TWI812669B - 可變焦度光學元件、可變焦度光學裝置、眼部穿戴物品、及擴增實境頭盔中的或其相關的改良 - Google Patents

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Abstract

一種混合注入壓縮式可變焦度光學元件，該光學元件包含一流體填充的外殼，該外殼具有一剛性第一壁(310)及相對於該第一壁的一第二壁，該第二壁包含一可膨脹薄膜(320)，該薄膜由一周圍支撐環(330)維持，該第一及第二壁經耦接在一起以允許該周圍支撐環的移動朝向或遠離該第一壁，該外殼填充有一不可壓縮流體(365)；至少一間隔控制裝置(380)，用於控制該周圍支撐環與該第一壁之間的間隔；及一電子可操作注入器(390)，用於經由一端口(340)導入更多該流體或從該外殼抽出部分的該流體；其中藉由控制該支撐環與第一壁之間的間隔及/或該外殼中的流體體積，在使用中可持續調整該光學元件的焦度。本案也揭露一種可變焦度光學裝置(300)，其包含此種混合注入壓縮式光學元件及一電子控制系統(400)，以及一種包含至少一組光學元件、一波導、及一電子控制系統的擴增實境頭盔，該等光學元件包括至少一個此種混合注入壓縮式光學元件，該波導插入在該等光學元件之間以供顯示一虛擬影像。

Description

可變焦度光學元件、可變焦度光學裝置、眼部穿戴物品、及 擴增實境頭盔中的或其相關的改良
本發明關於可變焦度光學元件，像是(例如)包含流體填充的外殼之類型的透鏡或反射鏡，該外殼具有由可膨脹薄膜形成的壁，該可膨脹薄膜能選擇地膨脹或收縮以形成具有特定曲率的光學表面。本發明也提供一種包括至少一個按照本案之發明的可變焦度光學元件的可變焦度光學裝置、一種用於擴增實境頭盔的顯示模組、以及包括至少一個此種顯示模組的擴增實境頭盔，該顯示模組包括至少兩個按照本發明的可變焦度光學元件，該等元件中間具有一透明的波導顯示器插入。
流體填充的可變焦透鏡(「液體透鏡」)為本領域所知，其可具有「壓縮」或「注入」型。
典型的注入型液體透鏡由WO 02/063353 A2所揭示，其中在一可撓薄膜(其在兩個相互接合的環中間維持張緊)與一剛性片材之間界定了一空腔，該空腔包含具可變量的透明的流體。能通過穿過該等環鑽出的一個洞將流體導入或從透鏡抽出，使其能作為一可變焦透鏡運作。透鏡的最大功率受限於可用於導入至該透鏡中的流體體積以及該透鏡的材料屬性，包括該等環的強度、剛性平板的硬度、及任何黏合或焊接件的強度。由於注入型透鏡在可撓薄膜與剛性片材之間包含可變量的流體，其具有優勢在於當該可撓薄膜處在其所具曲率接近該剛性片材（其常見為平坦或凸的）之表面形狀的狀態中時，該透鏡可為相對薄，因為在該狀態中於該可撓薄膜與該剛性片材之間僅需少量的流體。然而，若需要允許薄膜採取凹的配置方式以提供負的光功率（optical power），則必須使透鏡更厚，在可撓薄膜與剛性片材之間具有更大的間隔。
在注入型液體透鏡使用於眼鏡中之處，從透鏡抽出的流體可保持在位在眼鏡之鏡腳（temple arm）中的一貯存器中，如在（例如）US 2576581中揭示者。將理解在這樣的安排中，本領域之通常知識者在貯存器的位置上有自由度而可選擇遠離透鏡的位置，以使眼鏡的重心的位置最佳化。
另一注入型可變焦透鏡被WO2008/050114 A1所揭露，其包含用於保持可撓薄膜的一環，其中該環經提供有一體的中空延伸件，該延伸件的中空內部形成用於透鏡的液體貯存器。
典型的壓縮型透鏡由WO 99/061940 A1所揭露，該透鏡中具有相對壁（由一透明壁部件與一可膨脹薄膜形成）的一封閉腔室充滿透明的液體，且提供有構件用於改變透明壁部件與可膨脹薄膜之間的間隔以變化該腔室中透明液體的壓力。一定焦剛性透鏡被排列在該腔室外部，鄰接該透明壁部件。
WO 2014/125262 A2揭露一種製造可變焦流體透鏡組合件的方法，該方法包含調整一空腔內的流體體積以校正該透鏡組合件，該空腔於一端由可膨脹透明薄膜所封閉。流體可通過插入至該空腔中的注射針被加至該空腔或從其取出。替代地，可在一透鏡外殼內提供小型的分離流體貯存器，該貯存器經由適當的導管連接至該空腔，且可提供一調整器以供從貯存器排除流體至空腔中，或從該空腔抽出流體至該貯存器中以精細地調整該空腔內的流體體積。一旦已正確地校正該透鏡組合件，則可鎖定該調整器（例如不可逆地鎖定）來防止進一步調整。替代地，該貯存器及導管可被移除，或者可移除該調整器。在進一步實施例中，該導管可被切開或從該空腔斷開連接。在透鏡組合件被併入眼鏡中之處，該貯存器可被容納在處於視野以外的眼鏡的框架、鼻樑件或鏡腳內。由於僅需要一小部分流體以提供對空腔內之流體體積的精細調整/校正，該貯存器可為小的且能輕易地隱藏在透鏡外殼內或在眼鏡的其他部件內。將理解按照WO2014/125262 A2注入或從空腔抽出流體僅發生於校正該透鏡組合件，而不用於持續地調整使用中之透鏡組合件的焦度。
US 2016/0361157 A1揭露一種調節式液壓眼內透鏡系統，該系統之內具有一圓柱致動器，該致動器為一液壓透鏡組合件。該液壓透鏡組合件具有藉由波紋管耦接至一定焦透鏡的一透明可彈性地重新配置的薄膜，以及包含在由該薄膜、該波紋管與該透鏡界定之空間中的折射性液壓流體，且該液壓透鏡組合件藉由該波紋管、彈簧、或兩者的彈性屬性而經維持於其屈光率的上限處。提供有填充清除端口以供藉所需的折射液壓流體填充該液壓流體腔室以及在植入病患眼中之前清除其氣泡，或者其能經替代地在植入前填充及清除、但在流體的一部分被抽出以促進彎折而其餘的流體乃藉由一填充清除尖端導入之下被植入，連接至該端口的管道經留在原位以供此目的並在被植入後抽出。該等端口可包括一對機械可穿透密封件（一端一個）以在一旦管狀填充清除尖端被抽出時封閉進出該液壓腔室的流動。
由於壓縮型透鏡包含固定的液體體積，其具有的缺點在於當可膨脹薄膜在其曲率就像壁部件之表面形狀的狀態中時，其厚度無法如注入型透鏡一般最小化。對於在一壓縮型透鏡中形成具可變曲率之球形表面的薄膜而言，將遍及各薄膜狀態共同存在保全了「中性圓」（neutral circle）的一體積。該中性圓是藉由一平面與薄膜之截面所界定，使得由該平面與薄膜所界定的透明液體體積在該平面之上與之下相等。換言之，在該中性圓內側的液體體積等於位於該中性圓外側者。該中性圓的中心同時是該薄膜膨脹度最大的點以及該薄膜的光學中心（此後稱為「OC」）。在一壓縮型透鏡中，該中性圓位於離透明壁部件為一固定距離處，此在透鏡的最小厚度上設定一限制。
壓縮型透鏡的又一缺點是可膨脹薄膜的最大曲率受限於可膨脹薄膜與透明壁部件之間的空隙。
然而，壓縮型透鏡的一個優點是其將自身供於彈性可彎曲的薄膜支撐件之使用，以圍繞該可膨脹薄膜之邊緣支撐該薄膜，如說明於（例如）WO 2013/144533 A1中，其內容藉引用方式併入本文。可彎折的薄膜支撐件允許薄膜之邊緣的輪廓線隨著薄膜膨脹或收縮而改變，以形成其自身到多個球面上的投影，這在薄膜的形狀非圓形時是必須的，或者若必須給予薄膜由一或更多個Zernike多項式所界定的更複雜形式（例如圓柱體）時，例如針對眼科應用中之用途。
壓縮型透鏡的另一優點是其典型需要比注入型透鏡較少的功率來產生焦度的改變，壓縮型透鏡的回應時間受限於薄膜，而注入型透鏡的回應時間受限於用於將流體注入透鏡中之孔洞的大小。
本發明的一個目的因此是提供一種可變焦度光學元件，例如像是透鏡或反射鏡，其減輕關聯於已知壓縮及注入型液體透鏡的至少一些缺點。
可調整透鏡的一個應用在抬頭顯示器（HUD）及頭盔安裝顯示器的領域，如在（例如）EP 3091740 A1中所揭露者，一種雙目顯示裝置包含兩個目鏡組合件，該兩組合件由一使用者同時穿戴，各眼分別一個目鏡組合件，各目鏡組合件包含具有正的光學強度的一外光學部件及具有負的光學強度的一內光學部件，該外光學部件經配置以接收來自外部場景的外部光並用於將結果導向至該裝置的一透明波導顯示部件，該波導顯示部件經配置以用於輸出實質上經準直的顯示光，該內光學部件經配置以接收外部光及來自該波導顯示部件之實質上經準直顯示光兩者，且用於在所接收顯示光上加諸發散性，來產生一個對各目鏡組合件而言實質上共同的虛擬焦點，並將結果輸出以供顯示，因此，在使用上，當經由該雙目顯示裝置觀看時，由該顯示光傳達的影像被當作三維影像疊加在外部場景上。該裝置包含一控制器單元，其經配置以控制兩發散透鏡的光學強度，使得該虛擬焦點維持對各目鏡組合件而言實質上共同，並使得該虛擬焦點在位置上可以改變。
關聯於擴增與虛擬實境頭盔的熟知問題是調節聚散衝突（accommodation-vergence conflict），其中在使用者觀看靠近使用者眼睛之顯示器上的虛擬3D影像時在調節度與聚散度之間的不相符能導致頭痛、疲勞及/或噁心。
在一些態樣中，本發明的另一目的是減輕擴增實境頭盔中調節聚散衝突的問題。
按照本發明的第一態樣，提供有一種混合注入壓縮式可變焦度光學元件，像是（例如）透鏡或反射鏡，包含一流體填充的外殼，該外殼具有剛性的一第一壁、相對於該第一壁的一第二壁、及在該第一壁及該第二壁之間延伸的一可折疊側壁，該第二壁包含一可膨脹薄膜，該可膨脹薄膜藉由一周圍支撐環圍繞其邊緣保持該可膨脹薄膜在張力下。該外殼填充有一實質上不可壓縮的流體，而一電子可操作注入器經提供用於通過該外殼中的一端口將更多該實質上不可壓縮的流體導入至該外殼中或是從該外殼抽出部分的該實質上不可壓縮的流體。該第一壁及該第二壁經耦接在一起的方式使得該周圍支撐環的移動被允許朝向該第一壁或遠離該第一壁，而至少一間隔控制裝置經提供用於控制該周圍支撐環或其一或更多區域與該第一壁之間的間隔。本發明之第一態樣的可變焦度光學元件因此是一種混合注入壓縮式裝置，藉由控制該支撐環（或該支撐環的一或更多個區域）與該第一壁之間的間隔、以及該外殼中之流體體積，在使用中（即正常使用期間）可持續調整該裝置具有的焦度。
藉由整併流體注入及流體壓縮兩種技術，按照本發明之混合注入壓縮式可變焦度光學元件的外殼中的流體量能按照可膨脹薄膜之膨脹狀態來最小化，藉以將可變焦度光學元件的厚度最小化。因此，在該薄膜之形式類似該第一剛性壁的表面形狀的狀態中，可從該外殼抽出流體以將其厚度最小化。
為了增加該可變焦度光學元件的光功率，可利用該注入器將額外的流體導入該外殼中以使該可膨脹薄膜相對於外殼外凸膨脹，且可操作該間隔控制裝置以維持薄膜支撐環接近該第一剛性壁。
替代地，可操作該間隔控制裝置以將該薄膜支撐環自該第一剛性表面移開，使該可膨脹薄膜相對於外殼內凹收縮，若需要的話利用該注入器將額外的流體注入該外殼中。以此方式，在一些實施例中，本發明之可變焦度光學元件的可膨脹薄膜能夠有正的與負的兩種光功率。
在一些實施例中，該薄膜可為圓形的，但如本文中所用，用語「環」本意並非一定隱含圓形，而在一些實施例中，該薄膜可為非圓形。例如，在一些實施例中，該薄膜可具有之形狀類型是常見被採用於眼鏡之鏡片。例如，該薄膜可具有飛行員型（Aviator）、蝴蝶、貓眼、平頂、枕形矩形、矩形、正方形或Wayfarer型之形狀。
該可膨脹薄膜具有形成一光學表面的一外面。在一些實施例中，該可膨脹薄膜的該外面可為鏡面的，使得該可調整焦度光學元件是一反射鏡。
替代地，該可調整焦度光學元件可為一透鏡，其所具可膨脹薄膜為光學透明的，該第一壁由具有一光學外表面之一光學透明剛性組件形成，或是由形成在該組件之一內表面上的一光學透明層形成，及該流體是一折射流體。
該可膨脹薄膜可由一無毒、彈性的材料形成，該材料具有低於該元件之通常操作範圍的玻璃轉化溫度（較佳地低於大約-5° C.）以及在10-200 MPa範圍中的彈性模數。在該可調整焦度光學元件是透鏡之處，該薄膜應為光學透明的且可具有折射係數為大約1.5。
本領域之技術人員可得到各種適用的聚合物材料，包括交聯的氨基甲酸酯及矽氧彈性體，例如聚二甲基矽膠（poly (dimethylsiloxane)）。熱塑性芳香族聚氨酯（TPU）尤其較佳。一種尤其較佳的聚醚型聚氨酯由具有蕭氏A硬度為大約86，密度大約1.12 g/cm3 ，抗拉強度為大約33 MPa，而撕裂強度為大約105 N/mm的二苯基甲烷-4,4'-二異氰酸酯（MDI）、聚四亞甲基二醇和1,4-丁二醇形成。此材料可自商標Elastollan® 1185之下的BASF購得。
該周圍支撐環可為剛性的或彈性可彎曲的。對於大部分應用，該可膨脹薄膜應球形地或實質上球形地變形，在此情況中剛性的周圍支撐環將適用於圓形的薄膜。然而，對於非圓形的薄膜形狀，或者在需要該薄膜應當非球形地變形之處（例如在由一或更多Zernike多項式所界定之形式中），則必須有可彎折周圍支撐環來隨著薄膜之膨脹或收縮控制薄膜之邊緣的輪廓線，使得其可形成自身到多個球面上或由一或更多Zernike多項式所界定之其他表面上的投影。例如，在一些實施例中，該薄膜可必須圓柱形地膨脹，或者球形且圓柱形地，例如用於眼科應用中的散光矯正。
