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TWI494610B - 具有凹環區段之彎月壁的液體彎月形透鏡 - Google Patents

具有凹環區段之彎月壁的液體彎月形透鏡 Download PDF

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Publication number
TWI494610B
TWI494610B TW100126700A TW100126700A TWI494610B TW I494610 B TWI494610 B TW I494610B TW 100126700 A TW100126700 A TW 100126700A TW 100126700 A TW100126700 A TW 100126700A TW I494610 B TWI494610 B TW I494610B
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lens
meniscus
optical lens
oil
optical
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Application number
TW100126700A
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English (en)
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TW201219843A (en
Inventor
Randall B Pugh
Daniel B Otts
Adam Toner
Edward R Kernick
James Daniel Riall
Sharika Snook
Original Assignee
Johnson & Johnson Vision Care
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Johnson & Johnson Vision Care filed Critical Johnson & Johnson Vision Care
Publication of TW201219843A publication Critical patent/TW201219843A/zh
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Publication of TWI494610B publication Critical patent/TWI494610B/zh

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Description

具有凹環區段之彎月壁的液體彎月形透鏡
本發明一般係關於一液體彎月形透鏡，更具體而言，本發明之液體彎月形透鏡為拱形液體彎月形透鏡，其具有一彎月壁，該彎月壁包括一凹環區段。
液體彎月形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，已知液體彎月形透鏡係以具有藉由與直線軸為固定距離之點形成之周邊表面之圓柱形設計製造。已知液體彎月形透鏡設計之限制為具有一第一內表面，其通常平行於一第二內表面，以及每一內表面垂直於一圓柱軸。已知的液體彎月形透鏡使用實例包括例如電子相機之裝置與手機裝置。
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。含有折射性能之透鏡設計可提供視力矯正功能。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。一些元件可包括半導體裝置。然而，包括液體彎月形透鏡的尺寸、形狀與控制層面的物理限制，使其難以使用於眼用透鏡中。一般而言，圓柱型狀，有時稱為「冰球(hockey puck)」形狀的液體彎月形透鏡，尚未找到可適用於人眼的運用方式。
此外，曲面液體彎月形透鏡所含的物理性難題，不見得存在於傳統具有平行側壁液體彎月形透鏡設計中。
因此，本發明提供一種液體彎月形透鏡。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，其具有一腔穴形成於其間。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，其具有一腔穴形成於其間。該腔穴中維持有一含鹽溶液與一油。施加電荷至一通常位於該第一光學件與該第二光學件之一或二者的周邊區域中之彎月壁，改變存於腔穴中的含鹽溶液與油間形成之彎月形面的物理形狀。
本發明包括一種彎月壁，其主要形成包括一段環形形狀。該環區段之剖面包括一凹形壁面。本發明並教示液體彎月形透鏡之獨特操作，包含由彎月壁之凸面構型產生之效用。
