專利名稱：可調(diào)式電子光學(xué)液晶透鏡及形成此透鏡的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
—種電子光學(xué)透鏡，其包含液晶，其中此透鏡的光學(xué)功率(power)能以施加一電場(chǎng)來(lái)修正。在一實(shí)施例中，液晶透鏡包含環(huán)形電極，此環(huán)形電極具有位于相鄰電極間的電阻電橋，而在一較佳的實(shí)施例中，數(shù)個(gè)電極環(huán)的輸入接線被間隔設(shè)置在此透鏡上。在一更進(jìn)一步的實(shí)施例中，提出一種能通過(guò)使用相位重設(shè)來(lái)增加光學(xué)功率的液晶透鏡，其中在一實(shí)施例中，一透鏡包含位于液晶晶格的相對(duì)兩側(cè)的基板表面的環(huán)形電極，如此一固定的相位項(xiàng)則能被加到各組電極使各組電極的相位變化能夠相等且也能與之前的群組匹配。
背景技術(shù)：
利用雙折射液晶來(lái)改變光學(xué)功率的電子光學(xué)透鏡已經(jīng)被披露了，相對(duì)于傳統(tǒng)玻璃或塑料鏡透鏡而言其具有能以適宜地施加電場(chǎng)來(lái)改變光學(xué)功率的固有優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)有液晶透鏡的一缺點(diǎn)是單一透鏡能產(chǎn)生的光學(xué)功率目前是受限的。電子光學(xué)液晶透鏡的一基本結(jié)構(gòu)為兩個(gè)透明基板將一液晶薄層夾在中間。在各個(gè)基板的內(nèi)平面上，形成一透明的金屬電極結(jié)構(gòu)。當(dāng)沒(méi)有電場(chǎng)存在時(shí)，一配向?qū)有纬捎陔姌O層的頂部，以建立液晶分子特定的分子配向(orientation)。當(dāng)在一電極層施加電壓時(shí),一跨越液晶層的電場(chǎng)則被建立而一電位則形成于電極間。若將電極結(jié)構(gòu)圖形化，則會(huì)形成電場(chǎng)梯度，如此則導(dǎo)致液晶層的屈光度(refraction)指數(shù)產(chǎn)生梯度的變化。有了適當(dāng)設(shè)計(jì)的電極結(jié)構(gòu)及施加的電壓，就能制造一電子光學(xué)透鏡。利用電極結(jié)構(gòu)使單一透鏡產(chǎn)生幾種光學(xué)功率的電子光學(xué)透鏡已經(jīng)被設(shè)計(jì)且制造出來(lái)了。球形電子光學(xué)液晶透鏡的基本結(jié)構(gòu)是基于一個(gè)圓環(huán)形電極的設(shè)計(jì)，其中透明電極設(shè)置在一個(gè)或兩個(gè)由復(fù)曲面環(huán)(toric ring)所構(gòu)成的基板上，并與相鄰的復(fù)曲面環(huán)絕緣。之前的透鏡設(shè)計(jì)受限于用來(lái)確定透鏡光學(xué)功率的環(huán)形電極的寬度及間隔。然而，若單組裝大量極窄的電極，理論上，如此的透鏡則應(yīng)能產(chǎn)生多種光學(xué)功率。鑒于各個(gè)相鄰的電極間的光學(xué)相位變化應(yīng)該少于約1/8個(gè)波且穿過(guò)一透鏡的相位變化可能高達(dá)100個(gè)波，則首先出現(xiàn)的是可能需要由數(shù)百個(gè)輸入接線連接到此裝置的上百個(gè)環(huán)所構(gòu)成的電極結(jié)構(gòu)，以進(jìn)行持續(xù)的調(diào)整。然而，這不是一個(gè)可行的解決方案，因?yàn)槿绱说碾姌O結(jié)構(gòu)所需的光微影技術(shù)會(huì)是令人怯步的。再者，制造如此的匯流線結(jié)構(gòu)(bussstructure)以連接并電性編址各個(gè)電極會(huì)是一個(gè)極為繁雜的程序且會(huì)使制造出來(lái)的裝置極端復(fù)雜且不便使用。相環(huán)繞(phase-wrapping)的使用能幫助緩解組裝數(shù)百個(gè)輸入接線至透鏡的問(wèn)題。此技術(shù)已由Joshua Naaman Haddock所提出的”液晶電子光學(xué)散射眼鏡鏡片及低操作電壓向列型液晶(Liquid Crystal Electro-Optic Diffractive Spectacle Lenses andLow Operating Voltage Nematic Liquid Crystals) ”所披露,其為交給光波科學(xué)學(xué)院的論文，以完成授予亞歷桑那大學(xué)研究所2005年博士學(xué)位的部分必要條件，其中提到在一個(gè)群組的相位變化接近一個(gè)波的情況之下對(duì)電極進(jìn)行分組。因此，輸入接線的數(shù)量被每組的環(huán)數(shù)量所限制。然而，若是各組的相位變化非常接近一個(gè)波的倍數(shù)，此方法僅能提供高效率。