JP2016506541A - 高度な電界制御能力を備えた液晶光学装置 - Google Patents

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Abstract

液晶光学装置を提供する。光学装置は、少なくとも２つの支持基板を含む積層構造を含む。外側孔パターン制御電極が基板の１つに設けられ、それは口径を有する。内側孔パターン制御電極が基板の１つに、口径内で設けられ、内側制御電極および外側制御電極は間隙によって分離される。間隙は口径の一部を構成する。弱導電性材料が基板の１つに、口径の上に設けられる。平面状透明電極が基板の別の１つに設けられる。アラインメント面が基板の電極の上に設けられる。１層の液晶材料が、基板のアラインメント面と接触して、基板によって封じ込められる。浮遊透明電極が、基板の１つに外側および内側孔パターン電極とは反対側の面に設けられる。【選択図】 図４

Description

関連出願の相互参照
本願は、２０１２年１２月１８日に出願した米国特許仮出願第61/738,533号に基づく正規出願であり、その優先権を主張し、その内容を参照によって本書に援用する。
本発明は液晶光学装置に関し、特にそれらの制御電極に関する。
液晶（ＬＣ）レンズおよび幾つかの他の液晶光学装置は当業界で公知である。１つのＬＣレンズのジオメトリは、液晶材料がガラス板またはプラスチック板の間のセルに保持される平面構造を有する。使用可能な光学レンズパワーは、比較的小さいＬＣセルの厚さ内で達成することができる。
ＬＣ分子の配向が印加電界に応答して変化する、様々な液晶光学装置の設計が提案されている。
均一平面透明電極がその下に位置するＬＣ層上に間隔を置いて配置された円孔パターン電極は、そのようなＬＣ層に作用する電界を空間変調することによって、ＬＣレンズを提供することができることが示されてきた。ＧＲＩＮレンズは、ＬＣ分子の相対配向を制御し、装置の口径内のＬＣ材料の屈折率の空間的変動を生成することによって形成することができる。
A.F.Naumovらによって発表された、「Liquid‐Crystal Adaptive Lenses with Modal Control」（OPTICS LETTERS/Vol.23, No.13/１９９８年７月１日）と題する論文において、図１に示すようなレンズは、頂部ガラス支持基板１１に隣接して位置する孔パターン電極１４と、底部ガラス支持基板１６に隣接して位置するインジウム‐スズ酸化物（ＩＴＯ）の平面状の光学的に透明な電極１２との間に配置されたＬＣ層１０を使用する。液晶アラインメント層１８はＬＣ層１０の両側に位置する。図１のＬＣレンズの動作の原理は、孔パターン電極１４が位置するレンズの周辺とレンズの中心との間のＬＣ層における（孔パターン電極口径をまたぐ）電位の減衰、および対応する電界強度の降下に依存する。ＬＣ層１０の典型的な厚さは約０．０５ｍｍであり、関心対象の典型的な光学的口径は約２ｍｍであり、すなわち４０倍大きく、まだ対処されていないので、ＬＣ層１０における電界強度の半径方向の降下は劇的（急激）である。高抵抗層１９および光学装置の積層構造の残部によって形成される分散型ＲＣ回路構成によってもたらされる電気信号の減衰を利用することによって、電界強度の降下を「緩和する」ように、高抵抗層１９が孔パターン電極１４の中心部に配置される。抵抗は主に高抵抗層１９によってもたらされ、静電容量は主にＬＣ層１０によってもたらされる。
図１のＧＲＩＮレンズは、幾つかの有用な特性を有することが知られているが、顕著な欠点を免れない。特に、レンズの動作は積層構造のジオメトリックパラメータおよび材料パラメータに極めて敏感である。これらのうち最も重要なのは高抵抗層１９のシート抵抗ＲSであり、それはＲS＝（ｄσ）-1によって定義される。ここでｄは高抵抗層１９の厚さであり、σはその導電率である。この感度は、この技術に基づく偏光無依存型調整可能液晶レンズ（ＴＬＣＬ）の作製を非常に複雑化する。
ＬＣは複屈折材料である。ＬＣ層を通過する入射光は、２つの直交光偏光に分かれる。図１の単一ＬＣレンズ層１０は光の単一の偏光を集束させ、他の偏光には基本的に影響を及ぼさず、したがって先行技術のレンズが単一のＬＣ層１０を使用する場合、ＬＣレンズ光学装置全体は偏光に依存する。この理由から、図１の一般的な単一ＬＣ層のジオメトリは半ＬＣレンズと呼ばれる。
（太陽またはランプから到来する）自然光は、（２つの直交偏光の和として構成することができる）偏光の無秩序な混合物を含む。偏光無依存型の全ＬＣレンズを提供するために、一手法は、各々が相互に直交するＬＣ分子配向面を有する２つの半ＬＣレンズの組合せを使用する。
各々が異なる光偏光に作用する２つの平面状半ＬＣレンズは、各半レンズが対応する極性の光を共通焦点面に収束させることを目的として配設される。しかし、実際には、同一光学特性を有する異なる「偏光」ＬＣレンズを作り出す能力は大きな課題である。２つのＬＣ層間に大きな間隔を持ち、厚すぎる全ＬＣレンズのジオメトリは、異なる偏光成分の焦点面間に大きな間隔を生じ、単一平面光センサに対する各光偏光成分の集束の仕方が異なるため、明瞭な自然光の像を形成することができない。加えて、２つの半ＬＣレンズのレンズ形状および／または光パワーが同一でない場合、たとえＬＣ層が相互に比較的接近して配置されても、各半ＬＣレンズの効果は異なる。この違いは、ＬＣ層の厚さの違い、または偏光無依存動作をもたらすために組み合わされる構成半ＬＣレンズの２つの高抵抗層のシート抵抗値の違いのために生じる。
携帯用に小型化されるカメラのサイズは、カメラの設計およびレンズの性能に対し非常に困難かつ厳格な要件を課す。したがって、レンズの設計は、サイズおよび製造コストの両方を考慮に入れながら注意深く最適化しなければならない。ウェハスケールの製造においては、多数の半ＬＣセルを含むウェハが作製され、２つのそのようなウェハが一体に結合されて、ウェハレベルの偏光無依存型全ＬＣ光学装置が作られる。しかし、そのような別々にウェハ作製された半ＬＣレンズが相互に結合されるときに、２つのウェハが同一の光パワーおよびレンズ形状を有するには、２つのウェハは同一特性を持たなければならない。ＬＣ層の厚さはスペーサによってある程度制御することができるが、高抵抗層のシート抵抗の制御はずっと困難な仕事である。
図２は、参照によって本書に援用するＰＣＴ特許出願の国際公開第WO2009/153764号で提案された１つの解決策２００を示す。それは、高抵抗性材料２１９（ａ、ｂ）で被覆された少なくとも１つの中央環孔パターン電極２１４（ａ、ｂ）を有する共通電界制御構造３２６の上および下にそれぞれ配設された、光の直交偏光を集束させる２つの直交配向されたＬＣ層２１０ａおよび２１０ｂを記載している。単一（図示せず）の中央孔パターン電極２１４を使用すると、上部ＬＣ層２１０ｂおよび下部ＬＣ層２１０ａの両方に空間変調電界がもたらされ、２つのＬＣ層の各々が入射光の異なる偏光方向に作用する。そのようなジオメトリの２つのＬＣレンズは、自然光を同一結像面上に、例えば像センサの結像面上に略同様に結像することが示された。電界の空間プロファイル、ならびにしたがって光パワーおよび収差は、上部ＬＣ層２１０ｂおよび下部ＬＣ層２１０ａの両方で略同一であることが示された。製造において、底部ＬＣ層２１０ａは頂部に配置された孔パターン電極２１４ａを有し、頂部ＬＣ層２１０ｂは、（中央電極構造３２６の）上に作製されるか、あるいは（破線で示すように）別個に作製された後、底部ＬＣ層２１０ａと孔パターン電極２１４ａの組合せに結合されるかのいずれかである。図２に示す他の２ｘｘシリーズの層は、上述した図１における同様の層に対応し、頂部半ＬＣレンズ層は底部半ＬＣレンズに対し鏡像のように現れる。図示されないが、各ＬＣ層２１０ａおよび２１０ｂは、２つの液晶アラインメント層の間に位置する（図１の１８参照）。光学的に透明な導電層２１２ａおよび２１２ｂはアラインメント層と対応する（支持）基板２１６ａおよび２１６ｂとの間に位置する。
口径の近くに配置された高抵抗材料層１９を使用する孔パターン電極２１４を用いて、該材料の電気的シート抵抗ＲSは、電界の形状およびレンズ効果特性を画定する上で重要な役割を果たし、そのような抵抗特性は、ＬＣ層１０の内部の電界の形状を正確に制御するのに非常に重要である。ウェハ上の半導体材料１９の薄層の抵抗を２ｍｍの有効口径を用いてレンズ効果動作の要求範囲内に制御することは、難問である。
加えて、バーコード読取りのような用途は自動焦点能力を必要とする。それは、カメラ全体の光パワーを変化させるには、（電気的にまたは他の方法により）可変なレンズを使用しなければならないことを意味する。そのような可変光学装置は調整可能ＬＣレンズ（ＴＬＣＬ）と呼ばれる。この自動焦点能力はレンズ設計の最適化を不安定化し、非常に厳しい（容認できない）変調伝達関数（入力光学画像から出力光学画像への変換）の劣化を導く。
国際公開第WO2009/153764号
「Liquid‐Crystal Adaptive Lenses with Modal Control」（OPTICS LETTERS/Vol.23, No.13/１９９８年７月１日
ＬＣレンズでは、波面は典型的には、ＬＣ光学装置の口径の中心から周辺へ単調に限定的に影響されることが認識されている。図３の実線に関連して、典型的には孔パターン電極によって生成される波面は、平坦な頂部および光学装置の口径の周辺に向かってガウス曲線状の急勾配を有する。ＬＣレンズの材料特性、および孔パターン電極の直径、電極間隔、中間層の厚さ等の間の比率のようなジオメトリパラメータに応じて、ＬＣレンズの変調伝達関数（ＭＴＦ）は、ある場合には、有効口径内の中央焦点領域だけを提供し、他の場合には有効口径内の周辺焦点領域だけを提供する。これらの収差は（ミリメートルサイズの）有効口径のスケールアップを制限し、ＬＣレンズが使用されているカメラの全体的ＭＴＦを著しく劣化する。
