CN110300916B - 包括液晶对准配置的眼科设备 - Google Patents

Abstract

这里公开了包括液晶对准配置(106)的眼科设备(100)。示例设备可以包括第一光学元件和第二光学元件。第一光学元件可包括形成在第一表面上的第一液晶对准配置(106)。第二光学元件可包括形成在第二表面上的第一光学衍射光栅(104)以及形成在第二表面上的第二液晶对准配置。第一光学元件的第一表面可以面对第二光学元件的第二表面，并且第一液晶材料可以设置在第一光学元件的第一表面和第二光学元件的第二表面之间。

Description

包括液晶对准配置的眼科设备

技术领域

本公开总地涉及眼科设备，并且特别地但非排他性地涉及包括液晶对准配置(feature)的眼装式设备。

背景技术

已经开发出“智能”眼科设备以向用户提供各种优点。例如，已经开发了诸如眼上可穿戴镜片的智能眼科设备以提供各种医疗感测任务和向用户提供适应性。为了提供这些任务，眼科设备包括例如电子和光学致动器。调节眼科设备可以使用各种技术来提供动态调节，但是每个技术可以具有它们自己的优点和缺点。例如，可以结合各种透镜元件使用液晶(LC)技术，以提供动态调节。然而，在一些实施方案中，通常与液晶制造相关联的离子杂质可能引起功耗问题。此外，因为小型可穿戴眼科设备可能具有有限的功率存储容量，所以如果按常规方式执行，则液晶的切换可能太耗功率而不能可靠地实施。因此，可能需要低功率液晶技术。

附图说明

参考以下附图描述本发明的非限制性和非穷举性实施例，其中除非另有说明，否则相同的附图标记在各个附图中指代相同的部分。并非所有元件实例都必须标记，以避免在适当的时候使附图混乱。附图不一定按比例绘制，而是将重点放在说明所描述的原理上。

图1A是根据本公开的实施例的包括液晶对准配置的眼科设备100的示例性平面图图示。

图1B是根据本公开的实施例的包括LC对准配置的光学堆叠105的说明性横截面。

图1C是根据本公开的实施例的光学堆叠115的说明性侧视图。

图2A和图2B示出了根据本公开的实施例的包括LC对准配置的眼科设备200。

图3A和图3B是根据本公开的实施例的包括LC对准配置的眼科设备300的说明性框图。

图4是根据本公开的实施例的包括液晶对准配置的眼科设备400的功能框图。

具体实施方式

本文描述了用于包括液晶对准配置的眼科设备的系统和方法的实施例。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、组件、材料等来实践本文描述的技术。在其他情况下，未详细示出或描述公知的结构、材料或操作以避免模糊某些方面。

贯穿本说明书对“一个实施例”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发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定都指的是同一实施例。此外，特定特征、结构或特性可以在一个或多个实施例中以任何合适的方式组合。

图1A是根据本公开的实施例的包括液晶对准配置的眼科设备100的示例性平面图图示。眼科设备100可以是眼上可穿戴设备或可植入设备，例如眼内透镜。在一些实施例中，眼科设备100可包括电子器件和各种互连以控制动态光学器件。例如，控制电子器件可以控制动态光学器件以为用户提供调节。动态光学器件可以由一叠光学元件形成，例如，每个光学元件接收电压以调制动态光学器件。在一些实施例中，动态光学器件可以基于液晶技术，并且还可以包括LC对准配置，以在开启和/或关闭状态中的任一个或两者中影响LC在期望方向上的取向。

眼科设备100的所示实施例包括光学堆叠(stack)102、控制电子器件108、天线110和导电迹线112。光学堆叠102可以包括两个、三个或更多个光学元件，但是光学元件的数量不应该被认为是本公开的限制特征。在一些实施例中，眼科设备200还可包括围绕光学堆叠102、控制电子器件108、天线110和导电迹线112设置的软覆盖模具。软覆盖模具(也可称为外壳)可由柔软、柔韧的生物相容材料形成，诸如像是聚甲基丙烯酸甲酯(“PMMA”)、聚羟乙基异丁烯酸酯(“polyHEMA”)、水凝胶、硅基聚合物(例如，粉料-丙烯酸硅)这些或其他聚合物材料的组合。在一些实施例中，例如，软覆盖模具可以提供用于与用户的角膜紧密接触的表面。

