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1、(10)申请公布号 CN 102812393 A (43)申请公布日 2012.12.05 C N 1 0 2 8 1 2 3 9 3 A *CN102812393A* (21)申请号 201080064482.7 (22)申请日 2010.12.23 61/289,995 2009.12.23 US G02F 1/133(2006.01) G02F 1/1343(2006.01) (71)申请人凌威光电公司 地址美国加利福尼亚州 (72)发明人 T加尔斯强 V普雷斯塔科夫 K阿萨特里安 A祖赫拉拜恩 (74)专利代理机构北京市中咨律师事务所 11247 代理人杨晓光 于静 (54) 发明名称。
2、 液晶透镜中的图像稳定和位移 (57) 摘要 一种用于控制通过液晶层的光的传播的可变 液晶装置，其使用频率依赖材料以在该装置中动 态地重构有效电极结构。在该装置中产生电场的 驱动信号的频率是可变的，且该频率依赖材料对 于不同的频率具有不同的电荷迁移率。在低电荷 迁移率的情况下，该频率依赖材料对于存在的电 极结构具有很小的影响。然而，在高电荷迁移率的 情况下，该频率依赖材料表现为固定电极的延伸， 且可用于改变有效电极结构，从而改变电场的空 间分布。这又改变了液晶的光学特性，从而使得该 光学装置为可频率控制的。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2012.08.22 (86)P。
3、CT申请的申请数据 PCT/CA2010/002023 2010.12.23 (87)PCT申请的公布数据 WO2011/075834 EN 2011.06.30 (51)Int.Cl. 权利要求书4页 说明书22页 附图43页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 4 页 说明书 22 页 附图 43 页 1/4页 2 1.一种可调透镜装置，用于使用动态配置的有效电极几何形状控制通过该装置的光传 播，所述光学装置包括： 液晶层，所述光通过该液晶层，所述液晶层的光学特性控制所述光传播； 电极系统，其被设置为产生作用于所述液晶层的电场；以及 电信号发生器，其用于。
4、产生在多个不同频率下的驱动信号，并将所述驱动信号施加至 所述电极系统； 其中： 所述装置包括频率依赖材料，所述频率依赖材料中的电荷迁移率随着所述驱动信号 的频率而变化，以使所述驱动信号的频谱成分动态地配置所述电极系统的有效电极几何形 状，从而电场的空间分布根据所述频谱成分而变化，以改变所述液晶层的所述光学特性；且 所述电极系统被配置为通过所述电场使在所述液晶层中产生的透镜的光轴可控地移 动。 2.如权利要求1所述的装置，其中，所述驱动信号包括基本上单个频率信号，所述单个 频率信号被改变以改变所述光传播。 3.如权利要求2所述的装置，其中，所述信号发生器控制所述光传播，而基本上没有对 所述驱动信。
5、号的电压变化。 4.如权利要求1所述的装置，其中，所述驱动信号包括多个频率，所述多个频率合成而 产生所述空间分布。 5.如权利要求1、2或4的装置，其中，所述信号发生器改变所述驱动信号的振幅以调节 所述光传播。 6.如权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述液晶层包括低角度预倾的对准 层，且所述信号发生器用于施加驱动信号，该驱动信号防止所述液晶层中的液晶的向错。 7.如权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述装置为透镜，所述液晶层包括低 角度预倾的对准层，且所述信号发生器用于施加驱动信号，该驱动信号防止所述液晶层中 的液晶保持在由所述对准层限定的基态附近，从而通过所述液晶对所述电场的改。
6、善的响应 而降低图像像差。 8.如权利要求1至7中任一项所述的装置，其中，所述装置包括至少两个液晶层，且所 述至少两个液晶层具有不同方向的液晶取向，以降低所述装置的偏振敏感度。 9.如权利要求8所述的装置，其中，所述电极系统包括位于至少一个上部液晶层与至 少一个下部液晶层之间的中间环形电极、上部透明电极以及下部透明电极，所述频率依赖 材料包括位于所述中间环形电极附近的材料层，从而，通过所述频率依赖材料调制的所述 空间分布对于在所述中间环形电极与所述上部透明电极之间的所述至少一个上部液晶层、 和对于在所述中间环形电极与所述下部透明电极之间的所述至少一个下部液晶层而言是 相同的。 10.如权利要求。
