УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЙ МЕМБРАННЫЙ УЗЕЛ С ДЕФОРМИРУЕМОЙ МЕМБРАНОЙ (ВАРИАНТЫ)
IMPROVED MEMBRANE UNIT WITH DEFORMABLE MEMBRANE (VERSIONS)

[0001] Настоящее изобретение относится к мембранным узлам с деформируемыми мембранами, в которых для регулирования формы эластичной мембраны используется давление текучей среды, причем текучая среда воздействует непосредственно на одну сторону мембраны; в частности, изобретение относится к заполненным текучей средой линзам и зеркалам, в которых эластичная мембрана образует поверхность линзы или зеркала, а давление текучей среды регулируется для регулировки степени кривизны мембраны и, таким образом, оптической силы линзы или зеркала; однако изобретение применимо также и к другим устройствам или оборудованию, в которых требуется эластичная поверхность статически или динамически изменяющейся формы.
[0002] В данной области техники известны заполненные текучей средой линзы, в которых давление текучей среды используется для регулирования формы мембраны, находящейся в контакте с текучей средой. Эти линзы могут быть типа «с вводом текучей среды», когда регулируется количество текучей среды внутри оболочки, имеющей в принципе постоянный объем, ограниченный с одной стороны мембраной, или типа «со сжатием текучей среды», когда регулируется объем оболочки, который ограничен с одной стороны мембраной и содержит постоянное количество текучей среды. В каждом случае регулируется давление текучей среды внутри оболочки либо путем добавления текучей среды в оболочку или удаления текучей среды из нее, либо путем изменения объема оболочки, чтобы регулировать давление текучей среды, действующей на мембрану, тем самым изменяя форму мембраны.
[0003] В то время как возможны различные применения регулируемых линз, например, в фотокамерах и другом оптическом оборудовании, одной из возможностей применения является использование таких линз в очках. Регулируемая линза особенно полезна для коррекции старческой дальнозоркости - состояния, при котором способность глаза фокусироваться на близких объектах все больше уменьшается с возрастом. Регулируемая линза в этом случае имеет преимущество, так как пользователь может хорошо видеть объекты на различных расстояниях, от дальних до ближних. Это более эргономично, чем бифокальные линзы, в которых коррекция зрения вблизи обеспечивается в нижней области линзы, что позволяет пользователю видеть близкие объекты только когда он смотрит вниз.
[0004] Недостаток заполненных текучей средой линз, раскрытых в указанных выше документах, заключается в том, что они должны быть круглыми или, по меньшей мере, по существу круглыми, с жесткой границей, чтобы мембрана сохраняла сферическую форму, иначе возникает нежелательное оптическое искажение. Однако круглая форма не является предпочтительной для некоторых применений, в том числе для очков, так как считается недостаточно привлекательной эстетически. Круглые линзы могут быть также непригодными или непрактичными для некоторых применений, например, в оптических приборах. Тем не менее, обычно требуется, чтобы мембрана растягивалась сферически или в соответствии с одной или более требуемых мод - обычно с одним или более порядком многочленов Цернике.
[0005] Часто бывает желательно, чтобы в мембранном узле описанного выше типа эластичная мембрана держалась под натяжением (предварительное натяжение) во избежание нежелательного провисания или появления морщин вследствие температуры или силы тяжести, или в результате эффектов инерции в текучей среде, когда линза перемещается. В некоторых случаях предварительное натяжение, необходимое для того, чтобы мембрана не провисала, может быть того же порядка величины, что и дополнительное натяжение, которое вызывается в мембране при ее активировании. Однако в других мембранных узлах оно может быть на несколько порядков величины больше, в зависимости от толщины и модуля упругости материала мембраны.
[0006] Например, в заявке WO 98/11458 A1 раскрывается линза с переменным фокусным расстоянием, имеющая первую и вторую прозрачные гибкие мембраны, каждая из которых натянута и закреплена на кольцевой рамке, сформированной из первого, второго и третьего взаимодействующих колец. Линза, описанная в WO 98/11458 А1, имеет круглую форму, а кольцевая рамка жесткая, так что она может держать мембрану в натянутом состоянии, не изгибаясь.
[0007] Однако в некоторых мембранных узлах этого типа мембрана устанавливается на гибком кольце или другом опорном элементе, который изгибается, когда давление жидкости регулируется, чтобы управлять формой мембраны. Например, в патенте US 5371629 А раскрывается линза с переменным фокусным расстоянием, имеющая некруглую мембрану, которая установлена на мембранной опоре, имеющей круглый обод, изгибающийся управляемым образом, так что, несмотря на использование некруглой мембраны, она при растяжении сохраняет по существу сферическую форму, что позволяет изменять степень увеличения без появления искажений нежелательной величины.
[0008] В родственной международной заявке №PCT/GB 2012/051426, содержание которой полностью включено в данный документ путем отсылки, также раскрывается узел с деформируемой мембраной, включающий эластичную мембрану, которая закреплена своей кромкой в упруго изгибаемом опорном кольце.
[0009] Одна из проблем, присущих линзе, описанной в US 5371629 А, заключается в том, что натяжение мембраны воздействует на гибкий обод держателя мембраны. Хотя повышенная нагрузка, прилагаемая к ободу при активации линзы, может сама по себе не быть настолько большой, чтобы составлять существенную проблему, но проблема может возникнуть из-за предварительного натяжения, приложенного к мембране во избежание провисания или появления морщин или для сведения их к приемлемому уровню; гибкий характер обода означает, что такая степень предварительного натяжения может деформировать кольцевой обод нежелательным и неконтролируемым образом, что ухудшит оптическое качество линзы.
[00010] Такая нежелательная деформация или нестабильность проявляется в двух видах. Первый из них - сжатие внутрь, или внутриплоскостная деформация, В родственной международной заявке №. РСТ/ЕР 2012/075549, содержание которой включено в данный документ путем отсылки, раскрывается мембранный узел с деформируемой мембраной, включающий упругую мембрану, которая закреплена кромкой в изгибаемом опорном кольце. Описанный узел включает регулятор изгибания, который не дает кольцу сжиматься внутрь под натяжением мембраны, особенно предварительным натяжением, приложенным к мембране во избежание провисания, появления морщин и т.д.
[00011] Второй вид нежелательной деформации, обсуждавшейся выше, - внеплоскостная деформация или искажение. Конкретнее, хотя предполагается, что мембрана должна изгибаться сферически, она также подвержена изгибанию другими нежелательными способами вследствие поверхностного натяжения мембраны. В частности, мембрана склонна изгибаться по энергетически выгодным конфигурациям с образованием тороидальной («седловидной») или другой формы. Такие нежелательные моды зависят от формы границы мембраны и поэтому могут не быть чистыми модами Цернике. Риск нежелательной тороидальной деформации мембраны больше, когда мембрана плоская, но он до некоторой степени существует, даже когда мембрана изгибается сферически. Следует понимать, что, в отличие от нежелательных мод, желательные моды деформации мембраны обычно являются по существу чистыми модами Цернике, основанными на единичной сфере, которую можно рассматривать как лежащую чуть снаружи границы мембраны.
[00012] Цель настоящего изобретения - создать регулируемую заполненную текучей средой линзу описанного выше типа, в которой деформация мембраны и опорного элемента мембраны стабилизирована против нежелательных мод деформации и других внеплоскостных искажений.
[00013] Следовательно, в одном аспекте настоящего изобретения предлагается мембранный узел с деформируемой мембраной, включающий неподвижную опору; заполненную текучей средой оболочку, по меньшей мере одна стенка которой образована эластичной мембраной, которая удерживается под натяжением гибким опорным элементом мембраны и закреплена в нем своей своей кромкой, причем опорный элемент мембраны соединен с неподвижной опорой в дискретных точках регулирования по окружности опорного элемента соответственными взаимодействующими элементами для управления положением кромки мембраны относительно неподвижной опоры в точках регулирования, причем между точками регулирования движение элемента не ограничено; и избирательно приводимый в действие регулятор давления для регулирования давления текучей среды в оболочке и, тем самым, регулирования формы мембраны, где имеется по меньшей мере три контрольных точки, расположенные с интервалами по кромке мембраны и выбранные так, чтобы увеличивать, в ответ на нагрузку вследствие натяжения мембраны, энергию мод внеплоскостного изгибания опорного элемента низшего порядка, не имеющих узловой точки вокруг всего опорного элемента.
[00014] Если посмотреть по-другому, указанные не менее трех точек могут быть расположены в местах на кромке мембраны, которые выбраны так, чтобы мембрана могла деформироваться при регулировании давления текучей среды в соответствии с одной или более желаемых мод, но не допускать смещения кромки мембраны в соответствии с одной или более других, нежелательных мод. Как указывалось выше, желаемые моды могут соответствовать чистым или почти чистым многочленам Цернике либо быть другими модами, тогда как нежелательные моды определяются фактической формой внешнего абриса мембраны.
[00015] Следовательно, в соответствии с настоящим изобретением, точки регулирования могут быть расположены так, чтобы способствовать одной или более моде изгибания мембраны низшего порядка, в то же время подавляя одну или более нежелательных мод высшего порядка. В некоторых вариантах осуществления изобретения, где имеется n точек регулирования (где n - целое число, равное трем или больше), точки регулирования могут быть расположены так, чтобы ингибировать нежелательные моды порядка n+1 и вызывать желательные моды порядка n-1.
[00016] Предпочтительно точки регулирования могут быть расположены так, чтобы подавлять по меньшей мере моды самого низкого порядка, которые имели бы место в отсутствие точек регулирования как реакция на нагрузку вследствие натяжения мембраны. Нежелательные моды более высокого порядка допускаются, но они менее энергетически выгодны и предполагают меньшие смещения кромки мембраны, так что представляют меньшую проблему для поддержания точности формы мембраны. Точки регулирования могут быть расположены так, чтобы позволять мембране деформироваться в соответствии с по меньшей мере желательной модой изгибания самого низкого порядка. Точки регулирования могут быть расположены там, где желаемая мода изгибания самого низкого порядка имеет узловую точку на пересечении с опорным элементом. Точки регулирования могут быть расположены так, чтобы ингибировать спонтанную деформацию мембраны в соответствии с одной или более из нежелательных мод первого, второго или третьего (и/или более высокого) порядка. Точки регулирования могут быть расположены так, чтобы предотвратить нежелательную деформацию мембраны в соответствии с, по меньшей мере, нежелательными модами первого порядка и, по желанию, также выбранными нежелательными модами по меньшей мере второго и третьего порядка, которые имеют узловую точку на кромке мембраны.
[00017] В некоторых вариантах осуществления изобретения, подробно описанных ниже, опорный элемент может управляемо смещаться в одной или более точек регулирования, и такое избирательное смещение может, в некоторых вариантах, допускать управляемую деформацию мембраны в соответствии с одной или более мод изгибания одного и того же порядка, от спонтанного вхождения в которые мембрану предохраняют точки регулирования. Другими словами, опорный элемент может избирательно перемещаться в одной или более точек регулирования в соответствии с одной или более желательной модой изгибания в положение подавления, в котором эта одна или более нежелательная мода изгибания подавляется, а последующее смещение опорного элемента в одной или более точек регулирования позволяет опорному элементу изгибаться в соответствии с одной или более из желательных мод. Такая одна или более точек регулирования могут быть точками активации, как описывается ниже.
0
2
[00018] Для оптических и некоторых других применений желательные моды деформации можно описать одним или более многочленов Цернике, для которых площадь линзы находится в пределах базовой единичной окружности. В соответствии с изобретением, можно применить форму полосового коэффициента Аризоны многочленов Цернике. Так, точки регулирования можно расположить так, чтобы допускалась по меньшей мере сферическая (дефокусирование второго порядка, Z) деформация и, по выбору, сферическая и выбранная деформация согласно многочленам Цернике второго, третьего и/или четвертого порядка, которая вводит одно или более отклонений от сферической формы, включая астигматизм, кому и трилистник.
[00019] Мембрана может быть круглой или некруглой. Точки регулирования расположены так, чтобы управлять положением кромки мембраны в точках регулирования. Профиль кромки мембраны между точками регулирования может определяться пересечением суммы одной или более желаемых мод и формой абриса мембраны между этими точками.
[00020] Жесткость опорного элемента на изгиб может быть различной по окружности опорного элемента, так что при регулировании давления текучей среды опорный элемент изгибается соответствующим образом, управляя профилем опорного элемента между точками регулирования и тем самым регулируя форму мембраны. В некоторых вариантах осуществления изобретения, чтобы обеспечить изменение жесткости на изгиб по окружности опорного элемента, можно изменять размеры кольца на протяжении его окружности. Опорный элемент может быть выполнен из однородного материала и иметь переменный момент инерции площади сечения. Опорный элемент может иметь по существу однородную толщину и переменную ширину для регулирования момента инерции площади сечения по окружности кольца и тем самым жесткости кольца на изгиб. В некоторых вариантах осуществления изобретения опорный элемент может быть вырезан или высечен штампом из листового материала, например, нержавеющей стали, имеющей по существу равномерную толщину, с получением круглого или некруглого кольца переменной ширины в плоскости листа.
[00021] Требуемую жесткость на изгиб на всем опорном элементе можно легко определить методом конечно-элементного анализа (КЭА), например, так, как описано в PCT/GB 2012/051426. В частности, КЭА можно использовать для вычисления изменения жесткости на изгиб по окружности опорного элемента, которое необходимо для регулирования его изгибания, когда опорный элемент подвергается все более увеличивающейся нагрузке по мере того, как соединенная с опорным элементом мембрана деформируется вследствие повышения (или снижения) давления текучей среды, чтобы получить заданную форму мембраны при активации узла.