光学堆叠102的所示实施例包括两个、三个或更多个光学元件，每个光学元件可以潜在地包括光学衍射光栅104和LC对准配置106。设置在光学堆叠102的每个光学元件之间的可以是LC材料层(例如，参见图1B)。在一些实施例中，光学堆叠102可以采用半球形壳体的形状，并且可以具有凹入的后侧(例如，面向眼睛的侧面)和凸出的前侧(例如，面向外部的侧面)。光学堆叠102的形状还可以通知形成光学堆叠102的各个光学元件的形状。在一些实施例中，凹侧可具有与用户角膜的曲率半径相称的曲率半径。此外，光学堆叠102的各个光学元件可以由一种或多种刚性或半刚性生物相容材料形成，这些材料可修改为穿戴在眼睛上或植入眼睛中。例如，光学叠堆102的各个光学元件可以由聚氨酯、丙烯酸(PMMA)、聚酰亚胺、硅基聚合物、硅酮丙烯酸酯、刚性透气性氟硅丙烯酸酯等中的一种或多种形成。

在仅包括两个光学元件的实施例中，例如图1B、1C、2A和2B中所示，眼科设备100可包括一个或多个偏振器。例如，偏振器可以放置在眼科设备100的前侧和后侧。可能需要偏振器以通过使传播通过眼科设备100的光取向为受一个或多个光学衍射光栅104的影响而完全为用户提供调节。

眼科设备100的所示实施例可以具有包围中心直径并且以光学堆叠102的光轴为中心的光学区域。光学区域的直径可以是4至6毫米，并且由光学堆叠102的中心的条纹区域表示。眼科设备100还可具有包围光学区域的外部或外围区域。外围区域可以从光学区域的外径延伸到10至15毫米的直径。在图1A中，外围区域由光学堆叠102的白色区域表示。当穿戴在眼睛上时，光学区域可以与用户的角膜和用户的视力对准，而外围区域可以在用户的视力之外。

光学衍射光栅104可以是形成在光学堆叠102的一个或多个光学元件中或上的物理配置。例如，光学衍射光栅104可以形成在光学堆叠102的至少一个光学元件的面向内部的表面上。在一些实施例中，光学衍射光栅104可以由与用于形成光学堆叠102的材料相同的材料形成。例如，光学衍射光栅104可以包括在用于形成光学堆叠102的至少一个光学元件的模具中。光学衍射光栅104可以由微米尺寸的配置形成，其可以采用锯齿形、阶梯形和/或三角形结构的形状。在一些实施例中，微米尺寸结构可以是以光学堆叠102的光轴为中心的重复同心结构。与LC材料组合，光学衍射光栅104可以为眼科设备100提供动态折射特性。在一些实施例中，光学堆叠102可具有静态光学功率。

LC对准配置106可以是在形成光学堆叠102的光学元件的一个或多个表面中或上形成的纳米级平行凹槽和脊。纳米级凹槽/脊可以至少跨越光学堆叠102的光学区域延伸。LC对准配置106可以为LC材料中的液晶提供对准诱导结构。如本文所使用，液晶可以指液晶分子。例如，LC对准配置可以改变光学堆叠102的光学元件的表面能。改变的表面能可以使得液晶在眼科设备100的开启和关闭状态下优选地在垂直或水平位置(相对于光学堆叠102的光学元件)对准。液晶的优选取向可以至少在设置LC对准配置106的区域中提供液晶的均匀对准，并且均匀对准可以提供眼科设备100的均匀的开启和关闭状态操作。

控制电子器件108可以被耦接以设计由光学堆叠102结合LC材料和透明导体形成的动态光学器件的操作。在一些实施例中，控制电子器件108可以设置在环形基板上，该环形基板结合到光学堆叠102中并且至少包围光学区域。控制电子器件108可以向包括在光学堆叠102中的一个或多个透明导体提供电压，以在光学堆叠102的两个或更多个光学元件上建立电位差。例如，电位差可能导致LC材料中的液晶绕轴旋转大约90度。液晶取向的变化可以改变液晶材料的折射率。这样，光学堆叠102的光学元件和LC材料之间的折射率可以发生变化，这可以允许光学衍射光栅104被激活，例如，变得对用户可见。光学衍射光栅104的激活可以向用户提供额外的光学功率，这可以额外地为用户提供调节。

图1B是根据本公开的实施例的包括LC对准配置的光学堆叠105的说明性横截面。光学堆叠105可以是光学堆叠102的示例。光学堆叠105的说明性侧视图可以示出眼科设备100的光学区域内的区域。光学堆叠105的说明性实施例包括第一光学元件114和第二光学元件116、光学衍射光栅104、LC对准配置106和LC材料118。

第一光学元件114可以包括LC对准配置106A。LC对准配置106A可以形成在第一光学元件114的表面130中或表面130上。在一些实施例中，表面130可以是第一光学元件114的凹表面，并且第一光学元件114的相对侧上的表面可以是凸表面。当然，本公开也可以涵盖相反的方向。LC对准配置106A可以包括具有方波横截面的凹槽和脊，其至少跨越第一光学元件114的光学区域延伸。

