JP6711895B2

JP6711895B2 - 可変焦点型液体充填レンズ器械

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Publication number: JP6711895B2
Application number: JP2018237972A
Authority: JP
Inventors: アミターヴァグプタ; カリムハロウド; アーバンシュネル
Original assignee: アドレンズビーコンインコーポレイテッド
Priority date: 2009-02-13
Filing date: 2018-12-20
Publication date: 2020-06-17
Anticipated expiration: 2030-02-11
Also published as: CN102317839B; EP2396692A1; JP6338541B2; RU2545313C2; ZA201105871B; US20150248022A1; BRPI1007946B1; CA2751580A1; US20100208194A1; CN102317839A; EP2396692A4; US9033495B2; WO2010093751A1; IL214463A; RU2011136973A; JP2017062518A; US8382280B2; US20110102738A1; US20140016089A1; BRPI1007946A2

Description

本発明は、可変焦点レンズの分野、特に、少なくとも一部は流体であり、或いは、液体で満たされた消費者用オフサルミックレンズ（ophthalmic lenses）に関する。

人間の目の中の生まれつきの水晶体の焦点距離を調節し、即ち、これを変更する人間の目の能力は、歳と共に次第に低下することが知られている。人間の調節力は、３５〜４５歳の年齢では３Ｄ（ジオプタ）以下に低下する。この時点では、近くの物体（例えば、本又は雑誌の文章）を焦点にもってくることができるようにするためには読書用眼鏡又は他の何らかの形態の近視矯正手段が人間の目にとって必要になる。加齢により、調節力は、２Ｄを下回り、この時点では、コンピュータを使って仕事をしているとき又は中間距離で何らかの視作業を行う際に視力矯正が必要である。

最善の結果及び最善の視覚上の快適さを得るためには、各々の目の焦点を同一の観察標的、例えばコンピュータスクリーン上に合わせることが必要である。多くの人には各目について互いに異なる視力矯正が必要である。不同視患者と呼ばれているこれらの人々については、最大の視覚的快適さを達成する一方で、読書をしたり又はコンピュータで作業をしたりするために、各目について互いに異なる視力矯正が必要である。不同視患者の２つの目の各々の焦点が同一の観察平面に合わない場合、結果として生じる不同視像のぼけにより、立体浮き上がり度（奥行覚）が失われてしまう。立体浮き上がり度が失われることは、両眼視機能が失われるということの最も良い指標の１つである。読書平面での両眼視性が失われることにより、読書速度及び理解速度が低下する場合があり、しかも、続けて読書をしたり又はコンピュータで仕事をする際に疲労の始まりが早められる場合がある。したがって、個々に調整可能な液体レンズを備えた読書用眼鏡は、両眼視機能が失われた人の視覚上の要望に合った唯一のものである。

可変焦点レンズは、軟質透明なシート相互間に封入された或る量の液体の形態をしているのが良い。典型的には、１つがレンズ前面を形成し、もう１つがレンズ後面を形成するようになったかかる２枚のシートがこれらのエッジのところで直接互いに取り付けられ又はシート相互間のキャリアに取り付けられ、それにより、流体を収容した密閉チャンバが形成される。両方のシートは、軟質であっても良く、或いは、一方が軟質であり、もう一方が硬質であっても良い。流体をチャンバ内に導入し又はこれから取り出すことができ、それによりその容積が変化し、液体の量が変化すると、シートの曲率も変化し、かくしてレンズの屈折力（パワー）が変化する。したがって、液体レンズは、読書用眼鏡、即ち、老眼の人が読書のために用いる眼鏡に用いられるのに特に好適である。

可変焦点液体レンズが少なくとも１９５８年代より知られている（これについては、例えば、ド・スワート（de Swart）に付与された米国特許第２，８３６，１０１号明細書を参照されたい）。最近の例は、タン等（Tang et al），「ダイナミカリ・リコンフィギュラブル・リキッド・コア・リキッド・クラッディング・レンズ・イン・ア・マイクロフルイディック・チャネル（Dynamically Reconfigurable Liquid Core Liquid Cladding Lens in a Microfluidic channel）」，ラボ・オン・ア・チップ（LAB ON A CHIP），２００８年，Ｖｏｌ．８，Ｎｏ．３，ｐ．３９５〜４０１及び国際公開第２００８／０６３４４２号パンフレット（発明の名称：Liquid Lenses with Polycyclic Alkanes）に見受けられる。これら液体レンズは、典型的には、フォトニクス、ディジタルフォン及びカメラ技術並びにマイクロエレクトロニクス用である。

また、消費者用オフサルミック用途向けの液体レンズが提案された。これについては、例えば、フロイド（Floyd）に付与された米国特許第５，６８４，６３７号明細書及び同第６，７１５，８７６号明細書並びにシルバー（Silver）に付与された米国特許第７，０８５，０６５号明細書を参照されたい。これら特許文献は、弾性メンブレン表面の曲率を変化させ、かくして、液体レンズの焦点を変えるためのレンズチャンバに対する液体の吸入排出（ポンピング）を教示している。例えば、米国特許第７，０８５，０６５号明細書（発明の名称：Variable Focus Optical Apparatus）は、２枚のシートから成る流体エンベロープで作られた可変焦点レンズを教示しており、これら２枚のシートのうちの少なくとも一方は、軟質である。軟質シートは、２つのリング相互間の定位置に保持され、これらリングは、例えば接着剤、超音波溶接又は任意の類似のプロセスにより互いに直接的に固定され、他方の硬質シートは、リングのうちの一方に直接固定される場合がある。軟質メンブレンと硬質シートとの間のキャビティを透明な流体で満たすことができるようにするために組立て状態のレンズを貫通して穴が開けられている。

