DE602004004415T2

DE602004004415T2 - Multifocal-linse

Info

Publication number: DE602004004415T2
Application number: DE602004004415T
Authority: DE
Inventors: Micha Kaufman; Kalman Kaufman
Original assignee: Invisia Ltd
Current assignee: Invisia Ltd
Priority date: 2003-10-03
Filing date: 2004-08-30
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2024-08-31
Also published as: US7289260B2; US20080024858A1; EP1673656B1; US20070052876A1; US7423801B2; DE602004004415D1; WO2005033782A2; WO2005033782A3; ATE352054T1; EP1673656A2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein optische Geräte und im Speziellen elektronisch modulierte Mehrstärkenlinsen und Verfahren zur Herstellung solcher Linsen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Anpassung ermöglicht es einer Person mit normaler Sehstärke, Objekte von Unendlichkeit bis zu einem nahe gelegenen Punkt, typischerweise in der Größenordnung von 25 cm oder weniger vom Auge entfernt, zu fokussieren. Personen mit Alterssichtigkeit verlieren die Fähigkeit, sich über einen so großen Bereich anzupassen, und benötigen typischerweise zwei oder mehr Korrekturen: eine Fernsicht-Korrektur für die Fokussierung auf unendlich, eine Nahsicht-Korrektur für die Fokussierung naher Objekte und gelegentlich eine oder mehrere Korrekturen der Zwischenfokussierung. Patienten, deren natürliche Kristalllinse entfernt wurde (z. B. aufgrund von Katarakten), verlieren die Fähigkeit zur Akkomodation vollständig.
Mehrstärkenbrillen bieten zwei oder mehr Korrekturen für jedes Auge in separaten Bereichen einer Linse. Solche Brillenkonstruktionen beruhen auf der Tatsache, dass die Brillengläser im Verhältnis zum Auge eine relativ feste Position haben, so dass der Brillenträger normalerweise durch die oberen Partien der Linse sieht, um entfernte Objekte zu sehen, und durch die untere Partie der Linse, um nahe Objekte zu sehen. Mehrstärken-Kontaktlinsen und intraokuläre Linsen, die in einer einzigen Linse sowohl Fern- als auch Nahsicht-Korrektur für ein bestimmtes Auge bereitstellen, sind ebenfalls im Fachgebiet bekannt. Anders als Brillengläser bewegen sich Kontaktlinsen und intraokuläre Linsen jedoch mit der Bewegung des Auges. Eine Reihe verschiedener Vorgehensweisen ist vorgeschlagen worden, um diese Schwierigkeit zu überwinden.
Zum Beispiel beschreibt das U.S.-Patent 5,073,021, dessen Offenbarung hierin durch die Bezugnahme eingeschlossen ist, ein Bifokal-Brillenglas, das aus doppelbrechendem Material hergestellt ist. Die Bifokal-Eigenschaft entsteht durch die verschiedenen Brechungsindizes des doppelbrechenden Materials bei Licht, das parallel zu den langsamen und schnellen Achsen des Materials polarisiert wird. Sowohl Licht, das von fernen Objekten mit einer Polarisation ausgestrahlt wird, als auch Licht, das von nahen Objekten mit der entgegengesetzten Polarisation ausgeht, wird auf die Netzhaut des Benutzers fokussiert. So können ein scharfes und ein verschwommenes Bild gleichzeitig auf die Netzhaut des Benutzers auftreffen. Die Fähigkeit des Augen-/Gehirnsystems des Benutzers, zwischen den beiden Bildern zu unterscheiden, liefert Bifokal-Wirkung von einer einzigen Linse.
Als weiteres Beispiel beschreibt das U.S.-Patent 4,300,318, dessen Offenbarung hierin durch Bezugnahme eingeschlossen ist, ein Mehrstärken-Brillenglas, das eine Linse mit variabler Fokussierungsstärke für Nah- und Fernsicht-Korrektur bereitstellt. Die Linse schließt Elektroden ein, die zwischen dem ersten und dem zweiten Linsenelement angeordnet sind, mit einer Schicht von Flüssigkristall zwischen den Elektroden. Eine Spannung wird an die Elektroden angelegt, um den Brechungsindex, der von der Flüssigkristallschicht geliefert wird, zu variieren und so für eine Variation der Brechung und der Brennweite der Linsenelemente zu sorgen.
Ähnlich beschreibt das U.S.-Patent 5,712,721, dessen Offenbarung hierin durch die Bezugnahme eingeschlossen ist, eine schaltbare Linse, deren Brennweite durch Anlegen eines elektrischen oder magnetischen Feldes geändert werden kann. Ein Schaltmittel liefert einen Antriebsimpuls, um die Brennweite der Linse zu ändern. Eine integrierte Energie-Quelle, wie z. B. eine Miniaturbatterie oder eine Fotozelle, liefert die Energie für das Schaltmittel. Diese Anordnung ermöglicht es einem Benutzer der Linse, zwischen Nah- und Fernsicht zu wechseln.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Trotz des seit langem bekannten Bedarfs an wirksamen Mehrstärken-Kontaktlinsen und intraokulären Linsen haben solche Linsen noch keine breite Akzeptanz gewonnen. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bieten Geräte und Verfahren, die die Begrenzungen des Standes der Technik überwinden und daher zur Herstellung von Mehrstärkenlinsen verwendet werden können, die zuverlässig, kostengünstig und einfach zu gebrauchen sind, während sie eine Korrektur der Sehstärke bei mehreren Entfernungen gleichzeitig bieten.
Daher wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Gerät zur Verbesserung der Sicht eines Benutzers bereitgestellt, der ein Auge hat, das eine Netzhaut einschließt, wobei das Gerät Folgendes einschließt:
eine fokale Modulationsvorrichtung, die ausgebildet ist, um Licht von Gegenständen in einem Sehfeld des Benutzers auf die Netzhaut zu fokussieren, während sie mindestens zwischen ersten und zweiten Brennpunkt-Zuständen wechselt, die durch unterschiedliche, entsprechende erste und zweite Tiefenschärfen gekennzeichnet sind, und zwar mit einer Geschwindigkeit, die eine Flimmer-Verschmelzungsfrequenz des Benutzers überschreitet.
Typischerweise arbeitet die fokale Modulationsvorrichtung im ersten Brennpunkt-Zustand, um das Licht von entfernten Gegenständen auf die Netzhaut zu fokussieren, und im zweiten Brennpunkt-Zustand, um das Licht von nahen Gegenständen auf die Netzhaut zu fokussieren.
