特許 6649901 動的レンズの制御

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6649901

(24)【登録日】2020年1月21日

(45)【発行日】2020年2月19日

(54)【発明の名称】動的レンズの制御

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/29 20060101AFI20200210BHJP

   G02C 7/08 20060101ALI20200210BHJP

   G02C 7/12 20060101ALI20200210BHJP

   G02B 3/00 20060101ALI20200210BHJP

   G02B 5/30 20060101ALI20200210BHJP

   G02F 1/13 20060101ALI20200210BHJP

【ＦＩ】

   G02F1/29

   G02C7/08

   G02C7/12

   G02B3/00 B

   G02B5/30

   G02F1/13 505

【請求項の数】38

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2016-569044(P2016-569044)

(86)(22)【出願日】2015年5月7日

(65)【公表番号】特表2017-523445(P2017-523445A)

(43)【公表日】2017年8月17日

(86)【国際出願番号】IB2015053335

(87)【国際公開番号】WO2015186010

(87)【国際公開日】20151210

【審査請求日】2017年11月21日

(31)【優先権主張番号】62/007,948

(32)【優先日】2014年6月5日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】62/010,475

(32)【優先日】2014年6月11日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】515078671

【氏名又は名称】オプティカ アムカ（エー．エー．）リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100086461

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 和則

(72)【発明者】

【氏名】ヤディン、ヨアフ

(72)【発明者】

【氏名】ハダッド、ヤリーフ

(72)【発明者】

【氏名】アロン、アレックス

【審査官】 山本 貴一

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０２−０８９０１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５２５３８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／０４９５７７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０２２５８３４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−０８５８０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２０３５４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２３２３６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００３−５０４６６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５３５０２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｆ １／１３，１／２９

Ｇ０２Ｂ ３／００，５／３０

Ｇ０２Ｃ ７／０８，７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光学装置であって、
電気光学層と、
前記電気光学層は、前記電気光学層の活性領域内の任意の所与の場所において実効局所屈折率を有し、前記実効局所屈折率は前記場所において前記電気光学層の両端に印加される電圧波形により決定され；
前記電気光学層のそれぞれ反対側にある第１と第２の側面に伸長する導電性電極と、
前記電極は１つの配列をなす励起電極を有し、前記励起電極は、相互に平行なそれぞれの軸に沿って前記電気光学層の第１の側面の両端の間に伸長する平行な導電性ストライプを有し、それぞれの前記ストライプは、前記ストライプの軸の相互に分断されたそれぞれの部分の上に延在する２つまたはそれ以上の区画に分割され；そして
制御回路と、
前記制御回路は、それぞれの制御電圧波形を前記励起電極の前記区画に印加し、特定の位相変調プロファイルを前記電気光学層内に形成するように接続され、そして前記制御回路は、複数の前記励起電極のそれぞれの１つまたはそれ以上の前記区画に印加されるそれぞれの制御電圧波形を同時に変更し、それにより前記電気光学層の位相変調プロファイルを変更するように構成され；
を有し、
前記制御回路は、前記光学装置が、前記位相変調プロファイルにより決定される焦点特性を有するレンズとして機能するように、前記励起電極に前記制御電圧波形を印加するように構成される、
ことを特徴とする、光学装置。

【請求項2】

前記制御回路は、前記レンズが多焦点レンズとして機能するために、少なくとも幾つかの前記励起電極の異なる区画に対し、異なるそれぞれの制御電圧波形を印加するように構成される、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。

【請求項3】

それぞれの前記ストライプの２つまたはそれ以上の前記区画は、それぞれ少なくとも第１と第２の区画を有し、前記ストライプの前記第１の区画は、一緒に前記電気光学層の第１の領域の両端の間に伸長し、一方前記ストライプの前記第２の区画は、一緒に前記電気光学層の第２の領域の両端の間に伸長し、そして
前記制御回路は、前記第１の領域が第１の焦点距離を有し、前記第２の領域が前記第１の焦点距離とは異なる第２の焦点距離を有するように、前記異なるそれぞれの制御電圧波形を印加するように構成される、ことを特徴とする請求項２に記載の装置。

【請求項4】

それぞれの前記ストライプに対し、１つまたはそれ以上のスイッチを有し、前記スイッチは、前記ストライプの前記区画を相互接続し、そして前記制御回路により前記ストライプの前記区画を結合しまたは分離するように動作する、ことを特徴とする請求項１−３のいずれかに記載の装置。

【請求項5】

それぞれの前記ストライプの２つまたはそれ以上の前記区画は、それぞれ少なくとも第１と第２の区画を有し、そして前記１つまたはそれ以上のスイッチは、それぞれの前記ストライプ内に前記第１と第２の区画を相互接続する１つのスイッチを有し、そして
前記装置は、全ての前記ストライプの前記第１と第２の区画を同時に電気的に結合しまたは分離するために、前記ストライプのそれぞれの中の前記スイッチを起動するように接続される単一の制御線を有する、ことを特徴とする請求項４に記載の装置。

【請求項6】

それぞれの前記ストライプの前記２つまたはそれ以上の区画は、多重のスイッチにより直列に接続される３つまたはそれ以上の区画を有し、そして前記装置は、全ての前記ストライプを横断して前記多重のスイッチを起動するように接続される多重の制御線を有する、ことを特徴とする請求項４に記載の装置。

【請求項7】

前記制御回路は、それぞれの前記導電性ストライプのそれぞれの端部の少なくとも１つに接続され、そして前記多重のスイッチをかわるがわるに起動し、そして前記導電性ストライプのそれぞれの端部に印加される前記制御電圧波形を変更することにより、少なくとも幾つかの前記励起電極の異なる前記区画に異なるそれぞれの前記制御電圧波形を印加するように構成される、ことを特徴とする請求項６に記載の装置。

【請求項8】

光学機器であって、
電気的に調整可能なレンズを有し、前記レンズは：
電気光学層と、
前記電気光学層は、前記電気光学層に入射する光の所定の偏光に対し、前記電気光学層の活性領域内の任意の所与の場所において実効局所屈折率を有し、前記実効局所屈折率は前記場所において前記電気光学層の両端に印加される電圧波形により決定され；
前記電気光学層のそれぞれ反対側にある第１と第２の側面に伸長する導電性電極と、
前記電極は前記電気光学層の第１の側面の両端の間に伸長する、１つの配列をなす励起電極を有し；
制御回路と；を有し、
前記制御回路は、それぞれの制御電圧波形を前記励起電極に印加し、特定の位相変調プロファイルを前記電気光学層内に形成するように接続され；そして
前記光学機器はさらに偏光回転子を有し、
前記偏光回転子は、前記レンズに配向される入射光をインターセプトし、そして前記インターセプトされた光の偏光を回転させ、それにより前記電気光学層に入射する前記光が、前記インターセプトされた光の当初の直線偏光に関係なく、所定の偏光成分を有することを保証する、ように配置されそして構成され、
前記光学機器はさらに偏光子を有し、前記偏光子は、前記偏光回転子と前記電気的に調整可能なレンズとの間に挿入され、そして前記所定の偏光成分を通過させるように配向される、
ことを特徴とする光学機器。

【請求項9】

前記偏光回転子は四分の一波長板を有する、ことを特徴とする請求項８に記載の機器。

【請求項10】

前記偏光回転子は複屈折板を有する、ことを特徴とする請求項８に記載の機器。

【請求項11】

適応型眼鏡であって、
眼鏡フレームと；
前記眼鏡フレームに搭載された第１と第２の電気的に調整可能なレンズと；そして
制御回路と；を有し、
前記制御回路は、前記眼鏡を着用する人の１つの眼から前記人により観察される物体までの距離を示す入力を受信し、そして前記第１と第２のレンズを、前記入力により示された前記距離をある距離範囲の中に挟み込む、異なるそれぞれ第１と第２の屈折力を有するように調整する、ように構成される、
ことを特徴とする適応型眼鏡。

【請求項12】

前記第１と第２のレンズは、前記第１と第２の屈折力をそれぞれ前記人の右眼と左眼に入射する前記光に対して適用するように前記眼鏡フレームに搭載される、ことを特徴とする請求項１１に記載の眼鏡。

【請求項13】

前記第１のレンズは前記第１の屈折力を第１の偏光の光に対してのみ適用するように構成され、一方前記第２のレンズは前記第２の屈折力を、前記第１の偏光に直交する第２の偏光の光に対してのみ適用するように構成される、ことを特徴とする請求項１１に記載の眼鏡。

