ЗАПОЛНЕННЫЙ ТЕКУЧЕЙ СРЕДОЙ РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЛИНЗОВЫЙ БЛОК И СПОСОБ ЕГО СБОРКИ
ADJUSTABLE LENS UNIT FILLED WITH FLUID MEDIUM AND ITS ASSEMBLY METHOD

[0001] Настоящее изобретение относится к заполненному текучей средой регулируемому линзовому блоку, содержащему растянутую эластомерную мембрану, одна из поверхностей которой образует поверхность линзы и которая установлена таким образом, что ее противоположная поверхность находится в непрерывном контакте с основной частью несжимаемой текучей среды для управления формой мембраны, а также относится к способу сборки такого заполняемого текучей средой регулируемого линзового блока, в котором мембрана способна сохранять натяжение в течение длительного периода использования. Еще в одном аспекте настоящее изобретение относится к способу формирования твердого покрытия на одной из поверхностей мембраны такого заполненного текучей средой регулируемого линзового блока, а также относится к заполненному текучей средой регулируемому линзовому блоку, содержащему предварительно натянутую эластомерную мембрану, по меньшей мере на одну из поверхностей которой нанесено покрытие, сжатое по меньшей мере для частичного ослабления силы, прилагаемой натянутой мембраной к периферийной опорной конструкции, такой как одно или несколько сгибаемых колец, удерживающих мембрану вокруг ее края.
[0002] Заполненные текучей средой регулируемые линзовые блоки известны из международных публикаций WO 96/38744 A1, WO 98/11458 A1, WO 99/47948 A1, WO 01/75510 A1, WO 02/063353 А2, WO 2006/055366 A1, WO 2007/049058 2, WO 2008/007077 A1, WO 2008/050114 A1, WO 2009/125184 А2, WO 2013/144533 A1, WO 2013/144592 A1, WO 2015/044260 А1, а также патента США №5,371,629 А и патента США №6,040,947 А. Согласно каждому из этих источников, прозрачную и эластичную мембрану удерживают под натяжением с обеспечением контакта с основной частью текучей среды для управления формой мембраны. Текучая среда обычно содержится в герметичной камере, а мембрана образует одну из стенок камеры. Мембрана имеет внутреннюю поверхность, соприкасающуюся с текучей средой, и внешнюю поверхность, образующую оптическую поверхность линзы, при этом оптическая сила линзы связана с кривизной мембраны. [0003] В одном из известных типов заполненного текучей средой регулируемого линзового блока («с закачиванием текучей среды»), описанных в международных публикациях WO 91/17463 A1, WO 96/38744 A1, WO 98/11458 A1, WO 99/47948 A1, WO 01/75510 A1, WO 02/063353 А2, WO 2007/049058 2, WO 2008/007077 A1, WO 2008/050114 А1 и WO 2009/125184 А2, регулирующее количество текучей среды выборочно закачивают в камеру или удаляют из нее, что вызывает растяжение мембраны наружу или ее сжатие внутрь с
обеспечением регулировки кривизны мембраны. В другом известном типе заполненного текучей средой регулируемого линзового блока («сжимаемого линзового блока»), описанном в международных публикациях WO 91/17463 A1, WO 2006/055366 A1, WO 2013/144533 А1, WO 2013/144592 A1, WO 2015/044260 А1, патенте США №5,371,629 А и патенте США №6,040,947 А, объем текучей среды остается постоянным, а камера выполнена сжимаемой, в результате чего распределение текучей среды в камере может быть отрегулировано путем сжатия или расширения камеры с обеспечением соответственно растяжения наружу или сжатия внутрь эластичной мембраны.
[0004] Известен способ нанесения на линзы функционального покрытия множества различных типов, в том числе устойчивых к царапинам покрытий, не пропускающих ультрафиолетовое излучение покрытий, антиотражающих покрытий и тонированных покрытий. Фторированные полимерные материалы, такие как, например, материал «OF 210» (компания «Canon Optron, Inc.»), могут быть нанесены методом вакуумного напыления для формирования гидрофобных и/или олеофобных покрытий.
[0005] Заполненные текучей средой регулируемые линзовые блоки могут быть использованы в очках для обеспечения возможности регулировки оптической мощности одной из линз или обеих линз. Некоторые очки с регулируемыми линзовыми блоками могут быть снабжены выборочно действующим управляющим механизмом, связанным с одной или обеими линзами, что позволяет пользователю непрерывно регулировать их оптическую мощность. Использование таких линз в очках накладывает ряд специальных требований в отношении материалов, которые могут быть использованы для мембраны. В частности, помимо того, что материал мембраны должен быть тонким, эластичным и прозрачным (по меньшей мере для всей видимой области спектра), он также должен быть бесцветным и должен иметь низкую токсичность и низкую летучесть; он должен быть инертным, стабильным при высоких температурах и не иметь фазовых переходов в пределах его нормального диапазона рабочих температур. Кроме того, он должен обеспечивать низкий рост микроорганизмов. Кроме того, материал мембраны должен быть способен образовывать точную и стабильную оптическую поверхность. В идеальном случае, но не обязательно, материал мембраны также может иметь показатель преломления, равный или близкий к показателю преломления текучей среды. Текучая среда соответственно имеет высокий показатель преломления (в идеальном случае по меньшей мере приблизительно 1,45 или более 1,5, например приблизительно 1,58±0,02), так что линза не имеет чрезмерную толщину.
[0006] В очках эластичную мембрану обычно используют таким образом, что она имеет вертикальную ориентацию, обуславливающую гидростатический градиент давления в основной части текучей среды; на мембрану могут оказывать влияние изменения температуры приблизительно до 50°С и перемещения при движении пользователя. Необходимо предварительно растягивать мембрану до поверхностного натяжения, которое достаточно велико, чтобы уменьшить до оптически неощутимого уровня изменение оптической мощности между верхом и низом линзового блока, вызванное градиентом гидростатического давления в текучей среде и смещением текучей среды в камере из-за инерции при движении пользователя. Мембрана должна быть способна стабильно удерживать это натяжение для обеспечения постоянной нагрузки в течение длительного периода времени, по меньшей мере равного ожидаемому сроку службы очков, который обычно имеет порядок нескольких лет, несмотря на то, что очки подвержены колебаниям окружающей температуры и находятся в постоянном контакте с текучей средой.
[0007] Согласно международным публикациям WO 2013/144592 А1 и WO 2015/044260 А1, материалами мембраны, подходящими для использования в регулируемом линзовом блоке, являются полиэтилентерефталат (например, «Mylar»), сложные полиэфиры, силиконовые эластомеры (например, полидиметилсилоксаны), термопластичные полиуретаны, в том числе сшитые полиуретаны (например, «Tuftane»), а подходящими текучими средами являются силиконовые масла, такие как, например, триметилпентафенилтрисилоксан и тетраметилтетрафенилтрисилоксан. В частности, термопластичный полиуретан удовлетворяет большинству из вышеописанных специальных требований, благодаря чему он особенно подходит для использования в качестве мембраны в регулируемой линзе. Однако недостаток термопластичного полиуретана заключается в том, что силиконовые масла проникают в материал мембраны, что вызывает набухание мембраны и потерю натяжения.
[0008] Задача настоящего изобретения заключается в создании заполненного текучей средой регулируемого линзового блока по типу вышеописанного линзового блока, в котором мембрана способна сохранять постоянное поверхностное натяжение, достаточное для уменьшения до оптически неощутимого уровня любого изменения оптической мощности через линзу, возникающего вследствие возникновения гидростатического градиента давления в текучей среде и любого смещения текучей среды внутри камеры из-за инерции в течение по меньшей мере 12 месяцев. Мембрана предпочтительно способна сохранять это поверхностное натяжение даже при воздействии на линзовый блок колебаний температуры в 50°С.
[0009] В первом аспекте настоящего изобретения предложен способ сборки заполненного текучей средой регулируемого линзового блока, согласно которому: подвергают двухосному растяжению эластомерную мембрану до поверхностного натяжения более 180 Н/м; термически обрабатывают натянутую мембрану для ускорения ее ослабления; прикрепляют указанную мембрану к периферийной опорной конструкции с одновременным сохранением указанного натяжения в мембране; осуществляют сборку закрепленной мембраны с одним или несколькими другими компонентами с образованием камеры, одну из стенок которой образует указанная мембрана, и затем заполняют указанную камеру текучей средой.
[0010] Мембрана может быть двухосно растянута до начального поверхностного натяжения по меньшей мере 450 Н/м или по меньшей мере 500 Н/м. В некоторых вариантах реализации мембрана может быть двухосно растянута до начального поверхностного натяжения по меньшей мере 1000 Н/м. Например, мембрана может быть двухосно растянута до начального поверхностного натяжения приблизительно 1200 Н/м.
[0011] В некоторых вариантах реализации мембрана может быть обработана при температуре по меньшей мере 70°С или по меньшей мере 80°С. Мембрана может быть обработана в течение по меньшей мере 30 минут или по меньшей мере 60 минут. Этап термической обработки целесообразно проводить до прикрепления мембраны к опорной конструкции.
[0012] Термическая обработка мембраны может быть предназначена для ускорения ослабления мембраны. После термической обработки мембрана может иметь остаточное поверхностное натяжение в диапазоне приблизительно 180-550 Н/м в зависимости от начального поверхностного натяжения мембраны, свойств материала мембраны и конкретных условий осуществления этапа термической обработки.