[00022] В некоторых вариантах осуществления изобретения опорный элемент может иметь постоянную или почти постоянную жесткость на изгиб на всем своем протяжении.
[00023] Предпочтительно опорный элемент упруго изгибаем.
[00024] При соблюдении оговоренных выше требований, каждая точка регулирования может отстоять от соседних точек регулирования на угловое расстояние 30-120° относительно центра мембраны. Угловое расстояние может составлять 40-110°, или 50-100°, или 60-90°, или 90-120° или 100-120°. В этом контексте под «центром» подразумевается точка, расположенная в центре мембраны, которая может быть геометрическим центром (центр по отношению к периметру) или, в случае оптических применений, оптическим центром. Следует понимать, что неэффективно располагать точку регулирования в узловой точке одной или более нежелательных мод. Однако точки регулирования следует размещать в таких положениях на кромке мембраны, которые совместимы с одной или более желательных мод. Другими словами, положение кромки мембраны относительно неподвижной опоры в каждой точке регулирования, которое управляется соответственным взаимодействующим элементом, должно соответствовать одной или более желательных мод деформации мембраны.
[00025] Поэтому в соответствии с изобретением точки регулирования предпочтительно располагаются на кромке мембраны в дискретных позициях вокруг нее, чтобы ингибировать спонтанные нежелательные моды деформации мембраны (например, тороидальные), вызываемые поверхностным натяжением в мембране. Понятно, что при тщательном размещении точек регулирования можно допустить определенные желательные моды одного порядка и в то же время ингибировать другие, нежелательные моды, включая моды того же порядка.
[00026] Для регулирования давления текучей среды в оболочке может быть предусмотрен регулятор, избирательно приводимый в действие для подачи текучей среды в оболочку или удаления ее из оболочки. Таким образом, объем оболочки может оставаться по существу постоянным (с тем исключением, что растяжение мембраны или других частей оболочки может вызывать небольшое увеличение или уменьшение фактического объема), и давление текучей среды может управляться путем избирательного добавления текучей среды или отвода ее из оболочки, например, с помощью избирательно приводимого в действие насоса («режим ввода»).
[00027] В некоторых вариантах осуществления изобретения каждая из точек регулирования может представлять собой шарнирную точку, в которой опорный элемент мембраны шарнирно прикреплен соответствующим взаимодействующим элементом к неподвижной опоре. В шарнирных точках опорный элемент может удерживаться в фиксированном месте относительно опоры, но некоторая степень внутриплоскостного движения может допускаться. Отсюда следует, что в каждой шарнирной точке кромка мембраны должна быть нулевой точкой или точкой по существу нулевого смещения относительной фиксированной опоры, чтобы деформация происходила в соответствии с одной или более желательных мод. Далее, шарнирные точки должны быть расположены в таких местах на кромке мембраны, которые являются точками ненулевого смещения относительно неподвижной опоры для деформации в соответствии с одной или более нежелательных мод, чтобы ингибировать движение кромки мембраны в этих точках. В некоторых вариантах осуществления изобретения на опорном элементе должно быть не менее трех шарнирных точек. Может также быть создано более трех шарнирных точек, например 4, 5, 6 или больше.
[00028] В вариантах осуществления изобретения, где допускается сферическая (дефокусирующая) деформация мембраны, а другие моды нежелательны, шарнирные точки могут быть расположены на равных или почти равных расстояниях от центра деформации, например, оптического центра линз или зеркал. В таких случаях все шарнирные точки могут лежать на круговом контуре нулевого смещения, который концентричен с центром деформации.
[00029] В вариантах осуществления изобретения, где желательны дополнительные моды, например, в случае астигматизма второго порядка, шарнирные точки все же могут быть расположены на контуре нулевого или почти нулевого смещения относительно фиксированной опоры, но тогда они не будут на равное расстояние отстоять от центра. Другими словами, в таком случае контур нулевого смещения не будет круглым. В обоих случаях шарнирные точки могут быть расположены там, где контур нулевого или почти нулевого смещения пересекает кромку мембраны.
[00030] В альтернативном варианте регулятор давления может быть выполнен с возможностью избирательного приведения в действие для регулирования объема оболочки и тем самым давления текучей среды в оболочке, т.е. с механизмом регулирования объема оболочки. Например, оболочка может быть сжимаемой и закрепленной на неподвижной опоре, а регулятор может срабатывать на сжатие или расширение оболочки относительно неподвижной опоры, например, по типу сильфона, тем самым изменяя объем оболочки, содержащей постоянное количество жидкости («режим расширения» или «режим сжатия»).
[00031] Неподвижная опора может быть устроена так, чтобы удерживать оболочку в первом положении на оболочке, а регулятор может быть устроен так, чтобы прикладывать сжимающее или расширяющее усилие к оболочке во втором положении на оболочке, причем первое и второе положения разнесены друг от друга в направлении сжатия или расширения, и оболочка имеет гибкую боковую стенку между первым и втором положениями, которая позволяет оболочке сжиматься или расширяться.
[00032] Оболочка может удерживаться по краю в первом положении неподвижной опорой, или же неподвижная опора может представлять собой жесткое тело, на котором установлена оболочка. Например, оболочка может включать другую стенку, противоположную мембране, и эта другая стенка может примыкать к жесткому телу.
[00033] Еще в одном варианте осуществления изобретения противоположная стенка оболочки может быть жесткой и служить частью неподвижной опоры.
[00034] Если необходимо, другая стенка может быть оптически прозрачной по меньшей мере для некоторого диапазона длин волн, представляющего интерес, и может образовывать поверхность линзы.
[00035] Заполненная текучей средой сжимаемая или расширяемая оболочка может быть упруго сжимаемой или расширяемой. При сжатии (или расширении) давление в оболочке изменяется по сравнению с окружающим давлением, а при снятии усилия, которое служит для сжатия (или расширения) оболочки при активации узла, оболочка упруго возвращается в неактивированное состояние, в котором давление на мембрану уравновешено. Таким образом, заполненная текучей средой оболочка может вести себя как заполненная жидкостью подушка.
[00036] В некоторых вариантах осуществления изобретения, где узел работает в режиме сжатия (или расширения), опорный элемент может удерживаться в фиксированном положении относительно неподвижной опоры, и регулятор давления может сжимать или расширять оболочку относительно неподвижной опоры. В таких вариантах каждая из точек регулирования может представлять собой шарнирную точку, как описано выше.
[00037] Однако в некоторых вариантах осуществления изобретения опорный элемент может быть подвижным относительно неподвижной опоры, работая на сжатие или расширение оболочки. Соответственно, опорный элемент может отстоять от неподвижной опоры, и расстояние между ними может регулироваться регулятором давления.
В некоторых вариантах осуществления изобретения оболочка может быть установлена на неподвижной опоре таким образом, что движение опорного элемента мембраны относительно опоры вызывает сжатие или расширение заполненной текучей средой оболочки.
[00038] Соответственно, по меньшей мере одна из точек регулирования может представлять собой точку активации, и регулятор соединен с опорным элементом мембраны в точке активации или каждой из точек активации соответствующим взаимодействующим элементом для управляемого смещения опорного элемента относительно неподвижной опоры для регулирования объема оболочки. Взаимодействующий элемент должен управляться в точке активации или каждой из точек активации таким образом, чтобы он смещал опорный элемент мембраны относительно неподвижной опоры в соответствии с одним или более требуемых режимов. Это важно для поддержания точности формы мембраны.
[00039] Как указывалось выше, положение одной или более точек изгибания можно выбирать так, чтобы управлять смещением опорного элемента в соответствии с одной или более желаемых мод изгибания, особенно мод низшего порядка. Так, опорный элемент может избирательно перемещаться в одной или более точек активации в положение подавления, в котором одна или более нежелательных мод изгибания подавляются, но затем движение этого элемента в точке активации в направлении от положения подавления позволяет ему изгибаться в соответствии с одной или более желательной модой того же порядка. Это может быть особенно полезно для избирательного запрещения или разрешения опорному элементу изгибаться в соответствии с другими модами второго порядка (например, астигматизм).
[00040] В некоторых вариантах осуществления изобретения все точки регулирования могут быть точками активации. В альтернативном варианте по меньшей мере одна из других точек регулирования может представлять собой шарнирную точку, в которой опорный элемент мембраны шарнирно прикреплен посредством соответственного взаимодействующего элемента к неподвижной опоре, как описывалось выше. Соответственно может иметься по меньшей мере одна точка активации и по меньшей мере две шарнирных точки. В некоторых вариантах может быть по меньшей мере одна точка активации и две или три шарнирных точки, например, 3, 4, 5, 6 или больше шарнирных точек.
[00041] Точка регулирования - шарнирная точка или точка активации - может быть расположена в каждом месте или вблизи каждого места на опорном элементе, где пересечение внешней формы кромки мембраны с одной или более желательных мод деформации мембраны имеет поворотную точку (анти-узел) в направлении усилия или силы реакции, прилагаемой к опорному элементу соответствующим взаимодействующим элементом, между двумя соседними точками, где профиль опорного элемента имеет точку перегиба, или точку поворота в противоположном направлении. Обычно, но не обязательно, взаимодействующие элементы могут прилагать силу к опорному элементу в каждой точке регулирования в одном и том же направлении.
[00042] В некоторых вариантах осуществления изобретения точки регулирования могут дополнительно включать по меньшей мере одну дополнительную шарнирную точку, расположенную в такой точке на опорном элементе, где опорный элемент остается по существу неподвижным при изменении давления в оболочке. Может быть более одной дополнительной шарнирной точки. Дополнительные шарнирные точки расположены не на поворотных точках, но могут располагаться на контуре нулевого смещения там, где он пересекает опорный элемент мембраны. Обычно делают 2, 3, 4, 5 или больше шарнирных точек.
[00043] Опорный элемент мембраны удерживает мембрану по ее кромке. Соответственно, опорный элемент может окружать мембрану. Если узел работает в режиме сжатия или расширения, опорный элемент может держать заполненную текучей средой оболочку во втором положении, о котором говорилось выше. Опорный элемент может содержать отдельные секции, расположенные с интервалами по окружности вокруг мембраны, но предпочтительно опорный элемент проходит непрерывно вокруг мембраны в виде замкнутого контура. Опорный элемент мембраны может представлять собой опорное кольцо, которое удерживает кромку мембраны. Под термином «кольцо» понимается замкнутый контур, имеющий ту же форму, что и кромка мембраны; термин «кольцо» в том смысле, в каком он здесь употребляется, не обязательно означает, что опорный элемент круглый. Кольцо может иметь внутреннюю сторону, образующую отверстие, в котором расположена мембрана, и внешнюю сторону, которая свободна за исключением трех точек регулирования.
[00044] В некоторых вариантах осуществления изобретения мембрана может быть продолговатой, более длинной по одной оси, чем по ортогональной оси, причем эти оси проходят через центр (геометрический или оптический) мембраны, и две противоположные длинные стороны мембраны пересекают ортогональную ось. Точки регулирования могут включать по меньшей мере одну точку активации на опорном элементе вблизи одного конца одной оси, по меньшей мере одну шарнирную точку вблизи другого конца этой одной оси и по меньшей мере одну промежуточную шарнирную точку на одной из длинных сторон опорного элемента между одним концом указанной одной оси и центром. Другими словами, промежуточная шарнирная точка может быть расположена в точке, ортогональная проекция которой на одну ось находится между центром и точкой активации. Может быть предусмотрена одна или более промежуточных шарнирных точек, которые являются описанными выше дополнительными шарнирными точками.
[00045] Мембрана может быть в целом овальной или прямоугольной. В некоторых вариантах осуществления изобретения мембрана может иметь обычную форму линзы очков, например, форму, выбранную из следующих: овал, полуовал, прямоугольник, трапеция, авиатор, навигатор, полглаза, кошачий глаз, половинный кошачий глаз, восьмиугольник, шестиугольник, пятиугольник, полуквадрат и т.д.
[00046] Может быть одна или больше точек активации вблизи одного конца указанной одной оси. В некоторых вариантах осуществления изобретения могут иметься единичные точки активации по окружности опорного элемента. Предпочтительно, чтобы по меньшей мере две промежуточные шарнирные точки могли быть расположены на опорном элементе между одной или более точками активации на одном конце одной оси и центром мембраны, одна на одной из длинных сторон опорного элемента, а другая - на другой длинной стороне. В дополнение к одной или более точкам активации может быть предусмотрено не менее трех шарнирных точек.
[00047] Форма мембраны может плавно регулироваться, и в каждом положении опорный элемент может смещаться в точке активации или в каждой из точек активации на расстояние, соответствующее смещению точки активации в соответствии с желаемыми модами изгибания.
