(57)【要約】  ビームステアリング装置は、空洞を画定する第一の屈折率を有する基材と、可変屈折率を有する空洞内の電気活性材料と、二組の対向するオーバーレイを含む。対向するオーバーレイの一つの組のオーバーレイは、互いに平行であるが、もう一方の組のオーバーレイは、互いに対して傾斜している。これにより、オーバーレイ間の一つ以上の電界を使用して、電気活性材料を二つの異なる方向に整列させてその屈折率を変化させ、屈折を通して従来のアプローチより速い速度のビームステアリングを可能にする。
2022501657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビームステアリング装置であって、
空洞を画定し、かつ第一の屈折率を有する基材と、
前記空洞内に配置され、かつ可変屈折率を有する電気活性材料と、
第一のオーバーレイであって、前記第一のオーバーレイの第一の平面に直交する入射光線を受光し、かつ前記入射光線を前記電気活性材料の中へと結合するために、前記基材に結合された第一のオーバーレイと、
前記基材に結合され、かつ前記第一の平面に対して傾斜した第二の平面を画定して、前記第一の平面と前記第二の平面との間の傾斜角を画定し、前記電気活性材料から前記入射光線を受光し、かつ屈折後に前記入射光線を出力光線として出力する第二のオーバーレイと、を備える、ビームステアリング装置。
【請求項２】
前記第一のオーバーレイおよび前記第二のオーバーレイが各々、電気信号を受信し、かつそれらの間の前記電気活性材料に印加するための第一の電界を生成するために、導電性で、かつ実質的に光学的に透明な材料から形成された電極層を含み、
前記電気活性材料が、前記第一の電界の印加に応答する前記第一の屈折率とは異なる第二の屈折率を実現する、請求項１に記載のビームステアリング装置。
【請求項３】
前記電気活性材料が液晶であり、かつ前記第一のオーバーレイおよび前記第二のオーバーレイが各々、前記第一の電界の非存在下で前記液晶材料の整列に影響を与える配向層をさらに含む、請求項２に記載のビームステアリング装置。
【請求項４】
前記配向層が、摩擦ポリイミド層から構成される、請求項３に記載のビームステアリング装置。
【請求項５】
前記基材に結合され、かつ前記第一の平面と直交する第三の平面を画定する第三のオーバーレイと、
前記基材に結合され、かつ前記第三の平面に平行な第四の平面を画定する第四のオーバーレイと、さらに備え、
前記電気活性材料が、前記第一のオーバーレイと前記第二のオーバーレイとの間の前記電気活性材料に印加される前記第一の電界の強度に基づき、かつ前記第三のオーバーレイと前記第四のオーバーレイとの間の前記電気活性材料に印加される第二の電界の強度に基づいて、前記第一の屈折率とは異なる第二の屈折率を有するように動作可能である、請求項１に記載のビームステアリング装置。
【請求項６】
前記電気活性材料が液晶であり、前記第三のオーバーレイおよび前記第四のオーバーレイがそれぞれ、
前記第二の電界を生成するための電気信号を受信するために、導電性かつ実質的に光学的に透明な材料で形成される電極層と、
前記第一の電界の非存在下で前記液晶材料の整列に影響を与えるように、その対応する電極層上に配置される配向層と、を含む、請求項５に記載のビームステアリング装置。
【請求項７】
前記配向層が、摩擦ポリイミド層から構成される、請求項６に記載のビームステアリング装置。
【請求項８】
前記第一の電界、前記第二の電界、または両方が、前記電気活性材料が前記第二の屈折率を実現するため過剰駆動するように動作可能である、請求項５に記載のビームステアリング装置。
【請求項９】
前記第一の電界、前記第二の電界、または両方が、第一の値と第二の値との間の前記第二の屈折率を掃引するように動作可能である、請求項５に記載のビームステアリング装置。
【請求項１０】
前記第一の値と前記第二の値との間の前記掃引が連続的である、請求項９に記載のビームステアリング装置。
【請求項１１】
第一のビームステアリング装置を含む第一の段階、および残りのビームステアリング装置を含む第二の段階として配置されたビームステアリング装置の組を備え、各ビームステアリング装置が、請求項５に記載のビームステアリング装置として形成され、
前記第一のビームステアリング装置が前記入射光線を受光し、かつ前記第一の出力光線として前記出力光線を出力し、
前記第一のビームステアリング装置の前記第一の電界、前記第一のビームステアリング装置の前記第二の電界、または両方が、前記第一のビームステアリング装置の前記電気活性材料の前記第二の屈折率を調節するように動作可能であり、前記第一の出力光線を入力光線として前記第二の段階の前記ビームステアリング装置のうちの一つへと選択的に結合する、スキャンシステム。
【請求項１２】
スマートコンタクトレンズであって、
基部と、
光信号を生成するために前記基部内に埋め込まれた、または前記基部に結合された供給源と、
前記基部内に埋め込まれた、または前記基部に結合された、請求項１に記載のビームステアリング装置と、を備え、     
前記ビームステアリング装置の前記第一のオーバーレイが、前記第一のオーバーレイの第一の平面と直交する前記光信号を受信し、かつ前記入射光線を前記電気活性材料の中へと連結するようにさらに構成され、
前記ビームステアリング装置の前記第二のオーバーレイが、屈折後に、使用中、前記入射光線を、ユーザーの網膜の上へと出力光線として出力するようにさらに構成される、スマートコンタクトレンズ。
【請求項１３】
前記ビームステアリング装置が、
前記基材に結合され、かつ前記第一の平面と直交する第三の平面を画定する第三のオーバーレイと、
前記基材に結合され、かつ前記第三の平面に平行な第四の平面を画定する第四のオーバーレイと、さらに備え、
前記電気活性材料が、前記第一のオーバーレイと前記第二のオーバーレイとの間の前記電気活性材料に印加される前記第一の電界の強度に基づき、かつ前記第三のオーバーレイと前記第四のオーバーレイとの間の前記電気活性材料に印加される第二の電界の強度に基づいて、第二の屈折率を有するように動作可能である、請求項１２に記載のスマートコンタクトレンズ。
【請求項１４】
前記基部内に埋め込まれた、または前記基部に結合された電源と、
前記電源に結合された、コントローラと、をさらに備え、かつ
前記第一のオーバーレイおよび前記第二のオーバーレイに対して、前記第一の電気信号を適用して前記第一の電界を生成し、
前記第三のオーバーレイおよび前記第四のオーバーレイに対して、第二の電気信号を適用して前記第二の電界を生成する、請求項１３に記載のスマートコンタクトレンズ。
【請求項１５】
前記光信号が、画像データまたはビデオデータの表示を含む、請求項１２に記載のスマートコンタクトレンズ。
【請求項１６】
ユーザーが着用するアイウェアを介して、前記ユーザーの網膜上に光線を投影する方法であって、
前記アイウェアのネットワークオーバーレイを介して、画像データおよび／またはビデオデータを遠隔装置から受信することと、
前記アイウェアの供給源を介して、前記画像データおよび／または前記ビデオデータを光線へと変換することと、
前記光線を、前記ビームステアリング装置の第一のオーバーレイの第一の平面と直交する入射光線として、前記アイウェアのビームステアリング装置の中へと結合することであって、前記第一のオーバーレイが前記ビームステアリング装置の基材に結合され、前記基材が第一の屈折率を有し、前記基材がその中に配置された電気活性材料を有する空洞を画定し、前記電気活性材料が可変屈折率を呈することと、
前記ビームステアリング装置の第二のオーバーレイにおいて、前記電気活性材料から前記入射光線を受光することであって、前記第二のオーバーレイが前記第一の平面に対して傾斜した第二の平面を画定して傾斜角を画定することと、
前記ビームステアリング装置の前記第一のオーバーレイと前記第二のオーバーレイとの間の前記電気活性材料に第一の電界を印加し、かつ第三のオーバーレイと第四のオーバーレイとの間の前記電気活性材料に対する第二の電界を印加し、前記第三のオーバーレイおよび前記第四のオーバーレイが、各々前記第一の平面に対して直交する平面を画定し、これにより前記電気活性材料が、前記第一の電界および前記第二の電界の強度に基づいて第二の屈折率を実現することと、
