БЛОК ЛИНЗЫ, ЗАПОЛНЕННОЙ ЖИДКОСТЬЮ, С ИЗМЕНЯЕМЫМ ФОКУСНЫМ РАССТОЯНИЕМ Российский патент 2015 года по МПК G02B3/14 G02C7/06 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к области линз с изменяемым фокусным расстоянием и более конкретно к потребительским офтальмологическим линзам, которые по меньшей мере частично заполнены текучей средой или жидкостью.

ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Известно, что способность глаза человека к аккомодации, то есть к изменению фокальной длины естественной линзы глаза, постепенно уменьшается с увеличением возраста. Аккомодация при жизни человека уменьшается до 3D (диоптрий) или менее в возрастном диапазоне 35-45 лет. В такой ситуации для глаз человека становятся необходимы очки для чтения или некоторые другие формы коррекции ближнего зрения, которые позволяли бы фокусировать ближние объекты (такие как строки текста в книге или журнале). При дальнейшем старении аккомодация падает ниже 2D, и в такой ситуации необходима коррекция зрения при работе на компьютере или при выполнении некоторой визуальной задачи на средних расстояниях.

Для наилучших результатов и для наилучшего визуального комфорта необходимо сфокусировать каждый глаз на некотором рассматриваемом объекте, например на экране компьютера. Большой сегмент населения требует различной коррекции зрения для каждого глаза. Эти люди, известные как анизометропики, требуют не одинаковой визуальной коррекции для каждого глаза, что позволяет достигнуть максимального визуального комфорта при чтении или при работе на компьютере. Известно, что если каждый из двух глаз анизометропиков не фокусируется в одной и той же плоскости зрения, то размытие получаемого в результате анизометропического изображения приводит к потере стереоскопического зрения (восприятия глубины). Потеря стереоскопического зрения является одним из наилучших индикаторов потери бинокулярной функции. Потеря стереоскопичности на плоскости чтения может приводить к падению скорости чтения и быстроты понимания и может ускорить возникновение усталости при продолжительном чтении или при работе на компьютере. Поэтому очки для чтения, оснащенные индивидуально настраиваемыми жидкими линзами, являются единственно подходящими для потребности зрения индивидуумов с потерей бинокулярной функции.

Линзы с изменяемым фокусным расстоянием могут принимать форму объема жидкости, заключенной между гибкими прозрачными пластинами. Обычно две такие пластины, одна, образующая фронтальную поверхность линзы, а другая, образующая заднюю поверхность линзы, подсоединяются одна к другой по краям или непосредственно, или к держателю между этими пластинами и образуют герметичную камеру, содержащую жидкость. Обе пластины могут быть гибкими или же одна пластина может быть гибкой, а другая - жесткой. Жидкость может быть введена в камеру или удалена из камеры для изменения объема жидкости, и, как только объем жидкости изменяется, то же самое происходит и с кривизной пластины (пластин) и тем самым - и с оптической силой линзы. Поэтому жидкие линзы наиболее хорошо подходят для использования в очках для чтения, то есть в очках, которые используются для чтения людьми, страдающими старческой дальнозоркостью.

Линзы с переменным фокусным расстоянием были известны по крайней мере с 1958 г. (см., например, патент США №2,836,101, полученный de Swart). Более поздние примеры могут быть найдены в статье Tang'a et al., "Dynamically Reconfigurable Liquid Core Liquid Cladding Lens in a Microfluidic Channel" ("Плакированные жидкие линзы с динамически реконфигурируемым жидким ядром в микроструйном канале"), LAB ON А CHIP, т.8; №3, стр.395 - 401 (2008), и в Международной публикации патентных заявок №WO 2008/063442, озаглавленной "Liquid Lenses with Polycyclic Alkanes" ("Жидкие линзы с полициклическими парафинами"). Эти жидкие линзы обычно ориентированы на фотонику, технологию цифровых телефонов и камер, а также на микроэлектронику.

Жидкие линзы были предложены также для потребительских офтальмологических применений. См., например, патенты США №5,684,637 и №6,715,876, выданные Floyd, и патент США №7,085,065, выданный Silver. В этих ссылках предлагается накачивать жидкость в камеру линзы или откачивать жидкость из камеры линзы для изменения кривизны поверхности гибкой мембраны, настраивая тем самым фокусное расстояние жидкой линзы. Например, патент США №7,085,065, озаглавленный "Variable Focus Optical Apparatus" ("Оптический прибор с изменяемым фокусным расстоянием"), предлагает линзу с изменяемым фокусным расстоянием, образованную из жидкой оболочки, содержащей две пластины, по меньшей мере одна из которых является гибкой. Эта гибкая пластина крепится на своем месте между двумя кольцами, которые непосредственно соединены между собой таким процессом, как склейка, ультразвуковая сварка или любым подобным процессом, а другая, жесткая пластина, может быть непосредственно присоединена к одному из колец. Через собранную линзу просверливается отверстие, что позволяет наполнять прозрачной жидкостью полость между гибкой мембраной и жесткой пластиной.

