CN102667538B - 流体填充透镜储液器系统和储液器系统的制造方法 - Google Patents

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Abstract

公开了流体填充透镜储液器系统的装置和制造方法。眼镜储液器系统包括：具有腔的镜腿部分；囊状件，其定位在腔内并构造成可重复地压缩和松开，囊状件由柔性材料制成；和连接管，其连接到透镜模块的入口端口以及连接到囊状件，连接管构造成在囊状件与透镜模块的流体填充透镜腔之间传输流体。眼镜储液器系统还包括压缩臂，其与囊状件接触并构造成将力从致动器传送至囊状件，以引起在囊状件和连接管之间的流体移动。囊状件和连接管由柔性材料制成，例如聚偏二氟乙烯。连接管还包括构造成连接到透镜模块的入口端口的向外扩张端部。

Description

流体填充透镜储液器系统和储液器系统的制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2009年10月15日递交的美国临时专利申请61/251,819的优先权，该临时专利申请通过引用整体结合于本说明书中。
技术领域
本发明的实施例涉及流体填充的透镜，特别是用于存储和供应流体的储液器。
背景技术
从约1958年开始已经知道基本的流体透镜，如美国专利2,836,101中所述的，该专利通过引用整体结合于本说明书中。最近的示例可以在Tangd等人发表在Lab Chip的2008年第8卷第395页上的“DynamicallyReconfigurable Fluid Core Fluid Cladding Lens in a Microfluidic Channel”、以及在WIPO公开文本WO2008/063442中找到，这两个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、以及微电子学。
还提出将流体透镜用于眼科应用(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)。在所有情况下，需要对流体透镜的优点(包括宽动态范围、提供自适应校正的能力、鲁棒性、和低成本)与孔径尺寸限制、泄露倾向以及性能一致性进行权衡。例如，美国专利7,085,065公开了涉及在将用于眼科应用的流体透镜中有效容纳流体的多个改进和实施例，尽管不限于这些改进和实施例(例如，参见美国专利6,618,208，该专利通过引用整体结合于本说明书中)。通过在透镜腔中注入附加流体、通过电湿润、通过采用超声脉冲、以及通过在引入膨胀剂(例如水)之后利用交联聚合物中的膨胀力，来影响流体透镜中的光焦度(power)调整。
发明内容
在本发明的一个实施例中，通过对在一端处被密封并且在另一端处与流体填充透镜的腔相连接的流体填充储液器进行压缩来可控制地改变密封流体填充透镜的膨胀状态。
在实施例中，流体填充储液器包括两个部分，较宽部分提供用于存储过量流体的空间，而较窄部分用作所述较宽部分与入口端口之间的连接管，该连接管穿过铰链到达密封透镜腔。储液器可以由聚合物制造，该聚合物对流体不渗透并形成为适应铰链的弯曲和不弯曲。
本发明的实施例包括用于存储流体以供应一副眼镜的流体填充透镜的眼镜储液器系统。眼镜储液器系统可以包括：具有腔的镜腿部分；囊状件，其定位在腔内并构造成可重复地压缩和松开，囊状件由柔性材料制成；和连接管，其连接到透镜模块的入口端口以及连接到囊状件，连接管构造成在囊状件与透镜模块的流体填充透镜腔之间传输流体。眼镜储液器系统还可以包括压缩臂，其与囊状件接触并构造成将力从致动器传送至囊状件。囊状件和连接管可以分开形成并结合在一起，或者可以是单个管的两个部分。囊状件的形状可以是圆柱形或椭圆体形，囊状件各自比连接管更宽。囊状件和连接管由柔性材料制成，例如聚偏二氟乙烯。连接管还可以包括构造成连接到透镜模块的入口端口的向外扩张端部。
