TWI522656B - 具有包含微通道之彎月形壁的液態凹凸透鏡 - Google Patents

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Description

具有包含微通道之彎月形壁的液態凹凸透鏡
本發明整體而言係關於一液態凹凸透鏡，更具體而言，其包括一在彎月形壁上包含微通道的拱形液態凹凸透鏡。
液態凹凸透鏡為各種產業所知悉之技術。如下文中參考圖1A與1B的詳述，已知液態凹凸透鏡係以具有藉由與直線軸為固定距離之點所形成之一周邊表面之圓筒形設計製造。已知液態凹凸透鏡設計之限制為具有一第一內表面，其通常平行於第二內表面，且每一內表面垂直於一柱軸。液態凹凸透鏡之已知利用實例包括如電子相機等裝置。
傳統上，例如隱形眼鏡與人工水晶體之眼用裝置，包括一生物相容性裝置，其具有矯正、妝飾或治療的性質。例如，隱形眼鏡可提供視覺矯正功能、妝飾改善與治療作用之一或多者。每種功能係由一種透鏡的物理特性所提供。併入一折射性質至透鏡中之設計可提供視覺矯正的功能。將添加色素的透鏡結合可提供加強妝飾效果。將活性劑與透鏡結合可提供治療效果。
最近，已有將電子元件併入至隱形眼鏡內之設計。部分元件可包括半導體裝置。然而，包括液態凹凸透鏡的尺寸、形狀與控制層面的物理限制，使其難以使用於眼用鏡片中。一般而言，液態凹凸透鏡圓柱形狀，有時 亦稱為「曲棍球餅(hockey puck)」形狀，並不符合可用於人眼中之物品形狀。
此外，曲面液態凹凸透鏡在設計上可能遭遇之困難多於傳統具有平行側壁及/或光學窗的液態凹凸透鏡設計。
因此，本發明提供一種液態凹凸透鏡。一些較佳實施例包括一拱形前曲面透鏡及一拱形後曲面透鏡。本發明提供一彎月形壁，其具有的物理特徵，係有助於含於透鏡內之液體的吸引或排斥以及與另一液體形成彎月形之一或兩者。
根據本發明，一第一光學件係鄰近於一第二光學件，且兩者之間形成一腔穴。較佳實施例包括一第一拱形形狀光學件，其係鄰近於一第二拱形形狀光學件，兩者之間形成一腔穴。該腔穴中容納有一含鹽溶液與一油。對於大致位在該第一拱形光學器件及該第二拱形光學器件內之一或兩者的一周邊區域中之一彎月形壁施加靜電電荷，可改變該腔穴內含鹽溶液與油間形成之彎月形的物理形狀。
本發明包括一主要為圓錐形截錐體形狀的彎月形壁，該彎月形壁上包含有微通道。
本發明提供一種液態凹凸透鏡，其具有一前曲面透鏡及一後曲面透鏡的至少之一者，其界定液態凹凸透鏡的一彎月形腔穴。一些較佳實施例中，該前曲面透鏡及該後曲面透鏡中之一或兩者包含一拱形表面。其他實施例中，該前曲面透鏡及該後曲面透鏡中之一或兩者較為平面，且在彎月形壁上具有微通道。
名詞解釋
在針對本發明之詳細說明與申請專利範圍中，所使用的各式術語定義如下：
接觸角：在油/含鹽溶液界面之角度，亦指當液態彎月形邊界接觸彎月形壁之角度。就線狀彎月形壁而言，接觸角係在液態彎月形邊界接觸彎月形壁之處，在彎月形壁與液態彎月形邊界相切的線之間測得的角度。就曲面彎月形壁而言，接觸角係在與彎月形壁相切的線及液態彎月形邊界接觸之處，在與彎月形壁相切的線及液態彎月形邊界之間測得的角度。
透鏡：在此所述，透鏡意指具有一前表面及一後表面，且能光學性傳遞一預設範圍輻射波長之物體，此預設範圍可如可見光。一透鏡之前、後表面中之一或兩者可為平坦，或其前、後表面中之一或兩者可為拱形。
液態彎月形邊界：介於含鹽溶液及油之間的拱形表面界面。一般而言，該表面會形成一邊凹面且另一邊凸面的透鏡。
彎月形腔穴：位於拱形液態凹凸透鏡內、介於前曲面透鏡及後曲面透鏡之間的一空間，其中含有油及含鹽溶液。
彎月形壁：前曲面透鏡內部的一特定區域，其位於彎月形腔穴內，液態彎月形邊界沿彎月形腔穴移動。
光學區：於本文中係指眼用鏡片配戴者通過眼用鏡片看之區域。
銳緣(sharp)：前曲面或後曲面透鏡任一者內表面之幾何特徵，其足以含有光學件上二種預定流體接觸線位置。該銳緣通常為外棱角(outside corner)而非內棱角(inside corner)。以流體為基準點，則為大於180度的角度。
現請參照圖1A，該圖為描述先前技術透鏡100之剖視圖，圓柱體110中含有油101與含鹽溶液102。該圓柱體110包括二光學材料之片狀體106。各片狀體106包括一基本上平直之內表面113-114。該圓柱體110包括基本上為旋轉對稱之一內表面。在一些先前技術實施例中，一或多個表面可包括一疏水性塗層。電極105亦包括在該圓柱體周圍上或圍繞該圓柱體周圍。在鄰近於該電極105處亦可使用一電絕緣體。
