專利名稱：流體填充透鏡和其眼科應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施例涉及流體填充透鏡，并且具體地涉及可變流體填充透鏡。
背景技術(shù)：
如在美國專利No. 2，836，101中所描述的，從約1958年就已經(jīng)知道基本的流體透鏡，該專利的全部內(nèi)容通過弓I用而結(jié)合于此。更近的示例可以在Lab Chip的2008年第8卷第 395 頁和在 WIPO 公報(bào) W02008/063442 中的 Tang 等人的 “Dynamically ReconfigurableFluid Core Fluid Cladding Lens in a Microfluidic Channel ”中找到，這些文件中的每個(gè)的全部內(nèi)容通過引用而結(jié)合于此。流體透鏡的這些應(yīng)用涉及光子學(xué)、數(shù)字電話機(jī)和照相機(jī)技術(shù)、以及微電子學(xué)。對于眼科應(yīng)用已經(jīng)提出了流體透鏡(例如參見美國專利No. 7，085，065，其全部內(nèi)容通過引用而結(jié)合于此)。在所有的情況下，流體透鏡的優(yōu)點(diǎn)(包括寬的動(dòng)態(tài)范圍、提供適應(yīng)性校正的能力、魯棒性和低成本)必須與孔徑尺寸、泄露趨勢和性能穩(wěn)定性方面的限制相平衡。065號(hào)專利例如已經(jīng)公開了涉及在眼科應(yīng)用中使用的流體透鏡中的流體的有效密封的幾個(gè)改進(jìn)和實(shí)施例，不過不限于這些(例如參見美國專利No. 6，618，208，該專利的全部內(nèi)容通過引用而結(jié)合于此)。通過將附加的流體注入到透鏡腔體中，通過電潤濕和施加超聲波脈沖，并且通過利用在引入諸如水的充脹劑時(shí)交聯(lián)的聚合物中的充脹力，來進(jìn)行流體透鏡中的焦強(qiáng)調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，流體透鏡組件包括前剛性透鏡；半柔性膜，其適于從最小充脹水平擴(kuò)張到最大充脹水平；以及位于前述兩者之間的流體層。本實(shí)施例的流體透鏡組件的前透鏡構(gòu)造成具有負(fù)的光學(xué)焦強(qiáng)。在某些實(shí)施例中，流體透鏡組件構(gòu)造成當(dāng)膜充脹到最大充脹水平時(shí)流體透鏡組件具有整體負(fù)的光學(xué)焦強(qiáng)。在其他實(shí)施例中，流體透鏡組件能構(gòu)造成當(dāng)膜在最小充脹水平和最大充脹水平之間擴(kuò)張時(shí)具有整體負(fù)的光學(xué)焦強(qiáng)。以下將參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的其他實(shí)施例、特征和優(yōu)點(diǎn)以及本發(fā)明的各種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和操作。


結(jié)合于本文并形成說明書的一部分的附示了本發(fā)明，并且還與說明書一起用來說明本發(fā)明的原理，并使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠制造和使用本發(fā)明。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的透鏡的一部分的側(cè)視立體圖。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的覆蓋正的焦強(qiáng)范圍的各種透鏡組件的光學(xué)特性的表。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的透鏡的一部分的側(cè)視立體圖。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的透鏡的一部分的側(cè)視立體圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的覆蓋負(fù)的焦強(qiáng)范圍和負(fù)至正的焦強(qiáng)范圍的各種透鏡組件的光學(xué)特性的表。將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式盡管論述了具體的構(gòu)造和布置，但是應(yīng)該理解到這樣做僅僅是為了解釋的目的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以使用其他構(gòu)造和布置。