CN102667537A - 用于流体填充透镜装置的铰链机构 - Google Patents

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Abstract

在一个实施例中，一种用于流体填充透镜组件的铰链包括：基底，具有第一端和第二端，第一端配置为连接到透镜组件的镜腿臂，第二端配置为连接到透镜组件的框架；其中，基底包括间隙，间隙的形状允许管道通过基底的第一端到达第二端。在实施例中，基底的第一端包括配置为与镜腿臂的表面配合的凸轮表面。在实施例中，基底的第一端和第二端配置为围绕铰链的旋转轴屈曲。

Description

用于流体填充透镜装置的铰链机构
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年10月15日提交的美国临时专利申请号61/251,819的优先权，这里通过引用引入其全文。
技术领域
本发明的实施例涉及填充流体的透镜，更具体地涉及可变流体填充透镜。
背景技术
从约1958年已经公知了基本的流体透镜，如美国专利2,836,101中描述，在此通过引用引入其全文。最近的例子可以在Tangd等人发表在LabChip的2008年第8卷第395页上的“Dynamically Reconfigurable Fluid CoreFluid Cladding Lens in a Microfluidic Channel”和WIPO公开WO2008/063442中找到，通过引用引入其每个的全文。这些流体透镜的应用针对光电子、数字电话和照相机技术与微电子技术。
流体透镜也已被提出用于眼科应用(例如参见，美国专利7,085,065，这里通过引用引入其全文)。在所有情况下，流体透镜的优势(如宽动态范围、提供自适应校正的能力、鲁棒性和低成本)必须与孔径大小的限制、泄漏的可能性和性能的一致性进行权衡。′065专利例如公开了几种对用于眼科应用的流体透镜中的流体的有效容纳的改进和实施例，但不仅限于这些(例如参见，美国专利6,618,208，这里通过引用引入其全文)。已经通过将额外流体注入透镜腔，通过电湿润、超声波脉冲施加，以及通过在引入膨胀剂(如水)的基础上利用交联的聚合体中的膨胀力，来影响流体透镜中的光焦度(power)调节。
发明内容
在一个实施例中，一种用于流体填充透镜组件的铰链包括：基底，具有配置为连接到所述透镜组件的镜腿臂的第一端和配置为连接到所述透镜组件的框架的第二端；其中，所述基底包括间隙，所述间隙的形状允许管道通过所述基底的第一端到达第二端。在实施例中，所述基底的第一端包括配置为与所述镜腿臂的表面配合的凸轮表面。在实施例中，所述基底的第一端和第二端配置为围绕所述铰链的旋转轴屈曲。
在另一个实施例中，一种流体填充透镜组件包括：镜腿臂；布置在壳体内的蓄液器；框架；布置在所述框架内的流体填充透镜；将所述蓄液器连接至所述流体填充透镜的管道；以及安装到所述镜腿臂并安装到所述框架的铰链。所述铰链包括基底，所述基底具有间隙，所述间隙的形状允许管道通过所述基底的第一端到达第二端。
以下参照附图详细描述本发明的其它实施例、特征和优势，以及本发明的各实施例的结构和操作。
附图说明
引入本文中并形成说明书的一部分的附图示出了本发明，并与说明书一起进一步用于稀释本发明的原理，并使本领域技术人员完成并利用本发明。
图1示出了卡钳致动器组件的实施例的立体图。
图2示出了卡钳致动器组件的实施例的分解立体图。
图3示出了用于对镜腿架分组件的实施例进行装配的第一组步骤。
图4示出了用于对镜腿架分组件的实施例进行装配的第二组步骤。
图5示出了根据实施例用于对镜腿分组件进行装配的一组步骤。
图6示出了根据实施例用于对框架组件进行装配的第一组步骤。
图7示出了根据实施例用于对框架组件进行装配的第二组步骤。
图8示出了根据实施例的完成的框架组件。
图9示出了根据实施例的连接到镜腿臂的弹簧。
图10示出了根据实施例的连接到镜腿臂的弹簧。
图11示出了根据实施例的铰链。
图12示出了根据实施例的铰链。
图13示出了板簧铰链实施例的视图。
图14示出了板簧铰链实施例的进一步视图。
