專利名稱：液晶透鏡中的圖像穩(wěn)定和位移的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液晶透鏡裝置。
背景技術(shù)：
在例如2009年12月23日公開的、共同擁有的PCT專利申請W02009/153764中描述了可調(diào)液晶透鏡，其中可調(diào)液晶透鏡使用頻率依賴材料(frequency dependentmaterial)(如其中所定義的)在液晶單元(liquid crystal cell)中使電場和相應(yīng)的折射率梯度成形，適于制造透鏡。在Ye 等人發(fā)表在 Optics Comunications, 259 (2006) 710-722 的題目為 “Liquidcrystal lens with focus movable in focal plane”的文章中公開了一種液晶透鏡，其中通過控制對四段式孔狀構(gòu)圖電極(hole-patterned electrode)的每個象限(quadrant)施 加的控制信號的相對振幅，透鏡的光軸是可移動的。透鏡布置使用平面電極下面的分段式電極，這兩個電極都被饋以控制信號，以將電場限定為相對于底部平面電極而對上平面電極和下分段式電極施加的固定頻率控制信號的相對振幅的函數(shù)。演示改變相對振幅的效果的試驗結(jié)果示出液晶透鏡的光軸的位移或變化?？烧{(diào)液晶(LC)光學(xué)裝置，如透鏡，配合均勻的電控場或磁控場來操作，且大部分是使用空間調(diào)制場。使用電場，一些現(xiàn)有技術(shù)被用于空間調(diào)制電場?？臻g不均勻介電層已用于衰減電場，以提供期望的空間分布。電極已經(jīng)被成形為球狀以提供期望的電場空間分布?？臻g調(diào)制電場的另一種方法是使用平面電極，該平面電極的阻抗特性使得當(dāng)將交流驅(qū)動電流供給該電極時，該電極上的電壓降導(dǎo)致空間調(diào)制電場。如圖I所示，一種常規(guī)LC單元通過如下制得將液晶102夾在兩個基板104、106之間，每個所述基板首先被透明電極108、110涂覆，所述透明電極可以為例如銦錫氧化物(ITO)的材料層，然后每個所述基板被聚合物層112 (通常為聚酰亞胺)涂覆，且所述聚合物層112在預(yù)定方向上被摩擦以在基態(tài)(ground state)下，即，沒有控制電場的情況下使得LC分子對準(zhǔn)。對兩個ITO層的電壓施加產(chǎn)生均勻的電場和相對應(yīng)的均勻LC分子再取向(reorientation),這相應(yīng)地提供穿過LC層的均勻折射率分布。在這樣的裝置中，在縱向上的分子折射率不同于橫向方向上的分子折射率。圖2示出現(xiàn)有技術(shù)的LC單元配置，其中，使用在高電阻率材料的盤形區(qū)205周圍的低電阻率的孔狀構(gòu)圖的電極環(huán)204來產(chǎn)生電場梯度。該幾何形狀(geometry)的優(yōu)勢在于非常薄(此為關(guān)鍵需求，例如，對于蜂窩電話應(yīng)用而言)和僅使用兩個電極(因此僅使用一個電壓控制驅(qū)動信號)。然而，產(chǎn)生具有高光學(xué)透明度的高電阻率材料的所需厚度和產(chǎn)生具有良好均勻度的LC單元是困難的，且該制造方法通常具有低產(chǎn)率。不同透鏡將具有稍微不同的電極電阻，結(jié)合所要求的控制也與精確的單元厚度非常相關(guān)這個事實，意味著需要分別校正每一個單獨的透鏡。另外，模態(tài)透鏡(modal lens)的最小直徑限于約2毫米-在該尺寸之下，該ITO層所需的電阻率超過ΙΟΜΩ/sq。最后，這樣的(所謂的“模態(tài)控制”)透鏡必須總是為正的或者負(fù)的。無法在發(fā)散和收斂透鏡之間進(jìn)行切換。
圖3示出另一個現(xiàn)有技術(shù)的產(chǎn)生電場梯度的LC單元配置，使用三個不同電極304、305,307 (這三個電極中的兩個位于形成在相同平面上的孔間圖案中)和兩個電壓V1、V2以及額外不同的弱導(dǎo)電層(WCL) 306。該外部孔狀構(gòu)圖的電極304 (其上施加有電壓VI)的作用是產(chǎn)生類透鏡的電場分布，而該中心盤形電極305 (其上施加有電壓V2)的作用是(避免)降低向錯(disclination)和控制梯度值(例如消除該透鏡)。WCL 306的作用是減弱(soften)由Vl所產(chǎn)生的分布，并且使得該透鏡的整體厚度減小。然而，該頂部電極的復(fù)雜構(gòu)圖、使用兩個不同電壓的必需性、以及分離的WCL使得難以制造且妨礙該方法的實際使用。例如，使用該方法以建立偏振獨立的透鏡將會需要使用6至7片厚玻璃元件(glasselement),這是困難的工作。

發(fā)明內(nèi)容
所提出的方案的一個目標(biāo)是提供對可調(diào)液晶透鏡的焦點移動的改善的(高效的)控制。
已發(fā)現(xiàn)，可使用分段式電極提供對使用頻率依賴材料而產(chǎn)生的電場的改善的(高效的)控制以控制所產(chǎn)生的透鏡的焦點移動。已發(fā)現(xiàn)，可通過使用可控制的熱源影響電場調(diào)制和液晶中的至少一者來使液晶透鏡的光軸移動。已發(fā)現(xiàn)，可使用可控制的壓力源影響(作用于)液晶透鏡結(jié)構(gòu)的基板來使液晶透鏡的光軸移動。合適的壓力源可以是壓電或是由熱源致動的充以流體的(fluid-filled)單
J Li ο移動或改變在用于攝像機(jī)(camera)的透鏡布置的透鏡形成部件中的光軸對于圖像穩(wěn)定很有用，例如補償攝像機(jī)振動、圖像或透鏡位置調(diào)整以提供與其他透鏡元件的對準(zhǔn)、有角度地調(diào)整透鏡(俯仰和轉(zhuǎn)向(pitch and turn) /搖擺和傾斜(pan and tilt)),并提供圖像移動以使用預(yù)估(discreet)像素成像傳感器而實現(xiàn)亞像素(sub-pixel)成像。因此，根據(jù)給定的應(yīng)用的需要，光軸調(diào)整機(jī)制(mechanism)可以被一次性設(shè)置、在圖像獲取(image acqui s i t ion )前被調(diào)整或在圖像獲取期間被動態(tài)調(diào)整。在動態(tài)控制的情況下,可使用加速度傳感器或通過分析所獲取的圖像來實現(xiàn)光軸調(diào)整以確定攝像機(jī)移動。根據(jù)所提出的方案，提供一種可變光學(xué)裝置，其用于控制通過其的光傳播，其中，該裝置使用頻率依賴材料和產(chǎn)生具有多個不同頻率的驅(qū)動信號的電信號發(fā)生器。該裝置包括液晶(LC)層，光通過該LC層，且該LC層控制光傳播。還提供一種電極系統(tǒng)，該電極系統(tǒng)被連接至電信號發(fā)生器，并且被設(shè)置成用于產(chǎn)生作用于該LC層的電場以改變其光學(xué)特性。該電信號發(fā)生器產(chǎn)生具有多個不同頻率的驅(qū)動信號，并且將該驅(qū)動信號供應(yīng)至電極系統(tǒng)，以產(chǎn)生電場。該頻率依賴材料位于該裝置中，使得該頻率依賴材料與電場相互作用。該頻率依賴材料具有依賴于對其施加的驅(qū)動信號的頻率的電荷遷移率，使得可變電場空間分布被提供為隨著該驅(qū)動信號頻率而變化，空間調(diào)制電場被用于改變該LC層的特性。在此使用“電荷遷移率”而不是“電導(dǎo)率”，來描述該頻率依賴材料的特性。在低頻率下，一些頻率依賴材料呈現(xiàn)高電荷遷移率，因為電荷在該頻率依賴材料中流動的時間較長。類似地，在較高頻率下，在每一個正或負(fù)循環(huán)中可獲得電位的時間較短，導(dǎo)致低電荷遷移率。因此，使用“電荷遷移率”來表示在所施加的交替電信號的約束下電荷在頻率依賴材料中流動的整體能力。
在一些實施例中，該電極系統(tǒng)包括固定導(dǎo)體電極，該固定導(dǎo)體電極被連接至該頻率依賴材料的體。該電場可具有基本由該固定導(dǎo)體電極限定的部分，以及由該頻率依賴材料限定的部分電場也可基本由該頻率依賴材料限定。該電極系統(tǒng)可具有這樣的固定導(dǎo)體電極該固定導(dǎo)體電極的電場通過未被連接至該固定導(dǎo)體電極的頻率依賴材料的體而成形(shape)。在一些實施例中，可使用具有基本平坦的層幾何形狀的元件制作該電極系統(tǒng)。該電極系統(tǒng)也可以基本上為光學(xué)隱藏的，因此不會干擾通過該光學(xué)裝置的光的傳播。在一些實施例中，該電極系統(tǒng)可包括與頻率依賴材料的層接觸的構(gòu)圖的電極。在一些實施例中，該裝置是可調(diào)焦透鏡。該透鏡可以是折射的或衍射的。
在一些實施例中，該裝置包括可變頻率控制信號電路，該電路被配置為使得該裝置根據(jù)控制信號頻率而控制光的傳播。頻率依賴材料和不同頻率的驅(qū)動信號的使用允許該光學(xué)裝置的各種不同實施例。一些變體的實例是電極的數(shù)量、形狀和配置、不同頻率依賴材料的數(shù)量以及其相對于電極和彼此的位置、不同驅(qū)動信號頻率和電壓的施加、以及額外的材料在該光學(xué)裝置結(jié)構(gòu)中的使用。在一個實施例中，該驅(qū)動信號包括單頻信號，其中，該頻率用于改變該裝置的光學(xué)特性。這可被實現(xiàn)而不需驅(qū)動信號電壓振幅的任何顯著變化，或者也可包括信號振幅的改變。在另一實施例中，將不同頻率的多個驅(qū)動信號分量混合在一起并同時施加以產(chǎn)生與該頻率依賴層的特定相互作用，并且相應(yīng)地產(chǎn)生所期望的電場分布。根據(jù)所提出的方案，結(jié)合不同驅(qū)動信號頻率而使用頻率依賴材料，以改變該光學(xué)裝置中的有效電極結(jié)構(gòu)。該電極結(jié)構(gòu)確定電場分布，而該電場分布又確定該LC層的光學(xué)特性?？蓪⒃擃l率依賴材料選擇為在不同頻率下呈現(xiàn)不同的電荷遷移率，以便在不同頻率下，該頻率依賴材料可以選擇性地(可控地)表現(xiàn)為導(dǎo)電材料或者是不導(dǎo)電材料。對于該頻率依賴材料表現(xiàn)為導(dǎo)體(高電荷遷移率)的頻率，該頻率依賴材料可產(chǎn)生與所述固定電極中的一個不同地定位的有效電極結(jié)構(gòu)。然而，對于該頻率依賴材料中電荷遷移率相對低的頻率，該頻率依賴材料不表現(xiàn)為導(dǎo)體，且有效電極結(jié)構(gòu)由固定電極的實際位置確定。因此，通過適當(dāng)定位頻率依賴材料以及選擇不同的驅(qū)動頻率，可以改變有效導(dǎo)體配置，并且可以動態(tài)地改變LC層的光學(xué)特性。在一組實施例中，頻率依賴材料與構(gòu)圖的電極結(jié)合使用，該構(gòu)圖的電極(在沒有不同電極結(jié)構(gòu)的情形下)會產(chǎn)生在空間中不均勻的電場。這樣的結(jié)構(gòu)可用于在LC層中通過空間調(diào)制電場所造成的LC分子的非均勻再取向而產(chǎn)生特定特性(如透鏡結(jié)構(gòu))。然而，在這樣的實施例中，也可期望產(chǎn)生在空間中均勻的電場，以便提供所有LC分子的初始共同對準(zhǔn)傾向(例如避免向錯)。在所提出的方案的該實施例中，可將該頻率依賴材料的位置設(shè)置為使得當(dāng)選定在該頻率依賴材料中提供高度電荷遷移率(使得電荷能夠行進(jìn)較遠(yuǎn)的距離)的驅(qū)動信號的頻率時，產(chǎn)生有效電極結(jié)構(gòu)，該有效電極結(jié)構(gòu)使得該電場的空間分布成為基本均勻的分布。例如，該構(gòu)圖的電極可為環(huán)形電極，且用該頻率依賴材料填充該電極的中心空間。在此種情況中，施加第一頻率(例如相對高的頻率)的驅(qū)動信號，其使得頻率依賴材料中的電荷遷移率很小(即，電荷行進(jìn)相對短的距離)，導(dǎo)致電極表面有有限的(或沒有)有效延伸。由該構(gòu)圖的電極的環(huán)形電極結(jié)構(gòu)產(chǎn)生非均勻的(空間調(diào)制)電場，且該空間調(diào)制電場被施加到LC層。然而，施加使頻率依賴材料具有相對高的電荷遷移率的量的相對低的頻率，這使得頻率依賴材料表現(xiàn)為環(huán)形電極的延伸，且該有效電極結(jié)構(gòu)變?yōu)榛旧掀矫娴?。因此，所產(chǎn)生的電場是(實質(zhì)上)基本上均勻的。在前述實施例中，可將其他形狀用于固定構(gòu)圖的電極，如在2009年12月23日提交的共同指定的美國臨時專利申請61/289，985中所描述的，通過引用將其并入本文中。在所提出的方案的另一實施例中，該可變光學(xué)裝置包括位于兩個LC層之間的中心層，該中心層包括頻率依賴材料和固定電極(如孔狀構(gòu)圖的電極)的特定幾何形狀布置，且通過以對稱方式成形每一個LC層所見的電場而用作梯度控制層。每個液晶層可具有基態(tài)中的LC分子取向的不同方向。驅(qū)動信號被施加給的電極分別位于每個LC層附近，離開中心層的那側(cè)。電場成形依賴于該驅(qū)動信號的頻率，且該驅(qū)動信號的頻率確定在共同頻率依賴層中的電荷遷移率的程度。在對應(yīng)于低電荷遷移率的頻率下，該梯度控制層根據(jù)該固 定中心層電極的形狀來使該電場成形。然而，在對應(yīng)于高電荷遷移率的頻率下，該頻率依賴層產(chǎn)生有效電極表面，且該梯度控制層根據(jù)從該固定電極和該頻率依賴層共同造成的該中心層的整體電極幾何形狀來使該電場成形。在本發(fā)明的另一實施例中，該光學(xué)裝置具有在特定頻率下具有不同電荷遷移率的量的多種頻率依賴材料?？