7、1至9中任一项所述的装置，其中，所述液晶层基本上是平面的。 11.如权利要求1至10中任一项所述的装置，其中，所述装置是梯度折射率透镜 （GRIN）。 12.如权利要求11所述的装置，其中，所述透镜具有可调的可变光功率，该光功率优选 在大于3屈光度的范围。 权 利 要 求 书CN 102812393 A 2/4页 3 13.如权利要求1至12中任一项所述的装置，其中，所述电极系统包括孔状构图的电极 或环形电极。 14.如权利要求13所述的装置，其中，所述频率依赖材料包括位于所述电极系统的所 述孔状构图的电极或环形电极附近的薄材料层。 15.如权利要求1至12中任一项所述的装置，其中，所述电极系。
8、统和所述频率依赖材料 提供非空间均匀的有效电极几何形状，且除了对电极电压的任何空间调制，还通过电极几 何形状来产生对所述电场的所述空间调制。 16.如权利要求15所述的装置，其中，所述电极系统包括弯曲电极。 17.如权利要求1至16中任一项所述的装置，其中，所述频率依赖材料包括在所述液晶 层的液晶内所包含的杂质或掺杂物。 18.如权利要求1至17中任一项所述的装置，其中，所述信号发生器包括脉冲宽度调制 电路。 19.如权利要求18所述的装置，其中，所述脉冲宽度调制电路提供PWM波形的多个振 幅，且当所述波形中的频率成分包含太多的远离中心频率的能量时，所述振幅随着占空比 的对应改变而改变，以传递。
9、基本上相同的有效PWM电压。 20.如权利要求1至19中任一项所述的装置，其中，所述频率依赖材料包括半导体材 料。 21.如权利要求1至20中任一项所述的装置，其中，所述发生器被配置为提供：使得所 述空间分布基本上均匀的第一驱动信号，其中，所述液晶从由对准层限定的基态再取向，所 述液晶层的所述光学特性是空间均匀的；以及使得所述空间分布并非空间均匀的第二驱动 信号，以实现对光传播的期望的控制。 22.如权利要求1至21中任一项所述的装置，还包括控制器，所述控制器用于动态地调 整所述电信号发生器。 23.如权利要求22所述的装置，还包括振动传感器，其中，所述控制器响应于振动而调 整光轴位置。 24。
10、.如权利要求23所述的装置，其中，所述振动传感器是加速度计。 25.如权利要求23所述的装置，其中，所述振动传感器是图像分析器，所述图像分析器 用于分析通过图像传感器捕获的图像的位置。 26.如权利要求1至25中任一项所述的装置，所述电极系统还包括分段式环形电极。 27.如权利要求26所述的装置，所述分段式环形电极包括六个或更多个电极段。 28.如权利要求1至27中任一项所述的装置，所述电信号发生器进一步被配置为将所 述驱动信号的单独驱动信号分量施加到每个电极段，每个驱动信号分量具有对应的频率， 驱动所述分段式环形电极，提供参数透镜。 29.如权利要求28所述的装置，每个驱动信号分量还具有对应。
11、的电压，其中，不同的电 压被施加到不同的电极段，驱动所述分段式环形电极，提供参数透镜。 30.如权利要求1至29中任一项所述的装置，所述电极系统还包括耦合到所述频率 依赖材料的条带状电极的设置，其中所述电信号发生器产生具有频率和电压的驱动信号分 量，所述电信号发生器被配置为将所述驱动信号分量施加到每个条带状电极。 31.如权利要求30所述的装置，所述条带状电极的设置被配置为经由相同的频率依赖 权 利 要 求 书CN 102812393 A 3/4页 4 材料而与所述环形电极结合操作。 32.如权利要求30所述的装置，所述条带状电极的设置被配置为独立于所述环形电极 而操作，所述条带状电极的设置被。
12、耦合到额外的频率依赖材料。 33.如权利要求31或32所述的装置，当通过所述电信号发生器施加基本上相似的低频 率驱动信号分量时，所述条带状电极的设置和对应的频率依赖材料操作为平面均匀电极。 34.如权利要求31至33中任一项所述的装置，当通过所述电信号发生器施加中频到高 频的不相似驱动信号分量时，所述条带状电极的设置和对应的频率依赖材料操作为电势斜 坡电极，所述电势斜坡电极改变所述电场的所述空间布置以提供光束偏转。 35.如权利要求32至34中任一项所述的装置，其中所述额外的频率依赖材料和所述带 状电极的设置不涉及调制所述电场以提供透镜。 36.一种动态地配置有效电极几何形状的方法，该方法利用。