[0013] Для образования защитного слоя, предназначенного для предотвращения или замедления прохождения текучей среды, по меньшей мере на одну из сторон мембраны может быть нанесен защитный материал. В некоторых вариантах реализации защитный материал может быть нанесен на внутреннюю поверхность мембраны, контактирующую с текучей средой в готовом линзовом блоке. В этой компоновке защитный слой может быть предназначен для предотвращения или замедления прохождения текучей среды внутрь мембраны.
[0014] Защитный материал может быть также нанесен в качестве защитного слоя на внешнюю поверхность мембраны, расположенную за пределами камеры в готовом линзовом блоке и не находящуюся в прямом контакте с текучей средой в камере. В некоторых вариантах реализации внешняя поверхность мембраны может находиться в контакте с воздухом. На внутреннюю поверхность мембраны может и не быть нанесено защитное покрытие, в результате чего текучая среда может проникать в материал мембраны. Нанесение защитного слоя на внешнюю поверхность мембраны предотвращает возможность вытекания любой текучей среды, проникающей в мембрану из камеры, из мембраны через ее внешнюю поверхность, что было бы нежелательным, поскольку это могло ухудшить оптические свойства линзы, например вследствие формирования капель на внешней поверхности.
[0015] Как описано выше, защитный материал может быть нанесен на внутреннюю или внешнюю поверхность закрепленной мембраны после осуществления этапа термической обработки. Для удобства материал может быть нанесен на закрепленную мембрану до ее сборки с другими компонентами для образования камеры. При необходимости могут быть нанесены и другие покрытия, например на этой стадии на внешнюю поверхность мембраны может быть нанесено антиотражающее покрытие. Эти другие покрытия могут представлять собой известные однослойные или многослойные покрытия.
[0016] Защитный материал может содержать любой материал, подходящий для предотвращения или замедления прохождения текучей среды. Выбор защитного материала может зависеть от конкретной используемой текучей среды. Величина показателя преломления защитного материала не является важной, если только он не выполнен антиотражающим и/или достаточно толстым для улучшения качества поверхности мембраны, такой как, например, саморегулирующееся покрытие, согласованное по показателю преломления с мембраной. Он должен быть способен хорошо прилипать к мембране, при этом он не должен желтеть. Необходимо, чтобы защитный слой был максимально тонким. В некоторых вариантах реализации защитный слой может иметь толщину менее 20 нм, например приблизительно 10 нм. В некоторых вариантах реализации защитный материал может содержать фторированный полимер или гидрофобный (олеофобный) полимер. Защитный материал может быть соответственно выбран из таких материалов, как этиленвиниловый спирт (EVOH), поливинилиденхлорид (PVDC), оксид кремния (SiOx), полиакрилат, неорганические покрытия (например, MgF2) и легированные полимеры (например, ПТФЭ, легированный углеродом). Предпочтительными являются полимерные гомологи на основе фтора из ПТФЭ, например реализуемые компанией «Canon Optron, Inc» под товарным знаком «OF 210».
[0017] В конкретном аспекте настоящего изобретения, как описано более подробно ниже, защитный материал может содержать функционализирующий полимер, такой как, например, полиуретан с концевыми акрилатами. В некоторых вариантах реализации защитный материал может содержать наполнитель, такой как кремнезем в форме наночастиц. В некоторых вариантах реализации защитный материал может содержать гибридное акрилированное покрытие на основе полиуретана и кремнезема.
[0018] Защитный материал может быть нанесен на внутреннюю или внешнюю поверхность мембраны различными известными способами, однако в некоторых вариантах реализации может быть использован метод вакуумного напыления. Покрытие из акрилированного полиуретанового защитного материала может быть нанесено на поверхность мембраны путем ультразвукового напыления для достижения толщины в диапазоне от 0,5 до 1,5 мкм.
[0019] В вариантах реализации, в которых обеспечена возможность проникновения текучей среды в материал мембраны, например в вариантах реализации, в которых на внутренней поверхности мембраны отсутствуют какие-либо защитные слои, прохождение текучей среды в материал мембраны может вызвать постепенное вздутие и ослабление мембраны, эквивалентное уменьшению напряжения приблизительно на 5%. Мембрана может поглощать текучую среду приблизительно до 20% своего веса. В таких вариантах реализации начальное поверхностное натяжение мембраны может быть выбрано таким, чтобы после термической обработки остаточное поверхностное натяжение уменьшалось приблизительно до 350-550 Н/м. При проникновении текучей среды в материал мембраны происходит дальнейшее уменьшение поверхностного натяжения в мембране. Это является приемлемым только в том случае, если поверхностное натяжение все еще превышает приблизительно 180 Н/м. В некоторых вариантах реализации поверхностное натяжение мембраны может стабилизироваться после проникновения текучей среды в материал мембраны при конечном поверхностном натяжении в диапазоне приблизительно 180-300 Н/м, предпочтительно 200-300 Н/м.
[0020] В некоторых вариантах реализации готовый линзовый блок может быть выдержан при температуре по меньшей мере приблизительно 40°С для ускорения поглощения текучей среды мембраной. В некоторых вариантах реализации готовый линзовый блок может быть выдержан при температуре приблизительно 50-51°С. Готовый линзовый блок соответственно может быть выдержан в течение периода времени, составляющего по меньшей мере приблизительно 12 часов, предпочтительно 24 часа.
[0021] Было обнаружено, что мембрана, при ее двухосном натяжении и термической обработке в соответствии со способом согласно настоящему изобретению, способна сохранять достаточно постоянное натяжение по меньшей мере приблизительно 180 Н/м в течение периода времени по меньшей мере 12 месяцев, обычно по меньшей мере два года, даже при нахождении в непрерывном контакте с текучей средой и воздействии на нее изменения рабочих температур в приблизительно 50°С. В данном документе под «достаточно постоянным» натяжением в мембране следует понимать натяжение в мембране, изменяющееся за указанный период времени не более чем на 25%, предпочтительно не более чем на 20%.
[0022] Во втором аспекте настоящего изобретения предложен заполненный текучей средой регулируемый линзовый блок, содержащий заполненную текучей средой камеру, одна из стенок которой образована растянутой эластомерной мембраной, прикрепленной к периферийной опорной конструкции; при этом мембрана, пропитанная указанной текучей средой, имеет внешнюю поверхность, на которую нанесен защитный слой для защиты от указанной текучей среды, и сохраняет по существу постоянное поверхностное натяжение по меньшей мере 180 Н/м.
[0023] Как описано выше, мембрана может удерживать текучую среду приблизительно до 20% своего веса.
[0024] В третьем аспекте настоящего изобретения предложен заполненный текучей средой регулируемый линзовый блок, содержащий заполненную текучей средой камеру, одна из стенок которой образована растянутой эластомерной мембраной, прикрепленной к периферийной опорной конструкции; при этом мембрана имеет внутреннюю поверхность, на которую нанесен защитный слой для защиты от указанной текучей среды, и сохраняет по существу постоянное поверхностное натяжение по меньшей мере 180 Н/м.
[0025] Обычно мембрана заполненного текучей средой регулируемого линзового блока согласно третьему аспекту настоящего изобретения не содержит текучую среду.
[0026] В некоторых вариантах реализации мембрана может сохранять по существу постоянное поверхностное натяжение по меньшей мере 180 Н/м в течение периода времени по меньшей мере 12 месяцев. Как указано выше, следует считать, что поверхностное натяжение мембраны за этот период времени изменяется не более чем на 20%.
[0027] Материал мембраны соответственно должен иметь температуру стеклования менее обычного рабочего диапазона линзы, предпочтительно менее приблизительно -5°С, и модуль упругости в диапазоне 10-200 МПа. Мембрана должна быть выполнена оптически прозрачной и нетоксичной. В некоторых вариантах реализации мембрана может иметь показатель преломления приблизительно 1,5. Специалистам известны различные подходящие полимерные материалы, в том числе сшитые уретаны и силиконовые эластомеры, например полидиметилсилоксан. Особенно предпочтительными являются термопластичные ароматические полиуретаны.
[0028] Термопластичные полиуретаны состоят из молекул блок-сополимера, разделенных на твердую и мягкую зоны, соответствующие соответственно кристаллической и аморфной областям. Эта комбинация гибких аморфных сегментов с высокой растяжимостью и низкой температурой стеклования с одной стороны и жестких кристаллических сегментов с высокой температурой плавления с другой стороны придает материалу его эластомерные свойства. Путем изменения пропорциональной доли кристаллической фазы можно изменять свойства, такие как твердость, прочность, жесткость, растяжимость и гибкость при низкой температуре, в широком диапазоне значений. Мембрана может быть изготовлена соответственно из листа ароматического полиуретана, который также имеет хорошую устойчивость к микроорганизмам. В некоторых вариантах реализации полиуретановый лист может преимущественно состоять из простого или сложного полиэфирного ароматического полиуретана.
[0029] Термопластичные полиуретаны могут быть получены путем взаимодействия (а) изоцианатов с (б) соединениями, являющимися химически активными по отношению к изоцианатам и имеющими молекулярную массу от 500 до 10000, и, при необходимости, с (в) удлинителями цепи, имеющими молекулярную массу от 50 до 499, при необходимости в присутствии (г) катализаторов и/или (д) обычных вспомогательных веществ, как описано в патенте США №2008/0207846 А1, содержание которого включено в данный документ посредством ссылки.
