CN108369298A - 充有液体的可调透镜组件以及用于组装该透镜组件的方法 - Google Patents

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Abstract

一种组装充有液体的可调透镜组件的方法，包括：将弹性体薄膜双轴张紧至大于180N/m的表面张力，典型地大于1000N/m；对张紧的薄膜进行热处理，例如在大约80℃下持续1小时，以加速薄膜松弛；将薄膜安装至外周支撑结构，同时保持薄膜上的张力；将经安装后的薄膜与一个或更多个其它部件进行组装以形成封装，该薄膜形成封装的一个壁；并且之后以液体填充封装。薄膜可以由芳香族聚氨酯形成，而液体可以为苯基化硅氧烷。在一些实施方案中，薄膜能够在至少12个月的时段内保持至少180N/m的大致不变的表面张力。薄膜的至少一个表面可以涂覆有硬质涂覆层，例如带有二氧化硅纳米颗粒填充剂的经交联聚氨酯丙烯酸酯，以提供防划性。通过向预先张紧的薄膜上施加涂覆层，薄膜中的张力的“平复”松弛使涂覆层受到压缩，这抵抗薄膜中的张力，以减轻由薄膜施加至沿其边缘保持所述薄膜的外周支撑结构的双轴线张力。

Description

充有液体的可调透镜组件以及用于组装该透镜组件的方法
技术领域
本发明涉及一种充有液体的可调透镜组件，其包括拉伸的弹性体薄膜(membrane)，薄膜的一面形成透镜表面，而其相反面布置为与一份不可压缩的液体连续地接触，以用于控制薄膜的形状；本发明尤其关于组装这样的充有液体的可调透镜组件的方法，其中，薄膜能够在长的使用期中保持张力。在另一方面中，本发明提供一种在这种充有液体的可调透镜组件的薄膜的一个面上形成硬质涂覆层的方法，并且尤其关于这样的包括预先张紧的弹性体薄膜的充有液体的可调透镜组件：所述薄膜在其至少一面上具有涂覆层，该涂覆层处于压缩状态以至少部分地缓解由张紧的薄膜施加在外周支撑结构上的力，所述外周支撑结构例如为一个或更多个可弯曲的环，所述环沿薄膜的边缘而保持所述薄膜。
背景技术
从WO 96/38744 A1，WO 98/11458 A1，WO 99/47948 A1，WO 01/75510 A1，WO 02/063353 A2，WO 2006/055366 A1，WO 2007/049058 2，WO 2008/007077 A1，WO 2008/050114A1，WO 2009/125184 A2，WO 2013/144533 A1，WO 2013/144592 A1，WO 2015/044260A1，US5371629 A和US 6040947 A已知充有液体的可调透镜组件。根据这些公开中的每一个，透明弹性薄膜保持在张力下，与一份液体接触，以用于控制薄膜的形状。通常，液体容纳在密封封装中，薄膜形成封装的一个壁。薄膜具有连续地接触液体的内部面以及形成透镜的光学表面的外部面，透镜的光学倍率与薄膜的曲率相关。
如同在WO 91/17463 A1，WO 96/38744 A1，WO 98/11458 A1，WO 99/47948 A1，WO01/75510 A1，WO 02/063353 A2，WO 2007/049058 2，WO 2008/007077 A1，WO 2008/050114A1或WO 2009/125184 A2中公开的那样，在一类充有液体的可调透镜(“液体注入”)中，调节量的液体选择性地注入封装中或从封装中抽出，而使薄膜向封装外扩张或向封装内收缩，以调整薄膜的曲率。如同在WO 91/17463 A1，WO 2006/055366 A1，WO 2013/144533 A1，WO2013/144592 A1，WO 2015/044260 A1，US 5371629 A或US 6040947 A中公开的那样，在另一类充有液体的可调透镜(“液体压缩”)中，液体的体积保持不变，但封装是可压缩的，从而能够通过使封装压缩或膨胀而调整液体在封装内的分布，而使弹性薄膜向封装外扩张或向封装内收缩。
本领域已知以各种不同类型的功能性涂覆层(包括防划、防UV、防反射和有色涂覆层)来涂覆透镜。能够通过气相沉积而应用例如OF 210(Canon Optron股份有限公司)的氟化聚合物材料，而形成疏水和/或疏油的涂覆层。
可以在眼镜中使用充有液体的可调透镜组件，从而使得能够调整一个或两个透镜的光学倍率。在一些带有可调透镜的眼镜中，可以设置与一个或两个镜片相关联的可选择性操作的控制机构，从而使穿戴者能够连续地调整其光学倍率。在眼镜上使用这种透镜对可以用于薄膜的材料提出了若干特殊的要求。特别地，除了轻薄、有弹性和透明(至少在整个可见光谱)之外，薄膜材料还必须无色、毒性低以及挥发性低；其应当是惰性的，在高温下稳定，并且在其工作温度的正常范围内不出现相变。其还应当表现出低的微生物生长性。进一步地，薄膜材料必须能够形成精确稳定的光学表面。理想地而非必要地，薄膜材料还可以具有与液体的折射率相同或相似的折射率。适宜地，液体具有高的折射率(理想地至少大约1.45或高于1.5，例如大约1.58±0.02)，从而使得透镜不会过度地厚。
当在眼镜中使用时，弹性薄膜通常在竖直方向使用，这在液体内产生液静压力梯度(hydrostatic pressure gradient)；在穿戴者移动时，弹性薄膜可能经历达到大约50℃的温度变化以及运动。可取地，薄膜应当预先张紧至这样的表面张力：该表面张力足够大，以将由液体内的液静压力梯度以及随着穿戴者移动由惯性而导致的液体在封装内的位移所导致的透镜的从顶部到底部的光学倍率的变化减轻至光学上不可测的程度。即便经历周围温度的波动并且保持与液体持续接触，薄膜也应当能够稳定地保持张力，以在长的时间段内提供大致不变的负载，所述长的时间段至少等于眼镜的预期寿命，其通常会为大约数年。
WO 2013/144592 A1和WO 2015/044260 A1公开，聚对苯二甲酸乙二醇酯(例如)、聚酯、硅酮弹性体(例如聚二甲基硅氧烷)、包括经交联聚氨酯(例如)的热塑性聚氨酯为适合用于可调透镜组件中的薄膜材料，而例如三甲基五苯基三硅氧烷和四甲基四苯基三硅氧烷的硅油为适合的液体。特别地，热塑性聚氨酯满足上述的许多特殊要求，这使其特别适合用作可调透镜中的薄膜。然而，热塑性聚氨酯的问题在于硅油渗入薄膜材料中，使得薄膜发胀(swell)并失去张力。
发明内容
本发明的主题为提供上述类型的充有液体的可调透镜组件，其中，薄膜能够在至少12个月的时段内保持不变的表面张力，所述表面张力足以将由液体内的液静压力梯度以及由于惯性作用导致的液体在封装内的任何位移所导致的在透镜上的光学倍率的任何变化减轻至光学不可测的水平。优选地，即便透镜组件经历50℃的温度波动，薄膜也能够保持该表面张力。
根据本发明的第一个方面，提供一种组装充有液体的可调透镜组件的方法，其包括：将弹性体薄膜双轴张紧至大于180N/m的表面张力；对张紧的薄膜进行热处理以加速薄膜的松弛；将薄膜安装至外周支撑结构而同时保持薄膜中的张力；将经安装的薄膜与一个或更多个其它部件进行组装以形成封装，其中该薄膜形成封装的一个壁；并且随后以液体填充封装。
可以将薄膜双轴张紧至至少450N/m或至少500N/m的初始表面张力。在一些实施方案中，薄膜可以双轴张紧至至少1000N/m的初始表面张力。例如，薄膜可以双轴张紧至大约1200N/m的初始表面张力。
在一些实施方案中，可以在至少70℃或至少80℃的温度下处理薄膜。可以处理薄膜至少30分钟，或至少60分钟。适宜地，在将薄膜安装至支撑结构之前实施热处理步骤。
