专利名称：具有多凸面弯月壁的透镜的制作方法
技术领域：
本发明整体涉及液体弯月形透镜，更具体地讲，其包括具有弯月壁的弓形液体弯月形透镜，所述弯月壁包括多个凸形区段。
背景技术：
液体弯月形透镜已为各行业中所熟知。如下文结合图1A和图1B更详细地讨论的，已知液体弯月形透镜被设计成圆柱形状，其具有周边表面，所述周边表面由与为直线的轴线相距固定距离的点形成。已知液体弯月形透镜的设计被限制为具有大致平行于第二内表面的第一内表面并且每个均垂直于柱轴。液体弯月形透镜的用途的已知实例包括例如电子照相机等装置。传统上，眼科装置(例如角膜接触镜片和眼内透镜)包括具有矫正性质、美容性质或治疗性质的生物相容性装置。例如，角膜接触镜片可提供如下作用中的一者或多者视力矫正功能性、美容增强作用和治疗作用。每种功能由透镜的物理特性提供。将折射性质结合到透镜中的设计可提供视力矫正功能。结合到透镜中的颜料可提供美容增强作用。结合到透镜中的活性剂可提供治疗功能性。最近，已将电子元件结合到角膜接触镜片中。一些元件可包括半导体装置。然而，包括液体弯月形透镜的尺寸、形状和控制方面的物理限制使其难以应用于眼科镜片。一般来讲，液体弯月形透镜的圆柱形状(有时也称为“冰球”形状)并不有利于可用于人眼环境中的物品。此外，曲面液体弯月形透镜包括的物理挑战不一定存在于具有平行侧壁和/或光学窗口的液体弯月形透镜的传统设计中。
发明内容
因此，本发明提供了包括弓形前曲面透镜和弓形后曲面透镜的液体弯月形透镜。本发明包括弯月壁，其具有的物理结构有利于以下中的一者或两者对被包含在透镜内的液体的吸引和排斥以及与另一种液体形成弯月面。根据本发明，第一弓形光学件紧邻第二弓形光学件，在第一弓形光学件和第二弓形光学件之间形成有腔体。所述腔体内保持有盐溶液和油。对大致位于第一弓形光学件和第二弓形光学件中的一者或两者的周边区域中的弯月壁施加静电荷改变了形成于被保持在所述腔体内的盐溶液和油之间的弯月面的物理形状。本发明包括弯月壁，其被成型为基本上包括多个凸形区段的复合形状，所述弯月壁的横截面包括彼此机械连通的多个环区段。
图1A示出了处于第一状态的圆柱形液体弯月形透镜的现有技术实例。图1B示出了处于第二状态的圆柱形液体弯月形透镜的现有技术实例。图2示出了根据本发明的一些实施例的示例性液体弯月形透镜的切面剖面轮廓。图3示出了根据本发明的一些实施例的示例性弓形液体弯月形透镜的一部分的横截面。图4示出了弓形液体弯月形透镜的附加示例性方面。图5示出了根据本发明的一些实施例的弓形液体弯月形透镜内的弯月壁元件。图6A示出了液体弯月形透镜内的多凸面弯月壁，其中示出了处于其未通电状态的液体弯月边界。图6B示出了液体弯月形透镜内的多凸面弯月壁，其中示出了处于其通电状态的液体弯月边界。图6C示出了液体弯月形透镜内的多凸面弯月壁，其中在单个图中示出了液体弯月边界的通电状态和未通电状态以供比较。图7A示出了从弓形液体弯月形透镜的其余部分单独观察的多凸面弯月壁的横截面。图7B示出了弯月壁的一个区段的横截面，所述区段凸向形成于透镜中的光轴，其中所得形状包括当从所述弓形液体弯月形透镜的其余部分观察时的环的区段。
具体实施例方式本发明提供了一种液体弯月形透镜，其具有限定液体弯月形透镜的弯月腔体的前曲面透镜和后曲面透镜中的至少一者。术语在针对本发明的该描述和权利要求中，所使用的各个术语定义如下接触角油/盐溶液界面(也称为液体弯月边界)接触弯月壁的角度。就线性弯月壁而言，接触角为在液体弯月边界接触弯月壁时在弯月壁和相切于液体弯月边界的线之间测量的角度。就曲面弯月壁而言，接触角为相切于弯月壁的线和液体弯月边界接触时在两者之间测量的角度。透镜如本文所用，透镜是指具有前表面和后表面的制品，其在光学上能够传递预定范围波长的辐射，例如可见光。透镜可包括基本上平坦的前表面和后表面中的一者或两者，或可包括基本上为弓形形状的前表面和后表面中的一者或两者。液体弯月边界介于盐溶液和油之间的弓形表面界面。一般来讲，该表面将形成在一侧上为凹形而在另一侧上为凸形的透镜。弯月腔体位于弓形液体弯月形透镜内、介于前曲面透镜和后曲面透镜之间的空间，在其中保持有油和盐溶液。弯月壁前曲面透镜内部上的特定区域，使得其位于弯月腔体内，其中液体弯月边界沿弯月腔体运动。