前記第二のオーバーレイによる屈折後に、前記入射光線を前記ユーザーの網膜上に出力光線として出力することと、を含む、方法。
【請求項１７】
前記第一の電界および前記第二の電界を前記印加することが、前記第二の屈折率を実現するため前記電気活性材料を過剰駆動することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第一の電界および前記第二の電界を前記印加することが、前記第二の屈折率を第一の値と第二の値との間で掃引することをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
カスケード内にビームステアリング装置の組を備えるスキャンシステムであって、各ビームステアリング装置が、
空洞を画定し、かつ第一の屈折率を有する基材と、
前記空洞内に配置され、かつ可変屈折率を有する電気活性材料と、
第一のオーバーレイであって、前記第一のオーバーレイの第一の平面に直交する入射光線を受光し、かつ前記入射光線を前記電気活性材料の中へと結合するために、前記基材に結合された第一のオーバーレイと、
前記基材に結合され、かつ前記第一の平面に対して傾斜した第二の平面を画定して、前記第一の平面と前記第二の平面との間の傾斜角を画定し、前記電気活性材料から前記入射光線を受光し、かつ屈折後に前記入射光線を出力光線として出力する第二のオーバーレイと、を備え、
前記ビームステアリング装置の組のうちの第一のビームステアリング装置が前記入射光線を受光し、かつ第一の出力光線として前記出力光線を出力し、
前記ビームステアリング装置の組の各後続のビームステアリング装置が、その入力光線として、前のビームステアリング装置の前記出力光線を受光し、
各ビームステアリング装置の出力が、前記ビームステアリング装置の組の互いのビームステアリング装置とは異なる軸に沿って屈折される出力光線である、スキャンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年１１月１９日に出願された「ＦＡＳＴ  ＢＥＡＭ  ＳＴＥＥＲＩＮＧ  ＤＥＶＩＣＥ  ＵＳＩＮＧ  ＭＵＬＴＩ−ＤＩＭＥＮＳＩＯＮＡＬ  ＥＬＥＣＴＲＩＣ  ＦＩＥＬＤＳ  ＡＮＤ  ＯＶＥＲ−ＤＲＩＶＩＮＧ」と題する米国仮特許出願第６２／７６９，０５２号に対する優先権を主張するものであり、その開示全体は参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
現在の液晶ベースのビームステアリング装置は、液晶分子の配向を変えるために電界を使用する。液晶分子は、電界の方向と整列する。配向層によって作り出された固着力は、電界が除去されると、液晶分子をその元の配向に戻す。電界の振幅を増加させることは、液晶分子の回転速度を増加させるが、配向層の力は固定されているので、電界が除去された時の配向の変化は、電界振幅にかかわらず比較的ゆっくりと生じる。これにより、装置がどの程度迅速に「オフ」から「オン」に切り替えるかにかかわらず、従来の液晶ビームステアリング装置は、「オン」状態から「オフ」状態へとゆっくりと切り替わる。
【発明の概要】
【０００３】
ビームステアリング装置は、空洞を画定し、第一の屈折率を有する基材と、空洞内に配置され、かつ可変屈折率を有する電気活性材料とを含む。ビームステアリング装置はまた、基材に結合された第一のオーバーレイも含み、第一のオーバーレイの第一の平面に直交する入射光線を受光し、かつ入射光線を電気活性材料の中へと結合する。ビームステアリング装置はまた、基材に結合され、かつ第一の平面に対して傾斜した第二の平面を画定する第二のオーバーレイも含み、第一の平面と第二の平面との間の傾斜角を画定する。第二のオーバーレイは、入射光線を電気活性材料から受光し、そして屈折後に入射光線を出力光線として出力する。
【０００４】
ユーザーが着用するアイウェアを介してユーザーの網膜上に光線を投影する方法は、アイウェアのネットワークオーバーレイを介して、遠隔装置から画像データおよび／またはビデオデータを受信することを含む。方法は、アイウェアの供給源を介して、画像データおよび／またはビデオデータを光線へと変換することをさらに含む。方法は、ビームステアリング装置の第一のオーバーレイの第一の平面に直交する入射光線として、アイウェアのビームステアリング装置の中へと、光線を結合することをさらに含む。第一のオーバーレイは、ビームステアリング装置の基材に結合される。基材は、第一の屈折率を有し、またその中に配置された電気活性材料を有する空洞を画定し、電気活性材料は、可変屈折率を呈する。方法はまた、ビームステアリング装置の第二のオーバーレイにおいて、電気活性材料から入射光線を受光することも含み、第二のオーバーレイは、傾斜角を画定するために第一の平面に対して傾斜した第二の平面を画定する。方法は、第一のオーバーレイと第二のオーバーレイとの間の電気活性材料に第一の電界を印加することと、ビームステアリング装置の第三のオーバーレイと第四のオーバーレイとの間の電気活性材料に第二の電界を印加することと、をさらに含む。第三のオーバーレイおよび第四のオーバーレイは各々、第一の平面に対して直交する平面を画定し、これにより電気活性材料は、第一の電界および第二の電界の強度に基づいて第二の屈折率を実現する。方法はまた、第二のオーバーレイによる屈折の後、入射光線を、出力光線としてユーザーの網膜上に出力することも含む。
【０００５】
スキャンシステムは、カスケード内にビームステアリング装置のセットを含む。各ビームステアリング装置は、空洞を画定し、かつ第一の屈折率を有する基材と、空洞内に配置され、かつ可変屈折率を有する、電気活性材料とを含む。各ビームステアリング装置は、第一のオーバーレイの第一の平面に直交する入射光線を受光し、かつ入射光線を電気活性材料の中へと結合するために、基材に結合された第一のオーバーレイをさらに含む。各ビームステアリング装置は、基材に結合され、かつ第一の平面に対して傾斜した第二の平面を画定して、第一の平面と第二の平面との間の傾斜角を画定し、電気活性材料から入射光線を受光し、そして屈折後に入射光線を出力光線として出力する第二のオーバーレイをさらに含む。第一のビームステアリング装置は、入射光線を受光し、そして第一の出力光線として出力光線を出力する。後続する各ビームステアリング装置は、その入力光線として、前のビームステアリング装置の出力光線を受光する。各ビームステアリング装置の出力は、ビームステアリング装置の組の互いのビームステアリング装置とは異なる軸に沿って屈折された出力光線である。
【０００６】
前述の概念および以下でより詳細に論じる追加的概念のすべての組み合わせは（このような概念は相互に矛盾していないという前提で）、本明細書に開示する本発明の主題の一部である。特に、本開示の最後に現れる特許請求される主題のすべての組み合わせは、本明細書に開示する本発明の主題の一部である。参照により本明細書に組み込まれる、任意の開示においても現れる場合がある、本明細書に使用する用語には、本明細書に開示する特定の概念と最も一致する意味が与えるべきである。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
当業者であれば、図面が主として例示的な目的で提示されていて、本明細書に記載の本発明の主題の範囲を制限することを意図していないことを理解するであろう。図面は必ずしも一定の比率ではなく、いくつかの実例では、本明細書に開示する本発明の主題のさまざまな態様は、異なる特徴の理解を容易にするために、図面内で誇張または拡大されて示される場合がある。図面において、同様の参照文字は一般に、同様の特徴（例えば、機能的に類似したかつ／または構造的に類似した要素）を指す。
【０００８】
【図１】図１は、スネルの法則による光屈折を図示する。
【図２Ａ】図２Ａは、液晶材料を有し、その分子が電界の非存在下で装置の光軸と直交して整列したビームステアリング装置を図示する。
【図２Ｂ】図２Ｂは、装置の光軸に沿った電界の印加に伴い、液晶材料の分子が装置の光軸に対して回転した図２Ａのビームステアリング装置を図示する。
