專(zhuān)利名稱(chēng)：用于空間調(diào)制的電場(chǎng)的生成以及使用液晶的電光調(diào)諧的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子可控光學(xué)器件，尤其是，涉及一種用于空間非均 勻電場(chǎng)的產(chǎn)生以及其在使用液晶(LC)的折射和衍射光學(xué)元件的光學(xué) 屬性的電光調(diào)諧中使用的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
在本領(lǐng)域中眾所周知的，智能(自調(diào)節(jié))光學(xué)成像系統(tǒng)的成功實(shí) 現(xiàn)需要能夠可控地改變它們的光學(xué)屬性的器件。需要是可調(diào)節(jié)的最重 要的光學(xué)功能之一是聚焦能力和聚焦距離。這些屬性對(duì)于，例如，制 造高質(zhì)量的手機(jī)照相機(jī)，儲(chǔ)存/讀取系統(tǒng)，可調(diào)的接觸式玻璃以及其他 的視覺(jué)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是基本的。
在現(xiàn)代的高性能光學(xué)成像系統(tǒng)中，光學(xué)變焦通過(guò)機(jī)械移動(dòng)的使用 獲得。這意味著那些成像系統(tǒng)相對(duì)地大(為了容納，例如，步進(jìn)電機(jī))， 重且一般具有較慢的變焦(在秒的數(shù)量級(jí))。
若干方法已經(jīng)被開(kāi)發(fā)出以代替電機(jī)械變焦。使用改變孔徑的液體 變焦透鏡已經(jīng)被示出H.Ren， S-T Wu， Variable-focus liquid lens by changing aperture, Appl. Phys. Lett" v.86,211107,2005。導(dǎo)電不混溶液 體的電潤(rùn)濕作用也已被用于獲得聚焦調(diào)諧S.Kuiper, B.H.W.Hendriks，Variable-focus liquid lens for miniature cameras ， Appl.Phys丄etters， V.85，No.7，1128,2004。然而在兩種方法中，傳遞到 單元的可變電壓，引起形狀的機(jī)械改變。因此，即使，如果沒(méi)有自由 空間明顯移動(dòng)部件，聚焦變化仍然基于機(jī)械移動(dòng)。這是人們非常不期 望的，因?yàn)檫@樣的系統(tǒng)的操作對(duì)于環(huán)境振動(dòng)和氣溫改變是脆弱的。 眾所周知，液晶可以提供巨大的電子控制折射率改變L.M.Blinov， V.G.Chigrinov， Electrooptic effects in Liquid Crystal Materials, Springer-Verlag,N.Y.459頁(yè)，1994。然而，聚焦調(diào)諧(其為光學(xué)變焦 的需要)需要在液晶中空間變化的折射率改變的生成。這，依次地， 通常需要空間非均勻的液晶層(例如，浸沒(méi)在液晶單元中的透鏡或者 梯度聚合物網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定的的液晶V.V. Presnyakov， K.E.Asatryan和 T.Galstian, A.Tork， Tunable polymer- stabilized liquid crystal microlens, Optics Express,Vol.lO,No.l7，8月26日，第865-870頁(yè)，2002)或者空間 地變化電場(chǎng)。
空間非均勻的LC層的示意性表示被示于圖la (現(xiàn)有技術(shù))中， L.G.Commander, S.E.Day,D.R.Selviah， Variable focal length microlenses, Optics Communications, V. 177,第157-170頁(yè)，2000其中
LC層(1)被夾在兩個(gè)由均勻透明的電極(4)覆蓋的透明的玻璃襯底 (2)之間。襯底(2)被厚度為d的被LC填充的空隙分隔。在LC單元 內(nèi)部，有半球的外形的折射率為iv的透明的光學(xué)材料(3) 。 LC的有效 折射率neff (由其定向器n的取向定義，定向器n是長(zhǎng)的分子軸的平均方 向)可以通過(guò)跨過(guò)LC層施加的電壓V來(lái)相應(yīng)于iv改變。相對(duì)對(duì)比度 neff{V)- tim可以因此被改變，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的焦距F(V)的改變。然而， LC的取向典型地通過(guò)機(jī)械摩擦獲得，該方法很難在工業(yè)制造中應(yīng)用。 同樣，向錯(cuò)線容易出現(xiàn)在電壓的施加上。這就是我們?yōu)槭裁床荒苓M(jìn)一 步分析這些解決方案的原因。
獲得非均勻的LC取向的另一個(gè)方法是引入穩(wěn)定的LC矩陣的非均 勻聚合物網(wǎng)絡(luò)T.Galstian,V.Presniakov, A.Tork,K.Asatryan, Electrically variable focus polymer-stabilized liquid crystal lens,美國(guó)專(zhuān)禾U申請(qǐng)公開(kāi) 20050018127-A1。然而，相對(duì)高的光散射(由于小尺寸的非均勻LC 重取向)使得該方法較少引起實(shí)際應(yīng)用的興趣。
獲取空間變化電場(chǎng)的最簡(jiǎn)單的(不是從制造的觀點(diǎn)來(lái)看)方法是
使用多重(2個(gè)以上)分布在LC單元襯底上的透明電極(例如銦錫氧化
物/ITO)的使用S.T.Kowel， P,G.Kornreich， D.S.Cleverly, Adaptive liquid crystal lens，美國(guó)專(zhuān)利4572616，1986(1982年8月申請(qǐng))以及N.A.Riza， M.C. DeJule, Three-terminal adaptive nematic liquid-crystal lens device, Opt.Lett. 19,第1013-1015頁(yè)，1994。然而，這種結(jié)構(gòu)的制作需要亞微 米精度，它們的電子驅(qū)動(dòng)需要相當(dāng)復(fù)雜的電子微加工，它們的操作被 光衍射和散射退化了。
