JP5914483B2 - 負付加性（ｎｅｇａｔｉｖｅａｄｄ）液体メニスカスレンズ - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１１年７月１５日に出願された米国特許出願第１３／１８３，５６４号及び２０１０年８月２３日に出願された米国特許仮出願第６１／３７６，０４４号に対する優先権を主張するものである。

（発明の分野）
本発明は、一般に液体メニスカスレンズに関し、より具体的には、液体メニスカス境界線の移動が負の付加屈折力をもたらす、凹状トーラスセグメントの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、美容強化、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提供される。レンズに屈折性質を組み込む設計は、視力矯正機能を提供することができる。レンズに組み込まれる顔料は、美容強化を提供することができる。レンズに組み込まれる活性薬剤は、治療的機能を提供することができる。

最近では、電子成分がコンタクトレンズの中に組み込まれている。いくつかの成分は、半導体装置を含むことができる。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ものを助長してこなかった。

加えて、湾曲した液体メニスカスレンズは、平行側面を有する液体メニスカスレンズの従来の設計に必然的に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、のうちの一方又は両方を助長し、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一方又は両方の周囲区域に位置するメニスカス壁に電荷を印加することにより、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、トーラスセグメントを本質的に含む形状に形成されるメニスカス壁を含む。本発明のトーラスセグメントの横断面は、凹状の壁を含む。

第１状態における先行技術の円柱形液体メニスカスレンズの例を図示。 第２状態における先行技術の円柱形液体メニスカスレンズの例を図示。 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を図示。 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を図示。 弓形液体メニスカスレンズの更なる代表的な態様を図示。 本発明のいくつかの実施形態による、弓形液体メニスカスレンズ内のメニスカス壁の要素を図示。 非屈折状態の液体メニスカス境界線を示す、液体メニスカスレンズ内の凹状メニスカス壁を図示。 屈折状態の液体メニスカス境界線を示す、液体メニスカスレンズ内の凹状メニスカス壁を図示。 比較のために、１つの図で液体メニスカス境界線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凹状メニスカス壁を図示。 弓形液体メニスカスレンズの残りの部分から切り離して見たときの凹状メニスカス壁の形状である、凹状トーラスセグメントを図示。

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つを備える液体メニスカスレンズを提供する。

用語
本発明を目的とする本説明及び特許請求の範囲において、以下の定義が適用される、様々な用語が使用され得る。

接触角：液体メニスカス境界線とも呼ばれる油／生理食塩水溶液の界面がメニスカス壁と接触する角度。線形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線がメニスカス壁と接触する点の液体メニスカス境界線に接する線との間の角度として測定される。湾曲した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の液体メニスカス境界線との間の角度として測定される。

液体メニスカス境界線：生理食塩水溶液と油との間の弓形表面界面。一般に、表面は、一方が凹面であり、もう一方が凸面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空間。

メニスカス壁：前方湾曲レンズの内側の特定領域であり、そのため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線が移動する。

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つの予め画定された液体の接触線の位置を含むのに十分な前方湾曲レンズ又は後方湾曲レンズの片のいずれかの内面の幾何学的特色。角部は、通常、内角よりも外角である。液体の観点から、それは、１８０°より大きい角度である。

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及び生理食塩水溶液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。一部の先行技術の実施形態では、１つ又は２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。

先行技術によると、内面１１３〜１１４のそれぞれは、本質的に平坦又は平面的である。界面表面１１２Ａは、生理食塩水溶液１０２Ａと油１０１との間で画定される。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との間の界面表面の形状は、電極１０５に電流を印加することにより変化し得る。

図１００Ａは、１００で図示される先行技術のレンズの斜視図を図示する。

ここで図１Ｂを参照すると、先行技術のレンズ１００は、通電された状態で図示される。電圧を付加された状態は、電極１１５に電圧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との間の界面表面１１２Ｂの形状は、電極１１５に電流を印加することにより変化する。図１Ｂに示すように、油１０１及び生理食塩水溶液１０２Ｂを通過する入射光１０８Ｂは、集束された光パターン１１１に集束される。