液体レンズは、多くの利点を有し、かかる利点としては、ダイナミックレンジが広いこと、適応矯正が可能であること、ロバストネスであること、安価であることが挙げられる。しかしながら、全ての場合において、液体レンズの利点は、その欠点、例えば、アパーチュアサイズが制限されること、漏れの恐れがあること、性能に一貫性がないことに対してバランスが取られる必要がある。具体的に説明すると、発明者シルバーは、オフサルミック用途で用いられるべき液体レンズ内への流体の効果的な収容に関する幾つかの改良例及び実施例（これらには限定されない）を開示している（例えば、シルバーに付与された米国特許第６，６１８，２０８号明細書及び引用文献）。液体レンズの屈折力調整は、追加の流体をレンズキャビティ内に注入すること、エレクトロウェッティング（electrowetting）、超音波インパルスの適用及び膨潤剤、例えば水の導入時に膨潤力を架橋ポリマーに利用することによって行われている。

液体レンズの商業化は、上述の欠点のうちの幾つかを改善することができれば、近い将来に行われることが期待される。さらに、先行技術の液体レンズの構造は、嵩張っていて、消費者にとって審美的に適しておらず、消費者は、薄いレンズを備えた眼鏡及び嵩張ったフレームなしの眼鏡を望んでいる。レンズの本体中への液体の注入又は圧送によって動作するレンズの場合、通常、複雑な制御システムが必要であり、それにより、かかるレンズは嵩張ると共に高価になり、しかも振動の影響を受けやすくなる。

加うるに、今日まで、液体をレンズチャンバ内に導入し又は液体をレンズチャンバから取り出して消費者自体がレンズの屈折力を変化させるためにその容量を変化させることができる性能を消費者に提供しているような従来型液体レンズは存在しない。

米国特許第２，８３６，１０１号明細書国際公開第２００８／０６３４４２号パンフレット米国特許第５，６８４，６３７号明細書米国特許第６，７１５，８７６号明細書米国特許第７，０８５，０６５号明細書米国特許第６，６１８，２０８号明細書

タン等（Tang et al），「ダイナミカリ・リコンフィギュラブル・リキッド・コア・リキッド・クラッディング・レンズ・イン・ア・マイクロフルイディック・チャネル（Dynamically Reconfigurable Liquid Core Liquid Cladding Lens in a Microfluidic channel）」，ラボ・オン・ア・チップ（LAB ON A CHIP），２００８年，Ｖｏｌ．８，Ｎｏ．３，ｐ．３９５〜４０１

本発明の目的によれば、消費者、オフサルミック用途向きの液体充填レンズが提供される。レンズは、ガラス又はプラスチックで作られた光学部品によって提供される硬質の前側部材、硬質光学部品のエッジ上に引き延ばされた軟質メンブレンから成る後面及び前側光学部品と軟質メンブレンとの間に形成されたキャビティを満たす流体を有している。液体充填レンズは、１つ又は２つ以上の液体充填キャビティを有するのが良く、これらキャビティは、対応した枚数のメンブレンで構成されている。各液体充填キャビティは、密閉されていて、メンブレンを引き延ばし状態に維持するために正圧下にある。前側光学部品は、球面の幾何学的形状を有すると共にメニスカス形状を有するのが良い。

或る特定の実施形態では、本発明は、可変焦点光学器械であって、硬質の湾曲した透明な光学コンポーネントと、硬質光学コンポーネントとの間にキャビティを構成するよう硬質光学コンポーネントの周囲に取り付けられた少なくとも１枚の透明な伸張性(distensible)メンブレンと、キャビティを満たす可変量の流体と、追加の流体を収容していて、キャビティと流体連通状態にあるリザーバとを有し、リザーバは、力又は衝撃に応答してキャビティ内への流体の注入又はキャビティからの流体の抜き出しを可能にするよう動作可能であることを特徴とする可変焦点光学器械を提供する。

連通チャネルがリザーバとキャビティを流体連通させ、それにより密閉システムが形成される。リザーバとキャビティを流体連通させる連通チャネルは、リング内に位置するのが良く、メンブレン及び硬質光学コンポーネントの周囲は、連通チャネルへの取り付けのために少なくとも部分的にリング内に位置する。

他の実施形態では、本発明は、２つのキャビティを構成するよう硬質光学コンポーネントの周囲に取り付けられた２枚のメンブレン、キャビティの各々を満たす可変量の流体及びキャビティのうちの少なくとも一方と流体連通状態にあるリザーバを備えた可変焦点光学器械を提供することができる。