本發明提供一種液體彎月形透鏡，其具有至少前曲面透鏡及後曲面透鏡之一，其界定一液體彎月形透鏡之彎月腔穴。
名詞解釋
在針對本發明之詳細說明與申請專利範圍中，各式所使用術語可用定義如下：接觸角：在油/含鹽溶液界面之角度，亦指當液體彎月邊界接觸彎月壁之角度。就線狀彎月壁而言，接觸角是在液體彎月邊界接觸彎月壁的該點上正切於液體彎月邊界的切線與彎月壁之間所測得的角度。就曲面彎月壁而言，接觸角是在液體彎月邊界接觸彎月壁的該點上正切於彎月壁與液體彎月邊界的二切線之間所測得的角度。
液體彎月邊界：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。
彎月腔穴：位於拱形液體彎月形透鏡內、介於前曲面透鏡及後曲面透鏡之空間，其中含有油及含鹽溶液。
彎月壁：前曲面透鏡內部的一特定區域，其位於彎月腔穴內，液體彎月邊界沿彎月腔穴移動。
光學區：於本文中係指眼用透鏡配戴者通過眼用透鏡看到的區域。
銳緣(sharp)：前曲面或後曲面透鏡任一者內表面的一幾何特徵，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。
現參考圖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包括光學材料的二片狀體106。每一片狀體106包括一平坦內表面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所示，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。施加電流於該電極105時，可更改該油101與該含鹽溶液102之間的介面表面形狀。
習知技術的透鏡100A為習知技術的透鏡100之透視圖。
參考圖1B，係描述該習知技術的透鏡100處於帶電狀態。藉由施加電壓114於電極115兩端之間可產生帶電狀態。施加電流於該電極115時，更改該油101與該含鹽溶液102之間的介面表面112B形狀。如圖1B中所示，通過該油101與該含鹽溶液102B的入射光108B被聚焦成一收斂光圖案111。
現請參照圖2，其顯示具有一前曲面透鏡201以及一後曲面透鏡202的一液體彎月形透鏡200之剖視圖。該前曲面透鏡201與該後曲面透鏡202之位置係彼此相鄰，並於其中形成一腔穴210。該前曲面透鏡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。該凹面拱形透鏡表面203可具有一或多個塗層(圖2中未示)。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。該凹面拱形透鏡表面203與該塗層之一或二者與該腔穴210中所含的油208具有液體及光學連通。
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。該凸面拱形透鏡表面205可具有一或多個塗層(圖2中未示)。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。該凸面拱形透鏡表面205與該塗層之至少一者與該腔穴210中所含之含鹽溶液207具有液體及光學連通。該含鹽溶液207包括一或多個鹽類或其他組分，其可電氣導電並因而可被電荷吸引或排斥。
根據本發明，一電氣導電塗層209係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。施加一電荷給該電氣導電塗層209產生該含鹽溶液中之電氣導電鹽類或其他組分之吸引力或排斥力。
該前曲面透鏡201具有一光功率(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之光線有關。該光功率可為0或可為一正倍率或負倍率。在一些較佳實施例中，該光功率係為通常用於矯正型隱形眼鏡中的倍率，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具有一光功率，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之光線有關。該光功率可為0或可為一正倍率或負倍率。在一些實施例中，該光功率係為通常用於矯正型隱形眼鏡中的倍率，例如，作為非限定實例，介於-8.0與+8.0屈光度間之倍率。
各種實施例亦可包括形成於該含鹽溶液207與該油之間的液體彎月形面211之形狀改變有關之光功率改變。在一些實施例中，光功率的變化可以是為相對地小，例如，舉例而言，介於0至2.0屈光度之間的變化。在其他實施例中，與一液體彎月形面的形狀變化有關的光功率改變可高達約30或更高屈光度之變化。一般而言，相關於一液體彎月形面211的形狀變化的光功率的更大改變，係與一相對較厚的透鏡厚度210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透鏡中之實施例，一拱形液體彎月形透鏡200之橫剖透鏡厚度210可高達約1,000微米厚。一相對較薄透鏡200的一例示性透鏡厚度210可高達約200微米厚。較佳實施例可包括一液體彎月形透鏡200，其具有約600微米厚的透鏡厚度210。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，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。
