KR20150032234A - 구배-굴절률형 및 형상화된 액정 층을 포함하는 안과용 장치를 위한 방법 및 기구 - Google Patents

구배-굴절률형 및 형상화된 액정 층을 포함하는 안과용 장치를 위한 방법 및 기구 Download PDF

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프레더릭 에이. 플리치
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넬슨 비. 타비리안
스베틀라나 세락
올레나 우스코바
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Abstract

본 발명은 가변 광학 삽입체를 안과용 렌즈 내에 제공하기 위한 방법 및 기구를 개시한다. 가변 광학 삽입체는 그 내에 상이한 곡률 반경을 갖는 표면을 가질 수 있다. 액정 층이 가변 광학 기능을 제공하도록 사용될 수 있고, 일부 실시예에서, 액정 층을 위한 정렬 층이 반경방향으로 의존적인 방식으로 패턴화될 수 있다. 패턴화는 광학 장치의 굴절률이 구배-굴절률형 또는 GRIN 방식으로 변화하도록 허용할 수 있다. 에너지 공급원이 안과용 렌즈 내에 포함된 가변 광학 삽입체에 전력을 공급할 수 있다. 일부 실시예에서, 안과용 렌즈는 실리콘 하이드로겔로부터 캐스트 성형된다. 다양한 안과용 렌즈 엔티티는 광학 특성을 전기적으로 제어하기 위한 전기 활성 액정 층을 포함할 수 있다.

Description

구배-굴절률형 및 형상화된 액정 층을 포함하는 안과용 장치를 위한 방법 및 기구{METHOD AND APPARATUS FOR OPHTHALMIC DEVICES INCLUDING GRADIENT-INDEXED AND SHAPED LIQUID CRYSTAL LAYERS}
관련 출원과의 상호 참조
본 출원은 2013년 9월 17일자로 출원된 미국 가출원 제61/878,723호에 대한 우선권을 주장한다.
본 발명은 가변 광학 능력을 갖는 안과용 렌즈 장치(ophthalmic lens device)와, 보다 구체적으로는, 일부 실시예에서, 액정 요소를 이용하는 가변 광학 삽입체(variable optic insert)를 갖는 안과용 렌즈의 제조를 기술한다.
전통적으로, 안과용 렌즈, 예컨대 콘택트 렌즈(contact lens) 또는 안내 렌즈(intraocular lens)는 사전 결정된 광학 품질을 제공하였다. 콘택트 렌즈는 예를 들어 하기 중 하나 이상을 제공할 수 있다: 시력 교정 기능성; 미용 향상; 및 치료 효과, 그러나 시력 교정 기능들만의 세트. 각각의 기능은 렌즈의 물리적 특성에 의해 제공된다. 기본적으로, 렌즈에 굴절 품질을 포함시키는 설계는 시력 교정 기능성을 제공한다. 렌즈에 포함된 안료가 미용 향상을 제공할 수 있다. 렌즈에 포함된 활성제가 치료 기능성을 제공할 수 있다.
현재까지, 안과용 렌즈 내의 광학 품질은 렌즈의 물리적 특성으로 설계되었다. 일반적으로, 광학 설계가 결정되고, 이어서 예를 들어 캐스트 성형(cast molding) 또는 선반가공(lathing)을 통한 렌즈의 제조 동안에 렌즈에 부여되었다. 렌즈의 광학 품질은 일단 렌즈가 형성되고 나면 변화 없이 유지되었다. 그러나, 착용자는 때때로 시력 조절(sight accommodation)을 제공하기 위해 이들이 한 가지 초과의 초점력(focal power)을 이용할 수 있는 것이 유리하다는 것을 알 수 있다. 광학 교정을 변화시키기 위해 안경을 바꿀 수 있는 안경 착용자와 달리, 콘택트 렌즈 착용자 또는 안내 렌즈 착용자는 상당한 노력 또는 콘택트 렌즈 또는 안내 렌즈와의 안경의 보완 없이 그들의 시력 교정의 광학 특성을 변화시킬 수 없었다.
따라서, 본 발명은 동력공급될 수 있고 안과용 장치 내로 포함될 수 있으며 장치의 광학 품질을 변화시킬 수 있는, 액정 요소를 가진 가변 광학 삽입체에 관련된 혁신을 포함한다. 그러한 안과용 장치의 예는 콘택트 렌즈 또는 안내 렌즈를 포함할 수 있다. 또한, 액정 요소를 가진 가변 광학 삽입체를 구비한 안과용 렌즈를 형성하기 위한 방법 및 기구가 제공된다. 일부 실시예는 또한 가변 광학부를 추가로 포함하는 강성 또는 성형성 동력공급형 삽입체(rigid or formable energized insert)를 가진 캐스트 성형된 실리콘 하이드로겔 콘택트 렌즈를 포함할 수 있으며, 삽입체는 생체적합성 방식으로 안과용 렌즈 내에 포함된다.
따라서, 본 발명은 가변 광학 삽입체를 가진 안과용 렌즈, 가변 광학 삽입체를 가진 안과용 렌즈를 형성하기 위한 기구, 및 이를 제조하기 위한 방법의 개시 내용을 포함한다. 에너지 공급원이 가변 광학 삽입체 상으로 침착되거나 조립될 수 있으며, 삽입체는 제1 금형 부분품(mold part) 및 제2 금형 부분품 중 하나 또는 둘 모두에 근접하게 배치될 수 있다. 반응성 단량체 혼합물을 포함하는 조성물(이하에서 반응성 단량체 혼합물로 지칭됨)이 제1 금형 부분품과 제2 금형 부분품 사이에 배치된다. 제1 금형 부분품은 제2 금형 부분품에 근접하게 위치되어 렌즈 공동을 형성하고, 이때 동력공급형 매체 삽입체 및 반응성 단량체 혼합물의 적어도 일부가 렌즈 공동 내에 있게 되며; 반응성 단량체 혼합물은 화학 방사선에 노출되어 안과용 렌즈를 형성한다. 렌즈는 반응성 단량체 혼합물이 노출되는 화학 방사선의 제어를 통해 형성된다. 일부 실시예에서, 안과용 렌즈 스커트(skirt) 또는 삽입체 봉지 층은 표준 하이드로겔 안과용 렌즈 제형을 포함할 수 있다. 다수의 삽입체 재료에 대해 허용가능한 부합을 제공할 수 있는 특성을 가진 예시적인 재료는 예를 들어 나라필콘(Narafilcon) 계열(나라필콘 A 및 나라필콘 B를 포함함), 에타필콘(Etafilcon) 계열(에타필콘 A를 포함함), 갈리필콘(Galyfilcon) A 및 세노필콘(Senofilcon) A를 포함할 수 있다.
액정 요소를 가진 가변 광학 삽입체를 형성하는 방법 및 생성된 삽입체가 본 발명의 다양한 예시적인 실시예의 중요한 태양이다. 일부 예시적인 실시예에서, 액정은 액정에 대한 휴지 배향(resting orientation)을 설정할 수 있는 2개의 정렬 층들 사이에 위치될 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 정렬 층들은 다양한 방식으로 패턴화될 수 있다. 정렬 층들의 패턴화는 렌즈의 중심 내의 제1 배향으로부터 렌즈의 에지에서의 또는 그 부근에서의 제2 배향으로 매끄럽게 변화하는 패턴을 형성하기 위해 정렬 층 내의 분자들의 정렬이 액정 분자들과 상호작용하도록 수행될 수 있다. 매끄럽게 변화하는 패턴은 구배 패턴으로 분류될 수 있고, 액정 분자들의 배향이 층의 유효 굴절률에 영향을 미칠 수 있기 때문에, 매끄럽게 변화하는 패턴은 또한 구배-굴절률형 패턴을 형성하는 것으로 분류될 수 있다. 이들 2개의 정렬 층은 가변 광학부를 포함하는 기재 층(substrate layer)들 상에 침착된 전극들을 통해 에너지 공급원과 전기 연통될 수 있다. 전극들은 에너지 공급원으로의 중간 상호접속부를 통해, 또는 삽입체 내에 매립된 구성요소를 직접 통해 동력공급될 수 있다.
전극 층들의 동력공급은 구배-굴절률형 패턴으로 패턴화될 수 있는 휴지 배향으로부터 동력공급된 배향으로의 액정의 변화를 유발할 수 있다. 2개의 동력공급 레벨, 즉 온 또는 오프로 동작하는 예시적인 실시예에서, 액정은 하나의 동력공급된 배향만을 가질 수 있다. 동력공급이 일정 비율(scale)의 에너지 레벨을 따라 이루어지는 다른 대안의 예시적인 실시예에서, 액정은 다수의 동력공급된 배향을 가질 수 있다. 동력공급 프로세스가 동력공급 펄스를 통해 상이한 상태들 사이에서 스위칭하게 할 수 있는 경우에 또 다른 추가의 예시적인 실시예가 도출될 수 있다.
분자의 생성된 정렬과 배향은 액정 층을 통과하는 광에 영향을 미쳐서 가변 광학 삽입체의 변화를 유발할 수 있다. 예를 들어, 이러한 정렬과 배향은 굴절 특성에 의해 입사광에 작용할 수 있다. 부가적으로, 이러한 효과는 광의 편광의 변경을 포함할 수 있다. 일부 예시적인 실시예는 가변 광학 삽입체를 포함할 수 있고, 이 경우 동력공급이 렌즈의 초점 특성을 변경한다.
일부 예시적인 실시예에서, 액정 층은 액정 분자를 포함하는 중합성 혼합물이 중합되게 하는 방식으로 형성될 수 있다. 중합체 매트릭스를 형성하기 위해 사용되는 단량체(들)는 부착된 액정 부분을 자체 포함할 수 있다. 중합을 제어함으로써 그리고 단량체 화합물에 부착되지 않은 액정을 포함함으로써, 개별 액정 분자가 위치된 영역을 포함하는 가교결합된 중합체 영역들의 매트릭스가 형성될 수 있다. 일부 용어에서, 격자간 포함된(interstitial included) 액정 분자와의 가교결합되어진 중합된 분자의 조합이 망상구조 배열(network arrangement)로 불릴 수 있다. 정렬 층은 단량체에 부착된 액정 분자의 정렬을 안내하여, 중합된 재료의 망상구조가 안내 정렬 층에 대해 정렬되게 할 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 정렬 층 내로 다양한 방식에 의해 형성되고, 이어서 액정 분자 또는 액정 재료의 망상구조가 구배-굴절률형 패턴을 형성하게 할 수 있는 매끄럽게 변화하는 패턴이 있을 수 있다. 부착된 액정 분자는 중합 동안에 일정 배향으로 로킹되지만, 격자간에 위치된(interstitially located) 액정 분자는 공간 내에서 자유롭게 배향될 수 있다. 어떠한 외부 영향도 존재하지 않는 경우, 자유로운 액정 분자는 정렬된 액정 분자들의 매트릭스에 의해 영향을 받는 그들의 정렬을 가질 것이다.
따라서, 일부 예시적인 실시예에서, 액정 분자를 포함하는 가변 광학 삽입체를 안과용 장치 내에 포함시킴으로써 안과용 장치가 형성될 수 있다. 가변 삽입체는 안과용 장치의 광학 구역 내에 위치될 수 있는 적어도 일부분을 포함할 수 있다. 가변 삽입체는 전방 삽입체 피스(piece) 및 후방 삽입체 피스를 포함할 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 액정 분자는 광학 삽입체의 적어도 제1 부분에 걸친 굴절률이 반경방향 의존성(radial dependence)에 따라 변화할 수 있는 패턴으로 정렬될 수 있다. 반경방향 의존성은 반경방향 거리에 대한 1차적 포물선 의존성(primarily parabolic dependence)을 가질 수 있고, 일부 예시적인 실시예에서 반경방향 의존성은 광학 장치의 중심으로부터의 반경방향 거리에 대한 포물선 및 더 높은 차수의 파라미터 의존성을 가질 수 있다.
전방 및 후방 삽입체 피스들은 그들의 표면들 중 어느 하나 또는 둘 모두가 다양한 방식으로 만곡될 수 있고, 일부 예시적인 실시예에서는, 전방 삽입체 피스 상의 후방 표면의 곡률 반경은 후방 삽입체 피스의 전방 표면의 곡률 반경과는 상이할 수 있다. 대안적인 설명 방식으로, 일부 예시적인 실시예에서, 전방 삽입체 피스는 제1 곡률을 갖는 표면을 구비할 수 있고, 후방 삽입체 피스는 제2 곡률을 갖는 제2 표면을 구비할 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 제1 곡률은 제2 곡률과는 상이할 수 있다. 렌즈 내로 그리고 삽입체 내로 에너지 공급원이 포함될 수 있고, 일부 실시예에서는, 에너지 공급원은 에너지 공급원의 적어도 일부분이 장치의 비-광학 구역 내에 있는 상태로 위치될 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 액정 재료를 포함하는 구배-굴절률형 층은 삽입체 표면들의 상이한 반경들의 효과를 보완하는 광학 효과를 유발하는 것이 가능할 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 안과용 장치는 콘택트 렌즈일 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 안과용 장치의 삽입체는 비-제한적 예로서 인듐 주석 산화물(ITO)과 같은 투명 재료를 포함하는 다양한 재료로 제조된 전극을 포함할 수 있다. 제1 전극이 전방 곡선 피스의 후방 표면에 근접하게 위치될 수 있고, 제2 전극이 후방 곡선 피스의 전방 표면에 근접하게 위치될 수 있다. 제1 및 제2 전극들을 가로질러 전위가 인가될 때, 전극들 사이에 위치된 액정 층을 가로질러 전기장이 확립될 수 있다. 액정 층을 가로지른 전기장의 인가는 층 내의 자유로운 액정 분자가 전기장과 물리적으로 정렬되게 할 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 자유로운 액정 분자는 중합체의 망상구조 내의 격자간 영역에 위치될 수 있고, 일부 예시적인 실시예에서, 중합체 골격은 정렬 층에 의해 중합 동안에 정렬될 수 있는 화학적으로 결합된 액정 분자를 포함할 수 있다. 액정 분자가 전기장과 정렬될 때, 이러한 정렬은 광선이 액정 분자를 포함하는 층을 가로지름에 따라 광선이 인지할 수 있는 광학 특성의 변화를 유발할 수 있다. 비-제한적 예는 굴절률이 정렬의 변화에 의해 변경될 수 있다는 것일 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 광학 특성의 변화는 액정 분자를 포함하는 층을 포함하는 렌즈의 초점 특성의 변화를 초래할 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 기술된 바와 같은 안과용 장치는 프로세서를 포함할 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 기술된 바와 같은 안과용 장치는 전기 회로를 포함할 수 있다. 전기 회로는 안과용 장치 내에서 흐르는 전류를 제어하거나 지향시킬 수 있다. 전기 회로는 에너지 공급원으로부터 제1 및 제2 전극 요소들로 흐르는 전류를 제어할 수 있다.
삽입체 장치는 일부 예시적인 실시예에서 전방 삽입체 피스 및 후방 삽입체 피스 이외의 것도 포함할 수 있다. 전방 삽입체 피스와 후방 삽입체 피스 사이에 중간 피스 또는 피스들이 위치될 수 있다. 일례에서, 액정 포함 층이 전방 삽입체 피스와 중간 피스 사이에 위치될 수 있다. 중간 피스는 또한 중간 곡선 피스로 지칭될 수 있다. 가변 삽입체는 안과용 장치의 광학 구역 내에 위치될 수 있는 적어도 일부분을 포함할 수 있다. 전방, 중간 및 후방 삽입체 피스는 그들의 표면들 중 어느 하나 또는 둘 모두가 다양한 방식으로 만곡될 수 있고, 일부 예시적인 실시예에서는, 전방 삽입체 피스 상의 후방 표면의 곡률 반경은 중간 삽입체 피스의 전방 표면의 곡률 반경과는 상이할 수 있다. 렌즈 내로 그리고 삽입체 내로 에너지 공급원이 포함될 수 있고, 일부 예시적인 실시예에서는, 에너지 공급원은 에너지 공급원의 적어도 일부분이 장치의 비-광학 구역 내에 있는 상태로 위치될 수 있다.
