CN113366378A - 用于眼科测试装置的形状改变光学装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种特别是用于眼科装置的光学装置(1)，包括：容器(2)，所述容器(2)封围出所述容器(2)的内部空间(3)，其中，所述内部空间(3)填充有透明液体(L)，并且其中，所述容器(2)包括透明底部(21)和与所述底部(21)相反的透明且能够弹性变形的膜(22)，使得所述液体(L)布置在所述膜(22)与所述底部(21)之间；能够变形的环形的透镜成形元件(4)，所述能够变形的环形的透镜成形元件(4)连接至所述膜(22)，使得所述透镜成形元件(4)的周向边缘(41)限定所述膜(22)的中央区域(23)，使得光能够经由所述中央区域(23)和所述底部(21)穿过所述容器(2)，其中，在非变形状态下，所述边缘(41)位于一平面内；以及可调整的球面度和可调整的柱面度，其中，为了适应所述光学装置(1)的所述柱面度，所述透镜成形元件(4)被构造为弯曲到所述平面(P)之外。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学装置，该光学装置特别是用于眼科装置。
背景技术
眼科测试设备通常必须满足相应标准中规定的某些要求。特别地，根据ISO10341:2012(E)，球面度、柱面度和棱镜度以及相应的轴需要是可调整的。
特别地，耐火材料封头的球面度的最小测量范围应为：步长为0.25D、从0D至+15D，以及步长为0.25D、从0D至-15D。
此外，柱面(或散光)度的最小测量范围应为：以正柱或负柱形式，步长为0.25D、从0D至5D，且棱镜度的最小测量范围应为：步长为1Δ或连续地、从0Δ至10Δ。
另外的要求涉及自由孔径和瞳距。
此外，在现有技术中已知，可以使用流体透镜产生通过Zernike模式的散光和散焦波前校正(即Appl Opt.2009；48(19):3580-7，也参见：Lin Pang,Uriel Levy、KyleCampbell、Alex Groisman和Yeshaiahu Fainman，“Set of two orthogonal adaptivecylindrical lenses in a monolith elastomer device(整体弹性体装置中的两个正交自适应柱面透镜组)”，Opt.Express 13，9003-9013(2005)；Randall Marks、DavidL.Mathine、Gholam Peyman、Jim Schwiegerling和Nasser Peyghambarian，“Adjustablefluidic lenses for ophthalmic corrections(用于眼科矫正的可调整流体透镜)”，Opt.Lett.34,515-517(2009)；Randall Marks、David L.Mathine、Gholam Peyman、JimSchwiegerling和N.Peyghambarian，“Adjustable adaptive compact fluidic phoropterwith no mechanical translation of lenses(不具有透镜机械平移的可调整自适应紧凑型流体验光仪)，”Opt.Lett.35,739-741(2010))。
发明内容
基于以上，本发明的目的是提供一种光学装置，该光学装置特别是可以用于眼科测试装置并且包括相对较小的安装空间以及允许在单个光学元件中集成可调整的球面和柱面度(并且特别是还有棱镜度)。
该问题通过具有权利要求1的特征的光学装置来解决。
本发明这些方面的优选实施方式在相应的从属权利要求中陈述并且也在下面描述。
根据权利要求1，公开了一种特别是用于眼科装置的光学装置，其包括：
-容器，所述容器封围出所述容器的内部空间，其中，所述内部空间填充有透明液体，并且其中，所述容器包括透明底部和与所述底部相反的透明且可弹性变形的膜，使得液体布置在膜与底部之间，
-可变形的环形的透镜成形元件，其连接至膜，使得透镜成形元件的周向(例如圆形)边缘限定膜的中央区域，使得光可以经由中央区域和底部穿过容器，其中，在非变形状态下，透镜成形元件的所述边缘限定一平面(即平坦的虚拟表面)，
-并且其中，光学装置包括可调整的球面度和可调整的柱面度，其中，为了适应光学装置的柱面度，透镜成形元件被构造为弯曲到所述平面之外，特别是使得边缘位于弯曲表面上。
特别地，根据实施方式，可变形的透镜成形元件可以是可弹性变形的透镜成形元件(例如用于提供恢复力)。
根据实施方式，为了适应光学装置的柱面度，透镜成形元件被构造为弯曲到所述平面之外，使得透镜成形元件的所述边缘与柱面表面重合。
特别地，透镜成形元件的边缘限定一接触线，膜的中央区域在该接触线处从透镜成形元件突出。因此，在透镜成形元件轴向移动的情况下(即沿着光轴，光学装置的球面度改变，因为该移动改变了透镜的所述区域的曲率的球面分量)。此外，在透镜成形元件弯曲到所述平面之外的情况下，膜的区域形成柱面曲率和相对应的柱面度。
根据本发明的实施方式，光学装置还包括可调整的棱镜度。此外，为了调整棱镜度，透镜成形元件被构造为相对于光学装置的光轴倾斜。由于这种倾斜，调整了光学装置的棱镜度，因为容器可以例如形成在棱镜中(例如从平坦状态开始)。
根据本发明的实施方式，底部连接至容器的周向侧壁。特别地，底部可以形成为平坦的透明板(例如，由玻璃或聚合物制成)。
此外，根据本发明的实施方式，侧壁与底部一体地形成。特别地，侧壁和底部可以由板构件形成，该板构件包括用于形成容器的内部空间或该内部空间的一部分的凹部。
此外，根据本发明的一个实施方式，侧壁和底部是彼此连接(例如彼此胶合)的单独的元件
此外，根据本发明的实施方式，膜连接至侧壁(例如胶合至侧壁)。
此外，根据本发明的实施方式，容器包括将透镜成形元件连接至侧壁或底部的单独的周向且挠性的密封元件。
此外，根据本发明的实施方式，底部形成可弹性变形的另外的膜，并且其中，光学装置包括环形的另外的透镜成形元件，该环形的另外的透镜成形元件连接至另外的膜，使得另外的透镜成形元件的周向(例如圆形)边缘限定另外的膜的中央区域，使得光可以穿过容器通过相反的膜的所述中央区域。特别地，侧壁可以形成环形的另外的透镜成形元件。
此外，根据本发明的实施方式，另外的透镜成形元件是可变形的另外的透镜成形元件，其中，在非变形状态下，另外的透镜成形元件的边缘限定另外的平面，其中，为了调整光学装置的柱面度，另外的透镜成形元件也被构造为弯曲到所述另外的平面之外，特别是使得另外的透镜成形元件的所述边缘位于弯曲表面上和/或与柱面表面重合。
此外，根据本发明的实施方式，另外的透镜成形元件是刚性的(特别是与可变形的透镜成形元件相比)。
此外，根据本发明的实施方式，膜形成壳体，即可以弹性地弯曲到其延伸平面之外并产生恢复力，该恢复力试图将壳体弯曲回其初始平坦状态。特别地，在本发明的框架中，可弹性变形的膜在其无量纲张力参数k小于5的情况下被认为是壳体。无量纲张力参数k被定义为：
其中，N0是平面内的初始径向拉伸载荷，a是圆形膜或壳体的半径，且D是弯曲刚度。其被定义为：
其中，E是弹性模量，h是膜或壳体的厚度，ν是泊松比(参见Sheploak、M.,&Dugundji,J.(1998).Large deflections of clamped circular plates under initialtension and transitions to membrane behavior(在初始张力下夹紧圆板的大挠度和到膜行为的过渡).Journal of Applied Mechanics(应用力学杂志)，65(1),107-115).