梢詫⑦@些材料以特定幾何配置而被設(shè)置在一起，以產(chǎn)生可動態(tài)調(diào)節(jié)的有效電極結(jié)構(gòu)形狀。例如，可將兩種頻率依賴材料設(shè)置在共同層中，其中一種材料具有類透鏡(透鏡狀)的形狀并且被另一種材料圍繞。通過將該共同的頻率依賴材料層和LC層一起設(shè)置在兩個平面電極之間，可通過改變該驅(qū)動信號電壓的頻率來改變電場分布，并且從而改變該有效電極結(jié)構(gòu)是否采納由該頻率依賴材料所產(chǎn)生的形狀，例如可能沿著該兩種材料之間的邊緣而產(chǎn)生。如果需要，為了更好的光學(xué)效率，不同的材料(未必都是頻率依賴的)也可被設(shè)置為使得表面垂直于該光學(xué)裝置的光軸。而且，也可將不導(dǎo)電材料與其它材料一起使用，以構(gòu)成所期望的有效電極形狀。所提出的方案的另一變體使用具有頻率依賴電荷遷移率的頻率依賴層，且該頻率依賴電荷遷移率沿著通過該層的梯度變化。因此，相比于該層的另一部分，該層的一部分呈現(xiàn)更高程度的電荷遷移率以響應(yīng)第一頻率。因此，對該裝置施加的驅(qū)動信號的頻率的調(diào)整改變(選擇)表現(xiàn)為導(dǎo)體的梯度層的部分。因此，該梯度層中的梯度形狀可用于產(chǎn)生隨著改變驅(qū)動信號頻率而變化的有效電極形狀。這種類型的梯度層也可與不同的固定電極結(jié)構(gòu)(包括構(gòu)圖的電極)組合以產(chǎn)生更復(fù)雜的有效電極形狀。所述頻率依賴材料可由各種不同的可能材料所組成。在一個實施例中，該材料是可熱聚合的導(dǎo)電材料，而在另一實施例中，該材料是可光聚合的導(dǎo)電材料。其它可能性包括真空(或者，例如，溶膠-凝膠)沉積的薄膜、高介電常數(shù)液體、電解質(zhì)凝膠、導(dǎo)電離子液體、電子傳導(dǎo)聚合物或具有電子傳導(dǎo)納米顆粒的材料。該頻率依賴材料使用的特征是頻率依賴的電荷遷移率。當(dāng)該頻率依賴材料是可熱聚合或可光聚合的導(dǎo)電材料時，該材料可包括具有至少一個烯鍵式(ethylenically)不飽和雙鍵的可聚合單體化合物；為紫外_可見光(UV-Vis)、近紅外光(NIR)敏感或者是熱敏分子的組合的引發(fā)劑(initiator);用于改變混合物的介電常數(shù)的添加劑，其中，該添加劑選自有機(jī)離子化合物和無機(jī)離子化合物；以及，用于改變混合物的粘性的填料。該材料也可包括選自如下的粘合劑對紫外-可見光敏感的粘合劑、對近紅外光敏感的粘合劑及使用熱引發(fā)劑而聚合的粘合劑。也可包括光學(xué)彈性體(optical elastomer)。當(dāng)頻率依賴材料是高介電常數(shù)液體時，其可包括在相對低頻率下具有在2. O和180. O之間的ε (epsilon)的透明液體材料，其允許電荷以頻率依賴的方式移動。當(dāng)該頻率依賴材料是電解質(zhì)凝膠材料時，其可包括聚合物材料；離子組合物；以及離子遷移體(ion transporter)。當(dāng)該頻率依賴材料是導(dǎo)電離子液體時,其可包括選自如下的離子物種(species)氯酸鹽、過氯酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽以及碳酸鹽。
所提出的方案的各個實施例還包括信號頻率可變的驅(qū)動信號。驅(qū)動信號發(fā)生器可輸出可改變頻率的單個頻率驅(qū)動信號、作為不同頻率的不同單獨驅(qū)動信號分量的混合(合成(combination))的驅(qū)動信號、或者是頻率成分(frequency content)可變的某種其它驅(qū)動信號形式。在一個實施例中，該驅(qū)動信號發(fā)生器產(chǎn)生填充系數(shù)(filling factor)可以改變的脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動信號。在這樣的情況中，可改變該填充系數(shù)以改變該組合的驅(qū)動信號的高頻率成分的量。在另一實施例中，該驅(qū)動信號發(fā)生器在其基模(basic mode)中或者在通過第二頻率的信號分量調(diào)制第一頻率的驅(qū)動信號分量的模式中產(chǎn)生振幅調(diào)制驅(qū)動信號。在又一實施例中，該驅(qū)動信號發(fā)生器產(chǎn)生作為若干個不同的單獨驅(qū)動信號分量的合成的驅(qū)動信號，所述不同單獨驅(qū)動信號分量具有預(yù)定的相對頻率和振幅?？煽紤]特定應(yīng)用的頻率依賴層配置和特定電極來進(jìn)行對適當(dāng)驅(qū)動信號的選擇。在所提出的方案的特定組的實施例中，使用這樣的電極結(jié)構(gòu)(系統(tǒng))，該電極結(jié)構(gòu)(系統(tǒng))包括具有非平坦幾何形狀的固定導(dǎo)體電極。替代非平坦固定電極或者與非平坦固定電極組合地，也可使用具有非平坦幾何形狀的頻率依賴材料。將此實施例中的結(jié)構(gòu)配置可以變化，并且可包括這樣的固定導(dǎo)體電極，該固定導(dǎo)體電極包括被涂覆在類透鏡(透鏡狀)的聚合物結(jié)構(gòu)的頂上的彎曲導(dǎo)電材料層。在另一實施例中，該固定導(dǎo)體電極是被涂覆在平坦孔徑(flat-aperture)聚合物結(jié)構(gòu)的頂上的多級(multi-level)平坦表面導(dǎo)電材料層。該頻率依賴材料也可為位于LC層與固定導(dǎo)體電極之間的平坦材料層。在一個變體中，平坦表面的聚合物結(jié)構(gòu)可由具有相對且匹配彎曲表面的一對類透鏡的聚合物結(jié)構(gòu)形成。該彎曲的頻率依賴材料層也可包括將所述匹配彎曲表面附接在一起的光學(xué)透明粘膠層。在所提出的方案的再一實施例中，可變光學(xué)裝置包括本身具有頻率依賴電荷遷移率的LC層。在此實施例的一個版本中，當(dāng)該LC層本身的電荷遷移率程度隨著驅(qū)動頻率改變而改變時，外部的頻率依賴材料不是必需的。因此，與該LC層相互作用的電場的空間分布可為頻率依賴的，導(dǎo)致可通過改變該驅(qū)動信號的頻率成分而改變該LC層的光學(xué)特性。在此實施例的一個版本中，該電極結(jié)構(gòu)(組件)產(chǎn)生在空間中非均勻的電場，且當(dāng)產(chǎn)生在該LC層中導(dǎo)致高度電荷遷移率的頻率時，可將該電場改變成在空間中較均勻的電場。在另一個變體中，該電極結(jié)構(gòu)(系統(tǒng))包括在該電極的中心區(qū)中具有光學(xué)透明材料的孔狀構(gòu)圖的電極。本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解，可將本文中所描述的各種原理和實施例混合和匹配，以產(chǎn)生具有各種電場產(chǎn)生特性的光學(xué)裝置。不同形狀和配置的電極、不同類型、形狀及位置的頻率依賴材料、不同驅(qū)動信號發(fā)生器、以及包括本文中所描述的變體均可組合使用，以產(chǎn)生具有特定特性的光學(xué)裝置。所述裝置也可為頻率控制的、電壓控制的，或者是兩者的組合。例如，可使用具有低角度預(yù)傾(pre-tilt)對準(zhǔn)層的LC層，并且可施加使得有效電極結(jié)構(gòu)均勻的第一頻率。在此頻率下，可然后將電壓增至使所有LC分子都在均勻傾斜下具有初始再取向的水平?？扇缓蟾淖冊撾妷旱念l率以改變有效電壓結(jié)構(gòu)，并且將非均勻性引入該電場，以便改變液晶的光學(xué)特性(例如形成透鏡結(jié)構(gòu))。通過在引入電場非均勻性前對液晶施加初始均勻電場強度，可最小化(避免)該LC層中的向錯。也可施加驅(qū)動信號，以防止所述液晶分子保持在基態(tài)附近，從而降低光(圖像)像差。在另一實例中，可使用頻率控制以改變LC透鏡的光功率，但是在不同光功率下將驅(qū)動信號的電壓由一個水平切換至另一個水平，以改善透鏡的性能。也可使用許多其它類似的控制樣式。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)的可調(diào)液晶(LC)透鏡結(jié)構(gòu)的示意圖；
圖2為現(xiàn)有技術(shù)的具有孔狀構(gòu)圖的電極的可調(diào)LC透鏡結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3是現(xiàn)有技術(shù)的具有兩個元件頂部電極的可調(diào)LC透鏡結(jié)構(gòu)的示意圖；圖4是根據(jù)所提出的方案具有頻率依賴材料層和位于該層頂部附近的孔狀構(gòu)圖的頂部電極的可調(diào)LC透鏡結(jié)構(gòu)的示意圖；圖5是根據(jù)所提出的方案具有頻率依賴材料層和位于該層底部附近的孔狀構(gòu)圖的頂部電極的可調(diào)LC透鏡結(jié)構(gòu)的示意圖；圖6是示出根據(jù)所提出的方案當(dāng)使用具有相對高頻率的驅(qū)動信號時的圖4的配置的等電位面的圖示；圖7是示出根據(jù)所提出的方案當(dāng)使用具有相對低頻率的驅(qū)動信號時的圖4的配置的等電位面的圖示；圖8是示出根據(jù)所提出的方案當(dāng)使用具有相對高頻率的驅(qū)動信號時的圖5的配置的等電位面的圖示；圖9是示出根據(jù)所提出的方案當(dāng)使用具有相對低頻率的驅(qū)動信號時的圖5的配置的等電位面的圖示；圖IOA至IOE是示出根據(jù)所提出的方案類似于圖4的配置的可調(diào)透鏡效應(yīng)的示例圖像；圖IlA示出圖4的配置的光功率對RMS電壓的圖表實驗數(shù)據(jù)；圖IlB示出類似于圖4的配置的RMS像差對RMS電壓的圖表實驗數(shù)據(jù)；圖12A示出類似于圖4的配置的光功率對頻率的圖表實驗數(shù)據(jù)；圖12B示出類似于圖4的配置的光功率對頻率的圖表實驗數(shù)據(jù)以及對相同頻率范圍的像差的相應(yīng)表不;圖13A是根據(jù)所提出的方案的結(jié)構(gòu)的示意圖，其中，在兩個LC單元之間夾著梯度控制結(jié)構(gòu)，該梯度控制結(jié)構(gòu)具有孔狀構(gòu)圖的電極和頻率依賴材料；圖13B是用于控制光的兩個正交偏振的LC單元配置的示意圖；圖13C是類似于圖13B的LC單元配置但單個組合的可變電極結(jié)構(gòu)控制兩個LC單元的LC單元配置的示意圖13D是類似于圖13C的LC單元配置但其組合的可變電極結(jié)構(gòu)位于兩個取向交叉的LC單元之間的LC單元配置的示意圖；圖14為示出脈沖寬度調(diào)制信號的參數(shù)的圖示；圖15為示出脈沖寬度調(diào)制信號的頻域特性的圖示；圖16為示出以三個不同頻率驅(qū)動的LC透鏡的轉(zhuǎn)換函數(shù)(transfer function)(光功率對RMS電壓)的圖示；圖17為示出對于三個不同控制電壓的頻率可調(diào)LC透鏡的光功率對頻率的轉(zhuǎn)換函數(shù)的示意性圖示；圖18為具有頻率可調(diào)LC透鏡的攝像機(jī)系統(tǒng)的不意圖；圖19示例了現(xiàn)有技術(shù)的液晶透鏡設(shè)計，其使用均勻的平面上電極、放置在上電極 下方的分段式四分(four-quadrant)電極、以及位于液晶單元的底部上的底部均勻的平面電極；圖20A示例了可調(diào)液晶透鏡的側(cè)剖視圖，具有根據(jù)一個實施例的分段式頂部電極的插入頂視圖，其中頻率依賴材料位于分段式孔狀構(gòu)圖的電極之上；圖20B示例了可調(diào)液晶透鏡的側(cè)剖視圖，具有根據(jù)一個實施例的分段式頂部電極的插入頂視圖，其中頻率依賴材料位于分段式孔狀構(gòu)圖的電極的孔徑內(nèi)；圖20C示例了可調(diào)液晶透鏡的側(cè)剖視圖，具有根據(jù)一個實施例的分段式頂部電極的插入頂視圖，其中頻率依賴材料位于分段式孔狀構(gòu)圖的電極之下；圖21是示例了光束整形模式(optical beam shaping mode)的示意圖；圖22示例了實驗結(jié)果，其示出光功率隨對分段式電極的所有段施加的驅(qū)動信號的頻率的變化；圖23示例了實驗結(jié)果,其示出角光軸(angular optical axis)再取向；圖24A到24D示例了圖20A的實施例的液晶透鏡的使用分段式電極的光軸的位移的不同狀態(tài)的頂視圖；圖25示意性示例了對應(yīng)于圖21中示例的波前的LC層折射率分布；圖26示例了被配置為補償像散誤差的分段式電極TLC透鏡；圖27示例了被配置為補償彗形像差誤差的分段式電極TLC透鏡；圖28A到28E示例了提供在O度到45度之間傾斜的光軸的任意方向的四段孔狀構(gòu)圖的電極的準(zhǔn)靜態(tài)控制；圖29A示例了根據(jù)一個實施例的可調(diào)液晶透鏡的側(cè)剖視圖，其具有頂部孔狀構(gòu)圖的電極的插入圖，額外側(cè)電極被放置在頂部孔狀構(gòu)圖的電極之下；圖29B示例了根據(jù)一個實施例的可調(diào)液晶透鏡的側(cè)剖視圖，其具有頂部孔狀構(gòu)圖的電極的插入圖，額外側(cè)電極被放置在頂部孔狀構(gòu)圖的電極的周邊之外；圖30示例了根據(jù)一個實施例的可調(diào)液晶透鏡的側(cè)剖視圖，其具有頂部孔狀構(gòu)圖的電極的插入圖，額外的電阻式熱源被放置在頂部孔狀構(gòu)圖的電極之下；以及圖31示例了根據(jù)一個實施例的可調(diào)液晶透鏡的側(cè)剖視圖，其具有頂部孔狀構(gòu)圖的電極的插入圖，額外的壓電元件被放置在其拐角中液晶單元的基板之間。
