Линза с многовогнутой стенкой мениска - RU2580875C2

Чертежи

Показать все 11 чертежа(ей)

Описание

СМЕЖНЫЕ ЗАЯВКИ

Настоящая заявка испрашивает приоритет по заявке на патент США № 13/401962, поданной 22 февраля 2012 г., предварительной заявке на патент США № 61/454212, поданной 18 марта 2011 г., под названием «ЛИНЗА С МНОГОВОГНУТОЙ СТЕНКОЙ МЕНИСКА», содержание которой является основой и включено в настоящий документ путем ссылки, а также по заявке на патент США № 13/095786, поданной 27 апреля 2011 г., под названием «ДУГООБРАЗНАЯ ЖИДКОСТНАЯ МЕНИСКОВАЯ ЛИНЗА», содержание каждой из которых является основой и включено в настоящий документ путем ссылки.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение по существу относится к жидкостной менисковой линзе, в частности включает дугообразную жидкостную менисковую линзу со стеной мениска, включающей множество вогнутых сегментов.

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 их поверхность периметра была сформирована точками, расположенными на фиксированном расстоянии от оси, представляющей собой прямую линию. Известные жидкостные менисковые линзы представлены только промышленными 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. Контактная линза, например, может обеспечить одно или более из: коррекции зрения; косметической коррекции; и терапевтических эффектов. Каждая функция обеспечивается определенной физической характеристикой линзы. Конструкция линзы с учетом свойства светопреломления позволяет корректировать характеристики зрения. Введенный в линзу пигмент позволяет обеспечить косметическую коррекцию. Введенный в линзу активный агент позволяет обеспечить терапевтическую функцию.

Недавно в контактную линзу были введены электронные компоненты. Некоторые компоненты могут включать 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, изогнутая жидкостная менисковая линза 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 особенности которой благоприятствуют притягиванию и/или отталкиванию жидкости, содержащейся внутри линзы и образующей 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. Внутри полости находятся физиологический 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, образованного между физиологическим раствором и маслом, содержащимися внутри полости.

Настоящее изобретение включает стенку мениска, образованную в сложную форму, по существу включающую множество вогнутых сегментов, поперечное сечение которых включает множество торовидных сегментов в механическом соединении друг с другом.

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. 6A представлена многовогнутая стенка мениска внутри жидкостной менисковой линзы и показана граница жидкостного мениска в состоянии без электропитания.

На фиг. 6B представлена многовогнутая стенка мениска внутри жидкостной менисковой линзы и показана граница жидкостного мениска в состоянии с электропитанием.

На фиг. 6C представлена многовогнутая стенка мениска внутри жидкостной менисковой линзы, при этом для сравнения на одной диаграмме показана граница жидкостного мениска в состоянии с электропитанием и без электропитания.

На фиг. 7A представлено поперечное сечение многовогнутой стенки мениска отдельно от остальной части дугообразной жидкостной менисковой линзы.

На фиг. 7B представлено поперечное сечение одного сегмента стенки мениска, вогнутого по отношению к оптической оси, образованной в линзе, причем полученная форма включает сегмент тора при рассмотрении отдельно от остальной части дугообразной жидкостной менисковой линзы.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение представляет жидкостную менисковую линзу с по меньшей мере одной из передней изогнутой линзы и задней изогнутой линзы, которые образуют полость мениска жидкостной менисковой линзы.

СПИСОК ТЕРМИНОВ

В приведенном описании и пунктах формулы, относящихся к настоящему изобретению, используется ряд терминов, для которых будут приняты следующие определения.

Краевой угол - угол, под которым граница раздела масло/физиологический раствор, также называемая границей жидкостного мениска, соприкасается со стенкой мениска. В случае если стенка мениска является линейной, краевой 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, краевой 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 физиологического раствора и масла. По существу эта поверхность образует 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 область офтальмологической линзы, через которую смотрит пользователь офтальмологической линзы.

Складка - особенность геометрии внутренней поверхности части либо передней изогнутой линзы, либо 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 частичном разрезе линзы 100 в соответствии с предшествующим уровнем техники, на котором в цилиндре 110 содержатся масло 101 и физиологический раствор 102. Цилиндр 110 включает две пластины из оптического материала 106. Каждая пластина 106 включает плоскую внутреннюю поверхность 113-114. Цилиндр 110 включает 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 образована поверхность раздела 112A. Как показано на фиг. 1A, форма поверхности раздела 112A в сочетании с показателем преломления физиологического раствора 102A и масла 101 обеспечивает прием 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 физиологическим 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 100.

