动态衍射液晶透镜制造技术

一种多层透镜堆叠，包括：第一液晶材料，其封装在第一衍射透镜结构与其上设置有第一对准层的第一衬底表面之间；和第二液晶材料，其封装在第二衍射透镜结构与其上设置有第二对准层的第二衬底表面之间。在第一模式下，所述第一和第二液晶材料分别相对于所述第一和第二衬底表面呈垂直对准。在第二模式下，所述第一对准层配置成沿着第一方向对准所述第一液晶材料，所述第二对准层配置成沿着基本上正交于所述第一方向的第二方向对准所述第二液晶材料。所述多层透镜堆叠在第一模式下具有第一光学屈光度和在第二模式下具有不同于所述第一光学屈光度的第二光学屈光度。

Dynamic diffractive liquid crystal lens

A multilayer lens stack includes the first liquid crystal material, which is encapsulated between the first diffraction lens structure and the first substrate surface with a first alignment layer, and second liquid crystal material, which is encapsulated between the second diffraction lens structure and the second substrate surface with the second alignment layer on it. In the first mode, the first and second liquid crystal materials are aligned perpendicularly to the first and second substrate surfaces respectively. In the second mode, the first alignment layer is configured to aim at the first liquid crystal material in the first direction, and the second alignment layer is configured to align the second liquid crystal material in the second direction basically orthogonal to the first direction. The multilayer lens is stacked in the first mode with first optical diopter and second optical diopter, which is different from the first optical diopter in the second mode.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】动态衍射液晶透镜
本公开总体涉及光学领域，特别但非排他地涉及诸如隐形眼镜和人工晶状体透镜的眼科装置。
技术介绍
调节是眼睛调整其焦距以保持聚焦在不同距离的物体上的过程。调节是一种反射行为(但可以有意识地操纵)并通过睫状肌收缩来控制。随着人的年龄增长，睫状肌的有效性降低。老花眼是一种逐渐与年龄有关的眼睛调节或聚焦强度的损失，导致近距离的模糊增加。随着年龄增长的这种调节强度的丧失已经得到很好的研究，并且相对一致且可预测。老花眼影响今天全球近17亿人(仅美国就有1.1亿人)，而且随着世界人口老龄化，这一数字预计将大幅增加。越来越需要能够帮助人们抵消老花眼效应的技术和设备。
技术实现思路
附图说明参考以下附图来描述本专利技术的非限制性和非穷尽的实施例，其中除非另有说明，否则相同的附图标记贯穿各个视图指代相同的部分。附图不一定按比例绘制，而是着重于说明所描述的原理。图1是根据本公开实施例的包括动态衍射液晶透镜的眼科透镜系统的功能框图。图2A-C是根据本公开实施例的动态衍射液晶透镜的横截面图。图3是根据本公开另一实施例的动态衍射液晶透镜的横截面图。图4A和4B是根据本公开实施例的包括动态衍射液晶透镜的隐形眼镜系统的图示。图5是根据本公开实施例的具有包括动态衍射液晶透镜的植入式人工晶状体系统的眼睛的横截面图。具体实施方式这里描述了包括动态衍射液晶透镜的眼科透镜系统的实施例。在以下描述中，阐述了许多具体细节以提供对实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可以在没有一个或多个具体细节的情况下，或者利用其他方法、部件、材料等来实践本文描述的技术。在其他情况下，公知的结构、材料或操作未被详细示出或描述以避免模糊某些方面。