Жидкие линзы имеют много преимуществ, включая широкий динамический диапазон, способность к предоставлению адаптивной коррекции, робастность и низкую стоимость. Однако во всех случаях эти преимущества жидких линз должны быть сбалансированы с их недостатками, такими как ограничения размера апертуры, возможность утечки и несовместимость характеристик. В частности, Silver раскрыл несколько улучшений и примеров осуществления, направленных на эффективную герметизацию жидкости в жидких линзах, которые должны использоваться в офтальмологии, хотя и не ограничиваясь этим применением (например, Патент США №6,618,208, выданный Silver, и приведенные в нем ссылки). Настройка оптической силы в жидких линзах была проведена инжекцией дополнительной жидкости внутрь полости линзы электросмачиванием, использованием ультразвукового импульса и использованием сил набухания в структурированном полимере при введении в него такого агента набухания, как вода.

Предполагается, что в ближайшем будущем будет налажен промышленный выпуск жидких линз при условии, что будут устранены некоторые из рассмотренных выше ограничений. Но даже в этом случае структура жидких линз известного уровня техники громоздка и эстетически неудобна для потребителей, которым требуются очки, имеющие более тонкие линзы, и очки без массивных оправ. Для линз, которые получаются инжекцией или накачкой жидкости в тело линзы, обычно необходима сложная система управления, что делает такие линзы громоздкими, дорогими и чувствительными к вибрациям.

Кроме того, в настоящее время ни одна из линз известного уровня техники не предоставляет потребителю возможность вводить жидкость в полость линзы или удалять ее из полости линзы так, чтобы самому менять объем жидкости для изменения оптической силы линзы.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В соответствии с целями изобретения предлагается линза, заполненная жидкостью, для потребительских офтальмологических применений. Эта линза имеет фронтальный элемент, который является жестким и образуется оптикой, выполненной из стекла или пластмассы, заднюю поверхность, содержащую гибкую мембрану, растянутую над краем жесткой оптики, и жидкость, заполняющую полость, которая образована между фронтальной оптикой и гибкой мембраной. Линза, заполненная жидкостью, может содержать одну или более полостей, заполненных жидкостью, оснащенных соответствующим числом мембран. Каждая полость, заполненная жидкостью, герметически закрыта и находится под положительным давлением для поддержания мембраны в растянутом состоянии. Фронтальная оптика может иметь геометрию асферической поверхности и может иметь менисковую форму.

В некоторых примерах осуществления изобретение предоставляет оптический прибор с изменяемым фокусным расстоянием, содержащий жесткий искривленный прозрачный оптический компонент, по меньшей мере одну прозрачную растяжимую мембрану, прикрепленную по периметру жесткого оптического компонента, определяющего границы полости между ними, а для обеспечения инжекции жидкости в полость или удаления жидкости из полости при воздействии силы или импульса используется работа резервуара, содержащего дополнительную жидкость и передающего жидкость в полость через канал передачи жидкости.

Передающий канал может передавать жидкость между резервуаром и полостью, образующими герметизированную систему. Передающий канал, обеспечивающий передачу жидкости между резервуаром и полостью, может быть внутри кольца, к которому, по меньшей мере частично, должны примыкать мембрана и периметр жесткого оптического компонента.

В другом примере осуществления изобретение может предоставлять оптический прибор с изменяемым фокусным расстоянием, который имеет две мембраны, прикрепленные к периферийной части упомянутого жесткого оптического компонента и определяющие две полости, при этом каждую полость заполняет изменяемое количество жидкости, а резервуар передает жидкость по меньшей мере в одну из полостей.

В других примерах осуществления изобретение может предоставлять комплект очковых стекол для офтальмологических применений, содержащий по меньшей мере одну линзу с изменяемым фокусным расстоянием, исполнительное устройство резервуара и оправу, при этом оптическая сила по меньшей мере одной из линз раздельно настраивается носителем очков. В некоторых примерах осуществления очковых стекол резервуар может быть расположен в оправе и приводиться в действие исполнительным устройством для настройки оптической силы по меньшей мере одной из линз. В некоторых примерах осуществления очковых стекол передающий канал может быть расположен внутри упомянутой оправы, обеспечивающий передачу жидкости между упомянутым резервуаром и упомянутой полостью.

Линза, заполненная жидкостью, позволяет изменять оптическую силу в диапазоне до 4.00D.

