專利名稱：具有可變電致變色外部吸收能力的光學(xué)部件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施方式以及實現(xiàn)總體上涉及圖象轉(zhuǎn)換陣列，例如纖維光學(xué)面板及其他 光纖成像和光傳輸器件，更具體地涉及在這樣的器件中包括整體對比度增強(qiáng)。
2.
背景技術(shù)：
通過由柔性的或者相鄰熔凝的光導(dǎo)器件(例如光纖)組成的多個束傳輸光和圖象 是已經(jīng)確定的技術(shù)。諸如倒轉(zhuǎn)、錐形和“直通”的導(dǎo)像管都是光纖技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟 知的。熔凝光纖導(dǎo)像管發(fā)現(xiàn)作為部件廣泛的用在如夜視鏡、步槍瞄準(zhǔn)鏡、X射線檢測器和醫(yī) 療成像裝置的器件中，這些裝置是非限定的例子。光吸收材料(例如玻璃)摻雜入如纖維光學(xué)面板、直通以及錐形之類的熔凝光學(xué) 部件中，以便抑制串音、增強(qiáng)對比度和控制數(shù)值孔徑，是光纖工業(yè)中公知的。這些吸收材料， 根據(jù)上下文所指示的可替換地被稱為外部吸收(EMA)材料、介質(zhì)、玻璃、光纖、細(xì)絲以及桿， 根據(jù)三種常規(guī)方法中的一種或多種被通常并入。根據(jù)第一種方法，一種吸收涂層-或者甚 至是套管或管子——被單獨地應(yīng)用在每個組成波導(dǎo)的外面，得到所謂的“圓周EMA”。圖IA 示出了包含帶有圓周EMA材料的光纖的示例性光纖束的橫截面。參照圖1B，第二種方法指 示用吸收光纖取代束中所選擇的光導(dǎo)元件(例如光纖)，其中替代光纖可替換地被稱為“代 替的”、“替換的”或“統(tǒng)計的”EMA光纖。根據(jù)第三種常用方法，吸收光纖被插入光纖陣列的 間隙填充的空隙中。圖1C、1D和IE示出了包括這種通常所說的“間隙EMA光纖”的這種光 纖的束的例子。雖然圓周的、間隙的以及代替的EMA介質(zhì)很大程度上成功的抑制由于不想要的散 射光的折射和傳播造成的串音，但是在各種配置中，對黑玻璃管和/或各個EMA光纖的需 求，總是增加生產(chǎn)的復(fù)雜性和成本，而且還可給轉(zhuǎn)換的圖像帶來像差。另外，在陣列中的不 同玻璃成分的引入增加了不相容的玻璃之間的不利相互作用的可能性。在成像或者照明束 中并入玻璃基EMA元件的又一個限制是它們必須在處理中早期加入結(jié)構(gòu)中，而且一旦它們 被并入，它們的光吸收能力不能被調(diào)節(jié)。因此，需要一種并入了外部吸收材料的光傳輸光學(xué)部件，其(i)為非玻璃基，以及 ( )具有可調(diào)節(jié)的光吸收特征。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)第一說明性的實施方式，一種光傳輸光學(xué)部件包括具有相對的入射和發(fā)射面 以及在入射和發(fā)射面之間延伸的光導(dǎo)元件側(cè)表面的光導(dǎo)元件。在光導(dǎo)元件側(cè)表面的至少一部分上延伸的是外部吸收層。外部吸收層包含電致變色材料，該電致變色材料的不透明度 相對于預(yù)定電磁波長組響應(yīng)于以下至少一個的大小的改變是可變的(i)通過該層的至少 一部分施加的電流(ii)在沿該層的不同位置之間施加的電勢差。在各個版本的每個中，光導(dǎo)元件包含由具有第一折射率的第一材料制成的芯和由 圍繞該芯熔融地設(shè)置的并具有第二折射率的第二材料制成的包層，該第二折射率在大小上 小于該第一折射率，使得進(jìn)入入射面的光能夠通過在入射和發(fā)射面之間的內(nèi)發(fā)射傳播。而 且，一組可替換版本并入由非玻璃聚合材料形成的電致變色外部吸收層，而在第二組可替 換版本中，該層由玻璃基材料形成。