CN105974499B - 变焦液体填充透镜机构 - Google Patents

Abstract

本申请涉及变焦液体填充透镜机构，一种机构用于使包括填充有流体的腔的液体填充透镜的光学强度发生变化。蓄液器容纳额外流体，并与腔流体连通，并且机构从蓄液器引出流体进入腔，或从腔引出流体返回进入蓄液器，从而透镜腔内流体量的变化使得透镜的光学强度发生变化。薄膜密封蓄液器，并且塞件冲击薄膜。诸如镜筒螺丝或杠杆的移动装置沿受控方式使塞件移动接近薄膜以增大蓄液器内的压力从而迫使流体离开蓄液器进入透镜腔，并移动远离薄膜以减小蓄液器内的压力从而将流体从透镜腔引出并进入蓄液器。

Description

变焦液体填充透镜机构

分案申请说明

本申请是申请日为2010年2月11日、申请号为201080007891.3、题为“变焦液体填充透镜机构”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及变焦透镜技术领域，具体涉及至少部分地填充流体或液体的消费型眼科透镜。

背景技术

公知人眼的适应能力(即，改变眼睛中自然晶状体的焦距)会随着年龄的增长而逐渐弱化。在35至45岁的年龄范围，人的适应能力弱化至3D(屈光度)或更甚。此时，人眼需要阅读眼镜或一些其他形式的视力校正方式以对近处的对象(例如书或杂志中的文本行)聚焦。随着年龄进一步增长，适应能力跌落至2D以下，此时需要在计算机前工作时或在以中等距离进行一些视觉任务时进行视觉校正。

为了实现最佳的结果及最佳的视觉舒适度，需要使各个眼睛聚焦在同一观察目标(例如，计算机屏幕)上。大部分人需要对各个眼睛进行不同的视觉校正。这些人(被称为屈光参差者)需要对各个眼睛进行不同的视觉校正以在阅读或在计算机前工作时实现最佳的视觉舒适度。已知如果屈光参差者的两个眼睛中任一者未聚焦在同一观察平面上，则最终的屈光参差影像模糊会导致立体感(深度知觉)丧失。立体感丧失是双眼功能丧失的一个最显著征兆。在阅读平面处双眼能力的丧失会导致阅读速度及理解比率下降，并且在连续阅读或于计算机前工作时会加速疲劳感的产生。因此，配有可分别调节的液体透镜的阅读眼镜特别适合丧失双眼功能的个体的视觉需求。

变焦透镜可采取以下形式，即使得一定体积的液体被封闭在柔性透明片之间。通常，两个上述片(一个形成透镜前表面，而另一个形成透镜后表面)直接或通过片之间的载体间接地在其边缘相互连接以形成容纳液体的密封腔。两个片可均为柔性，或一个可以为柔性，而另一个可以为刚性。流体可被引入腔或从腔去除以改变其体积，并且随着液体体积的变化，片的曲率也发生变化，从而使得透镜的屈光度发生变化。因此，液体透镜特别适用于阅读眼镜，即老视者为阅读而使用的眼镜。

至少从1958年开始就已经出现了变焦液体透镜(例如参见对de Swart授权的美国专利号2,836,101)。在Tang等人所著的“Dynamically Reconfigurable Liquid CoreLiquid Cladding Lens in a Microfluidic Channel”，LAB ON A CHIP，Vol.8；No.3，pp.395-401(2008)以及发明名称为“Liquid Lenses with Polycyclic Alkanes”的国际专利申请公开号WO 2008/063442中可找到近期的示例。这些液体透镜通常涉及光电子技术、数字电话及照相机技术以及微电子技术。

已经提出对消费型眼科应用领域使用液体透镜。例如参见对Floyd授权的美国专利号5,684,637以及6,715,876以及对Silver授权的美国专利号7,085,065。这些文献教导了将液体泵入或泵出透镜腔以改变弹性薄膜表面的曲率，从而调节液体透镜的焦点。例如，发明名称为“Variable Focus Optical Apparatus”美国专利号7,085,065教导了由包括两个片材(至少一者为柔性)的流体封套形成的变焦透镜。柔性片材在两个环(两个环例如通过粘合剂、超声波焊接或任意类似工艺及其他方式而直接紧固在一起)之间被保持在位，刚性片材可被直接紧固至一个环。在装配后透镜上贯通钻成孔，以允许利用透明流体来填充柔性薄膜与刚性片材之间的腔。

液体透镜具有很多优点，包括较广的动态范围，提供适应校正的能力，强度高，且成本低。但是，在所有情况下，液体透镜的优点都必须与其缺点(例如，孔径尺寸的限制、渗漏的可能性以及性能不稳定)进行平衡。具体而言，Silver已经揭示了数种用于有效地使流体容纳在用于眼科应用的液体透镜中的改进及实施例，尽管这些改进及实施例并非限制(例如，参见对Silver授权的美国专利号6,618,208，以及其所引用的文献)。已经通过将额外流体注入透镜腔，通过电润湿法，通过应用超声波脉冲并通过利用在引入诸如水的膨胀剂时交联聚合物中的膨胀力，实现了对液体透镜的屈光度的调节。