【図２Ｃ】図２Ｃは、装置の光軸に沿った図２Ｂより高い電圧の電界の印加に伴い、液晶材料の分子が装置の光軸に対してより多く回転した図２Ａのビームステアリング装置を図示する。
【図３Ａ】図３Ａは、電界の非存在下でその分子が装置の光軸と整列している電気活性材料を有する、本発明のビームステアリング装置を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、電界の印加に伴い液晶材料の分子が第二の整列になっている、図３Ａのビームステアリング装置を図示する。
【図３Ｃ】図３Ｃは、図３Ｂより高い電圧を有する電界の印加に伴い液晶材料の分子が第三の整列になっている、図３Ａのビームステアリング装置を図示する。
【図４Ａ】図４Ａは、出力ビームが第一の角度だけ屈折した、使用時の図３Ａのビームステアリング装置を図示する。
【図４Ｂ】図４Ｂは、出力ビームが図４Ａの第一の角度より大きい第二の角度だけ屈折した、使用時の図３Ａのビームステアリング装置を図示する。
【図４Ｃ】図４Ｃは、出力ビームが図４Ａの第二の角度より大きい第三の角度だけ屈折した、使用時の図３Ａのビームステアリング装置を図示する。
【図５Ａ】図５Ａは、前面カバーおよび背面カバーを取り外した、図４Ａのビームステアリング装置の斜視図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、前面カバーおよび背面カバーを定置した、図４Ａのビームステアリング装置の斜視図である。
【図６Ａ】図６Ａは、図３Ａ〜図３Ｃに示すもののようなビームステアリング装置を有するスマートコンタクトレンズを図示する。
【図６Ｂ】図６Ｂは、ビームステアリング装置を示す図６Ａのスマートコンタクトレンズの一部分の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
光線は、有効な複屈折が変化しうる材料を利用することによって方向変更または方向付けすることができ、その結果、屈折率の変化をもたらす。光が一つの材料を通って移動し、そして異なる屈折率の別の材料と遭遇する時に、その速度は、他の材料の中へと伝搬するにつれて変化する。光が一つの材料を出て、そして材料間のオーバーレイと直交する角度で次の材料に入る場合、光は速度を変化させるが、伝搬方向は変化しない。しかしながら、光が材料間のオーバーレイに対してある角度で第二の材料に入る場合、光の伝搬方向も変化することになる。この現象は屈折と呼ばれ、スネルの法則によって説明されている。
【００１０】
図１は、ｎ２＞ｎ１である、異なる屈折率ｎ２およびｎ１を有する二つの媒体間の界面／境界での光の屈折を図示する。第二の媒体内での速度（ｖ２）は、第一の媒体内での速度（ｖ１）より小さい、すなわち、ｖ２＜ｖ１であるため、屈折角θ２は、入射角θ１より小さい。別の言い方をすれば、屈折率がより高い媒体内の光線／ビームは、表面法線により近い。スネルの法則（スネル−デカルトの法則および屈折の法則としても知られる）は、水、ガラス、または空気などの二つの異なる等方性媒体の間の境界を通過する光または他の波に言及する時に、入射角と屈折率との間の関係を記述するために使用される公式である。光学では、スネルの法則は、入射角または屈折角を計算するための光線追跡で使用され、また実験的光学では、材料の屈折率を見つけるために使用される。
【００１１】
スネルの法則は、入射角および屈折角の正弦の比は、二つの媒体内での位相速度の比と等しいか、または屈折率の比の逆数と等しいと述べている。
【００１２】
【数１】
2022501657.tif 000003
【００１３】
式中、各々θは、境界の法線から測定された角度、ｖはそれぞれの媒体中での光の速度（ＳＩ単位ではメートル毎秒、またはｍ／ｓ）、λはそれぞれの媒体中での光の波長、そしてｎはそれぞれの媒体の屈折率（単位なし）である。
【００１４】
本発明のビームステアリング装置の一実施例では、二つの異なる材料が、界面／境界面において互いに当接している。光線、または他の電磁ビームは、ある角度でこの界面に遭遇する。材料のうちの少なくとも一つは、その屈折率を変化させることができる電気活性材料である。この界面において電気活性材料の屈折率の一つの値では、ビームは、その方向の角度を一つの量だけ変化させるが、屈折率の第二の値では、光線は、その方向の角度を第二の量だけ変化させる。屈折率を別個のステップで変化させることができる場合、光線を別個の角度に方向変更することができる。屈折率をアナログ的または連続的な様態で変化させることができる場合、光線の角度もアナログ的／連続的な様態で変化させることができる。
【００１５】
電気活性材料、例えば、液晶（ＬＣ）は、分子がある特定の方向に向けられたとき、その屈折率を変化させる能力を有し、すなわち、可変屈折率を有する。例えば、分子の長軸がそれらを通って移動する光の方向と直交するように配向された細長い分子を有するネマティック液晶の場合、光の偏光が分子の長軸に平行である場合、屈折率は１．７であってもよい。その後、それらを通って移動する光の方向と長軸が平行になるように分子の配向が変更する場合、屈折率を１．５に変化してもよい。
【００１６】
図２Ａ〜図２Ｃは、互いに平行に定置され、それらの間に約１μｍ未満、約１μｍ〜約１０μｍ、１０μｍ超（それらの間のすべての値およびサブレンジを含む）とすることができる小さい間隙を有する基材２０５を有する例示的なビームステアリング装置２００を図示する。導電性であるが光学的に透過する材料、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）が、互いに面している基材の表面上に被覆される。これらの導電層は、時として電極または電極層２１０と呼ばれる。これらの電極の上面の外側には、液晶分子を表面に平行に整列させる、または負の誘電体液晶を使用する場合には垂直に整列させる材料の層がある。負の誘電体液晶は、ドイツのダルムシュタットのＭｅｒｃｋから入手可能である。こうした配向表面は、プロセスに平行なマイクログルーヴをその表面へと摩擦したポリイミド、または例えば、スイスのバーゼルのＲｏｌｉｃ（ＢＡＳＦ社の一社）によって製造されたＵＶ硬化アライメント材料、もしくは日本の日産化学によって製造されたポリイミドなど、同じ効果を達成するための他の材料およびプロセスであってもよい。これらの表面は、時として配向層２１５と呼ばれる。電極／電極層およびその配向層の組み合わせは、時としてオーバーレイと呼ぶことができる。
【００１７】
図２Ａは、電極２１０の間で回路２２５によって電界が印加されていない時、配向層１５の固着力が、ＬＣ分子２２０のその長軸をビームステアリング装置２００の基材２０５に平行になるように、かつ光軸２３０と直交するようにどのように整列させるかを図示する。この状態では、ＬＣ材料２２０の屈折率は、第一の値、例えば、ｎ＝１．７である。
【００１８】
図２Ｂでは、小さい電界が回路２２５によって電極２１０の間に印加され、ＬＣ分子２２０の長軸を、配向層１５から離れるように、そして基材２０５と直交し、かつビームステアリング装置２００の光軸２３０と平行な電界の方向に向かって、部分的に回転させる。電界が比較的低い値、例えば、０．５ボルトである場合、ＬＣ分子２２０に対する配向層２１５の回転変化力は電界の力よりも大きいため、ＬＣ分子２２０は比較的少ない量だけ回転する。この状態では、ＬＣ分子２２０の長軸は、電界の方向よりも配向層２１５の平面により向かって（すなわち、基材２０５に平行ではなく、むしろ直交して）整列される。この状況では、屈折率は、その総許容範囲を少ない量だけ変化させ、例えば、１．７から１．６２へと変化してもよい。一般に、本明細書に開示されるビームステアリング装置のいずれかに対する屈折率の例示的な許容範囲は、０．２５未満、約０．２５〜約０．４０、または０．４０より大きくすることができる（それらの間のすべての値およびサブレンジを含む）。
【００１９】
図２Ｃでは、図２Ｂで印加されたものより高い電圧が回路２２５によって印加され、これは配向層２１５によって印加される力よりも大きい回転力をＬＣ分子２２０に対して作り出す。結果として、ＬＣ分子２２０の長軸は、配向層２１５の平面（複数可）より、電界の方向と比較的多く、かつ光軸２３０に平行に整列する。この状況では、屈折率はさらに変化／減少し、例えば、１．５５へと変化する場合がある。電界がより低い電圧またはゼロ電圧に戻ると、配向層２１５の固着力は、ＬＣ分子２２０をその配向を図２Ａに示す当初の状態に戻す。