전방 삽입체 피스, 후방 삽입체 피스 및 적어도 제1 중간 삽입체 피스를 가진 삽입체는 적어도 제1 액정 분자를 포함할 수 있고, 액정 분자 또는 분자들은 또한 격자간에 위치된 액정 분자의 중합체 망상구조화된 영역에서 발견될 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 정렬 층 내로 다양한 방식에 의해 형성되고, 이어서 액정 분자 또는 액정 재료의 망상구조가 구배-굴절률형 패턴을 형성하게 할 수 있는 매끄럽게 변화하는 패턴이 있을 수 있다. 구배-굴절률형 패턴의 일부 예시적인 실시예에서, 액정 분자는 광학 삽입체의 적어도 제1 부분에 걸친 굴절률이 반경방향 의존성에 따라 변화할 수 있는 패턴으로 정렬될 수 있다. 반경방향 의존성은 반경방향 거리에 대한 1차적 포물선 의존성을 가질 수 있고, 일부 예시적인 실시예에서 반경방향 의존성은 광학 장치의 중심으로부터의 반경방향 거리에 대한 포물선 및 더 높은 차수의 파라미터 의존성을 가질 수 있다.
전방 삽입체 피스, 후방 삽입체 피스 및 적어도 제1 중간 삽입체 피스를 갖는 일부 예시적인 실시예에서, 안과용 장치는 콘택트 렌즈일 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 전방 삽입체 피스, 후방 삽입체 피스 및 적어도 제1 중간 삽입체 피스를 갖는 안과용 장치의 삽입체는 비-제한적 예로서 ITO와 같은 투명 재료를 포함하는 다양한 재료로 제조된 전극을 포함할 수 있다. 제1 전극이 삽입체 전방 곡선 피스로도 지칭될 수 있는 전방 곡선 피스의 후방 표면에 근접하게 위치될 수 있고, 제2 전극이 중간 피스의 전방 표면에 근접하게 위치될 수 있다. 제1 및 제2 전극들을 가로질러 전위가 인가될 때, 전극들 사이에 위치된 액정 층을 가로질러 전기장이 확립될 수 있다. 액정 층을 가로지른 전기장의 인가는 층 내의 액정 분자가 전기장과 물리적으로 정렬되게 할 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 액정 분자는 격자간에 위치된 액정 재료의 중합체 망상구조화된 영역 내에 위치될 수 있다. 액정 분자가 전기장과 정렬될 때, 이러한 정렬은 광선이 액정 분자를 포함하는 층을 가로지름에 따라 광선이 인지할 수 있는 광학 특성의 변화를 유발할 수 있다. 비-제한적 예는 굴절률이 정렬의 변화에 의해 변경될 수 있다는 것일 수 있다. 일부 실시예에서, 광학 특성의 변화는 액정 분자를 포함하는 층을 포함하는 렌즈의 초점 특성의 변화를 초래할 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 중간 피스는 함께 결합되는 다수의 피스를 포함할 수 있다.
삽입체 장치가 전방 삽입체 피스, 후방 삽입체 피스 및 중간 피스 또는 피스들로 구성될 수 있는 일부 예시적인 실시예에서, 전방 삽입체 피스와 중간 피스 사이에 또는 중간 피스와 후방 삽입체 피스 사이에 액정 포함 층이 위치될 수 있다. 게다가, 가변 삽입체 장치 내에 편광 요소가 또한 위치될 수 있다. 가변 삽입체는 안과용 장치의 광학 구역 내에 위치될 수 있는 적어도 일부분을 포함할 수 있다. 전방, 중간 및 후방 삽입체 피스들은 그들의 표면들 중 어느 하나 또는 둘 모두가 다양한 방식으로 만곡될 수 있고, 일부 예시적인 실시예에서는, 전방 삽입체 피스 상의 후방 표면의 곡률 반경은 중간 삽입체 피스의 전방 표면의 곡률 반경과는 상이할 수 있다. 렌즈 내로 그리고 삽입체 내로 에너지 공급원이 포함될 수 있고, 일부 예시적인 실시예에서는, 에너지 공급원은 에너지 공급원의 적어도 일부분이 장치의 비-광학 구역 내에 있는 상태로 위치될 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 피스라기보다는 가변 광학 삽입체 내의 표면을 참조하는 것이 가능할 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 안과용 렌즈 장치가 형성될 수 있으며, 여기서 가변 광학 삽입체가 안과용 렌즈 장치 내에 위치될 수 있고, 여기서 가변 광학 삽입체의 적어도 일부분이 렌즈 장치의 광학 구역 내에 위치될 수 있다. 이들 예시적인 실시예는 만곡된 전방 표면 및 만곡된 후방 표면을 포함할 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 전방 표면 및 후방 표면은 적어도 제1 챔버를 형성하도록 구성될 수 있다. 안과용 렌즈 장치는 또한, 비-광학 구역을 포함하는 적어도 일정 영역에서 삽입체 내에 매립된 에너지 공급원을 포함할 수 있다. 안과용 렌즈 장치는 또한 챔버 내에 위치된 액정 재료를 포함하는 층을 포함할 수 있고, 이 경우 층은 가변 광학 삽입체의 적어도 제1 부분에 걸친 굴절률이 반경방향 의존성에 따라 변화하는 패턴으로 정렬된 액정 재료의 영역을 포함한다.
일부 예시적인 실시예에서, 콘택트 렌즈 장치가 형성될 수 있으며, 여기서 가변 광학 삽입체가 안과용 렌즈 장치 내에 위치될 수 있고, 여기서 가변 광학 삽입체의 적어도 일부분이 렌즈 장치의 광학 구역 내에 위치될 수 있다. 이들 예시적인 실시예는 만곡된 전방 표면 및 만곡된 후방 표면을 포함할 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 전방 표면 및 후방 표면은 적어도 제1 챔버 또는 적어도 하나의 챔버를 형성하도록 구성될 수 있다. 콘택트 렌즈 장치는 또한 챔버 내에 위치된 액정 재료를 포함하는 층을 포함할 수 있고, 이 경우 층은 가변 광학 삽입체의 적어도 제1 부분에 걸친 또는 하나의 챔버의 적어도 일부분에 걸친 굴절률이 반경방향 의존성에 따라 변화하는 패턴으로 정렬된 액정 재료의 영역을 포함한다.
일부 예시적인 실시예에서, 콘택트 렌즈 장치가 형성될 수 있으며, 여기서 가변 광학 삽입체가 안과용 렌즈 장치 내에 위치될 수 있고, 여기서 가변 광학 삽입체의 적어도 일부분이 렌즈 장치의 광학 구역 내에 위치될 수 있다. 콘택트 렌즈 장치는 또한 챔버 내에 위치된 액정 재료를 포함하는 층을 포함할 수 있고, 이 경우 층은 가변 광학 삽입체의 적어도 제1 부분에 걸친 굴절률이 반경방향 의존성에 따라 변화하고 층의 적어도 제1 표면이 만곡될 수 있는 패턴으로 정렬된 액정 재료의 영역을 포함한다.
일부 예시적인 실시예에서, 안과용 렌즈 장치가 형성될 수 있으며, 여기서 가변 광학 삽입체가 안과용 렌즈 장치 내에 위치될 수 있고, 여기서 가변 광학 삽입체의 적어도 일부분이 렌즈 장치의 광학 구역 내에 위치될 수 있다. 이들 실시예는 만곡된 전방 표면 및 만곡된 후방 표면을 포함할 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 제1 만곡된 전방 표면 및 제1 만곡된 후방 표면은 적어도 제1 챔버를 형성하도록 구성될 수 있다. 제2 만곡된 전방 표면 및 제2 만곡된 후방 표면은 적어도 제2 챔버를 형성하도록 구성될 수 있다. 안과용 렌즈 장치는 또한 제1 챔버 내에 위치된 액정 재료를 포함하는 층을 포함할 수 있고, 이 경우 층은 가변 광학 삽입체의 적어도 제1 부분에 걸친 굴절률이 반경방향 의존성에 따라 변화하는 패턴으로 정렬된 액정 재료의 영역을 포함한다. 안과용 렌즈 장치는 또한, 비-광학 구역을 포함하는 적어도 일정 영역에서 삽입체 내에 매립된 에너지 공급원을 포함할 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 안과용 렌즈는 콘택트 렌즈일 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 콘택트 렌즈 장치가 형성될 수 있으며, 여기서 가변 광학 삽입체가 안과용 렌즈 장치 내에 위치될 수 있고, 여기서 가변 광학 삽입체의 적어도 일부분이 렌즈 장치의 광학 구역 내에 위치될 수 있다. 콘택트 렌즈는 만곡된 제1 전방 표면 및 만곡된 제1 후방 표면을 포함할 수 있으며, 여기서 제1 전방 표면 및 제1 후방 표면은 적어도 제1 챔버를 형성하도록 구성된다. 콘택트 렌즈는 또한, 만곡된 제1 전방 표면의 후방 표면에 근접한 전극 재료의 제1 층을 포함할 수 있다. 콘택트 렌즈는 또한, 삽입체 후방 곡선 피스로 고려될 수도 있는 제1 후방 곡선 피스의 전방 표면에 근접한 전극 재료의 제2 층을 포함할 수 있다. 콘택트 렌즈는 또한 제1 챔버 내에 위치된 액정 재료를 포함하는 제1 층을 포함할 수 있고, 여기서 이 층은 일정 패턴으로 정렬된 액정 재료의 영역을 포함하며, 가변 광학 삽입체의 적어도 제1 부분에 걸친 굴절률이 반경방향에 따라 변화하고, 액정 재료를 포함하는 제1 층은 그의 굴절률을 변화시켜, 전극 재료의 제1 층과 전극 재료의 제2 층에 걸쳐 전위가 인가될 때 액정 재료의 제1 층을 횡단하는 광선에 영향을 미친다. 콘택트 렌즈 장치는 부가적으로, 만곡된 제2 전방 표면 및 만곡된 제2 후방 표면을 포함할 수 있으며, 여기서 제2 전방 표면 및 제2 후방 표면은 적어도 제2 챔버를 형성하도록 구성된다. 콘택트 렌즈 장치는 또한, 만곡된 제2 전방 표면의 후방 표면에 근접한 전극 재료의 제3 층, 및 제2 후방 곡선 피스의 전방 표면에 근접한 전극 재료의 제4 층을 포함할 수 있다. 제2 챔버 내에 위치된 액정 재료를 포함하는 제2 층이 또한 포함될 수 있고, 여기서 이 층은 일정 패턴으로 정렬된 액정 재료의 영역을 포함하며, 가변 광학 삽입체의 적어도 제1 부분에 걸친 굴절률이 반경방향 의존성에 따라 변화하고, 액정 재료를 포함하는 제2 층은 그의 굴절률을 변화시켜, 전극 재료의 제3 층과 전극 재료의 제4 층에 걸쳐 전위가 인가될 때 액정 재료를 포함하는 제1 층을 횡단하는 광선에 영향을 미친다. 콘택트 렌즈는 또한, 비-광학 구역을 포함하는 적어도 일정 영역에서 삽입체 내에 매립된 에너지 공급원을 포함할 수 있다. 콘택트 렌즈는 또한, 프로세서를 포함하는 전기 회로를 포함할 수 있으며, 여기서 전기 회로는 에너지 공급원으로부터 제1, 제2, 제3 또는 제4 전극 층들 중 하나 이상으로의 전기 에너지의 흐름을 제어한다. 그리고, 콘택트 렌즈의 가변 광학 삽입체는 또한 안과용 렌즈의 초점 특성을 변경할 수 있다.
본 발명의 상기 및 다른 특징과 이점은 첨부 도면에 도시된 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예의 하기의 보다 구체적인 설명으로부터 명백할 것이다.
<도 1>
도 1은 본 발명의 일부 실시예를 구현하는 데 유용할 수 있는 예시적인 금형 조립체 기구 구성요소를 도시하는 도면.
<도 2a 및 도 2b>
도 2a 및 도 2b는 가변 광학 삽입체 실시예를 가진 예시적인 동력공급형 안과용 렌즈를 도시하는 도면.
<도 3a>
도 3a는 가변 광학 삽입체의 전방 및 후방 곡선 피스들이 상이한 곡률을 가질 수 있고 가변 광학부가 액정으로 구성될 수 있는 가변 광학 삽입체의 단면도.
<도 3b>
도 3b는 가변 광학부가 격자간에 위치된 액정의 중합체 망상구조화된 영역으로 구성될 수 있는 가변 광학 삽입체를 갖는 안과용 렌즈 장치 실시예의 단면도.
<도 4a 및 도 4b>
도 4a 및 도 4b는 3차원 형상을 가진 다양한 실시예와 관련될 수 있고 이에 대한 관련성을 설명할 수 있는 평탄화된 실시예에서의 예시적인 구배-굴절률형 패턴을 도시하는 도면.
<도 4c, 도 4d 및 도 4e>
도 4c, 도 4d 및 도 4e는 액정 분자에 대한 정렬 층의 영향 및 예시적인 방식으로의 패턴의 형성을 도시하는 예시적인 도면.
<도 4f>
도 4f는 액정 층의 구배-굴절률형 패턴화의 효과에 대한 예시적인 모델 및 모델링될 수 있는 생성되는 초점 특성을 도시하는 도면.
<도 5a>
도 5a는 가변 광학부가 형상화된 삽입체 피스들 사이의 액정 분자의 구배-굴절률형 영역으로 구성될 수 있는 가변 광학 삽입체의 예시적인 실시예를 도시하는 도면.
<도 5b>
도 5b는 가변 광학부가 격자간 액정 분자를 가진 망상구조화된 중합체 액정 분자의 구배-굴절률형 영역으로 구성될 수 있는 가변 광학 삽입체의 예시적인 실시예를 도시하는 도면. 층을 포함하는 액정은 형상화된 삽입체 피스들 사이에 도시됨.
<도 5c>
도 5c는 가변 광학부가 형상화된 삽입체 피스들 사이의 액정 분자의 구배-굴절률형 영역으로 구성될 수 있고 층을 가로질러 부여된 전기장이 없어 휴지 배향으로 있을 수 있는 가변 광학 삽입체의 예시적인 실시예의 근접도.
<도 5d>
도 5d는 가변 광학부가 형상화된 삽입체 피스들 사이의 액정 분자의 구배-굴절률형 영역으로 구성될 수 있고 층을 가로질러 부여된 전기장이 있어서 동력공급된 배향으로 있을 수 있는 가변 광학 삽입체의 예시적인 실시예의 근접도.
<도 6>
도 6은 가변 광학부가 형상화된 삽입체 피스들 사이의 액정 분자의 구배-굴절률형 영역으로 구성될 수 있는 삽입체를 포함하는 가변 광학 렌즈의 대안의 실시예를 도시하는 도면.
<도 7>
도 7은 형상화된 삽입체 피스들 사이의 액정 분자의 구배-굴절률형 영역으로 구성될 수 있는 가변 광학 삽입체를 가진 안과용 렌즈를 형성하기 위한 예시적인 방법 단계들을 도시하는 도면.
<도 8>
도 8은 형상화된 삽입체 피스들 사이의 액정 분자의 구배-굴절률형 영역으로 구성된 가변 광학 삽입체를 안과용 렌즈 금형 부분품 내로 배치하기 위한 기구 구성요소의 예를 도시하는 도면.
<도 9>
도 9는 본 발명의 일부 실시예를 구현하기 위해 사용될 수 있는 프로세서를 도시하는 도면.
본 발명은 가변 광학부가 액정 또는 그 자체가 액정 구성성분을 포함하는 복합 재료로 구성되는 가변 광학 삽입체를 가진 안과용 렌즈를 제조하기 위한 방법 및 기구를 포함한다. 또한, 본 발명은 안과용 렌즈 내로 포함되는 액정으로 구성된 가변 광학 삽입체를 가진 안과용 렌즈를 포함한다.
본 발명에 따르면, 안과용 렌즈에는 매립된 삽입체 및 에너지를 위한 저장 수단으로서 전기화학 전지 또는 배터리와 같은 에너지 공급원이 형성된다. 일부 예시적인 실시예에서, 에너지 공급원을 포함하는 재료는 봉지되어 안과용 렌즈가 그 내부에 배치되는 환경으로부터 격리될 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 에너지 공급원은 1차적인 또는 재충전가능한 구성으로 사용될 수 있는 전기화학 전지 화학을 포함할 수 있다.
