具有厚有效载荷的透氧接触透镜结构

摘要

一种接触透镜结构提供充分的角膜氧合，同时利用电子设备容纳相对较厚的芯。在一种方法中，氧气收集分层(诸如与下面的气隙耦合的透气外层)从环境空气中收集氧气。在角膜侧，氧气分布分层(诸如与上覆气隙耦合的透气内层)向角膜提供氧气分布。两个分层经由氧气路径(诸如穿过相对不可渗透的芯的空气轴)的网络进行连接。因此，氧气收集分层在接触透镜的外表面的一部分上收集氧气，氧气经由氧气路径被传输通过接触透镜的厚度的大部分到达氧气分布分层，在氧气分布分层中，氧气被分布至佩戴者的角膜。

权利要求

1.一种要被设置于眼睛上的接触透镜结构，包括：

电子元件芯，包含电子设备，所述电子元件芯横向地重叠所述眼睛的角膜，其中通过所述电子元件芯的氧气流不足以使所述角膜氧合；

氧气收集分层，包括(a)透气外层和(b)收集底层，所述透气外层暴露于环境氧气；

氧气分布分层，被设置在所述电子元件芯与所述角膜之间，所述氧气分布分层包括：(x)透气内层，所述透气内层被设置在所述角膜之上；和(y)分布覆盖层；以及从所述氧气收集分层的所述收集底层到所述氧气分布分层的所述分布覆盖层的氧气通道的网络，所述收集底层将氧气从所述透气外层输送到所述氧气通道的网络，并且所述分布覆盖层将氧气从所述氧气通道的网络输送到所述透气内层，其中所述氧气通道中的至少一些氧气通道横穿所述电子元件芯。

2.根据权利要求1所述的接触透镜结构，其中所述电子元件芯包括：不透气材料，为所述电子元件芯提供结构框架；以及

电子设备的一个或多个有效载荷，被插入到所述结构框架中。

3.根据权利要求1所述的接触透镜结构，其中所述电子设备包括毫微微投影仪。

4.根据权利要求1所述的接触透镜结构，其中所述电子元件芯还包括以下项中的至少一项：线圈，被电气连接至所述电子设备，所述线圈无线地接收功率并且向所述电子设备提供所述功率，或者天线，被电气连接至所述电子设备，所述天线无线地接收数据并且向所述电子设备提供所述数据。

5.根据权利要求1所述的接触透镜结构，其中所述氧气收集分层横向地重叠所述角膜，所述电子元件芯被夹设在所述氧气收集分层与所述氧气分布分层之间。

6.根据权利要求5所述的接触透镜结构，其中所述电子元件芯包括：不透气材料，为所述电子元件芯提供结构框架；

电子设备的一个或多个有效载荷，通过所述结构框架的外表面中的孔被插入到所述结构框架中；以及到所述电子设备的电气连接，所述电气连接处于所述电子元件芯的外表面上，所述氧气收集分层为所述电气连接提供包封。

7.根据权利要求5所述的接触透镜结构，其中所述氧气收集分层为所述电子设备提供包封。

8.根据权利要求1所述的接触透镜结构，其中所述收集底层和所述分布覆盖层中的至少一个层包括气隙。

9.根据权利要求1所述的接触透镜结构，其中所述收集底层和所述分布覆盖层中的至少一个层包括凹槽矩阵。

10.根据权利要求1所述的接触透镜结构，其中所述透气外层和所述透气内层中的每个层的厚度跨所述接触透镜结构而变化。

11.根据权利要求1所述的接触透镜结构，其中所述电子元件芯包含电气组件，所述电气组件横向地位于横穿所述电子元件芯的氧气通道的两侧。

12.根据权利要求1所述的接触透镜结构，其中所述氧气通道是大体竖直的通道。

13.根据权利要求1所述的接触透镜结构，其中所有的所述氧气通道均位于所述接触透镜结构的光学区的外部。

14.根据权利要求13所述的接触透镜结构，其中所述收集底层和所述分布覆盖层仅在所述接触透镜结构的光学区的外部横向地重叠。

15.根据权利要求1所述的接触透镜结构，其中所述氧气通道中的至少一些氧气通道位于所述接触透镜结构的光学区内。

16.根据权利要求1所述的接触透镜结构，其中所述透气外层、所述电子元件芯和所述透气内层在所述接触透镜结构的光学区的外部粘合在一起。

17.根据权利要求1所述的接触透镜结构，其中当所述接触透镜结构被设置于所述眼睛上时，所述接触透镜结构在所述角膜之上形成泪袋，所述接触透镜结构还包括：泪道，所述泪道促进泪液流入和流出所述泪袋。

