(57)【要約】電気的活性装置が与えられ、これは１対の透明な基板の間に配置された液晶層と、液晶層と第１の透明な基板の内面との間に位置されている１以上のパターン化された電極セットとを具備しており、前記パターン化された電極セットはそれぞれ対向するパターンを形成する２以上の電極を具備し、前記電極は絶縁層により分離され、パターン化された電極セットを形成する電極間には水平方向のギャップが存在せず、液晶層と第２の透明基板の内面との間には導電層を具備している。この装置は通常の装置よりも大きな効率を与える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１対の透明な基板の対間に配置されている液晶層と、
液晶層と第１の透明な基板の内面との間に位置される１以上のパターン化された電極セットと、
液晶層と第２の透明基板の内面との間の導電層とを具備しており、
前記パターン化された電極セットはそれぞれ対向するパターンを形成する２以上の電極を具備し、前記電極は絶縁層により分離され、パターン化された電極セットを形成する電極の間には水平方向でギャップが存在しない電気的活性装置。
【請求項２】
パターン化された電極セットは円形のパターンを形成している請求項１記載の装置。
【請求項３】
パターン化された電極セットは楕円形パターンを形成している請求項１記載の装置。
【請求項４】
２つのオーバーラップしないパターン化された電極セットを具備している請求項１記載の装置。
【請求項５】
液晶はＥ７である請求項１記載の装置。
【請求項６】
透明な基板はガラスである請求項１記載の装置。
【請求項７】
透明な基板はプラスティックである請求項１記載の装置。
【請求項８】
さらに、パターン化された電極セットと導電層に電気的に接続される電気制御装置を具備している請求項１記載の装置。
【請求項９】
さらに、電気制御装置に電気的に接続されている距離検出装置を具備している請求項８記載の装置。
【請求項１０】
電極および導電層はインジウム錫酸化物である請求項１記載の装置。
【請求項１１】
さらに、液晶層を包囲している整列層を具備している請求項１記載の装置。
【請求項１２】
整列層はポリビニルアルコールである請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
整列層はナイロン６，６である請求項１１記載の装置。
【請求項１４】
透明基板は約３ミクロン乃至約２０ミクロンの範囲だけ離れている請求項１記載の装置。
【請求項１５】
透明基板は約３ミクロン乃至約８ミクロンの範囲だけ離れている請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
請求項１記載の装置へ電圧を供給し、それによって透明な基板を透過する光の位相を変更させる光の回折方法。
【請求項１７】
供給される電圧は２Ｖｒｍｓ以下である請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
１対の透明な基板の対間に配置されている液晶層と、
液晶層と第１の透明な基板の内面との間に配置されている１以上のパターン化された電極セットと、
液晶層と第２の透明基板の内面との間の導電層と、
前記パターン化された電極セットおよび前記導電層に電気的に接続されている電気制御装置とを具備しており、
前記パターン化された電極セットはそれぞれ対向するパターンを形成する２以上の電極を具備し、前記電極は絶縁層により分離され、パターン化された電極セットを形成する電極の間には水平方向でギャップが存在しない装置の回折を調節する方法において、
所望の回折量を決定し、
装置が所望の回折量を有するように前記パターン化された電極セットと前記導電層とに電圧を供給する回折の調節方法。
【請求項１９】
前記所望の回折量は、装置と所望のオブジェクトとの間の距離を決定するための距離検出装置を使用して、距離を供給される電圧と相関して決定される請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
基板と、
前記基板上にパターンで配置された導電材料の１以上の領域と、
前記基板上の導電材料の前記領域と相補形のパターンで配置されている絶縁材料の１以上の領域とを具備しているパターン化された電極。
【請求項２１】
パターンは円である請求項２０記載のパターン化された電極。
【請求項２２】
パターンは角ばっている請求項２０記載のパターン化された電極。
【請求項２３】
パターンは半円である請求項２０記載のパターン化された電極。
【請求項２４】
対向するパターンを形成する２以上の電極を具備し、前記電極は絶縁層により分離されており、パターン化された電極セットを形成する電極間には水平方向でのギャップは存在しないパターン化された電極セット。
【請求項２５】