根據本發明，一總計光功率係為前曲面透鏡201、後曲面透鏡202、及形成於該油208與該含鹽溶液207之間的一液體彎月形面211之光功率總計。在一些實施例中，該透鏡200的光功率亦包括介於前曲面透鏡201、後曲面透鏡202、油208及含鹽溶液207的一或多個之間的折射率差。
在包括併入一拱形液體彎月形透鏡200至一隱形眼鏡內的實施例中，同時更佳的是，當一隱形眼鏡戴用者移動時，該曲面液體彎月形透鏡200內之含鹽溶液207與油208在其等之相對位置維持穩定。一般而言，較佳的是，當戴用者移動時避免油208相對於含鹽溶液207浮動與移動，因此，油208與含鹽溶液207之組合較佳的是選擇相同或相似密度。此外，油208與含鹽溶液207，較佳地，具有相對低的不互溶性，致使該含鹽溶液207與油208不會混合。
在一些較佳實施例中，該腔穴中所含的含鹽溶液體積大於該腔穴中所含之油的體積。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200之一內表面205整體相接觸。一些實施例可包括油208的體積相較於含鹽溶液207的量為約66%或更多。一些其他實施例可包括一拱形液體彎月形透鏡，其中油208的體積相較於含鹽溶液207的量為約90%或更少。
現請參照圖3，此為一拱形液體彎月形透鏡300的邊緣部分之截斷圖。如上所述，一拱形液體彎月形透鏡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及該後曲面透鏡302中之一或二者包括光學澄清塑膠，例如，PMMA、ZeonorTM 及TPX。
該前曲面透鏡301及該後曲面透鏡302中之一或二者可經由，例如，單點鑽石切削、注模成型及數位反射裝置自由成形中之一或多種方式形成。
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，如圖文中所示，該導電塗層303是沿著一周圍部位309至310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。
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導電塗層304。舉例而言，可從第一邊界304-1至第二邊界304-2塗布後曲面透鏡302周圍附近之部分。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，以一預定圖案在前曲面透鏡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的不同區域來塗敷替代導電材料。
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傳導到前曲面透鏡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，而且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的一區域。絕緣體可包括，例如二氯對二甲苯二聚體(Parylene CTM )、無定形氟碳樹脂(Teflon AFTM )或其他具有各種電氣及機械特性和電抗性之材料。
在一些特定實施例中，一絕緣體塗層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。一些實施例因此包括一絕緣體塗層305，其形成圖樣且位於該前曲面透鏡301與該後曲面透鏡302之一或二者之一或多個區域內，以防止一帶正電荷導體303與帶負電荷之含鹽溶液306彼此相接觸，其中導體303與含鹽溶液306相接觸會導致電氣短路發生。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。
尚有其他實施例允許導體303與含鹽溶液306之間發生短路，以執行與該透鏡300操作有關的電路之重置(reset)功能。舉例而言，短路情況可干擾對該透鏡的電源供給，並使含鹽溶液306與該油307恢復至一預設位置。
一些較佳實施例包括一導體303，其自位於該腔穴311內部的一區域309延伸至該腔穴311外部的一區域310。其他實施例可包括穿過前曲面透鏡或後曲面透鏡之一通道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)。可施加一電荷至該端子並經由該通道312內之導電材料313傳導到該塗層。
