KR20140113447A - 광자 요소를 포함하는 안과용 장치를 형성하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

광자 요소를 포함하는 안과용 장치를 형성하기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 상부에 또는 내부에 광자 요소들을 갖는 매체 삽입체들을 구비하는 안과용 장치들을 기술한다. 일부 실시예들에서, 다양한 종류의 수동형 안과용 장치들이 형성될 수 있다. 광자 기반 투사 시스템들에 기초하는 능동 안과용 장치들을 위한 방법들 및 장치들이 또한 형성될 수 있다.

Description

광자 요소를 포함하는 안과용 장치를 형성하기 위한 방법 및 장치{METHODS AND APPARATUS TO FORM OPHTHALMIC DEVICES INCORPORATING PHOTONIC ELEMENTS}
본 발명은 상부에 또는 내부에 광자 방출기(photonic emitter)들을 구비하는 안과용 장치를 기술한다.
전통적으로, 콘택트 렌즈(contact lens), 안내 렌즈(intraocular lens) 또는 누점 마개(punctal plug)와 같은 안과용 장치는 교정, 미용 또는 치료 특성을 갖는 생체적합성 장치를 포함하였다. 콘택트 렌즈는, 예를 들어 시력 교정 기능성, 미용 향상, 및 치료 효과 중 하나 이상을 제공할 수 있다. 각각의 기능은 렌즈의 물리적 특징에 의해 제공된다. 렌즈 내로 굴절 특성을 통합시키는 설계는 시력 교정 기능을 제공할 수 있다. 렌즈에 포함된 안료는 미용 향상을 제공할 수 있다. 렌즈에 포함된 활성제는 치료 기능성을 제공할 수 있다. 그러한 물리적 특징은 렌즈가 동력공급된 상태가 되지 않고서도 이루어진다. 누점 마개는 전통적으로 수동형 장치였다.
최근에는 동력공급형(energized) 및 비-동력공급형(non-energized) 안과용 삽입체들에 기초하는 신규한 안과용 장치들이 기술되었다. 이러한 장치들은 동력공급 기능을 사용하여 능동 광학 구성요소들에 급전할 수 있다.
최근에, 나노스케일 광자 요소들이 상기 요소들의 어레이들로부터 광자들을 투사하는 데 유용할 수 있음이 입증되었다. 광자 투사의 근거리장(near field) 시각 및 원거리장(far field) 시각 둘 모두에서 이미지들이 획득될 수 있다.
안과용 장치들을, 상기 안과용 장치들 내로의 나노스케일 광자 요소들 또는 그러한 요소들의 어레이들의 통합으로부터 생성되도록, 정의하는 것이 유용할 수 있다.
따라서, 본 발명은 동력공급형 안과용 장치, 일부 실시예들에서는 구체적으로 콘택트 렌즈 내에 포함될 수 있는 광자 방출기들을 갖는 봉지된 매체 삽입체(encapsulated media insert)를 포함한다. 광자 방출기들은 안과용 장치를 통해 사용자의 망막으로 정보 또는 데이터를 광 패턴들의 형태로 전달하는 데 사용될 수 있는 광 패턴들 또는 광 패턴들로부터의 동적 이미지들을 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이미지가 대응하는 광 변조 요소들의 어레이에 의해 필터링되고 전기-광학 렌즈 시스템을 통해 투사되는, 광자 방출기들의 어레이를 포함하는 투사 시스템을 갖는 동력공급형 안과용 장치가 제공된다.
따라서, 본 발명은 광자 방출기들을 포함하는 안과용 장치들의 개시를 포함한다. 안과용 장치들은 광자 방출기들에 광을 제공하는 광원들을 추가로 포함할 수 있다. 신규한 안과용 장치들은 전기전위 형태의 에너지를 제어하고 광원으로 전달하는 전자 구성요소들을 추가로 포함할 수 있다. 전자 구성요소들은 그들의 에너지를 동력공급 요소들로부터 받을 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 구성요소들 모두는 안과용 장치 내에 조립될 수 있고, 이들은 사용자의 눈 표면과 그 눈의 각자의 눈꺼풀 사이에 있는 위치를 차지하는 안과용 장치와 일치하는 크기 및 형상을 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 그러한 장치의 광자 방출기들은 규소를 포함하거나 규소로 만들어질 수 있는 반도체 재료 내에 형성될 수 있다. 광자 방출기들의 설계들은 그들의 기능에 유용한 다양한 태양들을 가질 수 있다. 예를 들어, 그들의 구조 내에서의 저항성 가열 요소들의 통합은 그들을 통과하는 광의 위상 특성들에 영향을 주는 광자 방출기 요소들을 허용할 수 있다. 시스템에 광자들을 제공하는 광 파이프들에 대한 광자 방출기의 부분들의 길이 및 분리와 같은 다른 설계 요소들이 중요할 수 있다.
광자 방출기들에 그리고 이러한 광자 방출기들의 조합들로부터 형성된 시스템들에 광을 제공하는 광원들은 상이한 유형들의 것일 수 있다. 일부 실시예들은 광원을 위한 발광 다이오드들을 포함할 수 있다. 다른 실시예들은 광원의 적어도 일부로서 고체 레이저 요소들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 광원은 다수의 광원들의 조합들로 구성될 수 있다. 조합은 LED 및 레이저 광원들의 것이거나, 각각의 유형의 개별 광원들의 것일 수 있으며, 여기서 개별 광원들은 상이한 파장 특성들을 가질 수 있다. 예를 들어, 다이오드 유형 또는 레이저 유형의 고체 발광 요소는 적어도 하기의 색상 선택들 중 하나, 즉 일부 예들을 언급하면 적색, 오렌지색, 황색, 녹색 또는 청색일 수 있다. 일부 실시예들에서, 광원은 하나의 흐름에서 광원들, 전자 구성요소들 및 광학 구성요소들을 처리할 수 있는 소정의 처리 흐름에서 광자 방출기와 동일한 기재(substrate) 내에 또는 상부에 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 개별 광원 구성요소들은 광자 방출기들을 포함하는 시스템들에 부착될 수 있다.
안과용 장치는 광자 방출기로부터 방출된 광이 안과용 장치를 떠나기 전에 광의 강도에 영향을 주는 요소들 및 요소들의 시스템들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 광자 방출기는 픽셀 요소를 포함할 수 있으며, 각각의 픽셀 요소는 또한 광 변조 요소를 가질 수 있다. 이러한 광 변조 요소들의 조합은 광 변조 시스템으로 간주될 수 있다. 광 변조 요소들 각각이 광자 방출기 또는 광자 방출기들의 반복 조합과 쌍을 이룰 때, 시스템은 픽셀 기반 광 변조 시스템으로 간주될 수 있다.
광 변조 요소들은 광자 방출기들로부터 발생하는 광 경로 내에 광을 필터링하는 재료를 개재시킴으로써 기능할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 기능은 유전체 상의 전기 습윤(Electro-Wetting on Dielectric, WOD) 기반 현상들을 사용하여 수행될 수 있으며, 여기서 장치 내의 표면 영역은 초기 표면 자유 에너지(nascent surface free energy)를 갖도록 구성될 수 있다. 또한, EWOD 장치는 정해진 초기 표면 자유 에너지의 표면 영역과 상이하게 상호작용하는 비혼화성(immiscible) 액체들 또는 유체들의 조합을 가질 수 있다. 표면 영역을 가로지르는 전기전위의 제어된 인가는 그의 표면 자유 에너지 또는 그의 유효 표면 자유 에너지를 변경하는 데 유용할 수 있으며, 따라서 비혼화성 유체들의 조합과 상이하게 상호작용할 수 있다. 유체들 중 적어도 하나가 광자 방출기로부터 나오는 광을 흡수 또는 산란하고, 나머지 유체들이 흡수 또는 산란하지 않는 경우, 광 경로 내에 어느 유체들이 있고 없는지를 변경함으로써, 광 강도의 제어 또는 변조가 얻어질 수 있으며, 이는 광 변조로 지칭될 수 있다.
안과용 장치는 투사 시스템을 동력공급 요소들, 제어 회로, 통신 회로 및 데이터 처리 회로와 함께 단일 엔티티(entity) 내에 통합함으로써 형성될 수 있다. 투사 시스템은 적어도 광자 방출기 요소, 광원, 광 변조 요소 및 렌즈 요소를 포함하는 서브시스템으로 구성될 수 있다. 투사 시스템들은 또한 광자 방출기 요소들 및 관련된 픽셀 기반 광 변조 요소들의 조합들을 포함하는 서브시스템들로 구성될 수 있다.
투사 시스템을 포함하는 안과용 장치는 데이터 또는 정보를 다양한 형태들로 표시할 수 있다. 디스플레이는 텍스트 기반 정보를 투사할 수 있다. 유사하게, 디스플레이는 이미지들을 투사할 수 있다. 이미지들은 투사되는 이미지 데이터의 다수의 픽셀들로 구성된 디지털 이미지들의 형태의 것일 수 있다. 이미지들은 단색 디스플레이로서 표시될 수 있거나, 대안적으로 다양한 색도(degree of color)들을 가질 수 있다. 시간 스케일에서 디스플레이를 변경함으로써, 투사 시스템은 데이터를 다양한 포맷의 비디오의 형태로 표시할 수 있다.