２以上の電極は請求項２０記載の電極である請求項２４記載のパターン化された電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気的に活性の液晶眼科用装置のパターン化された電極に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は2004年４月13日出願の米国特許出願第60/562,203号明細書の特権を主張しており、これはここでの説明に相反しない程度で、ここで参考文献とされている。
【０００３】
視力矯正用の眼科用装置で使用されている通常のレンズは１以上の固定された焦点調節倍率を含んでいる。例えば、眼のレンズがその弾性を失い、近距離の焦点調節が妥協される老眼を患っている人々は、近視界および遠視界で異なる固定倍率を与える眼科用装置を使用する。固定した焦点調節倍率を有するレンズは、レンズの視力矯正能力を標準的な倍率およびレンズの位置に限定する。
【０００４】
電気的活性装置は、例えば、回折レンズのような電気光学的に付勢される波頭制御装置はレンズの所望位置で、異なる焦点調節倍率を与えるために使用されることができる。米国特許第6,491,394号、第6,491,391号、第6,517,203号、第6,619,799号明細書および米国特許出願第2003/0058406号明細書は電気的に活性な眼鏡レンズを開示しており、それにおいては電気的活性材料が２つの導電層間に挟まれている。電極は導電層の１つに格子パターンで存在し、電気的活性材料の屈折率を変更するために、異なる電圧が異なる電極に与えられる。電極は相互に絶縁される必要がある。
【０００５】
米国特許第4,968,127号明細書は、光センサにより測定されるとき、周囲光のレベルに相関するために、眼鏡レンズの２つの透明な電極間の液晶層を通過した電圧を電子的に調節する技術を開示している。電界強度が電極を横切って増加するとき、液晶層中の分子の整列が増加するので、レンズを通る光の透過は電圧により変化する。米国特許第4,279,474号明細書は、それぞれ透明な導電表面を有している２つの対向する基板を有する液晶を含んだ眼鏡レンズを開示している。その液晶層は、光センサにより測定される周囲光のレベルにしたがって、整列された状態間と整列されていない状態との間で切換えられる。
【０００６】
米国特許第6,341,004号明細書は、積層された電極設計を使用する液晶ディスプレイを開示しており、それにおいては電極は絶縁材料の層により分離されている層で透明基板上に配置されている。国際特許91/10936号明細書および米国特許第4,345,249号明細書は、櫛型の電極パターンを有する液晶切換えエレメントを開示しており、それにおいては櫛の歯は電気的に相互に絶縁されている。米国特許第5,654,782号明細書は、電極間に挟まれている液晶の方向付けを制御するように共に相互作用する対向する１組の電極を含んだ装置を開示している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
多数の電極を使用する液晶装置は短絡を防止するために隣接する電極間の電気的絶縁を必要とする。これによって絶縁された領域の液晶は絶縁されていない領域の液晶と異なって整列され、その結果、液晶の全体的な整列は最適ではなく、それに対応してセルを通る透過は望ましくないものとなる。改良された液晶装置が技術的に必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
電気的活性装置が提供され、この装置は、対向する透明な基板の対間の液晶層と、液晶層と第１の透明な基板の内面との間に位置される１以上のパターン化された電極セットとを具備しており、前記パターン化された電極セットはそれぞれ対向するパターンを形成する２以上の電極を具備し、前記電極は絶縁層により分離されており、パターン化された電極セットを形成する電極間には水平方向のギャップが存在せず、さらに液晶層と第２の透明基板の内面との間に導電層を具備している。
【０００９】
２以上のパターン化された電極セットはオーバーラップしないように、装置の第１の透明基板に位置されることができる。例えばそれぞれ全体的に半円の形状（または任意の他の形状）を有する２つのパターン化された電極セットは、２つの距離（例えば紙とコンピュータスクリーン）の間で迅速に切換えることを可能にするために、第１の透明基板の内面上で並んで位置されることができる。パターン化された電極セットは第１の透明基板の任意の所望量の面積を占有することができる。例えば、パターン化された電極セットは、通常の多焦点レンズのように、第１の透明な基板の上部または下部半分を占有することができる。パターン化された電極セットは、第１の透明な基板の左または右半分を占有することができる。パターン化された電極セットは第１の透明基板の全体領域または中間の一部分を占有することができる。第１の透明基板の可変量の領域とその領域の全位置を占有する電極セットは本発明に含まれることが意図される。
【００１０】
