RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 182796 (21 ) N um er zgłoszenia: 323675 (13) B1 (22) Data zgłoszenia: 01.06.1996 ( 5 1 ) I n t c l7 (5 1) IntCl7 (86) Data i num er zgłoszenia międzynarodowego: G02B 3/12 01.06.1996, PCT/GB96/01304 G 0 2B 3/14 (87) Data i num er publikacji zgłoszenia G02C 7/08 m iędzynarodowego: G02B 7/188 05.12.1996, W096/38744, PCT Gazette nr 53/96 (54)Okulary optyczne (30) Pierwszeństwo: 01.06.1995,GB,9511091.2 (73) Uprawniony z patentu: Silver Joshua David, Oxford, GB (43) Zgłoszenie ogłoszono: 14.04.1998 BUP 08/98 (72) Twórcy wynalazku: Joshua David Silver, Oxford, GB (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 29.03.2002 WUP 03/02 (74) Pełnomocnik: Karcz Katarzyna, PATPOL Spółka z 0.0. PL 182796 B1 (57) 1. Okulary optyczne zawierające przynajmniej jedną soczewkę napełnianą cieczą, oprawkę, pompkę cieczową do ustawiania ciśnienia cieczy we wnętrzu soczewki, zamykalny przewód łączący wnętrze soczewki z pompką, umożliwiający przepływ cieczy między nimi oraz zamknięcie zamykające przewód po uzyskaniu pożądanego ciśnienia cieczy we wnętrzu soczewki, uniemożliwiające zarazem dalszą regulację soczewki, znamienne tym, że zamykalny przewód (39) jest giętki, zaś w oprawce okularów znajduje się przynajmniej jedna wnęka (37), w której przewód (39) pozostaje po zamknięciu. Fig. 1
Okulary optyczne Zastrzeżenia patentowe 1. Okulary optyczne zawierające przynajmniej jedną soczewkę napełnianą cieczą oprawkę, pompkę cieczową do ustawiania ciśnienia cieczy we wnętrzu soczewki, zamykalny przewód łączący wnętrze soczewki z pompką, umożliwiający przepływ cieczy między nimi oraz zamknięcie zamykające przewód po uzyskaniu pożądanego ciśnienia cieczy we wnętrzu soczewki, uniemożliwiające zarazem dalszą regulację soczewki, znamienne tym, że zamykalny przewód (39) jest giętki, zaś w oprawce okularów znajduje się przynajmniej jedna wnęka (37), w której przewód (39) pozostaje po zamknięciu. 2. Okulary według zastrz. 1, znamienne tym, że przynajmniej jedna wnęka (37) jest zamykalna i po zamknięciu zakrywa zamknięty przewód (39). 3. Okulary według zastrz. 1, znamienne tym, że zamykalny przewód (39) ma część trwale odkształcalną, która po odkształceniu tworzy część zamknięcia. 4. Okulary według zastrz. 3, znamienne tym, że trwale odkształcalna część przewodu (39) ulega odkształceniu po ściśnięciu. 5. Okulary według zastrz. 3, znamienne tym, że trwale odkształcalna część przewodu (39) ulega odkształceniu po podgrzaniu. 6. Okulary według zastrz. 3, znamienne tym, że trwale odkształcalna część przewodu (39) ulega odkształceniu po pobudzeniu ultradźwiękami. 7. Okulary według zastrz. 1, znamienne tym, że pompkę (35) stanowi pompka wyporowa umożliwiająca zwiększanie i zmniejszanie ciśnienia cieczy we wnętrzu soczewki (11a, 11b). 8. Okulary według zastrz. 7, znamienne tym, że pompkę (35) stanowi strzykawka. 9. Okulary według zastrz. 1, znamienne tym, że zawierają dwie soczewki (11a, 11b) napełniane cieczą i każda soczewka wyposażona jest w pompkę cieczową (35) i zamykalny przewód (39). 10. Okulary według zastrz. 1, znamienne tym, że zawierają dwie soczewki (11a, 11b) napełniane cieczą i każda soczewka zaopatrzona jest w sztywną, przezroczystą osłonę (44, 45) ochraniającą giętką membranę soczewki. 11. Okulary według zastrz. 10, znamienne tym, że osłona (44, 45) ma własności korygujące optycznie. 12. Okulary według zastrz. 10 albo 11, znamienne tym, że osłona (44, 45) ma własności filtrujące. 13. Okulary według zastrz. 1, znamienne tym, że soczewka (11a, 11b) napełniana cieczą wypełniona jest wstępnie określoną ilością cieczy, zaś pompka (35) dostosowuje ciśnienie cieczy wewnątrz soczewki w ograniczonym zakresie. * * * Przedmiotem wynalazku są okulary optyczne, w szczególności zawierające przynajmniej jedną soczewkę napełnianą cieczą. Znane jest rozwiązanie, w którym soczewki napełniane cieczą stanowi jedna lub więcej przezroczystych, okrągłych i sprężystych membran ściśniętych wzdłuż brzegów, ograniczających wnętrze soczewki. Wnętrze to wypełniane jest przezroczystą cieczą, której ciśnienie można regulować za pomocą pompki wyporowej takiej, jak strzykawka. Zmiany ciśnienia cieczy we wnętrzu powodują zmiany krzywizny soczewek, które stanowią membrany wraz z wypełniającą je cieczą. W wyniku tego uzyskać można soczewki o nieograniczonej możliwości dostosowywania ich mocy.
