CN104508541B - 可变形膜组件的改进 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可变形膜组件(1)，其包括固定支架，流体填充封套和选择性地可操作的压力调节器；所述流体填充封套的至少一个壁由弹性膜(8)形成，其在张力的作用下，由柔性膜支撑件(2,10)环绕其边缘支撑，所述膜支撑件在围绕支撑件的多个离散的控制点(120)处通过相应的啮合件被耦合到固定支架，用于控制在控制点处膜的边缘相对于固定支架的位置，所述膜支撑件在控制点之间不受约束；所述选择性地可操作的压力调节器用于调节封套内的流体的压力，从而调节膜的形状；其中，至少设置有三个控制点，所述控制点围绕膜边缘设置在膜上的间隔的位置处，选择所述间隔的位置，以响应于加载在膜内的张力，增加所述支撑件的最低阶平面外弯曲模式的能量，其中最低阶的平面外弯曲模式围绕整个支撑件没有节点。本发明还提供了一种眼镜物品，其包括上述的可变形膜组件。

Description

可变形膜组件的改进

本发明涉及一种可变形膜组件，通过将组件内的流体直接施加到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，其中弹性膜形成透镜或反射镜的表面，通过控制流体压力调节膜的弯曲度，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其中需要静态或动态可变形形状的弹性表面的仪器或设备，例如声能转换器。

这样的流体填充透镜对于本领域技术人员来说是已知的，其中通过流体压力控制与流体接触的弹性膜的形状。通常这些透镜可以为“流体注入”型，其中，将流体量控制在具有基本上固定体积的封套内，所述封套在一侧上以所述膜为边界；或者此类透镜还可以为“流体压缩”型，其中，所述封套的一侧以所述膜为边界，并且包含有固定量的流体，所述封套的体积可以被调节。在每种情况下，所述封套内的流体压力是可以调节的，所述调节或者通过向封套内添加流体或从封套内移除流体或者通过改变封套体积来实现，以控制作用于膜上的流体压力，从而控制膜的形状。

同时，所述可调节透镜可能应用于各种应用，例如摄像机以及其它光学装置，其中一个用途是在眼镜中的使用。可调节透镜尤其适用于对远视眼的矫正，远视眼是指随着年龄的增长，人的眼睛对近处物体的聚焦能力逐渐减弱的情况。可调节透镜是有优势的，因为佩戴者可以在由远到近的一定的距离范围内获得矫正视力。所述可调节透镜相比于双焦距透镜来说更具有人体工程学优势，其中所述双焦距透镜从透镜底部区域进行视力矫正，从而只允许用户在向下看时才能聚焦到近处的物体。

现有技术中的很多流体填充透镜的缺点在于它们需要为圆形，或至少大致为圆形，具有刚性边界，以维持膜的球面形状；否则会发生不需要的光学失真。然而，对于一些特殊应用(包括眼镜)来说，圆形并不必是一种优选形状，因为对于那些应用来说，圆形在审美上并非总是具有吸引力。对于一些特殊应用例如在光学仪器中，圆形透镜也是不合适的或不实用的。然而，所述膜通常需要球状膨胀或根据一个或多个期望的模式膨胀，典型的模式包括一阶或多阶泽尼克多项式。

在上述类型的膜组件中，经常需要在张力(预张力)下支撑弹性膜，以避免所述弹性膜由于温度或重力作用或当透镜被移动时流体内的惯性作用所导致的不需要的下垂或褶皱。在一些例子中，所述弹性膜内需要用于防止下垂的预张力可以和在驱动态下施加到膜上的附加张力具有相同的数量级。然而，在一些其他组件上，取决于膜材料的厚度和弹性模量，上述预张力可以高出几个数量级。

例如，WO98/11458A1公开了一种选择性地变焦的透镜，所述透镜具有第一和第二透明的柔性膜，每个膜被由第一、第二及第三相互啮合的环形成的外围环形框张紧和支撑。WO98/11458A1公开的透镜为圆形的，所以上述外围环形框可以制作成坚硬的，以支撑膜在张力下不弯曲。

然而，对于此类的其它膜组件，当对流体压力进行调节来控制膜的形状时，所述膜由柔性环支撑，或者由被设计为围绕其范围弯曲的其它膜支撑件支撑。例如，US5371629A公开了一种焦距长度可变的透镜，其具有非圆形膜，所述非圆形膜被安装在具有环形边缘的膜支撑件上，所述环形边缘被设计成以可控方式弯曲，使得虽然使用的是非圆形膜，膜在膨胀时基本维持球状，从而允许改变放大倍数，而不引入不需要的大量失真。

共同待决专利申请PCT/GB2012/051426，其内容通过参考也被并入本申请，其中也公开了一种可变形膜组件，所述膜组件包括弹性膜，弹性膜由围绕其边缘的弹性(resiliency)可弯曲支撑环支撑。

但是，US5371629A中公开的透镜的一个固有问题是膜中的张力直接作用于膜支撑件的柔性边缘上。虽然在改变透镜内的流体压力时施加在边缘上的增加的负荷可能不会足够大使其产生明显的问题，然而，任何施加在膜上用于将膜下垂或褶皱控制在能够接受的范围内的具有足够量级的预张力有可能成为严重的问题，圆形边缘的柔性属性意味着这样水平的预张力有可能趋于以不希望的和不可控的方式使边缘变形或使其非常不稳定，这将削弱透镜的光学性能。

这样不需要的变形或不稳定性通常以两种不同的方式表现。第一种为向内塌陷或者平面内变形。共同待决的国际申请PCT/EP2012/075549(其内容通过参考并入本申请)公开了一种可变形膜组件。所述可变形膜组件包括弹性膜，所述弹性膜围绕其边缘被可弯曲支撑环支撑。申请文件中所述的膜组件包括弯曲控制件，用于阻止所述支撑环在膜的内张力、特别是施加在膜上以阻止膜下垂及褶皱等的预张力的作用下向内塌陷。

所述不需要的变形的第二种表现形式为平面外变形或失真。特别地，尽管期望所述膜趋向于进行球状弯曲，它还是由于膜内的表面张力的作用，容易以其他不期望的模式弯曲。特别地所述膜易于依据能量优先形态(energetically favoured conformations)进行弯曲，形成复曲面(鞍状)或其它形状。上述不期望的模式由膜的边界形状控制，可能因此并不是单纯的泽尼克模式。当膜为平面时，出现不期望的复曲面变形的风险更大，但是即使当所述膜进行球状弯曲时，仍然在一定程度上存在上述复曲面变形。应当理解的是，与不期望的模式相比，所述膜变形的期望模式通常是基于能被视为恰好位于膜边界之外的单位球的基本上单纯的泽尼克模式。

本发明的一个目的是提供一种上述类型的可调节流体填充透镜，其中，所述膜和膜支撑件对不期望的变形模式和其他平面外失真是稳定的。

因此，本发明的一个方面是提供了一种可变形膜组件，其包括固定支架，流体填充封套；所述流体填充封套的至少一个壁由弹性膜形成，所述弹性膜在张力作用下由弹性膜支撑件围绕其边缘支撑，所述弹性膜支撑件在围绕所述支撑件的多个离散控制点处通过相应的啮合件被连接到所述固定支架，用于控制在所述控制点处所述膜的边缘相对于固定支架的位置，所述支撑件在控制点间不受约束；所述可变形膜组件还包括选择性地可操作的压力调节器，用于调节封套内部流体的压力，从而调节膜的形状；其中，至少设置有3个控制点，所述控制点被设置在围绕膜边缘的膜上的间隔的位置处，选择所述间隔的位置，以响应于加载在膜上的张力，增加所述支撑件的最低阶平面外弯曲模式的能量，所述最低阶平面外弯曲模式在整个支撑件范围内没有节点。

另外一种模式，所述至少三个控制点可被设置在围绕膜边缘的位置处，选择所述位置，以当调节流体压力时，允许所述膜依据一个或多个期望的模式变形，同时抑制膜边缘依据一个或多个不期望的模式位移。如上所述，所述期望的模式可以是单纯的或基本单纯的泽尼克模式或其它模式，而不期望的模式由膜的实际轮廓形状决定。

因此根据本发明，设置所述控制点，以引发一个或多个期望的膜弯曲低阶模式，同时抑制一个或多个不期望的高阶模式。在一些实施例中设置有n个控制点(其中n为3或3以上的整数)，可以将控制点定位(position)，以抑制不期望的n+1阶模式，同时引发期望的n-1阶模式。

有利地，控制点可以被定位，以抑制至少最低阶的不期望模式，该不期望的模式将响应于加载在膜上的张力，在没有任何控制点的情况下存在。高阶不期望模式有可能被允许的，但是它们倾向于较弱的能量优先，并且会涉及膜边缘的较小的移动，因此，它们对保持膜形状的保真度会呈现较少的问题。所述控制点可以被定位，以允许膜依据至少最低阶期望的弯曲模式进行变形。所述控制点可以被适当地定位在这样的位置上，在该处最低阶期望的弯曲模式具有与所述支撑件相交的节点。所述控制点可以被定位，以抑制膜依据不期望的模式中的一个或多个第一、第二或第三阶(和/或更高阶)模式发生的自发变形。适当地，所述控制点可以被定位，以阻止膜依据至少第一阶不期望的模式发生不期望的变形，同时可选地也抑制在膜边缘上具有节点的至少所选的第二阶或第三阶不期望的模式。

下面将详述一些具体实施例，所述支撑件可以被可控地设置在一个或多个控制点处，在一些实施例中，这样选择性的位移允许所述膜依据一个或多个同阶弯曲模式进行可控的变形，由所述控制点抑制所述膜自发采用上述模式。换句话说，所述支撑件可以依据一个或多个期望的弯曲模式在一个或多个控制点处选择性地移动到抑制位置，一个或多个相应的不期望的模式在所述抑制位置被抑制，从而所述膜在远离所述抑制位置的一个或多个控制点的位移允许支撑件根据一个或多个期望模式弯曲。所述一个或多个控制点可以为驱动点，如下所述。

对于光学应用及其它特殊应用，所述膜变形的期望模式可以由一个或多个泽尼克多项式描述，在泽尼克多项式中，所述透镜区域位于一个基本单位圆中。适当地根据本发明，可以使用泽尼克多项式的亚利桑那(Arizona)条纹系数形式。因此，控制点可以被定位，以允许至少球形变形(二阶散焦，)，可选的球形，选定的第二阶，第三阶和/或第四阶泽尼克多项式，从而引入一个或多个选自散光形，彗差形和三叶草形的从球形的偏离。

所述膜可以为圆形或非圆形。所述控制点被布置以控制在控制点处的膜边缘的位置。所述膜边缘在控制点间的轮廓可以通过一个或多个期望模式的总和的集以及控制点之间的膜的外形进行限定。

