KR20040053147A - 하이브리드 전기-활성 렌즈 - Google Patents

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Abstract

첫 번째(110,115,120,122,125) 및 두 번째(135,137,140,145,150) 전기-활성 셀을 포함하는 전기-활성 렌즈(100,200,300)는 제어된 복굴절을 지니며(예를들면, 네마틱 액정) 셀은 서로 인접하여 적층되며 비동작 상태인 경우, 복굴절을 감소시키기 위하여 서로 직교상태의 방향성을 지닌다.

Description

하이브리드 전기-활성 렌즈 {Hybrid electro-active lens}
일반적으로, 전통적인 렌즈는 상세한 시력을 제공하기 위하여 하나의 초점거리를 지닌다. 렌즈는 개개의 렌즈 착용자 또는 시력을 변화시킬 필요가 없거나 다른 가시 거리를 위해 시력을 수정할 필요가 없는 어플리케이션을 위해 생산되는 것이다. 그러므로, 전통적인 렌즈는 제한된 효용만을 제공할 수 있는 것이다.
두 초점의 렌즈는 렌즈 착용자나 다양한 시각적인 명확성이 필요한, 예를 들어, 글을 읽거나 먼거리를 보기 위한 어플리케이션을 위해 다중 초점 거리를 제공하기 위하여 안출된 것이다. 그러나, 상기 두 초점의 렌즈는 고정된 초점 거리 영역을 지니며, 그로 인해 역시 제한된 용도만을 제공하는 것이다.
이들 예시의 각각에서, 렌즈는 하나의 물질에 기반한 것이다.
본 발명은 일반적으로 렌즈에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 복합 전기-활성 렌즈에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시태양에 의한 전기-활성 렌즈의 분해된 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시태양에 의한 전기-활성 렌즈의 측면 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시태양에 의한 전기-활성 렌즈의 분해된 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시태양에 의한 전기-활성 렌즈의 분해된 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시태양에 의한 전기-활성 렌즈의 측면 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시태양에 의한 전기-활성 렌즈를 활성화하기 위해 사용된 전기적인 동심원 루프의 정면도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시태양에 의한 전기-활성 렌즈의 예시적인 파워 프로파일을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시태양에 의해 가깝거나 중간정도의 시야를 제공하는 전기-활성 렌즈의 측면 단면도를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시태양에 의해 가깝거나 중간정도의 시야를 제공하는 전기-활성 렌즈의 측면 단면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시태양에 의한 전기-활성 렌즈의 캐스케이드(cascade) 시스템도이다.
도 11은 전형적인 캐스케이드 시스템에 의해 생성된 에러 콴티제이션(error quantization)을 나타낸 것이다.
도 12는 에러 콴티제이션이 본 발명의 또 다른 실시태양에 의한 전기-활성 렌즈의 캐스케이드 시스템에 의해 제거되는 것을 나타낸 것이다.
도 13는 본 발명의 전기-활성 렌즈의 실시태양에 구동 전압 파형을 제공하기위한 플라잉 캐패시터(flying capacitor) 회로를 나타낸 것이다.
본 발명의 전기-활성 렌즈의 실시태양은 광학적 투과성 물질 예를 들어 가변적인 굴절률을 지니는 액정을 포함하는 다양한 콤포넌트로 제조된 복합 렌즈에 관한 것이다. 가변적인 초점 거리는 렌즈에 회절 패턴을 에칭(etching)하거나 각인하여 또는 렌즈의 광학적 투과성 물질에 전극을 배치함으로써 제공될 수 있다. 회절 패턴은 광학적 투과성 물질에 투입된 빛을 회절시키며, 그로 인해 독특한 많은 회절을 생성하여 다양한 초점 거리를 생성한다. 전극은 광학적 투과성 물질에 전압을 인가하여 물질의 분자의 방향성을 변화시키는 결과를 야기하며, 그로 인해 굴절률의 변화를 초래하고, 이 굴절률의 변화는 회절 패턴을 만들기 위해 사용된 재료와 액정의 굴절률을 매치 또는 미스매치 시킬 수 있다. 액정의 굴절률이 회절 패턴 물질의 것과 일치할 때, 회절 패턴은 어떤 광학적 배율도 지니지 않으며 그러므로 렌즈는 고정된 렌즈의 초점 렌즈가 된다. 액정의 굴절률이 회절 패턴을 만들기 위해 사용된 물질의 그것과 미스매치 되는 경우, 회절 패턴의 배율은 렌즈의 초점 거리를 변화를 제공하도록 렌즈의 고정된 배율에 추가된다. 가변적인 굴절률은 렌즈 사용자가 편리하게 하나의 렌즈에 이중, 삼중 또는 다중-초점의 가시거리를 지닌 렌즈를 원하는 초점으로 변화시키는 것을 가능케 한다. 전기-활성 렌즈는 또한 몇몇 렌즈가 지닌 문제점으로 알려져 있는 복굴절을 감소시키거나 제거할 수 있다. 전기-활성 렌즈의 예시적인 어플리케이션은 안경, 현미경, 거울, 쌍안경 및 사용자가 그 것을 통해 볼 수 있는 모든 광학적 디바이스를 포함한다.
도 1은 본 발명에 의한 전기-활성 렌즈의 실시태양을 나타낸다. 본 실시태양은 렌즈의 복굴절을 감소시키거나 또는 제거시키기 위해 사용되는 두 개의 굴절하는 셀을 포함한다. 상기 굴절하는 셀은 서로 직교하여 정렬되고 만약 전기-활성 물질이 예를 들어, 네마틱(nematic) 상태의 액정이라면, 정렬된 액정에 의해 생성된 복굴절을 감소시키거나 또는 제거시킨다. 본 실시태양은 렌즈에 가변적인 굴절률을 발생시키기 위하여 적당한 전압이 인가될 수 있다. 본 실시태양은 예를 들면, 안경의 착용자가 굴절률과 초점을 변화시키는 것을 허용하기 위하여 안경에 이용될 수 있을 것이다. 전기-활성 렌즈(100)의 첫 번째 굴절 셀은 전극(110,125), 얼라인먼트 레이어(115,122), 액정 레이어(120)를 포함한다. 세퍼레이터 레이어(130)는 첫 번째와 두 번째 셀을 격리시킨다. 전기-활성 렌즈(100)는 그 사이에 두 개의 굴절하는 셀이 정렬될 수 있는 전단부와 후단부 서브스트레이트(substrate) 콤포넌트(105,155)를 포함한다. 전극(110,125,135, 150)은 가변적인 굴절률을 생성하기 위하여 액정(120,140)에 전압을 인가한다.
프론트 콤포넌트(105)는 전기-활성 렌즈(100)에서 원거리 시야의 생성을 위해 기본적인 곡률을 지니는 것이다. 프론트 콤포넌트(105)는 예를 들면, 광학 그레이드 글래스, 플라스틱, 또는 글래스와 플라스틱의 조합으로 제조될 것이다.프론트 콤포넌트(105)의 뒷면은 전극을 형성하기 위하여 ITO, 주석 산화물 또는 다른 전기적으로 전도성이 있고 광학적으로 투명한 물질 등과 같은 투명한 전도체로 코팅될 것이다. 본 실시태양에서 렌즈의 전기-활성 영역은 전체 렌즈 어셈블리(100)보다 더 작으며, 전극(110)은 전력 소모를 최소화하기 위하여 렌즈(100)의 전기-활성 영역 위에 단독으로 배치될 수 있을 것이다.
전극(110)은 액정 레이어(120) 또는 어떤 다른 가변적인 굴절률의 중합 물질 레이어에 방향성을 제공하기 위하여 얼라인먼트 레이어(115)로 코팅될 것이다.
