可变形膜组件的改进的制作方法

可变形膜组件的改进的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种可变形膜组件(1)，包括：弹性膜(8)，所述弹性膜在张力状态下被围绕其边缘设置的可弯曲的膜支撑部件(2,10)支撑；与所述膜的一面相接触的流体，流体压力是可控的以调节膜的形状；一个或多个作用于支撑部件(2,10)的弯曲控制件(24)，以控制支撑部件的弯曲从而对加载在膜内的张力进行响应。所述膜支撑部件(2,10)的抗弯刚度在其范围内是可变的，从而控制膜(8)等在驱动态下的边缘轮廓。本发明中公开的各种不同类型的弯曲控制件允许支撑部件(2,10)的平面外弯曲，而防止或控制支撑部件的平面内弯曲或形变。在一些实施例中，弯曲控制件允许支撑部件(2,10)产生一定程度的可控的平面内弯曲，以便控制膜(8)在驱动态时的应变。
【专利说明】可变形膜组件的改进
[0001] 本发明涉及一种可变形膜组件，通过将组件内的流体直接作用于所述膜的一面上 的方式，利用流体压力来控制弹性膜的形状；尤其涉及一种流体填充透镜及反射镜，其中所 述弹性膜形成所述透镜或反射镜的表面，控制流体压力以调节所述膜的弯曲度，进而调节 透镜或反射镜的屈光度，本发明同样适用于其它一些需要静态或动态变化的弹性表面的仪 器或设备。
[0002] 对于流体填充类透镜，通过利用流体压力来控制与流体接触的弹性膜的形状对于 本领域技术人员来说是众所周知的。通常此类透镜可以为"流体注入"类型，其中控制在封 套内的的流体量，所述封套具有实质上固定的体积，其一侧以所述膜为边界；或者此类透镜 还可以为"流体压缩"类型，其中封套的体积可以调节，并且所述封套的一侧以所述膜为边 界且所述封套包含有固定量的流体。无论上述哪种情况，所述封套内的流体压力都是可以 调节的，或者通过向所述封套内添加流体或从所述封套内移除流体，或者通过改变所述封 套的体积，来控制作用于所述膜上的流体压力，从而控制所述膜的形状。
[0003] 对于这样的膜组件，通常希望所述弹性膜在非驱动态时为平的。以流体填充透镜 为例，希望由弹性膜形成的透镜表面在非驱动态时是没有光焦度的平面。随着封套内的流 体压力有选择地增高（或降低），所述膜膨胀以增加透镜的光焦度，或者正向增加或者反向 增加。对于透镜应用，所述膜通常需要进行球状膨胀或类球状膨胀。在非驱动态下，希望弹 性膜处于张力（预张力）状态下，以便防止所述弹性膜由于温度或重力作用，或由于透镜移 动时流体的惯性作用而产生不需要的下垂或褶皱。在一些例子中，所述弹性膜内用于防止 下垂所需的预张力可能与驱动态下应用于所述膜上的附加张力具有相同的数量级。然而， 在一些其他组件中，根据膜材料的厚度和模量的不同，所述预张力可能高出几个数量级。
[0004] 例如，W098/11458A1公开了一种可以有选择地变焦的透镜，所述透镜具有第一和 第二透明的柔性膜，每个柔性膜被由第一、第二及第三内啮合环形成的外围环形框支撑和 拉紧。W098/11458A1公开的透镜为圆形的，所以可以将上述外围环形框制成硬的以便支撑 处于张力下的所述膜。
[0005] 然而，在一些此类的膜组件中，所述膜由柔性环支撑，或者由其它膜支撑结构支 撑，此类膜支撑结构被设计成，当透镜处于驱动态并且所述膜为了达到预设形状而改变形 状时，其可以整个范围弯曲。例如，US5371629A公开了一种可变焦透镜，其具有非圆形膜，所 述非圆形膜被安装于具有环形边缘的膜支撑结构上，所述环形边缘被设计成可控地弯曲， 用来使所述膜在膨胀时维持实质上球状（尽管使用了非圆形膜），从而允许改变放大倍数， 而不会产生不希望的失真量。
[0006] US5371629A中公开的透镜的一个设计本身固有的问题是，膜内的张力作用于膜支 撑部件的柔性边缘上。尽管在驱动透镜时施加在边缘上的增加的负荷可能本身不足以大到 能够成为严重的问题，然而，任何施加到膜上用于将膜下垂或褶皱控制在可允许的程度内 的具有足够量级的预张力有可能成为严重的问题；所述边缘的柔性属性意味着，这样水平 的预张力，有可能趋于使环形边缘产生不希望的和不受控的变形，从而损害透镜的光学性 能。
[0007] 共同待决的国际专利申请PCT/GB2012/051426(其内容作为参考被完全并入本文 中），也公开了一种包括弹性膜的变形膜组件，所述弹性膜由弹性可弯曲支撑环围绕其边缘 将其支撑。
[0008] 本发明的目的是提供一种可变形膜组件来改善上述问题，所述可变形膜组件具有 弹性膜，所述弹性膜可被安装于可弯曲膜支撑部件，能够使所述弹性膜处于足够的预张力 下以防止所述膜的下垂或褶皱，而所述膜具有减小的形变。
[0009] 因此，本发明一方面是提供一种可变性膜组件，包括：弹性膜，所述弹性膜由可弯 曲膜支撑部件围绕其边缘将其支撑；与所述膜的一面接触的流体，能够控制所述流体的压 力来调整所述膜的形状；以及一个或多个弯曲控制部件，其作用于所述支撑部件上，以响应 在所述膜上加载的张力来控制所述支撑部件的弯曲。
[0010] 所述流体的压力可以是可控的，用以在非驱动态和完全驱动态之间可选择地调 整所述膜的形状。所述流体可以被存储于液密的封套内，该封套的一个壁由所述弹性膜 形成。所述流体可以为任何合适的流体，包括气体。例如，所述流体可以为水或空气。在 某种程度上，流体的选择将由可变形膜组件的应用意向决定。在一些实施例中，胶体可能 是适用的。对于其中所述膜组件可以为可变焦发射透镜组件的光学应用，在感兴趣的波 长处的透明油（例如用于可见光谱的硅油）就被发现具有特别的优势，其可以与所述组 件的其他部件为折射率匹配。适合地，所述流体可以包括硅油，例如分子量为546.88的 1,3, 5-三甲基-1,1，3, 5, 5-五苯基三娃二氧烧（其可以从Dow Corning Corporation of Midland, Michigan, USA购买，商品名为DC-705)或者分子量为484. 81的1，3, 3, 5-四甲 基-1，1，5, 5-四苯基三硅氧烷（其可以从Dow Coming公司购买，商品名为DC-704)。
[0011] 适合地，所述膜组件可以包括用于选择性地调节所述流体的压力的装置，例如流 体压力调节机构。
[0012] 在一些实施例中，所述封套的体积可调，所述膜组件可以包括用于选择性地调节 所述封套的体积的装置（例如，封套体积调节机构）以便控制所述封套内的所述流体的压 力。例如，所述封套可以是可压缩的，且被安装于固定支架上，所述固定支架形成所述组件 的一部分，且所述体积调节机构可以是可操作的，用于压缩或膨胀固定支架上的所述封套 (例如利用风箱），以便改变所述封套的体积而所述封套内的流体量保持不变（"膨胀模式" 或"压缩模式"）。所述固定支架可以被设置成在所述封套上的第一位置处支撑所述封套， 且所述体积调节机构可以被设置成在所述封套上的第二位置处对所述封套施加压缩力或 膨胀力，所述第一位置和第二位置在压缩或膨胀的方向上被隔开，所述封套具有位于所述 第一位置和第二位置之间的的柔性侧壁从而允许所述封套被压缩或膨胀。
[0013] 在一些实施例中，所述固定支架可以在第一位置处围绕封套周边将其固定支撑， 或者所述固定支架可以包括刚性体，所述封套被安装在所述刚性体上。例如，所述封套还可 以包括与所述膜相对的另一个壁，该壁可以被设置为与所述刚性体相邻接。而在另一个实 施例中，所述封套的所述另一个壁可以为刚性的且可以作为所述固定支架使用。适合地，所 述另一个壁可以是透明的且可以提供透镜表面。
[0014] 适合地，根据本发明的流体填充式的可压缩或可膨胀的封套可以为弹性可压缩的 或弹性可膨胀的。当进行压缩（或膨胀）时，相对于环境压力对封套内的压力进行调节，并 且一旦移除在所述组件的驱动态下用于压缩（或膨胀）所述封套的力，则所述封套弹性恢 复到它的非驱动态以平衡所述膜上的压力。以这种方式，所述流体填充封套像一个流体填 充气垫那样起作用。
[0015] 可替换地，所述封套的体积可以实质上保持恒定（除了所述膜的膨胀引起的实际 体积的轻微增加或减少之外），并且可以通过选择性地向所述封套注入流体或是从所述封 套去除流体来控制所述流体压力，例如通过选择性地可控制的泵（"注入模式"）。
[0016] 对所述流体的压力进行调整造成所述膜膨胀并且变得更加弯曲。典型地，但不是 必须地，在非驱动态下，当所述膜上的压差最小时，即所述流体为环境压力时，所述膜可以 是平的或者大体为平的，并且，在所述组件处于驱动态下，所述膜随着所述流体压力的增加 或降低而不断膨胀。在驱动态下所述膜改变形状，典型地从一个平面基准形式变化为一个 膨胀凸面或凹面形式。因此在驱动态下，无论其初始形状如何，所述膜都被拉伸且所述膜中 的应变增加。在一些实施例中，对于一些应用，该驱动应变可以达到约57%，此时膜的形状 相当于一个半球，但是更典型地，所述驱动应变的范围可以为〇. 05 %到10%，15 %，20%或 25%。例如在一些所述组件包括透镜的实施例中，所述膜中的应变可以在驱动态下上升达 约1%。适合地，所述驱动应变的范围可以约为0. 1%到5%，例如为0. 25%。
[0017] 所述膜可以为圆形或为非圆形，并且其可以由本领域技术人员熟知的任何合适的 弹性材料制成。适合地，所述膜的弹性模量应该可以达到约lOOMPa。已发现弹性模量范围 在IMPa到lOMPa或到20MPa的膜能够达到令人满意的效果。例如，在一个实施例中，可以 使用弹性模量为5MPa的膜。合适的膜材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯（如Myl arK )，聚酯， 硅橡胶（如聚二甲硅氧烷），热塑性聚氨酯（如Tuftane? )，偏二氯乙烯聚合物（如Saran? )或厚度合适的玻璃。在一些实施例中，所述膜可以包括单层材料，但其他一些实施例中，所 述膜可以包括多个层压层。
[0018] 所述膜支撑部件围绕所述膜的边缘将其固定。适合地，所述支撑部件可以包围所 述膜。当组件在压缩模式或膨胀模式工作的情况下，所述支撑部件可以如上所述在所述封 套的第二位置处支撑所述流体填充封套。所述支撑部件可以包括多个离散的部分，这些部 分围绕所述膜周向地被隔开，但较佳地，所述支撑部件以封闭环形式围绕所述膜连续延伸。 适合地，所述膜支撑部件可以包括支撑环，所述支撑环支撑所述膜的边缘。所述支撑部件可 以是一个分离的部分，其可以以下述方式自由移动。所述"环"的意思是一个与所述膜的边 缘形状相同的封闭环；本文中的术语"环"并不必须意味着所述支撑部件为圆形。所述环可 以具有限定了开口的内侧，所述膜跨越所述开口而被设置；以及具有外侧，除了在其上作用 该环以驱动该组件的部分之外，所述外侧的其他部分是不受约束的。所述支撑部件在非驱 动态下可以是平面，特别在所述膜在非驱动态时也是平的的情况下。
[0019] 通常希望，在驱动状态下，所述膜应该具有一个预设形状。所述膜的形状受其边缘 的形状及构型的影响，所述膜在所述边缘被连接至所述膜支撑部件。相应地，如在下面的更 详细的描述，所述支撑部件为整个范围内是可弯曲的，从而允许在驱动状态时所述膜的边 缘的轮廓随所述膜的膨胀而改变。在一些实施例中，可以随着所述组件被驱动而对所述支 撑部件的配置进行主动调整，使得所述支撑部件采用与所述膜的所希望的预设形式相符合 的预设轮廓。可替换地，所述支撑部件的配置可以被动地调整，例如，响应于所述膜中的不 断增加的表面张力或响应于所述支撑部件的固有的拉伸性能。在其他实施例中，可以采用 主动控制和被动控制的混合，其中，在所述支撑部件周围的一个或者多个控制点处采取主 动控制，而在所述控制点之间允许所述支撑部件被动弯曲。无论所述支撑部件的形状被如 何控制，当处于驱动态时，所述支撑部件的形状应该具有与所述膜的预设的驱动态形式相 匹配的预设轮廓。
[0020] 为了获得所述预设轮廓，所述支撑部件应该在主弯曲轴线方向上弯曲（偏斜），所 述主弯曲轴线通常与所述膜的膨胀的方向相平行。本文的"弯曲轴线"指的是当所述支撑部 件弯曲时发生偏斜的方向。当所述膜在非驱动态或任何驱动态为平面时，所述主弯曲轴线 可能实质上垂直于所述膜的平面。处于这种平面状态（例如，当处于非驱动态）的所述膜的 平面可以作为平面基准面，而所述主弯曲轴线可以垂直于或者实质上垂直于该基准面。在 一些实施例中，所述组件可以被配置，使得不允许所述膜变成平面。然而在此类实施例中， 如果允许所述膜超越其非驱动态或完全驱动态继续运动，则所述膜仍然具有理论上的平面 态，并且在此类实施例中，所述理论上的平面态可以同样地作为用于测量所述支撑部件的 偏斜度的基准面。
[0021] 对于光学应用，所述膜的预设形式通常限定了一个光学轴，在这些例子中，所述主 弯曲轴线通常与所述光学轴实质上平行。适合地，所述支撑部件可以在其整个范围上在所 述主弯曲轴线方向上可弯曲，也可以在除了以下所述的所选的控制点处受限之外，在其它 位置处均不受限。所述支撑部件可以在其周围的开放空间内自由浮动，只是所述支撑部件 的移动可能在所述控制点处受到控制。
[0022] 有利地，可以在所述膜支撑结构上对所述膜施加预张力。在层压膜具有多个层的 例子中，希望其中至少一层在非驱动态下应该在预张力作用下被支撑。在非驱动态下，所述 膜在张力作用下被支撑部件支撑，由此，当膜上的压差为最小时，所述预张力用于降低或最 小化所述膜的下垂。在一些实施例中，在非驱动态下可以对所述膜施加预张力以获得可达 20%的应变；在一些实施例中，适当的预应变可能在0. 5%至10%的范围，或1 %至5%的范 围，例如2%或3%。
[0023] 在一些实施例中，所述支撑部件可以为弹性可弯曲。所述膜支撑部件可以在其整 个范围内具有恒定或大致恒定的刚度。可替换地，所述弹性膜支撑部件在其范围内变具有 可变的抗弯刚度，使其随着施加的载荷的增加而弯曲，这是因为，所述膜在驱动态下膨胀到 与膜预设形状相符合的预设轮廓下时，膜表面张力的增加引起载荷的增加。当所述膜为非 圆形且需要在驱动态下球形形变时，上述涉及尤其有用。而且当所述膜为圆形且需要非球 形形变时，上述涉及同样有效，例如下文描述的根据一个或者多个泽尼克多项式（Zernike polynomials)〇