[0030] В качестве органических изоцианатов (а) могут быть использованы общеизвестные ароматические, алифатические, циклоалифатические и/или аралифатические изоцианаты, предпочтительно диизоцианаты; например дифенилметан 2,2'-, 2,4'- и/или 4,4'-диизоцианат (метилен диизоцианат).
[0031] В качестве соединений (б), являющихся химически активными по отношению к изоцианатам, могут быть использованы общеизвестные соединения, такие как диолы и диамины, являющиеся химически активными по отношению к изоцианатам; например полиэфиролы, которые обычно называют «полиолами», имеющие молекулярную массу от 500 до 12000 г/моль, предпочтительно от 600 до 6000 г/моль, в частности от 800 до 4000 г/моль, и предпочтительно имеющие среднюю функциональность от 1,8 до 2,3, предпочтительно от 1,9 до 2,2, в частности 2. Предпочтительным полиолом является политетраметиленгликоль.
[0032] В качестве удлинителей цепи (в) могут быть использованы общеизвестные алифатические, аралифатические, ароматические и/или циклоалифатические соединения, имеющие молекулярную массу от 50 до 499, предпочтительно 2-функциональные соединения; например алкандиолы, имеющие от 2 до 10 атомов углерода в алкиленовом радикале, в частности 1,4-бутандиол.
[0033] Твердость термопластичных ароматических полиуретанов может быть задана путем изменения молярных отношений формирующих компонентов (б) и (в) в относительно широком диапазоне. Было обнаружено, что наиболее предпочтительно использовать молярные отношения компонента (б) к общим удлинителям цепей (в) от 10:1 до 1:10, в частности от 1:1 до 1:4, при этом твердость термопластичных ароматических полиуретанов увеличивается с увеличением содержания компонента (в).
[0034] Предпочтительные термопластичные ароматические полиуретаны могут быть получены путем взаимодействия (а) изоцианатов с (б) полиэфирдиолами, имеющими температуру плавления менее приблизительно 150°С и молекулярную массу от 501 до 8000 г/моль, а при необходимости и с (в) диолами, имеющими молекулярную массу от 62 г/моль до 500 г/моль. Особое предпочтение отдается термопластичным полиуретанам, в которых молярное отношение диолов (в), имеющих молекулярную массу от 62 г/моль до 500 г/моль, к компоненту (б), составляет менее 0,2, особенно предпочтительно от 0,1 до 0,01.
[0035] Особенно предпочтительным полиэфирным полиуретаном, используемым в мембране линзового блока согласно настоящему изобретению, является полиэфирный полиуретан, образованный из дифенилметан-4,4'-диизоцианата, политетраметиленгликоля и 1,4-бутандиола, имеющего твердость по Шору А приблизительно 86, плотность приблизительно 1,12 г/см3, прочность на растяжение приблизительно 33 МПа и прочность на разрыв приблизительно 105 Н/мм. Этот материал реализует компания «Elastollan 1185А10» под товарным знаком «BASF».
3
[0036] Текучая среда обычна должна быть по существу несжимаемой. Она должна быть прозрачной и бесцветной, а показатель преломления должен составлять по меньшей мере приблизительно 1,5. Показатели преломления мембраны и текучей среды должны быть согласованы друг с другом надлежащим образом с тем, чтобы граница раздела между мембраной и текучей средой была практически незаметной для пользователя. Текучая среда должна обладать низкой токсичностью и низкой летучестью; она должна быть инертной и не должна иметь фазовых переходов выше приблизительно -10°С или ниже приблизительно 100°С. Текучая среда должна быть стабильной при высоких температурах и должна обеспечивать низкий рост микроорганизмов. В некоторых вариантах реализации текучая среда может иметь плотность приблизительно 1 г/см.
[0037] Специалистам известны различные подходящие текучие среды, в том числе силиконовые масла и силоксаны, такие как, например, фенилированные силоксаны. Предпочтительной текучей средой является пентафенилтриметилтрисилоксан.
[0038] В некоторых вариантах реализации мембрана может содержать полиэфирный полиуретан, такой как, например, вышеописанный материал, реализуемый под товарным знаком «Elastollan 1185», а текучая среда может содержать силиконовое масло или фенилизованный силоксан, такой как пентафенилтриметилтрисилоксан. Показатели преломления материала мембраны и текучей среды имеют подходящие одинаковые или практически одинаковые значения, составляющие по меньшей мере 1,5.
[0039] В дополнение к мембране камера может содержать вместилище для приема текучей среды. Вместилище может быть закрыто мембраной, образующей одну из стенок камеры. Вместилище предпочтительно изготовлено из материала, являющегося оптически прозрачным и бесцветным и имеющим показатель преломления по меньшей мере приблизительно 1,5. Показатель преломления вместилища соответствует показателю преломления мембраны и текучей среды, в результате чего граница между вместилищем и текучей средой является практически незаметной пользователю. В некоторых вариантах реализации вместилище может быть жестким, например в случае, когда заполненный текучей средой регулируемый линзовый блок согласно настоящему изобретению относится к типу «с закачиванием текучей среды». В качестве альтернативы вместилище может быть выполнено сжимаемым, в частности в случае, когда линзовый блок согласно настоящему изобретению относится к «сжимаемым линзовым блокам». В последнем случае вместилище может иметь гибкую периферийную стенку, которая может изгибаться наподобие сильфона для обеспечения возможности сжатия вместилища. Подходящим гибким материалом является прозрачный термопластичный полиуретан, такой как, например, «Tuftane».
[0040] В некоторых вариантах реализации периферийная опорная конструкция для опоры на нее мембраны может содержать одно или несколько колец, расположенных таким образом, что они удерживают мембрану вокруг ее края. Кольцо или кольца могут быть выполнены по существу жесткими или сгибаемыми. В некоторых вариантах реализации мембрана может иметь и некруглую форму, а кольцо или кольца для поддержки мембраны могут быть выполнены сгибаемыми для обеспечения возможности смещения края мембраны из плоскости при приведении в действие линзового блока, что вызывает или обеспечивает вздутие или сокращение мембраны в соответствии со сферической формой или в соответствии с другим полиномом Цернике, обычно используемым в области оптики или офтальмологии.
[0041] Некоторые варианты реализации, содержащие одно или несколько сгибаемых колец в качестве части периферийной опорной конструкции для опоры на нее мембраны, имеют недостаток, заключающийся в том, что поверхностное натяжение в мембране может вызывать нежелательный плоскостной изгиб указанных одного или нескольких колец в противоположность внеплоскостному изгибу, необходимому, как указано в предыдущем параграфе, для обеспечения возможности смещения края мембраны за пределы плоскости при приведении в действие линзового блока с тем, чтобы вызвать или обеспечить вздутие или сокращение мембраны в соответствии со сферической формой или в соответствии с одним или более другими полиномами Цернике. В международной публикации WO 2013/143630 А1 раскрыт деформируемый мембранный узел, содержащий один или несколько средств управления изгибом, воздействующих на сгибаемую мембрану опорного элемента для управления плоскостным изгибом опорного элемента в ответ на нагрузку при натяжении в мембране. Несмотря на то, что средства управления изгибом, раскрытые в международной публикации WO 2013/143630 А1, преодолевают сформулированный выше недостаток, им необходимы дополнительные компоненты линзового блока, что увеличивает его сложность и стоимость изготовления. Кроме того, они занимают значительный объем линзового блока и утяжеляют его.
[0042] Таким образом, еще одна задача настоящего изобретения заключается в создании усовершенствованного способа управления плоскостным изгибом сгибаемого кольца или сгибаемых колец периферийной опорной конструкции, в результате чего она является более простой в изготовлении и занимает меньший объем и/или вес в готовом линзовом блоке.
[0043] Таким образом, в четвертом аспекте настоящего изобретения предложен заполненный текучей средой регулируемый линзовый блок, содержащий заполненную текучей средой камеру, одна из стенок которой образована растянутой эластомерной мембраной, прикрепленной к периферийной опорной конструкции, содержащей одно или несколько сгибаемых колец, расположенных таким образом, что они удерживают мембрану вокруг ее края; при этом по меньшей мере на одну из поверхностей мембраны, внутреннюю или внешнюю, нанесено покрытие, образованное из материала, имеющего модуль упругости, превышающий модуль упругости мембраны, и расположенное со сжатием для противодействия натяжению в мембране, что позволяет по меньшей мере частично уменьшить плоскостное усилие, прикладываемое мембраной к указанным одному или нескольким кольцам, которые в некоторых вариантах реализации могут иметь некруглую форму.
[0044] Как описано выше, мембрана может иметь соответственно модуль упругости в диапазоне 10-200 МПа.
[0045] В готовом заполненном текучей средой линзовом блоке мембрана может иметь толщину в диапазоне 100-300 мкм. В некоторых вариантах реализации мембрана может иметь толщину в диапазоне 150-250 мкм, предпочтительно приблизительно 200-220 мкм. Как описано выше, в готовом линзовом блоке мембрана может сохранять натяжение в диапазоне 180-300 Н/м, предпочтительно 200-300 Н/м.
[0046] Покрытие может иметь модуль упругости, превышающий на один-два порядка модуль упругости мембраны. Например, покрытие может иметь модуль упругости по меньшей мере 0,1 ГПа, предпочтительно по меньшей мере 0,5 ГПа, более предпочтительно по меньшей мере 0,75 ГПа или 1 ГПа. В некоторых вариантах реализации покрытие может иметь модуль упругости приблизительно 1 ГПа.
