(57)【要約】書き換え可能かつ静止可能なレンズ、および、その作製方法が開示される。このレンズは、書き込まれ、静止され、新たな値に少なくとも２回書き換えられることができる光学特性を有する少なくとも１つの能動的な素子を含む。能動的な屈折率のポリマー分散液晶材料を含む書き換え可能かつ静止可能なレンズが開示される。眼鏡およびコンタクトレンズのｉｎ−ｓｉｔｕの再適合が、販売の時点で可能である。医師の部屋における眼内レンズのｉｎ−ｖｉｖｏの再適合が実現可能であり、さらなる手術を回避する。
2018527596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
書き換え可能かつ静止可能な透過型眼科用レンズであって、
第１の値を有する第１の光学特性をレンズの少なくとも１つの動作領域に与える、書き換え可能かつ静止可能な材料を含む第１の素子を備え、
前記第１の光学特性の前記第１の値は、第１の外部エネルギー源の印加によって、前記第１の値とは明らかに異なる第２の値に変化され、前記第１の外部エネルギー源が取り除かれると前記第２の値に静止され、
前記第１の光学特性は、屈折率、可視光透過度、紫外線透過度、可視光吸収、紫外線吸収、反射、偏光の制御、色および光学密度の群から選択され、
前記第１の光学特性は、第２の外部エネルギー源の印加によって、前記第２の値とは明らかに異なる第３の値に書き換えられることができる、書き換え可能かつ静止可能な透過型眼科用レンズ。
【請求項２】
書き込み不可能な受動的な光学材料を含む第２の素子をさらに備える、請求項１に記載のレンズ。
【請求項３】
前記第２の素子および前記第１の素子は共通の表面を有し、前記第２の素子は、前記レンズの使用時には前記第１の素子よりも装着者の目に近い、請求項２に記載のレンズ。
【請求項４】
前記第１の光学特性は屈折率である、請求項１に記載のレンズ。
【請求項５】
前記書き換え可能かつ静止可能な材料は液晶を含む、請求項１に記載のレンズ。
【請求項６】
前記書き換え可能かつ静止可能な材料は、ポリマー分散液晶を含む、請求項５に記載のレンズ。
【請求項７】
前記書き換え可能かつ静止可能な材料は、ポリマー安定液晶を含む、請求項１に記載のレンズ。
【請求項８】
前記書き換え可能かつ静止可能な材料は、ポリマー分散双安定液晶を含む、請求項１に記載のレンズ。
【請求項９】
前記書き換え可能かつ静止可能な材料は、ポリマー安定双安定液晶を含む、請求項１に記載のレンズ。
【請求項１０】
前記第１の光学特性は、電界、磁場、電磁場、熱分布および放射照度分布の群から選択される第１の外部エネルギー源の印加によって変化される、請求項１に記載のレンズ。
【請求項１１】
光学材料から構成される第３の素子をさらに備える、請求項１に記載のレンズ。
【請求項１２】
前記眼科用レンズは、眼鏡レンズ、フェースシールド、アイシールド、ゴーグル、インサートレンズ、保護マスク用のレンズ、ヘルメット用のレンズおよび眼内レンズの群から選択される、請求項１に記載のレンズ。
【請求項１３】
書き換え可能かつ静止可能な透過型眼科用レンズを作製する方法であって、
ａ）屈折率を既知の方法で変化させることによって外部エネルギー源に反応する書き換え可能かつ静止可能な材料を含む第１の素子、および、書き込み不可能な受動的な光学材料を含む第２の任意選択的な素子を選択するステップと、
ｂ）前記第１の素子および前記第２の任意選択的な素子を、眼科用レンズの構造に組み付けるステップと、
ｃ）第１の眼科用レンズの少なくとも前記第１の素子を、十分なエネルギーの第１の外部エネルギー源に暴露し、全ての書き換え可能かつ静止可能な材料を第１の屈折率に書き込むステップと、
ｄ）前記第１の眼科用レンズの少なくとも前記第１の素子を、十分なエネルギーの第２の外部エネルギー源に暴露し、前記書き換え可能かつ静止可能な材料の少なくとも１つの動作領域を望ましい屈折率の分布に書き込み、望ましい眼科用レンズを生成するステップと
を含む、方法。
【請求項１４】
前記第２の外部エネルギー源は空間分布を有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２の外部エネルギー源は時間的な分布を有する、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２の外部エネルギー源への暴露は、或る時間間隔にわたって少なくとも前記第１の素子を加熱することをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
書き換え可能かつ静止可能な透過型眼科用レンズを作製する方法であって：
ａ）屈折率を既知の方法で変化させることによって外部エネルギー源に反応する書き換え可能かつ静止可能な材料を含む第１の素子、および、書き込み不可能な受動的な光学材料を含む第２の任意選択的な素子を選択するステップと、
ｂ）前記第１の素子および前記第２の任意選択的な素子を、第１の眼科用レンズに組み付けるステップと、
ｃ）前記第１の眼科用レンズの少なくとも前記第１の素子を、十分なエネルギーの第１の外部エネルギー源に暴露し、全ての書き換え可能かつ静止可能な材料を第１の屈折率に書き込むステップと、
ｃ）屈折率に依存する光学特性の測定を使用して、その時点の屈折率と望ましい屈折率との差を求めるステップと、
ｄ）ステップｃ）において求められた前記差を相殺する、前記第１の素子の前記書き換え可能かつ静止可能な材料の変化した屈折率のパターンおよび分布を設計するステップと、
ｅ）少なくとも前記第１の素子を、十分なエネルギーおよびエネルギー分布の第２の外部エネルギー源に暴露し、ステップｄ）の設計されたパターンおよび分布に従って、前記第１の素子の前記書き換え可能かつ静止可能な材料の前記屈折率を変化させるステップと、
ｆ）前記望ましい屈折率の分布がレンズに書き込まれるまで、ステップｃ）〜ｅ）を１回または複数回行うステップと
を含む、方法。
【請求項１８】
前記第２の外部エネルギー源は空間分布を有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２の外部エネルギー源は時間的な分布を有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記第２の外部エネルギー源への暴露は、或る時間間隔にわたって少なくとも前記第１の素子を加熱することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学の分野に関する。特に、本発明は、外部作用因子を適用して除去した後に維持することができるが、他の値に変更し直すこともできる変更可能な屈折率を有するレンズ設計に関する。
【背景技術】
【０００２】
眼科用レンズは、視力を改善し、目における収差または視覚欠損を矯正し、生活の質および視機能を高めるために、矯正屈折力を提供するように設計されている。受動的な（一定の屈折力の）眼科用レンズが、長年にわたって知られており、最近の技術的な進歩は、レンズが視力における誤差をより正確に矯正することを可能にする。しかし、個人のための必要な視力矯正は、老眼の開始および進行等の、年齢に関連する生理学的な変化に起因して、経時にわたって変化する。加えて、個人の必要とされる矯正は、ストレス、病気、事故、医療、環境条件および個人的な好みに起因して変化する可能性がある。例えば、個人が非常に細かい印刷物を読むかまたは微細な入り組んだ機械で作業しようとする場合、より高い拡大力を必要とする場合がある。別の場合では、累進多焦点レンズは通常、手で持つ読み物の場合に、レンズの下側部分に近方視読書エリアを有する。しかし、個人が眼鏡フレームまたはヘルメットの上部に取り付けられるディスプレイを見ている場合、そのような短焦点のための付加的な屈折力が、視認エリアの上側領域において必要とされる可能性がある。したがって、屈折力をその全体的な値またはレンズにおける屈折力分布（配置）のいずれかにおいて、またはその両方において変更することを可能にすることができる能動的なレンズが必要とされている。
【０００３】
この必要性に対処するために、特定の方法が最近になって提案または試行されている。可変の屈折力の眼鏡レンズを実現するための電気光学材料の使用が知られている。眼鏡レンズの場合、これらのシステムは、埋め込み電極セット、電源接続部、および、組み込まれているバッテリーが必要な電力を能動的に供給する限り眼鏡レンズの屈折力を維持する電気光学材料を含む。これらのシステムは、能動的な光学材料によって構成され、この場合、外部作用因子（すなわち電界）が、レンズの光学特性を変化させることができ、この場合に、外部作用因子は屈折率を変化させ、したがって、レンズの屈折力を変更する。不都合点は、屈折率の望ましい値を持続させるために外部作用因子が存在しなければならないことである。通常、これは、バッテリーまたは少なくともその接続部が眼鏡に存在しなければならないことを意味し、結果として、より重く、より扱いにくいかまたはあまり洗練されていない設計が生じる。
【０００４】
可変の屈折力のシステムの別の例は、流体で満たされるレンズである。これらのレンズは、可撓性のチャンバーを形成するシール縁リングによって別個に保持される前後の片からなる。可撓性のチャンバーは液体で満たされ、静水圧が、チャンバー／接触面の形状を変化させる。これらのシステムは、外部作用因子（例えば静水圧）に反応し、チャンバーをシールすることによって圧力を所与の値に維持することができる。材料が解き放たれる（すなわち、液体に対する圧力が解放される）と、システムは再び能動的になることができ、したがって、システムは書き換え可能であるが、望ましい値を保つために圧力が維持されなければならないため、「静止可能（ｆｒｅｅｚａｂｌｅ）」ではない。
【０００５】
静止可能な光学系の場合、屈折力は、所与の屈折状態に固定されることができ、エネルギー源または変化を引き起こす影響が取り除かれると、系は、その固定された状態を維持する。
【０００６】
流体で満たされるレンズは興味深い発展であるが、特定の欠点を有する。可能な表面の形態は、均一な静水圧下で変形状態にクランプされた膜の一組の弾性溶液に限定される。これは、選択可能な屈折力の変化を、表面全体における変化に、または、異なる屈折力を生じるように変形することが可能となる表面の限られた所定の部分にのみ限定する。したがって、より少ない処方およびより少ない個人化オプションしか対応されない。加えて、屈折力の予測可能な制御を可能にするために、液体およびその圧力を均一に分散させるレンズ形状を使用しなければならない。これは通常、レンズの形状を１つのみの形態（円形のレンズ）に限定する。これは、多くの個人にとって好ましい形状ではない可能性がある。加えて、流体で満たされるレンズは、現代的で流行の眼科用レンズには多くの場合に嵩張り過ぎる、二重のキャビティ、空気圧機構、送達管または他の構成要素を必要とする。
【０００７】
電気光学システムおよび流体で満たされる屈折力システムは、外部作用因子（例えば静電界または静水圧）によって、屈折力分布を最初に構成することができ、次に、外部作用因子の影響を変えることによって変化させることができるという意味で、書き換え可能である。電気光学システムは、選択された屈折力を維持するために、外部作用因子の連続的に維持される影響を必要とする。流体で満たされるレンズは、それらの選択される屈折力を維持するために連続的な圧力を必要とするが、それらの使用においていくつかの注目すべき限界を有する。
【０００８】
前述した欠点に加えて、これらのシステムの双方は、眼鏡、ゴーグルまたはヘッドマウントフレーム以外の眼科用レンズのために実現される場合、大きな限界を有するか、または、実際的な懸念事項を導入する。コンタクトレンズまたは眼内レンズ用の電気接続部または液体管路を想像することができるが、それらのエンジニアリング、検証、メンテナンスおよび交換は、かなりの追加の作業、ケア、投資、および、かなりのリスク低下を伴う。デバイスが装着者にとって快適であるかまたは絶えず機能的であるか否かという実際的な懸念事項も存在し、多くの場合に、たとえ微細な付加的な実体であっても目の物理的な構造に配置される場合に、目は極めて敏感になる可能性がある。したがって、外部接続部を間欠的にまたは連続的に必ずしも伴わない、書き換え可能なレンズを作成する他の方法を見出すことが好ましい。
【０００９】
