Линза со стенкой мениска в форме усеченного конуса - RU2572653C2

Чертежи

Показать все 9 чертежа(ей)

Описание

РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

Настоящая заявка испрашивает приоритет по заявке на патент США, серийный № 13/149105, поданной 31 мая 2011 года, и предварительной заявке на патент США, серийный № 61/359548, поданной 29 июня 2010 года.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение, по существу, относится к жидкостной менисковой линзе, а более конкретно, включает в себя дугообразную жидкостную менисковую линзу со стенкой мениска в форме усеченного конуса.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Жидкостные менисковые линзы известны в разных отраслях промышленности. Как описывается ниже более подробно со ссылкой на фиг.1A и 1B, известные жидкостные менисковые линзы изготавливали цилиндрической формы, и поверхность их периметра была сформирована точками на фиксированном расстоянии от оси, представляющей собой прямую линию. Конструкция известных жидкостных менисковых линз ограничена тем, что их 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 офтальмологическое устройство, такое как контактная линза и интраокулярная линза, включает в себя биосовместимое устройство с корректирующими, косметическими или терапевтическими свойствами. Например, использование контактной линзы может преследовать одну или более из следующих целей: коррекция характеристик зрения; косметическое улучшение; и терапевтический эффект. Каждая из перечисленных функций реализуется с использованием определенной физической характеристики применяемой линзы. Конструкция линзы с использованием светопреломляющего свойства позволяет корректировать характеристики зрения. Введение в материал линзы пигментов позволяет получить желаемый косметический эффект. Введение в материал линзы активного вещества позволяет использовать линзу в терапевтических целях.

Недавно в контактную линзу были включены электронные компоненты. Такие компоненты могут включать, например, полупроводниковые устройства. Однако физические ограничения жидкостной менисковой линзы, включая ее размер, форму и аспекты управления, не позволяют использовать ее в качестве офтальмологической линзы. По существу, цилиндрическая форма жидкостных менисковых линз, иногда называемая формой «хоккейной шайбы», не способствует созданию изделия, способного функционировать в человеческом глазу.

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

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 формирующей 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 сформирована полость. Внутри полости содержатся солевой раствор и масло. Приложение электрического заряда к стенке мениска, по существу расположенной в области периметра первой дугообразной оптической части и/или второй дугообразной оптической части, изменяет физическую форму мениска, сформированного между солевым раствором и маслом, содержащимися внутри полости.

Настоящее изобретение включает стенку мениска, выполненную в форме, по существу включающей усеченный конус. Следовательно, поперечное сечение усеченного конуса включает в себя стенку линейной формы.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг.1A представлен соответствующий предшествующему уровню техники пример цилиндрической жидкостной менисковой линзы в первом состоянии.

На фиг.1B представлен соответствующий предшествующему уровню техники пример цилиндрической жидкостной менисковой линзы 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 стенка мениска внутри жидкостной менисковой линзы, где видна граница жидкостного мениска в состоянии без подключения напряжения.

На фиг.6B представлена стенка мениска внутри жидкостной менисковой линзы, где видна граница жидкостного мениска в состоянии с подключенным напряжением.

На фиг.6C представлена стенка мениска внутри жидкостной менисковой линзы, где для сравнения на одном рисунке показана граница жидкостного мениска в состоянии с подключенным и с неподключенным напряжением.

На фиг.7 показан усеченный конус, форму которого имеет линейная стенка мениска, если рассматривать ее отдельно от остальной части дугообразной жидкостной менисковой линзы.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящем изобретении предлагается жидкостная менисковая линза с по меньшей мере одной из передней изогнутой линзы и задней изогнутой линзы, которые образуют полость мениска жидкостной менисковой линзы.

ОПРЕДЕЛЕНИЯ

В приведенном ниже описании и пунктах формулы настоящего изобретения используется ряд терминов, для которых будут приняты следующие определения.

Краевой угол: угол, под которым граница раздела масло/солевой раствор, также называемая границей жидкостного мениска, соприкасается со стенкой мениска. В случае линейной стенки мениска краевой угол определяется как угол между стенкой мениска и касательной к границе жидкостного мениска в точке контакта границы жидкостного мениска со стенкой мениска. В случае изогнутой стенки мениска краевой угол определяется как угол между касательной к стенке мениска и касательной к границе жидкостного мениска в точке их контакта.