本发明的实施例附加地包括这样的装置，其包括：柔性囊状件，其构造成可重复地压缩和松开；柔性连接管，其具有向外扩张端部和非向外扩张端部，非向外扩张端部连接到囊状件，连接管构造成变窄并延伸囊状件的通道长度，其中，连接管还构造成将流体传输进出囊状件；和压缩臂，其与囊状件接触并构造成向囊状件提供压力。
附加地，本发明的实施例包括装置制造方法，其包括：将第一可处理材料的第一未处理管放置在管状储液器轮廓上，第一未处理管具有第一直径以及在相反末端处的第一开口和第二开口，管状储液器轮廓具有圆柱形或椭圆体形横截面，使得第一未处理管的与第一开口相对应的一端与管状储液器轮廓的一端大致平齐。装置制造方法还包括：对第一可处理材料进行处理，以使得第一经处理管形成为围绕管状储液器轮廓并在与第二开口关联的端部处收缩为比管状储液器轮廓更小，以产生减小直径的开口。装置制造方法的另一步骤包括从第一经处理管去除管状储液器轮廓并密封第一开口。附加地，装置制造方法包括：将第二直径的第二未处理管的第一开口放置在第一经处理管的减小直径的开口上，第二未处理管由第二可处理材料制成。装置制造方法的另一步骤包括：将入口轮廓放置在第二未处理管的第二开口中；以及对第二可处理材料进行处理，以使得第二经处理管形成为围绕第一管的减小直径开口和入口轮廓，以形成向外扩张开口。装置制造方法还包括围绕第一经处理管的第一开口的内边缘设置第一粘结剂；和围绕减小直径开口的外边缘、第二经处理管的第一开口的内边缘或上述两者来设置第二粘结剂。
下文将参照附图详细描述本发明的其他实施例、特征和优点，以及本发明的各种实施例的结构和操作。应当注意本发明不限于这里描述的特定实施例。这些实施例在这里仅为了举例说明而进行描述。根据本文包括的教导，附加实施例对于本领域技术人员来说将是显而易见的。
附图说明
附图结合于本说明书中并形成说明书的一部分，附图与说明书一起示出本发明，附图还用于说明本发明的原理以及使得本领域技术人员可以制造和使用本发明。
图1部分地示出根据本发明的实施例的一副示例性流体填充眼镜。
图2根据实施例示出图1所示的流体填充眼镜的一个镜腿部分的分解示图。
图3示出根据实施例的储液器的三维示图，并示出相对宽的部分和相对窄的部分。
图4A到图4D是根据本发明的实施例的储液器(例如图3所示的储液器)的尺寸图。
图5根据本发明的实施例在密封透镜模块的分解图中示出储液器，并示出储液器的窄部分的连接端以及定位在密封透镜模块的刚性透镜上的入口端口。
图6A到图6D示出根据实施例的用于制造储液器的示例性方法。
图7A到图7D示出根据实施例的用于制造储液器的另一示例性方法。
图8根据本发明的实施例示出光学测试的结果，执行该光学测试以计算与压缩装置接触的储液器的宽部分的体积。给出图5所示的流体填充透镜的几何形状，该数据已经被用于计算对于光焦度的每屈光度增加需要注入到流体填充透镜腔中的流体的体积。
具体实施方式
虽然讨论特定构造和布置，但是应当理解这样做只是为了进行说明。本领域技术人员将理解，在不脱离本发明精神和范围的情况下可以使用其他构造和布置。对于本领域技术人员来说显而易见的是本发明还可以用于各种其他应用中。
应当注意，说明书中的提到的“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等表示所述实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是并非每个实施例都必需包括该特定特征、结构或特性。此外，这样的用语不一定指相同的实施例。此外，当结合实施例来描述特定特征、结构或特性时，不论是否明确描述，结合其他实施例来实现该特征、结构或特性都处于本领域技术人员的理解范围内。
从人体工程学和美学观点，包括流体填充透镜的一副眼镜的设计可以利用将流体填充透镜的所有组件无缝式结合在眼镜框架中，而不会损害流体填充透镜的光焦度可调节性、或框架与镜腿设计。
