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Description

マルチ凹面メニスカス壁を具備するレンズ

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１２年２月２２日出願の米国特許出願第１３／４０１，９６２号；２０１１年３月１８日出願の米国仮特許出願第６１／４５４，２１２号、表題「ＬＥＮＳ ＷＩＴＨ ＭＵＬＴＩ−ＣＯＮＣＡＶＥ ＭＥＮＩＳＣＵＳ ＷＡＬＬ」（参照することにより、これらの内容に依拠し、かつこれらを援用する）、並びに２０１１年４月２７日に出願の米国特許出願第１３／０９５，７８６号、表題「ＡＲＣＵＡＴＥ ＬＩＱＵＩＤ ＭＥＮＩＳＣＵＳ ＬＥＮＳ」の優先権を主張するものであり、参照することによりこれらのそれぞれの内容に依拠し、かつこれらを援用する。

（発明の分野）
本発明は、概して、液体メニスカスレンズに関し、より具体的には、マルチ凹面セグメントを含むメニスカス壁を備える弓形液体メニスカスレンズを含む。

液体メニスカスレンズは、様々な産業において公知である。図１Ａ及び１Ｂを参照しながら以下により詳細に説明されるように、既知の液体メニスカスレンズは、直線である軸線から固定された距離の点により形成される周囲表面によって円柱形状に設計されていた。既知の液体メニスカスレンズは、一般に第２の内面に平行であり、それぞれが円柱軸線に対して垂直である第１の内面を有する設計に制限されてきた。液体メニスカスレンズの使用の既知の例としては、電子カメラ及び携帯電話装置等の装置が挙げられる。

従来、コンタクトレンズ及び眼内レンズ等の眼科用装置には、矯正、美容又は治療的性質を有する生体適合性装置が挙げられている。例えば、コンタクトレンズは、視力矯正機能、美容効果、及び治療効果のうちの１つ又は２つ以上を提供することができる。それぞれの機能は、レンズの物理的特性によって与えられる。レンズに屈折性を組み込んだ設計によれば、視力矯正機能を与えることができる。レンズに顔料を組み込むことによって、美容効果を与えることができる。レンズに活性薬剤を組み込むことによって、治療効果を与えることができる。

より最近では、電子成分がコンタクトレンズに組み込まれた。いくつかの要素としては半導体装置が挙げられる。しかしながら、液体メニスカスレンズの大きさ、形状及び制御態様を含む物理的制約が、眼科用レンズにおけるそれらの使用を不可能にしてきた。一般に、「ホッケーパック」形状と呼ばれることがある、液体メニスカスレンズの円柱形状は、ヒトの眼で機能できる何かを助長してこなかった。

更に、湾曲液体メニスカスレンズは、平行な側壁を有する液体メニスカスレンズの従来の設計に必ずしも存在しない物理的課題を含む。

したがって、本発明は、弓形前方湾曲レンズと弓形後方湾曲レンズとを含む液体メニスカスレンズを提供する。レンズ内に収容される液体を引き寄せる、及び退ける、のうちの１つ又はその両方を助長し、別の液体とメニスカスを形成する物理的特色を有するメニスカス壁が、本発明に含まれる。

本発明によると、第１の弓形形状の光学部品は、第２の弓形形状の光学部品に隣接し、それらの間に空洞を形成する。生理食塩水溶液及び油は、空洞内に維持される。一般に、第１の弓形光学部品及び第２の弓形光学部品のうちの１つ又はその両方の周囲区域に位置するメニスカス壁に電圧を適用することにより、空洞内に維持される生理食塩水溶液と油との間に形成されるメニスカスの物理的形状が変化する。

本発明は、複合形状に形成されたメニスカス壁を含み、このメニスカス壁は本質的にマルチ凹面セグメントを具備し、その断面は互いに機械的に連通した複数の円環体セグメントを含む。

第１状態における従来の円柱形液体メニスカスレンズの例。 第２状態における従来の円柱形液体メニスカスレンズの例。 本発明のいくつかの実施形態による、代表的な液体メニスカスレンズのプロファイル切り出し断面。 本発明のいくつかの実施形態による、代表的な弓形液体メニスカスレンズの一部分の横断面。 弓形液体メニスカスレンズの更なる代表的な態様。 本発明の一部の実施形態による、弓形液体メニスカスレンズ内の液体メニスカス壁要素。 その非屈折状態の液体メニスカス境界を示す、液体メニスカスレンズ内のマルチ凹面メニスカス壁。 その屈折状態の液体メニスカス境界を示す、液体メニスカスレンズ内のマルチ凹面メニスカス壁。 比較のために、１つの図で液体メニスカス境界の屈折状態及び非屈折状態を示す、液体メニスカスレンズ内のマルチ凹面メニスカス壁。 弓形液体メニスカスレンズの残部とは別個に見たマルチ凹面メニスカス壁の断面。 レンズ内に形成された光学軸から凹面をなしているメニスカス壁の１セグメントの断面を示す図であり、弓形液体メニスカスレンズの残部から別個に見たときに、結果として得られた形状は円環体のセグメントを含む。

本発明は、液体メニスカスレンズのメニスカス空洞を画定する前方湾曲レンズ及び後方湾曲レンズのうちの少なくとも１つを有する液体メニスカスレンズを提供する。

用語集
本発明を対象としたこの説明及び特許請求の範囲においては、以下の定義が適用される様々な用語が用いられ得る。

接触角：液体メニスカス境界とも呼ばれる、油／生理食塩水溶液の境界面が、メニスカス壁と接触する角度。線状のメニスカス壁の場合、接触角は、メニスカス壁と、液体メニスカス境界がメニスカス壁と接触する点で液体メニスカス境界に接する線との間の角度として測定される。湾曲メニスカス壁の場合、接触角は、メニスカス壁に接する線とそれらが接触する点で液体メニスカス境界との間の角度として測定される。