光学区域如本文所用，是指眼科镜片的佩戴者通过其进行观看的眼科镜片的区域。锐缘前曲面或后曲面透镜任一者的内表面的几何结构，其足以包含光学件上两种预定流体的接触线的位置。所述锐缘通常为外角而非内角。以流体为基准点，其为大于180度的角度。现在参见图1A，该图为描述现有技术透镜100的剖视图，圆柱体110内包含有油101和盐溶液102。圆柱体110包括两个光学材料板106。每个板106包括基本上平坦的内表面113-114。圆柱体110包括基本上旋转对称的内表面。在一些现有技术实施例中，一个或多个表面可包括疏水性涂层。电极105也被包括在该圆柱体的周边上或围绕该圆柱体的周边。在紧邻电极105处也可使用电绝缘体。根据现有技术，内表面113-114中的每个为基本平坦的或平面的。在盐溶液102A和油101之间限定界面表面112A。如图1A所示，界面112A的形状与盐溶液102A和油101的折射率性质结合，以接收穿过第一内表面113的入射光108并提供穿过第二内表面114的发散光109。在油101和盐溶液102之间的界面表面的形状因对电极105施加电势而改变。图100A示出了在100所示的现有技术透镜的透视图。现在参见图1B，其示出了处于增能状态的现有技术透镜100。通过在整个电极115上施加电压114来达到增能状态。在油101和盐溶液102B之间的界面表面112B的形状因对电极115施加电势而改变。如图1B中所示，穿过油101和盐溶液102B的入射光108B聚焦为会聚光图案111。现在参见图2，其为具有前曲面透镜201和后曲面透镜202的液体弯月形透镜200的剖视图。在各个实施例中，前曲面透镜201和后曲面透镜202可包括弓形透镜或基本上平坦的透镜。在一些优选的实施例中，前曲面透镜201和后曲面透镜202紧邻彼此定位并在两者之间形成腔体210。前曲面透镜201包括凹面弓形内透镜表面203和凸面弓形外透镜表面204。凹面弓形内透镜表面203可具有一个或多个涂层(图2中未示出)。涂层可包含例如导电材料或电绝缘材料、疏水性材料或亲水性材料中的一者或多者。凹面弓形内透镜表面203和涂层中的一者或两者与被包含在腔体210中的油208液体连通和光学连通。后曲面透镜202包括凸面弓形内透镜表面205和凹面弓形外透镜表面206。凸面弓形内透镜表面205可具有一个或多个涂层(图2中未示出)。涂层可包含例如导电材料或电绝缘材料、疏水性材料或亲水性材料中的一者或多者。凸面弓形内透镜表面205和涂层中的至少一者与被包含在腔体210中的盐溶液207液体连通和光学连通。盐溶液207包含一种或多种离子传导性盐或其它组分，并且因此可受电荷吸引或排斥。根据本发明，导电涂层209沿着前曲面透镜201和后曲面透镜202中的一者或两者的周边的至少一部分定位。导电涂层209可包含金或银并且优选地为生物相容性的。对导电涂层209施加电势使得盐溶液207中离子传导性盐或其它组分受到吸引或排斥。前曲面透镜201具有与穿过凹面弓形内透镜表面203和凸面弓形外透镜表面204的光相关的光焦度。该光焦度可为0，或可为正焦度或负焦度。在一些优选的实施例中，光焦度为通常存在于矫正性角膜接触镜片中的焦度，例如作为非限制性实例介于-8. O和+8. O屈光度之间的焦度。后曲面透镜202具有与穿过凸面弓形内透镜表面205和凹面弓形外透镜表面206的光相关的光焦度。该光焦度可为O，或可为正焦度或负焦度。在一些实施例中，光焦度为通常存在于矫正性角膜接触镜片中的焦度，例如作为非限制性实例介于-8. O和+8. O屈光度之间的焦度。光轴212穿过后曲面透镜202和前曲面透镜201形成。多个实施例还可包括与在盐溶液207与油208之间形成的液体弯月面211的形状变化相关联的光焦度变化。在一些实施例中，光焦度变化可相对较小，例如其变化介于O至