图15示出了板簧铰链实施例的进一步视图。
图16示出了板簧铰链实施例的进一步视图。
图17示出了板簧铰链实施例的分解视图。
图18示出了根据实施例的金属片弹簧铰链的视图。
图19示出了根据实施例的金属片弹簧铰链的进一步视图。
图20示出了根据实施例的金属片弹簧铰链的进一步视图。
图21示出了根据实施例的金属片弹簧铰链的进一步视图。
图22示出了金属片弹簧铰链实施例的分解图。
图23示出根据实施例的组装后的一副眼镜的多个视图。
具体实施方式
虽然对具体的结构和布置进行了讨论，应该理解这仅用于说明性目的。本领域技术人员将认可只要不背离本发明的主旨和范围可以使用其它结构和布置。本领域技术人员应理解该发明也可以被采用在各种其它应用中。
应指出，说明书中的“一个实施例，“实施例”，“示例实施例”等，表示所述的实施例可以包括具体的特征、结构或特性，但每个实施例不是必须包括具体的特征、结构或特性。此外，这些词语并不一定是指相同的实施例。此外，当联系实施例描述具体的特征、结构或特性时，无论是否详细说明，联系其它实施例对该特征、结构或特性进行影响将在本领域技术人员的认识范围内。
流体透镜相比传统的视力矫正装置(如硬质镜片和隐形眼镜)具有重要的优势。首先，流体透镜易于可调节。因此，需要额外的正光焦度校正以查看附近的物体的人可以佩戴基础光焦度与距离规定匹配的流体透镜。用户然后可以调节流体透镜以获得查看中间等距离和其它距离的对象所需的更多的正光焦度校正。
其次，流体透镜可以由佩戴者在理想的光焦度范围中连续地调节。因此，佩戴者可以对光焦度调节，以精确匹配特定的光线环境中特定对象距离的折射误差。因此，流体透镜能够实现调节光焦度，以根据佩戴者的瞳孔大小来补偿眼镜的自然景深的变化，佩戴者的瞳孔大小转而取决于环境光照水平。
第三，虽然20/20的视力(对应于1弧分(1/60度)的图像分辨率)一般被认为表示可以接受的视觉质量，但是人类视网膜可用于更精细的图像分辨率。众所周知，一个健康人的视网膜能够分辨20弧秒(1/300度)。设计用于使病人达到这种高水平视力的矫正眼镜的分辨率约0.10D或更好。该分辨率可以由可连续调节的流体透镜元件来实现。
在一副眼镜中的流体填充透镜的实施例中，可以通过移动连接到位于眼镜框架的镜腿(temple)臂中的蓄液器的致动器来调节流体填充透镜的光学光焦度。蓄液器通过连接管连接到流体填充透镜。移动驱动器的第一方式压缩蓄液器并推动流体进入流体透镜。移动驱动器的第二方式允许蓄液器扩大并将流体从流体透镜吸出。蓄液器的压缩和扩张改变流体填充透镜的光学光焦度。在实施例中，一个或多个流体透镜可以每个都配置有自身的致动系统，使得用于每个眼的透镜可独立调节。此特征允许佩戴者(如屈光参差患者)分别校正每只眼睛的屈光不正，以达到适当的双眼矫正，这可导致更好的双眼视觉和双眼总视觉。在美国申请12/904,736中的记载蓄液器的进一步描述和更多实施例。
在这样的流体填充透镜的设计中，流体必须从位于眼镜的镜腿臂中的蓄液器通过位于镜腿臂和透镜框架(位于眼镜前方)之间的接合处的铰链。由于铰链受到反复弯曲，连接管如果由脆弱材料制成则可能过早失效。此外，如果连接管弯曲超出一定的水平，透镜中的流体压力可以受到影响。因此，根据本发明的实施例的流体填充透镜装置在镜腿和端件中提供了充足的空间，用于连接管弯曲而不扭结。此外，根据实施例，整个铰链机构可以设置在镜腿臂和框架的体积内。
图1示出了根据本发明的实施例的卡钳(caliper)致动器组件100的立体图。卡钳致动器组件100包括镜腿套110，其包括中空的外部和中空的内部，它们一起形成为包围卡钳致动器组件100的其它零件。镜腿套110的远端160被成形为适于佩戴在佩戴者的耳朵上。卡钳致动器组件100还包括镜腿架120、轮130和滑动件140。在实施例中，轮130和滑动件140被纵向可滑动地设置在镜腿架120内。卡钳致动器组件100操作以压缩蓄液器150并在蓄液器150和流体透镜(未示出)之间传送流体。可以各种方式施加压缩力，例如通过转动轮130或沿着槽平移轮。本文中还描述了施加压缩力的其它方法。如下所述，可以通过沿水平或竖直方向朝向镜腿架120的顶或内壁压缩蓄液器150来实现蓄液器150的压缩。