액정 레이어(120)내의 분자는 공급된 전기장의 존재로 방향성이 변화할 것이고, 그 결과 빛의 입사광선에 의해 경험될 수 있는 굴절률의 변화를 야기한다. 액정 레이어(120)는 네마틱(nematic), 스메틱(smectic) 또는 콜레스트릭(cholesteric)일 것이다. 대표적인 네마틱 상의 액정은 4-펜틸-4'- 시아노비페닐(5CB) 와 4-(n-옥틸옥시)-4'-시아노비페닐(8OCB)을 포함한다. 다른 대표적인 액정은 4-시아노-4'-(n-알킬)비페닐, 4-(n-알콕시) -4'-시아노비페닐, 4-시아노-4˝-(n-알킬)-p-테르페닐 와 BDH(브리티시 드러그 하우스)- 머크 사에서 제조된 E7, E36, E46 과 ZLI-시리즈와 같은 상업적 혼합물 등의 다양한 복합물을 포함한다.
다른 얼라인먼트 레이어(122)는 액정 레이어(120)의 다른 면, 대체로전극(125)에 배열될 것이다. 전극(125)은 상기 전극(110)과 같은 유사한 방식으로 생성될 것이며 전기-활성 렌즈(100)의 하나의 셀을 완성할 것이다. 구동 전압 파형은 전극 110과 125에 걸쳐 가해질 것이다.
세퍼레이터 레이어(130) 뒤에, 다음 셀이 첫 번째 셀과 직교하여 정렬된 형태로 배치될 것이다. 세퍼레이션 레이어(130)은 한쪽 면의 전기-활성 렌즈의 첫 번째 셀의 전극(125)과 반대편의 전기-활성 렌즈의 두 번째 셀의 전극(135)을 지지할 것이다. 세퍼레이션 레이어(130)는 CR39™과 같은 옵티칼 그레이드 플라스틱, 글래스 또는 다른 중합 물질로 구성될 것이다. 두 번째 셀 내의 전기-활성 물질은 가급적 전극(135,150)에 적용된 얼라인먼트 레이어(137,145)의 오리엔테이션에 정렬된다. 바람직한 방향성은 두 번째 셀의 얼라인먼트 레이어(137,145)에 직교 방향으로 오리엔트된 첫 번째 셀 내의 얼라인먼트 레이어(115,122)와 같은 것이다. 두 번째 셀 또한 상기한 바와 같은 액정(140)을 포함하는 것이다. 두 번째 셀은 리어 콤포넌트(155)에 적층된 전극(150)으로 완성된다. 리어 콤포넌트(155)는 프론트 콤포넌트(105)와 유사한 물질로 구성될 것이며, 전기-활성 렌즈(100)의 원거리 배율을 완성할 것이다.
만약 전기-활성 렌즈(100)의 원거리 파워가 난시 교정을 포함한다면, 프론트 콤포넌트(105) 또는 리어 콤포넌트(155)는 원환체 렌즈가 될 것이며, 렌즈 착용자가 필요한 난시 교정에 관련하여 적당한 방향성을 지니게 될 것이다.
다른 구성에 있어서, 단일 얼라인먼트 레이어가 각각의 셀에 사용될 것이다. 본 실시태양에서, 얼라인먼트 레이어(120,122)는 전기-활성 렌즈(100)의 첫 번째 셀로부터 제거될 수 있고 얼라인먼트 레이어(137,145)는 두 번째 셀로부터 제거될 수 있다. 선택적으로, 만약 전극(110,125,135,150) 이 방향성을 지닌다면, 전극(110,125,135,150)은 액정 레이어(120,140)와 정렬될 것이다. 그러므로, 모든 얼라인먼트 레이어(120,122,137,145)는 제거될 것이다.
옵티칼 파워는 본 발명의 실시태양에서 프론트 콤포넌트(105)의 뒷 표면, 리어 콤포넌트(155)의 앞표면 또는 두 개 모두에 회절 패턴을 생성함으로써 생성될 수 있다. 옵티칼 파워는 또한 콤포넌트(105,155)상의 회절 패턴 대신에 또는 부가하여 세퍼레이터 레이어(130)의 한쪽 또는 양쪽 면에 회절 패턴을 형성시킴으로써 생성될 수 있다. 사실 상기한 회절 패턴의 배치의 어떤 조합도 본 발명의 범위내에서 고려되고 가능한 것이다.
회절 패턴은 기계가공, 프린팅 또는 에칭을 포함하는 다수의 테크닉을 사용하여 만들 수 있다. 회절 패턴이 옵티칼 파워를 생성하기 위해 사용되었을 때, 액정 레이어(120,140)는 단일 굴절률 상태에서 회절 패턴의 추가적인 파워를 숨기기 위해 모든 레이어의 굴절률과 일치시키기 위하여, 그리고 다른 굴절률 상태의 회절 패턴의 파워를 드러내기 위해 모든 레이어에 굴절률을 미스매치 시키기 위해사용될 수 있으며, 각 상태는 인가된 전원(또는 전기장)이 온 또는 오프인지에 따라 결정될 수 있다.
도 2는 본 발명에 의한 전기-활성 렌즈의 다른 실시태양을 나타낸다. 본 실시태양은 가변적인 옵티칼 파워를 생성하기 위한 회절 패턴을 포함하는 전기-활성 렌즈의 이중 액정 셀(200)의 구성을 포함한다. 본 실시태양은 전체 렌즈를 통해 가변적인 옵티칼 파워를 제공하기 위해 사용되는, 예를 들면, 안경에 사용되는 것이다. 본 실시태양은 또한 전기-활성 렌즈의 회절 패턴의 사용과 관련한 문제 예를 들면, 비스듬한 전기장 라인, 중합체 서브스트레이트의 복굴절, 및 렌즈 콤포넌트 인덱스 매칭의 어려움 등을 완화할 수 있을 것이다. 이중 액정 전기-활성 셀(200)은 프론트 및 리어 서브스트레이트 콤포넌트(105,155), 전극(110,125,135,150), 얼라인먼트 레이어(115, 145) 액정 레이어(120,140), 투과성 전도체가 코팅된 서브스트레이트(210) 및 폴리머 표면(220,230)을 포함하는 것이다.
프론트 및 리어 콤포넌트(105,155), 전극(110,125,135,150), 얼라인먼트 레이어(115, 145), 액정 레이어(120,140)는 도 1에 나타난 것과 유사한 물질로 구성되며 유사한 기능을 수행한다. 본 실시태양에서, 프론트 콤포넌트(105)는 전극(110)을 형성하기 위하여 투과성 전도체로 코팅될 것이다. 전극(110)은 얼라인먼트 레이어(115)로 코팅될 것이다. 액정 레이어(120)는 얼라인먼트레이어(115)에 인접할 것이다. 도 1에 나타난 바와 같이, 액정 레이어의 분자(120)는 인가된 전기장의 앞에서 그들의 방향성을 변화시킬 것이다.
폴리머 표면(220)은 폴리머의 표면(220)에 에칭 또는 각인된 회절 렌즈 패턴을 포함할 것이다. 폴리머 표면(220)의 회절 패턴은 액정 레이어(120)의 표면에 에칭되거나 각인된 회절 무늬에 꼭 맞게 된 것이다. 전극(125)은 폴리머 표면(220)에 인접하며 예를 들면 ITO로부터 형성된다. 전극(125)은 예시한 것과 같은 방법으로 글래스 또는 안과용 플라스틱 등으로 제조된 얇은 서브스트레이트(21)의 한쪽 면에 적층된다. 서브스트레이트(210)는 복굴절로부터 자유로운 것이다. 전극(135)은 서브스트레이트(210)의 다른 측면에 적층될 것이며 예를 들면 ITO로부터 형성될 것이다
폴리머 표면(230)은 전극(135)에 인접하게 된다. 폴리머 표면(230)은 폴리머의 표면(230)에 에칭되거나 각인된 회절 렌즈 패턴을 포함할 것이다. 폴리머 표면(230)의 회절 패턴은 액정 레이어(140)에 위치할 것이다. 도 1에 나타난 바와 같이, 액정 레이어(140)의 분자는 인가된 전기장의 앞에서 그들의 오리엔테이션이 변화할 것이다. 얼라인먼트 레이어(145)는 전극(150)상에 배치될 것이다. 전극(150)은 얼라인먼트 레이어(145)에 인접하고 이중 액정 전기-활성 셀(200)을 완성하기 위하여 리어 콤포넌트(155)상에 적층되는 것이다.
