CN105765414A - 可变形膜组件的改进或涉及可变形膜组件的改进 - Google Patents

Abstract

一种可变形的膜组件包括与流体(90)接触的可变形膜(70)以及用于调整流体(90)的压力以使得所述膜(70)根据预定形式扩张的可选择操作的调整件。所述膜由可弯曲的支撑构件(50)周缘保持，该支撑构件在围绕该支撑构件(50)的多个隔开的部位处借助至少三个接合构件(82)联接到固定支撑件。在围绕所述支撑构件(50)的至少一个点处或者接近该至少一个点设置有接合构件(82)，在该至少一个点处，所述支撑构件(50)的对应于所述膜(70)的所述预定形式的构形在所述膜(70)的扩张方向上呈现出局部最大或最小曲率。

Description

可变形膜组件的改进或涉及可变形膜组件的改进

技术领域

本发明涉及可变形膜组件，尤其是包括弹性膜的组件，弹性膜的形状可以通过调整与膜的至少一个面接触的流体的压力来控制。本发明尤其涉及具有可调整屈光力的填充有流体的透镜和镜子。

背景技术

同时待审的国际专利申请PCT/GB2012/051426、PCT/EP2012/075549和PCT/GB2013/050747公开了可变形膜组件，其中，弹性膜的形状可以通过调整包封内流体的压力来控制，膜形成包封的一个壁，这些专利申请的内容通过引用结合于本文中。流体压力可以通过控制包封(envelop)内流体的体积来调整，或者通过在保持流体的体积恒定的情况下控制包封自身的体积来调整，或者通过这两者的结合来调整。在致动时，如果包封内流体的压力增大，则膜相对于包封向外膨胀(“扩张”)。如果包封内流体的压力降低，则膜相对于包封被向内拖拉(“收缩”)。膜上的每个点的运动焦点限定了“超平面”z轴线。

包封安装在固定支撑件上，并且膜借助柔性膜支撑构件围绕膜的边缘被支撑，柔性膜支撑构件通常包括可弯曲环。支撑构件或者环借助围绕环间隔开的相应接合构件在多个控制点处联接到固定支撑件，用于在包封内流体的压力被调整时控制环的构形。根据PCT/GB2012/051426，围绕环应该设置至少三个控制点，这对于在三维上稳定地保持环是必须的。除了在控制点(在控制点处，环的位置由接合构件来确定)处之外，环不受约束。

当膜的形状被调整时，环需要弯曲，从而使得环的构形与希望的膜形状一致，并且环用于控制膜的变形。在需要单纯球形变形的圆形膜的情况下，环的形状无需变化。然而，在希望膜采用非球形形状的情况下，或者在膜是非圆形的情况下(其在眼镜透镜中是常见的)，当膜形状变化时环的构形必须改变，以保持和控制希望的膜形状的保真度。

例如在眼镜透镜的情况下，膜必须根据一个或多个泽尼克多项式(zernikepolynomial)变形，其中，占主导的球形弯曲模式(二阶离焦，)可以由一个或多个被选择的其它二阶、三阶或者甚至四阶泽尼克多项式叠加，以引入从像散、慧差和三叶形所选择的、自球形的一个或多个偏离，以提供验光者所需要的透镜形状的常用范围。

环在控制点处的位置由控制点自身来控制。然而，在控制点之间，环的弯曲刚度可以以预定的方式改变，从而使得当膜向内或向外扩张时，环以对应于所希望的膜形状的方式弯曲。如在较早的PCT/GB2012/051426和PCT/GB2013/050747中公开的那样，环绕其周向的(产生预定膜形式所需要的)弯曲刚度的变化可以基于膜的最终用途利用静态的或动态的有限元分析迭代地计算出，从而获得预定的膜形式。

当流体的压力被调整从而造成膜相对于包封扩张时，力由接合构件在每个控制点处施加至环。在一些实施方式中，环的位置可以在一个或多个控制点(称为“致动点”)处在z轴上被主动地调整，用于改变包封的容积，由此调整包封内流体的压力。一个或多个其它控制点(称为“铰接点”)相对于固定支撑件可以是静止的并且用于相对于固定支撑件将环定位在该点处，并且在一些情况下，抵消不希望的弯曲模式，如由PCT/GB2013/050747所公开的那样。适当地，从制造观点来看，期望施加在所有控制点处的力应该沿相同的方向作用，但这不是必须的。

当膜需要采用预定的非平面形式时，相应的希望的环构形同样总体上是非平面的(除了在诸如单纯球形变形的圆形膜或者采用平坦的椭圆边界的透镜表面(该透镜表面的散光度与球镜度具有恒定比)的情况下)，并且基于预定的膜形式在z轴上沿相反方向可呈现出多个转折点(即，局部最大振幅的点)。在一些情况下，施加到环上的力可以在相邻的控制点处沿相反方向作用，因此在这样的控制点之间在环构形中将存在拐点。PCT/GB2012/051426教导了在环上的以下每个点处或者接近该每个点应该定位有控制点，在该每个点处，产生预定膜形式所需的环构形在两个相邻点之间的控制点处(在该控制点处，环的构形沿相反方向呈现出拐点或者转折点)施加的力的方向上呈现出转折点。