對于相關(guān)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員顯然的是，本發(fā)明還可以用在各種其他應(yīng)用場合。注意，說明中的的表述“一個(gè)實(shí)施例”、“實(shí)施例”、“示例實(shí)施例”等表示所描述的實(shí)施例能包括具體的特征、結(jié)構(gòu)或者特性，但是不必每個(gè)實(shí)施例均包括該具體的特征、結(jié)構(gòu)或者特性。而且，這樣的表述不一定指相同的實(shí)施例。而且，當(dāng)與實(shí)施例相關(guān)地描述具體的特征、結(jié)構(gòu)或者特性時(shí)，要在本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員的知識(shí)范圍內(nèi)與無論是否明確說明的其他實(shí)施例相關(guān)聯(lián)地應(yīng)用該特征、結(jié)構(gòu)或者特性。根據(jù)要提供視覺校正的本發(fā)明實(shí)施例的流體透鏡的使用比傳統(tǒng)的視覺校正的裝置(諸如剛性透鏡和接觸透鏡)具有重要的優(yōu)點(diǎn)。首先，流體透鏡可容易調(diào)節(jié)。因而，對觀察附近物體要求提供附加正的焦強(qiáng)校正的老花眼者能裝配有與距離規(guī)定匹配的基本焦強(qiáng)的流體透鏡。使用者然后能調(diào)節(jié)流體透鏡，以獲得所需要的附加正焦強(qiáng)校正以觀察處于中等和其他距離處的物體。其次，流體透鏡能由佩戴者在期望的焦強(qiáng)范圍連續(xù)地調(diào)節(jié)。結(jié)果，佩戴者能針對具體的光環(huán)境中的具體物距來調(diào)節(jié)焦強(qiáng)以精確地匹配折射誤差。因而，流體透鏡允許焦強(qiáng)的調(diào)節(jié)以補(bǔ)償眼睛的焦點(diǎn)的自然深度(其取決于佩戴者的瞳孔尺寸，而瞳孔尺寸又取決于周圍光亮度)的變化。例如，許多患者報(bào)告所謂的“夜近視”的情況，其中，患者在低的環(huán)境光亮度下(例如，當(dāng)晚上在戶外)變成近視。這種情況是由瞳孔在低光亮度下瞳孔的放大或者擴(kuò)大引起的，瞳孔的放大或者擴(kuò)大造成包括角膜、自然晶狀體和瞳孔在內(nèi)的眼睛的聚焦設(shè)備的球面等效焦強(qiáng)的降低。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，患有夜近視的患者能調(diào)節(jié)流體透鏡以補(bǔ)償夜近視。第三，盡管一般承認(rèn)與一弧分(1/60度)的圖像分辨率對應(yīng)的20/20視力表示可接受的視覺品質(zhì)，但是人類的虹膜能分辨更細(xì)微的分辨率。已經(jīng)知道健康人的虹膜能分辨20弧秒(1/300度)的分辨率。設(shè)計(jì)成使得患者能實(shí)現(xiàn)此較高的視力水平的校正眼鏡具有約
0.1OD或者更好的分辨率。該分辨率能用連續(xù)可調(diào)節(jié)流體透鏡元件(諸如此處描述的流體透鏡的實(shí)施例)來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，術(shù)語流體透鏡組件包括流體透鏡、連接管和容納多余流體的儲(chǔ)液器，它們?nèi)窟B接以形成單個(gè)密封腔體。術(shù)語流體透鏡元件僅僅是指流體透鏡本身，其包括剛性透鏡、柔性膜和兩者之間的流體層。一個(gè)或者多個(gè)致動(dòng)系統(tǒng)(未示出)容納在用于調(diào)節(jié)流體透鏡的焦強(qiáng)的眼鏡框架(未示出)中。眼鏡組件能包括構(gòu)造成接收一個(gè)或者多個(gè)流體透鏡的眼鏡框架。該框架可以是任何形狀，并且可以由塑料、金屬或者任何其他適合的材料制成?？蚣苓€可以簡單地是圍繞透鏡纏繞或者以其他方式連接到透鏡的線路或管路。
