(57)【要約】向上された視力のための修正を与えるレンズシステムと光学装置とが開示されている。このレンズシステムは、少なくとも１つ高いオーダの収差の修正を与える電気活性層を有している。高次の修正は、とりわけ使用者の凝視距離、瞳孔のサイズ又は瞬きに続く涙のフィルムの変化のような、レンズシステムの使用者の必要に基づいて動的に変化する。これらのそして他のレンズシステムを用い高次の収差の修正を与える光学装置も説明されている。高次の収差の修正を有するレンズ領域を通して見る使用者の視線をガイドする光学的ガイドも説明されている。
2007503008.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つ高次の収差の修正を与える少なくとも１つの電気活性層を具備するレンズシステムであって、与えられる前記高次の修正は、このレンズシステムを通して見ている間の使用者の必要に応じて動的に変化するレンズシステム。
【請求項２】
前記高次の修正は、前記使用者の最良の視力を維持するように動的に変化する請求項１に記載のレンズシステム。
【請求項３】
与えられる前記高次の修正は、このレンズシステムを通して見ている前記使用者による凝視距離の変化に応じて動的に変化する請求項１に記載のレンズシステム。
【請求項４】
与えられる前記高次の修正は、このレンズシステムを通して見ている前記使用者による瞳孔のサイズの変化に応じて動的に変化する請求項１に記載のレンズシステム。  
【請求項５】
与えられる前記高次の修正は、前記使用者の涙のフィルムの変化に応じて動的に変化する請求項１に記載のレンズシステム。
【請求項６】
電気活性材料の第２の層をさらに具備し、この電気活性材料の第２の層は、活性化された時、レーザからの吸収的または反射的な保護のうちの少なくとも１つを与える請求項１に記載のレンズシステム。
【請求項７】
夜間視力モジュールをさらに具備する請求項１に記載のレンズシステム。
【請求項８】
前記夜間視力モジュールは、赤外イメージング装置とディスプレイスクリーンとを有している請求項７に記載のレンズシステム。
【請求項９】
前記夜間視力モジュールは、画像増倍装置を有している請求項７に記載のレンズシステム。
【請求項１０】
ホト検出器をさらに具備し、このホト検出器は、このレンズシステムを通して見ている前記使用者の瞳孔の直径を検出するように構成されている請求項１に記載のレンズシステム。
【請求項１１】
少なくとも１つ高次の収差の修正を与えるレンズと、
このレンズと協働して用いるための夜間視力モジュールとを具備し、この夜間視力モジュールは、使用者の目の前に位置されることができるレンズシステム。
【請求項１２】
前記レンズは、高次の収差の電気活性な修正を与える請求項１１に記載のレンズシステム。
【請求項１３】
ヘッドアップディスプレイをさらに具備する請求項１１に記載のレンズシステム。
【請求項１４】
通信システムをさらに具備する請求項１１に記載のレンズシステム。
【請求項１５】
前記レンズは、発色性の層をさらに有する請求項１１に記載のレンズシステム。
【請求項１６】
前記レンズは、レーザからの保護層をさらに有する請求項１１に記載のレンズシステム。
【請求項１７】
ソーラ電力セルをさらに具備する請求項１１に記載のレンズシステム。
【請求項１８】
高次の視力の修正の処方の無線による伝達を受信するように構成された受信機をさらに具備する請求項１１に記載のレンズシステム。
【請求項１９】
使用者の視力の少なくとも１つ高次の収差を修正するレンズを具備する光学装置。
【請求項２０】
前記高次の修正は、前記光学装置の使用者の検出された瞳孔のサイズに基づいて動的に変化するように構成されている請求項１９に記載の光学装置。
【請求項２１】
望遠鏡と、顕微鏡と、バイオ顕微鏡と、検眼鏡と、カメラと、ライフルのスコープと、双眼鏡と、ナイトスコープとからなるグループから選択される請求項１９に記載の光学装置。
【請求項２２】
少なくとも１つ高次の収差を修正する前記レンズは、前記光学装置に取り外し可能に取着される請求項１９に記載の光学装置。
【請求項２３】
前記光学装置に取り外し可能に取着されるレンズは、前記光学装置のアイピースの面上に取着するように合わせられている請求項２２に記載の光学装置。
【請求項２４】
前記光学装置に取り外し可能に取着されるレンズは、前記光学装置のアイピースの内部に取着するように合わせられている請求項２２に記載の光学装置。
【請求項２５】
前記レンズを適切な向きに調整するための手段を具備する請求項２２に記載の光学装置。
【請求項２６】
前記レンズは、使用者がこのレンズの適切な位置を通して見ることを補助する目に見える印を有する請求項１９に記載の光学装置。
【請求項２７】
前記印は、永久的に目に見える請求項２６に記載の光学装置。
【請求項２８】
前記印は、一時的に目に見える請求項２６に記載の光学装置。
【請求項２９】
前記レンズの高次の修正は、プログラム可能である請求項１９に記載の光学装置。
【請求項３０】
電気的記憶媒体が前記光学装置に接続され、この電気的記憶媒体は、高次の収差の修正のための処方を記憶することができる請求項２９に記載の光学装置。
【請求項３１】
前記電気的記憶媒体は、異なる高次の収差の修正のための複数の処方を記憶できるように適合されている請求項３０に記載の光学装置。
【請求項３２】
前記異なる高次の収差の修正のための複数の処方は、複数の異なる見る条件と関連付けられている請求項３１に記載の光学装置。
【請求項３３】
前記異なる高次の収差の修正のための複数の処方は、複数の異なる使用者と関連付けられている請求項３１に記載の光学装置。
【請求項３４】
前記レンズの使用者を特定する通信を受信し、この特定された使用者に対応するように高次の修正を変更するように適合された請求項３３の光学装置。
【請求項３５】
前記使用者の特定は、無線通信により得られる請求項３４に記載の光学装置。
【請求項３６】
前記無線通信は、ＲＦＤ技術により実行される請求項３５に記載の光学装置。
【請求項３７】
複数の高次の収差の修正が、前記光学装置と接続され、この光学装置によりアクセス可能な電気的記憶装置に記憶される請求項２９に記載の光学装置。
【請求項３８】
記憶された高次の収差の修正が、前記光学装置を用いる使用者に対応するように、この光学装置の高次の処方を変更するように、前記レンズと関連付けられたコントローラに伝達される請求項３７に記載の光学装置。
【請求項３９】
前記処方の伝達は、無線通信による請求項３８に記載の光学装置又は装置。
【請求項４０】
