы жидкостного мениска на стенке мениска, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 9 представлен ортогональный вид сверху вниз стенки мениска с 36 зонами напряжения, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящем изобретении описана жидкостная менисковая линза с по меньшей мере одной из передней изогнутой линзы и задней изогнутой линзы, которые образуют менисковую полость жидкостной менисковой линзы.
СПИСОК ТЕРМИНОВ
В приведенном ниже описании и пунктах формулы настоящего изобретения использован ряд терминов, для которых будут приняты следующие определения:
Краевой угол: угол, под которым граница раздела масло/солевой раствор, также называемая границей жидкостного мениска, соприкасается со стенкой мениска. В случае если стенка мениска является линейной, контактный угол определяют как угол между стенкой мениска и касательной к границе жидкостного мениска в точке соприкосновения границы жидкостного мениска со стенкой мениска. В случае если стенка мениска является изогнутой, контактный угол определяют как угол между касательной к стенке мениска и касательной к границе жидкостного мениска в точке их соприкосновения.
Линза: как используется в настоящем варианте осуществления линза означает объект с передней поверхностью и задней поверхностью, который является оптически пропускающим в заданном диапазоне длин волн излучения, таких как, например, видимый свет. Линза может включать в себя одну или обе передние поверхности и заднюю поверхность, по существу плоские, или одну или обе передние поверхности и заднюю поверхность дугообразной формы.
Граница жидкостного мениска: дугообразная поверхность границы раздела физиологического раствора и масла. По существу, эта поверхность формирует линзу, которая является вогнутой с одной стороны и выпуклой с другой.
Полость мениска: пространство в дугообразной жидкостной менисковой линзе между передней изогнутой линзой и задней изогнутой линзой, в котором содержится масло и физиологический раствор.
Стенка мениска: особая область с внутренней стороны передней изогнутой линзы, которая находится в полости мениска и по которой проходит граница жидкостного мениска.
Оптическая зона: при использовании в настоящем документе термин относится к области офтальмологической линзы, через которую смотрит пользователь офтальмологической линзы.
Складка: особенность геометрии внутренней поверхности части передней изогнутой линзы или задней изогнутой линзы, позволяющая, чтобы в ней находилась линия контакта двух предварительно заданных жидкостей на оптической части. Складка обычно представляет собой наружный, а не внутренний угол. Со стороны части, заполненной жидкостью, это угол, превышающий 180 градусов.
На фиг. 1A представлен вид в разрезе линзы 100 в соответствии с предшествующим уровнем техники, на котором в цилиндре 110 содержатся масло 101 и физиологический раствор 102. Цилиндр 110 включает в себя две пластины из оптического материала 106. Каждая пластина 106 включает в себя по существу плоскую внутреннюю поверхность 113-114. Цилиндр 110 имеет внутреннюю поверхность, которая по существу является осесимметричной. В некоторых вариантах осуществления предшествующего уровня техники одна или более поверхностей могут иметь гидрофобное покрытие. На периметре или вокруг периметра цилиндра также расположены электроды 105. В непосредственной близости от электродов 105 также может быть предусмотрен электрический изолятор.
В соответствии с предшествующим уровнем техники каждая из внутренних поверхностей 113-114 является по существу плоской или ровной. Между физиологическим раствором 102А и маслом 101 формируется поверхность раздела 112A. Как показано на фиг. 1A, форма поверхности раздела 112A в сочетании с показателем преломления физиологического раствора 102A и масла 101 обеспечивает вход падающего света 108 через первую внутреннюю поверхность 113 и выход расходящегося светового потока 109 через вторую внутреннюю поверхность 113. Форма поверхности границы между маслом 101 и физиологическим раствором 102 может быть изменена с применением электрического заряда на электроды 105.
На фиг. 1A представлен вид в перспективе линзы в соответствии с предшествующим уровнем техники, показанной как элемент, обозначенный как 100.
На фиг. 1B линза 100 в соответствии с предшествующим уровнем техники показана в запитываемом энергией состоянии. Запитываемое энергией состояние достигается путем приложения напряжения 114 к электродам 115. Форма поверхности границы 112В между маслом 101 и физиологическим раствором 102 может быть изменена путем применения электрического заряда к электродам 115. Как показано на фиг. 1B, падающий свет 108B, проходящий через масло 101 и физиологический раствор 102B, фокусируется с образованием сходящегося светового потока 111.
На фиг. 2 представлен вид в разрезе жидкостной менисковой линзы 200 с передней изогнутой линзой 201 и задней изогнутой линзой 202. В различных вариантах осуществления передняя изогнутая линза 201 и задняя изогнутая линза 202 могут включать в себя дугообразную линзу или по существу плоскую линзу. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления передняя изогнутая линза 201 и задняя изогнутая линза 202 размещены в непосредственной близости друг к другу и образуют между собой полость 210. Передняя изогнутая линза имеет вогнутую дугообразную внутреннюю поверхность 203 и выпуклую дугообразную внешнюю поверхность 204. На вогнутую дугообразную поверхность линзы 203 может быть нанесено одно или более покрытий (не изображены на фиг. 2). В качестве покрытия могут использоваться, например, один или более из электропроводных или электроизоляционных материалов, гидрофобных или гидрофильных материалов. Вогнутая дугообразная поверхность линзы 203 и (или) покрытия находятся в жидкостном и оптическом контакте с маслом 208, которое содержится в полости 210.