在包括一個(gè)或者多個(gè)流體透鏡的眼鏡組件的實(shí)施例中，每個(gè)流體透鏡可以設(shè)置有自己的致動(dòng)系統(tǒng)，使得用于每只眼睛的透鏡能獨(dú)立地被調(diào)節(jié)。此特征允許諸如屈光參差患者的使用者單獨(dú)地校正每個(gè)眼睛中的折射誤差，以在雙眼中均實(shí)現(xiàn)適合的校正，帶來更好的雙眼視覺和雙眼總和(binocular summation)。致動(dòng)系統(tǒng)可以安裝在眼鏡組件的支腳件上或者支腳件內(nèi)，使得其盡可能不引人注目，同時(shí)維持操作的便利性。每個(gè)流體透鏡可以設(shè)置有開口，該開口連接到管路，該管路在另一端處附接到多余流體的儲(chǔ)液器。將儲(chǔ)液器連接到流體透鏡的管路可以穿過框架鉸鏈。儲(chǔ)液器可以被容納在沿著支腳的長度而延伸的槽內(nèi)，并且可以往回折疊以將附加的流體通過連接管路擠壓到流體透鏡組件中。類似地，儲(chǔ)液器可以展開以將流體從流體透鏡組件吸入到儲(chǔ)液器中，以降低流體透鏡的正焦強(qiáng)。在實(shí)施例中，流體透鏡、連接管路和儲(chǔ)液器一起形成密封的單元。提供手段以擠壓儲(chǔ)液器以將流體通過連接管路推送到流體透鏡中。例如，擠壓儲(chǔ)液器的手段能是以下形式，沖擊隔膜以增大儲(chǔ)液器內(nèi)的壓力的柱塞、用于擠壓儲(chǔ)液器的卡鉗或者本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員知道的任何其他流體泵或者致動(dòng)器。包括示例性密封單元的示例性致動(dòng)系統(tǒng)例如在美國申請No. 12/399，368中公開，該申請的全部內(nèi)容通過引用而結(jié)合于此。因?yàn)橥ㄟ^柔性膜響應(yīng)于流體被泵入或者泵出流體透鏡元件而擴(kuò)張來控制流體透鏡元件的焦強(qiáng)，理論上它能在該特定的流體透鏡元件的設(shè)計(jì)極限內(nèi)提供連續(xù)的球面焦強(qiáng)校正范圍。在實(shí)踐中，不同的患者當(dāng)向不同的患者提供相同的流體透鏡元件時(shí)這些患者將獲得不同的調(diào)節(jié)能力的極限。通常，臨床研究表明對不同圖像模糊的感知的極限在從約0. 05D至0. 15D的范圍內(nèi)。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的流體透鏡組件100的一部分的側(cè)視立體圖。此實(shí)施例的透鏡可以設(shè)計(jì)成覆蓋正焦強(qiáng)范圍，例如+IOD至+2D。流體透鏡組件100包括至少一個(gè)剛性透鏡本體110、柔性膜120和填充位于膜120和剛性透鏡本體110之間的空隙的流體層140，該柔性膜120在邊緣130處附接到透鏡本體110，以形成密封防止流體進(jìn)入或者離開在剛性透鏡本體110和膜120之間形成的腔體。剛性透鏡本體110例如能由折射率例如約為1. 59的雙酚A的聚碳酸酯制成。可選的實(shí)施例可以包括由折射率不同的不同材料制成的剛性透鏡本體110。例如，如果折射率為1.667的芳香聚氨基甲酸酯用來制作剛性透鏡，則正焦強(qiáng)范圍能用前透鏡的更平坦的曲率來實(shí)現(xiàn)，一些使用者認(rèn)為這在美觀方面比較好。其他可以用來制作剛性透鏡的材料例如但不限于乙二醇雙烯丙基碳酸酯(DEG-BAC)、聚甲基丙烯酸甲酯、PMMA、以及專用的復(fù)合聚脲，其商標(biāo)名為Trivex (PPG)0剛性透鏡一般使用一對模具由聚合物鑄造或者模制。模具的表面的曲率可以匹配對于特定的庫存單元(SKU)所要求的復(fù)曲面規(guī)格。提供相當(dāng)大的焦強(qiáng)調(diào)節(jié)范圍的能力使流體透鏡組件相對于傳統(tǒng)的眼科透鏡在成本和SKU數(shù)量方面有重要的優(yōu)勢。例如，約-0. 25D至約-7. 25D的負(fù)焦強(qiáng)范圍能被用于僅校正球面誤差的三個(gè)SKU和用于在約0. OD至約-4. OOD的范圍內(nèi)校正球面和像散誤差兩者的51個(gè)SKU覆蓋。在實(shí)施例中，這些實(shí)施例的剛性透鏡的光學(xué)器件(尤其是與空氣接觸的表面)能非球面化，以校正離軸入射的球面像差，并且還減小透鏡厚度。在實(shí)施例中，柔性膜120由交聯(lián)聚合物或者能伸展以在充脹時(shí)呈現(xiàn)球體形狀但是在不充脹時(shí)將返回到原來的形狀的聚合物制成。膜210能在不同點(diǎn)位具有不同的厚度，并能在不同方向具有不同的機(jī)械應(yīng)力模量或者在不同點(diǎn)位具有不同的機(jī)械應(yīng)力模量。膜20的可選實(shí)施例可以包括以上特征的任何組合。當(dāng)非圓流體透鏡充脹時(shí)，充脹的表面的曲率隨著方位而變化，并發(fā)展出像散。在實(shí)施例中，通過改變作為施加的機(jī)械或者流體靜應(yīng)力的方向的函數(shù)的、膜的剛度，或者通過改變相對液體透鏡的幾何中心的位置，來最小化這種引發(fā)的像散誤差。