KR20070097030A - 정전기적으로 가변되는 유체 포커스 렌즈를 사용하는구면-실린더형 안 굴절 시스템 - Google Patents

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Abstract

광학 장치, 시스템, 및 방법은 도수 및 난시 축 양측의 범위에 걸쳐서 (구면 렌즈 형태뿐만 아니라) 실린더 렌즈 형태를 생산 및/또는 측정할 수 있다. 유체 포커스 렌즈들은 계면과 주변 용기 벽 사이의 국소화된 각을 제어함으로써 상이한 굴절률을 갖는 2개의 혼합 불가한 유체들 사이의 유체/유체 계면의 형태를 변화시키기 위해 전위를 채용한다. 구면도수, 난시도수, 및 난시 접근 정렬은 (유체 외에) 움직이는 부품 없이도 변화된다.

Description

정전기적으로 가변되는 유체 포커스 렌즈를 사용하는 구면-실린더형 안 굴절 시스템{SPHERO CYLINDRICAL EYE REFRACTION SYSTEM USING FLUID FOCUS ELECTROSTATICALLY VARIABLE LENSES}
본 발명은 일반적으로 광학 장치, 시스템, 및 방법에 관한 것으로서, 일 실시예로써 예컨대 사람 눈의 굴절 오차에 대한 보정이 가능하도록 구면도수(spherical power) 및 난시도수(cylindrical power)를 조절할 수 있는 유체 렌즈를 제공한다.
사람의 눈에 대한 굴절 오차들은 접안식(subjective) 접근법 및 대물식(objective) 접근법을 포함한 다양한 방법으로 측정된다. 눈에 대한 접안식 측정은 눈 앞에 보정 렌즈들 또는 보정 광학 시스템을 두고, 그 결과로서 보정된 시력에 대한 제어된 테스트를 수행함으로 이루어질 수 있다. 이러한 검안(eye test)은 대상자가 적절한 타켓 이미지를 바라보고 있는 동안에 그 대상자에게 향상된 시력을 제공하는 구면-난시(sphero-cylindrical) 보정을 확인하기 위해 공통적으로 사용된다.
접안 굴절 측정을 수행하는 경우, 일련의 개별 트라이얼 렌즈들은 테스트 대상자의 눈 앞에 위치될 수 있다. 많은 접안 굴절 테스트에 있어서, 대상자는 하나 의 렌즈들의 무리(bank)를 갖는 기구인 포롭터(phoropter)를 통해 보게 된다. 포롭터의 렌즈들은 가장 향상된 시력을 제공하기 위해 대상자가 2개 이상의 대체가능한 렌즈 배열들 중에서 선택하여 눈 앞에 순차적으로 놓일 수 있다. 일부 최신의 포롭터는 렌즈들을 이동시키거나 선택하는 동력화된 메카니즘을 가지고 있으나, 대부분은 수동 기기들로 되어 있다.
사람의 굴절 오차들에 대한 접안 측정에 더하여, 사람의 눈에 대한 대물 측정이 가능하도록 의도된 다양한 구조들이 존재한다. 예를 들어, 대물 측정은 다양한 자동 굴절기에 의해 이루어질 수 있다. 이러한 기구들은 대게는 구면 오차만을 보정하거나, 또는 조절 범위 전체에 걸쳐 눈의 구면-난시 오차를 보정할 수 있는 가변적인 보정 광학 트레인을 갖는다. 자동 굴절기는 모터, 기어, 슬라이드, 베어링, 풀리 등을 사용하여 광학 트레인의 구면도수(및 때때로 난시도수)를 변경시킨다. 이러한 구동 요소들은 자동 굴절기를 복잡하게 하고, 크기를 증가시키며, 손상과 마모에 약하게 하고, 고가로 만드는 경향이 있다.
상기 사항을 감안할 때, 향상된 광학 장치, 시스템, 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히, 이러한 향상이 구면, 난시, 환형 오차 및 가능하다면 다른 오차들에 대한 조절, 수정, 및/또는 측정 특히, 사람 눈의 오차에 대한 측정을 가능하게 한다면 특히나 유익할 것이다. 특히, 이러한 향상이 많은 수의 대체 렌즈들에 의존하지 않고, 그리고 공지의 시력 측정(eye measurement) 시스템의 모터, 기어, 슬라이드, 베어링, 풀리 및 다른 구동 부품 없이도 실현될 수 있다면 유리할 것이다.
본 발명은 일반적으로 향상된 광학 장치, 시스템, 및 방법을 제공한다. 본발명의 실시예들은 도수들과 난시 축들의 전체 범위에 걸쳐 구면-실린더형, 실린더형, 구면형, 및 다른 렌즈 형태들을 제조할 수 있다. 본 발명은 유체/유체 계면의 형태를 변화시키기 위해 전위(electrical potential)를 채용한 유체 포커스 렌즈들을 사용한다. 상이한 굴절율을 갖는 2개의 혼합 불가한 유체 사이의 유체/유체 계면은 주변의 용기 벽에 관하여 계면의 위치 및/또는 각도를 변화시킴으로써 변화될 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 용기는 프리즘의 대향하는 측벽들에 전위를 인가함으로써 실린더형 렌즈가 형성되도록 하며, 선택적으로는 상이한 전위가 프리즘의 단부 벽에 인가되도록 하는 직사각형의 프리즘 형태를 가질 수 있다. 대체적인 실시예들에서는 구면, 난시, 및 다른 도수들이 모두 변경될 수 있도록 대략 광로 주변에 분포된 일련의 전극들을 갖는 실질적으로 실린더형인 용기를 이용할 수 있다. 유리하게는, 사람의 시력 조절의 전체 범위에 걸쳐서 가변하는 구면도수, 난시도수, 및 난시축 방향을 개별적으로 제공하는 경우라도, 구동 부품들(유체 외의)은 채용되지 않을 수 있다.
제1 양태에서, 본 발명은 자신을 관통하는 광로를 갖는 적어도 하나의 개구를 정의하는 적어도 하나의 하우징을 구비하는 광학 장치를 제공한다. 복수의 유체들은 하나 이상의 유체/유체 계면들을 정의하기 위해 적어도 하나의 개구에 배치된다. 전위 소스는 적어도 하나의 개구와 결합된다. 소스는 제1 입력에 응답하여 하나 이상의 유체/유체 계면의 난시 방향을 변경시키기 위해 하나 이상의 전기습윤 전위들을 변화시키도록 구성된다.
소스는 제2 입력에 응답하여 실린더형 배율을 변경시키기 위해 적어도 하나의 전기습윤 전위를 변경시키고, 및/또는 제3 입력에 응답하여 하나 이상의 유체/유체 계면들이 난시도수 형태로 변화되도록 적어도 하나의 전기습윤 전위를 변경시키도록 구성될 수 있다. 바람직하게는, 구면도수는 실질적으로 사람 눈의 구면수차들 전범위를 수용하도록 적어도 대략 -20.0 디옵터에서부터 적어도 대략 +20.0 디옵터까지의 범위에 걸쳐서 변화될 수 있다. 이와 유사하게, 본 장치는 바람직하게는 그 광학 장치가 실질적으로 사람 눈에 있어서의 비점수차 전 범위를 보상할 수 있도록, 그 난시 방향이 적어도 대략 90°의 범위(선택적으로는, 적어도 대략 180°)에 걸쳐서 변화되면서 적어도 -6.0 디옵터에서부터 적어도 +8.0 디옵터까지의 범위에 걸쳐 변화될 수 있는 난시도수를 가질 수 있다.
선택적으로는, 적어도 하나의 하우징은 그 내부에 제1 유체/유체 계면을 갖는 제1 개구 및 그 내부에 제2 유체/유체 계면을 갖는 제2 개구를 정의할 수 있다. 제1 및 제2 개구는 각각 광로에 대하여 직사각형 단면을 가질 수 있다. 제1 전기습윤 전위의 변화는 상기 제1 유체 계면의 제1 가변 난시도수에 있어서의 변화에 영향을 미칠 수 있으며, 제1 가변 난시도수는 광로를 측면방향으로 가로질러 연장하는 제1 난시 방향을 갖는다. 제2 전기습윤 전위의 변화는 제2 유체 계면의 제2 가변 난시도수에 있어서의 변화에 영향을 미치며, 그 제2 가변 난시도수는 광로를 측면방향으로 가로질러 연장하는 제2 난시 방향을 갖는다. 제1 난시 방향은 광로에 대하여 제2 난시 방향으로부터 각이 오프셋 되어있을 수 있다.
적어도 하나의 하우징은 그 내부에 제3 유체/유체 계면을 갖는 제3 개구를 정의할 수 있으며, 제3 개구는 직사각형 단면을 갖는다. 제3 전기습윤 전위의 변화는 제3 개구 내에 배치된 제3 유체/유체 계면의 제3 가변 난시도수에 있어서의 변화에 영향을 미칠 수 있다. 제3 가변 난시도수는 광로를 측면방향으로 가로질러 연장하는 제3 난시 방향을 가지며, 제3 난시 방향은 광로에 대하여 상기 제1 및 제2 난시축으로부터 각이 오프셋 되어있을 수 있다. 예를 들어, 제1 난시 방향은 제2 난시 방향에 대해 실질적으로 직교하며, 반면에 제3 난시 방향은 제1 난시 방향으로부터 대략 45°각이 오프셋 되어있을 수 있다.
