具有高级电场控制能力的液晶光学设备制造技术

一种液晶光学设备，包括：包括至少两个支撑基板的层状结构。设置在一个基板上的外部环形控制电极，具有一个孔。设置在所述孔中的基板上的内部环形控制电极，所述内部控制电极和外部控制电极被隔开一间隙。所述间隙形成了孔的一部分。弱导电性材料设置在基板上，覆盖孔。平面透明电极设置在另一个基板上。取向表面设置在基板上，并覆盖电极。液晶材料层被包含在所述基板之间，并和所述基板上的取向表面接触。浮置透明电极设置在基板上的、相对于外部和内部环形电极的另一侧。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请本申请是非临时申请，优先权文件是美国临时申请US61/738,533，优先权日是2012年12月18日，本申请引用该优先权文件全文。
本专利技术涉及液晶光学设备，具体为其控制电极。
技术介绍
液晶(LC)透镜和一些其他液晶光学设备是本领域已知的技术。在玻璃或塑料板之间的单元内设置一个平面结构的液晶。在一个相对较小的厚度之内，可实现可用的光学变焦能力。本领域已经提出了各种液晶透镜的设计方案，通过电场以控制液晶分子的取向。一种方案已被应用，在液晶层的上方一定距离处放置一个环形电极，在液晶层的下方放置一个均匀的平面透明电极，可以形成一个可以空间调制电场控制的液晶透镜。一个GRIN透镜可以通过控制LC分子的相对方向，而产生LC材料在一个光通孔中光折射的折射率的空间变化来创建。在A.F.Naumov等人发表的一篇题为“液晶自适应镜片与莫代尔控制”的文章(\Liquid-CrystalAdaptiveLenseswithModalControl\，OPTICSLETTERS/Vol.23，No.13/July1,1998)中，如图1中所示的透镜，使用一个液晶层10，其设置在顶层玻璃基板11附近的孔状电极14和底部玻璃基板16附近的光学透明的平面铟锡氧化物电极12之间。液晶取向层18位于液晶层10的任一侧。图1的透镜的工作原理是电压的衰减，及其带来的在透镜的中心与电极14的孔的附近的液晶层边缘之间的(在环形电极通孔上)<br>相应的电场强度的减小。由于典型的液晶层10的厚度大约是0.05毫米，而典型的常用光学孔径是2毫米左右，即40倍大，因而未解决的问题是，液晶层10的径向的电场强度的下降是急剧的(快速下降)。一个高电阻率层19沉积在孔状电极14的中央部分。通过高电阻率层19与系统其余部分形成的分布式RC电路，“软化”了由于电信号衰减而带来的电场强度的下降。其中高电阻率层19主要作为电阻，液晶层10主要作为电容。图1中所示的GRIN透镜有一些很好的性能，但也具有一些显着的缺点。特别是，透镜的运用对层状结构的几何结构和材料参数极其敏感。其中最重要的是高电阻率层19的薄层电阻Rs，被定义为R＝(dσ)-1，其中d是高电阻率层19的厚度，σ是其导电率。这极大地复杂化了偏振无关的可调液晶透镜(TLCL)基于这种技术的制造：液晶是一种双折射材料，光线通过液晶镜片后被转化为两个偏振方向。图1中的单个LC透镜的液晶层10将聚焦光线的一个偏振方向，而基本上不影响光线的其他偏振方向，因此如在现有技术使用的单个LC透镜层10，整体液晶透镜光学元件是偏振相关的。出于这个原因，图1的单个LC层几何结构一般被称为半LC透镜。自然光(例如阳光或灯光)包含各个方向混乱的偏振(其可以被转化为两个正交偏振方向的总和)。为形成一个偏振无关的液晶透镜，一种方式是使用两个半液晶透镜，其中每个液晶层具有互相正交的偏振方向平面。两个平面的半液晶透镜，它们分别作用于不同的偏振方向，其意图是将光线聚焦到一个共同的焦平面。然而在实践中，制造两个相对于图像传感器在光学性能上完全相同的两个不同偏振方向的液晶镜片是很困难的。在两个液晶层之间设置一个大空间就会造成整个透镜太厚，其结果是在不同的偏振方向的焦平面之间形成一个大的间距，在自然光的条件下，由于不同的偏振方向上的聚焦情况的不同，在单个平面光传感器上无法聚焦成清晰的图像。此外，当透镜的形状和/或两个透镜的光学倍率是不相同的，每个半透镜的效果是不同的，即使两个液晶层彼此很接近。这种不同的效果可能会增大，由于液晶层厚度的差异或两层用于实现各个方向的偏振互相独立折射的高电阻率层的薄层电阻的互相叠加。为移动设备设计的小尺寸的镜头带来了镜头设计和透镜性能的非常困难和严格的要求。因此，透镜设计必须仔细优化，以兼顾尺寸和制造成本的考虑。在晶片的规模生产中，一个晶片含有大量的液晶单元，两个这样的晶片连接在一起，以形成各个方向的偏振互相独立的液晶光学设备。然而，对于这样利用晶片制造的镜片，两个晶片相互连接，为了使两层镜片具有相同的光学倍率和透镜形状，两个晶片必须具有相同的属性。在一定程度上可以通过控制间隔物来控制液晶层的厚度，而对薄层电阻的控制则困难的多(图3)：图2示出了PCT申请WO2009/153764的一种解决方案200，本申请引用该申请，其描述了两个正交取向的LC层210a和210b，以聚焦光的正交偏振，分别设置在共同的电场控制结构326的上面和下面，结构326具有至少一个中间环形电极214(a，b)，其被涂覆有高电阻率材料219(a，b)。