13、具有不同频率的驱动信号、 固定电极以及频率依赖材料，所述驱动信号被施加至所述固定电极以产生电场、所述频率 依赖材料中的电荷迁移率随着所述驱动信号的频率而变化，以产生提供所述电场的期望的 空间分布的动态配置的有效电极几何形状，所述期望的空间分布包括所述期望的空间分布 的位置的位移。 37.如权利要求36所述的方法，包括控制所述驱动信号的至少一个频率分量，以频率 调节所述空间分布。 38.如权利要求36或37所述的方法，包括在所述驱动信号中将不同频率混合在一起， 以实现所述电场的所述期望的空间分布。 39.如权利要求36、37或38所述的方法，包括调节所述驱动信号的振幅。 40.如权利要求39所述。
14、的方法，其中，所述调节振幅包括使用具有PWM波形的多个振幅 的脉冲宽度调制，且当所述波形中的频率成分包含过多的远离中心频率的能量时，所述振 幅随着占空比的对应改变而改变，以传递基本上相同的有效PWM电压。 41.一种用于驱动液晶装置的方法，包括在所述装置中设置频率依赖材料，并且根据权 利要求36至40中任一项所述的方法动态地配置有效电极几何形状，其中，所述电场的所述 空间分布被用于控制所述装置的液晶。 42.如权利要求41所述的方法，其中，所述液晶装置为梯度折射率透镜，所述梯度折射 率透镜具有通过所述空间分布而控制的光功率。 43.如权利要求41或42所述的方法，包括控制所述电场以降低或防止所。
15、述液晶中的向 错。 44.如权利要求42所述的方法，包括控制所述电场以防止液晶保持在由对准层限定的 基态附近，并因此通过所述液晶对所述电场的改善的响应而降低图像像差。 45.一种用于控制光传播的可变液晶光学装置，所述光学装置使其光传播基本由液晶 驱动信号的频率所控制。 46.一种用于控制光传播的可调透镜装置，所述光学装置包括： 液晶层，其含有液晶； 电场源，其被配置为产生作用于所述液晶层的空间非均匀电场，以便能够控制所述透 镜的光轴位置；以及 可变频率电驱动信号，其能够由所述电场源施加以产生所述电场； 权 利 要 求 书CN 102812393 A 4/4页 5 其中，所述液晶层具有根据所述驱。
16、动信号的频率而变化的电荷迁移率，且所述液晶使 所述电场成形为更加空间均匀，以提供期望的光传播行为。 47.一种可调液晶透镜，其具有可控的光轴位置，包括热梯度控制系统。 48.一种可调液晶透镜，其具有可控的光轴位置，包括微致动器，其调节包含所述透镜 的液晶的基板之间的间隔。 49.一种可调液晶透镜装置，用于使用动态配置的有效电极几何形状控制通过所述装 置的光传播，所述光学装置包括： 液晶层，所述光通过该液晶层，所述液晶层的光学特性控制所述光传播； 电极系统，其被设置为产生作用于所述液晶层的电场，以改变所述液晶层的所述光学 特性； 电信号发生器，用于产生在多个不同频率下的多个驱动信号分量，并将所述。
17、驱动信号 分量施加至所述电极系统以使所述透镜成形；以及 频率依赖材料，在其中提供随着对其施加的合成的驱动信号的频率而变化的电荷迁移 率，以便所述合成的驱动信号的频谱成分动态地配置所述电极系统的有效电极几何形状， 由此所述电场的空间分布根据所述频谱成分而变化，以改变使所述透镜成形的所述液晶层 的所述光学特性。 50.如权利要求49所述的可调光学装置，所述电极系统进一步被配置为通过所述电场 使在所述液晶层中产生的所述透镜可控地成形以移动所述光学装置的光轴。 51.如权利要求49或50所述的可调光学装置，进一步被配置为使由通过所述光学装置 的入射光束形成的图像稳定。 52.一种可调液晶透镜装置，用于。
18、使用动态配置的有效电极几何形状控制通过该装置 的光传播，所述光学装置包括： 液晶层，所述光通过该液晶层，所述液晶层的光学特性控制所述光传播； 第一电极系统，其被设置为产生作用于所述液晶层的电场，以在产生所述透镜时改变 所述液晶层的所述光学特性； 第二电极系统，其被设置为修改作用于所述液晶层的所述电场； 电信号发生器，用于产生在多个不同频率下的多个驱动信号分量，并将所述驱动信号 分量施加到所述第一和第二电极系统；以及 与所述第二电极系统相关联的频率依赖材料，所述频率依赖材料在其中提供随着对所 述第二电极结构施加的至少一个驱动信号分量的频率而变化的电荷迁移率，以便所述合成 的驱动信号的频谱成分将作。