[0047] Толщина покрытия может быть рассчитана для обеспечения существенного уменьшения (снижения) натяжения, прикладываемого к сгибаемому кольцу или сгибаемым кольцам. В большинстве вариантов реализации покрытие, имеющее толщину, рассчитанную для обеспечения полного противодействия поверхностному натяжению в мембране, будет слишком толстым, что нежелательно, однако покрытие, имеющее толщину в диапазоне 0,5-1,5 мкм, например 1 мкм, может быть все же достаточным для оказания значительного влияния на механические свойства мембраны. В некоторых вариантах реализации покрытие может иметь толщину в диапазоне 1-1,5 мкм, предпочтительно 1,2-1,5 мкм.
[0048] Для обеспечения существенных межфазных сил между поверхностью мембраны и покрытием это покрытие может быть изготовлено соответственно из материала, совместимого с материалом мембраны. Как описано выше, термопластичные ароматические полиуретаны являются предпочтительными материалами для эластомерной мембраны. Термопластичные ароматические полиуретаны являются гидрофобными, при этом проблема использования другого материала с гидрофобным покрытием, таким как фторированный полимер, наносимый методом вакуумного напыления, заключается, например, в отсутствии межфазных связей, в результате чего покрытие, нанесенное методом вакуумного напыления, является хрупким.
[0049] Согласно настоящему изобретению, покрытие может также содержать полиуретановый материал, способный образовывать прочные межфазные связи с мембраной. Полиуретановый материал покрытия может предпочтительно содержать сшиваемые акрилатные группы для обеспечения возможности отверждения покрытия после его нанесения на мембрану. Материал покрытия может содержать полиуретан, модифицированный акрилом, такой как, например, простой или сложный полиэфирный полиуретанакрилат. В некоторых вариантах реализации материал покрытия может содержать алифатический или ароматический полиуретан, модифицированный акрилом. Полиуретановое покрытие также может быть использовано и с другими вышеописанными видами материалов мембраны, в том числе, например, с силоксановыми мембранами.
[0050] Примерами подходящих полиэфир-уретановых акрилатов являются продукты, образованные при реакции гидроксильного функционального полиэфиракрилата с изоцианатным функциональным материалом. Полиэфиракрилаты могут содержать продукты реакции полиэфирполиолов с акриловой кислотой.
[0051] Подходящими изоцианатными функциональными компонентами являются гексаметилендиизоцианат, изофорондиизоцианат, изоцианатные функциональные акриловые полимеры и полиуретаны, продукты реакции гидроксильных функциональных компонентов (например, полиэтиленгликоль, полипропиленгликоль и ди-, три- и высшие гидроксифункциональные алифатические спирты (например, глицерин и триметилолпропан) и их этоксилированные, пропоксилированные и поликапролактоновые аналоги) с ди-, три- и т.д. изоцианатами (например, гексаметилендиизоцианатом, изофорондиизоцианатом и толуолдиизоцианатом).
[0052] Конкретными примерами подходящих полиуретановых акрилатных материалов покрытия являются материалы, реализуемые компанией «PPG Industries, Inc.» под товарным знаком «RAYCRON», компанией «Barberton Specialty Chemicals Plant», Барбертон, Огайо под товарным знаком «CeranoShield UV Clearcoat» и компанией «Lens Technology International», Ла-Мирада, Калифорния под товарным знаком «G-NT200».
[0053] Материал покрытия может предпочтительно содержать кремнезем в форме наночастиц для обеспечения дополнительной жесткости. Кроме того, кремнеземный наполнитель может обеспечивать устойчивость к царапинам. Материал покрытия может предпочтительно содержать кремнезем с массовой долей 50-60%, например массовой долей приблизительно 52%, однако в некоторых вариантах реализации может быть достаточно концентрации кремнезема с массовой долей приблизительно 25%. В некоторых вариантах реализации материал покрытия может быть разбавлен соответствующим растворителем для получения на мембране более тонкого покрытия, например в диапазоне 0,4-0,5 мкм. Выбор растворителя будет изменяться в зависимости от выбранного материала покрытия, однако в обычных случаях может быть использован ацетат или спирт. В таких случаях концентрация кремнезема может быть уменьшена путем разбавления до массовой доли 7-10%.
[0054] Материал полиуретанакрилатного покрытия может дополнительно содержать подходящий фотоинициатор, такой как, например, свободнорадикальный фотоинициатор.
[0055] Материал полиуретанового покрытия может быть нанесен на поверхность мембраны методом ультразвукового напыления, который, как было установлено, позволяет достичь толщины значительно меньше 1 мкм. При ультразвуковом напылении жидкость распыляют с формированием крошечных капель, которые в дальнейшем напыляют на подложку в форме тонкой пленки.
[0056] Таким образом, в пятом аспекте настоящего изобретения предложен способ сборки заполненного текучей средой регулируемого линзового блока, согласно которому: подвергают двухосному растяжению эластомерную мембрану; термически обрабатывают натянутую мембрану для ускорения ее ослабления; прикрепляют указанную мембрану к периферийной опорной конструкции с одновременным сохранением натяжения в указанной мембране; наносят на поверхность мембраны покрытие из сшитого полиуретанакрилатного материала; отверждают материал покрытия; осуществляют сборку закрепленной мембраны с одним или несколькими другими компонентами с образованием камеры, одну из стенок которой образует указанная мембрана, с последующим заполнением указанной камеры текучей средой.
[0057] Мембрана может быть выполнена из любого подходящего эластомерного материала, как описано выше, в том числе из сшитых уретанов и силоксановых эластомеров, например из полидиметилсилоксана. Особенно предпочтительными являются термопластичные ароматические полиуретаны.
[0058] Как описано выше, мембрана может быть растянута до начального поверхностного натяжения приблизительно 1200 Н/м. После термической обработки мембрана может иметь остаточное поверхностное натяжение в диапазоне от приблизительно 180 до приблизительно 550 Н/м.
[0059] Материал покрытия может предпочтительно содержать кремнеземный наполнитель в форме наночастиц, как описано выше, а после отверждения он может иметь модуль упругости по меньшей мере 0,5 ГПа. Покрытие может быть нанесено на поверхность мембраны до толщины приблизительно 0,5-1,5 мкм. Соответственно, покрытие может быть нанесено на наружную поверхность мембраны для придания линзовому блоку устойчивости к царапинам и обеспечения возможности его очистки.
[0060] Поверхность мембраны может быть предпочтительно активирована перед нанесением материала покрытия для уменьшения угла смачивания поверхности для обеспечения лучшей адгезии материала покрытия. Соответственно, поверхность мембраны может быть активирована путем обработки плазмой, например воздушной плазмой. Термопластичный полиуретан является гидрофобным по своей природе и имеет обычный угол смачивания в диапазоне 95-105 градусов. Активация поверхности термопластичной полиуретановой мембраны путем плазменной обработки уменьшает угол смачивания до приблизительно 78-83 градусов.
[0061] После нанесения материала покрытия на поверхность мембраны он может быть отвержден. Для этой цели может быть использовано облучение ультрафиолетовым светом. Например, отверждение может быть осуществлено с использованием ртутной газоразрядной лампы, которая излучает ультрафиолетовый свет в диапазоне 220-320 нм с пиком в длинноволновом диапазоне 365 нм. Отверждение происходит в результате активации фотоинициатора внутри покрытия, что вызывает сшивание акрилатных остатков в полиуретанакрилатном материале с получением жесткого покрытия на поверхности мембраны.
[0062] После нанесения покрытия, осуществления сборки закрепленной мембраны с одним или несколькими другими компонентами для образования камеры и заполнения указанной камеры текучей средой готовый линзовый блок может быть выдержан при температуре по меньшей мере приблизительно 40°С, как описано выше, что обеспечивает возможность небольшого ослабления мембраны со сжатием покрытия, как описано выше. Сжатие покрытия может действовать таким образом, что оно препятствует дальнейшему ослаблению мембраны, что уменьшает плоскостное усилие, прикладываемое мембраной к периферийной опорной конструкции для опоры на нее мембраны.
[0063] Заполненный текучей средой регулируемый линзовый блок согласно настоящему изобретению может быть предпочтительно использован в паре очков. Таким образом, согласно настоящему изобретению, в шестом аспекте предложена пара очков, содержащих по меньшей мере один заполненный текучей средой регулируемый линзовый блок согласно настоящему изобретению.
[0064] Ниже исключительно в качестве примера показано описание вариантов реализации настоящего изобретения.
[0065] На фиг. 1 схематично показан перспективный вид заполненного текучей средой регулируемого линзового блока согласно настоящему изобретению.
[0066] На фиг. 2 схематично показан перспективный вид в разрезе заполненного текучей средой регулируемого линзового блока, показанного на фиг. 1.
[0067] На фиг. 3 схематично показан покомпонентный вид в разрезе компонентов линзового блока, показанного на фиг. 1.
[0068] На фиг. 4 схематично показан перспективный вид в разрезе тонкого листа вязкоупругого материала, размещенного на круглом зажиме, и пресса для растягивания указанного листа.
[0069] На фиг. 5A-5L представлена последовательность этапов сборки заполненного текучей средой регулируемого линзового блока с двухосно-растянутой мембраной согласно настоящему изобретению.
[0070] На фиг. 6А, 6В и 6С показаны графики на основе эмпирических данных, иллюстрирующие соответственно изменение толщины (в мкм), растяжения (в Н/м) и напряжения (в МПа) мембраны во время основных этапов изготовления.
