包括成形液晶元件和偏振元件的可变光学眼科装置制造方法

包括成形液晶元件和偏振元件的可变光学眼科装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了用于提供具有可变光焦度的眼科镜片的方法和设备。所述可变光学插入物可包括具有不同曲率半径的表面。所述可变光学插入物还可包括偏振元件。在一些实施例中，所述可变光学插入物可以不同方式影响光的偏振分量并允许双焦点型眼科装置。能量源能够为包括在所述眼科镜片内的所述可变光学插入物供电。在一些实施例中，眼科镜片由有机硅水凝胶浇铸模塑而成。各种眼科镜片实体可包括电活性液晶层以便电控制折射特性。
【专利说明】包括成形液晶元件和偏振元件的可变光学眼科装置
[0001] 相关专利申请的夺叉引用
[0002] 本专利申请要求2013年9月17日提交的美国专利申请序列No. 61/878,723的优 先权。 【背景技术】 【技术领域】
[0003] 本发明涉及具有可变光学性能的眼科镜片装置，并且更具体地，在一些实施例中， 涉及制造具有采用液晶元件的可变光学插入物的眼科镜片。
[0004] 相关领域的讨论
[0005] 传统上，诸如接触镜片或眼内镜片的眼科镜片提供预定的光学质量。例如，接触镜 片可提供以下功能中的一者或多者：视力矫正功能性、美容增强作用、和治疗效果；或者仅 提供一组视力矫正功能。每种功能由镜片的物理特性提供。基本上，将折射性质结合到镜 片中的设计提供视力矫正功能性。将颜料结合到镜片中可提供美容增强作用。将反应剂结 合到镜片中可提供治疗功能性。
[0006] 至今，已经在镜片的物理特性中设计眼科镜片的光学特性。一般来讲，光学设计已 被确定，并且随后在镜片的制造中（例如，通过浇铸模塑或车床加工）应用于镜片中。一旦 所述镜片已经形成，所述镜片的所述光学质量就保持稳定。然而，佩戴者有时可发现有利的 是具有不止一个光焦度可供其使用以提供视力调节。不同于可更换眼镜来改变光学矫正的 眼镜佩戴者，接触镜片佩戴者或使用眼内镜片的佩戴者在不显著努力或不利用接触镜片或 眼内镜片来增补眼镜的情况下已不能改变其视力矫正的光学特性。
【发明内容】

[0007] 因此，本发明包括涉及具有液晶元件的可变光学插入物的创新，所述可变光学插 入物可通电并结合到眼科装置中，其能够改变镜片的光学质量。此类眼科装置的例子可包 括接触镜片或眼内镜片。此外，提出了用于形成具有含液晶元件的可变光学插入物的眼科 镜片的方法和设备。一些实施例可还包括具有刚性或可形成的通电插入物（其另外包括可 变光学部分）的浇铸模塑的有机硅水凝胶接触镜片，其中该插入物以生物相容性方式包括 在眼科镜片内。
[0008] 因此，本发明包括具有可变光学插入物的眼科镜片、用于形成具有可变光学插入 物的眼科镜片的设备及其制造方法的公开内容。可将能量源沉积到或组装到可变光学插入 物上，并且可将该插入物放置在邻近第一模具部件和第二模具部件中的一者或两者处。将 包含反应性单体混合物的组合物（在下文中称为反应性单体混合物）放置在第一模具部件 和第二模具部件之间。第一模具部件被定位成邻近第二模具部件，从而形成镜片腔体，其中 通电介质插入物和至少一些反应性单体混合物置于所述镜片腔体中；所述反应性单体混合 物被暴露于光化辐射以形成眼科镜片。通过控制反应性单体混合物所承受的光化辐射来形 成镜片。在一些实施例中，眼科镜片裙边或插入物封装层可包含标准水凝胶眼科镜片制剂。 具有可合格地匹配多种插入物材料的特性的示例性材料可包括例如那拉菲康族（包括那 拉菲康A和那拉菲康B)、依他菲康族（包括依他菲康A)、加来菲康A和赛诺菲康A。
[0009] 形成具有液晶元件的可变光学插入物的方法和所得的插入物是各种实施例的重 要方面。在一些实施例中，液晶可位于两个对齐层之间，所述对齐层可设定液晶的静息取 向。可通过沉积于含有可变光学部分的基底层上的电极使这两个对齐层与能量源电通信。 可通过连接到能量源的中间互连件或直接通过嵌入插入物中的部件，来对电极通电。
[0010] 对齐层的通电可导致液晶从静息取向转变为通电取向。在用通或断两种通电水平 操作的实施例中，液晶可仅具有一种通电取向。在其他可供选择的实施例中，在根据能量水 平的规模进行通电的情况下，液晶可具有多种通电取向。可获得其他实施例，其中通电过程 可通过通电脉冲来引起不同状态之间的切换。
[0011] 所得的分子对齐和取向可影响穿过液晶层的光，从而导致可变光学插入物的变 化。例如，对齐和取向可以将折射特性作用于入射光。另外，该效应可包括光的偏振的改变。 一些实施例可包括可变光学插入物，其中通电改变镜片的聚焦特性。
[0012] 在一些实施例中，可通过其中引起包含液晶分子的可聚合混合物聚合的方式来形 成液晶层。通过以各种方式控制聚合，液晶分子微滴可在聚合层形成时与其分离。在一些 实施例中，此过程可进行控制使得微滴为纳米级的，这可意味着微滴簇的平均直径或中值 直径具有小于约1微米的长度。在一些其他型式中，平均直径或中值直径也可具有小于约 0. 1微米的长度。