18.根据权利要求1所述的接触透镜结构，还包括抗反射涂层，所述抗反射涂层位于在所述电子元件芯与所述收集底层和所述分布覆盖层中的至少一个层之间的界面处。

19.根据权利要求1所述的接触透镜结构，其中所述电子元件芯和所述氧气收集分层不是针对个体而被定制的，并且所述氧气分布分层是针对个体而被定制的。

20.一种要被设置于眼睛上的接触透镜结构，包括：

芯，横向地重叠所述眼睛的角膜，其中通过所述芯的氧气流不足以使所述角膜氧合；

氧气收集分层，包括(a)透气外层和(b)收集底层，所述透气外层暴露于环境氧气；

氧气分布分层，被设置在所述芯与所述角膜之间，所述氧气分布分层包括：(x)透气内层，所述透气内层被设置在所述角膜之上；和(y)分布覆盖层；以及从所述氧气收集分层的所述收集底层到所述氧气分布分层的所述分布覆盖层的氧气通道的网络，所述收集底层将氧气从所述透气外层输送到所述氧气通道的网络，并且所述分布覆盖层将氧气从所述氧气通道的网络输送到所述透气内层，其中所述氧气通道中的至少一些氧气通道横穿所述芯。

说明书

具有厚有效载荷的透氧接触透镜结构

[0001] 相关申请的交叉引用

[0002] 本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2017年2月3日提交的美国临时专利申请序列号62/454,607；于2017年5月22日提交的美国临时专利申请序列号62/509,543；以及于2018年1月31日提交的美国申请号15/885,079的优先权，所述申请案中的每一者以全文引用的方式并入本文中。

背景技术

[0003] 1.技术领域

[0004] 本公开总体上涉及接触透镜结构，并且具体涉及可以承载有源设备的有效载荷的透氧接触透镜结构。

[0005] 2.相关领域的描述

[0006] 提供屈光视力矫正的接触透镜是十分普遍的。此外，治疗透镜可以用于治疗眼睛疾病和损伤。例如，除提供屈光视力矫正之外，被支撑在眼睛外围处的巩膜接触透镜还可以用来治疗角膜病症和严重的干眼症。

[0007] 由于人类角膜内缺少血管，构成角膜的组织通过暴露于空气而接收氧气。因此，为了维持角膜健康，设置于角膜上的任何接触透镜都需要至少阈值量的透氧性，以允许角膜的充分氧合。

附图说明

[0008] 本公开的实施例具有其它优点和特征，该其它优点和特征在结合附图中的示例时将通过以下详细描述和随附权利要求书而变得显而易见，在附图中：

[0009] 图1示出了安装在眼睛上的巩膜接触透镜结构的横截面图。

[0010] 图2A是能够容纳厚有效载荷的双隙接触透镜结构的横截面图。

[0011] 图2B是能够容纳厚有效载荷的另一双隙接触透镜结构的横截面图。

[0012] 图3是双隙接触透镜结构的俯视图。

[0013] 图4A和图4B分别是图示了双隙接触透镜结构的内部气隙和外部气隙的横向延伸的俯视图。

[0014] 图5A是双隙接触透镜结构的特写横截面图。

[0015] 图5B是使用高Dk材料而非气隙的双隙接触透镜结构的特写横截面图。

[0016] 图6是具有多个主动有效载荷的双隙接触透镜结构的横截面图。

[0017] 图7是胶区中具有增加的外层和内层的厚度的双隙接触透镜结构的横截面图。

[0018] 图8是在胶区中具有减小的芯厚度的双隙接触透镜结构的横截面图。

[0019] 图9是另一接触透镜结构的横截面图。

[0020] 图10是具有泪道的接触透镜结构的内层的俯视图。

[0021] 图11是在透镜制造期间的巩膜接触透镜结构的横截面图。

具体实施方式

[0022] 附图和以下描述仅通过说明的方式涉及了优选实施例。应该注意，根据以下论述，在不脱离所要求保护的内容的原理的情况下，本文中所公开的结构和方法的备选实施例将被容易地识别为可行的备选方案。

[0023] 不同类型的接触透镜结构可以用来执行不同功能。在一些情况下，接触透镜结构可以包含有源设备，该有源设备将被称为主动有效载荷。例如，有源接触透镜结构可以包含传感器设备，该传感器设备用于监测泪液中的葡萄糖浓度或者用于测量眼内压。作为另一示例，非常小的(多个)投影仪和/或(多个)相机可以被包含在接触透镜结构中。例如，接触透镜显示器包括接触透镜结构，该接触透镜结构包含投影仪(诸如“毫微微投影仪”)，如由Deering在“Systems using eye mounted displays”的美国专利号8,786,675中所描述的，该专利通过引用并入本文中。投影仪可以将图像投影到佩戴者的视网膜上，从而将虚拟物体叠加到佩戴者的视野上。因此，当人正佩戴着接触透镜显示器时，其可以领会增强现实。其它主动有效载荷可以包括其它电子设备、光学设备或微机电设备。