適當地，該間隔控制裝置可包含一致動器，該致動器經排列以於一或更多個控制點處在該支撐環上作動，該一或更多個控制點在該支撐環之一或更多個對應區域上，以用於將該支撐環之該一或更多個區域朝向該第一壁或遠離該第一壁移動。在支撐環為剛性的實施例中，單一致動器可足以移動整個支撐環朝向或遠離該第一壁。然而，在該環為可彎折的之處，該一或更多致動器可經排列以於該支撐環上的多個控制點處在該支撐環上作動，以於該多個控制點處具差異地將該環移位以控制該薄膜邊緣的輪廓線，如上所述。
一旦如上所述地外凸地或內凹地增加該薄膜的曲率，該間隔控制裝置可經操作以控制該薄膜支撐環的輪廓線，同時保持該薄膜支撐環盡可能接近該第一剛性表面。在其中該薄膜支撐環之不同區域被相對於該第一剛性表面具差異地移位以維持該薄膜之膨脹或收縮形式的保真度的實施例中，該間隔控制裝置應經操作，以將該薄膜支撐環相較地朝向該第一剛性表面移位最多的區域保持緊密接近該第一剛性表面。
在一些實施例中，複數個致動器可經排列以於該支撐環上經間隔開的複數個控制點處在該支撐環上作動，以用於將該支撐環之對應區域朝向該第一壁或遠離該第一壁移動。
本領域之技術人員可得到各種適用的致動器，但作為例子，該致動器或各致動器可經獨立地選自以下：滑動凸輪致動器、旋轉凸輪致動器、活塞、SMA致動器或壓電致動器。在一些實施例中，該致動器可手動操作，但較佳地可使用電子可操作致動器。
便利地，端口可形成在第一壁中。在一些實施例中，該端口可被提供於鄰接側壁的一位置處。然而，其他實施例中，該端口可被提供在外殼中另一位置處 – 例如該可折疊側壁中或該支撐環中。在一些實施例中，可提供多個端口來促進流體到該外殼中或從該外殼向外的快速移動。
該注入器可包含一貯存器及一泵，該貯存器用於保留該外殼外部的一計量之流體，該泵用於經由該端口在該外殼與該貯存器之間移動流體。例如，在一副眼鏡或類似者其中使用該可調整焦度光學元件之處，該貯存器可被容納在該眼鏡的框架中（例如在鏡腳中）。
適當地，該泵可包含正排量泵。例如，該注入器可包含氣缸及往復活塞。
有利地，該注入器可為電子可操作的。
一般，該流體應為實質上不可壓縮。該流體應具有低毒性及低揮發性；其應為惰性的且在高於大約-10° C或低於大約80～100° C展現無相變。該流體應於高溫為穩定的且展現低微生物生長率。在一些實施例中，該流體可具有大約1 g/cm3 的密度。
對於透鏡應用，該流體應為透明且無色的，具有至少大約1.5的折射係數。適當地該薄膜及流體的折射係數應匹配，使得該薄膜與流體之間的介面對使用者而言為實質上無法察覺的。
本領域之技術人員可取得各種適用的流體，包括矽油及矽氧烷，像是例如苯代矽氧烷。一種較佳的流體是五苯基三甲基三矽氧烷（pentaphenyltrimethyltrisiloxane）。
在一些實施例中，該薄膜可適當地包含聚醚聚氨酯，像是（例如）前述在商標Elastollan® 1185下的可取得材料，而該流體可包含矽油或苯代矽氧烷，像是五苯基三甲基三矽氧烷。薄膜材料與流體的折射係數適當地為相同或實質上相同，且為至少1.5。
該可折疊側壁可自一熱塑聚氨酯製成，像是（例如）Tuftane®。在一些實施例中，該可折疊側壁可形成一碟形容器（或「袋子」）的一體部件，該容器具有一端壁為連續地黏合至該第一剛性壁。該容器可自一光學透明且無色的材料製成，該材料具有的折射係數為至少大約1.5。該容器的折射係數經適當地匹配薄膜流體的折射係數，使得容器與流體之間的邊界對使用者而言為實質上無法察覺的。
適當地，本發明之可變焦度光學元件可併有用於直接地或間接地感測下列之一或更多者的一或更多感測器：該外殼中的流體體積、該流體的溫度及/或壓力、該薄膜支撐環（或其一或更多個區域）的位置、或該支撐環之一或更多個區域的曲率。典型地該可變焦度光學元件將包含複數個此類感測器。
本發明的第二態樣中提供有一種可調整焦度光學裝置，該裝置包含按照本發明之第一態樣的可調整焦度光學元件及一電子控制系統，該電子控制系統用於操作間隔控制裝置及注入器以控制可膨脹薄膜的形狀。
有利地，該電子控制系統為可操作以如上所述地針對薄膜的任何給定膨脹度來將該支撐環/可膨脹薄膜與該第一壁之間的空隙最小化。
適當地，該電子控制系統可包含一處理器及一記憶體，還有用於直接地或間接地感測下列之一或更多者的一或更多感測器：外殼中的流體體積、流體的溫度及/或壓力、薄膜支撐環（或其一或更多個區域）的位置、或支撐環之一或更多個區域的曲率。任何能夠將支撐環之≲1mm 直線移動轉換成用於該控制系統之電子信號的旋轉或線性傳感器，可被使用作為一位置感測器，用於決定該支撐環（或鄰接致動器的支撐環的一區域）之位置、或是一致動器的一移動中部件之位置。適用的例子包括：光學編碼器、磁性（例如霍爾效應）感測器、電容感測器及電位計。可使用旋轉式位置微感測器（舉例）來量測凸輪致動器的位置，以給出鄰接該致動器之該支撐環的一區域的位置的間接量測。沉積在支撐環之對應區域上的壓電材料區段可被採用以量測該些區域的曲率。
該處理器可操作以接收代表或對應於特定焦距的輸入信號，以及執行儲存在記憶體中的機器碼以操作該至少一個間隔控制裝置及注入器，來基於接收自該一或更多感測器的感測器資料以針對特定焦距控制該可膨脹薄膜的形狀，以及控制外殼中的流體體積來針對該特定焦距最小化該支撐環/可膨脹薄膜與該第一壁之間的空隙。感測器資料可包括該外殼中該流體的溫度及壓力，以及該支撐環的位置（或該支撐環之一或更多區域的位置），及/或該支撐環之一或更多區域的曲率。在一些實施例中，該感測器資料可包括外殼中的流體體積。
本發明之第三態樣提供有一種眼部穿戴物品，其包含按照本發明之第一態樣的至少一個可變焦度光學元件。適當地，按照本發明的一眼部穿戴物品可包括兩個按照本發明之第一態樣的可變焦度光學元件；一個用於使用者之各個眼睛。在一些實施例中，該眼部穿戴物品可包含一擴增實境裝置，像是擴增實境頭盔。
本發明的第四態樣中，提供有一種眼部穿戴物品，其包含至少一個按照本發明之第二態樣的可變焦度光學裝置。有利地，該眼部穿戴物品可進一步包含關聯於該可變焦度光學裝置的一眼睛注視追蹤系統，該電子控制系統可操作以自該眼睛注視追蹤系統接收一信號，該信號編碼有對應於一特定焦度的一眼睛位置變數，及針對該特定焦度來調整該可變焦度光學元件的焦度。適用的眼睛注視追蹤系統為本發明所屬領域之技術人員已知而不需在本文中做說明。
本發明的第五態樣中提供有一種用於擴增實境頭盔的顯示模組，其包含彼此光學對準的一組光學元件，該組包括至少一個按照本發明之第一態樣的可變焦度光學元件。
適當地，該顯示模組可包含至少一個而較佳地至少兩個可變焦度光學元件，以及插入在其間的一透明波導顯示器以供輸出虛擬影像。該（或各）可變焦度光學元件可包含一流體填充的外殼，該外殼具有一第一壁、相對於該第一壁的一第二壁、及在該第一壁及該第二壁之間的一可折疊側壁，該第一壁由一光學透明硬透鏡之表面或層壓至此種光學透明硬透鏡之表面上的一層光學透明材料形成，該第二壁由一光學透明可膨脹薄膜形成，該光學透明可膨脹薄膜藉由一周圍支撐環圍繞其邊緣保持該可膨脹薄膜在張力下。該外殼填充有實質上不可壓縮的折射流體。可在該外殼中提供至少一端口以供將該實質上不可壓縮的折射流體導入至該外殼中或是從該外殼抽出該實質上不可壓縮的折射流體。
該周圍支撐環與該硬透鏡可被耦接在一起，其耦接方式使得允許該周圍支撐環朝向或遠離該第一壁的移動。可提供一或更多間隔控制裝置以主動地控制該周圍支撐環（或其一或更多個區域）與第一壁之間的間隔。該一或更多個間隔控制裝置為電子可控制的。
可提供至少一個注入器以供經由對應的端口主動地將更多流體導入至該一或更多可變焦度光學元件之外殼中或從該些外殼抽出部分流體。該注入器也可為電子可控制的。
便利地，該注入器可具有一出口，該出口經由至少一個對應的電子可操作控制閥連接至該組中各可變焦度光學元件的端口。
該個或該至少一個或至少兩個光學元件中之各者的可膨脹薄膜之外表面的光功率典型可在大約0到+5.0屈光度之範圍中調整，例如大約+0.5到大約+3.0 屈光度。該光學元件或該些光學元件中之該一者的硬透鏡的外表面可具有大約-1到-5屈光度或大約-2到-4屈光度的光功率（例如大約-3屈光度），或者大約0到-1屈光度（例如大約-0.5屈光度）。當提供至少兩個光學元件之處，該些光學元件之一者的硬透鏡的外表面可具有大約-1到-5屈光度或大約-2到-4屈光度的光功率（例如大約-3屈光度），而該等光學元件之另一者的硬透鏡之外表面可具有大約0到-1屈光度的光功率（例如大約-0.5屈光度）。該等光學元件中之一者的光功率因此可在0到-5.0屈光度之範圍中調整（例如0到-2.5屈光度），同時另一光學元件的光功率為可在0到+5.0屈光度之範圍中調整（例如0到+2.5屈光度）。
更概略地，該可變焦度光學元件或至少一個可變焦度光學元件之可膨脹薄膜的外表面的光功率為可在+A到+B 屈光度之範圍中調整，而該混合注入壓縮式透鏡元件之硬透鏡的外表面可具有大約–A屈光度或大約-B屈光度之光功率。將理解A與B為針對按照本發明之一給定透鏡元件為固定的變數，但隨所需可因實施例而異。因此，純粹作為範例，A可為+0.5屈光度而B可為+3.0 屈光度。適當地，該組可包括至少兩個混合注入壓縮式可變焦度光學元件。該等混合注入壓縮式可變焦度光學元件中之一者的硬透鏡的外表面可具有大約-A屈光度之光功率；該至少兩個混合注入壓縮式可變焦度光學元件中之另一者的硬透鏡的外表面具有大約-B屈光度的光功率。
如本領域中已知，透明波導顯示器為可操作以輸出傳達一影像的實質上經準直顯示光。
在本發明之第六態樣中，提供有一種擴增實境裝置，像是例如擴增實境頭盔，其包含至少兩個按照本發明之第五態樣的顯示模組以供顯示立體3維影像。該擴增實境頭盔經配置以被戴在使用者的眼睛前方，關聯於各眼有至少一個顯示模組，而該等顯示模組經排列使得在各個模組內，該組光學元件中至少兩個透鏡元件中之一者經定位比另一者更靠近使用者的眼睛，該波導顯示器插入在其間，使得使用者能經由各組內的全部透鏡元件及波導顯示器來觀看他（她）的周圍環境，同時由該波導顯示器所發射之光傳達的影像則僅被經由各組內該至少兩個透鏡元件中較靠近者觀看。
該擴增實境頭盔進一步包括一電子控制系統，該電子控制系統用於操作各模組中該組光學元件的各可變焦度光學元件的該一或更多間隔控制裝置及至少一注入器，以控制各可變焦度光學元件之可膨脹薄膜的形狀。各組之各可變焦度光學元件的焦度能因此藉由控制其支撐環（或其支撐環的該一或更多區域）與該第一壁之間的間隔以及該外殼中之流體體積來調整。
在一些實施例中，單一個注入器可為關聯於兩個顯示模組的可變焦度光學元件。
該擴增實境頭盔可進一步包含一眼睛追蹤系統，該電子控制系統為可操作以接收來自該眼睛追蹤系統的輸出信號，該輸出信號編碼有一變數，該變數有關對應於一特定焦度的眼睛位置，針對該特定焦度來調整各顯示模組中該組光學元件之該至少兩個透鏡元件中之一者的焦度，以及針對一相應倒數或互補焦度來調整該組的該至少兩個透鏡元件中之另一者的焦度，該相應倒數或互補焦度整體地或局部地否定（negate）該一透鏡元件的焦度。藉由調整各模組中經定位在波導顯示器與使用者的眼睛之間的該一透鏡元件的焦度，由該波導顯示器發出之顯示光所傳達的影像能由使用者在一虛擬聚焦平面中觀看，該平面對應於使用者之注視點。以此方式，使用者的調節與聚散之間的衝突得以避免。各模組中另一透鏡元件的焦度能如上所述地調整來否定該一透鏡元件的焦度，使得使用者對他（她）的周圍環境的視圖實質上不受影響。隨使用者的注視點改變，由波導顯示器所發出顯示光傳達的影像的虛擬聚焦平面能被即時更新。
在一些實施例中，該眼睛追蹤系統可包括至少一個相應的眼睛追蹤裝置（像是例如眼睛追蹤攝影機）關聯於各顯示模組。該眼睛追蹤系統為可操作以自各眼睛追蹤裝置接收一輸入信號，該輸入信號編碼有一眼睛位置值，當作該兩眼睛位置值的函數來計算一變數，該變數對應於一特定焦距，並輸出代表該特定焦距的輸出信號。該控制系統為可操作以接收代表該特定焦距的輸出信號，針對按照經計算變數的該特定焦度來調整兩顯示模組中的該一透鏡元件的焦度，並針對互補焦度來調整兩顯示模組中另一透鏡元件的焦度，該些互補焦度整體地或局部地否定相應之透鏡元件的焦度。
以下是參照本發明各不同態樣實施例的隨附圖式、僅作為範例的說明。
範例1：包括可變焦度混合注入壓縮式流體填充透鏡的眼鏡
按照本發明的一實施例的一副眼鏡1包含一框架10，當被戴著時該框架在使用者的眼睛前方支撐左及右手側可變焦度流體填充的透鏡元件200L、200R，如在第1圖中示意地描繪。框架10包括具有左及右開口13、14的框架前12、鼻樑15及左及右鏡腳16、17，該些開口經成形以接收左及右手側透鏡組合件200L、200R，如在眼鏡的領域中之通常的。
本文中使用的用語「右」及「左」分別指稱使用者在解剖上的右及左側。用語「前」、「朝前地」及類似者和「後」（或「背」）、「朝後地」及類似者分別指的是進一步離開、或更接近使用者的臉的位置。「頂」和「底」關於使用者的通常直立的方位。較靠近使用者的鼻子的眼鏡部件在本文中稱為「鼻」部件或類似者，而較靠近使用者之鏡腳之一的部件為「鏡腳」部件或類似者。將理解左手側透鏡組合件200L的鼻側及鏡腳側分別在左手側透鏡200L的右側及左側，而右手側透鏡組合件200R的情況是相反的。