[0013] 因此，在一些实施例中，可通过将包含液晶分子的可变光学插入物结合在眼科装 置内来形成眼科装置。可变插入物可包括可位于眼科装置的光学区中的至少一部分。可变 插入物可包括前插入件和后插入件。前插入件和后插入件可使其表面中的任一者或两者以 各种方式弯曲，并且在一些实施例中，前插入件上的后表面的曲率半径可不同于后插入件 的前表面的曲率半径。能量源可被包括到镜片中并可被包括到插入物中，并且在一些实施 例中可将能量源定位成其中能量源的至少一部分位于该装置的非光学区中。
[0014] 插入物可至少包含第一液晶材料，并且液晶材料也可以微滴形式存在，其中微滴 簇的平均直径或中间直径可具有小于1微米长度的直径或可被视为是纳米级的。
[0015] 在一些实施例中，眼科装置可为接触镜片。
[0016] 在一些实施例中，眼科装置的插入物可包括由各种材料（包括透明材料，例如作 为非限制性例子的ITO)制成的电极。第一电极可定位为邻近前弯曲件的后表面，并且第二 电极可定位为邻近后弯曲件的前表面。当横跨第一电极和第二电极施加电势时，可横跨位 于电极之间的液晶层建立电场。横跨液晶层施加的电场可导致层内的液晶分子利用电场进 行物理地对齐。在一些实施例中，液晶分子可以微滴形式位于层内，并且在一些实施例中， 微滴可具有尺寸小于1微米的平均直径。当液晶分子利用电场对齐时，此对齐可引起光学 特性的改变，使得在光线穿过包含液晶分子的层时可观察到这种改变。非限制性例子可为 可通过对齐的变化来改变折射率。在一些实施例中，光学特性的改变可导致镜片的聚焦特 性的改变，所述镜片包括含液晶分子的层。
[0017] 在一些实施例中，所述的眼科装置可包括处理器。
[0018] 在一些实施例中，所述的眼科装置可包括电路。电路可控制或引导电流在眼科装 置内流动。电路可控制电流从能量源到第一电极元件和第二电极元件的流动。
[0019] 在一些实施例中，插入物装置可包括不止一个前插入件和后插入件。中间件可位 于前插入件和后插入件之间。在一个例子中，含液晶层可位于前插入件和中间件之间。可 变插入物可包括可位于眼科装置的光学区中的至少一部分。前插入件、中间插入件和后插 入件可使其表面中的任一者或两者以各种方式弯曲，并且在一些实施例中，前插入件上的 后表面的曲率半径可不同于中间插入件的前表面的曲率半径。能量源可被包括到镜片中并 且可被包括到插入物中，并且在一些实施例中可将能量源定位成其中能量源的至少一部分 位于该装置的非光学区中。
[0020] 具有前插入件、后插入件和至少第一中间插入件的插入物可至少包括第一液晶分 子，并且所述液晶分子也可以微滴形式存在，其中微滴簇的平均直径或中间直径可具有小 于1微米长度的直径或可被视为是纳米级的。
[0021] 在具有前插入件、后插入件和至少第一中间插入件的一些实施例中，眼科装置可 为接触镜片。
[0022] 在一些实施例中，眼科装置的具有前插入件、后插入件和至少第一中间插入件的 插入物可包括由各种材料（包括透明材料，例如作为非限制性例子的ITO)制成的电极。第 一电极可定位为邻近前弯曲件的后表面，并且第二电极可定位为邻近中间件的前表面。当 横跨第一电极和第二电极施加电势时，可横跨位于电极之间的液晶层建立电场。横跨液晶 层施加的电场可导致层内的液晶分子利用电场进行物理地对齐。在一些实施例中，液晶分 子可以微滴形式位于层内，并且在一些实施例中，微滴可具有尺寸小于1微米的平均直径。 当液晶分子利用电场对齐时，此对齐可引起光学特性的改变，使得在光线穿过包含液晶分 子的层时可观察到这种改变。非限制性例子可为可通过对齐的变化来改变折射率。在一些 实施例中，光学特性的改变可导致镜片的聚焦特性的改变，所述镜片包括含液晶分子的层。
[0023] 在一些实施例中，中间件可包括接合在一起的多个件。
[0024] 在其中插入物装置可包括前插入件、后插入件和中间件的一些实施例中，含液晶 层可位于前插入件和中间件之间或者中间件和后插入件之间。此外，偏振元件也可位于可 变插入物装置内。可变插入物可包括可位于眼科装置的光学区中的至少一部分。前插入件、 中间插入件和后插入件可使其表面中的任一者或两者以各种方式弯曲，并且在一些实施例 中，前插入件上的后表面的曲率半径可不同于中间插入件的前表面的曲率半径。能量源可 被包括到镜片中并且可被包括到插入物中，并且在一些实施例中可将能量源定位成其中能 量源的至少一部分位于该装置的非光学区中。 【专利附图】

【附图说明】
[0025] 下文是附图所示的本发明优选实施例的更为具体的说明，通过这些说明，本发明 的上述及其他特征和优点将显而易见。
[0026] 图1示出了可用于实施本发明的一些实施例的示例性模具组件设备部件。
[0027] 图2A和图2B示出了具有可变光学插入物实施例的示例性通电眼科镜片。
