JP5882203B2 - 同調可能な電気光学液晶レンズおよびそのレンズの形成方法 - Google Patents

Description

相互参照
本願は、米国特許法１１９条の下、２００９年６月１９日に出願の米国仮出願番号第６１／２６９，１１０号の優先権の利益を享受し、参照によって完全にここに組み込まれることを求めるものである。

政府権益の声明
米国政府は、本発明および権利において支払済みの許可を有し、限られた状況にて、米空軍によって与えられる契約番号ＦＡ ７０１４−０７−Ｃ−００１３の契約期間によって提供される相応な期間、特許所有者に他者への使用の認可を求めるものである。

本発明は、液晶を含む電気光学レンズに関するものである。そこにおいて、レンズのパワー（度）は、電界の印加によって修正されることができる。１つの実施形態において、液晶ベースのレンズは、隣接の電極間に位置づけられる電気抵抗ブリッジを有するリング電極を含み、好ましい実施態様において、いくつかの電極リングに対する入力接続部は、レンズ上に間隔を置かれる。さらなる態様において、位相リセットの使用を介して光学パワーを増やすことができる液晶ベースのレンズは提供される。そこにおいて、一つの実施形態として、固定された位相ターム（ｆｉｘｅｄ ｐｈａｓｅ ｔｅｒｍ）が各々の電極のセットに加えることができ、各々の電極のグループ全体の位相変化が同じで、更に前のグループに対してマッチングできるように、レンズは液晶セルの対向側の基板の表面上にリング電極を有する。

電気光学レンズが、それらの光学パワーを変更するために複屈折の液晶を利用することは公知である。それらは、従来のガラス又はプラスチック光学レンズに勝り、妥当な電界の印加によってそれらの光学パワーを変更することが可能な固有の効果を有する。既存の液晶電気光学レンズの１つの欠点は、単レンズが生成することができる光学パワーの数が現在限定されているということである。

電気光学液晶レンズの１つの基本構成は、２つの透明基板の間にはさまれる液晶の薄膜層である。各々の基板の内面上に、透明な金属的電極構造体は、形成される。電界がないときに、アライメント層は液晶分子の特定の方位を決めるために電極層の上に形成される。電圧が１つの電極層に印加されるときに、電界は液晶層に渡って決められ、および、電位は電極の間で生成される。電極構造体がパターン化される場合、液晶層の屈折率の勾配を上昇させる電界の勾配は、生成される。電極構造体および印加電圧の適当なデザインを伴って、電気光学レンズは、製作されることができる。

単レンズによっていくつかの光学パワーを生成するように電極構造体を利用する電気光学液晶レンズは、設計され、製作されている。

球面電気光学液晶レンズの基本構成は、円形のリング電極デザインである。ここで、一方または両方の基板上の透明電極は、円環状リングから成る。そして、隣接したリングから電気的に絶縁される。これらのレンズの前のデザインは、リング電極幅および間隔がたいていレンズの光学パワーを決定するという意味において限定的である。しかしながら、非常に細い電極の極めて多数が製造されることができ、および個々に対処されることができる場合、理論的には、光学パワーの極めて大きい数はこのようなレンズによって生成されることができる。

各々の隣接する電極間の光学位相変化が波の約１／８（ａｂｏｕｔ １／８ ｏｆ ａ ｗａｖｅ）より少なくなければならず、および、レンズ全体の総位相変化が１００波（１００ ｗａｖｅｓ）と同じ程度であるようにすることを考慮すると、まず、デバイスへの何百もの入力接続部によって対処される何百ものリングからなる電極構造体が連続チューニングのために必要とされうる。しかしながら、これは受け入れられる解ではない。なぜなら、このような電極構造を生成することを必要とされるフォトリトグラフィは、たいへんに手強いものである。さらに、各々の電極を接続し、および電気的に対処するようにバス（ｂｕｓｓ）構造を製造することは、圧倒的な作業となり、および極めて複合的かつ扱いにくいデバイスを結果として生成することとなる。

位相−ラッピング（ｐｈａｓｅ−ｗｒａｐｐｉｎｇ）の使用は、レンズに何百もの入力接続部を作る課題を緩和するのを助けることができる。以前、ヨシュア・ナーアマン・ハダック（Ｊｏｓｈｕａ Ｎａａｍａｎ Ｈａｄｄｏｃｋ）の「Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｂａｓｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ Ｓｐｅｃｔａｃｌｅ Ｌｅｎｓｅｓ ａｎｄ Ｌｏｗ Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｎｅｍａｔｉｃ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌｓ」（２００５年、アリゾナ大学大学院の博士号のための要件の一部遂行における光学科カレッジの学部に提出された論文）によって、１つのグループ上の位相変化がほぼ１つの波であるというような方法で、電極は分類されることができることを示した。それで、入力接続部の数は、各々のグループのリングの数に限られる。しかしながら、各々の電極のグループ全体の位相変化が１つの波の多重に非常に近い場合、この方式は単に高効率を提供する。それで、各々の電極グループ全体の位相変化は、連続する方法（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｍａｎｎｅｒ）に変更されることができず、および、その結果、レンズは多重パワーに連続的にチューニングされることができない。