通常，在每个控制点(致动点或者铰接点)处施加到环的力将沿与膜的扩张方向相反的方向作用在z轴上。因此，根据PCT/GB2012/051426，应该存在这样的控制点，该控制点在环上位于以下每个点处，在该每个点处，在调整包封内流体的压力时产生预定的膜形式需要的环的构形在膜的扩张方向上在环构形中的两个相邻转折点之间，沿与膜的扩张方向相反的方向上在z轴上呈现出转折点。

通常，膜将在环上被预拉伸，以抵消下垂以及其它重力作用。在一些实施方式中，膜可以被预拉伸达至大约50％的应变；在一些实施方式中，在0.5-50％或者5-40％之间(例如，20％或者30％)的预拉力可能是适当的。膜中的张力被施加到可弯曲环。根据PCT/EP2012/075549的教导，该组件还可以包括作用在支撑构件上的弯曲控制器或者环，以控制支撑构件响应于通过膜中的张力的负载的弯曲。适当地，弯曲控制器可以包括如在PCT/GB2012/051426中公开的增强隔膜，或者支撑板、支柱、杠杆、联动装置、滑动件或者可弯曲杆，如在PCT/EP2012/075549中公开的那样用于在正交于z轴的平面中加强环来抵抗不希望的变形模式，同时允许环在z轴上大体上不受阻碍地弯曲。

根据PCT/GB2012/051426、PCT/EP2012/075549和PCT/GB2013/050747的公开的可变形膜组件已被发现提供了满意的结果。具体地，根据这些公开文献的教导制造的填充有流体的可调整透镜组件可以被制成为非圆形的，同时在屈光力的范围内提供良好的光学性能。而且，根据这些公开文献制造的膜组件在一些实施方式中可以呈现出小程度的光学扭曲，尤其是在高的屈光力下朝向膜的边缘(在该边缘处，膜的曲率最大)呈现出小程度的光学扭曲。

发明内容

因而，本发明的一个目的是提供一种对以上所述类型的膜组件的改进或者与该膜组件相关的改进，借此膜形状的保真度可以被进一步增强。

因此，根据本发明，提供了一种可变形的膜组件，该可变形膜组件包括与流体接触的可变形膜以及用于调整流体的压力以使得所述膜根据预定形式扩张的可选择操作的调整件，所述膜由可弯曲的支撑构件周缘保持，该支撑构件在围绕该支撑构件的多个隔开的部位处借助至少三个接合构件联接到固定支撑件，在围绕所述支撑构件的至少一个点处或者接近该至少一个点设置有接合构件，在该至少一个点处，所述支撑构件的对应于所述膜的预定形式的构形在所述膜的扩张方向上呈现出局部最大或最小曲率。

“局部最大曲率”是指所述支撑构件的曲率(作为位移的振幅的二阶导数)在所述膜的扩张方向上呈现出局部峰值。在所述膜的扩张方向上的“局部最小曲率”对应于在相反方向上的局部最大曲率。

“接近”是指所述接合构件被定位在：作为所述膜的由所述支撑构件保持的周缘的长度的百分比，所述支撑构件的构形呈现出局部最大或最小曲率所在的点的±10％以内，优选在±5％以内，更优选地在±1％以内，并且还更优选地在±0.1％以内。

以另一方面来看，“接近”可以被理解成是指在所述接合构件的位置处的曲率位于局部峰值曲率值的50％以内，优选地66％以内，更优选地90％以内，还更优选地95％或99％以内，其中峰值值被从顶点到顶点的任一侧的谷的浅处的底部被测量到。

在一些实施方式中，在围绕所述支撑构件的至少一个点处或者接近该至少一个点可以存在接合构件，在该至少一个点处，所述支撑构件的对应于所述膜的预定形式的构形在所述膜的扩张方向上呈现出局部最大曲率。

适当地，在一些实施方式中，在围绕所述支撑构件的两个、三个、四个、五个、六个或更多个点处或者接近这些点可以存在接合构件，在这些点处，所述支撑构件的对应于所述膜的预定形式的构形在所述膜的扩张方向上呈现出局部最大曲率。在一些实施方式中，在围绕所述支撑构件的每个点处或者接近该每个点可以存在接合构件，在该每个点处，所述支撑构件的对应于所述膜的预定形式的构形在所述膜的扩张方向上呈现出局部最大曲率。

在一些实施方式中，基于所述支撑构件的所需曲率，在围绕所述支撑构件的至少一个点处或者接近该至少一个点也可能希望具有至少一个接合构件，在该至少一个点处，所述支撑构件的对应于所述膜的预定形式的构形在所述膜的扩张方向上呈现出局部最小曲率。