ここで図２を参照すると、液体メニスカスレンズ２００の断面図は、前方湾曲レンズ２０１と後方湾曲レンズ２０２とを有する。前方湾曲レンズ２０１及び後方湾曲レンズ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つ又は２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、導電性の材料若しくは電気的に絶縁性の材料、疎水性材料若しくは親水性材料のうちの１つ又は２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一方又は両方は、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つ又は２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、導電性の材料若しくは電気的に絶縁性の材料、疎水性材料若しくは親水性材料のうちの１つ又は２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つ又は２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のうちの一方又は両方の周辺部の少なくとも一部分に沿って位置する。導電性コーティング２０９は、非限定的な例として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。電荷を導電性コーティング２０９に印加することにより、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〜＋８．０ｍ^−１（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屈折力である。

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。いくつかの実施形態では、屈折力は、非限定的な例として、−８．０〜＋８．０ｍ^−１（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屈折力である。

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。いくつかの実施形態では、屈折力の変化は、例えば、０〜２．０ｍ^−１（ジオプター）の変化の変化のように、比較的小さくてよい。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３０ｍ^−１（ジオプター）以上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２１０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２１０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２１０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２１０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つ又は２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及び生理食塩水溶液２０７は、生理食塩水２０７と油２０８と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体積は、空洞内に収容される油の体積より大きい。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体積％以上である体積の油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の体積が約９０体積％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つ又は２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のうちの一方又は両方は、例えば、ＰＭＭＡ、Ｚｅｏｎｏｒ及びＴＰＸ等のうちの１つ又は２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のうちの一方又は両方は、例えば、単刃ダイヤモンド旋削旋盤加工、射出成形、及びデジタルミラー装置自由形成等のうちの１つ又は２つ以上のプロセスによって成形され得る。

前方湾曲レンズ３０１及び後方湾曲レンズ３０２のうちの一方又は両方は、図示される導電性コーティング３０３を含むことができ、この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のうちの一方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、特定の区域に適用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つ又は２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つ又は２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のうちの一方又は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つ又は２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。

いくつかの特定の実施形態では、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と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のうちの一方又は両方の１つ又は２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との接触は、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と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から空洞３１１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。電荷は、端子に印加され、チャネル３１２の導電材料３１３によっ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得ることを提供する。場がより近ければ、一般に球状液体メニスカス境界線３１４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３１４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の欠点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のうちの一方又は両方に関して油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と比較してより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３０７、比較的低い屈折率を提供する。

前方湾曲レンズ３０１と後方湾曲レンズ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からの生理食塩水３０６又は油３０７の漏れがないように、シールの機能を果たす。

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の角度破断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、電荷が１つ又は２つ以上の導電性コーティング又は導体材料４０８に沿って印加及び除去されると、メニスカス壁４０５を上下に移動する。

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の外側の点の導電性コーティング４０３に印加された電荷の、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。

本発明によると、液体メニスカス境界線５０５の形状、したがって、液体メニスカス境界線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のうちの一方又は両方の少なくとも一部分の表面に印加される電荷に応じて変化する。

本発明によると、導電性コーティング又は材料によっ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に沿った液体メニスカス境界線５０５の位置を変更する。移動は、第１の角部５０６−１と第２の角部５０６−２との間で生じる。

好ましい実施形態では、液体メニスカス境界線５０５は、電流の第１の規模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、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。

屈折状態とも呼ばれることのある電流の第２の規模の印加は、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線５０５の移動と相関し、液体メニスカス境界線の形状を変化させることができる。

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。平滑なメニスカス壁５０６の表面は、絶縁体コーティングの欠点を最小にすることができる。加えて、表面の構造の無作為な不規則性は、不均等な液体運動をもたらし、したがって、レンズを通電にしたとき、又は非通電にしたときに、不均等な、又は予測不可能なメニスカス運動を生じる場合があるため、平滑なメニスカス壁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。

別の態様において、いくつかの実施形態では、メニスカス壁５０６が疎水性であることが望ましく、この場合、ナノ構造表面等の定義された構造は弓形液体メニスカスレンズの設計に組み込まれ得る。

更に別の態様において、いくつかの実施形態では、メニスカス壁５０６は、レンズの光学軸に対して角度をなしてよい。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線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°〜５０°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°に近くてよい。