他の実施形態では、本発明は、少なくとも１つの可変焦点レンズ、リザーバアクチュエータ及びフレームを備えたオフサルミック用途用の１組の単眼鏡を提供することができ、レンズのうちの少なくとも一方の光学屈折力は、装用者により別個に調整可能である。眼鏡の或る特定の実施形態では、リザーバは、フレーム内に位置するのが良く、かかるリザーバは、レンズのうちの少なくとも一方の光学屈折力を調整するようアクチュエータによって動作可能である。眼鏡の或る特定の実施形態では、連通チャネルは、リザーバとキャビティを流体連通させた状態でフレーム内に位置するのが良い。

液体充填レンズは、最大４．００Ｄの範囲にわたり光学屈折力を変化させることができる。

本発明の内容は、特定の実施形態の以下の詳細な説明及びかかる実施形態を図示すると共に例示する添付の図面を参照すると良好に理解されよう。

本発明の実施形態は、図と関連して行われる以下の詳細な説明から完全に理解され、図は、縮尺通りにはなっておらず、図中、同一の参照符号は、対応の、類似の又はほぼ同じ要素を示している。

眼鏡等に用いられる液体充填レンズの第１の実施形態の概略断面図である。眼鏡等に用いられる液体充填レンズの第２の実施形態の概略断面図である。液体充填レンズを利用した眼鏡器具の一実施形態の概略分解組み立て断面図である。液体充填レンズの性能のソフトウェア分析グラフ図である。液体充填レンズの性能のソフトウェア分析グラフ図である。液体充填レンズの性能のソフトウェア分析グラフ図である。液体充填レンズの性能のソフトウェア分析グラフ図である。

図面によって例示される以下の好ましい実施形態は、本発明の例示であり、本願の特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を制限するものではない。

図１Ａは、可変焦点レンズ１０の形態をした光学器械の第１の好ましい実施形態の断面図であり、装用者は、この可変焦点レンズ１０を介して矢印Ａの方向に見る。レンズ１０は、２つの光学コンポーネント、即ち、実質的に硬質の前側（即ち、装用者に対して前側）光学部品１１及び液体である後側（即ち、装用者に対して後側）光学部品１５の複合体である。

前側光学部品１１は、好ましくは、硬質で透明の基材、例えば透明プラスチック又はポリカーボネート、ガラス板、透明な水晶板又は透明な硬質ポリマー、例えばビスフェノールＡカーボネート又はＣＲ‐３９ポリカーボネート（ジエチレングリコールビスアリルカーボネート）で作られた実質的に硬質なレンズである。前側光学部品１１は、耐衝撃性ポリマーで作られるのが良く且つ耐引き掻き性膜又は反射防止膜を有するのが良い。

好ましい実施形態では、前側光学部品１１は、メニスカス形状を有し、即ち、その前側が凸状であり且つその後側が凹状である。かくして、前側光学部品１１の前面と後面の両方は、同一方向に湾曲している。しかしながら、老眼（焦点の調節ができないこと）を矯正する全てのレンズの場合と同様、前側光学部品１１は、中心のところが厚く且つエッジのところが薄く、即ち、前側光学部品１１の前面の曲率半径は、前側光学部品１１の後面の曲率半径よりも小さく、その結果、前側光学部品１１の前面と後面のそれぞれの曲率半径及びかくして前面と後面はこれら自体、互いに交差するようになっている。前側光学部品１１の前面と後面の公差部は、前側光学部品１１の周方向エッジ１６のところである。

或る特定の実施形態では、前側光学部品１１の前面は、球面であり、このことは、この前面が従来型眼鏡用レンズの場合と同様、その表面全体にわたって同一のカーブを有することを意味している。好ましい実施形態では、前側光学部品１１は、非球面であり、この前側光学部品は、注視角度の関数としてスリムな輪郭形状及び所望の屈折力プロフィールを提供するようレンズの中心からエッジまで次第に変化した複雑な前面曲率を有し、注視角度は、本明細書においては、実際の視線とレンズの主軸とのなす角度として定義される。

後側光学部品１５は、流体１４で構成された液体レンズである。流体１４は、前側光学部品１１の後面と前側光学部品１１のエッジに取り付けられたメンブレン１３との間に形成されたキャビティ内に封入されている。メンブレン１３は、好ましくは、軟質で透明な且つ水不浸透性の材料、例えば透明且つ弾性のポリオレフィン、ポリシクロ脂肪族化合物、ポリエーテル、ポリエステル、ポリイミド及びポリウレタン、例えばポリ塩化ビニル膜で作られ、かかるポリ塩化ビニル膜としては、市販のフィルム又は膜、例えばMylar（登録商標）又はSaran（登録商標）として製造されている膜が挙げられる。ポリエチレンテレフタレートで作られた所有権付きの明澄透明な膜がメンブレンに関する好ましい一選択肢であることが判明した。

図１Ａの前側光学部品１１の後面とメンブレン１３との間のキャビティは、メンブレン１３を前側光学部品１１の周囲又は周方向エッジ１６に封着することにより形成されている。メンブレン１３は、任意公知の方法、例えばヒートシール、接着シール又はレーザ溶接により前側光学部品１１に封着可能である。メンブレン１３は、少なくとも一部が、前側光学部品１１の周囲に結合されている支持要素に結合される。メンブレン１３は、好ましくは、封着時に好ましくは扁平であるが、特定の曲率又は球面幾何学的形状に熱成形されるのが良い。