また、光の回折方法が提供され、これは１以上の異なる電圧をここで説明する電気的活性装置の電極へ与える方法を含んでいる。これにより、液晶は方位を再設定され、所望の位相透過機能を行う。技術で知られているような電圧を電極へ供給する種々の方法が使用されることができる。技術で知られているように、バッテリまたは他の方法が電圧を供給するために使用されることができる。プロセッサ、マイクロプロセッサ、集積回路、コンピュータチップを含む、電極に与えられる電圧の全ての特性を制御する種々の方法が使用されることができることも技術で知られている。供給される電圧は技術で知られているように所望の位相透過機能により決定される。
【００１１】
パターン化された電極も提供され、これは基板と、前記基板上にパターンで配置された導電材料の１以上の領域と、前記基板上の導電材料の前記領域と相補パターンで配置されている絶縁材料の１以上の領域を具備している。導電材料は、ここで特別に説明するものを含んだ任意の適切な材料および技術で知られているその他の材料であってもよい。絶縁材料は、ここで特別に説明するものを含んだ任意の適切な材料および技術で知られているその他の材料であってもよい。導電材料と絶縁材料は、例えば増加する半径を有する円のような交互のパターンで配置されている（例えば２つのパターン化された電極を示している図１を参照）。このパターンは、ここで説明するように所望の効果を与える円形、半円形、正方形、角ばった形、又は任意の他の形状のような任意の所望のパターンであってもよい。用語“円形、半円形、正方形、角ばった形状”および他の形状は完全な形状が形成されることを意図しているのではなく、形状は、通常形成され、技術的に知られているように、バス線または基板を通して電流を流す他の方法を含むことができる。
【００１２】
対向するパターンを形成する２以上の電極を具備しているパターン化された電極セットもまた提供され、前記電極は絶縁層により分離され、パターン化された電極セットを形成する電極間には水平方向でのギャップは存在しない。
【００１３】
ここで使用されているように、“水平方向”は基板の面している方向に垂直であることを意味している。ここで使用されているように電極間に“水平方向でのギャップがない”は、水平方向について見たときスペースがない状態を含んでおり、また水平方向で見たとき電極間にスペースが存在するが光学装置の回折効率を理論的な最大値および全ての個々の相対とその範囲から２５％を超えて減少させない状態も含んでいる。ここで使用されているように、“層”は完全に均等な薄膜であることを必要としない。層がその意図している目的を行う限り、ここで説明するように幾つかの不均等な厚さ、亀裂または他の欠陥が存在してもよい。
【００１４】
本発明の装置は人間または動物の視覚矯正または修正に使用されるレンズを含めた技術的に知られている種々の応用で使用されることができる。それらのレンズは技術で知られているように眼鏡に構成されることができる。眼鏡は１つのレンズまたは２以上のレンズを含むことができる。装置は余分な検査をせずに、当業者に知られているように、ディスプレイ応用で使用されることもできる。本発明のレンズは通常のレンズおよび光学装置と共に使用されることができる。本発明のレンズは通常のレンズの一部として、例えば通常のレンズ中の挿入物として使用されることができ、または通常のレンズと本発明のレンズの組合わせが積層方法で使用されることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
回折レンズは技術的に知られている。図２は４つの回折レンズ位相転移関数を示している。完全な球焦点調節位相プロフィールが図２のＡで示されている。図２のＢは連続的な２次ブレーズプロフィールを有する回折レンズを示している。図２のＣは位相反転（またはウッド）レンズを示している。図２のＤは２次ブレーズプロフィールに対する４レベルの近似を示している。図２のＣに示されているように、位相反転レンズの効率は４０．５％である。図２のＤの４レベル（４ステップ）の近似の効率は８１％である。４レベルの近似は２次ブレーズプロフィールに近似するためにここで説明した実験中で選択されたが、さらに高いレベルの近似が使用されることができ、技術で知られているように高い効率と小さい電極ゾーンの結果を生じるであろう。
【００１６】
本発明は電界中で再整列されることのできる液晶材料で充填された電気的活性レンズを提供する。このレンズは回折光学素子（ＤＯＥ）として機能する。ＤＯＥはディレクタ方向付けフィールドを変更することにより応答する薄い液晶層を横切って電圧を与える結果であり、不均等な屈折率パターンを生成し、これはセルの正面を横切った不均等な位相透過関数（ＰＴＦ）を生成する。所望のＤＯＥを生成するためのＰＴＦの正確な制御は、１以上のパターン化された電極セットの使用により、セルを横切って制御される電圧パターンを正確に提供することによって実現される。電極は導電性で透明の膜からパターン化されることが好ましいが、当業者に知られているように、他の材料が使用されてもよい。エッチングを含んでいる当業者に知られているフォトリソグラフプロセスが所望の電極パターンを生成するために使用される。
【００１７】