Настоящее изобретение будет лучше понято при обращении к последующему детальному обсуждению специфических примеров осуществления и прилагаемых фигур чертежей, которые иллюстрируют и приводят варианты таких примеров осуществления.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Примеры осуществления настоящего изобретения будут понятны и оценены более полно из последующего детального описания совместно с чертежами, которые представлены не в масштабе, в которых одинаковые ссылочные цифры указывают соответствующие, аналогичные или подобные элементы и в которых:

Фиг.1А - схематичное изображение поперечного сечения первого примера осуществления линзы, заполненной жидкостью, для использования в очках или в аналогичных приборах;

Фиг.1В - схематичное изображение поперечного сечения второго примера осуществления линзы, заполненной жидкостью, для использования в очках или в аналогичных приборах;

Фиг.2 - схематичное покомпонентное изображение поперечного сечения примера осуществления блока очков, использующих линзу, заполненную жидкостью;

Фиг.3А и Фиг.3В - графические результаты программного анализа характеристик линзы, заполненной жидкостью; и

Фиг.4А и Фиг.4В - графические результаты программного анализа характеристик линзы, заполненной жидкостью.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Последующие предпочтительные примеры осуществления, представленные в примерах чертежей, являются иллюстрациями изобретения и не ограничивают это изобретение, как оно определено формулой изобретения данной заявки.

На Фиг.1А представлено изображение поперечного сечения первого предпочтительного примера осуществления оптического прибора в форме линзы 10 с изменяемым фокусным расстоянием, через которую носитель очков смотрит в направлении стрелки А. Линза 10 является составной структурой из двух оптических компонентов, передняя (то есть фронтальная по отношению к носителю очков) оптика 11, которая является, в основном, жесткой, и задняя (то есть внутренняя по отношению к носителю очков) оптика 15, которая является жидкостью.

Передняя оптика 11 является, в основном, жесткой линзой, выполненной предпочтительно из жесткой прозрачной подложки, такой как прозрачная пластмасса, или поликарбонат, стеклянная пластина, пластина прозрачного кристалла или прозрачный жесткий полимер, например Поликарбонат Бифенола А или CR-39 (диэтиленгликоль диаллил карбонат). Передняя оптика 11 может быть выполнена из ударопрочного полимера и может иметь прочное к царапинам покрытие или просветляющее покрытие.

В предпочтительном примере осуществления передняя оптика 11 имеет менисковую форму, то есть выпуклую на передней стороне и вогнутую на задней стороне. Таким образом, обе, и передняя и задняя, поверхности передней оптики 11 искривлены в одном и том же направлении. Однако, как и во всех линзах, которые корректируют пресбиопию (старческую неспособность к аккомодации), внешняя оптика 11 является более толстой в центре и более тонкой по краю, то есть радиус кривизны фронтальной поверхности передней оптики 11 меньше, чем радиус кривизны задней поверхности передней оптики 11, так что соответствующие радиусы кривизны фронтальной и задней поверхностей передней оптики 11 и, следовательно, сами фронтальная и задняя поверхности пересекаются. Это пересечение фронтальной и задней поверхностей передней оптики 11 является периферическим краем 16 передней оптики 11.

В некоторых примерах осуществления фронтальная поверхность передней оптики 11 является сферической, и это означает, что она имеет одинаковую кривизну по всей поверхности, как и в традиционных очковых линзах. В предпочтительном примере осуществления передняя оптика 11 является асферической и имеет более сложную кривизну фронтальной поверхности, чем просто постепенное изменение от центра линзы к ее краям, с тем чтобы предоставлять более тонкий профиль и желаемые параметры оптической силы, как функции угла взгляда, при этом угол взгляда определяется здесь как угол, образованный между действительной линией взгляда и главной осью линзы.

Задняя оптика 15 является жидкой линзой, составленной из жидкости 14. Жидкость 14 ограничена внутри полости, образованной между задней поверхностью передней оптики 11 и мембраной 13, которая примыкает к краям передней оптики 11. Мембрана 13 предпочтительно выполнена из гибкого прозрачного водонепроницаемого материала, такого как прозрачные и эластичные полиолефины, полициклоалифатики, полиэфиры, простые полиэфиры, полиимиды и полиуретаны, например из пленок поливинилиденхлорида, включая такие имеющиеся в продаже пленки, как пленки, производимые под марками Mylar^® и Saran^®. Было установлено, что патентованная прозрачная пленка, изготовленная из полиэтилентерефталата, является одним из предпочтительных вариантов для мембраны.

Полость между задней поверхностью передней оптики 11 и мембраной 13 на Фиг.1А образуется герметичным соединением мембраны 13 с периметром, или с периферическим краем, 16 передней оптики 11. Мембрана 13 может быть герметически присоединена к передней оптике 11 любым известным способом, таким как термическая сварка, клеевая герметизация или лазерная сварка. Мембрана 13 может быть по меньшей мере частично прикреплена к крепежному элементу, который, в свою очередь, может быть частично присоединен по периметру передней оптики 11. Мембрана 13 предпочтительно является плоской, когда она герметически подсоединяется, но может быть сформирована высокотемпературной формовкой до определенной кривизны или сферической геометрии.

