JP6359016B2 - 電気的に調整可能な出力およびアライメントを有するレンズ - Google Patents
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Description
本出願は2012年9月30日出願の米国暫定特許出願61/707,962(特許文献1)の恩恵を主張し、それはここに参照して採り入れられる。
従って本発明の1実施形態によれば、光学装置であって、電気光学層の活性領域内の任意の所与の位置において局所実効屈折率を有する電気光学層と、ここで実効屈折率は上記所与の位置における、電気光学層をまたいで適用される電圧波形により決定され、電気光学層の第1の側において活性領域の上方に位置する共通電極と、電気光学層の第1の側と反対側の第2の側において活性領域の上方に伸長する平行な導電性ストライプを有する、励起電極のアレイと、それぞれの制御電圧波形を励起電極に適用するように接続され、そして、複数の励起電極に適用されるそれぞれの制御電圧波形を同時に変更し、それにより電気光学層の位相変調プロファイルを変更するように構成される、制御回路と、を有することを特徴とする、光学装置が提供される。
開示された実施形態では、電気光学層が液晶であり、液晶は偏光に依存しない層として構成されてもよい。
本発明の1実施形態によれば、さらに上記に記載の装置を含む眼用レンズシステムが提供される。
ある実施形態では、制御回路は、位相変調プロファイルにより決定される焦点特性を持つ、フレネルレンズのようなレンズとして装置が機能するように、励起電極に制御電圧波形を適用する。一般的に、制御回路は、レンズの焦点距離を変化させるために、および/またはレンズの光軸を偏移させるために励起電極に適用される制御電圧波形を変更するように構成される。制御回路は、非点収差球面レンズとして装置が機能するように、励起電極に制御電圧波形を適用してもよい。
もう1つの実施形態では、位相変調プロファイルは第1と第2の要素関数に分離可能な1つの関数として定義され、その要素関数はそれぞれ第1と第2の方向に向いたそれぞれ第1と第2の軸に沿って変化し、そして第1と第2の励起電極に適用された制御電圧波形は、それぞれ第1と第2の要素関数にしたがって特定される。第1と第2の要素関数は、電気光学層内の異なるそれぞれの位相偏移に対応するように選択された1組の要素波形に関して定義され、それにより位相変調プロファイルは、活性領域内のそれぞれの位置における、第1と第2の要素関数に起因するそれぞれの位相偏移の和からなる。
本発明の1実施形態によれば、さらに、光学装置であって、電気光学層の活性領域内の任意の所与の位置において局所実効屈折率を有する電気光学層を含み、実効屈折率が、その所与の位置における、電気光学層をまたいで適用される電圧により決定される装置が提供される。電気光学層は、第1と第2の側と第1と第2の側の距離に等しい層厚を有する。導電性電極は電気光学層の第1と第2の側の上方に伸長する。電極は、電気光学層の層厚の4倍より小さい電極間ピッチを有する少なくとも1つの励起電極アレイを有する。制御回路は、電気光学層の位相変調プロファイルを変更するため、制御電圧波形を励起電極に適用するように接続される。
本発明の1実施形態によれば、また、光学装置を製作する方法が提供される。その方法は:電気光学層の活性領域内の任意の所与の位置において局所実効屈折率を有する電気光学層を提供するステップを含み、ここで実効屈折率は上記所与の位置における電気光学層をまたいで適用される電圧波形により決定される。共通電極が電気光学層の第1の側に活性領域をカバーするために配置される。平行な導電性ストライプを有する励起電極のアレイが、活性領域の上方に伸長するように、電気光学層の第1の側と反対側の第2の側に配置される。制御回路が、それぞれの制御電圧波形を励起電極に適用し、そして、複数の励起電極に適用される制御電圧波形を同時に変更し、それにより電気光学層の位相変調プロファイルを変更するために接続される。
画素格子を有する電気光学材料を用いた電気的に調整可能なレンズは、原則的に、局所屈折率と画素ピッチの達成可能な範囲の制限内で、任意の所望の位相変調プロファイルを生成することができる。しかし、眼科用のような多くの用途のための実用的なレンズの実現には、非常に小さい画素の、大きなアドレス指定が可能な格子、例えば、50μm以下のピッチの少なくとも400X400画素のアレイ、が必要とされている。
1組の電圧波形
1組の電圧波形
