Линза со сложной линейно-выпуклой стенкой мениска - RU2577173C2

Чертежи

Показать все 12 чертежа(ей)

Описание

Настоящая заявка испрашивает приоритет по заявке на патент США с серийным № 13/183570, поданной 15 июля 2011 г., и предварительной заявке на патент США с серийным № 61/376426, поданной 24 августа 2010 г.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение, в целом, относится к жидкостной менисковой линзе, более конкретно, включает дугообразную жидкостную менисковую линзу со стенкой мениска в форме усеченного конуса, имеющего линейный сегмент и выпуклый сегмент.

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 и мобильные телефоны.

Традиционно такое офтальмологическое устройство, как контактная линза и интраокулярная линза, являлось также биосовместимым устройством с корректирующими, косметическими или терапевтическими свойствами. Например, контактная линза может выполнять по меньшей мере одну из следующих функций: коррекцию зрения, косметическую коррекцию и терапевтические функции. 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, которую также иногда называют формой «хоккейной шайбы», не способствует созданию изделия, способного функционировать в человеческом глазу.

Кроме того, жидкостная менисковая линза изогнутой формы имеет физические особенности, которые могут быть нехарактерны для жидкостной менисковой линзы традиционной конструкции с параллельными боковыми стенками.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, в настоящем изобретении предлагается жидкостная менисковая линза, включающая дугообразную переднюю изогнутую линзу и дугообразную заднюю изогнутую линзу. Настоящее изобретение включает стенку мениска, физические характеристики которой способствуют одному или обоим из притяжения и отталкивания жидкости, которая содержится в пределах линзы и формирует мениск с другой жидкостью.

В соответствии с настоящим изобретением, первая дугообразная оптическая часть находится в непосредственной близости от второй дугообразной оптической части, при этом между ними образована полость. В пределах полости находятся солевой раствор и масло. Приложение электрического заряда к стенке мениска, по существу, расположенной в области периметра одной или обеих из первой дугообразной оптической части и второй дугообразной оптической части, изменяет физическую форму мениска, сформированного между солевым раствором и маслом, содержащимися в пределах полости.

Настоящее изобретение включает стенку мениска, которой придана сложная форма, по существу, включающая первый сегмент, имеющий, по существу, линейную форму, поперечное сечение которого представляет собой усеченный конус, и второй сегмент, имеющий выпуклую относительно оптической оси форму, поперечное сечение которого имеет в своем составе сегмент тора.

ОПИСАНИЕ РИСУНКОВ

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 пределах дугообразной жидкостной менисковой линзы в соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения.

На фиг.6А представлена линейно-выпуклая стенка мениска в пределах жидкостной менисковой линзы и показана граница жидкостного мениска в состоянии без подачи напряжения.

На фиг.6B представлена линейно-выпуклая стенка мениска в пределах жидкостной менисковой линзы и показана граница жидкостного мениска в состоянии с подачей напряжения.

На фиг.6C представлена линейно-выпуклая стенка мениска в пределах жидкостной менисковой линзы, при этом для сравнения на одной диаграмме показана граница жидкостного мениска в состоянии с подачей и без подачи напряжения.

На фиг.7A показано поперечное сечение линейно-выпуклой стенки мениска, рассматриваемой отдельно от прочих частей дугообразной жидкостной менисковой линзы.

На фиг.7B показано поперечное сечение линейной части стенки мениска, имеющей форму усеченного конуса и рассматриваемой отдельно от прочих частей дугообразной жидкостной менисковой линзы.

На фиг.7C показано поперечное сечение части стенки мениска, которая является выпуклой в направлении оптической оси, включая сегмент тора при рассмотрении отдельно от прочих частей дугообразной жидкостной менисковой линзы.

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:

Контактный 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.

Граница жидкостного мениска - дугообразная поверхность границы раздела солевого 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 солевой раствор.

Стенка мениска - особая область с внутренней стороны передней изогнутой линзы, которая находится в пределах полости мениска и по которой проходит граница жидкостного мениска.

