JP7006605B2 - プリズム増強レンズ及びプリズム増強レンズの使用方法 - Google Patents

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、米国特許法第１１９条に基づき、２０１６年４月１３日に出願され、「Prism-Enhanced Lenses」と題する米国特許出願第６２／３２１，８９３号と、２０１６年２月１日に出願され、「Enhanced Surface Relief Lenses」と題する米国特許出願第６２／２８９，５１２号との優先権の利益を主張する。これらの出願の各々は、引用することによりその全体が本明細書の一部をなすものとする。

回折ベースのレンズの基本的な限界は、その固有の波長依存性であり、その結果、レンズの指定された設計波長外では回折効率が低下する。これは、レンズの焦点において建設的干渉が必要であることから生じ、それは、一般に、可視領域において光の単一の波長に対してしか最適化することができない。

当業者であれば理解するように、従来の回折レンズは、１つ以上の位相ラップ又は位相リセットを含む。位相ラップ（位相リセット）は、レンズの位相遅延プロファイルの鋸歯状変調であり、各歯又は「ラップ」は、波長の整数倍におよそ等しい光路長を有する。これにより、デバイスをより薄くすることができ、屈折力は、レンズ全体を横切る屈折ではなく回折を介して、焦点における建設的干渉を介して引き起こされる。

波長の整数倍に対応する位相リセットは、完全な建設的干渉をもたらし、１００％の回折効率を有すると考えられる。しかしながら、位相リセットが波長の整数倍ではない場合、焦点において完全な建設的干渉がなく、その結果、回折効率が低下することに起因して、レンズの性能が低下する。位相リセットに関連する光路差が波長の整数倍から逸脱するに従い、回折効率が低下する。位相リセットが波長の半整数倍に対応し、位相リセットが相殺的干渉に対応する場合、最小の回折効率が発生する。

可視スペクトルにわたる波長の変動に起因して、従来の回折レンズにおける位相リセットは、設計波長λ_０として定義される、単一の波長に対する波長の整数ｎ倍の位相遅延にのみ対応する。光の他の波長では、位相リセットは、波長の非整数倍に対応する可能性があり、すなわち、波長が設計波長より大きくなるか又は小さくなるに従い、位相リセットにおける位相差が波長の整数倍から逸脱する。これにより、レンズの性能が設計波長から離れて低下する。

位相ベースの回折レンズの回折効率（η）は、以下の式を用いて定量的に記述することができ、

式中、λは光の波長であり、λ_０はレンズの設計波長であり、ｋは回折次数である。（回折レンズの場合、回折次数は、正確な動作のために、１次、すなわちｋ＝１である。）この関数は、レンズを作製するために使用される材料に関連する光分散の影響を含まない。材料分散は、設計波長から離れる波長において回折効率を更に低下させる可能性がある。

設計波長（λ_０）が５５０ｎｍの回折レンズに対する幾つかの計算例を以下に示す。

このレンズの場合、回折効率は、可視スペクトルにわたり１５％を超えて変化する。この回折効率の低下は、２以上の波長の整数倍で位相リセットが発生する多次回折レンズで作業する場合、より重要である可能性がある。

本発明者らは、回折レンズの色依存は、屈折光学系と比較した場合、主な不都合であることを認識している。本技術は、この不都合を、望ましくない相殺的干渉を軽減するために、回折レンズに対し位相ラップ領域において追加のプリズム構造を設けることによって対処する。追加のプリズム構造により、設計波長における回折効率と他の波長における回折効率との妥協点が提供される。これは、眼鏡レンズ、コンタクトレンズ及び眼内レンズを含む眼用レンズに対して特に有益である。

本技術は、追加のプリズム構造を含む表面レリーフ構造と光学的に連通する、液晶材料等の電気活性材料を備えた電気活性レンズとして実施することができる。表面レリーフ構造を成形し、その後、別の基板と接合して、液晶材料を保持する空洞を形成することができる。

本発明の実施の形態は、第１の基板と、第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間に配置された液晶材料と、第１の基板の第２の基板とは反対側に形成された表面レリーフ構造とを備える電気活性レンズを含む。表面レリーフ構造は、複数の同心リングと、複数の同心リングにおける一対の同心リングの間に配置された少なくとも１つのプリズム構造とを有するフレネルレンズを画定する。

幾つかの場合、複数の同心リングにおける第ｍリングは、

より大きい内半径を有し、式中、ｍは２以上の整数であり、ｆはフレネルレンズの焦点距離であり、λ_０は電気活性レンズの設計波長である。例えば、総幅ｗを有するｍ－１個のプリズム構造がある場合、複数の同心リングにおける第ｍリングの内半径は、ｒ_ｍとｗとの和に等しい。

プリズム構造は、一対の同心リングと同心の環状プリズム構造を含むことができる。幾つかの例では、複数の同心リングにおける同心リングの各対の間にありかつ同心である環状プリズム構造がある場合がある。また、幾つかの場合、プリズム構造のうちの１つ以上は、隣接する同心リングと部分的にオーバーラップすることができる。プリズム構造のうちの１つ以上は、複数の頂点、湾曲面又は両方を画定することができる。プリズム構造（複数の場合もある）は、約０．１ミクロン～約５０ミクロンの高さと、約５ミクロン～約２００ミクロンの幅とを有することができる。

多次プリズム増強（prism-enhanced）レンズ（すなわち、高さがｍλに等しい同心リングを備え、ｍが２以上の整数であり、λが設計波長である、レンズ）が、約５５０ｎｍの波長では約０．８５を超えるストレール比（Strehl ratio：ストレールレシオ）、約４５０ｎｍの波長では約０．７０を超えるストレール比、約４５０ｎｍの波長では約０．６０を超えるストレール比を有することができる。例えば、電気活性レンズのストレール比は、約４５０ｎｍ～約６５０ｎｍの波長範囲にわたって約０．６５又は更には０．８０を超えることができる。

別の電気活性レンズ例は、第１の基板と、第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間に配置された液晶材料と、第１の基板の第２の基板と反対側に形成された表面レリーフ構造とを備える。この表面レリーフ構造は、同心フレネルレンズの重ね合わせを画定する。同心フレネルレンズの重ね合わせは、第１の高さを有する第１のフレネルレンズと、第１の高さより小さい第２の高さを有する第２のフレネルレンズとを備えることができる。

