Улучшенная некруглая линзовая оптика, заполненная жидкостью Российский патент 2017 года по МПК G02B3/12 G02C7/08 

Область техники

Примеры осуществления настоящего изобретения относятся к линзам, заполненным жидкостью, и, в частности, к изменяемым линзам, заполненным жидкостью.

Известный уровень техники

Основные жидкие линзы были известны уже с 1958 г., как описано в Патенте США №2,836,101, полностью введенного здесь ссылкой. Более поздние примеры могут быть найдены в «Dynamically Reconfigurable Fluid Core Fluid Cladding Kins in a MicroFluidic Channel» («Динамически реконфигурируемые плакированные жидкие линзы с жидким ядром в микроструйном канале»), Tang at al., Lab Chip, 2008, т.8, стр. 395, и в публикации WIPO WO 2008/063442, каждый из который полностью введен здесь ссылкой. Эти приложения жидких линз ориентированы на фотонику, технологию цифровых телефонов и камер и микроэлектронику.

Жидкие линзы были предложены также для офтальмологических применений (см., например, Патент США №7,085,065, который полностью введен здесь ссылкой). Во всех случаях преимущества жидких линз, включающие широкий динамический диапазон, способность к предоставлению адаптивной коррекции, робастность и низкая стоимость, должны быть сбалансированы с их ограничениями по размеру апертуры, тенденции к утечкам и устойчивости характеристик. Патент '065, например, раскрыл несколько улучшений и примеров осуществления, направленных на эффективное удерживание жидкости в жидкой линзе, которая должна использоваться для офтальмологических применений, хотя и не ограничивается ими (см., например, Патент США №6,618,208, который полностью введен здесь ссылкой). Регулировка оптической силы в жидких линзах достигалась инжекцией дополнительной жидкости в полость линзы электросмачиванием, применением ультразвукового импульса и использованием сил разбухания в разветвленном полимере при введении в него вещества, способствующего разбуханию, такого как вода.

Во всех этих случаях в технологии жидкой линзы существует несколько ключевых ограничений, которые необходимо преодолеть для оптимизации коммерческих возможностей этой технологии. Например, толщина жидких линз является в общем случае больше, чем у традиционных линз с теми же самыми оптической силой и диаметром. Кроме того, в настоящее время отсутствует возможность обеспечить изменение сферической оптической силы, а также астигматизма линзовой оптики, используя технологию жидких линз. Также не были изготовлены жидкие линзы с какой-либо желаемой формой, отличной от круглой формы, из-за сложностей, создаваемых неоднородным расширением некруглых жидких линз. Исходя их этого, требуется предоставление решений этих ограничений, так чтобы стал возможен промышленный выпуск.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ограничения имеющейся ранее технологии линзы, заполненной жидкостью, описанные выше в разделе истории вопроса, могут быть устранены построением жидкой линзы, как будет описано здесь. Жидкие линзы, раскрытые в известном уровне техники, часто представляли собой круглые линзы, поскольку трудно изготовить некруглую жидкую линзу, которая свободна от оптических аберраций. Некоторые линзы, заполненные жидкостью, известного уровня техники используют асферические передние линзы для коррекции оптических аберраций, создаваемых вздутием мембраны, когда она имеет некруглую форму. Поскольку эта коррекция может быть проведена только для одной определенной формы мембраны, соответствующей одной определенной степени вздутия, то регулировка оптических свойств одной только передней линзы не будет достаточной для полного решения проблемы.

Некоторые линзы, заполненные жидкостью, используют мембраны сложной формы, имеющие различные толщины в различных точках на оптике, для того чтобы понизить оптические аберрации (в основном, астигматизм) в этой жидкой линзе. Примеры осуществления настоящего изобретения включают улучшенное исполнение мембраны сложной формы, выводимой из методологии оптимизации расчета, которая комбинирует оптический анализ изображения с использованием программных средств метода конечных элементов для вычисления механической деформации мембраны в ответ на определенное гидростатическое давление, создаваемое в слое жидкости.

В одном примере осуществления настоящего изобретения жидкая линза содержит переднюю линзу, мембрану и слой жидкости между ними, при этом передняя линза принимает такую форму, чтобы скомпенсировать любой астигматизм, который возникает в упомянутой жидкой линзе при вздутии мембраны.

