JP6212791B2 - レンズにおける周囲圧電リザーバ - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、流体充填レンズに関し、特定的には、可変流体充填レンズに関する。

基本的な流体レンズは、その全体が引用により本明細書に組み入れられる特許文献１に記載されているように、１９５８年頃から知られている。最近の例は、その各々の全体が引用により本明細書に組み入れられる非特許文献１及び特許文献２に見出すことができる。流体レンズのこれらの用途は、フォトニクス、デジタル電話及びカメラ技術、並びにマイクロエレクトロニクスに向けられている。

また、流体レンズは眼科用途のためにも提案されている（例えば、その全体が引用により本明細書に組み入れられる特許文献３を参照されたい）。あらゆる場合において、ダイナミックレンジが広いこと、適応矯正を提供する能力、頑丈さ、及び低価格といった流体レンズの利点は、開口サイズの制限、漏れの可能性及び性能の一貫性とのバランスを保つ必要がある。例えば、特許文献３は、眼科用途に用いられる流体レンズ内への流体の効果的な収容に関する幾つかの改善点及び実施形態を開示している。流体レンズの屈折力調整（ｐｏｗｅｒ ａｊｕｓｔｍｅｎｔ）は、追加の流体をレンズ・キャビティ内に注入することにより、エレクトロウェッティング（ｅｌｅｃｔｒｏｗｅｔｔｉｎｇ）により、超音波衝撃を加えることにより、及び水などの膨潤剤の導入時に架橋ポリマー中に膨潤力を利用することにより、実施される。

米国特許第２，８３６，１０１号明細書 国際公開第２００８／０６３４４２号パンフレット 米国特許第７，０８５，０６５号明細書

Ｔａｎｇ他「Ｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ Ｆｌｕｉｄ Ｃｏｒｅ Ｆｌｕｉｄ Ｃｌａｄｄｉｎｇ Ｌｅｎｓ ｉｎ ａ Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃ Ｃｈａｎｎｅｌ」、Ｌａｂ Ｃｈｉｐ、８巻、３９５頁、２００８年

１つの実施形態において、シールされた流体充填レンズのためのシステムが、外側レンズ及び内側レンズを有するレンズ・モジュールを含む。ハウジングが、レンズ・モジュールの周囲に配置される。管状リザーバが、ハウジング内に配置され、レンズ・モジュールと流体連通する。システムは、作動信号をリザーバに与える電源も含む。リザーバは、織り込まれた電極が、作動信号を受信するように外面の周りに配置された圧電材料である。

レンズ・モジュールと、レンズ・モジュールの周囲に配置されたハウジングと、ハウジング内に配置され、レンズ・モジュールと流体連通するリザーバと、電源とを有するシールされた流体充填レンズ・システムを作動させる方法である。この方法は、レンズ・モジュールの周囲に配置されたハウジング内に配置されたリザーバに結合された電源から、作動信号を生成するステップと、作動信号を、電源からリザーバの外側の周りに配置された電極に伝送するステップとを含む。この方法は、作動信号の受信時にリザーバを撓ませるステップをさらに含み、この撓ませるステップにより、流体がリザーバとレンズ・モジュールとの間で移動する。

本明細書に組み入れられ、明細書の一部分を形成する添付図面は、本発明の実施形態を例証しており、説明と併せて、本発明の原理を説明し、当業者が本発明を実施し利用することができるようにするのに役立つ。

流体充填レンズ・システムの実施形態の斜視図を示す。 レンズ・モジュールにおける例示的な周囲リザーバ・アクチュエータの切り欠き斜視図を示す。 １つの実施形態による、膨張状態にある図２の周囲リザーバ・アクチュエータの断面図を示す。 １つの実施形態による、収縮状態にある図２の周囲リザーバ・アクチュエータの断面図を示す。

本発明の実施形態は、添付図面を参照して説明される。

特定の構成及び配置が論じられるが、これは単に例示目的でなされるにすぎないことを理解すべきである。当業者であれば、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、他の構成及び配置を用い得ることを認識するであろう。当業者には、本発明を種々の他の用途にも用い得ることが明らかであろう。