[00048] Слой текучей среды может содержаться в непроницаемой для нее или сохраняющей объем оболочке, одна стенка которой образована эластичной мембраной. Текучая среда может быть любой пригодной для данной цели жидкостью или газом. Например, она может быть водой или воздухом. Выбор текучей среды до некоторой степени определяется назначением деформируемого мембранного узла. В некоторых случаях можно использовать консистентную смазку или гель. Для оптических применений, где мембранный узел представляет собой, например, пропускающий линзовый узел с переменным фокусным расстоянием, особенно эффективно использование масла, прозрачного для соответствующей длины волны, например, силиконового масла для видимого спектра, показатель преломления которого можно согласовать с другими элементами узла. Пригодная текучая среда может представлять собой силиконовое масло, такое, например, как 1,3,5-триметил-1,1,3,5,5-пентафенилтрисилоксан с молекулярным весом 546,88 (выпускается компанией Dow Corning Corporation, Мидленд, Мичиган, США под торговым наименованием DC-705) или 1,3,3,5-тетраметил-1,1,5,5-тетрафенилтрисилоксан с молекулярным весом 484,81 (выпускается Dow Corning под торговым наименованием DC-704). Специалисты поймут, что линза может состоять также из двух (или трех) компонентов, и правильный выбор материалов при некоторых обстоятельствах может улучшить коррекцию хроматической аберрации, поэтому может быть желательно применять компоненты с различными показателями преломления и коэффициентами дисперсии (числами Аббе).
[00049)] Мембрана может быть выполнена из любого пригодного эластичного материала; такие материалы известны специалистам. Для оптических применений мембрана моет быть отражающей или иметь отражающее покрытие на своей поверхности, противоположной оболочке, либо может быть оптически прозрачной, по меньшей мере для представляющих интерес длин волн, например, для видимого света. Мембрана должна иметь по существу равномерное отношение двуосного напряжения к деформации и модуль упругости до приблизительно 100 МПа. Удовлетворительно показали себя мембраны с модулем упругости в диапазоне 1-10 или 20 МПа. Например, в одном варианте осуществления изобретения можно использовать мембрану с модулем упругости около 5 МПа. В некоторых вариантах изобретения мембрана может быть выполнена из материала с неравномерным отношением напряжение/деформация. Пригодные для мембран материалы включают полиэтилентерефталат (например, майлар (Mylar)), полиэфиры, силиконовые эластомеры (например, поли(диметилсилоксан)), термопластичные полиуретаны, в том числе перекрестно сшитые полиуретаны (например, тафтан (Tuftane)), полимеры винилиденхлорида (например, саран (Saran)) или стекло соответствующей толщины. В некоторых вариантах мембрана содержит один слой материала, но в других она может представлять собой ламинированную структуру из нескольких слоев.
[00050] Предпочтительно мембрана может быть предварительно натянута на опорном элементе мембраны. В случае ламинированной мембраны, содержащей множество слоев, желательно, чтобы по меньшей мере один из слоев находился под предварительным натяжением, когда мембрана плоская или растянута минимально. Опорный элемент может держать мембрану под предварительным натяжением, при этом предварительное натяжение служит для того, чтобы снизить или минимизировать провисание мембраны, когда перепад давлений на мембране минимален. В некоторых вариантах осуществления изобретения мембрана может быть предварительно натянута до напряжения приблизительно 30%; в некоторых вариантах могут быть целесообразны предварительные напряжения 0,5-20%, 1-1,0% или 1-5%, например, 2 или 3%. Мембрана может быть равномерно радиально натянута до прикрепления к опорному элементу, но в некоторых вариантах изобретения мембрана может быть натянута неравномерно, особенно если мембрана имеет неравномерное отношение напряжение/деформация.
[00051] При изменении давления текучей среды мембрана растягивается и становится более изогнутой. При активации и растяжении мембраны напряжение в ней возрастает. В некоторых вариантах осуществления изобретения напряжение может составлять до 57%, но обычно оно находится в диапазоне от 0,05% до 10%, 15%, 20% или 25%. В некоторых вариантах, например, когда узел представляет собой линзу, напряжение в мембране при активации может возрастать на величину приблизительно до 1%. Предпочтительно напряжение активации может составлять около 0,1-5%, например, около 0,25%.
[00052] Заполненная текучей средой оболочка может иметь негибкую заднюю стенку, отстоящую от мембраны, и гибкую боковую стенку между мембраной и задней стенкой. Если это желательно, мембрана, задняя стенка и текучая среда могут быть оптически прозрачными, так что мембрана и задняя стенка образуют регулируемую оптическую линзу. Задняя стенка может иметь такую форму, что она образует линзу, имеющую некоторую оптическую силу, например, линзу с постоянным фокусным расстоянием. Узел мембраны может дополнительно включать прозрачную жесткую переднюю покрывающую пластину поверх мембраны, которая если это желательно, имеет такую форму, что она образует линзу, имеющую некоторую оптическую силу, например, линзу с постоянным фокусным расстоянием.
[00053] В дополнение к точкам регулирования, изгибанием или другой деформацией опорного элемента мембраны в ответ на поверхностное натяжение в ней могут управлять один или более элементов управления изгибом, или регуляторов изгиба, как описано в РСТ/ЕР 2012/075549.
[00054] В некоторых вариантах осуществления изобретения один или более элементов управления изгибом могут включать опорный диск по существу той же формы, что и кромка мембраны; диск может быть прикреплен к опорному элементу мембраны, так что усилие может передаваться между ними. Как описано в РСТ/ЕР 2012/075549, опорный диск конфигурирован так, чтобы противостоять «внутриплоскостной» деформации опорного элемента, в то же время допуская его «внеплоскостное» изгибание для управления формой мембраны.
[00055] Мембранный узел, соответствующий изобретению, можно использовать в различных областях применения, когда желательно деформировать мембрану постепенно и управляемым образом, чтобы получить поверхность заданной формы. Мембранный узел можно использовать как для статических, так и для динамических применений. Так, в некоторых вариантах осуществления изобретения, мембрана может деформироваться статически, но в других случаях, как, например, в области акустики, может потребоваться, чтобы мембрана изменяла свою форму динамически. Например, мембранный узел можно использовать для создания акустической поверхности, например, диафрагмы для громкоговорителя или другого акустического преобразователя. Особой областью применения мембранного узла является оптика, где мембрану можно использовать для получения поверхности линзы или зеркала, или того и другого одновременно.
[00056] В оптических применениях, особенно когда узел содержит линзу или другое устройство, пропускающее свет, желательно, чтобы все детали узла, лежащие в поле зрения, были согласованы друг с другом по показателю преломления в представляющей интерес области спектра.
[00057] Еще в одном аспекте изобретения предлагаются очки, включающие деформируемую мембрану, соответствующую изобретению. Такие очки могут включать оправу с ободками; мембранный узел с деформируемой мембраной может быть установлен в ободок.
[00058] Ниже приводится в качестве примеров описание вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.
[00059] На чертежах:
[00060] фиг. 1 - перспективный вид сверху и спереди очков, включающих оправу, в которую вставлены два заполненных жидкостью линзовых узла, соответствующих первому варианту осуществления настоящего изобретения;
[00061] фиг. 2а - перспективный вид сверху и слева левой стороны очков, показанных на фиг. 1, где показано, как один из линзовых узлов, соответствующих первому варианту осуществления изобретения, вставлен в оправу; фиг. 2b - перспективный вид сверху и с обратной стороны (т.е. со стороны пользователя) очков, показанных на фиг. 1, также иллюстрирующих крепление линзового узла к оправе.
[00062] фиг. 3 - вид спереди линзового узла, показанного на фиг. 2, в неактивированном состоянии;
[0(5063] фиг. 4 - разрез одного линзового узла по линии IV-IV на фиг. 3;
[00064] фиг. 5 - разрез одного линзового узла по линии V-V на фиг. 3;
[00065] фиг. 6 - разрез одного линзового узла по линии VI-VI на фиг. 3;
[00066] фиг. 7 - перспективный вид снизу и слева передней части одного линзового узла с вырезом по линии VI-VI на фиг. 3;
[00067] фиг. 8 - вид в разобранном состоянии одного линзового узла, соответствующего первому варианту осуществления изобретения, где показаны детали узла;
[00068] фиг. 9 - вид спереди гибкой мембраны и опорных колец мембраны одного линзового узла в активированном состоянии, где показано, как расположены шарнирные точки; контурные линии показывают кривизну мембраны в активированном состоянии;
[00069] фиг. 10 - мембрана и кольца, показанные на фиг. 9, в активированном состоянии, в проекции на условную сферу радиуса R;
[00070] фиг. 11 - разрез одного линзового узла, соответствующего фиг. 4, но показывающий узел в активированном состоянии; и
[00071] фиг. 12 - разрез одного линзового узла, соответствующего фиг. 5, но показывающий узел в активированном состоянии.
[00072] фиг. 13 - перспективный вид одной половины состоящего из двух частей удерживающего кольца для удерживания линзового узла, где показан механизм активации линзы; и
[00073] фиг. 14 - перспективный вид мембраны и колец, подвергшихся нежелательной тороидальной деформации.
[00074] Как показано на фиг. 1, пара очков 90 включает оправу 92, имеющую два ободка 93 и два заушника 94. Ободки 93 соединены переносицей 95, и каждый ободок 93 имеет такую форму и размеры, чтобы в него можно было установить линзовый узел 1, 1', соответствующий варианту осуществления настоящего изобретения. Один из линзовых узлов 1 используется для левой стороны очков, а второй 1' - для правой стороны. Как показано на фиг. 2b, ободок 93 имеет в своей задней части выемку 101, куда вставляется соответственный линзовый узел 1, 1'. Соответственные линзовые узлы 1,1' вставляются защелкиванием в их соответственные выемки 101, 101'.
[00075] Как показано на фиг. 2b, в области верхнего угла линзового узла 1, 1', со стороны переносицы, имеется выступ 98, 98'. («Верхний» означает верхний, когда очки надеты). В оправе сделаны соответствующие выемки 100, 100' (выемка 100' с правой стороны переносицы 95 на чертеже не видна), в которые вставлены выступы 98, 98'.
[00076] На фиг. 2а и 2b видно также, что каждый из ободков 93 имеет ответвление назад, образующее заушник 96, 96' с усеченным основанием. Заушники имеют выемки 102, 102' на своих внутренних сторонах, куда входят регуляторы 104, 104' линзовых узлов 1, 1'. Каждый из регуляторов 104, 104' имеет приводимое в действие вручную регулирующее колесико 106, 106', каждое из которых имеет в центре отверстие 108, 108'. Из конца каждого из заушников 94 выступает стержень 110, 110', который предназначен для соединения с оправой 93 и имеет такие размеры, что вставляется в соответствующее отверстие 108, 108'. Кроме того, из конца каждого из заушников 94 выступают винты 112, 112', которые находятся чуть дальше внутрь (по направлению к переносице 95) от соответственных стержней 110, 110' (ниже они называются «внутренние винты»).
Установочные стержни 113, 113' выступают чуть ниже («ниже» означает ниже, когда очки надеты) стержней 110, 110'. Винты 112, 112' и установочные стержни 113, 113' выступают параллельно стержням 110, 110' и также входят в регуляторы 104, 104' и усеченные заушники 96, 96'. Конкретнее, каждый регулятор 104, 104' имеет соответствующее резьбовое отверстие 212, 212', совмещаемое с винтами 112, 112'. Каждый усеченный заушник 96, 96' имеет соответственно центрированное резьбовое отверстие 312, 312'. Аналогичным образом, каждый регулятор 104, 104' имеет соответствующую выемку 213, 213', расположенную для совмещения с установочными стержнями 113, 113'. Каждый из усеченных заушников 96, 96' снабжен соответственно расположенной выемкой 313, 313'.
[00077] Таким образом, чтобы скрепить заушники 94 с оправой 93, в которую вставлен линзовый узел 1, 1', стержни 110, 110' на заушниках 94 совмещаются с отверстиями 108, 108' в соответствующих регулирующих колесиках 106, 106'. Далее, внутренние винты 112, 112' совмещаются с резьбовыми отверстиями 212, 212' в регуляторах 104, 104' и резьбовыми отверстиями 312, 312' в усеченных заушниках 96, 96'. Кроме того, установочные стержни 113, 113' совмещаются с выемками 213, 213' в регуляторах 104, 104' и с выемками 313, 313' в усеченных заушниках 96, 96'. Таким образом, внутренние винты 112, 112' можно завинтить в резьбовые отверстия 212, 212' в регуляторах 104, 104' и затем в резьбовые отверстия 312, 312' в усеченных заушниках 96, 96'. Нижние винты и затем в резьбовые отверстия 312, 312' в усеченных заушниках 96, 96'. Это приводит к плотной посадке стержней 110, 110' в отверстия 108, 108', а также установочных стержней 113, 113' в выемки 212, 212'' в регуляторах 104, 104' и выемки 313 в усеченных заушниках 96, 96'.
[00078] Следует отметить, что регулятор 104 не показан на фиг. 2а. Видна только наружная поверхность кулачковой пластинки 122 и ее храповик 122. Кулачковая пластинка 122 подробно будет описана ниже.
[00079] Как видно на фиг. 1 и 2b, правый и левый линзовые узлы 1, 1' являются зеркальными отражениями друг друга, в остальных отношениях их конструкции идентичны. Ниже подробно описан только левый линзовый узел 1, но понятно, что конструкция и действие правого линзового узла такие же.
[00080] Как лучше всего видно на фиг. 3 и 9, в данном варианте осуществления изобретения левый линзовый узел 1 имеет в целом прямоугольную форму с двумя противоположными длинными сторонами 3, 5 и двумя короткими сторонами 7, 9, и имеет такие размеры, чтобы вставляться в выемку 102 оправы 92, как описано выше. Следует понимать, что эта форма линзового узла является лишь одним из примеров возможных форм, и деформируемый мембранный узел, такой как линзовый узел, может иметь самые разнообразные формы. Изобретение особенно пригодно для некруглых форм, таких, как форма, показанная на фиг. 3 и 9, но идеи настоящего изобретения применимы также к круглым линзам и другим устройствам, включающим деформируемую мембрану для создания поверхности, имеющей заданную форму.
