用于流体填充透镜的线框的无动力概念

摘要

本文描述用于控制到流体填充透镜的流体流动的无动力致动器臂的各种实施例。竖直夹钳组件通过安装在外壳外侧上的滑动件的侧向位移来沿着第一竖直方向压缩溶液储器。组件还可以形成为通过滑动件的侧向位移来沿着第二水平方向提供对储器的压缩。在另一实施例中，外壳可以容纳活塞，活塞在外壳内侧向移动，并且使同样位于外壳内并设置成与活塞相邻的储器塌缩。外壳可以包括多个可压缩穹形突起，每个穹形突起可被压缩以引起对设置在外壳内的储器的局部压缩。储器的压缩引起透镜模块的流体膨胀。

说明书

技术领域

本发明涉及流体填充透镜，特别是涉及可变流体填充透镜。

背景技术

如在美国专利2,836,101中所述，大约从1958年开始基本流体透镜已 经众所周知，该专利通过引用整体结合于本说明书中。在由Tang等人发 表于Lab Chip的2008年第8卷第395页上的“Dynamically Reconfigurable  Fluid Core Fluid Cladding Lens in a Microfluidic Channel”和WIPO公开文本 WO2008/063442中可以找到较新的示例，这些文献都通过引用整体结合于 本说明书中。流体透镜的这些应用涉及光子学、数字电话和摄像技术和微 电子学。

流体透镜还已经被提出用于眼科应用（例如，参见美国专利 7,085,065，该专利通过引用整体结合于本说明书中）。在各种情况下，流 体透镜的优点（例如，宽动态范围、提供自适应校正的能力、鲁棒性和低 成本）必须与对孔尺寸的限制、泄露的可能性和性能的一致性相互平衡。 例如，’065专利公开了涉及用于眼科应用的流体透镜中流体的有效密闭的 一些改进和实施例。通过将附加流体注入到透镜腔中、通过施加超声波脉 冲引起的电润湿和通过在引入膨胀剂（例如水）之后利用交联聚合物中的 膨胀力，来影响流体透镜的焦强调节。

发明内容

在实施例中，用于密封流体填充透镜的致动器包括夹钳组件，夹钳组 件具有固定端、自由端、钳部顶部钳部和底部钳部。储器设置在夹钳组件 内，其中，储器与流体填充透镜流体连通。储器布置在固定端和自由端之 间与夹钳组件的长度平行，以使得弯曲夹钳组件将沿着储器的长度压缩储 器。滑动件能够沿着夹钳组件的外表面侧向移动，其中，滑动件从夹钳组 件的一端到另一端的移动将使夹钳组件弯曲。

在另一实施例中，用于密封流体填充透镜的致动器包括外壳和储器。 储器设置在外壳内，并且储器布置成与外壳的长度平行。活塞布置在外壳 内部并且连接到储器的端部，其中，活塞从外壳的第一端到外壳的第二端 的侧向移动使储器自身塌缩。滑动件沿着外壳的外表面侧向移动，其中， 滑动件从外壳的第一端到外壳的第二端的移动将推动活塞，从而使储器自 身塌缩。

在另一实施例中，用于密封流体填充透镜的致动器包括外壳和沿着外 壳的外表面布置的多个可压缩穹形突起。外壳包括内半部和外半部。多个 穹形突起包括沿着外壳的内半部的外表面布置的多个亚稳态穹形突起和沿 着外壳的外半部的外表面布置的多个双稳态穹形突起，其中，每个双稳态 穹形突起布置成正面对相应的亚稳态穹形突起。致动器还包括储器，储器 布置在外壳内位于多个亚稳态穹形突起和多个双稳态穹形突起之间，其 中，储器与流体填充透镜流体连通。

