用于調(diào)制棱鏡和折射界面的曲率變化的方法和設(shè)備的制造方法
【專利說明】用于調(diào)制棱鏡和折射界面的曲率變化的方法和設(shè)備
[0001]相關(guān)申請的交叉參考
[0002]本申請根據(jù)35U.S.C.§ 119(e)主張2012年2月29日提交的標(biāo)題為“Method andApparatus for Modulating Prism and Curvature Change of Refractive Interfaces，，的美國臨時(shí)申請序列號61/604，608的權(quán)益，所述臨時(shí)申請以引用的方式并入本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及自適應(yīng)透鏡的領(lǐng)域，并且明確地說，涉及通過更改形狀來改變折射力的自適應(yīng)透鏡的領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0004]自適應(yīng)透鏡是通過更改曲率或折射率來改變折射力的透鏡。自適應(yīng)透鏡呈現(xiàn)出優(yōu)于常規(guī)固定焦距透鏡系統(tǒng)的若干優(yōu)點(diǎn)。也許，這些優(yōu)點(diǎn)中最重要的是它們在不使其節(jié)點(diǎn)的位置偏移的情況下改變焦距的能力。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是自適應(yīng)透鏡可使焦距偏移的速度。通常，自適應(yīng)透鏡需要比固定焦距透鏡系統(tǒng)少的能量來更改焦距。自適應(yīng)透鏡的另一個(gè)重要屬性是它們能夠在緊致空間內(nèi)進(jìn)行操作。這些特征是在例如人眼等生物系統(tǒng)內(nèi)使用的基本要求，但其對某些相機(jī)和光學(xué)儀器應(yīng)用也是重要的。自適應(yīng)透鏡可用來在人眼內(nèi)修復(fù)完美的視覺功能；同樣，它們可在光學(xué)裝置中用來復(fù)制人類視覺體驗(yàn)。
[0005]已經(jīng)設(shè)計(jì)出各種人造自適應(yīng)透鏡類型。以商標(biāo)“Holochip”銷售的一種類型涉及液壓力來改變曲率，其通過擠壓有限空間內(nèi)的液體，從而致使彈性光學(xué)膜向前擴(kuò)張或鼓起來增加其液體折射介質(zhì)的曲率。參見美國專利號7，755，840和8，064，142。例如壓電電子器件等各種機(jī)構(gòu)用來移位驅(qū)使這種曲率變化的液體。彈性光學(xué)膜的彈性特性使得自適應(yīng)透鏡返回到其靜止位置。此類透鏡設(shè)計(jì)提供用于更改光學(xué)界面的曲率的解決方案，但具有許多實(shí)踐限制，例如材料疲勞、溫度不穩(wěn)定性以及不良的光學(xué)質(zhì)量。
[0006]自適應(yīng)透鏡技術(shù)的其它實(shí)例可在調(diào)節(jié)眼內(nèi)晶狀體的領(lǐng)域中找到。記錄了在人眼的晶狀體隔間的界限內(nèi)調(diào)制曲率變化的許多嘗試。如Holochip透鏡等大多數(shù)設(shè)計(jì)通過用液壓壓力使低模量或彈性光學(xué)膜擴(kuò)張來進(jìn)行操作。實(shí)際上，眼內(nèi)的精細(xì)結(jié)構(gòu)無法產(chǎn)生足夠的力來通過這種機(jī)制引發(fā)曲率變化。
[0007]本申請人已經(jīng)在2011年8月3日提交的標(biāo)題為“INFLATABLE LENS”的美國臨時(shí)專利申請?zhí)?1/514，746中公開了一種可變焦距透鏡，其中在密封的充以流體的透鏡內(nèi)形成負(fù)分壓，所述臨時(shí)專利申請以引用的方式并入本文中。負(fù)分壓足以使可變形光學(xué)界面抵靠著內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)的表面塌陷。使可變形光學(xué)界面回復(fù)到其原始形狀所需要的力是微不足道的并且以毫克來測量。這正在由眼內(nèi)肌肉所產(chǎn)生的力的范圍內(nèi)。