PMMA(또는 다른 적당한 광학적 중합 물질)은 전극(125,135)가 서브스트레이트(210)상에 적층된 후 서브스트레이트(210)의 양 측면에 2 내지 10 마이크론, 바람직하게는 3 내지 7 마이크론의 두께로 스푼-코팅될 것이다.
추가적으로, 서브-마이크론 회절격자 형태상의 액정 얼라인먼트 표면 릴리프(도면에 나타나지 않음)는 회절 렌즈-패턴 표면(220,230)상에 각인되거나 에칭될 것이다.
본 실시태양에는 많은 장점이 존재할 것이다. 첫째로, PMMA레이어 하부의 전극(125,135)은 전극(110,150)에 대응하는 기울어지지 않은 전기장 라인이 수직을 유지하는 것을 도울 수 있을 것이다. 이것은 회절 패턴에 바로 배치된 투과성 전도체의 설계에 나타난 기울어진 전기장 라인의 디-포커싱 현상을 극복할 수 있을 것이다. 디-포커싱 현상은 경사진 필드 라인이 회절 렌즈 표면 부근에 경사진 전기장 필드를 생성시킬 때, 전기장의 어플리케이션상의 이 표면들과 액정 경사각이 90°가 되는 것을 막음으로써 발생한다. 이것은 차례로 온-스테이트 상의 두번째 "고스트" 포커스의 출현을 야기하고, 이로 인해 전기-활성 렌즈의 성능을 떨어트린다. 본 발명의 실시태양은 이 "고스트" 포커스를 극복한 것이다.
둘째로, 전극 구조가 숨겨진 본 발명의 사용은 접촉하고 있는 서브스트레이트, 이 경우 렌즈-패턴드 폴리머 표면(220,230)의 그것과 액정 레이어(120)의 굴절률의 매칭에 해답을 제공한다. 그러므로, 투명한 전도체가 회절 패턴상에 직접적으로 위치하고, 예를 들면, ITO 코팅(n_ ITO?? 2.0)을 포함할 때, 투명한 전도체는 액정의 일반적인 굴절률( 일반적으로 n_LC??1.5)과 굴절률이 일치되지 않는다. 이것은 전극(125,135)을 나안(naked eye)으로 볼 수 있도록 하고 전기-활성 렌즈의 표면적인 질에 문제를 제공한다. 따라서, 도2의 실시태양에서, 액정 레이어(120,140)는 PMMA 서브스트레이트와 일치하는 굴절률(n_"sub" APPROX ~1.5 )을 지니고, 그것에 의해 시야로부터 전극(125,135)를 "숨긴다".
세 번째로, 패턴이 형성되고 스핀-코팅된 복굴절이 없는 서브스트레이트 상의 PMMA를 사용하는 것은 서브스트레이트 복굴절의 문제를 해결할 수 있도록 한다. 그것은, 서브스트레이트 자체가 복굴절로부터 상대적으로 자유롭고 두께가 얇다는 것으로, 스푼-코트 PMMA 역시 무시할 수 있을 정도만의 복굴절을 지니고 있다는 것이다.
도 3은 본 발명에 의한 전기-활성 렌즈의 또 다른 실시태양을 나타낸 것이다. 본 실시태양에서, 전기-활성 렌즈(300)의 전기-활성 영역은 단지 렌즈(300)의 부분만을 커버한다. 본 실시태양은 렌즈의 일부분에만 가변 굴절률을 제공하기 위하여 예를 들면, 이중 초점의 안경에 사용된다. 도 3에서, 렌즈(300)는 도 1에 나타난 바와 같이 이중 셀 과 다중 레이어를 포함한다. 레이어는 명확하게 프론트와 리어 콤포넌트(105 및 106)의 리세스(305, 310) 내부에 배열된다. 리세스(305,310)는 레이어를 포함하고, 렌즈(300)에 레이어가 쉽게 밀봉될 수 있도록 한다. 콤포넌트(105,155)는 예를 들면, 글래스 또는 안과용 플라스틱으로 제조된다.
실시태양은 전압이 더 이상 인가되지 않는 경우 확대하지 않은 상태가 되며 전기-활성 렌즈가 평평하게 복원되는 안전장치 모드를 포함한다. 상기와 같이, 전기-활성 렌즈는 전기력의 부재 상태에서는 어떤 옵티칼 파워도 제공하지 않는다. 이 모드는 전기 공급이 끊기는 경우 안전한 특성이다.
본 발명의 실시태양에서, 셀 내의 색수차(chromatic aberration)는 빛을 투과하기 위해 하나의 셀을 녹색 광(550nm) 보다 약간 더 긴 파장으로, 다른 셀은 녹색 광보다 약간 더 짧은 파장으로 설계함으로써 감소할 것이다. 본 실시태양에서, 두 개의 셀은 동시에 복굴절과 색수차 모두를 보정할 수 있을 것이다.
만약 회절 패턴 표면과 액정 레이어간에 굴절률이 의미있는 차이가 없다면, 회절 패턴에 의해 렌즈에 기여한 파워가 없을 것이다. 상기 실시태양에서 렌즈의 전기-활성 파워는 회절 패턴에 의해 생성되지만, 액정과 회절 패턴 표면간의 굴절률이 의미 있는 차이가 있는 경우에만 그러하다.
도 4는 본 발명에 의한 전기-활성 렌즈의 또 다른 실시태양을 나타낸 것이다. 본 실시태양에서, 전기-활성 렌즈(400)의 전기-활성 영역은 케이싱(405)내에 싸여져 있고 렌즈(400)의 일부분만을 커버한다. 본 실시태양은 또한 렌즈의 일부분에만 가변 굴절률을 제공하기 위해 예를 들면 이중-초점의 안경에 사용되는 것이다. 본 실시태양에서, 전기-활성 렌즈(400)는 프론트 콤포넌트와 리어 콤포넌트(105,155), 케이싱(405), 및 전기적 커넥터(410)를 포함한다. 프론트 콤포넌트(105)는 리세스(recess)(305)를 포함하며 리어 콤포넌트(155)는 리세스(310)를 포함한다. 전기-활성 렌즈(400)의 레이어는 케이싱(405)내에 싸여 있다. 투명한 전도체로 제조된 전기적 커넥터(410)는 얇은 플라스틱 스트립의 상부에 위치하며 케이싱(405)에 연결되어 있다. 플라스틱 스트립은 콤포넌트(105,155)에 거의 굴절률이 일치하는 것이다. 전압이 전기-활성 영역의 굴절률을 변화시키기 위하여 전기적 커넥터(410)를 통해 케이싱(405)에 인가된다. 케이싱(405)은 리세스 305와 310 사이에 위치한다. 싸여진 케이싱(405)은 원하는 거리의 배율을 나타내는 반-마무리된 공간에 몰드된다. 선택적으로, 싸여진 케이싱(405)은 리어 콤포넌트(155)의 리세스(310) 내부에 배치된다. 케이싱(405)은 플라스틱, 유리 또는 다른 적당한 광학 재료로 제조되며, 콤포넌트(105,155)의 굴절률에 비율이 맞춰질 것이다.