米国特許公開番号２００８／０２１２００７号は、一対の対向する透明基板間の液晶層と；液晶層と第１の透明基板の内部の対向面との間の抵抗パターン化電極セットと；液晶層と第２の透明基板の内部の対向面との間の導電層とを備えている電気光学装置に関し、導電層および抵抗パターン化電極セットは、電気的に接続され、そして、前記抵抗パターン化電極セットは、１つ以上の電気的に隔てられた電極を備え、所望の電圧降下は、所望の位相遅延プロファイルを提供するように各々の電極全体に適用される。

同調可能液晶ベースのレンズ（ｔｕｎａｂｌｅ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ−ｂａｓｅｄ ｌｅｎｓ）を提供することは本発明の目的である。そこにおいて、そのリング電極のための入力接続部の数は、減少される。

また、本発明の別の目的は、リセットまたは位相ラッピングから自由である同調可能液晶ベースのレンズを提供することである。

本発明の別の目的は、リング電極を有するレンズを提供することであって、そこにおいて、入力接続部は、好ましくは均一に、レンズ上に、例えば、インターバルで５つ毎、好ましくは約１０個毎の電極リングを上回る間隔にて置かれる。

本発明の別の目的は、リング電極を備えているレンズを提供することであって、そこにおいて、少なくとも２つ、および好ましくは全ての隣接の電極がレジスタによって接続されている。

さらにもう一つの本発明の目的は、電極リング間の透明な抵抗ブリッジを有するレンズを提供することであって、そこにおいて、抵抗ブリッジは、導電コーティング、好ましくは、一つの実施形態としてインジウム酸化スズ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ）から形成される。

さらに、本発明の目的は、リング電極および抵抗ブリッジが同一材料を利用して形成されるレンズを提供することである。

本発明の別の目的は、抵抗ブリッジと同様にリングをパターン化するためにフォトリトグラフィを利用して２つの電極リング間の抵抗ブリッジを形成する工程を備えているプロセスによって形成されるレンズを提供することである。

さらに、本発明の別の目的は、リセットおよび位相ラッピングの利用を含む同調可能液晶ベースのレンズを提供することである。

更に、本発明の別の目的は、液晶層の対向側に位置づけられる基板を有するレンズを提供することであって、そこにおいて、両方の基板はパターン化電極を含む。

本発明の別の目的は、各々の基板に位置づけられるパターン化電極層を有する２つの透明基板を含んでいる同調可能レンズを提供することであって、そこにおいて、エレクトロアクティブ液晶材料は基板間に位置づけられ、パターン化電極層の一方は光学位相遅延特性（ｏｐｔｉｃａｌ ｐｈａｓｅ ｒｅｔａｒｄａｎｃｅ）を超える微細制御を提供し、他方の層は、微細制御の電極のうちの少なくとも２つのグループを超える位相の粗い制御（ｃｏａｒｓｅ ｃｏｎｔｒｏｌ）を提供する。

なお、更に、本発明の別の目的は、同調可能レンズを提供することであって、そこにおいて、１つの基板層の電極は、第２の基板の電極層の少なくとも２つの電極に重なり、前記重なりは、基板の平面の方向である。

本発明の別の目的は、２つの基板表面上のパターン化電極を提供することであり、それによって、固定ピストン位相タームは、各々の電極のグループ全体の位相変化が同じであり、更に前のグループに関して位相整合されることを許容するブレーズド電極構造体（ｂｌａｚｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）によって１つのセクション内の各々の電極セットに加えられる。

本発明の一態様において、同調可能電気光学レンズデバイスは開示され、それは、少なくとも２つの実質的に透明な基板と、動作可能に各々の基板に接続された実質的に透明な導電性の電極層とを備えており、そこにおいて、電極層のうちの少なくとも１つは、パターン化され、複数のリング電極を含み、少なくとも１つのリング電極は、抵抗ブリッジによって隣接のリング電極に電気的に接続されており、そして、エレクトロアクティブ液晶材料層は、少なくとも２つの実質的に透明な基板の間にある。

本発明の別の態様は、同調可能電気光学レンズデバイスを準備するためのプロセスである。それは、基板上に少なくとも２つの導電電極リングと、両者の間に位置づけられ、前記電極リングを電気的に接続する抵抗ブリッジとを形成する実質的に透明な基板を提供する工程を備える。

本発明の更に別の態様は、同調可能電気光学レンズデバイスであって、それは、動作可能に接続される、パターン化され複数のリング電極を有する実質的に透明な導電性の電極層を有する第１の実質的に透明な基板と；動作可能に接続される、パターン化され複数のリング電極を有する実質的に透明な導電性の電極層を有する第２の実質的に透明な基板と；第１および第２の実質的に透明な基板間にあるエレクトロアクティブ液晶材料層とを具備し、そこにおいて、第２の基板上の少なくとも１つのリング電極は、第１の基板の少なくとも２つのリング電極を平面方向でカバーする。

本発明の更に別の態様は、同調可能電気光学レンズ・デバイスであって、それは、少なくとも２つの実質的に透明な基板と、各々の基板上の実質的に透明な導電性の電極層と、
基板間に配置されるエレクトロアクティブ材料とを具備し、そこにおいて、各々の基板上の電極層は、パターン化され複数のリング電極を備え、一方の層のパターン化電極は、光学位相遅延を超える微細制御を提供し、他方の層の電極は、微細制御電極のうちの少なくとも２つのグループを超える位相の粗い制御を提供する。