他の実施の形態は、光を集束させる方法を含む。本方法は、第１の基板と、第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間に配置された液晶材料と、第１の基板の第２の基板とは反対側に形成された表面レリーフ構造とを備える電気活性レンズを用いて光を収束させることを含む。表面レリーフ構造は、複数の同心リングと、複数の同心リングにおける一対の同心リングの間に配置された少なくとも１つのプリズム構造とを有するフレネルレンズを画定する。液晶材料に電圧を印加することにより、電気活性レンズの焦点距離を変化する。

別の電気活性レンズ例は、第１の基板と、第２の基板と、第１の基板と第２の基板との間に配置された液晶材料と、第１の基板の第２の基板とは反対側に形成された表面レリーフ構造とを備える。この表面レリーフ構造は、複数の同心リングと、複数の同心リングにおける一対の同心リングの間に配置された少なくとも１つの間隙要素とを有するフレネルレンズを画定する。この間隙要素は約２５ミクロンの幅を有する。

上述した概念とより詳細に後述する更なる概念との全ての組み合わせ（こうした概念が相互に矛盾しない場合）は、本明細書に開示する発明の主題の一部であるものとして企図されることが理解されるべきである。特に、本開示の最後に現れる請求項に係る主題の全ての組み合わせが、本明細書に開示する発明の主題の一部であるものとして企図される。また、引用することにより本明細書の一部をなすものとする任意の開示にも表れる可能性がある、本明細書において明示的に採用する用語は、本明細書に開示する特定の概念と最も一貫する意味が与えられるべきであることも理解されるべきである。

当業者であれば、図面が主として例示を目的としたものであり、本明細書に記載された本発明の主題の範囲を限定することを意図するものではないことを理解するであろう。図面は、必ずしも一律の縮尺ではない。幾つかの場合には、本明細書に開示された本発明の主題の様々な態様は、種々の特徴の理解を容易にするために、図面において誇張又は拡大されて示される場合がある。図面において、同様の参照符号は、一般に、同様の特徴部（例えば、機能的及び／又は構造的に類似した要素）を参照する。

平坦な基板とフレネルレンズを画定する基板との間に配置された液晶層を含む電気活性レンズの断面図である。 平坦な基板とフレネルレンズを画定する基板との間に配置された液晶層と、フレネルレンズの２つのリングの間に配置されたプリズム構造とを含む、電気活性プリズム増強眼用レンズの断面図である。 図２Ａに示す断面の拡大図である。 図２Ａ及び図２Ｂに示すプリズム増強レンズの表面レリーフ構造の平面図である。 図２Ａ～図２Ｃに示すプリズム増強レンズの表面レリーフ構造の斜視図である。 軸上光に対する図２Ａ～図２Ｄのデバイスにわたる光路差（ＯＰＤ）と、青色光、緑色光又は赤色光に対して設計された位相ベースの回折レンズに対するＯＰＤとの比較とを示す図である。 平坦な基板とフレネルレンズを画定する基板との間に配置された液晶層と、フレネルレンズの２つのリングの間に配置された「二尖（bicuspid）」プリズム構造とを含む電気活性レンズの断面図である。 軸上光に対する図４のデバイスにわたるＯＰＤと、緑色光に対して設計された位相ベースの回折レンズに対するＯＰＤとの比較とを示す図である。 フレネルレンズの一対の同心リングの間の曲線的なプリズム構造を備えたプリズム増強レンズの断面図である。 フレネルレンズの一対の同心リングの間のギザギザ状のプリズム構造を備えたプリズム増強レンズの断面図である。 フレネルレンズの一対の同心リングの間に間隙があるフレネルレンズの断面図である。 電気活性プリズム増強レンズのプロファイル図である。 ４５０ｎｍの光の波長に対する標準的な回折キノフォームレンズとプリズム増強レンズ例とを比較した場合のストレール比の差を示すグラフである。 ５５０ｎｍの光の波長に対する標準的な回折キノフォームレンズとプリズム増強レンズ例とを比較した場合のストレール比の差を示すグラフである。 ６５０ｎｍの光の波長に対する標準的な回折キノフォームレンズとプリズム増強レンズ例とを比較した場合のストレール比の差を示すグラフである。 プリズム増強レンズによって０．９７６メートルの距離に焦点合わせされた４５０ｎｍの波長での光の正規化された放射照度マップを示す図である。 プリズム増強レンズによって１．０６４メートルの距離に焦点合わせされた５５０ｎｍの波長での光の正規化された放射照度マップを示す図である。 プリズム増強レンズによって０．９０２メートルの距離に焦点合わせされた６５０ｎｍの波長での光の正規化された放射照度マップを示す図である。

電気活性プリズム増強レンズは、２つ以上のフレネルレンズを結合するか又は重ねることによって形成された表面レリーフ構造を有するものとして特徴付けることができる。これらのフレネルレンズは、異なる設計波長又は焦点距離を有する球状フレネルレンズ、異なる配向、設計波長若しくは焦点距離を有する円筒状フレネルレンズ、又は球状フレネルレンズ及び円筒状フレネルレンズの組み合わせとすることができる。それらのフレネルレンズは、重ねる前に、プリズム増強レンズの光軸に沿ってスケーリングし、及び／又は互いに角度をつけることができる。正確なスケーリング、シフト及び形状は、一部には、レンズ材料の分散、レンズ動作状態における液晶の分散（例えば、垂直配向系における異常屈折率、平面配向系における常屈折率、若しくは中間状態）又は両方によって決まる可能性がある。結果としての重ねられた構造は、円対称又は（例えば、非点収差を補正するために）円非対称である場合があり、レンズ基板を形成するために使用される型を画定するために使用することができる。

従来のフレネルレンズと比較して、プリズム増強レンズは、より広範囲の波長にわたって、例えば、可視スペクトル（約４５０ｎｍ～６５０ｎｍ）にわたって、より優れた（平均）光学性能を有することができる。例えば、プリズム増強レンズは、可視スペクトルにわたり、従来のフレネルレンズより高い平均回折効率を有することができる。代替的に又はさらに、プリズム増強レンズのストレール比（後に説明する）は、４５０ｎｍ～６５０ｎｍの波長範囲にわたって約０．２５以下だけ変化する（例えば、０．６から０．８５まで変化するか、又は約０．２０、０．１５、０．１０若しくは０．０５だけ変化する）可能性があり、類似の従来のフレネルレンズに対するストレール比は、同じ波長範囲にわたって０．２５より大きく（例えば、約０．５０だけ）変化する可能性がある。

それにも関わらず、プリズム増強レンズには幾つかの従来のフレネルレンズと比較して、中心設計波長で最小の分解可能スポットサイズがより大きいことを含む、欠点がある可能性がある。言い換えれば、プリズム増強レンズは、中心設計波長において、類似の従来のフレネルレンズより小さい変調伝達関数（ＭＴＦ）を有する可能性がある。しかしながら、プリズム増強レンズは、他の波長では、こうした類似の従来のフレネルレンズより大きいＭＴＦを有するはずである。