착용자-제어식 조절 장치가 광학부를 변화시키기 위해 사용될 수 있다. 조절 장치는 예를 들어 전압 출력을 증가시키거나 감소시키기 위한 또는 에너지 공급원과 결합시키거나 분리시키기 위한 전자 장치 또는 수동 장치(passive device)를 포함할 수 있다. 일부 예시적인 실시예는 또한 측정된 파라미터 또는 착용자 입력에 따라 자동화된 기구를 통해 가변 광학부를 변화시키기 위한 자동화된 조절 장치를 포함할 수 있다. 착용자 입력은 예를 들어 무선 기구에 의해 제어되는 스위치를 포함할 수 있다. 무선은 예를 들어 무선 주파수 제어(radio frequency control), 자기 스위칭(magnetic switching), 광의 패턴화된 방사 및 인덕턴스 스위칭(inductance switching)을 포함할 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 생물학적 기능에 응답하여 또는 안과용 렌즈 내의 감지 요소의 측정에 응답하여 활성화가 이루어질 수 있다. 다른 예시적인 실시예는 비-제한적 예로서 주변 조명 조건의 변화에 의해 촉발되는 활성화로부터 형성될 수 있다.
전극의 동력공급에 의해 생성된 전기장이 액정 층 내에서의 재정렬을 유발하여 휴지 배향으로부터 동력공급된 배향으로 분자를 변화시킬 때 광학 굴절력의 변화가 이루어질 수 있다. 다른 대안의 예시적인 실시예에서, 전극의 동력공급에 의한 액정 층의 변경에 의해 유발되는 다양한 효과들, 예를 들어 광 편광 상태, 특히 편광 회전의 변화에 의한 효과가 이용될 수 있다.
액정 층을 가진 일부 예시적인 실시예에서, 안과용 렌즈의 비-광학 구역 부분 내에 동력공급될 수 있는 요소들이 있을 수 있는 반면, 다른 예시적인 실시예는 동력공급을 필요로 하지 않을 수 있다. 동력공급이 없는 예시적인 실시예에서, 액정은 일부 외부 인자, 예를 들어 주변 온도 또는 주변 광에 기초하여 수동적으로 가변적일 수 있다.
액정 렌즈는 그의 본체에 입사하는 편광된 광에 전기적으로 가변적인 굴절률을 제공할 수 있다. 광축 배향이 제1 렌즈에 대해 제2 렌즈 내에서 회전되는 2개의 렌즈의 조합이 주변 비-편광된 광에 대해 굴절률을 변화시키는 것이 가능할 수 있는 렌즈 요소를 허용한다.
전기적으로 활성인 액정 층을 전극과 조합함으로써, 전극에 걸쳐 전기장을 인가함으로써 제어될 수 있는 물리적 엔티티(entity)가 도출될 수 있다. 액정 층의 주연부 상에 존재하는 유전체 층이 있는 경우, 유전체 층에 걸친 전기장과 액정 층에 걸친 전기장이 전극에 걸친 전기장 내로 조합될 수 있다. 3차원 형상에서, 층들에 걸친 전기장들의 조합의 특성이 전기역학적 원리 및 유전체 층과 액정 층의 기하학적 형상에 기초하여 추정될 수 있다. 유전체 층의 유효 전기적 두께가 불균일한 방식으로 형성되는 경우, 전극에 걸친 전기장의 효과는 유전체의 유효 형상에 의해 "형상화"되어 액정 층 내에서의 굴절률의 치수적으로 형상화된 변화를 생성할 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 그러한 형상화는 가변 초점 특성을 채택하는 능력을 갖는 렌즈를 생성할 수 있다.
액정 층을 포함하는 물리적 렌즈 요소가 상이한 초점 특성을 갖도록 그들 자체가 형상화될 때 대안의 예시적인 실시예가 도출될 수 있다. 이때, 액정 층의 전기적으로 가변적인 굴절률은 전극의 사용을 통한 액정 층에 걸친 전기장의 인가에 기초하여 렌즈의 초점 특성의 변화를 도입하기 위해 사용될 수 있다. 액정 층의 굴절률은 유효 굴절률로 지칭될 수 있고, 굴절률에 관한 각각의 처리를 유효 굴절률을 동등하게 언급하는 것으로 간주하는 것이 가능할 수 있다. 유효 굴절률은 예를 들어 상이한 굴절률을 갖는 다수의 영역의 중첩으로부터 비롯될 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 유효 양태는 다양한 영역 기여분의 평균일 수 있는 한편, 다른 예시적인 실시예에서, 유효 양태는 입사광에 대한 영역 또는 분자 영향의 중첩일 수 있다. 전방 봉쇄 표면(front containment surface)이 액정 층과 이루는 형상과 후방 봉쇄 표면이 액정 층과 이루는 형상은 일차적으로 시스템의 초점 특성을 결정할 수 있다.
하기의 단락에서, 본 발명의 실시예들의 상세한 설명이 제공될 것이다. 바람직한 실시예 및 대안적인 실시예 둘 모두의 설명은 단지 예시적인 실시예이며, 당업자에게는 변형, 수정 및 변경이 명백할 수 있다는 것이 이해된다. 따라서, 상기 예시적인 실시예는 근본적인 본 발명의 범주를 제한하지 않는다는 것이 이해되어야 한다.
용어
본 발명에 관한 이러한 상세한 설명 및 특허청구범위에서, 하기의 정의가 적용될 다양한 용어가 사용될 수 있다:
정렬 층: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 액정 층 내의 분자의 배향에 영향을 미치고 그 배향을 정렬시키는, 액정 층에 인접한 층을 지칭한다. 분자의 생성된 정렬과 배향은 액정 층을 통과하는 광에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 이러한 정렬과 배향은 굴절 특성에 의해 입사광에 작용할 수 있다. 부가적으로, 이러한 효과는 광의 편광의 변경을 포함할 수 있다.
전기 연통: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 전기장에 의해 영향을 받고 있는 것을 지칭한다. 전도성 재료의 경우에, 이 영향은 전류의 흐름으로부터 야기되거나 전류의 흐름을 야기할 수 있다. 다른 재료에서, 예로서 전기력선(field line)을 따라 영구적인 그리고 유도된 분자 쌍극자를 배향시키는 경향과 같은 영향을 야기하는 것은 전위장일 수 있다.
동력공급된: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 전류를 공급할 수 있거나 내부에 전기 에너지를 저장할 수 있는 상태를 지칭한다.
동력공급된 배향: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 에너지 공급원에 의해 전력공급된 전위장의 효과에 의해 영향을 받을 때의 액정의 분자들의 배향을 지칭한다. 예를 들어, 액정을 포함하는 장치는 에너지 공급원이 온 또는 오프로서 동작하는 경우에 하나의 동력공급된 배향을 가질 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 동력공급된 배향은 인가된 에너지의 양에 의해 영향을 받는 비율에 따라 변화할 수 있다.
에너지: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 일을 하는 물리적 시스템의 능력을 지칭한다. 본 발명에서의 많은 용도는 일을 함에 있어서 전기적 동작을 수행할 수 있는 능력에 관련될 수 있다.
에너지 공급원: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 에너지를 공급할 수 있거나 생의학 장치를 동력공급된 상태에 둘 수 있는 장치를 지칭한다.
에너지 하베스터(Energy Harvester): 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 환경으로부터 에너지를 추출하여 그것을 전기 에너지로 변환시킬 수 있는 장치를 지칭한다.
격자 및 격자간: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 중합체의 부분들에 의해 점유되지 않고 다른 원자들 또는 분자들이 존재할 위치일 수 있는, 중합체 망상구조화된 층의 경계 내의 영역을 지칭한다. 전형적으로, 본 명세서에서, 액정 분자 자체는 중합체 망상구조 내의 영역 내에 함께 존재할 수 있고, 따라서 액정이 점유하는 공간은 격자로서 분류될 수 있다.
안내 렌즈: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 안구 내에 매립되는 안과용 렌즈를 지칭한다.
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 실시예는 하나 이상의 첨가제, 예를 들어 UV 차단제, 틴트(tint), 광개시제 또는 촉매, 및 예컨대 콘택트 렌즈 또는 안내 렌즈와 같은 안과용 렌즈에 사람이 필요로 할 수 있는 다른 첨가제를 갖는 렌즈-형성 혼합물을 포함할 수 있다.
렌즈-형성 표면: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 렌즈를 성형하는 데 사용되는 표면을 지칭한다. 일부 예시적인 실시예에서, 임의의 그러한 표면은 광학 품질의 표면 마무리를 가질 수 있는데, 이는 성형 표면과 접촉하는 렌즈-형성 혼합물의 중합에 의해 형성되는 렌즈 표면이 광학적으로 허용가능하도록 표면이 형성되고 충분히 매끄럽다는 것을 나타낸다. 또한, 일부 예시적인 실시예에서, 렌즈-형성 표면은 예를 들어 구면 도수, 비구면 도수 및 난시 도수, 파면 수차 교정 및 각막 토포그래피(topography) 교정을 포함하는 원하는 광학적 특징을 렌즈 표면에 부여하는 데 필요할 수 있는 기하학적 형상을 가질 수 있다.
액정: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 통상의 액체와 고체 결정 사이의 특성을 갖는 물질의 상태를 지칭한다. 액정은 고체로서 특징지어질 수 없지만 그의 분자는 어느 정도의 정렬을 나타낸다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 액정은 특정 상(phase) 또는 구조로 제한되지 않지만, 액정은 특정 휴지 배향을 가질 수 있다. 액정의 배향 및 상은 액정의 부류에 따라 외력, 예를 들어 온도, 자성 또는 전기에 의해 조작될 수 있다.
리튬 이온 전지: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 리튬 이온이 전지를 통해 이동하여 전기 에너지를 발생시키는 전기화학 전지를 지칭한다. 전형적으로 배터리라고 하는 이러한 전기화학 전지는 그의 전형적인 형태에서 에너지를 재공급받거나 재충전될 수 있다.
매체 삽입체 또는 삽입체: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 이는 에너지 공급원을 안과용 렌즈 내에서 지지할 수 있는 성형성 또는 강성 기재를 지칭한다. 일부 예시적인 실시예에서, 매체 삽입체는 또한 하나 이상의 가변 광학부를 포함한다.
금형: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 비경화 제형으로부터 렌즈를 형성하기 위해 사용될 수 있는 강성 또는 반-강성 물체를 지칭한다. 일부 바람직한 금형은 전방 곡면 금형 부분품 및 후방 곡면 금형 부분품을 형성하는 2개의 금형 부분품을 포함한다.
안과용 렌즈 또는 렌즈: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 눈 안에 또는 눈 위에 존재하는 임의의 안과용 장치를 지칭한다. 이들 장치는 광학 교정 또는 변경을 제공할 수 있거나 미용을 위한 것일 수 있다. 예를 들어, 용어 "렌즈"는 콘택트 렌즈, 안내 렌즈, 오버레이 렌즈(overlay lens), 안구 삽입체(ocular insert), 광학 삽입체, 또는 그를 통해 시력이 교정되거나 변경되게 하는 또는 그를 통해 시력을 방해함이 없이 눈 생리학이 미용적으로 향상되게 하는(예를 들어, 홍채 색상) 다른 유사한 장치를 지칭할 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 본 발명의 바람직한 렌즈는, 예를 들어 실리콘 하이드로겔 또는 플루오로하이드로겔을 포함하는 실리콘 탄성중합체 또는 하이드로겔로부터 제조된 소프트 콘택트 렌즈이다.
광학적 또는 광학 구역: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 안과용 렌즈의 착용자가 이를 통해 보는 안과용 렌즈의 영역을 지칭한다.
동력: 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 가진 상태로 복원되는 능력을 지칭한다. 본 발명에서의 많은 용도는 소정의 회복 기간 동안 소정의 비율로 전류를 흘리는 능력에 의해 복원되는 능력에 관계될 수 있다.
재동력공급 또는 재충전: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 보다 높은 일 수행 능력을 갖는 상태로의 에너지 공급원의 복원을 지칭한다. 본 발명에서의 많은 용도는 소정의 회복 시간 주기 동안 소정의 비율로 전류를 흘리는 능력으로 장치를 복원하는 것에 관계될 수 있다.
금형으로부터 이형된: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 렌즈가 금형으로부터 완전히 분리되거나, 단지 느슨하게 부착되어 가벼운 정도의 교반에 의해 제거될 수 있거나 스왑(swab)에 의해 밀려 떼어내질 수 있는 것을 지칭한다.
휴지 배향: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 비-동력공급된 휴지 상태에 있는 액정 장치의 분자의 배향을 지칭한다.
가변 광학: 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 광학 특성, 예를 들어 렌즈의 광학 굴절력 또는 편광 각도를 변화시키는 능력을 지칭한다.
안과용 렌즈
도 1을 참조하면, 밀봉되고 봉지된 삽입체를 포함하는 안과용 장치를 형성하기 위한 기구(100)가 도시되어 있다. 기구는 예시적인 전방 곡선 금형(102) 및 정합하는 후방 곡선 금형(101)을 포함한다. 안과용 장치의 가변 광학 삽입체(104) 및 본체(103)는 전방 곡선 금형(102)과 후방 곡선 금형(101) 내측에 위치될 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 본체(103)의 재료는 하이드로겔 재료일 수 있고, 가변 광학 삽입체(104)는 이러한 재료에 의해 모든 표면 상에서 둘러싸일 수 있다.
가변 광학 삽입체(104)는 (액정을 포함하는 층으로도 불리는) 다수의 액정 층(109, 110)을 포함할 수 있다. 다른 예시적인 실시예는 단일 액정 층을 포함할 수 있는데, 이들 중 일부가 이하의 단락에서 논의된다. 기구(100)의 사용은 다수의 밀봉된 영역을 갖는 구성요소들의 조합을 포함하는 신규한 안과용 장치를 생성할 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 가변 광학 삽입체(104)를 갖는 렌즈는 액정 층(109, 110)을 포함하는 중심 강성 광학 요소가 각자의 전방 및 후방 표면들 상에서 대기 및 각막 표면과 직접 접촉하는 강성 중심 연성 스커트 설계(rigid center soft skirt design)를 포함할 수 있다. 렌즈 재료(전형적으로 하이드로겔 재료)의 연성 스커트는 강성 광학 요소의 주연부에 부착되고, 강성 광학 요소는 또한 생성된 안과용 렌즈에 에너지와 기능성을 부가할 수 있다.
도 2a를 참조하면, 200으로 가변 광학 삽입체의 예시적인 실시예의 평면도가 도시되어 있고, 도 2b를 참조하면, 250으로 그의 단면도가 도시되어 있다. 이 도면에서, 에너지 공급원(210)이 가변 광학 삽입체의 주연부 부분(211)에 도시되어 있다. 에너지 공급원(210)은 예를 들어 박막 재충전가능 리튬 이온 배터리 또는 알칼리 전지 기반 배터리를 포함할 수 있다. 에너지 공급원(210)은 상호접속을 허용하는 상호접속 특징부(214)에 접속될 수 있다. 225와 230의 추가의 상호접속부는 예를 들어 에너지 공급원(210)을 아이템(205)과 같은 회로에 접속시킬 수 있다. 다른 예시적인 실시예에서, 삽입체가 그의 표면 상에 침착된 상호접속 특징부를 가질 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 가변 광학 삽입체(200)는 가요성 기재를 포함할 수 있다. 이러한 가요성 기재는 앞서 논의된 유사한 방식으로 또는 다른 수단에 의해 전형적인 렌즈 형태와 유사한 형상으로 형성될 수 있다. 그러나, 추가의 가요성을 부가하기 위해, 가변 광학 삽입체(200)는 그의 길이를 따라 반경방향 절제부와 같은 부가적인 형상 특징부를 포함할 수 있다. 집적 회로, 개별 구성요소, 수동(passive) 구성요소, 및 또한 포함될 수 있는 그러한 장치와 같은, 205로 지시된 다수의 전자 구성요소가 있을 수 있다.
가변 광학부(220)가 또한 예시되어 있다. 가변 광학부(220)는 가변 광학 삽입체를 통한 전류의 인가를 통해 명령에 따라 변화될 수 있으며, 이는 이어서 전형적으로 액정 층에 걸쳐 확립된 전기장을 변화시킬 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 가변 광학부(220)는 2개의 투명 기재 층들 사이의 액정을 포함하는 얇은 층을 포함한다. 전형적으로 전자 회로(205)의 동작을 통해 가변 광학 구성요소를 전기적으로 작동시키고 제어하는 수많은 방식이 있을 수 있다. 전자 회로(205)는 다양한 방식으로 신호를 수신할 수 있고, 아이템(215)과 같은 삽입체 내에 또한 있을 수 있는 감지 요소에 또한 접속될 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 가변 광학 삽입체는 안과용 렌즈를 형성하기 위해 하이드로겔 재료 또는 다른 적합한 재료로 구성될 수 있는 렌즈 스커트(255) 내에 봉지될 수 있다. 이들 예시적인 실시예에서, 안과용 렌즈는 안과용 스커트(255), 및 그 자체가 액정 재료의 층 또는 영역을 포함하거나 액정 재료를 포함할 수 있는 봉지된 안과용 렌즈 삽입체(200)로 구성될 수 있으며, 일부 예시적인 실시예에서, 층은 격자간에 위치된 액정 재료의 중합체 망상구조화된 영역을 포함할 수 있다.
