电可调透镜和透镜系统技术方案

一种光学装置(34、66、76)包括电光层(48)，该电光层在其有源区域内的任何给定的位置具有由跨越该位置的电光层所施加的电压波形确定的有效的局部折射率。导电电极(44、64、74、82、84)在电光层的相对第一侧面和第二侧面之上延伸。电极包括激励电极的阵列，该激励电极的阵列跨越电光层的第一侧面在预定义的方向上沿着各自的、相互平行的轴延伸，且该电极至少包括在垂直于轴的横向方向上具有不同的、相应的宽度的第一电极和第二电极。控制电路(38)被耦合以将相应的控制电压波形施加到激励电极，从而在电光层中生成规定的相位调制分布。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】交叉引用相关申请本申请要求于2014年3月13日提交的美国临时专利申请61/952,226的权益；要求于2014年3月23日提交的美国临时专利申请61/969,190的权益；以及要求于2014年3月31日提交的美国临时专利申请61/972,445的权益。本申请还是于2013年9月30日提交的PCT专利申请PCT/IB2013/058989的继续部分(公布为WO 2014/049577)，其要求于2012年9月30日提交的美国临时专利申请61/707,962的权益。所有这些相关的申请全部通过引用并入本文。专利
本专利技术一般涉及光学装置，并特别涉及电可调透镜。背景可调透镜是其光学特性(如焦距和/或光轴的位置)可在使用期间通常在电子控制下进行调整的光学元件。这样的透镜可用在各种应用中。例如，美国专利7,475,985，其公开内容通过引用并入本文，描述了用于视力矫正目的的电激活透镜的使用。电可调透镜通常包含合适的电光材料(即，其局部的有效折射率根据材料两端施加的电压而变化的材料)的薄层。电极或电极的阵列用于施加期望的电压，以便将折射率局部地调整到期望的值。液晶是最常用于这个目的的电光材料(其中，施加的电压使分子旋转，这改变了双折射的轴，并从而改变了有效的折射率)，但具有类似电光特性的其他材料，如聚合物凝胶，可替代地用于这个目的。一些可调透镜设计使用电极阵列，以在液晶中界定像素的网格，类似于用在液晶显示器中的那种像素网格。各个像素的折射率可被电控制，以给出期望的相位调制分布(phase modulation profile)。(用在本说明书和权利要求中的术语“相位调制分布”，意指由于在可调透镜的电光层的区域之上的局部可变的有效折射率所引起的施加到穿过层的光的局部相移的布局。)使用这种网格阵列的透镜被描述，例如，在上述的美国专利7,475,985中。上述的PCT国际公开WO 2014/049577描述了包括电光层(如液晶)的光学装置，该电光层在其有源区域内的任何给定的位置具有有效的局部折射率，该有效的局部折射率由所施加的跨越该给定位置的电光层的电压波形确定。激励电极的阵列被布置在电光层的一个侧面或两个侧面之上，该激励电极包括在有源区域之上延伸的平行的导电带。控制电路将各个控制电压波形施加到激励电极，并被配置为同时修改施加到激励电极的各个控制电压波形，以便在所述电光层中生成规定的相位调制分布。概述本文以下描述的本专利技术的实施例提供了改进的电可调光学装置。因此，根据本专利技术的实施例，提供了一种光学装置，该光学装置包括电光层，所述电光层在其有源区域内的任何给定的位置处具有有效的局部折射率，所述有效的局部折射率由跨越所述位置处的所述电光层所施加的电压波形确定。导电电极在所述电光层的相对的第一侧面和第二侧面之上延伸。所述电极包括激励电极的阵列，所述激励电极的阵列跨越所述电光层的所述第一侧面在预定义的方向上沿着各自的、相互平行的轴延伸，且所述激励电极的阵列至少包括在垂直于所述轴的横向方向上具有不同的、相应的宽度的第一电极和第二电极。控制电路被耦合以将相应的控制电压波形施加到所述激励电极，以便在所述电光层中生成规定的相位调制分布。在一些实施方式中，所述电极的所述相应的宽度彼此按标准偏差而不同，所述标准偏差为所有所述电极的平均宽度的至少10％。附加地或可选地，所述电极中的至少一些的所述相应的宽度沿着所述电极的所述相应的轴变化。在一些实施方式中，所述激励电极的阵列包括第一激励电极的第一阵列，所述第一激励电极的第一阵列跨越所述电光层的所述第一侧面在第一方向上延伸。