根據(jù)第二說明性實施方式，一種光學(xué)部件組件包含具有相對的第一和第二板面的 束狀(例如，板)結(jié)構(gòu)和將多個光導(dǎo)元件保持在固定的相對位置的基質(zhì)材料，該光導(dǎo)元件諸 如為與第一說明性的實施方式相關(guān)的所述光導(dǎo)元件。更明確的，每個光導(dǎo)元件具有相對的 入射和發(fā)射面，和在入射和發(fā)射面之間延伸的光導(dǎo)元件側(cè)表面。該多個入射和發(fā)射面部分 地分別限定了第一和第二束(例如，板)面。在第二實施方式中，基質(zhì)材料是用于每個光導(dǎo) 元件的外部吸收層，其與每個光導(dǎo)元件接觸。因此，如前述外部吸收層，該基質(zhì)材料包含電 致變色材料，該電致變色材料的不透明度響應(yīng)于以下至少一個的大小的變化而選擇性可調(diào) 節(jié)的(i)通過該基質(zhì)的至少一部分施加的電流(ii)在該基質(zhì)內(nèi)的不同位置之間施加的電 勢差。盡管在板結(jié)構(gòu)的一些版本中，例如能夠改變整個電致變色基質(zhì)的不透明度，但是， 其他版本是這樣的以致于電致變色基質(zhì)的不透明度可以在第一和第二板面之一處或者兩 處可調(diào)節(jié)。在另外的版本中，第一和第二板面處的不透明度可以相互獨立被調(diào)節(jié)。在這樣 的版本中，所述基質(zhì)的中心部分具有固定的不透明度。在諸如“桿”、“桿狀”之類的術(shù)語用來描述光導(dǎo)元件和其他部件而言，這些術(shù)語被 廣泛地使用，而且包括，例如，具有各種橫截面幾何形狀的部件和直徑比其長度大的部件。 此外，術(shù)語“直徑”的使用并不暗示一種圓形的橫截面幾何形狀。更具體的，雖然“直徑”經(jīng) 常被狹義的理解為是適應(yīng)于定義圓形的曲線內(nèi)的最長弦，但是該詞的更技術(shù)的數(shù)學(xué)定義是 可適用于本說明書和所附的權(quán)利要求的。例如，正方形、長方形、六邊形，以及甚至不規(guī)則形 狀中的弦同樣是直徑。因此在前面的解釋、詳細(xì)的說明、所附的權(quán)利要求或者附圖中，不能 對術(shù)語“直徑”做比普通使用更狹義的含義的理解，而且可以將科技的數(shù)學(xué)應(yīng)用歸于它們。有代表性的實現(xiàn)在以下具體實施方式
和所附附圖中更完整的描述和描寫。


圖IA是一種光纖束的橫截面視圖，其中每一個組成的光導(dǎo)元件大約在外圍(例 如，圓周的)設(shè)置外部吸收材料；圖IB是一種光纖束的橫截面視圖，該光纖束并入“代替的”外部吸收光纖；圖IC到IE示出了可替換地配置的光纖束的橫截面視圖，其包括被置于組成的光 導(dǎo)元件(例如，光纖)之間的間隙中的外部吸收材料；圖2示出了一種包含光導(dǎo)元件的光傳輸光學(xué)部件，在該光導(dǎo)元件之上設(shè)置由電致 變色材料制成的外部吸收層，所述電致變色材料的不透明度響應(yīng)于通過該層施加電流而可 調(diào)節(jié)，其中該層處于非受激態(tài)；
圖2A是圖2的光學(xué)部件從平面IA處觀察到的橫截面視圖；圖2B是圖2的光學(xué)部件的視圖，其中外部吸收層處于部分受激態(tài)；圖2C是圖2和圖2B的光學(xué)部件的視圖，其中外部吸收層處于完全受激(即最小 半透明)態(tài)；圖3示出了一種示例性的圖象轉(zhuǎn)換面板，該面板包含多個由電致變色材料的基質(zhì) (matrix)支撐的桿狀光導(dǎo)元件，其中電致變色材料的不透明性響應(yīng)于通過該層施加的電流 而可調(diào)節(jié)，其中該層處于非受激態(tài)；以及圖3A示出了圖3的面板的視圖，其中所述基質(zhì)處于受激態(tài)，其中它比在圖3的視 圖中更小半透明(或更不透明)。