如能從第1圖所見，左及右手側透鏡組合件200L、200R非圓形。它們彼此有相同形狀，但相對使用者的矢狀面（通過眼鏡1之鼻樑15延伸）互為鏡像。透鏡組合件200L、200R各從透鏡元件的分別鼻側橫向地延伸至鏡腳側，鼻側鄰接眼鏡1的鼻樑15，當眼鏡1被戴著時鼻樑15擱在使用者的鼻子上，鏡腳側鄰接個別的鏡腳16、17。
第2～9圖中較詳細地顯示左手側透鏡組合件200L，但將理解以下說明同樣地適用於右手側透鏡組合件200R。
如最佳地顯示在第5圖中，左手側透鏡組合件200L包含一非圓形剛性後透鏡210，其乃從常見使用於製造眼科鏡片之類型的硬的、光學透明材料製成。後透鏡210具有一前表面211及一後表面212。後透鏡210的後表面212負責當作透鏡元件200L的後光學表面，如以下所述。後透鏡210可具有任何適當形狀並可為匯聚透鏡、發散透鏡、或其可自身實質上不具光功率。後透鏡210可為用於校正使用者的視覺中反射錯誤的處方箋鏡片。如在圖式中描繪的，後透鏡210可適當地為具有凸前表面211及凹後表面212的凹凸透鏡。
後透鏡210坐落在左手側透鏡組合件200L的外殼內。該外殼(在圖式中為了清楚而省略)負責支撐及保護透鏡組合件200L的各不同組件，且經固定地緊固在框架10的左手側開口13內。右手側透鏡組合件200R包含一類似外殼，其經固定地緊固在框架10的右手側開口14內。
如最佳地顯示在第7A~7E圖中的，後透鏡210於其鏡腳側形成為具有一流體注入端口240，該端口通過後透鏡延伸並在口241中開放到前表面211上。(為了清楚而從第5及6A~C圖略去流體注入端口240。)端口240的作用在以下更詳細說明。
後透鏡210的前表面211帶有一碟形容器215(或「袋子」)，其包含一後壁216及一可折疊周圍側壁217，該後壁所具形狀對應後透鏡210之前表面211 的形狀，該可折疊周圍側壁217從後壁216朝前延伸在透鏡組合件200L之外殼內並終止在一周圍突出部219中。在此實施例中，碟形容器215自一光學透明、可撓的熱塑聚氨酯製成(例如Tuftane®，其可自英國Gloucester的Permali Gloucester Ltd公司購得)且其後及側壁216、217為大約50μm厚，但可使用其他的透明材料(尤其透明的彈性體)且依此調整厚度。
碟形容器215的後壁216經形成為具有一開口218鄰接其鏡腳側，且藉由透明的壓力敏感黏著劑(PSA)，像是(例如)3M® 8211黏著劑，連續地黏合至後透鏡210的前表面211，使得開口218與後透鏡210中之端口240的口241對齊。在此實施例中，使用厚度大約25μm的一層PSA，但這可隨需要改變。
碟形容器215的周圍突出部219接合至一可膨脹薄膜220，該可膨脹薄膜具有對應於後透鏡210之形狀的非圓形。薄膜220形成自一片熱塑聚氨酯(例如Elastollan® 1185A10，其可自BASF公司購得)且具有大約220μm之厚度。可使用其他適當材料於薄膜220(以及透鏡元件200L之其他組件)，如由WO 2017/055787 A2所揭示者，該文件的內容藉引用方式併入本文。
該薄膜具有一前表面221、一後表面222，並藉由彈性可彎曲的支撐環230圍繞其邊緣保持在張力下，如在第2及4圖中最能看出的。如以下更詳細說明的， 薄膜220的前表面221形成用於透鏡組合件200L的前光學表面，使該些透鏡的光功率由薄膜220之前表面221與後透鏡210之後表面212的曲率決定。
支撐環230是從不鏽鋼片製造成且具有大約0.55mm的厚度，但更概略地該環可具有在大約0.50~0.60mm之範圍中的厚度，或者該支撐環可包含兩個或更多個環元件的堆疊取代單一個環。薄膜220的前表面221藉光固化黏著劑(例如Delo® MF643 UV固化環氧樹脂黏著劑)或其他手段而黏合至支撐環230，且該薄膜經維持於大約200Nm-1的線張力。
碟形容器215的突出部219經利用適當的黏著劑(例如Delo® MF643 UV固化環氧樹脂黏著劑)或其他手段黏合至薄膜220之後表面222的一周圍區域224，如最佳地顯示在第6A~C圖中，該些手段像是(例如)超音波焊接、雷射焊接及類似者，使得薄膜220夾在碟形容器215之突出部219與支撐環230之間。
環230能夠在透鏡組合件200L之外殼內朝向及遠離後透鏡210移動，而碟形容器215的側壁217分別是折疊自身或伸長以允許這樣的移動。
在本發明的其他實施例中，可使用多於一個支撐環230。例如，薄膜220可被夾在兩個類似的支撐環中間，如在(例如)WO 2013/144533 A1中所述。在此實施例中，為簡化僅描述了一個環。
如在第4圖中最能看到的，薄膜支撐環230經形成為具有複數個周圍具間隔、朝外突出的突片235。在不妨礙透鏡組合件200L之外殼之下，該等突片235因此接合相應的致動器280，該些致動器安裝在外殼內且經圍繞透鏡組合件200L定位，用於調整透鏡組合件200L的光功率，如以下更詳細說明。突片235的數目及位置依透鏡組合件200L的形狀與針對將薄膜220塑形成球形的光學表面所需要的準確度而異。在此實施例中，有六個突片235及相應的致動器280，其中三個突片235經定位於透鏡組合件200L的鼻側而其他三個經定位於透鏡組合件200L的鏡腳側。在其他實施例中，可隨所需有較多或較少突片235。一般而言，應最少有至少三個突片235。
後透鏡210的前表面211、袋子215的側壁217及薄膜220形成具有內部空腔250的一外殼。
外殼的空腔250充滿一種合理地不可壓縮、光學透明、折射的流體265。流體265應為無色的且具有折射係數為至少大約1.5。適當地薄膜220與流體265的折射係數應為匹配，使得薄膜220與流體265之間的介面對使用者而言是實質上無法察覺的。流體265應具有低毒性及低揮發性；其應為惰性的且在大約-10° C之上或低於大約100° C不展現相變。流體265應在至少大約80° C的高溫為穩定的，且展現低度的微生物生長。在一些實施例中，流體265可具有密度為大約1 g/cm3 。本領域之技術人員可得到各種適用的流體，包括矽油及矽氧烷（像是例如苯代矽氧烷）。一種較佳的流體是五苯基三甲基三矽氧烷。
在此實施例中，薄膜220形成自聚醚聚氨酯（例如Elastollan® 1185）而流體265是苯代矽氧烷，例如五苯基三甲基三矽氧烷。薄膜材料與流體的折射係數為適當地相同或實質上相同，且為至少1.5。
用於組裝透鏡組合件200L，同時讓薄膜220如前述地在張力之下的適當方法，在WO 2017/055787 A2中揭露。
如上所述，致動器280可操作以用於將環230上的突片235在外殼內朝前朝後移動，分別是遠離及朝向後透鏡210。在致動器280之特定設計對於本發明之目的並不重要的同時，第5及6A圖中所顯示的本實施例中，各致動器是包含一塊體282的滑動凸輪致動器，該塊體安裝在外殼內鄰接相應突片235以用於在支撐環230之平面中的滑動移動，該滑動移動的方向實質上與支撐環230相切（如第4圖中由箭頭281表示）於相應突片235的位置處。例如，塊體282可安裝在外殼內所形成之軌道或其他適當導引件（未圖示）內。塊體282經形成為具有有角度的插槽284（如最佳地顯示在第6A圖中），該插槽接收相應突片235且界定兩個相對的凸輪表面285、286，使得塊體282在支撐環230之平面中的往復移動驅動了突片235如所欲地在外殼內向前及向後（如第6A圖中雙頭箭頭289所表示)。可提供一小型馬達用於在各個別塊體282之軌道或導引件內驅動塊體282。
在一實施例中，各致動器280可被單一主致動器液壓控制，如由(例如)WO 2014/118546 A1所揭露，該文件內容藉引用方式併入本文。各致動器280可被內含液壓流體的一管道操作連接至該液壓主致動器，以用於從主致動器傳送致動力至致動器280。如WO 2014/118546 A1中說明的，該些液壓管道可圍繞環230的周圍設置，或者它們可穿過外殼250。在後面這種情況中，液壓流體及管道應為光學透明的且其具有的折射係數相同或類似於外殼250內折射流體265的折射係數，因此該些管道及其內的液壓流體為使用者看不到的(或難以看到)。
替代的致動器280’及280”經分別圖示在第6B及6C圖中，在該些圖中類似於第6A圖中之對應部件的部件乃由相同參考元件符號表示。
第6B圖顯示一凸輪致動器280’，其包含一凸輪部件282’，該凸輪部件偏心地安裝在銷283’上以用於旋轉(如該圖中雙頭箭頭281’所表示)。凸輪部件282’如所示地接合相應突片235以用於驅動突片235及在突片235之區域中的支撐環230朝後地往外殼內的後透鏡210。當凸輪部件282’在反方向中旋轉時，由於支撐環230的彈性及空腔250內流體265的壓力，突片235被允許遠離後透鏡210朝前移動。
第6C圖顯示一液壓致動器280”，其包含一活塞282”，該活塞經可滑動地安裝在一液壓氣缸284”內以用於在相對於透鏡組合件200L朝前朝後的方向中往復移動。活塞282”配有一朝前突出的桿286”，其如第6C圖中顯示地連接至突片235，使得桿286”在活塞282”之影響下的往復移動致使突片235以及在突片235之附近的薄膜支撐環230之區域相對於後透鏡210朝前及朝後移動。
如同第6A圖的滑動凸輪致動器，第6B及6C圖的凸輪致動器280’與液壓致動器280”分別可被個別馬達操作或者可能被單一馬達或液壓主致動器所驅動。
流體注入端口240連接至一流體注入器290(如第8及9圖中顯示)以供注入更多折射流體265到空腔250中或用於從空腔250移除部分折射流體265。如下所述，針對此目的可使用各不同種類的注入器，但在此實施例中，注入器290包含一通風腔室292、一出口管299、一正排量泵295、在出口管299中間的一第一閥296及在腔室292中間的一第二閥297，該腔室292負責作為在透鏡組合件200L內於空腔250外側的折射流體265之貯存器，出口管299用於將注入器290連接至端口240，正排量泵295包含在氣缸294內的往復活塞293。藉由操作活塞293與第一及第二閥296、297，能將折射流體265注入空腔250中或從空腔250抽出。當第一閥296關閉時，透鏡組合件200L之空腔250內的折射流體265體積 是固定的，而第一閥296負責當作壓力停止器，抵抗空腔250中、靜液壓壓力梯度或其他來源的正壓力(可能藉由膨脹薄膜220所致使，如以下更詳細說明)。
第10及11圖中顯示一替代注入器290’，在該圖中類似第8及9圖中之對應部件的部件乃由相同參考元件符號表示。替代注入器290’包含一活塞293’及一出口管299’，該活塞經設置及排列以在氣缸294’內往復，該出口管299’用於連接至透鏡組合件200L的流體注入端口240。第10及11圖的替代注入器290’比第8及9圖的注入器290簡單，其氣缸294’有效地做為用於折射流體265之貯存器也與活塞293’負責用於泵送折射流體265進出透鏡組合件200L之外殼內的空腔250。針對透鏡組合件200L之空腔250中給定的折射流體265之體積，在該空腔內增加的壓力能藉由暫時限制氣缸294’內之活塞293’來阻擋。
第7A~7E圖圖示按照本發明之透鏡組合件200L的操作。藉由操作注入器290以注入更多來自貯存器292的折射流體265到空腔250中，使得薄膜220從第7A圖中顯示之最小膨脹度狀態，經過第7B及7C圖中顯示之中間狀態，漸進地朝前膨脹至第7D圖中顯示的最大膨脹度狀態。隨著薄膜220變得更膨脹，透鏡組合件200L的光功率成為往正向更多(more positive)，組合件200L之整體光功率由薄膜220之曲率及後透鏡210之後表面212的曲率所界定。如第7A圖中所示，即使在最小 膨脹狀況中，為了穩定性薄膜220較佳地具有一些正的(朝前)曲率。
為讓透鏡組合件200L之光功率正向較少，藉由反向地操作注入器290來將流體265從空腔250抽出，從空腔250將流體265移到貯存器292。
儘管可操作本實施例的透鏡組合件200L來給予經膨脹薄膜220一些不同形式，在實作上薄膜220的形式應為球面的或實質上球面的，以對後透鏡210的光功率加上一選擇性可變的光功率量。適當地，按照使用者的眼睛處方箋，後透鏡210之後表面212可具有固定的球形功率(spherical power)及/或圓柱功率(cylindrical power)及軸。由薄膜220提供的額外的球形功率可接著被使用作為(當需要時提供)額外的光功率，以校正老花眼或另外的光學目的，如(例如)以下的範例2所述。