他方で、受動的な材料によって作られる書き換え不可能なレンズ（１回のみ書き込み可能）が既知である。例えば、フィッシャー（Ｆｉｓｃｈｅｒ）によって、拡散勾配を呈する照射によって重合可能な材料を使用してレンズを形成する（または材料を既存のレンズ物質に加える）ことにより、受動的な累進多焦点レンズが提案されている。ポリマー硬化ＵＶ照射の分布様式によって、望ましい空間的な屈折力分布が達成され、空間的な屈折率の分布が、重合度に応じて生成される。この場合、生成される眼鏡レンズは、外部作用因子（硬化ＵＶ照射）が終了すると、レンズの屈折力分布が恒久的になるという意味で、書き込み可能であるが書き換え可能ではない。この制約を改善するための１つのオプションは、ＵＶ硬化技法をレンズブランクの一方の表面のみに適用するとともに、半仕上げのレンズを作製することである。これにより、さらなる個人化および広範な処方が、標準的なデジタル表面処理方法を使用して他の表面を変更することによって満たされる。
【００１０】
異なるレンズ材料または埋め込まれる物質を加えるかまたは組み合わせることによって光学特性を一度変更する（書き込み可能）他の手法が、種々の公開文献、例えば、非特許文献１、ならびに、特許文献１、特許文献２および特許文献３において記載されている。
【００１１】
書き換え可能かつ静止可能な反射レンズという着想が、非特許文献２によって提示されている。この研究では、著者らは、色素ドープコレステリック液晶（ＬＣ）の使用に基づく、書き換え可能な反射型の、または、偏光に依存する半透過型のフレネルレンズを記載している。レンズは、コヒーレントな偏光を使用してＬＣ光配向効果によって書き込まれるかまたは形成される。形成される反射型のフレネルレンズは、一旦形成されると、フレネルレンズの構造が外部作用因子を用いることなく持続するため、静止可能である。しかし、形成されたレンズの液晶の配向は、熱的に消去可能であり、外部作用因子の別の適用によって別の反射型または回折型のフレネル構造に書き換え可能であることができ、この場合、別の照明パターンがＬＣ層において方向付けられる。光の入射に応じて、これは、反射または分散（散乱）領域を生成することができる。このタイプのレンズの特性は、波長、偏光および入射角に強く依存し、これが、その実際的な用途を制限する可能性がある。反射型フレネルレンズは、透過型眼鏡レンズの適切な代用品ではなく、回折型フレネルレンズでさえも、それらの固有の散乱に起因して、眼科使用の場合に深刻な制約を有する。
【００１２】
これらの大きな欠点にもかかわらず、液晶システムの新規の革新的な用途を研究することができる。
文献から、双安定のＬＣ材料が偏光の２つの可能な状態を有することが既知であり、各状態が関連する屈折率を有する。これらの材料は概して、電界の印加に反応するため、能動的であると考えられるが、電界が取り除かれると、局所的な偏光状態が固定されたままとなるため、静止可能でもある。そのようなシステムは、薄膜ディスプレイおよびフラットパネルディスプレイに使用されてきた。これらの材料は、書き換え可能かつ静止可能なバイナリの光学システムを使用して、より革新的で複雑な眼科用途に適合することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】米国特許第５，８６１，９３４号明細書
【特許文献２】米国特許第８，２４０，８４９号明細書
【特許文献３】米国特許第８，６２５，１９８号明細書
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】フーデリスト（Ｈｕｄｅｌｉｓｔ）他「Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｎａｎｏ−ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  ｇｒａｄｉｅｎｔ  ｉｎｄｅｘ  ｍｉｃｒｏｌｅｎｓｅｓ」Ｏｐｔ．  Ｅｘｐｒｅｓｓ，  ｖｏｌ．１７，  ｎｏ．５，  ｐｐ．３２５５−３２６３，  Ｍａｒｃｈ  ２００９
【非特許文献２】チェン（Ｃｈｅｎｇ）他「Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ｓｗｉｔｃｈａｂｌｅ  ａｎｄ  ｏｐｔｉｃａｌｌｙ  ｒｅｗｒｉｔａｂｌｅ  ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  Ｆｒｅｓｎｅｌ  ｚｏｎｅ  ｐｌａｔｅ  ｉｎ  ｄｙｅ−ｄｏｐｅｄ  ｃｈｏｌｅｓｔｅｒｉｃ  ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌｓ」Ｏｐｔ．  Ｅｘｐｒｅｓｓ，  ｖｏｌ．１５，  ｎｏ．２１，  ｐｐ．１４０７８−１４０８５，  １７  Ｏｃｔｏｂｅｒ  ２００７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
以前の光学システムは、眼科用レンズ用途に望ましい全ての特性または設計の自由を組み合わせるものではない。例えば、以前の光学システムは、取り扱いにくくなく適合可能なレンズを可能にするように書き換え可能でも静止可能でもない。他の以前の手法は、最適な個人化されたレンズを作成するために必須の特徴である、任意の屈折力の分布を生成するのに十分な自由度を提供するものではない。付加的な改良および革新が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、レンズに望ましい光学特性を生成する外部の書き込み／消去作用因子を使用して、能動的な書き換え可能かつ静止可能な屈折レンズを作成することを可能にする。本発明の１つの態様によると、調整可能かつ静止可能な屈折力分布を有するレンズが開示される。有利には、レンズ表面の幾何学的形状を変更する必要がない。
【００１７】
好ましい実施形態では、本発明が提案する材料は、薄膜として使用され、レンズ基材または半仕上げのレンズブランクの表面上に堆積されることができる。
本発明の別の態様によると、静止可能な屈折力分布を有するレンズを作製する方法が開示される。
【００１８】
所与の屈折状態に固定することができる能動的な静止可能な材料によってレンズを作製することによって、レンズの空間的な屈折力を書き込むことができる。この場合、静電、静磁気、電磁、熱または放射照度分布等の外部作用因子を再び導入することによって、能動的な材料の局所的な屈折率を変更することができる。概して、これらの場は、レンズにおける空間的な位置とともに変えることができるか、または、時間内に変化させることができる。
【００１９】
代替的に、調節可能な屈折率は、双安定の屈折率材料によって達成することができる。この場合、レンズは、双安定の材料の好適な空間分布を有するナノ構造基材を含む。巨視的に、レンズは、フーデリスト（Ｈｕｄｅｌｉｓｔ）他において論じられているように、有効媒質近似（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  ｍｅｄｉｕｍ  ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ）によって望ましい屈折率の分布を提供する。屈折率の分布は、垂直、接線方向または両方の表面方向の任意の組み合わせにおいて外部作用因子によって設定することができる。
【００２０】
外部作用因子によって生成される屈折率の分布は、同じかまたは異なる外部作用因子を使用して消去することができる。
本発明のこれらおよび他の特徴ならびに利点は、本発明の原理を例として示す添付の図面とともに以下で記載される好ましい実施形態の詳細な説明からより容易に明らかとなる。
【００２１】
ここで、本開示の実施形態を、以下の図面を参照して専ら例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明による書き換え可能かつ静止可能なレンズの第１の実施形態を示す図である。
【図２】本発明による書き換え可能かつ静止可能なレンズの第２の特殊化した実施形態を示す図である。
【図３】素子１０の表面１０１および１０２が同じ曲率を有する、書き換え可能かつ静止可能なレンズの別の実施形態を示す図である。
【図４】本発明による書き換え可能かつ静止可能なレンズの別の実施形態を示す図である。
【図５】素子１０が、累進多焦点レンズ３０に０．５Ｄの加入屈折力を提供するように設計されている、図４において示されているような本発明の例示的な実施形態の素子１０の中央の４０ｍｍの直径エリアにわたる屈折率の変化のマップを１０００だけスケーリングした図である。点（０，０）は、レンズの幾何学的中心に対応する。ｙ軸上のマイナスの値は、装着したときのレンズの下側半分に対応し、ｘ軸上のマイナスの値は、装着したときのレンズの鼻側に対応する。
【図６】本発明による累進多焦点レンズ３０に関する、図５において示されているような素子１０と組み合わせて使用される素子２０の表面２０２の表面高さ分布マップ（ｍｍ）を示す図である。
【図７】図５および図６において示されている素子から構成されるレンズ３０のｙ軸に沿う距離に応じた、Δｎ、屈折率の変化のプロット（点線）、および、等価球面度数の変化（実線）を示す図である。
【図８】素子１０が、図６において示されている受動的な素子２０と組み合わせて０．２５Ｄの加入屈折力を提供するように書き換えられるときの、本発明の例示的な累進多焦点レンズ３０に関する素子１０の中央の４０ｍｍの直径エリアにわたる屈折率の変化のマップを、１０００だけスケーリングした図である。
【図９】図８および図６において示されている素子から構成される書き換えられたレンズ３０のｙ軸に沿う距離に応じた、Δｎ、屈折率の変化のプロット（点線）、および、等価球面度数の変化（実線）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明は、書き換え可能であるとともに静止可能であり、液体または流体で満たされるチャンバーを必要とせず、したがって、変化する視力の処方箋および個人的な好みに対応する上でより高い多用途性を提供する、独自の透過型眼科用光学系の製造に関する。本発明に従って製造される眼科用光学系は、連続的に印加されるエネルギー源または外部からの活性化の必要なく、安定した屈折力（静止可能である）を提供するように具体的に設計される。有利には、眼科用光学系は、余剰な労力またはそれらの物理的な構造に対する恒久的な変化を用いることなく、それらの光学特性を変えることができる（書き換え可能である）。
【００２４】
以前のシステムとは対照的に、本発明は、流体で満たされない屈折性（透過型）の書き換え可能かつ静止可能なレンズを作成するものである。本発明は、偏光とは独立し、波長および入射角にほとんど依存しない広範なスペクトル応答を有するように設計することもできる。
【００２５】
本明細書において用いられる場合、「書き込み可能」という用語は、システムに、特定の光学特性を少なくとも一度書き込むかまたは構成することができることを意味する。他方で、「書き換え可能な」は、光学特性を書き込み、次に、少なくとも２回、好ましくは複数回変更することができることを示す。その結果、書き換え可能なシステムは、書き込み可能な材料の独自の組み合わせである。「静止可能な」および「静止される」という用語は、書き込み可能または書き換え可能な変更がなされると、エネルギー源からのさらなる入力を必要とすることなく、その変更された状態において安定したままであることを意味する。これは、それらのエネルギー源が取り除かれると、以前の状態または休止状態に戻る材料とは異なる。
【００２６】
書き込み可能な特性という概念は、球面、円柱、軸配向、プリズムおよび他の視力矯正特性を含む、視度等の光学特性を含む。好ましい実施形態では、書き込み可能な光学特性は、システムの少なくとも屈折率、および、屈折率の値を変化させる能力を含む。別の好ましい実施形態では、書き込み可能な光学特性は、偏光の少なくとも制御または変更を含む。別の好ましい実施形態では、書き込み可能な光学特性は、屈折率、ならびに、付加的に紫外、可視スペクトル領域および／または赤外スペクトル領域における、透過率、反射率および／または吸光度を含む。別の好ましい実施形態では、書き込み可能な光学特性は、屈折率、および、好ましくは少なくとも可視スペクトル範囲における直線的、円形または楕円形の偏光を制御する能力を含む。加えて、光学特性は、可視色、フォトクロミズム性、サーモクロミズム性、エレクトロクロミック性、光学密度および他の特徴を含むことができる。これらの特性は、眼科用光学系内または眼科用光学系上において漸変させ、段階的にするかまたは離散的に位置決めすることができ、光学系の視認領域の全てまたは一部のみに影響を与えることができる。２つ以上の光学特性を書き込み可能である場合、それぞれのそのような特性は、レンズの１つまたは複数のエリアにおいて書き込まれる（かつ書き換えられる）ことができ、書き込み可能な光学特性の種々の組み合わせが、異なる視認領域に存在することができる。