具體實施方式
所提出的方案涉及可調(diào)液晶(LC)透鏡，其使用頻率依賴材料以通過頻率調(diào)節(jié)來改變施加的電場的空間分布。因此，對該透鏡的調(diào)節(jié)可以被頻率控制。所提出的方案的裝置可用于可調(diào)聚焦、衍射、偏轉(zhuǎn)(steering)等。所提出的方案的裝置還可用于控制固定的(LC)光學(xué)裝置。圖4示意地示例了使用具有頻率依賴特性的材料層506的可調(diào)LC透鏡。例如，此材料可為高介電常數(shù)材料，或者弱導(dǎo)電性材料，且為了簡潔起見，在下文中稱其為“頻率依賴材料”。就功能上而言，該材料具有允許通過該材料的有限度的電荷遷移率的特性，且電荷遷移率的程度依賴于施加至該裝置的電信號的頻率。因此，對于給定的頻率依賴材料而言，較低頻的電信號可在該材料中導(dǎo)致高程度的電荷移動(穿透/傳輸距離)，而較高頻的電信號導(dǎo)致較低程度的電荷遷移率。當(dāng)將該頻率依賴材料結(jié)合響應(yīng)于所施加的驅(qū)動信號而產(chǎn)生電場的電極結(jié)構(gòu)(對)一起使用時，電荷遷移率的程度確定電荷穿入該頻率依賴材料中的深度，且因此在電場形成的情況下確定了該材料的表現(xiàn)為像“良好”導(dǎo)電層的部分以及表現(xiàn)為像“劣”導(dǎo)體的部分。因此，利用高程度的電荷遷移率，頻率依賴材料的較大部分(段)將表現(xiàn)為導(dǎo)體，并且因而(表現(xiàn)為)用作附近電極的延伸。因而，在所提出的方案中使用該頻率依賴特性以產(chǎn)生可動態(tài)配置的有效電極表面，且可通過改變該驅(qū)動信號的頻率而改變該有 效電極表面。以此方式改變該有效電極分布會導(dǎo)致電極結(jié)構(gòu)的該兩個電極之間的電場分布(空間調(diào)制)的對應(yīng)改變。利用位于所述電極之間的LC層，可因此使用可動態(tài)改變的電場分布來動態(tài)地改變LC層的光學(xué)特性。再參照圖4，液晶單元(LCC) 520由夾在“取向”涂層522之間的LC材料層521所組成，且所述涂層522由諸如摩擦聚酰亞胺的材料所形成。該LCC 520的下表面包括由適當(dāng)材料(如銦錫氧化物(ITO))所形成的相對均勻的透明導(dǎo)電層(亦即，電極)523。(在該下表面上)提供基板524 (例如玻璃)，并且基板524支撐該透明導(dǎo)電層?？蛇x地，中間(緩沖)層525可被設(shè)置于該LCC的上表面上、最上取向涂層522的上方。根據(jù)所提出的方案，可調(diào)LC透鏡的梯度控制結(jié)構(gòu)502使用隱蔽電極以通過頻率調(diào)節(jié)來提供對電場的空間調(diào)制。梯度控制結(jié)構(gòu)502由孔狀構(gòu)圖的固定的導(dǎo)電電極圈504組成，其可選地可被做成光學(xué)透明的。在圖4中電極504位于頻率依賴材料層506的頂部，而圖5中的(分層結(jié)構(gòu))布置具有位于頻率依賴材料506的底部的電極504。該層506是在本文中也稱為隱藏電極的電極結(jié)構(gòu)的一部分。也可在梯度控制結(jié)構(gòu)502的上部中、在透明中心電極504和頻率依賴層506上方設(shè)置可選的覆蓋基板513 (例如玻璃)。如上所述，頻率依賴層506包括復(fù)介電材料，對于該材料，在不同頻率下由所施加的AC激勵驅(qū)動信號導(dǎo)致的電荷穿入深度將不同。對于不同頻率的不同電荷穿入深度(允許)通過使有效電極表面延伸(移動)而提供對電極結(jié)構(gòu)的重新配置(reconfiguration)。換言之，在一個頻率下的電荷穿入深度可產(chǎn)生有效的、或者“虛擬的”、在不同頻率下具有不同范圍(extent)的電極表面(B卩，有效電極表面處于不同的位置)。當(dāng)使用所述電極以產(chǎn)生施加至該LC層的電場時，可使用所述不同的有效電極表面，以改變該LC層所經(jīng)受的電場，并且因此改變其光學(xué)特性。因此，例如，由于可由施加至所述電極的頻率而控制LC單元的光學(xué)特性，所以可將可調(diào)LC透鏡制造成可頻率調(diào)節(jié)的。此外，該頻率調(diào)節(jié)可與電壓振幅無關(guān)，這是因為可以為不同頻率的激勵驅(qū)動信號使用基本上(實質(zhì)上)相同的RMS電壓來實現(xiàn)該調(diào)節(jié)。
再參照圖4，所示的透鏡可以不同的可能方式(regime)來操作。對于在頻率依賴層506中具有高電荷傳輸程度的控制驅(qū)動信號頻率而言，電極504和層506的組合將(一起)表現(xiàn)為均勻的“頂部”電極。也就是說，電荷向該層506的高程度穿入將產(chǎn)生出該電極504的“延伸”，且該有效電極將延伸跨過該層506的整個范圍(長度)，在該配置中，延伸跨過電極504的孔徑。由于底部電極結(jié)構(gòu)523也是平坦且均勻的，所以跨過該LC層的電場將基本上(大約)為均勻的，且所述LC分子將均勻地再取向(并且沒有取向缺陷(稱為向錯)，所述取向缺陷否則能夠影響通過改變孔狀構(gòu)圖的電極上的電壓振幅而再取向的LC結(jié)構(gòu))。相比之下，如果對通過層506的電荷傳輸相當(dāng)有限的電極施加頻率，則該有效頂部電極形狀將僅接近于該導(dǎo)電電極504的形狀，且所產(chǎn)生的跨過該LC層而產(chǎn)生的電場將為非均勻的(空間調(diào)制的)。在此實例中，該非均勻電場將集中圍繞孔構(gòu)圖的電極504，并且將以預(yù)定的方式改變LC層521的光學(xué)特性。由此可使用頻率控制來提供期望的光學(xué)調(diào)節(jié)。通過頻率調(diào)節(jié)代替實質(zhì)上電壓振幅調(diào)節(jié)，無論是為了功率消耗的目的或者是為了液晶調(diào)制的目的，都能夠使用更高效的電壓范圍。也可以使用頻率控制來提供對所述電極的有效形狀的動態(tài)控制的能力，并且因此提供對通過這些電極產(chǎn)生的電場的形狀的動態(tài)控 制能力。圖6和圖7示例了圖4的層疊結(jié)構(gòu)(layered structure)配置的對應(yīng)等電位面。如圖6所示，中頻/高頻驅(qū)動信號(在此情況中是20V下3kHz)的使用在產(chǎn)生特定電場(圖中示出為具有平滑的梯度)的頻率依賴層中產(chǎn)生中等的電荷穿透(移動)量。操作頻率范圍依賴于所使用的頻率依賴材料的參數(shù)。如圖7所示，較低頻的驅(qū)動信號(在此情況中是20V下100Hz)的使用在頻率依賴層中導(dǎo)致更多的電荷穿透(移動)。這使得電場分布變得平坦，相應(yīng)地引起LC層中均勻的指向矢(director)再取向(并且允許容易地避免取向錯誤，或稱作“向錯”)。這種電場分布還允許在低RMS電壓下“消除”該透鏡，而不需要傾向于降低主裝置性能或違反主裝置電壓限制的第三電極或者驅(qū)動信號電壓振幅改變至非常低(例如0伏特)或非常高(例如100伏特)的改變。所述平坦等電位面對應(yīng)于跨過該透鏡的直徑的平坦電場。另外，該“低”頻率范圍依賴于所使用的頻率依賴材料的參數(shù)。圖8和圖9示例了圖5的配置的對應(yīng)等電位面。圖8示出用于圖5的設(shè)置有具有25V下700Hz的頻率的驅(qū)動信號的層疊結(jié)構(gòu)布置的電場分布。該較高頻率驅(qū)動信號在頻率依賴材料中產(chǎn)生中等的電荷移動，導(dǎo)致具有平滑變化的空間可變電場分布，如圖所示。相比之下，低頻率驅(qū)動信號(例如25V下IOOHz)產(chǎn)生(相比較而言)相對平坦的電場空間分布，如圖9所示。圖IOA至圖IOE示例了對圖4所示的(單元)層疊結(jié)構(gòu)配置的可調(diào)LC透鏡(TLCL)的效應(yīng)的實驗示范。為了得到所示出的圖像，在兩個交叉的偏振器之間(以45度)放置具有單個液晶層的可調(diào)透鏡。圖IOA示范了在利用控制驅(qū)動信號激勵之前LC對準(zhǔn)的均勻分布。圖IOB示出了當(dāng)通過在較低激勵頻率下對電極施加的驅(qū)動信號激勵時的均勻LC分子取向分布。此低頻激勵所產(chǎn)生的均勻電場分布包括對應(yīng)的均勻LC分子取向分布而沒有透鏡效應(yīng)。驅(qū)動信號電壓振幅從OV (圖10A)增加至35V (圖10B)，這改變了液晶分子的取向，但是并未產(chǎn)生取向梯度，所以沒有透鏡效應(yīng)。圖IOC至圖IOE示出了透鏡在其中該頻率依賴材料層的電荷遷移率(介電常數(shù))為中等的驅(qū)動信號頻率下的操作。由此，在IOVems下的I. IMHz (圖10C),許多干涉條紋(interferential fringe)表明存在有梯度和對應(yīng)的透鏡效應(yīng)。將電壓增加至35Vkms (圖10D)，這局部地降低梯度且相應(yīng)地降低透鏡的光功率(較少的條紋)。如圖IOE所示，如果電壓相同但是將頻率降低至該頻率依賴層的電荷遷移率較高的點(接近圖IOB所示的情形)，可得到類似的光功率降低效應(yīng)。圖IlA和圖IlB示出了對于在振幅調(diào)制方式(固定頻率)下操作的圖4所示的單元配置，關(guān)于光功率與RMS像差分別地隨RMS電壓變化的實驗數(shù)據(jù)(Shack-Hartmann數(shù)據(jù))。在該實例中，將I. IMHz的驅(qū)動電壓施加至圖4示例的LC透鏡，且改變該驅(qū)動信號電壓的大小。圖IlA清楚地示出光功率的平滑改變，而圖IlB示范了在沒有任何額外的頻率調(diào)節(jié)的情況下使用簡單的電壓振幅控制而得到的優(yōu)良(很低的)像差水平。如圖所示，即使在9屈光度的光功率下，像差仍低于O. 18微米。然而，應(yīng)注意的是，通過增加電壓對該透鏡的“消除”不是高效的。即使V>70Vkms，仍有大約I. 5個屈光度的“剩余光功率”，使得頻率控制更具吸引力。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，示出所提出的方案的不同實施例的附圖(，例如圖4和圖5)是示意性的且不按照比例的。因此，雖然頻率依賴層被示出為與其它層相比較厚，但是實際上該頻率依賴層可以相當(dāng)薄，并且可被用于基于頻率依賴材料的位置而動態(tài)地產(chǎn)生有效 電極分布。電極的“延伸”也可在與該透鏡的光軸平行或者垂直的方向上或者同時在兩個方向上。因此，例如，在圖5的結(jié)構(gòu)中，在孔狀構(gòu)圖的電極504和平坦電極層523之間施加的驅(qū)動信號將在頻率依賴層506中沒有任何顯著的電荷遷移率的情況下產(chǎn)生出跨過該LC層521的非均勻電場，例如，向該LC層提供所期望的透鏡分布。然而，當(dāng)施加具有能夠使得在該頻率依賴層中存在顯著電荷遷移率量的頻率的驅(qū)動信號時，有效電極結(jié)構(gòu)基本上延伸進(jìn)入孔狀構(gòu)圖的電極的中心的“孔”區(qū)域中，因而產(chǎn)生在整個電極結(jié)構(gòu)內(nèi)平坦的有效電極。該孔狀構(gòu)圖的電極的“水平”延伸由于該結(jié)構(gòu)中的兩個均勻電極而將電場分布改變?yōu)榫鶆虻?。該均勻場在液晶分子上具有均勻的再取向效?yīng)，從而消除任何透鏡效應(yīng)。 在以上討論的較高頻率和較低頻率之間的頻率范園中，可將驅(qū)動信號的頻率調(diào)節(jié)為產(chǎn)生逐漸改變的LC層光學(xué)參數(shù)。這樣的實例是產(chǎn)生具有能夠通過改變驅(qū)動信號的頻率而使光功率在最小值與最大值之間變化的透鏡。現(xiàn)有技術(shù)中的可調(diào)LC透鏡使用具固定頻率的驅(qū)動信號，并且調(diào)節(jié)電壓水平以改變LC層的光學(xué)特性。因此，改變平坦電極和孔狀構(gòu)圖的電極(如圖4和圖5所示〉之間的電壓振幅能夠改變透鏡的光功率。然而，利用類似于現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的固定電極結(jié)構(gòu)不能進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)，且復(fù)雜的電場分布成形是不可能的。利用具有構(gòu)圖的電極的現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的另一個問題是“向錯”的效應(yīng)。在典型LC透鏡中，所有所述LC分子都具有共同的預(yù)傾角，使得所有LC分子在零電壓下對準(zhǔn)。當(dāng)使用對具有構(gòu)圖的電極的透鏡的電壓調(diào)節(jié)時，增加的電壓產(chǎn)生非均勻的電場線，這些不均勻的電場線使得一些LC分子與受到相同電場強度的其它LC分子不同地重新對準(zhǔn)。這些向錯在透鏡中引起像差，在將電壓降低回到用于提供所期望的光功率的適當(dāng)范圍之前，可通過利用消除該透鏡的非常高電壓的驅(qū)動信號對準(zhǔn)所有的分子來移除這些向錯。然而，根據(jù)所提出的方案，在如圖5的實施例中，較低頻率的激勵驅(qū)動信號的初始施加產(chǎn)生有效的均勻電極分布和對應(yīng)的電場分布。通過將電壓振幅升高至超過閾值電壓的水平，LC分子將以共同的角度取向而再取向(在此狀態(tài)下，光功率是零)。