도 5는 본 발명에 의한 전기-활성 렌즈의 또 다른 실시태양을 나타낸다. 본 실시태양에서, 전기-활성 렌즈(500)는 전기-활성 렌즈 캡슐(505)를 전기-활성렌즈의 프론트 콤포넌트(525)의 상부에 위치한 리세스(51)내에 위치시킴으로써 구성된다. 본 실시태양은 또한 렌즈(500)의 일부분에만 가변 굴절률을 제공하기 위하여 예를 들면, 이중-초점의 안경을 위해 사용될 수 있다. 본 실시태양에서, 전기-활성 영역은 렌즈의 상부에 위치되며 그 후 연속적인 표면을 생성하기 위하여 렌즈의 상부에 밀봉된다. 얇은 필름형 전도체(520)는 렌즈 캡슐(505)에 부착되며 프론트 콤포넌트(525)의 표면상의 전도성 있는 콘택트(515)에 전기적으로 연결된다. 리어 콤포넌트(520)는 원하는 거리 배율을 제공하기 위하여 프론트 콤포넌트(525)에 부착된다. 전기-활성 캡슐(505)이 프론트 콤포넌트(525)의 리세스(510)에 배치된 후, 프론트 콤포넌트(525)의 전방 표면은 예를 들어, 굴절률이 일치하는 물질을 통한 표면 주조 기술 또는 단순하게 굴절률이 일치하는 물질을 채우고 광학적 마무리로 가공되는 방법을 사용하여 밀봉된다. 이 구조는 복굴절을 감소시키거나 제거하는 것 외에도 기계적 안정성, 단면 가공과 렌즈 프레임에 맞추는 작업의 편의성, 및 전기-활성 물질에 전기적 연결의 편의성을 유리하게 제공한다.
도 6은 본 발명에 의한 전기-활성 렌즈에서 전기-활성 물질에 인가되는 전기적 동심원 루프의 실시태양을 나타낸 것이다. 전기적 동심원 루프(600)는 렌즈에 전원을 인가하기 위해 전기-활성 렌즈에서 사용되는 전극이 되는 것이다. 예를 들면, 도 1에서, 루프(600)은 전극(110,125,135,150)의 위치에 배치되는 것이다.
도 6에서, 루프는 위상 랩핑의 2π정수배로 회절 패턴을 모방한다. 위상랩핑은 빛의 위상이 전기-활성 렌즈 지름을 따라 넓은 위치 또는 구역에서 반복되는(또는 "감싸지는") 현상이다. 패턴이 형성된 전극 구조(600)는 4 개의 위상-랩핑 구역을 포함한다. 더욱 중심에 있는 전극(610)은 중심으로부터 더욱 먼 전극(620) 보다 더 얇아진다. 도 6에서 볼 수 있듯이, 4 개의 전극(630) 그룹은 각각의 위상-랩핑 구역을 형성한다. 4 개의 전극이 도 6의 각각의 구역에서 사용될 때, 더욱 많은 전극이 디바이스의 광학적 효율성을 향상시키기 위하여 각각의 구역에서 사용될 수 있다.
렌즈 내의 4개의 전극은 4개의 패턴이 형성된 것이다. 선택적으로, 전극은 패턴이 형성된 두 개와 솔리드 상태의 두 개가 될 수 있다. 두 번재 패턴이 형성된 전극은 강력한 색수차를 보정하기 위하여 전기-활성 렌즈의 포커싱을 혼란시키기 위해 사용된다. 추가적으로, 본 실시태양은 복잡한 전기적 상호 연결 없이 연속하는 포커싱 효과를 제공한다.
전기적 접점(도면에 나타나지 않음)은 얇은 와이어 또는 렌즈 말단의 전도성 스트립을 통해 또는 렌즈를 통한 전도성 바이어스의 세트에 의해 전극에 만들어질 수 있다. 이중 셀 설계에 있어서, 파워가 복굴절을 처리할 수 있을 정도로 충분하게 일치하는 경우에는, 회절 패턴이 형성된 하나의 셀과 패턴이 형성된 전극을 지닌 하나의 셀을 이용하는 것 역시 가능하다.
동심원 루프 전극(600)으로 회절 패턴을 생성하는 경우, 전극(600)에 의해 활성화된 굴절 물질은 직사광선 파형의 위상 변환에 영향을 미친다. 본 실시태양은 구조의 중심으로부터 바깥쪽으로 가변적인 위상 지연을 지닌 평면 구조를 이용한 전형적인 렌즈를 모방한 것이다. 가변 위상 지연은 가변적인 전압을 다른 전극(600)에 인가함으로써 달성될 수 잇다, 그것은 차례로, 전기-활성 물질의 굴절률 프로파일을 수정한다. 자동 고장-안전 모드는 인가된 전원의 부재시 전기-활성물질에 전원을 제공하지 않고, 그러면 전기-활성 렌즈는 자동적으로 전원 오류의 경우에는 평면으로 복귀한다.
렌즈의 전기-활성 영역은 예를 들면 전체 두께에서 밀리미터의 몇 분의 일보다 더 작은, 얇은 것이다. 이 얇은 상태를 유지하기 위하여, 본 발명은 주기적으로 변화하는 파형에서 위상을 2π의 배수만큼 이동시키는 것은 어떤 물리적 중요성도 수반하지 않는다는 그 사실을 사용한다. 다시 말해서, 들어오는 빛의 위상은 렌즈 내의 가까운 닫힌 곡선을 따라 "wrapped" 된다. 전형적인 구역 플레이트의 원형 구역 경계는 예시이다. 그러므로 유용한 위상 변환과 중요한 광학적 파워는 전기-활성 렌즈의 제어 가능한 거리가 몇몇 지연의 파형일 경우에만 달성될 수 있다.
전기-활성 렌즈에 있어서 위상 지연의 공간적인 가변성은 특별한 어플리케이션에 기반하여 결정된다. 가변성은 전기-활성렌즈의 내부에 전기적으로 어드레스되고, 전압이 공급되며 또한 확립될 수 있는 전극(600)의 간격에 의해 결정된다.
전형적인 네마틱 액정 구성에서, 액정은 단축의 미디어처럼 움직임으로써, 빛이 액정을 통과하는 것은 이상한 편광을 제한한다. 반면에, 두 개의 액정 셀은 세로로 나란히 사용되고, 그들의 보통의 그리고 특별한 극성의 방향성을 교환하기 위하여 보통 상태로부터 위상이 90도 회전되고, 그러므로 복굴절을 제거한다. 이 구성의 각각은 특유의 굴절률을 제공한다. 액정의 장기간 분해를 피하기 위하여, 두 셀 간의 전기적인 극성 및 임의의 일시적인 전압을 전극사이의 공간에 극성은 주파수 및 위상 동조화된 교류 전압으로 구동된다. 전형적인 주파수는 10kHZ 및 5 내지 10V, 바람직하게는 최고 6 내지 8V의 전형적인 고전압을 포함한다. 선택적으로, 저 전압은 저 전력과의 호환성을 위해 바람직하다. 씨모스(CMOS) 구동 회로는 전기-활성 물질이 적어도 5 내지 6볼트에서 적당한 굴절률 변화를 제공하도록 사용된다.
하나의 실시태양에서, 위상-랩핑 구역은 구역을 서로 가깝게 하여 몇 개의 전극을 포함한다. 선택적으로, 높은 저항의 물질로 된 전극은 부드러운 주름의 장(소위 "페이즈 새그")에서 사용된다. 다른 실시태양에서, 두 번째 위상 전환은 단순히 연속적인 그라운드 평면처럼 사용하는 것보다는 같은 셀 내의 패턴이 형성된 다른 전극(600)에 의해 첫 번째의 상부에 순차적으로 이루어진다.
본 발명의 전기-활성 렌즈의 바람직한 구성 방법은 렌즈의 전극패턴에 윈도우를 구성하는 것과 전극 과 전기 접점 패드를 상호 연결함을 포함한다. 두 번째 윈도우는 전기적인 그라운드에 연결될 것이다. 다음으로, 액정 정렬 레이어는 양쪽 윈도우상에 적층되고 처리된다. 두 개의 적당하게 방향성이 주어진 윈도우는 예를 들면, 유리-스페이서-함유 에폭시로 윈도우의 사이에 간격을 둠으로써 액정 셀로 제조되며, 그 후 액정과 형성된 공간을 채우고 에폭시로 윈도우를 함께 밀봉한다. 윈도우는 단순한 압력 접착에 의해 전기적인 연결을 생성하기 위해서 전기적 접촉 패드 방향의 옆쪽으로 이동된다. 전극 과 상호 연결 패턴은 캐드(CAD)로 생성된 마스크(masks)로 포토리소그래피(photolithography)를 사용하여 확정된다. 개발, 에칭 및 적층 기술이 사용될 것이다. 선택적인 설계에서, 단순한 인터-레벨 연결 바이어스로 된 다중-레이어는 상호 연결 교차를 피하기 위해 사용된다.