平面電極和彎曲電極的組合在參考文獻(xiàn)[Liquid Crystal Lens with Spherical Electrode, B.Wang, M.Ye, M.Honma， T.Nose， S.Sato， Jpn丄Appl.Phys.Vo1.41(2002)，第1232-1233頁(yè)，第2部分，No.llA, ll月 l日中被描述，其允許使用標(biāo)準(zhǔn)(透明的)電極和具有兩個(gè)平面內(nèi)表 面的LC單元(圖lb，現(xiàn)有技術(shù))。由于被上電極(4)包覆的外部彎曲 表面的幾何形狀的類(lèi)透鏡形式(31)，因此獲得非均勻(中心對(duì)稱(chēng)) 電場(chǎng)。事實(shí)上，平面LC (1)層被夾在兩個(gè)玻璃襯底(2)之間。平面 的ITO電極在一個(gè)襯底的底(板)表面上被包覆，而第二電極在彎曲區(qū) 域(31)的頂部制作。這種結(jié)構(gòu)難于制作，且具有0電壓透鏡化屬性(我 們稱(chēng)其為"0電壓作用")，如果意外的電壓失敗發(fā)生，其可以引發(fā)問(wèn) 題。
O電壓透鏡化可以通過(guò)使用額外的聚合物層來(lái)消除，所述聚合物層 被置于彎曲的，ITO被包覆的表面之上，并且其具有扁平的上表面H.Ren，Y.H.Fan， S.Gauza, S.T.Wu， Tunable-focus flat liquid crystal spherical lens， Applied Phys丄ett" V.84，No.23,第4789-4791頁(yè))。i亥方
法，事實(shí)上，允許永久地"隱藏"0電壓透鏡化效果(提供"0電壓無(wú) 作用")，而其制作仍復(fù)雜且成本高。
類(lèi)似的解決方案在參考文獻(xiàn)US專(zhuān)利6，859，333:H.Ren，Y.H.Fan, S,T. Wu "Adaptive liquid crystal" 2005年2月，2004年1月申請(qǐng)中被描
述，用于衍射的可調(diào)諧透鏡的制作。這是自適應(yīng)光學(xué)透鏡器件，由至
少兩個(gè)平面襯底以及至少一個(gè)同性向列相液晶層(NLC)組成。 一個(gè) 平面襯底其中具有球形或環(huán)形的環(huán)形菲涅耳槽的透明電極，另一個(gè)平
面襯底在其內(nèi)表面上具有被包覆的透明電極。NLC層的厚度是均勻的。 當(dāng)電壓被施加跨過(guò)LC層，LC層內(nèi)的折射率的中心對(duì)稱(chēng)的梯度分布發(fā)生 了。因此，LC層引起光聚焦。通過(guò)控制施加的電壓，透鏡的焦距連續(xù) 的可調(diào)諧。
LC單元的扁平內(nèi)表面容易制作，但外表面的復(fù)雜的彎曲的幾何形 狀以及沉積在這些表面上的電極造成了這些透鏡的制作很困難。
各種幾何形狀的解決方案已經(jīng)被提出，以避免多重和復(fù)雜的電極 的使用。其中之一是基于電極的2維幾何形式的使用。例如，洞圖形化 的電極在下述參考文獻(xiàn)中被使用M.Ye， S.Sato， Jpn丄Appl.Phys.， V.41， (2002), L571;美國(guó)專(zhuān)利6，768，536: D.Okuwaki, S.Sato "Liquid crystal microlens " 2004年7月，2002年11月申請(qǐng)以及參考文獻(xiàn)B.Wang，M.Ye，S.Sato,Liquid-crystal lens with stacked structure of liquid-crystal layers, Optics Communications, 250(2005),第266-273頁(yè)。 該方法的基本思路在圖2a(現(xiàn)有技術(shù))中被描述。這是相當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)的單元， 其帶有被夾在兩個(gè)襯底(2)之間的LC (1)， 一個(gè)襯底(底下的那個(gè)) 被ITO (4)包覆。然而，在上電極(41)中有一個(gè)洞(5)。在(4) 和(41)之間的電壓的施加生成中心對(duì)稱(chēng)的電場(chǎng)(42)，其以空間非 均勻(中心對(duì)稱(chēng))方式重取向LC的定向器n。這，依次地，生成具有在
空間X中相應(yīng)的形式的neff(V，X)。該結(jié)構(gòu)的主要缺點(diǎn)是必須使用非常厚的
LC層(大的d)以能夠在LC層中獲得期望的電場(chǎng)的空間外形，并保持 透鏡的好的光學(xué)質(zhì)量(尤其是避免光學(xué)像差)。
該方法的改進(jìn)版本(B.Wang，M.Ye,S.Sato,Liquid-crystal lens with stacked structure of liquid-crystal layers, Optics Communications,250(2005),第266-273頁(yè)，見(jiàn)圖2b，現(xiàn)有技術(shù))包括多 重透明襯底(2)，提供在上襯底(40)的下表面和下襯底(4)的上表面的均勻的透明電極對(duì)。帶有圓洞(5)的中間電極(41)被引入到 這些電極(4)之間。為了獲得一個(gè)可以接受的類(lèi)透鏡的折射率梯度(為 了低像差)和自由向錯(cuò)LC重取向，洞圖形化的電極(41)與均勻電極4 之間的距離必須大于500-1300um (對(duì)于直徑4-5mm的透鏡)，其導(dǎo)致 高電壓的必要性。當(dāng)?shù)谝桓叩暮凸潭ǖ妮o助電壓Vo (在150V的數(shù)量級(jí)) 時(shí)，LC生成類(lèi)透鏡的結(jié)構(gòu)，然后控制電壓Ve (在175V的數(shù)量級(jí))同時(shí) 被施加(分別在電極4和電極40以及電極4和41之間)。然后，在一定 的最優(yōu)延遲T之后，控制電壓Ve減小到期望值)。所需要的高電壓和復(fù) 雜的動(dòng)態(tài)使得該方法在實(shí)際中非常難實(shí)現(xiàn)?；谕瑯拥姆椒ǖ膹?fù)雜的 多重單元的解決方案增加了制造成本和驅(qū)動(dòng)復(fù)雜性。