2.O屈光度之间。在其它实施例中，与液体弯月面的形状变化相关联的光焦度变化可为至多约30或更高的屈光度。一般来讲，与液体弯月面211的形状变化相关联的更大光焦度变化与相对更厚的透镜厚度213有关。根据本发明的一些实施例，例如可包括在眼科镜片例如角膜接触镜片中的那些实施例，弓形液体弯月形透镜200的横切透镜厚度210将为至多约1，000微米厚。相对较薄的透镜200的示例性透镜厚度210可为至多约200微米厚。优选的实施例可包括具有约600微米厚的透镜厚度210的液体弯月形透镜200。一般来讲，前曲面透镜201的横切厚度可介于约35微米至约200微米之间，并且后曲面透镜202的横切厚度也可介于约35微米和200微米之间。通常，横截面轮廓包括透镜200的不同位置处的限定的厚度变化。根据本发明，聚合光焦度为前曲面透镜201、后曲面透镜202、以及在油208和盐溶液207之间形成的液体弯月面211的光焦度的聚合。在一些实施例中，透镜200的光焦度还将包括如介于前曲面透镜201、后曲面透镜202、油208和盐溶液207中的一者或多者之间的折射率差。在包括结合到角膜接触镜片中的弓形液体弯月形透镜200的那些实施例中，还期望的是，当角膜接触镜片配戴者运动时，盐水207和油208在弓形液体弯月形透镜200内的相对位置保持稳定。一般来讲，优选的是防止油208在佩戴者运动时相对于盐水207流动和运动。因此，油208和盐溶液207组合优选地以相同或相似的密度选择。另外，油208和盐溶液207优选地具有相对低的混溶性，以使得盐溶液207与油208将不混合。在一些优选的实施例中，包含于腔体210内的一定体积的盐溶液207多于包含于腔体210内的一定体积的油208。此外，一些优选的实施例包括基本上与后曲面透镜202的整个内表面205接触的盐溶液207。一些实施例可包括一定体积的油208，所述一定体积的油相比于一定量的盐溶液207可为约66体积％或更多。一些附加实施例可包括弓形液体弯月形透镜，其中一定体积的油208相比于一定量的盐溶液207为约90体积％或更少。现在参见图3，该图示出了弓形液体弯月形透镜300的边缘部分的剖面图。如上所述，弓形液体弯月形透镜300包括组合的前曲面透镜301和后曲面透镜302组件。前曲面透镜301和后曲面透镜302可用一种或多种至少部分透明的材料形成。在一些实施例中，前曲面透镜301和后曲面透镜302中的一者或两者包括通常为光学透明的塑料，例如下列中的一者或多者PMMA、Zeonor和TPX。例如，可通过以下中的一种或多种方法形成前曲面透镜301和后曲面透镜302中的一者或两者单点金刚石车削车床加工；注塑；数字微镜器件自由成形。前曲面透镜301和后曲面透镜302中的一者或两者可包括导电涂层303，如图所示，该导电涂层303沿着周边部分从309延伸至310。在一些优选的实施例中，导电涂层303包含金。可通过溅镀方法、气相沉积或其它已知的方法来施加金。作为非限制性实例，可供选择的导电涂层303包含铝、镍和铟锡氧化物。一般来讲，导电涂层303将被施加到前曲面透镜301和后曲面透镜302中的一者或两者的周边区域。在本发明的一些实施例中，后曲面透镜302具有施加到特定区域的导电涂层304。例如，可从第一边界304-1至第二边界304-2涂覆围绕后曲面透镜302的周边的部分。例如，可通过溅镀方法或气相沉积来施加金涂层。在一些实施例中，可使用掩模以预定图案围绕前曲面透镜301或后曲面透镜302的一个或多个周边部分来施加金或其它导电材料。可使用多种方法施加可供选择的导电材料，并且使其覆盖后曲面透镜302的不同区域。在一些实施例中，可通过例如导电环氧树脂的导电填充材料来填充导电流通路径，例如后曲面透镜302中的一个或多个孔或狭槽。导电填料可提供电传导至前曲面透镜301和后曲面透镜302中的一者或两者的内表面上的导电涂层。在本发明的另一方面，前曲面透镜301和后曲面透镜302中的一者或两者可由多种不同的材料形成，其中通常在前曲面透镜301和后曲面透镜302的中心区域中的光学区域(未示出)可包含光学透明材料，并且周边区域可包括含有导电材料的不透光区域。该不透光区域还可包括控制电路与能源中的一个或多个。在另一个方面，在一些实施例中，将绝缘体涂层305施加到前曲面透镜301。作为非限制性实例，可将绝缘体涂层305施加在从第一区305-1延伸至第二区305-2的区域中。绝缘体可包括例如Parylene C ,Teflon AF或其它具有多种电特性和机械特性以及电阻的材料。在一些具体的实施例中，绝缘体涂层305产生边界区域，以保持包含在前曲面透镜301和后曲面透镜302之间的腔体中的盐溶液306与导电涂层303之间的分离。