TWI490595B - 以液晶轉向調整透鏡焦距之光學系統 - Google Patents

Description

以液晶轉向調整透鏡焦距之光學系統

本發明係有關於一種以液晶轉向調整透鏡焦距之光學系統，尤其是指一種利用不同的電場變化改變液晶分子之旋轉角度，以改變光源進入液晶層後的折射角度，藉以可依配戴者觀視需求作適當焦距調整，俾能獲得更為舒適而清晰的視覺矯正效果者。

按，人體視覺原理，主要乃是藉由水晶體折射光線而將影像投映在視網膜，達觀視影像的功能，而隨著眼睛的老化，水晶體會逐漸硬化，使得水晶體調節形狀的能力漸趨喪失，難以將近物聚焦於視網膜上，即俗稱的遠視；而與遠視相反的問題就是近視，係因眼球前方之角膜彎曲度太大，導致光線通過眼球聚焦在視網膜前方，而無法看清楚遠方的物體，目前係以具有固定聚焦性能之透鏡廣泛用作有形眼鏡及隱形眼鏡以校正上述近視或遠視的情形，使配 戴者獲得清晰之視力；而隱形眼鏡因直接覆戴於眼球而具有較佳之矯正效果且較為美觀，但其配戴上相當麻煩且有配戴時間及清潔上的限制，稍有不慎即可能造成眼球的傷害，是以在市場的佔有率較低，一般人仍以有形的眼鏡作為視力矯正的主要選擇。

目前所揭示之一般眼鏡皆是以單一鏡架嵌套兩鏡片而成，惟此一型式之眼鏡採固定度數鏡片的結構設計，而僅具有單一焦距，無法隨配戴者目光遠近調整焦距，對於遠視者而言，需要以兩種焦距鏡片以達到看遠、看近之需要，如此不但浪費金錢，而且一次需攜帶多支眼鏡，使用上極為不便，而顯其缺點；因此，為了使鏡片具有更多的焦距變化有業者發明了雙焦眼鏡，使得遠視者佩戴一副眼鏡即可同時聚焦於遠處與近處，且在日本已公開之新式樣公告第63-122321號中亦揭露了一種雙焦鏡片的眼鏡架，使得鏡片之兩種焦距的視界可以移動到使用近視距或遠視距時最舒服的位置；然，上述具雙重焦距之眼鏡雖可同時允許近距離視力及遠距離視力，但仍屬於固定的單一焦距，對於需以多種焦距輔助觀視之使用者而言，仍是無法滿足其需求；再者，一般眼鏡之驗配上，通常會依鏡架尺寸及配戴者眼距作為調整鏡片焦距的基準，以取得配戴時的最佳視覺焦距，然配戴者之近(遠)視度數會隨著年紀漸長或用眼時間的多寡稍有增加或減輕，而導致眼鏡失去原先驗配焦距的精確度，造成配戴者視覺上的不舒適。

今，發明人即是鑑於上述現有之可調焦距眼鏡在實際實施上仍具有多處之缺失，於是乃一本孜孜不倦之精神，並藉由其豐富之專業知識及多年之實務經驗所輔佐，而加以改善，並據此研創出本發明。

本發明主要目的為提供一種利用不同的電場變化改變液晶分子之旋轉角度，以改變光源進入液晶層後的折射角度，藉以可依配戴者觀視需求作適當的焦距調整，俾能獲得更為舒適而清晰的視覺矯正效果者。

為了達到上述實施目的，本發明人提出一種以液晶轉向調整透鏡焦距之光學系統，係於透鏡內設置一液晶層，且透鏡具有一厚度以提供光學傳遞距離，並具有一第一表面以及與其對應之第二表面，其中於液晶層與透鏡之第一、二表面間分別設有導電層，導電層分別設有複數個驅動單元，每一驅動單元電連接至一電壓控制器，使得電壓控制器可分別輸出特定驅動電壓至每一驅動單元，且驅動電壓係以導電層之縱向中心軸為中心朝兩端呈對稱狀分佈；藉此，電壓控制器可輸出不同的驅動電壓組合改變液晶分子的旋轉角度，利用液晶分子在不同轉角下有不同折射率，使得光源進入液晶層後的折射角度進而改變，以達到調整所需視覺焦距之功效；再者，於同一付眼鏡上即能作不同焦距之調整，不僅讓使用者依照個人所在位置、觀賞喜好、近視度數的深淺與其他環境因素直接調整度數，而無需同時驗配兩付看遠、看近的不同眼鏡，且當配戴者認 為度數稍有增加或減輕時，可適度調整以符合需求，進而不必另行驗配新眼鏡，使得本發明在實用價值外，更能兼顧經濟效益與便利性。

在本發明的一實施例中，透鏡可為平面透鏡或曲面透鏡其中之一，且其材質可為具透光性玻璃或可透光性塑膠其中之一。

在本發明的一實施例中，導電層係為透明導電層，而透明導電層可為銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)或氧化錫其中之一。