Задняя изогнутая линза 202 имеет выпуклую дугообразную внутреннюю поверхность линзы 205 и вогнутую дугообразную внешнюю поверхность линзы 206. На выпуклую дугообразную поверхность линзы 205 может быть нанесено одно или более покрытий (не изображены на фиг. 2). В качестве покрытия могут использоваться, например, один или более из электропроводных или электроизоляционных материалов, гидрофобных или гидрофильных материалов. Выпуклая дугообразная поверхность линзы 205 и (или) покрытия находятся в жидкостном и оптическом контакте с физиологическим раствором 207, который содержится в полости 210. Физиологический раствор 207 содержит одну или более солей или других компонентов, являющихся ионопроводящими и поэтому способными притягиваться или отталкиваться под действием электрического заряда.
В соответствии с принципами настоящего изобретения электропроводное покрытие 209 располагается вдоль, по меньшей мере, части периферической зоны передней изогнутой линзы 201 и (или) задней изогнутой линзы 202. Электропроводное покрытие 209 может включать в себя золото или серебро и предпочтительно является биосовместимым. Применение электрического заряда к электропроводному покрытию 209 приводит либо к притягиванию, либо к отталкиванию ионопроводящих солей или других компонентов солевого раствора.
Передняя изогнутая линза 201 обладает оптической силой в отношении света, проходящего через вогнутую дугообразную внутреннюю поверхность линзы 203 и выпуклую дугообразную внешнюю поверхность линзы 204. Оптическая сила может быть равной 0, может быть положительной или отрицательной. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления оптическая сила представляет собой оптическую силу, свойственную корректирующим контактным линзам, например, в качестве неограничивающего примера, от -8,0 до +8,0 диоптрий.
Задняя изогнутая линза 202 обладает оптической силой в отношении света, проходящего через выпуклую дугообразную внутреннюю поверхность линзы 205 и вогнутую дугообразную внешнюю поверхность линзы 206. Оптическая сила может быть равной 0, может быть положительной или отрицательной. В некоторых вариантах осуществления оптическая сила представляет собой оптическую силу, свойственную корректирующим контактным линзам, например, в качестве неограничивающего примера, от -8,0 до +8,0 диоптрий. Оптическая ось 212 формируется через заднюю изогнутую линзу 202 и переднюю изогнутую линзу 201.
Различные варианты осуществления также могут включать в себя изменение оптической силы, связанное с изменением формы жидкостного мениска 211, сформированного между физиологическим раствором 207 и маслом. В некоторых вариантах осуществления изменение оптической силы может быть относительно небольшим, например, может составлять от 0 до 2,0 диоптрий. В других вариантах осуществления изменение оптической силы, связанное с изменением формы жидкостного мениска, может составлять до приблизительно 30 или более диоптрий. По существу большее изменение оптической силы, связанное с изменением формы жидкостного мениска 211, предполагает относительно большую толщину линзы 213.
В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, например, с такими, которые могут быть включены в офтальмологическую линзу, например, контактную линзу, толщина поперечного сечения 213 дугообразной жидкостной менисковой линзы 200 будет составлять до приблизительно 1000 микрон. Примерная толщина 213 относительно более тонкой линзы 200 может составлять до приблизительно 200 микрон. Предпочтительные варианты осуществления могут включать в себя жидкостную менисковую линзу 200 с толщиной линзы 213 приблизительно 600 микрон. По существу толщина поперечного сечения передней изогнутой линзы 201 может составлять от приблизительно 35 микрон до приблизительно 200 микрон, а толщина поперечного сечения задней изогнутой линзы 202 также может составлять от приблизительно 35 микрон до 200 микрон. Как правило, профиль поперечного сечения включает в себя определенное различие в толщине в разных местах линзы 200.
В соответствии с принципами настоящего изобретения общая оптическая сила определяется совокупностью оптических сил передней изогнутой линзы 201, задней изогнутой линзы 202 и жидкостного мениска 211, сформированного между маслом 208 и физиологическим раствором 207. В некоторых вариантах осуществления оптическая сила линзы 200 также будет включать в себя разность показателей преломления, например, между одним или более из передней изогнутой линзы 201, задней изогнутой линзы 202, масла 208 и физиологического раствора 207.
В тех вариантах осуществления в которых дугообразная жидкостная менисковая линза 200 включена в контактную линзу, также является желательным, чтобы физиологический раствор 207 и масло 208 сохраняли стабильные относительные положения в изогнутой жидкостной менисковой линзе 200 при движении пользователя контактной линзы. По существу, предпочтительно не допускать переливания и смещения масла 208 относительно физиологического раствора 207 при движении пользователя. Таким образом, комбинация масла 208 и физиологического раствора 207 предпочтительно подбирается так, чтобы эти жидкости имели идентичную или приблизительно равную плотность. Кроме того, масло 208 и физиологический раствор 207 предпочтительно имеют относительно низкую растворимость так, чтобы физиологический раствор 207 и масло 208 не смешивались.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления объем содержащегося в полости физиологического раствора превышает объем содержащегося в полости масла. Кроме того, в некоторых предпочтительных вариантах осуществления физиологический раствор 207 контактирует по существу со всей внутренней поверхностью 205 задней изогнутой линзы 200. В некоторых вариантах осуществления объем масла 208 составляет приблизительно 66% или более объема физиологического раствора 207. Некоторые дополнительные варианты осуществления могут включать в себя дугообразную жидкостную менисковую линзу, в которой объем масла 208 составляет приблизительно 90% или менее объема физиологического раствора 207.