ある個人の高次の収差を測定することを具備し、この個人の高次の収差は、複数の凝視距離で高次の収差を測定することと、この個人の高次の収差を複数のレベルの周辺光強度の下で測定することと、複数の瞬き時間に渡ってこの個人の高次の収差を測定することとからなるグループのうち少なくとも１つを有する条件の下で測定されるこの個人の高次の収差の修正のための処方を得るための方法。
【請求項４１】
固定された焦点距離のレンズをさらに具備する請求項１に記載のレンズシステム。
【請求項４２】
レンズシステムを通して見る使用者に従来的な屈折的な視力修正を与える請求項１に記載のレンズシステム。
【請求項４３】
前記印は、２つの直交した分極した層により生じており、これら分極した層は、ピンホールを生じるように互いに実質的なレジスターにある開口部を有している請求項２６に記載の光学装置。
【請求項４４】
個人の視線を測定するように視標追跡器をさらに具備し、高次の収差の修正は、この個人の視線の変化に基づいて変化する請求項４３に記載の光学装置。
【請求項４５】
前記印は、電気的に作動され、作動している時、前記レンズに色のコントラストの領域を生じる請求項２６に記載の光学装置。
【請求項４６】
前記レンズは、電気活性である請求項１９に記載の光学装置。
【請求項４７】
レンズシステムは、光学装置に一体化されている請求項１９に記載の装置。
【請求項４８】
前記電気的記憶媒体が、取り付けられている請求項３０に記載の光学装置。
【請求項４９】
請求項１に記載の前記レンズシステムを具備する光学装置。
【請求項５０】
レンズを通して見る使用者の凝視の変化、周辺光の変化、又は、この使用者の涙のフィルムの変化のうちの少なくとも１つに応じて、電気活性なレンズにより与えられる高次の収差の修正を動的に変化させることを具備する高次の収差の修正を変化させる方法。
【請求項５１】
可変な高次の収差の修正を与える電気活性なレンズシステムを具備し、この高次の収差の修正は、レンズを通して見る使用者の凝視の変化、周辺照明の変化、又は、この使用者の涙のフィルムの変化に応じて変化する光学装置。
【請求項５２】
高次の収差の修正を与える、レンズシステムの領域を通して見るように、使用者の眼をガイドするための印を具備する、高次の収差の修正を与えるレンズシステム。
【請求項５３】
前記印は、十字線の画像、円形の画像、ピンホール又は境界線で囲まれた領域からなるグループから選択される請求項５２に記載のレンズシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、向上した電気活性レンズシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの人々は、他の点では良好な視力を有する人々さえ、非従来的な屈折障害の範疇に入るわずかな視力の不効率さを有し、これが、人々を可能な限り最良の視力を達成することから妨げている。従来的な屈折障害、すなわち「近視」又は「遠視」と正常な視力を有する人々で普通取り組まれている他のタイプの問題と違って、高次の収差のような非従来的な屈折障害の影響は、それが眼のテストの間に特定され、測定され、修正されるまで、そして個人がこれらの障害の修正に伴う改善された視力が分かるまで、その個人が知覚するのさえ難しい可能性がある。
【０００３】
高次の収差の効果は、見られる物体からの距離、又は、見る距離と瞳孔に入る周辺光の量とに基づいて揺動する瞳孔のサイズのような環境条件に依存して変化し得る。したがって、高次の収差に対して固定した修正を行ったレンズは、特定の条件を除いて個人にまだ適当な修正を提供することができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、高次の修正における劇的な変化を可能にし並びに／もしくは異なる高次の修正の必要を有する複数の人々が同じ光学装置を用いるのを助けるのを補助することができるこれらのそして他の視力修正の必要に取り組むレンズシステムと光学装置とを提供することは、望ましいかもしれない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の例示的な態様に従うと、レンズシステムは、少なくとも１つ高いオーダの収差の修正を与える第１の電気活性（electro-active）層を有し、この与えられた高次の修正は、このレンズシステムを通して見ている間使用者の必要に応答して動的に変化する。この動的な変化は、例えば、使用者の凝視（gaze）、使用者の瞳孔のサイズ又は見た後の経過時間に応答して、基づいていることができる。
【０００６】
本発明の他の例示的な態様に従うと、光学装置は、高次の収差を修正するような少なくとも１つのレンズを有している。このレンズは、前記光学装置に一体化され、又は、取り外し可能に取着されることができ、この光学装置を、特に困難な（rugged）並びに／もしくは軍事的な環境にいる複数の人々による使用のために特に好適とする追加的な特色を有することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の追加的な態様、特色及び有利な点は、本発明の例示的な実施の形態の以下の詳細な説明に照らして考えると、より明白になる。
【０００８】
本発明の例示的な実施の形態は、レンズシステムと向上された視力を与えるレンズシステムを用いる光学装置とに向けられている。
【０００９】
参照によりここで組み込まれている米国特許６，６１９，７９９により詳細に説明されているように、電気活性な複数のレンズが開発され、これらは、遠視と近視のような従来的な屈折障害と、高次の収差を含む非従来的な屈折障害との両方のために修正する視力修正を提供することができる。
【００１０】
非従来的な屈折障害を修正することの利益は、特に、個人に２０／２０よりも良い視力を与えることができる。非従来的な障害、特に例えばコマのような高次の収差は、典型的に目の中の欠損（deficiency）の結果から生じ、しばしば、良い視力すなわち２０／２０を有する人々さえ視力を２０／１５、２０／１０又は２０／８に近づくような比較的高いレベルに改善することを妨げられている。
【００１１】
高次の収差の、人の視力への効果は、瞳孔のサイズ並びに／もしくは見られる物体を凝視する距離に基づいて揺動しうる。例えば、周辺光が暗く又は近くの物体を凝視する時、瞳孔が拡大するにつれて、明るい周辺光の中で瞳孔がより小さい時又は距離が離れた物体を凝視している時よりも収差は、人の視力に大きな又は小さな効果を有するということを人は経験しうる。瞳孔のサイズの変化は、また、瞬きの及び、温度の、高度の、環境条件の及び個人の感情的な状態さえの結果として生じ得る。