[00081] Как показано на фиг. 5-8, линзовый узел 1 включает прозрачную переднюю покрывающую пластину 4, прозрачную заднюю покрывающую пластину 16 и состоящий из двух частей кожух в виде удерживающего кольца 6а, 6b, которое служит для удержания частей линзового узла 1 вместе, причем передняя и задняя покрывающие пластины 4,16 расположены на некотором расстоянии друг от друга по передне-задней оси - оси z, показанной на фиг. 8. Удерживающее кольцо 6 включает переднюю обечайку 6а и заднюю обечайку 6b.
[00082] Передняя покрывающая пластина 4 может быть выполнена из стекла или пригодного для этого прозрачного полимерного материала. В линзовом узле 1 данного варианта изобретения передняя покрывающая пластина имеет толщину около 1,5 мм, но ее толщина может быть различной. В некоторых вариантах передняя покрывающая пластина 4 может представлять собой линзу с фиксированной фокусной силой (силами), например, она может быть монофокальной (одна фокусная сила), многофокальной (две или более фокусных сил), прогрессивной (ступенчатая сила) или даже регулируемым элементом. Как показано, например, на фиг. 4, в данном варианте изобретения передняя покрывающая пластина 4 является плоско-выпуклой.
[00083] Задняя покрывающая пластина 16 имеет переднюю поверхность 17 и заднюю поверхность 14 и может быть выполнена из стекла или прозрачного полимерного материала. В данном варианте осуществления изобретения задняя покрывающая пластина 16 имеет толщину около 1,5 мм, но ее толщина может варьироваться по желанию. Как и передняя покрывающая пластина 4, в некоторых вариантах задняя покрывающая пластина 16 может представлять собой линзу с фиксированной фокальной силой. В данном варианте, например, задняя покрывающая пластина 16 является вогнуто-выпуклой линзой, что лучше всего видно на фиг. 4.
[00084] Как показано на фиг. 8, передняя обечайка 6а удерживающего кольца 6 включает направленную назад боковую стенку 38, которая проходит назад от внешней части передней обечайки 6а. Ширина передней обечайки 6а спереди определяется передним ободком 40, куда устанавливаются другие части линзового узла 1, как подробнее описывается ниже. На внутренней стороне боковой стенки 38 имеются выемки 39, две из которых помечены на фиг. 8. Расположение этих выемок вокруг передней обечайки 6а подробнее описано ниже. На передней обечайке также установлен регулятор 104. Из фиг. 2b, 3 и 8 понятно, что регулятор 104 расположен на короткой стороне 7 линзового узла.
[00085] Как лучше всего видно на фиг. 8, задняя обечайка 6b удерживающего кольца имеет направленную вперед боковую стенку 37, которая проходит вперед от внешней части задней обечайки 6b.
Ширина задней обечайки 6b на ее задней стороне определяется задним ободком 33, куда устанавливаются другие части линзового узла 1, как подробнее описывается ниже. На внутренней поверхности 18а боковой стенки 37 имеются соответствующие установочные пальцы или стержни 36, расположенных в местах, соответствующих выемкам 39. Эти пальцы выступают вперед из боковой стенки 37. Задняя обечайка 6b имеет также крышку 23 регулятора, отлитую за одно целое с задней обечайкой 6b (хотя это не существенно), и эта крышка 23 выступает назад. На фиг. 8 видно, что эта крышка 23 имеет такие форму и размеры, что надевается на вал 105 регулятора 104. Вал 105 выступает назад из передней части передней обечайки 61, и колесико 106 регулятора установлено на заднем конце вала 105.
[00086] При сборке линзового узла 1 переднюю обечайку 6а и заднюю обечайку 6b сводят вместе, причем другие компоненты линзового узла 1 (эти компоненты не включают переднюю покрывающую пластину 4 и заднюю покрывающую пластину 6) находятся между ними. Задняя обечайка 6b имеет такие размеры, что она плотно прижимается передней обечайке 6а, и установочные пальцы 36 плотно входят в выемки 39. Следует понимать, что поскольку стержни 36 выступают вперед из боковой стенки 37, то когда передняя и задняя обечайки 6а и 6b соединяются вместе, остается место для других компонентов линзового узла 1, расположенных между ними. Две обечайки могут быть склеены вместе.
[00087] На фиг. 8 видно, что описанный выше выступ 98, который входит в выемку 100, когда линзовый узел 1 вставляется в оправу 93, сформирован на задней обечайке 6b.
[00088] Как отмечалось выше, на фиг. 8 показано, что задняя покрывающая пластина 16 находится снаружи от задней обечайки 6b, а передняя покрывающая пластина 4 находится снаружи от передней обечайки 6а. Наружная поверхность направленной назад стенки 38 передней обечайки 6а срезана наискось. Передняя покрывающая пластина 4 имеет соответствующую форму, так что, когда линзовый узел 1 вставляется в оправу 93, она надежно закрепляются между косой фаской и выемкой 101 оправы 93. Тем не менее, передняя покрывающая пластина 4 приклеена к направленной назад стенке 38, так что образуется герметичное соединение. Аналогичным образом, задняя покрывающая пластина 16 приклеена к задней обечайке 6b. Она также приклеена к заполненной текучей средой оболочке 12 линзового узла, как подробнее будет обсуждаться ниже. Когда задняя покрывающая пластина 16 и передняя покрывающая пластина 4 установлены на место по обе стороны удерживающего кольца 6а, 6b и две части удерживающего кольца 6а, 6b соединены описанным выше образом, то линзовый узел 1 образует герметичный блок с полостью внутри.
[00089] Как лучше всего видно на фиг. 2b, удерживающее кольцо 6а, 6b имеет такую форму и размеры, что плотно вставляется в оправу 93, так что когда линзовый узел 1 установлен, как описано выше со ссылкой на фиг. 2b, он стабильно удерживается между ними и не может двигаться. Таким образом, удерживающее кольцо 6 образует стабильную неподвижную опору для подвижных частей линзового узла 1, как описывается ниже.
[00090] Внутри полости линзовый узел 1 содержит тарелкообразную деталь 12, имеющую гибкую боковую стенку 18 с передним уплотняющим фланцем 20 и заднюю стенку 19. В данном варианте осуществления изобретения тарелкообразная деталь 12 выполнена из прозрачного материала boPET (двуосно ориентированный полиэтилентерефталат) фирмы DuPont и имеет толщину около 6 мкм; однако для тарелкообразной части можно использовать и другие материалы и подбирать толщину соответственно. Задняя стенка 19 тарелкообразной детали 12 плотно соединена с передней поверхностью 17 задней покрывающей пластины 16. Для такого соединения можно использовать прозрачный склеивающий под давлением клей, такой, например, как клей 3М 8211, В данном варианте толщина клеевого слоя составляет около 25 мкм, но она может быть различной, в зависимости от обстоятельств.
[00091] Боковая стенка 18 тарелкообразной детали 12 установлена плавающим образом внутри опорного кольца 6а, 6b, возле внутренней поверхности 18а задней обечайки 6b. Такое плавающее положение позволяет тарелкообразной детали при активации сжиматься в области одной короткой стороны 7, а также позволяет другим подвижным деталям линзового узла 1 срабатывать без помех со стороны удерживающего кольца 6а, 6b, как более подробно описано ниже.
[00092] Передний уплотняющий фланец 20 тарелкообразной детали 12 приклеен к задней поверхности прозрачной диафрагмы, представляющей собой диск 24, который служит регулирующим изгиб элементом, как более подробно описывается ниже. Диск 24 может иметь толщину приблизительно 0,1-1,0 мм, предпочтительно 0,3-0,7 мм, например, около 0,5 мм, и может быть выполнен из поликарбоната, нейлона или стекла в случае линзового узла, либо из разных пластиков, металлических или керамических или керамических компонентов, или композитов в случае акустического или не пропускающего мембранного узла. В данном варианте осуществления изобретения, как лучше всего видно на фиг. 8, диск 24 представляет собой плоскую пластинку из поликарбоната толщиной около 0,5 мм, но могут применяться и другие материалы, обладающие необходимыми свойствами, описанными ниже. В линзовом узле, соответствующем настоящему варианту осуществления изобретения, диск 24 прозрачен, но это может быть несущественно в других вариантах, например, в неоптических применениях. Как лучше всего видно на фиг. 8, прозрачный диск 24 имеет по центру большое отверстие 232, так что он имеет по существу кольцевую форму. Функция большого центрального отверстия 232 заключается в том, чтобы отсоединять изгибание прозрачного диска 24 в направлениях X и Y, сохраняя по существу равномерную внеплоскостную жесткость на изгиб прозрачного диска 24 по оси z при активации узла 1, как описано ниже.
[00093] Назначение прозрачного диска 24 объясняется ниже. Возможны различные альтернативные конструкции диска 24, которые описаны более подробно в родственной заявке №РСТ/ЕР2012/075549. Как объясняется в этой заявке, точное количество, размер и расположение отверстий в прозрачном диске 24 по желанию могут быть различными, например, это могут быть меньшие отверстия, расположенные с интервалами на диске 24. В данном варианте тарелкообразная деталь 12 герметично приклеена к задней поверхности диска 24 клеем Loctite 3555, но для специалиста очевидно, что могут быть и другие альтернативы.
[00094] Передняя поверхность прозрачного диска 24 плотно прикреплена к мембранному подузлу, включающему прозрачную, непористую, эластичную мембрану 8, которая закреплена между парой упруго сгибаемых опорных колец мембраны, включающих переднее кольцо 2 и заднее кольцо 10. Опорные кольца 2, 10 могут быть выполнены из любого материала, который имеет достаточно высокий модуль упругости, чтобы сделать кольцо тонким относительно общих размеров мембранного узла (например, толщиной приблизительно от 0,05 до 0,5 мм), способен соединяться с примыкающими элементами, имеет или обработан так, чтобы иметь низкую ползучесть (не терять работоспособность после многочисленных срабатываний), и способен к упругой деформации. Таким образом, опорное кольцо может быть сделано из металла, например, нержавеющей стали или титана; другие возможные варианты - стекло и сапфир. «Способен соединяться» означает возможность соединения приклеиванием, обжатием, лазерной или ультразвуковой сваркой или другими методами, очевидными для специалистов. Переднее кольцо 2 может иметь толщину в диапазоне 0,2-0,75 мм, предпочтительно 0,3 или от 0,4 мм до 0.5 мм. Заднее кольцо 10 может иметь толщину в диапазоне 0,01-0,25 мм, предпочтительно 0,025-0,1 мм, например, около 0.05 мм.
[00095] Как показано на фиг. 6 и 7, кольца 2, 10 имеют в целом одинаковую общую геометрию и такие размеры, чтобы помещаться во внутреннюю полость удерживающего кольца, так что переднее кольцо 2 находится возле передней обечайки 6а удерживающего кольца. Однако между передним кольцом 2 и передней обечайкой 6а имеется пространство, так что кольца 2, 10 могут изменять форму или перемещаться при использовании линзы. Переднее и заднее кольца 2, 10 вместе образуют опорный элемент для эластичной мембраны. В данном варианте осуществления изобретения кольца 2, 10 вырезаны из листовой нержавеющей стали, и заднее кольцо 10 имеет толщину около 0,3 мм, а переднее кольцо 10 - около 0,05 мм. Можно также использовать другие материалы и толщину подбирать соответственно.
[00096] В данном варианте осуществления изобретения мембрана 8 выполнена из поперечно сшитого полиуретана и имеет толщину около 0,5 мм, но при желании можно использовать и другие материалы с соответствующим модулем упругости. Например, мембрана 8 может быть выполнена из полиэфиров (например, майлара (Mylar)), силиконовых эластомеров (например, поли(диметилсилоксана)), других термопластичных полиуретанов, полимеров винилиденхлорида (например, Saran) или из стекла соответствующей толщины.
[00097] Мембрана 8 предварительно натянута с напряжением до 5% и приклеена к кольцам так, что она стабильно закреплена по кромке, как показано на фиг. 4-7, 9 и 10. В данном варианте осуществления изобретения мембрана 8 приклеена к переднему и заднему кольцам 2, 10 клеем Loctite 3555. Мембрана 8 должна иметь непроницаемое для текучей среды соединение, по меньшей мере с задним кольцом 10.
[00098] Форма переднего кольца 2 более подробно показана на фиг. 9. Переднее кольцо 2 включает ряд язычков 120, выступающих наружу из общей формы переднего кольца 2, т.е. в направлении от его центральной замкнутой области, но в одной плоскости с центральной замкнутой областью кольца 2. Не считая толщины, заднее кольцо 10 (его не видно на фиг. 9) имеет такую же форму и размеры, как и переднее кольцо 2, с тем исключением, что у него нет язычков.
[00099] Ширина переднего и заднего колец 2, 10 в плоскости х-у изменяется на протяжении периферии узла 1, так что вместе они имеют жесткость на изгиб, которая изменяется на их протяжении их окружности заданным образом. Это обеспечивает изгибание колец 2, 10 при активации узла 1 для управления деформацией гибкой мембраны 8 и, следовательно, оптической силой линзы, как более подробно описано ниже. Заднее кольцо 10 также отодвигает мембрану 8 от диска 24.
