非圆形的可变形膜组件的改进的制作方法
【专利摘要】一种可变形膜组件，包括：至少部分具有柔性的流体填充封套，所述封套的一壁由弹性膜形成，所述弹性膜由弹性可弯曲支撑环沿其边缘保持；用于支撑封套的固定支架，以及可选择性操作的装置，用于使所述支撑环和所述固定支架进行相对移动，以调节所述封套内的流体的压力，从而使所述弹性膜发生形变。所述环的弯曲刚度沿所述环变化，使得，在所述膜形变时，所述环可变地弯曲，以控制所述膜的形状达到预设的形状。所述移动装置包括多个环啮合部件，其被设置成在间隔开的控制点向所述环施加力。至少有三个控制点，在所述环上的每个点处或附近设置控制点，其中，在所述环上的每个点处，在所述膜形变时产生所述预设形状所需要的所述环的轮廓，沿在两个相邻点之间的控制点施加的力的方向显示转折点，而在相反方向，所述环的轮廓显示有拐点或转折点。
【专利说明】非圆形的可变形膜组件的改进
[0001] 本发明涉及一种非圆形的可变形膜组件的改进，可以通过改变膜上流体压力可控 的调节膜的形状。本发明尤其涉及这类膜组件，其中膜可以有选择地进行球状形变或按照 其它泽尼克多项式进行形变。在一些实施例中，所述膜组件可以为屈光度可变的流体填充 透镜，其中所述膜为透明的并且形成了透镜的一个光学表面，其曲率可以在整个透镜范围 内进行调整，光学畸变最小，该光学畸变为透镜的非圆形特性所导致的。在另外一些实施例 中，所述膜可以被反射和/或不透明的。所述膜组件的其他应用包括声能转换器等。
[0002] 本领域技术人员熟知可变焦流体填充透镜。所述透镜通常包括透明流体填充封 套，透镜两个相对的光学表面，所述光学表面由封套的相对的且彼此间隔的两壁形成，其中 至少一个壁包括柔性透明膜。例如，专利US1269422公开了一种透镜，其具有弧形的相对的 间隔的两壁，该两壁在它们的圆周的边缘结合在一起，并且可以使彼此靠近或远离的被调 节，并且还具有在两壁之间的流体。通过调节封套内的流体压力来改变膜的弯曲程度，从而 调节透镜的屈光度。在一些实施例中，如在US1269422或W099/061940A1中，所述封套的体 积是可调节的。可替换地，如在专利US2576581，US3161718和US3614215中描述的，可以调 节封套内的流体量。在任意一种情况下，封套内流体压力增加会造成柔性膜的形变。
[0003] 同时，可调节透镜可以用各种应用，例如相机以及其它光学设备，其中一种用途是 用于眼镜。可调节透镜尤其适用于对远视眼的矫正，所谓远视眼是指随着年龄的增长，人的 眼睛对近处目标的聚焦能力逐渐减弱的情况。由于可调节透镜可以使佩戴者在由远到近的 一定的视野范围内获得矫正视力，因此是有利的。所述可调节透镜相比于双焦距的透镜来 说更具有人体工程学优势，因为在向下看时，所述双焦距透镜只能从透镜底部区域进行近 视力矫正，从而只允许用户在向下看时才能聚焦到近处的目标。
[0004] 上面所述专利文献中公开的流体填充透镜的一个缺点是它们必须为圆形，或至少 大致为圆形，具有刚性边界，用于维持膜的球形；否则就会产生不需要的光学畸变。然而，对 于一些应用（包括眼镜）来说，圆形并非是最佳的形状，因为对于那些应用，圆形不被认为 具有美学吸引力。对于一些特殊应用例如在光学仪器中，圆形透镜也是不合适的或不实用 的。
[0005] 因此，本发明提供了一种非圆形的可调节透镜，其中所述透镜不会因为其屈光度 增加产生畸变。
[0006] US5371629公开了一种非圆形可变焦透镜，包括用于为佩戴者提供距离修正的刚 性透镜，以及液体填充透镜，所述液体填充透镜的边界被可膨胀的拉伸的弹性膜限定，用于 提供可变的近附加 （near addition)。具有固定体积的液体存储于弹性膜和刚性透镜之 间。通过膜支架的位移来改变液体填充透镜的屈光度，所述拉伸弹性膜的外缘与液体填充 透镜附接。US5371629声称，通过膜支架在移动时以预设的可控的方式弯曲，膨胀膜的形状 实质为球形，尽管该膜的周边不是圆形的。特别地，该膜支架的厚度沿该膜支架的周边是变 化的。US5371629主张，通过正确地配比膜支架的沿周边的截面惯性矩，在偏移时，该膜支 架的形状可以引起一种实质球形的膜，尽管自由的膜的形状并非圆形。对于任意特定的透 镜，需要引起预定形变的该膜支架的结构可以利用有限元分析或其它方式被计算。然而， US5371629中的液体填充透镜由于种种原因是不实用的且没有被商业化。特别地，尽管进行 了各种教导，但是US5371629并没有公开一种液体填充透镜，其在膜膨胀时避免不需要的 形变，US5371629公开的液体填充透镜的所遇到的畸变程度会导致透镜不可用。
[0007] W095/27912A1中提出了一种解决方案，包括使用具有圆形中心孔的非圆形膜支撑 环，但是这样并没有提供一种真正的非圆形透镜，并且从美学角度看效果也是不佳的且设 置困难。
[0008] 类似地，对于其它非光学应用来说，希望能够可控地调节膜的形状。例如，可控的 可变化的球形表面或其它泽尼克多项式在声学领域中是有用的，用于创建非圆形转换器， 如扬声器。由于空间限制以及诸如电视、手机等产品的典型的几何结构，许多产品会受惠于 非圆形驱动器。保持可变曲率的膜的球形形状有利于驱动器的生产，因为球状形变可以保 证发射波就像发射自同一个发射源，从而避免被发射的压力波中的干涉图样。然而，非圆形 膜的在其边缘的没有形变的形状并不是球形的。因此需要提供可选择地调节的非圆形表面 用于改善声学应用的非圆形驱动器的性能。
[0009] 因此，本发明的一个方面是提供一种如权利要求1所述的可变形膜组件。
[0010] 本发明人已经发现，例如流体填充透镜的可变形膜组件内，其中所述柔性封套中 容纳有固定体积的流体，并且通过调整封套的体积使膜进行膨胀从而达到预设形状，为了 改变其内流体压力，力施加在膜支撑环用于调整封套体积的控制点必须精确定位。通过精 确控制力施加在膜支撑环的控制点，并且允许膜支撑环在控制点间自由弯曲，实现了膜的 形状上的半主动控制。所述膜支撑环的抗弯刚度是围绕着环改变的，因此在处于驱动态时， 所述环符合期望轮廓从而使膜的形状达到预设形状。适合地，可以通过改变环的截面二次 矩使抗弯刚度绕环变化。
[0011] 引起支撑环和支架之间相对运动用于调节封套体积的装置可以包括用于移动支 撑环或支架的装置。所述移动装置可以被设置成用于压缩封套来减小其体积，从而增加封 套内的流体压力，造成膜相对封套以外凸的方式向外膨胀。因此在一些实施例中，所述移动 装置可以被设置成在第一方向上向支架压缩封套，来增加其内部的流体压力，使膜在相对 的第二方向上向外膨胀。
[0012] 因此，本发明的另一方面是提供一种如权利要求6所述的可变形膜组件。
[0013] 可替换地，用于移动支撑环或支架以调节封套体积的装置可以被设置成使所述封 套膨胀来增加其体积，从而降低封套内的流体压力，使膜以内凹的方式向内膨胀。
[0014] 用于移动支撑环或支架以调节封套体积的装置可以适当地包括一可选择地操作 的设备，所述设备包括一个或多个组件，其被设置成作用于膜支撑环和支架之间，用于使支 撑环和/或支架进行相对运动，来调节封套的体积。
[0015] 适当地，所述柔性封套可以包括一个由膜限定的壁，以及另一个相对的后壁。所述 后壁以封闭并密封封套的形式连接到膜的边缘。在一些实施例中，相对的两壁可以直接彼 此连接。可替换地，所述封套可以包括位于两个相对的壁中间的外围侧壁。所述侧壁是柔 性地，允许两个相对的壁彼此靠近移动或彼此远离移动，从而调节封套的体积。所述后壁可 以为刚性或大致刚性的，或至少其外围边缘被牢固支撑。
[0016] 用于移动支撑环或支架的装置可以被设置以作用于膜支撑环和后壁之间，在一些 实施例中，所述后壁可以形成封套的支架的一部分，其中，所述后壁可以作为一个稳定的部 件以供所述调节装置反作用于其上。
[0017] 本发明尤其适用于非圆形膜，其中所述膜的边缘在非驱动态下是一平面，当组件 为驱动态时开始偏离平面。然而，本发明同样适用于圆形膜，其中通过膜的预设形状，所述 膜的边缘在组件被驱动时同样会偏离平面。特别地，本发明也适用于预设形状为非球形的 圆形膜。
[0018] 为了在驱动态时形成预设膜形状，所述支撑环必须采取驱动轮廓，其中环的一个 或多个区域沿远离基准平面（所述基准平面由环在非驱动态下限定）的方向移动，和/或 一个或多个区域向相反的方向移动远离基准面。为了达到希望的轮廓，力施加在支撑环的 每个控制点上。本发明人发现，在支撑环的每个扇形区域内至少有一个控制点，其中"扇 形区域"指的是环位于相邻拐点之间的或轮廓最小点间的环部分，所述最小点是，在膜形变 时，沿施加在控制点的力的方向例如相对封套向内的第一方向，环的位移局部最小。由于 最小点被定义为相邻控制点上的力的方向上的局部最小点而不是全局最小点（因此在施 加力相反的方向上，例如相对于封套向外移动的第二方向，也是局部最大点而不是全局最 大点）。应当理解的是，在这些点上所述环实际上可以从基准平面向上述任一方向移动，或 根本不移动。通常，所述环在所有点上可以从基准平面开始向上述任一方向移动，或保持静 止，其取决于周边形状、表面轮廓和所需要的驱动。在一些实施例中，当膜发生形变时，为获 得期望的环轮廓，具有相反方向的力施加在相邻控制点间，控制点可以被设置在支撑环轮 廓上的两个拐点间。然而，施加在这些控制点的力通常都具有相同的方向，使得环的扇形区 域被限定在两个相邻局部最小点之间，如上所述。
[0019] 在一些实施例中，所述环可以为非圆形且预设形状具有中心。在此类实施例中，最 小位移的最小点也可以意味着是支撑环和膨胀时的膜的预设形状的中心之间的距离为局 部最小的最小点。应当理解的是，所述中心的位置取决于预设形状的轮廓。在一些实施例 中，所述中心应该位于或接近于膜的几何中心。可替换地，所述预设形状的中心的位置可以 不同于膜的几何中心。典型地，在发生形变时，所述膜会出现一个顶点（例如全局最大位移 点），中心可以位于该顶点处。这在光学应用中尤其是这种情况，其中，所述膜形成了透镜的 光学表面。通常所述预设形状的中心位于膜内远离支撑环的某处。
[0020] 实际上，根据膜的形状，环的一些区域可以被支撑以降低膜在这些区域的柔性。相 应地，本发明人已经发现，在未被支撑的最小点之间的环的每个扇形区域内应当至少有一 个控制点。应当理解的是，所述最小点的数量取决于环的形状。在一些实施例中，所述最小 点的数量可以由环的角的数量确定。例如，一具有四个角的四边形环通常具有位于角之间 的等距的四个最小点，其中，所述膜的预设形状的中心位于四边形几何中心或者接近四边 形几何中心。事实上，所述中心可以不对称地设置于相对边之间，这种设置对于矩形的光学 透镜尤其适用。在一些实施例中，在一个四边形环中，预设形状的中心通常可以在一对相对 边之间对称设置，而在另外一对相对的边不对称设置。