プリズム増強レンズは、多くの異なるタイプの応用に使用することができる。それらは、カメラレンズ及び他の光学応用によって必要とされることが多い回折限界光学性能を必要としない、視力矯正に特に十分に適している。例えば、電気活性プリズム増強レンズを用いて、眼鏡レンズ、コンタクトレンズ、眼内レンズ又は眼科で使用される他の任意のレンズの全て又は一部を形成することができる。

電気活性フレネルレンズ
図１は、表面レリーフ液晶電気活性レンズ１００における２つのフレネルゾーン１０６及び１０７の断面を示す。レンズ１００は、２つの基板１０３及び１０４の間に配置された、垂直配向液晶層１０１を含み、本技術分野において容易に理解されるように、基板表面１０５には、液晶層と接触して配向層及び透明な導電層が施されている。基板１０４は、回折構造（同心リング）１０６及び１０７を備えた表面レリーフ構造１０２、ここではフレネルレンズを画定している。回折構造１０６及び１０７は、位相リセット毎の波長の数、液晶の複屈折、レンズの屈折力及び入射光の設計波長に応じて、０．５ミクロン～５０ミクロンの高さとすることができる。標準的な１波長／位相リセットのレンズの場合、回折構造は、通常、２ミクロン～５ミクロンの高さである。４５０ｎｍ光に対して設計された＋１．００Ｄレンズの場合、回折構造１０６及び１０７の半径は、最初の２つのフレネルゾーンを考慮した場合、それぞれ９５０ミクロン及び３９０ミクロンである。

基板１０４の屈折率を液晶１０１の屈折率と一致させることができ、それにより、液晶１０１が「オフ」すなわち非変調状態にあるとき、表面レリーフ構造１０２は、目立たない。液晶１０１に電圧を印加することにより、液晶１０１は再配向し、それにより、本技術分野において理解されているように、液晶の屈折率が変化する。この液晶の屈折率の変化により、表面レリーフ構造１０２は明らかとなり、それにより、レンズ１００の屈折率が変化する。

プリズム増強眼用レンズ
図２Ａ～図２Ｄは、電気活性プリズム増強眼用レンズ２００の異なる図を示す。図１に示すレンズ１００のように、プリズム増強眼用レンズ２００は、基板１０３及び２０４の間に形成された空洞内に配置された液晶材料１０１を含み、基板２０４には表面レリーフ構造２０２が形成されている。基板１０３及び２０４は、合せて、基板の曲率及び屈折率に応じて固定屈折力を提供する基本又は静止凹凸レンズを形成する。（他の場合では、基板は、固定屈折力をほとんど又はまったく提供しないように、均一な屈折率で平坦であり得る。又は、両凸レンズ、両凹レンズ、平凹レンズ又は閉凸レンズを形成するような形状とすることができる。）基板のサイズ、形状及び材料は、レンズ２００がコンタクトレンズ、眼内レンズ又は眼鏡レンズであるように選択することができる。

図２Ｂ～図２Ｄにより詳細に示す表面レリーフ構造２０２は、同心フレネルリング２０６ａ～２０６ｆ（まとめて、同心リング２０６）を含むフレネルレンズを画定する。しかしながら、従来のフレネルレンズとは異なり、表面レリーフ構造２０２は、追加のプリズム構造２０１ａ～２０１ｅ（まとめて、プリズム構造２０１）を含み、追加のプリズム構造２０１ａ～２０１ｅの各々は、一対の同心リング２０６の間に配置されている。動作時、プリズム構造２０１は、回折レンズ２００の焦点に光を向け直す。他のレンズ例は、より少ないプリズム構造、例えば、内側の数個の同心リング又は外側の数個の同心リングのみの間のプリズム構造、同心リングの全ての第２の対又は第３の対の間の１つのプリズム構造等を有することができる。例えば、屈折力の漸進的な変化を提供するために、フレネルレンズの外周の近くに混合領域がある場合もある。

この例では、各プリズム構造２０１は、リング状であり、フレネルレンズの同心リング２０６と同心である。例えば、プリズム構造２０１ａは、同心リング２０６ａ及び２０６ｂの間に配置されかつそれらと同心である。他のレンズ例は、Ｃ字型プリズム構造、周期的に区分化された環状プリズム構造及び非周期的に区分化された環状プリズム構造を含む、レンズの光軸に沿って見た場合に他の形状のプリズム構造を有することができる。例えば、更なるプリズム構造を、レンズの光軸に対して直交する１つ以上の軸に沿って円柱屈折力を提供するような形状にすることができる。

追加のプリズム構造２０１は、それらのサイズ及び形状に応じて、第１のフレネルレンズの同心リング２０６と同心である第２のフレネルレンズを形成するものとして考えることができる。第１のフレネルレンズ及び第２のフレネルレンズは、異なる波長における動作に対して最適化することができる。第１のフレネルレンズ及び第２のフレネルレンズは、所与の波長において異なる焦点距離を有することができ、眼用レンズ２００の光軸に沿って互いに対して角度をなすことができる。言い換えれば、フレネルレンズが図２Ｃ及び図２Ｄに示す複合レリーフ構造を形成するように重ねられる前に、フレネルレンズのうちの１つ（例えば、第１のフレネルレンズ）にバイアス又はオフセットを与えることができる。第１のフレネルレンズと第２のフレネルレンズとの差は、異なる数のリングとして表し又は明示することもでき、これらのリングは、異なるサイズ、形状及び位置を有する。

眼用レンズ２００はまた、限定されないが、プロセッサ／駆動回路、電源、アンテナ又は光検出器を含む、液晶材料１０１を作動させる様々な電子部品２９０も含む。この場合、電子部品２９０は、基板１０３及び２０４の間に挟挿され、他の場合、電子部品２９０は、レンズ２００の外側に配置することができる。これらの電子部品２９０は、液晶材料１０１の両側において電極２９４（１つのみを図示）に接続された透明な又は略透明な導電性トレース２９２を介して、液晶材料１０１に印加される電圧を変化させることにより、眼用レンズの焦点距離を調整する。電極は、基板１０３及び表面レリーフ構造２０２に配置された、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等、透明な導電性材料から形成することができる。これらの電極は、必ずしもパターニングされていないが、駆動電子回路に電極を接続する導電性トレース２９２を形成するように、更なる導電性材料（例えば、ＩＴＯ）を配置しパターニングすることができる。

