JP2006106488A - 可変焦点レンズ及びそれを備えた可変焦点眼鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】使用者に対して安全性を確保でき、より簡単な構成でコストを抑えることができる上に、広い視野角を有し、鮮明な像が得られることで使用者が使いやすい可変焦点眼鏡及びそれを備えた可変焦点眼鏡とする。
【解決手段】可変焦点眼鏡１における可変焦点レンズ１０が、透明で剛性を有し表面と裏面のうちの少なくとも一方が非球面又は自由曲面とされた固体レンズ２０と、透明で弾性を有する透明弾性膜３０と、固体レンズと透明弾性膜との間に存在し透明で弾性を有する透明弾性体４０と、透明弾性体の形状を外部から変化させる可変機構５０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、可変焦点レンズ及びそれを備えた可変焦点眼鏡に関する。

従来、対象となる物体までの距離に応じて焦点距離を調節可能な可変焦点レンズ及び当該可変焦点レンズを用いて老視などの視覚における焦点調節能力の低下を補助する可変焦点眼鏡が、種々提案されている。

可変焦点レンズとしては、液晶を駆動させる方式のもの（例えば、特許文献１参照）や、液体を透明弾性膜で封入する方式のもの（例えば、特許文献２，３参照）、ゲルの体積変化を利用する方式のもの（例えば、特許文献４参照）などが提案されている。
特開２０００−１９４７２号公報 特許第３０７２４９０号公報 特開２００３−１４９０９号公報 特開２００１−２４９２０２号公報

しかしながら、特許文献１のような液晶を駆動させる方式のものは、屈折率を変化させるために電圧を加えるが、電圧印加のためには電極が必要となる。ここで、電極も透明である必要があるが、一般的に透明電極（例えばＩＴＯ）は屈折率が非常に高い。そのため反射率が高く、迷光が多く発生する構成となるために眼鏡として使用するにはノイズ（フレア）が大きく高い品質を保てないという問題があった。
また、液晶は封止や配向等の工程や駆動回路等が必要となり、液晶自身も高価なことからコストが嵩むという問題もある。

また、特許文献２のような液体を封入する方式のものは液体を確実に封止する必要がある。さらに、眼鏡に使用した場合、万が一封止が不完全であったときに使用者の眼に液体が入ってしまい、健康を害するという非常に危険な可能性を有していることから問題であった。

また、特許文献３のようなゲルの体積変化を利用する方式のものでは、ゲルの両側を透明膜で挟むか、ゲルの片側を透明膜、もう片側を固体レンズとしてその双方で挟むようにされる。このうち、ゲルの両側を透明膜で挟むものでは、ゲルの両側の透明膜が変形することになる。両側の透明膜の変形をコントロールするためには複雑な制御が必要となる。また、眼鏡として利用する場合に外界と接する方の面が変形すると、指で触れた場合や物体が飛んできた場合に変形してしまったり、破損したりする可能性が多くなるので好ましくない。
一方、ゲルの片側を透明膜、もう片側を固体レンズで覆い、その双方でゲルを挟むものは、前記したような問題が生じず、良好なものとすることができた。

ここで、本発明者は、前記したゲル（弾性体）の片側を透明膜、もう片側を固体レンズとしてゲルを挟んだ可変焦点レンズをさらに良好なものにするために鋭意工夫を重ね、より広い視野角を有し、鮮明や像が得られる可変焦点レンズとする方法を見出した。
ところで、通常の眼鏡において、広い視野角に対して眼鏡としての性能を満足するために、非球面を持った眼鏡レンズを用いることが多い。これに対し、弾性体の形状変化で所望の非球面形状を得ることは困難であるので、弾性体の形状変化を考慮した最適な非球面形状を固体レンズの表面（あるいは裏面も用いて）に有しておれば、広い範囲に対して良好な像性能を有する可変焦点眼鏡とすることができることを見出した。また、使用者の眼に非点収差（乱視）がある場合は、回転対称な非球面ではなく、方向によって曲率半径の違ういわゆるアナモルフィック非球面や自由曲面を用いることでより鮮明な像が得られる。しかし、従来の可変焦点レンズや可変焦点眼鏡で実使用の性能に必要な要件として非球面や自由曲面を有するレンズを用いることについて述べられているものはなかった。

そこで、本発明の課題は、使用者に対して安全性を確保でき、より簡単な構成でコストを抑えることができる上に、広い視野角を有し、鮮明な像が得られることで使用者が使いやすい可変焦点眼鏡及びそれを備えた可変焦点眼鏡を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、可変焦点レンズにおいて、
透明で剛性を有し、表面と裏面のうちの少なくとも一方が非球面又は自由曲面とされた固体レンズと、
透明で弾性を有する透明弾性膜と、
前記固体レンズと透明弾性膜との間に存在し、透明で弾性を有する透明弾性体と、
前記透明弾性体の形状を外部から変化させる可変機構と、
を備えることを特徴としている。