假定可以克服上述一些限制，那么使液体透镜商品化指日可待。即使如此，现有的液体透镜的体积也过大，对于消费者而言并不美观，消费者需要具有更薄透镜的眼镜以及小框架眼镜。对于通过将液体注入或泵入透镜体而工作的透镜而言，通常需要复杂的控制系统，从而导致这种透镜体积较大，昂贵，且对振动敏感。

此外，目前，现有液体透镜均不能使得消费者自己能够相对于透镜腔引入或去除液体，从而改变其体积以改变透镜的屈光度。此外，现有液体透镜均不能提供相应机构以允许消费者自己能够相对于透镜腔引入或去除液体，从而改变其体积以改变透镜的屈光度。

发明内容

根据本发明的目的，提供了一种机构，用于使变焦液体填充透镜的光学强度产生变化。透镜包括在刚性前侧光学器件与安装至刚性光学器的外周的透明可扩张薄膜之间界定的流体填充密封腔，并且透镜腔内流体量的变化使得透镜的光学强度发生变化。容纳额外流体并且经由流体连通通道与腔流体连通的蓄液器用于通过这里描述的机构使得将流体注入腔或将流体引出腔。

在一些实施例中，该机构包括密封蓄液器的薄膜或隔膜以及致动器，致动器用于响应于作用在致动器上的力或脉冲来使薄膜相对于蓄液器运动，从而增大或减小蓄液器内的压力。蓄液器内增大的压力迫使流体离开蓄液器并进入透镜腔，而蓄液器内减小的压力将流体引离透镜腔并进入蓄液器。

在一些实施例中，致动器具有塞件，其冲击薄膜并沿大致横截隔膜的两个相反方向可移动。塞件沿接近薄膜的方向的移动使得蓄液器内的压力增大，塞件沿远离薄膜的方向的移动使得蓄液器内的压力减小。

可在环内设置在蓄液器与腔之间提供流体连通的连通通道，在环内，薄膜及刚性光学部件的外周至少部分地提供连接。

在其他实施例中，本发明可提供用于眼科应用领域的眼镜片组，其包括框架，包括填充有可变量流体的腔的至少一个变焦透镜，容纳额外流体并与腔流体连通的蓄液器，以及上述用于改变变焦透镜的光学强度的机构。在眼镜片的一些实施例中，蓄液器可被布置在框架中，并可由致动器操作以对至少一个透镜的光学屈光力进行调节。

在一些实施例中，致动器包括使塞件沿接近及远离薄膜的方向移动的移动装置。其可以是沿框架布置的镜筒螺丝，使得沿第一方向旋转镜筒螺丝可移动塞件接近薄膜，沿第二方向旋转镜筒螺丝可移动塞件远离薄膜。镜筒螺丝沿框架同轴移动，并且蓄液器与框架相邻设置。

在眼镜片的一些实施例中，连通通道的至少一部分可布置在框架内以在蓄液器与腔之间提供流体连通。在其他实施例中，连通通道位于框架内的至少一部分包括一系列孔，用于使流体在连通通道与透镜腔之间通过。

参考以下对具体实施例的详细描述以及示出说明这些实施例的附图，可以更好地理解本发明。

附图说明

结合非依比例绘制的附图，根据以下详细描述可更加全面地理解领会本发明的实施例，在附图中类似的参考标号表示对应、类似或同样的元件，其中：

图1A是用在眼镜等中的液体填充透镜的第一实施例的示意性剖视图；

图1B是用在眼镜等中的液体填充透镜的第二实施例的示意性剖视图；

图2是使用液体填充透镜的眼镜设备的实施例的分解示意性剖视图；

图3A及图3B示出了使用液体填充透镜的眼镜设备的实施例的一半的后及前立体图；

图4A是在将流体引入机构之前使用变焦透镜机构的眼镜设备的实施例的组件的分解立体图；

图4B是在将流体引入机构之前使用变焦透镜机构的眼镜设备的实施例的组件的分解剖视图；

图5A是在将流体引入机构之前眼镜设备中的变焦透镜机构的实施例的剖视图；

图5B是在将流体引入机构之后眼镜设备中的变焦透镜机构的实施例的剖视图；

图6A及图6B是对液体填充透镜的性能的图形软件分析；而

图7A及图7B是对液体填充透镜的性能的图形软件分析。

具体实施方式

附图中示出的下述优选实施例是对本发明的说明，而并非意在对本申请权利要求界定的发明范围构成限制。

图1A示出了取变焦透镜10形式的光学设备的第一优选实施例的剖视图，佩戴者沿箭头方向A透过该光学设备进行观察。透镜10由两个光学部件构成，即大致刚性的前侧(即，相对于佩戴者的前方)光学器件11以及作为液体的后侧(即，相对于佩戴者的后方)光学器件15。