导电电极包括第二激励电极的第二阵列，所述第二激励电极的第二阵列跨越所述电光层的所述第二侧面在垂直于所述第一方向的第二方向上延伸，且所述第二激励电极的第二阵列至少包括具有不同的、相应的宽度的第三电极和第四电极。在其他的实施方式中，所述导电电极包括公共电极，所述公共电极被定位在所述电光层的所述第二侧面上的所述有源区域之上。一些实施方式提供了一种设备，所述设备包括这类的所述的第一光学装置和第二光学装置，其中，所述第一光学装置和所述第二光学装置被串联布置，以及其中，所述第二光学装置中的所述激励电极在正交于所述第一光学装置中的所述激励电极的方向上被定向。在一个实施方式中，所述第一光学装置和所述第二光学装置包括相应的、第一电光层和第二电光层，所述第一电光层和所述第二电光层是偏振相关的且被布置成使得所述第一光学装置调制第一偏振中的光，而所述第二光学装置调制不同于所述第一偏振的第二偏振中的光，以及，所述设备包括偏振旋转器，所述偏振旋转器被定位在所述第一光学装置和所述第二光学装置之间，以便使光从所述第一偏振旋转到所述第二偏振。在一些实施方式中，所述第一电极和所述第二电极具有相应的第一宽度和第二宽度，使得所述第一宽度至少是所述第二宽度的两倍，以及其中，所述控制电路被配置成施加所述相应的控制电压波形使得所述规定的相位调制分布具有在所述第二电极中的至少一个电极的附近发生的突然的转变。在一个该实施方式中，所述规定的相位调制分布的生成使所述装置用作菲涅耳透镜。在所公开的实施方式中，所述电极包括透明导电材料的平行带，所述透明导电材料的平行带在带之间具有预定义的间隙宽度的间隙，以及其中，所述第二电极的所述第二宽度不大于所述间隙宽度的四倍。附加地或可选地，所述第二电极的所述第二宽度小于所述电光层的层厚度。在一个实施方式中，所述相位调制分布具有多个突然的转变，所述多个突然的转变发生在相应的所述第二电极中的对应电极的附近，以及所述电光层被配置为提供相位调制值的范围，所述相位调制值的范围与所述第二电极相对于所述相位调制函数中的所述突然的转变之间的间隔的密度之间的关系成比例。在一些实施方式中，所述电光层包括液晶。根据本专利技术的实施例，还提供了一种光学装置，其包括如上所述的电光层，所述电光层具有相对的第一侧面和第二侧面，以及等于所述第一侧面和所述第二侧面之间的距离的层厚度。导电电极在所述电光层的所述第一侧面和所述第二侧面之上延伸。所述电极包括激励电极的阵列，所述激励电极的阵列包括透明导电材料的平行的带，所述透明导电材料的平行带在带之间具有小于所述电光层的所述层厚度的间隙宽度的间隙。控制电路被耦合以将各自的控制电压波形施加到所述激励电极，以便在所述电光层中生成规定的相位调制分布。在所公开的实施方式中，所述间隙宽度小于所述层厚度的一半。根据本专利技术的实施例，附加地提供了一种光学装置，其包括如上所述的电光层，和缓冲层，所述缓冲层包括透明的介电材料，所述透明的介电材料具有临近于所述电光层的所述第一侧面的内部表面和与所述内部表面相对的外部表面以及在所述内部表面和所述外部表面之间的至少0.2μm的厚度。导电电极被设置在所述电光层的所述第一侧面和所述第二侧面之上，且所述导电电极包括跨越所述缓冲层的所述外部表面延伸的激励电极的阵列，所述缓冲层将所述激励电极从所述电光层分开。控制电路被耦合以将相应的控制电压波形施加到所述激励电极，以便在所述电光层中生成规定的相位调制分布。在所公开的实施方式中，所述激励电极包括透明导电材料的平行带，所述透明导电材料的平行带在带之间具有预定义的间隙宽度的间隙，并且所述缓冲层具有大本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学装置，包括：电光层，所述电光层在其有源区域内的任何给定的位置处具有有效的局部折射率，所述有效的局部折射率由跨越所述位置处的所述电光层所施加的电压波形确定；导电电极，所述导电电极在所述电光层的相对的第一侧面和第二侧面之上延伸，所述电极包括激励电极的阵列，所述激励电极的阵列跨越所述电光层的所述第一侧面沿着预定义的方向上的各自的、相互平行的轴延伸，且所述激励电极的阵列至少包括在垂直于所述轴的横向方向上具有不同的、相应的宽度的第一电极和第二电极；以及控制电路，所述控制电路被耦合以将相应的控制电压波形施加到所述激励电极，以便在所述电光层中生成规定的相位调制分布。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.03.13 US 61/952,226;2014.03.23 US 61/969,190;1.