非球面流體填充的透鏡光學器件的制作方法
【專利說明】
[0001] 本申請是申請日為2010年10月12日，申請號為201080057029. 3 (PCT/ US2010/052367)，且發明名稱為"非球面流體填充的透鏡光學器件"的發明專利申請的分案 申請。
技術領域
[0002] 本發明的實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】
[0003] 從約1958年開始已經知道基本的流體透鏡，如美國專利2, 836,101中所述的，該 專利通過引用整體結合于本說明書中。最近的示例可以在Tangd等人發表在LabChip的 2008 年第 8 卷第 395 頁上的"DynamicallyReconfigurableFluidCoreFluidCladding LensinaMicrofluidicChannel"、以及在WIP0 公開文本W02008/063442 中找到，這兩個 文獻都通過引用整體結合于本說明書中。流體透鏡的這些應用涉及光子學、數字電話和攝 像技術、以及微電子學。
[0004] 還提出將流體透鏡用于眼科應用（例如參見美國專利7, 085, 065,該專利通過引 用整體結合于本說明書中）。在所有情況下，需要對流體透鏡的優點（包括寬動態范圍、提 供自適應校正的能力、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行 權衡。例如，美國專利7, 085, 065公開了涉及在將用于眼科應用的流體透鏡中有效容納流 體的多個改進和實施例。通過在透鏡腔中注入附加流體、通過電濕潤、通過采用超聲脈沖、 以及通過在將膨脹劑引入到透鏡流體（例如水）之后利用交聯聚合物中的膨脹力，來影響 流體透鏡中的光焦度（power)調整。
[0005] 在所有情況下，在現有流體透鏡技術中有幾個關鍵限制，需要克服這些限制以使 得該技術的商業訴求能夠被樂觀地對待。例如，流體透鏡的厚度通常大于具有相同光焦度 和直徑的常規透鏡。此外，目前不能使用流體透鏡技術來提供球面光焦度以及散光沿著透 鏡光學器件的變化。由于非圓形流體透鏡的非均勻膨脹引起的復雜性，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。
【發明內容】
[0006] 在本發明的實施例中，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 液器使得流體被傳輸進出該腔，以改變流體透鏡組件的光焦度。在實施例中，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成形，以使得當流體在腔 和儲液器之間傳輸時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， 而基本不改變柔性膜除嵌入部分之外的部分。在實施例中，嵌入部分是橢圓形狀。嵌入部 分可以經成形，以使得當流體在腔和儲液器之間傳輸時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）并同時保持流體填充透鏡的優點。
[0008] 下文將參照附圖詳細描述本發明的其他實施例、特征和優點，以及本發明的各種 實施例的結構和操作。
【附圖說明】
[0009] 附圖結合于本說明書中并形成說明書的一部分，附圖與說明書一起示出本發明， 附圖還用于說明本發明的原理以及使得本領域技術人員可以制造和使用本發明。
[0010] 圖1是根據本發明的實施例的示例性流體填充的透鏡組件的示圖。
[0011] 圖2示出在沒有校正前透鏡表面的狀態下的流體填充透鏡組件中散光隨著偏心 率的變化。
[0012] 圖3根據本發明的實施例、示出在具有復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根據本發明的實施例示出流體透鏡中的柔性膜的變形。
[0014] 圖5a、5b和圖6a、6b示出根據本發明的實施例的成形柔性膜。
[0015] 圖7a、7b示出根據本發明的實施例的流體透鏡組件中的示例性橢圓嵌入部分。
[0016]圖8a、8b示出根據本發明的實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明。通常由相應附圖標記中最左側的數位來表示元件首次出 現的附圖。
【具體實施方式】
[0018] 雖然討論特定構造和布置，但是應當理解這樣做只是為了進行說明。本領域技術 人員將理解，在不脫離本發明精神和范圍的情況下可以使用其他構造和布置。對于本領域 技術人員來說顯而易見的是本發明還可以用于各種其他應用中。
[0019] 應當注意，說明書中的提到的"一個實施例"、"實施例"、"示例性實施例"等表示所 述實施例可以包括特定特征、結構或特性，但是并非每個實施例都必需包括該特定特征、結 構或特性。此外，這樣的用語不一定指相同的實施例。此外，當結合實施例來描述特定特征、 結構或特性時，不論是否明確描述，結合其他實施例來實現該特征、結構或特性都處于本領 域技術人員的理解范圍內。
[0020] 通過構造非球面流體透鏡可以消除上文在"【背景技術】"部分中描述的以前可獲得 的流體填充透鏡技術的限制。因為不存在構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示出根據本發明的實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。可以通過例如由玻璃或塑料制成的剛性光學透鏡108來提供剛性前表 面102。可以通過例如柔性膜110來提供柔性后表面104,柔性膜110越過剛性光學透鏡 108的邊緣平坦延伸。由此形成的流體透鏡經由通道112連接到儲液器114,儲液器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量 的流體。流體透鏡100和儲液器114 一起形成密封單元。致動器116可操作以擠壓或膨脹 儲液器內部的可變形膜，以經由通道112在儲液器114和流體透鏡100之間傳輸流體。舉 例而言并且非限制性地，致動器116可以是球狀（bulb)致動器、注射器型致動器、或標度盤 (dial)致動器。在實施例中，剛性光學透鏡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] 在本說明書中，術語"流體透鏡組件"將用于描述剛性前透鏡108、柔性膜110、和 中間流體傳輸系統的組合件。術語"流體透鏡"將用于表示流體層和兩個表面102與104， 兩個表面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軸的不同彎曲，并 因此產生膜的非球面彎曲。本發明的實施例的非圓形流體透鏡因此校正由該彎曲產生的散 光。在一個實施例中，剛性前透鏡的前表面校正由流體產生的散光。附加地或可替換地， 柔性膜的厚度可以使得成形（contour)為響應于流體壓力而產生膜的球面彎曲。在實施 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，而基本不改變柔性膜除嵌入部分之外的部 分。
[0023] 前透鏡的非球面化
[0024] 通過提供非球面前（剛性）透鏡，可以使得流體透鏡（例如流體透鏡100)成為非 球面。因為前透鏡108在其后表面102處與流體接觸，所以通過與前透鏡材料的折射率相 對應的流體折射率可以