[0021] 在通常具有两条长边和两条短边的矩形环中，通常具有四个所述的最小点，在所 述最小点处，所述环从基准平面沿与在控制点施加在支撑环的力的方向的相反的方向上的 位移是局部最大值，两个相邻角之间的每个边上有一个最小点。但是在一些实施例中，特别 是其短边大致上比长边短的情况下，通过强化所述环的短边来降低它们的柔性，使得，实际 上，在膜膨胀时，环沿每个短边大体上不发生弯曲，在这种情况下，沿两条长边上仅有两个 未被支撑的最小点。对于光学应用，在这种矩形环中，所述预设形状的中心的位置可以更靠 近一条短边而远离另外一条短边。
[0022] 本发明人也已经发现，为了限定膜平面，无论最小点及扇形的数量，至少有三个控 制点。
[0023] 进一步地，本发明人发现，每个扇形区域内，控制点应当被设置于最大点或靠近最 大点，其中，所述最大点处，所述环在驱动态时沿着施加在该扇形内的控制点的力的方向远 离基准平面的位移的局部最大，例如相对于封套向内的第一方向上移动从而压缩所述封 套。应当理解的是，在一个给定的扇形区域内的环的剩下的部分在处于驱动态时沿相反的 方向（例如相对封套向外的第二方向上）移动，此区域内的最大点可以为这样的点，环在该 点固定不动，即，相对于基准平面没有位移或大致没有位移的点。进一步地，最大点可以是 这样的点，在该点，所述环沿相反的方向（例如相对封套向外）远离基准平面位移，远低于 相同扇形区域内环剩下部分的位移。也就是说，在控制点施加力方向上的局部最大位移点 相当于沿相反方向的远离基准平面的局部最小位移点。
[0024] 在一些实施例中，所述环为非圆形并且预设形状具有中心，所述最大点可以位于 环上相邻拐点间或最小点间，其中，所述环和在膨胀时的膜的预设形状的中心之间的距离 最大。如果并非如此的话，则在扇形区域内，一部分环相比于扇形内的控制点更加远离中 心，因此是不可控的，可能导致膨胀时膜产生不想要的失真及形状。
[0025] 在一些实施例中，一个或多个所述控制点可以为驱动点，其中环啮合部件被设置 成主动使支撑环相对于支架移动。所述支撑环在驱动点或至少一个驱动点形成有突出片， 用于将环和环啮合部件啮合。
[0026] 所述膜可以在非驱动态和全膨胀态之间连续调节。所述支撑环在非驱动态下可以 为平面。
[0027] 在非驱动态和全膨胀态之间的每个位置，所述支撑环可以在驱动点或每个驱动被 移动为产生膜的预设形状所需的轮廓所要求的距离。这是重要的，使在非驱动态和全膨胀 态之间的每个位置上，在环整个期望的轮廓内的其所希望的位置，环被设置在驱动点或每 个驱动点。应当理解的是，如果驱动点被环啮合部件在另外点设置于不同于上述期望位置， 则会在在该点，环的期望轮廓上产生局部畸变，可能导致膜的形状出现不需要的畸变。
[0028] 在一些实施例中，一个或多个所述控制点可以为铰接点，其中所述环啮合部件被 设置成使所述支撑环相对于支架固定不动。在铰接点或每个铰接点上的支撑环需要保持固 定从而达到需要的驱动环轮廓，使膜在非驱动态和全膨胀态之间的每个位置都具有预设形 状。因此，与驱动点相同，所述环必须通过环啮合部件固定在每个铰接点上，并且与环在非 驱动态到全膨胀态间的每个状态的期望总轮廓相对应的位置。由于在每个铰接点上环均未 发生移动，因此，对于环在非驱动态和全膨胀态之间的每个状态，所述环在每个铰接点的位 置必须是相同的。所述预设形状具有中心，因此可以有多个铰接点，且大体上与预设形状的 中心等距。
[0029] 在一些实施例中，两个相邻的铰接点可以定义一倾斜轴，在这种情况下，至少设置 有一个驱动点，在驱动点处所述环啮合部件被设置成主动使支撑环相对于支架沿第一方向 位移，使环相对于所述倾斜轴周围的支架倾斜，以便压缩所述封套，或在第二方向上位移用 于使所述封套膨胀。
[0030] 对于一些应用，所述支撑环通常为矩形，具有两条短边和两条长边。在这种情况 下，在一条短边上至少设置有一个驱动点，在另一条短边上或其附近设置有两个相邻的铰 接点。所述预设形状具有中心，所述中心可以相对于膜偏心设置，其离另一条短边相比这条 短边更近。所述的这条短边通常圆的一段弧，其中心在预设形状的中心上。所述至少一个 驱动点大致设置于所述的这条短边的中心。
[0031] 所述支撑环可以在控制点中间相对于支架自由被动地弯曲。然而，在一些实施例 中，希望借助加强件加强支撑环的一个或多个区域来控制环的弯曲。
[0032] 有利地，所述支撑环可以包括两个或更多环元件，且所述膜可以夹于两个相邻的 环元件之间。
[0033] 因此，本发明的另一目的是提供一种如权利要求18中所述的可变形膜组件。
[0034] 适合地，膜被预张紧在膜支撑部件上。本发明人发现，通过将膜夹于两个相邻的环 元件之间，可以抵消所述膜施加在环上的扭转力从而消除或大致消除净扭转力。应当理解 的是，希望避免环上的扭转力，因为扭转力可以使环的形状产生不需要的畸变，从而在使膜 在膨胀时产生畸变。因此，在一些实施例中，所述膜支撑环可以由两个环元件组成。在一些 实施例中可以设置有多于两个的环元件。然而，所述环元件的布置应该满足，当膜预张紧在 两个相邻的环元件之间时，位于膜上方和下方的环元件上的扭转力可以彼此抵消或大致抵 消。
[0035] 用于调节封套内压力的装置可以包括一可选择性操作的设备，该设备包括一个或 多个部件用于调节封套内的流体压力。在一些实施例中，用于调节膜内固定体积的流体的 压力的装置可以包括用于压缩或膨胀所述封套的装置。适合地，可以设置一固定支架，并且 可以设置装置，用于向所述支架压缩或膨胀封套，以增加或降低其内流体的压力。
[0036] 适合地，所述支撑环具有大致统一的深度和变化的宽度，用于控制环的截面二次 矩以及因此控制环的抗弯刚度。典型地，所述支撑环的最窄处需要弯度达到最大值，从而使 所述膜膨胀时形成预设形状。
[0037] 在一些实施例中，膜的预设形状可以为球形或其它一些由一个或多个泽尼克多项 式限定的形状。这些包括通用的公式Z n±m。由泽尼克函数或其多个函数的组合定义的各种 形状可以用于本发明所述的透镜组件。例如，对眼部的优先应用能够达到视力矫正的作用， 如Z 2±2线性叠加（散光）和Z2° (球面距离修正）。眼镜商通常根据这些公式生产透镜。 如果在膜边缘上设置有额外的控制点，也可以使用具有额外分量的Zfj的高阶表面，其中j 的大小与控制点的数量类似。在膜边缘的形状允许的情况下，具有分量Zfk(k<j)的更高 阶表面也可以使用。
[0038] 进一步地，Zn±m形式的按比例的泽尼克公式的线性叠加式是可能的。
[0039] Ζ?ι, Il 'ijs, 2p (k<j)
[0040] 通常，除了其边缘，通过压力下膜的形变形成的表面具有一个或者多个局部最大 或一个或多个局部最小点，但是最大受力点和最小受力点不会同时存在，除鞍点之外。所得 到的所述预设形状必然受限于所述膜的外围形状，其在使用中是稳定的。
[0041] 适合地，在所述环上所需的抗弯刚度可以通过有限元分析（FEA)确定。特别地， FEA可以用于计算环范围内所需的抗弯刚度的变化，使环在驱动态下弯曲成期望轮廓，从而 使膜的形状达到预设形状。对于准静态或低频率光学应用及其它应用来说，可以适当地使 用静态FEA分析。然而，对于声学应用的表面，可以使用动态FEA分析。无论是动态FEA分 析还是静态FEA分析，均可以利用电脑进行大量计算，将选择好的参数输入电脑来计算在 驱动点处施加的力的增加所引起的膜的形状。所述元件的形状可以根据计算结果进行选 择。需要输入电脑的参数包括膜支撑环的几何结构，膜的几何结构，膜的弹性模量，环的弹 性模量，包括环的弹性模量的沿环的变化（可以通过经验限定或通过适当的公式计算），各 个部分的预张力值，温度及其它环境因子。所述FEA程序定义了在控制点对膜支撑环施加 负载时，施加在膜上的压力是如何增加的。
[0042] 在FEA的每次计算中，会将膜的计算形状和预设形状进行对比，每次计算形状与 预设形状之间的对比的偏差将会用于调整膜支撑环范围内的抗弯刚度用于下次迭代计算。 逐渐地，膜支撑环的抗弯刚度被调整，使得膜的计算形状与期望的预设形状相匹配。
[0043] 可以设置一加强隔片用于固定所述支撑环，所述隔片在所述环的平面上的刚度大 于所述环弯曲方向上的刚度。
[0044] 本发明的另一个目的是提供一种如权利要求28所述的可变形膜组件。
[0045] 如上所述，膜被适当地预张紧在膜支撑部件上。所述加强隔片用于在膜平面上强 化所述环，使其在非驱动态下抵抗由膜内预张力产生的额外负载，同时允许环在垂直于环 的方向上自由弯曲。可替换地，在非驱动态下，所述支撑环本身在膜平面内抗弯刚度大于膜 平面外抗弯刚度。
[0046] 适合地，所述加强隔片可以沿环均匀地固定于支撑环上，使膜上的张力均匀传送 到隔片上。
[0047] 在一些实施例中，在环平面内，所述膜在一个维度的长度大于另一维度的长度。在 这种情况下，所述加强隔片在一个维度的刚度可以低于另一维度的刚度。可替换地，所述组 件的几何结构本身可以用于补偿膜内的张力差。
[0048] 用于调节膜内压力的装置可以包括一可选择性操作的设备，其包括一个或多个用 于增加或降低封套内流体压力的部件。典型地用于调节流体填充封套（可以容纳有固定体 积的流体）的压力的装置，可以包括用于压缩或膨胀封套的装置。所述可压缩的流体填充 封套可以包括至少部分刚性的后壁，其与可膨胀膜间隔设置，以及包括位于膜和后壁之间 的柔性侧壁。
[0049] 在一些实施例中，所述膜、后壁和流体为透明的，使膜和后壁形成一可调节的光学 透镜。在设置有加强隔片时，所述加强隔片也可以为透明的。
[0050] 适合地，可以通过设计后壁的形状来提供一固定透镜。
[0051] 所述组件还可以包括一刚性防护前盖板，覆盖于膜上。所述前盖板可以为透明的。 适合地，可以通过设计前盖板的形状来提供一固定透镜。
[0052] 因此，在一些实施例中，所述前盖板和/或后盖板可以提供一固定屈光度的透镜 来矫正如近视以及远视等屈光不正的问题。本发明的可调节光学透镜可以用于为前透镜或 后透镜的固定屈光度提供递增的（或递减的）屈光度，用于矫正远视眼。适合地，可以通过 设计所述前透镜和/或后透镜的形状来进行散光矫正。类似地，本发明的可调节光学透镜 的膨胀膜的预设形状可以用于散光修正。
[0053] 在一些实施例中，所述封套可以设置于一扣环内。
[0054] 本发明的另一个方面是提供一种具有本发明所述的可变形膜组件的护目镜物品。
[0055] 典型地，所述护目镜物品可以包括具有镜框的镜架；所述可变形模组件可以安装 于所述镜框内。
[0056] 以下参考本发明的实施例的附图，仅通过示例进行描述。
[0057] 图中：
[0058] 图1是从一副眼镜的前上方看的透视图，其包括装配有两个根据本发明第一透镜 组件的边框；
[0059] 图2是从图1所示的眼镜的向其左手侧的左方看的透视图，示出了如何将第一透 镜组件的其中一个装配到所述边框；
[0060] 图3是根据本发明在非驱动态下的第一透镜组件的前视图；
[0061] 图4是图3所示的第一透镜组件沿IV-IV线的截面图
[0062] 图5是图3所示的第一透镜组件沿V-V线的截面图；
[0063] 图6是图3所示的第一透镜组件沿VI-VI的截面图；
[0064] 图7是从本发明第一透镜组件（沿图3的VI-VI线剖切）的下方向其前方的左侧 看的透视图；