많은 실시예들에 있어서, 제1 전극 및 제2 전극은 제1 개구의 대향하는 면들을 따라 배치될 수 있다. 이와 유사하게, 제3 전극 및 제4 전극은 제2 개구의 대향하는 면들을 따라 배치될 수 있으며, 반면에 제5 전극 및 제6 전극은 제3 개구의 대향하는 면들을 따라 배치될 수 있다. 각 개구의 대향하는 면들을 따라 배치된 전극들은 각 개구의 양 측면에 공통의 전기습윤 전위가 쉽게 인가될 수 있도록 전기적으로 결합될 수 있다. 개구의 양 측면을 따라 전기습윤 전위를 변화시키는 것은 직사각형 개구의 면들과 그 개구 내의 유체/유체 계면 사이에 정의되는 각을 제어가능하게 변화시키고, 및/또는 전위 부근의 용기 벽을 따라 유체/유체 계면의 위치를 변화시킨다. 이는 유체/유체 계면의 난시도수를 가변적으로 제어하는데 사용될 수 있으며, 특히, 여기에서 (대향하는 면들을 연결하는) 직사각형 개구의 단부는 각 직사각형 개구의 각 단부에 대하여 적절한 전기습윤 전위로 단부 전극을 제공하는 것과 같이, 유체/유체 계면과 단부 표면 사이의 각이 90도로 유지되도록 구성된다.
일부 실시예에 있어서, 하우징은 광로 주위에 배치된 벽을 포함할 수 있으며, 벽에 대하여 원주 방향으로 배치되는 복수의 도전체들을 더 포함할 수 있다. 도전체는 전극 어레이를 정의할 수 있으며, 어레이의 각 전극은 어레이의 2개의 인접한 전극들(전기적으로 분리됨) 사이에서 원주 방향으로 배치된다. 이러한 원주 방향 어레이에는 대게 5개 이상의 전극이 존재하게 되며, 선택적으로는, 8개 이상의 전극들이 존재하며, 일부 실시예에서는 10개 이상의 전극들이 존재한다. 전력 소스는 광로에 대하여 원주형의 일련의 전위들을 인가할 수 있다. 일련의 전위들은 실질적으로 정현 패턴의 DC 전압들을 포함할 수 있다. 전력 소스는 제2 입력에 응답하여 정현 패턴의 진폭을 변경시키도록 구성될 수 있다. 전력 소스는 제1 입력에 응답하여 광로에 대하여 정현 전압 패턴을 회전시키도록 구성될 수도 있다. 바람직하게는, 전력 소스는 광로를 따라 구면도수를 변경시키기 위해 제3 입력에 응답하여 패턴의 평균 전압을 변경시키도록 구성된다.
많은 실시예에 있어서, 광학 장치는 적어도 하나의 하우징 내에서 유체의 움직임에는 영향을 주고 장치의 다른 움직임에는 영향을 주지 않음으로써 구면도수 및 난시 방향을 변화시킬 수 있다. 전력 소스는 제1 입력 및 제2 입력에 응답하여 복수의 전기습윤 전위들을 결정하는 프로세서를 포함할 수 있다. 프로세서는 광로를 따라 구면 광학 도수를 변경시키기 위해 제3 입력에 응답하여 전기습윤 전위를 더 결정할 수 있다. 선택적으로, 적어도 하나의 유체/유체 계면은 광로를 따라 구면도수가 크지 않은 순수한 실린더형 렌즈로서 동작할 수 있다.
또 다른 양태에 있어서, 본 발명은 자신을 관통하는 광로를 갖는 제1 프리즘 개구를 갖는 제1 하우징을 구비하는 유체 실린더형 렌즈 장치를 제공한다. 제1 개구는 제1 표면 및 제2 표면을 가지며, 제2 표면은 그 사이에 광로를 갖도록 제1 표면과 오프셋 되어 있다. 복수의 유체들은 제1 및 제2 표면을 횡단하는 제1 유체/유체 계면을 정의하기 위해 개구 내에 배치된다. 전위 소스는 제1 및 제2 표면들과 결합되어 그곳에 제1 가변 전위를 인가함으로써 광로를 따라 유체/유체 계면의 제1 가변 난시도수를 변경시킨다.
제1 가변 난시도수는 대게 제1 개구의 단부 표면들을 횡단하는 제1 방향을 갖게 된다. 전위 소스는 나머지 다른 전위가 제1 전위와 상이하도록 특히 제1 난시도수가 0과 상이할 때 단부 표면들에 다른 전위를 인가할 수 있다. 유체 실린더형 렌즈 장치는 또한 그 사이에 광로를 갖는 제3 표면 및 제3 표면을 갖는 제2 개구를 갖는 제2 하우징을 포함할 수 있다. 복수의 유체들은 제2 유체/유체 계면을 정의하기 위해 제2 개구 내에 배치될 수 있다. 전력 소스는 제3 및 제4 표면들과 결합되어 그곳에 제2 가변 전위를 인가함으로써 제2 가변 난시도수를 변화시킬 수 있다. 제2 가변 난시도수는 제1 방향에 비하여 광로에 대해 각이 오프셋 된 제2 방향을 가질 수 있다. 제3 하우징은 제3 개구를 가질 수 있다. 제3 개구는 그 사이에 광로가 있도록 하여 제5 표면 및 제6 표면을 포함할 수 있다. 다시, 복수의 유체들은 제3 유체/유체 계면을 정의하기 위해 제3 개구 내에 배치될 수 있다. 전위 소스는 제3 방향을 갖는 제3 난시도수를 변화시키기 위해 제3 가변 전위를 인가할 수 있도록 제5 및 제6 표면과 결합될 수 있다. 제3 방향은 제1 및 제2 축으로부터 각이 오프셋 될 수 있으며, 그로 인해 광학 장치가 광로를 따라 구면도수를, 광로를 따라 난시도수를, 그리고 광로에 대하여 난시 방향을 변화시키도록 할 수 있다.
또 다른 실시예에서, 본 발명은 축방향으로 자신을 관통하여 연장하는 광로를 갖는 적어도 하나의 개구를 정의하는 적어도 하나의 하우징을 구비하는 광학 장치를 제공한다. 적어도 하나의 유체/유체 계면을 정의하기 위해 적어도 하나의 개구 내에 복수의 유체들이 배치된다. 복수의 전기적 도전체들은 광로 주위에 원주 방향으로 배치된다. 전위 소스는 전기적 도전체들과 결합되어 그곳에 복수의 상이한 전기습윤 전위들을 동시에 인가한다. 전위 소스는 광로를 따라 적어도 구면-난시도수를 제어가능하게 변경시키기 위해 적어도 하나의 유체/유체 계면을 변경시키도록 구성된다.
선택적으로는, 하우징은 광로 주위에 연장하는 실질적인 실린더형 벽, 프리즘, 또는 다른 형태의 벽을 포함할 수 있다. 전기적 도전체들은 벽에 대하여 원주 방향으로 배치될 수 있다. 흔히, 4개 이상의 전기적 도전체들, 5개 이상의 전기적 도전체들, 많은 경우에 있어서는, 8개 이상의 전기적 도전체들이 벽에 대하여 원주 방향으로 배치되게 된다. 소스는 광로를 따라 구면도수를 변화시키기 위해 선택적으로는 난시도수의 난시 방향을 변경시키기 위해 유체/유체 계면을 변경시키도록 구성될 수 있다. 각 전기적 도전체는 광로를 따라 연장할 수 있으며, 광로를 따르는 구면도수는 전기적 도전체들에 인가되는 평균 전위를 변경시킴으로써 변경될 수 있다. 난시도수 및 구면도수들을 제공하는 것에 더하여, 그러한 구조는 다른 왜곡 렌즈 형태들을 제공할 수도 있다. 전위들은 원주 방향으로 상이할 수 있으며, 일부 실시예들은 동일한 개구에 대하여 모든 상이한 전위들이 인가될 필요가 없도록 각각이 상이한 유체/유체 계면을 갖는 복수의 개구들을 채용할 수 있다.
또 다른 양태에 있어서, 본 발명은 자신을 관통하는 광로를 갖는 적어도 하나의 개구를 정의하는 적어도 하나의 하우징을 포함하는 포롭터 또는 자동 굴절기를 제공한다. 하나 이상의 유체/유체 계면을 정의하기 위해 적어도 하나의 개구 내에 복수의 유체들이 배치된다. 복수의 전기적 도전체들은 적어도 하나의 개구 근처에 배치되며, 전위 소스는 적어도 하나의 전기습윤 전위를 인가하기 위해 전기적 도전체들과 결합된다. 소스는 광로를 따르는 구면도수, 광로를 따르는 난시도수, 및 광로를 따르는 난시 방향 중에서 선택된 하나 이상의 특징들을 제어가능하게 변화시키기 위해 하나 이상의 유체/유체 계면들을 변화시키도록 구성된다. 많은 실시예들에 있어서, 전위 소스는 2개 이상의 특징들, 많은 경우에는 모든 3개의 특징들을 변경하도록 구성된다.
또 다른 양태에 있어서, 본 발명은 적어도 하나의 전기습윤 전위들을 인가함으로써 광로를 따라 난시 방향을 변경시키도록 하나 이상의 유체/유체 계면들을 구성하는 것을 포함하는 유체 렌즈 광학 방법을 제공한다.
많은 실시예들에 있어서, 하나 이상의 유체/유체 계면들은 난시도수 또한 변경될 수 있도록 하기 위해 적어도 하나의 전위를 변경시킴으로써 재구성된다. 광축을 따르는 구면도수는 또한 적어도 하나의 전위를 변경시킴으로써 제공될 수도 있다. 난시도수, 난시 방향, 및 구면도수는 광로를 따르는 다른 이동 없이 적어도 하나의 전위에 응답하여 유체들을 이동시킴으로써 제어가능하게 변화될 수 있다.
또 다른 양태에 있어서, 본 발명은 광로에 대해 복수의 원주 방향으로 상이한 전기습윤 전위들을 동시에 인가함으로써 광로에 의해 횡단되는 적어도 하나의 유체/유체 계면을 구성하는 것을 포함하는 유체 렌즈 광학 방법을 제공할 수 있다. 전위들은 적어도 하나의 유체/유체 계면의 제1 곡률 및 적어도 하나의 유체/유체 계면의 제2 곡률을 동시에 제공하도록 인가될 수 있다. 이러한 것이 선택적으로 단일의 유체/유체 계면, 또는 복수의 유체/유체 계면들을 사용하여 가변 구면-실린더 렌즈를 제공할 수 있다.