例如，第一光学元件114可以注塑成型。在一些实施例中，LC对准配置106A可以包括在模具中，使得它们形成在第一光学元件114中。如上所述，第一光学元件114可以由聚氨酯、PMMA、聚酰亚胺、硅基聚合物等形成。在一些实施例中，第一光学元件114可以是刚性的或半刚性的，并且还可以由透气材料形成。

第二光学元件116可包括光学衍射光栅104和LC对准配置106B。光学衍射光栅104和LC对准配置106B二者都可以形成在第二光学元件116的表面132中或表面132上。在一些实施例中，表面132可以是第二光学元件116的凸表面，并且第一光学元件116的相对侧上的表面可以是凹表面。当然，本公开也可以涵盖相反的方向。

光学衍射光栅104可以形成在第二光学元件116的表面132中或表面132上，并且包括如图1B所示的重复结构，例如锯齿状结构。然而，其他结构类型可以替代地用于光学衍射光栅104，例如阶梯状结构和/或三角形结构。此外，光学衍射光栅104的结构可以形成为以光学堆叠105的光轴为中心的同心圆。光学衍射光栅104可以向第二光学元件116提供光学功率，并且最终向光学堆叠105提供光学功率。例如，光学功率可以是动态的，因为它可以由于LC材料118的操纵而被启用/禁用。在一些实施例中，LC材料118的操纵可以为用户提供调节。然而，为了提供所需的调节，可以选择光学衍射光栅104的尺寸以影响光谱的可见部分中的波长。这样，光学衍射光栅104可以是可见波长的量级。例如，形成光学衍射光栅104的结构可以是1至100微米。

另外，LC对准配置106B可以形成在光学衍射光栅104中或上。LC对准配置可以是纳米级配置，其促进LC材料118中的液晶在关闭状态和开启状态下的期望的对准取向。例如，期望的对准取向可以是垂直配向(homeotropic)或平行配向(homogeneous)。LC对准配置106B可以具有方波横截面并且形成至少跨越光学堆叠105的光学区域延伸的平行凹槽/脊。无论平行凹槽和光学衍射光栅104的相对取向如何，平行凹槽/脊都可以跨越光学衍射光栅104延伸。类似于第一光学元件114，第二光学元件116可以例如注塑成型。在一些实施例中，光学衍射光栅104和LC对准配置106B可以包括在模具中，使得它们形成在第二光学元件116中。通常，第二光学元件116可以由与用于形成第一光学元件114的相同材料形成。

第一光学元件114和第二光学元件116可以形成在光学堆叠105中，LC材料118设置在两个光学元件114、116之间。第一光学元件114的表面130和第二光学元件116的表面132可以分别彼此相对，使得第一光学元件114的LC对准配置106A和第二光学元件116的LC对准配置106B面对。在一些实施例中，第一光学元件114和第二光学元件116上的各个LC对准配置106A、106B可以对准。

在一些实施例中，例如，光学堆叠105可以具有半球形壳体的形式，第一光学元件114的凹面面向第二光学元件116的凸面。第一光学元件114和第二光学元件116可以彼此嵌套，因此，LC材料118在两个光学元件114和116之间形成薄层。例如，LC材料118的厚度可以是1至50微米或更大。在这样的取向中，表面130和132可以被称为光学堆叠105的面向内部的表面。

尽管未示出，但是第一光学元件114和第二光学元件116可以另外包括设置在其上的透明或半透明导体。例如，透明或半透明导体可以设置在光学堆叠105的面对表面上，例如表面130和132。可替换地，透明或半透明导体可以设置在第一光学元件114和第二光学元件116的外表面上，例如不包括LC对准配置106A、106B和光学衍射光栅104的表面。参见图1A，(半)透明导体可以经由导电迹线耦接到控制电子器件，使得响应于向(半)透明导体提供电荷，可以在LC材料118上产生电位差。

第一光学元件114和第二光学元件116可以由类似的生物相容的透明材料形成。用于形成第一光学元件114和第二光学元件116的一种或多种材料可具有特性折射率。另外，LC材料118可具有处于关闭状态的折射率，其类似于用于形成第一光学元件114和第二光学元件116的一种或多种材料的折射率。因此，在通过包括LC材料118的光学堆叠105的折射率相似的情况下，光学衍射光栅104可以不影响通过光学堆叠105传播的光。然而，在开启状态下，LC材料118中的液晶可以改变取向以改变LC材料118的折射率。利用LC材料118的改变的折射率，光学衍射光栅104可以影响通过光学堆叠105传播的光。在一些实施例中，对传播光的影响可以是增加光学功率，这可以为眼科设备100的用户提供调节。