根据本发明的光学装置的另外的实施方式，光学装置包括透明光学元件，该透明光学元件布置在膜与底部之间，使得容器的内部空间被分成两个单独的区，其中，每个区填充有液体，并且其中，光学装置包括挠性的第一侧壁(例如波纹管)和挠性的第二侧壁(例如波纹管)，其中，第一侧壁将透镜成形元件连接至光学元件，并且其中，第二侧壁将光学元件连接至底部。这允许通过单独的致动器将底部进行倾斜和/或移动以调整棱镜度和/或球面度。
此外，根据本发明的实施方式，光学装置包括致动器系统，该致动器系统被构造为使可变形的透镜成形元件弯曲到平面之外以便适应柱面度。
此外，根据本发明的实施方式，致动器系统被构造为使透镜成形元件的多个点沿着光学装置的光轴移位，以将可变形的透镜成形元件弯曲到平面之外以便适应柱面度。
此外，根据本发明的实施方式，所述点沿着透镜成形元件的外周部布置。特别地，所述点布置在透镜成形元件的表面上，其中，该表面背离膜。特别地，这些点可以布置在透镜成形元件的表面的中心线上。
此外，根据本发明的实施方式，所述多个点包括至少五个点，特别是六个点。特别地，根据实施方式，所述多个点可以由恰好六个点形成。
此外，根据本发明的实施方式，这些点沿着透镜成形元件的外周部等距地间隔开。
此外，根据本发明的实施方式，致动器系统被构造为使点沿着纵轴移位相同的量以调整光学装置的球面度。
此外，根据本发明的实施方式，致动器系统包括泵，该泵被构造为将液体泵送到内部空间中或泵送到内部空间之外以调整光学装置的球面度。
此外，根据本发明的实施方式，致动器系统被构造为使透镜成形元件的点移位，使得透镜成形元件相对于光学装置的光轴倾斜以调整光学装置的棱镜度。
此外，根据本发明的实施方式，致动器系统被构造为使透镜成形元件相对于彼此倾斜以调整光学装置的棱镜度。
特别地，根据本发明的优选实施方式，致动器系统包括多个致动器，其中，每个致动器被构造为使这些点中的一个点移位。
特别地，在实施方式中，每个致动器包括动子，所述动子可通过致动器沿着光学装置的光轴来回移动，其中，每个动子联接至透镜成形元件的相关联的点(特别是通过顺应性联接元件)。在实施方式中，相应的致动器可以是线性推拉致动器。
此外，根据另外的实施方式，每个致动器包括动子，该动子可借助于致动器沿着光学装置的光轴朝向透镜成形元件移动，其中，每个动子被构造为推靠透镜成形元件的相关联的点(特别是经由点接触件)，并且其中，每个致动器包括弹簧元件，该弹簧元件被构造为在透镜成形元件的相关联的点上施加恢复力。可替代地(或附加地)，相应的致动器还可以拉动透镜成形元件的相应的点。
此外，根据实施方式，相应的动子由永磁体形成或包括永磁体，并且其中，相应的致动器包括用于使相应的致动器的永磁体(动子)移动的电磁体。
根据实施方式，相应的弹簧元件被支撑在底部上。可替代地，相应的弹簧元件可以被支撑在侧壁上。
此外，根据实施方式，相应的弹簧元件可以例如是螺旋弹簧或板簧(其他弹簧元件也是可能的)。
另外，在实施方式中，相应的弹簧元件布置在内部空间中并且浸没在透明液体中。
可替代地，相应的弹簧元件可以布置在容器的内部空间之外。在后一种情况下，根据本发明的实施方式，相应的弹簧元件可以与透镜成形元件一体地形成。
此外，根据实施方式，代替用于在透镜成形元件的多个点上施加力的多个致动器，致动器系统可以包括弯曲致动器(诸如同晶致动器或双晶致动器)。特别地，在实施方式中，弯曲致动器包括至少一第一环形有源层，其中，所述第一有源层被透镜成形元件包括(或甚至形成透镜成形元件)，并且其中，第一有源层被构造为(例如各向异性地)在第一方向上膨胀或收缩以使透镜成形元件弯曲到所述平面之外，使得光学装置包括相对于柱面参考轴线的柱面度。
此外，弯曲致动器可以包括第二有源层，该第二有源层被透镜成形元件包括并且被构造为(例如各向异性地)在第二方向(第二方向可以与第一方向正交)上膨胀或收缩以使透镜成形元件弯曲到所述平面之外，使得光学装置包括相对于柱面参考轴线的柱面度。特别地，第二有源层可以连接至第一有源层。可替代地，第二方向也可以与第一方向共线，其中，在此，当第一有源层膨胀时，第二有源层优选收缩，反之亦然。
此外，弯曲致动器可以包括无源层，该无源层被透镜成形元件包括，其中，无源层可以连接至第一有源层(即弯曲致动器包括有源层和无源层)，或者其中，无源层布置在第一有源层与第二有源层之间并且连接至这些有源层。在此，弯曲致动器包括三个层，即布置在第一有源层与第二有源层之间的无源层。
特别地，无源层可以包括以下材料中的一者或者由以下材料中的一者形成：钢、不锈钢、铝、包括铜的合金、黄铜、聚合物、PET、PMMA、纤维增强材料、碳纤维增强聚合物或其他合适的材料。
此外，特别地，第一有源层和/或第二有源层包括以下材料中的一者或者由以下材料中的一者形成：压电材料、(Pb(Zr,Ti)O3(PZT)、Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PZN-PT)
特别地，使用单个弯曲(例如双晶)致动器可能仅允许调节一个给定柱面参考轴线的柱面度。为了能够调整柱面参考轴线的取向，可以使用两个此类可变形的透镜成形元件，它们的柱面参考轴线相对于彼此旋转45°。
因此，根据另外的实施方式，致动器系统包括另外的弯曲致动器，该另外的弯曲致动器可以设计为上述弯曲致动器，以产生相对于另外的柱面参考轴线的柱面度，其中，该另外的柱面轴优选地相对于另外的弯曲致动器的柱面参考轴线旋转约45°(见上文)