本発明は、図面と共に発明の詳細な説明を読み込むことによって、よりよく理解され、他の特徴および効果は明らかになる。

図１は、リング電極を含んでいる液晶ベースの光学レンズを形成するために利用される基板の上面図であり、そこにおいて、隣接の電極は抵抗ブリッジによって接続される。 図２は、領域２−２を含んでいる図１において示される一部のパターン化された基板のクローズアップの上面図を示し、特に抵抗ブリッジを示す。 図３は、インシュレータを介して通ってリング電極に接続されているバスラインの１つの実施形態の上面図である。 図４は、本発明の液晶ベースの同調可能レンズの１つの実施形態の断面図である。 図５は、リング電極間に位置づけられる抵抗ブリッジに対する代わりの構造の更なる実施形態の上面図である。 図６は、上部にリング電極を備えている電極層を含む基板の１つの実施形態の上面図である。 図７は、インシュレータを介して通ってリング電極に接続されているバスラインの１つの実施形態の上面図である。 図８は、上部に複数の電極リングを含んでいる対向する基板の１つの実施形態の下面図である。 図９は、本発明のデバイスの一部に対する入力ライン接続のための２層化されたデザインの断面図である。 図１０は、本発明の液晶ベースの同調可能レンズの更なる実施形態の断面図である。

本発明の電気光学デバイスは、電気的に同調可能であり、かつ、透明基板間に位置づけられる液晶層を備えるレンズである。そこにおいて、液晶材料は電界の存在において再調整可能（ｒｅａｌｉｇｎａｂｌｅ）である。電圧が液晶材料を含んでいるセル全体に印加されるときに、液晶材料の方向づけの軸は変更される。そこにおいて、パターン化電極構造の使用は、液晶層の屈折率の勾配を生じる電界の勾配を生成する。レンズの焦点距離は、印加された電界を調整することによってチューニングされる。

位相ラッピング無しの同調可能レンズ
ここで図面を参照すると、図４は、本発明の電気光学デバイス１０の一部の一実施形態の断面図を示す。デバイス１０は、一対の基板２０、２２を含み、それは、実施例において、好ましくは、平面であり、互いに平行に配置される。基板は、示されていないが、スペーサによって所望の距離に維持される。間隔範囲は、変化することができて、実施例において約５〜約１００ミクロンである。電極層３０は、下側基板２０に存在し、電極層３２は、上部基板２２に存在する。更にここで説明されるように、パターン化電極として示される下側電極層３０を有する。アライメント層５０は、基板２０、２２に存在し、好ましくは、電極層３０、３２に存在する。液晶層６０は、基板２０、２２の間にあり、アライメント層５０と接触している。ここで使用されるように、文言「層」は、均一な厚みである必要は無く、層がその目的とする目標を実行する限りにおいて、欠点またはむらのある厚みであり得る。

デバイス１０がレンズであるように、基板２０、２２は所望の光伝送を提供しなければならず、好ましくは透明である。基板２０、２２は、平面、または、曲線状でありえる。公知であるさまざまな材料は利用されることができ、例えばガラス、石英またはポリマー、好ましくはガラス付の材料でありえる。基板は、好ましくは非複屈折材料（ｎｏｎ−ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｔ ｍａｔｅｒｉａｌ）、または、それらの複屈折の効果を最小化するために整列させ（ａｌｉｇｎｅｄ）、若しくは補正される。

導電性の電極層３０、３２は、いかなる周知の方法にもよって基板に堆積されることができる。望ましくは、パターン化電極３０は、フォトリソグラフィックプロセスを利用して形成される。電極層材料は、いかなる無機、実質的に透明な導電材料でもありえる。適切な材料の実施例は、金属酸化物、例えば酸化インジウム、錫酸化物およびインジウム酸化スズを含み、および、好ましくは、インジウムは錫酸化物である。導電性の電極層の厚みは、通常、約１００〜２，０００オングストロームである。電極層は、所望の導電性を提供するために、十分に厚くなければならない。導電性の電極層の抵抗率は、通常、約１０〜約１，０００ｏｈｍｓ／ｓｑであって、好ましくは、約１０から約２００または３００ｏｈｍｓ／ｓｑではある。

電圧がデバイス１０に印加されないときに、アライメント層５０は液晶に特定の方向方位を誘導するために使用される。アライメント層としての用途に適しているさまざまな材料は従来技術において周知であり、ポリイミドおよびポリビニールアルコールを含むがこれに限らない。アライメント層５０の厚さは、所望の方向方位を液晶材料に与えるのに十分でなければならず、例えば約１００〜約１，０００オングストロームである。周知のように、アライメント層５０は、電気的な電界が材料に印加される前に実質的に同種の分子配向を液晶材料に与えるためになんらかの実施形態を塗り込むこと（ｒｕｂｂｉｎｇ）によって処理される。

通常、電界がある場合に制御され得る方位常態（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎａｌ ｏｒｄｅｒ）を有する何らかの液晶材料が使用され、それは、何らかのネマティック（ネマティックである）、スメクティック（ｓｍｅｃｔｉｃ）、若しくはコレステリック位相（ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ ｐｈａｓｅ）を含み、液晶またはポリマー含有液晶、例えばポリマー液晶、ポリマー分散液晶（ｐｏｌｙｍｅｒ ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌｓ）またはポリマー安定化液晶（ｐｏｌｙｍｅｒ ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌｓ．）を形成する。実施例において、ネマティック液晶は、好まれる。適切な液晶材料によって所有される望ましい特性は、多くの困難を伴わず、急速切換時間および低圧閾値の液晶を整列する（ａｌｉｇｎ）能力を有する。