In manchen Ausführungsformen schließt das Gerät einen Linsenkörper ein, der ein durchsichtiges optisches Material einschließt, das ein vorbestimmtes Brechvermögen hat, worin die fokale Modulationsvorrichtung ausgebildet ist, um das Brechvermögen des Linsenkörpers zu modulieren. In offenbarten Ausführungsformen ist die fokale Modulationsvorrichtung im Linsenkörper eingekapselt. In einer Ausführungsform ist der Linsenkörper ausgebildet, um als Kontaktlinse auf einer Oberfläche des Auges zu dienen. In einer anderen Ausführungsform ist der Linsenkörper ausgebildet, um als intraokuläre Linse in das Auge implantiert zu werden. In einer weiteren Ausführungsform ist der Linsenkörper ausgebildet, um als Brillenglas zu dienen.
In einer offenbarten Ausführungsform schließt die fokale Modulationsvorrichtung einen räumlichen Lichtmodulator (Spatial Light Modulator – SLM) ein, der ausgebildet ist, um das Licht zu fokussieren, und eine Steuerschaltung, die gekoppelt ist, um den SLM so zu betätigen, dass er zwischen den ersten und zweiten Brennpunkt-Zuständen wechselt.
In einer Ausführungsform ist die fokale Modulationsvorrichtung ausgebildet, um zwischen den ersten und zweiten Brennpunkt-Zuständen und einem dritten Brennpunkt-Zustand zu wechseln, der durch eine dritte Tiefenschärfe gekennzeichnet ist, die zwischen den ersten und zweiten Tiefenschärfen liegt.
Typischerweise ist die fokale Modulationsvorrichtung ausgebildet, um in einem Wechselzeitraum zwischen 12 ms und 30 ms zwischen den mindestens ersten und zweiten Brennpunkt-Zuständen zu wechseln.
In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst eine Mehrstärkenlinse eine durchsichtige optoelektronische fokale Modulationsvorrichtung, die in einen Linsenkörper eingekapselt ist. Typischerweise umfasst die fokale Modulationsvorrichtung einen räumlichen Lichtmodulator (Spatial Light Modulator – SLM), der ein Feld von Licht modulierenden Miniatur-Elementen, wie z. B. Flüssigkristallzellen, umfasst. Alternativ können andere Arten von optoelektronischen fokale Modulationsvorrichtungen verwendet werden und werden ebenfalls als innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegend betrachtet. Der Linsenkörper ist so geformt, dass er ein vordefiniertes Grund-Brechvermögen liefert. Die fokale Modulationsvorrichtung kann bedient werden, so dass ihr Brechungsindex geändert und so das Gesamt-Brechvermögen der Mehrstärkenlinse moduliert wird.
In manchen dieser Ausführungsformen wird die fokale Modulationsvorrichtung gemeinsam mit einer Steuerung und einer fotovoltaischen Stromquelle auf einem Chip mit integrierter Schaltung hergestellt. Der gesamte Chip ist in den Linsenkörper eingekapselt und arbeitet daher ohne jegliche externe Energie-Quelle oder Steuerung. In einer Ausführungsform umfasst die fokale Modulationsvorrichtung ein Feld von Flüssigkristallzellen, die durch ein neues Verfahren auf dem Chip geformt werden.
Vertiefungen, welche die Flüssigkristallzellen bestimmen, werden im Chip durch Fotolithographie gebildet. Nach Injektion des Flüssigkristall-Materials in die Vertiefungen werden die Zellen mit einer Polymerschicht versiegelt. Dieses Verfahren macht eine Glasabdeckung über den Flüssigkristallzellen überflüssig und erleichtert so die Herstellung integrierter Flüssigkristall-Vorrichtungen, die dünner und kostengünstiger zu produzieren sind als Vorrichtungen, die im Fachgebiet bekannt sind. Dieses Herstellungsverfahren ist nicht nur bei der Produktion der hierin beschriebenen Mehrstärkenlinsen nützlich, sondern auch in anderen Anwendungen, in denen Felder von Zellen, die Flüssigkristall oder andere nicht feste Medien enthalten, verwendet werden.
In manchen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung arbeitet die Mehrstärkenlinse, indem sie rasch zwischen zwei oder mehr Brennpunkt-Zuständen wechselt: einem Nahfokus-Zustand, in dem Objekte, die relativ nah am Auge des Benutzers sind, auf die Netzhaut fokussiert werden, einem Fernfokus-Zustand, in dem ferne Objekte im Fokus sind, und möglicherweise einem oder mehreren Zwischenfokus-Zuständen. Der Wechsel der Tiefenschärfe ist schneller als die Flimmer-Verschmelzungsfrequenz des Auges, so dass der Benutzer den wechselnden Brennpunkt-Zustand nicht bewusst wahrnimmt. Dieser Wechsel wird typischerweise erzielt durch die Tätigkeit der oben beschriebenen eingekapselten optoelektronischen fokalen Modulationsvorrichtung, aber er kann alternativ mit anderen geeigneten Mitteln erreicht werden. Die Erfinder haben festgestellt, dass ein schneller Wechsel des Brennpunkt-Zustands der Linse dem Benutzer eine verbesserte visuelle Wahrnehmung sowohl von nahen als auch von fernen Objekten ermöglicht, im Vergleich zu im Fachgebiet bekannten Mehrstärkenlinsen, die nahe und ferne Objekte gleichzeitig auf die Netzhaut fokussieren.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird auch eine Linse bereitgestellt, die Folgendes einschließt:
einen Linsenkörper, der ein durchsichtiges optisches Material einschließt, das ein vorbestimmtes Brechvermögen hat, und eine fokale Modulationsvorrichtung, die am Linsenkörper be festigt ist und Folgendes einschließt:
ein Halbleitersubstrat,
einen räumlichen Lichtmodulator (Spatial Light Modulator – SLM), der auf dem Substrat geformt ist, um Licht, das vom Linsenkörper erfasst wird, durch den SLM hindurchzulassen,
eine Steuerschaltung, die auf dem Substrat gebildet ist und gekoppelt ist, um den SLM so zu betätigen, dass er das Brechvermögen, das auf das Licht ausgeübt wird, das durch den SLM dringt, moduliert, und
eine Fotozelle, die auf dem Substrat geformt und gekoppelt ist, um als Reaktion auf Licht, das in die Fotozelle einfällt, der Steuerschaltung elektrischen Strom zuzuführen.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuerschaltung ausgebildet, um den SLM so zu betätigen, dass die Linse dazu gebracht wird, zwischen mindestens ersten und zweiten Brennpunkt-Zuständen zu wechseln, die durch verschiedene entsprechende erste und zweite Tiefenschärfen gekennzeichnet sind, mit einer Geschwindigkeit, die eine Flimmer-Verschmelzungsfrequenz eines Benutzers der Mehrstärkenlinse überschreitet. Typischerweise schließt die fokale Modulationsvorrichtung einen Oszillator ein, der gekoppelt ist, um der Steuerschaltung ein Taktsignal zu liefern, und die Steuerschaltung ist ausgebildet, um in Reaktion auf das Taktsignal die Geschwindigkeit des Alternierens zwischen dem ersten und dem zweiten Brennpunkt-Zustand zu bestimmen. Somit ist die Steuerschaltung ausgebildet, um die Geschwindigkeit des Alternierens zwischen dem ersten und dem zweiten Brennpunkt-Zustand unabhängig von jedem Signal, das außerhalb der Linse erzeugt wird, zu bestimmen.