因此，每個(gè)電極組間的相位變化無(wú)法以連續(xù)的方式來(lái)改變，此透鏡從而無(wú)法被連續(xù)地調(diào)整到多種光學(xué)功率。公開(kāi)號(hào)2008/0212007的美國(guó)專利涉及一種電子光學(xué)裝置，其包含在一對(duì)相對(duì)設(shè)置的透明基板間的液晶層；一電阻性圖形化電極組，其位于液晶層與第一透明電極內(nèi)表面 之間；以及一導(dǎo)電層，其位于液晶層及第二透明電極內(nèi)表面之間，其中導(dǎo)電層及電阻性圖形化電極組電性連接，且其中所述電阻性圖形化電極組包含一個(gè)或多個(gè)電性隔離的電極，其中所欲達(dá)到的電壓降被施加于各個(gè)電極以提供所欲達(dá)到的相位延遲效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一可調(diào)式液晶透鏡，其中降低了環(huán)形電極所需輸入接線的數(shù)量。而本發(fā)明的另一目的是提供一不需要重設(shè)或相環(huán)繞的可調(diào)式電子光學(xué)透鏡。本發(fā)明的另一目的是提供一具有環(huán)形電極的透鏡，其中將輸入接線間隔地、優(yōu)選為等間隔地設(shè)置在透鏡上，例如以大于每五個(gè)電極環(huán)、優(yōu)選為每十個(gè)電極環(huán)的間隔來(lái)做等間隔設(shè)置。本發(fā)明更進(jìn)一步的目的是提供一包含環(huán)形電極的透鏡，其中至少兩個(gè)、優(yōu)選為全部鄰近的電極以一電阻連接。而本發(fā)明另一目的是提供一在電極環(huán)間的具有透明電阻電橋的透鏡，其中電阻電橋是由優(yōu)選為氧化銦錫的導(dǎo)電涂層形成的。本發(fā)明再更進(jìn)一步的目的是提供一透鏡且其環(huán)形電極及電阻電橋是利用相同材料所形成。本發(fā)明再更進(jìn)一步的目的是提供以一透鏡制作方法，此制作方法包含形成一電阻電橋于兩電極環(huán)間，及利用光微影技術(shù)以圖形化電極環(huán)及電阻電橋的步驟。而本發(fā)明另一目的是提供一包含重設(shè)且使用相環(huán)繞的可調(diào)式液晶透鏡本發(fā)明再進(jìn)一步的目的是提供一具有位于液晶層兩對(duì)側(cè)的基板的透鏡，其中此兩基板包含圖形化的電極。本發(fā)明的另一目的是提供一包含其上設(shè)置有圖形化電極層的兩基板的可調(diào)式透鏡，其中一電致動(dòng)液晶材料位于基板間，其中一圖形化的電極層提供光學(xué)相位延遲的微調(diào)而另一圖形化電極層為一組至少由兩個(gè)經(jīng)微調(diào)的電極進(jìn)行相位粗調(diào)。本發(fā)明再更進(jìn)一步的目的是提供一可調(diào)式透鏡，其中基板層的電極與第二電極的電極層上的至少兩個(gè)電極重迭，其中所述重迭位于在基板平面方向上。本發(fā)明的另一目的是提供位于兩基板表面上的圖形化的電極，藉此以一閃耀式電極結(jié)構(gòu)(blazed electrode structure)將一固定的活塞相位項(xiàng)(piston phase term)加入到在一區(qū)域中的每個(gè)電極組，使各個(gè)電極組的相位變化相同，且也能與之前的電極組相位匹配。本發(fā)明一方面，公開(kāi)了一種可調(diào)式電子光學(xué)透鏡，包含至少兩個(gè)透明的基板，一透明導(dǎo)電電極層有效地連接到每個(gè)基板，其中至少一個(gè)電極層被圖形化且包含多個(gè)環(huán)形電極，其中至少一個(gè)環(huán)形電極以一電阻電橋電性連接于一鄰近的環(huán)形電極，且其中一電致動(dòng)液晶材料位于至少兩個(gè)透明的基板之間。本發(fā)明另一方面是一種制作可調(diào)式電子光學(xué)透鏡的制作方法，包含的步驟有提供一透明基板并形成至少在基板上設(shè)置兩個(gè)導(dǎo)電電極環(huán)；以及將一電阻電橋設(shè)置于所述電極 環(huán)間且電性連接于所述電極環(huán)。本發(fā)明另一方面是一可調(diào)式電子光學(xué)透鏡裝置，包含一透明的基板，此基板具有一透明的導(dǎo)電電極層有效地連接于其上，所述基板被圖形化且具有多個(gè)環(huán)形電極；第二透明基板具透明的導(dǎo)電電極層有效地連接于其上，所述第二電極層被圖形化且具有多個(gè)環(huán)形電極；以及一電致動(dòng)液晶材料層，其位于第一及第二透明基板間，其中至少一個(gè)在第二基板上的環(huán)形電極在平面方向上覆蓋第一基板上的至少兩個(gè)環(huán)形電極。而本發(fā)明的另一方面是一可調(diào)式電子光學(xué)透鏡裝置，包含至少兩個(gè)透明的基板，透明的導(dǎo)電電極層被設(shè)置于各個(gè)基板上，及一位于基板間的電致動(dòng)層，其中各個(gè)基板上的電極層被圖形化且包含多個(gè)環(huán)形電極，且其中一層的圖形化的電極提供光學(xué)相位延遲的微調(diào)而另一層的電極為一組至少由兩個(gè)經(jīng)微調(diào)的電極進(jìn)行相位粗調(diào)。


