CN104460036A - 包括成形液晶元件和偏振元件的可变光学眼科装置 - Google Patents

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CN104460036A CN201410475468.6A CN201410475468A CN104460036A CN 104460036 A CN104460036 A CN 104460036A CN 201410475468 A CN201410475468 A CN 201410475468A CN 104460036 A CN104460036 A CN 104460036A
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Abstract

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。

Description

包括成形液晶元件和偏振元件的可变光学眼科装置
相关专利申请的交叉引用
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
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。
相关领域的讨论
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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
在一些实施例中，眼科装置可为接触镜片。
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。
在一些实施例中，所述的眼科装置可包括处理器。
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。
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。
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。
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。
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。
在一些实施例中，中间件可包括接合在一起的多个件。
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。
附图说明
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
术语表
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：
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
眼内镜片：如本文所用，是指嵌入眼睛内的眼科镜片。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
眼科镜片
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。
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。
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。
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。
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。
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。
包括液晶元件的可变光学插入物
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。
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。
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。
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n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。
此模型可基于斯涅尔定律：sin(θ1)/sin(θ2)＝n2/n1。例如，界面可由件320和空间350形成，θ1可为入射光线与界面处的表面法线形成的角度。θ2可为光线在离开界面时与表面法线形成的建模角度。n2可表示空间350的折射率并且n1可表示件320的折射率。当n1不等于n2时，则角度θ1和θ2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。
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。
参见图5，示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。在一些示例性实施例中，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。
在一些示例性实施例中，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。
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。
参见图6A，示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。
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。
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。
图6B中的实施例660在665处示出了偏振滤光器，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。
包括具有有源和无源方面的单偏振敏感性液晶层的双焦点眼科装置
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。如图所示，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。
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。
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。
材料
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10mm之间、前表面半径介于约6mm到10mm之间、后表面半径介于约6mm到10mm之间、以及中心厚度介于约0.050mm和1.0mm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8.9mm，前表面半径为约7.9mm，后表面半径为约7.8mm，中心厚度为约0.200mm，边缘轮廓为约0.050mm半径。
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。
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℃至160℃范围内的玻璃化转变温度。
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。
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。
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。
在一些示例性实施例中，优选的镜片材料包括含有机硅的组分。“含有机硅的组分”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。
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。
合适的含有机硅的组分包括由式I表示的化合物
其中
R1独立地选自一价反应性基团、一价烷基、或一价芳基，上述基团中的任一种都还可包含选自以下的官能团：羟基、胺基、氧杂、羧基、烷基羧基、烷氧基、酰胺基、氨基甲酸根、碳酸根、卤素或它们的组合；以及包含1至100个Si-O重复单元的一价硅氧烷链，其还可包含选自以下的官能团：烷基、羟基、胺基、氧杂、羧基、烷基羧基、烷氧基、酰胺基、氨基甲酸根、卤素或它们的组合；
其中b＝0至500，其中应理解，当b不为0时，b为众数(mode)等于指定值的分布；
其中至少一个R1包含一价反应基团，并且在一些实施例中，1至3个R1包含一价反应性基团。