19、用于所述液晶层的电场的有效空间分布动态地配置为根据所 述频谱成分变化，以使所述透镜成形。 53.如权利要求52所述的可调光学装置，所述第二电极系统进一步被配置为通过所述 电场使在所述液晶层中产生的所述透镜可控地成形，以移动所述透镜的光轴。 54.如权利要求52或53所述的可调光学装置，进一步被配置为使由通过所述透镜的入 射光束形成的图像稳定。 权 利 要 求 书CN 102812393 A 1/22页 6 液晶透镜中的图像稳定和位移 技术领域 0001 本发明涉及液晶透镜装置。 背景技术 0002 在例如2009年12月23日公开的、共同拥有的PCT专利申请WO2009/153764 中描述了。
20、可调液晶透镜，其中可调液晶透镜使用频率依赖材料（frequency dependent material）（如其中所定义的）在液晶单元（liquid crystal cell）中使电场和相应的折射 率梯度成形，适于制造透镜。 0003 在Ye等人发表在Optics Comunications,259(2006)710-722的题目为“Liquid crystal lens with focus movable in focal plane”的文章中公开了一种液晶透镜，其中 通过控制对四段式孔状构图电极（hole-patterned electrode）的每个象限（quadrant）施 加的控制。
21、信号的相对振幅，透镜的光轴是可移动的。透镜布置使用平面电极下面的分段式 电极，这两个电极都被馈以控制信号，以将电场限定为相对于底部平面电极而对上平面电 极和下分段式电极施加的固定频率控制信号的相对振幅的函数。演示改变相对振幅的效果 的试验结果示出液晶透镜的光轴的位移或变化。 0004 可调液晶（LC）光学装置，如透镜，配合均匀的电控场或磁控场来操作，且大部分是 使用空间调制场。使用电场，一些现有技术被用于空间调制电场。空间不均匀介电层已用 于衰减电场，以提供期望的空间分布。电极已经被成形为球状以提供期望的电场空间分布。 空间调制电场的另一种方法是使用平面电极，该平面电极的阻抗特性使得当将交流驱。
22、动电 流供给该电极时，该电极上的电压降导致空间调制电场。 0005 如图1所示，一种常规LC单元通过如下制得：将液晶102夹在两个基板104、106 之间，每个所述基板首先被透明电极108、110涂覆，所述透明电极可以为例如铟锡氧化物 （ITO）的材料层，然后每个所述基板被聚合物层112（通常为聚酰亚胺）涂覆，且所述聚合 物层112在预定方向上被摩擦以在基态（ground state）下，即，没有控制电场的情况下使 得LC分子对准。对两个ITO层的电压施加产生均匀的电场和相对应的均匀LC分子再取向 （reorientation），这相应地提供穿过LC层的均匀折射率分布。在这样的装置中，在纵向上。
23、 的分子折射率不同于横向方向上的分子折射率。 0006 图2示出现有技术的LC单元配置，其中，使用在高电阻率材料的盘形区205周围 的低电阻率的孔状构图的电极环204来产生电场梯度。该几何形状（geometry）的优势在 于非常薄（此为关键需求，例如，对于蜂窝电话应用而言）和仅使用两个电极（因此仅使用一 个电压控制驱动信号）。然而，产生具有高光学透明度的高电阻率材料的所需厚度和产生具 有良好均匀度的LC单元是困难的，且该制造方法通常具有低产率。不同透镜将具有稍微不 同的电极电阻，结合所要求的控制也与精确的单元厚度非常相关这个事实，意味着需要分 别校正每一个单独的透镜。另外，模态透镜（modal。
24、 lens）的最小直径限于约2毫米-在该 尺寸之下，该ITO层所需的电阻率超过10M/sq。最后，这样的（所谓的“模态控制”）透镜 必须总是为正的或者负的。无法在发散和收敛透镜之间进行切换。 说 明 书CN 102812393 A 2/22页 7 0007 图3示出另一个现有技术的产生电场梯度的LC单元配置，使用三个不同电极304、 305、307（这三个电极中的两个位于形成在相同平面上的孔间图案中）和两个电压V1、V2以 及额外不同的弱导电层（WCL）306。该外部孔状构图的电极304（其上施加有电压V1）的 作用是产生类透镜的电场分布，而该中心盘形电极305（其上施加有电压V2）的作用是（。
