BRPI0618010A2 - lente de foco variável - Google Patents

Abstract

<b>LENTE DE FOCO VARIáVEL<d>. A invenção refere-se a uma lente de foco variável (10) compreendendo uma membrana flexível (20) acoplada à superficie frontal do anel, uma cobertura frontal transparente rígida (40) acoplada à membrana flexível (50, e uma cobertura posterior rígida (20) sobre a superficie posterior do anel (22. Uma cavidade (60) é formada entre a membrana flexível (50 e a cobertura posterior (20, e a cavidade é carregada com um líquido. A quantidade de líquido na cavidade pode ser variada para variar a curvatura da membrana flexível e, desse modo, variar as características ópticas da lente. A cobertura posterior pode ser integral ao anel, ou formada separadamente. Além disso, uma segunda membrana flexível pode ser posicionada entre a cobertura posterior e o anel. As várias partes da lente podem ser mantidas unidas por adesivo.

Description

"LENTE DE FOCO VARIÁVEL"A presente invenção refere-se a uma lente de foco variável e,mais particularmente, a uma lente de foco variável de construção simplesadequada para produção em massa.

Lentes de foco variável são bem-conhecidas. Elasnormalmente consistem de uma câmara carregada com líquido, pelo menosuma face da qual é formada por uma membrana flexível transparente. Quandolíquido é introduzido ou removido da câmara, a membrana flexível sedeforma, e sua curvatura, conseqüentemente, muda. Esta mudança nacurvatura leva a uma mudança nas características ópticas e grau da lente. Ograu da lente pode, assim, ser variado simplesmente pela variação daquantidade de líquido na câmara.

Uma lente de foco variável da técnica anterior está descrita,- por exemplo, na GB 2.333.858. Esta lente é formada por diversos anéis deinterencaixe. Membranas flexíveis transparentes ficam aprisionadas entre os"Snéis, e estes são formados de modo a se interencaixarem, servindo paratracionar as membranas flexíveis (o que melhora o desempenho da lente). Umdos anéis é, então, deformado para manter unido o conjunto. Entretanto, esteprojeto apresenta certos requisitos (como ductibilidade) em relação aosmateriais usados para formar os anéis, e também exige tolerâncias estritas nafabricação dos anéis. Além disso, cada lente é formada de um grande númerode partes, o que complica a fabricação.

De acordo com um modo de realização da invenção, é providauma lente de foco variável, compreendendo: um anel geralmente rígido comuma superfície frontal e uma superfície posterior; uma membrana flexívelacoplada à superfície frontal do anel; uma cobertura frontal transparentegeralmente rígida, acoplada à membrana flexível; e uma cobertura posteriorgeralmente rígida sobre a superfície posterior do anel; aonde uma cavidade éformada entre a membrana flexível e a cobertura posterior, a cavidade sendocarregada com um líquido, e aonde a quantidade de líquido na cavidade pode servariada para varia a curvatura da membrana flexível e, assim, variar ascaracterísticas ópticas da lente.

Na lente da invenção, a membrana flexível é mantida ente oanel e a cobertura frontal, que pode ser formada com faces planas. Isto resultaem requisitos menos estritos em relação a tolerâncias sobre as partes da lentee, assim, simplifica a fabricação. Além disso, há uma maior faixa de escolhade materiais dos quais a lente pode ser formada. Em uma forma preferida, acobertura posterior e o anel são formados integralmente, por exemplo, pelamoldagem como uma peça única. Isto reduz o número de etapas necessáriopara montar a lente. Entretanto, esta não é uma característica essencial e, emuma forma alternativa, a cobertura posterior é formada separadamente doanel, e é acoplada à superfície posterior do anel.

Em outra forma alternativa, a lente compreendeadicionalmente uma segunda membrana flexível posicionada entre o anel e acobertura posterior, de modo que a segunda membrana flexível seja acopladaà superfície posterior do anel e a cobertura posterior seja acoplada à segundamembrana flexível. Tal lente tem duas vezes maior potência do que uma lentede membrana única para uma dada pressão de cavidade de lente (ou permite amesma potência com metade da pressão de cavidade).