В некоторых примерах осуществления мембрана имеет утолщенные контуры, при этом по меньшей мере один контур находится внутри оптической зоны упомянутой оптической линзы. В других примерах осуществления передняя линза сконфигурирована для компенсации так, чтобы устранять любую асферичность мембраны на определенной стадии вздутия мембраны. Эта определенная стадия вздутия может быть, например, внутри полного диапазона желаемой оптической силы или на одной трети полного вздутия мембраны.

Другие примеры осуществления, особенности и преимущества настоящего изобретения, а также структура и действие различных примеров осуществления настоящего изобретения, подробно описываются далее со ссылками на прилагаемые фигуры чертежей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Прилагаемые чертежи, которые введены здесь и образуют описательную часть изобретения, иллюстрируют настоящее изобретение и совместно с описанием служат также для объяснения принципов изобретения и предоставления возможности специалистам в данной области техники изготовить и использовать изобретение.

Фиг. 1 показывает вид спереди части линзы в соответствии с первым примером осуществления изобретения.

Фиг. 2 представляет график, показывающий величину сферической оптической силы по осям x и y для примера осуществления по Фиг. 1.

Фиг. 3A показывает вид спереди линзы в соответствии с другим примером осуществления изобретения.

Фиг. 3B показывает профили толщины в направлениях y и x примера осуществления по Фиг. 3A.

Фиг. 3C представляет график, показывающий качество ретинального изображения, как функции угла взгляда в горизонтальном направлении, для примера осуществления по Фиг. 3A.

Фиг. 3D представляет график, показывающий качество ретинального изображения, как функции ушла взгляда в вертикальном направлении, для примера осуществления по Фиг. 3A.

Фиг. 4A показывает вид спереди линзы в соответствии с другим примером осуществления изобретения.

Фиг. 4B показывает дополнительные изображения примера осуществления, показанного на Фиг. 4A.

Фиг. 4C представляет два графика, показывающих оптические свойства поверхности по осям x и y примера осуществления по Фиг. 4A.

Фиг. 4D представляет два графика, показывающих значения астигматизма по осям x y примера осуществления по Фиг. 4A.

Фиг. 4E представляет график, показывающий размер ретинального пятна для примера осуществления по Фиг. 4A.

Фиг. 5 является блок-схемой, показывающей способ проектирования линзы в соответствии с одним примером осуществления изобретения.

Настоящее изобретение будет описано со ссылками на прилагаемые чертежи.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Хотя обсуждаются определенные конфигурации и компоновки, следует понимать, что это делается только в иллюстративных целях. Специалисту в этой области техники будет понятно, что могут использоваться и другие конфигурации и компоновки без отклонения от сущности и объема настоящего изобретения. Специалисту в данной области техники будет очевидно, что это изобретение может также быть использовано в других, самых различных применениях.

Заметим, что ссылки в описании на "одно осуществление", "осуществление", "пример осуществления" и прочее показывает, что описанный пример осуществления может содержать специфическую особенность, структуру или характеристику, но каждый пример осуществления не может с необходимостью содержать специфическую особенность, структуру или характеристику. Более того, такие фразы не являются фразами, с необходимостью ссылающимися на определенный пример осуществления. Кроме того, когда описываются специфическая особенность, структура или характеристика во взаимосвязи с некоторым примером осуществления, специалист в данной области техники будет иметь представление о влиянии такой особенности, структуры или характеристики во взаимосвязи с другими примерами осуществления, описываемыми или не описываемыми в явном виде.

Во время всего раскрытия изобретения будет использоваться термин «жидкая линза в сборе» для описания скомпонованного блока из жесткой передней линзы, гибкой мембраны и находящейся между ними жидкости, в то время как термин «жидкая линза» будет использоваться для обозначения слоя жидкости и двух поверхностей, содержащих эту жидкость и образующих поверхности жидкой линзы. Термин «вздутие» используется здесь для обозначения искривления во внешнюю сторону мембраны, когда в жидкую линзу в сборе инжектируется дополнительная жидкость, приводящая к растяжению мембраны. Как здесь обсуждается, существует прямое и пропорциональное соотношение между изменением оптической силы жидкой линзы и ступенью созданного эффекта вздутия. Термин «оптическая зона» используется для обозначения зоны зрения в жидкой линзе, центр которой расположен на оптической оси, соответствующей положению глаз пользователя. В образцовом примере осуществления оптическая зона составляет по ширине приблизительно 15 мм (вдоль оси x) и приблизительно 12 мм - по высоте (вдоль оси y), что соответствует горизонтальному углу взгляда около ±15 градусов и вертикальному углу взгляда - около ±12 градусов. Словосочетание «сложная форма» обозначает изменение в механических размерах, таких как толщина, в механических свойствах, таких как прогиб, или в оптических свойствах, таких как астигматизм или оптическая сила в плоскости x, y.

