TWI807992B - 改進或關於可變聚焦功率光學裝置和包含這種裝置的增強現實頭戴式耳機或頭盔 - Google Patents

Abstract

揭露一種用於可變聚焦功率光學總成100之隔膜總成150。該隔膜總成150包含：一可膨脹隔膜155，該可膨脹隔膜155藉由至少一個可彎曲支撐環159而圍繞該隔膜之周邊(邊界B)保持拉伸；及一或多個彎曲致動器170，且每一彎曲致動器170包含：一選擇性可操作使本身彎曲的條帶，該條帶係連續地附接至該支撐環159之各別離散區段，以用於主動地控制該支撐環159之該等區段之曲率。亦揭露一種可變聚焦功率光學總成100，該可變聚焦功率光學總成100包含此種隔膜總成150。還揭露一種眼部佩戴物件80，該眼部佩戴物件80包含至少一個此種可變聚焦功率光學總成801。

Description

改進或關於可變聚焦功率光學裝置和包含這種裝置的增強現 實頭戴式耳機或頭盔

優先權

本申請案主張英國專利申請案第1800930.8號之優先權，該專利申請案係在2018年1月19日申請，且該專利申請案之內容係以全文引用之方式併入本文中。

本發明係關於可變聚焦功率光學裝置，諸如可變聚焦功率透鏡及鏡子，且特別參考在拉伸可膨脹隔膜上具有光學表面之種類的可變聚焦功率光學裝置，該可膨脹隔膜藉由一可彎曲支撐環圍繞該隔膜之周邊保持。該隔膜形成一充滿流體之包封一個壁，該包封可壓縮或可擴張以導致該隔膜向外或向內膨脹，由此改變該光學表面之聚焦功率。本發明亦係關於一種包含此種可膨脹隔膜之隔膜總成，該隔膜總成用於此種類之裝置中；一種眼鏡，該眼鏡包含一或多個此類可變聚焦功率透鏡；及一種增強現實頭戴式耳機或頭盔，該增強現實頭戴式耳機或頭盔包含：以前後方式配置成光學對準之兩個或更多個此種可變聚焦功率透鏡；及插入於該兩個或更多個此種可變聚焦功率透鏡之間的一透明波導顯示器。

充滿流體之可變焦點透鏡(「液體透鏡」)係此項技術中已知的，且可為「壓縮」或「注射」類型。

典型壓縮型透鏡係藉由WO 99/061940 A1揭示，在典型壓縮性透鏡中，具有分別藉由一透明壁構件及一可膨脹隔膜形成之對置壁之一密封式包封充滿一透明流體，且提供用於改變該透明壁構件與該可膨脹隔膜之間的間距以用於改變腔室中之透明流體之壓力的方法。該隔膜在張力下結合至一保持器，且該透明壁構件支撐於一硬式透鏡之一表面上，該硬式透鏡配置在該包封外部，從而毗鄰該透明壁構件。亦提供任何所要周邊形狀的具有具圓形開口之中心部分之「圓化」隔膜支撐件，以確保該隔膜之自由區域係圓形的，即使在最大膨脹下。

壓縮型透鏡之一優點係壓縮型透鏡使自身適合用於可彎曲支撐環，該支撐環圍繞該可膨脹隔膜之邊緣保持該可膨脹隔膜，如例如內容以引用方式併入本文中之WO 2013/144533 A1及WO 2013/144592 A1中所揭示。當該隔膜之形狀係非圓形時或在需要賦予該隔膜例如用於眼科應用中的藉由一或多個任尼克多項式界定之更複雜3維形式(例如圓柱體)的情況下，可彎曲支撐環允許藉由在該隔膜膨脹或收縮時在一方向上彎曲來調整該隔膜之邊緣的輪廓，該方向平行於該隔膜之一光軸且與該隔膜之邊緣相切。

WO 2013/144592 A1之壓縮透鏡包含一支撐環，該支撐環耦接至用以包含透鏡總成之各種部分的兩部分外殼。該支撐環在該支撐環周圍之複數個控制點處藉由各別嚙合構件連接至該外殼，以用於控制隔膜之邊緣相對於盤狀部分之對置壁的位置，該盤狀部分與藉由該支撐環保持之可膨脹隔膜形成密封式包封。該盤狀部分之壁結合至附接至該外殼之一板的一表面。該支撐環在該等控制點之間不受約束。該等控制點包含：鉸接點，在該等鉸接點處，該支撐環藉由相應嚙合構件鉸接至該外殼；及致動點，在該等致動點處，一壓力調節器藉由相應嚙合構件連接至該支撐環以實現該支撐環相對於該壁之受控移位，以用於調整充滿流體之腔室中的壓力。如WO 2013/144592 A1所揭示，可存在至少一個致動點及三個或更多個鉸接點。

儘管WO 2013/144592 A1之壓縮透鏡令人滿意地操作且在不需要圓化支撐件之情況下允許隔膜之整個表面用作為光學表面，但該壓縮透鏡忍受如下缺點：該支撐環之彎曲在控制點之間係被動的。該支撐環在該等鉸接點處相對於該外殼保持靜止，且在該等致動點處相對於該盤狀部分之壁主動地移位以使該支撐環彎曲。該隔膜膨脹成正確的3D形式取決於控制點之間的支撐環之被動彎曲。此在實踐中可能難以達成，尤其在遠離致動點的支撐環之區域中。

US 5731909 A揭示一種用於藉由使透鏡之赤道直徑發生小變化來增大彈性變形透鏡之光學功率的方法。在此配置中，在正交於透鏡之光軸之( x,y)平面中調整圓形、合成之彈性可變形透明折射主體之周邊的曲率。

US 2011/0267703 A1揭示一種圓形流體透鏡，該透鏡具有至少部分地藉由第一光學表面及第二光學表面定界之儲存器。一流體填充該儲存器之容積。一活塞經配置以自該儲存器外部接觸該第一或該第二光學表面之一部分。該第一光學表面或該第二光學表面中之一或多者經配置以由於施加至流體之壓力的變化或該活塞與該第一或該第二光學表面之間的接觸變化而變形。輪緣可安置於該儲存器外且經配置以接觸該第一或該第二光學表面中之一或多者且提供額外變形至該第一或該第二光學表面中之一或多者。在此配置中，該第一或該第二光學表面之邊緣的曲率沒有變化。

US 2010/0182703 A1揭示一種具有一圓形可變形隔膜之光學裝置，該圓形可變形隔膜包括：一錨定區，該錨定區在支撐件上、幫助容納恆定體積的與隔膜之面接觸之流體；一實質上中心區，該中心區經配置以自放鬆位置可逆地變形；及一致動機構，該致動機構使該中心區中之流體移位，從而在位於該中心區與該錨定區之間的部分中對該隔膜施加應力。該致動機構包括分佈在該隔膜之周邊的微梁(micro-beam)類型之複數個熱或壓電致動器，該等微梁包括接合至該支撐件的至少一個固定部分，及在致動後與該隔膜在位於該中心區與該錨定區之間的區域中接觸的至少一個移動部分。

JP 10-144975 A揭示一種疊層壓電致動器，該致動器用作一圓形可變焦距透鏡設備之驅動機構，該可變焦距透鏡設備具有藉由透明板與對置之透明塑膠膜形成之密封式空間，該空間充滿工作流體。該致動器包含在中心部分、外部周邊部分及內部周邊部分中具有通孔之幾個疊層壓電雙晶，該等疊層壓電雙晶藉由外部周邊連接構件及內部周邊連接構件連接。透明彈性膜與該通孔同軸且連接至該致動器之該外部周邊連接構件。該透明板連接至該內部周邊連接構件。在AC電壓施加至該致動器後，由於該工作流體之壓力波動，該透明彈性膜振動。

在致動後，US 2010/0182703 A1之壓電致動器及JP 10-144975 A之壓電雙晶兩者在一平面中彎曲，該平面分別平行於該光學裝置或透鏡設備之光軸且正交於該隔膜或透明彈性膜之周邊。該等致動器/雙晶在與該隔膜或透明彈性膜之周邊相切之方向上不彎曲。

US 2008/023953 A1揭示一微平版投影曝光設備之一投影物鏡，該設備包含用於減小旋轉不對稱之影像誤差的一操縱器。該操縱器依次含有一透鏡、一光學元件及形成於該透鏡與該光學元件之間的一中間空間，該中間空間可充滿液體。此外提供專門作用於該透鏡之至少一個致動器，該至少一個致動器可產生該透鏡之旋轉不對稱變形。在US 2008/023953 A1之一個實施例中，該操縱器包含各自藉由一壓電元件形成之八個致動器層，該等致動器層僅擱置在一可彎曲的平面平行圓形板之一下部光學表面上，且接近該板之圓周配置以形成由類縫隙間隙或準連續致動器環斷開之一環。該等壓電元件之晶體經對準，使得在施加電壓後，拉力或壓縮力藉由該等致動器層沿著切線方向產生。該等力之方向在垂直於光軸之平面中延伸。由於該等致動器層僅配置在該板之一側上，因此在該板內將存在導致板彎曲之不對稱力分佈。

本發明之第一目標係提供對諸如透鏡之壓縮型可變聚焦功率光學裝置中之支撐環在控制點之間的曲率之改進控制。

與藉由WO 2013/144592 A1揭示之壓縮型透鏡類型相關聯之另一缺點係例如支撐環在控制點處藉由嚙合構件附接至外殼導致相對笨重之總成。

因此，本發明之另一目標係提供一種盡可能小且輕之可變聚焦功率光學總成，尤其在該可變聚焦功率光學總成係用於經指定以戴在使用者之面部上的眼鏡中之可調整透鏡時。

可調整透鏡之一個應用係在如例如在EP 3091740 A1中所揭示的抬頭顯示器(head-up display；HUD)及頭盔安裝之顯示器的領域中，在該等顯示器中，雙目顯示裝置包含將由一使用者同時佩戴的兩個目鏡總成，每一眼部具有一個相應的目鏡總成，每一目鏡總成包含：具有正光學強度之一外部光學部分，該外部光學部分經配置用於接收來自外部場景的外界光且用於將結果引導至該裝置之一透明波導顯示器部分，該透明波導顯示器部分經配置用於輸出實質上準直之顯示光；及具有負光學強度之一內部光學部分，該內部光學部分經配置用於接收外界光及來自該波導顯示器部分的實質上準直之顯示光且用於對接收之顯示光強加發散以產生每一目鏡總成實質上共用之虛擬焦點及輸出結果以供顯示，藉此，在使用時，藉由顯示光輸送之影像疊加在外部場景上以作為當經由該雙目顯示裝置查看時的三維影像。該顯示裝置包含一控制器單元，該控制器單元經配置以控制兩個發散透鏡之光學強度，使得虛擬焦點實質上保持由每一目鏡總成共有，且使得虛擬焦點可改變位置。

與包括HUD之增強及虛擬現實頭戴式耳機及頭盔相關聯之熟知問題係調節-聚散(accommodation-vergence)衝突，其中調節與聚散之間的失調可引起頭疼、疲勞及/或噁心，使用者利用聚散在靠近使用者之眼的顯示器上查看虛擬3D物件。

因此，本發明之又一目標係緩解增強現實頭戴式耳機中之聚散-調節衝突(vergence-accommodation- conflict; VAC)的問題。

以下係對本發明之特定態樣之描述，該等態樣中之每一者解決本發明之上述目標中的至少一個，但未必全部同時解決該等目標。

在本發明之第一態樣中，提供一種用於一可變聚焦功率光學裝置之隔膜總成，該隔膜總成包含一可膨脹隔膜，該隔膜藉由至少一個可彎曲支撐環而圍繞該隔膜之周邊保持拉伸，該隔膜總成之特性在於一或多個曲率控制器，該或每一曲率控制器附接至該支撐環之一各別離散區段以用於主動地控制該支撐環之該各別區段之曲率。在使用時，該可膨脹隔膜提供具有可變聚焦功率之一光學表面，可變聚焦功率可藉由更改與該隔膜之一表面接觸的流體之壓力來調整。該隔膜具有適合於光學或眼科用途之三維膨脹形狀。因此，該隔膜之三維膨脹形狀可為球面或藉由一或多個一階、二階、三階或四階任尼克多項式界定之複合形狀。適當地，主球面分量( )可藉由一或多個次要分量(該等次要分量係藉由其他選定的二階、三階及或四階任尼克多項式定義)重疊，以引入與選自散光、彗星及三葉草之基礎球面形式的一或多個偏差且提供驗光師所需之透鏡形狀的通常範圍。該一或多個曲率控制器經配置以根據該隔膜之三維膨脹形狀來調整該隔膜之周邊的形狀。

該支撐環可具有在約100 mm至200 mm、合適地約125 mm至175 mm之範圍中的周長。可提供單一支撐環。替代地，可提供兩個或更多個支撐環，該等支撐環疊層在一起以形成一複合支撐環。該等支撐環可具有彼此實質上相同之形狀。在一些實施例中，該隔膜可夾在兩個鄰近支撐環之間。

適當地，該(該等)支撐環可為回彈性可彎曲的。合適之回彈性材料包括鋼、鈦、玻璃以及藍寶石。在一些實施例中，該或每一支撐環可自一塊不銹鋼衝壓。

適當地，該或每一支撐環可具有兩個對置之平坦表面，該等表面實質上平行於藉由該隔膜在平坦時、即當該隔膜未變形且該光學表面具有零光學功率時界定之一( x,y)平面。將瞭解，當併入於諸如例如可變聚焦功率透鏡或鏡子或其他光學裝置之光學總成中時，該光學總成可設置成使得該隔膜絕不允許變得平坦；例如，該隔膜在裝置中可具有最小曲率。然而，將理解，該隔膜仍可被視為具有界定( x,y)平面的理論上平坦之未變形狀態。同樣地，該或每一支撐環在其平坦時能界定( x,y)平面，即使在完整的光學總成中，支撐環絕不會配置成變得完全平坦。本文中對( x,y)平面之引用意味由隔膜及/或支撐環在其未變形且平坦時界定之平面。

該或每一支撐環可為一大體上矩形之橫截面。該或每一支撐環在( x,y)平面中可具有小於約2 mm至3 mm、較佳不大於1 mm之寬度。該等支撐環在正交於( x,y)平面之z軸上可具有相同或不同厚度。在一些實施例中，該等支撐環可各自具有在約0.1 mm至約0.5 mm之範圍中的厚度。單個支撐環或複合支撐環在z軸上之總厚度可適當地在約0.4 mm至約0.7 mm之範圍中。

