KR102795479B1 - 광학 물품 - Google Patents
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Abstract
광학 물품(1)은 안과용 렌즈(3)와 전압원(4)을 포함하고, 안과용 렌즈는, 기재(31), 액정을 포함하고 기재(31)의 적어도 일부 상에 배치된 제1 층(33), 및 전도성 재료로 형성된 제1 및 제2 전극(32, 35)을 포함하고, 전압원은, 제1 및 제2 전극(32, 35)에 전기적으로 접속되고, 인가되는 전압에 따라 상기 액정의 배향을 제어하도록 구성되고, 안과용 렌즈(3)는 제1 및 제2 전극 사이에 배치된 광전도성 재료로 형성된 제2 층(34)을 더 포함하고, 광학 물품(1)은 안과용 렌즈(3)의 제2 층(34) 상에 광 패턴을 투영하도록 구성된 광 투영기(5)를 더 포함하고, 상기 제2 층(34)은 광 패턴에 의해 조명될 때 국부적으로 전도성을 갖고, 상기 광 패턴은 제1 층(33)의 액정에 의해 유도되는 굴절률 수정 패턴에 대응한다.
Description
본 발명은 렌즈의 굴절률이 액정 셀을 사용하여 국부적으로 가변될 수 있는 능동 렌즈에 관한 것이다.
능동 렌즈는, 예를 들어, 렌즈의 굴절력을 국부적으로 변경함으로써 필요에 따라 특정 광학 기능을 제공하는 데 사용될 수 있다. 능동 렌즈는 착용자의 처방전에 기초하여 눈 관리 전문가에 의해 상이한 렌즈 설계들을 제안하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, Mitsui Chemicals의 TouchfocusTM 안경과 같은 능동 렌즈도, 근거리 시야에서 추가 굴절력을 제공하여 이중 초점 렌즈의 단초점 안과용 렌즈를 일시적으로 변형시키는 데 사용될 수 있다.
능동 렌즈는 액정으로 충전된 동심 융기를 가진 프레넬 렌즈를 포함할 수 있다. 능동 렌즈는 액정에 커맨드 전압을 인가함으로써 필요에 따라 활성화된다. 이러한 유형의 능동 렌즈에는, 프레넬 렌즈의 기하학적 구조가 고정되어 있다는 단점이 있다. 따라서, 제공되는 광학 기능이 가변되지 않을 수 있다. 또한, 프레넬 렌즈의 구조는, 액정이 비활성화될 때 가시적이어서, 능동 렌즈의 착용자를 위한 편안함이 부족하다.
다른 능동 렌즈는 렌즈의 표면 상에 분포된 액정 셀들의 매트릭스를 포함할 수 있다. 액정 셀들은, 능동 매트릭스의 경우 커맨드 트랜지스터에 의해 또는 수동 매트릭스의 경우 액정 셀의 전극에 연결된 커맨드 전극에 의해 분리된다. 이러한 능동 렌즈는, 제공할 광학 기능의 선택과 관련하여 더 큰 적응성을 가능하게 한다. 그러나, 이러한 능동 렌즈에는 몇 가지 단점이 있다. 트랜지스터 또는 커맨드 전극이 존재함으로 인해 광학 기능을 저하시키는 약간의 회절을 유발한다. 또한, 화소의 크기는, 액정 셀에 인접한 트랜지스터 또는 커맨드 전극의 존재에 의해 제한된다. 또한, 능동 매트릭스의 경우, 능동 렌즈의 투과는 액정 셀에 인접한 불투명 트랜지스터의 존재에 의해 제한된다. 또한, 액정 셀들의 매트릭스는 낮은 곡률 반경을 갖는 렌즈에 통합되기에 적합하지 않다. 따라서, 액정 셀들의 매트릭스는, 평면 기재 상에 제조되며 안과용 렌즈 내에 내장되며, 이는 착용자가 볼 수 있게 하며 통합을 복잡하게 한다.
본 발명은 상술한 단점 및 결함을 극복한 능동 렌즈를 제안하고자 한다.
전술한 바를 고려할 때, 본 발명의 한 목적은 종래 기술의 불편함의 적어도 일부를 경감시키는 것이다.
특히, 본 발명의 한 목적은 이전에 기술된 액정 매트릭스를 포함하는 능동 렌즈보다 양호한 투명도를 갖는 능동 렌즈를 제안하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 액정 셀에 인접한 트랜지스터 또는 커맨드 전극의 매트릭스에 의해 야기되는 회절의 영향을 받지 않는 광학 기능을 제공할 수 있는 능동 렌즈를 제안하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 제조가 용이한 능동 렌즈를 제안하는 것이다.
이를 위해, 제1 양태에 따르면, 광학 물품을 제안하며, 이 광학 물품은,
적어도 하나의 안과용 렌즈, 및
전압원을 포함하고,
안과용 렌즈는,
기재,
액정을 포함하고, 기재의 적어도 일부 상에 배치된 제1 층, 및
전도성 재료로 형성되고 제1 층의 양측 상에 배치된 제1 전극과 제2 전극을 포함하고,
전압원은, 상기 제1 및 제2 전극에 전기적으로 접속되고, 제1 및 제2 전극 사이에 인가되는 전압에 따라 액정의 배향을 제어하도록 구성되고,
안과용 렌즈는 제1 및 제2 전극 사이에 배치된 광전도성 재료로 형성된 제2 층을 더 포함하고,
광학 물품은 안과용 렌즈의 제2 층 상에 광 패턴을 투영하도록 구성된 광 투영기를 더 포함하고, 상기 제2 층은 광 패턴에 의해 조명될 때 국부적으로 전도성을 갖고, 상기 광 패턴은 제1 층의 액정에 의해 유도되는 굴절률 수정 패턴에 대응한다.