适当地，所述支撑件的抗弯刚度围绕支撑件可以变化。例如，在调节流体压力时，所述支撑件适当弯曲来控制在控制点之间的支撑件的轮廓，从而控制膜的形状。在一些实施例中，为了达到围绕所述支撑件的抗弯刚度的这样的变化，所述环的尺寸在其范围内是可以变化的。所述支撑件可以由基本上均匀和一致的材料制成，并且具有可变的截面二次矩。所述支撑件具有基本相同的深度和变化的宽度，以控制围绕所述环的截面二次矩，从而控制环的抗弯刚度。在一些实施例中，所述支撑件可以由基本上厚度一致的金属板(如不锈钢板)裁剪或冲压制成，从而获得在板平面内的宽度可变的圆环或非圆环。

围绕所述支撑件的抗弯刚度通常可以由有限元分析(FEA)确定，如PCT/GB2012/051426上公开的方法。特别地，FEA可以用于计算围绕支撑件的抗弯刚度的所需要的变化，所述所需要的变化用以在支撑件受到不断增加的负载时，控制支撑件的弯曲，其中，当连接到支撑件的膜由于增加(或降低)的流体压力而被拉紧时，支撑件受到增加的负载，以引发或允许膜在膨胀时获得所需的形状。

在一些实施例中，围绕所述支撑件具有恒定的或基本恒定的刚度。

适当地，所述支撑件是弹性可弯曲的。

根据上面规定的要求，每个控制点与其相邻的控制点间绕膜中心以30°-120°的角度间隔开。所述间隔角度可以为40-110°或50-100°或90-120°或100-120°。本文中的术语“中心”指的是通常位于膜的中心的点，其可以为几何中心(箱形中心)，或在一些光学应用中也可以为光学中心。应当理解的是，将控制点设置在一个或多个不期望模式的节点处是无效的。然而，所述控制点应该被定位在与一个或多个期望模式相匹配的膜边缘的位置上。也就是说，由于受到相应啮合件的控制，在每个控制点上所述膜边缘相对于固定支架的位置应该对应于所述膜的变形的一个或多个期望模式。

因此，有利地，根据本发明，控制点可以定位在围绕膜边缘的离散位置处，以抑制所述膜由于膜中的表面张力的作用依据自发的不期望模式变形(如复曲面模式)。应当理解的是通过判断控制点的位置，可以允许特定的一阶期望模式，同时抑制其它不期望模式，包括相同阶的其它期望模式。

所述调节器为可选择地且可操作地，用于向封套内注入流体或从封套里移除流体，以控制封套内的压力。因此，所述封套的体积要保持基本恒定(并不包括由于膜或封套的其它部分膨胀造成的实际体积的微小增加或降低)，所述流体压力可以通过可选择地向封套内注入流体或从封套内移除流体进行控制，例如利用可选择可操作泵(注入模式)。

在一些实施例中，每个控制点可以包括一个铰接点。在所述铰接点处，所述膜支撑件通过相应的啮合件与固定支架铰接。在所述铰接点处，所述支撑件在相对于支架的固定位置处被支撑，也可以允许一定程度的平面内移动。其遵从的是，对于依据所述一个或多个期望模式进行的变形，在每个铰接点处，所述膜边缘应该是相对于固定支架位移为零或基本为零的点。进一步地，对于依据所述一个或多个不期望模式进行的变形，所述铰接点应被设置在膜边缘上的位置处，该膜边缘是相对于固定支架的位移为非零的点，以抑制膜边缘在那些点上发生移动。在一些实施例中，在支撑件上至少设置有3个铰接点。适当地，可以设置有多于3个的铰接点，例如4个，5个，6个或者更多个铰接点。

在一些实施例中，允许膜发生球状变形(散焦)，但不期望有其它模式。所述铰接点可以从变形的中心(如透镜或反射镜的光学中心)起等距设置或基本等距设置。在此类实施例中，所有铰接点可以设置于零位移的圆形轮廓上，所述圆形轮廓与变形的中心同轴。

在一些实施例中需要另外的模式，例如二阶散光。所述铰接点仍然可以被设置于相对于固定支架位移为零或基本为零的轮廓上，但是它们不能够从中心等距设置。也就是说在这些情况下，所述零位移的轮廓将为非圆形。不论哪种情况，所述铰接点可以被定位在与膜边缘相交的位移为零或基本为零的轮廓上。

可替换地，所述调节器为选择性地可操作的，用于调节封套的体积，从而控制封套内的流体压力，例如通过封套体积调节装置。例如，所述封套为可压缩的，并安装于所述固定支架上，所述调节器可以可操作地用于压缩或膨胀所述封套(如以风箱的方式)，从而改变具有固定量流体的封套的体积(膨胀模式或压缩模式)。

所述固定支架可以被布置成在封套的第一位置支撑所述封套。所述调节器可以被布置成在封套的第二位置对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间隔设置，所述封套在第一位置和第二位置之间具有有柔性侧壁，用于允许封套压缩或膨胀。

可以由所述固定支架在第一位置围绕封套的周边来支撑所述封套，或者所述固定支架可以包括一刚性体，所述封套被安装到所述刚性体上。例如，所述封套还可以包括与所述膜相对的其他侧壁，所述其他侧壁可以被设置成与所述刚性体相邻接。

在另一实施例中，所述封套的其他侧壁可以为刚性的，且可以作为固定支架或者是固定支架的一部分。

适当地，所述其他相对的侧壁可以对所讨论的至少一定范围内的波长是光学透明的，并可以提供透镜表面。

可压缩的或可膨胀的流体填充封套可以合适的是弹性的可压缩或可膨胀的。当进行压缩(或膨胀)时，封套内的压力被相对于大气压力进行调节，当去除掉在组件驱动态下用于压缩(或膨胀)封套的力时，所述封套可以弹性恢复到非驱动态，以平衡膜上的压力。以这样的方式，所述流体填充封套可以类似流体填充垫那样起作用。

在一些实施例中，其中所述组件以压缩模式(或膨胀模式)操作，所述支撑件在相对于固定支架的固定位置被支撑，所述压力调节器可以被配置成用于相对于固定支架压缩或膨胀所述封套。在此类实施例中，每个控制点可以包括一个如上所述的铰接点。

然而，在一些实施例中，所述支撑件可以相对于固定支架移动，用于压缩或膨胀所述封套。适当地，所述支撑件可以与固定支架间隔设置，两者之间的所述相对间隔可以通过压力调节器进行调节。在一些实施例中，所述封套可以被安装到固定支架上，使得膜支撑件相对于固定支架的运动使流体填充封套被压缩或膨胀。

适当地，至少一个控制点可以包括一驱动点，调节器在所述或每个驱动点上通过相应的啮合件被连接到膜支撑件，用于控制支撑件相对于固定支架的位移，从而调节封套的体积。所述啮合件在所述或每个驱动点处为可控的，以使膜支撑件依据所述一个或多个期望模式相对于固定支架依据位移，这对于保持膜的形状的保真度是重要的。

如上所述，可以选择一个或多个驱动点的位置，以控制支撑件依据一个或多个期望弯曲模式进行的位移，尤其是依据低阶模式。因此，所述支撑件在一个或多个驱动点处可以被选择性地移动到抑制位置，在所述抑制位置，一个或多个不期望的弯曲模式被抑制，但是在远离所述抑制位置的驱动点处，部件的移动允许依据一个或多个同阶的期望模式弯曲。这种方式可能尤其适用于选择性地抑制或允许支撑件依据一个或多个二阶模式(例如散光)而弯曲。

在一些实施例中，所有控制点可以包括一个驱动点。可替换地，至少其中另外一个控制点可以包括一铰接点，在此铰接点处膜支撑件通过相应的啮合件与固定支架铰接，如上所述。适当地，可以至少设置有一个驱动点和两个铰接点。在一些实施例中，可以至少设置有一个驱动点和3个或更多铰接点，例如3，4，5，6或者更多个铰接点。

较佳地，一个控制点——一个铰接点或驱动点——可以位于围绕支撑件的这样的每个位置上或位置附近，在这样的位置处，膜边缘轮廓形状与所述膜依据变形的一个或多个期望模式的相交，在由相应的啮合件施加到所述支撑件上的作用力或反作用力的方向上，在两个相邻控制点之间，示出了一转折点(反节点)，在两个相邻控制点之间，所述支撑件的轮廓在相对的方向上显示了一拐点，或一转折点。通常，但并非必须的，所述啮合件可以在每个控制点处以同样的方向对支撑件施加力。

在一些实施例中，所述控制点还可以包括位于支撑件上的某点处的至少一个附加铰接点，在该处，当对封套压力进行调节时，支撑件保持实质上静止。还可以有多于一个的附加铰接点。所述附加铰接点不位于转折点处，但是可以方便地位于零位移轮廓上，在这里，所述零位移轮廓与膜支撑件交叉。典型地，可以设置有2,3,4,5或更多个这样的附加铰接点。

膜支撑件围绕膜的边缘支撑膜。适当地，所述支撑件可以包围所述膜。在组件以压缩模式或膨胀模式操作的情况下，所述支撑件可以在封套上的第二位置处支撑所述流体填充封套，如上所述。所述支撑件可以包括多个离散部分，所述离散部分围绕膜沿圆周间隔设置，但是典型地是所述支撑件以封闭环的形式围绕膜连续地延伸。适当地，所述膜支撑件可以包括用于支撑膜的边缘的支撑环。“环”定义为具有与膜边缘相同形状的封闭环，此处使用的术语“环”并不一定暗示所述支撑件为圆形。所述环可以具有内壁用于定义一开口，所述膜穿过所述开口设置，还具有外壁，所述外壁除了在控制点处之外均不受约束。

在一些实施例中，所述膜为大致长形的，其在一个轴线上的长度比在一个正交的轴线上的长度更长，所述一个轴线穿过膜的中心(立体几何中心或光学中心)，具有延伸穿过所述正交的轴线的两个相对的长边。所述控制点可以包括至少一个驱动点，所述驱动点设置于支撑件上接近一个轴线的一端；还包括至少一个接近所述一个轴线的另一端的铰接点，和至少一个中部铰接点，所述中部铰接点设置于支撑件的其中一条长边上，在所述轴线的一端和所述中心的中部。也就是说，所述中部铰接点可以设置在其在一个轴线上的正交投影在中心和驱动之点间的点处。可以设置有一个或多个中部铰接点，也就是上文中定义的附加铰接点。

所述膜通常可以为椭圆形或矩形。在一些实施例中，所述膜可以适当地具有普通眼镜透镜的形状，例如选自椭圆形，半椭圆形，矩形，旅行镜，飞行护目镜，领航员护目镜，半眼式镜，猫眼式镜，半猫眼式镜，八角形，六角形，五角，半正方形等的形状。