Além disso, deve ser notado que em todas estas lentes asmembranas flexíveis são protegidas contra danos, uma vez que elas ficam portrás de coberturas rígidas. A durabilidade e resistência das lentes são, assim,aumentadas.

Quando a curvatura da membrana flexível é variada, o volumedo espaço entre a membrana flexível e a cobertura frontal muda. Como o ar éum gás e, assim, compressível, é possível que movimentação da membranaflexível seja acomodada pela compressão ou rarefação do ar neste volume .Entretanto, é preferido que um orifício de suspiro seja formado na coberturafrontal para permitir entrada e saída de ar da cavidade.

O anel tem uma seção através da qual o líquido pode serintroduzido ou retirado da cavidade. Em uma forma preferida, esta seção éformada como um septo posicionado em uma abertura no anel. O septo é, depreferência, formado por um material autocurável que permite que o líquidoseja introduzido e removido da cavidade por meio de uma agulha de seringaou similar inserida através do septo.

Em outra forma preferida, dois ou mais septos são providos.Isto torna mais fácil carregar a cavidade, uma vez que a agulha introduzidaatravés de um septo pode ser usada para introduzir líquido, e uma agulhaintroduzida através do outro septo pode ser usada para retirar ar.

De preferência, a cobertura frontal e/ou a cobertura posteriortem um grau óptico negativo ou positivo.

É preferido também que o índice de retração do líquido naprimeira cavidade seja, aproximadamente, igual ao índice de refração domaterial do qual e cobertura posterior é formada. Isto reduz a visibilidade dedefeitos, arranhões e similar sobre o lado interno da cobertura posterior.

Naturalmente, qualquer método adequado pode ser usado paramanter unidos o anel, a membrana flexível e as coberturas. Entretanto, épreferido que o anel, a membrana flexível e a cobertura frontal sejamacoplados por meio de adesivo. Além disso, quando houver uma segundamembrana flexível entre o anel e a cobertura posterior, é preferido que o anel,a segunda membrana flexível e a cobertura posterior sejam acoplados pormeio de adesivo.

Modos de realização preferidos da invenção serão descritosagora como exemplo apenas, e com referência aos desenhos anexos, nosquais:

a fig. 1 é uma vista em perspectiva de um primeiro modo derealização preferido da lente;a fig. 2 é uma vista lateral da lente;a fig. 3 é uma vista frontal da lente;

a fig. 4 é uma vista de seção transversal da lente tomada aolongo da linha AA na fig. 3;

a fig. 5 é uma vista de seção transversal de um segundo modo

de realização da lente; e

a fig. 6 é uma vista de seção transversal de um terceiro modode realização da lente.

Como melhor observado na fig. 4, a lente 10 é formada de trêspartes principais: uma parte posterior 18, uma cobertura frontal 40 e umamembrana flexível 50.

A parte posterior 18 tem a forma de um prato raso, formado deum anel 22 e uma cobertura posterior 20 formada integralmente com o anel. Amembrana flexível 50 se estende através da face do prato rãs, e é á acoplada àsuperfície frontal do anel 22. A cavidade 60 formada entre o prato e amembrana flexível 50 é carregada com um líquido, e a quantidade de líquidona cavidade 60 pode variar para mudar o volume da cavidade 60. O anel 22 ea cobertura posterior 20 são geralmente rígidos e, assim, a mudança dovolume da cavidade 60 deforma a membrana 50 e, desse modo, varia ascaracterísticas ópticas da lente 10.

A cobertura frontal 40 é acoplada à membrana 50, de modoque a membrana 50 fica entremeada entre o anel 22 e a cobertura frontal 40.Uma segunda cavidade 70 é fornada entre a membrana 50 e a coberturafrontal 40, e esta cavidade 70 contém ar. Um pequeno furo de ventilação 44 éformada na cobertura frontal 40 e permite que a segunda cavidade 70 secomunique com a atmosfera. Isto permite que o volume de ar na segundacavidade 70 varie à medida que a membrana 50 se deforma. O furo deventilação 44 é posicionado na borda da lente, e é tão pequeno quantopossível, para reduzir qualquer distração causada ao usuário da lente.Como mostrado nos desenhos, a superfície interna 42 dacobertura frontal 40 (a superfície faceando a membrana flexível 50) é curva.Isto provê espaço suficiente para a membrana flexível 50 ser deformada e,assim, permite que o grau da lente 10 seja ajustado.