由於薄膜220的非圓形，圍繞薄膜220之周邊的邊緣必然按照薄膜220之膨脹度具差異地在朝前朝後方向(也稱為z軸)中位移以維持一球形光學表面，該球形光學表面具有一光學中心(OC)位於薄膜220上有最大膨脹度的一點處。換言之，薄膜220的非圓形邊界必須經操縱以形成其自身的投影到多個球面上。為達成此，一或更多個致動器280能經操作以局部地在z軸上位移相應的一或更多突片235以及支撐環230之分別的鄰接區域，來控制薄膜支撐環230之輪廓線因此還有薄膜220之邊緣的輪廓線，如在WO 2013/144533 A1、WO 2013/144592 A1及WO 2015/044260 A1中所述，該些文件內容乃藉引用方式併入本文。依所提供之致動器280數目及致動器280圍繞環230的間隔而定，也可能控制薄膜220以隨其膨脹採取球形以外的形式，尤其是由一或更多個Zernike多項式所界定的其他眼科上有用的形式。一般，薄膜220之膨脹度越大，為維持所需的薄膜形式所需要的支撐環230差異性移位程度越大。
藉由利用一或更多個致動器280來驅動一或更多個突片235在z軸上朝後地往後透鏡220，由後透鏡210形成的流體填充外殼、袋子215及薄膜220被圍繞周圍壓縮，將空腔250中的折射流體265朝空腔250之中心移位並致使薄膜220朝前膨脹。薄膜220之邊緣處的突片235朝向後透鏡210移位越多，薄膜220之曲率越大而透鏡組合件200L之光功率往正向更多。反過來，驅動一或更多突片235朝前遠離後透鏡210，或者由於支撐環230中的彈性及空腔內流體265之壓力而允許突片235朝前移動，則讓薄膜220變得較不膨脹使得透鏡組合件200L的光功率往正向較少。
因此將理解為了達到透鏡組合件200L的給定光功率，可採用注入或從空腔抽出折射流體265以及操作一或更多個致動器280之組合，來確保薄膜220具有正確的曲率程度和正確的邊界輪廓線，以確保其維持實質上球形。
對於空腔250內給定體積的折射流體265而言，該外殼界定一「中性圓」（NC）（如第2及4圖中表示的），無論薄膜220之膨脹度以及相應的透鏡組合件200L之光功率，該中性圓具有恆定直徑以及離袋子215之後壁216的前表面（經黏合至硬透鏡212的前面211）的恆定距離。該中性圓乃藉一平面與薄膜220的交叉所界定，使得該平面與薄膜220圍住的流體265之體積等於在該平面上下者。換言之，隨薄膜220因操作一或更多個致動器280的朝前膨脹，從外部於中性圓NC（如第2及4圖中所示）之空腔250的一周圍區域251移位的流體265體積等於被移位至中性圓NC內的空腔250之一內區域252中的流體體積。因此，對於流體265的一給定體積，透鏡組合件200L在前後方向中的最小厚度受限於中性圓離袋子215之後壁216的前表面的一最小間隔，需要該最小間隔以確保薄膜220離該前表面的空隙，其在第7A～7D圖中由CI表示。
當薄膜220經最小地膨脹（如第7A圖中所示）時，袋子215之後壁216的前表面與薄膜220之後表面222之間的最小空隙CI可於薄膜220之光學中心OC處，尤其當後透鏡210之前表面211是凸的時（如同本實施例）。然而，一般而言對於正向越多的光功率，後壁216之前表面與薄膜220之後表面222之間的最小空隙狀況CI將被套用於支撐環230之一或更多個區域處，其中支撐環230被一或更多對應致動器280局部地朝後地往後透鏡210移位，以針對薄膜220的對應膨脹度產生正確的邊界輪廓線。適當地，最小空隙CI於薄膜220之全部膨脹度狀態為恆定或實質上恆定。
按照本發明較有優勢地，空腔250中折射流體265的體積是利用注入器290調整的，使得中性圓NC離後透鏡210之前面211的間隔經動態地最小化，以在袋子215之後壁216的前面與薄膜220之後面222之間維持最小空隙狀況CI，不管薄膜220之膨脹度為何。當薄膜220經最小地膨脹時(如第7A圖中顯示)，空腔250內之流體265的體積經最小化以在薄膜220之光學中心OC處提供後壁216之前面與薄膜220之間的最小空隙CI。在此狀況中，可操作一或更多個致動器280來將支撐環230上的一或更多個相應突片235最小地位移，以維持薄膜220的球形形式。當需要正向較多的光功率時，利用注入器290通過注入端口240將折射流體265注入空腔250中以「充飽」流體填充外殼，致使薄膜220朝前地膨脹(如第7B~7D圖中顯示)。如上討論的，隨著薄膜220漸進地膨脹，一或更多個致動器280被操作以局部地驅動支撐環230之對應區域朝向後透鏡210的前表面211，以調整薄膜220之邊界的輪廓線來維持薄膜220的球形形式。對於第7B~7D圖中所示各種漸進增加的膨脹程度，薄膜220的曲率是由空腔250內之流體265的體積以及致動器280朝後透鏡210的移位程度所控制，而流體265的體積經控制以維持環230之一或更多個區域(其經局部地朝後移位）與後壁216之前表面之間的最小空隙狀況CI，同時將薄膜220的中性圓NC朝前移動以允許所需的環230之差異性移位程度，來維持薄膜220的球形形式。以此方式，按照本發明之透鏡組合件200L的厚度對薄膜220的各膨脹度而言經最小化。
第7A～7D圖中，薄膜220之中性圓NC與碟形容器215之後壁216的前面之間的距離分別由D1～D4表示。如能看到的，由於更多流體被注入空腔250中而使薄膜220朝前的膨脹度增加，薄膜220之中性圓NC與後壁216的前面之間的距離漸進地增加。第12圖顯示在狀態A、B、C和D（分別對應於第7A～7D圖）中透鏡組合件200L位於光學中心OC處之中心厚度CT與可比的唯壓縮型（固定流體體積）參考透鏡組合件100（不屬於本發明）之厚度的比較。第12圖中，在本例之透鏡組合件200L中有對應者的參考透鏡組合件100的組件乃由對應參考元件符號表示，該些參考元件符號以「1」開頭而非「2」。
參考透鏡組合件100具有固定體積的折射流體165，其與本實施例之透鏡組合件200L在狀況D中的折射流體265體積相同。在參考透鏡組合件100中，薄膜120的最大朝前膨脹度是由支撐環130與薄膜120之袋子115的後壁116的前面之間的空隙所控制，該袋子附接至後透鏡110的前表面111。由於參考透鏡組合件100中折射流體的體積是固定的，增加參考透鏡組合件100之光功率的唯一可能是如上所述地壓縮組合件的邊緣。一旦支撐環130的一或更多個區域接觸後壁116的前表面，則不可能進一步壓縮組合件100，而薄膜120已膨脹最大。隨參考透鏡100之光功率減少(變得正向的較少)，支撐環130遠離後透鏡110朝前移動(如依次在第7C、7B及7A圖中所示)，允許薄膜120放鬆而變得較不膨脹，中性圓NC在後透鏡110前方的距離維持實質上恆定。
相反的，本實施例的透鏡組合件200L中，在狀況D中薄膜220的最大膨脹度是由貯存器292中的流體265之可用體積以及該組合件之組件的材料屬性(包括支撐環230的強度、後透鏡210的硬度及組件之間的黏合強度)所控管。在狀況D中，本實施例之透鏡組合件200L的空腔250包含實質上與可比的參考透鏡組合件100之空腔150體積相同的折射流體265。薄膜220被最大地膨脹，而為了保持已膨脹薄膜220的球形形式，薄膜支撐環230的一或更多個區域經局部地朝向後透鏡210朝後地移位以控制薄膜220之邊緣的形狀，而在支撐環230之一或更多局部區域與碟形容器215之後壁216的前表面之間具最小空隙CI。隨本實施例之透鏡組合件200L的光功率減少，流體265被利用注入器290從空腔250移出，藉而往後透鏡210朝後地移動中性圓NC。薄膜支撐環230在圍繞其外周的一或更多局部區域中保持朝後透鏡210具差異地移位，以確保已膨脹薄膜220的球形形式，但環230的差異性移位量隨薄膜220朝前膨脹度的減少而減少，允許藉由從空腔250抽出流體265來將中性圓NC朝後移動，同時保留薄膜220及支撐環230與袋子215之後壁216之間的最小空隙CI。以此方式，在小於狀態D之最大光功率的全部正的光功率處，按照本發明之本實施例的透鏡組合件200L的厚度CT小於參考唯壓縮型透鏡組合件100的厚度，而此在狀態A中最明顯。
第13圖是顯示參考透鏡100與本發明之透鏡組合件200L所具厚度CT如何隨透鏡組合件100、200L之光功率Φ（屈光度）變化的線圖。能看到的是，於最大正的光功率（狀態D）處該兩個透鏡組合件具有相同厚度CT，但於較低或負的（狀態A）光功率處，本實施例之透鏡組合件200L實質上比參考透鏡組合件100更薄。
範例2：混合注入壓縮式可變焦度流體填充的透鏡裝置
第14圖顯示一混合注入壓縮式可變焦度流體填充透鏡裝置30，該透鏡裝置包含一可變焦度透鏡組合件300（類似以上關於範例1之該副眼鏡10所述的透鏡組合件200L）及一電子控制系統400，如以下更詳細說明的。
本範例之透鏡裝置30的部件中對應於前一範例之透鏡組合件200L的類似部件者，在圖式中乃藉開頭為數字「3」替代數字「2」的對應參考元件符號來表示，且該些部件為簡潔起見不再次詳細說明。
因此，透鏡組合件300包括一硬的後透鏡310、一碟形容器315(經黏合至後透鏡310的一前壁311且具有一可折疊側壁317)和一彈性薄膜320，該彈性薄膜圍繞其周圍被一彈性可彎曲的薄膜支撐環330保持在張力下。如同前一範例的透鏡組合件200L，透鏡組合件300具有一注入端口340來讓反射流體365從注入器390進入由後透鏡310、側壁317和薄膜320界定的空腔350中，該注入器390包含一活塞393，其經配置以在一氣缸394中往復移動。利用注入器390，反射流體365能被注入空腔350中用於使薄膜320脹起、或從空腔350抽出用於使薄膜320縮小，分別增或減透鏡組合件300的正的光功率。
薄膜支撐環330經形成為具有複數個朝外延伸的突片335，各突片由一相應的可選擇操作之致動器380接合以用於主動地驅動突片335及可彎折支撐環330的鄰接區域朝向或遠離後透鏡310。如同前一範例的透鏡組合件200L，能隨薄膜320是膨脹或收縮來利用致動器380控制環330的輪廓線，以為了控制薄膜320的形式。
電子控制系統400被用於控制致動器380與注入器390的操作，以用於調整透鏡組合件300的光功率。
電子控制系統400包含一微控制器402(在第15圖中更詳細顯示)。微控制器402包括一處理器及一 記憶體裝置(未圖示)，該記憶體裝置儲存機器可讀碼之形式的指令以用於控制透鏡裝置30的操作。此類微控制器在本領域為熟知而在本文中不需詳細描述。如第15圖中顯示，微控制器402包括複數個輸入輸出端點402a、402b、……402g。
三個端點402a、402b、402c經連接至透鏡組合件300內的電子感測器(分別是壓力感測器411、溫度感測器412及位置感測器413)以用於偵測支撐環330相對於後透鏡310的位置。在一些實施例中，關聯於各致動器380可有一分開的位置感測器。替代地(或額外地)，可將一或更多曲率感測器圍繞薄膜支撐環330置放以偵測支撐環330的局部曲率。位置/曲率感測器的目的是為提供對薄膜支撐環330之輪廓線的直接或間接量測。在進一步變化中，可使用較少的感測器，例如從壓力感測器、溫度感測器、一個或一組位置感測器及一個或一組(兩個或更多個)曲率感測器中選擇兩個或三個感測器。
如上所述，可使用能夠將支撐環330的
Figure 108102135-A0305-02-0044-2
1mm直線移動轉換成用於電子控制系統400之電子信號的任何旋轉或線性傳感器，像是(例如)光學編碼器、磁性(例如霍爾效應)感測器、電容感測器及電位計。替代地，可利用微感測器量測各個別致動器380的移動。
支撐環330之一或更多個區域的曲率可利用曲率感測器來量測。適當的曲率感測器可包含一或更多段 壓電材料、應變計或本發明所屬領域之技術人員已知的其他種類感測器，該些感測器經設置在支撐環(330)上。
適當地，位置及/或曲率感測器可經設置於支撐環330的區域處，該些支撐環330經排列為在薄膜320的全部膨脹狀態時最接近後透鏡310。
第四個端點402d經連接至一輸入裝置420，該輸入裝置用於將透鏡組合件300的所欲光功率輸入至微控制器402。在一些實施例中輸入裝置420可包含使用者可操作裝置，其可被手動地操作(例如轉盤、開關或類似者)或被電子地操作。在後者情況中，輸入裝置420可包含一電子介面，使用者能利用該電子介面來對微控制器402輸入所欲光功率。例如，該電子介面可包含行動裝置，像是行動電話或平板或個人電腦，其可為固線連接或無線連接至微控制器402。一些實施例中-例如以下範例3中所述-透鏡組合件300的焦度可被自動調整。這樣的實施例中，輸入裝置420可自眼睛追蹤系統或自測距裝置(像是例如光學或超音波感測器)接收信號。
第五端點402e連接至位置編碼器414，其關聯於緊固至活塞393且從其突出的一齒條395，如第14圖中顯示。齒條395接合一小齒輪396，該小齒輪經配置以由一電馬達397驅動以供在氣缸394中往復活塞393，來將折射流體365注入透鏡組合件300之空腔350中或從其抽出。位置編碼器414經安排以感測齒條395的位置，來對空腔350內流體365之體積提供間接量測。
微控制器402的其餘端點402f、402g分別經連接至致動器380及電馬達397，用於操作致動器380及注入器390以供控制透鏡組合件300的光功率。
