(57)【要約】【課題】ヒトの視力矯正用の眼用レンズデバイスのレンズ、デバイス、装置、システム、製造及び製作方法を提供する。【解決手段】本発明の眼用レンズデバイスには、個々の患者の視力を矯正するように設計された光軸の向きのパターンを有する少なくとも１つの回折波長板コーティングが含まれている。回折波長板コーティングを含む眼用レンズデバイスは、誘電体の曲面による光の屈折を利用して必要な視力矯正の一部を提供することもできる。【選択図】図５Ｃ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
眼用レンズデバイスであって、
ヒトの視力矯正用の所定のパターンを有する回折波長板コーティングと、
前記回折波長板が表面上に配置されているかまたは前記回折波長板が回折波長板レンズとして内部に含まれている基板と、
当該眼用レンズデバイスによりユーザの視力が矯正されるように、前記ユーザの眼に対して、または前記ユーザの眼内に、当該眼用レンズデバイスを固定配置するための機械的要素とを含み、
当該眼用レンズデバイスが、ヒトの視力矯正用であり、眼球表面に配置されるものでないことを特徴とする眼用レンズデバイス。
【請求項２】
単一の偏光を選択するための層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の眼用レンズデバイス。
【請求項３】
外界の明るさを減衰させるための１若しくは複数の層をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の眼用レンズデバイス。
【請求項４】
前記回折波長板レンズの焦点屈折力が、ユーザの視角に基づいて徐々に変化することを特徴とする請求項１に記載の眼用レンズデバイス。
【請求項５】
前記回折波長板レンズの、様々な偏光に対して異なって焦点を合わせる特性が、遠近両方の物体に対して焦点の合った像を生じさせることを特徴とする請求項１に記載の眼用レンズデバイス。
【請求項６】
前記ユーザの視力を矯正するために前記回折波長板コーティングと併用される屈折素子をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の眼用レンズデバイス。
【請求項７】
前記回折波長板コーティングの前記パターンが、所定のヒトの視力異常を矯正するように選択されたものであることを特徴とする請求項１に記載の眼用レンズデバイス。
【請求項８】
前記ヒトの視力異常が焦点誤差であることを特徴とする請求項１に記載の眼用レンズデバイス。
【請求項９】
前記ヒトの視力異常が乱視であることを特徴とする請求項１に記載の眼用レンズデバイス。
【請求項１０】
前記回折波長板コーティングが、右回り円偏光の焦点を合わせかつ左回り円偏光の焦点をぼかすことを特徴とする請求項１に記載の眼用レンズデバイス。
【請求項１１】
外界の単一の鮮明な像を生じさせるべく左回り円偏光のみを前記回折波長板コーティングに入射させる広帯域１／４波長板を伴う直線偏光子をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の眼用レンズデバイス。
【請求項１２】
当該眼用レンズデバイスが、水泳中に使用するためまたは水中用のアイウェアに組み込まれていることを特徴とする請求項１に記載の眼用レンズデバイス。
【請求項１３】
当該眼用レンズデバイスが、スキー中に使用するためのアイウェアに組み込まれていることを特徴とする請求項１に記載の眼用レンズデバイス。
【請求項１４】
当該眼用レンズデバイスが、弾道弾から眼を保護するためのアイウェアに組み込まれていることを特徴とする請求項１に記載の眼用レンズデバイス。
【請求項１５】
眼用レンズデバイスであって、
ユーザの視力異常を部分的に矯正する１若しくは複数の屈折面と、
前記屈折面によって矯正されない前記ユーザの視力異常を矯正するように設計されたパターンを有する回折波長板コーティングと、
前記回折コーティングが表面上に蒸着されているかまたは前記回折コーティングが内部に含まれている適切な基板と、
当該眼用レンズデバイスにより前記ユーザの視力が矯正されるように、前記ユーザの眼に対して、または前記ユーザの眼内に、当該眼用レンズデバイスを固定配置するための機械的要素とを含み、
当該眼用レンズデバイスが、ヒトの視力矯正用であり、眼球表面に配置されるものでないことを特徴とする眼用レンズデバイス。
【請求項１６】
単一の偏光を選択するための層をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の眼用レンズデバイス。
【請求項１７】
外界の明るさを減衰させるための１若しくは複数の層をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の眼用レンズデバイス。
【請求項１８】
前記回折波長板レンズが、水泳中に使用するためまたは水中用のアイウェアに組み込まれていることを特徴とする請求項１５に記載の眼用レンズデバイス。
【請求項１９】
前記回折波長板レンズが、スキー中に使用するためのアイウェアに組み込まれていることを特徴とする請求項１５に記載の眼用レンズデバイス。
【請求項２０】