图2示出了卡钳致动器组件100的实施例的分解立体图。在实施例中，滑动件分组件295(以下参照图3-4所示的)被配置为沿镜腿套110和镜腿架120的一个或多个平移。在操作中，用户旋转轮130，其使滑动件255移动，滑动件255转而压缩与蓄液器150的第一侧表面265接触的比较硬的金属板，例如压缩臂270。蓄液器150的第二侧表面(未示出)被放置为抵靠镜腿架120的内壁285、镜腿套110的一部分或任意其它适当的表面。滑动件140按压压缩臂270，该压缩臂以可控方式压缩蓄液器150。在实施例中，轮130的横向运动的长度与压缩臂的压缩的幅度成比例，并且与蓄液器的压缩的幅度成比例。在美国申请12/904,720中记载致动器的进一步描述和更多实施例。
在实施例中，轮130有滚花边缘，以提供与用户的手指的可靠接触以及对轮130的平移的更精确控制。
透镜模块200通过出口端口245连接至连接管(未示出)，该连接管连接到蓄液器150。透镜模块200可进一步包括例如由跨过刚性光学透镜的边缘平坦伸展的柔性膜(未示出)提供的柔性后表面。为了改变流体填充的透镜模块200的光学光焦度，可以通过增加与蓄液器150流通的流体使膜膨胀。
连接管将流体从透镜模块200输送到蓄液器150，反之亦然。连接管设计为相对所容纳的流体不渗透。在实施例，连接管被配置为总是允许最低流率，以确保响应用户移动轮130的最低速度，以改变流体填充透镜模块200的光学光焦度。连接管的一端连接到透镜模块200的出口端口245，另一端连接到蓄液器150。在实施例中，包括透镜模块200、连接管和蓄液器150的整体组件设计为维持阻止流体和空气进入的密封达两年以上的整体使用周期。在实施例中，连接管需要是薄的，以容纳在铰链腔内。在实施例中，连接管的外径小于2.0毫米，壁厚小于0.50毫米，以维持适当的流体流动。在实施例中，连接管可被弯曲的角度不低于60度。在实施例中，连接管可被弯曲的角度不小于45度而不起皱。在实施例中，其对铰链的反复屈曲有耐久性。
铰链块250和弹簧230被包围在内块210和外块240之间的被覆盖的区域内。铰链块250包括间隙，其被成形为允许连接管穿过铰链块250。以下参照图9到图22描述弹簧的其它实施例。卡钳致动器组件100包括由轴280保持在位的轮130、滑动件140、滑动件块255，间隔块290和压缩臂270。这些部分被组装成镜腿架分组件并被由螺钉235保持在位。橡胶带205包括柔性表面，轮130可以在其上移动。在实施例中，轮130可旋转。在其它的实施例中，其可以平移，和在另外的实施例中，其可旋转和平移。
组件
图3到图4示出了用于装配镜腿架分组件的实施例的一组步骤。从图3开始，间隔块290被放在镜腿架120上。下一步，间隔块290沿边缘310和320被焊接到镜腿架120上。下一步，铰链块250被放置在镜腿架120上。下一步，铰链块250沿边缘330和340被焊接到镜腿架120上。图4继续该镜腿架分组件，示出用于装配镜腿架分组件400的实施例的第二组步骤。背衬(未示出)可以从蓄液器150两侧的带410移除。蓄液器150抵靠镜腿架120放置。压缩臂270然后被放置在间隔块290上。压缩臂270然后被焊接到间隔块290。
图5示出了根据实施例用于装配镜腿分组件500的一组步骤。首先，镜腿架分组件400的凸片(tab)520滑动到镜腿套110的后槽530中，接下来，镜腿架分组件400在镜腿套110内转动，直至卡入到位。推荐的是滑动件分组件295定位在镜腿套110内的尽可能远端。此外，推荐的是当将镜腿架分组件400卡入镜腿套110中时，管540不会被夹在铰链块250和镜腿套110或镜腿架分组件400之间。
图6到图7示出了根据实施例用于装配框架组件的一组步骤。从图6开始，在实施例中，例如胶的粘合剂被涂布到框架610的内边缘。下一步，弹簧230抵靠铰链块250放置。在实施例中，框架610然后在透镜模块200上拉开，使得框架610的上部620和下部630与透镜模块200连接。例如胶的粘合剂可用于将透镜模块200结合到框架610。本领域技术人员应认识，在另一个实施例中，可以在框架组件600的装配完成后将透镜模块200加到框架610。图7中继续该框架组件，示出用于装配框架组件600的实施例的第二组步骤。在实施例中，螺钉235被插入到框架610中的相应螺纹孔710以进入铰链块250。图7示出装配有弹簧230的框架，示出增加盖720以封闭铰链机构并防止水或污染物进入连接管540。可以重复图6和7所示的步骤用于第二镜腿分组件。在实施例中，在框架组件600被装配后，有足够的时间允许任何胶水或粘合剂固化。