閱讀本發(fā)明的具體實(shí)施方式
并參照?qǐng)D式能更加的了解本發(fā)明而本發(fā)明其它的特色及優(yōu)點(diǎn)將會(huì)更清楚，其中圖I是基板的俯視圖，此基板用來(lái)形成包含環(huán)形電極的液晶光學(xué)透鏡，其中鄰近的電極以電阻電橋連接；圖2示出了一個(gè)圖I中示出的圖形化基板包含區(qū)域2-2的那一部份的特寫(xiě)俯視圖，特別示出了一電阻電橋；圖3是匯流線實(shí)施例的俯視圖，此匯流線經(jīng)由絕緣體的一通孔連接到一環(huán)形電極；圖4是本發(fā)明的液晶可調(diào)式透鏡一實(shí)施例的截面圖；圖5是位于環(huán)形電極間的電阻電橋的可選結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施例的俯視圖；圖6是包含電極層的基板的一實(shí)施例的俯視圖，電極層包含設(shè)置于其上的環(huán)形電極；圖7匯流線的一實(shí)施例的俯視圖，此匯流線經(jīng)由絕緣體的一通孔連接到環(huán)形電極；圖8是對(duì)側(cè)基板的一實(shí)施例的仰視圖，此基板包含多個(gè)位于此基板上的電極環(huán)；圖9是本發(fā)明的一裝置輸入接線的雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)截面圖10是本發(fā)明的液晶可調(diào)式透鏡的另一實(shí)施例的截面圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的電子光學(xué)裝置是電動(dòng)可調(diào)式的透鏡且此透鏡包含位于透明基板間的液晶層，其中在電場(chǎng)的存在下，液晶材料是可重新排列(realignable)的。當(dāng)將電場(chǎng)施加在包含液晶材料的晶格上時(shí)，會(huì)改變液晶材料的分子配向軸，其中一圖形化的電極結(jié)構(gòu)的使用在電場(chǎng)中產(chǎn)生了梯度，使液晶層的屈光度指數(shù)產(chǎn)生了梯度變化。不需要相環(huán)繞的可調(diào)式透鏡?，F(xiàn)在參閱附圖，圖4示出了本發(fā)明的電子光學(xué)裝置10—實(shí)施例的局部截面圖。裝置10包含一對(duì)基板20、22，該基板在一實(shí)施例中較佳的為平面且相對(duì)平行設(shè)置?；逡苑指粑飦?lái)保持所欲保持的間距，未在圖中示出。此間距可改變，且在一實(shí)施例中為約5到100 微米。一電極層30位于下層的基板20上而另一電極層30位于上層的基板22上,在此進(jìn)一步的說(shuō)明，圖中的下層的基板30為圖形化基板。配向?qū)?0位于基板20、22上，較佳的是在電極層30、32上。液晶層60位于基板20、22間且與配向?qū)?0接觸。在此提到的名詞“層”并不限定一定要是均勻的厚度，只要層能夠執(zhí)行所欲達(dá)到的目的，瑕疵或是不均勻的厚度是可以接受的。由于此裝置為透鏡，基板20、22必須要能提供所欲達(dá)到的光透射率，較佳的為透明的?；?0、22可以是平面或是曲面。在本領(lǐng)域中已知可以使用多種材料，例如玻璃、石英(quartz)或高分子材料，其中玻璃較佳。此基板較佳的為一非雙折射材料，或配向或補(bǔ)償材料以最小化它們的雙折射效應(yīng)。導(dǎo)電電極層30、32能使用任何已知的方法沉積在一基板上。較佳的，圖形化的電極30是使用光微影技術(shù)制程來(lái)形成。電極層的材料可以是任何無(wú)機(jī)、透明的導(dǎo)電材料。適合材料的例子包含金屬氧化物，例如氧化銦(indium oxide)、氧化錫(tin oxide)及氧化銦錫(indium tin oxide),而較佳的為氧化銦錫。導(dǎo)電電極層的厚度一般為約100到2000埃。電極層必須足夠厚以提供所欲達(dá)到的傳導(dǎo)率。導(dǎo)電電極層的電阻率一般是約10歐姆/平方到1000歐姆/平方而較佳的是10到200或300歐姆/平方。當(dāng)沒(méi)有電壓被施加于裝置10時(shí)，配向?qū)?0被用來(lái)在液晶中產(chǎn)生特定方向的分子配向。本領(lǐng)域中已知有多種適合的材料可做為配向?qū)?，其包含，但不限于，聚亞酰?polyimide)及聚乙烯醇(polyvinyl alcohOl)。配向?qū)?0的厚度必須足夠厚以賦予液晶材料欲達(dá)到的分子配向，例如約100到1000埃。