또 다른 양태에 있어서, 본 발명은 자신을 관통하는 광로를 갖는 적어도 하나의 개구를 정의하는 적어도 하나의 하우징을 포함하는 광학 장치를 제공한다. 적어도 하나의 유체/유체 계면을 정의하기 위해 적어도 하나의 개구 내에 복수의 유체들이 배치된다. 적어도 하나의 개구와 결합된 전위 소스는 적어도 하나의 유체/유체 계면이 구면도수 및 난시도수에 대해 제어가능하게 변화되도록 복수의 전기습윤 전위들을 동시에 인가하도록 구성된다.
도 1은 광로를 따라 구면도수, 난시도수, 및 난시축 방향을 변경시키기 위한 하나의 이상의 유체 렌즈를 갖는 광학 장치, 및 사람의 눈의 수차를 측정하기 위한 장치의 사용 방법을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 개구 내에서 유체 렌즈의 난시도수를 제어가능하게 변화시키기 위해 직사각형의 개구에 대하여 전극들의 배치를 설명하는 간략화된 개략도.
도 3은 광로에 대하여 구면도수, 난시도수, 및 난시 방향 또는 축에서의 변화가 허용되도록 하기 위해 광로에 대하여 상이한 방향의 축을 갖는 3개의 제어가능하게 변경가능한 실린더형 렌즈들을 개략적으로 나타낸 도면.
도 4a 내지 도 4c는 내부 요소들 중 일부를 나타내는 도 2의 직사각형 유체 렌즈를 통해 취해진 단면도이며, 어떻게 전기습윤 전위의 변화가 난시도수를 변화시킬 수 있는지를 설명하는 도면.
도 5는 상이한 조건들의 범위 전체에 걸쳐서 단일의 유체/유체 계면을 변화시켜 구면도수, 난시도수, 및 난시축 또는 난시축 방향을 제공하기 위해 광학축 주위에 원주 방향으로 분포된 실질적인 실린더형 전극 어레이를 갖는 대체가능한 유체 렌즈를 개략적으로 설명하는 도면.
도 6은 도 5의 가변 유체 렌즈 장치로 사용하기 위해 개조될 수 있는 스텝퍼 모터의 구성품들을 개략적으로 나타낸 도면.
도 7a 및 도 7b는 구면도수, 난시도수, 및 난시축 정렬을 변경시키기 위해 도 5의 유체 렌즈 장치의 원주형 전극 어레이에 인가되는 전위들을 가변시키는 것을 도해적으로 나타낸 도면.
본 발명은 일반적으로 향상된 광학 장치, 시스템, 및 방법을 제공한다. 본 발명은 유체 렌즈들, 특히 난시축 또는 방향, 난시도수, 구면도수, 구면-난시 특징들, 및/또는 다른 유체/유체 계면의 광학적 특성들을 변화시키기 위해 유체 렌즈들을 사용한다. 본 명세서에서 설명되는 유체 렌즈들의 상대적으로 낮은 가격, 작은 크기, 가벼운 무게, 및 제조의 용이성은 통상의 광학 장치들(쌍안경, 망원경, 카메라, 현미경, 내시경, 및 심지어는 안경 등)이 그 내부에 이러한 유체 렌즈들을 포함함으로써 사용자의 눈의 난시 및/또는 구면 오차를 보상하도록 해준다. 본 발명의 장치 및 방법들은 특히 사람 눈의 표준 수차를 측정 및/또는 보상하기에 아주 적합지만, 광학 레코딩 기술, 광통신, 광신호 처리 및 통신, 디지털 카메라, 카메라 폰, 내시경, 조명 및 화상 프로젝션, 등에서 적용예를 찾을 수도 있다.
유체 렌즈들은 상이한 굴절율의 2개의 혼합불가한 유체들을 포함할 수 있다. 예컨대, 하나의 유체는 전기적으로 도전성의 수성 용액이며, 반면에 다른 하나의 유체는 전기적으로 비도전성의 오일을 포함할 수 있다. 유체 렌즈들은 그 내부 표면들이 소수성(hydrophobic) 코팅으로 코팅된 하나 이상의 하우징에 담겨질 수 있다. 일반적으로, 액체의 분자들은 서로 끌어당긴다. 각 액체의 부피 내에서는 모든 방향으로의 동일한 인력이 분자의 상호작용을 균형되게 해주지만, 액체의 표면에 있는 분자들은 힘의 불균형을 겪게 되어 계면들에는 에너지가 존재하게 된다. 이러한 에너지는 계면 장력을 발생시킨다. 소수성 코팅은, 예를 들어, 유체/유체경계와 소수성 코팅 사이의 접촉각을 변화시켜 적어도 하나의 유체들의 계면 장력을 증가시킬 수 있다. 이 계면 장력은 또한 소수성 코팅과 수성 용액 간의 접촉을 제한하여, 수성 용액이 자기 자신을 용기의 어느 한 단부를 따라 하나의 덩어리가 되도록 하며 유체/유체 계면이 제어가능한 방법으로 구부러지도록 한다. 따라서, 이 구부러진 유체/유체 계면은 계면을 가로지르는 광로를 따르는 렌즈로서 동작할 수 있다.
유체 렌즈의 유체/유체 계면의 형태는 소수성 코팅을 가로질러 하나 이상의 전기장을 인가함으로써 그것이 덜 소수성이 되도록 조정될 수 있다. 이러한 과정은 때로는 "전기습윤(electrowetting)"이라 칭해지며, 유체/유체 계면과 용기 벽의 인접 표면 사이의 정적 접촉 각도(static contact angle)의 변화를 전기적으로 유도한다. 벽을 따라 유체/유체 계면의 경계 조건을 변화시킴으로써, 전위는 그 계면이 상이한 경계 구성이 되도록 할 수 있으며, 또한 유체/유체 계면 전체에 걸쳐 원하는 굴절 특성들을 갖는 전체적으로 새로운 형태가 되도록 할 수 있다. 계면 형태에 있어서 이러한 변화들은 고체 용기 벽과 상대적 계면 장력들을 변화시킴으로써 차례로 유도될 수 있는 유체/유체경계 사이의 정적 접촉 각도를 변화시킴으로써 유도될 수 있다. 경계 조건들이 일단 용기 벽을 따라 적절한 전기습윤 전위에 의해 설정되면, 표면의 나머지는 계면 장력과 관련된 표면 에너지를 최소화하는 또는 계면의 표면 면적을 최소화하는 형태로 가정될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 유체/유체 계면의 주변(perimeter)에 대하여 유체/유체 계면의 경계 조건들을 국소적으로 변화시킴으로써 유체 렌즈의 굴절 특성들을 제어할 수 있다. 경계 조건들, 구체적으로는 용기 벽에 대한 유체/유체 계면의 정적 접촉 각도는 선택적으로는 습윤 계수 K를 사용하여 결정될 수 있으며, 여기에서는 다음과 같이, K = cosα(α는 유체/유체경계와 용기 벽 사이의 정적 접촉 각도)이다.
Figure 112007038444734-PCT00001
여기서, σ ff 는 2개의 유체들 사이의 계면 장력이며, σ sfp 는 2개의 유체들 중 더 극성이 강한 것과 고체 용기 벽 사이의 표면 장력이며, σ sfn 는 비극성 유체와 고체 용기 벽 사이의 계면 장력이다. 상대적으로 강한 분자간 상호작용(및 그에 따른 높은 계면 장력)을 갖는 (물과 같은) 액체는 극성 액체들이라 칭해지며, 반면에 낮은 표면 장력을 갖는 액체는 비극성이라 칭해진다. 여기에서 설명되는 유체 렌즈들에 있어서 혼합 불가한 액체 A, B는 대게는 하나의 비교적 극성인 유체와 극성 유체보다는 덜 극성인 하나의 비교적 비극성 유체를 포함하게 된다.
용기의 표면과 혼합불가한 유체들 사이의 전기장이 변화될 때, 고체 용기 벽과 극성 유체 사이의 계면 장력은 크게 변할 수 있다. 전기장에 있어서의 동일한 변화는 고체 용기 벽과 비극성 유체 사이의 계면 장력에 있어서 더 작은 변화(또는 변화가 없거나, 반대 방향으로의 변화)를 유도한다. 이러한 차이는, 적어도 부분적으로는, 표면 분자들 상에서의 힘의 불균형과 관련될 수 있다. 극성의 액체 표면 분자들은 일반적으로 어느 한 면 상에서는 유사한 분자들에 의해 그리고 다른 면 상에서는 다소 다른 것들에 의해 에워싸여졌을 때 큰 힘을 유도한다. 전기장을 변화시킴으로써, 극성 유체로의 이러한 표면 분자들의 상대적으로 강한 인력은 변화될 수 있으며, 그것에 의해 계면 장력의 크기를 변화시킬 수 있다. 용기 벽을 따르는 비극성 분자들은 전기장에서의 동일한 변화에 의해 덜 영향을 받게 되어, 비극성 유체의 계면 장력은 그만큼 변화하지 않는다. 상기 등식에서 알 수 있듯이, 하나의 계면 장력은 변하는 반면에 다른 것은 변하지 않는다면(또는 덜 변하거 나, 반대 방향으로 변하면), 등식의 분자(즉 습윤 계수)는 크기 또는 심지어 부호가 변할 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 특정한 동작 이론에 얽매이지 않으며, 경험적 접근법을 포함하는 대체 방법론이 인가된 전위, 유체 특징들, 및 렌즈의 광학적 특성들 사이의 관계를 결정하기 위하여 사용될 수 있음을 알아야 한다.
