制造像差校正梯度折射率透镜的系统和方法
【专利说明】制造像差校正梯度折射率透镜的系统和方法
[0001]政府许可权利
[0002]本发明根据自然科学基金授予的资助号IIP0637355和IIP0822695受到政府的支持。政府拥有本发明的某些权利。
技术领域
[0003]本发明的各种实施例通常涉及制造定制透镜的系统和方法。更加具体地，一些实施例涉及制造像差校正梯度折射率透镜的系统和方法。
【背景技术】
[0004]透镜是能用来改变光的运动表现的物体。例如，透镜能使光穿过并向焦点折射。透镜通常由塑料或玻璃做成，能广泛用于各类应用和成像系统。例如，透镜存在于双筒望远镜、望远镜、内窥镜探头、显微镜、投影仪、照相机以及放映机都使用透镜。此外，诸如眼镜和隐形眼镜等校正透镜能用于视觉损伤的校正(例如，散焦、散光和高阶像差)。
[0005]考虑到目的类型和应用的多样性，传统上贮备有可能需要的所有透镜是不实际的。例如，对于校正透镜而言，校正的精度受限于能经济地加工和贮备的透镜的数量。因此，增加精细分度或高阶像差(例如慧形像差)会改善病人的视力，但会以更大的存量为代价，这使得制造和维护更为昂贵。此外，制造定制的校正多种像差的透镜的传统系统昂贵并有明显的滞后。因此，就需要能有效地制造定制透镜的系统和方法。
[0006]概述
[0007]实施例包括可用于制造定制的像差校正梯度折射率透镜(例如人工晶体)的方法、系统和设备。在某些实施例中，像差数据是被接收的。该像差数据可对应于针对病人的测量数据、用于校正特定像差的具体规格(例如，屈光度为2的近视)，也可表示不存在像差(例如具有良好视力但却需要人工晶体的人)，和/或能用于生成特别像差的任意函数。例如，在某些实施例中，该任意函数可用于生成多焦点的、扩展的焦深等。
[0008]像差数据能被处理，相反映射能被产生用以补偿该像差数据。然后对应于该相反映射的强度图样被投影到透镜毛坯上(例如，使移动单体局部聚合)，以制造带有梯度折射率用以校正、补偿、和/或生成该像差的曝光透镜。例如，在某些实施例中，透镜可以是人工晶体，数据可以通过使用波前传感器测量病人眼内像差产生(例如，光学相位分布来校正散焦或散光)。
[0009]曝光透镜能在其被泛光固化固定之前在富含单体的环境中显影。在至少一个实施例中，透明模具能够用来保持透镜毛胚。在对曝光透镜在富含单体的环境中显影之前，能够将曝光透镜从该透明模具中移出。在一些实施例中，富含单体的环境能够在曝光透镜的两侧。
[0010]用于通过使用多阶段聚合过程制造定制透镜的系统能包括曝光室、光学图样生成器、光学窗口、材料递送子系统、和/或扩散室。曝光室能为用于形成定制梯度折射率透镜(例如，人工晶体、隐形眼镜、望远镜头、显微镜头或内窥镜头)的材料提供场所。该材料能包括光敏液体，该光敏液体拥有曝光在光学强度图样中能局部聚合的移动单体。光学图样生成器能被配置成接收像差数据并通过形成定制梯度折射率来产生强度图样以补偿该像差数据。
[0011 ] 光学窗口能被配置成将曝光室与光学图样生成器分离。根据某些实施例，该光学窗口允许强度图样进入曝光室从而生成曝光透镜(例如，通过形成模具的上表面)。该光学窗口能包括固态层，例如用以提供力学支持和形状保持。在某些实施例中，该固态层能被注入液体以提供可补充的释放层。材料递送子系统能被配置成将材料递送到曝光室。扩散室能被配置成使扩散垂直于曝光透镜的表面进行。在某些实施例中，该扩散室能够是曝光室。
[0012]本发明的实施例还包括计算机可读存储介质，其包含引起一个或多个处理器来执行上述方法的指令集、上述方法的变化和本文描述的其它操作。
[0013]虽然公开了多种实施例，但从下文表示和描述了本发明的说明性实施例的具体描述，本发明的其它实施例对于本领域的技术人员而言将变得非常明显。正如他们会意识到的，本发明能够在多个方面进行修改，但都不会背离本发明的范围。据此，附图和具体实施例将本质上被视为说明性的而非限制性的。
【附图说明】
[0014]本发明的实施例将通过以下【附图说明】的使用得到描述和解释:
[0015]图1按照本发明的多种实施例给出了加工环境的高阶方框图，可在该环境中制造像差校正梯度折射率透镜；
[0016]图2按照本发明的某些实施例说明了加工环境的简化实体布局；
[0017]图3A-3B按照本发明的一个或多个实施例表示了透镜的解释；
[0018]图4是一组关于制造定制透镜操作的流程图，按照本发明的至少一个实施例所作；
[0019]图5是一组关于制造定制透镜操作的流程图，按照本发明的多种实施例所作；以及
[0020]图6举例说明了可用于本发明的一个或多个实施例的计算机系统。
[0021]这些附图不一定依比例绘成。例如，图中的一些要素的尺寸可能被放大或缩小，以帮助提高对本发明实施例的理解。同样地，出于讨论本发明的某些实施例的目的，一些组件和/或操作可能被分成不同小块或组合成一块。此外，尽管本发明能够经受不同的修改和替代形式，但具体实施例通过附图中的例子得到体现并在下文进行细节描述。然而，本发明并不是将该发明限定于所描述的特定实施例。相反，本发明是为了涵盖落入本发明由所附的权利要求书所限定的保护范围内的所有修改、等同和替代。
具体实施例
[0022]本发明的多种实施例通常涉及制造定制透镜的系统和方法(例如人工晶体、隐形眼镜、望远镜头、显微镜头、内窥镜头等)。更具体地，某些实施例涉及制造像差校正梯度折射率透镜的系统和方法以及制造具有定制的光学和/或力学性能的透镜(例如，针对个体患者)的经济方法的技术。此外，为了最小化切口大小、匹配生理需求或访问需求，能够使用多阶段聚合过程来允许透镜模量在插入之后被改变(例如插入病人或设备之中)。
[0023]例如，在一个或多个实施例中，聚合物材料和新型处理技术能用来制造具有改良的视觉性能和易于植入的有晶体眼的或人工晶状体眼的人工晶体。目前的人工晶体通过弯曲曲面透镜前后表面处的光线来校正病人的视力。本公开方法的多种实施例在透镜上增加二维或三维的梯度折射率，以提供对透镜性能明显更好的控制。因为人眼的晶状体是梯度折射率结构，所以存在这样的生理动机，即这种程度的控制是重要的。定制这种梯度结构的能力为个体患者提供了明显的潜在视觉好处。人眼的运行远远达不到理论上的衍射极限性能。在视觉校正的今天，这给予我们灵感通过定制眼镜和隐形眼镜来校正超过传统的散焦和散光以外的像差。这些“高阶像差校正”方法具有明显的缺点，即人造透镜不能相对于眼睛固定。普通的眼镜在这一点上特别明显，而隐形眼镜的移动也可能限制校正的程度。另一方面，人工晶体在插入之后能相对于眼睛固定，因此为像差校正提供了一个理想的位置。所提出的方法的多种实施例应当使得视力校正超过20/20。
[0024]某些实施例提供了多焦点透镜的构造(例如多焦点人工晶体)。多焦点透镜可通过沿着光轴在不同距离处生成多个同时聚焦的图像来弥补缺少调节。视觉系统拒绝散焦图像，并集中在最近的焦内图像上。然而，用户抱怨炫光和低对比度。目前的多焦点透镜将透镜分成多个环孔，每一个环孔都有一个具有不同焦距的菲涅耳透镜。这有许多缺点，包括衍射的颜色和位于透镜间的尖锐过渡的发散。相反，在梯度折射率(GRIN)结构中体现的额外程度的自由能用来使得多焦点具有非常低的色散、平滑的过渡和更好的散焦性能。例如，梯度折射率透镜(the GRIN lens)能够设计成控制来自其它焦点的散焦光线的位置以最小化视觉干扰。
[0025]最后，对建构透镜力学性能的最终固化的使用可在调节人工晶体时有用。它们接到眼睛的睫状体上，用于改变其形状从而改变焦距，正如天然晶状体一样。修改透镜三维折射率和三维模量的能力能使睫状运动最优耦合从而修改透镜焦距。
[0026]为了方面起见，尽管本发明的实施例被描述为关于制造定制透镜，但本发明的实施例同样适用于多种其它类型的光学设备，包括而不限于，全息图、衍射光栅和光波导。
[0027]在以下的描述中，出于解释的目的，所陈述的许多具体细节是为了提供对本发明具体实施例的透彻理解。然而，对于本领域的技术人员，本发明的实施例可在没有这些具体细节的情况下得到实施是很明显的。本发明的实施例可作为计算机程序产品提供，这一产品可包括具有存