举例而言并且非限制性地，具有流体填充透镜的一副眼镜可以包括：(1)两个流体填充透镜模块；(2)两个连接管，每个连接管将透镜模块的入口端口连接到相应储液器以形成密封系统，并且被穿过铰链；(3)由柔性材料制成的两个流体填充储液器，其可以被压缩和可逆地松开多个循环，流体填充储液器通过连接管连接到透明模块；(4)铰链，其提供容纳连接管的通道，并允许连接管在铰链操作期间屈曲而不会引起连接管褶皱；和(5)两个致动器，举例而言并且非限制性地，致动器通过定位于每个镜腿部分侧的轮或螺杆来可逆地且可控制地压缩各个储液器。
提供由佩戴者单独调节左右光学器件的能力的设计被认为在人体工程学方面优于需要联合调节光学器件的设计，因为这导致引导致动器位置的调节程度、与由流体填充透镜形成的视网膜图像的清晰度及放大率之间的直接触觉联系。
图1示出根据本发明的实施例的具有流体填充透镜的示例性眼镜组件100的部分示图。眼镜100包括第一和第二镜腿部分120、透镜框架140、将镜腿部分120连接到框架140的铰链160、以及至少一个流体填充透镜组件180。
图2示出根据本发明的实施例的一个镜腿部分120的放大细节。镜腿部分120包括两个外部壳件220a和220b，当两个外部壳件220a和220b组装在一起时，它们产生镜腿部分120主体内的腔230。储液器组件240可以经调整尺寸、成形并被放置在腔230内。在实施例中，镜腿部分120还包括压缩臂260、柔性突出部270、将突出部270保持到位的销272、以及致动器280的组合件。在一个示例中，该组合件可移动地接触储液器组件240的较宽部分。在实施例中，压缩臂260经成形，以使得在组装的镜腿部分120的腔230的封闭环境中，与储液器组件240的较宽部分的接触引起储液器组件240的压缩并推动流体离开该储液器组件。相反地，在实施例中，减轻压缩臂260与储液器组件240之间的接触会对储液器组件240减压，并使得流体被抽入到储液器组件240中。
图3根据本发明的实施例从多个视角示出示例性储液器组件240。储液器组件240包括囊状件310、连接管320、接合部330、密封端340和开口端350。在一个实施例中，储液器240通常由囊状构造310组成，并经成形以装入到眼镜组件的镜腿部分120内。囊状件310定位在镜腿部分120内的腔230中。在实施例中，囊状件310沿着其长度接触薄的刚性的可移动金属板(在本文中称作压缩臂260)(参见图2)。在实施例中，囊状件310可以是圆柱形或椭圆体形，以更好地适应镜腿部分120的锥形形状。在一个示例中，内径可以是5.0mm或更小(例如，沿着长轴2.0至4.5mm，沿着短轴在1.0mm至3.0mm之间)。在另一示例中，囊状件310的尺寸上限受到与眼镜100一起使用的镜腿部分120的尺寸的控制，并且还受到由致动器(例如，图2中包括260、270、272和280的组件)的机械动作合理产生并被传送到与囊状件310接触的压缩臂260的力的最大量的控制。如果该力太大，则会引起压缩臂260弯曲，因此消散掉一些力。在实施例中，还存在囊状件310的壁厚、囊状件310在拉力和剪力下的刚度、以及囊状件310的尺寸之间的直接关联。
储液器组件240的囊状件310连接到较窄部分(在本文中称作连接管320)，较窄部分将流体从囊状件310运送至流体填充透镜组件180(如图1所示)。在实施例中，囊状件310和连接管320可以分开形成并连接在一起。在另一实施例中，囊状件310和连接管320可以由储液器材料的单个管形成。可以制定多种处理来将储液器形成为单个单元并避免形成接合部330，举例而言并且非限制性地包括：如果储液器材料由热可收缩材料制成，则热收缩；例如当储液器材料是热塑性塑料时，吹塑或注射成型；或者例如对于原型制造，机械加工。
在一个示例性实施例中，连接管320具有1.0mm至2.5mm之间的内径(例如1.0mm和1.5mm之间)。该下限控制流体穿过连接管320所需要的时间。例如，1.2mm的连接管内径使得对致动器调节的光学响应能够在少于5秒内完成，并且在实施例中，少于2秒。因为在本实施例中连接管320的壁厚在0.1mm和0.5mm之间，外径可以在3.5mm和1.2mm之间。该上限受到由不使得眼镜100体积太大和太硬的铰链部分和端部件提供的弯曲余量的最大量(如在美国专利申请12/904,769中公开的，该专利申请通过引用整体结合于本说明书中)以及连接管320可以实现而不产生出折裂或阻塞的弯曲半径的控制。