薄膜的热处理可以起到加速薄膜的松弛的作用。取决于薄膜的初始表面张力，薄膜材料的性质以及热处理步骤的具体条件，在热处理后，薄膜的残余表面张力可以在大约180-550N/m的范围内。
可以在至少一个表面上以阻隔材料涂覆薄膜，以形成可以用于防止或延缓液体通过的阻隔层。在一些实施方案中，可以在薄膜的内部面上涂覆阻隔材料，所述内部面在完成的组件中接触液体。在这种设置下，阻隔层可以起到防止或延缓液体渗入薄膜的作用。
可替选地，阻隔材料可以涂覆在薄膜的外部面上作为保护层，所述外部面在完成的组件中设置在封装外侧，不直接接触封装中的液体。在一些实施方案中，薄膜的外部面可以暴露至空气。薄膜可以在其内部面上不涂覆阻隔材料，从而使得液体能够渗入薄膜材料中。通过在薄膜的外部面上设置保护层，防止了从封装渗入薄膜中的任何液体通过薄膜的外部面从薄膜漏出；所述漏出是不期望的，因为其可能损害透镜的光学品质，例如通过在外表面上形成液滴。
如上文所公开的，可以在热处理步骤之后将阻隔材料施加至经安装的薄膜的内部面或外部面。便利地是，可以在经安装的薄膜与其它部件组装以形成封装之前将材料涂覆在经安装的薄膜上。如果需要，可以在此阶段将例如防反射涂覆层的其它涂覆层施加至薄膜的外部面。如同本领域所已知的，这些其它涂覆层可以是单层的或多层的涂覆层。
阻隔材料可以包括用于防止或延缓液体通过的任何适当材料。阻隔材料的选择可以取决于具体所使用的液体。阻隔材料的折射率并不重要，除非其为防反射材料，和/或足够厚以改善薄膜的表面品质，例如与薄膜折射率匹配的自平整涂覆层。其应当能够良好地粘合至薄膜，并且应当不会黄变。可取地，阻隔层应当尽可能薄。在一些实施方案中，阻隔层的厚度可以小于20nm，例如大约10nm。在一些实施方案中，阻隔材料可以包括氟化聚合物或疏水(疏油)聚合物。适宜地，所述阻隔材料可以选自下述材料：乙烯乙烯醇(EVOH)、聚偏二氯乙烯(PVDC)、氧化硅(SiOx)、聚丙烯酸酯、基于无机物的涂覆层(例如MgF2)以及掺杂聚合物(例如碳掺杂的PTFE)。优选PTFE的基于氟的聚合物同系物(例如OF 210，其可以从CanonOptron股份有限公司购入)。
在如下文将详细地描述的本发明的特殊方面中，阻隔材料可以包括功能化的聚合物，例如丙烯酸酯封端的聚氨酯。在一些实施方案中，阻隔材料可以包括例如二氧化硅纳米颗粒的填充剂。在一些实施方案中，阻隔材料可以包括丙烯酸改性的聚氨酯二氧化硅混合涂覆层。
可以通过本领域已知的多种不同技术将阻隔材料施加至薄膜的内部面或外部面，而在一些实施方案中，可以在真空下使用物理气相沉积(PVD)。可以通过超声波喷涂将丙烯酸改性聚氨酯阻隔材料的涂覆层施加至薄膜的面，以获得0.5μm-1.5μm范围内的厚度。
在允许液体渗入薄膜材料的实施方案(例如薄膜的内部面没有任何阻隔层的实施方案)中，液体进入薄膜材料会导致薄膜逐渐地发胀并松弛，相当于多达大约5％的应变消除。薄膜可以吸收多达其自身重量的约20％的液体。在这种实施方案中，可以选择薄膜的初始表面张力，从而使得在热处理后的残余表面张力降至大约350-550N/m。随着液体渗入薄膜材料中，薄膜中的表面张力可以进一步下降。只要表面张力保持在大约180N/m之上，这就是可以接受的。在一些实施方案中，在液体渗入薄膜材料后，薄膜的表面张力可以稳定于最终表面张力，所述最终表面张力在大约180-300N/m的范围内，优选地在200-300N/m的范围内。
在一些实施方案中，可以在至少约40℃的温度下培育完成的组件以加速薄膜对液体的吸收。在一些实施方案中，可以在大约50-51℃的温度下培育完成的组件。适宜地，可以对完成的组件培育至少大约12小时，优选地培育24小时。
有利地，已发现，即便布置为连续地与液体接触并经历大约50℃的工作温度的变化，在根据本发明的方法进行双轴张紧和热处理的情况下，薄膜能够在至少12个月的时段内(典型地至少2年)保持足够恒定的至少大约180N/m的张力。在此，“足够恒定”意指在所述时段期间，薄膜中的张力的变化不超过约25％，优选地不超过20％。
根据本发明的第二个方面，提供一种充有液体的可调透镜组件，其包括充有液体的封装，所述封装的一个壁由安装至外周支撑结构的张紧的弹性体薄膜形成；其中，所述薄膜由所述液体浸透，在薄膜的外部面涂覆有对于所述液体的阻隔层，并且所述薄膜保持至少180N/m的大致不变的表面张力。
如上所述，所述薄膜可以保持多达薄膜的重量的大约20％的液体。
根据本发明的第三个方面，提供一种充有液体的可调透镜组件，其包括充有液体的封装，所述封装的一个壁由安装至外周支撑结构的张紧的弹性体薄膜形成；其中，所述薄膜在薄膜的内部面涂覆有对于所述液体的阻隔层，并且所述薄膜保持至少180N/m的大致不变的表面张力。
典型地，本发明的第三个方面的充有液体的可调透镜组件的薄膜中没有液体。
在一些实施方案中，薄膜可以在至少12个月的时段内保持至少180N/m的大致不变的表面张力。如上所述，这意味着所述时段期间薄膜的表面张力的变化不超过约20％。
适宜地，薄膜材料的玻璃转化温度应当低于透镜的通常工作范围，优选地低于约-5℃，并且其弹性模量在10-200MPa的范围内。薄膜应当光学透明并且无毒。在一些实施方案中，薄膜的折射率可以为大约1.5。本领域技术人员可以使用各种适合的聚合物材料，包括经交联氨基甲酸酯以及硅酮弹性体，例如聚(二甲基硅氧烷)。尤其优选热塑性芳香族聚氨酯(TPUs)。
热塑性聚氨酯由嵌段共聚物分子形成，其平分为分别对应于晶体和非晶区域的硬区域和软区域。正是具有高延展性和低玻璃转化温度的柔性非晶链段作为一方面，以及具有高熔点的刚性晶体链段作为另一方面的结合使材料具有弹性体性质。通过改变晶相的比率，能够大范围地改变例如硬度、强度、刚度、延展性和低温柔性的性质。适宜地，可以由芳香族聚氨酯的片层形成薄膜，其也具有良好的微生物抗性。在一些实施方案中，聚氨酯片层可以有利地由聚醚或聚酯芳香族聚氨酯构成。
如同US 2008/0207846 A1(其内容通过引用而并入本文)中所公开的那样，热塑性聚氨酯可以这样制造：将(a)异氰酸酯与(b)对异氰酸酯呈反应性并具有500至10,000的分子质量(molecular weight)的化合物以及(如果适合的话)(c)分子质量为50至499的扩链剂，(如果适合的话)在(d)催化剂和/或(e)常规助剂存在的情况下反应。
对于有机异氰酸酯(a)，能够使用已知的芳香族、脂族、脂环族和/或芳脂族异氰酸酯，优选地使用二异氰酸酯；例如二苯基甲烷2,2'-、2,4'-和/或4,4'-二异氰酸酯(MDI)。
对于对异氰酸酯呈反应性的化合物(b)，可以使用公知的化合物，例如对异氰酸酯呈反应性的二醇和二胺；例如聚醚醇(通常称为“多元醇”)，其分子质量从500至12000g/mol。优选地从600至6000g/mol，特别是从800至4000g/mol，并且优选地平均官能团数从1.8至2.3，优选地从1.9至2.2，特别地为2。优选的多元醇为聚丁二醇(PTMG)。
对于扩链剂(c)，能够使用具有50至499的分子质量的公知的脂族、芳脂族、芳香族和/或脂环族化合物，优选地为双官能化合物；例如在亚烷基上具有2至10个碳原子的烷二醇，尤其是1,4-丁二醇。
可以在比较大的范围内改变形成的化合物(b)和(c)，以设置TPU的硬度。已发现从10:1至1:10，尤其是从1:1至1:4的待使用的化合物(b)与全部扩链剂(c)的摩尔比是有用的，其中TPU的硬度随着(c)的含量的增加而增大。