图8示出了完成的框架组件600，包括镜腿架120、框架610和透镜模块200。
现在将描述铰链弹簧的其它实施例。图9示出可以在框架组件600中使用的弹簧。在实施例中，弹簧910包括端部920。端部920的其它实施例可以包括凸轮表面。当镜腿臂900转动时，端部920相对小峰930上升。来自屈曲作用在端部920上的力形成存储的能量，该能量在镜腿臂900使端部920从峰930移动时释放。镜腿臂900然后加速并转动到折叠或展开位置。可以设置硬停止件960以防止镜腿臂900屈曲太远。在装配过程中，连接管(未示出)通过间隙950取道通过铰链970的中心。
图10示出可以在框架组件600中使用的弹簧的另一个实施例。在实施例中，弹簧1010是金属片铰链，其利用折叠的金属片臂1020提供弹簧力。最靠近透镜模块200的端部1030被固定在框架610(未示出)内。端部1040连接到镜腿臂1050。弹簧1010的柔性主要发生在弯曲(即，折叠的金属片臂1020)内。在装配过程中，连接管(未示出)通过间隙1060取道通过弹簧1010的中心。虽然弹簧1010在本文中被称为“金属片”铰链，本领域技术人员将理解弹簧1010可以是满足弹簧1010操作所需的柔性和刚性之间的平衡的任何材料，甚至是非金属材料。
图11示出铰链1100的另一个实施例。铰链1100配置为相对于镜腿臂(未示出)围绕旋旋转轴A-A′旋转。随着铰链1100围绕旋旋转轴A-A′旋转，悬臂凸片1110与镜腿臂(未示出)上相应的脊配合。
图12示出铰链1200的另一个实施例。铰链1200配置为相对于镜腿臂(未示出)围绕旋旋转轴B-B′旋转。随着铰链1200围绕旋旋转轴B-B′旋转，悬臂凸片1210与镜腿臂(未示出)上相应的脊配合。
图13到图16从不同角度示出了根据本发明的实施例的板簧铰链的视图。
图17示出了根据本发明的实施例的面板上方的板簧铰链的分解视图。
图18到图21从不同角度示出了根据本发明的实施例的金属片弹簧铰链的视图。
图22示出了根据本发明的实施例的面板上方的金属片弹簧铰链的分解图。
图23从不同角度示出包括根据本发明的实施例的弹簧的一副眼镜的组装实施例多个视图。
材料
本文中描述的各种致动器组件的零件(例如但不限于镜腿套、镜腿架、轮、滑动件、弹簧、螺钉、内块、外块、轴、压缩臂、间隔块)可以通过任意适当的过程制造，如：金属注射成型(MIM)、铸造、机械加工、塑料注塑成型等。材料的选择可进一步由例如但不限于力学性能、温度敏感性、光学性能(例如散射)、成型性能或对于本领域技术人员显而易见的其它因素来决定。
流体透镜中采用的流体可以是一种无色流体；然而，根据不同的应用，例如打算是否用于太阳镜，其它的实施例包括着色的流体。可以使用的流体的一个示例由密歇根Midland的Dow Corning制造，名为“扩散泵油(diffusion pump oil)”也称为“硅酮油(silicone oil)”。
流体透镜可以包括由玻璃、塑料或任何其它合适的材料制成的刚性光学透镜。其它合适的材料例如包括但不限于，二乙二醇双烯丙基碳酸酯(Diethylglycol bisallyl carbonate)(DEG-BAC)、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)和专有复合聚脲(proprietary polyurea complex)，商业名TRIVEX(PPG)。
流体透镜可包括由柔性、透明、不透水材料形成的膜，例如但不限于透明和弹性聚烯烃、聚脂环(polycycloaliphatics)、聚醚、聚酯和聚氨酯、聚酰亚胺，例如聚偏二氯乙烯薄膜，包括商业可获得的膜，如加工成MYLAR或SARAN的那些。适合作为膜材料的其它聚合物包括，例如但不限于聚砜、聚氨酯、聚硫氨酯(polythiourethanes)、聚对苯二甲酸乙二醇酯、环烯聚合物、脂肪族或脂环族聚醚。
