一种基于透明电致动聚合物材料的自适应眼镜及控制系统技术方案

技术编号:26530136 阅读:21 留言:0更新日期:2020-12-01 14:08
本发明专利技术提供一种基于透明电致动聚合物材料的自适应眼镜,镜片包括朝向眼睛的内层膜、朝向外侧的外层膜,及位于内层膜和外层膜之间的驱动层;驱动层与内层膜内壁固定,且与外层膜之间填充液体凝胶;内层膜为软质薄膜,外层膜为硬质薄膜,驱动层为透明电致动聚合物材料。在镜片中设置透明电致动聚合物的驱动层,可以根据传感器采集的眼角肌肉松弛度信息,使控制器持续输出相对应的工作电压。驱动层在工作电压的驱动下会发生曲面变形,从而改变镜片的焦距,实现度数的调节。该眼镜具有制造成本低、实用性强、功能多样、操作简单等诸多优点。同时,该眼镜也具有诸多应用,例如实现自适应的3D眼镜、墨镜、泳镜和变色眼镜以及远视自适应眼镜等。

【技术实现步骤摘要】
一种基于透明电致动聚合物材料的自适应眼镜及控制系统
本专利技术涉及电致动聚合物材料的应用
,具体来说是一种基于透明电致动聚合物材料的自适应眼镜及控制系统。
技术介绍
在现代社会中,随着电子产品的普及以及现代生活节奏的加快,越来越多的人出现视力问题,走进了戴眼镜的队伍。据调查,我国戴眼镜的人数已经超过了3亿,占到全国人口的33%左右,同时戴眼镜的人数每年都在增加。佩戴近视眼镜可以矫正视力,使眼睛能清晰地看到外界,但由于眼睛近视度数是在不断变化的,甚至在同一天中的不同时间段,随着眼睛疲劳程度的不同也会改变,因此,佩戴固定度数眼镜会出现度数不匹配的现象,这对眼睛健康有非常大的负面影响,会造成近视度数增大,甚至会产生眼部疾病等严重后果。目前针对近视眼镜佩戴度数不匹配问题,主要还是通过定期的验光检查,重新配镜以减小对眼睛的影响,该方法不仅仍然存在着更换周期长,无法及时应对度数调节的缺点,而且存在着资源浪费现象。此外,以泳镜、墨镜为代表的非长期佩戴眼镜或3D眼镜、VR眼镜为代表的公共资源眼镜(使用者不固定)均很难使用固定度数模式,在其实际使用过程中,对于近远视患者均存在诸多不便。目前除了上述方法外,也有常将复杂机构传动装置应用在可调度数的近视眼镜中,例如:申请号CN202020100655.7公开了一种可变度数眼镜的镜片调节机构,其通过设置调节旋钮、移动块、连接板、偏心轴、微型变速箱和微型电机,实现偏心轴运行范围的调节,进而实现镜片与镜架上另一镜片距离的调节。以该专利技术为代表的现有技术的核心原理是通过复杂机械传动机构实现两个镜片之间距离的调节,为本申请提供了技术参考,但是这些专利技术中在实际应用中存在很多实质问题需要解决。第一,能在眼镜镜架上布置的微小电机和变速箱的尺度极小,对精度和制造材料的要求很高,目前不仅国内的制造手段很难实现,国际最高技术水平的实现成本也极高,一旦出现故障,维修和更换零件的成本也极高;第二,调节过程复杂,精度难以把控,专利技术中包含的复杂控制系统在实际操作中很难实现即时准确反馈,调节不当,会导致镜片度数与实际需求不吻合,对眼睛造成更大的伤害;第三,机械结构的重量会大大增加眼镜的重量,增加佩戴的不适感。基于这些实际问题,可见现有技术仍没有解决度数可调眼镜的设计和控制问题,减轻调控系统复杂度和眼镜重量是迫切需要解决的实质问题。近年来,柔性智能材料在驱动和传感方面得到了广泛的应用。例如申请号:CN201811373909.6公开了一种基于电致动材料驱动的管道检测机器人,申请号:CN201711068059.4公开了一种基于电致动聚合物驱动的步进电机,这些都说明电致动材料的应用技术已经非常成熟。同时,透明电致动材料的制备技术也已经非常成熟,该材料在光学、显示设备等领域有着广泛的应用。因此,本专利技术利用现有柔性智能材料的发展,提出一种基于透明电致动聚合物的自适应眼镜。传统眼镜一旦制成就无法更改眼镜的凹凸程度,而本自适应眼镜自动调节是镜片的凹凸程度,从而解决了因为度数变化而带来的多次更换眼镜的问题,也让以泳镜、墨镜为代表的非长期佩戴眼镜或3D眼镜、VR眼镜为代表的公共资源眼镜(使用者不固定)具有自动调节度数的模式。同时,该眼镜调节过程简单、易于操作,也不需要制造精密的微小零件。本自适应眼镜具有制造成本低、实用性强、功能多样、操作简单等诸多优点。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于如何提供一种能够实时自动调节度数的眼镜。本专利技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题:一种基于透明电致动聚合物材料的自适应眼镜,包括镜片(1)、镜架、控制器(3)、传感器(2)、电源(7);所述镜片(1)包括朝向眼睛的内层膜(11)、朝向外侧的外层膜(12),及位于内层膜(11)和外层膜(12)之间的驱动层(13);所述内层膜(11)、外层膜(12)通过固定装置(15)固定成整体,其在所述内层膜(11)内壁固定驱动层(13),且所述驱动层(13)与外层膜(12)之间填充有液体凝胶(14);所述内层膜(11)为软质薄膜;所述传感器(2)、控制器(3)、电源(7)均固定在镜架上;所述驱动层(13)为透明电致动聚合物材料制得;所述电源(7)向传感器(2)、控制器(3)供电;所述传感器(2)与控制器(3)通信连接;所述传感器(2)用以获取眼角肌肉松弛度信息;所述控制器(3)接收所述传感器(2)发送的肌肉松弛度信息,并根据信息控制控制器(3)的两个输出引脚向驱动层(13)供电电压;所述驱动层(13)在施加电压后会发生曲面形变,带动内层膜(11)发生对应形变,实现度数可调。