실시예에서, 광학 물품은 다음에 따르는 특징들 중 하나 또는 조합을 더 포함할 수 있다.
- 액정은 청색 상 액정 또는 단 피치 콜레스테릭(cholesteric) 액정이다. 따라서, 액정에 의해 유도되는 굴절률 패턴은 등방성이며, 모든 편광 방향이 액정층에 진입할 수 있다. 따라서, 편광층이 필요하지 않으므로 안과용 렌즈를 제조하기 쉽다.
- 광 투영기는, 적어도 하나의 광원 및 광원에 의해 조명될 때 제2 층 상에 투영되는 광 패턴을 제공하도록 구성된 적어도 패턴 생성기를 포함한다. 패턴 생성기는 다음 중 하나일 수 있다.
* 공간 광 변조기로서, 공간 광 변조기(SLM)는 액정 셀들의 매트릭스를 포함한다. 각 액정 셀은 각 액정 셀에 입사하는 광의 진폭 및/또는 위상을 수정하도록 독립적으로 제어된다. 따라서, SLM은 광원에 의해 조명된다. SLM은 투과형 또는 반사형일 수 있으며, 이 경우 SLM은 반사층을 포함한다.
* 광원에 의해 조명될 때 제2 층 상에 투영되는 광 패턴을 제공하도록 구성된 홀로그램으로서, 예를 들어, 컴퓨터 생성 홀로그램(Computer Generated Hologram) 또는 푸리에 홀로그램(Fourier Hologram).
- 광 투영기는,
* 적어도 하나의 광원,
* 조명될 때 제2 층 상에 투영되는 복수의 광 패턴 중 하나를 제공하도록 각각 구성된 복수의 홀로그램, 및
* 광원에 의해 조명되고 복수의 홀로그램 중 광원에 의해 조명되는 하나의 홀로그램을 선택하도록 구성된 선택 디바이스를 포함한다. 선택된 홀로그램에 따라, 다른 광 패턴이 광 전도성 층 상에 투영되어 다른 굴절률 패턴이 액정층에 의해 유도될 수 있다. 추가로 또는 대안으로, 선택된 홀로그램에 따라, 광 패턴은 안과용 렌즈의 다른 위치 상에 투영될 수 있고,
- 선택 디바이스는 복수의 홀로그램 중 하나의 홀로그램 상에 적어도 하나의 광원을 편향시키도록 구성될 수 있다. 그 경우에, 선택 디바이스는, 예를 들어, 마이크로-미러어레이(micro-mirror array), 단일 마이크로-미러(single micro-mirror), 반사 공간 광 변조기, 및 능동 제어형 투광 요소 중 하나일 수 있다. 능동 제어 투광 요소는, 예를 들어, 다음 중 하나일 수 있다.
* 프리즘이 액정으로 충전되어 있을 때 프리즘의 굴절률을 가변함으로써 또는 프리즘이 예컨대 유체로 충전된 벨로우 구조에 의해 연결된 두 개의 판을 포함할 때 프리즘의 표면의 배향을 수정함으로써 편향각이 능동적으로 제어될 수 있는 능동 프리즘, 및
* 기울기 각도가 제어될 수 있는 유리창.
- 선택 디바이스는, 적어도 하나의 광원에 의해 조명될 때 복수의 홀로그램 중 하나를 조명하도록 구성된 투과형 공간 광 변조기일 수 있고,
- 광학 물품은, 안과용 렌즈의 제2 층의 표면 상의 복수의 위치 상에서 광 투영기에 의해 생성되는 광 패턴을 편향시키도록 구성된 광 편향기를 포함한다. 이러한 광 편향기는, 예를 들어, 안과용 렌즈의 일부가 광 생성기에 의해 생성되는 광 패턴에 의해 조명되어야 할 때 사용될 수 있다. 따라서, 안과용 렌즈 상의 광 패턴의 위치는, 예를 들어, 안경 착용자가 선호하는 시선 방향을 고려할 수 있다. 이러한 광 편향기는, 또한, 착용자의 시선 방향을 따르도록 제어될 수 있고,
- 광 편향기는, 전술한 바와 같이 마이크로-미러어레이, 단일 미러어레이, 능동 제어 투광 요소 중 하나일 수 있으며,
- 광학 물품은 프레임 및 두 개의 안과용 렌즈를 포함하는 안경이며,
* 전압원은, 프레임 상에 배치되며, 각 안과용 렌즈의 제1 및 제2 전극에 전기적으로 접속되며, 전압원은 각 안과용 렌즈의 제1 및 제2 전극 사이에 인가되는 전압에 따라 액정의 배향을 제어하도록 구성되고,
* 안경은 프레임 상에 배치된 두 개의 광 투영기를 더 포함하고, 각각의 광 투영기는 안과용 렌즈들 중 하나의 안과용 렌즈의 제2 층 상에 광 패턴을 투영하도록 구성되고, 상기 제2 층은 광 패턴에 의해 조명될 때 국부적으로 전도성을 갖고, 상기 광 패턴은 고려되는 안과용 렌즈의 제1 층의 액정에 의해 유도되는 굴절률 수정 패턴에 대응한다.
- 안경은 다음을 더 포함한다.
* 프레임 상에 배치되고 안경 착용자의 시야각을 결정하도록 구성된 눈-추적 디바이스, 및
* 안경은 두 개의 광 편향기를 더 포함하며, 각각의 광 편향기는, 결정된 시야각과 고려되는 안과용 렌즈의 제2 층의 교차부에 대응하는 위치에서 안과용 렌즈들 중 하나의 안과용 렌즈의 제2 층의 표면 상의 상기 광 투영기들 중 하나의 광 투영기에 의해 생성되는 광 패턴을 편향시키도록 구성된다.