图1C是根据本公开的实施例的光学堆叠115的说明性侧视图。光学堆叠115可以是光学堆叠102的示例。光学堆叠115的说明性侧视图可以示出眼科设备100的光学区域内的区域。光学堆叠115的说明性实施例包括第一光学元件114和第二光学元件116、光学衍射光栅104、LC对准配置106和LC材料118。除了包括在第一光学元件114上的附加光学衍射光栅104B之外，光学堆叠115基本上类似于光学堆叠105。光学堆叠115包括在第一光学元件114上和第二光学元件116上的光学衍射光栅104A和光学衍射光栅104B，以向眼科设备100的动态光学器件提供额外的光学功率。

图2A和2B示出了根据本公开的实施例的包括LC对准配置的光学堆叠202。图2A还示出了当眼科设备200处于关闭状态时液晶的取向，而图2B示出了当眼科设备200处于开启状态时液晶的取向。光学堆叠202可以是光学堆叠102的示例。如上所述，开启状态是指当在LC材料218上建立电位差时液晶的取向，而关闭状态是指不存在电位差。例如，对于垂直配向对准，如图所示，液晶可以在没有施加电位(例如关闭状态)的情况下垂直取向，但是在存在施加电位(例如开启状态)的情况下可以水平取向。

光学堆叠202的所示实施例包括第一光学元件214和第二光学元件216、以及液晶对准配置218。为了清楚起见，已经省略了光学堆叠202和眼科设备(例如眼科设备100)的其他配置，但是也应该考虑包括这些配置。例如，已经省略了光学衍射光栅、控制电子器件、(半)透明导体和覆盖模具，以便不会使图2A和2B混乱。如本文所使用，光学堆叠202可替代地称为“LC单元”。

第一光学元件214可以包括形成在第一光学元件214的表面230中或表面230上的LC对准配置206A。LC对准配置206A可包括表面230延伸的多个平行凹槽/脊。在一些实施例中，LC对准配置206A可以仅跨越光学堆叠202的光学区域延伸。在一些实施例中，LC对准配置206A可以跨越整个光学堆叠202(例如光学区域和外围区域)延伸。LC对准配置206A的凹槽/脊可以具有间距222和深度224。例如，间距222可以在50纳米至1000纳米的范围内，并且深度224可以在20纳米至500纳米的范围内。在一些实施例中，例如，间距222和深度224可至少相对于LC材料218中的液晶影响表面230和232的表面能。

第二光学元件216可另外包括形成在第二光学元件216的表面232上的LC对准配置206B。第二光学元件216包括的LC对准配置206B可以类似于第一光学元件214的LC对准配置。例如，LC对准配置206B可以具有与LC对准配置206A类似的间距和深度。

设置在第一光学元件214和第二光学元件216之间的是LC材料218。图2A描绘了垂直于第一光学元件214和第二光学元件216取向的LC材料218的各个液晶。该取向表示用于垂直配向对准的关闭状态。液晶的取向可受LC对准配置206A、206B的影响。在没有LC对准配置206A、206B的情况下，液晶可以以随机取向对准，这可能是不期望的。然而，LC对准配置206A、206B可以改变表面230和/或232的表面能，使得在关闭状态下优选垂直对准。例如，表面能的改变可以包括改变表面230和232的疏水性程度。

参照图2A，第一光学元件214的LC对准配置206A和第二光学元件216的LC对准配置206B延伸进页面中和从页面中延伸出。如上所述，图2A的光学堆叠202处于关闭状态。这样，LC材料218的液晶可以优选地垂直对准，这是由于LC对准配置206A、206B提供了所期望的表面能以优选地如图所示定向液晶。优选对准可以从垂直于第一光学元件214和第二光学元件216变化到不同程度地偏离法线，例如偏离法线一到五度。偏离法线一度或五度可以称为预倾斜。在一些实施例中，可以由于改变表面230和232的疏水性程度(这可以基于LC对准配置206的间距222和/或深度224的变化)而获得期望量的预倾斜。可以通过硅烷的薄沉积(例如硅烷的双组分混合物)来获得对疏水性程度的额外调整。另外，在关闭状态下，LC材料218的折射率可以类似于或等于第一光学元件214和第二光学元件216的折射率。结果，包括在第一光学元件214和/或第二光学元件216中的任何光学衍射光栅可以不影响通过光学堆叠202传播的光。

参照图2B，示出了开启状态，其可以是通过向设置在第一光学元件214和第二光学元件216上的(半)透明电极(未示出)提供电压而跨越LC材料218建立电位差的结果。电位差可以促进对液晶的旋转力，使得它们基本上平行于LC对准配置206A、206B对准。在开启状态，如上所述，LC材料的折射率可以改变。折射率的改变，尤其是相对于第一光学元件214和第二光学元件216的折射率的改变，可允许包括在第一光学元件214和/或第二光学元件216中的任何光学衍射光栅影响通过光学堆叠202传播的光。例如，包括在第一光学元件214和/或第二光学元件216中的光学衍射光栅可以向光学堆叠202提供正光学功率，这可以为用户提供调节。