該一或多個曲率控制器可經配置用於控制在一方向上的該支撐環之曲率，該方向大體上垂直於藉由該隔膜界定之( x,y)平面。詳言之，該一或多個曲率控制器可經配置用於控制在一平面中的該支撐環之曲率，該平面正交於該隔膜附接至該支撐環的方向且與該支撐環相切。相應地，該一或多個曲率控制器中之每一者可經配置以導致該支撐環在一方向上彎曲，該方向實質上平行於該z軸且與該隔膜之周邊相切。當併入於透鏡、鏡子或具有光軸之其他光學總成中時，該z軸可與該光軸重合或實質上對準，使得該一或多個曲率控制器中之每一者可經配置用於導致該支撐環在一方向上彎曲，該方向實質上平行於該總成之該光軸且與該隔膜之周邊相切。

本文中之「曲率控制器」意味該支撐環之一區域上帶有的用於使該支撐環在彼區域中局部地主動彎曲之裝置。曲率控制器可具有有限長度；曲率控制器可僅沿著該支撐環之該區域延伸，即曲率控制器可僅延伸該支撐環之圓形部分。在一些實施例中，兩個或更多個曲率控制器可以連續之端對端配置連接在一起。舉例而言，複數個曲率控制器可形成為單一的連續部分，且每一曲率控制器個別地可定址且作用於該支撐環之各別對應區域。該或每一曲率控制器應當能夠在0.1 s中產生mJ級之功率。該或每一曲率控制器因此應具有在約1 mW至100 mW、適當地1 mW至20 mW範圍中之額定功率，例如約10 mW。

曲率控制器可疊層或附接至該支撐環之該區域或至本身附接至該支撐環之介入元件，且可能可操作以彎曲，使得曲率控制器之彎曲傳遞至該支撐環之該區域。替代地，如下文所描述，曲率控制器可在有限長度的該支撐環之一區域中之兩個或更多個隔開位置處、通常在該區域之每一末端附接至該區域，且經配置以將彎曲力矩施加至在彼等位置之間的該支撐環，從而再次導致該支撐環彎曲。曲率控制器可適當地安裝於該(該等)支撐環之平坦表面中之一者上。適當地，曲率控制器可容納於該支撐環之尺寸內。在一些實施例中，曲率控制器在( x,y)平面中可具有不大於約2 mm、較佳不大於約1 mm之寬度。適當地，曲率控制器不應突出超過曲率控制器附接至該隔膜所在的該支撐環之邊緣、尤其係該支撐環之內部邊緣。

一般地，曲率控制器並不配置成傳遞至或來自該隔膜總成或諸如例如可包含該隔膜總成之可變聚焦功率光學總成的另一總成之任何其他部分的實體力。如下所述，但曲率控制器完全作用於該支撐環。藉由作用於該支撐環之連續區域，曲率控制器得以與例如一類邊界高度控制器區分，該邊界高度控制器連接至支撐環上之單一點且連接至包括該支撐環之可變聚焦功率光學總成的另一部分，以用於使該支撐環在彼點處朝向或遠離該另一部分主動地移位(此亦可導致該支撐環之被動彎曲)。

適當地，該或每一曲率控制器可包含形成於該支撐環之各別離散區段上或安裝至該支撐環之各別離散區段之一彎曲致動器。「彎曲致動器」意味一種致動器，該致動器本身彎曲，使得當形成於諸如例如該支撐環的另一可彎曲部分上或安裝至該另一可彎曲部分時，該致動器可操作以將對應彎曲給予彼部分。如上文所提及，彎曲致動器可形成於或安裝於該(該等)支撐環之平坦表面中之一者上。彎曲致動器可在一方向上彎曲，該方向實質上平行於該z軸且與該隔膜之周邊或邊界相切。

合適彎曲致動器之實例包括一或多個條帶之壓電、電活性或磁致伸縮材料，或雙金屬條帶。舉例而言，在一些實施例中，該一或多個彎曲致動器中之至少一者可包含由兩個或更多個壓電材料層構成之壓電雙晶或多層致動器，該等壓電材料層彼此疊層且經配置使得在該等層上施加不同電場(通常使用電極)導致致動器之彎曲且因此導致鄰近致動器的該支撐環之局部彎曲。如上所述，在一些實施例中，該或每一彎曲控制器可包含附接至該支撐環之對應區域的獨立部分。替代地，單一壓電致動器可跨多個區域或甚至整個地圍繞支撐環而延伸，其中複數個不連續電極界定用於待控制的支撐環之不同區域之單獨彎曲致動器。因此，與支撐環之各別對應區域相關聯的壓電致動器之單獨區段可個別地加以控制。

有利地，該或每一彎曲致動器可包含附接至該支撐環之複數個壓電材料層。此種配置可提供使支撐環對抗其自身的固有彈性彎曲所需的必要彎曲力，及來自膨脹隔膜的作用於支撐環之復原力，而不使每一個別壓電材料層經歷過度拉伸應變。

壓電雙晶或多層彎曲致動器可藉由將相繼的壓電材料層噴墨印刷至該支撐環或附接至該支撐環的一中間層上而形成於該支撐環上。替代地，雙晶或多層壓電彎曲致動器可使用合適黏合劑或藉由其他合適手段附接至該支撐環或支撐環中間之一中間層。

在一些實施例中，該或每一曲率控制器可包含一線性致動器，該線性致動器在沿著該支撐環分隔開的兩個位置處連接至該支撐環，使得該線性致動器之操作導致該支撐環在該兩個位置之間彎曲。合適線性致動器之實例包括活塞、SMA線或線陣列、電活性聚合物致動器、壓電擺線(squiggle)馬達以及螺線管。

在一些實施例中，兩個或更多個曲率控制器可附接至該支撐環之不同各別區段。

在一些實施例中，該隔膜總成可進一步包含用於量測該環之一離散區段之局部曲率的至少一個曲率感測器。一合適曲率感測器可包含附接至該支撐環之至少一個壓電材料層。

在該隔膜總成包含一活塞以作為用於控制該支撐環之一離散區段之曲率的線性致動器，曲率感測器可包含與該活塞相關聯之一擴張感測器。

在一些實施例中，該隔膜總成可包含形成於該支撐環之不同各別區段上或安裝至該支撐環之不同各別區段的複數個曲率控制器，及兩個或更多個曲率感測器，該等曲率感測器中之每一者與該等曲率控制器中之一不同各別曲率控制器相關聯以用於量測靠近該各別曲率控制器的該支撐環之該局部曲率。

曲率控制器之數目及曲率控制器圍繞支撐環之置放可根據該隔膜之形狀及大小與如下文更詳細地描述的該隔膜之所要膨脹三維形式改變。單一曲率控制器不應圍繞整個支撐環延伸，而應僅覆蓋該支撐環之一離散部分，但如上所述，複數個鄰近之曲率控制器可藉由單一之連續部分提供。

該或每一曲率控制器之長度應足夠長以產生足夠的彎曲力矩，從而無需異常能量即導致該支撐環之區域局部彎曲，但不應過長而損害導致該隔膜膨脹至所要三維形式所需的該支撐環之形狀的準確度。舉例而言，長度相對較短之一或多個曲率控制器可圍繞在該支撐環之平面中曲率較大的該支撐環之區域置放，而較少及/或更長的曲率控制器可置放在曲率較小的該支撐環之區域(例如在該支撐環之平面中成直線或接近直線的該支撐環之區域)中。熟習此項技術者將能夠針對根據本發明建構之每一特定隔膜總成來調適該一或多個曲率控制器之精確數目、大小及位置。

在一些實施例中，該隔膜可為非圓形的。然而，此並不排除在一些實施例中，該隔膜可為實質上圓形的可能性。通常，對於眼鏡應用，該隔膜可具有自美觀以及實用觀點看合適的任何形狀。眼鏡之典型透鏡形狀包括卵形、半卵形、矩形、旅行者(wayfarer)、飛行員(aviator)、領航員(navigator)、半眼、貓眼、半貓眼、八邊形、六邊形、五邊形以及半方形。在一些實施例中，該隔膜可具有大體上矩形之形狀。圍繞隔膜之邊緣保持該隔膜的該(該等)支撐環可具有對應形狀。

因此，根據本發明，支撐環可具有在( x,y)平面中變化之曲率(1/R _xy)。曲率控制器可在曲率最大之區域中附接至支撐環。非圓形支撐環可帶有根據本發明之複數個曲率控制器，其中曲率控制器在曲率較大之區域中比在曲率較低之區域中多。定位在曲率相對較高之區域中的曲率控制器可比定位在曲率相對較低之區域中的曲率控制器短。在一些實施例中，與曲率較低之區域中的曲率控制器之數密度相比，曲率控制器之數密度在曲率較大之區域中較大。

在一些實施例中，該隔膜可為光學清透的。此種隔膜總成可適合併入於可變聚焦功率透鏡中。

根據本發明之第二態樣，提供一種可變聚焦功率光學總成，該可變聚焦功率光學總成包含根據本發明之第一態樣的隔膜總成。如上文所提及，該可變聚焦功率光學總成可界定一光軸，且如上文所界定之z軸可與該光軸重合或實質上對準。

該可變聚焦功率光學總成可例如組成一可變聚焦功率鏡或透鏡。根據本發明之可變聚焦功率透鏡可併入於諸如例如一副眼鏡或增強或虛擬現實頭戴式耳機的供人類使用之眼鏡中，在眼鏡中，至少一個可變聚焦功率透鏡配置在使用者之視野中。

根據本發明之第三態樣中，提供一種可變聚焦功率光學總成，該可變聚焦功率光學總成包含：一充滿流體之可壓縮包封，該包封具有：藉由一可膨脹隔膜形成之一第一壁，該可膨脹隔膜藉由至少一個可彎曲支撐環而圍繞該隔膜之周邊保持拉伸；與該第一壁對置之一非撓性第二壁，該支撐環在圍繞該支撐環間隔開的三個或更多更鉸接點處與該第二壁保持一固定距離，且在該等鉸接點中間朝向或遠離該第二壁可彎曲；及介於該第一壁與該第二壁之間的側壁，該側壁可縮以適應此彎曲；及一或多個曲率控制器，該一或多個曲率控制器附接至在該等鉸接點之間的該支撐環之各別離散區段。該隔膜可經配置以在該支撐環在該等鉸接點之間彎曲後在朝向或遠離該第二壁之一方向上膨脹。由於該隔膜之此膨脹，該隔膜之一表面可形成具可變聚焦功率之一光學表面。該一或多個曲率控制器可操作以用於主動地控制在該隔膜之膨脹方向上的該環之每一各別離散區段之曲率。

在一些實施例中，該非撓性第二壁可藉由一剛體提供或支撐在該剛體上。為了形成可變聚焦功率透鏡總成，該非撓性第二壁可為一硬式透鏡之一表面。替代地，該非撓性第二壁可為由可撓性材料形成之一壁，該壁結合至或以其他方式附接至諸如硬式透鏡之剛體。

該剛體可牢固地安裝於一底板內。該底板可形成該可變聚焦功率光學總成之一框架或外殼之部分。舉例而言，在一些實施例中，該底板可形成一副眼鏡或增強現實或虛擬現實頭盔或頭戴式耳機之框架之部分。替代地，該底板可形成該可變聚焦功率光學總成之專用外殼，該外殼用以封裝該可變聚焦功率光學總成之所有組件，以作為離散之整體單元。此種外殼可利於將該可變聚焦功率光學總成安裝至一較大總成，諸如例如一副眼鏡、頭戴式耳機或其他光學裝置。

便利地，該支撐環可在該等鉸接點中之每一者處連接至該底板。在一些實施例中，該支撐環可包含在每一鉸接點處之調整片，該調整片耦接至該底板。

在一些實施例中，該支撐環可藉由安置於每一鉸接點處之一支撐銷安裝於該剛體上。每一支撐銷可具有嚙合該支撐環之一第一末端，及固定地緊固至該剛性組件之一第二末端。

在一些實施例中，該可變聚焦功率光學總成可進一步包含至少一個邊界高度控制器，該至少一個邊界高度控制器用於使該支撐環在一致動點處朝向或遠離該第二壁主動地移位。該支撐環在一致動點處之移位可導致在該致動點之區域中的該支撐環之局部彎曲。合適之邊界高度控制器尤其包括滑動凸輪致動器、旋轉凸輪致動器、活塞、SMA致動器以及壓電致動器。該一或多個邊界高度控制器可用於壓縮及擴張該充滿流體之包封以改變該隔膜之形狀，且可與該一或多個曲率控制器一起作用以用於控制該隔膜之周邊的形狀。

有利地，該可變聚焦功率光學總成可包含根據本發明之第一態樣之隔膜總成。將理解，上文關於本發明之第一態樣給出的對該隔膜總成之描述同樣適用於本發明之第三態樣的該可變聚焦功率光學總成之對應部分。相應地，該或每一曲率控制器可包含附接至該支撐環之各別離散區段之一彎曲致動器。適當地，該彎曲致動器可包含至少一個條帶之一壓電、電活性或磁致伸縮材料及/或至少一個雙金屬條帶。舉例而言，該彎曲致動器可包含附接至該支撐環之該各別離散區段的一壓電雙晶、一多層致動器或複數個壓電材料層，如上文所提及。在一些實施例中，該或每一曲率控制器可包含一線性致動器，該線性致動器在沿著該支撐環分隔開的兩個位置處附接至該支撐環，使得該線性致動器之操作導致該支撐環在該兩個位置之間彎曲。該線性致動器可包含活塞、SMA線或線陣列、電活性聚合物致動器、壓電擺線馬達或螺線管。在一些實施例中，兩個或更多個曲率控制器可安裝至該支撐環之不同相應區段。

在一些實施例中，該可變聚焦功率光學總成可進一步包含至少一個曲率感測器，該至少一個曲率感測器用於量測該支撐環之一離散區段之曲率及產生表示該離散區段之該曲率的一輸出信號。適當地，該曲率感測器可包含形成於該支撐環上或附接至該支撐環的至少一個條帶之壓電材料。在該可變聚焦功率光學總成包括一活塞以作為用於控制該支撐環之一離散區段之曲率的線性致動器之情況下，該曲率感測器可包含與該活塞相關聯之一擴張感測器。

在一些實施例中，該可變聚焦功率光學總成可包含附接至該支撐環之不同各別區段之複數個曲率控制器，及兩個或更多個曲率感測器，該等曲率感測器中之每一者與該等曲率控制器中之一不同各別曲率控制器相關聯以用於量測在各別曲率控制器處的該支撐環之對應區段之局部曲率及產生表示該對應區段之該曲率的一輸出信號。

在一些實施例中，本發明之可變聚焦功率光學總成可進一步包含用於控制一或多個曲率控制器之操作之一電子控制系統。該電子控制系統可包含：一處理器；一記憶體，該記憶體含有機器可讀指令及將藉由一或多個對應曲率感測器量測的該支撐環之至少一個離散區段之曲率與藉由該隔膜形成之該光學表面之聚焦功率關聯的資料；以及一輸入裝置，該輸入裝置可操作以產生表示與目標聚焦功率相關之值的一輸入信號。該等機器可讀指令可包括使該處理器進行以下操作之指令：接收來自該一或多個曲率感測器之輸出信號且使用儲存於該記憶體裝置中之資料來判定該隔膜之該光學表面之一量測聚焦功率；接收來自該輸入裝置之輸入信號且判定目標聚焦功率；將該光學表面之該量測聚焦功率與該目標聚焦功率進行比較，且若該量測聚焦功率不同於該目標聚焦功率，則操作該或每一曲率控制器以改變該支撐環之該各別離散區段之曲率。以此方式，可朝向該目標聚焦功率調整該光學表面之該聚焦功率。