具體實施例方式下面對于包含具有選擇性可調(diào)節(jié)的不透明度的外部吸收材料的光學(xué)部件以及光 學(xué)部件組件的示例性的實施方式的描述實質(zhì)上是說明性的，并由此不會限制本發(fā)明或其應(yīng) 用。在發(fā)明內(nèi)容和具體實施方式
中描述的各種實現(xiàn)形式、方面、型式和實施方式實質(zhì)上都是 所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的非限定性的實例，而且沒有限定權(quán)利要求的最大范圍。參考圖2，第一示例性的光學(xué)部件10包含伸長的光導(dǎo)元件20，光導(dǎo)元件20具有帶 有入射面22f的入射端22和帶有與發(fā)射面22f縱向相對的發(fā)射面24f的發(fā)射端24。另外， 光導(dǎo)元件側(cè)表面26在入射和發(fā)射面22f和24f之間延伸。在圖2的示例性版本中，光導(dǎo)元 件20包括具有第一折射率Ii1的光傳輸芯30和圍繞該芯30熔融設(shè)置的具有第二折射率Ii2 的包層32，其中第二折射率Ii2在大小上低于第一折射率Ii1,以使得進(jìn)入任一個入射面22f 的光都可以內(nèi)發(fā)射穿過芯30傳播并從發(fā)射面24f退出。應(yīng)當(dāng)理解，為了說明的目的，入射 和發(fā)射端以及面22和22f以及24和24f已經(jīng)被任意設(shè)置，實踐中對應(yīng)于實際的實施方式， 入射面22f是光被引入光導(dǎo)元件20而通過的那個面，而發(fā)射面24f是光從光導(dǎo)元件20退 出而通過的相對面。此外，盡管如附圖2所示的光導(dǎo)元件20由圓柱形側(cè)表面26所限定，但 是，如在發(fā)明內(nèi)容中所述，包括可替換配置的光導(dǎo)元件20的光學(xué)部件10也在本發(fā)明的范圍 和預(yù)期內(nèi)。繼續(xù)參照圖2，圍繞光導(dǎo)元件側(cè)表面26設(shè)置光學(xué)層50。所述光學(xué)層50具有第一 和第二光學(xué)層端52和54，以及在光學(xué)層端52和54之間延伸的光學(xué)層外表面56。雖然在 圖2的說明性版本中，正如從垂直于縱向的元件軸Am的平面IA觀察的那樣(圖2A)，光學(xué) 層50設(shè)置在光導(dǎo)元件20的整個長度上，并圍繞了由側(cè)表面26所限定的整個外圍，可以理 解在小于光導(dǎo)元件側(cè)表面26的整個長度上(或者圍繞小于其整個外圍)設(shè)置光學(xué)層50的 實施方式是在本發(fā)明的范圍和預(yù)期內(nèi)。所述光學(xué)層50是被配置為選擇性地吸收“雜散光”的外部吸收層60，該“雜散光” 進(jìn)入光導(dǎo)元件20的入射面22f，但是從側(cè)表面26而不是從發(fā)射面24f退出。所述吸收層 60至少部分由電致變色材料Mk制成。該電致變色材料Mk展示這樣的不透明度，其響應(yīng) 于如下至少一個值大小的變化而可選擇性地調(diào)節(jié)(i)通過光學(xué)層50的至少一部分的電流 ΙΕ( )沿光學(xué)層50的不同位置之間施加的電勢差(電壓V)。盡管在實際的實施方式中， 除相反的完全透明和完全不透明(或“黑色”)所表示的極端情況之外，可調(diào)的不透明度范 圍包括不同程度的半透明度，為了說明的目的，圖2，2B和2C示出了相同的光學(xué)部件10，其
