Жидкостная менисковая линза с выпуклой стенкой мениска в форме сегмента тора

Оптическая линза содержит переднюю изогнутую линзу, содержащую внешнюю и внутреннюю поверхности дугообразной формы, заднюю изогнутую линзу, содержащую внутреннюю и внешнюю поверхности дугообразной формы. Между внутренними поверхностями передней и задней изогнутых линз образована полость, в которой физиологический раствор и масло формируют мениск между ними. Стенка мениска представляет собой область в полости мениска с внутренней стороны передней изогнутой линзы, по которой проходит граница жидкостного мениска, имеет общую форму усеченного конуса, по меньшей мере часть которого является выпуклой в направлении оптической оси. Технический результат - обеспечение способности жидкостной менисковой линзы функционировать в глазу и уменьшение изменения оптической силы при заданном уровне напряжения. 29 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

СМЕЖНЫЕ ЗАЯВКИ

Настоящая заявка испрашивает приоритет по заявке на патент США с серийным № 13/164409, поданной 20 июня 2011 г., и предварительной заявке на патент США с серийным № 61/367895, поданной 27 июля 2010 г.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение по существу относится к жидкостной менисковой линзе, в частности оно включает в себя дугообразную жидкостную менисковую линзу с выпуклой стенкой мениска в форме сегмента тора.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Жидкостные менисковые линзы известны в разных отраслях промышленности. Как описано ниже более подробно со ссылкой на фиг. 1A и 1B, известные жидкостные менисковые линзы имели цилиндрическую форму, и поверхность их периметра была сформирована точками, расположенными на фиксированном расстоянии от оси, представляющей собой прямую линию. Известные жидкостные менисковые линзы представлены только образцами, в которых первая внутренняя поверхность по существу параллельна второй внутренней поверхности, и каждая из них перпендикулярна оси цилиндра. К известным примерам использования жидкостных менисковых линз относятся такие устройства, как электронные камеры и мобильные телефоны.

Традиционно такое офтальмологическое устройство, как контактная линза и интраокулярная линза, являлось также биосовместимым устройством с корректирующими, косметическими или терапевтическими свойствами. Например, контактная линза может выполнять по меньшей мере одну из следующих функций: коррекцию зрения, косметическую коррекцию и терапевтические функции. Каждая из перечисленных функций обусловлена определенной физической характеристикой линзы. Конструкция линзы с учетом светопреломляющего свойства позволяет осуществлять функцию коррекции зрения. Введение в материал линзы пигмента позволяет получить косметический эффект. Введение в материал линзы активного препарата позволяет использовать линзу в терапевтических целях.

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

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

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Таким образом, в настоящем изобретении предусмотрена жидкостная менисковая линза. Некоторые предпочтительные варианты осуществления включают в себя дугообразную переднюю изогнутую линзу и дугообразную заднюю изогнутую линзу. В настоящем изобретении предусмотрена стенка мениска, физические характеристики которой способствуют одному или обоим из притяжения и отталкивания жидкости, которая содержится внутри линзы и формирует мениск с другой жидкостью.

В соответствии с принципами настоящего изобретения, первая оптическая часть находится в непосредственной близости от второй оптической части, при этом между ними сформирована полость. Предпочтительные варианты осуществления включают в себя первую дугообразную оптическую часть, которая находится в непосредственной близости от второй дугообразной оптической части, при этом между ними сформирована 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 оптической части и второй оптической части, изменяет физическую форму мениска, сформированного между физиологическим раствором и маслом, содержащимися в полости.

Настоящее изобретение включает стенку мениска, которая имеет форму, по существу включающую сегмент тора. В соответствии с настоящим изобретением, поперечное сечение сегмента тора включает в себя стенку выпуклой формы. Кроме того, в настоящем изобретении представлена информация об уникальной эксплуатации жидкостной менисковой линзы, в том числе о выпуклой структуре стенки мениска.

ОПИСАНИЕ ФИГУР

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 выпуклая стенка мениска в жидкостной менисковой линзе и показана граница жидкостного мениска в состоянии без подачи напряжения.