在一个轴线的一端附近可以设置有一个或多个驱动点。在一些实施例中，在围绕支撑件设置有唯一的驱动点。有利地，至少两个中部铰接点可以位于支撑件上，在一个轴线的一端的一个或多个驱动点与膜中心之间，其中一个铰接点在支撑件的一条长边上，另一个在另一条长边上。适当地，除所述一个或多个驱动点之外，还可以设置有至少三个铰接点。

可以对所述膜的形状进行连续调节。在每个位置处，支撑件都可以在所述或每个驱动点处移动某一距离，所述距离符合驱动点依据期望的弯曲模式的位移。

所述流体可以容纳于一封闭的或体积恒定的封套内，多数封套的一个壁由弹性膜形成。所述流体可以为合适的流体，包括气体。例如，所述流体可以为水或空气。在一定程度上，流体的选择由想要的可变形膜组件的应用决定。在一些实施例中，可以使用油脂或凝胶。对于光学应用，其中所述膜组件可以是可变焦透射镜头组件，在有所关的波长范围内的透明的油，例如用于可见光谱的硅油，其可以与组件的其它部件折射率匹配，已经发现其是特别有利的。适当地，上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硅二氧烷(其可以从美国密歇根州、米德兰的道康宁公司(DowCorning Corporation of Midland)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(可以从道康宁公司公司购买，商品名DC-704)。本领域技术人员应当理解的是，其还包括双重的(或三重的)功能形式，并且选取适当的材料可以改善某些情况下的色差校正，因此，可以期望其具有适当的不同的折射率和色散(阿贝数)。

所述膜可以由本领域技术人员已知的任何适用的弹性材料制成。对于光学应用，所述膜可以为可反射的，或在其与封套相对的表面涂覆有反射层，或者可以为光学透明的，至少对所关注的波长范围的光是光学透明的——例如可见光。适当地，所述膜应该具有基本均匀的双轴应力/应变关系，其弹性模量可以达到约100Mpa。已经发现弹性系数范围在1-10MPa或20MPa的膜能够达到令人满意的效果。例如，在一个实施例中，可以使用弹性模量约为5MPa的膜。在一些实施例中，膜可以由具有非均匀的应力/应变关系的材料制成。合适的膜材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(如)，聚酯，硅橡胶(如聚二甲基硅氧烷)，热塑性聚氨酯，包括交联的聚氨基甲酸乙酯(例如)，偏二氯乙烯聚合物(如)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，但在其他一些实施例中，所述膜可以包括多个层压层。

在膜支撑件上，膜可以有利地被预张紧。在层压膜包括多个层的情况下，当膜处于平面态或最小膨胀态时，希望所述膜的至少其中一层在预张力作用下被支撑。所述膜可以在张力作用下被支撑件支撑，由此，当穿过膜的压力差最小时，所述张力用于降低或最小化膜的下垂。在一些实施例中，所述膜可以被预张紧到使得所述应变可以达到30％；在一些实施例中可以为0.5％-20％，1-10％或1-5％，例如2％或3％。适当地，所述膜在附着于支撑件之前可以被均匀径向拉伸的，但是在一些实施例中，所述膜可以被非均匀拉伸，尤其是在所述膜具有不均匀的应力/应变关系时。

调节流体压力会使膜膨胀并且变得更加弯曲。在驱动态下所述膜被拉伸，同时膜上的应变增加。在一些实施例中，对于一些应用，所述驱动应变可以达到约57％。但是更典型地，所述驱动应力增量可以在0.05％至10％,0.05％至15％,0.05％至20％或0.05％至25％范围内。在一些实施例中，例如组件包括一透镜，所述膜内应变在驱动态下可以达到约1％。适当地，所述驱动张力可以在约0.1％-5％范围内，如约0.25％。

所述流体填充封套可以包括与膜间隔设置的非柔性后壁，和位于后壁和膜之间的柔性侧壁，如需要，所述膜、后壁和流体可以是可选地透明的，使得所述膜和后壁形成一可调节光学透镜。可以设计后壁的形状，以提供具有一些屈光度(optical power)的透镜，例如固定透镜。所述膜组件还包括覆盖于膜上的透明刚性前盖板，通过设计前盖板的形状可以提供具有屈光度的透镜，如定焦点透镜。

除了所述控制点，还设置有一个或多个弯曲控制件或弯曲控制件，可以控制膜支撑件在响应于膜中的表面张力时产生的弯曲或其它变形，如PCT/EP2012/075549公开的那样。

在一些实施例中，所述一个或多个弯曲控制件包括支撑盘，所述支撑板的形状与膜边缘的形状基本相同，并且固定连接于所述膜支撑件从而允许力在其间传送。如PCT/EP2012/075549中所描述的，所述支撑盘可以被配置成用于抵抗支撑件的平面内变形，同时允许平面外弯曲，从而控制膜的形状。

本发明所述的膜组件可以用于需要使膜逐渐地和可控地变形以提供具有所需形状的表面的各种不同的应用中。所述膜组件可以用于静态应用也可以用于动态应用。所以在一些实施例中，所述膜需要静态变形。但是在另外一些实施例中，例如声学应用领域，需要动态调节所述膜的形状。例如，所述组件可以用于提供一声学表面，例如扩音器的隔膜或其它声能转换器。然而，所述膜组件的一个特殊应用领域在于光学领域，所述膜可以用于提供一透镜或反射镜面，或两者都提供。

对于光学应用，尤其是组件包括透镜或其它意图用于传输光的装置，在一些实施例中，可能需要的是组件中出现在视野中的组件的所有部件的折射率应该在关注的光谱范围内相匹配。

仍然是本发明的另一方面，提供一种眼镜物品，其包括本发明所述的可变形膜组件。本发明所述的眼镜可以包括框架，所述框架具有边框部分和一个或两个镜腿，所述可变形膜组件能够被安装到所述边框部分内。

下面仅参考本发明实施例的附图以示例的方式进行的描述：

图1是一副眼镜从前上方看的立体透视图，其包括装配有根据本发明的第一实施例的两个流体填充透镜的边框；

图2a是图1所示的眼镜从上方到左手侧的左方看的透视图，示出了如何将实施例1中的透镜组件的其中一个装配到边框上；图2b为图1所示的眼镜从上方到相反侧(即佩戴者所在的侧)看的立体透视图，也示出了如何将透镜组件安装于框架内；

图3是图2所示的一个透镜组件在非驱动态下的前视图；

图4是图3所示的一个透镜组件沿IV-IV线的截面图；

图5是图3所示的一个透镜组件沿V-V线的截面图；

图6是图3所示的一个透镜组件沿VI-VI的截面图；

图7是图3所示一个透镜组件沿VI-VI线剖面的从下方到前方的左侧看的透视图；

图8是本发明第一实施例的一个透镜组件的分解图，示出了该组件的各部件；

图9是透镜组件的柔性膜及膜支撑环在驱动态下的前视图，示出了怎样布置铰接点；包括轮廓线，用于指示在驱动态下膜的曲率；

图10示出了在驱动态下被投射到一半径为R的想象名义球上的图9所示的膜和环；

图11示出了对应于图4所示的但显示处于驱动态下的一个透镜组件的截面图，但；

图12示出了对应于图5所示的但显示处于驱动态下的一个透镜组件的截面图；

图13是用于支撑透镜组件的两部分保持环的一半的透视图，示出了所述透镜的驱动机制；以及

图14示出了膜和环经历不需要的复曲面变形(toric)时的透视图。

如图1所示，一副眼镜90(UK：spectacles)包括具有两个边框部分93和两个镜腿94的框架92。两个边框部分93通过连接桥95连接，每个边框部分93可以被成形并确定尺寸，以承载相应的根据本发明的透镜组件1和1’。其中一个透镜组件1用于眼镜的左手侧，另一个透镜组件1’用于右手侧。如图2b所示，所述边框部分93的背面中形成有凹槽101，所述凹槽101容纳相应的透镜组件1,1’。所述相应的透镜组件1，1’可以被卡扣配合进相应的凹槽101,101’内。

如图2b所示，在每个透镜组件1,1’的鼻侧的上隅角的区域中形成有突出98,98’。(所述“上”指的是配戴眼镜时最上面的位置)。所述框架形成有对应的凹槽100,100’(连接桥95右手侧的凹槽100’并未在图中示出)，突出98,98’配合进凹槽100,100’中。

从图2a和2b中也可以清楚地知道，每个所述边框部分93向后延伸形成截取的镜腿96,96’。所述截取的镜腿具有形成在其内表面中的凹槽102,102’，用于容纳透镜组件1，1’的调节器104,104’。每个调节器104,104’包括有手动操作调节器轮106，106’，每个调节器轮包括有中心孔108,108’。柱110,110’从每个镜腿94的端部突出，意图用于与框架93接合，并且通过对其尺寸进行设计使其能够配合插入各自的孔108,108’中。也从镜腿94的一端突出的是螺钉112,112’，其从各自的柱110,110’(以下指“内螺钉”)稍微先内突出(向连接桥95方向)。定位柱113，113’从柱110,110’的下面稍微突出(“下面”指的是当佩戴眼镜时的下方)。所述螺钉112,112’和定位柱110，110’平行于柱110,110’突出，并且它们也配合进调节器104,104’和截取的镜腿96,96’。特别地，每个调节器104，104’形成有各自的螺纹212,212’，其被定位用于与内螺钉112,112’对准。每个截取的镜腿96,96’形成有相应的对准螺纹312,312’。类似地，每个调节器104,104；形成有各自的凹槽213,213’，其被定位用于与定位柱113,113’对准。每个截取的镜腿96,96’形成有相应的对准凹槽313,313’。

因此，为了使框架93和镜腿94相配合，并且将透镜组件I,1’夹于其中，镜腿94上的柱110,110’与调节轮106,106’中的孔108,108’对准。同样，所述内螺钉112,112’与调节器104，104’中的螺纹212,212’对准，并且与与截取的镜腿96,96’中的螺纹312,312’对准。进一步地，所述定位柱113,113’与调节器104,104’内的凹槽213,213’对准，且与截取的镜腿96,96’内的凹槽313,313’对准。因此，所述内螺钉112,112’可以被旋进调节器114,114’内的螺纹212,212’，然后进入截取的镜腿96,96’内的螺纹312,312’。下部螺钉然后进入截取的镜腿96,96’中的螺纹312,312’。从而在柱110,110’和孔108,108’之间产生推入配合，也在定位柱113,113’(凹槽212,212’位于调节器104,104’内)和截取的镜腿96,96’中的凹槽313之间产生推入配合。

应当注意的是所述调节器104并未在图2a中示出，从而使板形凸轮122的外表面和它的棘轮可见。所述板形凸轮122将在下面进行详述。

如图1和2b所示，所述左手侧和右手侧透镜组件1,1’彼此镜像布置，它们的结构也完全相同。下面将仅仅描述左手侧的透镜组件1，但是应当了解的是右手侧的透镜组件1’在结构和操作上与左手侧透镜组件基本相同。