围绕所述支撑构件的局部最大或最小曲率的点不必与局部最大或最小振幅的点一致。实际上，它们通常不一致。因而，本发明的所述膜组件通常在所述支撑构件上的点(其是局部最大或最小曲率的点，但不是局部最大或最小振幅的点)处或者接近该点包括至少一个控制点。更具体地，本发明的所述膜组件通常在所述支撑构件上的以下点处或者接近该点包括至少一个控制点，该点是局部最大或最小曲率的点，但不是这样的点，在该点处，所述支撑构件沿在两个相邻点之间的控制点处施加的力的方向呈现出转折点，在该控制点处，所述支撑构件的构形沿相反方向呈现出拐点或者转折点。

除非所述膜的边界是圆的并且需要单纯球形变形，否则当所述膜扩张时，所述膜的由所述支撑构件保持的边缘的构形必须被改变，从而使得或者允许所述膜采用预定形式。如果所述边界的构形不对应于所述预定形式，则所述膜的形状将被不希望地扭曲，尤其对于光学应用来说更是如此。在一些实施方式中，通过控制包封内流体的体积可以调整流体的压力，所述可变形膜形成所述包封的一个壁。另选地，所述包封内流体的体积可以是恒定的，并且流体的压力可以通过压缩或者膨胀所述包封来调整，以使得所述可变形膜相对于所述包封向内或者向外扩张。在每一情况下，必须在围绕所述膜的边界的多个隔开的部位处向所述支撑构件施加力，以当所述膜扩张时控制所述支撑构件的构形。

对于给定的预定膜形式，能够计算出所述支撑构件的所需构形。所需构形在所述膜扩张的方向上的振幅将围绕所述支撑构件而变化，从而呈现出局部最大和最小振幅以及局部最大或者最小曲率的点。根据本发明，已发现沿所述膜的扩张方向在局部最大或者最小曲率的每个点处或者接近该每个点向所述支撑构件施加力允许所述支撑构件的构形以及因此所述膜的形状在增大的精确性以及膜形状的较小扭曲的情况下被控制。

因此，根据本发明，在围绕所述支撑构件的每个点处或者接近该每个点设置有接合构件，在该每个点处，将所述膜的扩张控制至所希望的预定形式所需要的所述支撑构件的构形呈现出在所述膜的扩张方向上局部最大或者最小曲率。

适当地，在围绕所述支撑构件的多个隔开的部位处存在至少三个接合构件，以在三维上稳定所述支撑构件。

所述接合构件中的至少一个可以被布置成在局部最大或最小曲率的相应点处或者接近该相应点将所述支撑构件保持成大体静止。这类接合构件将所述支撑构件有效地“铰接”到固定支撑件。在一些实施方式中，本发明的组件可以包括两个或更多个铰接接合构件。在其中膜的扩张通过调整所述包封内流体的体积来形成的可变形膜组件的情况下，所有接合构件都可以是铰接接合构件。

在一些实施方式中，用于调整流体的压力的调整件可以被操作成用于选择性地压缩或者膨胀所述包封，并且所述接合构件中的至少一个可以连接到所述调整件，以相对于所述固定支撑件在局部最大或最小曲率的相应点处或者接近该相应点促使所述支撑构件移位，以压缩或者膨胀所述包封。这类接合构件用于致动所述组件，以使得所述膜扩张。在一些实施方式中，所述组件可以包括两个或者更多个致动接合构件。

适当地，接合构件可以包括从所述支撑构件突出的突片。在致动接合构件的情况下，所述突片可以连接到可选择性操作的致动机构。在铰接接合构件的情况下，所述突片可以被固定地固接到所述固定支撑件，但是可以允许所述突片的小运动程度以允许所述支撑构件拧曲或者被动地移动以允许所述支撑构件在不具有显著不希望的扭曲的情况下采用所需构形。

适当地，所述支撑构件可以包括可弯曲环。所述环可以弹性弯曲。有利地，所述环的弯曲刚度可以绕其周向变化，以响应于所述膜的扩张来控制所述环在围绕所述环的连续接合构件中间的弯曲。当膜扩张时确保所述环采用对应于预定膜形式的构形所需的所述环的弯曲刚度的变化可以通过本领域技术人员已知的各种不同方法来计算出，包括例如如在PCT/GB2012/051426和PCT/GB2013/050747中所公开的有限元分析，这两个专利申请的内容通过引用结合于本文中。

在一些实施方式中，所述膜的由所述支撑构件保持的边缘可以是非圆形的。如将清楚的，所述支撑构件在所述接合构件之间可以大体上不受约束。

在一些实施方式中，所述预定膜形式可以由一个或多个泽尼克多项式的叠加来限定。适当地，可以采用泽尼克多项式的亚利桑那边缘系数(ArizonaFringeCoefficient)。

在一些实施方式中，所述可变形膜组件可以包括透镜或镜子组件，在该组件中，希望所述膜根据一个或多个泽尼克多项式适当地变形，占主导的球形弯曲模式(二阶离焦，)可以由一个或多个所选择的二阶、三阶和/或四阶泽尼克多项式叠加出，以引入从像散、慧差和三叶形所选择的一个或多个球偏离并且以提供验光者所需要的透镜形状的常用范围。为了用作透镜，组件的位于视野内的部件应该是光学上清晰的，至少在整个可见波长的范围并且优选地指数匹配。