メンブレン１３と前側光学部品１１の後面との間に封入された流体１４は、好ましくは、無色である。しかしながら、流体１４は、用途に応じて、例えば、意図した用途がサングラス用のものである場合、着色されても良い。流体充填レンズに用いられるのに適した適当な屈折率及び粘度を備えた流体１４としては、例えば、とりわけ流体充填レンズ用として一般に知られており又は用いられている脱泡（ガス抜き）水、鉱油、グリセリン及びシリコーン製品が挙げられる。好ましい流体１４の１つは、７０４拡散ポンプ油（これは、一般に、シリコーン油とも呼ばれている）という名称でダウ・コーニング（Dow Corning （登録商標））社により製造されている。

或る特定の実施形態では、メンブレン１３は、それ自体、その光学的性質に関して制約がない。他の実施形態では、メンブレン１３は、その光学的性質、例えば屈折率に関し、流体１４の光学的性質にマッチした制約がある。

使用にあたり、少なくとも１枚のレンズ１０が装用者により使用される１本の眼鏡又は眼鏡フレーム内に嵌め込まれる。図１Ａに示されているように、輪郭形状で見て、レンズ１０により、ユーザは、前側光学部品１１と後側光学部品１５の両方を通して見ることができ、これら前側光学部品と後側光学部品は、一緒になって、前側光学部品１１だけよりもレンズ１０の中心のところに厚い輪郭形状を提供すると共に強力な老視矯正をもたらす。装用者には、後側光学部品１５内の流体１４の量を調整し、それによりレンズ１０の屈折力を調節することができる能力が与えられる。或る特定の実施形態では、以下に説明するように、フレームは、過剰流体１４のリザーバ及びリザーバをレンズ１０の後側光学部品１５に通じさせる流体ラインを備えている眼鏡フレームは、好ましくは、装用者が後側光学部品１５内の流体１４の量を自分で調整して流体１４をリザーバ内に動かし又はリザーバから追い出して後側光学部品１５内に入れ、それにより必要に応じてレンズ１０の屈折力を調整できるようにする調整機構体を更に有する。

図１Ｂは、可変焦点レンズ２０の形態をした光学器械の第２の好ましい実施形態の断面図であり、装用者は、この可変焦点レンズ２０を介して矢印Ａの方向に注視する。２つの光学コンポーネントの複合体である図１Ａのレンズ１０とは異なり、図１Ｂのレンズ２０は、３つの光学コンポーネント、即ち、実質的に硬質である前側光学部品２１、液体である中間光学部品２５及び液体である後側光学部品３５の複合体である。

前側光学部品２１は、構造及び設計が図１Ａに示されている実施形態の前側光学部品１１とほぼ同じ実質的に硬質のレンズである。図１Ａの前側光学部品１１の場合と同様、前側光学部品２１も又、メニスカス形状を有し、即ち、前側光学部品２１の前面と後面の両方は、同一方向に湾曲しており、前側光学部品２１の前面の曲率半径は、前側光学部品２１の後面の曲率半径よりも小さく、その結果、前側光学部品２１の前面と後面の交差部は前側光学部品２１の周方向エッジ２６であるようになっている。しかしながら、前側光学部品２１の後面の曲率半径は、図１Ａの前側光学部品１１の後面の曲率半径よりも大きい。同様に、図１Ａの前側光学部品１１と比較して、前側光学部品２１は、図１Ａのレンズ１０と比較して、レンズ２０の全体として同一の厚さを維持するよう図１Ａの前側光学部品１１よりも幾分薄いのが良い。

中間光学部品２５は、図１Ａを参照して説明した流体１３とほぼ同じ流体２４で構成された液体レンズであり、この流体２４は、前側光学部品２１の後面と前側光学部品２１のエッジ２６に取り付けられているメンブレン２３との間に形成されたキャビティ内に封入され、メンブレン２３は、構造及び設計が図１Ａに示された実施形態のメンブレン１３とほぼ同じである。流体２４は、選択された屈折率（ｎ₂₃）を有する。

中間光学部品２５も又、その前面と後面の両方が同一方向に湾曲するようメニスカス形状を有することが好ましい。当然のことながら、硬質前側光学部品２１の後面は、製造中、曲率を備えた状態で形成するのが良い。しかしながら、メンブレン２３の凹状曲率は、メンブレン２３が前側光学部品２１のエッジ２６に封着されているときにメンブレン２３を特定の曲率又は球面幾何学的形状に熱成形することにより達成されるのが良い。これは、メンブレン２３と前側光学部品２１の後面との間に形成された密閉キャビティ内の圧力を減少させることにより達成できる。かくして、前側光学部品２１の後面の曲率半径は、メンブレン２３の曲率半径よりも小さく、前側光学部品２１の後面とメンブレン２３の交差部は、前側光学部品２１の周方向エッジ２６である。

後側光学部品３５は、図１Ａを参照して説明した流体１３とほぼ同じ流体３４で構成された液体レンズであり、この流体３４は、メンブレン２３とメンブレン３３との間に形成されたキャビティ内に封入されている。流体３４は、選択された屈折率（ｎ₃₄）を有する。