如本文所用，“一价反应性基团”为可经历自由基和/或阳离子聚合的基团。自由基反应性基团的非限制性例子包括(甲基)丙烯酸酯、苯乙烯基、乙烯基、乙烯基醚、(甲基)丙烯酸C1-6烷基酯、(甲基)丙烯酰胺、C1-6烷基(甲基)丙烯酰胺、N-乙烯基内酰胺、N-乙烯基酰胺、C2-12烯基、C2-12烯基苯基、C2-12烯基萘基、C2-6烯基苯基、C1-6烷基、O-乙烯基氨基甲酸酯以及O-乙烯基碳酸酯。阳离子反应基团的非限制性例子包括乙烯基醚或环氧基团以及它们的混合物。在一个实施例中，自由基反应基团包括(甲基)丙烯酸酯、丙烯酰氧基、(甲基)丙烯酰胺、以及它们的混合物。
合适的一价烷基和芳基基团包括未取代的一价C1-C16烷基基团、C6-C14芳基基团，诸如取代的和未取代的甲基、乙基、丙基、丁基、2-羟丙基、丙氧基丙基、聚乙烯氧丙基、它们的组合等。
在一个示例性实施例中，b为0，一个R1为一价反应性基团，并且至少3个R1选自具有1至16个碳原子的一价烷基，并且在另一个示例性实施例中，选自具有1至6个碳原子的一价烷基。此示例性实施例的有机硅组分的非限制性例子包括2-甲基-2-羟基-3-[3-[1,3,3,3-四甲基-1-[(三甲基甲硅烷基)氧基]二硅氧烷基]丙氧基]丙酯(“SiGMA”)、
2-羟基-3-甲基丙烯酰氧基丙氧基丙基-三(三甲基硅氧基)硅烷、
3-甲基丙烯酰氧基丙基三(三甲基硅氧基)硅烷(“TRIS”)、
3-甲基丙烯酰氧基丙基双(三甲基甲硅烷氧基)甲基硅烷以及
3-甲基丙烯酰氧基丙基五甲基二硅氧烷。
在另一个示例性实施例中，b为2至20、3至15，或者在一些实施例中为3至10；至少一个末端R1包含一价反应性基团，并且剩余的R1选自具有1至16个碳原子的一价烷基，并且在另一个实施例中选自具有1至6个碳原子的一价烷基。在又一个示例性实施例中，b为3至15，一个末端R1包含一价反应性基团，另一个末端R1包含具有1至6个碳原子的一价烷基并且剩余的R1包含具有1至3个碳原子的一价烷基。本实施例的有机硅组分的非限制性实例包括(单-(2-羟基-3-甲基丙烯酰氧基丙基)-丙醚封端的聚二甲基硅氧烷(分子量为400-1000)(“OH-mPDMS”)、单甲基丙烯酰氧基丙基封端的单正丁基封端的聚二甲基硅氧烷(分子量为800-1000)(“mPDMS”)。
在另一个示例性实施例中，b为5至400或10至300，两个末端R1均包含一价反应性基团并且剩余的R1独立地选自具有1至18个碳原子的一价烷基，所述一价烷基在碳原子之间可具有醚键并且还可包含卤素。
在其中需要硅水凝胶镜片的一个示例性实施例中，本发明的镜片将由反应性混合物制成，所述反应性混合物包括基于用于制造所述聚合物的反应性单价组分的总重量计至少约20重量％并且优选为约20重量％和70重量％之间的含有机硅的组分。
在另一个示例性实施例中，1至4个R1包含乙烯基碳酸酯或下式的乙烯基氨基甲酸酯：
式II
其中：Y代表O-、S-或NH-；
R代表氢或甲基；d为1、2、3或4；q为0或1。
含有机硅的碳酸乙烯酯或乙烯基氨基甲酸酯单体具体包括：1,3-双[4-(乙烯氧基羰基氧基)丁-1-基]四甲基-二硅氧烷、3-(乙烯氧基羰基硫基)丙基-[三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷]、3-[三(三甲基甲硅烷氧基)甲硅烷基]丙基烯丙基氨基甲酸酯、3-[三(三甲基甲硅烷氧基)甲硅烷基]丙基乙烯基氨基甲酸酯、碳酸三甲基甲硅烷基乙基酯乙烯酯、碳酸三甲基甲硅烷基甲基酯乙烯酯，并且
在期望生物医疗装置的模量在约200以下的情况中，只有一个R1应包含一价反应性基团，并且剩余的R1基团中不超过两个将包含一价硅氧烷基团。
另一类包含有机硅的组分包括以下式的聚氨酯大分子单体：
式IV-VI
(*D*A*D*G)a*D*D*E1；
E(*D*G*D*A)a*D*G*D*E1或；
E(*D*A*D*G)a*D*A*D*E1
其中：
D代表具有6至30个碳原子的烷二基、烷基环烷二基、环烷二基、芳二基或烷基芳二基，
G代表具有1至40个碳原子并且主链中可包含醚键、硫代键或胺键的烷二基、环烷二基、烷基环烷二基、芳二基或烷基芳二基；
*代表氨基甲酸酯或脲基键；
a为至少1；
A代表下式的二价聚合基：
式VII
R11独立地代表具有1至10个碳原子的烷基或氟取代的烷基，其在碳原子之间可含有醚键；y为至少1；并且p提供400至10,000的部分权重；E和E1的每个独立地代表由下式表示的可聚合不饱和有机基：
式VIII