如同本領(lǐng)域中已公知的，在一實(shí)施例中，先摩擦處理配向?qū)?0使液晶材料在電場(chǎng)被施加到該液晶材料前就能夠有一均勻的分子配向?！?，具有在電場(chǎng)存在下能被控制的指向秩序(orientation order)的任何液晶材料均能夠使用，包括任何構(gòu)成液晶的向列型(nematic)、矩列型(smectic)或膽細(xì)相(cholesteric phase),或包含液晶的高分子材料,例如高分子液晶(polymer liquidcrystals)、高分子分散性液晶(polymer dispersed liquid crystals)或高分子穩(wěn)定液晶(polymer stabilized liquid crystals)。在一實(shí)施例中向列型液晶是較佳的。適合的液晶材料應(yīng)有的特性包含能夠輕易地配向液晶層、快速的切換時(shí)間，及一低電壓闕值。圖I不出了基板22的一實(shí)施例，基板有一電極層30位于其上。電極層30被圖形化且包含多個(gè)電極，該電極以環(huán)34的形狀環(huán)繞中心圓盤(pán)35。除會(huì)在此做進(jìn)一步描述的電阻電橋之外，其中相鄰的環(huán)，及最內(nèi)部的環(huán)34及圓盤(pán)35，是以一電性絕緣槽36來(lái)使彼此電性隔離。電性絕緣槽36是位于相鄰電極間的開(kāi)放空間或也可是非導(dǎo)電的絕緣材料如二氧化娃(silicon dioxide)。在一優(yōu)選的實(shí)施例中，所述電性絕緣槽36是所述開(kāi)放空間。環(huán)34較佳的是環(huán)形(annular)且同心的(concentric),雖然可能因?yàn)椴牧霞八褂玫闹谱骷夹g(shù)的緣故，導(dǎo)致它們不會(huì)形成一完美的幾何形狀。這里所使用的名詞“環(huán)”包含類環(huán)形(ring-like)的結(jié)構(gòu),例如橢圓環(huán)。同樣的，圓盤(pán)35較佳的為圓形,但也能為類環(huán)形。電極可以在同個(gè)平面或不同的平面并以絕緣體隔絕，由此電阻電橋38能在不同的平面連接電極。在一實(shí)施例中，環(huán)的寬度可以被設(shè)定以使相鄰電極間最大的相位差是少于約1/8個(gè)波?；迳想姌O的數(shù)量，即環(huán)34及中心圓盤(pán)35的數(shù)量是可改變的。在一實(shí)施例中，一 基板上的電極總數(shù)一般是從約20到2000而較佳的是由約50到200。根據(jù)本發(fā)明，至少一電極組，即一個(gè)或多個(gè)電極，而較佳的是全部或基本全部的電極為一電阻式分壓器網(wǎng)絡(luò)(resistive divider network)的一部份。將電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成能夠建立一系列相鄰電極間的相位延遲的線性變化，以產(chǎn)生聚焦透鏡所需要的拋物線r2相位型式(parabolic r2 phase profile)。如圖1、2及5所示，電阻式分壓器網(wǎng)絡(luò)(resistivedivider network)包含一電阻電橋38,其具有適當(dāng)?shù)碾娮璨⑦B接相鄰的環(huán)34或環(huán)34及圓盤(pán)35，?；谘b置的設(shè)計(jì)，電阻式分壓器及電阻電橋38 —般而言可有一電阻值由約100到2000歐姆而較佳的為約800到1200歐姆。電阻電橋38包含一具有導(dǎo)電材料的電阻路徑，較佳的是其邊界是以非導(dǎo)電材料或是能隔絕導(dǎo)電材料的區(qū)域所形成，如此能幫助在各個(gè)相鄰的電極34、35間形成所欲達(dá)到的電阻值。 電極橋的導(dǎo)電材料可以是導(dǎo)電電極層30所能使用的任何材料。導(dǎo)電電極層30的材料可以不同于電極橋的導(dǎo)電材料，但較佳的是相同的材料。在一實(shí)施例中，氧化銦錫是較佳的電極橋的導(dǎo)電材料。本發(fā)明一重要的優(yōu)點(diǎn)為，用來(lái)制造理想的電極層30的方法，例如光微影技術(shù)，也用來(lái)制造各個(gè)電阻電橋38的圖形。因此，圖形化的電極層及電阻電橋可以在單一個(gè)制作步驟中使用光微影技術(shù)來(lái)制造。因此，不需要任何額外的材料或制作步驟來(lái)形成此電阻網(wǎng)絡(luò)。此外，若是液晶相位隨著電壓的變化也是線性的，那一個(gè)可連續(xù)調(diào)整的透鏡可以僅使用兩條輸入接線來(lái)制造，一個(gè)在最內(nèi)部的環(huán)，即圓盤(pán)35，而一個(gè)接線在最外部的電極環(huán)，由此可消除需要多個(gè)匯流線(buss line)的需求。當(dāng)液晶裝置可達(dá)到的相位變化僅有一小部分被使用時(shí)，本實(shí)施例特別有用。