在相应的弯曲致动器的相应的有源层是压电材料的情况下，有源层通过在压电材料上施加电场(例如，借助于接触材料的电极之间的电压差)而变形(例如膨胀或收缩)
此外，根据替代实施方式，致动器系统包括致动器，该致动器包括至少一第一环形有源层，其中，所述第一有源层被透镜成形元件包括(或形成透镜成形元件)，其中，第一有源层包括在有源层的周向方向上并排布置的部段，该部段被构造为被选择性地激活以收缩或膨胀(例如，各向同性或各向异性地)。同样在此，弯曲致动器可以包括连接至第一有源层的第二有源层(例如，构造为类似于第一有源层)或者连接至第一有源层的无源层。此外，有源层可以包括布置在第一有源层与第二有源层之间的无源层(另见上文)。
特别地，第一(或第二)有源层可以包括十二个部段，其中，每个部段在周向方向上的长度对应于30°的环形有源层的中心角。
特别地，弯曲致动器的无源层可以包括以上关于无源层所述的材料中的一者或者可以由这些材料中的一者形成。
特别地，弯曲致动器的第一(或第二)有源层的部段可以包括所述材料中的一者或者可以以上关于有源层所述的材料中的一者形成。
此外，相应的部段可以通过在相应的部段/压电材料上施加电场(例如，借助于接触相应的部段的电极之间的电压差)而变形(膨胀或收缩)
此外，根据实施方式，透镜成形元件弹性地安装到光学装置的保持结构。
特别地，在实施方式中，致动器系统被构造为使底部相对于透镜成形元件倾斜以调整光学装置的棱镜度。
此外，在实施方式中，致动器系统被构造为使底部沿着光学装置的光轴相对于透镜成形元件移动以调整光学装置的球面度。
关于上述实施方式，已经描述了可用于调整光学装置的柱面度和/或球面度和/或棱镜度的某些致动器。
然而，也可以在本发明的框架中使用允许使透镜成形元件的点移位或者允许使透镜成形元件或光学装置的另外的元件(诸如底部)倾斜或轴向移动的其他致动器。
特别地，致动器系统可以包括以下致动器中的一者(例如用于调整光学装置的柱面度和/或球面度和/或棱镜度)
-吸引或排斥永磁体的电磁体(另见上文)，
-磁阻力致动器，
-音圈致动器，
-旋转致动器(例如DC、无刷DC、步进、超声波马达等)，特别是包括将旋转运动转换为线性运动的机械传动装置(例如螺杆式、滚珠丝杠、凸轮、蜗轮、曲柄滑块机构，等等)，
-压电堆栈(任选地带有冲程放大机构)，
-弯曲压电(另见上文)，
-线性超声波马达，
-形状记忆合金致动器，
-热膨胀致动器，以及
-液压致动系统。
此外，光学装置可以包括根据实施方式的控制单元，该控制单元被配置为控制光学装置的致动器系统以便将光学装置的柱面度和/或球面度和/或棱镜度分别调整为期望值。
特别地，为了进行所述调整，控制单元被配置为使用反馈信号。特别地，致动器系统本身可以被配置为提供该反馈信号。特别地，反馈信号可以指示相应的致动器(例如伺服致动器)的位置。可替代地或附加地，光学装置可以包括至少一个传感器，该至少一个传感器被配置为提供反馈信号，该反馈信号指示透镜成形元件(和/或另外的透镜成形元件)的状态(特别是形状和/或曲率)，使得透镜成形元件(和/或另外的透镜成形元件)可以例如以使得光学装置包括期望的柱面度的方式弯曲。
根据本发明的另外的方面，公开了一种光学装置，特别是用于眼科装置，该光学装置包括：
-容器，所述容器封围出所述容器的内部空间，其中，所述内部空间填充有透明液体，并且其中，所述容器包括透明底部和与所述底部相反的透明且可弹性变形的膜，使得液体布置在膜与底部之间，
可变形的环形的透镜成形元件，其连接至膜，使得透镜成形元件的周向边缘限定膜的中央区域，使得光可以经由中央区域和底部穿过容器，其中，在非变形状态下，所述边缘位于一平面内，以及
-可调整的球面度和可调整的柱面度，其中，为了适应光学装置的柱面度，透镜成形元件被构造为：变形成使得所述边缘的形状是可调整的(例如在圆形与椭圆形之间)但仍然位于所述平面内。
此处，球面度和/或棱镜度可以通过使底部相对于透镜成形元件移动(球面度)和倾斜(棱镜度)来调整。
附图说明
下面，参考附图描述本发明的另外的优点、特征以及实施方式，在附图中：
图1示出了根据本发明的光学装置的实施方式的示意性剖视图；
图2示出了处于如下状态的本发明的光学装置的透镜成形元件：在该状态下，透镜成形元件弯曲到其延伸平面之外以调整光学装置的柱面度；
图3在光学装置的膜上没有压差的情况下，其形状非常类似Z1 -1Zernike函数。为了实现纯柱面形状(参考轴线上的度数为零)，可以通过增加/减少光学装置的容器中的压力来产生球面分量，其中(A)显示Δp＝0而(B)显示Δp>0；
图4示出了调整柱面度的另外的可能性；
图5示出了根据本发明的光学装置的另外的实施方式的示意性剖视图，其中此处，容器包括用于将液体泵送到光学装置的容器的内部空间之中和之外的入口。
图6示出了图1所示的实施方式的变型的示意性剖视图，其中此处，容器的侧壁和底部由彼此连接的单独的元件形成。
图7示出了图6所示的实施方式的变型的示意性剖视图，其中此处，膜连接至侧壁以省略将透镜成形元件连接至容器的侧壁的单独的密封元件。
图8示出了根据本发明的光学装置的另外的实施方式的示意性剖视图，其中此处，容器包括两个相反的膜、可变形的透镜成形元件和刚性透镜成形元件；
