改善的非圆形流体填充透镜光学元件制造技术

一种密封的非圆形流体填充透镜的光学和机械设计，其能够提供各种光学倍率。流体透镜包括至少三个光学组件：至少一个几乎刚性的光学盘、至少一个几乎柔性的光学膜以及透明流体的层，该透明流体的层经由流体通道连接到储液器，容纳在储液器中的过量流体可以被提供以增大流体透镜内的流体容积来改变流体透镜的倍率。流体透镜能够提供球面和象散误差的校正，并且利用轮廓化的膜来将图像象差最小化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施例涉及由流体填充的透镜，尤其涉及可变的流体填充透镜。
技术介绍
从约1958年起就已经知道了基本的流体透镜，如美国专利No. 2,836, 101中所描述的，通过引用方式将其全部结合在这里 。更近的示例可以在由Tang等人所著的“Dynamically Reconfigurable Fluid Core Fluid Cladding Lens in a MicrofluidicChannel” (Lab Chip, 2008 年第 8 期第 395 页)以及 WIPO 公报 W02008/063442 中找到，这二者都通过引用方式全部结合在这里。流体透镜的这些应用涉及光子学、数字电话和摄像机技术、以及微电子学。流体透镜也被建议用于眼科应用(例如，见美国专利No. 7，085，065，通过引用方式将其全部结合在这里)。在所有这些情况下，都不得不把流体透镜的优点(包括宽动态范围、提供适应性校正的能力、耐用性和低成本)针对孔径尺寸、泄漏趋势、性能的一致性等因素进行平衡。例如’ 065专利已经公开了涉及改善用在眼科应用中的流体透镜中的流体的有效密封的几种改善和实施例，但是不局限于它们(例如，见美国专利No. 6，618，208，通过引用方式将其全部结合在这里)。流体透镜的倍率(power)调整可以通过由电浸润、施加超声脉冲以及在引入膨胀剂(例如水)时利用交联聚合物中的膨胀カ等方式将附加流体注入到透镜腔中来实现。在所有这些情况下，在流体透镜技术中存在几个关键限制，它们需要被克服以对优化该技术的商业要求。例如，流体透镜的厚度通常都比相同倍率和直径的传统透镜更大。此外，当前不能在使用流体透镜技术的透镜光学元件上提供各种球倍率以及象散。流体透镜没有被制造为圆形之外的形状，因为在非圆形流体透镜中不均匀的膨胀会引起复杂性。因此期望对于这些限制提供解决方案，以使得商业化变得容易。
技术实现思路
在上文的
技术介绍
部分描述的已有的流体填充透镜技术的限制可以通过如这里描述地构造流体透镜来除去。在现有技术中描述的流体透镜一般是圆形透镜，因为难以制造没有光学象差的非圆形流体透镜。一些现有技术的流体透镜使用球形前透镜来校正当其具有非圆形形状时由膜的膨胀引起的光学象差。因为这种校正可以仅对于对应于ー种具体膨胀程度的ー个具体形状的膜来制造，所以仅调整前透镜的光学特性不足以完全校正该问题。ー些流体填充透镜使用在光学元件上的不同点处具有不同厚度的轮廓化(contoured)的膜来减小流体透镜中的光学象差(主要是象散)。本专利技术的实施例包括从结合光学图像分析的设计优化法得出的改善的轮廓化膜设计，该分析使用有限元软件来计算膜与在流体层中产生的具体流体静力学压カ相对应的机械变形。在本专利技术的一个实施例中，流体透镜包括前透镜、膜和它们之间的流体层，前透镜被构造为补偿在膜膨胀时在该流体透镜组件中产生的象散。在特定实施例中， 该膜包括厚度轮廓(contour),至少ー个这种轮廓在所述流体透镜组件的光学区内。在其它实施例中，前透镜被构造为进行补偿以消除在膜的具体膨胀阶段下膜的非球面性。膨胀的具体阶段可以例如在期望的倍率的全范围内，或者在膜的完全膨胀的三分之ー处。在这里參照附图描述本专利技术的其他的实施例、特征和优点以及本专利技术的各种实施例的结构和操作。附图说明结合在这里并形成说明书的一部分的附图示出了本专利技术，并且与说明书一起进ー步用来解释本专利技术的原理并且使得本领域技术人员能够使用本专利技术。图I示出了根据本专利技术的第一实施例的透镜的一部分的前视图。图2是示出了对于图I的实施例沿着X和y轴的球倍率的图。图3A示出了根据本专利技术的另ー个实施例的透镜的前视图。图3B示出了图3A的实施例的y和X方向上的厚度外形。图3C是示出了对于图3A的实施例在水平方向上的视网膜图像质量与凝视角的关系的图表。图3D是示出了对于图3A的实施例在垂直方向上的视网膜图像质量与凝视角的关系的图表。图4A示出了根据本专利技术的另ー个实施例的透镜的前视图。图4B示出了图4A中示出的实施例的附加视图。图4C示出了图4A的实施例沿着X和y轴的表面光学特性的两个图表。图4D示出了图4A的实施例沿着X和y轴的象散值的两个图表。图4E是示出了图4A的实施例的视网膜光斑尺寸的图表。图5是示出了根据本专利技术的实施例的设计透镜的方法的流程图。