Há uma abertura 24 no anel 22 da parte posterior (melhor vistona figura 1), e esta abertura. 24 é normalmente vedada por um tampão flexível80 (referido daqui em diante como um "septo"). O septo 80 impede vazamentodo líquido para fora da cavidade 60, e também impede o ar de vazar para dentroda cavidade 60, e com isto mantém a curvatura da membrana 50 (e assim, ascaracterísticas ópticas da lente 10) em um estado desejado.

O septo 80 é formado de um material autocurável. Estesmateriais podem ser perfurados por agulhas ou similares, e novamentevedados após a remoção da agulha. O uso deste material permite que aquantidade de líquido na cavidade 60 seja ajustada com o uso desta agulha.

Para aumentar a quantidade de líquido na cavidade 60, aagulha de uma seringa contendo líquido é empurrada através do septo 80, demodo que a extremidade da agulha penetre a cavidade 60. O líquido é entãointroduzido a partir da seringa para dentro da cavidade 60. O aumento naquantidade de líquido força a membrana flexível 50 a curvar-se mais parafora, mudando as características ópticas da lente. Uma vez que ascaracterísticas ópticas desejadas tenham sido conseguidas, a agulha é retiradada cavidade 60 e do septo 80. Por causa da natureza autocurável do septo 80,o furo formado pela agulha fecha-se, e a cavidade 60 é vedada outra vez.

Um procedimento similar é usado para retirar o líquido dacavidade 60.

A fim de assegurar uma boa vedação entre o septo 80 e aabertura 24 no anel 22, o septo 80 pode ser introduzido dentro da abertura 24enquanto sob tração, e, a seguir é permitido relaxar. Quando o septo 80 éintroduzido sob tração, estica-se em um sentido longitudinal, e por isto secontrai em um sentido lateral em conseqüência da Relação de Poisson.Enquanto contraído lateralmente, o septo 80 pode ser posicionadocorretamente na abertura 24, e a tração pode então ser liberada. A liberação datração faz com que o septo 80 retorne à sua largura original, que é idealmenteligeiramente maior do que a largura da abertura 24, para prender o septofirmemente no lugar 80.

Em uma forma alternativa, o septo poderia ser co- moldado coma parte posterior 18. Neste método, a parte posterior é primeiramente moldada apartir de um material plástico, com a abertura no anel sendo formada nesta etapade molgadem. Então, um tampão de elastômero é moldado dentro da aberturaem uma segunda etapa de moldagem, e este tampão forma o septo. Os materiaisusados para formar a parte posterior e o septo deveriam ser escolhidos de modo ater uma ligação natural boa, para assegurar que o septo permaneça firmementeassentado na abertura. Apreciar-se-á que este processo de co-moldagem poderiaproduzir partes posteriores com septos, mais rapidamente e mais barato do que ométodo em duas etapas descrito acima.

Em uma forma preferida, a cobertura frontal 40 é formadacomo uma lente (isto é, as curvaturas de suas superfícies frontal e posteriorsão diferente). Isto permite que uma lente de foco variável tenha um graumáximo maior (ou uma faixa diferente de graus) do que o que poderia serconseguido apenas deformando-se a membrana flexível 50.

Por exemplo, supondo-se que a faixa dos graus que pode serconseguida apenas deformando-se a membrana flexível esteja entre -5D e+5D, se um usuário precisar de uma correção fora desta faixa (por exemplo, -8D), isto, então, não pode ser conseguido unicamente deformando-se amembrana flexível. Entretanto, fornecendo-se a cobertura frontal com algumgrau de lente (por exemplo, -5D), a faixa de graus disponíveis é deslocadapara se situar entre -10D e 0D, que cobre a correção requerida. De maneirasimilar, se um grau positivo mais elevado é exigido, isto pode ser conseguidofornecendo-se a cobertura frontal com algum grau de lente positivo.