На фиг. 3 представлен вид в разрезе краевой части дугообразной жидкостной менисковой линзы 300. Как было указано выше, дугообразная жидкостная менисковая линза 300 включает в себя переднюю изогнутую линзу 301 и заднюю изогнутую линзу 302. Передняя изогнутая линза 301 и задняя изогнутая линза 302 могут быть сформированы из одного или более материалов, которые являются, по меньшей мере, частично прозрачными. В некоторых вариантах изобретения одна или обе передние изогнутые линзы 301 и задняя изогнутая линза 302 включают в себя обычно оптически прозрачную пластмассу, такую как, например, одна или более из: PMMA, Zeonor или TPX.
Одна или обе передние изогнутые линзы 301 и задняя изогнутая линза 302 могут быть изготовлены, например, с помощью одного или более следующих процессов: тонкое алмазное точение и растачивание; литье под давлением; отливка с помощью цифрового зеркального устройства.
Передняя изогнутая линза 301 и (или) задняя изогнутая линза 302 могут включать в себя электропроводное покрытие 303, которое, как показано на фигуре, проходит по периметру от положения 309 до положения 310. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления электропроводное покрытие 303 включает в себя золото. Золото может быть нанесено путем напыления, вакуумного осаждения или другим известным способом. Альтернативное электропроводное покрытие 303 может включать в себя, в качестве неограничивающих примеров, алюминий, никель и оксид индия и олова. По существу электропроводное покрытие 303 наносят на области периметра передней изогнутой линзы 301 и (или) задней изогнутой линзы 302.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения электропроводное покрытие 304 нанесено на отдельные области задней изогнутой линзы 302. Например, зоны по периметру задней изогнутой линзы 302 могут иметь покрытие, нанесенное от первой границы 304-1 до второй границы 304-2. Покрытия из золота могут быть нанесены, например, путем напыления или вакуумного осаждения. В некоторых вариантах осуществления для нанесения золота или другого электропроводного материала на одну или более областей на периметре передней изогнутой линзы 301 или задней изогнутой линзы 302 в виде заранее заданного рисунка можно применять трафарет. Альтернативные электропроводные материалы можно наносить различными способами и с покрытием различных участков задней изогнутой линзы 302.
В некоторых вариантах осуществления сквозные каналы, например, одно или более отверстий или вырезов в задней изогнутой линзе 302, могут быть заполнены электропроводным материалом, например, электропроводным эпоксидным наполнителем. Электропроводный наполнитель может обеспечивать электрическое соединение с электропроводным покрытием на внутренней поверхности передней изогнутой линзы 301 и (или) задней изогнутой линзы 302.
В другом аспекте настоящего изобретения передняя изогнутая линза 301 и (или) задняя изогнутая линза 302 могут быть изготовлены из множества различных материалов, при этом оптическая зона, которая по существу находится в центральной области передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302 (не показана), может включать в себя оптически прозрачный материал, а периферическая зона может включать в себя оптически непрозрачную область, содержащую электропроводный материал. Оптически непрозрачная область также может включать в себя один или более из следующих элементов - схему управления и источники энергии.
В еще одном аспекте в некоторых вариантах осуществления на переднюю изогнутую линзу 301 нанесено изоляционное покрытие 305. В неограничивающем изобретение примере изоляционное покрытие 305 может быть нанесено на участок от первой области 305-1 до второй области 305-2. Изоляционные материалы могут включать, например, Parylen C™, Teflon AF или другие материалы с различными электрическими и механическими характеристиками и электрическим сопротивлением.
В некоторых конкретных вариантах осуществления изоляционное покрытие 305 образует пограничную область, отделяющую электропроводное покрытие 303 от физиологического раствора 306, который находится в полости между передней изогнутой линзой 301 и задней изогнутой линзой 302. Некоторые варианты осуществления включают в себя изоляционное покрытие 305, структурированное и расположенное в одной или более зон одной или обеих передних изогнутых линз 301 и задней изогнутой линзы 302 для предотвращения контакта между положительно заряженным проводником 303 и отрицательно заряженным физиологическим раствором 306, при котором контакт проводника 303 и физиологического раствора 306 приведет к короткому замыканию. Некоторые варианты осуществления могут иметь положительно заряженный физиологический раствор 306 и отрицательно заряженный проводник 303.
Другие варианты осуществления могут допускать короткое замыкание между проводником 303 и физиологическим раствором 306 и использовать его в качестве функции сброса и переустановки электросхемы, связанной с эксплуатацией линзы 300. Например, короткое замыкание может выравнивать заряд, примененный к линзе и возвращать физиологический раствор 306 и масло 307 в позицию по умолчанию.