前侧光学器件11是优选地由刚性透明衬底制成的大致刚性透镜，该刚性透明衬底例如是洁净塑料或聚碳酸盐、玻璃板、透明水晶板或透明刚性聚合物，例如，双酚A的聚碳酸盐或CR-39(二甘醇双烯丙基碳酸)。前侧光学器件11可由抗冲击聚合物制成，并可具有抗刮涂层或防反射涂层。

在优选实施例中，前侧光学器件11呈新月状，即，在其前侧为凸面，在其后侧为凹面。因此，前侧光学器件11的前表面及后表面沿相同方向弯曲。但是，与校正老视眼(无适应能力)的所有透镜类似，前侧光学器件11在中央较厚，边缘较薄，即，前侧光学器件11的前表面的曲率半径小于前侧光学器件11的后表面的曲率半径，从而前侧光学器件11的前表面及后表面各自的曲率半径相交，从而前表面与后表面自身相交。前侧光学器件11的前表面与后表面的相交部分为前侧光学器件11的外周边缘16。

与现有眼镜透镜类似，在一些实施例中，前侧光学器件11的前表面为球形，即其在其整个表面上具有相同的曲率。在优选实施例中，前侧光学器件11为非球形，具有从透镜中央向外朝向边缘逐渐变化的更复杂的前表面曲率，从而提供较薄的轮廓以及作为观察角度的函数的期望的屈光度分布，在这里，将观察角度定义为在实际视线与透镜的主轴之间形成的角度。

后侧光学器件15是由流体14构成的液体透镜。流体14被局限在腔内，该腔形成于前侧光学器件11的后表面与薄膜13之间，薄膜13连接至前侧光学器件11的那些边缘。薄膜13优选地由柔性透明不渗水材料制成，例如清澈和弹性的聚烯烃，多环芳烃脂肪，聚醚，聚酯，聚酰胺和聚氨酯，例如聚偏二氯乙烯薄膜，包括可商购膜，例如或制造的膜。已经确认上述膜的一个优选方案是由聚对苯二甲酸乙二醇酯制成的专用清澈透明膜。

通过将薄膜13密封至前侧光学器件11的外周或外周边缘16来形成图1A中前侧光学器件11的后表面与薄膜13之间的腔。可通过任意已知方法来将薄膜13密封至前侧光学器件11，例如热密封、粘合剂密封或激光焊接。薄膜13可至少部分地接合至支撑构件，支撑构件然后接合至前侧光学器件11的外周。薄膜13在密封时优选为平坦，但可以热成型为特定曲率或球形结构。

在薄膜13与前侧光学器件11的后表面之间封闭的流体14优选为无色。但是，取决于应用领域，例如期望用于太阳镜，则流体14可染色。具有适用于流体填充透镜的适当的折射率及粘性的流体14例如可以是脱气水、矿物油、甘油和有机硅制品，以及其他已知或用于流体填充透镜的流体。一种优选的流体14由Dow制造，产品名称为704扩散泵油，也被称为硅油。

在一些实施例中，薄膜13对其光学特性并无限制。在其他实施例中，薄膜13对其光学特性(例如折射率)存在限制，以与流体14的光学特性匹配。

在使用时，至少一个透镜10被装配在佩戴者使用的眼镜片组或眼镜框架内。如图1A所示，在轮廓方面，透镜10允许使用者穿过前侧光学器件11及后侧光学器件15两者进行观看，相比于单一的前侧光学器件11，两者共同在透镜10的中央形成了较厚的轮廓以及更强的老视视觉校正。从而使得佩戴者能够调整后侧光学器件15内流体14的量，从而调整透镜10的屈光力。在一些实施例中，如下所述，框架配备有多余流体14的蓄液器以及使蓄液器与透镜10的后侧光学器件15连通的流体路径。眼镜框架还优选地具有调节机构，以允许佩戴者自己调节后侧光学器件15内流体14的量，从而使可引入或排出蓄液器的流体14进入后侧光学器件15，从而根据需要调节透镜10的屈光力。

图1B示出了变焦透镜20形式的光学设备的第二优选实施例的剖视图，佩戴者沿箭头方向A透过该光学设备进行观察。与由两个光学部件构成的图1A中的透镜10不同，图1B中的变焦透镜20由三个光学部件构成，即，大致刚性的前侧光学器件21、作为液体的中间光学器件25以及作为液体的后侧光学器件35。