ＴＬＣＬの有効口径の直径を制限するファクタの１つは、ＴＬＣＬ口径における電界降下プロファイルが、図３に破線で示す球面波面プロファイルを生成するために要求される電界プロファイルに類似する（またはしない）程度である。
当業界における一般的な知恵は、要求されるプロファイルからのずれを補償するために、多数の電界制御構造（画素とも呼ばれる）を持つジオメトリを使用することである。例えば、Yung‐Yuan Kao、Paul C.‐P.Chao、およびChieh‐Wen Hsuehは、「A New Low‐Voltage‐Driven GRIN Liquid Crystal Lens with Multiple Ring Electrodes in Unequal Widths」（Optics Express, Vol.18, No.18，２０１０年８月３０日）で、１つの制御パラメータだけに集中し、多数の入れ子制御構造または画素を追加することによって、所望の結果からの高次のずれに対応することを記載している。多少の結果は得られたが、そのような画素構造は低い光透過を免れず、また要求される対応する複雑な製造は、特にミクロスケールにおける可変材料特性のため、非常に低い歩留りを免れず、さらに複雑な補助制御部品の必要性を免れないので、そのような実験的試みは、研究室での好奇心に留まっている。実践は、制御構造の数を増大することにより、複雑な製造および複雑な制御要件のため、製造歩留りが最小化することを確認している。
図２に戻ると、一部の実現例では、各偏光の独立波面調整制御のためにデュアル制御信号生成回路を使用して、平坦電極２１２ａおよび２１２ｂに異なる制御信号を印加し、平坦電極２１２ａおよび２１２ｂと中央制御構造（孔パターン電極）３２６との間にそれぞれの電界を発生させることができる。本発明を限定することなく、中央電極構造３２６は共通基板２１１の両側に１つずつ、２つの孔パターン電極２１４ａおよび２１４ｂを有することができ、孔パターン電極２１４ａおよび２１４ｂはそれぞれＷＣＬ２１９ａおよび２１９ｂに関連付けられる（図示する通り）。製造の観点から、ＬＣ全レンズ偏光無依存ジオメトリの場合、中央基板２１１は、例えば薄い接着剤層によって結合された２つの別個の基板として実現することができる。本発明は、そのような同一厚さの分離中央基板に限定されない。
他の実現例では、偏光無依存型ＴＬＣＬは単一の電気駆動装置によって駆動される。両方のＬＣセルに単一の制御信号駆動回路が使用される場合、必要な層数が低減されるだけでなく、使用される制御信号数および使用される補助制御部品の複雑さも低減される。例えば、制御信号は孔パターン電極２１４ａおよび２１４ｂと電極２１２ａおよび２１２ｂとの間に印加することができる。本発明を限定することなく、電極２１４または２１２はどちらも共通電気結線を有することができる。
ＴＬＣＬを薄層化しかつ低電圧で動作することを可能にしながら、電界整形に関して所望の特性を持つために、ＷＣＬ２１９ａおよび２１９ｂは、半導体の特性と誘電体の特性との間の特性を有する高電気抵抗材料を含む。材料の特徴は、材料の導電性（および偏光性）の基本的メカニズムが劇的な遷移を免れない範囲（ときどきパーコレーションゾーンと呼ばれる）にある。このパーコレーションゾーンでは、層の導電性は、ＷＣＬ材料の体積、形態的構造／ジオメトリの小さい変化により劇的に変化し、それは弱導電層の製造における再現性を著しく限定する。シリコン半導体産業では、シート抵抗の制御効率は依然として±１０％程度であり、リン化インジウムを使用する新興技術の場合はもっと低い精度である。したがって、ＷＣＬ材料の堆積層の導電特性はウェハ毎に大きく異なる。図２に示すＷＣＬ２１９ａおよび２１９ｂの従来の堆積技術を用いた製造で、所望の導電特性（シート抵抗を含む）をもたらす材料組成、形態、およびシート厚さを生産することは難題である。予め定められた範囲の周波数を有する制御信号を使用して光学レンズの動作を制御するように意図された回路構成の場合、ＷＣＬの許容シート抵抗の範囲は限定される。
本発明は本書に示すＴＬＣＬ積層構造に限定されず、明確なＷＣＬ層２１９ａおよび２１９ｂが示されているが、以下でＷＣＬに言及する場合、そのような言及は、シート抵抗支配材料、例えば参照によって本書に援用する２００９年６月２１日出願の「Electro‐Optical Devices using Dynamic Reconfiguration of Effective Electrode Structures」と称するＰＣＴ出願PCT/IB2009/052658号、およびどちらも参照によって本書に援用する２０１０年１２月２０日出願の米国特許仮出願第61/424,946号の優先権を主張する２０１１年１０月１４日出願の「In‐Flight Auto Focus Method and System for Tunable Liquid Crystal Optical Element」と称する国際特許出願PCT/CA2011/050651に記載された可変導電性の周波数依存特性材料、ならびに例えば同じく参照によって本書に援用する２００９年６月２１日出願の「Electro‐Optical Devices using Dynamic Reconfiguration of Effective Electrode Structures」と称するＰＣＴ出願PCT/IB2009/052658号に記載されたドープ液晶層を含むと定義される。
提案する解決策によれば、球面を含め、より高度の波面調整プロファイルがもたらされる。
一部の実施形態では、ＬＣ光学装置は、ＬＣ層と、ＬＣ層の第１側の透明平面電極と、ＬＣ層の平面電極とは反対側の第２側の孔パターン電極とを有する第１ＬＣセルを含む。第１ＬＣセルはまた、孔パターン電極に隣接して弱導電層をも含む。（第１ＬＣセルの場合とは逆の順序で）同じくＬＣ層と、ＬＣ層の側面にそれぞれ配置された平面電極と、孔パターン電極とを有する第２ＬＣセルが設けられる。第２ＬＣセルもまた、第２ＬＣセルの孔パターン電極に隣接して弱導電層を有する。提案する解決策によれば、少なくとも１つの制御リング電極および浮遊電極構造を使用して、より高度の電界プロファイル近似（非単調を含む）が実現され、有効口径の拡張が可能になる。
他の実施形態では、ＬＣ光学装置は、各々が弱導電層を備えた２つのＬＣレンズセルを有するＴＬＣＬである。共通リング電極は弱導電層と共に使用され、電界を整形して、シュミット様補正板波面調整を達成する。
提案する解決策の一態様では、通過する光の光学特性を制御するＬＣセルを含むＬＣ光学装置を提供する。前記ＬＣセルは、ＬＣ層と、前記ＬＣ層の第１側に位置する平面電極と、前記ＬＣ層の前記第１側とは反対側の前記ＬＣ層の第２側に位置する電界制御構造と、光学的等位相面調整を行うように構成された波面調整構造とを有する。一部の実施形態では、波面調整構造は導電性浮遊電極である。
提案する解決策の態様では、積層構造を有するＬＣ屈折率分布型光学装置であって、少なくとも２つの支持基板と、前記基板の１つに設けられ、かつ口径を有する外側孔パターン制御電極と、前記基板の１つに前記口径内に設けられた内側孔パターン制御電極と、前記内側制御電極および前記外側制御電極が間隙によって分離され、前記間隙が前記口径の一部を構成し、前記基板の前記１つに前記口径上に設けられた弱導電性材料と、前記基板の別の１つに設けられた平面状の透明電極と、前記基板に前記電極上に設けられたアラインメント面と、前記基板の前記アラインメント面と接触して基板によって封じ込められた１層のＬＣ材料と、前記基板の前記１つで前記外側および前記内側の孔パターン電極とは反対側に設けられた浮遊透明電極とを含む、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、積層構造を有しかつ口径を有するＬＣ屈折率分布型光学装置であって、少なくとも２つの支持基板と、前記基板の１つに前記口径内に設けられた透明な内側孔パターン制御電極と、前記基板の前記１つに前記口径上に設けられた弱導電性材料と、前記基板の別の１つに設けられた平面状の透明電極と、前記基板に前記電極上に設けられたアラインメント面と、前記基板の前記アラインメント面と接触して基板によって封じ込められた１層のＬＣ材料と、を含む、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらに別の態様では、積層構造を有しかつ口径を有するＬＣ屈折率分布型光学装置であって、少なくとも２つの支持基板と、前記基板の１つに設けられ、かつ口径を有する外側孔パターン制御電極と、前記基板の前記１つに完全に前記口径内に設けられた弱導電性材料層と、前記基板の別の１つに設けられた平面状の透明電極と、前記基板に前記電極上に設けられたアラインメント面と、前記基板の前記アラインメント面と接触して基板によって封じ込められた１層のＬＣ材料とを含む、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、積層構造を有する液晶屈折率分布型光学装置であって、少なくとも２つの支持基板と、前記基板の１つに設けられ、かつ口径を有する外側孔パターン制御電極と、前記基板の１つに前記口径内に設けられた内側孔パターン制御電極と、前記内側制御電極および前記外側制御電極が間隙によって分離され、前記間隙が前記口径の一部を構成し、前記基板の前記１つに前記口径上に設けられた弱導電性材料と、前記基板の別の１つに設けられた平面状の透明電極と、前記基板に前記電極上に設けられたアラインメント面と、前記基板の前記アラインメント