【００１２】
一般に比較的小さな瞳孔は、わずかにより鮮明な焦点調節を与え、眼の中に存在しえて、典型的に角膜又は水晶体レンズ及び眼の他の部分に位置しているいくつかの収差を補っている。瞳孔が、より多くの光を入れるように比較的広く開いている条件では、収差のより多くが、露出され（exposed）、したがって光が眼の中に入るにつれて生じる像に導入されている。球面収差の効果の増加は、特に瞳孔のサイズが増加するにつれて特に著しくなる。
【００１３】
このように、暗い光の条件のように瞳孔が広がっている時に、視力に実質的な効果を有する収差は、明るい光の中で瞳が典型的にずっとサイズが小さく眼に入る光の量を制限している時に、異なる、比較的小さな効果を有しうる。光は、眼の比較的小さな領域を通過し、したがって、特別な欠損にさらされている目の部分を通ることができない一方で、他の欠損が誇張されうる。結果として、人は、変化する周辺光の条件下で実質的に一定のベースとなる光学的な倍率（optical power）、すなわち、−２．５ディオプタ（Ｄ）を有することができるが、２つ以上の異なる処方を見る条件に依存する高次の収差を修正するために必要としうる。
【００１４】
同様に、凝視距離（gaze distance）の変化は結果として目の収差の変化を生じ得る。一般的に、瞳孔のサイズは、人が近い距離範囲、典型的に眼から約１８乃至２４インチ（４５．７２乃至６０．９６ｃｍ）未満で物体に焦点を合わせるにつれて、大きくなる。加えて、眼の水晶体レンズの曲率も凝視距離が変化するにつれて変化する。瞳孔のサイズの変化は、水晶体レンズの曲率の変化と共に結合して、凝視距離が変化するにつれて収差の効果を変化させる。近い距離範囲で物体を見る時の集束効果は、また異なる凝視距離における収差の効果を変化させ得る。
【００１５】
本発明の例示的な実施の形態に係われば、レンズシステムが提供され、このレンズシステムは、瞳孔の直径並びに／もしくはこのレンズシステムを通して見る者の凝視距離と相関するように高次の収差の修正を動的に調整している。このように、個人の高次の収差を瞳孔が広がっている時に改善された視力を提供するように修正する同じレンズが、また、瞳孔が収縮するにつれて視力のレベルを維持するように調整する。
【００１６】
前記レンズシステムは、電気活性なレンズを有し、これは、’７９９特許に説明されているように、例えば、液晶のような電気活性材料の少なくとも１つの層を有している。この電気活性材料の層は、例えば、インジウムスズ酸化物又は他の透明な絶縁材料のような透明な絶縁体を用いている画素の２次元のアレイへと分割することができる。各画素は、印加した電圧が各画素の電気活性材料にある分子的な配向を取らせるように、個別にアドレスで呼び出せる。光が個々の画素を通過する時、この光は、特定の画素の中の電気活性材料の配向から生じる屈折率に基づいてある角度で屈折している。個々の画素の各々に印加する電圧を調節することにより、異なる画素は、異なる方向に向いて、異なる屈折率を生じている。このように、前記レンズシステムは、個人がこのレンズシステムを通して見ている時、人の眼の収差を修正し、眼全体に渡って高次の修正を生じる視力の処方を達成する特定のパターンに対応して光を屈折させるようにコントロールすることができる。
【００１７】
高次の収差は、例えば、高次の収差の修正を与えるために必要とされる光学的倍率のパターンを決定する波面分析器（wavefront analyzer）の使用を通して測定することができる。波面分析器は、収差によって起こされる眼を通過する平面光波の歪みを測定し、眼の中の収差の位置と大きさとを検知ように用いることができる。例として示されるタイプの高次の収差は、図１４で示されているゼルニケチャートに示されている。測定された波面は、それから、視力の処方を決定するように使用され、これは、一連の視力の修正として電気的に保存することができ、これら一連の視力の修正では、眼の異なる領域に対して異なる視力の修正が必要となり得る。
【００１８】
前に論じられたように、高次の収差は、典型的には、凝視距離と瞳孔のサイズとに依存して変化している。従って、波面は、様々な照明条件と異なる凝視長さ（gaze length）の下で測定し得る。例えば、測定値は、典型的には、個人が「遠い」視野に対応する２０フィート（６０９．６ｃｍ）の距離で凝視している間、「中間の」視野に対応する２乃至３フィート（６０．９６乃至９１．４４ｃｍ）で凝視している間、及び、「近い」視野に対応する約１８乃至２４インチ（約４５．７２乃至６０．９６ｃｍ）の距離で凝視している間に取ることができる。より多くの並びに／もしくは異なる距離を、必要とされる高次の修正での異なるレベルの変化を測定するために使うことができる。同様に、ある範囲の周辺光の条件をどのように高次の収差が光から暗闇又暗闇から光で変化するのかを決定するために用いることができるが、測定値を、少なくとも明るいそして暗い周辺光の条件で取っている。
【００１９】
同様の遠近調節を、眼の瞬きから生じる収差の修正の変化にたいして、行うことができる。高次の収差は眼の瞬きの後で角膜を被って広がった涙のために変化している。この涙の広がりは、瞬きの後の時間の関数として変化しつづけ、いくつかの要素に依存し得る。例として涙の広がりの変化率に強い影響を与えている要素は、この涙のフィルムの密度（consistency）と、蒸発と、排液と、重力とを有している。
【００２０】
特定の個人に対して、高次の収差の効果とその結果望まれる修正とは、
この特定の個人が再び瞬きするまで経過する時間の間隔に渡って変化しつづけている。この場合、高次の収差の修正のサイクルは、それ自身反復している。
【００２１】
波面分析器を用いて、人の高次の収差の測定を、瞬きの直前、瞬きの直後及び複数の瞬きの間の特定の間隔で、どのように収差が瞬きと共に揺動しているのか決定するために行うことができる。一度測定すると、眼の世話の専門家が、変化している収差に対して修正するように瞬きに従った１つ以上の処方が望ましいかどうか決定することができ、これら処方は、それから、修正を与える電気活性なレンズを駆動しているマイクロコントローラの中へとプログラムすることができる。使用者の目で瞬きが起こる時、ホトセンサ又は他のそのような装置により検出して、前記マイクロコントローラは、瞬きの後の時間間隔の間の使用者の視力を最適化するように１つ以上の記憶された処方の間で修正を変化させることができる。
【００２２】
