TW200831979A - Electro-active ophthalmic lens having an optical power blending region - Google Patents
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Description
200831979 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 口本^明一般係關於一種在分別具有不同光學性質的兩個 區之間併入一混合區的電活性鏡片。明確而言,該混合區 係平⑺區,其在分別具有一不同折射率的兩個區域之間 轉變。更明確而言,該平滑混合區可係在分別具有一不同 光:功率的兩個光學區域之間的一電活性轉變。藉由具有 電活性平滑混合區,可完成在不同光學性質與功率之間 的一連績轉變,實現迄今未實現之結果。 【先前技術】 用於遂視眼修正之電活性眼用鏡片係併入一動態繞射電 活性光學元件的靜態折射眼用鏡片。該繞射光學元件允許 口人將使用一電活性媒介物(例如液晶)之一光學添加功率 區在開與關之間切換。f亥電活性元件通常僅表示該鏡片之 整個區域的-部份,且本身擁有_突變的周邊邊緣,其中 該整個鏡片之光學功率(焦距)自該折射鏡片之光學功率不 連續地轉變為該折射鏡片與該繞射電活性元件之組合的光 學功率。光學功率的此種不連續性導致產生患者可能難以 接又之一影像跳動。在本發明之具體實施例中描述一電活 性混合區,其用來減輕令人討厭的影像跳動。 因此此項技術急需一光學轉變用以減輕並緩解某些患者 難以接受的光學跳動。因此,現在本發明提供_改良混合 區,其有效克服上述困難以及在光學轉變中固有的長期存 在問題。 126623.doc 200831979 【發明内容】 根據本發明之_態樣’揭示— 少-個電活性混合區。當對其:“性鏡片,其包括至 自該鏡片_第 二、也:功率時’該混合區提供 上遠娣夕丄 干χ ;'°°〇至一第二光學功率區的一實質 上連續之光學功率轉變。 λ貝 根據本發明之—項具體實 活性镑μ # ^ t 恶樣,揭不一種電 :’其包括具有固定光學功率之—折射鏡片,以及 Γ
=元件’該元件具有動態光學功率以及與該折射鏡 :連通之-周邊邊緣。該電活性鏡片之該光學功率係 =性70件與該折射鏡片之光學功率的總合。當啟動該 活性兀件時,該電活性㈣提供自該電活性元件與該折 射鏡片±之光學功率的總合至該折射鏡片之光學功率的實質 上連續轉變光學功率之一區。該轉變區位於該電活性元件 之該周邊邊緣附近。 本1明之-項具體實施例之另_態樣可包括—電活性鏡 片,其包括至少一個電活性混合區。當對其施加功率時, 該混合區提供自該鏡片之一第一光學功率區至一第二光學 功率區的至少一步進之光學功率轉變。 本發明之一項具體實施例的另一態樣可包括一電活性鏡 片’其包括具有固定光學功率之至少一區域,以及具有一 混合區之至少一動態光學功率之區。當施加功率於該混合 區時,該混合區具有繞射功率並提供自該動態功率區至該 固定功率區之一連續光學功率轉變。 如熟悉此項技術人士所明白’本發明提供之一主要優點 126623.doc 200831979 係美供平滑在分別具有一不 j折射率的兩個區域之間之轉 受的一混合區,形成在其間一 |貝上連%之轉變。本發明 之另一目標係提供在分別具有一 另不问先學功率的兩個光學 區域之間一電活性轉變。藉由 — 稭由具有一電活性平滑混合區, 可貫現在不同光學性質與功率 半之間的一連績轉變。從以下 說明中,將會明白本發明之其他目標。 /由參考下列詳細討論之料具體實施例以及說明並示 犯此專具體實施例的附圖將會更好地理解本發明之方法斑 裝置。 【實施方式】 如附圖所示之下列較佳具體實施例係說明本發明且未意 欲限制包含在此申請案之申請專利範圍中之本發明。本文 揭示具有一混合區之一電活性眼用鏡片。 通常如圖1 a所示之裝置1 〇〇顯 ㈣不一裔件,其可具有至少 Ο -層液晶以及至少兩層基板。或者,本發明之該器件之一 項具體實施例可具有複數個液晶層(例如㈣),以及複數 個基板(例如三個基板)。^顯示一電活性眼用鏡片⑽之 -項具體實施例,其中-電活性元件1〇8包覆在一普通折 射眼用鏡片101内。該雷壬祕-、 n 兔/舌性7〇件1〇8(僅為舉例)包括至少 兩光學品質基板1〇2,其折射率與折射鏡片1〇1大部分匹 配’且其用於包含至少-層液晶1G3。在該等基板102之内 表面上之透明電極109與—合適電驅動源極結合用於改變 該液晶丨〇3之折射率以便產生—繞射光學元件,如下詳 述。液晶材料由各向異性形有機分子組成,其具有一定向 126623.doc 200831979 順序度’也就是說,全部分子易於在相同總體方 自身。該等分子之各向異性形狀導致其主體光 = 如其折射率)之-各向異性。藉由在—液日日日材料層上於(列 -電壓,所得電場用以重新定向該等液晶分子^ 一輸入光學波可經歷之主體材料之& ^ 十又九學性質。用於重新定 向液晶分子之一合適電驅動力可為(例如 7 电池,或孰籴 Γ