6中光學(xué)層50為⑴完全透明(圖2)，(ii)中度透明或“灰色”(圖2B)以及(iii)完全不 透明(圖2C)。在任何具體的實施方式中，選擇電致變色材料Me。以使得(i)隨著施加電流 Ie的大小增加而半透明度降低(或不透明度增加)或(ii)隨著施加電流Ie的大小增加而 半透明度增加?？梢岳斫?，電流Ie是通過沿電致變色光學(xué)層50的不同位置之間的電勢差 V(即電壓)而建立的。在圖2到圖2C的說明性版本中，示意性示出了簡單的電路80。該 電路80包括電源81，與第一光學(xué)層端52電耦合的第一電導(dǎo)線82，與第二光學(xué)層端54電耦 合的第二電導(dǎo)線84，和用于改變第一和第二電導(dǎo)線82和84之間的電勢差V值的電壓控制 裝置86(例如，電位計)。很明顯圖2到圖2C的說明性光學(xué)部件10示出了帶有沿圓周設(shè)置——或更一般 的，沿外圍設(shè)置的——EMA材料的單個內(nèi)反射光導(dǎo)元件20。然而，包含多個的、各種陣列排 列的光導(dǎo)元件20的部件以通過非限定性的實例形成如伸長的圖像束和圖象轉(zhuǎn)換面板之類 的組件，也是在本發(fā)明的范圍和預(yù)期內(nèi)。在任何具體的組件中，不管是圍繞所選擇的各個光 導(dǎo)元件圓周式地、在多個光導(dǎo)元件之間的間隙、還是替代地并入電致變色材料Me。，每個這種 組件都包括至少一個具有側(cè)表面的光導(dǎo)元件，在至少一部分該側(cè)表面上設(shè)置電致變色材料 Mec的外部吸收層。如前所述，在其中包含電致變色材料Me。是尤其有優(yōu)勢的部件是例如包含光纖面 板的圖象轉(zhuǎn)換束。因此，圖3示出了說明性的包含相對的第一和第二板面112和114的圖 象轉(zhuǎn)換面板100。多個桿狀光導(dǎo)元件20保持在電致變色材料Me。的基質(zhì)150中。在所描述 的實施方式中，每個光導(dǎo)元件20具有和圖2到圖2C的光導(dǎo)元件20相似的結(jié)構(gòu)，并且在面 板100的光導(dǎo)元件20包括對應(yīng)圖2到圖2C的光導(dǎo)元件20的子元件和部分的程度上，相同 的參考標(biāo)記用來標(biāo)識這些子元件和部分。繼續(xù)參照圖3，每個光導(dǎo)元件20包含相對的入射和發(fā)射面22f和24f，該入射和發(fā) 射面22f和24f與第一和第二板面112和114相一致，并分別形成第一和第二板面112和 114的一部分。因此，在圖3的具體版本中，其中每個組成光導(dǎo)元件20的縱向元件軸Am垂 直于平行的第一和第二板面112和114取向，每個光導(dǎo)元件20的長度LeE對應(yīng)于板厚TP。 盡管這后面的觀察對應(yīng)于圖3的特定實施例，具有非統(tǒng)一厚度輪廓的和/或其中組成光導(dǎo) 元件20是非相互平行的(例如，會聚的)板也在本發(fā)明的范圍和預(yù)期內(nèi)。類似于圖2到圖2C的方式，該方式通過在沿電致變色光學(xué)層50的不同位置之間 選擇性地施加電壓，能夠“調(diào)節(jié)”電致變色光學(xué)層50的相對半透明度，諸如圖3的面板100 的光學(xué)部件組件中的基質(zhì)150的不透明度可選擇性被調(diào)節(jié)。在圖3中，第一和第二電導(dǎo)線 82和84電耦合到沿基質(zhì)150的不同的第一和第二位置152和154，以便選擇性地在基質(zhì) 150上施加電勢差V。在圖3中，例如，當(dāng)通過基質(zhì)150沒有施加電流Ie時，基質(zhì)150處于 “非受激態(tài)”。在非受激態(tài)中，基質(zhì)150至少是部分半透明的。圖3Α示出了與圖3所示的面板相同的面板100。然而，在圖3Α中，對應(yīng)于通過基 質(zhì)150施加電流Ie時的激發(fā)態(tài)，基質(zhì)150比其在圖3中更不透明。在圖3和3Α中，只示出 了沒有描述的電路的電導(dǎo)線82和84，依據(jù)參照圖2到圖2C的實施方式所示出和描繪的示 例性電路80，對附加電路的描述是不必要的。雖然圖2到2C和圖3和3Α的實施方式描述為并入電致變色材料Me。