膜120的厚度輪廓能通過例如對膜進(jìn)行注塑成形或者吹塑成形而產(chǎn)生。膜120的彈性模量的方位依賴性能通過例如在升高的溫度下雙軸地壓迫膜然后在應(yīng)變下冷凍而提供。在實(shí)施例中，允許2. 0:1至3.0:1的應(yīng)變比。例如通過 將剛性高模量涂層施加到膜120并根據(jù)馳度表的形式所規(guī)定的按照逐點(diǎn)位地改變涂層的厚度，還能按照點(diǎn)位來調(diào)制膜120的拉伸模量。這種涂層可以是諸如例如SiOx或者SixNy的陶瓷。附加地或者可選地，可以使用諸如礬土(A1203或者Ti02)的其他氣相沉積陶瓷涂層。例如當(dāng)通過化學(xué)或者物理氣相沉積涂覆涂層時(shí)使用掩膜，或者通過使用預(yù)編程的掩蓋裝置改變表面對氣相形式的涂層的曝光時(shí)間，可以涂覆具有形狀的涂層，其中，該掩蓋裝置以給定的速度沿著規(guī)定的軌跡移動(dòng)。在實(shí)施例中，膜120對腔體內(nèi)的流體的擴(kuò)散提供可靠的和耐久的阻擋，并對消費(fèi)級的眼科應(yīng)用具有抗穿刺性。在實(shí)施例中，膜120由具有高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(諸如100°C或者更高(例如，130°C或者更高))、高熔點(diǎn)的定向或者局部結(jié)晶的聚合物制成，不過它們可以具有相對低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(例如，聚氟乙烯，TEDLARM,由DE的Wilmington的Du Pont公司供應(yīng))和高的斷裂伸度(諸如120%或者更高)，這將提供足夠的韌性和抗穿刺性。用于膜的聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和熔點(diǎn)在表I中給出。如果諸如PEEK (聚醚酮)或者含氟聚合物(諸如TEDLAR、聚偏氟乙烯(PVDF)或者PTFE)的局部結(jié)晶聚合物用于膜120，則熔點(diǎn)可以是150°C或者更高。諸如聚降冰片烯的聚烯烴可以用作膜材料。適合用作膜材料的其他聚合物例如但是非限制性地包括聚砜、聚亞胺酯、聚硫尿烷、聚對苯二甲酸亞乙酯、環(huán)烯和脂肪族或者脂環(huán)族聚醚的聚合物。表權(quán)利要求
1.一種流體透鏡組件，包括 前剛性透鏡； 半柔性膜，其適于從最小充脹水平擴(kuò)張到最大充脹水平；以及 位于前述兩者之間的流體層； 其中，所述前透鏡構(gòu)造成具有負(fù)的光學(xué)焦強(qiáng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體透鏡組件，其中，所述前透鏡還構(gòu)造成具有雙凹形幾何形狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體透鏡組件，其中，所述流體透鏡組件構(gòu)造成當(dāng)所述膜擴(kuò)張到所述最大充脹水平時(shí)所述流體透鏡組件具有整體負(fù)的光學(xué)焦強(qiáng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體透鏡組件，其中，所述流體透鏡組件構(gòu)造成當(dāng)所述膜在所述最小充脹水平和所述最大充脹水平之間擴(kuò)張時(shí)所述流體透鏡組件具有整體負(fù)的光學(xué)焦強(qiáng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體透鏡組件，其中，所述流體透鏡組件構(gòu)造成當(dāng)所述膜擴(kuò)張到所述最大充脹水平時(shí)所述流體透鏡組件具有整體正的光學(xué)焦強(qiáng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體透鏡組件，其中，所述流體透鏡組件構(gòu)造成當(dāng)所述膜在所述最小充脹水平和所述最大充脹水平之間局部擴(kuò)張時(shí)所述流體透鏡組件具有整體正的光學(xué)焦強(qiáng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體透鏡組件，其中，所述流體透鏡組件構(gòu)造成在所述最小充脹水平和所述最大充脹水平之間具有3屈光度的光學(xué)焦強(qiáng)范圍。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體透鏡組件，其中，所述流體透鏡組件構(gòu)造成具有非圓的形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體透鏡組件，其中，所述前透鏡的與所述流體層相鄰的表面是凹形的。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的流體透鏡組件，其中，所述前透鏡的不與所述流體層相鄰的表面是凹形的。