또한, 제2 양태에 따르면, 안과용 렌즈의 굴절률을 국부적으로 수정하여 안과용 렌즈에 추가 광학 기능을 제공하는 방법을 제안하며, 이 방법은,
- 광학 렌즈, 전압원, 광 투영기를 포함하는 광학 물품을 제공하는 단계로서, 광학 렌즈는, 기재, 액정을 포함하고 기재의 적어도 일부 상에 배치된 제1 층, 전도성 재료로 형성되고 제1 층의 양측 상에 배치된 제1 전극과 제2 전극, 및 광전도성 재료로 형성되고 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 제2 층을 포함하고, 전압원은 제1 및 제2 전극에 전기적으로 접속되고, 전압원은 제1 및 제2 전극 사이에 인가되는 전압에 따라 액정의 배향을 제어하도록 구성되고, 광 투영기는 안과용 렌즈의 제2 층 상에 광 패턴을 투영하도록 구성되고, 제2 층은 광 패턴에 의해 조명될 때 국부적으로 전도성을 갖고, 광 패턴은 제1 층의 액정에 의해 유도되는 굴절률 수정 패턴에 대응하는, 단계,
- 상기 전압원을 이용하여 제1 및 제2 전극 사이에 전압을 인가하는 단계, 및
- 광 투영기에 의해 제공되는 광 패턴으로 안과용 렌즈를 조명하는 단계를 포함한다.
추가 광학 기능은 안과용 렌즈에 추가될 수 있는 착용자의 굴절이상의 교정을 제공할 수 있다. 교정은 구, 비점수차, 프리즘, 가입도 중 하나 이상일 수 있다. 교정의 전체 또는 일부는 광학 기능에 의해 제공될 수 있다. 예를 들어, 안과용 렌즈가 단초점 렌즈인 경우, 근시 영역에서의 가입도는 광 패턴에 의한 안과용 렌즈의 조명으로 인한 굴절률 수정 패턴에 의해 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 능동 렌즈 상에 수광된 광 패턴에 의해 직접 구동되는 능동 렌즈를 제공할 수 있다. 따라서, 굴절률 패턴의 픽셀의 크기는 액정 셀에 인접한 트랜지스터 또는 커맨드 전극의 매트릭스에 의해 제한되지 않는다. 굴절률 패턴의 픽셀 크기는, 사용되는 광전도성 재료에 따라, 광전도성 재료 층 상에 투영되는 광 패턴의 해상도에 의해 그리고 결국에는 광전도성 재료의 전하 확산에 의해 다소 제한된다. 굴절률 수정으로 인한 광학 기능의 품질은, 안과용 렌즈의 표면 상에 커맨드 전극 또는 커맨드 트랜지스터의 존재에 의해 유도되는 회절 패턴이 없기 때문에 개선된다. 또한, 능동 렌즈는, 안과용 렌즈의 광학 표면 상에 커맨드 트랜지스터가 배치되지 않기 때문에, 동일하지는 않더라도 표준 안과용 렌즈의 투과율에 필적하는 투과율을 갖는다. 사실, 본 발명의 광학 능동 렌즈를 사용하는 착용자는, 표준 안과용 렌즈에 비해 광학 능동 렌즈를 통해 볼 때 어떠한 실질적인 차이도 느끼지 못한다.
또한, 본 발명은, 임의의 유형의 안과용 렌즈 상에 구현될 수 있고, 고려되는 안과용 렌즈의 곡률에 의해 제한되지 않는다.
또한, 이러한 능동 렌즈는 제조하기가 용이하다. 본 발명에 따르면, 액정을 포함하는 층은, 적어도 부분적으로 투명한 전도성 재료의 두 개의 층 사이에 및 전도성 재료 층들 중 하나와 투영되는 광 패턴에 의해 활성화되는 광전도성 재료 층 사이에 배치된다. 전도성 재료의 층들은 전압원에 직접 접속되고, 조명 패턴은 해당 안경의 프레임 내에 배치된 광 투영기에 의해 생성된다.
본 발명의 내용에 포함됨.
이제, 본원에 제공된 설명 및 이의 이점을 보다 완전하게 이해하기 위해, 유사한 참조 번호가 유사한 부분을 나타내는 첨부 도면 및 상세한 설명과 관련하여 취해진 이하의 간략한 설명을 이제 참조한다.
도 1a는 실시예에 따른 광학 물품을 도시하고, 도 1b는 실시예에 따른 광학 물품의 하나의 안과용 렌즈를 보다 상세하게 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 광 투영기의 상이한 실시예들을 도시한다.
도 3은 안과용 렌즈의 굴절률을 국부적으로 수정하여 안과용 렌즈에 추가 광학 기능을 제공하는 방법을 도시한다.
도 1a는 실시예에 따른 광학 물품을 도시하고, 도 1b는 실시예에 따른 광학 물품의 하나의 안과용 렌즈를 보다 상세하게 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 광 투영기의 상이한 실시예들을 도시한다.
도 3은 안과용 렌즈의 굴절률을 국부적으로 수정하여 안과용 렌즈에 추가 광학 기능을 제공하는 방법을 도시한다.