有利地，一个或多个另外的接合构件可以位于围绕所述支撑构件的以下点处或者接近这些点，这些点不是局部最大或者最小曲率的点，而是当所述膜扩张时大体上保持静止的点。如在PCT/GB2013/050747中公开的那样，这样的附加铰接点的使用可以帮助抵抗根据不希望的弯曲模式的自发变形来稳定所述支撑构件。这尤其可以在所述膜在所述支撑构件上被预拉伸的情况下产生。适当地，当所述膜扩张时位于零位移点或零位移点附近的铰接点可以用于抑制所述支撑构件中的围绕整个支撑构件不具有节点的不希望的弯曲模式。

所述调整件可以构造成在压力范围内调整流体的压力，包括所述膜位于其最小扩张的最小流体压力。在一些实施方式中，当流体的压力处于其最小值时，所述膜可以是平坦的或者大体上是平坦的。然而有利地，在一些实施方式中，即使当流体的压力位于其最小值时，所述膜也可以扩张。这已被发现还有助于抑制所述支撑构件和/或膜在形状上的不希望的扭曲。

因此，根据本发明的不同方面，提供了一种可变形膜组件，该可变形膜组件包括与流体接触的可变形膜以及用于调整流体压力以使得所述膜扩张的可选择操作的调整件，其中，当流体的压力位于其最低值时，所述膜保持扩张。当流体的压力增大时，所述膜进一步扩张。“扩张”在这里是指所述膜可以向内或向外扩张，要求穿过所述膜的不同压力始终大于非零的最小值。

在一些实施方式中，当流体的压力在其最小值时，所述膜可以扩张以形成折光率在0.1至1.0屈光度的范围内的透镜或镜子表面。

附图说明

下面参照本发明的实施方式的附图仅通过示例进行说明。

在附图中：

图1是根据本发明的从一对眼镜的透镜模块的后部的上方到一侧的分解立体图。

图2是通过图1的组装透镜模块处于未致动状态下的剖视图，其中为了清楚起见省略了调整件。

图3是与图2类似的剖视图，但是为了清楚起见省略了模块的前后保持件和前透镜。

图4是与图3类似的剖视图，但是示出了处于致动状态下的模块。

图5A是图1至图4的透镜模块的前环的前视图。

图5B是示出了当透镜模块被致动时图5A的前环的振幅的变化的曲线图。

图5C是示出了当透镜模块被致动时图5A的前环的曲率的变化的曲线图。

图6A-图12A以前视图示出了与图1至图4的透镜模块具有不同眼形状的七个不同透镜模块的前环。

图6B-图12B和图6C-图12C针对图6A-图12A的每个环形状示出了分别对应于图5B和图5C的振幅变化和曲率变化的曲线图。

具体实施方式

根据本发明的透镜模块10在图1中以分解图示出并且在图2中以剖视图示出。透镜模块10包括壳体12，壳体12分别包括前保持构件14和后保持构件15。前保持构件14和后保持构件15可以如图2所示那样被组装到一起，以在它们之间形成腔20。

如能看到的那样，透镜模块10成形为被容纳在一对眼镜片的框架(未示出)的左侧内。在一对眼镜片中，设置了这种类型的两个透镜模块，一个透镜模块如图所示的那样用于左眼，一个用于右眼。为了所有意图和目的，左模块和右模块将彼此为镜像。图1中所示的后保持构件15包括向后延伸的突起16，该突起16容纳以下更详细地描述的调整件机构(未示出)的一部分。突起16成形为被接收在对应成形的凹部内，该凹部形成在该对眼镜的左镜腿(未示出)中。右透镜模块上的相应突起将被容纳在形成于眼镜的右镜腿中的类似凹部内。

尽管本发明在这里参照透镜模块(具体地是在一对眼镜中使用的透镜模块)被例示出，但将理解的是，本发明的可变形膜组件(诸如本实施方式的透镜模块)可以使用在需要可调整形状的柔性膜的各种不同的情形下，例如使用于其它类型的光学设备(包括镜子)中，以及使用于声学设备中，在该声学设备中，例如可能需要能够以可控制的方式调整形状的膜来用作声学传感器。本领域技术人员将清楚本发明的可变形膜的其它应用。

由前保持构件14和后保持构件15形成的腔20容纳后透镜22，该后透镜22成形为安坐于形成在后保持构件15上的对应成形的周向凸缘17上。后透镜22具有凸后表面23和凹前表面24，从而形成具有固定的预定屈光力的凹凸透镜。

柔性的盘形构件30被承载在后透镜22的前表面24上，该盘形构件30具有后壁32和终止于前凸缘35中的周缘侧壁33。在本实施方式中，盘形构件30由透明的热塑性聚亚安酯(例如Tuftane(可从英国格洛斯特郡Messrs.PermaliGloucester公司获得))制成，并且大约为50μm厚，但是也可以使用用于盘形构件30的其它合适的材料(例如boPET(双向拉伸聚丙烯对苯二酸盐)，并且厚度因而被调整。盘形构件30的后壁32借助透明的压敏粘合剂(PSA)(诸如8211粘合剂)相邻地结合到后透镜22的前表面24。在本实施方式中，使用大约25μ厚度的PSA层，但是可以根据需要变化。