其中：R12为氢或甲基；R13为氢、具有1至6个碳原子的烷基、或—CO—Y—R15基，其中Y为—O—、Y—S—或—NH—；R14为具有1至12个碳原子的二价基团；X代表—CO—或—OCO—；Z代表—O—或—NH—；Ar代表具有6至30个碳原子的芳基；w为0至6；x为0或1；y为0或1；并且z为0或1。
优选的含有机硅的组分是由如下式表示的聚氨酯大分子单体：
式IX
其中R16是移除异氰酸酯基团后的二异氰酸酯的双基，诸如异佛乐酮二异氰酸酯的双基。其他合适的含有机硅的大分子单体为由氟醚、羟基封端的聚二甲基硅氧烷、异佛尔酮二异氰酸酯和甲基丙烯酸异氰基乙酯反应形成的式X的化合物(其中x+y为在10至30范围内的数值)。
式X
适用于本发明的其他含有机硅的组分包括含聚硅氧烷、聚亚烷基醚、二异氰酸酯、聚氟代烃、聚氟醚和多糖基团的大分子单体；具有极性氟化接枝或侧基(末端二氟代碳原子上连接有氢原子)的聚硅氧烷；含醚键和硅氧烷键的亲水硅氧烷基甲基丙烯酸酯、以及含聚醚和聚硅氧烷基的可交联单体。上述任何聚硅氧烷也可用作本发明中的含有机硅的组分。
液晶材料
可存在可具有符合已在本文讨论的液晶层类型的特性的多种材料。可以预期，具有有利毒性的液晶材料可为优选的，并且天然源的胆甾醇基液晶材料可为可用的。在其他例子中，眼科插入物的封装技术和材料可允许材料的宽泛选择，所述材料包括LCD显示器相关的材料，所述LCD显示器相关的材料通常可具有与向列型或胆甾型N或近晶相液晶或液晶混合物相关的多种类型。可商购获得的混合物(例如，用于TN、VA、PSVA、IPS和FFS应用的Merck Specialty chemicals Licristal混合物以及其他可商购获得的混合物)可提供形成液晶层的材料选择。
在非限制性的意义上，混合物或制剂可包括以下液晶材料：1-(反式-4-己基环己基)-4-异硫氰酸苯酯液晶；苯甲酸化合物，包括(4-辛基苯甲酸和4-己基苯甲酸)；甲腈化合物，包括(4'-戊基-4-联苯基甲腈、4'-辛基-4-联苯基甲腈、4'-(辛氧基)-4-联苯基甲腈、4'-(己氧基)-4-联苯基甲腈、4-(反式-4-戊基环己基)苯甲腈、4'-(戊氧基)-4-联苯基甲腈、4'-己基-4-联苯基甲腈)；和4,4'-氧化偶氮苯甲醚。
在非限制性的意义上，在室温下显示具有npar-nperp>0.3的超高双折射率的制剂可用作液晶层形成材料。例如，称为W1825的此类制剂可购自AWAT和BEAM Engineering for Advanced Measurements Co.(BEAMCO)。
可存在可用于本文的发明构思的其他类型的液晶材料。例如，铁电液晶可提供用于电场取向的液晶实施例的功能，而且也可引入其他效应，例如，磁场相互作用。电磁辐射与材料的相互作用也可有所不同。
对齐层材料：
在已描述的多个示例性实施例中，眼科镜片内的液晶层可需要在插入物边界处以各种方式进行对齐。对齐例如可平行于或垂直于插入物边界，并且可通过各个表面的适当处理来获得这种对齐。此处理可涉及通过对齐层来涂覆包含液晶(LC)的插入物的基底。这些对齐层在本文中有所描述。
常常实施于各种类型的液晶型装置中的技术可为摩擦技术。此技术可适于产生弯曲表面，诸如，用于包封液晶的插入件的弯曲表面。在一个例子中，可通过聚乙烯醇(PVA)层来涂覆表面。例如，可利用1重量％的水性溶液来旋涂PVA层。此溶液可利用以1000rpm持续例如60秒时间的旋涂来进行涂覆，并且随后进行干燥。随后，可通过软布料来摩擦干燥层。在非限制性例子中，软布料可为天鹅绒。
光对齐可为用于在液晶封装件上产生对齐层的另一种技术。在一些示例性实施例中，光对齐可因其非接触特性和大规模制造能力而为可取的。在非限制性例子中，用于液晶可变光学部分中的光对齐层可包含二向色性偶氮苯染料(偶氮染料)，所述二向色性偶氮苯染料能够主要对齐在与具有典型UV波长的线性偏振光的偏振垂直的方向上。此类对齐可为反复性反式-顺势-反式光致异构化过程的结果。
例如，可将得自1重量％的DMF溶液的PAAD系列偶氮苯染料在3000rpm下旋涂30秒。随后，可将获得层暴露于UV波长(例如，325nm、351nm、365nm)或者甚至可见波长(400nm-500nm)的线性偏振光束。光源可采用各种形式。在一些示例性实施例中，光可源自例如激光源。其他光源(例如，LED、卤素光源、白炽光源)可为其他非限制性例子。在各种形式的光以各种适当模式进行偏振之前或之后，可以各种方式(例如，通过使用光学透镜装置)来准直光。来自激光源的光可例如固有地具有准直度。
多种光致各向异性材料为目前已知的，所述光致各向异性材料基于偶氮苯聚合物、聚酯、具有介晶4-(4-甲氧基肉桂酰氧基)联苯侧基的光致可交联的聚合物液晶等。此类材料的例子包括磺基双偶氮染料SD1和其他偶氮苯染料(具体地，得自BEAM Engineering for Advanced MeasurementsCo.(BEAMCO)的PAAD系列材料)、聚(乙烯基肉桂酸酯)、以及其他材料。