項技術人士已知的其他電源,其可提供大約〇伏特至: 約50伏特範圍内之一電位。 X 該電活性元件與-顯示器不同,其中該元件經設計藉由 光學繞射來聚焦光’而非顯示—影像。 為-相物體,㈣不影響透過其之光學波== 影響其相位。一圓形鏡片之正焦距藉由以旋轉對稱之方式 增加-入射光學波自邊緣至中心之相位延遲使光聚焦一 點。例如’沿-鏡片之直徑提供自邊緣至邊緣之—旋轉對 稱抛物線相錢遲之該圓形鏡丨導致平行光線㈣在相同 點,而與任何單-光線進人該鏡片之點無關。因此,呈有 :抛物線相位輪庵之―鏡片將在其整個直徑上具有恒定的 光予力率可藉由取s亥相位輪廊相對於徑向位置之第二導 數來决疋光子功率(焦距之倒數),且在上述該抛物線鏡片 之丨月形下抛物線(二次)函數之第二導數係一常數。 士下所述鏡片將藉由或者折射(當該鏡片之實體尺寸 通大於光波長時)及/或繞射(當該鏡片之實體尺寸與該光波 長相田時)來聚焦光線。因& ’在本發明之一項具體實施 例中’ a電活&元件之該基板iQ2可為—繞射鏡片。圖 126623.doc 200831979 至2e特定說明用於產生一繞射鏡片以聚焦光之-方法。圖 2a顯示具有一期望焦距之一折射鏡片之相位輪廓(形 狀)2〇°。利用一理想折射鏡片之對稱性,圖2a表示自一折 射鏡片中心202至該鏡片外邊緣2〇3之該鏡片的相位輪廓 _ 200。圖2d2e的水平軸表示自該鏡片中心至該鏡片邊緣 • 之一徑向距離Γ,以毫米為單位。在本發明之一項具體實 施例中,一眼用折射鏡片可具有大約2〇 mm至大約8〇瓜瓜 ς, 範圍内之一直徑。圖2&至2(1的垂直軸表示與徑向位置成函 數關係的該等折射與繞射鏡片之相位延遲。圖仏至^之該 鏡片之該相位輪廓係與繞射結構之厚度調變(句相關,其中 所需相位延遲⑷與厚度調變⑷、光波長(λ。)、該基板材料 之折射率(nlens)以及與該繞射鏡片相鄰之光學材料之折射 率(η)成函數關係,其關係式為(φ) = [2π(1(ηι__η)]/λ。。 對於一電活性繞射鏡片而言,與繞射表面相鄰之該光學 材料(例如一液晶材料)應理解為具有電活性。為製造具有 〇 與一折射鏡片相等之光學功率的一繞射鏡片,可將圖2a之 折射相位輪廓200分成圖2b所示之全波菲涅爾(Fresnel)環 帶或「相位纏繞」。相位纏繞係一程序,藉此該相位輪廓 ' 之值係產生模數η2π,其中η係21之一整數。例如,具有其 • 中最大相位延遲為6π之一拋物線相位輪廓的一折射鏡片, 具有相等光學功率之一繞射配對體,其包括圖2b所示之3 個全波菲涅爾環帶。每一菲涅爾環帶之寬度(亦即沿鏡片 中心202之距離)係設計波長(λ。)與焦距(f。)之一函數,其中 Jth菲涅爾環帶之半徑(rj)由rj = (2j、f〇)i/2給出。圖孔至2〇斤 126623.doc -10- 200831979 ’、晨γ相位值位置係由需要用以產生一 π相位延遲之材 料厚度來決定,且如前述,其係該光學波長以及在特定波 長處之該等折射率之一函數。 若如圖2b至2e所示之此等繞射鏡片係簡單旋轉對稱之繞 ' 射光柵,則光柵週期(八,一單一菲涅爾環帶之寬度,rj+1_rj) • 隨半徑增加而逐步減小。光線繞射之角度隨該光柵週期成 反比例變化,且當該光栅週期隨半徑逐步減小時,光線聚 (、 焦在相同點,而與其進入該鏡片之位置無關。因此,一不 連續光學相位輪廓(例如圖213至2(1所示,以及藉由圖。所 示之電極在一電活性材料層中所產生的相位輪廓)可用於 以一平滑且緩和的方式混合光。本發明之具體實施例具有 此實際優點,並藉由自身僅分段連續之光學結構致能產生 光學功率的連續之變化。由於此等結構之厚度為光學波長 之微米等級,因此通常將其圖案化於或應用於一基板,該 基板厚度足以提供足夠的機械剛度。由該基板材料引起之 1, 相位延遲並不影響該鏡片之操作。將相位輪廓200分成全 波菲涅爾環帶導致一繞射相位輪廓(或炫耀輪廓)。如欲如 此,可將纏繞相位輪廓細分成一系列等距離散的相位位 ' 準,如圖2c&2d所不,以接近圖几之全波菲涅爾環帶的相 . 位輪廓。 可將一相位輪廓細分成2至大約128個相位位準。所得相 位位準之數量決定該鏡片之繞射效率,其係在設計焦距處 被聚焦之入射光之部分。對具有]^個相位位準之一鏡片而 言,該繞射效率(η)隨相位位準數而增加,且定義為η = 126623.doc -11 - 200831979 [邮卿(,]2。因此,隨著相位位準數量增加 位輪廓更類似該實際相位輪靡,其理論 :似相 -耵效羊Η 2d所不之相位輪廓通常被 準繞射相位輪廓。為吝★ 念 夕位 ㈣4產生一實際光學元件,可以— 私將此等相位輪廓轉變成實體基、 化(如圖“所定義),以產生mT表面的佈局變 王表面,于雕繞射鏡片,如同