[0024] 膜的膨胀形状为膜和膜支撑部件的大小及材料特性，膜两侧压力，以及膜边缘的 轮廓的函数。通过利用支撑部件，在其范围内具有可变的弯曲以响应选择控制点处的主动 位移，或提高膜表面张力，如PCT/GB2012/051426所教导，膜边缘的轮廓可控制，从而允许 膜在膨胀时采用预设的形状。
[0025] 可以通过选择所述抗弯刚度及其在所述支撑部件的变化，控制所述膜的边缘的形 状使其形变达到预设形状。所述膜支撑部件范围内可以具有变化的抗弯刚度，使所述膜膨 胀时大体呈球状，或根据一个或多个泽尼克多项式Z n±m限定的预设形状进行膨胀，此类膨 胀形式对具有透镜组件的本发明的膜组件尤其有用。通常预设形状具有一中心，位于形 状的顶点。例如，透镜或镜面在其光学轴上具有一光学中心，而所述光学中心通常对应顶 点。对眼部的优先应用能够达到视力矫正的作用如z2±2线性叠加（散光）和z 2° (球面 距离修正）。眼镜商通常根据这些公式生产透镜。对于各种泽尼克多项式的解释可以参考 《光学原理》工。（"'Principles of Optics"M.Born and E.Wolf，7th Ed，C.U.P.，（1999). ISBN0-521-64222-1)
[0026] 各种由泽尼克函数或多个泽尼克函数组合设计的预设形状都可以应用本发明提 供的膜组件，包括例如Z n±m形式的按比例的泽尼克公式的线性叠加。
[0027] Zl，Z；1, (k<j)
[0028] 具有分量Zj±k(k〈j)的高阶表面可能出现在膜边缘的形状。通常，除了其边缘，通 过压力下膜的形变形成的表面具有一个或者多个局部最大或局部最小受力点，但是最大受 力点和最小受力点不会同时存在，除鞍点之外。所得到的所述预设形状必然受限于所述膜 的外围形状，其在使用中是稳定的。
[0029] 在一些实施例中，所述支撑部件可以包括弹性可弯曲的支撑环。所述支撑环可以 由任何具有足够高的模量的材料组成，其相对于所述膜组件的整体尺寸被制造成较薄（例 如厚度从约〇. 〇5_到约0. 5_)，可以与相邻部件连接，其具有低的蠕变或者设置条件使其 具有低的蠕变（在多次使用中持续具有），并且是弹性可变形的。因此所述支撑环可以由金 属制成，如不锈钢或钛金属；也可以由玻璃和蓝宝石制成。本文提及的"连接"可以为黏接， 卷边，激光焊接或超声波焊接，或其它一些本领域技术人员了解到的可用的连接方式。
[0030] 在一些实施例中，为了获得支撑环上所需的抗弯刚度变化，所述环的尺寸在其范 围内可以改变。所述支撑环具有大体一致的深度和可变的宽度，从而控制环的截面二次距， 因此控制环的弯曲刚度。所述支撑环的最窄处需要弯度达到最大值，从而使所述膜膨胀时 形成预设形状。因此，在一些实施例中，所述支撑环由一张均匀厚度的金属板（如不锈钢 板）上裁剪或冲压，形成板平面内宽度不断变化的圆形环或非圆形环。当组件处于非驱动 态时，所述支撑环大体上为一平面从而形成一个平面边缘膜。
[0031] 所述支撑环上所需的抗弯刚度可以由有限元分析（FEA)确定，例如PCT/ GB2012/051426上所公开的方法。特别地，FEA可以用于计算支撑环上所需要的抗弯刚度 的变化，以便控制支撑环的弯曲，以便随着与所述支撑环连接的所述膜由于流体压力增加 (或降低）而被拉紧，当受到不断增加的负载时，允许所述膜在所述组件处于驱动态时达到 预设形状。应该理解的是在一些实施例中，如当膜组件包括透镜或镜面时，所述膜可以静态 形变，但是对于一些其他应用，如声学应用，需要动态调节所述膜的形状。
[0032] 在一些实施例中，所述支撑环可以包括一个或多个环元件。在一些实施例中，所述 环包括一叠弹性环元件。所述多个弹性环可以为相同的或基本相同的环，也可以为不同的 环。所述膜可以夹在叠层内两个相邻环之间。通过将所述膜夹在两个相邻环中间，所述膜 施加在所述环元件上的扭转力是平衡的，使支撑环上整体没有或者基本没有扭转力。防止 在环上产生扭转力，可以避免环上不必要的形变出现从而影响膜的形状。在一些实施例中， 所述膜支撑部件可以由两个环元件组成。在另一些实施例中，不止设置两个环。然而，其排 布方式应该使当所述膜在两相邻环件被张紧时，作用于膜两侧的环元件上的扭转力应该方 向相反从而相互抵消或基本相互抵消。
[0033] 在一些实施例中，所述膜组件以压缩模式运行，用于压缩或膨胀所述流体填充封 套的力可以直接作用于膜支撑环上的一个或多个选择的控制点，使得所述环相对于固定支 架偏斜。如处于审查阶段的专利申请PCT/GB2012/051426中所公开，力作用于环上的控制 点，其应该根据驱动态时膜的预设形状进行选择。如上所述，这是因为，为了达到期望的预 设形状，所述环的轮廓必须设置成相匹配的预设轮廓，并且在其范围内，相对固定支架在一 个或多个位置的主动移位应当遵照预设轮廓。换句话说，当在环上施加一个力使流体填充 封套相对于固定支架压缩或膨胀时，所述环范围内的任意一点都不能移动到其它不符合预 定环轮廓的点上（允许公差存在），所述预设的环轮廓需要达到膜的预设形状样式。
[0034] 应用于环上的驱动力应该至少施加于间隔开的控制点上，所述控制点设置于所述 环的各个点上或其附近，其中，当所述环的轮廓在形变时形成所述膜的预设形状时，沿着所 述施加在两相邻点之间的控制点上的驱动力的方向上产生一个转折点，并且在环轮廓的上 述相邻点的相反方向上产生一个拐点或转折点。
[0035] 可以通过一个或者多个环啮合部件向支撑环每个控制点上施加力。所述一个或多 个控制点可以为驱动点，在所述驱动点上主动配置所述一个或多个环啮合部件使所述支撑 环相对于固定支架移动。适合地，所述支撑环可以通过所述环啮合部件在每个驱动点大体 沿着平行于主弯曲轴线的方向偏斜。
[0036] 在一些实施例中，一个或多个控制点可以为被动控制点，其中环啮合部件可以通 过连杆，导轨或其他机构连接至固定的支架，从而限制环啮合部件的运动至具体的范围或 特定的轨迹。
[0037] -个或多个控制点可以为铰接点，其中，一个或多个环啮合部件用于保持所述环 相对于支架固定不动，且允许一定程度公差。应当意识到，在所述支撑环上设置一个或多个 铰接点，为了在驱动状态时达到膜的预设形状，所述环需要在所述一个或多个铰接点保持 固定；也就是说，所述环在所述一个或多个铰接点的位置在驱动态和非驱动态时保持一致 或大体一致。当所述膜在非驱动态下处于平面状态时，应该意识到，所有铰接点将位于与所 述支撑部件零偏转的同一轮廓上。
[0038] 根据在环的各个点上设置有控制点的需要，为了形变时产生膜的预设形状，需要 环的轮廓沿着所述施加在两相邻点之间的控制点上的驱动力的方向上产生一个转折点，并 且在环轮廓的上述相邻点的相反方向上产生一个拐点或转折点。在所述环的其它位置上根 据需要可以设置有更多的控制点，除了为了限定所述膜的平面，需要至少设置三个控制点， 而拐点和转折点的数量不受限制。
[0039] 在一些实施例中，所述控制点包括至少两个相邻的铰接点和至少一个驱动点，在 驱动点上，所述环啮合部件用于对所述环相对于固定支架进行移动，达到调节流体填充封 套容积的目的。
[0040] 在相邻控制点之间，至少在所有选择好的组件驱动下，膜的边缘的轮廓并不遵循 膜的形状的表面轮廓的位置，所述支撑环应该可以在主弯曲轴线上相对于固定支架进行被 动偏斜。
[0041] 根据本发明，一个或者多个弯曲控制部件控制可弯曲膜支撑部件的弯曲或其他形 变以响应膜上的表面张力。特别地，所述一个或多个弯曲控制部件用于稳固支撑部件使其 在非驱动态和驱动态下不会产生不必要的弯曲或形变，并且允许所述支撑部件在动态时按 照需要弯曲，使得膜可以设置为预设形状。原则上，所述一个或多个弯曲控制部件应该只用 于强化所述支撑部件，避免不需要的或不可控的弯曲。事实上，在一些实施例中，所述一个 或多个弯曲控制部件可以以一种预定方式略微增加支撑部件的整体抗弯刚度，在计算支撑 部件所需抗弯刚度时可以将其计算在内，但是所述一个或多个控制部件不应该削弱支撑部 件的弯度的期望值。
[0042] 如上所述，当组件处于驱动态时，由于膜的表面张力的增加，所述弹性膜支撑部件 上会承受一个增加的负载，如果所述膜在支撑部件上具有一个预张力，所述弹性膜支撑部 件会承受一个显著的较大的负载。当承受上述负载时，所述一个或多个弯曲控制部件用于 使膜支撑部件稳固。
[0043] 所述一个或多个弯曲控制部件可以以各项异性的方式改变支撑部件的抗弯强度。 适合地，所述一个或多个弯曲控制组件可以很大程度上在平面内强化所述支撑部件，优于 在平面的横向轴上进行强化。所述一个或多个弯曲控制部件可以用于降低或阻止膜支撑部 件在垂直于主弯曲轴线的平面内（"平面内"刚度）偏转，而不会显著的影响支撑部件在主 弯曲轴线方向上的偏转（"平面外"刚度）。所述膜为一平面，所述弯曲控制部件用于控制 支撑部件在平面内的弯曲。通常所述一个或多个弯曲控制部件用于约束所述支撑部件向内 塌陷，或通常在所述膜组件受到内部横向力或外部作用力时用于保持膜组件的形状。
[0044] 在一些实施例中，所述一个或多个弯曲控制部件可以用于控制组件处于驱动态时 施加在膜上的张力。也就是说，在一些实施例中，在组件处于驱动态时，所述一个或多个弯 曲控制部件可以允许所述支撑部件以一种可控的方式向垂直于主弯曲轴线的方向弯曲。此 方法有利于保持膜内表面张力各项同性，或有利于允许所述支撑部件以一种可控的方式向 内收缩，从而改变由膜支撑部件包围的区域。
[0045] 甚至在一些所述膜在驱动态下需要进行球状形变时的实施例中，希望所述膜支撑 部件允许一些可控的平面内形变。例如，为了增加膜的曲率至一定的应变，在所述膜形变 时，所述一个或多个弯曲控制部件可以调节所述支撑部件的平面内抗弯刚度，从而允许所 述支撑部件向内压缩一定程度。上述方法在防止所述膜支撑部件和膜之间的交界上负载过 高时尤其有效。
[0046] 所述一个或多个弯曲控制部件可以与上述膜支撑环共同使用，也可以与本发明所 述的其它形状的膜支撑部件共同使用。
[0047] 在一些实施例中，所述一个或多个膜支撑部件可以包括加强隔片。所述加强隔片 可以包括一个与膜边缘形状大体相同的加强板，并可以固定安装在所述膜支撑部件上，使 力在它们之间传递。所述加强板可以沿着支撑部件均匀的固定于其上，如通过黏合剂黏结， 使膜内的表面张力均匀的传送到隔片上。适合地，所述加强隔片可以沿所述支撑部件连续 附着于所述支撑部件上。可替换地，所述加强板可以在间隔开的位置附着于所述支撑部件， 用于避免附着点区域内的支撑部件失真。所述加强板可以在与所述膜在动态下膨胀时的方 向相反的一侧上附着于所述支撑部件上。
[0048] 所述加强板可以具有比弯曲轴线上的面外刚度大的与主弯曲轴线正交的平面内 刚度。因此，所述加强板可以用于强化垂直于主弯曲轴线的平面内的支撑部件使其能够承 受膜所施加在上面的表面张力，并且允许所述支撑部件以预设方式在主弯曲轴线方向上弯 曲，对表面张力做出反应，控制所述支撑部件的表面张力。
[0049] 在一些实施例中，所述膜支撑部件可以包括一个或多个第一环元件，所述膜可以 夹在所述第一环元件和加强板之间。在所述膜和加强版之间可以设置有一个或多个第二环 元件，将所述膜和加强板隔开。适合地，所述膜支撑部件可以包括一个第一环元件和一个第 二环元件。在主弯曲轴线方向上的加强板和第二环元件的抗弯刚度可以结合起来用于平衡 由膜施加在第一环元件上的扭转力。
[0050] 所述第一环元件的厚度范围可以为0? 2mm至0? 75mm，适合地0? 3mm或0? 4mm至 0? 5mm。所述第二环元件的厚度范围可以为0? 01mm到0? 25mm，适合地为0? 025mm至0? 1mm, 如约 0. 05mm。
[0051] 所述加强板在主弯曲轴线方向上的厚度约为0? 1mm到1. 0mm，适合地0? 3mm至 0.7mm，如约0.5mm。其可以由聚碳酸酯，尼龙或玻璃（透镜组件的实施例），或各种含有塑 料，金属或陶瓷或复合材料制成（在一些具有声学或非传送膜组件的实施例中）。
[0052] 在一些实施例中，所述加强板可以与所述膜间隔开，例如，利用支撑部件的第二环 元件。可替换地，所述支撑部件可以包括一个或者多个设置于膜一侧的第一环元件（如上 所述），且所述加强板可以直接附着于所述膜的另一侧。在此类实施例中，所述加强板面 向所述膜的一面可以为阶梯以提供一个圆周平台，其大体上与具有第一环元件的内平面相 连，从而将加强板的其余部分与所述膜隔开。通过这种方法，所述平台有效的构成了一个完 整的第二环元件。
[0053] 所述加强板可以设置于流体内，因此可以设置有一个或多个延伸的孔径从而允许 流体自由移动到在膜的另一面。所述孔径的精确个数，尺寸和排布可以由本领域技术人员 决定，从而允许流体在期望的响应时间和纵向响应频率内能够从板的一侧自由移动到另一 侦牝而不影响加强板控制膜支撑组件的平面内形变的能力。在一些实施例中，所述孔径基本 上不影响加强板的弯曲能力。然而，在一些其他实施例中，一个或多个孔径可以通过设计成 特有的尺寸，形状，个数及排布方式来控制加强板的弯曲能力，从而当膜支承组件在为响应 膜内表面张力而发生弯曲时，所述支撑板能够提供更有力的控制。
[0054] 所述膜可以为多边形，例如根据眼镜镜片的形状相配合的矩形，所述加强板各个 角附近可以设置有孔径。适合地，每个孔径的形状可以是改进的鞋匠的刀的（arbelos)形 状，其具有一长形杆，通常定位在与板的对应角相交的轴上。例如，在一个透镜组件内，每个 孔径的杆与透镜表面的光学中心成一定的角度，所述透镜表面由所述膜形成。在一些具有 矩形加强板的实施例中，可以通过设计所述孔径的形状和排布方式使所述加强板在所述孔 径周围限定成近似"立体交叉"(cloverleaf)的形状。此种排布方式具有明显的优势，因为 它允许加强板在主弯曲轴线方向上双向弯曲，也就是说，它允许加强板在主弯曲轴线方向 上沿着两个与弯曲轴线垂直的交互横向轴进行弯曲，然而在缺少上述孔径时，加强板在主 弯曲轴线上沿着加强板平面方向上轴线弯曲易于强化所述加强板，使其抵制主弯曲轴线上 沿加强板平面内轴的横向轴的弯曲，如果所述支撑部件需要沿横向轴线方向弯曲达到预设 轮廓时，缺少孔径是不可取的。通常情况下，希望允许加强板在主弯曲轴线上沿着加强板内 相互正交的轴弯曲。