Оптическая зона - в настоящем документе под термином понимают участок офтальмологической линзы, через который пользователь офтальмологической линзы может видеть.

Складка - особенность геометрии внутренней поверхности части передней изогнутой линзы или задней изогнутой линзы, которой достаточно для размещения в ней линии 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 пределах цилиндра 110 содержатся масло 101 и солевой раствор 102. Цилиндр 110 включает в себя две пластины из оптического материала 106. Каждая пластина 106 имеет 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 солевым раствором 102А и маслом 101 формируется поверхность раздела 112A. Как показано на фиг.1A, форма поверхности раздела 112A в сочетании с показателем преломления солевого 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 раздела между маслом 101 и солевым раствором 102 может быть изменена путем приложения электрического тока к электродам 105.

На фиг.1A представлен вид в перспективе линзы в соответствии с предшествующим уровнем техники, показанной как элемент, обозначенный как 100.

На фиг.1B линза 100 в соответствии с предшествующим уровнем техники показана в запитываемом энергией состоянии. Запитываемое энергией состояние достигается путем приложения напряжения 114 к электродам 115. Форма поверхности раздела 112B между маслом 101 и солевым раствором 102 изменяется при приложении электрического тока к электродам 115. Как показано на фиг.1B, падающий свет 108B, проходящий через масло 101 и солевой 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. Передняя изогнутая линза 201 и задняя изогнутая линза 202 находятся в непосредственной близости друг от друга 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 электропроводящих или электроизоляционных материалов, гидрофобных или гидрофильных материалов. Одно или оба из вогнутой дугообразной поверхности линзы 203 и покрытия находятся в жидкостном и оптическом контакте с маслом 208, которое содержится в пределах 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 электропроводящих или электроизоляционных материалов, гидрофобных или гидрофильных материалов. Выпуклая дугообразная поверхность линзы 205 и/или покрытия находятся в жидкостном и оптическом контакте с солевым раствором 207, который содержится в пределах полости 210. Солевой раствор 207 содержит одну или более солей или других компонентов, являющихся электропроводящими и поэтому способными притягиваться или отталкиваться под действием электрического заряда.

В соответствии с принципами настоящего изобретения, электропроводящее покрытие 209 располагается вдоль по меньшей мере части периферической зоны одной или обеих из передней изогнутой линзы 201 и задней изогнутой линзы 202. Электропроводящее покрытие 209 может включать в себя золото или серебро и предпочтительно является биосовместимым. Приложение электрического заряда к электропроводящему покрытию 209 приводит либо к притяжению, либо к отталкиванию электропроводящих 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.

Различные варианты осуществления также могут включать в себя изменение оптической силы, связанное с изменением формы жидкостного мениска 211, сформированного между солевым 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 около 30 или более диоптрий. По существу, большее изменение оптической силы, связанное с изменением формы жидкостного мениска 211, предполагает относительно большую толщину линзы 210.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, например, с такими, которые могут быть включены в офтальмологическую линзу, например контактную линзу, толщина поперечного сечения 210 дугообразной жидкостной менисковой линзы 200 будет составлять до около 1000 микрон. Примерная толщина 210 относительно более тонкой линзы 200 может составлять до около 200 микрон. Предпочтительные варианты осуществления могут включать в себя жидкостную менисковую линзу 200 с толщиной линзы 210 около 600 микрон. По существу, толщина поперечного сечения передней изогнутой линзы 201 может составлять от около 35 микрон до около 200 микрон, а толщина поперечного сечения задней изогнутой линзы 202 также может составлять от около 35 микрон до 200 микрон.

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 солевым 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 солевого раствора 207.