図１は、上部に電極層３０を有する基板２２の１つの実施形態を示す。電極層３０は、パターン化され、中心ディスク３５の形状をリングで囲んでいるリング３４の形のような複数の電極を含む。そこにおいて、隣接のリングおよび最内部のリング３４およびディスク３５が、更にここに記載されているように、抵抗ブリッジ３８を除いて電気的な絶縁ギャップ３６によって各々から隔てられている。絶縁ギャップ３６は、隣接の電極間に位置づけられるオープンスペース、または、非導電性絶縁材料、例えば二酸化珪素でありえる。好ましい実施例では、ギャップ３６は、前記オープンスペースである。リング３４は好ましくは実質的に環状のおよび同心であるが、それら全てが使用される材料およびプロセス技術のために完全な幾何学形状として形成されなくてもよい。ここで使用される前記の文言「リング」は、リング状、例えば楕円リングである構造を含む。同様に、ディスク３５は、好ましくは実質的に円であるが、しかし、リング状でもあり得る。電極は同じ平面、またはインシュレータによって隔てられた異なる平面にありえて、それによって、抵抗ブリッジ３８は異なる平面の電極に接続する。

隣接の電極間の最大値位相差が実施例において、ほぼ１／８波を下回るように、リングの幅はセットされる。

基板に存在する電極の数、すなわちリング３４および中心ディスク３５の両方は、変えることができる。一実施例において、一般に約２０〜約２，００、０および好ましくは約５０〜約２００の総電極は、基板に存在する。

本発明によって、少なくとも１つの電極のグループ、すなわち、２つ以上の電極および好ましくは全てまたは実質的に存在する電極の全ては、抵抗分圧回路（ｒｅｓｉｓｔｉｖｅ ｄｉｖｉｄｅｒ ｎｅｔｗｏｒｋ）の部分である。電極構造は、隣接の電極間の位相遅延の一連の実質的な線形の変化が確定されうるように、設計され、それは集束光学部品（ｆｏｃｕｓｉｎｇ ｏｐｔｉｃ）を生成することを必要とする放物線状のｒ２位相プロファイルを生ずる。図１、２および５に示されるように、抵抗分圧回路は、隣接の電極リング３４またはリング３４およびディスク３５を接続する所望の抵抗を有する抵抗ブリッジ３８を備える。デバイスのデザインに従い、抵抗分割器またはブリッジ３８は、一般に約１００〜約１，２００オーム、および好ましくは約８００〜約２，０００オームの抵抗を有することができる。抵抗ブリッジ３８は、電気導電性材料を備えている抵抗パスを備える。そして、好ましくは、不導電材料または各々の隣接の電極３４、３５間の所望の抵抗を生成するのを助ける導電材料が無いエリアによって縁取られる（ｂｏｒｄｅｒｅｄ）。

導電性の電極層３０に対して規定されるように、電極ブリッジの導電材料は、いかなる材料でもありえる。導電性の電極層３０の材料は、抵抗ブリッジの導電の材料と異なることがありえるが、好ましくは同一材料である。１つの実施形態において、インジウム酸化スズは、抵抗ブリッジの好適な導電材料である。本発明の重要な利点として、所望の電極層３０を生成するために利用される方法（例えばフォトリトグラフィ）は、各々の抵抗ブリッジ３８のパターンを生成するために使用される。それで、パターン化電極層および抵抗ブリッジは、単一のプロセスステップのフォトリソグラフィを利用して生成される。従って、追加の材料またはプロセスステップは、抵抗回路網を形成するために必要とされない。

加えて、電圧による液晶位相変化も線形であるという場合には、連続的に同調可能レンズが２つの入力接続部だけで（最も内部のリング（すなわちディスク３５）に１つ、および最も外部の電極リングに１つの接続）製作されることができるより、このことによって、多重バスラインのためのニーズを排除する。液晶デバイスの可能な位相変化の小さい部分だけが利用されるときに、この実施形態は特に役立つ。

実施形態において、電圧対液晶デバイスの位相関係が全ての可能な放物線状の位相変化の小さい部分を通じて線形であると考えられる。固定された抵抗ブリッジによって各々の電極を接続して、そして、入力接続部をレンズに均一に間隔を置かれたいくつかの電極リングに提供することが好ましい。１つの実施形態において、入力接続部は第ｎ番目（そこにおいて、ｎは２以上である）ごとの電極リングに接続される。それゆえに、実施例において、最内部のリングまたはディスク３５で接続される入力接続部を提供し、および、リングの数（例えば約１０〜約１００の電極リング、および好ましくは約１０〜約２０の電極リング）に基づいた入力接続部を更に提供することは、望ましい。例えば、実施形態において、基板２２が１００本のリング電極を含み、そこにおいて、リング電極の１つは最内部のディスク電極であり、電極１、１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０、８０、９０および１００は入力接続部を提供される。それで、本実施例において、液晶材料に対する位相対電圧の関係は抵抗ブリッジが利用されなかった前の方法の範囲の１／１０に渡って線形であることが必要であるだけである。同様に、２０の入力接続部が使用される実施形態で、直線性は、フルレンジまたは第５の電極ごとに、１／２０に渡って必要なだけである。図１は、電極層３０の第１の電極および第１０の電極各々に接続している入力接続部７０を示す。