На фиг. 1B линза 100 в соответствии с предшествующим уровнем техники показана в запитанном энергией состоянии. Запитанное энергией состояние достигается путем приложения напряжения 114 к электродам 115. Форма поверхности раздела 112B между маслом 101 и физиологическим раствором 102 изменяется при приложении электрического тока 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 частичном 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 включает 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 соединении с маслом 208, которое содержится в полости 210.

Задняя изогнутая линза 202 включает 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. По меньшей мере одно из выпуклой дугообразной поверхности линзы 205 и покрытий находится в жидкостном и оптическом соединении с физиологическим раствором 207, который содержится в полости 210. Физиологический раствор 207 включает одну или более солей или других компонентов, являющихся электропроводными и поэтому способными либо притягиваться, либо отталкиваться под действием электрического заряда.

В соответствии с принципами настоящего изобретения электропроводное покрытие 209 располагается вдоль по меньшей мере части периферической зоны одной или обеих из передней изогнутой линзы 201 и задней изогнутой линзы 202. Электропроводное покрытие 209 может включать золото или серебро и предпочтительно является биосовместимым. Приложение электрического заряда к электропроводному покрытию 209 приводит либо к притяжению, либо к отталкиванию электропроводных солей или других компонентов физиологического 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 изменение оптической силы, связанное с изменением формы жидкостного мениска 211, образованного 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 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.

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, образованного между маслом 208 и физиологическим раствором 207. В некоторых вариантах осуществления оптическая сила линзы 200 также будет включать 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 желательно, 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, комбинацию масла 208 и физиологического раствора 207 предпочтительно выбирают так, чтобы эти жидкости имели идентичную или приблизительно равную плотность. Кроме того, масло 208 и физиологический раствор 207 должны предпочтительно иметь относительно низкую способность к смешиванию, 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 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 комбинацию компонентов передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302. Передняя изогнутая линза 301 и задняя изогнутая линза 302 могут быть образованы из одного или более материалов, которые являются по меньшей мере частично прозрачными. В некоторых вариантах изобретения одна или обе из передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302 включают по существу оптически прозрачную пластмассу, такую как, например, одно или более из: ПММА, Zeonor и TPX.

Одна или обе из передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302 могут быть изготовлены, например, одним или более из: тонкой алмазной обточки и токарной обработки; литья под давлением; свободного формования с использованием цифрового зеркального устройства.

Одна или обе из передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302 могут включать проводящее покрытие 303, которое, как показано на рисунке, проходит по периметру от положения 309 до положения 310. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления проводящее покрытие 303 включает золото. Золото может быть нанесено путем напыления, осаждения из паровой фазы или другим известным способом. Альтернативное проводящее покрытие 303 может включать, в качестве неограничивающего примера, 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 осаждения из паровой фазы. 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 предварительно 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 сквозные 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 оптически прозрачный материал, а периферическая зона может включать оптически непрозрачную область, включающую электропроводный материал. Оптически непрозрачная область также может включать одно или более из схемы управления и источников 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 свойствами и электрическим сопротивлением.

В некоторых конкретных вариантах осуществления изоляционное покрытие 305 образует пограничную область, отделяющую проводящее покрытие 303 от физиологического раствора 306, который находится 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 физиологического раствора 306 в ситуациях, когда контакт проводника 303 и физиологического раствора 306 может привести к короткому замыканию. Некоторые варианты осуществления могут включать 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 схемы, связанной с эксплуатацией линзы 300. Например, короткое замыкание может прерывать связь источника питания и линзы, приводя к возврату физиологического раствора 306 и масла 307 в положение по умолчанию.

Некоторые предпочтительные варианты осуществления включают 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 проводящим материалом 313, например водостойким проводящим эпоксидным наполнителем. Проводящий материал 313 может образовывать электрический вывод, расположенный за пределами полости, или может быть подключен к нему. Электрический заряд может быть подан на вывод 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 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 электрические поля физиологического раствора 306 и проводящего покрытия 303 будут находиться дальше друг от друга и, следовательно, будет сложнее обеспечить перемещение сферической границы мениска 308. 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 физиологический раствор 306 с плотностью, по существу совпадающей с плотностью масла 307, которое также содержится в линзе 300. Например, физиологический раствор 306 может предпочтительно иметь плотность в пределах 10% от плотности масла 307, более предпочтительно - в пределах 5%, наиболее предпочтительно - в пределах приблизительно 1%. 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 одной или обеих из дугообразных передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302 является поддержание относительно согласованной плотности масла 307 и физиологического 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 физиологического раствора 306 уменьшается в сравнении с традиционной цилиндрической конструкцией линзы. Таким образом, возрастает значимость поддержания устойчивого положения масла в линзе 300 для предотвращения движения масла и возможного разрыва мениска между маслом 306 и физиологическим раствором 307.

