CN109669277B - 有源矩阵式调焦镜片及具有该镜片的调焦眼镜 - Google Patents
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Abstract
一种有源矩阵式调焦镜片及具有该镜片的调焦眼镜，有源矩阵式调焦镜片包含镜片本体及透明相位调节器。透明相位调节器包括第一基板与第二基板、多条设置于第一基板且分别彼此相交间隔排列的数据电极线与扫描电极线、多个设置于第一基板并分别电连接数据电极线与扫描电极线的光电开关、及设置于第一基板与第二基板之间的液晶层，任两相邻的数据电极线及扫描电极线共同界定出像素区域。当对所述光电开关施加电压时，让对应的像素区域具有不同的折射率，改变有源矩阵式调焦镜片的焦距，使同一副镜片可切换看远或看近，无须准备多副眼镜来应付看远或看近，还可针对各像素区域调整不同焦距，使整个镜片的不同位置可同时具有不同焦距。
Description
技术领域
本发明涉及一种镜片与眼镜，特别是涉及一种有源矩阵式调焦镜片及具有该镜片的调焦眼镜。
背景技术
当原本已有近视而配戴近视眼镜的使用者，随着年纪增大后，眼睛出现老花(presbyopia)现象，导致无法对近物对焦时，常需要使用多副眼镜来协助眼睛对焦，以便清楚观看远近事物。
因此，现有发展出具有多焦镜片的老花眼镜，解决需携带多副眼镜的不便。一般常见的例如双焦透镜(bifocal lens)是将单一镜片利用空间上的分割，而在单一镜片的上、下半部设计出不同屈光度(diopter)，让使用者在看远景时使用镜片上半部，在阅读时则使用镜片下半部。然而，在单一镜片的上、下半部之间容易形成不连续并产生严重像差导致使用者不适，且此种镜片于制作完成后，上、下半部的屈光度均已固定而无法依据使用者的需求进一步改变。
另一种则是以电控进行变焦的变焦镜片，如美国第7654667 B2号专利揭示了一种结合多阶衍射光学元件的透镜，直接在镜片上制作出一区可电控焦距区以针对不同使用者的需求来改变屈光度，此可电控焦距区主要是在透镜上制作出菲涅耳(fresnel)结构并于其上设置液晶，使用电场控制液晶厚度对应菲涅耳结构所需的相位差来达到透镜的效果，并通过整片电极改变液晶分子的转向来变化屈光度。然，此技术的缺点在于，其液晶是设置于镜片的特定区域，使得液晶厚度的变化容易被人眼所察觉，进而影响使用者视觉上的感受，且由于结构的限制，使得屈光度的切换无法连续切换，仅具有两段式切换。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有源矩阵式调焦镜片。
本发明有源矩阵式调焦镜片包含镜片本体及透明相位调节器。
所述透明相位调节器与所述镜片本体接触设置，并包括第一基板与第二基板、多条设置于所述第一基板且分别沿彼此相交的第一方向及第二方向间隔排列的数据电极线与扫描电极线、多个设置于所述第一基板并分别电连接所述数据电极线与所述扫描电极线的光电开关、及设置于所述第一基板与所述第二基板之间的液晶层，任两相邻的数据电极线及扫描电极线共同界定出像素区域，每一个所述像素区域具有所述光电开关，当分别对所述光电开关施加电压时，可通过每一个所述光电开关控制对应的所述像素区域内的液晶层，让对应的所述像素区域具有不同的折射率，而改变所述有源矩阵式调焦镜片的焦距。
本发明有源矩阵式调焦镜片，不同的所述像素区域具有不同的折射率，使所述有源矩阵式调焦镜片具有至少两种不同焦距。
本发明有源矩阵式调焦镜片，所述透明相位调节器设置于所述镜片本体内。
本发明有源矩阵式调焦镜片，所述透明相位调节器设置于所述镜片本体的外表面上。
本发明有源矩阵式调焦镜片，所述第一基板及所述第二基板为可挠。