Além disto, em algumas situações, é desejável assegurar-seque a pressão do líquido dentro da cavidade esteja acima (ou pelo menosigual) à pressão atmosférica. Se esta pressão é mantida, então a membranaflexível se curvará para fora, o que tenderá fornecer à lente um grau positivo.Se a lente como um todo, deve fornecer um grau negativo, isto, então, podeser conseguido fornecendo-se, pelo menos, uma das coberturas frontal eposterior com um grau negativo.

Um processo atualmente preferido para fabricar uma lente defoco variável será, agora, descrito.

Primeiramente, a parte posterior 18 é formada, por exemplo,moldando-se o acrílico, ou por usinagem e polimento. Dependendo daqualidade da moldagem, a superfície 26 que, no uso está voltada para o olhodo usuário pode ser deixada em sua forma conforme moldada;alternativamente, esta superfície 26 pode ser polida para melhorar sua maciez.As superfícies internas 28, 30 são igualmente usinadas para serem formadas.A abertura 24 para o septo 80 pode ser formada no processo de moldagem, oupode ser usinada após a moldagem. Uma combinação de moldagem eusinagem pode igualmente ser usada para formar a abertura 24.

O septo 80 é então formado de silicone moldado. Em umaforma preferida, o silicone moldado tem uma dureza entre 3 OA e 40A. Osepto de silicone é então revestido (por exemplo, por pincelamento comrevestimento base de Loctite 770), e uma cola de cianoacrilato (tal como aLoctite 403) é aplicada sobre ele.

O septo 80 é então puxado para dentro da abertura 24 nacobertura posterior. Este puxamento estica o septo 80, e, com isto, faz comque ele reduza sua largura, permitindo que caiba dentro da abertura 24. Umavez o septo 80 posicionado corretamente, a tração é liberada, e ele tentaretomar seu tamanho original, o que faz com que se assente firmemente naabertura 24. Isto assegura uma boa vedação entre o septo 80 e a abertura 24.

Qualquer excesso de cola é então retirado do septo 80. Alemdisto, uma vez a cola curada, a "cauda" interna protuberante do septo éaparada, de modo que o septo fique rente com a parede interna 30 do anel 22.Isto reduz a intrusão do septo 80 para dentro do campo visual do usuário.

A membrana flexível 50 é então preparada. Em uma formapreferida, isto é feito a partir de uma folha de película de poliéster tal comoMylar, e em particular Mylar DL, que tem boas qualidades ópticas. A folhapode igualmente ser tratada (em um ou ambos os lados) para melhorar suaqualidade de adesão. A folha é então posta sob tensão.

Uma conta delgada de adesivo curado por ultravioleta (talcomo o Loctite 3105) é aplicada sobre a superfície frontal 32 do anel 22 que,no estado montado, confrontará a cobertura frontal 40 (e contata a membrana50). A superfície frontal do anel 22 da parte 18 é então depositada sobre folha,de modo que o adesivo entre o contato com ela.

O conjunto da parte posterior 18 e a folha é, então, exposto auma fonte luminosa ultravioleta para curar o adesivo. Esta pode ser qualquerfonte apropriada, e é possível simplesmente expor o conjunto à luz solarbrilhante para curá-lo.

Uma vez curado o adesivo, a folha é cortada para combinarcom o contorno do anel 22. Isto pode ser feito em duas fases; uma primeirafase mais grosseira, para liberar o conjunto do resto da folha, e uma segundafase de aparamento, na qual a parte da folha que aderiu ao anel é aparada paracombinar com o anel.

A cobertura frontal 40 é então formada. Qualquer método ematerial apropriados podem ser empregados; em uma forma preferida, acobertura frontal 40 é moldada ou usinada e polida de policarbonato. Acobertura frontal 40 pode também ser formada de uma lente de óculos padrãomoldada, cortada na forma apropriada.Notar-se-á que a cobertura frontal 40 e o anel 22 da parteposterior 18 são, ambos, formados com duas ranhuras longitudinaisdiametralmente opostas 34, 46 em suas superfícies laterais. Estas ranhuras 34,46 servem para assegurar que a cobertura frontal 40 e a parte posterior 18sejam alinhadas corretamente durante sua montagem, que agora será descrita.