【請求項14】

前記第１と第２のレンズは、前記第１と第２の屈折力を前記人の単一の眼に入射する前記光に対して適用するように前記眼鏡フレームに搭載される、ことを特徴とする請求項１３に記載の眼鏡。

【請求項15】

偏光回転子を有し、前記偏光回転子は、前記第１と第２のレンズに配向される入射光をインターセプトし、そして前記インターセプトされた光の偏光を回転させ、それにより前記第１と第２のレンズに入射する前記光が、前記入射光の当初の直線偏光に関係なく、前記第１と第２の偏光の両方のそれぞれの成分を有することを保証する、ように配置されそして構成される、ことを特徴とする請求項１４に記載の眼鏡。

【請求項16】

センサを有し、前記センサは、前記眼鏡を着用する人の眼から前記人により観察される物体までの前記距離を検知するように構成され、そして前記距離を示す前記入力を前記制御回路に提供するように接続される、ことを特徴とする請求項１１−１５のいずれかに記載の眼鏡。

【請求項17】

前記センサは、視線追跡装置、前記物体の画像を獲得するように構成されるカメラ、距離計、近接センサ、および前記眼鏡を着用する前記人により操作されるトリガセンサ、から構成されるセンサのグループから選択される、ことを特徴とする請求項１６に記載の眼鏡。

【請求項18】

前記センサは前記物体に向かう前記眼の視線方向を検知するように構成され、そして前記制御回路は、前記検知された視線方向に応答して、前記第１と第２のレンズのそれぞれの光軸をシフトするように構成される、ことを特徴とする請求項１６に記載の眼鏡。

【請求項19】

前記制御回路は、前記検知された視線方向の変化に応答して、前記変化に対する事前設定の時間遅れを持って前記光軸をシフトするように構成される、ことを特徴とする請求項１８に記載の眼鏡。

【請求項20】

光学装置を作製する方法であって、前記方法は：
電気光学層を提供するステップと、
前記電気光学層は、前記電気光学層の活性領域内の任意の所与の場所において実効局所屈折率を有し、前記実効局所屈折率は前記場所において前記電気光学層の両端に印加される電圧波形により決定され；
前記電気光学層のそれぞれ反対側にある第１と第２の側面に伸長するように導電性電極を配置するステップと、
前記電極は１つの配列をなす励起電極を有し、前記励起電極は、相互に平行なそれぞれの軸に沿って前記電気光学層の第１の側面の両端の間に伸長する平行な導電性ストライプを有し、それぞれの前記ストライプは、前記ストライプの軸の相互に分断されたそれぞれの部分の上に延在する２つまたはそれ以上の区画に分割され；そして
それぞれの制御電圧波形を前記励起電極の前記区画に印加し、それにより特定の位相変調プロファイルを前記電気光学層内に形成し、そして複数の前記励起電極のそれぞれの電極の１つまたはそれ以上の前記区画に印加されるそれぞれの制御電圧波形を同時に変更し、それにより前記電気光学層の位相変調プロファイルを変更するように、制御回路を接続するステップと；
を有し、
前記制御回路を接続するステップは、前記光学装置が、前記位相変調プロファイルにより決定される焦点特性を有するレンズとして機能するように、前記制御電圧波形を前記励起電極に印加するステップを有する、
ことを特徴とする、光学装置を作製する方法。

【請求項21】

前記制御電圧波形を印加するステップは、前記レンズが多焦点レンズとして機能するために、少なくとも幾つかの前記励起電極の異なる前記区画に対し、異なるそれぞれの制御電圧波形を印加するステップを有する、ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。

【請求項22】

それぞれの前記ストライプの２つまたはそれ以上の前記区画は、それぞれ少なくとも第１と第２の区画を有し、前記ストライプの前記第１の区画は、一緒に前記電気光学層の第１の領域の両端の間に伸長し、一方前記ストライプの前記第２の区画は、一緒に前記電気光学層の第２の領域の両端の間に伸長し、そして
前記異なるそれぞれの制御電圧波形を印加するステップは、前記第１の領域が第１の焦点距離を有し、前記第２の領域が前記第１の焦点距離とは異なる第２の焦点距離を有するようにさせる、ことを特徴とする請求項２１に記載の方法。

【請求項23】

前記導電性電極を配置するステップは、それぞれの前記ストライプにおいて、前記ストライプの前記区画を１つまたはそれ以上のスイッチで相互接続するステップを有し、前記スイッチは、前記ストライプの前記区画を結合しまたは分離するため前記制御回路により操作される、ことを特徴とする請求項２０−２２のいずれかに記載の方法。

【請求項24】

それぞれの前記ストライプの前記２つまたはそれ以上の区画は、それぞれ少なくとも第１と第２の区画を有し、そして前記１つまたはそれ以上のスイッチは、それぞれの前記ストライプ内に前記第１と第２の区画を相互接続する１つのスイッチを有し、そして
前記方法は、全ての前記ストライプの前記第１と第２の区画を同時に電気的に結合しまたは分離するために、前記ストライプのそれぞれの中の前記スイッチを起動する単一の制御線を接続するステップを有する、
ことを特徴とする請求項２３に記載の方法。

【請求項25】

それぞれの前記ストライプの前記２つまたはそれ以上の区画は、多重のスイッチにより直列に接続される３つまたはそれ以上の区画を有し、そして前記方法は、全ての前記ストライプを横断して前記多重のスイッチを起動する多重の制御線を接続するステップを有する、ことを特徴とする請求項２３に記載の方法。

【請求項26】

前記制御回路を接続するステップは、それぞれの前記導電性ストライプのそれぞれの端部の少なくとも１つに前記制御回路を接続するステップと、そして、前記多重のスイッチをかわるがわるに起動し、そして前記導電性ストライプのそれぞれの端部に印加される前記制御電圧波形を変更することにより、少なくとも幾つかの前記励起電極の異なる区画に異なるそれぞれの制御電圧波形を印加するステップと、を有することを特徴とする請求項２５に記載の方法。

【請求項27】

光学機器を作製する方法であって、前記方法は：
電気的に調整可能なレンズを提供するステップを有し、
前記レンズは：
電気光学層と、
前記電気光学層は、前記電気光学層に入射する光の所定の偏光に対し、前記電気光学層の活性領域内の任意の所与の場所において実効局所屈折率を有し、前記実効局所屈折率は前記場所において前記電気光学層の両端に印加される電圧波形により決定され；
前記電気光学層のそれぞれ反対側にある第１と第２の側面に伸長する導電性電極と、
前記電極は前記電気光学層の第１の側面の両端の間に伸長する、１つの配列をなす励起電極を有し；
制御回路と；を有し、
前記制御回路は、それぞれの制御電圧波形を前記励起電極に印加し、特定の位相変調プロファイルを前記電気光学層内に形成するように接続され、そして
前記方法はさらに偏光回転子を配置するステップを有し、
前記偏光回転子は、前記レンズに配向される入射光をインターセプトし、そして前記インターセプトされた光の偏光を回転させ、それにより前記電気光学層に入射する前記光が、前記インターセプトされた光の当初の直線偏光に関係なく、所定の偏光成分を有することを保証し、
前記方法はさらに、偏光子を前記偏光回転子と前記電気的に調整可能なレンズとの間に挿入するステップと、そして前記偏光子を前記所定の偏光成分を通過させるように配向するステップと、を有する、
ことを特徴とする光学機器を作製する方法。

【請求項28】

前記偏光回転子は四分の一波長板を有する、ことを特徴とする請求項２７に記載の方法。

【請求項29】

前記偏光回転子は複屈折板を有する、ことを特徴とする請求項２７に記載の方法。

【請求項30】

適応型眼鏡を操作する方法であって、前記方法は：
第１と第２の電気的に調整可能なレンズを眼鏡フレームに搭載するステップと；
前記眼鏡を着用する人の１つの眼から前記人により観察される物体までの距離を示す入力を受信するステップと；そして
前記第１と第２のレンズを、前記入力により示された前記距離をある距離の範囲に挟み込む、異なるそれぞれ第１と第２の屈折力を有するように調整するステップと；
を有することを特徴とする、適応型眼鏡を操作する方法。

【請求項31】

前記第１と第２のレンズは、前記第１と第２の屈折力をそれぞれ前記人の右眼と左眼に入射する前記光に対して適用するように前記眼鏡フレームに搭載される、ことを特徴とする請求項３０に記載の方法。