액정 요소를 포함하는 가변 광학 삽입체
도 3a를 참조하면, 2개의 상이하게 형상화된 렌즈 피스의 렌즈 효과의 예시인 아이템(300)을 볼 수 있다. 이전에 언급된 바와 같이, 본 명세서에서의 본 발명의 가변 광학 삽입체는 전극 및 액정 층 시스템을 2개의 상이하게 형상화된 렌즈 피스 내에 수납함으로써 형성될 수 있다. 이러한 전극 및 액정 층 시스템은 350으로 예시된 바와 같은 렌즈 피스들 사이의 공간을 차지할 수 있다. 320에서 전방 곡선 피스를 볼 수 있고, 310에서 후방 곡선 피스를 볼 수 있다.
비-제한적 예에서, 전방 곡선 피스(320)는 공간(350)과 상호작용하는 오목한 형상의 표면을 가질 수 있다. 이러한 형상은 일부 예시적인 실시예에서 330으로 도시된 곡률 반경과 초점(335)을 갖는 것으로 추가로 특징지어질 수 있다. 다양한 파라미터 특성을 갖는 다른 더 복잡한 형상이 본 발명의 기술의 범주 내에서 형성될 수 있지만, 예시를 위해 간단한 구형 형상이 도시될 수 있다.
유사한 그리고 역시 비-제한적 방식으로, 후방 곡선 피스(310)는 공간(350)과 상호작용하는 볼록한 형상의 표면을 구비할 수 있다. 이러한 형상은 일부 예시적인 실시예에서 340으로 도시된 곡률 반경과 초점(345)을 갖는 것으로 추가로 특징지어질 수 있다. 만곡된 피스들은 그들의 표면의 또는 그들의 삽입체 표면의 상이한 곡률을 갖는 것으로 언급될 수 있다. 동등하게, 이들은 그들의 삽입체 표면의 상이한 반경을 갖는 것으로 언급될 수 있다. 다양한 파라미터 특성을 갖는 다른 더 복잡한 형상이 본 발명의 기술의 범주 내에서 형성될 수 있지만, 예시를 위해 간단한 구형 형상이 도시될 수 있다.
300과 같은 유형의 렌즈가 어떻게 동작할 수 있는지를 예시하기 위해, 아이템(310, 320)을 포함하는 재료는 일정 값의 고유 굴절률을 가질 수 있다. 공간(350) 내에서, 액정 층은 비-제한적 예에서 굴절률에 대한 그러한 값과 부합하도록 선택될 수 있다. 따라서, 광선이 렌즈 피스(310, 320)와 공간(350)을 가로지를 때, 광선은 초점 특성을 조절하는 방식으로 다양한 계면에 반응하지 않을 것이다. 그의 기능에 있어서, 도시되지 않은 렌즈의 부분은 입사 광선에 대한 상이한 굴절률을 취하는 액정 층을 공간(350) 내에 초래할 수 있는 다양한 구성요소의 동력공급을 활성화시킬 수 있다. 비-제한적 예에서, 얻어진 굴절률은 저하될 수 있다. 이제, 각각의 재료 계면에서, 광의 경로가 표면의 초점 특성과 굴절률의 변화에 기초하여 변경되도록 모델링될 수 있다.
이러한 모델은 스넬의 법칙(Snell's law): sin (세타1) / sin (세타2) = n2/n1에 기초할 수 있다. 예를 들어, 계면은 피스(320)와 공간(350)에 의해 형성될 수 있고, 여기서 세타1은 입사 광선이 계면에서 표면 법선과 이루는 각도일 수 있으며, 세타2는 광선이 계면을 떠날 때 광선이 표면 법선과 이루는 모델링된 각도일 수 있고, n2는 공간(350)의 굴절률을 나타낼 수 있으며, n1은 피스(320)의 굴절률을 나타낼 수 있다. n1이 n2와 동일하지 않을 때, 세타1과 세타2가 또한 상이할 것이다. 따라서, 공간(350) 내의 액정 층의 전기적 가변 굴절률이 변화될 때, 광선이 계면에서 취할 경로가 또한 변화될 것이다.
도 3b를 참조하면, 매립된 가변 광학 삽입체(371)를 갖는 안과용 렌즈(360)가 도시되어 있다. 안과용 렌즈(360)는 전방 곡선 표면(370)과 후방 곡선 표면(372)을 구비할 수 있다. 삽입체(371)는 액정 층(374)을 갖는 가변 광학부(373)를 구비할 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 삽입체(371)는 다수의 액정 층(374, 375)을 구비할 수 있다. 삽입체(371)의 일부분이 안과용 렌즈(360)의 광학 구역과 중첩될 수 있다.
도 4a를 참조하면, 구배-굴절률 효과의 도면이 도시된다. 구배-굴절률을 가진 예시적인 실시예에서, 정렬 층은 액정 분자들의 배향을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 배향의 제어 자체는 국지적인 유효 굴절률을 제어할 수 있다. 따라서, 액정 분자들의 배향의 제어는 구배-굴절률형 패턴으로 특징지어질 수 있는 국지적으로 가변적인 유효 굴절률을 형성할 수 있다. 도 4a에서, 다양한 요소가 평탄 요소로 도시된 효과의 예시적인 도면이 도시될 수 있다. 효과적인 광학 장치가 본 명세서에서의 발명의 기술의 일부를 형성할 수 있는, 안내 렌즈 장치 또는 안경에서 유용할 수 있는 것과 같은 평탄 요소로부터 형성될 수 있지만, 도시된 구배-굴절률형 효과를 이용하지만 3차원 형상으로도 형성되는 다수의 실시예가 또한 있을 수 있다. 410에서, 전극(420) 및 정렬 층(425)을 지지할 수 있는 전방 광학 피스를 볼 수 있다. 정렬 층(425)은 다양한 수단에 의해 프로그래밍될 수 있으며, 일부 예는 본 설명에서 이후에 볼 수 있다. 정렬 층은 440에 도시된 것과 같은 전방 광학 피스의 표면에 평행한 특징부로부터 430에 도시된 것과 같은 수직 배향으로, 이들 사이의 배향으로 변화하는 프로그래밍된 정렬을 가질 수 있다. 정렬 층 프로그래밍된 배향의 효과는 액정 층이 구배-굴절률형 패턴을 형성하게 할 수 있다. 액정 분자들은 또한 일부 분자들이 445에 도시된 것과 같은 전방 광학 표면에 평행하게 배향되어 있는 상태 및 일부 분자들이 435에 도시된 것과 같은 전방 광학 표면에 수직하게 배향된 상태뿐만 아니라 이 2가지 극단의 상태 사이의 배향 또는 효과적인 배향으로 정렬될 수 있다. 액정 분자들의 경우, 이러한 변화는 유효 굴절률이 이들 층으로 형성된 광학 장치의 광학 구역에 걸쳐 변화하게 또는 단계적으로 변화하게 할 수 있다. 일부 실시예에서, 405에 도시된 것과 같은 후방 광학 피스가 있을 수 있다. 후방 광학 피스는 역시 전극 층(415) 및 정렬 층(426)을 가질 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 이들 정렬 층은 전방 광학 표면에 대해 한정된 것과 유사한 배향을 취하도록 프로그래밍될 수 있다.
도 4b를 참조하면, 도 4a의 도면은 전기장(401)의 존재가 475 및 485 둘 모두에서 액정 분자들이 전기장에 의해 정렬되게 할 수 있는 것을 입증한다. 전기장의 부재시, 이들 영역(475, 485)은 470 및 480에서 정렬 층의 효과로 인해 상이한 방식으로 정렬되게 될 수 있다. 이들 효과는 전극들(460, 465) 사이의 전기 전위를 확립함으로써 유발될 수 있는 전기장(401)의 확립에 의해 두드러진다.
도 4c를 참조하면, 액정 분자들(441)과 상호작용하는 배향 층(442) 내의 정렬 층 분자들의 예시적인 실시예의 근접도를 볼 수 있다. 비-제한적 예에서, 정렬 층 분자는 아조벤젠 모이어티(Azobenzene moiety)일 수 있다. 아조벤젠 모이어티 내의 페닐기의 배향은 442에 도시된 바와 같이 비교적 선형 방식으로 이루어질 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 아조벤젠 모이어티의 하나의 안정한 구성이 이 모이어티의 방향족 고리 부분을, 고리가 개재하는 이중 결합된 화학 결합의 대향측들 상에 위치되는 트랜스-구성으로 배치할 수 있다. 이는 442에 도시된 구성일 수 있고, 분자의 긴 선형 형상을 생성할 수 있다. 도시된 바와 같이, 액정 분자들과의 예시적인 아조벤젠 모이어티의 상호작용이 이들을 아조벤젠 모이어티의 축을 따라 정렬되게 할 수 있다.
도 4d를 참조하면, 배향 층 내의 분자들의 대안적인 배향의 예시적인 실시예의 근접도가 443에 도시된다. 예시적인 아조벤젠 모이어티의 경우, 443에서의 도시는 고리의 방향족 고리 부분이 시스-구성으로 배향된 아조벤젠 모이어티 골격의 제2 구성을 나타낼 수 있다. 도시된 바와 같이, 이는 분자의 말단 부분을 광학 피스 표면에 더욱 평행한 구성으로 배치할 수 있다. 440에서 액정 분자들은 이제 예시적인 방식으로 정렬 분자들의 평행한 배향과 정렬될 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 442 및 443에서 배향은 액정 층 내로 유효 굴절률의 최대치와 최소치를 부여할 수 있다.
이제 도 4e를 참조하면, 상이한 정렬 층 구성의 조합의 근접도가 예시적인 방식으로 도시된다. 배향이 삽입체 피스 표면에 대해 평행한 구성에 의해 지배되는 영역에서, 액정 분자들은 표면에 주로 평행하게 배향될 수 있다. 대안적으로, 수직 분자들에 의해 지배되는 영역에서, 액정 분자들은 그 부근에서 표면에 수직한 배향으로 주로 정렬될 수 있다. 이들 극단 배향들 사이에서, 분자들은 정렬 분자들의 평균 구성에 기초하여 정렬될 수 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 이는 효과적인 중간 배향을 생성할 수 있다. 이러한 방식으로, 액정 분자들의 배향의 분포는 유효 굴절률이 렌즈 요소의 치수에 걸쳐 하나의 극치로부터 다른 극치로 매끄럽게 변화하는 액정 분자들의 구배-굴절률형 패턴의 생성을 허용하는 방식으로 제어될 수 있다.
도 4f를 참조하면, 본 명세서의 원리에 따른 구배-굴절률형 또는 GRIN 렌즈의 모델링의 도면을 490에서 볼 수 있다. 간단한 모델로서, 렌즈 표면은 평탄화된 형태로 도시되지만, 만곡된 표면에 관련된 원리는 일반화된 만곡된 표면을 따를 수 있다. 따라서, 490의 예시적인 실시예는 구배-굴절률형 층이 도시된 바와 같이 평탄하고, 결과는 본 명세서에 논의된 바와 같이 3차원 형상화 하에서 층의 변형에 대한 것과 유사하고 적용가능한 경우에 대해 도시되어 있다. 구배-굴절률형 렌즈(490)는 도면 상에 "d"로서 모델링된 두께를 가질 수 있고, 반경방향 치수에서 이는 흑색 색상의 상이한 음영으로 도시될 수 있는 굴절률의 구배를 가질 수 있다. 높은 굴절률이 반경방향 치수의 중심(491)에 위치될 수 있고, 감소가 492에 도시된 바와 같이 반경방향을 따라 일어날 수 있다. 구배-굴절률형 효과는 493에 도시된 바와 같이 광의 초점을 맞추는 것을 가능하게 할 수 있다.
정렬 층의 패턴화를 통해 부여될 수 있는 구배-굴절률형 렌즈의 패턴화는 반경방향 위치에 의존하는 매끄러운 변화를 가질 수 있다. 렌즈 표면의 중심이 극좌표에서 (0,0o)의 위치에 할당된 경우, 굴절률은 496에 도시된 바와 같은 예시적인 함수 관계를 취할 수 있다. 굴절률이 반경방향 방식으로 변화하는 구배-굴절률형 렌즈를 나타내는 더욱 일반화된 접근법은 하기의 표면일 수 있다:
[수학식 1]
Figure pat00001
.
496에 도시된 바와 같이, 이러한 일반화된 형태는 굴절률이 하기의 관계에 따라 반경에 의존하는 포물선 관계로 단순화될 수 있다:
[수학식 2]
Figure pat00002
,
액정 기반의 반경방향으로 변화하는 포물선 구배-굴절률형 렌즈의 경우, 수학식 2는 파라미터 A가 수학식 3에 도시된 바와 같이 표현될 수 있는 것으로 추정될 수 있다:
[수학식 3]
Figure pat00003
.
두께 d의 포물선의 반경방향으로 변화하는 GRIN 렌즈의 굴절력은 하기에 의해 표현될 수 있다:
[수학식 4]
Figure pat00004
이는 하기와 같이 초점 길이를 나타내도록 변환될 수 있다:
[수학식 5]
Figure pat00005
.
렌즈의 두께가 렌즈의 반경보다 훨씬 작은 경우, 수학식 5는 작은 수의 사인(sine)이 대략 그 작은 수이기 때문에 단순화될 수 있다. 이는 하기의 GRIN 유형 LC 렌즈에 대해 추정된 초점 길이(495)로 된다:
[수학식 6]
Figure pat00006
.
따라서, 정렬 층의 프로그래밍에서, 구배-굴절률형 렌즈는 액정의 배향이 수학식 2에 도시된 관계를 따르도록 제어되는 것으로 형성될 수 있다. 그러면 액정 층의 두께는 초점 길이가 수학식 6을 따르도록 제어될 수 있다.
도 5a를 참조하면, 안과용 렌즈 내로 삽입될 수 있는 가변 광학부(500)가 액정 층(530)의 배향의 제어를 통해 프로그래밍된 예시적인 반경방향으로 변화하는 굴절률을 갖는 것으로 도시되어 있다. 가변 광학부(500)는 본 명세서의 다른 단락에서 논의되었던 바와 유사한 재료의 다양성 및 구조적 관련성을 가질 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 520 및 545의 투명 전극이 각각 제1 투명 기재(510) 및 제2 투명 기재(550) 상에 배치될 수 있다. 제1(525) 및 제2(540) 렌즈 표면은 유전체 필름, 및 각각 투명 전극 또는 유전체 필름 상에 배치될 수 있는 정렬 층들로 구성될 수 있다. 액정 층의 구배-굴절률형 배향은 기하학적 효과 이상으로 렌즈 요소의 추가의 초점력을 도입할 수 있다.
도 5b로 진행하면, 구배-굴절률형 액정 렌즈(560)에 대한 예시적인 실시예는 액정 중합체 액정 조성물이 채용될 수 있는 것으로 도시될 수 있다. 제1 예에서, 단량체와 액정 분자의 혼합물이 형성될 수 있으며, 이때 조합물은 균질한 혼합물을 형성하도록 가열된다. 다음으로, 혼합물이 제1 곡선 삽입체 피스(561)에 도포되고, 이어서 후방 곡선 또는 중간 삽입체 피스(567)의 추가에 의해 렌즈 삽입체 내에 봉지될 수 있다. 이어서, 액정 혼합물을 포함하는 삽입체는 사전 결정된 조건 하에서 중합하게 되어, 중합된 재료의 가교결합되어진 망상구조화된 영역뿐만 아니라 중합체 망상구조의 격자 내의 액체의 삽입된 영역을 형성할 수 있다. 일부 예에서, 화학 방사선이 중합을 개시하기 위해 혼합물에 노출될 수 있다. 563 및 565의 패턴화된 정렬 층의 존재는 단량체 및 액정 분자(564)를 중합 공정 전에 그리고 그 동안에 도시된 바와 같은 반경방향으로 변화하는 패턴을 형성하게 배향시킬 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 562 및 566에 도시된 바와 같을 수 있는 투명 전극이 있을 수 있다.
