KR20230054367A

KR20230054367A - 원통 회전 제어 장치가 있는 전기 활성 렌즈

Info

Publication number: KR20230054367A
Application number: KR1020237005759A
Authority: KR
Inventors: 허그텐 앤서니 반
Original assignee: 이-비전 스마트 옵틱스, 아이엔씨.
Priority date: 2020-08-27
Filing date: 2021-08-26
Publication date: 2023-04-24
Also published as: WO2022011359A1; CN115968452A; EP4176305A1; EP4176305A4; US20230194897A1

Abstract

적층, 회전, 원통형 전기 활성 렌즈 요소를 갖는 전기 활성 렌즈는, 원통형 전기 활성 렌즈 요소가 있는 것보다 더 많은 축을 따라 원통도수 굴절력을 제공할 수 있다. 예를 들어, 각각이 상이한 렌즈 경선으로 정렬된 여섯 개의 적층, 원통형 전기 활성 렌즈 요소는, 한 번에 최대 세 개로 작동되는 경우에 열다섯 개의 고유 경선을 따라 원통도수 굴절력을 생성할 수 있다. 이들 열다섯 개의 경선이 12° 증분으로 이격되면, 렌즈 적층체는 임의의 축을 따라 난시를 교정하도록 잘 정렬된 원통도수 굴절력을 제공할 수 있다. 적층체 내 원통형 전기 활성 렌즈 요소 각각은, 서로 평행하고 원통형 전기 활성 렌즈 요소의 원통 축 및 광학축 모두에 직교하는 선형 전극에 의해 작동하는, 액정 층을 포함할 수 있다. 전기 활성 렌즈는 또한, 적층, 원통형 전기 활성 렌즈 요소에 의해 생성된 임의의 순 구면도수 굴절력에 더하여 구면도수 굴절력을 제공하는 구면 렌즈 요소를 포함할 수 있다.

Description

원통 회전 제어 장치가 있는 전기 활성 렌즈

관련 출원(들)에 대한 상호 참조

본 출원은, 35 U.S.C. 119(e) 하에, 2020년 8월 27일에 출원된 미국 특허 출원 제63/070,858호에 대한 우선권을 주장하며, 본원에 전체가 참조로 포함된다.

환자의 교정 렌즈에 대한 처방은 일반적으로 구면도수(SPH), 원통도수(CYL) 및 축의 측면에서 처방을 기록하고 보고하는 의료 종사자에 의해 측정된다. 구면도수는, 근시 또는 원시를 교정하기 위해 처방되고 일반적으로 디옵터(D)로 측정되는, 렌즈 굴절력의 양을 나타낸다. 원통도수는, 안구의 정면(각막) 또는 렌즈가 구형이 아닌 달걀 형상일 경우에 발생하는 난시를 교정하기 위해 필요한, 렌즈 굴절력의 양을 나타낸다. 난시는 모든 거리에서 시야 흐림을 유발할 수 있다. 축은, 난시를 교정하기 위해 원통도수 굴절력을 포함하지 않는, 렌즈 경선을 설명한다. 즉, 축은 원통도수 오차의 회전 배향을 지칭한다. 구면도수는 시간이 지남에 따라 빠르게 변할 수 있지만, 원통도수와 축은 매우 느리게(예를 들어, 년에 걸쳐) 변화하거나 변화하지 않고 종종 일반환자의 평생 동안 절대 변하지 않는다. 구면도수 및 원통도수 교정을 모두 제공하는 렌즈를 복합 또는 원환체 렌즈라고 한다.

도 1의 A 내지 도 1의 E는, 원통도수 굴절력을 갖는 렌즈에 대한 처방을 보여주기 위해, 광학 크로스 또는 굴절 크로스가 어떻게 사용될 수 있는지를 나타낸다. 광학 크로스는, 렌즈의 전방 및 후방 표면의 원통도수 굴절력을 예시하는 데 유용한 그래픽 장치이다. 이는 렌즈 표면의 경선을 따라 원통도수 굴절력을 나타낸다. (경선은 렌즈의 광학축에 대해 직교하고, 주 또는 주요 경선은 최대 및 최소 굴절력의 경선이다.) 구면 렌즈의 경우, 이들 굴절력은 경선마다 동일하다. 원통 렌즈는, 원통 렌즈의 종축 또는 굴절력 축과 정렬되는, 하나의 경선을 따라 제로인 광학능을 갖는다. 그리고, 복합 또는 원환체 렌즈는, 경선 각도의 함수로서 변하는 광학능을 갖는다.

도 1의 A는 평면 후방 표면 및 볼록한 전방 표면을 갖는 원통 렌즈(100a)에 대한 광학 크로스를 나타낸다. 이 원통 렌즈(100a)는 +4.00 디옵터(D)의 광학능을 180° 경선(0° 경선과 동등함)을 따라 제공하고, 90° 경선(270° 경선과 동등함)을 따라 광학능을 제공하지 않는다. 유사하게, 도 1의 B는 도 1의 A의 원통 렌즈(100a)에 대해 90° 회전한 볼록 전방 표면과 평면 후방 표면을 갖는 원통 렌즈(100b)에 대한 광학 크로스를 나타낸다. 이러한 회전은 광학 크로스를 90°만큼 회전시킨다: 도 1의 B를 참조하면, 광학 크로스는 90도 경선을 따라 +4.00 디옵터(D)의 광학능을 나타내고 180° 경선을 따라 광학능을 나타내지 않는다.

일반적으로, 원통 렌즈는 그의 종축 및 그의 광학축 둘 다에 직교하는 경선을 따라 광학능을 제공한다. 해당 경선은 90° 또는 180°일 필요는 없다. 도 1의 C에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 원통 렌즈(100c)는 45° 경선을 따라 그의 종축으로 배향된 평면-볼록한 원통이다. 주요 경선은 +4.00 D (135°) 및 0 D (0°)의 굴절력을 갖는다. 이는 90° 및 180° 경선을 따라 +2.00 D의 광학능을 갖는다. 경선 각도를 갖는 이러한 광학능의 변화는

로 나타낼 수 있으며, 여기서

는 원통도수 굴절력이고

은 원통 축과 신규 경선 사이의 각도이다. 도 1의 D는, 30°, 45°, 60°, 및 90°의 경선에서 광학능으로 주석을 단(각각, 원통도수 굴절력의 25%, 50%, 75%, 및 100%를 나타냄), 도 1의 B의 원통 렌즈(100b)를 나타낸다.

도 1의 E는 45º 경선을 따라 -2.00 D의 구면도수 굴절력 및 +4.00 D의 원통도수 굴절력을 제공하는 원환체 렌즈에 대한 광학 크로스를 나타낸다. 경선을 따라 원환체 렌즈의 광학능은, 그 경선을 따르는 구면도수 굴절력과 원통도수 굴절력을 합한 것이다. 그 주요 경선은 45º (+2.00 D) 및 135º (-2.00 D)이다. 90º 및 180º 경선(평면)을 따라서는 광학능을 제공하지 않는다.

전기 활성(EA) 렌즈, 예를 들어 액정 렌즈는 많은 상이한 광학 파면 형상을 생성할 수 있어서, 인간 시력 굴절 오차를 교정하기에 이상적인 후보가 된다. EA 렌즈는 원통 광학능을 생성할 수 있지만, 난시 오차의 회전 방향이 다양하기 때문에 사람의 난시(원통도수 굴절력 오차)를 교정하는 데 널리 사용되지 않으며, 움직이는 기계적 부분을 사용하지 않으면서 원통 EA 렌즈의 회전 방향을 변경하는 것은 아직 실용적이지 않다.

본 기술은 EA 렌즈가 움직이는 부품 없이 다양하게 상이한 축에서 원통도수 굴절력을 생성시킬 수 있다. 이러한 유형의 EA 렌즈는, 광학 직렬로 배열된 많은 EA 렌즈 요소를 포함한다. 이들 EA 렌즈 요소 중 일부는 원통 EA 렌즈 요소 또는 원통 렌즈 요소로서 지칭되고, EA 렌즈의 광학축에 직교하고 EA 렌즈 내의 다른 원통 EA 렌즈 요소의 선형 전극에 대해 광학축에 대해 회전하는 선형 전극을 갖는다. 이들 원통 EA 렌즈 요소 각각의 선형 전극의 방향 또는 배향은, 해당 원통 EA 렌즈 요소에 의해 생성된 원통의 축을 정의한다. EA 렌즈 내 하나 이상의 다른 EA 렌즈 요소는 구면 교정을 제공한다. 이는, EA 렌즈가 단지 임의의 안경 또는 콘택트 렌즈 처방에서 구면도수, 원통도수 및 축을 적절히 교정할 수 있게 한다.