然后可增加該激勵驅(qū)動信號的頻率以降低該頻率依賴材料中的電荷遷移率。隨著頻率增加，該電場的非均勻分布發(fā)展，產(chǎn)生出所期望的透鏡效應(yīng)。由于所有的LC分子都通過超過閾值的低頻率驅(qū)動信號而被預(yù)對準(zhǔn)，所以當(dāng)弓I入透鏡分布時向錯不會持續(xù)(發(fā)生)。圖12A示出根據(jù)所提出的方案如何通過透鏡結(jié)構(gòu)實現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)的圖表實例。如上所述，雖然所示出的曲線延伸至零頻率，但向透鏡提供的初始驅(qū)動信號可處于低AC頻率，例如100Hz。在此頻率下，因為所有的LC分子實質(zhì)上都被共同對準(zhǔn)，所以光功率低。在不改變驅(qū)動信號的電壓的情況下，可以然后增加該信號的頻率，并且如圖所示，當(dāng)非均勻電場開始在LC層中發(fā)展出透鏡特性時，光功率增大。在該實例中，在約25kHz下達(dá)到最大光功率，在這之后，光功率開始再度降低。因此可看出如何使用頻率調(diào)節(jié)來代替或者附加到LC透鏡的電壓調(diào)節(jié)。圖12B與圖12A的相似之處在于，其示出了另一種頻率可調(diào)節(jié)的透鏡結(jié)構(gòu)，在此情況中是涵蓋較高的頻率范圍。然而，圖12B還示出在有效光功率范圍內(nèi)產(chǎn)生的非常低的RMS像差水平。在使用空間均勻的低角度預(yù)傾對準(zhǔn)層的梯度折射率液晶透鏡(GRIN)的情況中，液晶材料經(jīng)受在電場方向上從基態(tài)再取向直到所期望的最大再取向。當(dāng)相對于電場的預(yù)傾角度接近90度時，該場使LC分子再取向的能力最弱。因此，在一些可調(diào)GRIN光學(xué)裝置設(shè)計中 選擇避免了下述取向的液晶取向作為可調(diào)范圍是有利的在所述取向下，電場具有弱的液晶再取向能力。這可以如下實現(xiàn)施加均勻電場，該均勻電場導(dǎo)致液晶再取向遠(yuǎn)離基態(tài)，以由此具有新的、更易響應(yīng)的“基”態(tài)或基礎(chǔ)態(tài)，并且接著在該均勻電場的頂部上施加經(jīng)過調(diào)制的電場以形成透鏡或其它光學(xué)裝置?；蛘?，這可以如下實現(xiàn)由接近利用電場對準(zhǔn)的取向(最低的光功率)、和由基態(tài)方向上的均勻場對準(zhǔn)偏離的空間調(diào)制取向(較高的光功率)，產(chǎn)生折射率的改變。這避免了由電場和處于基態(tài)的液晶之間的弱相互作用引起的像差。因此，將理解，所提出的方案可以使用頻率依賴材料來形成這樣的合適電場。完整TLCL圖13A示例了使用隱藏電極經(jīng)由頻率調(diào)節(jié)提供對電場的空間調(diào)制的可調(diào)LC透鏡的另外的變體。在圖13A中，控制電場梯度的結(jié)構(gòu)是由固定電阻(優(yōu)選為低電阻)的孔狀構(gòu)圖的周邊電極1304所組成，而在該電極中心的中心盤形區(qū)域(在相同平面上)和環(huán)繞該平面的區(qū)域被頻率依賴材料1306填充。該梯度控制結(jié)構(gòu)(GCS) 1302被夾在在正交平面中具有指向矢(director) (LC的長分子軸的平均取向)的兩個LC單元1320a、1320b之間。例如，所述指向矢中的一個可能在XZ平面中，而第二指向矢可能在YZ平面中，該夾層的法線是Z軸。(在該實施例中，移除了傳統(tǒng)上所使用的LC單元“內(nèi)部”電極中的一個，以允許在該LC層中形成電場梯度。)該GCS 1302的位置可有利地用于組合該GCS的多種功能，例如電極、加熱器以及(頻率依賴材料的)薄層電阻(sheet resistance)、溫度傳感器、光學(xué)元件成型、光束偏轉(zhuǎn)、搖擺/傾斜、光學(xué)誤差補償、圖像穩(wěn)定等。加熱器和溫度傳感器可一起使用以幫助將該裝置的溫度維持在最佳水平。對電極1304的額外構(gòu)圖也可用于測量頻率依賴材料1306的諸如薄層電阻的電特性，其在電場分布的形成中起重要作用，且可能由于老化而隨著時間一部分一部分地改變。在本文中，該GCS可以以不同的形式制作，并且可以由特殊合金(例如Μο/Α1)制成以實施這樣的多個功能。在層疊結(jié)構(gòu)(組件)的中間設(shè)置提供對電場的空間調(diào)制的層具有這樣的優(yōu)點其平均地(equally)影響在調(diào)制層下方的層以及上方的層中的電場。通過在電極結(jié)構(gòu)中設(shè)置中間電極，電極之間的間隔將實質(zhì)上減半，且盡管需要同時驅(qū)動兩個電極單元，但是驅(qū)動信號變化和部分至部分的變化較不顯著。例如，可以理解，晶片級制造可包括用于建立圖13A中示例的完整TLCL層疊結(jié)構(gòu)的逐層沉積，且該晶片級制造可包括用于建立分離的半部(half)TLCL (單極)的逐層沉積，其中，兩個半部中的一個在被結(jié)合在另一個的頂上之前被倒裝并旋轉(zhuǎn)90度。在后一種情況中，構(gòu)圖的電極1302和1304可被(實施為)沉積在兩半部中的僅一個上或沉積在半層上(雙沉積)，在接合之后所述半層形成層1302/1304。對于雙沉積實施，很令人驚訝地發(fā)現(xiàn)在操作中，接合的弱導(dǎo)電體半層耦合且其電特性平均。耦合被至少部分地理解為是漸逝場耦合的結(jié)果。從該令人驚訝的耦合和特性平均產(chǎn)生轉(zhuǎn)換為大的制造改進(jìn)的優(yōu)點。例如，弱導(dǎo)電層的導(dǎo)電性的自然滲透區(qū)可變性導(dǎo)致低制造產(chǎn)率，但是雙層沉積實施提供了選擇半部TLCL對(混合和搭配)，當(dāng)被倒裝、轉(zhuǎn)動和接合時，所述半部TLCL對使得弱導(dǎo)電層具有在期望范圍內(nèi)的平均電特性。利用該實施例已獲得高制造產(chǎn)率。此外，對于利用圖5中半部TLCL的實施例，轉(zhuǎn)向倒裝和接合以構(gòu)造完整的TLCL導(dǎo)致在上孔狀構(gòu)圖電極和下孔狀構(gòu)圖電極之間夾入的組合的弱導(dǎo)電層。令人驚訝地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在操作中，分離的孔狀構(gòu)圖的電極耦合(通過組合的弱導(dǎo)電層)并在電學(xué)上看起來是一個電極。因此，已發(fā)現(xiàn)，鄰近的弱導(dǎo)電層和電極的組合有效地形成為并操作為單個弱導(dǎo)電層/電極結(jié)構(gòu)。
總而言之，在TLCL層疊結(jié)構(gòu)中不同的電極結(jié)構(gòu)布置是可能的，每種都具有優(yōu)點和缺點，其中在特定應(yīng)用中一些缺點可以是較不重要。圖13B和13C分別示例了兩種可能的配置，這兩種可能的配置將所提出的方案的新穎電極結(jié)構(gòu)與LC單元結(jié)合起來以處理光的s和P偏振。在圖13B的配置中，兩個液晶單元(LCCx和LCCy)沿交叉方向取向，以處理垂直的光偏振，且(控制電極結(jié)構(gòu))CVES位于LCC層的兩側(cè)。在該實例中，每個CVES層被用來控制LCC層的不同的一個?？紤]到電導(dǎo)率失配，雙重弱導(dǎo)電層的使用可能需要認(rèn)真考慮，且可能需要用于特定應(yīng)用。圖13C的備選配置是類似的，但是用僅僅一個電極結(jié)構(gòu)來控制兩個交叉取向的LCC。在這種情況下，頂部LCCx的底部平電極被取向為使得允許由頂部電極結(jié)構(gòu)和LCCy的底部平電極產(chǎn)生控制電場。還可以使用如圖13D示出的配置，其中CVES層適應(yīng)且位于最終裝置的中間(在兩個交叉取向的LC單元之間)。本文中討論的任何頻率依賴材料可被用在上述不同的LC透鏡配置中。這樣的材料具有可通過改變驅(qū)動頻率而變化的復(fù)介電常數(shù)(包括弱導(dǎo)電特性)。可根據(jù)所考慮的特定透鏡結(jié)構(gòu)而選擇材料的特定特性。應(yīng)注意，各種材料組成、各種LC層、各種電極、各種幾何形狀等可被用于制造上述LC透鏡而不脫離所要求保護(hù)的發(fā)明的范圍。讀者還應(yīng)理解，可使用本文中描述的LC透鏡來開發(fā)各種光學(xué)裝置。實例將理解，可使用逐層組裝，且優(yōu)選地以并行方式(同時組裝許多單元，被稱為“晶片級制造”)逐層組裝，來制造可調(diào)LC光學(xué)裝置，最終產(chǎn)品通過單化(singulation)而獲得，且可選地，將透鏡與操作軸(指向矢(director ))按交叉方向接合以對兩個正交光偏振聚焦。將通過非限定性的實例提供本發(fā)明的可變焦距平面(flat)折射透鏡的尺寸。將理解，所述尺寸可以根據(jù)設(shè)計選擇和材料選擇而大幅變化。覆蓋基板可以由厚度為50至100微米的玻璃制成。孔狀構(gòu)圖的電極可以由諸如鋁的不透明金屬制成，或者可以由透明的銦錫氧化物(ITO)制成。該電極的厚度可在10至50nm的范圍內(nèi)。頻率依賴材料可以由厚度為約IOnm的氧化鈦制成。氧化鈦具有隨著控制信號頻率而改變的半導(dǎo)體特性。頻率依賴介電(或復(fù)介電)材料可包括如下的各種材料。這樣的材料的必需特性為其可呈現(xiàn)出弱導(dǎo)電性，該弱導(dǎo)電性將提供隨控制信號的頻率變化的電荷遷移率。這允許對電場形狀的頻率調(diào)節(jié)以控制光學(xué)性能或光功率以及對LC光學(xué)裝置的開/關(guān)(on/off )操作的頻率調(diào)節(jié)。頂部和底部對準(zhǔn)層可以是厚度為約20至40nm的聚酰亞胺層，該聚酰亞胺層經(jīng)過摩擦以產(chǎn)生這樣的表面，所述表面誘導(dǎo)小預(yù)傾角的液晶基態(tài)對準(zhǔn)。例如，該液晶層的厚度可為5至30微米。這樣的具有空間調(diào)制的單個液晶層形成使光的單個線性偏振聚焦的梯度折射率透鏡。在圖13A的實施例中，在頂部基板上設(shè)置孔狀構(gòu)圖的電極1304和頻率依賴材料1306，且該電極在兩個LC層或者單元1320a和1320b之間共用(share)。將了解到，可以以該方式裝配兩層至四層的TLCL，其可具有約I至3mm的透鏡直徑和約460微米的厚度。該TLCL的光功率可大致為8至16個屈光度，這適用于大部分的攝像機(jī)應(yīng)用。一個TLCL可以提供可變聚焦，而兩個可提供變焦透鏡。在上述實施例中，TLCL的結(jié)構(gòu)基本上全部是平的(f Iat)，S卩，頻率依賴層、電極層(ΙΤ0等)、LC層等都是平的。電場成形是對電極層構(gòu)圖和頻率依賴層的復(fù)阻抗的任一者或 兩者的結(jié)果。但是，可以使用其他的結(jié)構(gòu)配置以提供電場成形。頻率依賴材料如上文中所提及的，所提出的方案提供適合用于可調(diào)光學(xué)裝置(例如本文中所描述的LC透鏡)中的頻率依賴材料的各種化學(xué)組成。本領(lǐng)域技術(shù)人員了解，這樣的材料也可用于其它頻率依賴光學(xué)應(yīng)用中，如光束偏轉(zhuǎn)裝置、快門等。為了經(jīng)由頻率調(diào)節(jié)而提供電場的空間調(diào)制，可將均勻或非均勻頻率依賴材料層合并入透鏡、光束偏轉(zhuǎn)裝置、和/或快門配置中。因此，調(diào)節(jié)可為頻率控制的。這樣的裝置可用于可調(diào)聚焦、衍射、偏轉(zhuǎn)等。對于以上所討論的不同LC透鏡配置，頻率依賴層由具有復(fù)介電常數(shù)的材料制成，其中，該復(fù)介電常數(shù)依賴于對系統(tǒng)電極施加的驅(qū)動頻率(包括弱導(dǎo)電特性)。根據(jù)非限定的實施例的實例，此材料可為可熱聚合或可光聚合的導(dǎo)電材料，其組成物可以包括以下成分(i)可聚合的單體(線性或環(huán)狀)化合物；(ii)引發(fā)劑(initiator);(iii)用于改變最終組成物的介電常數(shù)或電導(dǎo)率的添加劑；( i V )用于提高聚合物對玻璃表面的粘合性的粘合劑(該粘合劑可用作表面處理劑或被直接并入溶液中以提高粘合性)；以及(V)用于改變混合物的粘性的填料。在一個實例中，90(wt.)的丙烯酸異癸酯(SR256)與O. 3% (wt%)的Li+CL04-混合。接著添加3%的引發(fā)劑；2-羥基2-甲基1，I-苯基丙酮(Darocure 1173)，并且在室溫下小心地攪拌該混合物，以獲得均勻清澈的溶液。接著添加10%的量的ECA (2-乙基氰基丙烯酸酯)(單體總質(zhì)量的wt%)，并且在室溫和黑暗條件下小心地攪拌最終溶液達(dá)15分鐘。可通過將該材料暴露于強度為15mV/cm2的UV源下達(dá)三分鐘而聚合該混合物。在另一個實例中，為了制備該組成物的第一部分，將35% (Wt)的光學(xué)粘合劑0A9352HT2 (HT)與65%(wt.)的(2 (2-乙氧基乙氧基)丙烯酸酯單體)混合，并且在室溫下小心地攪拌該混合物，以獲得均勻清澈的溶液。接著添加10%的4-甲苯[4-(2-甲基丙基)苯基]-六氟磷酸酯(所述單體的總質(zhì)量的wt.);并且在室溫和黑暗條件下小心地攪拌該最終溶液達(dá)15分鐘。具有低ε (epsilon)或電導(dǎo)率的組成物的第二部分是與光學(xué)粘合劑(45%wt.的AT6001)混合的55%wt.的丙烯酸異癸酯(SR395)。在室溫和黑暗條件下小心地攪拌該溶液達(dá)15分鐘?？