本明細書において、「一実施形態」、「１つの実施形態」、「例示的な実施形態」等への言及は、説明される実施形態が、特定の特徴、構造又は特性を含むことがあるが、必ずしも全ての実施形態がその特定の特徴、構造又は特性を含むわけではないことを示していることが留意される。さらに、こうした句は、必ずしも同一の実施形態に言及しているわけではない。さらに、特定の特徴、構造又は特性が、実施形態と関連して説明される場合、明示的に説明されているにせよそうでないにせよ、他の実施形態と関連してそうした特徴、構造又は特性を生じさせることは、当業者の知識の範囲内にある。

流体レンズは、硬質レンズ及びコンタクトレンズなどの視力矯正の従来型手段に優る重要な利点を有している。第１に、流体レンズは容易に調整可能である。従って、近くの物体を見るために追加の正の屈折力矯正を必要とする老眼の人は、遠距離処方箋に適合する基本屈折力を有する流体レンズを装着することができる。次いで、ユーザは、流体レンズを調整して中距離及び他の距離にある物体を見るために、必要に応じて追加の正の屈折力矯正を得ることができる。

第２に、流体レンズは、装着者により、所望の屈折力範囲にわたって連続的に調整することができる。結果として、装着者は、屈折力を調整して明るい環境において特定の物体距離について屈折異常を正確に適合させることができる。従って、流体レンズは、目の生まれつきの焦点深度の変更を補償するように屈折力の調整を可能にし、目の焦点深度は、装着者の瞳孔サイズによって決まり、瞳孔サイズは、周囲の光レベルに依存する。

第３に、角度の１分（１／６０度）の像の解像度に対応する正常視力（２０／２０視力）が、視力の許容可能な質を表わすものとして一般的に認められているが、人間の網膜は、より細かい像の解像を行うことができる。健康な人間の網膜は、角度の２０秒（１／３００度）を解像できることが知られている。患者がこの優れた視力レベルを達成できるように設計された矯正用眼鏡は、約０．１０Ｄ又はそれより良好な解像度を有する。この解像度は、連続的に調整可能な流体レンズ要素により達成することができる。

流体レンズ・アセンブリの実施形態においては、１つ又はそれ以上の流体レンズがそれ自体の作動システムを備え、従って、各目についてのレンズを独立して調整することができるようになっている。この特徴により、屈折不同視患者のような着用者が、各目の屈折異常を別個に矯正して両目の適切な矯正を達成することが可能になり、これにより、より良好な両眼視及び両眼加算（ｂｉｎｏｃｕｌａｒ ｓｕｍｍａｔｉｏｎ）を得ることができる。

図１は、本発明の実施形態による流体充填レンズ・システム１００の斜視図を示す。流体充填レンズ・システム１００は、ブリッジ１０２と、左右のレンズ・モジュール１０４と、左右のヒンジ１０８と、左右のテンプル部品１１０と、テンプル部品１１０の左右の遠位端１１２とを含む。列挙される各構成部品の全ての記述が、システムにおける各構成部品の左右両方に当て嵌まることを理解すべきである。ヒンジ１０８は、レンズ・モジュール１０４をテンプル部品１１０に接続する。テンプル部品１１０の遠位端１１２は、着用者の耳の上に嵌合する形状にされる。

１つの実施形態において、レンズ・モジュール１０４は、レンズ・モジュール１０４の周囲に沿って配置されたハウジング１０６をさらに含む。レンズ・モジュール１０４は、例えば、硬質光学レンズの縁部にわたって平らに伸ばされた可撓性膜（図示せず）により与えられる可撓性の後面をさらに含むことができる。１つの実施形態において、ハウジング１０６は、管状リザーバ（図示せず）を含む。レンズ・モジュール１０４の光学屈折力を変更するために、リザーバ（図示せず）から流体を付加することにより、膜を膨張させることができる。リザーバは、接続管（図示せず）を介してレンズ・モジュール１０４に取り付けることができる。接続管は、内部に含まれる流体を通さないように設計される。１つの実施形態において、レンズ・モジュール１０４、接続管、及びリザーバを含むアセンブリ全体は、２年又はそれ以上の使用期間全体において流体及び空気を除外するシールを維持するように設計される。１つの実施形態において、接続管は、ハウジング１０６内に収容できるように薄い。１つの実施形態において、十分な流体流量を維持するために、接続管の外径は２．０ｍｍ未満であり、壁厚は０．５０ｍｍ未満である。