Граница жидкостного мениска: дугообразная поверхность границы раздела солевого раствора и масла. Как правило, эта поверхность формирует линзу, вогнутую с одной стороны и выпуклую 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 на внутренней части передней изогнутой линзы, находящаяся внутри полости мениска, вдоль которой проходит граница жидкостного мениска.

Оптическая зона: при использовании в настоящем документе термин относится к области офтальмологической линзы, через которую смотрит пользователь офтальмологической линзы.

Складка: геометрическая особенность на внутренней поверхности части передней изогнутой линзы или задней изогнутой линзы, достаточная, чтобы в ней находилась линия контакта двух предварительно заданных жидкостей на оптической части. Складка обычно представляет собой выступающий угол, а не внутренний угол. Со стороны жидкости это угол, превышающий 180 градусов.

На фиг.1A показан вид в разрезе линзы 100 в соответствии с предшествующим уровнем техники, где внутри цилиндра 110 содержатся масло 101 и солевой раствор 102. Цилиндр 110 включает в себя две пластины 106 из оптического материала. Каждая пластина 106 имеет плоскую внутреннюю поверхность 113-114. Цилиндр 110 имеет внутреннюю поверхность, которая, по существу, является осесимметричной. В некоторых вариантах осуществления в соответствии с предшествующим уровнем 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 использован 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 отличительными характеристиками преломления солевого раствора 102A и масла 101, обеспечивает вхождение 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 показан 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 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 расположены в непосредственной близости друг от друга и формируют между собой полость 210. Передняя изогнутая линза имеет вогнутую дугообразную внутреннюю поверхность 203 и выпуклую дугообразную внешнюю поверхность 204. На вогнутую дугообразную поверхность 203 линзы может быть нанесено одно или более покрытий (не показанных на фиг.2). Покрытия могут включать в себя, например, один или более из электропроводных материалов или электроизоляционных материалов, гидрофобных материалов или гидрофильных материалов. Вогнутая дугообразная поверхность 203 линзы и/или покрытия находятся в жидкостном и оптическом контакте с маслом 208, содержащимся в полости 210.

Задняя изогнутая линза 202 имеет выпуклую дугообразную внутреннюю поверхность 205 линзы и вогнутую дугообразную внешнюю поверхность 206 линзы. На выпуклую дугообразную поверхность 205 линзы может быть нанесено одно или более покрытий (не показанных на фиг.2). Покрытия могут включать в себя, например, один или более из электропроводных материалов или электроизоляционных материалов, гидрофобных материалов или гидрофильных материалов. По меньшей мере одно из выпуклой дугообразной поверхности 205 линзы и покрытий находится в жидкостном и оптическом контакте с солевым раствором 207, содержащимся в полости 210. Солевой раствор 207 включает одну или более солей или других компонентов, являющихся электропроводными и поэтому способными притягиваться или отталкиваться под действием электрического заряда.

В соответствии с настоящим изобретением электропроводное покрытие 209 располагается вдоль по меньшей мере части периферической зоны передней изогнутой линзы 201 и/или задней изогнутой линзы 202. Электропроводное покрытие 209 может включать в себя золото или серебро и предпочтительно является биосовместимым. Приложение электрического заряда к электропроводному покрытию 209 приводит либо к притягиванию, либо к отталкиванию электропроводных солей или других компонентов солевого раствора.

Передняя изогнутая линза 201 обладает оптической силой в отношении света, проходящего через вогнутую дугообразную внутреннюю поверхность 203 линзы и выпуклую дугообразную внешнюю поверхность 204 линзы. Оптическая сила может быть равной 0 или быть положительной или отрицательной. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления оптическая сила представляет собой силу, типичную для корректирующих контактных линз, 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 205 линзы и вогнутую дугообразную внешнюю поверхность 206 линзы. Оптическая сила может быть равной 0 или быть положительной или отрицательной. В некоторых вариантах осуществления оптическая сила представляет собой силу, типичную для корректирующих контактных линз, 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 приблизительно 30 или более диоптрий. По существу, большее изменение оптической силы, связанное с изменением формы жидкостного мениска 211, предполагает относительно большую толщину 210 линзы.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, например, с вариантами осуществления, которые могут быть включены в офтальмологическую линзу, например контактную линзу, толщина 210 поперечного сечения дугообразной жидкостной менисковой линзы 200 будет составлять до приблизительно 1000 микрон. Примерная толщина 210 относительно более тонкой линзы 200 может составлять до приблизительно 200 микрон. Предпочтительные варианты осуществления могут включать в себя жидкостную менисковую линзу 200 с толщиной 210 линзы 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 приблизительно от 35 микрон до 200 микрон.