液体メニスカス境界：生理食塩水溶液と油との間の弓形表面境界面。一般に、この表面は、片側が凹状でもう片側が凸状であるレンズを形成する。

メニスカス空洞：油及び生理食塩水溶液が維持される前方湾曲レンズと後方湾曲レンズとの間の弓形液体メニスカスレンズのスペース。

メニスカス壁：メニスカス空洞内にあり、それに沿って液体メニスカス境界が移動する、前方湾曲レンズの内側上の特定区域。

光学ゾーン：本明細書で使用する場合、眼科用レンズの装用者がそこを通して見ることになる、眼科用レンズの領域を指す。

角部：光学部品上の２つの所定の流体の接触線の位置を収容するために十分な、前方湾曲レンズ部品又は後方湾曲レンズ部品のいずれかの内側面の幾何学的特徴。角部は通常、入隅よりむしろ出隅である。流体の観点からすれば、それは、１８０度を超える角度である。

ここで図１Ａを参照すると、シリンダ１１０内に収容される油１０１及び食塩水溶液１０２を有する先行技術のレンズ１００の断面図が図示される。シリンダ１１０は、２つの光学材料１０６のプレートを含む。それぞれのプレート１０６は、平坦な内面１１３〜１１４を含む。シリンダ１１０は、本質的に回転対称である内面を含む。一部の従来の実施形態では、１つ以上の表面は、疎水性コーティングを含むことができる。電極１０５も、シリンダの周囲上又はその周りに含まれる。電気絶縁体もまた、電極１０５に隣接して使用され得る。

従来技術によると、内面１１３〜１１４のそれぞれは、本質的に平坦又は平面的である。境界面１１２Ａは、生理食塩水１０２Ａと油１０１との間に画定される。図１Ａに示すように、界面１１２Ａの形状は、生理食塩水溶液１０２Ａ及び油１０１の屈折率特性と組み合わされて、第１の内面１１３を通して入射光１０８を受容し、第２の内面１１３を通して発散光１０９を提供する。油１０１と生理食塩水溶液１０２との間の境界面の形状は、電極１０５に電流を印加することにより変化され得る。

図１００Ａは、１００で図示される従来のレンズの斜視図を図示する。

ここで図１Ｂを参照すると、従来のレンズ１００は、通電された状態で図示される。電圧を印加した状態は、電極１１５にわたって電圧１１４を印加することによって達成される。油１０１と生理食塩水溶液１０２との間の境界面１１２Ｂの形状は、電極１１５に電流を印加することにより変化される。図１Ｂに図示されるように、油１０１及び生理食塩水溶液１０２Ｂを通過する入射光１０８Ｂは、収束光パターン１１１に収束される。

ここで図２を参照すると、前方湾曲レンズ２０１及び後方湾曲レンズ２０２を有する液体メニスカスレンズ２００の断面図が図示される。前方湾曲レンズ２０１と後方湾曲レンズ２０２は、相互に隣接して位置し、それらの間に空洞２１０を形成する。前方湾曲レンズは、凹状弓形内側レンズ表面２０３と、凸状弓形外側レンズ表面２０４とを含む。凹状弓形レンズ表面２０３は、１つ以上のコーティング（図２に図示せず）を有することができる。コーティングは、例えば、導電性の材料又は電気的に絶縁性の材料、疎水性材料又は親水性材料のうちの１つ以上を含むことができる。凹状弓形レンズ表面２０３及びコーティングのうちの１つ又は両方は、空洞２１０内に収容される油２０８と液体及び光学連通している。

後方湾曲レンズ２０２は、凸状弓形内側レンズ表面２０５と、凹状弓形外側レンズ表面２０６とを含む。凸状弓形レンズ表面２０５は、１つ以上のコーティング（図２に図示せず）を有することができる。コーティングは、例えば、導電性の材料又は電気的に絶縁性の材料、疎水性材料又は親水性材料のうちの１つ以上を含むことができる。凸状弓形レンズ表面２０５及びコーティングのうちの少なくとも１つは、空洞２１０内に収容される生理食塩水溶液２０７と液体及び光学連通している。生理食塩水溶液２０７は、導電性である１つ以上の塩又は他の成分を含み、そのため、電荷に引き寄せられるか、又はそれによって退けられるかのいずれかであり得る。

本発明によると、導電性のコーティング２０９は、前方湾曲レンズ２０１及び後方湾曲レンズ２０２のうちの１つ又はその両方の周辺部の少なくとも一部分に沿って位置する。導電性のコーティング２０９は、金又は銀を含むことができ、好ましくは生体適合性である。電圧を導電性のコーティング２０９に適用することにより、生理食塩水溶液中の導電性の塩又は他の成分を引き寄せるか、又は退けるかのいずれかを生じさせる。

前方湾曲レンズ２０１は、凹状弓形内側レンズ表面２０３及び凸状弓形外側レンズ表面２０４を通過する光に関して屈折力を有する。屈折力は、０であるか、又は正若しくは負の力であってもよい。一部の好ましい実施形態では、屈折力は、非限定的な例として、−８．０〜＋８．０ジオプターの度数等の矯正コンタクトレンズに典型的に見られる度数である。

後方湾曲レンズ２０２は、凸状弓形内側レンズ表面２０５及び凹状弓形外側レンズ表面２０６を通過する光に関して屈折力を有する。屈折力は、０であるか、又は正若しくは負の力であってもよい。一部の実施形態では、屈折力は、非限定的な例として、−８．０〜＋８．０ジオプターの度数等の矯正コンタクトレンズに典型的に見られる度数である。光学軸２１２は、後方湾曲レンズ２０２及び前方湾曲レンズ２０１を通って形成される。