Durante a montagem, o conjunto da parte posterior 18 e amembrana 50 são encaixados dentro uma característica de indexação, amembrana 50 para cima. Esta característica tem dois ressaltos protuberantes,que acoplam às ranhuras 34 na parte posterior 18. Quando a parte posterior 18é corretamente encaixada na característica de indexação, sua posição édefinida pelo acoplamento dos ressaltos com as ranhuras 34.

Naturalmente, outras características de indexação poderiam serusadas, por exemplo, um gabarito com contrafuros tomando como referênciao perfil externo das coberturas. Isto pode ser preferível em alguns casos, umavez que as ranhuras 34, 46 podem ter um impacto na estética da lente.

Uma conta delgada de adesivo curado por ultravioleta (talcomo o Loctite 3105) é aplicada à superfície 48 da cobertura frontal 40 que,no estado montado, confronta o anel 22 (e contata a membrana 50). Apreciar-se-á que esta etapa possa ocorrer antes ou após a montagem da parte posterior18 e da membrana 50 ser encaixada na característica de indexação.

A cobertura frontal 40 é então encaixada igualmente dentro dacaracterística de indexação, com o lado adesivo para baixo. Ela descansasobre a membrana 50, de modo que o adesivo entre o contato com amembrana, e como antes, seja exposta à luz ultravioleta (que pode outra vezser luz solar) para curar o adesivo.

Uma vez o adesivo curado, o conjunto de lente é removido dacaracterística de indexação. A cavidade 60 formada entre a coberturaposterior 20, o anel 22 e a membrana 50 é preenchida com um líquido talcomo óleo por meio de uma agulha introduzida através do septo 80, e o ajusteda quantidade de líquido na cavidade 60 para conseguir o foco correto dalente 10 pode ser realizado nesta fase.

Uma vez que a cavidade 60 esteja preenchida com óleo, o ladoexterno do septo 80 é aparado, de modo que ele fique rente com a paredeexterna do anel 22. Isto dá à lente 10 um contorno externo liso, e facilita oencaixe da lente na armação dos óculos.

Como uma etapa final, duas destas lentes são encaixadas emuma armação, para produzir um par de óculos. Se desejado, as armaçõespodem ter aberturas, alinhadas com os septos das lentes, para permitir queuma agulha seja introduzida através da armação e do septo de uma lente parapermitir um ajuste fino adicional do foco da lente.

Na lente descrita acima, há uma única abertura 24 no anel 22da parte posterior 18, fechado por um único septo 80. Em um formaalternativa, a parede lateral da cobertura posterior pode ter duas aberturas,cada uma delas fechada por um septo.

Este projeto de septo gêmeo tem numerosas vantagens emrelação ao preenchimento da cavidade. Por exemplo, se os septos estão, emgeral diametralmente - opostos um ao outro então, a lente pode serposicionada com um septo acima do outro. O líquido pode ser introduzido nacavidade por meio de uma agulha empurrada através do septo mais baixo, e oar pode ser retirado da cavidade por meio de uma segunda agulha empurradaatravés do septo superior. Este método de preenchimento reduz o número debolhas de ar na cavidade uma vez que ela está preenchida com o líquido, ecom isto melhora a qualidade óptica da lente.

É preferido que o índice de refração do líquido na cavidade 60seja aproximadamente igual ao índice de refração do material usado paraformar a cobertura posterior 20.

Como mencionado acima, é necessário alguma usinagem daparte posterior 18 para trazê-la à forma desejada, e em particular, dasuperfície 28 da cobertura posterior 20 que faz parte da cavidade. E possívelusinar esta superfície 28 de modo a evitar arranhões; entretanto, isto exigeprocessos de usinagem caros, levando a um aumento no custo da lente 10.

Uma abordagem mais barata é assegurar que os índices derefração predeterminados do líquido e da cobertura posterior sejamaproximadamente iguais. Se este for o caso, não haverá refração do raio de luz quepassa do líquido para dentro da cobertura posterior, e quaisquer arranhões sobre asuperfície da cobertura posterior estarão efetivamente invisíveis.