다음 설명에서, 도면은 반드시 축척에 맞춰진 것은 아니며, 소정의 기능부가 명확성과 간결성을 위해 또는 정보 제공의 목적으로 일반화되거나 개략적인 형태로 도시될 수 있다. 또한, 다양한 실시예를 만들고 사용하는 것을 아래에서 상세하게 논의하지만, 본원에 설명된 바와 같이 매우 다양한 맥락에서 구현될 수 있는 많은 발명적 개념이 제공된다는 것을 이해해야 한다. 본원에서 논의되는 실시예들은 단지 대표적인 것이며 본 발명의 범위를 제한하지 않는다. 또한, 공정과 관련하여 정의된 모든 기술적 특징은 개별적으로 또는 조합하여 장치로 전치될 수 있고, 역으로, 장치와 관련된 모든 기술적 특징이 개별적으로 또는 조합하여 공정으로 전치될 수 있다는 점은 통상의 기술자에게 명백할 것이다.
도 1a는 일 실시예에 따른 광학 물품(1), 여기서는 안경을 도시한다. 안경(1)은, 프레임(2), 두 개의 안과용 렌즈(3), 두 개의 전압원(4), 및 두 개의 광 투영기(5)를 포함한다. 각각의 광 투영기(5)는 안과용 렌즈들(3) 중 하나의 안과용 렌즈의 전체 또는 일부 상에 광 패턴을 투영하도록 구성되고, 각 전압원(4)은 하나의 안과용 렌즈(3)에 전기적으로 접속된다.
도 1b에 도시된 실시예에 따르면, 각각의 안과용 렌즈(3)는, 제1 전극(32), 액정을 포함하는 제1 층(33), 광전도성 재료로 제조된 제2 층(34), 및 제2 전극(35)이 적층된 기재(31)를 포함한다. 제1 및 제2 전극(32, 35)은 액정을 포함하는 제1 층(33)의 대향면 상에 배치된다. 광전도성 재료로 제조된 제2 층(34)은 전극들(32, 35) 중 하나와 액정을 포함하는 제1 층(33) 사이에 배치된다.
기재(31)는, 유리 또는 플라스틱으로 제조되고, 안과용 렌즈(3)의 형상을 정의하는 두 개의 표면을 갖는다. 안과용 렌즈(3)는 착용자의 굴절이상을 교정하도록 구성될 수 있거나 구성되지 않을 수 있다. 제1 및 제2 전극(32)은, 실질적으로 투명한 전도성 재료, 바람직하게는 인듐 주석 산화물(ITO), 아연 산화물(ZnO) 또는 알루미늄 도핑된 아연 산화물(AZO) 등의 전도성 산화물로 제조되며, 이는 적어도 가시광선 범위에서 부분적으로 투명하다. 제1 및 제2 전극은 제1 층(33) 내에서 액정의 배향을 제어하도록 구성된 전압원(4)에 전기적으로 접속된다.
제1 층(33)은 트위스티드네마틱(twisted nematic) 액정, 콜레스테릭 액정, 또는 청색 상 액정을 포함할 수 있다. 제1 층(33) 내에서, 액정은 예를 들어 러빙된(rubbed)폴리이미드(AM4276) 층으로 형성된 두 개의 배향층에 의해 둘러싸여 있다.
제1 층(33)이 트위스티드네마틱 액정을 포함하는 경우, 안과용 렌즈(3)는 안과용 렌즈의 착용자의 눈에 대향하는 측에 배치된 편광기를 추가로 포함한다. 편광기는 제1 층(33)을 통과하는 착용자의 환경으로부터 나오는 광의 편광을 선택할 수 있게 한다. 편광기가 배향막과 동일한 배향을 가질 때, 광은 통과하여 제1 층(33)에 진입한다. 트위스티드네마틱 액정을 포함하는 층(33)을 통과하는 광에 의해 보이는 굴절률은, 네마틱 액정이 트위스티드네마틱 구성으로 되어 있는지 또는 액정이 인가된 대응하는 전기장의 방향으로 배향되는 구성으로 되어 있는지 여부에 달려 있다.
제1 층(33)이 단 피치 콜레스테릭 액정, 즉, 네마틱 액정 혼합물 및 예를 들어 CB15, ZLI-811 또는 ZLI-4571과 같은 키랄 도펀트(chiral dopant)를 포함할 때, 액정은 양측 배향층 사이에 나선을 형성한다. 나선의 피치는 대략 광의 파장 이하이다. 따라서, 콜레스테릭 구성의 액정을 포함하는 층(33)을 통과하는 광, 즉 나선을 형성하는 광은, 입사광의 모든 편광 방향에 대해 정의된 유효 굴절률의 매질을 보게 된다. 고려되는 액정의 유형에 따라 일반적으로 20 V 내지 50 V의 고 전압이 액정 층의 양측에 있는 전극에 인가될 때, 액정은 수직 구성에 있으며, 즉, 액정은 인가되는 전기장의 방향으로 배향되고, 액정층을 통과하는 광은 굴절률의 다른 값을 보게 된다.
예컨대, 제1 층(33)이 청색 상 액정, 즉, 예를 들어 US 2008/0259254 A1에 개시된 바와 같이 폴리머 안정화를 위해 JC1041-XX, 5CB, RM257에 연관된 ZLI4572, EHA와 같은 단 피치 콜레스테릭 액정에 사용되는 것과 같이 더 높은 농도의 네마틱 액정 혼합물 및 키랄 도펀트를 포함하는 경우, 액정은 배향층들 사이에 나선의 입방체 시스템을 형성한다. 액정층을 통과하는 광에 의해 보이는 굴절률은 액정층의 양측에 인가되는 전압의 진폭에 의해 직접적으로 유발될 수 있다.
단 피치 콜레스테릭 결정 또는 청색 상 액정을 사용하면, 액정층의 동일한 부분에 입사되는 광의 모든 편광 방향에 동일한 굴절률이 적용된다.