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

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

На фиг. 7 представлен выпуклый сегмент тора, форму которого имеет выпуклая стенка мениска, если рассматривать ее отдельно от остальной части дугообразной жидкостной менисковой линзы.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

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

СПИСОК ТЕРМИНОВ

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

Контактный угол - угол, под которым граница раздела масло/физиологический раствор, также называемая границей жидкостного мениска, соприкасается со стенкой мениска. В случае если стенка мениска является линейной, контактный угол определяют как угол между стенкой мениска и касательной к границе жидкостного мениска в точке соприкосновения границы жидкостного мениска со стенкой мениска. В случае если стенка мениска является изогнутой, контактный угол определяют как угол между касательной к стенке мениска и касательной к границе жидкостного мениска в точке их соприкосновения.

Граница жидкостного мениска - дугообразная поверхность границы раздела физиологического раствора и масла. По существу, эта поверхность формирует линзу, которая является вогнутой с одной стороны и выпуклой с другой.

Полость мениска - пространство в дугообразной жидкостной менисковой линзе между передней изогнутой линзой и задней изогнутой линзой, в котором содержатся 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 - в настоящем документе под термином понимают участок офтальмологической линзы, через который пользователь офтальмологической линзы может видеть.

Складка - особенность геометрии внутренней поверхности части передней изогнутой линзы или задней изогнутой линзы, 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 разрезе линзы 100 в соответствии с предшествующим уровнем техники, на котором в цилиндре 110 содержатся масло 101 и физиологический раствор 102. Цилиндр 110 включает в себя две пластины из оптического материала 106. Каждая пластина 106 имеет плоскую внутреннюю поверхность 113-114. Цилиндр 110 имеет внутреннюю поверхность, которая по существу является осесимметричной. В некоторых вариантах осуществления предшествующего уровня техники одна или более поверхностей могут иметь гидрофобное покрытие. На периметре или вокруг периметра цилиндра также расположены электроды 105. В непосредственной близости от электродов 105 также может быть предусмотрен электрический изолятор.

В соответствии с предшествующим уровнем техники, каждая из внутренних поверхностей 113-114 является по существу плоской или ровной. Между физиологическим раствором 102А и маслом 101 формируется поверхность раздела 112A. Как показано на фиг. 1A, форма поверхности раздела 112A в сочетании с показателем преломления физиологического раствора 102A и масла 101 обеспечивает вход падающего света 108 через первую внутреннюю поверхность 113 и выход расходящегося светового потока 109 через вторую внутреннюю поверхность 113. Форма поверхности раздела между маслом 101 и физиологическим раствором 102 может быть изменена путем приложения электрического тока к электродам 105.

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

На фиг. 1B линза 100 в соответствии с предшествующим уровнем техники показана в запитываемом энергией состоянии. Запитываемое энергией состояние достигается путем приложения напряжения 114 к электродам 115. Форма поверхности раздела 112B между маслом 101 и 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 разрезе жидкостной менисковой линзы 200 с передней изогнутой линзой 201 и задней изогнутой линзой 202. Передняя изогнутая линза 201 и задняя изогнутая линза 202 находятся в непосредственной близости друг от друга и образуют между собой полость 210. Передняя изогнутая линза имеет вогнутую дугообразную внутреннюю поверхность 203 и выпуклую дугообразную внешнюю поверхность 204. На вогнутую дугообразную поверхность линзы 203 может быть нанесено одно или более покрытий (не изображены на фиг. 2). В качестве покрытия могут использоваться, например, один или более из электропроводных или электроизоляционных материалов, гидрофобных или гидрофильных материалов. Одна или обе из вогнутой дугообразной поверхности линзы 203 и покрытий находятся в жидкостном и оптическом контакте с маслом 208, которое содержится в полости 210.

Задняя изогнутая линза 202 имеет выпуклую дугообразную внутреннюю поверхность линзы 205 и вогнутую дугообразную внешнюю поверхность линзы 206. На выпуклую дугообразную поверхность линзы 205 может быть нанесено одно или более покрытий (не изображены на фиг. 2). В качестве покрытия могут использоваться, например, один или более из электропроводных или электроизоляционных материалов, гидрофобных или гидрофильных материалов. По меньшей мере одна из выпуклой дугообразной поверхности линзы 205 и покрытий находятся в жидкостном и оптическом контакте с физиологическим раствором 207, который содержится в полости 210. Физиологический раствор 207 содержит одну или более солей или других компонентов, являющихся электропроводными и поэтому способными притягиваться или 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 в себя 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 м^-1 (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 м^-1 (диоптрий).