В соответствии с настоящим изобретением общая оптическая сила изделия определяется совокупностью оптических сил передней изогнутой линзы 201, задней изогнутой линзы 202 и жидкого 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 внутри изогнутой жидкостной менисковой линзы 200 при движении пользователя контактной линзы. По существу, предпочтительно не допускать плавания и смещения масла 208 относительно солевого раствора 207 при движениях пользователя, и, соответственно, комбинация масла 208 и солевого раствора 207 предпочтительно подбирается так, чтобы эти жидкости имели одинаковую или близкую плотность. Кроме того, масло 208 и солевой раствор 207 должны иметь предпочтительно низкую способность к смешиванию, чтобы солевой раствор 207 и масло 208 не перемешивались.

В некоторых предпочтительных вариантах осуществления объем содержащегося в полости солевого раствора превышает объем содержащегося в полости масла. Кроме того, в некоторых предпочтительных вариантах осуществления солевой раствор 207 контактирует со, по существу, всей внутренней поверхностью 205 задней изогнутой линзы 200. В некоторых вариантах осуществления объем масла 208 может составлять приблизительно 66% или более по объему по сравнению с количеством солевого раствора 207. Некоторые дополнительные варианты осуществления могут включать в себя дугообразную жидкостную менисковую линзу, в которой объем масла 208 составляет приблизительно 90% или менее по объему по сравнению с количеством солевого раствора 207.

На фиг.3 представлен вид в разрезе краевой части дугообразной жидкостной менисковой линзы 300. Как отмечалось выше, дугообразная жидкостная менисковая линза 300 включает в себя комбинацию компонентов передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302. Передняя изогнутая линза 301 и задняя изогнутая линза 302 могут быть сформированы из одного или более материалов, являющихся по меньшей мере частично прозрачными. В некоторых вариантах осуществления передняя изогнутая линза 301 и/или задняя изогнутая линза 302 включают в себя, по существу, оптически прозрачный пластик, например один или более из PMMA, Zeonor и TPX.

Передняя изогнутая линза 301 и/или задняя изогнутая линза 302 могут быть получены, например, в ходе одного или более из следующих процессов: обточка на алмазно-токарном станке; литье под давлением; свободное формование с использованием цифровых зеркальных устройств.

Передняя изогнутая линза 301 и/или задняя изогнутая линза 302 могут включать в себя электропроводное покрытие 303, которое, как показано на фигуре, проходит вдоль части периметра от положения 309 до положения 310. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления электропроводное покрытие 303 включает себя золото. Золото может быть нанесено путем напыления, вакуумного осаждения или другим известным способом. Альтернативное электропроводное покрытие 303 может включать в себя, в качестве неограничивающего примера, алюминий, никель и оксид индия и олова. Как правило, электропроводное покрытие 303 наносят на области периметра передней изогнутой линзы 301 и/или задней изогнутой линзы 302.

В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения электропроводное покрытие 304 нанесено на отдельные области задней изогнутой линзы 302. Например, части по периметру задней изогнутой линзы 302 могут иметь покрытие, нанесенное от первой границы 304-1 до второй границы 304-2. Покрытия из золота можно наносить, например, путем напыления или вакуумного осаждения. В некоторых вариантах осуществления для нанесения золота или другого электропроводного материала на одну или более частей периметра передней изогнутой линзы 301 или задней изогнутой линзы 302 в виде заранее заданного рисунка можно применять трафарет. Альтернативные электропроводные материалы можно наносить различными способами и с покрытием различных участков задней изогнутой линзы 302.