【００２０】
ＬＣ分子の、配向層の平面（複数可）と実質的に平行な配向から、電界の方向と実質的に平行な配向への変化率／変化速度は、印加される電圧のレベルによって影響される可能性がある。必要とされるより高い電界が印加される場合、すなわち、ＬＣ分子を最大許容回転角度まで回転させるのに必要とされるより高い場合、回転は、最大許容回転角度を実現するために最小必要電圧が印加される場合より速い。一般に、最小必要電圧は、ＬＣ分子の回転に影響を与えるために必要とされる電圧とすることができ、かつ約０．５Ｖ〜約３Ｖとすることができる。一部の事例では、最小必要電圧は、０．５Ｖ未満とすることができ、または一部のＬＣ材料の場合など、３Ｖより大きく（例えば、４０Ｖ以上）することができる。
【００２１】
例えば、ビームステアリング装置が、電界を用いて最大許容配向（例えば、９０度）までＬＣ分子を完全に回転させるために５Ｖを必要とする場合、配向層の配向から電界の配向まで回転する時間は、例えば、３００ｍｓであってもよい。しかしながら、１０Ｖ（すなわち、５Ｖの最小必要電圧よりも大きい）が印加された場合、回転の時間は、例えば、１００ｍｓ程度までより短くなるであろう。２０ボルトを印加した場合、回転の時間はさらに短くなることになる。
【００２２】
別の実施例では、配向層の配向から二つの状態の間の中間にＬＣ材料を回転させるために必要とされる電圧（すなわち、図２Ｂに図示するように、配向層の配向と電界の配向との間）は２．３Ｖであり、そして２．３Ｖが印加され、例えば、この回転を完了させるには２５０ｍｓかかる場合がある。しかしながら、５Ｖなどのより高い電圧が印加された場合、この回転を１００ｍｓで横断する場合がある。所望するより多くＬＣ分子を回転させることなくこの応答の利点を利用するためには、５Ｖを１００ｍｓの間、「スピード」電圧として印加し、次に「保持電圧」として２．３Ｖに切り換えてもよい。これらの「スピードアップ」方法／アプローチは、時として所望の配向を実現するためにＬＣ材料を過剰駆動することとして知られる。過剰駆動にもかかわらず、配向層の固着力が電気エネルギーよりも弱いため、またＬＣ材料の弾性定数（例えば、弾性率）に起因して、配向層の平面の配向に向かってＬＣ材料が戻る速度は遅い可能性がある。例えば、より高い弾性率を有するより硬性またはより粘性の高い材料の分子は、より低い弾性率を有する材料の分子よりも、配向層の配向を有するようにそれらの配向を変化するのがより遅い可能性が高い。結果として、レンズをオフ位置（すなわち、ＬＣ材料が配向層の平面と整列している時）からオン位置（すなわち、ＬＣ材料が電界の方向と少なくとも部分的に整列している時）へと切り替える速度は、過剰駆動によって増加する場合があるが、ビームステアリング装置２００では、ＬＣ材料の向きを変更する唯一の力が、配向層によって印加される比較的弱い力であるため、オンからオフへの切り替えの速度を過剰駆動によって増加させることはできない。
【００２３】
［ビームステアリング装置］
本明細書において、液晶分子の配向が両方向で調整される時に、液晶分子（および一般に、用いられてもよい任意の電気活性材料）の配向の変化を速めることができるビームステアリング装置が開示される。これを達成するために、台形状断面を有するＬＣ空洞を形成するように、二つの追加的な類似した基材が図２Ａ〜図２Ｃに示すもののような二つの基材へと取り付けられ、平行な側面は装置の光軸に平行である。配向層は、これらの追加的な基材に対して任意選択的である。面／基材のうちの一つは、その対向する基材と平行ではなく、その代わりに、例えば、約１度未満、約１度〜約６０度の間、６０度超（それらの間のすべての値およびサブレンジを含む）で、対向する基材に対して、角度を有する、または傾斜している。基材は、それらのそれぞれの電極層が互いに電気的に絶縁されるように組み立てることができる。
【００２４】
図３Ａ〜図３Ｃは、第一のオーバーレイ３３０、第二のオーバーレイ３３５、第三のオーバーレイ３４０、および第四のオーバーレイ３４５を含むビームステアリング装置３００を図示する。各オーバーレイは、基材に結合されてもよく、また図２Ａ〜図２Ｃに対して説明されるように、電極層３６０（例えば、導電性でかつ好ましくは光学的に透明な被覆、例えば、ＩＴＯ、銀ナノワイヤ、ＰＥＤＯＴ（ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）など）と、任意選択の配向層３５５（例えば、摩擦ポリイミドから構成されるが、電気活性材料の整列に影響を与えることができる任意の好適な材料を用いることができる）と、を含んでもよい。オーバーレイ３３０、３３５、３４０、および３４５のうちの一つ以上の上にある配向層は、ビームステアリング装置３００が無給電状態（すなわち、電界がない場合）であるときに液晶材料を整列し、そして電気活性分子／材料の配設における不連続性を減少する。
【００２５】
オーバーレイ３３０、３３４、３４０、３４５に結合する基材（複数可）は、単一の連続的な基材とすることができ、または複数の不連続な基材から構成することができ、これらの可能な基材レイアウトの各々は、時として集合的に「基材」と呼ばれる。こうした基材はまた、電気活性材料を保持するための封止された内部空洞３７０を形成するために必要とされる、または形成することが望ましい、基材と同一の材料もしくは基材とは異なる材料で作製された任意の追加的な構成要素（図示せず）も含むことができる。例えば、基材は、オーバーレイ３３０、３３５、３４０および３４５の電極層を互いから電気的に分離し、かつ液晶材料などの電気活性材料３６５用の装置３００の内側の空洞を封止するために、装置３００の四隅の各々に定置されてもよいシール３５０を包囲するか、またはそれらに結合することができる。各基材自体は、特徴を有することができ、固定された屈折率（例えば、約１．３〜約２．５（それらの間のすべての値およびサブレンジを含む））を有することができ、かつガラス、ＰＭＭＡ（ポリメチルメタクリレート）、ポリカーボネート、石英、融合シリカ、およびそれらの組み合わせなどの材料から構成することができる。空洞内の例示的な電気活性材料は、液晶（例えば、Ｍｅｒｃｋ  ＭＬＣ−２１４０）である。
【００２６】
図３Ａに示すように、第一のオーバーレイ３３０が平面Ｐ１を画定し、第二のオーバーレイ３３５が平面Ｐ２を画定し、第三のオーバーレイ３４０が平面Ｐ３を画定し、そして第一のオーバーレイ３４５が平面Ｐ４を画定するように、各オーバーレイは平面を画定する。図示するように、第四のオーバーレイ３４５の平面Ｐ４は、その対向するオーバーレイ３４０の平面Ｐ３と平行ではなく、またそれに対して傾斜している。一方で、第一のオーバーレイ３３０の平面Ｐ１は、その対向するオーバーレイ３３５の平面Ｐ２と実質的に平行である。図３Ａにも図示するように、装置３００は、電気活性材料の配向をそれに対して測定することができる光軸３７５を画定することができる。
【００２７】
ビームステアリング装置３００の例示的な使用の間に、過剰駆動方法を利用して高速での液晶回転を誘導するために、電界が対向するオーバーレイの任意の組（例えば、オーバーレイ３３０、３３５）の間に印加されてもよい。その後、その電界を除去して、別の電界をもう一方の二つの対向するオーバーレイ（例えば、オーバーレイ３４０、３４５）に印加して、液晶を新しい電界の軸に沿って整列させてもよい。これは、例えば、単一の電気供給源を使用することによって達成することができ、その出力は、一方の電界の生成またはもう一方の電界の生成に影響を与えるように切り替えられる。一部の事例では、両方の電界が同時に生成される／存在するように、二つの供給源を使用することができる。
【００２８】
装置３００の構成では、過剰駆動を、二つの異なる方向（すなわち、オーバーレイの両方の組の間）に適用することができ、過剰駆動が一方向にのみ利用可能である図２Ａ〜図２Ｃの装置２００と比較して、両方の方向においてより速い回転を可能にする。二つの電界は、同時に両方の方向に、または一時的に重複する様態で、任意の所与の時間において一つずつとなるように存在することができる。二つの電界を、単一の供給源を使用して、または各電界に対して異なる供給源を用いて生成することができる。