本发明有源矩阵式调焦镜片，所述镜片本体选自凸透镜或凹透镜。
本发明有源矩阵式调焦镜片，所述液晶层具有液晶电容，所述透明相位调节器还包括多个分别与所述液晶电容并联的储存电容。
本发明有源矩阵式调焦镜片，每一个所述光电开关为透明的薄膜晶体管，且所述数据电极线及所述扫描电极线的构成材料选自透明的氧化铟锡、氧化铟锌、纳米银线、金属网格导电膜、透明导电高分子，或复合材料。
本发明有源矩阵式调焦镜片，所述液晶层的构成材料选自单层偏振无关材料或具有互相垂直的配向方向的双层液晶。
本发明的另一目的在于提供一种调焦眼镜。
本发明调焦眼镜包含镜架、二如前述的有源矩阵式调焦镜片及电路控制器。
所述镜架包括鼻托、二分别连接于所述鼻托的相反两端的镜片固定框、及二分别由所述镜片固定框同向延伸的镜脚，所述电路控制器设置于其中一个所述镜脚上并与所述有源矩阵式调焦镜片的所述透明相位调节器电连接。
本发明的有益效果在于：通过在镜片本体设置该透明相位调节器，通过电压控制该透明相位调节器，以调整各该像素区域的折射率，从而改变镜片的焦距(也就是改变镜片的屈光度)，让同一副镜片可切换看远或看近，无须准备多副眼镜来应付看远或看近，还可针对各像素区域调整不同焦距，使整个镜片的不同位置可同时具有不同焦距，不仅可依使用者的需求进一步改变，还因为可单独控制各像素区域的焦距而解决镜片上产生不连续或严重像差的问题。
附图说明
图1是一示意图，说明本发明有源矩阵式调焦镜片的一第一实施例；
图2是一示意图，辅助说明该第一实施例的一透明相位调节器的一像素区域的结构；
图3是一示意图，辅助说明该透明相位调节器的结构的一内部电路；
图4是一示意图，说明本发明有源矩阵式调焦镜片可同时具有不同屈光度；
图5是一示意图，说明本发明有源矩阵式调焦镜片的一第二实施例；及
图6是一示意图，说明本发明调焦眼镜的一实施例。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
参阅图1与图2，本发明有源矩阵式调焦镜片2的一第一实施例适用于作为眼镜的镜片以供具有近视或远视的使用者配戴，该有源矩阵式调焦镜片2包含一镜片本体3及一设置于该镜片本体3内的透明相位调节器4。
具体地说，该镜片本体3可选用具有一预定屈光度Ps的凸透镜或凹透镜，并无特别限制，于该第一实施例中，是以凸透镜为例做说明。
该透明相位调节器4包括可挠的第一基板41与第二基板42、多条设置于该第一基板41且分别沿彼此相交的一第一方向x及一第二方向y间隔排列的数据电极线D、扫描电极线S、多个设置于该第一基板41表面的像素电极43、多个设置于该第一基板41并分别电连接所述数据电极线D与所述扫描电极线S的光电开关44、一设置于该第二基板42的共电极45、及一设置于该第一基板41与该第二基板42之间的液晶层46。要说明的是，该第一基板41与该第二基板42于该第一实施例中是使用可挠为例做说明，但不限于此，也可以使用不可挠的玻璃或透明基板。于该第一实施例中，由于该透明相位调节器4的该第一基板41与该第二基板42为可挠，因此，除了能以呈平面的方式设置于该镜片本体3内，还可配合该镜片本体3的透镜的曲面而将该透明相位调节器4设计成弯曲态样设置于该镜片本体3内。于该第一实施例中，是将该透明相位调节器4设计成弯曲态样设置于该镜片本体3内为例做说明，且构成可挠的该第一基板41与该第二基板42的材料可选用高分子材料或薄化后而具可挠性的玻璃。