０ボルトのバイアス電圧で又はその近くで、液晶材料の屈折率は、周囲の基板２０４の屈折率と実質的に一致して、表面レリーフパターン２０２を装着者に対して透明又は略透明に見えるようにすることができる。液晶材料１０１に電圧を印加することにより、液晶材料の屈折率が変化し、表面レリーフ構造２０２を含むレンズ２００の部分によって提供される屈折力が変化する。この屈折力の変化は、液晶材料、印加電圧、表面レリーフ構造又はレンズ形状に応じて正である場合もあれば負である場合もある。

通常、各プリズム構造２０１は、隣接する同心リング２０６より短くかつ幅が狭い。この例では、プリズム構造２０１ａの最大高さは、０．１ミクロン～５０ミクロン（例えば、０．２５ミクロン、０．５０ミクロン、０．７５ミクロン、１ミクロン、２ミクロン、５ミクロン、７．５ミクロン、１０ミクロン、１５ミクロン、２５ミクロン、３０ミクロン、３５ミクロン、４０ミクロン、４５ミクロン、又はこの範囲内の任意の部分範囲若しくは値）である。プリズム構造２０１ａの幅は、通常、５ミクロン～２００ミクロン（例えば、７．５ミクロン、１０ミクロン、１５ミクロン、２５ミクロン、５０ミクロン、７５ミクロン、１００ミクロン、１２５ミクロン、１５０ミクロン、１７５ミクロン、又はこの範囲内の任意の部分範囲若しくは値）である。例えば、プリズム構造２０１は、各々２５ミクロン幅とすることができ、０．２５ミクロンから０．７５ミクロンまで変化する高さを有することができる。

プリズム構造２０１は、異なる高さ、異なる幅又は両方を有することができる。例えば、内側プリズム構造２０１の方が、外側プリズム構造２０１より高く、幅が広く、又は高くかつ幅が広くすることができる。

第２のフレネルゾーン２０６ｂは、レンズ２００の中心から外側にシフトされてプリズム構造２０１ａに対する空間を形成し、それにより、フレネルゾーンのゾーン間隔を変更する。従来のフレネルレンズでは、フレネルゾーン間隔の半径は、式

を用いて計算され、式中、ｍはフレネルゾーン数であり、ｆはレンズの焦点距離（例えば、２５ｍｍ～無限大）であり、λ_０は光の設計波長である。このプリズム増強回折レンズ２００では、フレネルゾーンは外側にシフトし、それにより、レンズの中心から更にフレネルゾーンに対するフレネルゾーン間隔は増大する。

プリズムのサイズは、以下のようにゾーン間隔に影響を与える。すなわち、所与のフレネルゾーンの内半径は、所与のフレネルゾーンとレンズの中心との間のプリズム構造の幅の和に等しい量だけ増大する。どのように増大するかを見るために、図２Ａに示すレンズ２００における５つのプリズム構造２０１及び６つの同心リング２０６を考慮されたい。最外リング２０６ｆの内半径は、

（ｍ＝６）と５つのプリズム構造２０１の幅の和との和に等しい。この場合、プリズム構造２０１が０．２５ミクロン～０．７５ミクロンの幅を有する場合、最外リング２０６ｆの内半径は、プリズム構造がない場合より、１．２５ミクロン～３．７５ミクロン大きい。したがって、最外リング２０６ｆの内半径は、同じ焦点距離及び設計波長の従来のレンズにおける第６のフレネルゾーンの内半径より大きい。

図２Ａ～図２Ｄに示す例では、プリズム構造の追加を用いて、多次回折構造の回折効率を向上させることができ、それにより、位相リセット位置は、図３及び図４（後述する）に示すように単一の波長だけでなく、波長の整数倍で発生する。この場合、回折効率は、設計波長からの逸脱に応じて激しく低下し、この限界を除去することに対してより重きが置かれる。

プリズム増強レンズにおける光路差
表面レリーフプロファイルの高さを制御することにより、プリズム増強眼用レンズの光路差（ＯＰＤ）を、レンズの異なる領域における光の異なる波長に対応するように変更することができる。ＯＰＤは、

として表すことができ、式中、ｒは、レンズの中心からの距離（半径）であり、ｆは焦点距離であり、λは波長である。ＯＰＤは、鋸刃状プロファイルを生成するように、波長の整数倍（例えば、１つ、２つ、３つ又は４つの波長）においてリセットする。

光はまた、光学性能を向上させたフレネルゾーンの間のプリズム構造を介して焦点に向けられる。プリズム構造の追加とフレネルゾーンのシフトとの組み合わせにより、最適化された場合により優れた光学性能がもたらされ、回折効率が向上する。

図３は、図２に示すプリズム増強眼用レンズ２００にわたる軸上ＯＰＤ（破線）と、青色光、緑色光又は赤色光に対して設計された位相ベースの回折レンズに対する光のＯＰＤ（それぞれ、点線、鎖線、実線）とを示す。図３の左側では、プリズム増強眼用レンズ２００のＯＰＤは、青色光で作用するように設計された回折レンズに対するＯＰＤに非常に類似して対応し、青色光に対するプリズム増強眼用レンズのその領域において優れた光学性能を示す。中心では、新たなプリズム増強眼用レンズにおける位相ラップ位置がシフトすることに起因して、プリズム増強眼用レンズ２００のＯＰＤは、緑色光に対する回折レンズのＯＰＤに非常に類似して対応し、緑色光に対するプリズム増強眼用レンズ２００のその領域における優れた光学性能を示す。プリズム増強眼用レンズ２００のＯＰＤが赤色光に対する回折レンズのＯＰＤと同様である場合、レンズの縁において同様の状況が発生する。

プリズム増強眼用レンズ２００の異なる領域のＯＰＤが異なる波長に対して設計された回折レンズのＯＰＤに対応することは、レンズ２００が既存の回折光学系ほど波長に対して感度が高くないことを示す。プリズムゾーンからの光もまた、位相ラップが外側に移動する領域において損失を回避するように、屈折を介して焦点に向けられる。

「二尖」プリズム増強レンズ
図４は、別の電気活性プリズム増強レンズ４００を示す。この場合もまた、プリズム増強レンズ４００は、基板４０４の一方の表面に形成されかつ同心リング４０６及び４０７を含むフレネルレンズを画定する、表面レリーフ構造４０２を含む。表面レリーフ構造４０２はまた、同心リング４０６及び４０７の間の中間面に切り込まれるプリズム項（prism term）４０１も含む。言い換えれば、プリズム項４０１の基部は、同心リング４０７の基部とオーバーラップし、二尖プリズム構造（すなわち、２つの頂点を有するプリズム構造）を形成する。動作時、プリズム項４０１は、レンズ４００の焦点に光を向ける。プリズム項４０１はまた、フレネルレンズの設計波長より高い波長及び低い波長で回折効率の低下を軽減することができる。