[0028] 图3示出了可变光学插入物的剖视图，其中可变光学插入物的前弯曲件和后弯曲 件可具有不同的曲率，并且其中可变光学部分可包含液晶。
[0029] 图4示出了具有可变光学插入物的眼科镜片装置实施例的剖视图，其中可变光学 部分可包含液晶。
[0030] 图5示出了可变光学插入物的示例性实施例，其中可变光学部分可包含液晶。
[0031] 图6A示出了可变光学插入物的可供选择的实施例，其中可变光学部分可包含液 晶。
[0032] 图6B示出了可变光学插入物的可供选择的实施例，其中可变光学部分可包含液 晶，并且插入物还可包括偏振元件。
[0033] 图6C示出了可变光学插入物的可供选择的示例性实施例，其中可变光学部分可 包含液晶，并且偏振光分量穿过此实施例的方式可受到影响。
[0034] 图7示出了用于形成具有可包含液晶的可变光学插入物的眼科镜片的方法步骤。
[0035] 图8示出了用于将包含液晶的可变光学插入物放置在眼科镜片模具部件中的设 备部件的例子。
[0036] 图9示出了可用于实施本发明的一些实施例的处理器。 【具体实施方式】
[0037] 本发明包括用于制造具有可变光学插入物的眼科镜片的方法和设备，其中可变光 学部分包含液晶或者包含其自身包含液晶组分的复合材料。另外，本发明包括具有可变光 学插入物的眼科镜片，所述可变光学插入物包含液晶并结合到所述眼科镜片中。
[0038] 根据本发明，眼科镜片由嵌入式插入物和能量源形成，所述能量源诸如用作能量 存储装置的电化学电池或电池。在一些示例性实施例中，可对构成能量源的材料进行封装 并且使其与其中放置眼科镜片的环境隔离。在一些示例性实施例中，能量源可包括可以一 次性或可再充电构型进行使用的碱性电化学电池化学物。
[0039] 可使用佩戴者控制的调整装置来改变光学部分。调整装置可包括例如用于增大或 减小电压输出或者用于接合和切断能量源的电子装置或无源装置。一些示例性实施例还可 包括自动调整装置以根据测量的参数或佩戴者输入通过自动设备来改变可变光学部分。佩 戴者输入可包括例如无线设备所控制的开关。无线控制可包括例如射频控制、磁开关、图案 化光辐射、和电感开关。在其他示例性实施例中，可响应生物学功能或者响应眼科镜片内的 感测元件的测量而产生激活。作为非限制性例子，其他示例性实施例可源自由环境光照度 条件改变而触发的激活。
[0040] 当电极通电所形成的电场导致液晶层内重新对齐从而使分子从静息取向转变为 通电取向时，光焦度可发生变化。在其他可供选择的示例性实施例中，可利用由电极通电引 起的液晶层改变而产生的不同效应，例如，光偏振态的改变，具体地讲，偏振旋转的改变。
[0041] 在具有液晶层的一些示例性实施例中，在眼科镜片的非光学区部分中可存在可进 行通电的元件，而其他实施例可不需要通电。在不进行通电的示例性实施例中，液晶可基于 一些外部因素（例如，环境温度或环境光线）而被动地变化。
[0042] 液晶镜片可向入射到其主体上的偏振光提供电力可变的折射率。其中光学轴线取 向在第二镜片中相对于第一镜片旋转的两种镜片的组合允许镜片元件能够改变环境非偏 振光的折射率。
[0043] 通过将电活性液晶层与电极组合，可得到可通过横跨电极施加电场进行控制的物 理实体。如果在液晶层周边上存在有介电层，那么横跨介电层的场和横跨液晶层的场可组 合成横跨电极的场。在三维形状中，可基于电力学原理以及介电层和液晶层的几何形状，来 估计横跨各层的场的组合的性质。如果有效电厚度的介电层以非均匀方式制成，则横跨电 极的场的效应可按照介电的有效形状"成形"并在液晶层中产生维度形状的折射率变化。在 一些示例性实施例中，此类成形可产生能够采用可变聚焦特性的镜片。
[0044] 当包含液晶层的物理镜片元件使其自身成形为具有不同的聚焦特性时，可得到可 供选择的示例性实施例。然后，可基于通过使用电极横跨液晶层施加的电场，利用液晶层的 电力可变的折射率来引入镜片的聚焦特性的改变。液晶层的折射率可称为有效折射率，并 且可以将有关折射率的每次处理视为同等地涉及有效折射率。有效折射率可得自例如具有 不同折射率的多个区域的叠加。在一些示例性实施例中，有效方面可为各个区域贡献的平 均值，而在其他示例性实施例中，有效方面可为基于入射光的区域或分子效应的叠加。前容 纳表面与液晶层形成的形状以及后容纳表面与液晶层形成的形状可确定系统的一级聚焦 特性。
[0045] 在以下章节中将详细说明本发明的实施例。文中描述的优选实施例和替代实施例 二者均仅为示例性实施例，并且应当理解，对于本领域中的技术人员而言其变化、修改和更 改均可能显而易见。因此，应当了解，所述示例性实施例并非限制本基础发明的范围。
[0046] 术语表
[0047] 在涉及本发明的该说明书和权利要求书中，所使用的各个术语定义如下：
[0048] 对齐层：如本文所用，是指与液晶层相邻的影响并对齐液晶层内的分子取向的层。 所得的分子对齐和取向可影响穿过液晶层的光。例如，对齐和取向可以将折射特性作用于 入射光。另外，该效应可包括光的偏振的改变。