[0065] 图8是本发明的第一透镜组件的爆炸图，示出了该组件的组成部分；
[0066] 图9是第一透镜组件的柔性膜及膜支撑环在驱动态下的前视图，示出了所述环的 宽度如何围绕所述膜的周边变化，从而控制所述环的截面二次矩；
[0067] 图10示出了图9所示的膜和环在驱动态下被投影到半径为R的想像的球；
[0068] 图11示出了图4所示的第一透镜组件在驱动态下的截面图；
[0069] 图12示出了图5所示的第一透镜组件在驱动态下的截面图；
[0070] 图13示出了由有限元分析FEA计算得到的在驱动态下第一透镜组件的膜的位 移；
[0071] 图14示出了由FEA计算得出的驱动态下第一透镜组件的屈光度的均匀性；
[0072] 图15示出了由FEA计算得出的透镜组件在非驱动态下的膜内的预张力的变化，其 与第一透镜组件省略掉加强隔片后的状态类似；
[0073] 图16示出了由FEA计算得出的本发明第一透镜组件在非驱动态下的膜内预张力 的变化；
[0074] 图17示出了有FEA计算得出的透镜组件在驱动态下的光学倍率的变化，其与第一 透镜组件省略掉加强隔片后的状态类似；
[0075] 图18示出了由FEA计算得出的本发明的第一透镜组件的屈光度的变化；
[0076] 图19A-C示出了本发明第一透镜组件在非驱动态下（图19A)的截面图，在驱动态 下（图19B)的截面图，以及去除驱动态后（图19C)的截面图；
[0077] 图20A-C示出了本发明第一透镜组件在非驱动态下（图20A)的前视图，在驱动态 下（图20B)的前视图，以及去除驱动态后（图20C)的前视图；
[0078] 图21A-C示出了本发明第二方形透镜组件在非驱动态下（图21A)的截面图，在驱 动态下（图21B)的截面图，以及去除驱动态后（图21C)的截面图；
[0079] 图22A-C示出了本发明第二透镜组件在非驱动态下（图22A)的前视图，在驱动态 下（图22B)的前视图，以及去除驱动态后（图22C)的前视图；
[0080] 图23示出了第一透镜组件中光学中心和膜支撑环之间的距离的变化；
[0081] 图24示出了图21A-C和图22A-C中所示的第二透镜组件的光学中心和膜支撑环 之间的距离的变化；
[0082] 图25示意性示出根据本发明示出了柔性膜和单个支撑环的截面图；
[0083] 图26示意性示出根据本发明示出了第一透镜组件的柔性膜和单个支撑环的截面 图。
[0084] 如图1所示，根据本发明的第一个实施例，一副眼镜90包括具有两个镜框93和两 个镜腿94的镜架92。两个镜框93通过连接桥95连接，每个镜框的尺寸及形状适用承载根 据本发明第一透镜组件1。其中的一个第一透镜组件1用于眼镜的右手侧镜框内，另外的透 镜组件用于左手侧镜框内。如图1所示，左侧透镜组件1和右侧透镜组件彼此镜像，且其结 构相同，因此下面仅仅描述左侧透镜组件。但是应当理解的是右侧透镜组件的结构和操作 方法与左侧相同。
[0085] 如图3所示，第一透镜组件1通常为具有两条相对的长边3, 5和两条短边7, 9的矩 形，其设计与镜架92相配合，但是应该了解的是，本实施例中所述的第一透镜组件的形状 仅仅是一适当形状的例子，根据本发明所述的透镜组件可以根据需要设计成任何形状。本 发明尤其适用于非圆形形状，例如图1和3中所示的实施例，但是本发明的教导同样适用于 圆形透镜。例如在圆形透镜中，当一光学系统需要进行更多的球面波前矫正时，本发明可以 用于进行视觉差矫正。
[0086] 与眼镜应用中一样，本发明的透镜组件同样可以应用于其他透镜应用中，例如护 目镜，安全帽，各种科学光学仪器。透镜组件1中的光学部分如下文所述为透明的，但是本 发明也可以包括其他类型的可变形膜组件，其以相似的结构和操作的方法提供一可控的可 调节的表面，因此根据本发明设置的膜组件可以应用于非光学领域，例如声学领域，其中其 可能需要形状可选择可控制且可调节的表面。
[0087] 第一透镜组件1尤其适用于对远视眼的矫正。在使用中，可以调节第一透镜组件1 使用户在一个较大的距离范围内由远到近对目标进行聚焦。在本实施例中，并没有提供远 距离矫正，然而，第一透镜组件1允许用户在一个从远距离目标至近的可读距离进行流畅 地再聚焦。
[0088] 所述第一透镜组件1包括一对膜支撑环2, 10,所述膜支撑环厚度均匀但是宽度是 变化的。关于支撑环的设计将在下面进行进一步描述。扣环6将第一透镜组件1的各个部 件结合在一起。
[0089] 在图8中示出了第一透镜组件1的各个部件的爆炸图。第一透镜组件1的前面显 示在图的右上角，组件的后面（使用中接近于用户眼的部分）显示在图的底部。应当理解 的是，所有其它部件均适配在扣环6内，从而为这些部件形成了一封闭的外壳。
[0090] 透明前盖板4设置于第一透镜组件1前方。所述前盖板4由玻璃或合适的复合材 料制成。在第一透镜组件中，所述前盖板的厚度约为I. 5mm，但是其厚度是可以改变的，如下 文所述。进一步地，在一些实施例中，如下所述，所述前盖板4可以包括具有固定屈光度的 透镜，例如单视觉（单倍率），多焦点（两个或更多倍率），渐进式（梯度倍率）或者甚至一 可调节元件。如图4所示，在本实施例中，所述前盖板4为平凸状。
[0091] 在前盖板4后设置有两个加强筋3a，3b，用于为第一透镜组件1的短边7, 9提供额 外的刚度，下面将会进行详述。然后是这对具有弹性的可弯曲支撑环中的前支撑环2。在 第一组件中，所述环可以由不锈钢板制成，其厚度大约为〇.3_，但是也可以用其它合适的 材料制成，其厚度可以根据期望刚度进行调节，如下文所述。接下来是透明无孔的弹性膜 8。在第一组件中所述膜8由Mylar?制成,其厚度大约为50 μ m,但是也可以使用其它具有 合适弹性模量的材料制作。在膜8后面设置有这对具有可弯曲支撑环中的后支撑环10,其 几何形状与前支撑环2大致相同。柔性膜8如下文所述被张紧，并附接到以及夹在所述前 后支撑环2, 10之间，使得它的边缘被稳定支撑。如图3-7所示的第一透镜组件1的组装状 态。所述膜8至少与后支撑环10形成一流体密封结构。
[0092] 所述第二支撑环10的后表面密封于透明加强隔片24。在第一实施例中，所述加 强隔片24可以包括一层聚碳酸酯，但是，如下文所述，适于提供所需性能的可替换材料也 可以使用。在所述隔片后面为盘状部件12,所述盘状部件具有柔性侧壁18,后壁19和前密 封凸缘20。在第一组件中，所述盘状部件12由透明DuPoniK boPET制成，其厚度大约为 6 μ m，但是可以选择其它合适的材料，其厚度对应调整。所述盘状部件12的前密封凸缘20 通过合适的黏合剂（如Locitite 3555)与隔片24的后表面粘合。
[0093] 适用的透明压敏粘合剂（PSA),例如3M? 8211(未示出）将盘状部件12的后壁 19粘合到透明后盖板16的前表面17上，所述后盖板16具有后表面14。本发明中所述的 第一透镜组件1的PSA的保护层大约25 μ m厚，但是其厚度可以根据需求改变。所述后盖 板16可以由玻璃或复合材料制成，其厚度约为1. 5_，但是可以根据需要改变。所述后盖板 16为扣环6内最后一层。在一些实施例中，正如与前盖板4 一样，所述后盖板16可以形成 一固定屈光度的透镜。在本实施例中，如图4所示，所述后盖板16为凹凸透镜。
[0094] 所述扣环6包括具有内表面23的向前延伸的侧壁13,所述侧壁13终止于前边缘 15。所述前盖板4设置于扣环6的前边缘15上并与其连接，使透镜组件形成一封闭单元。 如图4,5,11和12所示，所述盖板4间隔地设置于前膜支撑环2的前方，以提供一个空间， 膜8可以在其内向前膨胀而不碰到前盖板，如下文所述。
[0095] 所述盘状部件12,膜8,第二支撑环10和隔片24因此形成了密封内腔22,用于容 纳透明流体。对于光学应用，例如本发明中所述的第一透镜组件1，所述膜8和后盖板16 的后表面形成了可调节透镜的相对的两个光学表面。如上所述，所述后盖板16为一凹凸透 镜。在非驱动态时，所示膜为一平面，因此透镜具有由后盖板16提供的固定屈光度，此时膜 8并未提供额外屈光度。然而，如下文所述当处于驱动态时，所述膜8以外凸的形式开始向 前膨胀突出，因此为固定凹凸透镜增加了正向屈光度。在一些实施例中，所述膜可以以内凹 的方式向内膨胀，使得与后盖板16的后表面14结合，此时透镜1是两面凹的。膜8的弯曲 度越大，膜8提供的额外的屈光度越大。对于非光学应用，流体以及该组件的其它部件不需 要为透明的。
[0096] 所述盘状部件12的侧壁18在后壁19和隔片24之间设置有柔性密封，因此形成 了内腔22的壁。此柔性密封被设置，使得在第一透镜1倍驱动以调节透镜的屈光度时，可 以在支撑环2, 10和后盖板16之间相对运动。所述可变形膜8通过合适的粘结剂（例如 Loctite? 3555)与支撑环2, 10黏结。
[0097] 在生产制造期间，向内腔22内填充透明油11 (如图7所示），例如Dow Corning DC705,其折射率被选择尽可能地与后盖板16的折射率接近。所述油11的也被选择在泄漏 时对佩戴者的眼睛无害。
[0098] 如图6, 7所示，所述第一透镜组件1可以被接收并紧贴地设置于后轮廓部件93b 内，其形状和尺寸被设计成与前轮廓部件93a相配，如图2所示，从而形成眼镜90的镜架92 的一个镜框部分93。所述前后轮廓部分93a，93b可以通过本领域技术人员熟知的合适的方 法固定在一起。例如，所述前后轮廓部分可以形成匹配的螺孔97,可以接收小的固定螺栓， 以便将这两个轮廓部分固定连接在一起，透镜组件1固定在其中。在一些实施例中，所述后 轮廓部分93b可以与扣环6整体形成。
[0099] 在一些实施例中，可以省略所述加强隔片24,在这种情况下，盘状部件12的密封 凸缘20可以直接与后支撑环10的后表面附接。
[0100] 应当理解的是，本发明不限制于上面给出的特殊材料和尺寸，仅仅是作为例子出 现。具有光学清晰，低于支撑环2, 10的整体刚度并且可以与隔片24或后支撑环10相连接 的所有适用的不同类型的材料可以用于在盘状部件12上。
[0101] 任何满足下列条件的材料均可应用于制造支撑环2, 10 :具有足够高的弹性模量 使其能够相对于第一透镜组件1整体深度制造的足够薄（即，大约达到〇.3mm厚的等级）； 可以与相邻部件连接；具有低蠕变（可以连续执行多次使用）；可弹性形变。其它可能性有 钛金属，玻璃和蓝宝石。本文中的"连接"指的是通过黏合剂，卷边，激光焊接或超声波焊接， 或其它对本领域技术人员明显且可用的方式。
[0102] 选择合适的黏合剂，能够将组件的各个部分长久地连接在一起，可以抗蠕变，当构 造透镜组件时具有合适的粘度，以及在透镜内的有流体时保持惰性。具体黏合剂的选择依 赖于各个部分的材料的选择。
[0103] 可以使用其它各种允许膜8具有足够弯曲能力的合适的材料，以及各种无色油， 特别是高折射率硅氧烷油一族中的无色油，它们有大量的生产厂商。为各个部件选择材料 需要使能够围绕铰接点和驱动点提供稳定性（下面将结合图9和10进行详述）。
