一种用于控制通过液晶层的光的传播的可变液晶装置,其使用频率依赖材料以在该装置中动态地重构有效电极结构。在该装置中产生电场的驱动信号的频率是可变的,且该频率依赖材料对于不同的频率具有不同的电荷迁移率。在低电荷迁移率的情况下,该频率依赖材料对于存在的电极结构具有很小的影响。然而,在高电荷迁移率的情况下,该频率依赖材料表现为固定电极的延伸,且可用于改变有效电极结构,从而改变电场的空间分布。这又改变了液晶的光学特性,从而使得该光学装置为可频率控制的。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及液晶透镜装置。
技术介绍
在例如2009年12月23日公开的、共同拥有的PCT专利申请W02009/153764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 dependentmaterial)(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 “Liquidcrystal 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I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层的均勻折射率分布。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ΙΟΜΩ/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VI)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Vl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(glasselement),这是困难的工作。
技术实现思路
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。已发现,可使用可控制的压力源影响(作用于)液晶透镜结构的基板来使液晶透镜的光轴移动。合适的压力源可以是压电或是由热源致动的充以流体的(fluid-filled)单J Li ο移动或改变在用于摄像机(camera)的透镜布置的透镜形成部件中的光轴对于图像稳定很有用,例如补偿摄像机振动、图像或透镜位置调整以提供与其他透镜元件的对准、有角度地调整透镜(俯仰和转向(pitch and turn) /摇摆和倾斜(pan and tilt)),并提供图像移动以使用预估(discreet)像素成像传感器而实现亚像素(sub-pixel)成像。因此,根据给定的应用的需要,光轴调整机制(mechanism)可以被一次性设置、在图像获取(image acqui s i t ion )前被调整或在图像获取期间被动态调整。在动态控制的情况下,可使用加速度传感器或通过分析所获取的图像来实现光轴调整以确定摄像机移动。根据所提出的方案,提供一种可变光学装置,其用于控制通过其的光传播,其中,该装置使用频率依赖材料和产生具有多个不同频率的驱动信号的电信号发生器。该装置包括液晶(LC)层,光通过该LC层,且该LC层控制光传播。还提供一种电极系统,该电极系统被连接至电信号发生器,并且被设置成用于产生作用于该LC层的电场以改变其光学特性。该电信号发生器产生具有多个不同频率的驱动信号,并且将该驱动信号供应至电极系统,以产生电场。该频率依赖材料位于该装置中,使得该频率依赖材料与电场相互作用。该频率依赖材料具有依赖于对其施加的驱动信号的频率的电荷迁移率,使得可变电场空间分布被提供为随着该驱动信号频率而变化,空间调制电场被用于改变该LC层的特性。在此使用“电荷迁移率”而不是“电导率”,来描述该频率依赖材料的特性。在低频率下,一些频率依赖材料呈现高电荷迁移率,因为电荷在该频率依赖材料中流动的时间较长。类似地,在较高频率下,在每一个正或负循环中可获得电位的时间较短,导致低电荷迁移率。因此,使用“电荷迁移率”来表示在所施加的交替电信号的约束下电荷在频率依赖材料中流动的整体能力。在一些实施例中,该电极系统包括固定导体电极,该固定导体电极被连接至该频率依赖材料的体。该电场可具有基本由该固定导体电极限定的部分,以及由该频率依赖材料限定的部分电场也可基本由该频率依赖材料限定。该电极系统可具有这样的固定导体电极该固定导体电极的电场通过未被连接至该固定导体电极的频率依赖材料的体而成形(shape)。在一些实施例中,可使用具有基本平坦的层几何形状的元件制作该电极系统。该电极系统也可以基本上为光学隐藏的,因此不会干扰通过该光学装置的光的传播。在一些实施例中,该电极系统可包括与频率依赖材料的层接触的构图的电极。在一些实施例中,该装置是可调焦透镜。该透镜可以是折射的或衍射的。 在本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员:T·加尔斯强,V·普雷斯塔科夫,K·阿萨特里安,A·祖赫拉拜恩,
申请(专利权)人:凌威光电公司,
类型:发明
国别省市:
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