Различные варианты осуществления также могут включать в себя изменение оптической силы, связанное с изменением формы жидкостного мениска 211, сформированного 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 м^-1 (диоптрий). В других вариантах осуществления изменение оптической силы, связанное с изменением формы жидкостного мениска, может составлять до приблизительно 30 или более м^-1 (диоптрий). По существу, большее изменение оптической силы, связанное с изменением формы жидкостного мениска 211, предполагает относительно большую толщину линзы 210.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления настоящего изобретения, например, с такими, которые могут быть включены в офтальмологическую линзу, например, контактную линзу, толщина поперечного сечения 210 дугообразной жидкостной менисковой линзы 200 будет составлять до 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 линзы 210 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, сформированного между маслом 208 и физиологическим 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 физиологического раствора 207.

В тех вариантах осуществления, в которых дугообразная жидкостная менисковая линза 200 включена в контактную линзу, также является желательным, 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, комбинация масла 208 и физиологического раствора 207 предпочтительно подбирается 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 перемешивались.

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 в себя 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 в себя переднюю изогнутую линзу 301 и заднюю изогнутую линзу 302. Передняя изогнутая линза 301 и задняя изогнутая линза 302 могут быть сформированы из одного или более материалов, которые являются по меньшей мере частично прозрачными. В некоторых вариантах осуществления одна или обе из передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302 включают в себя по существу оптически прозрачный пластик, например, один или более из следующих материалов: PMMA, Zeonor и TPX.

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

Одна или обе из передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302 могут включать в себя электропроводное покрытие 303, которое, как показано на рисунке, проходит по периметру от положения 309 до положения 310. В некоторых предпочтительных вариантах осуществления электропроводное покрытие 303 включает в себя золото. Золото может быть нанесено путем напыления, вакуумного осаждения или другим известным способом. Альтернативное электропроводное покрытие 303 может включать в себя, в качестве неограничивающих примеров, алюминий, никель и оксид индия и олова. По существу электропроводное 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 электропроводное покрытие 304 нанесено на отдельные области задней изогнутой линзы 302. Например, зоны по периметру задней изогнутой линзы 302 могут иметь покрытие, нанесенное от первой границы 304-1 до второй границы 304-2. Покрытия из золота могут быть нанесены, например, путем напыления или вакуумного осаждения. В некоторых вариантах осуществления для нанесения золота или другого электропроводного материала на одну или более областей на периметре передней изогнутой линзы 301 или задней изогнутой линзы 302 в виде заранее заданного рисунка можно применять трафарет. Альтернативные 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 материалом, например, электропроводным эпоксидным наполнителем. Электропроводный наполнитель может обеспечивать электрическое соединение с электропроводным покрытием на внутренней поверхности одной или обеих из передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302.

В другом аспекте настоящего изобретения одна или обе из передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302 могут быть изготовлены из множества различных материалов, при этом оптическая зона, которая по существу находится в центральной области передней изогнутой линзы 301 и задней изогнутой линзы 302 (не показана), может включать в себя оптически прозрачный материал, а периферическая зона может включать в себя оптически непрозрачную область, содержащую электропроводный материал. Оптически непрозрачная область также может включать в себя один или более из следующих элементов: схему управления и источники энергии.

В еще одном аспекте в некоторых вариантах осуществления на переднюю изогнутую линзу 301 нанесено изоляционное покрытие 305. В неограничивающем изобретение примере изоляционное покрытие 305 может быть нанесено на участок от первой области 305-1 до второй области 305-2. Изоляционные материалы могут включать, например, Parylen C™, Teflon AF или другие материалы с различными электрическими и механическими характеристиками и электрическим сопротивлением.

В некоторых конкретных вариантах осуществления изоляционное покрытие 305 образует пограничную область, отделяющую электропроводное 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 иметь 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 электросхемы, 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 в себя 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 электропроводным материалом 313, например, водостойким электропроводным эпоксидным наполнителем. Этот электропроводный материал 313 может формировать электрическую клемму, расположенную за пределами полости, или может быть подключен к ней. Электрический заряд может быть подан на клемму и передан к покрытию по электропроводному 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 электропроводного 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 не более чем 10% от плотности масла 307, более предпочтительно - не более чем 5%, наиболее предпочтительно - не более чем 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 дугообразной 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 передней изогнутой линзы 301 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 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 электропроводным покрытиям или материалам 408 и отведении заряда от них.

