非球面流体填充的透镜光学器件的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请是申请日为2010年10月12日，申请号为201080057029. 3 (PCT/ US2010/052367)，且发明名称为"非球面流体填充的透镜光学器件"的发明专利申请的分案 申请。
技术领域
[0002] 本发明的实施例涉及流体填充的透镜，特别是可变的流体填充透镜。
【背景技术】
[0003] 从约1958年开始已经知道基本的流体透镜，如美国专利2, 836,101中所述的，该 专利通过引用整体结合于本说明书中。最近的示例可以在Tangd等人发表在LabChip的 2008 年第 8 卷第 395 页上的"DynamicallyReconfigurableFluidCoreFluidCladding LensinaMicrofluidicChannel"、以及在WIP0 公开文本W02008/063442 中找到，这两个 文献都通过引用整体结合于本说明书中。流体透镜的这些应用涉及光子学、数字电话和摄 像技术、以及微电子学。
[0004] 还提出将流体透镜用于眼科应用（例如参见美国专利7, 085, 065,该专利通过引 用整体结合于本说明书中）。在所有情况下，需要对流体透镜的优点（包括宽动态范围、提 供自适应校正的能力、鲁棒性、和低成本）与孔径尺寸限制、泄露倾向以及性能一致性进行 权衡。例如，美国专利7, 085, 065公开了涉及在将用于眼科应用的流体透镜中有效容纳流 体的多个改进和实施例。通过在透镜腔中注入附加流体、通过电湿润、通过采用超声脉冲、 以及通过在将膨胀剂引入到透镜流体（例如水）之后利用交联聚合物中的膨胀力，来影响 流体透镜中的光焦度（power)调整。
[0005] 在所有情况下，在现有流体透镜技术中有几个关键限制，需要克服这些限制以使 得该技术的商业诉求能够被乐观地对待。例如，流体透镜的厚度通常大于具有相同光焦度 和直径的常规透镜。此外，目前不能使用流体透镜技术来提供球面光焦度以及散光沿着透 镜光学器件的变化。由于非圆形流体透镜的非均匀膨胀引起的复杂性，目前也不能将流体 透镜制成除了圆形之外的任意期望形状。
【发明内容】
[0006] 在本发明的实施例中，非圆形流体透镜组件包括非圆形刚性透镜以及连接到非圆 形刚性透镜的柔性膜，以使得在非圆形刚性透镜和柔性膜之间形成腔。与腔流体连通的储 液器使得流体被传输进出该腔，以改变流体透镜组件的光焦度。在实施例中，非圆形刚性透 镜的前表面是非球面的。附加地或可替换地，柔性膜的厚度可以经成形，以使得当流体在腔 和储液器之间传输时柔性膜以球面方式改变形状。
[0007] 附加地或可替换地，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，以使得流体在腔和储液器之间的传输引起嵌入部分的形状以球面方式改变， 而基本不改变柔性膜除嵌入部分之外的部分。在实施例中，嵌入部分是椭圆形状。嵌入部 分可以经成形，以使得当流体在腔和储液器之间传输时嵌入部分以球面方式改变形状。在 柔性膜中包括这样的嵌入部分使得可以佩戴非圆形透镜（例如，椭圆形状、矩形形状、或佩 戴者喜欢的其他形状的透镜）并同时保持流体填充透镜的优点。
[0008] 下文将参照附图详细描述本发明的其他实施例、特征和优点，以及本发明的各种 实施例的结构和操作。
【附图说明】
[0009] 附图结合于本说明书中并形成说明书的一部分，附图与说明书一起示出本发明， 附图还用于说明本发明的原理以及使得本领域技术人员可以制造和使用本发明。
[0010] 图1是根据本发明的实施例的示例性流体填充的透镜组件的示图。
[0011] 图2示出在没有校正前透镜表面的状态下的流体填充透镜组件中散光随着偏心 率的变化。
[0012] 图3根据本发明的实施例、示出在具有复曲面前透镜表面校正的流体填充透镜组 件中散光随着偏心率的变化。
[0013] 图4根据本发明的实施例示出流体透镜中的柔性膜的变形。
[0014] 图5a、5b和图6a、6b示出根据本发明的实施例的成形柔性膜。
[0015] 图7a、7b示出根据本发明的实施例的流体透镜组件中的示例性椭圆嵌入部分。
[0016]图8a、8b示出根据本发明的实施例的流体透镜中的柔性膜的变形。
[0017] 将参照附图描述本发明。通常由相应附图标记中最左侧的数位来表示元件首次出 现的附图。
【具体实施方式】
[0018] 虽然讨论特定构造和布置，但是应当理解这样做只是为了进行说明。本领域技术 人员将理解，在不脱离本发明精神和范围的情况下可以使用其他构造和布置。对于本领域 技术人员来说显而易见的是本发明还可以用于各种其他应用中。
[0019] 应当注意，说明书中的提到的"一个实施例"、"实施例"、"示例性实施例"等表示所 述实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是并非每个实施例都必需包括该特定特征、结 构或特性。此外，这样的用语不一定指相同的实施例。此外，当结合实施例来描述特定特征、 结构或特性时，不论是否明确描述，结合其他实施例来实现该特征、结构或特性都处于本领 域技术人员的理解范围内。
[0020] 通过构造非球面流体透镜可以消除上文在"【背景技术】"部分中描述的以前可获得 的流体填充透镜技术的限制。因为不存在构造非球面流体透镜的方法，所以以前的流体透 镜总是圆形形状。图1示出根据本发明的实施例的示例性非球面流体透镜1〇〇。流体透镜 100包括刚性前表面102、柔性后表面104、以及流体，流体填充形成于前表面102和后表面 104之间的腔106。可以通过例如由玻璃或塑料制成的刚性光学透镜108来提供刚性前表 面102。可以通过例如柔性膜110来提供柔性后表面104,柔性膜110越过刚性光学透镜 108的边缘平坦延伸。由此形成的流体透镜经由通道112连接到储液器114,储液器114用 弹性可变形膜作为衬里、或者利用弹性可变形膜以其他方式形成，弹性可变形膜容纳过量 的流体。流体透镜100和储液器114 一起形成密封单元。致动器116可操作以挤压或膨胀 储液器内部的可变形膜，以经由通道112在储液器114和流体透镜100之间传输流体。举 例而言并且非限制性地，致动器116可以是球状（bulb)致动器、注射器型致动器、或标度盘 (dial)致动器。在实施例中，刚性光学透镜108和柔性膜110中的一者或两者可以具有光 焦度，或者这两者都不具有光焦度。通道112将流体透镜100连接到储液器114,例如，通道 112可以被容纳在眼镜框的镜片部分（eyepiece)中或眼镜框的镜腿部分（templepiece) 中。
[0021] 在本说明书中，术语"流体透镜组件"将用于描述刚性前透镜108、柔性膜110、和 中间流体传输系统的组合件。术语"流体透镜"将用于表示流体层和两个表面102与104， 两个表面102和104容纳流体并形成流体透镜的表面。
[0022] 在非圆形流体透镜中，流体的压力引起柔性膜沿着其短轴和长轴的不同弯曲，并 因此产生膜的非球面弯曲。本发明的实施例的非圆形流体透镜因此校正由该弯曲产生的散 光。在一个实施例中，刚性前透镜的前表面校正由流体产生的散光。附加地或可替换地， 柔性膜的厚度可以使得成形（contour)为响应于流体压力而产生膜的球面弯曲。在实施 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，以使得流体在腔和储液器之 间的传输引起嵌入部分的形状以球面方式改变，而基本不改变柔性膜除嵌入部分之外的部 分。
[0023] 前透镜的非球面化
[0024] 通过提供非球面前（刚性）透镜，可以使得流体透镜（例如流体透镜100)成为非 球面。因为前透镜108在其后表面102处与流体接触，所以通过与前透镜材料的折射率相 对应的流体折射率可以