在該可變聚焦功率光學總成包含圍繞該支撐環之兩個或更多個曲率控制器的情況下，該等曲率控制器可有利地藉由該電子控制系統個別地可定址。

可提供至少一個另外感測器以用於量測該充滿流體之包封內之流體之一物理性質。在此等情況下，藉由該記憶體裝置儲存之資料可將該光學表面之該聚焦功率與藉由該一或多個曲率感測器量測的該支撐環之該離散區段之該曲率及該流體之該物理性質關聯。

該等機器可讀指令可包括使該處理器進行以下操作之指令：接收來自該另外感測器之一感測器信號，且根據該支撐環之該或該等離散區段的該量測曲率及該流體的該量測物理性質來計算該光學表面之該量測聚焦功率。在一些實施例中，該量測之物理性質可為溫度及/或壓力。

在一些實施例中，該輸入裝置可包含用於選擇目標聚焦功率之一使用者可操作輸入裝置、一測距裝置及/或一眼追蹤裝置。

在一些實施例中，本發明之可變聚焦功率光學總成可進一步包含至少一個邊界高度控制器 ，該至少一個邊界高度控制器用於使該支撐環在一致動點處在兩個鉸接點之間朝向或遠離該第二壁主動地移位。適當地，藉由該記憶體裝置保存之資料可包括將該光學表面之聚焦功率與致動器之移位或位置以及該支撐環之該一或多個離散區段之曲率關聯的資料，且該等機器可讀指令可包括使該處理器進行以下操作之指令：操作該邊界高度控制器以調整該支撐環在致動點處之移位或位置，及操作該或每一曲率控制器以調整該支撐環之該等各別離散區段之曲率。以此方式，該光學表面之該聚焦功率可經調整以接近該目標聚焦功率調整。

如同該等曲率控制器，在本發明之可變聚焦功率光學總成包含複數個邊界高度控制器的情況下，該等邊界高度控制器可各自藉由電子控制系統個別地可定址。替代地，兩個或更多個邊界高度控制器可作為一群組來控制。

在本發明之第四態樣中，提供一種可變聚焦功率光學總成，該可變聚焦功率光學總成包含一充滿流體之可壓縮包封，該包封具有：藉由一可膨脹隔膜形成之一第一壁，該可膨脹隔膜具有一光學表面，該隔膜藉由至少一個可彎曲支撐環而圍繞該隔膜之周邊保持拉伸；與該第一壁對置地安置之一非撓性第二壁，該非撓性第二壁係由一剛體之一表面形成或支撐在該剛體之該表面上；及在該第一壁與該第二壁之間延伸之一可縮側壁；該支撐環係藉由複數個支撐銷安裝於該剛體上。每一支撐銷可具有在一各別鉸接點嚙合至該支撐環之一第一末端及固定地緊固至該剛體之一第二末端。該支撐環因此可藉由該對應支撐銷在每一鉸接點處與該第二壁保持一固定距離，且在該等鉸接點中間朝向或遠離該第二壁可彎曲。可提供至少一個選擇性可操作之壓力調節器以用於調整該包封中之該流體的壓力，以使該隔膜朝向或遠離該第二壁膨脹，使得藉由該隔膜形成之該光學表面具有可變聚焦功率。

每一支撐銷可在一方向上在該支撐環與該第二壁之間延伸，該方向實質上平行於該隔膜之膨脹方向，即平行於z軸。

該等鉸接點可全部位於同一平面中。

適當地，該壓力調節器包含一邊界高度控制器，該邊界高度控制器選擇性地可操作以使該支撐環在一致動點處朝向或遠離該第二壁主動地移位，由此導致該支撐環在該致動點附近局部彎曲。該邊界高度控制器可包含一滑動凸輪致動器、一旋轉凸輪致動器、一活塞、一SMA 致動器、一壓電致動器或類似物。

在一些實施例中，該可變聚焦功率光學總成可為一透鏡總成。為此目的，該隔膜、該第二壁及該剛體可為光學清透的。該剛體可具有具固定聚焦功率之光學外部表面，該固定聚焦功率與該隔膜之該光學表面的可變聚焦功率組合。

在本發明之第五態樣中，提供一種眼部佩戴物件，該眼部佩戴物件包含根據本發明之第二、第三或第四態樣中之一或多者的至少一個可變聚焦功率光學總成。

在本發明之第六態樣中，提供一種包含兩個增強現實顯示模組之增強現實頭戴式耳機或頭盔，每一顯示模組包含：根據本發明之第二、第三或第四態樣中之一或多者的以前後方式配置成光學對準之至少兩個可變聚焦功率透鏡總成，及插入於該至少兩個可變聚焦功率透鏡總成之間的一波導顯示器。合適地，該波導顯示器係光學清透的。在帶上該頭戴式耳機或頭盔以用於向使用者顯示一虛擬3維影像、同時准許使用者經由透鏡及波導顯示器查看使用者在真實世界中的環境時，該兩個模組經配置以各自定位在使用者之右眼及左眼前面。

該等可變聚焦功率透鏡總成中之每一者可包括一硬式透鏡，該硬式透鏡形成或支撐該第二非撓性壁且具有固定聚焦功率之一光學外表面。該兩個可變聚焦功率光學透鏡總成之該等硬式透鏡之光學表面的聚焦功率可彼此相同或不同。在一些實施例中，該兩個可變聚焦功率透鏡總成中之一者的硬式透鏡之光學表面可具有約-1至-5折光度或-2至-4折光度、例如約-3折光度之一聚焦功率。該兩個可變聚焦功率透鏡總成中之另一者的硬式透鏡之光學表面可具有0至-1折光度、例如約-0.5折光度之一聚焦功率。

同時，該兩個可變聚焦功率透鏡總成中之每一者的可膨脹隔膜之光學表面之聚焦功率可在約0至+5.0折光度、例如+0.5至+3.0折光度之範圍中可調整。

一個可變聚焦功率透鏡總成之複合聚焦功率因此可在0至-5.0折光度、例如0至-2.5折光度之範圍中可調整，而另一可變聚焦功率透鏡總成之聚焦功率可在0至+5.0折光度、例如0至+2.5折光度之範圍中可調整。

如此項技術中已知的，該透明波導顯示器可能可操作以輸出輸送一影像之實質上準直之顯示光。

在同在申請中之UK專利申請案第1800933.2號中詳細地描述了操作該等增強現實顯示模組之一合適方法，該專利申請案之內容係以全文引用之方式併入本文中。

簡略地，每一模組中之該兩個透鏡總成中的較接近使用者之眼部的後透鏡總成可經操作以使該後透鏡總成之複合聚焦功率負值更大，由此使藉由自該波導顯示器發射之光輸送之影像的虛擬焦平面自無窮移位至一特定焦距。同時，該前透鏡總成可經操作以增大該前透鏡總成之複合聚焦功率以使該後透鏡總成的增大之負聚焦功率失效，使得對通過該增強現實顯示模組之兩個透鏡總成之光的效應係中性的或實質上中性的。以此方式，該增強現實顯示模組可使用例如一眼追蹤系統作為一輸入裝置來控制，以藉由將藉由使用者定位之虛擬物件的虛擬聚焦平面調整至對應於當看著彼物件時的使用者眼睛之聚散的焦距來消除或至少緩解與先前增強及虛擬現實裝置相關聯的聚散-調節衝突之現象。

在一些情況下，每一增強現實顯示模組的前及後透鏡總成可經操作，使得該增強現實顯示模組之淨聚焦功率為零，但在一些實施例中，前及後透鏡總成可經操作以提供負(或正)的淨聚焦功率以校正使用者之光學處方，即用於校正屈光偏差。在一些實施例中，對前及後透鏡總成之調整可考慮到使用者之遠視，使得當查看近現實或虛擬物件時，該增強現實顯示模組可具有比當使用者不遠視時更正的聚焦功率。 本發明之詳細描述

下面係僅以舉例方式參考本發明之各種態樣之實施例的附圖來描述。

實例 1 ： 具有包含壓電曲率控制器之可變聚焦功率透鏡的眼鏡

第1圖至第5圖展示根據本發明之一副眼鏡10。在第1圖中，所示之眼鏡10由佩戴者使用，且眼鏡10之配置可方便地藉由參考佩戴者來描述。

因此，眼鏡10包含具有框架前部22之框架20，及相應之左及右鏡腿24及25。框架前部22包含藉由鼻樑28互連的相應之左及右眼部框(eye-wire)部分26及27。就此而言，將瞭解，眼鏡10通常具有習知設計。

框架前部22之眼部框部分26、27中之每一者分別界定孔口32、33，該孔口經整形以收納在下文更詳細地描述之可變聚焦功率透鏡總成100，使得透鏡總成100中之每一者固定地安裝於框架20中。

當前實施例之眼鏡之精確形狀不欲為對本發明之範疇的限制。將瞭解，由於透鏡之不同形狀，眼鏡可實現廣泛多種的不同形狀及樣式。本發明適合用於廣泛多種的不同透鏡形狀，且如此，附圖中所示之透鏡總成100之特定形狀並不重要。透鏡總成100可為對稱或不對稱的，且該等透鏡總成可為圓形或非圓形的。典型透鏡具有約150 mm左右之周長。在當前實施例中，透鏡總成100係非圓形且不對稱的。然而，由於介於安裝於左及右眼部框部分26、27中之透鏡總成100之間，該等透鏡總成基本上為彼此之鏡像，如第3圖最佳所見。下面係對安裝於左眼部框部分26中之透鏡總成100之描述，但該描述同樣適用於收納在右眼部框部分27中之透鏡總成100。

透鏡總成100包含光學清透之硬式前透鏡110，該前透鏡可由熟習此項技術者已知的用於製造眼用透鏡之任何合適材料製成。前透鏡110具有正面112、背面114及周邊側表面116，且界定一光軸(未示出)。前透鏡110具有適合於眼用之固定聚焦功率。在如第11圖及第12圖最佳所示之當前實施例中，前透鏡110具有適合於矯正近視之負光功率，但在其他實施例中，該前透鏡可具有正光功率，或該前透鏡可不具有光功率。在當前實施例中，前透鏡110係凹凸透鏡；正面112略微凸起，而背面凹陷，使得前透鏡110之厚度自透鏡之光學中心(未示出)向外朝向周邊側表面116逐漸增大。其他類型的固定聚焦功率之硬光學透鏡係熟習此項技術者已知的，且同樣適合於在本發明中使用。

如第6圖最佳所示，前透鏡110經整形以在框架20之眼部框部分26內形成適貼配合。眼部框部分26包含：主輪緣部分30，該主輪緣部分圍繞前透鏡110之周邊側壁116沿周長延伸；及向內突出的前聚光圈部分32，該前聚光圈部分在透鏡110之正面112的圓周區域上方延伸。前透鏡110牢固地保持在眼部框部分26內，且可使用合適黏合劑膠接在適當位置。在當前實施例中，可撓性側壁140之向前部分142插入在前透鏡110之周邊側壁116與眼部框部分26之側面部分30之間，如下文所更詳細描述。

硬式透鏡110具有形成於其中之複數個孔120。未一直延伸穿過透鏡110之該等孔120通向透鏡110之背面114，且接近周邊側壁116圍繞透鏡110沿圓周隔開。如第6圖所示，在當前實施例中，孔120在透鏡110之周邊區域中形成於前透鏡110中，該周邊區域與框架20的前聚光圈部分32重疊。在當前實施例中，孔120係圓柱形的，但在其他實施例中，可以使用具有除圓形以外的橫截面之孔。如第6圖、第11圖及第12圖所示，孔120中之每一者延伸超過前透鏡110之厚度的一半。然而，孔120延伸至前透鏡110中之精確深度並不重要，以下情況除外：孔120應足夠深以穩定地支撐對應複數個支撐銷130，如下所述。

每一支撐銷130具有前端132及後端134，且比支撐銷之對應孔120之深度長。每一支撐銷130具有以精密公差匹配對應孔120之形狀的橫截面形狀，使得支撐銷130在其相應孔120中形成緊密配合。因此，在當前實施例中，每一支撐銷130具有圓形橫截面。每一支撐銷130的前端132收納在其對應孔120中，且後端134在實質上平行於前透鏡110之光軸的方向上自前透鏡110之背面114向後突出，如第11圖及第12圖所示。適當地，每一支撐銷130的前端132可使用合適黏合劑135膠接在其對應孔120中。該等支撐銷130因此固定地緊固在其相應孔120內。

支撐銷130之長度及孔120之深度如此以使得支撐銷130的前端134處於共同平面上。如在第6圖中最清楚所見，每一支撐銷130的後端134成斜角或斜切，以形成一點。

在當前實施例中，透鏡總成100具有四個支撐銷130，但在其他實施例中，可提供多於四個的支撐銷，而其他實施例可具有少於四個的支撐銷。適當地，透鏡總成100應具有至少三個支撐銷130。在下文更詳細地描述支撐銷130圍繞前透鏡110之周邊的精確定位。

如上所述，可撓性側壁140之向前部分142夾在前透鏡100之周邊側壁116與框架前部22之側面部分30之間。側壁140係由光學清透之可撓性熱塑性聚胺酯 (例如可自Messrs. Permali Gloucester Ltd(Gloucester, UK)購得之Tuftane ^®)製成，且厚約50 μm，但可使用其他合適材料且厚度可作出相應調整。儘管側壁140在當前實施例中係光學清透的，但此並非嚴格必要的，且在其他實施例中，該側壁可為不透明的。

側壁140具有附接至隔膜子總成150之周邊邊緣151的向後部分144，如第6圖所示。側壁140之向後部分144係用光可固化黏合劑(例如Delo ^®MF643 UV 固化環氧黏合劑)或其他合適手段連續地結合至隔膜子總成150之周邊邊緣151，以該周邊邊緣形成不透流體的密封。在前透鏡110之背面114與隔膜子總成150之間，該側壁包括可縮中間部分146，如第6圖、第11圖及第12圖所示，使得隔膜子總成150係安裝至前透鏡110且與背面114隔開。

隔膜子總成150包含具有周邊區域157之可膨脹隔膜155，該周邊區域以類似於WO 2013/144533 A1中所揭示之方式的方式夾在兩個可彎曲環元件152與153之間，該專利之內容係以全文引用之方式併入本文中。環元件中的前面一個152結合至隔膜155之正面156，而環元件中的後面一個153結合至隔膜155之背面158，且前及後環元件152、153一起形成整體可彎曲支撐環159以用於圍繞隔膜之周邊保持隔膜155拉伸。