Жидкость 14, заключенная между мембраной 13 и задней поверхностью передней оптики 11, предпочтительно является бесцветной. Однако жидкость 14 может быть окрашенной, что зависит от применения, такого, когда, например, ее предполагается использовать для солнечных очков. При этом жидкость 14 имеет надлежащие показатель преломления и вязкость, пригодные для использования в линзах, заполненных жидкостью, такой, например, как дегазированная вода, минеральное масло, глицерин и продукты кремния, которые широко известны или наряду с прочими используются для линз, заполненных жидкостью. Одной из предпочтительных жидкостей 14 является жидкость, изготовленная Dow Corning® под названием масло диффузионных насосов 704, обычно также называемое как кремниевое масло.

В некоторых примерах осуществления сама мембрана 13 не имеет ограничений по своим оптическим свойствам. В других примерах осуществления мембрана 13 имеет ограничения своих оптических свойств, например, по показателю преломления, который согласуется с оптическими свойствами жидкости 14.

При использовании по меньшей мере одна линза 10 устанавливается в комплекте очковых стекол или оправ очков, используемых носителем очков. Как показано на Фиг.1А, в профиль, линза 10 позволяет носителю очков смотреть как через переднюю оптику 11, так и через заднюю оптику 15, которые совместно создают более толстый профиль в центре линзы 10 и более сильную визуальную коррекцию старческой дальнозоркости, чем только передняя оптика 11. Носителю очков предоставляется возможность настраивать количество жидкости 14 внутри задней оптики 15 и тем самым настраивать показатель преломления линзы 10. В некоторых примерах осуществления, как это будет обсуждаться далее, оправа оснащается резервуаром дополнительной жидкости 14 и линией передачи жидкости, подсоединяющей резервуар к задней оптике 15 линзы 10. Оправа очков также предпочтительно имеет механизм настройки, который предоставляет носителю очков возможность персонально настраивать количество жидкости 14 внутри задней оптики 15 так, что жидкость 14, которая может быть введена в резервуар или выведена из резервуара задней оптики 15, настраивала бы тем самым показатель преломления линзы 10, как это необходимо.

Фиг.1В показывает изображение поперечного сечения второго предпочтительного примера осуществления оптического прибора в форме линзы 20 с изменяемым фокусным расстоянием, через которую носитель очков смотрит в направлении стрелки А. В отличие от линзы 10 на Фиг.1А, которая составлена из двух оптических компонентов, линза 20 на Фиг.1В составлена из трех оптических компонентов, а именно из передней оптики 21, которая является, главным образом, жесткой, промежуточной оптики 25, которая является жидкостью, и задней оптики 35, которая является жидкостью.

Передняя оптика 21 является, главным образом, жесткой линзой, подобной по структуре и конструктивному решению передней оптике 11 примера осуществления, показанного на Фиг.1А. Как и в передней оптике 11 на Фиг.1А, передняя оптика 21 также имеет менисковую форму, то есть обе, как фронтальная, так и задняя, поверхности передней оптики 11 искривлены в одном и том же направлении, а радиус кривизны фронтальной поверхности передней оптики 21 меньше, чем радиус кривизны задней поверхности задней оптики 21, так что пересечение фронтальной и задней поверхностей передней оптики 21 является периферическим краем 26 передней оптики 21. Однако радиус кривизны задней поверхности передней оптики 21 больше, чем радиус кривизны задней поверхности передней оптики 11 на Фиг.1А. Подобным же образом, по сравнению с передней оптикой 11 на Фиг.1А, передняя оптика 21 может быть несколько тоньше, чем передняя оптика 11 на Фиг.1А, с тем чтобы сохранять ту же самую общую полную толщину линзы 20, что и у линзы 10 на Фиг.1А.

Промежуточная оптика 25 является жидкой линзой, образованной из жидкости 24, аналогичной жидкости 13, как было описано применительно к Фиг.1А, которая ограничивается полостью, образованной между задней поверхностью передней оптики 21 и мембраной 23, которая примыкает к краям 26 передней оптики 21, и по структуре и конструктивному решению является подобной мембране 13 примера осуществления, показанного на Фиг.1А. Жидкость 24 имеет определенный показатель преломления (n₂₃).

Предпочтительно, чтобы промежуточная оптика 25 также имела бы менисковую форму, так чтобы обе ее поверхности, задняя и передняя, были бы искривлены в одном и том же направлении. Естественно, задняя поверхность жесткой передней оптики 21 может быть сформирована с искривлением во время изготовления. Однако вогнутая кривизна мембраны 23 может быть реализована ее высокотемпературной формовкой до определенной кривизны или сферической геометрии, когда мембрана присоединяется к краям 26 передней оптики 21. Это может быть выполнено понижением давления внутри герметичной полости, образованной между мембраной 23 и задней поверхностью передней оптики 21. Таким образом, радиус кривизны задней поверхности передней оптики 21 будет меньше, чем радиус кривизны мембраны 23, а пересечение задней поверхности передней оптики 21 и мембраны 23 является периферическим краем 26 передней оптики 21.