レンズ・モジュール１０４の設計、及びハウジング１０６内に配置されたリザーバを作動させてレンズ・モジュール１０４の屈折力を変更する方法が、本明細書に記載される。

図２は、例示的な周囲リザーバ・アクチュエータ２００の切り欠き斜視図を示す。周囲リザーバ・アクチュエータ２００は、外側レンズ２１２と、内側レンズ２１０と、流体キャビティ２０６とを有するレンズ・モジュール１０４を含む。ハウジング１０６はレンズ・モジュール１０４を包み込み、電極２０４を有するリザーバ２０２が、ハウジング１０６内に配置される。接続管２０８が、リザーバ２０２と流体キャビティとの間に配置される。継手２１４が、電極２０４と電源２０１との間に存在する。１つの実施形態において、リザーバ２０２は、織り込まれた電極２０４を有する圧電材料である。１つの実施形態において、外側レンズ２１２は、硬質光学レンズである。１つの実施形態において、内側レンズ２１０は可撓性膜である。

圧電材料は、印加される応力に応じて電荷を蓄積する。このプロセスは可逆性であり、電場を印加することにより、材料上に機械的歪みが誘起される。圧電材料の結晶方位は、電場の影響下での最適な歪み方向を決定する。結晶、セラミック、及びポリマーは、圧電気を示し得る。圧電気を示す結晶の例は水晶及びトパーズを含み、一方、セラミックの例はＰＺＴ及びニオブ酸ナトリウムカリウムを含む。最も一般的なポリマー圧電材料は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）である。ＰＶＤＦの圧電係数は、任意の他のポリマーより１０倍近く大きいことが観察されている。

１つの実施形態において、リザーバ２０２は、ＰＶＤＦから作製される。ＰＶＤＦのポリマー鎖を機械的に配向し、強力な電場（＞３０ＭＶ／ｍ）下に置き、圧電特性を注入することができる。ＰＶＤＦ膜を成形又は注入することができる。例えば、ＰＶＤＦ膜は、管形状に成形することができる。本明細書に記載される例は、電極がリザーバ材料に織り込まれた実施形態に言及することができるが、当業者であれば、電極はリザーバ材料の表面上にも配置できることを認識するであろう。

１つの実施形態において、電源２０１により、電位が、リザーバ２０２の厚さの中に織り込まれた電極２０４に印加される。電位の印加により、電極２０４間に直線的に比例した電場が形成される。発生した電場は、印加された電場の極性に応じて、リザーバ２０２を収縮又は膨張させる。制御回路を介して、着用者により印加される電位の強さを制御することができる。１つの実施形態において、制御回路は、着用者が、印加される電位の強さを制御するのを可能にするためのポテンシオスタットを含む。制御回路の別の例は、スイッチを含むことができる。更に別の実施形態において、発生した電場の極性は、制御回路内のスイッチを介して着用者により制御することもできる。電位を変更するための前述の制御回路の設計は、当業者に明らかである。

１つの実施形態において、電源２０１は、亜鉛−空気電池である。亜鉛−空気電池は、補聴器用バッテリとして最も一般に用いられている。亜鉛−空気電池は、典型的には、１．２ボルトの公称放電電圧を有する。他の電源の例は、リチウム、アルカリ又は酸化銀コイン電池バッテリを含み、典型的な公称放電電圧は、リチウム・バッテリでは３ボルトであり、アルカリ及び酸化銀バッテリでは１．５ボルトである。別の例示的な電源２０１はコンデンサである。環境発電装置のような二次源から、電荷をコンデンサ上に蓄積することができる。１つの実施形態において、電源２０１は、テンプル部品１１０内に配置される。