一种光学装置，包括：电光层，所述电光层在其有源区域内的任何给定的位置处具有有效的局部折射率，所述有效的局部折射率由跨越所述位置处的所述电光层所施加的电压波形确定；导电电极，所述导电电极在所述电光层的相对的第一侧面和第二侧面之上延伸，所述电极包括激励电极的阵列，所述激励电极的阵列跨越所述电光层的所述第一侧面沿着预定义的方向上的各自的、相互平行的轴延伸，且所述激励电极的阵列至少包括在垂直于所述轴的横向方向上具有不同的、相应的宽度的第一电极和第二电极；以及控制电路，所述控制电路被耦合以将相应的控制电压波形施加到所述激励电极，以便在所述电光层中生成规定的相位调制分布。2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电极的所述相应的宽度彼此以标准偏差而不同，所述标准偏差为所有所述电极的平均宽度的至少10％。3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述电极中的至少一些的相应的宽度沿着所述电极的相应的轴变化。4.根据权利要求1-3中的任何一项所述的装置，其中，所述激励电极的阵列包括第一激励电极的第一阵列，所述第一激励电极的第一阵列跨越所述电光层的所述第一侧面在第一方向上延伸，以及其中，所述导电电极包括第二激励电极的第二阵列，所述第二激励电极的第二阵列跨越所述电光层的所述第二侧面在垂直于所述第一方向的第二方向上延伸，且所述第二激励电极的第二阵列至少包括具有不同的、相应的宽度的第三电极和第四电极。5.根据权利要求1-3中的任一项所述的装置，其中，所述导电电极包括公共电极，所述公共电极被定位在所述电光层的所述第二侧面上的有源区域之上。6.一种包括根据权利要求5所述的第一光学装置和第二光学装置的设备，其中，所述第一光学装置和所述第二光学装置被串联布置，以及其中，所述第二光学装置中的激励电极在正交于所述第一光学装置中的激励电极的方向上被定向。7.根据权利要求6所述的设备，其中，所述第一光学装置和所述第二光学装置包括相应的、第一电光层和第二电光层，所述第一电光层和所述第二电光层是偏振相关的且被布置成使得所述第一光学装置调制第一偏振中的光，而所述第二光学装置调制不同于所述第一偏振的第二偏振中的光，以及其中，所述设备包括偏振旋转器，所述偏振旋转器被定位在所述第一光学装置和所述第二光学装置之间，以便使光从所述第一偏振旋转到所述第二偏振。8.根据权利要求1-7中的任一项所述的装置，其中，所述第一电极和所述第二电极具有相应的第一宽度和第二宽度，使得所述第一宽度至少是所述第二宽度的两倍，以及其中，所述控制电路被配置成施加所述相应的控制电压波形，使得所述规定的相位调制分布具有在所述第二电极中的至少一个电极的附近发生的突然的转变。9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述规定的相位调制分布的生成使所述装置用作菲涅耳透镜。10.根据权利要求8或9所述的装置，其中，所述电极包括透明导电材料的平行带，所述透明导电材料的平行带在所述带之间具有预定义的间隙宽度的间隙，以及其中，所述第二电极的所述第二宽度不大于所述间隙宽度的四倍。11.根据权利要求8-10中的任一项所述的装置，其中，所述第二电极的所述第二宽度小于所述电光层的层厚度。12.根据权利要求8-11中的任一项所述的装置，其中，所述相位调制分布具有多个突然的转变，所述多个突然的转变发生在所述第二电极中的对应电极的各自的附近，以及其中所述电光层被配置为提供相位调制值的范围，所述相位调制值的范围与所述第二电极相对于所述相位调制函数中的所述突然的转变之间的间隔的密度之间的关系成比例。13.根据权利要求1-12中的任一项所述的装置，其中，所述电光层包括液晶。14.一种光学装置，包括：电光层，所述电光层在其有源区域内的任何给定的位置处具有有效的局部折射率，所述有效的局部折射率由跨越所述位置处的所述电光层所施加的电压波形确定，所述电光层具有相对的第一侧面和第二侧面，以及等于所述第一侧面和所述第二侧面之间的距离的层厚度；导电电极，所述导电电极在所述电光层的所述第一侧面和所述第二侧面之上延伸，所述电极包括激励电极的阵列，所述激励电极的阵列包括透明导电材料的平行带，所述透明导电材料的平行带在所述带之间具有小于所述电光层的所述层厚度的间隙宽度的间隙；以及控制电路，所述控制电路被耦合，以将相应的控制电压波形施加到所述激励电极，以便在所述电光层中生成规定的相位调制分布。