В некоторых предпочтительных вариантах осуществления электропроводное 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 электропроводное покрытие 403 может служить проводником электрического заряда, приложенного к электропроводному покрытию 403 в точке, находящейся за пределами полости 409, к области электропроводного покрытия, находящейся в полости и в контакте с физиологическим 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 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, жидкостную менисковую линзу можно рассматривать как емкость с одним или более из следующих элементов: электропроводные покрытия, изоляционные покрытия, дорожки и материалы на поверхности или в передней изогнутой линзе 501 и задней изогнутой линзе 502. В соответствии с принципами настоящего изобретения, форма границы жидкостного мениска 505 и, следовательно, контактный угол между границей жидкостного мениска 505 и передней изогнутой линзой 501 меняется под воздействием электрического заряда, приложенного к поверхности по меньшей мере части одной или обеих из передней изогнутой линзы 501 и задней изогнутой линзы 502.

В соответствии с принципами настоящего изобретения, заряд электрического тока, приложенный к 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 напряжения или состоянию покоя.

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

В некоторых вариантах осуществления стенка мениска 506 имеет гладкую поверхность по отношению к толщине изоляционного покрытия. Гладкая поверхность стенки мениска 506 может сводить к минимуму дефекты изоляционного покрытия. Кроме того, поскольку случайные неровности рельефа поверхности могут приводить к неравномерному движению жидкости и, следовательно, вызывать неравномерные или непредсказуемые движения мениска при подаче или отключении тока, гладкая поверхность стенки мениска 506 является предпочтительной.

В другом аспекте в некоторых вариантах осуществления желательно, чтобы стенка мениска 506 была гидрофобной, и в этом случае в конструкцию дугообразной жидкостной менисковой линзы может быть введен заданный рельеф, например, нанорельефная поверхность.

В еще одном аспекте в некоторых вариантах осуществления стенка мениска 506 может располагаться под углом к оптической оси линзы. Угол может варьировать от 0°, то есть стенка может быть параллельной оптической оси, до 90° или приблизительно 90°, то есть стенка может быть перпендикулярной оптической оси. Как показано на рисунке и в некоторых предпочтительных вариантах осуществления, чтобы дугообразная жидкостная менисковая линза могла функционировать, угол стенки мениска 506 должен по существу находиться в диапазоне от приблизительно 30° до 50°, учитывая текущий контактный угол между границей жидкостного мениска 505 и покрытой изоляционным материалом стенкой мениска 506. При использовании иных материалов или при иных оптических свойствах, например, для телескопического зрения, угол стенки мениска 506 может быть ближе к 0° или к 90°.

В соответствии с принципами настоящего изобретения, угол стенки мениска 506 может быть выполнен с возможностью согласования с амплитудой движения вдоль стенки мениска 506 при приложении конкретного электрического напряжения и тока. В некоторых вариантах осуществления при увеличении угла стенки мениска 506 способность линзы менять свою оптическую силу в пределах, заданных параметрами размера линзы и напряжения, как правило, уменьшается. Кроме того, если стенка мениска 506 расположена под углом к оптической оси, равным или приблизительно равным 0°, граница жидкостного мениска 505 будет направлена почти прямо на переднюю оптическую часть. Угол стенки мениска является одним из нескольких параметров, которые можно изменять для получения различных эксплуатационных характеристик линзы.

В некоторых предпочтительных вариантах осуществления длина стенки мениска 506 составляет приблизительно 0,265 мм. Однако такой показатель, как угол стенки мениска 506, вместе с размером всей линзы естественным образом влияет на длину стенки мениска 506 в различных промышленных образцах изделия.

По существу, дугообразную жидкостную менисковую линзу 500 можно считать неисправной, если масло 504 касается задней изогнутой линзы 502. Таким образом, в предпочтительных вариантах осуществления стенка мениска 506 выполнена таким образом, что между первой складкой 506-1 и задней изогнутой линзой 502 (в ближайшей ее точке) остается минимальный просвет, составляющий 50 микрон. В других вариантах осуществления минимальный просвет может быть менее 50 микрон, однако риск получения неисправной линзы при уменьшении просвета возрастает. В некоторых других вариантах осуществления просвет может быть увеличен для снижения риска получения неисправной линзы, но, как правило, общая толщина линзы при этом также возрастает, что может быть нежелательным.