【請求項32】

前記第１のレンズは前記第１の屈折力を第１の偏光の光に対してのみ適用するように構成され、一方前記第２のレンズは前記第２の屈折力を、前記第１の偏光に直交する第２の偏光の光に対してのみ適用するように構成される、ことを特徴とする請求項３０に記載の方法。

【請求項33】

前記第１と第２のレンズは、前記第１と第２の屈折力を前記人の単一の眼に入射する前記光に対して適用するように前記眼鏡フレームに搭載される、ことを特徴とする請求項３２に記載の方法。

【請求項34】

前記第１と第２のレンズに配向される入射光をインターセプトし、そして前記インターセプトされた光の偏光を回転させ、それにより前記第１と第２のレンズに入射する前記光が、前記入射光の当初の偏光に関係なく、前記第１と第２の偏光の両方のそれぞれの成分を有することを保証するための、偏光回転子を配置するステップを有する、ことを特徴とする請求項３３に記載の方法。

【請求項35】

前記入力を受信するステップは、前記眼鏡を着用する人の眼から前記人により観察される物体までの前記距離を検知するステップを有する、ことを特徴とする請求項３０−３４のいずれかに記載の方法。

【請求項36】

前記距離を検知するステップは、センサからの出力を受信するステップを有し、前記センサは、視線追跡装置、前記物体の画像を獲得するように構成されるカメラ、距離計、近接センサ、および前記眼鏡を着用する前記人により操作されるトリガセンサ、から構成されるセンサのグループから選択される、ことを特徴とする請求項３５に記載の方法。

【請求項37】

前記入力を受信するステップは、前記物体に向かう前記眼の視線方向を検知するステップを有し、そして前記第１と第２のレンズを調整するステップは、前記検知された視線方向に応答して、前記第１と第２のレンズのそれぞれの光軸をシフトするステップを有する、ことを特徴とする請求項３０−３４のいずれかに記載の方法。

【請求項38】

前記それぞれの光軸をシフトするステップは、前記検知された視線方向の変化に応答して、前記変化に対する事前設定の時間遅れを持って前記光軸をシフトするステップを有する、ことを特徴とする請求項３７に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一般的に光学装置に関し、特に電気的に調整可能なレンズに関するものである。

【背景技術】

【0002】

本出願は２０１４年６月５日出願の米国暫定特許出願６２／００７，９４８（特許文献１）；２０１４年６月１１日出願の米国暫定特許出願６２／０１０，４７５（特許文献２）の恩恵を主張する。これら関連出願の両方は、ここに参照として採り入れられる。

【0003】

調整可能レンズは、その焦点距離、および／または光軸の位置などの光学特性が、一般的に電気制御のもとで使用中に調節可能な光学要素である。このようなレンズは広範囲の用途に使用できる。例えば、米国特許７，４７５，９８５（特許文献３）、それはここに参照として採り入れられるが、は視力補正の目的のための電気活性レンズの使用について記載している。

【0004】

電気調整可能なレンズは、一般的に、適合する電気光学的材料、即ち、局所実効屈折率がその材料の両端に印加される電圧の関数として変化する材料、の薄い層を含む。電極または電極アレイは、屈折率を局所的に所望の値に調節するために所望の電圧を印加するのに使用される。液晶はこの目的のために最も頻繁に使用される電気光学材料である。（印加電圧が分子を回転させ、それが複屈折軸を変化させ、それにより実効屈折率を変化させる。）しかし、高分子ゲルのような類似の電気光学特性を有する他の材料もこの目的のために使用可能である。

【0005】

いくつかの調整可能レンズ設計では、液晶ディスプレイに使用される画素格子の類に似た、液晶中の画素の格子を画定するために、電極アレイを使用する。個々の画素の屈折率は電気的に制御され、所望の位相変調プロファイルを与えうる。（「位相変調プロファイル」という用語は本明細書および請求項においては、調整可能レンズの電気光学層の領域に亘る、局所的に変化する実効屈折率の結果としての、その電気光学層を通過する光に適用される局所的位相シフトの分布を意味する。）この種の格子配列を使用するレンズは、例えば上記の米国特許７，４７５，９８５（特許文献３）に記載されている。

【0006】

ＰＣＴ特許出願公報ＷＯ２０１４／０４９５７７（特許文献４）、それはここに参照され本明細書に採り入れられるが、は、光学装置であって、電気光学層の活性領域内の任意の位置において局所実効屈折率を有する、電気光学層を有し、実効屈折率は所与の位置における電気光学層の両端に印加される電圧波形により決定される、光学装置を記載している。平行な導電性ストライプを有する、活性領域の上に伸長する励起電極のアレイが電気光学層の片側または両側に配置される。制御回路は、それぞれの制御電圧波形をその励起電極に印加し、そして、励起電極に印加されるそれぞれの制御電圧波形を同時に変更して、それにより電気光学層の位相変調プロファイルを生成するように構成される。

【0007】

米国特許出願公開２０１２／０１３３８９１（特許文献５）は近視を補正する電気光学装置および方法について記載しており、それは少なくとも１つの適応型レンズ、電源、および視線追跡装置を含む。視線追跡装置は画像センサおよび、適応型レンズと画像センサに操作上接続しているプロセッサを含む。プロセッサは電気信号を画像センサから受信し、そして近視を補正するため適応型レンズの補正力を制御するように構成され、その補正力はユーザの注視距離と近視処方箋強度に依存する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】米国暫定特許出願６２／００７，９４８

【特許文献2】米国暫定特許出願６２／０１０，４７５

【特許文献3】米国特許７，４７５，９８５

【特許文献4】ＰＣＴ特許出願公報ＷＯ２０１４／０４９５７７

【特許文献5】米国特許出願公開２０１２／０１３３８９１

【発明の概要】

【0009】

以下に記載される本発明の実施形態は改良された電気的に調整可能な光学装置を提供する。
従って本発明の１実施形態によれば、光学装置であって、電気光学層を有し、その電気光学層は、電気光学層の活性領域内の任意の所与の場所において実効局所屈折率を有し、実効局所屈折率はその場所において電気光学層の両端に印加される電圧波形により決定される、光学装置が提供される。電気光学層のそれぞれ反対側にある第１と第２の側面に伸長する導電性電極は１つの配列をなす励起電極を有し、励起電極は、相互に平行なそれぞれの軸に沿って電気光学層の第１の側面の両端の間に伸長する平行な導電性ストライプを有し、それぞれのストライプは、ストライプの軸の相互に分断されたそれぞれの部分の上に延在する２つまたはそれ以上の区画に分割される。制御回路は、それぞれの制御電圧波形を励起電極の区画に印加し、特定の位相変調プロファイルを電気光学層内に形成するように接続され、そして制御回路は、複数の励起電極のそれぞれの１つまたはそれ以上の区画に印加されるそれぞれの制御電圧波形を同時に変更し、それにより電気光学層の位相変調プロファイルを変更するように構成される。

【0010】

一般的に、制御回路は、光学装置が位相変調プロファイルにより決定される焦点特性を有するレンズとして機能するように、励起電極に制御電圧波形を印加するように構成される。いくつかの実施形態では、制御回路は、レンズが多焦点レンズとして機能するために、少なくとも幾つかの励起電極の異なる区画に対し、異なるそれぞれの制御電圧波形を印加するように構成される。開示された１つの実施形態では、それぞれのストライプの２つまたはそれ以上の区画は、それぞれ少なくとも第１と第２の区画を有し、ストライプの第１の区画は、一緒に電気光学層の第１の領域の両端の間に伸長し、一方ストライプの第２の区画は、一緒に電気光学層の第２の領域の両端の間に伸長する。制御回路は、第１の領域が第１の焦点距離を有し、第２の領域が第１の焦点距離とは異なる第２の焦点距離を有するように、異なるそれぞれの制御電圧波形を印加するように構成される。

【0011】

他の実施形態では、光学装置は、それぞれのストライプに対し、１つまたはそれ以上のスイッチを有し、そのスイッチは、ストライプの区画を相互接続し、そして制御回路によりストライプの区画を結合しまたは分離するように動作する。一般的にそれぞれのストライプの２つまたはそれ以上の区画は、少なくともそれぞれの第１と第２の区画を有し、そして１つまたはそれ以上のスイッチは、それぞれのストライプ内に第１と第２の区画を相互接続する１つのスイッチを有し、そして光学装置は、全てのストライプの第１と第２の区画を同時に電気的に結合しまたは分離するために、ストライプのそれぞれの中のスイッチを起動するように接続される単一の制御線を有する。