제2 층(34)은, 가시광선 범위에서 적어도 부분적으로 투명하고 예를 들어 자외선 또는 적외선과 같은 여기광을 흡수하는 광전도성 재료로 제조된다. 광전도성 재료는, 예를 들어, ITO로 제조되고 180
에서 10분 동안 어닐링된 제1 전극(32) 상에 스핀 코팅된 에탄올 내의 ZnO 나노입자 현탁액, 또는 화학 기상 증착 또는 스퍼터링에 의해 증착된 ZnO나노입자이다. 사용될 수 있는 다른 광전도성 재료는, 예를 들어, 산화아연(ZnO), 산화티타늄(Ti02), 비정질 실리콘이 부분적으로 투명하도록 층의 깊이가 선택되는 비정질 실리콘, 갈륨비소 합금, 산화비스무트, 프탈로시아닌, 폴리비닐카르바졸, 폴리티오펜과 같은 유기 광전도성 재료를 포함한다.
광전도성 재료는, 여기광이 없을 때에는 전기 절연체이고 여기광에 의해 조명될 때에는 도전성이 되는 재료이다. 따라서, 대응하는 투영기(5)에 의해 안과용 렌즈(3) 상에 투영되는 여기광의 광 패턴에 따라, 제1 층(33)에 포함된 액정에 전압이 국부적으로 인가된다. 인가되는 전압의 값에 따라, 액정이 자신의 배향을 변경할 수 있으므로, 인가되는 여기광의 광 패턴에 따라 액정층을 통과하는 광에 의해 보이는 굴절률이 국부적으로 수정될 수 있다.
광 패턴은, 사용되는 액정의 종류에 따라, 바이너리(binary) 패턴일 수도 있고, 또는 상이한 광 강도, 즉, 그레이 레벨을 갖는 패턴일 수도 있다. 바이너리광 패턴은 예를 들어 트위스티드네마틱 또는 단 피치 콜레스테릭 액정과 함께 사용될 수 있는 반면, 상이한 그레이 레벨을 갖는 패턴은 예를 들어 청색 상 액정 및 트위스티드네마틱과 함께 사용될 수 있다.
광전도성 재료 상에 투영되는 여기광의 광 패턴에 따라, 액정층에 의해 상이한 광학 기능이 제공될 수 있다. 이러한 광학 기능은, 예를 들어, 주어진 굴절력, 실린더 및/또는 프리즘을 제공하는 렌즈를 포함한다.
광학 기능은 여기광의 광 패턴에 의해 유도되는 굴절률 패턴에 의해 제공된다.
도 2a에 도시된 실시예에 따르면, 광 투영기(5)는, 예를 들어, 레이저 다이오드, 자외선 또는 적외선을 방출하는 레이저, VECSEL, VCSEL, 또는 외부 캐비티가 있는 발광 다이오드(LED), 및 투과에 있어서 기능하는 액정 셀들의 어레이로 제조된 공간 광 변조기(SLM)(52)를 포함하는 가간섭성 광원(51)을 포함한다. 광원(51)은 공간 광 변조기의 표면을 조명하도록 구성된다. 광원은, 광원에 의해 방출되고 공간 광 변조기에 도달하는 광 빔의 크기와 수렴에 맞추도록 필요한 경우 예를 들어 한 쌍의 렌즈와 같은 빔 형성 광학계를 포함할 수 있다. 공간 광 변조기(52)는, 안과용 렌즈(3), 특히 제2 층(34) 상에 투영되도록 의도된 광 패턴(53)을 생성하도록 구성된다. 광 패턴(53)은 SLM에 의해 정의되는 광 세기의 패턴에 대응할 수 있다. 광 투영기는, 또한, 안과용 렌즈 상에 투영되는 광 패턴의 크기와 품질에 맞추도록 일부 빔 형성 광학계를 포함할 수 있다.
선택적으로, 광학 물품(1)은, 일 실시예에 따라 안과용 렌즈 상의 광 패턴의 위치를 제어하도록 구성된 광 편향기(56)를 더 포함할 수 있다. 광 편향기는, 도 2a에 도시된 바와 같이 광 투영기(5) 내에 포함될 수 있고, 예를 들어 프리즘 또는 경사진 투명 판일 수 있다. 편차 각도는 도 2b의 실시예를 참조하여 후술하는 바와 같이 고정되거나 능동적으로 제어될 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면, 광 패턴(53)은 위상의 변동도 포함할 수 있다. 위상의 이러한 변동은 SLM으로부터 나오는 광 빔의 편향을 유도하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 안과용 렌즈 상의 광 패턴(53)의 위치는 SLM에 의해 유도되는 위상에 의해 제어되고, 이 경우, 광 편향기가 사용되지 않을 수 있다.
여기에 나타내지 않은 다른 일 실시예에 따르면, 공간 광 변조기(52)는 반사에 있어서 기능한다.
공간 광 변조기를 사용하면 몇 가지 장점이 있다. SLM에 의해 생성되는 광 패턴은 쉽게 재구성될 수 있고 상황에 맞춰질 수 있다. 예를 들어, 안과용 렌즈 상의 광 패턴의 크기 및/또는 위치는 가변될 수 있다. 또한, 안과용 렌즈에 유도되는 광학 기능도 쉽게 가변될 수 있다. 연산 능력을 제한하기 위해, SLM에 인코딩될 미리 정해진 광학 기능 또는 패턴의 세트가 메모리에 저장될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 공간 광 변조기(52)는 홀로그램으로 대체될 수 있다. 이 경우, 생성된 조명 패턴은 고정된다.