Некоторые предпочтительные варианты осуществления включают в себя проводник 303, который проходит от области 309 на внутренней поверхности полости 311 до области 310, расположенной за пределами полости 311. В других вариантах осуществления может быть предусмотрен канал 312, проходящий через переднюю изогнутую линзу или заднюю изогнутую линзу, который может быть заполнен электропроводным материалом 313, например, водостойким электропроводным эпоксидным наполнителем. Этот электропроводный материал 313 может формировать электрический вывод, расположенный за пределами полости, или может быть подключен к ней. Электрический заряд может быть подан на вывод и передан к покрытию по электропроводному материалу 313 в канале 312.
Толщина изоляционного покрытия 305 может быть различной, являясь эксплуатационным параметром линзы. В соответствии с принципами настоящего изобретения заряженные компоненты, включая физиологический раствор 306 и проводник 303, по существу находятся на разных сторонах изоляционного покрытия 305. В настоящем изобретении предусмотрена косвенная связь между толщиной изоляционного покрытия 305 и электрическим полем между физиологическим раствором 306 и проводником 303, при этом, чем дальше друг от друга находятся физиологический раствор 306 и проводник 303, тем слабее будет электрическое поле.
По существу в настоящем изобретении предусмотрено, что напряженность электрического поля может значительно падать при увеличении толщины изоляционного покрытия 305. Чем ближе друг к другу будут находиться поля, тем, по существу, больше энергии будет доступно для перемещения сферической границы жидкостного мениска 308. При увеличении расстояния между физиологическим раствором 306 и проводником 303 будут следовать дальнейшие отдельные друг от друга электростатические заряды физиологического раствора 306 и проводника 303 и, следовательно, тем труднее заставить перемещаться сферическую границу жидкостного мениска 308. И наоборот, чем тоньше покрытие изолятора 305, тем более восприимчива линза к дефектам в изоляционном покрытии 305. Как правило, даже относительно небольшое отверстие в изоляционном покрытии 305 вызовет короткое замыкание, и линза не будет работать в режиме электроуправляемого смачивания.
В некоторых вариантах осуществления желательно использовать физиологический раствор 306 с плотностью, по существу совпадающей с плотностью масла 307, которое также содержится в линзе 300. Так, например, физиологический раствор 306 может предпочтительно иметь плотность в пределах 10% плотности масла 307 и более предпочтительно физиологический раствор 306 будет иметь плотность в пределах 5% плотности масла и наиболее предпочтительно в пределах примерно 1% или меньше. В некоторых вариантах осуществления концентрацию солей или других компонентов в физиологическом растворе 306 можно изменять для корректировки плотности физиологического раствора 306.
В соответствии с принципами настоящего изобретения дугообразная жидкостная менисковая линза 300 будет иметь более стабильное оптическое качество при ограничении движения масла 307 относительно передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302. Одним из способов стабилизации движения масла 307 относительно дугообразной передней изогнутой линзы 301 и (или) задней изогнутой линзы 302 является поддержание относительно согласованной плотности масла 307 и физиологического раствора 306. Кроме того, благодаря изогнутой форме внутренних поверхностей передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302 относительная глубина или толщина слоя физиологического раствора 306 уменьшается в сравнении с традиционной цилиндрической конструкцией линзы. В этом случае поверхностные силы, действующие на жидкость внутри полости, могут иметь относительно большее влияние на поддержание невозмущенной границы жидкостного мениска. Следовательно, плотность, соответствующая требованию, в таких случаях может быть меньшей. В некоторых вариантах изобретения относительная тонкость жидких слоев также поддерживает границу жидкостной линзы.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления физиологический раствор 306 имеет низкий показатель преломления по сравнению с маслом 307, которое имеет относительно высокий показатель преломления. Однако в некоторых вариантах осуществления возможно использование физиологического раствора 306 с более высоким показателем преломления, чем у масла 307, которое в данном случае будет иметь относительно низкий показатель преломления.
Для закрепления передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302 на месте в непосредственной близости друг от друга, чтобы удерживать между ними масло 307 и физиологический раствор 306, можно применять адгезив 308. Адгезив 308 выполняет функцию уплотнительного элемента, предотвращающего утечку физиологического раствора 306 или масла 307 из изогнутой жидкостной менисковой линзы 300.
На фиг. 4 показана изогнутая жидкостная менисковая линза 400 с границей жидкостного мениска 401 между физиологическим раствором 406 и маслом 407. В соответствии с некоторыми предпочтительными вариантами осуществления в передней изогнутой линзе 404 предусмотрена стенка мениска 405, образованная первым угловым изломом дугообразной стенки, проходящим между зонами 402 и 403. Граница жидкостного мениска 401 перемещается вверх и вниз по стенке мениска 405 при приложении электрического заряда к одному или более электропроводным покрытиям или материалам 408 и отведении заряда от них.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления электропроводное покрытие 403 проходит от зоны, находящейся в полости 409, содержащей физиологический раствор 406 и масло 407, до области, находящейся за пределами полости 409, содержащей физиологический раствор 406 и масло 407. В таких вариантах осуществления электропроводное покрытие 403 может служить проводником электрического заряда, приложенного к электропроводному покрытию 403 в точке, находящейся за пределами полости 409, к области электропроводного покрытия, находящейся в полости и в контакте с физиологическим раствором 406.