【0012】

追加的または代替的にそれぞれのストライプの２つまたはそれ以上の区画は、多重のスイッチにより直列に接続された３つまたはそれ以上の区画を有し、そして光学装置は、全てのストライプを横断して多重のスイッチを起動するように接続される多重の制御線を有する。１つの実施形態では、制御回路は、それぞれの導電性ストライプのそれぞれの端部の少なくとも１つに接続され、そして多重のスイッチをかわるがわるに起動し、そして導電性ストライプのそれぞれの端部に印加される制御電圧波形を変更することにより、少なくとも幾つかの励起電極の異なる区画に異なるそれぞれの制御電圧波形を印加するように構成される。

【0013】

本発明の１つの実施形態によれば、電気的に調整可能なレンズを有する光学機器が提供される。
レンズは電気光学層を有し、その電気光学層は、電気光学層に入射する光の所定の偏光に対し、電気光学層の活性領域内の任意の所与の場所において実効局所屈折率を有し、実効局所屈折率はその場所において電気光学層の両端に印加される電圧波形により決定される。導電性電極は電気光学層のそれぞれ反対側にある第１と第２の側面に伸長し、電極は電気光学層の第１の側面の両端の間に伸長する１つの配列をなす励起電極を有する。制御回路は、それぞれの制御電圧波形を励起電極に印加し、特定の位相変調プロファイルを電気光学層内に形成するように接続される。偏光回転子は、レンズに配向される入射光をインターセプトし、そしてインターセプトされた光の偏光を回転させ、それにより電気光学層に入射する光が、インターセプトされた光の当初の直線偏光に関係なく、所定の偏光成分を有することを保証する、ように配置されそして構成される。

【0014】

開示された実施形態では、偏光回転子は四分の一波長板または複屈折板を有する。
幾つかの実施形態では、装置は偏光子を有し、偏光子は偏光回転子と電気的に調整可能なレンズとの間に挿入され、そして所定の偏光成分を通過させるように配向されている。

【0015】

本発明の１実施形態によればさらに、眼鏡フレームと眼鏡フレームに搭載された第１と第２の電気的に調整可能なレンズとを有する適応型眼鏡が提供される。制御回路は、眼鏡を着用する人の１つの眼からその人により観察される物体への距離を示す入力を受信し、そして第１と第２のレンズを、その入力により示された距離をある距離範囲の中に挟み込む、異なるそれぞれ第１と第２の屈折力を有するように調整する、ように構成される。
いくつかの実施形態では、第１と第２のレンズは、第１と第２の屈折力をそれぞれ人の右眼と左眼に入射する光に対して適用するように眼鏡フレームに搭載される。

【0016】

追加的にまたは代替的に、第１のレンズは第１の屈折力を第１の偏光の光に対してのみ適用するように構成され、一方第２のレンズは第２の屈折力を、第１の偏光に直交する第２の偏光の光に対してのみ適用するように構成される。いくつかの実施形態では、第１と第２のレンズは、第１と第２の屈折力を人の単一の眼に入射する光に対して適用するように眼鏡フレームに搭載される。開示された１つの実施形態では、眼鏡は偏光回転子を有し、偏光回転子は、第１と第２のレンズに配向される入射光をインターセプトし、そしてインターセプトされた光の偏光を回転させ、それにより第１と第２のレンズに入射する光が、入射光の当初の直線偏光に関係なく、第１と第２の偏光の両方のそれぞれの成分を有することを保証する、ように配置されそして構成される。

【0017】

いくつかの実施形態では、眼鏡はセンサを有し、そのセンサは、眼鏡を着用する人の眼からその人により観察される物体への距離を検知するように構成され、そしてその距離を示す入力を制御回路に提供するように接続される。一般的に、センサは、視線追跡装置、物体の画像を獲得するように構成されるカメラ、距離計、近接センサ、および眼鏡を着用する人により操作されるトリガセンサ、から構成されるセンサのグループから選択される。
追加的にまたは代替的に、センサは物体に向かう眼の視線方向を検知するように構成され、そして制御回路は、検知された視線方向に応答して、第１と第２のレンズのそれぞれの光軸をシフトするように構成される。制御回路は、検知された視線方向の変化に応答して、変化に対する事前設定の時間遅れを持って光軸をシフトするように構成されてもよい。

【0018】

本発明の１実施形態によればさらに、光学装置を作製する方法が提供される。その方法は、電気光学層であって、その活性領域内の任意の所与の場所において実効局所屈折率を有し、実効局所屈折率がその場所において電気光学層の両端に印加される電圧波形により決定される、電気光学層を提供するステップを有する。導電性電極は電気光学層のそれぞれ反対側にある第１と第２の側面に伸長するように配置される。電極は１つの配列をなす励起電極を有し、その励起電極は、それぞれ相互に平行な軸に沿って電気光学層の第１の側面の両端の間に伸長する平行な導電性ストライプを有する。それぞれのストライプは、ストライプの１つの軸の相互に分断されたそれぞれの部分の上に延在する２つまたはそれ以上の区画に分割される。制御回路は、それぞれの制御電圧波形を励起電極の区画に印加し、それにより特定の位相変調プロファイルを電気光学層内に形成し、そしてそれぞれの複数の励起電極の１つまたはそれ以上の区画に印加されるそれぞれの制御電圧波形を同時に変更し、それにより電気光学層の位相変調プロファイルを変更するように接続される。

【0019】

本発明の１実施形態によればさらにまた、光学機器を作製する方法が提供される。その方法は、電気的に調整可能なレンズを提供するステップを有し、そのレンズは電気光学層を有し、その電気光学層は、電気光学層に入射する光の所定の偏光に対し、電気光学層の活性領域内の任意の所与の場所において実効局所屈折率を有し、その実効局所屈折率はその場所において電気光学層の両端に印加される電圧波形により決定される。導電性電極が電気光学層のそれぞれ反対側にある第１と第２の側面に伸長する。電極は電気光学層の第１の側面の両端の間に伸長する１つの配列をなす励起電極を有する。制御回路が、それぞれの制御電圧波形を励起電極に印加し、特定の位相変調プロファイルを電気光学層内に形成するように接続される。偏光回転子が、レンズに配向される入射光をインターセプトし、そしてインターセプトされた光の偏光を回転させ、それにより電気光学層に入射する光が、インターセプトされた光の当初の直線偏光に関係なく、所定の偏光成分を有することを保証するように配置される。

【0020】

本発明の１実施形態によればまたさらに、適応型眼鏡を操作する方法が提供される。その方法は、第１と第２の電気的に調整可能なレンズを眼鏡フレームに搭載するステップを有する。眼鏡を着用する人の１つの眼からその人により観察される物体への距離を示す入力が受信される。第１と第２のレンズは、入力により示された距離をある距離の範囲に挟み込む（ｂｒａｃｋｅｔ）する、異なるそれぞれ第１と第２の屈折力を有するように調整される。

【0021】

本発明の１実施形態によればさらに、眼鏡フレームと、眼鏡フレームに搭載された第１と第２の電気的に調整可能なレンズとを有する適応型眼鏡が提供される。センサは眼鏡を着用する人の１つの眼により実行されるジェスチャを示す信号を出力するように構成される。制御回路は、信号に応答して、第１と第２のレンズの少なくとも１つの光学特性を調整するように構成される。
一般的に、１つの眼により実行されるジェスチャは、眼球運動、まばたき、及びウインクから構成されるジェスチャのグループから選択される。

【0022】

本発明の１実施形態によれば追加的に、適応型眼鏡を操作する方法が提供される。その方法は、第１と第２の電気的に調整可能なレンズを眼鏡フレームに搭載するステップを有する。眼鏡を着用する人の１つの眼により実行されるジェスチャを示す信号が受信される。第１と第２のレンズの少なくとも１方の光学特性がその信号に応答して調整される。

【図面の簡単な説明】

【0023】

本発明は図面を伴う以下の実施形態の詳細な記載により、より十分に理解されよう：

【図1】本発明の１実施形態に基づく、適応型眼鏡の図画的概略図である。

【図2】本発明の１実施形態に基づく、電気的に調整可能なレンズシステムの概略側面図である。

【図3A-3D】図３Ａは本発明のもう１つの実施形態に基づく、電気的に調整可能なレンズシステムの図画的概略図である。図３Ｂと３Ｃは本発明の１つの実施形態に基づく、図３Ａのレンズのそれぞれ反対側に形成される電極の概略正面図である。図３Ｄは本発明の１つの実施形態に基づく、レンズのそれぞれ反対側にある電極の重ね合わせを示す、図３Ａのレンズの概略正面図である。