В еще одном аспекте некоторых предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения поведение границы жидкостного мениска 505, перемещающейся вдоль стенки мениска 506, может быть экстраполировано с помощью уравнения Юнга. Хотя уравнение Юнга описывает баланс сил, связанных с каплей жидкости на сухой поверхности, и предполагает идеально ровную поверхность, фундаментальные свойства можно применить к среде со смачиванием линзы с использованием электрического потенциала, созданной в дугообразной жидкостной менисковой линзе 500.

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

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

Неровности, такие как складки 506-1 и 506-2, на обоих концах стенки мениска 506 служат ограничителями движения жидкостного мениска 505, поскольку для того чтобы граница жидкостного мениска 505 вышла за пределы одной из складок, потребуется достаточно существенное изменение напряжения и соответствующее изменение контактного угла жидкостного мениска. В качестве одного из неограниченного множества примеров, в некоторых вариантах осуществления контактный угол между границей жидкостного мениска 505 и стенкой мениска 506 находится в диапазоне от 15 до 40°, а контактный угол между границей жидкостного мениска 505 и ступенькой 507 под второй складкой 506-2 предположительно находится в диапазоне от 90 до 130°, а в некоторых предпочтительных вариантах осуществления составляет 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 контактный угол между границей жидкостного мениска 505 и покрытой изоляционным материалом стенкой мениска 506 приводит к тому, что граница жидкостного мениска 505 останавливается у второй складки 506-2, если не приложено существенно более высокое напряжение.

С одного конца стенки мениска 506 первая складка 506-1 по существу образует один ограничитель, за который граница жидкостного мениска 505 обычно не переходит. В некоторых вариантах осуществления первая складка 506-1 выполнена в виде острого края. В других предпочтительных вариантах осуществления первая складка 506-1 имеет поверхность небольшого заданного радиуса, которая может быть создана с меньшей вероятностью брака. Электропроводное, 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 больше 90° для повышения прочности складки, но такая конструкция занимает в линзе больше места.

В различных вариантах осуществления заданный радиус складки 506-1 и 506-2 может находиться в диапазоне от 5 микрон до 25 микрон. Можно использовать и больший заданный радиус для повышения надежности нанесения покрытий, но за счет использования большего пространства в жестких пределах, обусловленных конструкцией линзы. В этом случае, как и во многих других областях изготовления линз, существует компромисс между простотой конструкции, оптимизацией функций линзы и уменьшением размера. Функциональную, надежную дугообразную жидкостную менисковую линзу 500 можно изготовить с учетом широкого диапазона переменных параметров.

Вторая складка 506-2 имеет особенности, позволяющие ограничивать перемещение масла при приложении напряжения к дугообразной жидкостной менисковой линзе 500. Также вторая складка 506-2 в некоторых вариантах осуществления может включать заостренный край, а 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 путем 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 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, как правило, более эффективно ограничивает движения мениска, поскольку потребуется более сильное изменение контактного угла границы жидкостного мениска 505, чтобы мениск сошел со стенки мениска 506 и поднялся на ступеньку 507. Переход от ступеньки 507 к началу оптической области 508 имеет радиус 25 микрон. Увеличение радиуса приведет к неоправданному увеличению занимаемого места в конструкции линзы. Использование меньшего радиуса возможно. Такой вариант используется, если необходимо сэкономить место. Решение об использовании заданного радиуса вместо идеальной складки в данной области линзы, а также в других ее областях, в частности, основано на потенциальном переходе к процессу изготовления элементов линзы путем литья под давлением. Изгиб между ступенькой 507 и началом оптической области 508 улучшает растекание пластика в процессе литья под давлением, и в результате получается линза с оптимальными характеристиками прочности и стойкости к нагрузкам.

На фиг. 6A-6C представлено несколько смоделированных примеров. Данная модель предполагает использование передней изогнутой линзы 8,45 мм и задней изогнутой линзы 8,05 мм. Изгибы линзы в других вариантах осуществления могут изменяться, и это не будет влиять на общие выводы о функционировании дугообразной жидкостной менисковой линзы.

На фиг. 6A показан пример выпуклой стенки мениска 601 в одном из множества возможных вариантов осуществления. Выпуклая стенка мениска 601, являющаяся компонентом дугообразной жидкостной менисковой линзы, если рассматривать ее отдельно от остальной части дугообразной жидкостной менисковой линзы, включает по меньшей мере часть стенки мениска 701, включающую сегмент тора (вид в перспективе на фиг. 7). Как дополнительно показано на фиг. 7, в этих вариантах осуществления стенка мениска 701 является выпуклой относительно оптической оси, при этом обеспечивается постоянное расстояние между первой складкой 702-1 и второй складкой 702-2 по всей длине линзы.