【００２９】
両方の電界が振幅において実質的に互いに等しい場合、液晶分子を、その利用可能な／許容される総回転内の中間回転において保持することができる。一つの電界がもう一方より大きい場合、液晶分子は回転し、そしてより強い電界の方向により大きい程度に整列する。一方の電界がもう一方よりわずかに大きい場合、整列方向は、より強い電界の方向にわずかにより多く沿う。より強い電界が、より弱い電界に対して強度を増加すると、より強い電界に向かってより多くの回転が生じる。電界の相対的な強度をアナログの様式で変化させることによって、液晶の回転もアナログの様式で調整されてもよい。過剰駆動はまた、上述のアナログ制御で使用されてもよく、この場合、短く必要とされるよりも大きい電圧が印加される。
【００３０】
オーバーレイ３３０および３３５上に形成された均質な配向層がある場合、液晶材料３６５は、図３Ａに示すように、オーバーレイ３３０、３３５の平面Ｐ１、Ｐ２に平行に、かつ光軸３７５に沿って整列することになる。ここで、オーバーレイ３４０、３４５の間に電界が印加される場合、液晶分子３６５は、依然として同じ方向に整列するが、オーバーレイ３３０、３３５の配向層によって提供される整列力に加えて、電界が追加されることになる。配向層がオーバーレイ３３０、３３５上に存在しない場合、オーバーレイ３４０、３４５の間の電界は、整列を実施することになるが、しかしながら一部の不連続性自体が存在する場合がある。図３Ａに示す材料３６５の配向では、左から右へと（すなわち、オーバーレイ３４０からオーバーレイ３４５へと）移動する光によって経験される材料３６５の屈折率は、適切に偏光された場合に材料３６５について最小であり、かつ材料３６５の上から下へと（すなわち、オーバーレイ３３０、３３５の間で）移動する同じ光に対する屈折率はその最大である。
【００３１】
図３Ｂは、オーバーレイ３４０、３４５の間の電界が除去される一方で、材料３６５の完全な回転を引き起こすのに十分に強い電界がオーバーレイ３３０、３３５にわたって印加され、分子をオーバーレイ３４０の平面Ｐ３に平行に整列させることを図示する。ここでは、左から右へと（すなわち、オーバーレイ３４０からオーバーレイ３４５へと）移動する光に対する液晶の屈折率は、適切に偏光された場合に最大であり、一方で、図において上から下へと（すなわち、オーバーレイ３３０、３３５の間で）移動する同じ光に対する屈折率は最小となることになる。
【００３２】
図３Ｃは、オーバーレイ３４０、３４５の間の電界が除去される一方で、材料３６５の半回転を引き起こすのに十分に強い電界がオーバーレイ３３０、３３５にわたって印加され、材料３６５の分子を垂直と水平との途中まで整列させる、すなわち、平面Ｐ１の角と平面Ｐ３の角との間に傾斜させることを図示する。しかしながら、図３Ｃはまた、オーバーレイ３４０と３４５との間の電界だけでなく、オーバーレイ３３０と３３５との間の電界が存在し、かつ図示するように分子を整列させるために相互作用するときの、材料３６５の分子の状態の例示でもある。水平（すなわち、オーバーレイ３４０からオーバーレイ３４５へ）および垂直（すなわち、オーバーレイ３３０、３３５の間）の両方を移動する光によって経験される液晶の屈折率は、ほぼ等しい。図３Ｂに図示されるように、電源３８０とコントローラ３８５との組み合わせは、電界の印加を生成および制御するために使用することができる。コントローラは、ビームステアリング装置３００の動作に関連付けられた命令またはコードの組を実施および／または実行するように構成された、任意の好適な処理装置とすることができる。コントローラは、例えば、汎用プロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）および／またはこれに類するものとすることができる。
【００３３】
図４Ａ〜図４Ｃは、装置３００と構造的かつ／または機能的に類似している可能性があるビームステアリング装置４００を用いて、可変ビームステアリングをどのように達成することができるかを図示する。図４Ａでは、電界は、オーバーレイ４４０、４４５の間に印加される、図３Ａに記載されるものと同じ条件／状態にある。チャンバー／空洞４２０の内側の電気活性材料（例えば、液晶）の屈折率は、入射光線４８０用のオーバーレイ４４０での屈折率（基材の屈折率と本質的に同じ）と等しい。光線４８０は、自由空間結合および光ファイバーなどの結合光学機器の使用を含む、任意の好適な様態でオーバーレイ４４０の中へと結合することができる。光線４８０は、その表面と直交してオーバーレイ４４０に入るか、またはその上に入射するので、オーバーレイ４４０の外側の媒体（典型的には、１の屈折率を有する空気）の屈折率がオーバーレイ４４０の屈折率よりも小さくても、基材の上への光の入射角が直角であるため、光の屈折は生じない。光線４８０は、可視波長（例えば、約４００ｎｍ〜約７００ｎｍ（それらの間のすべての値およびサブレンジを含む））、ＵＶ波長（例えば、１０ｎｍ〜約４００ｎｍ（それらの間のすべての値およびサブレンジを含む））、およびＩＲ波長（例えば、全８００ｎｍ〜約１ｍｍ（それらの間のすべての値およびサブレンジを含む））を含む、一つ以上の波長を含むことができる。
【００３４】
次に、光線４８０は、オーバーレイ４４０を通って移動し、そして空洞４２０内の液晶に入る。光線４８０は、空洞４２０内の液晶とオーバーレイ４４０との間の界面に対して依然として直交しているので、液晶の屈折率にかかわらず、屈折は起こらない。光線４８０は、空洞４２０内の液晶を通って移動し、そしてオーバーレイ４４５に入る。オーバーレイ４４５は、光線４８０への非垂直の入射角にある（すなわち、図示されるように、オーバーレイ４４０に対して傾斜角α１で傾斜している）が、液晶とオーバーレイ４４５との屈折率が等しいため、屈折は発生しない。光線８０がオーバーレイ４４５を出ると、異なる屈折率（例えば、この場合も空気）に遭遇するため、オーバーレイ４４５の出口表面と光線との間の角度は、光線を角度４９５で屈折させる。それ故に、入力光線／入射光線４８０は、出力光線４９０へと方向変更される。時として屈折角と呼ばれる角度４９５は、図４Ｂおよび図４Ｃで図示するものと比べて、比較的小さい。
【００３５】
図４Ｂでは、電界は、オーバーレイ４３０、４３５の間に印加される、図３Ｂに記載されるものと同じ条件／状態にある。印加される電界は、液晶分子を電界に完全に整列させるのに十分ではなく、部分的な回転のみが生じる。チャンバー／空洞３２０の内側の液晶の屈折率は、ここでは光線４８０に対するオーバーレイ４４０での屈折率より高い。光線４８０は、その表面と直交するオーバーレイ４４０の中へと入るため、オーバーレイ４４０の外側の媒体の屈折率がオーバーレイ４４０での屈折率より小さくても、オーバーレイ４４０上への光の入射角が直角であるため、光の屈折は生じない。次に、入射光線／入力光線４８０は、オーバーレイ４４０を通って移動し、空洞４２０内の液晶に入る。これは、空洞４２０内の液晶とオーバーレイ４４０との間のオーバーレイに対して依然として直交しているので、液晶の屈折率にかかわらず、屈折は起こらない。光線８０は、空洞４２０内の液晶を通って移動し、オーバーレイ４４５に入る。オーバーレイ４４５は、光線４８０の方向に対する非垂直の角度にあり、また空洞４２０内の液晶の屈折率は、ここではオーバーレイ４４５の屈折率より高いため、結果として液晶とオーバーレイ４４５との間の界面で上向きの光の屈折がもたらされる。光線４８０がオーバーレイ４４５を出ると、この場合もそれが入る新しい媒体（例えば、空気）の異なる屈折率に遭遇するため、オーバーレイ４４５の出口表面と光線４８０との間の角度は、光線を角度４０５によってさらに屈折させる。それ故に、光線４８０は光線４２５へと方向変更される。角度４０５は、ここでは、液晶からオーバーレイ４４５への境界で生じた光の屈折に、オーバーレイ４４５から出口媒体への境界で生じた光の屈折を加えたものからの伝搬の変化の合計であり、一方で図４Ａにおける光の屈折は、オーバーレイ４４５から出口媒体への境界でのみ生じるので、角度４０５は、図４Ａでの角度４９５より大きい。
【００３６】