Задняя оптика 35 является жидкой линзой, составленной из жидкости 34, подобной жидкости 13, как было описано применительно к Фиг.1А, которая ограничена внутри полости, образованной между мембраной 23 и мембраной 33. Жидкость 34 имеет определенный показатель преломления (n₃₄).

Мембрана 33 по структуре и конструктивному решению является подобной мембране 13, которая была описана в примере осуществления, показанном на Фиг.1, мембрана 33 может также быть прикреплена к краям 26 передней оптики 21, но позади или над краями присоединенной мембраны 23. В альтернативном варианте могут использоваться одно или несколько колец или полукольца для образования посадочного гнезда для герметичного соединения мембраны 23 и мембраны 33.

Мембрана 33 предпочтительно является плоской, когда она герметически подсоединяется, но может быть сформирована высокотемпературной формовкой до определенной кривизны или сферической геометрии. В предпочтительных примерах осуществления положительное давление внутри промежуточной оптики 25 будет ниже, чем положительное давление внутри задней оптики 35. Более высокое положительное давление внутри задней оптики 35 управляет формой мембраны 23 и соответствующими показателями преломления промежуточной оптики 25, внутри полости между задней поверхностью передней оптики 21 и мембраной 23, и задней оптики 35, внутри полости между мембраной 23 и мембраной 33.

При использовании по меньшей мере одна линза 20 устанавливается в комплекте очковых стекол или оправ очков, разработанных для офтальмологических применений и используемых носителем очков. Как показано на Фиг.1В, в профиль, линза 20 позволяет носителю очков смотреть через всю переднюю оптику 21, промежуточную оптику 25 и заднюю оптику 35, которые совместно образуют более толстый профиль в центре линзы 20 и более сильную визуальную коррекцию старческой дальнозоркости (пресбиопию), чем только передняя оптика 21. В некоторых примерах осуществления носителю очков предоставляется возможность настраивать количество жидкости 24 внутри промежуточной оптики 25 или количество жидкости 34 внутри задней оптики 35, или внутри обеих, и тем самым настраивать показатель преломления линзы 20. В некоторых примерах осуществления, как это будет обсуждаться далее, оправа оснащается резервуаром жидкости 24 или резервуаром жидкости 34, или резервуарами обеих жидкостей, и линией передачи жидкости, подсоединяющей соответствующий резервуар к промежуточной оптике 25 или задней оптике 35 линзы 20. Оправа очков предпочтительно имеет также один или более исполнительных элементов или механизмов настройки, которые предоставляют носителю очков возможность персонально регулировать количество жидкости 24 и жидкости 34 внутри соответственно промежуточной оптики 25 и задней оптики 35 так, чтобы жидкость 24 и жидкость 34, которые могут быть введены в соответствующий резервуар или выведены из соответствующего резервуара в промежуточной оптике 25 и в задней оптике 35, настраивали бы тем самым показатель преломления линзы 20 так, как это необходимо.

Возможны также другие примеры осуществления оптического прибора, имеющего даже большее число оптических компонентов. Помимо линзы 10 на Фиг.1А, которая представляет собой составную структуру из одной жесткой оптики и одной жидкой оптики, и линзы 20 на Фиг.1 В, которая является составной структурой из жесткой оптики и двух жидких оптик, оптический прибор может также представлять собой составную структуру из одной жесткой оптики и более двух жидких оптик. Такие примеры осуществления, не показанные здесь, могут предоставлять преимущества носителю очков и могут обеспечивать более тонкую и более сложную офтальмологическую настройку, чем примеры осуществления, описанные в Фиг.1А и Фиг.1В.

Соответственно, в предпочтительных примерах осуществления, линзы 10 или 20 могут быть использованы в качестве очковых стекол. Предпочтительно, чтобы линзы 10 или 20 для левого и правого глаза были бы сконструированы независимо и обладали бы возможностями раздельной настройки носителем очков каждой очковой линзы. В таком случае предпочтительно, чтобы отдельный резервуар с жидкостью передавал жидкость в отдельную линзу, то есть был бы подсоединен к линзе своим собственным каналом передачи жидкости. В наиболее предпочтительном примере осуществления блок жидкой линзы, содержащий жидкую линзу, резервуар и упомянутую жидкость, совместно образует герметизированную систему, минимизируя тем самым попадание воды, или испарение, или утечку жидкости. Эта жидкость управляется некоторой силой, создаваемой носителем очков, когда он настраивает необходимую ему оптическую силу, и перемещается тем самым в соответствующий резервуар или вытесняется из соответствующего резервуара в жидкой оптике. Механизм настройки оптической силы жидкой линзы осуществляется посредством переноса жидкости между полостью и резервуаром.

