BR112019027960A2

BR112019027960A2 - lente adaptativa

Info

Publication number: BR112019027960A2
Application number: BR112019027960-1A
Authority: BR
Inventors: Pierre Craen; Vladimir Kartashov; Nicolas Tallaron
Original assignee: Polight Asa
Priority date: 2017-06-30
Filing date: 2018-06-28
Publication date: 2020-07-14
Also published as: WO2019002524A1; EP3646068B1; US20200310006A1; EP3646068A1; JP2020525822A; US11231528B2; EP3646067A1; JP7063921B2; JP2023085482A; CN111033321B; CN111033321A; KR20200018699A; CN110998374A; JP7063921B6; JP7304292B2; AU2018294509A1; KR102624410B1; US20210141126A1; EP3646067B1; KR102692744B1

Abstract

A presente invenção refere-se a uma lente ajustável, na qual a potência óptica pode ser regulada. A lente consiste em um corpo deformável e não fluido, prensado entre uma fina membrana flexível e uma janela traseira transparente, e em um sistema acionador que serve para mudar o formato geral da membrana e do corpo da lente. A membrana é pré-modelada para ter um Sag ou sagital de pelo menos 10 µm de modo que a lente tenha uma potência óptica diferente de zero quando o sistema acionador não estiver ativado. Para a obtenção de uma ampla faixa de potência óptica para a lente, é preferível que a membrana seja feita a partir de um material que possua um módulo de Young na faixa 2 - 1.000 MPa.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "LENTE ADAPTATIVA".

[001] A presente invenção refere-se a uma lente adaptativa com uma determinada potência óptica diferente de zero (ou de modo equivalente, um comprimento focal finito) que pode ser ajustada dentro de uma faixa de potência óptica, e a métodos para a produção de tal lente.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Com os recentes avanços de equipamentos óticos, tais como câmeras de telefones móveis, aparelhos de varredura e visão computacional, existe a necessidade de lentes capazes de foco rápido. O número de pixels das câmeras de telefones móveis tem aumentado, mas ainda há uma demanda por lentes compactas com qualidade suficiente para tirar total proveito dos pixels. Isso exige capacidades de foco além do tamanho pequeno, especialmente se a câmera também para adaptada para outros propósitos, tais como leitura de código de barras e varredura de imagens de objetos próximos da câmera. A adição de capacidades de foco à lente também permite o uso de aberturas maiores, o que aumenta a sensibilidade à luz do sistema sem causar redução da profundidade do campo da lente.

[003] As lentes de vidro convencionais são consideradas onerosas demais para vários propósitos mesmo se forem usadas em algumas câmeras móveis, mas continuam não sendo ajustáveis. Desse modo, pesquisas têm sido conduzidas para encontrar outras soluções. Uma área promissora tem sido o desenvolvimento de lentes feitas a partir de polímeros macios, os quais possuem propriedades ópticas e podem ser modelados para a ação de foco por forças eletrostáticas, alongamento da lente de polímero macio ou modelagem da superfície do polímero macio para a obtenção do formato escolhido. Outra solução proposta tem sido utilizar um polímero macio com um índice de refração gradual,

o qual, no entanto, é complicado de produzir em uma qualidade boa o bastante. Os problemas relacionados com essas soluções têm sido obter uma superfície de lente boa o bastante, tanto na curvatura quanto na qualidade de continuidade da superfície

[004] Outras soluções propostas incorporam o uso de um líquido adicionado a uma cavidade localizada dentro de uma lente, em que o formato da cavidade é ajustado para regular o comprimento focal da lente. Exemplos de tal solução são discutidos nos pedidos de patente japoneses, números de publicação JP2002239769, JP2001257932, JP2000081503, JP2000081504 JP10144975 JP11133210, JP10269599 e JP2002243918, bem como em um artigo de T. Kaneko et al: "Lente com Foco Dinâmico de Resposta Rápida que utiliza Acionador Bimorfo e Piezoelétrico com Múltiplas Camadas", Sistemas Micro-Opto-Mecânicos, Editor Richard R. A. Syms, Trâmites de SPIE, Vol. 4075 (2000). Todas essas soluções baseiam-se em um líquido confinado dentro de uma cavidade, que atua como uma lente e onde pelo menos uma das superfícies pode ser modelada por uma força aplicada. A vantagem desta solução é que a pressão aplicada para modelar a lente tem que comprimir o fluido ou a cavidade, o que exige muita força, ou as câmaras adicionais têm de ser providas para pressionar parte do líquido para fora da cavidade. As mudanças de volume devido a variações de temperatura também podem causar problemas.