被稱(chēng)為"模態(tài)控制"的液晶透鏡在以下參考文獻(xiàn)中被示出A.F.Naumov, M.Yu丄oktev, I.R.Guralnik， G.Vdovin, "Liquid-crystal adaptive lenses with modal control，， ，Opt丄ett.23,第992-994頁(yè)，1998; G.D丄ove,A.F.Naumov， " Modalliquidcrystallenses " ， Liq.Cryst.Today，lO(l)， 第 l-4 頁(yè) ， 2000 ;
M.Yu丄oktev,V.N.Belopukhov，F(xiàn).L.Vladimirov, G.V.Vdovin, G.D丄ove, A.F.Naumov，Wave front control systems based on modal liquid crystal lenses,， Review of Scientific Instruments, V.71,No.9,第3290曙3297頁(yè)，
(2000).。高電阻環(huán)形電極(40)在這里被使用(圖2c，現(xiàn)有技術(shù)) 與之前的洞圖形化電極形成對(duì)比。電壓被施加在下襯底的均勻電極(4) 和上襯底的環(huán)形電極(40)之間。由于由高電阻電極(40)和LC層(1) 形成的復(fù)雜的阻抗，跨過(guò)單元的均方根電壓(和相應(yīng)的控制場(chǎng)(42) 和(43))的分布是中心對(duì)稱(chēng)但是不均勻的(其中心和電極40的中心 重合)。場(chǎng)(42)和(43)通過(guò)貝塞爾函數(shù)描述，電壓光阻依賴(lài)性近 似地是反對(duì)數(shù)函數(shù)。該方法的問(wèn)題是高電阻電極(40)的強(qiáng)的光吸收， 光學(xué)像差(由于，如果任意大小和相位的電壓被施加到所述單元，那 么最終的相位分布將遠(yuǎn)離拋物線)和電控制的復(fù)雜性(電壓和頻率)。
與所有之前的例子相反(其中非均勻電場(chǎng)是通過(guò)被彎曲的或洞圖
形化的電極的幾何形式的使用或者通過(guò)阻抗誘導(dǎo)梯度獲得的)，提出 了漂亮的解決方案，其在低頻(例如，1kHz)電場(chǎng)(此處稱(chēng)為"DC" 以標(biāo)記驅(qū)動(dòng)電場(chǎng))使用材料的介電常數(shù)&c的梯度。g卩，中間層(3) 被插入到兩個(gè)控制電極(4)之間以生成期望的驅(qū)動(dòng)電場(chǎng)的梯度
B.Wang，M.Ye，S.Sato，Lens of electrically controllable focal length made by a glass lens and liquid crystal layers, Applied Optics，V.43,No.l7,第 3420-3425頁(yè)，2004.，圖3 (現(xiàn)有技術(shù))。事實(shí)上中間層(3)由玻璃
(s(s) r)組成，并且具有空間非均勻厚度。中間空間的保留部分(7) 被空氣^V^填滿(mǎn)。由于中間介質(zhì)的介電常數(shù)的非均勻，盧V^^c， 低頻電壓(通過(guò)電極4)的施加在LC單元內(nèi)部生成空間非均勻電場(chǎng)。在 所述單元的中間部分的電場(chǎng)43將因此與接近邊界的電場(chǎng)42不同(較 弱)。在圖3 (現(xiàn)有技術(shù))所示的特殊情況中，兩個(gè)LC單元被用來(lái)增強(qiáng) 效果。該方法的優(yōu)點(diǎn)是期望的空間形式(梯度)可以通過(guò)適當(dāng)形式(例 如透鏡)的中間材料的使用來(lái)獲得。
然而，3個(gè)主要的問(wèn)題在該方法中仍然需要解決。其中之一是固有 的0電壓透鏡化效果("0電壓作用")。第二個(gè)問(wèn)題是涉及具有多重 抗反射包覆來(lái)避免這種幾何形狀的的高光損失的必要性，所述高光損 失是由于在多個(gè)玻璃-空氣表面上的菲涅爾折射(由于在光學(xué)頻率下， 折射率非常不同，玻璃 ^L5，空氣"。al)造成的。最終，因?yàn)樽畲?可實(shí)現(xiàn)的^g、c (其依賴(lài)于玻璃的類(lèi)型可以在3.8到14.5之間變化)和 浐、cd (事實(shí)上，可以使用高n材料的透鏡，但是將生成嚴(yán)重的菲涅 爾損失)之間的對(duì)比度，電場(chǎng)的可實(shí)現(xiàn)的對(duì)比度(以及neff(V,X)的對(duì)比 度)是嚴(yán)重受限制的。
因此，低損失，有效的和電子可調(diào)焦光學(xué)器件仍然是迫切需要的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種方法和設(shè)備用于使用均勻電極和 平面的(標(biāo)準(zhǔn)的)LC單元產(chǎn)生空間非均勻電場(chǎng)，以及其使用液晶(LC)
生成折射和衍射光學(xué)元件的聚焦屬性的電光調(diào)諧的使用，其中，所述 器件具有低損耗，且簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和/或制造。在一些實(shí)施例中，提供了 用于產(chǎn)生這些具有有效的控制并允許"0電壓無(wú)作用"的操作器件的方 法和設(shè)備。
在本發(fā)明的第一方面中，我們提出一種體系結(jié)構(gòu)，其第一眼，看 上去是不合邏輯的。為了示出我們的命題的創(chuàng)造性，我們僅作為實(shí)例 將使用之前的如圖4)的幾何形狀。
我們提出(在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)我們的建議，見(jiàn)后)用特定的材料(71)
填充剩余空間(在LC單元和中間玻璃3之間)。這樣的材料的例子可以 是帶有低頻介電常數(shù)^ c和高(光學(xué)的)頻折射率ns的水基溶液。在
本領(lǐng)域中眾所周知，由于特定的偶極分子特性，水有巨大的^ c (數(shù)