На Фиг.2 показано схематичное покомпонентное изображение поперечного сечения примера осуществления комплекта очковых стекол или очков 1, использующих линзу, заполненную жидкостью. Очки 1 имеют оправу или крепление линзы 5, внутри которого закреплена линза с изменяемым фокусным расстоянием. Для простоты Фиг.2 показывает только одну (левую) сторону комплекта очков, имеющих два очковых стекла, то есть по одному для каждого глаза. Кроме того, Фиг.2 показывает линзу с изменяемым фокусным расстоянием, которая имеет только одну жидкую оптику, например, как в линзе 10 на Фиг.1А.

На Фиг.2 представлены в покомпонентном виде передняя оптика 1 и мембрана 13 и показаны резервуар 6, который передает жидкость в полость, образованную между передней оптикой 1 и мембраной 13. Для простоты Фиг.2 описана здесь применительно к примеру осуществления линзы 10, которая имеет одну жидкую оптику. В других примерах осуществления очки 1 будут иметь более одной жидкой оптики, такую как линза 20 на Фиг.1В, и потребовалось бы более одного резервуара, каждый из которых передавал бы жидкость в соответствующую полость.

Резервуар 6, расположенный в некоторых примерах осуществления так, что он примыкает к оправе 5 или установлен в ней, имеет полость, содержащую дополнительную жидкость 14, которая может быть инжектирована в линзу 10. Дополнительная жидкость 14 внутри резервуара 6 предпочтительно не полностью заполняет резервуар 6, с тем чтобы обеспечивать возможность откачки жидкости 14 из линзы 10 в резервуар 6. Резервуар 6 имеет механизм, или исполнительное устройство 7, для перемещения жидкости в оптику жидкой линзы или откачки жидкости из оптики жидкой линзы. В одном примере осуществления резервуар 6 выполнен из жесткого материала и оснащен поршнем, который механически подсоединен к механизму регулировки или исполнительному устройству 7, такому как рифленое колесико, барабанчик, фиксатор или рычаг, которое может быть прикреплено к оправе или держателю линзы или к оправе, прикрепленной к держателю линзы. Исполнительное устройство, которое обеспечивает перемещение жидкости 14 из резервуара 5 в полость или обратно, на Фиг.2 не показано. В некоторых примерах осуществления, как только исполнительным устройством будет настроена оптическая сила линзы 10, это исполнительное устройство может быть отключено для предотвращения дальнейшей настройки оптических свойств линзы 10 носителем очков.

Резервуар 6 может быть подсоединен к полому кольцу (не показано), описанному ранее, которое выполняет несколько функций. Это кольцо, как посадочное место герметизированной гибкой мембраны, предоставляет платформу определенной ширины и наклона, к которой прикрепляется мембрана 13. Кольцо может также определять канал жидкости в форме полого пространства внутри кольца. В одном примере осуществления кольцо, которое может быть установлено внутри оправы или крепления линзы 5, может быть снабжено группами радиально расположенных прорезей или отверстий, через которые жидкость входит в полость жидкой линзы. Эти группы отверстий могут быть расположены через регулярные угловые интервалы и пропускать жидкость в полость с управляемой скоростью.

В примерах осуществления очков 1, имеющих более одной жидкой оптики, такой как линза 20 на Фиг.1В, полость каждой жидкой линзы предпочтительно снабжена собственным резервуаром, и полость каждой жидкой линзы предпочтительно снабжена собственным кольцом, так что каналы жидкости остаются раздельными для каждой полости.

Оптическое и механическое конструктивное решение жидкой линзы реализует ее основную функцию, а именно предоставление возможности настраивать оптическую силу в насколько возможно более широком диапазоне, без существенного влияния на косметический внешний вид, срок службы или качество изображений. Целью конструктивного решения является минимизация объема жидкой линзы предпочтительно снижением ее толщины. Толщина жидкой линзы зависит от радиуса кривизны задней поверхности передней оптики 11 и диаметра передней оптики 11. Поэтому необходимо, чтобы кривизна задней поверхности передней оптики 11 была бы насколько возможно большей (так, чтобы задняя поверхность передней оптики 11 являлась насколько возможно более плоской), согласующейся со спецификацией оптической силы, предоставляемой передней оптикой 11. Спецификация оптической силы передней оптики 11 базируется на диапазоне оптической силы, для которого конструируется эта оптическая линза.