１つの実施形態において、電極２０４と電源２０１との間の継手２１４は、物理的リード線である。継手２１４の別の例は、例えば、ＲＦ送信機により送られる無線信号である。

図３ａは、ハウジング１０６内で膨張状態３００にあるリザーバ２０２の例示的な断面を示す。さらに、リザーバ２０２の厚さを通って織り込まれた電極２０４、及びリザーバ２０２内の容積を充填する流体３０２も示される。第１の極性を有する電極２０４への電場が発生すると、リザーバ２０２は、図３ｂに例示されるような収縮状態３０４に入る。リザーバ２０２の全ての側にかかる圧縮力３０６により、リザーバ２０２が収縮する。収縮すると、流体３０２は、リザーバ２０２から接続管２０８を通り、流体キャビティ２０６内に押しやられ、それにより、レンズ・モジュール１０４の曲率が増大する。圧縮力３０６の強さは、発生する電場の強さに比例することを理解することができる。当業者であれば、電極２０４に供給される異なる電位が、異なる収縮状態をもたらし、可変の印加電位を用いた、レンズ・モジュール１０４のカスタマイズ可能な曲率変更を可能にすることを認識するであろう。１つの実施形態において、第１の極性とは反対の第２の極性を有する電極２０４への電場の発生により、リザーバ２０２が撓んで膨張状態３００になる。１つの実施形態において、収縮状態３０４から膨張状態３００への変化により、リザーバ２０２内に負圧が生じ、流体３０２が流体キャビティ２０６から引き出され、接続管２０８を通って、リザーバ２０２内に入り、それにより、レンズ・モジュール１０４の曲率が低減される。

例えば、これらに限定されるものではないが、テンプル部品、ハウジング、ブリッジ、ヒンジ等の述べられた種々のシステム構成部品の部品は、金属射出成形（ＭＩＭ）、鋳造、機械加工、プラスチック射出成形等のいずれかの適切なプロセスにより製造することができる。材料の選択は、機械的特性、温度感受性、分散のような光学的特性、成形性特性、又は当業者に明らかないずれかの他の要因の要件によってさらに伝えることができる。

流体レンズに用いられる流体は、無色の流体とすることができるが、他の実施形態は、用途に応じて、意図した用途がサングラス用である場合など、色のついた流体を含むことができる。用いることができる流体の一例は、ミシガン州ミッドランド所在のＤｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇによって「拡散ポンプ油」という名で製造されており、これは、一般に「シリコーン油」とも呼ばれている。

流体レンズは、ガラス、プラスチック、又はいずれかの他の適切な材料で作製された硬質光学レンズを含むことができる。他の適切な材料は、例えば、ジエチルグリコールビスアリルカーボネート（ＤＥＧ−ＢＡＣ）、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）及び特許権を有するポリ尿素複合体、即ち商標名ＴＲＩＶＥＸ（ＰＰＧ）を含むが、これらに限定されない。

流体レンズは、例えば制限なく、透明かつ弾性のポリオレフィン、ポリシクロ脂肪族化合物、ポリエーテル、ポリエステル、ポリイミド、及び、例えばＭＹＬＡＲ又はＳＡＲＡＮとして製造されるもののような市販のフィルムを含むポリ塩化ビニリデンフィルムなどのポリウレタンのうちの１つ又はそれ以上といった、可撓性かつ透明の不透水性材料で作製された膜を含むことができる。膜材料として用いるのに適した他のポリマーは、例えば、ポリスルホン、ポリウレタン、ポリチオウレタン、ポリエチレンテレフタレート、シクロオレフィンのポリマー、及び脂肪族又は脂環式ポリエーテルを含むが、これらに限定されない。

接続管は、例えばＴＹＧＯＮ（ポリ塩化ビニル）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）及び天然ゴムなどの１つ又はそれ以上の材料で作製することができる。例えば、ＰＶＤＦは、その耐久性、透過性及びクリンプ加工への耐性に基づき、好適であり得る。

ハウジングは、いずれかの適切な形状とすることができ、プラスチック、金属、又はいずれかの他の適切な材料で作製することができる。１つの実施形態において、ハウジングは、例えば制限なく、高耐衝撃性プラスチック材料、アルミニウム、チタン等のような軽量の材料で作製される。１つの実施形態において、ハウジングは、全体的又は部分的に透明材料で作製することができる。

概要及び要約セクションではなく、詳細な説明のセクションは、特許請求の範囲を理解するために用いられることが意図されることを理解すべきである。概要及び要約セクションは、発明者により考えられる、１つ又はそれ以上の、全てではない本発明の例示的な実施形態を述べることができ、従って、本発明及び添付の特許請求の範囲を多少なりとも限定することを意図するものではない。

本発明は、特定の機能及びその関係の実装を示す機能的な基礎的要素の助けにより上述された。説明の便宜上、これらの機能的な基礎的要素の境界は、本明細書において任意に定められた。特定の機能及びその関係が適切に行われる限り、代替的な境界を定めることができる。