图9示出了图8所示的实施方式的变型，其中此处，连接至可变形的透镜成形元件的膜形成为壳体。
图10示出了可以通过用有限数量的致动器作用于透镜成形元件的有限数量的点上来调整光学装置的柱面度，此处是六个点和相对应的致动器；
图11示出了根据本发明的光学装置的实施方式的示意性剖视图，该光学装置包括被致动器系统包括的多个致动器，其中，每个致动器被构造为以推拉方式在透镜成形元件的相关联的点上作用。
图12示出了图11所示的实施方式的变型的示意性剖视图，其中此处，相应的致动器被构造为推靠相关联的透镜成形元件点，同时通过布置在容器的内部空间内的弹簧元件(例如螺旋弹簧)提供恢复力；
图13示出了图12所示的实施方式的变型，其中此处，采用板簧代替螺旋弹簧。特别地，(A)示出了指示各个点的位置的示意性俯视图，而(B)示出了光学装置的示意性剖视图。
图14示出了图13所示的实施方式的变型，其中此处，板簧布置在光学装置的容器的内部空间之外。同样此处，(A)示出了装置的示意性俯视图，而(B)显示了示意性剖视图；
图15示出了用于将透镜成形元件弯曲到平面之外的致动器的另外的实施方式，其中此处，此处致动器是弯曲致动器；
图16示出了图15的弯曲致动器的透视俯视图。
图17示出了图15的弯曲致动器的透视仰视图；
图18示出了如何使用两个相反的弯曲致动器来调节多个柱面参考轴线的柱面度；
图19示出了用于将透镜成形元件关于不同的柱面参考轴线弯曲到平面之外的另外的弯曲制动器，其中，弯曲致动器包括可以膨胀/收缩(例如，各向同性地)的有源层的相邻部段；
图20示出了使用图19所示的致动器将透镜成形元件弯曲到平面之外的状态。
图21示出了使用图19所示的致动器将透镜成形元件弯曲到平面之外的另外的状态(具有不同的柱面参考轴线)。
图22示出了根据本发明的光学装置的实施方式，其包括例如图20所示的致动器，其中，透镜成形元件/致动器弹性地联接至保持结构，并且其中，容器的底部被构造为相对于透镜成形元件倾斜或轴向移动以调节球面度和棱镜度；以及
图23示出了根据本发明的光学装置的另外的实施方式，其允许使透镜成形元件弯曲以调整柱面度以及使容器的底部倾斜以调节棱镜度。
具体实施方式
图1示出了适用于眼科(测试)装置的根据本发明的光学装置1的实施方式。特别地，光学装置1包括容器2，所述容器2封围出所述容器2的内部空间3，内部空间3填充有透明液体L。容器2还包括透明底部21和与所述底部21相反的透明且可弹性变形的膜22，使得液体L布置在膜22与底部21之间。
此外，光学装置1包括可变形的环形的透镜成形元件4，该可变形的环形的透镜成形元件4连接至膜22，使得透镜成形元件4限定膜22的中央区域23，使得光可以经由中央区域23和底部21穿过容器2，其中，在非变形状态下，透镜成形元件4限定一(虚拟)平面，并且其中，光学装置1包括可调整的球面度、可调整的棱镜度和可调整的柱面度，其中，为了适应光学装置1的柱面度，透镜成形元件4被构造为弯曲到所述平面P(参见图2)之外，使得透镜成形元件4限定一(虚拟)柱面表面。
特别地，当透镜成形元件4轴向移动(即沿着光轴A)、相对于所述光轴A(或相对于底部21)倾斜或弯曲到平面之外时，中央区域23的曲率相应地变形，这允许调整球面度(透镜成形元件4沿着光轴A移动)、棱镜度(透镜成形元件4倾斜)和柱面度(透镜成形元件弯曲到其初始平面P之外)，这赋予区域23柱面曲率/分量。
特别地，在光学装置1的膜22上没有压差的情况下，其形状非常类似Z1 -1 Zernike函数。为了实现纯柱面形状(参考轴线上的度数为零)，可以通过增加/减少光学装置1的容器2中的液体L相对于环境压力的压力来产生球面分量，其中图3(A)显示Δp＝0而图3(B)显示Δp>0；
可替代地，如图4所示，还可以通过使透镜成形元件4在(初始)膜平面中变形来控制散光(柱面)度，例如，如图4(A)和(B)所示，借助于透镜整形元件4的孔径在平面内变形为非圆形(如椭圆/圆角矩形)。此处，可以通过最小化与所需波前的偏差来确定理想形状。
在这种情况下，透镜/光学装置1的散光(Z2 -2)度和球面(Z2 0)度通过固定关系相关联。(例如0球面度时0柱面度)需要额外的球面可调节元件来实现所有必要的自由度。
此外，如图1所示，容器2的底部21(例如整体地)连接至容器2的周向侧壁24，该侧壁24包括面侧24a，挠性的密封元件25可以连接(例如胶合)至该面侧24a，挠性的密封元件25将侧壁24连接至透镜成形元件4。
在图1所示的实施方式中，可以通过如下方式来调整光学装置1的球面度：使透镜整形元件4沿着光轴A移动以增加容器2的内部空间3中的压力并由此增加膜22的区域23的球面曲率，或者降低内部空间3中的压力并由此降低区域23的球面曲率。
可替代地或附加地，容器2中的压力可以根据图5通过如下方式调整：用泵27将液体L从储液器28通过入口26泵送到容器2的内部空间3中，或者将液体L从内部空间3泵送到储液器28中。
图6示出了图1所示的实施方式的变型，其中此处，侧壁24形成相对于透明底部21的单独的元件，该透明底部21连接(特别是胶合)至侧壁24。
此外，图7示出了如下构造：在该构造中，图1、图5和图6所示的单独的密封元件25被省略。替代地，膜22连接至侧壁24的面侧24a且因此包括作为整体部分的密封元件。