[0104] 第一透镜组件1设置有可调节透镜，所述可调节透镜的光焦度能够通过控制内腔 22里的流体11的压力以及可弯曲支撑环2, 10的形状进行调节，从而控制弹性膜8的形变 以达到期望轮廓。如上所述，膜8形成了透镜的一个光学表面，另外一个光学表面为后盖板 16的后表面。膜8的形变增加了其形成的光学表面的曲率，改变了这两面之间的透镜的光 学厚度，从而额外增加了由膜8提供的屈光度。下面会对此操作进行详述。
[0105] 如图9所示，所述支撑环2, 10在垂直于透镜组件1的前-后z轴的x-y平面内的 宽度在组件1边缘是按照预设方式变化，其用于使支撑环2, 10进行期望形变，从而反过来 控制膜8的形变，以及透镜的倍率，下面将进行详述。
[0106] 从图8中可以看出，每个支撑筋3a，3b、支撑环2, 10和加强隔片24都设置有相同 形状及尺寸的突出片26,其从第一透镜组件短边7向第一透镜组件外突出。在组装时，各个 部件上的突出片26彼此对齐，且每个形成有紧密相邻的孔28a，28b，所述孔28a，28b与其它 部件的相应的孔对齐。所述孔28a，28b定义了驱动点其用于将驱动设备连接于透镜组 件1上，使其在使用中被压缩。对透镜组件1的压缩将在下面进行详述。所述驱动设备可 以设置于镜架92的相邻镜腿94内。在一些实施例中，所述透镜组件可以通过类似于降低 内腔22内的流体11的压力的方法来进行膨胀。
[0107] 与组件短边7上的突出片26相邻的每个支撑环2,10的内边缘向外偏移（如图9 所示），形成半圆形的凹槽30。盘装部件12的侧壁18具有类似的对应凹槽30,在透镜进 行组装时与支撑环2, 10上的凹槽30对齐。所述膜8包括一半圆形的对应突出部31，其与 凹槽30对齐来保证膜密封的封闭。加强隔片24在32a处开孔，所开的孔也与突出片26对 齐。在所有部件利用伸出前后盖板4, 16范围组装好后，这种布置允许向内腔22进行填充。 可替换地如图10所示，可以设置一单独的孔31'穿过支撑环2, 10来替换所述半圆形凹槽 30 〇
[0108] 所述加强隔片24显著改善了先前的流体填充透镜，凭借它的功能对膜支撑环在 由环限定的平面内在非驱动态下进行强化。希望在组装各部件时预张紧膜8,否则会由于温 度、重力作用、流体压力的惯性作用等原因使膜产生不期望的下垂或褶皱。将上述下垂或褶 皱的风险降到最低的一个方法是将柔性膜8设置于一非柔性的支撑环上，但是这样做会与 使用时需要弯曲的支撑环2, 10不兼容。加强隔片24在膜8的平面内强化了支撑环2, 10 来抑制弯曲，但是并未显著增加环垂直于膜平面上（z轴方向上）的刚度，所以加强隔片解 决了这个问题。
[0109] 在第一透镜组件1中，两长边3, 5之间的距离小于两短边7, 9之间的距离，使第一 组件一般为矩形。因此透镜在E-W方向上的两短边7, 9之间的距离（如图9所示）比其在 N-S方向上的两长边3, 5之间的距离更宽。所述支撑环2, 10被设置成更多的沿长边进行弯 曲。应当理解的是，在驱动态时，所述膜8在E-W方向上的拉伸程度大于在N-S方向的拉伸 程度。由于隔片24只能够弯曲而不能膨胀，它只能在一个方向上弯曲，因此其沿着透镜的 E-W轴线方向弯曲。对一横梁进行弯曲会使其两端稍微彼此靠近，这将补偿膜24内的张力 差。
[0110] 在一些实施例中，隔片24可以在E-W方向上相比于N-S方向上制造的更硬。隔片 24的这种定向刚度可以用于补偿上述膜8内的张力差。
[0111] 在第一透镜组件1中，加强隔片24由透明材料制成，其折射率与膜8和内腔22内 的流体11相配合，其包括一设置于透镜流体内位于盘状部件12的密封凸缘20和后支撑环 10之间的平片，使得它位于组装好的透镜1的柔性膜8的后面，如图4, 5所示。隔片24的 形状类似于透镜组件1的其它部件，且在所述第一组件中的厚度为〇. 55mm，此厚度可以根 据需要改变。由于隔片24绕其边缘与盘状部件12和后支撑环10的边缘相附接，所述支撑 环2, 10的刚度必须进行相应的调节，使它们仍然能够在垂直于膜8平面的z轴方向上根据 需要进行弯曲。
[0112] 根据本发明，发现加强隔片24优于支撑环2, 10的局部支撑。在一些实施例中，支 撑环的尺寸和刚度相比于支撑环2, 10 (在没有隔片24的情况下，本身的硬度足够防止下垂 发生）的尺寸和刚度可以下降大于25%。支撑环2，10通过弯曲控制弹性膜8的形变的必 需能力并未受到影响。制作支撑盘24的一种合适的材料为聚碳酸酯，但是也可以使用其它 合适的材料。本发明中的加强隔片24使用于非圆形透镜，其同样适用于圆形透镜，但是在 其它实施例中，所述隔片并不是必须要在不同的轴向上有不同的刚度。
[0113] 加强隔片24的设计使它的主要作用是增加支撑环2, 10在垂直于组件前后轴（图 10所述的x-y平面）的平面内的刚度，但是对Z轴方向（垂直于后壁19的方向）的抗弯刚 度有小的影响。此z轴方向上的作用在设计支撑环2, 10时被计算在内。因此，增加组件1 的刚度的目的是维持柔性膜8内的张力，但是支撑环2, 10仍然可以在使用时在z轴方向上 弯曲。这可以通过选择例如纤维材料来实现，这是由于纤维的定向性，使其可以在x-y平面 内具有刚度但是在z轴方向上几乎不具有刚度。所述隔片24设置有多个孔径32a，32b ;在 第一透镜组件1中设置有两个孔径，其中一个与上述突出片26相邻，另外一个设置于组件 的另一相对的短边9的角内。孔径32a，32b周围的材料具有刚度，但是孔径32a，32b允许 流体穿过，因此基本对柔性膜8的形变几乎或没有影响。孔径32a，32b的精确数量，尺寸和 排布方式可以根据需要改变。例如可以设置多个间隔的小孔径穿过隔片24。隔片24并不 会随着柔性膜8进行形变，并在在透镜处于驱动态时且膜8开始如下述膨胀时，隔片24并 不需要为膜8提供支撑作用。在第一透镜组件1中，所述加强隔片24包括一连续薄片，其 上面设置有如上所述的一定数量的孔径32a，32b，但是在另外一些实施例中，所述隔片可以 包括一网状片或丝网等，只要它能够沿支撑环大致整个范围与支撑环2, 10连接以便提供 期望的平面内刚度。所述隔片可以沿其边缘与环2, 10大体上连续连接或间隔连接，从而提 供分布均匀的负载而不会使环或者膜8产生显著的局部畸变。在非光学应用中，所述隔片 并不需要为透明的。
[0114] 如图6所示，扣环6的内表面23设置有两个间隔的圆周架34, 36-后架34和前 架36。所述后架34设置于接近扣环6的后部；后盖片16设置于所述后架上。前架36设 置于扣环6前边缘15的中间，用于支撑隔片24和前后支撑环2, 10。通过设计盘状部件12 的侧壁18的尺寸，使其前密封凸缘20在透镜组装后能够设置于前架36上。
[0115] 在第一透镜组件1的另外一个短边9上，所述扣环6设置有两个铰接点Hl， 如图10所示。如图4所示，堆叠的部件2, 3b，8, 10, 12, 24均通过机构39设置于扣环6内， 该机构在铰接点H I, H2与扣环6整合在一起，使它们在镜片处于驱动态时保持稳定，如 下文所述。
[0116] 支撑筋3b在铰接点Hl，H2区域及它们之间的区域内为支撑环2, 10提供额外 的刚度。当处于驱动态时（如图10所示）在第一透镜组件1中，铰接点Hl，H2和它们之 间的支撑环2, 10的区域与透镜的光学中心OC大致等距，因此位于铰接点Hl，H2中间的 支撑环2, 10不需要大幅度弯曲或根本不需要弯曲。另外一个支撑筋3a在上面描述的驱动 点Λ处为支撑环2, 10类似提供额外的刚度，从而适当的控制膜8的形变，下面将进行详述。 在一些实施例中，所述支撑筋3a，3b可以去掉；它们通常用于支撑环2, 10的在组件处于驱 动态时并不需要进行显著的形变的区域。
[0117] 第一透镜组件1的形状根据其美学外观适用于眼镜90。然而，非圆形会有一定的 风险，出现不均匀，不期望，或与膜的形变的期望形状相偏离等问题，这些问题在没有解决 办法的时候会出现。本发明提出并解决这些问题的方法将在下面进行详述。
[0118] 图10示出了如何利用本发明的膜组件实现希望形状的表面。在图10中，期望的 形状为球状，但是下面详述的本发明的组件也可以用于形成其它形状；例如，由一个或多个 泽尼克多项式组合定义的形状。对于非光学应用，可以需要不同的形状。图11和12示出 了驱动态下的透镜组件1。
[0119] 因此，图10示出了非圆形第一透镜组件1的膜8在驱动态下投射到半径为R的虚 拟球上的状态，其提供了一正向屈光度。所述驱动点a和铰接点HI, H2同样在图中标出。 力可以借助通过孔28a，28b连接的驱动设备施加在驱动点ft·
[0120] 图10的下半部分示出了上半部分的b-b线上穿过光学中心OC位于膜8驱动态下 的顶点的区域。力的方向同样被示出（在图10中向下）。膜8大致按照部分球状配置进行 膨胀，由支撑环2, 10限定的膜8的边缘的轮廓大体上遵照球状的表面轮廓。在非驱动态时 所述膜8为一平面，并且膜的边缘（因此支撑环2, 10)也是平的，在图10中的下半部分用 线L代表。在驱动态时，膜8大致遵照球状表面，其边缘不再处于一个平面（如果透镜是圆 形且膜形成一球冠状时，其仍处于一个平面内）。可以通过将膜8的边缘与线L对比看出。 在驱动态时，所述膜8在低于线L的驱动点@的位置移动，表示膜8的平面处于非驱动态， 但是膜的长边3, 5从一圆形偏离（向内），它们在线L的上方移动，从而使膜8边缘的主要 部分连续地符合半径为R的球表面。
[0121] 在图10中，根据眼科惯例，光学中心OC设置于相对于眼镜94的连接桥94的中心 的预设距离处。此距离是向心距离的一半，所述向心距离是指眼镜90的两个透镜的光学中 心的距离，反过来也是眼镜佩戴者的最佳佩戴距离。如上面所述的透镜的形状，中心OC接 近于透镜组件长边3, 5的中心，但是在两短边之间的轴上（即佩戴时从眼睛到鼻子的连接 轴）更靠近视觉上观察到的几何中心的左边。
[0122] 本发明的镜片组件被配置以通过期望数量的屈光度单位D(典型地0到+4D)的增 加量来提供了可连续调节的透镜屈光度，可增加任意可被前盖板4和/或后盖板16所承受 的增加量。透镜D的屈光度由具有不同折射率的透镜材料的产品以及环境、界面曲率决定。 因此其公式为：
[0123] D = (n-1) (1/R) (I)
[0124] 其中η为折射率，1为空气折射率，R为透镜球面部分的半径（如图3b所示）。