15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述间隙宽度小于所述层厚度的一半。16.根据权利要求14或15所述的装置，其中所述电光层包括液晶。17.一种光学装置，包括：电光层，所述电光层具有相对的第一侧面和第二侧面，且在所述电光层的有源区域内的任何给定的位置处具有有效的局部折射率，所述有效的局部折射率由跨越所述位置处的所述电光层所施加的电压波形决定；缓冲层，所述缓冲层包括透明的介电材料，所述透明的介电材料具有临近于所述电光层的所述第一侧面的内部表面、与所述内部表面相对的外部表面以及在所述内部表面和所述外部表面之间的至少0.2μm的厚度；导电电极，所述导电电极被设置在所述电光层的所述第一侧面和所述第二侧面之上，且所述导电电极包括跨越所述缓冲层的所述外部表面延伸的激励电极的阵列，所述缓冲层将所述激励电极从所述电光层分开；以及控制电路，所述控制电路被耦合以将相应的控制电压波形施加到所述激励电极，以便在所述电光层中生成规定的相位调制分布。18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述激励电极包括透明导电材料的平行带，所述透明导电材料的平行带在带之间具有预定义的间隙宽度的间隙，并且所述缓冲层具有大于所述间隙宽度的四分之一的缓冲层厚度。19.根据权利要求17或18所述的装置，其中所述电光层包括液晶。20.一种光学装置，包括：电光层，所述电光层在其有源区域内的任何给定的位置处具有有效的局部折射率，所述有效的局部折射率由跨越所述位置处的所述电光层所施加的电压波形确定；第一激励电极的第一阵列，所述第一激励电极的第一阵列在所述电光层的第一侧面上的所述有源区域之上沿着第一方向上的相应的、相互平行的第一轴延伸；第二激励电极的第二阵列，所述第二激励电极的第二阵列在所述电光层的与所述第一侧面相对的第二侧面上的所述有源区域之上沿着在正交于所述第一方向的第二方向上的相应的、相互平行的第二轴延伸；以及控制电路，所述控制电路被耦合以将相应的控制电压波形施加到所述激励电极，且所述控制电路被配置为同时修改施加到所述第一激励电极和所述第二激励电极两者的所述相应的控制电压波形，以便在所述电光层中生成规定的相位调制分布。21.根据权利要求20所述的装置，其中，所述相位调制分布被界定为能够分成第一分量函数和第二分量函数的函数，所述第一分量函数和所述第二分量函数分别沿着所述第一轴和所述第二轴改变，以及其中，施加到所述第一激励电极和所述第二激励电极的所述控制电压波形分别根据所述第一分量函数和所述第二分量函数来被指定。22.根据权利要求21所述的装置，其中，所述第一分量函数和所述第二分量函数按一组分量波形来界定，所述一组分量波形被选择以便对应于在所述电光层中的不同的、相应的相移，使得所述相位调制分布包括由于在所述有源区域内的每个位置处的所述第一分量函数和所述第二分量函数而引起的相应的相移的总和。23.根据权利要求22所述的装置，其中，所述分量波形具有不同的、相应的占空比。24.根据权利要求22或23所述的装置，其中，所述分量波形被选择，使得构成所述相位调制分布的所述相应的相移的所述总和是2nπ的模的模总和，其中n是整数。25.根据权利要求24所述的装置，其中n具有用于至少一些不同对的所述第一分量函数和所述第二分量函数的不同的、相应的值。26.根据权利要求20-25中的任一项所述的装置，其中，所述控制电压波形被选择，使得所述相位调制分布包含突然的相位转变，且所述装置用作菲涅耳透镜。27.根据权利要求26所述的装置，其中，所述控制电路被配置成在所述突然的相位转变附近将具有相反极性的所述相应的控制电压波形施加到成对的相互临近的激励电极。28.根据权利要求20-27中的任一项所述的装置，其中，所述电光层包括液晶。29.