具有多个深度衍射结构的电活性透镜制造技术

本发明专利技术涉及具有多个深度衍射结构的电活性透镜。特定示例性实施例可以提供被适配用于下列步骤和/或由下列步骤产生的系统、机器、装置、制造、电路、物质组成和/或用户接口，和/或用于下列步骤的方法和/或包括用于下列步骤的机器可实施指令的机器可读介质、可以包括和/或涉及下列步骤的活动，所述步骤是：从对应于第一光焦度的第一功率状态到对应于第二光焦度的第二功率状态切换衍射第一电活性透镜，第二光焦度不同于所述第一光焦度。

【技术实现步骤摘要】
具有多个深度衍射结构的电活性透镜本申请是国家申请号为201280070671.4的专利技术专利申请的分案申请，该专利技术专利申请的申请日为2012年4月18日，专利技术名称为“具有多个深度衍射结构的电活性透镜”。对相关申请的交叉引用本申请要求2012年2月27日提交的未决美国临时专利申请61/603,615(代理人案号1149-270)的优先权。附图说明通过本文中提供的、非限制性的、非穷举的特定示例性实施例的描述，参考所附的示例性附图，广泛的各种潜在的、可行的和/或有用的实施例将被更容易地理解，其中：图1是菲涅耳（Fresnel）透镜的示例性实施例的横截面图；图2是菲涅耳透镜的示例性实施例的横截面图；图3a是菲涅耳透镜的示例性实施例的横截面图；图3b是菲涅耳透镜的示例性实施例的横截面图；图3c是菲涅耳透镜的示例性实施例的部分的横截面图；图4a是菲涅耳透镜的示例性实施例的横截面图；图4b是菲涅耳透镜的示例性实施例的横截面图；图5是菲涅耳透镜的示例性实施例的横截面图；以及图6是信息装置的示例性实施例的框图。具体实施方式特定示例性实施例可以利用浸入液晶中的菲涅耳结构来提供电活性衍射透镜。菲涅耳透镜结构可以形成在基板中，然后它可以被液晶淹没，液晶在未上电状态中的折射率可以等于或接近于基板的折射率。第二基板可以放置在顶部上方，把液晶夹在在两个基板中间。当液晶处于未上电状态，即没有对其施加电，并且液晶的折射率基本上等于基板的折射率时，菲涅耳透镜可以对穿过该透镜的光没有光学影响。也即是说，该结构可以表现为好像是一块平坦玻璃或塑料。然而，当电压施加到液晶时，液晶的折射率可以改变但是基板材料不必改变，并且菲涅耳结构随后可以表现为透镜。这可以允许随着电压的施加而打开透镜，并且随着电压的去除而关闭透镜。如果液晶折射率与制造菲涅耳结构的材料的折射率不同，则装置可以在没有施加电的情况下具有光焦度（opticalpower），然后当施加电时，具有改变的光焦度。这个类型的透镜构造的示例如下所述。菲涅耳结构可以被模制到塑料基板中。透明电导体（诸如氧化铟锡）涂层可以被施加在菲涅耳结构上方，和/或它可以连接到电路的一侧。绝缘层（诸如二氧化硅）可以被施加在氧化铟锡上方，然后，取向层可以被施加在二氧化硅层上方。取向层可以是聚酰亚胺，和/或它可以被摩擦以使分子取向，进而，当液晶与取向层接触时，该分子可以在液晶上产生取向力。第二基板可以与第一基板相同地被处理，除了它不必具有形成在其中的菲涅耳结构。它的氧化铟锡层可以连接到电路的另一侧。液晶可以沉积到菲涅耳结构中并且两个基板可以结合在一起。AC电压（通常为方波）可以被施加到透镜以打开透镜。AC电压通常可以是50到100Hz和/或可以是10伏特。可以基于所使用的液晶的配方来改变电压要求。当设计用于在液晶透镜中使用的菲涅耳结构时，利用特定设计规则来获得最大光学性能和效率。一个重要设计规则是最小化液晶的厚度。随着液晶厚度的增加，透镜切换的速度降低，并且电功率要求增加。然而，利用液晶的薄层，可以创建的光焦度受到限制。此外，当以常规方式（即在空气中）使用菲涅耳透镜时，玻璃或塑料透镜材料和透镜正在其中操作的空气之间的折射率差（△）可能非常大，因为空气的折射率为1。例如，如果透镜材料具有1.67的折射率，则存在△n（n=折射率）为0.67，因此可以创建显著的光焦度。然而，在液晶的情况下，透镜材料和液晶之间的差通常小得多，通常为0.2，因此从浸入在液晶中的菲涅耳类型的结构获得高光焦度可能是更有挑战的。如下方式可能是有益的：产生具有更高光焦度的透镜，但利用尽可能薄的液晶层，以最小化功率消耗并且最大化切换速度。特定的示例性实施例可以最小化液晶的体积，但最大化产生的光焦度。