在一些示例性实施例中，可能有利的是使用PAAD系列偶氮染料的水溶液或乙醇溶液。一些偶氮苯染料(例如，甲基红)可通过直接掺杂液晶层来用于光对齐。将偶氮苯染料暴露于偏振光可导致偶氮染料扩散和粘附到液晶层主体并且进入液晶层主体内，以形成产生所需对齐条件的边界层。
偶氮苯染料(例如，甲基红)也可与聚合物(例如，PVA)结合使用。能够实现相邻液晶层的对齐的其他合格的光致各向异性材料为当前已知的。这些例子可包括基于香豆素的材料、聚酯、具有介晶4-(4-甲氧基肉桂酰氧基)-联苯侧基的光致可交联的聚合物液晶、聚(乙烯基肉桂酸酯)、以及其他材料。对于包括液晶的图案化取向的实施例而言，光对齐技术可为有利的。
在制备对齐层的另一个示例性实施例中，通过将氧化硅真空沉积在插入件基底上来获得对齐层。例如，可在低压(例如～10-6mbar)下沉积SiO2。可以提供纳米级尺寸的对齐特征，所述对齐特征被注射模塑到所产生的前插入件和后插入件内。可利用已描述的材料或其他材料并通过各种方式来涂覆这些模塑特征，所述其他材料可直接与物理对齐特征相互作用并且可将对齐图案转换成液晶分子的对齐取向。
离子束对齐可为用于在液晶封装件上制备对齐层的另一种技术。在一些示例性实施例中，可将准直氩离子或聚焦镓离子束以限定的角度/取向轰击到对齐层上。这种类型的对齐也可用于对齐氧化硅、类金刚石碳(DLC)、聚酰亚胺和其他对齐材料。
其他示例性实施例可涉及在插入件形成之后将物理对齐特征制备到插入件。可在模塑表面上执行常见于其他液晶类领域中的摩擦技术以产生物理凹槽。这些表面也可经受后模塑压印处理，以在其上产生小凹槽状特征。其他示例性实施例可源自蚀刻技术的使用，所述蚀刻技术可涉及各种类型的光学图案化工艺。
介电材料
介电膜和电介质在本文中有所描述。作为非限制性例子，用于液晶可变光学部分中的介电膜或电介质具有适合本发明的特性。电介质可包括单独或一起起作用以作为电介质的一个或多个材料层。可使用多个层来实现优于单个电介质的介电性能。
电介质可允许无缺陷绝缘层具有分立可变光学部分所需的厚度，例如，介于1和10μm之间。缺陷可称为针孔，如本领域的技术人员所已知的，所述针孔为电介质中的允许穿过电介质进行电接触和/或化学接触的孔。给定厚度的电介质可满足针对击穿电压的要求，例如，电介质应耐受100伏特或更高。
电介质可允许制备在弯曲表面、锥形表面、球形表面、和复杂的三维表面(如，弯曲表面或非平面表面)上。可使用典型的浸涂和旋涂方法，或者可采用其他方法。
电介质可抵制可变光学部分中的化学物(例如，液晶或液晶混合物、溶剂、酸、和碱、或者可存在于液晶区域的形成物中的其他材料)的损害。电介质可抵制红外光、紫外光、和可见光的损害。不可取的损害可包括降低本文所述的参数，例如，击穿电压和光学透射率。电介质可抵制离子渗透。电介质可例如利用粘附增进层粘附到下面的电极和/或基底。可利用允许低污染、低表面缺陷、保形涂层、和低表面粗糙度的方法来制造电介质。
电介质可具有与系统的电操作兼容的相对电容率或介电常数，例如，具有低相对电容率以降低用于给定电极区域的电容。电介质可具有高电阻率，从而允许极小电流流过，甚至是在高施加电压的情况下。电介质可具有光学装置所需的特性，例如，高透射、低色散、和介于特定范围内的折射率。示例性的、非限制性的介电材料包括聚对二甲苯-C、聚对二甲苯-HT、二氧化硅、氮化硅、和特氟隆AF中的一者或多者。
电极材料
本文描述了用于施加电势以横跨液晶区域实现电场的电极。电极通常包括单独或一起起作用以作为电极的一个或多个材料层。
可或许利用粘附增进剂(如，甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)来将电极粘附到下面的基底、介电涂层、或系统中的其他物体。电极可形成有利的本征氧化物或者可经处理以产生有利的氧化物层。电极可为透明的、基本上透明的、或不透明的，且具有高光学透射和极少的反射。可利用已知的处理方法来图案化或蚀刻电极。例如，可利用光刻图案化和/或剥离工艺来蒸镀、溅镀、或电镀电极。
电极可被设计成具有合适的电阻率以用于本文所述的电系统，例如，满足给定几何构造中的电阻要求。
可利用氧化铟锡(ITO)、铝掺杂的氧化锌(AZO)、金、不锈钢、铬、石墨烯、石墨烯掺杂的层、和铝中的一者或多者来制备电极。应当理解，这并非为穷尽性列表。
工序
将以下方法步骤作为可根据本发明的一些方面实施的工序的例子来提供。应当理解，方法步骤的叙述顺序并不具有限制性，且可使用其它顺序实施本发明。此外，并非所有步骤都是实施本发明所必需的，在本发明的各种实施例中可包括另外的步骤。本领域中的技术人员可显而易见，其它实施例可为实际的，且这些方法都完全在权利要求书的范围内。