В некоторых вариантах осуществления сквозные каналы например, одно или более отверстий или вырезов в задней изогнутой линзе 302, могут быть заполнены электропроводным наполнителем, например электропроводной эпоксидной смолой. Электропроводный наполнитель может обеспечивать электрическое соединение с электропроводным покрытием на внутренней поверхности передней изогнутой линзы 301 и/или задней изогнутой линзы 302.

В еще одном аспекте настоящего изобретения передняя изогнутая линза 301 и/или задняя изогнутая линза 302 могут быть изготовлены из множества разных материалов, причем оптическая зона, как правило, находящаяся в центральной области передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302 (не показана), может включать в себя оптически прозрачный материал, а периферическая зона может включать в себя оптически непрозрачную область, содержащую электропроводный материал. Оптически непрозрачная область также может включать в себя схему управления и/или источники энергии.

В еще одном аспекте в некоторых вариантах осуществления на переднюю изогнутую линзу 301 нанесено изоляционное покрытие 305. В не ограничивающем изобретение примере изоляционное покрытие 305 может быть нанесено на участок от первой области 305-1 до второй области 305-2. Изоляционные материалы могут включать в себя, например, Parylene 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 для обеспечения разделения электропроводного покрытия 303 от солевого раствора 306, содержащегося в полости между передней изогнутой линзой 301 и задней изогнутой линзой 302. Соответственно, в некоторых вариантах осуществления изоляционное покрытие 305 нанесено рисунком и располагается в одной или более областях передней изогнутой линзы 301 и/или задней изогнутой линзы 302 с целью предотвращения контакта положительно заряженного проводника 303 и отрицательно заряженного солевого раствора 306 в ситуациях, когда контакт проводника 303 и солевого раствора 306 приведет 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 схемы, связанной с управлением линзой 300. Например, короткое замыкание может прерывать связь источника питания и линзы, приводя к возврату солевого раствора 306 и масла 307 в исходное положение.

Некоторые предпочтительные варианты осуществления включают в себя проводник 303, который проходит от области 309 на внутренней поверхности полости 311 до области 310 снаружи полости 311. В других вариантах осуществления может быть предусмотрен канал 312, проходящий сквозь переднюю изогнутую линзу или заднюю изогнутую линзу, который может быть заполнен электропроводным материалом 313, например водостойкой электропроводной эпоксидной смолой. Этот электропроводный материал 313 может формировать электрический контакт снаружи полости или может быть соединен с ним. Электрический заряд можно прилагать к контакту и передавать к покрытию по электропроводному материалу 313 в канале 312.

Толщина изоляционного покрытия 305 может быть разной и являться эксплуатационным параметром линзы. В соответствии с настоящим изобретением заряженные компоненты, включая солевой раствор 306 и проводник 303, по существу располагаются на разных сторонах изоляционного покрытия 305. Настоящим изобретением предусматривается косвенная связь между толщиной изоляционного покрытия 305 и электрическим полем между солевым раствором 306 и проводником 303, причем, чем дальше друг от друга находятся солевой раствор 306 и проводник 303, тем слабее будет электрическое поле.

По существу, в настоящем изобретении предусматривается, 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 для перемещения сферической границы жидкостного мениска 308. При увеличении расстояния между солевым раствором 306 и проводником 303 электрические поля солевого раствора 306 и электропроводного покрытия 303 будут располагаться дальше друг от друга, и, следовательно, будет труднее 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. Как правило, 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, также содержащегося в линзе 300. Например, солевой раствор 306 может предпочтительно иметь плотность, отличающуюся от плотности масла 307 не более чем на 10%, более предпочтительно, отличающуюся от плотности масла не более чем на 5%, и наиболее предпочтительно, не более чем приблизительно на 1%. В некоторых вариантах осуществления концентрацию солей или других компонентов в солевом растворе 306 можно изменять с целью корректировки плотности солевого раствора 306.

В соответствии с настоящим изобретением дугообразная жидкостная менисковая линза 300 будет иметь более стабильные оптические характеристики при ограничении движения масла 307 относительно передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302. Одним способом стабилизации смещений масла 307 относительно дугообразной передней изогнутой линзы 301 и/или задней изогнутой линзы 302 является относительное согласование плотностей 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 по сравнению с традиционной цилиндрической конструкцией линзы. Соответственно, возрастает важность поддержания устойчивого положения масла внутри 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 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 солевой раствор 306, можно применять клей 308. Клей 308 выполняет функцию герметика, 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 405 мениска, образованная первым угловым изломом дугообразной стенки, проходящей между зонами 402 и 403. Граница жидкостного мениска 401 будет перемещаться вверх и вниз по стенке 405 мениска при приложении электрического заряда к одному или более электропроводным покрытиям или материалам 408 и отведении от них.