単一な平滑な表面上に位置されている電極は、電気的短絡またはブレークダウンを防止するために、それらの間にギャップがなければならない。非常に高い解像度のフォトリソグラフに頼らずに、少なくとも数ミクロンのギャップが使用されなければならない。異なる電圧が同一表面上の隣接する電極に与えられるとき、ギャップ中の電界線は主に縦長ではなく、実際にはこれらは第１の基板の内部表面で交差され、（例えばパターン化されていない接地における）第２の基板の導電表面に近づくほど縦長になる。その結果、ギャップ近辺の液晶は所望のＰＴＦを実現するのに必要なパターンと一致した方向付けをされることはない。実際に、これらのギャップでは、多くの場合、遅延は観察可能な限り、セルの全体的に付勢されていない値から変更されない。ＤＯＥの機能は光のコヒーレントな重ね合わせ（即ち、強めあう干渉と弱めあう干渉の両者）の結果である。光がこれらのギャップを通過し、不正確な位相のインクリメントを与えられるとき、結果は全体的なＤＯＥセルの面積に関するこれらのギャップの面積に対して釣り合いを失う性能の劣化を生じる。それ故、ギャップの面積を１０−１５％のレベルへ減少できるが、その結果はこれよりも遥かに大きく、所望の回折程度の効率を減少する可能性がある。例えば電極間に１０ミクロンのギャップを有する１０ｍｍのＤＯＥ球面レンズでは、１次への回折の効率は完全なレンズ予測、即ち現象のモデル化と一致する結果から約５０％減少される。
【００１８】
簡単なステップ位相回折レンズでは、ステップの半径方向位置（Ｒｍ）はステップ数（ｍ）の平方根として変化する。すなわち：  
Ｒｍ＝［２ｆλｍ／ｑ］１／２ 
ここでｆは焦点距離であり、ｑは所望の位相透過関数におけるフレネルレンズゾーン当りのステップ数であり、λは波長であり、それ故、ｍ番目のステップ数の電極の幅（Ｗｍ）は次式のようになる。  
Ｗｍ＝Ｒｍ−Ｒ（ｍ−１） 
これはｍ＞４である場合、近似的にＲｍ／２ｍに等しい。  
５５５ｎｍの明所視応答の最大波長（λ＝０．５５５×１０−６メートル）用に設計された１ジオプタ（ｆ＝１メートル）で４位相ステップ（ｑ＝４）の回折レンズでは、以下の表がその状態を示している。
【００１９】
フレネルレンズのステップ数    半径方向位置（ｍｍ）    位相特性の幅（ｕｍ）  
１                    ０．５２７                ５２７  
１０                    １．６６６                  ８５  
２５                    ２．６３４                  ５３  
１００                    ５．２６８                  ２６  
２００                    ７．４５０                  １０  
１０ミクロンのギャップが、３ｍｍの直径のレンズの周囲（局部的な表面領域の約１０％を占める）で重大であり、眼鏡レンズ応用で必要とされるサイズの範囲である１５ｍｍレンズ（局部的な表面面積の５０％を超える面積を占める）で支配的である。
【００２０】
本発明は同一表面の代わりに異なる表面上に近接する電極を位置させる。このようにして、電極はさらに大きく作られることができ（即ち所望のＰＴＦの特定の位相特性に割当てられた領域を十分に占有する）、または最上の電極でなければさらに大きく作られることができ、したがってセル／装置の光透過フィールドのギャップを減少または十分に除去し、必要な電気的ギャップは絶縁の薄膜によって（または表面を平坦化するためにその後充填される基板の段丘化されたステップを使用して）与えられ、動作セルの全体的な電界は基本的に縦方向であり、液晶性能の観点から不正確なフリンジフィールドは位相ステップの絶縁膜内またはその近くで可能な程度まで局所化される。レンズ中の各電極は非常に導電性が高いので、電極は（ほぼ）等電位の構造を設定する。その設計されたスペースを充填するために必要よりも大きい別の電極と重なるように電極が配置されても、電極は依然として（他の大きい電極の影響を克服するために擾乱された帯電分布を犠牲にして）所望の電位を設定する。セル内で見られる電位パターンは（図１で示されているパターンのような）“観察可能な”電極部片上の電位により支配される。電極に与えられる電圧は数ボルトに過ぎない。種々の薄い誘電体膜（例えばＳｉＯ２またはポリイミドのようなポリマー）はこれらの低い電圧レベルで適切に導体を絶縁する。絶縁膜は透明であり、電極はそれらの上に配置され、パターン化されることが必要である。
【００２１】
［通常の電極ギャップ装置］  
図２のＤに示されている４レベルの近似をモデル化するため、装置は電極間にギャップを有する４つのゾーンを有して準備される。図３は、それぞれ４つの電極を有する４つのゾーンを具備する装置の電極レイアウトを示している。直線のラインはバスラインを示している。バイアは点により表されている。各バスはゾーン当り１つの電極を接続している。バイア層マスクはＩＴＯのパターン化されたゾーンを有する基板上に位置された。ＳｉＯ２の層はＩＴＯ上に付着され、その後にフォトレジストの層が付着される。ＵＶ光はフォトレジストを付勢した。マスクされないフォトレジストはバイアを形成するために除去された。導電性材料（この例ではＡｇ）はバイアを形成するために与えられた。電極は類似のマスキングを使用して形成される。