当該眼用レンズデバイスが、弾道弾から眼を保護するためのアイウェアに組み込まれていることを特徴とする請求項１５に記載の眼用レンズデバイス。
【請求項２１】
眼用レンズデバイスの製造方法であって、
厚い重合性液晶の１／２波長層の２つの境界にそれぞれ光配向材層を配してなる積層構造を有する眼用レンズブランクを提供するステップと、
特定の個人の視力異常の矯正のための処方箋に合うように前記両光配向層を調整するステップと、
前記調整された光配向層に合わせて前記重合性液晶が配向した後、該重合性液晶を光重合するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
前記眼用レンズブランクを提供する前記ステップが、
個々の患者の視力異常の一部を矯正するための屈折力を有するレンズブランクを提供するステップとを含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
ユーザの視力を矯正するための光学デバイスであって、
屈折型眼内レンズと、
前記屈折型眼内レンズ上における、遠近両方の物体に対してそれぞれの像の焦点を合わせるためのパターンが形成された回折波長板コーティングとを含むことを特徴とする光学デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
合衆国政府の実施権
本発明は、アメリカ合衆国の援助を受けて陸軍契約（Army Contract）第Ｗ９１１ＱＹ−１２−Ｃ−００１６号に基づきなされたものである。合衆国政府は、本発明において一定の権利を有する。
【０００２】
関連出願の参照
本願は、２０１４年４月１６日に出願されたアメリカ合衆国仮出願第６１／９８０，０６２号に基づく優先権を主張する。当該出願は、全文を引用することを以って本明細書の一部となす。
【０００３】
技術分野
本発明は、光学レンズに関し、詳細には、薄いフィルム状の回折波長板（diffractive waveplate）素子が組み込まれた眼用レンズデバイスのシステム、デバイス、装置、並びに製造及び製作方法に関し、より詳細には、いくつかの実施例では、積層構造における重合性液晶薄層の光配向及び光重合を用いた眼鏡及び他の視力矯正デバイスの製作に関する。
【背景技術】
【０００４】
従来、ヒトの視力矯正用の眼鏡などの眼用レンズは、ガラスやプラスチックなどの誘電体の光学曲面を必要としていた。同じことが、視力矯正と他の機能を組み合わせたデバイスにも当てはまる。そのようなデバイスには、度入りのサングラス、度入りの水泳用ゴーグル、度入りのスキー用ゴーグル、弾道弾からの保護と視力矯正とを組み合わせたゴーグルが含まれる。そのような眼用デバイスは全て、誘電体媒質による光の屈折に依存する。通常、そのようなデバイスのレンズの製作は、必要に応じて光を屈折させる曲面を作り出すためにガラスまたはプラスチック製光学素子の研削、研磨及び／または成形を必要とするので、時間が掛かりかつ費用も掛かる。よって、様々な基板上における薄いフィルムの構造的に連続的なコーティングの形態で入手可能なレンズと、眼用レンズ機能を迅速にかつ低価格で作製する方法が必要である。
【０００５】
眼内レンズ、すなわち、異常があるかまたは失われた天然の眼のレンズに代わって患者の眼に外科的に埋め込まれるレンズの関連技術には、遠近両方の物体に対する良質な視力を同時に提供する複数の焦点領域を提供する回折コーティングを用いた眼内レンズが含まれる。本発明は、製作が本質的にそれほど難しくなくかつより費用が掛からないような、従来の方法に代わる新たな複数の焦点範囲のための方法を提供する。
【０００６】
このように、上記の先行技術に起因する問題の解決策が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の第１の目的は、薄いフィルム回折波長板コーティングを用いてヒトの視力を矯正するためのシステム、デバイス及び方法を提供することである。
【０００８】
本発明の第２の目的は、眼用レンズデバイスであって、ガラスやプラスチックなどの局所的に平坦な光学基板の表面上に薄いフィルムコーティングを含むか、またはガラスやプラスチックなどの局所的に平坦な２枚の光学基板間に挟まれて積層された薄層として薄いフィルムコーティングを含むかのいずれかである眼用レンズデバイスのためのシステム、デバイス及び方法を提供することである。本発明には、当該眼用レンズデバイスの製造方法の開示も含まれる。当該眼用レンズデバイスは、眼の外部の眼鏡として構成するか、または眼内レンズとして外科的に埋め込むことができる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、透明な異方性材料の薄層が光に約１／２波長の光学的位相差を与える場合及び当該異方性層内で異方性材料の光軸が適切な方法で空間変調される場合には異方性薄層を横切る光が偏向されることになるという事実に依存する。光軸の向きは、ビーム・エンジニアリング・フォー・アドバンスド・メジャーメンツ・カンパニー（Beam Engineering for Advanced Measurements Co.）（ビーム社（BEAM Co.））から入手可能なＰＡＡＤシリーズのアゾベンゼン系化合物などの光配向材を用いて要求された方法で変調することができる。局所的なビーム偏向角θは、次式によって与えられるブラッグの回折条件によって決定される。