這種自適應(yīng)透鏡技術(shù)適用于相機(jī)和儀器應(yīng)用，但其是由在溫度受控的環(huán)境(例如人眼內(nèi)的環(huán)境)下最佳起作用的精細(xì)結(jié)構(gòu)組成的。本發(fā)明人也已經(jīng)在2008年8月12日提交的標(biāo)題為“INFLATABLE INTRAOCULAR LENS/LENS RETAINER”的專利合作條約專利申請?zhí)朠CT/CA2008/001456、公布號W02009/021327中公開了使用光學(xué)彈簧和雕刻光學(xué)界面來調(diào)制光學(xué)凝聚曲率變化用于在整個(gè)廣闊曲率變化范圍內(nèi)的高分辨率光學(xué)器件，所述專利申請以引用的方式并入本文中。
[0008]針對自適應(yīng)透鏡，新的工業(yè)和消費(fèi)應(yīng)用正快速興起。這些應(yīng)用中的許多應(yīng)用將光學(xué)部件暴露到例如溫度變化、壓力可變性、沖擊和化學(xué)物接觸等應(yīng)力。需要在遭受這些和其它應(yīng)力的同時(shí)仍很好操作的自適應(yīng)透鏡系統(tǒng)。因此，需要改進(jìn)的自適應(yīng)透鏡系統(tǒng)。
[0009]相關(guān)技術(shù)的前述實(shí)例及其相關(guān)限制意欲為說明性的而非排他性的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在閱讀本說明書并研宄圖式后將容易明白相關(guān)技術(shù)的其它限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]結(jié)合系統(tǒng)、工具和方法來描述和圖示以下實(shí)施方案及其方面，所述系統(tǒng)、工具和方法打算為示范性和說明性的，而非限制范圍。在各種實(shí)施方案中，已經(jīng)減少或消除了一個(gè)或多個(gè)上述問題，同時(shí)其它實(shí)施方案針對于其它改進(jìn)。
[0011]本發(fā)明提供一種自適應(yīng)透鏡系統(tǒng)，其具有可變形光學(xué)元件，所述可變形光學(xué)元件分離具有不同折射率的兩種透明流體介質(zhì)，其中所述可變形光學(xué)元件由移動結(jié)構(gòu)元件嚙合以機(jī)械地更改所述可變形光學(xué)元件的曲率或形狀，進(jìn)而更改所述自適應(yīng)透鏡的折射力或棱鏡效應(yīng)。
[0012]更明確地說，本發(fā)明提供一種自適應(yīng)透鏡系統(tǒng)，其包括:
[0013]i)透鏡隔間，其包括透明罩；ii)可變形透明光學(xué)元件，其安裝在所述透鏡隔間中，所述光學(xué)元件包括上表面和下表面，并且進(jìn)而在所述透鏡隔間中在所述透明罩與所述上表面的至少一部分之間形成密封上腔室，并且也在所述下表面外部界定下區(qū)；iii)在所述上腔室中的第一透明流體介質(zhì)和在所述下區(qū)中的第二透明流體介質(zhì)，所述第一流體介質(zhì)和所述第二流體介質(zhì)具有不同的折射率；iv)結(jié)構(gòu)元件，其位于所述上腔室中并且可在所述上腔室中相對于所述可變形光學(xué)元件移動以機(jī)械地嚙合所述可變形光學(xué)元件以便進(jìn)而更改所述可變形光學(xué)元件的曲率，進(jìn)而更改所述自適應(yīng)透鏡系統(tǒng)的折射力或棱鏡效應(yīng)。
[0014]除了上文描述的示范性方面和實(shí)施方案之外，通過參看圖式和通過研宄以下詳細(xì)描述將容易明白另外的方面和實(shí)施方案。
【附圖說明】
[0015]在附圖的參考圖式中圖示示范性實(shí)施方案。希望本文中所公開的實(shí)施方案和圖式應(yīng)視為說明性的而非限制性的。
[0016]圖1是本發(fā)明的第一實(shí)施方案在其靜止?fàn)顟B(tài)下的垂直橫截面圖。
[0017]圖2是圖1所示的實(shí)施方案在其壓縮狀態(tài)下的垂直橫截面圖。
[0018]圖3是第二實(shí)施方案在其靜止?fàn)顟B(tài)下的垂直橫截面圖。
[0019]圖4是圖3所示的實(shí)施方案在其壓縮狀態(tài)下的垂直橫截面圖。
[0020]圖5是可變形光學(xué)元件的平面圖。
[0021]圖6是移動結(jié)構(gòu)元件的平面圖。