[0049] 电通信：如本文所用，是指受电场影响。就导电材料而言，该影响可由电流的流动 引起或导致电流的流动。在其他材料中，其可以是电势场产生的影响，例如永久和感应分子 偶极子沿着例如场力线取向的趋势。
[0050] 通电：如本文所用，是指能够提供电流或者其内存储有电能的状态。
[0051] 通电取向：如本文所用，是指当受到由能量源供电的势场的效果的影响时，液晶分 子的取向。例如，如果能量源以导通或断开状态操作，那么包含液晶的装置可具有一种通电 取向。在其他实施例中，通电取向可沿着受所施加的能量的量影响的规模变化。
[0052] 能量：如本文所用，是指使物理系统做功的能力。本发明中的多种用途可能涉及在 做功的过程中能够执行电动作的能力。
[0053] 能源：如本文所用，是指能够供能或者使生物医学装置处于通电状态的装置。
[0054] 能量采集器：如本文所用，是指能够从环境中提取能量并将其转化为电能的装置。
[0055] 眼内镜片：如本文所用，是指嵌入眼睛内的眼科镜片。
[0056] 镜片形成混合物或反应性混合物或反应性单体混合物（RMM):如本文所用，是指 可被固化并交联或可被交联而形成眼科镜片的单体或预聚物材料。各种实施例可包括镜片 形成混合物，其中所述镜片形成混合物具有一种或多种添加剂，例如：紫外线阻断剂、着色 剂、光引发剂或催化剂、以及眼科镜片（例如接触镜片或眼内镜片）可能需要的其他添加 剂。
[0057] 镜片形成表面：如本文所用，是指用来模塑镜片的表面。在一些实施例中，任何此 类表面可具有光学质量表面光洁度，这表示它足够光滑并且被形成使得镜片表面在光学上 是合格的，所述镜片表面通过与模塑表面接触的镜片形成混合物的聚合而形成。此外，在一 些实施例中，镜片形成表面可具有为应用到镜片表面期望的光学特性所必需的几何形状， 包括例如球面形状、非球面形状以及柱面度数、波前像差矫正和角膜形貌矫正。
[0058] 液晶：如本文所用，是指具有常规液态与固态晶体之间的属性的物态。液晶不能以 固体表征，但其分子表现出某种程度的对齐。如本文所用，液晶不限于特定的相或结构，但 液晶可具有特定的静息取向。液晶的取向和相可通过外力操纵，例如温度、磁力或电力，具 体取决于液晶的类别。
[0059] 锂离子电池：如本文所用，是指其中锂离子运动穿过电池以产生电能的电化学电 池。这种通常称之为电池组（battery)的电化学电池可以其典型形式重新通电或重新充 电。
[0060] 介质插入物或插入物：如本文所用，是指能够在眼科镜片内支承能量源的可成形 的或刚性的基底。在一些实施例中，介质插入物还包括一个或多个可变光学部分。
[0061] 模具：如本文所用，是指可用于利用未固化制剂来形成镜片的刚性或半刚性物体。 一些优选的模具包括形成前弯曲模具部件和后弯曲模具部件的两个模具部件。
[0062] 眼科镜片：如本文所用，是指驻留在眼睛中或眼睛上的任何眼科装置。这些装置可 提供光学校正或可为装饰性的。例如，术语镜片可指用于矫正或改进视力或用于增强眼部 生理美容（例如虹膜颜色）而不妨碍视力的接触镜片、眼内镜片、覆盖镜片、眼部插入物、光 学插入物或其他类似装置。在一些实施例中，本发明的优选镜片是由有机硅弹性体或水凝 胶制成的软性接触镜片，其中水凝胶包括例如有机硅水凝胶和含氟水凝胶。
[0063] 光学区：如本文所用，是指眼科镜片佩戴者可透过眼科镜片看到的区域。
[0064] 功率：如本文所用，是指每单位时间内所做的功或所传递的能量。
[0065] 可再充电或可再通电：如本文所用，是指能够被恢复到以较高性能进行工作的状 态。在本发明内的许多用途可与能够在一定恢复时间段内使电流以一定速率流动的恢复能 力相关。
[0066] 再通电或再充电：如本文所用，是指使能量源恢复到具有较高工作容量的状态。本 发明中的多种用途可涉及恢复装置使得电流在特定的恢复时间段内以特定速率流动的能 力。
[0067] 从模具脱离：如本文所用，是指镜片与模具完全分离，或只松散地附接，从而使其 可通过轻轻晃动而取出或用棉签推离。
[0068] 静息取向：如本文所用，是指液晶装置的分子的取向处于其静息、非通电状态。
[0069] 可变光学：如本文所用，是指改变光学性能例如镜片的光焦度或偏振角的能力。
[0070] 眼科镜片
[0071] 参见图1，示出了形成包括密封和封装插入物的眼科装置的设备100。所述设备包 括示例性的前弯曲模具102和匹配的后弯曲模具101。眼科装置的可变光学插入物104和 主体103可位于前弯曲模具102和后弯曲模具101内部。在一些示例性实施例中，主体103 的材料可为水凝胶材料，并且可变光学插入物104的所有表面均可被该材料包围。
[0072] 可变光学插入物104可包括多个液晶层109和110。其他示例性实施例可包括单 个液晶层，其中的一些将在后面部分讨论。设备100可用于建立新型眼科装置，所述新型眼 科装置包括具有多个密封区域的元件的组合。