优选的TPU可以这样制造：将(a)异氰酸酯与(b)聚醚二醇以及(如果适合的话)(c)二醇反应；所述聚醚二醇具有低于大约150℃的熔点以及为501至8000g/mol分子质量，所述二醇具有62g/mol至500g/mol的分子质量。尤其优选的是热塑性聚氨酯，其中分子质量为62g/mol至500g/mol的二醇(c)与化合物(b)的摩尔比小于0.2，尤其优选为从0.1至0.01。
在本发明的透镜组件的薄膜中使用的特别优选的聚醚聚氨酯由二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯(MDI)、聚丁二醇和1,4-丁二醇形成，其具有大约86的肖氏A硬度、大约1.12g/cm3的密度、大约33MPa的抗拉强度以及大约105N/mm的撕裂强度。该材料可从BASF以商标1185而购入。
通常，该液体应当为实质上不可压缩的。其应当透明无色，具有至少大约1.5的折射率。适宜地，薄膜和液体的折射率应当匹配，从而使得薄膜与液体之间的界面对于使用者而言几乎无法察觉。该液体应当毒性低且挥发性低；其应当为惰性的，并且在大约-10℃之上或大约100℃之下不发生相变。该液体应当在高温下稳定，并具有低的微生物生长性。在一些实施方案中，通常，液体的密度可以为大约1g/cm3。
本领域技术人员可使用各种合适的液体，包括硅油和硅氧烷，例如苯基化硅氧烷。优选液体为五苯基三甲基三硅氧烷。
在一些实施方案中，薄膜可以适宜地包括聚醚聚氨酯(例如可以以商标1185获得的上文提及的材料)，而液体可以包括硅油或苯基化硅氧烷，例如五苯基三甲基三硅氧烷。薄膜材料和液体的折射率适宜地为相同的，或大致为相同的，并且至少为1.5。
除薄膜之外，封装可以包括用于容纳液体的容器。所述容器可以由薄膜封闭，所述薄膜形成封装的一个壁。适宜地，容器由这样的材料制成：其为光学透明且无色的，并且其折射率为至少大约1.5。适宜地，容器的折射率与薄膜液体的折射率相匹配，从而使得容器与液体之间的分界对于使用者而言实质上无法察觉。在一些实施方案中，例如当本发明的充有液体的透镜组件为“液体注入”的类型时，该容器可以为刚性的。可替选地，特别是当本发明的透镜组件为“压缩”类型时，容器可以为可压缩的。在后一情况下，容器可以包括柔性外周壁，所述柔性外周壁可以以波纹管的方式弯曲，从而允许容器能够被压缩。合适的柔性材料为透明的热塑性聚氨酯，例如
在一些实施方案中，所述薄膜的外周支撑结构可以包括一个或更多个环，所述环设置为沿薄膜的边缘保持所述薄膜。环或多个环可以为大致刚性的，或者它们可以为可弯曲的。在一些实施方案中，薄膜可以为非圆形的，并且用于支撑薄膜的环或多个环可以为可弯曲的，从而使得在组件受到致动时薄膜的边缘可以在平面外位移，以导致或允许薄膜球状地扩张或收缩，或者按照通常用于光学或眼科的类型的另一泽尔尼克多项式扩张或收缩。
在包括一个或更多个可弯曲的环作为薄膜的外周支撑结构的部件的实施方案中，可能出现的一个问题在于，薄膜中的表面张力可能倾向于导致一个或更多个环的不希望的平面内弯曲，而不是平面外弯曲；如同前文段落中所提及的，需要所述平面外弯曲，以使得在组件受到致动时，薄膜的边缘能够在平面外位移，从而导致或允许薄膜球状地扩张或收缩，或者按照一个或更多个泽尔尼克多项式扩张或收缩。WO 2013/143630 A1公开了一种可形变的薄膜组件，其包括一个或更多个弯曲控制器，所述控制器作用在可弯曲的薄膜支撑构件上，从而响应于薄膜上的张力负载而控制支撑构件的平面内弯曲。虽然WO 2013/143630 A1的弯曲控制器满足要求，但它们需要额外的组件部件，这增加了其复杂性和制造成本。它们还在组件中占据了显著的体积和重量。
因此本发明的不同的主题在于提供一种对于外周支撑结构的可弯曲的环或多个环的平面内弯曲的改进控制方式，其制造更简单，并且在完成的组件中占据更少的体积和/或重量。
因而，根据本发明的第四个方面，提供一种充有液体的可调透镜组件，其包括充有液体的封装，所述封装的一个壁由安装至外周支撑结构的张紧的弹性体薄膜形成，所述外周支撑结构包括能够弯曲的一个或更多个环，所述环设置为沿薄膜的边缘保持所述薄膜；其中，所述薄膜在薄膜的内部面和外部面中的至少一个上涂覆有由模量高于所述薄膜的材料形成的涂覆层，并且所述涂覆层设置在压缩状态下，以抵抗薄膜中的张力，从而至少部分地减轻由所述薄膜施加至所述一个或更多个环的平面内的力。在一些实施方案中，所述一个或更多个环可以为非圆形的。
如上所述，适宜地，所述薄膜的弹性模量可以在10至200MPa的范围内。
在完成的充有液体的透镜组件中，薄膜的厚度可以在100-300μm的范围中。在一些实施方案中，薄膜的厚度可以在150-250μm的范围中，优选地为大约200-220μm。如上所述，在完成的组件中，薄膜可以将张力保持在180-300N/m的范围中，优选地为200-300N/m。
所述涂覆层的弹性模量可以比所述薄膜的弹性模量大一个至两个数量级。例如，所述涂覆层的弹性模量可以为至少0.1GPa，适宜地为至少0.5GPa，更适宜地为至少0.75GPa或1GPa。在一些实施方案中，涂覆层的弹性模量可以为大约1GPa。
可以计算涂覆层的厚度，以对施加在可弯曲的环或多个环上的张力提供实质上的缓解(减轻)。在大多数实施方案中，具有被计算为完全抵消薄膜中的表面张力的厚度的涂覆层的会不期望地厚，但厚度在0.5-1.5μm的范围内(例如1μm)的涂覆层可以仍然足以对薄膜的力学性质有显著的作用。在一些实施方案中，涂覆层的厚度可以在1-1.5μm的范围中，优选地为1.2-1.5μm。
适宜地，涂覆层可以由与薄膜材料兼容的材料形成，以在薄膜的面与涂覆层之间提供强的界面间力。如前所述，热塑性芳香族聚氨酯(TPUs)为用于弹性体薄膜的优选材料。TPUs为疏水性的，而使用通过PVD施加的例如氟化聚合物的另一疏水涂覆层材料的问题在于不存在界面间结合，因此PVD涂覆层很脆弱。
根据本发明，涂覆层还可以包括能够与薄膜形成强的界面间结合的聚氨酯材料。有利地，聚氨酯涂覆层材料可以包括能够交联的丙烯酸酯基团，以使得所述涂覆层能够在施加至所述薄膜后固化。涂覆层材料可以包括丙烯酸改性聚氨酯，例如聚醚或聚酯聚氨酯丙烯酸酯。在一些实施方案中，涂覆层材料可以包括丙烯酸改性脂族或芳香族聚氨酯。聚氨酯涂覆层还可以与上文提及的其它类型的薄膜材料一同使用，包括例如硅氧烷薄膜。
合适的聚酯氨基甲酸酯丙烯酸酯的示例包括通过羟基官能的聚酯丙烯酸酯与异氰酸酯官能的材料反应形成的产物。聚酯丙烯酸酯可以包括聚酯多元醇与丙烯酸的反应产物。
合适的异氰酸酯官能的化合物包括：六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、异氰酸酯官能的丙烯酸聚合物和聚氨酯，羟基官能的化合物(例如聚乙二醇、聚丙二醇以及二、三和更高的羟基官能的脂族醇(例如丙三醇和三羟甲基丙烷)以及其乙氧基化、丙氧基化和聚已内酯类似物)与二、三或其它异氰酸酯(例如六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯和甲苯二异氰酸酯(TDI))的反应产物。
合适的聚氨酯丙烯酸酯涂覆层材料的具体示例为：可分别从PPG Industries股份有限公司.,Barberton Speciality Chemicals Plant of Barberton,OH和LensTechnology International of La Mirada,CA购入的 CeranoShield UVClearcoat和G-NT200。