前侧光学器件21为大致刚性透镜，其结构及设计与图1A中所示的前侧光学器件11类似。与图1A的前侧光学器件11类似，前侧光学器件21也呈新月形，即，前侧光学器件11的前表面及后表面两者均沿相同方向弯曲，并且前侧光学器件21的前表面的曲率半径小于前侧光学器件21的后表面的曲率半径，从而前侧光学器件21的前表面与后表面的相交部分为前侧光学器件21的外周边缘26。但是，前侧光学器件21的后表面的曲率半径大于图1A的前侧光学器件11的后表面的曲率半径。类似的，相比于图1A的前侧光学器件11，前侧光学器件21可略薄于图1A的前侧光学器件11，从而相比于图1A的透镜10保持变焦透镜20大致相同的总厚度。

中间光学器件25是由流体24(其类似于依图1A描述的流体14)构成的液体透镜，流体24被局限在于前侧光学器件21与连接至前侧光学器件21的边缘26的薄膜23之间形成的腔内，薄膜23在结构及设计方面与图1A所示的实施例的薄膜13类似。流体24具有选择的折射率(n₂₃)。

中间光学器件25优选地也呈新月形，使得其前表面及后表面两者均沿相同方向弯曲。自然地，可在制造期间使得前侧光学器件21的后表面形成具有曲率。但是，薄膜23的凹面曲率可通过在将其密封至前侧光学器件21的边缘26时将其热成型为特定曲率或球形形状来实现。这可通过使在薄膜23与前侧光学器件21的后表面之间形成的密封腔内的压力降低来实现。因此，前侧光学器件21的后表面的曲率半径小于薄膜23的曲率半径，并且前侧光学器件21的后表面与薄膜23相交的部分是前侧光学器件21的外周边缘26。

后侧光学器件35是由流体34(其类似于依图1A描述的流体14)构成的液体透镜，流体34被局限在于薄膜23与薄膜33之间形成的腔内。流体34具有选择的折射率(n₃₄)。

薄膜33在结构及设计方面与根据图1A所示的实施例所描述的薄膜13类似。薄膜33也可连接至前侧光学器件21的边缘26，但晚于连接的薄膜23，即在薄膜23的边缘之上。替代地，可以使用一个或多个环或半环来提供座以密封薄膜23及薄膜33。

在密封时薄膜33优选平坦，但其可热成型为特定曲率或球形形状。在优选实施例中，中间光学器件25内的正压力低于后侧光学器件35内的正压力。后侧光学器件35内更大的正压力控制薄膜23的形状以及于前侧光学器件21的后表面与薄膜23之间的腔内的中间光学器件25以及于薄膜23与薄膜33之间的腔内的后侧光学器件35各自的屈光力。

在使用时，至少一个透镜20被装配在设计用于佩戴者使用的眼科应用领域的眼镜片组或眼镜框架内。如图1B所示，在侧面，透镜20允许使用者看透前侧光学器件21、中间光学器件25及后侧光学器件35全部，相比于单一前侧光学器件21，这三者一起提供了透镜20中央处更厚的轮廓以及更强的老视视觉校正。在一些实施例中，使得佩戴者能够调节中间光学器件25内的流体24的量或后侧光学器件35内的流体34的量，或同时调节两者的量，从而调节透镜20的屈光力。在一些实施例中，如下所述，框架配备有流体24的蓄液器及流体34的蓄液器，或配备有两者的蓄液器，并配备有将各个蓄液器连通至透镜20的中间光学器件25或后侧光学器件35的流体路径。眼镜框架还优选地具有一个或多个致动器或调节机构，以允许佩戴者自己分别调节中间光学器件25及后侧光学器件35内流体24及流体34的量，从而可使引入或排出各自蓄液器的流体24及流体34进入中间光学器件25及后侧光学器件35，从而根据需要调节透镜20的屈光力。

具有更多光学部件的光学设备的其他实施例也是可行的。除了由一个刚性光学器件及一个液体光学器件构成的图1A中的透镜10以及由一个刚性光学器件及两个液体光学器件构成的图1B中的透镜20之外，光学设备还可以由一个刚性光学器件与超过两个液体光学器件构成。在这里并未示出的上述实施例可为使用者提供便利，并可允许相比于依图1A及图1B描述的实施例更精密及复杂的眼科调节。

因此，在优选实施例中，可将透镜10或20应用于眼镜片。优选地，用于左右眼的透镜10或20被独立设计，并能够由佩戴者分别对各个眼镜片透镜进行调节。在这种情况下，优选地使分离的液体蓄液器与各个透镜流体连通，即，通过其自身液体路径完成连接。在最优选的实施例中，包括液体透镜的液体透镜组件、蓄液器以及上述液体一同构成密封系统，从而使水的侵入或液体的蒸发或渗漏最小化。在期望调节屈光力时，液体被使用者生成的一些力驱动，从而引入或从各个蓄液器排出进入流体光学器件。通过腔与蓄液器之间的液体传输来实现对液体透镜的屈光力的调节机构。