適當的電源（未圖示），像是（例如）電池，經提供用於供電給致動器380、馬達397、微控制器402、感測器411～414及輸入裝置420。
第16圖中顯示一流程圖，顯示按照儲存在微控制器402之記憶體中的機器碼指令來操作電子控制系統400。
來自壓力、溫度及位置感測器411、412、413的信號（分別表示空腔350中折射流體365的壓力及溫度與薄膜支撐環330的位置）在微控制器402中被接收，微控制器402在步驟501中執行記憶體裝置中所儲存的指令來基於薄膜320所提供的可變光功率來計算透鏡組合件300的當前光功率。在步驟502中，微控制器402接收來自輸入裝置420的輸入信號，該信號代表透鏡組合件300的經選擇光功率，並檢查是否當前光功率等於該經選擇光功率。若按照輸入裝置420的該經選擇光功率等於透鏡組合件300的當前光功率，則對透鏡組合件300不做改變，而該控制系統在步驟503中等待下一個計時週期或來自輸入裝置420的輸入。
若透鏡組合件300的當前光功率不等於所輸入的經選擇光功率，微控制器402分別在步驟504與505中計算用於薄膜支撐環330的正確的輪廓線與用於空腔350的折射流體365之正確的體積，以對薄膜320施加正確的曲率程度以提供經選擇的光功率。分別在步驟506及507中，微控制器402分別傳送指令給致動器380與電馬達397以調整薄膜支撐環330的位置與空腔350內折射流體365的體積，以達到正確的光功率。利用來自位置感測器413與位置編碼器414的輸入，在步驟508、509中，微控制器402檢查是否支撐環330的位置與空腔350中流體365的體積是正確的。若其中一者或兩者為不正確，則重複步驟506～509直到薄膜支撐環330的位置及空腔350中的流體體積是正確的。在下一個計時週期，流程接著回到步驟501。
本發明所屬領域之技術人員將察覺有數種方式，在其中致動器380與電馬達397能由微控制器402基於來自感測器411～414的信號來決定。一種尤其方便的方法是利用儲存在微控制器402之記憶體裝置中的查找表，其將致動器380電馬達397的設定關聯於光功率的預定值。
如在以上範例1中所述，電子控制系統400有利地被設定以確保空腔350內的流體365的體積是對該經選擇光功率而言要達成薄膜320之對應曲率及薄膜支撐環330突片335相對於後透鏡310之前表面311之位置的必要的最小者。以此方式，對於各光功率透鏡組合件300的CT厚度經最小化。
範例3：擴增實境頭盔
第17圖示意地圖示被使用者穿戴時的按照本發明的一擴增實境頭盔6。頭盔6具有如一副眼鏡的相同簡單形式，該眼鏡包含一框架60、一鼻樑65和左及右鏡腳66、67，該框架具有框架前62，其形成為具有左及右開口63、64。本範例中擴增實境頭盔6的外觀類似於以上範例1之眼鏡1的外觀，且具有數個共同的特徵。為簡短起見，在此不再詳細說明共同的特徵。尤其，用來描述範例1之眼鏡1之相對位置與方位的說明同樣適用於本範例的擴增實境頭盔6。
以與範例1之眼鏡1相同的方式，擴增實境頭盔6之框架前62中的左及右開口63、64為非圓形，主要為了美感的理由。當範例1的左及右開口13、14容納個別的混合注入壓縮式可變焦度、流體填充的透鏡組合件200L、200R的同時，本範例的左及右開口63、64容納分別的擴增實境顯示模組600L、600R，該些顯示模組在以下更詳細說明。
左手側擴增實境顯示模組600L經顯示在第18～20、21A、21B及24圖中。如同範例1的眼鏡1，右手側擴增實境顯示模組600R與左手側模組600L類似，但是其鏡像。
擴增實境顯示模組600L、600R之各者包含兩個混合注入壓縮式可變焦流體填充透鏡組合件601、701（一者經設置在另一者前方），以及一電子控制系統800，如第24圖中顯示。一透明波導顯示器900經插入在兩透鏡組合件601、701中間，如在第19及20圖中最佳地看到的。
波導顯示器900經安排以轉送來自投影機的標稱經準直影像到使用者眼睛的視線中，其轉送方式為擴增或虛擬實境系統領域中已知。因此，形成該些圖式中所示顯示模組600L之部分的波導顯示器900經操作連接至一投影機以供接收此一經準直影像。關於此的精確細節超出本發明之範疇而在本文中不更詳細說明。將理解兩顯示模組600L、600R之各者包括此一波導顯示器900，允許虛擬三維立體影像以擴增及虛擬實境領域中為人熟知的方式顯示給使用者。虛擬影像可為靜態的或可為移動的影像。
兩透鏡組合件601、701因此形成一前透鏡組合件601及一後透鏡組合件701，如第19及20圖中所示。使用者能夠經由各顯示模組600L、600R觀看真實世界，光穿過各模組的前和後透鏡組合件601、701，並通過經插入的波導顯示器900。使用者因此看到從波導顯示器900發出的光所傳達的影像在前透鏡601的前方被疊加在他（她）對真實世界的視圖上。
前和後透鏡組合件601、701各具有一基本結構，其類似於上文範例1中所述透鏡組合件200L之結構。對應於範例1之透鏡組合件200L的對應組件的前和後透鏡組合件601、701的部件被標上類似的參考元件符號，在字首分別加上數字「6」或「7」來取代「2」。用於建構範例1之透鏡組合件200L的類似的材料及方法可被採用以製造本實施例的前和後透鏡組合件601、701。
因此，如最佳顯示在第21A及21B圖中的，前和後透鏡組合件601、701之各者包含一硬的後透鏡610、710、具有後壁616、716的一碟形容器615、715（或「袋」）及一彈性薄膜620、720，該些硬的後透鏡具有前表面611、711及後表面612、712，後壁616、716經黏合至後透鏡610、710的前表面611、711，彈性薄膜620、720乃藉由一彈性可彎曲的薄膜支撐環630、730圍繞其邊緣以保持在張力下（為大約180～200 Nm-1 以上），該薄膜支撐環經黏合至一外翻的突出部619、719，該突出部形成於袋子615、715之可折疊側壁617、717的前向端處。
各透鏡組合件601、701之後透鏡610、710的前表面 611、711因此與其分別的薄膜620、720及分別的袋子615、715的側壁617、717形成一內部空腔650、750。如在範例1之透鏡組合件200L中，內部空腔650、750填充有光學透明的折射流體665。前和後透鏡組合件601、701之各者經形成具有分別的流體注入端口640、740，該些端口形成在對應後透鏡610、710中（如最佳地在第21A、21B圖及第24圖中所見）以供將流體665注入空腔650、750中或從其移出流體665。
如以上範例1中所述實施例之透鏡組合件200L的變化型，本實施例之前和後透鏡組合件601、701的注入端口640、740經連接至一共同流體注入器690，該注入器包含一活塞693，該活塞經安排用於在一氣缸694中的來回移動。如第24圖中所示，在此實施例中，活塞693經連接至一突出的齒條695，該齒條接合一可旋轉小齒輪696，該可旋轉小齒輪繼而經安排被電子控制系統800控制之下的一電馬達697所驅動，如以下更詳細說明。馬達697能因此被操作以驅動活塞693進出氣缸694中，以供從兩透鏡組合件601、701之空腔650、750注入或移出流體665。本發明所屬領域之技術人員將顯而易見數個其他種類的線性致動器以用於操作活塞693，例如電磁鐵。
注入器690被具有一前分支698及一後分支798的一T形連接器699連接至兩注入端口640、740。前分支698連接至前透鏡組合件601的注入端口640，而後分支798連接至後透鏡組合件701的注入端口740。前分支698包括一選擇性可操作閥691，而後分支798包括類似的閥791。閥691、791能經操作以導引折射流體665在注入器690與前或後透鏡組合件601、701之間的流動。
在第21A~21C及24圖中本實施例之閥691、791經示意地表示成簡單的「旋塞」型的閥，但第22及23A~23C圖中描繪了替代形式的閥1200。
閥1200包含具有圓形截面的一中空主體部分1202，其於一端具有一入口1204而於相對端具有一出口1206。主體部分1202的一中心區域1210經放大如第22圖所示，以形成容納一腳架（spider）1214及一壓電雙晶環或光圈1216的一內腔室1212，腳架1214具有一體的圓錐部1215，該圓錐部對齊入口1204及出口1206之間的主體部分1212的縱向軸，壓電雙晶環或光圈1216界定一中心開口1218，也是在主體部分1202的縱向軸上。腳架1214與雙晶環或光圈1216在縱向軸上間隔分開，但經定位得相互靠近使得當雙晶環或光圈1216未經致動時環或光圈1216接合圓錐部1215，而使得圓錐部1215密封開口1218，如第23B圖中所示。一旦啟動雙晶環或光圈1216，環或光圈1216移動而不再與圓錐部1215接合，因此可逆地開啟該閥，如第23C圖所示。一旦移除給壓電雙晶環或光圈1216的信號，該環或光圈1216返回第23B圖中顯示的固有配置方式，藉以重新關閉該閥。
儘管為了清楚而未在第18～20圖或第21A或21B圖中顯示出，但前和後流體填充的透鏡組合件601、701之各者也包括複數個選擇性可操作致動器680、780，該些致動器以類似於參照透鏡組合件200L之範例1中所述方式而經圍繞薄膜支撐環630、730設置。第24圖中顯示前和後透鏡組合件601、701之各者的一個致動器680、780。如同範例1的透鏡組合件200L，各致動器接合從相應支撐環630、730朝外突出的一突片635、735，且各致動器能被用於驅動突片635、735與可彎折支撐環630、730的相鄰區域朝向或遠離分別的後透鏡610、710，以用於控制薄膜支撐環630、730的輪廓線，因此還有相應薄膜620、720的邊緣的輪廓線，如上範例1中所述。
藉由將折射流體665注入或從前和後透鏡組合件601、701之各者抽出，以及藉由利用致動器680、780具差異地將各支撐環630、730之局部區域移位朝向或遠離相應後透鏡610、710來控制各組合件601、701之薄膜620、720的邊界輪廓線，前和後透鏡組合件601、701之各者的光功率能經調整，同時維持薄膜620、720的球形或近乎球形形式(儘管薄膜非圓形)。
前和後透鏡組合件601、701之各者包括壓力感測器811、911、溫度感測器812、912及至少一個位置感測器813、913，用於感測相應薄膜支撐環630、730相對於分別的後透鏡610、710的位置及/或曲率。如上針對範例2所述，在一些實施例中，壓力與溫度感測器811、911中一者或兩者可被省略。溫度、壓力及位置感測器811、911；812、912；813、913經連接至一微控制器802的相應端點802a、802b…802f，如第24及25圖中所示。用於選擇所欲的前和後透鏡組合件601、701之光功率(如以下更詳細說明)的輸入裝置820經連接至第七端點802g。同時，前和後透鏡組合件601、701上的致動器680、780、流體注入器690及T形連接器699中的前和後閥691、791經分別連接至端點802h到802l。
在此範例的實施例中，前和後透鏡組合件601、701之硬後透鏡610、710的後表面612、712具有不同固定光功率。前透鏡組合件601之硬透鏡610的後表面612具有光功率為-0.5屈光度，而後透鏡組合件701之硬透鏡710的後表面712具有為-3.0屈光度的光功率。本領域之技術人員可在本發明的其他實施例中隨需要改變該等光功率。
前和後透鏡組合件601、701之各者的薄膜620、720的前表面提供的光功率可在大約0.5到3.0屈光度的範圍中調整。再一次，此範圍在本發明之不同實施例中可為不同，且在一些實施例中前和後透鏡組合件601、701能夠有不同的光功率範圍。然而，在此實施例中，前透鏡組合件601的複合光功率為可在0～2.5屈光度之範圍中調整，同時後透鏡組合件701的複合光功率為可在-2.5～0屈光度的範圍中調整。
在此實施例中，輸入裝置820為可操作以輸出一信號，該信號編碼有對應於一特定焦距的變數。輸入裝置820從接收自包含一或更多個眼睛追蹤裝置（未圖示）的眼睛追蹤系統的信號來計算該特定焦距。
適當地，本發明之擴增實境頭盔6的眼睛追蹤系統包括關聯於各顯示模組600L、600R的至少一個分離的眼睛追蹤裝置，用於量測關聯於使用者眼睛的一或更多個身體參數，從該些參數能計算對應於使用者的注視點的特定焦距。
在虛擬/擴增實境技術領域已知數種眼睛追蹤系統及方法，而在本文中不需詳細說明。典型地，該或各眼睛追蹤裝置將包含一適當的眼睛追蹤攝影機。
在一些實施例中，可利用眼睛追蹤系統來決定使用者的兩眼之間的聚散度，其對應到使用者注視點的距離。來自輸入裝置820之輸出所編碼的特定焦距因此可直接對應至聚散度，如(例如)WO 2014/199180 A1所揭示，該文件內容藉引用方式併入本文。在其他實施例中，可利用眼睛追蹤系統的輸出來決定使用者的注視點，而輸入裝置820可從計算出的注視點決定該特定焦距。將理解輸入裝置820所計算的特定焦距將隨使用者的目光改變而動態地改變。