[0024] 为了将有效载荷嵌入接触透镜结构内，接触透镜结构必须厚到足以容纳有效载荷并且还为有效载荷提供足够的机械支撑。然而，增加厚度减少了向角膜的氧气传输。此外，相对不可渗透的材料可以用于为有效载荷提供机械支撑，从而进一步减少了向角膜的氧气传输。角膜氧合不足可能会导致眼睛不适，并且因此对佩戴者来说是无法忍受的。

[0025] 为了避免这种情况，在一种方法中，具有包含(多个)有效载荷的相对不可渗透的芯的接触透镜结构可以通过提供以下项来使角膜充分氧合：用于从空气收集氧气的结构、用于将氧气分布在角膜上的结构以及在穿过或围绕芯的两个结构之间的路径。这些结构通常是薄层，以便防止整体接触透镜变得过厚。第一结构(还可以被称为氧气收集分层(stratum))可以是接触透镜的外层，该外层是透气的并且暴露于环境氧气，与外层与芯之间的气隙耦合以提供横向氧气移动。面朝角膜的结构(还被称为氧气分布分层)可以是接触透镜的内层，该内层是透气的并且被设置于角膜之上(通常具有中间的泪液层)，与跨角膜提供氧气的横向分布的气隙耦合。这两个分层之间的路径可以采用不同形式。在一种方法中，这些路径是这两个分层之间的氧气通道网络，例如穿过不可渗透芯的孔。

[0026] 如下，氧气从周围环境被输送到角膜。接触透镜的透气外层暴露出可以收集氧气的表面，其中下面的气隙将氧气输送到氧气路径的网络。氧气路径输送氧气通过透镜的大部分厚度。通路的角膜侧上的气隙将氧气输送到接触透镜的透气内层，氧气通过该透气内层到达角膜。

[0027] 因为存在两个气隙，一个气隙位于外部接触透镜层与芯之间的收集侧上，并且一个气隙位于芯与内部接触透镜层之间的分布侧上，所以这些接触透镜结构有时被称为“双隙接触透镜结构”。在一些情况下，并非气隙，而是促进氧气的收集和分布的其它层可以被使用。出于方便起见，这些还将被称为“双隙”结构，即使这些结构可以不具有物理气隙。下文描述了双隙接触透镜结构的示例。

[0028] 图1示出了安装在眼睛上的巩膜接触透镜结构的横截面图。眼睛102包括角膜104和巩膜106。接触透镜结构110被设计为接触巩膜106，并且在角膜104之上形成泪液层108。泪液层可以在角膜之上具有大约10微米到大约200微米的厚度。氧气以一定速率渗透穿过接触透镜结构110和泪液层108到达角膜104，该速率取决于接触透镜结构110的几何结构以及形成接触透镜结构110的材料的氧气传输率特性和厚度。

[0029] 接触透镜结构110包含(多个)有效载荷，该(多个)有效载荷可以包括有源电子元件。主动有效载荷可以包括：有源电子元件114，其位于接触透镜结构110的光学区120内；以及有源电子元件112，其位于光学区外部。作为一个示例，有效载荷可以包括毫微微投影仪114和对应电子元件112，该毫微微投影仪将图像投影到佩戴者的视网膜上，该对应电子元件用于操作毫微微投影仪。其它有效载荷可以包括无源设备，诸如用于无线功率或数据传输的线圈或天线。

[0030] 接触透镜110的光学区120是光在途中传递到视网膜所穿过的部分。这可以是来自外部世界的光，该光由眼睛成像到视网膜上。其还可以是由毫微微投影仪114产生的光，该光被投影到视网膜上。例如，接触透镜结构110的置于巩膜106上的部分位于光学区外部，并且如果透镜的该部分是不透明的或遮光的，那么佩戴者对外部世界的视野不受影响。另一方面，接触透镜110的中心部分位于光学区内。光学区120的直径通常为2毫米至8毫米。此外，光学区120小于角膜104。因此，接触透镜结构110的位于光学区120外部的部分仍然可以重叠角膜104。

[0031] 接触透镜结构110具有外表面132和内表面136。如本文中所使用，诸如“外部”、“在…之上”、“顶部”、“向上”以及“前面”的术语是指远离佩戴者的眼睛的方向，而诸如“内部”、“在…下方”、“底部”、“向下”以及“后面”的术语是指朝向佩戴者的眼睛的方向。

[0032] 常规接触透镜结构110可以由刚性透气材料构造，该刚性透气材料具有大约的透氧性，通常被描述为Dk＝“100”，其中D对应于以 为单位测得的扩散常数，并且k对应于每单位O2分压的O2浓度，并且以
为单位测得。因此 ，200微米厚的该材料具有氧气传输率
其通常被描述为Dk/t＝“50”，其中t与材料的厚
度相对应。通常，针对日常佩戴的接触透镜，Dk/t＝“24”的氧气传输率是推荐的最小值，而针对与角膜接触的长期佩戴的透镜，Dk/t＝“87”的氧气传输率是推荐的最小值。参见例如Holden和Mertz的Investigative Ophthalmology and Visual Science25:1161-1167，
1984年。Dk可以以Barrers为单位测得，其中，
并且
是指在STP(标准温度和压力)占据1立方厘米(1cc)的空间的气体分子数，如使用理想气体定律计算得到的。