Например, для диапазона от 1.0D до 5.0D предпочтительной конструктивной конфигурацией является использование фронтальной оптики в диапазоне оптической силы от -1.0D до +0.75D, более предпочтительно в диапазоне от -0.5D до +0.5D, а наиболее предпочтительно значение 0.0D с радиусом кривизны, который согласуется с оптическими и косметическими характеристиками в этом диапазоне. Известно, что фронтальная кривая (радиус кривизны) жесткой передней оптики 11 связана с диапазоном коррекций зрения, который предоставляется для получения оптимальной кривизны поля на дальней точке. Например, для получения коррекций гиперметропического астигматизма используются более крутые кривые кривизны, в то время как для коррекций близорукости используются более плоские кривые.

Известны также оптические принципы выбора базовых кривых (см., например, М.Jalie. "The Principles of Ophthalmic Lenses" ("Принципы офтальмологических линз") 4-е издание, глава 18, The Assosiation of British Dispensing Opticians (Ассоциация оптиков Британии), 1988, и I.M.Borish "Clinical Refraction" ("Клиническая рефракция"), 3-е издание, глава 26, The Professional Press, Inc., Нью-Йорк, 1970).

Для рефракционных коррекций в диапазоне от 1.0D до 5.0D предпочтительный диапазон радиуса кривизны передней оптики 11 находится в диапазоне от 100 мм до 700 мм, в зависимости от показателя преломления материала, используемого для изготовления передней оптики 11, более предпочтительно - между 500 мм и 550 мм, предпочтительный диапазон толщины составляет от 0.7 мм до 2.5 мм, более предпочтительно - между 1.0 мм и 1.5 мм. Хорошо известно, что сферическая аберрация, которая влияет на эффективную оптическую силу, предоставляемую оптикой вдали от ее центра, зависит от угла взгляда и оптической силы в центре. Предполагается, что для максимального угла взгляда в 20 градусов оптика с диаметром 30 мм - 40 мм и при диапазоне параксиальной оптической силы от 1.0D до 5.0D оптическая сила при отклонении от оси составит около 0.25D-0.50D.

Предпочтительный пример осуществления линзы 10 состоит из передней оптики 11 с нулевой оптической силой, толщина которой равна 1.2 мм. Фронтальная поверхность передней оптики 11 является предпочтительно асферической, так что оптическая сила передней оптики 11 непрерывно падает на 0.25D свыше радиуса 10 мм. Вся целиком линза 10 имеет оптическую силу равную в центре 1.21D, заднюю оптику 15, то есть слой жидкости, имеющую толщину в центре 0.32 мм, диаметр линзы составляет 35 мм, в то время как радиус кривизны мембраны 13 является бесконечным, поскольку мембрана 13 является ограниченной плоскостью.

Оптическая сила линзы 10 увеличивается, когда давление жидкости 14 увеличивается за счет инжекции большего количества жидкости в полость из резервуара 6. Радиус кривизны мембраны 13 составляет 274 мм, когда оптическая сила линзы достигает 3.25D. Для достижения уровня положительного давления, необходимого для создания требуемого уровня деформации (выпучивания) мембраны 13, требуется 300 микролитров.

ZEMAX является широко применяемой программой оптического расчета, продаваемой корпорацией Zemax Development Corporation г.Беллвью, Вашингтон, и используемой для расчета и анализа оптических систем. Используя программу ZEMAX, изобретатели смогли протестировать характеристики линзы 10 как базиса, а также при повышенной оптической силе более 2.0D. На Фиг.3А и Фиг.3В показаны результаты анализа программой ZEMAX осевой характеристики (Фиг.3А) и характеристики при отклонении от оси на 20 градусов (Фиг.3В) линзы 10 (передняя оптика 11 и жидкая задняя оптика 15) как базовой. На Фиг.4А и Фиг.4В показаны результаты анализа ZEMAX осевой характеристики (Фиг.4А) и характеристики при отклонении от оси на 20 градусов (Фиг.4 В) линзы 10 (передняя оптика 11 и жидкая задняя оптика 15) при увеличении оптической силы свыше 2.0D. Как видно из Фиг.3 и Фиг.4, оптическая характеристика достаточно хорошая как на оси, так и вне оси, при этом разность между сагиттальной и тангенциальной оптической силой составляет менее 0.1D при угле взгляда 20 градусов.

Таким образом, была предложена линза, заполненной жидкостью. Любой специалист в этой области техники поймет, что настоящее изобретение может быть осуществлено на практике и другими, отличными от описанных, примерами осуществления, которые были представлены с целью иллюстрации, а не ограничения, и что это изобретение ограничено только следующей формулой изобретения.