附图说明

附图包括于说明书中并形成说明书的一部分，附图示出本发明的实施 例，并且附图与说明书一起还用于说明本发明的原理并使得本领域技术人 员能够制造和使用本发明。

图1示出流体填充透镜系统的实施例的透视图。

图2a示出示例性竖直夹钳致动器的透视图。

图2b示出图2a的竖直夹钳致动器的横截面图。

图3示出示例性滑动件的实施例的透视图。

图4a示出根据实施例在竖直夹钳致动器上处于第一位置的滑动件的侧 视图。

图4b示出根据实施例在竖直夹钳致动器上处于第二位置的滑动件的 侧视图。

图4c示出根据实施例在竖直夹钳致动器上处于第三位置的滑动件的侧 视图。

图5a示出示例性水平夹钳致动器的透视图。

图5b示出图5a的水平夹钳致动器的横截面图。

图6a至图6d示出示例性滑动件的实施例的透视图。

图7a示出根据实施例在水平夹钳致动器上处于第一位置的滑动件的俯 视图。

图7b示出根据实施例在水平夹钳致动器上处于第二位置的滑动件的 俯视图。

图7c示出根据实施例在水平夹钳致动器上处于第三位置的滑动件的俯 视图。

图8示出示例性活塞驱动致动器的剖开透视图。

图9a示出根据实施例在活塞驱动致动器上处于第一位置的滑动件的剖 开侧视图。

图9b示出根据实施例在活塞驱动致动器上处于第二位置的滑动件的 剖开侧视图。

图9c示出根据实施例在活塞驱动致动器上处于第三位置的滑动件的剖 开侧视图。

图10示出示例性夹层穹形突起致动器的分解透视图。

图11示出根据实施例说明双稳态穹形突起的致动原理的横截面图。

图12a至图12d示出根据实施例说明亚稳态穹形突起的致动原理的横 截面图。

将参照附图描述本发明的实施例。

具体实施方式

尽管讨论具体构造和布置，但是应当理解这样做仅是为了举例说明。 相关领域技术人员将理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以 使用其他构造和布置。对于相关领域技术人员来说很明显本发明还可以用 于各种其他应用中。

应当注意，说明书提到的“一个实施例”、“实施例”和“示例性实 施例”等表示公开的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但不是每个 实施例都必须包括该特定特征、结构或特性。此外，这种用语不一定指同 一实施例。此外，当结合一实施例描述特定特征、结构或特性时，无论是 否明确记载，本领域技术人员能知道结合其他实施例使这些特征、结构或 特性产生效果。

流体透镜比常规视力校正装置（硬性透镜和隐形眼镜）有明显优势。 首先，流体透镜易于调节。因此，需要附加正焦强（power）校正以观察 近处物体的远视眼患者可以佩戴匹配距离规定的基本焦强的流体透镜。然 后用户可以根据需要调节流体透镜以获得附加正焦强校正，从而观察中等 距离和其他距离处的物体。

其次，佩戴者可以在期望的焦强范围内连续地调节流体透镜。结果， 佩戴者可以调节焦强以精确地匹配用于特定光环境中的特定物体距离的屈 光不正。因此，流体透镜能实现调节焦强以补偿眼睛的自然焦点深度的改 变，眼睛的自然焦点深度取决于佩戴者的瞳孔大小，而瞳孔大小又取决于 环境亮度级。

第三，尽管对应于1弧分（1/60度）图像分辨力的20/20视力通常被 认为表示视力的可接受质量，但是人的视网膜能够实现更精细的图像分辨 力。已知健康人的视网膜能分辨20弧分（1/300度）。旨在使患者能实现 这种优异视力水平的校正眼镜具有约0.10D或更好的分辨力。可利用连续 可调节的流体透镜元件来实现这种分辨力。

在流体透镜组件的实施例中，一个或多个流体透镜可以具有其自身的 致动系统，以使得每个眼镜的透镜可被独立地调节。这种特征使得佩戴者 （例如屈光参差患者）能独立地校正每个眼镜中的任意屈光不正，以同时 实现双眼的适当校正，这可产生更好的双眼视力和双眼总和。

图1示出根据本发明的实施例的流体填充透镜系统100的透视图。流 体填充透镜系统100包括：桥部102、左和右透镜模块104、左和右铰链 108、左和右致动器臂110、以及致动器臂110的左和右远端部112。应当 理解，对所列出的每个组件的全部描述可同时应用于系统中每个组件的左 和右翻版。铰链108将透镜模块104连接到致动器臂110。致动器臂110 进行操作以压缩储器（未示出）并在储器和透镜模块104之间传输流体。 致动器臂110的远端部112成型为可戴在佩戴者的耳朵上。

