專利名稱：可變焦距透鏡的制作方法
可變焦距透鏡
本發(fā)明涉及一種可變焦距透鏡，并且更特別地涉及一種適于大規(guī) 模生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)簡單的可變焦距透鏡。
可變焦距透4竟是眾所周知的。它們通常由充液室組成，該充液室 的至少一個面由透明柔性膜形成。當(dāng)將液體引入室中或從室中移去 時，柔性膜變形，從而它的曲率改變。這種曲率的改變導(dǎo)致透鏡的光 學(xué)特性和放大率的改變。因此，通過使室中液體量變化可簡單地使透 鏡的放大率變化。
例如，在GB 2333858中7>開了 一種現(xiàn)有技術(shù)的可變焦距透鏡。 這種透鏡由幾個相互接合的環(huán)形成。柔性透明膜被卡在環(huán)之間，并且 環(huán)被形成以便當(dāng)它們相互接合時，它們可用于拉緊柔性膜(其改進(jìn)了透 鏡的性能)。然后，其中的一個環(huán)變形以將組件保持在一起。然而，這 種設(shè)計在被使用來形成環(huán)的村術(shù)斗上提出了某些要求(比如延展性)，以
及還在環(huán)的制造中要求有嚴(yán)格^公差。進(jìn)一步，每一個透鏡都由大量 分散的零件形成，這使得制造變得復(fù)雜。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種可變焦距透鏡，包括大致具有前表面 和后表面的剛性環(huán)；連到環(huán)的前表面上的柔性膜；連到柔性膜上的、 大致剛性透明的前蓋；和在環(huán)的后表面上的大致剛性的后蓋；其中在 柔性膜和后蓋之間形成有空腔，該空腔中填充有液體，并且其中可使 該空腔中的液體量變化以使柔性膜的曲率變化，這樣使得透鏡的光學(xué) 性能變化。
在本發(fā)明的透鏡中，柔性膜被保持在環(huán)和前蓋之間，其可被形成 為平面。這對于透鏡零件上的公差提出了較少的苛刻要求，因此使得 制造簡單化。進(jìn)一步，對于奇形成透鏡的材料有了較寬的選擇。
在優(yōu)選的形式中，例如通過模制為單件式可將后蓋和環(huán)完整地形 成。這減少了組裝透鏡所需的步驟數(shù)。然而，這不是必要的特征，在 可選的形式中，后蓋分離地從環(huán)中形成，然后被連到環(huán)的后表面上。
在進(jìn)一步可選的形式中，透鏡額外地包括定位在環(huán)和后蓋之間的 第二柔性膜，以便將第二柔性膜連到環(huán)的后表面上并且將后蓋連到第 二柔性膜上。對于給定的透鏡空腔壓力，這樣的透鏡具有兩倍于單膜 透鏡的放大率(或者允許在具有一半的空腔壓力下相同的放大率)。
進(jìn)一步地，可以理解的i在所有這些透鏡中，由于柔性膜在剛性
蓋的后面，所以它們被保護(hù)不被損壞。因此，改進(jìn)了透鏡的耐用性和 韋刃性。
當(dāng)柔性膜的曲率變化時，在柔性膜和前蓋之間的空間的容積改 變。由于空氣是氣體，因此是可壓縮的，所以通過壓縮該容積中的空 氣或使該容積中的空氣變稀薄來調(diào)節(jié)柔性膜的移動是可能的。然而， 優(yōu)選的是在前蓋中形成排氣孔以允許空氣進(jìn)入空腔和排出空腔。
環(huán)具有部段(section)，可穿過該部段將液體引入空腔中或排出空 腔。在優(yōu)選的形式中，這種部^險可形成為定位在環(huán)的開口中的隔片 (septum)。隔片優(yōu)選地由自愈(self-healing)材料形成，其允許依靠穿過 隔片被插入的注射器針頭等等來將液體引入空腔中或從空腔中移去。
在進(jìn)一步優(yōu)選的形式中，凈是供了兩個或多個隔片。由于穿過一個 隔片被推進(jìn)的針頭可被使用于？ 1入液體，而穿過另 一個隔片被推進(jìn)的, 針頭可被使用于排出空氣，所以這使得更易于填充空腔。
優(yōu)選地，前蓋和/或后蓋具有負(fù)的光學(xué)放大率(optical power)或正的 光學(xué)放大率。
還優(yōu)選的是對于在第一空腔中的液體的折射率近似地等于形成 后蓋的材料的折射率。這減少了在后蓋內(nèi)側(cè)上的任何瑕瘋、刮痕等等 的可見性。