盘形构件30的前凸缘35承载总体为环形的盘40。如将从图1中看到的，盘40不是圆的，而是具有与后透镜22和盘形构件30相同的轮廓形状。盘40的中间如图所示被切除以留下相对宽的平坦环，该环具有后表面42和前表面44，后表面42结合到构件30的前凸缘35。盘40用作在共同待审的国际申请号PCT/EP2012/075549中描述的类型的弯曲控制构件，并且可以由用于该目的的任何合适的材料例如聚碳酸酯、尼龙或者玻璃形成。在本实施方式中，盘40由厚度大约为0.25mm的聚碳酸酯片材形成。

在本实施方式的透镜模块10中，盘40是透明的，但是这在其它实施方式中可能不是必要的；例如，在非光学实施方式中。如图1和图2中最佳所见的，盘40包括大的中心孔，从而使得其总体上是环形形状。大的中心孔的作用是为了使得盘24在x和y方向上的弯曲无关，以在模块10的致动期间保持盘40在z轴上的平面弯曲刚度内大体上均匀，如下所述的那样。

盘形构件30利用3555粘合剂密封地粘合到盘40的后表面，但是本领域技术人员将已知合适的另选材料。

盘40的前表面44结合到膜子组件69的后面62，该膜子组件69包括前可弯曲环50、后可弯曲环60以及夹在两个环50、60之间的弹性膜70。前可弯曲环50和后可弯曲环60具有彼此相似的形状，该形状还类似于盘形构件30的前凸缘35和盘40的外部形状。膜70同样具有相同的形状，并且在预拉伸下被保持在两个环50、60之间。可以使用任何合适的粘合剂将后环60的后面62结合到盘40的前表面44以及将两个环50、60结合到膜70。本领域技术人员将已知各种合适的粘合剂，但是在本实施方式中，使用3555粘合剂。

两个环50、60中的每个均可弹性弯曲并且由不锈钢片材适当地冲压出，但是本领域技术人员将已知合适的弹性材料，诸如钛、玻璃和蓝宝石。环可以具有在大约0.1mm至大约0.4mm的范围内的相同或不同的厚度。在本实施方式中，前环50的厚度大约为0.18mm，而后环60的厚度大约为0.15mm。如最佳在图1中所看到的，每个环均利用多个向外延伸的突片82制成。前环50上的突片82与后环60上的突片82对准，从而使得当两个环50、60将膜70位于它们之间的情况下被组装时，这一对突片82被布置得彼此相邻，以实际上形成单个一体突片。

膜子组件69的前环50在图5A中示出。突片82被清楚地示出并且如下所述被标以82A、82C或者82H。后环60上的突片82以相同的方式被标出。

突片82C和82H从环50、60向外延伸，并且以大体上固定的方式被限制和保持在前保持构件14和后保持构件15之间，如最佳在图2中看到的。如将从图1中看到的，前保持构件14和后保持构件15的配合面形成有小凹部18，以容纳突片82C、82H。

突片82A未被限制在前保持构件14和后保持构件15之间，而是相反地用作环50、64上的致动点以如下所述致动模块。

在突片82A、82C、82H的中间，前环50和后环60未被约束因此可以自由弯曲。

膜70由厚度在75μm至300μm的范围内的粘弹性聚合物材料的片材形成。适当地，用于膜的材料应该具有在模块10的常用操作范围之下的玻璃化转变温度，优选地在大约-5℃之下，弹性模数在5MPa至50MPa的范围内，并且在应力松驰方面具有良好性能。例如，膜应该能够将至少大约100N/m的拉伸负荷保持至少3至5年的时间。对于光学应用，诸如本实施方式的透镜模块10，膜70还应该在光学方面清晰并且无毒。其还必须能够被结合到环50、60。本领域技术人员将知道各种合适的聚合物材料，包括交联聚氨酯、硅树脂弹性体(例如，聚(二甲基硅氧烷)、其它热塑性聚氨酯、偏二氯乙烯聚合物(例如，)或者合适厚度的玻璃。

在本实施方式中，膜70由芳香聚醚酯的片材(例如ST-3655)形成，其可从马萨诸塞州伊斯特汉普顿市的StevensRrethane获得并且厚度大约为260μm。

膜70被预拉伸到可达大约33％的张力并且被结合到环50、60，使得其稳定地绕其边缘被支撑。在本实施方式中，膜70利用3555粘合剂被粘合到前环50和后环60。膜70应该至少与后环60形成流密密封。

如图2所示，前保持构件14承载前透镜26，该前透镜26具有向内面对腔20中的后表面27和前面28。在一些实施方式中，前透镜26可以由不具有折光率的简单的平盖板代替。前保持构件14被成形为提供用于支撑前透镜26的带倒角内表面15，其可由形成眼镜框的一部分的合适的斜面(未示出)保持就位。