有利地，涂覆层材料可以包括二氧化硅纳米颗粒，以提供额外的刚度。二氧化硅填充剂也可以提供防划性。有利地，涂覆层材料可以包括50-60％重量的(例如大约52％重量的)二氧化硅，但在一些实施方案中，大约25％重量的二氧化硅浓度可能就足够了。在一些实施方案中，可以以适当的溶剂稀释涂覆层材料，以在薄膜上实现更薄(例如在0.4-0.5μm的范围内)的涂覆层。可以根据所选择的涂覆层材料而改变对溶剂的选择，但通常可以使用乙酸酯或乙醇。在这种情况下，二氧化硅的浓度可以通过稀释而减少到7-10％重量。
聚氨酯丙烯酸酯涂覆层材料可以进一步包括合适的光引发剂，例如自由基光引发剂。
可以通过超声波喷涂将聚氨酯涂覆层材料施加至薄膜的面，已发现在需要时，超声波喷涂可以实现远小于1μm的厚度。在超声波喷涂时，一份液体分化形成微小液滴，之后液滴以薄膜的形式喷涂在基底上。
因此根据本发明的第五个方面，提供一种组装充有液体的可调透镜组件的方法，其包括：将弹性体薄膜双轴张紧；对张紧的薄膜进行热处理，以加速薄膜的松弛；将薄膜安装至外周支撑结构，同时保持薄膜中的张力；利用能够交联的聚氨酯丙烯酸酯涂覆层材料涂覆薄膜的面；固化涂覆层材料；将经安装的薄膜与一个或更多个其它部件进行组装以形成封装，其中该薄膜形成封装的一个壁；以及之后以液体填充封装。
薄膜可以由上文公开的任何合适的弹性体材料形成，包括经交联氨基甲酸酯和硅氧烷弹性体，例如聚二甲基硅氧烷。特别地优选热塑性芳香族聚氨酯(TPUs)。
如上所述，薄膜可以张紧至大约1200N/m的初始表面张力。在热处理后，薄膜的残余表面张力可以在大约180-550N/m的范围内。
有利地，涂覆层材料可以如上所述包括二氧化硅纳米颗粒填充剂，并且在固化后，其弹性模量可以为至少0.5GPa。涂覆层可以施加至薄膜的面至大约0.5-1.5μm的厚度。适宜地，涂覆层可以施加至薄膜的外部面，从而向组件提供防划性和清洁性。
有利地，可以在施加涂覆层材料之前活化薄膜的面，以减小表面的接触角，从而能够更好地粘合涂覆层材料。适宜地，薄膜表面可以通过等离子体处理(例如空气等离子体)活化。热塑性聚氨酯本身为疏水性的，并且典型地具有在95-105°的范围中的接触角。通过等离子处理活化热塑性聚氨酯薄膜表面可以将接触角减小至大约78-83°。
可以在将涂覆层材料施加至薄膜表面后，固化涂覆层材料。适宜地，可以为此目的使用UV照射。例如，可以使用汞蒸气H灯进行固化，其在220-320nm的范围中输出UV光，并在365nm的长波范围内具有尖峰。通过激活涂覆层中的光引发剂而进行固化，这引发聚氨酯丙烯酸酯材料中的丙烯酸酯基元的交联，在薄膜的面上形成硬质涂覆层。
在施加涂覆层之后，将经安装的薄膜与一个或更多个其它部件进行组装以形成封装，并且以液体填充封装；可以如上所述在至少约40℃的温度下培育完成的组件，使薄膜轻微地松弛，从而使涂覆层如上所述受到压缩。涂覆层的压缩可以起到抵抗薄膜进一步松弛的作用，从而减轻由薄膜施加至薄膜的外周支撑结构的平面内的力。
适宜地，本发明的充有液体的可调透镜组件可以在一副眼镜中使用。因此，本发明在第六个方面提供一副眼镜，其包括根据本发明的至少一个充有液体的可调透镜组件。
附图说明
以下是对于本发明的实施方案的仅以示例的方式进行的说明。
图1为根据本发明的充有液体的可调透镜组件的立体示意视图。
图2为以截面示出的图1的充有液体的可调透镜组件的立体示意视图。
图3为以截面示出了图1的透镜组件的部件的分解示意视图。
图4为以截面示出的安装在圆形夹具上的黏弹性材料薄片层以及用于拉伸该片层的压具的立体示意视图。
图5A至图5L示出了根据本发明利用双轴张紧的薄膜组装充有液体的可调透镜组件的系列步骤。
图6A、图6B和图6C为基于实验数据的说明曲线图，其分别示出了在主要制造步骤中薄膜的厚度(以μm表示)、张力(以N/m表示)和应力(以MPa表示)的变化。
图7为对于66个独立的聚氨酯薄膜随时间测出的线张力的散点图，所述薄膜已根据本发明而张紧并进行热处理，并与一份硅油保持连续接触。
具体实施方式
图1、图2和图3示意性地示出了本领域已知类型的充有液体的可调透镜组件10。图1至图3的透镜组件10为之前提及的“压缩类型”，因为其包括一份具有固定体积的不可压缩液体60，并且通过以下文描述的方式压缩组件10而使液体在薄的弹性薄膜12后重新分布，以使薄膜扩张或收缩，从而改变其曲率，以此控制透镜的聚光率。本发明同样可以应用至“液体注射类型”的充有液体的可调透镜组件，其也包括类似的薄膜。
为简洁起见，仅示出了与本发明直接相关的组件的部件。额外特征(例如用于选择性地控制组件10的屈光率的控制机构)在下文简短提及，但将在附图中省略。
如图2和图3所示，薄膜12具有外侧前部面14和内侧后部面16，并且拉伸并安装在前环18和后环20之间，所述前环18和后环20起到薄膜12的外周支撑结构的作用，如同下文将详细地描述那样，沿薄膜12的边缘将其保持在张力下。
薄膜12包括热塑性聚氨酯的片层。在本实施方案中，薄膜包括由二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯(MDI)、聚丁二醇和1,4-丁二醇形成的聚醚聚氨酯的片层，其具有大约86的肖氏A硬度、大约1.12g/cm3的密度、大约33MPa的抗拉强度以及大约105N/mm的撕裂强度。该材料可从BASF以商标1185A10而购入。如同下文将详细地描述那样，该片层初始厚度为大约380μm，但在完成的组件中厚度为大约220μm。可以使用其它等级的热塑性聚氨酯；例如一种聚醚聚氨酯，其中改变异氰酸酯、多元醇和扩链剂组分的相对比例(化学量)以提供不同的肖氏硬度。可替选地，薄膜可以包括由不同的异氰酸酯、多元醇和/或扩链剂构成的聚醚聚氨酯。更一般地，薄膜可以由任何适合的热塑性聚氨酯材料或不同的黏弹性聚合物材料形成，只要其光学透明，玻璃转化温度在透镜的通常工作范围之下(典型地在大约-5℃之下)，弹性模量在10-200MPa范围内，惰性无毒，微生物生长性低，并能够结合至环18、20。
在本实施方案中，薄膜12的外部面14出于下文描述的目的而涂覆有阻隔材料的保护层(未示出)。可以使用任何适合的疏水涂覆层材料，例如氟化聚合物。涂覆层材料应当能够良好地粘附至薄膜12。其应当不会黄变，并且阻隔层应当尽可能薄。在一些实施方案中，阻隔层的厚度可以为大约10nm，但本领域技术人员将理解，可以根据所使用的涂覆层材料的性质和透镜组件10的期望性能而改变厚度。在一个实施方案中，使用PTFE的基于氟的聚合物同系物，其可以从CanonOptron股份有限公司以商标OF 210而购入。
在另一实施方案中，阻隔材料包括一层经交联聚氨酯丙烯酸酯，如同下文将更详细地描述那样，其能够可选地包括二氧化硅纳米颗粒填充剂。在该另一实施方案中，该层的厚度可以为大约1μm，但同样地，也可以根据涂覆层材料的性质和透镜组件10的期望性能而改变厚度。因此，在可替选的实施方案中，包括二氧化硅填充丙烯酸改性聚氨酯的阻隔层的厚度可以在0.5-1.5μm的范围内。
薄膜12设置为透镜的形状和尺寸，其中薄膜12的外表面14用作透镜的光学表面。薄膜12可以为所期望的任何形状。在一些实施方案中，可以在一副眼镜中使用透镜10，在这种情况下，薄膜12的形状和尺寸将设置为适合该应用。例如，薄膜12可以为圆形，或者其可以为大致椭圆形或长方形。本领域已知用于眼镜的许多不同透镜形状。在本实施方案中，薄膜12大致为长方形，具有圆角。在图2和图3中仅示出了组件10的大约一般。
在例如图1至图3所显示的本实施方案这样的其中薄膜并非圆形的实施方案中，如同WO 2013/144533(其内容通过引用而并入本文)所描述那样，环18、20应当能够在薄膜12的平面之外弯曲，以导致或允许薄膜在使用时球状地扩张或收缩，或者按照通常为眼科用途而规定的类型的另一泽尔尼克多项式而扩张或收缩。在本实施方案中，环18、20由不锈钢的片制造；前环18的厚度为大约0.25mm，而后环20的厚度大约0.15mm。在薄膜12为圆形的实施方案中，环18、20不需要为可弯曲的；可以通过刚性外周支撑结构保持薄膜，其更便于将薄膜12保持在张力下。
薄膜12胶合在前环和后环18、20之间。本领域技术人员已知适合的粘合剂，例如光固化粘合剂。在本实施方案中，使用 MF643UV固化环氧粘合剂。
后环20胶合至碟形容器24的外周边缘22。可以使用相同的粘合剂来将环18、20附接至薄膜12。碟形容器24包括后壁26和外周侧壁28，所述后壁26的形状对应于薄膜12的形状，所述外周侧壁28从后壁向前延伸，并终止于所述外周边缘22。碟形容器由例如(可从英国格洛斯特的Messrs.Permali Gloucester有限公司获得)的柔性透明热塑性聚氨酯制成，并且为大约50μm厚；也可以使用其它类似的透明材料，例如的boPET(biaxially-oriented polyethylene terephthalate，双轴取向聚对苯二甲酸乙二醇酯)，并相应地调整厚度。
在一些实施方案中，组件10可以包括WO 2013/143630(其内容通过引用而并入本文)中所描述的类型的环状支撑盘(未示出)，所述支撑盘插置在后环20与边缘22之间，以强化环18、20而抵抗在薄膜12的张力下不期望的“平面内”变形。在薄膜12涂覆有一层二氧化硅填充经交联聚氨酯丙烯酸酯的上文提及的其它实施方案中，可以省略环状支撑盘。
碟形容器24的后壁26具有后部面30(见图3)，其结合至具有固定屈光率的后部透镜34的前部面32。后部透镜34为具有相反的后凹面36的弯月形透镜。通过例如8211粘合剂的透明的压敏粘合剂(pressure-sensitive adhesive，PSA)，碟形容器24的后部面连续地结合至后部透镜34的前部面32。在本实施方案中，使用厚度大约25μm的一层PSA，但这可以按需要而变化。
碟形容器24、后环20和薄膜12由此形成密封封装54。通过通入碟形容器24的侧壁28的填充口(未示出)，以不可压缩液体60填充封装54。在本实施方案中，该液体为五苯基三甲基三硅氧烷，其为一种苯基化硅氧烷，但本领域技术人员可使用其它合适的硅油和其它液体。液体应当为无色的，具有至少1.45或1.5的高折射率。在本实施方案中，该液体的折射率为大约1.58±0.02；其应当毒性低且挥发性低；其应当为惰性的，并且在大约-10℃之上或大约100℃之下不发生相变。该液体应当在高温下稳定，并且展示出低的微生物生长性。通常，液体的密度为大约1g/cm3。如同下文将详细地描述那样，在真空下以不可压缩液体60填充封装54，来确保不存在空气。进一步地，可以过度填充封装54而轻微地使薄膜12扩张，以确保封装54完全由液体60填充，从而使液体连续地接触薄膜12的整个内部面16，而在薄膜12与液体60之间不存在空隙。
得益于碟形容器24的侧壁28的柔性以及薄膜12的弹性，经填充的封装54为可压缩的。如同在例如WO 2013/144533中公开地那样，将封装压向后部透镜34，使得碟形容器24的侧壁28弯曲，这又导致薄膜向外扩张，以容纳不可压缩液体50，从而改变薄膜的曲率。
后部透镜34，碟形容器24，环18、20以及薄膜12容纳在壳体40中，所述壳体40包括前部保持器48和后部保持器46，所述前部保持器48和后部保持器46由金属制成并在47处胶合在一起，以形成内部凹口，在所述内部凹口容纳后部透镜34，碟形容器24，环18、20以及薄膜12。后部保持器46具有外周侧壁43，所述外周侧壁43具有内表面44，所述内表面44形成有中部台阶42。后部透镜34朝向后部保持器46的后端胶合至内表面44，使得后部透镜34的前部面32与所述台阶42对齐，其中侧壁43的内表面44向外错开，而在碟形容器24的侧壁28与内表面44之间在台阶42之前设置有余隙，以在侧壁28在使用中弯曲时容纳侧壁28以及控制机构的部件(为简洁起见从附图中省略)，所述控制机构用于以上文描述的方式将经填充的封装54选择性地压向后部透镜34。
前部保持器具有内缩的前边沿50，其从环18、20和薄膜12向前隔开，以使薄膜能够在使用时向前扩张。
根据薄膜12的形状，环18、20可以如同在WO 2013/144533或WO 2013/144592(其内容通过引用而并入本文)中所公开那样在一个或更多个铰接点铰接至壳体40。控制机构可以包括一个或更多个致动器，其安装至壳体40，在围绕环18、20的预定控制点与环18、20(或附接至环的部件)相接合，以如同在WO 2013/144592或WO 2015/044260(其内容通过引用而并入本文)中所公开那样在控制点处使环朝向或背向后部透镜34移动。这样，可以选择性地使组件移动，从而使薄膜相对于封装而向外扩张或向内收缩，以控制薄膜12的外部面14的曲率。
组件10因此形成带有若干内部和外部光学表面的复合透镜。组件10的总屈光率由固定后部透镜24的后表面36的曲率以及薄膜12的外部面14的曲率而决定。薄膜12、碟形部件24和液体60的材料优选地选择为尽可能具有相同的折射率，从而使得在通过组件10观看时，薄膜12与液体60之间的界面以及液体60与碟形部件的后壁26之间的界面对于肉眼是几乎不可见的。
薄膜12保持在张力下，以使其稳定而不形变。未张紧的或未恰当张紧的薄膜容易受到外部振动影响，当在使用中受到加速或减速时容易受到惯性作用影响，并且容易受到例如重力的外力影响。例如当使用在一副眼镜上时，薄膜12经历持续的运动，并且通常在竖直方向穿戴，这在液体60内产生液静压力梯度。为了使由薄膜12设置的光学表面的变形以及任何因此造成的光学像差最小，需要将薄膜12在前环和后环18、20之间保持在张力下。根据本发明，将薄膜12保持在至少大约180N/m的表面张力下，优选地保持在至少大约200N/m的表面张力下。
进一步地，如上所述，薄膜12中的表面张力应当在组件10的工作寿命期间和以及在环境条件下足够稳定，以在薄膜12中的张力作为一方面，以及环18、20的梁弯曲反作用力(beam bending reaction force)，液体60的压力，在上文提及的控制点和/或铰接点处的力以及任何寄生力(例如来自容器24或摩擦力)之间的力的平衡上提供大致不变的负载。
图4和图5示意性地显示了根据本发明的一种方法，其用于将薄膜12预先张紧至至少180N/m的张力，处理薄膜12从而使其在长的时间段内稳定地保持该负载，并且组装结合了预先张紧的薄膜12的组件10。在使用本发明的方法的一些实施方案中，薄膜12可以在至少12个月的时间段内保持至少180N/m的大致不变的表面张力。
参考图5A，将上文提及的118510A聚醚聚氨酯的片层112(该片层的厚度为大约380μm)保持在圆形夹具114中以在夹具中限定该片层的圆形区域。夹具由钳具(未示出)牢牢地固定为直接在可选择性地操作的压块101下，其中片层112水平地设置。压块101可脱离地装配有具有圆柱形外表面103的环状的内承载环102，所述圆柱形外表面103形成有中部圆周凸肋111(在图5A至图5C中最易看到；而为清晰起见从图4中省略)并在其下端承载PTFE第一O形环104。第一O形环104的外直径大约为夹具114的内直径的一半，但该比率并不重要；只需要第一O形环能适合穿过夹具101的中央，并足够穿过夹具而突出，以实现后续步骤。内承载环102也具有圆柱形内表面110。
在夹具114和片层112就位时，操作压块101以使压块在图5B中的箭头Z的方向上(同样可参见图4)向下移动，首先与片层112接合，再拉伸片层112。第一O形环104有利于对片层112的拉伸，所述第一O形环104适宜地由例如PTFE的低摩擦材料制成，以确保片层容易地在压块101上滑动并且均一地张紧。压块101抵靠片层112向下移动，直到在按压行程的终点，片层的应变为大约40％，双轴张力大约为1200N/m。如图5C所示，随着片层112拉伸，片层112变薄，达到对应于大约6MPa的应力的大约220μm的厚度。图6A示出了片层112的厚度(以μm表示)如何随着其应变至大约40％而变化。图6B和图6C分别示出了应力(以MPa表示)和负载(以N/m表示)的相应变化。图6B和图6C中的图线具有多个不同分段。分段I表示如上所述的在层张紧期间应力/负载的变化。
一旦片层112拉伸至其目标张力，内承载环102与外承载环105接合，如图5D所示。外承载环105为环状，其内表面106稍微大于内承载环102的外直径，从而使得内承载环102在外承载环105内部形成适贴配合。通过钳具固定地保持外承载环105，从而使内承载环102随着压块101向下移动而进入外承载环105中。内表面106具有容纳摩擦氟化聚合物(例如)或丁腈橡胶的第二O形环108的圆周凹槽107，所述第二O形环108的内直径稍微小于形成在内环102的外表面103上的圆周凸肋111的外直径，从而在行程终点外环105与内环102接合时第二O形环108冲过凸脊111，以将薄膜112限制在第二O形环108与内承载环102之间。外环105上的端部止挡件109防止内承载环102与外承载环105相互分离。
如图5E所示，随后将片层112的由内承载环102和外承载环105保持的部分与片层的剩余部分切开。之后将内承载环102和外承载环105以及牢固地保持在其间的在张力下的被切下的片层112传递至温度为大约80℃的炉具。片层112在炉具中处理大约1小时，期间构成片层112的聚氨酯材料的大分子结构松弛。如图6B和图6C中的分段II所示，在该步骤期间，片层中的应力松弛至大约2MPa，并且张力降至大约440N/m。只要使得或允许片层112受到应力松弛，热处理步骤的温度和持续时间可以变化。已发现，在该步骤之后，该片层出人意料地能够在若干年的时间内保持大约200N/m大致不变的线张力。由于聚氨酯材料可能开始降解，应当避免大约90℃之上的温度。
之后从炉具中移出内环和外环102、105，使用上文提及的光固化环氧粘合剂将前轮和后轮18、20分别胶合至该片层的前表面和后表面14、16。如图5G所示，环18、20中的每一个与各自的圆形引导框架118、120整体地制成，并且通过若干接点122附接至引导框架的剩余部分。如图5F所示，引导框架118、120中的每一个的外直径稍微小于内承载环的内表面110的直径，从而使得其适贴配合在内承载环102中，以使环18、20相对于片层112以及彼此精确地定位。引导框架118、120设置有定位特征124，以进一步帮助其在内承载环102中精确地放置。为方便起见，环氧粘合剂施加至整个引导框架118、120，而后在放置为与片层112接触后进行固化。对于所使用的环氧粘合剂，需要两阶段的固化过程；在首先以UV光固化之后，粘合剂在炉具中在大约40℃下进行第二热固化步骤，持续大约12小时，以完全发挥粘合剂的最大强度。如果使用了替代的粘合剂，则应当根据制造商的说明而进行固化。
在一些实施方案中，后环20可以附接至WO 2013/143630中所描述的类型的环状支撑盘(未示出)，以强化环18、20而抵抗在片层112的平面中片层112的张力。为清晰起见，支撑盘未在此处示出。如WO 2013/144533、WO 2013/144592或WO 2015/044260中所描述那样，环18、20一般在环18、20周围的预定位置具有凸出接点(未示出)，以在这些位置将环在铰接点处连接至壳体40，或在致动点处连接至控制机构。为简洁起见，接点也从附图中省略。
在一个实施方案中，随后利用氟化聚合物阻隔材料(OF 210TM，Canon Optron股份有限公司)的薄层(未示出)涂覆外部面14，从而如上所述形成保护层。在真空下通过物理气相沉积(PVD)将阻隔材料涂覆在外部面14上直到厚度为大约10nm。
通过PVD沉积而涂覆在外部面14上的氟化聚合物阻隔层满足许多情形下的使用，但缺点在于薄膜的外部面14与聚合物涂覆层之间没有界面间的结合。由此，PVD涂覆层可能是脆弱的而有脱落的危险(例如由于触摸)。在上文提及的其它实施方案中，所安装的预先张紧的薄膜12的外部面14涂覆有二氧化硅填充经交联聚氨酯丙烯酸酯材料层而非氟化聚合物材料层。通过分子层面的相互作用，使用与薄膜材料兼容的阻隔材料能够在阻隔层与薄膜12之间形成强的界面间的结合。例如，芳香族聚氨酯丙烯酸酯材料可以适合用于涂覆热塑性芳香族聚氨酯薄膜12。在阻隔材料中加入丙烯酸酯基元使得阻隔材料能够在涂覆在薄膜12上后交联，以增加刚度和硬度。在材料中加入少量的光引发剂使得能够通过接受UV光照射而进行固化。
适合的丙烯酸改性聚氨酯材料包括UV1和Ceranoshield(其可从PPG工业集团Barberton Speciality Chemicals Plant，Barberton OH购入)以及G-NT200(其可从LaMirada CA的Lens Technology International获得)。
加入二氧化硅纳米颗粒能够提供增加的刚度和抗划性。根据涂覆层所需要的性能，可以改变加入阻隔材料中的二氧化硅纳米颗粒的浓度，但典型地阻隔材料包括50-60％重量的二氧化硅。在一个实施方案中，丙烯酸改性聚氨酯材料可以包括大约52％重量的二氧化硅。如果期望更薄的阻隔层，可以在应用至薄膜12的面之前如下文所述地利用合适的溶剂(例如乙酸酯或乙醇)稀释二氧化硅填充聚氨酯阻隔材料，这会使二氧化硅颗粒的浓度减小到7-10％重量的范围，这仍然足够为涂覆层增加一定程度的硬度。根据本发明，通常纳米颗粒的平均直径在50-200nm的范围中，典型地大约50-100nm。
可以通过旋转涂布而将丙烯酸改性聚氨酯阻隔材料施加至安装的薄膜12的外部面14，但优选使用超声波喷涂，已发现其能够实现远小于大约1μm的厚度。使用超声波导致聚氨酯阻隔材料分化为微小液滴，这些微小液滴随后以薄膜的形式喷涂在薄膜12的面14上。
薄膜12所使用的类型的热塑性聚氨酯天然疏水，其接触角在95-105°之间的范围内。通常需要更低的接触角以均匀地润湿表面，从而促进薄膜12的面14与阻隔层之间的良好粘合。为了获得更低的接触角以及更好的粘合，在涂覆阻隔材料之前，对薄膜12的外部面14进行等离子处理体(空气等离子体)。这起到活化表面的作用，并且由此，接触角降低至78-83°的区域。这可以使用达因墨(dyne ink)来检测，其中，在暴露于等离子体之后，表面能从38-40dynes/cm增加至大约48-52dynes/cm。
在如上所述活化薄膜12的面14后，将仍安装在内环和外环102、105之间的预先张紧的薄膜12传递至涂覆室，在涂覆室中，二氧化硅填充丙烯酸改性聚氨酯的涂覆层通过上文提及的超声波喷涂而喷涂在面14上。在涂覆后，薄膜12上的涂覆液体使用汞蒸气H灯在UV照射下固化。汞灯具有在220-320nm之间的短波UV范围内的输出，并且在长波范围内在365nm处具有能量尖峰。
上述类型的固化二氧化硅填充聚氨酯涂覆层在预先张紧的薄膜12的外部面14上提供了刚性的硬的阻隔层，其弹性模量大约为1GPa。这提供了下文详细描述的额外优点，其在于，随着薄膜12中的张力在后续组装步骤中轻微地降低，阻隔层受到压缩。
在其它实施方案中，可以对安装的薄膜在其外部面额外地或替代地涂覆本领域已知的其他涂覆材料，例如单层或多层防反射涂覆层。
通过使用如上文所提及的25μm的PSA层将透镜34的前部面32结合至容器24的后部面30，对碟形容器24与后部透镜34进行预组装。如图5H所示，随后通过利用环氧粘合剂并将其固化而将容器24的外周边缘22结合至后环20，预组装的透镜34和容器24附接至后环20。如图5I所示，随后在环18、20与引导框架118、120之间切断片层112，留下膜12自身保持在环18、20之间。在此阶段，环18、20仍通过接点122附接至引导框架118、120。
参考图5J，之后在后部透镜34，碟形容器24，环18、20以及薄膜12周围组装前部保持器和后部保持器48、46，从而如上所述封装后部透镜34，碟形容器24，环18、20以及薄膜12，并且形成所述壳体40。之后切断引导框架118、120与环18、20之间的接点122，以使组件10从钳具上脱离，如图5K所示。
此后，通过在壳体40以及碟形容器24的侧壁26上的填充口(未示出)，利用五苯基三甲基三硅氧烷作为液体60在真空下填充由碟形容器24的后壁26、薄膜12以及后环20形成的封装54。如上所述，如果需要，可以替代地使用可替选的硅油。继续填充，直到如图5L所示液体60连续地接触薄膜12的整个内部面16。可取为，可以过量填充所述封装至一定程度，使薄膜12向外扩张。适宜地，可以过量填充封装，直到薄膜曲率为大约+1.0屈光度。这用于稳定包括环18、20的承受负载的薄膜支撑结构，并且使薄膜12能够吸收一定的液体60。
随着时间推移，薄膜12倾向于经由其与液体60接触的内部面16而从封装吸收一定量的液体60。在本实施方案中，薄膜12可以吸收多达其重量的约15％的液体。这使得薄膜12发胀-松弛，进一步失去张力。可取地，根据本发明，可以可选地通过在大约50-51℃下培育(incubating)充有液体的组件10大约24小时而加速该过程。这在图6B和图6C的分段III中示出，其中薄膜上的最终张力大约为220N/m，并且最终应力大约为1MPa，相当于大约5％的应变减少。在该过程期间，薄膜的曲率也从上文提及的大约+1.0屈光度降低至大约+0.5屈光度。这样，完成的组件10中的薄膜张力已经大致稳定了。
在如上所述与其它实施方案相关的薄膜12在其外部面14上承载弹性模量为大约1GPa的二氧化硅填充经交联聚氨酯涂覆层的情况下，当通过切断接点122而使薄膜和环子组件12、18、20从引导框架118、120上脱离时，涂覆层受到压缩，因此涂覆层中的弹性力作用于与张紧的薄膜12中的弹性力相反的方向上。
小应变ε下模量为Em的双轴应变薄膜的应力σm的变化通过等式(I)给出：
Δσm＝2Emε (I)
随着薄膜12在培育和发胀过程中松弛，其承受减少其张力的负向“平复”应变，而使涂覆层受到压缩。薄膜12中的线张力等于薄膜中的应力σm乘以其厚度Tm。负向应变起到使薄膜12和涂覆层受到相等并且反向的线张力的作用：
Tm(σm-2Emε)＝2TcEcε (II)
其中Tc和Ec分别为涂覆层的厚度和模量。
对在大约1MPa的初始双轴应力下的厚度Tm为大约200μm且模量Em为大约20MPa的薄膜12以及模量Ec为大约1GPa的涂覆层应用等式(II)，对厚度Tc为大约6μm的涂覆层，平复应变会限制为大约1％。这样，将最小化施加至环18、20的力，以减轻环18、20的不期望的平面内弯曲，而无需例如WO2013/143630中描述的类型的环状支撑盘。在其它实施方案中，涂覆层的厚度为大约1μm，但即便对于该厚度，涂覆层的压缩也足以对薄膜12的受力产生显著的作用，使得其起到防止环18、20在平面内内陷的一些或全部倾向的作用。
薄膜12的外部面14上保护层防止所吸收的液体60从薄膜的前部面渗出。由于液体60可能在薄膜12的表面上形成液滴，从而损害其光学性能，因此不期望这样的渗出。
图7为对66个独立的聚氨酯薄膜测出的线张力随时间的散点图，所述薄膜已根据本发明而张紧并进行热处理，并与一份硅油保持连续接触。可以看出，薄膜在长于两年(图7显示多达796天)的长的时间段内保持张力大致不变。薄膜似乎能够保持张力大致不变更长时间，但还没有对此进行测量
在又一实施方案中，薄膜12的内部面16可以涂覆有阻隔层(未示出)，所述阻隔层具有上述的在外部面14上使用的类型的合适的疏水涂覆材料。这样，可以防止或至少延缓液体60向薄膜12中渗入。在这种情况下，制造过程会无需应对薄膜12由于对液体60的吸收而导致的发胀-松弛，避免了需要在高温下培育经填充的组件以加速薄膜的发胀-松弛，并且可以将薄膜12的双轴张力张紧至稍微低的初始张力。
承载弹性模量为Ec的涂覆层的模量为Em的薄膜的等效模量Eeff由以下等式给出：
可以光学地测量涂覆层的厚度Tc，同时可以使用厚度计测量薄膜和涂覆层的结合厚度Tm+TC。
通过将薄膜沿其边缘保持在固定至加压到压力P的密封容器的钢质环中，可以测量薄膜在涂覆和未涂覆时的模量。由于容器中的压力，薄膜向外凸出，并且能够使用激光高度测量系统测量薄膜的最大向外位移h。由此，能够计算在薄膜从平坦变形至接近球形时的张力、双轴应力和应变，并且由此计算涂覆层和薄膜的等效模量，或仅薄膜自身的模量。

Claims (45)

1.一种组装充有液体的可调透镜组件的方法，其包括：将弹性体薄膜双轴张紧至大于180N/m的表面张力；对张紧的薄膜进行热处理，以加速薄膜的松弛；将薄膜安装至外周支撑结构，同时保持薄膜中的张力；将经安装的薄膜与一个或更多个其它部件进行组装以形成封装，其中，所述薄膜形成封装的一个壁；并且随后以液体填充封装。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将薄膜双轴张紧至至少450N/m的初始表面张力，优选为至少1000N/m的初始表面张力。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在至少70℃，优选为80℃的温度下，处理薄膜至少30分钟，优选为至少60分钟。
4.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中，在至少一个面上利用阻隔材料对薄膜进行涂覆以形成阻隔层，所述阻隔层用于防止或延缓液体的通过。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在外部面上对薄膜进行涂覆，所述外部面在完成的组件中设置在封装外侧，而不与封装中的液体直接接触。
6.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中，在至少40℃的温度下培育充有液体的封装持续至少12小时，以加速薄膜对液体的吸收。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，在内部面上对薄膜进行涂覆，所述内部面在完成的组件中接触液体。
8.根据权利要求4至7中的任意一项所述的方法，其中，阻隔材料包括疏水性聚合物。
9.根据权利要求4至8中的任意一项所述的方法，其中，阻隔层的厚度为大约20nm或更小。
10.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中，薄膜包括热塑性聚氨酯，优选为包括芳香族聚氨酯。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述芳香族聚氨酯由二苯基甲烷2,2'-,2,4'-和/或4,4'-二异氰酸酯(MDI)，分子质量为500至12000g/mol的聚醚二醇，以及在亚烷基中具有2至10个碳原子的烷二醇制成；其中聚醚醇与烷二醇的比例在10:1至1:10的范围内。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，聚醚二醇的熔点小于大约150℃且分子质量为501至8000g/mol，而烷二醇的分子质量为62g/mol至500g/mol；其中，烷二醇与聚醚二醇的摩尔比小于0.2。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，芳香族聚氨酯由二苯基甲烷-4,4'-二异氰酸酯(MDI)、聚丁二醇和1,4-丁二醇形成，并且具有大约为85的肖氏A硬度。
14.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中，液体的折射率为至少1.45，优选为至少1.5。
15.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中，所述液体选自硅油、硅氧烷和苯基化硅氧烷。
16.根据前述权利要求中的任意一项所述的方法，其中，所述液体为五苯基三甲基三硅氧烷。
17.一种充有液体的可调透镜组件，其包括封装，所述封装的一个壁由安装至外周支撑结构的张紧的弹性体薄膜形成，并且所述封装填充有液体；其中，所述薄膜由所述液体浸透，在薄膜的外部面涂覆有对于所述液体的阻隔层，并且所述薄膜保持至少180N/m的大致不变的表面张力。
18.根据权利要求17所述的充有液体的可调透镜组件，其中，所述薄膜吸收多达薄膜的重量的大约20％的液体。
19.一种充有液体的可调透镜组件，其包括封装，所述封装的一个壁由安装至外周支撑结构的张紧的弹性体薄膜形成，并且所述封装填充有液体；其中，所述薄膜在其内部面涂覆有对于所述液体的阻隔层，并且所述薄膜保持至少180N/m的大致不变的表面张力。
20.根据权利要求19所述的充有液体的可调透镜组件，其中，所述薄膜中没有所述液体。
21.根据权利要求17至20中的任意一项所述的充有液体的可调透镜组件，其中，所述薄膜在至少12个月的时段内保持至少180N/m的大致不变的表面张力。
22.根据权利要求17至21中的任意一项所述的充有液体的可调透镜组件，其中，所述薄膜是非圆形的。
23.根据权利要求17至22中的任意一项所述的充有液体的可调透镜组件，其中，所述封装能够被压缩。
24.根据权利要求23所述的充有液体的可调透镜组件，其中，用于所述薄膜的外周支撑结构包括一个或更多个能够弯曲的环，所述环设置为沿薄膜的边缘保持所述薄膜。
25.一副眼镜，其包括至少一个根据权利要求17至24中的任意一项所述的充有液体的可调透镜组件，或者至少一个根据权利要求1至16中的任意一项所述的方法而组装的充有液体的可调透镜组件。
26.一种充有液体的可调透镜组件，其包括充有液体的封装，所述封装的一个壁由安装至外周支撑结构的张紧的弹性体薄膜形成，所述外周支撑结构包括能够弯曲的一个或更多个环，所述环设置为沿薄膜的边缘保持所述薄膜；其中，所述薄膜在薄膜的内部面和外部面中的至少一个上涂覆有涂覆层，所述涂覆层由模量高于所述薄膜的材料形成，并且布置为受到压缩以抵抗薄膜中的张力，从而至少部分地减轻由所述薄膜施加至所述一个或更多个环的平面内的力。在一些实施方案中，所述一个或更多个环可以是非圆形的。
27.根据权利要求26所述的充有液体的可调透镜组件，其中，所述薄膜的弹性模量在10至200MPa的范围内。
28.根据权利要求26或27所述的充有液体的可调透镜组件，其中，在完成的充有液体的透镜组件中，所述薄膜的厚度在100至300μm的范围内，优选地在150至250μm的范围内，更优选地在大约200至220μm的范围内。
29.根据权利要求26、27或28所述的充有液体的可调透镜组件，其中，所述薄膜张紧至在180至300N/m范围内的表面张力，优选为张紧至在200至300N/m范围内的表面张力。
30.根据权利要求26至29中的任意一项所述的充有液体的可调透镜组件，其中，所述涂覆层的弹性模量比所述薄膜的弹性模量大一个至两个数量级。
31.根据权利要求26至30中的任意一项所述的充有液体的可调透镜组件，其中，所述涂覆层的弹性模量为至少0.1GPa，适宜地为至少0.5GPa，更适宜地为至少1GPa。
32.根据权利要求26至31中的任意一项所述的充有液体的可调透镜组件，其中，所述涂覆层的厚度在0.5至1.5μm的范围内，优选地在1至1.5μm的范围内，更优选地在1.2至1.5μm的范围内，例如1μm。
33.根据权利要求26至32中的任意一项所述的充有液体的可调透镜组件，其中，所述薄膜由热塑性芳香族聚氨酯(TPU)或硅氧烷材料形成，而所述涂覆层由聚氨酯材料形成。
34.根据权利要求33所述的充有液体的可调透镜组件，其中，聚氨酯涂覆层材料包括能够交联的丙烯酸酯基团，以使得所述涂覆层能够在施加至所述薄膜后固化。
35.根据权利要求26至34中的任意一项所述的充有液体的可调透镜组件，其中，涂覆层材料包括二氧化硅纳米颗粒。
36.根据权利要求35所述的充有液体的可调透镜组件，其中，涂覆层材料能够包括50％至60％重量的二氧化硅。
37.根据权利要求34所述的充有液体的可调透镜组件，其中，聚氨酯丙烯酸酯涂覆层材料进一步包括光引发剂。
38.一种组装充有液体的可调透镜组件的方法，其包括：将弹性体薄膜双轴张紧；对张紧的薄膜进行热处理，以加速薄膜的松弛；将薄膜安装至外周支撑结构，同时保持薄膜中的张力；利用能够交联的聚氨酯丙烯酸酯涂覆层材料涂覆薄膜的一个面；固化涂覆层材料；将经安装的薄膜与一个或更多个其它部件进行组装以形成封装，其中所述薄膜形成封装的一个壁；并且随后以液体填充封装。
39.根据权利要求38所述的方法，其中，通过超声波喷涂将聚氨酯涂覆层材料施加至薄膜的面。
40.根据权利要求38或39所述的方法，其中，将薄膜张紧至大约1200N/m的初始表面张力，在热处理后，薄膜的残余表面张力在大约180至550N/m的范围内。
41.根据权利要求38、39或40所述的方法，其中，涂覆层材料包括二氧化硅纳米颗粒填充剂，并且在固化后，涂覆层材料的弹性模量为至少0.5GPa。
42.根据权利要求38至41中的任意一项所述的方法，其中，涂覆层施加至薄膜的面直至大约0.5至1.5μm的厚度。
43.根据权利要求38至42中的任意一项所述的方法，其中，在施加涂覆层材料之前，活化薄膜，优选地通过等离子体处理来活化薄膜。
44.根据权利要求38至43中的任意一项所述的方法，其中，在将涂覆层材料施加至薄膜的面后，固化涂覆层材料，例如可以为此目的而采用UV照射。
45.根据权利要求38至44中的任意一项所述的方法，其中，在施加涂覆层之后，将经安装的薄膜与一个或更多个其它部件进行组装以形成封装，并且以液体填充封装，将完成的组件在至少大约40℃的温度下培育至少12小时的时段，优选地培育24小时的时段。
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