量級(jí)為78)，同時(shí)，相當(dāng)?shù)偷膎s (數(shù)量級(jí)為1.33)。因此，通過(guò)使用具 有"(3)="$的中間材料，還可以提供"0電壓無(wú)作用"屬性。這種材料的
例子可以是適當(dāng)?shù)膸缀涡螤钚问胶统叽绲?見(jiàn)后)含氟聚合物(典型 地具有非常低的np)。因此，在光學(xué)頻率上，將有提供"0電壓無(wú)作用" 的平面的均勻性。此外，將沒(méi)有額外的菲涅爾折射和光學(xué)損耗。同時(shí)， 在低頻場(chǎng)(用于控制)將有超出一般的大的介電常數(shù)的對(duì)比度。


本發(fā)明的進(jìn)一步的特征和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)下面的結(jié)合附圖的詳細(xì)說(shuō)明 變得明顯，其中
圖la示意性示出現(xiàn)有技術(shù)中使用非均勻LC層的可調(diào)諧透鏡的主要
元件；
圖lb示意性地示出現(xiàn)有技術(shù)中使用均勻LC層的可調(diào)諧透鏡的主 要元件，而非均勻外部襯底帶有O電壓透鏡化效果；
圖2a，2b，2c示意性地示出現(xiàn)有技術(shù)中使用均勻LC層和均勻襯底的 可調(diào)諧透鏡的主要元件，而非均勻洞圖形化的(a) 2個(gè)和(b) 3個(gè)控制 電極以及(c)圓形控制電極；
圖3示意性地示出現(xiàn)有技術(shù)中使用均勻LC層和均勻襯底的可調(diào)諧 透鏡的主要元件，而非均勻中間物體(電極之間)用于產(chǎn)生低頻介電 常數(shù)的梯度；
圖4A示意性地示出隱藏結(jié)構(gòu)(a)以及可調(diào)諧透鏡(b)中的主要 元件，所述隱藏結(jié)構(gòu)允許空間的非均勻電場(chǎng)的生成，所述可調(diào)諧透鏡 使用均勻LC層和均勻襯底，允許高效，"0電壓無(wú)作用"以及低損失操 作。
圖4B示出復(fù)雜的，非球面形狀的隱藏層。
圖4C示出具有帶有核心透鏡結(jié)構(gòu)以及周?chē)后w電場(chǎng)調(diào)制層的可變 聚焦液晶透鏡，所述周?chē)后w導(dǎo)致電場(chǎng)線的取向朝向透鏡的中間。
圖4D示出具有帶有核心透鏡結(jié)構(gòu)以及周?chē)后w電場(chǎng)調(diào)制層的可變 聚焦液晶透鏡，所述周?chē)后w導(dǎo)致電場(chǎng)線的取向離開(kāi)透鏡的中間。
圖5示出構(gòu)建起來(lái)以顯示圖4所示的可調(diào)諧透鏡的實(shí)驗(yàn)樣品的主要元件。
圖6A示出使用圖5的樣品實(shí)驗(yàn)地獲得分子重取向的空間非均勻延遲。
圖6B示意性地示出作為電壓的函數(shù)的液晶取向的改變導(dǎo)致相應(yīng)的 光功率的改變。
圖6C示出作為電壓函數(shù)的可調(diào)諧透鏡的光功率的圖表，圖形地表 達(dá)圖6B的信息。
圖7示出使用圖5的樣品，在3個(gè)所選電壓0， 17.4和67V，實(shí)驗(yàn)地獲 得空間非均勻相位延遲環(huán)的顯微照相。
圖8示出使用圖5的樣品，實(shí)驗(yàn)地獲取圖像平面的位移的照相。 圖9示意性地示出使用均勻LC層和均勻電極，而有衍射中間物體
的可調(diào)諧衍射透鏡的主要元件；
圖IO示意性地示出使用均勻LC層和均勻電極，而還有非均勻中間
物體的可調(diào)諧光束轉(zhuǎn)向器件的主要元件；
圖11示意性地示出使用兩個(gè)均勻LC層和置于均勻電極之間的中
間非均勻元件的偏振不靈敏的可調(diào)諧透鏡的主要元件；
圖12示意性地示出進(jìn)行光束轉(zhuǎn)向和可變聚焦的透鏡系統(tǒng)的主要元
件；
圖13示出依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的整合可變聚焦液晶透鏡的移
動(dòng)電話的側(cè)面剖視圖，其中所述照相機(jī)系統(tǒng)的CCD或CMOS成像芯片安 裝在電路板上，并且所述液晶透鏡，其它的固定透鏡和外部外殼被顯 示；以及
圖14示出根據(jù)圖13的包括可調(diào)諧液晶透鏡的移動(dòng)電話。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供一種方法用于通過(guò)均勻電極來(lái)生成空間非均勻電場(chǎng)， 以及使用該方法用于控制光的傳播的器件。本發(fā)明的器件可以用于可 調(diào)諧的聚焦，衍射，轉(zhuǎn)向等。
為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，下面的描述關(guān)注簡(jiǎn)單的折射和衍射結(jié)構(gòu)，而其他 類(lèi)型的結(jié)構(gòu)和更復(fù)雜的元件的組合可以同樣被使用。類(lèi)似地，使用靜 態(tài)或電光材料的實(shí)施例將被說(shuō)明，應(yīng)理解其它材料可以被替代地使用 以獲得同樣的目標(biāo)，即低損失，高效操作，在一些實(shí)施例中，還有"0 電壓無(wú)作用"屬性。
參考圖la，我們示出了現(xiàn)有技術(shù)的透鏡，其中LC(1)被夾在兩個(gè) 帶有透明電極(4)的玻璃襯底(2)之間。非均勻外形元件(3)被陷 在LC層中以獲得器件折射率的空間均勻調(diào)制。我們相信很難產(chǎn)生并控 制這樣一個(gè)可調(diào)透鏡。
參考圖lb，我們示出了現(xiàn)有技術(shù)的透鏡，其中LC (1)被夾在兩 個(gè)帶有透明電極(4)的玻璃襯底(2)之間。與之前的情況相反，這 里使用了均勻的LC層。然而非均勻外形元件(31)在上襯底上被使用， 其被沉積在彎曲表面(31)上的透明電極覆蓋。這允許獲得所述器件 的折射率的空間均勻調(diào)制。然而，我們相信很難產(chǎn)生并控制這樣一個(gè) 可調(diào)透鏡，而且，除此之外，這樣的器件有強(qiáng)制性的"0電壓作用"操 作。
參考圖2a，'我們示出了現(xiàn)有技術(shù)的透鏡，其中均勻的LC層(1)被 夾在兩個(gè)被以距離d分隔的玻璃襯底(2)之間。兩個(gè)透明電極被使用 來(lái)驅(qū)動(dòng)所述器件。下電極(4)是均勻的，而上電極(41)在直徑(5) 中間有一個(gè)洞。均勻的和非均勻的電極的組合允許生成空間非均勻電 場(chǎng)，所述空間非均勻電場(chǎng)在邊界(42)與在單元的中間部分(43)是 不同的。這生成了相應(yīng)的空間非均勻定向器重取向以及光聚焦。然而 為了避免強(qiáng)的像差，非常厚的LC層必須被使用，其顯著地增加了驅(qū)動(dòng) 電壓和開(kāi)關(guān)時(shí)間(IO秒鐘)。