所望の電極への入力接続部７０は、基板に最も近い電極の側または基板から離れた電極の対向側に配置されることができる。入力接続部は、絶縁体（例えば電極層と入力接続部との間の二酸化珪素）を堆積させることによって、好ましくは形成される。各々の入力接続部は、インシュレータ（絶縁体）を通るバスラインによって適切な電極に接続される。そして、例えば図３に示される。実施形態において、入力接続部は、基板から離れた電極側に位置づけられ、入力接続部は、電極層の上にインシュレータの薄膜層を堆積させ、そして、各々の入力接続部に対する絶縁層の上の入力接続部ラインを成長させることによって作成できる。

例示の実施例において、約２５μｍの厚さを有する液晶層（例えばメルク（Ｍｅｒｃｋ）から利用できる液晶１８３４９を具備する）は、ほぼ１ｃｍのレンズ直径に対して約０．５ジオプタ（ｄｉｏｐｔｅｒｓ）の光学パワーを与える。より多くの光学パワーは液晶層厚さを増やすことによって達成されることができる。しかし、結局、電界の非線形性は光学パーフォーマンスを低下させる；さまざまなパワー間の切替緩和時間は、また、液晶厚によって増加する。追加の光学パワーは、また、多重電気光学デバイス１０を積み重ねることによって達成されることができる。

適切な電圧は、デバイス１０（すなわち当業者にとって公知であるように入力接続部７０を介して電極層３０）に印加される。パターン化されていない電極層３２は、グラウンドとして役立つ。使用された液晶材料および電極間の液晶材料の厚みを含む（しかしこれに限らず）多くのファクタに基づいて、電圧は、デバイス１０に印加される。電極（例えば回路、プロセッサまたはマイクロプロセッサ）に印加される電圧を制御するためのさまざまな方法は、公知である。

位相ラッピング伴う同調可能レンズ
本発明の更なる実施形態は、位相ラッピングを利用する同調可能電気光学デバイスに関する。デバイスは、位相リセットの使用を介してより高い光学パワーを達成する効果がある。

背景技術に記載されている位相ラッピング方法とは対照的に、本発明の実施形態は、各々の電極リングが個々の出力接続部を有することを必要としないが、同じ時間で同調可能である位相ラッピングレンズを許容する。

本実施例において、パターン化電極は、両基板表面に、液晶材料の両側に提供され、そして、固定された「ピストン」位相タームは、ブレーズド電極構造体（ｂｌａｚｅｄ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）の１つの部分の電極のセットの各々に加えられることができる。これは、各々の電極のグループ全体の位相変化が同じあり、そしてまた、前のグループに対して位相マッチングされることを許容する。

図１０は、本発明の電気光学デバイス１１０の１つの実施形態の１つの部分の断面図を示す。デバイス１１０は、一般に、両方とも互いに平行な一対の基板１２０、１２２を含む。とはいうものの、基板は平面および／または曲線状等でありえて、電極層１３０は下側基板１２０に存在し、および電極層１３２は上部基板１２２に存在する。更に、ここで説明されるように、両方の電極層はパターン化電極である。アライメント層１５０は、各々の基板１２０、１２２に存在し、好ましくは電極層１３０、１３２上に存在し、および液晶層１６０に隣接して配置される。そこにおいて、それぞれのコンポーネントの各々に対して上記された材料、詳細および構成などは、参照によってここに組み込まれる。

図６は、複数の電極（各々がそれぞれの入力接続部１７０を有する）を含んでいる基板１２０の１つの実施形態の上面図を示す。ここに記載されているように電極は一般にリング状の円形またはディスク電極１３５および複数のリング電極１３４を備える。好ましい実施例において、電極層１３０は、例えば図９を参照するように、異なる平面に配置されている隣接の電極を備える。絶縁体１４０は、リング電極１３４の異なる平面を隔てる。入力接続部／電極リング接続部は例えば図７に示されるように介して通って形成される。

図８は基板１２２の１つの実施形態を示しており、それは、図１０にて図示された基板１２０と比較して、液晶層１６０の対向する面に配置されるように構成されており、電極層１３２を含んでおり、この対向電極層（ｃｏｕｎｔｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｌａｙｅｒ）に、中心リング状の円形電極またはディスク電極１３５を囲んでいる複数の電極リング１３４を含んでいる。本発明によれば、対向電極層１３２上の単一リングまたはディスク構造は、下側基板１２０の電極リングより広いかより大きな領域があって、および２つ以上のリングの少なくとも１つのグループをカバーするかまたは重なる。領域決定は互いから液晶材料層全体に直接分散する電極に対してなされる。そして、一般に、特に電極が配置される基板の平面に垂直または直角である。特に、図８は、いくつかのグループ（例えば基板１２０上の下側電極層１３０の４本の細いリング電極１３４）を渡ってピストン状の位相変化を提供する粗い対向電極層に対するデザインを示す。入力接続部１７０は、上部電極層１３２の各々の電極に提供される。