전위에 있어서의 변화(즉 정적 접촉 각도) 및 용기 내에 있는 유체와 제한된 양의 공간으로 인하여, 수성 용액은 (예를 들어) 유체 렌즈 용기의 벽들을 점점 습윤시켜, 유체/유체 계면의 곡률 반경(즉, 렌즈의 도수)뿐만 아니라 용기 벽을 따르는 유체/유체경계의 위치를 변경시킬 수 있다. 인가된 전기장을 증가시킴으로써 유체 렌즈의 유체/유체 계면은 볼록면에서 완전한 평면을 거쳐 오목면으로 제어가능하게 변화될 수 있다. 여기에서 설명된 유체 렌즈들은 통상적으로 (반드시 필요한 것은 아님) 계면 곡률이 오목한 것에서 볼록한 것으로 변화함에 따라 음(-)의 도수에서 양(+)의 도수로 변화한다. 그러나, 고정된 도수의 편향 구면 렌즈(biasing spherical lens)를 추가함으로써, 굴절 범위의 중심이 임의의 선택된 값으로 설정될 수 있다.
그 전체 개시가 여기에 참조되어 병합된 PCT 공보 WO 03/069380호에 보다 자세하게 기재된 바와 같이, 유체 렌즈 내의 2개의 혼합 불가하지 않은 액체들 중 하나는 실리콘 오일 또는 알칸 등과 같은 전기적으로 절연된 액체를 포함할 수 있다. 전기적 도전성 액체는 염 용액을 포함하는 물을 포함할 수 있다. 2개의 액체들은 렌즈들이 방향과 무관하게 기능하고 두 액체들 사이에 인력작용의 효과가 나타나지 않도록 충분하게 동일한 밀도를 갖는 것이 바람직하다. 절연성 유체의 통상적인 굴절율은 대략 1.25 와 1.60 사이에 있다. 도전용 용액의 통상적인 굴절율은 대략 1.33 에서 대략 1.48 까지 변화할 수 있다. 많은 실시예들에 있어서, 전기 도전체 또는 전극은 유체 렌즈의 용기 내의 도전성 유체와 유체 접촉을 하게 된다.
유체 렌즈들은 대게는 대략 1 cm 미만의 단면 치수(광로에 대하여), 때때로 대략 5 mm 미만의 단면 치수를 갖는 용기들 내에 배치된다. 각 용기에 대한 광로를 따르는 길이는 또한 대략 1cm 미만일 수 있으며, 때때로 대략 5 mm 미만일 수 있다.
도 1을 참조하면, 환자는 광학 장치(12)를 통해 눈(E)으로 테스트 이미지(10)를 바라본다. 눈(E)은 대게는 근시 또는 원시와 같이 적어도 약간의 구면 오차를 가지게 된다. 눈(E)은 또한 심각한 정난시(regular cylindrical astigmatism)를 가질 수도 있다. 이러한 난시는 원시에서 근시까지의 범위 전체 중 어디에든 해당될 수 있으며, 그 난시의 축 방향은 변화할 수 있다. 이러한 눈(E)의 정규 굴절 오차에 더하여, 눈은 또한 심각한 부정난시를 가질 수도 있다.
장치(12)는 일반적으로 눈(E)과 테스트 이미지(10) 사이에 광학적 결합을 제공하는 광로(14)를 갖는다. 접안 광학계(16), 대물 광학계(18), 및 조리개(aperture)와 같은 다른 선택적 광학 요소들 등에 더하여, 장치(12)는 눈(E)의 정난시 수차를 보상하기 위해 가변적인 구면 및/또는 난시 포커스 성능들을 제공하는 유체 렌즈 어셈블리(20)를 포함한다. 그러한 가변 포커스 구면 난시 보정 시스템을 갖는 안굴절기 또는 다른 장치는 대게 구면 난시 보정기의 동작이 대상자의 눈의 동공면으로 릴레이되는 릴레잉(relaying) 렌즈 시스템과 함께 사용된다.
적어도 하나의 유체/유체 계면의 구성은 전위 소스(22)로부터 유체 렌즈 어셈블리(20)로 인가되는 전기습윤 전위를 변화시킴으로써 변화된다. 더 구체적으로, 소스(22)는 구면도수 입력(24), 난시도수 입력(26), 및 난시방향 입력(28)에 응답하여 변화하는 복수의 전위들을 제공하도록 구성된다. 이러한 입력에 응답하여 소스(22)의 프로세서(30)는 굴절 오차를 보상하기 위해 유체 렌즈 어셈블리(20) 및/또는 장치(12) 내에서 전반적으로 원하는 구면도수, 난시도수, 및 난시방향을 발생시켜 전기습윤 전위를 구성한다.
일부 실시예들에 있어서, 단지 장치(12)의 광로(14)를 따라서만 움직일 수 있는 요소들은 유체 렌즈 어셈블리(20)의 유체 렌즈 내의 유체들이다. 다른 실시예들에 있어서, 눈(E)의 디포커스 및/또는 난시 중 적어도 일부는 하나 이상의 선택적인 렌즈들, 하나 이상의 렌즈들을 이동시킴으로써 보상될 수 있다. 예를 들어, 완전한 가변 포커스 구면-난시 보정기를 제공하기 위해 네델란드의 로열 필립스 전자(Royal Phillips Electronics)에 의해 개발된 FluidFocusTM 유체 렌즈와 같은 비교적 간단한 구면 유체 렌즈가 스토크스 크로스-실린더(Stokes cross-cylinder) 렌즈 어셈블리와 결합될 수 있다. 구면도수에 대한 조절성을 제공하기 위해 유체 렌즈에 의존하는 것은 종래의 포롭터들 및/또는 자동 굴절기들에 비하여 약간의 잇점을 제공하기는 하지만, 기계적인 스토크스 크로스-실린더 렌즈 어셈블리(또는 다른 기계적으로 조정가능한 렌즈 시스템)의 복잡성, 비용 및 크기 문제는 여전히 남아있게 된다.
유체 렌즈 어셈블리(20)는 광학축(14)을 따라 총 2 cm 미만의 길이를 가질 수 있으며, 일부의 경우에는 1 cm 미만의 길이를 가질 수 있다. 유체 렌즈 어셈블리의 단면 치수는 2 cm 미만일 수 있으며, 많은 경우에는 1 cm 미만일 수 있다. 유체 렌즈 어셈블리(2)는 +20.0 D 에서 -20.0 D 까지의 구면도수를 제공할 수 있다. 구면도수 및 난시도수는 (예를 들어, 0.25 D 간격으로) 증가하게 조정되거나 또는 선택적으로 전체 도수 범위의 적어도 일부에 걸쳐서 평탄하게 연속적으로 조정될 수 있다. 난시도수 입력(26)은 난시도수가 적어도 대략 -6.0 D 에서 +6.0 D 까지의 범위에 걸쳐서 조정되도록 할 수 있으며, 반면에 난시방향 입력(28)은 광로(14)에 대한 난시 축들의 회전 또는 방향이 적어도 대략 90°, 선택적으로는 적어도 대략 180°의 범위에 걸쳐서 조정되도록 할 수 있다. 유체 렌즈 어셈블리(20)에 의해 제공되는 촛점 범위는 예를 들어, 대략 5 cm 에서부터 무한대까지의 범위로 확장될 수 있으며, 전체 촛점 범위에 걸친 유체 렌즈들의 스위칭이 100 ms 미만에서, 선택적으로는 10 ms 미만에서 완전하게 되도록 매우 고속으로 될 수 있다.
유리하게는, 렌즈 어셈블리 렌즈가 매우 적은 전력을 소모하도록 유체 렌즈 전기습윤 전위들은 DC 전압 소스에 의해 제공될 수 있으며, 주로 용량성 부하를 나타낼 수 있다. 즉, 선택적으로 전력은 전원(22)의 배터리(32)에 의해 제공될 수 있다. 따라서, 광학 장치(12)는 사용중에 손으로 이동시키거나 및/또는 손으로 들 수 있는 휴대용 구조를 가질 수 있다. 유체 렌즈의 내구성은 매우 높을 수 있으며, 선택적으로는 광학 성능의 손실 없이 백만번 이상의 포커스 동작을 제공할 수 있다. 유체 렌즈 어셈블리(20) 및 장치(12)는 충격에 견딜 수 있으며 넓은 온도범위에서 동작할 수 있어, 특히 모바일 제품에 적합할 수 있다. 유리하게는, 유체 렌즈 어셈블리(20) 및 장치(12)의 구성품 일부 또는 전부에 대해 대량 생산 기법이 적용될 수 있다.
유체 렌즈 어셈블리(20)에서의 사용을 위한 가변 도수 실린더 렌즈를 생성할 수 있는 제1 유체 렌즈 요소는 도 2, 3, 및 도 4a-c를 참조하여 이해될 수 있다. 먼저, 도 2를 참조하면, 하우징(40)은 개구(42)를 형성하는 벽들을 포함하며, 예시적인 개구는 직사각형 프리즘의 형태를 갖는다. 광로(44)는 하우징(40)과 개구(42)를 관통하게 연장하여, 광로에 의해 가로질러지는 표면들(46 및 48)을 정의하는 물질은 빛이 그곳을 관통할 수 있도록 해준다.
용기(42)의 대향하는 제1 및 제2 평행 표면들(50, 52)은 광로가 그 표면들 사이에서 그 표면들을 따라 연장되도록 광로(44)로부터 오프셋 된다. 평행 표면들(50 및 52)은 때때로 용기(42)의 "면들(sides)"로 칭해진다. 단부 표면들(54, 56)은 예시적인 단부가 면에 대하여 직교하도록 측면 표면(50, 52) 사이에서 연장한다. 면들은 대게 단부 보다 더 긴 반면에, 단부는 면과 동일한 길이이거나 또는 더 길 수도 있다.