Оптический прибор с изменяемым фокусным расстоянием содержит жесткий криволинейный прозрачный оптический компонент, две прозрачные растяжимые мембраны, примыкающие по периметру жесткого оптического компонента и определяющие две полости, первая полость - между жестким оптическим компонентом и первой мембраной, а вторая - между первой мембраной и второй мембраной, и резервуар, содержащий дополнительную жидкость и обеспечивающий инжекцию жидкости в полости или ее извлечение. Радиусы кривизны передней и задней поверхностей жесткого оптического компонента искривлены в одном направлении. Радиус кривизны передней поверхности меньше, чем радиус кривизны задней поверхности, так что пересечение упомянутых поверхностей является периферийным краем жесткого оптического компонента. Технический результат - возможность настраивать оптическую силу в широком диапазоне без существенного влияния на косметический внешний вид, срок службы или качество изображений. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Оптический прибор с изменяемым фокусным расстоянием, содержащий:
жесткий криволинейный прозрачный оптический компонент, имеющий переднюю поверхность и заднюю поверхность;
две прозрачные растяжимые мембраны, примыкающие по периметру упомянутого жесткого оптического компонента и определяющие две полости, первая полость - между упомянутым жестким оптическим компонентом и первой мембраной, а вторая полость - между упомянутой первой мембраной и второй мембраной,
переменное количество жидкости, заполняющей каждую из упомянутых полостей, и
резервуар, содержащий дополнительную жидкость и передающий жидкость по меньшей мере в одну упомянутую полость, где упомянутый резервуар при работе обеспечивает инжекцию жидкости в по меньшей мере одну полость или извлечение жидкости из по меньшей мере одной полости в ответ на силу или импульс,
при этом радиус кривизны передней поверхности упомянутого жесткого оптического компонента и упомянутой задней поверхности упомянутого жесткого оптического компонента искривлены в одном и том же направлении, и
при этом радиус кривизны упомянутой передней поверхности меньше, чем радиус кривизны упомянутой задней поверхности, так что пересечение упомянутой передней поверхности и упомянутой задней поверхности является периферийным краем упомянутого жесткого оптического компонента.

2. Оптический прибор с изменяемым фокусным расстоянием по п.1, содержащий передающий канал, обеспечивающий передачу жидкости между упомянутым резервуаром и одной или более упомянутыми полостями.

3. Оптический прибор с изменяемым фокусным расстоянием по п.2, отличающийся тем, что упомянутые полости, упомянутый резервуар и упомянутый передающий канал образуют герметизированную систему.

4. Оптический прибор с изменяемым фокусным расстоянием по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере одна из упомянутых мембран примыкает по периметру упомянутого жесткого оптического компонента по меньшей мере частично клеевым соединением или лазерной сваркой.

5. Оптический прибор с изменяемым фокусным расстоянием по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере одна из упомянутых мембран по меньшей мере частично примыкает к опорному элементу, который, в свою очередь, примыкает по периметру упомянутого жесткого оптического компонента.

6. Оптический прибор с изменяемым фокусным расстоянием по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере одна из упомянутых мембран по меньшей мере частично располагается по периметру упомянутого жесткого оптического компонента внутри кольца и обеспечивает примыкание к нему.

7. Оптический прибор с изменяемым фокусным расстоянием по п.6, отличающийся тем, что упомянутое кольцо содержит передающий канал, обеспечивающий передачу жидкости между упомянутым резервуаром и одной или более упомянутыми полостями.

8. Оптический прибор с изменяемым фокусным расстоянием по п.1, отличающийся тем, что передняя поверхность упомянутого жесткого оптического компонента имеет асферическую геометрию, которая постепенно изменяется от центра линзы к краю линзы.

9. Оптический прибор с изменяемым фокусным расстоянием по п.1, отличающийся тем, что упомянутый жесткий оптический компонент имеет оптическую силу, которая превышает или находится ниже минимума диапазона оптической силы, который по расчету предоставляется оптическим прибором с изменяемым фокусным расстоянием.

10. Оптический прибор с изменяемым фокусным расстоянием по п.1, отличающийся тем, что упомянутый жесткий оптический компонент выполнен из ударопрочного полимера, имеет устойчивое к царапинам покрытие и просветляющее покрытие.

11. Комплект оптических стекол для офтальмологических применений, содержащий две линзы, при этом оптические стекла включают:
по меньшей мере один оптический прибор с изменяемым фокусным расстоянием по п.1;
исполнительное устройство; и
оправу.

12. Комплект оптических стекол по п.11, отличающийся тем, что оптическая сила по меньшей мере одной из его линз настраивается раздельно.

13. Комплект оптических стекол по п.11, отличающийся тем, что упомянутый резервуар расположен в упомянутой оправе линзы и приводится в действие упомянутым исполнительным устройством.

14. Комплект оптических стекол по п.11, отличающийся тем, что оптическая сила по меньшей мере одной из линз настраивается исполнительным устройством и после этого изменяется для предотвращения дальнейшей настройки.

15. Комплект оптических стекол по п.11, содержащий также передающий канал внутри упомянутой оправы, обеспечивающий передачу жидкости между упомянутым резервуаром и одной или более упомянутыми полостями.