[0125] 在图10的下半部分中，膜8的边缘在驱动点ft处在力F的加载方向上产生最大位 移。铰接点H1，曰2与膜8边缘上的点相一致（在第一透镜组件1中由支撑环2, 10所限 定），其在膜8产生形变的过程中大致上没有位移。可以看到这些点在驱动位置处并没有从 线L上移动并大致位于线L上。（注意如图10的下半部分所示，这些点处于区域平面外）。 为了较佳地控制膜8的形变，铰接点HI, H2应该设置于膜8的边缘移动最小或没有移动 的位置,否则膜的边缘轮廓会在铰接点HI, H2处与期望球状（或别的形状）相背离,导致 膜产生不需要的畸变。适合地，铰接点HI, H2通常与上述光学中心OC等距，当透镜处于 驱动态时，它们会位于位移的相同圆形轮廓上，即没有位移轮廓。然而，根据透镜组件1的 形状和其他参数，这种情况不太可能实现。铰接点麗1,H2各自与光学中心OC之间的距 离的差值是容许的，尽管会在一个或两个铰接点HI, H2附近产生畸变。从图10中可以看 至IJ,铰接点Hl与中心OC的距离比铰接点H2到中心OC的距离远,导致所述膜在与铰接点 HI, H2相邻的透镜拐角处产生一定的失真，但是这是可以允许的。在中心OC周围提供几 乎没有或完全没有失真的主要区域。这在图13进行较好的显示。
[0126] 应当理解的是，膜8的最大位移发生在驱动点S ?应该一直位于膜边缘位移的期 望轨迹上，从而在非驱动态位置和最大屈光度位置之间限定一球形适配的轮廓。由于膜8 在包括有驱动点ft的透镜短边7上的边缘恰好大致为圆形，当进行驱动时，它应该遵循位移 的圆形轮廓，当然允许存在一定的圆度误差。因此，驱动点应该设置于短边7上，此点应该 距离光学中心OC最远。假如这里所考虑的具体形状不需要使其周长的一段形成光学中心 的一段圆弧，那么有可能需要额外的驱动点（主动或被动）来保持表面真度。从图10中可 以看出，在第一透镜组件1中，距离中心OC最远的点位于膜8的拐角处，位于长边3, 5和短 边7之间，如图中10标记为0和?的位置。然而，驱动点fil接近于这些点，并且加强筋3a用 于分配沿着膜8的短边7施加在驱动点Λ上的负载，膜8具有可接受的膜形状的畸变。
[0127] 本领域技术人员应当了解，第一透镜组件1的光学屈光度可以通过改变球半径R 进行有效的改变，其中，改变由柔性膜8提供的光学表面的曲率，并因此调整了透镜的屈光 度。随着R的减小，透镜的光学屈光度由于膜的曲率变大而增加。这是通过增大膜8的形 变实现的，而其由于受支撑环2, 10在驱动点?处朝后盖板16向后的位移的增加的影响，导 致内腔内的流体压力增加，膜向前膨胀量增加。
[0128] 改变根据本发明所述的第一透镜组件1的形变的方法将在下面进行详述。
[0129] 图3-5示出了第一透镜组件1在非驱动态时的状态，图11-12示出了示例性的驱 动态。实际上，第一透镜组件1在非驱动态和其最大形变态之间是可连续调节的；图11和 12中的驱动位置只是一个形变位置，其是所有形变位置中的一个例子。如上面所述，支撑环 2, 10的宽度在其范围内是变化的，同时它们在ζ轴方向上的厚度大致保持恒定。特别地，所 述环2, 10在组件1的短边7, 9处最宽，并且其宽度从两短边开始向两长边3, 5的中间位置 逐渐变窄，如图9所示。它们在位于短边7, 9中间的长边上的点D和B处最薄（如图10所 示）。注意所述两个最薄点并不需要在两条长边之间对称；它们在这个区域最薄是因为在 这两个点需要的弯曲量最大，参考上面所述的图10可以理解。
[0130] 在操作过程中，为了增加透镜组件1的屈光度，在组件短边7上的点@处直接或间 接地对支撑环2, 10施加驱动力F，以使支撑环2, 10以及夹在二者之间的膜8向后朝后盖板 16移动。所述力大约施加于短边7-半的位置。驱动设备应该被设置成反作用于扣环6， 其中所述扣环6设置于镜架92的镜框93内，因此起支撑作用。
[0131] 本领域技术人员应该了解，有很多种施加驱动力的方法，下面会公开一些实施例。 力的施加方向应该大致垂直于支撑环2, 10的平面。如上面所述，支撑环2, 10在组件1的 短边9上的两点HI, Η2处铰接。所述铰接点被设计成，在透镜组件1处于驱动态期间，通 过扣环6内的机构39保持稳定；在组装透镜组件1时，后盖板16以及附接其上的盘状部件 12,隔片24和支撑环2, 10以及夹于支撑环之间的膜8会被预组装成叠片，然后嵌入扣环6 内，在铰接点HI, Η2处滑入机构39下方。盘状部件12的侧边18允许小量的运动,使支 撑环2, 10可以向更接近于盘状部件18的底面19移动，来增加内腔的流体压力，从而使膜 8向前朝前盖板4膨胀，形成如图12所示的球状（或其它形状），从而增加透镜的屈光度， 如上所述。即使膜是非圆形，也能够通过支撑环2, 10的构造实现期望的球形形状（或其它 形状）。
[0132] 在驱动点ft处施加在支撑环2, 10的短边7的力，与由内腔内流体施加在膜上的流 体静压力相结合，造成支撑环2, 10弯曲。图11示出了支撑环2, 10在驱动力F的作用下呈 现出一定程度的弯曲。所述支撑环2, 10在铰接点HI, H2处大致保持静止（尽管环2, 10 在这些点上存在一定程度的局部倾斜）。然而，朝组件的长边3, 5的中间包括点D和0，所 述环如上面所述向前弯曲，与力F的方向相反，使支撑环2, 10的轮廓能够符合与膜8相同 形状的球形表面（或其它形状）。如果支撑环2, 10为圆形，它们在膜形变为球状时保持平 面态，但是非圆形的环2, 10意味着在膜膨胀期间它们不能保持为一平面。
[0133] 采用在支撑环2,10范围内预先确定宽度变化，可以使支撑环2,10以这种方式弯 曲并因此控制膜8形变，以避免产生不需要的球形或其它形状的畸变，特别地，事实上需要 它们在最大弯曲量已到达期望轮廓的点处的宽度更窄。根据支撑环2, 10的预设宽度变化 引起对应的支撑环2, 10的截面积的变化，以及因此对应的支撑环的截面二次矩的预设变 化，特别地，支撑环2, 10的宽度在围绕环是可连续调节的，并在长边3, 5的中间达到最小 值，此处也是弯曲最大值。在其它参数不存在显著变化的情况下，截面二次矩的差异会造成 抗弯刚度的差异。
[0134] 如图10-12所示，弹性膜8沿与驱动力F相反的方向突出。当支撑环2, 10在驱动 点ft靠近内腔后侧移动时，实质上不可压缩的液体11被强迫占据内腔22中更多的中部区 域，由于膜8的弹性作用，因此增加了由膜8设定的光学表面的曲率，并且增加了位于组件 光学中心OC的膜8和后支撑板16之间的内腔的光学厚度，因此为透镜提供更高的屈光度。 特别地，弹性膜8的形变以点OC为中心，如图10所示，因此形成了透镜的顶点。
[0135] 现有技术中的流体填充透镜，为了保证膜的球状凸出，所述膜由刚性的圆形支撑 结构支撑，使得只有膜的圆形部分是不受约束的，能够在流体压力增加时向前凸出。在一些 透镜中（如GB2353606A)，是通过将整个透镜组件做成圆形来达到这一目的。在其它一些透 镜中，如W095/27912中公开的，所述支撑结构包沿圆形中心孔径设置的刚性边界，膜在圆 形中心孔径处可以向前凸出。在W095/27912中的刚性边界既宽又笨重，在审美观点上不可 取。通过与本发明对比，尽管支撑环2, 10的短边7,9比长边3, 5稍宽，从图9中可以看到， 它们相对于透镜的区域来说依然是很窄的，因此在视觉上较为美观，在形成膜8的球状（或 其它形状）形变中不会对透镜组件1的外观产生任何负面影响，所述透镜组件1为非圆形 形状并且具有相对窄的边缘。
[0136] 在驱动期间，当柔性膜如图10, 11所示的向前凸出时，内腔22内的流体11的量保 持恒定，但是由于膜8的形状从一个相对平面的轮廓改成了所示的膨胀的轮廓，一部分透 明油移动到了透镜的中心区域。油的位移使膜形成了驱动形状，因此增加了透镜的屈光度。 通过膜8,隔片24和盘状部件12将流体11密封于内腔22内。
[0137] 本领域技术人员应当了解，如图10所示的支撑环2, 10和柔性膜8的球形形变只 不过是作为一个实施例对组件1的各个部件的形状变化做出解释说明，本发明的组件的形 变可以与图中所示的做出改变，特别地对于任何给定的透镜组件1，所述膜8在非驱动态位 置（此时处于平面态）和全膨胀位置之间连续形变，其由组件1使用材料的实际配置和性 能决定。非驱动位置（此时不提供屈光度）和全膨胀位置之间的每个位置，位于支撑环2, 10 上的铰接点HI, H2基本上保持静止,且至少支撑环2, 10主要部分包括铰接点HI, H2为 球状轮廓（或其它形状）。
[0138] 取得所述支撑环2, 10范围内的弯曲力矩的预设变化所需的支撑环2, 10的实际宽 度变化，如上面所述，可以通过有限元分析（FEA)计算得出。对于准静态应用或低频光学应 用及其它应用，应当充分使用静态FEA。然而，对于声学应用的表面，更适合使用动态FEA。 本领域技术人员可以想到，不论是静态或是动态FEA，均可以利用电脑进行大量计算，将选 择好的参数输入电脑来计算在驱动点处施加的力F的增加所引起的膜的形状。所述元件的 形状可以根据计算结果进行选择。对于本发明的环2, 10的设计，四面体的元件形状是合适 的。选择好的输入参数可以包括支撑环2, 10的几何构，膜8的几何结构，膜8的弹性模量， 环2, 10的弹性模量，包括环的弹性模量的沿环的变化（可以通过经验限定或通过适当的公 式计算），各个部分的预张力值，温度及其它环境因子。所述FEA程序定义了在驱动点瘦对 膜支撑环施加负载时，施加在膜8上的压力是如何增加的。
[0139] 图13示出了支撑环FEA分析输出的一个例子。其灰度图示出了膜8远离非驱动 态平面配置程度；位移的轮廓叠加在灰度图上。膜8示出了在其中心区域最大向前形变，并 且在驱动点ft处最大向后形变（沿施加力F的方向）处，圆形的轮廓证明了形变基本为球 形形变。此图为形变的二维图；然而应当理解的是，它实际上与3D球状形变相对应。本发 明的第一透镜组件1大致上实现了无畸变球状透镜，中心位于点OC上。从图13可以看出， 点OC不同于观察到的透镜1的几何中心，几何中心由位于横轴和纵轴的交叉点点示出。此 FEA输出下面将被称为"第一 FEA输出"。
[0140] 为了精确设计出用于光学领域的支撑环2, 10, FEA分析的输出近似于通过多项式 函数所限定膜的期望形状。通常，光学表面的形状可以由一个或多个泽尼克多项式函数描 述。它们的通式为Z n±m。由一个泽尼克函数或多个泽尼克函数组合定义的各种形状都可 以应用本发明。对于各种泽尼克多项式的解释可以参考《光学原理》^ (^Principles of Optics^M-Born and E. Wolf, 7th Ed, C. U. P. , (1999). ISBN 0-521-64222-1)
[0141] 对眼部的优先应用能够达到视力矫正的作用如Z2±2线性叠加（散光）和Z 2° (球 面距离修正）。眼镜商通常根据这些公式生产透镜。如果附加控制点被设置在膜的边缘（下 文将详述），则根据本发明具有附加分量的高阶表面可能出现在膜边缘的形状的高阶 表面也可以根据本发明应用也是可能的，其中j的大小与控制点的数量类似。在膜边缘形 状允许的情况下，具有分量zf k(k< j)的更高阶表面也可以使用。
[0142] 本发明第一透镜组件1的各种变体可以生产出与任何j = k的多项式对应的静态 膜。已知各种复杂表面是可能的并用于某种应用。例如，激光矫正视力手术经常使用某些 高阶函数，因此本发明的透镜组件的可替换实施例可以作为激光手术的替换。各种Z n±m形 式的按比例的泽尼克多项式的线性叠加都可以使用：