광자 방출기들의 시스템을 포함하는 안과 디스플레이의 예시적인 디스플레이는 안과용 장치의 일부로서 렌즈들을 포함할 수 있다. 이러한 렌즈들은 광자 방출기들의 시스템으로부터 형성되는 이미지에 영향을 줄 수 있고, 그 이미지를 다양한 방식들로 사용자의 망막 상에 초점을 맞출 수 있다. 광자 방출기들의 어레이에 의해 생성되는 원거리장 이미지 또는 광자 방출기들의 어레이에 의해 생성되는 근거리장 이미지는 렌즈 시스템에 의해 초점이 맞춰질 수 있다. 일부 실시예들에서, 렌즈 시스템은 다수의 렌즈 서브시스템들을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 렌즈 서브시스템들은 고정된 초점 특성 또는 고정된 초점 거리를 갖는 요소들을 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 렌즈 서브시스템은 적어도 제1 가변 초점 거리 렌즈를 포함할 수 있다. 그러한 가변 초점 거리 렌즈의 일례는 EWOD 효과를 이용하여 또한 기능할 수 있는 메니스커스(meniscus) 기반 렌즈를 포함할 수 있다. 복잡한 가변 초점 거리 렌즈에는 또한, 초점 거리 시각에서뿐만 아니라 이미지가 투사되는 곳을 효과적으로 변경할 수 있는 병진이동 시각에서도 렌즈의 초점 특성을 이동시키는 데 유용할 수 있는 다수의 전극 영역들이 형성될 수 있다. 일부 경우들에서, 이미지는 시스템에 의해 사용자의 눈을 통해 사용자의 망막 상에 투사될 수 있다. 사용자의 망막 상에 투사될 때, 이미징되는 광자 요소들의 범위에 의해 형성되는 이미지의 크기는 1 제곱센티미터의 크기보다 작을 수 있다. 다른 실시예들에서, 크기는 1 제곱밀리미터 크기보다 작거나 대략 동일할 수 있다.
광자 요소들을 포함하는 안과용 장치들을 구성하는 다양한 방법들이 존재할 수 있다. 일부 실시예들에서, 방법들은 광자 방출기들의 어레이들의 제조를 포함할 수 있다. 다음에, 광원이 광자 방출기들의 어레이에 부착될 수 있다. 부가적으로, 광원 및 광자 방출기들의 어레이는 동력공급형 시스템의 상호접속부들에 부착될 수 있는 광자 방출기들의 어레이를 포함하는 구성요소를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상호접속부들 및 동력공급형 시스템은 삽입체들의 부품들 내에 포함될 수 있다. 일부 단계들은 삽입체 피스(piece)들 상에 또는 그 내에 동력공급 요소들을 형성하는 것을 포함한다. 부품들이 조립되어 삽입체를 형성할 수 있다. 많은 실시예들에서, 삽입체는 눈 스커트(ophthalmic skirt) 내에 봉지될 수 있다. 다른 실시예들에서, 삽입체는 눈 스커트 상에 배치된 후에 사용자의 눈 내에 배치될 수 있는 장치일 수 있다.
일부 실시예들에서, 광자 방출기들의 어레이는 반도체 장치들의 제조에 사용되는 처리 흐름들 및 도구들을 이용하여 제조될 수 있다. 이러한 흐름들은 광자 요소들의 어레이에 대해 많은 융통성 있는 설계들이 만들어지게 할 수 있다. 이러한 설계들 중 일부에서, 사용 하의 각각의 광자 요소의 설계되는 강도 출력은 대략 동일할 것이다. 이러한 처리 흐름들 및 도구들은 광자 방출기들의 어레이를 포함하는 투사 시스템들을 제어하고 조작하는 데 유용할 수 있는 전자 회로들의 동시 처리를 또한 허용할 수 있다.
일부 실시예들에서, 광자 방출기들의 투사 시스템은 광 변조 요소들의 시스템에 부착될 수 있다. 이러한 요소들은 광자 방출기들의 픽셀 또는 각각의 광자 방출기에 대한 픽셀에 대응할 수 있다. 광자 방출기들의 어레이는 또한 안과용 장치를 위한 렌즈 시스템에 부착될 수 있다.
사용자의 망막 상에 데이터를 투사하는 방법들과 관련된 실시예들이 또한 존재할 수 있다. 이러한 방법들 중 일부의 경우, 광자 요소 또는 나노스케일 또는 나노 광자 요소를 포함하는 안과용 장치가 얻어질 수 있다. 안과용 장치는, 눈꺼풀이 삽입체 또는 안과용 장치의 적어도 일부를 커버하기에 충분하게 닫힌 때, 눈 표면과 눈꺼풀 사이에 있는 위치에서 사용자의 눈 상에 배치될 수 있다. 눈 상에 배치하는 것은 전형적으로 사용자의 눈이 열린 위치에 있거나, 적어도 배치를 허용하기에 충분히 열린 상태에서 수행될 수 있다. 배치된 안과용 투사 장치는 다양한 수단으로 활성화될 수 있다. 이들은 장치가 활성화하게 하는 신호들을 포함할 수 있다. 이러한 신호들은 안과용 장치의 외부로부터 발생할 수 있으며, 전자기성일 수 있다. 광 기반 활성화, 자기 활성화 및 압력 활성화를 포함하는 다른 활성화 신호들은 본 기술의 범주 내에 있다. 이어서, 안과용 장치는 데이터를 투사하는 데 사용될 수 있다. 안과용 장치를 사용한 데이터의 투사는 장치의 메모리 요소에 상주하는 데이터를 투사하는 데 사용될 수 있다. 데이터는 장치 상에서 동적 메모리 요소들 내에 배치될 수 있거나, 동력공급 요소들의 전력 상태에 관계없이 메모리가 유지되는 대안적인 정적 메모리 요소들이 사용될 수 있다. 데이터는 안과용 장치의 조립 전에, 조립 동안에 또는 조립 후에 메모리 장치 상에 배치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 데이터는 안과용 장치에 의해, 장치 내에 통합될 수 있는 다양한 감지 수단에 의해 수집될 것이다. 안과용 장치 외부에 위치하는 다른 장치로부터 안과용 장치로 데이터를 전송하기 위해 통신 수단이 사용될 수 있다. 데이터의 소스에 관계없이, 데이터는 사용자의 망막의 적어도 일부분들 상에 투사될 수 있다. 데이터는 텍스트 기반 또는 텍스트일 수 있는 포맷들로 투사될 수 있다. 대안적으로, 데이터는 매우 충분한 빈도로 갱신되는 경우에 비디오 디스플레이를 또한 포함할 수 있는 이미지 포맷들로 투사될 수 있다. 다수의 광원들의 사용은 텍스트, 이미지 또는 비디오 데이터를 컬러 또는 그레이스케일 이미지로 투사하는 방법 단계를 허용할 수 있다. 위상 인코딩 및 원거리장 이미지들의 투사의 사용은 데이터 디스플레이의 다른 투사 형태들을 허용할 수 있다.
<도 1>
도 1은 동력공급형 안과용 장치를 위한 매체 삽입체의 예시적인 실시예 및 동력공급형 안과용 장치의 예시적인 실시예를 도시하는 도면.
<도 2>
도 2는 본 기술의 태양들을 구현하는 데 유용할 수 있는 통합된 환상 멀티-피스 삽입체를 포함하는 다양한 특징부들을 갖는 예시적인 콘택트 렌즈를 도시하는 도면.
<도 3>
도 3은 삽입체가 광학 구역 내에서 재료를 포함하는, 도 2에 보여진 것에 대한 예시적인 대안 실시예를 도시하는 도면.
<도 4>
도 4는 다른 곳에서 최신 기술에서 설명된 구조들과 일치하는, 본 발명의 기술의 태양들을 구현하는 데 유용할 수 있는 예시적인 광자 방출기 구조들을 도시하는 도면.
<도 5>
도 5는 광원 및 광원을 어레이에 결합하는 수단을 갖는 광자 방출기들의 어레이 구조를 도시하는 도면.
<도 6>
도 6은 예시적인 안과용 장치의 광학 구역의 일부분 내에서 광자 방출기들의 어레이를 포함하는 예시적인 장치를 도시하는 도면.
<도 7>
도 7은 본 발명의 기술의 태양들을 구현하는 데 유용할 수 있는 예시적인 광 변조 요소 구조를 도시하는 도면.
<도 8>
도 8은 본 발명의 기술의 태양들을 구현하는 데 유용할 수 있는, 대안의 예시적인 광 변조 요소 구조를 도시하는 도면.