當(dāng)然，任何適當(dāng)?shù)姆椒ǘ伎杀皇褂糜趯h(huán)、柔性膜和蓋保持在一 起。然而，優(yōu)選的是依靠粘合劑將環(huán)、柔性膜和前蓋連到一起。進(jìn)一
步，當(dāng)在環(huán)和后蓋之間有第二柔性膜時，優(yōu)選的是依靠粘合劑將環(huán)、 第二柔性膜和后蓋連到一起。
現(xiàn)在將僅通過實例且參考附圖來描述發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中


圖1是透鏡的第一優(yōu)選實施例的透視圖； 圖2是透鏡的側(cè)視圖； 圖3是透鏡的正視圖4是沿著圖3的線A-A選取的透鏡的截面圖； 圖5是透鏡的第二實施例的截面圖；和 圖6是透鏡的第三實施例的截面圖。
如在圖4中所最佳顯示的，透鏡10由三個主要零件形成后部 零件18、前蓋40和柔性膜50。
后部零件18呈淺盤的形式，由環(huán)22和與該環(huán)集成的后蓋20形 成。柔性膜50橫穿淺盤的面延伸，并且連到環(huán)22的前表面上。形成 在盤和柔性膜50之間的空腔60填充有液體，且可使空腔60中的液 體量變化以改變空腔60的容積。環(huán)22和后蓋20是大致剛性的，所 以空腔60的容積改變使膜50變形，因此使透鏡10的光學(xué)性能變化。
將前蓋40連到膜50上，以便膜50被夾在環(huán)22和前蓋40之間。 在膜50和前蓋40之間形成第二空腔70,并且這個空腔70包含空氣。 在前蓋40中形成小的排氣孔44,并且允許第二空腔70與大氣連通。 這允許當(dāng)膜50變形時第二空腔70中的空氣容積變化。將排氣孔44 定位在透鏡的邊緣處，并且盡可能的小，以盡量不使透鏡使用者分心。
如在附圖中所示的，前蓋40的內(nèi)表面42(面向柔性膜50的表面) 是彎曲的。這為柔性膜50的變形提供了足夠的空間，因此允許調(diào)節(jié) 透鏡IO的放大率。
在后部零件的環(huán)22中有開口 24(在圖1中最佳看到的)，并且該開 口 24通常由柔性塞80(在下文中稱為"隔片")密封。隔片80防止液
體漏出空腔60，并且還防止空氣漏進(jìn)空腔60中，這樣將膜50的曲率 (以及因此透鏡10的光學(xué)性能)維持在希望的狀態(tài)下。
隔片80由自愈材料形成。這種材料可被針頭等等刺穿，并且在 移去針頭時可再次密封。這種材料的使用允許通過使用這種針頭來調(diào) 節(jié)空腔60中的液體量。
為了增加空腔60中的液體量，將包含液體的注射器針頭推進(jìn)穿 過隔片80，以便針頭的末端刺入空腔60。然后，從注射器將液體推 進(jìn)到空腔60中。液體量的增加迫使柔性膜50進(jìn)一步向外弓起，而改 變透鏡的光學(xué)性能。 一旦已獲得希望的光學(xué)性能，就從空腔60和隔 片80中退出針頭。由于隔片80的自愈特性，所以由針頭形成的孔閉 合，并且空腔60再次密封。
使用相似的程序從空腔60中排出液體。
為了在環(huán)22中確保隔片80和開口 24之間的良好密封，可在拉 緊時將隔片80插入在開口 24中，然后允許放松。當(dāng)將隔片80拉緊 時，它在縱向方向上伸展，因此由于泊松率的原因它在橫向方向上收 縮。在橫向收縮的同時，可將隔片80正確地定位在開口 24中，然后 可釋放拉力。對拉力的釋放引起隔片80返回到它最初的寬度，其理 想地稍大于開口 24的寬度，以將隔片80緊固地保持在適當(dāng)?shù)奈恢孟隆?br> 在可選的形式中，隔片可與后部零件18共同模制。在這種方法
中，首先由塑性材料才莫制后部零件，同時在這個模制步驟中形成環(huán)中 的開口。然后，在第二模制步驟中將彈性體的塞模制到開口中，這個 塞形成隔片。將選擇被使用來形成后部零件和隔片的材料，以便它們 具有良好的天然粘接性，以確保隔片穩(wěn)固地保持位于開口中?？梢岳?解的是這種共同模制過程可比上面所描述的兩步方法更快和更便宜 地制造出具有隔片的后部零件。
在優(yōu)選的形式中，前蓋40被形成為透鏡(即，它的前表面和后表 面的曲率是不同的)。這允許可變焦距透鏡具有比單獨通過變形柔性膜 50所獲得的最大放大率更大的最大放大率(或不同范圍的放大率)。
例如，設(shè)想單獨通過變形柔性膜可獲得的放大率的范圍是從-5D