每一環元件152、153係由一塊不銹鋼製造且具有約0.25 mm之厚度，但更一般地，每一環元件可具有在約0.1 mm至0.5 mm範圍中的厚度。如第6圖最佳所示，環元件152、153中之每一者具有實質上平坦的前表面及後表面。適當地，環元件152、153中之每一者具有不超過約2 mm至3 mm、較佳小於1 mm之寬度。替代地，兩個環元件152、153可由單一的可彎曲環元件替換，該可彎曲環元件結合至隔膜155之正面或背面156、158以充當支撐環。此種單一環元件可適當地具有在約0.4 mm至0.7 mm範圍中之厚度，例如0.55 mm，及實質上平坦的前及後表面。

在當前實施例中，可膨脹隔膜155係由具有約220 μm之厚度的一片熱塑性聚胺酯(例如可自Messrs. BASF購得之Elastollan ^®1185A10)製成。可用於隔膜155以及透鏡總成100之其他部件的其他合適材料係由WO 2017/055787 A2揭示，該專利之內容亦以引用的方式併入本文中。

隔膜155係藉由支撐環159保持在約200 Nm ^-1之線張力下，以減少由重力或流體靜壓力引起的隔膜155之下垂且將隔膜155在使用時的不需要振動減至最少。在其他實施例中，可使用更大之線張力，且在一些實施例中，線張力可略微較低，但已發現，至少約180 Nm ^-1之線張力係較佳的。用於組裝具有拉伸之隔膜155的隔膜子總成150之合適方法係藉由WO 2017/055787 A2揭示。

如第7圖最佳所見，隔膜155之輪廓形狀類似於前透鏡110之形狀，使得環元件152、153在前透鏡之側表面116附近大體上跟隨前透鏡110之輪廓形狀，且安置於前透鏡110之周邊區域內，該周邊區域與框架20的前聚光圈部分32重疊。

如第11圖及第12圖所示，支撐銷130的後端134接觸前環元件152以在支撐銷130之位置處使隔膜155自前透鏡110之背面114拉平。在一些實施例中，支撐銷130可僅觸碰支撐環159而不實體附接至支撐環，但在其他實施例中，支撐銷130的後端134可以一方式耦接至支撐環159，使得維持後端134與支撐環之間的接觸，而且允許支撐環在後端134上樞轉。

支撐銷130的後端134因此形成鉸接點，在該等鉸接點處，隔膜155之正面156與前透鏡110之背面144之間的距離係固定的。在該等鉸接點中間，支撐環159自由地在平行於前透鏡110之光軸之一方向上朝向或遠離前透鏡110之背面114彎曲，該支撐環在當前實施例中包含前及後環元件152、153。

前透鏡110之背面114、與背面114對置地安置的隔膜155之正面156及側壁140之可縮中間部分146形成具有固定容積之密封式包封。該包封充滿敏感不可壓縮之光學清透折射流體160。

流體160應為無色的，且具有至少約1.5之折射率。適當地，隔膜155及流體160之折射率應匹配，使得隔膜155與流體160之間的界面係使用者實質上覺察不到的。流體160應具有低毒性及低揮發性；該流體應為惰性的，且在高於約-10℃或低於約100℃下不展現相變。流體160在至少約80℃之高溫下應穩定，且展現低微生物增長。在一些實施例中，流體160可具有約1 g/cm ³之密度。各種合適之流體可供熟習此項技術者使用，該等流體包括矽油及矽氧烷，諸如例如苯基化矽氧烷。較佳流體係五苯基三甲基三矽氧烷。

在當前實施例中，隔膜155係由諸如例如Elastollan ^®1185之聚醚聚胺酯形成，且流體160係苯基化矽氧烷，諸如例如五苯基三甲基三矽氧烷。隔膜材料及流體之折射率適當地相同或實質上相同，且至少為1.5。

本發明因此提供透鏡總成100，其中可彎曲支撐環159安裝至硬式透鏡110之表面114且藉助於複數個支撐銷130自硬式透鏡110之表面114拉平，該複數個支撐銷自硬式透鏡110之表面114突出以與支撐環159嚙合，使得支撐環159鉸接至支撐銷130且自由地在支撐銷130之間彎曲。有利地，根據本發明之此配置消除了圍繞透鏡總成100將支撐環159連接至一底板結構或類似物之必要。

透鏡總成100因此形成一複合透鏡，該複合透鏡具有藉由硬式透鏡110之正面112提供的第一光學表面，及藉由隔膜155提供的第二對置光學表面。將瞭解，儘管在當前實施例中，硬式透鏡110係相對於佩戴者定位在隔膜155前面，但在其他實施例中，硬式透鏡110及隔膜155之位置可反轉，即硬式透鏡定位在隔膜155後面，使得硬式透鏡形成後透鏡而非前透鏡。

在隔膜之未變形狀態下，如第11圖所示，隔膜155係平坦的且界定( x,y)平面。正交於( x,y)平面之z軸實質上與前透鏡110之光軸對準或重合。透鏡總成100之聚焦功率可藉由如下操作來改變：控制界定於硬式透鏡110與隔膜155之間的包封內之流體160的分佈及壓力，以使隔膜155遠離硬式透鏡110向外膨脹或朝向硬式透鏡110向內收縮，從而改變藉由隔膜155形成之光學表面的形式。

用於藉由使支撐環159朝向或遠離前透鏡110移動來重新分佈及調整包封內之流體之壓力的眾多可能機構熟習此項技術者使用。例如在上文已經提及之WO 2013/144592 A1及WO 2017/055787 A2以及內容亦以參考方式併入本文中的WO 2014/118546 A1中描述了此等機構之實例。

舉例而言，在一些實施例中，透鏡總成100可包含一或多個選擇性可操作之邊界高度控制器(未示出)，該一或多個邊界高度控制器圍繞支撐環在一或多個致動點處連接至支撐環159以用於使支撐環159在z軸上朝向或遠離硬式透鏡110主動地移位。支撐環159朝向硬式透鏡之移動用以使包封圍繞其邊緣壓縮，由此增大包封中之流體160的壓力且使流體朝向包封之中心重新分佈，從而導致隔膜155在z軸上遠離硬式透鏡110向外膨脹，使得透鏡總成100之聚焦功率正值更大。因此，支撐環159遠離硬式透鏡110之移動用以使包封圍繞其邊緣擴張，由此減小包封中之流體160之壓力且使流體自包封之中心朝向包封之邊緣向外重新分佈，從而導致隔膜155在z軸上朝向硬式透鏡110向內收縮或膨脹，使得透鏡總成100之聚焦功率負值更大。

對於光學用途，隔膜155之形式應為平坦的，如例如第11圖所示，或為具有光學中心之球面或接近球面的，如例如第12圖所示。特別地，需要隔膜155在如上所述地膨脹或收縮時應具有藉由熟習眼科學領域之技術者所熟知的一或多個任尼克多項式(例如，球形、圓柱體等)界定之形式。由於隔膜155之非圓形形狀，此暗示調整支撐環159且因此隔膜155之邊緣的輪廓，此係因為隔膜155膨脹或收縮，使得隔膜155之邊緣的輪廓在全部膨脹或收縮程度下匹配在隔膜155之邊緣處的如藉由一或多個任尼克多項式界定的隔膜155之所要3維形式。在例如隔膜155之球面膨脹之情況下，隔膜155之非圓形邊緣必須經操縱以形成隔膜本身在多個球面上之投影。在隔膜膨脹至包括球面及用於矯正散光之圓柱度之形式的情況下，隔膜155之非圓形邊緣必須經操縱以形成隔膜本身至包括球面分量及複曲面分量的多個三維複合表面上之投影。為了達成此情況，圍繞隔膜之邊緣保持隔膜155的支撐環159之一或多個區域必須朝向或遠離硬式透鏡110局部地移位，如在上文引用的WO 2013/144592 A1中以及在內容亦以引用方式併入本文中的WO 2015/044260 A1中所詳細地描述。

此外，如下文在實例3中所更詳細地描述，在隔膜155之球面變形的情況下，存在跨隔膜155之所有膨脹狀態通用之象徵性體積守恆中性圓。該中性圓係藉由與後透鏡110相距固定距離之平面與隔膜155的相交界定，使得藉由該平面及隔膜限制的流體160之體積在該平面上下始終相等。換言之，該象徵性中性圓內之流體160之體積等於由於隔膜155之膨脹或收縮而移位到圓外的體積。該中性圓之中心不僅為隔膜之最大膨脹的點，而且為隔膜155之光學中心。在根據一系列任尼克多項式之包括球面分量及複曲面分量之膨脹的情況下，存在一中性橢圓而非一中性圓。支撐銷130在或接近該中性圓跨越支撐環159之處定位，此係因為此等位置不管隔膜之膨脹狀態如何而與後透鏡110保持固定距離，因此係用於使支撐環159相對後透鏡110拉平的合適鉸接點。

根據本發明，藉由主動地控制在一平面(Btz)中的支撐環159之一或多個離散區域之曲率(1/R _Btz)來控制隔膜155之邊緣的形狀或輪廓，該平面由正交於未變形隔膜155之( x,y)平面之z軸及隔膜155之周邊(或邊界(B))之切線(t)界定，如第12A圖所示。

如第13圖至第17圖所示，環構件159帶有複數個壓電曲率控制器170，該等曲率控制器圍繞支撐環159附接至前及後環元件152、153之各別離散區段。詳言之，該等曲率控制器安裝於前環元件152之正面及後環元件153之背面上。如第16圖及第17圖所示，每一曲率控制器170具有與該曲率控制器所附接至的環元件大致相同之寬度，使得曲率控制器170不超出該曲率控制器所附接至的環元件152、153之內部或外部邊緣。

每一曲率控制器170包含複數個壓電材料層171、172。在當前實施例中，存在形成如第20圖及第21圖所示之壓電雙晶的兩個層，但在其他實施例中，可視需要使用多於兩個層。每一層壓電材料171、172具有兩個對置之導電面173、174，如第18圖所示。當在壓電材料171、172上施加電場時，壓電材料視材料之晶體定向及電場之方向而在支撐環159之圓周方向上收縮或膨脹，如第19圖中所圖示。在當前實施例中，每一層壓電材料171、172經配置以由於施加在壓電材料之面173、174之間的正電場而在支撐環159之圓周方向(在第19圖中由s指示)上膨脹；面173、174之間的正電位差導致層171、172圍繞支撐環159在s方向上膨脹且在平行於x軸之正交方向上收縮，如第19圖中所指示。將理解，z方向大體上平行於如上所述的隔膜155之膨脹或收縮之方向。每一曲率控制器170可能產生約1 mW或更大之功率。

每一壓電材料層171、172之導電面173、174各自連接至導電線175以用於控制兩個面173、174之間的電位差。線175中之每一者連接至電子匯流排180，如第16圖所示，使得圍繞支撐環159之每一壓電曲率控制器170個別地可定址。

第20圖及第21圖圖示曲率控制器170之操作。在展示附接至前環元件152之各別區段之兩個鄰近曲率控制器170的第20圖中，每一曲率控制器170之壓電層171、172處於未變形零電場狀態下，使得曲率控制器170處於未致動狀態下。為了致動曲率控制器170，在層171中之一者的面上、即第20圖及第21圖所示之I與II之間施加比在另一層172上、即II與III之間正值更大的電場，使得一個層171在s方向上比另一層172擴張更多，從而導致雙晶如第21圖所示地彎曲，該彎曲又導致支撐環159彎曲。熟習此項技術者將瞭解，表述「正值更大之電場」並不意味壓電層171、172中之任一者處在正電場下。舉例而言，若I、II及III分別保持在0V、0V及-100V，則一個層171將不經歷z方向電場，而另一層172將經歷z方向上之負電場。在彼情況下，一個層171可保持長度不變，而另一層172可在s方向上收縮，以導致如第21圖所示之彎曲。給予支撐環159的z軸與支撐環159之切線之平面中的曲率半徑(1/R _Btz)圖示於第21A圖中。

如第14圖至第16圖所示，前及後環元件152、153中之每一者帶有控制支撐環159之對應區段的複數個曲率控制器174。然而，在一些實施例中，曲率控制器170可僅附接至支撐環159之一側，尤其在支撐環159由僅一個環元件構成之情況下。在曲率控制器170附接至支撐環159之單一區段之每一側的情況下，應操作該等曲率控制器以彼此補充，即導致同一方向上的支撐環159之彎曲。在一些實施例中，曲率控制器170可圍繞整個支撐環159置放。替代地，曲率控制器170可僅圍繞支撐環159之特定區域置放，在該等特定區域中，需要對支撐環159之曲率的精確控制，例如在如下文之實例3中所描述的眼用透鏡之鼻區域中。曲率控制器170之數目、大小及間距將取決於所需的對支撐環159之輪廓之控製程度及在眼鏡10之框架20內提供足夠電力之能力。在支撐環159之一些區域中，複數個曲率控制器170可彼此鄰近或甚至連續地緊密置放，如附圖之第14圖至第16圖所示。替代地，曲率控制器170可彼此更遠地隔開。

參考第11圖及第12圖，圍繞支撐環159置放之複數個曲率控制器170可用於導致支撐環159自如第11圖及第14圖所示之未致動狀態彎曲至第12圖及第15圖所示之致動狀態，在致動狀態下，支撐環159以導致包封朝向其邊緣膨脹且朝向其中心壓縮之方式彎曲，從而重新分佈包封內之流體160且導致隔膜155朝向前透鏡110向前膨脹，且由此導致透鏡總成100之聚焦功率變得更負，如上所述。如將瞭解，支撐環159之一些區域朝向前透鏡110向前彎曲，而其他區域遠離前透鏡110向後彎曲。此外，圍繞支撐環159置放之曲率控制器170可用於控制支撐環159之局部曲率，使得支撐環159在致動時之輪廓符合隔膜155之所要膨脹或收縮形狀，即支撐環形成本身至半徑不同之多個球面或包含一或多個球面分量及/或複曲面分量之不同複合3D形式上的投影，如上所述。

在自曲率控制器170之每一支撐環159之壓電層171、172移除電場後，由於支撐環159之環元件152、153中之彈性，允許支撐環159返回至其未致動狀態。將瞭解，在一些實施例中，隔膜155在其「未致動狀態」下可具有最小曲率，而非如在當前實施例中變得平坦。

除了曲率控制器170以外，當前實施例之透鏡總成100亦進一步包括複數個曲率感測器190，該複數個曲率感測器用於量測支撐環159之對應區域的彎度。曲率感測器190在曲率控制器170中間附接至前環元件152，如在第20圖及第21圖中最清楚所見。一連續之絕緣材料層192插入於曲率控制器170與曲率感測器190之間。在當前實施例中，曲率感測器不附接至後環元件153，但在本發明之其他實施例中，曲率感測器190可附接至前及後環元件152、153兩者，或僅附接至後環元件153。

