JP6008873B2 - 可変焦点レンズの制御装置、可変焦点レンズの制御方法、および電子メガネ - Google Patents
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Description
本発明は、可変焦点レンズの制御に関するものである。より具体的に液晶材料などを用いて屈折率を変えることのできるレンズの制御に関するものである。
可変焦点液晶レンズ用セミフィニッシュトブランクは、表面が凸湾曲である下基材と、この上面と対向して接合される凹湾曲の裏面を有する上基材などから構成されている。上下基板の間には液晶材料から構成される可変焦点部が配置されている。液晶材料へ電圧を印加することで可変焦点部の屈折率を可変にしている。このようなセミフィニッシュトブランクは所定の加工を経て、例えば遠近両用メガネのレンズとして用いられる（特許文献１）。
液晶材料へ電圧を印加した状態から電圧を印加しない状態へ切り替えると、液晶材料がホメオトロピック状態からプレーナ状態へ遷移する過程でレンズが白濁する僅かな期間が発生する。遠近両用メガネとしてこのようなレンズを用いると商品価値の低下を招く。
そこで本開示は、可変焦点レンズの印加電圧の切り替え時に発生する白濁状態の期間を短くし、可変焦点レンズの商品価値の低下を抑制する可変焦点レンズの制御装置を提供するものである。
本開示における可変焦点レンズの制御装置は、第１基板と、同第１基板に対向する第２基板と、第１基板と第２基板との間に配置される可変焦点部とを有する可変焦点レンズを制御する。同制御装置は、電圧を印加しない状態への切り替えに際し、可変焦点部への電圧を無印加とした後、所定時間電圧を印加させ、その後、無印加にする。
上記可変焦点部は、例えば、水平配向が施されたコレステリック液晶材料であってもよい。
また、第１基板には、例えば、上記可変焦点部と対応するようにフレネルレンズが形成されていていてもよい。
また、上記可変焦点部への電圧を無印加とした後、例えば、２０ｍｓから６００ｍｓ経過した後に、上記可変焦点部へ所定時間電圧を印加するようにしてもよい。
また、上記可変焦点部への電圧を無印加とした後、上記可変焦点部の透過率が最も低くなるときよりも前に、上記可変焦点部へ所定時間電圧を印加するようにしてもよい。
また、上記可変焦点部への電圧は、例えば、矩形波であってもよい。
また、上記可変焦点部への電圧を無印加とした後、上記可変焦点部へ所定時間印加させる電圧は、例えば、矩形波の１周期分または半周期分であるようにしてもよい。
また、上記可変焦点部への電圧を無印加とした後、上記可変焦点部へ所定時間印加させる電圧は、例えば、矩形波の１周期分または半周期分であるようにしてもよい。
更に、上記可変焦点部へ印加する電圧の振幅は、可変焦点レンズの制御装置の駆動電圧の振幅とほぼ同じであるようにしてもよい。
本開示における可変焦点レンズの制御装置によれば、可変焦点レンズの商品価値の低下を抑制することができる。すなわち、可変焦点レンズの印加電圧の切り替え時に発生する白濁時間を短くすることができる。
以下に、本開示による可変焦点レンズ２（可変焦点レンズの一例）を制御するための制御部４を図面とともに詳細に説明する。
図１は、可変焦点レンズ用セミフィニッシュトブランク６（以下、セミブランクという）からサーフェーシング加工、エッジング加工などの所定の工程を経て得られる可変焦点レンズ２を電子メガネ８として構成した概略構成図である。電子メガネ８は、メガネフレーム１０（フレームの一例）、可変焦点レンズ２、制御部４およびセンサ部１２などから構成されている。
図１に示すように、可変焦点レンズ２の中心から下方にずれた領域には、液晶材料（例えば、コレステリック）を有する可変焦点部１４が形成されている。この可変焦点部１４によって可変焦点レンズ２の屈折率を電気的に変えることができる。