在本發明的一實施例中，液晶層具有複數個液晶分子，且液晶分子可選自向列型、膽固醇型、電活性聚合物、聚合物液晶、聚合物分散液晶、聚合物穩定液晶所構成之群組。

在本發明的一實施例中，電壓控制器可分別輸出正驅動電壓至一導電層之驅動單元，而輸出負驅動電壓至另一導電層之驅動單元；其中，正驅動電壓介於0伏特與正3伏特之間，而負驅動電壓介於0伏特與負3伏特之間。

(1)‧‧‧透鏡

(11)‧‧‧第一表面

(12)‧‧‧第二表面

(2)‧‧‧液晶層

(21)‧‧‧液晶分子

(3)‧‧‧導電層

(31)‧‧‧驅動單元

(4)‧‧‧電壓控制器

第一圖：本發明較佳實施例於電壓控制器輸出特定驅動電壓至驅動單元之光學系統示意圖

第二圖：本發明較佳實施例之驅動單元於零驅動電壓下的液晶分子狀態示意圖

第三圖：本發明較佳實施例之驅動單元於中度驅動電壓下的液晶分子狀態示意圖

第四圖：本發明較佳實施例之驅動單元於高度驅動電壓下的液晶分子狀態示意圖

本發明之目的及其結構功能上的優點，將依據以下圖面所示之結構，配合具體實施例予以說明，俾使審查委員能對本發明有更深入且具體之瞭解。

首先，請參照第一圖所示，為本發明較佳實施例於電壓控制器輸出特定驅動電壓至驅動單元之光學系統示意圖，其液晶轉向調整透鏡焦距之光學系統係於透鏡(1)內設置一液晶層(2)，透鏡(1)具有一厚度以提供光學傳遞距離，並具有一第一表面(11)以及與其對應之第二表面(12)，其中於液晶層(2)與透鏡(1)之第一、二表面(11)、(12)間分別設有導電層(3)，導電層(3)分別設有複數個驅動單元(31)，每一驅動單元(31)電連接至一電壓控制器(4)，使得電壓控制器(4)可分別輸出特定驅動電壓至每一驅動單元(31)，且驅動電壓係以導電層(3)之縱向中心軸為中心朝兩端呈對稱狀分佈。

再者，上述之導電層(3)可為以銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)或氧化錫材質製成的透明導電層(3)，且液晶層(2)具有複數個液晶分子(21)，而液晶分子(21) 可選自向列型、膽固醇型、電活性聚合物、聚合物液晶、聚合物分散液晶(polymer dispersed liquid crystal)、聚合物穩定液晶(polymer-stabilized liquid crystal)所構成之群組。

值得注意的，本發明之透鏡(1)可為平面透鏡或曲面透鏡其中之一，且其材質可為具透光性玻璃(例如為石英、水晶等)或可透光性塑膠其中之一，藉由控制液晶分子(21)的不同旋轉角度產生不同的折射率，進而產生出如凸透鏡(1)或凹透鏡(1)般的聚焦或發散效果；請參閱第二圖所示，為本發明較佳實施例之驅動單元於零驅動電壓下的液晶分子狀態示意圖，由於液晶分子(21)在不同方向的介電係數不同，外加電場可改變液晶分子(21)的排列角度，而液晶分子(21)在不同角度下具有不同的折射係數；舉例而言，如第二圖所示，在電壓控制器(4)未輸出驅動電壓下，液晶分子(21)未產生旋轉，於電壓控制器(4)輸出中度驅動電壓下，液晶分子(21)產生約45度的旋轉(如第三圖所示)，而當電壓控制器(4)輸出高度驅動電壓下，液晶分子(21)產生約90度的旋轉(如第四圖所示)，藉著改變液晶分子(21)的旋轉角度使得光源進入液晶層(2)後的折射角度對應改變，以達到可以調整視像焦距的目的。

根據上述之較佳實施例之以液晶轉向調整透鏡焦距之光學系統於實際實施使用時，請再參閱第一圖所示，電壓控制器(4) 可分別輸出正驅動電壓至一導電層(3)之驅動單元(31)，而輸出負驅動電壓至另一導電層(3)之驅動單元(31)，且正驅動電壓係介於0伏特與正3伏特之間，於本實施例中，係以導電層(3)之縱向中心軸為中心朝兩端呈對稱狀分佈，意即導電層(3)縱向中心軸之驅動電壓為0伏特，向二端依序分別為+1伏特、+2伏特以及+3伏特；而另一導電層(3)之驅動單元(31)所接收之負驅動電壓亦以縱向中心軸為中心朝兩端呈對稱狀分佈，意即導電層(3)縱向中心軸之驅動電壓為0伏特，向二端依序分別為-1伏特、-2伏特以及-3伏特；藉此，於液晶層(2)中的液晶分子(21)依據不同的驅動電壓產生對應之旋轉角度，並呈現出上下的對稱性，由於液晶分子(21)在不同轉角下有不同折射率，進而使得光源進入液晶層(2)後產生如凸透鏡(1)般的折射角度，以達到可調整遠視者視像焦距之功效，並可利用不同的驅動電壓組合來產生不同之液晶分子(21)旋轉角度，達到調整所需視覺焦距之功效；而值得注意的，儘管本具體實施例係於導電層(3)之驅動單元(31)分別以+1~+3伏特以及-1~-3伏特之驅動電壓作為實施例，但並非限制驅動電壓的數值，依本發明的精神是可作多種變化或修飾實施例，例如一導電層(3)之驅動單元(31)由上而下依序為+7、+5、+3、+1、+3、+5、+7或是依序為-7、-5、-3、-1、-3、-5、-7，亦或是正、負驅動電壓之極性互相交換等；是以，對於熟悉此項技藝人士在閱讀及了解本發明的敎導後可作之明顯替換與修 飾，仍將併入於本發明所主張的專利範圍之內。