182 796 3 Tego typu urządzenie ujawniono w amerykańskim opisie patentowym 4890903, dotyczącym soczewek napełnianych cieczą oraz urządzeń optycznych, przykładowo okularów, wykorzystujących takie soczewki. Soczewki napełniane cieczą znane są od dziesiątek lat, a mimo to nie wykorzystano ich jak dotąd w celach czysto praktycznych jako element urządzenia do korygowania wad wzroku. Okulary optyczne według wynalazku, zawierające przynajmniej jedną soczewkę napełnianą cieczą oprawkę, pompkę cieczową do ustawiania ciśnienia cieczy we wnętrzu, soczewki, zamykalny przewód łączący wnętrze soczewki z pompką, umożliwiający przepływ cieczy między nimi oraz zamknięcie zamykające przewód po uzyskaniu pożądanego ciśnienia cieczy we wnętrzu soczewki, uniemożliwiające zarazem dalszą regulację soczewki, charakteryzują się tym, że zamykalny przewód jest giętki, zaś w oprawce okularów znajduje się przynajmniej jedna wnęka, w której przewód pozostaje po zamknięciu. Wspomniana przynajmniej jedna wnęka korzystnie jest zamykalna i po zaniknięciu zakrywa zamknięty przewód, zaś zamykalny przewód ma część trwale odkształcalną, która po odkształceniu tworzy część zamknięcia. W korzystnym wariancie wynalazku trwale odkształcalna część przewodu ulega odkształceniu po ściśnięciu, po podgrzaniu, ewentualnie po pobudzeniu ultradźwiękami. Również korzystnie pompkę stanowi pompka wyporowa umożliwiająca zwiększanie i zmniejszanie ciśnienia cieczy we wnętrzu soczewki. Pompkę korzystnie stanowi strzykawka. W kolejnym wariancie wynalazku okulary zawierają dwie soczewki napełniane cieczą i każda soczewka wyposażona jest w pompkę cieczową i zamykalny przewód. Ewentualnie, okulary zawierają dwie soczewki napełniane cieczą i każda soczewka zaopatrzona jest w sztywną przezroczystą osłonę ochraniającą giętką membranę soczewki, przy czym osłona może mieć własności korygujące optycznie i/lub filtrujące. W kolejnym, korzystnym wariancie soczewka napełniana cieczą wypełniona jest wstępnie określoną ilością cieczy, zaś pompka dostosowuje ciśnienie cieczy wewnątrz soczewki w ograniczonym zakresie. Podstawową przewagą okularów według wynalazku nad znanymi okularami z soczewkami napełnianymi cieczą jest to, że soczewki nie są juz regulowane po uzyskaniu pożądanego ustawienia. Inaczej było w przypadku wcześniejszych urządzeń, gdzie soczewki stale można było regulować. Dlatego też soczewki takie nie mogły stanowić części okularów ze względu na nieporęczność pompek potrzebnych do regulacji soczewek, a ponadto ze względu na możliwość wystąpienia odchyleń od optymalnego dla danego właściciela okularów ustawienia. Okulary według wynalazku są zarówno trwałe, jak i praktyczne, czego nie można było powiedzieć znanych soczewkach napełnianych cieczą. Okulary będące przedmiotem niniejszego wynalazku mogą być produkowane seryjnie, bez konieczności dokonywania jakiegokolwiek zróżnicowania między nimi. Dzięki temu ich cena może być wystarczająco niska, by mogli sobie na nie pozwolić mieszkańcy krajów rozwijających się lub pomagające im organizacje charytatywne. Przedmiot wynalazku został przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w częściowym przekroju okulary z soczewkami napełnianymi cieczą; fig. 2a przedstawia przekrój poprzeczny wzdłuż linii 2-2 pokazanej na fig. 1, pokazujący szczegóły zamocowania membran soczewek; fig. 2b przedstawia bardziej szczegółowo część fig. 2a; fig. 3 przedstawia szczegół zaniknięcia przewodu okularów według wynalazku; fig. 4 przedstawia widok z góry okularów według wynalazku; fig. 5 przedstawia inną formę zamknięcia. Na rysunku pokazano okulary 10 obejmujące parę soczewek 11 a, 11 b napełnianych cieczą z których każda może być wykonana w sposób ujawniony w amerykańskim opisie patentowym 4890903. Soczewki 11 a, 11 b umieszczone są w ramce 12 mającej kształt typowy dla okularów. Obejmuje ona mostek 12a i parę rączek 12b (z których jedną pokazano na fig. 1), przymocowanych do ramki 12 w tradycyjny sposób, przykładowo za pomocą nitów lub śrub 13.