일 실시예에 따르면, 홀로그램은, 광원에 의해 제공되는 광 빔으로 조명될 때, 원하는 광학 기능을 제공하는 굴절률 패턴에 실질적으로 공간적으로 대응하는 광 패턴이 생성되도록 구성된다. 이어서, 굴절률 값은 액정에 인가되는 전압에 의해 설정된다. 홀로그램은 안과용 렌즈의 특정 위치에서 원하는 광 패턴을 제공하도록 구성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 안과용 렌즈 상의 홀로그램에 의해 생성되는 광 패턴의 위치를 조정하기 위해 추가 편향기가 홀로그램 상에 중첩될 수 있다. 이러한 추가 반사기(편향기)는 홀로그램의 기재에 접합된 홀로그램 격자 또는 주름형 막일 수 있다.
홀로그램은, 예를 들어, 로만(Lorunan)법 또는 키노폼 홀로그램 방법 또는 반복 푸리에 변환 알고리즘(IFTA, Gerchberg-Saxton 알고리즘이라고도 함)과 같이 통상의 기술자가 알고 있는 다른 방법을 사용하여 푸리에 변환에 기초하여 계산된 컴퓨터 생성 홀로그램, 또는 예를 들어 포인트 소스 홀로그램일 수 있고, 예를 들어, 종래의 투명 막 상의 인쇄, 포토리소그래피, 나노임프린트, 폴리머 재료에 대한 엠보싱에 의해 인쇄될 수 있다. 복제는, 예를 들어, 성형 방법에 의해 취득될 수 있다.
홀로그램은, 또한, 홀로그램 기록 설정 덕분에 감광성 재료(예를 들어, 포토폴리머, 중크롬화 젤라틴)에 기록될 수 있다. 이 설정은, 객체 빔을 제공하여 참조 빔과의 간섭에 의해 객체의 푸리에 변환을 기록하도록, 연산된 패턴을 표시하는 SLM 또는 실제 객체를 렌즈의 초점면에 배치된 객체로서 이용할 수 있다. 이러한 홀로그램을 푸리에 홀로그램이라고 한다. 재료는 활성 재료일 수 있다(예를 들어, 홀로그래픽폴리머 분산 액정용 H-PDLC). 이어서, 이러한 홀로그램은 감광성 재료의 광학 복제를 기반으로 하는 방법에 의해 복제될 수 있다.
도 2b에 도시된 실시예에 따르면, 광 투영기(5)는 적어도 하나의 가간섭성 광원(51), 선택 디바이스(54), 및 홀로그램 어레이(55)를 포함한다. 홀로그램의 적어도 일부는, 조명될 때, 안과용 렌즈(3) 상의 광 패턴의 상이한 위치 또는 상이한 광학 기능에 대응할 수 있는 상이한 광 패턴을 생성하도록 구성될 수 있다. 광학 기능은, 예를 들어 프리즘, 실린더, 구 및/또는 가입도가 있는 추가 렌즈와 같은 상이한 유형일 수 있고/있거나 예를 들어 상이한 굴절력, 평균 구, 실린더 또는 가입도와 같은 상이한 특성을 가질 수 있다.
적어도 하나의 광원(51)은 선택 디바이스(54)를 조명하도록 구성되고, 선택 디바이스(54)는 홀로그램 어레이(55)의 홀로그램들 중 적어도 하나를 조명하도록 구성된다. 이어서, 선택된 홀로그램에 의해 생성되는 광 패턴(53)은 안과용 렌즈(3)의 전체 또는 일부 상에 투영된다. 본 실시예에서 예시된 바와 같이, 광 패턴은 동심 원들의 연속에 대응할 수 있다. 제1 층(33)에 의해 형성되는 대응하는 굴절률 패턴은 프레넬 렌즈를 형성한다. 전술한 바와 같이, 다른 광학 기능을 제공하기 위해 다른 굴절률 패턴이 유도될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 광 투영기가 적어도 하나의 광원을 포함할 때, 선택 디바이스(54)는 다음 중 하나일 수 있다.
- 복수의 홀로그램 중 적어도 하나에서 적어도 하나의 광원을 편향시키도록 구성되고, 예를 들어, 편향각이 이산 값들 중에 선택될 수 있는 디지털 마이크로-미러 디바이스(DMD)인, 마이크로-미러어레이,
- 복수의 홀로그램 중 적어도 하나를 조명하도록 구성된 반사형 또는 투과형 공간 광 변조기(SLM).
광 투영기는, 예를 들어 공간 광 변조기를 형성하는 액정 셀들 중 하나 또는 마이크로-미러어레이들 중 하나를 조명하도록 각각 구성된 광원들의 매트릭스 또는 전술한 선택 디바이스 중 하나를 조명하도록 구성된 단일 광원(51)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 광 투영기가 선택 디바이스(54)를 조명하도록 구성된 하나의 광원(51)을 포함할 때, 선택 디바이스(54)는 다음 중 하나일 수 있다.
- 편향각이 연속적으로 가변될 수 있는 단일 마이크로-미러로서, 이 경우, 단일 마이크로-미러는 하나의 광원에 의해 조명되는, 마이크로-미러,
- 경사각이 능동적으로 제어될 수 있는 유리 창 또는 복수의 홀로그램 중 하나가 조명되도록 편향 방향이 능동적으로 제어될 수 있는 능동 프리즘과 같은 능동 제어 투광 요소. 능동 프리즘은, 예를 들어, 액정으로 충전되어 있을 때 프리즘의 굴절률을 가변함으로써 또는 프리즘이 유체로 충전된 벨로우 구조에 의해 연결된 두 개의 판을 포함할 때 프리즘의 표면의 배향을 수정함으로써 편향각이 능동적으로 제어될 수 있는 프리즘일 수 있다.
본 설명에서, "능동적으로 제어되는 투광 요소"라는 표현은, 광 빔에 의해 교차될 때 대응하는 커맨드 전압을 인가함으로써 설정될 수 있는 각도에 따라 상기 광 빔을 편향시키도록 구성된 적어도 부분적으로 투명한 요소를 의미한다.