예시적인 전기 활성 렌즈는 서로 광학 직렬로 세 개의 전기 활성 요소를 포함할 수 있다. 제1 전기 활성 렌즈 요소는, 전기 활성 렌즈의 제1 경선에서 제1 가변 원통도수 굴절력을 제공한다. 제2 전기 활성 렌즈 요소는 제1 경선과 상이한 전기 활성 렌즈의 제2 경선에서, 제2 가변 원통도수 굴절력을 제공한다. 그리고, 제3 전기 활성 렌즈 요소는 제1 및 제2 경선과 상이한 전기 활성 렌즈의 제3 경선에서, 제3 가변 원통도수 굴절력을 제공한다. 제2 경선은, 제1 경선에 대해 최대 약 24°의 각도만큼 전기 활성 렌즈의 광학축에 대해 회전할 수 있다. 유사하게, 제3 경선은 제1 경선에 대해 90° 미만의 각도로 전기 활성 렌즈의 광학축에 대해 회전할 수 있다.

제1 전기 활성 렌즈 요소는 제1 액정 층, 및 제1 경선과 전기 활성 렌즈의 광학축에 수직이고 제1 액정 층을 작동시키도록 구성된 선형 전극의 제1 어레이를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 제2 전기 활성 렌즈 요소는 제2 액정 층, 및 제2 경선과 전기 활성 렌즈의 광학축에 수직이고 제2 액정 층을 작동시키도록 구성된 선형 전극의 제2 어레이를 포함할 수 있다. 그리고 제3 전기 활성 렌즈 요소는 제3 액정 층, 및 제3 경선과 전기 활성 렌즈의 광학축에 수직이고 제3 액정 층을 작동시키도록 구성된 선형 전극의 제3 어레이를 포함할 수 있다.

전기 활성 렌즈는 또한, 제1, 제2 및 제3 전기 활성 렌즈 요소와 광학 직렬로 제4 전기 활성 렌즈 요소를 포함할 수 있다. 작동 시, 제4 전기 활성 렌즈 요소는 제1, 제2, 및 제3 경선과 상이한 전기 활성 렌즈의 제4 경선에서, 제4 가변 원통도수 굴절력을 제공한다.

대안적인 전기 활성 렌즈는, 서로 광학 직렬로 배열되고 적어도 하나의 다른 전기 활성 렌즈 요소와 함께 배열된 원통형 전기 활성 렌즈 요소를 포함할 수 있다. 원통형 전기 활성 렌즈 요소는, 전기 활성 렌즈의 광학축에 대해 상이한 각각의 축에서 원통 광학능을 제공할 수 있다. 그리고, 다른 전기 활성 요소는 가변 구면 광학능을 제공할 수 있는데, 이는 둘 이상의 원통형 전기 활성 렌즈 요소에 의해 제공되는 구면도수 굴절력을 오프셋하도록 선택될 수 있다.

원통형 전기 활성 렌즈 요소는 쌍안정 전기 활성 재료로 이루어진 각각의 층을 포함할 수 있다. 세 개, 네 개, 다섯 개, 또는 여섯 개의 원통형 전기 활성 렌즈 요소가 있을 수 있다. 여섯 개의 원통형 전기 활성 렌즈 요소가 있는 경우, 이들 원통형 전기 활성 렌즈 요소는 각각 0, 24, 72, 120, 144, 및 168도의 경선에서 원통도수 굴절력을 제공하도록 정렬될 수 있다. 각각의 원통형 전기 활성 렌즈 요소는 독립적으로 작동할 수 있다.

각각의 원통형 전기 활성 렌즈 요소는 액정 재료 층 및 선형 전극 어레이를 포함할 수 있다. 선형 전극은 액정 재료 층과 전기 연통하며, 전기 활성 렌즈의 광학축에 수직하다. 이들은 액정 재료 층에 전기장을 인가함으로써, 액정 재료 층이 전기 활성 렌즈의 광학축에 직교하는 가변 원통형 광학능을 제공하게 할 수 있다.

원통형 회전 제어는, 전기 활성 렌즈의 광학축에 대해 상이한 각각의 축에서 원통형 광학능을 제공하도록 구성된 원통형 전기 활성 렌즈 요소의 적층체를 포함한 전기 활성 렌즈에 의해 다음과 같이 구현될 수 있다. 상기 과정은, 원통형 전기 활성 렌즈 요소의 적층체에 제1 원통형 전기 활성 렌즈 요소와 함께 제1 경선을 따라 원통도수 굴절력을 제공하는 단계를 포함한다. 제1 원통형 전기 활성 렌즈 요소와 함께 제1 경선을 따라 원통도수 굴절력을 제공하는 동안, 원통형 전기 활성 렌즈 요소 적층체 내의 제2 원통형 전기 활성 렌즈 요소는 제1 경선의 60도 이내에서 제2 경선을 따라 원통도수 굴절력을 제공한다.

제1 경선은 제2 경선의 24도 이내일 수 있다. 제1 및 제2 경선을 따라 원통도수 굴절력은, 제1 및 제2 경선 사이의 중간 경선을 따라 원통도수 굴절력을 생성하도록 추가될 수 있다. 제1 및 제2 경선 사이의 중간 경선은 전기 활성 렌즈를 통해 보는 사람에 대한 원통도수 교정의 6도 이내일 수 있다.

제1 및 제2 원통형 전기 활성 렌즈 요소와 함께 각각 제1 및 제2 경선을 따라 원통도수 굴절력을 제공하는 동안, 원통형 전기 활성 렌즈 요소 적층체 내의 제3 원통형 전기 활성 렌즈 요소는 제1 및 제2 경과 상이한 제3 경선을 따라 원통도수 굴절력을 제공할 수 있다. 유사하게, 원통형 전기 활성 렌즈 요소의 적층체와 광학 직렬인 하나 이상의 렌즈 요소는 구면 광학능을 제공할 수 있다. 이러한 구면 광학능은 제1 및 제2 원통형 전기 활성 렌즈 요소에 의해 조합 생성된 구면 광학능에 기초하여 선택될 수 있다.

아래에서 더욱 상세히 논의되는 전술한 개념들 및 추가 개념들의 모든 조합이(이러한 개념은 상호 불일치하지 않는다면) 본원에 기재된 본 발명의 주제의 일부로서 간주된다. 특히, 본 개시의 끝에서 나타나는 청구된 주제의 모든 조합은, 본원에 개시된 본 발명의 주제의 일부로서 간주된다. 또한 본원에 참조로서 통합된 임의의 개시에서 나타날 수도 있는 용어로서, 본원에서 명시적으로 사용된 용어에는, 본원에 개시된 특정 개념과 가장 일치하는 의미가 부여되어야 한다.

당업자는, 도면이 주로 예시적인 목적을 위한 것이며 본원에 기설명된 본 발명의 주제의 범위를 제한하려는 것이 아님을 이해할 것이다. 도면은 반드시 일정한 비율은 아니며, 일부 경우에, 본원에 개시된 본 발명의 주제의 다양한 양태는 도면에서 과장되거나 확대되어 상이한 특징의 이해를 용이하게 할 수 있다. 도면에서, 유사한 참조 부호는 일반적으로 유사한 특징(예, 기능적으로 및/또는 구조적으로 유사한 요소)을 지칭한다.
도 1의 A는 대응하는 광학 크로스 상에 중첩된 수직 배향 원통 렌즈를 나타낸다.
도 1의 B는 대응하는 광학 크로스 상에 중첩된 수평 배향 원통 렌즈를 나타낸다.
도 1의 C는 대응하는 광학 크로스 상에 중첩된 대각선 배향 원통 렌즈를 나타낸다.
도 1의 D는 대응하는 광학 크로스 상에 중첩된 대각선 배향 원통 렌즈를 나타낸다.
도 1의 E는 원환체 렌즈에 대한 광학 크로스를 나타낸다.
도 2a는 원통형 전기 활성 렌즈 요소(상단) 및 평면-오목한 원통 렌즈(하단)를 나타낸다.
도 2b는 광학축에 대해 약 45°만큼 회전한 도 2a의 원통형 전기 활성 렌즈 요소를 나타낸다.
도 3a는, 서로 광학 직렬로 배열되고 구면 원통 전기 활성 렌즈 요소와 함께 배열된 회전식 원통 전기 활성 렌즈 요소 세트를 포함하는, 전기 활성 렌즈를 나타낸다.
도 3b는, 도 3a의 전기 활성 렌즈의 제3 원통 전기 활성 요소(좌측), 제4 원통 전기 활성 요소(중앙), 및 두 원통 전기 활성 요소 모두(우측)에 대한 광학 크로스를 나타낸다.
도 3c는 도 3a의 전기 활성 렌즈의 제3 원통 전기 활성 요소, 제4 원통 전기 활성 요소, 두 원통 전기 활성 요소 모두에 대한 경선 각도 함수로서의 광학능 그래프이고, 두 원통형전기 활성 요소는 모두 구면도수 굴절력이 제거되거나 오프셋된다.
도 4는 네 개의 상이한 원통도수 굴절력의 경우 원통 축 오정렬에 대한 시력 차트 상에서 측정된 최소 해상도 각도(LogMAR)의 로그값의 도표이다.
도 5는, 전기 활성 렌즈 내 적층된 원통 전기 활성 렌즈 요소(층)에 대해 상이한 경선 가능 각도를 나타낸다.
도 6은, 여섯 개의 원통 렌즈의 이용 가능한 선택으로부터 세 개의 원통 렌즈의 조합을 이용할 경우에 22개의 상이한 원통도수 축 가능성의 도표이다.
도 7은 난시가 있는 4000명의 미국인 코호트 집단에 대해 도 단위의 원통도수 축 도표이다.
도 8은, 원통 회전 제어를 위해 적층형 원통 전기 활성 렌즈 요소를 갖는 전기 활성 안경 렌즈를 나타낸다.
도 9는, 원통 회전 제어를 위해 적층형 원통 전기 활성 렌즈 요소를 갖는 전기 활성 컨택트 렌즈를 나타낸다.
도 10은, 원통 회전 제어를 위해 적층형 원통 전기 활성 렌즈 요소를 갖는 전기 활성 컨택트 렌즈를 나타낸다.