図４Ｃでは、電界は、オーバーレイ４３０、４３５に印加される、図３Ｃに記載されるものと同じ条件／状態にある。オーバーレイ４３０、４３５の間に印加される電界は、ここでは図４Ｂで印加される同じ電界より強く、かつ液晶分子をその電界と完全に整列させるのに十分な強度である。チャンバー／空洞４２０の内側の液晶の屈折率は、ここでは図４Ｂに記載される条件における屈折率よりもさらに高く、また入射／入力光線４８０に対するオーバーレイ４３０より高い。光線４８０は、その表面と直交してオーバーレイ４４０の中へと入るため、オーバーレイ４４０の外側の媒体の屈折率がオーバーレイ４４０での屈折率よりも小さくても、基材上への光の入射角が直角であるため、光の屈折は生じない。次に、光線４８０は、オーバーレイ４４０を通って移動し、空洞４２０内の液晶に入る。光線４８０は、空洞１２０内の液晶とオーバーレイ４４０との間の境界に対して依然として直交しているので、液晶の屈折率にかかわらず、屈折は起こらない。光線４８０は、空洞４２０内の液晶を通って移動し、オーバーレイ４４５に入る。基材４４５は、光線４８０の方向に対してある角度にあり、また空洞４２０内の液晶の屈折率は、ここではオーバーレイ４４５の屈折率よりはるかに高いため、結果として液晶とオーバーレイ４４５との間の境界で光の屈折がもたらされる。二つの材料の間の屈折率の差がより大きいことに起因して、図４Ｂで見られるものより大きい屈折がある。光線４８０がオーバーレイ４４５を出ると、この場合もそれが入る新しい媒体の異なる屈折率に遭遇するため、オーバーレイ４４５の出口表面と光線との間の角度は、光線を角度４１５で屈折させる。それ故に、入力光線４８０は、出力光線４１０へと方向変更／方向付けされる。角度１１５は、ここでは、液晶からオーバーレイにおいて生じる、より大きい量の光の屈折に加えて、基材から出口への媒体界面で生じる光の屈折の合計であるため、角度１１５は、図７Ｂの角度１０５より大きい。
【００３７】
図４Ａ〜図４Ｃは、結果として液晶材料に対して三つの異なる屈折率の値をもたらし、結果として出力ビームの三つの別個の屈折角をもたらす、三つの別個の設定を図示する。しかしながら、オーバーレイのいずれかの組に印加される電界は、アナログ的かつ連続的な様態で変化させることができ、結果として、行うことができる出力ビームステアリングの量のアナログ変化をもたらす。例えば、屈折率が最小値またはより低い値と最大値またはより高い値との間で変化するように、オーバーレイの対の間に印加される電界の一方または両方を掃引することができる。屈折率の対応する変化は、線形または非線形とすることができる。さらに、上述の過剰駆動方法は、図４Ａ〜図４Ｃに記載の電界のいずれかに対しても使用することができ、結果として、過剰駆動方法を使用することなく達成可能であるよりもはるかに速い光線角度変更／ビームステアリングをもたらす。
【００３８】
図５Ａおよび図５Ｂは、３Ｄ直角台形として形成されるビームステアリング装置５００（装置３００、４００と構造的および／または機能的に類似とすることができる）の３Ｄ斜視図を図示する。装置５００は、互いに対して平行な平面を有するオーバーレイ５３０、５３５と、その対向するオーバーレイ５４０の平面に対して傾斜した平面を有するオーバーレイ５４５と、を含む。使用中、オーバーレイ５４５は入射光線を受光し、一方でオーバーレイ５４５は、図３Ａ〜図３Ｃ、図４Ａ〜図４Ｃに関連して説明したように出力光線を出力する。装置５００の内部は、電気活性材料を保持するための空洞５７０を画定する。図５Ｂに図示するように、カバー５８０は、空洞５７０を封止するために装置５００の両端に配置されてもよく、またカバー５８０のうちの少なくとも一つは取り外し可能であってもよい。オーバーレイ５３０、５３５間の距離、オーバーレイ５４０、５４５間の距離、および／またはカバー５８０間の距離は、独立して、約１μｍ〜約１５μｍ（それらの間のすべての値およびサブレンジを含む）とすることができる。ビームステアリング装置３００、４００、５００のうちのいずれかに対する屈折度を変化させるための切替え速度は、約１μｓ〜約５ｍｓ（それらの間のすべての値およびサブレンジを含む）とすることができる。
【００３９】
比較的な切替え速度の例として、図２Ａ〜図２Ｃにおけるビームステアリング装置２００は、ＬＣ分子２２０の配向を、過剰駆動で配向層の向き（図２Ａ）から電界の向き（図２Ｃ）へと１０ｍｓ以内に変化させることができる。しかしながら、電界の除去に伴い、ＬＣ分子２２０がそれらの配向を電界の向き（図２Ｃ）から配向層の向き（図２Ａ）へと戻すように変化させるには、５０ｍｓの時間がかかる。対照的に、図３Ａ〜図３Ｃにおけるビームステアリング装置３００は、装置２００と同様に、ＬＣ分子３６５の配向を、過剰駆動で配向層の向き（図３Ａ）から電界の向き（図３Ｃ）へと１０ｍｓ以内で変化させることができる場合がある。しかしながら、一方の電界の除去、およびもう一方の（すなわち、もう一方の界面の対の間の）印加に伴い、ＬＣ分子３６５は、ここではその配向を電界の向き（図３Ｃ）から配向層の向き（図３Ａ）へとより迅速に、また別の電界の印加に起因して類似した速度で戻すように変化させる。そのため、配向層の配向に戻す配向のこの変化も、装置３００に対する過剰駆動モードにおいて、約１０ｍｓで生じさせることができる。
【００４０】
［応用］
こうしたビームステアリング装置の例示的な応用は、多軸走査（例えば、２Ｄ／ＸＹ、または３Ｄ、または一般にｎＤ走査）用であり、多軸走査は、これらの装置で達成された改善されたビームステアリング速度から利益を得ることになるさまざまな応用での使用を見いだすことができる。こうした応用では、第一のビームステアリング装置が初期入力光線を受光し、次のビームステアリング装置によって消費するために出力光線を出力するなど、これらのビームステアリング装置のうちの二つ以上を直列／カスケードで使用することができる。各ビームステアリング装置は、その入力光線を、互いのビームステアリング装置の異なる軸に沿って屈折させることができる。例えば、カスケード内の第一のビームステアリング装置は、入力光線を受光し、Ｘ軸（例えば）に沿って屈折したものとして光線を出力することができる。第二のビームステアリング装置は、この出力光線をその表面に直交するものとして受光し、Ｙ軸（例えば）に沿って屈折するように位置付けられる。第三のビームステアリング装置は、この出力光線を第二のビームステアリング装置からその表面に直交するものとして受光し、Ｚ軸（例えば）に沿って屈折するように位置付けられる。得られた出力ビームは、次に各軸に対して独立して制御可能な特定のＸＹＺアドレス指定可能性を有することができる。
【００４１】
こうしたビームステアリング装置の別の例示的な応用は、例えば、光学的逆多重化アプローチにおけるもののためなどの、多段階ビームステアリング用である。第一の段階は、入射光線を受光し、これを出力光線として、別個の所定の量だけ屈折して出力する（すなわち、第一のビームステアリング装置の電気活性材料の屈折率を選択的に変化させることによって）ことができるように動作できる第一のビームステアリング装置を含むことができる。出力光線が実現することができる各屈折度について、出力光線は、第二の段階の異なるビームステアリング装置に結合され、これは次に、応用に応じて任意の好適な様態で動作することができる（例えば、光線を破棄し、追加的な下流光学構成要素等に結合するために）。
【００４２】
こうしたビームステアリング装置のさらに別の例示的な応用または使用は、生成された仮想画像のためのアイウェアにおける構成要素とすることができる。例えば、こうしたビームステアリング装置は、複合現実または拡張現実（ＡＲ）においてなど、スキャンされた画像を眼中へと投影するための、スマートコンタクトレンズ、眼鏡、またはヘッドマウントディスプレイで有用である場合がある。ＡＲ装置は、現実世界で見られるものに加えて、ユーザーが見る仮想画像を作り出す。従来のＡＲ装置は、典型的には、画像を目に中継するために、反射体または鏡とともに小さいディスプレイ画面を含む。こうしたディスプレイ画面を眼鏡フレームに追加することは、フレームに嵩および重量が追加され、一方でこうしたディスプレイ画面をコンタクトレンズに追加することは不可能である。本発明の装置は、ディスプレイ画面を置き換え、かつこれらの制限を克服する。