[0033] 此外，因为巩膜透镜(诸如图1中所图示的接触透镜结构110)在接触透镜结构110与角膜104之间形成泪袋(tear pocket)108，所以还必须考虑泪袋108的氧气传输率(Dk/t)。因此，厚度大于几百微米的常规刚性透气巩膜透镜通常不满足氧气传输要求。由于这些氧气传输要求，常规巩膜接触透镜结构通常无法容纳厚度为500微米到1000微米或更多的有效载荷。然而，许多主动有效载荷需要这种较大厚度。

[0034] 图2A是能够容纳厚有效载荷(例如，大于500微米厚)的双隙接触透镜结构200的横截面图。该透镜结构200是具有外层202、中间层或芯204以及内层206的巩膜接触透镜。当佩戴透镜时，内层206接触眼睛上的泪液层，并且外层202暴露于空气中(除了在佩戴者闭上他们的眼睛或眨眼的情况之外)。作为参考，虽然在图2A中未绘制实际结构，但是示出了眼睛102、角膜104以及巩膜106的位置。外层202和内层206相对较薄，并且由可透氧的材料制成，诸如刚性透气(“RGP”)塑料。芯204厚到足以容纳有效载荷。其还可以由透氧材料(诸如RGP)制成或者由不透氧材料(诸如聚(甲基丙烯酸甲酯)(“PMMA”))制成。其它透氧材料可以代替RGP，并且其它透氧材料或不透氧材料可以代替PMMA。在一些实施例中，芯204不包含有效载荷，但是具有一定厚度，该厚度使得具有芯204的厚度和材料的常规巩膜透镜将具有不足的氧气传输。

[0035] 外层202、芯204以及内层206经由接触透镜结构200的外围附近的胶层208在光学区220的外部彼此接合。用于胶层208的合适胶包括医用级光学胶合剂。可以适用于该申请的示例胶包括来自Norland Products,Cranbury,NJ.的光学粘合剂。

[0036] 在光学区内并且在胶层208的半径之外，外层202通过外部气隙212来与芯204分离。此外，内层206通过内部气隙216来与芯204分离。在一些实施例中，将内层206接合至芯204的胶层208位于角膜104外部，使得内部气隙216与基本上所有的佩戴者的角膜104横向重叠。外部气隙212和/或内部气隙216可以包含间隔件(未示出)，该间隔件用于维持接触透镜结构的间隙距离和整体结构完整性。芯204可以具有在其表面中的任一表面或两个表面上的抗反射涂层，以便减少芯204与外部气隙和内部气隙212/216之间的界面处的光学反射。

[0037] 外部气隙212和内部气隙216经由氧气通道214连接，这些氧气通道中的一些氧气通道穿过芯204。通道214可以是形成于芯204中的孔。这些通道充当使得氧气从外部气隙212到达内部气隙216的通路。在一些实施例中，通道214基本上垂直地定向并且穿过芯204的整个厚度。通道214可以被钻削通过芯204，或者可以被形成为用于形成芯的模制过程的部分。通道214可以各自具有大体上均匀的横截面(例如圆形横截面)，例如其中，直径的范围介于约5微米到约0.5毫米。

[0038] 因为外层202暴露于空气，所以氧气能够从周围空气通过外层202的透氧材料扩散到外部气隙212。外部气隙212中收集的氧气快速地通过氧气通道214扩散到内部气隙216，其中，其可以扩散通过内层206的透氧材料以到达佩戴者的泪液层和下面的角膜。如果内部气隙216覆盖佩戴者的角膜的较大部分，那么氧气可以通过内层206相当均匀地分布在佩戴者的角膜上。

[0039] 因为外层202和外部气隙212同时起作用以从周围空气收集氧气，所以外层202和外部气隙212可以被统称为“氧气收集分层”。此外，内层206和内部气隙216可以被统称为“氧气分布分层”。因为外部气隙212位于外层202下方，所以外部间隙212可以被称为分层的“收集底层(underlayer)”。类似地，因为内部气隙216位于内层206上方，所以内部气隙216可以被称为分层的“分布覆盖层(overlayer)”。

[0040] 因为通过空气(诸如，间隙212/216和轴214中的空气)的氧气扩散比通过可渗透固体(诸如RGP)的扩散快大约100,000倍，所以接触透镜结构200的氧气传输率主要由外层202和内层206的厚度限定，而不是由气隙212/216或者芯204的厚度限定。例如，考虑如下透镜：其中，收集底层和分布覆盖层具有相等面积。如果接触透镜结构200的外层202和内层206中的每个层具有100微米的厚度，并且由具有“Dk”＝100的RGP材料制成，那么整个透镜结构
200的总“Dk/t”将为约50。换言之，整个透镜结构200的“Dk/t”与200微米厚的RGP材料层的“Dk/t”基本上相似。接触透镜结构200中的气隙212/216的厚度、通道214的直径以及通道
214的数目被选择为确保整个透镜结构的Dk/t足以提供所需的角膜氧合水平。此外，芯204的厚度和结构强度可以被选择为容纳有效载荷。