該絕緣體塗層305之厚度可随透鏡效能參數的變化而改變。根據本發明，包括含鹽溶液306與導體303之帶電荷元件，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厚度及含鹽溶液306與導體303間的電場之間的一間接關係，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體彎月邊界308。隨含鹽溶液306與導體303之間距離增加，會使該含鹽溶液306與該導體塗層303之電場離得越遠，且因此使得該球面彎月邊界308移動變得更困難。相反地，該絕緣體塗層305越薄，會使得該球面液體彎月形面308的移動更靈敏，而使一絕緣體塗層305產生瑕疵。一般而言，即使在絕緣體塗層305中一相對較小的洞，也會導致透鏡300短路。
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。舉例而言，含鹽溶液306較佳地可包括一密度，該密度係在油307之密度的10%之內，且更佳地該含鹽溶液306將包括在油之密度的5%之內的密度，且最佳地在約1%之內。在一些實施例中，可調整該含鹽溶液306內的鹽類或其他組分之濃度，以調整該含鹽溶液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，一拱形液體彎月形透鏡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。因此，透鏡300內油的位置穩定性提升，以避免油的移動以及油306與含鹽溶液307間彎月形面可能的破裂。
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，與提供相對較低的折射率的油307相比較，可以包括具較高折射率的一含鹽溶液306。
可使用黏著劑308以固定該前曲面透鏡301與後曲面透鏡302彼此相鄰近處，藉此保存介於其間之油307與含鹽溶液306。該黏著劑308作為密封，使得該曲面液體彎月形透鏡300沒有鹽水306或油307之滲漏。
現請參照圖4，顯示一曲面液體彎月形透鏡400，其之液體彎月邊界401位於含鹽溶液406與油407之間。根據一些較佳實施例，一彎月壁405係藉由轉折延伸於402與403之間的一拱形牆中的第一角而被界定於前曲面透鏡404中。當電荷沿著一或多個導電塗層或導電材料408而被施加與移除時，該液體彎月邊界401將於該彎月壁405上下移動。
在一些較佳實施例中，一導電塗層403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。在此一實施例中，該導電塗層403可為施加於該腔穴409外部之一點的導電塗層403至該腔穴內且與含鹽溶液406相接觸的導電塗層之區域的電荷之管道。
現請參照圖5，此為一拱形液體彎月形透鏡500邊緣部分之截斷圖，其包含一前曲面透鏡501以及一後曲面透鏡502。拱形液體彎月形透鏡500可用於容納含鹽溶液503及油504。該拱形液體彎月形透鏡500之形狀以及該含鹽溶液503與油504之特性有助於在含鹽溶液503與油504之間形成一液體彎月邊界505。
一般而言，一液體彎月形透鏡可包含：導電塗層、絕緣體塗層、通道以及呈現於或穿透前曲面透鏡501與後曲面透鏡502之材料。根據本發明，隨著電荷施加於前曲面透鏡501及後曲面透鏡502至少一或兩者一部分表面，液體彎月邊界505形狀改變，而因此介於液體彎月邊界505和前曲面透鏡501之間的接觸角改變。
根據本發明，經由導電塗層或材料而被施加於含鹽溶液的電流之變化會改變沿彎月壁506的液體彎月邊界505之位置。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，當第一電流量施於透鏡時(例如，像與未通電或休止狀態發生連繫的電壓及電流)，該液體彎月邊界505將會在或接近該第一銳緣506-1。
第二電流量(有時稱為通電狀態)的施加可與液體彎月邊界505通常朝第二銳緣506-2的方向沿彎月壁506移動發生關聯，讓液體彎月邊界形狀改變。
在一些實施例中，該彎月壁506係為平滑表面。平滑彎月壁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凹凸運動(meniscus motion)，所以平滑彎月壁506係為較佳的。在一些較佳實施例中，一平滑彎月壁包含沿彎月壁506延伸之峰至谷形狀，其落差介於約1.25奈米至5.00奈米之間。
在另一態樣中，在一些實施例中，最理想的是上該彎月壁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體彎月形透鏡的設計中。
在又另一態樣中，在一些實施例中，該彎月壁506可相對於該透鏡光學軸呈一角度。該角度範圍可介於0°(或與光學軸平行)至90°或接近90°(或與光學軸垂直)。如圖所示，以及在一些較佳實施例中，該彎月壁506角度通常係介於約30°至50°之間，以使該拱形液體彎月形透鏡依當下介於該液體彎月邊界505與絕緣體塗層的彎月壁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)，彎月壁506的角度可較接近0°或90°。