赏ㄟ^將該材料暴露于強度為15mV/cm2的UV源下達(dá)三分鐘而聚合該混合物。可選擇地，來自硅氧烷系列的光學(xué)彈性體可被包括在該可熱聚合或可光聚合的導(dǎo)電材料中，并且用作該組成物的低ε部分。此材料可分類為可熱固化的化合物(且可為一個或兩個部分的硅氧烷彈性體)。應(yīng)注意，各種材料組成物、各種LC層、各種電極、各種指向矢對準(zhǔn)、各種幾何形式等均可用于制造相同的光學(xué)裝置。也就是說，雖然允許對光學(xué)裝置的頻率調(diào)節(jié)的頻率依賴材料的使用對于每一個實施例來說都是共同的，但是本文中公開的材料和物理結(jié)構(gòu)的不同組合可用于特定應(yīng)用。已確定，具有復(fù)介電常數(shù)的材料的各種不同化學(xué)組成均可適用于上述頻率可調(diào)透鏡、光束偏轉(zhuǎn)裝置、和/或快門配置，其中，此材料可通過調(diào)制對所述電極施加的驅(qū)動頻率 而改變(包括弱導(dǎo)電特性)。根據(jù)所提出的方案的一個實施例，所述可聚合的單體化合物具有至少一個烯鍵式不飽和雙鍵，且具有包括描述導(dǎo)電性的虛部的復(fù)介電常數(shù)，且引發(fā)劑為紫外-可見光、近紅外光敏感或者熱敏分子的組合。一種特定引發(fā)劑化合物可包括，例如，混合的三芳基锍六氟銻酸鹽、六氟磷酸鹽、以及本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的任何其它適合的引發(fā)劑。優(yōu)選的引發(fā)劑化合物是4-甲基苯基[4- (2-甲基丙基)苯基]-六氟憐酸鹽。用于改變可熱聚合或可光聚合的導(dǎo)電材料的介電常數(shù)或電導(dǎo)率的添加劑可為有機(jī)離子化合物(例如混合在碳酸異丙烯酯中的碘鎮(zhèn)(4-甲基苯基)[4-(2-甲基丙基)苯基]-六氟磷酸鹽或者三芳基锍六氟銻酸鹽)、無機(jī)離子化合物(如Li+C104_、K+C104_等)、離子有機(jī)金屬化合物、或者上述的任何混合、以及本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的任何其它適合的添加劑。該粘合劑對紫外-可見光、近紅外光敏感，或者是使用熱引發(fā)劑來聚合且可用作表面處理劑的粘合劑，或者被直接引入該溶液以增加粘合性。在以上實例中，所述粘合劑為光學(xué)粘合劑0A9352HT2 (HT)，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將熟知其它適合的粘合劑。如上述實例中所討論的光學(xué)彈性體可選自與光學(xué)粘合劑(AT6001)混和的丙烯酸異癸酯(SR395)、以及本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的任何其它適合的光學(xué)彈性體。根據(jù)所提出的方案的另一實施例，所述頻率依賴材料為高介電常數(shù)液體，該高介電常數(shù)液體選自ε值介于2. O和180. O之間的能夠提供電荷遷移率的所有透明液體材料。優(yōu)選地，該高介電常數(shù)液體具有介于30. O和150. O之間的ε值。更優(yōu)選地，該高介電常數(shù)液體具有介于60. O和120. O之間的ε值。該液體可為純的，或者是以下物質(zhì)的混合物碳酸亞烴酯系列(例如分別具有67和111的ε的碳酸異丙烯酯(PC)或碳酸甘油酯(GC))、烷基、取代燒基、燒基擬基、燒氧擬基、芳基、取代芳基以及芳基擬基。另外，也可使用水、甘油以及水和有機(jī)或無機(jī)化合物(如甘油、堿性鹽或稀土堿性鹽)的混合物。一個特定實例是7%蒸餾水與93%甘油的混合物。在室溫下攪拌該溶液達(dá)15分鐘。根據(jù)所提出的方案的另一實施例，頻率依賴材料為電解質(zhì)凝膠，其包括聚合物材料(用作基體)、離子組成物、以及離子遷移體。一般而言，所有市面上可得到的可與該離子組成物和離子遷移體材料溶混的聚合物(如聚丙烯酸系、環(huán)氧材料、聚氨基甲酸酯、聚碳酸酯以及聚苯材料)可以用作聚合物基體。具有陰離子和陽離子的離子組成物可選自如下可溶解的堿性鹽或者稀有堿性鹽(如Li+、K+等)、有機(jī)化合物或有機(jī)金屬化合物。離子遷移體材料可為純液體(如碳酸異丙烯酯(PC)、碳酸亞乙酯(EC))或者是兩種或更多種液體的混合物或者是具有極性基(如醚基或苯氧基)的單體。該極性基可為側(cè)鏈或可并入聚合物的主鏈。例如(2(2-乙氧基乙氧基)乙基丙烯酸酯單體)，其中，該醚基是長側(cè)鏈并且用作離子遷移體。電解質(zhì)凝膠的實例可為溶解在80%的碳酸異丙烯酯(PC)中的10%wt.的PMMA。此溶液在室溫下攪拌過夜。接著，將10%wt.的Li+C104_添加至該溶液 并且在室溫下攪拌。最終的凝膠狀材料用作可調(diào)LC透鏡的高介電常數(shù)層部分。根據(jù)所提出的方案的另一實施例，頻率依賴材料可為導(dǎo)電離子液體。此材料被分類為不同的有機(jī)的、無機(jī)的或者有機(jī)金屬化合物，其具有例如如下的離子物種氯酸鹽、過氯酸鹽、硼酸鹽、磷酸鹽以及碳酸鹽。這樣的材料的特定且非限定的實例包括(I-丁基-3-甲基咪唑It -四氟硼酸酯)和(I- 丁基-3-甲基咪唑銷■六氟磷酸酯)。所述頻率依賴材料的再一實例是電子傳導(dǎo)聚合物。共軛聚合物的最重要的方面是其用作電子導(dǎo)體的能力。這些材料的范圍包括常規(guī)聚合物(例如聚噻吩、聚苯胺、聚吡咯、聚乙炔)，或者PEDOT (聚(3，4-亞乙基二氧噻吩))以及來自Clevios的PEDT，以及具有特殊化導(dǎo)電性質(zhì)的新聚合物(如低帶隙和固有導(dǎo)電的聚合物)。在納米顆粒環(huán)境中，材料可分散在水、有機(jī)溶劑、單體中。例如，分散在水中或分散在聚乙二醇二丙烯酸酯中的ATO((SnO2)ο.9(Sb2O5)ο.!),或粉末形式的納米顆粒，所述納米顆粒通過濺射被涂覆為基板上的薄層?；蛘咦鳛樘嫉耐禺愋误w的碳納米管(CNT)，其具有柱狀納米結(jié)構(gòu)。該材料可被用作被分散在水中或有機(jī)材料(如單體)中的納米顆粒。所述納米顆?？赏ㄟ^不同技術(shù)(例如旋涂工藝)沉積在玻璃表面上。用于制備頻率依賴層的另一種選擇是基于在玻璃基板表面上沉積作為薄膜的金屬氧化物。在此情況中，將金屬化合物沉積在玻璃的表面上，然后進(jìn)行氧化工藝。在該方法中，將金屬靶用于電子束、濺射或者熱蒸發(fā)工藝。例如，通過電子束技術(shù)制備的金屬氧化物化合物(如Sn02、Ti3O5, ZnS、ZnO2等)可用作頻率依賴部分。導(dǎo)電玻璃也可用作可調(diào)LC透鏡的頻率依賴部分。在該情況中，可將導(dǎo)電材料摻雜到玻璃(體)中，并且用作薄膜沉積技術(shù)(如電子束、濺射或者溶膠-凝膠方法等)中的靶。實例包括將鑰、銀或兩者的混合物直接摻入玻璃，并且用作用于薄膜沉積技術(shù)的導(dǎo)電玻璃靶。盡管Ti3O5 (氧化鈦)層可為約IOnm厚，但是提供某種離子傳導(dǎo)性的聚合物可以良好運作，雖然該聚合物的厚度范圍會在O. I至30微米的范圍內(nèi)。這種用于提供電場的空間調(diào)制的包括頻率依賴材料的“隱藏的且頻率受控的”電極的使用提供了非常多的光學(xué)透明材料的選擇。LC透鏡的這樣的配置也很簡單且對于制造而言是成本有效的，同時對物理參數(shù)的變化不敏感。最終，電導(dǎo)率的頻率依賴是額外的工具，這允許制造更厚的膜，并允許通過其電導(dǎo)率而控制電場空間分布。本領(lǐng)域技術(shù)人員也將意識到，特定的裝置可使用具有低的頻率依賴或沒有頻率依賴的材料，但其依然是對激勵信號的頻率“敏感的”。當(dāng)不同元件的組合提供依賴于頻率(諸如分布式RCL電子電路)的電場衰減(在橫剖面上)時，情況是這樣。驅(qū)動信號本文中使用的用于提供對相應(yīng)光學(xué)裝置的頻率依賴控制的特定材料可使用具有不同特性的各種不同驅(qū)動信號。這些信號特性包括頻率變化(頻率調(diào)制)，并且也可包括振幅(振幅調(diào)制)和占空比控制(脈沖寬度調(diào)制)。在下文中更詳細(xì)地討論了其中的一些實例。脈沖寬度調(diào)制提供頻率控制的一種方法是通過使用所謂的“脈沖寬度調(diào)制(PWM)”信號。圖14示例了 PWM信號的參數(shù)，即，振幅、周期、以及占空比或填充系數(shù)(“FF”)。如圖所示，PWM信號具有由總周期限定的特性，且脈沖的持續(xù)時間確定占空比。在圖15中示意地示出了 PWM信號的頻域特性，其指示對于不同填充系數(shù)的PWM波形的頻率成分。將理解，脈沖列包含對應(yīng)于波形周期的主頻。然而，作為該波形示范的傅立葉序列，較低振幅的較高頻率分量(frequency component)被包含在方波中。因此,雖然50%占空比的方波脈沖列的大部分 能量被包含在對應(yīng)于PWM信號周期的“中心”頻率中，但是仍然有一些能量承載于其它頻率中。圖15所示的“高FF”包絡(luò)線中所示的填充系數(shù)示范了此情形。在較低填充系數(shù)的情況中，PWM信號中的偏離中心頻率的能量的量較大。這對應(yīng)于在較高頻率中具有較多能量的較寬包絡(luò)線。在較高占空比的情況中，PWM信號中的偏離中心頻率的能量的量較小。作為實例，將PWM占空比由50%占空比降低至5%的改變將以從歸一化的I. O降低至O. I的量級改變RMS電壓，同時造成在較高頻率下能量的顯著增加。TLCL的控制可使用PWM，例如，在諸如用于蜂窩電話攝像機(jī)的透鏡的某些應(yīng)用中。PWM控制為這樣的TLCL提供某些優(yōu)點，并且可視為具有以下特性I)對于給定的“中心”頻率，例如，f = ，考慮到驅(qū)動信號的實際頻譜將顯著變寬，可將驅(qū)動“最大振幅”設(shè)定為使得在較低FF達(dá)到最大光功率。接著，僅僅增加FF將增加RMS電壓，并且因而降低光功率，但是該降低將不跟隨4的曲線(圖16)。事實上，由于FF的增加，驅(qū)動信號的頻譜成分(spectral content)將顯著地減少，因此，不僅僅因為該RMS電壓的增大，也因為高頻信號成分的減少，而使得光功率降低。這將允許使用較低的電壓而使得光功率更“快”地下降。2) 一旦對于給定的驅(qū)動頻率和FF而達(dá)到最大光功率，則可以減小驅(qū)動頻率，有效地從一個轉(zhuǎn)換函數(shù)改變至另一個轉(zhuǎn)換函數(shù)(如圖16中從改變至f2)。這有助于避免為使得透鏡的光功率達(dá)到最小值而需要高RMS電壓。3)也可使用組合的或同時的FF和頻率改變來實現(xiàn)光功率控制。所提出的方案涉及使用隱藏(彎曲)電極系統(tǒng)的可調(diào)LC透鏡，以經(jīng)由頻率調(diào)節(jié)來提供對電場的空間調(diào)制。從而，雖然對FF的調(diào)節(jié)也改變了驅(qū)動信號的相對頻率成分，但是對透鏡的調(diào)節(jié)可以為頻率控制的。從而，F(xiàn)F和頻率兩者都可被用于調(diào)節(jié)該透鏡。如上文中所提及，所提出的方案的裝置可用于各種不同的應(yīng)用，包括可調(diào)的聚焦、衍射、偏轉(zhuǎn)等。振幅調(diào)制相比于PWM模式，振幅調(diào)制(AM)模式也可用于在特定頻率下調(diào)制透鏡。圖16示意地示范了轉(zhuǎn)換函數(shù)，示出了在振幅調(diào)制模式中對于不同驅(qū)動頻率f\-f3的光功率隨RMS電壓的變化。不同的控制選項可在振幅調(diào)制模式(AM)和PWM模式兩者中具有所提出的TLCL。AM模式與PWM模式的不同之處在于，通過改變填充系數(shù)以確定信號的較高或較低頻率成分而使PWM信號依賴于對RMS振幅的控制。相比之下，AM模式使用具有100%填充系數(shù)的設(shè)定頻率信號，并且僅改變該信號的振幅。圖16中的不同曲線示出了對于不同的選定頻率，RMS電壓如何能夠用于改變TLCL的光功率。該表現(xiàn)對于例如圖33所示的透鏡是典型的。頻率調(diào)制圖17示出了對于不同的控制電壓振幅，頻率控制的透鏡如何表現(xiàn)(behave)。對于圖中所示的不同電壓振幅，頻率的增加對應(yīng)于透鏡的光功率的增加(并隨后減小)。然而，依賴于電壓，光功率可具有較高的最大值，且該最大值可發(fā)生在較高的頻率下。該表現(xiàn)對于例如圖5所示的透鏡是典型的。圖17是強調(diào)TLCL的頻率控制的特點的示意圖。圖17模擬了實驗結(jié)果，但是圖17在任何尺寸上不是成比例的。復(fù)頻率信號雖然在上文中具體討論了 PWM或AM信號，但是可使用簡單地承載于一個頻率上的驅(qū)動信號或者作為多個單獨頻率分量的合成的驅(qū)動信號。這樣的“復(fù)頻率”信號可例如為 不同頻率的單獨信號全部以預(yù)定比率(但是動態(tài)可變)混合在一起的合成。不同于PWM方法，復(fù)頻率信號并非排他地依賴于方波型信號形狀，且不使用填充系數(shù)調(diào)節(jié)以改變高頻和低頻成分的水平。在2009年12月23日提交的共同待決的共同受讓的美國臨時專利申請61/289,995中描述了采用復(fù)頻率信號的電場分布成形的實例，通過引用將其并入本文中?？刂菩盘柊l(fā)生器部件可以通過這樣的可變頻率控制信號電路來提供用于調(diào)節(jié)該光學(xué)裝置的控制信號，該可變頻率控制信號電路被配置為使得所述裝置根據(jù)控制驅(qū)動信號頻率而控制該裝置中的光傳播?？