[发明专利]液晶透镜中的图像稳定和位移

说明书

技术领域

本发明涉及液晶透镜装置。

背景技术

在例如2009年12月23日公开的、共同拥有的PCT专利申请WO2009/153764中描述了可调液晶透镜，其中可调液晶透镜使用频率依赖材料（frequency dependent material）（如其中所定义的）在液晶单元（liquid crystal cell）中使电场和相应的折射率梯度成形，适于制造透镜。

在Ye等人发表在Optics Comunications,259(2006)710-722的题目为“Liquid crystal lens with focus movable in focal plane”的文章中公开了一种液晶透镜，其中通过控制对四段式孔状构图电极（hole-patterned electrode）的每个象限（quadrant）施加的控制信号的相对振幅，透镜的光轴是可移动的。透镜布置使用平面电极下面的分段式电极，这两个电极都被馈以控制信号，以将电场限定为相对于底部平面电极而对上平面电极和下分段式电极施加的固定频率控制信号的相对振幅的函数。演示改变相对振幅的效果的试验结果示出液晶透镜的光轴的位移或变化。

可调液晶（LC）光学装置，如透镜，配合均匀的电控场或磁控场来操作，且大部分是使用空间调制场。使用电场，一些现有技术被用于空间调制电场。空间不均匀介电层已用于衰减电场，以提供期望的空间分布。电极已经被成形为球状以提供期望的电场空间分布。空间调制电场的另一种方法是使用平面电极，该平面电极的阻抗特性使得当将交流驱动电流供给该电极时，该电极上的电压降导致空间调制电场。

如图1所示，一种常规LC单元通过如下制得：将液晶102夹在两个基板104、106之间，每个所述基板首先被透明电极108、110涂覆，所述透明电极可以为例如铟锡氧化物（ITO）的材料层，然后每个所述基板被聚合物层112（通常为聚酰亚胺）涂覆，且所述聚合物层112在预定方向上被摩擦以在基态（ground state）下，即，没有控制电场的情况下使得LC分子对准。对两个ITO层的电压施加产生均匀的电场和相对应的均匀LC分子再取向（reorientation），这相应地提供穿过LC层的均匀折射率分布。在这样的装置中，在纵向上的分子折射率不同于横向方向上的分子折射率。

图2示出现有技术的LC单元配置，其中，使用在高电阻率材料的盘形区205周围的低电阻率的孔状构图的电极环204来产生电场梯度。该几何形状（geometry）的优势在于非常薄（此为关键需求，例如，对于蜂窝电话应用而言）和仅使用两个电极（因此仅使用一个电压控制驱动信号）。然而，产生具有高光学透明度的高电阻率材料的所需厚度和产生具有良好均匀度的LC单元是困难的，且该制造方法通常具有低产率。不同透镜将具有稍微不同的电极电阻，结合所要求的控制也与精确的单元厚度非常相关这个事实，意味着需要分别校正每一个单独的透镜。另外，模态透镜（modal lens）的最小直径限于约2毫米-在该尺寸之下，该ITO层所需的电阻率超过10MΩ/sq。最后，这样的（所谓的“模态控制”）透镜必须总是为正的或者负的。无法在发散和收敛透镜之间进行切换。

图3示出另一个现有技术的产生电场梯度的LC单元配置，使用三个不同电极304、305、307（这三个电极中的两个位于形成在相同平面上的孔间图案中）和两个电压V1、V2以及额外不同的弱导电层（WCL）306。该外部孔状构图的电极304（其上施加有电压V1）的作用是产生类透镜的电场分布，而该中心盘形电极305（其上施加有电压V2）的作用是（避免）降低向错（disclination）和控制梯度值（例如：消除该透镜）。WCL 306的作用是减弱（soften）由V1所产生的分布，并且使得该透镜的整体厚度减小。然而，该顶部电极的复杂构图、使用两个不同电压的必需性、以及分离的WCL使得难以制造且妨碍该方法的实际使用。例如，使用该方法以建立偏振独立的透镜将会需要使用6至7片厚玻璃元件（glass element），这是困难的工作。

发明内容

所提出的方案的一个目标是提供对可调液晶透镜的焦点移动的改善的（高效的）控制。

已发现，可使用分段式电极提供对使用频率依赖材料而产生的电场的改善的（高效的）控制以控制所产生的透镜的焦点移动。

已发现，可通过使用可控制的热源影响电场调制和液晶中的至少一者来使液晶透镜的光轴移动。