メンブレン３３は、構造及び設計が図１Ａに示された実施形態に関して説明したメンブレン１３とほぼ同じである。メンブレン３３も又、前側光学部品２１のエッジ２６に取り付けられるのが良いが、取り付け状態のメンブレン２３の後側に又はそのエッジ上に取り付けられるのが良い。変形例として、メンブレン２３及びメンブレン３３を封着させるための着座部を提供するよう１つ又は２つ以上のリング又はリング半部を用いても良い。

メンブレン３３は、封着時に好ましくは扁平であるが、特定の曲率又は球面幾何学的形状に熱成形されるのが良い。好ましい実施形態では、中間光学部品２５内の正圧は、後側光学部品３５内の正圧よりも低い。後側光学部品３５内の正圧が高いと、かかる圧力は、メンブレン２３の形状を制御すると共に前側光学部品２１の後面とメンブレン２３との間のキャビティ内の中間光学部品２５の屈折力及びメンブレン２３とメンブレン３３との間のキャビティ内の後側光学部品３５の屈折力を制御する。

使用にあたり、少なくとも１枚のレンズ２０を装用者により使用されるオフサルミック用途向けに設計された１本の眼鏡又は眼鏡フレーム内に嵌め込む。図１Ｂに示されているように、輪郭形状で見て、レンズ２０により、ユーザは、前側光学部品２１、中間光学部品２５及び後側光学部品３５の全てを通して見ることができ、これら部品は、一緒になって、前側光学部品２１だけよりもレンズ２０の中心のところに厚い輪郭形状を提供すると共に強力な老視矯正をもたらす。或る特定の実施形態では、装用者には、中間光学部品２５内の流体２４の量又は後側光学部品３５内の流体３４の量又はこれら両方内の流体の量を調整し、それによりレンズ２０の屈折力を調節することができる能力が与えられる。或る特定の実施形態では、以下に説明するように、フレームは、流体２４のリザーバ若しくは流体３４のリザーバ又はこれら両方及びそれぞれのリザーバをレンズ２０の中間光学部品２５又は後側光学部品３５に連結する流体ラインを備えている。眼鏡フレームは、好ましくは、装用者が中間光学部品２５及び後側光学部品３５内のそれぞれの流体２４及び流体３４の量を自分で調整して流体２４及び流体３４をそれぞれのリザーバ内に動かし又はそのリザーバから追い出して中間光学部品２５及び後側光学部品２５内に入れ、それにより必要に応じてレンズ２０の屈折力を調整できるようにする１つ又は２つ以上のアクチュエータ又は調整機構体を更に有する。

さらに多くの光学コンポーネントを備えた光学器械の他の実施形態も又実現可能である。１つの硬質光学部品及び１つの液体光学部品の複合体である図１Ａのレンズ１０及び１つの硬質光学部品及び２つの液体光学部品の複合体である図１Ｂのレンズ２０に加えて、光学器械は、１つの硬質光学部品及び３つ以上の液体光学部品の複合体であっても良い。ここには図示していないかかる実施形態は、ユーザに種々の利点をもたらすことができると共に図１Ａ及び図１Ｂに記載された実施形態よりも洗練され且つ複雑精巧なオフサルミック調整を可能にする。

したがって、好ましい実施形態では、レンズ１０又はレンズ２０は、眼鏡用途に使用可能である。左目及び右目用のレンズ１０又はレンズ２０は、別々に設計されると共に装用者による別々の各眼鏡レンズの調整が可能である。かかる場合、別個の液体リザーバは、各レンズと流体連通状態にあり、即ち、それ自体の液体ラインにより各レンズに連結されることが好ましい。液体レンズ組立体は、その最も好ましい実施形態では、液体レンズ、リザーバ及び上述の液体を含み、これらは一緒になって、密閉システムを構成し、かくして水の侵入又は液体の蒸発若しくは漏れが最小限に抑えられる。流体は、屈折力の調整が望ましい場合にはユーザのもたらす或る程度の力により駆動され、かくして、それぞれのリザーバ内に動かされ又はかかるリザーバから追い出されて流体光学部品内に入る。液体レンズの屈折力の調整の仕組みは、キャビティとリザーバとの間の液体輸送によるものである。

図２は、液体充填レンズを利用した１組の単眼鏡又は１本の眼鏡１の実施形態の概略分解組み立て断面図である。眼鏡１は、可変焦点レンズが嵌め込まれたフレーム又は支持体５を有している。簡単にするため、図２は、２つの単眼鏡を、即ち、各目について１つずつの単眼鏡を備えた１本の眼鏡の一方の側（左側）のみを示している。加うるに、図２は、例えば図１Ａのレンズ１０の場合と同様、流体光学部品を１つだけ備えた可変焦点レンズを示している。

前側光学部品１及びメンブレン１３は、図２の分解組み立て図で見え、前側光学部品１とメンブレン１３との間に形成されたキャビティと流体連通状態にあるリザーバ６が示されている。簡単にするために、本明細書において、図２を１つの流体光学部品を備えたレンズ１０の実施形態に関して説明する。他の実施形態では、例えば図１Ｂのレンズ２０において眼鏡１が２つ以上の流体光学部品を有する場合には、各々がそれぞれのキャビティと流体連通状態にある２つ以上のリザーバが必要になる。