전극(600) 설계에 있어서, 전극 구역 경계는 전형적인 위상 랩핑의 일관된 2π의 배수로 위치한다. 그러므로 모든 2mπ의 경계 배치를 위해, n번째 랩핑의 반경은 다음 식에 의해 얻어질 수 있다.
rho _nm = [ 2 n m ( lambda f)]^1/2 (1)
각각의 구역은 다수의 전극을 포함한다. 만약 각 구역당 p개의 전극이 있다면, 방정식(1)은 다음과 같이 수정될 수 있다.
rho _ lnm = [2 k m (lambda f)/p]^1/2 (2)
k = [p(n-1)+l] = 1,2,3,4, ... (3)
l 은 내부-구역의 전극을 위해 1에서 p 까지 증가하는 지수이고, k 는 연속으로 바깥쪽으로 세어지는 지수로, 카운팅 되는 숫자 k의 제곱근만큼 전극 경계의 반복을 지속한다. 다른 전압에 근접한 전극을 증가시키기 위하여, 절연 공간이 전극 사이에 삽입된다. 전극의 시퀀스는 세어진 숫자의 제곱근으로 증가된 반지름을 지닌 원에 의해 분리된다. 같은 인덱스 l을 지닌 모든 전극은 같은 위상 지연을 생성하도록 의도되었기 때문에 그들 사이에 공유된 전기적 연결로 공동으로 한 묶음이 되고, 그것에 의해 전극에 다른 전기적인 연결의 수를 감소시킨다.
다른 실시태양은 본 발명의 전기-활성 렌즈에서 위상 딜레이를 세팅하기 위하여 두께 변동성을 제공한다. 본 실시태양에서, 각각의 전극 루프에 인가된 전압은 렌즈의 위상 딜레이가 원하는 등급을 얻을 때까지 조절된다. 추가적으로, 개별적인 루프는 적당한 위상 딜레이를 생성시키기 위하여 지속적으로 인가된 다른 전압을 지닌다. 선택적으로, 같은 전압이 구역내의 모든 전극에 인가되고 다른 전압이 각각 다른 구역에 인가된다.
다른 실시태양은 경사진 광선 때문에 본 발명의 렌즈의 가장자리에 다른 위상 딜레이를 세팅하기 위해 제공된다. 경사 광선은 렌즈에 의해 굴절되고 렌즈의 가장자리를 통해 바깥쪽으로 일정하게 이동하는 광선이다. 추가적으로, 경사 광선은 더 먼 거리를 이동하고, 그로 인해 상당한 위상-지연이 생기게 된다. 본 실시태양에서, 위상 지연은 렌즈의 가장자리의 전극에 설정된 일정한 전압을 인가함에 의해 보상될 수 있다. 선택적으로, 렌즈의 가장자리의 전극은 가장자리의 굴절률이 근사적으로 위상지연을 보상하기 위해 수정되므로 전압강하를 야기한다. 이 전압 강하는 예를 들면, 전극 전도성 또는 적절히 두께를 조정하여 얻어질 수 있다.
전극(600)이 동심원 루프에 한정되지 않고, 예를 들면 픽셀을 포함한 특정 어플리케이션에 의한 어떤 기하학적 형상 또는 레이아웃으로 될 수 있음은 물론이다. 레이아웃은 전기적인 연결과 전극 분리 제한 및 작은 면적에서 전기적인 주름-필드로 액정 디렉터의 비-지역적인 탄성 거동의 상호작용의 복잡성에 의한 구성 제한에 의해서만 한정될 수 있다. 추가적으로, 전극(600)의 레이아웃은 전기-활성 렌즈의 형상에 의해 결정된다.
도 7은 본 발명의 전기-활성 렌즈의 실시태양을 위한 파워 프로파일의 예시를 나타낸 것이다. 이 파워 프로파일은 두 가지 목적을 제공한다: 렌즈 착용자를 응시하는 관찰자로부터 전기-활성 셀을 숨기는 것을 돕고 중간의 파워를 제공하기 위해서이다.
본 예에서, 전기-활성 렌즈(700)는 수직 및 수평 디-센트레이션(de-centration)으로 중앙에서 벗어나서 위치하는 렌즈(700)와 전기-활성 셀 부분(710)의 다수를 구성하는 원경-가시 부분(705)을 포함한다. 전기-활성 셀(710)은 중심 파워 구역(711), 중간 파워 구역(712) 및 외부 파워 구역(713)을 포함한다.
파워 종단면(715)은 전기-활성 셀(710)의 대상 종단면을 나타낸다. 셀(710)이 회절 요소 또는 식별력 있는 픽셀화를 통해 제조되기 때문에, 실질 파워 종단면은 근접한 요소 또는 픽셀 간에 미세한 비연속성이 존재하기 때문에 완전하게 매끄럽지 않다. 본 실시태양에서, 셀(710)의 중앙 구역(711)은 거의 원하는 부가적인 파워를 지니며, 그것은 10 내지 20mm 바람직하게는 10 내지 15mm의 너비이다. 중앙 구역(711)으로부터 바깥쪽으로 이동하는 것은 2 내지 10mm 너비 바람직하게는 3 내지 7mm의 폭을 지닌 파워 전환 영역이 되는 중간 구역(712)이다. 중간 구역(712)의 중심은 희망하는 리딩 파워의 거의 1/2이다. 외부 구역(713)은 1 내지 10mm 더욱 바람직하게는 2 내지 7mm의 너비를 지니며 파워가 절반의 부가적인 파워를 지니고 중간 구역(712)으로부터 원경 파워가 되는 원경-가시 부분(705)으로의 변화를 제공하기 위해 사용된다.
다른 파워 프로파일(720)은 전기-활성 셀(710)의 다른 실시태양을 나타낸 것이다. 본 실시태양에서, 중앙 구역(711)은 리딩 구역(710)을 구성하고, 아마도 10 내지 20mm 너비 또는 더 넓게 존재할 것이다. 중앙 구역(711)의 바깥쪽은, 파워가 중간 구역(712)의 리딩 파워의 절반으로 떨어진다. 중앙 구역(712)은 2 내지 10mm의 너비, 바람직하게는 3 내지 7 mm의 너비이다. 다시, 외부 구역(713)은 중간에서 원경 파워까지 조화될 수 있도록 사용되고 2 내지 7mm의 바람직한 너비를 지닌다.
세 번째 파워 프로파일(725)는 전기-활성 셀(710)의 다른 실시태양을 나타낸다. 본 실시태양에서, 중앙 구역(711)은 거의 희망하는 부가적인 파워를 다시 제공하지만 대략 30mm 정도의 더욱 너비를 지닌 것으로 바람직한 너비는 10 내지 20mm이다. 중간 구역 과 외부 구역(712,713)은 원경 파워로 변화시키기 위해 사용되며 3 내지 6mm의 바람직한 너비로 결합된다.
전기-활성 렌즈내의 각각의 개별적인 셀의 일치하거나 또는 약간 다른 파워 프로파일은 렌즈의 효과적인 파워 프로파일을 최적화하기 위해 사용된다. 예를 들면, 복굴절의 보정시, 각각의 셀에서 일치하는 파워 프로파일이 사용된다.