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【００１０】
式（Ｉ）は、入射光の伝播の方向が、パターンが形成された薄い光学的異方性層に対して垂直である場合のものである。式（Ｉ）では、λは光の波長であり、Λは連続変調された光軸の向きの局所周期、すなわち、上記パターンの特定の局所領域において光軸の向きが１８０°変化する距離である。光の偏向の方向及び大きさは横方向の位置によって決まるが、これは一般的に光軸変調パターンの向き及び周期が横方向の位置によって決まるからである。
【００１１】
式（Ｉ）中のビーム偏向角θの符号は、入射光の円偏光状態に依存する。自然光に照らされた外界からの光も人工的に照明された外界からの光も通常は偏光されないので、式（Ｉ）中において記号±で示されているように、視力矯正デバイス上の任意の特定の点に届く光のうち、一部は、パターンが形成された面によって一方向に偏向されることになり、一部は逆方向に偏向されることになる。この効果は、先行技術の方法の製作の複雑さ及び費用負担なしに遠近両方の物体に対する許容可能な視力を生み出すべく、例えば、これらの偏光成分の一方を眼に入射する前に除去することによって、または２つの円偏光の偏向の差を故意に用いることによって、これらの薄いフィルム光学活性材料を使用する際に考慮しなければならない。
【００１２】
空間的にパターンが形成された異方性１／２波長層の形成方法は、本発明の様々な実施例の重要な態様である。上記の層が単一基板上の表面コーティングである場合、当該層は、先ず基板上に光配向層（例えば、ビーム社製ＰＡＡＤ−２２）を蒸着し、必要な直線偏光の空間的パターンを光配向層に光配向し、その後、厚い重合性液晶の１／２波長層を蒸着することによって形成することができる。重合性液晶分子は光配向層の分子の向きに沿って並ぶことになり、その後、重合性液晶を紫外線（ＵＶ）放射により光重合させることができる。
【００１３】
活性な空間的にパターンが形成された異方性１／２波長層を表面コーティングとして形成する可能性に加えて、異方性層を２枚の基板間に形成することもできる。異方性層が２枚の基板間に配置される事例における製作方法は、２枚の基板間に薄いフィルムが形成される場合を除いて、層が表面コーティングである場合の方法と類似しており、パターンが形成された異方性層に隣接する両基板表面を光配向材（例えば、ビーム社製ＰＡＡＤ−２２）で覆うことができる。
【００１４】
多種多様なヒトの視力異常を矯正するための先行技術の方法は、そのような視力異常を補正するような方法で光を屈折させるようにガラスやプラスチックなどの基板の表面を研削、研磨及び／または成形することに頼っていた。本発明では、必要な視力矯正は、光軸の向きのパターンの変化を利用して得られる。したがって、基板を研削、研磨または成形する必要性は、本発明によって完全になくされる。このことは、これらの先行技術のヒトの視力矯正方法に関連する時間及び費用を削減する。
【００１５】
先行技術の方法は、ユーザが水平に近くを見る場合には遠くの物体に高い視力が出て、ユーザが下を見る場合には近くの物体に高い視力が出るような累進多焦点レンズ付きの眼鏡を提供することができる。先行技術の方法では、そのような累進多焦点眼鏡を提供するには、ユーザが眼鏡を通して物体を視る角度（視角）に依存して連続的に変化する焦点距離を提供するために、複雑で費用のかかるガラスまたはプラスチックの研削及び研磨工程が必要であった。本発明では、単にレンズ上の光軸の向きのパターンを変化させるだけで同等の連続的可変焦点補正が可能であり、そのような視力矯正デバイスをより高い費用効果で提供することができる。
【００１６】
いくつかの実施例では、視力矯正デバイスのユーザが見ている外界からの光の１つの直線偏光のみが偏光層を通過することになる。このとき、直線偏光は、広帯域１／４波長移相子を用いて円偏光に変換されることになる。したがって、円偏光は全て同じように補正されることになり、それによって、ユーザの眼に届く全ての光がユーザの視力を最適に矯正するように処理されたことを保証する。
【００１７】
式（Ｉ）に示したように、回折波長板コーティングによって光が偏向される角度は、光の波長によって決まる。視力の僅かな矯正しか必要としない人々には、結果として得られる色収差は重要ではないであろう。はっきり見るために視力のかなりの矯正が必要な人々には、従来の屈折補正と回折波長板コーティングによる補助的な補正の組合せを用いて、矯正の利便性、費用及び品質の最適な組合せを得ることができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】回折波長板レンズの光軸の向きを示す。
【図２Ａ】ヒトの視力矯正用の異方性光学フィルムにおける例示的な光軸の向きのパターンを示す。
【図２Ｂ】ヒトの視力矯正用の異方性光学フィルムにおける例示的な光軸の向きのパターンを示す。
【図３】局所的に平坦な基板を有する眼鏡であって、光軸の向きのパターンを有する光学活性材料の薄いフィルムに基づいてヒトの視力が矯正されるような眼鏡の一例を示す。