图8示出了根据本发明的光学装置1的又一实施方式，其中此处，上述实施方式中所示的容器2的刚性底部21被呈透明且可弹性变形的另外的膜21形式的底部代替，该底部连接至侧壁24，在这种情况下，侧壁24形成刚性的另外的透镜成形元件24，该透镜成形元件24限定另外的膜21的中央区域29。
特别地，在该双表面实施方式中，另外的固定且刚性的透镜成形元件24优选地包括与可变形的透镜成形元件4相同的通光孔径(clear aperture)。
此处，特别地，球面度(两个膜区域23、29的组合效应)可以由膜22、21中的一者(如果刚度显著不同)主导并且可以通过改变液体压力来控制，例如通过一个或两个透镜成形元件4、24的轴向运动(或借助于图5所示的泵27)来控制。
此外，棱镜度可以通过使透镜成形元件4、24相对于彼此倾斜来控制，而柱面度可以通过使可变形的透镜成形元件4弯曲到平面之外来控制，这将在下面更详细地描述。
此外，根据图9所示的实施方式，膜22可以是壳体(例如，由例如玻璃、塑料材料或聚合物形成的薄构件并且包括例如在10μm至200μm的范围内的厚度)，其特征在于，它也可以具有显著的平面之外的力。这意味着可以在壳体22上没有压力差的情况下实现纯柱面透镜(在其参考轴线上没有度数)。此外，球面度可以(几乎)完全由另外的膜21的形状决定(给定E1>>E2，其中，E1和E2分别对应于杨氏模量)。
现在，如图10所证实，令人惊讶地发现，可以通过作用于透镜成形元件4的有限数量的选定点S1、…来调整柱面度。因此，可以用例如相对较少数量的线性致动器来实现柱面度的精确控制。
特别地，如图10中针对两个不同柱面角所描绘的，(环形的)透镜成形元件4(对于任何柱面角)的期望变形可以通过例如使至少五个点移位来实现，其中此处，作为示例，使用六个点S1、…、S6，它们优选地沿着元件4的外周部40在透镜成形元件4上等距间隔开。
特别地，可以有利地对元件倾斜(球面和棱镜)和液体压力(球面度)的位移进行叠加。因此，仅六个点沿着光轴A移位就足以完全控制球面、柱面和棱镜。
特别地，在图11至14中描绘的不同实施方式中，光学装置1包括致动器系统30，该致动器系统30被构造为使可变形的透镜成形元件4弯曲到平面P之外，以便仅使用该相当少数量的点移位来调整柱面度。
特别地，如图11所示，致动器系统30可以包括各个致动器31，其中，每个致动器31被构造为使点S1、…、S6中的一者移位以使可变形的透镜成形元件4弯曲到平面P之外，以便调整柱面度，且特别是还有其他度数(球面和棱镜)。
特别地，相应的致动器31可以包括定子32和动子33，该动子33可以借助于致动器31沿着光轴A移动并且经由顺从联接件34联接至透镜成形元件4的相应的点S1、…、S6。
如图11所示，相应的致动器31可以是线性推拉致动器31，其可以使相应的点S1、…、S6沿着光轴A/竖直轴A在相反方向上移位。
可替代地，相应的致动器31可以被构造为推靠相应的点S1、…、S6，其中，恢复力由相关联的弹簧元件5提供，如图12、图13和图14的实施方式中所描绘。同样此处，相应的致动器31可以用于调整球面度和/或棱镜度。
特别地，根据图12，相应的弹簧元件5可以是螺旋弹簧5。此外，相应的弹簧元件5可以布置在内部空间3中(即浸没在液体L中)并被支撑在容器2的底部21上。特别地，透镜成形元件4经由点接触件35联接至相应的动子33并且经由相反的点接触件35连接至相应的弹簧元件5。
与图12相反，相应的弹簧元件5也可以由板簧5形成，板簧5可以替代地被支撑在容器2的侧壁24上。如图13(A)所示，相应的板簧5可以从侧壁24径向向内延伸并且可以经由密封件36安装到侧壁24以避免容器2的泄漏(参见图13(B))。
此外，根据图14，相应的板簧5也可以如图14(A)和图14(B)所示被支撑在容器2的内部空间3外部的侧壁24上，并且可以径向向内延伸以与透镜成型件4连接。特别地，在图14所示的实施方式中，透镜成型件4和弹簧5可以彼此成一体地连接并且可以形成一单个单元。
图15与图16和图17结合地示出了致动器300的又一实施方式，其可与致动器系统的其他致动器结合使用或单独使用以调整光学装置1的柱面度。
根据图15至图17，该致动器300是弯曲(例如双晶)致动器，其包括布置在第一环形有源层4a与第二环形有源层4b之间的环形无源层4c，其中，所述层4a、4b、4c被透镜成形元件4包括或甚至可以形成透镜成形元件4，并且其中，第一有源层4a被构造为在第一方向D1上各向异性地膨胀或收缩，并且其中，第二有源层4b被构造为在正交于第一方向D1的第二方向上各向异性地膨胀或收缩，以使透镜成形元件4弯曲到所述平面P之外，使得透镜成形元件4限定平行于柱面参考轴线C1的柱面表面(参见图15)。
可以如上所述实现有源层4a、4b的膨胀或收缩(例如，在有源层包括压电材料的情况下借助于电场)
然而，图15至图17中描绘的双晶致动器300可能仅允许调节一个给定参考轴线的柱面度。在这种情况下，需要两个此类可变形的透镜成形元件4、24/致动器300、301，它们的柱面参考轴线C1、C2形成45°角，如图15所示。
这种包括两个致动器300、301的构造在图18中示意性地示出。此处，光学装置1被如结合图18所描述的那样构造，但是另外的透镜成形元件24现在也是可变形的(如透镜成形元件4)，其中，在非变形状态下，另外的透镜成形元件24限定另外的平面P'，其中，为了适应光学装置1的柱面度，另外的透镜成形元件24(如透镜成形元件4那样)被构造为弯曲到所述另外的平面P'之外，使得另外的透镜成形元件24也限定柱面表面或产生柱面度。为了实现可变的参考轴线，两个致动器300、301可以相对于彼此旋转所述45°，如图15所示。
