JP6022451B2 - 凸状トーラスセグメントのメニスカス壁を有する液体メニスカスレンズ - Google Patents

凸状トーラスセグメントのメニスカス壁を有する液体メニスカスレンズ Download PDF

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Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１１年６月２０日に出願された米国特許出願第１３／１６４，４０９号及び２０１０年７月２７日に出願された米国特許仮出願第６１／３６７，８９５号に対して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、凸状トーラスセグメントメニスカス壁を有す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を参し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、第２の内面に略平行であり、それぞれが円柱軸に対して垂直である第１の内面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含まれていた。例えば、コンタクトレンズは、視力矯正機能、美容改善、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。
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のために、ヒトの眼の中で機能し得るものがもたらされなかった。
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、液体メニスカスレンズを提供する。いつくかの好ましい実施形態は、弓形前方湾曲レンズ及び弓形後方湾曲レンズを含む。本発明は、レンズ内に収容され、別の液体とメニスカスを形成する液体を引き寄せる、及び退けるのうちの１つ又は両方をもたらす物理的特徴を備えるメニスカス壁を提供する。
本発明によると、第１の光学部品が、第２の光学部品に隣接し、それらの間に空洞を形成する。好ましい実施形態としては、第１の弓形形状の光学部品が、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ことが挙げられる。食塩水溶液及び油は、空洞内に維持される。電荷を第１の光学部品及び第２の光学部品のうちの１つ又は両方の周囲区域に一般に位置するメニスカス壁に印加することにより、空洞内に維持された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、トーラスの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。本発明によると、トーラスセグメントの断面は、凸状の壁を含む。本発明は更に、開示するメニスカス壁の凸状形成を含む液体メニスカスレンズの独自の動作を説明する。
第１の状態における円柱形液体メニスカスレンズの先行技術の例を図示する。 第２の状態における円柱形液体メニスカスレンズの先行技術の例を図示する。 本発明の一部の実施形態による、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する。 本発明の一部の実施形態による、代表的な弓形液体メニスカスレンズの一部分の断面を図示する。 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する。 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を図示する。 電力が供給されない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凸状メニスカス壁を図示する。 電力が供給された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凸状メニスカス壁を図示する。 比較のために単一略図で液体メニスカス境界の電力が供給された状態及び電力が供給されない状態を示す、液体メニスカスレンズ内の凸状メニスカス壁を図示する。 弓形液体メニスカスレンズの残りから切り離して見られたとき、凸状メニスカス壁の形状である、凸状トーラスセグメントを図示する。
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
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とも呼ばれる、油／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：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隙。
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。
鋭角部：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。鋭角部は通常、内角よりむしろ外角である。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。各プレート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、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。境界面１１２Ａは、食塩水１０２Ａと油１０１との間に画定される。図１Ａに図示されるように、境界面１１２Ａの形状は、食塩水溶液１０２Ａ及び油１０１の屈折率特徴と組み合わされて、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、電圧を印加し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、液体メニスカスレンズ２００の断面図は、前方湾曲レンズ２０１及び後方湾曲レンズ２０２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状態にある。
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内に収容される食塩水溶液２０７と液体及び光学連通である。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、電荷に引かれるか、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。電荷を導電性のコーティング２０９に印加することにより、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〜＋８．０ｍ−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度数である。
様々な実施形態は、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、０〜２．０ｍ−１（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ｍ−１（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２１０に関連する。