面と接触して基板によって封じ込められた１層の液晶材料と、前記基板の前記１つで前記外側および前記内側の孔パターン電極とは反対側に設けられた浮遊透明電極とを含む、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、光学装置であって、前記光学装置は円形レンズであり、前記外側孔パターン電極は円形の口径を有し、前記内側孔パターン電極は環状である、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、光学装置であって、前記光学装置は円筒形レンズであり、前記外側および前記内側孔パターン電極は平行な帯状である、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、前記外側孔パターン電極、前記内側孔パターン電極、および前記平面電極に接続された駆動信号源をさらに含み、前記駆動信号源は前記外側孔パターン電極と前記平面電極との間に第１駆動信号を提供し、かつ前記内側孔パターン電極と前記平面電極との間に第２駆動信号を提供するように構成された、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、前記第１駆動信号および前記第２駆動信号は、前記外側および前記内側孔パターン電極間の電界に略線形変化をもたらすように選択された特性を有する、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、前記浮遊電極は、前記駆動信号源が前記口径の中央部分に放物線状プロファイルを有する電界を達成するのを助けるように動作する、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、前記浮遊電極が前記外側孔パターン電極より小さい、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、前記浮遊電極が前記口径を覆う、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、光の２つの偏光を集束させるためにアラインメント層を略直交配置した状態で重ね合わされた２つの単一偏光光学装置を提供するように、前記ジオメトリが二重化された、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、単一の前記浮遊電極が前記２つの単一偏光レンズの間に設けられた、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、前記内側および外側孔パターン電極が略同一平面上にあり、前記内側制御電極の駆動信号が複数のリード導体を使用して前記内側孔パターン制御電極に印加される、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、前記外側孔パターン電極が連続しており、各リード導体は前記外側孔パターン電極に対して面外を通過して、前記駆動信号を内側孔パターン電極に提供する、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、前記外側孔パターン電極がセグメント化され、各リード導体が外側孔パターン電極の面内を通過して、前記駆動信号を内側孔パターン電極に提供する、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、前記信号源がさらに各外側孔パターン電極セグメントに独立駆動信号を提供するように構成された、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、前記信号源がさらに、光チルト、光学像安定化、サブ画素シフト、コマ収差補正、および非点収差補正のために非対称位相プロファイルを適用するために、前記複数の外側孔パターン電極セグメントを駆動するように構成された、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、前記信号源がさらに、前記内側孔パターン電極および前記複数の外側孔パターン電極セグメントを駆動して温度補償を達成するように構成された、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、前記内側孔パターン電極が透明である、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、前記外側孔パターン電極が不透明または透明のいずれかである、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、前記外側孔パターン電極が前記光学装置の口径の画定に関与する、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、前記液晶層に発生する前記電界が略同一値を有する、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、積層構造を有しかつ口径を有する液晶屈折率分布型光学装置であって、少なくとも２つの支持基板と、前記基板の１つに前記口径内に設けられた透明な内側孔パターン制御電極と、前記基板の前記１つに前記口径上に設けられた弱導電性材料と、前記基板の別の１つに設けられた平面状の透明電極と、前記基板に前記電極上に設けられたアラインメント面と、前記基板の前記アラインメント面と接触して基板によって封じ込められた１層の液晶材料とを含む光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、前記光学装置が球面レンズを補正するためのシュミット補正板であり、前記内側孔パターン電極が環状リング電極を含む、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、前記光学装置が円筒形レンズを補正するためのシュミット様補正板であり、前記内側孔パターン電極が１対の平行なストリップを含む、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、前記内側孔パターン電極および前記平面電極に接続された駆動信号源をさらに含み、前記駆動信号源が前記内側孔パターン電極と前記平面電極との間に駆動信号を印加するように構成された、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、前記駆動信号は、前記駆動信号源が前記口径全体にわたってソンブレロプロファイルを有する電界を達成するのを助けるように動作する、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、光の２つの偏光の補正を達成するためにアラインメント層を略直交配置した状態で重ね合わされた２つの単一偏光光学装置を提供するように、前記ジオメトリが二重化された、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、前記駆動信号は少なくとも１つのリード導体を使用して前記内側孔パターン制御電極に印加される、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、前記内側孔パターン電極が連続的である、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、前記内側孔パターン電極がセグメント化され、リード導体を介して駆動される各セグメントが光学補正を達成する、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、前記信号源がさらに、各外側孔パターン電極セグメントに独立した駆動信号を提供するように構成された、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、前記信号源がさらに、光チルト、光像安定化、サブ画素シフト、コマ収差補正、および非点収差補正のために非対称位相プロファイルを適用するために、前記複数の内側孔パターン電極セグメントを駆動するように構成された、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、前記信号源がさらに、前記複数の内側孔パターン電極セグメントを駆動して温度補償を達成するように構成された、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、積層構造を有しかつ口径を有する液晶屈折率分布型光学装置であって、少なくとも２つの支持基板と、前記基板の１つに設けられかつ口径を有する外側孔パターン制御電極と、前記基板の前記１つに完全に前記口径内に設けられた弱導電性材料層と、前記基板の別の１つに設けられた平面状の透明電極と、前記基板に前記電極上に設けられたアラインメント面と、前記基板の前記アラインメント面と接触して基板によって封じ込められた１層の液晶材料とを含む、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、前記光学装置が円形レンズであり、前記外側孔パターン電極が円形の口径を有し、弱導電性材料層が円板状である、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、前記光学装置が円形レンズであり、前記外部電極が平行なストリップであり、前記弱導電性材料層が細長い、請求項３３に記載の光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、前記外側孔パターン電極および前記平面電極に接続された駆動信号源をさらに含み、前記駆動信