[发明专利]具有电可调谐功率和对准的透镜

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年9月30日提交的美国临时专利申请序号为61/707,962的权益，其通过引用并入本文。

发明领域

本发明总体上涉及光学装置，并且特别涉及电可调谐透镜。

背景

可调谐透镜是光学元件，其光学特征(诸如焦距和/或光轴的位置)在使用期间可以被调整(通常处于电子控制下)。这样的透镜可以在各种各样的应用中使用。例如，其公开通过引用并入本文的第7,475,985号美国专利，为了视力矫正的目的描述了电活性透镜的使用。

电可调谐透镜通常包含薄层的适合的电光学材料，即，其局部有效的折射率根据施加在材料两端的电压而改变的材料。电极或电极阵列被用于施加所期望的电压以便于将折射率局部地调整到所期望的值。液晶是最常见的用于此目的(其中所施加的电压使分子转动，这改变了双折射的轴并且由此改变了有效的折射率)的电光学材料，但是具有相似的电光学特性的其他材料(诸如聚合物凝胶)可代替地用于此目的。

基于液晶的透镜的各种设计在本领域中已熟知，虽然它们的实际使用已经受到限制。例如，莫诺夫(Naumov)等人在光学快报(Optics Letters)第23期,992-994页)(1998)的“Liquid-Crystal Adaptive Lenses with Modal Control”中描述了用于此目的的一种方法，其通过引用该并入本文。作者使用了向列液晶(LC)相位校正器以形成球形波前和圆柱形波前。具有分布式反应电阻抗的LC单元由施加到单元边界的AC电压驱动以产生所期望的折射率的空间分布。

其它的可调谐透镜的设计使用电极阵列来定义在液晶中的像素网格，其相似于在液晶显示器中所使用的这种像素网格。单独的像素的折射率可以被电控制以给出所期望的相位调制分布图。(在本说明书和权利要求中使用的术语“相位调制分布图”是指局部相位偏移的分布，该局部相位偏移的分布被施加到通过该层的光，作为可调谐透镜的电光学层的区域上的局部可变的有效的折射率的结果。)例如，在上面所提到的第7,475,985号美国专利中描述了使用这种网格阵列的透镜。

概要

下文所描述的本发明的实施例提供了改进的电可调谐光学装置。

因此，根据本发明的实施例提供了一种光学装置，其包括电光学层，该电光学层在电光学层的活动区内的任何给定位置具有局部有效的折射率，其中该折射率是由施加在在该位置处的电光学层两端的电压波形所确定。公共电极被放置在电光学层的第一侧的活动区上。包括平行导电条纹的激励电极的阵列在与第一侧相对的电光学层的第二侧的活动区上延伸。控制电路被耦合以将各自的控制电压波形施加到激励电极并且被配置为同时修改施加到多个激励电极的控制电压波形，从而修改电光学层的相位调制分布图。

在一些实施例中，控制电路被配置为施加控制电压波形到激励电极，使得装置起到圆柱形透镜的作用，可能是圆柱形菲涅耳透镜(Fresnel lens)，其具有由相位调制分布图所确定的聚焦特性。通常，控制电路被配置为修改施加到激励电极的控制电压波形以便改变圆柱形透镜的焦距和/或偏移在横向于装置的方向上的圆柱形透镜的焦线。

在公开的实施例中，电光学层包括液晶，其可以被配置为偏振无关层。

根据本发明的实施例，还提供包括如上所述的第一光学装置和第二光学装置的仪器，其中第一光学装置和第二光学装置被串联布置。其中第一光学装置和第二光学装置的电极可以共享公共的基板。在所公开的实施例中，在第二光学装置中的激励电极被定向在与第一装置中的激励电极正交的方向上，并且控制电路可以被配置为将控制电压施加到第一光学装置和第二装置中的激励电极使得仪器模拟球形透镜。可选的是，控制电路可以修改施加到激励电极的控制电压以便偏移球形透镜的光轴。

可代替的是，在第一光学装置中的电光学层具有双折射轴，并且在第二光学装置中的电光学层具有垂直于第一双折射轴的第二双折射轴。

根据本发明的实施例，另外提供包括如上所述的装置的眼科透镜系统。