配合参阅图3，更详细地说，任两相邻的数据电极线D及扫描电极线S共同界定出一像素区域P，且每一个该像素区域P具有一该光电开关44及一个该像素电极43，其中，每一个该光电开关44就是现有所述的薄膜晶体管(thin film transistor，TFT)结构。要说明的是，由于该透明相位调节器4是安装于镜片本体3中而制作成眼镜供使用者配戴，因此，作为该光电开关44的薄膜晶体管会制作成透明，也就是说，该光电开关44的栅极、漏极、源极及构成该薄膜晶体管的材料均是使用透明材料所构成，且为了避免衍射效应影响使用者视线，该透明相位调节器4的内部走线的该数据电极线D、扫描电极线S、像素电极43及共电极45也是由透明导电材料所构成。适用于制作该第一实施例的薄膜晶体管的栅极、该数据电极线D、扫描电极线S、像素电极43及共电极45的构成材料选自氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)、纳米银线、金属网格导电膜、透明导电高分子，或复合材料。该液晶层46的构成材料则可选自单层偏振无关材料或使用具有互相垂直的配向方向的双层液晶。
此外，第一实施例中，为了避免薄膜晶体管照光漏电，可于像素电极P与数据电极线D间串联所述光电开关44。另外要说明的是，该液晶层46具有一液晶电容CLC，为了避免漏电造成电压改变，于该透明相位调节器4内的电路架构还可增加多个分别与该液晶电容CLC并联的储存电容Cst，以维持液晶层46的电压。
配合参阅图4，当该有源矩阵式调焦镜片2要进行运作时，分别对所述光电开关44施加一电压，通过每一个该光电开关44控制对应的该像素区域P内的液晶层46，让对应的该像素区域P具有不同的折射率，而改变该有源矩阵式调焦镜片2的焦距(也就是改变该有源矩阵式调焦镜片2的屈光度)。换句话说，由于该第一实施例的该镜片本体3选自凸透镜为例做说明而具有一预定的屈光度Ps，当对该有源矩阵式调焦镜片2的所述光电开关44施加电压控制调变各该像素区域P内的液晶层46的折射率使其具有额外的屈光度PLC(V)，此时，该有源矩阵式调焦镜片2整体的屈光度P(V)也因此改变而可表示成P(V)＝Ps+PLC(V)。
更详细地说，由于透明相位调节器4具有多个像素区域P且各像素区域P均具有一个该光电开关44而成为有源驱动，因此，除了能整体调整镜片的屈光度外，还能在同一镜片的不同位置上分别电控调整各该像素区域P的液晶层，使各该像素区域P分别具有不同的折射率，以让同一片该有源矩阵式调焦镜片2的不同位置能具有至少两种不同焦距而改变其屈光度。如图4所示，同一片该有源矩阵式调焦镜片2的不同位置可视需求调整其屈光度为0D、1D、2D等其他屈光度成正透镜，或是-0D、-1D、-2D等其他屈光度成负透镜，达成同一副镜片可电控切换成看远或看近，且整个镜片的不同位置均可分别调整为不同屈光度，使镜片上不会有不连续或严重像差的区域。
参阅图5，本发明有源矩阵式调焦镜片2的一第二实施例，其结构与该第一实施例大致相同，不同处在于，该第二实施例的该透明相位调节器4设置在该镜片本体3的一外表面31上。
具体地说，当该镜片本体3为平凸透镜或平凹透镜时(于该第二实施是以平凸透镜为例做说明，但不限于此)，该透明相位调节器4能以平面的方式贴合于镜片本体3平面的外表面31上，或是当该镜片本体为一般凸透镜或凹透镜时，该透明相位调节器4则能配合透镜表面的曲率设计成弯曲态样，而贴合于透镜的曲面上(图未示)。
参阅图6，本发明调焦眼镜50的一实施例，包含一镜架5、二前述该第一实施例或该第二实施例的有源矩阵式调焦镜片2及一电路控制器6。具体地说，该镜架5包括一鼻托51、二分别连接于该鼻托51的相反两端的镜片固定框52、及二分别由所述镜片固定框52同向延伸的镜脚53。该镜片固定框52框围该有源矩阵式调焦镜片2，该电路控制器6设置于其中一个该镜脚53上并与该有源矩阵式调焦镜片2的该透明相位调节器4电连接。要说明的是，该电路控制器6可直接使用一般市面上驱动LCD的驱动IC，不需重新开发制程。