【００２２】
電極および電極境界を生成するために使用されるアルゴリズムは、
ｒｊｎ＝［｛４（ｎ−１）＋ｉ｝λ０ｆ０／２］１／２
ここで、ｎ＝１，２，３，４…であり、ゾーンインデックスである。ｉ＝１，２，３，４であり、理想的な電極境界が所定のゾーンで生じる点であり、ｉ＝０は内部ゾーン半径に対応し、ｉ＝４は外部ゾーン半径に対応し、λ０は設計波長であり、ｆ０は１次焦点距離である。
【００２３】
この例では、それぞれ５μｍと１０μｍの電極の間隔を有する２つの１ジオプタレンズと、５ｍｍの電極の間隔を有する１つの２ジオプタレンズと、１０μｍの電極の間隔を有する１つの２ジオプタハイブリッドレンズとを有する装置が作られた。バイアの寸法とバスバー幅は１０μｍであった。水晶が基板として使用された。このレンズは回折効率７０％を有することが測定された。
【００２４】
［ギャップのない装置］  
電極ギャップの効果を除去または減少するために、本発明は水平方向のギャップをもたない１以上の電極を具備する装置を提供する。
【００２５】
パターン化された電極が液晶セル中に構成される態様を示した概略図が図４に示されている。透明な基板10と100は液晶層20を包囲する内方向に面する表面を有して位置されている。パターン化された電極セット30は第１の透明な基板10の内面上に形成される。導電層40は第２の透明な基板100の内面上に形成される。整列層50は液晶層20を囲んで形成される。透明な基体は技術で知られているように、ガラスのスペーサ60を含む種々の方法を使用して間隔を隔てられることができる。
【００２６】
本発明の電気的活性レンズの構造の１つの限定的ではない例を以下説明し、それは図５に示されている。透明な導電体の層は両方の透明な基板の内部表面上に付着される。透明な導電体はインジウム酸化物、錫酸化物またはインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）のような任意の適切な材料であってもよい。ガラス、水晶またはプラスティックは技術的に知られているように基板に使用されることができる。導電層（この例でＣｒ）が透明な導電体に付着される（ステップ１に示されている）。導電層の厚さは典型的に３０ｎｍと２００ｎｍの間である。この層は適切な導電を行うのに十分な厚さでなければならないが、レンズ構造全体に対して過剰な厚さを与える程厚くはない。パターン化された電極が設けられる基板では、整列マークが導電層上にパターン化される。整列マークのパターン化はステップ２に示されている。Ｃｒのような任意の適切な材料が整列マークのために使用されることができる。整列マークは基板に対する種々のフォトリソグラフマスクの適切な整列を可能にし、それ故、電極がパターン化されるとき、電極の所望の全体的なフォトリソグラフ基準を有するように作られた“マスクセット”からの各マスクの使用に関連する処理プロセスで生成されるパターンの適切な整列を可能にする。パターン化された電極の１グループは技術で知られているような、ここで説明されている方法を使用して、導電層に形成される（ステップ３に示されている）。ＳｉＯ２のような絶縁体の層はパターン化された導電体層上に付着される（ステップ４に示されている）。導電体の第２の層はこのＳｉＯ２に付着され（ステップ５に示されている）、パターン化された電極の第２のグループが導電体の第２の層に形成される（ステップ６に示されている）。パターン化された電極の第１および第２のグループはパターン化された電極セットを形成する。整列層は導体の第２の層上に、第２の基板の導体を覆って配置される。整列層は一方方向の摩擦のような技術で知られている手段により処理される。現在使用される整列層はスピン被覆されたポリビニルアルコールまたはナイロン６，６である。１つの基板上の整列層は他の基盤上の整列層とは逆方向で平行に摩擦される。これによって、技術で知られているように、液晶の適切な整列が可能である。液晶の層は基板間に配置され、基板は（図６に示されている）ガラスのスペーサまたは技術で知られている他の手段により、所望の距離だけ隔てられて維持される。効率的な回折を実現するために、液晶層は付勢された遅延の１波長（ｄ＞λ／δｎ〜２．５μｍ、ここでのδｎは液晶媒体の複屈折である）を与えるのに十分な厚さでなければならないが、さらに厚い液晶層は飽和現象を避けることを助ける。厚いセルの欠点は、長い切換え時間（ｄ２として変化する）と電気的活性の特徴形状の規定の損失を含んでいる。透明な基板は任意の距離だけ離れて隔てられることができ、それによって所望の数のパターン化された電極セットと液晶層の所望の厚さを可能にする。好ましくは、透明な基板は３乃至２０ミクロン離れて、および全ての個々の値および距離だけ隔てられる。１つの現在好ましい間隔は５ミクロンである。
【００２７】