Асферическая жидкая линза, представленная здесь, содержит, главным образом, жесткую оптическую линзу, выполненную из стекла или пластмассы или любого другого надлежащего материала, главным образом, гибкую мембрану сложной формы, натянутую по границам передней линзы, и жидкость, заполняющую полость, которая образована между передней линзой и гибкой мембраной. В примере осуществления эта жидкая линза подсоединена через соединительную трубку к резервуару, содержащему профилированную деформируемую эластомерную мембрану, которая содержит избыточную жидкость. Жидкая линза, соединительная трубка и резервуар совместно образуют герметический блок. Имеется приспособление для сжатия резервуара и выталкивания из него жидкости в жидкую линзу через соединительную трубку. Например, приспособление для сжатия резервуара может быть в форме плунжера, надавливающего на диафрагму для повышения давления внутри резервуара, кронциркуля для сжатия резервуара или может быть любым другим насосом жидкости или исполнительным элементом, известным специалистам в этой области техники. Образцовый герметический блок раскрыт, например, в заявке США №12/399.368, которая полностью введена здесь ссылкой.

Как здесь обсуждается, примеры осуществления настоящего изобретения содержат улучшенный расчет мембраны сложной формы, выводимой из способа оптимального расчета, который комбинирует оптический анализ изображения и программные средства метода конечных элементов для вычисления механической деформации мембраны в ответ на определенное гидростатическое давление, созданное в слое жидкости. Этот способ расчета приводит к серии контуров толщины мембраны, что обеспечивает разработку некруглых жидких линз.

На Фиг. 1 представлена линза, заполненная жидкостью, в соответствии с примером осуществления настоящего изобретения. Асферическая жидкая линза 100 содержит толстую зону 110, закрепляющую секцию 160, переходную зону 140 и область центрального диска 120. В примере осуществления толстая зона 110 имеет толщину приблизительно 1 мм, область центрального диска 120 имеет толщину приблизительно 0.225 мм, а толщина переходной зоны 140 на границе диска 130 составляет приблизительно 0.1125 мм. В примере осуществления область центрального диска 120 имеет диаметр приблизительно 12 мм, а граница диска 130 имеет диаметр приблизительно 23.2 мм. Закрепляющая секция 160 образована между толстой зоной 110 и переходной зоной 140. Размеры этого образцового примера осуществления обеспечивают угол зрения в 22 градуса между центром области центрального диска 120 и границей диска 130. В примере осуществления оправа 150 представляет собой скругленный прямоугольник с размерами приблизительно 55 мм × 25 мм. Эта конфигурация обеспечивает наилучшие оптические характеристики в области центрального диска 120, сохраняя при этом приемлемые свойства по границам оправы 150.

Анализ вздутия мембраны в диапазоне оптической силы свыше 2.00D показывает, что, в то время как магнитуда вздутия мембраны уменьшается из-за повышенной толщины линзы 100, поверхность мембраны становится все больше и больше асферической, увеличивая астигматизм. На Фиг. 2 показана сферическая оптическая сила представленного примера осуществления при низком давлении вздутия (8 мбар) вдоль осей х и у, что демонстрирует это расхождение.

На Фиг. 3А-В представлена линза 300 в соответствии с другим примером осуществления настоящего изобретения, содержащая изображение толщины мембраны 350 сложной формы. Асферическая жидкая линза 300 содержит толстую зону 310, область центрального диска 320 и границу диска 330. Между границей диска 330 и центральной областью диска 320 образована переходная зона 340. Между границей диска 330 и толстой зоной 310 расположена закрепляющая секция 360. В примере осуществления область центрального диска 320, переходная зона 340, закрепляющая секция 360 и граница диска 330 имеют форму эллипса.