[005] As soluções acima apresentam limitações no sentido de que elas: e — não podem prover adaptação em tempo real º não podem prover de fato uma boa qualidade óptica * — adicionam uma espessura ou complexidade que não é adequada para soluções de miniatura, tais como módulos de câmera em telefones móveis iutilizam um líquido que é difícil de fabricar, o que resulta em pouca confiabilidade, robustez e desempenho instável.

[006] Uma desvantagem de várias lentes da técnica anterior com foco ajustável é que elas são ajustáveis em uma faixa em torno de zero ou em uma potência, energia muito pequena, ou seja, elas devem ser combinadas com lentes tradicionais para prover a ampliação/potência óptica necessária e capacidades de formação de imagens. Isso aumenta os custos e as exigências espaciais.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[007] Desse modo, é um objetivo da presente invenção a provisão de um conjunto de lentes compacto e ajustável adequado para produções em massa e com uma potência óptica inerente diferente de zero.

[008] Em um primeiro aspecto, a invenção provê um conjunto de lentes ópticas que compreende um corpo de lente deformável e não fluido prensado entre uma janela traseira transparente e uma membrana flexível transparente para formar uma lente com um eixo geométrico ótico que é normal a uma parte da superfície da janela traseira, a membrana sendo pré-modelada para imprimir um primeiro formato geral à membrana e ao corpo de lente com o qual a lente possui um Sag de pelo menos 10 um, um sistema acionador que aplica força para mudar o formato geral da membrana e do corpo de lente a partir de do primeiro para um segundo formato geral com o qual a lente possui uma propriedade óptica diferente.

[009] A seguir, diversas características, elementos, exemplos e implantações — preferidas e/ou opcionais serão resumidas. Características ou elementos descritos em relação a uma modalidade ou aspecto podem ser combinados ou aplicados a outras modalidades ou aspectos quando para aplicável. Por exemplo, as características estruturais ou funcionais aplicadas em relação ao conjunto de lentes também são usadas como características em relação a ao método e vice-versa. Além disso, as descrições dos mecanismos que fundamentam a invenção conforme projetados pelos inventores servem apenas para fins de explicação, não devendo ser usadas em análise ex post facto para deduzir a invenção.

[0010] Que a membrana flexível transparente é pré-modelada significa que a membrana obteve sua forma antes de ser montada no conjunto de lentes. Quando é montada com o corpo de lente e a janela traseira, a membrana terá de preferência o formato de um sino (convexo ou côncavo) tendo uma seção central com um formato esférico ou pelo menos substancialmente esférico, correspondente ao formato de uma superfície de lente comum. Isso é ilustrado na Figura 3B. O Sag de pelo menos 10 um resultante da pré-modelagem da membrana deve ser medido quando o sistema acionador não estiver operando, ou seja, no estado "default", "inerente" ou "de Volt zero" da lente. Uma circunferência da seção central com o formato substancialmente esférico no estado default define uma abertura do conjunto de lentes.

[0011] O Sag é ilustrado na Figura 2 e definido como a altura da superfície de lente a partir de sua corda provida por: Sag=R- Vv(R"2-(D/2)'2) (1)

[0012] Onde R é o raio da curvatura (da seção central da membrana) e D é o comprimento da corda igual ao diâmetro da abertura. Un Sag de pelo menos 10 um não se limita a valores específicos do diâmetro da abertura ou do raio de curvatura (do primeiro formato geral) e, portanto, acomoda lentes com diferentes e resistências. Em outras modalidades, é preferível que o Sag é de pelo menos 15 um ou pelo menos 20 um.

[0013] O Sag está relacionado com a potência óptica (OP) por:

OP=8:Sag:(n-1)/D"2 (2) onde n é o índice de refração do corpo da lente.

[0014] A Tabela 1 a seguir provê valores exemplares de diâmetro do comprimento da corda/abertura e potência óptica para um Sag 2 10 um en=1,57. a Tabela 1

[0015] Na presente descrição, o termo abertura refere-se à abertura no conjunto de lentes conforme definida acima e não à abertura prática de um dispositivo ótico no qual o conjunto de lentes é usado, a qual é geralmente variável. Consequentemente, para um determinado tamanho de abertura e corpo de lente, existe uma correlação direta entre o Sag e a potência óptica, os quais serão usados de modo intercambiável na presente descrição. Desse modo, em uma formulação alternativa, o primeiro aspecto da invenção pode ser definido usando-se a potência óptica em vez do Sag, de modo que o primeiro formato geral da lente possui uma primeira potência óptica substancial diferente de zero. O valor da primeira potência óptica (e o tamanho da abertura) depende em grande medida da aplicação na qual a lente será usada. Nas modalidades preferidas, a primeira potência óptica é de pelo menos dioptrias, tal como pelo menos 10 dioptrias, tal como pelo menos 20 dioptrias.