[0041] 在一些实施例中，接触透镜结构200的外层和内层分别具有大约100微米的厚度。在一些情况下，外层和内层的厚度可以均在大约10微米与大约300微米之间。在一些实施例中，上部气隙和下部气隙的厚度均小于100微米(例如大约75微米厚)。然而，在其它情况下，气隙可以厚达300微米或薄至约0.1微米或更小。若需要，接触透镜结构200的芯204被缩放为能够承载有效载荷(诸如主动有效载荷)，并且可以厚至大约1毫米或更大，大约0.5毫米或更大，并且通常为至少0.1毫米厚。

[0042] 因此，接触透镜结构200可以具有大约1.35毫米(1毫米的芯，上层和下层中的每个层为100微米，并且上部气隙和下部气隙中的每个气隙为75微米)或更大的总厚度。这比可以使用常规巩膜接触透镜实现的厚度更厚，但是对于大多数佩戴者而言仍然显现出舒适厚度。

[0043] 图2B是另一双隙接触透镜结构的横截面图。图2B中所图示的接触透镜结构250与图2A中所图示的接触透镜结构200类似。然而，接触透镜结构250的外层202在光学区220内、通过中央胶层209而被接合至芯204，而不是通过气隙来与芯204分离。中央胶层209内的胶是光学透明的，并且可以被折射率匹配以减少在外层202与中央胶层209之间的边界处的光学反射，并且减少在中央胶层209与芯204之间的边界处的光学反射。此外，中央胶层209可以充当外层202的结构支撑，从而潜在地减少外部气隙212中的间隔件的数目。

[0044] 在中央胶层209与透镜的外围附近的胶层208之间的区域中，外部气隙212将外层202与光学区220外部的芯204分离。另一方面，内层206通过在角膜的直径内的内部气隙216来保持与芯204分离，以便促进氧气通过内层204均匀地分布到佩戴者的角膜。如图2B中所图示，内部气隙216和外部气隙212在光学区220外部重叠，并且通道214还位于光学区220的外部。通道214使得氧气能够通过芯204在外部气隙与内部气隙之间流动。

[0045] 图3是双隙接触透镜结构的自上而下的俯视图。图3中所图示的接触透镜结构300与图2A和图2B中所图示的接触透镜结构200类似。接触透镜结构300的芯承载中央有效载荷305A，该中央有效载荷位于用虚线标记的光学区320内。中央有效载荷305A可以位于接触透镜结构300的中心附近，或者位于光学区320内的芯的其它位置中。因为包含电气组件的大多数主动有效载荷对光不透明，所以这些类型的有效载荷可以仅在必要时位于光学区320内。例如，中央有效载荷305A可以是毫微微投影仪，该毫微微投影仪将图像投影到佩戴者的眼睛的视网膜上，从而需要中央有效载荷305A位于光学区320内。

[0046] 芯可以承载多于一个的有效载荷。例如，接触透镜结构300可以在光学区320外部的接触透镜结构的区域中承载第二有效载荷305B，诸如控制器芯片和/或功率线圈。外围有效载荷305B经由电气连接325连接至光学区320内的中央有效载荷305A。

[0047] 空气轴314是穿过接触透镜结构300的芯的孔。虽然图3图示了十二个空气轴314(这些空气轴具有跨光学区320外部的芯均匀地分布的圆形横截面)，但是空气轴的实际数目及其相应形状、直径以及位置在特定透镜结构设计中是工程选择问题。

[0048] 间隔件318可以放置在上部气隙和/或下部气隙内，以维持接触透镜结构300的间隙尺寸和整体结构完整性。如图3中所图示，间隔件318可以位于下部气隙或上部气隙内的光学区320内(在上部气隙延伸到光学区内的情况下，例如图2A中所图示)。可替代地，一些或所有间隔件318可以位于光学区320外部。间隔件318可以是塑料微珠、圆柱形或矩形柱或者任何其它类型的结构组件。间隔件318可以由透明材料制成。在其它实施例中，因为间隔件318仅占据光学区320的一小部分区域，所以它们由非透明材料制成，但不会显著影响佩戴者的可见度。

[0049] 接触透镜结构300还包括胶坝319，该胶坝将光学区320与外围胶区域340分离，在外围胶区域340中接触透镜结构的层胶合在一起。胶坝319是接触透镜结构300的层之间的固体结构，该固体结构在透镜制造期间限制胶区域340内的胶的流动，从而防止胶进入胶区域340外部的接触透镜结构300的中央部分。

