JP2008502016A - 電気光学機能をもつ眼科用のレンズ - Google Patents

Abstract

眼科用レンズは、透明基板（３）および電気的刺激に応答して光学機能を行うための基板と一体化された電気光学手段（５）を含む。眼科用レンズは、入射光に応答する電気光学手段へ基板を一体化した少なくとも一つの光電池（６）をさらに含む。また、電圧を制御するための制御回路も含む。光電池（６）は、レンズのわずかな領域を占める不透明部材に組み込まれていてもよい。あるいは、光電池（６）は、透明であってもよく、レンズの領域の少なくとも一部を覆っていればよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気光学的手段を含む眼科用のレンズに関する。

かけ心地を改善するため、または眼鏡の着用者のために新たな機能を提供するために、眼科用のレンズまたは眼鏡の一定の光学的特徴を適応させようと多くの試みがなされてきた。例えば、レンズの光透過率は、高輝度条件下で減少させることができ、周辺光が通常または低レベルの強度に戻るとき、再び増大させることができる。調光レンズは、この機能を有するが、このようなレンズによって提供される光透過率の変化は、レンズを照射する紫外線の強度によって決定される。したがって、調光レンズが適応する光透過率のレベルは、ある条件によっては不適当である。特に、調光レンズは、太陽光のレベルがどのような場合であっても、車内において透明度が高い状態のままとなる。したがって、自動車のドライバーは、調光レンズを備える眼鏡の着用時においては、まぶしさを防げない。

電気光学システムは、光学的性質を電気的刺激を用いて制御されるようにする。例えば、エレクトロクロミックレンズの光透過率は、電流に応答して変化する。

したがって、電気光学システムでは、電気的刺激を送るための電源が必要である。レンズと一体化された電気光学装置の電力を供給するために、小さなサイズの電池が眼鏡フレームと一体化されてきた。このような電池（バッテリー）は、眼鏡の分岐部もしくは「テンプル」に配置されるか、または、２つのレンズ間のフレームのブリッジに隠されてきた。電池は、電気的接続により電気光学システムに接続される。

電池残量の供給において、質量と大きさが重大な障害となっている。加えて、与えられたフレームの形状のために特別に生産してきたレンズが確保されている。不幸にも、多くの場合、フレームとレンズとは独立して製造する。これらは、切断し、成形し、および／または穴を開け、フレームまたはジグの寸法にし、これらをフレームにまたはジグに組み込まれている。フレームおよびジグの形状は多種多様であるため、レンズをある大きさに切断する前にレンズ上に作製される部分を含む電気的接続部をデザインすることは困難である。加えて、このような接続部では、レンズをフレーム内に組み込んだ後に、フレームに接続することが必要である。このような接続を行うと、最終仕上げ工程を行う必要があるため、特に高価である。

したがって、本発明の目的は、上述の欠点が存在しない電気光学システムがはめ込まれた眼科用のレンズを提案することにある。

したがって、本発明は、透明基板と、電気的刺激に応答して光学機能を行うための基板と一体化した電気光学手段と、を含む眼科用のレンズを提供する。本発明のレンズは、入射光線に応答して電気光学手段に電力を供給する基板と一体化された少なくとも１つの光電池と、光電池によって生成された電圧を制御するための制御回路と、基板と一体化された前記制御回路をさらに含む。

したがって、本発明によれば、電気光学システムと電源の両方が、レンズの基板と一体化される。したがって、電気光学システムと電源との間の電気的接続部は、レンズ基板と一体化することもできる。このため、これらの接続部は、フレームとは分離されている。これらは、フレーム内に組み込まれる前にレンズ内に実装することができる。次に行われる組み立てでは、電気光学システムの存在によって改良する必要がない。特に、これは、低コストで行うことができる。

さらに、レンズの基板に電気的接続部を一体化させることにより、小さな寸法による接続が可能となる。または、小型の接続部を使用することが可能になる。このような接続部により、目立たなくすること、さらに見えなくすることができる。したがって、これらは、眼鏡の分野に適用でき、見かけのよさという要求にも適合する。

本発明による眼鏡レンズのもう一つの利点は、使用する電源の性質に依存する。電池とは異なり光電池では、セルによって供給されるエネルギーが入射光によって発生するため、定期的に交換する必要がない。

本発明の好ましい実施形態において、光電池は、可視光に対して感受性である。したがって、光学機能は、眼鏡の着用者の目が敏感である光度の状態に応じて作動する。このため、光学的手段は、視覚的に認知された光学機能に遵守して作動する。