В некоторых предпочтительных вариантах осуществления электропроводное покрытие 403 будет проходить от зоны внутри полости 409, содержащей солевой раствор 406 и масло 407, до области снаружи полости 409, содержащей солевой раствор 406 и масло 407. В таких вариантах осуществления электропроводное покрытие 403 может служить проводником электрического заряда, приложенного к электропроводному покрытию 403 в точке снаружи полости 409, к области электропроводного покрытия внутри 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.

По существу, жидкостную менисковую линзу можно рассматривать как конденсатор, в котором на поверхности или внутри передней изогнутой линзы 501 и/или задней изогнутой линзы 502 имеется один или несколько следующих элементов: проводящие покрытия, изоляционные покрытия, дорожки и материалы. В соответствии с настоящим изобретением 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 передней изогнутой линзы 501 и/или задней изогнутой линзы 502.

В соответствии с настоящим изобретением заряд электрического тока, приложенный к солевому раствору через проводящие покрытия или материалы, изменяет положение границы жидкостного мениска 505 вдоль стенки 506 мениска. Движение происходит между первой складкой 506-1 и второй складкой 506-2.

В предпочтительных вариантах осуществления граница жидкостного мениска 505 будет находиться 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, иногда называемое состоянием с напряжением, может соответствовать движению границы жидкостного мениска 505 по стенке 506 мениска, по существу в направлении второй складки 506-2, в результате чего форма границы жидкостного мениска будет изменяться.

В некоторых вариантах осуществления стенка 506 мениска будет представлять собой гладкую поверхность по отношению к толщине изоляционного покрытия. Гладкая поверхность стенки 506 мениска может уменьшать 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 506 мениска является предпочтительной. По существу, гладкость может быть определена относительно размера молекулы солевого раствора 503.

В другом аспекте, в некоторых вариантах осуществления желательно, чтобы стенка 506 мениска 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 506 мениска может располагаться под углом к оптической оси линзы. Угол может варьировать от 0°, т.е. параллельно оптической оси, до 90° или приблизительно 90°, т.е. перпендикулярно оптической оси. Как показано на фигуре, в некоторых предпочтительных вариантах осуществления, чтобы дугообразная жидкостная менисковая линза могла функционировать, угол стенки 506 мениска должен, по существу, находиться в диапазоне от приблизительно 30° до 50°, учитывая текущий краевой угол между границей жидкостного мениска 505 и покрытой изолирующим материалом стенкой 506 мениска. При использовании иных материалов или при иных оптических свойствах, например для телескопического зрения, угол стенки 506 мениска может быть ближе к 0° или к 90°.

В соответствии с настоящим изобретением угол 506 стенки мениска может быть выполнен с возможностью согласования с амплитудой движения по стенке 506 мениска при приложении конкретного электрического напряжения и тока. В некоторых вариантах осуществления при увеличении угла стенки 506 мениска способность линзы менять свою оптическую силу в пределах, заданных параметрами размера линзы и напряжения, как правило, уменьшается. Кроме этого, если стенка 506 мениска расположена под углом, равным или приблизительно равным 0°, к оптической оси, 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 параметров эффективности линзы.

В некоторых предпочтительных вариантах осуществления длина стенки 506 мениска составляет приблизительно 0,265 мм. Однако угол стенки 506 мениска в сочетании с размером всей линзы в различных конструкциях естественным образом будет влиять на длину стенки 506 мениска.