在一實(shí)施例中，液晶裝置電壓對(duì)相位的關(guān)系在全部可能的拋物線相位變化的一小部份中被視為是線性的，如此較佳的可以用一固定的電阻電橋連接各個(gè)電極，然后為在透鏡上間隔設(shè)置的多個(gè)環(huán)提供一輸入接線。在一實(shí)施例中，一輸入接線被連接到各個(gè)第η環(huán)，其中η為2或更多。因此，在一實(shí)施例中，較佳的在最內(nèi)部的環(huán)或圓盤(pán)35上設(shè)置輸入接線，且更進(jìn)一步地根據(jù)環(huán)的數(shù)量來(lái)設(shè)置輸入接線，例如，由約10到100個(gè)電極環(huán)及較佳的為由約10到20個(gè)電極環(huán)。例如，在一實(shí)施例中，基板22包含100個(gè)環(huán)形電極，環(huán)形電極的其中之一是一個(gè)最內(nèi)部的圓盤(pán)電極，電極I、10、20、30、40、50、60、70、80、90及100設(shè)置有輸入接線。因此，在此實(shí)施例中，僅需要液晶材料電壓對(duì)相位的關(guān)系在之前的方法的范圍的1/10內(nèi)是線性的，就不需要使用任何的電阻電橋。同樣的，在一實(shí)施例中使用20個(gè)輸入接線，只需要整體范圍的1/20是線性的，或每第5個(gè)電極是線性的。圖I示出了一輸入接線70，每一個(gè)連接到電極層30的第I個(gè)電極及第10個(gè)電極?？蓪⑦B接到電極的輸入接線70設(shè)置于電極最接近基板的一側(cè)或電極遠(yuǎn)離基板的相反側(cè)。輸入接線較佳的是以在輸入接線及電極層間沉積絕緣材料來(lái)形成，如二氧化硅。如圖3所示，各個(gè)輸入接線經(jīng)由絕緣體的通孔連接到適當(dāng)?shù)碾姌O。在一實(shí)施例中一輸入接線位于電極遠(yuǎn)離基板的一側(cè)。通過(guò)在電極層上沉積絕緣體薄層的方式來(lái)制備輸入接線，而然后在每個(gè)絕緣層的上方形成一輸入接線列(input connection line)。在一實(shí)施例中，一液晶材料，例如Merck公司提供的液晶18349，其具有約25微米(μπι)的厚度并能為直徑約I公分的透鏡提供約O. 5屈光度的光學(xué)功率。增加液晶層的厚 度能夠達(dá)成更高屈光度的光學(xué)功率，但最終場(chǎng)中產(chǎn)生的非線性將會(huì)降低光學(xué)效能；不同光學(xué)功率的切換弛豫時(shí)間(switching relaxation time)也會(huì)隨著液晶層的厚度而增加。堆棧多個(gè)電子光學(xué)裝置10也能夠達(dá)到額外的光學(xué)功率。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，施加一適當(dāng)?shù)碾妷旱窖b置10，即經(jīng)由輸入接線70施加到電極層30是公知的。未圖形化的電極層32作用為接地。施加的電壓是根據(jù)多個(gè)因素來(lái)決定，其包含但不限于，所使用的液晶材料及電極間液晶材料的厚度。本領(lǐng)域已知有多種方法能夠控制施加于電極的電壓，例如，電路，處理器或是微處理器。具有相環(huán)繞(phase wrapping)的可調(diào)式透鏡。本發(fā)明更進(jìn)一步的實(shí)施例是關(guān)于一使用相環(huán)繞的可調(diào)式電子光學(xué)裝置。此裝置有著能經(jīng)由相位重設(shè)來(lái)達(dá)到較高光學(xué)功率的優(yōu)點(diǎn)。與背景技術(shù)所描述的相環(huán)繞方法相比較，本發(fā)明實(shí)施例的方法不限定各個(gè)電極環(huán)均需要擁有單獨(dú)的輸出接線，但同時(shí)卻允許被相環(huán)繞的透鏡是可調(diào)整的。在本實(shí)施例中，基板兩側(cè)的表面及液晶材料的任一側(cè)均設(shè)置有圖形化的電極，因此一固定的“活塞”相位項(xiàng)能夠被加入到閃耀式電極結(jié)構(gòu)(blazed electrode structure)的一區(qū)域中的各個(gè)電極組。這也使得各個(gè)電極組的相位變化能夠相同，而且也能與之前的組相位匹配。圖10示出了本發(fā)明的一電子光學(xué)裝置110的一實(shí)施例的局部截面圖。所述電子光學(xué)裝置110包含一對(duì)基板120、122，一般而言兩者平行設(shè)置?；蹇蔀槠矫婕?或曲面等。如同此處進(jìn)一步描述的，電極層130位于下層的基板120上且一電極層132位于上層的基板122上，兩電極層均為圖形化的電極層。一配向?qū)游挥诟鱾€(gè)基板120、122上，較佳的位于電極層130、132上且與液晶層160相鄰，其中上述各個(gè)單獨(dú)的組件的材料、詳細(xì)說(shuō)明及結(jié)構(gòu)于此處引入以供參考。