このように請求項１に記載の発明によれば、可変焦点レンズが、透明で剛性を有し表面と裏面のうちの少なくとも一方が非球面又は自由曲面とされた固体レンズと、透明で弾性を有する透明弾性膜と、固体レンズと透明弾性膜との間に存在し透明で弾性を有する透明弾性体と、透明弾性体の形状を外部から変化させる可変機構とを備えるため、透明弾性体が液体でないことから、使用者に対して万が一、透明弾性膜が破れてしまった場合でも、使用者の眼に液体が入ってしまうような不具合を生じさせないようにすることができる。
また、固体レンズに非球面又は自由曲面を有する透明で剛性を有する部材を用いることから、広い視野角を有し鮮明な像が得られるレンズとすることができる。
さらに、液晶を駆動させる場合のような複雑な構成としなくても駆動させることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の可変焦点レンズにおいて、
前記透明弾性膜が前記透明弾性体よりも柔軟性が低いことを特徴としている。

このように請求項２に記載の発明によれば、透明弾性膜が透明弾性体よりも柔軟性が低いため、固体レンズと透明弾性膜とで確実に透明弾性体を封止することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の可変焦点レンズにおいて、
前記透明弾性体がシロキサン結合を含むシリコンで構成されていることを特徴としている。

このように請求項３に記載の発明によれば、透明弾性体がシロキサン結合を含むシリコンで構成されているため、透明弾性体が紫外線を吸収せず、レンズが黄変するような不具合を生じさせないようにすることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の可変焦点レンズにおいて、
前記透明弾性体がポリエチレン系材料又はウレタン系材料からなるゲルで構成されており、前記透明弾性体の表面側と裏面側のうちの少なくとも一方に紫外線を反射するコーティング層を備えることを特徴としている。

このように請求項４に記載の発明によれば、透明弾性体がポリエチレン系材料又はウレタン系材料からなるゲルで構成されており、透明弾性体の表面側と裏面側のうちの少なくとも一方に紫外線を反射するコーティング層を備えるため、透明弾性体に紫外線を届かせないようにすることができ、レンズが黄変するような不具合を生じさせないようにすることができる。

請求項５に記載の発明は、可変焦点眼鏡において、
請求項１〜４のいずれか一項に記載の可変焦点レンズを備えることを特徴としている。

このように請求項５に記載の発明によれば、可変焦点眼鏡が、請求項１〜４のいずれか一項に記載の可変焦点レンズを備えるため、請求項１〜４に記載した作用を生じさせることができる可変焦点眼鏡とすることができる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の可変焦点眼鏡において、
前記可変焦点レンズを、前記透明弾性膜が最も眼球に近い位置となるように配置したことを特徴としている。

このように請求項６に記載の発明によれば、可変焦点レンズを、透明弾性膜が最も眼球に近い位置となるように配置したため、固体レンズは眼球と逆側（物体側）に配置されることになる。これにより、透明弾性体を確実に保護することができる。例えば、透明弾性体や透明弾性膜が外界に面していると、指で触ったり、偶然何かが飛んできたりしてぶつかったときに変形してしまい、破損する可能性がある。また、指紋やゴミ等が付着しやすいのは外側であるが、それを拭き取る際に柔らかいと拭き取りにくく、さらに拭き取るときに破損してしまう可能性が高い。透明弾性膜を最も眼球に近い位置に配置することで、このような不具合を防止することができる。

本発明によれば、安全性を有し、コストを抑えることができ、かつ使用者が使いやすい可変焦点レンズ及びそれを備えた可変焦点眼鏡とすることができる。

以下に、本発明について、図面を用いて具体的な態様を説明する。ただし、本発明は図示例のものに限定されるものではない。
図１は、本発明を適用した一実施形態として例示する可変焦点レンズ１０を概略的に示した図である。
図１に示すように、可変焦点レンズ１０は、通常の眼鏡レンズと同様の正面視略円形、略楕円形等の形状のレンズであり、固体レンズ２０と透明弾性膜３０とで透明弾性体４０を挟むようにして３つの部材が重なって構成されている。また、所定の位置に透明弾性体４０の形状を変化させる可変機構５０（図４〜図１０に図示）を備えている。

固体レンズ２０は、通常の眼鏡レンズと同様の透明な剛性を有する部材である。固体レンズ２０の材料はプラスチックであってもガラスであっても良いが、弾性体でない固体（剛性体）であることが必要である。
また、本発明の固体レンズ２０は、表面と裏面のうちの少なくとも一方が球面ではなく非球面又は自由曲面となっている。視野角を広くするためにはレンズ表面や裏面を非球面にすると良く、乱視などの非点収差が有る場合には像性能向上のため自由曲面にすると良い。なお、非球面や自由曲面は研磨ガラスから作成するのは困難であるため、一般にはガラスモールドやインジェクションモールド、熱可塑性の成形等の成形型からの作られるようになっている。