图19与图20和图21结合地示出了根据本发明的光学装置1的致动器302的另外的实施方式，其中此处，致动器302是弯曲(例如双晶)致动器300，其包括环形无源层4b和环形有源层4a，其中，所述层4a、4b被透镜成形元件4包括或甚至形成透镜成形元件4，并且其中，有源层4a包括在有源层4a的周向方向40上并排布置的相邻部段S1、…、S12，这些部段被构造为选择性地激活以各向同性或各向异性地收缩或膨胀。这允许透镜成形元件4的可变的平面外弯曲，如图20和图21所示。
特别地，有源层4a可以包括十二个部段S1、…、S12，其中，每个部段包括沿周向方向40的长度，该长度对应于30°的环形有源层4a的中心角B。
同样在此，相应的部段S1、…、.S12的膨胀或收缩可以如上所述地实现(例如，在部段包括压电材料的情况下借助于电场)。
特别地，可以在根据本发明的任何实施方式中使用此类致动器302。特别地，图22示出了此类致动器302的应用，其中，由致动器300形成的透镜成形元件4弹性地安装到光学装置1的保持结构7(例如固定基部)。
使用这种联接，容器2可以相对于光轴A倾斜(例如通过致动器系统的合适的另外的致动器)以调整光学装置1的棱镜度。此外，容器2或底部21可以相对于透镜整形元件4沿着光学装置1的光轴A移动以调整光学装置1的球面度。
此外，图23示出了本发明的另外的实施方式，其中此处，柱面度，且特别是球面度，可以借助于各个致动器31来调整，其中，每个致动器31包括例如电磁体32，该电磁体32使联接至透镜成形元件4的磁体33(动子)移动，使得透镜成形元件4可以弯曲到其初始平面P之外，如上所述(例如，通过使透镜成形元件4的至少五个点、特别是六个点移位，如上所述)。
为了调节棱镜度，光学装置1还包括透明光学元件210，该透明光学元件210布置在膜22与底部21之间，使得光学装置1的容器2的内部空间3被分成两个单独的区3a、3b，其中，每个区3a、3b填充有液体L，并且其中，光学装置1包括可以由波纹管形成的挠性的第一侧壁240，以及也可以由波纹管形成的挠性的第二侧壁241，其中，第一侧壁240将透镜成形元件4连接至光学元件1，并且其中，第二侧壁241将光学元件连接至底部21。因此，底部21现在可以通过致动器系统的致动器相对于光学元件210(例如透明的平坦玻璃或聚合物构件)倾斜以调整光学装置1的棱镜度，而致动器31可用于使磁体33移位以调整光学装置1的柱面度和/或球面度。
Claims (46)
1.一种光学装置(1)，所述光学装置(1)特别是用于眼科装置，所述光学装置(1)包括：
-容器(2)，所述容器(2)封围出所述容器(2)的内部空间(3)，其中，所述内部空间(3)填充有透明液体(L)，并且其中，所述容器(2)包括透明底部(21)和与所述底部(21)相反的透明且能够弹性变形的膜(22)，使得所述液体(L)布置在所述膜(22)与所述底部(21)之间，
-能够变形的环形的透镜成形元件(4)，所述透镜成形元件(4)连接至所述膜(22)，使得所述透镜成形元件(4)的周向边缘(41)限定所述膜(22)的中央区域(23)，使得光能够经由所述中央区域(23)和所述底部(21)穿过所述容器(2)，其中，在非变形状态下，所述边缘(41)位于一平面内，以及
-能够调整的球面度和能够调整的柱面度，其中，为了适应所述光学装置(1)的所述柱面度，所述透镜成形元件(4)被构造为弯曲到所述平面(P)之外。
2.根据权利要求1所述的光学元件，其中，为了适应所述光学装置(1)的所述柱面度，所述透镜成形元件(4)被构造为弯曲到所述平面(P)之外，使得所述透镜成形元件(4)的所述边缘(41)与柱面表面重合。
3.根据权利要求1或2所述的光学装置，其中，所述光学装置(1)还包括能够调整的棱镜度。
4.根据权利要求1至3中的一项所述的光学装置，其中，所述底部(21)连接至所述容器(2)的周向侧壁(24)。
5.根据权利要求4所述的光学装置，其中，所述侧壁(24)与所述底部(21)一体地形成。
6.根据权利要求4所述的光学装置，其中，所述侧壁(24)和所述底部(21)是彼此连接的单独的元件。
7.根据权利要求4至6中的一项所述的光学装置，其中，所述膜(22)连接至所述侧壁(24)。
8.根据权利要求1至6中的一项所述的光学装置，其中，所述容器(2)包括将所述透镜成形元件(4)连接至所述侧壁(24)或所述底部(21)的单独的周向且挠性的密封元件(25)。
9.根据前述权利要求中的一项所述的光学装置，其中，所述底部(21)形成能够弹性变形的另外的膜(21)，并且其中，所述光学装置(1)包括环形的另外的透镜成形元件(24)，所述环形的另外的透镜成形元件(24)连接至所述另外的膜(21)，使得所述另外的透镜成形元件(24)的周向边缘(42)限定所述另外的膜(21)的中央区域(29)。
10.根据权利要求9所述的光学装置，其中，所述另外的透镜成形元件(24)是能够变形的另外的透镜成形元件(24)，其中，在非变形状态下，所述另外的透镜成形元件(24)的所述边缘(42)限定另外的平面(P')，其中，为了调整所述光学装置(1)的所述柱面度，所述另外的透镜成形元件(24)被构造为弯曲到所述另外的平面(P')之外。