25、避 免）降低向错（disclination）和控制梯度值（例如：消除该透镜）。WCL 306的作用是减弱 （soften）由V1所产生的分布，并且使得该透镜的整体厚度减小。然而，该顶部电极的复 杂构图、使用两个不同电压的必需性、以及分离的WCL使得难以制造且妨碍该方法的实际 使用。例如，使用该方法以建立偏振独立的透镜将会需要使用6至7片厚玻璃元件（glass element），这是困难的工作。 发明内容 0008 所提出的方案的一个目标是提供对可调液晶透镜的焦点移动的改善的（高效的） 控制。 0009 已发现，可使用分段式电极提供对使用频率依赖材料而产生的电场的改善的（高 效的）控制以控制所产。
26、生的透镜的焦点移动。 0010 已发现，可通过使用可控制的热源影响电场调制和液晶中的至少一者来使液晶透 镜的光轴移动。 0011 已发现，可使用可控制的压力源影响（作用于）液晶透镜结构的基板来使液晶透镜 的光轴移动。合适的压力源可以是压电或是由热源致动的充以流体的（fluid-filled）单 元。 0012 移动或改变在用于摄像机（camera）的透镜布置的透镜形成部件中的光轴对于图 像稳定很有用，例如：补偿摄像机振动、图像或透镜位置调整以提供与其他透镜元件的对 准、有角度地调整透镜（俯仰和转向（pitch and turn）/摇摆和倾斜（pan and tilt），并 提供图像移动以使用预。
27、估（discreet）像素成像传感器而实现亚像素（s ub-pixel）成像。 因此，根据给定的应用的需要，光轴调整机制（mechanism）可以被一次性设置、在图像获取 （image acquisition）前被调整或在图像获取期间被动态调整。在动态控制的情况下，可使 用加速度传感器或通过分析所获取的图像来实现光轴调整以确定摄像机移动。 0013 根据所提出的方案，提供一种可变光学装置，其用于控制通过其的光传播，其中， 该装置使用频率依赖材料和产生具有多个不同频率的驱动信号的电信号发生器。该装置包 括液晶（LC）层，光通过该LC层，且该LC层控制光传播。还提供一种电极系统，该电极系统 被连接。
28、至电信号发生器，并且被设置成用于产生作用于该LC层的电场以改变其光学特性。 该电信号发生器产生具有多个不同频率的驱动信号，并且将该驱动信号供应至电极系统， 以产生电场。该频率依赖材料位于该装置中，使得该频率依赖材料与电场相互作用。该频 率依赖材料具有依赖于对其施加的驱动信号的频率的电荷迁移率，使得可变电场空间分布 被提供为随着该驱动信号频率而变化，空间调制电场被用于改变该LC层的特性。在此使用 “电荷迁移率”而不是“电导率”，来描述该频率依赖材料的特性。在低频率下，一些频率依赖 材料呈现高电荷迁移率，因为电荷在该频率依赖材料中流动的时间较长。类似地，在较高频 率下，在每一个正或负循环中可获得电。
29、位的时间较短，导致低电荷迁移率。因此，使用“电荷 迁移率”来表示在所施加的交替电信号的约束下电荷在频率依赖材料中流动的整体能力。 说 明 书CN 102812393 A 3/22页 8 0014 在一些实施例中，该电极系统包括固定导体电极，该固定导体电极被连接至该频 率依赖材料的体。该电场可具有基本由该固定导体电极限定的部分，以及由该频率依赖材 料限定的部分电场也可基本由该频率依赖材料限定。该电极系统可具有这样的固定导体 电极：该固定导体电极的电场通过未被连接至该固定导体电极的频率依赖材料的体而成形 （shape）。 0015 在一些实施例中，可使用具有基本平坦的层几何形状的元件制作该电极系统。
30、。 0016 该电极系统也可以基本上为光学隐藏的，因此不会干扰通过该光学装置的光的传 播。 0017 在一些实施例中，该电极系统可包括与频率依赖材料的层接触的构图的电极。 0018 在一些实施例中，该装置是可调焦透镜。该透镜可以是折射的或衍射的。 0019 在一些实施例中，该装置包括可变频率控制信号电路，该电路被配置为使得该装 置根据控制信号频率而控制光的传播。 0020 频率依赖材料和不同频率的驱动信号的使用允许该光学装置的各种不同实施例。 一些变体的实例是电极的数量、形状和配置、不同频率依赖材料的数量以及其相对于电极 和彼此的位置、不同驱动信号频率和电压的施加、以及额外的材料在该光学装置结。