また、本実施形態の固体レンズ２０には、一般レンズと同様の傷、ゴミ防止のためにハードコート処理がなされている。
さらに、本実施形態の固体レンズ２０には、一般レンズと同様のフレア低減（透過率向上）のためにＡＲコート処理がなされている。
固体レンズ２０の厚みは、最適な固体レンズの厚み設定として、０．３ｍｍ以上３ｍｍ以下であるのが好ましい。３ｍｍより厚いと全体が大型化して眼鏡としては重くなりすぎ、０．３ｍｍより薄いと薄すぎて強度が不足してしまうので破断等の恐れが生じるからである。
固体レンズ２０の屈折率は、最適な固体レンズ２０の屈折率の設定として、１．４以上１．８以下であるのが好ましい。屈折率が小さすぎると効果的な屈折が得られず、大きすぎると透明弾性体４０との屈折率差による面間反射が大きくなりフレアが増大するからである。

図１における固体レンズ２０の上には、透明弾性体４０を備えている。
また、本実施形態では、透明弾性体４０の周りの非使用領域に透明弾性体４０とは異なる弾性体等からなるリング６０を配置している。これにより、ゲルである透明弾性体４０の体積変化の安定性を向上させるようになっている。なお、透明弾性体４０は、リング６０よりも柔らかい（柔軟性の高い）弾性体で構成されるようになっている。

本実施形態の透明弾性体４０はシリコン材料からなり、シロキサン結合を含むものである。さらに、ＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン）を主成分とする材料であることが好ましい。このようなシリコンとしては、例えば、ダウコーニング社のシルガード５２７やＯＥ−４０００が挙げられる。これらの透明シリコンは、シロキサン結合を有するものであるために、弾性体としての特性を満足するだけでなく、可視光領域での吸収が非常に少ない、温度変化に強い、結合時に体積変化が小さい等の利点を有しており、実使用上の特性もよいものである。

透明弾性体４０の屈折率は、最適な透明弾性体４０の屈折率の設定として、１．４以上１．７以下であるのが好ましい。屈折率が小さすぎると最終面での効果的な屈折が得られず、大きすぎると可視領域全体で良好な透過率を示す透明弾性体４０を得ることが困難となるからである。

また、透明弾性体４０として、ポリエチレン系又はウレタン系のものを使用しても良い。これらの材料は紫外線を吸収する性質があるため、レンズの黄変等を防止するために、透明弾性体４０の物体側（外側）に紫外線を反射するコーティングを有する層を設ける。詳述すると、ポリエチレン系又はウレタン系のゲルも透明度や弾性については可変焦点レンズとして良好な特性を有している。しかし、シリコン系と比較すると紫外線の吸収がやや大きいため、紫外線を長時間吸収すると黄色に着色する現象があり、それにより青色波長帯の透過率低下を招いてしまう。そこで、屋外での使用を想定した場合、太陽光に含まれる紫外線を吸収し、それが長時間にわたると黄色の着色が発生してしまう。それを防ぐためには透明弾性体４０よりも物体側に紫外線反射コートを有していることが好ましい。コートによって透明弾性体４０に入射する紫外線の量を低減できるので、着色を抑えることができる。

図１における透明弾性体４０の上には、透明弾性膜３０を備えている。
本実施形態では、透明弾性膜３０はエラストマー等からなっており、透明弾性膜３０の柔らかさ（柔軟性）は透明弾性体４０よりも低くなる（つまり固い）ようにされている。これにより、柔らかい透明弾性体４０の形を整える働きや外部から透明弾性体４０を保護する働きを有するようになっている。

また、本実施形態の透明弾性膜３０には、一般レンズと同様の傷、ゴミ防止のためにハードコート処理がなされている。
さらに、本実施形態の透明弾性膜３０には、一般レンズと同様のフレア低減（透過率向上）のためにＡＲコート処理がなされている。