图3A和3B是根据本公开的实施例的包括LC对准配置的光学堆叠302的说明性框图。具体地，图3A示出处于开启状态的眼科设备300，而图3B示出处于关闭状态的眼科设备300。光学堆叠302的所示实施例(其可以是光学堆叠102的示例)包括三个光学元件(第一光学元件314、第二光学元件316和第三光学元件328)、LC对准配置306以及LC材料318。尽管在图3A或图3B中未示出光学衍射光栅，但是第一光学元件314、第二光学元件316和第三光学元件328都可以具有在它们各自的一个或多个表面上形成的光学衍射光栅。

第一光学元件314可以包括形成在表面330中或表面330上的LC对准配置306A。LC对准配置306A可包括跨越表面330延伸的多个平行凹槽/脊。如图3A所示，凹槽/脊可以随着页面在平面中延伸。第二光学元件316可以包括形成在表面332中或表面332上的LC对准配置306B。如图3A所示，第二光学元件316的LC对准配置306B跨越表面332延伸进出页面的平面。

第三光学元件328可以分别在表面334和相对表面336上包括LC对准配置306C和LC对准配置306D。表面334上的LC对准配置306C可以随着页面在平面中延伸，类似于并平行于第一光学元件314的LC对准配置306A。然而，表面336上的LC对准配置306D可以延伸进出页面的平面，类似于并平行于第二光学元件316的LC对准配置306B。

为了形成光学堆叠302，第一光学元件314可以与第三光学元件328的表面334侧对准。LC材料318的层可以设置在第一光学元件314和第三光学元件328之间。第一光学元件314、LC材料318和第三光学元件328的表面334侧的组合可以形成第一LC单元338。另外，第二光学元件316可以与第三光学元件328的表面336侧对准，并且LC材料318的层可以设置在第二光学元件316和第三光学元件328之间。第二光学元件314、LC材料318和第三光学元件328的表面336侧的组合可以形成第二LC单元340。分别在第一光学元件314的表面330上和第三光学元件328的表面334上的LC对准配置306A和LC对准配置306C可以彼此平行地延伸。同样地，分别在第二光学元件316的表面332上和第三光学元件328的表面336上的LC对准配置306B和LC对准配置306D可以彼此平行地延伸。这样，第一LC单元338的LC对准配置306可以垂直于第二LC单元340的LC对准配置。

参照图3A，为了产生开启状态，施加到设置在第一光学元件314、第二光学元件316和第三光学元件328上的(半)透明导体的电压可以跨越第一LC单元338和/或第二LC单元340建立电位差。例如，电位差可以引起第一LC单元338和第二LC单元340两者中的LC材料318中的液晶的旋转。液晶的旋转可以改变LC材料318的折射率(如上所述)，这可以使得包括在光学堆叠300中的一个或多个光学衍射光栅与通过光学堆叠300传播的光相互作用。如图3A所示的液晶取向用于平行配向对准。这样，在开启状态下，液晶可以在开启状态下垂直于第一光学元件314、第二光学元件316和第三光学元件328取向。

参照图3B，跨越第一LC单元338和第二LC单元340没有电位差，或者从第一LC单元338和第二LC单元340去除电位差，可能导致LC材料318中的液晶恢复到未旋转的取向，例如与第一光学元件314、第二光学元件316和第三光学元件328的LC对准配置306在一个平面内或平行。如图3B所示，LC单元338中的液晶可以与页面在平面上对准，并且当处于关闭状态时，LC单元340中的液晶可以对准为进出页面。

图4是根据本公开的实施例的包括液晶对准配置的眼科设备400的功能框图。眼科设备400可以是眼上设备(例如隐形眼镜或智能隐形眼镜)或可植入设备(例如眼内透镜)。在所描绘的实施例中，眼科设备400包括外壳材料410，外壳材料410形成为接触安装到眼睛的角膜表面或植入眼睛中。基板415嵌入在外壳材料410内或由外壳材料410围绕，以提供用于电源420、控制器425、天线440和各种互连445和450的安装表面。基板415和相关的电子器件可以是控制电子器件108和相关基板的一种实施方式。所示的电源420的实施例包括能量收集天线455、充电电路460和电池465。控制器425的所示实施例包括控制逻辑470、调节逻辑475和通信逻辑480。如图所示，调节致动器430设置在外壳材料410中。