【図4】本発明のもう１つの実施形態に基づく、電気的に調整可能なレンズ上に形成される電極の概略正面図である。

【図5】本発明の代替的１実施形態に基づく、電気的に調整可能なレンズ上に形成される電極とスイッチング要素を示す、概略的電気図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

（概論）
二焦点および多焦点レンズは、レンズを使用する人が異なる距離にある物体を見ることを可能にするために、異なる屈折力のゾーンを有している。この種の多焦点能力は、（老眼に苦しむ高齢者などのような）距離に対する限られた視力調節能力を持つ人々の視力を補正するレンズの能力を高める。しかしながら、レンズのゾーン構造は、任意の所与の距離での視野を、その距離に対して必要な屈折力を提供するレンズのゾーンの領域に制限する。

【0025】

電気的に調整可能な眼鏡レンズは、このような場合に、より柔軟で快適な解決策を提供することができる。このレンズは、眼鏡を着用している人により観察される物体に従って焦点距離およびレンズの光軸を調整するために、様々なタイプのセンサと接続されてもよい。理想的には、この種類の調整は、視角の焦点距離にかかわらず、レンズの全面にわたって視力の最適な補正を提供する。しかし、実際には、センサは、任意の所与の時点で所望の焦点距離と、視角に関して不完全な指標を提供し、したがって、レンズ特性の動的な調整は、不確実でありうる。またさらに、距離調節能力が著しく制限された人々は、レンズの焦点距離が電気的に調整される場合でも、多焦点レンズの使用から恩恵を得ることができる。

【0026】

本明細書中に記載される本発明の実施形態は、とりわけ人間の視力の動的補正に関する実際的な困難に対処するために使用可能な特性を有する、新規な電気的に調整可能なレンズを提供する。これらの実施形態のいくつかは、そのようなレンズにおいて多焦点性能を提供するのに特に有用である。

【0027】

開示された実施形態は、液晶層のような電気光学層を含む光学装置に基づいており、電気光学層はその活性領域内の任意の所与の位置において実効局所屈折率を有し、実効局所屈折率はその位置において電気光学層の両端に印加される電圧波形により決定される。導電性電極は、電気光学層の両側面に伸長し、導電性電極は少なくとも一方の側面に１つの配列をなす励起電極を有し、その励起電極は相互に平行なそれぞれの軸に沿って電気光学層の両端の間に平行に伸長する導電性のストライプを含む。電気光学層の反対側にある電極は、共通電極を有するか（この場合光学装置は円筒型レンズとして機能する）または、他の側のストライプに直交する向きに向く平行なストライプの配列を有する（それにより光学装置は球面または非球面レンズをエミュレートする態様で機能する）。この一般的なタイプの装置とその動作の詳細は、上記のＰＣＴ国際出願公開ＷＯ ２０１４／０４９５７７（特許文献４）にさらに記載されている。しかし、開示された実施形態の原理は、他の種類の適応型レンズの設計に、必要な変更を加えて代替的に適用することができる。

【0028】

いくつかの実施形態では、電気光学層の少なくとも一方の側面の励起電極の各ストライプは２つ以上の区画に分割され、それら区画は、ストライプの軸の相互に分断されるそれぞれの部分の上に延在する。制御回路は、電気光学層内に特定の位相変調プロファイルを生成するように、励起電極の区画にそれぞれの制御電圧波形を印加する。詳細には、制御回路は、少なくともいくつかの励起電極の異なる区画に対し異なる制御電圧波形を印加することができ、それによりレンズは、異なるゾーンが異なる屈折力を有する多焦点レンズとして機能する。制御回路は、１つ以上の異なるゾーンの位相変調プロファイルを変更するために、電極の区画に印加される制御電圧波形を変更することができる。

【0029】

いくつかの実施形態では、区画化されたストライプは、ストライプの区画を相互接続する１つまたは複数のスイッチを含む。これらのスイッチは、そのストライプの区画を電気的に結合しまたは分離するように制御回路により操作できる。従って制御回路は、レンズの異なるゾーンの焦点特性だけでなく、適切にスイッチを開閉することによって、そのゾーンの寸法と位置を動的に変化させることができる。

【0030】

コレステリック液晶のようないくつかの電気光学材料は、偏光に関係なく動作するが、ほとんどの利用可能な液晶と他の電気光学材料は、偏光に対し感応性があり、一定の偏光の入射光に対してのみ、その屈折効果を発揮することができる。電気光学材料のこの制限は、この材料に基づく適応型眼鏡レンズの性能を制限しうる。本明細書に記載される本発明の実施形態のいくつかは、偏光回転要素の革新的な使用によって、この制限を克服し、そしてその制限を眼鏡の性能向上における優位性に転換しさえする。

【0031】

これらの実施形態のいくつかでは、電気的に調整可能なレンズに向けて電気光学層に入射した光を偏光回転子がインターセプトし、そしてインターセプトした光の偏光を回転し、それによりたとえインターセプトされた光が電気光学材料で屈折される偏光に直交する方向に直線的に偏光されていても、電気光学層に入射する光がレンズにより屈折される偏光成分を有することを保証する。偏光回転子は、典型的には、例えば、四分の一波長板または複屈折板を備える。１実施形態では、偏光子が偏光回転子と電気的に調整可能なレンズとの間に介在され、そしてその偏光子はレンズによって屈折される偏光を持つ光の成分のみを通過させるように配向される。代替実施形態では、互いに直交する偏光を有する光を屈折するように配向された電気光学層を有する、２つの電気的に調整可能なレンズが直列に配置され、それにより任意の偏光の入射光が集束されてもよい。

【0032】

本明細書中に記載されるいくつかの実施形態は、眼鏡を着用する人の眼から人に観察される物体までの距離を検知するセンサと一緒に眼鏡フレームに搭載される、電気的に調整可能なレンズを含む適応型眼鏡を提供する。制御回路は、検知された距離に応じてレンズを調整するが、明確に距離を決定することは常に可能または望ましいものではない。したがって、いくつかの実施形態では、制御回路は、検知された距離をブラケットする（ある距離の範囲で挟む）、異なるそれぞれの集束力（また屈折力とも呼ばれる）を持つようにフレーム内のレンズを調整する。本明細書及び特許請求の範囲において「ブラケット」は、焦点ブラケットの意味において使用され、屈折力が、検知された距離に基づいて選択された特定の目標屈折力値の周辺の範囲の値であることを意味する。（ブラケットは、対称である必要はなく、そして屈折力の一つは、実際に目標屈折力そのものであってもよい。）このようなブラケット化は、物体との距離が自動的に検知される場合だけでなく、ユーザが手動で焦点距離を設定する場合に被写界深度を高めるために、適応型眼鏡によって使用されてもよい。

【0033】

これらの実施形態のいくつかは、それぞれの電気光学層を有する一対の上記のような電気的に調整可能なレンズであって、その電気光学層は、第１のレンズが特定の偏光の光に対してだけその屈折力を適用し、一方で第２のレンズは、第１のレンズとは異なる屈折力をそれと直交する偏光の光に対してだけ適用するように配向される、１対のレンズを使用する。１つの実施形態では、これらの二つのレンズは、眼鏡を着用している人の左右の眼にそれぞれ入射した光に対しその屈折力を適用するように配置される。もう１つ別の実施形態では、人の片方の眼に入射した光に対しそれぞれの屈折力を適用するように２つのレンズが眼鏡フレームに相前後して装着される。いずれの場合も、人の片方の眼または両方の眼は、異なる焦点距離における２つの画像を受け取る。代替的に、左右の電気的に調整可能なレンズの両方は、偏光に関係なくそれぞれの屈折力を適用してもよい；この目的のために、レンズは、偏光の影響を受けない電気光学材料から構成され、または上記のように、それらは二つの偏光に影響されるレンズおよび／またはレンズと偏光回転子から構成されてもよい。これらのいずれの場合においても、脳は、実際に対象の物体にフォーカスされた画像を選択し、そして処理することができる。