圖6不出了包含多個(gè)電極的基板120的一實(shí)施例的俯視圖，各個(gè)電極均具有一單獨(dú)的輸入接線170。電極包含類環(huán)型的圓形或圖盤(pán)電極135及多個(gè)環(huán)形電極134。如圖9所示，在一優(yōu)選的實(shí)施例中電極層130包含處于不同平面的相鄰電極。絕緣材料140將環(huán)形電極134的不同平面分隔開(kāi)。如圖7所示，輸入接線/電極環(huán)接點(diǎn)是經(jīng)由一通孔所形成的。圖8示出了基板122的一實(shí)施例，與圖10所示出的基板120相比是被放置在液晶層160的一相反側(cè)，其包含一電極層132，這樣則形成一反電極層，其包含多個(gè)圍繞著中心類環(huán)形的圓形電極或圓盤(pán)電極135的電極環(huán)134。根據(jù)本發(fā)明，反電極層132上的一單環(huán)或圓盤(pán)結(jié)構(gòu)有著比下層基板120的一電極環(huán)較寬或較大的區(qū)域，且覆蓋或部分覆蓋至少一組兩個(gè)以上環(huán)所形成的組。確定此區(qū)域是為了使電極彼此分開(kāi)地直接散布在液晶層上，一般是正交(perpendicular)或垂直(normal)于電極所在的基板的平面。圖8特別示出了一粗調(diào)反電極層的設(shè)計(jì)，其提供了多組活塞狀的相位變化，例如基板120上的下層電極層130的四個(gè)細(xì)環(huán)形(fine-ring)電極134。輸入接線170被設(shè)置于上層電極層132的各個(gè)電極。如圖10所示，一液晶材料160位于基板120、122及電極層130、132之間。本發(fā)明的一包含具相環(huán)繞的可調(diào)式透鏡的方法如下所述。舉例來(lái)說(shuō),假設(shè)一裝置欲達(dá)到在O. 25或更低屈光等級(jí)(diopter steps)中I. 5屈 光度范圍內(nèi)的電學(xué)可調(diào)整。為了達(dá)成此光學(xué)可調(diào)式透鏡，在本例中，一細(xì)環(huán)形結(jié)構(gòu)被制造，其具有所有的電極均是四環(huán)組(即電極環(huán)η與環(huán)n+4有同樣的電壓)。一反電極環(huán)結(jié)構(gòu)被設(shè)置于另一基板上，其中反電極環(huán)的各個(gè)電極環(huán)有一極寬的區(qū)域并覆蓋相反側(cè)電極環(huán)組，即四個(gè)細(xì)環(huán)一般是在正交或垂直于基板平面的方向上。圖8示出了粗調(diào)反電極層的設(shè)計(jì)，其提供了圖6示出的多個(gè)四細(xì)環(huán)形電極組上的活塞狀(piston-like)相位變化。寬環(huán)m是以12個(gè)電極為一組(環(huán)m與環(huán)m+12有著同樣的電壓)。因此，有16個(gè)輸入接線需要用來(lái)通電驅(qū)動(dòng)透鏡；12個(gè)用在反電極的寬環(huán)而4個(gè)用在第一電極的細(xì)環(huán)。有了這個(gè)設(shè)計(jì)，可選擇使用多少細(xì)環(huán)形電極組以達(dá)到一個(gè)波的相位延遲，實(shí)現(xiàn)了最小化細(xì)環(huán)數(shù)量或是正確相位表示的每延遲波的電壓為8。因此，能夠選擇每個(gè)波的相位延遲有2、3、4、6或12個(gè)四細(xì)電極環(huán)組，具有12個(gè)所述組的每個(gè)波的相位延遲產(chǎn)生了最大的效率但最小的光學(xué)功率，而具有兩個(gè)所述組的每個(gè)波的相位延遲產(chǎn)生了最低的效率但最大的光學(xué)功率。在這個(gè)例子中，所需的變化范圍是I. 5個(gè)屈光度，所以需要一個(gè)光學(xué)功率范圍在-O. 75到+0. 75屈光度的可變透鏡。根據(jù)電極分組方式的選擇，若是透鏡最高屈光度需要是+0. 75，那么有2、3、4、6或12個(gè)電極組的透鏡的光學(xué)功率將會(huì)是+0. 75、+0. 5、+0. 375、+0.25或+0. 125屈光度。因?yàn)檠b置在相反的電極性下可以工作，所以它也會(huì)產(chǎn)生相同的負(fù)光學(xué)功率。因此，本實(shí)施例的相環(huán)繞電子透鏡可以做11個(gè)等級(jí)的光學(xué)功率調(diào)整。當(dāng)然，此光學(xué)功率范圍能以增加一固定光學(xué)功率的透鏡來(lái)做補(bǔ)償。例如，通過(guò)結(jié)合前例中的裝置與一 -2. 25屈光度的傳統(tǒng)透鏡，能夠在-I. 5到-3. O屈光度內(nèi)做11個(gè)等級(jí)的調(diào)整?；蛘撸ㄟ^(guò)將該相環(huán)繞電子透鏡與一 +1. 75屈光度的傳統(tǒng)透鏡結(jié)合LC device,能夠由+1. O調(diào)整到+2. 5屈光度。為了能夠更清楚地舉例說(shuō)明施加在電極上的電壓，而不是詳加說(shuō)明電壓，需要一液晶組件使相位延遲為施加電壓的線性函數(shù)，可以說(shuō)每個(gè)電極有一能夠產(chǎn)生相應(yīng)于中心電極的特定相位延遲的電壓。有了這種定義，對(duì)一負(fù)透鏡而言，施壓在各個(gè)組中的4個(gè)細(xì)電極的電壓為Fine electrode#l = OFine electrode#2 = 2 Ji / (4*j)Fine electrode#3 = 4 Ji / (4*j)Fine electrode#4 = 6 Ji / (4*j)