电源420向控制器425和/或调节致动器430提供操作电压。天线440由控制器425操作，以将信息传送到眼科设备400和/或从眼科设备400传送信息。在所示实施例中，天线440、控制器425和电源420设置在基板415上/中，而调节致动器430设置在外壳材料410中(不在基板415中/上)。然而，在其他实施例中，取决于眼科设备400的具体设计，眼科设备400中包含的各种电路和设备可以设置在基板415中/上或外壳材料410中。例如，在一个实施例中，调节致动器430可以设置在一个或多个透明基板上，例如光学堆叠102、105、115、202和/或302。

基板415包括适于安装控制器425、电源420和天线440的一个或多个表面。基板415既可以用作基于芯片的电路的安装平台(例如，通过倒装芯片安装)和/或用作图案化导电材料(例如，金、铂、钯、钛、铜、铝、银、金属、其他导电材料、这些的组合等)的平台，以创建电极、互连、天线等。在一些实施例中，可以在基板415上图案化基本上透明的导电材料(例如，氧化铟锡或银纳米线网)以形成电路、电极等。例如，可以通过在基板415上沉积金或其他导电材料的图案来形成天线440。类似地，可以通过在基板415上沉积合适的导电材料图案来形成互连445和450。可以采用抗蚀剂、掩模和沉积技术的组合来在基板415上图案化材料。基板415可以是相对刚性的材料，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(“PET”)或足以在结构上支撑外壳材料410内的电路和/或电子器件的其他材料。可替换地，眼科设备400可以布置有一组未连接的基板而不是单个基板415。例如，控制器425和电源420可以安装到一个基板415，而天线440安装到另一基板415，并且两个基板可以经由互连而电连接。基板415也可以是连续的半导体片，将所有或一些上述器件架构容纳为集成电路。

基板415可以成形为扁平环，其径向宽度尺寸足以为嵌入式电子元件提供安装平台。基板415可以具有足够小的厚度，以允许基板415嵌入外壳材料410中，而不会不利地影响眼科设备400的轮廓。基板415可具有足够大的厚度以提供适于支撑安装在其上的电子器件的结构稳定性。例如，基板415可以成形为具有约10毫米直径、约1毫米的径向宽度(例如，比内半径大1毫米的外半径)和约50微米的厚度的环。在一些实施例中，基板415可以至少环绕相关光学堆叠的光学区域，并且可以至少设置在相关光学堆叠的一个或多个光学元件之间。例如，基板415可以设置在光学堆叠102的外围区域中，并且设置在光学堆叠的至少两个光学元件(例如光学元件114和光学元件116)之间。可选地，基板415与眼科设备400的眼睛安装表面(例如，凸面)的曲率对准。例如，基板415可以沿着限定内半径和外半径的两个圆形分段之间的假想圆锥的表面成形。在这样的示例中，沿着假想圆锥的表面的基板415的表面限定了倾斜表面，该倾斜表面与该半径处的眼睛安装表面的曲率大致对准。

在所示实施例中，电源420包括电池465，以向包括控制器425的各种嵌入式电子设备供电。电池465可以由充电电路460和能量收集天线455感应充电。在一个实施例中，天线440和能量收集天线455是独立的天线，其服务于它们各自的能量收集和通信功能。在另一实施例中，能量收集天线455和天线440是相同的物理天线，它们各自的感应充电功能和与读取器405的无线通信功能是时间共享的。附加地或可替换地，电源420可以包括太阳能电池(“光伏电池”)以从进入的紫外、可见和/或红外辐射捕获能量。此外，可以包括惯性能量回收系统以从环境振动中捕获能量。

充电电路460可以包括整流器/调整器，用于调节所捕获的能量以对电池465充电或在没有电池465的情况下直接为功率控制器425充电。充电电路460还可以包括一个或多个能量存储设备，以减轻能量收集天线455中的高频变化。例如，可以连接一个或多个能量存储设备(例如，电容器、电感器等)以用作低通滤波器。

控制器425包含用于设计其他嵌入式组件的操作的逻辑。控制逻辑470控制眼科设备400的一般操作，包括提供逻辑用户界面、功率控制功能等。调节逻辑475包括用于如下操作的逻辑：接收来自监测眼睛取向的传感器的信号、确定用户的当前注视方向或焦距、以及响应于这些物理线索操纵调节致动器430(隐形眼镜的焦距)。自动调节可以基于来自注视跟踪的反馈实时实施，或者允许用户选择特定的调节机制(例如，用于阅读的近场调节，用于常规活动的远场调节等)。通信逻辑480提供用于经由天线440与读取器405进行无线通信的通信协议。在一个实施例中，当存在从读取器405输出的电磁场471时，通信逻辑480经由天线440提供反向散射通信。在一个实施例中，通信逻辑480作为智能无线射频识别(“RFID”)标签操作，其调制天线440的阻抗以进行反向散射无线通信。控制器425的各种逻辑模块可以在通用微处理器上执行的软件/固件中、在硬件(例如，专用集成电路)中或两者的组合中实现。