根據本發明，彎月壁506之角度可經過設計，以在施以指定之電壓及電流時提供沿彎月壁506之移動量。在一些實施例中，隨著彎月壁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，若該彎月壁506相對光學軸為0°或接近0°，則該液體彎月邊界505將近乎直線前進至該前光學件上。彎月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，該彎月壁506長度大約為0.265mm。然而，在各種設計中，彎月壁506的角度連同整個透鏡的大小將自然地影響彎月壁506長度。
一般認為，若油504接觸後曲面透鏡502，則拱形液體彎月形透鏡500會失靈。因此，在較佳實施例中，該彎月壁506經過設計，介於第一銳緣506-1及後曲面透鏡502之間在其最近點上能有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，這一點是不希望有的。
在本發明一些較佳實施例的又一態樣中，液體彎月邊界505隨彎月壁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液滴於乾燥表面上造成之平衡力，且假設為完全平坦表面，但基本性質仍可應用至拱形液體彎月形透鏡500內產生的電潤濕透鏡環境。
當第一電能量施於透鏡，例如像當透鏡處於未通電狀態，則會達到油504和含鹽溶液503之間界面能平衡，在此係指液體彎月邊界505、油504和彎月壁506以及含鹽溶液503和彎月壁506，形成液體彎月邊界505及彎月壁506之間的平衡接觸角(equilibrium contact angle)。當對拱形液體彎月形透鏡500施以電壓量的改變時，界面能的平衡將會改變，如此造成液體彎月邊界505和彎月壁506之間的接觸角對應改變。
在拱形液體彎月形透鏡500的設計及功能中，液體彎月邊界505與絕緣體塗層的彎月壁506成之接觸角為關鍵要素，原因不只是由於其在液體彎月邊界505移動中於楊氏方程式的角色，而且是因為該接觸角連同其他拱形液體彎月形透鏡500的特徵一起用以限制凹凸運動。
在例如銳緣506-1及506-2之彎月壁506兩末端的斷面(discontinuity)，係作為液體彎月形面505移動的邊界，這是因為其需要電壓的明顯改變，以引起液體彎月形接觸角的足夠改變，而移動液體彎月邊界505超過兩銳緣之一。以非限制例來說，在一些實施例中，液體彎月邊界505與彎月壁506之接觸角係在15°至40°之間的範圍內，然而液體彎月邊界505與在第二銳緣506-2底下的階507之接觸角係可能在90°至130°之間的範圍內，且在一些較佳實施例係約110°。
施於透鏡的電壓可造成液體彎月邊界505沿彎月壁506朝第二銳緣506-2移動。除非更多大量電壓供應，否則液體彎月邊界505與絕緣體塗層的彎月壁506所形成之固有接觸角，會使液體彎月邊界505停滯在第二銳緣506-2。
在彎月壁506的一末端，第一銳緣506-1通常界定一界限，液體彎月邊界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面，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，但徑向表面的經界定半徑邊緣可更確實地被塗布。
在一些實施例中，該第一銳緣506-1係被製作為約90°的角度，而具有約10微米的界定半徑。該銳緣亦可製成小於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。
在不同實施例中，銳緣506-1及506-2的界定半徑可在5微米至25微米之間的範圍內。可使用較大的界定半徑以增加塗層可靠性，但其代價為在透鏡設計有限的容許限度內須使用更多空間。在此當中，如同許多其他透鏡設計領域，需在易於製造、透鏡功能的最佳化、以及尺寸減少之間作取捨。可使用各種不同變數以製造實用、可靠之拱形液體彎月形透鏡500。
第二銳緣506-2包括經過設計之特徵，其在電壓施於拱形液體彎月形透鏡500時，限制油的移動。在一些實施例中，該第二銳緣506-2亦可包括一銳緣，或在其他實施例中，該第二銳緣506-2可包括介於5至25微米之界定半徑，最佳的是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。
延伸至前曲面透鏡501之光學區起始處508之垂直階或近乎垂直階507，可含在相對彎月壁506之第二銳緣506-2一側。在一些實施例中，該階507為120微米高，即使其可在50至200微米之間的範圍內。
在一些實施例中，該階507可與光學軸呈約5°之角度。在其他實施例中，該階507角度可為少至1°或2°，或可為具有呈大於5°之角度。與光學軸間所呈角度較小之階507，通常係作為較有效之凹凸移動限制物，此乃因為其需要較大的液體彎月邊界505之接觸角改變，以自彎月壁506移開至階507上所致。從階507至光學區起始處508的過渡為半徑25微米。較大半徑將不必要的在透鏡設計中占去較多空間。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，其所描述者為許多可能實施例中之一凹形彎月壁601。該拱形液體彎月形透鏡之凹形彎月壁601元件，若與該拱形液體彎月形透鏡之其他部分分離觀之，係為一環區段，如圖7之透視圖所示。請見圖7，在此實施例中，該彎月壁701係從光學軸向外凹出，且第一銳緣702-1與第二銳緣702-2間沿整體透鏡為相同長度。