透明弾性膜３０の厚みは、最適な透明弾性膜３０の厚み設定として、０．０３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であるのが好ましい。０．０３ｍｍより薄いと薄すぎてメカ強度が問題となり、１．０ｍｍより厚いと厚すぎて固くなり動かし難くなり、さらに全体の厚みが厚くなるからである。
透明弾性膜３０の屈折率は、最適な透明弾性膜３０の屈折率の設定として、１．４以上１．７以下であるのが好ましい。屈折率が小さすぎると効果的な屈折が得られず、大きすぎると透明弾性体４０との屈折率差による面間反射が大きくなりフレアが増大するからである。
また、透明弾性膜３０の厚みは均一である（または周辺に行くに従い厚く（薄く）なる）のが好ましい。透明弾性膜３０はパワーを持たないためには均一であることがよい。しかし、スムーズな形状変化を促すためには厚みの変化がある方が好ましい場合もあるため、あまりパワーをつけない範囲であれば多少の不均一は有効である場合もある。
弾性体は柔らかいほど、わずかな力で変化するのでよいが、あまり柔らかすぎると重力によって変動（姿勢変動）したり力のコントロールが難しくなったりする。また、柔らかいものは柔らかくなればなるほど粘着性を有するようになってくるため、ゴミ等が付着しやすくなる等の問題が生じる。

ここで、可変焦点レンズ１０の動作について説明する。
可変焦点レンズ１０の動作原理は、外部からの物理的な力を透明弾性膜３０に加えると、透明弾性膜３０とそれに接している透明弾性体４０が変形する。なお、透明弾性膜３０を介さずに直接、透明弾性体４０に力を加えるようになっていても良い。要するに透明弾性体４０に力が加われば良い。具体的には、透明弾性膜３０の周辺部に力（押したり、引いたり）を加える。すると、透明弾性膜３０と固体レンズ２０の周辺部の距離が変化する。透明弾性体４０はその周辺部の距離変動に応じて中心部の体積を周辺部の体積と交換する。これにより全体として焦点距離が変化するのである。例えば、周辺部を押すと透明弾性膜３０と固体レンズ２０との距離が減少する。従って周辺部の透明弾性体４０の体積は小さくなる。透明弾性体４０の周辺部の体積を構成していた部分は、行き場がなくなるので中心部に移動する。すると中心部の体積が増大することになり、その結果レンズとしては凸レンズに近づく作用を有することとなる。

図２及び図３は、それを説明するものである。本来は両目に同様のものがあるが、片目での断面図の説明である。図２が体積変化前の状態で、図３が体積変化後の状態である。ここでは、体積変化前は無限遠に焦点が合うように調整されている。固体レンズ２０はメニスカス状でほぼノンパワー（屈折力がない）とされている。透明弾性体４０と透明弾性膜３０でつくられる領域も前後の曲率半径が同じ程度でありほぼノンパワーである。従って、可変焦点レンズ１０全体が体積変化前においてはノンパワーの状態である。眼球は筋肉が弛緩状態の場合は（正常の場合は）無限遠に焦点が合っているのでシステムとして無限遠に焦点が合っている状態である。

ところが、物体が近づいてきた場合は眼鏡がない場合は眼球の筋肉運動により眼球の焦点距離を変化させて合焦する必要があるが、老眼の場合はその機能が衰えて不十分である。下図の右の例では筋肉が全く動かない場合を想定している。その状態でピントを合わせるためには眼鏡のレンズの焦点距離が変動する必要がある。そこで、図３に示すように、透明弾性膜３０の周辺部に（リング状に）力を印加すると透明弾性膜３０と固体レンズ２０の周辺距離が小さくなる。それにより透明弾性体４０が中心部に移動して全体としては正のパワーを持ち凸レンズとなる。結果として、物体距離が近くの場合においても適切な焦点距離変化を与えることにより、眼のピント調節機能を働かせないでも常に合焦した鮮明な像を得ることが可能となる。

そこで透明弾性体４０の表面に透明弾性体４０よりも固い透明弾性膜３０を配置する。透明弾性膜３０の目的は透明弾性体４０の保護に加えて、透明弾性体４０の形状をコントロール（保持）する働きがある。透明弾性膜３０と固体レンズ２０との間に挟まれた領域に透明弾性体４０がある構成であるため、可変焦点レンズ１０の形状コントロールは、透明弾性膜３０の形状をコントロールすれば、透明弾性体４０の形状をコントロールすることになる。透明弾性膜３０はある程度固いので、ふき取り作業等にも耐えられるし、反射防止コートやハードコート等の表面処理も可能である。

次に、可変機構５０について説明する。
可変機構５０の駆動方式としては、例えばカム駆動やガイドピン駆動が挙げられる。

まず、カム駆動について説明する。
図４〜図６に示すように、カム駆動の可変機構５０は、カム溝５１ａが形成された第一部材５１と、カム溝５１ａに係合するピンＰが立っている第二部材５２と、第一部材５１と第二部材５２の間にあって第二部材５２を図４の左右方向に直進させるための直進案内溝（図示省略）が形成された第三部材５３とを備えている。
そして、第一部材５１を例えば図５の矢印Ｃ方向に回転させると、図７に示すように、第二部材５２はカム溝５１ａの作用により直進して透明弾性膜３０の周辺部に押し付られける。すると、透明弾性膜３０を介して透明弾性体４０の周辺部が押圧されて当該周辺部の体積が中心部に移動する。これにより可変焦点レンズ１０の周辺部の厚さが薄くなり、中心部の厚さが厚くなるため、凸レンズとなるのである。なお、図５の符号Ｔは第一部材５１を矢印Ｃ方向に回転させる際につまむツマミである。