[0073] 在一些示例性实施例中，具有可变光学插入物104的镜片可包括刚性中心软裙边 设计，其中包括液晶层109和110的中心刚性光学元件与大气以及相应前表面和后表面上 的角膜表面直接接触。镜片材料（通常为水凝胶材料）的软裙边附接到刚性光学元件的周 边，并且刚性光学元件还可将能量和功能性添加到所得的眼科镜片。
[0074] 参见图2A和图2B，分别在200和250处示出了可变光学插入物的示例性实施例的 顶部朝下图和剖视图。在该绘图中，能量源210显示位于可变光学插入物200的周边部分 211中。能量源210可包括例如可再充电的薄膜锂离子电池或基于碱性电池的电池。能量 源210可连接到互连特征214以允许进行互连。例如，225和230处的附件互连件可将能量 源210连接到电路，例如条目205。在其他示例性实施例中，插入物可具有沉积在其表面上 的互连特征。
[0075] 在一些示例性实施例中，可变光学插入物200可包括挠性基底。此挠性基底可通 过与前述类似的方式或通过其他方式形成为近似于典型镜片形式的形状。然而，为了增加 另外的柔韧性，可变光学插入物200可包括另外的形状特征，例如，沿其长度的径向切口。 可存在例如由205标明的多个电子部件，例如集成电路、分立元件、无源元件以及可另外包 括的此类装置。
[0076] 还示出了可变光学部分220。可通过施加电流以流过可变光学插入物，在此期间通 常可改变横跨液晶层建立的电场，由此可改变可变光学部分220。在一些示例性实施例中， 可变光学部分220包括位于两层透明基底之间的液晶薄层。可存在通常通过电子电路205 的动作来电激活和电控制可变光学部件的多种方式。电子电路可以各种方式接收信号并且 也可连接到感测元件，所述感测元件也可位于插入物（诸如，条目215)中。在一些示例性 实施例中，可变光学插入物可封装到镜片裙边255中，所述镜片裙边255可包含水凝胶材料 或其他合适的材料以形成眼科镜片。在这些示例性实施例中，眼科镜片可包括眼科裙边255 和封装的眼科镜片插入物200,所述眼科镜片插入物200自身可包括液晶材料层或区域或 者包括包含液晶材料的层或区域。
[0077] 包括液晶元件的可夺光学插入物
[0078] 参见图3,条目300,可观察到两个不同形状的镜片件的镜片效果的图示。如前所 述，可通过将电极和液晶层系统包封在两个不同形状的镜片部分内来形成本发明领域的可 变光学插入物。电极和液晶层系统可占据镜片件之间的空间，如在350处所示。在320处， 可观察到前弯曲件，并且在310处，可观察到后弯曲件。
[0079] 在非限制性例子中，前弯曲件320可具有与空间350相互作用的凹形表面。在一 些实施例中，此形状可被进一步地表征为具有示为330的曲率半径和焦点335。在本发明领 域的范围内可形成具有不同参数特征的其他更复杂形状；然而为了图示说明，可示出简单 的球形形状。
[0080] 按照类似的以及另外非限制性的方式，后弯曲件310可具有与空间350相互作用 的凸形表面。在一些实施例中，此形状可被进一步地表征为具有示为340的曲率半径和焦 点345。在本发明领域的范围内可形成具有不同参数特征的其他更复杂形状；然而为了图 示说明，可示出简单的球形形状。
[0081] 为了阐释示为300的类型的镜片的操作方式，构成条目310和320的材料可具有 数值为η的折射率。在非限制性例子中，可在空间350内选用液晶复合材料以匹配此折射 率值。因此，当光线穿过镜片件310和320以及空间350时，它们将不以调整聚焦特性的方 式作用于各种界面。在其功能中，未示出的镜片部分可激活各个部件的通电，由此可导致空 间350中的液晶层对入射光线呈现不同的折射率。在非限制性例子，可降低所得的折射率。 现在，在每个材料界面处，光的路径可被建模成基于表面的聚焦特性和折射率的变化而进 行改变。
[0082] 此模型可基于斯涅尔定律：sin( Θ ^/sin( Θ 2) = Ii2Ai1。例如，界面可由件320和 空间350形成，Q1可为入射光线与界面处的表面法线形成的角度。θ 2可为光线在离开界 面时与表面法线形成的建模角度。η2可表示空间350的折射率并且η 1可表示件320的折 射率。当ηι不等于1!2时，则角度Θ廊Θ 2也将不同。因此，当空间350中的液晶层的电力 可变的折射率改变时，光线将在界面处采取的路径也将改变。
[0083] 参见图4,示出了具有嵌入的可变光学插入物410的眼科镜片400。眼科镜片400 可具有前曲表面401和后曲表面402。插入物410可具有含液晶层404的可变光学部分 403。在一些示例性实施例中，插入物410可具有多个液晶层404和405。插入物410的部 分可与眼科镜片400的光学区重叠。