На Фиг. 3В представлены, в частности, профили толщины линзы 300 в направлении у (показаны на левой стороне Фиг. 3В) и в направлении х (показаны на правой стороне Фиг. 3В). Назначением закрепляющей секции 360 является обеспечение полного вздутия мембраны 350, соответствующего заданному диапазону оптической силы, и при этом еще и минимизация механических напряжений, передаваемых на периферийную, менее гибкую толстую зону 310, которые могли бы приводить к росту астигматизма. С одной стороны, закрепляющая секция 360 позволяет "абсорбировать" изменения прогиба без создания при этом оптического искажения как в центральной оптической зоне внутри области центрального диска 320, так и в периферийных частях менее гибкой толстой зоне 310 мембраны 350.

В примере осуществления центральная оптическая зона внутри области центрального диска 320 в мембране 350 имеет степень эксцентриситета около 0.9. То есть горизонтальная ширина приблизительно в 1.1 раза больше, чем вертикальная ширина. Это решение передвигает местоположение переходной зоны относительно закрепляющей секции 360 к значениям углов взгляда большей величины в горизонтальном направлении, где это создает меньше ограничений на визуальную ширину и горизонтальные движения глаза. В примере осуществления толщина поперечного сечения по вертикали составляет приблизительно 0.200 мм, ширина составляет приблизительно 3.7 мм, а геометрическое отношение составляет приблизительно 1:18.5. В примере осуществления толщина поперечного сечения по горизонтали составляет приблизительно 0.2 мм при соответствующей ширине приблизительно в 1.45 мм и геометрическом отношении приблизительно 1:7.

Применение закрепляющей секции (то есть закрепляющей секции 360), которая действует как переходная зона, предоставляет возможность эффективно изолировать оптические свойства мембраны (то есть мембраны 350) внутри индивидуальных секций ценой создания скачка изображения на закрепляющей секции. Соединение, имеющее высокое геометрическое отношение, определенное как отношение ширины к его толщине, является особенно эффективным. В примере осуществления ширина находится в диапазоне от 0.1 мм до 2.5 мм. В другом примере осуществления диапазон толщины закрепляющей секции составляет от 0.01 мм до 0.25 мм. В еще одном примере осуществления диапазон толщины закрепляющей секции составляет от 0.07 мм до 0.20 мм. Для углов взгляда, которые обычно используются при ближнем зрении (то есть приблизительно 0-15 градусов), эта конфигурация будет обеспечивать заданное качество изображения (то есть приблизительно 10 микрон, соответствующих приблизительно 0.5D астигматизма, или приблизительно эквивалент 0.25D размывания изображения).

На Фиг. 3С представлен график, который показывает качество ретинального изображения как функции угла взгляда в горизонтальном направлении для этого примера осуществления. На Фиг. 3D представлен график, который показывает качество ретинального изображения как функции угла взгляда в вертикальном направлении для этого примера осуществления. Как здесь показано, качество изображения как функция радиуса пятна уменьшается по мере возрастания расстояния от оптической оси.

На Фиг. 4А представлен другой пример осуществления настоящего изобретения, содержащий линзу 400, имеющую мембрану, которая использует частичное соединение. Образование соединения с надлежащими геометрическими отношениями, которое охватывает всю оптическую зону, может привести к проблемам изготовления. Для учета этого обстоятельства пример осуществления, показанный на Фиг. 4A, содержит частичное соединение 410, которое расположено много ближе к границе оправы по сравнению с примером осуществления, показанным на Фиг. 3A. Частичное соединение (то есть частичное соединение 410) имеет двойное преимущество перед конструкцией соединения примера осуществления, показанного на Фиг. 3A. Первое преимущество состоит в том, что ее более легко формировать, поскольку соединение находится ближе к границе и оно является более ограниченным по длине, чем непрерывная секция, окружающая оптическую зону. Второе преимущество состоит в том, что любое оптическое искажение, связанное с соединением (такое, например, как скачок изображения), возникает много ближе к оправе и менее заметно для носителя очков.

Фиг. 4B представляет дополнительные изображения примера осуществления, показанного на Фиг. 4A, включая изображение спереди и изображение поперечного сечения линзы 400.

На Фиг. 4C представлен график, показывающий результаты анализа MATLAB поверхностных оптических свойств мембраны примера осуществления по Фиг. 4A, в частности, оптической силы по оси x и по оси y. Эти результаты были получены с использованием полиномов для аппроксимации модели, имеющей центральную эллиптическую часть, радиус которой по оси x составляет 13 мм, а радиус по оси y составляет 8 мм.