図１０にて図示したように、液晶材料１６０は、基板１２０、１２２および電極層１３０、１３２の間に位置づけられる。

位相ラッピングを有する同調可能レンズを含む本発明の実施形態のアプローチの１つの実施例について説明する。

技術の例として、０．２５のジオプタ工程以下の１．５のジオプタの範囲に渡って光学同調可能であるデバイスが要求されると確信する。この同調可能電気光学レンズを達成するために、この例では、４つのリング（すなわち、電極リングｎは、電圧がリングｎ＋４と同じ電圧を有する）のグループの全ての電極を備えている微細なリング構造は、製作される。対向電極リング構造は他の基板に存在する。そして、対向電極リングの各々の電極リングは、より広い領域を有し、基板の平面に一般に実質的に垂直であるか直角の方向の対向する電極のリングの１つのグループ（すなわち４つの微細なリング）をカバーする。図８は、図６において示される４本の細いリングのいくつかのグループの電極に渡ってピストン状の位相変化を提供する粗い対向電極層に対するデザインを示す。広いリング「ｍ」は、１２のリング（リングｍは、リングｍ＋１２と同じ電圧を有する）にグループ化される。従って、レンズを電気的に動かすために必要な１６の入力接続部がある：対向電極の広いリングに対して１２個、および、第１の電極の微細なリングに対して４個。このデザインによって、位相遅延の１つの波を得るために使用される微細な電極の多くのグループを選択する方法を選ぶことが可能となり、正確な位相表示のための遅延波あたりの微細なリングの最小数または電圧が８であると理解する。それゆえに、位相遅延の波あたりに４つの微細な電極リングの２、３、４、６または１２のグループを有するように選ぶことができ、それは、最も大きな効率（しかし最も小さい光学パワー）を生じる遅延の１つの波につき１２のグループを有し、および、最少の効率（しかし最も大きな光学パワー）を生じる波につき２つのグループを有する。

この例として、必要とされる変化の範囲が１．５ジオプタであり、それで−０．７５〜＋０．７５ジオプタのパワー範囲（ｐｏｗｅｒ ｒａｎｇｅ）を有する可変レンズが必要である。電極がグループ化される方法の選択によって、レンズの最も高いパワーが＋０．７５ジオプタである場合に、それで電極の２、３、４、６または１２のグループを有するレンズのパワーは：＋０．７５、＋０．５、＋０．３７５、＋０．２５、または＋０．１２５ジオプタである。デバイスが逆の電気的な極性を有して働くので、同様に、それはまた、同一の負の光学パワーを生成する。

従って、位相ラッピングされた電気レンズのこの実施形態は、光学パワーの１１レベルに渡って同調可能である。もちろん、このパワーレンジは、固定されたパワーレンズを加えることでオフセットされることができる。たとえば、デバイスを−２．２５ジオプタの従来のレンズを上の実施例に組み込むことによって、１１ステップにて−１．５〜−３．０ジオプタをチューニングすることができる。あるいは、それを＋１．７５ジオプタの従来のレンズと組み合わせることによって、＋１．０〜＋２．５ジオプタをチューニングすることができる。

より明らかに、電極に印加される電圧を示すために、位相遅延が印加電圧の線形関数であるところで、ＬＣデバイスが必要であり、電圧を特定するよりはむしろ、、各々の電極が中心電極に対して特定の位相遅延を生ずる電圧を有すると言うことができる。

その定義については、負レンズの場合は、各々のグループの４本の細い電極に印加される電圧は、以下に示す：
細い電極 ＃１＝０
細い電極 ＃２＝２π／（４＊ｊ）
細い電極 ＃３＝４π／（４＊ｊ）
細い電極 ＃４＝６π／（４＊ｊ）
この例で、２、３、４、６または１２は、相対的なレンズパワーに対応する。

この例で対向電極に対する電圧は、位相に対応する：
位相（ラジアン）＝０，２π／ｊ，２＊２π／ｊ，３＊２π／ｊ．．．．．．（ｊ−１）＊２π／ｊ
特定の実施例として、−０．５ジオプタ（ｊ＝３）であるこのレンズのチューニングを考える。細い電極に印加される電圧は、位相に対応する：
１． ０（定義による）
２． ２π＊（１／１２）
３． ２π＊（２／１２）
４． ２π＊（３／１２）
対向電極に対する印加電圧は、位相を与える：
１． ０（定義による）
２． ２π＊（１／３）
３． ２π＊（２／３）
４． ０
５． ２π＊（１／３）
６． ２π＊（２／３）
７． ０
８． ２π＊（１／３）
９． ２π＊（２／３）
１０． ０
１１． ２π＊（１／３）
１２． ２π＊（２／３）
中心電極から計数して、外に出て、各々の微細なリングの位置での相対位相が、以下である：
１． ０ ＝０
２． ２π＊（１／１２） ＝２π＊（１／１２）
３． ２π＊（２／１２） ＝２π＊（２／１２）
４． ２π＊（３／１２） ＝２π＊（３／１２）
５． ０＋２π＊（１／３） ＝２π＊（４／１２）
６． ２π＊（１／１２）＋２π（１／３） ＝２π＊（５／１２）
７． ２π＊（２／１２）＋２π＊（１／３） ＝２π＊（６／１２）
８． ２π＊（３／１２）＋２π＊（１／３） ＝２π＊（７／１２）
９． ０＋２π＊（２／３） ＝２π＊（８／１２）
１０． ２π＊（１／１２）＋２π＊（２／３） ＝２π＊（９／１２）
１１． ２π＊（２／１２）＋２π＊（２／３） ＝２π＊（１０／１２）
１２． ２π＊（３／１２）＋２π＊（２／３） ＝２π＊（１１／１２）
１３． ０ ＝０
１４． ２π＊（１／１２） ＝２π＊（１／１２）
１５． ２π＊（２／１２） ＝２π＊（２／１２）
１６． ２π＊（３／１２） ＝２π＊（３／１２）
１７． その他。
１８． ．．．
１９． ．．．
２０． ．．．
細い電極および対向電極に対処される電圧（上で図示するように上の各々の光学パワーに対応する）は、電源およびレンズと通信するメモリーチップに格納されることができる。チップは、要求あり次第、必要とされる光学パワーを提供するようにプログラムされる。