[0016] O Sag inerente ou potência óptica do primeiro formato geral é vantajoso visto que a maioria das lentes pequenas ajustáveis da técnica anterior possui uma potência óptica inerente igual a zero ou insubstancial, provendo assim uma potência óptica total em tensão máxima mais ou menos de algumas dioptrias. Consequentemente, tais lentes em geral precisam ser combinadas com uma lente padrão que possua a potência óptica em torno da qual o ajuste é desejado. Tais lentes usam uma membrana deformável que é plana ou quase plana em zero Volt e, de maneira típica, é feita de vidro, por exemplo, Pyrex, safira, SiO2 ou BPSG, com o módulo de Young na faixa de dezenas de GPa. Exemplos desses conjuntos de lentes podem ser encontrados, por exemplo, em WO 2008/035983, WO 2010/005315 ou WO 2014/147060.

[0017] Neste relatório descritivo, o corpo da lente deformável e não fluido é preferidamente feito de um material elástico. Visto que o corpo da lente não é fluido, nenhum invólucro hermético é necessário para conter o corpo da lente e não há nenhum risco de vazamento. É preferível que o corpo da lente não seja fluido por ele ter um módulo elástico maior que 300 Pa. Em uma modalidade preferida, o corpo da lente é feito de um polímero macio, o qual pode incluir uma variedade de materiais diferentes, tais como silicone, géis de polímero, uma rede de polímeros reticulados ou parcialmente reticulados e um óleo ou uma comunicação de óleos. O uso de um polímero macio torna possível a produção de lentes nas quais o polímero entra em contato com o ar ou outros gases compressíveis, exigindo desse modo muito menos força durante o ajuste do comprimento focal das lentes, o que também facilita sua produção, visto que o polímero permanecerá no lugar mesmo se as diferentes etapas de produção ocorrerem em posições ou unidades distintas. Conforme mencionado acima, também é possível prover canais ou bolhas de vazamento de gás compressível de modo a reduzir a força necessária para ajustar a lente e diminuir as tensões causadas pelas oscilações de temperatura e pressão do ambiente. Para não exercer nenhuma pressão sobre a membrana relativamente fina e macia, o corpo da lente possui de maneira preferida uma parte de superfície superior com um formato correspondente ao formato da membrana pré-modelada.

[0018] A janela traseira é preferidamente um substrato plano e transparente de, por exemplo, SiO2 ou vidro. De maneira preferida, a janela traseira possui uma superfície plana que faceia o corpo da lente. A superfície oposta ao corpo da lente também pode ser plana ou pode ter um formato esférico, por exemplo, convexo ou côncavo para constituir a parte traseira da lente. No entanto, em outras modalidades, a janela traseira poderia ser um substrato curvado, tal como uma seção de superfície esférica, bem como um formato asférico.

[0019] A janela traseira pode formar o vidro de proteção para um dispositivo que envolve o conjunto de lentes, tal como uma câmera de telefone móvel. Isso irá reduzir a quantidade de camadas e melhorar a qualidade óptica por meio da diminuição de luz e o aumento da transmitância. A janela traseira pode ter um revestimento antirreflexo (ARC), bem como prover uma função de filtro de IR, possivelmente combinada com as propriedades de filtragem da lente. Em uma outra modalidade, a janela traseira faz parte de um substrato transparente de uma tela de toque. Essas telas de toque são o padrão em vários dispositivos eletrônicos, tais como telefones móveis, tablets, monitores de computador, GPSs, leitores de mídia, relógios etc. Essa tela de toque pode basear-se em diferentes tecnologias de tela de toque, tais como sistemas resistivos, sistemas capacitivos, sistemas de ondas acústicas superficiais, sistemas infravermelhos etc., com todos envolvendo um substrato transparente em sua base.