[0050] 图4A和图4B分别是示出了双隙接触透镜结构的内部气隙和外部气隙的俯视图。该接触透镜结构与图2B的接触透镜结构的类似之处在于：外部气隙412保持在光学区外部。在图4A中，内部气隙416从接触透镜结构400的中心向外延伸到半径r1，该半径大到足以涵盖佩戴者的整个角膜。胶区408从半径r1延伸到接触透镜结构400的外围边缘。在一些实施例中，胶区408包括胶坝(未示出)或其它固体结构，以防止液体胶在制造和组装期间进入内部气隙。

[0051] 内部气隙416不需要是圆形的。例如，如图4A中所图示，胶区408可以在小袋430中延伸到气隙416中。袋430可以对应于接触透镜结构400中的可选通孔或开窗的位置，或者对应于接触透镜结构内的其它类型的结构。

[0052] 在图4B中，外部气隙412从第一较小半径r2延伸到第二较大半径r3，这些半径从接触透镜结构400的中心测得。半径r2可以与光学区的半径对应，而半径r3与外围胶区408的半径对应，该外围胶区将上层接合至接触透镜结构400的芯。此外，接触透镜结构400的芯和上层在光学区内的中央胶区409处接合在一起。因此，外部气隙408可以是基本上环形的或环状的。

[0053] 在图4B的示例中，外围胶区408和中央胶区409经由一个或多个轮辐407连接，从而在环形外部气隙408中产生间断点(例如从而将外部气隙408划分成不连贯的区段)。轮辐407可以向接触透镜结构400的外层和芯提供附加结构支撑，并且可以减少或消除对外部气隙412内的间隔件的需求。中央胶区409的胶可以与外围胶区408的胶不同。例如，中央胶区
409的胶是光学透明的，而外围胶区408的胶不需要是光学透明的。作为另一变型，接触透镜结构可以不包含中央胶区(例如与图2A的接触透镜结构200类似)，使得外部气隙基本上是圆形而非环形。

[0054] 在图4A和图4B的示例中，内部气隙的侧面积大约为 而外部气隙的面积大约为 使得任何袋、轮辐或其它偏差衰减。通常，内部气隙的面积被设计为大到足以覆盖整个角膜。角膜上的接触透镜结构的有效传输率Dk/t取决于与气隙相邻的外层和内层的厚度和侧面积。利用下面的气隙增加外层的侧面积增加了暴露于环境氧气的有效区域。内部气隙和外部气隙的尺寸(例如，r1、r2、r3)可以独立于芯的设计来选择，并且不影响接触透镜结构的芯。

[0055] 图5A是双隙接触透镜结构的特写横截面图。接触透镜结构500具有外层502、芯504以及内层506。当透镜被佩戴在佩戴者的眼球上时，内层506与眼睛的表面上的泪液层520接触。外层502暴露于环境氧气。芯504包含有效载荷505，该有效载荷可以包含有源电子元件，诸如毫微微投影仪。

[0056] 外层502通过外部气隙512与芯504分离，该气隙从接触透镜结构500的中心延伸到胶坝519和胶层508。类似地，内层506通过内部气隙516与芯504分离，该内部气隙还延伸到胶坝519和胶层508。间隔件518放置于外部气隙和内部气隙中以维持间隙距离和整体结构完整性。外部气隙512和内部气隙516通过空气轴514连接，该空气轴垂直通过芯504。虽然在图5A中将芯504图示为两个不同区域，但芯504的不同区域可以是单件材料的一部分，该部分包含空气轴514但为连续的。在一些实施例中，外层502和/或内层506可以与芯504直接相邻，但是其中在界面处形成凹槽矩阵。空气能够在由芯504与外层502和/或内层506之间的界面处的凹槽形成的空间内流动，并且流动通过空气轴514。

[0057] 氧气经由空气轴514在气隙512/516中和气隙之间自由扩散。氧气从周围空气通过外层502缓慢扩散，以被收集于外部气隙512中。氧气从外部气隙512通过空气轴514扩散到内部气隙516，并且接着通过透气内层506到达泪液层520和下面的角膜。因为气隙和空气轴中的氧气扩散速率远远大于透氧内层和透氧外层中的氧气扩散速率，所以接触透镜结构的整体氧气传输率(Dk/t)主要由外层和内层的厚度以及外层和内层所覆盖的区域限定，而不是由气隙的厚度或者空气轴或芯504的尺寸限定。因此，芯504可以被设计为容纳有效载荷505。

[0058] 图5B是另一双隙接触透镜结构的特写横截面图。除了使用高度透氧的固体材料522/526代替气隙512/516之外，图5B中所图示的接触透镜结构550与图5A的接触透镜结构
500类似。高Dk固体材料的示例包括聚乙炔，诸如聚(三甲基甲硅烷基丙炔)、聚(四甲基二硅基丁基丙炔)、聚(对叔丁基苯基戊炔)、聚(丙基戊炔)、聚(甲基戊炔)、聚(二甲基硅氧烷)以及类似化合物。这些材料中的一些材料的透氧性是常规RGP材料的透氧性五十倍。