【００２７】
レンズの他の特性を、光学特性が本発明に従って書き込まれ、静止され、書き換えられるときに変化させることができることが認識される。例えば、熱伝導率、磁化率、電気抵抗または他の物理的特性を、光学的な変化がなされるときに変えることができる。これらは、本発明の付加的な利点および特徴であるものとすることができるが、本発明は、光学特性に関して記載される。
【００２８】
レンズの幾何学的形状は、レンズ表面のいずれかの曲率分布、レンズまたはレンズの素子の局所的な厚さ、および、レンズおよびその素子の形状のある外周または縁の輪郭を含む。加えて、曲率は、最大限の普遍性で理解されなければならず、３つの座標またはパラメーター（例えば、ｘ、ｙ、ｚ；球面、乱視および軸；または、マトリクスの関係）の系によって表面上のそれぞれの箇所において規定される。
【００２９】
（図面において例示されるような）以下の実施形態は、本発明の例示であり、その範囲を限定することは意図されない。
本発明の実施形態は、眼科用光学系のための光学材料を使用する。光学材料は、ガラス、石英ガラス、プラスチック、ポリマー、複合材料、ゾルゲル、および、混合された無機／有機材料のような材料を含む、無機材料および有機材料の双方を含むことができる。光学材料は概して、目で検出可能な少なくともいくらかの光を伝達し、視野を本質的には歪めない、（サイズおよび量の両方またはいずれかが）大幅に限られた数の欠陥を有する。眼科用光学系は、例えば、処方眼鏡レンズ、読書用眼鏡、非処方レンズ、プラノレンズ、サングラス、眼内レンズ、コンタクトレンズ、および、目の前に保持される構造内または構造上（例えば、ヘルメット、ゴーグル、保護マスク、フェースシールドおよびアイシールド）に取り付けられるレンズを含む。
【００３０】
書き込み可能かつ静止可能なレンズの第１の例示的な実施形態が図１において示されている。レンズ３０は、少なくとも素子１０、好ましくは少なくとも素子１０および２０を備える。素子１０は、書き込み可能であり、能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料を含む。素子２０は、書き込み不可能であり、受動的な光学材料を含む。素子１０は、表面１０１および表面１０２によって境界が定められ、素子２０は、表面２０１および２０２によって境界が定められる。任意の所与の位置において、素子１０の局所的な断面厚さは、ｔ１として示される。同様に、素子２０上の任意の特定の位置において、その局所的な断面厚さはｔ２として示される。
【００３１】
図１〜図４において、便宜上および理解のために、レンズ３０は端視図で示されている。これらの図では、装着者の目は右側に位置し、装着者は、レンズの厚さを通して左に向かって見ることとなる。図１〜図４の下側部分は、装着したときに、目の中、目の上または目の正面におけるレンズの下側部分に対応する。
【００３２】
図１において示されているように、他の任意選択的な素子をレンズ３０に含めることができる。例えば、図１は、任意選択的な素子４１、４３および４５を示しているが、当業者は、付加的な素子も含めることができることを理解するであろう。これらの素子のそれぞれは、フィルム、コーティング、離散的な層、ならびに、レンズ３０に望ましい光学的、化学的な特性および／または物理的な特性を有する離散的な中実の構造を含むことができる。１つの例では、素子４１は、傷防止硬質コーティングを含むことができ、素子４３は、反射防止コーティングを含むことができ、素子４５は、素子２０とは異なる屈折率を有する中実の透明な光学材料および埋め込みディスプレイを含むことができる。図１において示されているように、任意選択的な素子は、異なる厚さおよび変動する厚さならびに表面の輪郭を有することができる。それぞれのまたは任意のそのような素子は、均一な厚さであるものとすることができるか、レンズ３０の他の素子の厚さと同じであるかもしくは異なる厚さを有することができるか、または、素子の異なるエリアにおいて異なる値を有する厚さを有することができる。これらの素子のそれぞれまたはいずれかは、段階的な、不連続的なまたは変化する曲率を含む、同じかまたは異なる曲率を有する表面を有することができる。これらの素子のそれぞれまたはいずれかは、他の素子の表面と同様であるかまたは異なる曲率を有する表面を含むことができる。当業者は、これらの任意選択的な素子のいずれかが、レンズ３０に含まれるかもしくはレンズ３０から省かれることができるか、または、他の特性もしくは特徴を有することができることを認識するであろう。本発明を実用化するレンズ設計者の選択およびユーザのニーズに応じて、他の任意選択的な素子を加えることができる。
【００３３】
本発明の好ましい実施形態では、受動的な素子２０は、基材、レンズブランク、ラミネートおよび他の光学的な構成要素を含むことができる。素子２０は屈折力を有しないものとすることができるか、または、そのエリアの全てもしくは一部に、球面、乱視、プリズム等のような屈折力を含むことができる。屈折力は、素子２０の異なるエリアにおいて同じかまたは異なるものとすることができ、段部、漸次的変化、不連続部、直線的もしくは非直線的な増大、または、素子の全てもしくは離散的な部分にわたる変化の組み合わせを含む、屈折力の種々の変化を含むことができる。例えば、素子２０は、プラノ、多重焦点、円形のセグメントもしくは混合の二焦点レンズ形状、または、段階的な多焦点構造を有することができる。表面２０１および２０２のいずれかまたは双方は、これらの構造および光学的な特徴部、または、当業者に既知の他のレンズの特徴を含むことができる。代替的に、素子２０の屈折力または他の特徴は、埋め込み層、フィルムまたは素子２０を構成する他の材料によって影響を受けるかまたは影響されることができる。素子２０は、異なる屈折率値（例えば、２つの異なる光学材料での混合の二焦点）を有する離散的な領域等の受動的な屈折率の差、または、素子の領域にわたるもしくは領域内の受動的な漸進的な変化（例えば、段彩もしくは勾配偏光）も含むことができる。素子２０の異なる領域についての受動的な屈折率におけるそのような差は、個人の近方視力矯正および遠方視力矯正が異なる処方を必要とする場合に有利となり得る。
【００３４】
加えて、素子２０および／またはその表面２０１および２０２は、これらの表面上に、これらの表面内にもしくはこれらの表面のいずれかとともに組み込まれる他の特徴、または、フィルム、層、インサート、コーティング、受動色素、フォトクロミック色素、染料、顔料、偏光子、ディスプレイ、電子部品、センサ、宝飾品類、インレー、光フィルタ、紫外線フィルタもしくは吸収体、赤外線フィルタ、アライメント機構および他の離散的または連続的な特徴部等の素子を含むことができる。素子２０の光学材料は、紫外線吸収体、熱もしくは光安定剤、光反射体または遮蔽体、酸化防止剤、表面エネルギー改質剤、および、当該技術分野において既知の他の添加剤または作用物質等の添加剤を含むことができる。同様に、素子１０は、これらの構造、埋め込み材料、特徴部または添加剤のいずれかを、それらの組み込みおよび性能が、素子１０を構成する能動的な材料の書き換え可能かつ静止可能な性能を全体的に損なわない限り、含むことができる。
【００３５】
図１において示されているように、表面１０１、１０２、２０１および２０２のいずれか（ならびに任意の任意選択的な素子のいずれかの表面）の曲率は、単純なまたは複雑な曲線および特徴部を含むことができる。１つまたは複数の表面は、光学的または物理的な変化をもたらすための、不連続部、離散的または全体的な段部、棚部、隆起部および／または他の特徴部を含むことができる。
【００３６】
当業者は、明細書から、素子１０および２０を、いずれかの素子が使用時に装着されると目の最も近くに位置決めされるように設計されるように、本発明に従って形状決めおよび構成することができることを理解するであろう。説明の便宜上、図１〜図４は、装着したときにレンズ３０の外側表面に最も近い素子１０を示している。
【００３７】
当業者は、明細書から、素子１０および２０が、サイズ、外周の輪郭、表面曲率または厚さが同じであるかまたは異なってもよいことを理解するであろう。例えば、素子１０、または、能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料を含む素子１０の部分は、素子２０の面積または体積よりも小さいかまたは大きいもであってよい。しかし、本発明の最良の動作のためには、能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料を含む素子１０の部分の範囲が、少なくとも１つの「動作領域」を含むべきであり、これは、（書き換え可能かつ静止可能な材料の変化によって引き起こされる）この領域の光学特性の変化が、装着者によって識別できる十分なサイズを有するレンズのエリアを意味する。そのような動作領域の実際のサイズは、変化する光学特性に依存し、この場合、目は、レンズ（例えば、レンズ３０が目の中に、目の上に、目付近にまたは目から離れて取り付けられるか否か）、および、レンズ自体における動作領域の位置（例えば、レンズの縁付近に位置するか、より中央に位置付けられるか、または、特定の視野角のためにオフセットされる）に対して位置決めされる。例えば、眼鏡レンズ上で、動作領域は、直径が約４ｍｍから正常な視野におけるおよその瞳孔のサイズの円形のエリアを含むことができるか、または、目の動きのより広い角度のためにより大きい視野に対応するように、より大きいエリア（サイズが６ｍｍ〜４０ｍｍの細長い領域等）を含むことができる。対照的に、本発明に従って製造されるフェースシールド取り付けレンズの動作領域は、目からのレンズのより長い距離、したがって拡大された立体視野角に起因して、サイズが少なくとも４０ｍｍ〜８０ｍｍである必要があるものとすることができる。素子１０は１つまたは複数の動作領域を有することができ、この場合、動作領域の数およびそれらのサイズまたは形状は、レンズ３０が本発明に従って書き込まれるとともに書き換えられるときに、変化させることができる。
【００３８】
本発明の他の好ましい実施形態では、素子１０および２０は隣接しているかまたは接しており、接着、化学結合、物理的または機械的な取り付け、ファンデルワールス力および他の方法を含む種々の技法によって接合させるかまたは接触させることができる。本発明のいくつかの好ましい実施形態では、素子１０および２０は、表面１０２および２０１が１つの共通の表面または２つの素子間の接触面になるように構成される。これは、例えば、素子のうちの一方が他方の素子に当接してまたは他方の素子上に配置される液体から形成され、次に、エネルギーまたは他の作用に晒されて液体材料を他方の素子上で固化させるときに生じることができる。別の例として、素子のうちの一方は、素子同士が接合されるかまたは結合されると、他方の素子の表面形状に適合する少なくとも１つの柔軟な表面または表面コーティングを含むことができる。素子１０および２０がこのタイプの接触面を有する実施形態では、表面１０２および２０１は、実際上は１つの共通の表面および曲率を有し、１０２／２０１として示される。
【００３９】
図２は、素子１０の表面１０１および１０２が極端な異なる曲率ｋ１およびｋ２をそれぞれ、ならびに、１０２／２０１として示される共通の表面における接触面を有する、本発明の特別な実施形態を示している。この実施形態では、表面１０２／２０１は、レンズの中央において不連続部が派生する平坦な平面的なセクションから形成され、これは、素子１０に関する異なる表面曲率ｋ１およびｋ２の極端な例である。ｋ１およびｋ２が異なる場合、素子１０が１つのみの屈折率の材料を含む場合であっても、幾何学的な屈折力の影響に起因して、異なる屈折力を素子２０と組み合わせて達成することができる。しかし、素子１０は、能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料を含むため、本発明のレンズに付加的な特性を独自に与える。
【００４０】
素子１０は、能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料を含むため、本発明のレンズを作成するように独自に単独で使用することができる。それにもかかわらず、素子１０の能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料が、レンズ３０に望ましい全ての光学的、機械的および物理的な特性を含まない状況があり得、したがって、本発明の好ましい実施形態は両方の素子１０および２０を含むことが認識される。例えば、能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料は、それ自体は、耐衝撃性のレンズに十分な構造的な強度を有しない可能性がある。したがって、素子１０を、より高い耐衝撃性を有する光学材料から構成される受動的な素子２０によって支持することを選択することができる。本発明の少なくとも素子１０および２０の有益な組み合わせの他の例が、本明細書の開示から理解されるであろう。