[0071] На фиг. 7 показана диаграмма рассеяния зависимости измеренных линейных напряжений от времени для шестидесяти шести отдельных полиуретановых мембран, которые были растянуты и термически обработаны согласно настоящему изобретению и удерживались в непрерывном контакте с силиконовым маслом.
[0072] На фиг. 1, 2 и 3 схематично показан известный заполненный текучей средой регулируемый линзовый блок 10. Линзовый блок 10, показанный на фиг. 1-3, относится к вышеописанным линзовым блокам «сжимаемого типа», поскольку он содержит фиксированный объем несжимаемой текучей среды 60, при этом оптической силой линз управляют путем сжатия линзового блока 10 нижеописанным способом для перераспределения указанной текучей среды за тонкой эластичной мембраной 12, что вызывает вздутие или сокращение мембраны с изменением ее кривизны. Настоящее изобретение в равной степени применимо и к заполненным текучей средой регулируемым линзовым блокам, относящихся к типу линзовых блоков «с закачиванием текучей среды», которые также содержат подобную мембрану.
[0073] Для краткости изложения описаны только те части линзового блока, которые относятся непосредственно к настоящему изобретению. Дополнительные признаки, такие как, например, управляющий механизм для выборочного управления преломляющей способностью линзового блока 10, вкратце упомянуты ниже, но не показаны на чертежах.
[0074] Как показано на фиг. 2 и 3, мембрана 12, имеющая внешнюю переднюю поверхность 14 и внутреннюю заднюю поверхность 16, растянута и закреплена между передним кольцом 18 и задним кольцом 20, которые служат в качестве периферийной опорной конструкции для опоры на нее мембраны 12, удерживая мембрану 12 вокруг ее кромки с обеспечением ее натяжения, как описано более подробно ниже.
3
[0075] Мембрана 12 содержит лист термопластичного полиуретана. В настоящем варианте реализации мембрана содержит лист полиэфирного полиуретана, образованного из дифенилметан-4,4'-диизоцианата (MDI), политетраметиленгликоля и 1,4-бутандиола, имеющего твердость по Шору А приблизительно 86, плотность приблизительно 1,12 г/см, прочность на растяжение приблизительно 33 МПа и прочность на разрыв приблизительно 105 Н/мм. Этот материал реализует компания «BASF» под товарным знаком «Elastollan 1185А10». Лист имеет первоначальную толщину приблизительно 380 мкм, однако в готовом линзовом блоке он имеет толщину приблизительно 220 мкм, как описано более подробно ниже. Могут быть использованы и другие виды термопластичных полиуретанов; например полиэфирный полиуретан, в котором для обеспечения различной твердости по Шору изменяются относительные содержания (стехиометрические соотношения) компонентов изоцианата, полиола и удлинителя цепи. Мембрана также может содержать полиэфирный полиуретан, полученный из другого изоцианата, полиола и/или удлинителя цепи. В частности, мембрана может быть сформирована из любого подходящего термопластичного полиуретанового материала или другого вязкоупругого полимерного материала при условии, что указанный материал является оптически прозрачным, имеет температуру стеклования ниже обычного рабочего диапазона линзы, как правило ниже приблизительно -5°С, модуль упругости находится в диапазоне 10-200 МПа, является инертным и нетоксичным, обеспечивает низкий рост микроорганизмов и способен образовывать связи с кольцами 18, 20.
[0076] В настоящем варианте реализации внешняя поверхность 14 мембраны 12 покрыта защитным слоем из защитного материала (не показан) для нижеописанных целей. Может быть использован любой подходящий гидрофобный материал покрытия, например фторированный полимер. Материал покрытия должен быть способен хорошо прилипать к мембране 12. Он должен быть нежелтеющим, а защитный слой должен быть выполнен максимально тонким. В некоторых вариантах реализации защитный слой может иметь толщину приблизительно 10 нм, однако для специалиста очевидно, что указанная толщина может быть изменена в зависимости от свойств используемого материала покрытия и необходимых свойств линзового блока 10. В одном из вариантов реализации используют полимерный гомолог из политетрафторэтилена, реализуемый компанией «Canon Optron, Inc.» под товарным знаком «OF 210».
[0077] Еще в одном варианте реализации защитный материал содержит слой сшитого полиуретанакрилата, который, при необходимости, может содержать кремнеземный наполнитель в виде наночастиц, как описано более подробно ниже. В этом варианте реализации слой имеет толщину приблизительно 1 мкм, однако и в этот раз указанная толщина может быть изменена в зависимости от свойств материала покрытия и необходимых свойств линзового блока 10. Таким образом, в альтернативных вариантах реализации защитный слой, содержащий акрилированный полиуретан с кремнеземным наполнителем, может иметь толщину в диапазоне от 0,5 мкм до 1,5 мкм.
[0078] Мембрана 12 имеет форму и размеры линзы, при этом внешняя поверхность 14 мембраны 12 служит в качестве оптической поверхности линзы. Мембрана 12 может иметь любую необходимую форму. В некоторых вариантах реализации линзовый блок 10 может быть использован в очках, при этом мембране 12 будут приданы форма и размер, подходящие для такого применения. Например, мембрана 12 может иметь круглую форму или может иметь в целом овальную или прямоугольную форму. В уровне техники известны множество различных форм линз для очков. В настоящем варианте реализации мембрана 12 в целом имеет прямоугольную форму с закругленными углами. На фиг. 2 и 3 показана только приблизительно половина линзового блока 10.
[0079] В вариантах реализации изобретения, таких как вариант реализации по фиг. 1-3, в котором мембрана имеет некруглую форму, кольца 18, 20 должны быть выполнены с возможностью сгибания вне плоскости мембраны 12, как описано в международной публикации WO 2013/144533, содержание которой включено в данный документ посредством ссылки, для обеспечения возможности вздутия или сокращения используемой мембраны в соответствии со сферической формой или в соответствии с другим полиномом Цернике, как обычно рекомендуют в офтальмологии. В данном варианте реализации кольца 18, 20 изготовлены из листа нержавеющей стали; переднее кольцо 18 имеет толщину приблизительно 0,25 мм, а заднее кольцо 20 имеет толщину приблизительно 0,15 мм. В вариантах реализации, в которых мембрана 12 имеет круглую форму, кольца 18, 20 не обязательно должны быть выполнены сгибаемыми, а мембрану может удерживать на месте жесткая периферийная опорная конструкция, подходящая для сохранения натяжения мембраны 12.
[0080] Мембрана 12 вклеена между передним и задним кольцами 18, 20. Специалистам известны подходящие клеящие вещества, такие как, например, светоотверждаемые адгезивы. В данном варианте реализации используют эпоксидный клей под товарным знаком «Delo MF643» с ультрафиолетовым отверждением.
[0081] Заднее кольцо 20 приклеено к периферийной кромке 22 чашеобразного вместилища 24. Тот же самый адгезив может быть использован и для прикрепления колец 18, 20 к мембране 12. Чашеобразное вместилище 24 имеет заднюю стенку 26, форма которой соответствует форме мембраны 12, и периферийную боковую стенку 28, проходящую вперед от задней стенки до периферийной кромки 22. Чашеобразное вместилище выполнено из гибкого прозрачного термопластичного полиуретана, такого как, например, термопластичный полиуретан «Tuftane» (компании «Permali Gloucester Ltd», г. Глостер, Великобритания), и имеет толщину приблизительно 50 мкм; могут быть использованы и другие подобные прозрачные материалы, например материал «DuPont boPET» (двухосноориентированный полиэтилентерефталат) с соответствующим образом отрегулированной толщиной.
[0082] В некоторых вариантах реализации линзовый блок 10 может содержать кольцевой опорный диск (не показан) наподобие диска, описанного в международной публикации WO 2013/143630, содержание которой включено в данный документ посредством ссылки, при этом кольцевой опорный диск расположен между задним кольцом 20 и кромкой 22 для усиления колец 18, 20 в отношении противодействия нежелательному «плоскостному» изгибу при натяжении в мембране 12. В другом вышеописанном варианте реализации изобретения, в котором мембрана 12 покрыта слоем сшитого полиуретанакрилата с кремнеземным наполнителем, кольцевой опорный диск может быть исключен.
[0083] Задняя стенка 26 чашеобразного вместилища 24 имеет заднюю поверхность 30 (см. фиг. 3), которая присоединена посредством связующего к плоской передней поверхности 32 задней линзы 34 с фиксированной преломляющей способностью. Задняя линза 34 представляет собой менисковую линзу, имеющей вогнутую противоположную заднюю поверхность 36. Задняя поверхность чашеобразного вместилища 24 присоединена встык к передней поверхности 32 задней линзы 34 посредством прозрачного чувствительного к давлению адгезива, такого как, например, адгезив «3М 8211». В настоящем варианте реализации использован слой чувствительного к давлению адгезива с толщиной приблизительно 25 мкм, однако в случае необходимости эта толщина может быть изменена.