等製程(僅為舉例)包括單-點鑽石旋轉、灰階I
Ο 〜、电漿蝕刻或反應離子蝕刻。 p ^在本發明之-項具體實施例巾,可將電極沈積在一表面 :雕之繞射元件上或圖案化化在一大部分平坦之表面上。 表面繞射兀件需要之電極數係每層電活性材料最小為 2。圖案化於一表面上之電極(例如)包括一格柵電極。一格 圖案之電極由大約L000個電極至大約⑽,咖之電極组 成。如下所述,亦可將圖案化電極在—基板上組態成同心 圓’其中所需圓之數目由菲涅爾環帶之數目(其係光學直 徑與光學功率之函數)以及每個全波菲涅爾環帶之相位位 準數來决疋。電極之數目可在大約100個電極至大約㈣⑽ 個電極之範圍内。該電活性元件之整體構造類似於一對稱 液晶顯示H(LCD)之整體構造且其制此項技術中已知之 程序與材料。 :為使表面浮雕繞射鏡片具有電活性,與該繞射表面光 T相連通放置液晶’且液晶之電活性功能係用於提供與電 疋相關之折射率匹配。可用於本發明之一項具體實施例的 液晶可(僅為舉例)包括市售向列型液晶混合物旧或 126623.doc -12- 200831979 BL037,兩者皆可自Merck購得。由電場引起之折射率之 變化文该等液晶材料之折射率的最大各向異性(通常稱為 雙折射)限制,對此等材料,該最大各向異性在光學波長 處皆超過0.2。對於此等雙折射值,可使用如5 _薄之液 晶層產生一全波相位延遲。圖u所示(僅為舉例)用於施加 電壓於液晶層1G3之電極⑽係位於光學基板1G2與該液晶 層103之間,但亦可(例如)直接放置在該表面浮雕結構上之 Ο
CJ 或埋於其下方。當該液晶之折射率與製造該繞射鏡片之材 料的折射率相匹配時,光將遇到具有均一折射率之一單一 本體材/料且因此不會被繞射。藉由施加一電壓於該液晶 層,可能引入一完全可逆的折射率失配,且光將由該表面 洋雕結構繞射。以下詳細說明在該電活性鏡片⑽内㈣ 電極109之範例。 、心 然而並不需要圖2d所示-表面浮雕結構,且放置在實體 基板102之内表面上的圖宰 一 内產生所需的相…:極了用於在-液晶均勻層 而的相位輪廓。該液晶可為 為舉例)市售向列厂 j匕括(僅 i液日日靶合物E74BL〇37, Μ㈣k講得。可使^^自 製造該等電極,㈣方、以,千體h中已知之方法 _ 法包括(僅為舉例)微料刻、薄膜 沈積、濕式—刻。僅為舉例,圖2e顯亍用= 生圖2d之多位準繞射猝μ 口仏”、、員不用於產 、、兄片之相位輪廓的圖案化 該等電極109係由一透 ^ ° ,其中 立他電極㈣π )聽銦鎖_)製造。 」㈣材抖可包括(僅為舉例)無機導 鋅,·或有機導體聚茉匕錫或氧化 錢及奈米碳管。可將電極圖案化成同 126623.doc -13 - 200831979 心圓’其半徑r(參考圖2e)可根據圖2d之多位準繞射鏡片來 決疋。在本發明之一項具體實施例中該電極層之厚度可在 大約5 nm至大約1 μχη範圍内。如圖2e顯示,一間隙2〇4保 留在該同心圖案化電極之間。在本發明之一項具體實施例 • 中,間隙在大約0·1 μηι至大約20 μηι範圍内係較佳。選擇 • "亥間隙大小使其等於或小於該液晶層之厚度以確保在藉由 相鄰電極定義之相鄰相位位準之間折射率之一平滑轉變。 如圖2c、2d及2e所示,該表面浮雕結構或圖案化電極分 別在該電活性元件108之周圍邊緣2〇5突然終止。再參考圖 la在本發明之一項具體實施例中,將該動態繞射電活性 光學το件108併入一靜態(固定)折射眼用鏡片ι〇1内。用於 在一靜態折射眼用鏡片101内嵌入一電活性光學元件1〇8之 技術係描述於美國專利第7,077,5 19號中,其以引用的方式 併入本文中。圖lb至Id說明在併合鏡片100之該組合光學 功率上,由該鏡片1〇1内之該電活性元件1〇8造成的該光學 ◎ 功率之突然終止之影響。圖lb至Id說明與電活性鏡片1〇〇 位置成函數關係之光學功率。圖113至ld之水平軸表示沿該 鏡片100之直徑的位置。圖lb至Id之垂直軸表示該鏡片1〇〇 , 之相對光學功率。圖1b說明當電活性元件1 08關閉時,與 - 電活性鏡片100位置成函數關係之光學功率。無論是否使 用表面浮雕方法或圖案化電極方法,當該電活性元件1 〇 8 關閉時,在電活性鏡片1〇〇内之所有組件的折射率可接近 匹配。如圖lb所示,與該電活性鏡片位置成函數關係之光 學功率104在該鏡片1〇〇之整個直徑上保持恆定。 126623.doc -14- 200831979 如圖lc所示’當該電活性元件108開啟時,在該電活性 元件108之邊緣處,可觀察到在該光學功率丨〇5中一突然跳 動110。