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 более 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 проводящим покрытиям или проводящим материалам 408 и отведении заряда от них.

В некоторых предпочтительных вариантах осуществления проводящее 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 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 полости и в контакте с физиологическим раствором 406.

На фиг. 5 представлен вид в частичном 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.

По существу жидкостная менисковая линза может рассматриваться как конденсатор с одним или более из: проводящих покрытий, изоляционных покрытий, траекторий и материалов, присутствующих на или проходящих через переднюю изогнутую линзу 501 и заднюю изогнутую линзу 502. В соответствии с принципами настоящего изобретения форма границы жидкостного мениска 505 и, следовательно, краевой 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 физиологическому 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 электропитания или состоянию покоя.

Применение электрического тока второй величины, который иногда называют первым состоянием с электропитанием, может коррелировать с перемещением границы жидкостного мениска 505 вдоль стенки мениска 506 по существу в направлении второй складки 506-2, в результате чего форма границы жидкостного мениска изменяется. Как обсуждается ниже, в соответствии с настоящим изобретением каждая из множества складок вдоль стенки мениска может быть связана с соответствующими состояниями электропитания.

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 энергии, 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 быть наклонена относительно 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, угол стенки мениска 506 должен по существу находиться в диапазоне от приблизительно 30° до 50°, учитывая текущий краевой угол между границей жидкостного мениска 505 и покрытой изоляционным материалом стенкой мениска 506, чтобы дугообразная жидкостная менисковая линза могла функционировать. 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, по существу 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 контактирует с задней изогнутой линзой 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, созданного в дугообразной жидкостной менисковой линзе 500.

Первая величина электрической энергии может быть применена к линзе, например, во время ее нахождения в состоянии без электропитания. Во время применения первой величины электрической энергии достигается баланс энергии на поверхности раздела фаз между маслом 504 и физиологическим раствором 503. Такое состояние может быть передано в настоящем документе как граница жидкостного мениска 505. Масло 504 и стенка мениска 506, а также физиологический раствор 503 и стенка мениска 506 образуют равновесный краевой 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 краевого угла между границей жидкостного мениска 505 и стенкой мениска 506.

Краевой 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 перемещении границы жидкостного мениска 505, описываемом уравнением Юнга, но также из-за того, что краевой угол вместе с другими особенностями дугообразной жидкостной менисковой линзы 500 используется для ограничения перемещения мениска.

Неровности, такие как складки 506-1 и 506-2, на обоих концах стенки мениска 506 служат границами перемещения жидкостного мениска 505, поскольку для того чтобы граница жидкостного мениска 505 переместилась за пределы одной из складок, потребуется достаточно существенное изменение напряжения и соответствующее изменение краевого угла жидкостного мениска. В качестве неограниченного примера, в некоторых вариантах осуществления краевой угол между границей жидкостного мениска 505 и стенкой мениска 506 находится в диапазоне от 15 до 40°, а краевой 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°.

Напряжение, приложенное к линзе, может приводить к перемещению границы жидкостного мениска 505 вдоль стенки мениска 506 в сторону второй складки 506-2. Естественный краевой 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 радиуса, которая может быть создана с меньшей вероятностью дефекта. 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 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 более 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 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 особенность, позволяющую ограничивать перемещение масла при приложении напряжения к дугообразной жидкостной менисковой линзе 500. Вторая складка 506-2 может также включать в некоторых вариантах осуществления острие с по существу заостренным концом или может иметь заданный радиус от 5 до 25 микрон (наиболее предпочтительно 10 микрон) в других вариантах осуществления. 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, проходящая 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, по существу более эффективно ограничивает перемещение мениска, поскольку потребуется более сильное изменение краевого угла границы жидкостного мениска 505 для смещения со стенки мениска 506 на ступеньку 507. Радиус перехода от ступеньки 507 к началу оптической области 508 составляет 25 микрон. Увеличение радиуса приведет к неоправданному увеличению занимаемого места в конструкции линзы. Возможно использование меньшего радиуса. 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 в некоторых вариантах осуществления изображена многовогнутая стенка мениска 601, которая может быть включена в жидкостную менисковую линзу. Многовогнутая стенка мениска 601 включает множество сегментов, которые являются вогнутыми по отношению к оптической оси, проходящей сквозь жидкостную менисковую линзу. Множество сегментов, которые являются вогнутыми по отношению к оптической оси, могут перемежаться или не перемежаться с сегментами стенки мениска, которая включает другие формы по отношению к оптической оси, такие как, например, линейная, вогнутая или ступенчатая форма. Другие функции и формы сегментов также могут перемежаться.