【0034】

（システムの記述）
図１は、本発明の１つの実施形態による、適応型眼鏡２０の絵画的概略図である。眼鏡２０は、フレーム２５内に取り付けられた電気的に調整可能なレンズ２２及び２４を有する。焦点距離と光学中心（または等価的に、光軸）を含むレンズの光学特性は、制御回路２６によって制御され、それは電池２８または他の電源によって電力供給される。制御回路２６は、一般的に、本明細書に記載された機能を実行するための埋め込みマイクロプロセッサを有し、それは結線接続されたおよび／またはプログラム可能な論理要素および適切なインタフェースを備える。眼鏡２０のこれら及び他の要素は、典型的には、フレーム２５上又は内に取り付けられるが、代替的にフレーム２５に有線で接続される別個のユニット（図示せず）に含まれていてもよい。

【0035】

眼鏡２０は、眼鏡を着用している人の眼から人に観察される物体３４までの距離を検知する１つまたは複数のセンサを含む。制御回路２６はセンサの測定値に従ってレンズ２２と２４を調整する。図示の例では、センサは、左右の眼のそれぞれの視線方向３２を検知する１対の視線追跡装置３０を含む。制御回路２６は、典型的には、検知された視線方向に応答してレンズのそれぞれの光軸をシフトさせる。また、制御回路は、視線追跡装置３０によって測定される瞳孔間距離を、ユーザの焦点距離を推定するために（実際の注視方向を解析することさえなく）、そして恐らくは物体３４を識別するために使用することができる。

【0036】

カメラ３６は、制御回路２６による物体３４の識別および焦点距離の設定において使用するために、物体３４の画像を獲得する。視線追跡装置３０またはカメラ３６のどちらかは、焦点距離を決定するのに用いられてもよいが、これらのセンサの両方は、物体のより信頼性の高い識別を与えるために一緒に使用することができる。代替的にまたは付加的に、カメラ３６は、物体３４までの距離を測定する距離計または他の近接センサによって置換えまたは補足されてもよい。

【0037】

いくつかの実施形態では、眼鏡２０は、眼鏡２０の他の構成要素を活性化する少なくとも１つのトリガセンサ３８を含む。例えば、トリガセンサ３８は、制御回路２６と他の要素を定期的にトリガーするタイマー、または頭部運動センサのような観察距離の変化を示す他のセンサ、またはユーザ入力センサを含んでもよい。動作の一つのモードでは、トリガセンサ３８が作動する場合、カメラ３６または他の近接センサは、ユーザの視野内の物体までの距離を検出する。視野内のすべての物体がほぼ同じ距離にある場合には、レンズ２２及び２４は、ユーザの視力をその距離にフォーカスするように構成されうる。ユーザの視野内の複数の物体が異なる距離で検出された場合、視線追跡装置３０が起動され、例えばユーザの瞳孔間距離を解析することにより、ユーザが観察している距離を決定する。

【0038】

追加的または代替的に、制御回路２６は、ユーザ入力に応答して、眼鏡２０の機能を起動させることができる。種々の入力デバイス（図示せず）が、この目的のために使用することができる。例えば：
・フレーム２５上のボタン（プッシュボタンまたはタッチボタン）。
・目の動き、ウインクおよび／または瞬きによってレンズ特性を変化させる、視線追跡装置３０または他のセンサに基づく、眼ベースのジェスチャ制御システム。
・有線またはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）リンクのような無線通信リンクを介して制御回路２６に接続されている、リストバンドなどの外部装置上に配置されるボタン。
・手首の回転や特定の方向への動きなどの特定の運動に従って、制御回路にレンズ特性を変更させる、有線または無線通信リンクを介して制御回路２６に接続される、リストバンドのような外部装置上の運動検知器。
・有線または無線通信リンクを介して制御回路２６に接続される携帯型または着用型装置上に実装される、アプリケーション。
・事前設定の音声コマンドを識別するための音声分析または音響分析に基づき、制御回路２６がレンズ特性を変更する、音声制御。

【0039】

さらに追加的又は代替的に、制御回路２６は、ユーザ入力及び／又はセンサ入力によって決定され、そしていくつかの条件の下でレンズ２２及び２４の焦点距離を最適化するのに役立ちうる、事前設定の動作モードを有することができる。そのような動作モードは例えば、以下を含んでもよい：
・マニュアル−ユーザが手動で単一の距離（読書、中間または遠方）を選択する。レンズ２２と２４はそれに応じて調整され、オートフォーカスシステムは無効になっている。
・オフィス−レンズ２２と２４の中間と近距離の調整を奨励。
・スタンバイ−しばらくの間、何の動きも検出されない場合は、エネルギーを節約するために、センサ３０、３６およびレンズ２２、２４をシャットダウンする。
・運転−遠方視力を奨励。安全上の理由から、レンズ２２及び２４の少なくとも一部を遠方視力設定で常に維持し、揺れを無視することが可能である。
・読書−近距離視力を奨励、特別な場合にのみ他の範囲に切り替える。
・ノーマル−状況データ無し。この場合、制御回路はセンサ３０，３６にのみ依存する。

【0040】

センサ３０および３６による観察距離の正確な検出は困難でかつ不確実である可能性があり、そしてレンズ２２と２４の屈折力の誤設定は、ユーザにとって妨げになりうる。この問題を軽減するために、レンズ２２及び２４は、センサに基づいて推定される特定の目標距離をある距離範囲内に挟む（ブラケットする）、異なるそれぞれの屈折力に設定されてもよい。この目標距離は、一般的には物体３４のような、観察している物体までの推定距離である。レンズ間の屈折力の不一致は、両眼視が、多くの場合、視界がフォーカスされて見えるようにするためには、鋭く焦点の合った画像を見るための片目だけを必要とする、という事実を利用している。

【0041】

例えば、検出器３０及び３６が目標距離が１メートルであると示し、それに対してレンズ２２と２４が１ジオプトリに設定する必要があり（ユーザの通常の屈折力補正に対して）、そしてユーザが０．２のデフォーカスの許容範囲を有している場合、制御回路２６はレンズ２２および２４をそれぞれ０．８と１．２ジオプトリの屈折力に設定してもよい。この焦点のブラケット化は、検出された距離が正確ではなかった場合に、距離の広い範囲（０．６−１．４ジオプトリの屈折力に相当する）にわたってピントの合った状態で見る能力をユーザに提供する。

【0042】

レンズ２２及び２４は、常時、または、物体との距離が不明である特定の状況下でのみ、異なる屈折力で動作することができる。左右のレンズの屈折力の差（上記の例では０．４ジオプトリ）は、一定であるか、または、センサ３０，３６により検出された物体との距離の信頼度；センサ３０，３６の出力の確率分布；照明条件；検出された距離そのもの；そして、ユーザの嗜好；などのいくつかのパラメータの関数として変化することができる。

【0043】

別の１実施形態では、レンズ２２（またはレンズ２４）は、ユーザの目の１つまたは両方に入射する入射光に対して、異なるそれぞれの屈折力を適用する二つ以上の光学素子を含んでもよい。これらの光学素子は、例えば、要素内の電気光学層を直交する方向に配向させて、異なる偏光の光を屈折するように構成されてもよい。この実施形態は、図２を参照して以下にさらに記載される。レンズ２２と２４は、同様に直交する偏光で動作するように構成されてもよい。

【0044】

先に述べたように、いくつかの実施形態では、制御回路２６は、屈折力を調整することに追加して、またはその代替として、瞳の位置に合わせて動的に、レンズ２２と２４の光軸をシフトする（すなわち、光学中心を位置決めする）ために、視線追跡装置３０により示される視線方向を使用する。光軸を瞳でシフトすることにより、レンズの品質は、ユーザがレンズの端部の近傍を介して見ている場合は特に、改善することができる。

【0045】

しかし光軸の誤ったシフトは、粗末なユーザ体験もたらす結果となり得る。１つの実施形態では、制御回路２６は検出された視線方向の変化に応答して光軸をシフトする場合に、事前設定の時間遅延を適用することによりこの問題を克服する。このように、レンズの光学中心は、それが最適な位置に到達するまで、目の動きに応答して徐々に移動する。ユーザに判らないくらい十分に遅いレンズ中心の緩やかな動きは、急なレンズシフトに比べて、ユーザにとってより自然な体験を生成することができる。レンズ２２及び２４の光学中心は、目の動きに応答して、徐々に又は瞬時に、同時にまたは前後してのいずれかで移動させることができる。