将会參照附图描述本专利技术。具体实施例方式虽然讨论了具体的构造和布置，应当理解这只是为了示意性目的而进行的。本领域技术人员将会明白可以在不超出本专利技术的精神和范围的情况下使用其他构造和布置。本领域技术人员将会明白本专利技术也可以应用到各种其他应用中。注意，在说明书中的“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”等表示所描述的实施例可以包括具体特征、结构或特性，但是每个实施例不一定包括具体的特征、结构或特性。此外，这种词语不一定指代相同实施例。此外，当结合实施例描述具体特征、结构或特性吋，本领域技术人员应当知道无论是否明白地描述这些特征、结构或特性可以结合其他实施例来实现。在本公开上下文中，术语“流体透镜组件”将会被用来描述刚性前透镜、柔性膜和居间流体的组件，但是术语“流体透镜”将会被用来表示流体层以及包含流体并且形成流体透镜的表面的两个表面。术语“膨胀”被用在这里表示当附加流体被注入到流体透镜组件从而使得膜伸展时，膜的向外弯曲。如这里所讨论的，在流体透镜的倍率改变与施加的膨胀水平之间存在直接或比例关系。术语“光学区”被用来表示流体透镜中的观看区，该观看区以与用户眼睛的位置相对应的光轴为中心。在示例性实施例中，光学区为约15_宽(沿着X轴)以及约12mm高(沿着y轴)，这对应于约+/-15度的水平凝视角和约+/-12度的垂直凝视角。词“轮廓化”表示诸如机械学尺度(例如厚度)的、机械特性(例如下陷)的或光学特性(例如在x、y平面中的倍率或象散)的变化。这里提供的非球面流体透镜包括由玻璃或塑料或任何其他合适材料制成的几乎刚性的光学透镜、在前透镜的边缘上伸展的几乎柔性的轮廓化膜以及形成在前透镜与柔性膜之间的流体填充腔。在实施例中，该流体透镜经由连接管连接到储液器，该储液器包括容纳过量流体的成形弾性可变形膜。流体透镜、连接管和储液器一同形成密封単元。进行供应来挤压储液器，将流体推动出来通过连接管进入到流体透镜。例如，进行供应挤压储液器可以具有活塞推动隔膜来增加储液器内的压カ的形式、用于挤压储液器的卡钳的形式，或者本领域技术人员已知的任何其他流体泵或致动器的形式。示例性密封単元例如在美国专利No. 12/399，368中公开，通过引用将其全部结合在这里。 如这里所讨论的，本专利技术的实施例包括从结合光学图像分析的设计优化法得出的改善的轮廓化膜设计，该分析使用有限元软件来计算膜的与在流体层中产生的具体流体静力学压カ相对应的机械变形。该设计导致能够开发非圆形流体透镜的一系列膜厚轮廓。图I示出了根据本专利技术的实施例的流体填充透镜。非球面流体透镜100包括厚区110、铰链状部分160、过渡区140和中央盘区域120。在实施例中，厚区110具有约Imm的厚度，中央盘区120具有约0. 225mm的厚度，并且在盘边缘130处的过渡区140的厚度约为0.1125mm。在实施例中，中央盘区120具有约12mm的直径本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.10.13 US 61/251,155;2010.08.02 US 12/848,9101.ー种流体透镜组件，包括 前刚性透镜； 半柔性膜；以及 在它们之间的流体层， 其中，前透镜被构造为对所述膜膨胀时在所述流体透镜组件中产生的象散进行补偿，并且 其中，所述膜包括厚度轮廓，并且其中，至少ー个这种轮廓在所述流体透镜组件的光学区内。2.根据权利要求I所述的流体透镜，其中，所述前透镜被构造来基本消除在所述膜的具体膨胀阶段中所述膜的非球面性，其中，所述膨胀的具体阶段在期望的倍率的全范围内。3.根据权利要求2所述的流体透镜，其中，所述膨胀的具体阶段是所述膜的完全膨胀的三分之一。4.根据权利要求2所述的流体透镜，其中，所述膜包括铰链部分，所述铰链部分的厚度在O. 01mm到O. 35mm范围内。5.根据权利要求4所述的流体透镜，其中，所述铰链部分的厚度在O.07mm到O. 25mm的范围内。6.根据权利要求2所述的流体透镜，其中，所述膜包括铰链部分，所述铰链部分的纵横比在2. O到100. O的范围内。7.根据权利要求6所述的流体透镜，其中，所述铰链部分的纵横比在3.O到30. O的范围内。8.根据权利要求2所述的流体透镜，其中，所述膜的厚度沿着X轴朝向所述流体透镜的远端而増加。9.根据权利要求I所述的流体透镜，其中，所述前透镜的折射率在所述流体的折射率的O. 02単位内。10.根据权利要求I所述的流体透镜，其中，所述膜的折射率...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿米塔瓦·古普塔，尔本·肖纳勒，卡里姆·哈罗德，汉斯·杰格，莉萨·尼鲍尔，帕斯卡尔·洛瑟，威廉·威甘，
申请(专利权)人：阿德伦丝必康公司，
类型：发明
国别省市：