図５は、図４のプリズム増強レンズ４００に対するＯＰＤ（破線）と、５５０ｎｍの波長における最適な性能に対して設計された従来のフレネルレンズのＯＰＤ（実線）とのプロットである。この場合、プリズム増強レンズ４００におけるプリズム構造は、フレネルゾーン位置をシフトさせず、代わりに、各位相リセットの前及び後の領域を占有する。図５は、プリズム増強レンズ４００のＯＰＤの大部分が、緑色光に対して設計された従来のフレネルレンズのＯＰＤと同じである（フレネルゾーンは、同じ波長に対する回折レンズと比較した場合に位置を移動させない）ことを示す。プリズム増強レンズ４００は、標準的な回折レンズにおける各位相ラップの位置の前及び後の領域においてプリズム構造を有する。これは、異なる波長の光の焦点に対応するようにプリズム角を選択することにより、他の波長に対してより優れた光学性能をもたらすことができることを示唆する。

代替的なプリズム増強レンズ
図６～図８は、更に代替的な電気活性プリズム増強レンズを示す。

図６のレンズ６００では、表面レリーフ構造６０２は、フレネルゾーン６０６及び６０７の間に配置された曲線的な光学部６０１を画定する。図７のレンズ７００では、表面レリーフ構造７０２は、複数の頂点７０３がフレネルゾーン７０６に隣接して配置されかつフレネルゾーン７０７とオーバーラップしている、プリズム構造７０１を画定する。また図８のレンズ８００では、表面レリーフ構造８０２は、フレネルゾーン８０６及び８０７の間に、間隙要素又は光学ブランク領域８０１を画定する。この間隙要素８０１は、約５ミクロン～２００ミクロン（例えば、７．５ミクロン、１０ミクロン、１５ミクロン、２５ミクロン、５０ミクロン、７５ミクロン、１００ミクロン、１２５ミクロン、１５０ミクロン、１７５ミクロン、又はこの範囲内の任意の部分範囲若しくは値）の幅を有することができる。例えば、間隙要素８０１は、約２５ミクロン幅である。

これらのレンズの各々において、表面レリーフ構造の正確な形状は、光学系の波長依存性を低減させ、広範囲の波長にわたって光を焦点に集束させ、及び／又は設計波長外で作用しているときに回折効率の低下を軽減するように選択することができる。当業者であれば、プリズム構造が、異なる寸法、追加の頂点、異なる形状等の形態を含む追加の形態をとることができ、本発明の範囲がフレネルゾーンの間の任意の数の中間構造にも広がることが容易に理解されよう。

図９は、表２（下記）に列挙されているパラメータによるプリズム増強レンズの設計例を示す。プリズム増強レンズは、５５０ｎｍの波長で＋１．００Ｄの設計屈折力を有する。このプリズム増強レンズは、同心リングとＰＭＭＡ基板に形成されたプリズム構造とを備えた表面レリーフ構造を含む。同心リングは、各々、約９ミクロン高さであり、その幅は、約２ｍｍから約０．５ｍｍまで変化する。同心リングの各対の間に１つのリング状プリズム構造がある。各リング状プリズム構造は、約２５ミクロン幅及び約２５０ｎｍ～７５０ｎｍ高さである。表面レリーフ構造（同心リング及びプリズム構造を含む）と他方の基板（図示せず）とによって画定される空隙又は空洞は、屈折率が約１．７である液晶材料で充填される。

これは、プリズム増強設計の概念を例示するための単に１つの構成例である。他のパラメータ及びプリズムを用いて、レンズの回折効率を更に向上させ、色収差を低減させるように、レンズの光学特性を更に変更することができる。この例では、レンズは、レンズの製造を簡略化する単一波長ではなく、光路差の３つの波長において、位相リセットを有する。

プリズム増強レンズの光学性能
概して、プリズム増強レンズの光学性能は、より広範囲の波長にわたり従来のフレネルレンズの光学性能より平均して優れている可能性があり、従来のフレネルレンズは、特定の波長又は狭い範囲の波長においてより優れた性能を有する。例えば、プリズム増強レンズは、従来のフレネルレンズより波長によって変化しない焦点距離を有することができる。

同様に、プリズム増強レンズは、所与の波長帯域にわたって、従来のフレネルレンズのストレール比より、波長に応じて逸脱しないストレール比を有することができる。光学の技術分野における当業者であれば理解するように、ストレール比は、点光源からのピークの収差のある画像強度の、理想的な光学系を用いた光学系のアパーチャにわたる回折によってのみ制限される達成可能な最大強度と比較した比として定義されることが多い。ストレール比はまた、多くの場合、軸上光源による画像中心（焦点面との光軸の交差点）における強度に関しても表される。大部分の場合、これらの定義により、非常に類似した図（又は、ピーク強度の点が対称により中心にある場合、同一の図）がもたらされる。

プリズム増強レンズは、所与の波長領域にわたり、同じ波長領域にわたる標準的な回折キノフォームのストレール比より（波長領域にわたるか又は平均して）高いストレール比の範囲を有することができる。他の場合では、プリズム増強レンズの最小ストレール比は、電磁スペクトルの可視部分にわたり標準的な回折キノフォームの最小ストレール比より大きい可能性がある。例えば、プリズム増強レンズは、約４５０ｎｍ～約６５０ｎｍの範囲にわたり、０．６５、０．７０、０．７５、０．８０、０．８５、又はそれより高い最小ストレール比を有することができる。低コスト光学系を用いる眼科応用に対して、０．６５のストレール比が許容可能であり得る。

図１０、図１１及び図１２は、それぞれ、４５０ｎｍ、５５０ｎｍ及び６５０ｎｍの波長に対して標準的な回折キノフォームレンズとプリズム増強レンズ例とを比較した場合のストレール比の差を示す。図１１の５５０ｎｍの場合では、１００％の回折効率に対応する設計波長に起因して、予測されるように、標準的な回折レンズの方が適切に機能する。プリズム増強レンズのストレール比は０．８超であり、このため、回折限界系に近いとみなすことができる。

