[发明专利]自适应热微透镜

说明书

本发明涉及一种热调制光学透镜装置，其包括具有图案化特征的电阻元件。图案化特征可以是微米或更小的，并且可以在电阻元件上产生电阻密度。该电阻元件能够电连接到可控电源。该装置还包括至少一个热光材料，其与电阻元件的图案化特征热接触。至少一个热光材料可以具有对应于电阻密度的光学折射率分布。

技术领域

本发明涉及热微透镜，并且更具体地涉及具有通过诱导温度变化来改变其性质的能力并因此可调谐的透镜。

背景技术

集成微光学元件在数据存储、光学显示器和成像系统中起到了核心作用。在这些系统中的精细对准和焦点调节通常通过机械部件来执行，而这些机械部件往往是昂贵、脆弱和缓慢的。

为了克服由机械调节所引入的局限性，已经提出了不同的基于电的发明。第一策略依赖于使用电信号重塑液体表面，而不改变材料的热光性质。例如，在美国专利申请公开号2013/0194323中描述的电湿润透镜表明可以通过施加电压来改变液滴的形状。施加到表面的局部电压改变液滴和表面之间的接触角，从而更改液滴的形状，这导致与基于液体的微透镜相关联的焦点发生变化。然而，这种方法具有缺点，其包括(但不限于)集成困难、慢的时间响应(在一些应用中，系统的加速可能改变液滴的形状并且将缺陷引入透镜)，以及不能用单个透镜同时成像多个平面。

第二策略使用电激励来输送改变位于两个电极之间的透镜材料的能量，并且调节其性质。根据这种策略，已经发明了电激励热光透镜，如美国专利申请公开号2005/0117195中所公开的。在该专利中，热光聚合物被封装在两个光学透明表面之间，其中一个表面是弯曲的，以及温度控制器耦合到热光材料。虽然该透镜允许焦点性质的改变，但是其不允许更精细的控制，例如焦点的局部调节。此外，当在矩阵配置中考虑本发明时，需要电寻址每个透镜，这可能导致透镜系统的复杂工程，禁止其在一些应用中的使用。

发明内容

响应于本领域的当前状态，并且更具体地响应于透镜装置的问题和需要，已经开发出本申请的主题。一般来说，已经开发出本申请的主题以提供一种用于热调制光学透镜的装置和系统，其克服了现有技术的上述缺点中的至少一些缺点。

本发明的一个实施例涉及一种热调制光学透镜装置，其包括具有图案化特征的电阻元件。该图案化特征可以是微米或更小的，并且可以在电阻元件上产生电阻密度。该电阻元件能够电连接到可控电源。至少一个热光材料与电阻元件的图案化特征热接触。从电阻元件的图案化特征传递到至少一个热光材料的热量在至少一个热光材料中产生对应于(例如，基于和/或是功能)电阻密度的光学折射率分布。

在热调制光学透镜装置的一种实施方式中，图案化特征在空间上被配置为使电阻密度不均匀，这又影响光学折射率分布。在另一种实施方式中，图案化特征由多种不同材料制成，以使电阻密度不均匀，这又影响光学折射率分布。

在热调制光学透镜装置的又一些实施方式中，使用多种制造技术来形成图案化特征，以使电阻密度不均匀，这又影响光学折射率分布。多个制造技术中的一种是掺杂。

在热调制光学透镜装置的一种实施方式中，电阻元件进一步包括衬底，在其上或其内设置图案化特征。衬底可以由半透明材料制成，使得热调制光学透镜可以用于光透射配置。例如，半透明材料可以选自包括玻璃、石英、二氧化硅、塑料和聚合物的组。另外，电阻元件也可以是半透明的。在一种实施方式中，衬底由非半透明材料制成，使得热调制光学透镜可以用于光反射配置。例如，非半透明材料可以选自包括二氧化硅和硅的组。热调制光学透镜装置可以进一步包括传热介质，其设置在电阻元件和至少一个热光材料之间。

另外，根据热调制光学透镜装置的一些实施方式，电阻元件可以包括电阻器阵列。该装置可以进一步包括可控电线网络，其用于选择性地激活电阻器阵列的某些电阻器以控制电阻密度。