중합된 또는 겔화된 영역 내에 액정 분자를 포함시키기 위한 많은 방식이 있을 수 있다. 따라서, 중합체 망상구조화된 액정 층을 생성하는 임의의 방법이 본 발명의 범주 내의 기술을 포함할 수 있고, 구배-굴절률형 반경방향 프로파일이 형성되는 안과용 장치를 생성하기 위해 사용될 수 있다. 이전의 예는 부착된 액정 부분을 갖는 단량체를 사용하여, 결합되지 않은 액정 분자를 위한 격자간 위치를 생성하는 망상구조화된 층을 생성하는 것을 언급하였다. 중합된 단량체의 상태는 중합된 재료의 결정 형태, 반결정 형태 또는 비결정 형태일 수 있거나, 다른 실시예에서는, 또한 중합된 단량체의 겔화된 또는 반-겔화된 형태로서 존재할 수 있다.
도 5a 및 도 5b의 가변 광학부는 본 명세서의 다른 단락에서 논의되었던 바와 유사한 재료의 다양성 및 구조적 관련성에 의해 한정될 수 있는 다른 태양을 가질 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 제1 투명 전극(520)이 제1 투명 기재(510) 상에 배치될 수 있다. 제1 렌즈 표면은 유전체 필름으로, 일부 예시적인 실시예에서는, 제1 투명 전극 상에 배치될 수 있는 정렬 층으로 구성될 수 있다.
도 5c를 참조하면, 아이템(570)은 구배-굴절률형 렌즈와 일관되는 방식으로 정렬된 액정을 포함하는 구배-굴절률형 렌즈의 일부분을 나타낼 수 있다. 액정 분자들의 배향의 일부 변화가 반경방향 거리에 따른 굴절률의 변화에 대해 예시적인 방식으로 도시된다. 제1 삽입체 피스(571), 및 정렬 층(572, 575)을 그 상에 가진 제2 삽입체 피스(576)가 있을 수 있다. 정렬 층은 액정 층(573) 내에서의 액정 분자들(574)의 독립형 배향을 안내할 수 있다.
도 5c와 관련하여 도시된 액정을 포함하는 구배-굴절률 렌즈의 동일한 부분을 도 5d와 관련하여 볼 수 있다. 도 5d에 도시된 경우에서, 전기장이 정렬된 액정 분자를 포함하는 층에 걸쳐 부여될 수 있고, 따라서 동력공급된 배향으로 있을 수 있다. 전기장은 580에서 전계 벡터에 의해 도시되고, 전극 층의 동력공급에 의해 생성된다. 예를 들어 581에서 액정 분자들은 부여된 전기장에 의해 정렬되는 것으로 도시된다. 이러한 동력공급된 구성에서, 구배-굴절률은 본질적으로 입사 방사선에 대한 비교적 균일한 굴절률을 제공하도록 층이 라인업(line up)됨에 따라 없어진다. 렌즈 표면 및 형상의 다른 광학 효과가 있을 수 있지만, 액정 층 배향을 라인업시킴으로써, 상이한 초점 특성이 생성될 것이다.
도 6을 참조하면, 안과용 렌즈 내로 삽입될 수 있는 가변 광학 삽입체(600)의 대안이 2개의 액정 층(620, 640)과 함께 예시되어 있다. 액정 영역 주위의 다양한 층의 양태들 각각은 도 5a의 500 또는 도 5b의 560인 가변 광학 삽입체에 관하여 기술된 바와 유사한 다양성을 가질 수 있다. 예시적인 목적을 위해, 620 및 640의 두 층은 유사한 구배-굴절률형 프로그래밍을 갖도록 도시되지만; 일부 다른 예시적인 실시예에서, 구배-굴절률 유형 렌즈를 다른 액정 요소와 조합하는 것이 가능할 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 다수의 구배-굴절률형 층들의 조합은 다수의 초점 특성이 복합적인 방식으로 한정되도록 허용할 수 있다. 제1 기재(610), 620 주위의 공간 내의 그의 개재 층(intervening layer) 및 제1 초점 특성을 갖는 제2 기재(630)에 의해 형성되는 제1 액정 기반 요소를, 제2 기재(630) 상의 제2 표면, 640 주위의 공간 내의 개재 층 및 제2 초점 특성을 갖는 제3 기재(650)에 의해 형성되는 제2 액정 기반 요소와 조합함으로써, 예로서 렌즈의 전기적 가변 초점 특성을 허용할 수 있는 조합이 형성될 수 있다.
예시적인 요소(600)에서, 500 및 560에서의 예와 관련된 다양한 유형 및 다양성을 갖는 2개의 전기적 활성 액정 층들의 조합이 3개의 기재 층들을 이용하여 형성될 수 있다. 다른 예에서, 장치는 4개의 상이한 기재들의 조합에 의해 형성될 수 있다. 그러한 예에서, 중간 기재(630)는 2개의 층으로 분할될 수 있다. 기재들이 추후에 조합되면, 아이템(600)과 유사하게 기능하는 장치가 생성될 수 있다. 4개의 층들의 조합은 유사한 장치들이 액정 층(620, 640) 둘 모두 주위에 구성될 수 있는 요소의 제조를 위한 일례를 제시할 수 있으며, 여기서 처리의 차이는 액정 요소를 위한 정렬 특징부를 한정하는 단계들의 일부분과 관련될 수 있다.
재료
미세사출 성형 실시예는, 예를 들어 직경이 약 6 mm 내지 10 mm이고 전방 표면 반경이 약 6 mm 내지 10 mm이며 후방 표면 반경이 약 6 mm 내지 10 mm이고 중심 두께가 약 0.050 mm 내지 1.0 mm인 렌즈를 형성하기 위해 사용될 수 있는 폴리(4-메틸펜트-1-엔) 공중합체 수지를 포함할 수 있다. 일부 예시적인 실시예는 직경이 약 8.9 mm이고 전방 표면 반경이 약 7.9 mm이며 후방 표면 반경이 약 7.8 mm이고 중심 두께가 약 0.200 mm이며 에지 두께가 약 0.050 mm인 삽입체를 포함한다.
도 1에 도시된 가변 광학 삽입체(104)는 안과용 렌즈를 형성하는 데 이용되는 금형 부분품(101, 102) 내에 배치될 수 있다. 금형 부분품(101, 102) 재료는, 예를 들어 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 및 개질 폴리올레핀 중 하나 이상의 폴리올레핀을 포함할 수 있다. 다른 금형은 세라믹 또는 금속 재료를 포함할 수 있다.
바람직한 지환족 공중합체는 두 가지의 상이한 지환족 중합체를 함유한다. 지환족 공중합체의 다양한 등급은 105℃ 내지 160℃ 범위의 유리 전이 온도를 가질 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 본 발명의 금형은 중합체, 예컨대 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 주쇄 내에 지환족 모이어티를 함유한 개질 폴리올레핀, 및 환형 폴리올레핀을 포함할 수 있다. 이 블렌드는 금형 반부들 중 어느 하나 또는 둘 모두에서 사용될 수 있으며, 여기서 이 블렌드가 후방 곡선에 사용되고 전방 곡선은 지환족 공중합체로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 일부 바람직한 금형 제조 방법에서, 공지된 기술에 따라 사출 성형이 이용되지만, 예시적인 실시예는 또한 예를 들어 선반가공, 다이아몬드 선삭(diamond turning), 또는 레이저 절삭(laser cutting)을 포함한 다른 기술에 의해 형성된 금형을 포함할 수 있다.
전형적으로, 렌즈는 둘 모두의 금형 부분품(101, 102)의 적어도 하나의 표면 상에 형성된다. 그러나, 일부 예시적인 실시예에서, 렌즈의 하나의 표면이 금형 부분품(101, 102)으로부터 형성될 수 있고, 렌즈의 다른 표면이 선반가공 방법 또는 다른 방법을 사용하여 형성될 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 바람직한 렌즈 재료는 실리콘 함유 성분을 포함한다. "실리콘 함유 성분"은 단량체, 거대단량체(macromer) 또는 예비중합체 내에 적어도 하나의 [-Si-O-] 단위를 함유하는 것이다. 바람직하게는, 전체 Si 및 부착된 O는 실리콘-함유 성분의 전체 분자량의 약 20 중량% 초과, 더욱 바람직하게는 30 중량% 초과의 양으로 실리콘-함유 성분 내에 존재한다. 유용한 실리콘 함유 성분은 바람직하게는 중합가능한 작용기, 예를 들어, 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 아크릴아미드, 메타크릴아미드, 비닐, N-비닐 락탐, N-비닐아미드, 및 스티릴 작용기를 포함한다.
일부 예시적인 실시예에서, 삽입체를 둘러싸는, 삽입체 봉지 층으로도 불리는 안과용 렌즈 스커트는 표준 하이드로겔 안과용 렌즈 제형으로 구성될 수 있다. 다수의 삽입체 재료에 대해 허용가능한 부합을 제공할 수 있는 특성을 가진 예시적인 재료는 나라필콘 계열(나라필콘 A 및 나라필콘 B를 포함함) 및 에타필콘 계열(에타필콘 A를 포함함)을 포함할 수 있다. 더욱 기술적으로 포괄적인 논의가 본 명세서의 기술과 일치하는 재료의 특성에 대해 후술된다. 당업자는 논의되는 것들 외의 다른 재료가 또한 밀봉되고 봉지된 삽입체의 허용가능한 인클로저(enclosure) 또는 부분적인 인클로저를 형성할 수 있고, 특허청구범위의 범주 내에서 일관성을 갖고 포함되는 것으로 고려될 것임을 인식할 수 있다.
적합한 실리콘 함유 성분은 하기 화학식 I의 화합물을 포함한다:
[화학식 I]
Figure pat00007
상기 식에서,
R1은 독립적으로 1가 반응성 기, 1가 알킬기 또는 1가 아릴기 - 전술한 기 중 임의의 것은 하이드록시, 아미노, 옥사, 카르복시, 알킬 카르복시, 알콕시, 아미도, 카르바메이트, 카르보네이트, 할로겐 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 작용기를 추가로 포함할 수 있음 - 와; 1-100개의 Si-O 반복 단위를 포함하는 1가 실록산 사슬 - 알킬, 하이드록시, 아미노, 옥사, 카르복시, 알킬 카르복시, 알콕시, 아미도, 카르바메이트, 할로겐 또는 이들의 조합으로부터 선택되는 작용기를 추가로 포함할 수 있음 - 로부터 선택되며;
여기서 b는 0 내지 500이며, b가 0 이외의 것일 때 b는 기술된 값과 동일한 모드를 가진 분포임이 이해되며;
여기서 적어도 하나의 R1은 1가 반응성 기를 포함하며, 일부 실시예에서는 1개 내지 3개의 R1이 1가 반응성 기를 포함한다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, "1가 반응성 기"는 자유 라디칼 및/또는 양이온 중합을 겪을 수 있는 기이다. 자유 라디칼 반응성 기의 비-제한적 예는 (메트)아크릴레이트, 스티릴, 비닐, 비닐 에테르, C1-6알킬(메트)아크릴레이트, (메트)아크릴아미드, C1-6알킬(메트)아크릴아미드, N-비닐락탐, N-비닐아미드, C2-12알켄일, C2-12알켄일페닐, C2-12알켄일나프틸, C2-6알켄일페닐C1-6알킬, O-비닐카르바메이트 및 O-비닐카르보네이트를 포함한다. 양이온성 반응성 기의 비-제한적 예는 비닐 에테르 또는 에폭사이드기 및 이들의 혼합물을 포함한다. 예시적인 일 실시예에서, 자유 라디칼 반응성 기는 (메트)아크릴레이트, 아크릴옥시, (메트)아크릴아미드, 및 이들의 혼합물을 포함한다.
적합한 1가 알킬 및 아릴기는 비치환된 1가 C1 내지 C16알킬기, C 6-C14 아릴기, 예를 들어, 치환 및 비치환 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 2-하이드록시프로필, 프로폭시프로필, 폴리에틸렌옥시프로필, 이들의 조합 등을 포함한다.
예시적인 일 실시예에서, b는 0이고, 하나의 R1이 1가 반응성 기이며, 적어도 3개의 R1은 1개 내지 16개의 탄소 원자를 가진 1가 알킬기로부터 선택되고, 다른 예시적인 실시예에서는 1개 내지 6개의 탄소 원자를 가진 1가 알킬기로부터 선택된다. 이러한 예시적인 실시예의 실리콘 성분의 비-제한적 예는 2-메틸-,2-하이드록시-3-[3-[1,3,3,3-테트라메틸-1-[(트라이메틸실릴)옥시]다이실록사닐]프로폭시]프로필 에스테르 ("SiGMA"), 2-하이드록시-3-메타크릴옥시프로필옥시프로필-트리스(트라이메틸실록시)실란, 3-메타크릴옥시프로필트리스(트라이메틸실록시)실란 ("TRIS"), 3-메타크릴옥시프로필비스(트라이메틸실록시)메틸실란 및 3-메타크릴옥시프로필펜타메틸 다이실록산을 포함한다.
다른 예시적인 실시예에서, b는 2 내지 20, 3 내지 15이거나 일부 예시적인 실시예에서 3 내지 10이며; 적어도 하나의 말단 R1은 1가 반응성 기를 포함하고, 나머지 R1은 1개 내지 16개의 탄소 원자를 갖는 1가 알킬기로부터, 그리고 다른 예시적인 실시예에서 1개 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 1가 알킬기로부터 선택된다. 또 다른 예시적인 실시예에서, b는 3 내지 15이고, 하나의 말단 R1은 1가 반응성 기를 포함하며, 다른 말단 R1은 1개 내지 6개의 탄소 원자를 가진 1가 알킬기를 포함하고, 나머지 R1은 1개 내지 3개의 탄소 원자를 가진 1가 알킬기를 포함한다. 이러한 실시예의 실리콘 성분의 비-제한적 예는 (모노-(2-하이드록시-3-메타크릴옥시프로필)-프로필 에테르 종결된 폴리다이메틸실록산 (400 내지 1000 MW)) ("OH-mPDMS"), 모노메타크릴옥시프로필 종결된 모노-n-부틸 종결된 폴리다이메틸실록산 (800 내지 1000 MW), ("mPDMS")을 포함한다.
다른 예시적인 실시예에서, b는 5 내지 400 또는 10 내지 300이고, 둘 모두의 말단 R1은 1가 반응성 기를 포함하며, 나머지 R1은 독립적으로 1개 내지 18개의 탄소 원자를 가진 1가 알킬기 - 이들은 탄소 원자들 사이에 에테르 결합을 가질 수 있고, 추가로 할로겐을 포함할 수 있음 - 로부터 선택된다.
예시적인 일 실시예에서, 실리콘 하이드로겔 렌즈가 요구되는 경우, 본 발명의 렌즈는 중합체가 제조되는 반응성 단량체 성분의 총 중량을 기준으로 적어도 약 20 중량%, 그리고 바람직하게는 약 20 내지 70 중량%의 실리콘 함유 성분을 포함하는 반응 혼합물로부터 제조될 것이다.
다른 예시적인 실시예에서, 1개 내지 4개의 R1은 하기 화학식의 비닐 카르보네이트 또는 카르바메이트를 포함한다:
[화학식 II]
Figure pat00008
상기 식에서, Y는 O-, S- 또는 NH-를 나타내며;
R은 수소 또는 메틸을 나타내며; d는 1, 2, 3 또는 4이고; q는 0 또는 1이다.
실리콘 함유 비닐 카르보네이트 또는 비닐 카르바메이트 단량체는 구체적으로 1,3-비스[4-(비닐옥시카르보닐옥시)부트-1-일]테트라메틸-다이실록산; 3-(비닐옥시카르보닐티오) 프로필-[트리스(트라이메틸실록시)실란]; 3-[트리스(트라이메틸실록시)실릴] 프로필 알릴 카르바메이트; 3-[트리스(트라이메틸실록시)실릴] 프로필 비닐 카르바메이트; 트라이메틸실릴에틸 비닐 카르보네이트; 트라이메틸실릴메틸 비닐 카르보네이트, 및
Figure pat00009
를 포함한다. 약 200 미만의 모듈러스를 가진 생의학 장치가 요구될 경우, 단지 하나의 R1이 1가 반응성 기를 포함해야 하며 나머지 R1기 중 둘 이하가 1가 실록산 기를 포함할 것이다.