[0055] 在其它实施例中，所述加强板设置有一个大尺寸中心孔，事实上这使得加强板为 一环状。本文提及的术语"环状"并非限定所述加强板为圆形，仅仅限定了它的形状为一封 闭的环路，其轮廓与所述膜支撑部件的轮廓以及所述膜的外围相同。所述加强板上的中心 孔有利于允许加强板在主弯曲轴线方向上沿着加强板平面内相互正交轴弯曲。所述膜支 撑部件包括一个上述支撑环，所述环状加强板的平面内宽度优选可以为所述支撑环宽度的 2-15倍。
[0056] 在一些实施例中，所述加强板可以包括一个或者多个悬筋，用于强化所述加强板 以对抗其在平面态时产生不希望的形变，或者增加产生不希望的形变模式所需要的能量。 当所述支撑部件在非驱动态或任意驱动态处于平面状态时，其承受来自膜内预张力的载 荷，从而可能处于非稳定态，此时与平面的任何偏移会释放储存于所述膜中的表面张力中 的能量。因此，所述支撑部件可能易于被扣住，导致它以及设置在其上的膜呈现出意外的更 稳定的马鞍形状。在一定程度上，这种扣住的倾向会在膜处于驱动状态下开始膨胀时就存 在，虽然这种趋势会随着膜的膨胀而逐渐减弱。
[0057] 所述一个或者多个悬筋可以被设置于加强板上远离所述膜的一侧。所述一个或多 个悬筋连接到所述加强板的连接点可以位于所述膜支撑部件在所述可变形膜组件处于驱 动态时不发生移动的位置处或位置附近。适合地，所述悬筋可以沿着所述弹性膜在驱动态 时不发生位移的轮廓设置。可替换地，可以设置有一个或多个线性筋穿过所述加强板。在 一些实施例中，所述一个或多个加强筋可以与组件的一个或多个固定部啮合，从而强化加 强板的抗弯曲能力。例如，所述一个或多个加强筋可以与用于促进流体填充封套压缩或膨 胀的固定支架啮合。在一些实施例中，可以对所述一个或多个加强筋的尺寸和位置进行设 计，从而使其与封套的另一面相啮合。适合地，一个或多个加强筋可以黏接或连接到所述固 定部。
[0058] 在一些实施例中，所述一个或多个弯曲控制部件可以包括多个撑杆，其在所述膜 支撑部件的相对的部分间延伸，并用于阻止支撑部件的平面内形变且不妨碍主弯曲轴线方 向上的平面外偏斜。适合地，所述撑杆可以由聚碳酸酯或本领域人员熟知的其它材料制成。 所述撑杆可以通过例如黏合剂等固定连接到所述膜支撑部件的尾部，并且可以提供足够数 量的撑杆从而防止撑杆间的膜支撑部件的变形。所述撑杆可以与所述膜支撑部件直接连 接。可替换地，所述撑杆的尾部可以由一与支撑部件连续连接的封闭的外围网状部承载。适 合地，可以设置两组或者多组撑杆，且各组撑杆均被调整成相互交叉定向。适合地，所述两 组或多组的撑杆在交叉点处互相不连接。此种设计对非圆形膜组件情况尤其有利，因为在 非圆形膜组件中，其表面张力在驱动态下可以各向异性地调整。在这类实施例中，所述加强 部件的刚度可以在每组撑杆间独立调整，从而达到膜在驱动态下各项异性的响应，与膜内 的各项异性一致，或者为其更正。
[0059] 可替换地，所述一个或多个弯曲控制部件可以包括多个控制杆，其中每个控制杆 的一端与所述膜或所述膜支撑部件连接，其另一端与组件的一个或多个固定部连接。每个 控制杆用于允许支撑部件的主弯曲轴线方向上的自由弯曲，而防止、阻止或控制支撑部件 的平面内形变。所述控制杆可以通过合适的黏合剂连接到所述膜/膜支撑部件和所述组件 的固定部上。
[0060] 在一些实施例中，每个控制杆的另一端与用于促进所述流体填充封套的压缩或膨 胀的所述固定支撑件连接。所述封套的另一面为一刚性面或连续安装在一刚性板上，可以 将每个控制杆的另一端连接到该面上。可替换地，在一些实施例中，所述控制杆的另一端可 以连接到一刚性盖板上，所述刚性盖板覆盖在所述膜的上方。在光学应用中所述前盖板为 透明的，其可以包括一固定透镜。将控制杆连接到上述刚性盖板上的一个优势是可以避免 在所述封套另一面的后面设置一个笨重的加强板或透镜部件。在另一个实施例中，每个控 制杆的另一端可以连接到容纳有本发明所述组件的一刚性或实质刚性的外壳上。
[0061]所述控制杆可以相对于所述支撑部件倾斜地延伸，使当所述组件处于动态时，每 个控制杆限制所述支撑部件沿所述控制杆限定的弧线移动。适合地，每个控制杆对于所述 主弯曲轴线的所张立（subtend)的最小角度大于45°。在一些实施例中，在组件处于驱动 态时，所述主弯曲轴线对每个控制杆的张立角度可以增加；在另外一些实施例中，所述角度 可以变小。根据所述组件的配置及所述控制杆的位置不同，在一些实施例中，在驱动态时一 些控制杆张立角会增加，而另外一些控制杆张立角在动态时会减小。
[0062]这样，当所述组件远离平面膨胀时，通过控制杆控制所述膜支撑部件在平面内的 位移。特别地，当所述组件处于驱动态时，所述膜支撑部件区域在弯曲轴线上移动，该区域 的移动垂直于所述弯曲轴线，通过控制杆控制该移动从而控制膜的线表面张力。
[0063]典型地，所述控制杆可以设置于所述膜支撑部件的闭合环路的内侧，在所述膜覆 盖的区域内（"内侧"）。但是在一些实施例中，部分或所有的控制杆的尾端可以在所述膜 支撑部件外侧与所述膜连接而不是在支撑部件上。所述控制杆可以沿一个方向延伸，也可 以沿不同方向延伸。适合地，可以设置两组控制杆，第一组中的控制杆定向为第一方向，并 且第二组中的控制杆定向为第二方向。所述第一和第二方向可以是彼此的横向，使得在第 一方向和第二方向上的控制杆可以彼此交叉。
[0064]在另一个实施例中，所述一个或多个弯曲控制部件可以包括多个连杆机构，所述 连杆机构沿着所述膜的外围被分隔开。其中，每个连杆机构连接在膜或膜支撑部件和组件 的一个或多个其他固定部之间。例如，每个连杆机构的一端可以连接在膜支撑部件上，其另 一端连接在用于促进流体填充封套压缩或膨胀的固定支架上。在此类实施例中，所述封套 的另一面为一刚性面或连续安装在一刚性板上，可以将每个连杆机构的另一端连接到该面 上。可替换地，所述连杆机构的另一端可以连接到上述前盖板的下侧。在另一个可替换地 实施例中，所述连杆机构的另一端可以连接到容纳有本发明所述的组件的一刚性或实质刚 性的外壳上。
[0065]所述连杆机构可以设置于所述膜外围的外侧。可替换地，所述连杆机构可以根据 所述膜支撑部件设置。在另一个实施例中，所述连杆机构可以设置于内侧，也就是所述膜支 撑部件的封闭环路的内侧。前者的排布方式有利于减少对流向膜的流体的限制。后者的排 布方式可以降低空间需求。
[0066] 每个连杆机构可以用于允许所述膜支撑部件在主弯曲轴线方向上产生弯曲，但是 阻止所述膜支撑部件在垂直于主弯曲轴线的平面内移动。例如，在一些实施例中，每个连杆 机构可以包括两个控制杆，其中一个控制杆的一端滑动连接到膜支撑部件（或通过合适的 界面连接到膜上），另一端可转动的连接到所述组件的固定部，如所述封套的另一面；同时 另一个控制杆的一端滑动连接到所述组件的固定部，其另一端可转动的连接到所述膜或膜 支撑部件上。所述两个控制杆可以彼此铰接。
[0067]可替换地，所述一个或多个弯曲控制部件可以包括多个周向间隔的连杆机构，用 于在允许所述膜支撑部件在主弯曲轴线方向上弯曲之外，还允许控制所述膜支撑部件的可 控的平面内位移。因此，在此实施例中，每个所述连杆机构可以包括一个四杆机构，其中一 个控制杆的一端与所述膜或膜支撑部件铰接，另外两个控制杆的一端分别与所述组件的固 定部可转动的连接，例如，当所述封套的另一面为一刚性结构或其安装到一刚性板时，所述 固定部即为所述封套的另一面。这两个控制杆的另一端在间隔开的点处可转动的连接到第 一个控制杆上来形成四杆机构，从而使其允许所述膜支撑部件在主弯曲轴线方向上弯曲并 且控制所述膜支撑部件的移动。如上所述，通过允许所述膜支撑部件在平面内的少量移动， 可以控制所述膜在膨胀时的张力。
[0068] 适合地，所述控制杆或连杆机构可以被设置成，允许沿所述膜支撑部件范围的平 面内的移动量不同。由于所述膜在驱动态下进行膨胀，它的横截面会由圆形的弦形改变成 弧形，支撑部件相对两侧之间更长。对于一个膜其平面内一个维度的长度大于另一维度的 长度，或者对于一个需要进行非球形形变的膜而言，所述膜内的张力随着其膨胀并不是各 项同性增加的，而是一个维度上的张力要大于另外一个维度的张力。所述弯曲控制部件可 以设置成，允许所述膜支撑部件在平面内的长轴方向上的位移大于短横轴方向上的位移， 使其弥补张力在各项异性上的变化并且保持膜内张力各向同性，或至少能够降低表面张力 在两个不同维度上的差值。
[0069] 在另一个实施例中，所述一个或多个弯曲控制部件可以包括多个弹簧件，每个弹 簧件的一端与所述膜支撑部件连接，其另一端连接到合适的约束边界，例如组件的一个或 多个刚性或实质刚性的固定部。在一些实施例中，所述约束边界包括一刚性或实质刚性的 环，所述环围绕所述膜支撑部件设置。所述刚性环的形状与所述支撑部件大体相同（但是 更大），或者也可以具有不同的形状。可替换地，所述约束边界可以包括外壳或类似的用于 容纳所述组件的容器。
[0070] 所述弹簧件可以包括本领域技术人员熟知的任意适合的弹簧。在一些实施例中， 每个弹簧件可以包括一螺旋形盘簧。所述弹簧件与所述膜支撑部件以这样的方式连接，在 与主弯曲轴线的垂直方向上提供一个恢复力，使得所述膜支撑部件在主弯曲轴线方向上自 由弯曲，而所述弹簧件控制所述膜支撑部件在主弯曲轴线的垂直平面内的形变。所述膜支 撑部件边缘的每个弹簧的弹性模量可以相同也可以不同，从而控制膜内的表面张力。
[0071] 在另外一个可替换的实施例中，所述一个或多个弯曲控制部件可以包括多个与膜 支撑部件啮合的导轨，用于约束所述膜支撑部件在组件驱动态下的移动，使其沿着所述导 轨以预定轨迹移动。因此，在一些实施例中，所述导轨可以包括数个销，所述销围绕膜的外 缘设置，并且分别穿过膜支撑结构内的孔径，从而允许所述膜支撑部件沿着销滑动。可替换 地，所述导轨可以包括轨道，所述膜支撑部件可以设置有与导轨相配合并能够在轨道中滑 动的滑块。所述销或轨道可以沿主弯曲轴线延伸。在一些实施例中，所述销或轨道可以调 整成大体平行于主弯曲轴线，使所述膜支撑部件只能沿着主弯曲轴线方向移动。然而，在一 些实施例中，所述销或轨道可以调整为相对主弯曲轴线倾斜，从而允许所述膜支撑部件在 驱动态下进行一定程度的平面内移动，从而控制膜内的张力，如上文所述。典型地，所述销 或轨道被定向，使得在驱动态下，被连接至销或轨道的环支撑部件，向内移动从而减小膜上 的张力。
[0072] 在一个变体中，所述一个或多个弯曲控制部件可以包括多个可弯曲连杆，其一端 与所述膜支撑部件相附接，并且定向为大体平行主弯曲轴线的方向。每个连杆可以与一个 安装部件可滑动啮合，所述安装部件固定安装于所述组件的固定部。各自具有安装部件的 每个连杆的交互啮合允许所述连杆在主弯曲轴线方向上滑动。每个安装部件包括一凸缘 部，所述凸缘部用于防止所述连杆在组件非驱动态下弯曲。在所述组件处于驱动态时，所述 连杆相对于其各自的安装部件滑动，使得所述连杆的一端逐渐从凸缘部伸出，所述连杆伸 出的部分可以在垂直于主弯曲轴线方向的平面内弯曲。因此，所述连杆和安装部的交互啮 合可以允许所述膜支撑部件在主弯曲轴线方向上按照需求自由移动，并且在组件被逐渐驱 动时，允许所述膜支撑部件在平面内进行可控的移动。
[0073] 本发明提供的膜组件可以用于各种不同的应用中，使此类应用中的膜可以逐渐并 可控地形变从而提供一种具有预设形状的表面。所述膜组件可以用于静态应用及动态应 用。例如，所述膜组件可以用于提供一种声学表面，如扬声器的隔膜或其他声换能器。所述 膜组件也可以应用于光学领域，其中所述膜可以用于提供一种透镜或镜面，或两者同时存 在。
[0074] 对于光学应用，特别是组件中包括透镜或其他用于传输光的设备，其位于视野内 的组件的所有部分都应该根据相关光谱范围折射率相匹配。因此，在所述一个或多个弯曲 控制部件包括一个或多个设置于膜封闭区域内的部件（如撑杆，控制杆，连杆机构，磁盘， 等）时，这些部件应该与流体折射率相匹配，使它们不可见或几乎不可见。
[0075] 适合地，如上所述，所述膜被其上方的第一防护盖板盖住。对于光学应用，所述前 盖板可以为透明的；在一些实施例中，其包括一固定透镜，如一固定焦距的透镜。
[0076] 所述组件可以包括第二盖板，其与流体填充封套的另一面并列。在一些实施例中， 该另一面可以包括第二可形变膜。可替换地，所述另一面可以具有恒定的形状，例如平面。 而当所述封套的另一面为弹性面时，可以在其上方设置第二盖板对其进行保护，并且为所 述组件设置一个刚性外壳或大体为刚性的外壳。在一些实施例中，所述第二盖板可以包括 一固定透镜。在另外一个实施例中，所述第二盖板可以形成所述封套的另一面。
[0077] 本发明的另一个目的是提供一种包括上述可变形膜的眼镜。
[0078] 典型地，所述眼镜可以包括具有镜框的镜架；所述可变形模组件可以安装于所述 镜框。
[0079] 以下参考本发明的实施例的附图，仅通过示例进行描述。
[0080] 图中：
[0081]图1是从一副眼镜的前上方看的透视图，其包括装配有两个根据本发明第一实施 例的流体填充透镜组件的边框；
[0082] 图2是从图1所示的眼镜的上方向其左手侧的左方看的透视图，示出了如何将根 据所述第一实施例的透镜组件的其中一个装配到所述边框；
[0083] 图3是图2所示的其中一个透镜组件在非驱动态下的前视图；
[0084] 图4是图3所示的其中一个透镜组件沿IV-IV线的截面图；
[0085] 图5是图3所示的其中一个透镜组件沿V-V线的截面图；
[0086] 图6是图3所示的其中一个透镜组件沿VI-VI的截面图；
[0087]图7是从所示的其中一个透镜组件（沿图3的VI-VI线剖切）的下方向其前方的 左侧看的透视图；
[0088] 图8是本发明第一实施例的所示的其中一个透镜组件的爆炸图，示出了该组件的 组成部分；