В некоторых вариантах осуществления многовогнутая стенка мениска может быть расположена под углом приблизительно 45° (сорок пять градусов) к оптической оси в дугообразной жидкостной менисковой линзе, содержащей масло 602 и физиологический раствор 603. В некоторых вариантах осуществления граница жидкостного мениска 604A контактирует с многовогнутой стенкой мениска 601 в точке 605A в первом состоянии потенциала, приложенного к многовогнутой стенке 601, таком как, например, состояние без электропитания. По существу, в некоторых примерах осуществления первое состояние с электропитанием включает границу жидкостного мениска ближе к концу многовогнутой стенки мениска 601, наиболее близкой к первой складке 607.

На фиг. 6B показано размещение границы жидкостного мениска 604B во втором состоянии с электропитанием, таком как состояние с электропитанием, при котором электрический ток приложен к стенке мениска 601. По отношению к первому состоянию, включая состояние без электропитания, граница жидкостного мениска 604B переместилась по существу в сторону передней изогнутой линзы 606 вдоль многовогнутой стенки мениска 601. Состояние с электропитанием может также включать границу жидкостного мениска 604B по существу ближе к неоднородности 609 между вогнутыми сегментами в многовогнутой стенке мениска 601.

На фиг. 7A представлен вид в перспективе компонента многовогнутой стенки мениска 701 дугообразной жидкостной менисковой линзы отдельно от других частей дугообразной жидкостной менисковой линзы. В проиллюстрированных вариантах осуществления многовогнутая стенка мениска 701 включает четыре вогнутых сегмента стенки мениска, с 701-1 по 701-4. Вогнутые сегменты стенки являются по существу вогнутыми по отношению к оптической оси 703, проходящей через линзу. Другие варианты осуществления могут включать большее или меньшее количество вогнутых сегментов стенки мениска с 701-1 по 701-4. Количество сегментов стенки может основываться, например, на физическом размере жидкостной менисковой линзы, количество установленных позиций мениска линзы может устанавливаться или предполагаться.

Многовогнутая стенка мениска 701 имеет постоянную длину между первой складкой 702-1 и второй складкой 702-2 по всей линзе. На фиг. 7B представлен вид в перспективе одного сегмента вогнутой стенки мениска 701-1, форма которого содержит сегмент тора.

На фиг. 6C, который объединяет фиг. 6A и 6B, показано размещение границы жидкостного мениска как в состоянии без электропитания 604A, так и в состоянии с электропитанием 604B. В соответствии с настоящим изобретением жидкостная менисковая линза с многовогнутой стенкой мениска 601, расположенной под указанным углом относительно оптической оси, как показано на фиг. 6C, обеспечивает более стабильное и воспроизводимое управление перемещением жидкостного мениска при приложении электрического тока к части стенки мениска по сравнению с жидкостной менисковой линзой с линейной стенкой мениска, расположенной под аналогичным углом относительно оптической оси линзы. Примеры линзы с линейной стенкой мениска описаны в заявке на патент США № 61359548, поданной 29 июня 2010 г., под названием «ЛИНЗА СО СТЕНКОЙ МЕНИСКА В ФОРМЕ УСЕЧЕННОГО КОНУСА», содержание которой включено в настоящий документ путем ссылки.

В некоторых предпочтительных вариантах осуществления к стенке жидкостного мениска прикладывают напряжение, и соответствующая граница жидкостного мениска перемещается вдоль многовогнутой стенки мениска 601 к передней изогнутой линзе 606. Неоднородности 609 между сегментами вогнутой стенки мениска являются целесообразными для замедления и остановки перемещения жидкостного мениска в назначенных зонах для достижения определенных изменений аддидации. Когда граница жидкостного мениска перемещается вдоль каждого вогнутого сегмента, движение может быть замедлено или более легко остановлено у каждой неоднородности 609 в связи с изменениями краевого угла границы жидкостного мениска на каждой стороне неоднородности 609. В соответствии с настоящим изобретением, если перемещение границы жидкостного мениска 604 остановилось у неоднородности 609, граница жидкостного мениска 604 немного перемещается до остановки у боковой стороны первой складки 608 неоднородности 609 в связи с каналовым эффектом неоднородностей 609 на границе жидкостного мениска 604.

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 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 или задней изогнутой линзы в указанной полости и граничащую с мениском. Стенка мениска содержит общую форму из множества сегментов тора, вогнутую от оптической оси. Технический результат - повышение стабильности и воспроизводимости управления перемещением жидкостного мениска при приложении электрического тока к части стенки мениска. 26 з.п. ф-лы, 11 ил.

Формула