様々な実施形態はまた、生理食塩水溶液２０７と油との間に形成される液体メニスカス２１１の形状の変化に関連する屈折力の変化も含むことができる。一部の実施形態では、屈折力の変化は、例えば、０〜２．０ジオプターの変化等、比較的小さくてもよい。他の実施形態では、液体メニスカスの形状の変化に関連する屈折力の変化は、最大約３０又はそれ以上のジオプターの変化であってもよい。一般に、液体メニスカス２１１の形状の変化に関連するより大きな屈折力の変化は、比較的より厚いレンズ厚２１３に関連する。

コンタクトレンズ等の眼科用レンズに含まれ得るそれらの実施形態等の本発明のいくつかの実施形態によると、弓形液体メニスカスレンズ２００の横断レンズ厚２１３は、最大約１，０００マイクロメートルの厚さである。比較的より薄いレンズ２００の代表的なレンズ厚２１３は、最大約２００マイクロメートルの厚さである。好ましい実施形態は、約６００マイクロメートルの厚さのレンズ厚２１３の液体メニスカスレンズ２００を含むことができる。一般に、前方湾曲レンズ２０１の横断厚は、約３５マイクロメートル〜約２００マイクロメートルであってよく、後方湾曲レンズ２０２の横断厚はまた、約３５マイクロメートル〜約２００マイクロメートルであってもよい。

本発明によると、集合屈折力は、前方湾曲レンズ２０１、後方湾曲レンズ２０２、及び油２０８と生理食塩水溶液２０７との間に形成される液体メニスカス２１１の屈折力の集合である。いくつかの実施形態では、レンズ２００の屈折力は、前方湾曲レンズ２０１、後方湾曲レンズ２０２、油２０８、及び生理食塩水溶液２０７のうちの１つ以上の間での屈折率の差も含む。

コンタクトレンズに組み込まれる弓形液体メニスカスレンズ２００を含むそれらの実施形態では、コンタクト着用者が動くため、生理食塩水２０７及び油２０８が、湾曲した液体メニスカスレンズ２００内のそれらの相対位置で安定した状態を保つことが、更に望ましい。一般に、着用者が動くとき、油２０８が、生理食塩水２０７に対して浮動かつ移動するのを防止することが好ましく、したがって、油２０８と生理食塩水溶液２０７との組み合わせは、好ましくは、同一又は類似する密度で選択される。加えて、油２０８と生理食塩水溶液２０７は、生理食塩水２０７と油２０８が混合しないように、好ましくは、比較的低い不混和性を有する。

一部の好ましい実施形態では、空洞内に収容される生理食塩水溶液の容積は、空洞内に収容される油の容積より大きい。加えて、一部の好ましい実施形態は、後方湾曲レンズ２００の内面２０５の全体と本質的に接触する生理食塩水溶液２０７を含む。いくつかの実施形態は、生理食塩水溶液２０７の量と比較して、約６６容積％以上である容積の油２０８を含むことができる。一部の更なる実施形態は、生理食塩水溶液２０７の量と比較して、油２０８の容積が約９０容積％以下である、弓形液体メニスカスレンズを含むことができる。

ここで図３を参照すると、端部分の弓形液体メニスカスレンズ３００の断面が図示される。上述のように、弓形液体メニスカスレンズ３００は、組み合わされた前方湾曲レンズ３０１及び後方湾曲レンズ３０２成分を含む。前方湾曲レンズ３０１及び後方湾曲レンズ３０２は、少なくとも部分的に透明である１つ以上の材料で形成され得る。いくつかの実施形態では、前方湾曲レンズ３０１及び後方湾曲レンズ３０２のうちの１つ又はその両方は、例えば、ＰＭＭＡ、Ｚｅｏｎｏｒ及びＴＰＸ等のうちの１つ以上の一般に光学的に明澄なプラスチックを含む。

前方湾曲レンズ３０１及び後方湾曲レンズ３０２のうちの１つ又は両方は、例えば単刃ダイヤモンド旋削旋盤加工、射出成形、デジタルミラー装置自由形成等のうちの１つ以上のプロセスを介して成形され得る。

前方湾曲レンズ３０１及び後方湾曲レンズ３０２のちの１つ又はその両方は、図示される導電性コーティング３０３を含むことができ、導電性コーティング３０３は、３０９〜３１０までの周囲部分に沿って延在する。一部の好ましい実施形態では、導電性コーティング３０３は、金を含む。金は、スパッタプロセス、蒸着又は他の公知のプロセスによって適用され得る。代替的な導電性コーティング３０３は、非限定的な例として、アルミニウム、ニッケル、及びインジウムとスズの酸化物を含むことができる。一般に、導電性コーティング３０３は、前方湾曲レンズ３０１及び後方湾曲レンズ３０２のうちの１つ又は両方の周囲区域に適用される。

本発明のいくつかの実施形態では、後方湾曲レンズ３０２は、特定の区域に塗布される導電性コーティング３０４を有する。例えば、後方湾曲レンズ３０２の周囲の周りの部分は、第１の境界線３０４−１〜第２の境界線３０４−２まで被覆され得る。金コーティングは、例えば、スパッタプロセス又は蒸着によって適用され得る。いくつかの実施形態では、前方湾曲レンズ３０１又は後方湾曲レンズ３０２の１つ以上の周囲部分の周りに、所定のパターンで、金又は他の導電材料を適用するために、マスクが使用され得る。代替の導電材料は、様々な方法を使用し、かつ後方湾曲レンズ３０２の様々な区域を被覆することにより適用され得る。

いくつかの実施形態では、例えば後方湾曲レンズ３０２の１つ以上の穴又はスロット等を通る導電性通路は、例えば、導電性エポキシ等の導電性充填剤材料で充填され得る。導電性充填剤は、前方湾曲レンズ３０１及び後方湾曲レンズ３０２のうちの１つ又はその両方の内面上の導電性コーティングとの電気的導通を提供することができる。