In einer offenbarten Ausführungsform schließt der SLM eine Matrix von Flüssigkristall-Elementen ein. Typischerweise schließt die Matrix von Flüssigkristall-Elementen eine Isolierschicht ein, die auf das Substrat aufgetragen wird und in die Vertiefungen zur Bestimmung der Matrix geformt sind, ein Flüssigkristall-Material, das in den Vertiefungen enthalten ist, und eine Polymerschicht, die über den Vertiefungen geformt ist, um das Flüssigkristall-Material in den Vertiefungen zu halten. Weiterhin kann die fokale Modulationsvorrichtung eine Vielzahl von Leitern einschließen, die auf dem Substrat geformt sind, um die Steuerschaltung mit den Flüssigkristall-Elementen zu koppeln, und die Polymerschicht kann ein leitendes Material einschließen, das gekoppelt ist, um einen gemeinsamen Erdkontakt für die Matrix der Flüssigkristall-Elemente bereitzustellen.
Zusätzlich wird gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine elektronische Vorrichtung bereitgestellt, die Folgendes einschließt:
ein Halbleitersubstrat,
eine Isolierschicht, die auf dem Substrat geformt ist und in der eine Matrix von Vertiefungen geformt ist,
ein nicht festes Material, das in den Vertiefungen enthalten ist,
eine Vielzahl von Leitern, die auf dem Substrat geformt sind und in Kontakt mit den Vertiefungen stehen, um mindestens eine der folgenden Funktionen auszuführen: Leiten elektrischer Eingangssignale an das nicht feste Material und Empfangen elektrischer Ausgangssignale vom nicht festen Material, und
eine Polymerschicht, die über den Vertiefungen geformt ist, um das nicht feste Material in den Vertiefungen zu halten.
In einer offenbarten Ausführungsform schließt das nicht feste Material ein Flüssigkristall-Material ein, und die Vorrichtung schließt eine Steuerschaltung ein, die auf dem Substrat geformt und die gekoppelt ist, um die elektrischen Eingangssignale durch die Leiter an das Flüssigkristall-Material in den Vertiefungen zu leiten, um Licht, das durch die Vorrichtung dringt, räumlich zu modulieren.
Typischerweise schließt die Polymerschicht ein leitendes Material ein, das gekoppelt ist, um einen gemeinsamen Erdkontakt für das nicht feste Material in den Vertiefungen bereitzustellen.
In einigen Ausführungsformen schließt das Halbleitersubstrat eine erste Seite ein, auf der die Isolierschicht und die Leiter geformt sind, und eine zweite Seite, und die zweite Seite ist ausgedünnt, um zu ermöglichen, dass Licht durch die zweite Seite in das nicht feste Material einfällt. Typischerweise schließt die Vorrichtung eine durchsichtige Schicht ein, die auf dem Substrat unterhalb der Matrix von Vertiefungen in der Isolierschicht geformt ist, worin die zweite Seite des Substrats ausgedünnt ist, um die durchsichtige Schicht zu exponieren.
Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Verbessern der Sicht eines Benutzers bereitgestellt, der ein Auge hat, das eine Netzhaut einschließt, wobei das Verfahren das Fokussieren von Licht von Gegenständen in einem Sehfeld des Benutzers auf die Netzhaut im Wechsel zwischen mindestens ersten und zweiten Brennpunkt-Zuständen einschließt, die durch unterschiedliche entsprechende erste und zweite Tiefenschärfen gekennzeichnet sind, und zwar bei einer Geschwindigkeit des Wechsels, die eine Flimmer-Verschmelzungsfrequenz des Benutzers überschreitet.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung einer Linse bereitgestellt, das nicht durch die unabhängigen Ansprüche abgedeckt ist, das Folgendes einschließt:
Formen eines räumlichen Lichtmodulators (Spatial Light Modulator – SLM) auf einem Halbleitersubstrat,
Formen einer Steuerschaltung auf dem Substrat, so dass die Steuerschaltung gekoppelt ist, um den SLM zu aktivieren,
Formen einer Fotozelle auf dem Substrat, so dass die Fotozelle gekoppelt ist, um der Steuerschaltung als Reaktion auf Licht, das in die Fotozelle einfällt, der Steuerschaltung elektrischen Strom zu liefern.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung einer elektronischen Vorrichtung bereitgestellt, das nicht durch die unabhängigen Ansprüche abgedeckt ist, das Folgendes einschließt:
Auftragen einer Isolierschicht auf ein Halbleitersubstrat, wobei in der Isolierschicht eine Matrix von Vertiefungen geformt ist,
Füllen der Vertiefungen mit einem nicht festen Material,
Bilden einer Vielzahl von Leitern auf dem Substrat in Kontakt mit den Vertiefungen, um mindestens eine der folgenden Funktionen auszuführen: Leiten elektrischer Eingangssignale an das nicht feste Material und Empfangen elektrischer Ausgangssignale vom nicht festen Material, und
Bilden einer Polymerschicht über den Vertiefungen, um das nicht feste Material in den Vertiefungen zu halten.
Ebenfalls wird, nicht abgedeckt durch die unabhängigen Ansprüche, eine fokale Modulationsvorrichtung bereitgestellt, die Folgendes umfasst:
ein Halbleitersubstrat,
einen räumlichen Lichtmodulator (Spatial Light Modulator – SLM), der auf dem Substrat geformt ist, um Licht durch den SLM hindurchzulassen,
eine Steuerschaltung, die auf dem Substrat geformt und gekoppelt ist, um den SLM zu aktivieren, um das Brechvermögen zu modulieren, das auf das Licht, das durch den SLM dringt, einwirkt, und
eine Fotozelle, die auf dem Substrat geformt und gekoppelt ist, um als Reaktion auf Licht, das in die Fotozelle einfällt, der Steuerschaltung elektrischen Strom zu liefern.