[0089] 图9是所示的其中一个透镜组件的柔性膜及膜支撑环在驱动态下的前视图，示出 了所述环的宽度如何围绕所述膜的周边变化，从而控制所述环的截面二次矩；包括有轮廓 线以指明驱动态下所述膜的曲率；
[0090] 图10示出了图9所示的膜和环在驱动态下被投影到半径为R的想像的球上；
[0091] 图11示出了图4所示的其中一个透镜组件在驱动态下的截面图；
[0092] 图12示出了图5所示的其中一个透镜组件在驱动态下的截面图；
[0093] 图13A示出了本发明第一实施例的其中一个透镜组件的承载盘的前视图，其被用 于控制所述膜支撑环在膜内表面张力作用下的弯曲；
[0094] 图13B示出了所示承载盘的第一种变体的前视图，其可以在所述第一实施例中作 为替换；
[0095] 图13C示出了所示承载盘的第二种变体的前视图，其可以在所述第一实施例中作 为替换；
[0096] 图13D示出了所示承载盘的第三种变体的前视图，其可以在所述第一实施例中作 为替换；
[0097] 图13E示出了从图13D所示的承载盘的第三种变体的下方向其前方的右手侧看的 透视图；
[0098] 图13F示出了所示承载盘的第四种变体的前视图，其可以在所述第一实施例中作 为替换；
[0099] 图13G示出了从图13F所示的承载盘的第四种变体的下方向其前方的右手侧看的 透视图；
[0100] 图14示出了根据本发明的第二实施例的另一膜组件的类似于图4和图11的截面 示意图，其包括图13C所示的承载盘的第二种变体；
[0101] 图15是根据本发明的第三实施例的配置有弯曲控制撑杆的膜支撑环的前视图；
[0102] 图16是根据本发明的第四实施例的膜组件的前视图；
[0103] 图17A是图16所示的膜组件在非驱动态下的侧截面图；
[0104] 图17B是图16所示的膜组件在驱动态下的侧截面图；
[0105] 图18A是根据本发明的第五实施例的部分膜组件在非驱动态下的侧截面图；
[0106] 图18B是根据本发明的第五实施例所示的部分膜组件在驱动态下的侧截面图；
[0107] 图19是根据本发明的第六实施例的另一个膜组件的前视图，其包括"外侧"弯曲 控制连杆机构；
[0108] 图20A是图19所示的膜组件在非驱动态下的侧截面图；
[0109] 图20B是图19所示的膜组件在驱动态下的侧截面图；
[0110] 图21是根据本发明的第七实施例的膜组件的侧截面图，其包括"内侧"弯曲控制 连杆机构；
[0111] 图22A是根据本发明的第八实施例的另一种膜组件在非驱动态下的侧截面图，其 具有"内侧"弯曲控制连杆机构；
[0112] 图22B是根据本发明的第八实施例所示的膜组件在驱动态下的侧截面图；
[0113] 图23是根据本发明的第九实施例的膜组件的侧截面图，其具有"外侧"弯曲控制 连杆机构；
[0114] 图24是根据本发明的第十实施例的膜组件的前视图，其具有"外侧"弯曲控制弹 簧；
[0115] 图25是根据本发明的第十一实施例的另一个透镜组件的一部分的前视图，其中 所述膜支撑环被设置成在多个周向间隔的销上滑动，用以阻止所述环在膜内表面张力下的 平面内弯曲；
[0116] 图26是图25所示的透镜组件在非驱动态下的侧视图；
[0117] 图27是示出了将所述膜支撑环安装到图25和图26所示的组件的所述销上的放 大侧视图；
[0118] 图28是本发明的第^^一个实施例的一种变体的放大侧视图，其中所述销中的一 个或多个被设置成倾斜角度以控制所述膜支撑环的平面内弯曲。
[0119]图29是根据本发明的第十二个实施例的膜组件的一部分的前视图，其中所述膜 支撑环被多个周向间隔的可弯曲悬杆支撑，用于控制所述环在所述膜内的表面张力作用下 的平面内弯曲；
[0120] 图30是本发明的第十二个实施例所示的组件在非驱动态下的侧截面图；
[0121] 图31A和图31B是分别在驱动态下及非驱动态下的放大侧面图，示出了所述膜支 撑环与图29和图30所示的组件的所述杆之一的连接。
[0122] 如图1所示，根据本发明的第一个实施例，一副眼镜90包括具有两个镜框93和两 个镜腿94的镜架92。两个镜框93通过连接桥95连接，每个镜框的尺寸及形状适用承载根 据本发明第一实施例的对应的透镜组件1，1'。其中的一个透镜组件1用于眼镜的左手侧镜 框内，另外的透镜组件1'用于右手侧镜框内。每个镜框93包括镜框前轮廓部分93a，其与 连接桥95为一整体并与镜腿连接；还包括独立的镜框后轮廓部分93b。如图2所示，所述 镜框前轮廓部分93a和后轮廓部分93b相配合组装用于将相应的透镜组件1和1'嵌入并 固定在二者之间。所述镜框前轮廓部分93a和后轮廓部分93b可以通过任何本领域技术人 员熟知的方法固定到一起。例如，可以通过配合螺孔97,可以接收安装螺栓将所述前轮廓部 分和后轮廓部分固定到一起，并将透镜组件1和1'紧固其中。
[0123] 如图1所示，右手侧透镜组件1'和左手侧透镜组件1互相镜像，它们的结构是相 同的。下文仅描述左手侧透镜组件1，但应当理解，右手侧组件1'的结构及操作实质是相同 的。
[0124] 如图3和图9所示，在本实施例中，左手侧透镜组件1大体上为一矩形，具有两个 相对的长边3和5以及两个短边7和9,其设计成与边框92相配合，如前文所述，但是应当 说明的是，本实施例所示的只是透镜组件的一种合适的形状，本发明中所述的可变形膜组 件，如透镜组件，可以具有很多不同的形状。本发明尤其适用于非圆形的设计，如图3和图9 所示，但是本发明的教导同样适用于圆形透镜和其他利用可变形膜提供具有预设形状的表 面的设备。
[0125] 如图5-8所示，本发明第一个实施例所述的透镜组件1包括透明前盖板4,透明后 盖板16和扣环6,所述扣环6用于将透镜组件1的各个部分保持在一起，并将前盖板4和后 盖板6在前-后轴（如图8所示的z轴）方向上间隔开。
[0126] 前盖板4可以为玻璃或者其他合适的透明聚合材料。在本实施例的透镜组件1中， 前盖板4的厚度大约为1. 5_，但是其厚度是可以改变的。在一些实施例中，前盖板4可以 包括一固定光焦度的透镜，例如单视觉（单倍率），多焦点（两个或更多倍率），渐进地（梯 度倍率），甚至可调节元素。如图4所示，在本实施例中，前盖板4为平-凸形。
[0127] 后盖板16包括正面17和背面14,其可以由玻璃或者其他透明聚合物制成。在本 实施例中，所述后盖板16的厚度大约为1. 5mm，但是其厚度根据需要是可变的。在一些实施 例中，与前盖板4 一样，所述后盖板16可以形成一个固定光焦度的镜片。在本实施例中，如 图4所示，所述后盖板为一凹凸镜片。
[0128] 如图8所示，所述扣环6包括一向前延伸的侧壁13,所述侧壁13具有内表面23， 所述侧壁13终止于前表面15。在透镜组件1的短边7上，所述扣环6具有如图7和图8所 示的狭槽25,所述狭槽沿所述前-后方向延伸。如图6所示，所述扣环6的内表面23具有 周向向内延伸的后凸缘34，并且向外呈阶梯至前表面15,从而形成周向的台肩36,其形状 将在下面进一步详述。所述后凸缘34设置于所述扣环的后面附近；所述后盖板16设置于 后凸缘34上，所述前盖板4坐落在扣环6的前表面15并与其相结合，使得透镜组件1构成 一具有内腔的密封单兀。
[0129] 如图6所示，扣环6的形状和尺寸被设计成使其与后轮廓部分93b紧密结合，使得 当透镜组件1嵌入前轮廓部分93a和后轮廓部分93b之间时能够保持稳定而不会晃动。因 此，所述扣环6为透镜组件1的可移动部分提供了一个稳定的固定支架，如下述。
[0130] 在所述透镜组件1的另一个短边9上的两个间隔点?1, ?2处，所述扣环6的内表 面23-体形成了小啮合环构件39,被中间台肩36前向隔开，如图4所示。可替换地，可以 在长边3和长边5靠近短边9上设置一个或多个这类构件。
[0131] 在内腔里，所述透镜组件1容纳有盘状部件12,所述盘状部件12包括弹性侧壁 18,后壁19和前侧密封凸缘20。在本实施例中，所述盘状部件12由杜邦公司的透明聚酯薄 膜制成（双轴向聚对苯二甲酸乙二醇酯），其厚度约6 y，而其他合适的用于制造盘状部件 的材料同样适用且厚度可以进行相应的调整。所述盘状部件12的后壁19与所述后盖板16 的前表面17连续相结合。为达到这个目的，可以使用透明压敏胶粘剂（PSA)，如3MK 8211。 在本实施例中使用了厚度约为25 y的PSA层，然而其厚度可以根据需要进行调整。
[0132] 所述盘状部件12的侧壁18从后壁19向前方延伸，位于扣环6侧壁13的内表面 23上的台肩36和盘状部件12的侧壁18的形状尺寸进行配置，使在构件39附近的盘状部 件的前侧密封凸缘20部分支撑于所述台肩上，同时所述侧壁12的其他部位设立于台肩36 之外，使台肩36和密封凸缘20之间存在一自由空间。在本实施例中，所述盘状部件12的 侧壁18在前-后方向上的高度大致相同，并且位于扣环6的侧壁13的内表面23上的台肩 36从组件的短边9至短边7向后倾斜。这种排布方式允许盘状部件在驱动态下可以在短边 7区域内被压缩，下面将对其进行详述。
[0133] 所述盘状部件12的前侧密封凸缘20与透明隔片的后表面相结合，所述透明隔片 包括作为弯曲控制部件应用的盘24,下文将进一步详述。在本实施例中，如图13A所示，盘 24包括一聚碳酸酯平板，其厚度约为0. 5mm，也可以使用具有下文所述必要性能的其他适 当的可替换的材料。与透镜组件1的短边7并列处，所述透明盘24包括一突出片26,其与 扣环6的侧壁13上的狭槽25相配合。如图13A所示，所述透明盘24设置有多个孔径32a 和32b ;本实施例中具有两个上述孔径，其中一个相邻于透镜组件1的短边7,另外一个相邻 于短边9。设置孔径32a和32b的目的下面将进行详述。所述孔径32a和32b的精确数量， 尺寸和排布方式可以根据需要进行改变，例如，可以在透明盘24上设置多个间隔开的较小 的孔径。在本实施例中，盘状结构12与透明盘24的后表面之间利用Loctite;l' 3555黏合剂 密封黏结，当然也可以用本领域人员熟知的其它黏合剂。
[0134] 所述透明盘24的前表面与膜部件密封在一起，所述膜部件包括一透明无孔的弹 性膜8,所述弹性膜夹在一对有弹性的可弯曲膜支撑环之间，所述支撑环包括前环2和后环 10。如图6和图7所示，所述前环2和后环10的几何结构大致相同，并且其大小使其能够 存在于扣环的内腔内。在本实施例中，所述前环2和后环10由同一块不锈钢板上裁剪，并 且其厚度约为〇. 3_，当然也可以使用其他材料，其厚度相应进行调整以提供所需的刚性。
[0135] 图9中更详细地示出了前环2和后环10形状。如图所示，前环2和后环10的宽 度在x-y平面内围绕着透镜组件1的外缘变化，使前环2和后环10的抗弯强度以一预设方 式在其范围内进行变化。这种设计是为了当透镜组件1处于驱动态时所述前环2和后环10 弯曲可以控制弹性膜8的形变，从而控制镜片的倍率，下文将详述。
[0136] 在本实施例中，所述前环2和后环10具有相同的厚度，但是在其它实施例中，它们 可以具有不同的厚度。例如，前环2的厚度可以为0. 4-0. 5mm,同时后环10的厚度可以为 0. 025-0. 05mm。所述后环8还用于将膜8和盘24间隔开。无论前环2和后环10是否具有 相同的厚度，当膜8被张紧时，它们都应该共同作用以平衡施加在环2,10上的扭转力，可选 地结合透明盘24,下文将详述。在一些实施例中，盘24的抗弯刚度足以平衡上述扭转力，此 时所述后环10的厚度可以比前环2的厚度薄，甚至可以省去后环。在省去后环的情况下， 所述盘24在其前表面上包括一外缘台阶或类似结构，从而使盘24和膜8间隔开。
[0137] 环2和环10设置有突出片26,其与透明盘24上对应的突出片26相对齐。
[0138] 在本实施例中，所述膜8由聚对苯二甲酸乙二醇酯（如Mylar?)制成，其厚度约为 0. 5mm，当然根据需要可以使用具有适当弹性模量的的替代材料。例如，所述膜8的制作材 料可以包括聚合物，硅橡胶（如聚二甲基硅氧烷），热塑性聚氨酯（如Tuftane?)，偏二氯乙 烯聚合物（如SaranO或合适厚度的玻璃。
[0139] 所述膜8被预张紧至应变达到约5%，并且其与上述环结合在一起，使其边缘可以 得到稳定的支撑，如图4_7, 9及10所不。在本实施例中，所述膜8利用黏合剂Loctite" 3555 与前环2和后环10黏结在一起。所述膜8至少要与后环10形成密封。
[0140] 如图4,6和7所示，所述前环2沿着其短边7和9分别与两个加强筋3a和3b相 结合，所述加强筋用于改变膜部件在该区域内的抗弯刚度。与透镜组件1的短边7并列的 所述加强筋3a上形成有突出片26,该突出片与形成在前环2,后环10以及透明盘24上的 突出片对齐。
[0141] 在扣环6的内表面上的所述台肩36和构件39之间的间隙，使叠置的盘24,前环2 和后环10,膜8以及透镜组件1的短边9上的加强筋3b紧密的配合于扣环6的内表面23 上的啮合环构件39下方，从而阻止所述膜部件在? 1，?2处来回晃动。如上所述，在透镜 组件1的短边7处以及沿着长边3和长边5,至少靠近该短边，所述盘24,前环2和后环10 以及夹在其中的膜8可以在z轴方向上在台肩36和前盖板4之间的空隙内自由移动。
[0142] 所述啮合环机构39因此用于将膜部分铰接至短边9对齐的扣环。在加强筋3a， 前环2和后环10以及透明隔片24上形成的对齐的突出片26设置有间隔紧密的孔28a和 28b用于与可操作驱动设备（未示出）连接，所述驱动设备安装于眼镜90上用于使膜部分 在前-后方向在短边7上相对于扣环6运动，所述扣环6内的狭槽25允许此运动。因此， 如图10所示，孔28a和28b定义了驱动点?。所述膜部分在Z轴方向上在驱动点?上的位 移使与组件1短边7对齐的膜部件可以相对于盘状部件12的后壁19前后移动，盘状部件 由扣环6稳定保持，同时所述膜部件相对于后壁19上的位置?1,?2(其被用做铰接点） 固定不动。所述前环2和外环10可以在台肩36的间隙内自由"浮动"，在啮合环机构39和 台肩36之间被压紧，在驱动点?进行可控的移动。