连接管可以是由例如TYGON(聚氯乙烯)、PVDF(聚偏氟乙烯)，和天然橡胶中的一或多种材料形成。例如，PVDF(如热收缩柔性聚偏氟乙烯)基于其耐久性、渗透性和耐卷曲性可以是适合的。
镜腿套可以是任何合适的形状，并可由塑料、金属或任何其它合适的材料形成。在实施例中，镜腿套由轻质材料制成，例如但不限于耐冲击塑料材料、铝、钛等。在实施例中，镜腿套可以完全或部分由透明材料形成。
蓄液器可由聚偏二氟乙烯(Polyvinyledene Difluoride)制成，如由位于特拉华州Wilmington的DuPont Performance Elastomers LLC提供的聚偏二氟乙烯(例如，热收缩VITON
Figure BPA00001564859800091
)、由德国Meckenheim的DSG-CANUSA制造的DERAY-KYF 190(柔性)、宾夕法尼亚州Berwyn的Tyco Electronics公司(前Raychem公司)制造的RW-175(半刚性)，或任何其它合适的材料。
用于框架组件中的螺钉可包括，例如但不限于由意大利VisotticaIndustrie S.P.A.of Susegana制造的Visottica 07v120037017肩螺钉。可以使用其它合适类型的螺钉或其它连接装置，例如铆钉。
虽然以上描述了本发明的各种实施例，然而应理解仅是以示例方式提出的，并不是限制。本领域技术人员应理解只要不背离本发明的精神和主旨可以进行形式和细节的各种改变。因此，本发明的范围不仅限于任何上述示例实施例，应当仅根据所附权利要求及其等同来限定。
此外，上述摘要的目的是使美国专利和商标局和公众，特别是不熟悉专利或法律术语或措辞的科学家、工程师和医生，快速确定粗略的本申请的技术内容的性质和本质。摘要并不以任何方式对本发明的范围进行了限制。

Claims (12)

1.一种用于流体填充透镜组件的铰链，所述铰链包括：
基底，具有配置为连接到所述透镜组件的镜腿臂的第一端和配置为连接到所述透镜组件的框架的第二端；
其中，所述基底包括间隙，所述间隙被成形为允许管道通过所述基底的第一端到达第二端；并且
其中，所述基底的第一端包括配置为与所述镜腿臂的表面配合的凸轮表面。
2.根据权利要求1所述的铰链，还包括安装到所述基底的第二端并延伸到所述基底的第一端的悬臂凸片。
3.根据权利要求1所述的铰链，还包括防止转动超过一点的硬停止件。
4.一种用于流体填充透镜组件的铰链，所述铰链包括：
基底，具有适于与所述透镜组件的镜腿臂连接的第一端和适于与所述透镜组件的框架连接的第二端；
其中，所述基底包括间隙，所述间隙被成形为允许管道通过所述基底的第一端到达第二端；并且
其中，所述基底的所述第一端和所述第二端被配置为围绕所述铰链的旋转轴屈曲。
5.根据权利要求4所述的铰链，其中，所述基底还包括U形弯曲，以有助于围绕所述铰链的旋转轴弯曲。
6.根据权利要求4所述的铰链，所述铰链还包括防止转动超过一点的硬停止件。
7.一种流体填充透镜组件，包括：
镜腿臂；
布置在壳体内的蓄液器；
框架；
布置在所述框架内的流体填充透镜；
将所述蓄液器连接至所述流体填充透镜的管道；以及
安装到所述镜腿臂并安装到所述框架的铰链，
其中，所述铰链包括基底，所述基底具有间隙，所述间隙的形状允许管道通过所述基底的第一端到达第二端。
8.根据权利要求7所述的铰链，其中，所述铰链还包括安装到所述基底的第一端并延伸到所述基底的第二端的悬臂凸片。
9.根据权利要求7所述的铰链，其中所述基底配置为围绕所述铰链的旋转轴屈曲。
10.根据权利要求9所述的铰链，其中，所述基底还包括U形弯曲，以有助于围绕所述铰链的旋转轴弯曲。
11.根据权利要求7所述的铰链，其中，所述铰链还包括防止转动超过一点的硬停止件。
12.根据权利要求7所述的铰链，其中，所述基底的第一端包括配置为与所述镜腿臂的表面配合的凸轮表面。
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