[0084] 参见图5,不出了可插入眼科镜片内的具有液晶层530的可变光学部分500。可变 光学部分500可具有如已在本说明书的其他部分中所讨论的相似的材料多样性和结构关 联性。在一些不例性实施例中，透明电极545可放置在第一透明基底550上。第一镜片表 面540可包括介电膜，并且在一些示例性实施例中，可包括可放置在第一透明电极545上的 对齐层。在此类示例性实施例中，第一镜片表面的介电层的形状可在所示的介电厚度中形 成区域变化的形状。此类区域变化的形状可为镜片元件引入超过参照图3所述的几何效应 的额外聚焦能力。在其他示例性实施例中，成形层可通过在第一透明电极545基底550组 合之上注射模塑而形成。
[0085] 在一些不例性实施例中，第一透明电极545和第二透明电极520可以各种方式成 形。在一些例子中，成形可产生可单独施加通电的单独的和分立的形成区域。在其他例子 中，电极可被成型为图案，诸如，从镜片中心到周边的螺旋形，所述图案可横跨液晶层530 施加可变电场。在任一种情况下，除了电极上的介电层成形之外或者取代此类成形，可执行 这种电极成形。按照这些方式的电极成形也可在操作时为镜片元件引入额外的聚焦能力。
[0086] 液晶层530可位于第一透明电极545与第二透明电极520之间。第二透明电极 520可沉积在顶部基底510上，其中从顶部基底510到底部基底550所形成的装置可包含眼 科镜片的可变光学部分500。两个对齐层也可位于介电层上的540和525处并可围绕液晶 层530。540和525处的对齐层可起到限定眼科镜片的静息取向的作用。在一些示例性实 施例中，透明电极层520和545可与液晶层530电通信并且可产生从静息取向到至少一种 通电取向的取向改变。
[0087] 参见图6A，不出了可插入眼科镜片中的具有两个液晶层620和640的可变光学插 入物600的替代形式。围绕液晶区域的各个层的每个方面可具有类似的多样性，如相对于 图5中的可变光学插入物500所述。在一些示例性实施例中，对齐层可将偏振灵敏度引入 到单个液晶元件的功能内。通过将由第一基底610形成的基于第一液晶的元件（其在空间 中围绕620和第二基底630的居间层可具有第一偏振选择）与由第二基底630上的第二表 面形成的基于第二液晶的元件（在空间中围绕640和第三基底650的居间层具有第二偏振 选择）结合，可形成组合，所述组合可允许镜片的电力可变的聚焦特性，所述镜片对于入射 到其上的光的偏振方面不敏感。
[0088] 在示例性元件600处，可利用三个基底层来形成具有与500处的例子相关的各种 类型和多样性的两个电活性液晶层的组合。在其他例子中，所述装置可通过四个不同的基 底的组合来形成。在此类例子中，中间基底630可分成两层。如果基底在稍后时间进行组 合，则可获得功能类似于条目600的装置。四个层的组合可为元件的制造提供方便的例子， 其中可围绕620和640液晶层构造类似的装置，且处理差异可与限定用于液晶元件的对齐 特征的步骤部分有关。在其他实施例中，如果示于500处的围绕单个液晶层的镜片元件在 旋转九十度时为球对称的或对称的，则可通过将两个件在组装之前相对于彼此旋转九十度 来将这两个件组装成具有600处所示类型的结构。
[0089] 可参照图6B在条目660处观察到可供选择的示例性实施例，此实施例对入射到其 上的入射光的偏振方面不敏感。在660处的实施例中，可观察到具有图5相关讨论中所涉 及的类型的单个光学元件，其中610和630处的第一插入件和第二插入件分别围绕稍后构 成620处的液晶元件的活性液晶。如所提及的，对齐液晶元件可对于入射光的不同偏振分 量具有不同的作用。然而，取代组合两个正交部署的对齐液晶层，可将偏振滤光器层定位在 图6B中的条目665处。在一些示例性实施例中，偏振滤光器可允许与条目620的对齐一致 的偏振光从其穿过，同时阻断正交偏振分量。因此，液晶层620的电活性聚焦方面可对入射 到镜片上的光产生单一效应；但仅针对入射光的一个偏振分量。
[0090] 图6B中的实施例660在665处不出了偏振滤光器，所述偏振滤光器在一些实施例 中可为静态的或者在其他实施例中可为电活性的。作为示例性的方式，此层可定位在用于 容纳的两个插入件之间。这种实施例可见于图6B中，其中偏振元件665可定位在第二插入 件630和第三插入件650之间。在含对齐液晶的光学装置中可存在与偏振元件的使用相关 的多种实施例，在非限制性的意义上包括其中偏振元件产生在第一插入件或第二插入件中 的任一者上而非产生在两个插入件之间的实施例。作为另外一种选择，液晶层620和相关 的偏振元件665可例如一起定位在第一插入件和第二插入件之间。
[0091] 包括具有有源和无源方而的单偏振敏感件液晶层的双隹点眼科装詈