図２Ａは、電子メガネ８の電気的なブロック図を示したものである。メガネフレーム１０には、電源部１６、センサ部１２、制御部４（制御装置の一例）および回路部１８（駆動部の一例）が設けられている。
電源部１６には充電用電池と昇圧回路（いずれも図示せず）が組み込まれ、センサ部１２、制御部４および回路部１８へ電圧を供給する。
センサ部１２は、角速度センサや傾斜センサなどから構成することができる。このようなセンサによって電子メガネ８を装着したユーザの頭部の動きを検知して信号を制御部４へ出力する。センサ部１２はまた、ユーザの手の接触などのユーザの動作（ユーザによる操作を含む）を感知することで、制御部４に対する信号を出力することもできる。
制御部４は、後で詳細に述べるが、センサ部１２からの信号に対応して可変焦点部１４へ印加する電圧を制御することで可変焦点部１４の屈折率を変更させる。制御部４は、例えばプログラムに応じて各処理を実行するプロセッサやメモリにより構成される。回路部１８（駆動部の一例）は、図示しないレンズ駆動波形を生成する回路などが組み込まれ、制御部４からの指令信号に応じて可変焦点部１４への電圧印加を行い、可変焦点部１４を駆動させる。
なお、制御部４は制御装置として機能する。例えば、制御部４は、図２Ｂに示すように、センサ部１２からのオン信号またはオフ信号を入力する入力部４１と、センサ部１２からの切替信号を判定する判定部４２と、判定部４２から出力される判定結果である指令信号を回路部１８に出力する出力部４３と、を含む。なお、制御装置は制御部４および回路部１８を含むものであってもよい。
次に、可変焦点部１４の構成を説明する。図３Ｂは、下基板２０（第１基板の一例）の正面図であり、図３Ａは、下基板２０と対向して接合される上基板２２（第２基板の一例）の正面図である。下基板２０の中央付近の一部領域には、フレネルレンズ２４が形成されている。下基板２０と上基板２２の間に所定の製膜を施して接合することで図４に示すようなセミブランク６を構成する。
図５は、図４に示すセミブランク６の、可変焦点部１４を通る厚み方向（紙面と平行な方向）における模式断面分解図である。上基板２２と下基板２０との間には、フレネルレンズ２４と対向する領域において、下基板２０側から上基板２２に向かって順番に第１透明導電膜２６、第１配向膜２８、液晶材料３０、第２配向膜３２、および第２透明導電膜３４が製膜されている。これに対し、フレネルレンズ２４と対向しない領域では、液晶材料３０の代わりにシール剤３６が塗布されている。すなわち、液晶材料３０はフレネルレンズ２４が形成されている領域のみ塗布され、それ以外の領域にはシール剤３６が塗布される。同様にフレネルレンズ２４が形成されている領域のみ配向膜を製膜してもよい。ここで、透明導電膜と配向膜の間に配される必要な絶縁層（例えば、二酸化珪素膜）は説明の関係上省略する。このようにセミブランク６を形成した後、所定の加工を経て可変焦点レンズ２を得る。
以上の構成を有する電子メガネ８を、例えば、屈折率が二段階に変化可能な遠近両用メガネとして用いる場合、ユーザが下を向いていれば近方視野が良好となるようにユーザが上を向いているときよりも可変焦点部１４の屈折率を小さくする（近視用屈折率）。逆に、ユーザが水平方向に向けば、センサ部がこれを感知し、遠方視野が良好となるように制御部４が可変焦点部１４の屈折率を大きくする（遠視用屈折率）。
次に、本実施の形態において、電気的に可変焦点レンズ１４の制御を行う制御部４に係る動作について詳細に説明する。制御部４は、概略、可変焦点部１４へのオフ信号が入力されると可変焦点部１４への電圧を無印加とした後、所定時間電圧を印加させ（フレッシュ電圧）、その後、無印加にする制御を行う。図６は、制御部４の動作をフローチャートに表したもので、このフローチャートに基づいて制御部４の動作を説明する。