次に、ガイドピン駆動について説明する。
ガイドピン駆動の可変機構５０は、図８に示すようなレンズホルダ５５、抑え板５６及び引っ張り部材５７を備えており、これらが図９に示すように重なって構成されている。レンズホルダ５５と引っ張り部材５７には、ガイドピンＧが圧入された穴５５ａ及びガイドピンＧが摺動可能に挿入される穴５７ａと、ネジＮを回転可能に支持する穴５５ｂ及びネジＮが螺合されるネジ穴５７ｂが略対角線上に設けられている。また、抑え板５６の外周はレンズホルダ５５の内周に嵌るような大きさ及び形状になっており、引っ張り部材５７の内周は抑え板５６の外周より小さくなっている。
そして、穴５５ｂに挿入され，ネジ穴５７ｂに螺合されたネジＮを回転させることで、図１０に示すように、引っ張り部材５７がレンズホルダ５５側に引き寄せられ、引っ張り部材５７が抑え板５６を透明弾性膜３０に押し付けることになる。抑え板５６が透明弾性膜３０の周辺部に押し付けられると、透明弾性膜３０を介して透明弾性体４０の周辺部が押圧されて当該周辺部の体積が中心部に移動する。これにより可変焦点レンズ１０の周辺部の厚さが薄くなり、中心部の厚さが厚くなるため、凸レンズとなるのである。

なお、前記した可変機構５０は、どちらの駆動方式においても透明弾性体４０を一の部材（カム駆動では第二部材５２、ガイドピン駆動では抑え板５６）で押圧するようになっている。このような構成にすることで単純で誤作動を起こし難い機構とすることができる。また、コストも抑えることができる。
これに対し、透明弾性体４０を複数の部材で押圧するようになっている場合も考えられる。眼鏡は円形でない場合が多いので、全体を同じ圧力で一度に押すと歪みが生じる可能性がある。このため、機構が少々複雑になるが、複数の部材で押圧力を変化させるようになっていても良い。また、この場合、結果として、透明弾性体４０に対して均一に力が加わるようになっていても良い。均一に力が加わると体積変化の想定やコントロールが行いやすい利点がある。これに対し、透明弾性体４０に対して不均一に力が加わるようになっていても良い。均一に力が加わると眼鏡は円形でないことから所望の形状にならないために、わざと不均一にする場合が考えられる。

また、前記した可変機構５０では、手動で機構を動作させることで透明弾性体４０の形状を変化させて、所望のレンズ状態とするようになっていたが、制御機構を設けて可変機構５０を自動制御するようになっていても良い。
例えば、レンズ周辺部か眼鏡のフレーム等にアクチュエータ（具体的には、ステッピングモータなど）を備えており、これを制御することで透明弾性体４０の形状を変化させることが挙げられる。
制御方法としては、眼鏡を使用する使用者の視力等から予め所定の距離に対する透明弾性体の形状変化幅を記憶させておくと共に、距離検知機構を用いて眼球から物体までの距離を計算し、その距離と予め記憶させておいた形状変化幅とを比較してアクチュエータを動作させる方法が挙げられる。
距離検知機構には、例えば、ＡＦ（オートフォーカス）機構や視線検知機構が挙げられる。

ＡＦとしては、例えばアクティブＡＦとパッシブＡＦが挙げられる。
まず、アクティブＡＦについて説明する。
図１１に示すように、投光素子７１と受光素子７２が一定の距離（基線長）だけ離れて配置されている。受光素子７２の前には結像用のレンズ素子７３が配置されている。投光素子７１から、例えば赤外線を発光すると、被写体Ｈで反射されて受光素子７２上に到達する。図１１（ａ）と図１１（ｂ）のように、受光素子７２での位置が被写体距離により異なる（短いときは図１１（ａ）の受光位置７２ａ、長いときは図１１（ｂ）の受光位置７２ｂ）ので、受光素子７２を検出することで距離を推定することができる。受光素子７２にはラインセンサやＰＤアレイ（PD:PhotoDetector）が用いられる。

次に、パッシブＡＦについて説明する。
図１２に示すように、一定の距離（基線長）だけ離れた一組のレンズ８１，８２と受光素子８３，８４が配置されている。受光素子８３，８４上の被写体Ｈの位置は、被写体Ｈの距離によって異なる。具体的には、近づくほど被写体は図１２（ａ）に示すような受光素子の中心から離れた位置８３ａ，８４ａに結像し、遠くなるほど図１２（ｂ）に示すような中心に近い位置８３ｂ，８４ｂに結像する。左右の受光素子８３，８４の画像を比較することで、被写体Ｈを抽出し、その位置を特定することで距離を推定することができるのである。