本発明によると、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に沿った移動の規模に適応するように設計され得る。いくつかの実施形態では、メニスカス壁５０６の角度が増加すると、レンズの屈折を変更する能力は、一般に、所与のレンズの大きさ及び電圧パラメータ内で減少する。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、レンズ性能に様々な成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、長さが約０．２６５ｍｍである。しかしながら、全体的なレンズの大きさとともに、メニスカス壁５０６の角度は、様々な設計でメニスカス壁５０６の長さに自然と影響を及ぼす。

一般に、油５０４が後方湾曲レンズ５０２に接触すると、弓形液体メニスカスレンズ５００は機能しないと考えられ得る。したがって、好ましい実施形態では、メニスカス壁５０６は、その最も近い点で、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隙間を持たせるように設計される。他の実施形態では、隙間が減少すると、レンズが機能しないリスクは増加するが、最小隙間は、５０マイクロメートル未満であり得る。更に他の実施形態では、隙間は、レンズが機能しないリスクを軽減するように増加され得るが、望ましくない可能性がある全体的なレンズの厚さも増加する。

本発明の一部の好ましい実施形態の更に別の態様では、メニスカス壁５０６に沿って移動するとき、液体メニスカス境界線５０５の挙動は、ヤングの式を使用して推定され得る。ヤングの式は、乾燥表面上への水分の滴下により生じる力の平衡を定義し、完全に平坦な表面を仮定するが、基本的な性質が、弓形液体メニスカスレンズ５００内に作り出される電気湿潤レンズ環境に適用され得る。

電気エネルギーの第１の規模は、例えば、レンズが非屈折状態にあるとき等、レンズに適用されてよく、本明細書において、液体メニスカス境界線５０５と称される、油５０４と生理食塩水溶液５０３、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との間の界面エネルギーの平衡が達成され、液体メニスカス境界線５０５とメニスカス壁５０６との間の平衡接触角が得られる。電圧の規模の変化が弓形液体メニスカスレンズ５００に適用されるとき、界面エネルギーの平衡が変化し、液体メニスカス境界線５０５とメニスカス壁５０６との間の接触角の対応する変化が得られる。

絶縁体被覆されたメニスカス壁５０６を有する液体メニスカス境界線５０５の接触角は、液体メニスカス境界線５０５の移動におけるヤングの式でのその役割だけでなく、接触角がメニスカスの移動を制限するために弓形液体メニスカスレンズ５００の他の特色と組み合わせて使用されるため、弓形液体メニスカスレンズ５００の設計及び機能において重要な要素である。

液体メニスカス接触角において、角部のうちの１つを超えて液体メニスカス境界線５０５を移動させる十分に大きい変化をもたらすには、電圧の顕著な変化を必要とするため、角部５０６−１、５０６−２等の、メニスカス壁５０６の両端での不連続性は、液体メニスカス５０５の移動において境界線として機能する。非限定的な例として、いくつかの実施形態では、メニスカス壁５０６を有する液体メニスカス境界線５０５の接触角は、１５〜４０°の範囲であり、一方、第２の角部５０６−２より下のステップ５０７を有する液体メニスカス境界線５０５の接触角は、おそらく、９０〜１３０°の範囲であり、一部の好ましい実施形態では、約１１０°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の角部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の角部５０６−２にとどまらせる。

メニスカス壁５０６の一端で、第１の角部５０６−１は、一般に、液体メニスカス境界線５０５が典型的に超えて移動しない限度を１つ画定する。いくつかの実施形態では、第１の角部５０６−１は、鋭い縁として構築される。他の好ましい実施形態では、第１の角部５０６−１は、欠点の可能性があまりないように作製され得る画定された小さい半径を持つ面を有する。導電性、絶縁体、及び他の可能な所望のコーティングは、鋭い縁上に均一かつ予測可能に堆積されない場合があり、一方、画定された半径を持つ面の半径を持つ縁は、より確実に被覆され得る。

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。この角部はまた、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、角部の頑丈さを増加させるために使用され得るが、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であり得る。より大きい画定された半径は、コーティングの確実度を向上させるが、レンズ設計の厳密な公差内でより大きい空間を使用するという代償を払って使用され得る。これにおいて、他の多くのレンズ設計の区域のように、構成の容易さ、レンズ機能の最適化、及び大きさの最小化の間で、トレードオフが存在する。機能的で、確実な弓形液体メニスカスレンズ５００は、広範な変動要素を使用して作製され得る。