本発明の一部の実施形態によると、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のように、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を有する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もよく、後方湾曲レンズ２０２の横断厚も、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。一部の実施形態では、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、食塩水２０７及び油２０８にとって、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、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及び食塩水溶液２０７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及び食塩水溶液２０７は、食塩水２０７及び油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食塩水溶液の容量は、空洞内に収容される油の容量を超える。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全体と本質的に接触する食塩水溶液２０７を含む。一部の実施形態は、食塩水溶液２０７の量と比較して、約６６容量％以上である油２０８の容量を含むことができる。一部の更なる実施形態は、油２０８の容量が食塩水溶液２０７の量と比較して、約９０容量％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。一部の実施形態では、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から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を介して適用され得る。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。
本発明の一部の実施形態では、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３０４−１から第２の境界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を介して適用され得る。一部の実施形態では、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。
一部の実施形態では、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１つ又は両方の内面上の導電性コーティングに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１つ又は両方は、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、制御回路及びエネルギー源のうちの１つ又は２つ以上も含むこともできる。
更に別の態様において、一部の実施形態では、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から第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（登録商標）Ｃ、テフロン（登録商標）ＡＦ、又は様々な電気及び機械特徴並びに電気抵抗を備える他の材料を含むことができる。
一部の実施形態では、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との間の空洞に収容される食塩水溶液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、一部の実施形態は、正帯電した導電体３０３及び負帯電した食塩水溶液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つ又は両方の１つ又は２つ以上の区域でパターン化され、位置付けられた絶縁体コーティング３０５を含み、導電体３０３及び食塩水溶液３０６の接触は、電気的短絡をもたらす。実施形態は、正帯電した食塩水溶液３０６及び負帯電した導電体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、導電体３０３と食塩水溶液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、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に延在する導電体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、空洞の外側の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、食塩水溶液３０６及び導電体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、食塩水溶液３０６と導電体３０３との間の電場との間の間接的関係を提供し、食塩水溶液３０６及び導電体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減少し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３０８を移動するためのエネルギーがより利用可能になる。食塩水溶液３０６と導電体３０３との間の距離が増すと、食塩水溶液３０６及び導電体コーティング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３０８を移動す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。
一部の実施形態では、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である密度で食塩水溶液３０６を含むことが望ましい。例えば、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、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。一部の実施形態では、食塩水溶液３０６内の塩又は他の成分の濃度は、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に対する油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つ又は両方に対する油３０７の移動の安定性を維持する一方法は、油３０７及び食塩水溶液３０６の相対的一致密度を維持することである。加えて、前方湾曲レンズ３０１及び後方湾曲レンズ３０２の両方の内面の湾曲設計により、食塩水溶液３０６の層の相対深度又は厚さは、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、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、一部の実施形態では、油３０７と比較してより高い屈折率を有する食塩水溶液３０６を含むことが可能だが、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が使用され得、それによって、油３０７及び食塩水溶液３０６をそれらの間に保持する。接着剤３０８は、湾曲液体メニスカスレンズ３００から食塩水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、食塩水溶液４０６と油４０７との間の液体メニスカス境界４０１を備える湾曲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４０１は、電荷が１つ又は２つ以上の導電体コーティング又は導電材料４０８に沿って印加され、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、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、食塩水溶液４０６と接触してもよい。
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、食塩水溶液５０３及び油５０４を収容するために使用されてもよい。弓形液体メニスカスレンズ５００の幾何学形状並びに食塩水溶液５０３及び油５０４の特徴が、食塩水溶液５０３と油５０４との間の液体メニスカス境界５０５の形成を容易にする。
一般に、液体メニスカスレンズは、導電性のコーティング、絶縁体コーティング、経路のうちの１つ以上を有するコンデンサと見なされてもよく、材料は、前方湾曲レンズ５０１及び後方湾曲レンズ５０２の上又はそれらを通して存在する。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荷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の鋭角部５０６−１と第２の鋭角部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の大きさの電流、例えば、電力供給がない状態又は休止状態と相関する電圧及び電流等がレンズに印加されるとき、第１の鋭角部５０６−１の位置又はその付近になるだろう。