光電池は、種々の方法でレンズ基板と一体化されている。第１の実施形態において、光電池は、基板と一体化され不透明部品内に組み込まれており、レンズの領域の１０％未満を占めている。これは、全く視野の障害とならない、またはとても小さく、不透明部品が非常に小さなサイズであることを考慮すると、見る目的のために使用するレンズ表面のレンズの透明度を保持することが可能である。

第２の実施形態において、光電池は、部分的に透明であり、レンズ表面の少なくとも一部を覆う光収集表面に存在する。このような状況で、光収集表面を大きくすることができ、電気的刺激の増大させることができる。加えて、この実施形態は、不透明部品を必ずしも使用するというわけではなく、外見上特に魅力的であるレンズ配置を得ることができる。

また、制御回路は、レンズ基板と有利に一体化される。これにより、光学機能のために望まれる振幅に関して適応させて、電気光学手段より電気的刺激を送ることができる。また、電気光学手段の固有の作動特性に関して、電気的刺激を適応させることができる。特に、制御回路は、光学機能のための作動閾値に到達するように、光電池によって生じた電圧を上げるためのステップアップ回路（ｓｔｅｐ−ｕｐ ｃｉｒｃｕｉｔ）を含んでいてもよい。

制御回路は、部分的に透明であってもよい。このような状況で、見る目的のために使用されるレンズの少なくとも一部分に位置する。「見る目的のために使用されるレンズの部分」という用語は、目と視野内で見る目的物との間に位置するレンズの一部を意味する。レンズ内に制御回路の存在することで外見上障害がない。

適切な電圧を得るために、一連のいくつかの光電池構成成分を接続することによって制御回路の使用を回避することができる。

また、本発明は、視察装置（ｖｉｓｉｏｎ ｄｅｖｉｃｅ）、特に、上記のような少なくとも一つの眼科用のレンズを含む眼鏡を提供する。

本発明のその他の特徴および効果は、添付した図面と共に、以下の二つの実施形態の記述から明らかである。

図面からわかるように、示された種々の構成部品の寸法は、実寸法に比例していない。さらに、図の全体にわたって、同一の参照符号は、同一であるか、または同一の機能を有する構成部品に対応する。

レンズの光学機能は、種々のタイプのものがある。これは、たとえば米国特許第６２５０７５９号に記載されているように、レンズの色合いを適応することによってコントラストを補強する機能があってもよい。また、偏向の決められた方向で光をフィルターすることによってコントラストを補強する機能があってもよい。

一例として、レンズの光学機能は、太陽に対する保護またはまぶしさに対して保護する機能である。この機能は、電気的に作動する。初期状態では、眼鏡の各レンズは可視光に対して高い光透過率を有する。電気的刺激に応答して、レンズはより暗くなり、その光透過率は、可視スペクトルにおいて減少される。

これを行うため、電気光学手段は、可変光透過を備えるシステムからなる。このようなシステムは、例えばエレクトロクロミックタイプであってもよい。電気泳動型のシステム、または液晶に基づくシステムのような電力消費が殆どないシステムを使用することが好ましい。このようなシステムに関して、光透過の変動を生じる電気刺激は電界であり、例えば、これは、システムの２つの入力端子間に印加される電圧に対応する。電力消費量は、低く、小さな寸法の電源に適合する。

図１ａおよび１ｂに示したように、第一の実施形態において、光電池は、半導体に基づいている。このような光電池は、任意の公知の技術を使用でき、例えば、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）または銅、インジウムジセレニド（ＣＩＳ）のような銅を含有する黄銅鉱のような合金うちの１つを使用することによって作製することができる。好都合なことには、光電池は、単結晶シリコンに基づくか、または微結晶もしくは非晶質シリコンに基づく。

光電池のコストは低く、レンズが破壊、または損傷を受けた場合、毒性のリスクを示す材料は含まない。上述した技術を使用して実装した光電池は、人間の目に見えるスペクトルの少なくとも一部を含む分光感度を有する。