3
[0084] Таким образом, чашеобразное вместилище 24, заднее кольцо 20 и мембрана 12 образуют герметичную камеру 54. Камеру 54 заполняют несжимаемой текучей средой 60 через впускное отверстие (не показано), выполненное в боковой стенке 28 чашеобразного вместилища 24. В настоящем варианте реализации текучей средой является пентафенилтриметилтрисилоксан, который представляет собой фенилированный силоксан, однако специалисты могут использовать другие подходящие силиконовые масла и другие жидкости. Текучая среда должна быть бесцветной и должна иметь высокий показатель преломления, составляющий по меньшей мере 1,45 или 1,5. В настоящем варианте реализации текучая среда имеет показатель преломления приблизительно 1,58±0,02; при этом она должна обладать низкой токсичностью и низкой летучестью, а также должна быть инертной и не иметь фазовых переходов выше приблизительно -10°С или ниже приблизительно 100°С. Текучая среда должна быть стабильной при высоких температурах и должна обеспечивать низкий рост микроорганизмов. Обычно текучая среда имеет плотность приблизительно 1 г/см. Как подробно описано ниже, камеру 54 заполняют текучей средой 60 под вакуумом для обеспечения отсутствия воздуха. Кроме того, камера 54 может быть переполнена для небольшого вздутия мембраны 12, что обеспечивает заполнение текучей средой 60 всей камеры 54, так что текучая среда непрерывно контактирует со всей внутренней поверхностью 16 мембраны 12, то есть между мембраной 12 и текучей средой 60 отсутствуют какие-либо промежутки.
[0085] Заполненная камера 54 выполнена с возможностью ее сжатия благодаря гибкости боковой стенки 28 чашеобразного вместилища 24 и эластичности мембраны 12. Прижатие камеры к задней линзе 34 вызывает продольное изгибание боковой стенки 28 чашеобразного вместилища 24, что в свою очередь вызывает вздутие мембраны наружу для обеспечения вмещения несжимаемой текучей среды 50, что приводит к изменению кривизны мембраны, как описано, например, в международной публикации WO 2013/144533.
[0086] Задняя линза 34, чашеобразное вместилище 24, кольца 18, 20 и мембрана 12 размещены внутри корпуса 40, содержащего передний фиксатор 48 и задний фиксатор 46, которые выполнены из металла и склеены друг с другом в месте 47 с образованием внутренней выемки, в которой размещены задняя линза 34, чашеобразное вместилище 24, кольца 18, 20 и мембрана 12. Задний фиксатор 46 имеет периферийную боковую стенку 43, имеющую внутреннюю поверхность 44, снабженную промежуточным уступом 42. Задняя линза 34 приклеена к внутренней поверхности 44 со стороны заднего конца заднего фиксатора 46 таким образом, что передняя поверхность 32 задней линзы 34 находится на одном уровне с уступом 42, при этом внутренняя поверхность 44 боковой стенки 43 снабжена проходящим наружу уступом для обеспечения зазора между боковой стенкой 28 чашеобразного вместилища 24 и внутренней поверхностью 44 перед уступом 42 для обеспечения вмещения боковой стенки 28 в случае ее изгибания во время использования, а также частей управляющего механизма (не показаны на чертежах для наглядности) для выборочного прижатия заполненной камеры 54 к задней линзе 34 вышеописанным способом.
[0087] Передний фиксатор содержит загнутый передний обод 50, расположенный на расстоянии перед кольцами 18, 20 и мембраной 12, что обеспечивает возможность растягивания используемой мембраны по направлению вперед.
[0088] В зависимости от формы мембраны 12 кольца 18, 20 могут быть шарнирно прикреплены к корпусу 40 в одной или нескольких шарнирных точках, как описано в международной публикации WO 2013/144533 или международной публикации WO 2013/144592, содержание которых включено в данный документ посредством ссылки. Управляющий механизм может содержать один или несколько приводов, скрепленных с корпусом 40 таким образом, что они взаимодействуют с кольцами 18, 20 (или частями, прикрепленными к кольцам) в заданных точках управления по окружности колец 18, 20 для перемещения колец по направлению к задней линзе 34 или от нее в точках управления, как описано в международной публикации WO 2013/144592 или международной публикации WO 2015/044260, содержание которых включено в данный документ посредством ссылки. Таким образом, линзовый блок может быть выборочно приведен в действие для обеспечения вздутия мембраны наружу или ее сокращения внутрь по отношению к камере для управления кривизной внешней поверхности 14 мембраны 12.
[0089] Таким образом, линзовый блок 10 образует составную линзу с внутренними и внешними оптическими поверхностями. Общая преломляющая способность линзового блока 10 определяется кривизной задней поверхности 36 зафиксированной задней линзы 34 и кривизной внешней поверхности 14 мембраны 12. Материал мембраны 12, материал чашеобразного компонента 24 и текучую среду 60 предпочтительно выбирают таким образом, что они имеют максимально близкий показатель преломления, в результате чего границы раздела между мембраной 12 и текучей средой 60 и между текучей средой 60 и задней стенкой 26 чашеобразного компонента являются почти невидимыми для глаз, если смотреть через линзовый блок 10.
[0090] Мембрану 12 удерживают под натяжением для обеспечения ее устойчивости к деформации. Ненатянутая или недостаточно натянутая мембрана может быть восприимчива к внешним вибрациям, инерционным эффектам при воздействии ускорения или замедления во время ее использования, а также внешним силам, таким как сила тяготения. Например, мембрана 12, при использовании в очках, подвержена непрерывному перемещению и носится в целом в вертикальном положении, что вызывает возникновение гидростатического градиента давления в текучей среде 60. Для минимизации искажения оптической поверхности, имеющейся у мембраны 12, и любой последующей оптической аберрации, необходимо удерживать мембрану 12 под натяжением между передним и задним кольцами 18, 20. В соответствии с настоящим изобретением мембрана 12 удерживается при поверхностном натяжении по меньшей мере приблизительно 180 Н/м, а предпочтительно при поверхностном натяжении по меньшей мере приблизительно 200 Н/м.
[0091] Кроме того, как описано выше, поверхностное натяжение в мембране 12 должно быть достаточно стабильным в течение срока службы линзового блока 10 в условиях окружающей среды для обеспечения по существу постоянной нагрузки в балансе сил между натяжением в мембране 12 с одной стороны и силой реакции колец 18, 20 на изгибание, давлением текучей среды 60, силой в вышеописанных точках управления и/или шарнирных точках и любыми паразитными силами (такими как силы со стороны вместилища 24 или силы трения).
[0092] На фиг. 4 и 5 схематично показан способ согласно настоящему изобретению, согласно которому предварительного растягивают мембрану 12 до натяжения по меньшей мере 180 Н/м, обрабатывают мембрану 12 таким образом, что она стабильно удерживает эту нагрузку в течение длительного периода времени и осуществляют сборку линзового блока 10, содержащего предварительно растянутую мембрану 12. В некоторых вариантах реализации изобретения, использующих способ согласно настоящему изобретению, мембрана 12 может выдерживать по существу постоянное поверхностное натяжение по меньшей мере 180 Н/м в течение периода времени по меньшей мере 12 месяцев.
[0093] Согласно фиг. 5А, вышеописанный лист 112 полиэфирного полиуретана «Elastollan 118510А», имеющий толщину приблизительно 380 мкм, удерживают в кольцевом зажиме 114 для ограничения круглого участка листа в пределах зажима. Зажим жестко закреплен фиксирующим приспособлением (не показано) непосредственно под выборочно действующим прессом 101, при этом лист 112 имеет горизонтальное расположение. На прессе 101 установлено с возможностью демонтажа круглое внутреннее несущее кольцо 102, имеющее цилиндрическую внешнюю поверхность 103, которая снабжена промежуточным периферийным ребром 111 (лучше всего показано на фиг. 5А-С, а на фиг. 4 опущено для наглядности) и которая удерживает первое уплотнительное кольцо 104 из политетрафторэтилена на своей нижней оконечности. Наружный диаметр первого уплотнительного кольца 104 составляет приблизительно половину внутреннего диаметра зажима 114, хотя это соотношение и не имеет значения; однако необходимо, чтобы первое уплотнительное кольцо было посажено посередине зажима 101 и выступало из него на величину, достаточную для осуществления последующих этапов. Внутреннее несущее кольцо 102 также имеет цилиндрическую внутреннюю поверхность 110.
[0094] При установке зажима 114 и листа 112 в их надлежащие положения пресс 101 приводят в действие для перемещения вниз в направлении стрелки Z, показанной на фиг. 5В (см. также фиг. 4), с обеспечением взаимодействия пресса с листом 112 с последующим его растягиванием. Растягивание листа 112 облегчено благодаря наличию первого уплотнительного кольца 104, которое надлежащим образом изготовлено из материала с низким коэффициентом трения, такого как, например, политетрафторэтилен, для облегчения скользящего перемещения листа по прессу 101 и его равномерного растяжения. Пресс 101 совершает перемещение вниз по отношению к листу 112 до тех пор, пока этот лист не будет растянут на приблизительно 40% до двухосного растяжения приблизительно 1200 Н/м в конце хода пресса. По мере растяжения листа 112 он становится все тоньше, достигая толщины приблизительно 220 мкм, соответствующей напряжению приблизительно 6 МПа, как показано на фиг. 5С. На фиг. 6А показано изменение толщины (в мкм) листа 112 по мере его растяжения до приблизительно 40%. На фиг. 6В и 6С показаны соответственно изменения напряжения (в МПа) и нагрузки (в Н/м). Линии графиков, показанных на фиг. 6В и 6С, имеют несколько отдельных участков. Участок I соответствует изменению напряжения или нагрузки во время вышеописанного натяжения листа.