렌즈의 전기-활성 부분, 렌즈 그 자체 또는 전기-활성 부분 및 렌즈 모두는 특정 어플리케이션을 위해 희망하는 바대로 원형, 달걀형, 타원형, 직사각형, 정사각형, 반원, 둥근 코너를 지닌 직사각형, 반전된 편자-형태, 수직 방향으로 긴 길이와 수평 방향으로 짧은 길이를 지닌 직사각형, 기하학적 형상의 조합 또는 다른 기하학적 형상이 될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시태양에 의한 근경 및 중간 시야의 전기-활성 렌즈의 측면 단면도를 나타낸 것이다. 본 실시태양에 있어서, 전기-활성 렌즈(805)는 예를 들면, 안경과 같이 사용하기 위한 렌즈 착용자의 안구(810)의 전면에 위치한다. 따라서, 렌즈(805)는 근거리, 중간 및 먼 거리의 시야를 렌즈 착용자에게 제공한다. 전기-활성 렌즈가 광학적으로 활성화되지 않은 경우, 전체 렌즈(810)의 파워는 렌즈 착용자의 원경 시야를 교정하기 위해 필요한 굴절 파워를 지닌다. 전기-활성 셀이 전기-활성 영역이 광학적으로 유효하게 되는 것와 같은 방법으로 활성화되었을 때, 중간 구역(815)은 전기-활성 렌즈의 렌즈 착용자가 앞을 바라볼 때 시야의 일반적인 라인에 대하여 필수적으로 집중될 수 있다. 중간 구역(815)의 수직 너비는 6 내지 15mm( 두 개의 3 내지 7mm 사이인 절반의 합)로, 바람직하게는 6 내지 8mm의 수직 너비를 지닌다. 전기-활성화 영역의 리딩(또는 근거리) 구역(820)은 렌즈상의 이 포인트에 집중된 대략 절반의 수직 너비로 렌즈 착용자가 일반적인 글을 읽는 자세동안 렌즈를 통해 보는 곳을 나타내는 높이에 집중된다. 리딩 구역(820)의 수직 너비는 10 내지 20mm 사이가 될 수 있고, 바람직하게는 12 내지 16mm의 수직 너비를 지닌다. 리딩 구역(820)의 수평 또는 수직 너비는 원형의 리딩 구역과 동일하다. 중간 구역(815)의 수평 너비는 리딩 구역(820)의 크기와 중간 구역(815)의 수직 너비에 따라 변화한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시태양에 의한 근거리 및 중간 거리 시야를 지닌 전기-활성 렌즈의 측면 단면도를 나타낸 것이다. 본 실시태양에서, 전기-활성 렌즈(805)는 예를 들면, 안경과 같이 사용되기 위해 렌즈 착용자의 안구(810)의 전면에 위치한다. 다시, 렌즈(805)는 렌즈 착용자에게 근거리, 중간 거리 및 원거리 시야를 제공한다. 본 실시태양은 중간 과 근거리 시야 구역 사이에 혼합 구역(905,910,915)을 제공한다. 이 혼합 구역은 파워 구역 경계의 표면적인 질을 유리하게 향상시키며, 선택적으로, 광학적으로 유용한 파워 변화를 위해 제공된다.
예를 들면, 2 내지 8mm 사이의 너비인 혼합 구역(905)이 중간 구역(815)의 최상부 위에 배치될 수 있다. 대략 2 내지 6mm 사이의 너비를 지닌 혼합 구역(910)은 중간 구역(815)와 리딩(혹은 근거리) 구역(820)의 사이에 배치된다. 그리고 혼합 구역(915)은 리딩 구역(820)의 바닥에 위치한다. 만약 렌즈(805)의 전기-활성 영역이 원형이며 렌즈(805)의 중심에 대한 파워에 대칭이라면, 그러면 혼합 구역(915)은 혼합 구역(905,910)의 동일물이 된다. 반면에, 만약 렌즈9805)의 전기-활성 영역이 전기-활성 영역의 수평 중심선에 대해 비대칭이라면, 그러면 혼합 구역(915)은 렌즈(805)의 바닥면에서 리딩 파워로부터 원거리 파워까지 지속적인 변화가 있을 것이다. 이 경우, 혼합 구역(915)는 1 내지 2mm 정도로 작거나 또는 중간 거리 구역(815)과 중간 거리 구역(815)의 각 측면의 혼합 구역(905,910)의 너비의 합 정도로 넓게 된다. 사실, 혼합 구역(915)은, 만약 필요하다면, 렌즈(805)의 하부 가장자리로의 범위 내에 지속한다. 렌즈(805)의 파워 프로파일은 예를 들면 도 7의 라인(715)에 의해 도시된 바와 같이 연속적인 파워 프로파일이다. 도 7에 도시된 바와 같은 파워 프로파일은 물리적으로 가공되거나 또는 회절 패턴이 에칭되거나 어느 다른 유사한 메카니즘으로 패턴이 형성된 전극으로 달성된다.
근거리 및 중간 거리 파워를 지닌 전기-활성 렌즈는 렌즈 착용자가 그것을 원할 경우 부가적인 파워 및/또는 중간 거리의 파워를 편리하게 제공한다. 예를 들면, 착용자가 원거리를 바라보는 경우, 착용자는 가장 넓은 영역의 시야( 단일 시야 렌즈의 고 품질 옵틱스와 동등한)로 최고의 가능한 원거리 교정을 할 수 있다. 대조적으로, 이것은 프로그레시브 어디션 렌즈(PALs)의 경우가 되지 않는다. PAL 설계로는, 원치 않은 변형과 영상 점프의 문제는 리딩 및 중간 시야 구역의 크기와 질을 손상시킬 뿐만 아니라 원거리 시야 구역에 악영향을 미친다. 이것은 다수의 PAL 설계가 렌즈내의 원치 않은 난시의 크기를 감소시키기 위해 원거리 시야 구역 주위와 내부로 변형하기 위한 일정한 양의 변형을 허용하기 때문에 발생한다. 그와 같은 프로그레시브는 종종 산업계에서 "소프트" 설계라고 언급된다. 그러므로, 본 발명의 실시태양은 근거리 및/또는 중간 거리 시야 구역을 전기-활성화시킴으로써 PAL 설계에서 나타난 바와 같은 절충안을 제거한 것이다.
본 발명의 실시태양에 있어서, 전기-활성 렌즈는 전기-활성 구역의 자동 제어를 위한 영역 탐색기(range finder)에 의해 제어된다. 본 실시태양에서, 렌즈 착용자는 근거리 또는 중간거리의 물체를 바라볼 때, 자동적으로 턴 온 되는 근거리 및 중간 거리의 시야 모두를 지니고, 착용자가 원거리 물체를 바라보는 경우, 전기-활성 구역이 원거리 옵틱만을 제공하기 위하여 자동적으로 턴 오프 된다.
다른 실시태양에 있어서, 전기-활성 렌즈는 영역 탐색기를 무시하기 위한 수동 오버라이드(override)를 포함한다. 본 실시태양에 있어서, 수동 오버라이드는 전기-활성 렌즈 조절기 상의 스위치 또는 버튼으로 활성화된다. 버튼 또는 스위치를 누름으로써, 착용자는 수동으로 영역 탐색기를 무시할 수 있다. 착용자는 그 후 수동으로 원거리 시야로부터 근거리 또는 중간 거리 시야로 바꿀 수 있다. 선택적으로, 영역 탐색기가 착용자가 근거리 또는 중간거리 물체를 보는 것을 감지하였으나 착용자는 원거리의 물체를 보기 원하는 경우, 착용자는 영역 탐지기 제어를 무시하고 전기-활성 렌즈를 원거리 파워로 리턴시키기 위하여 수동으로 오버라이드 스위치 도는 버튼을 누를 것이다. 수동 오버라이드는 예를 들면, 착용자가 안경 창을 닦으려 하고 영역 탐색기는 근거리 또는 중간 거리 원거리에서 안경 창의 존재를 감지할 수 없을 때, 착용자가 수동으로 전기-활성 렌즈를 조정하는 것을 편리하게 허용한다.