電子メガネ８へ電源を入れるとセンサ部１２へ電圧が供給される（Ｓ１）。この状態では可変焦点部１４への駆動電圧はオフであり、初期状態として可変焦点部１４は遠視用屈折率にセットされている。そして、電子メガネ８を装着したユーザの頭部の動き、具体的には電子メガネ８の垂直角度の変化をセンサ部１２が感知すると、センサ部１２からオン信号またはオフ信号（所定の切替信号の一例）が制御部４に出力される（Ｓ２）。例えば、ユーザが本を読むために下を向いたとき、頭部の所定角度を感知したセンサ部１２はオン信号を制御部４へ出力する。これにより回路部１８は可変焦点部１４への駆動電圧をオンにする（Ｓ３）。このとき、可変焦点部１４は本を読むのに適した近視用屈折率にセットされる。
本を読み終えてユーザが頭部を水平にすると、センサ部１２はその角度を感知し制御部４にオフ信号を出力するとともに（Ｓ４）、回路部１８を経由して可変焦点部１４への駆動電圧をオフにする（Ｓ５）。このとき可変焦点部１４のオフ状態の時間を計測するため、制御部４に接続されたタイマー（図示省略）がゼロにセットされる。可変焦点部１４への駆動電圧がオフになると、可変焦点部１４の屈折率は遠視用屈折率にセットされる。
制御部４は、タイマー計測によって可変焦点部１４のオフ状態が所定時間、例えば、１００ｍｓを超えたかどうかを判定する（Ｓ６）。制御部４は、可変焦点部１４のオフ状態が所定時間を越えたと判定した場合は、可変焦点部１４へ短い時間だけフレッシュ電圧を印加する信号を回路部１８へ出力する（Ｓ７）。フレッシュ電圧を所定時間印加した後は、可変焦点部１４への電圧の印加はなくなりオフ状態となる。
図７は、本実施の形態による実施例１の効果を示すものである。この図では可変焦点部１４の透過率を縦軸にとり、その時間推移を横軸で表したものである。ここで用いるフレッシュ電圧は、可変焦点部１４を駆動するための電圧と同じ周期（例えば、５０Ｈｚ）、電圧値（例えば、１０Ｖ）であるパルスの１周期分を用いた。フレッシュ電圧は、液晶材料３０がフォーカルコニック状態となる、駆動電圧のオフ時から１００ｍｓ後に印加した。便宜上、透過率が９５％以上になれば可変焦点部１４への駆動電圧をオンからオフにしたときに発生する白濁状態をユーザが感じないものとしている。この図に示されるように、可変焦点部１４への駆動電圧をオフ（T=0）にしたときから約７４０ｍｓ後で透過率９５％に到達している。後述する比較例を示した図９の場合に比べると、その差は顕著である。
図８は、フレッシュ電圧の印加内容を変えたもので、図７で用いたフレッシュ電圧を半分周期（例えば、約２５Ｈｚ）にしたものである。これによっても可変焦点部１４の透過率が９５％に達成するのに駆動電圧オフから約７３０ｍｓしかかかっていない。図７及び図８の実施例において、フレッシュ電圧の印加直後に急激に透過率が低化しているが、極めて短期間の間であるため人間が認識できるに至らない。
図９は、実施例１及び２に対する比較例として、フレッシュ電圧を印加しない場合の例を示している。可変焦点部１４への駆動電圧をオフとしたときから液晶材料がフォーカルコニック状態へ移行し、急速に可変焦点部１４の透過率が低下している。その後、徐々に回復していき、駆動電圧オフから約１８４０ｍｓ経過した後に透過率が９５％に達している。
次に、フレッシュ電圧の電圧値を変化させた場合と、フレッシュ電圧の印加タイミングを変化させた場合の透過率の回復時間について述べる。
図１０は、フレッシュ電圧の電圧値を変化させた場合のＨＣＴ（Ｈａｚｅ Ｃｌｅａｒｉｎｇ Ｔｉｍｅ）を示したものである。ここで、ＨＣＴは、可変焦点部１４の透過率が９５％に回復するまでの時間を示す。フレッシュ電圧は、可変焦点部１４への駆動電圧と同じ周期（例えば、５０Ｈｚ）のパルスの１周期分を用いた。また、フレッシュ電圧は、可変焦点部１４への駆動電圧をオフにしたときから（Ｔ＝０）、約１００ｍｓ経過した後に可変焦点部１４へ印加した。この図から可変焦点部１４の駆動電圧と同じ或いは近似した振幅であることが好ましいことが分かる。例えば、ＨＴＣは、約２０ｍｓから６００ｍｓの間が好ましく、更には約５０ｍｓから３００ｍｓの間が好ましい。