在实施例中，透镜模块104还包括框边106，框边106限定透明模块 104的边缘。透镜模块104还可以包括柔性后表面，例如由在刚性光学透 镜的边缘之间平坦地延伸的柔性膜（未示出）提供该柔性后表面。为改变 透镜模块104的光学焦强，可通过增加来自储器（未示出）的流体而使膜 膨胀。储器放置在致动器臂110内部，并且经由布置在铰链108内的连接 管（未示出）连接到透镜模块104。连接管设计成使其中容纳的流体无法 渗透通过。在实施例中，包括透镜模块104、连接管和储器的整个组件设 计成在两年或更长的整个使用期限内对流体和空气保持密封。在实施例 中，连接管是薄的，以便被容纳在铰链腔内。在实施例中，连接管的外径 小于2.0mm并且壁厚小于0.50mm，以保持流体的适当流动。在实施例 中，连接管能被弯曲达到不小于60度的角度。在实施例中，连接管能够 被弯曲达到不小于45度的角度且不会有褶皱。在实施例中，连接管对于 铰链的重复弯曲是耐用的。

本文描述致动器臂110的设计和压缩储器并改变透镜模块104的光学 焦强的方法。

图2a示出致动器臂110的实施例的透视图。在本实施例中，竖直夹钳 致动器200包括夹钳组件218，夹钳组件218具有固定端202、自由端 204、顶部钳部206和底部钳部208。储器210设置在顶部钳部和底部钳部 之间。竖直夹钳致动器200还包括支架212、机械止挡件214a和214b和 滑动件216。在实施例中，滑动件216装在顶部钳部206和底部钳部208 上，并且可以在两个机械止挡件214a和214b之间沿着夹钳组件218的长 度侧向滑动。在实施例中，如图2a所示，滑动件216可以沿着夹钳组件 218的内侧侧向滑动。该内侧被理解为朝向佩戴者头部的一侧。

图2b提供竖直夹钳致动器200的横截面图。图2b还提供布置在滑动 件216与顶部钳部206和底部钳部208两者之间的球珠轴承220的示图。 球珠轴承220提供滑动件216与组件的其他部分之间的低摩擦接触。其他 轴承设计也可以用于滑动件的移动，例如，滚轴滑动件、平面轴承或燕尾 轴承。图2b还提供支架212的示例性示图，支架212对顶部钳部206和底 部钳部208提供支撑。尽管图2b示出具有弯曲形状的顶部钳部206和底部 钳部208，但是还可以使用其他形状（例如平坦形状）以产生对储器210 的进一步压缩。

图3示出去除组件的其他部分后的滑动件216的透视图。在实施例 中，滑动件216具有圆形套箍形状。也可以使用用于滑动件216的其他形 状，例如括号（bracket）形状。

图4a示出竖直夹钳致动器400的侧视图，其中滑动件216在第一位置 抵靠机械止挡件214a。图4b示出竖直夹钳致动器402，其中滑动件216沿 着夹钳组件218的内侧在夹钳组件218的固定端202和自由端204之间侧 向移动（404）到第二位置。该移动使得顶部钳部206和底部钳部208朝 向彼此收缩并压缩储器210。图4c示出竖直夹钳致动器406，其中滑动件 216沿着夹钳组件218的内侧侧向移动（408）到第三位置而抵靠机械止挡 件214b。移动到第三滑动件位置引起进一步压缩储器210达到最大压缩状 态。在实施例中，在滑动件216沿着夹钳组件218的内侧离开自由端204 朝向固定端202侧向移动时，作用在储器210上的压缩力被释放，储器 210回弹到其原始形状，在流体上临时引起低压，因此将流体从透镜模块 104拉回。

图5a示出致动器臂110的实施例的透视图。在本实施例中，水平夹钳 致动器500包括夹钳组件516，夹钳组件516具有固定端502、自由端 504、固定钳部506和自由钳部508。储器510设置在固定钳部506和自由 钳部508之间。竖直夹钳致动器500还包括机械止挡件512a和512b以及 滑动件514。在实施例中，滑动件514装在固定钳部506和自由钳部508 上，并且可以在机械止挡件512a和512b之间沿着夹钳组件516的长度侧 向滑动。