По существу, можно считать, что дугообразная жидкостная менисковая линза 500 окажется неудачной, если масло 504 будет касаться задней изогнутой линзы 502. Таким образом, в предпочтительных вариантах осуществления стенка 506 мениска выполняется таким образом, чтобы между первой складкой 506-1, в ближайшей ее точке, и задней изогнутой линзой 502 оставался минимальный просвет 50 микрон. В других вариантах осуществления минимальный просвет может быть менее 50 микрон, однако риск получения неудачной линзы при уменьшении просвета возрастает. В некоторых других вариантах осуществления просвет может быть увеличен для уменьшения риска получения неудачной 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 по стенке 506 мениска, может быть экстраполировано с помощью уравнения Юнга. Хотя уравнение Юнга описывает баланс сил, связанных с каплей жидкости на сухой поверхности, и подразумевает идеально ровную поверхность, фундаментальные свойства можно применить к среде со смачиванием линзы с помощью электрического потенциала, созданной внутри дугообразной жидкостной менисковой линзы 500.

При приложении к линзе электрического заряда первой амплитуды, например, когда линза находится в состоянии без подключенного напряжения, будет формироваться баланс поверхностных энергий на границе между маслом 504 и солевым раствором 503, называемой в данном документе границей жидкостного мениска 505, между маслом 504 и стенкой 506 мениска, а также между солевым раствором 503 и стенкой 506 мениска, в результате чего будет формироваться равновесный краевой угол между границей жидкостного мениска 505 и стенкой 506 мениска. При изменении амплитуды напряжения, приложенного к дугообразной жидкостной менисковой линзе 500, баланс поверхностных энергий изменяется, что приводит к соответствующему изменению краевого угла между границей жидкостного мениска 505 и стенкой 506 мениска.

Краевой угол между границей жидкостного мениска 505 и покрытой изоляционным материалом стенкой 506 мениска является важным элементом конструкции и 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 краевой угол вместе с другими особенностями дугообразной жидкостной менисковой линзы 500 используется для ограничения движений мениска.

Неровности, такие как складки 506-1, 506-2, на обоих концах стенки 506 мениска служат ограничителями движений жидкостного мениска 505, поскольку для того, чтобы граница жидкостного мениска 505 миновала одну из складок, потребуется достаточно существенное изменение напряжения и соответствующее изменение краевого угла жидкостного мениска. В качестве примера, не ограничивающего настоящее изобретение, в некоторых вариантах осуществления краевой угол между границей жидкостного мениска 505 и стенкой 506 мениска 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 по стенке 506 мениска в сторону второй складки 506-2, и естественный краевой угол между границей жидкостного мениска 505 и покрытой изоляционным материалом стенкой 506 мениска приведет к тому, что граница жидкостного мениска 505 остановится у второй складки 506-2, если только не будет приложено существенно более высокое напряжение.

С одного конца стенки 506 мениска первая складка 506-1 по существу образует один ограничитель, за который граница жидкостного мениска 505 обычно переходить не будет. 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 или иные возможные и желательные покрытия не могут быть должным образом и равномерно 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 выполняется 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 располагаться под углом больше 90° для увеличения прочности складки, но такая конструкция занимает в линзе больше места.

В различных вариантах осуществления заданный радиус складки 506-1, 506-2 может находиться в диапазоне от 5 микрон до 25 микрон. Можно использовать и больший заданный радиус для увеличения надежности нанесения покрытий, но за счет использования большего пространства в жестких пределах допусков конструкции линзы. В этом случае, как и во многих других сферах проектирования линз, существует компромисс между простотой конструкции, оптимизацией функций линзы и уменьшением размера. Функциональную, надежную дугообразную жидкостную менисковую линзу 500 можно получать при широком диапазоне переменных параметров.

Вторая складка 506-2 имеет особенности, выполненные с возможностью ограничения перемещения масла при приложении напряжения к дугообразной жидкостной менисковой линзе 500. Вторая складка 506-2 может также включать, в некоторых вариантах осуществления, заостренный край, или, в других вариантах осуществления, вторая складка 506-2 может иметь заданный радиус от 5 микрон до 25 микрон, наиболее предпочтительно 10 микрон. Радиус 10 микрон благоприятен для формирования складки, и его можно создать с помощью токарного станка с алмазным карандашом или методом литья под давлением.

Вертикальная или почти вертикальная ступенька 507, доходящая до начала оптической зоны 508 передней изогнутой линзы 501, может находиться на стороне второй складки 506-2, противоположной стенке 506 мениска. В некоторых вариантах осуществления высота ступеньки 507 составляет 120 микрон, хотя может находиться в диапазоне от 50 до 200 микрон.