图4A到图4D根据本发明的实施例提供示例性储液器组件240的详细示图和尺寸。图4A的上部示出储液器组件240的侧视图，而图4A的下部示出储液器组件240的俯视图。图4B到图4D示出储液器组件240沿着其长度的截面图。图4B示出连接管320的开口端350的截面图(没有向外扩张的端部)。图4C示出在接合部330处或附近囊状件310的截面图。图4D示出在接近密封端340处囊状件310的截面图。在本示例性实施例中，从密封端340到接合部330的长度是32mm，从接合部330到开口端350的长度是20.5mm，接合部的长度是1mm，密封端340的长度是1.5mm。同样在本示例性实施例中，横截面A-A的直径是1.6mm，壁厚是0.3mm。椭圆横截面B-B的长轴是3.75mm，短轴是2.5mm，壁厚0.1mm。椭圆横截面C-C的长轴是4.5mm，短轴是1.12mm，壁厚0.1mm。
图5示出根据实施例利用密封透镜模块的分解示图示出储液器，并示出储液器240的连接管320的连接端(例如，向外扩展端部520)和位于密封透明模块180的刚性透镜520上的入口端口530。如图5所示，连接管320的开口端350向外扩张以产生向外扩张端部520，然后装在流体填充透镜组件的入口端口530上，以使得在进行任意填充操作之前连接管320可以被焊接到入口端口530。
在这些实施例的每一者中，很重要的是选择用于储液器组件的适当材料。在实施例中，该材料是化学惰性的，对于使用的流体(例如硅油)具有最小渗透性，以使得在2-3年的使用期限内流体没有损失。在实施例中，材料是可加工且高度柔性的，因为该材料会沿着其长度经受紧绷的弯曲，特别是在铰链闭合时。在一个示例中，曲率半径可以小到3.0mm，或者低至连接管外径的2.5倍。
下表1示出对于储液器240可以考虑的示例性材料。
表1
在实施例中，在不渗透性、弹性和刚性方面，可以使用氟碳化合物材料来代替含氯氟烃或其他卤烃材料。例如，对于给定实施例，TYGON(聚氯乙烯)在弹性和刚度方面优异，但是其对于由位于密歇根州Midland的Dow Corning公司制造的硅油(例如DC 702和DC 704)不能充分不渗透。对于给定实施例，可以使用聚偏二氟乙烯(PVDF)，因为其具有弹性、刚度和不渗透性的最优组合。聚偏二氟乙烯(PVDF)还高度可加工、并且可以热收缩、热密封、热变形和注射成型。PVDF对于以热收缩和非热收缩形式摄取硅油拥有优异的抗性。
图6A到图6D示出根据本发明的实施例的储液器制造方法。图6A示出了制造两件式储液器的初始步骤。首先，在实施例中，管状轮廓610形成圆柱形或椭圆体形横截面。该管状轮廓610的横截面经成形和调整尺寸以安装在流体填充透镜眼镜的镜腿部分的腔内。然后，材料620的第一管状件具有比管状轮廓610略长的长度，并且从材料620的第一管状件的一个开口端612被放置在管状轮廓610上。例如，材料620可以是PVDF。例如，管状轮廓610可以由金属制成。
如图6B所示，然后对材料620进行处理。在实施例中，使用热处理来处理材料620。在该处理期间，材料620收缩并围绕管状轮廓610缩紧，除了在管状轮廓610没有支撑材料620的位置处，在这种情况下材料620继续收缩，从而相对于金属轮廓610的横截面形成小连接件和开口632。第一经处理的材料630是囊状件的基础形成部分。
图6C根据实施例示出制造两件式储液器的另一步骤。首先，在实施例中，材料640的第二管状件的直径小于材料620的第一管状件、但是大于连接件632，并被放置在向外扩张轮廓660上。例如，向外扩张轮廓可以由金属制成。向外扩张轮廓660经成形和调整尺寸以产生连接管的向外扩张端部，以使得其将安装在流体填充组件的入口端口上。材料640的第二管状件的另一端可以具有涂布到其内部和外部表面的粘结剂，以将材料620和640的第一和第二管状件连接在一起。举例而言并且非限制性地，粘结剂可以是由位于德国Windach的DELO Industrie Klebstoffe GmbH制造的DELO Duopox 01 Rapid或Duopox AD821。