動作において、屈折率を所望レベルに変化するのに必要な電圧は制御装置によって電極に与えられる。“制御装置”はプロセッサ、マイクロプロセッサ、集積回路、ＩＣ、コンピュータチップおよび／またはチップを含むか、或いはそれらの中に含まれることができる。典型的に、約２Ｖｒｍｓまでの電圧が電極に与えられる。位相同期された波形制御駆動装置は共通の接地構造で各電極グループに接続される。駆動装置の振幅は最大の焦点調節回折効率に対して同時に最適化される。屈折率を所望レベルに変化するのに必要な電圧関数は技術で知られているように、液晶または使用される液晶の混合物によって決定される。
【００２８】
図６は本発明の説明を使用するセルの１例の組立て構造を示している。セルはセル70の４つのコーナーにおいてＵＶ硬化可能な接着剤で設定される直径５ミクロンのファイバスペーサにより空の状態で組立てられ、間隔を維持するためにセル全体にわたって分散されて分布されているスペーサ80を有している。セルは毛管の作用によりクリアリング温度を超える液晶で充填される。セルはある時間（約１／２時間）だけその温度を保持され、その後、ゆっくりと室温まで冷却される。
【００２９】
図７は、４ステップの回折レンズの位相感応顕微鏡画像を示している。左側の画像は電極間にギャップを有する、単一基板上に付着された電極を有するレンズを示している。このレンズは４０％の焦点調節効率を有している。右側の画像は、水平のギャップをもたない本発明のパターン化された電極セットを有する本発明のレンズを示しており、７１％の焦点調節効率を示している。
【００３０】
図８は、本発明の２ジオプタ、４ステップの回折レンズを使用して、３０ｃｍにおける老眼の人間の眼による読取のシミュレーションを示している。左側の画像はオフの回折レンズを示している。右側の画像は付勢された回折レンズを示している。
【００３１】
図９は、本発明の２ジオプタ、４ステップ回折レンズからの電気光学的に誘導された焦点調節波の干渉計が決定した位相マップを示している。包括的なＲＭＳ値は水平にギャップのない電極レンズで０．８９波であるが、ギャップを含むレンズの３倍を超える大きさである。
【００３２】
さらにここで説明するように、パターン化された電極セットを形成する電極は円形パターンを形成することが好ましいが、所望の位相透過関数を与える任意のパターンが本発明に含まれる。例えば、円形のパターンは球面レンズを生成する。楕円形のパターンは乱視に対する円筒形補正を行うことができる。個々の特定の位相矯正パターンが奇妙なベースで規定され付勢される格子のようなさらに複雑なパターンは、通常の視覚的屈折エラーに関連するさらに複雑な波頭矯正を行うことができ、あるいは“スーパービジョン”（即ち２０／２０よりも良好）を発生することができる。他のパターンは、例えば空間的に隔離された作業（例えば紙とコンピュータスクリーンとの間を迅速にシフトする）のために、近距離視覚または中間距離視覚について同時（付加−倍率）矯正することを可能にするための分割（半円）パターンのように可視フィールドをカスタム化することに使用される。さらに複雑なパターンはさらに複雑な感知および駆動能力で有用であり、例えば画素の（ハニカム）六角形アレイは可動（眼追跡）レンズを提供し、より大きな柔軟性があり正確な視覚矯正を行うことを可能にする。さらに複雑なパターンが必要とされるとき、任意の境界の頂点において交差する特有の電極が存在する場合のように多くのパターン化された電極の層が必要とされ、例えば六角形アレイまたはそのトポロジ等価物、スタガー配列のレンガ積みアレイには３つの層が必要とされる。
【００３３】
本発明で使用される液晶は電界で制御されることのできる長距離の配向秩序を有するネマチック、スメクチックまたはコレステリック位相を形成する液晶を含んでいる。液晶は広いネマチック温度範囲、容易な整列能力、低いしきい電圧、大きい電気的活性応答、高速度の交換速度を有し、さらに安定性と確実性、市場での入手の信頼性を有することが好ましい。１つの好ましい実施形態では、Ｅ７（Ｍｅｒｃｋ社により販売されているシアノビフェニルとシアノテルフェニルのネマチック液晶混合物）が使用されている。本発明で使用されることのできる他のネマチック液晶の例は、ペンチル−シアノ−ビフェニル（５ＣＢ）、（ｎ−オクチルオキシ）−４−シアノビフェニル（８０ＣＢ）である。本発明で使用されることのできる別の液晶の例は、化合物４−シアノ−４−ｎ−アルキルビフェニル、４−ｎ−ペンチルオキシ−ビフェニル、４−シアノ−４”−ｎ−アルキル−ｐ−テルフェニルのｎ＝３，４，５，６，７，８，９および、ＢＤＨ（British Drug House）−Ｍｅｒｃｋ社により製造されるＥ３６、Ｅ４６、ＺＬＩシリーズのような市販の混合物である。
【００３４】