图2示出了使用液体填充透镜的眼镜片或眼镜1的实施例的分解示意性剖视图。眼镜1具有框架或透镜支撑体5，变焦透镜布置在框架5内。为了简化起见，图2仅示出了具有两个眼镜片(即，每只眼睛一片)的眼镜组的一侧(左侧)。此外，图2示出了仅具有一个流体光学器件(例如，类似图1A的透镜10)的变焦透镜。为了简化起见，在这里依具有一个流体光学器件的透镜10的实施例来描述眼镜的不同实施例。在图2的分解图中可见前侧光学器件11及薄膜13，并且还示出了同前侧光学器件11与薄膜13之间形成的腔流体连通的一个蓄液器6。

类似的，图3A及图3B示出了用于使用液体填充透镜的眼科应用领域的眼镜设备1的设计的实施例的左侧眼镜片部分的后侧及前侧立体图。图3A及图3B中的眼镜部分由用于支撑透镜10的框架5及眼镜腿4构成。如果使用者的右侧眼镜片也需要眼科调节，则右侧眼镜片大致与左侧呈镜像关系。因为液体透镜到蓄液器的连接位置可彼此呈镜像关系，故独立设计用于左右眼的透镜10或20。

在图2的分解图中可见前侧光学器件11及薄膜13，并且示出了同眼镜1与薄膜13之间形成的腔流体连通的一个蓄液器6。如图3A，图3B，图4A及图4B中详细示出，示出了眼镜透镜10的组件(即，前侧光学器件11及薄膜13)以及其中安装组件的环8。在一些实施例中连接至框架5或框架5内的蓄液器6具有中空腔，其容纳可通过流体连通通道被注入透镜10的多余流体14。蓄液器6内的多余流体14优选地并非完全填满蓄液器6，以允许将来自透镜10的额外流体14引入蓄液器6。

如图3A及图3B所示，蓄液器6具有机构或致动器7以将流体14注入或引出液体透镜光学器件15。在一个实施例中，蓄液器6由刚性材料制成，并装配有机械地连接至调节机构或致动器7(例如指轮(thumb wheel)、镜筒(barrel)、钳(clamp)或杠杆)的活塞，致动器7或连接至透镜保持器框架5或连接至眼镜的眼镜腿4。如图4A及图4B所示，在致动器7是与眼镜腿4同轴地布置的镜筒的实施例中，可通过旋转镜筒状致动器7来迫使流体通过流体通道离开蓄液器6并进入透镜10。在一些实施例中，一旦透镜10的光学能力由致动器7调节，就可改变或禁用致动器7，以防止佩戴者对透镜10的光学特性的调节。

图4A及图4B是分解立体图及剖视图，其详细示出了在将流体引入机构之前，使用变焦透镜机构的眼镜组件的实施例的左侧眼镜片及框架的组件。如图1A所示，透镜10由前侧光学器件11及薄膜13形成，并且透镜10的后侧光学器件15与蓄液器6流体连通，蓄液器6示出为可保持流体14的中空的井部。

蓄液器6与透镜10的腔(即，后侧光学器件15)流体连通，并通过流体通道31将流体14注入后侧光学器件15，流体通道31可以是将蓄液器6连接至透镜10的腔的任何管路或通道。上述流体通道31可以是从蓄液器6至后侧光学器件15延伸最短可能距离的短管。但是，因为流体14的粘性，仅具有一个进入后侧光学器件15的入口位置的流体通道容易限制流体14从蓄液器6流向后侧光学器件15，从而影响实现期望的眼科变化的时间。即使该流体通道31足够宽，从而流体14可足够迅速地流动，仅存在一个进入后侧光学器件15的入口位置也不能够使流体14足够迅速地在后侧光学器件15内均匀分布，从而不利于以期望的速度来实现期望的眼科变化。

在一个优选实施例中，流体通道31具有超过一个将流体14注入后侧光学器件15的位置。在一个实施例中，如上所述，在蓄液器6与后侧光学器件15之间提供流体连通的流体通道31可取中空环8的形式。环8可以环8内中空空间的形式来界定流体通道。在一个实施例中，如图4B所示，可以设置在透镜支撑体或框架5内的环8可以设置沿环8的内表面布置的一系列径向孔或开口，液体可通过其被注入后侧光学器件15。径向孔优选地以固定间隔分布，或更优选的以彼此之间的最佳间距分布，从而以受控的速率来输送流体14。在一些实施例中，环8并未围绕透镜10完全延伸，而例如仅围绕透镜10的顶部延伸。例如可能因为时尚因素而这样做，从而使用者无需佩戴看似笨重的框架。在这种实施例中，径向孔沿环8的上述部分的内侧表面布置，从而仅从其顶边缘将流体14注入透镜10。