因此，一些实施例包括绝缘体涂层305，其被图案化并定位在前曲面透镜301和后曲面透镜302中的一者或两者的一个或多个区域中，以防止带正电的导体303与带负电的盐溶液306接触，其中导体303与盐溶液306的接触将造成电路短路。实施例可包括带正电的盐溶液306和带负电的导体303。其它实施例可允许导体303和盐溶液306之间发生短路而作为与透镜300工作相关联的电路的重置功能。例如，短路状态可补偿施加到透镜的电势，并使得盐溶液306和油307回到默认位置。一些优选的实施例包括导体303，其从腔体311内部的区域309延伸至腔体311外部的区域310。其它实施例可包括穿过前曲面透镜或后曲面透镜的通道312，其可填充有导电材料313，例如防水导电环氧树脂。导电材料313可形成或被连接到腔体外部的电端子。电势可被施加到该端子并通过通道312中的导电材料313传导至涂层。绝缘体涂层305的厚度可作为透镜性能参数而变化。根据本发明，包括盐溶液306和导体303的带电组分通常被保持在绝缘体涂层305的任一侧上。本发明提供了绝缘体涂层305厚度与盐溶液306和导体303之间的电场之间的间接关系，其中盐溶液306与导体303离得越远，则其电场就将越弱。一般来讲，本发明提供了电场强度可随着绝缘体涂层305的厚度增加而明显降低。电场越接近时，通常就将得到用于移动球形液体弯月边界308的更多能量。当盐溶液306和导体303之间的距离增大时，盐溶液306与导体涂层303的静电荷相隔就越远，因此就越难使球形液体弯月边界308运动。相反地，绝缘体涂层305越薄，透镜就越容易受到绝缘体涂层305中的缺陷的影响。一般来讲，绝缘体涂层305中甚至相对小的孔也将造成短路并且透镜将不以电润湿方式发挥作用。在一些实施例中，希望包括盐溶液306，所述盐溶液的密度与也包含于透镜300内的油307的密度大致相同。例如，盐溶液306的密度可优选地在油307的密度的10%内，更优选地，盐溶液306的密度将在油的密度的5%内，最优选地在约I %内或更小。在一些实施例中，可通过调整盐溶液306中的盐或其它组分的浓度来调整盐溶液306的密度。根据本发明，通过限制油307相对于前曲面透镜301和后曲面透镜302的运动，弓形液体弯月形透镜300将提供更稳定的光学品质。使油307相对于弓形前曲面透镜301和后曲面透镜302中的一者或两者的运动保持稳定的一种方法是使油307和盐溶液306保持相对一致的密度。此外，与传统的柱面透镜设计相比，由于前曲面透镜301和后曲面透镜302两者的内表面均为曲面设计，因此使得盐溶液306层的相对深度或厚度有所减小。在这种情况下，作用于腔体内的流体的界面力可对于使液体弯月边界308保持平静具有相对较大的贡献。因此，在这种情况下，密度匹配要求可变得更加宽松。在一些实施例中，相对薄的流体层还支撑液体透镜边界308。在一些优选的实施例中，与提供相对较高折射率的油307相比，盐溶液306提供较低的折射率。然而，在一些实施例中，可能包括与油307相比折射率较高的盐溶液306，在这种情况下油307提供相对较低的折射率。可使用粘合剂314将前曲面透镜301和后曲面透镜302紧邻彼此固定就位，从而在两者之间保持油307和盐溶液306。粘合剂314用作密封物，使得盐溶液306或油307不从曲面液体弯月形透镜300中渗漏。现在参见图4，图中示出了曲面液体弯月形透镜400，其中盐溶液406与油407之间具有液体弯月边界401。根据一些优选的实施例，在402和403之间延伸的弓形壁中的第一角度转折限定前曲面透镜404中的弯月壁405。当沿着一个或多个导电涂层或导电材料408施加和移除电势时，液体弯月边界401将沿着弯月壁405上下运动。在一些优选的实施例中，导电涂层408将从保存盐溶液406和油407的腔体409内部的区域延伸至包含盐溶液406和油407的腔体409外部的区域。在此类实施例中，导电涂层408可为电势的管道，所述管道被施用到腔体409外部的点的导电涂层408至在腔体409内且与盐溶液406接触的导电涂层408的区域。现在参见图5，其示出了弓形液体弯月形透镜500的边缘部分的剖视图，该透镜具有前曲面透镜501和后曲面透镜502。弓形液体弯月形透镜500可包含盐溶液503和油504。