様々な距離と周辺光の強度並びに／もしくは広がった涙のフィルムの異なる段階で、高次の収差を修正するように、測定し処方を記憶することにより、処方の包括的なセットを、前記レンズシステムと関連する電子的なメモリに記憶することができる。様々な見る条件に対する処方の記憶されたセットは、このような見る条件を検出するセンサと協働して使う時、見る条件が変化しつづける時、前記レンズシステムが動的に変化して、高められた視力を提供しそれに続いてこれを維持するように、用いることができる。
【００２３】
用いることができる１つのこのようなセンサは、瞳孔の直径をモニタするホト検出器である。このホト検出器が瞳孔のサイズの変化を検知するにつれて、測定された瞳孔の直径に基づいて、適切な高次の収差の修正を与えるように処方を動的に変更するように、コントローラが前記レンズシステムのアレイの画素に印加されている電圧を調節し、このレンズシステムを通してみている個人が高められたレベルの視力を維持することを可能にしている。
【００２４】
用いることができる他のセンサは、眼の角膜からの光の反射を検出するホトセンサである。眼が瞬きする度に、まぶたは、角膜からの光の反射を中断している。このことが、ある涙のフィルムの条件に対応して、使用者に、処方を表示（display）させる。この処方は、使用者が再び瞬きをするまで使用者の涙のフィルムの変化のあらかじめ測定された効果に基づいて、時間の関数として変化することができ、前記ホトセンサは、処方を、初期の瞬き後の処方にリセットするべきことを決定している。
【００２５】
本発明のさらに他の実施の形態において、センサは、瞳孔のサイズの変化それ自身よりもむしろ周辺光を測定することができる。変化する周辺光の条件の下で前に測定された瞳孔のサイズに基づいて、これらの周辺光の条件での瞳孔のサイズに対して必要とされる高次の修正が、使用者に表示される。
【００２６】
例としての高次の収差を修正する画素のパターンは、図１ａのレンズ１００に示されている。このレンズ１００は、基になるレンズ（base lens）１０２と画素化されている電気活性な領域１０５とを有している。例えば、明るい光のような、ある条件の組の下での眼の特定の収差に基づいて、波面分析器は、眼の特定の領域に対して使用者により特定の修正が必要とされていることを前に測定している。したがって、前記画素化された電気活性な領域１０５の第１の領域１１０は、レンズのその領域に対応して眼を通過している波面の部分に対応する欠損を補なうようにプログラムされている一方で、前記画素化された電気活性の領域１０５の第２の領域１２０では、眼の異なる部分に対応する欠損を補うように異なる修正を必要としている。
【００２７】
個人並びに／もしくはこの個人の目を測定する条件に依存して、その特定の個人の必要に依存して変化する様々なパターンを得ることができる。例えば、この同じ個人は、瞳孔が完全に広がっている時、高次の収差の修正により得た高いレベルの視力を維持するように図１ｂに示されているような視力修正の処方を必要とする可能性があり、これは、必要とされる高次の収差の修正の変化を結果として生じる瞳孔のサイズ又は他の条件をモニタしている（図示されていない）センサにより受信した信号に基づいてコントローラが切り替えることができる。
【００２８】
ある状況では、人は、固定された高次の収差の処方で機械加工されたレンズを必要としうる。個人に全ての条件の下での最良の視力を提供することはできないが、それでも満足な解決策を代表し得る平均的な高次の収差の処方を決定するように、様々な強度の光と凝視距離とで個人の測定値を取ることができる。逆に、これら条件が所定のものならば、この場合、修正の効果を最大化するようにこれらの特定の条件に対して修正を固定して設計することができる。
【００２９】
高次の収差を修正するレンズシステムは、例えば、電気活性の材料の追加的な層を通して又はさらに’７９９特許に説明されているように球面修正を与えるレンズシステムの部類に入る固定焦点距離のレンズを通して、従来的な屈折障害に対しても修正することができる。高次の収差修正を電気活性的に与えている時、固定焦点距離レンズを安全装置（fail safe）機構を与えるために用いることができる。これは、運転などのような仕事の間に電気活性の視力修正が故障した場合に、遠くの視野（distance vision）を失うのを妨げることができる。例えば、電力低下又は他の機能不全が、１つ以上の電気活性層の機能停止の結果となる場合に、固定焦点距離レンズは、まだ、個人に機能不全が修理できるまで見るための十分な視力修正を与えている。典型的には、この固定焦点距離レンズは、遠い領域の視野を与えている。
【００３０】
この固定焦点距離レンズは、電気活性層を取着する基になるレンズとして用いることができ、光学倍率を全くあたえない、すなわち、０Ｄであることができる。例えば、もし、固定焦点距離レンズを１つ以上の電気活性の材料の層を取着する基台として用いるならば、光学倍率を全く持たない固定されたレンズは、高次の収差の修正だけを望み、従来的な視力修正を必要としないか、又は、例えば、コンタクトレンズもしくはレーザ外科手術のような代わりの視力修正の方法に頼ることを選択するかのいずれか一方の人々が使うことができる。
【００３１】
例示的な実施の形態に係るレンズシステムは、眼鏡と光学装置とを含む、高められた視力が望ましい様々な応用において好都合に用いることができる。１つの特に有利な使用は、前記レンズシステムが向上された視力が特に望ましい可能性がある典型的に困難な環境の軍事関係の人員又はその他による使用のためのゴーグルの一部である時であり得る。向上された視力は、環境の知覚、コミュニケーション、並びに／もしくは標的捕捉のために向上された明確さを与えることができる。例えば、向上された視力は、兵士により早く航空機のシルエットを知覚する能力を与え、この兵士がより速くこのシルエットが友軍又は敵軍の航空機であるのかと、したがって退避行動が必要かどうかの決定をするのを可能にしている。
【００３２】
高次の収差に対して修正をするゴーグルの例示的な実施の形態は、図２に示されている。このゴーグル２００は、フレーム２１０と、高次の収差に対して修正し、随意にまた従来的な屈折障害を修正することができるレンズシステム２２０とを有している。このゴーグル２００は、さらにバッテリー２３０のような電源を有している。このバッテリー２３０は、軽量であり、前記ゴーグル２００のフレーム２１０に取着する薄いストリップ状のバッテリーであることができる。ソーラストリップ２４０は、太陽エネルギーが全ての必要な電力を供給するのに不十分な時に電力を供給するように過剰な電力を前記バッテリー２３０に蓄えて、主電源又は補助電源として働くことができる。センサ２９５は、高次の収差の修正を動的に与えるように瞳孔のサイズを測定している。