如图6D所示，然后，例如通过热处理对材料640进行处理，以使得材料640收缩并缩紧以形成连接管，除了在向外扩张轮廓660支撑材料640的位置处，在这种情况下材料640没有完全收缩，并且相对于经处理的连接管650的横截面形成向外扩张端部670。这时，经处理的连接管650还永久地在接合部680处连接到囊状件基底630。如前所述，接合部680还可以由粘结剂连接、可以仅通过经处理的材料的收缩来密封、或者上述两者都有。该储液器制造方法的最终步骤是去除向外扩张轮廓660，并例如用热处理来密封材料620的第一管状件的开口端612，这时经处理的基底630用于囊状件。在密封开口端612之后，囊状件变成完全可用的。
图7A到图7D示出根据本发明的实施例的另一储液器制造方法。图7A示出制造两件式储液器的初始步骤。首先，在实施例中，管状截面的材料740被放置在入口轮廓760上。例如，材料740可以是PVDF。例如，入口轮廓760可以由金属制成。入口轮廓760可以经成形和调整尺寸以产生材料740的向外扩张的末端，使得材料740一旦在受到处理之后将会安装在流体填充透镜组件的入口端口上。
如图7B所示，然后对材料740进行处理。在实施例中，通过热处理来处理材料740，以使得材料740收缩并缩紧，除了在入口轮廓760支撑材料740的位置处。在这种情况下，材料740没有完全收缩，并且相对于经处理的连接管750的横截面形成向外扩张端部770。
图7C示出根据实施例的制造两件式储液器的另一步骤。在实施例中，管状轮廓710形成圆柱形或椭圆体形横截面。例如，管状轮廓710可以由金属制成。管状轮廓710的横截面可以经成形和调整尺寸以安装在流体填充透镜眼镜的镜腿部分的腔内。然后，材料720的管状件具有比管状轮廓710略长的长度，并且从材料720的管状件的一个开口端712被放置在管状轮廓710上。例如，材料720可以是由位于特拉华州Wilmington的DuPont Performance Elastomers制造的VITON管状件的材料720的另一端可以放在在经处理的连接管750的非向外扩张端部。经处理的连接管750的非向外扩张端部和管状件的材料720的另一端的开口可以具有涂布到其内部和外部表面的粘结剂(例如但不限于由DELO Duopox 01 Rapid或Duopox AD821)，以将材料720和材料740的两个管状件连接在一起。
如图7D所示，然后对材料720进行处理。在实施例中，通过热处理来处理材料720。在这个实施例中，使得材料720收缩并围绕管状轮廓710缩紧，除了在管状轮廓710没有支撑材料720的位置处，在这种情况下材料720继续收缩，形成与连接管750的接合部730。经处理的材料730是囊状件的基底形成部分。这时，经处理的连接管750还永久地在接合部780处连接到囊状件基底730。如前所述，接合部780还可以由粘结剂连接、可以只通过经处理材料的收缩来密封、或者上述两者都有。该储液器制造方法的最终步骤是去除向管状轮廓710并密封管状件的材料720的开口端712。这将当前处理的材料730转变成用于囊状件的基底。例如，可以使用热处理来密封开口端。在密封开口端712之后，囊状件变成完全可使用的。
尽管图6A到图6D和图7A到图7D示出用以制造流体填充透镜储液器的两种方法，但是它们不应认为是限制性示例。例如，储液器的两个部分可以形成为单个单元。可以制定多种处理来将储液器形成为单个单元并避免形成接合部，举例而言并且非限制性地包括：如果储液器材料由热可收缩材料制成，则热收缩；例如当储液器材料是热塑性塑料时，吹塑或注射成型；或者例如对于原型制造，机械加工。