梢酝ㄟ^這樣的可變頻率控制信號電路來提供用于調(diào)節(jié)該光學(xué)裝置的控制信號，該可變頻率控制信號電路被配置為使得該裝置根據(jù)控制信號頻率而控制該裝置中的光傳播。作為實例，在圖18中，示意性地示出了具有與至少一個固定透鏡2504組合的LC透鏡2502的攝像機(jī)，以利用提供聚焦控制的LC透鏡2502來將圖像聚焦在圖像傳感器2506上。圖像被饋送至攝像機(jī)控制器2508，該攝像機(jī)控制器2508包括輸出所期望的焦點值的自動聚焦功能。電場控制器2510，典型地使用查找表(具有關(guān)于幾何形狀、材料、溫度、薄層電阻、攝像機(jī)等可能的/可選的信息)，將該焦點值轉(zhuǎn)換成電參數(shù)，在此情況中是所期望的填充系數(shù)。在不能僅通過在單個PWM波形振幅和周期的填充系數(shù)設(shè)定而實現(xiàn)調(diào)節(jié)的情況中，控制器2510可以調(diào)節(jié)PWM振幅設(shè)定和周期設(shè)定。PWM驅(qū)動電路2512本身可為常規(guī)PWM電路。本領(lǐng)域技術(shù)人員可了解，可使用在微控制器上執(zhí)行的微代碼來實現(xiàn)部件2508和2510，而部件2512可包括在該微控制器的控制下切換的電壓源以及也由該微控制器控制的脈沖寬度調(diào)制電路系統(tǒng)，以具有期望的頻率和占空比。在要控制頻率成分以減少較高頻率的存在的情況中，可以逐步降低PWM振幅，然后增加占空比以達(dá)到相同的RMS電壓作為機(jī)制，以避免產(chǎn)生使得電極系統(tǒng)或LC單元將以非期望方式對其作出響應(yīng)的較高頻率。參數(shù)液晶透鏡(parametricliquid crystal lens)已經(jīng)描述了頻率依賴材料在可調(diào)液晶透鏡(TLCL)中的使用，可以理解，上述描述涉及理想的制造條件和應(yīng)用，其中，該TLC透鏡可以以高度的準(zhǔn)確度和精度被定位。但是，從圖IOA到IOE很明顯,未加工的有效孔徑(raw usable aperture)可與層疊結(jié)構(gòu)中定義的很不一樣，例如，通過孔狀構(gòu)圖的電極結(jié)構(gòu)。例如，跨過孔狀構(gòu)圖的電極孔徑的TCL透鏡的均勻度可以比理論可能要小，包含TLC透鏡的光學(xué)組件的制造會在制造TLC透鏡本身時或在整個光學(xué)裝配中引入異常/像差。作為另一個例子，應(yīng)用本身需要圖像穩(wěn)定。需要解決至少這些情況。圖19示例了使用均勻平面上部電極、位于上部電極下面的分段式四象限電極以及位于液晶單元的底部的底部均勻平面電極的現(xiàn)有技術(shù)液晶透鏡設(shè)計。圖20A示例了根據(jù)提出的解決方案的實施例的可調(diào)液晶透鏡的側(cè)剖視圖，其具有分段式頂部電極的頂視插圖，其中，頻率依賴材料在分段式孔狀構(gòu)圖的電極上方。頻率依賴材料的定位可以在分段式電極頂部并覆蓋該分段式電極、在分段式電極的孔徑內(nèi)(見圖20B)或者在分段式電極的下面(見圖20C)。通過僅改變供給各段(segment)的共同(common)頻率控制驅(qū)動信號分量的電壓幅度，可以提供復(fù)合(complex)電場空間調(diào)制?；蛘?，可以通過改變供給各段的驅(qū)動信號分量的頻率而提供復(fù)合電場空間調(diào)制。上述具有頻率依賴材料的弱導(dǎo)電層的功能是基于 每個電極段而被使用的，以提供所有電極分段所貢獻(xiàn)的組合效果。即，頻率依賴層中的局域電荷滲透由每個電極段控制，以控制構(gòu)圖的電極在每個電極段的對應(yīng)近鄰(immediatevicinity)的范圍(extent),以使用對稱物理結(jié)構(gòu)的復(fù)合方式將所有電極段的組合范圍用來空間地調(diào)制電場。電場的復(fù)合空間調(diào)制反之通過LC層中的復(fù)合指向矢取向而將特定效果賦予入射光束，該LC層呈現(xiàn)跨過該LC層的復(fù)折射率分布。從最一般的意義來說，使得由LC層提供的光學(xué)元件在提供特定編程的折射率分布的意義上“改變形狀”?？捎秒S所期望的光學(xué)效果變化的所期望的對頻率的控制驅(qū)動信號和用于每個段的振幅來校正TLC透鏡?？蓪θ肷涔馐鴳?yīng)用各種效應(yīng)。本文中示例了穩(wěn)定狀態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)光效應(yīng)。不限制本發(fā)明，對于視頻/圖像獲取應(yīng)用，特定的頻率組和振幅驅(qū)動信號分量是有用的，且控制器可從校準(zhǔn)查找表調(diào)用校準(zhǔn)值。例如，在視頻/圖像獲取中使用光功率調(diào)整和光軸再取向，以提供聚焦功能并通過移動TLC透鏡的光軸來穩(wěn)定將被獲取的圖像，以補償攝像機(jī)運動(手持/振動環(huán)境)。對于圖像跟蹤應(yīng)用，使用光軸再取向以使得移動場景保持穩(wěn)定?？梢詤⒖紙D21來最佳地示例具有分段式電極和頻率依賴性弱導(dǎo)電層的這種TLC透鏡的操作，該圖21描述了在視頻/圖像獲取中典型地使用的光束成形模式。具有跨過TLCL孔徑的空間不變折射率分布的LC層不會在入射光束中引入差異變化(differentialchange),且平面相前(phase front)傳播而沒有變化。LC層與玻璃板非常類似地操作(忽略偏振效應(yīng))。具有跨過對稱透鏡狀孔徑的空間不變折射率分布的LC層使得入射平面相前聚焦。圖22示例了對所有的電極段施加的28V振幅驅(qū)動信號的隨著頻率的光功率變化。具有跨過線性變化的孔徑的空間變化折射率分布的LC層使得入射平面相前傾斜或搖擺(角光軸再取向)。圖23示例了用于具有I. 49mm可用光瞳(usable pupil)的I. 85mm直徑的環(huán)形電極的角光軸再取向。角光軸再取向的應(yīng)用包括光束偏轉(zhuǎn)?？赏ㄟ^使用相同的頻率依賴材料弱導(dǎo)電層和導(dǎo)致光軸位移的LC層在單個TLCL中傾斜/搖擺和聚焦，來提供組合的光束成形。圖24示例了使用分段式電極在光軸的不同位移狀態(tài)下圖20A的實施例的液晶透鏡的頂視圖。確定無疑地，施加到分段式電極的合成驅(qū)動信號包括頻率混合，其中具有合適電壓振幅的至少一個頻率被施加以在對圖像聚焦時提供光功率控制，且同時具有合適電壓振幅的另一個頻率被施加以在圖像穩(wěn)定化中提供光束偏轉(zhuǎn)。圖25示例了對于具有八個段的環(huán)形電極，與圖21中給出的波前對應(yīng)的LC層中的折射率分布。示出了段驅(qū)動信號分量的相對電極振幅的實例(V4=V5，V3=V6, V2=V7, V8=V1),為了簡化，相應(yīng)頻率被省略。重要的是需要再度強調(diào)可以將具有實施上述功能的頻率依賴弱導(dǎo)電層的TLC透鏡用于提供圖像穩(wěn)定化，例如，通過采用例如但不限于加速度計的合適反饋機(jī)制。圖像穩(wěn)定在手持應(yīng)用中以及振動環(huán)境中很重要。Bryan James > An drew Hodge和Aram Lindahl在于2009年6月5日提交的US20100309344中描述的現(xiàn)有技術(shù)提出了將多個圖像連續(xù)獲取到非常大的緩沖器中而不進(jìn)行圖像穩(wěn)定化，并且基于運動傳感器記錄(register)最少運動的圖像獲取時間而從后處理中取得的組選擇圖像。相比而言，根據(jù)本文中提出的方案使用有效(active)反饋機(jī)制和有效圖像穩(wěn)定化是通過快速TLCL響應(yīng)而實現(xiàn)的，并提供了圖像存儲的減少和非?？斓拇鎯σ蟆Ｔ谟?010年12月10日提交的共同待決、共同受讓的名稱為“快速可調(diào)液晶光學(xué)裝置及操作方法(Fast Tunable Liquid Crystal Optical Apparatus and Method of Operation)”的US 61/422，115中描述了使用上述弱導(dǎo)電層的快速TLCL，通過引用將其并入本文中。所提出的方案也可被應(yīng)用到制造，其中使用特定的驅(qū)動信號分量以使得具有頻率依賴弱導(dǎo)電層的分段式電極TLC透鏡補償制造/裝配缺陷，在這個意義上，這樣的分段式電極TLC透鏡可被理解為是參數(shù)(透鏡)光學(xué)元件。圖26示例了分段式電極TLC透鏡，其被配置為補償像散誤差。圖27示例了分段式電極TLC透鏡，其被配置為補償彗形像差誤差。彗形像差誤差與光軸位移的不同之處至少在于，修改后的波前并非聚焦在相同平面中的相同點處?？墒褂枚鄠€時間變化的(相移)驅(qū)動信號分量來提供進(jìn)一步的光學(xué)特性控制。例如，圖28A到28E示例了八段式孔狀構(gòu)圖電極(使用四個驅(qū)動信號分量)的準(zhǔn)靜態(tài)控制，其中光軸傾斜的任意方向被設(shè)置在O度到45度之間。多元件層疊結(jié)構(gòu)本發(fā)明不限于上述使用相同電極、頻率依賴弱導(dǎo)電層和LC層既實現(xiàn)透鏡功能也實現(xiàn)圖像穩(wěn)定化/誤差校正/偏轉(zhuǎn)/振動降低等的參數(shù)TLC透鏡。例如，可在層疊結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)電場的位移，而不使用分段式電極。例如，圖29A示例了可調(diào)液晶透鏡的側(cè)剖視圖，其具有頂部孔狀構(gòu)圖的電極的頂視插入圖，額外側(cè)電極被放置在頂部孔狀構(gòu)圖的電極之下。在該實施例中，頻率被施加到側(cè)電極(lateral electrode)或邊電極(side electrode),其以從一邊到另一邊降低的方式增加跨過液晶單元的電場，這導(dǎo)致一邊高于另一邊的光功率差異(楔)的引入。該類型的控制是可與透鏡形成結(jié)合的光束偏轉(zhuǎn)的一種。如圖所示，邊電極可位于孔狀構(gòu)圖的電極之下，或者，如圖29B所示，位于相同基板層級上且在孔狀構(gòu)圖的電極的周邊之外。明顯地，所產(chǎn)生的位移與TLC透鏡結(jié)構(gòu)的剩下部分無關(guān)。這種技術(shù)提供了具有光束偏轉(zhuǎn)的任何其他的TLC透鏡形成結(jié)構(gòu)，即，任何TLCL結(jié)構(gòu)，例如在如下文獻(xiàn)中描述的TLCL結(jié)構(gòu)于2009年12月23日提交的共同受讓的美國臨時專利申請61/289，995，要求享有于2008年7月14日提交的美國臨時申請61/080，493的優(yōu)先權(quán)的、共同待決且共同受讓的國際專利申請W02010/006，420，于2009年7月14日提交的、名稱為“表面編程方法及據(jù)其制造的光調(diào)制解器裝置(SurfaceProgramming Method And Light Modulator Devices Made Thereof)，，的國際專利申請TO2010/006，419，以及于2007年3月2日提交的名稱為“用于空間調(diào)制電場生成的方法和設(shè)備以及使用液晶的電光調(diào)節(jié)(Method and Apparatus for Spatially ModulatedElectric Field Generation and Electo-Optical Tuning using Liquid Crystals)，，的國際專利申請W02007/098，602，通過弓I用將所有這些專利文獻(xiàn)并入本文中。類似地，頻率依賴材料的表現(xiàn)可受到溫度的影響。如圖30所示，在頻率依賴材料層中的可控?zé)崽荻鹊纳煽杀挥糜谝苿油哥R的光軸。溫度也可影響液晶的改變?nèi)∠虻哪芰?，且由此該方法也可在液晶層?nèi)被使用。將理解，這種使光軸位移的技術(shù)導(dǎo)致一邊高于另一邊的光功率差異(楔)的引入，且可被使用而與提供液晶取向以引起透鏡效果的方式無關(guān)。不限制本發(fā)明，用于空間調(diào)制液晶取向變化的不同設(shè)置包括用于空間調(diào)制電場的不同技術(shù)，例如在于2009年12月23日提交的共同受讓的美國臨時專利申請61/289，995中描述的技術(shù)，通過引用將其并入本文中；用于空間調(diào)制諸如聚合物色散的液晶取向的不同技術(shù)，例如在要求于2008年7月14日提交的美國臨時申請61/080493的優(yōu)先權(quán)的共同待決且共同受讓的國際專利申請W02010/006，420、于2009年7月14日提交的名稱為“表面編程方法及據(jù)其制造的光調(diào)制器裝置(Surface Programming Method And Light Modulator Devices Made Thereof )”的國際專利申請W02010/006, 419中描述的技術(shù)，通過引用將其并入本文中；以及提供空間編程的對準(zhǔn)層的技術(shù)，例如在于2007年3月2日提交的、名稱為“用于空間調(diào)制電場生成的方法和設(shè)備以及使用液晶的電光調(diào)節(jié)(Method and Apparatusfor Spatially Modulated Electric Field Generation and Electo-Optical Tuningusing Liquid Crystals)”的國際專利申請W02007/098，602中描述的技術(shù)，通過引用將其并入本文中。