【００４１】
素子１０において使用することができる能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料の１つの好ましい群は、外部作用因子を使用して変えられるそれらの屈折率を有することが可能な任意の光学材料を含む「能動的な屈折率の」材料である。他の能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料を本発明において適切に使用することができるが、便宜上、説明および実施例のほとんどが、能動的な屈折率の材料に関して本発明を実証することが理解されるであろう。能動的な屈折率の材料の例としては、液晶、電気活性な、磁気的に反応する等の有機材料、ならびに、他の化合物、ポリマー、および、屈折率に関して制御することができる有機混合物が挙げられる。本発明は、書き込み可能かつ変化可能な屈折率を有する、無機、有機金属、有機／無機混合物、混成物および組み合わせも使用することができる。好ましい実施形態では、能動的な屈折率の材料は、素子１０およびレンズ３０のＧＲＩＮ（ｇｒａｄｉｅｎｔ  ｉｎｄｅｘ）（屈折率分布）特徴または特性を生じるのに使用される。
【００４２】
図２において示されている実施形態では、レンズ３０は、遠方視のために必要な１つの処方された屈折力矯正、および、読書等の近方視活動を助けるために必要な別の処方された屈折力を有する、老眼の個人用視力矯正を提供するように設計されている。図２は、レンズの上部付近の遠方視領域、および、レンズの下側半分に向かって位置する近方視領域を有する、老眼の人のための典型的な眼鏡レンズの構造を示している。この実施形態では、素子１０は、その能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料として能動的な屈折率の材料を含む。素子１０における能動的な屈折率の材料の屈折率は、遠方領域（遠方視領域）および近方視領域のそれぞれにおいて一定であるが、ｎＦおよびｎＮの２つの異なる屈折率の値をそれぞれ呈する。一定であるが異なる屈折率の２つの領域の間は、素子１０の能動的な屈折率の材料の屈折率が、ｎＦおよびｎＮから徐々にかつ連続的に変わる「遷移領域」である。素子１０のこれらの屈折率領域が、差異をシェーディングすることによって図１において示されている（例えば、ｎＦの遠方視領域には均一に明るく、ｎＮの近方視領域には均一に暗く、屈折率が変化する遷移領域ではシェーディングのグラデーション）。
【００４３】
特定の好ましい実施形態では、ｎＦとｎＮとの間の変化は、１つの屈折率値から他の屈折率値まで増大し、この増大は、段階的、連続的もしくは不連続的に、または、線形もしくは非線形方程式に従って生じることができる。さらに他の実施形態では、屈折率（もしくは他の書き換え可能かつ静止可能な光学特性）の変化は、素子１０上の離散的な領域に限定されることができるか、または、素子１０の能動的な屈折率の材料の１つまたは複数の面積または体積にわたって、符号、振幅および／もしくは変化率を変化させることができる。特にポリマー系、混合物、混成物および材料の組み合わせの場合に、素子１０に関して観察される屈折率は、選択される能動的な屈折率の材料（単数または複数）、ならびに、特定の位置における素子１０の能動的な屈折率の材料の濃度および厚さｔ１の両方またはいずれかに依存する。
【００４４】
図２の遠方領域では、素子１０の屈折力ＰＦは、正面の曲率ｋ１、および、その位置における素子１０の能動的な屈折率の材料の屈折率ｎＦによって主に決定され、数字に関して、この遠方領域の屈折力は、ＰＦ＝ｋ１（ｎＦ−１）として表される。図２において示されているような好ましい実施形態の例として、素子１０を構成する能動的な屈折率の材料の屈折率は、次に、近方視領域に向かって平滑に増大し、この場合、屈折力は値ＰＮ＝ｋ１（ｎＮ−１）を達成する。加入Ａ、すなわち、遠方領域と近方領域との間の屈折力の増大（加入屈折力とも呼ばれる）は、この場合、Ａ＝ＰＮ−ＰＦ＝ｋ１（ｎＮ−ｎＦ）によって与えられる。共通の表面１０２／２０１の平坦な平面を有するこの実施形態では、達成可能な加入の値は、正面１０１の曲率、および、屈折率の増大に主に依存する。表１において、図２において示されている実施形態において能動的な素子１０の表面１０１に関して異なる球面曲率を使用して達成することができる加入屈折力の数値の例を示している。分かるように、２Ｄの加入屈折力は、最近の電気光学材料に関して典型的な値である０．２の複屈折または最大の屈折率の変化を有する能動的な屈折率の材料を使用して、表面１０１の１０ディオプターの球面曲率（約５３ｍｍの曲率半径）によって達成することができる。
【００４５】
【表１】
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図２および表１の例において、屈折率は、これらの２つの屈折率ｎＦおよびｎＮ間で増大する。レンズの設計および装着者のニーズに応じて、屈折率は、素子１０の１つまたは複数の領域において同じかまたは異なる値に書き込むとともに静止させることができる。好ましい実施形態では、屈折率の変化は、線形に、非線形に進行することができるか、段階的もしくは不連続的であるものとすることができるか、または、値を逆にすることができ、屈折率の変化の挙動が分かっている限り、本発明において対応され、かつ効果的に使用されることができる。他の好ましい実施形態では、屈折率は、屈折力または所望の他の光学的効果、レンズ３０上またはレンズ３０内の素子１０および受動的な素子２０の相対的な位置決め、ならびに、素子１０に対する素子２０の光学特性に応じて、ｎＦとｎＮとの間で低下することができる。さらに他の実施形態では、他の屈折率、ｎＦおよびｎＮの代わりにまたはｎＦおよびｎＮに加えて他の屈折率の変化、または、他の書き換え可能な、静止可能な光学特性を、本発明のレンズに選択することができる。
【００４６】
図２および表１の実施形態に従って作製される累進多焦点レンズは、屈折率の勾配に起因して、レンズの中央付近の遷移領域において非点収差を呈する。しかし、この非点収差は、その大きさが小さいため、多くのユーザにとって許容可能とすることができ、遷移領域に制限される。例えば、若いかまたは新たに出現した老眼の人（例えば、４０代および５０代における装着者）の目は、中間の距離を見ることに依然として極めて良好に対応することができ、この遷移領域における非点収差によって悪影響を受けないものとすることができるが、この能力は年齢の上昇とともに低下する可能性がある。
【００４７】
図２の特定の実施形態における屈折力の変化の主な部分は、ｎＮとｎＦとの間の全体的な屈折率の差と組み合わせて、表面１０１の表面の幾何学的因子によって影響される。しかし、レンズのエリアにわたる屈折率の相対的な変化によって生じる、達成される屈折力に寄与するかまたは低下させる可能性がある二次的影響がある。これらは、任意の所与の位置における屈折率の勾配の変化の二次導関数に従ってその位置において寄与する。
【００４８】
本発明の別の利点は、レンズ３０の幾何学的形状が一定である（すなわち、後面、正面および任意の中間の表面が画定される）場合であっても、素子１０を構成する能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料によって、レンズの屈折力を依然として変化させることができることである。例えば、均質な屈折率を有するプラノ屈折力レンズ素子２０を、素子１０内または素子１０上に適切なＧＲＩＮ設計（屈折率変化）を書き込むことによって、累進多焦点レンズに変換することができる。次に、レンズは、例えば、素子１０の能動的な屈折率の材料を書き換えるとともにそれを新たな形態に再び静止させることによって、別の累進屈折力または異なる累進帯長さに書き換えることができる。
【００４９】
さらに別の実施形態では、素子１０は、レンズ３０の均質な屈折率を書き込むのに使用される。例えば、素子１０を構成する能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料の屈折率が、素子２０の屈折率とは異なる均質な値（全てのレンズ位置に関して一定である）に固定され、組み合わせられたレンズ３０が単焦点である場合、組み合わせられた素子は、単焦点レンズの処方を予測可能な線形の様式で変化させる屈折率の全体的な変化が生じる。他方で、素子１０が、素子２０の屈折率とは異なる均質な屈折率を有するが、素子２０が、累進屈折力または多焦点屈折力（すなわち、素子の異なる領域における異なる全体屈折力値（ｔｈｒｏｕｇｈ−ｐｏｗｅｒ  ｖａｌｕｅｓ））を有する場合、素子１０および２０の組み合わせは、異なる全体屈折力値を線形に変化させる屈折率の全体的な変化を生じ、一方で、レンズは、素子２０と同じ種類の設計（同じ累進帯長さおよび向き、同じ分布の変位した非点収差、同じ位置の加入屈折力等）を有する多重焦点または多焦点のままである。これらの例は、本発明の他の実施形態を示しており、さらなる組み合わせおよび変更形態が、当業者によってこれらの説明から理解されるであろう。
【００５０】
本発明および素子１０において使用される能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料は、種々の材料、混合物、複合材料および材料の他の組み合わせを含むことができる。好ましい実施形態では、能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料は、薄層、コーティング、フィルム、付加材料、または、素子１０の他の表面処理として適用されることができる。別の好ましい実施形態では、能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料は、素子１０にわたってまたは素子１０内に埋め込み特徴部、フィルム、層、物質を含むことができる。別の好ましい実施形態では、能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料は、素子１０の大部分を構成するか、または、素子１０の動作領域を構成することができる。
【００５１】
能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料は、ポリマーマトリクスおよび液晶を含むことができる。液晶は、封入された、分散された、集塊状になったまたは機能化された構造を含む、種々の形態を含むことができる。液晶は、粒子もしくは中実の基材に結合させるか、または、他の種に化学結合させることもできる。液晶は、不活性のまたは選択的に反応性のカプセルに包み込むことができる。ポリマーマトリクスは、１つまたは複数のポリマー材料（単数または複数）の固相またはそれらの前駆体が、選択された液晶（単数または複数）と適合するように選択される。マトリクスを形成するために、ポリマー（単数または複数）、ポリマー前駆体および液晶（単数または複数）は、通常は液体状態で混合される。次に、ポリマーは、紫外線、赤外線、熱、無線周波数もしくはマイクロ波周波数等の種々のエネルギー源によって誘発されるかもしくは活性化される重合によって、または、触媒もしくは他の反応加工によって、全体的にまたは部分的に固化される。好ましくは、ポリマーマトリクスは、固体ポリマーに関連する望ましい光学的、物理的および機械的な特性を有する。ポリマーマトリクスは好ましくは、液晶（ＬＣ）材料（単数または複数）の電気光学特性のうちの少なくともいくつかのメンテナンスを可能にする構造を含み、これは、例えば、可撓性の高分子ネットワークまたは開口した格子マトリクスを形成することによって達成することができる。
【００５２】
ポリマーマトリクスと液晶（単数または複数）との間の相分離の程度に応じて、結果として生じる混合物は、異方性相分離（ポリマーマトリクスおよびＬＣ材料が全体的に隔離されている）、ポリマー分散液晶すなわちＰＤＬＣ（液晶がポリマーマトリクス内に液滴を形成するか、もしくは、ポリマーマトリクスが埋め込まれたＬＣカプセルを有する）、または、ポリマー安定化液晶材料（ポリマーマトリクスおよび液晶が完全に混合されている）として記載することができる。