到+5D。如果使用者需要在這個范圍之外的修正(假定，-8D),那么單 獨通過變形柔性膜是不可能獲得這個的。然而，通過提供具有某個透 鏡放大率(假定，-SD)的前蓋，就可轉(zhuǎn)變可變放大率的范圍以變成從 -IOD到OD，這覆蓋了所需的修正。以相似的方式，如果需要較高的 正放大率，則通過提供具有某個正的透鏡放大率的前蓋就可獲得。
進(jìn)一步地，在某些情形中，希望確?？涨粌?nèi)側(cè)的液體壓力在大氣 壓力之上(或至少等于大氣壓力)。如果維持了這種壓力，那么柔性膜 將向外弓起，這將趨向給透鏡正的放大率。如果透鏡總體上提供了負(fù) 的放大率，那么這必須通過提供具有負(fù)的放大率的前蓋和后蓋中的至 少一個來獲得。
現(xiàn)在將描述用于制造可變焦距透鏡的當(dāng)前優(yōu)選過程。
首先，例如通過模制丙烯酸樹脂或通過加工和打磨來形成后部零 件18。取決于模制的質(zhì)量，在使用中面向使用者眼睛的表面26可被 保留在它如被模制的形式中；可選地，這個表面26可被打磨以改進(jìn) 它的平滑度。內(nèi)部表面28， 30還可被加工成形?？稍谀Ｖ七^程中形 成用于隔片80的開口 24，或該開口可在^f莫制之后^皮加工。還可使用 模制和加工的結(jié)合來形成開口 24。
然后由鑄態(tài)硅形成隔片80。在優(yōu)選的形式中，鑄態(tài)硅具有在30A 和40A之間的肖氏硬度。然后在硅隔片上涂底漆(例如，通過刷上樂 泰(Loctite)770底漆)，并且將氰基丙烯酸鹽粘合劑膠(比如樂泰403)涂 敷在它上。
然后將隔片80拉進(jìn)后蓋的開口 24中。這種拉動伸展了隔片80， 因此引起它的寬度減小，允許它裝配在開口24中。 一旦隔片80被正 確定位，就釋放拉緊，并且隔片嘗試返回到它的最初大小，這導(dǎo)致它 穩(wěn)固地位于開口 24中。這確保了隔片80和開口 24之間的良好密封。
然后從隔片80擦去任何多余的膠。進(jìn)一步地， 一旦膠已固化， 就將隔片向內(nèi)突出的"尾部，，修剪掉，以便隔片與環(huán)22的內(nèi)壁30齊
平。這減少了隔片80侵入到使用者的視野中。
然后準(zhǔn)備柔性膜50。在優(yōu)選的形式中，這由聚酯薄膜薄片比如邁 拉(Mylar)制成，并且特別地由邁拉DL制成，其具有良好的光學(xué)性能。 該薄片還可被處理(在一側(cè)或兩側(cè)上)以改進(jìn)它的粘合性能。然后將薄 片置于拉緊下。
將紫外線固化粘合劑(比如樂泰3105)的細(xì)珠涂敷到環(huán)22的前表 面32上，在組裝的狀態(tài)下，這將碰到前蓋40(并且接觸膜50)。然后 將零件18的環(huán)22的前表面安置在薄片上，以便粘合劑與薄片相接觸。
然后將后部零件18和薄片的組件暴露到紫外線光源下以固化粘 合劑。這可是任何適當(dāng)?shù)脑?，并且將組件簡單地暴露到明亮的陽光下 以固化它也是可能的。
一旦粘合劑被固化，就切割薄片以匹配環(huán)22的輪廓。這可在兩 個階段中被完成；第一粗略切割階段，以將組件從薄片的其它部分處 脫開，和第二修剪階段，在該階段中修剪粘附到環(huán)上的薄片的部分以 匹配環(huán)。
然后形成前蓋40?？蓱?yīng)用^f壬何適當(dāng)?shù)姆椒ê筒牧?；在?yōu)選的形式 中，由聚碳酸酯模制或加工和打磨前蓋40。前蓋40還可由標(biāo)準(zhǔn)模制 的柔性焦距透鏡組形成，切割成合適的形狀。
應(yīng)該注意的是前蓋40和后部零件18的環(huán)22 二者可都形成有在 它們的側(cè)表面中的兩個徑向相7寸的縱向凹槽34， 46。這些凹槽34， 46用于確保前蓋40和后部零件18在它們的組裝期間被正確地對準(zhǔn)，. 這將在下面描述。
在組裝期間，后部零件18和膜50的組件被裝配成標(biāo)記特征，膜 50向上。這個特征具有兩個突出脊，它們與后部零件18上的凹槽34 相接合。當(dāng)后部零件18被適當(dāng)?shù)匮b配到標(biāo)記特征中時，它的位置就 由脊與凹槽34的接合來限定。