Die vorliegende Erfindung ist besser aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen davon zu verstehen, zusammengenommen mit den Zeichnungen, worin:
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 eine schematische Vorderansicht einer Mehrstärken-Kontaktlinse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
2 eine schematische Seitenansicht der Kontaktlinse in
1 ist,
3 eine schematische Seitenansicht einer Mehrstärken-Kontaktlinse gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
4 eine schematische Vorderansicht eines räumlichen Lichtmodulators (Spatial Light Modulator) ist, die Details eines Modulationsmusters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt,
5 ein Taktdiagramm ist, das fokale Modulationssignale, die in einer Mehrstärkenlinse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angewandt werden, schematisch darstellt,
6 ein Ablaufdiagramm ist, das ein Verfahren zur Her stellung eines integrierten optoelektronischen Geräts schematisch darstellt,
7 eine schematische Schnittdarstellung eines integrierten optoelektronischen Geräts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist,
8 eine schematische Vorderansicht eines integrierten optoelektronischen Geräts ist, die eine Elektroden-Struktur zeigt, welche in dem Gerät gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
9 eine schematische Vorderansicht eines integrierten optoelektronischen Geräts ist, die eine Elektroden-Struktur zeigt, welche in dem Gerät gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird,
10 eine schematische Vorderansicht einer intraokulären Mehrstärkenlinse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist und
11 eine schematische Vorderansicht einer Mehrstärkenbrille gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird nun Bezug auf die 1 und 2 genommen, die Vorder- bzw. Seitenansichten einer integrierten Mehrstärkenlinse 20 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Die Linse 20 umfasst eine integrierte fokale Modulationsvorrichtung 22, die in einen Linsenkörper 24 eingekapselt ist, welcher aus einem geeigneten optischen Material, wie z. B. Glas oder transparentem Kunststoff, besteht. In anderen Ausführungsformen kann die Vorrichtung 22 an der vorderen oder hinteren Oberfläche eines solchen Linsenkörpers befestigt sein. Die Vorrichtung 22 umfasst typischerweise einen einzigen Chip mit integrierter Schaltung, obwohl Mehrfach-Chip-Implementierungen ebenfalls möglich sind, wie im Folgenden weiter beschrieben. In dieser Ausführungsform dient die Linse 20 als Kontaktlinse, aber in alternativen Ausführungsformen, die im Folgenden beschrieben sind, können fokale Steuerungsvorrichtungen, wie die Vorrichtung 22, in Linsen anderer Art eingekapselt sein, wie z. B. intraokuläre Linsen und Brillengläser, wie in den 8 und 9 unten gezeigt.
Die Vorrichtung 22 umfasst einen räumlichen Lichtmodulator (Spatial Light Modulator – SLM) 26, der ein Feld kleiner Licht modulierender Elemente 28, wie z. B. Flüssigkristall-Elemente, umfasst. (Die einzelnen Elemente 28 werden verwendet, um entsprechende Pixel eines Lichtmodulationsmusters zu erzeugen. Die physischen Strukturen, welche die Elemente 28 in der Vorrichtung 22 enthalten, werden als "Zellen" bezeichnet.) Typischerweise umfasst der SLM 26 bei Kontaktlinsen-Anwendungen ein Feld von ungefähr 250 × 250 Pixeln, mit einer Pixelhöhe von ungefähr 20 μm. Eine Steuerung 30 bestimmt den Zustand jedes Elements 28 mit Hilfe geeigneter Steuersignale, die über Zeilen-Steuerleitungen 32 und Spalten-Steuerleitungen 34 übertragen werden. Die Steuerung 30 empfängt Strom von einer oder mehreren Fotozellen 36, welche in die Vorrichtung 22 integriert sind. In einer im Folgenden beschriebenen Ausführungsform betätigt die Steuerung 30 die Elemente 28, um ihre Brechungsindizes rasch zu ändern und somit die Brennweite der Linse 20 schnell zu modulieren. Taktsignale für diesen Zweck werden von einem Oszillator 38 bereitgestellt, der ebenfalls in die Vorrichtung 22 integriert ist.
3 ist eine schematische Seitenansicht einer Mehrstärkenlinse 40 gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Diese Ausführungsform ist denjenigen in 1 und 2 ähnlich, außer dass zwei oder mehr separate Komponenten zur Implementierung der integrierten fokalen Steuerungsvorrichtung verwendet werden. Zum Beispiel kann ein räumlicher Lichtmodulator (wie SLM 26) als zentrale Komponente 42 hergestellt werden, die durch geeignete Leiter mit einer oder mehreren peripheren Komponenten 44 verbunden wird, welche die Leistungs- und Steuerungselektronik enthalten. In dieser Ausführungsform können die zentrale Komponente 42 und die peripheren Komponenten 44 separat hergestellt werden, unter Verwendung verschiedener Herstellungs-Technologien, im Gegensatz zu der Einzelchip-Implementierung der 1 und 2.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat jedes der Licht modulierenden Elemente 28 zwei Zustände, die willkürlich als "Ein"- und "Aus"-Zustände bezeichnet werden. Die Elemente werden durch das Anlegen entsprechender Steuersignale an die Leitungen 32 und 34 ein- und ausgeschaltet. Das Einschalten eines Elements bewirkt, dass das Element auf Licht, das durch das Element hindurchdringt, eine vordefinierte Phasenverschiebung im Verhältnis zu Licht, das durch ausgeschaltete Elemente dringt, ausübt. Wenn alle Elemente 28 ausgeschaltet sind, stellt sich die Linse 20 standardmäßig auf die inhärente Brennweite des Linsenkörpers 24 ein. Diese Brennweite wird typischerweise so ausgewählt, dass sie die Brechungskorrektur bereitstellt, die der Benutzer für Fernbetrachtung benötigt.
Zur Modifizierung des Brechvermögens der Linse 20 werden die ausgewählten Elemente 28 des SLM 26 eingeschaltet. Die Elemente, die eingeschaltet werden, können z. B. so ausgewählt werden, dass sie ein Muster konzentrischer Ringe bilden, wie in einer Fresnel-Linse. Der Abstand zwischen den Ringen bestimmt das zusätzliche Brechvermögen, das vom SLM induziert wird. Typischerweise werden die einzuschaltenden Elemente so ausgewählt, dass, wenn der SLM aktiviert wird, die Linse 20 die Brechungskorrektur bereitstellt, die der Benutzer für das Nahsehen benötigt. Zusätzlich oder alternativ können die entsprechenden Elemente 28 des SLM 26 so aktiviert werden, dass sie auf mittlere Sichtweiten korrigieren. In einigen Ausführungsformen kann die Linse 20 nicht nur Nahsicht- und Fernsicht-Korrektur bieten, sondern drei oder mehr verschiedene Entfernungs-Einstellungen. Weiterhin können zusätzlich oder alternativ der Linsenkörper 24 und/oder das Pixelmuster, in dem der SLM 26 aktiviert wird, so konstruiert sein, dass sie andere Sehfehler, wie z. B. Astigmatismus, korrigieren.