대체 실시예에 따르면, 광 투영기는, 홀로그램 어레이의 홀로그램들 중 하나의 홀로그램을 조명하도록 각각 구성된 복수의 광원, 및 복수의 광원 중 어느 광원이 켜져 있는지를 선택하도록 구성된 제어 유닛을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 광학 물품(1)은 안경의 프레임 상에 광 편향기를 더 포함할 수 있다. 광 편향기(56)는 안과용 렌즈 상에 투영되는 적어도 하나의 광 패턴의 위치를 제어하도록 구성된다. 일 실시예에 따르면, 광 투영기(5)는 광 편향기(56)를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 광 편향기는, 안과용 렌즈(3)의 표면 및 이에 따른 제2 층(34) 상의 복수의 위치 상에서 광 생성기에 의해 생성되는 광 패턴을 편향시키도록 구성될 수 있다. 이러한 광 편향기는, 안과용 렌즈의 일부가 광 생성기에 의해 생성되는 광 패턴에 의해 조명될 때 사용될 수 있다. 이러한 광 편향기는 안경 착용자의 시선 방향을 따르도록 제어될 수 있다.
다른 일 실시예에 따르면, 착용자의 측정된 시선 방향은, 안과용 렌즈 상에 투영되는 광 패턴의 위치를 제어하도록 구성된 전술한 다른 수단 중 하나를 이용하여, 안과용 렌즈 상의 광 패턴의 위치 및/또는 광전도성 재료(34)의 층 상에 투영되도록 의도된 광 패턴을 선택하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 착용자의 시선 방향이 근거리인지 원거리인지에 따라 상이한 광학 기능이 유도될 수 있다. 그 경우에, 광학 물품은 착용자의 각 눈에 대해 착용자의 시선 방향을 검출하도록 구성된 눈-추적 디바이스를 더 포함한다. 이어서, 각각의 광 편향기는, 결정된 시선 방향과 고려되는 안과용 안경(3)의 제2 층의 교차부에 대응하는 위치에서 안과용 렌즈들 중 하나의 안과용 렌즈의 제2 층의 표면에서 상기 광 투영기들 중 하나에 의해 생성되는 광 패턴을 편향시키도록 구성된다.
눈-추적 디바이스는, 착용자의 눈을 조명하도록 구성된 추가 광원, 및 추가 광원에 의해 조명되는 착용자의 눈을 촬상하도록 구성된 카메라를 포함할 수 있다. 이어서, 안과용 렌즈(3)는, 추가 광원에 의해 방출되는 광을 착용자의 눈 방향으로 반사하고 착용자의 눈에 의해 반사되는 광을 카메라 방향으로 반사하도록 구성된 홀로그램 미러와 같은 광 반사기를 더 포함할 수 있다. 눈-추적 디바이스는 착용자의 눈의 동공 또는 홍채를 따르도록 구성된다. 눈-추적 디바이스는 통상의 기술자에게 알려져 있으므로, 여기서는·더 이상 설명하지 않는다.
도 3은 안과용 렌즈의 굴절률을 국부적으로 수정하여 안과용 렌즈에 추가 광학 기능을 제공하는 방법을 도시한다.
이 방법은, 도 1을 참조하여 전술한 바와 같은 광학 물품을 제공하는 단계(S100)를 포함하고, 예를 들어, 이러한 광학 물품은,
안과용 렌즈(3),
전압원(4), 및
광 투영기(5)를 포함하고,
안과용 렌즈는,
기재(31),
액정을 포함하고, 기재의 적어도 일부 상에 배치된 제1 층(33),
전도성 재료로 형성되고 제1 층의 양측 상에 배치된 제1 전극(32)과 제2 전극(35), 및
상기 제1 및 제2 전극 사이에 배치된 광전도성 재료로 형성된 제2 층(34)을 포함하고,
전압원(4)은, 제1 및 제2 전극(32, 35)에 전기적으로 접속되고, 제1 및 제2 전극 사이에 인가되는 전압에 따라 액정의 배향을 제어하도록 구성되고,
광 투영기(5)는 안과용 렌즈의 제2 층(34) 상에 광 패턴을 투영하도록 구성되고, 상기 제2 층은, 광 패턴에 의해 조명될 때, 국부적으로 전도성을 갖고, 상기 광 패턴은 제1 층의 액정에 의해 유도되는 굴절률의 수정 패턴에 대응한다.
방법은, 상기 전압원을 사용하여 제1 전극과 제2 전극 사이에 전압을 인가하는 단계(S200)를 더 포함한다. 전술한 바와 같이, 인가되는 전압에 따라 액정의 방향을 제어할 수 있다.
방법은 전술한 바와 같이 광 투영기에 의해 제공되는 광 패턴으로 안과용 렌즈를 조명하는 단계(S300)를 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 안과용 렌즈를 조명하는 단계(S300)는 안과용 렌즈의 제1 전극과 제2 전극 사이에 전압을 인가하는 단계(S200)를 트리거할 수 있고, 그 반대도 마찬가지이다.
본원에서는 대표적인 공정 및 물품을 상세하게 설명하였지만, 통상의 기술자는, 첨부된 청구범위에 의해 설명되고 정의된 범위를 벗어나지 않고 다양한 대체 및 수정이 이루어질 수 있음을 인식할 것이다.