本発明の同調可能レンズ、例えばデバイス１０、１１０（図面において示される）は、多数の異なるアプリケーションにおいて利用されることができ、レンズを含むが（これに限らず）、例えば眼鏡または、スペクタクル、カメラ、さまざまなディスプレイ、望遠鏡、ズームレンズ、波面補正器（ｗａｖｅｆｒｏｎｔ ｃｏｒｒｅｃｔｏｒｓ）および人間の目の欠陥を診断する器材を含む。本発明の同調可能レンズは、従来のレンズのどこででも利用されることができ、および光学部品も利用される。

特許法に係る最良の形態および好ましい実施態様が記載されているが、本発明の範囲は、それに限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲によって規定される。

Claims (26)

1. 同調可能電気光学レンズデバイスであって：
   少なくとも２つの実質的に透明な基板と、
   各々の基板に動作可能に接続された実質的に透明な導電性の電極層とを具備し、
   前記電極層のうちの少なくとも１つは、パターン化され、抵抗分圧回路を構成する複数のリング電極を含んでおり、
   前記複数のリング電極のうちの少なくとも１つのリング電極は、実質的に環状の抵抗ギャップを跨ぐ抵抗ブリッジによって前記複数のリング電極のうちの隣接のリング電極に電気的に接続されており、
   前記抵抗ギャップは、前記抵抗ブリッジと同一平面であり、前記抵抗ブリッジは、
   前記抵抗ギャップを横切っている抵抗経路を有し、前記抵抗経路は、非導電材料か、導電材料が無いエリアにより縁取られており、
   前記少なくとも１つのリング電極は、入力接続部に電気的に接続されており、
   前記隣接のリング電極は、前記抵抗ブリッジと前記少なくとも１つのリング電極とにより、前記入力接続部に電気的に接続されており、
   前記複数のリング電極は、最内側のリング電極と最外側のリング電極との間に位置する複数の中間リング電極のグループを含み、
   前記複数の中間リング電極のグループのうちの複数の中間リング電極のサブグループの各々は、対応した入力接続部に接続され、
   前記複数のリング電極の各々は、連続したリングを規定しており、
   エレクトロアクティブ液晶材料層が、前記少なくとも２つの実質的に透明な基板の間にある、同調可能電気光学レンズデバイス。
2. 前記同調可能電気光学レンズデバイスは、第１の電圧が前記入力接続部を介して前記リング電極に印加されるときに、第１の光学パワーから第２の光学パワーへと同調可能である、請求項１に記載の同調可能電気光学レンズデバイス。
3. 前記抵抗ブリッジは、所定の抵抗を有する導電材料を備えている抵抗経路を具備し、
   前記導電材料は、隣接するリング電極相互を接続する、請求項１又は２に記載の同調可能電気光学レンズデバイス。
4. 前記抵抗ブリッジの前記導電材料は、１００〜２，０００オームの抵抗を有している、請求項３に記載の同調可能電気光学レンズデバイス。
5. 前記抵抗ブリッジの前記導電材料の抵抗は、８００〜１，２００オームである、請求項４に記載の同調可能電気光学レンズデバイス。
6. 前記電極層は、酸化インジウム、酸化スズおよびインジウムスズ酸化物のうちの一つ以上を備え、
   各々の電極層の厚みは、１００〜２，０００オングストロームであり、
   前記電極層の抵抗率は、１０〜１，０００ｏｈｍｓ／ｓｑであり、
   前記抵抗ブリッジの前記導電材料は、酸化インジウム、酸化スズおよびインジウムスズ酸化物のうちの一つ以上を備える、請求項３に記載の同調可能電気光学レンズデバイス。
7. アライメント層が、各々の電極層に設けられ、
   前記基板は、５〜１００ミクロンの距離互いに離れて維持される、請求項１乃至６のいずれか１に記載の同調可能電気光学レンズデバイス。
8. 前記基板の各々は、非複屈折材料、整列された材料若しくは補正された材料、またはそれらの
   組合せを備える、請求項１乃至７のいずれか１に記載の同調可能電気光学レンズデバイス。
9. 前記複数のリング電極は、各々が複数のリング電極からなるリング電極の複数のセットを含む、請求項３に記載の同調可能電気光学レンズデバイス。
10. 前記入力接続部は、前記リング電極の各セットに設けられており、
    抵抗ブリッジは、前記リング電極の各セットの対をなす隣接したリング電極間に設けられている、請求項９に記載の同調可能電気光学レンズデバイス。
11. 同調可能電気光学レンズデバイスを準備するためのプロセスであって：
    実質的に透明な基板を提供することと；
    第１並びに第２のリング電極を含んだ少なくとも２つのリング電極を前記基板に形成することと；
    前記電極間に位置づけられ、これら電極を電気的に接続する抵抗ブリッジを形成することとを具備し、
    前記抵抗ブリッジは、実質的に環状の抵抗ギャップを跨ぐように設けられ、
    前記抵抗ブリッジは、前記環状の抵抗ギャップと同一平面であり、前記抵抗ギャップを横切っている抵抗経路を有し、前記抵抗経路は、非導電材料か、導電材料が無いエリアにより縁取られており、
    前記少なくとも２つのリング電極の各々は、対応し、連続したリングを規定しており、