На Фиг. 4D представлен график, показывающий результаты анализа MATLAB астигматизма по оси x и по оси y примера осуществления по Фиг. 4A. Эти результаты были получены применением компенсации к передней линзе, соответствующей асферичности, которая развивается в мембране, когда она вздувается на одну треть полного диапазона. Эта компенсация проводится просто как вычитание сагиттальных значений, поскольку показатели преломления являются в значительной мере подобными и такая линза может моделироваться как тонкая линза. Эти анализы были проведены с использованием доопределенных полиномов для аппроксимации эллиптической области, покрывающей центральную оптическую зону. Смоделированный эллипс имеет радиус 13 мм по оси x и радиус 8 мм по оси y и покрывает область в 52 градуса x 32 градуса.

На Фиг. 4E представлен график, показывающий размер ретинального пятна для мембраны примера осуществления по Фиг. 4A, работающей со скомпенсированной передней линзой. Анализ качества изображения для этой геометрии во взаимосвязи со скомпенсированной передней линзой был проведен на ZEMAX. Этот график представляет ситуацию с одинаковой коррекцией на обеих поверхностях передней линзы (нулевая линза). График показывает, что астигматизм и другие оптические аберрации, создающие расширение ретинального пятна, являются управляемыми и меньше чем приблизительно 0.5D астигматизма (эквивалент приблизительно 0.25D размытости изображения) для углов взгляда вплоть до 10 градусов как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях. Этот анализ был проведен с использованием сеточного представления прогиба, полностью покрывающего мембрану.

Способ и экспериментальные результаты

На Фиг. 5 представлена блок-схема, показывающая способ расчета линзы в соответствии с примером осуществления изобретения.

Сначала на этапе 510 определяется мембрана как мембрана, имеющая границы, ограниченные границами передней линзы, к которой она прикрепляется. Затем, когда мембрана вздувается увеличением гидростатического давления жидкости, поверхность мембраны приобретает асферическую форму. В экспериментальном примере осуществления, реализованном авторами, эта форма моделировалась и предсказывалась с использованием такого пакета прикладных программ метода конечных элементов, как COMSOL.

Затем, на этапе 520 для предсказания вздутия мембраны и проведения такого вычисления задается простая геометрия передней линзы, такая как сферическая геометрия. В экспериментальном примере осуществления, реализованном авторами, использовалась передняя линза нулевой оптической силы, в которой обе поверхности были сферическими.

На этапе 530 вычисляется поверхность мембраны как функция вздутия при одном или более следующих параметрах: форма границы передней линзы, профиль толщины мембраны, уровень вздутия и гидростатическое давление. В примере осуществления для вычисления поверхности мембраны может быть использована программа метода конечных элементов. В экспериментальном примере осуществления, реализованном изобретателями, использовалась программа COMSOL.

На этапе 540 анализируется сферическая поверхность аппроксимацией ее полиномом или совокупностью полиномов с целью вычисления оптической силы сферической поверхности и астигматизма оптической зоны во всех точках поверхности мембраны из значений локальной кривизны поверхности. В экспериментальном примере осуществления, реализованном изобретателями, этот анализ был проведен с использованием серийного пакета прикладных программ MATLAB. На этапе 550 контуры толщины мембраны могут быть изменены и проведено то же самое вычисление, повторяя процесс до тех пор, пока не будет достигнут удовлетворительный контур (распределение в плоскости x, y) сферической оптической силы и астигматизма. Оптическая сила, как она здесь используется, означает сферическую оптическую силу или среднюю сферическую оптическую силу и измеряется как ½[∂²/∂x²(Cx,y)+∂²/∂y²(Cx,y)]. Удовлетворительные контуры оптической силы и астигматизма поверхности мембраны выводятся из эксперимента и из желаемых оптических характеристик на различных уровнях диапазона оптической силы жидкой линзы в сборе, являющейся целью расчета.