電気的活性ポリマーもまた本発明で使用されることができる。電気的活性ポリマーには文献（“Physical Properties of Polymers Handbook”、J. E. Mark、American Institute of Physics、Woodburry、N. Y.、1996年）に記載されているような任意の透明な光学的ポリマー材料が含まれており、文献（“Organic Nonlinear Optical Materials”、Ch. Bosshard等、Gordon and Breach Publishers、Amsterdam、1995年）に開示されているような（発色団と呼ばれる）ドナーとアクセプタグループの間で非対称的に偏極され共役されたｐ電子を有する分子を含んでいる。ポリマーの例には、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリビニルカルバゾール、ポリイミド、ポリシランが含まれる。発色団の例には、ｐ−ニトロアニリン（ＰＮＡ）、分散赤色１（ＤＲ１）、３−メチル−４−メトキシー４’−ニトロスチルベン、ジエチルアミノニトロスチルベン（ＤＡＮＳ）、ジエチル−チオ−バルビツル酸が含まれている。電気的活性ポリマーは、技術的に知られているように、ａ）ゲスト−ホスト方法にしたがい、ｂ）発色団をポリマーへ共有結合で組込み（ペンダントおよび主鎖）および／またはｃ）架橋のような格子硬化方法により製造されることができる。
【００３５】
ポリマー液晶（ＰＬＣ）もまた本発明で使用されることができる。ポリマー液晶はまた時には、液晶ポリマー、低分子量の液晶、自己強化ポリマー、インシトゥ複合物および／または分子複合物とも呼ばれる。ＰＬＣは、文献（“Liquid Crystalline Polymers: From Structures to Applications”、W. Brostow、編集者A. A. Collyer, Elsevier、New-York-London、1992年、第１章）に記載されているような同時に比較的堅牢でフレキシブルなシーケンスを含むコポリマーである。ＰＬＣの例は４−シアノフェニルベンゾアート側基と他の類似の化合物である。
【００３６】
ポリマー分散液晶（ＰＤＬＣ）もまた本発明で使用されることができる。ＰＤＬＣはポリマーマトリックス中に液晶粒を分散して形成される。これらの材料は幾つかの方法、即ち（ｉ）技術でよく知られているように、ネマチック曲線整列された相（ＮＣＡＰ）、熱的に誘起された相分離（ＴＩＰＳ）、溶剤で誘導された相分離（ＳＩＰＳ）、重合化が誘導された相分離（ＰＩＰＳ）により作られることができる。ＰＤＬＣの例は、液晶Ｅ７（ＢＤＨ−Ｍｅｒｃｋ）とＮＯＡ６５（Ｎｏｒｌａｎｄ  ｐｒｏｄｕｃｔｓ社、ＮＪ）の混合物と、Ｅ４４（ＢＤＨ−Ｍｅｒｃｋ）とポリメチルメタアクリレート（ＰＭＭＡ）の混合物と、Ｅ４９（ＢＤＨ−Ｍｅｒｃｋ）とＰＭＭＡの混合物と、モノマージペンタエリトロルハイドロキシペンタアクリレートと液晶Ｅ７、Ｎ−ビニルピロリドン、Ｎ−フェノールグリシン、ダイローズベンガルの混合物である。
【００３７】
ポリマー安定化された液晶（ＰＳＬＣ）もまた本発明で使用されることができる。ＰＳＬＣはポリマーが液晶の１０重量％未満を構成するポリマーの網目の液晶からなる材料である。光重合化可能モノマーは液晶およびＵＶ重合化開始剤と共に混合される。液晶の整列後、モノマーの重合化は典型的にＵＶ露出により開始され、結果的なポリマーは液晶を安定化する網目を生成する。ＰＳＬＣの例は、例えば文献（C. M. Hudson等、“Optical Studies of Anisotropic Networks in Polymer-Stabilized Liquid Crystals”、Journal of the Society for Information Display、vol. 5/3, 1-5、（1997年））および文献（G. P. Wiederrecht等、“Photorefractivity in Polymer-Stabilized Nematic Liquid Crystals”、J. of Am. Chem. Soc.、120,3231-3236（1998年））を参照されたい。
【００３８】
自己組立てされた非線形の超分子構造体もまた本発明で使用されることができる。自己組立てされた非線形の超分子構造体は、電気的に活性の非対称的な有機薄膜を含み、これは次の方法、即ちラングミュア−ブロジェット（Langmuir-Blodgett）膜、水性溶液からの交互の高分子電解質付着（ポリアニオン／ポリカテオン）、分子ビームエピタキシ方法、共有結合反応（例えば有機トリクロロシランベースの自己組立てされた多層付着）による逐次合成を使用して製造されることができる。これらの技術は通常、約１μｍよりも小さい厚さを有する薄膜を生成する。
【００３９】
本発明は観察されるオブジェクトからの距離に基づいて、焦点強度を調節するレンズを有する眼鏡を処理するのに有効である。１実施形態では、距離検出機構、バッテリ、制御回路は眼鏡中に収納されるか、別の制御システムの一部である。これらのコンポーネントおよびそれらの使用は技術で知られている。１例として、距離検出機構は眼鏡と所望のオブジェクトとの間の距離の決定に使用される。この情報はパターン化された電極セットに与えられる電圧を調節するマイクロプロセッサに供給され、そのマイクロプロセッサはオブジェクトを観察するための所望の位相透過機能をレンズに与える。
【００４０】