參考圖2b，我們示出了現(xiàn)有技術(shù)的透鏡，其中之前的方法(圖2a) 被修改，以避免厚LC層的使用。額外的均勻電極(40)被用于在洞圖 形化的電極(41)的頂部上。這些電極由額外的中間玻璃層(2)彼此 隔離。同樣地，額外的玻璃層厚度(6)在洞圖形化的電極(41)和LC 層(1)之間被引入，這在所述LC層中提供了所需要的場(chǎng)的形式。然而， 為了避免強(qiáng)的向錯(cuò)，非常復(fù)雜的動(dòng)態(tài)激勵(lì)被使用(首先在電極(4)和 (41)之間施加電壓，然后在電極(4)和(40)之間施加另一個(gè)張力)。 這強(qiáng)烈地復(fù)雜化了控制電路，并且所需的電壓非常高U50 170V)。
參考圖2c，我們示出了現(xiàn)有技術(shù)的透鏡，其中LC(1)被夾在兩個(gè) 帶有透明電極(4)和(40)的玻璃襯底(2)之間。該方法的特殊之 處在于帶有直徑(5)的上電極(4)的圓形式(與之前情況中使用的 洞圖形化的電極相反)。同樣地，高電阻材料和電極(40)的參數(shù)被 選擇以提供(與LC層(1)組合)強(qiáng)的電阻抗，所述強(qiáng)的電阻抗強(qiáng)烈地 削弱LC (1)層中的電場(chǎng)，并在外圍(42)場(chǎng)和中心(43)場(chǎng)之間引入 強(qiáng)烈的差。這生成了空間非均勻LC重取向和光聚焦。這樣的器件由于 高電阻上電極，其控制(頻率和振幅)非常難，且光損失非常高。
參考圖3，我們示出了現(xiàn)有技術(shù)的透鏡，其中使用均勻的LC層(1) 和沉積在上下襯底(2)的均勻電極(4)呈現(xiàn)可調(diào)諧透鏡。中間的類(lèi)
透鏡的玻璃結(jié)構(gòu)(3)以及帶有空氣(7)的自由空間，其通過(guò)中間襯
底(2)與LC層(1)分隔。均勻電極(4)之間的電壓的施加生成了與器 件的外圍(42)和中心部分(43)不同的電場(chǎng)，因此生成非均勻定向 器重取向和光聚焦。
該方法有若干缺點(diǎn)。首先，當(dāng)有意料不到的施加的電壓失敗時(shí)， 它是透鏡化效應(yīng)("0電壓作用")。這涉及不可避免的玻璃透鏡(3) 和空氣(7)之間的對(duì)比度，這需要在LC層(1)中生成非均勻電場(chǎng)。
該方法的第二個(gè)缺點(diǎn)是菲涅爾折射損失。這需要在層(3)的上表 面上以及中間襯底(2)的下表面使用抗折射的涂層，這無(wú)論如何都將 增加生產(chǎn)成本。
該方法的第三個(gè)缺點(diǎn)是所述電場(chǎng)受限制的空間調(diào)制。這是因?yàn)椴?璃/空氣介電常數(shù)比率非常受限制(通常是^)Dc/fWzxr")。因此，為 了獲得強(qiáng)的電場(chǎng)空間調(diào)制，玻璃(3)的剖面必須是強(qiáng)烈彎曲的，這使 得第一個(gè)問(wèn)題更加嚴(yán)重。
在一些實(shí)施例中，我們提出允許我們獲得沒(méi)有上述三個(gè)缺點(diǎn)的器 件的材料組合。為了成功，我們使用材料介電常數(shù)M衣賴(lài)于電場(chǎng)頻率v 的基本屬性。
讓我們首先分析之前的現(xiàn)有技術(shù)透鏡的操作，還有這種方法的缺 點(diǎn)的源頭。由于在低頻電場(chǎng)(v 0.5-100kHz,由標(biāo)記"DC"表示)中 玻璃和空氣的介電常數(shù)差異(s(g)DC*s( 0 ，獲得非均勻電場(chǎng)。事實(shí) 上，之前的方法的第三個(gè)缺點(diǎn)是相對(duì)小的比率s(^c/^ c (在低驅(qū)動(dòng) 頻率下)。同時(shí)，之前方法的第一和第二缺點(diǎn)的源頭在于下述事實(shí)， 在高(光的)頻下玻璃和水的介電極化率(被簡(jiǎn)單地標(biāo)記為^、'和 ￡(。；)非常不同。
然而，依賴(lài)于材料的特性(電介質(zhì)，半導(dǎo)體，金屬)及其幾何形 式的依賴(lài)性e(v)可以有不同的形式。我們因此提出找到材料(3)和(7) 的組合來(lái)解決上述提到的全部三個(gè)缺點(diǎn)。
因此，在本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例中，如圖4A所示，我們提出(并 在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了我們的建議，見(jiàn)后)隱藏結(jié)構(gòu)，其是光學(xué)均勻的，但
是對(duì)于用于驅(qū)動(dòng)LC取向的低頻電場(chǎng)是強(qiáng)烈的不均勻的。事實(shí)上，材料 3和71特定地被選擇，以允許當(dāng)被插入在兩個(gè)不同電勢(shì)的均勻電極4 之間(圖4A)時(shí)，強(qiáng)烈地聚焦，而沒(méi)有電壓情況下則沒(méi)有聚焦屬性。 使用圖4A的隱藏結(jié)構(gòu)的效果是用特定的材料(71)填充剩余的空氣空 間(在圖4A的LC單元和中間玻璃(3)之間)。這樣的材料的例子 可以是帶有特定的低頻介電常數(shù)s( c和高(光的)頻介電常數(shù)^)—的 水基溶液(讓我們回憶該材料的光折射率被定義為ns=[^)。p']°5)。由 于非常獨(dú)特的偶極分子特性，水有巨大的fW^ (數(shù)量級(jí)為78)，同時(shí)， 很低的ns (數(shù)量級(jí)為1.3)。
因此，通過(guò)使用(如元件(71))水基溶液(f( c"8， ns 1.3)
和具有非常低的光折射率n^和s(3)。c:的中間材料(3)的組合，我們可
以解決全部三個(gè)問(wèn)題。這樣的材料的例子可以是含氟聚合物(典型地
具有非常低值的np。產(chǎn)1.3， ^)dc*3)。因此，在光學(xué)頻率下，由于對(duì)
于光波(np。，ns)，結(jié)構(gòu)(3)被"隱藏"，所以將有平面的均勻性和
0電壓非透鏡化。此外，將沒(méi)有額外的菲涅爾折射和光損失(npQl ns)。