設計本發明所揭示之混合區正是用於實質上^除 該光學功率之此種突變。本發明之目標係產生一電活性2 用鏡片100,其與鏡片位置成函數關係之光學功率(僅為舉 例)顯示於圖⑽。圖_示本發明之一項具體實施例: 其中在該電活性元件108與該折射鏡片1〇1之間併入一混合 區。圖id所示之混合區lu平滑自較高電活性元件1〇8 =; 功率至較低折射鏡片101光學功率之轉變,如沿電活性鏡 片100之直徑的光學功率輪廓1〇6所示。 為設計一混合電活性繞射鏡片,首先可決定在一普通折 射鏡片之厚度分佈上呈現該所需混合區域之該折射鏡片之 相位輪廓。此程序類似於上述參考圖2似之程序。秋 而,在下列範例中考慮在透過一鏡片之厚度之該鏡片之二 全直徑。例如,圖3d3b說明路徑,光可透過其而行經一 電活性鏡片(例如圖la之電活性鏡片1〇〇,(其在圖3a或财 未顯不))。在本發明之—項說明性具體實施例中,圖^之 :活性元件1〇8可嵌入具有零或實質上為零之光學功率的 一折射鏡片1 〇 1中,例如雲i灰 # 而要0正老化而不是距離視覺的 ’斤用的鏡片。雖然為簡化本範例 但並不需要用於修正光予力革 見錯决之折射鏡片的光學功率 —^ 由於相接觸之兩個鏡片之總的光學功率 ==學功率之和,因此混合該電活性繞射鏡片之光 干' 文所述之該繞射混合區為零,導致混合該電活 126623.doc 200831979
性疋件與折射70件之組合光學功率為該折射元件單獨之功 率。在本發明之_項說明性具體實施例中,在周邊區域穿 過該電活性鏡片之平行光線307係說明為具有零光學功率 之鏡片,1同樣不會聚焦該入射光線(其仍保持平行卜在 本心月之項具體實施例中’電活性鏡片1GG可為-眼鏡 鏡片,其具有如圖3a或补所示一相位輪廓,其中焦點3〇6 係在一配戴者眼睛之視網膜上聚焦。為更好說明混合盥未 混合鏡片之間的差U3“3b中未顯示人眼,但根據本 發明之具體實施例的眼鏡鏡片將通常放置在外角膜表面前 方10 mm與20 mm之間,且該等鏡片將結合人眼光學一起 作用以在該視網膜上形成一清晰影像。 圖3a顯示不含一混合區之一電活性鏡片之相位輪廓 301。在圖3a中該相位輪廓3〇1之突然邊緣3〇4很明顯,其 中在該電活性併合鏡片内,該電活性元件之作用區域實際 上終止。在不存在混合區之情形下,當光行經該電活性鏡 片時該光彎曲之角度在該折射鏡片區與該電活性元件區之 間可突然改變。 現在參考圖3b,其顯示具有一混合區3〇5之一電活性鏡 片之一項具體實施例的相位輪廓3〇2。如圖3b所示,該混 合區305可提供光彎曲之角度的一平滑連續變化。此提供 自一區至另一區之光學功率之一實質上連續之轉變。該混 合區305用於減少一突然影像跳動之效應,該效應當在一 電活性元件邊緣透過一電活性鏡片觀察一影像時出現。下 文洋細討論該混合區設計程序。 126623.doc -16- 200831979 為說明本發明$ * A 4® r—» 、 要目昝,圖及4b分別顯示透過不具 有或具有混合區之一雷法从# — ^ 罨活性鏡片之一區觀察之一方袼柵之 模擬影像。此等影後择— 、/不在/、對應的圖3a與3b中之光學 射線迹線圖之下方。者^益 、、 卜万田折射率存在一失配時出現之影像跳 動之減少非常明顯,且藉由混合區3〇5來識別。 > -旦已設計該整體相位輪廓,將該混合區相位輪廓併入 .亥電活11、%射鏡片兀件之相位輪廓(如下詳述),可將該輪 廊分成全波菲淫爾環帶且隨後可藉由參考圖23至26所述之 相位U生该合適的繞射表面或電極結構。如參考圖h 至^所述,組合繞射鏡片及混合相位輪廉之相位纏繞在基 礎實體上與鏡片相位輪廓之相位纏繞並無不同。若使用一 表面子雕方法,則可使用任何先前提及技術將包括該混合 區相=輪靡之鏡片轉變成—實體基板之表面。若使用一圖 =化电極方法’包括§亥混合區相位輪廓之鏡片可用於設計 隨後可用於施加離散電壓於一均勻液晶層之電極。使用一 光學技術(例如干涉測量或橢圓偏光術),藉由特徵化由一 液晶層引起之與所加電壓成函數關係之相位變化來決定該 等離散電壓之值。該等所加電壓在空間上改變該液晶層之 折射率且因此產生該鏡片與該混合區之相位輪廓。由:該 圖案化電極方法對於該鏡片與該混合區利用相同相位位準 值;因此施加於定義該鏡片之該等電極以及定義該混合區 之该等電極之電壓係相同的。 t外在本發明之一項具體實施例中,當使用該表面浮 雕方法或該圖案化電極方法時,該電活性鏡片意欲為故障 126623.doc 200831979 保安。亦即,當施加於該等電極之電壓接近於零時,該電 活性鏡片或該電活性混合區較佳未產生光學功率。 亦應注意,根據本發明之光學功率混合區與習知漸進式 加入眼用鏡片所述之光學功率之混合不同。