号源は前記外側孔パターン電極と前記平面電極との間に駆動信号を提供するように構成された、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、前記弱導電性材料層は、前記駆動信号源が前記口径の中心部分に放物線状のプロファイルを有する電界を達成するのを助けるように動作する、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、光の２つの偏光を集束させるためにアラインメント層を略直交配置した状態で重ね合わされた２つの単一偏光光学装置を提供するように、前記ジオメトリが二重化された、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、前記２つの単一偏光レンズの間に単一の前記弱導電層が設けられた、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、前記外側孔パターン電極がセグメント化され、前記信号源がさらに、各外側孔パターン電極セグメントに独立した駆動信号を提供するように構成された、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらなる態様では、前記信号源がさらに、光チルト、光学像安定化、サブ画素シフト、コマ収差補正、および非点収差補正のために非対称位相プロファイルを適用するために、前記複数の外側孔パターン電極セグメントを駆動するように構成された、光学装置を提供する。
提案する解決策のさらに別の態様では、前記信号源がさらに、前記複数の外側孔パターン電極セグメントを駆動して温度補償を達成するように構成された、光学装置を提供する。
本発明は、添付の図面に関連する以下の本発明の実施形態の詳細な説明によってよりよく理解することができる。
「モード制御」を備えた孔パターン電極を使用する先行技術のＬＣレンズの略図である。 提案する解決策に係る、共通電界制御構造を有する偏光無依存型ＬＣレンズの略図である。 孔パターンリング電極および弱導電層によって発生した非球面波面歪みおよび所望の波面形状の（数ある中の）一例を誇張して示す略図である。 提案する解決策の実施形態に係る、偏光無依存型光学装置の積層構造を示す略図である。 提案する解決策に係る、図４に示した偏光無依存型調整可能液晶レンズのジオメトリによってもたらされる測定された波面調整を示す。 提案する解決策に係る、図４に示した偏光無依存型調整可能液晶レンズのジオメトリによってもたらされる測定された波面調整を示す。 図７Ａは、提案する解決策に係る図４に示した実施形態の偏光依存性の略上面図であり、図７Ｂは、提案する解決策に係る図４に示した実施形態の偏光依存性の略断面図である。 提案する解決策に係る、図７Ａおよび図７Ｂに示した実施形態の偏光無依存ジオメトリを示す略図である。 提案する解決策に係る、図５に示した変形例に対して測定された波長位相差プロファイルを示すグラフである。 図９Ａは、提案する解決策のさらに別の実施形態に係る、図７Ａに示した半ＴＬＣＬに対するシャック‐ハルトマン（Ｓ‐Ｈ）センサスクリーンからのスナップショットを示し、図９Ｂは、提案する解決策に係る、図９Ａに示した実施形態に対して測定された波長位相差プロファイルを示すグラフである。 提案する解決策に係る、図９Ａに示したシャック‐ハルトマン（Ｓ‐Ｈ）波面センサのスナップショットに対応する干渉縞を示す略図である。 提案する解決策の別の実施形態に係る、図７Ａの液晶レンズの略上面図である。 提案する解決策の１つの実施形態に係る、２つのＬＣセルを同期して動作させるために、孔パターン電極内部の単一のドーナツ形またはリング形の制御電極および単一弱導電層を使用する、偏光無依存型積層光学装置構造を示す略図である。 提案する解決策に係る、図１２に示した光学装置の電界制御構造の略上面図である。 提案する解決策に係る周辺波面調整を示す略図である。 提案する解決策に係る、図１２ないし図１４に示した電界制御構造によって達成された実験的周辺波面調整結果を示す。 提案する解決策に係る、図１２ないし図１４に示した電界制御構造によって達成された実験的周辺波面調整結果を示す。 提案する解決策に係る、図１２ないし図１４に示した電界制御構造によって達成された実験的周辺波面調整結果を示す。 提案する解決策の別の実施形態に係る光学装置の電界制御構造の略断面図である。 提案する解決策に係る、図１６に示した電界制御構造によって達成された実験的周辺波面調整結果を示す。 提案する解決策に係る、図１６に示した電界制御構造によって達成された実験的周辺波面調整結果を示す。 提案する解決策の別の実施形態に係る、液晶レンズの略上面図である。 提案する解決策のさらに別の実施形態に係る、液晶レンズの略上面図である。 提案する解決策に係る別の調整可能半レンズのジオメトリを示す略図である。 図２０に示すジオメトリについて様々な光パワーに対する口径における位相遅延の変化を示すグラフである。 提案する解決策に係るさらなる調整可能半レンズのジオメトリを示す略図である。 図２２に示したジオメトリについて様々な光パワーに対する口径における位相遅延の変化を示すグラフである。 提案する解決策に係る、ドーナツ形制御電極だけによって生じた光学装置の口径における電界分布を示すグラフである。 提案する解決策に係る、２つのＬＣセルを同期して動作させるために、単一のドーナツリング形の制御電極および単一弱導電層を使用する、偏光無依存型積層光学装置構造を示す略図である。 共有共通基板に２つの弱導電層および共通浮遊電極を有する２つのＬＣセルを備えた、提案する解決策の１つの実施形態に係る液晶レンズの略断面図である。 提案する解決策の別の実施形態に係る、図２５Ａの液晶レンズの略上面図である。 提案する解決策に係る導電性円板浮遊電極を使用することによる、図２５に示した積層ジオメトリを有するＬＣレンズの理論的波面調整を示すグラフである。 提案する解決策に係る、同一円板形浮遊電極を使用して他の光パワー設定時に維持される波面プロファイルの改善の円形化を示すグラフである。 共有共通基板に２つのＬＣセルおよび限定された範囲の中央弱導電層を備えた、提案する解決策のさらなる実現例に係る液晶レンズの略断面図である。 提案する解決策に係る、調整可能液晶レンズをより大きいシステムに使用することにより、光学的口径の増大がもたらされることを示す図である。 提案する解決策の別の実施形態を示す略図である。 提案する解決策のさらなる実施形態を示す略図である。 提案する解決策に係る眼内補綴物に使用される調整可能液晶レンズを示す略図である。
図面全体を通して、同様の特徴には同様の符号が付いている。本明細書における「頂部」および「底部」という限定詞への言及は、本願で提示する図面の向きに関連して行われるだけであって、絶対的な空間的方向を含意するものではない。
＜電界制御構造の波面調整＞
ミリメートルサイズの有効口径のＴＬＣＬについて、実験的測定は、３次、５次、および７次の駆動電圧依存球面収差（ＳＡ）およびサブミクロン振幅を有するＲＭＳ収差を明らかにした。
提案する解決策は、波面調整を相乗的に向上する調整可能ＬＣ光学装置の制御態様を含む。調整可能ＬＣ光学装置がＴＬＣＬである場合、入射偏光無依存波面を集束させるために、波面調整の球面性を高めるように、制御態様が結合される。
最初に、提案する解決策の態様について説明し、実験結果と共に提示する。最後に、使用される制御態様の効果を使用可能にすることについて、トップダウン方式で説明する。
＜高度波面調整＞
図４は、偏光無依存型光学装置のジオメトリで浮遊導電性中央電極４３０ならびに内側ドーナツ形制御電極４２０ａおよび４２０ｂを両方とも使用する、提案する解決策の実施形態に係る光学装置の積層構造４００を示す略図である（一定の縮尺ではない）。
図５は、全て２ディオプタの光パワーの場合について、３．１ｍｍの外側制御電極直径（ＡＲＤ）を有する図４に示したジオメトリに従って実現された全ＴＬＣＬによって達成された測定波面調整を、内側環状リング制御電極４２０ａおよび４２０ｂが無い以外は同じジオメトリに従って実現された全ＴＬＣＬによって達成された測定波面調整（これについては後述する）、および破線の球面波面プロファイル（球面逸脱／誤差を誇張するためにアスペクト比は犠牲にされている）と比較して示す。２ｍｍの導電性浮遊円板電極４３０だけを使用し、外側孔パターン電極用駆動信号Ｖ1（５Ｖ、８．５ｋＨｚ）を用いる場合、もたらされる波面調整プロファイルは中心では略球面であり、周辺では０．１２μｍのＲＭＳ収差が生じる。孔パターン電極２１４（ａ、ｂ）の開口を実質的に覆う大きい導電性浮遊円板電極４３０と、直径２．６ｍｍおよび幅１００μｍの環状リング形制御電極４２０（ａ、ｂ）との組合せは、孔パターン制御リング電極用駆動信号Ｖ1（５Ｖ、６ｋＨｚ）および内側環状リング制御電極用駆動信号Ｖ2（１．３Ｖ、６ｋＨｚ）により駆動され、０．００２７μｍ程度の測定ＲＭＳ収差の低下をもたらす。内側リング電極および外側孔パターン電極に独立駆動信号を送出する駆動回路を使用することが好ましいが、カプラを使用して単一信号源から２つの制御信号を送出することが可能である。直前に記載したジオメトリパラメータは、内側環状リング制御電極４２０（ａ、ｂ）を孔パターン電極２１４（ａ、ｂ）の内縁に実質的に近接して配置させるので、図４は正確な縮尺ではないことに注意されたい。