同時(shí)，在低頻場(chǎng)將有超出尋常的大的介電常數(shù)的對(duì)比度 s")dc-^° c 75 (與之前的情況一)dc-s( c《5.53相反)。這種對(duì)比
度將允許容易地生成空間非均勻電場(chǎng)以及LC定向器的重取向，其中 LC定向器的重取向當(dāng)僅需要時(shí)，才被要求聚焦光波。
將了解，水只是唯一的有高低頻介電常數(shù)的液體的例子。 一般的 極性液體和凝膠有高的介電值。甘油被發(fā)現(xiàn)是所期望的，由于其在可 見(jiàn)光譜中是透明的，且其在很寬的溫度范圍內(nèi)保留液體狀態(tài)，同時(shí)具
有期望的折射率值。
在一些實(shí)施例中，0電壓透鏡化是所期望的，且Ilp。一lV例如，
是成像光學(xué)的部分的固定透鏡，能夠通過(guò)(3)和(71)的組合而被提 供。在這種情況下，它還可能將結(jié)構(gòu)(3)整合到中間玻璃層(2)中去。
在一些實(shí)施例中，電場(chǎng)可以適當(dāng)?shù)脑趶?qiáng)度上被調(diào)制，并且通過(guò)電
場(chǎng)調(diào)制層(3， 71)的設(shè)計(jì)而取向。圖4B示出了具有復(fù)雜的，非球面 的形狀的隱藏層。在圖4C中， 一個(gè)可變聚焦液晶透鏡具有帶有核心 透鏡結(jié)構(gòu)和周?chē)后w的電場(chǎng)調(diào)制層，其中所述周?chē)后w由于7 1的低 介電常數(shù)和3的高介電常數(shù)，導(dǎo)致電場(chǎng)線的取向朝向透鏡中心。而在 圖4 D中，所述可變聚焦液晶透鏡具有帶有核心透鏡結(jié)構(gòu)和周?chē)后w 的電場(chǎng)調(diào)制層，其中所述周?chē)后w由于7 l的低介電常數(shù)和3的高介 電常數(shù)，導(dǎo)致電場(chǎng)線的方向離開(kāi)透鏡中心。將了解，如果7 l的介電 常數(shù)遠(yuǎn)大于3的介電常數(shù)，那么圖4 D中的實(shí)施例中的電的整個(gè)外形 將更好，就像在圖4 C中的。
參考圖5，我們示出了這樣的可調(diào)諧透鏡的具體的實(shí)例，其遵循 上述的方法被構(gòu)建，并且使用了水作為材料(71)，并且聚合物可 以是含氟聚合物或者任何其它匹配所述液體的折射率的且具有與元件 (3)的低頻介電常數(shù)非常不同的介電常數(shù)的材料。
圖5的平面結(jié)構(gòu)是優(yōu)點(diǎn)有很多原因。如本領(lǐng)域眾公知的，包含液 晶且組成液晶層的扁平的透明的板是簡(jiǎn)單的以準(zhǔn)備接收液晶。由于液 晶響應(yīng)電場(chǎng)，當(dāng)電極之間的距離較小時(shí)，電場(chǎng)較大，扁平的幾何形狀 在保持結(jié)構(gòu)緊湊中可以是有用的。在一些實(shí)施例中，透明板之一可以 被整合到鄰接電場(chǎng)調(diào)制層的部件中。
當(dāng)具有"隱藏結(jié)構(gòu)"，即提供光學(xué)折射率的電場(chǎng)調(diào)制層(3， 7
1 )，在很多情況下都是期望的時(shí)，將了解，令電場(chǎng)調(diào)制層提供一些 級(jí)別的光傳播的靜態(tài)控制也能夠是優(yōu)點(diǎn)，例如，透鏡系統(tǒng)中的一些聚 焦功率。在這些情況下，可以有在共同形成電場(chǎng)調(diào)制層的兩種材料之 間的折射率差，或者具有被組合到所述光學(xué)系統(tǒng)中的一些光學(xué)屬性或 效果的單獨(dú)的材料之間的折射率差。
在單一材料的情況下，所述材料是極性液體或凝膠，所述液體或 凝膠在光包絡(luò)中被封裝。例如，甘油的水泡可以提供期望的電場(chǎng)的形 狀，并且其在形成圖像上的光學(xué)效果可以被補(bǔ)償/整合到整個(gè)透鏡系 統(tǒng)中，即其它的透鏡部件可以補(bǔ)充水泡的光學(xué)成像效果以在圖像平面 中提供正確的圖像。
還存在其它類(lèi)型的固體材料，可以被利用，用于調(diào)制所述電場(chǎng)。 眾所周知，不同的高介電常數(shù)陶瓷材料，諸如鈣鈦礦(鈦酸鍶鋇)，
基于(Ba,Sr) Ti03或者基于CaCu3Ti4012或者(Li，Ti)摻雜NiO或者 Cai—xLaxMnO3(x<=0.03)的薄膜或者陶瓷聚合物納米復(fù)合材料等具有低 頻介電常數(shù)值103到106的材料。這樣的材料可以被單獨(dú)作為固體，或 者作為透明塑料，凝膠或液體的添加劑使用，來(lái)獲得期望的高介電常 數(shù)材料。當(dāng)單獨(dú)使用時(shí)，獲得電場(chǎng)的顯著調(diào)制所需要的厚度是最小的， 因此，聚焦(或者像差)效果可以是最小的或者可忽略的。
圖6A示出了通過(guò)使用上述透鏡獲得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)?？烧{(diào)諧透鏡(帶 有定向器被取向在45度)被置于交叉的偏光器和分析器之間，其中偏 光器和分析器被分別地取向在在水平方向和垂直方向上。均勻電壓的 施加產(chǎn)生了 LC層中的空間非均勻電場(chǎng)，因此生成相應(yīng)的定向器重取 向。該重取向通過(guò)探針束(小直徑)被檢測(cè)，其在透鏡中心部分(表 示為"沒(méi)有水"，虛線曲線，圖6A)測(cè)試重取向，然后在外圍部分(表 示為"有水"，實(shí)線曲線，圖6A)測(cè)試重取向。如能看到的，LC的 重取向在空間中是強(qiáng)烈非均勻的。
圖6B示出了電場(chǎng)變化在液晶取向上的效果，以及在可變焦透鏡情 況下光功率上因而產(chǎn)生的效果。如能看到的，隨著電壓從0增加，電 場(chǎng)引起在透鏡的圖像形成部分上的取向中的空間可變的改變。然而， 在一定的電壓下，在所述透鏡的中心部分，獲得了液晶的取向的完全 改變，電壓的進(jìn)一步提高只引起飽和，并且隨著電壓的持續(xù)升高，透 鏡最終丟失了，因?yàn)檎麄€(gè)圖像形成部分到達(dá)了在方向上的完全改變并
且這樣到達(dá)了用于折射率的相同值。圖形地，在圖6C中示出了作為電
壓的函數(shù)的繪出的光功率。