도 2a 및 2b는, 가변 원통 광학능을 제공하는 데 사용될 수 있는, 원통형 또는 원통 전기 활성 렌즈 요소라고도 불리는, 예시적인 전기 활성 원통 렌즈 요소(200)를 나타낸다. 이러한 전기 활성 원통 렌즈 요소(200)는 한 쌍의 투명 기판(예, 유리 또는 중합체로 제조됨) 사이에 끼워지는, 쌍안정 액정 재료와 같은 전기 활성 재료의 단일 층을 포함한다. 하나의 기판은 접지면 전극으로 코팅되고, 다른 하나의 기판은 평행한 선형 전극(205a-205n)의 어레이로 코팅된다. 전극(205)의 층 상의 정렬 층(미도시)은, 전압이 전극(205)에 인가되지 않을 경우에 기판 및 전극에 대해 액정 재료를 정렬시킬 수 있다. 이러한 평행 선형 전극 어레이에서 최좌측 전극(205a) 및 최우측 전극(205n)은 도 1에 라벨링되어 있다.

선형 전극(205)은 전기 활성 원통 렌즈 요소(200)의 한쪽 에지부에 위치할 수 있는 전극 제어 회로(207)에 결합되고, 이에 의해 제어된다. 각각의 전극(205)에 대해 하나의 전극 제어 회로(207)가 있을 수 있거나, 전극 제어 회로(207)를 공유하는 전극(205)이 있을 수 있다. 공유 회로의 경우, 원통 광학능을 생성하기에 적어도 충분한 제어 회로(207)가 있어야 한다.

작동 시, 전극 제어 회로(207)는 전압을 선형 전극(205)의 일부 또는 전부에 인가한다. 이들 전압은 전기 활성 재료를 작동시켜, 180° 경선을 따라, 즉 전극(205) 및 렌즈의 광학축(이는 기판의 평면 및 전기 활성 재료에 수직임)에 직교하는 방향으로 렌즈의 광학능을 변화시킨다다. 전극 제어 회로(207)는, 종래의 평면-오목한 원통 렌즈(15)의 광학능을 모방한 원통 광학능을 생성하기 위해 각각의 전극(205)에 상이한 전압을 인가할 수 있다. 전극 수에 대해 전압을 플로팅하면, 평면-오목한 원통 렌즈(15)의 오목면 형상을 모방한 포물선 또는 원호형 또는 위상 중첩 호를 만든다. 예를 들어, 중심 전극은 제로 볼트가 인가될 수 있고, 중심 전극의 양 측면 상의 바로 인접한 전극은 0.5 볼트가 인가될 수 있고, 이들에 인접한 다음 전극은 약간 더 높은 전압을 가지며, 중심 전극으로부터의 전압이 증가함에 따라 전극에 대한 전압이 증가하는 이러한 패턴은 여러 번 반복된다.

이러한 전압 프로파일의 형상 및 진폭이 다양함에 따라, 180° 경선을 따라 렌즈 요소(200)에 의해 제공된 원통 광학능이 변한다. 전형적으로, 원통 렌즈는 0 내지 ± 6.00 D 또는 그 이상의 범위의 가변 양의 원통 광학능을 전달하도록 조정 가능하다. 렌즈 요소(200)는 90° 경선을 따라 광학능을 제공하지 않는다. 원하는 경우, 렌즈 요소(200)는 회전하여 다른 경선을 따라 원통 광학능을 제공할 수 있다. 도 2b를 참조하면, 예를 들어 렌즈 요소(200)는 45°만큼 회전하여 135° 경선을 따라 가변적인 광학능을 제공하고 45° 경선을 따라 광학능을 제공하지 않는다.

도 3a는, 동심원 원형 전극(315)을 갖는 별도의 구면 전기 활성 렌즈 요소(310)와 광학 직렬로 배열된 여러 개의 원통 전기 활성 렌즈 요소(200a-200d)를 갖는, 전기 활성 렌즈(300)를 나타낸다. 본 예시에서, 네 개의 원통 전기 활성 렌즈 요소(200)가 있지만, 이하에서 더욱 상세히 논의되는 바와 같이 다른 전기 활성 렌즈(300)는 더 많거나 더 적은 원통 전기 활성 렌즈 요소(200)를 가질 수 있다. 유사하게, 전기 활성 렌즈(300)는 더 많거나 더 적은(즉, 제로) 구면 전기 활성 렌즈 요소를 포함할 수 있으며, 이들 각각은 동일한 양의 구면 광학능 또는 상이한 양의 구면 광학능을 제공할 수 있다. 두 개의 직교 배향된 원통 전기 활성 렌즈 요소는, 동심원 원형 전극을 갖는 구면 전기 활성 렌즈 요소 대신에 또는 그에 추가하여 구면 광학능을 제공하는 데 사용될 수도 있다.

전기 활성 렌즈 요소는 투명 기판에 내장되거나 투명 기판에 의해 적어도 부분적으로 캡슐화될 수 있다. 이 기판은 강성 또는 가요성일 수 있고, 안전 장치 작동용 렌즈 요소에서 미작동 전기 활성물(예, 액정 재료)의 굴절률과 동일하거나 실질적으로 동일한 굴절률을 가질 수 있다. 기판은, 전기 활성 렌즈 요소에 의해 제공되는 가변 원통 및 구면 광학능에 추가하여 고정된 광학능을 제공하기 위한 광학능 또는 만곡 또는 회절 외부 표면 또는 굴절률 구배를 제공하지 않는 평면형 외부 표면을 가질 수 있다.

도 3a에 나타낸 바와 같이, 원통 전기 활성 렌즈 요소(200a-200d)는 서로 광학축에 대해 회전한다. 즉, 원통 전기 활성 렌즈 요소(200a-200d)는 상이한 주요 경선을 갖는다. 각각의 원통 전기 활성 렌즈 요소(200)의 선형 전극(205)은 최소 광학능의 대응하는 경선과 정렬된다. 이 예시에서, 렌즈 요소(200a, 200b, 200c, 및 200d)는 광학축에 대해 회전하여, 이들의 선형 전극이 135°, 15°, 105° 및 45° 경선에 평행하고 직교 경선(즉, 각각 135°, 15°, 105° 및 45° 경선)을 따라 가변적인 광학능을 제공한다.

하나 이상의 제어 회로(207)는 전술한 바와 같이 상이한 원통 전기 활성 렌즈 요소(200) 내의 각각의 전극에 전력을 인가한다. 원통 전기 활성 렌즈 요소는 동시에 작동되는 하나 이상의 렌즈 요소로 서로 독립적으로 작동할 수 있다. 다수의 렌즈 요소가 동시에 작동하는 경우, 이들의 광학능은 전술한 바와 같이 추가된다.

예를 들어, 구면 전기 활성 렌즈 요소(310) 및 원통형 전기 활성 렌즈 요소(200) 중 하나를 작동시키면, 예를 들어 도 1의 E의 종래 원환체 렌즈 처방에 나타낸 바와 같이, 난시 교정용 원환체 광학능을 생성한다. 그러나, 종래의 렌즈와 달리, 광학능의 양은 전기 활성 렌즈 요소에 인가된 전압을 변화시킴으로써 조절될 수 있다. 또한, 원통도수 굴절력은, 임의의 원통형 전기 활성 렌즈 요소(200)가 작동하는 것을 변화시킴으로써 임의의 이동 부분 없이, 광학축에 대해(즉, 상이한 주요 경선으로) 회전할 수 있다. 도 3a의 전기 활성 렌즈(300)에서, 원통형 전기 활성 렌즈 요소(200)는 네 개의 상이한 축을 따라 정렬되어, 대응하는 원통형 전기 활성 렌즈 요소(200)를 작동시킴으로써 이들 축의 각각을 따라 난시를 교정할 수 있게 한다. 동일한 원통도수 굴절력을 제공하기 위해 직교 정렬된 원통형 전기 활성 렌즈 요소(200)(예, 원통형 전기 활성 렌즈 요소(200b 및 200c))를 작동하면, 순수 구면도수 굴절력을 생성한다.

