Lentes electro-ópticas de cristal líquido adaptables.

Un dispositivo de lente electro-óptica adaptable (110), que comprende:

al menos dos sustratos transparentes (120, 122),

una capa de electrodo conductor transparente (130, 132) en cada sustrato,

un material electro-activo (160) dispuesto entre los sustratos,

en el que las capas de electrodo en cada sustrato están diseñadas y comprenden una pluralidad de electrodos de anillo (134), definiendo cada electrodo de anillo de la pluralidad de electrodos de anillo un anillo continuo correspondiente;

en el que los electrodos de anillo de una capa de electrodo proporcionan un control fino sobre el retardo de fase óptica y los electrodos de anillo de la otra capa de electrodo proporcionan un control más aproximado de la fase sobre un grupo de al menos dos de los electrodos de anillo de control fino, en donde el retardo de fase óptica es una función lineal de una tensión aplicada a través de dos electrodos de anillo adyacentes desde la pluralidad de electrodos de anillo y cada electrodo de anillo tiene una tensión que produce un retardo de fase óptica particular respecto a un electrodo de anillo central de cada una de la primera y la segunda capas de electrodos; y

en el que al menos un electrodo de anillo sobre un primer sustrato de los al menos dos sustratos transparentes cubre, en una dirección paralela a un plano definido por el primer sustrato, al menos dos electrodos de anillo coplanares de un segundo sustrato de los al menos dos sustratos transparentes.

Lentes electro-ópticas de cristal líquido adaptables Referencia cruzada Esta solicitud reivindica el beneficio de prioridad conforme a 35 U.S.C. § 119 de la Solicitud Provisional de Estados Unidos con Nº de Serie 61/269.110 presentada el 19 de junio de 2009.

Declaración de interés gubernamental El Gobierno de Estados Unidos ha pagado la licencia para las investigaciones y el derecho, en circunstancias limitadas, a requerir al propietario de la patente que dé licencia a otros en términos razonables, según lo recogido por los términos del contrato número FA 7014-07-C-0013 adjudicado por la Fuerza Aérea de Estados Unidos.

Campo de la invención La presente invención se refiere a lentes electro-ópticas, que incluyen cristales líquidos, en las que la potencia de las lentes puede modificarse por aplicación de un campo eléctrico. En una realización, las lentes basadas en cristal líquido incluyen electrodos de anillo que tienen un puente resistivo localizado entre electrodos adyacentes y, en una realización preferida, las conexiones de entrada para varios anillos de electrodo están separadas en la lente. En una realización adicional, se proporcionan lentes basadas en cristal líquido que pueden aumentar la potencia óptica mediante el uso de restablecimiento de fase, en la que en una realización una lente incluye electrodos de anillo sobre las superficies de los sustratos en lados opuestos de la célula de cristal líquido, de manera que puede añadirse un término de fase fija a cada conjunto de electrodos, que permite que el cambio de fase a través de cada grupo de electrodos sea el mismo y también que coincida con respecto a uno previo.

Antecedentes de la invención Se conocen lentes electro-ópticas que utilizan cristal líquido birrefringente para alterar su potencia óptica. Tienen la ventaja inherente sobre las lentes ópticas de vidrio o plástico convencionales de ser capaces de alterar su potencia óptica por la aplicación sensata de un campo eléctrico. Un inconveniente de las lentes electro-ópticas de cristal líquido existentes es que el número de potencias ópticas que puede generar una lente individual actualmente está limitado.

Una estructura básica de las lentes electro-ópticas de cristal líquido es la de una capa fina de cristal líquido intercalada entre dos sustratos transparentes. Sobre las superficies internas de cada sustrato, se forma una estructura de electrodo metálico transparente. Se forma una capa de alineación encima de las capas de electrodo para establecer una orientación específica de las moléculas de cristal líquido cuando no hay campo eléctrico presente. Se establece un campo eléctrico a través de la capa de cristal líquido cuando se aplica tensión sobre una capa de electrodo y se crea un potencial eléctrico entre los electrodos. Si la estructura del electrodo tiene un diseño, se crea un gradiente en el campo que da lugar a un gradiente en el índice de refracción de la capa de cristal líquido. Con el diseño apropiado de la estructura del electrodo y las tensiones aplicadas, puede fabricarse una lente electroóptica.

Se han diseñado y fabricado lentes electro-ópticas de cristal líquido que utilizan estructuras de electrodo para generar varias potencias ópticas con una sola lente.

La estructura básica de una lente electro-óptica esférica de cristal líquido es la de un diseño de electrodo de anillo circular, donde los electrodos transparentes en uno o ambos sustratos consisten en anillos tóricos, eléctricamente aislados de los anillos vecinos. Los diseños previos de estas lentes son restrictivos en el sentido de que las anchuras del electrodo de anillo y el espaciado a menudo determinan la potencia óptica de la lente. Sin embargo, si pudiera fabricarse y abordarse individualmente un número muy grande de electrodos muy estrechos, en teoría, una lente de este tipo podría generar un número muy grande de potencias ópticas.

Considerando que el cambio de fase óptica entre cada electrodo adyacente debería ser menor de aproximadamente 1/8 de una onda y que el cambio de fase total a través de una lente podría ser tan alto como 100 ondas, parece que podría requerirse una estructura de electrodo que consiste en cientos de anillos rodeados por cientos de conexiones de entrada al dispositivo para una adaptación continua. Sin embargo, esto no es una solución aceptable, puesto que la fotolitografía necesaria para crear tal estructura de electrodo sería abrumadora. Además, la fabricación de una estructura de buss para conectar y dirigir eléctricamente cada electrodo sería una tarea desproporcionada y haría al dispositivo resultante extremadamente complejo y difícil de manejar.