贯穿本说明书对“一实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本专利技术的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书各处出现的短语“在一实施例中”或“在实施例中”不一定都指同一实施例。此外，特定特征、结构或特性可以以任何合适的方式在一个或多个实施例中组合。图1是根据本公开实施例的包括动态衍射液晶透镜的眼科透镜系统100的功能框图。眼科透镜系统100的所示实施例包括控制电路105、动态衍射液晶(“LC”)透镜110和外壳115。控制电路105的所示实施例包括控制器120、电源125、充电电路130和通信电路135。眼科透镜系统100可以实现为安装在用户眼睛上的智能隐形眼镜，或者实现为可植入用户眼睛的前房、后房或其他位置的人工晶状体(“IOL”)。在各种实施例中，控制电路105和动态衍射LC透镜110都设置在外壳115内。外壳115是密封内部部件并保护眼睛的光学透射材料(例如透明、明晰等)。外壳115可以具有类似于隐形眼镜的凹面和凸面，具有大致平坦的表面，或者在各种实施例中可以具有其他方式。在隐形眼镜实施例中，外壳115可以实现为允许氧气到达眼睛的水凝胶或其他可渗透聚合物材料，或者也可以使用非可渗透材料(例如玻璃、塑料、硅)。在IOL实施例中，外壳115可以被实现为硅外壳或其他可气密密封的材料。当然，还可以使用其他光学透射和生物相容性材料。控制器120包括协调眼科透镜系统100的其他部件的操作的逻辑。控制器120可以实现为硬件逻辑(例如专用集成电路、现场可编程门阵列等)、在通用微控制器上执行的软件/固件逻辑、或硬件和软件/固件逻辑的组合。电源125可以通过使用包括可再充电电池和/或电容元件的各种电力存储装置来实现。充电电路130耦合到电源125，用于对电源125充电，并且可以包括感应充电元件、光伏元件、使用自然运动产生电流的微机电系统(“MEMS”)充电单元、或者其他。通信电路135耦合到控制器120以提供与其的外部通信。如果功率预算允许，则通信电路135可以包括无源反向散射天线(例如RFID标签)或有源天线。眼科透镜系统100包括动态衍射LC透镜110以提供可变光学屈光度，该可变光学屈光度可在操作期间在控制电路105的协调和影响下动态调整。在一实施例中，动态衍射LC透镜110具有两种操作模式，每个具有不同的光学屈光度。这些模式在来自控制电路105的电气影响下激活。在一实施例中，第一模式提供用于远距离视觉的第一光学屈光度，而第二模式提供不同于第一光学屈光度的第二光学屈光度，用于短距离视觉(例如阅读或电脑监控距离)。在一实施例中，第一模式是缺省模式，其在没有施加电压时持续，而当控制电路105主动将偏置电压施加到动态衍射LC透镜110时第二模式持续。此配置提供故障保护模式，如果控制电路105失效或用完电力，则用户的视力默认为远视(例如用于驾驶)。图2A-C是根据本公开实施例的动态衍射LC透镜200的横截面图。动态衍射LC透镜200是动态衍射LC透镜110的一种可能的实现方式。图2A示出了动态衍射LC透镜200的横截面图，图2C是电极对和对准层的相同示出细节的一部分的特写图。所示实施例包括LC材料205、LC材料210、衍射透镜结构215、衍射透镜结构220、衬底表面225和230、电极对235、电极对240、对准层245和对准层250(注意，电极对和对准层仅在图2C中示出以免扰乱其他附图)。LC材料205封装在衍射透镜结构215和衬底表面225之间，而LC材料210封装在衍射透镜结构220和衬底表面230之间。这些结构垂直对准以形成多层透镜堆叠。该多层透镜堆叠可以以两种模式中的至少一种模式操作。在第一模式中，LC材料205和210相对于衬底表面225和230呈现垂直对准(在图2A和2C中示出)。第一模式导致多层透镜堆叠具有第一光学屈光度。在第二模式中，在LC材料205和210上施加电压，导致液晶自身定向，如图2B所示。第二模式使得多层透镜堆叠具有不同于第一光学屈光度的第二光学屈光度。第一和第二模式的第一和第二光学屈光度分别是指沿着基本垂直于衬底表面225和230的轨迹265入射通过多层透镜堆叠的光260所经历的光学屈光度。第一模式与第二模式之间的光学屈光度差异源于光260在其通过LC材料205和210时所经历的不同折射率，这取决于其取向。在第一模式中，LC材料205和210都被定向为使得光260经历寻常的折射率(no)。在所示的实施例中，当LC材料205和210的主轴分别与衬底表面225和230垂直或竖直对准时，第一模式发生。这种对准被称为垂直对准。对于平行于主轴入射的光260，寻常的折射率no是偏振不敏感的(即非双折射的)。在第一模式中，LC材料205和210都是同向对准的，因此多层透镜堆叠的聚光透镜结构沿着法向轨迹265是偏振不敏感的。