眼科设备400可包括各种其他嵌入式电子器件和逻辑模块。例如，可以包括光源或像素阵列以向用户提供可视反馈。可以包括加速度计或陀螺仪以向控制器425提供位置、旋转、方向或加速度反馈信息。

所示实施例还包括具有处理器482、天线484和存储器486的读取器405。读取器405中的存储器486包括数据贮存器488和程序指令490。如图所示，读取器405可以设置在眼科设备400的外部，但是也可以放置在其附近以给眼科设备400充电、向眼科设备400发送指令和/或从眼科设备400提取数据。在一个实施例中，读取器405可以类似于传统的隐形眼镜支架，用户在晚上将眼科设备400放入其中以充电、提取数据、清洁镜片等。

外部读取器405包括天线484(或多于一个天线的组)，以向眼科设备400发送无线信号471和从眼科设备400接收无线信号471。外部读取器405还包括计算系统，其具有与存储器486通信的处理器482。存储器486是非暂时性计算机可读介质，其可以包括但不限于磁盘、光盘、有机存储器和/或处理器182可读的任何其他易失性(例如，RAM)或非易失性(例如，ROM)存储系统。存储器486可以包括数据贮存器488以存储数据的指示，例如数据日志(例如，用户日志)、程序设置(例如，以调整眼科设备400和/或外部读取器405的行为)等。存储器486还可以包括程序指令490，用于由处理器482执行以使外部读取器405执行由指令490指定的处理。例如，程序指令490可以使外部读取器405提供用户界面，该用户界面允许取得从眼科设备400传送的信息、或者允许向眼科设备400传送信息以编程或以其他方式选择眼科设备400的操作模式。外部读取器105还可以包括一个或多个硬件组件，用于操作天线484以向眼科设备400发送无线信号471和从眼科设备400接收无线信号471。

外部读取器405可以是智能电话、数字助理或具有足以提供无线通信链路471的无线连接的其他便携式计算设备。外部读取器405还可以实现为可以插入便携式计算设备的天线模块，例如在通信链路471以便携式计算设备中不常用的载波频率进行操作的实施例中。在一些情况下，外部读取器405是专用设备，其被配置为相对靠近穿戴者的眼睛来穿戴，以允许无线通信链路471以低功率预算操作。例如，外部读取器405可以集成在一件珠宝(例如项链、耳环等)中，或者集成在在头部附近穿戴的衣物(例如帽子、头带等)上。

本发明的所示实施例的以上描述，包括摘要中描述的内容，并非旨在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式。尽管出于说明性目的在本文中描述了本发明的特定实施例和示例，但是如相关领域的技术人员将认识到的，在本发明的范围内可以进行各种修改。

根据以上详细描述，可以对本发明进行这些修改。以下权利要求中使用的术语不应被解释为将本发明限制于说明书中公开的特定实施例。相反，本发明的范围完全由所附权利要求确定，所述权利要求应根据权利要求解释的既定原则来解释。

Claims (22)

1.一种眼科设备，包括：

第一光学元件，包括形成在所述第一光学元件的第一表面上的第一液晶对准配置；

第二光学元件，包括：

形成在所述第二光学元件的第二表面上的第一光学衍射光栅，和

形成在所述第二光学元件的第二表面上的第二液晶对准配置，

其中所述第一光学元件的第一表面面对所述第二光学元件的第二表面；并且

第一液晶材料设置在所述第一光学元件的第一表面和所述第二光学元件的第二表面之间；

其中，所述第一光学衍射光栅由衍射元件的同心环形成，并且其中所述第二液晶对准配置包括跨越所述第一光学衍射光栅的衍射元件的同心环延伸的多个平行凹槽。

2.根据权利要求1所述的眼科设备，其中，所述第一光学元件还包括形成在所述第一表面上的第二光学衍射光栅，并且其中，所述第一液晶对准配置设置在所述第二光学衍射光栅上。

3.根据权利要求2所述的眼科设备，其中所述第一液晶对准配置包括跨越所述第二光学衍射光栅的衍射元件的同心环延伸的多个平行凹槽，并且其中形成所述第一液晶对准配置和所述第二液晶对准配置的所述多个平行凹槽朝向相同的方向。