使用单个(未示出)中间环形电极214提供了一个空间调制电场，同时作用于上部LC层210b与下部LC层210a，以使两个LC层的每个作用于入射光的不同的偏振方向。结果表明，这样的几何结构的两个LC透镜，使自然光以基本上相同的方式上成像到相同的成像平面上，例如图像传感器。电场的空间分布，光学倍率和像差，在上部210b和下部210a液晶层中，被证明是基本上相同的。在制造中，下部LC层210a中具有置于顶部的环形电极214a，而上部LC层210b要么是制造在(中间电极结构326的)顶部或分开制造(以虚线所示)，然后粘合到下部LC层210a和环形电极214a的组合上。在图2中其他的2xx的系列层，对应于在图1中如上所述的类似层，上部的半LC透镜层镜面对称于下部的半LC透镜层。虽然未示出，每个LC层210a和210b位于两个液晶取向膜之间(参照图1中的18)。光学透明导电层212a和212b位于取向层和一个对应的(支撑)基板216a和216b之间。使用环形电极214，其采用高电阻材料层19，设置在光通孔附近，材料的薄层电阻Rs在确定电场的形状和透镜效应性质上有重要的作用，并且这种电阻特性对于精确控制LC层10内部的电场的形状是非常重要的。控制一薄层半导体材料19在晶片上的电阻，用于2mm的光通孔内的透镜操作是一个挑战。另外，软件程序如条形码读取，需要自动聚焦能力，这意味着一个(电或其他方式)可变透镜必须用于改变整个相机的光学倍率。这种可变光学设备被称为可调LC透镜(TLCL)。此自动聚焦能力使得透镜设计优化不稳定，引入了一个调制传递函数(输入光图像到输出光学像的转换)的劣化，这可能是非常严重的(不可接受的)。
技术实现思路
已经认识到，在一个液晶透镜中，波阵面通常在一个有限的方式，以单调方式从LC光学设备的光通孔的中心到周边受到影响。参照图3中的实线，通过环形电极产生的典型波阵面具有扁平本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液晶梯度折射率光学设备，该光学设备包括具有光通孔和邻近该光通孔的外部部分的光学像差的第一光学元件，和第二光学元件，其被配置以校正所述光学像差，至少所述第二光学元件包括：至少两个基板；内部带状环形控制电极，设置在所述光通孔内、一个所述基板上，所述内部控制电极和所述光通孔由间隙隔开；与所述内部环形控制电极相关联地设置的弱导电材料；设置在另一所述基板上的平面透明电极；和取向表面设置在所述基板上，其与所述基板之间的一层液晶材料相接触；其中，由所述内部环形控制电极和所述平面透明电极产生电场，以允许所述液晶材料修正所述光学像差。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.12.18 US 61/738,5331.一种液晶梯度折射率光学设备，该光学设备包括具有光通孔和邻近该光通孔的外
部部分的光学像差的第一光学元件，和第二光学元件，其被配置以校正所述光学像差，至
少所述第二光学元件包括：
至少两个基板；
内部带状环形控制电极，设置在所述光通孔内、一个所述基板上，所述内部控制电
极和所述光通孔由间隙隔开；
与所述内部环形控制电极相关联地设置的弱导电材料；
设置在另一所述基板上的平面透明电极；和
取向表面设置在所述基板上，其与所述基板之间的一层液晶材料相接触；
其中，由所述内部环形控制电极和所述平面透明电极产生电场，以允许所述液晶材
料修正所述光学像差。
2.如权利要求1所述的光学设备，其中所述第一光学元件包括：
设置在一个所述基板上的外部环形控制电极，具有一个光通孔，其对应于所述第一
光学元件的光通孔，所述外部环形控制电极和所述内部环形控制电极都与所述弱导电材料
相互作用；
其中，电信号施加到所述外部环形控制电极和所述内部环形控制电极，以实现控制
光学设备的光学质量，特别是控制所述光通孔的间隙处的光学质量。
3.如权利要求2所述的光学设备，进一步包括：
浮置透明电极，设置在所述基板上的、相对于所述外部和内部环形电极的另一侧，
优选地，仅在所述光通孔的中央部分，并且优选地，所述浮置透明电极离所述平面电极比
内部环形控制电极离所述平面电极更远。
4.如权利要求2或3所述的光学设备，包括至少三个所述基板和两层液晶材料，所
述两层被布置成垂直于彼此，以作用于光的两个线性偏振。
5.如权利要求4所述的光学设备，其中，所述外部环形控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：迪格兰·加尔斯蒂安，卡伦·阿萨特里安，弗拉底米尔·普雷尼亚科夫，阿拉姆·巴格拉姆亚恩，阿米尔·图尔克，阿尔门·佐哈拉拜亚恩，西蒙·卡洛，
申请(专利权)人：兰斯维克托公司，
类型：发明
国别省市：美国;US