[000100] Желательно, чтобы переднее и заднее кольца 2, 1.0 действовали вместе для уравновешивания скручивающих усилий, действующих на кольца 2, 10 (возможно, в комбинации с прозрачным диском 24, когда мембрана 8 натягивается, как описано в родственной международной заявке №PCT/GB 2012/051426).
[000101] Язычки 120 на переднем кольце 2 имеют в целом квадратную форму, но точная их форма не существенна.
[000102] Обратимся снова к фиг. 9. Здесь переднее кольцо 2 имеет восемь язычков 120. Три язычка, обозначенные 120а-с, расположены с интервалами на короткой стороне 7 линзового узла 1, где находится регулятор 104.
Эти три язычка 120а-с используются как точки активации для активации линзы с целью ее регулирования; они механически соединены с регулятором 104. Ниже подробнее описывается механизм регулирования со ссылкой на фиг. 13. Остальные пять язычков 120d-h расположены с интервалами на другой короткой стороне 9 и двух длинных сторонах 3 и 5 линзового узла 1. Как видно, если посмотреть на окружность, начерченную пунктиром на фиг. 9, все эти пять выступов находятся по существу на воображаемой окружности, центром которой является оптический центр ОС. По эргономическим причинам ОС на чертеже находится слева от геометрического центра, т.е. ближе к переносице 95, чем к заушнику 94. Когда линза используется, ОС соответствует точке максимального растяжения деформированной формы эластичной мембраны 8. Два язычка, 120d и 120h, лежат между ОС и первой короткой стороной 7 узла 1. Один из них, язычок 120h, расположен на верхней длинной стороне 3 опорного элемента, а другой, язычок 120d, находится на нижней длинной стороне 5. Третий язычок 120g расположен на верхней длинной стороне 3 ближе к верхнему левому углу, как показано на чертеже. Четвертый язычок 120е находится на нижней длинной стороне, ближе к левому нижнему углу. Пятый язычок 120f расположен на другой короткой стороне 9, немного ниже линии (показана пунктиром), проходящей через ОС и центральный активирующий язычок 120b.
[000103] Возвращаясь к фиг. 8, язычки 120 имеют такие размеры, что входят в выемки 39 в передней обечайке 6а удерживающего кольца. Язычки 120 стыкуются с опорными пальцами 36 задней обечайки 6b. Когда заднюю обечайку 6b и переднюю обечайку 6а собирают вместе, опорные пальцы 36 упираются в язычки 120, и те и другие (язычки 120 и опорные пальцы 36) входят в выемки 39 передней обечайки 6а удерживающего кольца 6. Опорные пальцы 36 и выемки 39 имеют такие размеры, что если переднюю и заднюю обечайки 6а, 6b соединить вместе без линзового узла 1 между ними, то останется небольшой зазор между концами опорных пальцев и передней обечайкой 6а. Этот зазор оставляет место для язычков 120. Таким образом, язычки 120 зажимаются между передней и задней обечайками 6а, 6b удерживающего кольца, фиксируя подвижные детали линзового узла 1 в удерживающем кольце 6а, 6b. У язычков 120 возможно некоторое поворотное движение и скользящее движение в плоскости.
[000104] Пять язычков 120d-h, которые не находятся на короткой стороне 7 (и поэтому не являются точками активации), служат для шарнирного крепления подузла мембраны к удерживающему кольцу 6 возле другой короткой стороны 9. Все эти пять точек можно считать шарнирными точками, в которых кольца 2, 10 и мембрана удерживаются относительно неподвижной опоры, обеспечиваемой удерживающим кольцом 6. Смещение мембранного подузла по оси z в точках активации 120а-е для увеличения давления текучей среды приводит к тому, что часть подузла мембраны, прилегающая к первой короткой стороне 7 узла 1, движется к задней стенке (или от задней стенки) 19 тарелкообразной детали 12, которая удерживается в неподвижности удерживающим кольцом 6, тогда как подузел также удерживается неподвижным относительно задней стенки 19 в остальных шарнирных точках 120d-h, которые служат шарнирными точками.
В других отношениях части колец 2, 10 между точками регулирования 120a-h свободно «плавают» в полости между задней покрывающей пластиной 16 и передней покрывающей пластиной 4.
[000105] Для избирательного смещения подузла мембраны в точках активации 120а-с относительно удерживающего кольца 6 между неактивированным положением, показанным на фиг. 4-7, в котором переднее и заднее кольца 2, 10 и мембрана 8 по существу плоские и лежат в плоскости х-у, и полностью активированным положением, показанным на фиг. 11 и 12, можно использовать любое пригодное для этого активирующее устройство, известное специалистам. Активирующее устройство может управляться вручную или автоматически и должно содержать взаимодействующий с кольцом механизм для соединения активирующего устройства с мембранным подузлом для перемещения мембранного подузла в передне-заднем направлении в точках активации. Активирующее устройство может обеспечивать плавное смещение мембранного подузла или перемещение мембранного подузла только в ряд заранее определенных отстоящих друг от друга положений. Активирующее устройство может быть установлено в переносице 95 очков 90 или в одном либо обоих заушниках 94. В каждом заушнике 94 может быть установлено отдельное активирующее устройство для каждого линзового узла 1, 1', и эти устройства могут быть соединены, чтобы обеспечивать одновременную активацию обоих узлов 1, 1'. В данном варианте осуществления изобретения предусмотрены отдельные активирующие устройства на каждом заушнике 94, как объяснялось ранее со ссылкой на фиг. 2. Следует понимать, что сила, прилагаемая активирующим устройством, действует на мембранный подузел и противодействует удерживающему кольцу 6 через выступы 39 (причем удерживающее кольцо 6 установлено неподвижно в оправе 92 очков 90), так что она избирательно перемещает мембранную опору и мембранный узел относительно удерживающего кольца 6. Активирующее устройство здесь подробно не описывается, но в принципе оно может быть механическим, электрическим или магнитным и/или в нем может использоваться материал с изменяемым фазовым состоянием, например, сплав с памятью формы (СПФ), воск или электроактивный полимер.
[000106] В данном варианте осуществления изобретения каждое активирующее устройство приводится в действие вручную, и в нем используется кулачковая пластинка 122, упоминавшаяся выше в связи с фиг. 2а. Устройство регулятора 104 лучше всего показано на фиг. 2а, 3 и 13. Как указывалось выше, регулятор 104 включает регулирующее колесико 106, которое в данном варианте изобретения вращают вручную и которое, когда линзовый узел 1 вставлен в очки 93, находится на заушнике 94. Установленный таким образом, регулятор 104 выступает назад от линзового узла. Как описывалось ранее, колесико 106 регулятора соединено с валом 105 и находится на заднем конце вала 105. На противоположном, переднем конце вала, удаленном от колесика 106 и расположенного вблизи переднего удерживающего кольца 6а, установлено первое зубчатое колесо 116.
Первое зубчатое колесо 116 сцеплено со вторым зубчатым колесом 118 большего размера, расположенным над первым зубчатым колесом 116, т.е. в направлении верхней длинной стороны 3 of линзового узла 1. Второе зубчатое колесо 118 установлено с возможностью вращения на переднем удерживающем кольце 6а и сцеплено с храповиком 124, расположенным на верхнем конце кулачковой пластинки 122. Кулачковая пластинка 122 имеет продолговатую дугообразную форму и проходит вдоль по меньшей мере части одной стороны передней обечайки 6а, которая соответствует короткой стороне 7 линзового узла, так что она может вызывать движение подузла мембраны во всех трех точках активации 120а-е. Таким образом, длина вала 105 выбирается в зависимости от того, насколько далеко на заушнике расположено регулирующее колесико 106 в сторону уха пользователя.
[000107] Кулачковая пластинка 122 имеет такую форму, что она взаимодействует с кулачковым повторителем 126. Кулачковый повторитель 126 имеет в целом продолговатую форму и проходит вдоль короткой стороны 7 линзового узла. От жестко прикреплен к трем язычкам 120а-с, используемым для активации. Кулачковая пластинка 122 включает кулачковые профили в виде трех пазов 122а-с, которые расположены на поверхности кулачковой пластинки, противоположной зубчатому кольцу 118 (т.е. на внутренней поверхности, обращенной к линзовому узлу 1). Кулачковый повторитель 126 включает три выступа 126а-е, которые расположены и конфигурированы так, что заходят в пазы 122а-е, соответственно, так что когда линза находится на крайнем конце своего диапазона регулирования, выступы 126а-с располагаются в верхнем конце их соответственных пазов 122а-с. Длина кулачковой пластинки приблизительно такая же, как и длина короткой стороны 7 линзового узла, так что она достаточно длинна, чтобы содержать паз, куда входят все три выступа 126а-с, и обеспечивать поступательное движение кулачковой пластинки 122 при срабатывании линзового узла 1. Как видно на фиг. 13, она находится в передней обечайке 6а. Кулачковая пластинка 122 и кулачковый повторитель 126 изогнуты, так что они соответствуют форме короткой стороны 7 линзового узла и форме друг друга. Пазы 122а-е продолговатые и вытянуты поперек ширины кулачковой пластинки 122. Угол на поверхности кулачковой пластинки 122, под которым расположен каждый паз, обеспечивает требуемую величину смещения колец 2, 10 и мембраны 8 при срабатывании линзового узла 1. Относительные смещения колец 2, 10 в каждой из трех точек активации 120а-с объясняются более подробно ниже со ссылкой на фиг. 10.
[000108] Передняя 6а и задняя 6b обечайки удерживающего кольца 6 имеют такие размеры, что, когда линзовый узел собран, передняя покрывающая пластина 4 находится на некотором расстоянии вперед от опорного кольца 2 мембраны, как показано на фиг. 4, 5, 11 и 12, так что мембрана 8 при активации может растягиваться вперед, как описано ниже, не упираясь в переднюю покрывающую пластину 4.
[000109] Тарелкообразная деталь 12, мембрана 8, заднее опорное кольцо 10 и диафрагма 24 образуют герметичную внутреннюю полость 22, наполненную прозрачной текучей средой. В данном варианте осуществления изобретения полость 22 заполнена прозрачным маслом 11. В этом варианте применяется силиконовое масло фирмы Dow Corning DC 705 (1,3,5-триметил-1,1,3,5,5-пентафенилтрисилоксан с молекулярным весом 546.88), но существует множество других пригодных бесцветных масел, особенно в семействе силоксановых масел с высоким показателем преломления, выпускаемых различными производителями. Масло 11 следует выбирать так, чтобы в случае утечки оно не причинило вреда глазу человека, который носит такие очки. Для неоптических применений этот аспект менее важен.
[000110] Полость 22 в нормальном состоянии не должна быть переполнена, так что в неактивированном положении мембрана 8 остается плоской, как описано выше, образуя плоскость отсчета для мембраны D, показанную фиг. 10; предварительное натяжение мембраны 8 служит для ее растяжения, чтобы снизить риск образования морщин или провисания вследствие изменения температуры, гравитационных эффектов или инерции в масле 11 при движении узла 1. Как указывалось выше, прозрачная диафрагма 24 имеет центральное отверстие 232, что позволяет текучей среде перетекать между пространствами впереди и сзади прозрачной диафрагмы 24 при заполнении и во время эксплуатации, как описывается ниже,
[000111] Хотя мембрана 8 в данном варианте изобретения в неактивированном состоянии плоская, в других вариантах она может быть в неактивированном состоянии выпуклой (или вогнутой), а при активировании может приобретать плоскую конфигурацию. В таком случае плоскость мембраны после активации можно использовать в качестве плоскости отсчета D для измерения смещения колец 2, 10 или других опорных элементов по оси z. Еще в одном варианте узел может быть конфигурирован так, что на практике он никогда не бывает плоским, и все же может иметь теоретическую плоскую конфигурацию, которая является экстраполяцией допустимого для него движения - в направлении активирования или обратном. Специалистам понятно, что даже такое теоретическое плоское состояние можно использовать для определения плоскости отсчета для мембраны, даже если в реальном неактивированном состоянии мембрана уже имеет некоторую степень кривизны.
[000112] Масло 11 поддерживает тарелкообразную деталь 12 изнутри, в частности, оно усиливает гибкую боковую стенку 18, не давая ей сжиматься под собственным весом или под действием эффектов инерции внутри узла. Таким образом, заполненная текучей средой полость 22 образует похожую на подушку, упруго сжимаемую оболочку.
[000113] 6 данном варианте осуществления изобретения прозрачное масло 11 и материалы, использованные для изготовления задней покрывающей пластины 16, тарелкообразной детали 12, склеивающий под давлением клей для прикрепления задней стенки 19 тарелкообразной детали 12 к передней поверхности 17 задней покрывающей пластины 16, материалы прозрачной диафрагмы 24 и мембраны 8 подобраны так, чтобы их показатели преломления были как можно ближе друг к другу. Когда внутренняя полость 22 заполнена прозрачным маслом 11, мембрана 8 и задняя поверхность 14 задней покрывающей пластины 16 образуют противоположные оптические поверхности регулируемой линзы. Как указывалось выше, в данном варианте изобретения задняя покрывающая пластина 16 представляет собой вогнуто-выпуклую линзу.