幾つかの実施形態では、フレーム５に取り付けられ又はフレーム５内に位置したリザーバ６は、レンズ１０内に注入可能な余分の流体１４を収容した中空キャビティを有する。リザーバ１４内の余分の流体１４は、好ましくは、流体１４をレンズ１０から追い出してこれをリザーバ６内に入れることができるようリザーバ６を完全には満たしていない。リザーバ６は、流体を液体レンズ光学部品内に入れたり出したりし、或いは、液体レンズ光学部品から追い出すための仕組み又はアクチュエータを有する。一実施形態では、リザーバ６は、硬質材料で作られ、このリザーバは、調節機構体又はアクチュエータ、例えばサムホイール、バレル、クランプ又はレバーに機械的に結合されたピストンを備え、この調節機構体又はアクチュエータは、リム若しくはレンズホルダ又はレンズホルダに取り付けられたフレームに取り付けられるのが良い。流体１４をリザーバ５に出入りさせ又はリザーバ５からキャビティ内に移すアクチュエータは、図２には示されていない。或る特定の実施形態では、レンズ１０の光学屈折力がアクチュエータによりいったん調整されると、アクチュエータは、装用者によるレンズ１０の光学的性質のそれ以上の調整を阻止するよう変更されるのが良い。

リザーバ６は、幾つかの機能を実行する上述の中空リング（図示せず）に連結されるのが良い。密閉軟質メンブレンの着座部としてのこのリングは、メンブレン１３が結合される規定された幅及び傾きのプラットフォームとなる。リングは又、リングの内側に位置する中空空間の形態をした流体チャネルを構成することができる。一実施形態では、フレーム又はレンズ支持体５内に配置されるのが良いリングは、一連の半径方向に配置された穴又は開口部を備えるのが良く、流体は、これら穴又は開口部を通って液体レンズキャビティに流入する。この一連の穴は、流体を制御された速度でキャビティ内に送り出すよう一定の角度間隔を置いて配置されるのが良い。

例えば図１Ｂのレンズ２０に設けられた２つ以上の流体光学部品を備える眼鏡１の実施形態では、各液体レンズキャビティは、好ましくは、独特のリザーバを備え、各液体レンズキャビティは、好ましくは、独特のリングを備え、その結果、液体チャネルは、各キャビティについて分離状態のままである。

液体レンズの光学的且つ機械的設計により、液体レンズの主機能は、見栄え、耐久性又は像品質にそれほど影響を与えないでできるだけ広い範囲にわたって光学的屈折力を調整する能力を発揮することができる。設計上の技術的労力の目的は、好ましくは液体レンズの厚さを減少させることにより液体レンズの容積を最小限に抑えることにある。液体レンズの厚さは、前側光学部品１１の後面の曲率半径及び前側光学部品１１の直径で決まる。したがって、前側光学部品１１の後面のカーブは、前側光学部品１１により提供されるべき光学屈折力の仕様と一致してできるだけ大きい（従って、前側光学部品１１の後面は、できるだけ平坦である）ことが必要である。前側光学部品１１の光学屈折力の仕様は、液体レンズの設計対象である光学屈折力の範囲に基づいている。

例えば１．０Ｄから５．０Ｄの範囲に関し、この範囲における光学的性能及び見栄えに適合した曲率半径を備えていて、−１．０Ｄから＋０．７５Ｄの屈折力範囲、より好ましくは−０．５Ｄ〜＋０．５Ｄの屈折力範囲、最も好ましくは０．０Ｄの屈折力の前側光学部品を用いることにある。硬質前側光学部品１１の前側カーブ（曲率半径）は、遠くに位置する箇所での最適の像面湾曲を達成するために与えられるべき視力矯正範囲に関連付けられることが知られている。例えば、急峻な曲率は、遠視矯正を行うために用いられ、平坦なカーブは、近視矯正のために用いられる。

ベースカーブの選択の光学的原理は、周知である（例えば、エム・ジャリー（M.Jalie），「ザ・プリンシプルズ・オブ・オフサルミック・レンジズ（The Principles of Ophthalmic Lenses）」，ジ・アソシエーション・オブ・ブリティッシュ・ディスペンシング・オプティシャンズ（The Association of British Dispensing Opticians），ロンドン，１９８８年，第４版，チャプター１８及びアイ・エム・ボリッシュ（I.M.Borish），「クリニカル・リフラクション（Clinical Refraction）」，ジ・プロフェッショナル・プレス・インコーポレイテッド（The Professional Press Inc.），ニューヨーク，１９７０年，第３版，チャプター２６を参照されたい）。

１．０Ｄ〜５．０Ｄの範囲の屈折矯正の場合、前側光学部品１１の曲率半径の好ましい範囲は、前側光学部品１１を製作するために用いられる材料の屈折率に応じて１００〜７００ｍｍ、より好ましくは、５００〜５５０ｍｍであり、厚さの好ましい範囲は、０．７〜２．５ｍｍ、より好ましくは１．０〜１．５ｍｍである。光学部品によりその中心から遠ざかって提供される有効屈折力に影響を及ぼす球面収差は、注視角度及び中心のところの屈折力で決まる。最大注視角度が２０°であり、光学部品の直径が３０〜４０ｍｍであり、近軸屈折力範囲が１．０Ｄ〜５．０Ｄの場合、屈折力の軸外し偏差は、約０．２５〜０．５０Ｄであると予想される。