【００３３】
ゴーグルにおける使用又は他の応用のためのレンズシステムは、眼精疲労を減少し、太陽からの保護をするために薄く着色されているか、偏光をもたされていることができる。着色することは、例えば、光発色性(photochromic)の層又は明るさの強さに依存して所望のレベルの着色を与えるように電気的に調整できるエレクトロクロミック（electrochromic）層の使用を通して達成することができる。
【００３４】
再び、前記ゴーグル２００が軍事行動の中での使用を意図されている図２を参照して、このゴーグル２００は、マイクロフォン２６０とスピーカ２７０とをさらに有し、トランシーバ２８０と協働してハンズフリーのコミュニケーションシステムを提供している。このゴーグル２００は、また、地図作成（mapping）と方向指示又は役に立ち得るほかの視覚的なコントロールで装用者を助けるヘッドアップマイクロディスプレイ２８５を有することができる。前記レンズシステム２２０は、前記コミュニケーションシステムとヘッドアップディスプレイ２８５と共に高次の収差の修正のための画素のパターンを発生しているマイクロチップ２９０によりコントロールすることができる。前記ゴーグル２００は、有線（hardwire）又はワイヤレス信号のいずれか一方により（図示されていない）携帯用コンピュータと通信するように適合し、これは、例えば前記ヘッドアップマイクロディスプレイ２８５に表示される標的捕捉のような他の応用へのアクセスを提供している。
【００３５】
軍事行動において用いられた時、兵士の眼を敵の攻撃の一形式であり得るレーザの照射から保護することも特に望ましい。この保護を提供するために本発明の例示的な実施の形態に係るレンズシステムは、レーザ保護層を有することができる。
【００３６】
このレーザ保護層は、ひだのある(rugate)フィルタを有することができる。複数のひだのあるフィルタは、典型的に特定の周波数でレーザからの保護を与える。このレーザ保護層は、また前記レンズシステムに加えられた強い非線形の電気分極率を有する電気活性の材料の層であることもできる。この電気活性の材料は、視力の修正は提供しないが、電気ポテンシャルを印加することにより活性化された時、複数のひだのあるフィルタよりも広い範囲の周波数に対してレーザからの保護を提供する吸収的並びに／もしくは反射的な特性を有している。これらのタイプの材料は、ニオブ酸リチウムのような高い「χ―２」又は「χ―３」を有する非線形光学材料を有している。
【００３７】
レーザからの保護を有するレンズシステムの例示的な実施の形態は、図３に側面図で示されている。レンズシステム３００は、固定距離レンズ（fixed distance optic）３１０と、高次の収差の修正を与える電気活性層３２０とを有している。このレンズシステムは、追加的に、レーザ保護層３３０とエレクトロクロミック層３４０とを有している。図３のレンズシステム３００に示されているように、硬いコーティング３５０を、前記電気活性層３２０とあらゆる介在する層とに渡る保護層として適用することができる。また、抗反射コーティング３６０を随意に適用することができ、これは反射のための光の量の損失を減少させることができ、前記レンズシステム３００の全体のパフォーマンスを改良することができる。
【００３８】
高次の収差に対して修正するレンズシステムは、夜間視力モジュールを有していると好都合である。この夜間視力モジュールは、高次の収差の動的な修正を与える電気活性レンズシステムと共に用いることができ、代わりに、高次の収差の固定した修正を与えるレンズシステムと共に用いることができる。夜間に向上した視力を提供する夜間視力モジュールの追加は、極端に暗い光又は全く光のない条件で見ることを望み又必要としている軍事関係の人員とその他に対して戦略的に有利な点を提供することができる。例えば、消防士のフェースシールドは、夜間視力又は長波長の赤外（ＩＲ）イメージングモジュールをと共に高次の収差に対する修正を有することができる。これは、消防士に暗闇の黒煙だらけの建築物で救助を必要としている人を夜間視力又は熱イメージングだけを用いるより迅速に知覚し、反応時間と成功裏な救助の可能性を増加する。
【００３９】
本発明の例示的な実施の形態に係るレンズシステムと共に用いるための夜間視力モジュールは、典型的に可視光光電増倍管又はＩＲ検出システムのいずれか一方を用いている。ＩＲに基づいた夜間視力システムは、生きている有機体（典型的に８乃至１２ミクロンの範囲で）のような様々な放射源からの赤外エネルギーを検出している。ＩＲエネルギーは、スクリーン上の表示のための形式に変換され、各々の物体が発しているＩＲエネルギーの量に基づいて異なる物体間のコントラストを目に見えるように示している。
【００４０】
用いることができる１つの赤外システムは、電気活性な高次の収差の修正を提供するアレイの画素に類似した、画素の行と列との２次元のレイアウトである焦点面アレイを有している。前記夜間視力モジュールの画素は、赤外に感受性がある材料を有している。各々の画素の中の材料は、赤外のエネルギーを吸収し、受信した赤外の信号の強度に基づいて、測定しスクリーン上に模写する形式でエネルギーを放出する。前記夜間視力モジュールにおける使用のための適当な赤外感受性の材料は、強誘電性材料、珪化白金、アンチモン化インジウム、ガリウム砒素量子井戸、砒素を外部からドープした珪素、マイクロボロメータ、及び赤外エネルギーに露出した時に定量化可能な変化を示す他の材料を有することができる。
【００４１】
本発明の例示的な実施の形態に係る夜間視力モジュールの一部として有することができる、高次の収差の修正と協働する、暗い光の状況において視力を与えるほかの方法は、画像増倍装置を使用することを有している。これらの増倍装置を用いる時、赤外又は可視のエネルギーは光電子放出物質のプレートにあたる。このプレートは、光信号の強度に対応して電子を放出する。すなわち、光が強ければ強いほど、より多くの電子がこの光電子放出物質のプレートから放出される。これら電子は、ビームとして画像増倍装置を通過し、この画像増倍装置は、典型的には、電子ビームを増幅するマイクロチャンネルプレートである。一度増幅されると、電子は、蛍光スクリーンの蛍光体にあたり、これら電子のエネルギーは、可視の光子に変換される。
【００４２】