，其隨著所施 加的電流的增大而變得更不透明，然而在本發(fā)明的范圍和預(yù)期內(nèi)，如同說明書和所附權(quán)利要求所表達(dá)的那樣，電致變色材料Mec的不透明度隨著施加電流而降低也是可以理解的。因 此，在缺少明確的權(quán)利要求限定相反的情形下，由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明不局限于并 入其不透明性隨著所施加的電流而增大的電致變色材料Mec的構(gòu)造。此外，電致變色材料Mec 是至少如下之一的可替換版本也在本發(fā)明的范圍和預(yù)期之內(nèi)(i)玻璃基的材料和(ii)非 玻璃聚合材料。 前文所述認(rèn)為是本發(fā)明原理的示例。而且，由于本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不脫離本 發(fā)明的精神和范圍內(nèi)對發(fā)明的各個方面及實現(xiàn)作出修改和改變，可以理解的是前文并不把 所附權(quán)利要求所表示的本發(fā)明限制為所示和所描述的明確的結(jié)構(gòu)、實現(xiàn)和版本。
權(quán)利要求
一種光傳輸光學(xué)部件，包括具有相對的入射和發(fā)射面以及在入射和發(fā)射面之間延伸的光導(dǎo)元件側(cè)表面的光導(dǎo)元件；以及在光導(dǎo)元件側(cè)表面的至少一部分上延伸的、并且包含電致變色材料的外部吸收層，其中該電致變色材料的不透明度響應(yīng)于以下至少一個的大小的改變是可變的(i)通過該層的至少一部分施加的電流(ii)在沿該層的不同位置之間施加的電勢差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)部件，其中光導(dǎo)元件包含由具有第一折射率的第一材料 制成的芯和由圍繞該芯熔融地設(shè)置的并具有第二折射率的第二材料制成的包層，該第二折 射率在大小上小于該第一折射率，使得進(jìn)入入射面的光能夠通過在入射和發(fā)射面之間的內(nèi) 發(fā)射傳播。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)部件，其中光學(xué)層由非玻璃聚合材料形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光學(xué)部件，其中光學(xué)層由玻璃基材料形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)部件，其中光學(xué)層由非玻璃聚合材料形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光學(xué)部件，其中光學(xué)層由玻璃基材料形成。
7.一種光傳輸光學(xué)部件，包括具有縱向相對的入射和發(fā)射面以及在入射和發(fā)射面之間延伸的光導(dǎo)元件側(cè)表面的伸 長的光導(dǎo)元件；以及在光導(dǎo)元件的長度的至少一部分上延伸的光學(xué)層，并且從垂直于該光導(dǎo)元件的縱向軸 的平面觀察，該光學(xué)層圍繞光導(dǎo)元件側(cè)表面的外圍的至少一部分被設(shè)置，該光學(xué)層具有第 一和第二光學(xué)層端以及在該第一和第二光學(xué)層端之間延伸的光學(xué)層外表面；其中該光學(xué)層是包含電致變色材料的外部吸收層，該電致變色材料具有這樣的不透明度， 響應(yīng)于在沿光學(xué)層的不同位置之間施加的電勢差，該不透明度是選擇性的(i)激發(fā)的和 ( )非激發(fā)之一。