最佳如图3和图9中所示，在本实施例中，左手侧透镜组件1大致上为矩形，具有两个相对的长边3和5以及两个短边7和9，其被设计成与上述边框92的凹槽101相配合的形状，可以理解的是本实施例所示的只是透镜组件的合适的形状的一个例子，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包括可变形膜以提供具有预设形状的表面的装置。

如图8所示，所述透镜组件1包括透明前盖板4，透明后盖板16和扣环6a，6b形式的两部分外壳，用于将透镜组件1的各个部件支撑在一起，其中前盖板4和后盖板16在前后轴—z轴—方向上被间隔开，如图8所示。所述扣环6包括前壳6a和后壳6b。

前盖板4可以为玻璃或者合适的透明的聚合材料。本实施例所述的透镜组件1中，前盖板4的厚度大约为1.5mm，但是其厚度是可以改变的。在一些实施例中，前盖板4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)甚至可调节元件。如图4所示，在本实施例中，前盖板4为平凸形。

后盖板16包括正面17和背面14，其可以由玻璃或者透明聚合物制成。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透镜。在本实施例中，如图4所示，所述后盖板为一凹凸透镜。

如图8所示，扣环6的前壳6a具有向后延伸的侧壁38，其从前壳6a的外围向后延伸。所述前壳6a的在其前部的宽度由前边缘40限定，所述透镜组件1的其它部件可以相应于该宽度进行匹配，下面将进行详述。所述侧壁38的内表面上形成有多个凹槽39，图8上标出了其中两个。这些凹槽围绕前壳6a的位置将在下面进行详述。所述前壳6a还承载有调节器104。从图2b，3和8中可以了解到，所述调节器104设置于透镜组件的短边7上。

如图8所示，所述扣环的后壳6b形成有向前延伸的侧壁37，其从后壳6b的外围向前延伸。所述后壳6b的宽度由后边缘33限定，透镜组件1的其它部件相应于该宽度进行匹配，下面将进行详述。在侧壁37的内表面18a上形成有相应的多个支撑指状物或支撑柱36，它们对应于凹槽39的位置设置。这些支撑指状物从侧壁37向前延伸。所述后壳6b还形成有调节器罩部23，其作为后壳6b的一部分一体成型(虽然这不是必须的)，所述罩部23向后延伸——从图8可以了解到所述罩部23的形状和尺寸可以被设定，以使其与调节器104的轴105适配。所述轴105从前壳61的前部向后伸出，所述调节器轮106被轴105的后端支撑。

为了组装所述透镜组件1，将所述前壳6a和后壳6b推压到一起，并将透镜组件1的其它部件夹在其中(这些部件不包括前盖板4和后盖板6)。后壳6b的尺寸被设定，以使其能够与前壳6a相邻接地配合，所述支撑指状物36紧密配合进凹槽39。应当理解的是由于事实上所述柱36从侧壁37向前凸出，当配合在一起时，所述前壳6a和后壳6b能够被配合到一起，同时为将被夹在其中的透镜组件1的其它部件留出一定的空间。所述两部分可以胶粘在一起。

如图8所示，在后壳6b上形成有突出物98，如上所述，在将透镜组件1装配进框架93时，突出物98被装配到凹槽100内。

如上所述，图8所示的后盖板16设置于后壳6b的外部，前盖板4设置于前壳6a的外部。所述前壳6a的向后延伸的壁38的外表面被倾斜设置。对前盖板4的形状进行相应设定，使得在透镜组件1被装配到框架93内时，其能够紧密的配合在倾斜面和框架93的凹槽101之间。然而，所述前盖板4被胶黏到向后延伸的壁38，形成密封。类似地，所述后盖板16与后壳6b也胶粘连接。其同样被胶黏到透镜组件的流体填充袋12，下面将进行详述。一旦后盖板16和前盖板4处于合适的位置中，扣环6a，6b的任一侧和扣环6a，6b的两部分将通过上述方式装配到一起，所述透镜组件1构成了限定了内腔的密封单元。

如图2b所示，设定所述扣环6a，6b的形状和尺寸，以使其紧密容纳于支架93内，使得当透镜组件1如图2b所示的方式被支撑时，被稳定支撑，而没有移动。因此，所述扣环6形成了一稳定的固定支架，用于固定支撑透镜组件的可移动部件，下面将进行详述。

在所述内腔里，所述透镜组件1容纳有盘状部件12，所述盘状部件12包括具有前向密封法兰20的柔性侧壁18，后壁19。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(双轴取向聚对苯二甲酸乙二醇酯)，其厚度约6μm，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相邻接。出于该目的，可以使用透明压敏胶粘剂(PSA)，如8211。在本实施例中使用了厚度约为25μm的PSA层，然而其厚度可以根据需要进行调整。

所述盘状部件12的侧壁18被浮动地容纳于扣环6a，6b内，与后壳6b的内表面18a相邻。这种浮动布置允许所述盘状部件在驱动态时在一个短边7的区域内被压缩，允许操作透镜组件1的其它可移动部件而不受扣环6a，6b的影响，下面将进行详述。

所述盘状部件12的前向密封法兰20与透明隔片(diaphragm)的后表面相结合，所述透明隔片包括作为弯曲控制件应用的盘24，如下文中将详细描述的。所述盘状部件的厚度约为0.1mm到1.0mm，优选为0.3mm至0.7mm，例如0.5mm。其在透镜组件中，可以由聚碳酸酯，尼龙或玻璃制成，或在声学或非透射膜组件中，由各种塑料，金属或陶瓷化合物或复合材料制成。在本实施例中，如图8最佳所示，所述盘24包括一聚碳酸酯平板，其厚度约为0.5mm，当然也可以根据物理性能的需要用合适的可替换材料进行替换。本实施例所述的透镜组件中，所述盘24为透明的，但是在其它实施例中这并不是必须的，例如，在非光学实施例中。最佳如图8所示，所述透明盘24包括大的中心孔232，使其呈大致环状结构。所述大的中心孔232的作用是在X轴和Y轴方向上减少(decouple)透明盘24的弯曲，从而使在组件1的驱动态期间，所述透明盘24在z轴方向上的平面外抗弯刚度基本均匀，下面将进行详述。

所述透明盘24的目的将在下面进行详述。所述盘24的各种可替代设计在共同待决的国际申请PCT/EP2012/075549中有详细描述。如在本申请中解释的，透明盘24上布置的孔的精确数量，尺寸和排布方式可以根据需要改变，例如可以设置间隔分布于盘24内的多个较小的孔。在本实施例中，所述盘状部件12可以使用3555黏合剂密封黏结到盘24的后表面，但是也可以使用本领域技术人员熟知的其它黏合剂。

所述透明盘24的前表面被密封到膜子组件(membrane sub-assembly)，所述膜子组件包括透明无孔的弹性膜8，所述弹性膜8被夹在一对弹性可弯曲的膜支撑环之间，所述支撑环包括前环2和后环10。所述支撑环2,10可以由具有足够高弹性模量的任何材料制成，且相对于膜组件的总尺寸(例如，约0.05-0.5mm厚)要薄，所述支撑环2,10与相邻组件可连接，所述支撑环2,10显示或被设定条件使其显示低蠕变(以连续进行多种使用)，并且是弹性可变形的。因此，所述支撑环2,10可以由金属制成，例如不锈钢或钛；也可能由玻璃和蓝宝石制成。本文所述的“可连接(joinable)”指的是胶粘，卷边，激光焊接或超声波焊接，或本领域技术人员熟知的其它连接方式。所述前环2的厚度范围可以为0.2-0.75mm，适当地为0.3或0.4到0.5mm。所述后环10的厚度范围可以为0.01-0.25mm，较佳地为0.025-0.1mm，例如0.05mm。

如图6,7所示，所述环2,10的整体几何形状彼此基本相同。其尺寸被设定，以使其能够被容纳在扣环的内腔内，从而使前环2相邻于扣环的前壳6a设置。然而，在前环2和前壳6a之间存在一定的空间，使所述环2,10可以改变形状，或在使用透镜期间进行移动。所述前后环2,10一起形成了弹性膜的支撑件。在本实施例中，所述环2,10可以从一块不锈钢板上裁剪，并且后环10的厚度约为0.3mm，同时前环的厚度约为0.05mm。可以使用其它材料，并相应地调节厚度，以提供所需的刚度。

在本实施例中，所述膜8由交联的聚氨酯(如)制成，其厚度约为0.5mm，当然可以根据需要使用具有合适的弹性模量的可替代材料。例如，所述膜8的制作材料可选择地由聚合物，硅橡胶(如聚二甲基硅氧烷)，热塑性聚氨酯(如)，偏二氯乙烯聚合物(如)或合适厚度的玻璃。

所述膜8被预张紧到使得应变达到约20％，并与环2,10相结合，使其围绕边缘被稳定支撑，如图4-7,9,10所示。在本实施例中，所述膜8通过3555黏合剂与前后环2,10黏结。所述膜8应该至少与后环10形成流体密封。

图9更详细示出了前环2的形状。所述前环2包括其周围的数个突片(tab)26，其从前环2的大致形状向外突出，例如远离中心密封区域，但是在环2的中心密封区域平面内。除了厚度，所述后环10(未在图9中示出)的形状和尺寸与前环2类似，但是没有任何突片。

所述前环2和后环10在x-y平面内的宽度围绕组件1变化，使得它们一起具有以预设方式围绕其周边改变的抗弯刚度。当组件处于驱动态时，使支撑环2,10能够弯曲，以控制柔性膜8的变形，从而控制透镜的屈光度，下面将进行详述。所述后环10也用于将膜8和盘24间隔开。

当膜8受到张力时(如共同待决的国际申请PCT/GB2012/051426中所描述的那样)，期望所述前支撑环2和后支撑环10应该(可选地与透明盘24组合)一起作用以平衡被施加在环2,10上的扭转力。

如图9所示，所述前环2具有8个突片120。其中3个标记为120a-c，且沿着透镜组件1的短边7间隔设置，所述调节器104同样位于短边7上。所述3个突片120a-c用作驱动点以驱动透镜并对其进行调节，它们被机械连接到调节器104上。具体的调节装置将结合图13在下面进行详述。另外5个突片120d-h围绕透镜组件1的另一短边9以及两个长边3和5间隔设置。从图9上的虚线所示的圆可以看出，此5个突出物均基本上位于虚线圆上，虚线圆的圆心为透镜的光学中心OC。由于人体工学设计的原因，所述中心OC在图中的几何中心的左侧，即，相比于镜腿94更靠近连接桥95。当透镜处于使用中时，所述光学中心OC对应于弹性膜8的变形的最大膨胀点。两个突片120d和120h位于OC和组件1的一个短边7的中部。其中一个突片120h设置于支撑件的上部长边3上，另一个突片120d设置于下部长边5上。第三个突片120g设置于朝向图中左上角的上部长边3上。第四个突片120e设置于下部长边上，朝向图中左下角。第五个突片120f设置于另外一条短边9上，位于穿过OC和中心驱动突片120b的线的稍微下方(以点表示)。