図１ａに示したように、眼鏡は、２つのテンプル２を有するフレーム１、およびフレーム１内に組み立てられた２つの眼科用のレンズ３によって構成される。「眼科用のレンズ」とは、無機および／または有機材料、組成物であって、保護および／または正確な視界のために眼鏡フレームを適応させるために変化させることができる形状を有する透明基板からなるレンズ全般をいう。レンズは、無限焦点、単焦点、二焦点、三焦点、または連続的であってもよい。特に、眼科用のレンズは、多層および／または積層構造をからなる構造である。製造では、基板上に積層させる工程を含んでもよい。例えば、決定された材料（ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｍａｔｅｒｉａｌｓ）を蒸発させることによって行う。また、製造では、複数の基板を組み合わせる工程を含んでもよい。すなわち、それぞれのレンズ３の最終基板（ｆｉｎａｌ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）を形成するために、「基板ユニット」を構築する操作を含んでいてもよい。基板ユニットは、例えば、積層によって、または接着によって互いに組み立てられる。

各レンズ３には、可変透過システム５、例えば液晶システムを組み込む。このような液晶システムは、保持電圧を有するタイプのものであってもよく、または双安定型のものであってもよい。保持電圧システムは、約３ボルトの電圧によって制御されるが、双安定システムは、光スイッチングを生じさせるために、１５ボルトの電圧パルスが必要である。システム５は、見る目的のために使用されるレンズ３の表面の一部分に配置されるようにしてもよい。また、レンズの全ての領域にわたって配置されるようにしてもよい。

また、各レンズ３は、たとえば単結晶シリコン型、微結晶（ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）シリコン型、またはアモルファスシリコン型の光電池６が組み込まれる。光電池６は、レンズの基板と一体化された不透明部品７に組み込まれ、レンズの領域よりもかなり小さい領域を占めていてもよい。不透明部品７は、レンズの領域の１０％未満の領域を占めることが好ましい。不透明部品７の寸法は、例えば３ｍｍまでの２ミリメートル（ｍｍ）であってもよい。このような不透明部品７は、見る目的のために使用しない各レンズ３の一部に、例えばレンズの底面部分に位置する。

また、電子制御回路８（図１ｂ）は、各不透明部品７に組み込まれていてもよい。各制御回路８は、不透明部品７に組み込まれている光電池６によって送られる電圧のアダプターからなっている。また、制御回路８と光電池６との間の接続も、部品７に組み込まれる。これは、組み込まれた電子回路を組み立てるための公知の技術のいずれを使用することによって作製することもできる。

図１ｂに示したように、各レンズ３は、接着することによって、これらの周囲近くに共に組み立てられた２つの透明基板ユニット３ａおよび３ｂによって構成されるようにしてもよい。基板ユニット３ａは、後ろの基板であり、基板ユニット３ｂは、正面の基板である。基板３ａおよび３ｂは、可視スペクトルにおいて、例えば９７％の高い光透過率を示す。

液晶システム５は、２つの基板３ａと３ｂとの間にフィルムの形態で挿入される。基板３ａまたは３ｂのうちの一つのレンズ内側の表面は、形状が液晶システム５の形状に対して相補である筐体であることが好ましい。このような筐体を提供することによって、液晶システム５の操作が、基板３ａ、３ｂ組み立てることに起因する応力によって妨げられることがなくなる。

基板ユニット３ｂには、レンズの内側にある面に筐体１０が存在する。筐体１０は、基板３ｂを成形するとき、または基板３ｂが成形された後に、機械加工によって作製されるようにしてもよい。光電池６および制御回路８を組み込んでいる部品７は、筐体１０に接着結合させてもよい。２つの電気的接続部９ａおよび９ｂは、部品７に固定され、かつ制御回路８に由来し、それぞれが接点形状を有する。２つの基板３ａおよび３ｂが、レンズ内部にあるそれぞれの表面を介して組み立てられるとき、２つの接続部９ａおよび９ｂは、組み立て作業の間に接続部９ａおよび９ｂに面するように配置される液晶システム５の各電源端末と接触する。

図１ａおよび１ｂでは、各レンズ内に１つの光電池しか示していないが、複数の光電池を各レンズの表面上に割り当てるようにしてもよい。このような状況下で適した接続部は、電流と電圧特性を示す電源を得るためにレンズ内の光電池を公知の方法により相互に連結している。電流と電圧特性を示す電源は、液晶システム５の操作機能に適応する。

とても小さな寸法の光電池を各レンズに大量に一体化させることができる。例えば、各セルが占めるレンズの領域は、１００平方マイクロメートル未満である。各光電池は、一つ一つ目に見えない構成要素であり、レンズは、レンズ表面を覆っている光電池近傍の間のギャップにより、全体的な透過率が保持される。