如最佳在图2中看到的，在组装模块10中，膜子组件69在腔20中自由地“浮动”，除了其由突片82C、82H被接合到壳体12并且由突片82A被接合到致动机构(未示出)之外，膜子组件69被支撑在盘形构件30的柔性侧壁33上，如以下所述的那样。前环50在后方布置在前透镜26之外并且不碰触在前透镜26上。

盘形构件30和膜70形成密封包封，该包封填充有不可压缩流体90。为了使用于本实施方式的透镜模块10中，流体90合适地应该是在用于透镜模块10的操作温度的范围内(典型地为-5℃至50℃)的、无色并且无毒的液体，并且具有高屈光力和低的光学色散。优选地，流体90还应该是无味的。本领域技术人员将知道各种合适的流体，包括高屈光力的硅氧烷油，但是在本实施方式中，使用硅树脂，例如可从密歇根州米德兰市的DowCorning公司获得的DC-705扩散泵流体。将理解的是，对于组件的其它类型，例如，镜子和非光学应用，流体可以不必具有这样的光学特征，而是可以施加其它要求。

图3示出了本实施方式的透镜模块10，其中为了清楚起见移除了前保持构件14、后保持构件15以及前透镜26。将理解的是，由盘形构件30和膜70形成的包封形成了弹性的衬垫状结构，其中由后透镜22形成显著刚硬的后壁。该包封包括恒定体积的流体90并且借助构件30的柔性侧壁33的凹痕而是可压缩的。如果包封被压缩，例如如图4所示通过沿箭头F的方向抵靠后透镜22挤压包封的一侧，则包封中流体的压力增大，从而导致膜70相对于包封向外扩张。当其向外扩张时，膜70的曲率增大，由此增大由膜70形成的表面的折光率。

膜70上的每个点的位移焦点限定了z轴，如在图3和图4中所示的那样。z轴上的最大位移点(其形成当致动时由膜70限定的表面的顶点)被示出在点OC处。对于透镜和镜子，诸如本实施方式的透镜模块10，顶点OC对应于透镜或镜子的光学中心。

在释放了致动力F之后，包封自然趋于返回至其最低能量构造，其中构件30的侧壁33被松驰并且膜70处于其最小曲率构造下。

在一些实施方式中，模块10可以构造成使得当在流体压力在其最小值的情况下包封松驰(未被致动)时，膜70大体上是平坦的。然而，在本实施方式中，由于用于过度填充的包封的流体90的体积，因此膜在未致动位置具有很小的曲率(近似0.5屈光度)。已发现这有助于防止前环50和后环60自然地采用不希望的弯曲模式，该弯曲模式将导致膜形式的扭曲。

在本发明的可变形膜用于透镜应用的情况下(包括本实施方式的透镜模块10)，希望落入视野中的部件应该具有相同或者大体上相同的屈光力。因此，在本实施方式的透镜模块中，聚碳酸酯盘40、膜70和流体90优选地全部具有相同或类似的屈光力，从而盘40对使用者来说基本上不可见。

可以采用用于致动透镜模块10的任何合适的机构，并且在PCT/GB2012/051426、PCT/EP2012/075549和PCT/GB2013/050747中公开了具体的致动机构。如上所提及的，在本实施方式的透镜模块10中，标以82A的突片82用作致动点并且连接到至少部分地容纳在包括突起16的壳体12内的致动机构(未示出)。致动机构可以被手动或者自动地操作，并且在致动时用于通过突片82A向膜子组件69施加致动力。如以下更详细地描述的，本实施方式的透镜模块10包括两个这样的致动突片82A，但是在其它实施方式中，可以仅具有一个或多于两个的致动突片。在设置多个致动突片82A的情况下，这些突片可以根据希望的致动膜形式通过致动机构被移位到相同或不同的程度。

根据本发明，在致动时，膜70采用预定形式。在本实施方式的透镜模块10的情况下，该预定形式是适用于验光配镜使用的透镜表面。因此，膜应该根据一个或多个泽尼克多项式变形，以提供适用于屈光异常(包括散光)的校正的透镜表面。基于希望的规定，膜70可以根据二阶泽尼克多项式需要纯球形变形，但是通常所需要的膜形式可以包括一个或多个其它的二阶、三阶、四阶或者更高阶的泽尼克多项式分量来校正诸如散光的缺陷。由于膜70的边界是非圆形的，因此环50、60必须以对应于膜的预定形式的方式在z轴上弯曲。

图5B示出了当透镜模块10扩张时膜70(以及因此环50、60)的边界在z轴上的振幅的变化。当模块10被致动并且包封中的流体压力被调整时，在每个突片82处向环50、60施加力。在突片82A的情况下，力通过致动机构被主动地施加，用于控制膜子组件69相对于包封的由后透镜22形成的固定后壁的位置。通过其它突片82C、82H，反作用力被施加到环50、60。根据PCT/GB2012/051426的公开内容，控制点(即，在本实施方式中环50、60上的位置(在该位置处环通过突片82被联接到壳体12))应该位于围绕环50、60的每个点处或者接近该每个点，在该每个点处，对应于膜70的希望被致动形式的环构形在两个相邻点(在这两个相邻点处，环的构形沿相反方向呈现出拐点或者转折点)之间沿通过突片82向环50、60施加的力的方向呈现出转折点。这些点在图5B中由字母“P”示出(现有技术)。