[000114] В неактивированном состоянии мембрана имеет плоскую форму, так что линза имеет постоянную оптическую силу, обеспечиваемую задней покрывающей пластиной, к которой ничего не добавляет мембрана 8. Следует понимать, что для неоптических применений текучая среда, а также другие части узла не обязательно должны быть прозрачными, они могут быть полупрозрачными или непрозрачными, по желанию.
[000115] Следует иметь в виду, что изобретение не ограничивается конкретными материалами и размерами, использованными в данном варианте его осуществления и приведенными лишь для примера. Для тарелкообразной части 12 можно использовать различные типы материалов, которые оптически прозрачны, имеют низкую общую жесткость по сравнению с опорными кольцами 2, 10 и могут прикрепляться к диафрагме 24. Можно использовать различные клеи, которые способны прочно соединять детали узла, устойчивы к ползучести, имеют практически целесообразную вязкость и остаются инертными в присутствии текучей среды 11. Конкретные клеи выбираются в зависимости от материалов, выбранных для различных частей узла.
[000116] При включении активирующего устройства путем ручного вращения регулирующего колесика 106, вал 105 поворачивается, тем самым вращая первое зубчатое кольцо 116. Вследствие его сцепления со вторым зубчатым колесом 118, второе зубчатое колесо 118 также вращается и при этом приводит храповик 124, который прилагает силу, заставляющую кулачковую пластинку 122 поступательно перемещаться вверх вдоль короткой стороны 7 линзового узла 1. Поскольку выступы 126а-с кулачкового повторителя 326 взаимодействуют с пазами 122а-с, это движение заставляет кулачковый повторитель 126 перемещаться назад, так что выступы 126а-с движутся в их соответственных выемках кулачковой пластинки 122а с. Так как язычки 120а-с жестко прикреплены к их соответственным выступам 126а-с, это заставляет подузел мембраны на одной короткой стороне 7 узла 1 двигаться назад из его неактивированного положения относительно удерживающего кольца 6, тем самым сжимая полость 22 и повышая давление текучей среды в полости 22. Боковая стенка 18 тарелкообразной детали 12 гибкая, что делает возможным это движение. Вследствие повышенного давления текучей среды эластичная мембрана 8 раздувается и выступает вперед в виде выпуклости, как показано на фиг. 11 и 12, что увеличивает кривизну мембраны и оптическую толщину линзы между мембраной 8 и задней поверхностью 14 задней покрывающей пластины 16 и повышает положительную оптическую силу вогнуто-выпуклой линзы с постоянным фокусным расстоянием, которой является задняя покрывающая пластина 16.
[000117] Когда будет желательно вернуть линзовый узел 1 в его прежнее состояние, до описанного выше срабатывания, можно повернуть регулирующее колесико 106 в противоположном направлении, при этом кулачковая пластинка 122 сместится в противоположном направлении, возвращая короткую сторону 7 линзового узла 1 в исходное положение. Следовательно, давление текучей среды уменьшится, и эластичная мембрана 8 вернется к своей исходной форме.
[000118] Следует понимать, что в других вариантах осуществления изобретения активирующее устройство может быть настроено так, чтобы подузел двигался вперед от неактивированного положения, что уменьшает давление текучей среды в полости 22, заставляя мембрану 8 растягиваться внутрь и приобретать вогнутую форму, так что, в комбинации с задней поверхностью 14 задней покрывающей пластины 16, составная линза станет двояковогнутой. В данном варианте максимальная кривизна в направлении назад ограничивается зазором между мембраной 8 и прозрачной диафрагмой 24. Чем больше кривизна мембраны 8, тем больше дополнительная оптическая сила (положительная или отрицательная), придаваемая мембраной 8. В таком варианте гибкая боковая стенка 18 тарелкообразной детали 12 будет сжатой в неактивированном положении и будет расширяться при активации.
[000119] Для использования узла в качестве линзы нужно, чтобы мембрана 8 при активации деформировалась сферически или в соответствии с другой заданной формой, как описывается ниже. Для оптических и неоптических применений мембранного узла с деформируемой мембраной, соответствующего настоящему изобретению, могут быть желательны другие заданные формы. Поскольку мембрана 8 некруглая, опорные кольца 2, 10 должны изгибаться так, чтобы при активации узла они отклонялись по оси z, нормальной к плоскости отсчета, чтобы управлять формой мембраны 8, когда она растягивается до заданной формы. В частности, опорные кольца 2, 10 должны изгибаться так, чтобы соответствовать профилю кромки мембраны, когда мембрана 8 приобретает заданную форму. Если опорные кольца 2, 10 недостаточно гибки или изогнулись неправильно, то при активации узла 1 кромка мембраны 8 не будет соответствовать заданной форме мембраны 8 и в результате общая форма мембраны 8 будет искажена. В соответствии с изобретением, может требоваться, чтобы мембрана 8 деформировалась в соответствии с одной или более мод изгибания, и профиль кромки мембраны 8 тогда определяется пересечением желаемой одной или более мод изгибания с абрисом кромки мембраны 8.
[000120] На фиг. 10 показан профиль кромки мембраны 8, соответствующей настоящему варианту осуществления изобретения, который требуется после активации линзового узла 1, чтобы придать мембране 8 по существу неискаженную сферическую форму. Контур сферической формы и ее оптический центр ОС на вершине показаны на фиг. 9 и 10 штриховыми линиями. Верхняя половина фиг. 10 представляет собой вид в плоскости х-у, т.е. спереди линзового узла 1. В нижней половине фиг. 10 мембрана 8 и опорные кольца 2, 10 показаны сплошными линиями, а их проекция на условную сферу показана пунктиром. Нижняя половина фиг. 10 представляет собой вид снизу линзового узла 1, т.е. в направлении U-U. Таким образом, видны длинная сторона 5 и часть коротких сторон 9 и 7. В частности, показана активированная форма колец 2, 10 между язычком 120f и язычком 20b, обозначенная 2, 10. Виден также профиль мембраны 8 между язычками 120f и 120b. Эта линия идет по контуру сферы радиуса R и проходит через оптический центр ОС в точке максимального растяжения. Для сравнения, мембрана в ее плоском, неактивированном состоянии также показана в нижней половине этого чертежа штрих-пунктиром. Плоскость мембраны в ее неактивированном состоянии является плоскостью отсчета D для описания активации узла 1 в данном варианте осуществления изобретения. Если бы мембрана 8 была круглой, а при активации требовалась бы сферическая деформация мембраны 8, то опорные кольца 2, 10 могли бы быть жесткими, поскольку кромка мембраны 8 оставалась бы круглой и плоской во всех положениях между неактивированным и полностью активированным положениями. Однако для сферической деформации мембраны 8 линзового узла 1, соответствующего данному варианту осуществления изобретения, опорные кольца 2, 10 должны при активации изгибаться так, как показано на фиг. 10, чтобы не допустить искажения формы мембраны. Требуемое изгибание особенно выражено на длинных сторонах 3, 5.
[000121] Чтобы получить требуемое изгибание опорных колец 2, 10, эти кольца должны быть гибкими, чтобы они могли приобретать требуемый профиль, причем их жесткость на изгиб изменяется на их протяжении, так что под влиянием повышения поверхностного натяжения в мембране 8 при активации мембранного узла 1 кольца 2, 10 реагируют неравномерно на своем протяжении, что заставляет их или позволяет им изгибаться заданным образом. В данном варианте осуществления изобретения изменения жесткости на изгиб достигаются путем изменения ширины колец 2, 10 на их протяжении, как описано выше на примере фиг. 9.
[000122] Фактическое изменение ширины опорных колец 2, 10, которое требуется для изменения жесткости на изгиб по окружности колец, как описано выше, рассчитывается методом конечно-элементного анализа (КЭА), как описано в PCT/GB 2012/051426. Для квазистатических или низкочастотных оптических и других применений статический КЭА может быть вполне адекватным. Однако в других вариантах осуществления изобретения, например, когда поверхность предназначена для акустических применений, может быть уместен динамический КЭА. Как понятно специалистам, КЭА - статический или динамический - предполагает множество итераций, выполняемых на компьютере с вводом выбранных параметров для расчета формы мембраны, которая получится на практике при увеличении силы F, прикладываемой в трех точках активации 120а-с, как показано на фиг. 10. Форму элемента можно выбирать так, чтобы она подходила к выполняемому вычислению. Для конструирования колец 2, 10 в данном варианте осуществления изобретения была выбрана четырехгранная форма элемента. Выбираемые для ввода параметры включают геометрию опорных колец 2, 10, геометрию мембраны 8, модуль упругости мембраны 8, модуль упругости колец 2, 10, в том числе данные о том, как модуль упругости изменяется по окружности колец (что можно определить эмпирически с помощью соответствующей формулы), модуль упругости диска 24, величину предварительного натяжения каждой из деталей, температуру и другие факторы окружающей среды. Программа КЭА определяет, как увеличивается давление, прилагаемое к мембране 8, по мере приложения к кольцам нагрузки в точке активации.
[000123] Для точного проектирования колец 2, 10 для оптического применения результат анализа КЭА аппроксимируется к требуемой форме мембраны, определяемой одной или более мод Цернике  на основе единичной окружности, которая лежит сразу же за фактической границей мембраны снаружи. В данном варианте осуществления изобретения используется сферическая мода Цернике второго порядка , но при желании можно использовать также функции более высокого сферического порядка, создавая форму, которая является суммой нескольких мод Цернике. В некоторых вариантах может потребоваться, чтобы мембрана деформировалась в соответствии с различными желаемыми порядками мод изгибания, например, суммой двух или более порядков мод Цернике. Например, для создания линзы, способной корректировать некоторые оптические аберрации в глазу, может потребоваться, чтобы мембрана деформировалась в соответствии с функцией, содержащей сумму сферических мод Цернике второго порядка  (дефокусирование) в комбинации с одной или более других мод Цернике того же или более высокого порядка, например,  (астигматизм) и/или  (трилистник).
[000124] Результат КЭА коррелируется с выбранной функцией Цернике по мембране 8, чтобы посмотреть, насколько результат КЭА приближается к требуемой форме, определяемой выбранной функцией.
В зависимости от того, насколько хорошо результат КЭА и выбранная функция коррелируют друг с другом, можно регулировать соответствующие параметры линзы, чтобы получить большее соответствие при следующей итерации. Увидев, насколько хорошо смоделированная деформация мембраны 8, рассчитанная методом КЭА, приближается к требуемой форме поверхности, описываемой выбранной многочленной функцией Цернике, специалист поймет, насколько хорошо будут работать выбранные параметры опорных колец 2, 10. Можно определить, какие области опорных колец 2, 10 необходимо отрегулировать (или какие другие параметры нужно настроить), чтобы улучшить корреляцию между результатом КЭА и выбранной функцией, которая приблизительно отражает заданную форму.
[000125] Описанный выше процесс итерации проводится на ряде различных оптических сил линзы, так что можно спроектировать линзу, оптическая сила которой плавно меняется с деформацией опорных колец 2, 10 (и силой F, прилагаемой в точках активации 120а-с). Опорные кольца 2, 10 сконструированы так, что изгибаются неравномерно на их протяжении с отклонением по оси z с учетом необходимой регулировки оптической силы линзы. Изменение ширины опорных колец 2, 10 на их протяжении в плоскости х-у, перпендикулярной оси z узла 1, также можно регулировать, получая различные формы линзы, с учетом местоположения шарнирных точек 120d-h и точек активации 120а-с относительно требуемого оптического центра ОС.
[000126] Когда рассчитана форма мембраны 8 методом КЭА, как описывалось выше, можно определить оптические свойства мембраны 8 как поверхности оптической линзы с помощью соответствующей компьютерной программы прослеживания оптического луча (например, оптической программы Zemax™ фирмы Radiant Zemax, LLC, Редмонд, штат Вашингтон), используя вычисленную форму мембраны.
[000i27] Поскольку профиль опорных колец мембраны 2, 10 при активации должен соответствовать профилю кромки мембраны 8 в ее заданной форме, шарнирные точки 120d-h, где опорные кольца 2, 10 удерживаются неподвижно, выбираются так, чтобы соответствовать точкам, где кольца 2, 10 при активации узла 1 не смещаются относительно плоскости отсчета D при активации узла 1. Во избежание искажения сферической формы мембраны при активации, шарнирные точки 120d-h должны в идеале быть расположены на одном круговом контуре относительно оптического центра ОС, как показано на фиг. 10, но на практике положения шарнирных точек 120d-h могут слегка отклоняться от этого контура без чрезмерного искажения конечной формы мембраны. В других вариантах осуществления изобретения, где мембрана должна деформироваться в соответствии с одной или более несферических мод, шарнирные точки должны все же быть расположены в тех точках по окружности опорных колец 2, 10, которые не смещаются при деформации мембраны, но в таком случае контур нулевого смещения может быть некруглым.
[000128] В данном варианте осуществления изобретения имеется пять шарнирных точек 120d-h, но в других вариантах их может быть больше или меньше при условии, что они расположены на одном контуре относительно оптического центра или близко к нему. Более того, этот контур должен быть контуром, на котором профиль колец 2, 10 должен оставаться постоянным, чтобы получать требуемые профили мембраны 8 при ее деформации. Таким образом, поскольку мембрана 8 удерживается по ее кромке опорными кольцами 2, 10, эти точки являются также точками, где мембрана 8 при деформации остается неподвижной.