도 10은 본 발명의 실시태양에 의한 전기-활성 렌즈의 예시적인 캐스케이드시스템을 나타낸 것이다. 본 발명의 실시태양은 순차적인 전기-활성 렌즈를 포함하고, 그것은 연속하는, 단순한 스위칭과/또는 프로그램 가능한 요소의 사용으로 높은 스위칭 복잡성을 달성하기 위한 전략을 제공한다. 이 순차화 된 렌즈는 레이저 광학, 현미경 등의 복잡한 광학 시스템에서 가변적인 굴절률을 효율적으로 제어하기 위해 사용된다. 그와 같이, 캐스케이드에서 더 단순한 요소의 전체적으로 더욱 복잡한 기능성을 여전히 제공하지만, 복잡한 적응성의 전기 렌즈를 제어하기 위한 다수의 연결과 렌즈를 통해 광학적 빔을 제어하기 위한 다수의 제어 라인은 감소될 것이다. 추가적으로, 순차적인 수행은 더욱 우수한 회절 효율성, 프로그래밍의 유연성, 프로그래밍 복잡성의 감소를 가능케한다. 그러므로, 각각의 N 초점을 지시하는 기능의 R 렌즈의 선형적인 연속은, 배수의 분해능 향상이 추정되는R^N만큼의 분해 가능한 초점을 지시할 수 있다,
도 10에서, 두-단계의 순차적인 시스템(1000)은 나란히 위치한 두 전기-활성 렌즈(1010,1020)을 포함한다. 실시예에서, 전기-활성 렌즈(1010)는 N1의 분해능을 지니고 전기-활성 렌즈(1020)는 N2의 분해능을 지닌다. 그러면, 순차시스템(1000)의 총 분해능은 순차시스템(1000)이 다중 순차시스템이기 때문에 NR=N1*N2가 된다. 그러므로, 입사광선(1006)이 순차시스템(1000)의 첫 번째 단계, 즉, 전기-활성 렌즈(1010)를 통해 통과하고, 광선(1016)으로 분해된다. 광선(1016)은 그 후 순차시스템(1000)의 두 번째 단계, 즉, 전기-활성 렌즈(1020)를 통해 통과하고, 광선(1026)으로 더욱 분해된다.
전기-활성 렌즈(1010,1020)는 원하는 위상 분포를 생성하기 위하여 차례로 렌즈(1010,1020) 내의 전기-활성 물질을 활성화하기 위한 전압 분포를 제공하기 위해 프로그램된 동심원의 투명한 전극, 예를 들면, 루프를 포함한다. 실시예에서, 렌즈는 방사 방향으로 2차 위상 분포를 제공한다. 2차 위상 펑션(function)은 선형 위상 펑션이 단순한 방사상 회절격자인 선형 위상 펑션에 적용된 선형 쳐프(chirp)로 나타낼 수 있다. 쳐프 때문에, 선형 위상 펑션은 렌즈의 가장자리를 향해 "더빠르게" 변화한다. 그러므로, 이중 위상 펑션은 렌즈의 가장자리를 향해 광학적인 축으로부터 선형적으로 증가하는 "편향 강도"의 빔을 방사 방향으로 일차원인 펑션으로 그것을 해석함으로써 단순화될 수 있다. 예를 들면, 동심원의 루프 전극은 지름 Dmm의 전기-활성 렌즈내의 밀리미터 당 전극의 수 L의 밀도를 지닌다. 높은 회절 효율을 달성하기 위하여, m-위상 레벨은 셀당 m 전극이 존재하도록 프로그램될 수 있다. 전기-활성 렌즈의 가장 큰 굽힘 파워가 렌즈의 가장자리에 사용되기 때문에, 주어진 기하로 달성될 수 있는 F#에 제한이 존재한다. m-위상 레벨에 있어서는, 렌즈 가장자리의 주기 Λ는 Λ= m(1000㎛/L) 이다. 그러므로, F# = λ/ Λ에 대응하며, λ는 설계도니 파장이다. 그러므로, 전기-활성 렌즈(710,720)을 순차시스템화 함으로써, 더 작은 F# 렌즈가 완성될 수 있다.
순차시스템을 프로그래밍 하는 일반적인 접근에서, 순차시스템의 단계가 독립적으로 프로그램 되기 때문에 효율성에서 손실이 존재하는 경향이 있다. 이문제를 극복하기 위하여, 본 발명의 실시태양에서는, 단계들이 예를 들면, 불연속의-오프셋-바이어스 프로그래밍 알고리즘을 사용하여, 공동으로 프로그램된다. 이 공동 접근은 순차시스템의 두 번째 단계에서 어떤 콴티제이션 오류도 편리하게 제거하고, 그에 의해 높은 회절 효율성을 만들어 낸다.
도 11은 전형적인 순차시스템에 의해 독립적으로 프로그램된 순차시스템 단계 내에서 야기되는 에러 콴티제이션을 나타낸 것이다. 이 경우, 각각의 요소는 순차적인 수행에 의한 콴티제이션 에러를 지니고, 원하는 회절 오더 내의 효율성에 상당한 악영향을 미치며, 높은 회절 오더 하에서 측면 로브(lobe)를 전달하여 노이즈 또는 흐릿함을 야기한다.
도 12는 본 발명에 의한 순차시스템 단계가 공동으로 프로그램된 순차시스템 내의 에러 콴티제이션의 제거를 나타낸 것이다. 예를 들면, 이산된-오프셋-편향 알고리즘이 전기-활성 렌즈를 프로그램하고 렌즈 동작을 최적화하기 위하여 사용된다. 프로그래밍 전략은 순차시스템에서 첫 번째 렌즈(1010)의 요소에 불완전한 블래이징(blazing)을 허용하고 두 번째 단계의 두 번째 렌즈(1020)에서 발생되는 일정한 위상 이동을 사용함으로써 다른 섬광 간의 위상 불일치를 교정한다. 이 프로그래밍 전략으로, 첫 번째 렌즈(1010)은 야기되는 에러를 고려하지 않고 입사 광선(1006)이 렌즈(1010)의 초점에 도달하도록 프로그램된다. 이것은 광성(1016)에 불완전한 블래이즈를 야기하고, 그것은 차례로 해로운 간섭뿐만 아니라 원하는초점의 상실의 원인이 된다. 두 번째 렌즈(1020)는 그 후 단계 1을 통과한 경사진 웨이브-프론트 광선(1016)에 지속적인 위상 오프셋을 야기하도록 프로그램되어, 로컬 빔의 경사진 웨이브 프론트의 단계 2로부터의 출력 광선(1026)이 관련된 위상으로 교정된다. 순차시스템 프로그래밍의 이 형태로 광성(1026)의 중앙 회절 로브의 세기가 극대화되며 가상 노이즈 로브는 생성되지 않을 것이다.
본 프로그래밍 접근은 상기한 어드레스로 불러낼 수 있는 전극을 지닌 픽셀화된 전극 패턴을 포함하는 전기-활성 렌즈 설계의 모두에 적용될 수 있다.
액정 얼라인먼트 레이어는 균질의(평면의) 및 호메오트로픽(수직의) 정렬 모두를 달성하기 위하여 안출될 수 있다. 균등한 정렬을 지닌 액정 레이어의 실시태양에서, 자외선 민감 물질은 선형적으로 극성화된 자외선이 조사되며 그 후 이방성의 표면 응집력을 야기하기 위하여 포토-피지칼 과정을 거치도록 한다. 그 결과 물질은 균일하게 정렬된다. 그와 같은 물질의 일 예는 폴리비닐 신나마이트이다. 선택적인 실시태양에서, 얇은 폴리머필름은 물질을 균등하게 정렬하기 위하여 기계적으로 마찰된 것이다. 이 물질의 일 예는 폴리비닐 알코올이다.