Apreciar-se-á que a descrição acima detalhada está relacionadaà somente uma estrutura particular de lente, e que outras estruturas similarespodem ser usadas. Duas destas estruturas serão descritas agora resumidamenteem referência às figuras 5 e 6.

Na lente 110 mostrada na figura 5, a cobertura posterior 120 e oanel 122 são formados como partes separadas, e acopladas uma à outra por adesivo.Esta pode ser uma primeira etapa no processo de montagem descrito acima, antesda formação e conexão do septo. A membrana flexível 150, a cobertura frontal 140e a cavidade 160 são todas análogas àquelas mostradas na figura 4.

Na lente 210 mostrada na figura 6, a cobertura posterior 220 eo anel 222 são novamente formados como partes separadas. Adicionalmente,uma segunda membrana flexível 252 é posicionada entre o anel 222 e acobertura posterior 240 (que deveria ser curva para permitir que a membranase deforme). Com isto, a cavidade 260 é definida pelas membranasflexíveis250, 252 e o anel 222.

A presença de duas membranas dá à lente duas vezes maisgrau do que uma lente de membrana única, para uma dada pressão dacavidade da lente (ou permite o mesmo grau com metade da pressão dacavidade). Embora esta lente possa ser mais grossa do que a lente mostradanas figuras 1 a 5, isto pode não ter importância dependendo do uso dado àlente (por exemplo, em instrumentos).

Claims (13)

1. Lente de foco variável, caracterizada pelo fato decompreender:um anel geralmente rígido com uma superfície frontal e umasuperfície posterior;uma membrana flexível fixada na superfície frontal do anel;uma cobertura frontal transparente geralmente rígida, fixada àmembrana flexível; euma cobertura posterior geralmente rígida sobre a superfícieposterior do anel;onde uma cavidade é formada entre a membrana flexível e acobertura posterior, a cavidade sendo carregada com um líquido, e onde aquantidade de líquido na cavidade pode ser variada para variar a curvatura damembrana flexível e, assim variar as características ópticas da lente.

2. Lente de foco variável de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de da cobertura posterior e o anel serem formadosintegralmente.

3. Lente de foco variável de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de da cobertura posterior ser formada separadamentedo anel, e ser fixada à superfície posterior do anel.

4. Lente de foco variável de acordo com a reivindicação 1,caracterizada pelo fato de compreender adicionalmente uma segundamembrana flexível posicionada entre o anel e a cobertura posterior, de modoque a segunda membrana flexível seja fixada à superfície posterior do anel e acobertura posterior seja fixada à segunda membrana flexível.

5. Lente de foco variável de acordo com qualquer dasreivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de um furo de ventilação serformado na cobertura frontal para permitir que ar entre e saia da cavidade.

6. Lente de foco variável de acordo com qualquer dasreivindicações precedentes, caracterizada pelo fato do anel ter uma seçãoatravés da qual líquido pode ser introduzido ou retirado da cavidade.

7. Lente de foco variável de acordo com a reivindicação 6,caracterizada pelo fato da mencionada seção ser formada como um septoposicionado em uma abertura do anel.

8. Lente de foco variável de acordo com a reivindicação 7,caracterizada pelo fato de do septo ser formado de um material autocurável.

9. Lente de foco variável de acordo com a reivindicação 7 oureivindicação 8, caracterizada pelo fato de dois ou mais septos seremprovidos.

10. Lente de foco variável de acordo com qualquerreivindicação precedente, caracterizada pelo fato da cobertura frontal e/ou acobertura posterior ter um grau óptico negativo ou positivo.

11. Lente de foco variável de acordo com qualquerreivindicação precedente, caracterizada pelo fato de do índice de retração dolíquido na cavidade ser, aproximadamente, igual ao índice de retração domaterial do qual a cobertura posterior é formada.

12. Lente de foco variável de acordo com qualquerreivindicação precedente, caracterizada pelo fato do anel, a membranaflexível e a cobertura frontal serem fixados por meio de adesivo.

13. Lente de foco variável de acordo com a reivindicação 4 ouqualquer reivindicação subordinada à mesma, caracterizada pelo fato de doanel, a segunda membrana flexível e a cobertura posterior serem fixados pormeio de adesivo.