【図４Ａ】視力矯正デバイス、例えば、眼鏡、サングラス、スキー用ゴーグル、水泳用ゴーグル、または弾道弾から眼を保護するためのゴーグルなどに使用するための、局所的に平坦な光学基板の側面図を示す。
【図４Ｂ】視力矯正デバイス、例えば、眼鏡、サングラス、スキー用ゴーグル、水泳用ゴーグル、または弾道弾から眼を保護するためのゴーグルなどに使用するための、局所的に平坦な光学基板の側面図を示す。
【図４Ｃ】視力矯正デバイス、例えば、眼鏡、サングラス、スキー用ゴーグル、水泳用ゴーグル、または弾道弾から眼を保護するためのゴーグルなどに使用するための、局所的に平坦な光学基板の側面図を示す。
【図５Ａ】眼への入射光の焦点を合わせるかまたはぼかすように設計された光軸の向きのパターンを有する異方性材料の薄いフィルムを用いたヒトの眼の近視（近眼）の矯正の一例を示す。
【図５Ｂ】眼への入射光の焦点を合わせるかまたはぼかすように設計された光軸の向きのパターンを有する異方性材料の薄いフィルムを用いたヒトの眼の近視（近眼）の矯正の一例を示す。
【図５Ｃ】眼への入射光の焦点を合わせるかまたはぼかすように設計された光軸の向きのパターンを有する異方性材料の薄いフィルムを用いたヒトの眼の近視（近眼）の矯正の一例を示す。
【図６Ａ】ユーザの網膜上に二重焦点像、すなわち近くの物体に対して１つの像、遠くの物体に対して１つの像を結ぶ薄いフィルム回折波長板レンズコーティングを含む眼内レンズの一例を示す。
【図６Ｂ】ユーザの網膜上に二重焦点像、すなわち近くの物体に対して１つの像、遠くの物体に対して１つの像を結ぶ薄いフィルム回折波長板レンズコーティングを含む眼内レンズの一例を示す。
【図６Ｃ】ユーザの網膜上に二重焦点像、すなわち近くの物体に対して１つの像、遠くの物体に対して１つの像を結ぶ薄いフィルム回折波長板レンズコーティングを含む眼内レンズの一例を示す。
【図７Ａ】局所的に平坦な基板を有するサングラスであって、サングラスのレンズを構成する基板の２つの部分間に挟まれて積層された異方性材料の薄いフィルムによってヒトの視力が矯正されるようなサングラスの一例を示す。
【図７Ｂ】局所的に平坦な基板を有するサングラスであって、サングラスのレンズを構成する基板の２つの部分間に挟まれて積層された異方性材料の薄いフィルムによってヒトの視力が矯正されるようなサングラスの一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
開示されている本発明の実施形態について詳細に説明する前に、本発明は、その適用の際に、本明細書で示されている特定の構成の詳細に限定されるものではなく、他の実施形態も可能であることを理解されたい。同様に、本明細書において使用される用語は、説明のためのものであり、限定を目的としたものではない。
【００２０】
上記の発明の概要及び好適実施形態の詳細な説明及び添付の図面において、本発明の特定の要素（方法のステップを含む）について言及する。本明細書における本発明の開示には、そのような特定の要素の全ての可能な組合せが含まれることを理解されたい。例えば、本発明の或る特定の態様または実施形態との関連において或る特定の要素が開示されている場合、当該要素は、可能な限り、本発明の他の特定の態様及び実施形態と組み合わせて、かつ／またはそれらとの関連において、そして全体的に本発明において、用いることもできる。
【００２１】
この章では、本発明の好適実施形態が示されている添付の図面を参照して、本発明のいくつかの実施形態についてさらに十分に説明する。しかし、本発明は、多種多様な形態で具体化することもでき、本明細書に記載の実施形態に限定されるものと解釈すべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が詳細かつ完全であるように、そして本発明の範囲を当業者に伝えるように与えられている。本明細書全体を通して同様の符号は同様の構成要素を参照するものであり、別の実施形態における同様の構成要素を示すためにプライム（’）表記法が用いられる。
【００２２】
ここで、構成要素の一覧を記す。
１０１  写真
１０２  図形
１０３  楕円形状
３０１  眼鏡
３０２  レンズ
３０３  パターン
４０１  光
４０２  レンズ
４０３  光
４０４  コーティング
４０５  多層構造体
５０１  光
５０２  ヒトの眼のレンズ
５０３  焦点
５０４  網膜
５０５  回折波長板コーティング
５０６  網膜焦点
５０７  焦点位置
５０８  直線偏光子
５０９  均質な広帯域１／４波長板
６０１  非偏光光
６０２  従来の眼内レンズ
６０３  パターンが形成された薄いフィルム回折波長板コーティング
６０４  焦点
６０５  網膜
６０６  焦点
６１１  焦点
６１２  焦点
６２１  均質な広帯域１／４波長板
７０１  透明部分
７０２  フレーム
７０３  光学活性層
７０４  外側基板
７０５  内側基板
７１０  光配向層
７１１  重合性液晶
７１２  外層
【００２３】