4 ist eine schematische Vorderansicht des SLM 26, die ein Modulationsmuster darstellt, das von der Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt wird. Das Muster umfasst konzentrische durchsichtige Ringe 46 und undurchsichtige Ringe 48, die durch Kombination des SLM mit einer geeigneten Polarisierungsschicht erzeugt werden. Diese Ringe bestimmen eine Fresnel-Zone-Platte, die zum Modulieren der Brennweite der Linse 20 ein- und ausgeschaltet werden kann. Obwohl die oben beschriebene Ausführungsform auf zweiwertiger Modulation unter Anwendung einer linearen Matrix von Elementen 28 beruht, kann die fokale Modulationsvorrichtung 22 in anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung andere fokale Modulationsschemata verwenden. Zum Beispiel können die Elemente 28 analog gesteuert werden, so dass die von jedem Element erzeugte Phasenverschiebung kontinuierlich veränderbar ist. In einer anderen Ausführungsform sind die einzelnen Licht modulierenden Elemente selbst als Ringe, typischerweise in einem Muster von der Art, wie es in 4 dargestellt ist, geformt, so dass sie als Fresnel-Linse oder -Zone-Platte wirken. Alternativ können andere fokale Modulationsschemata, die im Fachgebiet bekannt sind, in der Linse 20 angewandt werden, um das einzigartige zeitliche Muster von fokalen Modulation zu erzeugen, das im Folgenden beschrieben ist.
5 ist ein Taktdiagramm, das Steuersignale, die an ausgewählte Licht modulierende Elemente 28 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angelegt werden, schematisch darstellt. Wie oben erwähnt, werden diese Signale an ausgewählte Pixel angelegt, so dass im eingeschalteten Zustand Bilder von nahen Objekten auf die Netzhaut des Benutzers fokussiert werden, während im ausgeschalteten Zustand Bilder von fernen Objekten fokussiert werden. Die Steuerung 30 schaltet den Zustand des SLM 26 hin und her, so dass die Linse 20 mit einer Periode T zwischen Nah- und Fernfokus wechselt. Obwohl die in 4 dargestellte Wellenform ein Tastverhältnis von ungefähr 50% hat, können auch höhere oder niedrigere Tastverhältnisse verwendet werden.
Die Periode T wird so ausgewählt, dass der Brennpunkt-Zustand der Vorrichtung 22 schneller variiert als die Flimmer-Verschmelzungsfrequenz des Auges des Benutzers. Der Grenzwert für die Flimmer-Verschmelzungsfrequenz beträgt bei den meisten Menschen ungefähr 16 Hz. Die Erfinder haben festgestellt, dass daher z. B. 12 ms < T < 30 ms gute Ergebnisse liefert. Unter diesen Bedingungen werden die nahen und fernen Bilder alternierend auf die Netzhaut des Benutzers fokussiert, und zwar so, dass der Benutzer nicht wahrnimmt, dass die Bilder alternieren. Das Gehirn des Benutzers sortiert die nahen und fernen Bilder aus, so dass der/die Benutze(in) ein scharfes Bild des Objekts wahrnimmt, auf das seine/ihre Aufmerksamkeit gerichtet ist. Die Information und Energie, die vom defokussierten Bild getragen werden, können ebenfalls zum Erkennungsprozess im Gehirn beitragen. In Untersuchungen an Menschen haben die Erfinder festgestellt, dass die Versuchspersonen dazu neigen, sowohl nahe als auch ferne Objekte genauer wahrzunehmen, wenn die fokussierten Bilder alternierend auf die Netzhaut projiziert werden, und nicht, wenn die fokussierten Bilder der nahen und fernen Objekte gleichzeitig auf die Netzhaut projiziert werden. Es scheint, dass unterschwellige. Mechanismen der visuellen Wahrnehmung effektiver arbeiten, wenn sie durch die alternierenden Bilder stimuliert werden.
Die Steuerung 30 implementiert das in 4 dargestellte zeitliche Modulationsschema autonom, ohne dass eine Steuerung oder Strom von einer Quelle außerhalb der Linse 20 bereitgestellt werden müssen. Der für die Modulation erforderliche Strom wird von Fotozellen 36 durch Umwandlung von Umgebungslicht geliefert, während der Modulationstakt vom Oszillator 38 bereitgestellt wird. So ist die Linse 20 ganz in sich geschlossen und kann getragen und verwendet werden wie eine herkömmliche Kontaktlinse. Es ist anzumerken, dass bei Fehlen von ausreichendem Umgebungslicht zur Betätigung der Steuerung 30 die Linse 20 einfach standardmäßig auf die Fernsicht-Brechung des Linsenkörpers 24 zurückgreift.
Wie oben erwähnt, kann das fokale Modulationsschema, das in 5 beispielhaft dargestellt ist, mit Hilfe der Linse 20 mit eingebetteter Vorrichtung 22 oder unter Verwendung irgendeiner der Variationen der Vorrichtung 22, die zuvor beschrieben wurden, implementiert werden. Ähnlich kann dieses Schema unter Verwendung einer geeigneten intraokulären Linse oder eines Brillenglases angewandt werden, wie im Folgenden beschrieben, oder alleine durch eine geeignete fokale Modulationsvorrichtung ohne zusätzliche Linse. Weiterhin sind die erfinderischen Prinzipien von Mehrstärken-Verbesserung des Sehvermögens durch schnellen Wechsel der Tiefenschärfe nicht auf die hierin beschriebenen Arten optoelektronischer fokalen Modulationsvorrichtungen beschränkt. Stattdessen können diese Prinzipien auch mit Hilfe optischer Geräte anderer Art implementiert werden, die einen Wechsel der Tiefenschärfe ermöglichen, einschließlich anderer Arten von räumlichen Lichtmodulatoren, optomechanischer Vorrichtungen und elektrooptischer und akustisch-optischer Systeme. Alle diese alternativen Implementierungen werden als innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegend betrachtet.
6 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung der fokalen Modulationsvorrichtung 22 schematisch darstellt. Gemäß diesem Verfahren wird die Vorrichtung 22 durch Anwendung von Verfahren, die im Fachgebiet bekannt sind, wie z. B. einem CMOS-Herstellungsverfahren, auf einem Silizium-Substrat hergestellt. Zusätzliche neue Verarbeitungsschritte werden hinzugefügt, wie unten beschrieben, um den SLM 26 auf dem Silizium-Chip herzustellen. Obwohl der Übersichtlichkeit und Einfachheit der Beschreibung halber die Schritte in dem Verfahren in 6 in einer bestimmten Reihenfolge dargestellt sind, kann die Reihenfolge einiger Schritte geändert werden, wobei immer noch dasselbe Endergebnis erzielt wird, d. h. eine Einzelchip-Vorrichtung, die nach den oben beschriebenen Grundsätzen arbeitet. Solche alternativen Reihenfolgen werden für den Fachmann offensichtlich sein. Das Endergebnis des Verfahrens ist in 7 dargestellt.
Um die oben beschriebenen Funktionen auszuführen, sollte die Vorrichtung 22 durchsichtig sein, zumindest im Bereich des SLM 26. Daher besteht der erste Schritt bei der Herstellung der Vorrichtung darin, in einem Fensterbildungs-Schritt 50 ein oder mehrere durchsichtige Fenster in dem Substrat an der Position zu erzeugen, die vom SLM eingenommen werden soll. Typischerweise werden solche Fenster erzeugt, indem unter Anwendung geeigneter Verfahren, die im Fachgebiet bekannt sind, eine Vertiefung in das Silizium-Substrat geätzt und dann SiO₂ in die Vertiefung eingeführt wird. Ein ähnliches Fenster oder ähnliche Fenster kann/können in den Positionen der Fotozellen 36 erzeugt werden.