【0046】

（電気的に調整可能なレンズの詳細な特性）
図２は、本発明の実施形態による、電気的に調整可能なレンズ２２の概略側面図である。レンズ２４は、典型的には、同様の設計のものである。
図示の実施形態では、レンズ２２は、複数の要素を含む複合レンズである：固定レンズ４０は、典型的にはガラスまたはプラスチックから作られ、ベースラインの屈折力を提供し、その屈折力は２つの電気的に調整可能なレンズ４２及び４４によって動的に変更される。（この理由から、レンズ２２自体は、電気的に調整可能な１つのレンズとみなすことができる。）代替的に、レンズ２２は、単一の電気的に調整可能な要素から構成されてもよく、そして固定レンズ４０は、いくつかの用途では必要とされないかもしれない。いくつかの実施形態では、レンズ２２は、偏光子および／または偏光回転子のような偏光素子４６を備え、それは以下で記載される機能を有する。

【0047】

電気的に調整可能なレンズ４２と４４は、一方で前章に記載の考察を考慮に入れながら、ユーザに観察される物体への焦点距離に応じてレンズ２２の屈折力を調整する。追加的に又は代替的に、レンズ４２，４４の光軸４８は、前章で同様に記載されたように、視線方向３２の変化に応答してシフトされてもよい。レンズ４２及び４４は、直交する円筒軸を有する、電気的に調整可能な円筒型レンズを有してもよい。代替的に、レンズ４２及び４４は、図３Ａ−３Ｄに示すように、二次元位相変調プロファイルを生成し、それにより球面または非球面レンズ（またはそれらのフレネル等価物）をエミュレートするように構成されてもよい。これらの種類のレンズ構成の両方は、レンズを駆動する波形と共に、上記ＷＯ２０１４／０４９５７７（特許文献４）に詳細に記載されている。

【0048】

前述のように、レンズ４２及び４４がそれぞれ偏光依存性の電気光学層を含んでいるいくつかの実施形態では、２つのレンズは、互いに直交する偏光を屈折するように配向されている：これらのレンズの一つは、例えば、レンズ４２は、Ｘ方向に偏光した光（図２に示す絵でページの中の方を向く）で動作し、そしてＹ方向の偏光（このビューでは上向き）に影響を与えない。レンズ４４は、Ｙ方向に偏光した光で動作し、場合によっては、レンズ４２と異なる焦点距離を有し、そしてＸ方向に偏光した光に影響を与えない。レンズ４２と４４を通過する非偏光の光は、したがって、両方の距離で集束し、およそ約半分の光が、レンズ４２の焦点距離に応じて集束し、一方他の半分の光はレンズ４４の焦点距離に応じて集束する。

【0049】

この解決策は、電子ディスプレイから発せられた光のような偏光した光を発する物体に対しては効果が無い可能性がある。この場合、光がレンズ４２及び４４の１つと同じ方向に偏光されていると、すべての光はそのレンズの焦点距離に従って集束する。

【0050】

この種の偏光依存性を避けるため、いくつかの実施形態では、偏光素子４６は偏光回転子を有し、その偏光回転子は、インターセプトされた光の当初の偏光に拘わらず、レンズ４２と４４の電気光学層に入射する光がそれぞれの偏光のそれぞれにおいて成分を有することを保証するため、入射光をインターセプトし、入射光の偏光を回転させる。例えば、１つの実施形態では、偏光素子４６は、典型的には、広い光帯域幅を持つ四分の一波長板を備える。四分の一波長板の軸は、レンズ４２及び４４の偏光軸に対して４５°の角度で配向されている。それにより、四分の一波長板を通過する任意の直線偏光の光の偏光は、回転され、それにより、エネルギーはレンズの直交する偏光方向の間で均等に分割され、そして単に非偏光の場合のように、レンズ４２と４４の両方の焦点距離に集束される。眼鏡２０（図１）のレンズ２２および２４は、同じ方向または反対方向のいずれかの方向に偏光を回転させる、四分の一波長板をそれぞれ含んでいてもよい。

【0051】

代替的１実施形態では、偏光素子４６は、波長依存の偏光回転子を形成する、透明な複屈折板を含む。波長λの関数としての複屈折率Δｎ（λ）及び厚さｄを有する層は、以下の式によって与えられる軸間の相対位相遅れを有する波長依存偏光回転子を形成する：

【数1】

レンズ２２における複屈折板は、Ｘ軸またはＹ軸（これらがレンズ４２及び４４の偏光軸であると仮定して）のいずれかに沿った偏光を有して複屈折板に入射する光の偏光を回転させるように配向されている。回転量は、波長λと膜厚ｄに依存する。複屈折板を出る光の強度は、複屈折板が十分に厚いかぎりは、任意のしかし非常に狭い範囲の波長にわたって平均した場合に、Ｘ軸偏光光とＹ軸偏光光との間で均等に分割される。この配置は、光の半分がレンズ４２によってフォーカスされ、他の半分がレンズ４４によってフォーカスされることを保証する。

【0052】

いくつかの実施形態では、偏光素子４６はまた、偏光回転子とレンズ４２との間に介在され、そしてレンズ４２により集束された偏光成分を通過させるように配向された偏光子を有する。（この場合には、レンズ４４を省略してもよく、あるいは、レンズ４２と４４は同じ偏光軸を有する円柱レンズであってもよい。）そうするとレンズ２２は、その向きに関係なく、任意の偏光の光で動作する。前述の実施形態と同様に、偏光回転子（四分の一波長板または複屈折板のような）はレンズ４２の偏光軸に対して４５°の角度で配向されている。偏光子はその偏光軸がレンズ４２の偏光軸に対して平行なように配向される。この構成は、任意の直線偏光（および非偏光）が、強度の半分がレンズ４２を通過し、レンズの偏光に平行に偏光され、それによりレンズ４２がその光を望み通りにフォーカスすることを保証する。

【0053】

図３Ａ−３Ｄは、本発明の１実施形態による電気的に調整可能なレンズ４２の詳細を示す図である。図３Ａは、レンズ４２の絵画的図であり、一方図３Ｂ及び図３Ｃは、レンズ４２内の電気光学層５０のそれぞれ反対側にある透明基板５２及び５４を示す側面図である。図３Ｄは、光学装置４２の側面図であり、レンズ４２のそれぞれ反対側にある基板５２及び５４上に配置される励起電極５６および６０の重ね合わせを示す。レンズ４４は、同様の設計のものでよい。

【0054】

電気光学層５０は、典型的には、上記ＰＣＴ国際出願公開ＷＯ２０１４／０４９５７７（特許文献４）に記載されているように、液晶層からなる。上述したように、電気光学層５０は、電極５６および６０によって印加される電圧波形に応答して、１つの偏光の方向にある光だけを屈折させ、一方で他の方向の偏光の光は、屈折することなくレンズ４２を通過する。代替的に、電気光学層５０は、偏光に依存しない、コレステリック液晶または他の電気光学材料から構成されてもよい。

【0055】

基板５２と５４上の電極５６と６０は、それぞれ、互いに直交する方向で、電気光学層５０の活性領域の上に延在する透明導電材料の平行なストライプを含む。図中の電極５６および６０は、均一な形状及び間隔であるが、ストライプは、代替的に変化する寸法及び／又はピッチを有してもよい。図３Ｄに示すように、電極５６および６０の重ね合わせは、電極６０の水平方向のストライプと電極５６の縦のストライプの重なりの領域により画定される、画素６４の配列を形成する。

【0056】

制御回路５８および６２は、制御回路２６または他のコントローラの制御下で、励起電極５６及び６０にそれぞれ制御電圧を印加する。上記ＷＯ２０１４／０４９５７７（特許文献４）に記載されるように、レンズ４２内の制御回路は、同時にかつ独立して、１組の励起電極のそれぞれに（すべての電極を含んでもよい）印加される制御電圧を変更することができる。制御回路５８及び６２は一緒に、電気光学層５０の両側の励起電極の組に印加される電圧を変更することができ、それにより電気光学層５０の２次元位相変調プロファイルを変更する。

【0057】

励起電極５６及び６０に印加される制御電圧は、位相変調プロファイルによって決定されるようにレンズ４２の焦点特性を調整する。制御回路５８および６２は、焦点距離を変更し、および／またはレンズの光軸をシフトするために制御電圧を変更することができる。制御回路５８および６２によって電極５６及び６０の両端の間に印加される電圧パターンは、円対称の位相変調プロファイルを与えるように選択されてもよく、それにより、球面または非球面レンズをエミュレートしてもよい。代替的に、異なる電圧パターンが印加され、それによりレンズ４２が、例えば、一つの軸または他の軸に沿ってより強い円筒成分を持つ、非点収差レンズとして機能してもよい。