特定の実施形態の上記の説明は、当技術分野の技術の範囲内の知識を適用することにより、必要以上の実験なしに、本発明の一般的な概念から逸脱することなしに、他者がそのような特定の実施形態の種々の用途を容易に変更すること及び／又はこれに適合させることができる本発明の一般的な性質を十分に明らかにするであろう。従って、そのような適合及び変更は、本明細書に提示される教示及び指針に基づいて、開示される実施形態の等価物の意味及び範囲内にあることが意図される。本明細書における表現又は用語は、限定ではなく説明を目的とするものであり、本明細書の用語又は表現は、教示及び指針に照らして当業者により解釈されることを理解すべきである。

本発明の広さ及び範囲は、上述の例示的な実施形態のいずれによっても制限されるべきではではなく、以下の特許請求の範囲及びその等価物によってのみ定められるべきである。

１００：流体充填レンズ・システム
１０２：ブリッジ
１０４：レンズ・モジュール
１０６：ハウジング
１０８：ヒンジ
１１０：テンプル部品
１１２：遠位端
２００：周囲リザーバ・アクチュエータ
２０１：電源
２０２：リザーバ
２０４：電極
２０６：流体キャビティ
２０８：接続管
２１０：内側レンズ
２１２：外側レンズ
２１４：継手
３００：膨張状態
３０２：流体
３０４：収縮状態
３０６：圧縮力

Claims (23)

1. シールされた流体充填レンズ・システムであって、
   外側レンズ及び内側レンズを有し、流体キャビティを形成するレンズ・モジュールと、
   前記レンズ・モジュールに含まれ、その周囲に配置されたハウジングと、
   前記ハウジング内に配置され、前記レンズ・モジュールと流体連通する管状リザーバと、
   作動信号を前記リザーバに与える電源と、
   を含み、
   前記リザーバは、前記リザーバの厚さ内に織り込まれた電極を有する圧電材料であり、前記流体キャビティは前記管状リザーバとは区別されることを特徴とするシステム。
2. 前記電源と前記電極との間のリード線をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
3. 前記電源により与えられる前記作動信号は電位であることを特徴とする、請求項２に記載のシステム。
4. 制御回路を介して前記電位の振幅及び／又は極性に影響を与えることができることを特徴とする、請求項３に記載のシステム。
5. 前記制御回路はポテンシオスタットを含むことを特徴とする、請求項４に記載のシステム。
6. 前記制御回路はスイッチを含むことを特徴とする、請求項４に記載のシステム。
7. 第１の極性を有する電位により前記リザーバが収縮することを特徴とする、請求項３に記載のシステム。
8. 前記第１の極性とは反対の第２の極性を有する電位により前記リザーバが膨張することを特徴とする、請求項３に記載のシステム。
9. 前記外側レンズは硬質光学レンズであることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
10. 前記内側レンズは可撓性膜であることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
11. 前記レンズ・モジュールと前記リザーバとの間の接続管をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
12. 前記電源は亜鉛−空気電池であることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
13. 前記電源はリチウムコイン電池バッテリであることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
14. 前記電源は充電されたコンデンサであることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
15. 前記コンデンサは別の源により充電されることを特徴とする、請求項１４に記載のシステム。
16. 外側レンズ及び内側レンズを有し、流体キャビティを形成するレンズ・モジュールと、前記レンズ・モジュールに含まれ、その周囲に配置されたハウジングと、前記ハウジング内に配置され、前記レンズ・モジュールと流体連通し、前記流体キャビティとは区別される管状リザーバと、電源とを有する、シールされた流体充填レンズを作動させる方法であって、
    前記レンズ・モジュールの周囲に配置された前記ハウジング内に配置された前記リザーバに結合された電源から作動信号を生成するステップと、
    前記作動信号を、前記電源から前記リザーバの厚さ内に織り込まれた電極に伝送するステップと、
    前記作動信号の受信時に前記リザーバを撓ませるステップと、
    を含み、前記撓ませるステップにより、流体が前記リザーバと前記レンズ・モジュールとの間を移動することを特徴とする方法。
17. 前記伝送は無線で行われることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
18. 前記伝送は、前記電源を前記電極に接続するリード線上で行われることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
19. 前記電源により与えられる前記作動信号は電位であることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
20. 制御回路を介して前記電位の振幅及び／又は極性に影響を与えるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
21. 前記撓ませる方向は、前記電位の前記極性に基づくことを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
22. 正の電位により前記リザーバが収縮することを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
23. 負の電位により前記リザーバが膨張することを特徴とする、請求項２１に記載の方法。

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