在实施例中，固定钳部506和自由钳部508两者可以具有任意形状或 尺寸。在实施例中，固定钳部506的括号形状可以大于自由钳部508的括 号形状。

图5b提供水平夹钳致动器500的横截面图。球珠轴承518布置在滑动 件514与任一钳部或两个钳部之间。球珠轴承518提供滑动件514与夹钳 组件516的外表面之间的低摩擦接触。在实施例中，还可以包括球珠轴承 520以提供滑动件514和储器510之间的滚动接触。球珠轴承520比球珠 轴承518需要更大的力来克服静摩擦，并且防止滑动件514的非期望移 动。其他轴承设计也可以用于滑动件514的移动，例如，滚轴滑动件、平 面轴承或燕尾轴承。

图6a至图6d示出与水平夹钳致动器500一起使用的滑动件设计的实 施例。图6a示出开括号滑动件600的透视图。图6b示出闭括号滑动件 602的透视图。图6c示出开括号滑动件600的透视图，还示出连接件604 和滑动圈606。滑动圈606比开括号滑动件600或闭括号滑动件602装配 成更紧密地围绕夹钳组件518。连接件604将滑动圈606连接到开括号滑 动件600。在实施例中，滑动圈606使用球珠轴承（未示出），以如前文 所述那样与任一或两个钳部或储器510接触。在滑动件600设置成沿着夹 钳组件516的长度时，包括滑动圈606提供作用在夹钳上的更恒定的力。 图6d示出位于闭括号滑动件602内的如上所述的滑动圈606和连接件 604。

图7a示出水平夹钳致动器700的俯视图，其中滑动件514在第一位置 抵靠机械止挡件512a。图7b示出水平夹钳致动器702，其中滑动件514沿 着夹钳组件516的长度在夹钳组件516的固定端502和自由端504之间侧 向移动（704）到第二位置。该移动使得自由钳部508朝向固定钳部506 收缩并压缩储器510。图7c示出水平夹钳致动器706，其中滑动件514沿 着夹钳组件516的长度侧向移动（708）到第三位置而抵靠机械止挡件 512b。移动到第三滑动件位置引起进一步压缩储器510达到最大压缩状 态。在实施例中，在滑动件514沿着夹钳组件516的长度离开自由端504 朝向固定端502侧向移动时，作用在储器510上的压缩力被释放，储器 510回弹到其原始形状，在流体上临时引起低压，因此将流体从透镜模块 104拉回。

图8示出致动器臂110的实施例的透视图。在本实施例中，活塞驱动 致动器800包括外壳812、设置在外壳812内的活塞802、和设置在外壳 812内的储器804，远端部806连接到活塞802。活塞驱动致动器800还包 括机械止挡件808a和808b以及滑动件810。在实施例中，滑动件810装 配成围绕外壳812的外表面，并且可以在机械止挡件808a和808b之间沿 着外壳812的长度侧向滑动。

在实施例中，活塞802是具有固定极性的磁体。在实施例中，滑动件 810是具有与活塞802的极性相反的固定极性的磁体。滑动件810沿着外 壳812的长度进行侧向滑动，由于活塞802和滑动件810之间的磁性力， 使得活塞802也在外壳812内侧向移动。滑动件810可以具有任意形状， 例如图6a或图6b中所示的形状。

图9a示出活塞驱动致动器900的侧视图，其中滑动件810在第一位置 抵靠机械止挡件808a。图9b示出活塞驱动致动器902，其中滑动件810沿 着外壳812的长度在机械止挡件808a和808b之间侧向移动（904）到第二 位置。该移动904使得活塞802也侧向移动，从而推动储器804的远端部 806而更靠近铰链108并且使储器804塌缩。图9c示出活塞驱动致动器 906，其中滑动件810沿着外壳812的长度侧向移动（908）到第三位置而 抵靠机械止挡件808b。侧向移动（908）到第三滑动件位置引起进一步使 储器804塌缩达到最大状态。在实施例中，在滑动件810沿着外壳812的 长度侧向移动离开铰链108时，活塞802也侧向移动离开铰链108。这使 得储器804回弹到其原始形状，在流体上瞬时引起低压，因此将流体从透 镜模块104拉回。