4 182 796 Figury 2a i 2b pokazują, że ramka 12 w pobliżu soczewek 11 a, 11 b charakteryzuje się strukturą warstwową, obejmującą warstwę wierzchnią 14, spodnią 16 i środkową 17 znajdującą się między pierwszymi dwiema. Para sprężystych, przezroczystych membran 18, 19 (przykładowo z materiału Mylar (RTM) typu D o grubości 23 mikronów) umocowana jest odpowiednio między warstwą środkowa 17 a wierzchnią 14 i między środkową 17 a spodnią 16, wyznaczając w ten sposób wnętrze 20 soczewek napełnianych cieczą. Membrany 18, 19 są okrągłe, natomiast warstwy 14, 16, 17 zaopatrzone są w szeregi umieszczonych po okręgu otworów 22 przykładowo na śruby 23 do mocowania membran 18, 19 między warstwami. Korzystne jest, by każdy z otworów 22 w spodniej warstwie 16 był nagwintowany w sposób dostosowany do nagwintowanego końca śruby 23. Jak widać na fig. 2b, membrany 18, 19 zamocowane są za pośrednictwem przeciwległych uszczelek typu O-ring w sposób przedstawiony w amerykańskim opisie patentowym 4890903. Takie zamocowanie zapewnia, że na każdą membranę działać będzie siła nacisku skierowana promieniście na zewnątrz. Elementy przedstawione na fig. 2a i 2b pokazane są w oddaleniu od siebie, ale w trakcie użytkowania urządzenia są one ze sobą ściśle połączone z pomocą śrub 23. Jak pokazuje fig. 1, wnętrze 20 każdej z soczewek 11 a, 11 b połączone jest z kanałem 24 biegnącym przez środkową warstwę 17. Koniec kanału 24 znajduje się we wgłębieniu 25, które otwarte jest od zewnętrznej strony ramki 12 okularów 10. Wgłębienie 25 przystosowane jest do tego, by szczelnie objąć rurkę do napełniania soczewki przezroczystą cieczą. W taki oto sposób napełnianie każdej z soczewek odbywa się za pośrednictwem wgłębienia 25 i sąsiadującego kanału 24. Rozwiązanie zaprezentowane na fig. 1 obejmuje zawór 27 składający się z trzonka 27a, wewnątrz którego znajduje się otwór 27b biegnący na wylot. Otwór ten w wyniku zmiany ustawienia znaleźć się może na linii przecięcia z osią wzdłużną kanału 24, co pozwala z kolei na przepływ cieczy przez kanał 24. Trzonek 27a obraca się dzięki zastosowaniu radełkowanego pierścienia 28, co umożliwia obracanie się otworu 27b, tak aby nie znajdował się on na linii osi wzdłużnej kanału 24. Dzięki temu w dowolnym momencie można kanał zamknąć. Okulary pokazane na fig. 1 obejmują kolejne, nagwintowane wgłębienie 29, biegnące między skrajem środkowej warstwy 17 a kolejnym przewodem 30, również połączonym z wnętrzem 20 każdej z soczewek 11a, 11b. Nagwintowana zatyczka 31 wkręcana jest szczelnie we wgłębienie 29, zamykając w ten sposób skutecznie przewód 30. Obecność przewodu 30 i wgłębienia 29 pozwala na usuwanie gazu z wnętrza 20 w trakcie jego napełniania cieczą. Po napełnieniu przewód 30 zamykany jest z pomocą zatyczki 31 uniemożliwiając w ten sposób wyciek cieczy na zewnątrz. Chociaż okulary pokazane na fig. 1 są szczególnie skuteczne w korygowaniu wad wzroku, można by im zarzucić nieporęczność ze względu na obecność zaworu 27, zatyczki 31 i toporność ramki 12. Rozwiązania według wynalazku pokazane na fig. 3 do 5 służą więc stworzeniu okularów o lżejszej konstrukcji i atrakcyjniejszym wyglądzie. Przewiduje się, że rozwiązania wykorzystywane w produkcji takich okularów uwzględniałyby wstępne