夜間視力モジュールを有するレンズシステムの例示的な実施の形態は、図４に示されている。レンズシステム４００は、図３に関して説明されたものと類似しており、抗反射コーティング４５０と硬いコーティング４４０との間に夜間視力モジュール４６０を追加している。この夜間視力モジュールは、高次の収差修正層４２０が、この夜間視力モジュール４６０とこのレンズシステム４００を通して見る人の眼の間にあれば、このレンズシステム４００のどこの位置にあることもできることを認めるべきである。
【００４３】
通常の視力と同等な視力のレベルを有する向上された夜間視力を提供するために、特に、高次の修正レンズが電気活性の場合、検出器とスクリーンとが高次のレンズに匹敵する解像度を有するべきである。例えば、高いオーダの収差の修正を提供するアレイの画素は、前記夜間視力モジュールのようなレンズシステムの中のどんな他のアレイの画素と比べて同じかより少ない数の行と列とを有していることが好ましい。もし、前記夜間視力モジュール又はどんな他の層の解像度も高次の修正層により提供されている解像度よりも低い場合には、この場合、夜間視力モジュールが制限要素となり高次の収差の修正で可能となる改良された視力の全範囲は、達成することができない。夜間視力モジュールが光電増倍管を用いる実施の形態では、高次の収差の修正は、光電増倍管により直接与えることができる。
【００４４】
本発明の例示的な実施の形態は、高次の収差のための修正をしているレンズシステムを有する光学装置にも向けられている。これら光学装置のレンズシステムは、使用者の眼から分離されており、典型的には、眼鏡、コンタクトレンズなどのような、使用者によって装用されるどんな他の視力修正装置に加えても用いられる。分離された光学装置は、小さな立体角に限定され、通常眼の光軸に中心をおいた、限定された視野を与えている。分離された光学装置は、例としてだけで、望遠鏡、検眼鏡、双眼鏡、単眼用器具、ライフル用スコープ、ゴーグル、カメラ、バイザー、フェースシールド、射撃照準器、顕微鏡、及び、バイオ顕微鏡を有している。
【００４５】
図５に示されているように、１つのそのような分離された光学装置は、望遠鏡５００である。高次の修正レンズ５１０が、この望遠鏡５００を通して見る使用者が、高次の収差のために修正するレンズ５１０を最初に通して見るように、アイピース５２０の前に位置している。他の言い方をすれば、光は、最初に対物レンズ５３０を通り、それから前記アイピース５２０を通り、最後に高次の修正レンズ５１０を通って、望遠鏡の使用者の眼に伝わっている。
【００４６】
他の単眼用の光学装置、すなわち、単一のアイピースを有する光学装置は、望遠鏡と類似の仕方で設計することができる一方、２つのアイピースを備えた光学装置、例えば、双眼鏡に対して、高次の収差の修正レンズ６１０は、図６の双眼鏡６００に示されているように、各アイピース６０５の前に位置することができる。他の分離した光学装置を、望遠鏡と双眼鏡とに関して説明したのと類似の仕方で作動する高次の収差を修正するレンズシステムと共に用いることができる。
【００４７】
どんな光学装置においても、追加のレンズと、ミラーと、他の光学的な装置とは、対物レンズとアイピースの中間の光学装置の中に存在できることを銘記するべきである。
【００４８】
多くの個人に対して、各々の眼の中で収差は同じではない。したがって、例えば、望遠鏡のような単眼用の光学装置において、典型的に、この個人が、装置を通して見るために主に用いる眼のために修正するように高次の収差の修正レンズを設計している。高次の収差の修正レンズが、電気活性なレンズの場合、前記光学装置を、使用者がこの装置を通して見るためにどちらの眼を用いるか指示することができ適当な処方が適用されるように、プログラムすることができる。例えば、ある個人が望遠鏡を通して右目で普通見るならば、電気活性の高次の修正レンズのデフォルトの設定を右目の収差と一致させて収差を修正するような画素のパターンを与える視力の処方でプログラムすることができる。しかしながら、この個人が左眼で見ることを望むならば、この人は、左眼の高次の収差の修正を与えるように、単にスイッチを入れるか又は他の仕方でレンズのパターンを変化させることができる。
【００４９】
光学装置が高次の収差を修正するようなレンズシステムを有している時、このレンズシステムは、この光学装置の中へと一体化することができ、または、この光学装置から分離する取り外し可能な取着部分とすることができる。前記レンズシステムを前記光学装置に一体化するかしないかによらず、高次の収差の修正レンズを分離したアイピースレンズと眼とに加えて、そして、これらの間に位置させて用いるよりもむしろアイピースのレンズそれ自身として用いることができることを銘記するべきである。
【００５０】
レンズを組み込み、高次の収差の修正を電気活性を用いて与える時、様々な個人のための視力の処方を光学装置と結合されたメモリーチップのような電気的な記憶装置に記憶することができる。この記憶装置を、複数の人々が装置を使用できるように、特定の使用者のための適切な視力の処方情報を中継しているコントローラと結合することができる。
【００５１】
もし、高次の修正レンズが電気活性ではなく、一定の処方で機械加工されているならば、レンズを一体化しないことが好ましい。そうでなければ、光学装置は、１人の人のために特に作られている高次の修正の処方を有するレンズを有することになり、異なる処方を必要としている他の高次の収差を有する他の個人による使用に適用(account)できないことになる。この潜在的な問題を軽減するために、高次の修正レンズを、光学装置から分離している取り外し可能な取着部分とすることができる。
【００５２】
取り外し可能なレンズにより、個人が自分自身の高次の修正レンズを携帯することが可能になる。科学者は、この人が実験室で使っているどんな顕微鏡にもこの人自身の特定の高次の収差を修正するように設計されたレンズを取り付けることを可能にする取り外し可能なレンズを持つことができる。このように、この科学者は、常に、研究室のどんな顕微鏡を通して見るときも、この人の視力の理想的なレベルを有することができる。取り外し可能なレンズの取り付けは、光学装置の製造においても好都合であり得る。基本的な光学装置を同じ方法で組み立てることができる一方、異なる使用者の各々が高次の収差の修正レンズを自分自身の処方で機械加工しまたは電気的にプログラムするように高次の修正レンズシステムを備えた付属物を特別に製造することができる。
【００５３】