图10示出致动器臂110的另一实施例的分解透视图。在本实施例 中，夹层穹形突起致动器1000包括具有内半部1002和外半部1004的外壳 1010、位于外壳1010的内半部1002上的多个亚稳态穹形突起1006、和位 于外壳1010的外半部1004上的多个双稳态穹形突起1008。储器1012设 置在外壳1010内，并且布置在亚稳态穹形突起1006和双稳态穹形突起 1008之间。在实施例中，每个双稳态穹形突起1008设置在相应亚稳态穹 形突起1006的正对面。双稳态穹形突起1008或相应亚稳态穹形突起1006 的压缩引起对位于穹形突起之间的储器1012一部分的压缩。

多个双稳态穹形突起1008沿着外壳1010的外表面正面对多个亚稳态 穹形突起1006，使得佩戴者能仔细地控制设置在外壳1010内并且位于穹 形突起之间的储器1012上的压缩状态。双稳态穹形突起1008能够实现局 部最大压缩，而亚稳态穹形突起1006能够实现局部可变压缩状态。通过 改变穹形突起的状态来释放对储器1012的压缩，使得储器1012回弹到其 原始形状，在流体上瞬时引起低压，因此将流体从透镜模块104拉回。

在实施例中，按照从位于最远离铰链108的穹形突起开始并向内朝向 铰链108移动的顺序来按压双稳态穹形突起1008或者亚稳态穹形突起 1006，以控制储器1012上的总压缩量。在实施例中，沿着外壳1010的外 侧压缩所有的双稳态穹形突起1008或者压缩所有的亚稳态穹形突起 1006，能实现对储器1012的最大压缩状态。

图11示出正面对相应亚稳态穹形突起1102的单一双稳态穹形突起 1100的横截面，还示出双稳态穹形突起1100的操作。双稳态穹形突起 1100处于松开状态1104或压缩状态1106。在松开状态1104中，双稳态穹 形突起1100沿着与外壳1010的长度垂直的方向被向外推动离开储器 1012。在压缩状态1106，双稳态穹形突起1100沿着与外壳1010的长度垂 直的方向被向内朝向储器1012推动。压缩状态1106引起对储器1012位于 受压缩的双稳态穹形突起1100和相应亚稳态穹形突起1102之间的部分的 局部最大压缩。将第一力1108施加到双稳态穹形突起1100的外表面，将 双稳态穹形突起1100从松开状态1104转变成压缩状态1106。施加第二力 1110，使得双稳态穹形突起1100从压缩状态1106返回到松开状态1104。 任一力可通过任意外部装置来施加。例如，任一力可以通过佩戴者的手指 按压双稳态穹形突起来施加。第一力1108和第二力1110可以具有相同的 大小或不同的大小。每个力必须大于给定的阈值大小，以使双稳态穹形突 起1100在两个状态之间转换。

图12a至图12d示出正面对相应亚稳态穹形突起1202的单一双稳态穹 形突起1200的横截面，还示出亚稳态穹形突起1202的操作。亚稳态穹形 突起1202可以处于完全松开状态1204和完全压缩状态1206之间的任意状 态。完全松开状态1204和完全压缩状态1206与前述双稳态穹形突起1100 的状态类似。图12a示出处于完全松开状态1204的亚稳态穹形突起 1202。一个或多个力可以被施加到亚稳态穹形突起1202的表面，朝向储 器1012向内推动亚稳态穹形突起1202。例如，图12b示出第一力1208， 第一力1208将亚稳态穹形突起1202从完全松开状态1204推动到第一状态 1210，以产生对储器1012的第一压缩。图12c示出第二力1212，第二力 1212将亚稳态穹形突起1202推动到第二状态1214，以产生对储器1012的 第二压缩，第二压缩比第一压缩更大。图12d示出第三力1216，第三力 1216将亚稳态穹形突起1202推动到完全压缩状态1206，以引起对储器 1012位于双稳态穹形突起1200和亚稳态穹形突起1202之间的部分的局部 最大压缩。通过相应地将双稳态穹形突起1200压缩到其压缩状态，因而 向外推回亚稳态穹形突起1202而离开储器1012，可以使亚稳态穹形突起 1202返回到完全松开状态1204。

上述示例并不是要限制对其操作的描述。应当理解，可以使用具有大 于给定阈值的改变大小的任意数量的力来改变亚稳态穹形突起的状态。可 通过任意外部装置来施加这些力。例如，可以通过佩戴者的手指按压亚稳 态穹形突起来施加这些力。