[000129] Аналогичным образом, точки активации 120а-с, где кольца 2, 10 активно смещаются по оси z активирующим устройством для сжатия полости 22, выбираются так, чтобы фактическое смещение колец 2, 10 в точках активации 120а-с в каждом положении между неактивированным и полностью активированным было равно или существенно равно смещению колец 2, 10 в точках активации, которое необходимо, чтобы кромка мембраны 8 имела тот же профиль, что и кромка мембраны 8 в ее заданной форме. На фиг. 10 видно, что смещение точек активации 120b и 120 с значительно ниже плоскости отсчета D. С другой стороны, проекция шарнирной точки 120е на нижнюю половину фиг. 10 показывает, что шарнирная точка 120е расположена там, где профиль колец 2, 10 остается неподвижным на плоскости отсчета D. В данном варианте осуществления изобретения имеется три точки активации, но в некоторых вариантах точек активации может быть больше или меньше, в зависимости от сложности профиля кромки мембраны, который нужен для достижения требуемой заданной формы мембраны.
[000130] Правила проектирования положения точек регулирования - т.е. точек активации и шарнирных точек, - в которых к кольцам 2, 10 прикладывается сила, раскрыты в родственной заявке PCT/GB 2012/051426. В принципе должно быть не менее трех точек регулирования, определяющих плоскость мембраны 8, и, кроме того, должна быть точка регулирования в каждой точке или вблизи каждой точки на кольцах 2, 10, где профиль колец 2, 10, необходимый для получения заданной формы при деформации мембраны 8, имеет точку поворота в направлении силы F, прилагаемой в точке регулирования между двумя соседними точками, где профиль кольца имеет точку перегиба или точку поворота в противоположном направлении.
[000131] В данном варианте осуществления изобретения одна короткая сторона 7 колец 2, 10 по существу повторяет круговой контур мембраны 8 и потому едва ли нуждается в изгибании по ее длине, а возможно, и вовсе не должна изгибаться. Тем не менее, поскольку линза не круглая, хотя различие минимально, две внешние точки активации 120а и 120 с все же должны сместиться чуть дальше, чем центральная точка 120b, чтобы сохранился правильный профиль опорных колец, и поэтому короткая сторона 7 проявляет некоторую степень изгибания при срабатывании линзового узла 1. Это можно понять, если снова рассмотреть профиль колец в проекции на условную сферу, выражающую желаемую сферическую моду деформации мембраны 8, соответствующую данному варианту осуществления изобретения. Таким образом, можно вообразить, что для соблюдения профиля сферы внешние точки 120а и 120 с должны быть дальше вниз по оси z, чем центральная точка 120b. Эти необходимые различные смещения достигаются благодаря немного разным углам выемок 122а-с в кулачковой пластинке 122, как говорилось выше и как видно на фиг. 13. Для одинакового поступательного движения кулачковой пластинки 122 степень движения между выемками 122а-с и их соответственными язычками 120а-с на переднем кольце 2 зависит от угла выемки. Обратимся к фиг. 13: чем меньше угол выемки 122 относительно ширины кулачковой пластинки 122, (т.е. чем ближе выемка к положению поперек кулачковой пластинки 122), тем большая пропорция общей силы, сообщаемой перемещением кулачковой пластинки в направлении у, будет направляться в направлении z. Следовательно, движение в направлении z колец 2, 10 к передней обечайке 6а удерживающего кольца или от нее будет больше в тех точках, где угол меньше. В этом случае выемки 122а и 122 с располагаются под меньшим углом, чем выемка 122b, и поэтому кольца 2, 10 перемещаются относительно передней обечайки 6а удерживающего кольца больше возле язычков 120а и 122 с, чем возле язычка 120b. Таким образом, используется один активатор для обеспечения разной степени движения на короткой стороне 7. Следовательно, линзовый узел 1 удобно активируется в трех точках 120а-с, обеспечивая хорошее управление профилем опорного элемента на этой стороне.
[000132] Точки регулирования 120a-h - а именно, точки активации 120а-е и шарнирные точки 120d-f - расположены так, чтобы стабилизировать опорные мембранные кольца 2, 10 против спонтанной деформации в соответствии с нежелательными модами, как описывается ниже. Так, в то время как шарнирные точки 120d-h располагаются на контуре нулевого (или почти нулевого) смещения колец 2, 10, по меньшей мере три из них желательно поместить в точки, ингибирующие деформацию мембраны 8 в таких нежелательных модах, т.е. в точках на кромке мембраны 8, которые склонны к смещению в соответствии с нежелательными модами, но им не дают это сделать шарнирные точки 120d-h. Понятно, что точки активации 120а-с аналогичным образом запрещают неуправляемое смещение кромки мембраны 8, но могут избирательно смещаться управляемым образом в соответствии с желательными модами деформации мембраны 8, как описывалось выше.
[000133] Как описывалось выше, опорные мембранные кольца 2, 10 при активации линзового узла 1 должны изгибаться по оси z.
Опорные кольца 2, 10 достаточно гибкие, чтобы допустить такое изгибание в ответ на нарастание поверхностного натяжения в мембране 8 при активации узла, но помимо требуемого изгибания заданным образом для управления формой мембраны 8 при активации, гибкие опорные кольца 2, 10 подвержены также неуправляемому изгибанию, которого следует избегать, чтобы обеспечить точность формы мембраны. В частности, хотя опорные кольца сконструированы так, чтобы при активации изгибаться относительно плоскости отсчета D, они склонны также к спонтанной неуправляемой деформации. Она может принять форму внутриплоскостного сжатия или внеплоскостного изгибания. Такое внеплоскостное изгибание может включать одну или более нежелательных, но энергетически выгодных мод, например, тороидальную (седлообразную) деформацию мембраны 8. Это происходит потому, что мембрана 8 подверглась предварительному натяжению, как описывалось выше, хотя это нежелательное изгибание может происходить также после активации линзы. Таким образом, в целом оно вызывается поверхностным натяжением в мембране. Такое нежелательное изгибание происходит потому, что натяжение в мембране 8 является формой энергии, содержащейся в подузле мембраны, и этот подузел, естественно, хочет перейти в более низкое энергетическое состояние. После деформации в соответствии с энергетически благоприятными модами, особенно модами низшего порядка, натяжение в мембране снижается и, следовательно, энергия теряется. В соответствии с настоящим изобретением это нежелательное изгибание ограничивается. Следует понимать, что хотя желаемые моды изгибания могут быть чистыми модами Цернике на основе единичной окружности, как описывалось выше, нежелательные моды изгибания, которые, согласно изобретению, должны ингибироваться точками регулирования, управляются фактической формой мембраны.
[000134] Как описывалось выше, мембрана 8 в данном варианте осуществления изобретения предварительно натянута на опорных кольцах 2, 10 в неактивированном состоянии до напряжения приблизительно 5%, чтобы уменьшить или исключить провисание мембраны или появление на ней морщин. В некоторых вариантах при необходимости можно использовать даже большее предварительное натяжение, например, до 10%, или даже 15% или 20%. Это предварительное натяжение сообщает некоторую степень напряжения опорным кольцам 2, 10, и без опоры кольца были бы склонны к неуправляемой деформации. Далее, при активации узла 1 давление текучей среды 11 в полости 22 изменяется, вызывая растяжение мембраны 8. Таким образом, поверхностное натяжение в мембране 8 возрастает, и к опорным кольцам 2, 10 прикладывается дополнительное напряжение, что повышает риск нежелательного искажения требуемой формы опорных колец 2, 10.
[000135] В описываемом здесь линзовом узле прозрачный диск 24 служит опорой мембранного подузла, препятствуя его складыванию внутрь при внутриплоскостном изгибании. При активации узла 1 опорный диск 24 достаточно гибок, чтобы изгибаться вместе с опорными кольцами мембраны 2, 10 по оси z относительно плоскости отсчета D, но служит для усиления колец 2, 10 против нежелательного внутриплоскостного изгибания по оси x или y.
Диск 24 служит для придания жесткости опорным кольцам 2, 10 в плоскости х-у, но не увеличивает существенно внеплоскостную жесткость колец по оси z, позволяя кольцам отклоняться по оси z относительно плоскости отсчета и приобретать требуемый профиль, который необходим для получения заданной формы мембраны 8 после активации. Благодаря усилению жесткости опорных колец 2, 10 в плоскости х-у, кольца 2, 10 проявляют стойкость к изгибанию или другой деформации в плоскости х-у под влиянием поверхностного натяжения в мембране 8, которое действует на кольца в неактивированном и активированном состоянии.
[000136] В данном варианте осуществления изобретения диск 24 выполнен из поликарбоната, но в других вариантах диафрагма может быть сделана из волокнистого материала, имеющего необходимую жесткость в плоскости х-у, но низкую жесткость в направлении z благодаря ориентации волокон.
[000137] Диск 24 в данном варианте осуществления изобретения имеет по существу равномерную внутриплоскостную жесткость, но в некоторых вариантах можно использовать диафрагму, жесткость которой выше в направлении N-S, чем в направлении E-W, и эту направленную жесткость можно использовать для дополнительной компенсации разности напряжений в мембране 8 при ее активации.
[000138] Чтобы добиться удовлетворительной деформации мембраны 8, желательно поддерживать в ней по существу равномерное поверхностное натяжение. Для оптических применений, таких как линзовый узел 1 в данном варианте осуществления изобретения, это фактор обеспечения хорошего оптического качества линзы. В случае узла, в котором мембрана в одном направлении в плоскости х-у длиннее, чем в другом направлении, как, например, приблизительно прямоугольный линзовый узел 1, соответствующий настоящему варианту осуществления изобретения, обычно требуется, чтобы опорные кольца 2, 10 изгибались сильнее по более длинной оси, чем по более короткой, чтобы после активации можно было получить требуемую форму мембраны. В данном варианте осуществления изобретения опорные кольца 2, 10 при активации отклоняются на оси z больше по оси E-W, как показано на фиг. 9, чем по оси N-S. Это различие в изгибании опорных колец 2, 10 может вводить небольшую степень анизотропии в поверхностное натяжение в мембране 8, поскольку мембрана 8 напряжена больше в направлении E-W, чем в направлении N-S. Однако опорный диск 24 сгибается в направлении z главным образом по одной оси - в направлении E-W, - и это увеличивает внеплоскостную жесткость опорных колец 2, 10 по другой оси N-S.
Сгибание опорных колец 2, 10 по направлению E-W сводит короткие стороны 7, 9 опорных колец 2, 10 ближе друг к другу, одновременно увеличивая жесткость опорных колец 2, 10 и их аналогичное сопротивление сгибанию внутрь, в направлении N-S, что ослабляет напряжение на мембране 8 в направлении E-W, в то же время сохраняя напряжение на мембране 8 в направлении N-S и тем самым стремясь снова уравновесить поверхностные натяжения в мембране 8 в направлениях E-W и N-S. Однако этот эффект мал, особенно потому, что напряжение предварительного натяжения существенно больше, чем увеличение напряжения при активации, и в некоторых вариантах может оказаться желательным выдерживать равномерную внеплоскостную жесткость опорного диска в направлениях E-W и N-S.
[000139] Заполненная текучей средой тарелкообразная часть 12 с ее гибкой боковой стенкой 18 и мембранный подузел 2, 8, 10 образуют упругую, похожую на подушку оболочку. При сжатии полости 22 с помощью активирующего устройства, давление текучей среды 11 в полости 22 постепенно увеличивается по сравнению с окружающим давлением, что заставляет эластичную мембрану 8 растягиваться. Аналогичным образом, в других вариантах осуществления изобретения полость 22 может растягиваться, вызывая снижение давления текучей среды по сравнению с окружающим давлением. После снятия силы, прикладываемой активирующим устройством в точках активации 120а-с, узел автоматически упруго возвращается в неактивированное состояние. Прозрачный диск 24 помогает сохранять контроль над подузлом во время активации и деактивации.
[000140] В то время как опорный диск 24 используется для снижения вероятности или предотвращения складывания опорных колец 2, 10 и эластичной мембраны 8 на самих себя (внутриплоскостное сгибание), настоящее изобретение дополнительно рассматривает проблему нежелательного внеплоскостного сгибания по нежелательным модам изгибания в ответ на нагрузку от натяжения мембраны. Оно может произойти, несмотря на дополнительную внутриплоскостную жесткость, придаваемую опорным диском 24. Эта проблема может быть особенно очевидной, если мембрана плоская, например, в неактивированном состоянии, когда любое отклонение от плоскости несколько ослабляет поверхностное натяжение и поэтому благоприятно. Однако коробление может иметь место также при активации узла, например, в вариантах, где мембрана при активации имеет плоскую форму, хотя этот эффект имеет тенденцию уменьшаться по мере того, как мембрана постепенно растягивается.
[000141] На фиг. 14 показан подузел мембраны, который подвергся нежелательному тороидальному изгибанию в соответствии с энергетически выгодными нежелательными модами изгибания низшего порядка, так что образовалась седловидная форма. Показаны переднее и заднее кольца 2, 10, мембрана 8 и диафрагма 24. Подузел можно считать по существу плоским в плоскости х-у и имеющим центральную точку С, в которой пересекаются центральные оси x и у, причем ось X проходит по более длинному измерению подузла, а ось у - по более короткому.
В области вокруг оси х, отдаленной от центральной точки, мембрана 8 изогнута или искривлена с отклонением из плоскости вниз в направлении z, а в области вокруг оси у, отдаленной от центральной точки, она изогнута или искривлена с отклонением из плоскости вверх в направлении z. Эти две области изгибания в противоположном направлении образовали седловидную форму. Понятно, что когда это случилось, линза не может функционировать правильно, так как подузел мембраны больше не имеет правильной формы плоскости отсчета.