由上述以液晶轉向調整透鏡焦距之光學系統與實施說明可知，本發明具有以下優點：

1.本發明以液晶轉向調整透鏡焦距之光學系統藉由電壓控制器輸出不同的驅動電壓組合改變液晶分子的旋轉角度，而由於液晶分子在不同轉角下有不同折射率，進而使得光源進入液晶層後的折射角度進而改變，以達到調整所需視覺焦距之功效。

2.本發明利用調整電壓控制器所輸出的驅動電壓達到調整視覺焦距之功效，使其在同一付眼鏡上即能作不同焦距之調整，讓使用者依照個人所在位置、觀賞喜好、近視度數的深淺與其他環境因素直接調整度數，而無需同時驗配兩付看遠、看近的不同眼鏡，在實用價值外，更能兼顧經濟效益與便利性者。

3.本發明藉其可調焦距變化度數之功能特性，使配戴者認為度數稍有增加或減輕時，可適度調整以符合需求，進而不必另行驗配新眼鏡。

綜上所述，本發明以液晶轉向調整透鏡焦距之光學系統，的確能藉由上述所揭露之實施例，達到所預期之使用功效，且本發明亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求。爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

惟，上述所揭之圖示及說明，僅為本發明之較佳實施例，非 為限定本發明之保護範圍；大凡熟悉該項技藝之人士，其所依本發明之特徵範疇，所作之其它等效變化或修飾，皆應視為不脫離本發明之設計範疇。

(1)‧‧‧透鏡

(11)‧‧‧第一表面

(12)‧‧‧第二表面

(2)‧‧‧液晶層

(21)‧‧‧液晶分子

(3)‧‧‧導電層

(31)‧‧‧驅動單元

(4)‧‧‧電壓控制器

Claims (10)

1. 一種以液晶轉向調整透鏡焦距之光學系統，係於透鏡內設置一液晶層，該透鏡具有一厚度以提供光學傳遞距離，並具有一第一表面以及與其對應之第二表面，於該液晶層與該透鏡之第一、二表面間分別設有導電層，該導電層分別設有複數個驅動單元，該等驅動單元係電連接至一電壓控制器，該電壓控制器分別輸出不同驅動電壓至不同之驅動單元，使該等驅動電壓係以該導電層之縱向中心軸為中心朝兩端呈對稱狀分佈。
2. 如申請專利範圍第1項所述之以液晶轉向調整透鏡焦距之光學系統，其中該透鏡係為平面透鏡或曲面透鏡其中之一。
3. 如申請專利範圍第1項所述之以液晶轉向調整透鏡焦距之光學系統，其中該透鏡之材質為具透光性玻璃。
4. 如申請專利範圍第1項所述之以液晶轉向調整透鏡焦距之光學系統，其中該透鏡之材質為可透光性塑膠。
5. 如申請專利範圍第1項所述之以液晶轉向調整透鏡焦距之光學系統，其中該導電層係為透明導電層。
6. 如申請專利範圍第5項所述之以液晶轉向調整透鏡焦距之光學系統，其中該導電層為銦錫氧化物(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)或氧化錫其中之一。
7. 如申請專利範圍第1項所述之以液晶轉向調整透鏡焦距之光學系統，其中該液晶層具有複數個液晶分子，該液晶分子係選自向列型、膽固醇型、電活性聚合物、聚合物液晶、聚合物分散液晶(polymer dispersed liquid crystal)、聚合物穩定液晶(polymer-stabilized liquid crystal)所構成之群組。
8. 如申請專利範圍第1項所述之以液晶轉向調整透鏡焦距之光學系統，其中該電壓控制器分別輸出正驅動電壓至一導電層之驅動單元，而輸出負驅動電壓至另一導電層之驅動單元。
9. 如申請專利範圍第8項所述之以液晶轉向調整透鏡焦距之光學系統，其中該正驅動電壓介於0伏特與正3伏特之間。
10. 如申請專利範圍第8項所述之以液晶轉向調整透鏡焦距之光學系統，其中該負驅動電壓介於0伏特與負3伏特之間。