【００５３】
好ましい実施形態では、素子１０のための書き換え可能かつ静止可能な材料は、ポリマー分散液晶（ＰＤＬＣ）を含む。別の好ましい実施形態では、素子１０は、ポリマーマトリクス内に埋め込まれるかまたは分散される１つまたは複数の液晶（ＬＣ）材料（単数または複数）の液滴またはカプセルを含み、表面１０１から表面１０２への濃度勾配を形成することができる。この濃度勾配は、素子１０の厚さ（ｔ１）を通して屈折率の付随する勾配を生じ、これは、ポリマーマトリクスと書き込み不可能な素子２０の大部分もしくは表面材料との間（素子１０および２０が隣接するかまたは接している場合）、または、表面１０２と任意の隣接する付加的な素子との間の有益な屈折率の一致を可能にすることができる。代替的にまたは付加的に、ＰＤＬＣの濃度勾配によって生じる屈折率の勾配は、レンズ表面の種々の領域にわたる、または、種々の視認領域内の屈折率の変化を生じるように制御することができる。ＰＤＬＣ、液滴またはカプセルは好ましくは、ＰＤＬＣが透明であり、スペクトルの可視領域における最小限の散乱を呈するように、サブミクロンサイズを有し、より好ましくは、５００ｎｍ以下、より好ましくは２００ｎｍ未満の直径を有する。ポリマー材料は好ましくは、素子１０の再書き込みおよび静止をより容易にすることができるよう、熱可塑性である。
【００５４】
ＰＤＬＣ系の好ましい実施形態では、ポリマーマトリクスの、液晶液滴とのその接触面における融点は、液晶のネマチック相から等方相への遷移温度と同様であるかまたは低い温度とすべきである。例えば、ＰＤＬＣは、表面融点Ｔｍ≒８０Ｃを有するポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、および、ネマチック相から等方相への温度ＴＮ１＝１１０．９Ｃを有するＥ４４混合物（Ｍｅｒｃｋ  ＆  Ｃｏ．，  Ｉｎｃ．から入手可能）を使用して形成することができる。約１００℃の範囲のＴＮ１値を有する他のネマチック液晶（ＬＣ）も、ＰＭＭＡマトリクスとの適合性および使用のための候補であり、そのような液晶またはＬＣ混合物は、Ｍｅｒｃｋおよび他の供給元から市販されている。
【００５５】
ＰＤＬＣの能動的な材料では、液滴またはカプセルはＬＣ分子で満たされる。液滴の表面に最も近いＬＣ分子は、固着され、液滴中のＬＣのアライメントに影響を与えるとともにこれらの書き換え可能な材料の能動的な反応に寄与する一定のアライメント（例えば平面的）を有する。好ましい実施形態では、ＰＤＬＣのポリマーマトリクスは、温度に対して強く依存するように設計されている。より具体的には、ポリマーマトリクスは好ましくは、液晶のネマチック相から等方相への相転移の温度（ＴＮＩ）範囲付近またはそれ未満の表面融解温度（Ｔｍ）を有する熱可塑性である。レンズがポリマーマトリクスの表面融点まで加熱される場合、液滴の表面において固着されるＬＣ分子は、それぞれの液滴の湿潤されたポリマー−液晶接触面において自由に回転する。
【００５６】
ＰＤＬＣ活性材料を含む別の実施形態では、ＬＣを封入して、恒久的な双極性または軸方向ＬＣカプセルを形成することができる。ポリマーマトリクスが熱可塑性である場合、ＴｍにおいてまたはＴｍを上回ると、カプセルの周りのポリマー接触面が「湿潤」し、カプセルは回転して湿潤されたキャビティにおいて整列する。
【００５７】
次に、ＰＤＬＣ材料に好適な候補のポリマーマトリクスを、Ｔｍに基づいて設計するかまたは選択することができる。ポリマー材料の選択を絞り込むための別の因子は、ポリマーマトリクス内の液晶の溶解度である。これは、液晶がネマチック種の混合物として提供される場合に複雑化される可能性があるが、ふさわしい候補としては、ポリ酢酸ビニル、ポリメタクリレート、ポリアクリレート、ポリビニルブチレートおよび他のポリマー材料等の、種々の熱可塑性ポリマー系が挙げられる。ポリマーの混合物も使用することができ、そのような混合物は、いくつかの非熱可塑性材料さえも含むことができる。加えて、熱可塑性樹脂と熱硬化性樹脂との間の中間の特性を有するハイブリッド材料、反応射出材料、開口もしくは多孔性構造を有する低温の熱硬化性樹脂系および熱硬化性樹脂系の両方またはいずれかも使用することができる。
【００５８】
別の実施形態では、レンズ３０またはレンズの部分を選択的に加熱することによって、ＬＣ分子のうちのいくつかの回転を誘発することができる。例えば、素子１０の表面のうちの一方のみ（例えば、図１における表面１０１）、レンズ３０のエリアの一部のみ、レンズの素子のうちの１つのみ、または、その表面の１つまたは複数を、Ｔｍの値付近の温度まで加熱することができる。そのような制御されたまたは限定された加熱は、レンズの離散的な領域における屈折率の変化をもたらすために、付加的な特異性を提供することができる。ＬＣ分子が回転するかまたは向きを変える自由を有すると、電界または電磁場等の外部作用因子の印加によって、それぞれの液滴の内部および表面のＬＣ分子を配向させる。それぞれの液滴のアライメントの方向または向きは、サンプルを冷却することによって静止することができる。急冷された液滴接触面の表面におけるＬＣ分子の固着または固定は、その向きおよび位置を維持するように働く。液滴の方向または向き（および配向する手段）は、所望の屈折率の分布を決定する。静止された屈折率の分布を、このプロセスによって得ることができる。
【００５９】
レンズは、素子１０の一部分もしくは全て、または、全体的なレンズの一部分もしくは全てが、ＰＤＬＣ液滴の表面の融点における温度または融点付近の温度まで再び加熱される場合に、書き換えられることができ、外部のエネルギーが、選択される発明の設計に従って再び印加されてＬＣ分子を配向させ、素子１０またはレンズは、その新たな形態に再び冷却されることが可能となる。そのようなプロセスは、熱および外部エネルギーの異なる印加によって何回も繰り返され、異なるレンズ屈折力（または他の光学特性）の分布を生じることができる。
【００６０】
好ましい実施形態では、素子１０を書き換えるための外部エネルギー源は静電界である。さらに好ましい実施形態では、静電界は、それぞれの電極の印加される電圧を個々に制御することができる、電極の２Ｄアレイによって印加される。別の好ましい実施形態では、走査プローブを、レンズまたは素子１０の表面にわたって円を描くように動かすことができる。
【００６１】
別の好ましい実施形態では、外部作用因子（外部エネルギー源）は、電磁石の２Ｄアレイによって印加される静磁場であるものとすることができる。静電エネルギーの例と同様に、それぞれの電磁石を、例えば異なる印加される電流によって個々に制御することができる場合好ましい。別の好ましい実施形態では、電磁石を有する走査プローブを、レンズまたは素子１０の表面にわたって円を描くように動かすことができる。
【００６２】
素子１０の光学特性を書き込むための外部作用因子は、素子１０の光学特性を書き換えるのに使用される外部作用因子と同じであるかまたは異なるものとすることができる。外部作用因子の例としては、静電、静磁気、電磁石、熱または放射照度分布等のエネルギーまたは力場が挙げられる。概して、これらの場は、レンズにおける空間的な位置とともに変えることができるか、または、時間とともに変化し得る。加えて、同じかもしくは異なる強度、エネルギーもしくは場の分布またはタイプの外部作用因子を使用して、レンズ３０に書き込み、次にレンズ３０を書き換えることができる。
【００６３】
別の実施形態では、伝導プレートを、本発明のプロセスとともにエネルギー源として使用することができる。伝導プレートは好ましくは、少なくとも部分的に透明であり、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）または他の金属酸化物または導電性ポリマー等の、当該技術分野において既知の材料を含むことができる。この伝導プレートは、レンズ３０内またはレンズ３０上の薄層として形成することができる。例えば、伝導プレートは、素子１０もしくは２０のいずれかの内部の層、表面１０１、１０２もしくは２０１上のコーティングもしくは薄層（２０１が素子１０付近にあるかまたは接している場合）を含むことができるか、または、（例えば、図１における任意選択的な素子４１もしくは任意選択的な素子４５と同様に）レンズ３０に含まれる別個の素子として形成することができる。別の構造では、伝導プレートは、レンズに近接される外部プレートであり、その後、書き換え可能なプロセスを行った後で取り外すことができる。伝導プレートをレンズ３０内またはレンズ３０上に層として含めることの１つの利点は、伝導プレートを、ディスプレイまたはセンサ等の、レンズの他の電子機能とともに使用することができることである。この場合、可視光に対する層の少なくとも部分的な透明性が、レンズの機能にとって重要である。この層または外部プレートの少なくとも部分的な透明性を有することの別の利点は、書き換え可能な処理を、層を通じて監視することを可能にすることである。
【００６４】
伝導プレートが本発明のレンズおよびその再書き込みプロセスとともに使用される場合、プレートは、電界の印加中に接地される。レンズ素子１０の表面にわたる、それぞれの位置Ｅ（ｘ，ｙ）における外部の電界の値は、それぞれのＥ（ｘ，ｙ）位置における電界源（単数または複数）と伝導プレートとの間の距離間隔ｄで除算された（例えば、電極の２Ｄアレイまたは走査プローブによって）印加される電圧Ｖ（ｘ，ｙ）によって良好に近似される。これは、方程式
Ｅ（ｘ，ｙ）≒Ｖ（ｘ，ｙ）／ｄ
によって記載することができる。
【００６５】
この関係の幾何学的因子は、設定校正から求められる。
第２の実施形態では、金属の導電性の平坦なプレートが、レンズ３０の素子２０の後ろに配置される。それぞれの位置Ｅ（ｘ，ｙ）における外部の電界は、金属プレートと印加される電界（例えば、電極アレイまたは走査プローブ）との間の距離間隔ｄで除算された、それぞれの位置における電圧Ｖ（ｘ，ｙ）によって近似することができる。
【００６６】
Ｅ（ｘ，ｙ）≒Ｖ（ｘ，ｙ）／ｄ
別の実施形態では、素子１０は、能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料に接触する透明な導電層を含むことができる。
【００６７】
本発明の別の実施形態では、素子１０の能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料は、恒久的な双極性または軸方向の向きを有するナノカプセルを含有するポリマーマトリクスを含むことができる。ナノカプセルは、液晶または他の材料を含むことができる。別の実施形態では、素子１０のポリマーマトリクス内に形成される液滴は、恒久的な双極性または軸方向の向きを有することができる。これらの構造によって、素子１０がＴｍ付近のまたはＴｍにおける熱に晒される場合、配向されるナノカプセルまたは液滴はそれぞれ、ポリマーマトリクス内でそれ自体回転するかまたは向きを変え、したがって、新たな光学的効果を生じるように位置決めし直すことができる。
【００６８】
別の実施形態では、液晶または他の能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料は、キャリア、コーティング、ポリマーマトリクス、または、素子１０を構成する他の材料内に分散される小さいカプセル内に閉じ込められることができる。この実施形態では、書き換え可能かつ静止可能な材料は、外部のエネルギーへの暴露に応じて、それぞれのカプセル内で再構成するかまたは再び整列することが可能である。
【００６９】
別の実施形態では、液晶または他の活性種を含む液滴は、ポリマーマトリクス内に不規則的な相互浸透するネットワークを形成するように接続することができる。このネットワークは次に、外部の印加されるエネルギーによって整列され、この系が冷却されると、ポリマーマトリクス内で新たな位置に静止されることができる。
【００７０】
別の好ましい実施形態では、素子１０は、光学特性の変化によって外部作用因子に反応する小さい液滴、巨大分子またはカプセルを有する、ポリマー分散双安定材料を含む能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料を含む。好ましくは、液滴、巨大分子またはカプセルは、サイズが数ミクロン未満であり、より好ましくは、液滴、巨大分子またはカプセルは、直径が１マイクロメートル未満であり、好ましくは直径が５００ｎｍ未満である。この種類の系の場合、それぞれの液滴、巨大分子またはカプセルの双安定の材料の自由なエネルギーは、２つの異なる偏光Ｐ１＝＋ＰｓおよびＰ２＝−Ｐｓに関して２つの最小値を有し、式中、Ｐｓは、単一の液滴の飽和分極である。所与の波長の場合、それぞれの偏光状態は、異なる実効屈折率ｎ１およびｎ２をそれぞれ有する。実効屈折率（または複屈折の変化）は、照明の波長（単数または複数）、照明の強度、液滴、巨大分子またはカプセルのサイズ、ポリマーマトリクスの屈折率、および、ポリマーマトリクス内の液滴、巨大分子またはカプセルの濃度に依存する。