<도 9>
도 9는 본 발명의 기술의 태양들을 구현하는 데 유용할 수 있는 광자 어레이들, 광 위상 또는 강도 변조 어레이들 및 렌즈 시스템들을 포함하는 투사 시스템을 위한 예시적인 동력공급형 안과용 장치를 도시하는 도면.
<도 10>
도 10은 광자 방출기들을 포함하는 안과용 장치들의 사용과 관련된 방법 단계들을 보여주는 도면.
<도 11>
도 11은 광자 방출기들을 포함하는 안과용 장치들의 형성과 관련된 방법 단계들을 보여주는 도면.
본 발명은 눈의 환경에서 광 패턴들을 투사할 수 있는 광자 방출기들을 갖는 안과용 장치에 관한 것이다. 하기 섹션들에서, 본 발명의 실시예들의 상세한 설명이 제공될 것이다. 바람직한 실시예 및 대안적인 실시예 둘 모두의 설명은 단지 예시적인 실시예들이며, 당업자에게는 변형, 수정 및 변경이 명백할 수 있다는 것이 이해된다. 따라서, 상기 예시적인 실시예들은 근본적인 본 발명의 범주를 제한하지 않는다는 것이 이해되어야 한다.
용어
본 발명에 관한 이러한 상세한 설명 및 특허청구범위에서, 하기의 정의가 적용될 다양한 용어들이 사용될 수 있다:
EWOD(Electro-Wetting on Dielectric): 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 비혼화성 유체들 또는 액체들의 조합, 정해진 표면 자유 에너지를 갖는 표면 영역, 및 전기전위장이 존재하는 장치들의 부류 또는 장치들의 부분들의 부류를 지칭한다. 전형적으로, 전기전위장은 표면 영역의 표면 자유 에너지를 변경할 것이며, 이는 표면 영역과의 비혼화성 유체들의 상호작용을 변경할 수 있다.
동력공급된: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 전류를 공급할 수 있거나 내부에 전기 에너지를 저장할 수 있는 상태를 지칭한다.
에너지: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 일을 하는 물리적 시스템의 능력을 지칭한다. 본 발명에서의 많은 용도는 일을 함에 있어서 전기적 작용을 수행할 수 있는 상기 능력에 관계될 수 있다.
에너지 공급원: 본 명세서에서 사용될 때, 에너지를 공급할 수 있거나, 논리 또는 전기 장치로 하여금 동력공급 상태가 되게 할 수 있는 장치 또는 층을 지칭한다.
에너지 하베스터(Energy Harvester): 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 환경으로부터 에너지를 추출하여 이를 전기 에너지로 변환시킬 수 있는 장치를 지칭한다.
기능화된: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 층 또는 장치가 예를 들어 동력화, 활성화, 또는 제어를 포함하는 기능을 수행할 수 있게 하는 것을 지칭한다.
누설: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 에너지의 원치 않는 손실을 지칭한다.
렌즈 또는 안과용 장치: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 눈 안에 또는 눈 위에 체류하는 임의의 장치를 지칭한다. 이러한 장치들은 광학 교정을 제공할 수 있거나, 미용을 위한 것일 수 있거나, 눈과 무관한 기능성을 제공할 수 있다. 예를 들어, 용어 "렌즈"는 콘택트 렌즈, 안내 렌즈, 오버레이 렌즈(overlay lens), 안구 삽입체(ocular insert), 광학 삽입체, 또는 시력이 교정되거나 변경되게 하는, 또는 시력을 방해함이 없이 눈의 생리학적 기능이 미용적으로 (예를 들어, 홍채 색상이) 향상되게 하는 다른 유사한 장치를 지칭할 수 있다. 대안적으로, 렌즈는 예를 들어 포도당 모니터링 또는 약품 투여와 같은 비광학적 기능들을 제공할 수 있다. 일부 실시예들에서, 본 발명의 바람직한 렌즈들은, 예를 들어 실리콘 하이드로겔 또는 플루오로하이드로겔을 포함하는 실리콘 탄성중합체 또는 하이드로겔로부터 제조된 소프트 콘택트 렌즈들이다.
렌즈-형성 혼합물 또는 반응성 혼합물 또는 반응성 단량체 혼합물(Reactive Monomer Mixture, RMM): 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 경화 및 가교결합되거나 가교결합되어 안과용 렌즈를 형성할 수 있는 단량체 또는 예비중합체(prepolymer) 재료를 지칭한다. 다양한 실시예들은, 예를 들어 UV 차단제, 틴트(tint), 광개시제 또는 촉매, 및 콘택트 렌즈 또는 안내 렌즈와 같은 안과용 렌즈들에서 요구될 수 있는 다른 첨가제들과 같은 하나 이상의 첨가제들을 갖는 렌즈 형성 혼합물들을 포함할 수 있다.
렌즈-형성 표면: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 렌즈를 성형하는 데 사용되는 표면을 지칭한다. 일부 실시예에서, 임의의 그러한 표면은 광학 품질의 표면 마무리를 가질 수 있는데, 이는 성형 표면과 접촉하는 렌즈 형성 물질의 중합에 의해 형성되는 렌즈 표면이 광학적으로 허용가능하도록 표면이 형성되고 충분히 매끄럽다는 것을 나타낸다. 또한, 일부 실시예들에서, 렌즈 형성 표면은 구면 굴절력(spherical power), 비구면 굴절력(aspherical power) 및 원주 굴절력(cylinder power), 파면 수차 교정(wave front aberration correction), 각막 토포그래피 교정(corneal topography correction) 등뿐만 아니라 이들의 임의의 조합을 제한 없이 포함하는 원하는 광학 특성을 렌즈 표면에 부여하기 위해 필요한 기하학적 형상을 가질 수 있다.
광 변조 요소: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 일측으로부터 타측으로 투과되는 광의 강도를 변조시키는 장치 또는 장치의 부분을 지칭한다. 본 실시예들에서 이상적인 광 변조 요소들은 하나의 상태에서 모든 광을 투과시키고, 다른 상태에서는 어떠한 광도 투과시키지 않을 것이다. 실제의 요소들은 이상적인 태양들을 실질적으로 달성할 수 있다.
리튬 이온 전지: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 리튬 이온이 전지를 통해 이동하여 전기 에너지를 발생시키는 전기화학 전지를 지칭한다. 전형적으로 배터리로 불리는 이러한 전기화학 전지는 그의 전형적인 형태에서 동력이 재공급되거나 재충전될 수 있다.
매체 삽입체: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 동력공급형 안과용 장치 내에 포함될 봉지된 삽입체를 지칭한다. 동력공급 요소들 및 회로는 매체 삽입체 내에 통합될 수 있다. 매체 삽입체는 동력공급형 안과용 장치의 주 목적을 정한다. 예를 들어, 동력공급형 안과용 장치가 사용자로 하여금 광 출력을 조정할 수 있게 하는 실시예들에서, 매체 삽입체는 광학 구역 내의 액체 메니스커스 부분을 제어하는 동력공급 요소들을 포함할 수 있다. 대안적으로, 매체 삽입체는 광학 구역에 재료가 없도록 환상일 수 있다. 그러한 실시예에서, 렌즈의 동력공급 기능은 광학 품질이 아닐 수 있고, 예를 들어 글루코스를 모니터링하거나 또는 약품을 투여하는 것일 수 있다.
금형: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 금형은 비경화 제형으로부터 렌즈를 형성하기 위해 사용될 수 있는 강성 또는 반-강성 물체를 지칭한다. 일부 바람직한 금형은 전방 곡선 금형 부분품 및 후방 곡선 금형 부분품을 형성하는 2개의 금형 부분품을 포함한다.
동작 모드: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 회로를 통하는 전류가 장치로 하여금 그의 주요한 동력공급되는 기능을 수행하게 하는 고전류 인출 상태를 지칭한다.
광학 구역: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 안과용 렌즈의 착용자가 이를 통해 보는 안과용 렌즈의 영역을 지칭한다.
광자 방출기: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 입사광을 받고 그 광을 자유 공간 내로 전달할 수 있는 장치 또는 장치 부분을 지칭한다. 광은 전형적으로 방출기 상에 입사하는 방향이 아니라 변경된 방향으로 진행할 수 있다. 방출기는 전형적으로 광을 전달하기 위한 안테나 구조를 포함할 수 있다.
픽셀 기반 광 변조 시스템: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 개별적으로 기능하는 광 변조 요소들의 조합을 지칭하는데, 여기서 광 변조 시스템의 각각의 개별 기능 부분은 픽셀 또는 화소로 간주될 수 있다.
출력: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단위 시간당 행해진 일 또는 전달된 에너지를 지칭한다.
재충전가능한 또는 재동력공급가능한: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 더 높은 일 수행 능력을 갖는 상태로 복원되는 능력을 지칭한다. 본 발명에서의 많은 용도는 소정의 회복 주기 동안 소정의 비율로 전류를 흘리는 능력에 의해 복원되는 능력에 관계될 수 있다.