[0143] 4 τγ, l：k (k < /)
[0144] 通常，除了其边缘，通过压力下膜的形变形成的表面具有一个或者多个局部最大 或局部最小受力点，但是最大受力点和最小受力点不会同时存在，除鞍点之外。所得到的所 述预设形状必然受限于所述膜的外围形状，其在使用中是稳定的。
[0145] 本发明的透镜组件的一些实施例中，可以使用球状泽尼克公式，但是也可以根据 需要使用更高阶的球状公式，通过大量的泽尼克多项式的综合创建形状。
[0146] 然后，第一 FEA输出与膜上的期望泽尼克函数（第二多项式输出）一一对应，来观 察第一 FEA输出与选定的泽尼克函数定义的期望形状的相似程度。根据第一 FEA输出和第 二多项式输出的一一对应程度，可以对透镜的相关参数进行调节，使下一次迭代计算中达 到更好的配合效果。也就是说，通过观察FEA计算得出的膜8的模拟形变与选定的泽尼克 多项式描述的期望的表面形状相似程度，可以看出选择的支撑环2, 10的参数如何，从而可 以决定支撑环的哪些区域需要调整（或哪些其它参数需要调整），进而改善第一第二输出 之间的相关性。
[0147] 上述计算过程可以通过一定数量的不同透镜屈光度实现，使透镜的屈光度可以随 着支撑环2，10(和施加力）的形变改变。已进行这一迭代过程以获得根据本发明的支撑环 2, 10的多个工作实施例。因此支撑环2, 10被设计成可以在其范围内进行可变化的弯曲， 与透镜屈光度的调节需求相对应。支撑环2, 10在x-y平面（垂直于透镜的光学z轴）其 自身范围内的宽度变化可以根据不同的透镜形状进行调整，包括铰接点Hl, 32和驱动点 ft相对于期望光学中心OC的位置。上述迭代过程可以在多个不同的镜片倍率下实施，使得 镜片可以被设计成其屈光度随着膜支撑环2和10的形变（和施加的力）而持续变化。根 据本发明可以执行该计算过程以获得支撑环2,10的工作实施例。所述膜支撑环2和10可 以被设计成在其范围内且根据所需的镜片倍率调整进行可变的弯曲。所述膜支撑环2和10 在垂直于透镜组件1的z轴的x-y平面内宽度的变化，可以根据不同的镜片形状在其范围 内进行调整，并考虑相对于期望光学中心OC的铰接点Hl 9 H2以及驱动点ft的位置。
[0148] 一旦膜8形状的由FEA如上文所述已经计算出时，所述膜8作为光学镜片表面的 光学性能可以由合适的光学射线追踪软件结合计算好的膜形状决定（如华盛顿，雷德蒙 Radiant Zemax, LLC生产的光学软件Zemax?)。举例来说，图14示出了膨胀时第一透镜组 件1的膜8上球状透镜屈光度的变化，膨胀后的形状由静态FEA计算得出。如图14所示， 最暗的区域示出了最大透镜屈光度，膨胀的膜8提供了一个透镜表面，所述透镜表面具有 令人满意的均匀的球状透镜屈光度。
[0149] 事实上，可以在一定的范围内流畅地调整柔性膜8的形变程度，因此，本发明的透 镜组件相对于传统双焦距透镜具有显著提高，在传统双焦距透镜中佩戴者需要目光向下以 便让目光通过近距离透镜。利用本发明的透镜组件1，透镜屈光度可以根据近视力的需要进 行调节，并出现在透镜的最佳区域，也就是光学中心区域。因此，透镜组件可以用于观察近 距离目标而不需要调整头的位置或注视方向。
[0150] 图15和16不出了从设计膜加强隔片24输出的FEA样本。图15不出了，在非驱动 态下，由FEA计算得到的本发明一个透镜组件中的弹性膜的预张力，该透镜组件与上述第 一透镜组件1相类似，但是省略了隔片24。该灰度图显示了膜内预张力的显著的变化，其中 几个区域具有相对更高的张力，几个区域具有相对更低的张力；膜内的张力明显地不均匀。
[0151] 图16示出了包括有隔片24的第一透镜组件1的相应的FEA输出。在非驱动态下， 相比于图15,组件1中的膜8在预张力作用下显然几乎没有变化。在其区域内，图15中的 膜在预张力作用下有30%的变化，而图16中的膜只有8%的变化。
[0152] 图17和18示出了第一透镜组件1的计算得到的球状透镜屈光度，以及相类似的 去除隔片24后的透镜组件的计算得到的球状透镜屈光度。再一次地可以看到，光学球状屈 光度的变化明显小于图18中的变化，其灰度图显示出了很大的均匀性。
[0153] 因此，加强隔片24在改善非驱动态时膜内预张力的均匀性方面以及膨胀后（即驱 动时）膜的光学球状屈光度方面具有显著的优势，与膜的形状无关。隔片24有效地增加了 支撑环2, 10在x-y平面（由其自身限定）内的刚度，而对于所述环在垂直于该平面的z轴 方向上的刚度并没有显著影响。如上面所述，本发明的加强隔片24可以在任何具有预张力 柔性膜（其可控的形状构成了内腔的一个面）的流体填充组件中有利的得实现此目的，例 如流体填充透镜的光学表面，不考虑膜的轮廓形状。因此，隔片24也可以用于例如圆形流 体填充透镜。
[0154] 图19和20示出了第一透镜组件1的驱动态模式。透镜组件1通过"有角度地压 缩"被驱动。为了表达清晰，在图中去掉了所述前后盖板4, 16,扣环6,隔片24及其它细节 特征。
[0155] 图19A和20A示出了透镜组件1的非驱动态的状态，在这种状态下，膜8为一平面。
[0156] 图19B和2GB中，通过施加在支撑环2, 10的边7的驱动点麄处的力F来驱动透镜 组件1，从而增加其屈光度，所述力F的方向使支撑环2, 10向盘状部件12的后壁19移动。 盘状部件的后壁19保持静止，因此由后盖板16和扣环6 (未在图19B中示出）支撑。这样 造成支撑环2, 10的边7靠近盘状部件12的后壁19移动。支撑环2, 10的另一端边9被机 构39固定在铰接点Hl , H2处。因此，支撑环2, 10在力F的影响下向后倾斜，与后壁19 形成锐角。此倾斜运动在图19B中被夸大，并被由盘状部件12的侧壁18形成的柔性密封。 将支撑环2, 10以及部件12的后壁19挤压到一起的结果是，内腔里的流体静压力增加，造 成膜8开始膨胀，向外凸出地弯曲，如图所示。
[0157] 图19C和20C中去除了驱动力，从而允许支撑环2, 10由其固有的弹性恢复到其非 驱动放松态。因此使或允许盘状部件12的侧壁18解压，释放内腔里的流体静压力。然后， 膜8恢复到没有膨胀的非驱动位置。
[0158] 上文中描述的透镜组件1通过支撑环2, 10向盘状部件12的侧壁19倾斜来操作， 降低内腔22的体积，从而增加流体11压力，造成膜8向外膨胀。然而，本领域技术人员应该 了解，同样的原理可以应用于膜组件，其中，膜支撑环倾斜或远离后壁，来增加内腔的体积， 从而降低流体压力，导致膜向内凹进。这种内凹膜的形状可以通过类似于利用具有可变的 截面二次矩的环的方法进行控制，使得在膜的形变期间，所述环可以提供一种在膜形成期 望的预设形状所需的轮廓。
[0159] 图21和22示出了根据本发明的第二透镜组件101。图21A-C每个示出了第二透 镜组件101在不同驱动态下的截面图，图22A-C示出了相应的前视图。
[0160] 第二透镜组件101的结构类似于第一透镜组件1 ;第二透镜组件101的部件中与 第一透镜组件1的部件相同或类似的部件，下面不在进行详述，但是其引用的标号与第一 透镜组件的标号类似，只不过均加上100。
[0161] 第二透镜组件101为正方形。虽然第一透镜组件中使用"有角度的压缩"内腔22 流体进行驱动，但是第二透镜组件101中使用"缓冲"（或均匀）压缩方式，下面将进行详 述。
[0162] 图21A和22A示出了本发明第二透镜组件101的非驱动态。
[0163] 图21B和22B中示出了第二透镜组件101在驱动态下增加其屈光度。然而，不同 于通过在组件的一边上施加力使支撑环绕在另一侧的铰接点倾斜，而使支撑环相对于盘状 部件12的后壁倾斜，在第二透镜组件101中，在支撑环范围内的多个间隔布置的驱动点@ 处推动第二透镜组件101的支撑环102, 110,使得在每个驱动点处，环相对于眼镜架92提供 的支架向后壁119移动根据期望膜形状的预设距离。也就是在每个驱动点处，环102, 110 根据在这些点处期望的位移轨迹进行移动，从而达到期望的膜形状。驱动点的精确位置以 及精确的位移量依赖于膜108的轮廓形状，但是通常，根据本发明，驱动点应该设置于环上 局部位移最大值的位置。因此，在第二透镜组件101中，驱动点Λ设置于膜108的每个拐角 121处,在组件101被驱动时,每个驱动点?的位移量其它点的位移量相同。
[0164] 在膜108的拐角12 1的中间，膜的方形轮廓意味着其从圆形配置开始向内偏移。 也就是说当膜球状膨胀时，膜的边103, 105, 107, 109在z轴方向上的移动量应该小于拐角 121的移动量，使得拐角之间的边形成弧形向前，甚至相对于非驱动位置向前朝每条边的中 心点--!>,，和Pi移动，形成需要的球状轮廓。
[0165] 在一个可替换的实施例中，环102, 110可以在拐角121处固定静止，例如对铰接点 H 1，H2利用类似第一透镜组件1中的机构和沿z轴方向均匀施加于后盖板116上的驱动 力F，如图21B所示。那么反作用力会施加在角121内的替代铰接点环被固定的位置。
[0166] 如上面所述的在驱动第二透镜组件101期间，盘状部件112的柔性侧壁118均匀 压缩，增加内腔122里的流体111的压力。这会造成膜108以外凸的方式膨胀外凸。尽管 膜形状为方形，支撑环102, 110的宽度和以及因此抗弯刚度在膜范围内同样是变化的，使 得它们可以按照预定方式可控的形变，例如由FEA进行计算，保持球状轮廓（或其它预选轮 廓），使膜进行球状形变（或根据其它预选轮廓）。特别地，如图21，22中所示的实施例，环 102, 110在拐角121处的厚度相比于拐角之间的厚度要厚，从而允许拐角中间的环的部分 可以相对于拐角向前弯曲，方法如上面所述。
[0167] 考虑到支撑环102, 110向后盖板116的均匀移动，相比于类似尺寸的"有角度压 缩"的组件，支撑环102, 110可能需要较小的总位移量使膜的完全膨胀。因此，第二透镜组 件101的厚度可以为最小。
[0168] 为了使第二透镜组件101恢复到非驱动态，从驱动点Λ (或后盖板，适用时）撤去 驱动力，可以允许环恢复到非驱动的开始位置，如图21C和22C所示。在一些实施例中，当 撤去驱动力后，盘状部件112的弹性恢复力足够使环恢复到非驱动态。然而，在一个变体 中，通过在驱动点以相反的方向驱动支撑环102, 110,或支撑102, 110并施加一个相反的力 (见图21C)到后盖板116上将盖板推离支撑环，所述组件可以主动恢复到非驱动位置。内 腔122里的流体111的压力因此得到释放，从而允许膜和环恢复到平面状态。
[0169] 第一透镜组件1和第二透镜组件101彼此类似，因为它们都需要一个力来压缩组 件。两者之间的不同主要是它们需要的驱动点fi和铰接点H的数量不同。在第一透镜组件 1中，在组件的短边7上设置有一个驱动点a，并且在另外一条短边9上设置有两个铰接点 HI, H2,从而定义了一个倾斜轴。长边3,5是不受约束的，并且随着内腔122被压缩，其可 以自由向前弯曲。在第二透镜组件101中没有铰接点，但是在每个拐角121处设置有驱动 点所述拐角位置的内腔122的压缩量需要最大已达到期望的膜形变。