[000142] Варианты осуществления изобретения снижают риск спонтанной нежелательной деформации подузла мембраны, показанной на фиг. 14, благодаря точкам регулирования 120а-h.
[000143] Должно быть как минимум три точки регулирования 120, чтобы они определяли плоскость опорных колец 2, 10, как более подробно описано в родственной заявке PCT/GB 2012/051426. В активируемом сжатием мембранном узле, таком, например, как в данном варианте осуществления изобретения, эти по меньшей мере три точки регулирования должны быть точками активации 120а-с; одна или две могут быть шарнирными точками 120е-g. Установлено, что проблему нежелательного внеплоскостного изгибания можно решить путем тщательного размещения точек регулирования 120, где контролируется положение мембраны 8 относительно удерживающего кольца 6, вокруг центра мембраны, чтобы подавлять нежелательные моды изгибания низших порядков и способствовать желательным. Это особенно полезно, когда линзовый узел нагружен предварительным натяжением и мембрана плоская или почти плоская, но всегда важно подавлять нежелательные моды изгибания мембраны 8, чтобы обеспечивать точную форму мембраны независимо от ее состояния активации.
[000144] В некоторых вариантах осуществления изобретения минимального количества точек регулирования 120, а именно трех, если они правильно расположены, может быть достаточно для подавления по меньшей мере нежелательных мод низших порядков, которые не имеют узловой точки по всей границе мембраны, но в других вариантах может быть необходимо использовать дополнительные точки регулирования 120d, 120h, чтобы обеспечить требуемую степень стабилизации, особенно если точки регулирования 120, которые требуются для активации узла и управления профилем опорных колец 2, 10 в описанных выше поворотных точках, не расположены так, чтобы подавлять нежелательные моды изгибания.
[000145] Чтобы подавить нежелательные моды изгибания низших порядков, точки регулирования 120 должны быть расположены так, чтобы увеличивать энергию первых внеплоскостных нежелательных мод изгибания колец 2, 10 в ответ на нагрузку из-за натяжения в мембране 8, которые не имеют узловой точки по кромке всей мембраны 8. Другими словами, точки регулирования 120 должны быть расположены в точках, где кромка мембраны хочет двигаться в соответствии с нежелательными модами изгибания в ответ на нагрузку, создаваемую натяжением мембраны 8, чтобы положение кромки мембраны в этих точках контролировалось.
[000146] На более практическом уровне, при условии соблюдения вышеуказанного, угловое расстояние между точками регулирования вокруг оптического центра ОС должно быть около 30-120°. Следует отметить, что хотя в описываемом варианте изобретения используется ОС как точка отсчета, в качестве центральной точки может использоваться и другая точка, например, геометрический центр (центр по отношению к периметру) или другая точка вблизи этих двух.
[000147] В данном варианте осуществления изобретения используется пять шарнирных точек 120d-h для обеспечения управления опорными кольцами 2, 10 и мембраной 8 с подавлением нежелательных мод. По окружности, показанной штрих-пунктиром на фиг. 9, видно, что шарнирные точки 120d-h находятся приблизительно на равных расстояниях от оптического центра ОС. В данном варианте осуществления изобретения шарнирные точки 120d-h выбраны как точки нулевого или минимального смещения кромки мембраны 8, которое требуется для сферической деформации в соответствии с желаемой модой Цернике второго порядка , когда узел 1 активируется путем избирательного смещения колец 2, 10 в точках активации 120а-с на оси z, подавляя моды первого порядка и другие нежелательные моды второго порядка (например, астигматизм) для предотвращения образования седловидной формы типа, показанного на фиг. 14. Другими словами, после перемещения колец 2, 10 относительно удерживающего кольца 6 для сжатия слоя текучей среды 11 в полости 22 и тем самым регулирования формы мембраны 8, при этом, как описано выше, кольца 2,1.0 не должны смещаться (или должны минимально смещаться) в шарнирных точках 120d-h. (Они могут, однако, скользить, поворачиваться или изгибаться, оставаясь в одном и том же месте, что позволяет кольцам 2, 10 принимать правильную форму профиля при использовании линзового узла 1). Таким образом, шарнирные точки 120d-h - это пригодные точки для удержания их в фиксированном положении относительно удерживающего кольца 6.
[000148] В других вариантах осуществления изобретения, где желательно, чтобы мембрана 8 изгибалась в соответствии с модами более высоких порядков, такими, например, как моды астигматизма второго порядка  или моды трилистника третьего порядка , шарнирные точки также располагаются в точках нулевого смещения для желательных мод, но контур нулевого смещения вокруг центра мембраны будет не круглым.
[000149] Две из шарнирных точек 120d, 120h в данном варианте осуществления изобретения расположены между оптическим центром и точками активации 120а-с. Это значит, что их ортогональная проекция на ось E-W, показанная на фиг. 9, находится между центром ОС и точками активации 120а-с. Это обеспечивает практические интервалы между точками регулирования.
[000150] Понятно, что при желании можно сделать дополнительные шарнирные точки. Например, в левом нижнем углу линзового узла, показанного на фиг. 9 (т.е. угла между короткой стороной 9 и длинной стороной 5), имеются дополнительные точки на том же контуре нулевого смещения.
[000151] Специалисты поймут, что точки активации также могут служить для подавления нежелательных мод изгибания при условии, что они расположены так, чтобы увеличивать энергию нежелательных мод изгибания. В альтернативном варианте точки активации - в отличие от шарнирных точек - могут быть расположены так, что в некоторых состояниях активации (или когда не активированы) они действуют, подавляя определенные нежелательные моды изгибания, но в других состояниях активации (или когда активируются) допускают по меньшей мере одну желательную моду того же порядка. Так, например, одна или более точек активации могут быть расположены вокруг опорных колец 2, 10, чтобы подавлять нежелательные моды изгибания второго и/или более высокого порядка, когда узел не активирован, например, когда мембрана плоская, но они смещаются после активации узла в соответствии с по меньшей одной из желательных мод, такой как астигматизм  или мода более высокого порядка, чтобы индуцировать такие моды.
[000152] Описанные здесь мембранные узлы могут использоваться как для оптических применений, таких как линзовые системы, так и для неоптических. Термины «передний», «задний» и т.д. используются в описании деталей узлов 1, 1' для ясности и соответствия между описаниями различных вариантов осуществления изобретения. Эти термины уместны для линзовых узлов, где они описывают детали в контексте очков типа, показанного на фиг. 1 и 2. В иных областях применения (оптических и неоптических), нежели линзовые узлы для очков, детали, описываемые как «передние» или «задние», не обязательно должны быть расположены в передней или задней части описываемого узла. Например, в некоторых случаях мембрана может быть обращена вверх, так что «переднее опорное мембранное кольцо» фактически расположено над «задним опорным мембранным кольцом», и аналогичные термины следует толковать соответственно. Действительно, из настоящего описания изобретения ясно, что мембранные узлы, соответствующие изобретению, можно использовать для широкого круга разнообразных применений, где термины «передний» и «задний» могут не описывать фактическое положение соответствующих деталей при использовании, но, тем не менее, эти термины полезны для описания пространственного взаимоположения деталей в узлах различных вариантов осуществления изобретения.
[000153] Таким образом, в настоящем изобретении предлагается узел мембраны 1, включающий заполненную текучей средой оболочку, которая ограничена по меньшей мере с одной стороны эластичной мембраной 8, удерживаемой в натянутом положении одним или более сгибаемых, расположенных по краю мембраны опорных колец 2, 10. Давление текучей среды в оболочке можно повышать, например, путем сжатия оболочки, или уменьшать, например, путем расширения оболочки для изменения перепада давлений на мембране, тем самым заставляя мембрану растягиваться и принимать выпуклую или вогнутую форму, соответственно. В соответствии с изобретением, положение колец 2, 10 управляется в точках регулирования 120, выбранных так, чтобы предотвратить спонтанное изгибание мембраны 8 в соответствии с нежелательными модами изгибания в ответ на нагрузку, прилагаемую натяжением мембраны. Точки регулирования включают по меньшей мере три точки активации или шарнирные точки, расположенные так, чтобы увеличивать энергию по меньшей мере нежелательных мод изгибания низшего порядка, которые не имеют узловой точки на всем протяжении колец 2, 10. Точка регулирования должна также располагаться на каждой точке поворота требуемого профиля колец 2, 10 в направлении усилия, прилагаемого к мембране 8 в противодействие силе, прилагаемой к мембране 8 в результате давления в полости 22, чтобы управлять профилем колец 2, 10 по желанию. Следовательно, расположение точек регулирования 120 зависит от формы границы мембраны 8 и от ее требуемой формы в активированном состоянии. Если необходимо, можно использовать дополнительные шарнирные точки 120d-h в точках нулевого смещения колец при активации в соответствии с желательными модами изгибания, служащие для увеличения энергии нежелательных мод с целью ингибирования нежелательных мод изгибания.
[000154] О некоторых модификациях некоторых параметров и компонентов описанных вариантов осуществления изобретения уже говорилось выше. Специалисты поймут, что возможны и другие модификации. Например, в представленных вариантах изобретения ширина опорных колец 2, 10 изменяется на протяжении их окружности, чтобы облегчить правильное изгибание колец 2, 10 и, следовательно, кромки мембраны 8 для получения требуемой формы мембраны 8. Это не существенно для поставленной задачи -стабилизации подузла мембраны против нежелательной деформации.
[000155] Далее, в данном варианте осуществления изобретения переднее и заднее опорные кольца 2, 10 имеют различную толщину, но в других вариантах они могут быть одинаковой толщины; здесь снова толщина не является критическим параметром для стабилизации колец 2, 10 против нежелательных мод изгибания. В некоторых вариантах жесткость к изгибу диска 24 может быть достаточной для уравновешивания усилий скручивания, и в этом случае заднее кольцо 10 можно сделать тоньше переднего кольца 2 или даже вовсе не использовать его. В последнем случае прозрачный диск 24 может иметь по краю своей передней поверхности ступеньку или аналогичный элемент, обеспечивающий некоторое расстояние между диском 24 и мембраной 8; другими словами, заднее кольцо 10 и прозрачный диск 24 можно выполнить как единое целое.
[000156] Возможны и другие модификации при условии достижения необходимой стабилизации подузла мембраны. В описанном варианте осуществления изобретения используются пять шарнирных точек 120d-h, но можно использовать всего четыре шарнирные точки. Одним из примеров четырех пригодных точек являются точки 120d, 120e, 120g и 120h. Альтернативой будут точки 120d, 120f, 120g и 120h. Еще одной альтернативой будут точки 120e, 120f, 120g и 120h. В случае использования четырех шарнирных точек одна или две из них могут располагаться между оптическим центром ОС и одной или более точек активации 120а-с на короткой стороне 7, как описывалось выше.
[000157] Еще одна модификация описанных выше вариантов осуществления изобретения связана с количеством точек активации. В описанном выше примере используются три точки активации 120а-с. Можно использовать больше или меньше трех точек активации. Можно сделать отдельную деталь с кулачковой поверхностью для каждой точки активации, а не одну кулачковую пластинку, проходящую через все точки активации. Конструкцию системы зубчатых колес и кулачка можно изменить по сравнению с показанной, в то же время обеспечивая достижение требуемого результата. Механизм активации, возможно с регулирующим колесиком, аналогичным колесику 106, можно разместить не в заушниках 94, а в переносице 95. Возможны и другие средства регулировки, кроме ручной.
[000158] Можно изменять и другие признаки описанного линзового узла, не выходя за пределы объема изобретения. Например, кольцевая форма прозрачного диска 24 может быть другой. Удерживающее кольцо 6 может иметь такую форму, чтобы передняя и задняя пластины 16, 4 удерживались внутри обечаек 6а, 6b. В данном варианте осуществления изобретения удерживающее кольцо 6 держит переднее кольцо 2, но можно использовать какую-либо другую неподвижную опору или несколько неподвижных опор, расположенных с интервалами. Оба кольца 2, 10 могут иметь элементы, позволяющие зажимать их. Удерживающее кольцо 6 и опорные кольца 2, 10 могут иметь разные формы и могут быть снабжены взаимодействующими элементами, позволяющими фиксировать их относительно друг друга.
[000159] Как указывалось выше, варианты осуществления изобретения описаны здесь по существу на примере линзовых узлов, конкретнее, линзовых узлов, применяемых в очках. Однако линзовые узлы, соответствующие изобретению, могут также использоваться в других системах линз, например, в защитных очках, шлемах, научных и оптических приборах разных типов. В линзовом узле оптические части прозрачны, но изобретение охватывает также и другие виды узлов с деформируемыми мембранами, которые сконструированы и действуют аналогичным образом, создавая управляемо регулируемую поверхность.
В области оптики, например, изобретение можно использовать для создания управляемо регулируемой зеркальной поверхности; кроме того, мембранные узлы, соответствующие изобретению, могут найти применение в неоптических областях, например, в акустике, где может требоваться поверхность с избирательно и управляемо регулируемой динамической формой.
[000160] Соответствующие изобретению линзовые узлы 1; 1' особенно пригодны для коррекции старческой дальнозоркости. При использовании линзовый узел можно регулировать, активируя его, чтобы видеть в фокусе объекты, находящиеся на разных расстояниях, от дальних до близких.