每一曲率感測器190包含具有兩個對置導電面196、197之壓電材料層194，該兩個面中之每一者藉由各別線195連接至電子匯流排180。以此方式，曲率感測器190亦個別地可定址。在支撐環159在曲率感測器190中之一者的區域中彎曲後，導致曲率感測器190伸長，從而在IV與V之間產生可一量測電位差，如第20圖及第21圖中所指示，該電位差之量與支撐環159之彎度相關。

曲率控制器170及曲率感測器190可藉由任何合適方法附接至支撐環159。舉例而言，在一些實施例中，曲率控制器170及/或曲率感測器190可預先製造且使用諸如例如兩部分環氧樹脂之一合適黏合劑結合至支撐環159。在其他實施例中，壓電曲率控制器170及/或曲率感測器190可藉由噴墨印刷而直接製造於支撐環159上，如例如藉由Thuau D.等人在「All inkjet-printed piezoelectric electronic devices: energy generators, sensors and actuators.」( J. Mater. Chem. C, 2017, 5, 9963-9966)中所揭示，該文章之內容係以全文引用之方式併入本文中。

透鏡總成100係使用電子控制系統200來控制，該電子控制系統示意性地展示於第22圖中。控制系統200包含微控制器202，該微控制器具有一處理器及含有用於控制透鏡總成100之操作的呈機器可讀碼及資料之形式之機器可讀指令的一記憶體。此種微控制器係此項技術中熟知的，且不需要在本文中加以詳細描述。

微控制器202經配置以接收來自形成隔膜子總成150之部分之支撐環159上的曲率感測器190以及來自用於分別量測包封內之流體160之壓力及溫度的壓力感測器204及溫度感測器205的感測器信號。在一些實施例中，可省略壓力感測器及溫度感測器204、205中之一者或另一者或兩者。該微控制器亦經配置以接收來自輸入裝置210之輸入信號，該輸入裝置用於將透鏡總成100之目標聚焦功率輸入至微控制器202。

在一些實施例中，輸入裝置210可包含可手動地操作(例如，撥號盤、開關或類似物)或以電氣方式操作之一使用者可操作裝置。在後一情況下，輸入裝置210可包含一電子介面，使用者可使用該電子界面將目標聚焦功率輸入至微控制器202。舉例而言，該電子介面可包含諸如行動電話或平板或個人電腦之行動裝置，該行動裝置可硬接線至或無線連接至微控制器202。替代地，在一些實施例中，透鏡總成100之目標聚焦功率可自動地設定。在此等實施例中，輸入裝置210可接收來自眼追蹤系統或來自諸如例如光學或超音波感測器之測距裝置的信號。

微控制器202亦經配置以將控制信號輸出至曲率控制器170。在當前實施例中，每一曲率控制器170藉由微控制器202個別地可定址。

曲率控制器170及曲率感測器190係經由上文所提及之電子匯流排180連接至微控制器。

包括於微控制器202之記憶體裝置中之資料包括將曲率感測器190定位所在的支撐環159之複數個離散區域之曲率與透鏡總成100之聚焦功率及(溫度或壓力感測器設置所在的)流體160之壓力及/或溫度關聯的資料。

提供諸如例如電池之合適電源(未示出)以為曲率控制器170、微控制器202、感測器204、205以及輸入裝置210供電。電池可容納於眼鏡10之框架20內的任何合適位置中，例如容納於鏡腿24、25中之一者或兩者內。

一流程圖展示於第23圖中，該流程圖展示電子控制系統200根據儲存於微控制器202之記憶體中之機器碼指令的操作。

在微控制器202中接收來自曲率感測器190及壓力感測器與溫度感測器204、205之感測器信號，該等感測器信號分別表示在藉由z軸與曲率感測器190定位所在之處的支撐環159之切線界定之平面中的支撐環159之離散區域之曲率(1/R _Btz)，及包封中之流體160的壓力及溫度，在步驟301中，該微控制器執行儲存於記憶體裝置中之指令以基於藉由隔膜155提供之可變聚焦功率及前透鏡110之正面112的固定聚焦功率來計算透鏡總成100之量測光學功率(假設流體160與硬式前透鏡110折射率匹配。若流體160之折射率不匹配前透鏡110之折射率，則透鏡總成100之量測光學功率將基於藉由隔膜155提供之可變聚焦功率、流體160與前透鏡110之背面114及硬式透鏡110之正面112之間的界面之固定聚焦功率)。

在步驟302中，微控制器202接收來自輸入裝置210的表示透鏡總成100之目標聚焦功率之輸入信號，且檢查量測聚焦功率是否等於目標聚焦功率。若根據輸入裝置210之目標聚焦功率等於透鏡總成100之量測聚焦功率，則不對透鏡總成100作出改變，且控制系統在步驟303中等待下一個時脈週期或來自輸入裝置210之輸入。

若透鏡總成100之量測聚焦功率不等於輸入之目標聚焦功率，則微控制器202在步驟304中計算曲率感測器190中之每一者的正確曲率(1/R _Btz)以提供目標聚焦功率。

在步驟305中，微控制器202將指令傳輸至曲率控制器170以調整每一曲率感測器190附近的支撐環159之局部曲率，以達成正確的光學功率。

在步驟306中使用來自曲率感測器190之輸入，微控制器202檢查每一曲率感測器190處的支撐環159之曲率是否正確。若曲率感測器190中之一或多者處的曲率不正確，則重複步驟305及306，直至每一曲率感測器190處之曲率(1/R _Btz)正確。在下一個時脈週期，該程序接著返回至步驟301。

本發明因此提供一種可變聚焦功率透鏡總成100，其中可藉由使用壓電曲率控制器170來控制藉由可膨脹隔膜155形成之光學表面的聚焦功率，該隔膜藉由支撐環159圍繞隔膜之邊緣保持拉伸，該等壓電曲率控制器在一或多個離散位置處附接至支撐環159，且曲率控制器170可操作以確保藉由曲率感測器190量測一或多個離散位置處的支撐環159之局部曲率(1/R _Btz)來達成正確的聚焦功率。 實例 2 ： 使用線性致動器作為曲率控制器之可變聚焦功率透鏡總成

如上所述，實例1之可變聚焦功率透鏡總成100將複數個壓電曲率控制器170用於控制支撐環159之曲率，該支撐環圍繞其邊緣將隔膜155保持拉伸。根據本發明之不同可變聚焦功率透鏡總成400在第24圖中展示為在未致動狀態下且在第27圖中展示為在致動狀態下。

當前實施例之透鏡總成400在許多方面類似於實例1之透鏡總成100，且對應於實例1之透鏡總成100中之類似部分的當前實施例之透鏡總成400之部分在圖式中給予以數字「4」替代數字「1」作為前綴之類似參考數字，且在此不再加以詳細地描述。

因此，當前實施例之透鏡總成400包括：硬式前透鏡410，該硬式前透鏡包括正面412、背面414及周邊側表面416且界定一光軸(未示出)；及隔膜子總成450，該隔膜子總成包含光學清透隔膜455，該隔膜藉由可彎曲支撐環459而圍繞該隔膜之邊緣保持拉伸，該支撐環包含前及後環元件452、453，且該隔膜子總成藉由一可撓性側壁(未示出)安裝至前透鏡410之背面，該可撓性側壁結合至前透鏡410之側表面416且結合至隔膜子總成450；以及介於前透鏡410之背面414與支撐環459之間的一可縮中間部分。支撐環459係藉由複數個支撐銷430與前透鏡410之背面414隔開，該複數個支撐銷如第24圖所示地圍繞前透鏡410之周邊隔開且固定地緊固在形成於前透鏡410中之對應孔420中。全部終止在共同平面中的支撐銷430之斜角後端434在圍繞支撐環459之隔開鉸接點處接觸隔膜子總成450的前環元件452。前透鏡410、側壁及隔膜子總成450界定固定容積之一內部空腔，該內部空腔充滿實質上不可壓縮的光學清透之折射流體460。

當前實施例之透鏡總成400亦包括複數個曲率控制器470，該複數個曲率控制器附接至支撐環459之不同各別離散區域以用於控制彼等區域中的支撐環459之局部曲率。如第24圖及第27圖所示，曲率控制器470便利地安裝於前環元件452之正面前面。然而，不同於曲率控制器包含多層壓電彎曲致動器的實例1之透鏡總成100，當前實施例之曲率控制器470包含選擇性可操作之線性致動器， 如第26圖及第28圖最佳所示。

線性致動器470中之每一者包括活塞472，該活塞在每一末端樞轉至各別調整片474、476的前端，調整片之對置後端固定地緊固至支撐環459。線性致動器470經尺寸設定以使得線性致動器容納在支撐環459之約束範圍內，即線性致動器不突出超過支撐環459之內部及外部邊緣。將瞭解，線性致動器470之擴張或收縮將導致各別調整片474、476的前端遠離或朝向彼此移動，同時調整片474、476的後端在支撐環459之圓周方向上約束為分開，此產生支撐環459在實質上正交於隔膜455之平面的方向上彎曲，如第27圖及第28圖所示。以此方式，當前實施例之透鏡總成400之線性致動器470與上文實例1的透鏡總成100之壓電曲率控制器170的用途基本上相同，且可操作以控制支撐環459之輪廓且因此控制隔膜455之邊界。線性致動器470因此充當用於控制在( x,y)平面中的支撐環459之曲率之曲率控制器，該( x,y)平面實質上平行於透鏡總成400的光軸且與支撐環459相切，且該等線性致動器可藉由一合適電子控制系統(未示出)個別地可定址。

活塞472可包括擴張感測器(未示出)以量測隔膜邊界輪廓。替代地(或另外)，上文關於實例1所描述之種類的壓電曲率感測器可用於將感測器信號發送至控制系統。

如上所述，用於控制在支撐環之複數個離散區域處的支撐環459之局部曲率之壓電曲率控制器或線性致動器的其他替代物包括SMA線或線陣列、電活性聚合物致動器、壓電擺線馬達、螺線管以及其類似物。 實例 3 ： 具有主動 z 控制及曲率形狀精化之可變聚焦功率透鏡總成

第29圖展示根據本發明之另一可變聚焦功率透鏡總成500。如同上文實例2之實施例，當前實施例之透鏡總成500共用與實例1之透鏡總成100相同的許多特徵，且在實例1之透鏡總成100中具有類似相對件的當前實施例之透鏡總成500之部分在附圖中藉由以數字「5」替代「1」作為前綴的類似參考數字來指示，且不需要在本文中再次加以詳細地描述。透鏡總成500亦具有與藉由WO 2013/144592 A1揭示之透鏡總成相同的許多特徵。

透鏡總成500包括用於第1圖所示之種類的一副眼鏡之硬式透鏡510。然而，不同於實例1及2之透鏡總成100、400，當前實施例之硬式透鏡510形成具有背面512及正面514的後透鏡。後透鏡510可具有正或負聚焦功率。在當前實施例中，硬式透鏡510的後表面512具有適合用於矯正例如近視之固定負聚焦功率。後透鏡510係凹凸透鏡，其中背面512凹陷且正面514凸起。用於製造眼用透鏡的許多合適之光學清透折射材料係熟習此項技術者可獲得的，且可用於製造後透鏡510。

如第30圖最佳所見，硬式透鏡510係非圓形的。如同上文之實例1及2，硬式透鏡之精確形狀並不重要，且在不同實施例中，形狀可為圓形或非圓形的。在當前實施例中，硬式透鏡510具有通常在眼鏡中發現之一種大體上矩形之形狀。特別地，當前實施例之透鏡總成500適合於用作一副眼鏡中之左透鏡，且具有兩條長邊501、502及兩條短邊503、504。如第30圖最佳所示，兩條長邊501、502分別形成透鏡總成500之頂部及底部，而短邊503、504形成透鏡總成500之左側及右側。當裝配在眼鏡框架中時，左側503更接近於佩戴者之鏡腿安置，而右側504更接近於佩戴者之鼻子安置。當前實施例中之硬式透鏡510經整形以界定會聚性鼻區域505，該鼻區域與總成500之頂部501與右側504之間的拐角並列。自第30圖將尤其注意到，硬式透鏡510之輪廓在鄰近邊501、503；502、503；502、504之間的拐角中較彎曲，且在處於邊501與504之間的與鼻區域505之拐角中最彎曲。

硬式透鏡510可牢固地安裝於用於透鏡總成500之一底板結構(未示出)中。該底板結構可具有一類框架結構，該類框架機構圍繞透鏡總成之周邊包圍透鏡總成500，但不阻礙硬式透鏡510之主要部分。該底板結構可與硬式透鏡510之周邊區域重疊。該底板結構可包括前及後部分，該等部分可使用螺釘或其他扣接構件或藉助於搭扣配合例如以蚌殼方式接合在一起，以封閉透鏡總成500。後透鏡510可固定地緊固在該底板結構之該後部分中，且該前部分可定位在後透鏡510之正面514及支撐於該底板結構上之透鏡總成500的其他組件上方，如下文將更詳細地描述，以支撐且保護透鏡總成500且利於透鏡總成作為整體單元安置至眼鏡框架。該前部分可包括一光學清透的前蓋板以保護透鏡總成500的前部。此類型之合適底板結構係藉由WO 2013/144592 A1揭示。

如在第31圖中最清楚所見，後透鏡510之正面514帶有一盤狀收容器540(或「袋」)，該盤狀收容器包含：後壁542，該後壁具有類似於後透鏡510之正面514之形狀的形狀；及可縮周邊側壁546，該側壁自後壁542向前延伸且在周邊端緣544處終止。在當前實施例中，盤狀收容器540係由光學清透之可撓性熱塑性聚胺酯(例如可自Messrs. Permali Gloucester Ltd (Gloucester, UK)購得之Tuftane ^®)製成，且該盤狀收容器的後壁及側壁542、546係約50 μm厚，但可使用其他透明材料，尤其係透明彈性體，且可對厚度作出相應調整。

盤狀收容器540的後壁542係藉助於諸如例如3M ^®8211黏合劑之透明壓敏黏合劑(pressure-sensitive adhesive；PSA)連續地結合至後透鏡510之正面514。在當前實施例中，使用約25 μm厚之一層PSA，但此可視需要改變。

盤狀收容器540之周邊端緣544接合至可膨脹隔膜555的後表面556，該隔膜具有對應於後透鏡510之形狀的非圓形形狀。

隔膜555係有一片熱塑性聚胺酯(例如可自Messrs. BASF購得之Elastollan ^®1185A10)形成，且具有約220 μm之厚度。可用於隔膜555以及透鏡總成500之其他組件的其他合適材料係藉由WO 2017/055787 A2揭示。除了後表面556以外，隔膜555亦具有前表面558且藉由回彈性可彎曲支撐環559而圍繞該隔膜之周邊保持拉伸。隔膜555的前表面558形成透鏡總成500的前光學表面，因而透鏡之總聚焦功率係藉由隔膜555的前表面558及後透鏡510的後表面512之曲率之組合判定。在隔膜之未變形狀態下，隔膜555界定實質上正交於透鏡總成500之光軸的一( x,y)平面。

