非球面流體填充的透鏡光學(xué)器件的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
[0001] 本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2010年10月12日，申請(qǐng)?zhí)枮?01080057029. 3 (PCT/ US2010/052367)，且發(fā)明名稱(chēng)為"非球面流體填充的透鏡光學(xué)器件"的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的分案 申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明的實(shí)施例涉及流體填充的透鏡，特別是可變的流體填充透鏡。
【背景技術(shù)】
[0003] 從約1958年開(kāi)始已經(jīng)知道基本的流體透鏡，如美國(guó)專(zhuān)利2, 836,101中所述的，該 專(zhuān)利通過(guò)引用整體結(jié)合于本說(shuō)明書(shū)中。最近的示例可以在Tangd等人發(fā)表在LabChip的 2008 年第 8 卷第 395 頁(yè)上的"DynamicallyReconfigurableFluidCoreFluidCladding LensinaMicrofluidicChannel"、以及在WIP0 公開(kāi)文本W(wǎng)02008/063442 中找到，這兩個(gè) 文獻(xiàn)都通過(guò)引用整體結(jié)合于本說(shuō)明書(shū)中。流體透鏡的這些應(yīng)用涉及光子學(xué)、數(shù)字電話(huà)和攝 像技術(shù)、以及微電子學(xué)。
[0004] 還提出將流體透鏡用于眼科應(yīng)用（例如參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利7, 085, 065,該專(zhuān)利通過(guò)引 用整體結(jié)合于本說(shuō)明書(shū)中）。在所有情況下，需要對(duì)流體透鏡的優(yōu)點(diǎn)（包括寬動(dòng)態(tài)范圍、提 供自適應(yīng)校正的能力、魯棒性、和低成本）與孔徑尺寸限制、泄露傾向以及性能一致性進(jìn)行 權(quán)衡。例如，美國(guó)專(zhuān)利7, 085, 065公開(kāi)了涉及在將用于眼科應(yīng)用的流體透鏡中有效容納流 體的多個(gè)改進(jìn)和實(shí)施例。通過(guò)在透鏡腔中注入附加流體、通過(guò)電濕潤(rùn)、通過(guò)采用超聲脈沖、 以及通過(guò)在將膨脹劑引入到透鏡流體（例如水）之后利用交聯(lián)聚合物中的膨脹力，來(lái)影響 流體透鏡中的光焦度（power)調(diào)整。
[0005] 在所有情況下，在現(xiàn)有流體透鏡技術(shù)中有幾個(gè)關(guān)鍵限制，需要克服這些限制以使 得該技術(shù)的商業(yè)訴求能夠被樂(lè)觀地對(duì)待。例如，流體透鏡的厚度通常大于具有相同光焦度 和直徑的常規(guī)透鏡。此外，目前不能使用流體透鏡技術(shù)來(lái)提供球面光焦度以及散光沿著透 鏡光學(xué)器件的變化。由于非圓形流體透鏡的非均勻膨脹引起的復(fù)雜性，目前也不能將流體 透鏡制成除了圓形之外的任意期望形狀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 在本發(fā)明的實(shí)施例中，非圓形流體透鏡組件包括非圓形剛性透鏡以及連接到非圓 形剛性透鏡的柔性膜，以使得在非圓形剛性透鏡和柔性膜之間形成腔。與腔流體連通的儲(chǔ) 液器使得流體被傳輸進(jìn)出該腔，以改變流體透鏡組件的光焦度。在實(shí)施例中，非圓形剛性透 鏡的前表面是非球面的。附加地或可替換地，柔性膜的厚度可以經(jīng)成形，以使得當(dāng)流體在腔 和儲(chǔ)液器之間傳輸時(shí)柔性膜以球面方式改變形狀。
[0007] 附加地或可替換地，柔性膜可以具有"嵌入"部分，"嵌入"部分比柔性膜的其他部 分更具柔性，以使得流體在腔和儲(chǔ)液器之間的傳輸引起嵌入部分的形狀以球面方式改變， 而基本不改變?nèi)嵝阅こ度氩糠种獾牟糠?。在?shí)施例中，嵌入部分是橢圓形狀。嵌入部 分可以經(jīng)成形，以使得當(dāng)流體在腔和儲(chǔ)液器之間傳輸時(shí)嵌入部分以球面方式改變形狀。在 柔性膜中包括這樣的嵌入部分使得可以佩戴非圓形透鏡（例如，橢圓形狀、矩形形狀、或佩 戴者喜歡的其他形狀的透鏡）并同時(shí)保持流體填充透鏡的優(yōu)點(diǎn)。
[0008] 下文將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的其他實(shí)施例、特征和優(yōu)點(diǎn)，以及本發(fā)明的各種 實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和操作。
【附圖說(shuō)明】
[0009] 附圖結(jié)合于本說(shuō)明書(shū)中并形成說(shuō)明書(shū)的一部分，附圖與說(shuō)明書(shū)一起示出本發(fā)明， 附圖還用于說(shuō)明本發(fā)明的原理以及使得本領(lǐng)域技術(shù)人員可以制造和使用本發(fā)明。
[0010] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的示例性流體填充的透鏡組件的示圖。
[0011] 圖2示出在沒(méi)有校正前透鏡表面的狀態(tài)下的流體填充透鏡組件中散光隨著偏心 率的變化。