【００４３】
スマートコンタクトレンズに本発明の技術を使用する事例では、ビームステアリング装置は、全厚（例えば、図５Ａ〜図５Ｂのオーバーレイ５４０、５４５の間の距離）がコンタクトレンズの厚さ（典型的には厚さ約０．１ｍｍ）未満とすることができるように製作される。この装置は、眼の光軸に沿ったシングルスタックとして、または一部の構成要素がより厚く、装置全体が要求されるより厚い、望ましい場合には鏡の使用を伴う、光源、ビームステアリング装置、および任意の視準光学機器を含むことが可能である。例えば、光源は、光を「横方向」に、すなわち目の光軸と直交してユーザーの網膜上に投影し、その後、目の光軸に沿って、かつビームステアリング装置の中へと方向変更することができる。構成要素のいずれかまたはすべては、目の光軸と直交して配置され、その後、鏡または反射構成要素を用いて目の光軸に方向変更される。
【００４４】
図６Ａ〜図６Ｂは、スマートコンタクトレンズ６００内のこうしたビームステアリング装置の例示的な使用を図示するが、これは、画像を描画／表示するために、ビームを直接的に眼中へと投影するか、またはビームを眼の外側の表面の上へと投影するかのいずれかのために、任意の種類のレンズ（例えば、眼内レンズ）、眼鏡、およびヘッドマウントディスプレイなどの任意の好適なアイウェアに対して適用可能である。ここで、光源６７０およびビームステアリング装置６６５（装置３００、４００、５００と構造的および／または機能的に類似したものとすることができる）がその中に埋め込まれたレンズ６５５は、位置６５０において埋め込まれたスタック６６５として、連結され、かつ／または形成される。光源６７０は、結合光学機器を有して、または有さないで、ユーザーの網膜６６０上に投影するためのスポット（例えば、画像またはビデオデータの）として光信号を生成するように構成することができる。光信号は、例えば、アンテナコイル、またはレンズ６５５に埋め込まれたかまたは結合された他のネットワークインターフェースを介してなど、遠隔供給源から受信したデータに基づいて生成することができる。電源とコントローラの組み合わせは、そのいずれかがレンズ６５５に埋め込まれるか、またはレンズ６５５に結合されていてもよく、光源６７０およびビームステアリング装置６６５の動作を制御するために使用することができ、特に受信したデータに基づいて光信号の生成を制御するために使用することができる。ビームを方向付けするためにコントローラによって制御されるビームステアリング装置に加えて、コントローラはまた、連続的な線を描画するのではなく、個々の光の点を作り出すように、光源をオンおよびオフに切り替えることも可能である。明確にするために、一つのビームステアリング装置が図示されているが、上述のように二つ以上を順番に積み重ねることができる。
【００４５】
次いで、ビームステアリング装置６６５は、図３Ａ〜図３Ｃ、図４Ａ〜図４Ｃに記載されるように、およびＣＲＴブラウン管がリンスクリーン上に画像を描画する方法と同様に、光源６７０から光信号を直接的にまたは結合光学機器を介して受信し、かつ網膜６６０上に画像を描画するため、またはビデオをレンダリングするために、スポットを方向付け／スキャンすることができる。上述のように、二つ以上のビームステアリング装置６６５を使用して、網膜６６０の上へと画像／ビデオの２Ｄスキャンを達成することができる。傾斜した表面の配向は、一方の装置が一方の方向にビームを方向付け、一方でもう一方の装置がもう一方の方向で、かつ一般に互いに直交することができる方向にビームを方向付けるように位置付けられてもよい。電源およびコントローラは、ビームステアリング装置６６５内の電気活性材料の屈折率を操作するために、ビームステアリング装置６６５の電界の生成を制御することができる。
【００４６】
［結論］
発明に関するさまざまな実施形態を本明細書に記述し、かつ例示してきたが、当業者は、本明細書に記載の機能を実施するための、ならびに／または結果および／もしくは一つ以上の利点を得るための、さまざまな他の手段および／または構造を容易に想定し、またこうした変形および／または修正のそれぞれは、本明細書に記載の発明に関する実施形態の範囲内であるものと見なされる。より一般的に、当業者は、本明細書に記載のすべてのパラメータ、寸法、材料、および構成が例示であることを意味することと、実際のパラメータ、寸法、材料、および／または構成が、本発明の教示が使用される特定の適用（複数可）に依存することとを容易に理解するであろう。当業者は、本明細書に記載される特定の発明に関する実施形態の数多くの等価物を、認識するか、または単に定型的な実験を用いて確認することができる。従って、前述の実施形態は、例としてのみ提示されていて、添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内で、発明に関する実施形態は、具体的に記述および特許請求される以外の形で実践されてもよいことが理解される。本開示の発明に関する実施形態は、本明細書に記載の各個々の特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法を対象とする。加えて、二つ以上のこうした特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法の任意の組み合わせは、こうした特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法が相互に矛盾しない場合、本開示の発明の範囲内に含まれる。
【００４７】
また、さまざまな発明に関する概念が、一つ以上の方法として具現化されてもよく、その例を提供してきた。方法の一部として行われる行為は、任意の好適なやり方で順序付けられてもよい。その結果、行為が例示するものとは異なる順序で実施される実施形態を構築してもよく、それは、例示的な実施形態に連続する行為として示されている場合であってさえも、一部の行為を同時に実施することを含んでもよい。
【００４８】
本明細書で定義および使用されるすべての定義は、辞書による定義、参照により組み込まれる文書中の定義、および／または定義された用語の通常の意味を統制するものと理解されるべきである。
【００４９】
本明細書および特許請求の範囲で使用する不定冠詞「ａ」および「ａｎ」は、明確にそうでないと示されない限り、「少なくとも一つ」を意味すると理解されるべきである。
【００５０】
本明細書および特許請求の範囲で使用する「および／または」という語句は、結合された要素の「いずれかまたは両方」を意味し、すなわち一部の場合において接続的に存在し、他の場合において離接的に存在する要素を意味すると理解されるべきである。「および／または」で挙げられる複数の要素は、同じ様式、すなわち等位接続される要素のうちの「一つ以上」と解釈されるべきである。具体的に識別される要素に関連するかまたは関連しないかにかかわらず、「および／または」節によって具体的に識別される要素以外に、他の要素が随意に存在しうる。それ故に、非限定的な例として、「Ａおよび／またはＢ」への言及は、「含む」などの制限のない語法と連動して使われる時に、一実施形態においてＡのみ（任意選択的にＢ以外の要素を含む）、別の実施形態においてＢのみ（任意選択的にＡ以外の要素を含む）、さらに別の実施形態においてＡとＢの両方（任意選択的に他の要素を含む）を指すことなどができる。
【００５１】
本明細書および特許請求の範囲において使用する場合、「または」は、上で定義した「および／または」と同じ意味を有すると理解されるべきである。例えば、リスト内の項目を分離する時、「または」または「および／または」は包括的なもの、すなわち多数の要素または要素のリスト、および任意選択的にリストに無い追加の項目のうちの少なくとも一つを含むが、二つ以上も含むと解釈されるものとする。それとは反対であると明確に指示される用語、例えば「のうちの一つのみ」もしくは「のうちのまさに一つ」、または特許請求の範囲において使用する時の「から成る」などの用語のみが、多数のまたは列挙された要素のうちのまさに一つの要素を包含することを指すことになる。一般に、本明細書で使用する場合、「または」という用語は、「いずれか」、「のうちの一つ」、「のうちの一つのみ」、または「のうちのまさに一つ」など、排他的な用語が先行する時に、排他的な選択肢（すなわち「両方ではなく一方または他方」）を示すとのみ解釈されるものとする。「から本質的に成る」は、特許請求の範囲で使用する場合、特許法の分野において使用される通常の意味を有するものとする。