如图8所示，设定突片120的尺寸，使其能够配合进扣环的前壳6a内的凹槽39中。所述突片120设置于后壳6b的支撑指状物36上，因为后壳6b和前壳6a是组装到一起的，所述支撑指状物36平接到所述突片120上，并且所述突片120和支撑指状物36都装配到扣环6的前壳6a的凹槽39内。设定支撑指状物36和凹槽39的尺寸，使得当前后壳6a，6b装配到一起且没有透镜组件1容纳于其中时，所述支撑指状物的端部和前壳6a的端部之间存在小的间隙。从而此间隙为所述突片120留下了空间，因此所述突片120可以被加紧在扣环的前后壳6a，6b之间，以将透镜组件1的可移动部件固定在扣环6a，6b中。在突片120处可以发生铰接移动和平面内滑动。

所述没有位于一个短边7上的五个突片120d-h(故其不为驱动点)用于将膜子组件铰接到与另一短边9并列放置的扣环6上。此五个突片可以作为铰接点，在此处所述环2,10和膜通过扣环6相对于固定支架固定。膜子组件在z轴方向上在驱动点120a-e处的变形会增加流体压力，导致膜子组件与组件1的短边7并列放置的部分向内移动或远离盘状部件12的后壁19移动(其中后壁19由扣环6保持固定)，同时所述膜子组件在作为其余铰接点的突片120d-h处相对于后壁19不可移动。另外，环2,10在控制点120a-h之间的部分在后盖板16和前盖板4之间的空间内自由“浮动”。

可以使用本领域技术人员熟知的任何技术来使膜子组件在驱动点120a-c处相对于非驱动点间的扣环6选择性地位移，如图4-7所示。其中，所述前环2，后环10和膜8基本处于x-y平面内，以及以全驱动态位置如图11和12所示。所述驱动装置可以为手动操作也可以为自动操作，其应该包括一合适环啮合装置，用于将驱动装置和膜子组件连接，从而在前-后方向上、在驱动点处驱动所述膜子组件。所述驱动装置可以用于连续移动膜子组件，或用于将所述膜子组件只移动到多个预设的手动间隔位置。所述驱动装置可以方便放在眼镜90的连接桥95内，或在一个或两个镜腿94内。每个透镜组件1，1’的单独的驱动装置可以设置于各自镜腿94内。所述装置可以可选地被链接，以为两个透镜组件1，1’提供同时驱动。在本实施例中，如之前参考图2所述，单独的驱动器被设置在每个镜腿94中。可以了解到由所述驱动装置施加的力作用于膜子组件上，用于通过铰接点120反作用所述扣环6，其中扣环6被固定安装在眼镜90的框架内，以选择性地相对于扣环6移动所述膜支撑件和膜组件。一般来说，所述驱动装置可以为机械装置、电力操作装置或磁力操作装置，和/或涉及相变材料(例如形状记忆合金(SMA))，蜡或电激活聚合物的使用。

在本实施例中，每个驱动装置均为手动操作装置，从而可以使用图2中所述的平板形凸轮122。调节器104可以通过参考图2a，3和13进行最好的理解。如前面所述，调节器104包括调节轮106，在本实施例中，所述调节轮可以手动转动。一旦透镜组件1被装配进一副眼镜1里时，所述调节轮被设置于镜腿94上。在适配好后，所述驱动器104从透镜组件向后突出。如前面描述的那样，所述调节轮106通过轴105连接，并位于轴105的后端。所述轴的前端远离所述调节轮106，并且接近前扣环6a的前面，前扣环6a承载有第一齿轮116。所示第一齿轮与更大的第二齿轮118相啮合。所述第二齿轮设置于第一齿轮上方，即，在朝向透镜组件1上部长边3的方向上。所述第二齿轮118被可转动地承载于前扣环6a上，并与棘轮124啮合，所述棘轮124设置于所述平板形凸轮122的上端。所述平板形凸轮122通常为长的弧形，并至少沿着相应于透镜组件的短边7的前壳6a的某一边的至少一部分延伸，从而使膜子组件在三个驱动点120a-e处移动。因此，根据调节轮106沿着朝向佩戴者的耳朵的镜腿被设置多远，来选择所述轴105的长度。

设定所述平板形凸轮122的形状，并将其配置成使其和凸轮从动件126相啮合。所述凸轮从动件126为大致长形的且沿着透镜组件的短边7延伸，其被固定连接到三个突片120a-e，用于驱动操作。所述平板形凸轮122包括三个狭槽(slot)122a-c形式的凸轮轮廓。所述狭槽设置于平板形凸轮的表面，与齿轮118相对(即，面向透镜组件1的内表面)。所述凸轮从动件126包括三个节点126a-c，所述节点被定位和配置成分别突出伸入狭槽122a-c，使得当透镜进行极限调节时，所述节点126a-c处于各自狭槽122a-c的上端。所述平板形凸轮的尺寸被大致地设定为类似于透镜组件的短边7的尺寸，使得其长度足够长以包括一个狭槽，以容纳所有三个节点126a-c，并允许在操作透镜组件1期间平板形凸轮122进行平移运动。如图13所示，所述平板形凸轮被固定于前壳6a内。所述平板形凸轮122和凸轮从动件126为凸面弯曲，以与透镜组件的短边7的形状大致相匹配，并彼此形状匹配。所述狭槽122a-c为长形，并通常延伸横跨所述平板形凸轮122的宽度。平板形凸轮122的面上的角度(其中每个狭槽沿该角度延伸)将在透镜组件1的操作期间导致环2,10及膜8产生所需量级的位移。所述环2,10在三个驱动点120a-e中的每个驱动点上的相对位移会在下面结合附图10进行详述。

设定扣环6的前壳6a和后壳6b的尺寸，使得在组装时，前盖板间隔设置于前膜支撑环2的前方，如图4，5,11和12所示，从而使膜8在处于如下所述的驱动态时可以向前膨胀而不撞击到前盖板4。

所述盘状部件12，膜8，后支撑环10和隔片24一起定义了密封内腔22。所述密封内腔内填充了透明流体。在本实施例中，所述内腔22填充了透明油11。在本实施例中使用了DowDC 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系列，有一些制造该种油的厂家。所述油11被选择，因为其在泄漏时不损害佩戴者的眼睛。对于非光学应用，较少考虑这方面。

所述内腔22一般不能被填充的过满，使其在非驱动态下，所述膜8如上所述保持平面状态，限定如图10所示的膜的基准面D，膜8上的预张力用于拉伸膜，以降低由于温度变化、重力作用或在组件1运动时在油11中的惯性影响下产生不期望的褶皱或下垂的风险。如上所述，所述透明隔片24设置有中心孔232，其允许在填充和操作期间，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。

尽管在本实施例中，所述膜8在非驱位置中处于平面状态，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)，并且在驱动态下采用平面配置。在这样的情况下，所述膜平面在驱动态下可以方便的用于定义一个参考基准面D，用于测量前环2和后环10或其他z轴上的支撑件的位移。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从来不是平面，但仍然可以有一个理论上的平面配置，该理论上的平面配置是其在驱动方向上或解除驱动(de-actuation)方向上的允许的移动的外推。本领域技术人员应该了解到甚至这样的理论平面状态可以用于定义膜的基准面，甚至在实际非驱动态下所述膜已经存在一定的弯曲度。

所述油11用于从其内部支撑所述盘状部件12，特别地用于强化柔性侧壁18，以防止其由于自身重量或组件内的惯性效应而塌陷。因此所述流体填充内腔22形成了一个类似缓冲垫的具有弹性的可压缩的封套。

在本实施例中，所述透明油11，以及用于制作后盖板16、盘状部件12、用于将盘状部件12的后壁19黏结到后盖板16的前表面17的压敏黏合剂、透明隔片24及膜8的材料，其被选择为彼此间的折射率尽可能接近。在内腔22填充有透明油11的情况下，所述膜8和后盖板16的后表面14形成了可调节透镜的相对的光学表面。如上所述，本实施例中的后盖板16是凹凸透镜。

在非驱动态下，所述膜为平面，因此，所述透镜具有由所述后盖板16提供的屈光度，膜8对屈光度没有贡献。应当理解的是对于非光学应用，流体以及所述组件的其它部分不需要为透明的，根据需要可以为不透明的或半透明的。

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。不同类型的材料可以适用于盘状部件12，这些材料是光学透明的，与支撑环2,10相比具有低的整体刚度，并且与透明隔片24是可结合的。可选用不同类型的粘结剂，所选粘结剂能够黏结持久，抗蠕变，具有实用的粘度，并在流体11存在的情况下保持惰性。特别地，可以根据不同部件所选的材料来选择粘结剂。

通过手动转动调节轮106来操作驱动装置，所述轴105进行旋转，从而转动第一齿轮116。由于其与第二齿轮118相啮合，所述第二齿轮也会进行转动，从而驱动棘轮124，以因此产生一个使平板形凸轮122沿透镜组件1的短边7向上平移移动的力。由于凸轮从动件326的节点126a-c与狭槽122a-c相配合，所以此运动会使凸轮从动件126向后平移，使得节点126a-c在各自的平板形凸轮凹槽122a-c内移动。由于突片120a-c分别与节点126a-c固定连接，这会使在组件1的一个短边7处的膜子组件从非驱动态位置相对于扣环6向后移动，从而压缩内腔22，增加内腔22内的流体压力。盘状部件12的侧壁18是柔性的，以允许该移动发生。增加的流体压力会使弹性膜8膨胀，并以如图11和12所示的凸面形状向前突出，从而增加膜的曲率并增加膜8和后盖板16的后表面14之间的光学厚度，并为后盖板16的固定凹凸透镜增加正的屈光度。

如果和当想要将透镜组件1恢复到上述操作之前的状态时，可以向相反的方向转动所述调节轮106，使平板形凸轮122向相反的方向传动，从而使透镜组件1的一个短边7回到初始状态。其结果是，所述流体压力降低，所述弹性膜恢复到其初始形状。

应当理解的是在其它实施例中，驱动装置能够被设置成使膜从非驱动态位置向前移动，这将降低腔22里面的流体压力，导致膜8以凹面形状向内膨胀，从而与后盖板16的后表面14相结合，此复合透镜可以为双凹面的。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(clearance)。膜8的曲率越大，由膜8提供的附加屈光度(正向或负向)也越大。在这样的实施例中，所述盘状部件12的柔性侧壁18在非驱动态位置时可以被压缩，当处于驱动态时会膨胀。