当将所述有源矩阵式调焦镜片2制作成供使用者配戴的眼镜时，其用于控制所述有源矩阵式调焦镜片2的电压来源的电路控制器6隐藏地设置于该镜脚53内，但也可隐藏地设置于该镜架5的任一处内，且还能进一步搭配使用无线控制方式来控制该电路控制器6，还能进一步安装眼动追踪(eye tracking)***(图未示)，以让调焦眼镜50能对应使用者的视野而具有更多灵活运用。
综上所述，本发明有源矩阵式调焦镜片，将可挠的该透明相位调节器4设置于镜片本体3而形成有源矩阵式调焦镜片2，并进一步设置于该镜架5上而构成穿透式有源矩阵驱动液晶的调焦眼镜50，使用者仅须通过电控该透明相位调节器4调整各该像素区域P的折射率，从而改变该有源矩阵式调焦镜片2的焦距(也就是改变镜片的屈光度)，便可自由切换调焦眼镜50的焦距而对应观看近物或观看远景，此外，在同一片该有源矩阵式调焦镜片2上的不同位置，不仅可针对各该像素区域P个别调整其焦距，解决现有仅在镜片单纯进行两空间分割设置所造成不连续或严重像差的区域的现象，还可实现高解析度且低功耗的有源矩阵式调焦镜片2，还可进一步搭配眼动追踪***，让调焦眼镜50能对应使用者的视野而具有更多灵活运用，所以确实能达成本发明的目的。
Claims (9)
1.一种有源矩阵式调焦镜片，包含镜片本体及透明相位调节器，所述有源矩阵式调焦镜片的特征在于，所述透明相位调节器与所述镜片本体接触设置，并包括第一基板与第二基板、多条设置于所述第一基板且分别沿彼此相交的第一方向及第二方向间隔排列的数据电极线与扫描电极线、多个设置于所述第一基板并分别电连接所述数据电极线与所述扫描电极线的光电开关、及设置于所述第一基板与所述第二基板之间的液晶层，任两相邻的数据电极线及扫描电极线共同界定出像素区域，每一个所述像素区域具有所述光电开关，当分别对所述光电开关施加电压时，能够通过每一个所述光电开关控制对应的所述像素区域内的液晶层，让对应的所述像素区域具有不同的折射率，而改变所述有源矩阵式调焦镜片的焦距，每一个所述光电开关为透明的薄膜晶体管，且所述数据电极线及所述扫描电极线的构成材料选自透明的氧化铟锡、氧化铟锌、纳米银线、金属网格导电膜、透明导电高分子，或复合材料。
2.根据权利要求1所述的有源矩阵式调焦镜片，其特征在于，不同的所述像素区域具有不同的折射率，使所述有源矩阵式调焦镜片具有至少两种不同焦距。
3.根据权利要求1所述的有源矩阵式调焦镜片，其特征在于，所述透明相位调节器设置于所述镜片本体内。
4.根据权利要求1所述的有源矩阵式调焦镜片，其特征在于，所述透明相位调节器设置于所述镜片本体的外表面上。
5.根据权利要求1所述的有源矩阵式调焦镜片，其特征在于，所述第一基板及所述第二基板为挠性基板。
6.根据权利要求1所述的有源矩阵式调焦镜片，其特征在于，所述镜片本体选自凸透镜或凹透镜。
7.根据权利要求1所述的有源矩阵式调焦镜片，其特征在于，所述液晶层具有液晶电容，所述透明相位调节器还包括多个分别与所述液晶电容并联的储存电容。
8.根据权利要求1所述的有源矩阵式调焦镜片，其特征在于，所述液晶层的构成材料选自单层偏振无关材料或具有互相垂直的配向方向的双层液晶。
9.一种调焦眼镜，包含镜架、电路控制器及两个根据权利要求1至8中任一项所述的有源矩阵式调焦镜片，其特征在于，所述镜架包括鼻托、两个分别连接于所述鼻托的相反两端的镜片固定框、及两个分别由所述镜片固定框同向延伸的镜脚，所述电路控制器设置于其中一个所述镜脚上并与所述有源矩阵式调焦镜片的所述透明相位调节器电连接。
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