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光學(xué)部件，其中光導(dǎo)元件包含由具有第一折射率的第一材料 制成的芯和由圍繞該芯熔融地設(shè)置的并具有第二折射率的第二材料制成的包層，該第二折 射率在大小上小于該第一折射率，使得進(jìn)入入射面的光能夠通過在入射和發(fā)射面之間的內(nèi) 發(fā)射傳播。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)部件，其中光學(xué)層由非玻璃聚合材料形成。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的光學(xué)部件，其中光學(xué)層由玻璃基材料形成。
11.一種光學(xué)部件組件，包括包含相對的第一和第二板面以及將多個光導(dǎo)元件保持在固定的相對位置的基質(zhì)材料 的板結(jié)構(gòu)，每個光導(dǎo)元件具有相對的入射和發(fā)射面以及在入射和發(fā)射面之間延伸的光導(dǎo)元 件側(cè)表面；其中(a)該入射和發(fā)射面分別部分地限定了第一和第二板面；和(b)該基質(zhì)材料是電致變色的并且展示出響應(yīng)于以下至少一個的大小的變化而選擇性 可調(diào)節(jié)的不透明度(i)通過該基質(zhì)的至少一部分施加的電流(ii)在該基質(zhì)內(nèi)的不同位置 之間施加的電勢差。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光學(xué)部件組件，其中每個光導(dǎo)元件包含由具有第一折射率 的第一材料制成的芯和由圍繞該芯熔融地設(shè)置的并具有第二折射率的第二材料制成的包層，該第二折射率在大小上小于該第一折射率，使得進(jìn)入入射面的光能夠通過在入射和發(fā) 射面之間的內(nèi)發(fā)射傳播。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)部件組件，其中該基質(zhì)由非玻璃聚合材料形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)部件組件，其中該光學(xué)層由玻璃基材料形成。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)部件組件，其中該電致變色材料的不透明度隨著所施 加的電流的大小的增大而增大。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光學(xué)部件組件，其中該電致變色材料的不透明度隨著所施 加的電流的大小的增大而減小。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有可變電致變色外部吸收能力的光學(xué)部件。一種光學(xué)部件包括至少一個光導(dǎo)元件，所述光導(dǎo)元件具有在入射和發(fā)射面之間延伸的側(cè)表面，引入入射面的光能夠通過內(nèi)反射在入射和發(fā)射面之間傳播。外部吸收材料設(shè)置于該至少一個光導(dǎo)元件的至少一個的側(cè)表面的至少一部分上，該外部吸收材料被配置為選擇性地吸收進(jìn)入光導(dǎo)元件的入射面，但通過側(cè)表面而不是發(fā)射面退出的“雜散光”。所述吸收材料至少部分的由電致變色材料制成，該電致變色材料展示了響應(yīng)于以下至少之一的變化而選擇可調(diào)節(jié)的半透明度(i)通過吸收材料的至少一部分施加的電流和(ii)在吸收材料內(nèi)的不同位置之間施加的電勢差。
文檔編號G02F1/15GK101900918SQ200910246890
公開日2010年12月1日 申請日期2009年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月10日
發(fā)明者K·塔博爾 申請人:肖特公司