第２の角部５０６−２は、電圧が弓形液体メニスカスレンズ５００に印加される際、油の移動を制限するように設計された特色を含む。第２の角部５０６−２はまた、いくつかの実施形態では、概ね尖った角部を含むこともできる。他の実施形態では、第２の角部５０６−２は、５〜２５マイクロメートルの画定された半径、最も好ましくは１０マイクロメートルの画定された半径を含むことができる。１０マイクロメートルの半径は、角部として良好に機能し、単刃ダイヤモンド旋削旋盤又は射出成形プロセスを使用して作製され得る。

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に反対側の第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°程であるか、又は５°を超える角度をなしてもよい。メニスカス壁５０６からステップ５０７上に移動するには、液体メニスカス境界線５０５の接触角のより大きな変化を必要とするため、光学軸からより小さい角度をなすステップ５０７は、一般に、メニスカス移動のより効果的なリミッタとして機能する。ステップ５０７から光学区域５０８の開始部分への遷移は、２５マイクロメートルの半径である。より大きい半径は、レンズ設計内の空間を不必要により多く消費する。より小さい半径が可能であり、空間の増加が必要ならば、行われ得る。この区域並びにレンズの他の区域に理論的角部よりも画定された半径を使用するという決定は、一部、レンズ要素の射出成形プロセスへの潜在的な移行に基づく。ステップ５０７と光学区域５０８の開始部分との間の湾曲は、射出成形プロセス中の塑性流を向上させ、最適な強度及び応力対処特性を備えたレンズをもたらす。

ここで図６Ａを参照すると、多くの可能な実施形態のうちの１つにおいて、凹状メニスカス壁６０１が示される。弓形液体メニスカスレンズの凹状メニスカス壁６０１の成分は、弓形液体メニスカスレンズの残りの部分から切り離して見た場合、図７の斜視図に示されるように、トーラスセグメントである。

ここで図７を参照すると、いくつかの実施形態では、メニスカス壁７０１は、第１の角部７０２−１と第２の角部７０２−２との間が一貫した長さである、光学軸に対して凹状の表面を含む。好ましい実施形態では、レンズ全体の周囲を囲む凹状表面を含む。

図６Ａには、光軸から凹状であるメニスカス壁６０１が、油６０２及び生理食塩水溶液６０３を収容する弓形液体メニスカスレンズ内の光学軸から約４５°の角度に配置される可能な実施形態が示される。液体メニスカス境界線６０４Ａは、第１の角部６０８に最も近いメニスカス壁６０１の端部に概ね近い、６０５Ａにおいてメニスカス壁６０１と接触する。接触角は、６０６Ａで示される。

ここで図６Ｂを参照すると、メニスカス壁６０１に印加された電圧によって、液体メニスカス境界線がメニスカス壁６０１に沿って６０５Ｂまで、概ね第１の角部６０８に向かって移動し、接触角６０６Ｂが得られる。

したがって、図６Ｃに示されるように、光学軸に対して所定の角度で配置された凹状メニスカス壁を備える液体メニスカスレンズは、光学軸に対して同様の角度で配置された線形メニスカス壁を備える液体メニスカスレンズよりも、所定の印加電圧の量に対してより小さいレンズ屈折力の変化を示す。線形メニスカス壁を備える液体メニスカスレンズについては、２０１０年６月２９日出願の米国特許出願第６１／３５９，５４８号、題名「ＬＥＮＳ ＷＩＴＨ ＣＯＮＩＣＡＬ ＦＲＵＳＴＵＭ ＭＥＮＩＳＣＵＳ ＷＡＬＬ」により詳しく記載されている。

本発明によると、凹状メニスカス壁を備える液体メニスカスレンズに印加された電圧は、前方湾曲レンズ６０７に向かってではなく、第１の角部６０８に向かって液体メニスカス境界線６０４を移動させ、負の付加屈折力をもたらす。

印加電圧の特定の変化は、界面エネルギーの平衡を変化させる。したがって、液体メニスカス境界線とメニスカス壁との間の接触角に対応する変化をもたらすと考えられる。線形メニスカス壁では、接触角の変化は、メニスカス壁に沿って、相対的により顕著な液体メニスカス境界線の移動をもたらす。それに対して、図６Ｃの凹状メニスカス壁では、移動は相対的により顕著ではなく、おそらく、逆向きの場合さえもある。

