[发明专利]具有多个深度衍射结构的电活性透镜

说明书

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（optical power），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。