基於輸入裝置820輸入至微控制器802的特定焦距，微控制器802執行儲存在形成微控制器之部分的一記憶體裝置中的機器碼，來針對所選焦距調整後透鏡組合件701的光功率。以此方式，從波導顯示器900輸出的光所傳達的虛擬影像被使用者於特定焦距處觀看，以避免關聯於擴增實境顯示裝置之類似者的聚散調節衝突。
微控制器802操作以調整前透鏡組合件601的光功率來補償後透鏡組合件701的光功率，使得前和後透鏡組合件601、701的淨光功率維持為零或按照使用者處方箋的另一恆定值。以此方式，使用者對前透鏡組合件601前方之真實世界的視圖不受前和後透鏡組合件601、701之個別光功率中改變的影響。
進一步，如關於以上範例1之透鏡組合件200L所述，微控制器802操作以藉由維持各透鏡組合件601、701之薄膜620、720與碟形容器615、715（經黏合至分別的硬後透鏡610、710前表面611、711）之後壁616、716的前面之間的最小空隙，來將用於各光功率的個別透鏡組合件601、701之厚度最小化。能分開地藉由操作閥691、791來將折射流體665注入或從前和後透鏡組合件601、701之各者抽出。
第26圖是一流程圖，顯示本實施例之透鏡模組600L、600R之各者的微控制器802的操作。因此，步驟1001、1002中，微控制器802分別從來自相關聯壓力、溫度及位置感測器811、812、813；911、912、913的輸入來計算前和後透鏡組合件601、701的當前光功率。
基於從輸入裝置820接收的信號，微控制器802在步驟1003及1004中決定是否前和後透鏡組合件601、701分別的光功率是正確的，在於後透鏡組合件701的光功率對應來自輸入裝置820之輸出信號所表示的特定焦距，而前透鏡組合件601的光功率是後透鏡組合件701的光功率的共軛，如上所述。若前和後透鏡組合件601、701的光功率是正確的，則不做調整，直到來自輸入裝置820的輸入改變或直到微處理器802的下一個計時週期。
然而，若前及/或後透鏡組合件601、701的光功率不對，即沒有對應輸入裝置820輸出的特定焦距，則分別在步驟1005及1006中，微控制器802計算所需的空腔650中之壓力及所需的前透鏡組合件601之薄膜支撐環630的位置，以藉由調整空腔650中折射流體665的體積和調整支撐環630的輪廓線(利用致動器680來維持薄膜620的球形或近乎球形形式)，來將前透鏡組合件601的光功率帶到所需的光功率。如上關於範例1所述，此可利用查找表完成。分別在步驟1007及1008中，微控制器802計算對應於用於後透鏡組合件701的正確的光功率的後透鏡組合件701之空腔750內的所需壓力以及薄膜支撐環720的所需位置。
步驟1009中，T形連接器699之後分支798中的閥791被關閉，而在步驟1010中，前分支698中的前閥691被開啟以允許利用注入器690調整前透鏡組合件601之空腔650中的流體體積。步驟1011中，微控制器802控制馬達697去操作注入器690以調整空腔650中折射流體665的量。步驟1012中，空腔650中的壓力經量測，而若其仍不正確，則重複步驟1011直到達到正確的壓力。
步驟1013中，微控制器802操作圍繞前薄膜620之邊界的一或更多致動器680，以將薄膜支撐環630 的輪廓線帶至正確的形狀，以於所選擇特定焦距維持薄膜620的球形或近乎球形形式。步驟1014中，利用感測器813檢查薄膜支撐環630的位置及/或曲率且持續調整直到達到正確的邊界形狀。
以相同方式，在步驟1015及1016中，前閥691經關閉而T形連接器699之後分支798中的後閥791被開啟，以允許利用流體注入器690調整後透鏡組合件701之空腔750中的流體665的體積。步驟1017中，利用注入器690調整後空腔750中的流體體積，而在步驟1018中，檢查後空腔750中的流體壓力，其中流體體積在步驟1017中被調整直到達到正確的壓力。步驟1019中，圍繞後透鏡組合件701之薄膜支撐環730的致動器780經調整以達成對於薄膜720的正確邊界輪廓線，來維持薄膜720的球形或近乎球形形式，而在步驟1020中，檢查後透鏡組合件701之薄膜支撐環730的位置及/或曲率，持續調整直到達到正確的位置曲率。
如上提及，對於前和後透鏡組合件601、701之各者，分別的空腔650、750中的流體665之體積經調整以達成薄膜支撐環630、730與分別的後透鏡610、710之前表面611、711之間的最小空隙，藉而於各光功率將透鏡組合件601、701之各者的厚度最小化。
範例4：圓形混合注入壓縮式可變焦度流體填充的透鏡組合件
上文的範例1～3例示如何能操作非圓形混合注入壓縮式透鏡組合件來於全部正的光功率將透鏡組合件的厚度最小化，藉而提供比起已知「唯壓縮」型透鏡組合件的技術優勢，「唯壓縮」型透鏡組合件包含固定流體體積，其透鏡組合件的最小厚度受限於該透鏡組合件的最大必要正的光功率，以及在形成透鏡組合件之一光學表面的可膨脹薄膜之中性圓與該薄膜安裝所在之硬的固定透鏡之一內部表面之間的對應必要分隔。然而，本發明的原理也擴展至圓形可變光功率流體填充透鏡組合件，以及其中可膨脹薄膜經控制以形成提供負的光功率的凹表面的透鏡組合件。
第27、28、30A、29A～29C、30A及30B圖描繪按照本發明的一圓形混合注入壓縮式流體填充的可變光功率透鏡組合件1300。本實施例之圓形透鏡組合件1300的數個部件具有在以上說明之第一、第二及第三範例之透鏡組合件200L、601及701的對應部件，而在圖式中使用相似的參考元件符號表示，字首加上數字「13」分別取代「2」、「3」、「6」或「7」。與第一、第二及第三範例中所述相似的材料及方法可被用於建構本實施例的圓形透鏡組合件，在此不再重複細節。
本實施例的圓形透鏡組合件1300包含一流體填充的外殼，該外殼由一光學透明、剛性的板1310、碟形容器1315 、及圓形、光學透明、可膨脹的薄膜1320形成且填充有折射流體1365，該板1310具有一第一表面1311及相對的第二表面1312，碟形容器1315具有一可折疊側壁1317，該可折疊側壁遠離剛性板1310終止於一周圍凸緣1319，該周圍凸緣經黏合至環形薄膜支撐環1330，薄膜1320經拉伸至大約200Nm-1的線張力並由環形支撐環1330圍繞其邊緣保持。在此實施例中，由於薄膜1320是圓形，不需要隨薄膜1320膨脹調整薄膜1320之邊緣的輪廓線來維持薄膜1320的球形形式，因此支撐環1330為剛性，不像先前的範例。
透鏡組合件1300的光功率由薄膜1320的曲率與剛性板1310之第二表面1312的形狀來界定。在此實施例中，剛性板1310的第二表面1312是平的，因此組合件1300的光功率完全由薄膜1320的曲率所控管。然而，在其他實施例中，至少剛性板1310的第二表面1312可為彎曲的以修改組合件1300的光學屬性。因此，如上所述，該第二表面可為凸或凹的。本範例中剛性板1310的第一表面1311也是平的，但類似其他實施例其可具有某程度的彎曲。類似第二表面1312，第一表面1311可為凸或凹的。剛性板1310可因此形成一凹凸透鏡，其可為匯聚或發散。
以相同於以上範例1~3之實施例的方式，本實施例的剛性板1310包括一注入端口1340，其通過形成在碟形容器1315中之一對應開口1318與該外殼內部連通。注入端口1340藉由管1399附接至一流體注入器(未圖示)。藉由利用該注入器，能將折射流體1365注入或從外殼的內部抽出，以供將薄膜1320充飽或收縮來調整透鏡組合件1300的光功率。
薄膜支撐環1330經提供有複數個朝外延伸的突片1335，各突片經接收在形成於圓柱致動器環1380中的一對應升降機插槽1382中，該致動器環可旋轉地圍繞後板1310與支撐環1330安裝。如第27圖中最能看到的，致動器環1380實質上與支撐環1330共軸地安裝。致動器環1380的旋轉（如第27圖中雙頭箭頭1381所示）致使支撐環1330朝向或遠離剛性板1310移動，按照旋轉的方向及升降機插槽1382的配置方式，升降機插槽1382當作用於支撐環1330上之突出的突片1335的滑動凸輪。一機構（未圖示）可經提供來防止薄膜支撐環1330跟隨致動器環1380的旋轉。本領域之技術人員將顯而易見針對此目的的不同適當機構。
本實施例的混合注入壓縮式透鏡組合件1300允許薄膜1320從第29B圖中所示平坦、中性的狀態，經持續調整至第29C圖中顯示的提供正的光功率的凸膨脹狀態或第29A圖中顯示的凹的收縮（或「壓縮」）狀態。
第29B圖中的中性狀態中，致動器環1380經定位使得支撐環1330上的突片1335設置於它們分別的升降機插槽1382最靠近後板1310之末端處（如第30A圖中所示），使得支撐環1330經設置為鄰接後板1310，碟形容器1315之側壁1317在摺疊狀態中；外殼內有最少的流體1365，而薄膜1320為實質上平坦。以此方式，當薄膜1330之曲率為最小時透鏡組合件1300的厚度為最小。
為了增加薄膜的曲率，利用注入器(未圖示)將額外的流體1365注入外殼中，藉而使薄膜1320以凸出方式漸進地膨脹，如第29C圖中所示。薄膜1320的最大曲率僅受限於該組合件之組件的材料屬性、該些組件之間的接合強度及可用於注入該外殼中之流體1365的體積。
為了減少組合件1300的功率，利用注入器將流體1365從外殼抽出以使薄膜1320收縮回到第29B圖顯示的狀態。
本實施例的組合件1300也能夠有負的光功率。藉由相對於支撐環1330旋轉致動器環1380，致使支撐環1330遠離剛性板1310移動(如第29A及30A圖中所示)，容器1315的側壁1317從其摺疊狀態展開以允許此。對於外殼中的流體1365的一給定體積，隨著支撐環1330移動更遠離剛性板1310，薄膜1320變得漸進地更凹。薄膜1320的最大負的曲率受限於致動器環1380相對於剛性板1310的最大移位，以及薄膜1320與板1310之第一表面1311之間必要的至少最小空隙。若需要額外流體1365來允許支撐環1330離板1310移動更遠達其最大限度，此能藉由將更多流體1365注入該外殼中來提供。
將理解本實施例的配置方式相較已知的「唯注入」類型流體填充透鏡組合件提供顯著的優點，在於本實施例的組合件1300能夠提供正的與負的薄膜曲率，同時針對全部的薄膜配置方式將其厚度最小化。能有負的（凹的）薄膜曲率的唯注入類型透鏡需要在薄膜邊緣與剛性板中間維持最小間隔，以確保薄膜（典型為薄膜的光學中心）與剛性板之間的空隙，即使是在最大（負的）曲率處。透鏡的所欲（負的）光功率越大，薄膜邊緣與剛性板之間的間隔必須越大。在唯注入式透鏡中，此最小間隔也出現在薄膜未經膨脹或者當薄膜以凸的方式已正向膨脹時。有利地，按照本發明的混合注入壓縮式透鏡組合件，僅在薄膜是凹的時才需要此最小間隔。當薄膜的曲率被致使負向的較少、或是正的、或者當薄膜是平的時，能藉由將薄膜支撐環1330朝向剛性板1310移動來減少薄膜邊緣與剛性板1310之間的間隔，藉而最小化透鏡組合件1300的厚度。
本實施例的透鏡組合件1300中，薄膜1320、折射流體1365及剛性板1310是光學透明的，使得該組合件形成可變光功率透鏡。在一變化型中，薄膜1320可在外表面為鏡面的以形成可變光功率反射鏡。在此情況中，流體及/或剛性板1310可為不透明。