재동력공급하다 또는 재충전하다: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 일을 하기 위한 더 큰 능력을 갖는 상태를 복원시키는 것을 지칭한다. 본 발명에서의 많은 용도는 소정의 회복 주기 동안 소정의 비율로 전류를 흘리는 능력으로 장치를 복원하는 것에 관계될 수 있다.
기준: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 다른 회로들에서 사용하기에 적합한 이상적으로 고정되고 안정된 전압 또는 전류 출력을 생성하는 회로를 지칭한다. 기준은 밴드갭(bandgap)으로부터 도출될 수 있고, 온도, 전원 및 프로세스 변화에 대해 보상될 수 있으며, 특정 주문형 집적 회로(application-specific integrated circuit, ASIC)에 구체적으로 맞춤될 수 있다.
금형으로부터 해제된: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 렌즈가 금형으로부터 완전히 분리되거나 단지 느슨하게 부착되어 가벼운 정도의 교반에 의해 제거되거나 스왑(swap)에 의해 밀려 떼어내질 수 있는 것을 지칭한다.
리셋 기능: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 회로를, 예를 들어 논리 상태 또는 동력공급 상태를 포함한 특정의 미리 결정된 상태로 설정하기 위한 셀프-트리거링 알고리즘 메커니즘(self-triggering algorithmic mechanism)을 지칭한다. 리셋 기능은, 예를 들어 전원에 대한 초기 접속 시 그리고 저장 모드로부터 깨어날 때에도 칩의 적절한 브링-업(bring-up)을 보증하기 위해 스위칭 메커니즘과 관련하여 동작할 수 있는 파워-온 리셋 회로를 포함할 수 있다.
슬립 모드 또는 대기 모드: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 동작 모드가 필요하지 않을 때 에너지 보존을 허용하는, 스위칭 메커니즘의 폐쇄 후의 동력공급형 장치의 저전류 인출 상태를 지칭한다.
적층된: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 적어도 2개의 구성요소 층을 서로 근접하게 배치하여 층들 중 하나의 일 표면의 적어도 일부분이 제2 층의 제1 표면과 접촉하게 하는 것을 의미한다. 일부 실시예에서, 필름이, 접착을 위해서든 다른 기능을 위해서든 간에, 상기 필름을 통해 서로 접촉하는 2개의 층들 사이에 존재할 수 있다.
적층 집적 구성요소 장치 또는 SIC 장치: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 전기 및 전기기계 장치들을 포함할 수 있는 기재의 얇은 층들을 서로의 위에 각각의 층의 적어도 일부분을 적층하는 것에 의해 동작식 집적 장치로 조립하는 패키징 기술의 제품을 지칭한다. 이들 층은 다양한 유형, 재료, 형상 및 크기의 구성요소 장치를 포함할 수 있다. 더욱이, 이들 층은 다양한 윤곽에 맞춰지고 이를 취하도록 다양한 장치 제조 기술로 제조될 수 있다.
저장 모드: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 전원이 최소의 설계 부하 전류를 공급하고 있거나 공급하는 것을 필요로 하는, 전자 구성요소들을 포함하는 시스템의 상태를 지칭한다. 이 용어는 대기 모드와 교체 가능하지 않다.
기재 삽입체: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 에너지 공급원을 안과용 렌즈 내에서 지지할 수 있는 성형성 또는 강성 기재를 지칭한다. 일부 실시예에서, 기재 삽입체는 또한 하나 이상의 구성요소를 지지한다.
스위칭 메커니즘: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 안과용 장치와 무관한 외부 자극에 응답할 수 있는 다양한 저항 레벨을 제공하는 회로와 통합되는 구성요소를 지칭한다.
동력공급형 안과용 장치
도 1로 진행하면, 동력공급형 안과용 장치를 위한 매체 삽입체(100) 및 대응하는 동력공급형 안과용 장치(150)의 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 매체 삽입체(100)는 시력 교정을 제공하도록 기능할 수 있거나 기능하지 않을 수 있는 광학 구역(120)을 포함할 수 있다. 안과용 장치의 동력공급되는 기능이 시력과 무관한 경우, 매체 삽입체(100)의 광학 구역(120)에는 재료가 없을 수 있다. 일부 실시예들에서, 매체 삽입체(100)는 동력공급 요소(110)들 및 전자 구성요소(105)들과 통합된 기재(115)를 포함한, 광학 구역(120) 내에 있지 않은 부분을 포함할 수 있다. 안과용 장치들 내에 광자 방출기들을 포함시키는 것과 관련된 많은 실시예들이 있을 수 있다.
일부 실시예들에서, 예를 들어 배터리일 수 있는 전원(110), 및 예를 들어 반도체 다이일 수 있는 부하(105)가 기재(115)에 부착될 수 있다. 도전성 트레이스(125, 130)들이 전자 구성요소(105)들과 동력공급 요소(110)들을 전기적으로 상호접속할 수 있다. 매체 삽입체(100)는 동력공급 요소들, 트레이스들 및 전자 구성요소들을 보호하고 수용하도록 완전히 봉지될 수 있다. 일부 실시예들에서, 봉지 재료는 예를 들어 반투과성이어서, 물과 같은 특정 물질들이 매체 삽입체(100) 내에 들어가는 것을 방지하고, 주변 가스들 또는 동력공급 요소들 내에서의 반응 부산물들과 같은 특정 물질들이 매체 삽입체(100)에 침투하거나 매체 삽입체로부터 빠져나오게 할 수 있다.
일부 실시예들에서, 매체 삽입체(100)는 중합체 생체적합성 재료를 포함할 수 있는 안과용 장치(150) 내에 포함될 수 있다. 안과용 장치(150)는 강성 중심부 + 연성 스커트 설계(rigid center, soft skirt design)를 포함할 수 있으며, 여기서 중앙의 강성 광학 요소는 매체 삽입체(100)를 포함한다. 일부 특정 실시예들에서, 매체 삽입체(100)는 각각의 전방 표면 및 후방 표면 상의 대기 및 각막 표면과 직접 접촉할 수 있거나, 대안적으로 매체 삽입체(100)는 안과용 장치(150) 내에 봉지될 수 있다. 안과용 렌즈(150)의 주연부(155)는, 예를 들어 하이드로겔 재료를 포함하는 연성 스커트 재료일 수 있다.
매체 삽입체(100) 및 안과용 장치(150)의 기반구조는 능동 또는 비능동 렌즈 장치들과 그리고 일부 실시예들에서는 광 강도 변조 어레이들과 조합될 수 있는 광자 방출기들을 이용한 광 투사를 수반하는 많은 실시예들을 위한 환경을 제공할 수 있다. 이러한 실시예들 중 일부는 광자 투사 구성요소들과 무관한 안과용 장치의 부분의 순수 수동 기능을 수반할 수 있다. 다른 실시예들은 광자 투사 구성요소들의 기능을 보충 또는 보완할 수 있는 능동 기능들을 갖는 안과용 장치를 수반할 수 있다. 예를 들어, 장치의 비투사 부분들은 시력 교정을 제공하거나, 입사광에 대한 장치의 투명성이 감소되도록 장치의 능동 "차단"을 제공할 수 있다.
도 2의 아이템 200으로 진행하면, 예시적인 멀티-피스 삽입체의 도면이 단면도로 도시되어 있다. 이러한 유형의 삽입체는 재료가 없는 중앙 광학 구역 주위에 재료의 링을 갖는 환상 삽입체이다. 도 2에서, 안과용 장치(220)는 선 210으로 나타내어지는 위치를 통한 단면을 나타내는 단면 표현(230)을 가질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 안과용 장치의 광학 구역 밖의 삽입체의 영역은 다양한 종류의 능동 요소들을 지원하기 위한 동력공급 요소들 및 제어 전자 장치들을 포함할 수 있다. 이러한 능동 요소들은 전형적으로 다양한 유형의 센서들 및 통신 요소들을 포함할 수 있다. 대안적으로, 본 명세서에서의 본 발명의 기술의 일부 실시예들은, 광자 투사 요소들에 기초하는 투사 요소에 대한 제어 및 동력공급 기능을 제공할 수 있다. 또한, 장치의 광학 구역 밖에는 아이템 221에 의해 그리고 단면으로 아이템 231로 도시된 바와 같이 삽입체 상에 배치된 인쇄 패턴들이 존재할 수 있다.
일부 실시예들에서, 눈 환경 내에서의 안과 렌즈의 배향에 대한 요건이 존재할 수 있다. 아이템 250 및 260들은 형성된 안과용 렌즈를 사용자의 눈 상에 배향시키는 것을 도울 수 있는 안정화 구역 특징부들을 나타낼 수 있다. 더욱이, 일부 실시예들에서, 멀티-피스 환상 삽입체에 대한 배향 특징부들의 사용은 성형된 안정화 특징부들에 대한 그의 배향을 허용할 수 있으며, 이는 동적 초점 및 집중 제어들을 갖지 않는 투사 요소들 및 렌즈 시스템들의 배치들에 특히 중요할 수 있다.