図６は、全て４ディオプタの光パワーの場合について、図４に示したのと同じジオメトリに従って実現された全ＴＬＣＬによって達成された測定波面調整を、図５の場合と同じジオメトリに従って実現された全ＴＬＣＬによって達成された測定波面調整と比較して示す。浮遊導電性円板電極４３０だけを使用し、孔パターン制御電極２１４（ａ、ｂ）が駆動信号Ｖ1（５Ｖ、１６．５ｋＨｚ）により駆動される場合、もたらされる波面調整プロファイルは中心では略球形であり、周辺では０．３μｍのＲＭＳ収差が生じる。浮遊導電性円板電極４３０および環状リング形制御電極４２０（ａ、ｂ）の組合せは、外側孔パターン制御リング電極用駆動信号Ｖ1（５Ｖ、１１．５ｋＨｚ）および内側環状リング制御電極用駆動信号Ｖ2（２．５２Ｖ、１１．５ｋＨｚ）を用いて、０．０８μｍ程度の測定ＲＭＳ収差の低下をもたらす。
提案する解決策のこの実施形態の別の実現例では、半ＴＬＣＬ光学装置について図７Ａおよび図７Ｂに示し、かつ全ＴＬＣＬ光学装置について図７Ｂに示すジオメトリ５００の環状リング形の外側制御電極７１４を使用することによって、より微細な波面調整制御が達成される。確かに、本発明はＴＬＣＬに限定されず、装置のジオメトリが適切に変化した他の光学装置に適用することができる。例えば、提案する解決策は、内側対および外側対の細長い帯状電極を使用した円筒形レンズに適用することができる。外側環状リング形制御電極７１４（ａ、ｂ）の幅および内側環状リング形制御電極４２０（ａ、ｂ）に対するその相対位置をはじめとする追加の制御パラメータは、駆動信号発生および供給部品のような、しかしそれに限らず、追加の補助制御構造を必要とすることなく、波面調整プロファイルのさらなる構成をもたらすので、好都合である。改善された測定波長位相差プロファイルを、曲面当てはめに対してプロットした形で図８に示す。適合性は、測定されたデータ点を所望のプロファイルのグラフに当てはめることによって決定することができ、Ｒ2＝１は測定値が口径全体で完全に適合することに対応する。
驚くことに、図８は、４ディオプタの光パワーで、図７Ａおよび図７Ｂに示した半ＴＬＣＬジオメトリに対し０．９９９２のＲ2を示し、それは０．０６７μｍ程度のＲＭＳ収差に対応する。これらの低い収差は、内側環状リング形制御電極４２０を使用しない半ＴＬＣＬのジオメトリで従来達成されていた収差の約３．５分の１である。そのような実験データは有効口径の増大を支持する。
提案する解決策の別の実施形態に従って、図９Ａは、４ディオプタの光パワーの場合の図７Ａおよび図７Ｂに示した半ＴＬＣＬに対するシャック‐ハルトマンセンサスクリーンからのスナップショットを示す。ここでドーナツ形制御電極７１４は透明であり、積層構造で略同一平面内の内側環状リング形制御電極４２０と電気的接続を行うために複数のリード導体の通過が可能になるようにセグメント化されている。内側環状リング制御電極４２０と外側環状リング電極７１４との間に間隙が形成される。積層ジオメトリ内の他の構造（図示せず）はＴＬＣＬ光学装置の口径を画定する。一部の実現例では、内側制御電極４２０と外側制御電極７１４との間の間隙は、光学装置の口径内に存する。図９Ｂは、図８に示したプロファイルと比較して（改善された）増大した有効口径を有する、対応する波長位相差プロファイルを図式的に示す。
図１０は、図７Ａに示したようなＴＬＣＬジオメトリに対して指摘された縞歪みを持つ、図９Ａに示したシャック‐ハルトマン（ＳＨ）波面センサのスナップショットに対応する干渉縞を示す。外側環状リング制御電極７１４の間隙を通過するリード導体に対し縞狭窄が指摘され、かつ環状リング形制御電極を駆動するために使用される電気接続に対し、縞の真円性からの逸脱が指摘される。干渉縞は実質的に、半ＴＬＣＬに対しては、７ｋＨｚの周波数および５ＶのＲＭＳ振幅を有する駆動信号を使用して、無視できるほど小さい歪みの略球面波面調整を達成する場合に対応する。全ＴＬＣＬでは、そのような低電圧動作は、内側制御電極４２０、外側制御電極７１４、およびＷＣＬを含む電界制御構造のＬＣ層に対する近接性によって達成することができる一方、共通浮遊導電性円板電極４３０は、波面調整全体の丸めに相乗的に関与する。
図８および図９Ｂは両方とも、製造の不完全さに由来する小さい波面チルト、多少の非点収差および／または多少のコマ収差のような小さい収差を示す。図１１は、提案する解決策の別の実現例に係る、図７Ａないし図７Ｃに示すような層状のジオメトリを有するＬＣレンズの上面図を示す。孔パターン電極７１４は、参照によって本書に援用する関連国際ＰＣＴ出願PCT/CA2010/002023に記載されたセグメント化ジオメトリを有し、そこに記載された補助制御要素と共に使用して、望ましくないフォーカスチルト、非点収差、コマ収差等、製造誤差を除去することができる。Ｖ2を内側ドーナツリング制御電極７２０に印加する複数のリード導体（ａ〜ｈ）は、内側ドーナツリング制御電極７２０および孔パターンリング制御電極７１４のセグメントと同一平面内にウェハ製造（堆積）することができる。
上述した積層ジオメトリの一部の実現例では、環状リング電極４２０／７２０、７１４ならびに頂部および底部平坦電極２１２（ａ、ｂ）に印加される駆動信号の振幅は、略線形関係を有する。同様の駆動信号領域を使用することで、浮遊円板導電性電極４３０の直径に対する依存性が軽減され、かつしたがって望ましくは製造公差が低減されることが明らかになった。波形プロファイル要件によっては、浮遊導電性電極４３０は光学装置の口径より大きくすることができる。
改善された結果は、ＴＬＣＬの大規模ウェハ生産に対して、光学装置が光パワーを呈するように内側環状リング電極４２０／７２０（ａ、ｂ）の振幅および周波数が変化する一方、動作中（おそらく温度依存歪み等を補償するために）略一定に維持され、孔パターン電極７１４に印加される制御駆動信号を較正することによって、達成することができる。
＜周辺波面調整プロファイルの改善＞
別個の駆動信号が印加される導電性テープ電極だけを使用して、そうしなければ図２の孔パターン電極２１４（ａ、ｂ）および弱導電層２１９（ａ、ｂ）の電界制御構造組合せによって生成される、波面調整プロファイルを再整形することができることが明らかになった。ＴＬＣＬ積層構造のジオメトリおよび材料特性によっては、そのような環状リング形導電性電極は、図２の孔パターン電極および弱導電層の電界制御構造組合せによって生成される波面調整プロファイルを、例えば図３に特に周辺部に破線で概略的に示す所望の球面波面調整プロファイルに向けて再整形し、波面の球形度を改善するために使用することができる。
図１２は、全てを参照によって本書に援用する、２００９年６月２１日出願の「Electro‐Optical Devices using Dynamic Reconfiguration of Effective Electrode Structures」と称するＰＣＴ出願PCT/IB2009/052658、および２０１０年１２月２０日出願の米国特許仮出願第61/424,946号の優先権を主張する２０１１年１０月１４日出願の「In‐Flight Auto Focus Method and System for Tunable Liquid Crystal Optical Element」と称する国際特許出願PCT/CA2011/050651に記載されているように、中央電界制御構造８２６を有し、単一中央孔パターンリング電極および単一の弱導電層を使用して両方のＬＣ半レンズを同期して動作させる、偏光無依存型全ＴＬＣＬ積層構造６００を示す。周波数依存材料を含むことが好ましいが必須ではない、単一のＷＣＬ層８１９は、両方のＬＣ半レンズに共通の単一の孔パターンリング電極８１４と共に使用され、中央リング形孔パターン電極８１４の両側で中央孔パターン電極８１４と各ＬＣ半レンズの外側の平坦電極２１２ａおよび２１２ｂとの間の電界を同期して制御する。
提案する解決策の実施形態に従って、図１２は一般的に、偏光無依存型光学装置構造の共通ＷＣＬ層８１９と電気的に接触しているドーナツ形の層８２０を示す。好ましくは、ドーナツ形の層８２０は、導体または半導体材料をはじめとする非誘電性の組成であり、したがって波面位相プロファイルを所望の球面位相プロファイルの方向に変化させるために使用される、電気的駆動制御電極とすることができる。ドーナツ形電極（８２０）は（断面で）電界の周辺部に影響を及ぼす傾向がある。
ＴＬＣＬ光学装置の場合、内側制御電極８２０は環状リング形であり、孔パターンリング電極（８１４）の直径内に、おそらくＴＬＣＬの有効口径内に、光路に沿って配置することができる（図７Ａおよび図７Ｂ参照）。本発明を限定することなく、内側環状リング形制御電極８２０は透明であることが好ましい。しかし、一部の実現例では、環状リング制御電極８２０は、光学装置全体の光学的口径の画定に関与することがあり得、その場合、導電性環状リング制御電極８２０は全体的に透明でなくてもよい。
本発明はＴＬＣＬに限定されず、例えば円筒形レンズ光学装置の場合、図１２は、そのような円筒形レンズの長手方向に直交する横断面を表し、内側制御電極８２０は、（ページ内への）細長いスリットを形成する外側孔パターン電極８１４と平行な２つの平行平坦導電性ストリップを含む。
製造の観点から、図１２は、ドーナツ形制御電極８２０が基板２１１ｂ上に製造されるジオメトリを有する２つの偏光依存型光学装置を使用することによって製造された偏光無依存型光学装置のジオメトリを示す。ドーナツ形制御電極８２０は図１２では、ＷＣＬ８１９に近接して、かつ接着剤によってＷＣＬ８１９から分離して示されるが、本発明はそれに限定されない。ドーナツ形制御電極８２０は、ドーナツ形制御電極８２０が製造中に仲介基板上に堆積されるジオメトリで実現することもできる（図示せず）。