在圖7中表現(xiàn)了獲得的LC重取向的圓形對(duì)稱(chēng)特性，其中，呈現(xiàn) 了依賴(lài)于所提供的電壓的環(huán)形結(jié)構(gòu)。每個(gè)環(huán)對(duì)應(yīng)LC層中的在尋常"o" 波和非尋常"e"波傳播之間的2"差分相移。因此，環(huán)隨電壓的演化 顯示了 LC層的非尋常的折射率ne的有效的空間曲率的演化。
圖8示出了圖像平面的電子的可調(diào)諧位移。所述光學(xué)系統(tǒng)由被校 準(zhǔn)的白光，固定透鏡和圖5中的所述可調(diào)諧透鏡組成。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，參考圖9，我們示意地示出使用在 本發(fā)明中提出的基本原理的可調(diào)諧衍射結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)由兩個(gè)材料系 統(tǒng)的組合組成， 一個(gè)材料系統(tǒng)(3)帶有特定的幾何形式以及包含第一 個(gè)材料系統(tǒng)的另一個(gè)材料系統(tǒng)(71)。在本情況中，元件3具有空間 的周期的形式。它可以是平面周期的或者圓形周期的形式，提供例如， 可切換的菲涅爾透鏡操作。均勻電壓對(duì)所述均勻電極(4)的施加將在 所述LC層(1)中生成周期調(diào)制的電場(chǎng)。這生成周期地調(diào)制的定向器 重取向以及衍射結(jié)構(gòu)的形成。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，衍射結(jié)構(gòu)可以具有對(duì)稱(chēng)正弦，正方形 或三角形剖面，也可以具有不對(duì)稱(chēng)的(例如，傾斜的和不對(duì)稱(chēng)的，諸 如"閃耀"光柵)剖面，以提供不對(duì)稱(chēng)的衍射圖形。
在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，參考圖10，中間結(jié)構(gòu)(3)可以具 有空間非均勻性，不對(duì)稱(chēng)除了非周期形式，諸如，線性或非線性改變 厚度(例如，楔形)。在這種情況下，到電極(4)的均勻電壓的施加 將生成一個(gè)空間非均勻電場(chǎng)(通過(guò)結(jié)構(gòu)(3)的所述幾何形式影響)， 所述非均勻電場(chǎng)將生成一個(gè)相應(yīng)的空間中的折射率變化。這將提供一 個(gè)電的可變的光的傳播。在楔形結(jié)構(gòu)的情況下，電壓的施加將生成LC
層(1)的空間改變折射率調(diào)制，其將允許獲得可調(diào)諧楔形以及相應(yīng)的
可調(diào)諧光束偏離(轉(zhuǎn)向)。以這種方式，光束8將偏離進(jìn)入依賴(lài)于施 加的電壓的光束(81)。
仍然在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，參考圖11，兩個(gè)元件(3) + (71) 組合的同樣的原理可以被用于獲得偏振獨(dú)立器件。因此，另一個(gè)LC層
(11)可以被用于添加到第一 LC層(1)上，以這種方式使這些層的 定向器交叉(例如，所述層(1)的定向器在圖的平面內(nèi)，而層(11) 的定向器垂直于所述平面)。所述組合結(jié)構(gòu)被插入到兩個(gè)層(1 )和(11 ) 之間。在制造中，它可以簡(jiǎn)單地被夾在兩個(gè)LC單元之間，每個(gè)LC單 元只具有一個(gè)電極；例如，只有一個(gè)電極(4)沉積在較高的單元的上 襯底的底部，另一個(gè)電極(41)在較低的單元的下襯底的頂部。結(jié)構(gòu)
(3)的形式(如(51)示意地表現(xiàn))可以是空間非均勻的，對(duì)稱(chēng)的， 周期的等。以這種方式，電極(4)和(41)之間的電壓的施加將在較 高的和較低的LC單元中都生成空間非均勻電場(chǎng)(通過(guò)形式(51)影響)。 這，依次，將生成定向器重取向以及在兩個(gè)交叉的方向上相應(yīng)的折射 率改變，因此影響兩者的光學(xué)偏振。
在上述情況中，材料組分元件(3)和(71)可以以用于獲得對(duì)于 高(光的)頻波獲取空間均勻組合結(jié)構(gòu)(3) + (71)的方式而被選擇。 結(jié)構(gòu)(3)在這種情況下因此被"隱藏"。顯然，器件的其余部分(玻 璃襯底(2) ， LC層(1)和電極(4)也可以被選擇以被橫向統(tǒng)一)。 在這種情況下，整個(gè)器件將表現(xiàn)為沒(méi)有光偏離或聚焦("O電壓無(wú)作用") 的空間(橫向，如果需要，也可以是縱向)均勻器件。
同時(shí)，為了一些特定的應(yīng)用，材料組分的選擇和形式可以以一種 對(duì)于0電壓情況("0電壓作用")獲取特定光學(xué)功能(透鏡化，衍射， 偏離等)的方式來(lái)進(jìn)行，其中0電壓的情況可以隨后通過(guò)施加電壓來(lái) 修改。
圖12示意地說(shuō)明了進(jìn)行光束轉(zhuǎn)向和可變聚焦兩個(gè)操作的透鏡系 統(tǒng)的主要元件。透鏡10是可變聚焦的，透鏡12是折射的，可變轉(zhuǎn)向
光學(xué)器件，而透鏡14是在一個(gè)單獨(dú)的步驟中以固定角度改變轉(zhuǎn)向的衍
射轉(zhuǎn)向器件(它是工作狀態(tài)或者非工作狀態(tài)的)。將了解，對(duì)于所期 望的不同方向和范圍，云臺(tái)全方位(上下，左右)移動(dòng)及鏡頭變倍變
焦(PTZ)照相機(jī)透鏡系統(tǒng)可以通過(guò)組合這樣的可調(diào)諧光學(xué)器件來(lái)獲得。
衍射器件能夠在光功率或轉(zhuǎn)向角度上提供顯著的改變，而折射器件是
可調(diào)的。整個(gè)透鏡系統(tǒng)厚度可以通過(guò)在LC層之間共享電極和/或透明 板來(lái)減少。
圖13示出了一個(gè)結(jié)合照相機(jī)和透鏡組件15的移動(dòng)或蜂窩電話的 分解圖?？烧{(diào)LC透鏡IO被整合到固定透鏡光學(xué)系統(tǒng)組件中。圖14示 出了在移動(dòng)電話中的組件15。
只有本器件的電控制機(jī)制被詳細(xì)地描述。然而，同樣的原理可以 被用于其他的激勵(lì)機(jī)制中(例如磁，熱等)，同樣地來(lái)驅(qū)動(dòng)器件或改