次に、視線検知機構について説明する。
視線検知機構とは、装着者（眼鏡の使用者）の眼球の視線方向を検知する手段とその検知情報から装着者の注目距離を算定する手段を備えたものである。さらに詳しくは、輻輳を利用し、近くの物体を観察する際は、黒目部分が顔の中心に近づき、遠くの物体を観察する際は、逆に離れるといった特性に基づいて、黒目の位置を検出し、その位置情報から注視距離を推定するものである。

ここで、前記したような可変焦点レンズ１０を備えた可変焦点眼鏡１の一例を、図１３に示す。本実施形態の可変焦点眼鏡１は、本発明の可変焦点レンズ１０付きの自動焦点眼鏡（ＡＦ可変焦点眼鏡）である。
本実施形態の自動焦点眼鏡は、例えば前記のようなＡＦ機構（例えばアクティブＡＦモジュール、パッシブＡＦモジュール等の測距計）を有し、そこから得られる距離情報を元に可変焦点レンズの焦点距離を決め、透明弾性体の変形量を決定するＡＦ可変焦点眼鏡となっている。従って、老眼の（ピント調整能力のない）使用者が、遠くを見ても近くを見ても常にピンとのあった鮮明な像を得ることができる眼鏡とすることができる。

以下、具体的な構成について説明する。
可変焦点眼鏡１の固体レンズ１０は射出成形によって作られた非球面レンズである。固体レンズ１０は眼鏡のフレームのリム２よりも大きな形状をしている。
使用者が選択した眼鏡のフレームには、弾性部品がリム２の内側形状（円ではなく閉曲線）とほぼ同じ形状で付随している。ここで、弾性部品とは、眼鏡における眼球側から順に図１の透明弾性膜３０、透明弾性体４０（本実施形態ではリング６０で覆った透明弾性体４０）及び薄い透明弾性膜（図示省略）を組み合わせて一体化させたものである。そして、使用者の事前の視力測定によって選択された固体レンズ２０をリムの形状に合わせて加工し、その固体レンズ２０を眼と逆側（眼鏡の外側）から前述の弾性部品を組み合わせてリム２に組み込む。
リム２には、透明弾性膜３０に力を印加する可変機構５０が備えられており、駆動機構をモータＭによって駆動することで透明弾性膜３０と透明弾性体４０の形状変化を行う。モータの電源はテンプル３を通って電源コード４の先につながっている電源回路５から供給されており、左右のモータＭへの供給はブリッジ部６にある配線を用いて行われる。モータＭの駆動量は距離情報から行うが、距離情報は本実施形態ではブリッジ部６に配置されたパッシブ型測距装置８により得られた情報をもとに計算される。

弾性部品の構成は、薄い透明弾性膜はエラストマーからなり、透明弾性体４０はＰＤＳＭ（ポリジメチルシロキサン）等の透明シリコンから成る。透明弾性膜３０は薄いプラスチックからなり、射出成形またはブロア成形等の成形によって作成されたものである。なお、薄い弾性膜は、弾性部品の状態での透明弾性体４０の保管状態を良くする目的と、固体レンズ２０との組み合わせの際に透明弾性体４０を保持する目的のために取り付けられているものであるため、固体レンズ２０と弾性部品とを組み合わせる際に取り除かれても良い。

このとき、前記したように固体レンズ２０は眼と逆側（物体側）にあるようにする。その理由は、透明弾性体４０の保護である。具体的には、透明弾性体４０や透明弾性膜３０が外界に面していると、指で触ったり、偶然何かが飛んできたりしてぶつかったときに変形してしまい、破損する可能性がある。また、指紋やゴミ等が付着しやすいのは外側であるが、それを拭き取る際に柔らかいと拭き取りにくく、さらに拭き取るときに破損してしまう可能性が高いからである。