    前記第1のリング電極は、入力接続部に電気的に接続されており、
    前記第２のリング電極は、前記抵抗ブリッジと前記第１のリング電極とにより、前記入力接続部に電気的に接続されており、
    前記第１並びに第２のリング電極は、最内側のリング電極と最外側のリング電極との間に位置する複数の中間リング電極のグループを含み、
    前記複数の中間リング電極のグループのうちの複数の中間リング電極のサブグループの各々は、対応した入力接続部に接続されている、プロセス。
12. 前記リング電極の各々および抵抗ブリッジは、フォトリソグラフィにより形成される、請求項１１に記載のプロセス。
13. 前記抵抗ブリッジを形成することは、非電導材料または前記リング電極間の抵抗を生成する導電材料が無いエリアによって縁取られる導電材料を備えている抵抗経路を提供することを備えている、請求項１１又は１２に記載のプロセス。
14. 前記抵抗ブリッジの導電材料は、１００〜２，０００オームの抵抗を有する、請求項１３に記載のプロセス。
15. 複数の中間のリング電極のうちのn番目の中間のリング電極は、入力接続部に電気的に接続されており、ここでnは２以上である、請求項１に記載の同調可能電気光学レンズデバイス。
16. 前記少なくとも２つのリング電極は、各々が複数のリング電極からなる複数のリング電極の複数のセットを含む請求項１１に記載のプロセス。
17. 前記少なくとも２つの実質的に透明な基板は、第１の基板を有し、前記第１の基板は、各々が複数のリング電極からなる複数リング電極の複数のセットを有する、請求項１に記載の同調可能電気光学レンズデバイス。
18. パターン化され、第１の抵抗分圧回路を構成する複数の第１のリング電極を有しており動作的に接続される実質的に透明な導電性の第１の電極層、を有する実質的に透明な第１の基板と；
    動作的に接続される実質的に透明な導電性の第２の電極層、を有する実質的に透明な第２の基板と；.
    前記第１および第２の実質的に透明な基板の間に位置されたエレクトロアクティブ液晶材料層とを具備し、
    少なくとも１つの第１のリング電極は、実質的に環状の抵抗ギャップを跨ぐ第１の抵抗ブリッジにより、隣接した第１のリング電極に電気的に接続され
    前記複数の第１のリング電極の各々は、連続したリングを規定しており、
    前記抵抗ギャップは、前記第１の抵抗ブリッジと同一平面であり、前記第１の抵抗ブリッジは、
    前記抵抗ギャップを横切っている抵抗経路を有し、前記抵抗経路は、非導電材料か、導電材料が無いエリアにより縁取られており、
    前記複数の第１のリング電極のうちの幾つかの第１のリング電極からなるサブグループは
    、第１の入力接続部に、前記第１の電極層を第１の入力接続部から実質的分ける第１の絶縁層を貫通する第１のバスラインを介して、電気的に接続される、電気光学レンズデバイス。
19. 前記電気光学レンズデバイスは、第１の電圧が前記第１の入力接続部を介して前記リング電極に印加されるときに、第１の光学パワーから第２の光学パワーへと同調可能である、請求項１８に記載の電気光学レンズデバイス。
20. 前記第２の電極層は、パターン化されて形成された複数の第２のリング電極を有し、これら第２のリング電極は、第２の抵抗分圧回路を構成する、請求項１８に記載の電気光学レンズデバイス。
21. 前記第２の電極層は、パターン化されて形成された複数の第２のリング電極を有し、これら第２のリング電極は、第２の抵抗分圧回路を構成し、
    前記第２のリング電極のうちの少なくとも１は、第２の抵抗ブリッジにより、隣接した第２のリング電極に電気的に接続される、請求項１８に記載の電気光学レンズデバイス。
22. 前記複数の第２のリング電極のうちの幾つかの第２のリング電極からなるサブグループは、第２の入力接続部に、前記第２の電極層を第２の入力接続部から実質的分ける第２の絶縁層を貫通する第２のバスラインを介して、電気的に接続される、請求項１８乃至２１のいずれか１に記載の電気光学レンズデバイス。
23. 前記複数の第１のリング電極は、各々が複数のリング電極からなる複数のリング電極のセットを含む、請求項１８乃至２２のいずれか１に記載の電気光学レンズデバイス。
24. 前記複数の第１のリング電極は、各々が複数のリング電極からなる複数の第１のリング電極のセットを含み、
    共通の入力接続部が、前記第１のリング電極の各セットに設けられ、
    抵抗ブリッジが、各セットの互いに隣接する第１のリング電極間に設けられている、
    請求項１８乃至２３のいずれか１に記載の電気光学レンズデバイス。
25. 前記第２の基板側の少なくとも１つの第２のリング電極は、平面方向で、前記第２の基板の少なくとも２つの同一の平面の第２のリング電極をカバーしている、請求項２０に記載の電気光学レンズデバイス。
26. 前記第１の電極層と第２の電極層との少なくとも一方に設けられた前記電極層の隣接したリング電極は、異なる平面に配置されている、請求項２０に記載の電気光学レンズデバイス。

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