本発明の別の態様において、前方湾曲レンズ３０１及び後方湾曲レンズ３０２のうちの一方又はその両方は、前方湾曲レンズ３０１及び後方湾曲レンズ３０２（図示せず）の一般に中央区域の光学ゾーンが光学的に透明な材料を含むことができ、周辺部ゾーンが導電性の材料を含む光学的に不透明な区域を含むことができる、複数の異なる材料から作製され得る。光学的に不透明な区域はまた、制御回路及びエネルギー源のうちの１つ以上を含むこともできる。

更に別の態様において、いくつかの実施形態では、絶縁体コーティング３０５が前方湾曲レンズ３０１に適用される。非限定的な例として、絶縁体コーティング３０５は、第１の領域３０５−１〜第２の領域３０５−２に延在する区域に適用される。絶縁体は、例えば、パリレンＣ（Parylene C）、テフロンＡＦ（Teflon AF）、又は様々な電気的及び機械的特性並びに電気抵抗を備える他の材料を含むことができる。

いくつかの実施形態では、絶縁体コーティング３０５は、導電性コーティング３０３と、前方湾曲レンズ３０１と後方湾曲レンズ３０２との間の空洞内に収容される生理食塩水溶液３０６との間の分離を維持するための境界区域を作り出す。したがって、いくつかの実施形態は、正に帯電した導体３０３と負に帯電した生理食塩水溶液３０６が接触するのを防止するために、前方湾曲レンズ３０１及び後方湾曲レンズ３０２のうちの１つ又はその両方の１つ以上の区域でパターン化され、かつそこに位置付けられる絶縁体コーティング３０５を含み、導体３０３と生理食塩水溶液３０６の接触は、電気的短絡をもたらす。実施形態は、正に帯電した生理食塩水溶液３０６と負に帯電した導体３０３を含むことができる。

更に他の実施形態は、レンズ３００の操作に関連する回路のリセット機能として、導体３０３と生理食塩水溶液３０６との間の短絡を可能にすることができる。例えば、短絡状態は、レンズへの電源を分断し、生理食塩水溶液３０６及び油３０７をデフォルト位置に回復させる。

一部の好ましい実施形態は、空洞３１１の内側上の区域３０９〜空洞３１１の外側の区域３１０に延在する導体３０３を含む。他の実施形態は、例えば、防水導電性エポキシ等の導電材料３１３で充填され得る、前方湾曲レンズ又は後方湾曲レンズを通るチャネル３１２を含むことができる。導電材料３１３は、空洞の外側に電気端子を形成する、又はそれに接続され得る。電圧は、端子に印加され、チャネル３１２の導電材料３１３を介してコーティングに伝導され得る。

絶縁体コーティング３０５の厚さは、レンズ性能のパラメータとして変化し得る。本発明によると、生理食塩水溶液３０６及び導体３０３を含む帯電した成分は、一般に、絶縁体コーティング３０５のいずれかの側に維持される。本発明は、絶縁体コーティング３０５の厚さと、生理食塩水溶液３０６と導体３０３との間の電場との間に間接的関係を提供し、生理食塩水溶液３０６及び導体３０３がより遠く離れて維持されるほど、電場は弱くなる。

一般に、本発明は、絶縁体コーティング３０５の厚さが増すと、電場の強さが劇的に落ちることを提供する。場がより近ければ、一般に球状液体メニスカス境界線３０８を移動するためのエネルギーがより利用可能になる。生理食塩水溶液３０６と導体３０３との間の距離が増すと、生理食塩水溶液３０６と導体コーティング３０３の電場がより遠くに離れ、したがって、球状メニスカス境界線３０８を移動させることがより困難になる。反対に、絶縁体コーティング３０５がより薄ければ、球状液体メニスカス３０８の移動が絶縁体コーティング３０５の欠陥に対してより敏感になる。一般に、絶縁体コーティング３０５の比較的小さい穴でも、レンズ３００を短絡させる。

いくつかの実施形態では、同様にレンズ３００内に収容される油３０７の密度と一般に同じ密度で生理食塩水溶液３０６を含むことが望ましい。例えば、生理食塩水溶液３０６は、好ましくは、油３０７の密度の１０％以内である密度を含み、より好ましくは、生理食塩水溶液３０６は、油の密度の５％以内の密度、最も好ましくは約１％以内の密度を含む。いくつかの実施形態では、生理食塩水溶液３０６内の塩又は他の成分の濃度は、生理食塩水溶液３０６の密度を調節するように調節され得る。

本発明によると、弓形液体メニスカスレンズ３００は、前方湾曲レンズ３０１及び後方湾曲レンズ３０２に関して油３０７の移動を制限することにより、より安定した光学品質を提供する。弓形前方湾曲レンズ３０１及び後方湾曲レンズ３０２のうちの１つ又はその両方に関して油３０７の移動の安定性を維持する１つの方法は、油３０７と生理食塩水溶液３０６の相対的に一致する密度を維持することである。加えて、前方湾曲レンズ３０１と後方湾曲レンズ３０２の両方の内面の湾曲設計により、生理食塩水溶液３０６の層の相対的な深度又は厚さは、従来の円柱レンズ設計と比較して減少する。したがって、油の移動及び油３０６と生理食塩水溶液３０７との間のメニスカスの破損の可能性を回避するために、レンズ３００内の油の位置の安定性が増す。

一部の好ましい実施形態では、生理食塩水溶液３０６は、比較的高い屈折率を提供する油３０７と比較して、低い屈折率を提供する。しかしながら、いくつかの実施形態では、油３０７と比較して高い屈折率を有する生理食塩水溶液３０６を含むことが可能であるが、そのような場合、油は、比較的低い屈折率を提供する。