Далее, на этапе 560 передняя линза модифицируется для компенсации эффектов, создаваемых асферичностью мембраны. Эта компенсация может быть проведена на любом уровне вздутия. Для частного случая, когда коэффициент преломления жидкости является приблизительно равным коэффициенту преломления материала передней линзы, эта компенсация может быть сведена к поточечному вычитанию сагиттальной толщины мембраны из передней линзы. В экспериментальном примере осуществления, реализованном изобретателями, последующее моделирование на программе COMSOL показало, что отклонение от сферической формы было относительно линейным при уровне вздутия на умеренных уровнях вздутия мембраны, указывая на то, что если процесс компенсации проводится на уровне вздутия, соответствующем средней точке расчетного диапазона оптических сил жидкой линзы, то было бы возможно достичь симметричного изменения в оптической характеристике жидкой линзы в полном диапазоне оптических сил, являясь при этом самой худшей на самой низкой и самой высокой концевых точках диапазона оптической силы.

Компенсация будет самой низкой, если она проводится на самой низком конце диапазона оптической силы, и максимальной - если она проводится на самом высоком конце диапазона оптической силы, поскольку асферичность поверхности мембраны возрастает с уровнем вздутия. В экспериментальном примере осуществления, реализованном изобретателями, процесс компенсации был первоначально проведен в середине диапазона оптической силы. Затем этот процесс компенсации был проведен на уровне вздутия 33%, соответствующем увеличению оптической силы, равным 33% полного диапазона. Выбор уровня оптической силы, к которому применяется компенсация, зависит от желаемого относительного качества жидкой линзы на различных точках ее диапазона оптической силы.

Следует заметить, что компенсация может быть альтернативно проведена настройкой одной или обеих поверхностей передней линзы. Однако вклад задней поверхности передней линзы в оптические свойства жидкой линзы зависит от разности коэффициентов преломления материала передней линзы и жидкости. В случаях, когда они непосредственно подобны, передняя поверхность сама по себе может использоваться для модификации, с тем чтобы провести компенсацию. Это предоставляет то преимущество, что снижается стоимость и время обработки. Применение одной и той же коррекции на обеих поверхностях (нулевая линза) обеспечивает однородную переднюю толщину во всем диапазоне. Следует также заметить, что эта коррекция добавляется к асферической коррекции, проводимой для компенсации цилиндра, образованного углом взгляда.

Как только компенсация будет вычислена, как это было описано выше, на этапе 570 анализируются оптические свойства жидкой линзы на всех точках ее диапазона оптической силы. В экспериментальном примере осуществления, реализованном изобретателями, для этой цели использовалась программа ZEMAX, которая является серийным пакетом прикладных программ. Для частного случая, когда показатель преломления передней линзы является приблизительно равным коэффициенту преломления жидкости, который также равен коэффициенту преломления материала мембраны, можно свести переднюю линзу к одной отражающей поверхности, рассматривать мембрану как вторую поверхность и использовать общий коэффициент преломления и общую сагиттальную толщину для задания линзы, которая должна моделироваться. В экспериментальном примере осуществления, реализованном изобретателями, передняя линза рассматривалась как отдельная сущность, допуская различные коэффициенты преломления для передней линзы и для жидкости. Качество изображения на сетчатке глаза было вычислено с использованием модели глаза и выражено как размер пятна изображения. Этот размер был вычислен вдоль выбранных меридианов жидкой линзы и для диапазона углов взгляда.

Этот весь целиком процесс, построенный из нескольких итеративных этапов, может быть определен как инструментальная цепочка проектирования для эффективной оптимизации контуров толщины мембраны для достижения наилучшего качества изображения. В экспериментальном примере осуществления, реализованном изобретателями, для проведения вычисления вздутия и оптических свойств линзы использовались три пакета прикладных программ, поэтому были разработаны эффективные методы для переноса данных из одного пакета прикладных программ на следующий пакет, в конечном итоге автоматизируя этот процесс переноса данных и проводя оптимизацию на промежуточных точках. Желательно обеспечить эффективный перенос данных от одного пакета прикладных программ на другой, разработать математические модели поверхностей для эффективной работы метода конечных элементов и программ анализа трассировки лучей и создать функцию качества, которая определяет допускаемый уровень астигматизма или других форм аберрации изображений как функции угла взгляда вдоль определенных меридианов.