以下に述べる第２の実施形態では、光電池６は部分的に透明である。光電池６は、各レンズの領域の少なくとも一部分を覆っている光を収集する領域を備える。図２ａおよび２ｂに示したように、光電池６によって占められるレンズ３の領域の部分は、液晶システム５によって占められるレンズ３の領域の部分とほぼ同じである。

光電池６の任意の位置による光の吸収率は、レンズ３での入射光の３０％未満であることが好ましい。それでもなお、見る目的のために有用であるレンズ３の表面の一部における光電池６の存在は、太陽保護機能が作用しない限り、高い光透過率を有するレンズ３と互換性がある。

光電池６は、光電気化学型のものであってもよい。この光電池６は、レンズ３の表面に互いに並行して面するように配置された２つの透明な平面電極６ａおよび６ｂ（図２ｂ）からなる。レンズ３の最終基板（ｆｉｎａｌ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）は、３つの基板ユニット３ａ、３ｂおよび３ｃを構成し、基板ユニット３ｃは、基板ユニット３ａと３ｂとの間に位置するように組み立てられている。電極６ａ、６ｂは、基板ユニット３ａ、３ｂの内面に配置されている。電極６ａ、６ｂは、約０．０５ミリメートルの間隔で互いに離れており、互いに直接の電気接点がない。電極６ａまたは６ｂのうちの少なくともひとつは、インジウムおよび酸化スズ（ＩＴＯ）、またはフッ素ドープした酸化スズ（ＳｎＯ_２，Ｆ）に基づいていてもよい。これらは、電解質で満たされた空洞６ｃによって分離されている。電解質は、液体であってもよいが、固体であることが好ましい。また、電解質は、ｐ型導電性を有する有機または無機材料に置換してもよく、すなわち、ホール導電体によって構成されてもよい。

光電気化学セル（ｐｈｏｔｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｅｌｌ）には、レンズ３を通過するわずかな光を吸収することができる成分（ｅｌｅｍｅｎｔ）を組み込む。これらの成分は、例えば、ナノ結晶またはフラーレンであってもよい。光電気化学セルは、金属酸化物のナノ結晶を含む場合、Ｂｒｉａｎ Ｏ’Ｒｅｇａｎ ａｎｄ Ｍｉｃｈａｅｌ Ｇｒａｅｔｚｅｌ， Ｎａｔｕｒｅ ３５３ （１９９１）， ｐｐ． ７３７−７４０による「色素感作コロイド性ＴｉＯ_２フィルムに基づいた、低価格、高効率太陽電池」に記述された型のものであってもよい。このような状況の下で、ナノ結晶は、酸化チタン（ＴｉＯ_２）に基づき、これらの表面に対してグラフトされた色素の分子を有する。このような光電池およびこれを作製する方法についての詳細は、上述の論文を参照することができる。

液晶システム５は、基板３ａと３ｃとの間に配置される。２つの接続部９ａ、９ｂは、光電池６を液晶システム５に接続される。接続部９ａは、電極６ａを液晶システム５の電源端子の一方に接続され、接続部９ｂは、電極６ｂを液晶システム５の他方の電源端子に接続される。各接続部９ａ、９ｂは、図１ｂを参照しながら上述した内容と同様の組み立て方法および構成するようにしてもよい。

図２ａ、２ｂには、光電池６から液晶システム５に対して供給される電圧を制御するための回路が示されていない。このような制御回路は、図１ａ、１ｂを参照にして説明したように、不透明部品の類似体内に図２ａ、２ｂのレンズ３が組み込まれている。第２の実施形態では、制御回路がレンズ３の基板ユニットの一つに直接組み込まれた形態で実行されることが好ましい。公知であるが、制御回路は透明であってもよい。視界を減少させることなく、すなわち、眼鏡の着用者を妨げることなく、レンズ３の表面のいずれの部分に位置する。

本発明の全ての実施形態において、各レンズは、光電池から電気光学手段までの電源の供給を中断するための手段をさらに含んでいてもよい。このような制御手段には、適切な方法で接続されたスイッチからなる。特に、そのようなスイッチは、光電池を電気−光学手段に接続する接続部のうちの一つに配置するようにしてもよい。電気を供給することを阻害するために、電気光学手段に電力を供給する電気回路を開くようにしてもよい。また、スイッチは、電気光学手段の電源入力の間に接続してもよい。電気光学手段の電源端子の短絡により、光学機能のスイッチが切断される。このようなスイッチは、手動で制御することができる。小型レンズは、レンズの前面と同一平面に配置するようにしてもよい。特に、スイッチは、上記の通りに不透明部品に組み込まれるようにしてもよい。