호메오트로픽 정렬을 지닌 액정 레이어의 실시태양에서, 전형적인 물질은 일반적으로 레시틴이라고 불리는 L-알파-포스파티딜로콜린과 특별한 방법으로 기재의 표면에 그 자체를 부착시킨 긴 탄화수소 체인을 지닌옥타디실트리에톡시실란(ODSE)이다. 이 물질은 활성 렌즈 기재의 표면을 하이드로포빅하게 만들고, 차례로 액정 분자의 하이드로포빅 말단을 끌어당겨 그들이 호메오트로피칼하게 정렬되도록 한다.
도 13은 본 발명의 전기-활성 렌즈의 실시태양에 구동 전압 파형을 제공하기 위해 사용되는 전기 회로의 실시태양을 나타낸 것이다. 본 실시태양에서, 전기 회로는 "플라잉 캐패시터" 회로(1300)이다. 플라잉 캐패시터 회로(1300)는 예를 들면, 스위치(1301-1305), 캐패시터(1320,1322) 및 증폭기(1330)을 포함한다. 스위치(1301-1305)는 캐패시터(1320,1322) 및 증폭기(1330)에 인가된 전압을 제어하기 위하여 열고 닫힌다. 그와 같이, 회로(1300)으로부터 출력 파형의 위상은 제어되고 지연된다. 이 위상 지연의 제어는 전기-활성 렌즈에 가변적인 전압을 공급하기 위하여 사용된다. 플라잉 캐패시터 회로(1300)의 사용 및 그것의 결과 파형은 가변적인 피크-투-피크 전압 및 결과 파형에 매우 작은 직류 요소를 제공한다. 그러므로, 플라잉 캐패시터 회로(1300)는 다중-초점 안과용 렌즈를 제조하기 위하여 제어 위상 지연을 편리하게 사용할 수 있다. 그 결과 파형은 사각파 예를 들면, 또는 전기-활성 렌즈를 구동할 수 있으며, 렌즈의 응용에 따라 다른 어떤 파형이 될 수도 있다.
본 발명의 다양한 실시태양이 상기에 기술되었으나, 다른 실시태양 역시 본 발명의 사상과 범위에 따라 가능하다.

Claims (20)

  1. 첫 번째 전기-활성 셀 및 두 번째 전기-활성 셀을 포함하는 전기-활성렌즈에 있어서, 상기 첫 번째 전기-활성 셀과 두 번째 전기-활성 셀은 복굴절을 감소시키기 위하여 활성화되지 않은 상태에서 서로 근접하여 위치하고 직각으로 교차하는 방향성을 지님을 특징으로 하는 전기-활성 렌즈
  2. 제 1항에 있어서, 상기 첫 번째 전기-활성 셀은 첫 번째 가변 굴절률 물질을 포함하고, 상기 두 번째 전기-활성 셀은 두 번째 가변 굴절률 물질을 포함하며, 첫 번째 가변 굴절률 물질의 분자는 두 번째 가변 굴절률 물질의 분자와 직교하는 방향성을 지님을 특징으로 하는 전기-활성 렌즈
  3. 제 1항에 있어서, 상기 첫 번째 전기-활성 셀은 두 번째 전기-활성 셀위에 겹쳐짐을 특징으로 하는 전기-활성 렌즈
  4. 제 1항에 있어서, 그 내부에 첫 번째 리세스를 지닌 첫 번째 렌즈 콤포넌트; 및 그 내부에 두 번째 리세스를 지닌 두 번째 렌즈 콤포넌트를 더욱 포함하며, 상기 첫 번째와 상기 두 번째 전기-활성 셀은 첫 번째와 두 번째 리세스 안의 첫 번째 및 두 번째 렌즈 콤포넌트 사이에 배치됨을 특징으로 하는 전기-활성 렌즈
  5. 제 1항에 있어서, 그 내부에 리세스를 지닌 렌즈 콤포넌트 및 리세스 내에 배치된 첫 번째와 두 번째 전기-활성 셀을 더욱 포함함을 특징으로 하는 전기-활성 렌즈
  6. 제 1항에 있어서, 그 내부에 첫 번째 리세스를 지닌 첫 번째 렌즈 콤포넌트; 그 내부에 두 번째 리세스를 지닌 두 번째 렌즈 콤포넌트; 및 첫 번째와 두 번째 전기-활성 셀을 감싸는 케이싱을 더욱 포함하며, 상기 케이싱은 첫 번째와 두 번째 리세스의 속에서 첫 번째와 두 번째 렌즈 콤포넌트의 사이에 배치됨을 특징으로 하는 전기-활성 렌즈
  7. 첫 번째 전기-활성 셀과 두 번째 전기-활성 셀은 복굴절을 감소시키기 위하여 활성화되지 않은 상태에서 서로 근접하여 위치하고 직각으로 교차하는 방향성을 지니는 첫 번째 전기-활성 셀 및 두 번째 전기-활성 셀을 지니는 전기-활성 렌즈; 및 전기-활성 렌즈에 전압을 인가하기 위해 전기-활성 렌즈와 전기적으로 연결된전극 세트로 구성된 전기-활성 장치
  8. 제 7항에 있어서, 상기 전극은 전기-활성렌즈의 다른 영역에 다른 전압을 인가함을 특징으로 하는 전기-활성 장치
  9. 제 7항에 있어서, 상기 전기-활성 렌즈의 굴절률은 인가된 전압의 크기에 따라 변화함을 특징으로 하는 전기-활성 장치
  10. 제 7항에 있어서, 상기 전극은 동심원형의 루프 형태임을 특징으로 하는 전기-활성 장치
  11. 제 7항에 있어서, 상기 전극은 픽셀화된 영역의 배열 형태임을 특징으로 하는 전기-활성 장치
  12. 제 7항에 있어서, 상기 전기-활성 장치는 인가된 전압을 공급하기 위하여 전극에 전기적으로 연결된 전력 공급원을 더욱 포함하는 전기-활성 장치
  13. 렌즈의 첫 번째 전기-활성 셀을 제공하는 단계;
    렌즈의 두 번째 전기-활성 셀을 제공하는 단계; 및
    비활성화된 상태에서 복굴절을 감소시키기 위하여 첫 번째와 두 번째 전기-활성 셀을 서로 직각으로 교차하는 방향성을 제공하는 단계로 구성된 렌즈내 복굴절을 감소시키는 방법
  14. 제 13항에 있어서, 렌즈의 굴절률을 변화시키기 위하여 첫 번째와 두 번째 전기-활성 셀에 전압을 인가하는 단계를 더욱 포함하는 방법
  15. 제 13항에 있어서, 렌즈의 다른 굴절률을 생성하기 위하여 첫 번째와 두 번째 전기-활성 셀의 다른 영역에 다른 전압을 인가하는 단계를 더욱 포함하는 방법
  16. 전기-활성 렌즈;
    전기-활성 렌즈에 전압을 인가하기 위해 전기-활성 렌즈에 전기적으로 연결된 전극 세트; 및
    전기-활성 렌즈에 다중-초점을 생성하기 위해 인가된 전압에서 제어 위상 지연을 이용하는 전극 세트에 전압을 인가하기 위한 회로를 포함하는 전기-활성 장치
  17. 제 16항에 있어서, 상기 회로는 플라잉 캐패시터 회로임을 특징으로 하는 전기-활성 장치
  18. 제 16항에 있어서, 상기 전극은 전기-활성 렌즈의 다른 영역에 다른 전압을 인가하여 다중-초점을 발생시킴을 특징으로 하는 전기-활성 장치
  19. 전기-활성 렌즈를 제공하는 단계;
    전기-활성 렌즈에 연결된 전극 세트를 통하여 전기-활성 렌즈에 전압을 인가하는 단계; 및
    다중-초점의 안과용 렌즈를 제조하기 위하여 인가된 전압내에서 제어 위상 지연을 이용하는 단계를 포함하는 다중-초점 안과용 렌즈를 제조하는 방법
  20. 제 19항에 있어서, 상기 제어 위상 지연은 플라잉 캐패시터 회로에 의해 제공됨을 특징으로 하는 방법
    .
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