好ましい実施形態としてのレンズ１０は、屈折力がゼロである前側光学部品１１を有し、その厚さは、１．２ｍｍに等しい。前側光学部品１１の前面は、好ましくは、球面であり、従って、前側光学部品１１の屈折力は、１０ｍｍの半径にわたり０．２５Ｄだけ連続的に減少するようになる。レンズ１０全体は、中心のところに１．２１Ｄに等しい屈折力を有し、後側光学部品１５、即ち、液体層は、中心のところで０．３２ｍｍの厚さを有し、メンブレン１３の曲率半径は、メンブレン１３が平べったい状態で結合されているので、無限である。

レンズ１０の屈折力は、液体をリザーバ６からキャビティ内に注入することにより液体１４の圧力を増大させると、増大する。メンブレン１３の曲率半径は、レンズ屈折力が３．２５Ｄに達すると、２７４ｍｍである。メンブレン１３の所要レベルの変形（膨らみ）を生じさせるのに必要な正圧レベルに達成するには３００マイクロリットルの流体が必要である。

ＺＥＭＡＸは、ワシントン州ベレビュー所在のゼマックス・デベロップメント・コーポレイション（Zemax Development Corporation）により市販されている普及型の光学設計プログラムであり、これは、光学システムの設計及び分析のために用いられている。本発明者は、ＺＥＭＡＸソフトウェアを用いて、ベースラインにおける且つ２．０Ｄを超える増大屈折力にわたりレンズ１０の性能を試験することができた。図３Ａ及び図３Ｂは、ベースラインにおけるレンズ１０（前側光学部品１１及び後側液体光学部品１５）の軸上（図３Ａ）及び２０°軸外し（図３Ｂ）性能のＺＥＭＡＸソフトウェアによる分析結果を示している。図４Ａ及び図４Ｂは、屈折力増大が２．０Ｄを超える場合におけるレンズ１０（前側光学部品１１及び後側液体光学部品１５）の軸上（図４Ａ）及び２０°軸外し（図４Ｂ）性能のＺＥＭＡＸ分析結果を示している。図３及び図４に示されているように、光学性能は、軸上と軸外しの両方において矢状方向屈折力と接線方向屈折力の差は、２０°の注視角度では０．１Ｄ未満である。

かくして、液体充填レンズが提供された。当業者であれば理解されるように、本発明は、本発明を限定するものではなく例示目的で提供されている上述の実施形態以外の実施形態によって実施でき、本発明の内容は、以下の特許請求の範囲の記載にのみ基づいて定められる。
なお、好ましい構成態様として、本発明を次のように構成することもできる。
１．可変焦点光学器械であって、
硬質の湾曲した透明な光学コンポーネントと、
前記硬質光学コンポーネントとの間にキャビティを構成するよう前記硬質光学コンポーネントの周囲に取り付けられた少なくとも１枚の透明な伸張性メンブレンと、
前記キャビティを満たす可変量の流体と、
追加の流体を収容していて、前記キャビティと流体連通状態にあるリザーバとを有し、前記リザーバは、力又は衝撃に応答して前記キャビティ内への流体の注入又は前記キャビティからの流体の抜き出しを可能にするよう動作可能である、可変焦点光学器械。
２．前記リザーバと前記キャビティを流体連通させる連通チャネルを更に有する、上記１記載の可変焦点光学器械。
３．前記キャビティ、前記リザーバ、及び前記連通チャネルは、密閉系を構成する、上記２記載の可変焦点光学器械。
４．前記メンブレンは、少なくとも一部が接着シール又はレーザ溶接によって前記硬質光学コンポーネントの前記周囲に取り付けられている、上記１記載の可変焦点光学器械。
５．前記メンブレンは、少なくとも一部が、前記硬質光学コンポーネントの前記周囲に結合されている支持要素に結合されている、上記１記載の可変焦点光学器械。
６．前記メンブレンは、少なくとも一部が、前記硬質光学コンポーネントへの取り付け手段となるリング内で前記硬質光学コンポーネントの前記周囲に着座している、上記１記載の可変焦点光学器械。
７．前記リングは、前記リザーバと前記キャビティとを流体連通させる連通チャネルを有する、上記６記載の可変焦点光学器械。
８．前記硬質光学コンポーネントは、メニスカス形状に湾曲している、上記１記載の可変焦点光学器械。
９．前記硬質光学コンポーネントの前面の幾何学的形状は、非球面である、上記８記載の可変焦点光学器械。
１０．前記硬質光学コンポーネントは、前記可変焦点光学器械により提供されるよう設計された屈折力範囲のうちの最小値又はこれ以下の光学屈折力を有する、上記８記載の可変焦点光学器械。
１１．２つのキャビティを構成するよう前記硬質光学コンポーネントの周囲に取り付けられた２枚の透明な伸張性メンブレンを有し、前記キャビティのうちの第１のキャビティは、前記硬質光学コンポーネントと前記２枚のメンブレンのうちの第１のメンブレンとの間に構成され、第２のキャビティは、第１のメンブレンと第２のメンブレンとの間に構成され、前記キャビティの各々を満たす可変量の流体を有し、
前記リザーバは、前記キャビティのうちの一方と流体連通状態にある、上記１記載の可変焦点光学器械。
１２．上記１記載の可変焦点光学器械を少なくとも１つ有すると共にアクチュエータ及びフレームを有する、オフサルミック用途向きに設計された１組の単眼鏡。
１３．前記眼鏡のレンズのうちの少なくとも１つの光学屈折力は、装用者によって別個に調整可能である、上記１２記載の１組の単眼鏡。
１４．前記リザーバは、前記フレーム内に位置していて、前記アクチュエータにより動作可能である、上記１２記載の１組の単眼鏡。
１５．前記レンズのうちの少なくとも１つの光学屈折力は、前記アクチュエータディスペンサによって調整可能であり、しかる後、それ以上の調整を阻止するよう変更される、上記１４記載の１組の単眼鏡。
１６．前記フレーム内に設けられていて、前記リザーバと前記キャビティを流体連通させる連通チャネルを更に有する、上記１４記載の１組の単眼鏡。
１７．前記硬質光学コンポーネントは、耐衝撃性ポリマー、耐引き掻き性膜、又は反射防止膜で作られている、上記１記載の可変焦点光学器械。