本発明は、ヒトの視力を矯正するためのデバイスの一部を形成する眼用レンズを製造するための方法及び装置を含む。さらに、本発明は、眼用レンズであって、眼球表面には配置されず、回折波長板コーティングによって部分的にまたは完全に眼の矯正がなされるような眼用レンズを含む。そのような眼用レンズの例は、眼内レンズ、サングラス、スキー用ゴーグル、水泳用ゴーグル、弾道弾からの保護用に設計されたゴーグルである。
【００２４】
ヒトの視力矯正のためのパターンが形成された回折波長板の最大の潜在的恩恵は、従来の視力矯正デバイスの場合のように通常は数ミリメートル厚の湾曲した誘電体構造体の代わりに、パターンが形成されたほんの数マイクロメートル厚の平坦な異方性材料フィルムによって視力が矯正されることである。この薄くて平坦なパターンが形成された異方性層は、本発明において開示されている技術を用いて、完全に光学的手段によって作製することができるので、そのような視力矯正システムを先行技術により製作する場合に必要な研削、研磨及び／または成形工程が完全に不要になる。本発明のいくつかの実施形態では、従来の屈折補正と回折波長板コーティングを用いた矯正の両方の組合せによって視力矯正がなされる。
【００２５】
本発明によれば、視力矯正のためのデバイスを製作する方法は大幅に簡略化され、それによって遥かに費用が掛からなくなる。本発明の別の恩恵は、矯正が専ら回折波長板コーティングによってなされる場合には、ヒトの視力を矯正するデバイスの製作に、屈折素子を研削、研磨または成形するための設備が必要ないことである。ヒトの視力矯正が屈折素子と回折波長板コーティングの組合せによってなされるような他の実施形態では、全顧客の大部分にサービスを提供するために在庫に持たなければならない標準的な屈折素子の数を大幅に減らすことができる。
【００２６】
このように、視力矯正のためのデバイスの提供に必要な設備、工程及び在庫のいくつかをなくすことで、視力矯正デバイスが遠方の製造所やその他の施設で製作されるのを顧客が待つことを必要とする代わりに、販売場所において、自動販売機からでも、多種多様なアイウェアを最終形態で提供することを可能にし得る。
【００２７】
回折波長板パターンによる光偏向の特徴の１つは、光の２つの可能な円偏光状態に対して偏向角の符号が逆になることである。この符号の相違は、式（Ｉ）の右辺の数式中にプラスマイナス記号によって表されている。この特性の結果として、回折波長板レンズの焦点距離の符号は、２つの可能な円偏光状態に対して異なることになる。例えば、右回り円偏光（ＲＨＣＰ）に対する回折波長板レンズの焦点距離がｆである場合、左回り円偏光（ＬＨＣＰ）に対する同じレンズの焦点距離は−ｆとなる。ヒトの視力矯正に関連して、焦点補正はディオプタ（Ｄ）を単位として測定され、ＲＨＣＰに対する焦点変更が＋１Ｄであるレンズは、ＬＨＣＰに対する焦点変更が−１Ｄになる。これは、光の全ての可能な偏光状態に対して実質的に同じ焦点距離を有する従来の屈折レンズの機能とは対照的である。
【００２８】
ヒトの視力を矯正するデバイスに対して、回折波長板レンズの種々の偏光特性を、これらの特性を有利にするかまたは少なくとも許容可能にするような方法で組み込むための可能な手法は、数多く存在する。本発明においては、そのうちの２つの手法を開示する。
【００２９】
利用可能な光の量が十分であるような用途では、複数の偏光状態のうちの１つの光を眼に届く前に除去することができる。この手法により、ユーザの眼に届く光は全て、同じように処理されることになるので、ユーザは、ユーザ自身の視力不良（近視など）が矯正された単一の像のみを見る。この手法が許容可能であるような視力矯正用光学デバイスの一例は、サングラスである。
【００３０】
他の用途では、互いに異なる焦点特性を有する２つの像をユーザの眼に示すことが許容可能であり得る。眼と被視体の間の距離の変化に対して遠近調節をする能力が限定的である人々には、互いに異なる焦点距離を有する２つの像を有することは、１つだけの像を有する場合よりも広範囲の距離にわたって２つの像の少なくとも一方の焦点を合わせることができるので有利であろう。
【００３１】
図１を参照すると、回折波長板レンズの構造が、直交偏光子間の当該レンズの写真１０１において示されている。図形１０２は、当該レンズにおける光軸の向きのパターンを、各点において、回折波長板レンズ内の対応する横方向の位置における光軸の向きの接線である連続線によって示している。回折波長板レンズを構成する高分子層内の下部の物理的構造体は、光学活性液晶分子の配向が横方向の位置によって変化するようなものである。これらの液晶分子の配向は、図１中に楕円形状１０３によって示されている。図１に示されているように、空間的に変化する分子軸の向き及び結果として生じる光軸の向きは、写真１０１において１つの濃い色の輪から次の濃い色の輪まで、または当該写真において１つの薄い色の輪から次の薄い色の輪までで、約９０°変化する。
【００３２】
図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、回折波長板レンズにおける光軸の向きのパターンの調整は、球面をなす屈折面の効果と非球面の修正とを組み合わせたレンズの製作を可能にする。図２Ａに示されている実施例では、或る回折波長板レンズの光軸の向きのパターンが示されており、その焦点合わせ特性は円対称である。同等の焦点合わせ特性は、球面をなす屈折面を有するレンズを用いる先行技術を用いて達成することができる。図２Ｂの実施例では、別の回折波長板レンズの光軸の向きのパターンが示されており、その焦点合わせ特性は円対称ではない。同等の焦点合わせ特性は、球面ではない屈折面を有するレンズを用いる先行技術を用いてのみ達成することができる。