弓形液体弯月形透镜500的几何形状以及盐溶液503和油504的特性有利于液体弯月边界505在盐溶液503和油504之间形成。一般来讲，液体弯月形透镜可被视为具有以下中的一者或多者的电容器导电涂层、绝缘体涂层、通路以及材料，其存在于前曲面透镜501和后曲面透镜502上或穿过前曲面透镜501和后曲面透镜502。根据本发明，当对前曲面透镜501和后曲面透镜502中的一者或二者的至少一部分的表面施加电势时，液体弯月边界505的形状并且因此液体弯月边界505和前曲面透镜501之间的接触角随之发生变化。根据本发明，通过导电涂层或材料而施加到盐溶液503的电势的变化使液体弯月边界505沿弯月壁506的位置发生变化。该运动发生在第一锐缘506-1和第二锐缘506-2之间。
在优选的实施例中，当将第一量级的电势(例如，与未通电状态或静息状态相关的电压和电流)施加到透镜时，液体弯月边界505将位于或临近第一锐缘506-1。施加第二量级的电势(有时称为第一通电状态)可使液体弯月边界505沿弯月壁506大致向第二锐缘506-2运动，从而使得液体弯月边界的形状发生变化。如下文更详细地讨论，根据本发明，沿着弯月壁所包括的多锐缘中的每个可与相应的通电状态相关联。用于在第一通电状态与第二通电状态之间进行转换的施加电压可包括例如介于约5伏特至约60伏特的直流电压。在其它实施例中，也可使用交流电压。在一些实施例中，弯月壁506将为平滑表面，该表面与绝缘体涂层厚度有关。平滑弯月壁506表面可最小化绝缘体涂层中的缺陷。此外，因为当透镜通电或断电时表面纹理的随机不规则性可能造成不稳定的流体运动，并且因此引起不稳定的或无法预测的弯月面运动，所以平滑弯月壁506是优选的。在一些优选的实施例中，光滑弯月壁包括沿着弯月壁506的在约1. 25纳米至5. 00纳米范围内的峰谷测量。在另一个方面，在一些实施例中，期望弯月壁506为疏水性的，在这种情况下，所定义的纹理例如纳米纹理化表面可结合到弓形液体弯月形透镜的设计中。在另一个方面，在一些实施例中，弯月壁506可相对于透镜光轴成角度。该角度范围可为0° (或与光轴平行)至90°或接近90° (或与光轴垂直)。如图所示，并且在一些优选的实施例中，弯月壁506角度通常介于约30°和50°之间，以使弓形液体弯月形透镜根据当前介于液体弯月边界505和涂覆有绝缘体的涂层的弯月壁506之间的接触角来发挥作用。因使用不同材料或因不同光学使用目的，例如望远视力，弯月壁506的角度可接近
O。或 90。。根据本发明，弯月壁506的角度可被设计成适应在施加规定电压时产生的沿弯月壁506运动的量级。在一些实施例中，随着弯月壁506角度的增加，改变透镜焦度的能力通常在给定透镜尺寸和电压参数内降低。此外，如果弯月壁506相对于光轴为0°或接近0°，则液体弯月边界505将几乎直线前进至前光学件上。弯月壁角度是可被修改以提供各种透镜性能效果的多个参数之一。在一些优选的实施例中，弯月壁506的长度为大约O. 265mm。然而，在各种设计中，弯月壁506的角度与整个透镜的尺寸一起将自然地影响弯月壁506的长度。一般认为，如果油504接触后曲面透镜502，则弓形液体弯月形透镜500将失效。因此，在优选的实施例中，弯月壁506经设计以使介于第一锐缘506-1和后曲面透镜502之间在其最近点有50微米的最小间隙。在其它实施例中，虽然随间隙减小，透镜失效风险增力口，但最小间隙可小于50微米。在其它实施例中，可增加间隙以降低透镜失效风险，但整个透镜厚度也将增加，这可能是不期望的。在本发明一些优选实施例的另一个方面中，液体弯月边界505随弯月壁506运动的行为可使用杨氏方程式推测。虽然杨氏方程式定义了液滴在干燥表面上所引起的力平衡，并且假设为完全平坦表面，但基本性质仍可应用于在弓形液体弯月形透镜500内产生的电润湿透镜环境。例如当透镜处于未通电状态时，可将第一量级的电能施加到透镜。在施加所述第一量级的电能的过程中，实现了油504与盐溶液503之间的界面能平衡。这种状态在本文中可被称作液体弯月边界505。油504和弯月壁506、以及盐溶液503和弯月壁506形成液体弯月边界505与弯月壁506之间的平衡接触角。当改变施加到弓形液体弯月形透镜500的电压量级时，界面能的平衡将会改变，从而使得液体弯月边界505和弯月壁506之间接触角的相应改变。