図1は、本発明の実施形態に基づく、光学システム20の概略側面図である。図示される実施形態では、システム20は、ユーザの眼22の視力に対する動的矯正を提供する眼用レンズとして機能するように構成されている。本実施例は単に非限定的な一例であるが、本発明の原理の可能な用途である。
制御ユニット(図示せず)が、それら装置のそれぞれの屈折力とアラインメントを調整するため、光学装置24および26を制御する。例えば、眼22がフォーカスしようとする距離を調節するためにそれぞれの屈折力を増加または減少させることができる。装置24および26は、球面レンズをエミュレートするために、同じ屈折力を有するように、場合によっては非球面成分を追加して、設定されてもよい。あるいは、装置24および26は、非点収差レンズとして機能するために、異なる屈折力を有していてもよい。
他の実施形態では、円柱形の装置24及び26は、2次元の位相プロファイルを生成するように配置された電極を有する単一の光学装置に置き換えることができる。このような装置を、図3A−Dを参照して以下に説明する。
次に図2A−Cを参照する。それは本発明の一実施形態による、光学装置24の詳細を概略示す図である。図2Aは、装置の概略絵画的図解であり、一方図2B、2Cは対向する側に配置された電極の概略側面図である。システム20(図1)では、装置26は、装置24と同一の設計でもよいが、励起電極46は図2Bに示すように垂直ではなく、水平方向に配置される。
図3A−3Dは、本発明の別の1つの実施形態による、2次元位相変調プロファイルが、単一の電気光学層62内に作成される光学装置60を示している。図3Aは、光学装置の概略絵画的図解であり、一方図3B及び図3Cは、装置の対向する側に形成された透明基板64及び66の概略側面図である。図3Dは、装置の対向する側の基板64及び66上の励起電極68および72の重ね合わせを示す、装置60の概略側面図である。装置60は、例えば装置24と26の組み合わせの代わりに、システム20(図1)内に置換えられてもよい。
n(x、y)=a+b[Vx(x)−Vy(y)]=a+bVx(x)−bVy(y)
式の右辺第1項の(a)は一定であり、したがって、位相変調に寄与しない。第2項および第3項は、水平および垂直の円柱形レンズ成分であり、それらは一緒に二次元のレンズを構成する。
Vxi(t)およびVyi(t),i=0...N−1,
それにより、それぞれのi=0...N−1に対し、電極間電位差に対する電気光学層62の位相応答は:
(問題文):
X方向およびY方向電極に対する電圧波形を定義する:
以下の電圧波形関数は−T/4<t<T/4に対して定義される。関数の残部は電圧関数が周期的でそして符号が交替することを仮定して完成される:
V(t+T/2)=−V(t)
t1とt2の間をサポートする階段関数が定義される:
それぞれのiに対しVX,i(t)=−VY,i(−t)と仮定する。
ステップ0:V X,0 (t)を定義:
ステップ0.0:組み合わせk=0,l=0
a.
b.t0=p0/2を定義する。
VX,0(t)=S0,t0(V0,t)従って
VY,0(t)=S−t0,0(−V0,t)
VX,0(t)−VY,0(t)=S−t0,t0(V0,t)
そして長さp0の階段関数であるVX,0(t)−VY,0(t)に対する応答は:
ステップ1.0:組み合わせk=1,l=0(およびk=0,l=1)
a.
b.t1=p1−t0を定義する。
VX,1(t)=S0,t1(V0,t)
従って長さt1+t0=p1の階段関数であるVX,1(t)−VY,0(t)に対する応答は:
要求は:
TLC{VX,1(t)−VY,1(t)}の位相応答φを計算する。
b.もしそれが要求値に十分近ければ(要求許容限度内)
c.φが要求値に十分近くない場合、φ<φ0+2(2π/N)である(Rの凹面特性によって)。この場合長さt1のパルスは次の形式のそれぞれ長さt1−χとχの2つのパルスに分離される:
a.VX,1(t)とVY,0(t)の対応域は分断されており、従って組み合わせk=1,l=0に対する液晶応答は不変である。なぜならば、VX,1(t)−VY,0(t)はp1の期間中V0に等しく、そしてそれ以外では0であるからである。
b.VX,1(t)−VY,1(t)は期間2χの間2V0に等しい。電圧2V0に対する液晶応答は電圧V0に対する液晶応答より強いため、増加するχはまた位相応答を増大させ、そしてχの値は次の式から求められる:
ステップn.0:組み合わせk=n,l=0(およびk=0,l=n)
a.