図１１及び図１２において、プリズム増強レンズの特定の例に関連する利点のうちの幾つかを論証する。図１２において、６５０ｎｍ光が考慮される場合、ストレール比は、プリズム増強レンズにおいて標準的な回折レンズより約０．１高い。プリズム増強レンズはまた、標準的な回折レンズと比較して低い色収差も有し、焦点距離は０．８５ｍから０．９０ｍまでシフトし、したがって、１ｍの設計焦点距離に近づく。色収差はまた、図１２において６５０ｎｍ光を考慮する場合に、プリズム増強レンズの方が低く、プリズム増強レンズと標準的な回折レンズとの間に同様のストレール比が観察される。

図１３～図１５は、異なる波長における図１０～図１２のプリズム増強レンズの焦点面における放射照度マップを示す。すなわち、この放射照度マップは、各波長に対する焦点面における横方向放射照度分布を示す。各放射照度マップは、明確な焦点を示し、レンズが、可視スペクトルにわたって優れた光学性能を呈することを示す。図１３は、プリズム増強レンズから０．９７６メートルの距離における４５０ｎｍ光に対する放射照度マップを示す。図１４は、プリズム増強レンズから１．０６４メートルの距離における５５０ｎｍ光に対する放射照度マップを示す。図１５は、プリズム増強レンズから０．９０２メートルの距離における６５０ｎｍ光に対する放射照度マップを示す。

したがって、上述したプリズム増強例により、青色波長領域ではレンズの光学品質が向上する一方で、６５０ｎｍにおいて光学品質がほとんど又は全く低下することなく、設計波長における回折限界に近いようにストレール比が維持される。さらに、色収差は、多次（ｍ＝３）プリズム増強レンズ及び標準的な回折レンズに対するパラメータを与える表３に示すように、設計波長外の波長では小さくなる。

形状、幅、高さ及び材料等、プリズム部の更なる変更により、波長及び色収差に関する光学特性の更なる改善を提供することができる。

プリズム増強レンズの作製
本明細書で開示した表面レリーフ構造は、任意の好適な技法を用いて任意の好適な材料から形成することができる。好適な材料としては、限定されないが、高屈折率接着剤、ＭＲ－１０ポリマー、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）、アクリルニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）プラスチック及びアモルファスポリエチレンテレフタレート（Ａ－ＰＥＴ）が挙げられる。これらの材料を成形し、エッチングし、エンボス加工し、又は他の方法で処理して、プリズム増強回折レンズ用の構成要素を形成することができる。例えば、これらの材料は、引用することにより本明細書の一部をなすものとする、「Methods and Systems for Mold Releases」と題する国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１６／０１２１２１号に開示されている技法に従って成形することができる。

さらに、本発明は、垂直配向でのネマチック液晶に限定されず、例として、平面配向、ツイストネマチック（ＴＮ）、ハイブリッド配向ネマチック（ＨＮ）、キラルネマチック、ブルー相、ダークコングロメレート相（dark conglomerate phase）、高分子分散型及びスメクティックＣ^＊相液晶等、液晶を配向する他の方法、又は液晶若しくは他の液晶相を配向する他の方法を用いることができる。表面レリーフ構造及び液晶材料を一致させるか又は一致させないことにより、同様の光学特性を具現化することができる。

結論
本明細書において様々な本発明の実施形態を説明及び図示してきたが、当業者であれば、本明細書において説明した機能を実行し、及び／又は本明細書において説明した結果及び／又は利点のうちの１つ以上を捕捉する様々な他の手段及び／又は構造を容易に想像するであろう。そのような変形形態及び／又は変更形態のそれぞれは、本明細書において説明した本発明の実施形態の範囲内にあるとみなされる。より一般的には、当業者であれば、本明細書において説明した全てのパラメータ、寸法、材料、及び構成は例示であることが意図され、実際のパラメータ、寸法、材料、及び／又は構成は、本発明の教示が用いられる特定の単数又は複数の用途に依存することを容易に理解するであろう。当業者であれば、本明細書において説明した特定の本発明の実施形態の多くの均等物を認識し、又は日常的な実験にすぎないものを用いて確かめることができるであろう。したがって、上記実施形態は、例として提示されたものにすぎず、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内で、具体的に説明したもの及び特許請求の範囲に記載したものとは別の方法で本発明の実施形態を実施することができることが理解されるであろう。本開示の本発明の実施形態は、本明細書において説明した個々の各特徴、システム、物品、材料、キット、及び／又は方法を対象としている。加えて、２つ以上のそのような特徴、システム、物品、材料、キット、及び／又は方法が相互に不整合でない場合には、そのような特徴、システム、物品、材料、キット、及び／又は方法の任意の組み合わせは、本開示の本発明の範囲内に含まれる。

上記で説明した実施形態は、非常に多くの方法のうちの任意のもので実施することができる。例えば、本明細書において開示した技術を設計及び実現する実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア又はそれらの組み合わせを用いて実施することができる。ソフトウェアで実施されるとき、そのソフトウェアコードは、単一のコンピュータに設けられているか又は複数のコンピュータ間に分散されているかを問わず、任意の適したプロセッサ又はプロセッサの集合体において実行することができる。

また、様々な本発明の概念は、１つ以上の方法として具現化することができ、その一例は既に提供されている。この方法の一部として実行される動作は、任意の適した方法で順序付けることができる。したがって、例示したものとは異なる順序で動作が実行される実施形態を構築することができ、この順序は、幾つかの動作が例示の実施形態では順次的な動作として示されていても、それらの動作を同時に実行することを含むことができる。

本明細書において定義されて用いられているような全ての定義は、辞書の定義、引用によって組み込まれた文書内の定義、及び／又は定義された用語の通常の意味を支配するもの解釈される。

本明細書及び特許請求の範囲において用いられている不定冠詞「１つの（a、an）」は、逆のことが明らかに示されていない限り、「少なくとも１つ」を意味するものと解釈される。

本明細書及び特許請求の範囲において用いられる語句「及び／又は」は、そのように接続された要素の「いずれか又は双方」、すなわち、幾つかの場合には連言的に存在する要素、及びそれ以外の場合には選言的に存在する要素を意味するものと解釈される。「及び／又は」を用いて列挙された複数の要素は、同様に、すなわち、そのように接続された要素の「１つ以上」と解釈される。「及び／又は」節によって具体的に特定された要素以外の他の要素が、具体的に特定された要素との関係の有無を問わず、任意選択で存在してもよい。したがって、非限定的な例として、「Ａ及び／又はＢ」というとき、これは、「～を備える／含む（comprising）」等の非限定的（open-ended：開放型）な文言とともに用いられる場合に、１つの実施形態では、Ａのみ（任意選択でＢ以外の要素を含む）、別の実施形態では、Ｂのみ（任意選択でＡ以外の要素を含む）、更に別の実施形態では、Ａ及びＢ（任意選択で他の要素を含む）の双方等を指すことができる。