支撐環559係由一片不銹鋼製造，且具有約0.55 mm之厚度，但更一般地，該環可具有在約0.50 mm至60 mm範圍中之厚度，或該支撐環可包含兩個或更多個環元件之一堆疊，而非單一環。隔膜555之正面558係用光可固化黏合劑(例如Delo ^®MF643 UV固化環氧黏合劑)或其他手段結合至支撐環559，且保持在至少約180 Nm ^-1之線張力下。

盤狀收容器540之端緣544係使用一合適黏合劑(例如Delo ^®MF643 UV固化環氧黏合劑)或諸如例如超音波焊接、雷射焊接及類似者之其他手段結合至隔膜555的後表面556之周邊區域557，使得隔膜555夾在盤狀收容器540之端緣544與支撐環559之間。

在本發明之其他實施例中，支撐環559可以類似於上文實例1之方式包含兩個或更多個環元件(未示出)。舉例而言，隔膜555可夾在兩個類似環元件之間，如例如WO 2013/144533 A1中所描述。

袋540的後壁及側壁542、546及隔膜555形成上文關於實例1所描述之類型的密封式包封，該包封具有充滿敏感不可壓縮之光學清透折射流體560之內部空腔。在當前實施例中，隔膜555係由聚醚聚胺酯(例如Elastollan ^®1185)形成，且流體560係苯基化矽氧烷，例如五苯基三甲基三矽氧烷。隔膜材料及流體之折射率合適地相同或實質上相同，且至少為1.5。

用於在張力下組裝透鏡總成500與隔膜555之合適方法係藉由WO 2017/055787 A2揭示。

如第30圖中最佳所見，支撐環559在其頂部、底部及右側501、502、504上形成具有複數個周邊隔開的向外突出之調整片552。此等調整片552中之每一者連接至該底板結構以使調整片552相對於該底板結構且相對於硬式透鏡510保持在固定位置中。調整片552以准許支撐環559在每一調整片552處傾斜及樞轉之方式與該底板結構相互嚙合。支撐環559因此在位於每一調整片552處之一鉸接點處鉸接至該底板結構。調整片552之數目及位置取決於透鏡總成500之形狀及將隔膜555整形成如下文所描述之所要3D形狀的所要準確度程度。在當前實施例中，有五個調整片552，該等調整片552中的兩個定位在支撐環559之頂部501上；一個調整片552定位於支撐環559之底部502上；一個調整片552定位於支撐環559之右側504上；且一個調整片552定位於支撐環559之底部502與右側504之間的拐角中。在其他實施例中，視需要可存在更多或更少調整片552。一般而言，如WO 2013/144592 A1中所描述，最少應存在至少三個調整片552。該等鉸接點之精確位置將在下文更詳細地描述。

支撐環559之左側503亦形成具有複數個向外突出之調整片554，如下文所描述，該等調整片在各別致動點處與滑動凸輪致動器601嚙合。在當前實施例中，存在三個調整片554，但在其他實施例中，可視需要存在小於三個或多於三個的此等調整片554。

在分別藉由調整片553、554界定之鉸接點與致動點中間，支撐環559自由地在z軸上朝向或遠離後透鏡510彎曲，該z軸實質上正交於未變形隔膜555之( x,y)平面，從而使得盤狀收容器540之側壁546分別自身折疊或延伸以允許此移動。

滑動凸輪致動器601包含細長的凸輪主體部分602，該凸輪主體部分與支撐環559之左側503並列地安置且在總成500之頂部501與底部502之間延伸，如第30圖所示。凸輪主體部分602經配置以在形成於該底板結構中之合適軌道或導軌內(未示出)相對於支撐環559在z軸上上下振盪，如第29圖及第30圖中之雙頭箭頭所指示。

凸輪主體部分602具有朝向支撐環559之左側面向內之一內部面603，及一對置的外部面604。凸輪主體部分602之內部面603係由三個隔開的「電扶梯」凸輪軌道605形成，如第33圖最佳所示。凸輪軌道605可如所示地一直延伸穿過凸輪主體部分602，或該等凸輪軌道可僅部分地延伸穿過凸輪主體部分602，從而僅在內部面603上開口。電扶梯凸輪軌道605中之每一者收納支撐環559之左側上的調整片554中之對應調整片，且將瞭解，凸輪主體部分602相對於支撐環559之上下往復運動導致支撐環559在藉由調整片554界定之致動點處相對於後透鏡510向前及向後主動移位。

為此目的，凸輪主體部分602的外部面604帶有短支架606，該短支架與小齒輪607嚙合，該小齒輪係經由齒輪箱611可操作地連接至電動馬達610。電動馬達610具備用於連接至電源供應器(未示出)之電連接件612。在當前實施例中，小齒輪607亦連接至用於監測小齒輪607之角位置且因此間接地監測凸輪主體部分602之位置的角位置感測器608。凸輪主體部分602之位置與支撐環559在致動點處之位置有關。

在另一實施例中，如第33圖所示，角位置感測器608可省略，且凸輪主體部分602可改為具備線性感測器609，該線性感測器用於直接偵測凸輪主體部分602相對於該底板結構之位置。

在當前實施例中，滑動凸輪致動器601亦配備極限感測器620，在第34圖中示意性地表示了該極限感測器。極限感測器620包括攜載於凸輪主體部分602的外部面604上之兩個移動觸點621，及安裝於該底板結構之內部面上之一靜觸點622。移動觸點621及靜觸點622因此形成雙投限制開關。在移動觸點621與靜觸點622之間施加電位差，且該雙投開關之兩極與繼電器開關625串聯連接，該繼電器開關如第34圖之上半部分中所示地常閉，但在移動觸點621中之一者與靜觸點622接觸之後，如第34圖之下半部分中所示地打開。如下文所更詳細地描述，極限感測器620係用於控制電子控制系統700之操作。

支撐構件559在藉由調整片554界定之致動點處朝向或遠離後透鏡510之主動移位導致隔膜555與後壁542之間的空腔內之流體560之壓力的重新分佈及變化。詳言之，朝向後透鏡510向右驅動調整片554導致流體560之壓力增大，且將該流體自鄰近側壁546的空腔之周邊區域重新分佈至該空腔之中心區域，從而導致隔膜555在z軸上的向前膨脹。類似地，調整片554朝向、遠離後透鏡510之移動導致該空腔中之流體560的壓力減小及流體560自該空腔之中心區域向外至周邊區域之移位，從而導致隔膜555在z軸上的向後收縮。

為了形成光學有用之表面，隔膜555必須膨脹或收縮以形成具有在第30圖中藉由OC表示之光學中心的球面表面，或藉由在眼科學中使用以界定光學透鏡表面之種類的一或多個任尼克多項式界定之表面。舉例而言，可需要隔膜555膨脹以形成一複合表面，該複合表面具有一球面分量及一複曲面分量以用於校正距離及散光屈光偏差。給定透鏡總成500之非圓形形狀，支撐環559之輪廓必須隨著隔膜膨脹而變化，使得該輪廓對應於藉由該一或多個任尼克多項式界定之3D形式，其中該支撐環與隔膜555之周邊相交。在隔膜555之球面變形的情況下，支撐環559必須彎曲以形成支撐環本身至多個球體上的投影，該等球體隨著膨脹增大而半徑減小。對於藉由一系列任尼克多項式界定之隔膜表面，支撐環559必須類似地形成支撐環本身至藉由該系列任尼克多項式界定之多個表面上的一系列投影。給定隔膜555之形狀，支撐環559之一或多個離散區段必須局部地彎曲。

此外，在隔膜555之球面變形的情況下，存在標準的體積守恆中性圓NC，該中性圓通常跨隔膜555之膨脹的所有狀態，如第30圖所示。中性圓NC係藉由與後透鏡510相距一固定距離之平面與隔膜555相交來界定，使得藉由該平面及該隔膜約束的流體560之體積在該平面上下始終相等。換言之，由於隔膜555之膨脹或收縮，在中性圓NC內之流體560之體積等於移位至該中性圓外的流體體積。該中性圓之中心係該隔膜之最大膨脹點及隔膜555之光學中心OC兩者。在根據一系列任尼克多項式的包括一球面分量及一複曲面分量之膨脹的情況下，存在中性橢圓而非中性圓。如第30圖中所指示，調整片552位於中性圓NC與支撐環559交叉之處或接近該交叉處定位，此係因為不管隔膜之膨脹狀態如何，此等位置與後透鏡510保持固定距離，因此該等位置係用於將支撐環559耦接至該底板結構以加強支撐環559以抵抗非所要彎曲模式的合適鉸接點，如WO 2013/144592 A1中所描述。

因此，在當前實施例之透鏡總成500中，隔膜555之膨脹狀態可藉由使用滑動凸輪致動器601使支撐環559在藉由調整片554界定之致動點處在z軸上朝向或遠離後透鏡510主動移位來控制。對隔膜555之膨脹形式的進一步控制係藉由關於上文實例1所描述之種類的複數個曲率控制器570及曲率感測器590來提供，如第29圖至第31圖所示，曲率控制器及曲率感測器附接至支撐環559。

在當前實施例中，六個曲率控制器570設置在介於透鏡總成500之頂部501與右側504之間的支撐環559之鼻區域505處，此係因為鑒於支撐環與致動點554之距離及鼻區域505中的支撐環559之高彎度，此區域中的支撐環559之被動彎曲更難藉由使用滑動凸輪致動器601在致動點處之主動移位來達成。在其他實施例中，在圍繞支撐環559的支撐環559之一或多個離散區域處可使用更多或更少的曲率控制器570。在一些實施例中，曲率控制器570可一直圍繞支撐環559而設置。鄰近之曲率控制器570可彼此分隔開，或可以連續地配置。

曲率控制器570具有與上文實例1之透鏡總成100之曲率控制器170類似的結構。因此，每一曲率控制器570包含由複數個(在當前實施例中，兩個)壓電材料層571、572構成之一多層壓電彎曲致動器，該等壓電材料層安裝至支撐環559之實質上平坦表面，使得該等壓電材料層不延伸超過環559之內部或外部邊界，且具備至如第31圖所示之電子匯流排580的電連接件(未示出)。在每一彎曲致動器之壓電材料層571、572上施加差分電場導致彎曲致動器在一平面(Btz)中彎曲，該平面藉由透鏡總成500之光軸(z)及支撐環559之邊界(B)的切線(t)界定，由此導致在曲率控制器570之區域中的支撐環559之對應局部彎曲。

支撐環559亦帶有複數個曲率感測器590，該複數個曲率感測器中之每一者亦由一壓電材料層構成，該壓電材料層連接至電子匯流排580，如上文關於實例1所描述。在所展示之實施例中，曲率感測器590配置在支撐環559與曲率控制器570之間，且藉由連續的絕緣材料層592與該等曲率控制器絕緣。在當前實施例之透鏡總成500中，曲率感測器590一直彼此緊密鄰近地圍繞支撐環559配置，如第30圖及第31圖所示，但在其他實施例中，曲率感測器590可僅設置在支撐環559之一或多個離散區域、例如存在曲率控制器570之區域中。

第35圖展示用於透鏡總成500之電子控制系統700，該電子控制系統包括微控制器702，類似於上文之實例1，該微控制器包含一處理器及一記憶體裝置。該記憶體裝置儲存可由該處理器執行以用於操作透鏡總成500之電腦可讀機器碼。該記憶體裝置亦儲存將滑動凸輪致動器601之設定及曲率感測器590定位所在的支撐環559之離散區域之曲率與透鏡總成500的聚焦功率關聯的資料。微控制器702經配置以接收來自使用者可控制之輸入裝置710的表示一特定目標聚焦功率之一第一信號、來自角位置感測器608或線性位置感測器609之一第二輸入信號、來自滑動凸輪致動器601上之極限感測器620的一第三輸入信號以及來自支撐環559上之曲率感測器590的一或多個第四輸入信號。微控制器702亦經配置以輸出一第一控制信號至電動馬達610且輸出一或多個第二控制信號至曲率控制器570。電力係藉由電源供應器705提供，該電源供應器可容納於例如上文所提及之底板結構中或透鏡總成500裝配至的一副眼鏡之框架內。

當前實施例之透鏡總成500之操作大體上類似於上文所述的實例1之透鏡總成100之操作。微控制器702根據自角位置感測器608或線性位置感測器609接收的該第二輸入信號及自曲率感測器590接收的該等第三輸入信號來不斷地計算透鏡總成之量測聚焦功率，特別地藉由隔膜555提供之可變聚焦功率，且將此量測聚焦功率與藉由該第一輸入信號表示之目標聚焦功率進行比較。若透鏡總成500之量測聚焦功率不等於目標聚焦功率，則該微控制器將第一及第二控制信號分別傳輸至滑動凸輪致動器601及一或多個曲率控制器570，以使在支撐環559之左側503上之致動點處的調整片554朝向或遠離後透鏡510主動地移位且調整一或多個曲率控制器574附近的支撐環559之局部曲率，從而導致隔膜555膨脹或收縮至正確的目標聚焦功率且調整支撐環559之輪廓以匹配在隔膜與支撐環559相交之處的藉由膨脹隔膜555表示的該一或多個任尼克多項式之3D形狀。

本發明因此提供一種充滿流體之壓縮型透鏡總成500，其中隔膜555之膨脹係藉由在一或多個致動點554處的支撐環559朝向或遠離硬式透鏡510之主動移位之組合、在複數個鉸接點552處將支撐環559保持與硬式透鏡510相距固定距離及藉由使用壓電曲率控制器570主動地控制在支撐環之一或多個離散區域處的支撐環559之曲率來控制。 實例 4 ：增強現實頭戴式耳機

第36圖展示由使用者佩戴的根據本發明之增強現實頭戴式耳機80。頭戴式耳機80包含框架90，該框架具有與在一副眼鏡中發現之部分類似的框架前部92與左及右鏡腿94、95。框架前部92包含左及右輪緣部分96、97，該等輪緣部分中之每一者界定容納增強現實顯示模組(AR模組) 800之孔口102、103。

如同包含於上文實例1之眼鏡10中的透鏡總成100，當前實施例之AR模組800係非圓形的，且以互為鏡像之左及右版本提供，如第37圖所示。第38圖及第39圖係關於第37圖之線A-A的右AR模組800之橫截面圖。然而，以下描述同樣適用於左AR模組800。

每一AR模組800包含：兩個可變聚焦功率透鏡總成801、901，一個透鏡總成安置於另一透鏡總成前面，如第38圖及第39圖所示；及一電子控制系統(未示出)。透明波導顯示器1001插入在兩個透鏡總成801、901之間。