【００３３】
通常、非球面を有する屈折光学部品の製作は、困難でありかつ費用が掛かる。図２Ｂに示したパターンによって特徴付けられる回折波長板レンズのものと同等の焦点合わせ特性は、先行技術を用いて球面曲率と円筒曲率を組み合わせたレンズによってのみ達成することができる。乱視は、非常によくあるヒトの視力異常であるが、乱視を矯正するヒトの視力矯正用光学デバイスは、該光学デバイスが従来の屈折面を用いる先行技術に基づく場合には、非球面を必要とする。しかし、そのような視力異常（乱視）を本発明により矯正する場合は、図２Ｂに例示されているような光軸の向きのパターンの変更だけで済む。図２Ｂは、特定の事例における焦点誤差及び乱視の矯正に必要なパターンを示したものである。図２Ｂの実施例は、３Ｄの焦点誤差及び−２Ｄの乱視を矯正するように設計された回折波長板レンズの光軸付近の光軸パターンを示している。
【００３４】
図３を参照すると、本発明に従って２枚（右眼用に１枚、左眼用に１枚）のレンズ３０２を有する眼鏡３０１を、光軸の向きのパターン３０３に基づいて作ることができる。図３に示した特定の光軸の向きのパターン３０３は、焦点を補正するだけのレンズを表しているが、例えば乱視を含む他のヒトの視力異常を矯正するためには、パターンを変更するだけでよい。
【００３５】
図４Ａ〜図４Ｃを参照すると、ヒトの視力矯正用の眼用レンズデバイスのレンズの１枚の働きが示されている。図４Ａでは、外界の遠点からの光４０１がレンズ４０２に入射する様子が示されている。図４Ａでは、入射光の光路を偏向させるためのコーティングがレンズ上にもレンズ内にも存在しないので、レンズ通過後の光４０３はレンズ入射前と同じ方向に伝播している。図４Ｂでは、回折波長板コーティング４０４が加えられており、これにより、右回り円偏光（ＲＨＣＰ）には焦点合わせ効果（すなわち正の焦点距離）、左回り円偏光（ＬＨＣＰ）にはデフォーカス（ピンぼけ）効果（すなわち負の焦点距離）が生じている。図４Ｃでは、ＲＨＣＰを生じさせる効果を有する広帯域１／４波長板を伴う直線偏光子からなる多層構造体４０５が加えられており、それによってＬＨＣＰを取り除き、ユーザの眼に届く光の全てが同じ焦点特性を有することを確実にする。図４Ｂ中のコーティング４０４内の光軸パターンがユーザの眼に適合されている場合、先行技術を用いて補正可能な収差は全て、そのような回折波長板コーティングを用いても補正可能である。回折波長板コーティングを用いて補正可能な収差には、例えば、乱視及び焦点誤差が含まれる。
【００３６】
図５Ａ〜図５Ｃを参照すると、回折波長板コーティングによる近視（近眼）の矯正が示されている。図５Ａでは、光５０１が遠方の物体からヒトの眼のレンズ５０２へ入射し、当該人物が近視であるせいで、当該人物の網膜５０４の手前で焦点５０３が合っている。図５Ｂでは、光路に回折波長板コーティング５０５が導入されており、これにより、ＲＨＣＰに関しては焦点距離が短く、ＬＨＣＰに関しては焦点距離が長くなっている。これにより、ＬＨＣＰは人物の網膜の位置５０６に集光されるが、ＲＨＣＰはビーム路に回折コーティングがなかった場合よりもさらにピントが外れており、位置５０７に集光される。図５Ｃでは、光路に２つの追加の薄いフィルムコーティングすなわち直線偏光子５０８及び広帯域１／４波長板５０９を導入したことにより、ＬＨＣＰのみが、回折波長板コーティング５０５、人物の眼のレンズ５０２、及び人物の網膜５０４に入射している。したがって、図５Ｃの構成では、ユーザの眼に届く光は全て、ユーザの網膜上の位置５０６に集光されるので、外界の単一の鮮明な像が得られる。
【００３７】
図５Ｃの薄いフィルム５０８（直線偏光子）、５０９（均質な広帯域１／４波長板）及び５０５（パターンが形成された回折波長板）は、支持基板なしで示されているが、実際には、これらの薄いフィルム素子を支持するため及びユーザの眼に対して視力矯正デバイスを固定するフレームとの接合部分を提供するために、支持基板を設けなければならない。当業者にとって明白であるように、上記の薄いフィルムコーティングに支持基板を提供し得るような可能な構成は数多く存在する。
【００３８】
図６Ａ〜図６Ｃを参照すると、眼内レンズ上の薄いフィルム状の回折波長板コーティングの使用が示されている。図６Ａでは、遠方の物体からの非偏光光６０１が、外科的に埋め込まれた従来の眼内レンズ６０２に入射している。眼内レンズ６０２は、パターンが形成された薄いフィルム回折波長板コーティング６０３で覆われており、該コーティング６０３によって、右回り円偏光（ＲＨＣＰ）の僅かな焦点合わせと、左回り円偏光（ＬＨＣＰ）の僅かなデフォーカスが生じる。この差異的焦点合わせ効果により、遠方の物体からのＬＨＣＰはユーザの網膜６０５上の焦点６０４に集光するが、ＲＨＣＰはユーザの網膜６０５の手前の焦点６０６に集光する。
【００３９】