圖6A描述一可能實施例，在一包含油602與含鹽溶液603之拱形液體彎月形透鏡中，一自光學軸凹出之彎月壁601與光學軸間之角度為約45°。該液體彎月邊界604A於605A處接觸該彎月壁601，大致接近彎月壁601最靠近第一銳緣之608末端。該接觸角度為606A。施加電壓後，如圖6B所示，該液體彎月邊界沿該彎月壁601移動至605B，大致朝向該前曲面透鏡607，產生接觸角度606B。
一般而言，當接受一已知量之電壓時，具與光學軸夾一以之角度之凹面彎月壁的液體彎月形透鏡，如圖6C所示，相較於具與光學軸夾設相似角度之線性彎月壁的液體彎月形透鏡而言，前者之度數變化較小。具有線狀彎月壁之液體彎月形透鏡於2010年6月29日申請之美國專利申請第61/359,548號(發明名稱：具有圓錐形截錐體彎月壁之透鏡)中有更完整的描述。
施加電壓之特定變化可造成介面能平衡之變化，因此導致液體彎月邊界與彎月壁間之接觸角度產生對應變化。在線性彎月壁上，接觸角度之變化使液體彎月邊界沿彎月壁產生更顯著之移動，圖6C之凹形彎月壁產生之移動則較不顯著。
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．．．入射光
108B．．．入射光
109．．．發散光
110．．．圓柱體
111．．．收斂光圖案
113-114．．．平坦內表面
114．．．施加電壓
112A．．．介面表面
112B．．．介面表面
113．．．第一內表面
114．．．第二內表
115．．．電極
200．．．液體彎月形透鏡
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
210．．．透鏡厚度
211．．．液體彎月形面
300．．．拱形液體彎月形透鏡
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
05-1．．．第一區3
305-2．．．第二區
306．．．含鹽溶液
307．．．油
308．．．球面液體彎月邊界
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．．．曲面液體彎月形透鏡
401．．．液體彎月邊界
403．．．導電塗層
404．．．前曲面透鏡
405．．．彎月壁
406．．．含鹽溶液
407．．．油
408．．．導電材料
409．．．腔穴
500．．．拱形液體彎月形透鏡
501．．．前曲面透鏡
502．．．後曲面透鏡
503．．．含鹽溶液
504．．．油
505．．．液體彎月邊界
506．．．彎月壁
506-1．．．第一銳緣
506-2．．．第二銳緣
507．．．階
508．．．光學區起始處
601‧‧‧凸面彎月壁
602‧‧‧油
603‧‧‧含鹽溶液
604A‧‧‧液體彎月邊界
606A‧‧‧接觸角度
606B‧‧‧接觸角度
607‧‧‧前曲面透鏡
608‧‧‧第一銳緣
701‧‧‧彎月壁
702-1‧‧‧第一銳緣
702-2‧‧‧第二銳緣
圖1A描述在第一狀態的圓柱液體彎月形透鏡之先前技術例。
圖1B描述在第二狀態的圓柱液體彎月形透鏡之先前技術例。
圖2描述根據本發明一些實施例之例示性液體彎月形透鏡之切片剖面輪廓。
圖3描述根據本發明一些實施例之例示性拱形液體彎月形透鏡之一部分的橫截面。
圖4描述一拱形液體彎月形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體彎月形透鏡內之彎月壁元件。
圖6A描述一液體彎月形透鏡內之凹形彎月壁，顯示一液體彎月邊界處於未通電狀態。
圖6B描述一液體彎月形透鏡內之凹形彎月壁，顯示一液體彎月邊界處於通電狀態。
圖6C描述一液體彎月形透鏡內之凹形彎月壁，於同一圖面中顯示一液體彎月邊界之帶電與未帶電狀態以利對照。
圖7描述凹環區段，將之與拱形液體彎月形透鏡之其他部分分離顯示。
200．．．液體彎月形透鏡
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/透鏡厚度
211．．．液體彎月形面

Claims (29)