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变形，或根据下述预设形状进行变形。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，在组件处于驱动态时，所述膜支撑环2和10必须弯曲，以在垂直于基准面的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，以使其与膜8的边缘轮廓相配合。如果膜支撑环2和10的柔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的预设形状相匹配，结果导致膜8的整体形状扭曲。根据本发明，所述膜8可能需要根据一个或多个弯曲模式进行变形，因此所述膜8的边缘轮廓由一个或多个期望的弯曲模式与膜8的轮廓边缘形状的相交来定义。

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，以使膜8具有大体上没有扭曲的球形时，需要该实施例，所述球形的轮廓和其位于顶点的光学中心OC在图9和图10中用虚线标出。图10的上半部分是X-Y面的视图，即，在组件1的前方。在图10的下半部分中，用实线标出了投射到一想象球上的所述膜，所述想象球在图中用虚线表示。图10的下半部分表示从透镜组件1的下方看的视图，即，在U-U方向。因此，长边5和短边9和7的一部分是可见的。具体地，在突片120f和120b之间的环2，10的驱动态下的形状被显示和标记为2,10。在突片120f和120b之间的膜8的轮廓也是可见的。该线跟随半径为R的球的轮廓，在最大膨胀点处穿过OC。通过比较的方式，在其平面非驱动态下的所述膜同样在图10的下半部分中用点划线示出。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的膜组件1的驱动态的基准面D。如果膜8为圆形，所述膜8需要在驱动态下进行球形变形，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的所有位置都保持圆形和平面状态，所以所述膜支撑环2和10有可能是刚性环。然而，对于本实施例中的透镜组件1的膜8的球形变形而言，所述膜支撑环2和10必须在驱动态时弯曲，如图10所示，以防止膜的形状失真。需要所述弯曲特别是沿着长边3和5进行。

为了使膜支撑环2和10达到期望的弯曲，环必须是柔性的，以使它们能够达到预期的轮廓，它们的组合的抗弯刚度围绕其周边进行改变，使得在膜8中的增加的表面张力作用下，在膜组件1的驱动状态下，环2和10围绕其周边非均匀响应，引起或允许它们以预设方式弯曲。在本实施例中，通过改变膜支撑环2和10围绕其周边的宽度来改变其抗弯刚度，如参考上述图9所述。

需要所述膜支撑环2和10的宽度中的实际变化，以获得围绕环的期望的抗弯刚度的变化，如上所述，通过PCT/GB2012/051426中所述的有限元分析法(FEA)进行计算。对于准静态或低频光或其他应用而言，可以适当地使用静态FEA进行分析。然而，在另外一些实施例中，其中表面意图用于例如声学应用，动态FEA分析是合适的。如本领域技术人员能认识到的，无论是动态FEA分析还是静态FEA分析，都涉及利用电脑进行的大量计算，将所选的参数输入电脑，来计算随着在三个驱动点120a-c处(如图10所示)施加的力F的增加而实际所导致的膜的形状。可以选择所述元件的形状以适合正在进行的计算。对于本实施例中的膜支撑环2和10的设计，发现四面体元件形状是合适的。将被输入的所选参数包括膜支撑环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，包括环的弹性模量围绕所述环如何变化(可以通过经验定义或通过适当的公式定义)，盘24的弹性模量，各个部分的预张力值，温度及其它环境因素。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。

对于光学应用，为了精确设计环2,10，FEA分析的输出近似于由一个或多个泽尼克多项式所限定的期望的膜形状，所述泽尼克多项式基于恰好位于膜的实际边界之外的单位圆。在本实施例中，使用了球形二阶泽尼克模式但是，通过生成多个泽尼克模式的和的形状，也可以根据需要使用更高阶的球形阶函数。在一些实施例中，所述膜需要根据多个不同的期望弯曲模式变形，例如根据两阶或多阶泽尼克模式。例如，为了生成能够矫正眼睛中的光学畸变的光学透镜，所述膜需要根据某一函数进行变形，所述函数包括球形二阶泽尼克模式(散焦)与一个或多个所选的同阶或更高阶的其他泽尼克模式(例如(散光)和/或(三叶形形))的和。

所述FEA的输出与膜8上的所选择的泽尼克函数有关，从而观察FEA的输出结果近似于由所选函数定义的期望的形状的程度。根据FEA输出和所选择的函数彼此关联的程度，所述透镜的相关参数可以进行调节，以使下次重复计算时达到更好的匹配效果。通过观察如FEA计算的、拟合的膜8的变形与由所选的泽尼克多项式函数描述的期望的表面形状的近似程度，本领域技术人员可以看出所选择的膜支撑环2和10参数如何起作用。可能确定膜支撑环的哪个区域需要调整(或某些其它参数需要进行调整)，从而改进FEA输出和所选择的近似于预设形状的函数的相关性。

上述迭代过程可以在多个不同的透镜屈光度(lens power)下实施，使得能设计这样的透镜，其屈光度随着膜支撑环2和10的变形(以及施加在驱动点120a-c处的力F)而连续变化。所述膜支撑环2和10被设计成通过围绕所述环周边在z轴上的偏转以及相对于所需的透镜屈光度调节量而可变地弯曲。所述膜支撑环2和10在x-y平面内的宽度的变化垂直于透镜组件1的z轴，并且可以根据不同的透镜形状在其范围内进行调整，并考虑所述铰接点120d-h和驱动点120a-c相对于期望的光学中心OC的位置。

一旦膜8的形状如上所述由FEA计算，通过合适的光学射线追踪软件(例如华盛顿的Radiant Zemax,LLC of Redmond的软件Zemax^TM)，使用所计算的膜形状，可以确定所述膜8作为光学透镜表面的光学性能。

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在预设形状下的边缘轮廓，用于保持膜支撑环2和10静止的铰接点120d-h被选择成与这些点对应，在这些点处，在组件1处于驱动态时，膜支撑环2和10相对于基准面D不会移动。为了防止球形的膜形状在驱动态下发生扭曲，理论上所述铰接点120d-h应该定位在个相对于光学中心OC的单个圆轮廓上，如图10所示，然而在实际应用中，所述铰接点120d-h的位置可以稍微偏离上述同一轮廓，而不会使膜的最终形状发生过度扭曲。在其它实施例中，所述膜需要根据一个或多个非球形模式变形，所述铰接点也需要仍然位于围绕支撑环2,10的点处，在这些处，当膜变形时，支撑环2,10不发生移动，但是在这种情况下，零位移轮廓可以是非圆形。

在本实施例中有5个铰接点120d-h，但是在其它实施例中，可以包括更多或者更少的铰接点，只要它们相对于光学中心都设置于同一轮廓上或其附近。进一步地，所述轮廓必须是环2,10的外形轮廓在其上需要保持静止的轮廓，以在膜8变形期间达到需要的外形轮廓。因此进一步地，由于膜8在其边缘被支撑环2,10支撑，这些铰接点同样是在膜变形期间膜8保持静止的点。

类似地，选择驱动点120a-c，其中在所述驱动点120a-c处，所述环2和10通过驱动装置在z轴方向主动移动，使得在驱动点120a-c处的环2和10在非驱动态位置和全驱动态位置之间的每一位置处的实际位移与环2和环10在这样的驱动点处的的位移相等或基本相等，其中在所述的驱动点处，膜8的边缘需要与膜8的预设形状的边缘具有相同的轮廓。从图10中可以看出，所述驱动点120b和120c的位移明显低于基准平面D。另一方面，所述铰接点120e在图10中下半部分上的投影显示了铰接点120e被定位在使得环2,10的外形轮廓在基准面D上保持静止的位置上。在本实施例中设置有三个驱动点，但是在其它实施例中，根据需要获得期望的预设形状的膜边缘轮廓的复杂程度，可以设置有更多或更少的驱动点。

控制点(即驱动点和铰接点，力在这里被施加到环2，10上)的位置的设计规则被公开在共同待决的专利申请PCT/GB2012/051426中。然而通常地，至少应该设置有3个控制点来限定膜8的平面，应该还有一个控制点，其位于环2和10的每个点上或每个点附近，在这些点处，所述环2和10的轮廓(其中需要所述环2和10的轮廓在膜8变形时生成预定的形状)在力F的方向上显示一转折点，所述力F被施加在两个相邻点之间的控制点处，在所述控制点处，环的轮廓在相对方向上显示了一个拐点或转折点。

在本实施例中，所述环2,10的一个短边7大致依照膜8的圆形轮廓，因此不需要沿其长度进行大的弯曲。然而，由于透镜不是圆形，尽管该差异为最小化，相比中心点120b，外部的两个驱动点120a和120c仍然需要进行稍微更远的位移，以保持支撑环的轮廓正确。

因此，在操作透镜组件1期间，所述短边7呈现了一定程度的弯曲。当再次考虑投影到想象球上时所述环的轮廓，上述情况得到理解，其中想象球代表了本实施例的膜8的变形的期望的球形模式。用这种方法可以想象，为了跟随球的轮廓，所述外部点120a和120c相对于中心点120b在z轴方向上更向下。这些不同的位移需要通过平板形凸轮122内的凹槽122a-c的稍微不同的角度来实现，如上面图13所述和所示。对于平板形凸轮122的相同的平移运动，所述凹槽122a-c和它们相应的突片120a-c之间在前环2上的运动程度根据凹槽的角度决定。参考图13，凹槽122相对于平板形凸轮122的宽度的角度越小(即凹槽跨越平板形凸轮122延伸的宽度越靠近)，由所述平板形凸轮的y方向平移所施加的总力的将沿Z方向被引导的比例越大。因此，环2,10在z轴方向上的靠近或远离扣环的前壳6a的运动在那些角度较浅的点会增强。在这种情况下，所述凹槽122a和122c相比于凹槽122b设置于在更浅的角处，因此所述环2,10相对于扣环的前壳6a的运动在突片120a和122c处比在突片120b处更大。因此，一个单独的驱动器用于提供沿短边7的不同程度的运动。其结果是，所述透镜组件1可以方便的在三个点120a-c处被驱动，从而更好的控制支撑件沿短边7的轮廓。

所述控制点120a-h(即驱动点120a-c和铰接点120d-f)也被定位，以固定所述膜支撑环2,10，使其抵抗依据如下所述的不期望模式发生自发变形。因此，当所述铰接点120d-h设置于环2,10的零位移轮廓(或基本零位移)上时，至少其中三个点也被按期望设置在点处，所述点被选择以用于抑制膜8在不期望模式下发生变形，这些点是：沿着膜8的边缘很可能依据不期望模式位移，但通过铰接点120d-h来抑制此类位移的点。应当理解的是，所述驱动点120a-c同样可以抑制膜8边缘的不可控位移，但是同样允许膜8依据如上所述的期望的变形模式进行选择性的可控位移。