どのように高次の収差の修正レンズを光学装置に取り外し可能に取着するかについての例示的な実施の形態を、ライフルスコープ７００を示している図７ａと図７ｂとに示している。高次の収差の修正レンズ７１５を有する付属物７１０をライフルスコープ７００に取り外し可能に取り付けている。前記付属物７１０は、光が使用者の眼に入る前に対物レンズ７５０を通り、アイピースレンズ７２５を通り、そして最後に高次の収差の修正レンズ７１５を通過するようにアイピース７２０上を摺動できる。図７ｂに示されているように、前記付属物７１０は、ライフルスコープ７００のアイピース７１０から突起しているタブ７２２を通過している溝７１７を有している。図７ａと図７ｂとは、アイピース７２０の面上に嵌合している付属物７１０を示しているが、この配置を、例えば、前記付属物がアイピースの中に嵌合しているように逆にすることができる。例えば、図８に示されているように、付属物８１０が、光学装置８００のアイピース８２０の端ぐり（counter bore）の中へとねじ込まれるねじ山８１１を有する事ができる。
【００５４】
高次の修正は、典型的に非対称な修正である。したがって、高次の修正レンズは、自由に回転するべきではない。むしろ、使用者が高次の収差の修正レンズを光学装置に容易に取着できるように、そして、レンズの視力修正領域が、眼の収差の位置と適切に整列するように、レンズは、上と下とを指定されているべきである。例えば、高次の収差の修正レンズが、レンズが適切に整列されているだけ高次の収差の修正レンズを光学装置に取り付けることができるような、図７ｂに示されているような単一のタブ及び溝によりこのことは、達成することができる。付属物が、図８に示されているようにアイピースの中に嵌合している場合、アイピース８２０と付属物８１０とは、ノッチ８４０が整列された時に高次の収差の修正レンズ８１５が適切に向き付けられていることを示すノッチ８４０か何か他の形式の印を有することができる。
【００５５】
いくつかの例示的な実施の形態において、特に光学装置が高次の修正を電気活性を用いて与えるように設計されている時、光学装置の中へと一体化された高次の収差の修正レンズを用いることが望ましい。このことは、複数の数の人が同じ光学装置を使用することを可能にするという有利な点を有する。電気活性の処方は、プログラム可能でありえて、使用者のために動的な変化を与えることに加えて、レンズにより生じる処方を光学装置を使用する個人に依存して変更することができるからである。この場合には、各使用者は、分離したレンズ付属物を必要としておらず、光学装置によりアクセス可能である位置に電気的に記憶された視力の処方だけが必要である。複数の人のための視力の処方を、光学装置と通信しているメモリチップ上のような、光学装置と結合された電気的メモリの中に記憶することができる。
【００５６】
光学装置を使用している個人は、例としてだけだが、キーボードにコードを入力すること又は光学装置により実行される網膜スキャンのような何らかの仕方で、自分自身を使用者として特定することができる。光学装置に伝えられる同一性に基づいて、この使用者のための適切な処方または処方の組が電気活性なレンズによりディスプレイで利用可能になる。図９は、コンピュータ９３０に取り付けられた一体化された高次の修正レンズ９２０を有する顕微鏡９１０を示している。コンピュータ９３０により、使用者は、自分自身をこの顕微鏡の使用者として特定するために使用者ＩＤ又は他の情報を入力し、こうして、顕微鏡９１０の電気活性な高次の修正レンズにこの使用者の高次の視力の処方のための適切な画素のパターンを表示するように指示を与えている。この個人の同一性に基づいて、適切な画素のパターンが、表示され、装置の使用者に使用者自身の視力の処方を与えている。視力の処方を、光学装置それ自身のメモリチップに、又は、光学装置と結合されているコンピュータもしくは他の装置に記憶することができる。
【００５７】
コンピュータは、図９に示されているように有線で情報を伝達することができ、又は、これは、図１０に示されているように携帯装置からの無線伝達であることができる。図１０において、電気活性な高次の視力修正レンズ１０１５を有するナイトスコープ１０１０が、例えば、ブルートゥース（bluetooth（登録商標））又はＲＦＤ技術によるような携帯コンピュータ１０６０からのデータの無線伝達を受信するような受信機１０７０を有している。
【００５８】
このように、人は、例えば、視力の処方をＰＤＡ又は携帯電話のような小さなコンピュータに記憶して歩き回り、この処方を、どんな互換性のある電気活性な装置にも伝達することができる。この人が、高次の収差の修正を与える電気活性なレンズを有する光学装置を用いたいと望んだのなら、この人が以前にこの光学装置を用いたことがあるかどうかに関わりなく、視力の処方を前記ＰＤＡから光学装置に伝達することができる。この場合、この光学装置を通して見る人は、視力に処方された改良を有してこの光学装置を用いることができる。
【００５９】
コンタクトレンズ又は眼球内のレンズと違って、本発明のある例示的な実施の形態に係り用いられているレンズのような眼から分離されているレンズは、眼と共に動かない。ある個人は様々な物体を見るので、この個人の視線は、眼の収差が、レンズにより与えられている高次の修正ともはや整合しないように、変化している。このことは、付属物が正しく光学装置に整列していない時に上述したのと類似の仕方で向上された視力に何らかの損失を引き起こしている。したがって、使用者が容易かつ迅速に適切な視線に戻るのを定期的に助ける方法を提供することは望ましい可能性がある。したがって、高次の収差の修正レンズを光学装置の中で用いている時、高次の修正レンズが与える向上された視力の利益を維持するように使用者がレンズを通しての適切な視線を見つけ維持するのを助ける一時的なまたは永久的なガイドを用いることができる。
【００６０】
適切な視線を見つけ維持するために、高次の修正レンズは、視線がレンズのその領域を通っている時、レンズの可能な最良の視力が達成されるような、レンズの「スイートスポット」をある個人がみることを助ける印を有することができる。しばしば、この最良の視力は、視線がレンズの中心を通っているときに維持されるが、このことは、いつも当てはまるわけでない。前記スイートスポットが中心を外れている時、使用者が適切な視線を維持するための助けは、特に有利であり得る。
【００６１】