根據先前技術，各內表面113-114基本上係為平坦或為平面。該含鹽溶液102A與該油101之間界定一介面表面112A。如圖1A所描述，該介面112A之形狀結合該含鹽溶液102A與該油101之折射率特性，以接收經過第一內表面113之入射光108，並提供經過第二內表面113之發散光109。油101與含鹽溶液102間之介面表面因對電極105施加電位而改變形狀。
圖1A描述該先前技術透鏡在100狀態時之透視圖。
現請參照圖1B，係描述該先前技術透鏡100在帶電狀態。藉由施加電壓114於電極115兩端之間可產生帶電狀態。油101與含鹽溶液102B之間的介面表面112B因對電極115施加電位而改變形狀。如圖1B中所描述，行經該油101與該含鹽溶液102B的入射光108B，聚焦為一收斂光型111。
現請參照圖2，為具有一前曲面透鏡201與一後曲面透鏡202之液態凹凸透鏡200的剖視圖。在各種實施例中，該前曲面透鏡201與該後曲面透鏡202可為拱形透鏡或平面透鏡。在一些較佳實施例中，該前曲面透鏡201與該後曲面透鏡202為彼此緊鄰設置，並於兩者之間形成一腔穴210。該前曲面透鏡201包括一凹面拱形內透鏡表面203與一凸面拱形外透鏡表面204。該凹面拱形內透鏡表面203可具有一或多個塗層(未示於圖2)。舉例而言，塗層可包括一或多個電氣導電材料或電氣絕緣材料、疏水性材料或親水性材料。凹面拱形內透鏡表面203與塗層中之一或兩者係與該腔穴210內所含的油208呈液態相通及光學相通。
該後曲面透鏡202包括一凸面拱形內透鏡表面205與一凹面拱形外透鏡表面206。該凸面拱形內透鏡表面205可具有一或多個塗層(未示於圖2)。舉例而言，塗層可包括一或多個電氣導電材料或電氣絕緣材料、疏水性材料或親水性材料。該凸面拱形內透鏡表面205與該等塗層中至少一者係與該腔穴210內所含的含鹽溶液207呈液態相通及光學相通。該含鹽溶液207包括包括一或多種鹽或其他離子導電成分，因此可受電荷吸引或排斥。
根據本發明，一電氣導電塗層209位於沿著該前曲面透鏡201與該後曲面透鏡202之一或二者周圍之至少一部分。該電氣導電塗層209可包括金或銀，且較佳的是具有生物相容性。對該導電塗層209施加電位可造成該含鹽溶液207中離子導電鹽或其他成分之吸引或排斥。
該前曲面透鏡201具有一光學倍率(optical power)，其與行經該凹面拱形內透鏡表面203與一凸面拱形外透鏡表面204之光有關。該光學倍率可為0或可為一正倍率或負倍率。在一些較佳實施例中，該光學倍率係為通常用於矯正隱形眼鏡中之倍率，例如，作為非限定實例，介於-8.0與+8.0屈光度間之倍率。
該後曲面透鏡202具有一光學倍率，其與行經該凸面拱形內透鏡表面205與一凹面拱形外透鏡表面206之光有關。該光學倍率可為0或可為一正倍率或負倍率。在一些實施例中，該光學倍率係為通常用於矯正隱形眼鏡中之倍率，例如，作為非限定實例，介於-8.0與+8.0屈光度間之倍率。通過該後曲面透鏡202與該前曲面透鏡201形成一光軸212。
各種實施例亦可包括因含鹽溶液207與油208間形成之液態彎月形211形狀變化所產生之光學度數變化。在一些實施例中，光學倍率變化可為相對地小，例如，舉例而言，其變化可介於0至2.0屈光度之改變。在其他實施例中，與一液態彎月面形狀變化有關之光學倍率變化可高達約30或更高屈光度之改變。一般而言，因液態彎月面211形狀變化引起之較高光學度數變化係與較厚之透鏡厚度213有關。
根據本發明之一些實施例，例如該等可包括於例如隱形眼鏡的眼用鏡片中之實施例，一拱形液態凹凸透鏡200之橫剖透鏡厚度213可高達約1000微米厚。一相對較薄透鏡200之一例示性透鏡厚度213，可高達約200微米厚。較佳實施例可包括一液態凹凸透鏡200，其具有約600微米厚的透鏡厚度213。一般而言，前曲面透鏡201之橫剖厚度可介於約35微米至約200微米之間，且後曲面透鏡202之橫剖厚度亦可介於約35微米至200微米之間。通常，斷面形狀包括在透鏡200不同位置之定義厚度變化。
根據本發明，一總計光學倍率係為前曲面透鏡201、後曲面透鏡202與形成於該油208與該含鹽溶液207間的液態彎月面211之光學倍率總計。在一些實施例中，透鏡200之光學度數亦將包括前曲面透鏡201、後曲面透鏡202、油208與含鹽溶液207之一或多者間之折射率差異。
在包括併入隱形眼鏡之拱形液態凹凸透鏡200的實施例中，眼鏡配戴者移動時，額外需要鹽水207與油208在其於曲面液態凹凸透鏡200內之相對位置保持穩定。一般而言，較佳的是能夠在配戴者移動時防止油208相對於鹽水207流動和移動。據此，油208與含鹽溶液207之組合較佳的是選自密度相同或相似者。此外，油208和含鹽溶液207較佳的是具有相對較低之不相混性，以免鹽水207與油208混合。
在一些較佳實施例中，腔穴210中所裝載之含鹽溶液207量大於腔穴210中所裝載之油208量。此外，一些較佳實施例包括該含鹽溶液207基本上與後曲面透鏡202之一內表面205整體相接觸。一些實施例可包括油208體積相較於含鹽溶液207量為約66%或更多。一些其他實施例可包括一拱形液態凹凸透鏡，其中，相較於含鹽溶液207之量，油208之體積係約90%或以下之體積比。
現請參照圖3，此為拱形液態凹凸透鏡300之邊緣部分截面圖。如上所述，一拱形液態凹凸透鏡300包括經結合之前曲面透鏡301與後曲面透鏡302元件。該前曲面透鏡301與後曲面透鏡302係藉由一或多種至少部分透明的材料所形成。在一些實施例中，該前曲面透鏡301與該後曲面透鏡302之一或二者一般而言包括光學透明塑膠(optically clear plastic)，例如舉例而言，一或多種：PMMA、Zeonor與TPX。
該前曲面透鏡301與該後曲面透鏡302之一或二者舉例而言可經由例如一或多種製程進行塑形：單點鑽石車床車削；射出成型；數位反射裝置自由成型。
該前曲面透鏡301與該後曲面透鏡302之一或二者可包括一導電塗層303，如圖文中所描繪，該導電塗層303從309至310沿周圍部分延伸。在一些較佳實施例中，一導電塗層303包括金。金可藉由濺鍍製程、氣相沉積或其他已知製程塗敷。作為非限定實例的替代導電塗層303可包括鋁、鎳與銦錫氧化物。一般而言，該導電塗層303可塗於該前曲面透鏡301與該後曲面透鏡302之一或二者之周圍區域。
在本發明一些實施例中，一後曲面透鏡302具有塗敷於特定區域之一導電性塗層304。舉例而言，可從第一邊界304-1至第二邊界304-2，繞後曲面透鏡302周圍之部分塗布。該金塗層舉例而言可藉由一濺鍍製程或一氣相沉積塗敷。在一些實施例中，可使用一光罩，以一預定圖案，沿前曲面透鏡301或後曲面透鏡302之一或多個周圍部分塗敷金或其他導電材料。可使用各種方法並覆蓋該後曲面透鏡302之不同區域塗敷替代導電材料。
在一些實施例中，例如導電環氧樹脂的導電填料材料可用於填充一導電流通路徑，例如後曲面透鏡302上的一或多個洞或窄縫。該導電填料可提供電導電到前曲面透鏡301與後曲面透鏡302之一或二者內表面上之導電塗層。
本發明另一態樣中，該前曲面透鏡301與該後曲面透鏡302之一或二者可由多種不同材料產生，其中通常在前曲面透鏡301與後曲面透鏡302之中央區域內的光學區(未圖示)可包括一光學透明材料，以及一周圍區可包括含有電氣導電材料的光不透明區域。該光不透明區域可亦可包括一或多種控制電路與能量源。
在又另一態樣中，在一些實施例中，一絕緣體塗層305可被塗敷於一前曲面透鏡301上。作為非限定實例，該絕緣體塗層305可被塗敷於第一區305-1並延伸至第二區305-2之區域。舉例而言，絕緣體可包括聚對二甲苯CTM(Parylene CTM)、鐵氟龍AF(Teflon AF)或其他具各種電氣與機械特性以及電阻的材料。
在一些特定實施例中，絕緣體塗層305產生一邊界區域，以維持該導電塗層303與存於前曲面透鏡301與後曲面透鏡302間腔穴之含鹽溶液306的隔離。因此，一些實施例包括一絕緣體塗層305，其係佈置並設置於該前曲面透鏡301及該後曲面透鏡302中之一或兩者之一或多個區域上，以預防帶正電導體303與帶負電鹽溶液306相互接觸而造成短路。實施例可包括一帶正電荷含鹽溶液306與一帶負電荷之導體303。
其他實施例可透過導體303與含鹽溶液306間之短路，進行透鏡300操作相關電路之重設功能。例如，短路狀態可平衡施加於透鏡上的電位，並使含鹽溶液306及油307回復預設位置。
一些較佳實施例包括一導體303，其自位於該腔穴311內部之區域309延伸至該腔穴311外部之區域310。其他實施例可包括穿過前曲面透鏡或後曲面透鏡之通道312，其可填以一導電材料313，例如，一防水導電環氧樹脂。該導電材料313可形成或被連結到該腔穴外之一電氣端子(electrical terminal)。經由通道312中之導電材料313將電位施加於端子並導通至該塗層。
該絕緣體塗層305之厚度可隨透鏡效能參數的變化而被變化。根據本發明，包括含鹽溶液306與導體303之帶電荷成分，一般而言維持在該絕緣體塗層305之任一邊。本發明提供絕緣體塗層305厚度與含鹽溶液306與導體303間電場的間接關係，其中該含鹽溶液306與該導體303離得越遠，其電場將越弱。
一般而言，本發明提供電場強度會隨著絕緣體塗層305厚度增加而明顯降低。該電場越接近時，一般而言將可得到更多能量以移動一球面液態彎月形邊界308。隨著含鹽溶液306與導體303間之距離增加，含鹽溶液306與導體塗層303之靜電荷相隔更遠，因此較難以移動球面液態彎月形邊界308。反之，該絕緣體塗層305越薄時，透鏡對於絕緣體塗層305之缺陷則越敏感。一般而言，絕緣體塗層305上即使僅有極小的洞孔也會使透鏡短路，而使透鏡無法以電潤濕方式產生效用。
在一些實施例中，更理想的是包括一含鹽溶液306，其具有與亦含於透鏡300內的油307之密度相同的密度。例如：含鹽溶液306較佳的是具有油307之10%內之密度，更佳的是含鹽溶液306之密度為油之5%以內，且最佳的是約1%以內。在一些實施例中，可藉由調整該含鹽溶液306中鹽或其他成分之濃度，調整該含鹽溶液306之密度。
根據本發明，藉由限制油307相對於該前曲面透鏡301與該後曲面透鏡302的移動，一拱形液態凹凸透鏡300將提供更穩定光學品質。保持油307相對於該拱形前曲面透鏡301與該後曲面透鏡302之一或二者之移動穩定性的方法，為保持油307與含鹽溶液306之相對一致之密度。此外，與傳統圓柱狀透鏡設計相較，由於該前曲面透鏡301與該後曲面透鏡302二者之內表面的曲面設計，使含鹽溶液306層的相對深度或厚度減少。在此情況下，作用於腔穴中流體之介面力對於維持液態彎月形邊界308的穩定可發揮較大之效用。因此，在此種案例中，密度配合條件可較為寬鬆。在一些實施例中，流體層之相對厚度可進一步支撐液態透鏡邊界308。
在一些較佳實施例中，與提供相對較高的折射率之油307相比，該含鹽溶液306提供低的折射率。然而，在一些實施例中，與油307相比，包括具較高折射率的一含鹽溶液306是可能的，該油307在此情況中提供相對較低的折射率。
可利用黏著劑314使前曲面透鏡301與後曲面透鏡302鄰近定位，藉此將油307及含鹽溶液306容納於其間。該黏著劑314可做為密封物，避免含鹽溶液306或油307自該曲面液態凹凸透鏡300中漏出。
現請參照圖4，一曲面液態凹凸透鏡400具有位於含鹽溶液406與油407之間的一液態彎月形邊界401。根據一些較佳實施例，一彎月形壁405係藉由延伸於402與403間之拱形牆中的一第一角度轉折而被界定於前曲面透鏡404中。當沿一或多層導電塗層或導電材料408施加並移除電位時，該液態彎月形邊界401沿著該彎月形壁405上下移動。
在一些較佳實施例中，一導電塗層408從保存含鹽溶液406與油407之腔穴409內部的區域，延伸至含有該含鹽溶液406與油407之腔穴409外部的區域。在此種實施例中，該導電塗層408可為通道，將施加於腔穴409外之一點的導電塗層408上之電位導電至腔穴409內與含鹽溶液406接觸之導電塗層408區域。
現請參照圖5，此為一拱形液態凹凸透鏡500之邊緣部分截面圖，其具有一前曲面透鏡501以及一後曲面透鏡502。該拱形液態凹凸透鏡500可用以容納含鹽溶液503及油504。該拱形液態凹凸透鏡500之形狀及該含鹽溶液503和油504之特性使得一液態彎月形邊界505形成於該含鹽溶液503與油504之間。
一般而言，一液態凹凸透鏡可視為一電容器，其係於該前曲面透鏡501及該後曲面透鏡502之上或之內具有導電性塗層、絕緣體塗層、通道及材料中之一或多者。根據本發明，當對該前曲面透鏡501及該後曲面透鏡502中之一或兩者之至少一部分表面施加電位時，液態彎月形邊界505之形狀，及液態彎月形邊界505與前曲面透鏡501間之接觸角度隨之產生變化。
根據本發明，經由導電塗層或材料施加於含鹽溶液503之電位，可使液態彎月形邊界505沿一彎月形壁506之位置產生變化。該移動發生在第一銳緣506-1及第二銳緣506-2之間。
在較佳實施例中，當該透鏡接收一第一大小之電位(例如，與未通電或休息狀態有關之電壓及電流)時，該液態彎月形邊界505係位在或鄰近該第一銳緣506-1。
施加一第二大小之電位，有時亦稱為第一帶電狀態，可使該液態彎月形邊界505沿該彎月形壁506大致向該第二銳緣506-2移動，造成該液態彎月形邊界之形狀變化。
造成由第一帶電狀態過渡至第二帶電狀態之施加電壓，可包括例如一介於約5伏特至約60伏特間之直流電壓。在其他實施例中亦可利用交流電壓。
在一些實施例中，該彎月形壁506將為平滑表面，其與絕緣體塗層厚度有關。平滑彎月形壁506表面可減少絕緣體塗層中的缺陷。此外，因為表面紋理的隨機不規則性，將透鏡通電或斷電時，可能造成不穩定的流體運動，而因此造成不穩定或無法預測的彎月形運動(meniscus motion)，所以平滑彎月形壁506係為較佳的。在一些較佳實施例中，一平滑彎月形壁上沿彎月形壁506波峰至波谷之大小為約1.25奈米至5.00奈米。
在另一態樣中，於一些實施例中，最理想的是該彎月形壁506係為疏水性，在此情況中，例如奈米結構表面的經界定之紋理結構可併入拱形液態凹凸透鏡的設計中。
在又另一態樣中，在一些實施例中，該彎月形壁506可相對於該透鏡光學軸呈一角度。該角度範圍可介於0°(或與光軸平行)至90°或接近90°(或與光軸垂直)。如圖所繪示，以及在一些較佳實施例中，該彎月形壁506角度通常係介於約30°至50°之間，以使該拱形液態凹凸透鏡依當下介於該液態彎月形邊界505及塗有絕緣體塗層的彎月形壁506之間的接觸角來作用。因使用不同材料或因不同光學使用目的，例如望遠視力(telescopic vision)，彎月形壁506的角度可較接近0°或90°。
根據本發明，彎月形壁506之角度係被設計成可容納當施加一特定電壓及電流時產生之沿彎月形壁506的移動大小。在一些實施例中，隨著彎月形壁506角度增加，改變透鏡放大率(lens power)的能力通常，於特定透鏡大小及電壓參數內，會降低。此外，若該彎月形壁506相對光軸為0°或接近0°，則該液態彎月形邊界505將近乎直線前進至該前光學件上。彎月形壁角度是可被修改以提供各種透鏡效能效果的數個參數之一。
在一些較佳實施例中，該彎月形壁506長度大約為0.265 mm。然而，在各種設計中，彎月形壁506的角度連同整個透鏡的大小將自然地影響彎月形壁506長度。
一般認為，若油504接觸後曲面透鏡502，則拱形液態凹凸透鏡500會失靈。因此，在較佳實施例中，該彎月形壁506經過設計，介於第一銳緣506-1及後曲面透鏡502之間最近點能有50微米的最小間隙。在其他實施例中，雖然隨間隙減小，透鏡失靈(lens failure)風險增加，但最小間隙可小於50微米。又於其他實施例中，可增加間隙以降低透鏡失靈風險，但整個透鏡厚度也將會增加，這可能是不希望有的。
在本發明一些較佳實施例的又一態樣中，液態彎月形邊界505隨彎月形壁506移動的行為可使用楊氏方程式推測。雖然楊氏方程式定義出液滴於乾燥表面上所造成的力量平衡，且假設為完全平坦表面，但基本性質仍可應用至拱形液態凹凸透鏡500內產生的電潤濕透鏡環境。
例如：該透鏡處於未通電狀態時，可以第一大小之電能施加於該透鏡。施加第一大小之電能期間，達成油504與含鹽溶液503間之介面能平衡。此狀態在本案中稱為液態彎月形邊界505。油504和該彎月形壁506，及含鹽溶液503和該彎月形壁506，形成該液態彎月形邊界505與該彎月形壁506間之平衡接觸角度。當改變施於拱形液態凹凸透鏡500的電壓量時，界面能量的平衡將會改變，造成液態彎月形邊界505和彎月形壁506之間接觸角對應改變。
在拱形液態凹凸透鏡500的設計及功能中，液態彎月形邊界505與塗有絕緣體的彎月形壁506所形成之接觸角為關鍵要素，不只是由於其在液態彎月形邊界505移動中於楊氏方程式的角色，而且係因為該接觸角連同其他拱形液態凹凸透鏡500的特徵一起用以限制彎月形運動。
彎月形壁506兩端之中斷部分，例如銳緣506-1和506-2，係做為液態彎月形505移動之邊界，因其要求明顯施加電位之變化以造成液態彎月形接觸角度之充分變化，方能達成移動該液態彎月形邊界505通過該等銳緣之一目的。做為非限制性實例，在一些實施例中，該液態彎月形邊界505與該彎月形壁506之接觸角度為約15°至40°，而液態彎月形邊界505與第二銳緣506-2下方階507間之接觸角度可能為90°至130°，且在一些較佳實施例中為約110°。
施加於該透鏡之電壓可造成該液態彎月形邊界505沿該彎月形壁506朝向該第二銳緣506-2移動。除非更多大量電壓供應，否則液態彎月形邊界505與塗有絕緣體的彎月形壁506所形成之固有接觸角，會使液態彎月形邊界505停滯在第二銳緣506-2。
在彎月形壁506的一末端，第一銳緣506-1通常界定一界限，液態彎月形邊界505通常不會移動超過該界限。在一些實施例中，該第一銳緣506-1係製成銳緣。在其他較佳實施例中，該第一銳緣506-1具有經界定之小徑向表面部，其於生產時具有缺陷的可能性較小。導電、絕緣體及其他可能的理想塗層可能無法均勻且預期的沈積在銳緣上，但經界定之小徑向表面半徑邊長可更確實地被塗布。
在一些實施例中，該第一銳緣506-1係被建構成約90°的角度且具有經界定約10微米的半徑。該銳緣亦可被製成小於90°的角度。在一些實施例中，具有大於90°角度的銳緣可用於增加銳緣堅固性，但該設計會占去較多透鏡空間。
在各種實施例中，銳緣506-1及/或506-2之定義半徑可介於5微米至50微米之間。可利用較大之定義半徑改善塗層之可靠性，但此舉會在透鏡設計之緊密度容限中占用更多空間。在此當中，如同許多其他透鏡設計領域，需在易於製造、透鏡功能最佳化、及尺寸減少之間作取捨。可使用各種不同變數以製造實用、可靠之拱形液態凹凸透鏡500。
在一些實施例中，可利用較大之轉折半徑配合相鄰二銳緣間之側壁改良表面完工。在一些實施例中，從第一半徑(銳緣)至第二半徑(銳緣)之表面可為平滑無中斷，因此不需特殊工具便可切削用以形成銳緣之模具。含有銳緣的半徑可以被切割到一模具工具表面內，其中該模具工具表面半徑係大於該銳緣半徑。其中該模具工具表面為連續表面，包括一或多個銳緣及一側壁。較大之工具半徑一般而言可產生較為平滑之對應切割表面。
第二銳緣506-2包括經過設計之特徵，其在電壓施加於拱形液態凹凸透鏡500時，限制油的移動。在一些實施例中，該第二銳緣506-2亦可包括一尖狀端，或在其他實施例中，該第二銳緣506-2可包括一介於5與25微米間之定義半徑，更佳的是10微米。10微米半徑性能表現與銳緣一樣良好，且可使用單點鑽石車床車削或射出成型製程生產。
一垂直或將近垂直之階507，延伸至該前曲面透鏡501的光學區域508之起點，此階507可被包含於該第二銳緣506-2正對著該彎月形壁506之一側。於一些實施例中，該階507為120微米高，但是它也可以在50至200微米之間的範圍內。
在一些實施例中，該階507可與光軸呈約5°之角度。在其他實施例中，該階507的角度可為少至1°或2°，或可為具有大於5°之角度。與光軸間所呈角度較小之階507，通常係作為較有效之彎月形移動限制物，此乃因為其需要較大的液態彎月形邊界505之接觸角改變，以自彎月形壁506移開至階507上所致。從階507至光學區起始處508的轉移為半徑25微米。較大半徑將會在透鏡設計中不必要地占去較多空間。若有獲得空間的必要，較小半徑是可以接受的且可被實施。在此領域以及其他透鏡領域中，使用界定半徑而非理論銳緣的決定，部分係基於透鏡元件可能轉換為射出成型製程。階507及光學區起始處508之間的曲面，在射出成型製程期間將改善塑性流，而使透鏡具有最佳強度及應力處理特性。
現請參照圖6A，一立體透視圖描繪一前曲面透鏡之一部分，其一彎月形壁上具有微通道601、階605及光學區域606。圖中顯示一第一銳緣602及一第二銳緣603，在兩者之間為一具有微通道601的彎月形壁。在此實施例中，該具有微通道601之彎月形壁整體而言呈現一圓錐形截錐體形狀，其截面顯示該彎月形壁為線性。包括線性彎月形壁之透鏡實例描述於2010年6月29日提出申請之美國專利申請第61,359,548號，案名為「具有圓錐形截錐體彎月形壁之透鏡」，其內容於此合併參照。在一些實施例中，不同形狀之彎月形壁皆可包含微通道彎月形壁設計，如非限制性實例，一凸面段彎月形壁、一凹面段彎月形壁、一複合線性凸面彎月形壁、一多重凸面彎月形壁、一多重凹面彎月形壁以及一多段線性彎月形壁。
現請參照圖6B，此為具有微通道601之彎月形壁的部分詳細視圖，其包含兩條微通道604。在一些實施例中，各微通道604之一端靠近第一銳緣602，但並不與其相交，而各微通道604之另一端延伸通過第二銳緣603，朝向前曲面透鏡之光學區域606部分下切階605。根據本發明，微通道604一側與相鄰彎月形壁段601間之邊界大致上為一銳利邊緣。在其他實施例中，彎月形壁601與一微通道604間之邊緣可包含一經定義的半徑。
自帶電之拱形液態凹凸透鏡上去除電位施加後，液態彎月面可能會對返回休息位置或不帶電位置產生抗性。根據本發明，微通道604可促進液態彎月面移動，協助液態彎月面復位至不帶電位置。
在一些實施例中，在不帶電狀態下，微通道結構中可容納更多油量。當對液態透鏡供應能量時，含鹽溶液會使各微通道中的部分油量移位，導致液態透鏡中較大量值的光學度數改變，達成同等功效的自然潤濕流體角度。在一些較佳實施例中，微通道604可降低液態彎月面復位率對於透鏡結構及運作中其他因素變化的敏感度。此外，液態彎月形邊界位置因受到電壓施加而改變時，微通道結構可容納油滴。透鏡不帶電時，油滴可協助液態彎月形邊界縮回，使復位時間更為快速且可預期。
在另外一些實施例中，彎月形壁設計和質地的變化可促進液態彎月面的快速移動和復位。在非限制性實例中，一些彎月形壁變化包括具有微坑之壁面、具有相連微坑之壁面、具有沿圓周分布微溝槽之壁面、具有螺旋形微溝槽之壁面、具有微型十字圖紋之壁面、具有微肋管之壁面，以及具有微結節之壁面。
雖然本發明係以特定實施例為說明，熟悉本技藝人士應知在不脫離本發明範疇之下可進行各種變化，或使用均等物取代特定元件。此外，在未脫離本發明範疇之下，可依本發明之教示進行多種改良，以配合特定應用或材料。
因此，所述之特定實施例僅係實施本發明之最佳方式，而不應構成本發明之限制，本發明應包括落於申請專利範圍精神及範疇中之所有實施例。
100．．．先前技術透鏡
101．．．油
102．．．含鹽溶液
102A．．．含鹽溶液
102B．．．含鹽溶液
105．．．電極
106．．．片狀體
108．．．射光
108B．．．入射光
109．．．發散光
112A．．．介面表面
112B．．．介面表面
113．．．內表面
114．．．內表面
110．．．圓柱體
111．．．收斂光型
200．．．液態凹凸透鏡
201．．．前曲面透鏡
202．．．後曲面透鏡
203．．．凹面拱形內透鏡表面
204．．．凸面拱形外透鏡表面
205．．．凸面拱形內透鏡表面
206．．．凹面拱形外透鏡表面
207．．．含鹽溶液
208．．．油
209．．．電氣導電塗層
210．．．腔穴
211．．．液態彎月面
213．．．透鏡厚度
300．．．拱形液態凹凸透鏡
301．．．前曲面透鏡
302．．．後曲面透鏡
303．．．導電塗層
304．．．導電塗層
304-1．．．第一邊界
304-2．．．第二邊界
305．．．絕緣體塗層
305-1．．．第一區
305-2．．．第二區
306．．．含鹽溶液
307．．．油
308．．．黏著劑
309．．．內部之區域
310．．．外部之區域
311．．．腔穴
312．．．通道
313．．．導電材料
400．．．曲面液態凹凸透鏡
401．．．液態彎月邊界
403．．．導電塗層
405．．．彎月形壁
406．．．含鹽溶液
407．．．油
409．．．腔穴
500．．．拱形液態凹凸透鏡
501．．．前曲面透鏡
502．．．後曲面透鏡
503．．．含鹽溶液
504．．．油
505．．．液態彎月邊界
506-1．．．第一銳緣
506-2．．．第二銳緣
506．．．彎月形壁
507．．．階
508．．．光學區起始處
601．．．微通道
603．．．第二銳緣
604．．．微通道
602．．．第一銳緣
605．．．階
606．．．光學區域
圖1A描述在第一狀態的圓柱狀液態凹凸透鏡之先前技術實例。
圖1B描述在第二狀態的圓柱狀液態凹凸透鏡之先前技術實例。
圖2描述根據本發明一些實施例之例示性液態凹凸透鏡之切面剖面輪廓。
圖3描述根據本發明一些實施例之例示性拱形液態凹凸透鏡之一部分的橫截面。
圖4描述一拱形液態凹凸透鏡之其他例示性態樣。
圖5描述根據本發明一些實施例之拱形液態凹凸透鏡內之彎月形壁元件。
圖6A描述根據本發明一些實施例具有微通道的線性彎月形壁的立體圖。
圖6B描述根據本發明一些實施例具有微通道的線性彎月形壁的部分詳細立體圖。
200．．．液態凹凸透鏡
201．．．前曲面透鏡
202．．．後曲面透鏡
203．．．凹面拱形內透鏡表面
204．．．凸面拱形外透鏡表面
205．．．凸面拱形內透鏡表面
206．．．凹面拱形外透鏡表面
207．．．含鹽溶液
208．．．油
209．．．電氣導電塗層
210．．．腔穴
211．．．液態彎月面
213．．．透鏡厚度

Claims (33)

  1. 一種光學透鏡，其包含：一前透鏡，其包含一前透鏡外表面以及一前透鏡內表面；一後透鏡，其包含一後透鏡內表面及一後透鏡外表面，該後透鏡係位於該前透鏡鄰近，致使該前透鏡內表面與該後透鏡內表面之間形成一腔穴；一體積的鹽溶液與一體積的油，其容納於在該前透鏡內表面與該後透鏡內表面間所形成的該腔穴內，該體積的鹽溶液與該體積的油形成一液體彎月面邊界；以及一具有複數微通道的彎月形壁，其形成於該前透鏡及該後透鏡中之一或兩者之內，且與該液體彎月面邊界鄰接。