На фиг. 5 показан вид в разрезе краевой части дугообразной жидкостной менисковой линзы 500 с передней изогнутой линзой 501 и задней изогнутой линзой 502. В дугообразной жидкостной менисковой линзе 500 может содержаться физиологический раствор 503 и масло 504. Геометрия дугообразной жидкостной менисковой линзы 500 и характеристики физиологического раствора 503 и масла 504 способствуют формированию границы жидкостного мениска 505 между физиологическим раствором 503 и маслом 504.
Как правило, жидкостная менисковая линза может рассматриваться как конденсатор с одним или более из следующих пунктов: проводящие покрытия, изолирующие покрытия, траектории, и материалы, присутствующие на или проходящие через изогнутую переднюю линзу 501 и заднюю изогнутую линзу 502. В соответствии с настоящим изобретением, форма границы жидкостного мениска 505 и, следовательно, угол контакта между границей жидкостного мениска 505 и передней изогнутой линзой 501 изменяется в ответ на электрический заряд, подаваемый к поверхности, по меньшей мере, части одной или обеих передних изогнутых линз 501 и задней изогнутой линзы 502.
В соответствии с настоящим изобретением, изменение электрического заряда, подаваемого на физиологический раствор через проводящие покрытия или материалы изменяет положение границы жидкостного мениска 505 вдоль стенки мениска 506. Движение происходит между первой складкой 506-1 и второй складкой 506-2.
В предпочтительных вариантах осуществления граница жидкостного мениска 505 будет на или вблизи первой складки 506-1 при применении первой величины электрического заряда на линзу, такого как, например, напряжение и ток, коррелирующие с состоянием без подачи энергии или состоянием покоя.
Применение второй величины электрического заряда, которую иногда называют первым включенным состоянием, может коррелировать с движением границы жидкостного мениска 505 вдоль стенки мениска 506 в основном в направлении второй складки 506-2, в результате чего форма границы жидкостного мениска изменяется. Как будет обсуждаться далее, в соответствии с настоящим изобретением, каждая из нескольких складок, включенных вдоль стенки мениска, может быть связана с соответствующими включенными состояниями.
Подаваемое напряжение для перехода между первым включенным состоянием и вторым включенным состоянием может включать в себя, например, напряжение постоянного тока приблизительно от 5 вольт до приблизительно 60 вольт. В других вариантах осуществления может использоваться напряжение переменного тока.
В некоторых вариантах осуществления стенка мениска 506 имеет гладкую поверхность по отношению к толщине изоляционного покрытия. Гладкая поверхность стенки мениска 506 может сводить к минимуму дефекты изоляционного покрытия. Кроме того, поскольку случайные неровности рельефа поверхности могут приводить к неравномерному движению жидкости и, следовательно, вызывать неравномерные или непредсказуемые движения мениска при подаче или отключении тока, гладкая поверхность стенки мениска 506 является предпочтительной. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления высота неровностей профиля гладкой стенки мениска вдоль стенки мениска 506 находится в диапазоне от приблизительно 1,25 нанометра до 5,00 нанометров.
В другом аспекте в некоторых вариантах осуществления желательно, чтобы стенка мениска 506 была гидрофобной, и в этом случае в конструкцию дугообразной жидкостной менисковой линзы может быть введен заданный рельеф, например, нанорельефная поверхность.
В еще одном аспекте в некоторых вариантах осуществления стенка мениска 506 может располагаться под углом к оптической оси линзы. Угол может варьировать от 0°, то есть стенка может быть параллельной оптической оси, до 90° или приблизительно 90°, то есть стенка может быть перпендикулярной оптической оси. Как показано на фигуре, и в некоторых предпочтительных вариантах осуществления, чтобы дугообразная жидкостная менисковая линза могла функционировать, угол стенки мениска 506 должен по существу находиться в диапазоне приблизительно от 30° до 50°, учитывая текущий контактный угол между границей жидкостного мениска 505 и покрытой изоляционным материалом стенкой мениска 506. При использовании иных материалов или при иных оптических свойствах, например, для телескопического зрения, угол стенки мениска 506 может быть ближе к 0° или к 90°.
В соответствии с настоящим изобретением, угол стенки мениска 506 может быть рассчитан для обеспечения величины перемещения вдоль стенки мениска 506 при подаче указанного электрического напряжения. В некоторых вариантах осуществления при увеличении угла стенки мениска 506 способность линзы менять свою оптическую силу в пределах, заданных параметрами размера линзы и напряжения, как правило, уменьшается. Кроме того, если стенка мениска 506 расположена под углом к оптической оси, равным или приблизительно равным 0°, граница жидкостного мениска 505 будет направлена почти прямо на переднюю оптическую часть. Угол стенки мениска является одним из нескольких параметров, которые можно изменять для получения различных эксплуатационных характеристик линзы.
В некоторых предпочтительных вариантах осуществления длина стенки мениска 506 составляет приблизительно 0,265 мм. Однако такой показатель, как угол стенки мениска 506, вместе с размером всей линзы естественным образом влияет на длину стенки мениска 506 в различных промышленных образцах изделия.
По существу, дугообразную жидкостную менисковую линзу 500 можно считать неисправной, если масло 504 касается задней изогнутой линзы 502. Таким образом, в предпочтительных вариантах осуществления стенка мениска 506 выполнена таким образом, что между первой складкой 506-1 и задней изогнутой линзой 502 (в ближайшей ее точке) остается минимальный просвет, составляющий 50 микрон. В других вариантах осуществления минимальный просвет может быть менее 50 микрон, однако риск получения неисправной линзы при уменьшении просвета возрастает. В некоторых других вариантах осуществления просвет может быть увеличен для снижения риска получения неисправной линзы, но, как правило, общая толщина линзы при этом также возрастает, что может быть нежелательным.