도 3의 아이템 300으로 진행하면, 도 2에 도시된 예시적인 멀티-피스 삽입체의 변형이 단면으로 도시될 수 있다. 도 3에서, 안과용 장치(320)는 선 310에 의해 나타내어지는 위치를 통한 단면을 나타내는 단면 표현(330)을 가질 수 있다. 예시적인 실시예에서, 안과용 장치(320)의 광학 구역은, 액체 메니스커스 기반 렌즈 시스템(335)과 같은 능동 초점 조절 렌즈 시스템을 볼 수 있는 부분을 포함할 수 있다. 또한, 장치의 광학 구역 밖에는, 336에서 동력공급 요소들과 제어 및 활성화 구성요소들을 수용하는 삽입체의 부분들이 존재할 수 있다. 도 2의 실시예와 유사한 동기로, 아이템 350 및 360으로 도시된 바와 같이 안과용 장치 내에 통합된 정렬 특징부들 또는 안정화 구역들이 존재할 수 있고, 특징부(331)들로서 삽입체 상에 인쇄된 패턴들이 존재할 수 있다.
광자 투사 요소들
도 4의 아이템 400으로 진행하면, 광자 방출기들이 표시되어 있다. 광자 응용들과 함께 사용하기 위한 (방사기(radiator)로 또한 간주될 수 있는) 방출기 요소들을 정의하는 많은 방법들이 존재할 수 있다. 400에서, 아이템 410은 최신 기술에서 설명되는 일부 정의들과 일치하는 간단한 광자 방출기 요소를 보여준다. 시스템을 위한 광자들의 공급원은 방사기 요소의 결합 부분(430)들에 평행하게 연장되는 광 파이프(420)일 수 있다. 광 파이프(420)를 통해 이동하는 광자들은 광 파이프의 주연부에 가까운 영역에서의 기하급수적 감쇠 현상인 에바네슨트 결합(evanescent coupling)이라고 불릴 수 있는 프로세스에 의해 결합 부분(430)들에 결합될 수 있다. 이 결합은 광자들이 광 파이프로부터 방사기 요소로 이동하게 할 것이다. 결합도, 및 따라서 일 유형의 강도인 방사기 요소에 들어가는 광자들의 개수는, 사용되는 재료들, 주변 조건들, 그러나 더 중요하게는 시스템의 구조적 설계와 같은 다수의 현상에 의해 변조될 수 있다. 아이템 430의 평행 부분의 길이 및 이 영역과 광 파이프(435) 사이의 간극은 결합의 효율을 지배할 수 있으며, 광자 방출기들의 무리 내에서 광자 방출기의 공칭 상대 강도를 조절하는 데 사용될 수 있다. 아이템 410에서, 광은 회절 격자 내에 형상화된 방사기 부분에 도달할 때까지 요소의 광 안내 구성요소(430)들을 통해 진행할 것이다. 예를 들어, 방출 표면들의 구성된 각도 및 이들의 형상 및 간극 치수와 같은 많은 효과들이 이용되어 광 방출기를 통한 광의 효율을 증가시킬 수 있다. 이상적으로는, 가능한 한 많은 광이 440에서 일 방향으로, 예를 들어 "페이지 밖으로" 방출될 것이다.
450에서, 더 정교한 광자 방출기를 볼 수 있다. 가열 메커니즘이 방출기 셀 내에 통합될 수 있다. 이는 광자 방출기 내에 형성된 저항성 가열기로 구성될 수 있다. 방출기가 규소와 같은 반도체 재료들로 형성되는 실시예들에서, 저항기는 동일 층 내에 형성될 수 있으며, 여기서 저항기는 저항률 특성을 변경하기 위해 도핑될 수 있다. 접점(480)으로부터 저항성 아암(arm)(470)을 통해 그리고 방출기 본체(430)의 일부를 통해 그리고 다시 저항성 아암(471)의 다른 부분을 통해 그리고 접점(460)을 통해 전류를 흐르게 함으로써, 광자 방출기는 광 경로의 일부가 차동적으로 가열되게 할 수 있다. 아이템 430의 광 파이프와 같은 광 파이프들에서의 열 효과들은 이들을 통해 이동하는 광의 위상 특성을 변경할 수 있다. 따라서, 아이템(450)의 광자 방출기는 소스 광 파이프(420) 내의 강도에 기초하는, 광자 방출기로부터 방출되는 소정의 광 강도, 및 방출기 장치의 결합 영역의 근접도 및 그 결합 영역의 치수들에 기초하는 방출기 장치 내로의 소스 광의 결합 효율을 가질 수 있다. 더욱이, 게다가, 그러한 광의 위상은 아이템 460과 아이템 480 사이의 가열기 부분을 통한 전류의 인가에 기초하여 제어 가능하게 변경될 수 있다. 그러한 방식으로의 방출 광의 상대 위상의 제어는, 위상 특성들 내에 인코딩된 정보의 효과적인 전송이 그러한 광자 방출기들로 형성된 어레이의 원거리장 이미지 내에서 관찰되게 할 수 있으며, 여기서 개별 픽셀들의 위상은 방출기 장치의 부분들 상에 부과된 열 상태에 의해 제어될 수 있다. 그러한 광자 방출기를 구성할 수 있는 다양한 재료들이 존재할 수 있으며, 상이한 재료들이 비한정적인 예로서 열 제어 및 기계적 응력 제어를 포함한 위상 효과들을 도입하기 위한 많은 수단들이 존재할 수 있다.
도 5의 아이템 500으로 진행하면, 광자 방출기들로부터 구성된 예시적인 어레이가 도시되어 있다. 일부 실시예들에서, 광자 방출기 픽셀(520)은 410 또는 450에서의 요소들과 유사한 방식으로 정의될 수 있다. 아이템 500에서, 셀들은 아이템 450에서의 유형으로 도시된다. 일부 실시예들에서 광자 방출기 어레이를 위한 하나 이상의 공급 광 파이프들 내로 광을 방출하는 하나 이상의 레이저 요소들로 구성될 수 있는 광원(540)으로부터 광이 공급된다. 픽셀(520)의 가열된 부분들을 통해 흐르는 전류는 집적 회로 내의 금속 라인들과 유사한 방식으로 광자 방출기 내에 형성된 도전성 금속 라인들에 의해 도입될 수 있다. 한 세트의 워드 라인(word line)(530)들은 개별 셀들의 어드레싱을 효율적인 방식으로 허용하기 위한 대응하는 비트 라인(bit line)(535)들을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 광자 어레이는 어레이 자체를 위한 제어 전자 장치를 구성하는 데 유용한 규소 기재 내에 형성될 수 있다. 520과 같은 예시적인 픽셀 요소들은 약 9 마이크로미터 x 9 마이크로미터 이하의 치수를 가질 수 있다. 따라서, 64 x 64 방출기들의 어레이는 크기에 있어서 대략 0.5mm x 0.5mm의 규모를 가질 수 있다. 픽셀들의 실제 치수들은 행렬로 변할 수 있으며, 상이한 목표 방출 파장들에 대해 상이할 수 있다.
아이템 500의 삽입 도면(550)에서, 광원 및 공급 광 파이프 또는 파이프들(540)의 확대 버전이 도시될 수 있다. 광원(561)으로부터의 광은 광 파이프 내로 안내될 수 있다. 광 파이프의 치수를 따라, 추가적인 광 파이프들의 형태의 추가적인 분배 요소들을 볼 수 있다. 아이템 570, 아이템 571, 및 아이템 572는 주 공급 광 파이프 내에 결합되고 광자 방출기들의 행들로 광을 분배하도록 대략 직각으로 연장되는 광 파이프들을 보여줄 수 있다. 파이프들 및 행을 따른 개별 픽셀 요소들의 설계 태양들은 각각의 요소에 대해 최적화될 수 있어, 행을 따른 그리고 어레이 내의 특정 강도 패턴이 얻어질 수 있게 한다. 바람직한 예에서, 어레이는 각각의 픽셀로부터의 결과적인 방출 강도가 모든 요소들에 대해 대략 동일하도록 설계될 수 있다.
일부 실시예들에서, 상이한 파장들의 다수의 광원들이 이용되어 단일 소스 광 파이프(540)에 광을 제공할 수 있거나, 일부 실시예들에서 광 파이프(540)는 다수의 파이프들로 구성될 수 있다. 본 예에서, 3개의 상이한 광원(561, 562, 563)들이 존재할 수 있다. 여기서, 비한정적인 예에서, 광원(561)은 적색 광원을 포함할 수 있고, 광원(562)은 녹색 광원을 포함할 수 있고, 광원(563)은 청색 광원을 포함할 수 있다. 비한정적인 예로서 고체 레이저들 또는 고체 발광 다이오드들 또는 필터형 백열 램프들을 포함한, 본 발명의 기술에 일치하는 많은 유형의 광원들이 존재할 수 있다. 어레이 내의 픽셀들의 상대 위상이 정보의 인코딩에 중요할 수 있는 실시예들에서, 광원은 광 출력의 원하는 가간섭성(coherence)에 의해 특징지어질 수 있다. 다른 실시예들은 비-가간섭성 광원들을 이용하여 기능할 수 있다.