[0092] 参见图6C，不同类型的装置可源自形成具有液晶层的眼科装置。在图6A和图6B 相关的实施例中，对齐液晶层的单个层对于入射光的不同偏振分量具有不同的反应，可按 照不同的方式利用这种特性来产生装置，所述装置将光的单一光学或聚焦方面递送到使用 者的视网膜。在图6C相关的不同类型的装置中，液晶材料的单个对齐层对于入射光的不同 偏振分量具有不同的作用，此事实可限定眼科装置功能的一部分。此类装置可被表征为一 种类型的双焦点眼科装置，所述双焦点眼科装置包括单偏振敏感性液晶层。图4所述类型 的眼科镜片400可具有包括液晶层的插入物500。已描述的各种类型的层可通过对齐层进 行对齐，并且因此可对于特定偏振态具有敏感性。如果所述装置具有聚焦调节功能并且具 有单个对齐液晶层，或者作为另外一种选择，所述装置为其中一个液晶层相对于另一个液 晶层沿正交方向进行对齐并且一个液晶层相对于另一个液晶层通电到不同水平的双层装 置，则入射到眼科镜片400上的光670可针对每个偏振方向而分解成两种不同的聚焦特性。 如图所不，一个偏振分量681可沿着路径680聚焦到焦点682,而另一个偏振分量691可沿 着路径690聚焦到焦点692。
[0093] 在最新型眼科装置中，存在一类双焦点装置，所述所焦点装置同时将多种聚焦图 像提供到使用者的眼睛。人的大脑可具有分辨两个图像以及感知不同图像的能力。图6C 处的装置可以优异的方式来递送这种双焦点能力。并非拦截整个图像的区域并且将它们以 不同方式进行聚焦，图6C所示类型的液晶层可将光670横跨整个可见窗分成两个偏振分量 681和691。只要入射光670不具有偏振优先权，则图像应看起来类似于仅具有任一聚焦 特性的情况。在其他示例性实施例中，此类眼科装置可与光源进行配对以使其显现放大的 图像，所述光源利用限定的偏振进行投影以实现不同的效果，例如，显示具有选定偏振的信 息。液晶显示器可固有地提供此类环境条件，因为光可以限定的偏振特性从此类显示器射 出。可存在如下多个实施例，所述实施例可源自利用多焦点特性来平衡所述装置的能力。
[0094] 在其他示例性实施例中，有源地控制所述装置的焦点的能力可允许所述装置具有 一系列双焦点状态。静息状态或非通电状态可包括双焦点，其中一个偏振为离焦的并且另 一个偏振聚焦在中距离上。在其他实施例中，激活时，中距离分量可进一步地聚焦到近距成 像或者一系列焦距。双焦点特性可允许使用者感知同时具有位于不同距离处的聚焦图像的 距离环境，这可具有多种优点。
[0095] MM
[0096] 微注射模塑实施例可包括例如聚（4-甲基戊-1-烯）共聚物树脂，其可用于形成 直径介于约6mm到IOmm之间、前表面半径介于约6mm到IOmm之间、后表面半径介于约6mm 到IOmm之间、以及中心厚度介于约0· 050mm和I. Omm之间的镜片。一些示例性实施例包括 这样的插入物，其直径为约8. 9_，前表面半径为约7. 9_，后表面半径为约7. 8_，中心厚 度为约0. 200mm，边缘轮廓为约0. 050mm半径。
[0097] 可将图1的可变光学插入物104放置在用于形成图1中的眼科镜片的模具部件 101和102中。模具部件101和102材料可包括例如以下一种或多种：聚丙烯、聚苯乙烯、 聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、和改性聚烯烃。其他模具可包括陶瓷或金属材料。
[0098] 优选的脂环族共聚物含有两种不同的脂环族聚合物。各种等级的脂环族共聚物可 具有105°C至160°C范围内的玻璃化转变温度。
[0099] 在一些示例性实施例中，本发明的模具可包括聚合物，诸如，聚丙烯、聚乙烯、聚苯 乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、主链上具有脂环烃部分的改性聚烯烃、以及环状聚烯烃。这种共 混物可用于任何一半或两半模具上，其中优选的是将这种共混物用于后曲面，而前曲面包 含脂环族共聚物。
[0100] 在根据本发明的制备模具100的一些优选方法中，按照已知的技术进行注射模 塑；然而，示例性实施例也可以包括用其他技术成型的模具，所述其他技术包括例如：车床 加工、金刚石车削、或激光切割。
[0101] 通常，在两个模具部件101和102的至少一个表面上形成镜片。然而，在一些实施 例中，镜片的一个表面可由模具部件101或102形成，并且镜片的另一个表面可以用车床加 工方法或其他方法形成。
[0102] 在一些不例性实施例中，优选的镜片材料包括含有机娃的组分。"含有机娃的组 分"是指在单体、大分子单体或预聚物中含至少一个[-Si-O-]单元的组分。优选地，以含 有机硅的组分的总分子量计，所有Si和所连接的O在含有机硅的组分中以大于约20重 量％，还更优选地大于30重量％的量存在。可用的包含有机硅的组分优选地包含可聚合的 官能团，诸如丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、乙烯基、N-乙烯基内酰胺、 N-乙烯基酰胺和苯乙烯基官能团。