둘 이상의 원통형 전기 활성 렌즈 요소(200)가 동시에 작동하면, 원통도수 굴절력이 추가되고, 전기 활성 렌즈(300)로 하여금 복합 렌즈로서 작용하게 한다. 원통형 전기 활성 렌즈 요소(200)가 상이한 주요 경선을 갖기 때문에(즉, 이들은 광학축에 대해 서로 회전함), 전기 활성 렌즈의 주요 경선은 중간 위치에 있을 수 있다. 예를 들어, 두 개의 원통형 전기 활성 렌즈 요소(200)를 동시에 작동시키면, 작동된 두 개의 원통형 전기 활성 렌즈 요소(200)에 대한 최대 광학능의 경선 사이 중간 경선을 따라 따라 최대 광학능을 생성한다.

보다 구체적으로, 동일한 크기의 원통도수 굴절력을 제공하기 위해 원통형 전기 활성 렌즈 요소(200c 및 200d)를 작동시키면(각각 105° 및 45°의 최대 광학능을 가짐), 75°의 경선을 따라 순 또는 결합 최대 원통도수 굴절력을 생성한다. 유사하게, 동일한 크기의 원통도수 굴절력을 제공하기 위해 원통형 전기 활성 렌즈 요소(200b 및 200c)를 작동시키면(각각 15° 및 105°의 최대 광학능을 가짐), 60°의 경선을 따라 순 또는 결합 최대 광학능을 생성한다. 그리고, 동일한 크기의 원통도수 굴절력을 제공하기 위해 직교 원통형 전기 활성 렌즈 요소(예, 요소(200a 및 200d))를 작동시키면 순 구면도수 굴절력을 생성한다.

도 3b 및 3c 및 표 1(아래)은, 원통형 전기 활성 렌즈 요소(200c, 200d)를 작동시켜 각각 +4.00 D의 원통도수 굴절력을 제공함으로써 제공되는, 개별 및 순 광학능을 나타낸다. 도 3b는 요소(200c)(좌측), 요소(200d)(중간), 및 직렬인 두 요소 모두(우측)에 대한 광학 크로스를 나타낸다. 직렬인 두 요소의 최대 광학능은 75°의 경선에서 +6.00 D이며, 이 각도는 각각 요소(200c 및 200d)의 105° 및 45° 최대 광학능 경선 사이의 중간이다. 직렬인 두 요소의 최소 광학능은 165°의 경선에서 +2.00 D이다. 도 3c 및 표 1은 다른 경선에서 제공된 광학능을 나타낸다.

함께 작동하면, 두 개의 원통형 전기 활성 요소(200c 및 200d)는, 75°의 축에서 +4.00 D의 원통도수 굴절력을 제공한 원통 렌즈 요소와 직렬인 +2.00 D의 광학능을 제공하는 구면 렌즈 요소와 동등하다. 원하는 경우, 구면 전기 활성 렌즈 요소(310)를 작동시켜 -2.00 D의 구면도수 굴절력을 제공함으로써 구면 광학능을 오프셋할 수 있다. 두 개의 원통형 전기 활성 요소(200c 및 200d)가 작동하여 각각 +4.00 D의 최대 원통도수 굴절력을 제공하고 구면 전기 활성 렌즈 요소(310)가 -2.00 D의 구면도수 굴절력을 제공하면, 전기 활성 렌즈(300)는 75°의 축에서 +4.00 D의 순 광학능을 제공한다. 대안적으로, 구면 전기 활성 렌즈 요소(310c)는 추가의 구면도수 굴절력을 제공하거나 구면도수 굴절력을 감소시키기 위해 작동할 수 있다.

경선 (°)	요소 200c	요소 200c	합계	덜 구면
0	0.27	2.00	2.27	0.27
15	0.00	3.00	3.00	1.00
30	0.27	3.73	4.00	2.00
45	1.00	4.00	5.00	3.00
60	2.00	3.73	5.73	3.73
75	3.00	3.00	6.00	4.00
90	3.73	2.00	5.73	3.73
105	4.00	1.00	5.00	3.00
120	3.73	0.27	4.00	2.00
135	3.00	0.00	3.00	1.00
150	2.00	0.27	2.27	0.27
165	1.00	1.00	2.00	0.00
180	0.27	2.00	2.27	0.27

따라서, 둘 이상의 원통형 전기 활성 렌즈 요소(200)를 동시에 작동시키면, 전기 활성 렌즈(300)에 의해 제공된 순 원통도수 굴절률을 전기 활성 렌즈(300)의 광학축에 대해 회전시킬 수 있다. 원통형 전기 활성 렌즈 요소(200)는 그 크기 및 회전 각도가 시간에 따라 변하는 순 원통도수 굴절력을 제공하도록 동적으로 작동할 수 있다. 동시에, 구면 렌즈 요소(310)는 원하는 대로 추가의 구면도수 굴절력을 제공하도록 동적으로 작동할 수 있다. 이러한 구면도수 굴절력은, 전기 활성 렌즈에 의해 제공되는 순 전력에 추가될 수 있거나, 작동하는 원통형 전기 활성 렌즈 요소(200)에 의해 생성된 임의의 구면도수 굴절력을 감소시킬 수 있다.

원통형 전기 활성 렌즈 요소(200)가 쌍안정적인 경우, 이들은 또한 작동하거나 한 번 설정될 수 있고, 그 다음 임의의 전력을 소비하지 않고 정적 또는 일정한 순 원통도수 굴절력을 제공하도록 그 설정에 남겨질 수 있다. 예를 들어, 원통형 전기 활성 렌즈 요소(200)가 쌍안정적 액정 재료를 포함하는 경우, 액정 재료에 적절한 전압을 인가하면, 액정 재료가 자체적으로 재배향되고 후속 전압이 인가될 때까지 재배향된 위치에 있게 한다. 이러한 액정 재배향은 굴절률 프로파일 및 이에 따라 원통형 전기 활성 렌즈 요소(200)에 의해 제공되는 원통도수 굴절률을 변화시킨다. 대안적으로, 원통형 전기 활성 렌즈 요소(200)는 열 또는 자외선으로 경화시킴으로써 영구적으로 정위치에 고정될 수 있는, 경화성 중합체 매트릭스 내의 액정과 같은 전기 활성 재료를 포함할 수 있다. 난시 교정은 근거리 및 원시 교정 둘 다에 대해 일반적으로 동일하기 때문에, 원통도수 굴절력을 고정시키는 것은 안과용 렌즈에 매우 유용할 수 있으며, 이는 구면 전기 활성 렌즈 요소(310)를 켜고 끔으로써 동적으로 교정될 수 있다.

원통형 전기 활성 렌즈 요소(200)가 정적인 원통도수 굴절력을 제공하도록 설정되어 있는 경우, 이들은 도 3b 및 3c에서처럼 정적인 구면도수 굴절력을 또한 제공할 수 있다. 이렇게 정적인 구면도수 굴절력은, 유리 또는 플라스틱으로 제조된 선택적인 베이스 렌즈(도 3a에 나타내지 않음)에 의해 제공된 정적 광학능에 추가될 수 있는, 바이어스 구면도수 굴절력으로 간주될 수 있다. 또한, 구면 전기 활성 렌즈 요소(310)를 제로가 아닌 값 사이에서(예, 양의 값과 음의 값 사이 또는 두 개의 상이한 양의 값 또는 음의 값 사이에서) 스위칭함으로써 오프셋될 수 있다. 예를 들어, 사람의 처방이 근거리 및 원시 모두에 대해 +0.50 D의 원통도수 굴절력이고, 원시에 대해 0.00 D의 구면도수 굴절력과 근거리에 대해 +1.50 D의 구면도수 굴절력 사이에서 전환된다고 가정한다. 원통 전기 활성 렌즈 요소가 +0.50 D의 원통도수 굴절력 및 +0.125 D의 구면도수 굴절력을 제공하는 경우, 구면 전기 활성 렌즈 요소는, 오프 및 온 각각일 때 0.00 D 및 +1.50 D의 순 구면도수 굴절력을 위해, 오프일 경우에 -0.125 D의 구면도수 굴절력을, 온일 경우에 +1.375 D의 구면도수 굴절력을 제공하도록 설정될 수 있다.