【００７１】
使用することができる双安定の材料の他の例としては、アゾ色素と組み合わせたネマチック液晶が挙げられる。例えば、Ｙｏｕ他「Ｃｏｕｐｌｅｄ  ｅｆｆｅｃｔｓ  ｏｆ  ｄｉｒｅｃｔｏｒ  ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  ｂｏｕｎｄａｒｙ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ  ｏｎ  ｌｉｇｈｔ  ｉｎｄｕｃｅｄ  ｂｅｎｄｉｎｇ  ｏｆ  ｍｏｎｏｄｏｍａｉｎ  ｎｅｍａｔｉｃ  ｌｉｑｕｉｄ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｐｏｌｙｍｅｒ  ｐｌａｔｅｓ」Ｓｍａｒｔ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ａｎｄ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，  ２１（２０１２），  ｐｐ．  １  −１５，  ｄｏｉ：  １０．１０８８／０９６４−１７２６／２１／１２／１２５０１２，  ５  Ｎｏｖｅｍｂｅｒ  ２０１２において記載されているような、そのような双安定の材料は、アゾ色素が（例えば紫外線の暴露による）活性化時にそのトランス−シス異性化を経ると、液晶の対応するネマチック相から等方相への相転移を誘発する。このプロセスは、可視光への暴露によって逆にすることができる。
【００７２】
双安定の系において、電界または磁場Ｆ（ｘ，ｙ）のような外部作用因子が、双安定の材料の臨界温度未満の温度において印加される場合、Ｐ１およびＰ２状態に関連付けられる局所的な多孔性は、φ１（ｘ，ｙ）およびφ２（ｘ，ｙ）である。これらの値は、外部の場Ｆ（ｘ，ｙ）の空間的変動に従う空間依存性を有する。この場合、外部の場に晒される双安定の材料を含む素子１０の任意の特定の箇所における局所的な屈折率は、
n(x,y)=(1-φ1(x,y)-φ2(x,y))n0+φ1(x,y)n1+φ2(x,y)n2
によって与えられる。
【００７３】
この方程式は、Ｌ．  Ｐｉｌｏｎの研究によって記載されているような平行有効媒質近似を使用する。例えば、Ｌ．  Ｐｉｌｏｎ「Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｎａｎｏｐｏｒｏｕｓ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ−Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ」２０１４．［オンライン］以下で利用可能：ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｓｅａｓ．ｕｃｌａ．  ｅｄｕ／〜ｐｉｌｏｎ／Ｏｐｔｉｃｓ＿Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ．ｈｔｍ．［アクセス日：２０１４年１２月１日］、および、Ｌ．  Ｐｉｌｏｎ，「Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｎａｎｏｐｏｒｏｕｓ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ−Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓ」２０１４．［オンライン］以下で利用可能：ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｓｅａｓ．ｕｃｌａ．ｅｄｕ／〜ｐｉｌｏｎ／ＯｐｔｉｃｓＮａｎｏｐｏｒｏｕｓ．ｈｔｍｌ．［アクセス日：２０１４年１２月１日］を参照のこと。この関係において、ｎ０はポリマーマトリクスの屈折率であり、ｎ１およびｎ２は、それぞれ、その偏光状態Ｐ１およびＰ２のそれぞれにおける、双安定の材料に関連付けられる屈折率である。
【００７４】
それぞれの液滴、巨大分子またはカプセルは、独立した双安定の系を含むため、屈折率の分布は、ΔＵ０がｋＢＴよりも非常に大きいと仮定すると、外部作用因子が退いた後で書き込まれるとともに静止され、式中、ΔＵ０は、２つの偏光状態の間の潜在的なエネルギーバリアであり、ｋＢはボルツマン定数であり、Ｔは周囲温度である。
【００７５】
この実施形態の双安定の材料の場合、再書き込み−静止プロセスは、以下のステップによって実現することができる。
１）外部の電界または磁場を印加し（および任意選択的にはレンズを冷却し）、全ての双安定の材料をＰ１状態に設定する。このステップは、いずれの以前の屈折率の分布も消去し、素子１０の書き換え可能かつ静止可能な材料の能動的な材料の全ての屈折率は、ｎ＝（１−φ）ｎ０＋φｎ１に設定され、式中、φは、ポリマーマトリクス内のＬＣ液滴の分布に関連付けられる多孔性である。
【００７６】
２）双安定の材料がＰ１からＰ２の状態に遷移することを可能にする、温度ＴおよびエネルギーバリアΔＵ０の値に一致するかまたは超える、空間的に可変の外部の電界または磁場を印加する。任意選択的に、温度を、このステップにおいてさらに上昇させ、偏光状態間の完全な移動性を確実にすることができる。
【００７７】
３）所望の屈折率の分布ｎ（ｘ，ｙ）がレンズ３０の素子１０の能動的な材料に書き込まれるまで待つ。
４）外部の電界または磁場を取り除く。
【００７８】
別の好ましい実施形態では、素子１０を構成する双安定の材料を用いた再書き込み−静止プロセスは、一定の電界または磁場Ｆ０、および、それぞれの位置の可変の温度Ｔ（ｘ，ｙ）を使用して実現することができる。そのようなプロセスの一例は、以下である。
【００７９】
１）電界または磁場Ｆ０を印加し（および任意選択的にはレンズを冷却し）、全ての双安定の材料をＰ１状態に設定する。このステップは、いずれの以前の屈折率の分布も消去し、素子１０を構成する全ての能動的な双安定の材料の屈折率を、ｎ＝（１−φ）ｎ０＋φｎ１に設定する。
【００８０】
２）外部の電界または磁場Ｆ０およびエネルギーバリア値ΔＵ０に一致して、Ｐ１からＰ２の状態に遷移することを可能にするように、十分な熱の空間的に可変の温度Ｔ（ｘ，ｙ）を印加する。任意選択的に、外部の電界または磁場を、このステップにおいて閾値エネルギー値をさらに上回って増大させ、双安定の材料のより良い移動性または反応性を確実にすることができる。
【００８１】
３）所望の屈折率の分布ｎ（ｘ，ｙ）が能動的なレンズに書き込まれるまで待つ。
４）外部の電界または磁場を取り除く。
別の好ましい実施形態では、空間依存性の電界または磁場Ｆ（ｘ，ｙ）および温度場Ｔ（ｘ，ｙ）の両方またはいずれか組み合わせを、能動的なレンズの再書き込み−静止プロセスに使用することができる。
【００８２】
図２の実施形態の場合、本発明の付加的な再書き込みプロセスは、ｎＦおよびｎＮの両方またはいずれかを調整することを可能にし、それによって、遠方領域の処方または近方領域における加入を、ユーザの新たな必要性または変化する処方に適合させることができる。加えて、累進帯を、レンズ設計をユーザの好みに合わせて調整することによって、作成するかまたは変化させることができる。
【００８３】
表１において示されているように、図２の実施形態は、能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料の比較的大量の複屈折を必要とする（表１における例では０．２Ｄ）。この値は、多くの実際的な利用可能な液晶に関して通常測定される複屈折の最大値に近い。したがって、屈折力の加入に対する全てのまたは大きい寄与が本発明のプロセスによって達成される場合、素子１０においてかなり純粋なまたは高濃度の量の液晶を使用するか、または、素子１０において使用するための他のタイプの能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料を選択する必要があり得る。
【００８４】
好ましい実施形態では、液晶はポリマーマトリクス内に分散される。液晶の濃度はより低くすることができ、能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料の全体的な屈折率の変化に対してあまり影響を有しなくなる。例えば、液晶が０．２の複屈折を呈するが、ＰＤＬＣの総含量の２０％しか占めない場合、この能動的な材料は、屈折率を約０．０４だけ変化させることができる。その場合、１０Ｄの正面曲率ｋ１では、ＰＮは５．４Ｄになり（対して、ＰＦの場合は５Ｄ）、また素子１０のこの構造によって達成される全体的な加入屈折力は０．４Ｄである。このより小さい加入屈折力は、例えば、新たに出現した老眼の人のために、手持ち式のディスプレイデバイスとともに使用するために、または、レンズ、眼鏡のフレーム、フェースシールド、ウィンドスクリーン等に取り付けられる他のディスプレイを見るときに、視認および装着者の快適さを補助するように小さい屈折力の変化のために、屈折力の小さい強化を提供するように依然として非常に有利に使用されることができる。加えて、より少ない量の加入屈折力を非常に効果的に使用し、レンズの他方の側（例えば、受動的な素子２０の表面２０２）の自由な形状のレンズの加工における設計のより高い自由度を強化するとともに提供することができ、それによって、複数のレンズ表面（および素子）を組み合わせて、装着者のための全体的な加入屈折力を共有するとともに作成する。
【００８５】
当業者は、素子１０が、例えば偏光、色または光学密度の制御等の、他の能動的な書き換え可能かつ静止可能な光学特性も有することができることを認識するであろう。これらの光学特性は、液晶とともに使用されるエネルギー源と同様であるかまたは異なるエネルギー源によって作用されることができる。例えば、能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料がサーモクロミックを含む場合、熱または冷気の制御された印加が、吸収、光学密度および／または色等の光学特性を変化させるために有利である。フォトクロミックが素子１０の能動的な構成要素のうちのいくらかを構成する場合、紫外線放射が、色、吸収および光学密度の変化を引き起こすために極めて効果的であり得る。これらの例の双方において、サーモクロミックまたはフォトクロミック材料は変化しやすい可能性があり、すなわち、エネルギー源が取り除かれると、それらの以前の分子構造および最初の光学特性に戻る可能性がある。したがって、これらおよび同様の能動的な材料は好ましくは、能動的な材料の変化した空間的構造を維持することを助ける他の材料（例えば、長いポリマー構造、または、硬いセル形状の「ケージ」内の）と組み合わせて使用するかまたは結合させることができる。これらの付加的な材料は、より高いレベルのエネルギーまたは異なるタイプのエネルギーによって作用され、能動的な材料の解放または再書き込みを可能にすることができる。
【００８６】
同様に、素子１０を構成する能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料の性質に応じて、他のまたは付加的なエネルギー源を効果的に使用することができる。例えば、能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料のいくらかが、フォトクロミックおよび／もしくはサーモクロミック材料を含むか、または、フォトクロミックおよび／もしくはサーモクロミック材料の特性を有する場合、外部作用因子は温度場であるものとすることができる。１つの実施形態では、温度を、それぞれの抵抗を通じて循環電流に応じて離散的で制御可能な温度に加熱される抵抗ワイヤーまたはプローブの２Ｄアレイによって、素子１０またはレンズ３０の１つまたは複数の表面にまたは１つまたは複数の表面付近に印加することができる。別の好ましい実施形態では、温度を、制御されるとともに可変の抵抗を用いてレンズを通過する走査プローブによって、エネルギー源として印加することができる。
【００８７】