4개의 전극들(58a, 58b, 58c, 및 58d)("전극들(58)"로 총칭함)은 각각의 전극들이 관련된 면(50, 52) 또는 단부(54, 56)를 따라 연장하면서 광로(44)를 둘러싸고 있다. 각 전극(58)은 관련된 면 또는 단부의 상당수, 바람직하게는 대부분에 걸쳐 실질적으로 균일한 전기장을 유지하며, 광로(44) 주위에 원주 방향으로 인접 한 전극들로부터 전기적으로 분리된다. 바람직하게는, 면 전극들(58a 및 58b)은 전극들이 실질적으로 동일한 전위로 있도록 도전성 구조에 의해 서로 전기적으로 결합된다. 마찬가지로, 단부 전극들(58c 및 58d) 또한 동일한 전위로 있도록 결합될 수 있다. 표면들(46, 48) 중 하나는 면 전극(58a, 58b)과 결합될 수 있다. 즉, 용기의 2개의 평행면들과 용기의 최상부(임의의 방향일 수 있음)는 원하는 대로 인가 및/또는 변화되는 전기장을 가질 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 단부 전극들(58c, 58d)은 일정한 강도로 유지될 수 있다.
도 2, 3, 및 4a를 참조하여 이해될 수 있듯이, 용기(42)는 상술한 바와 같이 혼합될 수 없으며 상이한 굴절율을 갖는 비도전성 액체 A와 도전성 액체 B를 담을 수 있다. 전압 V1은 도전성 유체 B와의 유체 접촉으로 전극(60)에 관하여 면 전극(58a, 58b)에 인가된다. 절연층(62)은 면 전극들(58a, 58b)을 코팅하고 있으며, 또한 차례대로 유체 접촉층(64)으로 코팅된다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 적절한 전압 V1을 인가함으로써, 요철렌즈(meniscus) 또는 유체 A와 B 사이의 유체/유체 계면(66)은 면들(50, 52)에서 제1 접촉각 α1을 정의한다. 상술한 바와 같이, 각 α1은 계면(66)의 주변 경계를 따라 계면 형태에 대한 탄젠트가 각 α1 이 되도록 차례로 유체/유체 계면(66)을 적절하게 만곡된 형태가 되도록 할 수 있다. 제2 굴절율 B에 비하여 제1 유체 A의 높은 굴절율로 인하여, 유체/유체 계면(66)에 의해 형성된 렌즈는 광로를 따라 진행하는 발산광(68)에 의해 설명되는 것과 같이 음(-)의 도수를 갖는다.
전극들(58a 및 58b)을 통해 면들(50, 52)을 따라 전압 V1을 인가하는 동안, 상이한 전압 V2가 또한 단부 전극들(58c, 58d)에 인가된다. V2의 영향하에서, 유체/유체 계면(66)은 단부(54 및 56)에서 직각(right angle)을 형성하며, 도 3의 사시도 및 도 4b의 단면도에 도시된 바와 같이 유체/유체 계면(66)이 가변 도수의 실린더형 렌즈를 형성하도록 이 표면들 사이의 단면이 평평한 형상이 되도록 한다. 이 제2 전압은 통상 4개 전극(58a, 58b, 58c, 및 58d) 모두에 인가된다면 0의 도수 렌즈를 생성하게 되는 전압이 된다.
도 4c를 참조하면, 또 다른 상이한 전압 V3을 면 전극들(58a, 58b)에 인가함으로써 유체/유체 계면(66)과 용기(42)의 면 사이의 각 α2 이 90°보다 작도록 유체/유체 계면(66)은 상이한 형상으로 조정될 수 있으며, 유체/유체 계면은 양(+)의 렌즈를 형성한다. 반면에, 전압 V2(또는 어떤 적절한 전압)은 유체/유체 계면이 실린더형 렌즈 형상으로 남아 있도록 도 4b에 도시된 바와 같이 단부 전극들(58c 및 58d)에 여전히 인가될 수 있다. 면 전극들에 인가된 전압이 계속적으로 변화될 수 있음으로써, 유체/유체 계면의 형태(및 유체 실린더형 렌즈의 도수)는 평탄하게 연속적으로 변화될 수 있다. 오목 및 볼록 유체/유체 계면 형태들과 함께, 유체 렌즈는 평면 형상으로 가정될 수도 있다.
렌즈 내부에서의 유체/유체 계면의 형태는 일반적으로 용기의 면과 단부를 따르는 렌즈의 위치 및/또는 각도에 의해 조정되게 된다. 이상적인 렌즈 형태의 일부 왜곡은 면들과 단부 사이의 코너에서 발생할 수 있으며, 여기에서 용기/유체 계면을 따르는 전기장은 면 및 단부 전극들의 일부 조합에 의해서 정의된다. 단부 전극 전압의 조정은 또한 원하는 렌즈 특성을 원하는 대로 제공하도록 이루어질 수도 있다.
용기(42)를 제작하기 위한 물질들은 구면 유체 렌즈 구조들에 사용하기 위한 것들과 유사할 수 있다. 예를 들어, 절연층(62)은 파릴렌과 같은 폴리머를 포함할 수 있는 반면에, 전극들(58 및 60)은 대게 금속 물질을 포함한다. 유체 접촉층(64)은 DuPont 에 의해 제작된 TeflonTM을 포함하는 PTFE 와 같은 플루오로카본(fluorocarbon)을 포함할 수 있다. 광로가 지나가는 투명 표면들(46, 48)은 투명한 폴리머, 글래스 등과 같은 것을 포함할 수 있다.
도 3을 참조하면, 난시도수가 임의의 소망하는 축방향에 있으면서 실린더형 유체 렌즈들이 임의의 원하는 구면도수 또는 난시도수를 생성할 수 있도록 하기 위해 일련의 직사각형 용기들(42, 42a, 및 42b)이 광로(44)를 따라 정렬된다. 그 안의 유체/유체 계면에 의해 정의된 유체 렌즈 안의 용기(42)는 광로(44)를 가로질러 연장하는 난시 축 또는 방향(70)을 갖는다. 제2 용기(42a) 및 관련된 유체 실린더형 렌즈는 광로(44)를 가로질러 연장하는 제2 방향(70a)을 가지며, 제2 방향(70a)은 설명된 바와 같이 대략 90°만큼 제1 방향(70)으로부터 오프셋 되어있다. 제3 용기(42b)는 제1 방향(70) 및 제2 방향(70a)으로부터 이상적으로는 대략 45°만큼 다시 오프셋 된 제3 방향(70b)을 갖는다.
임의의 구면 난시도수를 생성하기 위하여 3개의 가변 도수 실린더 렌즈들이 어떻게 사용될 수 있는지를 이해하기 위하여, 단일 실린더 렌즈의 도수는 먼저 크로스-실린더 렌즈와 구면 렌즈의 견지에서 표현되어 질 것이다. C와 동일한 도수의 순수한 실린더 렌즈는 C와 동일한 하나의 주된 자오선 도수(principal meridional power) 및 O과 동일한 다른 주된 자오선 도수를 갖는다. 그 방향은 0 도수의 자오선(meridian)을 따라 정렬된 방향인 그 축의 견지에서 표현된다. 그러나, 그러한 렌즈는 또한 도수 C/2의 순수한 구면 렌즈와 도수 C/2의 크로스-실린더 렌즈의 조합으로서 설명될 수 있다. 크로스-실린더는 그들의 축들이 직각이 되도록 동일하지만 서로에 대하여 방향이 반대인 도수 C/2의 2개의 순수한 실린더 렌즈들의 조합으로 정의된다. 이러한 크로스-실린더의 방향은 클로스 실린더를 이루는 순수한 실린더 렌즈들 중 하나의 축의 방향으로서 정의된다.
구면 렌즈와 크로스-실린더 렌즈의 견지에서 순수한 난시도수를 기술하기 위한 이러한 분해 방법은 이제 통상적으로 구면도수, 난시도수, 및 방향의 견지에서 표현된 임의의 구면 실린더형 조합으로 확장된다. 다음에 구면 대응치(sphere equivalent)의 개념이 소개된다. 구면 대응치는 구면 실린더형 조합의 구면도수에 난시도수의 1/2를 더한 것이다. 구면 대응치는 따라서 순수한 실린더 렌즈에 대하여 상술된 구면 성분을 대신할 수 있다. 크로스-실린더 성분 도수는 다시 난시도수의 1/2이다. 실제로, 순수한 실린더는 단지 0의 구면을 갖는 구면 실린더형 조합일 뿐이다.
이러한 형태로 표현될 경우, 구면 난시 도수들은 구면 대응치 값인 한 축과 크로스-실린더 이중각 벡터 공간을 형성하는 다른 두 축들로 3차원 벡터 공간을 형성한다.
구면도수=S, 난시도수 = C, 및 축 또는 방향 = A로 하여 원하는 구면 난시 도수를 고려하면, 구면 난시 도수에 대한 이러한 표현의 형태에 있어서, 구면도수는 양(+) 또는 음(-)의 값을 취할 수 있지만, 난시도수는 항상 동일한 부호를 갖는다. 설명의 용이함을 위해, 양(+)의 난시도수 값을 사용하기로 한다. 이것은 3개의 굴절 공간 성분들의 견지에서 표현될 수 있다.