4.根据权利要求3所述的眼科设备，其中所述多个平行凹槽的特征在于间距和深度。

5.根据权利要求4所述的眼科设备，其中所述间距的范围为50纳米至1000纳米，并且其中所述深度的范围为20纳米至500纳米。

6.根据权利要求1所述的眼科设备，其中所述衍射元件是具有微米级配置尺寸的锯齿状结构。

7.根据权利要求1所述的眼科设备，还包括：

第三光学元件，设置在所述第一光学元件和所述第二光学元件之间，

其中所述第三光学元件包括第三液晶对准配置和第四液晶对准配置，所述第三液晶对准配置和所述第四液晶对准配置分别形成在第三基板的第三表面上和第四表面上，

其中所述第三表面面向所述第一光学元件的第一表面，并且

其中所述第四表面面向所述第二光学元件的第二表面。

8.根据权利要求7所述的眼科设备，其中所述第一液晶材料设置在所述第一光学元件的第一表面和所述第三光学元件的第三表面之间，并且其中所述眼科设备还包括设置在所述第三光学元件的第四表面和所述第二光学元件的第二表面之间的第二液晶材料。

9.根据权利要求1所述的眼科设备，还包括：

控制电子器件，设置在所述第一光学元件或第二光学元件的外围区域上，并且还耦接到设置在第一基板和第二基板上的电极，所述控制电子器件被耦接以改变包含在所述第一液晶材料中的液晶的取向，其中所述电极是透明或半透明的。

10.根据权利要求1所述的眼科设备，其中所述第一光学元件和所述第二光学元件利用半刚性材料形成。

11.根据权利要求10所述的眼科设备，其中所述半刚性材料是聚氨酯、丙烯酸、硅酮丙烯酸酯、刚性透气性氟硅丙烯酸酯、聚酰亚胺和硅基聚合物中的一种或多种。

12.根据权利要求1所述的眼科设备，其中所述第一光学元件和所述第二光学元件是具有凹侧和凸侧的半球形壳体形状，并且其中所述凹侧具有近似于眼角膜的曲率半径的曲率半径。

13.一种眼科设备，包括：

第一光学元件，具有设置在所述第一光学元件的第一表面上的第一光学衍射光栅和第一液晶对准配置；

第二光学元件，具有设置在所述第二光学元件的第二表面上的第二光学衍射光栅和第二液晶对准配置，

其中所述第一光学元件的第一表面面向所述第二光学元件的第二表面；以及

第一液晶材料，设置在所述第一光学元件的第一表面和所述第二光学元件的第二表面之间；

其中所述第一光学衍射光栅由衍射元件的同心环形成，并且其中所述第二液晶对准配置包括跨越所述第一光学衍射光栅的衍射元件的同心环延伸的多个平行凹槽。

14.根据权利要求13所述的眼科设备，其中所述第一液晶对准配置包括跨越所述第二光学衍射光栅的衍射元件的同心环延伸的多个平行凹槽。

15.根据权利要求14所述的眼科设备，其中形成所述第一液晶对准配置和所述第二液晶对准配置的所述多个平行凹槽具有间距和深度。

16.根据权利要求15所述的眼科设备，其中所述间距的范围为50纳米至1000纳米。

17.根据权利要求15所述的眼科设备，其中所述深度的范围为20纳米至500纳米。

18.根据权利要求14所述的眼科设备，其中形成所述第一液晶对准配置的所述多个平行凹槽平行于形成所述第二液晶对准配置的所述多个平行凹槽。

19.根据权利要求13所述的眼科设备，其中所述第一液晶对准配置和所述第二液晶对准配置分别改变所述第一表面和所述第二表面的表面能。

20.根据权利要求13所述的眼科设备，还包括：

第三光学元件，具有第三表面和第四表面，所述第三表面和所述第四表面形成所述第三光学元件的相对侧，其中所述第三光学元件包括：

在所述第三表面上的第三液晶对准配置，所述第三液晶对准配置平行于所述第一光学元件的第一液晶对准配置；以及

在所述第四表面上的第四液晶对准配置，所述第四液晶对准配置平行于所述第二光学元件的第二液晶对准配置，

其中所述第三液晶对准配置垂直于所述第四液晶对准配置，并且

其中所述第一光学元件的第一液晶对准配置取向为垂直于所述第二光学元件的第二液晶对准配置。

21.根据权利要求20所述的眼科设备，其中所述第三光学元件设置在所述第一光学元件和所述第二光学元件之间，其中所述第一液晶材料设置在所述第一光学元件的第一表面和所述第三光学元件的第三表面之间，并且其中第二液晶材料设置在所述第三光学元件的第四表面和所述第二光学元件的第二表面之间。

22.根据权利要求13所述的眼科设备，还包括：

控制电路，被耦接以向设置在所述第一光学元件和所述第二光学元件上的第一导体和第二导体分别提供电压，其中所述第一导体和所述第二导体至少分别设置在所述第一光学元件和所述第二光学元件的光学区域中。

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