其中本例中的j是2、3、4、6或12，對(duì)應(yīng)于相對(duì)的透鏡光學(xué)功率。本例中反電極的電壓應(yīng)與以下相位對(duì)應(yīng)相位(弧度)=0,2/j，2*2 /j，3*2 /j......(j-l)*2 n / j作為一個(gè)特殊例子，考慮調(diào)整此透鏡到-O. 5屈光度(j = 3)。施加在細(xì)電極的電壓與下列相位之一對(duì)應(yīng)1、0(依定義)2>2 31 *(1/12)3>2 31 *(2/12)
4>2 31 *(3/12)施加在反電極的電壓將產(chǎn)生一相位為1、0(依定義)2、2π*(1/3)3、2π*(2/3)4、O5、2π*(1/3)6、2π*(2/3)7、08、2π*(1/3)9、2π*(2/3)10、O11,2 3 *(1/3)12、2π*(2/3)然后從中心電極開(kāi)始數(shù)出去，在各細(xì)環(huán)位置上的相應(yīng)的相位是
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)式電子光學(xué)透鏡裝置，其特征在于，包含 至少兩個(gè)透明的基板，一透明的導(dǎo)電電極層連接至各個(gè)所述基板，其中至少一個(gè)所述電極層被圖形化并包含多個(gè)環(huán)形電極，其中至少一個(gè)所述環(huán)形電極是以一電阻電橋電性連接于相鄰的環(huán)形電極，其中一電致動(dòng)液晶材料層位于至少兩個(gè)透明的所述基板間。
2.如權(quán)利要求I所述的可調(diào)式裝置，其特征在于，輸入接線連接到至少一個(gè)所述環(huán)形電極，且當(dāng)?shù)谝浑妷航?jīng)由所述輸入接線被施加在所述環(huán)形電極上時(shí)，所述透鏡裝置可由第一光學(xué)功率調(diào)整到第二光學(xué)功率。
3.如權(quán)利要求I所述的可調(diào)式裝置，其特征在于，所述電阻電橋包含一電阻路徑，所述電阻路徑包含具有一電阻的導(dǎo)電材料，其中，所述導(dǎo)電材料連接于所述相鄰的環(huán)形電極。
4.如權(quán)利要求3所述的可調(diào)式裝置，其特征在于，所述電阻電橋的所述導(dǎo)電材料有一約100到2000歐姆的電阻，且其中所述導(dǎo)電材料的邊界是由非導(dǎo)電材料或非導(dǎo)電材料以外的區(qū)域所形成。
5.如權(quán)利要求4所述的可調(diào)式裝置，其特征在于，所述電阻電橋的所述導(dǎo)電材料的電阻為約800到1200歐姆。
6.如權(quán)利要求3所述的可調(diào)式裝置，其特征在于，所述電極層包含氧化銦、氧化錫及氧化銦錫中的一個(gè)或多個(gè)，其中各個(gè)所述電極層的厚度分別為約100到2000埃，且其中所述電極層的電阻率是約10到1000歐姆/平方，且其中所述電阻電橋的所述導(dǎo)電材料包含氧化銦、氧化錫及氧化銦錫中的一個(gè)或多個(gè)。
7.如權(quán)利要求I所述的可調(diào)式裝置，其特征在于，其中配向?qū)颖辉O(shè)置在各個(gè)電極層上，且其中所述基板保持約5到100微米的距離。
8.如權(quán)利要求I所述的可調(diào)式裝置，其特征在于，所述基板包含非雙折射材料、配向材料或補(bǔ)償材料或其結(jié)合。
9.如權(quán)利要求3所述的可調(diào)式裝置，其特征在于，圖形化的所述電極層包含約20到2000個(gè)電極。
10.如權(quán)利要求9所述的可調(diào)式裝置，其特征在于，輸入接線連接到圖形化的所述電極層的最內(nèi)部的環(huán)，且約10到100個(gè)電級(jí)環(huán)中的每一個(gè)均額外地配置有一輸入接線，且其中每一對(duì)相鄰的電極環(huán)間均配置有一電阻電橋。
11.一種可調(diào)式電子光學(xué)透鏡裝置的制作方法，其特征在于，包括以下步驟 提供一透明的基板； 在所述基板上形成至少兩個(gè)導(dǎo)電電極環(huán)；以及 在所述電極環(huán)之間形成一電阻電橋且電性連接于所述電極環(huán)。
12.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述電極環(huán)及所述電阻電橋是以光微影技術(shù)形成的。