可以通过任意适合的工艺（例如金属注射成型（MIM）、铸造、机加 工、注塑成型等）来制造所述的各种致动器组件的部件（例如但不限于， 夹钳组件、外壳、滑动件、球珠轴承、亚稳态穹形突起和双稳态穹形突起 等）。通过对机械特性、温度敏感性、光学特性（例如色散）、成型特 性、或对于本领域技术人员来说显而易见的任意其他因素的需求，可以进 一步了解对材料的选择。

用于流体透镜中的流体可以是无色流体，但是根据具体应用（例如如 果目标应用为用于太阳镜），其他实施例可包括着色流体。可使用的流体 的一个示例是由位于MI（密歇根州）Midland的Dow Corning制造的名称 为“diffusion pump oil”的流体，这通常也被称作“硅油”。

流体透镜可以包括由玻璃、塑料、或任意其他适当材料制成的刚性光 学透镜。其他适当材料包括（例如但不限于）二乙基乙二醇双丙烯基碳酸 酯（DEG-BAC）、聚（甲基丙烯酸甲酯）（PMMA）、和商品名为 TRIVEX（PPG）的专利聚脲络合物。

流体透镜可以包括由柔性透明的不透水材料制成的膜，例如但不限 于，透明且弹性的聚烯烃、聚环脂族、聚醚、聚酯、聚酰亚胺和聚氨酯中 的一种或多种（例如聚偏二氯乙烯膜），包括可商购的膜（例如被制造为 MYLAR或SARAN的膜）。适合用作膜材料的其他聚合物包括（例如但 不限于）聚砜、聚氨酯、聚硫氨甲酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、环烯烃 聚合物和脂肪族或脂环族聚醚。

连接管可以由一种或多种材料制成，例如TYGON（聚氯乙烯）、 PVDF（聚偏二氯乙烯）和天然橡胶。例如，基于PVDF的耐久性、渗透 性和抗褶皱性，PVDF可以是适合的。

外壳和夹钳组件可以是任意适合形状，并且可以由塑料、金属或任意 其他适合材料制成。在实施例中，外壳和夹钳组件由轻质材料制成，例如 但不限于高耐冲击性塑料材料、铝、钛等。在实施例中，外壳和夹钳组件 可以由完全或部分透明的材料制成。

储器可以由（例如但不限于）聚偏二氟乙烯，例如由DE（特拉华 州）Wilmington的DuPont Performance Elastomers LLC提供的Heat-shrink  VITON（R）、由德国Meckenheim的DSG-CANUSA制造的DERAY- KYE190（柔性）、由PA（宾夕法尼亚州）Berwyn的Tyco Electronics  Corp.（前Raychem Corp.）制造的RW-175（半刚性）、或任意其他适合 的材料。美国专利公开文本2011/0102735中记载了储器的其他实施例，该 公开文本通过引用整体结合于本说明书中。

应当理解，“具体实施方式”部分（而非“发明内容”和“说明书摘 要”部分）旨在用于解释权利要求。“发明内容”和“说明书摘要”部分 阐述发明人想到的本发明的一个或多个（并非全部）示例性实施例，因此 并不是要以任何方式限制本发明和所附权利要求书的范围。

在示出指定功能的实施方式和其关系的功能构建模块的辅助下，上文 描述了本发明。为便于说明，在本文中任意限定这些功能构建模块的边 界。可以限定其他边界，只要可适当地实现指定功能和其关系。

前文对特定实施例的描述将相当全面的公开本发明的一般特性，从而 在不脱离本发明的一般概念的情况下，通过应用本领域技术人员的知识， 其他人易于针对各种应用进行修改和/或改变这些特定实施例，而不需要过 多试验。因此，根据本文呈现的教导和引导，这些修改和/或改变将包含在 公开实施例的等效形式的内涵和范围内。应当理解，本文中的措辞或术语 用于进行描述而非加以限制，从而本说明书中的术语或措辞将由本领域技 术人员根据上述教导和引导进行解释。

本发明的宽度和范围不应由任意上述示例性实施例限制，而是仅根据 权利要求书及其等价形式进行限制。