[0059] 在接触透镜结构550中，空气轴514由透氧环524围绕，该透氧环将高Dk材料522/526与空气轴514隔离(类似于相对于胶层508的胶坝519)。环524可以由RGP或另一透氧材料制成，使得氧气能够从高Dk材料522/526扩散至空气轴514。使用高Dk材料522/526而不是气隙可以允许光学折射率与接触透镜结构550的外层502、芯504以及内层506相匹配。高Dk材料522/526还可以为外层和内层提供附加结构支撑。当使用高Dk材料时，间隙厚度、空气轴直径以及空气轴的数目可以被调节为实现针对整个接触透镜结构的所需Dk/t。

[0060] 在一些实施例中，高Dk材料可以仅填充气隙512和516的某些部分。例如，高Dk材料可以仅填充光学区内的上部气隙512的那些部分(例如，与图2B中所图示的中央胶层209类似)，以实现光学折射率匹配。

[0061] 在图5B中，高Dk层，而非气隙，提供了氧气的横向扩散。高Dk层522提供由外层502收集的氧气的横向扩散，并且可以被称为收集底层(由于其位于外层502下方)。类似地，高Dk层526向内层506提供氧气的横向分布，并且可以被称为分布覆盖层。

[0062] 图6是具有多个有效载荷的双隙接触透镜结构的横截面图。图6的接触透镜结构与图2B的接触透镜结构250的类似之处在于：外部气隙没有延伸到光学区620中。接触透镜结构600包括芯604，其中空气轴614将外部气隙612连接至设置于佩戴者的眼睛之上的内部气隙616。芯604包含多个有效载荷605，多个有效载荷中的一些有效载荷包含有源电子元件。电气连接625在有效载荷605之间提供功率和/或数据连接。

[0063] 在该示例中，有效载荷605中的一些有效载荷位于光学区620外部，并且一些有效载荷位于光学区内。此外，有效载荷605中的一些有效载荷位于空气轴614外部，并且一些有效载荷位于空气轴内部。也就是说，存在横向地位于穿过芯604的空气轴614的两侧的有效载荷。例如，光学区620内的有效载荷605可以包括(多个)毫微微投影仪，该毫微微投影仪将图像投影到视网膜上，而光学区外部的有效载荷可以包括电气组件，该电气组件不需要位于光学区(诸如投影仪或控制器芯片、天线或功率线圈)内。在该示例中，天线从外部源无线地接收指令和/或图像数据，控制器芯片处理图像数据和指令并且经由电气连接625将图像数据和指令传输至(多个)毫微微投影仪，并且功率线圈从外部源无线地接收功率，并且经由电气连接625向(多个)毫微微投影仪提供功率。

[0064] 电气连接625连接有效载荷的电子组件，并且可以是导线或导电迹线。电气连接625布线成围绕空气轴614。例如，电气连接625可以在相邻空气轴614之间布线，与图3中所图示的电气连接325类似。在一些实施例中，在接触透镜结构的外部气隙被分成不同部分的情况下(例如图4B中所图示)，电气连接625在外部气隙的不同部分之间的胶层下方(例如在轮辐470下方)布线，以免暴露于外部气隙内的空气。

[0065] 在一些应用中，芯604被设计有不透氧的结构框架，该结构框架为有效载荷605提供机械支撑。具有电气组件的有效载荷605通过框架的外表面(即，框架的面朝外部的一侧)而非通过内表面(即，面朝眼睛的一侧)插入到结构框架中。电气连接625在芯的外表面上进行布线通过芯604。凹口、孔、通道或其它类型的引导元件可以形成于芯604的表面上或形成于芯中，以促进有效载荷605的放置和对准以及电气连接625的布线。覆盖芯604的接触透镜的外层可以用于包封电气组件和电气连接。

[0066] 虽然上文所讨论的示意图将接触透镜结构的外层和内层图示为具有恒定厚度，但是在一些实施例中，厚度可以改变。图7是双隙接触透镜结构的横截面图，其中，外层702和内层706在胶区上较厚。这可以用于为个体佩戴者定制接触透镜。例如，在光学区上的外层702的形状可以被定制为为佩戴者提供所需量的屈光矫正，而在接触透镜的巩膜区域上的内层706的形状可以被定制为适应佩戴者的眼球的物理形状。在一些实施例中，透镜结构
700内的、位于具有不同折射率的材料之间的任何界面可以用于为佩戴者提供屈光矫正。可以通过在金刚石车床上进行精密加工来修改外层和内层的形状。