また、前記した視線検知機構に装着判定機能を備えており、一定時間非装着状態を感知した場合は電源を遮断する様になっていても良い。これにより、電池の容量保護を行うことができる。
また、視線検知機構以外の装着判定機能を備えており、一定時間非装着状態を感知した場合は電源を遮断するようになっていても良い。これにより、視線検知機構を備えておらずＡＦ機構を備えている場合でも電池の容量保護を行うことができる。また、視線検知機構を備えている場合には、さらに確実に電池の容量保護を行うことができる。
さらに、電池には燃料電池（充電池）を備えていると良い。日常使うものであるので、電池の充電時は使えないようでは困るため、燃料電池にすることで燃料が少なくなれば継ぎ足すだけでよいという利点がある。
また、電池の残りが少なくなると、装着者に光や音で知らせるようになっていても良い。これにより、突然動かなくなって困るということを防止することができる。
また、視線検知手段は、ミラーとラインセンサやエリアセンサ等を用いることができる。
さらに、検知周期の最適な周期として、視線検知手段の検知周期は０．５Ｈｚ以上３０Ｈｚ以下にするとよい。。早すぎるとちょっとした目振りや無意識の眼球運動等にも反応してしまうし、遅すぎると眼が疲れるためである。
また、駆動周期の最適な周期として、駆動手段の最大駆動周期は３０Ｈｚ以下にするとよい。早すぎるとちょっとした目振りや無意識の眼球運動等にも反応してしまうこととなり、電力消費が大きくなるためである。
なお、前記した老眼鏡以外の目的に用いても良い。例えば、視力矯正用眼鏡等が挙げられる。

次に、可変焦点レンズの仕様について、実施例１〜４に基づいて説明するが、各仕様はこれに限定されるものではない。ここで、各実施例の可変焦点レンズ１０においては、眼球と逆側（外側）から順に固体レンズ２０、薄い透明弾性膜（図示省略）、透明弾性体４０、透明弾性膜３０を有している。そして、固体レンズ２０と外側の空気とが接する面を第１面、固体レンズ２０と薄い透明弾性膜とが接する面を第２面、薄い透明弾性膜と透明弾性体４０とが接する面を第３面、透明弾性体４０と透明弾性膜３０とが接する面を第４面、透明弾性膜３０と眼球側の空気とが接する面を第５面とする。
また、各実施例の表の中において、「物体」とは注視する被写体のことを指す。
また、各実施例の表の中において、「瞳」として仮に焦点距離１０ｍｍの理想レンズを配置している。
また、ＰＯＳ１は無限距離にある被写体をみたときの各面の様子、ＰＯＳ２は１０００ｍｍの距離にある被写体をみたときの各面の様子、ＰＯＳ３は５００ｍｍの距離にある被写体をみたときの各面の様子、ＰＯＳ４は２５０ｍｍの距離にある被写体をみたときの各面の様子を示している。
さらに、表のＰＯＳ１と図の（ａ）が対応し、以下、表のＰＯＳ２と図の（ｂ）、表のＰＯＳ３と図の（ｃ）、表のＰＯＳ４と図の（ｄ）が対応するようになっている。

なお、各実施例における非球面は、以下の数式１で示される。
但し、
Ｚ：非球面形状（非球面の面頂点に接する平面から光軸に沿った方向の距離）
ｈ：光軸からの距離
ｒ：曲率半径
κ：円錐係数
Ａ_2i：非球面係数
である。

（実施例１）
実施例１のレンズデータを表１に示す。

図１４は実施例２の各ポジション（被写体との距離）における可変焦点レンズの様子を示す図と収差図（左が非点収差、右が歪曲収差）である。

（実施例２）
実施例２のレンズデータを表２に示す。

図１５は実施例２の各ポジション（被写体との距離）における可変焦点レンズの様子を示す図と収差図（左が非点収差、右が歪曲収差）である。

（実施例３）
実施例３のレンズデータを表３に示す。

図１６は実施例３の各ポジション（被写体との距離）における可変焦点レンズの様子を示す図と収差図（左が非点収差、右が歪曲収差）である。

（実施例４）
実施例４のレンズデータを表４に示す。

図１７は実施例４の各ポジション（被写体との距離）における可変焦点レンズの様子を示す図と収差図（左が非点収差、右が歪曲収差）である。

前記した実施例１〜４から分かるように、固体レンズに適切な非球面形状のレンズを使用することにより、大きな視野角でかつ大きなレンズ直径を有するものであっても、全ての距離の被写体に対して良好な像性能を有する可変焦点レンズ及び可変焦点眼鏡とすることができる。

以上のように、本実施形態の可変焦点レンズによれば、透明で剛性を有し表面と裏面のうちの少なくとも一方が非球面又は自由曲面とされた固体レンズと、透明で弾性を有する透明弾性膜と、固体レンズと透明弾性膜との間に存在し透明で弾性を有する透明弾性体と、透明弾性体の形状を外部から変化させる可変機構とを備えるため、透明弾性体が液体でないことから、使用者に対して万が一、透明弾性膜が破れてしまった場合でも、使用者の眼に液体が入ってしまうような不具合を生じさせないようにすることができる。
また、固体レンズに非球面又は自由曲面を有する透明で剛性を有する部材を用いることから、広い視野角を有し鮮明な像が得られるレンズとすることができる。
さらに、液晶を駆動させる場合のような複雑な構成としなくても駆動させることができる。