参见图7，流程图示出了可用于实施本发明的示例性步骤。在701处，形成第一基底层，所述第一基底层可包括后曲表面并且具有顶部表面，所述顶部表面具有可不同于其他基底层的表面的形状的第一类型的形状。在一些示例性实施例中，差异可包括可位于光学区域的至少部分中的表面的不同曲率半径。在702处，形成第二基底层，所述第二基底层可包括前曲表面或中间表面或中间表面的一部分以用于较复杂的装置。在703处，可将电极层沉积在第一基底层上。所述沉积可例如通过气相沉积或电镀进行。在一些示例性实施例中，第一基底层可为具有位于光学区中的区域和位于非光学区中的区域的插入物的一部分。在一示例性些实施例中，电极沉积工艺可同时限定互连特征。在一些示例性实施例中，可在互连件或电极上形成介电层。介电层可包括多个绝缘层和介电层，例如，二氧化硅。
在704处，可进一步处理第一基底层以将对齐层添加在之前沉积的电极层之上。可将对齐层沉积在基底上的顶层上，并且随后以标准方式(例如，摩擦技术)进行处理以产生表征标准对齐层的凹槽特征、或者通过暴露于高能粒子或光进行处理。可利用曝光来处理光致各向异性材料的薄层，以形成具有各种特征的对齐层。
在705处，可进一步处理第二基底层。可按照与步骤703类似的方式将电极层沉积在第二基底层之上。然后，在一些示例性实施例中，在706处，可将介电层施加在电极层之上的第二基底层上。介电层可形成为横跨其表面具有可变厚度。例如，介电层可模塑在第一基底层之上。作为另外一种选择，之前形成的介电层可粘附在第二基底件的电极表面之上。
在707处，可按照与704处的处理步骤相似的方式在第二基底层之上形成对齐层。在707之后，可形成眼科镜片插入物的至少一部分的两个单独的基底层可以随时接合。在一些示例性实施例中，在708处，将使这两个件彼此靠近，然后在这两个件之间填充液晶材料。可存在多种方式以在两个件之间填充液晶，所述方式包括作为非限制性例子的基于真空的填充，其中对腔体进行抽真空并且随后允许液晶材料流到真空空间内。此外，存在于镜片插入件之间的空间中的毛细管力可有助于利用液晶材料来填充空间。在709处，可使这两个件彼此相邻，然后密封形成具有液晶的可变光学元件。可存在多种将件密封在一起的方式，包括使用粘合剂、密封剂、和物理密封部件(例如，作为非限制性例子的o形环和弹簧锁特征)。
在一些示例性实施例中，可通过重复方法步骤701至709来产生两个在709处所形成的类型的件，其中对齐层彼此偏置以允许镜片可调整非偏振光的光焦度。在此类实施例中，这两个可变光学层可组合形成单个可变光学插入物。在710处，可将可变光学部分连接到能量源，并且可在其上放置中间部件或附接部件。
在711处，可将步骤710处所得的可变光学插入物放置在模具部件内。可变光学插入物可含有或也可不含有一个或多个部件。在一些优选的实施例中，通过机械放置将可变光学插入物放置在模具部件中。机械放置可包括例如机器人或其他自动装置，例如，本领域已知的用于放置表面安装部件的装置。可变光学插入物的人工放置也涵盖在本发明的范围内。因此，可采用能够有效地将可变光学插入物与能量源一起放置在浇铸模具部件内的任何机械放置或自动装置，导致模具部件所容纳的反应性混合物的聚合将使可变光学件包括在所得的眼科镜片中。
在一些示例性实施例中，将可变光学插入物放置在附接到基底的模具部件中。能量源和一个或多个部件也附接到基底，并与可变光学插入物电通信。部件可包括例如用于控制施加至可变光学插入物的电力的电路。因此，在一些示例性实施例中，部件包括控制机构以用于致动可变光学插入物，从而改变一种或多种光学特性，例如第一光焦度与第二光焦度之间的状态变化。
在一些示例性实施例中，处理器装置、MEMS、NEMS或其他部件也可放置在可变光学插入物中并与能量源电接触。在712处，可将反应性单体混合物沉积到模具部件中。在713处，可将可变光学插入物定位成与反应性混合物接触。在一些示例性实施例中，放置可变光学插入物和沉积单体混合物的顺序可进行颠倒。在714处，将第一模具部件邻近第二模具部件放置，以形成形成镜片的腔体，其中至少一些反应性单体混合物和可变光学插入物位于腔体中。如上文所讨论，优选的实施例包括也位于腔体内并与可变光学插入物电通信的能量源和一个或多个部件。
在715处，使腔体内的反应性单体混合物聚合。例如可通过暴露于光化辐射和热中的一者或二者来实现聚合反应。在716处，将眼科镜片从模具部件中取出，其中可变光学插入物附着到或封装在组成眼科镜片的插入物封装聚合材料内。