図１３は、図１２に示したＴＬＣＬ光学装置の電界制御構造の詳細平面図を示す。孔パターン電極８１４はレンズ効果を生じるように整形され、かつＴＬＣＬの有効口径を画定することができる。図１３は部品を正確な縮尺で示すものではなく、ジオメトリ全体における部品関係を示していることに注意されたい。孔パターン電極８１４は不透明または透明とすることができ、内側環状リング形制御電極８２０の外側にある。一部の実現例では、内側環状リング制御電極８２０は全体をリング（テープ）幅ｄを有するＴＬＣＬの有効口径内に配置することができ、したがって例えばＩＴＯから作られ、略透明とすることができる。他の実現例では、内側環状リング制御電極８２０は、ＴＬＣＬの有効口径の周辺に隣接して配置することができ、その場合、内側環状リング制御電極８２０は全体が透明である必要はない。内側環状リング電極８２０は、ＴＬＣＬの有効口径の画定に関与することができる。図１３はまた、独立制御信号Ｖ1およびＶ2が印加される孔パターン電極８１４および内側環状リング制御電極８２０の独立駆動をも示す。制御信号Ｖ1およびＶ2は異なる振幅および／または異なる周波数を含むことができる。制御信号Ｖ1およびＶ2間の位相差もまた、発生する電界を制御するために使用することができる。
図１４は、提案する解決策に従って、図１２および図１３に示す光学装置のジオメトリで孔パターン電極８１４と共に使用される内側ドーナツ形電極８２０によってもたらされる（断面の）周辺波面調整を示す。駆動信号Ｖ1、Ｖ2および内側リング形電極８２０の位置は、光学装置の口径の周辺における電界のフレアを低減するように構成することができる。ＴＬＣＬ光学装置では、電界調整は半径方向であり、それ以外の周辺フレアは補正して、達成される波面調整の球形度を改善することができる。同様に円筒形レンズ光学装置では、電界調整は横方向であり、それ以外の長手方向縁部のフレアは補正して、もたらされる波面調整の円筒度を改善することができる。
図１５Ａ、図１５Ｂ、および図１５Ｃは、図１２ないし図１４に示した提案する解決策に係る電界制御構造によって得られた、実験的周辺波面調整結果を示す。
図１５Ａは、製造公差内の略平坦な波面調整を示す。外側の破線は、０Ｖの振幅駆動信号Ｖ1により駆動される図１３の孔パターンリング制御電極８１４の内縁を表し、内側の破線対は、同じく０Ｖの振幅駆動信号Ｖ2により駆動される図１３の内側環状リング形制御電極８２０の外縁を表す。内側環状リング形電極８２０および孔パターンリング制御電極８１４は両方とも透明なＩＴＯである。
図１５Ｂは、低い周波数の１ｋＨｚの駆動信号Ｖ1、Ｖ2をＴＬＣＬの制御電極に印加する効果を示す。波面調整は中央では略平坦なままであるが、各周辺干渉縞は１つの波長（差）位相差波面調整を示す。円形中心領域は実質的に収差が無いが、周辺には収差があり、その大部分は内側環状リング制御電極８２０の外側であることが注目される。許容光学歪みに応じて、有効口径は、実質的に内側環状リング制御電極８２０の外側境界まで延びることができる。より顕著な歪みは縞の狭窄として左上角に現れ、該歪みは、孔パターン電極８１４を横切って、駆動信号Ｖ2を内側環状リング制御電極８２０に提供するリード導体によって生成される。
図１５Ｃは、ＴＬＣＬの制御電極に１００ｋＨｚ範囲の駆動信号Ｖ1、Ｖ2を印加した効果を示す。波面調整は、入射光を収束させるように、各縞が１つの波長差を示す中央に向かって波長位相差の増大をもたらす。口径内の縞の真円度は、駆動信号Ｖ2を提供するリード導体によって生じる限定された歪みが周辺に追いやられることを証明する。
提案する解決策の実施形態の別の実現例では、代替的接続のジオメトリ６００を使用して、例えば図１６に示すように４つのリード導体８５０を介して、駆動信号Ｖ2をもたらす複数のリード導体を使用することによって、より対称的な波面調整を達成することができる。
例えば、駆動信号Ｖ2を同一内側環状リング制御電極８２０に送達するために、図１７Ａに示すように、１つではなく、４つのリード導体８５０（断面図には２つしか示されていない）を使用することによって、より均一な低振幅波面を提供することができる。かすかな斜めの光線は、４つのリード導体誘発誤差がサブ波長位相差およびしたがって低い収差に限定されることを指摘する。内側環状リング制御電極８２０は孔パターン電極８１４（透明なＩＴＯ）の内縁にずっと近接して配置することができ、有効口径の増大がもたらされることが注目される。本発明を限定することなく、図１６は、孔パターン電極が中断されず、内側ドーナツリング電極８２０用のリード導体８５０が、アイソレータ８７０によって電気的に分離された異なる層上に設けられた、積層ジオメトリを示す。
図１７Ｂは、２８Ｖの振幅を有する２０ｋＨｚの駆動信号によってもたらされた波面調整を示す。有利なことに、もたらされた波面調整は対称性がより高く、実質的に全てのリード導体誘導歪みが孔パターン制御電極８１４の直径の外にあり、それによって有効口径の増大がもたらされる。そのようなリード導体誘導歪みは不透明な孔パターン電極８１４によって覆い隠すことができる。
上述しかつ図面に示した液晶セルの幾つかは一体型孔パターン電極を有するが、本発明はそれに限定されない。例えば、参照によって本書に援用する２０１０年１２月２３日出願の国際ＰＣＴ出願PCT/CA2010/002023は、液晶層における電界を制御するためにセグメント化された孔パターン電極を有し、像チルト、光学像安定化、およびサブ画素シフト能力のために非対称位相プロファイルを適用することを明示的に可能にする、レンズをはじめとするがそれに限らないＴＬＣ光学装置を記載している。像センサからのフィードバックにより、そのようなジオメトリは像安定化のために使用することができる。有利なことに、参照によって本書に援用される関連国際ＰＣＴ出願PCT/CA2010/002023に記載されたセグメント化ジオメトリは、フォーカスチルト、非点収差、コマ収差等、製造誤差を除去するために、そこに記載された補助制御要素と共に使用することができる。本書で、「中断」は、孔パターン電極８１４と共に単一駆動信号が使用されるときに使用され、「セグメント化」は、個々の孔パターン電極セグメントに異なる駆動信号を印加することが見込まれるときに使用される。
図１８Ａは、提案する解決策の別の実現例で、孔パターン電極８１４がセグメント化されず、内側ドーナツリング制御電極９２０がセグメント化され、球形度および製造／組立誤差の補正の両方に向けて波面調整がもたらされる場合を示す。本発明を限定することなく、Ｖ2駆動信号を各セグメントに印加するリード導体は、図１６の面外に示される。
図１８Ｂは、提案する解決策の別の実現例に係る、図１６の液晶レンズの上面図を示す。示された孔パターン電極９１４は、参照によって本書に援用する関連国際ＰＣＴ出願PCT/CA2010/002023に記載されたセグメント化ジオメトリを有し、製造誤差に由来する望ましくないフォーカスチルト、非点収差、コマ収差等を除去するために、そこに記載された補助制御要素と共に使用することができる。内側ドーナツリング制御電極９２０のセグメントにＶ2を印加する複数のリード導体は、内側ドーナツリング制御電極９２０および孔パターン制御電極９１４のセグメントと同一平面内にウェハ製造（堆積）することができる。
図１４、図１５Ｂ、図１５Ｃ、および図１７Ｂに提示された望ましい光パワーの変動は、図１２、図１３、および図１６にそれぞれ提示されたジオメトリを用いて、２８Ｖの範囲の動作電圧を使用することによって得られることは理解することができる（図１７Ｂ参照）。これは、外側制御リング電極８１４、内側リング電極８２０、およびＷＣＬ８１９が、被制御ＬＣ層２１０から「１つの基板２１１」だけ離れているジオメトリを使用するためである。対照的に、図２、図４、図７Ｂ、および図７Ｃに提示されたジオメトリでは、外側制御リング電極２１４／７１４、内側リング電極２０／４２０、およびＷＣＬ２１９は被制御ＬＣ層２１０に実質的に隣接し、かつ５Ｖにより近い低電圧動作が可能である。これは、電池駆動式の携帯装置に使用されるＴＬＣＬにとって重要である。
図１９は、提案する解決策に従って、内側制御リング電極４２０を使用し、外側制御リング電極２１４、内側リング電極４２０、およびＷＣＬ２１９がＬＣ層２１０に実質的に隣接する、偏光依存型半ＴＬＣＬのジオメトリ７００を示す。ジオメトリの他の特徴は、外側制御リング電極２１４および内側リング電極４２０とＷＣＬ２１９との間のＳｉＯ2のような絶縁材の分離層９５０を含む。図２０は、様々な光パワーに対するＴＬＣＬの半径方向の寸法による位相遅延変動のグラフを示す。注目すべきは、有効口径は大きいが、有効口径のさらなる増大が、低光パワー時の光パワー変動の周辺の不連続性によって限定されることである。これは図２０に当てはまり、光パワー変調は対応する電圧制御無しに周波数制御により達成される。
図２１は、提案する解決策に従って、外側制御リング電極２１４および内側リング電極４２０をＷＣＬ２１９と逆の層順序に使用する偏光依存型半ＴＬＣＬジオメトリ８００を示す。これは、対応する図２２に示すように、周辺光パワーの不連続性を低減することが明らかになった。注目すべきは、有効口径のこの増大が低い動作電圧で達成されることである。
＜シュミット補正板＞
（複雑な／複合）光学システムで生じる全ての収差および像歪みが、セグメント化電極構造により補償できるわけではない。例えば、一部の歪みは、（バルク材の）ガラスレンズは材料サイズスループットが変動するため、パターン化された非球面特性を有する。１つのそのような歪みは、異なる焦点距離に集束するために、光学素子の、異なる厚さの同心部分を通過する光線によって生じる。そのような歪みはシュミット補正板によって補正される。
提案する解決策の別の実施形態では、図７Ａないし図７Ｃに示したジオメトリの内側制御リング電極４２０および外側制御リング電極７１４は、電気的に接続される。すなわち、浮遊電極４３０が無く、Ｖ1＝Ｖ2である。単一の制御駆動信号を内側リング制御電極４２０および外側リング制御電極７１４の両方に印加することによって発生する、本書で後述するようにソンブレロに似た電界を、図２３に示す。図２３は電界変動の正規化グラフである。