図６Ｂに示されているように、すぐ近くの物体からの非偏光光６１０が、従来の屈折型眼内レンズ６０２と回折波長板コーティング６０３の組合せによって差異的に集光され、結果として、すぐ近くの物体からのＲＨＣＰはユーザの網膜６０５上の焦点６１１に集光され、すぐ近くの物体からのＬＨＣＰはユーザの網膜６０５の後ろの焦点６１２に集光される。
【００４０】
図６Ａ及び図６Ｂの両図は、遠近両方の物体に対してそれぞれ焦点の合った像を提供するような、従来の屈折型眼内レンズ６０２とパターンが形成された回折波長板コーティング６０３との組合せの二重焦点の特質を示している。先行技術からも二重焦点または多焦点眼内レンズ構造が得られていたが、本発明は、回折波長板コーティングを用いてそのような多焦点機能を提供することの２つの利点を開示する。１つの利点は、回折波長板コーティングを用いてこの機能を提供することが、全ての先行技術の方法と比較して、簡単であり、したがって費用の面で優位であることである。
【００４１】
もう１つの利点は図６Ｃに示されており、図６Ｃは、直線偏光子６２１及び均質な広帯域１／４波長板６２２として図６Ｃに示されているような、屈折力を持たない円偏光サングラスなどの追加的な外部光学素子による、２つの像のうちの一方の像の除去を示している。先行技術では、偏光子などの外部装着式光学素子を利用して二重焦点眼内レンズによって結ばれる２つの像のいずれかを除去することは実現困難であるが、本明細書に開示されている発明では、外部装着式偏光光学素子を利用して望ましくない像を除去することができる。当業者であれば理解するように、多焦点眼内レンズが生み出す望ましくないピンぼけ像を除去することで、ユーザによって捉えられる像の質を向上させることになる。したがって、本発明は、多焦点眼内レンズの設計及び製作に関して、先行技術では利用可能でなかった非常に望ましい程度の柔軟性を有する。
【００４２】
図７Ａ及び図７Ｂは、層状構造をなすヒトの視力矯正用の光学デバイスの一実施形態を示している。図７Ａに示されているように、光学デバイスの透明部分７０１がフレーム７０２内に収められている。光学活性層７０３が、局所的に平坦な外側基板７０４と内側基板７０５の間に含まれている。この文脈において、「外側」は眼から最も遠いレンズの側を意味し、「内側」は眼に最も近いレンズの側を意味する。
【００４３】
図７Ｂに示した好適実施形態では、サングラスの汎用ブランク一式が、２つの光配向層７１０及び重合性液晶７１１を含む層状構造体の形態で販売場所に保管されている。顧客の眼の必要な測定が完了したら、光配向層７１０を調整する特別に構築されたプログラム可能な光学系によって、顧客の眼の収差を補正するように設計された直線偏光のパターンを光配向層７１０に書き込む。この光軸パターンを書き込んだ後、光配向層７１０に合わせて重合性液晶７１１が配向するので、その後、ＵＶ放射を用いて重合性液晶７１１を重合する。外側基板７０４の外層７１２は、図４Ｃ、図５Ｃ及び図６Ｃの考察で言及したように直線偏光子及び広帯域１／４波長板を含むことができるので、ユーザの眼に届く光全てに対して光学補正が同じであることが保証される。追加の機能、例えば、光学デバイスがサングラスの一部である場合の追加的な光フィルタリング、反射防止コーティング、傷防止のためのハードコーティングなどを、外側基板７０４及び／または内側基板７０５の内部または表面上に組み込むこともできる。
【００４４】
本発明について、実際に仮定された特定の実施形態または変更形態の様々な観点から説明、開示、図示及び表示してきたが、それによって発明の範囲が限定されることを意図するものでも限定されると見なされるべきものでもなく、本明細書中の教示によって示唆され得るような他の変更形態または実施形態はとりわけ、添付の特許請求の範囲に含まれる場合には特に、権利を留保される。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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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５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年9月11日(2015.9.11)
【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】
眼用レンズデバイスであって、
右回り円偏光の焦点を合わせかつ左回り円偏光の焦点をぼかす回折波長板コーティングと、
前記回折波長板が表面上に配置されているかまたは前記回折波長板が回折波長板レンズとして内部に含まれている基板と、
当該眼用レンズデバイスによりユーザの視力が矯正されるように、前記ユーザの眼に対して、または前記ユーザの眼内に、当該眼用レンズデバイスを固定配置するための機械的要素とを含み、
当該眼用レンズデバイスが、ヒトの視力矯正用であり、眼球表面に配置されるものでないことを特徴とする眼用レンズデバイス。
【請求項２】
外界の単一の鮮明な像を生じさせるべく１つの円偏光のみを前記回折波長板コーティングに入射させる広帯域１／４波長板を伴う直線偏光子をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の眼用レンズデバイス。