공급 광원에서 제공되는 다수의 파장들이 있는 경우, 아이템 570으로 도시된 광 파이프들의 행들의 상호작용은 특정 행에 대해 하나의 광원이 선호되도록 제어될 수 있다. 이는 행(570)을 위한 광 파이프가 공급 광 파이프에 결합되는 영역에서의 필터링 재료들의 사용에 의해 제어될 수 있다. 대안적으로, 다수의 공급 광 파이프들이 있는 경우, 특정 광원의 원하지 않는 파장들에 대한 파이프들은 흡수 재료에 의해 차단될 수 있다. 금속 재료들 또는 반도체 재료 내에서의 고농도 도핑 레벨들의 사용을 포함한, 광 결합을 차단하는 데 사용될 수 있는 다양한 재료들이 존재할 수 있다.
대안적인 실시예에서, 다수의 광원들은 듀티 사이클(duty cycle)을 가질 수 있다. 다수의 광원들은 소스 광 파이프들을 사용하도록 광원들의 순번에 대해 온 또는 오프 상태로 될 수 있다. 그러한 실시예에서, 상이한 광원들을 어레이의 상이한 영역들로 통하게 하기 위한 다수의 소스 라인들 또는 제어부들에 대한 필요성이 없을 수 있다. 그러나, 광자 방출기 픽셀의 설계는 특정 파장에 대해 최적화되는 것이 아니라 채용되는 모든 파장들에 대해 최적화되는 방식으로 수행되어야 할 수 있다. 일부 실시예들에서, 픽셀은 다수의 방출기에 의해 구성될 수 있으며, 여기서 방출기들 중 하나가 특정 소스에 대해 최적화될 수 있다.
개별 픽셀들이 그들의 설계 내에서 위상 시프팅 구성요소들을 포함하는 아이템 510의 어레이에서, 사용자의 망막을 포함할 수 있는 특정 지점 상으로 어레이의 원거리장 이미지의 초점을 맞추는 것을 허용하는 렌즈들을 포함하는 것이 유용할 수 있다. 단일 광원 실시예에서, 가간섭성 광원이 소스로서 사용되는 것이 중요할 수 있다. 결과적인 원거리장 이미지는 개별 픽셀들 내의 위상 정보로부터 구성된 이미지를 포함할 수 있다. 광자 어레이가 원거리장 위상 제어형 픽셀 이미지들을 투사하는 실시예의 일례가 도 6의 아이템 600에 도시될 수 있다. 동력공급 요소들 및 제어 회로를 수용할 수 있는 설명된 바와 같은 눈 삽입체(610)는 전기 버스(630)를 통해 전기 신호들을 제어할 수 있다. 일부 실시예들에서, 이 버스는 가능한 한 적은 가시광 흡수 특성을 갖는 도체들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 인듐 주석 산화물(ITO)이 일례일 수 있다. 투사 시스템(620)이 광학 구역의 중앙에 배치될 수 있으며, 포함되는 구성요소들 중 일부를 언급하면 제어 회로, 광원들 및 렌즈 요소들과 함께, 아이템 650 내에 도시된 바와 같은 광자 방출기들의 어레이를 포함할 수 있다.
대안적인 실시예는 광 방출기로서의 광자 어레이의 사용을 수반할 수 있으며, 여기서 위상 특성들은 주요 초점이 아니다. 도 7의 아이템 700으로 진행하면, 통합된 가열기가 없는 예시적인 광자 방출기를 이용하는 픽셀 요소(720)의 일례를 볼 수 있다. 일부 실시예들에서, 가열기의 통합은 여전히 바람직할 수 있지만, 예를 들어 도시되지는 않는다. 결과적인 어레이의 근거리장 이미지가 특정 위치에 초점이 맞춰지는 경우, 광원은 투사 시스템의 일부일 수 있으며, 여기서 각각의 픽셀은 방출기로부터 사용자의 망막으로 진행하는 투과 강도를 제어하는 요소를 갖는다. 도 7에서, 각각의 광자 방출 요소에 정렬되는 광 강도 제어 요소의 일례를 볼 수 있다.
유전체 상의 전기 습윤의 현상들이 사용되어, 투과되는 강도를 픽셀별로 제어할 수 있다. 이 기술은 액체들에 가까운 표면들의 표면 자유 에너지를 변경함으로써 액체들의 조합에 작용한다. 하나의 액체가 예를 들어 수용액과 같은 극성 액체이고 다른 액체가 오일과 같은 비극성 액체인 비혼화성 액체들의 조합들은, EWOD 장치들에 대해 효과적일 수 있다. 이러한 액체들 중 하나는 원하는 특정 파장 체제의 광에 대해 투과성이도록 제형될 수 있는 반면, 다른 액체는 그들 또는 모든 가시 파장들에서 불투과성일 수 있다. 액체 자체가 그러한 특성들을 가질 수 있거나, 액체가 착색제들과 조합되어 원하는 파장 차단 효과를 생성할 수 있다. 그리고, 동일 장치 내의 상이한 픽셀 요소들에서 상이한 고유 파장 차단 능력들을 갖는 액체들의 상이한 조합들을 포함하는 것이 가능할 수 있다.
예시적인 실시예에서, 오일계 비수용성 액체는 광 변조 요소로 간주될 수 있는 EWOD 픽셀 셀의 층에 유효 흡수성을 제공하기 위해 착색제를 포함할 수 있다. 도 7에서, 아이템 710은 픽셀 요소를 포함할 수 있고, 여기서 오일계 액체는 픽셀을 가로질러 배치되어 상당한 양의 광을 흡수한다. 픽셀 셀의 에지들을 한정하는 격리 구조(711, 716)가 있을 수 있다. 오일계 액체는 예시적인 픽셀 기반 EWOD 셀에서 아이템 717로서 도시된 것일 수 있다. 아이템 713에서의 셀의 일부분이, 오일계 유체들에 반발할 수 있도록 하는 표면 자유 에너지를 갖는 재료로 코팅될 수 있다. 수용성 유체는 아이템 718로서 나타내어질 수 있다. 따라서, 표준 비동력공급 상태에서, 유체들은 착색된 오일계 상이 표면(713)으로부터 떨어진 픽셀의 내부 영역을 가로질러 그리고 따라서 픽셀을 통해 진행하는 광의 광 경로 내에 국소화되는 위치를 취하는 것을 선호할 것이다. 표면(713)의 재료 밑에 있거나 그 재료를 포함하는 유전체와 함께 전극(715, 714)들의 조합은 2종의 비혼화성 액체들을 가로지르는 전기전위의 인가를 허용한다. 전극들을 가로질러 전기전위를 인가함으로써, 표면(713)의 자유 에너지는 720에서 관찰될 수 있는 바와 같이 아이템 717의 오일계 액체를 표면으로 끌어당기도록 변경될 수 있다. 착색된 유체(717)가 727로 도시된 바와 같이 전극의 측벽 영역으로 당겨질 때, 착색된 유체는 광 경로 밖으로 이동되며, 픽셀은 그를 통과하는 광에 대해 더 투과성이 된다. 따라서, 이 실시예는 통과하게 될 광자 방출기로부터 나오는 광의 픽셀 기반 제어를 허용할 것이다. 일부 실시예들에서, 이는 투과율을 제어하기 위한 EWOD 셀을 포함하는 대응하는 픽셀 요소를 각각 갖는 광자 방출기들의 어레이의 조합으로부터 투사 시스템이 형성되게 할 수 있다. 이러한 실시예들은 광원, 광원 및 픽셀 요소들 둘 모두를 위한 제어 전자 장치, 및 사용자의 망막을 포함할 수 있는 원하는 위치에 근거리장 이미지의 초점을 맞추기 위한 렌즈 시스템을 또한 포함할 수 있다. 광자 방출기 근처에서의 광의 투과율의 제어를 허용할 수 있는 EWOD 셀에 대한 많은 대안들이 있을 수 있다. 부가적으로, EWOD 기반 셀에 의해 제공되는 예는, 예를 들어 염료 또는 광을 차단하기 위한 고유 특성을 포함할 수 있는 유체의 유형의 반전을 포함하는 많은 대안들을 가질 수 있다.
