[發(fā)明專利]具有高級電場控制能力的液晶光學設(shè)備

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380073130.1
• 申請日: 2013-12-18
• 公開（公告）號: CN105103045A
• 公開（公告）日: 2015-11-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 迪格蘭·加爾斯蒂安;卡倫·阿薩特里安;弗拉底米爾·普雷尼亞科夫;阿拉姆·巴格拉姆亞恩;阿米爾·圖爾克;阿爾門·佐哈拉拜亞恩;西蒙·卡洛
• 申請（專利權(quán)）人: 蘭斯維克托公司
• 主分類號: G02F1/1343
• 分類號: G02F1/1343;A61F2/16;G02F1/1347
• 代理公司: 北京睿邦知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙) 11481
• 代理人: 徐丁峰;付偉佳

相關(guān)申請

本申請是非臨時申請，優(yōu)先權(quán)文件是美國臨時申請US61/738,533，優(yōu)先權(quán)日是2012年12月18日，本申請引用該優(yōu)先權(quán)文件全文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及液晶光學設(shè)備，具體為其控制電極。

背景技術(shù)

液晶(LC)透鏡和一些其他液晶光學設(shè)備是本領(lǐng)域已知的技術(shù)。在玻璃或塑料板之間的單元內(nèi)設(shè)置一個平面結(jié)構(gòu)的液晶。在一個相對較小的厚度之內(nèi)，可實現(xiàn)可用的光學變焦能力。

本領(lǐng)域已經(jīng)提出了各種液晶透鏡的設(shè)計方案，通過電場以控制液晶分子的取向。

一種方案已被應用，在液晶層的上方一定距離處放置一個環(huán)形電極，在液晶層的下方放置一個均勻的平面透明電極，可以形成一個可以空間調(diào)制電場控制的液晶透鏡。

一個GRIN透鏡可以通過控制LC分子的相對方向，而產(chǎn)生LC材料在一個光通孔中光折射的折射率的空間變化來創(chuàng)建。

在A.F.Naumov等人發(fā)表的一篇題為“液晶自適應鏡片與莫代爾控制”的文章(Liquid-CrystalAdaptiveLenseswithModalControl，OPTICSLETTERS/Vol.23，No.13/July1,1998)中，如圖1中所示的透鏡，使用一個液晶層10，其設(shè)置在頂層玻璃基板11附近的孔狀電極14和底部玻璃基板16附近的光學透明的平面銦錫氧化物電極12之間。液晶取向?qū)?8位于液晶層10的任一側(cè)。圖1的透鏡的工作原理是電壓的衰減，及其帶來的在透鏡的中心與電極14的孔的附近的液晶層邊緣之間的(在環(huán)形電極通孔上)相應的電場強度的減小。由于典型的液晶層10的厚度大約是0.05毫米，而典型的常用光學孔徑是2毫米左右，即40倍大，因而未解決的問題是，液晶層10的徑向的電場強度的下降是急劇的(快速下降)。一個高電阻率層19沉積在孔狀電極14的中央部分。通過高電阻率層19與系統(tǒng)其余部分形成的分布式RC電路，“軟化”了由于電信號衰減而帶來的電場強度的下降。其中高電阻率層19主要作為電阻，液晶層10主要作為電容。

圖1中所示的GRIN透鏡有一些很好的性能，但也具有一些顯著的缺點。特別是，透鏡的運用對層狀結(jié)構(gòu)的幾何結(jié)構(gòu)和材料參數(shù)極其敏感。其中最重要的是高電阻率層19的薄層電阻Rs，被定義為R＝(dσ)^-1，其中d是高電阻率層19的厚度，σ是其導電率。這極大地復雜化了偏振無關(guān)的可調(diào)液晶透鏡(TLCL)基于這種技術(shù)的制造：

液晶是一種雙折射材料，光線通過液晶鏡片后被轉(zhuǎn)化為兩個偏振方向。圖1中的單個LC透鏡的液晶層10將聚焦光線的一個偏振方向，而基本上不影響光線的其他偏振方向，因此如在現(xiàn)有技術(shù)使用的單個LC透鏡層10，整體液晶透鏡光學元件是偏振相關(guān)的。出于這個原因，圖1的單個LC層幾何結(jié)構(gòu)一般被稱為半LC透鏡。

自然光(例如陽光或燈光)包含各個方向混亂的偏振(其可以被轉(zhuǎn)化為兩個正交偏振方向的總和)。為形成一個偏振無關(guān)的液晶透鏡，一種方式是使用兩個半液晶透鏡，其中每個液晶層具有互相正交的偏振方向平面。

兩個平面的半液晶透鏡，它們分別作用于不同的偏振方向，其意圖是將光線聚焦到一個共同的焦平面。然而在實踐中，制造兩個相對于圖像傳感器在光學性能上完全相同的兩個不同偏振方向的液晶鏡片是很困難的。在兩個液晶層之間設(shè)置一個大空間就會造成整個透鏡太厚，其結(jié)果是在不同的偏振方向的焦平面之間形成一個大的間距，在自然光的條件下，由于不同的偏振方向上的聚焦情況的不同，在單個平面光傳感器上無法聚焦成清晰的圖像。此外，當透鏡的形狀和/或兩個透鏡的光學倍率是不相同的，每個半透鏡的效果是不同的，即使兩個液晶層彼此很接近。這種不同的效果可能會增大，由于液晶層厚度的差異或兩層用于實現(xiàn)各個方向的偏振互相獨立折射的高電阻率層的薄層電阻的互相疊加。

為移動設(shè)備設(shè)計的小尺寸的鏡頭帶來了鏡頭設(shè)計和透鏡性能的非常困難和嚴格的要求。因此，透鏡設(shè)計必須仔細優(yōu)化，以兼顧尺寸和制造成本的考慮。在晶片的規(guī)模生產(chǎn)中，一個晶片含有大量的液晶單元，兩個這樣的晶片連接在一起，以形成各個方向的偏振互相獨立的液晶光學設(shè)備。然而，對于這樣利用晶片制造的鏡片，兩個晶片相互連接，為了使兩層鏡片具有相同的光學倍率和透鏡形狀，兩個晶片必須具有相同的屬性。在一定程度上可以通過控制間隔物來控制液晶層的厚度，而對薄層電阻的控制則困難的多(圖3)：