[0143]任何本领域技术人员熟知的适用的驱动设备均可以用于有选择地相对扣环6在 非驱动位置和全驱动位置之间移动驱动点?处的膜部件，所述非驱动位置如图4-7所示，此 时前环2和后环10以及膜8大致处于x-y平面内。所述驱动设备可以为手动操作也可以 为自动操作，其应该包括一适当的啮合环连杆机构，用于通过突出片26将驱动设备和膜部 件连接，从而在前-后方向上，在驱动点?处驱动所述膜部件。所述驱动设备可以用于连续 移动处于非驱动态下和驱动态下的膜部件，或用于所述膜部件仅在多个预设的相互间隔位 置间移动。所述驱动设备可以简便地设置于眼镜90的连接桥94内，或设置于一个或两个 镜框93内。每个透镜组件1，1'的单独的驱动设备可以各自设置于镜框93内。所述设备 可以有选择的连接从而为透镜组件1和1'提供同步驱动。应当了解到，所述驱动设备施加 的力作用于膜部件上，并且穿过所述机构39而反作用于所述扣环6(其中，所述扣环6固定 安装在眼镜90的框架92内），从而选择性的使所述膜支撑部件和组件相对于扣环6移动。 所述驱动设备在本文中不进行进一步详述，然而一般地其可以为机械设备、电力驱动设备 或磁力驱动设备，和/或由相变材料制成，例如形状记忆合金（SMA)，蜡或电子激活聚合物。
[0144] 扣环6的侧壁13的尺寸使得装配时，前盖板4由前环2和加强筋3a和3b向前间 隔开，如图4, 5, 11和12所示，从而使膜8可以在驱动态下向前膨胀而不会撞击到前盖板4， 如下文所述。
[0145]所述盘状部件12,膜8,后支撑环10和隔片24 -起限定密封内腔22,其内充满了 透明流体。在本实施例中，所述内腔2充满了透明油11。在本实施例中使用了DowCorning% DC 705硅油（分子量为546. 88的1，3, 5-三甲基-1，1，3, 5, 5-五苯基三硅二氧烷），然而 也可以选择其它合适的无色油，特别是具有高折射率的硅氧烷油，有大量的生产商生产。所 述油11的选择应该遵循万一泄露时不损害佩戴者的眼镜的原则。对于非光学应用，可以不 考虑这方面的应用。
[0146]所述内腔22 -般不能被填充的过满，使得在非驱动态下，所述膜8如上所述保持 平面状态，为所述膜设定一基准面D，如图10所示，在膜8上施加预张力用于拉伸膜，以降低 由于温度变化、重力作用或油11在组件1运动时产生的惯性等作用下产生的褶皱或下垂现 象。如上所述，所述透明隔片24设置有孔径32a和32b，从而允许流体能够在透明隔片24 的前后之间来回流动，下面将进行详述。
[0147]尽管在本实施例中，所述膜8在非驱动态下处于平面状态，在其他实施例中，所述 膜8在非驱动态下可以为一凸面（或凹面），并且在驱动态下可以为平面。在此类实施例 中，所述膜平面在驱动态下可以方便的用于限定一个参考基准面D，用于测量前环2和后环 10或其他支撑件在z轴上的位移。而在另外的可替换实施例中，可以通过配置所述组件使 其在应用中不是平面，也可以是一个理论上的平面，这是其所允许移动（在驱动或非驱动 方向上运动）的外推。本领域技术人员应该了解到，理论平面状态可以用于为膜定义基准 面，甚至在实际非驱动态下所述膜已经存在一定的弯曲度。
[0148] 所述油11用于从其内部支撑所述盘状结构12,特别地用于强化弹性侧壁18,防止 其由于自身重量或重力效应而塌陷。因此所述流体填充的内腔22形成了垫，类似具有弹性 的可压缩的封套。
[0149] 在本实施例中，透明油11，以及用于制作后盖板16、盘状部件12、用于黏结盘状部 件12的后壁19和后盖板16的前表面17的压敏黏合剂、透明隔片24及膜8的材料，其彼 此间的折射率尽可能接近。在内腔22填充如透明油11后，所述膜8和后盖板16的后表 面形成了可调节镜片的相对的光学表面。如上所述，本实施例中的后盖板16是凹凸透镜 (menicus) 〇
[0150] 在非驱动态下，所述膜为平面，所述后盖板16为镜片提供了一固定的光学倍率， 膜8为零增加。应当理解的是，对于非光学应用，流体以及组件的其它部件不需要为透明 的，可以为不透明的或半透明的。
[0151] 应当理解的是，本发明中所使用的材料和尺寸并不仅仅限于本实施例，本实施例 仅仅作为举例说明使用。任何不同类型适用于盘状部件12的材料应该具有光学清晰，综合 刚度小于前环2和后环10,与透明隔片24可连接的特点。可选用的不同类型的粘结剂能够 具有持久黏结该组件的部件，抗蠕变，在有流体出现时具有一定的粘度并保持一定的惰性 等特点。特别地，粘结剂可以根据不同部件的材料进行选择。
[0152] 处于运行状态的驱动设备，施力于膜部件的突出片26上，使其滑入狭槽25内，使 位于透镜组件1的短边7上的膜部件可以从其处于非驱动态时候的位置相对于扣环6向前 或向后运动，从而使内腔22能够膨胀或压缩，导致内腔22内的流体压力相应降低或增加。 所述盘状部件12的侧壁18为弹性壁使其能够允许上述运动。在本实施例中，透镜组件1 被设计用于使膜部件在驱动态下邻近短边7向后运动，从而进行压缩以增加内腔22内的流 体压力。增加的流体压力使弹性膜8膨胀并以凸的形式向前凸，如图11和12所示，从而增 加膜的曲率以及镜片膜8和后盖板16的后表面14间的光学厚度，并且正向增加后盖板16 的固定的凹凸透镜的光学倍率。
[0153] 应当理解的是在其它实施例中，例如图16-17所示的第四实施例，驱动设备能够 用来使部件从非驱动态位置向前运动，从而降低内腔22里面的流体压力，导致膜8以凹面 形式向内膨胀，从而与后盖板16的后表面14相结合，此复合镜片可以为两面凹的，尽管在 本实施例中，在向后的方向上的最大曲率会受限于膜8和透明隔片24间的间隙。膜8的曲 率越大，其提供的附加的光学倍率（正向或负向）也越大。在类似的实施例中，所述盘状部 件12的弹性侧壁18在非驱动态位置时被压缩，当处于驱动态时会膨胀。
[0154] 当作为透镜组件使用时，所述膜8在驱动态时需要进行球形形变，或根据下述预 设形状进行形变。对于包括有本发明所述的可变形膜组件的不同的光学应用或非光学应用 而言，需要不同的预设形状。由于膜8不是圆形，所述膜支撑环2和10在组件处于驱动态 时进行弯曲，使其能够在垂直于基准面的z轴上进行偏转，从而使膜在向预设形状膨胀时， 能够控制其形状。特别地，当膜8的形状为预设形状时，所述膜支撑环2和10必须进行弯 曲使其与膜8的边缘轮廓相匹配。如果膜支撑环2和10的弹性不够或不能正确弯曲，则在 透镜组件1处于驱动状态时，膜8的边缘将不会与膜8的预设形状相配合，结果导致膜8的 整体形状扭曲。
[0155] 图10示出了本实施例中的膜8的边缘轮廓。当透镜组件1处于驱动态时，为膜8 给出了一大体上没有扭曲的球状形式，该球形轮廓和其位于顶点的光学中心0C在图9和图 10中用长虚线标出。在图10的下半部分中，用实线标出了所述膜投射到一理论球上的结 果，所述理论球在图中用短虚线表示。通过对比，所述膜在其平面非驱动态下的投射同样在 图10下半部分的图中用点划线标出。所述膜在其非驱动态下的平面代表了用于描述本实 施例中膜组件1驱动态的基准面D。如果膜8为圆形，并且所述膜8需要在驱动态下进行球 形形变，那么，由于所述膜8的边缘在非驱动态位置和完全驱动态位置之间始终保持圆形 和平面状态，所以所述膜支撑环2和10需要为刚性环。然而，对于本实施例中的透镜组件 1的膜8的球形形变而言，所述膜支撑环2和10必须如图10所示的在驱动态时弯曲，从而 防止膜的形状扭曲。所述弯曲应该沿着长边3和5进行弯曲。
[0156] 为了使膜支撑环2和10达到期望的弯曲效果，它们的弹性必须足够好使它们能够 弯曲到预期的轮廓，它们的抗弯刚度在其范围内进行改变，使得在透镜组件1动态时增加 的膜8的表面张力作用下，环2和10在其范围内不一致地响应，使其以预设方式弯曲。在 本实施例中，通过改变环2和10的宽度来改变其抗弯刚度，如上文所述，参考图9。
[0157] 为了获得希望的弯曲刚度的变化所要求的所述膜支撑环2和10的宽度的实际变 化，如上所述，可以通过PCT/GB2012/051426公开的有限元分析法（FEA)进行计算。对于准 静态或低频光学应用或其他应用而言，可以使用静态FEA进行分析。然而，在另外一些实 施例中，例如一些声学应用中，动态FEA分析更佳。对于本领域技术人员来说，无论是动态 FEA分析还是静态FEA分析，均可以利用电脑进行大量计算，将选择好的参数输入电脑来计 算在驱动点? (如图10所示）处施加的力F的增加所引起的膜的形状。所述元件的形状 可以根据计算结果进行选择。对于本实施例中的膜支撑环2和10的设计，四面体形状是适 当的。需要输入电脑的参数包括膜支撑环2和10的几何结构，膜8的几何结构，膜8的弹 性模量，环2和10的弹性模量，包括环的弹性模量的沿环的变化（可以通过经验限定或通 过适当的公式计算），盘24的弹性模量，各个部分的预张力值，温度及其它环境因子。所述 FEA程序定义了在驱动点@对膜支撑环施加负载时，施加在膜8上的压力是如何增加的。
[0158] 为了精确设计膜支撑环2和10用于光学应用，FEA分析的输出近似于通过一个或 多个泽尼克多项式Z n~所限定膜的期望形状。在本实施例中，使用了一个球形泽尼克函数， 但是如果需要，也可以使用高阶球面函数建立一个由一系列泽尼克函数之和计算的形状。
[0159] 所述FEA的输出与膜8上所选择的泽尼克函数有关，从而观察FEA的输出结果是 否接近于所选择函数限定的期望形状。根据FEA输出的效果和选择的函数彼此相关的程 度，所述镜片的参数可以进行相应调整，使下次迭代达到更好的匹配效果。通过观察FEA计 算的模拟的膜8形变是否近似于所选泽尼克多项式函数描述的所期望的形状，本领域技术 人员可以判断所选支撑环1，10的参数如何。可以决定膜支撑环的哪个区域需要调整（或 哪些其它参数需要进行调整），从而改进FEA输出和所选择的接近预设形状的函数的相关 性。
[0160] 上述迭代过程可以在多个不同的镜片倍率下实施，使得镜片可以被设计成其倍率 随着膜支撑环2和10的形变（和驱动点@施加的力）而变化。所述膜支撑环2和10可以 被设计成可以在z轴上偏转并根据需要的镜片倍率调整进行可变的弯曲。所述膜支撑环2 和10在垂直于透镜组件1的z轴的x-y平面内宽度的变化，可以根据不同的镜片形状在其 范围内进行调整，并考虑相对于期望光学中心0C的铰接点?1，?2以及驱动点?。
[0161] 一旦膜8形状的由FEA如上文所述已经计算出时，所述膜8作为光学镜片表面的 光学性能可以由合适的光学射线追踪软件结合计算好的膜形状决定（如华盛顿，雷德蒙 Radiant Zemax, LLC 生产的光学软件 Zemax?)。
[0162] 当处于驱动态时，由于膜支撑环2和10的轮廓必须符合膜8预设形状下的边缘轮 廓，用于固定膜支撑环2和10的铰接点? 1，?2处需要被选择与环2, 20在组件1动态时 相对平面基准面D不发生移动的点对应。为了防止膜的形状在驱动态下发生扭曲，理论上 所述铰接点? 1, ?2应该设置于一个相对于如图10所示的光学中心0C的单独的圆形轮 廓上，然而在实际应用中，在膜的最终形状未发生过度扭曲时，所述铰接点? 1 , ?2的位置 可以稍微偏离上述轮廓。在本实施例中，有两个铰接点?1，?2,但是在一些其它实施例中 可以有更多的铰接点，相对于光学中心，设置于或接近于同一轮廓上，下方所述的就是有至 少三个铰接点的情况。
[0163] 类似地，可以选择驱动点，其中所述环2和10在该处通过驱动设备沿z轴方向主 动移动而对内腔22的压缩，使得在驱动点?处的环2和10在非驱动态位置和全驱动态位 置之间的每个位置的实际位移量与驱动点?处膜8的边缘需要与膜8的预设形状的轮廓相 同所需的环2和10位移量相同或大致相同。在本实施例中，只提供了一个驱动点?，在其 他一些实施例中可以根据膜的边缘轮廓需要达到的预设形状的复杂度，相应设置多个驱动 点。
[0164] 如驱动点和铰接点等控制点位置（环2和10的受力点）的设计原则公开在优先 权文件PCT/GB2012/051426里，其内容通过引用并入本文。然而通常地，至少3个控制点限 定膜8平面，并且环2和10上每个点处或其附近应当为控制点，其中，使所述环2和10根 据膜8的形变生成预定形状的环的外形在两个相邻点之间的控制点沿着施加的力的方向 出现转折点，而该两个相邻点处，环的外形出现反方向的拐点或转折点。
[0165] 在本实施例中，环2和10的短边7大致遵循膜8的其中一个圆形轮廓，并且几乎 不需要沿其长度进行弯曲。事实上，在本实施例中，加强筋3a用于强化所述环2和10的短 边7,使驱动点?能够大致沿短边7设置，并且允许在驱动态下使膜8的形状存在较小的变 形。
[0166] 如上所述，所述膜支撑环2和10在透镜组件1的驱动态时必须沿z轴方向弯曲。 所述支撑环2和10的弹性足够大从而允许其随着膜8驱动态下随着膜表面张力的不断增 加进行相应的弯曲，并且以预设方式进行弯曲，从而控制驱动态下膜8的形状。所述弹性支 撑膜2和10很容易发生不可控弯曲，所以为了维持膜的形状不失真，应该避免上述情况的 发生。特别地，尽管所述支撑环用于在驱动态下相对于基准面D弯曲，它们同样易于进行平 面内弯曲，甚至在组件处于非驱动态时。根据本发明，此平面内弯曲是受控的。
[0167] 如上所述，本实施例的膜8在非驱动态下在支撑环2和10上受到的预张力达到大 约5%，用于降低或消除膜的下垂或褶皱。在一些实施例中，可以根据需要使用更大的预张 力，例如达到10 %，15 %，甚至20 %。所述预张力作用于支撑环2和10上，并且在没有支撑 的情况下，所述环很容易在平面内进行不可控制的弯曲。进一步地，在膜组件1处于驱动态 下时，内腔22内的流体11的压力改变，导致膜8开始膨胀。因此，所述膜8的表面张力增 力口，从而在支撑环2和10上施加额外的力，增加了支撑环2和10的形状变形的风险。