В еще одном аспекте некоторых предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения поведение границы жидкостного мениска 505, перемещающейся вдоль стенки мениска 506, может быть экстраполировано с помощью уравнения Юнга. Хотя уравнение Юнга описывает баланс сил, связанных с каплей жидкости на сухой поверхности, и предполагает идеально ровную поверхность, фундаментальные свойства можно применить к среде со смачиванием линзы с использованием электрического потенциала, созданной в дугообразной жидкостной менисковой линзе 500.
Первая величина электрической энергии может применяться к линзе, например, когда линза находится в невключенном состоянии. Во время применения первой величины электрической энергии достигается баланс межфазной энергии между маслом 504 и физиологическим раствором 503. Такое состояние может быть передано здесь как граница жидкостного мениска 505. Масло 504 и стенка мениска 506, и физиологический раствор 503 и стенка мениска 506 образуют равновесный угол смачиваемости между границей жидкостного мениска 505 и стенкой мениска 506. При изменении амплитуды напряжения, приложенного к дугообразной жидкостной менисковой линзе 500, баланс энергии на поверхности раздела фаз изменяется, что приводит к соответствующему изменению контактного угла между границей жидкостного мениска 505 и стенкой мениска 506.
Контактный угол между границей жидкостного мениска 505 и покрытой изоляционным материалом стенкой мениска 506 является важным элементом конструкции и условием функционирования дугообразной жидкостной менисковой линзы 500, не только вследствие его роли в движении границы жидкостного мениска 505, описываемого уравнением Юнга, но также из-за того, что контактный угол вместе с другими свойствами дугообразной жидкостной менисковой линзы 500 используется для ограничения движений мениска. Неоднородности или углубления, такие как складки 506-1 и 506-2, на обоих концах стенки мениска 506 выступают в качестве границ для перемещения жидкостного мениска 505, поэтому потребуется значительное изменение примененного электрического заряда, чтобы осуществить достаточно большие изменения контактного угла жидкостного мениска для перемещения границы жидкостного мениска 505 вне одной из складок. В качестве одного из неограниченного множества примеров в некоторых вариантах осуществления контактный угол между границей жидкостного мениска 505 и стенкой мениска 506 находится в диапазоне от 15 до 40°, а контактный угол между границей жидкостного мениска 505 и ступенькой 507 под второй складкой 506-2 предположительно находится в диапазоне от 90 до 130°, а в некоторых предпочтительных вариантах осуществления составляет приблизительно 110°. На линзу может подаваться напряжение, в результате чего возникает движение границы жидкостного мениска 505 вдоль стенки мениска 506 ко второй складке 506-2. Естественный контактный угол между границей жидкостного мениска 505 и покрытой изоляционным материалом стенкой мениска 506 приводит к тому, что граница жидкостного мениска 505 останавливается у второй складки 506-2, если не приложено существенно более высокое напряжение.
С одного конца стенки мениска 506 первая складка 506-1 по существу образует один ограничитель, за который граница жидкостного мениска 505 обычно не переходит. В некоторых вариантах осуществления первая складка 506-1 выполнена в виде острого края. В других предпочтительных вариантах осуществления первая складка 506-1 имеет поверхность небольшого заданного радиуса, которая может быть создана с меньшей вероятностью брака. Электропроводное, изоляционное и иные возможные и желательные покрытия не могут быть равномерно и должным образом наложены на острый край, в то время как на скругленный край радиальной поверхности заданного радиуса покрытие можно нанести более надежно.
В некоторых вариантах осуществления первая складка 506-1 выполнена под углом приблизительно 90°, при этом заданный радиус составляет приблизительно 10 микрон. Складка также может быть расположена под углом менее 90°. В некоторых вариантах осуществления складка может быть расположена под углом больше 90° для повышения прочности складки, но такая конструкция занимает в линзе больше места.
В различных вариантах осуществления заданный радиус складки 506-1 и 506-2 может находиться в диапазоне от 5 микрон до 50 микрон. Радиус больше определенного может быть использован для повышения надежности покрытия, но за счет использования большего пространства в жестких пределах конструкции линзы. В этом случае, как и во многих других областях изготовления линз, существует компромисс между простотой конструкции, оптимизацией функций линзы и уменьшением размера. Функциональную, надежную дугообразную жидкостную менисковую линзу 500 можно изготовить с учетом широкого диапазона переменных параметров.
В некоторых вариантах осуществления больший радиус складки может быть использован в сочетании с улучшенной отделкой поверхности на боковой стенке между двумя соседними складками. В некоторых вариантах осуществления может быть желательно, чтобы поверхность от первого радиуса (складки) до второго радиуса (складки) была гладкой и без неоднородностей в местах, где необходимо сократить форму для литья, используемую для формирования складки тем же инструментом. Радиусы, включенные в складку, можно разрезать на поверхности формовочного инструмента, где радиус поверхности формы больше, чем радиус складки. Здесь поверхность формовочного инструмента является непрерывной поверхностью, включая одну или несколько складок и боковую стенку. Больший радиус инструмента может в целом относиться к более гладкой обработке поверхности соответствующего разреза.