[0020] Em uma modalidade alternativa, uma camada de polímero extra é adicionada entre a janela traseira e um vidro de proteção localizado no lado da janela traseira que é oposto ao corpo da lente, o que tem a vantagem de ser mais compacto e melhor em termos de transmitância e efeito "ghost" do que as soluções da técnica anterior, pois envolve menos interface de ar/vidro. Além de também eliminar a necessidade de um revestimento AR sobre a janela traseira.

[0021] É preferível que as propriedades ópticas diferenciadas da lente com o segundo formato geral da membrana e do corpo da lente sejam Sag e/ou potência óptica e/ou aberração óptica. Isso significa que uma mudança no formato geral ajusta o Sag e, desse modo, a potência óptica ou aberração "em cima" da primeira potência óptica default da lente. Desse modo, torna-se possível realizar um ajuste no foco dinâmico ou uma correção na aberração dinâmica em quase qualquer potência óptica usando-se a lente de acordo com a invenção.

[0022] Para uma aplicação na qual D e n são fornecidos, é common definir a faixa dinâmica da lente ajustável por meio de seus valores de potência óptica em vez de usar os valores do Sag. A faixa de potência óptica é a diferença entre a maior e a menor potência óptica que a lente é capaz de obter por meio do sistema acionador. A primeira potência óptica resultante da pré-modelagem da membrana pode ser um ponto final ou pode se encontrar dentro desta faixa de potência óptica - a potência óptica é referida como sendo ajustável "em torno" da primeira potência óptica em ambos os casos. É preferível que a faixa potência óptica seja de pelo menos 2 dioptrias ou 4 dioptrias, tal como pelo menos 6 dioptrias ou de maneira preferida, pelo menos 10 dioptrias. As faixas de valores correspondentes de Sag podem ser calculadas usando-se a Equação (2) acima.

[0023] As simulações e experimentos têm mostrado que para que uma membrana pré-modelada possa prover uma faixa de potência, energia substancial, tal membrana deve ser de preferência macia e muito flexível em relação às membranas de vidro da técnica anterior. Portanto, é preferível que a membrana pré-modelada do conjunto de lentes de acordo com o primeiro aspecto seja feita de um material que possua um módulo de Young em uma faixa de 1 — 10000 MPa, tal como entre 100 e 10000 MPa, tal como entre 100 e 7000 MPa, por exemplo, entre 100 e 5000 MPa, de maneira preferida em uma faixa de 2 — 1000 MPa.

[0024] A membrana pode ser formada a partir de uma grande variedade de materiais diferentes, tais como acrílicos, poliolefinas, poliésteres, silicones, poliuretanos entre outros.

[0025] As faixas de parâmetros preferíveis para a membrana pré- modelada são: Espessura: 5 - 30 um Sag: 10 - 500 um Comprimento da corda/diâmetro da abertura: 1 - 60 mm

[0026] Uma membrana pré-modelada com tal espessura talvez não seja capaz de manter sua forma por si só. Quando o corpo da lente é prensado entre a membrana e a janela traseira, as dimensões da configuração e o tamanho do corpo da lente são preferidamente ajustados de modo que o corpo da lente preencha o espaço convexo embaixo da membrana pré-modelada e assim provenha suporte pelo menos para a seção central da membrana.

[0027] De maneira preferida, a membrana permanece não esticada quando a lente é montada, para que o primeiro formato seja um resultado apenas da pré-modelagem e preenchimento do corpo da lente. Obter o formato geral por meio da inserção do corpo da lente no espaço entre a membrana e a janela traseira sob pressão para "erguer" a membrana ao esticá-la resultaria em um comportamento dinâmico muito precário.

[0028] O sistema acionador serve para mudar o formato geral da membrana e do corpo da lente. O sistema acionador pode unir a membrana para mudar o seu formato geral ou ele pode atuar sobre a membrana via outra estrutura ou meio, tal como um suporte para conter a membrana ou o corpo da lente ou um fluido. Em uma modalidade preferida, o sistema acionador compreende acionadores piezoelétricos, tais como PZT sobre uma superfície da membrana fora da seção central. Tais materiais piezoelétricos são fáceis de produzir e controlar, além de serem compatíveis com técnicas de processamento em escala de wafer. Como serão tipicamente formados para circundar a seção central da membrana, eles também podem definir uma abertura para uma configuração óptica por meio do conjunto de lentes. Em uma outra modalidade preferida, o sistema acionador compreende um motor com bobina de voz (VCM) capaz de oferecer uma força e passo ou amplitude maior do que os acionadores piezoelétricos, provendo espaço para aberturas mais largas ou qualquer outro meio capaz de ser usado na aplicação de uma força que poderia resultar na flexão da membrana pré-modelada, o qual poderia ser um acionador piezo, um acionador eletrostático ou qualquer outro tipo de acionador.