다른 부류의 실리콘-함유 성분은 하기 화학식 IV 내지 화학식 VI의 폴리우레탄 거대단량체를 포함한다:
[화학식 IV]
(*D*A*D*G)a *D*D*E1;
[화학식 V]
E(*D*G*D*A)a *D*G*D*E1 또는;
[화학식 VI]
E(*D*A*D*G)a *D*A*D*E1
상기 식에서,
D는 6개 내지 30개의 탄소 원자를 가진 알킬 다이라디칼(diradical), 알킬 사이클로알킬 다이라디칼, 사이클로알킬 다이라디칼, 아릴 다이라디칼 또는 알킬아릴 다이라디칼을 나타내며;
G는 1개 내지 40개의 탄소 원자를 가지며, 에테르, 티오 또는 아민 결합을 주쇄 내에 함유할 수 있는 알킬 다이라디칼, 사이클로알킬 다이라디칼, 알킬 사이클로알킬 다이라디칼, 아릴 다이라디칼 또는 알킬아릴 다이라디칼을 나타내며;
*는 우레탄 또는 우레이도 결합을 나타내며;
a는 적어도 1이며;
A는 하기 화학식의 2가 중합체 라디칼을 나타낸다:
[화학식 VII]
Figure pat00010
R11은 독립적으로 탄소 원자들 사이에 에테르 결합을 포함할 수 있는, 1개 내지 10개의 탄소 원자를 가진 알킬 또는 플루오로 치환된 알킬기를 나타내고; y는 적어도 1이며; p는 400 내지 10,000의 모이어티 중량을 제공하고; 각각의 E 및 E1은 독립적으로 하기 화학식에 의해 나타내어지는 중합성 불포화 유기 라디칼을 나타낸다:
[화학식 VIII]
Figure pat00011
상기 식에서, R12는 수소 또는 메틸이며; R13은 수소, 1개 내지 6개의 탄소 원자를 가진 알킬 라디칼, 또는 -CO-Y-R15 라디칼 (여기서, Y는 -O-, Y-S- 또는 -NH-이다)이며; R14는 1개 내지 12개의 탄소 원자를 가진 2가 라디칼이고; X는 -CO- 또는 -OCO-를 나타내며; Z는 -O- 또는 -NH-를 나타내고; Ar은 6개 내지 30개의 탄소 원자를 가진 방향족 라디칼을 나타내며; w는 0 내지 6이고; x는 0 또는 1이며; y는 0 또는 1이고; z는 0 또는 1이다.
바람직한 실리콘-함유 성분은 하기 화학식:
[화학식 IX]
Figure pat00012
(상기 식에서, R16은 아이소포론 다이아이소시아네이트의 다이라디칼과 같은, 아이소시아네이트기의 제거 후 다이아이소시아네이트의 다이라디칼임)에 의해 나타내어지는 폴리우레탄 거대단량체이다. 다른 적합한 실리콘 함유 거대단량체는 플루오로에테르, 하이드록시-종결된 폴리다이메틸실록산, 아이소포론 다이아이소시아네이트 및 아이소시아나토에틸메타크릴레이트의 반응에 의해 형성되는 하기 화학식 X의 화합물(여기서, x + y는 10 내지 30 범위의 수임)이다:
[화학식 X]
Figure pat00013
본 발명에 사용하기에 적합한 다른 실리콘 함유 성분은 폴리실록산, 폴리알킬렌 에테르, 다이아이소시아네이트, 폴리플루오르화 탄화수소, 폴리플루오르화 에테르 및 다당류 기를 함유한 거대단량체; 말단 다이플루오로치환된 탄소 원자에 부착된 수소 원자를 가진 극성 플루오르화 그래프트 또는 측기를 가진 폴리실록산; 에테르 및 실록사닐 결합을 함유한 친수성 실록사닐 메타크릴레이트 및 폴리에테르 및 폴리실록사닐기를 함유한 가교결합성 단량체를 포함한다. 전술한 폴리실록산 중 임의의 것이 또한 실리콘 함유 성분으로서 본 발명에서 사용될 수 있다.
액정 재료
본 명세서에서 논의되었던 액정 층 유형에 따른 특성을 가질 수 있는 많은 재료가 있을 수 있다. 알맞은 유독성을 갖는 액정 재료가 바람직할 수 있다는 것과 자연 유래의 콜레스테릴계 액정 재료가 유용할 수 있다는 것이 예상될 수 있다. 다른 예에서, 안과용 삽입체의 봉지 기술 및 재료는 전형적으로 네마틱 또는 콜레스테릭 N 또는 스메틱 액정 또는 액정 혼합물과 관련된 넓은 카테고리들의 것일 수 있는 LCD 디스플레이 관련 재료를 포함할 수 있는 넓은 재료 선택을 허용할 수 있다. TN, VA, PSVA, IPS 및 FFS 응용을 위한 리크리스탈(Licristal) 혼합물, 머크 스페셜티(Merck Specialty) 화학물질과 같은 구매가능한 혼합물 및 다른 구매가능한 혼합물이 액정 층을 형성하기 위한 재료 선택을 형성할 수 있다.
비-제한적 의미로, 혼합물 또는 제형은 하기의 액정 재료들을 함유할 수 있다: 1-(트랜스-4-헥실사이클로헥실)-4-아이소티오시아나토벤젠 액정, (4-옥틸벤조산 및 4-헥실벤조산)을 비롯한 벤조산 화합물, (4'-펜틸-4-바이페닐카르보니트릴, 4'-옥틸-4-바이페닐카르보니트릴, 4'-(옥틸옥시)-4-바이페닐카르보니트릴, 4'-(헥실옥시)-4-바이페닐카르보니트릴, 4-(트랜스-4-펜틸사이클로헥실)벤조니트릴, 4'-(펜틸옥시)-4-바이페닐카르보니트릴, 4'-헥실-4-바이페닐카르보니트릴)을 비롯한 카르보니트릴 화합물, 및 4,4'-아족시아니솔.
비-제한적 의미로, 실온에서 n평행 - n수직 > 0.3의 특히 높은 복굴절성을 나타내는 제형이 액정 층 형성 재료로서 사용될 수 있다. 예를 들어, W1825로 지칭되는 그러한 제형이 AWAT 및 빔 엔지니어링 포 어드밴스트 메저먼츠 컴퍼니(BEAM Engineering for Advanced Measurements Co.)(빔코(BEAMCO))로부터 입수가능할 수 있다.
여기서 본 발명의 개념을 위해 유용할 수 있는 다른 부류의 액정 재료들이 있을 수 있다. 예를 들어, 강유전성(ferroelectric) 액정이 전기장 배향식 액정 실시예를 위한 기능을 제공할 수 있지만, 또한 자기장 상호작용과 같은 다른 효과를 도입할 수 있다. 재료와의 전자기 방사선의 상호작용이 또한 상이할 수 있다.
정렬 층 재료
설명되었던 예시적인 실시예들 중 많은 것에서, 안과용 렌즈 내의 액정 층은 삽입체 경계에서 다양한 방식으로 정렬될 필요가 있을 수 있다. 예를 들어, 정렬은 삽입체의 경계에 평행하거나 수직일 수 있으며, 이러한 정렬은 다양한 표면의 적당한 처리에 의해 얻어질 수 있다. 처리는 액정(LC)을 포함하는 삽입체의 기재를 정렬 층에 의해 코팅하는 것을 수반할 수 있다. 이들 정렬 층이 본 명세서에서 기술된다.
다양한 유형의 액정 기반 장치에서 일반적으로 실시되는 기술은 러빙(rubbing) 기술일 수 있다. 이 기술은 액정을 인클로징하는 데 사용되는 삽입체 피스의 만곡된 표면과 같은 만곡된 표면을 처리하도록 될 수 있다. 일례에서, 표면들은 폴리비닐 알코올(PVA) 층에 의해 코팅될 수 있다. 예를 들어, PVA 층은 1 중량% 수용액을 사용하여 스핀 코팅될 수 있다. 용액은 대략 60초와 같은 시간 동안에 1000 rpm으로 스핀 코팅에 의해 도포되고 나서 건조될 수 있다. 후속적으로, 건조된 층은 이어서 부드러운 천으로 러빙될 수 있다. 비-제한적 예에서, 부드러운 천은 벨벳일 수 있다.
광배향(photo-alignment)은 액정 인클로저 상에 정렬 층을 생성하기 위한 다른 기술일 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 광배향은 그의 비접촉 특성 및 대규모 제조의 능력으로 인해 바람직할 수 있다. 비-제한적 예에서, 액정 가변 광학부에 사용되는 광배향 층은 전형적으로 UV 파장을 갖는 선형의 편광된 광의 편광에 수직인 방향으로 주로 정렬될 수 있는 이색성 아조벤젠 염료(아조 염료)로 구성될 수 있다. 그러한 정렬은 반복적인 트랜스-시스-트랜스 광이성질화 공정(photoisomerization)의 결과일 수 있다.
일례로서, PAAD 시리즈 아조벤젠 염료가 30초 동안에 3000rpm으로 DMF 중 1 중량% 용액으로부터 스핀 코팅될 수 있다. 후속적으로, 얻어진 층은 (예를 들어, 325 nm, 351 nm, 365 nm와 같은) UV 파장 또는 심지어 가시 파장((400 내지 500 nm)을 갖는 선형의 편광된 광 빔에 노출될 수 있다. 광원은 다양한 형태를 취할 수 있다. 일부 실시예에서, 광은 예를 들어 레이저 광원으로부터 유래할 수 있다. LED, 할로겐 및 백열 광원과 같은 다른 광원이 다른 비-제한적 예일 수 있다. 다양한 형태의 광이 적당한 대로 다양한 패턴으로 편광되기 전 또는 후에, 광은 다양한 방식으로, 예를 들어 광학 렌즈 장치의 사용을 통해 시준될 수 있다. 레이저 광원으로부터의 광은, 예를 들어 고유하게 일정 시준도(degree of collimation)를 가질 수 있다.
아조벤젠 중합체, 폴리에스테르, 메소제닉 4-(4-메톡시신나모일옥시)바이페닐 측기(side group)를 갖는 광가교결합성 중합체 액정 등에 기반하는 매우 다양한 광이방성(photoanisotropic) 재료가 현재 알려져 있다. 그러한 재료의 예는 설포닉 비스아조 염료 SD1 및 다른 아조벤젠 염료, 특히 빔 엔지니어링 포 어드밴스트 메저먼츠 컴퍼니(빔코)로부터 입수가능한 PAAD-시리즈 재료, 폴리(비닐 신나메이트), 및 기타를 포함한다.
일부 예시적인 실시예에서, PAAD 시리즈 아조 염료의 물 또는 알코올 용액들을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 일부 아조벤젠 염료, 예를 들어 메틸 레드가 액정 층에 직접 도핑됨으로써 광배향을 위해 사용될 수 있다. 편광된 광에 대한 아조벤젠 염료의 노출은 액정 층으로부터 경계 층까지의 벌크에 대한 그리고 벌크 내부에서의 아조 염료의 확산 및 부착을 야기하여 원하는 정렬 상태를 생성할 수 있다.
메틸 레드와 같은 아조벤젠 염료는 또한 중합체, 예를 들어 PVA와 조합되어 사용될 수 있다. 허용가능할 수 있는, 액정의 인접 층들의 정렬을 시행할 수 있는 다른 광이방성 재료가 현재 알려져 있다. 이들 예는 쿠마린, 폴리에스테르, 메소제닉 4-(4-메톡시신나모일옥시)-바이페닐 측기를 갖는 광가교결합성 중합체 액정, 폴리(비닐 신나메이트), 및 기타에 기반한 재료를 포함할 수 있다. 광배향 기술은 액정의 패턴화된 배향을 포함하는 실시예에 유리할 수 있다.
정렬 층을 생성하는 다른 예시적인 실시예에서, 정렬 층은 삽입체 피스 기재 상에 산화규소(SiOx 여기서 1<=X<=2)를 진공 증착함으로써 얻어질 수 있다. 예를 들어, SiO2는 약 10-6 mbar와 같은 저압에서 증착될 수 있다. 전방 및 후방 삽입체 피스들의 생성과 함께 사출 성형되는 나노규모의 크기의 정렬 특징부를 제공하는 것이 가능할 수 있다. 이들 성형된 특징부는 언급되었던 재료, 또는 물리적 정렬 특징부와 직접 상호작용하고 정렬 패턴화를 액정 분자의 정렬 배향으로 전달할 수 있는 다른 재료를 이용하여 다양한 방식으로 코팅될 수 있다.
이온-빔 정렬은 액정 인클로저 상에 정렬 층을 생성하기 위한 다른 기술일 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 시준된 아르곤 이온 또는 집속된 갈륨 이온 빔이 한정된 각도/배향에서 정렬 층 상에 가해질 수 있다. 이러한 유형의 정렬은 또한 산화규소, 다이아몬드-유사-탄소(DLC), 폴리이미드 및 다른 정렬 재료를 정렬시키기 위해 사용될 수 있다.
또 다른 예시적인 실시예는 삽입체 피스가 형성된 후에 물리적 정렬 특징부가 삽입체 피스에 생성되는 것과 관련될 수 있다. 다른 액정 기반의 업계에서 일반적인 러빙 기술은 성형된 표면 상에서 수행되어 물리적 홈을 생성할 수 있다. 표면은 또한 성형후 엠보싱 공정을 받게 되어 표면 상에서 작은 홈-형성된 특징부를 생성할 수 있다. 또 다른 예시적인 실시예가 다양한 종류의 광 패턴화 공정을 수반할 수 있는 에칭 기술의 사용으로부터 도출될 수 있다.
유전체 재료
유전체 필름 및 유전체가 본 명세서에서 기술된다. 비-제한적 예로, 액정 가변 광학부에 사용되는 유전체 필름 또는 유전체는 본 명세서에 기술되는 본 발명에 적절한 특성을 갖는다. 유전체는 단독으로 또는 함께 유전체로서 기능하는 하나 이상의 재료 층을 포함할 수 있다. 단일 유전체의 유전 성능보다 우수한 유전 성능을 달성하기 위해 다수의 층이 사용될 수 있다.
유전체는 이산적으로 가변적인 광학부를 위해 요구되는, 예를 들어 1 내지 10 μm의 두께의 무결함 절연 층을 허용할 수 있다. 결함은 유전체를 통한 전기적 및/또는 화학적 접촉을 허용하는, 유전체 내의 구멍인 것으로 당업자에 의해 알려진 바와 같이 핀홀(pinhole)로서 지칭될 수 있다. 주어진 두께의 유전체는, 예를 들어 유전체가 100 볼트 이상을 견뎌야 한다는, 항복 전압에 대한 요건을 만족시킬 수 있다.
유전체는 만곡형, 원추형, 구형 및 복합형 3차원 표면(예컨대, 만곡된 표면 또는 비-평탄 표면) 상으로의 제조를 허용할 수 있다. 전형적인 딥 코팅 및 스핀 코팅 방법이 사용될 수 있거나, 다른 방법이 채용될 수 있다.
유전체는 가변 광학부 내의 화학물질, 예를 들어 액정 또는 액정 혼합물, 용제, 산 및 염기 또는 액정 영역의 형성 시 존재할 수 있는 다른 재료로부터의 손상을 견딜 수 있다. 유전체는 적외광, 자외광 및 가시광으로부터의 손상을 견딜 수 있다. 바람직하지 않은 손상은 본 명세서에 기술된 파라미터, 예를 들어 항복 전압 및 광투과에 대한 저하를 포함할 수 있다. 유전체는 이온의 침투에 견딜 수 있다. 유전체는 전자이동(electromigration), 수지상 성장(dendrite growth) 및 다른 하부 전극의 열화를 방지할 수 있다. 유전체는, 예를 들어 부착 촉진 층의 사용에 의해 하부의 전극 및/또는 기재에 부착될 수 있다. 유전체는 저 오염, 저 표면 결함, 컨포멀(conformal) 코팅, 및 저 표면 조도를 허용하는 공정을 사용하여 제조될 수 있다.
유전체는 시스템의 전기 동작에 적합한 상대 유전율 또는 유전 상수, 예를 들어 주어진 전극 면적에 대한 커패시턴스를 감소시키는 낮은 상대 유전율을 가질 수 있다. 유전체는 고 저항율을 가짐으로써, 높은 인가 전압의 경우에도 매우 작은 전류가 흐르게 할 수 있다. 유전체는 광학 장치에 대해 요구되는 품질, 예를 들어 고 투과율, 저 분산, 및 소정 범위 내의 굴절률을 가질 수 있다.