【請求項３】
前記外界の明るさを減衰させるための１若しくは複数の層をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の眼用レンズデバイス。
【請求項４】
前記回折波長板レンズの焦点屈折力が、ユーザの視角に基づいて徐々に変化することを特徴とする請求項１に記載の眼用レンズデバイス。
【請求項５】
前記回折波長板レンズの、様々な偏光に対して異なって焦点を合わせる特性が、遠近両方の物体に対して焦点の合った像を生じさせることを特徴とする請求項１に記載の眼用レンズデバイス。
【請求項６】
前記ユーザの視力を矯正するために前記回折波長板コーティングと併用される屈折素子をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の眼用レンズデバイス。
【請求項７】
前記回折波長板コーティングのパターンが、所定のヒトの視力異常を矯正するように選択されたものであることを特徴とする請求項１に記載の眼用レンズデバイス。
【請求項８】
前記ヒトの視力異常が焦点誤差であることを特徴とする請求項１に記載の眼用レンズデバイス。
【請求項９】
前記ヒトの視力異常が乱視であることを特徴とする請求項１に記載の眼用レンズデバイス。
【請求項１０】
当該眼用レンズデバイスが、水泳中に使用するためまたは水中用のアイウェアに組み込まれていることを特徴とする請求項１に記載の眼用レンズデバイス。
【請求項１１】
当該眼用レンズデバイスが、スキー中に使用するためのアイウェアに組み込まれていることを特徴とする請求項１に記載の眼用レンズデバイス。
【請求項１２】
当該眼用レンズデバイスが、弾道弾から眼を保護するためのアイウェアに組み込まれていることを特徴とする請求項１に記載の眼用レンズデバイス。
【請求項１３】
右回り円偏光の焦点を合わせかつ左回り円偏光の焦点をぼかす回折波長板コーティングを含む眼用レンズデバイスの製造方法であって、
厚い重合性液晶の１／２波長層の２つの境界にそれぞれ光配向材層を配してなる積層構造を有する眼用レンズブランクを提供するステップと、
特定の個人の視力異常の矯正のための処方箋に合うように回折パターンを有する前記両光配向層を調整するステップと、
前記回折パターンを含む前記調整された光配向層に合わせて前記重合性液晶が配向した後、該重合性液晶を光重合するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項１４】
前記眼用レンズブランクを提供する前記ステップが、
個々の患者の視力異常の一部を矯正するための屈折力を有するレンズブランクを提供するステップとを含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
ユーザの視力を矯正するための光学デバイスであって、
屈折型眼内レンズと、
前記屈折型眼内レンズ上における、右回り円偏光の焦点を合わせかつ左回り円偏光の焦点をぼかすパターンが形成された回折波長板コーティングとを含むことを特徴とする光学デバイス。
【請求項１６】
眼用レンズデバイスであって、
ヒトの視力矯正用の所定のパターンを有する回折波長板コーティングと、
前記回折コーティングが表面上に蒸着されているかまたは前記回折コーティングが内部に含まれている基板と、
当該眼用レンズデバイスにより前記ユーザの視力が矯正されるように、前記ユーザの眼に対して、または前記ユーザの眼内に、当該眼用レンズデバイスを固定配置するための機械的要素と、
外界の単一の鮮明な像を生じさせるべく１つの円偏光のみを前記回折波長板コーティングに入射させる広帯域１／４波長板を伴う直線偏光子とを含み、
当該眼用レンズデバイスが、ヒトの視力矯正用であり、眼球表面に配置されるものでないことを特徴とする眼用レンズデバイス。
【請求項１７】
眼用レンズデバイスの製造方法であって、
厚い重合性液晶の１／２波長層の２つの境界にそれぞれ光配向材層を配してなる積層構造を有する眼用レンズブランクを提供するステップと、
特定の個人の視力異常の矯正のための処方箋に合うように、回折パターンを含む前記光配向層を調整するステップと、
前記回折パターンを含む前記調整された光配向層に合わせて前記重合性液晶が配向した後、前記重合性液晶を光重合するステップと、
外界の単一の鮮明な像を生じさせるべく１つの円偏光のみを前記回折波長板コーティングに入射させる広帯域１／４波長板を伴う直線偏光子を提供するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
ユーザの視力を矯正するための光学デバイスであって、
屈折型眼内レンズと、
前記屈折型眼内レンズ上における、遠近両方の物体に対してそれぞれの像の焦点を合わせるためのパターンが形成された回折波長板コーティングと、
外界の単一の鮮明な像を生じさせるべく１つの円偏光のみを前記回折波長板コーティングに入射させる広帯域１／４波長板を伴う直線偏光子とを含むことを特徴とする光学デバイス。
【国際調査報告】
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