11.一種校正目鏡，其包括兩個(gè)流體透鏡組件，每個(gè)流體透鏡組件包括 前剛性透鏡； 半柔性膜，其適于從最小充脹水平充脹到最大充脹水平；以及 位于前述兩者之間的流體層； 其中，所述前透鏡構(gòu)造成具有負(fù)的光學(xué)焦強(qiáng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的校正目鏡，其中，所述流體透鏡組件中的一個(gè)或多個(gè)流體透鏡組件構(gòu)造成當(dāng)所述膜充脹到所述最大充脹水平時(shí)所述一個(gè)或多個(gè)流體透鏡組件具有整體負(fù)的光學(xué)焦強(qiáng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的校正目鏡，其中，所述流體透鏡組件中的一個(gè)或多個(gè)流體透鏡組件構(gòu)造成當(dāng)所述膜在所述最小充脹水平和所述最大充脹水平之間擴(kuò)張時(shí)所述一個(gè)或多個(gè)流體透鏡組件具有整體負(fù)的光學(xué)焦強(qiáng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的校正目鏡，其中，所述流體透鏡組件中的一個(gè)或多個(gè)流體透鏡組件構(gòu)造成當(dāng)所述膜充脹到所述最大充脹水平時(shí)所述一個(gè)或多個(gè)流體透鏡組件具有整體正的光學(xué)焦強(qiáng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的校正目鏡，其中，所述流體透鏡組件中的一個(gè)或多個(gè)流體透鏡組件構(gòu)造成當(dāng)所述膜在所述最小充脹水平和所述最大充脹水平之間局部擴(kuò)張時(shí)所述一個(gè)或多個(gè)流體透鏡組件具有整體正的光學(xué)焦強(qiáng)。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的校正目鏡，其中，所述流體透鏡組件中的一個(gè)或多個(gè)流體透鏡組件構(gòu)造成在所述最小充脹水平和所述最大充脹水平之間具有3屈光度的光學(xué)焦強(qiáng)范圍。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的校正目鏡，其中，所述流體透鏡組件中的一個(gè)或多個(gè)流體透鏡組件構(gòu)造成具有非圓的形狀。
18.根據(jù)權(quán)利要求10所述的校正目鏡，其中，所述流體透鏡中的一個(gè)或多個(gè)包括與所述流體層相鄰的凹形表面。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的校正目鏡，其中，所述流體透鏡中的一個(gè)或多個(gè)包括與所述流體層相鄰的凹形表面。
全文摘要
流體透鏡組件包括前剛性透鏡、半柔性膜以及位于兩者之間的流體層，半柔性膜適于從最小充脹水平擴(kuò)張到最大充脹水平。流體透鏡組件的前透鏡構(gòu)造成具有負(fù)的光學(xué)焦強(qiáng)。在一實(shí)施例中，流體透鏡組件可以構(gòu)造成當(dāng)膜擴(kuò)張到最大充脹水平時(shí)具有整體負(fù)的光學(xué)焦強(qiáng)。在一實(shí)施例中，流體透鏡可以構(gòu)造成當(dāng)膜在最小充脹水品和最大充脹水平之間擴(kuò)張時(shí)具有整體負(fù)的光學(xué)焦強(qiáng)。
文檔編號(hào)G02B3/14GK103069311SQ201180039549
公開日2013年4月24日 申請日期2011年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月12日
發(fā)明者阿米塔瓦·古普塔, 威廉·威甘, 莉薩·尼鮑爾, 法蘭克·斯坦奧塔, 布魯斯·戴克爾, 托馬斯·M·麥克谷里, 爾本·肖納勒, 卡里姆·哈羅德, 漢斯·杰格, 馬修·華萊士·彼得森, 丹尼爾·塞納托 申請人:阿德倫絲必康公司