도 8의 아이템 800으로 진행하면, EWOD 픽셀 기반 광 강도 변조 셀의 대안적인 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예에서, 유체가 끌려 따르게 될 표면에 근접한 전극은 수직 구조의 측벽 상에 있는 것이 아니라 셀 면들 중 하나를 따라 있다. 장치는 이 표면을 통해 진행하는 광을 이용하여 동작할 수 있으므로, 그러한 실시예들에서는 비교적 투과성인 전극들의 사용이 중요하다. 이전의 논의에서 언급된 바와 같이, 전극을 위한 재료로서 ITO의 사용은 허용 가능한 해법일 수 있다. 또한, 전극이 EWOD 셀 면의 주연부에 배치되게 하는 변경들이 있을 수 있다. 그럼에도 불구하고, 도 8에서, 아이템 810은 광 흡수 재료가 셀 표면의 대부분을 차단하고 있는 셀을 나타낼 수 있다. 아이템 817은 고유한 또는 염료들의 사용으로부터 기인하는 흡수 특성을 갖는 유체를 나타낼 수 있다. 아이템 818은 셀을 통과하는 광과 크게 상호작용하지 않을 수 있는 다른 유체를 나타낼 수 있다. 아이템 813은 고유할 수 있는 또는 표면 특성을 설정하도록 설계된 처리로부터 기인할 수 있는 정해진 표면 자유 에너지를 갖는 표면을 나타낼 수 있다. 아이템 812는, 아이템 813이 유전체 상의 추가적인 막으로서 또는 유전체의 표면 개질물로서 생성되는 경우에 존재할 수 있는 선택적인 유전체 재료 층일 수 있다. 아이템 814는 전기전위가 EWOD 셀을 가로질러 인가될 때 영향을 받는 유전체 표면의 영역을 한정함에 있어서 유용한 전극일 수 있다. 아이템 811 및 아이템 816은 픽셀들을 한정하는 데 사용되는 구조적 봉쇄물일 수 있다. 전기전위가 지점(814, 815)들에서 셀을 가로질러 인가될 때, 셀의 상태는 아이템 820에 도시된 바와 같을 수 있다. 전극(814) 위의 표면의 영역에서 광 흡수 유체가 반발되게 함으로써, 유체는 셀 도면에서 827에 의해 나타낸 바와 같이 픽셀 요소의 에지로 이동한다. 따라서, 유체는 광 경로 밖으로 이동되며, 픽셀은 통과하는 광에 대해 더 투과성이 된다.
광자 방출기들을 갖는 동력공급형 안과용 장치들
도 9의 아이템 900으로 진행하면, 광자 기반 이미징 시스템의 논의된 태양들 중 많은 것을 포함하는 실시예가 도시되어 있다. 아이템 910은 사용자의 눈 표면 상에 착용될 수 있는 안과용 장치일 수 있다. 이는 삽입체 장치를 일부 실시예들에서 완전히 둘러싸거나, 다른 실시예들에서는 부분적으로 둘러싸거나 지지하는 하이드로겔 기반 스커트(911)로 형성될 수 있다. 도면에서, 스커트(911)는 기본적으로 환상 삽입체 장치(936)를 둘러싼다. 삽입체 장치(936) 내에서 동력공급 요소들, 제어, 활성화, 통신, 처리를 위한 전자 회로 등이 밀봉될 수 있다. 동력공급 요소들은 일회용 배터리 요소들, 또는 장치의 재충전을 가능하게 하는 전력 제어 시스템들과 함께 있는 재충전 가능 요소들일 수 있다. 구성요소들은 삽입체 장치 내에 개별 구성요소들로서 또는 다수의 능동 층들을 갖는 적층 집적 장치들로서 배치될 수 있다.
안과용 장치는 사용자의 눈 상에서의 장치의 배향을 한정하고 장치를 적절히 중앙에 배치하는 데 유용할 수 있는 안정화 요소(950, 960)들을 포함하는, 안과용 장치에 대한 구조적 및 미용적 태양들을 가질 수 있다. 기본적으로 환상 장치는 홍채 패턴 아이템 921로서 도시된 장치의 표면들 중 하나 이상의 표면 상에 그리고 선 915를 따른 단면(930) 내에 인쇄된 패턴들을 아이템 931로서 가질 수 있다.
삽입체 장치는 아이템 940으로 도시된 바와 같은 광학 구역의 작은 영역 내에서 광자 기반 이미징 시스템을 가질 수 있다. 전술된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 크기에 있어서 대략 0.5mm x 0.5mm의 크기를 갖는 64x64 픽셀 이미징 시스템이 형성될 수 있다. 단면에서, 아이템 940이 광자 방출기 요소들, 즉 EWOD 기반 픽셀 투과율 제어 장치, 광원 또는 다수의 광원들, 및 이러한 구성요소들을 제어하기 위한 전자 장치를 포함할 수 있는 광자 투사 구성요소일 수 있다는 것을 알 수 있다. 광자 기반 이미징 시스템은 렌즈 시스템(950)에 부착될 수 있고, 데이터 및 전력 상호접속 버스(941)에 의해 환상 삽입체 구성요소에 접속될 수 있다.
일부 실시예들에서, 렌즈 시스템은 안과용 장치의 본체와 관련된 공간 내의 고정 위치에 이미징 시스템의 근거리장 이미지의 초점을 맞추는 정적 렌즈 구성요소들로 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 렌즈 시스템은 능동 구성요소들을 또한 포함할 수 있다. 예를 들어, 다수의 전극 영역들을 갖는 메니스커스 기반 렌즈 장치가 사용되어, 투사된 이미지의 중심을 병진이동시키고 장치의 초점력을 조절하여, 초점을 조절하고 투사된 이미지의 크기를 효과적으로 조절할 수 있게 한다. 렌즈 장치는 그 자신의 제어 전자 장치를 가질 수 있거나, 대안적으로 광자 기반 이미징 구성요소 또는 환상 삽입체 장치 또는 이들 둘 모두에 의해 제어 및 급전될 수 있다.
일부 실시예들에서, 디스플레이는 64x64 기반 투사 시스템일 수 있지만, 더 많거나 더 적은 픽셀들이 용이하게 본 기술의 범주 내에 있으며, 이는 픽셀 요소들 및 안과용 장치 자체의 크기에 의해 제한될 수 있다. 디스플레이는 도트 행렬 텍스트 데이터, 이미지 데이터 또는 비디오 데이터를 표시하는 데 유용할 수 있다. 렌즈 시스템은, 일부 실시예들에서 데이터를 표시하면서 사용자의 눈을 가로질러 투사 시스템을 래스터링(rastering)함으로써, 디스플레이의 유효 픽셀 크기를 확대하는 데 사용될 수 있다. 디스플레이는 사실상 단색일 수 있거나, 대안적으로 다수의 광원들에 기초하는 컬러 범위를 가질 수 있다. 표시될 데이터는 외부 소스로부터 안과 렌즈로 전달될 수 있거나, 데이터는 예를 들어 안과용 장치 자체로부터, 센서들로부터 또는 메모리 구성요소들로부터 발생될 수 있다. 일부 경우들에서, 데이터는 통신에 의해 외부 소스들로부터 그리고 안과용 장치 자체로부터 발생할 수 있다.
광자 방출기들을 갖는 안과용 장치들을 위한 방법들
도 10의 아이템 1000으로 진행하면, 광자 방출기 기반 투사 시스템을 포함하는 안과용 장치의 사용을 위한 방법을 볼 수 있다. 단계 1001에서, 사용자는 광자 방출기 기반 투사 시스템이 부착된 안과용 장치를 획득한다. 투과율을 제어하기 위한 EWOD 셀을 포함하는 대응하는 픽셀 요소를 갖는 광자 방출기들의 어레이와 관련하여, 광원, 광원 및 픽셀 요소들 둘 모두를 위한 제어 전자 장치, 및 사용자의 망막을 포함할 수 있는 원하는 위치에 근거리장 이미지의 초점을 맞추기 위한 렌즈 시스템이 존재할 수 있다. 이 시스템은 예로서 언급하면 전자 구성요소들, 동력공급 요소들, 센서들을 포함할 수 있다.
다음에, 1002에서, 안과용 장치가 하이드로겔 스커트 내에 봉지되지 않는 경우, 사용자는 장치를 하이드로겔의 스커트에 부착하거나, 안과용 장치를 다른 렌즈 자체 상에 배치할 수 있다.
1003에서, 전체 안과용 장치가 사용자의 눈 상에 배치될 수 있다. 더욱이, 1004에서, 일부 종류의 활성화 신호가 안과용 장치 내의 투사 시스템을 활성화할 수 있다. 다음에, 1005에서, 데이터가 투사 시스템을 위한 제어부 내로 수신될 수 있다. 일부 경우들에서, 데이터는 안과용 장치 내에서, 메모리 요소 내의 저장된 데이터 또는 안과용 장치 상의 감지 요소들에 의해 획득된 데이터로서 찾아질 수 있다. 다른 경우들에서, 안과용 장치 내의 수신 요소가 안과용 장치 밖의 소스로부터 데이터를 수신할 수 있다. 1006에서, 데이터는 안과용 장치에 의해 투사될 수 있다. 데이터의 투사는 텍스트 프레젠테이션 또는 이미지 데이터 또는 비디오 데이터의 그래픽 프레젠테이션을 포함할 수 있다. 1007에서, 사용자는 외부 제어 장치를 사용하여 제어 신호들을 안과용 장치로 브로드캐스팅할 수 있다. 제어 신호들은 렌즈 시스템의 많은 동작 파라미터들이 변경되게 할 수 있다. 변경될 파라미터들 중에는 렌즈 시스템의 초점 특성 및 망막 상에의 이미지의 중앙 배치가 또한 있을 수 있다.