本明細書及び特許請求の範囲に用いられる「又は」は、上記で定義したような「及び／又は」と同じ意味を有すると解釈される。例えば、一覧の項目を分離するとき、「又は」又は「及び／又は」は、包含的であると解釈される。すなわち、複数の要素又は要素の一覧のうちの少なくとも１つを含むが、２つ以上も含み、任意選択で、一覧にない追加の項目も含むものと解釈される。「～のうちの１つ／一方のみ」若しくは「～のうちの厳密に１つ／一方」、又は特許請求の範囲において用いられるときは「～からなる（consisting of）」等の明らかに逆のことを示す用語のみが、複数の要素又は要素の一覧のうちの厳密に１つ／一方の要素を含むことを指す。一般に、本明細書において用いられる用語「又は」は、「いずれか」、「～のうちの１つ／一方」、「～のうちの１つ／一方のみ」、又は「～のうちの厳密に１つ／一方」等の排他的な用語が前置されているときにのみ排他的な二者択一（すなわち「一方又は他方であって、双方ではない」）を示すものと解釈される。「本質的に～からなる（consisting essentially of）」は、特許請求の範囲において用いられるとき、特許法の分野において用いられるその通常の意味を有する。

１つ以上の要素の一覧に関して、本明細書及び特許請求の範囲に用いられる語句「少なくとも１つ／一方」は、要素の一覧内の要素のうちの任意の１つ以上から選択された少なくとも１つ／一方の要素を意味するが、要素の一覧内に具体的に挙げられたありとあらゆる要素のうちの少なくとも１つ／一方を必ずしも含むものではなく、要素の一覧内の要素の任意の組み合わせを除外しないものと解釈される。この定義も、具体的に特定された要素との関係の有無を問わず、語句「少なくとも１つ／一方」が指す要素の一覧内で具体的に特定される要素以外の要素が任意選択で存在してもよいことを可能にする。したがって、非限定的な例として、「Ａ及びＢのうちの少なくとも一方」（又は同様の意味として「Ａ又はＢのうちの少なくとも一方」、又は同様の意味として「Ａ及び／又はＢのうちの少なくとも一方」）は、１つの実施形態では、少なくとも一方であるＡ（任意選択で２つ以上を含む）を指すとともにＢが存在しない（任意選択でＢ以外の要素を含む）ことを指し、別の実施形態では、少なくとも一方であるＢ（任意選択で２つ以上を含む）を指すとともにＡが存在しない（任意選択でＡ以外の要素を含む）ことを指し、更に別の実施形態では、少なくとも一方であるＡ（任意選択で２つ以上を含む）及び少なくとも一方であるＢ（任意選択で２つ以上を含む）（任意選択で他の要素を含む）を指す等とすることができる。

特許請求の範囲及び上記明細書において、「～を備える／含む（comprising）」、「～を含む／備える（including）」、「～を担持する（carrying）」、「～を有する（having）」、「～を含む／包含する（containing）」、「～を伴う（involving）」、「～を保持する（holding）」、「～から構成される（composed of）」等の全ての移行句は、非限定的（open-ended：開放型）である、すなわち、～を含むが、それらに限定されるものではない、と解釈される。移行句「～からなる（consisting of）」及び「本質的に～からなる（consisting essentially of）」のみが、米国特許商標庁特許審査便覧のセクション２１１１．０３に規定されているように、それぞれ限定的（closed：閉鎖型）又は半限定的（semi-closed）な移行句である。
なお、出願当初の特許請求の範囲の記載は以下の通りである。
請求項１：
第１の基板と、
第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置された液晶材料と、
前記第１の基板の前記第２の基板とは反対側に形成された表面レリーフ構造であって、複数の同心リングと、該複数の同心リングにおける一対の同心リングの間に配置された少なくとも１つのプリズム構造とを有するフレネルレンズを画定する表面レリーフ構造と、
を備える、電気活性レンズ。
請求項２：
前記複数の同心リングにおける前記第ｍリングは、

より大きい内半径を有し、式中、ｍは２以上の整数であり、ｆはフレネルレンズの前記焦点距離であり、λ０は該電気活性レンズの設計波長である、請求項１に記載の電気活性レンズ。
請求項３：
前記少なくとも１つのプリズム構造は、総幅ｗを有するｍ－１個のプリズム構造を備え、前記複数の同心リングにおける前記第ｍリングの前記内半径は、ｒｍとｗとの和に等しい、請求項１に記載の電気活性レンズ。
請求項４：
前記少なくとも１つのプリズム構造は、前記一対の同心リングと同心の環状プリズム構造を含む、請求項１に記載の電気活性レンズ。
請求項５：
前記少なくとも１つのプリズム構造は、前記複数の同心リングにおける同心リングの各対の間にありかつ同心である環状プリズム構造を含む、請求項１に記載の電気活性レンズ。
請求項６：
前記少なくとも１つのプリズム構造は、前記一対の同心リングにおける一方の同心リングと部分的にオーバーラップする、請求項１に記載の電気活性レンズ。
請求項７：
前記少なくとも１つのプリズム構造は複数の頂点を画定する、請求項１に記載の電気活性レンズ。
請求項８：
前記少なくとも１つのプリズム構造は湾曲面を画定する、請求項１に記載の電気活性レンズ。
請求項９：
前記少なくとも１つのプリズム構造は、約０．１ミクロン～約５０ミクロンの高さと、約５ミクロン～約２００ミクロンの幅とを有する、請求項１に記載の電気活性レンズ。
請求項１０：
約５５０ｎｍの波長で約０．８５を超えるストレール比を有する、請求項１に記載の電気活性レンズ。
請求項１１：
約４５０ｎｍの波長で約０．７０を超えるストレール比を有する、請求項１０に記載の電気活性レンズ。
請求項１２：
約４５０ｎｍの波長で約０．６０を超えるストレール比を有する、請求項１１に記載の電気活性レンズ。
請求項１３：
約４５０ｎｍ～約６５０ｎｍの波長範囲にわたり約０．６５を超えるストレール比を有する、請求項１に記載の電気活性レンズ。
請求項１４：
約４５０ｎｍ～約６５０ｎｍの波長範囲にわたり約０．８０を超えるストレール比を有する、請求項１に記載の電気活性レンズ。
請求項１５：
第１の基板と、
第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置された液晶材料と、
前記第１の基板の前記第２の基板と反対側に形成された表面レリーフ構造であって、同心フレネルレンズの重ね合わせを画定する表面レリーフ構造と、
を備える、電気活性レンズ。
請求項１６：
前記同心フレネルレンズの重ね合わせは、第１の高さを有する第１のフレネルレンズと、該第１の高さより小さい第２の高さを有する第２のフレネルレンズとを備える、請求項１５に記載の電気活性レンズ。
請求項１７：
第１の基板と、第２の基板と、該第１の基板と該第２の基板との間に配置された液晶材料と、前記第１の基板の前記第２の基板とは反対側に形成された表面レリーフ構造であって、複数の同心リングと、該複数の同心リングにおける一対の同心リングの間に配置された少なくとも１つのプリズム構造とを有するフレネルレンズを画定する表面レリーフ構造とを備える電気活性レンズにより、光を集束させること、
を含む、方法。
請求項１８：
前記電気活性レンズの焦点距離を変化させるように、前記液晶材料に電圧を印加すること、
を更に含む、請求項１７に記載の方法。
請求項１９：
第１の基板と、
第２の基板と、
前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置された液晶材料と、
前記第１の基板の前記第２の基板とは反対側に形成された表面レリーフ構造であって、複数の同心リングと、該複数の同心リングにおける一対の同心リングの間に配置された少なくとも１つの間隙要素とを有するフレネルレンズを画定する表面レリーフ構造と、
を備える、電気活性レンズ。
請求項２０：
前記間隙要素は約２５ミクロンの幅を有する、請求項１９に記載の電気活性レンズ。