前方湾曲レンズ３０１及び後方湾曲レンズ３０２を相互に隣接した位置に固定するために接着剤３０８が使用されてよく、それによって、油３０７及び生理食塩水溶液３０６をそれらの間に保持する。接着剤３０８は、湾曲した液体メニスカスレンズ３００から生理食塩水３０６又は油３０７の漏れがないように、シールとしての機能を果たす。

ここで図４を参照すると、生理食塩水溶液４０６と油４０７との間の液体メニスカス境界線４０１を備える湾曲した液体メニスカスレンズ４００が図示される。一部の好ましい実施形態によると、メニスカス壁４０５は、４０２と４０３との間に延在する弓形壁の第１の角度の急な変化によって前方湾曲レンズ４０４に画定される。液体メニスカス境界線４０１は、１つ以上の導電体コーティング又は導電材料４０８に沿って電圧が印加され、除去されると、メニスカス壁４０５を上下に移動させる。

一部の好ましい実施形態では、導電性コーティング４０３は、生理食塩水溶液４０６及び油４０７を保有する空洞４０９の内側の区域から、生理食塩水溶液４０６及び油４０７を収容する空洞４０９の外側の区域に延在する。そのような実施形態では、導電性コーティング４０３は、空洞４０９の外側の点において導電性コーティング４０３に印加された電圧の、空洞内の導電性コーティングの区域への管路であり、生理食塩水溶液４０６と接触してもよい。

ここで図５を参照すると、前方湾曲レンズ５０１及び後方湾曲レンズ５０２を有する弓形液体メニスカスレンズ５００の端部分の断面図が示される。弓形液体メニスカスレンズ５００は、生理食塩水溶液５０３及び油５０４を収容するために使用され得る。弓形液体メニスカスレンズ５００の幾何学構造並びに生理食塩水溶液５０３及び油５０４の特性は、生理食塩水溶液５０３と油５０４との間の液体メニスカス境界線５０５の形成を容易にする。

一般に、液体メニスカスレンズは、前方湾曲レンズ５０１及び後方湾曲レンズ５０２上に存在する、又はそれらを通る導電性コーティング、絶縁体コーティング、経路、及び材料のうちの１つ以上を有するコンデンサとして見ることができる。本発明によると、液体メニスカス境界５０５の形状、それによる液体メニスカス境界５０５と前方湾曲レンズ５０１との間の接触角は、前方湾曲レンズ５０１及び後方湾曲レンズ５０２のうちの１つ又は両方の少なくとも一部分の表面に印加される電圧に反応して変化する。

本発明によると、導電性のコーティング又は材料を介して生理食塩水溶液に印加される電流の変化は、メニスカス壁５０６に沿って液体メニスカス境界５０５の位置を変化する。第１の角部５０６−１と第２の角部５０６−２との間で移動が生じる。

好ましい実施形態では、液体メニスカス境界５０５は、第１の規模の電流がレンズに印加されるとき、例えば、電圧及び電流が非屈折状態、つまり静止状態と相関するとき等、第１の角部５０６−１にある、又はその付近にある。

第１の屈折状態とも呼ばれることもある第２の規模の電流の印加は、一般に第２の角部５０６−２の方向へのメニスカス壁５０６に沿った液体メニスカス境界５０５の移動と相関し、液体メニスカス境界の形状を変化させることができる。以下に詳述されるように、本発明によると、メニスカス壁に沿って含まれる複数の角部のそれぞれは、それぞれの屈折状態に関連付けられてよい。

いくつかの実施形態では、メニスカス壁５０６は平滑面である。滑らかなメニスカス壁５０６は、絶縁体コーティングの欠陥を最小化してもよい。更に、表面テクスチャーのランダム不規則性は、不均一な流体動作を生じ、それによりレンズに印加又は印加しないとき、不均一又は予期しないメニスカス動作を生じてもよいため、滑らかなメニスカス壁５０６が好ましい。一部の好ましい実施形態では、平滑なメニスカス壁は、メニスカス壁５０６に沿って約１．２５ナノメートル〜５．００ナノメートルの範囲の山谷測定値を含む。

別の態様、一部の実施形態では、ナノ加工した表面等の規定テクスチャーが弓形液体メニスカスレンズの設計に組み込まれてもよい場合、メニスカス壁５０６は、疎水性であることが望ましい。

更に、別の態様、一部の実施形態では、メニスカス壁５０６は、レンズの光軸に対する角度であってもよい。角度は、０°（又は光学軸に平行）〜９０°付近（光学軸に対して垂直）の範囲であることができる。図示されるように、一部の好ましい実施形態では、メニスカス壁５０６の角度は、弓形液体メニスカスレンズが、液体メニスカス境界５０５と絶縁体被覆されたメニスカス壁５０６との間の所与の電流接触角で機能するために、一般に、約３０°と５０°との間である。異なる材料を使用することにより、又は望遠視覚等の異なる光対物により、メニスカス壁５０６の角度は、０°又は９０°に近くてもよい。

本発明によれば、メニスカス壁５０６の角度は、特定の電圧及び電流の印加時に、メニスカス壁５０６に沿ったある規模の移動に対応するように設計されてもよい。一部の実施形態では、メニスカス壁５０６の角度が増大すると、レンズの度を変更する能力が一般に所定のレンズの大きさ及び電圧パラメータ内に減少する。加えて、メニスカス壁５０６が光学軸に対して０°である、又はそれ付近である場合、液体メニスカス境界線５０５は、前方光学部品上にほぼ直線に導かれる。メニスカス壁の角度は、レンズの性能の様々な結果を提供するように調整され得るいくつかのパラメータのうちの１つである。

一部の好ましい実施形態では、メニスカス壁５０６は、約０．２６５ｍｍの長さである。しかし、レンズ全体のサイズとともにメニスカス壁５０６の角度は自然に、様々な設計のメニスカス壁５０６の長さに影響を与える。