第２の大きさの電流の印加は、時として電力が供給された状態と呼ばれ、一般に第２の鋭角部５０６−２の方向の、メニスカス壁５０６に沿った液体メニスカス境界５０５の移動と相関し得、液体メニスカス境界の形状の変化を引き起こす。
一部の実施形態では、メニスカス壁５０６は、絶縁体コーティングの厚さに関して滑らかな表面である。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。
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°から、又は光軸に平行に、９０°の位置若しくは９０°付近まで、又は光軸に垂直に及び得る。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角度は一般的に、弓形液体メニスカスレンズが、液体メニスカス境界５０５と絶縁体コーティングされたメニスカス壁５０６との間の所定の電流接触角を機能するために約３０°〜５０°である。入れ子式視覚等の異なる材料又は異なる光学的目的の使用により、メニスカス壁５０６の角度は、０°又は９０°により近くなってもよい。
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。更に、メニスカス壁５０６が光軸に対して０°の位置又は０°付近である場合、液体メニスカス境界５０５は、前方光学部品上にほぼ真っ直ぐに誘導される。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の鋭角部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の大きさの電気エネルギーがレンズに印加されるとき、例えば、レンズに電力が供給されていない状態などのとき、本明細書では液体メニスカス境界５０５と呼ばれる、油５０４と食塩水溶液５０３との間、油５０４とメニスカス壁５０６との間、及び食塩水溶液５０３とメニスカス壁５０６との間に界面エネルギーの平衡が達成され、液体メニスカス境界５０５とメニスカス壁５０６との間に平衡接触角を生じる。電圧の大きさ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５０５とメニスカス壁５０６との間の接触角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の両端部で鋭角部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、鋭角部のうちの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の鋭角部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。
レンズに印加される電圧は、第２の鋭角部５０６−２に向かってメニスカス壁５０６に沿った液体メニスカス境界５０５の移動を生じてもよい。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の自然な接触角は、より大きな電圧が供給されない場合、第２の鋭角部５０６−２で液体メニスカス境界５０５を停止させる。
メニスカス壁５０６の１つの端部で、第１の鋭角部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の鋭角部５０６−１は、鋭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の鋭角部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方向の表面を有する。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、半径方向の表面の画定された縁半径がより確実にコーティングされ得る一方、鋭角部縁の上に均一に、予想通りに付着しなくてもよい。
一部の実施形態では、第１の鋭角部５０６−１は、約１０マイクロメートルの画定された半径で約９０°角として構成される。鋭角部は、９０°角未満で生成されてもよい。一部の実施形態では、９０°より大きな角度を有する鋭角部が、鋭角部の丈夫さを向上させるように使用されてもよいが、設計は、より多くのレンズ空隙を占める。
様々な実施形態では、鋭角部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の鋭角部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の鋭角部５０６−２は、一部の実施形態では、鋭角部も含んでよく、又は他の実施形態では、第２の鋭角部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画定された半径を含んでもよい。半径１０マイクロメートルは、鋭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の始まりに伸びる垂直、又はほぼ垂直な工程５０７は、メニスカス壁５０６に対向する第２の鋭角部５０６−２の側面上に含まれてもよい。一部の実施形態では、工程５０７は、５０〜２００マイクロメートルの範囲内であり得るが、高さ１２０マイクロメートルである。
一部の実施形態では、工程５０７は、光軸から約５°の角度であってもよい。他の実施形態では、工程５０７は、ほんの１°又は２°であってもよく、又は５°以上の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鋭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。
図６Ａ〜６Ｃを参照すると、いつかのモデル化された例が図示される。モデルは、８．４５ｍｍの前方湾曲レンズ及び８．０５ｍｍの後方湾曲レンズを仮定する。レンズ湾曲は、弓形液体メニスカスレンズの機能についての一般的結論に影響を与えないで、他の実施形態において変化されてもよい。
図６Ａを参照すると、複数の可能性の１つの実施形態では、例示の凸状メニスカス壁６０１が描写される。弓形液体メニスカスレンズの残りから切り離して見られる場合、弓形液体メニスカスレンズの凸状メニスカス壁６０１の成分は、トーラスのセグメント（図７の斜視図として示される）を含む、メニスカス壁７０１の少なくとも一部分を含む。図７に更に描写されるように、これらの実施形態では、メニスカス壁７０１は、光軸に向かって、かつレンズ全体の周囲の第１の鋭角部７０２−１と第２の鋭角部７０２−２との間の一貫性のある長さの凸状である。
図６Ａは、０．２５ｍｍの半径を有する光軸に向かって凸状のメニスカス壁６０１が油６０２の約４．５μＬを収容する弓形液体メニスカスレンズの光軸から約４５°の角度で配置される例示の実施形態を描写する。食塩水溶液６０３は、メニスカス壁６０１によって境界が形成されるメニスカス空洞の残部を充填する。液体メニスカス境界６０４Ａは、電力供給がないとき、約２０°の角度（６０６Ａ）でメニスカス壁６０１に接触する。接点６０５Ａは、第１の鋭角部６０８に最も近いメニスカス壁６０１の端部である。
図６Ｂを参照すると、電圧の印加により、液体メニスカス境界が、一般に前方湾曲レンズ６０７に向かって、メニスカス壁６０１に沿って６０５Ｂへと約０．０２５ｍｍ移動させ、液体メニスカス境界６０４Ｂとメニスカス壁６０１との間に約３０°の接触角（６０６Ｂ）を生じる。図６Ｃの６０５Ａ〜６０５Ｂに示されるメニスカスの変化は、レンズの度数が＋０．０４６〜＋０．９２６に変化するとき、約０．８５４ｍ−１（ジオプター）の追加の度数を生じる。
本発明によれば、図６Ｃに示されるように、凸状メニスカス壁が光軸に対して所定の角度で配置される少なくとも一部分を含むメニスカス壁を有する液体メニスカスレンズは、線状メニスカス壁が光軸に対して類似の角度で配置される液体メニスカスレンズより、所定の印加される電圧の量のレンズの度のより少ない変化を呈する。線状メニスカス壁を有する液体メニスカスレンズは、２０１０年６月２９日に出願された、「ＬＥＮＳ ＷＩＴＨ ＣＯＮＩＣＡＬ ＦＲＵＳＴＵＭ ＭＥＮＩＳＣＵＳ ＷＡＬＬ」と題する、米国特許出願第６１／３５９，５４８号に更に詳細に記載される。印加された電圧の特定の変化により、界面エネルギーの平衡の変化を引き起こし、そのため液体メニスカス境界とメニスカス壁との間の接触角の対応する変化を引き起こすことが予期される。図６Ｃの凸状メニスカス壁上では比較的大きくない移動が予期される一方、線状メニスカス壁上では、接触角の変化は、メニスカス壁に沿った液体メニスカス境界の比較的より大きな移動を生じる。