[0029] Em uma outra modalidade preferida, o conjunto de lentes de acordo com o primeiro aspecto também compreende uma estrutura rígida que circunda o conjunto de lentes para suportar a circunferência da membrana. Nesta modalidade, a membrana, a estrutura e a janela traseira formam uma cavidade que contém o corpo da lente. Tal estrutura rígida pode servir a vários propósitos, tal como um suporte para segurar a membrana ou um confinamento transversal para o corpo da lente. De maneira preferida, a estrutura é formada usando-se técnicas de produção em escala de wafer, por exemplo, em silício e deve ser configurada para ser muito menos deformável do que a membrana para que possa servir como uma estrutura rígida. Isso pode ser obtido por meio de uma estrutura de silício (módulo de Young com algumas centenas de GPa) com uma espessura de centenas de um ou alguns milímetros. Pode ser necessário o uso de um meio mecânico para garantir a concentricidade da membrana em relação à janela traseira. A precisão requerida para esta concentricidade irá variar de acordo com a aplicação, o nível de qualidade óptica necessária, bem como a potência óptica de cada componente ótico do sistema ótico no qual ela é usada.

[0030] Embora seja preferível fixar a membrana à estrutura, a janela traseira pode ser presa apenas ao corpo da lente e, desse modo, ser flutuante em relação à estrutura. Isso serve para prover compensação térmica, visto que o corpo da lente pode se expandir causando pouco ou nenhum impacto à membrana. Em uma modalidade alternativa, a janela traseira pode ser presa à estrutura por meio de um material macio de modo a formar uma estrutura mais fechada e/ou rígida. Neste caso, a expansão térmica do corpo da lente pode ser então compensada de outras formas.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0031] A Figura 1 ilustra uma lente ajustável de um documento da técnica anterior.

[0032] A Figura 2 ilustra vários parâmetros do projeto para um conjunto de lentes de acordo com a invenção.

[0033] As Figuras 3A e B ilustram uma vista superior e uma vista lateral transversal de um conjunto de lentes de acordo uma modalidade preferida da invenção.

[0034] As Figuras 4A e B ilustram um quarto de vistas superiores de uma modalidade do conjunto de lentes.

[0035] As Figuras 5A e B ilustram vistas 3D de uma modalidade do conjunto de lentes.

[0036] As Figuras 6A e B são gráficos que mostram a dependência da faixa de potência óptica versus o módulo de Young da membrana para as modalidades das Figuras 4A e B, respectivamente.

[0037] As Figuras 7A e B são gráficos que mostram a deformação da membrana em diferentes tensões para as modalidades das Figuras

4A e B, respectivamente e com o módulo de Young da membrana igual a 44 MPa.

[0038] As Figuras 8 e 9 ilustram sistemas de acionamento alternativos de acordo com diferentes modalidades da invenção.

[0039] A Figura 10 ilustra uma vista transversal de um conjunto de lentes com uma camada de polímero extra e um vidro de proteção de acordo com uma modalidade da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0040] O conjunto de lentes de acordo com as modalidades preferidas da presente invenção de construção baseada na tecnologia T-lens desenvolvida por poLight AS e descrita em detalhes em pedidos de patente anteriores, tais como WO 2008/035983, WO 2010/005315 ou WO 2014/147060, incluídos aqui por referência, onde mais detalhes sobre um conjunto de T-lens com o qual a membrana pré-modelada de acordo com a invenção pode ser usada podem ser encontrados.

[0041] A Figura 1 ilustra uma lente ajustável da técnica anterior 11 com um corpo deformável 12 prensado entre uma janela traseira 3 e uma membrana plana e flexível 14. Além disso, uma película piezoelétrica 8 é provida sobre a membrana, que dobra a membrana para cima (linha tracejada) para mudar a potência óptica quando uma tensão for aplicada.