[0103] 在一些示例性实施例中，围绕插入物的眼科镜片裙边（也称为插入物封装层）可 包含标准水凝胶眼科镜片制剂。具有可合格地匹配多种插入物材料的特性的示例性材料可 包括例如那拉菲康族（包括那拉菲康A和那拉菲康B)和依他菲康族（包括依他菲康A)。 下文将对与本领域一致的材料性质进行更全面的技术讨论。本领域中的技术人员可认识 到，除所讨论的那些材料之外的其它材料还可形成被密封和封装插入物的合格的封装件或 部分封装件，并且应将其视为符合并包含在权利要求书的范围内。
[0104] 合适的含有机硅的组分包括由式I表示的化合物
[0105]
[0106] 其中
【权利要求】
1. 一种具有可变光学插入物的眼科镜片装置，所述眼科镜片装置具有光学区和非光学 区，所述眼科镜片装置包括： 可变光学插入物，所述可变光学插入物包括所述光学区内的至少一部分并包括插入物 前弯曲件和插入物后弯曲件，其中所述前弯曲件的后表面和所述后弯曲件的前表面至少在 所述光学区内的所述部分中具有不同的表面曲率半径； 能量源，所述能量源至少在包括所述非光学区的区域中嵌入所述插入物中；并且 所述可变光学插入物包括液晶材料层。
2. 根据权利要求1所述的眼科镜片装置，其中所述镜片为接触镜片。
3. 根据权利要求2所述的眼科镜片装置，还包括： 邻近所述前弯曲件的后表面的第一导电材料层；和 邻近所述后弯曲件的前表面的第二导电材料层。
4. 根据权利要求3所述的眼科镜片装置，其中当横跨第一电极材料层和第二电极材料 层施加电势时，所述液晶材料层改变其有效折射率，从而影响穿过所述液晶材料层的光线。
5. 根据权利要求4所述的眼科镜片装置，其中所述可变光学插入物改变所述镜片的聚 焦特性。
6. 根据权利要求3所述的眼科镜片装置，还包括处理器。
7. 根据权利要求4所述的眼科镜片装置，还包括电路，其中所述电路控制电能从所述 能量源到所述第一电极层和第二电极层的流动。
8. 根据权利要求7所述的眼科镜片装置，还包括偏振元件。
9. 根据权利要求7所述的眼科镜片装置，其中包括两个正交偏振分量的入射光被聚 焦，所述两个分量具有不同的聚焦特性。
10. -种具有可变光学插入物的眼科镜片装置，所述眼科镜片装置具有光学区和非光 学区，所述眼科镜片装置包括： 可变光学插入物，所述可变光学插入物包括所述光学区内的至少一部分并包括插入物 前弯曲件、中间弯曲件和插入物后弯曲件，其中所述前弯曲件的后表面和所述中间弯曲件 的前表面至少在所述光学区内的所述部分中具有不同的曲率半径； 能量源，所述能量源至少在包括所述非光学区的区域中嵌入所述插入物中；并且 所述可变光学插入物至少包括第一液晶材料层和第二液晶材料层。
11. 根据权利要求10所述的眼科镜片装置，其中所述镜片为接触镜片。
12. 根据权利要求11所述的眼科镜片装置，还包括： 邻近所述前弯曲件的后表面的第一电极材料层；和 邻近所述中间弯曲件的前表面的第二电极材料层；并且 其中所述第一液晶材料层在所述第一电极材料层和所述第二电极材料层之间。
13. 根据权利要求12所述的眼科镜片装置，其中 当横跨所述第一电极材料层和所述第二电极材料层施加电势时，所述第一液晶材料层 改变其折射率，从而影响穿过所述第一液晶材料层的光线。
14. 根据权利要求13所述的眼科镜片装置，其中所述可变光学插入物改变所述镜片的 聚焦特性。
15. 根据权利要求10所述的眼科镜片装置，其中所述中间弯曲件为已接合在一起的两 个弯曲件的组合。
16. 根据权利要求12所述的眼科镜片装置，还包括 电路，其中所述电路控制电能从所述能量源到所述第一电极层和第二电极层的流动。
17. 根据权利要求16所述的眼科镜片装置，其中所述电路包括处理器。
18. -种具有可变光学插入物的眼科镜片装置，所述眼科镜片装置具有光学区和非光 学区，所述眼科镜片装置包括： 可变光学插入物，所述可变光学插入物包括所述光学区内的至少一部分并包括插入物 前弯曲件、中间弯曲件和插入物后弯曲件，其中所述前弯曲件的后表面和所述中间弯曲件 的前表面至少在所述光学区内的所述部分中具有不同的曲率半径； 能量源，所述能量源至少在包括所述非光学区的区域中嵌入所述插入物中；并且 所述可变光学插入物至少包括第一液晶材料层和偏振元件。
19. 根据权利要求18所述的眼科镜片装置，其中所述镜片为接触镜片。
20. 根据权利要求19所述的眼科镜片装置，还包括： 邻近所述前弯曲件的后表面的第一电极材料层；和 邻近所述中间弯曲件的前表面的第二电极材料层。
【文档编号】G02C7/04GK104460036SQ201410475468
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年9月17日 优先权日:2013年9月17日
【发明者】B. 普格 R., A. 弗里特施 F., D. 里亚尔 J., 潘多吉劳-斯 P., 托纳 A., V. 塔比里安 N., 塞拉克 S., 尤斯科瓦 O., 德斯奧 L. 申请人:庄臣及庄臣视力保护公司