別の好ましい実施形態では、能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料が光学的放射によって変化され得る場合（例えば、フォトクロミズム性の特性を含むかまたは有する材料）、外部作用因子は、素子１０に関連付けられる１つまたは複数のサンプル平面上にオブジェクト透過率をイメージングすることによって生じる、或る分布様式の放射照度であるものとすることができる。別の好ましい実施形態では、可変の出力光源を有する走査プローブを、素子１０の表面１０１にわたってもしくは横切って、制御して通過させるか、または、レンズ３０上もしくはレンズ３０付近に印加し、素子１０の光学特性における、望ましい放射によって誘発される変化をもたらすことができる。
【００８８】
図３は、本発明の付加的な利点、ならびに、特に、レンズの屈折力および他の光学特性、またはレンズの屈折力もしくは光学特性へのその有用な寄与効果を例示する本発明の別の実施形態を示している。図１および図２の実施形態と同様に、レンズは、能動的な材料から作られる素子１０、および、受動的な材料から作られる書き込み不可能な素子２０を備える。素子１０の表面１０１および１０２はそれぞれ、素子１０の厚さが一定であるように、同じ曲率を有する球状の表面である。したがって、能動的な素子１０の屈折力は表面の曲率によっては達成されず、その代わりに、（能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料が素子１０の表面に限定される場合は）素子１０の表面全体にわたる屈折率の変化によって、ならびに、その厚さを通過することを含む、素子１０にわたるおよび素子１０内の任意の方向（ｘ，ｙ，ｚ）において達成することができる屈折率の変化によって、またはそのいずれかの屈折率の変化によって達成される。
【００８９】
図３の実施形態では、素子１０は、書き込まれて固定され（静止され）、次に、少なくとも一度書き換えられることができる光学特性を有する能動的な材料を含む。一例として、素子１０は、屈折率を横座標ｘおよびｙに沿って連続的に変えることができる能動的な屈折率の材料を含むことができる。好ましい実施形態では、屈折率は、使用時に装着されると、素子１０の表面を下方に向っておよび／または素子１０の大部分を下方に向って既知の方法および／または制御可能な方法で変化する。屈折率のこの増大は、素子１０の高さの下方への、素子１０の厚さにわたって延びる増大したシェーディングによって図３（および図４）において示されている。別の好ましい実施形態では、素子１０の屈折率は三次元で変えることができ、すなわち、好ましい実施形態では、素子１０の少なくとも一部を構成する能動的な屈折率の材料の屈折率は、両方の値が素子１０の高さの下方に変化し、表面１０１と１０２との間のその値も変化する。これは、図３において、素子１０の下側部分において表面１０１から表面１０２に向かって進むにつれて、より暗いシェーディングによって示されている。１つの例示的な例では、素子１０を構成する能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料の屈折率は、使用時に装着されると、レンズ３０の上部付近でおよそ１．５の屈折率値を有することができるが、屈折率値は、表面１０２に向かって、および、装着したときのレンズの下側の近方視領域に向かってレンズを下方に双方に、１．６に向かって増大する。屈折率のそのような増大は、この構造の素子２０が（図３において示されているように）素子１０に接しており、受動的な素子２０が１．５よりも高い屈折率を有する場合に、特に好適で有用である。別の例では、能動的な屈折率の材料の屈折率値が素子１０にわたって約１．５から１．６５に増大し、素子２０が１．６７の一定の屈折率を有する場合、表面１０１から１０２への素子１０の厚さｔ１にわたる屈折率の増大は、素子１０と２０との間の接触面（１０２／２０１）における光の損失を低減することを助ける。
【００９０】
上記で説明したように、受動的な書き込み不可能な素子２０は、１つまたは複数の固定された屈折率を有する。素子２０、その表面の１つまたは複数、および好ましい実施形態では表面２０２は、段階的な、勾配のある、不連続的な、連続的に可変の、累進的な、球面、トロイダル、ならびに、眼科産業において、および、自由な形状のレンズの開発および実現において使用されるような他の形状を含む、種々の形状を含むことができる。好ましい実施形態では、設計者は、屈折力または他の光学特性の一部が、素子１０の能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料の動作領域によって寄与され、屈折力または光学特性の他の部分が受動的な素子２０によって提供されるように、全体的なレンズ３０の屈折力を分割するように選択することができる。本発明の場合、設計者は、革新的な光学レンズおよびこれらのレンズの他とは異なる特性を達成するかまたは可能にするために、はるかにより高い自由度を有する。
【００９１】
全体屈折力は、レンズ３０を通して視認する任意の所与の点（ｘ，ｙ）について計算することができる。（表面１０１および１０２について同じ曲率、ならびに、高さを下方に素子１０の厚さを通した屈折率の変化を有する）図３において示されているようなレンズ３０の場合、レンズの素子が薄いと仮定すると、特定の点（ｘ，ｙ）において観察される光学的な全体屈折力は、
P(x,y)=-t1n+(n-1)z1+(n0-n)z2+(1-n0)z3+∇z12∇Tn+∇n∇Tz12    (1)
によって与えられることが分かり、
ここで、ｎ、ｚ１、ｚ２、ｚ３は、二変数関数ｎ（ｘ，ｙ）、ｚ１（ｘ，ｙ）、ｚ２（ｘ，ｙ）およびｚ３（ｘ，ｙ）のヘッシアン行列であり、∇および∇Ｔはそれぞれ、勾配演算子の列および行の形態であり、ｎ０は、受動的な素子２０の屈折率であり、ｎ≡ｎ（ｘ，ｙ）は、素子１０の点（ｘ，ｙ）における屈折率であり、ｚ１２＝ｚ１−ｚ２、ｚ１は、表面１０１の（ｘ，ｙ）における表面高さであり、ｚ２は、表面１０２／２０１の（ｘ，ｙ）における表面高さであり、ｚ３は、表面２０２の（ｘ，ｙ）における表面高さである。これらの表面高さのそれぞれは、それらの個々の表面の（０，０）凹形曲線値（ｓａｇ  ｖａｌｕｅ）から高さの相対的な偏位として測定される（例えば、ｚ１は、表面１０１の最小の凹形曲線の高さに対する、（ｘ，ｙ）における相対的な表面高さであり、ｚ２は、表面１０２／２０１の最小の凹形曲線の高さに対する、（ｘ，ｙ）における相対的な表面高さである、等）。
【００９２】
ｚ１およびｚ２が図３の構造では同一であるため、屈折力は最終的には
P=-t1n+(1-n0)z3+(n0-1)kII      (2)
によって与えられ、
ここで、ｋは、双方の表面１０１および１０２に関連付けられる共通の曲率であり、IIは、２×２単位行列である。
【００９３】
概して、図３において示されている光学素子のような光学素子のユーザによって知覚される屈折力は、光学性能を正確に記載するために精密な光線追跡によって計算しなければならない。このタイプの計算は、表面および屈折率の分布の最終的な機能形態のみを求めるため、この例において記載される普遍性を低下させない。上記の方程式は、能動的な素子１０を設計するのに使用することができる屈折率および表面曲率分布の値を求めるために十分であり実用的である。
【００９４】
方程式（１）が示しているように、望ましい屈折力分布を達成する上で最も重要な因子は、屈折率勾配、および、（ヘッシアン行列による）屈折率の変化の曲率における変化である。
【００９５】
本発明のレンズを作成するために使用することができる多くの方法がある。１つの例示的な手法をここで概説する。
１）書き込まれるレンズ３０に望ましい光学特性を特定する。
【００９６】
２）素子１０の開始構造を選択し、素子１０の少なくとも一部のための能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料を選択する。素子１０の能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料の位置決めまたは分布を求める。この例示的な手法の場合、能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料は能動的な屈折率の材料を含む。
【００９７】
３）素子２０に望ましい最終的な光学特性を有するか、または、既知の光学的な加工技法によって、素子２０に望ましい最終的な光学特性に仕上げることができるように選択される、開始時の受動的な素子２０を選択する。
【００９８】
４）選択された素子１０および選択された受動的な素子２０を、眼科用レンズの構造に組み立てる。
５）素子１０の少なくとも能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料を、全ての能動的な屈折率の材料を第１の屈折率に設定するのに十分なエネルギーの第１の外部エネルギー源に暴露する。
【００９９】
６）眼科用レンズの構造の光学的な全体屈折力分布を、この中間の段階において測定する。
７）この中間の段階における眼科用レンズの構造の光学的な全体屈折力分布と、書き込まれるレンズ３０の望ましい光学的な全体屈折力分布との違いを求める。
【０１００】
８）この中間の段階における眼科用レンズの構造の光学的な全体屈折力分布と、書き込まれるレンズ３０の望ましい光学的な全体屈折力分布との違いを提供する、素子１０を構成する能動的な屈折率の材料の変化する屈折率のパターンおよび分布を設計する。
【０１０１】
９）設計されたパターンおよび分布に従って、素子１０の能動的な屈折率の材料の少なくとも一部を、十分なエネルギーおよびエネルギー分布の第２の外部エネルギー源に暴露し、能動的な屈折率の材料の屈折率を、ステップ８）の設計されたパターンおよび分布に変化させる。第２のエネルギー源は、エネルギーのタイプ、強度または空間的もしくは時間的な分布が、第１のエネルギー源と同じであるかまたは異なるものとすることができる。
【０１０２】
１０）変化した屈折率パターンおよび分布がレンズに書き込まれるまで待つ。
１１）第２の外部エネルギー源を取り除く。必要であれば、（表面処理、研磨仕上げ、コーティング等のような）既知の光学的な加工技法によって素子２０を仕上げ、レンズ３０に望ましい最終的な光学特性を得る。
【０１０３】
レンズ３０を新たな形態に書き換えるには、ステップ１およびステップ５〜１１において概説されている手順を繰り返すことができる。書き換えるためには、素子１０の能動的な屈折率の材料に印加される外部作用因子のタイプは、最初に書き込まれたレンズにおいて使用された外部作用因子と同じであるかまたは異なるものとすることができる。エネルギー、空間的および時間的な分布も、書き込みプロセス中に使用されたエネルギー、空間的および時間的な分布と同じであるか、同様であるかまたは異なるものとすることができる。
【０１０４】
これは、本発明のレンズを作成する方法の１つの包括的な例に過ぎない。当業者は、これらのステップに対する変形、変更および付加を、本発明の範囲内で行うことができることを認識するであろう。
【０１０５】
本発明を、以下の実施例においてさらに記載する。
実施例１
図４は、本発明に従って設計して作り出される累進多焦点眼鏡レンズの一例を示している。初期の書き換え可能かつ静止可能なレンズの設計は、以下のように計画される。４０ｍｍの円形の直径のレンズ、０．７５Ｄの遠部用屈折力、１．２５Ｄの総加入屈折力値、７．５ｍｍの累進多焦点レンズ累進帯長さ、および、総加入屈折力の１０％が、レンズの幾何学的中心（０，０）の３ｍｍ下で得られる。この例では、加入屈折力の４０％（０．５Ｄ）が、能動的な屈折率の材料から構成される能動的な素子１０によって達成され、一方で、残りの０．７５Ｄは、累進面２０２を含む素子２０によって達成される。素子１０は、双方の表面１０１および１０２が同じ曲率ならびにｔ１＝１ｍｍを有するように構成されており、したがって、素子１０にわたってまたは素子１０内で屈折率が変化しなかった場合、レンズへの付加的な屈折力に寄与しない。しかし、本発明によると、素子１０は、能動的な屈折率の材料としての通常のＰＤＬＣによって容易に達成することができる、０．０２５の屈折率の変化（複屈折）が可能である能動的な屈折率の材料を含む。
【０１０６】
この実施例における素子１０に必要とされる屈折率の変化のマップが、図５において１０００だけスケーリングされて示されている。レンズの幾何学的中心は（０，０）であり、ｙ軸の目盛りにおけるプラスの値は、使用時に装着したときのレンズの上側部分を特定する。ｙのマイナスの値は、装着したときのレンズの下側部分における箇所を特定し、累進多焦点レンズの加入屈折力に関連付けられるエリアを含む。屈折率の変化は、マイナスの値を有するように設計され、すなわち、能動的な屈折率の材料は、レンズの上側部分におけるよりも下側部分においてより小さい屈折率を有するように、適切な位置において書き込まれて静止される。