弓形液体メニスカスレンズ５００は、油５０４が後方湾曲レンズ５０２に接触する場合、故障すると一般に考慮されてもよい。したがって、好ましい実施形態では、メニスカス壁５０６は、第１の角部５０６−１と後方湾曲レンズ５０２との間に５０マイクロメートルの最小限の離隔距離が可能になるように設計される。他の実施形態では、離隔距離が減少すると、レンズ破損の危険性が増加するが、最小限の離隔距離は、５０マイクロメートル未満であってもよい。他の実施形態では、離隔距離は、レンズ故障の危険性を軽減するために増大されてもよいが、レンズ全体の厚さもまた増大をし、これも望ましくない。

更に、本発明の一部の好ましい実施形態の別の態様では、メニスカス壁５０６に沿って移動するように、液体メニスカス境界５０５の挙動は、ヤングの式を使用して、外挿されてもよい。ヤングの式は、乾いた表面上の湿った滴によって引き起こされる力の平衡を定義し、完全に平らな表面を仮定するが、基本的特徴は、弓形液体メニスカスレンズ５００内に生成される電気的に浸水されたレンズ環境に印加され得る。

第１の規模の電気エネルギーは、例えばレンズが非屈折状態になるとき等、レンズに印加されてよい。第１の規模の電気エネルギーの印加中は、油５０４と生理食塩水溶液５０３との間で界面エネルギーの平衡が達成される。このような状態は、本明細書において液体メニスカス境界線５０５と呼ばれることがある。油５０４とメニスカス壁５０６、及び生理食塩水溶液５０３とメニスカス壁５０６は、液体メニスカス境界線５０５とメニスカス壁５０６との間に平衡接触角を形成する。電圧の大きさの変化を弓形液体メニスカスレンズ５００に印加すると、界面エネルギーの平衡が変化し、液体メニスカス境界５０５とメニスカス壁５０６との間の接触角度に対応する変化が生じる。

絶縁体コーティングされたメニスカス壁５０６を有する液体メニスカス境界５０５の接触角は、液体メニスカス境界５０５の移動ヤングの式の役割に起因するだけではなく、接触角がメニスカス移動を制限するために弓形液体メニスカスレンズ５００の他の特徴と連結して使用されるため、弓形液体メニスカスレンズ５００の設計及び機能の重要な要素である。

メニスカス壁５０６の両端部で角部５０６−１、５０６−２等の不連続部は、液体メニスカス接触角の十分大きな変化をもたらす電圧の大きな変化を必要とし、角部のうちの１つを超えて液体メニスカス境界５０５を移動させるため、液体メニスカス５０５の移動のための境界としての機能を果たす。限定されない例として、一部の実施形態では、第２の角部５０６−２より下の工程５０７を有する液体メニスカス境界５０５の接触角が恐らく９０〜１３０°の範囲内であり、一部の好ましい実施形態では、約１１０°である一方、メニスカス壁５０６を有する液体メニスカス境界５０５の接触角は、１５〜４０°の範囲内である。

レンズへの印加電圧は、液体メニスカス境界線５０５をメニスカス壁５０６に沿って第２の角５０６−２に向かって移動させ得る。液体メニスカス境界線５０５と絶縁体被覆されたメニスカス壁５０６との自然接触角は、顕著により大きい電圧が供給されない限り、液体メニスカス境界線５０５を第２の角５０６−２にとどまらせる。

メニスカス壁５０６の１つの端部で、第１の角部５０６−１は一般に、液体メニスカス境界５０５が典型的に超えて移動しない１つの制限を画定する。一部の実施形態では、第１の角部５０６−１は、角部縁として構成される。他の好ましい実施形態では、第１の角部５０６−１は、故障のより少ない可能性で生成され得る画定された小さな半径を持つ表面を有する。導電性、絶縁体、及び他の可能性がある望ましいコーティングは、半径を持つ表面の画定された半径を持つ縁がより確実にコーティングされ得る一方、角部縁の上に均一に、予想通りに付着しなくてもよい。

いくつかの実施形態では、第１の角部５０６−１は、約１０マイクロメートルの画定された半径を有する約９０°の角度で構築される。角部はまた、９０°未満の角度で作製されてもよい。いくつかの実施形態では、９０°より大きい角度の角部は、角部の頑丈さを向上するために使用され得るが、その設計はより大きいレンズ空間を取る。

様々な実施形態では、角部５０６−１、５０６−２の画定された半径は、５マイクロメートル〜２５マイクロメートルの範囲内であってもよい。より大きな画定された半径は、レンズ設計の厳しい精度内のより多くの空隙の使用を費やすが、コーティングの信頼性を向上させるように使用されてもよい。この点では、レンズ設計の多くの他の区域にあるように、構成の容易さとレンズ機能の最適化と最小化サイズとの間にトレードオフが存在する。機能的、信頼性のある弓形液体メニスカスレンズ５００は、幅広い変数を使用して作製されてもよい。

第２の角部５０６−２は、弓形液体メニスカスレンズ５００に電圧が印加されるとき、油の移動を制限するように設計される特徴を含む。第２の角部５０６−２は、また、一部の実施形態では、概ね先の尖った端部を含むこともでき、又は他の実施形態では、第２の角部５０６−２は５〜２５マイクロメートル、最も好ましくは１０マイクロメートルの確定した半径を含んでもよい。半径１０マイクロメートルは、角部としてよく機能し、単刃ダイヤモンド旋削旋盤加工又は射出成形のプロセスに使用して生成され得る。

前方湾曲レンズ５０１の光学区域５０８の開始部分まで延在する、垂直又はほぼ垂直のステップ５０７は、メニスカス壁５０６に対向する第２の角部５０６−２の側に含まれてよい。いくつかの実施形態では、ステップ５０７は１２０マイクロメートルの高さであるが、５０〜２００マイクロメートルの範囲であってよい。