Claims (9)
- 광학 물품으로서,
적어도 하나의 안과용 렌즈, 및 전압원을 포함하고,
상기 안과용 렌즈는,
기재,
액정을 포함하고, 상기 기재의 적어도 일부 상에 배치된 제1 층, 및
전도성 재료로 형성되고 상기 제1 층의 양측 상에 배치된 제1 전극과 제2 전극을 포함하고,
상기 전압원은, 상기 제1 및 제2 전극에 전기적으로 접속되고, 상기 제1 및 제2 전극 사이에 인가되는 전압에 따라 상기 액정의 배향을 제어하도록 구성되고,
상기 안과용 렌즈는 상기 제1 및 제2 전극 사이에 배치된 광전도성 재료로 형성된 제2 층을 더 포함하고,
상기 광학 물품은 상기 안과용 렌즈의 제2 층 상에 광 패턴을 투영하도록 구성된 광 투영기를 더 포함하고, 상기 제2 층은 상기 광 패턴에 의해 조명될 때 국부적으로 전도성을 갖고, 상기 광 패턴은 상기 제1 층의 액정에 의해 유도되는 굴절률 수정 패턴에 대응하는, 광학 물품. - 제1항에 있어서, 상기 액정은 청색 상 액정 또는 단 피치 콜레스테릭(cholesteric) 액정인, 광학 물품.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 광 투영기는, 적어도 하나의 광원, 및 상기 광원에 의해 조명될 때 상기 제2 층 상에 투영될 광 패턴을 제공하도록 구성된 적어도 패턴 생성기를 포함하는, 광학 물품.
- 제3항에 있어서, 상기 광 투영기는,
적어도 하나의 광원,
상기 광원에 의해 조명될 때 상기 제2 층 상에 투영될 복수의 광 패턴 중의 하나를 제공하도록 각각 구성된 복수의 홀로그램(hologram), 및
상기 광원에 의해 조명되고, 상기 복수의 홀로그램 중 상기 광원에 의해 조명되는 하나의 홀로그램을 선택하도록 구성된 선택 디바이스를 포함하는, 광학 물품. - 제4항에 있어서, 상기 선택 디바이스는, 마이크로-미러어레이(micro-mirror array), 싱글 마이크로 어레이(single micro-mirror), 능동 제어형 투광 요소, 상기 복수의 홀로그램 중의 하나 상에 상기 광원을 편향시키도록 구성된 반사 공간 광 변조기 또는 상기 광원에 의해 조명될 때 상기 복수의 홀로그램 중의 하나를 조명하도록 구성된 투과 공간 광 변조기 중 하나인, 광학 물품.
- 제1항에 있어서, 상기 광학 물품은, 상기 안과용 렌즈의 제2 층의 표면 상의 복수의 위치 상에 상기 광 투영기에 의해 생성되는 광 패턴을 편향시키도록 구성된 광 편향기를 포함하는, 광학 물품.
- 제1항에 있어서, 상기 광학 물품은 프레임과 두 개의 안과용 렌즈를 포함하는 안경이고,
상기 전압원은, 상기 프레임 상에 배치되고, 상기 안과용 렌즈 각각의 제1 및 제2 전극에 전기적으로 접속되고, 상기 전압원은, 상기 안과용 렌즈 각각의 제1 및 제2 전극 사이에 인가되는 전압에 따라 액정의 배향을 제어하도록 구성되고,
상기 안경은 프레임 상에 배치된 두 개의 광 투영기를 더 포함하고, 상기 광 투영기 각각은 광 패턴을 상기 안과용 렌즈 중 하나의 안과용 렌즈의 제2 층 상에 투영하도록 구성되고, 상기 제2 층은 상기 광 패턴에 의해 조명될 때 국부적으로 전도성을 갖고, 상기 광 패턴은, 고려되는 안과용 렌즈의 제1 층의 액정에 의해 유도되는 굴절률 수정 패턴에 대응하는, 광학 물품. - 제7항에 있어서, 상기 안경은,
상기 프레임 상에 배치되고, 상기 안경의 착용자의 시야각을 결정하도록 구성된 눈-추적 디바이스, 및
두 개의 광 편향기를 더 포함하고,
각 광 편향기는, 상기 결정된 시야각과 상기 고려되는 안과용 렌즈의 제2 층의 교차부에 대응하는 위치에서, 상기 안과용 렌즈 중 하나의 안과용 렌즈의 제2 층의 표면 상에 상기 광 투영기들 중 하나에 의해 생성되는 광 패턴을 편향시키도록 구성된, 광학 물품. - 안과용 렌즈의 굴절률을 국부적으로 수정하여 안과용 렌즈에 추가 광학 기능을 제공하는 방법으로서,
광학 물품을 제공하는 단계로서, 상기 광학 물품은,
안과용 렌즈,
전압원, 및
광 투영기를 포함하고,
상기 안과용 렌즈는, 기재, 액정을 포함하고 상기 기재의 적어도 일부 상에 배치된 제1 층, 전도성 재료로 형성되고 상기 제1 층의 양측 상에 배치된 제1 전극과 제2 전극, 상기 제1 및 제2 전극 사이에 배치된 광전도성 재료로 형성되는 제2 층을 포함하고,
상기 전압원은, 상기 제1 및 제2 전극에 전기적으로 접속되고, 상기 제1 및 제2 전극 사이에 인가되는 전압에 따라 액정의 배향을 제어하도록 구성되며,
상기 광 투영기는, 상기 안과용 렌즈의 제2 층 상에 광 패턴을 투영하도록 구성되고, 상기 제2 층은 상기 광 패턴에 의해 조명될 때 국부적으로 전도성을 갖고, 상기 광 패턴은 상기 제1 층의 액정에 의해 유도되는 굴절률 수정 패턴에 대응하는, 단계,
상기 전압원을 이용하여 상기 제1 및 제2 전극 사이에 전압을 인가하는 단계, 및
상기 광 투영기에 의해 제공되는 광 패턴으로 상기 안과용 렌즈를 조명하는 단계를 포함하는, 방법.
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