また、本実施形態では、透明弾性膜が透明弾性体よりも柔軟性が低いため、固体レンズと透明弾性膜とで確実に透明弾性体を封止することができる。

さらに、本実施形態では、透明弾性体がシロキサン結合を含むシリコンで構成されているため、透明弾性体が紫外線を吸収せず、レンズが黄変するような不具合を生じさせないようにすることができる。

またさらに、透明弾性体がポリエチレン系材料又はウレタン系材料からなるゲルで構成されており、透明弾性体の表面側と裏面側のうちの少なくとも一方に紫外線を反射するコーティング層を備える場合には、透明弾性体に紫外線を届かせないようにすることができ、レンズが黄変するような不具合を生じさせないようにすることができる。

また、本実施形態の可変焦点眼鏡によれば、前記したような可変焦点レンズを備えるため、前記した作用効果を生じさせることができる可変焦点眼鏡とすることができる。

さらに、本実施形態では、可変焦点レンズを、透明弾性膜が最も眼球に近い位置となるように配置したため、固体レンズは眼球と逆側（物体側）に配置されることになる。これにより、透明弾性体を確実に保護することができる。例えば、透明弾性体や透明弾性膜が外界に面していると、指で触ったり、偶然何かが飛んできたりしてぶつかったときに変形してしまい、破損する可能性がある。また、指紋やゴミ等が付着しやすいのは外側であるが、それを拭き取る際に柔らかいと拭き取りにくく、さらに拭き取るときに破損してしまう可能性が高い。透明弾性膜を最も眼球に近い位置に配置することで、このような不具合を防止することができる。

このような結果、本実施形態の可変焦点レンズ及びそれを備えた可変焦点眼鏡は、安全性を有し、コストを抑えることができ、かつ使用者が使いやすい可変焦点レンズ及びそれを備えた可変焦点眼鏡とすることができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の改良並びに設計の変更を行っても良い。

本発明を適用した一実施形態として例示する可変焦点レンズを概略的に示した図である。 可変焦点レンズの動作前の状態を説明するための図である。 可変焦点レンズの動作後の状態を説明するための図である。 カム駆動の可変機構を説明するための可変焦点レンズの断面図である。 カム駆動の可変機構を備えた可変焦点レンズのＡ視正面図である。 カム駆動の可変機構におけるカム溝を示すＢ視透視図である。 カム駆動の可変機構を動作させたときの可変焦点レンズの様子を示す断面図である。 ガイドピン駆動の可変機構に備えられた各部材を示す図である。 ガイドピン駆動の可変機構を備えた可変焦点レンズの断面図である。 ガイドピン駆動の可変機構を動作させたときの可変焦点レンズの様子を示す断面図である。 アクティブＡＦを説明するための図である。 パッシブＡＦを説明するための図である。 本発明を適用した一実施形態として例示する可変焦点眼鏡を概略的に示した図である。 本発明の実施例１の可変焦点レンズと被写体との距離に応じたレンズの様子及び収差を示す図である。 本発明の実施例２の可変焦点レンズと被写体との距離に応じたレンズの様子及び収差を示す図である。 本発明の実施例３の可変焦点レンズと被写体との距離に応じたレンズの様子及び収差を示す図である。 本発明の実施例４の可変焦点レンズと被写体との距離に応じたレンズの様子及び収差を示す図である。

符号の説明

１ 可変焦点眼鏡
１０ 可変焦点レンズ
２０ 固体レンズ
３０ 透明弾性膜
４０ 透明弾性体
５０ 可変機構
６０ リング

Claims (6)

1. 透明で剛性を有し、表面と裏面のうちの少なくとも一方が非球面又は自由曲面とされた固体レンズと、
   透明で弾性を有する透明弾性膜と、
   前記固体レンズと透明弾性膜との間に存在し、透明で弾性を有する透明弾性体と、
   前記透明弾性体の形状を外部から変化させる可変機構と、
   を備えることを特徴とする可変焦点レンズ。
2. 前記透明弾性膜が前記透明弾性体よりも柔軟性が低いことを特徴とする請求項１に記載の可変焦点レンズ。
3. 前記透明弾性体がシロキサン結合を含むシリコンで構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の可変焦点レンズ。
4. 前記透明弾性体がポリエチレン系材料又はウレタン系材料からなるゲルで構成されており、前記透明弾性体の表面側と裏面側のうちの少なくとも一方に紫外線を反射するコーティング層を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の可変焦点レンズ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の可変焦点レンズを備えることを特徴とする可変焦点眼鏡。
6. 前記可変焦点レンズを、前記透明弾性膜が最も眼球に近い位置となるように配置したことを特徴とする請求項５に記載の可変焦点眼鏡。

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