Claims (17)

1. 第１の基板と、
   第２の基板と、
   前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置された液晶材料と、
   前記第１の基板の前記第２の基板と対向する一方の表面に形成された表面レリーフ構造であって、複数の同心リングと、該複数の同心リングにおける一対の同心リングの間に配置されてフレネルレンズの設計波長よりより高い波長及びより低い波長で回折効率の低下を軽減する少なくとも１つのプリズム構造とを有するフレネルレンズを画定する表面レリーフ構造と
   を備える、電気活性レンズ。
2. 前記複数の同心リングにおける第ｍリングは、
   

   

   より大きい内半径を有し、式中、ｍは２以上の整数であり、ｆはフレネルレンズの前記焦点距離であり、λ_０は該電気活性レンズの設計波長である、請求項１に記載の電気活性レンズ。
3. 前記少なくとも１つのプリズム構造は、総幅ｗを有するｍ－１個のプリズム構造を備え、前記複数の同心リングにおける前記第ｍリングの前記内半径は、ｒ_ｍとｗとの和に等しい、請求項１に記載の電気活性レンズ。
4. 前記少なくとも１つのプリズム構造は、前記一対の同心リングと同心の環状プリズム構造を含む、請求項１に記載の電気活性レンズ。
5. 前記少なくとも１つのプリズム構造は、前記複数の同心リングにおける同心リングの各対の間にありかつ同心である環状プリズム構造を含む、請求項１に記載の電気活性レンズ。
6. 前記少なくとも１つのプリズム構造は、前記一対の同心リングにおける一方の同心リングと部分的にオーバーラップする、請求項１に記載の電気活性レンズ。
7. 前記少なくとも１つのプリズム構造は複数の頂点を画定する、請求項１に記載の電気活性レンズ。
8. 前記少なくとも１つのプリズム構造は湾曲面を画定する、請求項１に記載の電気活性レンズ。
9. 前記少なくとも１つのプリズム構造は、約０．１ミクロン～約５０ミクロンの高さと、約５ミクロン～約２００ミクロンの幅とを有する、請求項１に記載の電気活性レンズ。
10. 約５５０ｎｍの波長で約０．８５を超えるストレール比を有し、該ストレール比は請求項１に記載の電気活性レンズによるピークの収差のある画像強度を回折によってのみ制限される理想的な光学系を用いて達成可能な最大強度と比較した比である、請求項１に記載の電気活性レンズ。
11. 約４５０ｎｍの波長で約０．７０を超えるストレール比を有し、該ストレール比は請求項１に記載の電気活性レンズによるピークの収差のある画像強度を回折によってのみ制限される理想的な光学系を用いて達成可能な最大強度と比較した比である、請求項１０に記載の電気活性レンズ。
12. 約４５０ｎｍの波長で約０．６０を超えるストレール比を有し、該ストレール比は請求項１に記載の電気活性レンズによるピークの収差のある画像強度を回折によってのみ制限される理想的な光学系を用いて達成可能な最大強度と比較した比である、請求項１１に記載の電気活性レンズ。
13. 約４５０ｎｍ～約６５０ｎｍの波長範囲にわたり約０．６５を超えるストレール比を有し、該ストレール比は請求項１に記載の電気活性レンズによるピークの収差のある画像強度を回折によってのみ制限される理想的な光学系を用いて達成可能な最大強度と比較した比である、請求項１に記載の電気活性レンズ。
14. 約４５０ｎｍ～約６５０ｎｍの波長範囲にわたり約０．８０を超えるストレール比を有し、該ストレール比は請求項１に記載の電気活性レンズによるピークの収差のある画像強度を回折によってのみ制限される理想的な光学系を用いて達成可能な最大強度と比較した比である、請求項１に記載の電気活性レンズ。
15. 第１の基板と、
    第２の基板と、
    前記第１の基板と前記第２の基板との間に配置された液晶材料と、
    前記第１の基板の前記第２の基板と対向する一方の表面に形成された表面レリーフ構造であって、同心フレネルレンズの重ね合わせを画定する表面レリーフ構造と
    を備え、
    前記同心フレネルレンズの重ね合わせは、第１の高さを有する第１のフレネルレンズと、該第１の高さより小さい第２の高さを有する第２のフレネルレンズとを備えて、前記第１のフレネルレンズの設計波長よりより高い波長及びより低い波長で回折効率の低下を軽減するものである、電気活性レンズ。
16. 第１の基板と、第２の基板と、該第１の基板と該第２の基板との間に配置された液晶材料と、前記第１の基板の前記第２の基板と対向する一方の表面に形成された表面レリーフ構造であって、複数の同心リングと該複数の同心リングにおける一対の同心リングの間に配置された少なくとも１つのプリズム構造とを有するフレネルレンズを画定する表面レリーフ構造とを備え、該少なくとも１つのプリズム構造は該フレネルレンズの設計波長よりより高い波長及びより低い波長で回折効率の低下を軽減するものである、電気活性レンズにより、光を集束させることを含む、方法。
17. 前記電気活性レンズの焦点距離を変化させるように、前記液晶材料に電圧を印加することを更に含む、請求項１６に記載の方法。

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