1‧‧‧眼鏡 6‧‧‧擴增實境頭盔 10‧‧‧框架 12‧‧‧框架前 13‧‧‧左開口 14‧‧‧右開口 15‧‧‧鼻樑 16‧‧‧左鏡腳 17‧‧‧右鏡腳 30‧‧‧透鏡裝置 60‧‧‧框架 62‧‧‧框架前 63‧‧‧左開口 64‧‧‧右開口 65‧‧‧鼻樑 66‧‧‧左鏡腳 67‧‧‧右鏡腳 100‧‧‧參考透鏡組合件 110‧‧‧後透鏡 111‧‧‧前表面 116‧‧‧後壁 120‧‧‧薄膜 130‧‧‧支撐環 150‧‧‧空腔 165‧‧‧折射流體 200L‧‧‧左手側透鏡組合件 200R‧‧‧右手側透鏡組合件 210‧‧‧後透鏡 211‧‧‧前表面 212‧‧‧後表面 215‧‧‧碟形容器（袋子） 216‧‧‧後壁 217‧‧‧側壁 219‧‧‧突出部 220‧‧‧薄膜 221‧‧‧前表面 222‧‧‧後表面 224‧‧‧後表面的周圍區域 230‧‧‧支撐環 235‧‧‧突片 240‧‧‧端口 241‧‧‧口 250‧‧‧空腔 251‧‧‧周圍區域 252‧‧‧內區域 265‧‧‧流體 280‧‧‧致動器 280’‧‧‧凸輪致動器 280”‧‧‧液壓致動器 281、281’、289‧‧‧箭頭 282‧‧‧塊體 282’‧‧‧凸輪部件 282”活塞 283’‧‧‧銷 284‧‧‧插槽 284”‧‧‧液壓氣缸 285、286‧‧‧凸輪表面 286”‧‧‧桿 290、290’‧‧‧注入器 292‧‧‧通風腔室 293、293’‧‧‧活塞 294、294’‧‧‧氣缸 295‧‧‧泵 296‧‧‧第一閥 297‧‧‧第二閥 299、299’‧‧‧出口管 300‧‧‧透鏡組合件 310‧‧‧後透鏡 311‧‧‧前壁 315‧‧‧碟形容器 317‧‧‧可折疊側壁 320‧‧‧薄膜 330‧‧‧支撐環 335‧‧‧突片 340‧‧‧端口 350‧‧‧空腔 365‧‧‧流體 380‧‧‧致動器 390‧‧‧注入器 393‧‧‧活塞 394‧‧‧氣缸 395‧‧‧齒條 396‧‧‧小齒輪 397‧‧‧電馬達 399‧‧‧管 400‧‧‧電子控制系統 402‧‧‧微控制器 402a～402g‧‧‧端點 411‧‧‧壓力感測器 412‧‧‧溫度感測器 413‧‧‧位置感測器 414‧‧‧位置編碼器 420‧‧‧輸入裝置 501～509‧‧‧步驟 600L‧‧‧擴增實境顯示模組 600R‧‧‧擴增實境顯示模組 601‧‧‧前透鏡組合件 610‧‧‧後透鏡 611‧‧‧前表面 612‧‧‧後表面 615‧‧‧碟形容器/袋子 616‧‧‧後壁 617‧‧‧側壁 619‧‧‧突出部 620‧‧‧薄膜 630‧‧‧支撐環 640‧‧‧注入端口 650‧‧‧空腔 665‧‧‧折射流體 680‧‧‧致動器 690‧‧‧流體注入器 691‧‧‧前閥 693‧‧‧活塞 694‧‧‧氣缸 695‧‧‧齒條 696‧‧‧小齒輪 697‧‧‧電馬達 698‧‧‧前分支 699‧‧‧T形連接器 701‧‧‧後透鏡組合件 710‧‧‧後透鏡 711‧‧‧前表面 712‧‧‧後表面 715‧‧‧碟形容器/袋子 716‧‧‧後壁 717‧‧‧側壁 719‧‧‧突出部 720‧‧‧薄膜 730‧‧‧支撐環 740‧‧‧注入端口 780‧‧‧致動器 791‧‧‧後閥 798‧‧‧後分支 800‧‧‧電子控制系統 802‧‧‧微控制器 802a～802l‧‧‧端點 811、911‧‧‧壓力感測器 812、912‧‧‧溫度感測器 813、913‧‧‧位置感測器 820‧‧‧輸入裝置 900‧‧‧波導顯示器 1001～1020‧‧‧步驟 1200‧‧‧閥 1202‧‧‧主體部分 1204‧‧‧入口 1206‧‧‧出口 1210‧‧‧中心區域 1212‧‧‧內腔室 1214‧‧‧腳架 1215‧‧‧圓錐部 1216‧‧‧壓電雙晶環或光圈 1218‧‧‧開口 1300‧‧‧透鏡組合件 1310‧‧‧剛性板 1311‧‧‧第一表面 1312‧‧‧第二表面 1315‧‧‧容器 1317‧‧‧側壁 1318‧‧‧開口 1319‧‧‧周圍凸緣 1320‧‧‧薄膜 1330‧‧‧支撐環 1335‧‧‧突片 1340‧‧‧注入端口 1365‧‧‧折射流體 1380‧‧‧致動器環 1381‧‧‧箭頭 1382‧‧‧升降機插槽 1399‧‧‧管 CI‧‧‧最小空隙狀況 CT‧‧‧厚度 D1、D2、D3、D4‧‧‧距離 NC‧‧‧中性圓 OC‧‧‧光學中心
圖式中：
第1圖是由使用者穿戴之一眼部穿戴物品的示意透視圖，該眼部穿戴物品包含右手側及左手側的按照本發明之混合注入壓縮式可變焦度、流體填充的透鏡元件。
第2圖是第1圖之眼部穿戴物品的左手側混合注入壓縮式透鏡元件之正面圖。
第3圖是從第2圖之左手側混合注入壓縮式透鏡元件的左側的側面視圖，其部分在沿著第2圖中顯示之線D：D的截面中。
第4圖是對應於第2圖之左手側混合注入壓縮式透鏡元件的另一平面圖，其顯示圍繞透鏡元件之周圍設置的複數個致動器，用於致動該透鏡元件。
第5圖是從第4圖之透鏡元件下方沿著第4圖之線A：A的截面圖。
第6A、6B及6C圖顯示三個不同類型致動器的截面，該些致動器用於與按照本發明之混合注入壓縮式透鏡元件使用。
第7A、7B、7C及7D圖為沿著第2圖之線B：A之第2圖的左手側混合注入壓縮式透鏡元件的截面圖。第7A圖中，該透鏡元件經顯示在最小致動狀態中；第7B及7C圖顯示在中等致動狀態中的透鏡元件；第7D圖顯示在最大致動狀態中的透鏡元件。第7E圖是第7D圖之部分的放大視圖，其顯示一進入端口用於將流體導入或從透鏡元件抽出流體。
第8圖是一流體注入器的平面圖，該流體注入器形成第2～7圖之左手側混合注入壓縮式透鏡元件的部分。
第9圖是第8圖之注入器沿著第8圖之線C：C之截面顯示的側面圖。
第10圖是用於在按照本發明之混合注入壓縮式透鏡元件中使用的替代流體注入器的平面圖。
第11圖是第10圖之替代的注入器的側面圖，其以沿著第10圖的線E：E的截面顯示。
第12圖以圖表顯示對於按照本發明之混合注入壓縮式可變焦度透鏡元件與已知唯壓縮型可變焦度透鏡元件的厚度的比較。
第13圖的圖描繪利用按照本發明之混合注入壓縮式透鏡元件在特定致動狀態中能達到的厚度節省，如與已知唯壓縮型可變焦度透鏡相比。
第14圖是按照本發明之混合注入壓縮式可變焦度、流體填充的透鏡裝置的截面側面圖，該裝置包括用於自動操作該些透鏡的電子控制系統。
第15圖是用於第14圖之混合注入壓縮式可變焦度透鏡裝置的電子控制系統的示意圖。
第16圖是一流程圖，顯示第14圖之電子控制裝置的操作。
第17圖是被使用者穿戴的按照本發明之擴增實境頭盔的示意透視圖，該擴增實境頭盔包含右手側及左手側顯示模組，各包含前和後的組對混合注入壓縮式可變焦度透鏡元件以及一內插的波導。
第18圖是第17圖之擴增實境頭盔的左手側顯示模組的正面圖，其顯示一注入器用於導入流體至該模組的可變焦度透鏡元件中及從其中抽出流體。
第19圖是從第18圖之左手側顯示模組的左側的側面視圖。
第20圖是第18及19圖之左手側顯示模組的仰視圖，顯示其前後混合注入壓縮式可變焦度透鏡元件及內插的波導。
第21A及21B圖是第18圖之左手側顯示模組沿著第18圖之線B：A的截面仰視圖。在第21A圖中，前透鏡元件經最小地致動，同時後透鏡元件經最大地致動，使得通過後透鏡元件的淨光功率為零。第21B圖中，前透鏡元件經最大地致動，同時後透鏡元件經最小地致動，使得通過後透鏡元件的淨光功率為非零。在兩種情況中，通過整個顯示模組的淨光功率是零。第21C圖是第21B圖之部分的放大圖，顯示連接至前後透鏡元件之進入端口的注入器與可選擇操作之流體控制閥，用於控制往前後透鏡元件之流體流動。
第22圖是一替代的流體控制閥的經局部剖開透視圖，該流體控制閥供在按照本發明之擴增實境顯示模組中使用。
第23A圖是第22圖之替代流體控制閥的示意側面圖；第23B圖是沿著第23A圖之線F：F的截面側面圖，顯示在關閉狀態中的控制閥；第23C圖是沿著第23A圖之線F：F的截面側面圖，顯示在開啟狀態中的控制閥。
第24圖是第18～23圖之擴增實境顯示模組的另一截面仰視圖，其顯示用於操作該模組的電子控制系統，包括致動器及用於注入器的位置編碼器。
第25圖是用於第24圖之擴增實境顯示模組的電子控制系統之示意圖。
第26圖的流程圖顯示第25圖之電子控制裝置的操作。
第27圖是按照本發明之圓形的混合注入壓縮式可變焦度流體填充的透鏡元件的正面圖。
第28圖是從第27圖之圓形透鏡元件的底部並往其正面的一側的局部截面透視圖。
第29A圖顯示在最大負的屈光度之經致動狀態中的第27圖之圓形透鏡元件；第29B圖顯示在中性、未經致動狀態中的透鏡元件；第29C圖顯示在最大正屈光度的經致動狀態中的透鏡元件。
第30A圖是第27圖之圓形透鏡元件的仰視圖，經顯示在對應於第29A圖之最大負的屈光度之經致動狀態中；第30B圖顯示該透鏡元件在對應於第29C圖的最大正屈光度之經致動狀態中。
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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
30‧‧‧透鏡裝置
300‧‧‧透鏡組合件
310‧‧‧後透鏡
393‧‧‧活塞
394‧‧‧氣缸
395‧‧‧齒條
311‧‧‧前壁
315‧‧‧碟形容器
317‧‧‧可折疊側壁
320‧‧‧薄膜
330‧‧‧支撐環
335‧‧‧突片
340‧‧‧端口
350‧‧‧空腔
365‧‧‧流體
380‧‧‧致動器
390‧‧‧注入器
396‧‧‧小齒輪
397‧‧‧電馬達
399‧‧‧管
400‧‧‧電子控制系統
402‧‧‧微控制器
411‧‧‧壓力感測器
412‧‧‧溫度感測器
413‧‧‧位置感測器
414‧‧‧位置編碼器
420‧‧‧輸入裝置
CT‧‧‧厚度

Claims (21)

  1. 一種混合注入壓縮式可變焦度光學元件，該可變焦度光學元件包含一流體填充的外殼，該外殼具有剛性的一第一壁、相對於該第一壁的一第二壁、及在該第一壁及該第二壁之間延伸的一可折疊側壁，該第二壁包含一可膨脹薄膜，該可膨脹薄膜藉由一周圍支撐環圍繞其邊緣保持該可膨脹薄膜在張力下，該第一壁及該第二壁經耦接在一起的方式使得該周圍支撐環的移動被允許朝向該第一壁或遠離該第一壁，該外殼填充有一實質上不可壓縮的流體；一端口，該端口用於將更多該實質上不可壓縮的流體導入至該外殼中或是從該外殼抽出部分的該實質上不可壓縮的流體；至少一間隔控制裝置，該至少一間隔控制裝置用於控制該周圍支撐環或其一或更多區域與該第一壁之間的間隔；及一電子可操作注入器，該電子可操作注入器用於經由該端口導入或從該外殼抽出流體；其中該光學元件經配置使得可藉由控制該支撐環或該支撐環的該一或更多區域與第一壁之間的該間隔、以及藉由利用一電子控制系統來操作該注入器以控制該外殼中之該流體的體積，來在使用中調整該光學元件的焦度。
  2. 如請求項1所述之混合注入壓縮式可變焦度光學元件，其中該薄膜是圓形的。
  3. 如請求項1或2所述之混合注入壓縮式可變焦度光學元件，其中該周圍支撐環是剛性的。
  4. 如請求項1所述之混合注入壓縮式可變焦度光學元件，其中該薄膜是非圓形的且該周圍支撐環是彈性可彎曲的。
  5. 如請求項4所述之混合注入壓縮式可變焦度光學元件，其中該間隔控制裝置或各間隔控制裝置包含一致動器，該致動器經排列以於一或更多個控制點處在該支撐環上作動，該一或更多個控制點在該支撐環之一或更多個對應區域上，以用於將該支撐環之該一或更多個區域朝向該第一壁或遠離該第一壁移動。
  6. 如請求項5所述之混合注入壓縮式可變焦度光學元件，該混合注入壓縮式可變焦度光學元件包含複數個致動器，該複數個致動器經排列以於該支撐環上經間隔開的複數個控制點處在該支撐環上作動，以用於將該支撐環之對應區域朝向該第一壁或遠離該第一壁移動。
  7. 如請求項6所述之混合注入壓縮式可變焦度光學元件，其中該致動器或各致動器經獨立地選自以下：一滑動凸輪致動器、一旋轉凸輪致動器、一活塞、一SMA致動器或一壓電致動器。
  8. 如請求項1所述之混合注入壓縮式可變焦度 光學元件，其中該端口經形成在該第一壁中鄰接該側壁的一位置處。
  9. 如請求項1所述之混合注入壓縮式可變焦度光學元件，其中該注入器包含一貯存器及一泵，該貯存器用於保留該外殼外部的一計量之流體，該泵用於經由該端口在該外殼與該貯存器之間移動流體。
  10. 如請求項9所述之混合注入壓縮式可變焦度光學元件，其中該泵包含一正排量泵。
  11. 如請求項1所述之混合注入壓縮式可變焦度光學元件，其中該可膨脹薄膜是光學透明的，該第一壁由具有一光學外表面之一光學透明剛性組件形成或是由支撐在其一內表面上的一層光學透明材料形成，及該流體是一折射流體。
  12. 如請求項1所述之混合注入壓縮式可變焦度光學元件，進一步包含一或更多個感測器，該一或更多個感測器用於直接地或間接地感測以下之一或更多者：該外殼中的流體體積、該流體的溫度及/或壓力、該支撐環或其一或更多個區域的位置、或該支撐環之一或更多個區域的曲率。
  13. 一種可調整焦度光學裝置，該裝置包含如請求項1至12中任一項所述之混合注入壓縮式可變焦度光學元件及一電子控制系統，該電子控制系統用 於操作該至少一間隔控制裝置及注入器以控制該可膨脹薄膜的形狀。
  14. 如請求項13所述之可調整焦度光學裝置，其中該電子控制系統為可操作以針對該薄膜的任何給定膨脹度來將該支撐環/可膨脹薄膜與該第一壁之間的該間隔減小。
  15. 如請求項13或14所述之可調整焦度光學裝置，其中該電子控制系統包含一處理器、一記憶體、及複數個感測器，該複數個感測器用於直接地或間接地感測以下之一或更多者：該外殼中的流體體積、該流體的溫度及/或壓力及該支撐環或其一或更多個區域離該第一壁的該間隔或該支撐環之一或更多個區域的曲率。
  16. 如請求項15所述之可調整焦度光學裝置，其中該處理器可操作以接收代表或對應於一特定焦距的一輸入信號，及執行儲存在該記憶體中的機器碼來操作該至少一間隔控制裝置及注入器，來基於自該一或更多個感測器接收的感測器資料針對該特定焦距控制該可膨脹薄膜的該形狀，及控制該外殼中的流體體積以針對該特定焦距來最小化該支撐環/可膨脹薄膜與該第一壁之間的空隙。
  17. 如請求項16所述之可調整焦度光學裝置， 其中該感測器資料包括該外殼中該流體的溫度及壓力以及該支撐環或該支撐環之一或更多區域離該第一壁的間隔或該支撐環之一或更多區域的曲率。
  18. 如請求項17所述之可調整焦度光學裝置，其中該感測器資料進一步包括該外殼中的該流體體積。