漸進式加入鏡 片(PAL)在此項技術中係已知,且其藉由及時固定的改變 . 一内折射表面之彎曲提供對光學功率平滑之混合。反之, 本發明之具體實施例藉由一繞射鏡片之光柵週期之空間改 ㈣提供對光學功率之平滑混合。此外,根據本發^具 ' 冑實施例用於混合光學功率之該方法在該鏡片内部且由^ 該電活性功能,其為動態的。 在一般情形下…目標鏡片可具有分別在—設計波认 及焦距f〇處之"f。屈光度的一所需且指定的光學功率, 其中。亥焦距以米為單位,且該波長以微米為單位。現在參 考圖5以在鏡片中心5〇〇處之一最大相位開始,對該目標 鏡片相等之折射具有一拋物線相位輪廓5〇丨,其在之 〇 電活性區域(所有鏡片尺寸以毫米為單位表示)邊緣外具怪 定,學功率且其具有相位輪靡朴r2/2w◦。為設計該混 口區引入自半徑Ra至Rb向外延伸之一環狀區域,其中期 筮在&至Γ Rb之距離上該相位輪廓與其第二倒數(斜率) *度之值白平滑至零(以基板為參考)。假設參數△表示該 環形混合區之一半寬度。 △=平
Ik後定義“有與目標鏡片相同聚焦強度之一鏡片的一經 126623.doc -18- 200831979 修 Rs 改非混合拋物線相位輪廓502,但其具有_稍大的外徑 (2) 在鳴處’該經修改的抛物線相位輪靡與該基板基準位 準相交’在其斜率處有一突然不連續5〇3。如下定義根據 該設収長與設計焦距之經修改之相位輪麻函數u⑴,其 中u以正規化相位或波之單位來表示(亦即,以弧度除以^ 表示相位)。 (3) 中心處產生一 新的最大相位 7J : —β max ^ofo (4) 以及 w(r) = ^〇f〇 (5a) /、中該相位輪廓u(r)具有斜率 du r dr —XT。 (5b) 、 耘式5a彳于到一便利關係(方程式6),其用於計算當 —之相等差減小u(r)值時’㉟等效繞射鏡片之連續全 波菲涅爾環帶或子環帶邊界之半徑。 、从勝肩〜] (6) 本I月之一項具體實施例中,構成該混合區之連續全 7非 >里爾環帶之數 里Γ在大約1個環帶至大約100個環帶範 126623.doc 200831979 圍内。在該混合區之連續全波菲涅爾環帶之數量係在r=R 處之混合區之相位值除以2 71。 用於一 3階混合多項式之通式 在本發明之此項具體實施例中’使用由方程式$ a及$ b定 義之該鏡片相位輪廓與其導數(斜率)來定義該混合區之相 位輪廓一數學運算式。為定義該混合區,必須滿足三個條 件。首先,該電活性鏡片之外邊緣必須位於該所需混合區 之中心,r=Ra+A/2處(參考圖5)。第二,該混合區之該相位 輪廓必須以r=Ra開始,且其必須與該鏡片相位輪廓之值與 斜率相匹配。且第三,在r=Rb之混合區之外邊緣處,該混 合相位輪廓之值必須達到零且斜率為零。滿足此等三個要 求之最簡單函數一般為Γ的三階多項式,其在此情形下採 用下式
8^/0Δ其自身具有斜率 (7a) du3 _(RS+A- rXA dr ~ (7b) 因此I &式5a定義恆定光學功率區之相位輪廓之值, 且方程式Μ義滿足所有上料則之—混合區之相位輪廓 之值。儘官原理上可能倒轉方程式乃以求一給定u值的罐 (至多3個),然而通解齡| 鮮軚數值方法較少實際應用,該等數值 方法例如(僅為舉例)灰柄々 J )衷根或經由連績r值之一直接單調求 解。可將該混合區產座炎 — 座生為一洋雕結構或以與用於產生非混 126623.doc -20- 200831979 合電活性鏡片所使用方法相同之一圖案化電極方法產生。 用於一 5階混合多項式之通式 f Ο 在本發明之另一項具體實施例中,再次使用由方程式& 及5b定義之該鏡片相位輪廓與其導數(斜率)來定義該混合 區之相位輪廓一數學運算式,但要滿足更嚴格的要求。除 前述具體實施例的三個要求外,進一步限制為對該混合相 位輪廓進行第二次求導。明確而言,該混合相位輪廓之第 一導數必須與該鏡片相位輪廓在r=Ra處之第二導數相匹配 且在r=Rb處必須具有一零值。滿足所有上述要求之最簡單 函數一般為Γ的五階多項式,其在此情形下採用下式:
(Rs-hA- r)3 Η/〇Δ2 L 4Δ + 2i? + A (8a) 以5(,): 此處,Rs取下值:
R (8b) 2 且Δ以通常方式定義 2 (8c、 因此式5a疋義恆定光學功率之繞射鏡 廓之值,且方程式8a^羞况〇 々日位輪 相位輪廓之值。可將,、二所有上述準則之-混合區之 ^ /吧5區產生為一浮雕結構或以鱼用 於產生非混合電活性 /、用 方法產生。 ^所使用方法相同之―圖案化電極 應用該5階混合多 、式比3階混合多項式更具優勢。由於 126623.doc -21 - 200831979 光學功率係該相位輪廓之第二導數,因此該五階多項式提 =相位與混合輪靡之該等第二導數值在㈣a處相等之事 貝,明在r-Ra處光學功率無突變。該3階混合輪廓不會對 該第二導數造成限制且同樣在^心處,光學功率可存在一 - 細微但突然之變化。 - 未圖案化與圖案化電極皆可應用以上詳細所述數學模 型。當利用圖案化電極在一電活性鏡片中併入本發明之該 等具體實施例時,umax較佳係一偶整數波。若滿足此條 件,則可使用電極信號分流(如美國專利7,〇19,89〇所述, Meredith等人)以為固定的電極幾何結構產生多個焦距。若 對於一給定鏡片未滿足此條件,則有必要對該鏡片之焦距 進行一小的調整。僅為舉例,考慮具有下列設計準則之一 鏡片: λ〇 = 0.555 μηι f〇=0.5 m (+2.0 屈光度) ^; Ra=7.5 mm
Rb=9.5 mm 在此情形下,1111^=13 0.180波。調整1111^達至132意謂焦 距偏移至f〇=0.493 1 m(2.028屈光度),而調整Umax低至13〇 ' 則使該焦距變為f〇 = 〇.5〇〇7 m(1.997屈光度)。圖6顯示在選 擇 umax 為132波(fQ=0.4931 m)情形下,一鏡片相位輪廊與3 階及5階相位混合輪廓之範例。圖6說明圖5所指之相關503 之混合區。圖6之水平軸表示半徑r,沿該鏡片離其中心之 126623.doc -22- 200831979 位置’其範圍在相關當前範例之區域中。該鏡片相位輪摩 之垂直軸表示延遲,其以正規化相位或波測量(以半徑除 以2 π表示相位)。 雖然本文已使用多項式混合函數,然而可單獨或組合使 用任何數學關係式來設計該混合區。此類關係式可包括 (僅為舉例)三角函數、指數函數、雙曲線函數或對數函 數。 在本發明之其他具體實施例中,該電活性鏡片可併入一 固定光學功率及-散光光學功率以修正配戴者之散光。較 佳可將散光功率修正併入該靜態折射鏡片内但不在該電活 性元件内。 範例 進行更多修改 意欲限制本發 而 明 應瞭解,由於可在申請專利範圍之範疇内 不脫離其精神,因此本發明之以下範例未 圖7a至7d說明本發明之一項具體實施例之—範例。考慮 一鏡片在0.555 μηι之波長入〇處有一所需焦距匕為〇5 1 (+2·〇屈光度)。該鏡片具有恆定添加功率之一所需直徑μ mm(Ra=7.5 mm)及一2咖的光學功率混合區爪. K5 mm)。根據前述範例,期望此處所示範例獲得一偶 整數之全波菲涅爾環帶,則可將該焦距調整為“州爪 (+2.028屈光度)。在給定此等參數的情況下’選擇一 3階混 =多項式,且利用方程式以產生自㈣如心之相位輪廊 值且利用方程式5a產生自〜Ra之鏡片相位輪摩值, 126623.doc -23 - 200831979 其中Rs之值為8.5 mm(Rs=Ra+A/2)。圖7_示根據方程式7a 及使用上述設計參數設計之一折射混合區之厚度輪廓 S 7 a所示之材料厚度對應於3個波的光學延遲,及因 此該混合區之最後三個全波菲涅爾環帶。為決定製造該混 - 合鏡片之材料,必須首先知曉該液晶之折射率。市售向列 , 型液晶混合物E7(可自Merck購得)係一合適選擇,此係由 於其具有大約0.23之一大的折射率調變(雙折射),其中該 折射率值可在大約至大約L75之間連續調整。製造該 ^合鏡片之材料的折射率必須實質上與該液晶及uv固化 树月曰AC L2002-C1 (可自Addison Clear Wave購得)之折射率 之一相匹配’其中具有大約152之一折射率係合適的。如 圖7b所不,相位纏繞相應相位輪廓且隨後將對應於該纏繞 相位之厚度輪廓圖案化至一基板i 〇2之該表面内,其中對 於上述材料而言,該厚度4使得在該厚度輪廓之最高點701 與最低點702之間存在一 2π (或丨個波)相位延遲。該厚度4 Ο 可根據公式岭[2 π(1(ηπ-ηυν resin)]aQ計算,在一設計波長 (一入。)為〇·555 μη^φ=2π情形下,其大約為2·4叫。圖几顯 不全波菲涅爾環帶(相位纏繞點)之半徑以及光柵週期用於 f考。如圖7b可見,該光柵週期(八)現在隨半徑之函數而 ' 增加,且逐步降低光線繞射之角度從而致能光學功率之一 連、、贯變化。隨後以一透明電極1 〇9(例如IT0)塗布圖案化表 面’,使得當其與該液晶材料接觸放置時能致能切換該光學 率圖7c顯示圖7b之该電活性混合區域之多位準類比之 一範例,其中每一連續位準之高度係圖几所示之連續結構 126623.doc -24- 200831979 之總高度的%。 圖7a及7c所示之結構的具體實施例的製造可藉由將結構 轉動至固化樹脂内的單一點鑽石或轉動一禱模及在該禱模 内固化該樹脂的單一點鑽石或者熟悉此項技術人士已知之 其他方法來實現。圖7d說明使用該圖案化電極方法實現一 ^ 混合區之一項具體實施例,其中每一電極109用於在一相 鄰電活性材料層内定義類似於圖7c之一離散相位位準。