31、构中的 使用。 0021 在一个实施例中，该驱动信号包括单频信号，其中，该频率用于改变该装置的光学 特性。这可被实现而不需驱动信号电压振幅的任何显著变化，或者也可包括信号振幅的改 变。在另一实施例中，将不同频率的多个驱动信号分量混合在一起并同时施加以产生与该 频率依赖层的特定相互作用，并且相应地产生所期望的电场分布。 0022 根据所提出的方案，结合不同驱动信号频率而使用频率依赖材料，以改变该光学 装置中的有效电极结构。该电极结构确定电场分布，而该电场分布又确定该LC层的光学特 性。 0023 可将该频率依赖材料选择为在不同频率下呈现不同的电荷迁移率，以便在不同频 率下，该频率依赖材料可以选择。
32、性地（可控地）表现为导电材料或者是不导电材料。对于该 频率依赖材料表现为导体（高电荷迁移率）的频率，该频率依赖材料可产生与所述固定电极 中的一个不同地定位的有效电极结构。然而，对于该频率依赖材料中电荷迁移率相对低的 频率，该频率依赖材料不表现为导体，且有效电极结构由固定电极的实际位置确定。因此， 通过适当定位频率依赖材料以及选择不同的驱动频率，可以改变有效导体配置，并且可以 动态地改变LC层的光学特性。 0024 在一组实施例中，频率依赖材料与构图的电极结合使用，该构图的电极（在没有不 同电极结构的情形下）会产生在空间中不均匀的电场。这样的结构可用于在LC层中通过 空间调制电场所造成的LC分子。
33、的非均匀再取向而产生特定特性（如透镜结构）。然而，在这 样的实施例中，也可期望产生在空间中均匀的电场，以便提供所有LC分子的初始共同对准 倾向（例如：避免向错）。在所提出的方案的该实施例中，可将该频率依赖材料的位置设置为 使得当选定在该频率依赖材料中提供高度电荷迁移率（使得电荷能够行进较远的距离）的 驱动信号的频率时，产生有效电极结构，该有效电极结构使得该电场的空间分布成为基本 均匀的分布。例如，该构图的电极可为环形电极，且用该频率依赖材料填充该电极的中心空 间。在此种情况中，施加第一频率（例如相对高的频率）的驱动信号，其使得频率依赖材料中 说 明 书CN 102812393 A 4/22页 。
34、9 的电荷迁移率很小（即，电荷行进相对短的距离），导致电极表面有有限的（或没有）有效延 伸。由该构图的电极的环形电极结构产生非均匀的（空间调制）电场，且该空间调制电场被 施加到LC层。然而，施加使频率依赖材料具有相对高的电荷迁移率的量的相对低的频率， 这使得频率依赖材料表现为环形电极的延伸，且该有效电极结构变为基本上平面的。因此， 所产生的电场是（实质上）基本上均匀的。 0025 在前述实施例中，可将其他形状用于固定构图的电极，如在2009年12月23日提 交的共同指定的美国临时专利申请61/289,985中所描述的，通过引用将其并入本文中。 0026 在所提出的方案的另一实施例中，该可变光学。
35、装置包括位于两个LC层之间的中 心层，该中心层包括频率依赖材料和固定电极（如孔状构图的电极）的特定几何形状布置， 且通过以对称方式成形每一个LC层所见的电场而用作梯度控制层。每个液晶层可具有基 态中的LC分子取向的不同方向。驱动信号被施加给的电极分别位于每个LC层附近，离开 中心层的那侧。电场成形依赖于该驱动信号的频率，且该驱动信号的频率确定在共同频率 依赖层中的电荷迁移率的程度。在对应于低电荷迁移率的频率下，该梯度控制层根据该固 定中心层电极的形状来使该电场成形。然而，在对应于高电荷迁移率的频率下，该频率依赖 层产生有效电极表面，且该梯度控制层根据从该固定电极和该频率依赖层共同造成的该中 心。
36、层的整体电极几何形状来使该电场成形。 0027 在本发明的另一实施例中，该光学装置具有在特定频率下具有不同电荷迁移率的 量的多种频率依赖材料。可以将这些材料以特定几何配置而被设置在一起，以产生可动态 调节的有效电极结构形状。例如，可将两种频率依赖材料设置在共同层中，其中一种材料具 有类透镜（透镜状）的形状并且被另一种材料围绕。通过将该共同的频率依赖材料层和LC 层一起设置在两个平面电极之间，可通过改变该驱动信号电压的频率来改变电场分布，并 且从而改变该有效电极结构是否采纳由该频率依赖材料所产生的形状，例如可能沿着该两 种材料之间的边缘而产生。 0028 如果需要，为了更好的光学效率，不同的材料。