如果衍射透镜结构215和220由折射率为nsub的透明或透光材料形成，则LC材料205/210与衍射透镜结构215/220之间的界面在第一模式下具有的折射率差异为|no-nsub|。如果差异大于零，则衍射透镜结构215和220的衍射光栅将具有光学屈光度。如果差异为零，则界面没有折射率差异，并且衍射透镜结构215和220的衍射光栅将不具有光学屈光度。衍射效率分别随着衍射透镜结构215和220以及LC材料205和210的折射率的增加的不匹配而变化。在第二模式中，LC材料205和210将其自身定向正交于垂直对准位置并且彼此正交(参见图2B)。在一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种设备，包括：第一液晶材料，其封装在第一衍射透镜结构与其上设置有第一对准层的第一衬底表面之间；和第二液晶材料，其封装在第二衍射透镜结构与其上设置有第二对准层的第二衬底表面之间；其中，在第一模式下，所述第一和第二液晶材料分别相对于所述第一和第二衬底表面呈垂直对准，其中，在所述第一和第二液晶材料的第二模式下，所述第一对准层配置成沿着第一方向对准所述第一液晶材料，所述第二对准层配置成沿着基本上正交于所述第一方向的第二方向对准所述第二液晶材料，其中，所述第一和第二衍射透镜结构以及所述第一和第二液晶材料形成在第一模式下具有第一光学屈光度和在第二模式下具有不同于所述第一光学屈光度的第二光学屈光度的多层透镜堆叠。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.10 US 14/937,1351.一种设备，包括：第一液晶材料，其封装在第一衍射透镜结构与其上设置有第一对准层的第一衬底表面之间；和第二液晶材料，其封装在第二衍射透镜结构与其上设置有第二对准层的第二衬底表面之间；其中，在第一模式下，所述第一和第二液晶材料分别相对于所述第一和第二衬底表面呈垂直对准，其中，在所述第一和第二液晶材料的第二模式下，所述第一对准层配置成沿着第一方向对准所述第一液晶材料，所述第二对准层配置成沿着基本上正交于所述第一方向的第二方向对准所述第二液晶材料，其中，所述第一和第二衍射透镜结构以及所述第一和第二液晶材料形成在第一模式下具有第一光学屈光度和在第二模式下具有不同于所述第一光学屈光度的第二光学屈光度的多层透镜堆叠。2.根据权利要求1所述的设备，其中，对于沿着穿过所述第一和第二衬底表面的法向轨迹入射通过所述多层透镜堆叠的光而言，所述第一和第二液晶材料在所述第一模式期间具有第一折射率，并且在所述第二模式期间具有与所述第一折射率不同的第二折射率。3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述第一和第二液晶材料的第一折射率在所述第一模式下沿着所述法向轨迹是偏振不敏感的，并且其中，所述第一和第二液晶材料的第二折射率在所述第二模式下沿着所述法向轨迹是正交偏振敏感的。4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述第一和第二液晶材料的第二折射率在所述第二模式下沿着所述法向轨迹是共同偏振不敏感的。5.根据权利要求2所述的设备，其中，所述第一折射率比所述第二折射率更接近所述第一和第二衍射透镜结构的第三折射率，其中，所述多层透镜堆叠在所述第一模式期间比在所述第二模式期间具有更少的光学屈光度。6.根据权利要求2所述的设备，其中，所述第一折射率是所述第一和第二液晶材料的寻常的折射率，所述第二折射率是所述第一和第二液晶材料的非寻常的折射率，二者都是在沿着所述法向轨迹测量时。7.根据权利要求1所述的设备，还包括：第一电极对，其设置为在所述第一液晶材料上施加第一电压；和第二电极对，其设置为在所述第二液晶材料上施加第二电压，其中，所述第一模式通过不存在所述第一和第二电压而被触发，且所述第二模式通过施加所述第一和第二电压而被触发。8.根据权利要求7所述的设备，其中，所述设备包括隐形眼镜或人工晶状体中的一个，所述设备还包括：控制器，其耦合成选择性地施加所述第一和第二电压；和电源，其耦合成为所述控制器供电。9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一和第二衬底表面设置在所述第一和第二衍射透镜结构之间。10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一和第二衍射透镜结构设置在所述第一和第二衬底表面之间。11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一和第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：JN哈多克，
申请(专利权)人：威里利生命科学有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US