類 似於該圖案化基板方法,該液晶與該基板材料之折射率值 必須實質上相匹配。在液晶旧之情形下,可自Sch⑽購得 之光學玻璃AF-45具有大約:l52之一折射率且其為一較佳 選擇。對於此基板,應用透明導體氧化銦錫層且使用標準 微影蝕刻技術進行圖案化。該等個別電極之尺寸(半徑與 見度)幾乎與該多位準表面浮雕方法之該等相位位準之尺 寸相等;差異在於在多電極方法中必須提供一内電極間 隙。一旦已製造該混合功率電活性元件,必須嵌入具有實 U 質上相等折射率之一靜態折射鏡片。雖然並不存在具有 1/52折射率之用於眼用鏡片之市售材料,但可配製一訂製 树月曰或者具有丨.53之折射率的市售材料Trivex(來自 Pittsburgh Plate Glass,ppG)係一最接近匹配。 ,儘管上述及所示特定具體實施例將證明在本發明揭示之 眼用技術中之許多應用中很有用,然而熟悉此項技術人士 yn月進行進-步之修改。所有此類修改可認為在由 隨附中請專利範圍所定義之本發明之料與精神内。 【圖式簡單說明】 126623.doc -25- 200831979 以將參考以下附圖說明本發明之一特定具體實施例,其 中·· 圖la顯不穿過一電活性鏡片之厚度的實體斷面圖; 圖lb說明當该電活性元件關閉時一電活性鏡片之一光學 功率輪廓; 圖1C說明當該電活性元件開啟時不含一混合區之一電活 性鏡片的一光學功率輪廓; 圖id說明當該電活性元件開啟時具有一混合區之一電活 性鏡片之一光學功率輪廓; 焦光之一 圖2a至2e概略說明用於產生一繞射鏡片用以 程序; 圖2a.兒明具有一所需焦距之一折射鏡片《相位 狀)200 ; ❿ 3個全 圖2b說明藉由相位纏繞圖仏之折射鏡片形成之由 波菲/圼爾環帶組成的一繞射鏡片,· 經 圖2c說明經細分成一系列等距相位位準 纏繞相位輪廓; 運, :::近似於一系列等距離散相位位準、明確而言一 圖 2:::::靡:— 之離散圖案:=…性液晶層内產生圖2d之相位輪靡 圖3a顯示 徑; 含一混合區之一電活性鏡片 之光線路 圖3b顯示穿過具有一混合 區之-電活性鏡片之光線 126623.doc -26- 200831979 徑; 圖4a係透過如圖3&所示之不含一混合區之一電活性鏡片 觀察之一方形格栅之影像; 圖4b係透過如圖扑所示之具有一混合區之一電活性鏡片 觀察之一方形格柵之影像; 圖5況明;^有需要用以设計根據本發明之混合區之關鍵 尺寸的混合與非混合鏡片之相位輪廊; 圖6顯示一理想鏡片之抛物線相位輪廓以及三階與五階 多項式混合輪廓; 圖7a說明根據本發明設計之一折射混合區之厚度輪廓; 圖7b 5兒明根據本發明設計之一連續表面浮雕繞射混合區 之厚度輪廊; 圖7c况明根據本發明設計之一多位準表面浮雕繞射混合 區之厚度輪廓; 圖W說明意謂在一電活性液晶層内產生根據本發明設計 (; 之一多位準表面浮雕繞射混合區之圖案化電極。 【主要元件符號說明】 100 電活性眼用鏡片 • 101 折射鏡片 102 基板 103 液晶(層) 108 電活性光學元件 109 電極 126623.doc _
Claims (1)
- 200831979 十、申請專利範圍·· 1 · 一種電活性鏡片, 菖對其施加電功率 光學功率區至一第 功率轉變。 2 ·如請求項1之鏡片 一光學功率。 3·如請求項丨之鏡片 合區。 4·如請求項1之鏡片 區。 其包括至少一個電活性混合區,其中 時,垓混合區提供自該鏡片之一第一 一光學功率區之一實質上連續的光學 其中該第一區具有大於該第二區之 其中一表面浮雕繞射結構產生該混 其中一圖案化電極結構產生該混合 5·如μ求項1之鏑:片,其中該混合區係繞射的。 6· 士明求項}之鏡片’其中相位纏繞之全波菲涅爾環帶產 生該混合區。 7· 士 w求項丨之鏡片,其中至少一區之該光學功率實質上 為零。 、 月长項1之鏡片,其中該光學功率轉變係由一三階多 項式來插述。 月求員1之鏡片,其中該光學功率轉變係由一五階多 項式來插述。 I 0 ·如5月求項1夕於g J+ , 一 、之鏡片’其中该光學功率轉變係由一二階或 更回階多項式來描述。 II ·如請求項i , 、之鏡片’其中該光學功率轉變係由任何連續 數學函數來描述。 126623.doc 200831979 12·如:求項!之鏡片,其中該光學功率轉變係由至少兩個 連續數學函數之一組合來描述。 13·:請求項i之鏡片,其中該混合區之該光學功率係藉由 施加一電壓來調變。 14·如請求们之鏡片’其中該第二區之該光學功率係一固 定非零光學功率。 