如上所述，所述膜支撑环2和10在透镜组件1的驱动下必须在z轴方向弯曲。所述支撑环2和10的柔性足够大从而允许其这样弯曲，以响应在组件为驱动态时膜8中的表面张力的增加，但是也以预设方式进行期望的弯曲，从而控制驱动态下膜8的形状。所述柔性支撑环2和10也容易进行不可控弯曲，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，尽管所述支撑环被配置成在驱动态下相对于基准面D弯曲，它们同样易于产生不可控的自发变形。这会表现为平面内塌陷或平面外弯曲。此类平面外弯曲可以包括一个或多个不期望的但是能量优先(energetically favoured)的变形模式，例如膜8的复曲面变形(鞍状)变形。这是由于膜8如前所述被预张紧，虽然在透镜已处于驱动态后也会出现这些不需要的变形。因此一般来说，它是由于膜内的表面张力产生的。出现这类不需要的弯曲，是由于膜8内的张力是包括在膜子组件内的一种形式的能量，膜子组件自然地趋向于使自己处于较低的能量态。通过依据能量优先模式进行变形，尤其是较低阶，膜内的张力下降因此能量流失。这类不需要的弯曲可以通过本发明进行控制。应当了解的是虽然期望的弯曲模式可以为如上所述的单纯的基于上述单元圆的泽尼克模式，但通过本发明的控制点进行抑制的所述不期望的弯曲模式由膜的实际形状进行控制。

如上所述，本实施例的膜8在非驱动态下横跨支撑环2和10被预张紧，使得应变达到大约5％，以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％，或甚至15％，或20％。所述预张力作用，以在支撑环2和10上提供一定程度的应变，在没有支撑的情况下，所述环将容易发生不可控制变形。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膨胀。因此，所述膜8的表面张力增加，从而在支撑环2和10上施加附加的应力，增加了期望的形状的支撑环2和10中的不期望的形状失真的风险。

在此所述的透镜组件中，透明盘24用于支撑膜子组件，阻止其在面内弯曲下向内折叠。在膜组件1处于驱动态时，所述支撑盘24的柔性足够大，以随膜支撑环2和10在z轴方向上相对于基准面D弯曲，但还用于强化环2和10以阻止其在x轴或y轴方向上发生不需要的面内弯曲。所述盘24用于增加环2和10在x-y平面内的刚度，但是不显著增加环在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所需的轮廓，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，阻止其在膜8中的表面张力的影响下在x-y平面内的弯曲或其他变形，其中膜8中的表面张力在驱动态和非驱动态下作用在环上。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，所述隔片还可以合适地由纤维材料制成，所述纤维材料由于纤维取向，在x-y平面内具有适当的刚度，单在z轴方向上几乎没有刚度。

本实施例的盘24具有基本均匀的平面内刚度。但在一些实施例中会使用隔片，其在N-S方向上的刚度大于在E-W方向上的刚度，此具有方向的刚度可以用于补偿膜8在驱动态下的差应变。

为了膜8达到符合要求的变形，所述膜8内的表面张力希望保持基本均匀。对于光学应用，如本实施例所述的透镜组件1，这是保证透镜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，其中，其膜在x-y平面内的一个维度的长度大于在另外一个维度的长度，例如本实施例中的大致为矩形的透镜组件1，为在驱动态下生成期望的膜形状，支撑环2和10通常需要沿长轴线的弯曲程度大于沿短轴线的弯曲程度。在本实施例中，如图9所示，所述支撑环2和10在z轴上沿E-W轴线上的偏转多于沿N-S轴线的方向上的偏转。上述支撑环2和10的弯曲差异可能对于膜8内的表面张力引入一小的各向异性，因为膜8在E-W方向上的应变大于N-S上的应变。然而，支撑环24在z轴方向上尤其是沿一个轴线——E-W方向上弯曲，这趋于增加支撑环2和10沿另一个轴线方向上的平面外刚度。所述支撑环2和10沿E-W方向上的弯曲的影响是使其短边7和9靠近到一起，同时增加支撑环2和10的刚度，阻止其类似的沿N-S方向向内弯曲，其作用是减弱膜8上在E-W方向上的应变，同时维持膜8在N-S方向上的应变，从而趋于重新平衡膜8中在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，特别是因为预张力明显大于增加的驱动应变。并且在一些实施例中，更希望维持支撑盘在E-W方向和N-S方向上的均匀的平面外刚度。

具有柔性侧壁18的流体填充盘状部件12，及膜子组件2,8,10形成了一具有弹性的类似于缓冲垫的封套。在压缩腔22时，内腔22内的流体11的压力相对于大气压力逐渐增加，造成柔性膜8膨胀。类似地，在其它实施例中，所述内腔22可以扩张，使其内部的流体压力相对于大气压力降低。通过在驱动点120a-c释放由驱动装置施加的力，所述组件自动弹性恢复到非驱动态。所述透明盘24协助维持在其驱动态和非驱动态时对膜子组件的控制。

所述支撑盘24用于降低或阻止支撑环2,10和弹性膜8自身折叠(平面内弯曲)的可能性。此外，本发明还解决了在响应膜内张力时根据不期望的弯曲模式产生不需要的平面外弯曲的问题。尽管这会出现由支撑盘24提供的附加的平面内刚度。当膜为平面时此问题会格外突出。例如在非驱动态时，任何与平面的偏差都会释放一些表面张力而因此是优先的。然而，如前面所述，在组件处于驱动态时，同样会产生褶皱(buckling)，例如在一个实施例中，所述膜在驱动态时处于平面形状，尽管随着膜逐渐膨胀，这类褶皱的影响趋于变小。

图14示出了经历不期望的复曲面弯曲的膜子组件，其依据能量优先的低阶不期望模式进行弯曲，形成了鞍状形状。所述前环2和后环10，膜8和隔片24如图所示。所述膜子组件可以被视为初始通常为限定在x-y平面内的平面，且具有中心点C，在所述点C x轴和y轴交叉，x轴沿着膜子组件的较长长度设置，y轴沿着膜子组件的较短长度设置。在围绕x轴的中心点远端的区域内，所述膜8在z轴方向上平面外向下弯曲或弯折，在围绕y轴的中心点远端的区域内，所述膜8在z轴方向上平面外向上弯曲或弯折。因此上述两个弯曲区域会以相反方向出现而形成鞍状。应当理解的是一旦这类情况发生，透镜就不能正确地使用，因为所述膜子组件不在具有正确的基准面形状。

本发明的实施例中，通过控制点120a-h缓解了膜子组件产生自发的不期望的变形的风险，如图14所示。

至少需要三个控制点120来限定支撑环2,10的平面，具体解释详见PCT/GB2012/051426。在膜组件处于压缩驱动态时，如本实施例，这三个最少数量控制点中的至少一个控制点120必须为驱动点120a-c；其中一个或两个可以为铰接点120e-g。现在已经证实所述不需要的平面外弯曲的问题可以通过对控制点120进行仔细定位解决，膜8的位置相对于扣环6可以控制，围绕膜的中心抑制不期望的低阶弯曲模式，同时引发期望弯曲模式。当透镜组件处于预张力的作用下且所述膜为平面或大致为平面时，此方法尤其有用，但是通常它对抑制膜8的不期望弯曲模式更重要，从而保证膜形状的保真度而不考虑它的驱动状态。

在一些实施例中，最少设置有有三个控制点120，当处于正确位置时，其足够抑制最低阶不期望的弯曲模式发生，最低阶不期望的弯曲模式围绕整个膜边界没有节点。但是在其它实施例中，特别是当控制点120没有被合适定位以抑制不期望弯曲模式时，需要使用附加的控制点120d，120h，以提供必须的稳定度，其中，需要控制点120来驱动组件，且在上面描述的转折点处控制支撑环2,10的轮廓。为了抑制低阶不期望弯曲模式，应该对控制点的位置进行合适的设置，以增加环2,10的第一平面外不期望弯曲模式的能量，从而响应加载在膜8上的张力，其中所述张力围绕整个膜8的边缘没有节点。也就是说，控制点120应该设置的这样的点处，在所述点处，膜边缘希望依据不期望模式进行移动，以响应加载在膜8上的张力，从而在这些点上控制膜边缘的位置。

考虑更实际的水平，根据上述内容，围绕光学中心OC的控制点的角间距应该在30-120°之间。应该注意的是尽管在本实施例中OC作为一个参考点使用，所用的中心点可以是另外的点，例如几何中心(箱形中心)或上述两个区域内的其它点。

本实施例中，使用5个铰接点120d-h，通过抑制其不期望的弯曲模式来控制环2,10及膜8。从图9中点划线形成的圆中可以看出，所述铰接点120d-h从光学中心OC开始大致等距设置。在本实施例中，铰接点120d-h被选择为这样的点，在所述点处，当通过选择性地使环2,10在驱动点120a-c处在z轴方向上位移来驱动组件1，同时抑制一阶及其它不期望的二阶(近似于散光)模式来防止类似于图14所示的下垂时，膜8的边缘如依据期望的二阶泽尼克模式进行球状变形所需要的，具有零位移或最小位移。也就是说，如上所述，在相对于扣环6移动所述环2,10以压缩内腔22内的流体11，从而调节膜8的形状时，所述环2,10在铰接点120d-h处不应该位移，或产生最小的位移(然而，它们在保持原来位置处的同时可以进行滑动，转动或弯曲，从而在使用透镜组件1时，允许环2,10采用正确的轮廓)。因此，所述铰接点120d-h是与扣环6保持固定连接的合适的点。

在其它实施例中，期望膜8依据更高阶弯曲模式进行变形，例如二阶散光模式或三阶三叶草模式所述铰接点仍定位在对于期望模式位移为零的点上，但是围绕膜中心的零位移轮廓为非圆形。

本实施例中的两个铰接点120d，120h设置于光学中心和驱动点120a-c中部。也就是说它们在E-W轴上的正交投影(如图9所示)位于中心OC和驱动点120a-c之间。这为控制点之间提供了实际间隔。

应当了解到的是可以根据需要增加附加的铰接点120。例如如图9所示，在同一零位移轮廓上的透镜组件的底部左侧角处设置有更多的铰接点(即短边9和长边5之间的角)。

本领域技术人员应该了解到驱动点也可以用于抑制不期望的弯曲模式，只要它们被定位成增加不期望弯曲模式的能量。可替换地，在一些驱动态(或非驱动态)时，所述驱动点(不同于铰接点)可以被定位成使得所述驱动点用于抑制某些不期望的弯曲模式，但是在另外一些驱动态(或完全驱动态)时，允许相同阶的至少一个期望的弯曲模式。因此，举例来说，一个或多个驱动点可以围绕支撑环2,10设置，以当组件处于非驱动态时，抑制二阶和/或更高阶的不期望模式，例如当膜为平面时，但在组件驱动时，会依据至少一个散光阶或更高阶期望的弯曲模式进行位移，从而引发这样的模式。