图1示出了与基本光学等同常规透镜比较的横截面中的菲涅耳透镜的基本概念。常规折射透镜5被示出在对应的菲涅耳透镜10的上方。常规透镜5的节段在菲涅耳透镜中被基本上光学复现，这由垂直线标识。（垂直线仅出于标识目的示出了常规透镜的哪部分与菲涅耳透镜中的其对应部分相关联。）示出了两个节段。常规透镜的节段15在菲涅耳透镜10的节段20中被基本上光学复制，并且常规透镜5中的节段25在菲涅耳透镜10的节段30中被基本上光学复制。常规透镜5的每个节段在菲涅耳透镜10的节段中被基本上光学复制。图2示出了与基本光学等同常规透镜比较的横截面中的菲涅耳透镜的基本概念，但是具有添加的保持所形成结构的恒定高度（如尺寸45所示）的附加设计规则。该设计规则可以最大化透镜的光学效率。利用这个设计规则，连同本文中公开的设计参数，可以把这个类型的透镜分类为衍射透镜。这些恒定的高度可以被构建为由液晶延迟的处于设计波长的光波的整数倍。例如，如果设计波长是550纳米，并且液晶从关闭状态到打开状态具有从1.7到1.5的折射率改变，则延迟一个波长可能需要2.75微米（即0.550/（1.7-1.5）=2.75）的高度45。两个波长可能需要5.5微米的高度45等（参见下面表1中的示例性扩展表）。这个的一些变化可以适用，例如如果使用胆甾型（Cholesteric）液晶，光的寻常（ordinary）偏振的折射率与液晶的寻常折射率和非常（extraordinary）折射率的平均值之间的差将被被用作除波长的值。其它变化可以利用支撑液晶的基板材料的折射率作为折射率的一个值来减去液晶的折射率从而得出除设计波长的值。当液晶经受电场时，折射率可以改变到其上电状态和/或透镜的光学路径长度可以改变。当电场去除时，液晶可以回复到其未上电状态中的折射率和/或透镜的光学路径长度可以回复到其未上电状态中的长度。光学路径长度的这两个值之间的差别被称为光学路径差别或OPD。当使用本文中提供的示例性方法或可能的某个其它数学方法正确设计透镜时，透镜的OPD可以是整数倍乘以对应于光的设计波长除以OPD的商。因为利用这个设计规则设计透镜，所以随着环变得进一步远离中心，环的宽度可以变得更小。如图2中所示的，因为环40从中心进一步向外，所以环35比环40更宽。所有环可以具有相同的高度45。使用这个设计规则，可能存在对光焦度的量的限制，该光焦度可以在针对透镜的给定直径在每个特定高度被创建，使得环结构可以变得如此密集以至于它不再能够有效地起作用。随着环变得更加密集拥挤，斜坡50的角度可以增加，并且在某个点完全形成的环结构可能不再可以被制造为仍然遵守恒定高度设计规则。对这个问题的常规解决方案是使用更高高度的结构，但是这样做将增加功率需求并且减慢透镜切换速度。这将在后面的段落中更详细地解释。图3a示出在空气中使用的横截面中的示例性菲涅耳透镜。图3b示出在液晶环境中使用的菲涅耳类型透镜的示例性设计。锯齿样式的尖点和尖角被利用半径来倒圆。这可以允许液晶以更好的定向和更少的干扰驻留到凹部中，和/或可以允许把相位复位引入到顶点。图3c示出叠加在图3b的倒圆角轮廓上方的图3a的尖锐边缘轮廓以更好地图示两者之间的差别。为了清晰，该图仅放大轮廓的右侧。图4a示出了图3c中示出的两个轮廓的放大横截面。尺寸60和70示出了尖角环的面宽度，并且尺寸65和75示出了倒圆角环的面宽度。因为尖角面不具有施加到其边缘的任何倒圆，所以它们在长度上大于倒圆角环。在倒圆环更靠近透镜本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统，包括：衍射第一电活性透镜，包括菲涅耳结构，菲涅耳结构包括：由第一多个同心环限定的第一区域，来自所述第一多个环中的每个环由第一最大径向横截面高度限定；和由第二多个同心环限定的第二区域，来自所述第二多个环中的每个环由第二最大径向横截面高度限定；所述第一最大径向横截面高度不同于所述第二最大径向横截面高度。

【技术特征摘要】
2012.02.27 US 61/6036151.一种系统，包括：衍射第一电活性透镜，包括菲涅耳结构，菲涅耳结构包括：由第一多个同心环限定的第一区域，来自所...

【专利技术属性】
技术研发人员：A范霍伊滕，
申请(专利权)人：E视觉智能光学公司，
类型：发明
国别省市：美国,US