[0012] 圖3根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例、示出在具有復(fù)曲面前透鏡表面校正的流體填充透鏡組 件中散光隨著偏心率的變化。
[0013] 圖4根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例示出流體透鏡中的柔性膜的變形。
[0014] 圖5a、5b和圖6a、6b示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的成形柔性膜。
[0015] 圖7a、7b示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的流體透鏡組件中的示例性橢圓嵌入部分。
[0016]圖8a、8b示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的流體透鏡中的柔性膜的變形。
[0017] 將參照附圖描述本發(fā)明。通常由相應(yīng)附圖標(biāo)記中最左側(cè)的數(shù)位來(lái)表示元件首次出 現(xiàn)的附圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 雖然討論特定構(gòu)造和布置，但是應(yīng)當(dāng)理解這樣做只是為了進(jìn)行說(shuō)明。本領(lǐng)域技術(shù) 人員將理解，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下可以使用其他構(gòu)造和布置。對(duì)于本領(lǐng)域 技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯而易見(jiàn)的是本發(fā)明還可以用于各種其他應(yīng)用中。
[0019] 應(yīng)當(dāng)注意，說(shuō)明書(shū)中的提到的"一個(gè)實(shí)施例"、"實(shí)施例"、"示例性實(shí)施例"等表示所 述實(shí)施例可以包括特定特征、結(jié)構(gòu)或特性，但是并非每個(gè)實(shí)施例都必需包括該特定特征、結(jié) 構(gòu)或特性。此外，這樣的用語(yǔ)不一定指相同的實(shí)施例。此外，當(dāng)結(jié)合實(shí)施例來(lái)描述特定特征、 結(jié)構(gòu)或特性時(shí)，不論是否明確描述，結(jié)合其他實(shí)施例來(lái)實(shí)現(xiàn)該特征、結(jié)構(gòu)或特性都處于本領(lǐng) 域技術(shù)人員的理解范圍內(nèi)。
[0020] 通過(guò)構(gòu)造非球面流體透鏡可以消除上文在"【背景技術(shù)】"部分中描述的以前可獲得 的流體填充透鏡技術(shù)的限制。因?yàn)椴淮嬖跇?gòu)造非球面流體透鏡的方法，所以以前的流體透 鏡總是圓形形狀。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的示例性非球面流體透鏡1〇〇。流體透鏡 100包括剛性前表面102、柔性后表面104、以及流體，流體填充形成于前表面102和后表面 104之間的腔106?？梢酝ㄟ^(guò)例如由玻璃或塑料制成的剛性光學(xué)透鏡108來(lái)提供剛性前表 面102?？梢酝ㄟ^(guò)例如柔性膜110來(lái)提供柔性后表面104,柔性膜110越過(guò)剛性光學(xué)透鏡 108的邊緣平坦延伸。由此形成的流體透鏡經(jīng)由通道112連接到儲(chǔ)液器114,儲(chǔ)液器114用 彈性可變形膜作為襯里、或者利用彈性可變形膜以其他方式形成，彈性可變形膜容納過(guò)量 的流體。流體透鏡100和儲(chǔ)液器114 一起形成密封單元。致動(dòng)器116可操作以擠壓或膨脹 儲(chǔ)液器內(nèi)部的可變形膜，以經(jīng)由通道112在儲(chǔ)液器114和流體透鏡100之間傳輸流體。舉 例而言并且非限制性地，致動(dòng)器116可以是球狀（bulb)致動(dòng)器、注射器型致動(dòng)器、或標(biāo)度盤(pán) (dial)致動(dòng)器。在實(shí)施例中，剛性光學(xué)透鏡108和柔性膜110中的一者或兩者可以具有光 焦度，或者這兩者都不具有光焦度。通道112將流體透鏡100連接到儲(chǔ)液器114,例如，通道 112可以被容納在眼鏡框的鏡片部分（eyepiece)中或眼鏡框的鏡腿部分（templepiece) 中。
[0021] 在本說(shuō)明書(shū)中，術(shù)語(yǔ)"流體透鏡組件"將用于描述剛性前透鏡108、柔性膜110、和 中間流體傳輸系統(tǒng)的組合件。術(shù)語(yǔ)"流體透鏡"將用于表示流體層和兩個(gè)表面102與104， 兩個(gè)表面102和104容納流體并形成流體透鏡的表面。
[0022] 在非圓形流體透鏡中，流體的壓力引起柔性膜沿著其短軸和長(zhǎng)軸的不同彎曲，并 因此產(chǎn)生膜的非球面彎曲。本發(fā)明的實(shí)施例的非圓形流體透鏡因此校正由該彎曲產(chǎn)生的散 光。在一個(gè)實(shí)施例中，剛性前透鏡的前表面校正由流體產(chǎn)生的散光。附加地或可替換地， 柔性膜的厚度可以使得成形（contour)為響應(yīng)于流體壓力而產(chǎn)生膜的球面彎曲。在實(shí)施 例中，柔性膜包括比柔性膜的其他部分更具柔性的嵌入部分，以使得流體在腔和儲(chǔ)液器之 間的傳輸引起嵌入部分的形狀以球面方式改變，而基本不改變?nèi)嵝阅こ度氩糠种獾牟?分。
[0023] 前透鏡的非球面化
[0024] 通過(guò)提供非球面前（剛性）透鏡，可以使得流體透鏡（例如流體透鏡100)成為非 球面。因?yàn)榍巴哥R108在其后表面102處與流體接觸，所以通過(guò)與前透鏡材料的折射率相 對(duì)應(yīng)的流體折射率可以