Вторая складка 506-2 имеет особенности, позволяющие ограничивать перемещение масла при приложении напряжения к дугообразной жидкостной менисковой линзе 500. Вторая складка 506-2 может также включать в себя, в некоторых вариантах осуществления обычно заостренный конец, или в других вариантах применения, вторая складка 506-2 может включать в себя определенный радиус от 5 до 25 мкм, наиболее предпочтительно 10 мкм. Радиус 10 микрон благоприятен для формирования складки, и его можно создать с помощью токарного станка с алмазным карандашом или путем литья под давлением.
Вертикальная или почти вертикальная ступенька 507, доходящая до начала оптической зоны 508 передней изогнутой линзы 501, может находиться на стороне второй складки 506-2, противоположной стенке мениска 506. В некоторых вариантах осуществления высота ступеньки 507 составляет 120 микрон, хотя может находиться в диапазоне от 50 до 200 микрон.
В некоторых вариантах осуществления ступенька 507 может располагаться под углом приблизительно 5° от оптической оси. В других вариантах осуществления угол ступеньки 507 может составлять всего 1° или 2° или же может составлять более 5°. Ступенька 507, расположенная под меньшим углом от оптической оси, как правило, более эффективно ограничивает движения мениска, поскольку потребуется более сильное изменение контактного угла границы жидкостного мениска 505, чтобы мениск сошел со стенки мениска 506 и поднялся на ступеньку 507. Переход от ступеньки 507 к началу оптической области 508 имеет радиус 25 микрон. Увеличение радиуса приведет к неоправданному увеличению занимаемого места в конструкции линзы. Использование меньшего радиуса возможно. Такой вариант используется, если необходимо сэкономить место. Решение об использовании заданного радиуса вместо идеальной складки в данной области линзы, а также в других ее областях, в частности, основано на потенциальном переходе к процессу изготовления элементов линзы путем литья под давлением. Изгиб между ступенькой 507 и началом оптической области 508 улучшает растекание пластика в процессе литья под давлением, и в результате получается линза с оптимальными характеристиками прочности и стойкости к нагрузкам.
На фиг. 6A изображен вид в разрезе сверху вниз стенки мениска 601 с зонами переменного напряжения по окружности стенки мениска 601. В соответствии с настоящим изобретением, цилиндрическая сила, ось и оптическая сила, необходимые для коррекции астигматизма могут производиться в жидкостной менисковой линзе с зонами переменного напряжения по окружности стенки мениска 601. Зоны напряжения образуются тогда, когда небольшие зазоры 603 создаются преднамеренно или включаются в проводящее покрытие 602. Зазоры 603 могут формироваться с помощью ряда методов, таких как, в качестве неограничивающего примера, лазерное фрезерование зазоров 603 после применения проводящего покрытия 602, фотомаскирование перед нанесением проводящего покрытия 602 таким образом, что проводящий материал не применяется в зонах зазоров 603, а также с использованием проводящих чернил для тампонной печати на проводящем покрытии 602 только на конкретных областях. Зоны напряжения, состоящие из проводящего покрытия 602 и зазоров 603 проходят радиально от стенки мениска к внешнему краю передней изогнутой линзы. Электрические соединения от компонента для управления положением линзы к зонам напряжения по краю передней изогнутой линзы поддерживают применение различной величины электрического заряда в различных зонах. В качестве примера, линза, изображенная на фиг. 6, включает в себя две зоны низкого напряжения 604 и две зоны высокого напряжения 606, разделенные четырьмя зонами среднего напряжения 605. На фиг. 6 изображены зоны напряжения, сформированные зазорами 603 в проводящем покрытии 602, не в масштабе. Диэлектрическое покрытие, которое будет наноситься на 602, на фиг. 6 не изображено.
На фиг. 7 изображен сверху вниз ортогональный вид стенки мениска 701 с первой складкой 702, второй складкой 703 и оптической зоной 708. Положение границы жидкостного мениска 704 изображено при применении величин электрического заряда, например, во включенном состоянии. В зонах высокого напряжения 705, в которых применялось относительно большее количество электрического заряда, граница жидкостного мениска 704 находится на или как можно ближе ко второй складке 703. Граница жидкостного мениска 704 переходит в положение на стенке мениска 701 обычно на полпути вдоль стенки в зонах среднего напряжения 706. Зоны низкого напряжения 707, в которых применялся относительно меньший объем электрического заряда, образовывают границу жидкостного мениска 704, расположенную относительно близко к первой складке 702.
Когда к линзе применяется величина электрического заряда, физиологический раствор более интенсивно притягивается к стенке мениска 701 в зонах более сильного электрического заряда, по отношению к зонах с более слабым электрическим зарядом, в которых притяжение физиологического раствора к стенке мениска 701 более слабое. В некоторых предпочтительных осуществлениях, физиологический раствор, сильно притягивающийся к стенке мениска 701 вдоль оси, как, например, ось x на фиг. 7, и относительно слабо притягивающийся к стенке мениска 701 вдоль второй перпендикулярной оси, как, например, ось y на фиг. 7, приведет к перемещению границы жидкостного мениска, и масло в полоски мениска примет в общем торическую форму, способную к коррекции астигматизма.