[0170] 通常上，通过自动控制环在其范围内多个间隔布置的控制点处的位置，本发明的 膜组件采用半自动控制膜支撑环2, 10 ;102, 110的形状，其中所述控制点可以为铰接点或 驱动点，其允许环2, 10 ;102, 110在控制点之间自由弯曲。在驱动点的位置上,或者是能够 自动控制环的位移达到压缩内腔22, 122的目的，或者是所述环的位移可以通过一个被动 元件进行改变，例如弹簧。在铰接点的位置上，环被固定在一个固定位置，但是如果需要允 许其进行倾斜，从而允许内腔通过"有角度的压缩"被压缩，例如第一透镜组件1。本领域技 术人员应该了解到，受控制点影响的所述环2, 10 ;102, 110的区域越小（局部）越好，并且 通常上，相邻控制点间不应该彼此刚性连接，从而允许所述环根据需要沿着环弯曲，以达到 期望的形状。通常上，至少设置有三个控制点（铰接点或驱动点）以便保持膜8的基准面 稳定。
[0171] 在支撑环2, 10 ;102, 110的每个扇形区域至少设置有一个控制点。此处的"扇形 区域"指的是支撑环位于支撑环2, 10 ;102, 110上的两个相邻的没有支撑的最小点之间 的区域，在此区域内环局部地最接近膜8 ;108的定义的中心。在这些最小点上，环2, 10 ; 102, 110在驱动态时朝向后壁19的位移为局部最小值。事实上，如实施例中所描述的，环 2, 10 ;102, 110实际上在驱动态时是远离后壁19向前移动，因此在这些实施例中，所述最小 点实际上是相对于组件向前局部最大位移点。
[0172] "中心"是膜的期望膨胀形状的预设中心。在透镜组件中，所述中心可以位于为膨 胀后的膜顶点的光学中心。在每个扇形区域内，控制点应该被设置于或接近于最大点，环 2, 10 ;102, 110在局部最大点处距离中心局部最远；也就是说，在局部最大点处，环2, 10 ; 102在驱动态时向后朝后壁19移动的位移为局部最大值。所述环2, 10 ;102, 110应该在控 制点中间不受约束，环2, 10 ;102, 110在这个区间朝向后壁19的期望位移小于其相邻控制 点的位移，使膜8 ;108的边缘相对于在环弯曲时其应当产生的位置弧形向前，除了环2, 10 ; 102, 110的短边被支撑，如利用诸如加强筋3a，3b的加强筋，如果环2, 10 ; 102, 110的被支 撑区域相对于光学中心没有明显的偏离圆形轨迹。然而，环的支撑架仍然应该允许环产生 一定程度的弯曲，包括沿环方向的弯曲，来避免不需要的畸变。
[0173] 图23示出了第一透镜组件1，在环2, 10范围内光学中心OC和环2, 10之间的距 离变化。图23中的单位是任意的，应当理解到的是，如果膜为圆形，则关系图为平的。如图 10所示，第一透镜组件1的膜8限定有两个主要区域Sl和S2。如上所述的由两个相邻的 没有被支持的最小点D和U定义的区域Sl和S2设置于膜8的两条长边3, 5的中部。区域 Sl包括所述另一条短边9和最大点Hl,同时区域S2包括短边7和最大限度点B和?.根据 本发明的一个较佳的膜组件中，驱动点可以被设置于每个最大点B和?,而技术上讲点蠱为 局部最小点，但是为了便利性及实用性，在点：6和?之间的点Λ处设置有单独的驱动点。如 图23所示，环2, 10到膜的光学中心OC之间的距离在两个最大限度点0和?之间通常为恒 定的，同时由于驱动点?技术上为一最小点（局部最小转折点），所述环在点Λ处的位移始 终为正向（ft与光学中心之间的距离比铰接点Η1和Η2到光学中心的距离大），作为一个 最小点，其与主要转折点β和B相比并不重要。所述加强肋3a用于支撑在相邻最大限度点 B和?之间的穿过最小点@的所述环2, 10,并且用于分配加载在驱动点Λ上的沿着组件短 边7的负载。
[0174] 区域Sl也包括铰接点Η2?所述铰接点并未设置于最大限度点或最小限度点，但 是用于定义所述膜的平面，所述膜至少需要三个控制点。在膜组件按照上述"有角度的压 缩"模式操作的情况下，例如本发明的第一透镜组件1，铰接点可以用于膜支撑环2, 10上的 任意控制点上，在透镜驱动期间，环在所述控制点上不产生移动（或大致不产生移动）。第 一透镜组件1的铰接点Hl和Η2因此设置于同一扇形区域内，并且定义一倾斜轴T(详见 图10)，其被倾斜轴T和驱动点S之间的一条轴大致上垂直地一分为二。所述倾斜轴T通 常也平行于组件的短边7, 9。光学中心OC设置于倾斜轴T和驱动点1之间。在一些实施例 中，相邻铰接点可以设置于相邻的区域内，假设在它们之间存在有最小点。
[0175] 图24示出了在第二透镜组件101中的光学中心OC和环102, 110之间的距离在环 102, 110范围内的变化情况。从图中可以看出，存在有四个未被支撑的最小点?* D1靈和 e ?在这些点处所述环102, 110局部最接近于中心0C。组件的拐角121处距离中心OC最 远，所以这里包括最大限度点。在每个拐角121处设置有驱动点龜，且边103, 105, 107, 109 的剩余部分不受约束。所述四个最小点D，B和靜定义了四个区域S 1-S4,每个驱动点 Λ分别设置于每个区域内。在一个可替换的实施例中，驱动力F在z轴方向上均匀的施加 于后盖板116上，如图21Β所示，每个铰接点H可以设置于每个拐角121处，这种布置是可 能的，因为环102, 110在每个拐角121的有效位移相同，因此在每个铰接点H处的实际位移 也相同。
[0176] 应该理解的是设置的控制点越多，对膜的形变的控制越精确。进一步地，额外的驱 动点有利改善对膜表面的控制，并且适用于更广泛的透镜形状。
[0177] 本领域技术人员应该了解到，如果类似于本文中描述的透镜组件1 ;101应用于一 副眼镜上时，例如图1，2所示的眼镜90,应该提供可选择性操作的驱动机构，用于对内腔 22, 122提供必需的压缩，调节流体压力来直接或间接的操作透镜。所述驱动机构可以方便 的设置在连接桥94内或设置于一个或两个镜腿93内。在一些实施例中，每个透镜组件1 ; 101设置有各自的驱动机构，所述驱动机构设置于每个镜腿93内，两个驱动机构电子连接 从而对两个组件1 ;1〇1提供同步驱动。所述驱动机构在这里不进行详述，但是通常上其可 以为机械的，电子的，磁力的，随着眼或头的运动自动运行的，或涉及相变材料（如记忆合 金SM)，蜡质的，或电活性聚合物。当透镜组件1 ;101需要负向控制时，流体压力可以通过 泵进行调节。
[0178] 应当理解的是，使用分开的前后支撑环2, 10 ;102, 110对于实现本发明中的透镜 组件1 ;1〇1的基本功能并不是必需的，在一些变体中，可以利用一单独的柔性环支撑所述 膜8 ;108。然而，已经证实使用两个或更多的支撑环有利于控制例如支撑环2, 10内的扭曲 率，尤其是在生产组件期间。
[0179] 图25示出了利用胶黏剂环形层254将弹性膜208粘结到单一的膜支撑环210上。 已经证实，当膜208以这种方式粘结于单一的支撑环210上时，施加在膜208上的张力造成 膜208沿着支撑环210施加力矩，并且推动支撑环210的一面，从而使支撑环210局部地向 透镜的中心倾斜，如图所示以夸大形式示出的点划线显示。这种情况是不期望发生的，因为 这意味着支撑环210并没有与组件的其他部件呈直角的设置，从而难于控制支撑环210的 弯曲。这种支撑环210内的不需要的畸变也会在透镜内产生边缘效应，并且会引入作为透 镜屈光度的函数的光学像差。
[0180] 本发明利用两个支撑环2, 10 ;102, 110 ;302,310(见图26)解决了这个问题。图 26使出了一种改进的组件方法，其中柔性膜308设置于前后支撑环302, 310之间。在这种 改进的方法中，向以前一样对膜308施加预张力，但同时在后支撑环310的前表面上施加有 一粘结层354,在前支撑环302的后表面上也施加有一粘结层356。这种布置可以同时进行 或者顺序进行。然后两个支撑环302, 310 -起同时与膜308的对应表面相结合，如同将膜 308夹于其中。由于弹性模308从不只设置于一个支撑环上，所以由两个支撑环302, 310提 供的额外支撑立即平衡了任何可能产生的局部的扭转力后，因此提供了平衡的支撑。然后 固化粘结剂。因此形成一种保持膜内预张力的大体上三明治类的平面结构使膜308。本领 域技术人员应该了解到，可以根据需要设置多于两个的支撑环，假设膜以三明治类的形式 夹于支撑环之间的方法，使膜内的张力均匀地施加在膜两侧的支撑环上，避免出现不需要 的扭转力。因此，例如可以在膜的每边设置有多于两个的支撑环。
[0181] 本发明的各种实施例和各个方面在上面进行了描述，其提供了柔性膜8, 108的可 控制形变。特别地，所描述的实施例示出了弹性膜8, 108可以获得的实质球状形变过程，或 根据一个或多个泽尼克多项式进行的形变，或类似的表面膨胀。光学畸变最小化，和透镜可 以用于从长距离焦点到短距离焦点提供一平滑的转换。这种可控制的形变并没有被任何现 有的非圆形流体填充透镜实现。本领域技术人员应该了解，根据泽尼克多项式的形变并不 是必需的，可以使用本发明控制弹性膜8, 108形成其它期望形状的形变。本发明的透镜组 件能够用于矫正根据应用可能产生的各种光学像差。这可以基于涉及不同泽尼克函数的组 合得以实现。
[0182] 上面所述的第一、第二透镜组件1 ; 101中，膜支撑环2, 10 ; 102, 110在其范围内的 刚度变化可以通过改变其宽度进而改变支撑环的截面二次矩来实现，同时环在z轴的深度 大体上保持恒定。可以通过不同的途径对刚度进行调节：例如，可以通过调节环在z轴方 向上的深度，来代替环在x-y平面宽度变化。在另外一个可替换实施例中，所述环可以包括 多个环片段组件，每个环片段由选定刚度的材料制成，并且各个片段端到端彼此连接形成 环。所述环的不同片段可以使用不同的材料，从而允许环在其范围内的刚度按照期望进行 调节。所述环片段可以根据需要具有相同的或不同的长度；例如较短的环片段可以用于刚 度需要随着距离进行更大变化的区域。在另外一个可替换实施例中，环的选定区域的热处 理和化学处理能够用于改变它们的材料属性。而在另外一个可替换实施例中，可以使用复 合材料制作所述环，也可以在环范围内的选定区域通过改变材料的结构改变材料的性能， 例如改变加强纤维的取向。
[0183] 第一、第二透镜组件1 ; 101可以安装于眼镜90内，使柔性膜8,108在驱动态时向 前远离佩戴者眼镜的方向凸出。出于安全原因，这是较佳地，但是应该理解的是，透镜组件 1 ;1〇1同样可以安装于眼镜中使膜朝向佩戴者的眼睛凸出。
[0184] 在第一、第二透镜组件1 ; 101中，内腔22, 122某种程度上由盘状部件32 ; 112以及 与后盖板16, 316附接的后壁19, 119所限定。在一个变体中，可以去除盘状部件12, 112并 由一柔性密封环（未示出）代替，该弹性密封环类似于盘状部件独立的侧壁18 ;118,并在 后盖板16 ;116和后支撑环10 ;110(或者是加强隔片24,如果包括）之间形成密封。