В тех вариантах осуществления, в которых дугообразная жидкостная менисковая линза 200 включена в контактную линзу, также является желательным, чтобы солевой раствор 207 и масло 208 сохраняли стабильные относительные положения в пределах изогнутой жидкостной менисковой линзы 200 при движении пользователя контактной линзы. По существу, предпочтительно не допускать переливания и смещения масла 208 относительно солевого раствора 207 при движении пользователя. Таким образом, комбинация масла 208 и солевого раствора 207 предпочтительно подбирается так, чтобы эти жидкости имели идентичную или приблизительно равную плотность. Кроме того, масло 208 и солевой раствор 207 должны предпочтительно иметь относительно низкую способность к смешиванию, чтобы солевой раствор 207 и масло 208 не перемешивались.

В некоторых предпочтительных вариантах осуществления объем содержащегося в пределах полости солевого раствора превышает объем содержащегося в пределах полости масла. Кроме того, в некоторых предпочтительных вариантах осуществления солевой раствор 207 контактирует, по существу, со всей внутренней поверхностью 205 задней изогнутой линзы 200. В некоторых вариантах осуществления объем масла 208 составляет около 66% или более объема солевого раствора 207. Некоторые дополнительные варианты осуществления могут включать в себя дугообразную жидкостную менисковую линзу, в которой объем масла 208 составляет около 90% или менее объема солевого 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 осуществления одна или обе из передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302 включают в себя, по существу, оптически прозрачный пластик, например, один или более из следующих материалов: PMMA, Zeonor и TPX.

Одна или обе из передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302 могут быть получены, например, с помощью одного или более из следующих способов: обработка на алмазно-токарном станке; литье под давлением; свободное формование с использованием цифрового зеркального устройства.

Одна или обе из передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302 могут включать в себя проводящее покрытие 303, которое, как показано на рисунке, продолжается по периметру от положения 309 до положения 310. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления проводящее покрытие 303 включает в себя золото. Золото может быть нанесено путем напыления, вакуумного осаждения или другим известным способом. Альтернативное проводящее покрытие 303 может включать в себя, в качестве неограничивающих примеров, алюминий, никель и оксид индия и олова. По существу, проводящее покрытие 303 наносят на области периметра одной или обеих из передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения проводящее 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 проводящего 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 проводящие материалы можно наносить различными способами и с покрытием различных участков задней изогнутой линзы 302.

В некоторых вариантах осуществления проводящие каналы, например, одно или более отверстий или вырезов в задней изогнутой линзе 302, могут быть заполнены проводящим материалом, например, проводящим эпоксидным наполнителем. Проводящий наполнитель может обеспечивать электрическое соединение с проводящим покрытием на внутренней поверхности одной или обеих из передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302.

В другом аспекте настоящего изобретения одна или обе из передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 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 электропроводящий 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 и продолжаться 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 для поддержания разделения между проводящим покрытием 303 и солевым раствором 306, содержащимся в полости между передней изогнутой линзой 301 и задней изогнутой линзой 302. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления изоляционное покрытие 305 нанесено в виде рисунка и располагается в одной или более областях одной или обеих из передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302 для предотвращения контакта положительно заряженного проводника 303 и отрицательно заряженного солевого раствора 306 в ситуациях, когда контакт проводника 303 и солевого раствора 306 может привести к короткому замыканию. Некоторые варианты осуществления могут иметь положительно заряженный солевой раствор 306 и отрицательно заряженный проводник 303.

Другие варианты осуществления могут допускать короткое замыкание между проводником 303 и солевым раствором 306 и использовать его в качестве функции сброса и переустановки электросхемы, связанной с эксплуатацией линзы 300. Например, короткое замыкание может прерывать связь источника питания и линзы, приводя к возврату солевого раствора 306 и масла 307 в положение по умолчанию.

Некоторые предпочтительные варианты осуществления включают в себя проводник 303, который продолжается 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 проводящим материалом 313, например, водостойким проводящим эпоксидным наполнителем. Этот проводящий материал 313 может формировать электрическую клемму, расположенную за пределами полости, или может быть подключен к ней. Электрический заряд может быть подан на клемму и передан к покрытию по проводящему материалу 313 в канале 312.