구면 대응치(SE) = S/2
0-90°에서의 크로스-실린더(C+) = C/2 cos(2A)
45-135°에서의 크로스-실린더(Cx) = C/2 sin(2A)
이중각 크로스-실린더 공간에 있어서, 이 공간에서 C+ 축은 Cx 축에 대하여 직각이며, 2개의 크로스-실린더 성분들은 진벡터(true vector)를 형성한다. 만약 크로스-실린더 성분들이 실린더 값과는 다르게 양 또는 음의 값들을 취할 수 있고 성분의 부호가 변화된다면, 그것은 이중각 크로스-실린더 공간에서 180° 역전된다. 하나는 0°에 그 축을 가지며, 하나는 90°에 그 축을 가지고 다른 하나는 45°에 그 축을 갖도록 유체 포커스 실린더들의 방향을 정한다고 하자. 다음에 만약 동일한 도수가 0°에서 실린더 내에서 생성되고 하나는 90°에서 생성되면, 그들의 구면 대응치 성분은 동일하게 된다. 이들의 크로스-실린더 성분들은 모두 단지 C+ 변화만 있게 되고 동일한 크기들을 갖게 되겠지만 그들은 서로 90°로 향하기 때문에 그들은 반대 부호를 갖게 될 것이다. 이것은 그들이 이중각 크로스-실린더 공 간에서 벡터로서 부가될 때 그들은 서로를 상쇄시키며 그 결과는 구면 렌즈 효과의 결과를 가져오는 2개의 구면 대응치 성분들의 합이 된다는 것을 의미한다. 2개의 순수한 실린더들로 구면 효과를 생성하는 효과는 이러한 이론이 어떻게 기대한 결과를 가져다주는지를 보여준다.
다른 가변 실린더는 단지 Cx 성분을 생성, 즉 가변 실린더가 양의 도수 또는 음의 도수로 주어지는지 여부에 따라서 하나는 45° 또는 135°로 향하게 된다. 이것은 Cx를 만들 수 있는 유일한 가변 도수 렌즈이며, 이것이 먼저 다루어질 것이다. 원하는 구면 실린더형 조합의 분해로부터 원하는 Cx의 값을 알 수 있다면, 가변 실린더의 도수는 그것이 크로스-실린더 도수로 생성할 때까지 증가하게 된다. 만약 이러한 가변 실린더 렌즈의 도수가 C45 로 설계되었다면,
C45 = 2 Cx (1)
동시에, 그것은 구면 대응치 도수 SEcx = C45/2 = Cx를 생성한다. 이 값은 필요한 SE를 부분적으로 제공하기 위한 양의 부호를 가지지 않을 수 있으나, 얼마나 더 많은 SE 값이 필요한지를 알기 위해 그 값으로부터 차감된다. 이것은 소위 SE' = SE - Cx 가 되도록 할 것이다. 이 값은 필요한 C+ 성분을 공급함에 더하여 나머지 다른 2개의 가변 실린더 렌즈들에 의해 공급되어야 한다.
0도의 축을 갖는 가변 실린더의 난시도수를 C0로, 90도의 축을 갖는 가변 실린더의 난시도수를 C90으로 정의하자. 이들 도수 모두 양(+) 또는 음(-)이 될 수 있다. C0의 구면 대응치 도수는 C0/2이며, C90의 구면 대응치 도수는 C90/2이다. 이들의 합은 SE'과 같아야 한다. 따라서,
SE - Cx = C0/2 + C90/2
마찬가지로 이들 2개의 가변 포커스 렌즈에 의해 생성되는 크로스-실린더들의 합은 값 C+과 같다. 그러나, C90 가변 도수 렌즈에 의해 생성된 크로스-실린더의 부호는 상술한 이유로 인해 변화된 부호를 가질 수 있다. 따라서,
C+ = C0/2 - C90/2
이들 2개의 등식은 C0를 구하기 위해 그들을 더하고 다음에 C90을 구하기 위해 그들을 뺌으로써 값들 C0 및 C90에 대하여 풀 수 있다. 이는 다음과 같이 표현될 수 있다.
SE - Cx + C+ = C0
SE - Cx - C+ = C90
전위 소스를 사용하여 3개 용기(42, 42a, 42b)의 유체 계면들이 적절한 양 또는 음의 형태가 되도록 독립적으로 조정함으로써, 이들 3개의 유체 렌즈들의 조합은 임의의 원하는 구면도수, 난시도수, 및 난시 방향을 재현할 수 있다. 즉, 소스(22)의 프로세서(30)(도 1 참조)는 입력(24, 26, 28)에서 지시되는 결합된 광학적 특성들을 발생시키기 위해 3개의 유체 렌즈들에 대한 적절한 구성들을 식별할 수 있다. 유리하게는, 이들 광학적 특성들은 광학 구조들의 기계적 움직임(용기 내에서의 유체들의 움직임 이외에) 없이 용기들(42, 42a, 및 42b)에 전기습윤 전위 를 적절히 적용함으로써 제공되고 변화될 수 있다. 용기들(42, 42a, 및 42b)은 대게 자신의 하우징(40)에 의해 각각 정의된 별도의 구조들을 포함하는 반면에, 대체 실시예들은 3개의 별도의 용기들을 정의하기 위한 일체화된 하우징을 사용할 수 있다. 개구들 사이에서의 유체 연통(fluid communication)이 가능하도록 할 수도 있다. 코너 또는 단부에서의 왜곡이 덜 영향을 미치도록 광로(44)로부터 현격히 분리된 개구들의 단부들을 갖는 길게 연장된 개구들을 제공하는 것과 같이 다양한 개선들이 이루어질 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 단부들은 단순하게 접지될 수 있으며, 다양한 다른 개선들이 채용될 수 있다.
상기 사항은 프리즘 용기들을 갖는 유체 렌즈에 대한 설명들을 포함하며, 용기들의 대향하는 표면들에 인가되는 전기습윤 전위는 그 대향하는 표면들에 의해 경계되는 유체/유체 계면의 가변 난시도수들을 제공하도록 변화될 수 있다. 보다 일반적으로, 유체/유체 계면의 주변에 대하여 원주 방향으로 전기습윤 전위를 변화시킴으로써, 유체/유체 계면 전반에 걸쳐 원하는 형태가 생성될 수 있다. 그 주변으로부터 유체/유체 계면의 형태 전반에 대한 제어는 (어떤 방법에 있어서는) 거품의 형태를 제어하는 것과 유사이다.
거품의 경우, 경계의 형태는 유체막이 매우 특정한 형태를 취하도록 강제할 수 있다. 거품의 경계는 기저 평면 상에 어떤 높이를 갖는 것으로서 설명될 수 있다. 유체/유체경계의 경우, 높이가 아니라, 경계에서 설정되는 제1 도함수 또는 표면 기울기일 수 있다. 이와 무관하게, 일단 경계(높이 또는 기울기)가 설정되면(예를 들어, 주변의 국소 전기습윤 전위를 설정함으로써), 특히 일단 계면 장력 의 추가적인 제약이 가해지면, 전체 표면은 매우 명확한 형태를 취하도록 될 수 있다. 유체/유체 계면 장력은 일반적으로 평균 곡률이 어디에서나 동일하게 될 때까지 계면 표면이 형태를 바꾸도록 하는 원인이 된다. 이러한 것이 발생할 때까지, 계면 장력은 압력 경사도(gradient)를 생성하게 되어 유체는 흐르게 된다.
구면 표면들은 표면 전체에 걸쳐 곡률이 동일하게 되는 특성을 갖는다. 구면 실린더형 또는 환형(toroidal) 표면들은 표면 전체에 걸쳐 평균 곡률이 동일하게 되는 특성을 갖는다. 이는 난시(astigmatic) 부분이 0의 평균 곡률을 가지는 것으로 고려될 수 있기 때문에 발생하며 구면 대응치 부분은 어디에서나 동일한 곡률--일반적으로 0은 아님--을 갖는다. 따라서, 구면 실린더형 표면들은 그들이 유체/유체 계면 내에서 평형상태로 존재할 수 있다는 이로운 특성을 갖게 된다. 이러한 형태들은 그들의 경계 조건으로부터 결정될 수 있기 때문에, 주변의 전기습윤 전위는 형성될 특정한 구면 실린더를 설정하는데 사용될 수 있다.
구면들, 환형들, 및 구면-실린더들에 더하여, 여기에서 설명되는 구조들, 방법들, 및 시스템들은 또한 구면(일정한 곡률을 가짐)과 0의 평균 곡률(즉, 라플라시안이 0)의 다른 형태와의 조합으로서 설명될 수 있는 다른 표면들을 제공할 수도 있다. 구면들과 실린더들의 조합들과 함께, (0의 라플라시안을 갖는) 삼엽(trefoil) 또는 사엽(quadrafoil)과 같은 다른 형태들은 또한 구면들 및/또는 실린더들과 결합될 수 있으며, 또는 서로 결합될 수 있다.
도 5를 참조하면, 매우 유동적인 구면형/실린더형(또는 다른 형태) 유체 렌즈(80)는 광로(44)을 둘러싸는 실질적으로 실린더형의 벽(82)을 갖는 용기(81)를 정의하는 하우징을 포함한다. 투명 캡들(84)은 벽(82) 내에 제1 및 제2 유체들 A, B을 담고 있으며 원주 방향의 일련의 전극들(86)은 벽 주위에 배치된다. 전원(88)은 가변 전위를 그 전극에 인가할 수 있도록 어레이의 각 전극(86)과 결합된다.
전위들은 어레이의 주어진 전극에서의 전위가 원주 방향으로 인접한 두 전극들의 전위와 상이하게 되도록 하기 위해 어레이를 가로질러 변화되도록 할 수 있다. 캡 전극(90)에 비해 어레이의 각 전극(86)에서 인가된 전기습윤 전위들이 그 전극을 따르는 유체/유체 계면의 위치뿐만 아니라 유체/유체 계면(66)의 접촉각을 결정하는 것을 도울 수 있도록 하기 위해, 전극들은 전술한 바와 같이 절연성 및/또는 소수성 물질들로 코팅될 수 있다(일단 계면은 안정된 낮은 에너지 구성을 갖는다고 가정함).