원통형 전기 활성 렌즈 요소의 수 및 정렬

원통 회전 제어를 갖는 전기 활성 렌즈 내 원통형 전기 활성 렌즈 요소의 수 및 정렬은, 원하는 원통 회전 제어의 정도에 따라 달라진다. 안과 응용의 경우, 임상 연구에 따르면, 원통 축 교정이 원하는 원통 처방의 실제 축의 ± 6° 이내로 정렬되는 경우, 시각적 결과가 만족스러움을 나타낸다. 도 4는, 예를 들어 네 개의 상이한 원통도수 굴절력: 전체 원통도수 굴절력(실선), 0.25 디옵터 실(DC; 짙은 회색 실선)에 의한 교정, 0.5 DC(회색 파선)에 의한 교정, 및 0.75 DC(점선)에 의한 교정의 경우 원통 축 오정렬에 대한 시각 차트에서 측정된 최소 해상도 각도(LogMAR) 로그값의 플롯이다. 이는, LogMAR이 최대 약 ±10°까지의 원통 축 오정렬에 대해, 완전히 교정함에도 최상 교정 시력(BCVA)에서 0.1 미만으로 변함을 나타낸다. 최대 약 ± 5°의 원통 축 오정렬에서, LogMAR은 BCVA로부터 0.05 미만만큼 변한다. 이는, 교정 렌즈에 대한 원통 축의 회전 제어가 연속적으로 조절될 필요가 없음을 시사한다 - 이는 서로 20°, 12°, 10°, 6° 이내인 회전 단계에서 점진적으로 조절될 수 있다.

도 3a에 대해 전술한 바와 같이, 전기 활성 렌즈에 다수의 원통 회전축을 제공하는 하나의 방법은, 각각 상이한 회전축(주요 경선)을 갖는 여러 개의 원통 전기 활성 렌즈 요소를 적층하는 것이다. 그 다음, 특정 회전축이 필요할 경우, 그 회전축을 갖는 원통 전기 활성 렌즈 요소가 켜지고, 다른 원통 전기 활성 렌즈 요소는 스위치 오프된다. 예를 들어, 15개의 층을 갖는 렌즈는 6° 증분 또는 단차로 조절할 수 있다.

도 4는, 원통형 전기 활성 렌즈 요소에 의해 제공된 원통 렌즈 교정을 원하는 축 교정의 6° 이내로 정렬하기 위해, 열다섯 개 증분의 축 회전을 나타낸다. 이들 증분/경선은 0, 12, 24, 36, 48, 60, 72, 84, 96, 108, 120, 132, 144, 156, 168 및 180도이다. 이들 경선에서 원통도수 굴절률을 제공하도록 정렬된 열다섯 개의 원통형 전기 활성 렌즈 요소를 갖는 전기 활성 렌즈는, 다음과 같이 사람의 난시를 교정할 수 있다. 안구 내 난시의 축은 제로 내지 180°의 범위이다. 도 4에서와 같이 균일하게 이격된 경선에 배열된 열다섯 개의 원통형 전기 활성 렌즈 요소가 있는 경우, 인접한 원통형 전기 활성 렌즈 요소의 경선 사이의 증분은 12°이다. 임의의 원하는 축 회전은 이들 원통형 전기 활성 렌즈 요소 중 하나의 최대 광학능 경선의 6° 내에 있어야 한다. 예를 들어, 원하는 축 교정이 30°인 경우, 그 축 값은, 24° 및 36° 경선을 따라 원통도수 굴절력을 제공할 수 있는 두 원통형 전기 활성 렌즈 요소에 의해 제공되는 원통도수 굴절률과 이로부터 6° 떨어진 사이의 중간에 위치한다. 따라서, 이들 원통형 전기 활성 렌즈 요소 중 어느 하나는 적절한 교정을 제공할 수 있다. 또 다른 예시에서, 31°의 경선에서 원하는 축 교정은, 36° 경선과 정렬된 원통형 전기 활성 렌즈 요소로부터 5°이다. 원통의 축(경선)은, 안경 렌즈에 사용될 경우에 안경 프레임에 의해, IOL에 사용될 경우에 캡슐에 의해, 그리고 콘택트 렌즈의 바닥에 배치된 중량에 의해 정지 상태로 유지될 수 있다.

단일 전기 활성 렌즈에 열다섯 개의 층(원통형 전기 활성 렌즈 요소)을 적층하는 것이 가능하지만, 액정 재료의 많은 층을 갖는 것에 대한 단점이 있다. 이들 단점 중 일부는, 전기 활성 렌즈를 통해 볼 경우에 더 큰 복잡도, 더 큰 두께, 및 더 큰 헤이즈이다. 다수의 가능한 원통형 교정 축을 여전히 제공하면서, 사용되는 층의 수를 감소시키는 것이 바람직할 수 있다.

다행스럽게도, 전기 활성 렌즈는 한 번에 둘 이상의 층을 작동시킴으로써 열다섯 개 미만의 층(원통형 전기 활성 렌즈 요소)을 사용하여 열다섯 개의 상이한 원통 회전을 생성할 수 있다. 예를 들어, 48° 경선을 따라 원통도수 굴절력을 생성하는 층이 24° 경선에서 원통도수 굴절력을 생성하는 층과 조합하여 스위치 온되는 경우, 결과적인 회전 축은 36°에서 이들 값 사이(중간)일 것이다. 이러한 접근법을 사용하여, 층의 수는 15개에서 9개로, 예를 들어 0, 24, 48, 72, 96, 120, 144, 168 및 180도의 경선과 정렬될 수 있다(여기서, 180도는 시작 및 종료 값을 포함하여 24도의 아홉 개의 증분으로 분할됨).

표 2(아래)는 인접한 전극이 스위치 온될 경우에 생성된 축을 나타내며, 원통형 전기 활성 렌즈 요소의 여덟 개 층만을 이용하여 축 열다섯 개의 조합을 생성한다. "축 1" 및 "축 2"로 표시된 열은, 제1 및 제2 작동 원통형 전기 활성 렌즈 요소의 회전 배향(경선)을 나타낸다. 각각의 작동 원통형 전기 활성 렌즈 요소는 본 예시에서 동일한 양의 원통도수 굴절력을 제공한다. "축 2" 열의 블랭크는 하나의 원통형 전기 활성 렌즈 요소만이 작동함을 나타낸다. "결과"로 표시된 열은 작동 원통형 전기 활성 렌즈 요소(들)에 대해 가장 큰 순 원통도수 굴절력을 갖는 회전축(경선)을 열거한다.

축 1	축 2	결과
0		0
0	24	12
24		24
24	48	36
48		48
48	72	60
72		72
72	96	84
96		96
96	130	108
130		120
130	154	132
154		144
154	180	156
180		168

제1 층 및 제2 층이 중복되므로(0° 및 180° 경선은 일치함), 이들 중 하나는 제거될 수 있고, 여덟 개의 적층된 층(원통형 전기 활성 렌즈 요소)을 남긴다. 단지 여덟 개의 적층된 층에서도, 전기 활성 렌즈는 여전히 6° 이내로 정렬된 난시 교정을 제공할 수 있다. 이는, 광학적으로 동등한 180도 축 대신에 제로도인 축을 사용함으로써 달성된다. 따라서, 예를 들어 174°의 경선에서의 교정은 0°와 168°(0°는 180°와 일치함) 경선 사이에서 각각 6도 내로 등거리이다. 이는 각도 증분의 수를 14로 감소시키며, 이는 8개의 층, 예를 들어 0, 24, 48, 72, 96, 120, 144, 및 168도로 달성될 수 있다.

필연적으로 서로 인접하지 않은 두 개의 상이한 층을 활성화함으로써, 14개 증분을 달성하기 위해 훨씬 더 적은 수의 층이 이용될 수 있다. 예를 들어, 표 3은 0, 24, 72, 120, 144, 및 168도의 경선에서 여섯 개의 층(원통형 전기 활성 요소)을 갖는 전기 활성 렌즈가 12° 증분으로 15개의 상이한 원통 회전을 생성할 수 있음을 보여준다.

훨씬 더 미세한 수준의 해상도를 달성할 수 있는데, 이는 단지 두 개보다는 세 개의 층을 동시에 작동시킨다. 예를 들어, 표 4는 0, 24, 72, 120, 144, 및 168도의 경선과 정렬된 여섯 개의 원통형 전기 활성 렌즈 요소를 적층함으로써 달성할 수 있는 원통 회전 경선을 나타낸다. 이들 렌즈 요소 중 세 개를 한번에 작동시키면, 중심 분포에서 더 미세한 해상도로 스물 두 개의 고유한 원통 축 회전이 가능하다. (고유한 원통 축 회전은 표 4에 우측으로 분류되어 있다.)

도 6은 표 3 및 4에 대하여 전술한 바와 같이, 여섯 개의 상이한 배향된 렌즈의 모음으로부터 세 개의 렌즈만을 선택하고 켜는 경우에 22개의 상이한 원통 축 가능성에 대한 도표이다.