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、その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、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、前記後方湾曲レンズ内面及び前記後方湾曲レンズ外面の両方が、弓形形状を備え、前記後方湾曲レンズが、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し、光学軸が前記前方湾曲レンズ及び前記後方湾曲レンズを通り、前記光学軸を通じてある光学品質を有する、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体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、ある体積の生理食塩水溶液及び油と、
前記前方湾曲レンズ及び前記後方湾曲レンズのうちの一方又は両方に形成される概ね円錐台の形状を備え、かつ前記生理食塩水溶液と前記油との間に形成される前記メニスカスに境界線を形成し、前記光学軸に対して前記円錐台の少なくとも一部分が凹状である、メニスカス壁と、
前記メニスカス壁の少なくとも一部分上の導電性コーティングであって、前記導電性コーティング全体に電流を流すことにより、前記メニスカスを移動させ、前記光学軸を通じての前記光学品質に負の付加屈折力（negative add power）をもたらす、導電性コーティングと、を備える、光学レンズ。
（２） 前記メニスカス壁の少なくとも一部分上の前記導電性コーティングが、金及び銀のうちの少なくとも１つを含む、実施態様１に記載の光学レンズ。
（３） 前記油の体積が、前記空洞内に収容される生理食塩水溶液の体積未満である、実施態様２に記載の光学レンズ。
（４） 前記油の体積が、生理食塩水溶液の量と比較して、約６６体積％以上を構成する、実施態様３に記載の光学レンズ。
（５） 前記油の体積が、生理食塩水溶液の量と比較して、約９０体積％以下を構成する、実施態様３に記載の光学レンズ。

（６） 前記ある体積の油が、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２に記載の光学レンズ。
（７） 前記ある体積の油が、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２に記載の光学レンズ。
（８） 前記ある体積の油が、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２に記載の光学レンズ。
（９） 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２に記載の光学レンズ。
（１０） 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荷を供給するための電気端子を形成する、実施態様９に記載の光学レンズ。

（１１） 前記生理食塩水溶液及び前記油がメニスカスを形成し、電荷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９に記載の光学レンズ。
（１２） 前記電荷が、直流を構成する、実施態様１０に記載の光学レンズ。
（１３） 前記電荷が、約２０．０ボルトを含む、実施態様１０に記載の光学レンズ。
（１４） 前記電荷が、約１８．０ボルト〜２２．０ボルトを含む、実施態様１０に記載の光学レンズ。
（１５） 前記電荷が、約５．０ボルトを含む、実施態様１０に記載の光学レンズ。

（１６） 前記電荷が、約３．５ボルト〜約７．５ボルトを含む、実施態様１０に記載の光学レンズ。
（１７） 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３に記載の光学レンズ。
（１８） 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３に記載の光学レンズ。
（１９） 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３に記載の光学レンズ。
（２０） 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３に記載の光学レンズ。

（２１） 前記前方湾曲レンズ及び前記後方湾曲レンズのうちの一方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３に記載の光学レンズ。
（２２） 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２１に記載の光学レンズ。
（２３） 電荷を前記端子に印加することにより、前記メニスカスの形状に変化をもたらす、実施態様２２に記載の光学レンズ。
（２４） 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３に記載の光学レンズ。
（２５） 前記絶縁体が、パリレンＣ（Parylene C）（商標）及びテフロンＡＦ（Teflon AF）（商標）のうちの１つを含む、実施態様２４に記載の光学レンズ。

（２６） 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２４に記載の光学レンズ。
（２７） 前記円錐台の少なくとも一部分が前記光学軸に向かって凹状である前記円錐台の角度が、約３０°〜５０°を含む、実施態様３に記載の光学レンズ。
（２８） 前記メニスカス壁に隣接するメニスカス角部（meniscus sharp）を更に備え、前記角部が、前記ある体積の生理食塩水溶液及び油を収容するための角度特色を備える、実施態様２７に記載の光学レンズ。
（２９） 前記角部が、半径を持つ面部分を備える、実施態様２７に記載の光学レンズ。
（３０） 前記半径を持つ面部分が、５マイクロメートル〜２５マイクロメートルの範囲の半径を備える、実施態様２８に記載の光学レンズ。