11.根据权利要求9所述的光学装置，其中，所述另外的透镜成形元件(24)是刚性的。
12.根据权利要求9至11中的一项所述的光学装置，其中，所述膜(22)形成壳体。
13.根据权利要求1至3中的一项所述的光学装置，其中，所述光学装置(1)包括透明光学元件(210)，所述透明光学元件(210)布置在所述膜(22)与所述底部(21)之间，使得所述内部空间(3)被分成两个单独的区(3a、3b)，并且其中，所述光学装置(1)包括挠性的第一侧壁(240)和挠性的第二侧壁(214)，其中，所述第一侧壁(240)将所述透镜成形元件(4)连接至所述光学元件(210)，并且其中，所述第二侧壁(241)将所述光学元件(210)连接至所述底部(21)。
14.根据前述权利要求中的一项所述的光学装置，其中，所述光学装置(1)包括致动器系统(30)，所述致动器系统(30)被构造为使所述能够变形的透镜成形元件(4)弯曲到所述平面(P)之外以便调整所述柱面度。
15.根据权利要求14所述的光学装置，其中，所述致动器系统(30)被构造为使所述透镜成形元件(4)的多个点(S1、…、S6)沿着所述光学装置(1)的光轴(A)移位以使所述能够变形的透镜成形元件(4)弯曲到所述平面(P)之外，以便调整所述柱面度。
16.根据权利要求15所述的光学装置，其中，所述点(S1、…、S6)沿着所述透镜成形元件(4)的外周部(40)分布。
17.根据权利要求15或16所述的光学装置，其中，所述多个点(S1、…、S6)包括至少五个点，特别地，所述多个点(S1、…、S6)包括六个点。
18.根据权利要求15至17中的一项所述的光学装置，其中，所述点(S1、…、S6)沿着所述透镜成形元件(4)的所述外周部(40)等距地间隔开。
19.根据权利要求15至18中的一项所述的光学装置，其中，所述致动器系统(30)被构造为使所述点(S1、…、S6)沿着所述光学装置(1)的所述光轴(A)移位以调整所述光学装置(1)的所述球面度。
20.根据权利要求14至19中的一项所述的光学装置，其中，所述致动器系统(30)包括泵(27)，所述泵(27)被构造为将液体(L)泵送到所述内部空间(3)中或泵送到所述内部空间(3)之外以调整所述光学装置(1)的所述球面度。
21.根据权利要求15至20中的一项所述的光学装置，其中，所述致动器系统(30)被构造为使所述透镜成形元件(4)的点(S1、…、S6)移位，使得所述透镜成形元件(4)相对于所述光学装置(1)的所述光轴(A)倾斜以调整所述光学装置(1)的所述棱镜度。
22.根据权利要求9和根据权利要求14至20中的一项所述的光学装置，其中，所述致动器系统(30)被构造为使所述透镜成形元件(4、24)相对于彼此倾斜以调整所述光学装置(1)的所述棱镜度。
23.根据权利要求15至22中的一项所述的光学装置，其中，所述致动器系统(30)包括多个致动器(31)，其中，每个致动器(31)被构造为使所述点(S1、…、S6)中的一个点移位。
24.根据权利要求23所述的光学装置，其中，每个致动器(31)包括动子(33)，所述动子(33)能够借助于所述致动器(31)沿着所述光学装置(1)的所述光轴(A)来回移动，其中，每个动子(33)联接至所述透镜成形元件(4)的相关联的点(S1、…、S6)，特别地，每个动子(33)通过顺应性联接元件联接至所述透镜成形元件(4)的相关联的点(S1、…、S6)。
25.根据权利要求23所述的光学装置，其中，每个致动器(31)包括动子(33)，所述动子(33)能够借助于所述致动器(31)沿着所述光学装置(1)的所述光轴(A)朝向或远离所述透镜成形元件(4)移动，其中，每个动子(33)被构造为推靠或拉动所述透镜成形元件(4)的相关联的点(S1、…、S6)，并且其中，每个致动器(31)包括弹簧元件(5)，所述弹簧元件(5)被构造为在所述透镜成形元件(4)的所述相关联的点(S1、…、S6)上施加恢复力。
26.根据权利要求24或25所述的光学装置，其中，相应的所述动子(33)由永磁体(33)形成或包括永磁体(33)，并且其中，相应的所述致动器(31)包括用于使相应的所述致动器(31)的所述永磁体(33)移动的电磁体(32)。
27.根据权利要求25或26所述的光学装置，其中，相应的所述弹簧元件(5)被支撑在所述容器(2)的所述底部(21)上。
28.根据权利要求4和根据权利要求25或26所述的光学装置，其中，相应的所述弹簧元件(5)被支撑在所述侧壁(24)上。
29.根据权利要求25至27中的一项所述的光学装置，其中，相应的所述弹簧元件(5)是螺旋弹簧。
30.根据权利要求25至28中的一项所述的光学装置，其中，相应的所述弹簧元件(5)是板簧。
31.根据权利要求25至30中的一项所述的光学装置，其中，相应的所述弹簧元件(5)布置在所述内部空间(3)中并且浸没在所述液体(L)中。
32.根据权利要求25至30中的一项所述的光学装置，其中，相应的所述弹簧元件(5)布置在所述容器(2)的所述内部空间(3)之外。
33.根据权利要求25至30中的一项所述的光学装置，其中，相应的所述弹簧元件(5)与所述透镜成形元件(4)一体地形成。