然而根据本发明，控制点/突片82不是位于围绕环50、60的当致动时沿施加至环50、60的力的方向的最大振幅的点处，而是相反地位于围绕环的沿与在那些点处施加的力的方向相反的方向上局部最大或最小曲率的点处或者接近这些点。最通常地，突片82如在本实施方式中那样定位在沿膜70的扩张方向上局部最大曲率的点处或接近这些点，但是在其它实施方式中，突片82也可以位于沿膜扩张方向局部最小曲率(沿与膜扩张的方向相反的方向局部最大曲率)的点中的一些点或者所有点处或者接近这些点，例如，如在附图的图5C至图12C中的点83处所示的那样。

图5C示出了膜70在扩张时边界的曲率的变化，并且在局部最大曲率的点处的控制点的位置由附图标记82A和82C示出。致动突片82A位于由82A示出的点处，并且另外的控制突片82C位于点82C处。已发现将突片82A和82C定位在膜70的当扩张时边界呈现出局部最大曲率或最小曲率或者靠近于局部最大或最小曲率(代替最大振幅)的点的控制点处提供了在膜70的形状上的更精确的控制。

最适当地，突片82定位在局部最大或最小曲率的点处或者接近这些点，但是在一些实施方式中，这由于各种原因(包括设计和包装限制)而可能不实际。因而，在一些实施方式中，一个或多个突片82可以位于局部最大或最小曲率的点附近。例如，作为膜70的总体周缘的由支撑构件50、60保持的一部分，突片82的实际位置可以位于局部最大或者最小曲率的点的10％或者5％以内，或者优选地在1％以内。

以另一方式来说，突片82在环50、60的所需构形中的实际位置处的曲率必须在局部峰值高度的某一部分内，例如，99％、90％、75％或者66％，其中，峰值高度被测量为从波峰到波峰两侧波谷的较浅波谷的底部。

在图5C至图12C中由粗线部分示出了突片82的实际位置的容差。

将理解的是，本实施方式的透镜模块10通过利用固定容积的流体90压缩来操作；致动突片82A被联接到致动机构(未示出)以压缩包封，从而调整包封内的流体压力。然而，在其它实施方式中，流体压力可以通过调整包封内的流体的体积来控制。在这样的实施方式中，不使用致动突片，而是控制突片82C仍应该位于围绕膜70的边界的每个点处或者接近该每个点，在该每个点处，边界在扩张时呈现出局部最大或者最小曲率以实现膜70的希望预定形式。

另外，如在PCT/GB2013/0505747中所公开的，附加突片82H可以围绕环50、60定位在当组件被致动时零位移的点处或该点附近。将理解的是，在其中膜70需要球形变形的组件的情况下，附加突片82H将围绕环50、60定位在距顶点OC大体上相等的点处或者这些点附近。将膜70的边界适当地固定在突片82H(称为铰接点)的位置处允许膜70采用所希望的弯曲模式，例如由泽尼克多项式的希望叠加限定的形状，但是将可弯曲环50、60的位置相对于壳体12固定在突片82H的部位处有助于防止它们自发地采用不希望的弯曲模式，这些不希望的弯曲模式由于膜70中的表面张力而在边界上具有至少一个节点。

在本实施方式的透镜模块10中，与以上提及的两个致动点82A以及两个另外的控制点82C一起，设置了五个铰接点82H。

在突片82之间，环50、60未被约束并且在模块10被致动时可以自由地弯曲。然而，因为膜70的边界需要采用基于膜70在扩张时的预定形式的构形，因此环50、60应该在突片82之间以预定方式弯曲，并且为了实现这一点，环50、60的弯曲刚度绕它们的周向变化，如由PCT/GB2012/051426和PCT/GB2013/050747所公开的那样。如以上所提及的，在本实施方式的透镜模块10中，环50、60均由厚度基本恒定的金属片材冲压出。因此，为了实现围绕环50、60的弯曲刚度的改变，环的宽度绕其周向变化。宽度的所需要的变化可以根据PCT/GB2012/051426和PCT/GB2013/050747中详细地描述的方法利用有限元分析确定。那些方法无需在本文中重复。

如在本领域中已知的，用于眼镜的透镜通常在不同的透镜形状的范围内被提供，例如卵形、半卵形、矩形、旅行眼镜(wayfarer)、飞行员眼镜(aviator)、航海者眼镜(navigator)、半眼、猫眼、半猫眼、八边形、六边形、五边形、半方形等。图1和图5A中所示的环50、60提供一个具体的透镜形状，但本发明的原理可以被容易地用于任何其它透镜形状以实现希望致动形式的膜。因此，以示意的方式并且在不旨在限制本公开的范围，在图6A至图12A中示出了对应于另选透镜形状的前环50。为了易于说明，在图6A至图12A、图6B至图12B以及图6C至图12C中使用与图5A至图5C中所使用的相同的附图标记，但应理解的是，当在透镜模块中使用时，模块的其它部件也可能需要根据新形状进行适应性改造。