圖31示例了可調(diào)液晶透鏡的側(cè)剖視圖，其具有頂部孔狀構(gòu)圖的電極的頂視插入圖，其中額外的壓電元件被放置在其拐角中液晶單元的基板之間?？梢栽谕哥R裝置的制造過程中將壓電元件沉積在基板上?；蛘撸忾]的、流體填充的單元可被可控地加熱以膨脹，并在基板之間的空間中引起期望的傾斜。將理解，這種使光軸位移的技術(shù)導(dǎo)致一邊高于另一邊的光功率差異(楔)的引入，且可被使用而與提供液晶取向以引起透鏡效果的方式無關(guān)。不限制本發(fā)明，用于空間調(diào)制液晶取向變化的不同設(shè)置包括用于空間調(diào)制電場的不同技術(shù)，例如在于2009年12月23日提交的共同受讓的美國臨時專利申請61/289，995中描述的技術(shù)，通過引用將其并入本文中；用于空間調(diào)制諸如聚合物色散的液晶取向的不同技術(shù)，例如在要求于2008年7月14日提交的美國臨時申請61/080493的優(yōu)先權(quán)的共同待決且共同受讓的國際專利申請W02010/006，420、于2009年7月14日提交的名稱為“表面編程方法及據(jù)其制造的光調(diào)制器裝置(Surface Programming Method And Light ModulatorDevices Made Thereof )”的國際專利申請W02010/006, 419中描述的技術(shù)，通過引用將其并入本文中；以及提供空間編程的對準(zhǔn)層的技術(shù)，例如在于2007年3月2日提交的、名稱為“用于空間調(diào)制電場生成的方法和設(shè)備以及使用液晶的電光調(diào)節(jié)(Method and Apparatusfor Spatially Modulated Electric Field Generation and Electo-Optical Tuningusing Liquid Crystals)”的國際專利申請W02007/098，602中描述的技術(shù)，通過引用將其并入本文中。雖然已經(jīng)參考在圖4和5中，優(yōu)選地在圖13A中大體上示出的TLCL結(jié)構(gòu)而描述了所提出的方案，本發(fā)明不限于此；例如在如下文獻(xiàn)中公開了多種TLCL層疊結(jié)構(gòu)于2009年12月23日提交的共同待決且共同受讓的美國臨時專利申請61/289，995 ;要求于2008年7月14日提交的美國臨時申請61/080，493的優(yōu)先權(quán)的共同待決且共同受讓的國際專利申請TO2010/006，420 ;于2009年7月14日提交的名稱為“表面編程方法及據(jù)其制造的光調(diào)制器裝置(Surface Programming Method And Light Modulator Devices Made Thereof)，，的國際專利申請W02010/006，419;以及于2007年3月2日提交的名稱為“用于空間調(diào)制電場生成的方法和設(shè)備以及使用液晶的電光調(diào)節(jié)(Method and Apparatus for SpatiallyModulated Electric Field Generation and Electo-Optical Tuning using LiquidCrystals)”的國際專利申請W02007/098，602，通過弓I用將所有這些文獻(xiàn)并入本文中。關(guān)于弱導(dǎo)電層的導(dǎo)電性考慮事項，本文中參考圖13A給出的考慮事項適用于這樣的單個弱導(dǎo)電層和耦合的(接合的)弱導(dǎo)電層。特別地，參考圖32，可以與透鏡形成分離地在TLC透鏡結(jié)構(gòu)中采用本文中關(guān)于頻率依賴弱導(dǎo)電層的使用而在上面描述的頻率控制，例如，用于提供搖擺、傾斜、光束偏轉(zhuǎn)、圖像穩(wěn)定化、光學(xué)誤差校正等。在圖32所示例的實施例中，根據(jù)所提出的方案，底部導(dǎo)電透明ITO電極(423)被諸如以上在本文中參考圖29A描述的條帶狀(strip)電極(示出)和頻率 依賴弱導(dǎo)電層；諸如以上在本文中描述的分段式電極(未示出)；或形狀控制電極結(jié)構(gòu)所代替，其被配置為提供搖擺、傾斜、光束偏轉(zhuǎn)、圖像穩(wěn)定化、光學(xué)校正等。在操作中，頂部頻率依賴弱導(dǎo)電層和孔狀構(gòu)圖的電極作用于電場，以經(jīng)由LC層產(chǎn)生(對稱的)透鏡效果，且在這個意義上，頂部弱導(dǎo)電層被稱為“透鏡弱導(dǎo)電層”。單獨地，底部頻率依賴弱導(dǎo)電層和條帶狀電極根據(jù)形狀控制驅(qū)動信號而操作。例如，如果向條帶狀電極饋送具有同樣低的頻率和同樣電壓振幅的驅(qū)動信號分量，大的電荷遷移率使得頻率依賴弱導(dǎo)電層表現(xiàn)為連續(xù)的電極，其類似于(mimick)平面導(dǎo)電ITO電極(423)，因此整體透鏡效果基本上等同于由在圖4和圖5中描述的TLC透鏡結(jié)構(gòu)所提供的透鏡效果。然而，通過向?qū)χ玫?opposed)條帶狀電極饋送不同驅(qū)動信號分量(不同的頻率或不同的電壓振幅)，底部頻率依賴弱導(dǎo)電層就電場而言表現(xiàn)為斜坡(楔)，這將對應(yīng)的wage形失真誘導(dǎo)到整個電場。從這點來說，底部頻率依賴弱導(dǎo)電層運作為提供形狀控制的形狀控制弱導(dǎo)電層。根據(jù)所使用的底部電極結(jié)構(gòu)和向其饋送的驅(qū)動信號分量的合成，該形狀控制弱導(dǎo)電層提供電場(光學(xué)元件)成形，例如提供搖擺、傾斜、光束偏轉(zhuǎn)、圖像穩(wěn)定化、光學(xué)校正等。在該實施方式中，將理解，在圖32中示出的半個TLCL結(jié)構(gòu)中，頂部和底部弱導(dǎo)電層具有不同的功能，且將理解，在每一這樣的半個TLCL中，頂部和底部弱導(dǎo)電層之間的電導(dǎo)率變異(variability)由此較不重要。并且，在制造完整的TLCL結(jié)構(gòu)時，本文中關(guān)于圖13A描述的考慮事項和優(yōu)點僅適用于耦合的(接合的)頂部透鏡弱導(dǎo)電層。這還擴(kuò)展到構(gòu)圖的電極，其結(jié)合到一個中央構(gòu)圖的電極。如果使用圖13C中示例的層疊結(jié)構(gòu)將完整的TLCL制造為在層疊的LC層X和y的對面具有位于層疊結(jié)構(gòu)的底部處的成形弱導(dǎo)電層，則由于每個弱導(dǎo)電層的不同功能，頂部和底部弱導(dǎo)電層之間的電導(dǎo)率變異同樣較不重要。類似地，參考圖33，可以與透鏡形成分離地在TLC透鏡結(jié)構(gòu)中排他地采用本文中關(guān)于頻率依賴弱導(dǎo)電層的使用而在上面描述的頻率控制，以提供電場形狀控制，例如，用于搖擺、傾斜、光束偏轉(zhuǎn)、圖像穩(wěn)定化、光學(xué)誤差校正等。在圖33所示例的實施例中，與本文中關(guān)于圖32描述的電場形狀控制結(jié)構(gòu)一起使用這樣的TLC透鏡結(jié)構(gòu)，該TLC透鏡結(jié)構(gòu)使用空間均勻電場以提供透鏡效果，例如在如下文獻(xiàn)中所描述的TLC透鏡結(jié)構(gòu)于2007年3月2日提交的名稱為“用于空間調(diào)制電場生成的方法和設(shè)備以及使用液晶的電光調(diào)節(jié)(Method and Apparatus for Spatially Modulated Electric Field Generation andElecto-Optical Tuning using Liquid Crystals)”的國際專利申請 W02007/098, 602 (不出)，要求于2008年7月14日提交的美國臨時申請61/080，493的優(yōu)先權(quán)的共同待決且共同受讓的國際專利申請W02010/006，420 (未示出)，或者于2009年7月14日提交的名稱為“表面編程方法及據(jù)其制造的光調(diào)制器裝置(Surface Programming Method And LightModulator Devices Made Thereof )” 的國際專利申請 W02010/006, 419 (未不出)，通過引用將所有這些文獻(xiàn)并入本文中。在圖33所示例的實施例中，例如通過這樣的隱藏電極層提供了透鏡，該隱藏電極層整體具有相同的折射率n，但是具有不同的ει# ε2部分，所述不同的ε 2部分之間具有透鏡狀界面(lenticular interface),在存在由頂部透明導(dǎo)電層(例如ΙΤ0)提供的空間均勻電場并采用平的底部導(dǎo)電電極的情況下，該透鏡狀界面使得入射光束的波前聚焦。不限制本發(fā)明，其他層疊結(jié)構(gòu)可在空間均勻電場中提供透鏡效果。如同在圖32中所示例的實施例一樣，根據(jù)所提出的方案，底部導(dǎo)電透明ITO電極(423)被諸如以上在本文中參考圖29A描述的條帶狀電極(示出)和頻率依賴弱導(dǎo)電層；諸如以上 在本文中描述的分段式電極(未示出)；或形狀控制電極結(jié)構(gòu)所代替，其被配置為提供搖擺、傾斜、光束偏轉(zhuǎn)、圖像穩(wěn)定化、光學(xué)校正等。在操作中，底部頻率依賴弱導(dǎo)電層和分段式電極根據(jù)形狀控制驅(qū)動信號而操作。例如，如果向分段式電極饋送具有同樣低的頻率和同樣電壓振幅的驅(qū)動信號分量，大的電荷遷移率使得頻率依賴弱導(dǎo)電層表現(xiàn)為連續(xù)的電極，其類似于平面導(dǎo)電ITO電極(423)，因此整體透鏡效果基本上等同于由TLC透鏡結(jié)構(gòu)提供的透鏡效果。但是，通過向電極段饋送不同驅(qū)動信號分量(不同的頻率或不同的電壓振幅)，底部頻率依賴弱導(dǎo)電層就電場而言表現(xiàn)為空間調(diào)制的電位表面，這將對應(yīng)的空間調(diào)制變形誘導(dǎo)到整個電場。從這點來說，底部頻率依賴弱導(dǎo)電層運作為提供形狀控制的形狀控制弱導(dǎo)電層。根據(jù)所使用的底部電極結(jié)構(gòu)和向其饋送的驅(qū)動信號分量的合成，該形狀控制弱導(dǎo)電層提供電場(光學(xué)元件)成形，例如提供搖擺、傾斜、光束偏轉(zhuǎn)、圖像穩(wěn)定化、光學(xué)校正等。在該實施方式中，注意到，在每一半個TLCL中使用單個弱導(dǎo)電層，僅提供光元件成形功能。完整的TLCL或者在一半個TLCL上使用單個成形弱導(dǎo)電層而另一半個TLCL將僅僅具有薄透明ITO電極，或者使用兩個成形導(dǎo)電層。在后一種情況中，兩個成形弱導(dǎo)電層的電導(dǎo)率差異可在特征化(characterization) /校準(zhǔn)期間被解決。還可以設(shè)想，在雙成形弱導(dǎo)電層實施方式中，外部成形弱導(dǎo)電層中的每一個被用于不同的目的。例如，不限制本發(fā)明，下部成形弱導(dǎo)電層可被用于誤差校正/補償，而頂部成形弱導(dǎo)電層可被用于圖像穩(wěn)定化。雖然已通過參考其優(yōu)選實施例示出和描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可了解，可在本發(fā)明中進(jìn)行形式上和細(xì)節(jié)上的各種改變而不背離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)透鏡裝置，用于使用動態(tài)配置的有效電極幾何形狀控制通過該裝置的光傳播，所述光學(xué)裝置包括 液晶層，所述光通過該液晶層，所述液晶層的光學(xué)特性控制所述光傳播； 電極系統(tǒng)，其被設(shè)置為產(chǎn)生作用于所述液晶層的電場；以及 電信號發(fā)生器，其用于產(chǎn)生在多個不同頻率下的驅(qū)動信號，并將所述驅(qū)動信號施加至所述電極系統(tǒng)； 其中 所述裝置包括頻率依賴材料，所述頻率依賴材料中的電荷遷移率隨著所述驅(qū)動信號的頻率而變化，以使所述驅(qū)動信號的頻譜成分動態(tài)地配置所述電極系統(tǒng)的有效電極幾何形狀，從而電場的空間分布根據(jù)所述頻譜成分而變化，以改變所述液晶層的所述光學(xué)特性；且 所述電極系統(tǒng)被配置為通過所述電場使在所述液晶層中產(chǎn)生的透鏡的光軸可控地移動。
2.如權(quán)利要求I所述的裝置，其中，所述驅(qū)動信號包括基本上單個頻率信號，所述單個頻率信號被改變以改變所述光傳播。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述信號發(fā)生器控制所述光傳播，而基本上沒有對所 述驅(qū)動信號的電壓變化。
4.如權(quán)利要求I所述的裝置，其中，所述驅(qū)動信號包括多個頻率，所述多個頻率合成而產(chǎn)生所述空間分布。
5.如權(quán)利要求1、2或4的裝置，其中，所述信號發(fā)生器改變所述驅(qū)動信號的振幅以調(diào)節(jié)所述光傳播。
6.如權(quán)利要求I至5中任一項所述的裝置，其中，所述液晶層包括低角度預(yù)傾的對準(zhǔn)層，且所述信號發(fā)生器用于施加驅(qū)動信號，該驅(qū)動信號防止所述液晶層中的液晶的向錯。