図１１は、フレッシュ電圧の印加タイミング、すなわち可変焦点部１４への駆動電圧をオフにしたときからフレッシュ電圧を印加するまでの時間ＴとＨＣＴとの関係を示したものである。この図から分かるように、フレッシュ電圧の印加タイミングは可変焦点部１４がオフ状態になったときから１００ｍｓ或いはそれに近い時間が経過したときが好ましい。また、このフレッシュ電圧の印加タイミングは、フレッシュ電圧を印加しない図９に示されるように、透過率が最も低くなる時間Ｔ（＝約２３０ｍｓ）の直前である。
以上のように、可変焦点部１４への駆動電圧をオンからオフにしたとき、フレッシュ電圧を所定期間印加することでプレーナ状態への移行が迅速に行われる。よって、白濁現象の発生期間を短くすることができる。これによって、ユーザは、電子メガネ８のレンズ２のチラつきを感知することがない。
（その他実施の形態）
上記実施の形態では、センサ部１２は角速度センサや傾斜センサを用いたが、これに代えて、又はこれに加えてユーザの手動によって可変焦点部１４の屈折率を切り替えできるようにしてもよい。
上記実施の形態では、センサ部１２は角速度センサや傾斜センサを用いたが、これに代えて、又はこれに加えてユーザの手動によって可変焦点部１４の屈折率を切り替えできるようにしてもよい。
なお、上記実施の形態においては、電子メガネ８に初期状態として可変焦点部１４は遠視用屈折率にセットされているとしていたが、これに限定されない。初期状態として可変焦点部１４は近視用屈折率にセットされていてもよい。
また、液晶材料３０がフォーカルコニック状態であるかは、透過率が低下したかどうかによっても判別できる。そのため、可変焦点部１４への駆動電圧のオフから時間をカウントしなくても透過率からフレッシュ電圧の印加タイミングを決定してもよい。この場合、電子メガネ８に所定のセンサ（図示省略）を設けて透過率の変化を感知させる。制御部４は、同所定のセンサからの信号に応じて透過率の低下を判別し、その判別結果に応じて指令信号、つまり可変焦点部１４への電圧をオン又はオフにする指令信号を回路部１８に出力する。
本発明は、屈折率を変えることのできる電子メガネにおいて有用である。
２ 可変焦点レンズ
４ 制御部
６ 可変焦点レンズ用セミフィニッシュトブランク（セミブランク）
８ 電子メガネ
１０ メガネフレーム
１２ センサ部
１４ 可変焦点部
１６ 電源部
１８ 回路部
２０ 下基板（第１基板）
２２ 上基板（第２基板）
２４ フレネルレンズ
２６ 第１透明導電膜
２８ 第１配向膜
３０ 液晶材料
３２ 第２配向膜
３４ 第２透明導電膜
３６ シール剤
４ 制御部
６ 可変焦点レンズ用セミフィニッシュトブランク（セミブランク）
８ 電子メガネ
１０ メガネフレーム
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１４ 可変焦点部
１６ 電源部
１８ 回路部
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２４ フレネルレンズ
２６ 第１透明導電膜
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３２ 第２配向膜
３４ 第２透明導電膜
３６ シール剤
Claims (15)
- 第１基板と、前記第１基板に対向する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に配置される可変焦点部とを有する可変焦点レンズを制御するための制御装置であって、
前記可変焦点部への電圧をオフとする切替信号が入力されると、前記可変焦点部への電圧を無印加とした後、前記可変焦点部へ所定時間電圧を印加し、その後、前記可変焦点部への電圧を無印加にする、
制御装置。 - 前記可変焦点部は液晶材料からなり、
前記可変焦点部への電圧を無印加とした後、前記液晶材料の少なくとも一部がフォーカルコニック状態の間に前記可変焦点部へ所定時間電圧を印加する、