[0095] При растяжении листа 112 до его целевого натяжения внутреннее несущее кольцо 102 входит во взаимодействие с внешним несущим кольцом 105, как показано на фиг. 5D. Внешнее несущее кольцо 105 выполнено круглым и имеет внутреннюю поверхность 106, которая немного больше наружного диаметра внутреннего несущего кольца 102, так что внутреннее несущее кольцо 102 плотно посажено во внешнем несущем кольце 105. Внешнее несущее кольцо 105 удерживается на месте фиксирующим приспособлением таким образом, что внутреннее несущее кольцо 102 входит во внешнее несущее кольцо 105 по мере перемещения пресса 101 по направлению вниз. Внутренняя поверхность 106 имеет кольцевую канавку 107, в которой размещен второй фрикционный фторэластомер (например, фрикционный фторэластомер Viton) или уплотнительное кольцо 108 из нитрилового каучука, имеющее внутренний диаметр, немного меньший внешнего диаметра периферийного ребра 111, образованного на внешней поверхности 103 внутреннего кольца 102, так что при взаимодействии внешнего кольца 105 с внутренним кольцом 102 в конце хода второе уплотнительное кольцо 108 проходит поверх ребра 111 с обеспечением захвата мембраны 112 между вторым уплотнительным кольцом 108 и внутренним несущим кольцом 102. Концевой упор 109 на внешнем кольце 105 предотвращает отделение внутреннего и внешнего несущих колец 102, 105 друг от друга.
[0096] Часть листа 112, удерживаемого внутренним и внешним несущими кольцами 102, 105, в дальнейшем отделяется от остальной части листа, как показано на фиг. 5Е. Внутреннее и внешнее несущие кольца 102, 105, между которыми прочно закреплен обрезанный лист 112 в натянутом состоянии, в дальнейшем перемещают в печь, имеющую температуру приблизительно 80°С. Лист 112 обрабатывают в печи в течение приблизительно 1 часа, при этом в течение этого периода времени происходит ослабление макромолекулярной структуры полиуретанового материала, содержащего лист 112. Как показано на фиг. 6В и 6С, на этом этапе происходит ослабление напряжения в листе до приблизительно 2 МПа, а напряжение падает до приблизительно 440 Н/м. Температура и длительность этапа термической обработки могут быть изменены при условии, что обусловлена или предусмотрена возможность ослабления напряжения листа 112. Было обнаружено, что после этого этапа лист, как ни удивительно, способен выдерживать по существу постоянное линейное натяжение приблизительно 200 Н/м в течение нескольких лет. Температуры выше приблизительно 90°С следует избегать по той причине, что полиуретановый материал может начать разлагаться.
[0097] В дальнейшем внутреннее и внешнее кольца 102, 105 извлекают из печи, а переднее и заднее кольца 18, 20 приклеивают соответственно к передней и задней поверхностям 14, 16 листа с использованием вышеописанного светоотверждаемого эпоксидного адгезива. Каждое из колец 18, 20 выполнено за одно целое с соответствующей круглой основной рамкой 118, 120 и прикреплено к остальной части основной рамки посредством отделяемых лапок 122, как показано на фиг. 5G. Каждая из основных рамок 118, 120 имеет внешний диаметр, который немного меньше диаметра внутренней поверхности 110 внутреннего несущего кольца, благодаря чему она плотно посажена во внутреннем несущем кольце 102, как показано на фиг. 5F, для точной установки колец 18, 20 относительно листа 112 и друг друга. Основные рамки 118, 120 снабжены позиционирующими средствами 124 для облегчения точного размещения этих основных рамок во внутреннем несущем кольце 102. Для удобства эпоксидный адгезив наносят на все направляющие рамки 118, 120, при этом после соприкосновения с листом 112 его отверждают. Используемый эпоксидный адгезив требует двухэтапного процесса отверждения; после первоначального воздействия ультрафиолетовым излучением адгезив подвергают последующему этапу термического отверждения в печи при температуре приблизительно 40°С в течение приблизительно 12 часов для достижения полной прочности адгезива. В случае использования альтернативного адгезива его следует отверждать в соответствии с инструкциями изготовителя.
[0098] В некоторых вариантах реализации заднее кольцо 20 может быть прикреплено к круглому опорному диску (не показан), такому как опорный диск, описанный в международной публикации WO 2013/143630, для усиления колец 18, 20 в противодействие силам натяжения в листе 112 в плоскости листа. Для упрощения повествования опорный диск не описан в данном документе. Обычно кольца 18, 20 имеют выступающие лапки (не показаны) в заданных местах вокруг колец 18, 20 для присоединения указанных колец в этих местах к корпусу 40 в шарнирных точках или к управляющему механизму в точках привода, как это описано в международных публикациях WO 2013/144533, WO 2013/144592 или WO 2015/044260. Для наглядности лапки также не показаны на чертежах.
[0099] В одном из вариантов реализации внешнюю поверхность 14 в дальнейшем покрывают тонким слоем (не показан) из фторированного полимерного защитного материала («OF 210™», «Canon Optron, Inc») для образования защитного слоя, как описано выше. Защитный материал наносят на внешнюю поверхность 14 под действием вакуума путем вакуумного напыления до толщины приблизительно 10 нм.
[0100] Защитный слой фторированного полимера, нанесенный на внешнюю поверхность 14 вакуумным напылением, пригоден для использования во многих ситуациях, однако он имеет недостаток, заключающийся в отсутствии межповерхностных связей между внешней поверхностью 14 мембраны и полимерным покрытием. В результате покрытие, нанесенное вакуумным напылением, может быть непрочным с риском стирания, например, при прикосновении. В другом вышеописанном варианте реализации вместо материала из фторированного полимера внешняя поверхность 14 закрепленной предварительно натянутой мембраны 12 покрыта слоем материала из сшитого полиуретанакрилата с кремнеземным наполнителем. Использование защитного материала, совместимого с материалом мембраны, позволяет формировать сильные межповерхностные связи между защитным слоем и мембраной 12 в результате взаимодействий на молекулярном уровне. Например, ароматический полиуретановый акрилатный материал может подходить для нанесения покрытия на термопластичную ароматическую полиуретановую мембрану 12. Включение акрилатных фрагментов в защитный материал позволяет сшивать защитный материал после нанесения покрытия на мембрану 12 для повышения жесткости и твердости. Включение небольшого количества фотоинициатора в материал позволяет осуществлять отверждение путем воздействия ультрафиолетовым излучением.
[0101] Подходящие модифицированные акриловыми соединениями полиуретановые материалы выпускают компании «PPG Industries, Inc», «Barberton Specialty Chemicals Plant» и «Barberton ОН» пореутановые под товарными знаками «UV1» и «CeranoShield» и компания «Lens Technology International, La Mirada, СА» под товарным знаком «G-NT200».
[0102] Добавление наночастиц кремнезема обеспечивает дополнительную жесткость и устойчивость к царапинам. Концентрация кремнезема в форме наночастиц, содержащегося в защитном материале, может быть изменена в соответствии с необходимыми свойствами покрытия, однако защитный материал обычно содержит 50-60% массовой доли кремнезема. В одном из вариантов реализации модифицированный акриловыми соединениями полиуретановый материал может содержать приблизительно 52% массовой доли кремнезема. Если необходим более тонкий защитный слой, полиуретановый защитный материал с кремнеземным наполнителем перед нанесением на поверхность мембраны 12, как описано ниже, может быть разбавлен подходящим растворителем, таким как, например, ацетат или спирт, что может уменьшить концентрацию частиц кремнезема до 7-10% массовой доли, являющейся все же достаточной для придания покрытию необходимой степени твердости. В целом, в соответствии с настоящим изобретением наночастицы могут иметь средний диаметр в диапазоне 50-200 нм, обычно в диапазоне приблизительно 50-100 нм.
[0103] Акрилированный полиуретановый защитный материал может быть нанесен на внешнюю поверхность 14 закрепленной мембраны 12 с использованием метода центрифугирования, однако предпочтительно наносить покрытие методом ультразвукового напыления, которое, как было обнаружено, позволяет достичь толщины, которая значительно меньше приблизительно 1 мкм. Использование ультразвука приводит к распылению полиуретанового защитного материала на мелкие капли, которые в дальнейшем напыляют на поверхность 14 мембраны 12 в форме тонкой пленки.
[0104] Термопластичный полиуретан наподобие термопластичного полиуретана, используемого для мембраны 12, является гидрофобным по своей природе и имеет угол смачивания в диапазоне от 95 до 105°. Меньший угол смачивания обычно необходим для равномерного увлажнения поверхности для улучшения адгезии между поверхностью 14 мембраны 12 и защитным слоем. Для уменьшения угла смачивания и улучшения адгезии внешнюю поверхность 14 мембраны 12 подвергают плазменной обработке (в воздушной плазме) перед нанесением защитного материала. Это служит для активации поверхности, в результате которой происходит уменьшение угла смачивания до 78-83°. Это может быть проверено с использованием чернил для проверки уровня поверхностного натяжения, в результате чего после воздействия плазмы происходит увеличение поверхностной энергии с 38-40 дин/см до приблизительно 48-52 дин/см.
[0105] После активации поверхности 14 мембраны 12 в соответствии с приведенным выше описанием предварительно натянутую мембрану 12, все еще закрепленную между внутренним и внешним кольцами 102, 105, перемещают в камеру для нанесения покрытия, в которой на поверхность 14 напыляют методом ультразвукового напыления покрытие из акрилированного полиуретана с кремнеземным наполнителем. После нанесения покрытия покрывающую жидкость, находящуюся на мембране 12, отверждают путем воздействия на нее ультрафиолетовым излучением с использованием ртутной газоразрядной лампы. Ртутная газоразрядная лампа излучает в коротковолновом диапазоне ультрафиолетового излучения между 220-320 нм с пиком энергии в длинноволновом диапазоне на длине волны 365 нм.