도 7은 난시가 있는 4,000명의 환자로 이루어진 미국 모집단 코호트에서의 원통 경선 분포의 플롯이다. 수직 축은 원통 축을 나타내고, 수평 축은 모집단 수를 나타낸다. 이는 원통 축이 균일하게 분포되지 않음을 나타낸다: 대신에, 코호트의 약 절반(2000명)이 약 80° 내지 100°의 원통 축을 갖는다. 다른 2000명 정도의 코호트 내 사람은 0 내지 80° 또는 100° 내지 180°에 속하는 원통 축을 갖는다. 이러한 분포는 여섯 개 미만의 적층된 층(원통형 전기 활성 렌즈 요소)을 갖는 전기 활성 렌즈를 사용해 난시 모집단의 대부분에 대해 원통 교정을 제공할 수 있음을 시사한다. 또는 전기 활성 렌즈의 층을 회전시켜 80° 내지 100°의 더 미세한 해상도(즉, 원하는 원통 축의 6° 미만 내에서의 교정)를 제공할 수 있다.

예를 들어, 더 적은 수의 층을 갖는 전기 활성 렌즈는, 모든 환자에 대한 원통 축 가능성을 충족하기 위해 원하는 증분의 일부를 생성할 수 있지만, 모든 증분을 생성하지는 않을 수 있다. 예를 들어, 네 개의 층을 갖는 전기 활성 렌즈는 열넷의 고유한 원통 축 조합을 생성할 수 있지만, 이들 조합은 12도 단차로 180도에 걸쳐있지 않을 수 있다. 그러나, 이러한 렌즈는 스톡 키핑 유닛(SKU) #1로서 구성될 수 있고, 원통 축이 0° 내지 84°의 범위로 떨어지는 환자에게 사용될 수 있는 반면, 상이한 경선에서 네 개의 층을 갖는 제2 SKU #2는 원통이 96° 내지 180°의 범위 내에 있는 환자를 위해 구성될 수 있다. 이러한 접근법의 단점은 두 개의 SKU가 필요할 것이라는 것이지만, 장점은 각각의 SKU가 여섯 개가 아닌 네 개의 층만을 가질 것이고, 더 간단하고, 더 얇고, 더 가볍고, 더 투명할(즉, 덜 헤이즈할) 수 있는 점이다. 이러한 접근법을 취하여, 원하는 대로 SKU당 층의 수를 더욱 감소시키기 위해 SKU의 수를 증가시키킬 수 있다.

표 5 및 6(아래)은 SKU #1 및 SKU #2에 대해 가능한 설계 파라미터를 나타낸다. 각각의 SKU는 상이한 축(경선)을 따라 원통도수 굴절력을 제공하도록 배향된 네 개의 층(원통 전기 활성 렌즈 요소)(A-D)를 갖는다. 각각의 SKU에서 하나, 둘 또는 세 개의 층을 작동시키면, 원하는 범위에 걸쳐 순 원통도수 굴절력을 생성한다. 이들 파라미터는 원하는 대로 조절될 수 있다. 층은 전술한 바와 같이 환자의 처방에 따라 한 번 설정되거나 고정될 수 있다. SKU는 또한, 층에 의해 제공되는 추가적인 구면도수 굴절력 또는 오프셋 구면도수 굴절력을 제공하기 위해, 정적 또는 동적 구면 렌즈 요소를 포함할 수 있다.

상기 예시는 개념을 나타내며, 매우 많은 모든 가능한 조합의 포괄적인 목록이도록 의도되지는 않는다. 당업자는 더 적거나 더 많은 수의 층 및 더 미세하거나 더 거친 축 분리 증분을 포함할 수 있는 다른 조합, 또는 심지어 전체 180도를 포함하지 않고 대신에 더 좁은 그룹으로 클러스터링되어 그 그룹 내에서 더 미세한 수준의 해상도를 달성할 수 있는 일련의 축을 계산할 수 있다.

원통 회전 제어 기능이 있는 안경, 콘택트 렌즈 및 인공수정체

도 8은, 원통 회전 제어를 갖는 전기 활성 렌즈(810)가 있는 안경류 또는 안경(800)을 나타낸다. 전기 활성 렌즈(810)는, 각각의 (임의의) 힌지를 통해 좌측 및 우측 템플(830)에 연결된 프레임 전방부(820)에 의해, 제자리에 유지된다. 프레임 전방부(820), 템플(830), 및 선택적인 힌지는 함께 안경(800)의 프레임을 형성한다. 각각의 렌즈(810)는 적어도 세 개, 가능하게는 더 많이 적층형 원통 전기 활성 렌즈 요소(층)(812)가 내장되어 있다. 이들 층(812)은 도 3a에 나타낸 전기 활성 렌즈(300)과 유사한 선형 전극에 의해 작동한다. 각각의 렌즈(810)는 또한, 층(812)과 함께 적층된 동적 구면 렌즈 요소를 포함할 수 있다. 그리고 렌즈(810) 자체는 추가적인 구면도수 또는 원통도수 굴절력을 제공하기 위해 만곡형 외부 표면을 가질 수 있다.

각각의 렌즈(810) 내의 원통 전기 활성 층(812)은 렌즈의 광학축에 대해 서로 회전하여 전술한 바와 같이, 렌즈(810)에 의해 제공된 조절식/동적 원통 교정의 회전 제어를 제공한다. 렌즈(810)는, 전자 장치(814)에 무선으로 결합된, 안경(800) 상의 스위치 또는 원격 제어(예, 적절한 앱을 갖는 스마트폰)를 통한 사용자 입력 또는 센서 판독에 응답하여 이러한 회전 제어를 제공할 수 있다. 또는, 예를 들어 환자의 처방을 결정하고 안경을 환자에게 맞추는 검안사에 의해, 회전 제어가 고정될 수 있다.

이 경우에, 전기 활성 층(812) 각 세트는, 예를 들어 3D 인쇄 또는 다른 적층 제조 기술을 사용하여 유리 또는 플라스틱 베이스 렌즈 요소 내에 밀봉되거나 형성된다. 베이스 렌즈 요소는 -30 디옵터 내지 +30 디옵터의 고정된 광학능을 제공할 수 있다. 증강 또는 가상 현실 응용과 같이 특정 응용의 경우, 베이스 렌즈 요소는 임의의 광학능을 제공하지 않을 수 있다(즉, 0 디옵터의 광학능을 가질 수 있음).

전기 활성 층(812)은, 도 8에 나타낸 대로, 착용자의 시선 바깥으로 베이스 렌즈 요소의 주변부에 내장될 수 있는, 전자 장치(814)에 의해 전력을 공급받거나 제어된다. 이들 전기 장치의 일부 또는 전부는 또한, 전기 장치와 전력 공급부 사이에 유선 또는 무선 전기 연결부를 갖는 프레임 전방부(820) 또는 템플(830)에 내장되거나 포함될 수 있다. 이들 전기 연결부는 (임의의) 힌지 및 베이스 렌즈 요소를 관통하거나 가로지르는 전도성 트레이스 또는 와이어의 형태를 취할 수 있다. 이들은 또한, 전력 공급부로부터 층(812) 및/또는 전자 장치(814)로 에너지를 무선 결합하는 전도성 루프의 형태를 취할 수 있다.

전기 활성 층(812)은 원통 회전 제어를 제공하기 때문에, 렌즈(810)는 정렬에 관계없이 프레임 전방부(820)에 끼워맞춤될 수 있다. 이는, 렌즈(810)를 에지 기술 또는 3D 인쇄 기술로 성형하는 것, 및 렌즈(810)를 프레임 전방(820)에 정렬하는 것을 더 쉽게 만들고, 베이스 렌즈 요소가 고정된 회전 굴절력 또는 교정을 제공하지 않는 한, 프레임 전방(820)에 대한 렌즈(810)의 회전 정렬은 필요하지 않다. 대신에, 렌즈(810)는 임의의 회전 배향으로 프레임 전방(820) 내로 삽입될 수 있고, 원통도수 굴절력은 (원하는 경우, 한 번 또는 반복적으로) 층(812)을 제어 전기 장치(814)로 작동시킴으로써 조절될 수 있다.

도 9는, 원통 회전 제어를 제공하는 전기 활성 콘택트 렌즈(900)를 나타낸다. 도 8의 안경류 렌즈(810)와 마찬가지로, 전기 활성 콘택트 렌즈(900)는 베이스 광학 요소(910)에 내장되거나 그에 부착된 적층형 전기 활성 층(912)을 포함한다. 각각의 전기 활성 층(912)은, 콘택트 렌즈의 광학축에 대해 상이한 각도로 회전하는 자체의 평행한 선형 전극을 가지며, (예를 들어, 도 3a의 적층형 광학 활성 층(200)과 유사하게) 상이한 경선을 따라 원통도수 굴절력을 제공한다. 베이스 광학 요소(910)는 -30 디옵터 내지 +30 디옵터 범위(0 디옵터를 포함함)의 고정된 광학능을 제공할 수 있고, 연화성, 투과성 아크릴 또는 콘택트 렌즈에 사용하기에 적합한 다른 재료와 같은 생체적합성 재료로 제조된다. 베이스 광학 요소(910)는 또한, 전자 장치(914), 및 전자 장치(914)와 층(912)에 전력을 공급하는 축전기 또는 배터리와 같은 전력 공급부를 캡슐화한다. 전자 장치(914) 및 전력 공급부는 투명 또는 반투명 재료로 제조될 수 있고/있거나 사용자의 시선 범위 밖에 배치될 수 있다.