На фиг. 6A показаны примеры осуществления, в которых стенка мениска 601, выпуклая в сторону оптической оси, с радиусом 0,25 мм, располагается в дугообразной жидкостной менисковой линзе, содержащей приблизительно 4,5 мкл масла 602, под углом приблизительно 45° от оптической оси. Физиологический раствор 603 заполняет оставшуюся часть полости, ограниченной стенкой мениска 601. Граница жидкостного мениска 604A при отсутствии напряжения соприкасается со стенкой мениска 601 под углом приблизительно 20° (606A). Точка контакта 605A находится в конце стенки мениска 601, ближайшем к первой складке 608.

Как показано на фиг. 6B, прикладывание напряжения приводит к перемещению границы жидкостного мениска приблизительно на 0,025 мм к позиции 605B вдоль стенки мениска 601 по существу в направлении передней изогнутой линзы 607 и к формированию угла контакта, составляющего приблизительно 30° (606B) между границей жидкостного мениска 604B и стенкой мениска 601. Данное изменение мениска, показанное на фигуре 6C (из позиции 605A в позицию 605B), увеличивает оптическую силу приблизительно на 0,854 м^-1 (диоптрии), и оптическая сила линзы меняется с +0,046 до +0,926.

В соответствии с настоящим изобретением, жидкостная менисковая линза со стенкой мениска, включая по меньшей мере часть с выпуклой стенкой мениска, расположенной под заданным углом относительно оптической оси, как показано на фиг. 6C, характеризуется меньшим изменением оптической силы линзы при заданном уровне приложенного напряжения по сравнению с жидкостной менисковой линзой с линейной стенкой мениска, расположенной под аналогичным углом относительно оптической оси. Жидкостная менисковая линза с линейной стенкой мениска более полно описана в заявке на патент США с серийным номером 61/359548 под заголовком «ЛИНЗА СО СТЕНКОЙ МЕНИСКА В ФОРМЕ УСЕЧЕННОГО КОНУСА», поданной 29 июня 2010 г. Конкретное изменение приложенного напряжения вызывает изменение энергии на поверхности раздела фаз и поэтому предположительно приводит к соответствующему изменению контактного угла между границей жидкостного мениска и стенкой мениска. На линейной стенке мениска изменение контактного угла приводит к сравнительно более значительному перемещению границы жидкостного мениска вдоль стенки мениска, а при выпуклой стенке мениска перемещение будет предположительно относительно менее значительным (см. фиг. 6C).

Так как изобретение описано со ссылкой на конкретные варианты осуществления, специалистам в данной области будет понятно, что существует возможность внесения различных изменений и эквивалентных замен его элементов, не выходящих за пределы объема изобретения. Кроме того, существует возможность реализации различных модификаций для адаптации конкретной ситуации или материала к методике изобретения, не выходя за пределы объема изобретения.

Следовательно, предполагается, что изобретение не ограничено конкретными вариантами осуществления, рассматриваемыми как наилучший предполагаемый вариант осуществления изобретения, а, напротив, изобретение будет включать в себя все варианты осуществления в пределах сущности и объема приложенных пунктов формулы изобретения.

1. Оптическая линза, содержащая:
переднюю изогнутую линзу, содержащую внешнюю поверхность передней изогнутой линзы и внутреннюю поверхность передней изогнутой линзы, при этом указанная внешняя поверхность передней изогнутой линзы и указанная внутренняя поверхность передней изогнутой линзы имеют дугообразную форму;
заднюю изогнутую линзу, содержащую внутреннюю поверхность задней изогнутой линзы и внешнюю поверхность задней изогнутой линзы, причем указанная внутренняя поверхность задней изогнутой линзы и указанная внешняя поверхность задней изогнутой линзы имеют дугообразную форму, при этом указанная задняя изогнутая линза расположена в непосредственной близости от указанной передней изогнутой линзы так, что между указанной внутренней поверхностью передней изогнутой линзы и указанной внутренней поверхностью задней изогнутой линзы образуется полость;
объем физиологического раствора и объем масла, содержащиеся в полости, сформированной между указанной внутренней поверхностью передней изогнутой линзы и указанной внутренней поверхностью задней изогнутой линзы, при этом указанные физиологический раствор и масло формируют мениск между ними; и
стенку мениска, представляющую область с внутренней стороны передней изогнутой линзы, которая находится в полости мениска и по которой проходит граница жидкостного мениска, при этом стенка мениска имеет общую форму усеченного конуса, в которой по меньшей мере часть усеченного конуса является выпуклой в направлении оптической оси.