尽管本发明可用于提供由任何已知的镜片材料或适合制作刚性或软质接触镜片的材料制得的刚性或软质接触镜片，但优选的是，本发明的镜片为具有约0至约90％的水含量的软质接触镜片。更优选的是，镜片由含有羟基、羧基或两者的单体制成，或由含有机硅的聚合物(例如，硅氧烷、水凝胶、有机硅水凝胶以及它们的组合)制成。可用于形成本发明镜片的材料可通过使大分子单体、单体以及它们的组合的共混物与添加剂(例如聚合引发剂)反应制得。合适的材料包括由有机硅大分子单体和亲水单体制成的有机硅水凝胶。
设备
现在参见图8，示出了具有一个或多个传输接口811的自动设备810。托盘813上包括各自带有相关的可变光学插入物814的多个模具部件，这些部件被传送到传输接口811。示例性实施例可包括例如单独放置可变光学插入物814的单个接口、或同时将多个可变光学插入物814放置在多个模具部件中并且在一些实施例中放置在每个模具部件中的多个接口(未示出)。可通过传输接口811的竖直移动815进行放置。
本发明的一些示例性实施例的另一个方面包括用于在将眼科镜片的主体模塑在这些部件周围时支撑可变光学插入物814的设备。在一些示例性实施例中，可变光学插入物814和能量源可附连到镜片模具(未示出)中的保持点。保持点可附着有聚合材料，所述聚合材料可为将被形成到镜片主体中的同一类型。其他示例性实施例包括模具部件内的预聚物层，所述模具部件上可附连有可变光学插入物814和能量源。
插入物装置中所包括的处理器
现在参见图9，示出了可用于本发明的一些示例性实施例中的控制器900。控制器900包括处理器910，其可包括联接到通信装置920的一个或多个处理器部件。在一些示例性实施例中，控制器900可用于将能量传输到放置在眼科镜片中的能量源。
控制器可包括联接到通信装置的一个或多个处理器，所述通信装置被配置成可经由通信通道来传送能量。通信装置可用于对可变光学插入物放置在眼科镜片中或者传输操作可变光学装置的命令中的一者或多者进行电子控制。
通信装置920还可用于例如与一个或多个控制器设备或制造设备部件进行通信。
处理器910还与存储装置930通信。存储装置930可包括任何适当的信息存储装置，包括磁存储装置(例如，磁带和硬盘驱动器)、光存储装置和/或半导体存储器装置(例如，随机存取存储器(RAM)装置和只读存储器(ROM)装置)的组合。
存储装置930可存储用于控制处理器910的程序940。处理器910执行程序940的指令，从而根据本发明进行操作。例如，处理器910可接收描述可变光学插入物放置、处理装置放置等等的信息。存储装置930还可在一个或多个数据库950、960中存储眼科相关数据。数据库950和960可包括用于控制来往于可变光学镜片的能量的特定控制逻辑。
在本说明书中，已参考了附图所示的元件。多个元件被示出以供参考，由此来描述本发明领域的实施例以便于理解。实际特征的相对尺寸可显著不同于图示的尺寸，并且与图示的相对尺寸的变化应被假定为位于本文技术领域的实质范围内。例如，液晶分子相对于插入件的尺寸而言可具有小到不可能示出的尺寸。以类似于插入件的尺寸表示液晶分子从而允许表示特定因素(例如，分子对齐因而为实际实施例中的这种图示尺寸的例子)的特征的图示可呈现显著不同的相对尺寸。
尽管所示出并描述的据信是最为实用和优选的实施例，但显然，对所述和所示的具体设计和方法的变更对本领域中的技术人员来说不言自明，并且可使用这些变更形式而不脱离本发明的实质和范围。本发明并非局限于所述和所示的具体构造，而是应该理解为与落入所附权利要求书的范围内的全部修改形式相符。

Claims (20)

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。
10.一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、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。
18.一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、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。
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SUSUMU SATO: "liquid-Crystal lens-cells with variable focal length", 《 JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS》 *

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