전자 장치(914)는, 원하는 원통 회전 각도에 대한 콘택트 렌즈의 회전 배향을 감지하거나 측정하는 센서를 포함할 수 있다. 전자 장치(914)는 이러한 정보를 사용하여 층(914)을 작동시켜 원하는 원통도수 굴절력을 제공한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 전자 장치(914)는 안테나 또는 다른 무선 인터페이스를 포함할 수 있으며, 이 경우 전자 장치(914)는 착용자 또는 검안사에 의해 작동되는 원격 제어로부터의 무선 명령에 응답하여 층(914)을 작동시킬 수 있다.

도 10은, 원통 회전 제어를 갖는 전기 활성 인공수정체(IOL)(1000)를 나타낸다. 전기 활성 IOL(1000)은 베이스 렌즈 요소(1010)로부터 연장된 햅틱(1020)을 포함하고, 베이스 렌즈 요소는, 도 9의 전기 활성 렌즈(900)와 유사하게 선형 전극, 전자 장치(1014), 및 전력 공급부가 있는 적층형 회전식 전기 활성 층(1012) 모두를 기밀하게 캡슐화한다. 베이스 렌즈 요소(1010)는 또한, -30 디옵터 내지 +30 디옵터의 고정된 광학능을 제공할 수 있다. IOL(1000)은 굴곡되거나 접힐 수 있도록 가요성일 수 있고, 그 다음 작은 절개를 통해 안구에 삽입될 수 있다. IOL(1000)은 안구 내부에 있으면 파열되지 않고, 햅틱(1020)은 IOL(1000)을 제자리에 고정시킨다. 불행하게도, 고정된 IOL(1000)의 회전 배향은, 원하는 회전 축과 일치하지 않을 수 있다. 다행히, 전자 장치(1014)는 EA 층(1012)을 작동시켜 이러한 오정렬을 보상하기 위해 전술한 바와 같은 임의의 범위의 원통형 교정을 제공할 수 있다. 정확한 원통형 교정은, 환자 또는 외과의가 원격 제어를 통해 또는 환자의 난시를 측정하는 IOL(800) 내부 또는 이에 결합된 센서를 사용하여 설정할 수 있다.

결론

본 발명의 다양한 구현예가 설명되고 예시되었지만, 당업자는, 본원에서 설명된 바와 같은 기능 및/또는 그 결과 및/또는 하나 이상의 장점을 수행하기 위한 다양한 다른 수단 및/또는 구조를 쉽게 상상할 것이며, 이러한 변형 및/또는 수정의 각각은 본원에 설명된 본 발명의 구현예의 범위 내에 있는 것으로 간주된다. 보다 일반적으로, 당업자는 본원에 기술된 모든 파라미터, 치수, 재료 및 구성은 예시적인 것으로 의도되며 실제 파라미터, 치수, 재료 및/또는 구성은 본 발명의 교시가 사용되는 특정 적용분야 또는 적용분야들에 따라 달라질 것임을 쉽게 이해할 것이다. 당업자는 본원에서 기술된 특정한 본 발명의 구현예와 많은 등가물을 일상적인 실험을 사용하여 인식하거나 확인할 수 있을 것이다. 따라서, 전술한 구현예는 단지 예로서 제시되고, 첨부된 청구범위 및 이에 등가인 범위 내에서, 본 발명의 구현예들이 구체적으로 기술되고 청구된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 본 개시의 발명의 구현예는 본원에 기술된 각각의 개별적인 특징, 시스템, 물품, 재료, 키트 및/또는 방법에 관한 것이다. 또한, 이러한 특징, 시스템, 물품, 재료, 키트 및/또는 방법이 서로 일치하지 않는 경우, 둘 이상의 이러한 특징, 시스템, 물품, 재료, 키트 및/또는 방법의 임의의 조합이 본 개시의 발명의 범위 내에 포함된다.

또한, 다양한 본 발명의 개념이 하나 이상의 방법으로서 구현될 수 있으며, 그 중 하나가 실시예로서 제공되었다. 상기 방법의 일부로서 수행되는 작동은 임의의 적절한 방식으로 순서화될 수 있다. 따라서, 구현예는 도시된 것과 상이한 순서로 작동이 수행되도록 구성될 수 있으며, 예시적인 구현예에서 순차적인 작동으로 나타나더라도, 일부 작동을 동시에 수행하는 것을 포함할 수 있다.

본원에 정의되고 사용된 모든 정의는, 사전적 정의, 참조로서 통합된 문서 내의 정의 및/또는 정의된 용어의 일반적인 의미를 통제하는 것으로 이해해야 한다.

본원에서 사용된 부정관사("일" 및 "하나")는, 달리 명백히 나타내지 않는 한 "적어도 하나"라는 의미로 이해해야 한다.

본원에서 사용된 "및/또는"이라는 문구는, 본 명세서 및 청구범위에서, 접합된, 즉 어떤 경우에는 결합하여 존재하고 다른 경우에는 분리적으로 존재하는 요소들 중 "둘 중 하나 또는 둘 다"를 의미하는 것으로 이해해야 한다. "및/또는"으로 열거된 다중 요소는 동일한 방식으로, 즉, 접합된 요소 중 "하나 이상의"로 해석되어야 한다. "및/또는" 절에 의해 구체적으로 식별된 요소들, 구체적으로 식별된 요소와 관련이 있거나 관련이 없는 다른 요소 이외의 다른 요소가 선택적으로 존재할 수 있다. 따라서, 비한정적인 예로서, "포함하는"과 같은 개방형 언어와 함께 사용될 때, "A 및/또는 B"에 대한 언급은: 일 구현예에서 A만(선택적으로 B이외의 요소를 포함); 다른 구현예에서, B만(선택적으로 A이외의 요소를 포함); 또 다른 구현예에서는 A 및 B 둘 다(선택적으로 다른 요소를 포함); 등을 지칭할 수 있다.

본 명세서 및 청구범위에 있어서 본원에서 사용되는 바와 같이, "또는"은 위에 정의된 바와 같이 "및/또는"과 동일한 의미를 갖는 것으로 이해해야 한다. 예를 들어, 목록에서 물품을 분리할 때 "또는" 또는 "및/또는"은 포괄적인 것, 즉, 적어도 하나를 포함하되, 하나를 초과하는 숫자 또는 요소 목록, 및, 선택적으로, 추가적인 목록에 없는 물품 또한 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 반대로, 예컨대 "단지 하나의" 또는 "정확하게 하나의", 또는 청구범위에서 사용될 때, "구성되는"과 같이, 명확하게 지시된 용어들 만이, 숫자 또는 요소 목록에서 정확히 하나의 요소를 포함하는 것을 지칭할 것이다. 일반적으로, 본원에서 사용되는 용어 "또는"은, 예컨대 "어느 하나의," "중 하나의," "단지 하나의," 또는 "정확히 하나의" 와 같이 배타적인 용어가 앞에 올 때, 배타적 대안(즉, "하나 또는 다른 하나이되 둘 다는 아님")을 나타내는 것으로 해석되어야 한다. 청구범위에서 사용되는 경우, "본질적으로 이루어지는"은 특허법 분야에서 사용되는 바와 같이 통상적인 의미를 가질 것이다.

본 명세서 및 청구범위에 있어서 본원에서 사용되는 바와 같이, 하나 이상의 요소의 목록에 관하여 "적어도 하나의"라는 어구는, 요소 목록 내의 임의의 하나 이상의 요소로부터 선택된 적어도 하나의 요소를 의미하되, 요소 목록에 구체적으로 나열된 각 요소 및 모든 요소 중 적어도 하나를 반드시 포함하고, 요소 목록 내의 요소의 임의의 조합을 배제할 필요는 없다. 이러한 정의는, 또한, 구체적으로 식별된 요소 이외에 상응 요소가 구체적으로 식별된 요소와 관련이 있는지 여부와 상관없이, 문구 "적어도 하나"가 지칭하는 요소의 목록 내에 선택적으로 존재할 수 있게 한다. 따라서, 비한정적인 예로서, "A 및 B 중 적어도 하나"(또는, 등등하게 "A 또는 B 중 적어도 하나," 또는, 동등하게 "A 및/또는 B 중 적어도 하나")는: 일 구현예에서, B가 없이, 적어도 하나의 A, 선택적으로는 둘 이상(및 선택적으로 B외의 요소를 포함함); 다른 구현예에서, A가 없이, 적어도 하나의 B, 선택적으로 둘 이상(및 선택적으로 A외의 요소를 포함함); 또 다른 구현예에서, 적어도 하나의 A, 선택적으로 둘 이상, 및 적어도 하나의 B, 선택적으로 둘 이상(및 선택적으로 다른 요소를 포함함); 등을 지칭할 수 있다.