37、（未必都是频率依赖的）也可被设置 为使得表面垂直于该光学装置的光轴。而且，也可将不导电材料与其它材料一起使用，以构 成所期望的有效电极形状。 0029 所提出的方案的另一变体使用具有频率依赖电荷迁移率的频率依赖层，且该频率 依赖电荷迁移率沿着通过该层的梯度变化。因此，相比于该层的另一部分，该层的一部分呈 现更高程度的电荷迁移率以响应第一频率。因此，对该装置施加的驱动信号的频率的调整 改变（选择）表现为导体的梯度层的部分。因此，该梯度层中的梯度形状可用于产生随着改 变驱动信号频率而变化的有效电极形状。这种类型的梯度层也可与不同的固定电极结构 （包括构图的电极）组合以产生更复杂的有效电极形状。 0。
38、030 所述频率依赖材料可由各种不同的可能材料所组成。在一个实施例中，该材料是 可热聚合的导电材料，而在另一实施例中，该材料是可光聚合的导电材料。其它可能性包括 真空（或者，例如，溶胶-凝胶）沉积的薄膜、高介电常数液体、电解质凝胶、导电离子液体、电 子传导聚合物或具有电子传导纳米颗粒的材料。该频率依赖材料使用的特征是频率依赖的 电荷迁移率。 0031 当该频率依赖材料是可热聚合或可光聚合的导电材料时，该材料可包括：具有 至少一个烯键式（ethylenically）不饱和双键的可聚合单体化合物；为紫外-可见光 说 明 书CN 102812393 A 5/22页 10 （UV-Vis）、近红外光（。
39、NIR）敏感或者是热敏分子的组合的引发剂（initiator）；用于改变混 合物的介电常数的添加剂，其中，该添加剂选自有机离子化合物和无机离子化合物；以及， 用于改变混合物的粘性的填料。该材料也可包括选自如下的粘合剂：对紫外-可见光敏感 的粘合剂、对近红外光敏感的粘合剂及使用热引发剂而聚合的粘合剂。也可包括光学弹性 体（optical elastomer）。 0032 当频率依赖材料是高介电常数液体时，其可包括在相对低频率下具有在2.0和 180.0之间的（epsilon）的透明液体材料，其允许电荷以频率依赖的方式移动。 0033 当该频率依赖材料是电解质凝胶材料时，其可包括：聚合物材料；离子。
40、组合物；以 及离子迁移体（ion transporter）。 0034 当该频率依赖材料是导电离子液体时，其可包括选自如下的离子物种（species）： 氯酸盐、过氯酸盐、硼酸盐、磷酸盐以及碳酸盐。 0035 所提出的方案的各个实施例还包括信号频率可变的驱动信号。驱动信号发生器可 输出可改变频率的单个频率驱动信号、作为不同频率的不同单独驱动信号分量的混合（合 成（combination）的驱动信号、或者是频率成分（frequency content）可变的某种其它驱 动信号形式。在一个实施例中，该驱动信号发生器产生填充系数（filling factor）可以改 变的脉冲宽度调制驱动信号。在这样。
41、的情况中，可改变该填充系数以改变该组合的驱动信 号的高频率成分的量。在另一实施例中，该驱动信号发生器在其基模（basic mode）中或者 在通过第二频率的信号分量调制第一频率的驱动信号分量的模式中产生振幅调制驱动信 号。在又一实施例中，该驱动信号发生器产生作为若干个不同的单独驱动信号分量的合成 的驱动信号，所述不同单独驱动信号分量具有预定的相对频率和振幅。可考虑特定应用的 频率依赖层配置和特定电极来进行对适当驱动信号的选择。 0036 在所提出的方案的特定组的实施例中，使用这样的电极结构（系统），该电极结构 （系统）包括具有非平坦几何形状的固定导体电极。替代非平坦固定电极或者与非平坦固定 电。
42、极组合地，也可使用具有非平坦几何形状的频率依赖材料。将此实施例中的结构配置可 以变化，并且可包括这样的固定导体电极，该固定导体电极包括被涂覆在类透镜（透镜状） 的聚合物结构的顶上的弯曲导电材料层。在另一实施例中，该固定导体电极是被涂覆在平 坦孔径（flat-aperture）聚合物结构的顶上的多级（multi-level）平坦表面导电材料层。 该频率依赖材料也可为位于LC层与固定导体电极之间的平坦材料层。在一个变体中，平坦 表面的聚合物结构可由具有相对且匹配弯曲表面的一对类透镜的聚合物结构形成。该弯曲 的频率依赖材料层也可包括将所述匹配弯曲表面附接在一起的光学透明粘胶层。 0037 在所提出的。