napełnienie wnętrza 20 soczewek określoną objętością przezroczystej cieczy Jako że proces wstępnego napełniania odbywałby się w fabryce, przewód 30 mógłby być po napełnieniu szczelnie zamykany na stałe, przykładowo poprzez spawanie, wypełnienie tężejącą substancją lub wkręcenie wpuszczanej zatyczki do nagwintowanego otworu podobnego do wgłębienia 29. Dzięki temu masowo produkowane okulary mogłyby się obejść bez zatyczki 31, co przyczyniłoby się do zmniejszenia wagi i poprawienia wyglądu okularów. Na fig. 3 przedstawiono szczegół zaniknięcia przewodu okularów według wynalazku, w którym kanał 24 przechodzi w odcinek 36 o zwiększonej średnicy, którego koniec położony jest w podłużnej wnęce 37, które z kolei stanowi obniżenie zewnętrznej powierzchni środkowej warstwy 17 ramki 12. Odcinek 36 o powiększonej średnicy zaopatrzony jest w osadzoną w tradycyjny sposób uszczelkę 38 typu O-ring, służącą do utrzymywania giętkiego, pustego w środku przewodu 39.
182 796 5 Pierścień 38 ściśle obejmuje przewód 39 i przylega do wnętrza odcinka 36 o powiększonej średnicy, w wyniku czego przez przewód 39 może przepływać ciecz płynąc przez kanał 24 do wnętrza 20. Zgodnie z alternatywnym rozwiązaniem przewód 39 może być bezpośrednio połączony przykładowo z kanałem 24, przez co pierścień 38 stawałby się zbyteczny. Wolny koniec 40 przewodu 39 może być połączony z pompką wyporową taką jak strzykawka 35, do regulowania ciśnienia cieczy we wnętrzu 20. Po dostosowaniu ciśnienia cieczy i uzyskaniu soczewki 20 o odpowiedniej liczbie dioptrii, przewód 39 jest szczelnie zamykany za pomocą szczęk 42. Przewód 39 może ulegać plastycznym odkształceniom pod wpływem ciepła, ciśnienia i/lub poprzez pobudzenie ultradźwiękami. Szczęki 42 charakteryzować się mogą takimi właściwościami, by dostarczyć odpowiednią formę energii przewodowi 39 w momencie zetknięcia się z jej przeciwległymi ściankami. Szczególnie korzystnym rozwiązaniem dotyczącym szczęk 42, które wykorzystać by można w krajach trzeciego świata, jest podgrzanie ich z pomocą palnika propanowego, przez co powodowałyby one plastyczne odkształcenie przewodu 39 po zetknięciu się z nią, umożliwiając jej szczelne zaniknięcie. Możliwe jest zastosowanie szeregu innych sposobów uszczelniania przewodu 39, przykładowo zwężąjącego kołnierza nasadzanego na przewód 39. Możliwe jest też zastosowanie alternatywnych sposobów unieruchamiania przewodu 39 we wnętrzu odcinka 36 o powiększonej średnicy. Po uszczelnieniu przewodu 39 wtykana jest ona do wgłębienia 37. Do zewnętrznej powierzchni ramki 12 dopasowana być może na zasadzie zatrzasku nakładka 43 w sposób pokazany na fig. 4. Dzięki temu okulary 10 charakteryzują się atrakcyjniejszym wyglądem. Na fig. 4 w schematyczny sposób z pomocą przerywanej linii pokazano parę sztywnych, przezroczystych pokryw 44, 45 przytwierdzonych po obu stronach każdej z soczewek 11 a, 11b, co zapobiega zniszczeniu tych ostatnich. W razie potrzeby, jak to już wspomniano powyżej, pokrywy 44, 45 charakteryzować się mogą właściwościami korygującymi wady wzroku i/lub właściwościami filtrującymi. W praktyce pokrywy 44, 45 mogą być umieszczone w kopercie wyznaczonej przez samą ramkę 12, przez co okulary zyskują na wyglądzie. Zgodnie z alternatywnym rozwiązaniem