各レンズは、光学機能を作動させ、または停止させる入射光線の強度閾値および特定のモードに設定するように最適に接続されたフォトダイオードまたはフォトトランジスタを適宜含むようにしてもよい。感光性電子部品は、不透明部品に組み込まれるようにしてもよい。変形例として、部分的に透明であってもよく、レンズの基板ユニットのうちの一つに直接組み込まれるようにしてもよい。

最後に、眼鏡レンズに対する出願の文脈において示した本発明は、他の視察装置にも適用してもよい。具体的には、このような視察装置は、自動車の運転手もしくはバイクの運転手のためのヘルメット、または登山用もしくはスキー用のゴーグルからなるようにしてもよい。光電池および電気光学システムは、ヘルメットの遮光板、またはゴーグルのレンズに組み込まれる。

図１ａは、本発明の第１の実施例における眼鏡を示す。図１ｂは、図１ａの態様のレンズの全体の断面である。 図２ａは、本発明の第２の態様の眼鏡レンズを示す。図２ｂは、図２ａの態様のレンズの全体の断面である。

Claims (21)

1. 透明基板（３）と、
   電気的刺激に応答して光学機能を実行させるための基板と一体化された電気光学手段（５）と、を含む眼科用のレンズであって、
   前記レンズには、
   ａ）入射光に応答して前記電気光学的手段に電力を供給するための前記基板と一体化された少なくとも１つの光電池（６）と、
   ｂ）前記光電池（６）によって生じた電圧を制御し、前記基板に一体化されている制御回路（８）と、を備えていることを特徴とする眼科用のレンズ。
2. 前記光電池（６）が、可視光に感受性を有する請求項１に記載のレンズ。
3. 前記光電池（６）が、半導体に基づいている請求項１または２に記載のレンズ。
4. 前記光電池（６）が、単結晶、微結晶または非晶質シリコンに基づいている請求項３に記載のレンズ。
5. 前記光電池（６）が、テルル化カドミウムまたは銅を含む黄銅鉱に基づく請求項３に記載のレンズ。
6. 前記光電池（６）が、前記基板（３）と一体化された不透明部品（７）に組み込まれており、かつ前記レンズの領域の１０％未満の領域を占めている請求項３から５のいずれかに記載のレンズ。
7. いくつかの前記光電池が、前記レンズの領域全体に直列に分布されている請求項３から６のいずれかに記載のレンズ。
8. いくつかの前記光電池が、レンズの領域全体に分布されており、少なくとも一つの電圧制御回路が前記基板と一体化されている、請求項１から７のいずれかに記載のレンズ。
9. 前記光電池（６）は、部分的に透明であり、レンズの少なくとも一部の表面を覆う光収集表面を有する請求項１または２に記載のレンズ。
10. 前記光電池（６）は、光電気化学型である請求項９に記載のレンズ。
11. 前記光電池（６）は、インジウム、および酸化スズ、またはフッ素ドープした酸化スズに基づいた少なくとも１つの電極（６ａ、６ｂ）を含む請求項１０に記載のレンズ。
12. 前記光電池（６）は、ナノ結晶またはフラーレンが組み込まれている請求項１０または１１に記載のレンズ。
13. 前記電気光学手段（５）は、可変光透過システムを含む請求項１から１２のいずれかに記載のレンズ。
14. 前記可変光透過システムは、液晶に基づく請求項１３に記載のレンズ。
15. 前記可変光透過システムは、電気泳動的型である請求項１３に記載のレンズ。
16. 前記光電池（６）によって生成される電圧を制御するための制御回路（８）を含み、前記制御回路が、基板（３）と一体化されている請求項１から１５のいずれかに記載のレンズ。
17. 前記制御回路（８）は、部分的に透明である請求項１から１６のいずれかに記載のレンズ。
18. 前記制御回路（８）は、前記光電池（６）によって生じる電圧を上昇させるためのステップアップ回路を含む請求項１から１７のいずれかに記載のレンズ。
19. 前記光電池（６）によって前記電気光学手段（５）に対して供給される電源を中断するための制御手段をさらに含む請求項１から１８のいずれかに記載のレンズ。
20. 請求項１から１９のいずれかに記載の少なくとも１つのレンズを含む視察装置。
21. 前記視察装置は、眼鏡である請求項２０に記載の視察装置。

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