いくつかの実施形態では、ステップ５０７は、光学軸から約５°の角度をなしてよい。他の実施形態では、ステップ５０７の角度は、１°若しくは２°程に小さくてもよく、又は５°を超える角度であってもよい。光軸からより小さな角度である工程５０７は一般に、液体メニスカス境界５０５の接触角のより大きな変化を必要とし、メニスカス壁５０６から工程５０７に移動させるため、メニスカス移動のより有効なリミッタとしての機能を果たす。工程５０７から光学区域５０８の始まりまでの遷移は、半径２５マイクロメートルである。より大きな半径は、レンズ設計内のより多くの空隙を不必要に消費する。より小さな半径は、可能であり、空隙を得るために必要な場合、実行されてもよい。レンズ内の他のものと同様にこの区域内の理論的角部よりむしろ画定された半径を使用する決定は、部分的に、レンズ要素のための射出成形プロセスへの可能性のある移動に基づく。工程５０７と光学区域５０８の始まりとの間の曲線は、射出成形プロセスの間、塑性流れを向上させ、最適強度及び応力ハンドリングを有するレンズを生じる。

ここで、図６Ａを参照すると、いくつかの実施形態において、液体メニスカスレンズに含まれ得るマルチ凹面メニスカス壁６０１が描かれている。マルチ凹面メニスカス壁６０１は、液体メニスカスレンズを通して形成される光学軸に対して凹面をなす複数のセグメントを具備する。光学軸に対して凹面をなす複数のセグメントは、光学軸に関連した他の形状（例えば、直線形状、凸形状、又は段形状）を含むメニスカス壁のセグメントを点在させている場合もあれば点在させていない場合もあり得る。また、他の形状の特色及びセグメントも点在させてもよい。

一部の実施形態では、マルチ凹面メニスカス壁は、油６０２及び生理食塩水溶液６０３を含有する弓形液体メニスカスレンズ内の光軸から４５度（４５°）の角度で配置され得る。一部の実施形態では、液体メニスカス境界６０４Ａは、マルチ凹面メニスカス壁６０１に印加された屈折力の第１の状態にある６０５Ａにおいて、例えば、非屈折状態で、マルチ凹面メニスカス壁６０１に接触する。一般的に、いくつかの典型的な実施形態において、第１の屈折状態は、第１の角部６０７に最も近いマルチ凹面メニスカス壁６０１の端部付近の液体メニスカス境界を含む。

図６Ｂは、第２の屈折状態、例えば、メニスカス壁６０１に電流を印加した屈折状態の液体メニスカス境界６０４Ｂの位置を示す。非屈折状態を含む第１の状態に関しては、液体メニスカス境界６０４Ｂは概ね、マルチ凹面メニスカス壁６０１に沿って前方湾曲レンズ６０６の方へ移動した。屈折状態は、マルチ凹面メニスカス壁６０１中の凹面セグメントの間の不連続面６０９に概ねより近い液体メニスカス境界６０４Ｂも含み得る。

ここで、図７Ａを参照すると、弓形液体メニスカスレンズのマルチ凹面メニスカス壁７０１構成要素の斜視図が、弓形液体メニスカスレンズの他の部分とは別個に示されている。図示されている実施形態において、マルチ凹面メニスカス壁７０１は４つの凹面メニスカス壁セグメント７０１−１から７０１−４を含む。凹面壁セグメントは、レンズを貫通する光学軸７０３に対して略凹面である。他の実施形態は、多かれ少なかれ凹面のメニスカス壁セグメント７０１−１から７０１−４を含んでもよい。いくつかの壁セグメントは、例えば、液体メニスカスレンズ物理的寸法、レンズの配置先として予期されるメニスカスのいくつかの設定位置、又は他の懸念事項に基づくものである場合もあり得る。

マルチ凹面メニスカス壁７０１は、レンズ全体の周囲の第１の角部７０２−１と第２の角部７０２−２との間の一貫した長さである。１つの凹面メニスカス壁セグメント７０１−１の斜視図は、図７Ｂに示されていて、その形状は円環体のセグメントを含んで構成されている。

図６Ｃは図６Ａ及び６Ｂを組み合わせた図であり、非屈折状態６０４Ａ及び屈折状態６０４Ｂの両方における液体メニスカス境界の位置を示している。本発明によると、図６Ｃに示されるようなマルチ凹面メニスカス壁６０１を光学軸から相対的な所定の角度に配置した液体メニスカスレンズは、メニスカス壁部分に電流を印加した結果として生じる液体メニスカス移動に対して、光学軸から相対的な同様の角度に配置された線形メニスカス壁を有する液体メニスカスレンズよりも一貫性及び反復性の高い制御をもたらす。線形メニスカス壁を含むレンズの実施例は、２０１０年６月２９日出願の米国特許出願第６１，３５９，５４８号、表題「ＬＥＮＳ ＷＩＴＨ ＣＯＮＩＣＡＬ ＦＲＵＳＴＵＭ ＭＥＮＩＳＣＵＳ ＷＡＬＬ」に記載されており、参照することにより本明細書に援用する。

いくつかの好ましい実施形態では、液体メニスカス壁に電圧が印加され、対応する液体メニスカス境界がマルチ凹面メニスカス壁６０１に沿って前方湾曲レンズ６０６の方へ移動する。凹面メニスカス壁セグメント同士の間の不連続面６０９は、所定のゾーンにおける液体メニスカス移動を減速させるか中断させ、特定の付加電力の変更を達成すべく作用する。液体メニスカス境界は、それぞれの凹面セグメントに沿って進むにつれて減速し、不連続面６０９の両側での液体メニスカス境界接触角の変化により、それぞれの不連続面６０９付近で停止しやすくなる。本発明によれば、液体メニスカス境界６０４が不連続面６０９付近で停止した場合、液体メニスカス境界６０４上の不連続面６０９のチャネル効果により、液体メニスカス境界６０４はわずかに移動して不連続面６０９の第１の角部６０８側部で定着する。