當(dāng)然，可使用其它的標(biāo)記特征，例如，參照蓋的外部^r廓的、具 有沉孔的夾具。在一些情形中，如凹槽34, 46可對透鏡的美觀產(chǎn)生
影響時，這是優(yōu)選的。
將紫外線固化粘合劑(比如樂泰(Loctite)3105)的細(xì)珠涂敷到前蓋 40的表面48上，在組裝的狀態(tài)下，這將碰到環(huán)22(并且接觸膜50)。 可以理解的是這個步驟可發(fā)生在將后部零件18和膜50的組件裝配到 標(biāo)記特征中之前或之后。
然后將前蓋40也裝配到標(biāo)記特征中，粘合劑側(cè)向下。它安置在 膜50上，以便粘合劑與膜相接觸，并且如以前的，被暴露到紫外線 光(這可再次是陽光)下以固化粘合劑。
一旦粘合劑已固化，就從標(biāo)記特征中移去透鏡組件10。依靠穿過 隔片80被插入的針頭，形成在后蓋20、環(huán)22和膜50之間的空腔60 就被填充有液體比如油，并且可在這個階段執(zhí)行對空腔60中的液體 量的調(diào)節(jié)以獲得正確的透鏡10的焦距。
一旦空腔60被填充有油，就將隔片80的外側(cè)剪切掉，以便隔片 80與環(huán)22的外壁齊平。這給透鏡IO平滑的外部輪廓，并且使得它更 易于將透鏡裝配到鏡框中。
作為最后的步驟，兩個這樣的透鏡被裝配到框架中，以產(chǎn)生一副 眼鏡。如果希望的話，框架可具有與透鏡的隔片對準(zhǔn)的開口以允許針 頭穿過框架和透鏡的隔片被插入，而允許對透鏡焦距的進(jìn)一步細(xì)微的 調(diào)節(jié)。
在上面所描述的透鏡中，在后部零件18的環(huán)22中有單個開口 24， 該單個開口由單個隔片80來閉合。在可選的形式中，后蓋的側(cè)壁可 具有兩個開口，每一個都由隔片來閉合。
對于填充空腔，這種成對隔片的設(shè)計具有許多優(yōu)點。例如，如果 隔片大致地沿直徑彼此相對，那么透鏡可被定位成一個隔片在另一個 的上方。依靠穿過下方隔片被推進(jìn)的針頭可將液體引入空腔中，而依 靠穿過上方隔片被推進(jìn)的針頭可將空氣排出空腔。這種填充方法減少 了 一旦填充有液體時在空腔中的氣泡的數(shù)量，因此改進(jìn)了透鏡的光學(xué) 性能。
優(yōu)選的是空腔60中的液體的折射率近似地等于被使用來形成后
蓋20的材料的折射率。
如上面所描述的，需要對后部零件18進(jìn)行某些加工以將它形成 所希望的形狀，并且特別地，形成為空腔的部分的后蓋20的表面28 要被加工。加工這個表面28是可能的，以這種方式來避免刮痕；然 而，這需要昂貴的加工過程，'并且這導(dǎo)致透鏡10的成本的增加。
較便宜的方法是確保液體和后蓋材料的折射率是近似相等的。如 果是這樣的話，那么將沒有從液體經(jīng)過后蓋的光線折射，并且在后蓋 表面上的任何刮痕都將有效地看不見。
可以理解的是上面詳細(xì)的描述僅僅是關(guān)于透鏡的一個特定的結(jié) 構(gòu)，并且可使用其它相似的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在將參考圖5和圖6簡要描述兩 種這樣的結(jié)構(gòu)。
在圖5中所示的透鏡110中，后蓋120和環(huán)122形成為分離的零 件，并且通過粘合劑被連到彼此。在隔片的形成和連接之前，這可是 在上面所描述的組裝過程中的第一步驟。柔性膜150、前蓋140和空 腔160都和圖4中所示的那些類似。
在圖6中所示的透鏡210中，后蓋220和環(huán)222再次形成為分離 的零件。進(jìn)一步，在環(huán)222和后蓋240(將會看見該后蓋是彎曲的以允 許膜變形)之間定位第二柔性膜252。因此，由柔性膜250， 252和環(huán) 222來限定空腔260。
對于給定的透鏡空腔壓力，兩個膜的存在給透鏡兩倍于單膜透鏡 的放大率(或者允許在具有一半的空腔壓力下相同的放大率)。盡管這 種透鏡比在圖1至圖5中所示的透鏡厚，但是取決于透鏡的使用(例如， 在儀器中)，這并不重要。
權(quán)利要求
