[发明专利]改善的非圆形流体填充透镜光学元件

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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 Microfluidic Channel”(Lab Chip，2008年第8期第395页)以及WIPO公报WO2008/063442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力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。

发明内容

在上文的背景技术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一种具体膨胀程度的一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。

一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)。本发明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力相对应的机械变形。

在本发明的一个实施例中，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)，至少一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一处。

在这里参照附图描述本发明的其他的实施例、特征和优点以及本发明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发明，并且与说明书一起进一步用来解释本发明的原理并且使得本领域技术人员能够使用本发明。

图1示出了根据本发明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1的实施例沿着x和y轴的球倍率的图。

图3A示出了根据本发明的另一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示出了根据本发明的另一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。