图8示出测试结果，执行该测试以计算根据实施例的一个眼镜设计的储液器的尺寸。该测试测量出在流体填充透镜的光焦度中产生一屈光度(1.0D)增长所需要的硅油的体积。该测量使用放置在能够测量透镜光焦度的焦度计上的原型流体填充透镜组件。通过适当长度和直径的连接管，流体填充透镜被连接并密封到如图3所示成形的储液器。
数据显示流体确实从储液器传输至透镜腔，引起流体透镜的膜膨胀，并且透镜光焦度如预测的增加。光焦度的增加相对于流体体积呈线性，表示出对致动器装置(例如，轮或螺杆)的移动的线性响应。对于此设计，使用约30微升硅油将流体填充透镜的光焦度增加1.0D。因为期望有约2.5D的全光焦度范围，所以在实施例中，储液器可以被调整尺寸以传输这些量的流体，而不需要将储液器挤压到其弹性区之外，从而在光焦度范围的最高点时在储液器中剩余约60％的流体。
尽管上文描述本发明的实施例，但是应当理解这些实施例仅作为示例进行描述，而不是加以限制。对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以对形式和细节进行各种改变。因此，本发明的幅度和范围不应由上述示例性实施例来限制，而是只应当根据权利要求书和其等价形式来限定。
此外，前文“摘要”的目的是使得美国专利商标局和公众(特别是对专利或法律术语或用语不熟悉的本领域科学家、工程师和从业者)一般性地通过粗略查阅来快速确定本申请的技术公开文本的特性和实质。“摘要”并非要以任意方式限制本发明的范围。

Claims (14)

1.一种用于存储流体以供应一副眼镜的流体填充透镜的眼镜储液器系统，其包括：
镜腿部分，其具有腔；以及
单个连续管，其包括囊状件形式的第一部分和连接管形式的第二部分，
其中，所述囊状件部分定位在所述腔内并可重复地压缩和松开，所述囊状件部分由柔性材料制成，并且其中，所述连接管部分连接到透镜模块的入口端口，所述连接管部分能在所述囊状件部分与所述透镜模块的流体填充透镜腔之间传输流体。
2.根据权利要求1所述的眼镜储液器系统，其中，所述囊状件的形状是圆柱形或椭圆体形，并且所述囊状件各自比所述连接管宽。
3.根据权利要求2所述的眼镜储液器系统，其中，所述囊状件的内径是1.0mm至5.0mm。
4.根据权利要求3所述的眼镜储液器系统，其中，所述囊状件的内径沿着长轴在2.0和4.5mm之间，并且沿着短轴在1.0和3.0mm之间。
5.根据权利要求1所述的眼镜储液器系统，其中，所述囊状件的材料是聚偏二氟乙烯。
6.根据权利要求1所述的眼镜储液器系统，其中，所述连接管由聚偏二氟乙烯制成。
7.根据权利要求1所述的眼镜储液器系统，其中，所述连接管的内径在1.0和2.5mm之间。
8.根据权利要求1所述的眼镜储液器系统，其中，所述连接管的外径在1.2和3.5mm之间。
9.根据权利要求1所述的眼镜储液器系统，其中，所述连接管还包括：
向外扩张端部，其连接到所述透镜模块的入口端口。
10.根据权利要求9所述的眼镜储液器系统，其中，所述连接管的所述向外扩张端部有助于连接并永久粘附到所述透镜模块的入口端口。
11.一种装置，其包括：
流体透镜模块；
单个连续管，其包括柔性囊状件形式的第一部分和柔性连接管形式的第二部分；以及
压缩臂，其能向所述囊状件部分施加压力，
其中，所述柔性囊状件部分可重复地压缩和松开，并且
其中，所述柔性连接管具有向外扩张端部和非向外扩张端部，向外扩张端部连接到所述流体透镜模块，所述非向外扩张端部连接到所述囊状件部分，所述连接管部分沿着所述囊状件部分的通道长度变窄并延伸，其中，所述连接管部分能在所述囊状件部分和所述流体透镜模块之间传输流体。
12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述囊状件的形状是圆柱形或椭圆体形，所述囊状件各自比所述连接管宽。
13.根据权利要求11所述的装置，其中，所述囊状件和所述连接管由聚偏二氟乙烯制成。
14.根据权利要求11所述的装置，其中，所述连接管的所述向外扩张端部有助于连接并永久粘附到所述流体透镜模块的入口端口。
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