예시적인 비-제한적 유전체 재료는 파릴렌-C, 파릴렌-HT, 이산화규소, 질화규소, 및 테플론(Teflon) AF 중 하나 이상을 포함한다.
전극 재료
액정 영역을 가로질러 전기장을 성취하기 위하여 전위를 인가하기 위한 전극이 본 명세서에서 기술된다. 전극은 일반적으로 단독으로 또는 함께 전극으로서 기능하는 하나 이상의 재료 층을 포함한다.
전극은, 아마도 부착 촉진제(예컨대, 메타크릴옥시프로필트라이메톡시실란)의 사용에 의해, 시스템 내의 하부의 기재, 유전체 코팅, 또는 다른 물체에 부착될 수 있다. 전극은 유리한 자연 산화물을 형성할 수 있거나, 유리한 산화물 층을 생성하도록 처리될 수 있다. 전극은 광 투과율이 높고 반사가 거의 없는 상태로 투명하거나 실질적으로 투명하거나 불투명할 수 있다. 전극은 알려진 처리 방법을 이용하여 패턴화되거나 에칭될 수 있다. 예를 들어, 전극은 포토리소그래픽 패턴화 및/또는 리프트-오프(lift-off) 공정을 사용하여 증착되거나 스퍼터링되거나 전기도금될 수 있다.
전극은 본 명세서에 기술된 전기 시스템에 사용하기 위한, 예를 들어 주어진 기하학적 구조에서 저항 요건을 만족시키기 위한 적합한 저항율을 갖도록 설계될 수 있다.
전극은 인듐 주석 산화물(ITO), 알루미늄 도핑된 산화아연(AZO), 금, 스테인레스강, 크롬, 그래핀(graphene), 그래핀 도핑된 층 및 알루미늄 중 하나 이상으로부터 제조될 수 있다. 이는 망라된 목록이 아니라는 것이 이해될 것이다.
전극은 전극들 사이의 영역에서 전기장을 확립하기 위해 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 전극이 상부에 형성될 수 있는 많은 표면이 있을 수 있다. 전극을 한정된 표면들 중 임의의 표면 또는 모든 표면 상에 배치하는 것이 가능할 수 있고, 그 상에 전극이 형성된 표면들 중 임의의 표면들 사이의 영역에서 적어도 그들 두 표면에 대한 전위의 인가에 의해 전기장이 확립될 수 있다.
공정
하기 방법 단계들은 본 발명의 일부 태양에 따라 구현될 수 있는 공정들의 예로서 제공된다. 방법 단계들이 제시되는 순서는 제한하고자 하는 것이 아니며, 본 발명을 구현하기 위해 다른 순서가 사용될 수 있음을 이해하여야 한다. 게다가, 본 발명을 구현하기 위하여 단계들 모두가 필요한 것은 아니며 본 발명의 다양한 예시적인 실시예에서 추가 단계가 포함될 수 있다. 추가의 실시예는 실용적일 수 있으며, 그러한 방법은 특허청구범위의 범주 내에 적절히 포함된다는 것이 당업자에게 명백할 수 있다.
도 7을 참조하면, 흐름도가 본 발명을 구현하기 위해 사용될 수 있는 예시적인 단계들을 예시한다. 701에서, 후방 곡선 표면을 포함할 수 있고 다른 기재 층의 표면의 형상과는 상이할 수 있는 제1 유형의 형상을 갖는 상부 표면을 구비할 수 있는 제1 기재 층을 형성하는 단계가 수행된다. 일부 예시적인 실시예에서, 차이는 광학 구역 내에 존재할 수 있는 적어도 일부분 내의 표면의 상이한 곡률 반경을 포함할 수 있다. 702에서, 더 복잡한 장치에 대한 전방 곡선 표면 또는 중간 표면 또는 중간 표면의 일부분을 포함할 수 있는 제2 기재 층을 형성하는 단계가 수행된다. 703에서, 전극 층이 제1 기재 층 상에 침착될 수 있다. 이러한 침착은 예를 들어 증착 또는 전기도금에 의해 일어날 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 제1 기재 층은 광학 구역 내 및 비-광학 구역 내 둘 모두에서 영역들을 갖는 삽입체의 일부일 수 있다. 전극 침착 공정은 일부 실시예에서 상호접속 특징부를 동시에 한정할 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 유전체 층이 상호접속부 또는 전극 상에 형성될 수 있다. 유전체 층은 예를 들어 이산화규소와 같은 다수의 절연 및 유전체 층을 포함할 수 있다.
704에서, 제1 기재 층은 이전에 침착된 유전체 또는 전극 층 상에 정렬 층을 부가하도록 추가로 처리될 수 있다. 정렬 층은 기재 상의 상부 층 상에 침착될 수 있고, 이어서 표준 정렬 층의 특성인 홈 특징부를 생성하는 표준 방식, 예를 들어 러빙 기술로, 또는 고에너지 입자 또는 광에 대한 노출에 의한 처리에 의해 처리될 수 있다. 광이방성 재료의 얇은 층이 노광에 의해 처리되어 다양한 특성을 갖는 정렬 층을 형성할 수 있다. 이전에 언급된 바와 같이, 격자간에 위치된 액정의 중합체 망상구조화된 영역이 형성되는 액정의 층을 형성하는 방법에서, 방법은 정렬 층의 형성에 관련된 단계들을 포함하지 않을 수 있다.
705에서, 제2 기재 층이 추가로 처리될 수 있다. 전극 층이 단계(703)와 유사한 방식으로 제2 기재 층 상에 침착될 수 있다. 이어서, 일부 예시적인 실시예에서, 706에서, 유전체 층이 전극 층 상의 제2 기재 층 상에 도포될 수 있다. 유전체 층은 그의 표면을 가로질러 가변 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 일례로서, 유전체 층은 제1 기재 층 상에 성형될 수 있다. 대안적으로, 이전에 형성된 유전체 층이 제2 기재 피스의 전극 표면 상에 부착될 수 있다.
707에서, 정렬 층이 704에서의 처리 단계와 유사한 방식으로 제2 기재 층 상에 형성될 수 있다. 707 이후에, 안과용 렌즈 삽입체의 적어도 일부분을 형성할 수 있는 2개의 별개의 기재 층이 결합될 준비가 될 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 708에서, 2개의 피스가 서로 근접해질 것이고, 이어서 액정 재료가 피스들 사이에 충전될 수 있다. 비-제한적 예로서, 공동이 배기되고, 이어서 액정 재료가 배기된 공간 내로 유동하도록 허용되는 진공 기반 충전을 비롯한, 피스들 사이에 액정을 충전하기 위한 수많은 방식이 있을 수 있다. 또한, 렌즈 삽입체 피스들 사이의 공간에 존재하는 모세관력이 공간을 액정 재료로 충전하는 데 도움을 줄 수 있다. 709에서, 2개의 피스가 서로 근접해질 수 있고, 이어서 액정을 갖는 가변 광학 요소를 형성하도록 밀봉될 수 있다. 비-제한적 예로서 접착제, 밀봉제, 및 0-링 및 스냅 록 특징부와 같은 물리적 밀봉 구성요소의 사용을 비롯한, 피스들을 함께 밀봉하는 수많은 방식이 있을 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 709에서 형성된 유형의 2개의 피스는 방법 단계(701 내지 709)를 반복함으로써 생성될 수 있으며, 여기서 정렬 층들은 서로 오프셋되어 비-편광된 광의 초점력을 조절할 수 있는 렌즈를 허용한다. 그러한 예시적인 실시예에서, 2개의 가변 광학 층은 조합되어 단일 가변 광학 삽입체를 형성할 수 있다. 710에서, 가변 광학부가 에너지 공급원에 접속될 수 있고, 중간 또는 부착된 구성요소가 그 상부에 배치될 수 있다.
711에서, 단계(710)에서 생성된 가변 광학 삽입체가 금형 부분품 내에 배치될 수 있다. 가변 광학 삽입체는 하나 이상의 구성요소를 포함하거나 또한 포함하지 않을 수 있다. 일부 바람직한 실시예에서, 가변 광학 삽입체는 기계적 배치를 통해 금형 부분품 내에 배치된다. 기계적 배치는 예를 들어 표면 실장 구성요소를 배치하기 위해 산업계에 알려진 것과 같은 로봇 또는 다른 자동화 장치(automation)를 포함할 수 있다. 가변 광학 삽입체를 사람이 배치하는 것이 또한 본 발명의 범주 내에 있다. 따라서, 금형 부분품에 의해 함유된 반응성 혼합물의 중합에 의해 가변 광학체가 생성된 안과용 렌즈 내에 포함되도록, 에너지 공급원을 가진 가변 광학 삽입체를 캐스트 금형 부분품 내에 배치하는 데 효과적인 임의의 기계적 배치 또는 자동화 장치가 이용될 수 있다.
일부 예시적인 실시예에서, 가변 광학 삽입체가 기재에 부착되어 금형 부분품 내에 배치될 수 있다. 에너지 공급원 및 하나 이상의 구성요소가 또한 기재에 부착될 수 있고, 가변 광학 삽입체와 전기 연통될 수 있다. 구성요소는, 예를 들어 가변 광학 삽입체에 인가되는 전력을 제어하기 위한 회로를 포함할 수 있다. 따라서, 일부 예시적인 실시예에서, 구성요소는 하나 이상의 광학 특성, 예를 들어 제1 광학 굴절력과 제2 광학 굴절력 사이의 상태의 변화를 변화시키기 위해 가변 광학 삽입체를 작동시키기 위한 제어 메커니즘을 포함한다.
일부 예시적인 실시예에서, 프로세서 장치, 마이크로전자기계 시스템(MEMS), 나노전자기계 시스템(NEMS), 또는 다른 구성요소가 또한 가변 광학 삽입체 내에 그리고 에너지 공급원과 전기 접촉하는 상태로 배치될 수 있다. 712에서, 반응성 단량체 혼합물이 금형 부분품 내에 침착될 수 있다. 713에서, 가변 광학 삽입체가 반응성 혼합물과 접촉하는 상태로 위치될 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 가변 광학계의 배치와 단량체 혼합물의 침착의 순서가 역전될 수 있다. 714에서, 제1 금형 부분품은 제2 금형 부분품에 근접하게 배치되어 렌즈-형성 공동을 형성하는데, 이때 반응성 단량체 혼합물의 적어도 일부 및 가변 광학 삽입체가 공동 내에 있다. 위에서 논의된 바와 같이, 바람직한 실시예는 또한 공동 내에 있고 가변 광학 삽입체와 전기 연통하는 에너지 공급원 및 하나 이상의 구성요소를 포함한다.
715에서, 공동 내의 반응성 단량체 혼합물이 중합된다. 중합은, 예를 들어 화학 방사선 및 열 중의 하나 또는 둘 모두에 대한 노출을 통해 이루어질 수 있다. 716에서, 가변 광학 삽입체가 안과용 렌즈를 구성하는 삽입체-봉지용 중합된 재료에 부착되거나 그 내부에 봉지된 상태로 안과용 렌즈가 금형 부분품으로부터 제거된다.
임의의 공지된 렌즈 재료 또는 그러한 렌즈의 제조에 적합한 재료로 제조된 하드 또는 소프트 콘택트 렌즈를 제공하기 위하여 본 명세서 내의 본 발명이 사용될 수 있지만, 바람직하게는 본 발명의 렌즈는 약 0 내지 약 90%의 수분 함량을 가진 소프트 콘택트 렌즈이다. 더 바람직하게는, 렌즈는 하이드록시기, 카르복실기 또는 이들 둘 모두를 함유한 단량체로 제조되거나, 또는 실리콘-함유 중합체, 예를 들어 실록산, 하이드로겔, 실리콘 하이드로겔, 및 이들의 조합으로부터 제조된다. 본 발명의 렌즈 형성에 유용한 재료는 거대단량체, 단량체 및 이들의 조합의 블렌드를 중합 개시제와 같은 첨가제와 함께 반응시킴으로써 제조될 수 있다. 적합한 재료는 실리콘, 거대단량체 및 친수성 단량체로부터 제조된 실리콘 하이드로겔을 포함한다.
기구
이제 도 8을 참조하면, 자동화된 기구(810)가 하나 이상의 전달 인터페이스(transfer interface)(811)와 함께 예시되어 있다. 관련 가변 광학 삽입체(814)를 각각 갖는 다수의 금형 부분품이 팔레트(pallet)(813) 상에 보유되고, 전달 인터페이스(811)에 제공된다. 예시적인 실시예는 예를 들어 가변 광학 삽입체(814)를 개별적으로 배치하는 단일 인터페이스, 또는 다수의 금형 부분품 내에 그리고 일부 실시예에서는 각각의 금형 부분품 내에 가변 광학 삽입체(814)들을 동시에 배치하는 다수의 인터페이스(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 배치는 전달 인터페이스(811)의 수직 이동(815)을 통해 이루어질 수 있다.
본 발명의 일부 예시적인 실시예의 다른 태양은 이들 구성요소 주위에 안과용 렌즈의 본체가 성형되는 동안 가변 광학 삽입체(814)를 지지하기 위한 기구를 포함한다. 일부 예시적인 실시예에서, 가변 광학 삽입체(814) 및 에너지 공급원은 (예시되지 않은) 렌즈 금형 내의 홀딩 포인트(holding point)에 부착될 수 있다. 이 홀딩 포인트에는 렌즈 본체 내에 형성될 동일한 유형의 중합된 물질이 부착될 수 있다. 다른 예시적인 실시예는 가변 광학 삽입체(814) 및 에너지 공급원이 그 상으로 부착될 수 있는 예비중합체의 층을 금형 부분품 내에 포함한다.
삽입체 장치 내에 포함되는 프로세서
이제 도 9를 참조하면, 본 발명의 일부 예시적인 실시예에 사용될 수 있는 제어기(900)가 예시되어 있다. 제어기(900)는 프로세서(910)를 포함하며, 프로세서는 통신 장치(920)에 결합된 하나 이상의 프로세서 구성요소들을 포함할 수 있다. 일부 예시적인 실시예에서, 제어기(900)는 안과용 렌즈 내에 배치된 에너지 공급원에 에너지를 전달하기 위해 사용될 수 있다.
제어기는 통신 채널을 통해 에너지를 전달하도록 구성된 통신 장치에 결합된 하나 이상의 프로세서를 포함할 수 있다. 통신 장치는 안과용 렌즈 내로의 가변 광학 삽입체의 배치 또는 가변 광학 장치를 작동시키기 위한 명령의 전송 중 하나 이상을 전자적으로 제어하기 위해 사용될 수 있다.
통신 장치(920)는 또한, 예를 들어 하나 이상의 제어기 기구 또는 제조 장비 구성요소들과 통신하기 위하여 사용될 수 있다.
프로세서(910)는 또한 저장 장치(930)와 통신한다. 저장 장치(930)는 자기 저장 장치(예컨대, 자기 테이프 및 하드 디스크 드라이브), 광학 저장 장치, 및/또는 반도체 메모리 장치, 예컨대 랜덤 액세스 메모리(RAM) 장치 및 판독 전용 메모리(ROM) 장치의 조합을 비롯한 임의의 적절한 정보 저장 장치를 포함할 수 있다.
저장 장치(930)는 프로세서(910)를 제어하기 위한 프로그램(940)을 저장할 수 있다. 프로세서(910)는 프로그램(940)의 명령어를 수행하며, 이에 의해 본 발명에 따라 동작한다. 예를 들어, 프로세서(910)는 가변 광학 삽입체 배치, 처리 장치 배치 등을 설명하는 정보를 수신할 수 있다. 저장 장치(930)는 또한 하나 이상의 데이터베이스(950, 960)에 눈 관련 데이터를 저장할 수 있다. 데이터베이스(950, 960)는 가변 광학 렌즈로의 그리고 가변 광학 렌즈로부터의 에너지를 제어하기 위한 특정 제어 로직을 포함할 수 있다.
본 설명에서, 도면에 예시된 요소를 참조하였다. 요소들 중 많은 것이 이해를 위해서 본 발명의 기술의 실시예를 묘사하기 위해 참고로 도시되어 있다. 실제 특징부들의 상대 크기는 도시된 바와 상당히 상이할 수 있으며, 도시된 상대 크기로부터의 차이는 본 명세서의 기술의 범주 내에서 취해져야 한다. 예를 들어, 액정 분자는 삽입체 피스의 크기에 비해 도시하기에는 극단적으로 작은 크기를 가질 수 있다. 따라서, 분자의 정렬과 같은 인자의 표현을 허용하기 위해 삽입체 피스와 유사한 크기로 액정 분자를 나타내는 특징부의 묘사는 실제 실시예에서는 더 크게 상이한 상대 크기를 취할 수 있는 도시된 크기의 그러한 일례이다.