前記印は、レンズに図１１に示されているエッチングされた十字線（cross-hair）としてレンズにエッチングすることができる。ここで、この十字線１１２０は、そこを通って視線を維持すべきである高次の修正レンズの点を表している。加えて、もし、レンズが電気活性であるならば、図１２に示されているように、色（hue）すなわち色合い（coloration）を個人が自分の視線を向けるべきコントラストの領域を特定するように放つことができる。図１２では、視線は、高次の収差の修正レンズ１２１０の中心の金的（bulls-eye）１２２０として特定されている。電流を電気活性材料に流すことにより、金的を生じる色彩の変化を分け与えることができる。色彩の変化を分け与える物質の例として、液晶、導電性ポリマー又は他の既知の通電変色性の材料がある。
【００６２】
適切な視線を見つけ維持するための印のさらに他の例示的な形式は、使用者が図１３に示されているようなスイートスポットを通して見る時だけこの使用者はレンズを通して見ることができるような、視線を制限するピンホールを除いてほぼ不透明なテンプレートの使用である。このピンホールの開口部１３２０を、レンズ１３０５に渡って摺動し、このレンズに取り付けることができる物理的なテンプレート１３１０により現すことができる。この開口部１３２０を、例えば、電気活性な２つの層の間の交差した分極（cross polarization）を起こし、結果として、各々の電気活性層の小さな円形の部分以外全てを活性化することにより、電気活性的に生じさせることができる。不活性な領域は、電気活性層が交差した分極状態にある時にこの交差した分極が不活性な分極されていない、ピンホールを形成している領域を通過する光以外の全ての光を除くように互いに実質的なレジスター(registration）にある。
【００６３】
前記印が一時的な場合、この印を、取り除くことができる。例えば、分極により生じるピンホールで、一度個人が適切な視線を決定してしまったら、分極を取り除きレンズの全領域で見ることを可能にすることができる。もし、この個人が、後になって、自分の視線がスイートスポットから動いていることが心配ならば、この人は、前記印を再び現せさせて、自分の視線をスイートスポットに戻すように再調整することができる。
【００６４】
電気活性な高次の修正レンズにおいて、視標追跡器（eyetracker）を印と共に又は印の代わりに用いることができる。この視標追跡器は、個人が見ている場所を測定し、従って、視線がどこにあるかを検出することができる。どこに視線があるか決定することにより、コンピュータのような、特定の使用者に対して適当な画素パターンを表示するコントローラは、また、眼がスイートスポットを通して見続けるようにそのパターンを調整する。例えば、ある個人が、始めにまっすぐ前を見ているが、自分の視線を上を見るように調節する時、前記視標追跡器は、この変化を検知し、コントローラが眼に対して同じ位置のパターンを維持するように画素パターンを上方に修正して視野を調節するように信号を中継させる。
【００６５】
本発明は、ここで説明されている特定の実施の形態により範囲が限定されない。実に、ここで説明された本発明の変更に加えて、本発明の様々な変更が上の説明と添付されている図面から当業者にとって明らかである。したがって、このような変更は、以下に添付されている請求項の範囲に入ることが意図されている。さらに、本発明は、ここで特定の目的のために特定の環境での特定の実施の文脈で説明されてきたが、当業者は、この有用さは、これらに限定されないことと、本発明は、いかなる数の目的のためにもいかなる数の環境の中でも有益に実施されることとを明確に理解する。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１ａ】所定の条件の組の下での高次の収差に対する修正をする電気活性な画素パターンを示している。
【図１ｂ】所定の条件の組の下での高次の収差に対する修正をする電気活性な画素パターンを示している。
【図２】本発明の例示的な実施の形態に係るレンズシステムを有しているゴーグルを示している。
【図３】本発明の例示的な実施の形態に係るレンズシステムを示している。
【図４】本発明の他の例示的な実施の形態に係るレンズシステムを示している。
【図５】本発明の例示的な実施の形態に係る高次の収差を修正するレンズシステムを使用する光学装置を示している。
【図６】本発明の他の例示的な実施の形態に係る高次の収差を修正するレンズシステムを使用する光学装置を示している。
【図７ａ】本発明の例示的な実施の形態に係る取り外し可能な高次の収差を修正するレンズを有する光学装置を示している。
【図７ｂ】本発明の例示的な実施の形態に係る取り外し可能な高次の収差を修正するレンズを有する光学装置を示している。
【図８】本発明の他の例示的な実施の形態に係る取り外し可能な高次の収差を修正するレンズを有する光学装置を示している。
【図９】本発明の例示的な実施の形態に係るプログラム可能な高次の収差を修正するレンズを有する光学装置を示している。
【図１０】本発明の例示的な実施の形態に係る光学装置を示している。
【図１１】本発明の例示的な実施の形態に係る光学装置との使用のための視野ガイドのラインを示している。
【図１２】本発明の他の例示的な実施の形態に係る光学装置との使用のための視野ガイドのラインを示している。
【図１３】本発明のさらに他の例示的な実施の形態に係る光学装置との使用のための視野ガイドのラインを示している。
【図１４】例示的な高次の収差を示しているゼルニケモードチャートである。
【図１ａ】
2007503008.tif 000003
【図１ｂ】
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【図２】
2007503008.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
2007503008.tif 000008
【図６】
2007503008.tif 000009
【図７ａ】
2007503008.tif 000010
【図７ｂ】
2007503008.tif 000011
【図８】
2007503008.tif 000012
【図９】
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【図１０】
2007503008.tif 000014
【図１１】
2007503008.tif 000015
【図１２】
2007503008.tif 000016
【図１３】
2007503008.tif 000017
【図１４】
2007503008.tif 000018
【国際調査報告】
2007503008.tif 000019
2007503008.tif 000020
2007503008.tif 000021
2007503008.tif 000022