驱动层(13)包括底膜(131),在底膜(131)中心点周向放射性布置多个驱动单元(133);所述多个驱动单元(133)通过导线并联,形成驱动单元(133)层,在驱动单元(133)层表面覆盖有顶膜。多个所述驱动单元(133)分布成多个同心圆,相邻同心圆的驱动单元(133)错位布置。进一步的,驱动层(13)还包括多个支撑驱动单元(134);所述支撑驱动单元(134)放射性布置在底膜(131)的中心点周向,且所述支撑驱动单元(134)包括多段首尾绝缘连接的子驱动单元(134’)。所述支撑驱动单元(134)包括子驱动单元(134’)数量与驱动单元(133)的同心圆相同,多个子驱动单元(134’)分别位于相应的同心圆上。每个所述驱动单元(133)的两侧为电极板;在所述驱动单元层的一侧,每个同心圆上所有的驱动单元(133)通过环形导线(135)并联连接,然后通过透明导线(136)将多个环形导线(135)引出与控制器(3)电气连接;所述驱动单元(133)层的两侧导线布设方式相同。所述的传感器(2)为肌电传感器(2),通过调节机构固定在镜腿(5)靠近镜框(4)处,佩戴眼镜时,通过调节机构,可实现传感器(2)的角度及长度调节;所述电池为纽扣电池,和控制器(3)固定在镜腿(5)端;所述传感器(2)、控制器(3)、电源(7)的连接导线沿镜腿(5)布设。固定装置(15)包括内环(151)和外环(152);所述内环(151)和外环(152)的周向形状与镜片(1)形状一致,且内环(151)和外环(152)的宽度与镜片(1)外边沿宽度一致;所述内层膜(11)尺寸略大于内环(151),覆盖在内环(151)内侧端口,多余部分翻边到内环(151)外表面并通过胶粘与内环(151)外表面固定;所述外层膜(12)覆盖在内环(151)的外侧端口,并用胶粘固定;所述外环(152)套设在内环(151)外,并通过胶粘与内环(151)固定;在所述外环(152)的侧壁上周向自镜片(1)内至外开设有多道卡槽(41),在镜框(4)内壁上设置有与卡槽(41)卡接配合的卡键(153),通过卡槽(41)与卡键(153)的卡接,使镜片(1)固定在镜框(4)内。调节机构包括弹性套筒(81),弹性套筒(81)与镜腿(5)内壁固定连接;所述弹性套筒(81)内固定有弹性球(83),弹性套筒(81)外螺合有挤压螺母;所述弹性球(83)上开设有螺孔,螺孔内螺合有螺杆,螺杆的端部固定所述传感本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于透明电致动聚合物材料的自适应眼镜,其特征在于:包括镜片(1)、镜架、控制器(3)、传感器(2)、电源(7);所述镜片(1)包括朝向眼睛的内层膜(11)、朝向外侧的外层膜(12),及位于内层膜(11)和外层膜(12)之间的驱动层(13);所述内层膜(11)、外层膜(12)通过固定装置(15)固定成整体,其在所述内层膜(11)内壁固定驱动层(13),且所述驱动层(13)与外层膜(12)之间填充有液体凝胶(14);所述内层膜(11)为软质薄膜;所述传感器(2)、控制器(3)、电源(7)均固定在镜架上;所述驱动层(13)为透明电致动聚合物材料制得,所述电源(7)向传感器(2)、控制器(3)供电;所述传感器(2)与控制器(3)通信连接;所述传感器(2)用以获取眼角肌肉松弛度信息;所述控制器(3)接收所述传感器(2)发送的肌肉松弛度信息,并根据信息控制器(3)向驱动层(13)提供电压;所述驱动层(13)施加电压后发生曲面形变,带动内层膜(11)发生对应形变。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于透明电致动聚合物材料的自适应眼镜,其特征在于:包括镜片(1)、镜架、控制器(3)、传感器(2)、电源(7);所述镜片(1)包括朝向眼睛的内层膜(11)、朝向外侧的外层膜(12),及位于内层膜(11)和外层膜(12)之间的驱动层(13);所述内层膜(11)、外层膜(12)通过固定装置(15)固定成整体,其在所述内层膜(11)内壁固定驱动层(13),且所述驱动层(13)与外层膜(12)之间填充有液体凝胶(14);所述内层膜(11)为软质薄膜;所述传感器(2)、控制器(3)、电源(7)均固定在镜架上;所述驱动层(13)为透明电致动聚合物材料制得,所述电源(7)向传感器(2)、控制器(3)供电;所述传感器(2)与控制器(3)通信连接;所述传感器(2)用以获取眼角肌肉松弛度信息;所述控制器(3)接收所述传感器(2)发送的肌肉松弛度信息,并根据信息控制器(3)向驱动层(13)提供电压;所述驱动层(13)施加电压后发生曲面形变,带动内层膜(11)发生对应形变。