[0168] 本发明所述的第一实施例的透镜组件中，透明盘24用于支撑膜部件。在膜组件1 处于驱动态时，所述支撑盘24的弹性足够大，并与膜支撑环2和10在z轴方向上相对于基 准面D弯曲。其还用于阻止环2和10在x轴或y轴方向上发生平面内弯曲。所述盘24用 于增加环2和10在x-y平面内的刚度，但是不明显增加环在z轴方向上的平面外刚度，从 而允许环在z轴方向上相对于基准面偏转以获得期望的轮廓，从而形成膜8在驱动态下的 预设形状。通过增加环2和10在x-y平面上的刚度，可以加强环2和10对抗在驱动态和 非驱动态下作用于环上的膜8内的表面张力的影响下在x-y平面内的弯曲或其它形变。
[0169] 在本实施例中，所述支撑盘24由聚碳酸酯制作，但在一些其它实施例中，所述隔 片还可以由合适的纤维材料制成，由于纤维取向，其在x-y平面内具有适当的刚度，但在z 轴方向上几乎没有刚度。
[0170] 本实施例的盘24具有大致统一的平面内刚度。但在一些实施例中会使用隔片，其 N-S方向上的刚度大于E-W方向上的刚度，此具有方向的刚度可以用于补偿膜8在驱动态下 不同的应变。
[0171] 为了膜8达到符合要求的变形，所述膜8内的表面张力应该大致统一。对于光学 应用，如本实施例所述的透镜组件1，这是保证镜片具有良好的光学性能的因素之一。在一 个实施例中的膜组件，其膜在x-y平面内的一个维度的长度大于另外一个维度，也就是透 镜组件1为矩形，为使驱动态下生成期望的膜形状，支撑环2和10通常需要沿长边的弯曲 程度大于沿短边的弯曲程度。在本实施例中，如图9所示，所述支撑环2和10沿E-W方向 上的在z轴上偏转量多于沿N-S的方向上的偏转量。上述支撑环2和10的不同的弯曲可 能对膜8内的表面张力引入小程度的各向异性，由于膜8在E-W方向上的张力大于N-S上 的张力。然而，所述支撑盘24在z轴方向上尤其是E-W方向上弯曲，易于增加支撑环2和 10沿N-S方向上的平面外刚度。所述支撑环2和10沿E-W方向上的弯曲使其短边7和9 靠近到一起，从而增强支撑环2和10刚度对抗沿N-S方向上向内弯曲，从而减弱膜8在E-W 方向上的张力，同时维持膜8在N-S方向上的张力，从而平衡膜8在E-W方向上和N-S方向 上的表面张力。然而其效果不是很大，因为预张力明显大于增加的驱动张力。并且在一些 实施例中，维持支撑盘在E-W方向和N-S方向上的平面外刚度统一更为可取。
[0172] 具有弹性侧壁18的流体填充盘状结构12,及组件膜部分2, 8, 10形成了一具有类 似弹性垫的封套。通过驱动设备压缩内腔22,内腔22的流体11的压力相对于大气压力逐 渐增加，造成弹性膜8膨胀。类似地，在其它实施例中，所述内腔22扩张使其内部的流体压 力相对于大气压力降低。通过在驱动点?释放由驱动设备施加的力，所述组件自动弹性恢 复到非驱动态。
[0173] 图13B示出了第一种变体支撑盘124,其可以替代上文所述的本发明第一实施例 的透镜组件内的支撑盘24。所述第一变体支撑盘124与支撑盘24具有相同外轮廓，使其能 够替代组件1的内腔的支撑盘24,所述内腔由扣环6和前后盖板4和16形成。所述第一变 体支撑盘124包括一用于通过上述方法与驱动设备啮合的突出片126。然而，所述第一变体 支撑环124包括4个大孔径132a，132b，132c，132d代替两个小的孔径32a和32b，其形状 类似于鞋匠的刀（arbelos)，通常具有相邻于支撑盘124的边缘的三角形的开孔部T，以及 向支撑盘124的中心延伸的细长杆部S。如图13B所示，每个孔径132a，132b，132c和132d 分别设置于长边3, 5和相邻短边7, 9之间的支撑盘124的相应角。所述孔径132a，132b， 132c和132d的总体形状使第一变体支撑盘124通常具有"立体交叉"形状。
[0174] 所述第一变体支撑盘124的制作材料及其厚度与图13A所示的支撑盘24相同，但 是更大的孔径132a，132b，132c和132d为第一变体支撑盘124在x轴和y轴方向上的弯曲 起到"减震"的作用，使其与支撑盘24不同，第一变体支撑盘124沿着E-W方向上的平面外 弯曲对支撑盘124的沿N-W方向上的抗弯刚度没有明显的影响。在一些实施例中，其可以 保证支撑盘与支撑环2, 10能够保持平面外自由弯曲。
[0175] 图13C示出了第二变体支撑盘224。所述第二变体支撑盘224形状和尺寸也可以 被设计成使其能够代替第一实施例中描述的透镜组件1的支撑盘24,其包括突出片226。 所述第二变体支撑盘224包括一大中心孔径232,使得第二变体支撑盘224大体上为环状。 在本实施例中，第二变体支撑盘224具有大体一致的宽度W s，如图13C所示。第二变体支撑 盘224的大中心孔径232的作用与第一变体支撑盘124的四个大孔径132a，132b，132c和 132d的作用相同，也就是在E-W方向上和N-S方向上对第二变体支撑盘224的弯曲具有减 震作用，从而使第二变体支撑盘224在组件1的动态下在z轴方向上的平面外抗弯刚度大 体一致。
[0176]图14示出了本发明第二实施例的膜组件201的截面图，其装配有第二变体支撑盘 224。所述透镜组件201包括扣环206 (其由前后两部分207和208组成），前盖板204和 后盖板216。所述透镜组件201的组成部分与上述第一实施例的透镜组件1的组成部分相 同，其各组成部分的使用材料也相似，在此不再赘述。
[0177] 所述后盖板216与扣环206的后部207的后表面相结合。所述前后两部分207和 208结合在一起，所述前盖板204与前部207结合形成一封闭单元。所述组件装配在边框部 293内，与扣环206的前部207 -起，为前盖板204形成嵌槽。
[0178] 所述膜组件201的前盖板204和后盖板216以及扣环206限定了一内腔。所述内 腔容纳有弹性盘状部件212,所述盘状部件212具有弹性侧壁218和后壁219。所述盘状部 件212的后壁与后盖板216的前表面217结合，盘状部件212的侧壁218具有前部密封凸 缘220,第二变体支撑盘224结合在其上。所述扣环206的两部分限定了内部台肩236,所 述前部密封凸缘220在前向，与所述台肩236间隔开。
[0179] 所述第二变体支撑盘224沿其外缘与弹性膜208的后表面相结合，形成了具有盘 状部件212的密封内腔222,所述内腔222容纳有流体211。所述膜208的前表面与可弯曲 膜支撑环202结合。第二实施例中的膜组件201只有一个膜支撑环202,所述膜208的后表 面直接与第二变体支撑盘224相结合，如前文所述。在一些实施例中（未示出），通过适当 的间隔环将盘224与膜间隔开，从而允许流体在盘224和膜208之间流过，流经整个膜，从 而防止所述膜从盘224上剥离。然而，应该了解的是第二实施例同样还包括前支撑环和后 支撑环，其与第一实施例中的透镜组件1类似。所述膜208在膜支撑环202上具有预张力。
[0180] 为了驱动第二实施例中的膜组件201，利用适当的驱动设备（未示出）压缩所述盘 状部件212以减少内腔222的体积，从而增加腔内流体211的压力，使膜208类似于第一实 施例描述的那样向前膨胀。驱动设备用于对膜支撑环202和支撑盘224 (通过突出片226) 施加力，方法如第一实施例描述的一样。所述支撑环202在一个或多个位置铰接到扣环206 上，而在这些位置环在动态时不会发生面外移动。为了显示清晰，所述驱动点和铰接点并未 在图14中示出。
[0181] 尽管图14中并未按比例绘制，但是第二变体支撑盘224的宽度Ws的范围约为膜 支撑环202的2-10倍，从而为膜支撑环202提供足够的强度以防止由于膜内表面张力的作 用而产生平面内变形。可以理解，所述支撑环202的宽度和支撑盘224的宽度W s的精确比 例可以因为支撑环202的宽度的变化而变化，从而在驱动态下在平面外弯曲时提供预设变 化。
[0182] 镜片组件1的支撑盘24,第一变体支撑盘124和第二变体支撑盘224用于强化膜 支撑环2, 10, 202防止产生平面内形变，并允许环以预设方式进行平面外弯曲，使膜8和208 到达预设形状。然而，在一些实施例中，所述膜部件可能遇到进一步扭曲等问题。由于膜内 表面张力的作用，对膜和支撑环的配置可以造成一定程度的不稳定性，使其具有平面外扭 曲的趋势从而形成双曲抛物面的形状，尽管支撑盘提供有额外的平面内刚度。当所述膜为 平面时，此问题会显得特别突出，例如在非驱动态下，从平面的任何偏转会释放一些表面张 力，因此是有利的。然而，当组件处于驱动态时也有可能产生扭曲，例如在实施例中，膜在动 态时为平面，尽管随着膜的膨胀其效果会减弱。通过此类扭曲并非是一个问题或至少不是 一显著的问题，在另一些实施例中，所述支撑盘可以用于提供一定程度的稳定性来对抗所 述扭曲，下面将进行详述。
[0183] 因此图13D和13E示出了第三变体支撑盘324,其用于替代第一实施例中膜组件1 内的支撑盘24或第二实施例的膜组件201的第二变体支撑环224。所述第三变体支撑盘 324类似于第二变体支撑盘224,并外加向后突出且从长边3向长边5延伸穿过支撑盘324 的横向凸缘330。在本实施例中，所述凸缘与支撑盘324形成一个整体，但在其它一些实施 例中，所述凸缘330可以独立制作，然后在组件组装前与支撑盘324的后表面相结合。所述 凸缘330从支撑盘324处向后延伸到达后表面332。通过设计凸缘330的形状和尺寸使其 与膜组件1或201的固定部分啮合，使组件膜部分稳定不出现上述扭曲。特别地，在本实施 例中，凸缘330的后表面332可以与盘状部件12, 212的后壁19, 219相啮合。在一些实施 例中略去了盘状部件12, 212的后壁，所述盘状部件的侧壁直接与后盖板16, 216相结合，凸 缘330的后表面332直接与后盖板16, 216的前表面17相啮合。
[0184] 所述凸缘330在组件长边3, 5上连接到所述支撑盘324,处于驱动态时在所述连接 点处的组件膜部分并不移动或没有明显移动。
[0185] 图13F和13G示出了第四变体支撑盘424。所述第四变体支撑盘424与第三变体 支撑盘324类似，其不同的是第四变体支撑盘424包括两个独立的弧形凸缘430a和430b 来代替第三变体支撑盘上的一个大体为线性的凸缘330。所述弧形凸缘各自从支撑盘424 的长边3, 5上开始延伸到达后表面432。在本实施例中，凸缘430a和430b在x-y平面内弯 曲，并基本遵循膜支撑环2, 10或210在动态时不会平面外移动的轮廓，如图9所示的轮廓 线。
[0186] 如本发明第一实施例和第二实施例所述，通过支撑盘24或124或224或324或424 对膜支撑环2,10或210进行强化使其对抗平面内弯曲或扭曲。然而，本发明的一些实施例 中包括有可替换的平面内弯曲控制件。例如，在一些实施例中，所述加强隔片包括网状片或 网格等，其与支撑环2,10或202的整个范围连接，从而对其提供期望的平面内刚度。所述 隔片与支撑环2, 10或202沿其外缘连续连接或间隔连接，使其提供的负载能够均匀分布而 不产生任何使环或膜2或208产生明显局部扭曲的风险。
[0187] 图15是根据本发明第三实施例示出的后膜支撑环510。所述后膜支撑环510的形 状与图9所示的第一实施例中的镜片组件1的后膜支撑环10相似，所述第三实施例中的后 膜支撑环510可以用于镜片组件1中代替支撑环10和支撑盘24。所述第三实施例中的后 支撑环510层压到与第一实施例类似的前支撑环上（未示出），并且膜（未示出）夹持于二 者中间。
[0188] 所述第三实施例的后膜支撑环510设置有多个非弹性撑杆524,与环510相结合。 每个撑杆524从支撑环510的一端延伸到另一端。本实施例中设置有两组撑杆：一组从组 件3的一长边垂直延伸穿过所述后膜支撑环510到达另一长边5,同时另一组从一短边7水 平延伸穿过所述后膜支撑环510到达另一短边9。每个撑杆524两端结合到或固定到支撑 环510,但是独立的撑杆524不互相连接，使得在驱动态时，所述撑杆524能够根据需要滑 动。所述撑杆524用于强化所述后膜支撑环510处于x-y平面内的刚度而不显著影响其再 z轴方向上的平面外的刚度。
[0189] 对于光学应用，所述非弹性撑杆应该是透明的，并且优选其由与组件内部的流体、 所述膜及后盖板折射率相同的材料制成，使它们在使用时不可见。
[0190] 上文中所述的所述支撑盘24、124、324、424以及撑杆524用于阻止膜支撑环2, 10 或202在x-y平面内弯曲，并且允许膜支撑环在平面外弯曲；但是在一些实施例中，还允许 所述膜支撑环在平面内具有一定程度的可控弯曲。多个限制因素影响膜组件的设计，包括 膜上的预张力，驱动张力以及膜支撑环和膜间的连接强度。在一些实施例中，环弯曲控制件 用于控制膜支撑环对莫内表面张力增加的响应，从而允许膜支撑环在驱动态下在x-y平面 内可控地弯曲，进而使其在受到一给定驱动张力时，所述膜8产生更大的弯曲度。应当指出 的是，这种排布方式适用于具有环状膜的组件，也适用于如本实施例中的非圆形膜的组件。
[0191] 图16，17A和17B是根据本发明第四实施例示出的另一个膜组件601的部分示意 图，包括环弯曲控制件，其允许膜支撑环在驱动态下进行一定程度的平面内位移。如图17A 所示，第四实施例的组件601具有膜部件，其包括前膜支撑环602和后膜支撑环610,膜608 夹在其中。所述膜608在环602和610上具有预张力，用于防止膜下垂、褶皱等。所述后膜 支撑环610与盘状部件612的前密封凸缘620周向结合，所述盘状部件612具有后壁619 及可以向前延伸的弹性侧壁618。所述盘状部件612的后壁619可以为刚性的或大致为刚 性的，或者其可以为弹性的并且由刚性后盖板支撑（未图示）。所述膜组件601的基本组成 与上文的第一实施例中的膜组件1和第二实施例中的膜组件201类似，在此不再赘述。同 第一第二实施例中一样，所述盘状部件612和膜608形成了密封内腔622,所述内腔622填 充有流体611。
[0192] 本发明第四实施例的膜组件601的操作方法类似于第一实施例中的膜组件1和第 二实施例中的膜组件201的操作方法，不同的是第四实施例中的膜组件601是通过扩张进 行驱动而不是压缩。图17A示出了非驱动态下的膜组件601的膜608为平面；所述盘状部 件的侧壁618部分折叠。在驱动态下，所述弹性侧壁618膨胀拉直从而增加内腔622的体 积。通过对膜支撑环602和610施加一个如图17B所示的箭头方向的力，达到上述增加体 积的目的，同时保持所述后壁619于一固定位置。内腔622里的流体611的压力降低，使膜 608向内凹陷。
[0193] 为使膜608在驱动态时到达预设形状，所述膜支撑环602和610设计为可弯曲的， 并具有如上所述的在其范围内抗弯刚度变化。然而，所述膜支撑环602和610的可弯曲性质 意味着其易于产生不可控的平面内弯曲，同样如上所述。因此，在本发明的第四实施例中， 所述膜部件与多个刚性、非弹性弯曲控制杆624连接。图16是组件601的前视图，示出了 4个弯曲控制杆624。但是此图只是起到了解释说明的目的，实际应用中可以根据需要设置 多个弯曲控制杆624,用于控制膜支撑环602和610在其范围内的平面内弯曲。
[0194] 每个弯曲控制杆624的一端铰接至后支撑环610,或可替换地，铰接至与该支撑环 对齐的所述膜608,其另一端与盘状部件612的后壁619铰接。通过设置每一个弯曲控制杆 624使其与膜608的平面在驱动态下呈一锐角（基准面与第一实施例中描述的相同）。适 合地，每个弯曲控制杆624与基准面的夹角小于45°，即使处于全驱动态。通过这种方法， 所述弯曲控制杆624用于控制膜支撑环602和610在平面内的弯曲或其它形变，并且不显 著地影响环602和610的平面外位移。
[0195] 应当理解的是，由于弯曲控制杆624为硬的，其与膜部件相连的每个控制杆624的 一端在驱动态时遵循一轨迹，所述轨迹为圆的一段弧。用这种方法会使在驱动态下，所述膜 支撑环602和610在x-y平面内向内移动，从而调节施加在膜608上的张力。
[0196] 在第四实施例的一个变体中，如图17B所示，通过设置所述膜组件601使膜在非 驱动态下形成凹面，通过压缩膜组件实现驱动的目的，同时使膜在驱动态下呈一平面，如图 17A所示。在此变体中，所述膜在驱动态下的平面可以用于定义用于测量膜支撑环位移的基 准面。
[0197] 根据本发明的第五实施例，图18A和18B示出了图16, 17A，17B的膜组件601的另 一种变体的部分示意图，其中，多个弯曲控制杆724连接于膜部件之间，特别地连接于前膜 支撑环702和前盖板706后表面之间。通过配置第五实施例中的组件，使流体内腔（未示 出）压缩以达到驱动的目的，所述弯曲控制杆724与前盖板706之间的连接使得不在需要 后盖板，这种设置对一些应用比较有利，尤其是可以节省空间。例如在镜片应用中，为了使 组件整体越薄越好，可以去除后镜片。第五实施例的组件的操作方式与第四实施例的操作 方式相似，也就是所述弯曲控制杆724与所述膜708的基准面呈一锐角，且对膜支撑环702 和710的平面外弯曲不产生显著影响，同时控制环702和710的平面内弯曲，使其可以在驱 动态时在平面内进行可控的小程度的移动。
[0198] 根据本发明，提供的一个或多个弯曲控制件，用于阻止或控制膜支撑环的平面内 移动。所述弯曲控制件用于阻止所述支撑环由于膜内预张力产生的形变，至少是膜在非动 态下。在驱动态下，当膜内的表面张力逐渐增加，一个或多个弯曲控制件可以连续阻止膜支 撑环的平面内位移，或者其可以允许一定程度的平面内可控移动，就如本发明第四实施例 和第五实施例中所描述的。在本发明第一实施例和第二实施例中设置有加强隔片或支撑盘 24和224,用于控制膜支撑环的弯曲；在本发明第三实施例中，所述弯曲控制件包括多个撑 杆524,所述撑杆延伸穿过膜支撑环。在本发明第四实施例和第五实施例中设置有弯曲控制 杆624和724,用于允许膜支撑环在x-y平面内进行一定程度的可控移动。落入本发明保护 范围内的所述弯曲控制件的各种变体将会在下面进行详述。
[0199] 图19, 20A和20B是根据本发明第六实施例示出的膜组件801，其中，所述弯曲控制 件包括多个二联杆构件824。所述二杆构件824周向设置于膜部件的边缘。如图19所示， 所述膜组件801包括不可移动的支撑结构806。在一些实施例中，所述支撑结构806可以 包括外壳，盒，扣环等，用于容纳并支撑所述膜组件801的可移动部分。在支撑结构806内， 所述膜组件801包括膜部件。所述膜部件包括前可弯曲膜支撑环802和后可弯曲膜支撑环 810,其中间夹有膜808。每个膜支撑环802和810上设置有与第一实施例中类似的突出片 826,用于连接一合适的驱动设备（未示出）。所述膜部件被支撑并结合到盘状部件812的 前密封凸缘820,所述盘状部件812包括一弹性侧壁818及一后壁819,后壁819安装于刚 性后盖板816上。所述刚性后盖板816为不可移动的支撑结构806的一部分。所述膜部件 和盘状部件812形成了密封封套822,所述封套容纳有流体811。
[0200] 如图20A所示，在非驱动态下所述膜808为平面。但是在驱动态下，所述盘状部件 812的侧壁818被压缩以降低封套822的体积，从而使膜808向前膨胀，如图20B所示。所 述第六实施例的组件的组成和操作方式与第四实施例的组成和操作方式大部分相似。不同 之处在于它通过压缩代替膨胀进行工作，在此不再赘述。此处通过二杆构件824实现膜支 撑环802和810的平面内的控制，替代了第四实施例中的弯曲控制杆624。
[0201] 每个二杆构件824包括两个控制杆：一个控制杆825的一端铰接于后盖板816或 不可移动的支撑结构806部分，其另一端可滑动连接于膜部件，同时另一个控制杆826的一 端铰接于膜部件，其另一端可滑动的连接于后盖板816或不可移动支撑结构806部分。所 述二杆构件824的设置用于允许所述膜支撑环802和810在主弯曲轴线方向上移动，使封 套622压缩，并且允许膜支撑环802和810进行弯曲来控制膜的边缘轮廓（如上文所述）， 但是所述二杆构件124可以防止膜支撑环802和810进行平面内移动。
[0202] 如图19, 20A和20B中所示的第六实施例，所述二杆构件824以"外侧"方式设置 于支撑环802和810外部。图21示出了本发明的第七个实施例，其设置有多个二杆构件 924,所述二杆构件924设置于封套922内的流体911内，位于膜支撑环902和910的"内 侧"。除了内侧二杆构件924,图21所示的第七实施例的组成和操作方式类似于图14所示 的第二实施例的组成和操作方式。与本发明的第三实施例、第四实施例和第五实施例中所 述的弯曲控制撑杆524和控制杆624及724相同，对于光学应用，所述设置于第七实施例中 的封套922内的二杆构件924应该应当与流体911匹配的折射率。
[0203] 本发明第六实施例所述的二杆构件824和第七实施例所述的二杆构件924用于 允许膜部件的平面外偏转，但是阻止所述膜支撑环802, 810和902, 910的平面内弯曲。图 22A，22B和23示出了本发明的两个分别包括有四杆构件1024和1124的实施例。所述四杆 构件围绕膜部件周向间隔，被设置成通过膜部件的弯曲使其能够在平面外偏转，同时进行 可控的平面内移动，其控制方法类似于上述第四实施例和第五实施例中的弯曲控制杆624 和 724。
[0204] 图22A和22B分别示出了本发明的第八实施例的膜组件1001在非驱动态下和驱 动态下的状态图。第八实施例中的膜组件1001包括前支撑环1002和后支撑环1010,以及 附有预张力的膜1008夹在它们之间。膜部件与盘状部件1012的前表面凸缘1020周向结 合，所述盘状部件1012具有弹性侧壁1018和固定于后盖板1016上的后壁1019。所述盘状 部件1012和膜1008形成了流体填充内腔1022,所述内腔填充有合适的流体1011，例如类 似上面所述的硅油。如图22A所示的非驱动态下，所述膜1008是平的。为了驱动所述组件 1001，在如上所述的在适当的控制点设置有合适的驱动设备（未示出）用于移动膜支撑环 1002和1010,从而压缩内腔1022,增加其内部流体1011的压力，从而使膜1008向前膨胀， 如图22B所示。如上所述，所述膜支撑环1002和1010沿其范围内具有可变的抗弯刚度，用 于控制膜1008边缘的形状，从而使膜在驱动态下形成预设形状。
[0205] 每个四杆构件1024包括第一控制杆1025,其一端铰接于后膜支撑环1010 (或可 替换地，直接连接于与环1002和1010并列的膜1008上），还包括另外两个控制杆1026和 1027,其一端与第一控制杆1025铰接，其另一端铰接于盘状部件1012的后壁1019的间隔 位置，从而形成了四杆构件。所述四杆构件允许膜支撑环1002和1010在主弯曲轴线方向 上的弯曲和平面外移动，同样允许膜支撑环1002和1010在组件驱动态下进行可控的平面 内移动。在这种情况下，所述四杆构件1024能够用于调节组件驱动态时施加在膜1008上 的张力。所述四杆构件1024设置于膜支撑环1002和1010的"内侧"，处于流体1011内。 所述第八实施例的膜组件1001适用于镜片组件。在此类实施例中，与上面其它实施例描述 的类似，所述膜1008,流体1011和后盖板1016应该是透明的，且适合地具有相配合的折射 率。类似地，对于光学类应用，所述四杆构件1024的折射率应该与流体1011相配合，使它 们不可见。
[0206] 图23示出了本发明第九实施例的膜组件1101，其与前述第八实施例的膜组件 1001类似，不同点在于第九实施例中的膜组件1101包括设置于膜支撑环1102和1110的外 侧的弯曲控制连杆1124。图23示出了膜组件1101在驱动态下的示意图。
[0207] 本发明的第八实施例的膜组件1001和第九实施例的膜组件1101可分别用于光学 应用，如镜片组件，也可用于非光学应用。本文中的术语"前"、"后"等用于描述膜组件1001 和1101的部分，出于清楚及与本发明前述实施例描述保持一致性的目的。这些术语适用于 镜片组件，其中它们限定的是基于图1和图2所述的眼镜背景下的的各个部分。对于不同 于镜片组件的应用（光学及非光学应用），其"前" "后"所描述的部分并不一定设置于或朝 向相应组件的前面或后面。例如，在一些应用中，所述膜可以朝上设置，那么所述"前膜支撑 环"实际上是设置于"后膜支撑环"的上方，类似术语应当相应的解释。确实，从本说明书公 开的内容看，本发明的膜组件可以用于各种不同的应用中，甚至本发明公开的第一到第七 实施例中的组件也可以适用于其它领域，而术语"前"和"后"可以不是使用中的对应部件 的实际部位，但是尽管如此，这些术语对于阐述不同实施例中的膜组件的各部分间的相对 空间位置关系还是很有帮助的。
[0208] 图24示出了本发明第十实施例中的膜组件1201的示意图，其中的环弯曲控制件 包括多个弹簧1224。所述弹簧周向设置于膜支撑环1202的边缘（"外侧"）上。每个弹簧 1224-端固定于所述膜支撑环1202,另一端固定到不可移动的支架1206上，所述不可移动 支架仅仅示意性显示在图24中。如上所述，根据膜组件1201的不同应用，支架1206可以包 括类似于第一和第二实施例中描述的扣环，或者外壳，盒等。在预张力作用下，弹性膜1208 会伸长越过膜支撑环1202。
[0209] 所述膜1208与流体接触（未示出），并设置有调节器用于调节流体压力选择性地 使膜1208膨胀，其膨胀方式与前述实施例中描述的类似。所述膜支撑环1202是可弯曲的， 沿其范围内具有变化的抗弯刚度，用于根据本发明的原理控制膜1208在驱动态下的形状。
[0210] 所述弯曲控制弹簧1224允许膜支撑环1202的平面外移动，例如可以驱动组件 1201，同样允许膜支撑环1202通过主弯曲轴线上偏转进行弯曲，来改变使用中的环的轮 廓，进而控制膜的形状。所述弯曲控制弹簧1224也允许膜支撑环1202可控程度的平面内 弯曲或形变，用于控制膜1208处于驱动态时的张力。对于弹簧1224的弹性模量的选择原 则是使其能够阻止非驱动态下膜支撑环1202在膜1208的预张力的单独作用下产生平面内 移动，但是允许组件处于驱动态时所述膜支撑环1202在逐渐增加的膜1208内张力的作用 下进行可控移动。
[0211] 图25-27是本发明第i^一实施例示出的膜组件1301的示意图。其中，环弯曲控制 件由多个向前延伸的销1324组成，所述销1324沿前膜支撑环1302和后膜支撑环1324周 向间隔布置。如图27所示，每个销1324固定设置于后盖板1316上并向前延伸穿过形成于 所述环1302, 1310内的相应的孔径1325,使所述环可以在销1324上滑动。第i^一实施例的 膜组件1301的组成和操作方式与上述第二实施例的膜组件201和第七实施例的膜组件901 的组成和操作方式类似，不同之处在于弯曲控制件1324,其允许膜支撑环1302和1310在z 轴方向上进行平面外移动，用于驱动膜组件1301，并通过前述类似方法控制膜支撑环1302 和1310的轮廓，同时阻止膜支撑环1302和1310的平面内弯曲或其他形变。
[0212] 所述销1324可以胶粘于后盖板1316上或通过其它本领域技术人员熟知的方法与 后盖板1316固定。所述膜组件1301包括流体填充内腔1322,所述内腔由膜1308和盘状部 件1312形成。所述盘状部件包括有弹性侧壁1318,销设置于内腔外侧与侧壁1318相邻。 所述销延伸穿过设置于侧壁1318上的前向凸缘1320,所述凸缘1320用于周向密封销1324 内的组件膜部分1302, 1308和1310。
[0213] 在第^^一实施例的一个变体中，一个或多个销1324安装于后盖板1316上并与其 呈一倾斜角度。适合地，每个销1324向后盖板1316前方大致以偏离x-y平面内的直角形式 延伸，到达膜支撑环1302和1310的相邻区域。组件1301通过压缩侧壁1318进行驱动，其 压缩方式与本发明前述实施例中的方式类似。在一个或多个驱动点上，通过合适的驱动设 备（未示出）使膜支撑环1302和1310在主弯曲轴线方向上主动移动；而在其它位置上，所 述膜支撑环1302和1310由于其范围内不同的抗弯刚度，使其沿主弯曲轴线方向上平面外 弯曲。所述膜支撑环在安装在倾斜销1324的点上平面外移动，所述膜支撑环1302和1310 还会发生如图28所示的平面内移动，其可以用于组件驱动态下控制施加在膜1308上的张 力。
[0214] 应当理解的是，在一些位置，为达到预设轮廓，所述膜1308的边缘不能进行平面 外移动，所述膜支撑环1302和1310可以固定连接于销1324上以阻止其滑动。本领域技术 人员能够决定所需的销的数量以及结构，从而使膜1308边缘在其范围内实现期望的平面 内和平面外移动。
[0215] 图29-31是根据本发明第十二实施例示出的膜组件1401的示意图。如图30所示， 所述第十二实施例的膜组件1401包括膜部件，其包括前后可弯曲膜支撑环1402和1410,弹 性膜1408夹在二者之间。所述弹性膜在预张力下被所述环支撑。所述膜部件设置于盘状 部件1412的前表面凸缘1420上。所述盘状部件1412包括有弹性侧壁1418和后壁1419， 所述后壁由刚性后盖板1416支撑。所述膜1408和盘状部件1412形成了封套，所述封套填 充有类似于以上实施例中描述的合适的流体1411。
[0216] 如图29所示，所述膜部件在其范围内的间隔开的位置处连接有多个弯曲控制装 置1424。每个装置1424包括带折边的凸尖1401，所述凸尖固定安装于膜组件1401的不可 移动的部件1406上，所述不可移动的部件1406如图29-31所示。同前述实施例相同，所 述不可移动的部件1406可以为容纳该组件的可移动部分的外壳或盒，扣环，边框等的一部 分。在一些实施例中，所述凸尖1426可以与不可移动的部件1406形成一个整体。
[0217] 在第十二实施例的组件中，每个凸尖1426都设置膜部件的前方，其包括一向后延 伸的凸缘1428,所述凸缘1428延伸到后端1429处并前向与前膜支撑环1402间隔开。每 个凸尖可滑动地承载有一可弯曲杆1430,所述可弯曲杆1430在z轴方向上沿前后方向延 伸。所述可弯曲杆1430包括后端1431，所述后端1431与前膜支撑环1402相接，如图31A 和31B所示。所述可弯曲杆设置于膜1408外侧，并与凸尖1426的凸缘1428紧密相邻。
[0218] 在非驱动态下，如图31A所示，所述杆1430的后端1431伸出凸缘1428的后端1429 一小段距离，利用凸缘1429能够阻止其在膜1408的预张力的作用下发生显著的向内弯曲。
[0219] 然而在驱动态下，所述部件1412的侧壁1418被压缩，其压缩方式与前述实施例中 的方式类似使用合适的驱动设备（未示出）。所述装置1424允许膜支撑环1402和1410进 行平面外移动来压缩侧壁1418,并且在其范围内弯曲，以控制膜的边缘轮廓达到膜的预设 形状。由于所述膜支撑环沿z轴方向移动，所述杆1430相对于凸尖1426纵向滑动。这造 成了杆1430的尾端进一步伸出于凸缘1428的后端1429,所以所述凸缘无法限制所述杆的 尾端。因此，所述杆1430的后端1431可以在膜1408内的预张力作用下相对于膜1408向 内弯曲。通过选择具有合适刚度的杆1430来控制其在组件1401驱动态下的弯曲程度，进 而控制膜1408内的张力。
[0220] 应当理解，所述杆1430围绕膜支撑环1402和1410范围内可以有相同的刚度也可 以有不同的刚度。所述膜支撑环1402和1410沿环与杆相连的区域，膜支撑环1402和1410 在驱动态下不会发生平面外移动，此时可以阻止所述杆1430相对于凸尖1426滑动。
[0221] 本发明提供了 一种包括有流体填充封套的膜组件1、201、601、801、901、1001、 1201、1301、1401。所述封套最少一侧与弹性膜 8、208、608、708、808、1008、1208、1308、1408 相结合。所述弹性膜在张力作用下由一个或多个可弯曲的外围膜支撑环2、10,202,510， 602、610,702、710,802、810,902、910,1002、1010,1102、1110,1202、1210,1302、1310,1402、 1410支撑。所述封套内的流体压力可以增加，例如通过压缩封套；其压力也可以降低，例如 通过使封套膨胀，来改变膜上的压力差，从而使膜外凸或内凹。膜支撑环2, 10等抗弯刚度 是在其范围内是改变的，用于控制驱动态下膜8等边缘的轮廓。根据本发明，设置各种不 同类型的环弯曲控制件 24、124、324 ;424、524、624、724、824、924、1024、1124、1224、1324、 1424,通过偏转允许膜支撑环2, 10等的平面外弯曲，阻止或控制它们的平面内弯曲或形 变。在一些实施例中，所述环弯曲控制件624、724、1024、1124、1224、1324、1424允许环2, 20 等可控程度的面内弯曲，以控制膜8等驱动态时的张力。环弯曲控制件可以包括膜支撑盘 24、124、224、324、424，用于阻止或大体阻止膜支撑环2，10等的平面内弯曲，还包括多个撑 杆524 ;控制杆624、724,连杆机构824、924、1024、1124,弹簧1224或其他弯曲控制件，如本 发明第十一实施例中的销，可以使安装在其上的环2, 10等滑动，或者第十二实施例中的可 弯曲杆1430,其被设计成当膜在驱动态下允许可控程度平面内弯曲。
[0222] 本领域技术人员可以根据本发明说明书的教导衍生出其它一些控制膜支撑环 2, 10等弯曲的方法。本发明的优势在于利用可弯曲膜支撑环2, 10等控制膜在驱动状态下 的边缘轮廓，同时阻止所述膜支撑环2, 10等在膜8等的表面张力的作用下发生不期望的或 不可控的弯曲。
[0223] 如上所述，参考透镜组件，尤其用于眼镜上的透镜组件对本发明中所述的实施例 进行描述。然而，本发明的透镜组件同样适用于其它透镜应用，例如护目镜，头盔以及各种 各样的科学光学仪器。在一个透镜组件中，其光学部分为透明的，但是本发明中也包含了一 些其它类型的可变形膜组件，它们以相似的结构和操作方式提供一种可控制的可调节的表 面。在光学领域中，例如，本发明可以用于提供一种可控制的可调节的镜面，并且本发明的 膜组件也可以用于非光学应用，例如声学应用，其需要具有可选择的可控制的且可调节的 动态形状的膜。
[0224] 本发明的透镜组件1、201、601、701、801、901、1201、1301、1401尤其适用于对远视 眼的校正。在使用时，所述透镜组件1等可以通过驱动所述组件来进行调节，用于对一定距 离范围内的物体由远到近进行聚焦。
【权利要求】
1. 一种可变形膜组件，包括：弹性膜，所述弹性膜被围绕其边缘设置的柔性的膜支撑 部件支撑；流体，所述流体与所述弹性膜的一面相接触，所述流体的压力是可控的用于调节 所述膜的形状；以及一个或多个作用于所述支撑部件上的弯曲控制件，以便控制所述支撑 部件的弯曲从而对加载在所述膜内的张力进行响应。
2. 根据权利要求1所述的可变形膜组件，其特征在于，所述流体被包含于体积可调的 封套内；所述可变形膜组件包括可选择性操作的调节器，用于调节所述封套的体积从而控 制所述流体的压力。
3. 根据权利要求2所述的可变形膜组件，其特征在于，所述封套被安装于固定的支架 上，所述调节器可被调节，以使所述封套相对于所述固定支架被压缩或膨胀。
4. 根据权利要求1所述的可变形膜组件，其特征在于，所述流体被包含于体积实质上 固定的封套内，所述可变形膜组件包括可选择性操作的设备，用于向所述封套内注入流体 或从所述封套内移除流体，从而控制所述流体的压力。
5. 根据前述任一项权利要求所述的可变形膜组件，其特征在于，所述膜为非圆形。
6. 根据前述任一项权利要求所述的可变形膜组件，其特征在于，所述膜在所述膜支撑 部件上被预拉伸。
7. 根据前述任一项权利要求所述的可变形膜组件，其特征在于，所述一个或多个弯曲 控制件以一种各向异性的方式改变所述支撑部件的弯曲。
8. 根据前述任一项权利要求所述的可变形膜组件，其特征在于，所述一个或多个弯曲 控制件对所述膜支撑部件的在平面内的强化作用比在垂直所述面的轴上更大。
9. 根据前述任一项权利要求所述的可变形膜组件，其特征在于，通过调节所述流体压 力使所述弹性膜膨胀，所述膜支撑部件被配置成，通过在平行于所述弹性膜的膨胀方向的 主弯曲轴线上的局部偏移而以预设方式弯曲，以便控制所述弹性膜的形状。
10. 根据权利要求9所述的可变形膜组件，其特征在于，所述一个或多个弯曲控制件能 够阻止所述膜支撑部件在垂直于所述主弯曲轴线的平面内的弯曲，而不显著影响所述膜支 撑部件在主弯曲轴线方向上的偏移。
11. 根据权利要求9所述的可变形膜组件，其特征在于，所述一个或多个弯曲控制件允 许在所述膜组件处于驱动态时，所述膜支撑部件以一种可控的方式在垂直于所述主弯曲轴 线的方向上弯曲。
12. 根据前述任一项权利要求所述的可变形膜组件，其特征在于，所述一个或多个弯曲 控制件包括加强隔片。
13. 根据权利要求12所述的可变形膜组件，其特征在于，所述加强隔片包括设置于流 体内的加强板，所述加强板具有一个或多个延伸穿过所述加强板的孔径。
14. 根据在依据权利要求9时的权利要求13所述的可变形膜组件，其特征在于，所述加 强板被配置为在所述主弯曲轴线的方向上沿着两条相互横向的轴线弯曲。
15. 根据权利要求13或14所述的可变形膜组件，其特征在于，所述加强板为环形。
16. 根据权利要求13、14或15所述的可变形膜组件，其特征在于，所述加强板设置有一 个或多个悬筋，用于当所述弹性膜为平面时强化所述加强板以阻止其发生变形。
17. 根据权利要求16所述的可变形膜组件，其特征在于，所述一个或多个悬筋连接到 所述加强板的连接点位于所述膜支撑部件在所述可变形膜组件处于驱动态时不发生位移 的位置处或位置附近。
18. 根据权利要求17所述的可变形膜组件，其特征在于，所述悬筋沿着所述弹性膜在 驱动态时不发生位移的轮廓设置。
19. 根据权利要求17所述的可变形膜组件，其特征在于，设置有一个或多个线性筋，其 延伸穿过所述加强板。
20. 根据权利要求16-19中任意一项所述的可变形膜组件，其特征在于，所述可变形膜 组件包括一个或多个固定部件，并且所述一个或多个筋与所述固定部件中的一个或多个相 啮合，以便强化所述加强板防止产生弯曲。
21. 根据权利要求1-11中任意一项所述的可变形膜组件，其特征在于，所述一个或多 个弯曲控制件包括多个撑杆，所述撑杆在所述膜支撑部件的相对的部分或区域之间延伸。
22. 根据权利要求9-11中任意一项所述的可变形膜组件，其特征在于，所述一个或多 个弯曲控制件包括多个杆，其中每个所述杆在一端固定于所述弹性膜上或所述膜支撑部件 上，且另一端固定于所述可变性膜组件的一个或多个固定部件上；并且其中每个所述杆允 许所述支撑部件通过在所述主弯曲轴线方向上偏移而自由弯曲，并允许所述膜支撑部件在 垂直于所述主弯曲轴线的平面内进行可控形变。
23. 根据权利要求1-11中任意一项所述的可变形膜组件，其特征在于，所述一个或多 个弯曲控制件包括多个连杆机构，所述连杆机构周向间隔地设置于所述弹性膜的周边，其 中每个所述连杆机构连接于所述弹性膜或所述膜支撑部件与所述可变形膜组件的一个或 多个固定部件之间。
24. 根据在依据权利要求9时的权利要求23所述的可变形膜组件，其特征在于，每个所 述连杆机构被设置成允许所述膜支撑部件通过在所述主弯曲轴线方向上偏移而发生弯曲， 但是阻止所述膜支撑部件在垂直于所述主弯曲轴线的平面内发生形变。
25. 根据在依据权利要求9时的权利要求23所述的可变形膜组件，其特征在于，每个所 述连杆机构被设置成允许所述膜支撑部件通过在所述主弯曲轴线方向上偏移而发生弯曲， 并且允许所述膜支撑部件在垂直于所述主弯曲轴线的平面内发生可控形变。
26. 根据权利要求22或25所述的可变形膜组件，其特征在于，所述撑杆或连杆机构被 设置成允许在所述膜支撑部件范围内产生不同量的平面内位移。
27. 根据权利要求1-11中任意一项所述的可变形膜组件，其特征在于，所述一个或多 个弯曲控制件包括多个弹簧部件，每个所述弹簧部件的一端与所述膜支撑部件连接，且另 一端连接于合适的约束边界。
28. 根据权利要求1-11中任意一项所述的可变形膜组件，其特征在于，所述一个或多 个弯曲控制件包括多个滑轨，所述滑轨与所述膜支撑部件配合，以控制所述支撑部件在所 述可变形膜组件的驱动态下沿所述滑轨按预设的轨迹移动。
29. 根据权利要求9-11中任意一项所述的可变形膜组件，其特征在于，所述一个或多 个弯曲控制件包括多个可弯曲杆，所述可弯曲杆沿所述膜支撑部件间隔设置，每个所述可 弯曲杆均与所述主弯曲轴线对齐，且其一端与所述膜支撑部件连接，并可滑动地与安装部 件配合；所述安装部件被固定连接于所述可变形膜组件的固定部件上，以允许所述可弯曲 杆在所述主弯曲轴线方向上滑动；每个所述安装部件包括凸缘，所述凸缘被设置以防止所 述可弯曲杆在所述可变形膜组件的非驱动态下产生横向弯曲；上述设置使得在所述可变 形膜组件处于驱动态时，所述膜支撑部件通过在所述主弯曲轴线上的偏移所产生的弯曲来 使得一个或多个所述杆相对其各自的安装部件滑动，使得每个连接杆的一端伸出所述凸缘 夕卜，所述杆的所述部分在所述弹性膜的表面张力的作用下在垂直于所述主弯曲轴线的平面 内发生弯曲。
30. -种护目镜物品，包括前述任一项权利要求所述的可变形膜组件。
【文档编号】G02B3/14GK104350413SQ201280073390
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2012年12月14日 优先权日:2012年3月27日
【发明者】亚历克斯·埃金顿, 本杰明托马斯崔斯特瑞姆·霍兰德, 丹尼尔保罗·罗兹, 迪琼·彼特罗平托, 德里克保罗福布斯·比恩, 罗杰布莱恩明欣·克拉克, 彼得李·克罗斯利, 理查德利夫道格拉斯·穆雷, 爱德温詹姆斯·斯通, 罗伯特·爱德华·史蒂文斯 申请人:Adlens 有限公司