7.如權(quán)利要求I至5中任一項所述的裝置，其中，所述裝置為透鏡，所述液晶層包括低角度預(yù)傾的對準(zhǔn)層，且所述信號發(fā)生器用于施加驅(qū)動信號，該驅(qū)動信號防止所述液晶層中的液晶保持在由所述對準(zhǔn)層限定的基態(tài)附近，從而通過所述液晶對所述電場的改善的響應(yīng)而降低圖像像差。
8.如權(quán)利要求I至7中任一項所述的裝置，其中，所述裝置包括至少兩個液晶層，且所述至少兩個液晶層具有不同方向的液晶取向，以降低所述裝置的偏振敏感度。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述電極系統(tǒng)包括位于至少一個上部液晶層與至少一個下部液晶層之間的中間環(huán)形電極、上部透明電極以及下部透明電極，所述頻率依賴材料包括位于所述中間環(huán)形電極附近的材料層，從而，通過所述頻率依賴材料調(diào)制的所述空間分布對于在所述中間環(huán)形電極與所述上部透明電極之間的所述至少一個上部液晶層、和對于在所述中間環(huán)形電極與所述下部透明電極之間的所述至少一個下部液晶層而言是相同的。
10.如權(quán)利要求I至9中任一項所述的裝置，其中，所述液晶層基本上是平面的。
11.如權(quán)利要求I至10中任一項所述的裝置，其中，所述裝置是梯度折射率透鏡(GRIN)0
12.如權(quán)利要求11所述的裝置，其中，所述透鏡具有可調(diào)的可變光功率，該光功率優(yōu)選在大于3屈光度的范圍。
13.如權(quán)利要求I至12中任一項所述的裝置，其中，所述電極系統(tǒng)包括孔狀構(gòu)圖的電極或環(huán)形電極。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，所述頻率依賴材料包括位于所述電極系統(tǒng)的所述孔狀構(gòu)圖的電極或環(huán)形電極附近的薄材料層。
15.如權(quán)利要求I至12中任一項所述的裝置，其中，所述電極系統(tǒng)和所述頻率依賴材料提供非空間均勻的有效電極幾何形狀，且除了對電極電壓的任何空間調(diào)制，還通過電極幾何形狀來產(chǎn)生對所述電場的所述空間調(diào)制。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其中，所述電極系統(tǒng)包括彎曲電極。
17.如權(quán)利要求I至16中任一項所述的裝置，其中，所述頻率依賴材料包括在所述液晶層的液晶內(nèi)所包含的雜質(zhì)或摻雜物。
18.如權(quán)利要求I至17中任一項所述的裝置，其中，所述信號發(fā)生器包括脈沖寬度調(diào)制電路。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其中，所述脈沖寬度調(diào)制電路提供PWM波形的多個振幅，且當(dāng)所述波形中的頻率成分包含太多的遠(yuǎn)離中心頻率的能量時，所述振幅隨著占空比的對應(yīng)改變而改變，以傳遞基本上相同的有效PWM電壓。
20.如權(quán)利要求I至19中任一項所述的裝置，其中，所述頻率依賴材料包括半導(dǎo)體材料。
21.如權(quán)利要求I至20中任一項所述的裝置，其中，所述發(fā)生器被配置為提供使得所述空間分布基本上均勻的第一驅(qū)動信號，其中，所述液晶從由對準(zhǔn)層限定的基態(tài)再取向，所述液晶層的所述光學(xué)特性是空間均勻的；以及使得所述空間分布并非空間均勻的第二驅(qū)動信號，以實現(xiàn)對光傳播的期望的控制。
22.如權(quán)利要求I至21中任一項所述的裝置，還包括控制器，所述控制器用于動態(tài)地調(diào)整所述電信號發(fā)生器。
23.如權(quán)利要求22所述的裝置，還包括振動傳感器，其中，所述控制器響應(yīng)于振動而調(diào)整光軸位置。
24.如權(quán)利要求23所述的裝置，其中，所述振動傳感器是加速度計。
25.如權(quán)利要求23所述的裝置，其中，所述振動傳感器是圖像分析器，所述圖像分析器用于分析通過圖像傳感器捕獲的圖像的位置。
26.如權(quán)利要求I至25中任一項所述的裝置，所述電極系統(tǒng)還包括分段式環(huán)形電極。
27.如權(quán)利要求26所述的裝置，所述分段式環(huán)形電極包括六個或更多個電極段。
28.如權(quán)利要求I至27中任一項所述的裝置，所述電信號發(fā)生器進(jìn)一步被配置為將所述驅(qū)動信號的單獨驅(qū)動信號分量施加到每個電極段，每個驅(qū)動信號分量具有對應(yīng)的頻率，驅(qū)動所述分段式環(huán)形電極，提供參數(shù)透鏡。
29.如權(quán)利要求28所述的裝置，每個驅(qū)動信號分量還具有對應(yīng)的電壓，其中，不同的電壓被施加到不同的電極段，驅(qū)動所述分段式環(huán)形電極，提供參數(shù)透鏡。
30.如權(quán)利要求I至29中任一項所述的裝置，所述電極系統(tǒng)還包括耦合到所述頻率依賴材料的條帶狀電極的設(shè)置，其中所述電信號發(fā)生器產(chǎn)生具有頻率和電壓的驅(qū)動信號分量，所述電信號發(fā)生器被配置為將所述驅(qū)動信號分量施加到每個條帶狀電極。
31.如權(quán)利要求30所述的裝置，所述條帶狀電極的設(shè)置被配置為經(jīng)由相同的頻率依賴材料而與所述環(huán)形電極結(jié)合操作。
32.如權(quán)利要求30所述的裝置，所述條帶狀電極的設(shè)置被配置為獨立于所述環(huán)形電極而操作，所述條帶狀電極的設(shè)置被耦合到額外的頻率依賴材料。
33.如權(quán)利要求31或32所述的裝置，當(dāng)通過所述電信號發(fā)生器施加基本上相似的低頻率驅(qū)動信號分量時，所述條帶狀電極的設(shè)置和對應(yīng)的頻率依賴材料操作為平面均勻電極。
34.如權(quán)利要求31至33中任一項所述的裝置，當(dāng)通過所述電信號發(fā)生器施加中頻到高頻的不相似驅(qū)動信號分量時，所述條帶狀電極的設(shè)置和對應(yīng)的頻率依賴材料操作為電勢斜坡電極，所述電勢斜坡電極改變所述電場的所述空間布置以提供光束偏轉(zhuǎn)。
35.如權(quán)利要求32至34中任一項所述的裝置，其中所述額外的頻率依賴材料和所述帶狀電極的設(shè)置不涉及調(diào)制所述電場以提供透鏡。
36.一種動態(tài)地配置有效電極幾何形狀的方法，該方法利用具有不同頻率的驅(qū)動信號、固定電極以及頻率依賴材料，所述驅(qū)動信號被施加至所述固定電極以產(chǎn)生電場、所述頻率依賴材料中的電荷遷移率隨著所述驅(qū)動信號的頻率而變化，以產(chǎn)生提供所述電場的期望的空間分布的動態(tài)配置的有效電極幾何形狀，所述期望的空間分布包括所述期望的空間分布的位置的位移。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，包括控制所述驅(qū)動信號的至少一個頻率分量，以頻率調(diào)節(jié)所述空間分布。
38.如權(quán)利要求36或37所述的方法，包括在所述驅(qū)動信號中將不同頻率混合在一起，以實現(xiàn)所述電場的所述期望的空間分布。
39.如權(quán)利要求36、37或38所述的方法，包括調(diào)節(jié)所述驅(qū)動信號的振幅。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，其中，所述調(diào)節(jié)振幅包括使用具有PWM波形的多個振幅的脈沖寬度調(diào)制，且當(dāng)所述波形中的頻率成分包含過多的遠(yuǎn)離中心頻率的能量時，所述振幅隨著占空比的對應(yīng)改變而改變，以傳遞基本上相同的有效PWM電壓。
41.一種用于驅(qū)動液晶裝置的方法，包括在所述裝置中設(shè)置頻率依賴材料，并且根據(jù)權(quán)利要求36至40中任一項所述的方法動態(tài)地配置有效電極幾何形狀，其中，所述電場的所述空間分布被用于控制所述裝置的液晶。
42.如權(quán)利要求41所述的方法，其中，所述液晶裝置為梯度折射率透鏡，所述梯度折射率透鏡具有通過所述空間分布而控制的光功率。
43.如權(quán)利要求41或42所述的方法，包括控制所述電場以降低或防止所述液晶中的向錯。
44.如權(quán)利要求42所述的方法，包括控制所述電場以防止液晶保持在由對準(zhǔn)層限定的基態(tài)附近，并因此通過所述液晶對所述電場的改善的響應(yīng)而降低圖像像差。
45.一種用于控制光傳播的可變液晶光學(xué)裝置，所述光學(xué)裝置使其光傳播基本由液晶驅(qū)動信號的頻率所控制。
46.一種用于控制光傳播的可調(diào)透鏡裝置，所述光學(xué)裝置包括 液晶層，其含有液晶； 電場源，其被配置為產(chǎn)生作用于所述液晶層的空間非均勻電場，以便能夠控制所述透鏡的光軸位置；以及 可變頻率電驅(qū)動信號，其能夠由所述電場源施加以產(chǎn)生所述電場；其中，所述液晶層具有根據(jù)所述驅(qū)動信號的頻率而變化的電荷遷移率，且所述液晶使所述電場成形為更加空間均勻，以提供期望的光傳播行為。
47.一種可調(diào)液晶透鏡，其具有可控的光軸位置，包括熱梯度控制系統(tǒng)。
48.一種可調(diào)液晶透鏡，其具有可控的光軸位置，包括微致動器，其調(diào)節(jié)包含所述透鏡的液晶的基板之間的間隔。
49.一種可調(diào)液晶透鏡裝置，用于使用動態(tài)配置的有效電極幾何形狀控制通過所述裝置的光傳播，所述光學(xué)裝置包括 液晶層，所述光通過該液晶層，所述液晶層的光學(xué)特性控制所述光傳播； 電極系統(tǒng)，其被設(shè)置為產(chǎn)生作用于所述液晶層的電場，以改變所述液晶層的所述光學(xué)特性； 電信號發(fā)生器，用于產(chǎn)生在多個不同頻率下的多個驅(qū)動信號分量，并將所述驅(qū)動信號分量施加至所述電極系統(tǒng)以使所述透鏡成形；以及 頻率依賴材料，在其中提供隨著對其施加的合成的驅(qū)動信號的頻率而變化的電荷遷移率，以便所述合成的驅(qū)動信號的頻譜成分動態(tài)地配置所述電極系統(tǒng)的有效電極幾何形狀，由此所述電場的空間分布根據(jù)所述頻譜成分而變化，以改變使所述透鏡成形的所述液晶層的所述光學(xué)特性。
50.如權(quán)利要求49所述的可調(diào)光學(xué)裝置，所述電極系統(tǒng)進(jìn)一步被配置為通過所述電場使在所述液晶層中產(chǎn)生的所述透鏡可控地成形以移動所述光學(xué)裝置的光軸。
51.如權(quán)利要求49或50所述的可調(diào)光學(xué)裝置，進(jìn)一步被配置為使由通過所述光學(xué)裝置的入射光束形成的圖像穩(wěn)定。
52.一種可調(diào)液晶透鏡裝置，用于使用動態(tài)配置的有效電極幾何形狀控制通過該裝置的光傳播，所述光學(xué)裝置包括 液晶層，所述光通過該液晶層，所述液晶層的光學(xué)特性控制所述光傳播； 第一電極系統(tǒng)，其被設(shè)置為產(chǎn)生作用于所述液晶層的電場，以在產(chǎn)生所述透鏡時改變所述液晶層的所述光學(xué)特性； 第二電極系統(tǒng)，其被設(shè)置為修改作用于所述液晶層的所述電場； 電信號發(fā)生器，用于產(chǎn)生在多個不同頻率下的多個驅(qū)動信號分量，并將所述驅(qū)動信號分量施加到所述第一和第二電極系統(tǒng)；以及 與所述第二電極系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的頻率依賴材料，所述頻率依賴材料在其中提供隨著對所述第二電極結(jié)構(gòu)施加的至少一個驅(qū)動信號分量的頻率而變化的電荷遷移率，以便所述合成的驅(qū)動信號的頻譜成分將作用于所述液晶層的電場的有效空間分布動態(tài)地配置為根據(jù)所述頻譜成分變化，以使所述透鏡成形。
53.如權(quán)利要求52所述的可調(diào)光學(xué)裝置，所述第二電極系統(tǒng)進(jìn)一步被配置為通過所述電場使在所述液晶層中產(chǎn)生的所述透鏡可控地成形，以移動所述透鏡的光軸。
54.如權(quán)利要求52或53所述的可調(diào)光學(xué)裝置，進(jìn)一步被配置為使由通過所述透鏡的入射光束形成的圖像穩(wěn)定。
全文摘要
一種用于控制通過液晶層的光的傳播的可變液晶裝置，其使用頻率依賴材料以在該裝置中動態(tài)地重構(gòu)有效電極結(jié)構(gòu)。在該裝置中產(chǎn)生電場的驅(qū)動信號的頻率是可變的，且該頻率依賴材料對于不同的頻率具有不同的電荷遷移率。在低電荷遷移率的情況下，該頻率依賴材料對于存在的電極結(jié)構(gòu)具有很小的影響。然而，在高電荷遷移率的情況下，該頻率依賴材料表現(xiàn)為固定電極的延伸，且可用于改變有效電極結(jié)構(gòu)，從而改變電場的空間分布。這又改變了液晶的光學(xué)特性，從而使得該光學(xué)裝置為可頻率控制的。
文檔編號G02F1/1343GK102812393SQ201080064482
公開日2012年12月5日 申請日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
發(fā)明者T·加爾斯強, V·普雷斯塔科夫, K·阿薩特里安, A·祖赫拉拜恩 申請人:凌威光電公司