[0042] As Figuras 3A e B ilustram uma vista superior e uma vista lateral transversal de um conjunto de lentes de acordo uma modalidade preferida da invenção. Neste caso, o conjunto de lentes compreende um corpo de lente não fluido e deformável, 2 prensado entre uma janela traseira 3 e a membrana flexível e transparente 4 para formar uma lente com um eixo geométrico ótico 6 que é normal em relação a uma parte da superfície da janela traseira. Os vários componentes do conjunto de lentes são mantidos unidos por uma estrutura rígida 9 que tipicamente circunda o corpo da lente. A estrutura 9 pode compreender partes separadas que também exercem outra função no conjunto. Por exemplo, a janela traseira 3 também pode atuar como um suporte para outros componentes e pode fazer part da estrutura nesse sentido. À estrutura 9 forma uma abertura quadrada com cantos arredondados. À membrana é pré-modelada para imprimir um primeiro formato geral à membrana e ao corpo da lente com os quais a lente possui um Sag mínimo de pelo menos 10 um ou uma primeira potência óptica correspondente. Além disso, um sistema acionador 7 é provido para aplicar uma força e mudar o formato geral da membrana e do corpo da lente a partir do primeiro formato geral para um segundo formato geral (linha tracejada 4a) para que a lente possua uma propriedade óptica diferente.

[0043] A seção central da membrana pré-modelada possui um formato substancialmente esférico para funcionar como uma superfície de lente, mas pode ter pequenas diferenças para corrigir várias aberrações ópticas. A forma pré-modelada da membrana pode ter o formato de um sino (figura 3B), um formato esférico (não mostrado) ou outros formatos. No caso de uma membrana no formato de um sino, a seção central pode ser definida como estando situada nos pontos de inflexão da curva, visto que as áreas externas terão um formato côncavo e, portanto, não irão contribuir para a focalização. A circunferência desta seção central ou que está localizada dentro seção central define uma abertura do conjunto de lentes. Em geral, quanto maior a abertura, maior é a lente e mais luz pode ser capturada por ela.

[0044] O corpo da lente 2 não preenche completamente o volume da cavidade formada entre a membrana 4, a estrutura 9 e a janela traseira 3, e o ar outro fluido compressível preenche o volume remanescente, o que permite a mudança de tamanho desse volume e, portanto, a mudança de formato da membrana.

[0045] O corpo da lente pode ter um formato que corresponde ao formato da membrana pré-modelada para que o contanto entre eles não altere o formato da membrana. Isso pode ser obtido com a pré- modelagem do corpo da lente antes de sua montagem ou com a injeção de um material moldável entre a janela traseira e a membrana. Em uma modalidade específica, uma mistura de reação líquida é injetada entre a janela traseira e a membrana. Em seguida, a lente é colocada em um forno de alta temperatura por um tempo específico e a mistura de reação líquida transforma-se em um polímero não fluido e viscoelástico modelado no formato da membrana pré-modelada. Simulações

[0046] Uma série de simulações foram realizadas no conjunto de lentes ilustrado nas Figuras 3A e B, com o sistema acionador que compreende uma película piezoelétrica PZT 8. Em tais simulações, a configuração da película PZT e do módulo de Young da membrana 4 é variada. A tensão da PZT foi variada entre O V e 40 V, com a faixa de potência óptica sendo igual a OP(40V) — OP(OV).

[0047] As Figuras 4A e B ilustram um quarto de uma vista superior do conjunto de lentes mostrado nas Figuras 3A e B com duas configurações diferentes da película piezoelétrica 8. Em ambos os casos, o diâmetro do orifício da película PZT é de 1,55 mm e forma uma abertura 5 de modo concêntrico com a seção central da membrana 4. As Figuras 5A e B ilustram uma vista em 3D dos conjuntos de lentes das Figuras 4A e B, que contêm o corpo da lente 2, a janela traseira 3 e as paredes laterais 9.

[0048] Para ambas as modalidades das Figuras 4A e B, a faixa de potência óptica foi simulada para variar o módulo de Young da membrana. Os resultados são representados em um gráfico nas Figuras 6A e B mostrando a dependência da faixa de potência óptica versus o módulo de Young.

[0049] É preferível que a faixa de potência óptica seja a maior possível, contanto que não introduza nenhuma aberração substancial. Com uma faixa preferida de potência óptica de 5 dpt, observa-se que a faixa preferida para o módulo de Young é de 0,8 - 3000 MPa na Figura 6a e de 2 - 10000 MPa na Figura 6b. Se for desejada uma faixa de potência óptica de 10dpt, então a faixa preferida para o módulo de Young será de 2 - 800 MPa na Figura 6a e 20 - 1000 MPa na Figura 6b. Ainda é preciso descobrir se faixas de potência óptica mais altas provocam astigmatismos ou deformações indesejadas na seção central da membrana em implantações físicas dessas modalidades.