一种光学设备，包括：静态透镜，所述静态透镜包括透明的材料，所述透明的材料具有内部表面和弯曲的外部表面，所述弯曲的外部表面具有特定的屈光力，所述内部表面至少包含第一重叠的凹口和第二重叠的凹口；以及动态透镜，所述动态透镜被包含在所述静态透镜中，且所述动态透镜具有可变的相位调制分布，所述可变的相位调制分布修改所述静态透镜的屈光力，且所述动态透镜包括：电光层，所述电光层具有相对的第一侧面和第二侧面，且所述电光层在其有源区域内的任何给定的位置处具有有效的局部折射率，所述有效的局部折射率由跨越所述位置处的所述电光层施加的电压确定；第一透明基底和第二透明基底，所述第一透明基底和所述第二透明基底被分别设置在所述电光层的所述第一侧面上和所述第二侧面上，且被设置大小和形状以分别适配到所述静态透镜中的所述第一凹口中和所述第二凹口中，且所述第一透明基底和所述第二透明基底包括被配置成跨越所述电光层施加电压的电极；以及控制电路，所述控制电路被耦合以将所述电压施加到所述电极，以便在所述电光层中生成所述调制分布。30.根据权利要求29所述的设备，其中，所述控制电路包括被设置在所述第一透明基底的边缘处的电连接件，以及其中，所述静态透镜的所述内部表面包含凹槽，所述电连接件适配到所述凹槽中。31.一种生成光学装置的方法，所述方法包括：提供电光层，所述电光层在其有源区域内的任何给定的位置处具有有效的局部折射率，所述有效的局部折射率由跨越所述位置处的所述电光层所施加的电压波形确定；在所述电光层的相对的第一侧面和第二侧面之上定位导电电极，所述电极包括激励电极的阵列，所述激励电极的阵列跨越所述电光层的所述第一侧面沿着预定义的方向上的相应的、相互平行的轴延伸，且所述激励电极的阵列至少包括在垂直于所述轴的横向方向上具有不同的、相应的宽度的第一电极和第二电极；以及耦合控制电路，以将相应的控制电压波形施加到所述激励电极，以便在所述电光层中生成规定的相位调制分布。32.根据权利要求31所述的方法，其中，所述电极的相应的宽度彼此以标准偏差而不同，所述标准偏差为所有所述电极的平均宽度的至少10％。33.根据权利要求31或32所述的方法，其中，所述电极中的至少一些的相应的宽度沿着所述电极的相应的轴变化。34.根据权利要求31-33中的任何一项所述的方法，其中，所述激励电极的阵列包括第一激励电极的第一阵列，所述第一激励电极的第一阵列跨越所述电光层的所述第一侧面在第一方向上延伸，以及其中，定位所述导电电极包括定位第二激励电极的第二阵列，以跨越所述电光层的所述第二侧面在垂直于所述第一方向的第二方向上延伸，以及其中，所述第二阵列至少包括具有不同的、相应的宽度的第三电极和第四电极。35.根据权利要求31-33中的任一项所述的方法，其中，所述导电电极包括公共电极，所述公共电极被定位于所述电光层的所述第二侧面上的所述有源区域之上。36.根据权利要求35所述的方法，还包括串联布置根据权利要求35所述的方法制成的第一光学装置和第二光学装置，其中，所述第二光学装置中的所述激励电极在正交于所述第一光学装置中的所述激励电极的方向上被定向。37.根据权利要求36所述的方法，其中，所述第一光学装置和所述第二光学装置包括相应的、第一电光层和第二电光层，所述第一电光层和所述第二电光层是偏振相关的，且被布置成使得所述第一光学装置调制第一偏振中的光，而所述第二光学装置调制不同于所述第一偏振的第二偏振中的光，以及其中，所述方法包括在所述第一光学装置和所述第二光学装置之间定位偏振旋转器，以使光从所述第一偏振旋转到所述第二偏振。38.根据权利要求31-37中的任一项所述的方法，其中，所述第一电极和所述第二电极具有相应的第一宽度和第二宽度，使得所述第一宽度至少是所述第二宽度的两倍，以及其中，耦合所述控制电路包括施加所述相应的控制电压波形使得所述规定的相位调制分布具有在所述第二电极中的至少一个电极的附近发生的突然的转变。39.根据权利要求38所述的方法，其中，所述规定的相位调制分布的生成使所述装置用作菲涅耳透镜。40.根据权利要求38或39所述的方法，其中，所述电极包括透明导电材料的平行带，所述透明导电材料的平行带在带之间具有预定义的间隙宽度的间隙，以及其中，所述第二电极的所述第二宽度不大于所述间隙宽度的四倍。41.根据权利要求38-40中的任一项所述的方法，其中，所述第二电极的所述第二宽度小于所述电光层的层厚度。42.根据权利要求38-41中的任一项所述的方法，其中，所述相位调制分布具有多个突然的转变，所述多个突然的转变发生在所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：约阿夫·亚丁，亚里夫·海戴德，亚历克斯·艾伦，
申请(专利权)人：奥普蒂卡阿姆卡艾阿有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL