TWI587028B - 含有超穎表面元件的眼用裝置 - Google Patents

Description

含有超穎表面元件的眼用裝置

本發明描述具有媒介插件之眼用裝置及具有超穎表面元件於其上或其內之鏡片。

傳統上，如隱形眼鏡、人工水晶體或淚管塞等眼用裝置包括具有矯正、美容或治療特性之生物可相容裝置。例如，隱形眼鏡可提供視力矯正功能、加強妝飾與治療效果之一或多者。每種功能係由一種鏡片的物理特性所提供。結合折射特性之鏡片設計可提供視力矯正功能。將色素結合至鏡片可提供加強妝飾效果。將活性劑結合至鏡片中可提供治療效果。此等物理特性不需使鏡片進入通電狀態便可達成。淚管塞傳統上為被動裝置。

近來已敘述以通電及非通電眼用插件為基準的新式眼用裝置。這些裝置可使用通電功能來供電給主動式光學組件。

最近，已經證明了獨特平面鏡片可以由具有排列在表面上的奈米級金屬特徵的特用表面結構的製造而形成。可以通過控制奈米級特徵的單位室結構設計而完成各種設計。

定義眼用裝置以產生納入奈米級結構可能是有用的。

因此，本發明包括一個媒介插件，其包括有包含超穎表面之奈米級金屬特徵。超穎表面可以是光的次波長尺寸的特徵至特定波長的重複圖案。次波長尺寸的特徵的相互作用可與光相互作用並改變從特徵再發射之光的相位特性。特徵在這個意義上也可被認為 奈米級天線。在插件上形成奈米級金屬特徵可能有許多方法及這些插件可被封裝在眼用材料的鏡片裙件以形成眼用裝置。

在一些實施例中，插入裝置可以通過橫越插入裝置的表面的至少一部分上形成週期性圖案之奈米級金屬特徵來定義。週期性圖案可具有用於週期性之長度因子，其近似等於或小於可見光的不同波長。在某些實施例中，金屬特徵的形狀和尺寸因子的設計可以基於模擬奈米級特徵的所欲相位特性來確定。入射在超穎表面元件上之光可以改變的相位特性出現，且這可被模擬。該設計可為從頭開始模擬的方法，其中結構、佈局、特徵位置和其它因子的性質及光的所欲效果是在自我一致的模型中使用。可使用基於試驗設計與基於先前結果之調整的替代迭代模型。在某些實施例中，奈米級金屬表面的所欲鏡片特性可具有徑向對稱聚焦鏡片特性。模型可產生所欲的相位特性，該相位特性具有徑向對稱性和元件的集合的作用的聚焦特性。當插件形成為具有三維曲面，而非平坦表面時，可有可用於轉換所得到的具有超穎表面元件之眼用裝置的鏡片特性為呈三維空間之眼用裝置且超穎表面為等效平面空間的模型之估計方案。可估計有可導致設計參數的超穎表面的有效聚焦特性。該方法可與如上所述的迭代模擬方法使用。

在某些實施例中，模擬過程可藉由使用由使用者提供參數並且可在計算系統上運行的基於軟體的算法發生。該使用者提供的參數可以是基於理論上的要求。在其他情況下，眼用從業人員可以測量患者的眼用特性及矯正需要，將這些需求公式化為一套模擬系統參數。計算系統在某些實施例中可提供數字輸出或提供空間設計元件作為設計數據點陣列。

在某些實施例中，較佳地，其中的光的波長是在可見光譜中，在金屬特徵可具有小的表面面積尺寸。作為一個實例，超穎表面特徵可具有10,000nm²或更小的尺寸。在放置超穎表面元件的週期性質可有許多多樣性。他們可能會被部署為直線、極性或放射狀圖案，或其它週期性圖案。相鄰的最近間距可與光的所欲波長有關以與元件互相作用。在某些實施例，該間距可以小於或約等於可發生在 可見光譜中的早期的紅光譜。在某些實施例中，間距或週期性可以小於或約等於700奈米。

該插件可以被籠罩在鏡片裙件。鏡片裙件可由該通常在隱形眼鏡生產採用的材料(例如水凝膠)形成。可用於在眼內定位鏡片之穩定特徵可模製到眼用裙件。這些特徵可對超穎表面鏡片元件具有特定用途，其對此具有高階矯正態樣，其中矯正態樣不是徑向對稱的。可採用插件的各種設計，其可適配所得的眼用裝置。具有超穎表面元件在其上的插入件的表面整體形狀可以是本質為凸或替代地本質為凹。可形成至用於眼用裝置之插件中的其它形狀亦可包含在本揭露範圍內的先前技術。

也可製造超穎表面元件的主動或非靜態的實施例。在某些實施例中，金屬層可以形成為特徵，其可在電能的影響下用於形成或增強超穎表面元件的活性。主動形成的結構的週期性和形狀態樣可類似於在前面的章節中所討論的。介質上電潤濕(EWOD)原則可用於某些實施例。在EWOD裝置的不混溶流體中之一者可含有金屬奈米球或金屬奈米棒。在某些實施例中，奈米球或奈米棒可具有表面改質，以提高其對EWOD流體一者或其他者的偏好。在某些實施例中，表面改質可以通過將配體分子化學附著到奈米級金屬組分來進行。其中超穎表面元件會主動地形成的插件的表面可具有擁有較佳的表面自由能的區域以與EWOD流體有差異地相互作用。在某些實施例中，EWOD區域的休眠狀態可定義其中含有奈米球、奈米棒或其他形狀的金屬成分之流體可在空間中瀰漫的情況。通過在EWOD裝置中的電場的應用，區域偏好可以被切換導致含有奈米級金屬成分的流體累積成為含有超穎表面元件的形狀。

隱形眼鏡可形成為包含具有三維形狀的插件，其中插入表面的至少一部分可具有靜態或主動超穎表面元件在其上，超穎表面元件在該處具有鏡片效果。某些具有主動超穎表面元件的實施例可包含與介質上電潤濕的現象作用的組分。EWOD室的流體內，在某些情況下可包含奈米球或奈米棒的奈米級組分。在流體中的奈米級組分表面的改質可以各種方式來執行，並且可包括將分子化學附著至奈 米級組分的表面而改變其對介質上電潤濕流體的一或多者的偏好。具有主動超穎表面元件在其上之實施例可回應電場，該電場可以由位於插件或眼用裝置內的其他組分控制。在某些實施例中，可變焦點隱形眼鏡可來自於主動表面超穎表面元件的可電控成型。

100‧‧‧媒介插件

105‧‧‧電子組件

110‧‧‧通電元件電源

115‧‧‧基材

120‧‧‧光學區

125‧‧‧導電跡線

130‧‧‧導電跡線

150‧‧‧眼用裝置

155‧‧‧外圍

200‧‧‧單件插入件

210‧‧‧線

220‧‧‧眼用裝置

221‧‧‧圖案

230‧‧‧橫截面圖

231‧‧‧圖案

235‧‧‧偏振元件具有超穎表面元件在其上之表面

250‧‧‧穩定區

260‧‧‧穩定區

300‧‧‧圖2所示的例示性單件 插入件的變形

310‧‧‧線

320‧‧‧眼用裝置

330‧‧‧橫截面圖

331‧‧‧圖案

335‧‧‧具有超穎表面元件在其 上之表面

350‧‧‧對準特徵或穩定化區

360‧‧‧對準特徵或穩定化區

400‧‧‧多件插入件

405‧‧‧實施例

410‧‧‧線

422‧‧‧多件插入件

430‧‧‧橫截面圖

431‧‧‧印刷特徵

435‧‧‧區域

436‧‧‧區域

450‧‧‧穩定化特徵

460‧‧‧穩定化特徵

500‧‧‧基於平坦表面的鏡片裝置的現有技術的實施方式

520‧‧‧超穎表面元件

521‧‧‧超穎表面元件

522‧‧‧超穎表面元件

523‧‧‧超穎表面元件

524‧‧‧超穎表面元件

525‧‧‧超穎表面元件

526‧‧‧超穎表面元件

527‧‧‧超穎表面元件

550‧‧‧實施例

560‧‧‧鏡片

561‧‧‧半徑

570‧‧‧位置

580‧‧‧球形模型表面

581‧‧‧焦距特性

590‧‧‧雙曲面徑向相位分佈相位移特性

600‧‧‧實施例

620‧‧‧超穎表面奈米級元件

621‧‧‧超穎表面奈米級元件

622‧‧‧超穎表面奈米級元件

623‧‧‧超穎表面奈米級元件

624‧‧‧超穎表面奈米級元件

625‧‧‧超穎表面奈米級元件

626‧‧‧超穎表面奈米級元件

627‧‧‧超穎表面奈米級元件

671‧‧‧球形模型表面

680‧‧‧點

690‧‧‧項目

691‧‧‧彎曲的表面相位長度

700‧‧‧實施例

710‧‧‧實施例

720‧‧‧實施例

730‧‧‧組合相位特性

740‧‧‧超穎表面組分

750‧‧‧差異聚焦特性

760‧‧‧鏡片聚焦特性

770‧‧‧角度

771‧‧‧角度

800‧‧‧眼用插入裝置

810‧‧‧放大的插圖

820‧‧‧光學區

830‧‧‧通電元件

840‧‧‧控制電路

910‧‧‧無施加電場通過活性表面之EWOD類型液體的組合

920‧‧‧項目

911‧‧‧側面結構

912‧‧‧頂部

913‧‧‧組分

914‧‧‧導電電極

915‧‧‧流體層

916‧‧‧表面層

917‧‧‧介電塗層或膜

918‧‧‧導電電極

930‧‧‧奈米球體

931‧‧‧配體分子

935‧‧‧奈米棒

1010‧‧‧項目

1020‧‧‧項目

1011‧‧‧側壁

1012‧‧‧頂部

1013‧‧‧電介質膜或塗層

1014‧‧‧電極

1015‧‧‧電極

1016‧‧‧流體層

1017‧‧‧文中未提及

1018‧‧‧流體層

圖1描述用於通電眼用裝置的媒介插件之一例示性實施例以及通電眼用裝置之一例示性實施例。

圖2例示說明具有各種特徵的例示性隱形眼鏡，特徵包括一個納入的單件插入件，其可用於本文技藝的實施態樣。

圖3例示說明在圖2證明的實施例之例示性替代實施例。

圖4例示說明具有各種特徵的例示性隱形眼鏡，特徵包括一個納入的多件插入件，其可用於本文技藝的實施態樣。

圖5例示說明關於一個基於平面超穎表面元件之鏡片的先前技術態樣，與關於設計具有雙曲面相位輪廓之超穎表面元件以作為鏡片使用。

圖6例示說明基於三維鏡片基材，而非平面基材模擬的奈米結構的變化。

圖7例示說明用於模擬鏡片之相位特性估計。

圖8例示說明包含主動元件和超穎表面元件的例示性媒介插件。

圖9例示說明具有活化後引進超穎表面元件結構的例示性主動眼用裝置。

圖10例示說明具有活化後引進超穎表面元件結構的替代例示性主動眼用裝置。

本發明關於具有超穎表面組分之眼用裝置，其可影響在眼睛環境的電磁輻射的變動。在下列段落中將給出本發明實施例之詳細說明。較佳實施例與另一實施例之說明僅為實例，且精於此項技藝之人士當可輕易思及各種變化、修改及變更。因此該例示性實施例並未限制基本發明之原理。

名詞解釋

在有關本發明之說明與申請專利範圍中，各式用語將應用如下定義：通電：如本文中所使用，係指能夠供應電流至或能夠具有電能儲存於其中之狀態。

能量：如本文中所使用，係指物理系統作功之能力。許多上述術語於本發明內之使用係關於可以作電功之能力。

能源：如本文中所使用，係指能夠供應能量或將邏輯或電氣裝置置於通電狀態之一裝置或層。

能量擷取器：如本文中所使用，係指能夠從環境提取能量並將之轉換為電能之裝置。

功能化：如本文中所使用，係指使一層或裝置能夠執行一功能，包括例如通電、啟動或控制。

滲漏：如本文中所使用，係指不想要的能量損失。

鏡片或眼用裝置：如本文中所使用，係指裝置於眼睛上或眼睛內的任何器件。這些裝置可提供光學校正、可為妝飾性或者可提供與眼睛不相關的功能性。例如，鏡片一詞可指隱形眼鏡、人工水晶體(intraocular lens)、覆蓋鏡片(overlay lens)、眼嵌入物(ocular insert)、光學嵌入物(optical insert)或其他類似裝置，透過上述裝置來矯正或修正視力，或者在不妨礙視力的情況下，透過上述裝置使眼睛生理在妝飾方面有所增進(例如，虹膜顏色)。或者，鏡片可提供非光學的功能，例如，監控葡萄糖或投藥。在一些實施例中，本發明較佳的鏡片係由聚矽氧彈性體或水凝膠所製成的軟性隱形眼鏡，其包括例如聚矽氧水凝膠及氟水凝膠。

鏡片成形混合物或反應性混合物或反應性單體混合物(RMM)：如本文中所使用，係指可予以固化並且交聯或予以交聯以成形眼用鏡片的單體或預聚合物材料。各種實施例可包括鏡片成形混合物，其具有一或多個添加劑(例如，紫外線阻斷劑、染劑、光起始劑或催化劑)以及可為例如隱形眼鏡或人工水晶體之眼用鏡片期望的其他添加劑。

鏡片成形表面：如本文中所使用，係指用於模塑化鏡片的表面。在一些實施例中，任何此類表面可具有光學品質表面光度，此表示其平滑與成形程度足以使藉由與模面接觸之鏡片成形材料聚合作用方式製造的鏡面在光學特性上可被接受。再者，在一些實施例中，鏡片成形表面可具有必須賦予鏡片表面期望的光學特性之幾何，其中包括但不限於球面、非球面及柱面度數(cylinder power)、波前像差校正(wave front aberration correction)、角膜形貌校正(corneal topography correction)，以及相似之物及其任何組合。

鋰離子電池：如本文中所使用，係指電化電池，其中鋰離子穿越過電池以產生電能。此電化電池一般稱為電池，可在其標準型態中重新通上電流或充電。

媒介插件：如本文中所使用，係指封裝插件，在通電的眼用裝置中將該插件包括在內。可在媒介插件中結合通電元件及電路系統。媒介插件定義通電之眼用裝置的主要用途。例如，在通電的眼用裝置允許使用者調整光功率的實施例中，媒介插件可包括控制光學區中之液態彎月面部分的通電元件。替代地，媒介插件為環形，使光學區為材料之空隙。在此類實施例中，鏡片的通電功能可不是光學特質，而是例如為監控葡萄糖或供給藥物。

超穎表面：如本文中所使用，係指為週期性排列的奈米級特徵的人造組合。該組合會導致與天然結構截然不同的有用特性。在本文許多實施例中，特徵與光，尤其是在可見光譜中的相互作用允許鏡片裝置被構成。

模具：如本文中所使用，係指可被用來使未固化配方形成鏡片的剛性或半剛性物體。某些較佳模具包括成形前曲面模具零件與後曲面模具零件的兩個模型零件。

奈米級：如本文中所使用，係指具有至少一個維度比約1微米小的一個或多個特徵的元件；因此，其維數在至少一個維度可以奈米被提及。

操作模式：如本文中所使用，係指高電流汲取狀態，其中遍及電路之上的電流允許裝置執行其主要通電功能。

光學區：如本文中所使用，係指眼用鏡片之區域，該眼用鏡片之配戴者係透過該區域看東西。

功率：如本文中所使用，係指每單位時間之作功或傳遞之能量。

可再充電的或可再通電的：如本文中所使用，係指恢復至具更高容量以作工之狀態的能力。許多上述術語於本發明內之使用可能與恢復之能力有關，該恢復之能力係以使電流在一特定重建之期間內以特定速率流動之能力來恢復。

再通電或再充電：如本文中所使用，係指回復至具有更高容量以作工的狀態。許多於本發明內之使用可能與裝置之恢復能力有關，該恢復係使電流在一特定重建之期間內以特定速率流動之能力。

參考：如本文中所使用，係指適於用在其他電路中之產生理想、固定且穩定的電壓或電流輸出的電路。參考可衍生自能帶間隙，可針對溫度、供電及過程變異進行補償，並可為特殊的特定應用積體電路(ASIC)具體地量身打造。

自模具釋放：如本文中所使用，係指鏡片係完全自模具分離或僅不牢固地附接著，以致鏡片可利用溫和搖動予以移除或利用拭子予以推出。

重設功能：如本文中所使用，係指自觸發演算機制，以將電路設定為特定的預定狀態，包括例如，邏輯狀態或通電狀態。重設功能可包括例如通電重設電路，其可與開關機構協作，以確保晶片在初始連接至電源以及在從儲存模式喚醒這兩者之上的正確啟動。

睡眠模式或備用模式：如本文中所使用，係指在不需要操作模式時，於關閉開關機構容許省電之後，通電裝置的低電流汲取狀態。

堆疊：如本文中所使用，係指將至少兩個組件層彼此相鄰放置，使得該等層之一者的一表面之至少一部分接觸一第二層之第一表面。在一些實施例中，一薄膜(無論用於黏附或其他功能)可存在於兩層之間，透過該薄膜使該等兩層彼此接觸。

堆疊型整合式組件裝置或SIC裝置：如本文中所使用，係指封裝技術的產品，其可由將每一層的至少一部分彼此堆疊而將基材的薄層組裝到運作性整合式裝置內，所述的基材薄層可含有電氣及電機裝置。這多個層件可包含各式類型、材料、形狀、以及尺寸的組件裝置。此外，此等層件可由各種器件生產技術製成，用以符合並且呈現各式形態。

儲存模式：如本文中所使用，係指包括電子組件之系統的狀態，其中電源持續供應，或電源必須供應最小之經設計的負載電流。此術語不可與備用模式互換。

基材插件：如本文中所使用，係指能夠支撐眼用鏡片中能源之可成形或剛性基材。在一些實施例中，基材插件亦支撐一或多個組件。

開關機構：如本文中所使用，係指與電路整合並提供各種位準之電阻的組件，其可響應獨立於眼用裝置的外側激源。

三維：如本文中所使用，係指本質上不是二維平面的形狀或表面。

通電眼用裝置

繼續至圖1，其描述用於通電眼用裝置的媒介插件100之一例示性實施例以及對應的通電眼用裝置150。媒介插件100可包括光學區120，其可或可不具有提供視力矯正的功能。在眼用裝置的通電功能與視力無關的情況下，媒介插件100的光學區120可為材料的空隙。在一些實施例中，媒介插件100可包括非位於光學區120之中的一部分，其包括與通電元件110及電子組件105結合的基材115。可有許多實施例涉及包括超穎表面元件至眼用裝置中；然而，許多者可定義在其上部署有超穎表面元件之光學區120中的表面部分。

在一些實施例中，可將可為例如電池的通電元件110以及可為例如半導體晶粒電子組件105附接至基材115。導電跡線125及130可電性連接該電子組件105及該通電元件110。可完全封裝媒介插件100，以保護並內含通電元件、軌跡及電子組件。在一些實施 例中，封裝材料可為半透性的，例如，防止例如水之特定物質進入媒介插件100，並允許例如周圍氣體或通電元件內之反應副產物的特定物質進入媒介插件100或由媒介插件100滲出。

在一些實施例中，媒介插件100可包括在眼用裝置150之中，其可包括聚合物生物可相容材料。眼用裝置150可包括剛性中心、軟性裙件設計，其中中心剛性光學元件包括媒介插件100。在一些特定實施例中，媒介插件100可與大氣以及個別的前及後表面上的角膜表面直接接觸，或者替代地，媒介插件100可封裝在眼用裝置150之中。眼用鏡片150的外圍155可為軟性裙件材料，包括例如水凝膠材料。

媒介插件100和眼用裝置150的基礎結構可為眾多涉及奈米結構元件形成超穎表面之實施例提供一個環境。其中的某些實施例可能涉及眼用裝置的純粹被動功能，其中，例如，超穎表面組分進行與視力矯正有關的光作用(舉例而言)。其他實施例可涉及具有主動功能的眼用裝置，其中再次超穎表面組分本身執行被動功能。另外，在又進一步實施例中，超穎表面組分本身可為眼用裝置的主動功能的一部分。

繼續至圖2，以橫截面例示說明項目200，其為例示性單件插入件的描繪。在圖2中，眼用裝置220可具有橫剖面表示圖230，其表示通過由線210所示之位置的橫剖面。在一個例示性實施例中，眼用裝置220的光學區可包括一偏振元件，其可在橫截面表示為項目235。奈米結構化元件可在項目235的表面上以形成超穎表面。在其他實施例中，項目235可僅表示具有超穎表面元件在其上之表面。項目235可表示附著到其它插件成形件以形成插件的三維地形成之基材。

還有，裝置的光學區外，可以在單件插入件上印刷圖案如項目221，和在橫截面上印刷圖案如項目231。在某些實施例中，插入件可僅在235包含超穎表面組分和一個在231可選的印刷區域。

如在橫截面中所示，單件插入件235可具有三維形狀。例如，可以藉由平面型式開始使薄片材料熱成型而呈現該三維彎曲形狀。可在執行此熱成型之前或之後，添加超穎表面元件到薄片材料。

在一些實施例中，在眼睛的環境內可存在針對眼用鏡片之定向的需求。項目250及260可表示穩定區特徵，其可協助在使用者的眼睛之上定向成形的眼用鏡片。此外，在某些實施例中，在單件插入件上使用穩定化特徵可允許其相對於模製的穩定化特徵定位。定位的能力對不屬於徑向對稱性質的超穎表面特徵可能特別重要，因為將可能會是矯正二階和更高階的視覺像差的圖案的情況。

繼續至圖3，以橫截面來例示說明項目300，其為圖2所示的例示性單件插入件的變形。在圖3中，眼用裝置320可具有橫剖面表示圖330，其表示通過由線310所示之位置的橫剖面。在一個例示性實施例中，眼用裝置320的光學區可以包括一個部分(不一定是按比例顯示於圖中)，其中相對於所述凸定位，表面形狀對入射的輻射是凹向的。這可允許超穎表面元件可調節鏡片表面的發散態樣，而不是調整眼用鏡片的聚焦態樣的實施例。奈米結構化元件可在此項目335的凹表面上以形成超穎表面。還有，裝置的光學區外，可以在單件插入件上印刷圖案如項目321，和在橫截面上印刷圖案如項目331。在某些實施例中，插入件可僅在335包含超穎表面組分和一個在331可選的印刷區域。出於如在圖2中的實施例相同的動機，可有對準特徵或穩定化區納入到眼用裝置，如項目350和360所示，並可有印刷到插入件上為特徵的圖案331。

繼續至圖4，項目400，可觀察到其中可用於形成眼用裝置之多件插入件的額外的實施例。在項目405，多件插入件422可在光學區包括一個主動元件。該圖描繪了跨越線410的橫截面圖430。出於例示性的目的，眼用鏡片亦包括為項目431的印刷特徵，其也可在橫截面表示為項目431。此外，本例示性鏡片可包括穩定化特徵450和460。

多件插入件也可用於具有環形形狀的實施例，其中在光學區沒有插件的材料佔據。對於超穎表面，此類型的環形插件的修改可以在兩件環形形狀在被描繪為項目436之區域完成，而插件的單件可以位於光學區和支持超穎表面元件。

多件插入件的例示性實施例可包括在兩個插入件之間的項目435的彎月面式的主動鏡片元件。當由電池供電的電路跨越彎月形鏡片的部件施加電位時，彎月形鏡片可主動改變聚焦特性。超穎表面元件也可以被包括在該多件表面中的一個。在一非限制性的實例中，在主動彎月形鏡片的表面上包括被動超穎表面聚焦元件可允許鏡片的高階校正態樣的光學特性調節。

多件插入件可也包括一主動奈米級超穎表面實施例。在隨後的段落討論中發現在項目435在兩個插入件之間的區域內主動形成超穎表面元件的一實施例。在某些這樣的實施例中，光學區可具有相對於使用者的眼睛的較佳定位。用於形成這樣的包括眼用裝置之超穎表面的方法可允許鏡片的各種組分登記對準到穩定化元件450和460。然後這些元件將維持鏡片相對於使用者的眼睛的一個既定定位。

超穎表面鏡片元件

繼續至圖5，項目500，顯示基於光與奈米級金屬元件的相位改變的相互作用之基於平坦表面的鏡片裝置的先前技術的實施方式的態樣。在某些平坦表面鏡片的實施方式中，小金屬特徵可以與光在平坦鏡片的表面上進行交互作用的設計來被定義在平坦的表面上。在項目520至527，描繪一組功能性鏡片的設計。510的特徵包含以這樣的方式被部署在平坦的表面上以形成鏡片的超穎表面元件的單位室。

在一例示性實施例中，鏡片針對約為1.5微米的波長優化，該波長為出自可見光譜之共同通信電磁波長。在其他實施例中，可能會針對在可見光譜的波長發生優化。單位室從項目520變化到523。該組分的長度範圍從180到85奈米的長度，並在該長度的線性元件之間可觀察到有一角度範圍從約90埃至零。包含超穎表面裝 置之金屬的厚度可為約50奈米，並且裝置可以彼此相隔間距範圍從750奈米下至200奈米。當距離小於200奈米時，超穎表面組分可能趨向於與彼此「通信」和改變鄰近裝置的性能。在功能裝置的說明中，單位室組分的數目是在四個離散的步驟中製造，雖然在實踐中，不同組分設計的數量可以是顯著更多。各種參數與特定波長範圍的證明實踐有關。在510的超穎表面元件的設計態樣包括它們的厚度和長度的變化可用於對不同的波長範圍微調超穎表面元件。

所描繪的元件以及上述提及的參數與用於創造一個平坦鏡片的設計態樣有關，其中超穎表面的天線元件的相位改變被用來模擬導致鏡片之雙曲面徑向相位分佈590。在550，可發現關於估算放置在平坦的鏡片560上的元件的所欲相位特性的重要元件。鏡片560可具有為顯示為項目561之半徑。模擬的鏡片可具有顯示為項目581的焦距特性。在可以表示為位置(x,y)的位置570的超穎表面元件(例如524)的模擬相位特性係使得由項目590表示的相位偏移特性與在球形模型表面580上的位置向量的投影是成正比的。這將導致所欲的鏡片功能與所欲的聚焦特性581。可以證明對於這樣的參數關係，相位偏移PS(x,y)的投影將按照下列關係 其中PS(x,y)表示點x,y在平坦鏡片上所欲的相位偏移，且λ表示光的波長，及f表示所欲的鏡片聚焦特性。在一個極坐標系統中，相位偏移PS(r,Θ)為

納入此類型的平坦鏡片可創造新穎眼用裝置是顯而易見的。在眼內裝置中，一平坦聚焦平面是可能的。在眼內裝置內採用這種設計對於在靜態意義上調整聚焦特性可能是實用的。或者，在未來章節中以 三維形狀的裝置討論的主動元件實施例可能也關於平坦的鏡片類型的眼內實施例。

繼續至圖6，項目600，可描繪對其中表面不是平坦的這樣的鏡片條件生成的模型。對顯示在610為項目620-627之超穎表面奈米級元件使用類似單位室設計可是實用的。其中元件的設計態樣，例如其厚度、特徵的角度和長度可以是關於聚焦的所欲中心波長和關於所需的所計算的相位偏移特性。

從平坦鏡片切換到彎曲鏡片可以在模擬裝置引入額外的複雜性可能是明顯的。對以根據曲面的入射平面波的物理相位特性可引入裝置的相態樣的第一組分。此外，現在超穎表面元件可駐留在全部地曲面，此將改變天線特徵在空間的角度定位。此外，由於表面曲線，奈米形狀的超穎表面元件和彼此之間的直線距離可與沿著元件之間的表面本身的距離不同。

可能有一些合理的估計，可允許有估計的鏡片設計參數。例如，有可能獨立地引入與該表面相互作用的平面波的相位改變和超穎表面的天線元件的相位改變特性來處理曲面的相位特性成為第一階。由此來模擬超穎表面天線的設計參數，由於藉由減去三維成形鏡片裝置的整體相位偏移，超穎表面天線獨立於其他的相位偏移，考慮相位的所欲變化可能是足夠的。

由於奈米級超穎表面天線是如此的小，在估計將其模擬為點可能是一個很好的估計。雖然，在平面波如何與傾斜奈米級超穎表面元件交互作用可有差異，但忽略藉由估算小裝置為一點的影響仍然是可接受的，該點不受彎曲鏡片表面可引入變形的影響。

另外，在另一個估算，在設計元件之間的間隔可以基於在非彎曲的空間中的元件之間的距離估計。在實踐中，奈米級元件的密度會影響聚焦裝置的效率和彎曲的實施可能會降低該奈米級元件可被放置的密度。儘管如此，裝置仍可創造為具有估計中的第一階效應，彎曲空間不限制奈米級元件的設計密度。

圖6項目690的描繪中可觀察到彎曲空間的效果。球形模型表面可以描繪為項目671。彎曲的表面可以被描繪成項目 691，其中奈米級超穎表面元件如項目624可位於點680處的表面上的點(x’,y’,z’)。可觀察到相位長度特性上所產生的影響為縮短的相位長度691。估算的相位偏移的方程式可成為依賴三維的方程式，由PS(x,y,z)表示或替代地在一個圓柱坐標系統表示為PS(r,Θ,h)。

應用各種所提到的估計，應用所欲的整體鏡片特性至具有超穎表面元件之彎曲鏡片表面的方法可在相關之圖7，項目700中進行討論。在項目710中，可發現具有超穎表面元件的曲面的圖形描繪。鏡片形狀的組合相位特性描繪為項目730，然後超穎表面組分描繪為項目740。在其中超穎表面和物理曲面是徑向對稱和聚焦的例示性情況下，在組合的相位偏移的焦距的差異可以被理解為項目750，其中項目760可以表示所得的鏡片聚焦特性為項目760。對焦在兩個不同的獨立聚焦特性的相對建構角度可能是合理的估計，其中770可代表在物理彎曲的鏡片表面聚焦特性的頂部的超穎表面影響聚焦特性的角度。

持續估計，在720，可描述如果你從超穎表面裝置將彎曲眼用鏡片裝置的相位偏移特性去耦合可產生之情況。如果具有超穎表面元件的彎曲鏡片的總相位影響的三維影響被估計完全來自彎曲裝置的相位特性，那麼其可通過減去整個鏡片表面上PSlens(x,y,z)的相位特性被估計，你可將所欲的超穎表面模擬條件轉化以參照圖6之討論再次匹配平坦鏡片。這可等同於具有代表性的圓柱坐標系，其中高度參數-h被設置為零。如果得到的轉化被估計會通過維持焦距貢獻而發生，焦距貢獻可能通過維持焦距特性的相對角度(如由項目771所示)而模擬，則對於轉化的相位空間平坦鏡片的新的估計聚焦特性可表示為項目750。然後這樣的超穎表面元件的設計態樣也可以相同的方式計算，如關於圖6及方程式1、2所提及的，其中“f”為現在從項目750的估計的有效焦距。在實踐中，可以使用更複雜的波前模擬系統嚴格地計算出任意的三維曲面所欲的相位特性和所得到的部署在其上之奈米級超穎表面元件的所欲的相位特性。對於使裝置與本文技藝及估計的光學特性相一致，可能應用全面估計。

在估計的情況下，圓柱坐標系可以由減去物理鏡片基材的三維的特性被壓縮到極坐標關係，然後極坐標相位表示可再次為

此外，個別超穎表面元件的設計參數模擬可以精密的模擬方案進行為例如有限差分時變(Finite Difference Time-Dependent，FTDT)電磁模擬。如果在全三維部署的奈米表面元件上進行，這些模擬可為計算密集的但是可能的。或者，先前討論的估計可通過生產、測量和精緻的估計循環提供產生被反覆矯正之結果的替代。

繼續至圖8，項目800，可發現某些概念的例示性實施例。項目800可表示眼用插入裝置，其在某些實施例中可被包括在眼用鏡片內，或表示自身的眼用裝置。該實例包括通電元件830，其使控制電路840通電，控制電路840可包含一集成電路。集成電路以及其它組分也可以控制其它裝置內的活性組分。在一非限制性的實例中，當光進入通過該裝置時，以彎月面式鏡片為基礎之鏡片能夠在該活性區調節光焦度。在光學區覆蓋此裝置，超穎表面元件可能在820。在810放大的插圖中，可以觀察到超穎表面元件。這些元件可以被設計成提供一個靜態光學矯正，靜態光學矯正與在下面的鏡片元件的光學焦度的主動變化組合可以提供新穎的功能。

在某些實施例中，如在圖9所示，超穎表面元件也可以主動方式定義。該在項目800討論的例示性彎月形鏡片通常可以採用介質上電潤濕(EWOD)的技術。該技術藉由改變接近液體之表面的表面自由能來作用於液體的組合。對EWOD裝置而言，不可融液體的組合可為有效的，在不可融液體的組合中，一液體例如為極性液體(如水溶液)，且另一液體為非極性液體(如油)。該技術可用於創造活性超穎表面元件的主動創造。在項目910，無施加電場通過活性表面之EWOD類型液體的組合，可能導致無規律定義之超穎表面元件的擴散鏡片效果。910的亮點描繪元件的擴散位置。這些元件可在 標識為915的流體層中找到。在插圖中，流體層915可由溶劑化的組分組成。在某些實施例中，這些組分可為金屬奈米球，例如如項目930所示，或金屬奈米棒，如項目935所示。該金屬組分可以由金、銀、鉑或其他可以形成奈米組分的元素組成。

奈米組分的表面可塗覆有能賦予表面能至奈米尺寸組分的化學物質。這些塗覆的化學物質可建立對某些流體類型的偏好或遠離某些流體類型。該展示附著到奈米球體930的配體分子931可在某些實施例中使奈米球為親水性或疏水性。如果奈米球是親水的，其可較佳位於EWOD液體混合物的水組分。當第一液體含有奈米尺寸的組分時，如在描繪中的915，其它組分913可以沒有奈米尺寸的組分。然後流體可以在介電塗層或膜917上被包含在由頂部912，側面結構911和表面層916包圍的微米級結構中。該表面層可為使水相，例如，較佳為通過使例示性的水性流體層915接觸整個表面所示將整個表面濕潤。導電電極918可位於電介質塗層或膜917之下。該流體層可以通過另一導電電極914而接觸。當電位通過電極918和914時，可藉由油型層使在電極918附近的表面層916的表面的表面自由能改變為有利的濕潤(其可被視為油層潤濕特性)。這種情況可描繪在920。

如果電極被定義使得含有液體的奈米結構當局部成更小的區域，例如在920的情況下液體914的情況下，然後將奈米球濃縮為特徵，該特徵可呈現設如插圖中在920所示的奈米表面類型的設計。這些形狀會以由奈米球930或奈米棒935組成的濃縮的奈米金屬結構發生，其可與光以類似的方式交互作用為如前所述的超穎表面組分。具有附著的表面分子的奈米球或奈米棒可以配製為單一尺寸組分，其在尺寸範圍從市售的來自Discovery Scientific Inc.為2奈米-250奈米的球狀尺寸混合物內。或者也可以使用不同尺寸的組合。流體的光學性質可以根據使用的球狀尺寸或各種尺寸的組合被改變。以及配體可以通過測定在液體中的奈米球之間的最近間距與光學性質相互作用中發揮作用。

在某些實施例中，側面結構911可以被設計成圍繞個別超穎表面元件。在其他實施例中，多個元件可以位於各個隔離的表面結構內。可作出電極位置918的設計，或缺少電極位置的設計，使得個別元件的間距為大約250奈米或更遠離。在這些個別的分離的室中的設計特徵918的相對表面面積可測定當EWOD效應引起超穎表面元件的定義時，兩種不混溶流體的相對量，該流體用於包含一流體區域的設計元件。

繼續至圖10，可發現圖9實施例的替代實施例。在圖10中的實施例以類似的方式以電潤濕操作為定義活性超穎表面元件的手段建立沿著電極的側壁具有奈米結構裝置的層。在項目1010，情況為其中含液體層的奈米結構位於沿一個小室底部。該室具有如實施例900的相似結構特徵。項目1011可以是含有微流體室之側壁。室的頂部可為項目1012。項目1014可為形成在奈米表面元件的所欲形狀的電極。項目1013可為在其一側具有所欲潤濕性質之電極的側壁上形成的電介質膜或塗層。項目1015可以是貫通室的頂部的電極。項目1016可以是含有溶劑化的奈米球的流體層和項目1018可以是其它流體層。層1016可以具有類似的金屬奈米球930和奈米棒935，其可具有附著的配體分子931以定義奈米結構的表面自由能，因而其偏好的液體類型可於其內被溶劑化。

當電場被施加穿過電極1015和電極1016，此施加的電位可改變項目1016的側壁區域的表面自由能引起流體層1016沿側壁區域移動，如圖中關於1020的描繪。在該區域的流體的積累可以形成超穎表面的結構如項目1020所示。再次，施加電壓穿過室可產生具有模擬化的光學效果的活性奈米結構圖案。在某些實施例中，電壓的施加可以通過包含在插入件結構內之電子件控制，該插入件結構也含有通電元件。

在項目1020的實施例創造所得的超穎表面結構(位於該金屬電極的附近)可具有改變的光的相互作用，因為具有介電層和第二金屬結構的金屬奈米結構的結構可以創造與電磁輻射的磁場更強烈耦合的奈米結構。根據參數，如電介質膜的厚度，這可能造成 額外的基於波長之共振。這可能會創造模擬納入該實施例之奈米表面結構的另一個維度。

100‧‧‧媒介插件

105‧‧‧電子組件

110‧‧‧通電元件電源

115‧‧‧基材

120‧‧‧光學區

125‧‧‧導電跡線

130‧‧‧導電跡線

150‧‧‧通電眼用裝置

155‧‧‧外圍

Claims (19)

1. 一種眼用裝置，其包含：一插入裝置，其中在該插入裝置上的表面的至少一部分具有金屬特徵在其上，其中該金屬特徵排列為一圖案，其週期性係小於等同於一目標光波長的一距離，其中該金屬特徵具有小於或等於約10,000nm²的最大表面積尺寸。
2. 如請求項1之眼用裝置，其中：該金屬特徵基於其在該插件上的位置及具有近似目標光波長的的一所欲相位特性在該光與該金屬特徵交互作用後具有一變化的形狀和尺寸。
3. 如請求項2之眼用裝置，其中：該變化的形狀和尺寸對於該插入裝置的表面上的位置是恆定的，該插入裝置的半徑在參照插件表面的圓柱形坐標系統是恆定的。
4. 如請求項3之眼用裝置，其中：基於其在插件上的位置，該金屬特徵的形狀及尺寸可藉由基於下列估計關係的相位偏移測定： 其中r是該金屬特徵的位置的半徑，Θ是金屬特徵的位置的極角度，λ是目標波長，h是金屬特徵的位置的圓柱形坐標系統高度及f’是所欲鏡片特性的有效估計焦距。
5. 如請求項1之眼用裝置，其中：該週期性係小於約700nm。
6. 如請求項5之眼用裝置，額外包含：一水凝膠材料之包封鏡片裙件。
7. 如請求項1之眼用裝置，額外包含一水凝膠材料之包封鏡片裙件。
8. 如請求項7之眼用裝置，額外包含：在包封鏡片裙件內之穩定化特徵。
9. 如請求項7之眼用裝置，其中： 該表面的至少一部分上是凹的形狀。
10. 如請求項6之眼用裝置，其中：該表面的至少一部分上是凸的形狀。
11. 一種眼用裝置，其包含：一插入裝置，其中在該插入裝置上的表面的至少一部分具有金屬特徵在其上，其中該金屬特徵排列為一重覆圖案，其週期性係小於等同於一目標光波長的一距離；一電介質層在該金屬特徵上；在靠近該電介質層的不互溶溶液的組合，其中該不互溶溶液的至少一者包括一或多個金屬奈米球或金屬奈米棒。
12. 如請求項11之眼用裝置，其中：該介電層的表面包含一層具有一表面自由能排斥該不互溶溶液的一者，該不互溶溶液包括大多數金屬奈米球或金屬奈米棒。
13. 如請求項12之眼用裝置，其中：在具有表面自由能的該層施加一電場，該表面自由能排斥包括大多數金屬奈米球或金屬奈米棒之不互溶溶液的一者，引起該層改變為吸引包括大多數金屬奈米球或金屬奈米棒之不互溶溶液的一者。
14. 如請求項13之眼用裝置，其中：吸引一包括大多數金屬奈米球之不互溶溶液創造奈米球或奈米棒之積聚以呈現與入射光相互作用之特徵，其中與入射光相互作用之特徵的該形狀及尺寸引起入射光中的一近似目標相位偏移。
15. 如請求項11之眼用裝置，額外包含：附著表面配體至該金屬奈米球或該金屬奈米棒上。
16. 一種隱形眼鏡裝置，其包含：至少一超穎表面元件的第一三維部署積聚，超穎表面元件與入射光的交互作用引起鏡片效果。
17. 如請求項16之隱形眼鏡裝置，其中：超穎表面元件的三維部署積聚是靜態的，超穎表面元件與入射光的交互作用引起聚焦鏡片效果。
18. 如請求項16之隱形眼鏡裝置，其中： 該至少一超穎表面元件的第一三維部署積聚是動態存在的；其中動態存在受在隱形眼鏡裝置內引入電場之影響。
19. 如請求項18之隱形眼鏡裝置，其中：該至少一超穎表面元件的第一三維部署積聚包含一或多個金屬奈米球或金屬奈米棒。