b.tn=pn−t0を定義する。
VX,n(t)=S0,tn(V0,t)
従って長さtn+t0=pnの階段関数であるVX,n(t)−VY,0(t)に対する応答は:
要求は:
b.もしそれが要求値に十分近ければ(要求許容限度内)
c.φが要求値に十分近くない場合、φ<φ0+(n+m)(2π/N)である(Rの凹面特性によって)。この場合VX,n(t)のパルスは分離される:期間χが領域[tn−1,tn]より差し引かれ、そして領域[−t1,m ,−t1,m−1]に追加される。
Claims (9)
- 光学装置であって、
電気光学層の活性領域内の任意の所与の位置において局所実効屈折率を有する電気光学層と、
前記実効屈折率は、前記所与の位置における前記電気光学層をまたいで適用される電圧により決定され、前記電気光学層は、第1と第2の側を有し、そして前記第1と第2の側の間の距離に等しい層厚を有し;
前記電気光学層の前記第1と第2の側の上方に伸長する導電性電極と、
前記導電性電極は、前記電気光学層の前記層厚の4倍より小さい電極間ピッチを有する少なくとも1つの励起電極のアレイからなり、そして;
前記電気光学層の位相変調プロファイルを変更するため、制御電圧波形を前記励起電極に適用するように接続される制御回路と;
を有することを特徴とする、光学装置。 - 前記電極は透明な導電性材料の平行なストライプからなり、前記ストライプは前記電気光学層の層厚より小さな幅の隙間を前記ストライプの間に有する、ことを特徴とする請求項1に記載の装置。
- 前記電極は、前記電気光学層の第1の側において前記活性領域の上方に第1の方向で伸長する第1の平行な導電性ストライプと、前記電気光学層の第2の側において前記活性領域の上方に、前記第1の方向に直交する、第2の方向で伸長する第2の平行な導電性ストライプと、を有することを特徴とする、請求項1または2に記載の装置。
- 前記制御回路は、前記位相変調プロファイルにより決定される焦点特性を持つレンズとして前記装置が機能するように、前記励起電極に前記制御電圧波形を適用する、ように構成されることを特徴とする請求項1−3のいずれかに記載の装置。
- 前記電気光学層が液晶である、ことを特徴とする請求項1−4のいずれかに記載の装置。
- 前記液晶は偏光に依存しない層として構成される、ことを特徴とする請求項5に記載の装置。
- 前記電極間ピッチは、前記電気光学層の前記層厚の2倍より小さい、ことを特徴とする請求項1−6のいずれかに記載の装置。
- 請求項1−7に記載の装置を有する眼用レンズシステム。
- 光学装置を製作する方法であって、前記方法は:
電気光学層の活性領域内の任意の所与の位置において局所実効屈折率を有する電気光学層を提供するステップと、
前記実効屈折率は前記所与の位置における前記電気光学層をまたいで適用される電圧波形により決定され;
前記電気光学層の第1の側に前記活性領域をカバーするために共通電極を配置するステップと;
前記電気光学層の前記第1の側と反対側の第2の側に、前記活性領域の上方に伸長するように、平行な導電性ストライプからなる励起電極のアレイを配置するステップと、
ここにおいて前記電気光学層は、前記第1と前記第2の側の間の距離と等しい層厚を有し、そして前記励起電極は、前記電気光学層の前記層厚の4倍より小さい電極間ピッチを有し;
それぞれの制御電圧波形を前記励起電極に適用し、そして、複数の前記励起電極に適用される前記それぞれの制御電圧波形を同時に変更し、それにより前記電気光学層の位相変調プロファイルを変更するために、制御回路を接続するステップと;
を有することを特徴とする方法。
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