【００５２】
本明細書および特許請求の範囲で使用する場合、一つ以上の要素のリストに関連する「少なくとも一つ」という語句は、要素のリストの中の要素のいずれか一つ以上から選択される、少なくとも一つの要素を意味するが、要素のリスト内で具体的に列挙したありとあらゆる要素のうちの、少なくとも一つを必ずしも含むわけではなく、要素のリストのいかなる要素の組み合せも除外するものではないと理解されるべきである。この定義は、「少なくとも一つ」という語句が指す、要素のリスト内で具体的に識別される以外の要素が、具体的に識別される要素に関連するかまたは関連しないかにかかわらず、任意に存在しうることを許容する。それ故に、非限定的な例として、「ＡおよびＢのうち少なくとも一つ」（または等価的に「ＡまたはＢのうちの少なくとも一つ」、もしくは等価的に「Ａおよび／またはＢのうちの少なくとも一つ」）は、一実施形態においてＢは存在せず、任意選択的に二つ以上のＡを含む、少なくとも一つのＡ（任意選択的にＢ以外の要素を含む）、別の実施形態においてＡは存在せず、任意選択的に二つ以上のＢを含む、少なくとも一つのＢ（任意選択的にＡ以外の要素を含む）、また別の実施形態において任意選択的に二つ以上のＡを含む、少なくとも一つのＡ、および任意選択的に二つ以上のＢを含む、少なくとも一つのＢ（任意選択的に他の要素を含む）を指すことなどができる。
【００５３】
特許請求の範囲、ならびに上記の明細書において、すべての移行句、例えば「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「持つ（ｃａｒｒｙｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「包含する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「伴う（ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ）」、「保つ（ｈｏｌｄｉｎｇ）」、「から構成される（ｃｏｍｐｏｓｅｄ  ｏｆ）」、およびこれに類するものは制限がないと理解され、すなわち含むがそれに限定はされないということを意味する。「から成る（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」および「から本質的に成る（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」という移行句のみが、米国特許局の特許審査手続便覧、セクション２１１１．０３に規定の通り、それぞれ閉鎖的または半閉鎖的な移行句であるものとする。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年7月28日(2021.7.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザーが着用するアイウェアを介して、前記ユーザーの網膜上に光線を投影する方法であって、
前記アイウェアのネットワークオーバーレイを介して、画像データおよび／またはビデオデータを遠隔装置から受信することと、
前記アイウェアの供給源を介して、前記画像データおよび／または前記ビデオデータを光線へと変換することと、
前記光線を、前記ビームステアリング装置の第一のオーバーレイの第一の平面と直交する入射光線として、前記アイウェアのビームステアリング装置の中へと結合することであって、前記第一のオーバーレイが前記ビームステアリング装置の基材に結合され、前記基材が第一の屈折率を有し、前記基材がその中に配置された電気活性材料を有する空洞を画定し、前記電気活性材料が可変屈折率を呈することと、
前記ビームステアリング装置の第二のオーバーレイにおいて、前記電気活性材料から前記入射光線を受光することであって、前記第二のオーバーレイが前記第一の平面に対して傾斜した第二の平面を画定して傾斜角を画定することと、
前記ビームステアリング装置の前記第一のオーバーレイと前記第二のオーバーレイとの間の前記電気活性材料に第一の電界を印加し、かつ第三のオーバーレイと第四のオーバーレイとの間の前記電気活性材料に対する第二の電界を印加し、前記第三のオーバーレイおよび前記第四のオーバーレイが、各々前記第一の平面に対して直交する平面を画定し、これにより前記電気活性材料が、前記第一の電界および前記第二の電界の強度に基づいて第二の屈折率を実現することと、
前記第二のオーバーレイによる屈折後に、前記入射光線を前記ユーザーの網膜上に出力光線として出力することと、を含む、方法。
【請求項２】
前記第一の電界および前記第二の電界を前記印加することが、前記第二の屈折率を実現するため前記電気活性材料を過剰駆動することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第一の電界および前記第二の電界を前記印加することが、前記第二の屈折率を第一の値と第二の値との間で掃引することをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記掃引することが、前記第一の値と前記第二の値との間で連続的に掃引することを含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記掃引することに応答して、第一の軸に沿って前記ユーザーの前記網膜にわたって前記出力光線をステアリングすることをさらに含む、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記ビームステアリング装置が第一のビームステアリング装置であり、前記出力光線が第一の出力光線であり、前記出力することが、前記入射光線を前記第一の出力光線として前記アイウェアの第二のビームステアリング装置の中へと結合させることを含み、前記第二のビームステアリング装置によって、前記第一の出力光線を第二の出力光線として、第二の軸に沿って前記ユーザーの前記網膜にわたってステアリングすることをさらに含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第一の電界を前記印加することが、第一の電気信号を前記第一のオーバーレイの電極層及び前記第二のオーバーレイの電極層に印加することを含み、前記第二の電界を前記印加することが、第二の電気信号を前記第三のオーバーレイの電極層及び前記第四のオーバーレイの電極層に印加することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記アイウェアが拡張現実装置を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記アイウェアがコンタクトレンズを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記アイウェアが眼鏡を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記アイウェアが拡張現実装置を備え、前記拡張現実装置がディスプレイを備えない、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記出力することが、前記ユーザーの眼の光軸とは異なる方向に前記出力光線を出力することを含み、前記アイウェアの反射構成要素を介して前記出力光線を前記眼の前記光軸に沿って前記ユーザーの前記網膜の上へとステアリングすることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記出力することが、前記ユーザーの前記眼の前記光軸に沿って前記出力光線を出力することを含む、請求項１に記載の方法。
【国際調査報告】
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