pokrywy 44, 45 mogą być przytwierdzone z wykorzystaniem rowków lub zacisków umieszczonych na zewnątrz ramki 12. W rozwiązaniu pokazanym na fig. 5 zrezygnowano z zaworu 27 i wgłębienia 25. W zamian każdy kanał 24 zaopatrzony jest w odcinek 24a, charakteryzujący się większą średnicą by w niewidoczny sposób pomieścić ulegającą sprężystym odkształceniom zatyczkę 33, zamykającą ujście kanału 24. W razie potrzeby dostosowania ciśnienia we wnętrzu 20, do kanału 24 wprowadzana jest igła 34 do podskórnych zastrzyków, przytwierdzona do strzykawki 35 służącej za pompkę wyporową zawierającej przezroczystą ciecz (przykładowo obojętny olej silikonowy). Igła ta przebija na wylot zatyczkę 33 umożliwiając przepływanie cieczy między strzykawką 35 a wnętrzem 20. W trakcie tego procesu sprężystość substancji, z jakiej wykonana jest zatyczka 33 powoduje szczelne przywarcie tej zatyczki do igły 34. Zapobiega to wyciekom cieczy z wnętrza 20. Po dostosowaniu ciśnienia we wnętrzu 20 poprzez przesuwanie tłoka strzykawki 35, igła 34 wyjmowana jest z zatyczki 33. Sprężystość tej zatyczki sprawia, że otwór, jaki zrobiła igła 34, sam się zamyka. Oznacza to zarazem zamknięcie kanału 24, a co za tym idzie, uniemożliwia dalszą regulację mocy soczewki optycznej. Możliwe jest wsunięcie odpowiedniej nasadki do górnego końca 24b kanału 24, co zapobiegłoby dostawaniu się do środka kurzu i temu podobnych. Poniżej opisany jest sposób regulacji okularów według wynalazku. Jak wspomniano powyżej, okulary mogą być wstępnie napełniane odpowiednią przezroczystą cieczą. Pacjent zakłada okulary, zamyka jedno oko i dostosowuje ciśnienie cieczy wewnątrz soczewki znajdującej się przed drugim okiem. Patrzy przy tym jednocześnie przykładowo na oddalony lub zbliżony obiekt w celu uzyskania ostrego obrazu. Następnie pacjent zamyka otwarte dotąd
6 182 796 oko i otwiera zamknięte. Dostosowuje ciśnienie cieczy wewnątrz soczewki znajdującej się przed otwartym okiem, patrząc jednocześnie na oddalony przedmiot w celu uzyskania ostrego obrazu. W odpowiednim momencie (gdy uzyskano pożądane ciśnienie w każdej z soczewek) kanały 24 każdej z soczewek zamykane są przy wykorzystaniu jednego z opisanych tutaj sposobów, w wyniku czego soczewki nie mogą być poddawane dalszej regulacji. W przypadku rozwiązań pokazanych na fig. 3 i 4 po zamknięciu kanału 24, każdy z przewodów 39 we wnętrzu wgłębienia 37 zakrywany jest pokrywą 43. Możliwe jest wykorzystanie uproszczonego sposobu w przypadku konieczności skorygowania wady wzroku jednego tylko oka u użytkownika tego urządzenia. Ten uproszczony sposób zakłada patrzenie na oddalony przedmiot przez okulary według wynalazku, zaopatrzone w przynajmniej jedną soczewkę napełnianą cieczą. Ciśnienie cieczy wewnątrz soczewki jest wówczas ustawiane w celu uzyskania ostrości obrazu widzianego okiem, którego wada wzroku jest korygowana. Następnie kanał 24 urządzenia jest zamykany w jeden z opisanych wcześniej sposobów, w wyniku czego soczewka nie może być potem regulowana. Widać stąd, że urządzenie to stanowi niedrogie rozwiązanie problemu korygowania wad wzroku u bardzo wielu ludzi.
182 796 Fig. 3 Fig. 4 Fig. 5
182 796 Fig.1 Fig. 2a Fig. 2b Departament W ydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.