2. Оптическая линза по п. 1, дополнительно содержащая электропроводное покрытие на по меньшей мере части указанной стенки мениска.

3. Оптическая линза по п. 2, в которой объем масла меньше объема физиологического раствора, содержащегося в полости.

4. Оптическая линза по п. 2, в которой объем масла составляет приблизительно 66% или более по сравнению с объемом физиологического раствора.

5. Оптическая линза по п. 2, в которой объем масла составляет приблизительно 90% или менее по сравнению с объемом физиологического раствора.

6. Оптическая линза по п. 2, в которой масло имеет плотность, приблизительно равную плотности физиологического раствора.

7. Оптическая линза по п. 2, в которой плотность масла отличается от плотности физиологического раствора не более чем на приблизительно 10%.

8. Оптическая линза по п. 2, в которой плотность масла отличается от плотности физиологического раствора не более чем на приблизительно 5%.

9. Оптическая линза по п. 2, в которой электропроводное покрытие распространяется от области, находящейся в полости, до области, находящейся за пределами полости.

10. Оптическая линза по п. 9, в которой область электропроводного покрытия, находящаяся за пределами полости, образует электрическую клемму для обеспечения электрического заряда к жидкостной менисковой линзе.

11. Оптическая линза по п. 9, в которой приложение электрического заряда к области электропроводного покрытия за пределами полости приводит к изменению положения контакта между мениском и стенкой мениска.

12. Оптическая линза по п. 9, в которой электрический заряд представляет потенциал постоянного тока.

13. Оптическая линза по п. 9, в которой электрический заряд составляет приблизительно 20,0 вольт.

14. Оптическая линза по п. 9, в которой электрический заряд составляет от приблизительно 18,0 вольт до 22,0 вольт.

15. Оптическая линза по п. 9, в которой электрический заряд составляет приблизительно 5,0 вольт.

16. Оптическая линза по п. 9, в которой электрический заряд составляет от приблизительно 3,5 вольт до приблизительно 7,5 вольт.

17. Оптическая линза по п. 3, в которой внешняя поверхность передней изогнутой линзы имеет оптическую силу, отличную от приблизительно 0.

18. Оптическая линза по п. 3, в которой внутренняя поверхность передней изогнутой линзы имеет оптическую силу, отличную от приблизительно 0.

19. Оптическая линза по п. 3, в которой внешняя поверхность задней изогнутой линзы имеет оптическую силу, отличную от приблизительно 0.

20. Оптическая линза по п. 3, в которой внутренняя поверхность задней изогнутой линзы имеет оптическую силу, отличную от приблизительно 0.

21. Оптическая линза по п. 3, дополнительно содержащая канал, проходящий через одну или обе из передней изогнутой линзы и задней изогнутой линзы, и электропроводный материал, заполняющий канал.

22. Оптическая линза по п. 21, дополнительно содержащая клемму, электрически связанную с электропроводным материалом, заполняющим канал.

23. Оптическая линза по п. 22, в которой приложение электрического заряда к клемме вызывает изменение формы мениска.

24. Оптическая линза по п. 3, дополнительно содержащая изоляционное покрытие, нанесенное вдоль по меньшей мере части внутренней поверхности передней изогнутой линзы, при этом изоляционное покрытие содержит электрический изолятор.

25. Оптическая линза по п. 24, в которой изолятор содержит либо Parylene С, либо Teflon AF.

26. Оптическая линза по п. 24, в которой изолятор содержит пограничную область, разделяющую электропроводное покрытие и физиологический раствор, содержащийся в полости.

27. Оптическая линза по п. 3, в которой угол усеченного конуса относительно оптической оси линзы составляет от приблизительно 30° до 50°.

28. Оптическая линза по п. 27, дополнительно содержащая складку, прилегающую к стенке мениска, при этом указанная складка имеет угловой элемент.

29. Оптическая линза по п. 1, в которой складка содержит изогнутую поверхность с заданным радиусом.

30. Оптическая линза по п. 29, в которой заданный радиус находится в диапазоне от 5 микрон до 25 микрон.