  19. 一種眼部穿戴物品，該眼部穿戴物品包含至少一個如請求項13至18中任一項所述之可變焦度光學裝置；該眼部穿戴物品可選擇地為一擴增實境裝置。
  20. 如請求項19所述之眼部穿戴物品，進一步包含關聯於該可變焦度光學裝置的一眼睛追蹤系統，該電子控制系統可操作以自該眼睛追蹤系統接收一信號，該信號編碼有對應於一特定焦度的一眼睛位置變數，及針對該特定焦度來調整該可變焦度光學元件的焦度。
  21. 一種擴增實境頭盔，該擴增實境頭盔包括彼此光學對準的至少一組光學元件，該組或各組包括至少兩個可變焦度光學元件，該至少兩個可變焦度光學元件中間具有一波導插入以用於顯示一虛擬影像；其中該等可變焦度光學元件中至少一者(較佳至少兩者)是一混合注入壓縮式可變焦度光學元件，該混 合注入壓縮式可變焦度光學元件包含一流體填充的外殼，該外殼具有一第一壁、相對於該第一壁的一第二壁、及在該第一壁及該第二壁之間的一可折疊側壁，該第一壁由一光學透明硬透鏡之一內表面形成或支撐，該第二壁由一光學透明可膨脹薄膜形成，該光學透明可膨脹薄膜藉由一周圍支撐環圍繞其邊緣保持該可膨脹薄膜在張力下，該周圍支撐環及硬透鏡經耦接在一起的方式使得該周圍支撐環的移動被允許朝向該第一壁或遠離該第一壁，及該外殼填充有一實質上不可壓縮的流體；至少一端口，該至少一端口用於將更多該實質上不可壓縮的流體導入至該外殼中或是從該外殼抽出部分的該實質上不可壓縮的流體；及一或更多個間隔控制裝置，該一或更多個間隔控制裝置用於主動控制該周圍支撐環(或是該周圍支撐環的一或更多區域)與該第一壁之間的間隔；至少一電子可操作注入器，該至少一電子可操作注入器用於經由該端口導入流體至該組光學元件之該至少一混合注入壓縮式可變焦度光學元件的該等外殼中或從該等外殼抽出流體；及一電子控制系統，該電子控制系統用於操作該組之該至少一混合注入壓縮式可變焦度光學元件的該間隔控制裝置及該電子可操作注入器，以控制該至少一混 合注入壓縮式可變焦度光學元件的該可膨脹薄膜的形狀；其中該組內之該至少一混合注入壓縮式可變焦度光學元件的焦度可藉由控制其支撐環或其支撐環的該一或更多區域與該第一壁之間的該間隔以及該外殼中之流體體積來調整。
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Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201805289D0 (en) * 2018-03-29 2018-05-16 Adlens Ltd Improvements in or relating to variable focusing power optical devices
EP3824330A2 (en) * 2018-07-18 2021-05-26 Optotune AG Optical device comprising a motor and a cam for adjusting the optical device
US11726328B2 (en) 2020-01-17 2023-08-15 Meta Platforms Technologies, Llc Accommodation adjustable and magnification corrective optical system
US20210286108A1 (en) * 2020-03-12 2021-09-16 Apple Inc. Electronic Devices with Adjustable Lenses
IL274781A (en) * 2020-05-19 2021-12-01 Technion Res & Development Found Ltd Systems and methods to create rigid objects in space
KR20220090439A (ko) * 2020-12-22 2022-06-29 옵토투네 아게 조정 가능한 렌즈 및 조정 가능한 렌즈의 작동 방법
GB2604894B (en) * 2021-03-17 2023-04-26 Trulife Optics Ltd Encapsulation of thin films within eyeglass lenses
US11681146B2 (en) 2021-03-18 2023-06-20 Snap Inc. Augmented reality display for macular degeneration
CN117136319A (zh) * 2021-04-14 2023-11-28 苹果公司 具有带两个可调节表面的可调透镜的电子设备
CN115840301A (zh) * 2021-09-18 2023-03-24 华为技术有限公司 一种透镜、眼镜及透镜的调节方法
WO2024091691A1 (en) * 2022-10-28 2024-05-02 Cyborg Industries, Llc Dynamically focusable lens
CN115542438A (zh) * 2022-10-31 2022-12-30 业泓科技(成都)有限公司 液体式变焦镜头装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013144592A1 (en) * 2012-03-27 2013-10-03 Adlens Limited Improvements in or relating to deformable membrane assemblies
US20150241196A1 (en) * 2014-02-26 2015-08-27 Apple Inc. Strain-based sensing of mirror position
CN105122091A (zh) * 2013-02-18 2015-12-02 Adlens有限公司 可变焦流体透镜制造上的改进
US20160011393A1 (en) * 2014-07-14 2016-01-14 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Actuator unit and lens module

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4834512A (en) * 1984-12-21 1989-05-30 Hughes Aircraft Company Three-dimensional display
JPH02166401A (ja) * 1988-12-20 1990-06-27 Tomoyuki Furukawa 焦点距離可変レンズ
US5684637A (en) * 1995-07-19 1997-11-04 Floyd; Johnnie E. Fluid filled and pressurized lens with flexible optical boundary having variable focal length
JP4078575B2 (ja) * 1998-06-26 2008-04-23 株式会社デンソー 可変焦点レンズ装置
CN101069106A (zh) * 2004-03-31 2007-11-07 加利福尼亚大学校务委员会 流体自适应透镜
US8064142B2 (en) * 2005-05-14 2011-11-22 Holochip Corporation Fluidic lens with reduced optical aberration
US9671607B2 (en) * 2005-10-27 2017-06-06 Gholam A. Peyman Flexible fluidic mirror and hybrid system
US8922902B2 (en) * 2010-03-24 2014-12-30 Mitsui Chemicals, Inc. Dynamic lens
JP4544331B2 (ja) * 2008-04-04 2010-09-15 ソニー株式会社 コンバージョンレンズ装置、及び撮像装置
GB201006913D0 (en) * 2010-04-26 2010-06-09 Taylor Richard Refractive eyewear
US20120092775A1 (en) * 2010-10-15 2012-04-19 E-Vision, Llc Systems, Devices, and/or Methods for Managing Variable Power Fluidic Lens
US9292973B2 (en) * 2010-11-08 2016-03-22 Microsoft Technology Licensing, Llc Automatic variable virtual focus for augmented reality displays
US9304319B2 (en) * 2010-11-18 2016-04-05 Microsoft Technology Licensing, Llc Automatic focus improvement for augmented reality displays
US8988463B2 (en) * 2010-12-08 2015-03-24 Microsoft Technology Licensing, Llc Sympathetic optic adaptation for see-through display
WO2013046934A1 (ja) * 2011-09-30 2013-04-04 株式会社日立ハイテクノロジーズ 光学素子およびその製造方法ならびに形状検査装置
GB201317216D0 (en) * 2013-09-27 2013-11-13 Adlens Ltd Improvements in or relating to deformable membrane assemblies
US9811095B2 (en) * 2014-08-06 2017-11-07 Lenovo (Singapore) Pte. Ltd. Glasses with fluid-fillable membrane for adjusting focal length of one or more lenses of the glasses
US9927614B2 (en) * 2015-12-29 2018-03-27 Microsoft Technology Licensing, Llc Augmented reality display system with variable focus
EP3497507A1 (en) * 2016-08-12 2019-06-19 Optotune AG Tunable non-round fluidic lens with immersed lens shaper
EP3704535A1 (en) * 2017-11-05 2020-09-09 Optotune AG Tunable non-round spectacles with immersed lens shaper

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013144592A1 (en) * 2012-03-27 2013-10-03 Adlens Limited Improvements in or relating to deformable membrane assemblies
CN105122091A (zh) * 2013-02-18 2015-12-02 Adlens有限公司 可变焦流体透镜制造上的改进
US20150241196A1 (en) * 2014-02-26 2015-08-27 Apple Inc. Strain-based sensing of mirror position
US20160011393A1 (en) * 2014-07-14 2016-01-14 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Actuator unit and lens module

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Publication number Publication date
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