Claims

可変焦点光学器械であって、
硬質の湾曲した透明な硬質光学コンポーネントと、
前記硬質光学コンポーネントとの間に２つのキャビティを構成するように、前記硬質光学コンポーネントの周方向エッジに直接取り付けられた２枚の透明な伸張可能な可撓性のメンブレンと、を有し、前記２つのキャビティの、
ｉ）第１のキャビティは、前記硬質光学コンポーネントと第１のメンブレンとの間であり、
ｉｉ）第２のキャビティは、前記第１のメンブレンと第２のメンブレンとの間であり、
さらに、前記キャビティの各々を満たす可変量の流体と、
追加の流体を収容していて、前記キャビティの１つ又はそれ以上と流体連通状態にあるリザーバと、を有し、
前記リザーバは、力又は衝撃に応答して、１つ又はそれ以上の前記キャビティ内への流体の注入、又は１つ又はそれ以上の前記キャビティからの流体の抜き出しを可能にするよう動作可能である、可変焦点光学器械。
前記リザーバと、１つ又はそれ以上の前記キャビティを流体連通させる連通チャネルを更に有する、請求項１記載の可変焦点光学器械。
前記キャビティ、前記リザーバ、及び前記連通チャネルは、密閉系を構成する、請求項２記載の可変焦点光学器械。
前記２枚のメンブレンのうちの少なくとも１つは、少なくとも一部が接着シール又はレーザ溶接によって前記硬質光学コンポーネントの前記周方向エッジに直接取り付けられている、請求項１記載の可変焦点光学器械。
前記２枚のメンブレンのうちの少なくとも１つは、少なくとも一部が、前記硬質光学コンポーネントの前記周方向エッジに結合されている支持要素に結合されている、請求項１記載の可変焦点光学器械。
前記２枚のメンブレンのうちの少なくとも１つは、少なくとも一部が、前記硬質光学コンポーネントへの取り付け手段となるリング内で前記硬質光学コンポーネントの前記周方向エッジに着座している、請求項１記載の可変焦点光学器械。
前記リングは、前記リザーバと１つ又はそれ以上の前記キャビティとを流体連通させる連通チャネルを有する、請求項６記載の可変焦点光学器械。
前記硬質光学コンポーネントは、メニスカス形状に湾曲している、請求項１記載の可変焦点光学器械。
前記硬質光学コンポーネントの前面の幾何学的形状は、非球面である、請求項１記載の可変焦点光学器械。
前記硬質光学コンポーネントは、前記可変焦点光学器械により提供されるよう設計された屈折力範囲のうちの最小値又はこれ以下の光学屈折力を有する、請求項１記載の可変焦点光学器械。
前記硬質光学コンポーネントは、耐衝撃性ポリマー、耐引き掻き性膜、又は反射防止膜で作られている、請求項１記載の可変焦点光学器械。
少なくとも１つの請求項１記載の可変焦点光学器械と、
アクチュエータと、
フレームと、を有する、オフサルミック用途向きに設計された１組の単眼鏡。
少なくとも１つの前記可変焦点光学器械の光学屈折力は、装用者によって別個に調整可能である、請求項１２記載の１組の単眼鏡。
前記リザーバは、前記フレーム内に位置していて、前記アクチュエータにより動作可能である、請求項１２記載の１組の単眼鏡。
前記可変焦点光学器械のうちの少なくとも１つの光学屈折力は、前記アクチュエータディスペンサによって調整可能であり、しかる後、それ以上の調整を阻止するよう変更される、請求項１２記載の１組の単眼鏡。
前記フレーム内に設けられていて、前記リザーバと１つ又はそれ以上の前記キャビティを流体連通させる連通チャネルを更に有する、請求項１２記載の１組の単眼鏡。