變其屬性。例如，仍然在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式中，加熱(通過(guò)單 元電極或通過(guò)額外的裝置生成的)可以用于改變組合結(jié)構(gòu)(3) + (71) 的材料屬性，使它在0電壓情況下"隱藏"或"顯示"。例如，兩種 材料(3)和(71)的折射率溫度變化系數(shù)dn/dT可以通過(guò)下述方式被 選擇，即在一個(gè)給定溫度To下，它們的折射率是相等的n3=n71，然而 如果條件dn3/dT=dn71/dT不能被滿(mǎn)足，對(duì)于其它溫度將不是這種情況，。 因此，通過(guò)所述材料的適當(dāng)?shù)倪x擇，我們能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的加熱控制隱 藏條件。這可以允許額外的透鏡化效果的產(chǎn)生，例如，控制整個(gè)透鏡
的像差。
讀者可了解，不同的材料組分，不同的LC層，不同的電極，不 同的定向器取向，不同的幾何形式等，可以被用于制造相同的器件， 在本發(fā)明中所聲明的有作為關(guān)鍵元件的元件(3)和(71)的組合，其 為光波提供"隱藏"狀態(tài)以及為低頻電場(chǎng)的提供非常強(qiáng)的介電常數(shù)對(duì) 比度。
讀者還可了解，不同的光學(xué)器件可以使用我們上面描述的器件的 一個(gè)或多個(gè)組合來(lái)開(kāi)發(fā)。
上文描述的本發(fā)明的實(shí)施例僅意在于示例。本發(fā)明的范圍從而意 在通過(guò)所附的權(quán)利要求書(shū)的范圍單獨(dú)地限制。
權(quán)利要求
1. 一種用于控制光的傳播的可變光學(xué)器件，所述光學(xué)器件包括液晶層；電極，被布置以生成作用在所述液晶層上的電場(chǎng)；以及電場(chǎng)調(diào)制層，被布置在所述電極之間，并鄰近所述液晶層，用于以控制經(jīng)過(guò)所述光學(xué)器件的光的傳播的方式空間調(diào)制所述電場(chǎng)；其特征在于所述電場(chǎng)調(diào)制層包括下列之一基本上空間均勻的光學(xué)折射率；極性液體或凝膠；以及很高的低頻介電常數(shù)的材料，所述材料具有大于20，優(yōu)選地大于1000的介電常數(shù)。
2. 如權(quán)利要求l所述的器件，其中所述調(diào)制層包括具有第一低頻 介電常數(shù)的固體，所述固體的形狀被選擇以給予期望的所述電場(chǎng)的調(diào) 帝IJ，以及圍繞或鄰接所述固體的第二低頻介電常數(shù)材料，使得所述固 體和所述第二材料形成幾何構(gòu)型層。
3. 如權(quán)利要求2所述的器件，其中所述電場(chǎng)調(diào)制層包括基本上空 間均勻的光學(xué)折射率。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的器件，其中所述第二材料是極性液體或 凝膠。
5. 如權(quán)利要求4所述的器件，其中所述極性液體或凝膠是甘油。
6. 如權(quán)利要求1至5中任一權(quán)利要求所述的器件，其中所述液晶層 具有帶有兩個(gè)包含液晶的透明板的平面幾何形狀。
7. 如權(quán)利要求6所述的器件，其中所述電場(chǎng)調(diào)制層具有至少一個(gè) 與所述板之一整合的部件。
8. 如權(quán)利要求1至7中任一權(quán)利要求所述的器件，其中所述液晶層 改變其作為所述電場(chǎng)的函數(shù)的折射率。
9. 如權(quán)利要求8所述的器件，其中所述電場(chǎng)調(diào)制層提供所述電場(chǎng)的周期空間階梯調(diào)制，使得所述器件是衍射光學(xué)器件，其可控制在工 作狀態(tài)和非工作狀態(tài)下。
10. 如權(quán)利要求8所述的器件，其中所述電場(chǎng)調(diào)制層提供所述電場(chǎng) 的周期空間可變調(diào)制，使得所述器件是一種可變地可調(diào)諧的折射光學(xué) 器件。
11. 如權(quán)利要求IO所述的器件，其中所述器件是可變聚焦透鏡。
12. 如權(quán)利要求IO所述的器件，其中所述器件是光束轉(zhuǎn)向器件。
13. 如權(quán)利要求IO所述的器件，其中所述器件既是可變聚焦透鏡 也是光束轉(zhuǎn)向器件。
14. 如權(quán)利要求1-13中任一權(quán)利要求所述的器件，其中所述器件 包括至少兩個(gè)具有不同偏振的所述液晶層，使得光傳播的控制具有最 小偏振依賴(lài)性。
15. 如權(quán)利要求1-14中任一權(quán)利要求所述的器件，其中所述電場(chǎng) 調(diào)制層具有固定的低頻電介質(zhì)的空間分布，而所述電場(chǎng)通過(guò)調(diào)制施加 到所述電極的電壓而被調(diào)制。
16. —種具有包括成像透鏡的照相機(jī)的移動(dòng)電話，其特征在于， 所述成像透鏡包括如權(quán)利要求1-15中任一權(quán)利要求所述的可變光學(xué)器件。
全文摘要
一種用于控制光傳播的可變光學(xué)器件具有液晶層(1)，被布置的電極(4)以生成作用于所述液晶層上的電場(chǎng)，以及被布置在所述電極之間并且鄰近所述液晶層的電場(chǎng)調(diào)制層(3，71)，用于以控制經(jīng)過(guò)所述光學(xué)器件的光的傳播的方式空間調(diào)制所述電場(chǎng)。所述電場(chǎng)調(diào)制層具有基本上空間均勻的光學(xué)折射率，或者極性液體或凝膠，或者有大于20，優(yōu)選地大于1000的介電常數(shù)的非常高的低頻介電常數(shù)的材料。
文檔編號(hào)G02F1/13GK101395523SQ200780007525
公開(kāi)日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2007年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月3日
發(fā)明者凱瑞·阿薩特爾陽(yáng), 威拉迪摩·普雷斯尼亞科維, 提格蘭·噶爾斯蒂安 申請(qǐng)人:拉瓦爾大學(xué)