Толщина изоляционного покрытия 305 может быть разной и являться эксплуатационным параметром линзы. В соответствии с принципами настоящего изобретения, заряженные компоненты, включая солевой 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 солевым раствором 306 и проводником 303, при этом, чем дальше друг от друга находятся солевой 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 314. При увеличении расстояния между солевым раствором 306 и проводником 303 электрические поля солевого раствора 306 и проводящего покрытия 303 будут находиться дальше друг от друга и, следовательно, будет сложнее обеспечить перемещение сферической границы мениска 314. С другой стороны, чем тоньше изоляционное покрытие 305, тем более чувствительным будет перемещение сферического жидкостного мениска 308 к дефектам изоляционного покрытия 305. По существу, даже относительно небольшое отверстие в изоляционном покрытии 305 приведет к короткому замыканию линзы 300.

В некоторых вариантах осуществления желательно использовать солевой раствор 306 с плотностью, по существу, совпадающей с плотностью масла 307, которое также содержится в пределах линзы 300. Например, солевой раствор 306 может предпочтительно иметь плотность в пределах 10% плотности масла 307, более предпочтительно солевой раствор 306 будет иметь плотность в пределах 5% плотности масла, наиболее предпочтительно - в пределах около 1%. В некоторых вариантах осуществления концентрацию солей или других компонентов в пределах солевого раствора 306 можно изменять для корректировки плотности солевого 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 поддержания стабильности движения масла 307 относительно одной или обеих из дугообразной передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302 является поддержание относительно согласованной плотности масла 307 и солевого раствора 306. Кроме того, благодаря изогнутой форме внутренних поверхностей как передней изогнутой линзы 301, так и задней изогнутой линзы 302 относительная глубина или толщина слоя солевого раствора 306 уменьшается в сравнении с традиционной цилиндрической конструкцией линзы. Таким образом, возрастает значимость поддержания устойчивого положения масла в пределах линзы 300 для предотвращения движения масла и возможного разрыва мениска между маслом 306 и солевым раствором 307.

В некоторых предпочтительных вариантах осуществления солевой раствор 306 имеет низкий показатель преломления по сравнению с маслом 307, которое имеет относительно высокий показатель преломления. Однако в некоторых вариантах осуществления возможно использование солевого 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 солевой раствор 306, можно применять адгезив 308. Адгезив 308 выполняет функцию уплотнительного элемента, предотвращающего утечку солевого 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 солевым 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, продолжающимся 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 проводящим покрытиям или проводящим материалам 408 и отведении заряда от них.

В некоторых предпочтительных вариантах осуществления проводящее покрытие 403 продолжается от зоны, находящейся в полости 409, содержащей солевой раствор 406 и масло 407, до области, находящейся за пределами полости 409, содержащей солевой раствор 406 и масло 407. В таких вариантах осуществления проводящее покрытие 403 может служить проводником электрического заряда, приложенного к проводящему покрытию 403 в точке, находящейся за пределами полости 409, к области проводящего покрытия, находящейся в пределах полости и в контакте с солевым 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 солевой раствор 503 и масло 504.

Геометрия дугообразной жидкостной менисковой линзы 500 и характеристики солевого раствора 503 и масла 504 способствуют формированию границы жидкостного мениска 505 между солевым раствором 503 и маслом 504.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, по существу, жидкостную менисковую линзу можно рассматривать как емкость с одним или более из следующих элементов: проводящие покрытия, изоляционные покрытия, дорожки и материалы на поверхности или в передней изогнутой линзе 501 и задней изогнутой линзе 502. В соответствии с принципами настоящего изобретения, форма границы жидкостного мениска 505 и, следовательно, контактный угол между границей жидкостного мениска 505 и передней изогнутой линзой 501 меняется под воздействием электрического заряда, приложенного к поверхности по меньшей мере части одной или обеих из передней изогнутой линзы 501 и задней изогнутой линзы 502.