提案する解決策の別の実施形態に従って、図２４は、図１２に示した積層構造に基づく変形された偏光無依存型光学装置の孔パターン電極８１４を持たない積層構造９００を示す。ドーナツリング形電界制御電極８２０によって発生する電界も図２３に示され、ソンブレロに似ている。ＴＬＣＬ光学装置で使用された場合、これは透明な環状リング形電極８２０の電界に対する影響、およびしたがって波面調整に対する影響を実証する。そのようなＴＬＣＬ光学装置は、光学システムのためのシュミット様補正板として構成することができる。提案する解決策によると、そのようなウェハスケールの生産されたシュミット様補正板は、さらに調整可能な補正を達成するように構成することができる。図示しないが、駆動信号は、１つの、好ましくはそれ以上の透明なリード導体を介して、（有効口径に対して内側の）透明なドーナツリング形制御電極８２０に印加することができる。本発明は連続したドーナツリング形制御電極８２０に限定されず、ドーナツリング形制御電極８２０はシュミット様補正板をもたらすために、かつ本書に示したように収差、例えば製造誤差、組立精度不良、温度補償等を補正するためにもセグメント化することができ、各セグメントは個々に／独立して駆動することができる。
＜中央波面調整プロファイルの改善＞
提案する解決策の別の実施形態では、少なくとも１つの電気的浮遊電極、または各々が一般的に長円、孔パターン、テープ等の形状を有する複数の電気的浮遊電極構造をＬＣ光学装置で使用して、波面プロファイル補正を達成することができる。ＬＣレンズ光学装置の場合、少なくとも１つの浮遊電極、または各々が円板、リング、ドーナツ等の形状を有する複数の浮遊電極構造を使用して、孔パターン電極および弱導電層の電界制御構造組合せによって生成される波面を再整形して、球面波面調整に向けた波面プロファイル補正を達成することができる。ＴＬＣＬの場合、波面調整の球形度は図３に、特に中心に破線で示すように改善することができる。
提案する解決策の実現例に従って、図２５Ａは、全ＴＬＣＬ構造１０００の２つのＷＣＬ層２１９（ａ、ｂ）間の電気的に浮遊する、すなわち電気接続されない円板状の層（４３０）を示す。浮遊層（４３０）は導体または半導体材料をはじめとする非誘電性の組成であることが好ましく、したがって波面位相プロファイルを所望の球面位相プロファイルに向けて変化させる、電気的非駆動電極４３０とすることができる。円板形浮遊電極４３０は、上述の通り孔パターン電極２１４（ａ、ｂ）用に平坦化された、（断面で）電界の中心部に影響を及ぼす傾向がある。２つのＬＣ半レンズ間に配置されている浮遊電極４３０は、各半レンズの位相波面プロファイル調整を発生することによって複合全ＴＬＣＬの同期した動作をもたらす。
一般的に、浮遊電極は孔パターン電極２１４（ａ、ｂ）の開口内およびおそらくＴＬＣＬの有効口径の直径内の光路に沿って配置されるので、浮遊電極４３０は透明であることが好ましい。しかし、一部の実現例では、浮遊電極も光学装置全体の光学口径の画定に関与することができ、その場合、浮遊電極４３０は全体が透明でなくてもよい。
製造の観点から、図２５Ａは、中央基板３２６が２つの別個の基板２１１ａ／２１１ｂとして実現され、そのうちの少なくとも１つに浮遊電極４３０が堆積された、全ＴＬＣＬの偏光無依存ジオメトリを示す。本発明は、同一厚さの別個の中央基板により中央基板３２６を形成することに限定されない。本発明はまた、ＬＣレンズ光学装置の別個の中央基板２１１（ａ、ｂ）の間に浮遊電極４３０を堆積することにも限定されない。浮遊電極４３０は、単一の中央基板２１１の両側に、ＴＬＣＬ光学装置全体で求められる動作波面調整効果をもたらすように、中央基板２１１のその対応する側のＷＣＬ２１９（ａ、ｂ）層と接触して、または接触せずに堆積することができる。
図２５Ｂは、提案する解決策の別の実現例に係る図２５Ａの液晶レンズの上面図を示す。図２５Ｂに示した外側孔パターン電極９１４は、参照によって本書に援用する関連国際ＰＣＴ出願PCT/CA2010/002023に記載されているようにセグメント化ジオメトリを有し、フォーカスチルト、非点収差、コマ収差等、製造誤差を除去するためにも、そこに記載された補助制御要素と共に使用することができる。
図２６は、図２５Ａに示した積層ジオメトリの導電性円板形浮遊電極４３０を使用するＬＣレンズの波面調整を図式的に示す。
「第３電極無し」と標記された曲線は、浮遊電極４３０が存在せず、中心部に平坦な領域を有する波面プロファイルをもたらし、比較的高い球面収差を導くおそれのある、積層ジオメトリに対応する。浮遊電極４３０、例えばＩＴＯの円板を追加することにより、浮遊電極４３０の直径が増大するにつれて、波面プロファイルは中心部の球面度が高くなる。最終的に、波面調整プロファイルの改善は、「大きい円板直径」と標記された曲線で示されるように、孔パターンリング形電極２１４の直径に近づく浮遊円板電極４３０の直径に対応する。
浮遊電極４３０のジオメトリは、中央基板の厚さ、有効口径、間隙材料の誘電率等のような、しかしそれらに限らず、（ＴＬＣＬが使用されるカメラフォーマットに関連するパラメータを含む）様々な光学装置パラメータに対して構成することができる。一般的傾向は類似しており、多少の定量的差異があるが、それは各ＬＣレンズ毎に考慮することができる。図２７は、異なる光パワー設定、例えば５ディオプタおよび１０ディオプタに維持された円板形浮遊電極によってもたらされる、波面調整プロファイルの改善の測定された円形化（断面）を示す。
本発明は、ＴＬＣＬ光学装置で使用される円板形浮遊導電性電極４３０に限定されない。例えば、非点収差を誘発または補正するために、細長い浮遊導電性電極を使用することができる。確かに、細長い浮遊導電性電極は円筒形レンズに使用することができ、図２５Ａ、図２６、および図２７に示したジオメトリは、そのような円筒形レンズの長さに直交する横断面を表す。
図２８に示す提案する解決策のさらなる実現例に従って、図２５Ａの浮遊導電性電極に代わる単一の弱導電性材料層は、孔パターン電極２１４（ａ、ｂ）を横切る弱導電性材料は無くても、図２６および図２７に示すように口径の中央部分の球形度を実質的に改善するために使用できることが明らかになった。
＜より大きい光学装置システムへの延長＞
上記の調整可能液晶光学装置の１つの重要なパラメータ、および特にＴＬＣＬにとって重要なパラメータは、有効口径である。上記の実施例では、３ｍｍの口径の達成は、収差が非常に低いことが実証された。もたらされる収差の低減は、そのようなＴＬＣＬを使用して、より大きい口径を有する光学システムの光パワー調整をもたらすことを可能にする。例えば図２９は、図４に示したものと略同様のジオメトリを有するＴＬＣＬを、サイズが２倍の口径を有する光学システムに使用することを示す。入射瞳および出射瞳をそれぞれ有する理想的レンズによって概略的に示される前後の光学素子は、ＴＬＣＬ光学素子の有効口径を通過させるように入射ビームサイズを適応させるために、入射光ビームをそれぞれ圧縮および拡張することによって、ＴＬＣＬの有効口径のサイズを倍加する。ＴＬＣＬは次いで、図２９に示すように光学システム全体の背後の光センサに像を集束させるために使用することができる。確かに、図２９に示した光学システムは非常に概略的であり、多数の他の光学システムが、例えば焦点または別の適応形光学機能をもたらすために、ＴＬＣＬを静止適応形光学素子として使用するように構成することができることは、理解されるであろう。
図２９に概略的に示すような大型の光学システムが、理想的な光学素子を使用しないことは、理解される。そのような他の光学素子はそれ自体、収差を導入する製造欠陥を有することがあり得、あるいは組立精度不良による収差を導入することがあり得る。提案する解決策によれば、ＴＬＣＬはそのような収差を補償するように構成することができる。
＜眼内装置の適用＞
提案する解決策の別の実施形態に従って、図３０は、本発明を限定することなく、例えば各々が図２１に示した積層ジオメトリを有し、各全ＬＣレンズにおける対応するＬＣ層２１０が反対方向に配向されたダイレクタを有する、２つの全ＬＣレンズを使用するデュアル全ＬＣレンズ構造８００を示す。各全ＬＣレンズの光パワーを倍加する以外に、ジオメトリ全体が、内容全体を参照によって本書に援用する２００８年６月６日出願の米国特許仮出願第61/074,651号の優先権を主張する２０１０年１２月６日出願の米国特許出願第12/996,593号に記載する通り、光の２つの偏光間の像分割をも低減する。図３０に示すＬＣレンズのジオメトリはデュアルＬＣレンズを含み、積層ジオメトリの厚さを倍加する一方、図３１に示すように積層ジオメトリ全体の縮小が可能である。図３１に示す全ＬＣレンズの積層ジオメトリ８００は、例えば図２１に示されたのと同一電極構造を使用して、ＬＣダイレクタを反対方向に配向してデュアル隣接ＬＣ層２１２を駆動する。ラビング処理膜または延伸膜９８０は隣接するＬＣ層２１０の間にアラインメント層として使用される。提案する解決策のさらに別の実施形態によれば、参照によって本書に援用する２０１３年３月１５日出願の米国特許仮出願第61/800,620号に記載するように２つの偏光の間の像シフトに対抗するために、像分割の低減もまた、例えば図２１に示すように全ＬＣレンズのジオメトリにおける各半ＬＣレンズをシフトすることによって達成することができる。
口径の増大、有効口径の増大、像分割の低減、光パワーの増大、周辺収差の低減、収差の制御等を含むが、それらに限らず、上記の改善されたパラメータは、例えば図３２に示すように眼内補綴物に調整可能ＬＣレンズ光学装置を実現するのに有利である。