在弓形液体弯月形透镜500的设计和功能中，液体弯月边界505与涂覆有绝缘体的弯月壁506所成的接触角是重要因素，不仅由于其在液体弯月边界505运动中对于杨氏方程的作用，而且因为该接触角与其它弓形液体弯月形透镜500的结构结合用于限制弯月面运动。弯月壁506两端处的中断部分，例如锐缘506-1和506_2，充当用于液体弯月面505运动的边界，因为其要求所施加的电势的显著变化以实现液体弯月面接触角的足够大的变化，从而使液态弯月边界505移动通过锐缘中的一个。作为非限制性实例，在一些实施例中，液体弯月边界505与弯月壁506的接触角在15°至40°的范围内，而液体弯月边界505与第二锐缘506-2之外的步位507的接触角可能在90°至130°的范围内，并且在一些优选的实施例中为约110°。电压可被施加到透镜，从而使得液体弯月边界505沿着弯月壁506朝第二锐缘506-2运动。液体弯月边界505与涂覆有绝缘体的弯月壁506之间的自然接触角将使得液体弯月边界505在第二锐缘506-2处停止，除非提供明显更高的电压。在弯月壁506的一个末端，第一锐缘506-1通常限定一个界限，液体弯月边界505通常不会超过该界限运动。在一些实施例中，第一锐缘506-1被构造为锐边。在其它优选的实施例中，第一锐缘506-1具有限定的小径向表面，其在制造时具有缺陷的可能性较小。导电、绝缘体和其它可能的所需涂层可能无法均匀并且按预期沉积在锐边上，但限定的小径向表面半径边缘可更可靠地涂覆。在一些实施例中，第一锐缘506-1被构造成约90°的角度并具有约10微米的限定半径。该锐缘也可被制造成具有小于90°的角度。在一些实施例中，具有大于90°角度的锐缘可用于增加锐缘的坚固性，但该设计会占据较多的透镜空间。在各个实施例中，锐缘506-1和/或506-2的限定半径可在5微米至50微米的范围内。可使用较大的限定半径来改善涂层的可靠性，但代价是在透镜设计的紧密度容限中占据更多空间。在这方面，正如在许多其它透镜设计领域中，需在易于制造、透镜功能最佳化以及尺寸最小化之间作出权衡。可使用各种变量来制造实用、可靠的弓形液体弯月形透镜 500。在一些实施例中，较大的锐缘半径可与两个相邻锐缘之间的侧壁上的改善的表面光洁度结合使用。在一些实施例中，可能期望从第一半径(锐缘)至第二半径(锐缘)的表面是平滑的且没有中断部分，其中用相同的工具来切割用于成型锐缘的模具是有用的。包含在锐缘中的半径可被切割成模具表面，其中模具表面半径大于锐缘半径。其中模具表面为包括侧壁和一个或多个锐缘的连续表面。更大的工具半径可能一般与相应切割的更平滑的表面光洁度有关。第二锐缘506-2包括经过设计的结构，其在电压施加到弓形液体弯月形透镜500时限制油的运动。在一些实施例中，第二锐缘506-2也可包括大致尖的末端，或在其它实施例中，第二锐缘506-2可包括介于5和25微米之间，最优选10微米的限定半径。10微米半径的性能表现与锐缘一样良好，并且可使用单点金刚石车削或注塑工艺制造。
延伸到前曲面透镜501的光学区508的起点的垂直或近垂直步位507可被包括在第二锐缘506-2与弯月壁506相对的一侧上。在一些实施例中，步位507的高度为120微米,但也可在50至200微米的范围内。在一些实施例中，步位507可与光轴成约5°的角度。在其它实施例中，步位507的角度可仅为1°或2°，或可成大于5°的角度。与光轴成较小角度的步位507通常将作为更有效的弯月面运动限制物，因为其需要液体弯月边界505接触角的更大变化，以将弯月壁506移开到步位507上。从步位507至光学区起始处508过渡的半径为25微米。较大的半径将在透镜设计中不必要地占据更多的空间。如果需要获得空间，较小的半径是可接受的并且可被实施。在该领域以及其它透镜领域中，使用限定半径而非理论锐缘的决定，部分地基于透镜元件可能转换为注塑工艺。步位507和光学区起始处508之间的弯曲，在注塑工艺期间将改善塑性流，并且使得透镜具有最佳强度和应力处理特性。现在参见图6A，在一些实施例中描述了多凸面弯月壁601，其可被包括在液体弯月形透镜中。多凸面弯月壁601包括相对于光轴为凸形的多个区段，所述光轴穿过液体弯月形透镜形成。