  1. 一種光學透鏡，其包含：一前曲面透鏡，包含一前曲面透鏡外表面與一前曲面透鏡內表面，其中該前曲面透鏡外表面與該前曲面透鏡內表面兩者皆包含一拱形形狀；一後曲面透鏡，包含一後曲面透鏡內表面與一後曲面透鏡外表面，其中該後曲面透鏡內表面與該後曲面透鏡外表面兩者皆包含一拱形形狀，該後曲面透鏡係鄰近於該前曲面透鏡定位，因此該前曲面透鏡內表面與該後曲面透鏡內表面之間形成一腔穴及穿過該前曲面透鏡與該後曲面透鏡之一光學軸；一含鹽溶液及油的體積，其容納於該前曲面透鏡內表面及該後曲面透鏡內表面間形成的該腔穴內，該含鹽溶液及油的體積兩者間包含一彎月形面；以及一彎月壁，其一般形狀為圓錐形截錐體形狀，且該圓錐形截錐體之至少一部份朝向該光學軸凹入。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學透鏡，其另外於該彎月壁的至少一部分上包含一導電塗層。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之光學透鏡，其中容納於該腔穴中之該油之體積係小於容納於該腔穴的該含鹽溶液之體積。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之光學透鏡，其中該油之體積相較於該含鹽溶液之量的體積為約66%或更多。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之光學透鏡，其中該油之體積相較於該含鹽溶液之量的體積為約90%或更少。
  6. 如申請專利範圍第2項所述之光學透鏡，其中該油之密度約等於該含鹽溶液之密度。
  7. 如申請專利範圍第2項所述之光學透鏡，其中該油之密度為該含鹽溶液之密度的約10%以內。
  8. 如申請專利範圍第2項所述之光學透鏡，其中該油之密度為該含鹽溶液之密度的約5%以內。
  9. 如申請專利範圍第2項所述之光學透鏡，其中該導電塗層自該腔穴內部之一區域延伸到該腔穴外部之一區域。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之光學透鏡，其中該腔穴外部之該區域的導電塗層形成一電氣端子，用於提供一電荷給該液體彎月形透鏡。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之光學透鏡，其中該含鹽溶液與該油形成一彎月形面，且施加一電荷至該腔穴外部的導電塗層區域造成該彎月形面沿該彎月壁的接觸位置改變。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之光學透鏡，其中該電荷包含直流電。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之光學透鏡，其中該電荷包含約20.0伏特。
  14. 如申請專利範圍第9項所述之光學透鏡，其中該電荷包含約介於18.0伏特至22.0伏特。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之光學透鏡，其中該電荷包含約5.0伏特。
  16. 如申請專利範圍第9項所述之光學透鏡，其中該電荷包含約介於3.5伏特至7.5伏特。
  17. 如申請專利範圍第3項所述之光學透鏡，其中該前曲面透鏡外表面與前曲面透鏡內表面之其中一者包含不為約0之光功率(optical power)。
  18. 如申請專利範圍第3項所述之光學透鏡，其中該後曲面透鏡外表面與該後曲面透鏡內表面之其中一者包含不為約0之光功率。
  19. 如申請專利範圍第3項所述之光學透鏡，其另外包含一通道，其穿過該前曲面透鏡與該後曲面透鏡之一或二者，以及一填充於該通道之導電材料。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之光學透鏡，其另外包含一端子，其與填充該通道之該導電材料電性連通。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之光學透鏡，其中施加一電荷給該端子而使該彎月形面之形狀改變。
  22. 如申請專利範圍第3項所述之光學透鏡，其另外包含沿著該前曲面透鏡內表面至少一部分之一絕緣體塗層，其中該絕緣體塗層包含一電絕緣體。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之光學透鏡，其中該絕緣體包含帕里綸CTM (Parylene CTM )及鐵氟龍AFTM (Teflon AFTM )之其中一者。
  24. 如申請專利範圍第22項所述之光學透鏡，其中該絕緣體包含一邊界區域，以維持該導電塗層與容納於該前曲面透鏡與該後曲面透鏡之間的該腔穴中之含鹽溶液之間的隔離。
  25. 如申請專利範圍第3項所述之光學透鏡，其中具有至少一部分朝向該光學軸凹入之該圓錐形截錐體的圓錐形截錐體角度約為30°至50°之間。
  26. 如申請專利範圍第25項所述之光學透鏡，其另外包含一鄰近彎月壁之彎月形銳緣(meniscus sharp)，該銳緣包含用以容納該含鹽溶液及油的體積之角度特徵(angular feature)。
  27. 如申請專利範圍第25項所述之光學透鏡，其中該銳緣包含一徑向面部分。
  28. 如申請專利範圍第26項所述之光學透鏡，其中該徑向面部分包含一在5微米至25微米之間的範圍內之半徑。
  29. 如申請專利範圍第1項所述之光學透鏡，其中該彎月壁係於該前曲面透鏡及該後曲面透鏡之一或兩者中形成，且圍住該含鹽溶液及油之間所形成的該彎月形面。
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