34.根据权利要求14所述的光学装置，其中，所述致动器系统(30)包括弯曲致动器(300)，所述弯曲致动器(300)包括至少第一环形有源层(4a)，其中，所述第一有源层(4a)被所述透镜成形元件(4)包括，并且其中，所述第一有源层(4a)被构造为在第一方向(D1)上膨胀或收缩以使所述透镜成形元件(4)弯曲到所述平面(P)之外，使得所述光学装置包括相对于柱面参考轴线(C1)的柱面度。
35.根据权利要求34所述的光学装置，其中，所述弯曲致动器(300)包括第二环形有源层(4b)，其中，所述第二有源层(4b)被所述透镜成形元件(4)包括，并且其中，所述第二有源层(4b)被构造为在第二方向(D2)上膨胀或收缩以使所述透镜成形元件(4)弯曲到所述平面(P)之外，使得所述光学装置(1)包括相对于所述柱面参考轴线(C1)的柱面度。
36.根据权利要求34或35所述的光学装置，其中，所述弯曲致动器(300)包括环形无源层(4c)，所述环形无源层(4c)被所述透镜成形元件(4)包括，其中，所述无源层(4c)连接至所述第一有源层(4a)，或者其中，所述无源层(4c)布置在所述第一有源层(4a)与所述第二有源层(4b)之间并且连接至所述第一有源层(4a)和所述第二有源层(4b)。
37.根据权利要求10和根据权利要求34至36中的一项所述的光学装置，其中，所述致动器系统(30)包括另外的弯曲致动器(301)，所述另外的弯曲致动器(301)包括至少第一环形有源层(4a)，其中，所述另外的弯曲致动器(301)的所述第一有源层(4a)被所述另外的透镜成形元件(24)包括，并且其中，所述另外的弯曲致动器(301)的所述第一有源层(4a)被构造为在第一方向(D1)上膨胀或收缩以使所述另外的透镜成形元件(24)弯曲到所述平面(P')之外，使得所述光学装置(1)包括相对于另外的柱面参考轴线(C2)的柱面度。
38.根据权利要求37所述的光学装置，其中，所述另外的弯曲致动器(301)包括第二环形有源层(4b)，其中，所述另外的弯曲致动器(301)的所述第二有源层(4b)被所述另外的透镜成形元件(24)包括，并且其中，所述另外的弯曲致动器(301)的所述第二层(4b)被构造为在第二方向(D2)上膨胀或收缩以使所述另外的透镜成形元件(24)弯曲到所述平面(P')之外，使得所述光学装置(1)包括相对于所述另外的柱面参考轴线(C2)的柱面度。
39.根据权利要求37或38所述的光学装置，其中，所述另外的弯曲致动器(301)包括环形无源层(4c)，所述环形无源层(4c)被所述另外的透镜成形元件(24)包括，其中，所述另外的弯曲致动器(301)的所述无源层(4c)连接至所述另外的弯曲致动器(301)的所述第一有源层(4a)，或者其中，所述另外的弯曲致动器(301)的所述无源层(4c)布置在所述另外的弯曲致动器(301)的所述第一有源层(4a)与所述第二有源层(4b)之间并且连接至所述另外的弯曲致动器(301)的所述第一有源层(4a)和所述第二有源层(4b)。
40.根据权利要求34至36中的一项和根据权利要求37至39中的一项所述的光学装置，其中，所述柱面参考轴线(C1、C2)相对于彼此旋转45°。
41.根据权利要求14所述的光学装置，其中，所述致动器系统(30)包括弯曲致动器(302)，所述弯曲致动器(302)包括至少第一环形有源层(4a)，其中，所述第一有源层(4a)被所述透镜成形元件(4)包括，其中，所述第一有源层(4a)包括在所述第一有源层(4a)的周向方向(40)上并排布置的部段(S1、…、S12)，所述部段(S1、…、S12)被构造为被选择性地激活以收缩或膨胀从而使所述透镜成形元件(4)弯曲到所述平面(P)之外，使得所述光学装置(1)包括柱面度。
42.根据权利要求41所述的光学装置，其中，所述弯曲致动器(302)包括第二环形有源层，其中，所述第二有源层被所述透镜成形元件(4)包括，其中，所述第二有源层包括在所述第二有源层的周向方向上并排布置的部段，所述部段被构造为被选择性地激活以收缩或膨胀从而使所述透镜成形元件(4)弯曲到所述平面(P)之外，使得所述光学装置包括所述柱面度。
43.根据权利要求41或42所述的光学装置，其中，所述弯曲致动器(302)包括环形无源层(4c)，所述环形无源层(4c)连接至所述第一有源层(4a)，或者布置在所述第一有源层(4a)与所述第二有源层(4b)之间并且连接至所述第一有源层(4a)和所述第二有源层(4b)。
44.根据权利要求14或根据权利要求34至43中的一项所述的光学装置，其中，所述透镜成形元件(4)弹性地安装到所述光学装置(1)的保持结构(7)。
45.根据权利要求14或根据当引用权利要求14时的权利要求15至45中的一项所述的光学装置，其中，所述致动器系统(30)被构造为使所述底部(21)相对于所述透镜成形元件(4)倾斜以调整所述光学装置(1)的所述棱镜度。
46.根据权利要求14或根据当引用权利要求14时的权利要求15至45中的一项所述的光学装置，其中，所述致动器系统(30)被构造为使所述底部(21)沿着所述光学装置(1)的光轴(A)相对于所述透镜成形元件(4)移动以调整所述光学装置(1)的所述球面度。
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