（３１） 前記メニスカス壁が前記前方湾曲レンズ及び前記後方湾曲レンズの一方又は両方に形成され、前記生理食塩水溶液と前記油との間に形成される前記メニスカスに境界線を形成する、実施態様１に記載の光学レンズ。

Claims (24)

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、前記後方湾曲レンズ内面及び前記後方湾曲レンズ外面の両方が、弓形形状を備え、前記後方湾曲レンズが、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し、光学軸が前記前方湾曲レンズ及び前記後方湾曲レンズを通り、前記光学軸を通じてある光学品質を有する、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体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、ある体積の生理食塩水溶液及び油と、
   前記前方湾曲レンズに形成される円錐台の形状を備え、かつ前記生理食塩水溶液と前記油との間に形成される前記メニスカスの境界をなし、前記光学軸に対して前記円錐台の少なくとも一部分が凹状である、メニスカス壁であって、前記メニスカス壁の両端の角部が前記メニスカスの移動において境界として機能し、前記角部のうち前記後方湾曲レンズに近接して配される角部は鋭角を有するように構成されている、メニスカス壁と、
   前記メニスカス壁の少なくとも一部分上の導電性コーティングであって、前記導電性コーティング全体に電流を流すことにより、前記メニスカスを移動させ、前記光学軸を通じての前記光学品質に負の付加屈折力をもたらす、導電性コーティングと、を備える、光学レンズ。
2. 前記メニスカス壁の少なくとも一部分上の前記導電性コーティングが、金及び銀のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の光学レンズ。
3. 前記油の体積が、前記空洞内に収容される生理食塩水溶液の体積未満である、請求項２に記載の光学レンズ。
4. 前記油の体積が、生理食塩水溶液の量と比較して、６６体積％以上を構成する、請求項３に記載の光学レンズ。
5. 前記油の体積が、生理食塩水溶液の量と比較して、９０体積％以下を構成する、請求項３に記載の光学レンズ。
6. 前記ある体積の油が、前記生理食塩水溶液の密度と等しい密度を有する、請求項２に記載の光学レンズ。
7. 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、請求項２に記載の光学レンズ。
8. 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印加するための電気端子を形成する、請求項７に記載の光学レンズ。
9. 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、請求項７に記載の光学レンズ。
10. 前記電圧が、直流電圧を含む、請求項８に記載の光学レンズ。
11. 前記前方湾曲レンズ外面が、０以外の屈折力を有する、請求項３に記載の光学レンズ。
12. 前記前方湾曲レンズ内面が、０以外の屈折力を有する、請求項３に記載の光学レンズ。
13. 前記後方湾曲レンズ外面が、０以外の屈折力を有する、請求項３に記載の光学レンズ。
14. 前記後方湾曲レンズ内面が、０以外の屈折力を有する、請求項３に記載の光学レンズ。
15. 前記前方湾曲レンズ及び前記後方湾曲レンズのうちの一方又は両方を貫通するチャネルと、前記チャネルを充填する導電材料と、を更に備える、請求項３に記載の光学レンズ。
16. 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、請求項１５に記載の光学レンズ。
17. 電圧を前記端子に印加することにより、前記メニスカスの形状に変化をもたらす、請求項１６に記載の光学レンズ。
18. 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、請求項３に記載の光学レンズ。
19. 前記絶縁体が、パリレンＣ（Parylene C）（登録商標）及びテフロンＡＦ（Teflon AF）（登録商標）のうちの１つを含む、請求項１８に記載の光学レンズ。
20. 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、請求項１８に記載の光学レンズ。
21. 前記光学軸に対する前記メニスカス壁の角度が、３０°〜５０°である、請求項３に記載の光学レンズ。
22. 前記角部が、前記ある体積の生理食塩水溶液及び油を収容するための角度特色を備える、請求項２１に記載の光学レンズ。
23. 前記後方湾曲レンズに近接して配される前記角部が、半径を持つ面を備える、請求項２２に記載の光学レンズ。
24. 前記半径を持つ面が、５マイクロメートル〜２５マイクロメートルの範囲の半径を備える、請求項２３に記載の光学レンズ。

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