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、弓形形状を有する、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、弓形形状を有し、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量の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、ある容量の食塩水溶液及び油と、
円錐台の一般的形状を備え、前記円錐台の少なくとも一部分が光軸に向かって凸状であるメニスカス壁と、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の上に導電性コーティングを更に備える、実施態様１に記載の光学レンズ。
（３） 前記油の容量が、前記空洞内に収容される前記食塩水溶液の容量未満である、実施態様２に記載の光学レンズ。
（４） 前記油の容量が、食塩水溶液の量と比較して、約６６容量％以上を構成する、実施態様３に記載の光学レンズ。
（５） 前記油の容量が、食塩水溶液の量と比較して、約９０容量％以下を構成する、実施態様３に記載の光学レンズ。
（６） 前記油の容量が、前記食塩水溶液の密度とほぼ等しい密度を含む、実施態様２に記載の光学レンズ。
（７） 前記油の容量が、前記食塩水溶液の密度の約１０％以内の密度を含む、実施態様２に記載の光学レンズ。
（８） 前記油の容量が、前記食塩水溶液の密度の約５％以内の密度を含む、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９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９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９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９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９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（登録商標）Ｃ及びテフロン（登録商標）ＡＦ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） 円錐台の少なくとも一部分が光軸に向かって凸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鋭角部（meniscus sharp）を更に備え、前記鋭角部が、前記ある容量の食塩水溶液及び油を収容するための角度特徴を備える、実施態様２７に記載の光学レンズ。
（２９） 前記鋭角部が、半径方向の表面部分を備える、実施態様２７に記載の光学レンズ。
（３０） 前記半径方向の表面部分が、５マイクロメートル〜２５マイクロメートルの範囲内の半径を備える、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後方湾曲レンズのうちの１つ又は両方で形成され、前記食塩水溶液と油との間に形成される前記メニスカスの境界を形成する、実施態様１に記載の光学レンズ。

Claims (31)

  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、弓形形状を有する、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、弓形形状を有し、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前記前方湾曲レンズ内面及び前記後方湾曲レンズ内面の間に空洞を形成するように前記後方湾曲レンズが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食塩水溶液及び油であって、該食塩水溶液及び油の間にメニスカスを形成する、食塩水溶液及び油と、
    光軸に向かって凸状に湾曲している円錐台形状における一部で構成されている、メニスカス壁と、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の上に導電性コーティングを更に備える、請求項１に記載の光学レンズ。
  3. 前記油の容量が、前記空洞内に収容される前記食塩水溶液の容量未満である、請求項２に記載の光学レンズ。
  4. 前記油の容量が、食塩水溶液の容量と比較して、６６容量％以上を構成する、請求項３に記載の光学レンズ。
  5. 前記油の容量が、食塩水溶液の容量と比較して、９０容量％以下を構成する、請求項３に記載の光学レンズ。
  6. 前記油が、前記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. 前記油が、前記食塩水溶液の密度の１０％以内の密度を有する、請求項２に記載の光学レンズ。
  8. 前記油が、前記食塩水溶液の密度の５％以内の密度を有する、請求項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、請求項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、前記光学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９に記載の光学レンズ。
  11. 前記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、請求項９に記載の光学レンズ。
  12. 前記電圧が、直流電圧を含む、請求項１０に記載の光学レンズ。
  13. 前記電圧が、２０．０ボルトを含む、請求項１０に記載の光学レンズ。
  14. 前記電圧が、１８．０ボルト〜２２．０ボルトを含む、請求項１０に記載の光学レンズ。
  15. 前記電圧が、５．０ボルトを含む、請求項１０に記載の光学レンズ。
  16. 前記電圧が、３．５ボルト〜７．５ボルトを含む、請求項１０に記載の光学レンズ。
  17. 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。
  18. 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。
  19. 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。
  20. 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。
  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、請求項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、請求項２１に記載の光学レンズ。
  23. 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、請求項３に記載の光学レンズ。
  25. 前記絶縁体が、パリレン（登録商標）Ｃ及びテフロン（登録商標）ＡＦのうちの１つを含む、請求項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、前記空洞に収容される前記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２４に記載の光学レンズ。
  27. 前記円錐台の側面と前記レンズの前記光軸との角度が、３０°〜５０°を含む、請求項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鋭角部を更に備え、前記鋭角部が、前記メニスカスの移動において境界として機能する、請求項２７に記載の光学レンズ。
  29. 前記鋭角部が、半径を持つ面を備える、請求項２７に記載の光学レンズ。
  30. 前記半径は、５マイクロメートル〜２５マイクロメートルの範囲内である半径を備える、請求項２９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後方湾曲レンズのうちの１つ又は両方で形成され、前記食塩水溶液と油との間に形成される前記メニスカスの境界を形成する、請求項１に記載の光学レンズ。
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