[0022]圖7是具有自適應(yīng)透鏡的二級杠桿臂的正視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]貫穿以下描述內(nèi)容，陳述特定細(xì)節(jié)以便向本領(lǐng)域的技術(shù)人員提供較透徹的理解。然而，可能未示出或詳細(xì)描述眾所周知的元件以免不必要地混淆本公開。因而，描述內(nèi)容和圖式將被認(rèn)為是說明性的而非限制性意義。
[0024]本發(fā)明包括自適應(yīng)透鏡系統(tǒng)10(以垂直橫截面示出并且關(guān)于中心軸A-A大體上對稱)。它并入有可變形光學(xué)元件12，其光學(xué)表面14、16在一側(cè)上與第一流體光學(xué)介質(zhì)18接觸并且在其另一側(cè)20上與第二流體光學(xué)介質(zhì)接觸。圖1示出本發(fā)明的第一實(shí)施方案，其中可變形光學(xué)元件12在其頂點(diǎn)22處牢固地附接到蓋罩24。蓋罩24是光學(xué)透明的圓盤，它圍繞其圓周附接到圓形壁26以形成中空透鏡隔間28。中空透鏡隔間28的底部由可變形光學(xué)元件12界定?？勺冃喂鈱W(xué)元件12的橫截面輪廓可為平坦的、凹陷的、凸起的或這些形狀的任何組合。
[0025]圖5示出可變形光學(xué)元件12的平面圖，其中中心光學(xué)區(qū)圍繞其周界由徑向輻條32和柔性膜34懸掛?？勺冃喂鈱W(xué)元件的最外周界包括圓形密封件36，其附接到所得到的密封透鏡隔間的圓形壁26。移動結(jié)構(gòu)元件38在圖1中示出為在密封透鏡隔間28內(nèi)并且浸入在第一流體介質(zhì)18內(nèi)。移動結(jié)構(gòu)元件38是環(huán)狀物，其具有同心地貫穿環(huán)形物的排放口 40。移動結(jié)構(gòu)元件38未附接到圓形壁26。它能夠自由地在平行于折射系統(tǒng)10的光學(xué)軸A-A的方向上行進(jìn)。圖6示出移動結(jié)構(gòu)元件結(jié)構(gòu)38的平面圖，所述結(jié)構(gòu)具有中心開口 42和排放口 40，所述排放口允許第一流體介質(zhì)18在移動結(jié)構(gòu)元件38沿著光學(xué)軸A-A滑動時(shí)在整個(gè)密封透鏡隔間內(nèi)流動。當(dāng)移動結(jié)構(gòu)元件38壓住可變形光學(xué)元件12時(shí)，使第二流體介質(zhì)20移位。
[0026]在操作中，移動結(jié)構(gòu)元件38朝向中空透鏡隔間28的底部滑動，如圖2所示。可變形光學(xué)元件12的中心區(qū)保持附接到蓋罩24，而可變形光學(xué)元件12的外圍區(qū)被壓縮并且朝向中空透鏡隔間28的底部偏移，從而導(dǎo)致可變形光學(xué)元件12的曲率增加，如圖所示?？勺冃喂鈱W(xué)元件12的第一表面14的曲率在凸度上增加。第二表面16的曲率在凹度上增加。當(dāng)兩種流體介質(zhì)18、20的折射率充分不同時(shí)，折射系統(tǒng)的折射特性改變。當(dāng)?shù)谝涣黧w介質(zhì)18的折射率大于第二流體介質(zhì)20時(shí)，進(jìn)入折射系統(tǒng)10的光將變得較發(fā)散。當(dāng)?shù)谝涣黧w介質(zhì)18的折射率小于第二流體介質(zhì)20時(shí)，進(jìn)入折射系統(tǒng)10的光將變得較收斂。真空可充當(dāng)折射率為1.0的流體光學(xué)介質(zhì)18。出于本公開的目的，“流體介質(zhì)”因此包括真空。
[0027]圖2示出當(dāng)可變形光學(xué)元件12的外圍區(qū)被壓縮并偏移時(shí)柔性膜34響應(yīng)于在中空透鏡隔間28內(nèi)形成的部分真空而朝向透鏡罩24擴(kuò)張。柔性膜34的擴(kuò)張致使中空透鏡隔間28內(nèi)的流體循環(huán)。排放口 40允許流體朝向蓋罩24循環(huán)以填充由移動結(jié)構(gòu)元件38的移動留下的空隙。
[0028]圖3示出第二實(shí)施方案的橫截面，除了添加對面的支撐結(jié)構(gòu)44之外，第二實(shí)施方案包括與圖1所示的相同設(shè)備?？勺冃喂?