以上文中所述的膜组件可用于光学应用，如透镜组件，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1和1’的部件，从而保持本发明实施例之间的清晰和一致性。这些术语适用于透镜组件，用于描述图1和图2所述的眼镜的各个部分。对于不同于用于眼镜的透镜组件的应用(光学及非光学应用)，其用“前”“后”所描述的部分并不一定设置于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，使得所述“前膜支撑环”实际上是设置于“后膜支撑环”的上方，此解释同样适用于类似术语。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，而术语“前”和“后”可能并不描述使用中的相应部件的实际位置，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空间位置关系还是有用的。

本发明因此提供了一种包括有流体填充封套的膜组件1。所述封套至少一边以柔性膜为边界。所述柔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，来改变穿过膜的压力，从而使膜分别外凸或内凹。根据本发明，控制环2,10的位置被控制在控制点120处，选择控制点120来阻止所述膜8依据不期望的弯曲模式进行自发弯曲，以响应膜上的张力。所述控制点包括至少三个驱动点或铰接点，其被定位以增加至少最低阶不期望弯曲模式的能量。所述最低阶不期望弯曲模式围绕整个环2,10没有节点。在施加到环上的力的方向上在环2,10的期望轮廓上的每个转折点处也应该设置一个控制点，其中，由于内腔22内的压力，施加到环上的力抵抗施加在膜上的力，以根据需要控制环2,10的轮廓。出于该目的，因此，控制点120的设置取决于膜8的边界形状和其所需的实际形状。如果需要，在环依据期望的弯曲模式驱动期间，可以在环的零位移轮廓上设置更多的铰接点120d-h，所述铰接点用于增加不期望模式的能量，以抑制不期望弯曲模式发生。

上述实施例中的参数和部件可以有许多变体。本领域技术人员应当了解到，所述的各种特定实施例的许多进一步变化是可能的。例如，如所示的实施例中，所述支撑环2,10的宽度围绕其周边是变化的，以便于环2,10以及因此膜8边缘的正确弯曲，从而使膜8达到期望形状。出于保持膜子组件稳定而不产生不需要的变形的目的，这并不是必须的。

进一步地，在本实施例中，所述前支撑环2和后支撑环10具有不同的厚度，但是在其它实施例中，它们可以具有相同的厚度，并且厚度在保持环2,10稳定而不产生不期望的模式上并不是关键参数。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，甚至省去后环。在省去后环的情况下，所述透明盘24可以在其前表面上包括一外缘台阶等，以使盘24和膜8间隔开。也就是说，所述后环10和透明盘24可以有效地整合成一个部件。

在膜子组件达到必须的稳定性的同时，可以提供其它的变体。上述实施例中使用了5个铰接点120d-h，但是在一个可替换的实施例中，可以仅使用四个铰接点。一个使用四个铰接点的实施例中，其铰接点可以为点120d，120e，120g和120h。另外一个可替换的实施例中，铰接点可以为120d，120f，120g和120h。又一个可替换的实施例可以为120e，120f，120g和120h。在有四个铰接点的情况下，其中一个或两个可以设置于上述的一个短边7上，光学中心OC和一个或多个驱动点120a-c的中部。

上述实施例的其它可能的变体为改变驱动点的数量。上面的实施例中使用3个驱动点120a-c。可以设置更多的活更少的驱动点。可以为每个驱动点设置各单独凸轮表面轴承部件，而不是设置一个延伸穿过所有驱动点的单个平板形凸轮。所述齿轮和凸轮布置的设计可以与所显示的不同，但仍然能获得期望的结果。所述驱动装置可选地带有与轮106类似的调节轮，可以设置于连接桥95内而不是镜腿94内。还可以利用其它方式代替手动调节。

在本发明保护的范围内可以对透镜组件的其它特征进行改变。例如，所述透明盘24的环形状可以不同。可以设定扣环6的形状，使前盖板4和后盖板16被限制在前壳6a和后壳6b的界限之内。在本实施例中，所述扣环6支撑所述前环2。但是也可以使用一些其他的固定支架，例如可以在离散位置使用多个固定支架。所述环2,10都可以具有使自身被夹住的特征。可以改变所述扣环6和支撑环2,10的形状和并配置，使其具有相互协作的特征，用于使其能够彼此相互固定。

如上所述，本发明中所述的实施例特别涉及透镜组件，尤其涉及用于眼镜上的透镜组件。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，其光学部分如下所述为透明的，但是本发明中也包含了一些其它类型的可变形膜组件，它们被类似配置和操作，以提供一种可控制的可调节的反射镜表面。并且本发明的膜组件也可以用于非光学领域，例如声学应用，其中需要具有选择性地可控制的且可调节的动态形状的表面。

本发明的透镜组件尤其适用于对远视眼的修正。在使用时，所述透镜组件1，1’等可以通过驱动组件进行调节，用于在一个较大的距离范围内由远到近对目标进行聚焦。

Claims (21)

1.一种可变形膜组件，包括固定支架、流体填充封套和选择性地可操作的压力调节器；所述流体填充的封套的至少一个壁由弹性膜形成，所述弹性膜在张力作用下由柔性膜支撑件围绕其边缘支撑，所述膜支撑件在围绕所述膜支撑件的多个离散的控制点处通过相应的啮合件被耦合到所述固定支架，用于控制在所述控制点处所述膜的边缘相对于所述固定支架的位置，所述膜支撑件在所述控制点之间不受约束；所述选择性地可操作的压力调节器用于调节所述封套内的所述流体的压力，从而调节所述膜的形状；其中，至少设置有三个控制点，所述控制点围绕所述膜的边缘设置在所述膜上的间隔的位置处，选择所述间隔的位置，以在调节所述流体的压力时，允许所述膜依据由一个或多个泽尼克多项式描述的一个或多个期望的模式变形，同时通过抑制所述膜的边缘依据所述一个或多个不期望的模式发生的位移，响应于加载在所述膜内的张力，增加所述支撑件的至少最低阶的平面外弯曲模式的能量。

2.根据权利要求1所述的可变形膜组件，其中，所述膜的变形的所期望的模式由一个或多个由泽尼克多项式的亚利桑那条纹系数形式来描述。

3.根据权利要求1所述的可变形膜组件，其中，所述控制点被定位，以允许至少发生球状变形。

4.根据权利要求1所述的可变形膜组件，其中，所述控制点被定位，以允许发生球状变形，和所选的二阶、三阶和/或四阶泽尼克多项式，以引发一个或多个从球形的偏离，所述从球形的偏离选自散光形、慧发形和三叶草形。

5.根据权利要求1所述的可变形膜组件，其中，所述膜为非圆形。

6.根据权利要求1所述的可变形膜组件，其中，所述支撑件的抗弯刚度围绕所述支撑件而变化。

7.根据权利要求1所述的可变形膜组件，其中，每个所述控制点与其相邻的控制点绕所述膜的中心以30°至120°之间的角度间隔开。

8.根据权利要求1所述的可变形膜组件，其中，所述调节器是选择性地可操作的，用于向所述封套内注入流体或从所述封套内移除流体，从而控制所述封套内的流体压力。

9.根据权利要求8所述的可变形膜组件，其中，每个所述控制点包括铰接点，在所述铰接点处，所述膜支撑件通过相应的所述啮合件被铰接到所述固定支架。

10.根据权利要求1所述的可变形膜组件，其中，所述调节器是选择性地可操作的，用于压缩或膨胀所述封套的体积，从而控制所述封套内的流体压力。

11.根据权利要求10所述的可变形膜组件，其中，至少一个所述控制点包括驱动点，所述调节器通过相应的所述啮合件在所述驱动点处或在每个驱动点处被连接到所述膜支撑件，用于控制所述支撑件相对于所述固定支架的位移，从而压缩或膨胀所述封套的体积。

12.根据权利要求11所述的可变形膜组件，其中，选择一个或多个所述驱动点的位置，以依据一个或多个期望的弯曲模式来控制所述支撑件的位移。

13.根据权利要求11所述的可变形膜组件，其中，选择一个或多个所述驱动点的位置，以依据较低阶的弯曲模式来控制所述支撑件的位移。

14.根据权利要求11所述的可变形膜组件，其中，至少另外一个控制点包括铰接点，在所述铰接点处，所述膜支撑件通过相应的所述啮合件被铰接到所述固定支架。

15.根据权利要求1所述的可变形膜组件，其中，所述控制点被定位在围绕所述膜支撑件的每个位置上或每个位置附近，其中在所述位置处，所述膜的边缘轮廓形状与所述膜的变形的一个或多个所期望的模式的相交，在由相应的所述啮合件抵抗由所述膜上的所述流体施加的所述压力而施加到所述支撑件上的作用力或反作用力的方向上，在两个相邻的控制点之间，显示了一个转折点，其中在所述两个相邻的控制点之间，所述膜支撑件的轮廓在与所述作用力或反作用力的方向相对的方向上显示了一个拐点，或一个转折点。

16.根据权利要求15所示的可变形膜组件，其中，所述控制点还包括至少一个附加的铰接点，所述附加的铰接点位于所述支撑件上的某点处，在该点处，当调节所述封套内的压力时，所述膜支撑件保持实质上静止。

17.根据权利要求1-16中任一项所述的可变形膜组件，其中，所述膜大致为长形，其在一个轴线上的长度比在一个正交的轴线上的长度更长，所述轴线穿过所述膜的中心，所述中心为箱形中心或光学中心，其中，所述膜具有两个相对的长边，所述长边延伸穿过所述正交的轴线，其中，所述控制点包括：至少一个驱动点，所述驱动点位于所述膜支撑件上，接近于所述一个轴线的一端；至少一个接近于所述一个轴线的另一端的铰接点；和至少一个中部铰接点，所述中部铰接点位于所述膜支撑件的其中一条长边上，在所述一个轴线的所述一端和所述中心之间的中部。

18.根据权利要求17所述的可变形膜组件，其中，在所述一个轴线的所述一端的附近设置有一个或多个驱动点，并且在所述一个轴线的所述一端处的所述一个或多个驱动点与所述膜的所述中心之间设置有至少两个中部铰接点，所述中部铰接点位于所述膜支撑件上，其中一个所述中部铰接点在所述膜支撑件的其中一条长边上，另一个所述中部铰接点在所述膜支撑件的另一条长边上。

19.根据权利要求1所述的可变形膜组件，其中，所述膜在所述膜支撑件上被预张紧。

20.根据权利要求1所述的可变形膜组件，其中，设置有一个或多个弯曲控制件，以便控制所述膜支撑件的弯曲或其它变形，从而响应所述膜中的表面张力。

21.一种眼镜物品，其包括权利要求1-20中任一项所述的可变形膜组件。