  2. 如申請專利範圍第1項之光學透鏡，其中該前透鏡及該後透鏡中至少一者基本上為平坦。
  3. 如申請專利範圍第1項之光學透鏡，其中該前透鏡及該後透鏡包含一拱形透鏡。
  4. 如申請專利範圍第3項之光學透鏡，其另外包含一導電塗層於該彎月形壁的至少一部分上。
  5. 如申請專利範圍第3項之光學透鏡，其中容納於該腔穴內之該油之體積係小於容納於該腔穴內之該含鹽溶液之體積。
  6. 如申請專利範圍第4項之光學透鏡，其中該油之體積約為該含鹽溶液之體積的66%或更多的體積。
  7. 如申請專利範圍第4項之光學透鏡，其中該油之體積約為該含鹽溶液之體積的90%或更少的體積。
  8. 如申請專利範圍第4項之光學透鏡，其中該油之密度約等於該含鹽溶液之密度。
  9. 如申請專利範圍第4項之光學透鏡，其中該油之密度為該含鹽溶液之密度的約10%以內。
  10. 如申請專利範圍第4項之光學透鏡，其中該油之密度為該含鹽溶液之密度的約5%以內。
  11. 如申請專利範圍第4項之光學透鏡，其中該導電塗層自該腔穴內部之一區域延伸至該腔穴外部之一區域。
  12. 如申請專利範圍第11項之光學透鏡，其中位在該腔穴外部之該導電塗層區域形成一電氣端子(electrical terminal)，用以對該光學透鏡提供一電位。
  13. 如申請專利範圍第11項之光學透鏡，其中對在該腔穴外部之導電塗層區域施加一電位，造成介於該液體彎月面 邊界之外側周圍邊緣和該彎月形壁中間接觸之位置改變。
  14. 如申請專利範圍第13項之光學透鏡，其中該電位係以直流電施加。
  15. 如申請專利範圍第13項之光學透鏡，其中該電位係介於約5.0伏特至約60.0伏特之間。
  16. 如申請專利範圍第15項之光學透鏡，其中該電位約為20.0伏特。
  17. 如申請專利範圍第15項之光學透鏡，其中該電位約為5.0伏特。
  18. 如申請專利範圍第11項之光學透鏡，其中該電位為約3.5伏特至約7.5伏特。
  19. 如申請專利範圍第5項之光學透鏡，其中該前透鏡外表面具有不為約0之光學倍率。
  20. 如申請專利範圍第5項之光學透鏡，其中該前透鏡內表面具有不為約0之光學倍率。
  21. 如申請專利範圍第5項之光學透鏡，其中該後透鏡外表面具有不為約0之光學倍率。
  22. 如申請專利範圍第5項之光學透鏡，其中該後透鏡內表面具有不為約0之光學倍率。
  23. 如申請專利範圍第5項之光學透鏡，其另外包含一穿過該前透鏡與該後透鏡之一或二者之通道，以及一填充該通道之導電材料。
  24. 如申請專利範圍第23項之光學透鏡，其另外包含一端子，其與填充該通道內之導電材料為電性連通。
  25. 如申請專利範圍第24項之光學透鏡，其中對該端子施加一電位會造成該液體彎月面邊界之形狀改變。
  26. 如申請專利範圍第5項之光學透鏡，其另外包含一沿著該前透鏡內表面至少一部分之絕緣體塗層，其中該絕緣體塗層包含一電絕緣體。
  27. 如申請專利範圍第26項之光學透鏡，其中該電絕緣體包含聚對二甲苯CTM(Parylene CTM)以及鐵氟龍AF(Teflon AF)兩者中之一。
  28. 如申請專利範圍第26項之光學透鏡，其中該電絕緣體提供該導電塗層與該含鹽溶液之間的隔離。
  29. 如申請專利範圍第1項之光學透鏡，其中該彎月形壁為一圓錐形截錐體之大體的形狀。
  30. 如申請專利範圍第29項之光學透鏡，其中該圓錐形截錐體之角度係介於約30°和50°之間。
  31. 如申請專利範圍第30項之光學透鏡，其另外包含一鄰近該彎月形壁之第一及第二彎月形銳緣(meniscus sharps)，該第一及第二彎月形銳緣包含用以容納該液體彎月面和該彎月形壁之間接觸之位置之角度特徵(angular feature)。
  32. 如申請專利範圍第31項之光學透鏡，其中該第一及第二彎月形銳緣包含一徑向表面部分。
  33. 如申請專利範圍第32項之光學透鏡，其中該徑向表面部分具有一介於5微米至25微米範圍內之半徑。
TW100135289A 2010-09-29 2011-09-29 具有包含微通道之彎月形壁的液態凹凸透鏡 TWI522656B (zh)

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