가장 실용적이고 바람직한 실시예로 여겨지는 것이 도시되고 설명되었지만, 설명되고 도시된 특정 설계 및 방법으로부터 벗어나는 것이 그 자체를 당업자에게 제안할 것이며 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남 없이 사용될 수 있다는 것이 명백하다. 본 발명은 설명하고 기술된 특정 구성에만 국한된 것이 아니나, 첨부된 특허청구범위의 범주 내에 있는 모든 변형과 일관성 있게 구성되어야 한다.

Claims (40)

  1. 가변 광학 삽입체(variable optic insert)가 안과용 렌즈 장치의 광학 구역(optical zone)의 적어도 일부분 내에 위치된 안과용 렌즈 장치(ophthalmic lens device)로서,
    상기 가변 광학 삽입체는
    만곡된 전방 표면(curved front surface) 및 만곡된 후방 표면(curved back surface)으로서, 상기 전방 표면 및 상기 후방 표면은 하나의 챔버의 적어도 일부분의 경계를 이루도록 구성되는, 상기 만곡된 전방 표면 및 상기 만곡된 후방 표면;
    적어도 비-광학 구역을 포함하는 일정 영역에서 상기 가변 광학 삽입체 내에 매립되는 에너지 공급원; 및
    상기 적어도 하나의 챔버 내에 위치되는 액정 재료를 함유하는 층으로서, 상기 층은 일정 패턴으로 정렬된 액정 재료의 영역들을 포함하고, 상기 가변 광학 삽입체의 적어도 제1 부분에 걸친 굴절률이 반경방향 의존성(radial dependence)에 따라 변화하는, 상기 액정 재료를 함유하는 층을 포함하는, 안과용 렌즈 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광학 삽입체의 적어도 상기 제1 부분에 걸친 상기 굴절률은 반경방향 치수(radial dimension)에 대한 포물선 의존성(parabolic dependence)을 갖는, 안과용 렌즈 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 액정 재료를 함유하는 층의 광학 효과는 삽입체 표면들의 상이한 반경들의 효과에 의해 보완되는, 안과용 렌즈 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 렌즈는 콘택트 렌즈인, 안과용 렌즈 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 안과용 렌즈 장치는,
    상기 만곡된 후방 표면에 근접한 전극 재료의 제1 층; 및
    상기 만곡된 전방 표면에 근접한 전극 재료의 제2 층을 추가로 포함하는, 안과용 렌즈 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 액정 재료를 함유하는 층의 적어도 일부분은 그의 굴절률을 변화시켜, 상기 전극 재료의 제1 층과 상기 전극 재료의 제2 층에 걸쳐 전위가 인가될 때 상기 액정 재료를 함유하는 층을 횡단하는 광선에 영향을 미치는, 안과용 렌즈 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 가변 광학 삽입체는 상기 렌즈의 초점 특성을 변경하는, 안과용 렌즈 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 안과용 렌즈 장치는 전기 회로를 추가로 포함하고, 상기 전기 회로는 상기 에너지 공급원으로부터 상기 제1 및 제2 전극 층들로의 전기 에너지의 흐름을 제어하는, 안과용 렌즈 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 전기 회로는 프로세서를 포함하는, 안과용 렌즈 장치.
  10. 가변 광학 삽입체가 안과용 렌즈 장치의 광학 구역의 적어도 일부분 내에 위치된 안과용 렌즈 장치로서,
    상기 가변 광학 삽입체는
    만곡된 제1 전방 표면 및 만곡된 제1 후방 표면으로서, 상기 제1 전방 표면 및 상기 제1 후방 표면은 제1 챔버의 적어도 일부분의 경계를 이루도록 구성되는, 상기 만곡된 제1 전방 표면 및 상기 만곡된 제1 후방 표면;
    만곡된 제2 전방 표면 및 만곡된 제2 후방 표면으로서, 상기 제2 전방 표면 및 상기 제2 후방 표면은 제2 챔버의 적어도 일부분의 경계를 이루도록 구성되는, 상기 만곡된 제2 전방 표면 및 상기 만곡된 제2 후방 표면;
    상기 적어도 하나의 챔버 내에 위치되는 액정 재료를 함유하는 적어도 하나의 층으로서, 상기 적어도 하나의 층은 일정 패턴으로 정렬된 액정 재료의 영역들을 포함하고, 상기 가변 광학 삽입체의 적어도 제1 부분에 걸친 굴절률이 반경방향 의존성에 따라 변화하는, 상기 액정 재료를 함유하는 적어도 하나의 층; 및
    적어도 비-광학 구역을 포함하는 일정 영역에서 상기 삽입체 내에 매립되는 에너지 공급원을 포함하는, 안과용 렌즈 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 광학 삽입체의 적어도 상기 제1 부분에 걸친 상기 굴절률은 반경방향 치수에 대한 포물선 의존성을 갖는, 안과용 렌즈 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 액정 재료를 함유하는 층의 광학 효과는 삽입체 표면들의 상이한 곡률의 효과에 의해 보완되는, 안과용 렌즈 장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 렌즈는 콘택트 렌즈인, 안과용 렌즈 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 안과용 렌즈 장치는,
    상기 만곡된 제1 후방 표면에 근접한 전극 재료의 제1 층; 및
    상기 만곡된 제1 전방 표면에 근접한 전극 재료의 제2 층을 추가로 포함하는, 안과용 렌즈 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 액정 재료를 함유하는 층은 그의 굴절률을 변화시켜, 상기 전극 재료의 제1 층과 상기 전극 재료의 제2 층에 걸쳐 전위가 인가될 때 상기 액정 재료를 함유하는 층을 횡단하는 광선에 영향을 미치는, 안과용 렌즈 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 가변 광학 삽입체는 상기 렌즈의 초점 특성을 변경하는, 안과용 렌즈 장치.
  17. 제16항에 있어서, 상기 안과용 렌즈 장치는 전기 회로를 추가로 포함하고, 상기 전기 회로는 상기 에너지 공급원으로부터 상기 제1 및 제2 전극 층들로의 전기 에너지의 흐름을 제어하는, 안과용 렌즈 장치.
  18. 제17항에 있어서, 상기 전기 회로는 프로세서를 포함하는, 안과용 렌즈 장치.
  19. 가변 광학 삽입체가 콘택트 렌즈 장치의 광학 구역의 적어도 일부분 내에 위치된 콘택트 렌즈 장치로서,
    상기 가변 광학 삽입체는
    만곡된 제1 전방 표면 및 만곡된 제1 후방 표면으로서, 상기 제1 전방 표면 및 상기 제1 후방 표면은 적어도 제1 챔버를 형성하도록 구성되는, 상기 만곡된 제1 전방 표면 및 상기 만곡된 제1 후방 표면;
    상기 만곡된 제1 전방 표면에 근접한 전극 재료의 제1 층;
    상기 만곡된 제1 후방 표면에 근접한 전극 재료의 제2 층;
    상기 제1 챔버 내에 위치되는 액정 재료를 함유하는 제1 층으로서, 상기 제1 층은 제1 패턴으로 정렬된 액정 재료의 영역들을 포함하고, 상기 가변 광학 삽입체의 적어도 제1 부분에 걸친 제1 굴절률이 제1 반경방향 의존성에 따라 변화하며, 상기 액정 재료를 함유하는 제1 층은 그의 제1 굴절률을 변화시켜, 상기 전극 재료의 제1 층과 상기 전극 재료의 제2 층에 걸쳐 제1 전위가 인가될 때 상기 액정 재료를 함유하는 제1 층을 횡단하는 제1 광선에 영향을 미치는, 상기 액정 재료를 함유하는 제1 층;
    만곡된 제2 전방 표면 및 만곡된 제2 후방 표면으로서, 상기 제2 전방 표면 및 상기 제2 후방 표면은 적어도 제2 챔버를 형성하도록 구성되는, 상기 만곡된 제2 전방 표면 및 상기 만곡된 제2 후방 표면;
    상기 만곡된 제2 전방 표면에 근접한 전극 재료의 제3 층;
    상기 만곡된 제2 후방 표면에 근접한 전극 재료의 제4 층;
    상기 제2 챔버 내에 위치되는 액정 재료를 함유하는 제2 층으로서, 상기 제2 층은 제2 패턴으로 정렬된 액정 재료의 영역들을 포함하고, 상기 가변 광학 삽입체의 적어도 제2 부분에 걸친 제2 굴절률이 제2 반경방향 의존성에 따라 변화하며, 상기 액정 재료를 함유하는 제2 층은 그의 제2 굴절률을 변화시켜, 상기 전극 재료의 제3 층과 상기 전극 재료의 제4 층에 걸쳐 제2 전위가 인가될 때 상기 액정 재료를 함유하는 제2 층을 횡단하는 제2 광선에 영향을 미치는, 상기 액정 재료를 함유하는 제2 층;
    적어도 비-광학 구역을 포함하는 일정 영역에서 상기 삽입체 내에 매립되는 에너지 공급원; 및
    프로세서를 포함하는 전기 회로로서, 상기 전기 회로는 상기 에너지 공급원으로부터 상기 제1, 제2, 제3 또는 제4 전극 층들 중 하나 이상으로의 전기 에너지의 흐름을 제어하는, 상기 전기 회로를 포함하고,
    상기 가변 광학 삽입체는 상기 콘택트 렌즈 장치의 초점 특성을 변경하는, 콘택트 렌즈 장치.
  20. 가변 광학 삽입체가 콘택트 렌즈 장치의 광학 구역의 적어도 일부분 내에 위치된 콘택트 렌즈 장치로서,
    상기 가변 광학 삽입체는
    상기 가변 광학 삽입체 내에 위치되는 액정 재료를 함유하는 층으로서, 상기 층은 일정 패턴으로 정렬된 액정 재료의 영역들을 포함하고, 상기 가변 광학 삽입체의 적어도 제1 부분에 걸친 굴절률이 반경방향 의존성에 따라 변화하는, 상기 액정 재료를 함유하는 층을 포함하고,
    상기 액정 재료를 함유하는 층의 적어도 제1 표면이 만곡되는, 콘택트 렌즈 장치.
  21. 가변 광학 삽입체가 안과용 렌즈 장치의 광학 구역의 적어도 일부분 내에 위치된 안과용 렌즈 장치로서,
    상기 가변 광학 삽입체는
    삽입체 전방 곡선 피스(insert front curve piece) 및 삽입체 후방 곡선 피스(insert back curve piece)로서, 상기 전방 곡선 피스의 후방 표면이 제1 곡률을 갖고, 상기 후방 곡선 피스의 전방 표면이 제2 곡률을 갖는, 상기 삽입체 전방 곡선 피스 및 상기 삽입체 후방 곡선 피스;
    적어도 비-광학 구역을 포함하는 일정 영역에서 상기 삽입체 내에 매립되는 에너지 공급원; 및
    액정 재료를 함유하는 층으로서, 상기 층은 일정 패턴으로 정렬된 액정 재료의 영역들을 포함하고, 상기 가변 광학 삽입체의 적어도 제1 부분에 걸친 굴절률이 반경방향 의존성에 따라 변화하는, 상기 액정 재료를 함유하는 층을 포함하는, 안과용 렌즈 장치.
  22. 제21항에 있어서, 상기 광학 삽입체의 적어도 상기 제1 부분에 걸친 상기 굴절률은 반경방향 치수에 대한 포물선 의존성을 갖는, 안과용 렌즈 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 액정 재료를 함유하는 층의 광학 효과는 삽입체 표면들의 상이한 곡률의 효과에 의해 보완되는, 안과용 렌즈 장치.
  24. 제21항에 있어서, 상기 제1 곡률은 상기 제2 곡률과는 상이한, 안과용 렌즈 장치.
  25. 제21항에 있어서, 상기 렌즈는 콘택트 렌즈인, 안과용 렌즈 장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 안과용 렌즈 장치는,
    상기 전방 곡선 피스의 상기 후방 표면에 근접한 전극 재료의 제1 층; 및
    상기 후방 곡선 피스의 상기 전방 표면에 근접한 전극 재료의 제2 층을 추가로 포함하는, 안과용 렌즈 장치.
  27. 제26항에 있어서, 상기 액정 재료를 함유하는 층은 그의 굴절률을 변화시켜, 상기 전극 재료의 제1 층과 상기 전극 재료의 제2 층에 걸쳐 전위가 인가될 때 상기 액정 재료를 함유하는 층을 횡단하는 광선에 영향을 미치는, 안과용 렌즈 장치.
  28. 제27항에 있어서, 상기 가변 광학 삽입체는 상기 렌즈의 초점 특성을 변경하는, 안과용 렌즈 장치.
  29. 제28항에 있어서, 상기 안과용 렌즈 장치는 전기 회로를 추가로 포함하고, 상기 전기 회로는 상기 에너지 공급원으로부터 상기 제1 및 제2 전극 층들로의 전기 에너지의 흐름을 제어하는, 안과용 렌즈 장치.
  30. 제29항에 있어서, 상기 전기 회로는 프로세서를 포함하는, 안과용 렌즈 장치.
  31. 가변 광학 삽입체가 안과용 렌즈 장치의 광학 구역의 적어도 일부분 내에 위치된 안과용 렌즈 장치로서,
    상기 가변 광학 삽입체는
    삽입체 전방 곡선 피스, 적어도 제1 중간 곡선 피스 및 삽입체 후방 곡선 피스로서, 상기 전방 곡선 피스의 후방 표면이 제1 곡률을 갖고, 상기 제1 중간 곡선 피스의 전방 표면이 제2 곡률을 갖는, 상기 삽입체 전방 곡선 피스, 상기 적어도 제1 중간 곡선 피스 및 상기 삽입체 후방 곡선 피스; 및
    적어도 비-광학 구역을 포함하는 일정 영역에서 상기 삽입체 내에 매립되는 에너지 공급원을 포함하고,
    상기 가변 광학 삽입체는 액정 재료를 함유하는 층을 포함하고, 상기 층은 일정 패턴으로 정렬된 액정 재료의 영역들을 포함하며, 상기 가변 광학 삽입체의 적어도 제1 부분에 걸친 굴절률이 반경방향 의존성에 따라 변화하는, 안과용 렌즈 장치.
  32. 제31항에 있어서, 상기 광학 삽입체의 적어도 상기 제1 부분에 걸친 상기 굴절률은 반경방향 치수에 대한 포물선 의존성을 갖는, 안과용 렌즈 장치.
  33. 제32항에 있어서, 상기 제1 곡률은 상기 제2 곡률과는 상이한, 안과용 렌즈 장치.
  34. 제31항에 있어서, 상기 렌즈는 콘택트 렌즈인, 안과용 렌즈 장치.
  35. 제34항에 있어서, 상기 안과용 렌즈 장치는,
    상기 전방 곡선 피스에 근접한 전극 재료의 제1 층; 및
    상기 중간 곡선 피스 및 상기 후방 곡선 피스 중 하나 이상에 근접한 전극 재료의 제2 층을 추가로 포함하는, 안과용 렌즈 장치.
  36. 제34항에 있어서, 상기 안과용 렌즈 장치는,
    상기 전방 곡선 피스에 근접한 전극 재료의 제1 층; 및
    상기 중간 곡선 피스에 근접한 전극 재료의 제2 층을 추가로 포함하는, 안과용 렌즈 장치.
  37. 제36항에 있어서, 상기 액정 재료를 함유하는 층은 그의 굴절률을 변화시켜, 상기 전극 재료의 제1 층과 상기 전극 재료의 제2 층에 걸쳐 전위가 인가될 때 상기 액정 재료를 함유하는 층을 횡단하는 광선에 영향을 미치는, 안과용 렌즈 장치.
  38. 제37항에 있어서,
    상기 가변 광학 삽입체는 상기 렌즈의 초점 특성을 변경하는, 안과용 렌즈 장치.
  39. 제38항에 있어서, 상기 안과용 렌즈 장치는 전기 회로를 추가로 포함하고, 상기 전기 회로는 상기 에너지 공급원으로부터 상기 제1 및 제2 전극 층들로의 전기 에너지의 흐름을 제어하는, 안과용 렌즈 장치.
  40. 제39항에 있어서, 상기 전기 회로는 프로세서를 포함하는, 안과용 렌즈 장치.
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