請求項１に記載の制御装置。 - 前記液晶材料は、コレステリック液晶材料である、
請求項２に記載の制御装置。 - 前記液晶材料は、これを挟む前記第１基板および前記第２基板に形成される配向膜により水平配向が施されている、
請求項３に記載の制御装置。 - 前記可変焦点部への電圧を無印加とした後、前記可変焦点部の透過率が最も低くなるときよりも前に、前記可変焦点部へ所定時間電圧を印加する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の制御装置。 - 前記可変焦点部への電圧を無印加とした後、２０ｍｓから６００ｍｓ経過した後に、前記可変焦点部へ所定時間電圧を印加する、
請求項１から５のいずれか１項に記載の制御装置。 - 前記可変焦点部への電圧を無印加とした後、５０ｍｓ〜３００ｍｓ経過した後に、前記可変焦点部へ所定時間電圧を印加する、
請求項６に記載の制御装置。 - 前記可変焦点部への電圧は矩形波である、
請求項１から７のいずれか１項に記載の制御装置。 - 前記可変焦点部への電圧を無印加とした後、前記可変焦点部へ印加する電圧は、前記矩形波の半分周期または１周期分である、
請求項８に記載の制御装置。 - 第１基板と、前記第１基板に対向する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に配置される可変焦点部とを有する可変焦点レンズを制御するための制御装置であって、
所定の信号が入力される入力部と、
前記入力部より前記所定の信号を受信し、前記所定の信号に応じて前記可変焦点部への電圧をオンにするかオフにするかを判定する判定部と、
前記判定部より受信した判定結果に応じて、前記可変焦点部への電圧をオン又はオフにする指令信号を出力する出力部と、
前記出力部から前記指令信号を受信する駆動部であって、前記指令信号が前記可変焦点部への電圧をオフにする信号である場合は、前記可変焦点部への電圧を無印加とした後、前記可変焦点部へ所定時間電圧を印加し、その後、前記可変焦点部への電圧を無印加にする、駆動部と、を備える制御装置。 - 前記可変焦点部へ印加する電圧の振幅は、前記可変焦点部を駆動するための電圧の振幅とほぼ同じである、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の制御装置。 - 電気的に制御可能な可変焦点部を有する可変焦点レンズを制御するための制御方法であって、
前記可変焦点部への電圧をオフとする切替信号が入力されると、前記可変焦点部への電圧を無印加とし、
前記可変焦点部へ所定時間電圧を印加し、そして、
前記可変焦点部への電圧を無印加にする、
制御方法。 - 第１基板と、前記第１基板に対向する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に配置される可変焦点部と、を有する可変焦点レンズと、
前記可変焦点レンズを取り付けるメガネフレームと、
前記メガネフレームに設けられ、ユーザの動作及び前記メガネフレームの角度の変化のうち少なくとも１つを検知して切替信号を出力するセンサ部と、
前記センサ部からの切替信号が前記可変焦点部への電圧をオフにするものである場合、前記可変焦点部への電圧を無印加とした後、前記可変焦点部へ所定時間電圧を印加させ、その後、無印加にする制御装置と、
を備える、電子メガネ。 - 前記第１基板には前記可変焦点部と対応するようにフレネルレンズが形成されている、
請求項１３に記載の電子メガネ。 - 電気的に制御可能な可変焦点部を有する可変焦点レンズと、
前記可変焦点部へ電圧を印加する駆動部と、
前記可変焦点部への電圧をオフとする切替信号が入力されると、前記可変焦点部への電圧を無印加とした後、前記可変焦点部へ所定時間電圧を印加し、その後、前記可変焦点部への電圧を無印加にする制御部と、
を備える、制御装置。
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