В соответствии с принципами настоящего изобретения, заряд электрического тока, приложенный к солевому раствору 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 находится у первой складки 506-1 или рядом с ней при приложении к линзе электрического тока первой амплитуды, например, когда напряжение и ток соответствуют состоянию без напряжения или состоянию покоя.

Приложение электрического тока второй амплитуды (состояние, которое иногда называют состоянием с подведенным напряжением), может соответствовать движению границы жидкостного мениска 505 вдоль стенки мениска 506, по существу, в направлении второй складки 506-2, в результате чего форма границы жидкостного мениска изменяется.

В некоторых вариантах осуществления стенка мениска 506 имеет гладкую поверхность. 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 около 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 рисунке, и в некоторых предпочтительных вариантах осуществления, чтобы дугообразная жидкостная менисковая линза могла функционировать, угол стенки мениска 506 должен, по существу, находиться в диапазоне от около 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 принципами настоящего изобретения, угол стенки мениска 506 может быть выполнен с возможностью согласования с амплитудой движения вдоль стенки мениска 506 при приложении конкретного электрического напряжения и тока. 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 пределах дугообразной жидкостной менисковой линзы 500.

Приложение к линзе электрической энергии первой амплитуды, например, когда линза находится в состоянии без напряжения, формирует баланс энергии на поверхности раздела фаз на границе между маслом 504 и солевым раствором 503, которую в настоящем документе называют границей жидкостного мениска 505, между маслом 504 и стенкой мениска 506, а также между солевым раствором 503 и стенкой мениска 506, в результате чего образуется равновесный контактный угол между границей жидкостного мениска 505 и стенкой мениска 506. При изменении амплитуды напряжения, приложенного к дугообразной жидкостной менисковой линзе 500, баланс энергии на поверхности раздела фаз изменяется, что приводит к соответствующему изменению контактного угла между границей жидкостного мениска 505 и стенкой мениска 506.

Контактный угол между границей жидкостного мениска 505 и покрытой изоляционным материалом стенкой мениска 506 является важным элементом конструкции и условием функционирования дугообразной жидкостной менисковой линзы 500, не только вследствие его роли в движении границы жидкостного мениска 505, описываемого уравнением Юнга, но также из-за того, что контактный угол вместе с другими особенностями дугообразной жидкостной менисковой линзы 500 используется для ограничения движений мениска.

Неровности, такие как складки 506-1 и 506-2, на обоих концах стенки мениска 506 служат ограничителями движения жидкостного мениска 505, поскольку для того чтобы граница жидкостного мениска 505 вышла за пределы одной из складок, потребуется достаточно существенное изменение напряжения и соответствующее изменение контактного угла жидкостного мениска. 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 около 110°.

Напряжение, приложенное к линзе, может приводить к перемещению границы жидкостного мениска 505 вдоль стенки мениска 506 в сторону второй складки 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. Проводящее, 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 около 90°, при этом заданный радиус составляет около 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 25 микрон. Можно использовать и больший заданный радиус для повышения надежности нанесения покрытий, но за счет использования большего пространства в жестких пределах, обусловленных конструкцией 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.

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 некоторых вариантах осуществления, по существу, заостренный край. В других вариантах осуществления вторая складка 506-2 может иметь заданный радиус от 5 микрон до 25 микрон, а наиболее предпочтительно около 10 микрон. 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, продолжающаяся 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 около 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 пределах 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 представлена, в одном из многих возможных вариантов осуществления, сложная стенка мениска 601, содержащая по меньшей мере один линейный сегмент стенки мениска 601-1 и по меньшей мере один выпуклый сегмент стенки мениска 601-2. Сложная стенка мениска 601 располагается приблизительно под углом 45° к оптической оси в дугообразной жидкостной менисковой линзе, содержащей масло 602 и солевой раствор 603. Граница жидкостного мениска 604A соприкасается со сложной стенкой мениска 601 в точке 605A, по существу, поблизости от конца сложной стенки мениска 601 у первой складки 608. Между границей жидкостного мениска 604A и сложной стенкой мениска 601-1 формируется угол контакта 606A.