Величина электрического заряда, примененного к зонам минимального и максимального напряжения и оси, на которых зоны минимального и максимального напряжения применены к стенке мениска 701 внутри дугообразной жидкостной менисковой линзы могут изменяться для достижения сочетания специфичной цилиндрической силы и оси для коррекции астигматизма. Цилиндрическая сила для астигматической линзы определяется как величина минимального и максимального электрического заряда, примененного к зонам напряжения вдоль противоположных осей по окружности стенки мениска 701. Параметр оси, необходимый для коррекции астигматизма, контролируется расположением зон минимального и максимального напряжения на стенке мениска 701, указанной на фиг. 7 пунктами 707 и пунктами 705 соответственно. Жидкостная менисковая линза с различными зонами напряжения по окружности стенки мениска может быть сконструирована с помощью различных методов стабилизации линзы для сохранения правильной ориентации оси линзы для коррекции астигматизма. Стабилизация достигается при использовании таких техник, как балластировка или более усовершенствованные дизайны ускоренной стабилизации. Техники стабилизации применяются в пределах дугообразной жидкостной менисковой линзы и в линзе, которая инкапсулирует дугообразную жидкостную менисковую линзу. Кроме того, ориентация линзы может динамически оцениваться и устанавливаться, in situ, на основании выхода чувствительных механизмов на или в непосредственной близости к жидкостной менисковой линзе.
На фиг. 8 изображен вид в разрезе краевой части дугообразной жидкостной менисковой линзы 800 с передней изогнутой линзой 801, задней изогнутой линзой 802, физиологическим раствором 803 и маслом 804. Граница жидкостного мениска 805 находится между физиологическим раствором 803 и маслом 804, содержащимся в передней изогнутой линзе 801 вдоль стенки мениска 806. При применении первой величины электрической энергии, такой как, например, невключенное состояние или состояние покоя, граница жидкостного мениска 805 соприкасается со стенкой мениска 806 на или рядом с первой складкой 807. Применение более высоких величин электрической энергии, такой как, например, включенное состояние, приводит к перемещению границы жидкостного мениска 805 и соприкосновению со стенкой мениска 806 в различных точках, таких как точка низкого напряжения 808, точка среднего напряжения 809, и точка высокого напряжения 810.
На фиг. 9, изображен сверху вниз ортогональный вид примера осуществления с тридцати шестью (36) зонами напряжения по окружности стенки мениска 901. На фигуре изображена стенка мениска 901, первая складка 902, вторая складка 903 и оптическая зона 904, а также тридцать шесть зон напряжения 905. Числа вокруг рисунка обозначают ось для астигматической линзы. Зоны напряжения, от 905-1 до 905-10, означают вариант осуществления настоящего изобретения, в котором можно применять десять различных напряжений в тридцати шести зонах 905. В настоящем варианте осуществления зона 905-1 вдоль оси девяносто градусов (90°) представляет зоны самого низкого напряжения; зоны от 905-2 до 905-9 представляют нарастающее напряжение; и зоны 905-10 вдоль оси сто восемьдесят градусов (180°) получают самое высокое напряжение. Настоящий вариант осуществления описывает десятиградусное увеличение коррекции оси, ходя в других вариантах осуществления может предусматриваться больше зон напряжения, позволяя более точную коррекцию астигматизма, или меньше зон.
Хотя предыдущее обсуждение описывает коррекцию астигматизма, специалистам в данной области будет ясно, что, согласно настоящему изобретению, можно достигнуть и другой коррекции оптических аберраций, например, призма, трилистник, четырехлистник, вторичный астигматизм, или других четко определенных оптических аберраций "высшего порядка", или других не описанных здесь полиномов Цернике или других аналитических процедур.
В настоящем варианте осуществления стенка мениска, на которой могут быть найдены различные зоны напряжения, обычно образует форму усеченного конуса, сечение которого показывает линейную стенку мениска. Примеры линз, включающие линейную стенку мениска, описаны в заявке на патент США серийный № 61359548, поданной 29 июня 2010 года и озаглавленной “Линза с усеченно-конической стенкой мениска”, содержание которой прилагается здесь в качестве ссылки. В некоторых вариантах осуществления зоны переменного напряжения могут включаться в стенку мениска различных форм и исполнений, таких как, в качестве неограничивающего примера, выпуклая стенка мениска в форме сегмента торуса, вогнутая стенка мениска в форме сегмента торуса, сложная линейно вогнутая стенка мениска, многовыпуклая стенка мениска, многовогнутая стенка мениска, многосегментная линейная стенка мениска и стенка с микроканалами.
Так как изобретение описано со ссылкой на конкретные варианты осуществления специалистам в данной области будет понятно, что существует возможность внесения различных изменений и эквивалентных замен его элементов, не выходящих за пределы объема изобретения. Кроме того, существует возможность реализации различных модификаций для адаптации конкретной ситуации или материала к методике изобретения, не выходя за пределы объема изобретения.
Следовательно, предполагается, что изобретение не ограничено конкретными вариантами осуществления, рассматриваемыми как наилучший предполагаемый вариант осуществления изобретения, а, напротив, изобретение будет включать в себя все варианты осуществления в пределах сущности и объема приложенных пунктов формулы изобретения.