도 11의 아이템 1100으로 진행하면, 광자 방출기들을 포함하는 안과용 장치들의 제조를 위한 방법을 볼 수 있다. 1101에서, 광자 방출기들의 어레이가 안과용 장치의 설계된 부분 내에 맞도록 설계될 수 있다. 일부 실시예들에서, 특히 어레이의 크기가 작을 때, 장치는 편평하게 설계될 수 있다. 다른 실시예들에서, 어레이는 3차원으로 형상화된 또는 만곡된 표면 상에서 기능하도록 설계될 수 있다. 방출기 어레이는 도면들에 도시된 바와 같이 규칙적인 선형 어레이일 수 있거나, 도시되지 않은 다른 실시예들에서는 방사상 또는 극성 편제와 같은 다른 픽셀 배향이 가능할 수 있다. 방출기 어레이는 모든 픽셀들로부터 균일한 방출율을 갖도록 설계될 수 있다. 대안적으로, 일부 실시예들에서, 픽셀들의 중앙 영역으로부터의 더 높은 방출율이 바람직할 수 있다. 각각의 픽셀 요소는 방출기 내로 결합될 광을 제공하는 소스 광 파이프 내의 광의 입사 강도에 기초하는 특유의 설계를 가질 수 있다. 방출 요소들은 광 파이프를 따라 광을 결합시키므로, 강도는 픽셀이 광 파이프의 더 아래에 배치됨에 따라 자연히 감소할 것이다. 일부 실시예들에서, 광 파이프의 단부에서의 반사는 결합 강도에 있어서 고유하게 더 큰 균일성을 제공할 수 있다. 결합 특징부의 길이, 광 파이프로부터의 그의 거리 및 다른 고려사항들이 설계에 포함될 수 있다.
1102에서, 광자 방출기들의 픽셀 어레이가 생성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 어레이는 규소 특징부들로 만들어질 수 있다. 이러한 경우들에서, 표준 반도체 처리가 채용되어 어레이를 고품질로 형성할 수 있다. 이 기술은, 어레이에 부착되거나 반도체 처리에서 동시에 처리될 수 있는 제어 장치들에 와이어들에 의해 접속된 가열 요소들을 단위 셀이 포함하는 어레이들에 대해서도 또한 잘 따를 수 있다. 반도체 기반 처리는 어레이를 위한 광원 또는 광원들 및 이러한 광원들을 위한 제어 전자 장치를 제조하는 데에 또한 유용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 발광 다이오드들이 생성될 수 있고, 다른 실시예들에서는 반도체 레이저 광원들이 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 1103에서, 이러한 광원들은 많은 기술들에 의해 만들어지고, 규소로 제조된 어레이에 결합하도록 부착될 수 있다.
1104에서, 광자 방출기들의 픽셀 어레이가 픽셀 기반 광 변조 시스템에 부착될 수 있다. 광 변조 시스템은 병렬로 생성될 수 있으며, 조립 단계에서 픽셀 기반 설계와 정렬되도록 설계될 수 있다. 표준 반도체 처리 조건들에서 처리를 계속함으로써 광자 방출기 어레이 상에 직접 셀을 제조하는 것이 또한 가능할 수 있다. 일부 실시예들에서 단계들의 순서가 상이한 것이 가능할 수 있으며, 광 변조 시스템이 반도체 처리 단계들에서 생성되는 경우, 광 변조 시스템은 광원들이 만들어지거나 부착되기 전에 제조될 수 있거나, 광자 픽셀 어레이가 만들어지기 전에 제조될 수 있다.
일부 실시예들에서, 1105에서, 광원을 갖는 결과적인 어레이가 또한 렌즈 시스템에 부착될 수 있다. 렌즈 시스템은 정적 렌즈들, 능동 렌즈들 또는 둘 모두의 조합으로 구성될 수 있다. 능동 렌즈들의 경우, 일부 실시예들은 소형 메니스커스 기반 렌즈들을 사용할 수 있다. 메니스커스 기반 렌즈들의 복잡한 설계의 경우, 사용되는 다수의 전극들이 있는 경우에는 렌즈는 초점 특성을 조절할 뿐만 아니라 렌즈의 초점의 위치를 병진이동식으로 조절하는 능력을 가질 수 있다.
1106에서, 설명된 요소들의 시스템이 동력공급형 매체 삽입체 피스의 상호접속 특징부들에 전기적으로 부착될 수 있다. 일부 실시예들에서, 이러한 부착은 이미 형성된 삽입체에 대해 일어날 수 있거나, 1107에서, 일부 실시예들에서 이미징 시스템에 부착된 삽입체 피스가 다른 하나의 삽입체 피스 또는 다른 삽입체 피스들에 부착되어, 광자 기반 이미징 시스템을 포함하는 삽입체 장치를 형성할 수 있다. 1108에서, 형성된 삽입체가 눈 스커트 내에 봉지될 때 또는 대안적으로 삽입체가 사전 형성된 스커트 상에 또는 다른 렌즈 상에 배치될 때, 눈에 착용하기 위한 안과용 장치가 형성될 수 있다.

Claims (20)

  1. 안과용 장치(ophthalmic device)의 구성 방법으로서,
    광자 방출기(photonic emitter)들의 어레이(array)를 제조하는 단계;
    상기 광자 방출기들의 어레이에 광원을 부착하는 단계;
    상기 광자 방출기들의 어레이를 포함하는 구성요소를 제1 매체 삽입체 피스(media insert piece) 내의 동력공급형 시스템(energized system)의 상호접속부들에 부착하는 단계; 및
    상기 제1 매체 삽입체 피스와 적어도 제2 매체 삽입체 피스를 조합함으로써 삽입체를 형성하는 단계를 포함하는, 안과용 장치의 구성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광자 방출기들의 어레이를 제조하는 단계에서의 적어도 하나의 단계가 반도체 처리 도구에서 일어나는, 안과용 장치의 구성 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 광자 방출기들의 어레이를 제조하는 단계는 전자 회로들을 형성하기 위해 또한 처리되는 기재(substrate) 상에서 일어나는, 안과용 장치의 구성 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 광자 방출기들의 어레이에 광 변조 시스템들의 어레이를 부착하는 단계를 추가로 포함하는, 안과용 장치의 구성 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광자 방출기들의 어레이를 포함하는 요소에 렌즈 시스템을 부착하는 단계를 추가로 포함하는, 안과용 장치의 구성 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1 매체 삽입체 피스 상에 또는 그 내에 동력공급 요소(energization element)를 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 안과용 장치의 구성 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 매체 삽입체를 눈 스커트(ophthalmic skirt) 내에 봉지(encapsulating)시키는 단계를 추가로 포함하는, 안과용 장치의 구성 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 매체 삽입체는 눈 스커트 상에 배치되는, 안과용 장치의 구성 방법.
  9. 제1항에 있어서, 나노 광자 방출기들의 어레이의 구조물을 설계하는 단계를 추가로 포함하는, 안과용 장치의 구성 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 설계는 상기 나노 광자 방출기들의 어레이의 등가 강도 출력(equivalent intensity output)의 설계 파라미터를 포함하는, 안과용 장치의 구성 방법.
  11. 망막 상에 데이터를 투사하는 방법으로서,
    나노 광자 요소를 포함하는 투사 시스템(projection system)을 포함하는 안과용 장치를 획득하는 단계; 및
    눈꺼풀이 열린 동안에는 눈 상에, 그리고 상기 눈꺼풀이 닫힌 때에는 눈 표면과 눈꺼풀 사이에 존재하는 소정 위치 내에, 상기 안과용 장치를 배치하는 단계를 포함하는, 망막 상에 데이터를 투사하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 투사 시스템을 활성화시키는 단계를 추가로 포함하는, 망막 상에 데이터를 투사하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 활성화는 상기 안과용 장치의 외부에서 발생하는 신호로부터 일어나는, 망막 상에 데이터를 투사하는 방법.
  14. 제11항에 있어서, 상기 안과용 장치를 사용하여 데이터를 투사하는 단계를 추가로 포함하는, 망막 상에 데이터를 투사하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 투사되는 데이터의 적어도 일부분이 상기 안과용 장치의 메모리 요소에 저장되는, 망막 상에 데이터를 투사하는 방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 투사되는 데이터의 적어도 일부분이 상기 안과용 장치 내의 감지 요소에 의해 수집되는, 망막 상에 데이터를 투사하는 방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 투사되는 데이터의 적어도 일부분이 상기 안과용 장치의 외부에 위치되는 장치로부터 상기 안과용 장치로 전달되는, 망막 상에 데이터를 투사하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 투사되는 데이터의 적어도 일부분이 텍스트 포맷인, 망막 상에 데이터를 투사하는 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 투사되는 데이터의 적어도 일부분이 이미지 포맷인, 망막 상에 데이터를 투사하는 방법.
  20. 제17항에 있어서, 상기 투사되는 데이터의 적어도 일부분이 컬러 이미지 포맷인, 망막 상에 데이터를 투사하는 방법.
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