15. —種電活性鏡片,其包括: a·折射鏡片’其具有固定光學功率;以及 b· 一電活性元件,其具有動態光學功率以及與該折射鏡 片光學連通之一周邊邊緣, 其中該電活性鏡片之該光學功率係該電活性元件與該折 射鏡片之該等光學功率之總和,且當啟動該電活性元件 時,該電活性元件提供自該電活性元件與該折射鏡片之 光學功率之總和至該折射鏡片之該光學功率之一光學功 率實質上連續轉變之區,且其中該轉變區位於該電活性 元件之該周邊邊緣附近。 16_如請求項15之鏡片,其中該電活性元件之該光學功率在 其區域之一部分上大部分恆定。 17.如請求項15之鏡片,其中該電活性元件之該光學功率可 精由施加至少兩個電壓來調變。 18·如請求項1 5之鏡片,其中該光學功率轉變逐步減少至一 實質上零值。 19.如請求項15之鏡片,其中該光學功率轉變逐步增加至一 實質上零值。 126623.doc 200831979 20·如请求項1 5之鏡片,其中該光學功率轉變逐步減少至一 非零值。 21·如請求項15之鏡片,其中該光學功率轉變逐步增加至一 非零值。 22. 如請求項15之鏡片’其中該光學功率轉變係藉由施加至 少兩個電壓來調變。 23. 如請求項15之鏡片’其中該電活性元件之該光學功率為 正。 24 ·如請求項1 5之鏡片,苴中該雷法卜4 兄月/、r為电居性兀件之該光學功率為 負。 25.如請求項15之鏡片,其中該折射元件之該光學功率為 正。 其中該折射元件之該光學功率為 26.如請求項15之鏡片 負。27.如請求項1 5之鏡片零。 28·如請求項15之鏡片轉變。 其中該折射元件之該光學功率為 其中光學波之繞射產生該光學功率 其中相位纏繞之全波菲涅爾環帶產 29_如請求項15之鏡片 生該光學功率轉變 30.如請求項15之鏡片,其中一 學功率轉變。 3 1 ·如請求項1 5之鏡片,其中一 功率轉變。 表面浮雕繞射結構產生該光 圖案化電極結構產生該光學 126623.doc 200831979 3 2 ·如凊求項1 5之鏡片’其中该光學功率轉變係由一二卜少 項式來描述。 3 3 ·如請求項1 5之鏡片,其中該光學功率轉變係由一五階多 項式來描述。 34·如請求項1 5之鏡片,其中該光學功率轉變係由一二階戋 更高階多項式來描述。 35. 如請求項15之鏡片,其中該光學功率轉變係由任何連續 數學函數來描述。 36. 如凊求項15之鏡片,其中該光學功率轉變係由至少兩個 連續數學函數之組合來描述。 37· I種電活性鏡片,其包括至少一個電活性混合區,其中 v ^ ^加電功率時,該混合區提供自該鏡片之一第一 $力率區至一第二光學功率區之至少一步進的光學功 率轉變。 月求項37之鏡片,其中該第一區具有大於該第二區之 一光學功率。 3 9 ·如請求項3 4 、/之鏡片,其中一表面浮雕繞射結構產生該混 合區。 4 0 ·如請求項3 7 、/之鏡片,其中一圖案化電極結構產生該混合 區〇 4 1 ·如請求項] 、J/之鏡片,其中該混合區係繞射的。 42· 言膏 、37之鏡片,其中相位纏繞之全波菲涅爾環帶產 生該混合區。 4 3 ·如請求喝 、/之鏡片,其中至少一區域之該光學功率實質 126623.doc 200831979 上為零。 44. 如明求項3 7之鏡片,其中該混合區之該 施加一電壓來調變。 45. 如凊求項37之鏡片,其申該第二區之該光 定非零光學功率。 46· 一種電活性鏡片,其包括: a•至少一固定光學功率區;以及 動態光學功率區,其具有一混合 b.至少 光學功率係藉由 學功率係一固 "亥此合區施加電功率時,該混合區域具有 區,其中當對 提供1 率轉變 繞射功率且 該動態功率區至該固定功率區之一連續光學功 47.:=項46之鏡片,其中該動態光學功率大於該固定光 學功率。 48·如請求項46之鏡苴 ^ ^ /、中录面,予雕繞射結構產生該混 合區。 49·如請求項46之鏡 岡安儿 <镜片其中一圖案化電極結構產生該混合 區。 :求員46之鏡片,其中相位纏繞之全波菲涅爾環帶產 生該混合區。 3长員46之鏡片,其中該固定光學功率實質上為零。 月长員46之鏡片,其中該光學功率轉變係由一三階多 項式來描述。 53.如請求項46之鏡片,盆士 出 片其中或先學功率轉變係由一五階多 項式來描述。 126623.doc 200831979 54.如請求項46之鏡片,其中該光學功率轉變係由一二階或 更高階多項式來描述。 55·如請求項46之鏡片,其中該光學功率轉變係由任何連續 數學函數來描述。 56.如請求項46之鏡片,其中該光學功率轉變係由至少兩個 連續數學函數之一組合來描述。 57·如請求項46之鏡片,其中該動態功率區之該光學功率係 可藉由施加一電壓來調變。 58·如請求項46之鏡片,其中該固定功率區之該光學功率係 一非零光學功率。 126623.doc
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