[0050] As Figuras 7A e B são gráficos que mostram a deformação da membrana em diferentes tensões para as modalidades das Figuras 4A e B, respectivamente e com o módulo de Young da membrana igual a 44 MPa.

[0051] A tabela a seguir sintetiza alguns parâmetros possíveis da membrana pré-modelada e do conjunto de lentes (EFL é o comprimento focal efetivo). Índice de refração, n = 18 abertura útil membrana Máx. mm [dpt] Mín. Mín. Máx. [mm] [um] [em] | Máx. [em] | [mm] | [dpt] 2 20 3 250,0 4 -250 2,5 400 50 12 | 3333 3 -977 4,0 250 100 -31 500,0 2 -625 | 250 40 200 -63 | 1000,0 1 -3125 | 20,0 50 40 300 -125 | 2000,0| 05 | -3750 | 667 15 60 400 -169 | 33333 | 03 | -5625 | 1000 10

[0052] Os parâmetros nesta tabela são valores exemplares que poderiam ser usados na concepção de um conjunto de lentes de acordo com a invenção. No entanto, eles não são valores preferidos nem visam, de forma alguma, a limitar o escopo da invenção.

Sistema Acionador

[0053] Podem ser usados acionadores que aplicam basicamente uma pressão compressiva/elástica ao longo da membrana para deformá-la e introduzir variação óptica. Se os acionadores forem posicionados de forma simétrica de modo que a pressão produza uma revolução simétrica em torno do eixo geométrico ótico, eles irão criar uma variação de foco principalmente ao longo do eixo geométrico ótico. Conforme o projeto, o acionador poderia aplicar uma pressão não simétrica e introduzir uma deformação cilíndrica, deformação do tipo trifólio, entre outras.

[0054] As películas piezoelétricas descritas anteriormente são exemplos de tais acionadores. Elas podem ser uma fina película PZT, uma película Piezo volumosa ou de qualquer outro tipo capaz de criar força suficiente para dobrar a membrana. A película piezoelétrica sobre a membrana é tencionada por tração quando se aplica tensão. Essa tensão faz as dimensões laterais da película se contraírem em decorrência da flexão da membrana. De maneira típica, para mudar o formato da membrana na seção central, a película piezo terá que ser disposta dentro da abertura da estrutura, o que pode limitar o tamanho da seção central e, portanto, da abertura. Consequentemente, outros sistemas acionadores possíveis são às vezes relevantes e serão descritos a seguir.

[0055] A membrana não precisa estar em contato direto com o sistema de acionamento; podendo haver um meio de contato indireto, tal como o corpo da lente. Visto que a membrana é macia, suportada pelo corpo da lente e que o corpo da lente não é fluido, a deformação do corpo da lente mudará o formato da membrana. Por exemplo, vários acionadores que circundam o corpo da lente podem ser ativados em sincronia para comprimir a parte estreita do corpo da lente e empurrar a membrana para cima. Com a ativação dos acionadores apenas de um lado, o formato da membrana se inclina e o foco pode ser movido de modo transversal.

[0056] As Figuras 8 e 9 ilustam modalidades que aplicam diferentes acionadores. A Figura 8 ilustra uma vista lateral e uma vista superior de um conjunto de lentes 80 que utiliza cordões 81 e um motor giratório 82 como o sistema de acionamento. A rotação do motor aperta/solta o cordão e, desse modo, modifica o formato geral da membrana e do corpo da lente.

[0057] A Figura 9 ilustra um conjunto de lentes 91 que utiliza um sistema acionador baseado em VCM (Motor com Bobina de Voz). O sistema acionador envolve bobinas 92 mantidas perto da membrana 4 por um suporte macio ou flexível 93, e ímãs ou elementos magnetizáveis 94 integrados, neste caso, à estrutura 9. Quando uma corrente é puxada através das bobinas 92, um campo magnético é induzido, o qual interage com os ímãs 94 para mover as bobinas. Com o arranjo adequado das bobinas, dos ímãs e da membrana, as bobinas podem ser usadas para aplicar uma força sobre a membrana na direção desejada. A Figura 9 ilustra apenas um arranjo exemplar, pois as bobinas e os ímãs podem ser dispostos para se moverem em direções diferentes. De maneira alternativa, as bobinas 92 podem ser fixas e os ímãs ou elementos magnetizáveis 94 podem ser dispostos de forma móvel.