[0185] 应该注意的是具有固定的特定功能的透镜（用于远视力或近视力）均包括在本发 明的透镜组件1 ; 101中。这可以通过使用具有固定屈光度的透镜作为前盖板4 ; 104,和/ 或后盖板16 ;116。所述具有固定屈光度的透镜在处于驱动态时，应该具有一个与可调节透 镜的光学中心OC紧密对齐的光学中心。
[0186] 上面所述的本发明的可调节透镜组件1 ;101，能够对屈光度从-8到+4之间进行 调节，如果需要一负向透镜屈光度，应该设置柔性膜8 ; 108向内弯曲来实现这一目的。
[0187] 本发明可以用于控制其它领域的表面形变，例如，声学领域。通过快速地震荡施加 力F，会在与膜接触设置的流体内产生震荡压力波。根据本发明，由于膜的形变可以被控制 为球状，所述压力波将会从一个点源产生。这保证了所述波不会表现出不期望的干涉图样， 同时允许（例如）包括扬声器的膜形成非圆形的换能器，因此，允许其被包装在有限空间 内，例如电视机里或移动电话里。通常情况下，上面描述的原理可以应用于任何需要可控制 的改变其表面几何形状的应用中。
【权利要求】
1. 一种可变形膜组件，包括：至少部分具有柔性的流体填充封套，所述封套的一壁由 弹性膜组成，所述弹性膜由弹性可弯曲支撑环沿其边缘保持；用于支撑所述封套的固定支 架以及可选择性操作的装置，所述可选择性操作的装置用于使所述支撑环和所述固定支架 进行相对移动，以便调节所述封套内的流体的压力，从而造成所述弹性膜发生形变；其中， 所述环的抗弯刚度沿所述环变化，使得在所述弹性膜的形变期间，所述环可变化地弯曲，以 控制所述弹性膜的形状达到预设形状；所述移动装置包括多个环啮合部件，其被设置成在 间隔的控制点处对所述环施加力；其特征在于，至少有三个控制点，且在环的每个点处或附 近设置控制点，其中，在所述的环的每个点处，在所述膜形变时产生所述预设形状所需要的 所述环的轮廓，沿在两个相邻点之间的控制点施加的力的方向显示转折点，而在相反方向， 所述环的轮廓显示有拐点或转折点。
2. 根据权利要求1所述的可变形膜组件，其特征在于，所述移动装置对所述环上的每 一个控制点沿相同方向施加力。
3. 根据权利要求1或2所述的可变形膜组件，其特征在于，所述移动装置被配置以压缩 所述封套。
4. 根据权利要求1或2所述的可变形膜组件，其特征在于，所述移动装置被配置以使所 述封套膨胀。
5. 根据权利要求3所述的可变形膜组件，其特征在于，控制点被设置在所述环的每个 点处或附近，其中，在所述的环的每个点处，所述环的轮廓在驱动态时相对于在两个相邻点 中部的所述封套沿向内的方向显示出局部最大位移，而在所述两个相邻点中部的所述封套 处，沿所述方向的所述环的轮廓在所述的向内的方向上显示出局部最小位移。
6. -种可变形膜组件，包括：可压缩流体填充封套，其中，所述封套的一壁由可膨胀的 膜组成，所述可膨胀的膜由弹性的可弯曲支撑环沿其边缘保持；用于所述封套的固定支架， 以及可选择性操作的装置，所述可选择性操作的装置用于沿着第一方向向所述支架压缩所 述封套以增加所述封套内的流体压力，以使得所述膜沿着相反的第二方向向外形变；其中， 所述环的抗弯刚度沿所述环是变化的，使得所述膜进行膨胀时，所述环可变地弯曲，以控制 所述膜的形状能够达到预设形状，并且多个环啮合部件被设置成在所选择的间隔开的控制 点与所述环啮合，从而在所述环和所述支架之间施加压缩力；其特征在于，至少设置有三个 控制点，且在所述环的每个点处或附近设置控制点，其中，在所述的环的每个点处，所述环 在第一方向上的位移为局部最大位移，且在所述环上两个相邻点中部，所述环的位移在相 反的第二方向上为局部最大位移。
7. 根据前述任一项权利要求所述的可变形膜组件，其特征在于，一个或多个所述控制 点为驱动点，在所述驱动点处，所述环啮合部件被设置成主动使所述膜支撑环相对于所述 支架移动。
8. 根据权利要求7所述的可变形膜组件，其特征在于，所述膜在非驱动态和全形变态 之间可以连续调节，并且在非驱动态和全形变态之间的每一个位置处，所述支撑环在所述 驱动点处或每个驱动点处移动达到所述膜的预设形状所需的距离。
9. 根据前述任一项权利要求所述的可变形膜组件，其特征在于，一个或多个所述控制 点为铰接点，在所述铰接点处，所述环啮合部件被设置成使所述支撑环相对于所述支架保 持静止。
10. 根据权利要求9所述的可变形膜组件，其特征在于，所述膜在非驱动态和全形变态 之间被连续调节，并且所述支撑环需要在所述铰接点或每个铰接点处保持静止，以获得在 非驱动态和全形变态之间的每个位置处的膜的预设形状。
11. 根据权利要求9或10所述的可变形膜组件，其特征在于，两个相邻的铰接点限定倾 斜轴；至少设置有一个驱动点，在所述驱动点处，所述环啮合部件被设置成主动使所述支撑 环相对于所述支架移动，使所述环关于所述倾斜轴相对于所述支架倾斜，以调节所述封套 的体积。
12. 根据权利要求9, 10或11所述的可变形膜组件，其特征在于，所述预设形状具有中 心及多个铰接点，所述多个铰接点与所述预设形状的中心实质上等距。
13. 根据权利要求11或12所述的可变形膜组件，其特征在于，所述支撑环通常为矩形， 具有两条短边和两条长边；所述至少一个驱动点设置于一条短边上，所述两个相邻的铰接 点设置于或接近于另一条短边。
14. 根据权利要求13所述的可变形膜组件，其特征在于，所述预设形状具有中心，所述 一条短边通常是以所述中心为圆心的圆的一段弧，所述至少一个驱动点实质上在所述一条 短边上居中设置。
15. 根据前述任一项所述的可变形膜组件，其特征在于，所述支撑环在所述控制点之间 相对于所述支架被动地自由弯曲。
16. 根据前述任一项权利要求所述的可变形膜组件，其特征在于，设置有刚性元件，用 于加固所述支撑环的一个或多个区域。
17. 根据前述任一项权利要求所述的可变形膜组件，其特征在于，所述支撑环包括两个 或多个环元件，所述膜夹于相邻的两个环元件之间。
18. -种可变形膜组件，包括：至少部分具有柔性的流体填充封套，所述封套的一壁由 可膨胀膜形成，所述可膨胀膜由弹性的可弯曲支撑环沿着所述弹性膜的边缘保持；以及可 选择性操作的装置，用于调节所述封套内的流体的压力，以造成所述膜发生形变；其中，所 述环的抗弯刚度沿所述环是变化的，使得在所述膜的形变期间，所述环可变地弯曲，以控制 所述膜的形状达到预设形状；其特征在于，所述环包括多个环元件，所述膜夹于两个相邻的 环元件之间。
19. 根据前述任一项权利要求所述的可变形膜组件，其特征在于，所述支撑环由实质均 匀且同质的材料制成，并且具有可变的截面二次矩，以控制沿所述环的所述抗弯刚度。
20. 根据权利要求19所述的可变形膜组件，其特征在于，所述支撑环具有实质均匀的 深度以及可变的宽度，以控制沿所述环的截面二次矩。
21. 根据权利要求20所述的可变形膜组件，其特征在于，在所述膜形变时，在需要所述 支撑环弯曲最大以达到预设形状的位置处，所述支撑环是最窄的。
22. 根据前述任一项权利要求所述的可变形膜组件，其特征在于，所述预设膜形状为球 状或者是由一个或多个泽尼克多项SZj (k< j)限定的形式。
23. 根据权利要求7、8或11、13或14所述的可变形膜组件，其特征在于，所述支撑环在 所述驱动点处或至少一个驱动点处设置有突出片，用于将所述环与所述环啮合元件啮合在 一起。
24. 根据前述任一项权利要求所述的可变形膜组件，其特征在于，所述支撑环在非驱动 态时为一平面，且所述膜被预张紧在所述环上。
25. 根据权利要求24所述的可变形膜组件，其特征在于，设置有固定于所述支撑环上 的加强隔片，其中所述隔片在所述环的平面内的刚度大于沿所述环的弯曲方向上的刚度。
26. 根据权利要求25所述的可变形膜组件，其特征在于，所述加强隔片沿所述环均匀 地固定于所述支撑环上，使得膜内的张力均匀传送到所述隔片上。
27. 根据权利要求25或26所述的可变形膜组件，其特征在于，在所述环的平面内，所述 膜在一个维度上的尺寸长于在另一个维度上的尺寸，并且所述加强隔片在所述一个维度上 的刚度低于在所述另一个维度上的刚度。
28. -种可变形膜组件，包括：至少部分具有柔性的流体填充封套，所述封套的一壁由 弹性膜形成，所述弹性膜由弹性的可弯曲支撑环沿着所述弹性膜的边缘保持；以及可选择 性操作的装置，用于调节所述封套内的流体的压力，从而使所述弹性膜发生形变；其中，所 述环在非驱动态时是平面的，并且具有沿所述环变化的抗弯刚度，使得在所述弹性膜的形 变期间，所述环可变地弯曲，以控制所述弹性膜的形状达到预设形状；其特征在于，所述膜 被预张紧在所述支撑环上，加强隔片被设置固定于所述支撑环上，并且所述隔片具有在所 述环的平面内比沿所述环的弯曲方向上更大的刚度。
29. 根据权利要求28所述的可变形膜组件，其特征在于，所述加强隔片沿所述环均匀 地固定于所述支撑环上，使所述膜内的张力均匀传送到所述隔片上。
30. 根据权利要求28或29所述的可变形膜组件，其特征在于，在所述环的平面内，所述 膜在一个维度上的尺寸长于在另一个维度上的尺寸，并且所述加强隔片在所述一个维度上 的刚度低于在所述另一个维度上的刚度。
31. 根据前述任一项权利要求所述的可变形膜组件，其特征在于，所述流体填充封套包 括不可弯曲的后壁和柔性侧壁，所述后壁与所述膜间隔设置，所述柔性侧壁设置在所述膜 和所述后壁之间。
32. 根据权利要求31所述的可变形膜组件，其特征在于，所述膜、所述后壁以及流体均 为透明的，使得所述膜和所述后壁形成可调节的光学透镜。
33. 根据权利要求32所述的可变形膜组件，其特征在于，所述后壁被成形，以提供固定 透镜。
34. 根据权利要求32或33所述的可变形膜组件，其特征在于，还包括位于所述膜之上 的透明刚性前盖板，其中，可选地，所述前盖板被成形，以提供固定透镜。
35. 根据权利要求32至34中的任一项所述的可变形膜组件，其特征在于，所述封套被 容纳在扣环内。
36. -种护目镜物品，包括权利要求32至35中的任一项所述的可变形膜组件。
37. 根据权利要求36所述的护目镜物品，包括具有镜框部的镜架，其特征在于，所述可 变形膜组件被安装于所述镜框部内。
38. 参考附图3-12,或附图19-20,或附图21-22及其解释的实质上如上文所述的一种 可变性膜组件。
39. 参考附图2-12及其解释的实质上如上文所述的一种眼镜。
【文档编号】G02B3/14GK104364699SQ201280073456
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2012年6月20日 优先权日:2012年3月27日
【发明者】罗伯特爱德华·史蒂文斯, 亚历克斯·埃金顿, 本杰明托马斯崔斯特瑞姆·霍兰德, 丹尼尔保罗·罗兹, 迪琼·彼特罗平托, 德里克保罗福布斯·比恩, 罗杰布莱恩明欣·克拉克, 彼得李·克罗斯利, 理查德利夫道格拉斯·穆雷, 爱德温詹姆斯·斯通 申请人:Adlens 有限公司