针对图6A至图12A中所示的每个另选的透镜形状，在图6B至图12B中示出了当致动时环50、60的边界高度的相应变化，而在图6C至图12C中示出了环50、60的曲率的变化。对于每个透镜形状，示出了致动突片82A和控制突片82C的所需位置以及可选的铰接突片82H的位置以在膜70的预拉伸下促成环50、60的附加稳定性。在这些图中的每个图中，为了对比也示出了根据PCT/GB2012/051426的控制点P的位置。

Claims (18)

1.一种可变形膜组件，该可变形膜组件包括与流体接触的可变形膜以及用于调整所述流体的压力以使得膜根据预定形式扩张的可选择操作的调整件，所述膜由可弯曲的支撑构件周缘保持，该支撑构件在围绕该支撑构件的多个隔开的部位处借助至少三个接合构件联接到固定支撑件，在围绕所述支撑构件的至少一个点处或者接近该至少一个点设置有接合构件，在该至少一个点处，所述支撑构件的对应于所述膜的所述预定形式的构形在所述膜的扩张方向上呈现出局部最大或最小曲率。

2.根据权利要求1所述的可变形膜组件，其中，在围绕所述支撑构件的至少一个点处或者接近该至少一个点设置有接合构件，在该至少一个点处，所述支撑构件的对应于所述膜的所述预定形式的构形在所述膜的所述扩张方向上呈现出局部最大曲率。

3.根据权利要求2所述的可变形膜组件，其中，在围绕所述支撑构件的两个或更多个点处或者接近该两个或更多个点设置有接合构件，在该两个或更多个点处，所述支撑构件的对应于所述膜的所述预定形式的构形在所述膜的所述扩张方向上呈现出局部最大曲率。

4.根据权利要求1、2或3所述的可变形膜组件，其中，在围绕所述支撑构件的至少一个点处或者接近该至少一个点设置有接合构件，在该至少一个点处，所述支撑构件的对应于所述膜的所述预定形式的构形在所述膜的所述扩张方向上呈现出局部最小曲率。

5.根据前述任一权利要求所述的可变形膜组件，其中，所述流体被容纳在包封内，该包封的一个壁由所述可变形膜形成，并且所述调整件能够被操作为用于选择性地调整所述包封内流体的体积。

6.根据前述权利要求1至4中任一项所述的可变形膜组件，其中，所述流体被容纳在可压缩或可膨胀的包封内，该包封的一个壁由所述可变形膜形成，并且所述调整件能够被操作为用于选择性地压缩或者膨胀所述包封以使得所述可变形膜扩张。

7.根据权利要求6所述的可变形膜组件，其中，所述接合构件中的至少一个连接到所述调整件，用于相对于所述固定支撑件在局部最大或最小曲率的相应点处或者接近该相应点移位所述支撑构件，以压缩或者膨胀所述包封。

8.根据前述任一权利要求所述的可变形膜组件，其中，所述接合构件中的至少一个布置成在局部最大或最小曲率的相应点处或者接近该相应点将所述支撑构件保持成大体静止。

9.根据前述任一权利要求所述的可变形膜组件，其中，所述支撑构件包括可弯曲的环。

10.根据权利要求9所述的可变形膜组件，其中，所述接合构件中的至少一个包括从所述环突出的突片。

11.根据权利要求9或10所述的可变形膜组件，其中，所述环的弯曲刚度绕其周向变化，以响应于所述膜的扩张来控制所述环的弯曲。

12.根据前述任一权利要求所述的可变形膜组件，其中，所述预定形式由一个或多个泽尼克多项式的叠加来限定。

13.根据前述任一权利要求所述的可变形膜组件，其中，所述膜的由所述支撑构件保持的边缘是非圆形的。

14.根据前述任一权利要求所述的可变形膜组件，其中，所述接合构件中的至少一个位于在所述支撑构件周围的当所述膜扩张时大体上静止的点处。

15.根据前述任一权利要求所述的可变形膜组件，其中，所述支撑构件包括可弯曲的环，该环具有从在附图中的图5A至图12A中所示的形状中选出的形状，并且所述接合构件位于如在那些图中所示的局部最大或最小曲率的相应点处。

16.根据前述任一权利要求所述的可变形膜组件，其中，当流体的压力最小时，所述膜扩张。

17.一种可变形膜组件，该可变形膜组件包括与流体接触的可变形膜以及用于调整所述流体的压力以使得所述膜扩张的可选择操作的调整件，其中，当流体的压力位于其由所述可变形膜组件允许的最低压力时，所述膜扩张。

18.根据权利要求16或17所述的可变形膜组件，其中，当所述流体的压力在其最小值时，所述膜扩张以形成屈光率在0.1至1.0屈光度的范围内例如0.5屈光度的表面。