In einem Elektroden-Auftragungsschritt 52 werden dann Leiter über die Oberfläche des SiO₂ (und typischerweise auch über benachbarte Flächen des Substrats) aufgetragen, um als Elektroden für Licht modulierende Elemente 28 zu dienen. Geeignete transparente leitende Materialien für diesen Zweck sind im Fachgebiet bekannt, z. B. ITO (indium tin oxide, Indiumzinnoxid). Die Leiter werden typischerweise so positioniert, dass sie die Linien 32 und 34 bilden, welche die Licht modulierenden Elemente 28 berühren, wie unten in 8 dargestellt. Die Leiter können in mehreren Schichten, mit einer oder mehreren Isolierschichten dazwischen, angeordnet werden, so dass sich die Linien überlappen. Weitere Leiter werden angeordnet, um die Fotozellen 36 mit der Steuerung 30 und dem Oszillator 38 zu verbinden. In einem Fotozellen-Auftragungsschritt 54 werden dann die Fotozellen, typischerweise in Form einer Schicht aus polykristallinem Silizium, an den entsprechenden Positionen über dem Substrat (oder über den SiO₂-Fenstern) geformt. In einem Logik-Schaltung-Herstellungsschritt 56 werden auch die Logik-Schaltungen in der Vorrichtung 22, wie z. B. die Steuerung 30 und der Oszillator 38, z. B. mit Hilfe eines CMOS-Verfahrens, auf dem Substrat geformt.
Als Nächstes wird das Feld von Flüssigkristall-Elementen 28 auf dem Substrat geformt. Zu diesem Zweck wird in einem Vertiefungsbildungs-Schritt 58 eine Matrix von Vertiefungen, oder Zellen, zur Aufnahme des Flüssigkristall-Materials erstellt. Typischerweise umfasst die Matrix eine Schicht aus durchsichtigem Polymer, 10–20 μm dick. Alternativ können andere Materialien zur Erzeugung der Vertiefungen verwendet werden. Die Vertiefungen in der Polymerschicht können durch Siebdruck oder durch jedes andere geeignete Verfahren, das im Fachgebiet bekannt ist, erzeugt werden. Jede Vertiefung hat Öffnungen im Boden, um Kontakt zu den Reihen- und Spalten-Leitern darunter herzustellen. Wahlweise kann eine durchsichtige Isolierschicht, wie z. B. SiO₂, vor dem Siebdruck der Schicht mit Vertiefungen über der Isolierschicht über die Leiter aufgetragen werden. In diesem Fall hat die Isolierschicht die Öffnungen, die notwendig sind, um elektrischen Kontakt zwischen jeder der Vertiefungen und den Leitern darunter herzustellen.
Die Polymerschicht, die verwendet wird, um die Matrix von Vertiefungen für das Flüssigkristall-Material herzustellen, liegt auch über anderen Bereichen des Chips, wie z. B. denjenigen, welche die Fotozellen und Logik-Schaltungen enthalten. Daher werden in einem Durchgangs-Erzeugungsschritt 60 Durchgänge durch die Polymerschicht und möglicherweise auch durch Schichten darunter gedruckt oder geätzt, um Kontakt mit entsprechenden Stellen auf den Fotozellen und Schaltungen herzustellen. Die Durchgänge werden dann mit Metall gefüllt, um für elektrischen Kontakt mit diesen Stellen zu sorgen. Die Durchgänge können verwendet werden, um die Fotozellen und Schaltungen mit einer Grundebene zu verbinden, die über der Polymerschicht geformt wird, wie unten beschrieben.
Die Vertiefungen in der Polymerschicht werden in einem Füllschritt 62 mit Flüssigkristall-Material gefüllt. Die obere Oberfläche der Vorrichtung 22 wird dann in einem Abdeckschritt 64 mit einer Schicht aus leitendem Polymer bedeckt. Das Polymer dient dazu, das Flüssigkristall-Material in den Vertiefungen abzudecken und einen gemeinsamen Erdkontakt für alle Flüssigkristallzellen bereitzustellen. Verfahren zur Erzeugung dieser Polymerschicht sind im Folgenden genauer beschrieben.
Nach Beendigung der oben beschriebenen Schritte wird das Silizium-Substrat in einem Ausdünnungsschritt 66 ausgedünnt. Der Ausdünnungsschritt kann mit jedem geeigneten Verfahren, das im Fachgebiet bekannt ist, wie z. B. Ätzen oder Schleifen, durchgeführt werden. Das Substrat wird ausreichend ausgedünnt, so dass die in Schritt 50 erzeugten Fenster auf der unteren Seite des Chips freigelegt werden. Dadurch ist die Vorrichtung 22, wie gewünscht, im Bereich des SLM 26 durchsichtig. Die Vorrichtung ist auch sehr dünn, typischerweise nicht mehr als wenige zehn Mikron dick, so dass sie leicht in Kontaktlinsen und intraokuläre Linsen integriert werden kann.
7 ist eine schematische Schnittdarstellung der Vorrichtung 22 nach Abschluss des oben beschriebenen Verfahrens. Die Zeichnung ist nicht maßstabsgetreu, da die Dicken der Schichten zur Verdeutlichung übertrieben wurden. Ein Silizium- Substrat 70 wurde ausgedünnt, um SiO₂-Fenster 72 freizulegen, wie oben erwähnt. Die Fenster werden durch die Fotozelle 36 und die transparenten Leiter 74 überlagert. Eine Logik-Schaltung 75 kann auf dem Substrat 70 entweder über den Leitern 74 oder unter den Leitern, wie in dieser Zeichnung dargestellt, geformt sein. Eine Isolierschicht 76 ist über den Leitern 74 geformt, mit Öffnungen 78 an geeigneten Stellen, um für elektrischen Kontakt zwischen den Leitern 74 und Flüssigkristall-Material, das in den Licht modulierenden Elementen 28 verwendet wird, zu sorgen. Diese Elemente sind in Vertiefungen in einer dicken Polymerschicht 80 enthalten. Durchgänge 82 durch die Schicht 80 (und möglicherweise auch durch darunter liegende Schichten) stehen im Kontakt mit der Schaltung 75 und der Fotozelle 36. Ein leitendes Polymer 84 deckt die Elemente 28 ab, bietet ihnen einen gemeinsamen Erdkontakt und steht im Kontakt mit den Durchgängen 82.