도 5 및 도 7a를 참조하면, 소스(88)는 정현(sinusoidal) 패턴의 전위를 어레이의 전극(86)에 인가할 수 있다. 정현 패턴은 어레이에 대하여 제1 전극(86i)에서 시작하여 다음 전극(86ii)에서 다소 변하고 이런 식으로 86n에서 최종 전압이 되는 계단식의 일련의 전압들을 정의한다. 정현 패턴은 용기(82)의 원주 θ에 대하여 완전한 2π 사인파를 정의할 수 있다. 이는 계면(66)과 벽(82) 사이에 형성된 접촉각이 용기의 주변에 대하여 실질적으로 대응하는 정현 패턴이 되도록 조정할 수 있으며, 그것에 의하여 광로(44)를 따르는 실린더형 렌즈를 생성하게 된다. 이때, 실린더 벽에 대하여 수직인 효과, 이산 전극의 사용 등을 감안하면, 렌즈가 실린더형인 경우 접촉각은 완전하게 정현(sinusoidal)적이지 않을 수 있다. 렌즈 의 난시도수는 소스(88)의 난시도수 전압 Vc을 변화시킴으로써 변화될 수 있으며, 그것에 의해 정현 전압 패턴의 진폭을 변화시킨다.
도 5, 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 패턴의 평균 전압이 더 양(+) 또는 음(-)이 되도록 전압 패턴을 변화시킴으로써 구면도수 성분이 유체/유체 계면(66)에 도입될 수 있다. 즉, 구면 전압 성분 Vs을 증가시키는 것과 같이 순수한 실린더형 전압 패턴에 대하여 상향으로 전압 패턴을 천이시킴으로써, 용기(82)의 원주벽을 따르는 유체/유체 계면(66)의 평균 접촉각은 유체 렌즈 내에서 구면 팽창부위를 생성하고 및/또는 중첩하도록 조정될 수 있다.
도 5-7b를 참조하면, 전압 패턴을 원주 방향으로 하나의 전체 전극에 대해, 예를 들어 양(+)의 θ 방향으로 천이시킴으로써, 난시 방향(92)의 천이가 비교적 간단한 방법으로 이루어질 수 있다. 이것은 입력(I)에 응답하여 발생하는 패턴의 스위칭과 함께 일련의 분리된 난시축들(92)에 비교적 간단한 소스(88)가 제공되도록 한다. 보다 정교한 난시 방향 천이 기법들은 도 6에 도시된 바와 같이, 전기 스텝 하이브리드 모터(100)의 마이크로스텝핑을 위해 개발된 기술로부터 빌려올 수 있다. 마이크로스텝핑 컨트롤러(88)는 회전자(104)를 원하는 위치로 구동시키기 위해 고정자(102)의 이빨(teeth)로 전류의 패턴을 인가한다. 표준 스텝핑 모드에 있어서, 소스(88)는 전압 패턴을 고정자(102)에 인가할 수 있으며, 회전자(104)의 한번의 전체 회전 스텝이 유효하도록 전류 패턴을 이산적으로 하나의 이빨에서 다음 이빨로 천이시킬 수 있다. 표준 200 스텝 모터들과 같이, 상대적으로 큰 수의 고정자 이빨이 제공되는 경우, 그것은 상대적으로 정교한 회전 패턴을 제공하게 된다. 그러나, 고정자의 개개의 이빨에 대하여 점진적으로 전류를 천이시킴으로써 보다 정교한 회전 성능이 제공될 수 있다고 할지라도, 전류 패턴은 한번에 전체 이빨보다 적게 회전적으로 천이한다. 이러한 마이크로스텝핑 기술들은 상업적으로 활용가능한 스텝퍼 모터들이 단일 스텝을 500개의 마이크로스텝들로 분리할 수 있도록 하여, 회전자(104)의 전체 회전 당 100,000 개 이상의 스텝들을 제공한다.
스텝퍼 모터(100)와 결합된 드라이버(88')는 도 5의 유동적 유체 렌즈(80)에 사용되도록, 예컨대, 전류 패턴 보다는 전압 패턴을 제공하기 위해 회전자 드라이버들의 전류 출력들에 저항들을 부착시킴으로써 개조될 수 있다. 선택적으로, 마이크로스텝퍼 모터를 위하여 개발된 기술들이 새로운 "마이크로스텝핑" 유체 렌즈 구동 회로를 개발하기 위하여 사용될 수 있다. 이와 무관하게, 그러한 마이크로스텝핑 패턴-천이 기술들에 대한 응용은 유체 렌즈(80)의 난시 방향(92)이 원주형 어레이에서 개개의 전극들(86)이 존재하는 것보다 더 많은 회전 방향들로 구동되도록 할 수 있다.
예시를 통한 명확한 이해를 위해 예시적인 실시예들이 상세하게 설명되었지만, 다양한 적용예, 변경예, 및 개조예들은 당업자들에게 자명할 것이다. 예를 들어, 도 1의 광학 어셈블리로의 입력이 기계식 노브(knob)로서 개략적으로 도시되어 있으나, 입력은 실제로 소스(22)의 프로세서(30)에 전기 또는 광학적으로 전송되는 디지털 신호에 의해 제공될 수 있다. 또한, 도 1의 장치(12)의 유체 렌즈 어셈블리(20)는 포롭터 용으로 도시되어 있지만, 자동 굴절기 등에 사용되도록 구조가 용 이하게 적용될 수 있다. 또한, 실린더형 및 구면형 렌즈들과 함께, 본 발명의 유체 렌즈들은 미국 특허 제3,751,138호에 기재된 것들을 포함하여, 다른 왜곡 렌즈 형태들을 제공하도록 사용될 수 있다. 즉, 본 발명의 범주는 첨부된 청구범위에만 한정되는 것이다.

Claims (36)

  1. 자신을 관통하는 광로를 갖는 적어도 하나의 개구를 정의하는 적어도 하나의 하우징;
    하나 이상의 유체/유체 계면을 정의하기 위해 상기 적어도 하나의 개구에 배치되는 복수의 유체들; 및
    복수의 전기습윤 전위를 인가하기 위해 상기 적어도 하나의 개구와 결합되며, 상기 하나 이상의 유체/유체 계면들이 상기 광로의 적어도 하나의 난시 방향(cylindrical orientation)을 변화시키도록 제1 입력에 응답하여 상기 전기습윤 전위들 중 적어도 하나를 변화시킬 수 있도록 구성된 전위 소스를 구비하는 광학 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소스는 제2 입력에 응답하여 상기 하나 이상의 유체/유체 계면들이 구면도수(shperical power)를 변화시키고, 제3 입력에 응답하여 상기 하나 이상의 유체/유체 계면들이 난시도수(cylindrical power)를 변화시키도록 제2 입력에 응답하여 상기 적어도 하나의 전기습윤 전위를 변경시킬 수 있도록 구성되며,
    상기 하나 이상의 유체/유체 계면들은 광로를 따라 구면-난시도수(sphero-cylindrical power)를 갖는 광학 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 하우징은 그 내부에 제1 유체/유체 계면을 갖는 제1 개구 및 그 내부에 제2 유체/유체 계면을 갖는 제2 개구를 정의하고, 상기 제1 및 제2 개구들은 각각 직사각형 단면을 포함하며;
    제1 전기습윤 전위를 변화시키는 것은 상기 제1 유체 계면의 제1 가변 난시도수에서의 변화들에 영향을 주고, 상기 제1 가변 난시도수는 상기 광로를 가로질러 측면방향으로 연장하는 제1 난시 방향을 가지며;
    제2 전기습윤 전위를 변화시키는 것은 상기 제2 유체 계면의 제2 가변 난시도수에서의 변화들에 영향을 주고, 상기 제2 가변 난시도수는 상기 광로를 가로질러 측면방향으로 연장하는 제2 난시 방향을 가지며; 그리고
    상기 제1 난시 방향은 상기 광로에 대하여 상기 제2 난시 방향으로부터 각이 오프셋(offset) 되어있는 광학 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 하우징은 그 내부에 제3 유체/유체 계면을 갖는 제3 개구를 정의하고, 상기 제3 개구는 직사각형 단면을 가지며;
    제3 전기습윤 전위를 변화시키는 것은 상기 제3 개구 내에 배치된 제3 유체/유체 계면의 제3 가변 난시도수에서의 변화에 영향을 주고, 상기 제3 가변 난시도수는 상기 광로를 가로질러 측면방향으로 연장하는 제3 난시 방향을 가지며, 상기 제3 난시 방향은 상기 광로에 대하여 상기 제1 및 제2 난시 축들로부터 각이 오프 셋 되어있는 광학 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 난시 방향은 상기 제2 난시 방향과 실질적으로 직교하며, 상기 제3 난시 방향은 상기 제1 난시 방향으로부터 대략 45도 정도 각이 오프셋 되어있는 광학 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1 개구의 대향하는 면들을 따르는 제1 및 제2 전극들, 그리고 상기 제2 개구의 대향하는 면들을 따르는 제3 및 제4 전극들을 더 구비하는 광학 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 광로 주위에 배치된 벽을 포함하며, 상기 벽에 대하여 원주 방향으로 배치된 복수의 도전체들을 더 구비하는 광학 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 도전체들은 전극 어레이를 정의하며, 상기 어레이의 각 전극은 상기 어레이의 2개의 인접한 전극들로부터 전기적으로 분리되고 그 사이에서 원주 방향으로 배치되는 광학 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 전력 소스는 상기 광로에 대하여 원주 방향으로 일련의 전위를 인가하는 광학 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 일련의 전위들은 실질적으로 정현 패턴의 DC 전압들을 포함하며, 상기 전력 소스는 상기 광로를 따라 난시도수를 변화시키기 위해 제2 입력에 응답하여 상기 정현 패턴의 진폭을 변화시키도록 구성되는 광학 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 전력 소스는 상기 제1 입력에 응답하여 상기 광로에 대하여 상기 정현 전압 패턴을 회전시키도록 구성되는 광학 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 전력 소스는 상기 광로를 따라 구면도수를 변경시키기 위해 제3 입력에 응답하여 상기 패턴의 평균 전압을 변화시키도록 구성되는 광학 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 광학 장치는 상기 적어도 하나의 하우징 내에서 유체들의 움직임에는 영향을 주고 상기 장치의 다른 움직임에는 영향을 주지 않음으로써 제2 입력에 응 답하여 난시도수를 그리고 제1 입력에 응답하여 상기 난시 방향을 변화시키는 광학 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 장치는 적어도 -20.0 디옵터에서부터 적어도 대략 +20.0 디옵터까지의 범위에 걸쳐 상기 난시도수를 변경시킬 수 있고, 대략 180도에 걸쳐 상기 난시 방향을 변화시킬 수 있으며, 적어도 -6.0 에서부터 적어도 +6.0 까지의 범위에 걸쳐 구면도수를 변경시킬 수 있는 광학 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 전력 소스는 상기 제1 및 제2 입력들에 응답하여 상기 복수의 전기습윤 전위들을 결정하는 프로세서를 포함하는 광학 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 프로세서는 상기 광로를 따라 구면 광학 도수를 변경시키기 위해 제3 입력에 응답하여 상기 전기습윤 전위들을 더 결정하는 광학 장치.