相对于所述光轴为凸形的多个区段可穿插有或可不穿插有弯月壁的区段，所述弯月壁的区段包括相对于光轴的其它形状，例如直线形、凹形或阶梯形。也可穿插其它形状的结构或区段。在一些实施例中，多凸面弯月壁601可与弓形弯月形透镜中的光轴成大约四十五度(45° )的角度放置，所述弓形弯月形透镜包含油602和盐溶液603。在一些实施例中，液体弯月边界604A在605A处接触多凸面弯月壁601，所述液体弯月边界604A处于将电势施加到所述多凸面弯月壁601的第一状态，例如未通电状态。一般来讲，在一些示例性实施例中，第一通电状态包括接近多凸面弯月壁601的最靠近第一锐缘607的末端的液体弯月边界。图6B描述了液体弯月边界604B的位置，所述液体弯月边界604B处于第二通电状态，例如将电压施加到弯月壁601的通电状态。相对于第一状态，包括未通电状态，液体弯月边界604B沿着多凸面弯月壁601大致朝向前曲面透镜606运动。通电状态也可包括大致更接近多凸面弯月壁601中的凸形区段之间的中断部分609的液体弯月边界604B。现在参见图7A，与弓形液体弯月形透镜的其它部分分开地示出了弓形液体弯月形透镜的多凸面弯月壁701部件的透视图。在所示出的实施例中，多凸面弯月壁701包括四个凸面弯月壁区段701-1至701-4。凸面壁区段相对于穿过透镜的光轴703为大致凸形的。其它实施例也可包括或多或少的凸面弯月壁区段701-1至701-4。许多壁区段可基于例如液体弯月形透镜的物理尺寸、弯月面的期望部署透镜的许多设定位置、或其它因素。多凸面弯月壁701具有介于第一锐缘702-1和第二锐缘702_2之间的围绕整个透镜的一致长度。图7B描述了一个凸面弯月壁区段701-1的透视图，所述凸面弯月壁区段701-1的形状包括一段环。在一些实施例中，多凸面弯月壁将包括由弯月壁上的一个或多个螺旋状工具通路形成的中断部分。例如，可使用车床加工以在弯月形透镜壁中或用于形成弯月形透镜壁的模具中形成基本上螺旋形或螺旋状的图案。图6C结合图6A和图6B示出了液体弯月边界处于未通电604A状态和通电604B状态这两者的位置。根据本发明，与相对于光轴以相似角度放置的具有线性弯月壁的液体弯月形透镜相比，相对于光轴以给定角度放置的具有多凸面弯月壁601的液体弯月形透镜(如图6C所示)提供了对液体弯月面运动更一致且可重复的控制，所述液体弯月面运动通过对弯月壁部分施加电势产生。包括线性弯月壁的透镜的实例在2010年6月29日提交的且名称为“LENS WITH CONICAL FRUSTUM MENISCUS WALL”的美国专利申请序列号61，359，548中有所描述，所述专利申请以引用方式并入本文中。在一些优选的实施例中，对液体弯月壁施加电压，并且对应的液体弯月边界沿着多凸面弯月壁601朝向前曲面透镜606运动。凸面弯月壁区段之间的中断部分609的功能是在指定区域中减缓和阻止液体弯月面运动以实现增加的比焦度变化和其它期望的液体弯月边界运动。当液体弯月边界沿着每个凸形区段行进时，由于液体弯月边界接触角在中断部分609的任一侧上的变化，液体弯月边界的行进在靠近每个中断部分609处将减缓且更容易停止。根据本发明，如果液体弯月边界604A-604B的运动在靠近中断部分609处停止，那么由于在液体弯月边界604A-604B之上的中断部分609的通道作用，液体弯月边界604A-604B略微运动以在中断部分609的第二锐缘608侧处定下来。在一些实施例中，本发明的净效应包括可预测的小接触角滞后，所述滞后即使在小电压波动的情况下也有助于使液体弯月边界的位置保持稳定。此外，当液体弯月边界的位置被施加的电压改变时，油滴可由通道结构保持。油滴在透镜断电时有助于液体弯月边界的回缩，从而产生更快速且更可预测的恢复时间。虽然本发明已结合特定实施例进行了描述，但本领域的技术人员应当理解在不脱离本发明范围的前提下可作出各种变化，以及使用等效物代替其元件。此外，在不脱离本发明范围的前提下，可根据本发明的教导内容进行许多修改，以适应具体情况或材料。因此，旨在使本发明不受限于作为执行本发明的最佳方式公开的具体实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求书的范围和精神的所有实施例。
权利要求