【０１０７】
この実施例における素子２０の内側の累進面２０２の関連する表面高さの分布が、図６において提示されている。レンズの上部は、ｙ＝２０ｍｍによって示されており、（装着時の）レンズの底部は、ｙ＝−２０ｍｍによって示されている。表面の輪郭はｍｍの単位であり、（０，０）は素子２０の最小厚さおよび最大の後頂点距離を特定する。輪郭のプラスの値は、後頂点よりも目により近い表面を示している。
【０１０８】
図７は、それぞれの特性が、累進多焦点レンズの上縁（ｙ＝＋２０ｍｍ）から、レンズの幾何学的中心（ｙ＝０）を通って、加入屈折力領域への累進帯長さを下に通る線に沿って測定されるときの、能動的な素子１０に関連付けられる屈折率の変化Δｎのプロット（点線）、および、レンズ３０の結果として生じる光学的な総全体屈折力（実線）を示している。光学的な全体屈折力は、標準的な業界の慣行に合わせてレンズの等価球面度数として報告される。なお、レンズの光学的な全体屈折力は、素子１０の屈折率がレンズの下側の近方視領域を通して変化し続ける場合であっても、この領域において一定となる。これは、この例示的なレンズの屈折率の変化と幾何学的形状との関係に起因する。素子１０の一定の厚さによって、屈折率は、屈折率の二次導関数に応じて変わる。したがって、図７において示されているように、屈折率がレンズの幾何学的中心付近で変化し始めると、レンズ全体の屈折力が増大する。屈折率の変化が約ｙ＝−１５ｍｍ付近の定常速度に達すると、光学的な総全体屈折力は一定の値を維持する。
【０１０９】
実施例１において示されているように、この屈折率の分布は、図４において記載されている幾何学的形状とともに、１．２５ディオプター（２つの素子１０および２０間で分けられる）の加入屈折力を有する累進多焦点レンズを作成することを容易に可能にする。これは、（安定した加入屈折力の近方視領域内の）幾何学的中心の１５ｍｍ下の位置に関して、屈折率の変化が約０．０２未満となるように素子１０が書き込まれて静止されている場合であっても達成することができる。
【０１１０】
レンズが製造されると、表面２０２の曲率を変えることができない。しかし、素子１０の屈折率の分布を書き換えるとともに再び静止することによって、レンズの屈折力および屈折力分布を依然として変更することができる。例えば、素子１０の屈折率を、エネルギー源を再び印加することによって元の屈折率にリセットすることができる。次に、移動するエネルギー源が、表面１０１にわたって提示され、屈折率の分布を、異なる総加入屈折力、異なる累進帯長さ、１つまたは複数の視認ゾーンへの異なる幅、または、他の望ましい変化等の新たな形態に書き換えるとともに再び静止する。
【０１１１】
本発明の再書き込みプロセスの説明として、図５〜図７において記載されているレンズは、レンズ３０の総加入屈折力を１．００Ｄに変化させるように書き換えられるが、同じ累進多焦点設計のパラメーターを維持することができる。レンズの加入屈折力に０．２５Ｄだけ寄与するように素子１０を書き換えることは、１０００だけスケーリングして図８において示されている。なお、素子１０をこのように書き換えるために必要な屈折率の変化Δｎは、第１の形態のために生じるとともに使用される変化よりもさらに低い。図９は、図７と同様の方法で、実施例１の書き換えられたレンズのデータを示している。点線は、屈折率（Δｎ）の変化を示しており、実線は、装着したときにレンズの上部から幾何学的中心（０，０）を通って累進帯を下に、レンズの底縁まで通る線に関して測定されるような、その書き換えられた形態のレンズ３０の等価全体球面度数を示している。
【０１１２】
この実施例におけるレンズ３０に書き込み、静止、書き換えるための総加入屈折力を、０．０３未満の有効複屈折または最大の屈折率の変化によって達成することができることは注目に値する。複屈折の変化のこの大きさは、市販の能動的な屈折率の材料、および、静止可能な屈折率の分布を生成するように本明細書において提示される技法によって達成可能である。
【０１１３】
本発明の別の好ましい実施形態は、表面１０１および１０２の曲率が同じではないことを除いて、図３または図４において示されている構造と同様の構造で生じる。この場合、素子１０が能動的な屈折率の材料を含む場合に素子１０によって提供される屈折力の寄与は、屈折率の変化からだけではなく、第１の表面および第２の表面の曲率の差からも由来し（幾何学的な光学効果）、１０１および１０２それぞれの２つの異なる球面の場合に、これは、Δｋ＝ｋ１−ｋ２によって与えられるスカラー値である。この構造は、異なる屈折率の分布間で選択するためのより高い自由度を与える。加えて、屈折率の変化の必要な範囲は、パラメーターΔｋの値に応じて変更することができる。素子の書き込み／静止／再書き込みプロセスは、上記で記載したプロセスと同様である。
【０１１４】
提示されている実施形態では、能動的な素子１０は、書き込み不可能な素子２０の正面に位置決めされる能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料を含む（すなわち、素子１０は、目からさらに離れて位置決めされる）。素子１０は、レンズ３０の後面に配置することもできる（すなわち、本発明のユーザによって装着されると、目のより近くに位置決めされる）。別の好ましい実施形態では、素子１０はレンズ３０内に埋め込むことができる。これらのまたは他の実施形態のいずれかでは、付加的な層、コーティングまたは素子を、図１において示されているようにレンズ３０とともに含めることができるか、または、素子１０および素子２０の両方またはいずれかの１つまたは複数の表面に適用し、素子１０、２０およびレンズ３０全体の両方またはいずれかの性能を高めることができる。
【０１１５】
別の実施形態では、レンズ３０は、同じかまたは異なる能動的な静止可能な材料を含む２つ以上の素子１０を含むことができる。この実施形態は、光学特性をさらに制御するとともに調整することを可能にする。例えば、望ましい書き換え可能な材料が小さい屈折率の変化のみを呈する場合、レンズ３０のための複数の素子１０の構成体を直列に使用して、効果を高めることができる。例えば、書き換え可能かつ静止可能な光学特性が偏光制御の制御を含む場合、光の同じ入力状態を仮定すると、異なる偏光出力を有する領域を作成することができる。複数の素子１０の構成体は、素子１０の能動的な書き換え可能かつ静止可能な材料が望ましい光学特性を有するが、あまり望ましくない機械的、化学的または物理的な特性を有する場合（例えば、素子２０の材料よりも容易に損傷を受ける場合）も好ましいものとすることができる。別の有利な実施形態では、異なる素子１０の構成体を組み合わせて使用して、書き換え可能な素子の有効性を高めることができる。
【０１１６】
本発明は、種々のタイプの眼科用レンズの実現に好適である。これは、眼鏡レンズ、ゴーグル用のレンズ、インサートレンズ、ならびに、フェースシールド、保護マスク、ヘルメット、アイシールドおよび他の顔に取り付けられる衣服用の他のレンズを含む。本発明は、コンタクトレンズおよび眼内レンズにも使用することができる。
【０１１７】
本発明の他のいくつかの利点がある。当業者は、累進多焦点レンズ（ＰＰＬ）の設計（すなわち、屈折力の分布および収差）が、ユーザがどの程度良好にＰＰＬに適合するかを決定する主要な特徴であることを知っている。装着者が異なれば、ＰＰＬ設計の変数および選択肢に対して異なる感度を有する。本発明において記載される技術は、ユーザが、素子１０の構造を書き換えるとともに静止する数サイクルの後で、自身のニーズにより良く合う非常に精密な設計を得るように、ＰＰＬの設計の変更および微調整を可能にすることができる。これは、新たなレンズを再び注文して再び研削するよりもはるかに迅速であまり面倒ではないプロセスであるはずである。
【０１１８】
別の利点は、単一の書き込み可能なレンズブランクを使用するレンズ製造業者が、１つの表面に適用される能動的な材料によって、ほぼあらゆる種類の屈折力分布を有するレンズを生成することができることである。レンズのさらなる最適化および個人化の両方またはいずれかを、他方のレンズ表面の標準的なデジタル表面処理によって行うことができる。本発明は、レンズ製造業者に、追加の自由度（一方の側における屈折率の分布、他方の側における曲率分布）を提供し、標準的な自由形態の技術の制約を超えてレンズ性能を改良する。
【０１１９】
装着者にも付加的な利点がある。時間的に変化する屈折異常を有するユーザ（例えば、進行性近視、視覚訓練を受ける両眼の問題を有する患者、または、遠視、拡張性角膜もしくは円錐角膜等の症状を有する患者）は、自身のレンズの屈折力および屈折力分布の両方またはいずれかを変更するために、本発明の自由度および能力から恩恵を受けることができる。本発明の場合、ユーザは、屈折力または屈折力分布を周期的に修正しなければならないレンズの場合であっても、高品質のコーティング（例えば、高品質のＡＲ、傷防止、偏光およびフォトクロミックコーティング）からの費用を支払うことができる。そのような複数の変化が予測される場合、素子１０がレンズ３０内に埋め込まれるか、または、保護外側コーティングもしくはカバープレートを少なくとも含む好ましい構造を使用することができる。例えば、透明な誘電体層または付加的な素子４１を、能動的な素子１０にわたって配置することができる。次に、電気エネルギーが層または素子４１を通じて方向付けられて素子１０に書き込みとともに書き換えをする場合、素子１０の直接的な暴露によって生じる変化と同じ変化をもたらすために、エネルギーまたは暴露時間を増大させる必要があり得る。磁気エネルギーを使用して素子１０への変化をもたらす場合、そのような誘電体層もしくは磁気的に透明な層または介在する素子を通じた暴露は、エネルギー場への最小限の低下を引き起こす。好ましい実施形態では、そのような保護層、コーティングまたは付加的な素子は、素子１０の隣接する表面に対するプラノ出力または共形の輪郭を有する。
【０１２０】
付加的な利点は、書き換え可能かつ静止可能なレンズを製造する方法が、光学的な調製位置において、または、レンズをフィッティングするプロセス中に行われる場合に実現することができる。例えば、本発明は、より限られた数のレンズブランク、または、本発明の再書き込みおよび静止プロセスによってさらに変更および個人化される「完成した」レンズを使用して、販売の時点で眼鏡またはコンタクトレンズを作製するために使用することができる。
【０１２１】
書き換え可能かつ静止可能なレンズは、販売の時点での眼鏡およびコンタクトレンズの再適合にも有用かつ実用的であり、新たな対の眼鏡およびコンタクトレンズを作製する余分な時間および費用を回避する。
【０１２２】
書き換え可能かつ静止可能なレンズおよび開示される方法は、低減されたブランクのセットを用いた手術室における眼内レンズの作製、処置中の医師の直接的な観察に基づく、手術室における眼内レンズの再適合、および、いかなるさらなる手術も必要とすることなく、医師の部屋における眼内レンズのｉｎ−ｖｉｖｏの再適合を可能にする。
【０１２３】
眼内レンズ（ＩＯＬ）の埋め込みの１つの重要な不都合点は、目のバイオメトリクスまたは外科的処置に対するいかなるエラーも、屈折異常に変わることである。その異常を矯正することは、外部の眼鏡レンズもしくはコンタクトレンズの付加的な使用、または、新たな（また危険を伴う）外科的処置を必要とする。本発明において記載される技術を使用する、埋め込みＩＯＬは、無害な電磁放射、例えば、一般的なＭＲＩ処置よりもはるかに低い出力の磁場の印加によって調整することができる。この処置は、バイオメトリーエラー、外科的に生成される角膜の変形またはＩＯＬの不適切な位置決めの影響を除去するかまたは弱めることができる。
【０１２４】
本発明を、好ましい実施形態、および、これらの実施形態の複数の変形形態または派生物を参照して詳細に開示したが、当業者は、本発明の概念および範囲から逸脱することなく、付加的な置換、組み合わせおよび変更が可能であることを理解するであろう。これらおよび同様の変形形態は、本明細書および本明細書における図面の考察後に、当業者には明らかとなるであろう。したがって、本発明は以下の特許請求の範囲によって特定される。
【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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