  17. 자신을 관통하는 광로를 갖는 제1 프리즘 개구를 가지며, 상기 제1 개구는 제1 표면 및 제2 표면을 갖고 상기 제2 표면은 상기 제1 표면과 오프셋 되어 그 사이에 상기 광로가 있는 제1 하우징;
    상기 제1 및 제2 표면들을 횡단하는 제1 유체/유체 계면을 정의하기 위해 상기 개구 내에 배치된 복수의 유체들; 및
    상기 제1 표면 및 제2 표면과 결합되어 그곳에 제1 가변 전위를 인가함으로써 상기 광로를 따라 상기 유체/유체 계면의 제1 가변 난시도수를 변화시키는 전위 소스를 포함하는 유체 실린더형 렌즈 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 가변 난시도수는 상기 제1 개구의 단부 표면들을 횡단하는 제1 방향을 가지며, 상기 전위 소스는 상기 단부 표면들에 다른 전위를 인가하고, 나머지 다른 전위는 상기 제1 전위와 상이하며,
    그 사이에 상기 광로가 있는 제3 표면 및 제4 표면을 갖는 제2 개구를 갖는 제2 하우징;
    상기 제2 개구 내에 배치된 복수의 유체들로서, 상기 유체들 사이에 제2 유체/유체 계면이 정의되는 상기 복수의 유체들;
    상기 제1 방향에 비해 상기 광로에 대하여 각도가 오프셋 된 제2 방향을 갖는 제2 가변 난시도수를 변화시키기 위해 상기 제3 및 제4 표면들로 제2 가변 전위를 인가할 수 있도록 상기 제3 및 제4 표면들과 결합된 상기 전력 소스;
    그 사이에 광로가 있는 제5 표면 및 제6 표면을 갖는 제3 개구를 갖는 제3 하우징;
    상기 제3 개구 내에 배치된 복수의 유체들로서, 상기 유체들 사이에 제3 유 체/유체 계면이 정의되는 상기 복수의 유체들;
    상기 유체 실린더형 렌즈 장치가 상기 광로를 따라 구면도수를, 상기 광로를 따라 난시도수를, 그리고 상기 광로를 따라 난시 방향을 변경시킬 수 있도록 하기 위해 제1 및 제2 축들로부터 각도가 오프셋 된 제3 방향을 갖는 제3 난시도수를 변경시키기 위해 상기 제5 및 제6 표면들로 제3 가변 전위를 인가할 수 있도록 상기 제5 및 제6 표면들과 결합된 상기 전위 소스를 더 구비하는 유체 실린더형 렌즈 장치.
  19. 축방향으로 자신을 관통하여 연장하는 광로를 갖는 적어도 하나의 개구를 정의하는 적어도 하나의 하우징;
    적어도 하나의 유체/유체 계면을 정의하기 위해 상기 적어도 하나의 개구 내에 배치되는 복수의 유체;
    상기 광로 주위에 원주 방향으로 배치되는 복수의 전기적 도전체들; 및
    상기 전기적 도전체들과 결합되어 그곳에 복수의 상이한 전기습윤 전위들을 동시에 인가하며, 상기 광로를 따라 구면-난시도수를 변화시키기 위해 상기 유체/유체 계면을 변경시키도록 구성되는 전위 소스를 구비하는 광학 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 전위 소스는 전기습윤 전위들을 변경시키도록 구성되어,
    제1 입력에 응답하여 상기 하나 이상의 유체/유체 계면들이 상기 광로에 대 하여 상기 난시 방향을 회전시키고,
    제2 입력에 응답하여 상기 하나 이상의 유체/유체 계면들이 상기 광로를 따라 구면도수를 변화시키며,
    제3 입력에 응답하여 상기 하나 이상의 유체/유체 계면들이 난시도수를 변화시키도록 하는 광학 장치.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 하우징은 그 내부에 제1 유체/유체 계면을 갖는 제1 개구 및 그 내부에 제2 유체/유체 계면을 갖는 제2 개구를 정의하며, 상기 제1 및 제2 개구는 각각 직사각형 단면을 포함하는 광학 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 복수의 전기적 도전체들은 상기 제1 개구의 대향하는 면들을 따르는 제1 및 제2 전극, 그리고 상기 제2 개구의 대향하는 면들을 따르는 제3 및 제4 전극을 포함하는 광학 장치.
  23. 제19항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 광로 주위에 배치된 벽을 포함하며,
    상기 벽에 대하여 원주 방향으로 배치된 복수의 도전체들을 더 포함하는 광학 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 전력 소스는 상기 광로에 대해 실질적으로 정현 원주형 패턴의 DC 전압을 인가하는 광학 장치.
  25. 자신을 관통하는 광로를 갖는 적어도 하나의 개구를 정의하는 적어도 하나의 하우징;
    하나 이상의 유체/유체 계면들을 정의하기 위해 상기 적어도 하나의 개구 내에 배치되는 복수의 유체들;
    상기 적어도 하나의 개구 근처의 복수의 전기적 도전체들; 및
    적어도 하나의 전기습윤 전위를 인가하기 위해 상기 전기적 도전체들과 결합되는 전위 소스를 포함하며,
    상기 전위 소스는
    상기 광로를 따르는 구면도수;
    상기 광로를 따르는 난시도수; 및
    상기 광로를 따르는 난시 방향 중에서 선택된 하나 이상의 특징들을 제어가능하게 변화시키기 위해 상기 하나 이상의 유체/유체 계면들을 변경시키도록 구성되는 포롭터(phoropter) 또는 자동 굴절기.
  26. 유체 렌즈 광학 방법으로서,
    적어도 하나의 전기습윤 전위를 인가함으로써 광로를 따라 난시 방향을 변경시키도록 하나 이상의 유체/유체 계면들을 구성하는 단계를 포함하는 유체 렌즈 광학 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전위를 변경시킴으로써 상기 광로를 따르는 구면도수를 증가시키도록 상기 적어도 하나 이상의 유체/유체 계면들을 재구성하는 단계를 더 포함하는 유체 렌즈 광학 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전위를 변경시킴으로써 상기 난시도수의 난시 방향이 변하도록 상기 하나 이상의 유체/유체 계면들을 재구성하는 단계를 더 포함하는 유체 렌즈 광학 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    난시도수, 난시 방향, 및 구면도수는 상기 광로를 따르는 다른 움직임 없이 상기 적어도 하나의 전위에 응답하여 유체들을 이동시킴으로써 제어가능하게 변화되는 유체 렌즈 광학 방법.
  30. 적어도 하나의 유체/유체 계면의 제1 곡률과 상기 제1 곡률과는 상이한 적어 도 하나의 유체/유체 계면의 제2 곡률을 동시에 제공하기 위해, 광로에 대하여 복수의 원주 방향으로 상이한 전기습윤 전위들을 동시에 인가함으로써 상기 광로에 의해 횡단되는 적어도 하나의 유체/유체 계면을 구성하는 단계를 포함하는 유체 렌즈 광학 방법.
  31. 제30항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 곡률들은 단일의 유체/유체 계면을 따라 배치되며 상기 광로의 축에 대하여 각이 오프셋 되어있는 유체 렌즈 광학 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 제1 곡률은 평탄하며, 상기 유체/유체 계면은 실린더 렌즈를 정의하는 유체 렌즈 광학 방법.
  33. 제31항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 곡률은 평탄하지 않은 유체 렌즈 광학 방법.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 유체/유체 계면은 구면-실린더 렌즈를 정의하는 유체 렌즈 광학 방법.
  35. 제33항에 있어서,
    상기 유체/유체 계면은 비 구면-실린더 렌즈를 정의하는 유체 렌즈 광학 방법.
  36. 자신을 관통하는 광로를 갖는 적어도 하나의 개구를 정의하는 적어도 하우징;
    적어도 하나의 유체/유체 계면을 정의하기 위해 상기 적어도 하나의 개구 내에 배치되는 복수의 유체들; 및
    상기 적어도 하나의 개구와 결합되며, 상기 적어도 하나의 유체/유체 계면이 구면도수 및 난시도수에 대해 제어가능하게 변화되도록 복수의 전기습윤 전위들을 동시에 인가하도록 구성되는 전위 소스를 구비하는 광학 장치.
KR1020077011902A 2004-11-18 2005-11-17 정전기적으로 포커스 가변인 유체 렌즈를 사용하는 구면-원주형 안 굴절 시스템 KR101053707B1 (ko)

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