상기 명세서에서와 청구범위에서 "포함하는", "포함한", "갖는", "가지는", "함유하는", "수반하는", "보유하는", "구성되는" 등과 같은 모든 전환구는, 개방형으로서, 즉, 포함하되 이에 한정되지 않음을 의미한다는 것을 이해해야 한다. "구성되는" 및 "본질적으로 구성되는"의 전환구 만이, 미국 특허청 특허 심사 절차 매뉴얼 2111.03에 기술된 바와 같이, 폐쇄형 또는 반 폐쇄형 전환구에 상응한다.

Claims

전기 활성 렌즈로서,
상기 전기 활성 렌즈의 제1 경선에 제1 가변 원통도수 굴절력을 제공하도록 구성된 제1 전기 활성 렌즈 요소;
상기 제1 전기 활성 렌즈 요소와 광학 직렬로 있고 상기 제1 경선과 상이한 상기 전기 활성 렌즈의 제2 경선에 제2 가변 원통도수 굴절력을 제공하도록 구성된 제2 전기 활성 렌즈 요소; 및
상기 제1 전기 활성 렌즈 요소 및 제2 전기 활성 렌즈 요소와 광학 직렬로 있고 상기 제1 경선 및 상기 제2 경선과 상이한 상기 전기 활성 렌즈의 제3 경선에 제3 가변 원통도수 굴절력을 제공하도록 구성된 제3 전기 활성 렌즈 요소를 포함하는, 전기 활성 렌즈.
제1항에 있어서, 상기 제2 경선은 상기 제1 경선에 대해 최대 약 24°의 각도만큼 상기 전기 활성 렌즈의 광학축에 대해 회전하는, 전기 활성 렌즈.
제1항에 있어서, 상기 제3 경선은 상기 제1 경선에 대해 90° 미만의 각도만큼 상기 전기 활성 렌즈의 광학축에 대해 회전하는, 전기 활성 렌즈.
제1항에 있어서,
상기 제1 전기 활성 렌즈 요소는 제1 액정 층, 및 상기 제1 경선과 상기 전기 활성 렌즈의 광학축에 수직이고 상기 제1 액정 층을 작동시키도록 구성된 선형 전극의 제1 어레이를 포함하고,
상기 제2 전기 활성 렌즈 요소는 제2 액정 층, 및 상기 제2 경선과 상기 전기 활성 렌즈의 광학축에 수직이고 상기 제2 액정 층을 작동시키도록 구성된 선형 전극의 제2 어레이를 포함하고,
상기 제3 전기 활성 렌즈 요소는 제3 액정 층, 및 상기 제3 경선과 상기 전기 활성 렌즈의 광학축에 수직이고 상기 제3 액정 층을 작동시키도록 구성된 선형 전극의 제3 어레이를 포함하는, 전기 활성 렌즈.
제1항에 있어서,
상기 제1 전기 활성 렌즈 요소, 상기 제2 전기 활성 렌즈 요소, 및 상기 제3 전기 활성 렌즈 요소와 광학 직렬로 있고 상기 제1 경선, 상기 제2 경선, 및 상기 제3 경선과 상이한 상기 전기 활성 렌즈의 제4 경선에 제4 가변 원통도수 굴절력을 제공하도록 구성된 제4 전기 활성 렌즈 요소를 추가로 포함하는, 전기 활성 렌즈.
전기 활성 렌즈로서,
서로 광학 직렬로 배열되고 상기 전기 활성 렌즈의 광학축에 대해 상이한 각각의 축에서 원통 광학능을 제공하도록 구성된 원통형 전기 활성 렌즈 요소; 및
상기 원통형 전기 활성 렌즈 요소와 광학 직렬로 배열되고 가변 구면 광학능을 제공하도록 구성된 적어도 하나의 전기 활성 요소를 포함하는, 전기 활성 렌즈.
제6항에 있어서, 상기 원통형 전기 활성 렌즈 요소는 쌍안정 전기 활성 재료로 이루어진 각각의 층을 포함하는, 전기 활성 렌즈.
제6항에 있어서, 상기 원통형 전기 활성 렌즈 요소는 세 개의 원통형 전기 활성 렌즈 요소를 포함하는, 전기 활성 렌즈.
제6항에 있어서, 상기 원통형 전기 활성 렌즈 요소는 네 개의 원통형 전기 활성 렌즈 요소를 포함하는, 전기 활성 렌즈.
제6항에 있어서, 상기 원통형 전기 활성 렌즈 요소는 다섯 개의 원통형 전기 활성 렌즈 요소를 포함하는, 전기 활성 렌즈.
제6항에 있어서, 상기 원통형 전기 활성 렌즈 요소는 여섯 개의 원통형 전기 활성 렌즈 요소를 포함하는, 전기 활성 렌즈.
제11항에 있어서, 상기 여섯 개의 원통형 전기 활성 렌즈 요소는 각각 0, 24, 72, 120, 144, 및 168도의 경선에서 원통도수 굴절력을 제공하도록 정렬되는, 전기 활성 렌즈.
제6항에 있어서, 상기 원통형 전기 활성 렌즈 요소 각각은 독립적으로 작동되도록 구성되는, 전기 활성 렌즈.
제6항에 있어서, 상기 원통형 전기 활성 렌즈 요소 각각은,
액정 재료 층; 및
상기 액정 재료 층과 전기 연통하고 상기 전기 활성 렌즈의 광학축에 수직이고, 상기 액정 재료 층에 전기장을 인가하도록 구성됨으로써 상기 액정 재료 층이 상기 전기 활성 렌즈의 광학축에 직교하는 가변 원통 광학능을 제공하도록 하는, 선형 전극 어레이를 포함하는, 전기 활성 렌즈.
제6항에 있어서, 상기 적어도 하나의 전기 활성 요소는 상기 원통형 전기 활성 렌즈 요소 중 두 개 이상에 의해 제공된 구면도수 굴절력을 오프셋하는 가변 구면 광학능을 제공하도록 구성되는, 전기 활성 렌즈.
원통형 전기 활성 렌즈 요소의 적층체를 포함하고, 상기 전기 활성 렌즈의 광학축에 대해 상이한 각각의 축에서 원통 광학능을 제공하도록 구성된 전기 활성 렌즈를 작동시키는 방법으로서, 상기 방법은,
상기 원통형 전기 활성 렌즈 요소의 적층체 내 제1 원통형 전기 활성 렌즈 요소와 함께 제1 경선을 따라 원통도수 굴절력을 제공하는 단계;
상기 제1 원통형 전기 활성 렌즈 요소와 함께 상기 제1 경선을 따라 원통도수 굴절력을 제공하고, 상기 원통형 전기 활성 렌즈 요소의 적층체 내 제2 원통형 전기 활성 렌즈 요소와 함께 상기 제1 경선의 60도 이내에서 제2 경선을 따라 원통도수 굴절력을 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
제16항에 있어서, 상기 제1 경선은 상기 제2 경선의 24도 이내에 있는, 방법.
제16항에 있어서, 상기 제1 경선을 따르는 원통도수 굴절력 및 상기 제2 경선을 따르는 원통도수 굴절력은, 상기 제1 경선과 상기 제2 경선 사이의 중간에서 경선을 따라 원통도수 굴절력을 생성하기 위해 더해지는, 방법.
제18항에 있어서, 상기 제1 경선과 상기 제2 경선 사이의 중간에서 상기 경선은, 상기 전기 활성 렌즈를 통해 보는 사람에 대해 원통 교정의 6도 이내에 있는, 방법.
제16항에 있어서,
상기 제1 원통형 전기 활성 렌즈 요소와 함께 상기 제1 경선을 따라 그리고 상기 제2 원통형 전기 활성 렌즈와 함께 상기 제2 경선을 따라 원통도수 굴절력을 제공하면서, 상기 원통형 전기 활성 렌즈 요소 적층체 내 제3 원통형 전기 활성 렌즈 요소와 함께 상기 제1 경선 및 상기 제2 경선과 상이한 제3 경선을 따라 원통도수 굴절력을 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제16항에 있어서,
상기 제1 원통형 전기 활성 렌즈 요소와 함께 상기 제1 경선을 따라 그리고 상기 제2 원통형 전기 활성 렌즈와 함께 상기 제2 경선을 따라 원통도수 굴절력을 제공하면서, 상기 원통형 전기 활성 렌즈 요소의 적층체와 광학 직렬인 적어도 하나의 렌즈 원소에 구면 광학능을 제공하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
제21항에 있어서,
상기 제1 원통형 전기 활성 렌즈 요소 및 상기 제2 원통형 전기 활성 렌즈 요소에 의해 조합되어 생성된 구면 광학능에 기초하여, 상기 적어도 하나의 요소에 의해 제공되는 상기 구면 광학능을 선택하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.