如图4B所示，环8可通过短流体连通通道31与蓄液器6流体连通。在一些实施例中，与图1B的透镜20类似，眼镜1具有超过一个液体光学器件，每一个液体透镜腔均可设置有蓄液器6，其分别与透镜20的各个腔流体连通。各个液体透镜腔也可设置有专用环8，从而液体通道对于各个腔保持分离。

除了对后侧光学器件15提供流体连通之外，作为密封柔性薄膜的座的环8还实现附加功能，即提供接合薄膜13的具有限定宽度及倾角的平台。在一个实施例中，环8的表面呈椭圆体以提供稳定的平坦座，用于密封在一侧的前侧光学器件11上以及另一侧的柔性薄膜13上。在该实施例中，为了避免流体14从透镜10渗漏，环8必须被密封至前侧光学器件11并密封至柔性薄膜13。将环8密封至前侧光学器件11及柔性薄膜13的处理可涉及使用诸如环氧粘合剂的粘合剂或可涉及焊接处理，包括激光焊接处理。激光焊接处理的一个优选方法涉及使用涂布至界面的吸收激光染料溶液来在界面位置实现对激光能量的有效吸收。激光焊接的优选宽度介于0.5mm至2.0mm之间，更优选地为眼镜1.0mm。

在眼镜1的一个实施例中，透镜10的直径约为39mm。但是，因为会利用透镜10的边缘来在前侧光学器件11与薄膜13之间或在透镜10与框架5之间形成接合部，故光学清洁区域大致略小于约35mm。环8的外径为2.0mm，内径为眼镜1.0mm。环8的内表面(即，面向腔)设置有径向布置的直径例如为1mm的开口。

如图4B所示，优选地利用柔性热塑薄膜27来覆盖并密封蓄液器6。薄膜27可由聚酰亚胺或热塑性弹性体(TPE)制成，优选TPE。薄膜27可与薄膜13使用相同材料。但是，在一些实施例中，当薄膜27无需透明时，薄膜27可使用与薄膜13不同的材料。

在一个实施例中，薄膜27可注塑成型或热成型以填充蓄液器6内部的空间。薄膜27可连接或接合至蓄液器6的内表面，使得薄膜27类似于衬垫或气球以隔膜的形式向外膨胀超出蓄液器6的顶部。此组件的细节在图5A及图5B中更清楚地示出。在另一实施例中，薄膜27可以连接或接合或形成配合在蓄液器6的外边缘上。

薄膜27在蓄液器6上形成气密及液密密封。在一些实施例中，薄膜27向上伸出以在蓄液器6的顶部上方形成泡。通常，透镜10的蓄液器6、液体连通通道31、环8及后侧光学器件15全部的总内部容积一起形成单一密封空间，在所有时间均大致充满流体。当薄膜27的向外膨胀部分被向内压入蓄液器6时，蓄液器6内的容积减小，从而薄膜27在蓄液器6内产生正压力，迫使流体14离开蓄液器6，通过液体连通通道31及环8，并进入透镜10的后侧光学器件15。类似的，当薄膜27的向外膨胀部分从蓄液器6向外拉出时，蓄液器6内的容积增大，从而薄膜27在蓄液器6内产生负压力，将流体14从透镜10的后侧光学器件15通过液体连通通道31及环8拉入蓄液器6。

可利用致动器7，通过已知的方式来将薄膜27向下压入蓄液器6或从蓄液器6向上拉出。通过薄膜27的这种运动，可从蓄液器6排出流体14或将流体14引入蓄液器6。因为蓄液器6内流体量的变化也将引起透镜10内流体14的量的变化，故可以改变透镜10的光学特性。

在图4A及图4B所示的实施例中，致动器7包括布置在薄膜27紧外侧并冲击薄膜27的塞件28以及使塞件28移动的移动装置。塞件28沿接近薄膜27的方向的移动使薄膜27上及蓄液器6内的压力增大，并且塞件28沿远离薄膜27的方向的移动使薄膜27上及蓄液器6内的压力减小。塞件28可沿大致横截薄膜27的两个相反方向移动，并且由于作用在移动装置上的力或脉冲，塞件28通过相对于薄膜27的移动而在蓄液器6上施加压力。移动装置可以是使塞件28进行受控、可调及渐进运动的任意装置，例如螺丝、杠杆、滑动机构等。