8 ist eine schematische Vorderansicht der Leiter 74, die angeordnet sind, um gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Zeilen-Steuerleitungen 32 und Spalten-Steuerleitungen 34 zu bilden. In dieser Ausführungsform sind die Leiter nicht in nur einer Schicht, wie in 7 gezeigt, sondern in zwei Schichten ausgelegt. Jeder Leiter ist so angeordnet, dass er jedes der Elemente 28 in seiner jeweiligen Zeile oder Spalte berührt. So kann jedes beliebige Element aktiviert werden, indem die entsprechende Spannung gleichzeitig an seine Zeilen- und Spaltenleiter angelegt wird. Ein Transistor oder eine andere Schaltvorrichtung (nicht dargestellt) kann zu jeder Zelle hinzugefügt werden, um die Zeit zu verlängern, während der die Elemente in jedem Zyklus eingeschaltet werden können.
9 ist eine schematische Vorderansicht der Leiter 74 gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In diesem Beispiel wird jedes einzelne Element 28 durch seine eigene spezielle Elektrode 86 aktiviert. Diese Anordnung macht einen Transistor oder anderen Schalter in jeder Zelle überflüssig, neigt jedoch in der Praxis dazu, die Anzahl von Elementen im SLM zu begrenzen. Typischerweise kann in dieser Konfiguration der SLM 26 ungefähr 100 × 100 Pixel mit einer Höhe von 30–50 μm umfassen.
Die Leiterkonstruktionen in den 8 und 9 sind hier exemplarisch dargestellt, und andere Verfahren können alternativ verwendet werden, um die Steuerung 30 mit den Elementen 28 zu verbinden. Zum Beispiel können schmale, nicht transparente Leiter die Kanten der Elemente 28 entlang verlaufen. Andere Leiter- und Elektrodenkonstruktionen werden für den Fachmann offensichtlich sein.
Mit erneutem Bezug auf Schritt 64 (6) kann ein Polymer 84 durch verschiedene Verfahren, wie z. B. Polymerisation eines Monomers oder Beschichtung mit einer Polymerlösung, über den Flüssigkristallzellen geformt werden. Gemäß ersterer Vorgehensweise wird eine geeignete, reaktive Monomermischung über der oberen Oberfläche der Vorrichtung 22 ausgebreitet und dann polymerisiert, um eine ideale, flache polymere Schicht zu bilden. Verschiedene Initiatoren können verwendet werden, um die Polymerisation auszulösen. Zum Beispiel kann die Monomermischung eine Kombination aus Monomeren, Oligomeren und Fotoinitiatoren umfassen, bei denen eine Polymerisation stattfindet, wenn sie ultraviolettem (UV-)Licht ausgesetzt werden. Alternativ können thermische Initiatoren in die Monomermischung eingeschlossen werden, woraufhin die Polymerisation initiiert wird, indem die Oberfläche der Schicht Wärme ausgesetzt wird. Der Polymerfilm, der gebildet wird, kann vollständig transparent sein, oder er kann zur Bevorzugung eines bestimmten Wellenlängenbereichs einen Farbstoff enthalten. Die verschiedenen oben erwähnten Merkmale und Eigenschaften können mit handelsüblichen filmbildenden Zusammensetzungen erzielt werden, wie z. B. UV-Beschichtungen, die in graphischen Tinten verwendet werden, oder UV-aktivierten Dichtungsmitteln und Klebstoffen.
Alternativ können andere Materialien, nicht beschränkt auf organische Polymere oder UV-empfindliche Materialien, verwendet werden. Zum Beispiel kann das Polymer 84 gebildet werden durch Beschichtung des Substrats mit einem Polymer, wie z. B. Natriumalginat, gefolgt von Interaktion mit einer Lösung aus Kalziumionen. Weiter kann das Polymer 84 alternativ eine Glasschicht umfassen, die durch Polymerisation unter Anwendung eines Sol-Gel-Verfahrens gebildet wird.
In einer anderen Ausführungsform werden in Schritt 64 die entsprechenden Bereiche auf der Oberfläche der Vorrichtung 22 mit einer Lösung beschichtet, die geeignete Polymere in einem Lösungsmittel, wie z. B. Wasser, enthält. Nach Verdunstung des Lösungsmittels bleibt ein Polymerfilm auf der Oberfläche zurück. In diesem Fall kann das Polymer sein Muster durch Direktdruck erhalten. Bei der Vorgehensweise auf Monomergrundlage hingegen kann der Polymerfilm sein Muster durch UV-Bestrahlung durch eine geeignete Maske erhalten.
Das Polymer 84 kann leitend gemacht werden, indem leitende Materialien, wie z. B. Silber-Nanopartikel, in die Monomer- oder Polymermischung gemischt werden. Typischerweise wird die Schicht 80 aus nicht leitenden Polymeren hergestellt, während das Polymer 84 mit leitenden Eigenschaften versehen wird, damit es als Erdungselektrode dienen kann. Alternativ kann die gemeinsame Erdungselektrode hergestellt werden, indem eine Schicht elektrolytischer Flüssigkeit, wie z. B. eine wässerige Lösung oder eine organische Lösung, die Ammoniumderivate enthält, auf das Flüssigkristall-Material aufgetragen wird. Diese leitende Schicht wird dann mit einem Polymerfilm bedeckt.
Weiter kann alternativ, wenn das leitende Polymer auf einer ersten nicht leitenden Schicht erzeugt werden soll, eine äußere leitende Schicht über dem Polymer geformt werden. Zum Beispiel kann die Polymeroberfläche durch Verfahren, die im Fachgebiet bekannt sind, mit ITO beschichtet werden. Alternativ kann die Polymeroberfläche mit einer Lösung aus leitendem Polymer beschichtet werden, gefolgt von Verdunstung zur Bildung einer leitenden Polymerschicht. Weiter kann alternativ ein Monomer auf die Oberfläche aufgetragen und dann in situ polymerisiert werden, um ein leitendes Polymer zu bilden.
Die oben beschriebenen Grundsätze der Konstruktion und Herstellung der Vorrichtung können nicht nur bei der Herstellung von SLM-Vorrichtungen mit integrierten Flüssigkristallen, sondern auch in anderen Arten von Vorrichtungen und Herstellungsverfahren angewandt werden. Zum Beispiel können die oben beschriebenen Verfahren auch zur Verwendung bei der Herstellung von Anzeigen mit integrierten Flüssigkristallen angepasst werden. In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können Polymerfilme als schützende und leitende Oberflächenschichten auf anderen Arten von Chips verwendet werden. Zum Beispiel können die oben beschriebenen Verfahren, mutatis mutandis, auch angewandt werden, um Vertiefungen in IS-Trägermaterialien, die nicht feste Materialien, wie z. B. andere Arten von Fluiden und Gelen, enthalten, zu erzeugen und abzudichten. Leiter auf dem Substrat können verwendet werden, um elektrische Signale an das Material in den Vertiefungen zu leiten oder elektrische Signale davon zu empfangen.
Es wird nun Bezug auf die 10 und 11 genommen, die alternative Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellen. In 10 umfasst eine intraokuläre Linse 100 eine fokale Modulationsvorrichtung 104, die in einen Linsenkörper 102 eingekapselt ist. Anker 106 werden bereitgestellt, um die Linse 100 an der korrekten Stelle im Auge des Patienten zu verankern. Die Vorrichtung 104 ist gemäß Grundsätzen konstruiert und arbeitet danach, die denjenigen der Vorrichtung 22, wie oben beschrieben, ähnlich sind.