提案する解決策の一部の実施形態によると、一体型眼内補綴物は、ＴＬＣＬ４００／５００／６００／８００／１０００、電子部品パッケージ１３００、および例えば（生体適合性）Kapton（商標）（KaptonはE.I.du Pont de Nemours and Companyまたはその系列会社の商標である）から作られたフレキシブルプリント回路基板（ＰＣＢ）上の蓄電装置を含み、該フレキシブルＰＣＢはそれ自体、口径を有する。そのような一体型眼内補綴物の一例は、ＴＬＣＬ上に顕著な固定光パワー要素を形成し、かつ電子部品パッケージ１３００および蓄電装置を封止する封止材を含むように図３２に示されている。図３２は極めて概略的であり、葉片形状は、蓄電装置および電子部品パッケージ１３００を眼内補綴物の周辺に配置しながら、顕著な両凸レンズ形状を使用することによって、高光パワーの固定光学レンズ素子を提供することが理解される。
図３２はまた、挿入図に植設された眼内補綴物をも示す。誘導駆動カップリングを使用して、インサイチュで眼内補綴物に受電するように、ＴＬＣＬをＬＲＣ共振回路のコンデンサとして接続することができる。図３２は極めて概略的であり、誘導信号ピックアップコイル１３２０は眼内補綴物から分離した部品である必要はなく、かつ固定光学素子は眼内補綴物の縁部まで延在する必要はないが、ＴＬＣＬ縁部は電極層コンタクトを含み、封止を必要とすることは理解される。そのような信号受信要素１３２０はまた、そのような一体型眼内補綴物の蓄電装置を再充電するため、またはその枯渇を遅らせるための、電力結合器の受電要素としても使用することができることは理解される。例えば、眼鏡フレームまたは眼帯を使用して（図示せず）、動作中または夜間に、蓄電装置（バッテリまたはコンデンサ）を再充電することができる。そのような眼鏡フレームまたは眼帯は電力を伝達するための外部送電要素を含む。
眼内補綴物のさらなる詳細は、２０１１年２月１１日出願の米国特許仮出願第61/441,863号の優先権を主張する、２０１２年２月９日出願の米国特許出願第13/369,806号明細書に記載されており、それらの内容全体を参照によって本書に援用する。
上記ジオメトリには示されていないが、ＴＬＣＬを作動させる前に、ＬＣ分子ダイレクタをディスクリネーションゾーンから遠ざけるように再配向するために、ＷＣＬ２１９の透明電極２１２とは反対側に追加の透明導電層を使用することができる。
上記では電気的浮遊または電気的駆動いずれかの透明電極に言及したが、そのような透明電極は、基板、アラインメント層、弱導電層等のような直接隣接層の屈折率に比較して、異なる屈折率を有することができることは理解される。添付の図面には示されていないが、反射を制限し、かつしたがって収差を低減するために、図示された層の間には屈折率整合層が必要であることは理解される。
上述し図面に示した液晶セルはレンズ（およびビーム操作装置）に関するが、提案する解決策を用いて他の光学装置を作製することもできる。例えば、液晶材料は、偏光無依存型シャッタとしてまたは絞り装置として働くように制御可能に配向させるために、大きい吸収異方性を有する材料（「二色吸収性」材料とも呼ばれる）と混合することができる。２つの配向状態（光の偏光に対する）の間の吸収係数の差は、よく適合した材料特性、典型的には分子長（すなわちアスペクト比）および所望のスペクトル内の光を吸収するその能力の場合と同程度とすることができる。カーボンナノチューブ、二色性色素鎖、金属または半導体ナノロッドは、そのような用途に適したアスペクト比、吸収特性、および安定性をもたらすことができる。
上述し図面に示した液晶セルの一部は単一配向を有し、直交配向の２つのセルにより偏光無依存動作を達成するが、他の構成も可能であることは理解されるであろう。例えば、動作の角度無依存性を向上するために、多数のセルが各偏光に対し対向する配向を取ることができる。この一例は、本願と同一出願人に譲渡された国際特許出願PCT/CA2009/000743の図１３Ａに示された分割セル設計であり、その明細書を参照によって本書に援用する。
本書に記載した様々な原理および実施形態を混合しかつ組み合わせて、様々な自動焦点特性を持つTＬＣレンズ光学装置を作成することができることを、当業者は理解されるであろう。異なる形状および構成の電極、異なる種類、形状、および位置の周波数依存性材料、異なる種類のデュアル周波数液晶材料、異なる駆動信号発生装置等を組み合わせて使用して、特定の特徴を持つＴＬＣレンズ光学装置を作成することができる。ＴＬＣレンズ装置は周波数制御するか、電圧制御するか、あるいは両方の組合せにより制御することができる。
本書に示した光学装置は、小型カメラ（携帯機器、セルフォン、ウェブカメラ、タブレット等）、内視鏡光学素子、補正レンズ素子、眼内装置、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）／ブルーレイ（商標）ピックアップシステム等（「ブルーレイ」はBlu‐ray Disc Associationの商標である）のような、しかしそれに限らない用途で、単一偏光および／または偏光無依存ジオメトリのいずれでも使用することができる。
本発明について好適な実施形態に関連して図示しかつ説明したが、添付する特許請求の範囲に記載する本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、その形状および細部の様々な変更を施すことができることを当業者は理解されるであろう。

Claims (15)

  1. 口径および前記口径の外側部分付近における光学収差を有する第１光学部品と、前記光学収差を補正するように構成された第２光学部品とを備えた、液晶屈折率分布型光学装置であって、
    少なくとも前記第２光学部品が、
    少なくとも２つの基板と、
    前記基板の１つに前記口径内に設けられた内側テープ孔パターン制御電極であって、前記内側制御電極および前記口径が間隙によって分離されて成る内側テープ孔パターン制御電極と、
    前記内側孔パターン制御電極に関連して設けられた弱導電性材料と、
    前記基板の別の１つに設けられた平面状透明電極と、
    前記基板上に前記基板間の１層の液晶材料と接触して設けられたアラインメント面と、
    を含み、
    前記内側孔パターン制御電極および前記平面状透明電極によってもたらされる電界は、前記液晶材料が前記光学収差を補正することを可能にする、液晶屈折率分布型光学装置。
  2. 前記第１光学部品は、
    前記基板の１つに設けられかつ前記第１光学部品の前記口径に相応する口径を有する外側孔パターン制御電極を含み、
    前記外側孔パターン制御電極および前記内側孔パターン制御電極が両方とも前記弱導電性材料と相互作用し、
    前記外側孔パターン制御電極および前記内側孔パターン制御電極の両方に印加された電気信号は、前記光学装置の特に前記口径の間隙部分の光学品質を制御することを可能にする、請求項１に記載の光学装置。
  3. 前記基板の前記１つの前記外側および前記内側孔パターン電極とは反対側の面に、好ましくは前記口径の中央部分だけの上に設けられた浮遊透明電極をさらに含み、前記浮遊透明電極は前記平面状電極から、前記内側孔パターン制御電極が前記平面状電極から離れて位置するより大きく離れて位置することが好ましい、請求項２に記載の光学装置。
  4. 少なくとも３つの前記基板および２つの液晶材料層を含み、前記層は、光の両方の直線偏光に対し作用するように、相互に直交して配置される、請求項２または３に記載の光学装置。
  5. 前記外側孔パターン制御電極および前記内側孔パターン制御電極は前記２つの液晶層間に位置し、前記２つの液晶層に対し電界を提供する、請求項４に記載の光学装置。
  6. 前記外側孔パターン制御電極および前記内側孔パターン制御電極は、前記２つの液晶層に別々に電界を提供するために、２つの外側孔パターン制御電極および２つの内側孔パターン制御電極を含む、請求項４に記載の光学装置。
  7. 少なくとも５つの前記基板および４つの液晶材料層を含み、前記層は、光の両方の直線偏光に対し低減された角感度で作用するように、相互に直交してかつ対向して配置される、請求項４、５、または６に記載の光学装置。
  8. 少なくとも前記内側孔パターン電極、好ましくは前記外側孔パターン電極および前記内側孔パターン電極の両方が、複数の個別にアドレス指定されるセグメントを含む、請求項２ないし７のいずれか一項に記載の光学装置。
  9. 前記電極は、前記液晶層に対して前記基板の内側に配置される、請求項２ないし８のいずれか一項に記載の光学装置。
  10. 前記装置の光学特性の可変制御をもたらすために、前記外側孔パターン電極および前記内側孔パターン電極を好ましくは別個の駆動信号により駆動するように構成された駆動回路をさらに含む、請求項２ないし９のいずれか一項に記載の光学装置。
  11. 前記外側孔パターン電極および前記内側孔パターン電極は円形ジオメトリを有し、かつ前記光学装置は円形レンズである、請求項２ないし１０のいずれか一項に記載の光学装置。
  12. 前記光学装置は眼病用レンズである、請求項１１に記載の光学装置。
  13. 前記口径は４ｍｍより大きく、好ましくは５ｍｍより大きく、より好ましくは６ｍｍより大きい、請求項１１または１２に記載の光学装置。
  14. 前記外側孔パターン電極および前記内側孔パターン電極は透明電極であり、前記装置は前記口径の周囲に透明な固定されたゼロまたは非ゼロ光パワーのリング部分を有する、請求項１２または１３に記載の光学装置。
  15. 前記装置は植設可能な眼内レンズである、請求項１２ないし１４のいずれか一項に記載の光学装置。
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