波導顯示器1001經配置而以一方式將來自放映機(未示出)之標稱準直影像轉發至使用者之眼睛的視覺路徑中，該方式係增強或虛擬現實系統之領域中熟知的。相應地，形成顯示模組800之部分的波導顯示器1001可操作地連接至一放映機以用於接收此準直影像。此操作之精確細節超出了本發明之範疇且在本文中未詳細地描述。將理解，兩個顯示模組800中之每一者包括此波導顯示器1001，從而允許向使用者顯示可為靜態或可移動之虛擬三維立體影像。

兩個透鏡總成801、901因此形成前透鏡總成801及後透鏡總成901，如第38圖及第39圖所示。使用者能夠經由每一顯示模組800利用穿過每一模組的前及後透鏡總成801、901之光及經由插入之波導顯示器1001來查看在其周圍之真實物件。使用者因此看到在前透鏡801前面疊加在使用者之真實世界視野上的藉由自波導顯示器1001發射之光輸送之虛擬影像。

前及後透鏡總成801、901中之每一者具有類似於上文實例1中所描述之透鏡總成100的結構之基本結構，以提供可變聚焦功率。在實例1之透鏡總成100中具有相對件的前及後透鏡總成801、901之部分係用分別以數字「8」或「9」替代「1」作為前綴的類似參考數字來標記，且不需要在本文中再次加以詳細描述。與用於建構實例1之透鏡總成100之材料及方法類似的材料及方法可用於製造當前實施例的前及後透鏡總成801、901。

因此，前及後透鏡總成801、901中之每一者包含硬式透鏡810、910。當前實施例的前及後透鏡總成801、901與實例1之透鏡總成100之間的區別在於，在當前實施例中，前及後透鏡總成801、901中之每一者之硬式透鏡810、910係定位在可膨脹彈性隔膜855、955後面的後透鏡，而非前透鏡，如下文更詳細地描述。

後透鏡810、910具有背面812、912、正面814、914及周邊側表面816、916。可撓性側壁840、940結合至後透鏡810、910之側表面816、916，且彈性隔膜855、955附接至側壁840、940的前端844、944，該彈性隔膜係藉由圍繞該隔膜之邊緣的回彈性可彎曲支撐環859、959保持在(大於約180至200 Nm ^-1之)線張力下。在當前實施例中，支撐環859、959僅包含單一環元件，該環元件結合至隔膜855、955之正面858、958，如第40圖最佳所示。

前及後透鏡總成801、901的後透鏡810、910的後表面812、912具有不同的固定光學功率。前透鏡總成801之硬式透鏡810的後表面812具有-0.5折光度之光學功率，而後透鏡總成901之硬式透鏡910的後表面912具有-3.0折光度之光學功率。此等光學功率在本發明之其他實施例中可如熟習此項技術者所要地改變。

每一透鏡總成801、901的後透鏡810、910之正面814、914界定一密封式包封，該密封式包封具有其各別隔膜855、955及周邊側壁840、940之可縮中間區域846、946。如在實例1之透鏡總成100中，該包封充滿光學清透、敏感不可壓縮之折射流體860、960。

如上文之實例1中所描述，複數個向前延伸之支撐銷830、930接近後透鏡810、910之邊緣固定地緊固至後透鏡810、910之正面814、914。每一支撐銷830、930具有前端834、934，該前端在隔膜855、955之周邊區域中在一鉸接點處連接至隔膜855、955之背面856、956，其中該周邊區域與支撐環859、959重疊以用於將前端834、934耦接至支撐環859、959且用於在該鉸接點處將支撐環859、959自後透鏡812、912之正面814、914拉平。在該等鉸接點之間，支撐環859、959自由地遠離或朝向後透鏡810、910向前或向後局部彎曲。

支撐環859、959帶有一或多個壓電曲率控制器870、970，該等曲率控制器圍繞支撐環859、959附接至支撐環859、959之一或多個各別離散區域，如關於實例1所描述。每一曲率控制器870、970包含兩個疊層壓電材料層871、872；971、972，該等壓電材料層具備用於連接至一電子匯流排(未示出)之電連接件。如關於實例1所描述，複數個曲率控制器870、970可圍繞整個支撐環859、959設置，或僅設置在支撐環859、959之一或多個區段處。鄰近之曲率控制器870、970可連續地配置或分隔開。儘管當前實施例之曲率控制器870、970包含兩個壓電材料層871、872；971、972，但將理解，在其他實施例中，可使用具有多於兩個壓電材料層之每一多層曲率控制器。

曲率控制器870、970可使用電子控制系統來操作以用於在約0.5至3.0折光度之範圍中更改前及後透鏡總成801、901中之每一者的隔膜855、955的前表面858、958之聚焦功率。在本發明之不同實施例中，此範圍可以不同。如實例1中所描述，透鏡總成801、901之致動在當前實施例中係單獨使用曲率控制器870、970來達成，但在其他實施例中，可提供額外致動器，諸如例如上文實例3中所描述種類之一或多個線性致動器，以用於使支撐環859、959在一或多個致動點處朝向或遠離後透鏡810、910主動地移位。

透鏡總成801、901中之每一者亦具備一或多個曲率感測器890、990，如第40圖所示且實質上如實例1中所描述，該一或多個曲率感測器亦攜載於支撐環859、959上。如前所述，曲率感測器890、990可圍繞實質上整個支撐環859、959附接，或僅在支撐環859、959之一或多個離散區域處附接，例如在存在曲率控制器870、970之處附接。在當前實施例中，曲率感測器890、990插入於支撐環859、959與曲率控制器870、970之間，且藉由一連續絕緣材料層892、992與曲率控制器分開。

前及後透鏡總成801、901中之每一者亦可具備如實例1中所描述之壓力感測器及/或溫度感測器(未示出)，但此等感測器係可選的，且為清楚起見，自當前實施例之圖式省略此等感測器。曲率感測器890、990及可選溫度及壓力感測器可由控制系統如實例1中所描述地使用，以控制AR模組800之操作。

自上文將瞭解，在當前實施例中，前透鏡總成801之複合聚焦功率在0至2.5折光度之範圍中可調整，而後透鏡總成901之複合聚焦功率在-2.5至0折光度之範圍中可調整。在一些實施例中，前及後透鏡總成801、901可能夠具有不同的聚焦功率範圍。

如第38圖至第40圖所示，頭戴式耳機80之框架前部92之輪緣部分97具有：一前聚光圈部分98，該前聚光圈部分重疊且遮住前透鏡總成801之支撐環859及安置於該支撐環上之曲率控制器870及曲率感測器890；及一內部表面99，該內部表面包圍孔口103，AR模組800收納於該孔口中。內部表面99經整形以形成一中間肋101及後肋102。前透鏡總成801的後透鏡810與在中間肋101之區域中的輪緣部分97之內部表面99形成緊密配合且固定地緊固至該內部表面，如第40圖中最佳所見，從而使可撓性側壁840的後端部分842陷落在後透鏡810之周邊側壁816與中間肋101之間，使得側壁840之可縮中間部分846自中間肋101向前突出至孔口103的前部放大區域104中，使得支撐環859能夠在不觸碰輪緣部分97之內部表面99的情況下朝向及遠離後透鏡810移動。

以一類似方式，後透鏡總成901的後透鏡910形成緊密配合且固定地緊固至在後肋102之區域中的輪緣部分97之內部表面99，從而使可撓性側壁940的後端部分942陷落在後透鏡910之周邊側壁916與後肋102之間，且側壁940之中間部分946向前突出至孔口103的後部放大區域105中，使得後透鏡總成901之支撐環955能夠在不妨礙輪緣部分97之內部表面99的情況下朝向或遠離其相應後透鏡910移動。

波導顯示器1001亦經整形以與在中間肋101之區域中的輪緣部分97之內部表面99形成精密公差且藉由結合或其他合適手段固定地緊固至該內部表面。

在當前實施例中，AR模組800因此整合至頭戴式耳機80之框架90中。然而，在其他實施例中，AR模組800可具有其自身的專屬外殼，該外殼可具有與上文所描述之輪緣部分97之結構類似的結構，但該外殼允許AR模組800作為可安裝於單獨框架中之不同整合單元而提供。

在同在申請中之UK專利申請案第1800933.2號中詳細地描述了操作包含兩個可變聚焦功率透鏡總成801、901之AR模組800的合適方法，該兩個可變聚焦功率透鏡總成彼此光學對準。

簡略地，後透鏡總成901可操作以使其複合聚焦功率負值更大，由此使藉由自波導1001發射之光輸送的虛擬物件之虛擬焦平面自無窮移位至特定焦距。前透鏡總成801可操作以使其複合聚焦功率增大以使後透鏡總成901之增大的負聚焦功率失效，使得對通過AR模組800之兩個透鏡總成801、901之光的影響係實質上中性的。以此方式，可使用例如眼追蹤系統作為輸入裝置來控制AR模組800，以消除或至少緩解與先前增強及虛擬現實裝置相關聯之聚散-調節衝突的現象。

在一些情況下，前及後透鏡總成801、901可操作，使得AR模組之淨聚焦功率為零，但在其他實施例中，前及後透鏡總成801、901可操作以提供根據使用者之光學處方之負(或正)淨聚焦功率，即用於校正屈光偏差。在一些實施例中，對前及後透鏡總成801、901之調整亦可考慮到使用者之遠視，使得當查看近處虛擬物件時，後透鏡總成901可具有比當使用者不遠視時負值更小之聚焦功率。當查看近處真實物件時，前及後透鏡總成801、901可經調整以提供正值更大之總聚焦功率。

本發明因此亦提供一種增強現實顯示模組800，該增強現實顯示模組包含以前後方式配置之兩個可變聚焦功率透鏡總成801、901，及插入於該兩個可變聚焦功率透鏡總成之間的一光學清透之波導顯示器1001。可變聚焦功率透鏡總成801、901中之每一者包含光學清透之可膨脹隔膜855、955，該可膨脹隔膜係藉由可彎曲周邊支撐環859、959保持在至少180 Nm ^-1之線張力下。諸如例如壓電彎曲致動器之一或多個曲率控制器870、970附接至支撐環859、959以用於控制支撐環的一或多個離散區域之局部曲率，從而控制透鏡總成801、901之聚焦功率且確保隔膜855、955在致動時以藉由一或多個任尼克多項式定義之球面或接近球面形式膨脹。曲率控制器870、970之操作本身可使用圍繞支撐環置放之一或多個曲率感測器890、990來控制。

在一些實施例中，支撐環859、959可藉助於複數個支撐銷830、930離開硬式透鏡810、910之對置表面814、914而支撐，該複數個支撐銷自硬式透鏡810、910之表面814、914突出以接觸支撐環859、959，接觸隔膜855、955之支撐銷830、930之末端834、934全部位於共同平面中且形成鉸接點，在該等鉸接點處，不需要支撐環859、959朝向或遠離硬式透鏡810、910之移動表面814、914以實現聚焦功率之改變，且支撐環859、959在支撐銷830、930之間局部地彎曲。

A-A:線 B-B:線 C-C:線 OC:光學中心 NC:體積守恆中性圓 R _Btz:曲率半徑 10:眼鏡 20:框架 22:框架前部 24:鏡腿 25:鏡腿 26:眼部框部分 27:眼部框部分 28:鼻樑 30:主輪緣部分/側面部分 32:孔口/前聚光圈部分 33:孔口 80:增強現實頭戴式耳機 90:框架 92:框架前部 94:鏡腿 95:鏡腿 96:輪緣部分 97:輪緣部分 98:前聚光圈部分 99:內部表面 100:可變聚焦功率透鏡總成 101:中間肋 102:後肋 103:孔口 104:前部放大區域 105:後部放大區域 110:硬式前透鏡/剛體 112:正面 114:第二壁/背面 116:周邊側壁/周邊側表面 120:孔 130:支撐銷 132:前端 134:後端 135:黏合劑 140:可撓性側壁 142:向前部分 144:向後部分 146:可縮中間部分 150:隔膜子總成 151:周邊邊緣 152:可彎曲環元件 153:可彎曲環元件 155:可膨脹隔膜 157:周邊區域 156:正面 158:背面 159:支撐環 160:折射流體 170:曲率控制器 171:壓電材料層 172:壓電材料層 173:導電面 174:導電面 175:導電線 180:電子匯流排 190:曲率感測器 192:絕緣材料層 194:壓電材料層 196:導電面 197:導電面 195:線 200:電子控制系統 202:微控制器 204:壓力感測器 205:溫度感測器 210:輸入裝置 301:步驟 302:步驟 303:步驟 304:步驟 305:步驟 306:步驟 400:可變聚焦功率透鏡總成 410:硬式前透鏡 412:正面 414:背面 416:周邊側表面 420:孔 430:支撐銷 434:斜角後端 450:隔膜子總成 455:光學清透隔膜 459:支撐環 452:前環元件 453:後環元件 460:折射流體 470:曲率控制器/線性致動器 472:活塞 474:調整片 476:調整片 500:透鏡總成 557:周邊區域 558:前表面/正面 559:支撐環 552:調整片/鉸接點 560:折射流體 570/574:曲率控制器 590:曲率感測器 592:絕緣材料層 601:滑動凸輪致動器 602:凸輪主體部分 603:內部面 604:外部面 606:短支架 605:凸輪軌道 607:小齒輪 608:角位置感測器 609:線性感測器 610:電動馬達 611:齒輪箱 612:電連接件 620:極限感測器 621:移動觸點 622:靜觸點 625:繼電器開關 700:電子控制系統 702:微控制器 705:電源 710:輸入裝置 800:增強現實(AR)模組 801:前透鏡總成 810:硬式透鏡 812:背面/後表面 814:正面 816:周邊側表面/周邊側壁 830:支撐銷 834:前端 840:可撓性側壁 842:後端部分 844:前端 846:可縮中間區域 855:可膨脹彈性隔膜 856:背面 858:正面 859:支撐環 860:折射流體 870:曲率控制器 871:壓電材料層 872:壓電材料層 890:曲率感測器 892:絕緣材料層 901:後透鏡總成 910:硬式透鏡 912:背面/後表面 914:正面 916:周邊側表面/周邊側壁 930:支撐銷 934:前端 940:可撓性側壁 942:後端部分 944:前端 946:可縮中間區域 955:可膨脹彈性隔膜 956:背面 958:正面 959:支撐環 960:折射流體 970:曲率控制器 971:壓電材料層 972:壓電材料層 990:曲率感測器 992:絕緣材料層 1001:透明波導顯示器

在圖式中：

第1圖係自高處及右邊看到的一副眼鏡之正面的透視圖，該眼鏡由使用者佩戴且包含一框架及根據本發明之右側及左側兩個可變聚焦功率透鏡總成。

第2圖係第1圖之眼鏡之平面圖。

第3圖係第1圖及第2圖之眼鏡之正面圖。

第4圖係第1圖至第3圖之眼鏡之左側視圖。

第5圖係第1圖至第4圖之眼鏡之右側正視圖，該右側正視圖部分地在沿著第3圖之線B-B的橫截面中。

第6圖係第5圖之部分之放大圖，該圖展示左側可變聚焦功率透鏡總成之部分及其如何安裝於眼鏡之框架中。在橫截面中亦展示一隔膜子總成，該隔膜子總成包含一可膨脹隔膜及用於圍繞隔膜之邊界使該隔膜保持拉伸之可彎曲周邊支撐環。