In 11 sind fokale Modulationsvorrichtungen 114 in Gläser 112 einer Brille 110 eingekapselt. Die Vorrichtungen 114 sind ebenfalls gemäß Grundsätzen konstruiert, die denjenigen der Vorrichtung 22 ähnlich sind, und arbeiten danach, obwohl in der vorliegenden Ausführungsform einige der Anforderungen an Größe und Leistung der vorhergehenden Ausführungsformen gelockert werden können. Zum Beispiel kann die Brille 110 eine Stromquelle und/oder Steuerelektronik umfassen, die sich außerhalb der Gläser 112 befinden. Es ist auch möglich, die Vorrichtungen 114 auf den vorderen oder hinteren Oberflächen der Gläser 112 zu befestigen, oder sogar, die Vorrichtung 114 zu verwenden, um die Refraktion des Benutzers unabhängig zu korrigieren (durch rasches Umschalten der Brennweite), ohne dass auf eine separate Glas- oder Kunststofflinse zurückgegriffen werden muss.
Andere Anwendungen der oben beschriebenen Verfahren zur Herstellung der Vorrichtung und Verfahren zur Sicht-Korrektur werden für den Fachmann offensichtlich sein und werden als innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegend betrachtet. Zum Beispiel können, obwohl die oben beschriebenen Ausführungsformen auf automatischem, raschem Umschalten zwischen verschiedenen Brennweiten gründen, bestimmte Grundsätze der vorliegenden Erfindung auch bei der Konstruktion und Herstellung von Vorrichtungen mit veränderlicher Brennweite angewandt werden, die als Reaktion auf externe Steuersignale zwischen zwei oder mehr verschiedenen Brennweiten hin- und herschalten.
Es wird somit erkannt, dass die oben beschriebenen Ausführungsformen als Beispiele erwähnt werden und dass die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist, was oben im Speziellen gezeigt und beschrieben wurde. Stattdessen schließt der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung sowohl Kombinationen als auch Unter-Kombinationen der verschiedenen oben beschriebenen Merkmale, innerhalb des durch die Ansprüche definierten Rahmens, ein.

Claims

Gerät (20) zum Verbessern der Sicht eines Benutzers, der ein Auge hat, das eine Netzhaut einschließt, wobei das Gerät eine fokale Modulationsvorrichtung (22) umfasst, die ausgebildet ist, um Licht von Gegenständen in einem Sehfeld des Benutzers auf die Netzhaut zu fokussieren; dadurch gekennzeichnet, dass: die Vorrichtung mindestens zwischen ersten und zweiten Brennpunkt-Zuständen wechselt, die durch unterschiedliche, jeweilige erste und zweite Brennweiten gekennzeichnet sind, und zwar mit einer Geschwindigkeit, die eine Flimmer-Verschmelzungsfrequenz des Benutzers überschreitet.
Das Gerät nach Anspruch 1, worin die fokale Modulationsvorrichtung im ersten Brennpunkt-Zustand in Betrieb ist, um Licht von entfernten Gegenständen auf die Netzhaut zu fokussieren, und im zweiten Brennpunkt-Zustand in Betrieb ist, um Licht von nahen Gegenständen auf die Netzhaut zu fokussieren.
Das Gerät nach Anspruch 1 oder 2, und das einen Linsenkörper (24) umfasst, der ein durchsichtiges optisches Material umfasst, das ein vorbestimmtes Lichtbrechungsvermögen hat, worin die fokale Modulationsvorrichtung ausgebildet ist, um das Lichtbrechungsvermögen des Linsenkörpers zu modulieren.
Das Gerät nach Anspruch 3, worin die fokale Modulationsvorrichtung im Linsenkörper eingekapselt ist.
Das Gerät nach Anspruch 4, worin der Linsenkörper ausgebildet ist, um als mindestens eines vom Folgenden zu dienen: als eine Kontaktlinse auf einer Oberfläche des Auges und als Implantat einer intraokularen Linse im Auge.
Das Gerät nach Anspruch 3, worin der Linsenkörper ausgebildet ist, um als ein Brillenglas zu dienen.
Das Gerät nach irgendeinem der vorherigen Ansprüche, worin die fokale Modulationsvorrichtung folgendes umfasst: einen räumlichen Lichtmodulator (SLM) (26), der ausgebildet ist, um Licht zu fokussieren; und eine Steuerschaltung (30), die koppelt ist, um den SLM so zu betätigen, dass er zwischen den ersten und zweiten Brennpunkt-Zuständen wechselt.
Das Gerät nach irgendeinem der vorherigen Ansprüche, worin die fokale Modulationsvorrichtung ausgebildet ist, um zwischen den ersten und zweiten Brennpunkt-Zuständen und einem dritten Brennpunkt-Zustand zu wechseln, der durch eine dritte Brennweite gekennzeichnet ist, die zwischen den ersten und zweiten Brennweiten liegt.
Das Gerät nach irgendeinem der vorherigen Ansprüche, worin die fokale Modulationsvorrichtung ausgebildet ist, um mit einem Wechselzeitraum zwischen 12 ms und 30 ms zwischen den ersten und zweiten Brennpunkt-Zuständen zu wechseln.
Ein Verfahren zum Verbessern der Sicht eines Benutzers, der ein Auge hat, das eine Netzhaut einschließt, wobei das Verfahren das Fokussieren von Licht aus Gegenständen in einem Sehfeld des Benutzers auf die Netzhaut umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass: das Fokussieren zwischen mindestens ersten und zweiten Zuständen wechselt, die durch unterschiedliche jeweilige erste und zweite Brennweiten gekennzeichnet sind, und zwar bei einer Geschwindigkeit des Wechsels, die eine Flimmer-Verschmelzungsfrequenz des Benutzers überschreitet.
Das Verfahren nach Anspruch 10, worin das Fokussieren des Lichts das Setzen einer Linse, die ein vorbestimmtes Lichtbrechungsvermögen hat, zwischen dem Auge und dem Sehfeld und das Modulieren des Lichtbrechungsvermögens der Linse bei der Geschwindigkeit des Wechsels umfasst, worin die Linse einen Linsenkörper umfasst und worin das Modulieren des Lichtbrechungsvermögens das Anlegen elektrischer Signale an eine optoelektronische fokale Modulationsvorrichtung umfasst, die im Linsenkörper eingekapselt ist.
Das Verfahren nach Anspruch 11, worin das Modulieren des Lichtbrechungsvermögens das Erzeugen des elektrischen Signals an der Geschwindigkeit des Wechsels unabhängig von irgendwelchen Signalen, die außerhalb von der Linse erzeugt werden, umfasst.