[0067] 接触透镜结构的芯还可以具有不均匀的厚度轮廓。图8是双隙接触透镜结构的横截面图，该双隙接触透镜结构在胶区中具有增加的外层/内层厚度和减小的芯厚度。图8中所图示的接触透镜结构800的外层/内层的厚度增加可以增加外层802和内层806的刚性水平，而芯804的厚度减小以实现针对接触透镜结构的所需总厚度轮廓。

[0068] 图9是另一接触透镜结构的横截面图。在图9的接触透镜结构900中，呈材料环形式的支撑结构944位于在外层902与内层906之间的接触透镜结构的外围处。有效载荷905被承载在自支撑柱状物或类似结构中，该自支撑柱状物或类似结构跨越外层902与内层906之间。仅示出了一个柱状物，但可以存在具有或不具有有效载荷的附加支撑。剩余空间是空气腔室948，其允许氧气从外层902输送到内层906。

[0069] 在另一方面中，接触透镜结构可以包括泪道，以促进泪液流入和流出接触透镜结构与眼睛之间的泪袋。图10是接触透镜结构的内层的俯视图，该接触透镜结构具有促进循环的泪道。接触透镜结构1000的内层1006包含泪道1054，诸如形成在内层1006的内表面上的凹槽或通道。泪道1054的深度可以小于内层1006的厚度，或其泪道1054可以延伸穿过内层的整个厚度。在该示例中，泪道1054延伸足够深以延伸到接触透镜结构中以到达泪袋1008，从而允许接触透镜外部的泪液循环流入泪袋中，但不足以到达内部气隙1016，从而防止泪液污染气隙。在一些应用中，泪液可以通过泪道1054引导入芯中或者引导入有效载荷中。例如，如果主动有效载荷是葡萄糖传感器，那么其可以接触泪液以便获得传感器读数。

[0070] 可以为个体佩戴者定制上文所描述的接触透镜结构。图11是在制造期间的巩膜接触透镜结构的横截面图。接触透镜结构可以包含所有佩戴者共有的特征，并且还可以包含针对每个个体佩戴者定制的特征。定制特征通常包括外表面的形状以及内表面的形状，该外表面的形状例如用于向佩戴者提供适当量的屈光矫正，该内表面的形状例如使得接触透镜恰当地适配佩戴者的眼睛。共有特征通常包括提供设备功能的有效载荷。在这种情况下，包含(多个)有效载荷1105的芯1104是通用组件，该通用组件对于大部分群体而言是相同的。外层1102和内层1106是可定制的。外层1102可以(例如用车床)成形成为佩戴者提供屈光矫正，而内层1106可以被成形成适配佩戴者的眼球。外层1102、芯1104以及内层1106可以通过在定制之前或在定制之后接合来进行组装。此外，接触透镜结构的边缘(外围)可以被减薄或圆化以增强佩戴者的舒适性。在其它实施例中，内层1106可以被成形为既为佩戴者提供屈光矫正，又适配佩戴者的眼球，从而使得外层1102能够被制造成具有芯1104的通用组件。

[0071] 例如，接触透镜结构的生产和定制可以涉及(多个)制造商、接触透镜实验室以及本地零售商。制造商生产“前体”或“坯件”。这些前体或坯件是部分制造的接触透镜结构，并且优选地已经包括与商业上可行的一样多的共有特征(诸如通信芯)，但尚未针对特定佩戴者定制这些特征。

[0072] 佩戴者通过零售商例如结合访问眼保健专业人员(眼科医生、验光师、配镜师)订购其接触透镜。然而，相同的最终接触透镜产品无法用于所有个体。通常，接触透镜产品基于佩戴者的眼球的形状进行定制，并且若存在，提供适合佩戴者的屈光矫正。

[0073] 零售商从佩戴者获得指定佩戴者的定制的信息。前体/坯件的定制由接触透镜实验室执行。实验室从制造商获得前体。实验室还从零售商接收订单。基于零售商所提供的信息，实验室将每个接触透镜前体加工成针对特定用户定制的接触透镜结构。定制的接触透镜结构被发货给零售商，零售商将其提供给佩戴者。

[0074] 出于说明的目的，已经呈现了本发明的实施例的前述描述；其不旨在穷举或者将本公开限制为所公开的精确形式，而是仅仅说明不同示例。应该理解，本公开的范围包括上文未详细地讨论的其它实施例。相关领域的技术人员可以理解，在不脱离如随附权利要求书中所限定的精神和范围的情况下，根据上述公开内容，许多修改和变型是可能的。因此，本发明的范围应该由随附权利要求书及其合法等效物确定。

[0075] 最后，本说明书中所使用的语言主要是出于可读性和指导目的而选择的，并且这种语言可能未经选择为描绘或限制本发明的主题。因此，本发明的范围旨在不受此详细描述的限制，而是受基于此详细描述的申请发布的任何权利要求的限制。因此，本发明的实施例的公开内容旨在是说明性的，而非限制本发明的范围，本发明的范围在以下权利要求书中进行阐述。