本発明は眼鏡に対する使用に限定されない。むしろ、当業者により知られているように、本発明は電気通信、光学スイッチ、医療装置のような他の分野でも有効である。所望の波長で所望の位相透過機能を行う任意の液晶または液晶混合物は、当業者に知られているように、本発明で有効である。所望の位相透過機能を生成するための適切な電圧の決定と、適切な電圧の液晶材料への供給は技術で知られている。
【００４１】
当業者は特別に例示した以外の方法、装置エレメント、出発材料、製造方法が余分な実験に頼らずに、本発明の実施で使用されることができることを認識するであろう。任意のこのような方法、装置エレメント、出発材料、製造方法の全ての技術的に知られている機能的等価物は本発明に含まれることを意図している。明細書中で範囲が与えられるときはいつでも、例えば温度範囲、時間範囲、又は厚さの範囲、全ての中間範囲およびサブ範囲および与えられた範囲内に含まれる全ての個々の値は本発明の説明に含まれることを意図される。
【００４２】
ここで使用されている用語“具備する”は“含む”、“含んでいる”または“特徴付けられる”と同義であり、包括的またはオープンエンドであり、付加的な、述べられていないエレメントまたは方法ステップを除外しない。ここで示されている用語“からなる”は特許請求の範囲のエレメント中で特定されていないエレメント、ステップまたは成分を除外する。ここで示されている“基本的に〜からなる”は特許請求の範囲の基本的および新規な特徴に実体的に影響しない材料またはステップを除外しない。特に構成のコンポーネントの説明または装置のエレメントの説明におけるここで述べた用語“具備する”は、述べられたコンポーネントまたはエレメントから基本的になりたつか、それらからなる構成および方法を含むことが理解されよう。ここで例示的にまたは適切に説明した本発明は、ここで特別に説明されない任意のエレメントや限定なしに実施されることができるであろう。
【００４３】
使用されている用語および表現は発明の限定のためではなく説明として使用されており、このような用語および表現の使用が、示されたおよび説明された特徴の任意の等価物またはその部分を除くことを意図していないが、種々の変更が請求されている本発明の技術的範囲内で可能であることが認識されるであろう。したがって、本発明を好ましい実施形態および随意選択的な特性により特別に説明したが、ここで説明した概念の変形および変更が当業者により使用されることができ、このような変形および変更は特許請求の範囲により規定されるように、本発明の技術的範囲内であると考えられることが理解されるべきである。
【００４４】
通常、ここで使用されている用語および語句は、技術で認識されている意味をもち、これは当業者に知られている標準的なテキスト、雑誌のような参考文献、文脈を参照して知ることができるであろう。与えられている定義は、本発明の文脈におけるそれらの特別な使用を明白にすることを意図されている。明細書中で記載した全ての特許明細書および刊行物は本発明が係わる技術における当業者のレベルを示すものである。
【００４５】
当業者は、本発明が目的を実行し、説明した結果および利点およびそれにおける固有の特徴を得るように良好に適合されることができることを容易に認識するであろう。現在における好ましい実施形態の代表としてここで説明された装置および方法とそれに付属する方法は例示であり、本発明の技術的範囲を限定することを意図しているものではない。ここでの変更および他の使用が当業者により行われ、これらは特許請求の範囲に規定されている本発明の技術的範囲内に含まれる。
【００４６】
ここでの説明は多数の特定の詳細を含んでいるが、これらは本発明の技術的範囲の限定としてではなく、単に本発明の実施形態の幾つかの例示を与えるものとして解釈されるべきである。したがって付加的な実施形態は本発明の技術的範囲内および特許請求の範囲内に含まれる。ここで示した全ての参考文献はそれによって、この明細書の開示と矛盾のない程度で参考として組込まれる。ここで与えられている幾つかの参考文献は、付加的な出発材料、付加的な組立て方法、付加的な解析方法、本発明の付加的な使用に関する詳細を与えるために、ここで参考文献として含まれている。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】パターン化された電極セットを形成している２つの電極の１実施形態を示す図。
【図２】４つの回折レンズ位相透過関数を示す図。
【図３】それぞれ４つの電極を有する４つのゾーンを具備する装置を示す図。
【図４】パターン化された電極を有する液晶セルの概略図。
【図５】製造プロセスの１例を示す図。
【図６】ガラススペーサを使用するセルを示す図。
【図７】４ステップの回折レンズの位相感応顕微鏡画像図。
【図８】モデルの眼の画像化を示す図。
【図９】２ジオプタ、４ステップ回折レンズからの電気光学的に誘導された焦点調節波の位相マップを示し、陰影は光路の差を示している図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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