Другой элемент расчета относится к относительным магнитудам коэффициентов преломления различных оптических элементов, используемых в жидкой линзе, жидкости и мембраны. Из этих коэффициентов коэффициент преломления мембраны не оказывает существенного влияния на оптическую силу жидкой линзы, но он влияет на различимость косметику контуров толщины, которые могут быть добавлены к мембране, а также на внутреннее преломление от внутренней поверхности мембраны. Эти две нежелательные особенности были минимизированы в экспериментальном примере осуществления, реализованном изобретателями, за счет того, что коэффициент преломления материала мембраны был приблизительно равен коэффициенту преломления масла, особенно на линии D спектра натрия. В примере осуществления может быть использовано различие до 0.02 или менее. В примере осуществления коэффициент преломления жидкости следует делать как можно более высоким, чтобы минимизировать магнитуду вздутия, требуемую для достижения определенного увеличения оптической силы. В экспериментальном примере осуществления, реализованном изобретателями, коэффициент преломления передней линзы был согласован с коэффициентом преломления жидкости для нейтрализации оптического вклада внутренней поверхности передней линзы и получения более простой и робастной конструкции.

Вышеприведенные не ограничивающие примеры показывают применение инструментальной цепочки проектирования в оптимизации геометрии мембраны для определенной формы оправы и желаемого диапазона оптической силы, который должен быть покрыт жидкой линзой в сборе.

Хотя выше были описаны различные примеры осуществления настоящего изображения, следует понимать, что они были представлены только посредством примеров, а не ограничений. Специалистам в данной области техники будет очевидно, что здесь могут быть сделаны различные изменения в форме и деталях без отклонения от сущности и объема изобретения. Таким образом, широта и объем настоящего изобретения не должны быть ограничены любым из описанных выше примеров осуществления, но должны быть определены только в соответствии со следующими патентными требованиями и их эквивалентами.

Далее, целью представленного реферата изобретения является предоставление Патентному ведомству США и общественности в общем и в частности ученым, инженерам и специалистам-практикам в этой области техники, которые незнакомы с патентными или юридическими терминами или фразеологией, возможности быстро определить из беглого просмотра природу и сущность технического раскрытия заявки. Реферат изобретения не предназначен для какого-либо ограничения объема настоящего изобретения.

Жидкая линза в сборе содержит переднюю жесткую линзу, полугибкую надувную мембрану и слой жидкости между ними. Передняя линза сконфигурирована так, чтобы компенсировать астигматизм, возникающей в жидкой линзе в сборе при вздутии мембраны. Мембрана имеет утолщенные контуры, при этом каждый такой контур является областью разной толщины и при этом по меньшей мере один такой контур находится внутри оптической зоны жидкой линзы в сборе. В первом варианте передняя линза сконфигурирована так, чтобы, в основном, подавлять асферичность мембраны на определенной стадии вздутия мембраны, находящейся внутри полного диапазона желаемой оптической силы. Во втором варианте мембрана содержит несколько закрепляющих секций, каждая из которых является более тонкой частью мембраны, окруженной более толстой частью. Технический результат - возможность коррекции сферических ошибок и ошибок астигматизма за счет использования мембраны сложной формы. 4 н. и 15 з.п. ф-лы, 12 ил.

1. Жидкая линза в сборе, содержащая:

переднюю жесткую линзу;

полугибкую надувную мембрану; и

слой жидкости между ними,

при этом передняя линза сконфигурирована так, чтобы компенсировать астигматизм, возникающий в жидкой линзе в сборе при вздутии мембраны,

кроме того, мембрана имеет утолщенные контуры, при этом каждый такой контур является областью разной толщины, и при этом по меньшей мере один такой контур находится внутри оптической зоны жидкой линзы в сборе, и

при этом передняя линза сконфигурирована так, чтобы, в основном, подавлять асферичность мембраны на определенной стадии вздутия мембраны, при этом определенная стадия вздутия находится внутри полного диапазона желаемой оптической силы.

2. Жидкая линза в сборе по п. 1, отличающаяся тем, что определенная стадия вздутия составляет одну треть от полного вздутия мембраны.

3. Жидкая линза в сборе по п. 1, отличающаяся тем, что мембрана содержит закрепляющую секцию, являющуюся более тонкой частью мембраны, окруженной толстой частью, имеющую толщину в диапазоне от 0.01 мм до 0.35 мм.

4. Жидкая линза в сборе по пункту 3, отличающаяся тем, что закрепляющая секция имеет толщину в диапазоне от 0.07 мм до 0.25 мм.

5. Жидкая линза в сборе по п. 1, отличающаяся тем, что мембрана содержит закрепляющую секцию, являющуюся более тонкой частью мембраны, окруженной толстой частью, имеющую отношение ширины к толщине в диапазоне от 2.0 до 100.0.