На фиг.6B показано положение границы жидкостного мениска 604B после приложения напряжения к проводящему покрытию (не показано) на стенке 601 и после того, как граница жидкостного мениска 604B переместилась, по существу, в направлении передней изогнутой линзы 607 вдоль сложной стенки мениска 601. Граница жидкостного мениска 604B переместилась в положение 605B, по существу, находящееся в зоне перехода линейной части стенки мениска 601-1 в выпуклую часть стенки мениска 601-2, образуя контактный угол 606B.

На фиг.7A показан вид в перспективе сложной стенки мениска 701, являющейся компонентом жидкостной менисковой линзы, отдельно от остальной части дугообразной жидкостной менисковой линзы. Сложная стенка мениска 701 включает в себя по меньшей мере один линейный сегмент стенки мениска 701-1 и по меньшей мере один выпуклый сегмент стенки мениска 701-2. В данном варианте осуществления линейный сегмент стенки мениска 701-1 продолжается от первой складки 702-1, по существу, в направлении второй складки 702-2, а выпуклый сегмент стенки мениска 701-2 может располагаться между одним концом линейного сегмента стенки мениска 701-1 и заканчиваться второй складкой 702-2. Сложная стенка мениска 701 имеет, по существу, единообразную длину и форму между первой складкой 702-1 и второй складкой 702-2 по всей окружности линзы.

На фиг.7B представлен вид в перспективе линейного сегмента стенки мениска 701-1, и форма линейного сегмента стенки мениска, по существу, представляет собой усеченный конус. Аналогично, на фиг.7C представлен вид в перспективе выпуклого сегмента стенки мениска 701-2, представляющего собой сегмент тора.

На фиг.6C объединены фиг.6A и 6B для иллюстрации положения границы жидкостного мениска (604-A и 604-B) как в состоянии без подключения напряжения 604A, так и в подключенном состоянии 604B. Жидкостная менисковая линза со сложной стенкой мениска 601, располагающейся под заданным углом к оптической оси, как показано на фиг.6C, по существу, имеет более стабильные характеристики.

В результате приложения напряжения к проводящей зоне стенки мениска 601, граница жидкостного мениска движется вдоль сложной стенки мениска 601. Выпуклый сегмент стенки мениска 601-2, по существу, действует как ограничитель или тормоз, обеспечивая дополнительный контроль движения границы мениска 604B вдоль сложной стенки мениска 601.

Когда граница жидкостного мениска 604B достигает выпуклого сегмента стенки мениска 601-2, угол контакта жидкостного мениска увеличивается с большей скоростью, в результате чего движение жидкостного мениска замедляется. Конструкция стенки жидкостного мениска 601 обеспечивает относительно более эффективное движение мениска вдоль линейной части стенки мениска, и при этом выпуклая часть стенки мениска замедляет и останавливает перемещение мениска в заданной зоне, соответствующей определенной оптической силе линзы.

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.

Реферат

Оптическая линза содержит переднюю и заднюю изогнутые линзы, содержащие внешнюю и внутреннюю поверхности дугообразной формы. Передняя и задняя изогнутые линзы образуют полость, содержащую объем физиологического раствора и масла, образующих мениск между ними, и стенку мениска, расположенную с внутренней стороны передней изогнутой линзы в указанной полости, по которой проходит граница жидкостного мениска. Стенка мениска содержит первый сегмент, имеющий форму усеченного конуса и соприкасающийся со вторым сегментом, имеющим форму тора, выпуклая часть которого обращена в сторону оптической оси. Линза содержит канал, проходящий через одну или обе линзы, и проводящий материал, заполняющий канал. Линза содержит складку мениска, служащую ограничителем движения мениска и имеющую угловой элемент для вмещения объема физиологического раствора и масла. Технический результат - улучшение контроля движения границы мениска вдоль стенки мениска. 2 н. и 29 з.п. ф-лы, 13 ил.

Формула