1.一種可變焦距透鏡，其包括帶有前表面和后表面的大致剛性的環(huán)；固定到所述環(huán)的所述前表面上的柔性膜；固定到所述柔性膜上的、大致剛性透明的前蓋；和在所述環(huán)的所述后表面上的大致剛性的后蓋；其中，在所述柔性膜和所述后蓋之間形成有空腔，所述空腔填充有液體，且其中，所述空腔中的液體量可以變化，以使所述柔性膜的曲率變化，這樣使得所述透鏡的光學(xué)性能變化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變焦距透鏡，其特征在于，將所述 后蓋和所述環(huán) 一體地形成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變焦距透鏡，其特征在于，所述后 蓋與所述環(huán)分開形成，并且被固定到所述環(huán)的所述后表面上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所ik的可變焦距透鏡，其特征在于，所述可 變焦距透鏡還包括定位在所述環(huán)和所述后蓋之間的第二柔性膜，以使 所述第二柔性膜固定到所述環(huán)的所述后表面上，而所述后蓋凈皮固定到 所述第二柔性膜上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的可變焦距透鏡，其特征 在于，在所述前蓋中形成有排氣孔以允許空氣進(jìn)出所述空腔。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的可變焦距透鏡，其特征在 于，所述環(huán)具有部段，可穿過所述部段將液體引入到所述空腔中或從 所述空腔中排出。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的可變焦距透鏡，其特征在于，所述部 段形成為定位在所述環(huán)的開口中的隔片。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所迷的可變焦距透鏡，其特征在于，所述隔 片由自愈材料形成。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7或權(quán)利要求8所述的可變焦距透鏡，其特輛在于，設(shè)有兩個或多個隔片。
10. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的可變焦距透鏡，其特征在 于，所述前蓋和/或所述后蓋具有負(fù)的或正的光學(xué)放大率。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的可變焦距透鏡，其特征在 于，在所述空腔中的所述液森的折射率近似地等于形成所述后蓋的材 料的折射率。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求中4壬一項所述的可變焦距透鏡，其特征在 于，通過粘合劑將所述環(huán)、所迷柔性膜和所述前蓋固定。
13. 根據(jù)權(quán)利要求4或它的任一項從屬權(quán)利要求所述的可變焦距 透鏡，其特征在于，通過粘合劑將所述環(huán)、所述第二柔性膜和所述后 蓋固定。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可變焦距透鏡(10)，包括剛性環(huán)(22)、連到環(huán)的前表面上的柔性膜(20)、連到柔性膜(50)上的剛性透明的前蓋(40)、以及在環(huán)(22)的后表面上的剛性后蓋(20)。在柔性膜(50)和后蓋(20)之間形成空腔(60)，并且空腔中填充有液體。可使空腔中的液體量變化以使柔性膜的曲率變化，這樣使得透鏡的光學(xué)性能變化。后蓋可與環(huán)集成在一起，或分離地形成。進(jìn)一步，可在后蓋和環(huán)之間定位第二柔性膜。通過粘合劑可將透鏡的各種零件保持在一起。
文檔編號G02B26/02GK101346656SQ200680048751
公開日2009年1月14日 申請日期2006年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月28日
發(fā)明者A·羅伯森, C·米克索夫斯基, J·D·西爾弗, M·紐貝里 申請人:J&J科技有限公司