В некоторых вариантах осуществления ступенька 507 может располагаться под углом приблизительно 5° от оптической оси. В других вариантах осуществления угол ступеньки 507 может составлять всего 1° или 2°, или же может составлять более 5°. Ступенька 507, расположенная под меньшим углом от оптической оси, как правило, является более эффективным ограничителем движений мениска, поскольку потребуется более сильное изменение краевого угла границы жидкостного мениска 505, чтобы мениск сошел со стенки 506 мениска и поднялся на ступеньку 507. Переход от ступеньки 507 к началу оптической области 508 представляет собой радиус 25 микрон. Увеличение радиуса необязательно приведет к затратам места в конструкции линзы. Возможно использование меньшего радиуса, и 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 методом литья под давлением. Кривизна между ступенькой 507 и началом оптической области 508 улучшит растекание пластика в ходе процесса литья под давлением, и в результате получится линза с оптимальными характеристиками прочности и стойкости к нагрузкам.

На фиг.6A-6C показано несколько моделированных примеров. Модель предполагает использование передней изогнутой линзы 8,45 мм и задней изогнутой линзы 8,05 мм. В других вариантах осуществления кривизна линзы может меняться, и это не будет влиять на общие выводы относительно функции дугообразной жидкостной менисковой линзы.

На фиг.6A в качестве одного из многих возможных вариантов осуществления показана линейная стенка 601 мениска. На части поперечного сечения дугообразной жидкостной менисковой линзы показана геометрическая форма стенки 601 мениска, являющаяся по существу линейной. Линейная стенка 601 мениска, являющаяся компонентом дугообразной жидкостной менисковой линзы, если рассматривать ее отдельно от остальной дугообразной жидкостной менисковой линзы, представляет собой усеченный конус, представленный в перспективном изображении на фиг.7. Как видно на фиг.7, в некоторых вариантах осуществления поперечное сечение усеченного конуса стенки 701 мениска имеет по существу линейную форму и одинаковое расстояние между первой складкой 702-1 и второй складкой 702-2 по всей окружности линзы.

В примерном варианте осуществления линейной стенки 601 мениска, показанном на фиг.6A, стенка 601 мениска располагается приблизительно под углом 45° к оптической оси дугообразной жидкостной менисковой линзы, содержащей 3,96 мкл масла 602. Оставшуюся часть полости мениска заполняет солевой раствор 603. В состоянии без подключения напряжения краевой угол между границей жидкостного мениска 604A и стенкой 601 мениска составляет приблизительно 20° (606A).

На фиг.6B показан результат после приложения напряжения, которое заставляет границу жидкостного мениска 604B двигаться вдоль стенки 601 мениска и, следовательно, изменять краевой угол между границей жидкостного мениска 604B и стенкой 601 мениска до приблизительно 30° (606B). Оба состояния, с неподключенным и подключенным напряжением, вместе показаны на фиг.6C, на которой видно, что граница жидкостного мениска перемещается из положения 605A в 605B приблизительно на 0,202 мм вдоль стенки 601 мениска, по существу в направлении передней изогнутой линзы 607. В данном конкретном примере изменение мениска приводит к увеличению оптической силы на 6,34 диоптрия, и оптическая сила меняется от -3,885 до +2,455.

Так как изобретение описано со ссылкой на определенные варианты осуществления, специалистам в данной области будет ясно, что существует возможность различных изменений и эквивалентных замен на его элементы, 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 будет 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 прилагаемых пунктов формулы изобретения.

Реферат

Оптическая линза содержит переднюю изогнутую линзу, содержащую внешнюю и внутреннюю поверхности дугообразной формы, заднюю изогнутую линзу, содержащую внутреннюю и внешнюю поверхности дугообразной формы. Задняя и передняя изогнутые линзы расположена так, что между ними формируется полость, в которой содержится объем солевого раствора и масла, образующих мениск между ними. Стенка мениска сформирована в передней и/или задней линзе, имеет, по существу, форму усеченного конуса и ограничивает мениск. Линза содержит канал, проходящий сквозь переднюю изогнутую линзу и/или заднюю изогнутую линзу, и электропроводный материал, заполняющий канал. Технический результат - создание жидкостной менисковой линзы, способной функционировать в человеческом глазу. 28 з.п. ф-лы, 10 ил.

Формула