13.如權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，形成所述電阻電橋的步驟包含提供包含導(dǎo)電材料的電阻路徑，所述導(dǎo)電材料包含被非導(dǎo)電材料或非導(dǎo)電材料以外的區(qū)域所圍繞，以在所述電極環(huán)間形成一電阻值形成一電阻值。
14.如權(quán)利要求13所述的制備方法，其特征在于，所述電阻電橋的所述導(dǎo)電材料有一約100到2000歐姆的電阻值。
15.一種可調(diào)式電子光學(xué)透鏡裝置，其特征在于，包含透明的第一基板，其具有一透明的第一導(dǎo)電電極層，該第一導(dǎo)電電極層連接至所述第一基板，所述第一電極層被圖形化且具有多個(gè)環(huán)形電極；一透明的第二基板，其具有一透明的第二導(dǎo)電電極層，該第二導(dǎo)電電極層連接至所述第二基板，所述第二電極層被圖形化且具有多個(gè)環(huán)形電極；及一電致動(dòng)液晶材料層位于透明的所述第一、第二基板之間，其中在所述第二基板上的至少一個(gè)環(huán)形電極在平面方向上覆蓋所述第一基板的至少兩個(gè)環(huán)形電極。
16.如權(quán)利要求15所述的可調(diào)式電子光學(xué)透鏡裝置，其特征在于，一個(gè)或多個(gè)所述第一電極層及所述第二電極層的相同的電極層中的鄰近的環(huán)形電極被設(shè)置在不同的平面上且其中各個(gè)環(huán)形電極包含一輸入接線。
17.如權(quán)利要求16所述的可調(diào)式電子光學(xué)透鏡裝置，其特征在于，在所述第二基板上的至少一所述環(huán)形電極向所述第一電極層的環(huán)形電極的多個(gè)組提供活塞狀的相位變化。
18.如權(quán)利要求15所述的可調(diào)式電子光學(xué)透鏡裝置，其特征在于，配向?qū)游挥诟鱾€(gè)電極層中，且其中所述第一、第二基板之間保持約5到100微米的距離。
19.如權(quán)利要求15所述的可調(diào)式電子光學(xué)透鏡裝置，其特征在于，其中所述裝置具有一相位延遲，該相位延遲為施加在所述裝置的電壓的線性函數(shù)。
20.如權(quán)利要求19所述的可調(diào)式電子光學(xué)透鏡裝置，其特征在于，各個(gè)電極具有一電壓，所述電壓會(huì)產(chǎn)生一相對(duì)于各個(gè)所述第一、第二電極層的中心電極的特定的相位延遲。
21.—種可調(diào)式電子光學(xué)透鏡裝置，其特征在于，包含 至少兩個(gè)透明的基板，各個(gè)所述基板上有一透明的導(dǎo)電電極層，一電致動(dòng)材料設(shè)置在所述基板間，其中在各個(gè)所述基板上的所述電極層被圖形化且包含多個(gè)環(huán)形電極，且其中一層被圖形化的電極提供光學(xué)相位延遲微調(diào)而另一層被圖形化的電極向至少包括兩個(gè)經(jīng)微調(diào)的電極的一組電極提供相位粗調(diào)。
22.如權(quán)利要求21所述的可調(diào)式電子光學(xué)透鏡裝置，其特征在于，另一層的電極向至少包括四個(gè)經(jīng)微調(diào)的電極的一組電極提供相位粗調(diào)。
23.如權(quán)利要求22所述的可調(diào)式電子光學(xué)透鏡裝置，所述裝置具有一相位延遲，該相位延遲為施加在所述裝置上的電壓的線性函數(shù)。
24.如權(quán)利要求23所述的可調(diào)式電子光學(xué)透鏡裝置，每個(gè)電極具有一電壓，所述電壓會(huì)產(chǎn)生一相對(duì)于各個(gè)所述第一、第二電極層的中心電極的特定的相位延遲。
全文摘要
一種電子光學(xué)透鏡，其包含液晶，其中能以施加一電場(chǎng)來(lái)修正此透鏡的光學(xué)功率(power)。在一實(shí)施例中，液晶透鏡包含環(huán)形電極，此環(huán)形電極具有位于相鄰電極間的電阻電橋，而在一較佳的實(shí)施例中，數(shù)個(gè)電極環(huán)的輸入接線被間隔設(shè)置在此透鏡上。在一更進(jìn)一步的實(shí)施例中，提出一種通過(guò)使用相位重設(shè)來(lái)增加光學(xué)功率的液晶透鏡，其中在一實(shí)施例中，一透鏡包含位于液晶晶格的相對(duì)兩側(cè)的基板表面的環(huán)形電極，如此一固定的相位項(xiàng)則能被加到各組電極，以使電極各組的相位變化能夠相等且也能與之前的電極組匹配。
文檔編號(hào)G02B1/06GK102804000SQ201080027458
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月19日
發(fā)明者飛利浦·伯斯, 道格拉斯·布萊恩特, 石雷, 賓利·瓦力 申請(qǐng)人:肯特州立大學(xué)