在图4B所示的实施例中，致动器7的移动装置取镜筒螺丝29的形式，其同轴螺纹连接至框架5上的眼镜腿4，并同轴螺纹连接至塞件28，从而使塞件28沿接近及远离薄膜27的方向移动。致动器7的移动装置沿第一方向的致动(即镜筒螺丝29根据其螺纹的旋转)使得塞件28向内朝向薄膜27移动，从而向内将薄膜27压入蓄液器6并在蓄液器6内产生正压力。蓄液器6内的该正压力挤压流体14离开蓄液器6，通过液体连通通道31及环8，并进入透镜10。在一些实施例中，塞件28迫使薄膜27向后深深进入蓄液器6，使得薄膜27几乎与蓄液器6的底部接触。

相反，致动器7的移动装置沿与第一方向相反的方向的致动(即镜筒螺丝29根据其螺纹的旋转)使得塞件28移动远离薄膜27，从而允许薄膜27移动远离蓄液器6并在蓄液器6内产生负压力。蓄液器6内的该负压力将流体14从透镜10拉出，通过液体连通通道31及环8，并进入蓄液器6。通过镜筒螺丝29沿第一方向或沿与第一方向相反的方向的旋转，流体14可从蓄液器6被排出进入透镜10，或以从透镜10被吸入蓄液器6，从而改变透镜10的光学特性。

通过致动器7，通过应用力来实现蓄液器6与液体填充腔(即，透镜10的后侧光学器件15)之间的液体传输。因为包括腔15、蓄液器6及通道31/环8的整个流体隔室被密封并彼此连通使得其内压力相同，故不存在普遍的需求要防止流体14从腔回流至蓄液器6。在这种情况下，致动器7可以为单向，即，其仅用于沿一个方向移动塞件28，迫使流体14进入透镜10，或者将流体14拉出透镜10。在这种实施例中，可以采用齿轮(未示出)以防止致动器7的动作反向。致动器7通常在佩戴者需要产生额外的眼科屈光力时被手动调整。替代地，可以响应于来自传感器(其识别出需要额外的屈光力并为此发出信号)的信号，通过应用电气、磁力、声学或热力来自动调节致动器7。

必须在使用眼镜1之前对由透镜10的蓄液器6、液体连通通道31、环8及后侧光学器件15构成的单一密封空间的密封内部容积进行填充。在一个实施例中，通过注入升温(优选范围为45-90℃，更优选为65-80℃)流体14来在密封眼镜1之前初始填充内部容积。如图4B及图5A所示，可通过一个或多个入口(例如蓄液器6下方的入口30A或环8远边的入口30B，或两者)来进行对内部容积的填充。优选地利用新鲜的去气流体在真空环境下完成对内部容积的填充，从而使得密封内部容积中包含的空气最少。实际上，优选地在密封内部容积中不存在空气，即处于真空，使得致动器7将仅使流体14移动进入及离开透镜10。一旦将眼镜组件1密封，就可以密封或去除入口30A及30B，在入口30A及30B的位置处不遗留流体14或空气的出口。图5A示出了在将流体引入机构之前的眼镜组件，还保留有入口30A及30B，而图5B示出了在将填充流体及密封之后的眼镜组件，已经对入口30A及30B进行了密封。

液体透镜的光学及机械设计在实现了其主要功能(即使得能够在尽可能广的范围内对光学能力进行调节)的同时不会过分影响外观、耐用性或光学性能。设计的目的在于优选地通过减小其厚度来使透镜10的体积减小。液体透镜的厚度取决于前侧光学器件11的后表面的曲率以及透镜系统的直径。考虑将前侧光学器件11的后表面的表面形状作为输入的有限元模型(FEM)、需要的可调屈光力范围以及在薄膜13平坦时流体14层的厚度，来设计液体透镜的尺寸。

例如，在一个实施例中，涵盖了从1.25D至3.25D的屈光力范围的液体透镜系统由具有零球形屈光力的前侧光学器件11构成。取决于用于制造前侧光学器件11所使用的材料的折射率，前侧光学器件11的曲率半径的优选范围介于100mm至700mm，更优选地介于500mm至600mm。前侧光学器件11的厚度的优选范围为0.7mm至2.5mm，更优选地介于1.0mm至1.5mm，最优选地约为1.3mm。公知在远离其中心时会影响光学器件提供的有效屈光力的球差会取决于观察角度及中心位置的屈光力。对于直径为30-40mm的光学器件(其控制最大观察角度)以及对于1.0D至5.0D的傍轴屈光力而言，预期的屈光力的离轴偏差约为0.25-0.50D。

透镜10(前侧光学器件11及后侧光学器件15)的优选实施例具有在中心1.21D的屈光力，后侧光学器件15的液体层在中心位置具有介于0.7mm至1.5mm的厚度，优选为1.3mm。透镜10的直径为35mm，而薄膜13的曲率半径为无穷大，因为薄膜13以平坦方式被接合。液体透镜中流体的总体积约为1.35mL，而在蓄液器内存在0.350mL的额外容积。