第7圖係第1圖至第6圖之眼鏡之左側可變聚焦功率透鏡總成的後視圖。

第8圖係第7圖之左側可變聚焦功率透鏡總成之平面圖。

第9圖係第7圖及第8圖之左側可變聚焦功率透鏡總成之右側正視圖。

第10圖係自高處及右邊看到的第7圖至第9圖之左側可變聚焦功率透鏡總成之背面的分解圖，該圖展示隔膜子總成。

第11圖係處於未致動狀態下的第7圖至第10圖之左側可變聚焦功率透鏡總成的在沿著第7圖之線A-A之橫截面中之平面圖。

第12圖係處於致動狀態下的第7圖至第10圖之左側可變聚焦功率透鏡總成的在沿著第7圖之線A-A之橫截面中之另一平面圖。

第12A圖係第12圖之放大部分，第12A圖展示處於致動狀態下的支撐環在藉由透鏡總成之光軸(z)與隔膜之邊界的切線(Bt)界定之平面中的曲率半徑(R _Btz)。

第13圖係左側可變聚焦功率透鏡總成之部分沿著第7圖之線B-B的放大橫截面圖，該圖以橫截面展示隔膜子總成。

第14圖係透鏡總成處於其未致動狀態情況下的第13圖之隔膜子總成之部分的在沿著第7圖之線C-C之橫截面中之放大圖，該圖展示用於控制及監測隔膜之邊界之曲率的複數個離散曲率控制器及附接至支撐環中之一者的對應曲率感測器。

第15圖係透鏡總成處於其致動狀態情況下的第14圖之隔膜子總成之部分沿著第7圖之線C-C之另一放大橫截面圖。

第16圖係透鏡總成處於其未致動狀態情況下的第14圖及第15圖所示之隔膜子總成之同一部分的在第7圖之線C-C上之橫截面中的分解透視圖，該圖展示壓電曲率控制器及曲率感測器與提供至壓電曲率控制器及曲率感測器之電連接的電子匯流排。

第17圖係自正面及左邊看到的第7圖至第10圖之可變聚焦功率透鏡總成的底部之部分的透視剖視圖，該圖展示第13圖至第16圖之隔膜子總成之細節，包括壓電曲率控制器及曲率感測器。

第18圖係用於第13圖至第17圖所示之種類的壓電曲率控制器中之壓電元件的示意性透視圖。

第19圖示意性地圖示第18圖之壓電元件之操作的原理。

第20圖係處於未致動狀態下的第14圖至第16圖之隔膜子總成之部分的透視圖，該圖展示曲率控制器及曲率感測器以及其相應電連接件及中間絕緣層之細節，曲率控制器包含第18圖及第19圖所示之種類的兩個壓電材料條，曲率感測器包含另一類似的壓電材料條。

第21圖係如第20圖所示的隔膜子總成之同一部分在致動狀態下之另一透視圖。

第21A圖係第21圖之放大部分，該圖展示支撐環在致動狀態下在藉由透鏡總成之光軸(z)與隔膜之邊界的切線(Bt)界定之平面中的曲率半徑(R _Btz)。

第22圖係用於第7圖至第21圖之可變聚焦功率透鏡總成之電子控制系統的示意圖。

第23圖係一流程圖，其說明用於控制第7圖至第21圖之可變聚焦功率透鏡總成之操作的第22圖之電子控制系統之處理步驟。

第24圖係自高處及一側看到的供一副眼鏡使用之根據本發明之另一可變聚焦功率透鏡總成的正面之透視圖。

第25圖係第24圖之可變聚焦功率透鏡總成的後視圖。

第26圖係關於第25圖之線C-C的第24圖及第25圖之透鏡總成之部分的截面圖，該圖展示作為曲率控制器之線性致動器。在第26圖中，透鏡總成處於未致動狀態下。

第27圖係第24圖及第25圖之透鏡總成在致動狀態下的另一透視圖。

第28圖係透鏡總成處於致動狀態下的第26圖之透鏡總成之部分的另一橫截面圖。

第29圖係自下方及右側看到的適合供一副眼鏡使用之根據本發明之又一可變聚焦功率透鏡總成的正面之透視圖。

第30圖係第29圖之透鏡總成之正面圖。

第31圖係第29圖及第30圖之透鏡總成之部分的放大透視圖，該部分經切開以展示透鏡總成之細節。

第32圖係齒輪馬達總成之透視圖，該齒輪馬達總成包括供第29圖至第31圖之透鏡總成之滑動凸輪致動器使用的角位置感測器。

第33圖係第29圖至第31圖之透鏡總成之滑動凸輪致動器的左側視圖。

第34圖係展示與第33圖之滑動凸輪致動器相關聯之限制開關的操作之示意圖。

第35圖係用於第29圖至第31圖之透鏡總成之電子控制系統的示意圖。

第36圖係自高處及右邊看到的根據本發明之增強現實頭戴式耳機之正面的透視圖，該增強現實頭戴式耳機由使用者佩戴且包含一框架及右側及左側兩個顯示模組。

第37圖係第36圖之增強現實頭戴式耳機之正面圖。

第38圖係關於第37圖之線A-A之橫截面側視圖，該圖展示具有前後兩個本發明之可變聚焦功率透鏡總成及插入的波導顯示器之右側顯示模組。在第38圖中，前及後透鏡總成均展示為處於零聚焦功率狀態下。

第39圖係關於第37圖之線A-A之另一橫截面側視圖，該圖與第38圖的不同之處在於，在第39圖中，前透鏡總成展示為致動至其最正聚焦功率，而後透鏡總成展示為致動至其最負聚焦功率。

第40圖係第38圖之部分之放大圖。

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國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

110:透鏡

112:正面

114:背面

142:向前部分

144:向後部分

146:側壁/中間部分

152:前環元件

153:後環元件

155:可膨脹隔膜

156:正面

158:背面

160:折射流體

170:曲率控制器

Claims (22)

1. 一種用於一可變聚焦功率光學裝置之隔膜總成，該隔膜總成包含：一可膨脹隔膜，該可膨脹隔膜藉由至少一個可彎曲隔膜支撐環而圍繞該隔膜之周邊保持拉伸；及一或多個彎曲致動器；其中該支撐環在一未變形狀態下界定一( x,y)平面，且該或每一彎曲致動器包含：一選擇性可操作使本身彎曲的條帶，該條帶係連續地附接至該支撐環之一各別離散區段，且其中該條帶可操作以本身彎曲，以將彎曲給予該支撐環之該各別離散區段，由此控制在由一z軸所界定之一平面中的該支撐環之該各別離散區段之曲率，該z軸正交於該支撐環之該( x,y)平面且與該隔膜之該周邊相切。
2. 如請求項1所述之隔膜總成，其中該條帶包含：至少一個條帶之一壓電、電活性或磁致伸縮材料、複數個壓電材料層及/或至少一個雙金屬條帶。
3. 如請求項1所述之隔膜總成，該隔膜總成進一步包含：用於量測該環之一離散區段之局部曲率的至少一個曲率感測器。
4. 一種可變聚焦功率光學總成，該可變聚焦功率光學總成包含：如請求項1所述之隔膜總成。
5. 一種可變聚焦功率光學總成，該可變聚焦功率光學總成包含：一充滿流體之可壓縮包封，該包封具有：藉由一可膨脹隔膜形成之一第一壁，該可膨脹隔膜藉由至少一個可彎曲支撐環而圍繞該隔膜之周邊保持拉伸；與該第一壁對置之一非撓性第二壁，該支撐環在圍繞該支撐環間隔開的三個或更多更鉸接點處與該第二壁保持一固定距離，且在該等鉸接點中間朝向或遠離該第二壁可彎曲；及介於該第一壁與該第二壁之間的一側壁，該側壁可縮以適應此彎曲；及一或多個彎曲致動器，該或每一彎曲致動器包含：一選擇性可操作使本身彎曲的條帶，該條帶係連續地附接至介於該等鉸接點之間的該支撐環之一各別離散區段；其中該隔膜經配置以在該支撐環在該等鉸接點之間彎曲後在朝向或遠離該第二壁之一方向上膨脹，由於此膨脹，該隔膜之一表面形成具有可變聚焦功率之一光學表面，且該或每一彎曲致動器可操作以本身彎曲，以將彎曲給予該支撐環之該各別離散區段，由此控制在一方向上的該支撐環之每一各別離散區段之曲率，該方向平行於該光學總成之一光軸且與該隔膜之該周邊相切。
6. 如請求項5所述之可變聚焦功率光學總成，其中該第二壁係由一剛體之一表面形成或支撐在該剛體之該表面上，該剛體牢固地安裝至一底板結構，且該支撐環在該等鉸接點中之每一者處嚙合該底板結構。
7. 如請求項5所述之可變聚焦功率光學總成，其中該第二壁係由一剛體之一表面形成或支撐在該剛體之該表面上，且該支撐環在每一鉸接點處藉由一支撐銷而安裝至該剛體，每一支撐銷具有接觸該支撐環之一第一末端及固定地緊固至該剛體之一第二末端。
8. 如請求項5所述之可變聚焦功率光學總成，該可變聚焦功率光學總成進一步包含：至少一個邊界高度控制器，該至少一個邊界高度控制器用於使該支撐環之一區段在兩個鉸接點之間朝向或遠離該第二壁主動地移位。
9. 如請求項5所述之可變聚焦功率光學總成，其中該條帶包含至少一個條帶之一壓電、電活性或磁致伸縮材料、複數個壓電材料層及/或至少一個雙金屬條帶。
10. 如請求項5所述之可變聚焦功率光學總成，該可變聚焦功率光學總成包含：附接至該支撐環之不同各別離散區段之兩個或更多個彎曲致動器。
11. 如請求項5所述之可變聚焦功率光學總成，該可變聚焦功率光學總成進一步包含：至少一個曲率感測器，該至少一個曲率感測器用於量測該支撐環之一離散區段之曲率及產生表示該離散區段之該曲率的一輸出信號。
12. 如請求項5所述之可變聚焦功率光學總成，該可變聚焦功率光學總成進一步包含：用於控制該一或多個彎曲致動器之操作之一電子控制系統；該電子控制系統包含：一處理器；一記憶體，該記憶體含有機器可讀指令及將藉由該曲率感測器量測的該支撐環之該離散區段之該曲率與藉由該隔膜形成之該光學表面之該聚焦功率關聯的資料；及一輸入裝置，該輸入裝置可操作以產生表示與一目標聚焦功率相關之一值的一輸入信號；其中該等機器可讀指令包括用於使該處理器進行以下操作的指令：接收來自該曲率感測器之該輸出信號且使用該資料來判定該隔膜之該光學表面之一量測聚焦功率；接收來自該輸入裝置之該輸入信號且判定該目標聚焦功率；將該光學表面之該量測聚焦功率與該目標聚焦功率進行比較，且在該量測聚焦功率不同於該目標聚焦功率的情況下，操作該或每一彎曲致動器以改變該支撐環之該各別離散區段之該曲率，由此調整該光學表面之該聚焦功率以接近該目標聚焦功率。
13. 如請求項12所述之可變聚焦功率光學總成，該可變聚焦功率光學總成進一步包含：用於量測該充滿流體之包封內之該流體之一物理性質的至少一個另外感測器；其中該資料將該光學表面之該聚焦功率與藉由該曲率感測器量測的該支撐環之該離散區段之該曲率及該流體之該物理性質關聯，且該等機器可讀指令包括使該處理器進行以下操作之指令：接收來自該另外感測器之一感測器信號且根據該支撐環之該離散區段的該量測曲率及該流體的該量測物理性質來計算該光學表面之該量測聚焦功率。
14. 如請求項12所述之可變聚焦功率光學總成，其中該輸入裝置係用於設定該目標聚焦功率之一使用者可操作輸入裝置。
15. 如請求項12所述之可變聚焦功率光學總成，其中該輸入裝置包含一測距裝置或一眼追蹤裝置。
16. 如請求項12所述之可變聚焦功率光學總成，該可變聚焦功率光學總成包含：至少一個邊界高度控制器，該至少一個邊界高度控制器用於使該支撐環在一致動點處在兩個鉸接點之間朝向或遠離該第二壁主動地移位；其中該資料包括將該光學表面之該聚焦功率與該致動點之該移位或位置及該支撐環之該離散區段之該曲率關聯的資料，且該等機器可讀指令包括使該處理器進行以下操作之指令：操作該邊界高度控制器以調整該致動點處的該支撐環之該移位或位置，及操作該或每一彎曲致動器以調整該支撐環之該各別離散區段之該曲率，由此調整該光學表面之該聚焦功率以接近該目標聚焦功率。
17. 一種眼部佩戴物件，該眼部佩戴物件包含如請求項5所述之至少一個可變聚焦功率光學總成。
18. 一種可變聚焦功率光學總成，該可變聚焦功率光學總成包含：一充滿流體之可壓縮包封，該包封具有：藉由一可膨脹隔膜形成之一第一壁，該可膨脹隔膜具有形成一光學表面之一表面，該隔膜藉由至少一個可彎曲支撐環而圍繞該隔膜之周邊保持拉伸；與該第一壁對置之一非撓性第二壁，該非撓性第二壁係由一剛體之一第一表面形成或支撐在該剛體之該第一表面上；及在該第一壁與該第二壁之間延伸之一可縮側壁，該支撐環係藉由複數個支撐銷安裝於該剛體上，每一支撐銷具有在一各別鉸接點附接至該支撐環之一第一末端及固定地緊固至該剛體之一第二末端，使得該支撐環藉由該對應支撐銷在每一鉸接點處與該第二壁保持一固定距離，且在該等鉸接點中間朝向或遠離該第二壁可彎曲；及至少一個選擇性可操作之壓力調節器，該至少一個選擇性可操作之壓力調節器用於調整該包封中之該流體的壓力，以使該隔膜朝向或遠離該第二壁膨脹，使得藉由該隔膜形成之該光學表面具有可變聚焦功率。
19. 如請求項18所述之可變聚焦功率光學總成，其中每一支撐銷在實質上平行於該隔膜之該膨脹方向之一方向上在該支撐環與該第二壁之間延伸。
20. 如請求項18所述之可變聚焦功率光學總成，其中該等鉸接點位於同一平面中。
21. 如請求項18所述之可變聚焦功率光學總成，其中該壓力調節器包含一邊界高度控制器，該邊界高度控制器可操作以用於使該支撐環在一致動點處在兩個鉸接點之間朝向或遠離該第二壁主動地移位。
22. 一種眼部佩戴物件，該眼部佩戴物件包含：如請求項18所述之至少一個可變聚焦功率光學總成。