【0058】

（分割された動的レンズ）
いくつかのケースでは、レンズ２２及び２４のような電子的に調整可能なレンズの領域を分割することが望ましい場合がある。例えば、いくつかのシナリオでは、眼鏡２０は、レンズが分割され、レンズの一部がユーザの視力補正のため常に無限大に設定され、他の部分が動的に変化するように構成されてもよい。以下に記載される実施形態は、電子的に調整可能なレンズの領域の代替的な、空間分割をサポートする。これらの実施形態のレンズは、活性領域の全て（又は少なくとも一部）上におよぶ単一のレンズとして動作するか、あるいは、活性領域は、２つ以上の区域に分割され、各区域は、（焦点距離及び／又は光軸）のような異なるレンズ特性を実装することができる。レンズは、これらのモードの間で動的に切り替わるように作製することができる。

【0059】

図４は、本発明の１つの実施形態による、分割された電子的に調整可能なレンズで使用される、基板７０上に形成される電極の概略正面図である。基板７０およびその上に形成される電極は、レンズ４２において、例えば、基板５２と電極５６の代わりに電圧波形を電気光学層５０（図３Ａ−３Ｄ）に印加するために使用されてもよい。基板５４上に形成された電極６０は、図３Ｃに示すままであってもよく、あるいは代替的に、図４に示したものと同様の方法で分割されていてもよい。さらに代替的に、分割された円筒レンズを作製するために、電極６０は、基板５４上で単一の共通電極によって置換されてもよい（不図示）。

【0060】

基板７０上の電極は、電気光学層の活性領域を横切るそれぞれの相互に平行な軸に沿って延びる、平行な導電性ストライプの配列からなる。各ストライプは、ストライプの軸のそれぞれの、相互に分断された部分の上に延在する、２つの区画７６および７８に分割されている。（図５に示される動的方式のような代替方式では、各ストライプは３つまたはそれ以上の区画に分割されてもよい。）一般的に、必要条件ではないが、区画７６は、図４に示される図で、基板７０の上端において導体に接続され、そしてその導体から制御され、一方区画７８は、下端において導体に接続され、そしてその導体から制御される。

【0061】

区画７６は、一緒に、レンズの領域７２を横切って延び、そして領域７２カバーし、一方区画７８は、別の領域７４を横切って延び、そして領域７４をカバーする。制御回路２６は、領域７２内の区画に対して、領域７４内の対応する区画に対するものとは異なる制御電圧波形を印加することができ、そしてそれにより、領域７２と７４に対応する、異なる焦点ゾーンを有する多焦点レンズとしてレンズを機能させる。しかし、所望であれば各ストライプ内の各区画７６と対応する区画７８に対して同じ波形が印加され、それにより両方の領域７２及び７４が同じ焦点特性を有してもよい。

【0062】

図５は、本発明の代替的な実施形態による、電気的に調整可能なレンズ内の基板８０上に形成された電極区画８２とスイッチ８４を示す電気回路図である。各ストライプは、前の実施形態と同様に、二つの区画８２のように少ない区画を有してもよい。しかし図５に示す実施形態では、各ストライプはＲ１、Ｒ２、．．．、Ｒｎとラベル付けされたｎ個の区画８２に分割され、それらはＧ１、Ｇ２、．．．、Ｇｎ−１とラベル付けされた薄膜トランジスタのようなスイッチ８４によって直列に接続される。制御線８６は、ストライプの全てを横切る、スイッチ８４の対応する行を作動させるために接続され、単一の制御線が全てのストライプにわたってそれぞれのスイッチＧｉに接続される。適切な制御線を作動させることによって、制御回路２６は、このように、全てのストライプの中において、それぞれの区画をその近隣の区画から同時に結合しまたは分離することができる。

【0063】

良好な光学的品質を達成するために、区画８２の間のギャップは、典型的には、区画それ自体の長さよりはるかに小さい。区画は全て、図５に示す例のように、類似の長さであってもよく、または異なる区画は、それぞれのストライプ内及び異なるストライプ間の両方で異なる長さを持ってもよい。

【0064】

制御回路２６は、典型的には、それぞれの導電性ストライプの１端または両端、例えば区画Ｒ１および場合によって区画Ｒｎに対して制御電圧波形を印加するように接続されている。異なる区画に異なる、それぞれの制御電圧波形を印加するために、制御回路は、適切なスイッチ８４を起動させ、そして、導電性ストライプのそれぞれの端に印加される制御電圧波形を変更することができる。

【0065】

例えば、スイッチＧｉの線に沿ってレンズ８０を区画割りするため、制御回路は、ｋ≠ｉの制御線８６のすべてを、対応するスイッチＧｋをオンにする（閉じる）ように設定し、それにより隣接する区画８２が電気的に接続される。同時に制御線ｉはスイッチＧｉをオフにする（開く）ように設定され、それにより区画Ｒｉ及びＲｉ＋１を区画割り線に沿って分断する。制御回路２６は、第１のセットの焦点特性を実装するために選択された電圧波形を区画Ｒ１に印加する。これらの波形は、スイッチ８４を通過し、そしてしたがって、各ストライプ内の区画８２を通って、オープンスイッチＧｉに到達するまで、下方に伝播する。同様に、制御回路２６は、異なる焦点特性を実現するように選択された他の波形を区画Ｒｎに印加し、そしてこれら波形はスイッチＧｉにおける同じ分断線に至るまでスイッチ８４と区画８２を上方に向かって通過する。

【0066】

別の実施形態では、レンズ８０は、区画割りされた動的レンズを実装するために使用され、そこでは、区画の１行あるいはそのような行のグループによって定義される、２つ以上のゾーンの各々が、異なる焦点特性（焦点距離および／または光軸）を実装するように設定され、制御回路は区画Ｒ１に接続される。区画Ｒ１．．．Ｒｎに対応するゾーン１．．．ｎは、以下のステップを適用することにより焦点特性Ｆ．．．Ｆｎを実装できる：
１）全てのスイッチ、Ｇｋ、ｋ＝１．．．ｎ−１を「オン」にする。
２）焦点特性Ｆｎを実現するために電極に電圧を印加する。
３）ｊ＝ｎ−１から１に対し以下を繰り返す：
ａ）スイッチＧｊを「オフ」にする。
ｂ）レンズに焦点特性Ｆｊを実現するため電極に電圧を印加する。

【0067】

この方法を使用して、スイッチ８４は１行ずつ一度にオフ（開放）にされうる。区画Ｒｊの中の電極区画の電圧は、スイッチｊの開放とスイッチＪ−１の開放との間のインターバルに更新される。このインターバルの持続時間は最小限に抑えることが望ましいが、区画Ｒｊへの電圧がその最終値に達し、そして、正しく更新されることを保証するのに十分なほど長くなければならない。

【0068】

各電極区画Ｒｊに印加される電圧は、経時変化する：区画Ｒｊ＋１．．． Ｒｎが更新された場合、この電圧は、レンズのゾーンｊに正しい焦点特性Ｆｊを実装するのに必要な電圧と異なることがある。液晶は、それに印加される時間平均電圧によって影響されるので、これらの電圧変化は、ゾーンｊの変調関数にノイズを追加しうる。このノイズは、区画Ｒｊ＋１ ．．．Ｒｎが更新されたときに印加された電圧を補償するように、各区画Ｒｊが更新されたときにその電極に印加される電圧を変更し、それにより区画Ｒｊへの時間平均電圧が所望の値を有することにより低減することができる。

【0069】

この方式の効率を高めるために、隣接する区画８２が類似の駆動電圧を必要とする（従って、類似のレンズを実装する）場合、隣接する区画８２は、これらの区画を繋ぐスイッチ８４を閉じることによって同時に更新することができる。

【0070】

追加的または代替的に、制御回路２６は、各ストライプ内の区画Ｒ１と区画Ｒｎの両方に接続され、Ｒ１から下方へそしてＲｎから上方へ同時に上記と同様の伝播シーケンスを使用することができる。このようにして、レンズのすべてのセクションの電圧をより短時間で更新することができる。

【0071】

上記の実施形態は例示のために引用され、そして本発明は上記に特に示され、そして記載されたものに限定されないことを理解されたい。むしろ、本発明の範囲は上記に記載された種々の特徴の組み合わせおよびサブ組み合わせを含み、そして上記の記載を読んだ当業者が想起する、従来技術に無いそれらの変化形および修飾を含む。

【図1】

【図2】

【図3A-3D】

【図4】

【図5】