当通过将更多流体14注入蓄液器6的腔而使得后侧光学器件15中的流体14的压力增大时，透镜10的屈光力减小。当透镜屈光力达到3.25D时，薄膜13的曲率半径为274mm。需要300微升(0.30mL)的流体14以达到形成薄膜13需求形变(膨胀)程度所需的正压力级别。

研发出了机械有限元模型(FEM)以预测增大整个透镜的屈光力所需的压力以及实现的薄膜13的偏移。对于薄膜13的两种厚度(23微米和46微米(1和2mil))并对于薄膜13的三种不同拉伸模量值(即，2.0GPa，3.0GPa及4.0GPa)来建立模型。图6A及图6B示出了FEM模型的输出，显示了通过将流体注入具有三种优选构造的液体透镜而产生压力。

图6A及图6B示出了随着流体被泵入并且压力增大，薄膜13发生弹性形变，使得其中心向外偏移。很明显在该材料的形变的弹性范围内能够很好地实现2.0D的屈光力提高。实际上，因为屈光力的增大大致与在该范围薄膜中心的偏移成线性关系，故FEM模型预测小于1mm的中心偏移会使得在38mm光学器件中4D的屈光力的增大，同时仅在偏移达到3mm时达到弹性极限。此外，形变薄膜的形状在整个弹性范围内保持为合理的球形。

公知的液体透镜或具有液体透镜的混合透镜的缺陷是增大一定的屈光力所需的流体量会随着光学器件的直径而显著增大。此问题已经将液体透镜的应用领域限制至仅用于小孔径的光学器件，从而阻碍了其在眼科透镜应用领域的广泛应用。这因FEM模型(图7A)的预测而引起，其显示如果光学器件直径从32mm增大至38mm，则在1.21D的基础屈光力上增加2.0D的光学屈光力所需的流体体积需要增加一倍。但是，因前侧光学器件从260mm增大至500mm，故上述体积减小两倍。对于特定框架所需的光学器件直径，申请人已经使用FEM模型获得了的刚性光学器件的前曲线的最佳曲率。

还需要使薄膜13承受较小的正压力以确保液体透镜的稳定光学性能。该正压力可防止起皱，并防止流体14在腔的底部的重力集中而影响光学屈光力。即使在通过从蓄液器注入额外流体也未提高光学屈光力时，也使用FEM模型来估计稳定工作所需的最小正压力量。图7A及图7B示出了FEM模型的结果，显示为了实现一定的屈光力增大所需的流体体积的增大，其取决于优选实施例中的光学器件直径及前侧曲率半径。

申请人通过测试确认，对于被具有3GPa系数的薄膜23微米厚Mylar薄膜覆盖的38mm光学器件而言，防止起皱所需的最小压力约为3毫巴(mbar)。对于重力集中影响进行建模显示约2mbar的正压力将消除重力。此外，温度变化也会改变在液体透镜内产生的正压力，并将影响液体透镜的光学性能。基于这些考量(包括模型预测及测试结果)，确定10mbar的正压力将足以确保在各种应用条件下薄膜保持伸展。可通过将基础屈光力降低至所需屈光力变化范围之下，或通过改变薄膜的厚度，来实现上述正压力量。确认对于38mm的光学器件直径，系数为3GPa且厚度为200微米的薄膜需要约10mbar的正压力以保持0.25D的屈光力增量。柔性薄膜增大的厚度提高了其耐用性及强度，而不会过度增加整个透镜的厚度。

因此，已经提供了用于操作液体填充透镜的机构。本领域的技术人员将理解可通过不同于上述实施例(其仅用于说明而非限制)的方式来实施本发明，并且本发明仅受限于所附权利要求。

Claims (10)

1.一种用流体对液体填充透镜机构的内部容积进行填充的方法，所述方法包括以下步骤：

在所述透镜机构的所述内部容积中产生真空，所述内部容积包括蓄液器和液体填充透镜的内部；

对所述流体进行去气；

用所述去气流体对所述内部容积中的所述真空进行填充；以及

密封所述内部容积。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在密封所述内部容积之前升高所述流体的温度的步骤。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，升高所述流体的温度的步骤包括将所述流体的温度升高至从45℃至90℃的范围内的步骤。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，升高所述流体的温度的步骤包括将所述流体的温度升高至从65℃至80℃的范围内的步骤。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述流体为硅油。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述内部容积由具有至少一个柔性部件的结构形成。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述内部容积中的所述真空进行填充的步骤包括通过所述液体填充透镜机构中的入口用流体对所述内部容积进行填充的步骤。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，密封所述内部容积的步骤包括在对所述内部容积进行填充之后封闭所述入口的步骤。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，密封所述内部容积的步骤包括在对所述内部容积进行填充之后去除所述入口的步骤。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述内部容积中的所述真空进行填充的步骤包括通过所述液体填充透镜机构中的多个入口用流体对所述内部容积进行填充的步骤。