6. Жидкая линза в сборе по пункту 5, отличающаяся тем, что закрепляющая секция имеет отношение ширины к толщине между 3.0 и 30.0.

7. Жидкая линза в сборе по п. 1, отличающаяся тем, что толщина мембраны увеличивается вдоль оси х по направлению к периферическому концу жидкой линзы.

8. Жидкая линза в сборе по п. 1, отличающаяся тем, что коэффициент преломления передней линзы отличается от коэффициента преломления жидкости на 0.02 или менее.

9. Жидкая линза в сборе по п. 1, отличающаяся тем, что коэффициент преломления мембраны отличается от коэффициента преломления жидкости на 0.02 или менее.

10. Жидкая линза в сборе, содержащая:

переднюю жесткую линзу;

полугибкую надувную мембрану; и

слой жидкости между ними,

при этом передняя линза сконфигурирована так, чтобы компенсировать астигматизм, возникающий в жидкой линзе в сборе при вздутии мембраны,

кроме того, мембрана имеет утолщенные контуры, при этом каждый утолщенный контур является областью разной толщины, и при этом по меньшей мере один такой контур находится внутри оптической зоны жидкой линзы в сборе, и

при этом мембрана содержит несколько закрепляющих секций, при этом каждая закрепляющая секция является более тонкой частью мембраны, окруженной более толстой частью.

11. Жидкая линза в сборе по п. 10, отличающаяся тем, что несколько закрепляющих секций содержат две горизонтальные секции и две вертикальные секции.

12. Корректирующий окуляр, содержащий две жидкие линзы в сборе, при этом каждая жидкая линза в сборе содержит:

переднюю жесткую линзу;

надувную полугибкую мембрану; и

слой жидкости между ними,

при этом передняя линза сконфигурирована так, чтобы компенсировать астигматизм, который создается в жидкой линзе в сборе при вздутии мембраны,

кроме того, мембрана имеет утолщенные контуры, при этом каждый такой контур является областью разной толщины, и при этом по меньшей мере один такой контур находится внутри оптической зоны жидкой линзы в сборе, и

при этом передняя линза, по меньшей мере, одной линзы в сборе способна, в основном, подавлять асферичность соответствующей мембраны на определенной стадии вздутия соответствующей мембраны, при этом определенная стадия вздутия находится внутри полного диапазона желаемой оптической силы.

13. Корректирующий окуляр по п. 12, отличающийся тем, что определенная стадия вздутия составляет одну треть от полного вздутия соответствующей мембраны.

14. Корректирующий окуляр по п. 12, отличающийся тем, что соответствующая мембрана содержит закрепляющую секцию, являющуюся более тонкой частью мембраны, окруженной более толстой частью, имеющую толщину в диапазоне от 0.01 мм до 0.35 мм.

15. Корректирующий окуляр по п. 14, отличающийся тем, что закрепляющая секция имеет толщину в диапазоне от 0.07 мм до 0.25 мм.

16. Корректирующий окуляр по п. 12, отличающийся тем, что соответствующая мембрана содержит закрепляющую секцию, являющуюся более тонкой частью мембраны, окруженной более толстой частью, имеющую отношение ширины к толщине в диапазоне от 2.0 до 100.0.

17. Корректирующий окуляр по п. 16, отличающийся тем, что закрепляющая секция имеет отношение ширины к толщине между 3.0 и 30.0.

18. Корректирующий окуляр по п. 12, отличающийся тем, что толщина соответствующей мембраны увеличивается вдоль оси х по направлению к периферическому концу жидкой линзы.

19. Корректирующий окуляр, содержащий две жидкие линзы в сборе, при этом каждая жидкая линза в сборе содержит:

переднюю жесткую линзу;

надувную полугибкую мембрану; и

слой жидкости между ними,

при этом передняя линза сконфигурирована так, чтобы компенсировать астигматизм, который создается в соответствующей жидкой линзе в сборе при вздутии соответствующей мембраны,

кроме того, соответствующая мембрана имеет утолщенные контуры, при этом каждый такой контур является областью разной толщины и при этом по меньшей мере один такой контур находится внутри оптической зоны соответствующей жидкой линзы в сборе,

при этом соответствующая мембрана содержит несколько закрепляющих секций, при этом каждая закрепляющая секция является более тонкой частью соответствующей мембраны, окруженной более толстой частью.