本発明は、特定の実地形態を参照して説明されてきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更が行われ、要素が同等のものと置き換えられることがあり得ることは、当業者によって理解されるであろう。更に、本発明の範囲から逸脱することなく、本発明の教示に対し、特定の状況又は材料を適合するように、多くの修正が行われ得る。

したがって、本発明は、本発明を実施するうえで考えられる最良の態様として開示される特定の実施形態に限定されるものではなく、付属の請求項の範囲及び趣旨に包含されるすべての実施形態を含むものである。

〔実施の態様〕
（１） 光学レンズであって、
前方湾曲レンズ外面及び前方湾曲レンズ内面を備える前方湾曲レンズであって、前記前方湾曲レンズ外面及び前記前方湾曲レンズ内面の両方が、弓形形状を備える、前方湾曲レンズと、
後方湾曲レンズ内面及び後方湾曲レンズ外面を備える後方湾曲レンズであって、前記前方湾曲レンズ内面及び前記後方湾曲レンズ内面がそれらの間に空洞を形成するように、前記前方湾曲レンズに隣接して位置する、後方湾曲レンズと、
前記前方湾曲レンズ内面と前記後方湾曲レンズ内面との間に形成される前記空洞内に収容されるある容積の生理食塩水溶液及び油であって、それらの間にメニスカスを構成する、ある容積の生理食塩水溶液及び油と、
前記前方湾曲レンズ及び後方湾曲レンズのうちの一方又は両方に形成された光学軸から凹面をなしている円環体の複数のセグメントの一般形状を含むメニスカス壁であって、前記生理食塩水溶液と油との間に形成された前記メニスカスとの境界をなす、メニスカス壁と、を備える、光学レンズ。
（２） 前記後方湾曲レンズ内面と前記後方湾曲レンズ外面の双方が、弓形形状を備える、実施態様１に記載の光学レンズ。
（３） 前記メニスカス壁の少なくとも一部分上に導電性コーティングを更に備える、実施態様２に記載の光学レンズ。
（４） 油の前記容積が、前記空洞内に収容される前記生理食塩水溶液の容積未満である、実施態様３に記載の光学レンズ。
（５） 油の前記容積が、生理食塩水溶液の量と比較して、約６６容積％以上を構成する、実施態様４に記載の光学レンズ。

（６） 油の前記容積が、生理食塩水溶液の量と比較して、約９０容積％以下を構成する、実施態様４に記載の光学レンズ。
（７） 油の前記容積が、前記生理食塩水溶液の密度とほぼ等しい密度を有する、実施態様３に記載の光学レンズ。
（８） 油の前記容積が、前記生理食塩水溶液の密度の約１０％以内の密度を有する、実施態様３に記載の光学レンズ。
（９） 油の前記容積が、前記生理食塩水溶液の密度の約５％以内の密度を有する、実施態様３に記載の光学レンズ。
（１０） 前記導電性コーティングが、前記空洞の内側の区域から前記空洞の外側の区域に延在する、実施態様３に記載の光学レンズ。

（１１） 前記空洞の外側の前記導電性コーティングの区域が、前記液体メニスカスレンズに電圧を提供するための電気端子を形成する、実施態様１０に記載の光学レンズ。
（１２） 前記生理食塩水溶液及び前記油がメニスカスを形成し、電圧を前記空洞の外側の前記導電性コーティングの区域に印加することにより、前記メニスカス壁に沿った前記メニスカスの接触位置に変化をもたらす、実施態様１０に記載の光学レンズ。
（１３） 前記電圧が、直流を構成する、実施態様１１又は１２に記載の光学レンズ。
（１４） 前記電圧が、約２０．０ボルトを含む、実施態様１１又は１２に記載の光学レンズ。
（１５） 前記電圧が、約１８．０ボルト〜２２．０ボルトを含む、実施態様１１又は１２に記載の光学レンズ。

（１６） 前記電圧が、約５．０ボルトを含む、実施態様１１又は１２に記載の光学レンズ。
（１７） 前記電圧が、約３．５ボルト〜約７．５ボルトを含む、実施態様１１又は１２に記載の光学レンズ。
（１８） 前記前方湾曲レンズ外面が、約０以外の屈折力を有する、実施態様４に記載の光学レンズ。
（１９） 前記前方湾曲レンズ内面が、約０以外の屈折力を有する、実施態様４に記載の光学レンズ。
（２０） 前記後方湾曲レンズ外面が、約０以外の屈折力を有する、実施態様４に記載の光学レンズ。

（２１） 前記後方湾曲レンズ内面が、約０以外の屈折力を有する、実施態様４に記載の光学レンズ。
（２２） 前記前方湾曲レンズ及び前記後方湾曲レンズのうちの１つ又は両方を通るチャネルと、前記チャネルを充填する導電材料とを更に備える、実施態様４に記載の光学レンズ。
（２３） 前記チャネルを充填する前記導電材料と電気的に導通している端子を更に備える、実施態様２２に記載の光学レンズ。
（２４） 電圧を前記端子に印加することが、前記メニスカスの形状に変化をもたらす、実施態様２３に記載の光学レンズ。
（２５） 前記前方湾曲レンズの前記内面の少なくとも一部分に沿って絶縁体コーティングを更に備え、前記絶縁体コーティングが、電気絶縁体を備える、実施態様４に記載の光学レンズ。

（２６） 前記絶縁体が、パリレン（登録商標）Ｃ（Parylene C）及びテフロン（登録商標）ＡＦ（Teflon AF）のうちの１つを備える、実施態様２５に記載の光学レンズ。
（２７） 前記絶縁体が、前記導電性コーティングと、前記前方湾曲レンズと前記後方湾曲レンズとの間の前記空洞に収容される生理食塩水溶液との間の分離を維持するための境界区域を備える、実施態様２５に記載の光学レンズ。