2.根据权利要求1所述的一种基于透明电致动聚合物材料的自适应眼镜,其特征在于:所述驱动层(13)包括底膜(131),在底膜(131)中心点周向放射性布置多个驱动单元(133);所述多个驱动单元(133)通过导线并联,形成驱动单元(133)层,在驱动单元(133)层表面覆盖有顶膜。


3.根据权利要求2所述的一种基于透明电致动聚合物材料的自适应眼镜,其特征在于:多个所述驱动单元(133)分布成多个同心圆,相邻同心圆的驱动单元(133)错位布置。


4.根据权利要求2或3所述的一种基于透明电致动聚合物材料的自适应眼镜,其特征在于:所述驱动层(13)还包括多个支撑驱动单元(134);所述支撑驱动单元(134)放射性布置在底膜(131)的中心点周向,且所述支撑驱动单元(134)包括多段首尾绝缘连接的子驱动单元(134’)。


5.根据权利要求4所述的一种基于透明电致动聚合物材料的自适应眼镜,其特征在于:所述支撑驱动单元(134)包括子驱动单元(134’)数量与驱动单元(133)的同心圆相同,多个子驱动单元(134’)分别位于相应的同心圆上。


6.根据权利要求1至5任一所述的一种基于透明电致动聚合物材料的自适应眼镜,其特征在于:所述传感器(2)为肌电传感器(2),通过调节机构固定在镜腿(5)靠近镜框(4)处,佩戴眼镜时,通过调节机构,可实现传感器(2)的角度及长度;所...

【专利技术属性】
技术研发人员:常龙飞杨海林宋伟王延杰饶曼婷胡颖吴玉程
申请(专利权)人:合肥工业大学
类型:发明
国别省市:安徽;34

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