[0106] Полиуретановое покрытие с кремнеземным наполнителем, отвержденное вышеописанным способом, обеспечивает неэластичный жесткий защитный слой на внешней поверхности 14 предварительно натянутой мембраны 12, имеющий модуль упругости приблизительно 1 ГПа. Как более подробно описано ниже, это обеспечивает дополнительное преимущество, заключающееся в том, что при незначительном уменьшении натяжения в мембране 12 во время последующих этапов сборки происходит сжатие защитного слоя.
[0107] В других вариантах реализации в качестве дополнения или альтернативы на внешнюю поверхность закрепленной мембраны может быть нанесен другой известный покрывающий материал, например однослойные или многослойные антиотражающие покрытия.
[0108] Чашеобразное вместилище 24 предварительно собирают с задней линзой 34 путем присоединения посредством связующего передней поверхности 32 линзы 34 к задней поверхности 30 вместилища 24 с использованием вышеописанного слоя чувствительного к давлению адгезива толщиной 25 мкм. В дальнейшем предварительно собранную линзу 34 и вместилище 24 прикрепляют к заднему кольцу 20, как показано на фиг. 5Н, путем присоединения посредством связующего периферийной кромки 22 емкости 24 к заднему кольцу 20 с использованием отверждаемого эпоксидного клея. В дальнейшем лист 112 обрезают между кольцами 18, 20 и основными рамами 118, 120, как показано на фиг. 5I, с сохранением мембраны 12 в положении, в котором она надлежащим образом закреплена между кольцами 18, 20. На этом этапе кольца 18, 20 все еще прикреплены к основным рамам 118, 120 посредством лапок 122.
[0109] Согласно фиг. 5J, передний и задний фиксаторы 48, 46 в дальнейшем собирают вокруг задней линзы 34, чашеобразного вместилища 24, колец 18, 20 и мембраны 12 с тем, чтобы заключить в корпус заднюю линзу 34, чашеобразное вместилище 24, кольца 18, 20 и мембрану 12, как описано выше, и сформировать корпус 40. В дальнейшем лапки 122 между основными рамами 118, 120 и кольцами 18, 20 подрезают для открепления линзового блока 10 от фиксирующего приспособления, как показано на фиг. 5K.
[0110] После этого камеру 54, образованную задней стенкой 26 чашеобразного вместилища 24, мембраной 12 и задним кольцом 20, заполняют под действием вакуума пентафенилтриметилтрисилоксаном в качестве текучей среды 60 через впускное отверстие (не показано), выполненное в корпусе 40 и боковой стенке 26 чашеобразного вместилища 24. Как описано выше, при необходимости могут быть использованы и другие силиконовые масла. Заполнение продолжают до тех пор, пока текучая среда 60 не будет непрерывно контактировать со всей внутренней поверхностью 16 мембраны 12, как показано на фиг. 5L. Необходимо, чтобы камера могла быть переполнена до некоторой степени, что приводит, таким образом, к растяжению мембраны 12 по направлению наружу. Соответственно камера может быть переполнена до степени, при которой кривизна мембраны составляет приблизительно +1,0 диоптрию. Это позволяет стабилизировать нагруженную опорную конструкцию мембраны, содержащей кольца 18, 20, и компенсирует поглощение мембраной 12 некоторого количества текучей среды 60.
[0111] Со временем мембрана 12 своей внутренней поверхностью 16, находящейся в контакте с текучей средой 60, начинает поглощать текучую среду 60 в некотором количестве из камеры. В настоящем варианте реализации мембрана 12 может поглотить текучую среду до приблизительно 15% от своей массы. Это приводит к разбуханию мембраны 12, что дополнительно ослабляет натяжение. При необходимости этот процесс может быть ускорен согласно настоящему изобретению путем выдерживания заполненного текучей средой линзового блока 10 при температуре приблизительно 50-51°С в течение приблизительно 24 часов. Это показано на участке III на фиг. 6В и 6С, причем окончательное натяжение в мембране составляет приблизительно 220 Н/м, а конечное напряжение составляет приблизительно 1 МПа, что эквивалентно уменьшению натяжения приблизительно на 5%. Во время этого процесса кривизна мембраны также уменьшается приблизительно от +1,0 диоптрий, как описано выше, до приблизительно +0,5 диоптрий. Таким образом, натяжение мембраны в готовом линзовом блоке 10 оказывается уже практически стабилизированным.
[0112] В случае, когда на мембрану 12 нанесено сшитое полиуретановое покрытие с кремнеземным наполнителем, имеющее на своей внешней поверхности 14 модуль упругости приблизительно 1 ГПа, как описано выше в отношении другого варианта реализации изобретения, происходит сжатие покрытия при высвобождении мембраны и колец 12, 18, 20 из основных рам 118, 120 путем отрезания лапок 122, в результате чего упругие силы в покрытии действуют в направлении, противоположном направлению действия упругих сил в натянутой мембране 12.
[0113] Изменение напряжения  двуосно-напряженной мембраны с модулем  упругости при условии небольшого напряжения ε задается уравнением (I):
[0114]
[0115] По мере ослабления мембраны 12 во время выдерживания и набухания, она подвергается воздействию отрицательного «оседающего» напряжения, которое уменьшает ее натяжение, при этом одновременно с этим происходит сжатие покрытия. Линейное натяжение в мембране 12 равно напряжению  в мембране, умноженному на ее толщину . Отрицательное напряжение служит для обеспечения равных и противоположных линейных натяжений мембраны 12:
[0116]
c
c
[0117] где T, а E - толщина и модуль упругости покрытия, соответственно.
c
с
[0118] При применении уравнения (II) в отношении мембраны 12, имеющей толщину  приблизительно 200 мкм и модуль  упругости приблизительно 20 МПа при первоначальном двуосном напряжении приблизительно 1 МПа, и покрытия, имеющего модуль E упругости приблизительно 1 ГПа, снижение напряжения может быть ограничено приблизительно 1% при использовании покрытия, имеющего толщину Т приблизительно 6 мкм. Таким образом, сила, прикладываемая к кольцам 18, 20, будет сведена к минимуму для уменьшения нежелательного плоскостного изгиба колец 18, 20 без необходимости в использовании кольцевой опорной панели наподобие опорной панели, описанной, например, в международной публикации WO 2013/143630. В другом варианте реализации покрытие может иметь толщину приблизительно 1 мкм, однако даже при этой толщине сжатие покрытия является достаточным для оказания значительного влияния на механические свойства мембраны 12, в результате чего оно служит для частичного или полного предотвращения стремления к сжатию колец 18, 20 в плоскости.
[0119] Защитный слой на внешней поверхности 14 мембраны 12 предотвращает выход поглощенной текучей среды 60 со стороны передней поверхности мембраны. Такой выход может быть нежелателен, так как текучая среда 60 может образовывать капли на поверхности мембраны 12, что ухудшает ее оптические свойства.
[0120] На фиг. 7 показана диаграмма рассеяния зависимости измеренных линейных напряжений от времени для шестидесяти шести отдельных полиуретановых мембран, которые были растянуты и термически обработаны согласно настоящему изобретению, при этом их удерживали в непрерывном контакте с силиконовым маслом. Как можно видеть, мембраны сохраняют натяжение по существу постоянным в течение длительного периода времени, составляющего более двух лет (на фиг. 7 диапазон времени составляет до 796 дней). Вероятно, что мембраны способны удерживать напряжение по существу постоянным еще дольше, однако это еще не было подтверждено измерениями.
[0121] Еще в одном варианте реализации на внутреннюю поверхность 16 мембраны 12 может быть нанесен защитный слой (не показан) из вышеописанного гидрофобного материала покрытия, подходящего для использования на внешней поверхности 14. Таким образом, проникновение текучей среды 60 в мембрану 12 может быть предотвращено или по меньшей мере замедлено. В таком случае в технологическом процессе не требуется учитывать ослабление мембраны 12 при набухании вследствие поглощения текучей среды 60, в результате чего отсутствует необходимость в выдерживании заполненного линзового блока при повышенной температуре для ускорения ослабления при разбухании мембраны, при этом может оказаться возможным двухосное натяжение мембраны 12 до уровня натяжения, немного меньшего первоначального натяжения.
c
[0122] Эффективный модуль  упругости мембраны, имеющей модуль  упругости, с нанесенным на нее покрытием, имеющим модуль E упругости, задан следующим уравнением:
[0123]
c
[0124] Толщина T покрытия может быть измерена оптическими средствами, а комбинированная толщина  мембраны и покрытия может быть измерена с использованием толщиномера.
[0125] Модуль упругости мембраны с нанесенным на нее покрытием и без покрытия может быть измерен при удерживании мембраны вокруг ее края в стальных кольцах, зажатых в герметичном сосуде, находящемся под давлением Р. В результате давления в сосуде происходит выпучивание мембраны наружу, при этом максимальное смещение h мембраны наружу может быть измерено с использованием лазерной системы измерения высоты. На основании этого можно рассчитать натяжение, двухосное напряжение и растяжение при деформации мембраны от плоской до почти сферической и, следовательно, эффективный модуль упругости покрытия и мембраны или только одной мембраны.