El uso de una envoltura de fase puede ayudar a mitigar el problema de fabricar cientos de conexiones de entrada a la lente. Se ha mostrado previamente en "Liquid Cr y stal Based Electro-Optic Diffractive Spectacle Lenses and Low Operating Voltage Nematic Liquid Cr y stals" de Joshua Naaman Haddock, una disertación presentada en la Facultad

del Colegio de Ciencias Ópticas en el cumplimiento parcial de los requisitos para el Grado de Doctor en Filosofía en la Escuela de Postgrado de la Universidad de Arizona en 2005, que los electrodos pueden agruparse de tal manera que el cambio de fase sobre un grupo es de aproximadamente una onda. De esta manera, el número de conexiones de entrada está limitado al número de anillos en cada grupo. Sin embargo, este esquema solo proporciona alta eficacia si el cambio de fase a través de cada grupo de electrodos es muy cercano a un múltiplo de una onda. De esta manera, el cambio de fase a través de cada grupo de electrodos no puede cambiarse de una manera continua y, como resultado, la lente no puede adaptarse continuamente a múltiples potencias.

La Publicación de Estados Unidos Nº 2008/0212007 se refiere a un dispositivo electro-óptico que comprende una capa de cristal líquido entre un par de sustratos transparentes opuestos; un conjunto electrodo con diseño resistivo situado entre la capa de cristal líquido y la superficie orientada hacia dentro del primer sustrato transparente; y una capa conductora entre la capa de cristal líquido y el sustrato orientado hacia dentro del segundo sustrato transparente, en el que la capa conductora y el conjunto de electrodo con diseño están conectados eléctricamente y en el que dicho conjunto de electrodo con diseño resistivo comprende uno o más electrodos separados eléctricamente, en el que la caída de tensión deseada se aplica a través de cada electrodo para proporcionar el perfil de retardo de fase deseado.

La Publicación de Estados Unidos Nº 2006/0273284 se refiere a una lente de cristal líquido que comprende una pluralidad de electrodos de anillo. Los electrodos de anillo se proporcionan sobre diferentes niveles en cada sustrato y están parcial o completamente solapados entre sí.

Sumario de la invención Un objetivo de la invención es proporcionar una lente basada en cristal líquido adaptable, como se cita en la reivindicación independiente adjunta. Otros aspectos de la invención se citan en las reivindicaciones dependientes adjuntas.

La invención se entenderá mejor y otras características y ventajas resultarán evidentes al leer la descripción detallada de la invención, tomada junto con los dibujos, en los que:

La Figura 1 es una vista superior de un sustrato utilizado para formar una lente óptica basada en cristal líquido que contiene electrodos de anillo, en el que los electrodos adyacentes están conectados por puentes resistivos;

La Figura 2 ilustra una vista superior cerrada de una porción del sustrato con diseño ilustrado en la Figura. 1 que incluye el área 2-2, que ilustra particularmente un puente resistivo;

La Figura 3 es una vista superior de un ejemplo de una línea de buss conectada a un electrodo de anillo a través de una vía en el aislante;

La Figura 4 es una vista en sección transversal de un ejemplo de una lente adaptable basada en cristal líquido;

La Figura 5 es una vista superior de un ejemplo adicional de una estructura alterna para el puente resistivo localizado entre los electrodos de anillo;

La Figura 6 es una vista superior de un ejemplo de un sustrato que incluye una capa de electrodo que comprende electrodos de anillo sobre la misma;

La Figura 7 es una vista superior de un ejemplo de una línea de buss conectada a un electrodo de anillo a través de una vía en el aislante;

La Figura 8 es una vista superior de un ejemplo de un sustrato opuesto que contiene una pluralidad de anillos de electrodo sobre la misma;

La Figura 9 es una vista en sección transversal de un diseño de dos capas para conexiones de línea de... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo de lente electro-óptica adaptable (110) , que comprende:

al menos dos sustratos transparentes (120, 122) , una capa de electrodo conductor transparente (130, 132) en cada sustrato, un material electro-activo (160) dispuesto entre los sustratos, en el que las capas de electrodo en cada sustrato están diseñadas y comprenden una pluralidad de electrodos de anillo (134) , definiendo cada electrodo de anillo de la pluralidad de electrodos de anillo un anillo continuo correspondiente; en el que los electrodos de anillo de una capa de electrodo proporcionan un control fino sobre el retardo de fase óptica y los electrodos de anillo de la otra capa de electrodo proporcionan un control más aproximado de la fase sobre un grupo de al menos dos de los electrodos de anillo de control fino, en donde el retardo de fase óptica es una función lineal de una tensión aplicada a través de dos electrodos de anillo adyacentes desde la pluralidad de electrodos de anillo y cada electrodo de anillo tiene una tensión que produce un retardo de fase óptica particular respecto a un electrodo de anillo central de cada una de la primera y la segunda capas de electrodos; y en el que al menos un electrodo de anillo sobre un primer sustrato de los al menos dos sustratos transparentes cubre, en una dirección paralela a un plano definido por el primer sustrato, al menos dos electrodos de anillo coplanares de un segundo sustrato de los al menos dos sustratos transparentes.

2. Un dispositivo de lente electro-óptica adaptable de acuerdo con la reivindicación 1, en el que:

los electrodos de anillo de la otra capa de electrodo proporcionan un control aproximado de la fase sobre un grupo de al menos cuatro de los electrodos de anillo de control fino. 25

3. El dispositivo de lente electro-óptica adaptable de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el primer sustrato comprende una pluralidad de conjuntos de electrodos de anillo, comprendiendo cada conjunto una pluralidad correspondiente de electrodos de anillo, comprendiendo un conjunto predeterminado la pluralidad de electrodos de anillo.