[0058] Se o conjunto de lentes tiver que ser integrado a um dispositivo que já possui um vidro de proteção, o uso da janela traseira como um vidro de proteção pode não ser possível, o que exigiria a utilização de um meio para interligar oticamente o conjunto de lentes e o dispositivo. A Figura 11 ilustra um conjunto de lentes 32 com uma camada de polímero extra 33 e um vidro de proteção 31. Neste caso, a camada de polímero extra 33, a qual é preferidamente passiva, provê uma interface óptica flexível sem nenhuma interface de ar/vidro. À

Figura 11 também mostra uma trava de abertura 34 que poderia ser adicionada em qualquer área do dispositivo de lente.

Aplicações

[0059] O conjunto de lentes de acordo com a invenção pode ser usado em uma pilha de lentes aplicada a um módulo de câmera de vários dispositivos e, em particular, de um telefone móvel, com a vantagem de causar o aumento da espessura. Em geral, a primeira lente da pilha é o melhor local para se implantar tais lentes de foco variável.

[0060] A presente invenção também permite que lentes ajustáveis maiores possam ser reguladas em torno de uma potência óptica diferente de zero. Tais lentes podem ser usadas para óculos adaptativos a serem usados por pessoas que precisam de tratamento para problemas, tais como presbiopia, miopia ou astigmatismo, bem como em equipamentos científicos, como microscópios ou plano focal de telescópios.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Conjunto de lentes ópticas (1), caracterizado por compreender: - uma membrana flexível e transparente (4), em que a dita membrana flexível é formada a partir de um material que possui um módulo de Young na faixa entre 2MPa e 1.000 MPa; - uma janela traseira transparente (3) - um corpo de lente não fluido, deformável e transparente (2) prensado entre a dita janela traseira transparente (3) e a dita membrana flexível e transparente (4) para formar uma lente com um eixo geométrico ótico (6) que é normal em relação a uma parte da superfície da dita janela traseira transparente; - a dita membrana flexível e transparente sendo pré- modelada para imprimir um primeiro formato geral à dita membrana flexível e transparente e ao dito corpo de lente não fluido com o qual a dita lente possui um Sag de pelo menos 10 um, em que com o dito primeiro formato geral da dita lente possui uma primeira potência óptica substancial diferente de zero; - uma estrutura rígida (9) disposta para suportar a circunferência da membrana; e - um sistema acionador (7) que aplica uma força para mudar o formato geral da membrana e do dito corpo da lente a partir do primeiro formato geral para um segundo formato geral com o qual a lente possui uma propriedade óptica diferente; em que o dito sistema acionador compreende acionadores piezoelétricos (8) sobre uma superfície da dita membrana flexível e transparente.

2. Conjunto de lentes ópticas de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita lente possui um Sag de pelo menos 10 um quando o dito sistema acionador não está ativado, tal como em um estado de zero Volt da dita lente.

3. Conjunto de lentes ópticas de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a dita membrana flexível possui uma espessura 5 - 30 um, um Sag entre 10 e 500 um e um diâmetro de abertura entre 1 e 60 mm.

4. Conjunto de lentes ópticas de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito corpo de lente não fluido possui um módulo elástico maior que 300 Pa.

5. Conjunto de lentes ópticas de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que o dito corpo de lente não fluido é feito a partir de uma rede de polímeros reticulados ou parcialmente reticulados e de um óleo miscível ou uma combinação de óleos.

6. Conjunto de lentes ópticas de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a lente com o primeiro formato geral possui um Sag de pelo menos 15 um ou pelo menos 20 um.

7. Conjunto de lentes ópticas de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma seção central da membrana pré- modelada possui um formato substancialmente esférico e a circunferência desta seção central define uma abertura do conjunto de lentes.

8. Conjunto de lentes ópticas de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o Sag de pelo menos 10 um para o primeiro formato geral corresponde a uma primeira potência óptica de pelo menos 5 dioptrias.

9. Conjunto de lentes ópticas de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a propriedade óptica diferente é Sag e/ou potência óptica e/ou aberração óptica.

10. Conjunto de lentes ópticas de acordo com as reivindicações 7 e 9, caracterizado pelo fato de que a propriedade óptica diferente inclui uma potência óptica, e em que a lente possui uma segunda potência óptica com o segundo formato geral, e em que uma diferença entre a primeira e a segunda potência óptica, uma faixa de potência óptica, é de pelo menos 2 dioptrias.

11. Conjunto de lentes ópticas de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o corpo da lente possui uma parte superfície superior que é modelada para ter um formato que corresponde ao formato da membrana pré-modelada.