1.一种光学透镜，包括:前透镜，所述前透镜包括前透镜外表面和前透镜内表面；后透镜，所述后透镜包括后透镜内表面和后透镜外表面，所述后透镜紧邻所述前透镜定位，使得在所述前透镜内表面和所述后透镜内表面之间形成腔体；一定体积的盐溶液和油，所述盐溶液和油被包含在形成于所述前透镜内表面和所述后透镜内表面之间的所述腔体内，在所述一定体积的盐溶液和油之间包括弯月面；以及弯月壁，所述弯月壁包括环的多个区段的大致形状，所述环凸向所述光轴，所述光轴形成于所述前透镜和后透镜中的一者或两者中并且邻接形成于所述盐溶液和油之间的所述弯月面。
2.根据权利要求1所述的光学透镜，其中所述前透镜和所述后透镜中的至少一者是基本上平坦的。
3.根据权利要求1所述的光学透镜，其中所述前透镜和所述后透镜包括弓形透镜。
4.根据权利要求3所述的光学透镜，还包括在所述弯月壁的至少一部分上的导电涂层。
5.根据权利要求4所述的光学透镜，其中所述一定体积的油少于被包含在所述腔体内的所述一定体积的盐溶液。
6.根据权利要求5所述的光学透镜，其中所述一定体积的油相比于一定量的盐溶液包含约66体积％或更多。
7.根据权利要求5所述的光学透镜，其中所述一定体积的油相比于一定量的盐溶液包含约90体积％或更少。
8.根据权利要求4所述的光学透镜，其中所述一定体积的油包含的密度约等于所述盐溶液的密度。
9.根据权利要求4所述的光学透镜，其中所述一定体积的油包含的密度在所述盐溶液密度的约10%内。
10.根据权利要求4所述的光学透镜，其中所述一定体积的油包含的密度在所述盐溶液密度的约5%内。
11.根据权利要求4所述的光学透镜，其中所述导电涂层从所述腔体内部的区域延伸至所述腔体外部的区域。
12.根据权利要求11所述的光学透镜，其中所述腔体外部的导电涂层的区域形成用于向所述液体弯月形透镜提供电势的电端子。
13.根据权利要求11所述的光学透镜，其中所述盐溶液和所述油形成弯月面，并且对所述腔体外部的导电涂层的区域施加电势使得所述弯月面沿着所述弯月壁的接触位置发生变化。
14.根据权利要求11所述的光学透镜，其中所述电势包括直流电。
15.根据权利要求11所述的光学透镜，其中所述电势包含约5.0伏特至60.0伏特。
16.根据权利要求15所述的光学透镜，其中所述电势包含约20.0伏特。
17.根据权利要求15所述的光学透镜，其中所述电势包含约5.0伏特。
18.根据权利要求11所述的光学透镜，其中所述电势包含约3.5伏特至约7.5伏特。
19.根据权利要求5所述的光学透镜，其中所述前曲面透镜外表面包含不为约O的光焦度。
20.根据权利要求5所述的光学透镜，其中所述前曲面透镜内表面包含不为约O的光焦度。
21.根据权利要求5所述的光学透镜，其中所述后曲面透镜外表面包含不为约O的光焦度。
22.根据权利要求5所述的光学透镜，其中所述后曲面透镜内表面包含不为约O的光焦度。
23.根据权利要求5所述的光学透镜，还包括穿过所述前曲面透镜和所述后曲面透镜中的一者或两者的通道以及填充所述通道的导电材料。
24.根据权利要求23所述的光学透镜，还包括与填充所述通道的所述导电材料电气连通的端子。
25.根据权利要求24所述的光学透镜，其中对所述端子施加电势使得所述弯月面的形状发生变化。
26.根据权利要求5所述的光学透镜，还包括沿着所述前曲面透镜的所述内表面的至少一部分的绝缘体涂层，其中所述绝缘体涂层包含电绝缘体。
27.根据权利要求26所述的光学透镜，其中所述绝缘体包括ParyleneC1^PTeflon AF中的一者。
28.根据权利要求26所述的光学透镜，其中所述绝缘体包括边界区域，以保持包含在所述前曲面透镜和所述后曲面 透镜之间的腔体中的盐溶液与所述导电涂层之间的分离。
全文摘要
本发明整体涉及具有弯月壁的弓形液体弯月形透镜。一些具体实施例包括具有弯月壁的液体弯月形透镜，所述弯月壁基本上呈环的多个区段的形状，所述环凸向光轴。实施例还可包括具有适于包含在角膜接触镜片中的尺寸和形状的透镜。
文档编号G02C7/04GK103080781SQ201180043355
公开日2013年5月1日 申请日期2011年9月7日 优先权日2010年9月8日
发明者R.B.普格, D.B.奥茨, A.托纳, E.R.柯尼克, J.D.里亚尔, S.斯努克 申请人:庄臣及庄臣视力保护公司