43、方案的再一实施例中，可变光学装置包括本身具有频率依赖电荷迁移 率的LC层。在此实施例的一个版本中，当该LC层本身的电荷迁移率程度随着驱动频率改变 而改变时，外部的频率依赖材料不是必需的。因此，与该LC层相互作用的电场的空间分布 可为频率依赖的，导致可通过改变该驱动信号的频率成分而改变该LC层的光学特性。在此 实施例的一个版本中，该电极结构（组件）产生在空间中非均匀的电场，且当产生在该LC层 中导致高度电荷迁移率的频率时，可将该电场改变成在空间中较均匀的电场。在另一个变 体中，该电极结构（系统）包括在该电极的中心区中具有光学透明材料的孔状构图的电极。 0038 本领域技术人员可理解，可将本文中所。
44、描述的各种原理和实施例混合和匹配，以 产生具有各种电场产生特性的光学装置。不同形状和配置的电极、不同类型、形状及位置的 说 明 书CN 102812393 A 10 6/22页 11 频率依赖材料、不同驱动信号发生器、以及包括本文中所描述的变体均可组合使用，以产生 具有特定特性的光学装置。所述装置也可为频率控制的、电压控制的，或者是两者的组合。 0039 例如，可使用具有低角度预倾（pre-tilt）对准层的LC层，并且可施加使得有效电 极结构均匀的第一频率。在此频率下，可然后将电压增至使所有LC分子都在均匀倾斜下具 有初始再取向的水平。可然后改变该电压的频率以改变有效电压结构，并且将非均匀性。
45、引 入该电场，以便改变液晶的光学特性（例如形成透镜结构）。通过在引入电场非均匀性前对 液晶施加初始均匀电场强度，可最小化（避免）该LC层中的向错。也可施加驱动信号，以防 止所述液晶分子保持在基态附近，从而降低光（图像）像差。在另一实例中，可使用频率控制 以改变LC透镜的光功率，但是在不同光功率下将驱动信号的电压由一个水平切换至另一 个水平，以改善透镜的性能。也可使用许多其它类似的控制样式。 附图说明 0040 图1为现有技术的可调液晶（LC）透镜结构的示意图； 0041 图2为现有技术的具有孔状构图的电极的可调LC透镜结构的示意图； 0042 图3是现有技术的具有两个元件顶部电极的可调LC透镜。
46、结构的示意图； 0043 图4是根据所提出的方案具有频率依赖材料层和位于该层顶部附近的孔状构图 的顶部电极的可调LC透镜结构的示意图； 0044 图5是根据所提出的方案具有频率依赖材料层和位于该层底部附近的孔状构图 的顶部电极的可调LC透镜结构的示意图； 0045 图6是示出根据所提出的方案当使用具有相对高频率的驱动信号时的图4的配置 的等电位面的图示； 0046 图7是示出根据所提出的方案当使用具有相对低频率的驱动信号时的图4的配置 的等电位面的图示； 0047 图8是示出根据所提出的方案当使用具有相对高频率的驱动信号时的图5的配置 的等电位面的图示； 0048 图9是示出根据所提出的方案当。
47、使用具有相对低频率的驱动信号时的图5的配置 的等电位面的图示； 0049 图10A至10E是示出根据所提出的方案类似于图4的配置的可调透镜效应的示例 图像； 0050 图11A示出图4的配置的光功率对RMS电压的图表实验数据； 0051 图11B示出类似于图4的配置的RMS像差对RMS电压的图表实验数据； 0052 图12A示出类似于图4的配置的光功率对频率的图表实验数据； 0053 图12B示出类似于图4的配置的光功率对频率的图表实验数据以及对相同频率范 围的像差的相应表示； 0054 图13A是根据所提出的方案的结构的示意图，其中，在两个LC单元之间夹着梯度 控制结构，该梯度控制结构具有孔。
48、状构图的电极和频率依赖材料； 0055 图13B是用于控制光的两个正交偏振的LC单元配置的示意图； 0056 图13C是类似于图13B的LC单元配置但单个组合的可变电极结构控制两个LC单 元的LC单元配置的示意图； 说 明 书CN 102812393 A 11 7/22页 12 0057 图13D是类似于图13C的LC单元配置但其组合的可变电极结构位于两个取向交 叉的LC单元之间的LC单元配置的示意图； 0058 图14为示出脉冲宽度调制信号的参数的图示； 0059 图15为示出脉冲宽度调制信号的频域特性的图示； 0060 图16为示出以三个不同频率驱动的LC透镜的转换函数（transfer 。
49、function）（光 功率对RMS电压）的图示； 0061 图17为示出对于三个不同控制电压的频率可调LC透镜的光功率对频率的转换函 数的示意性图示； 0062 图18为具有频率可调LC透镜的摄像机系统的示意图； 0063 图19示例了现有技术的液晶透镜设计，其使用均匀的平面上电极、放置在上电极 下方的分段式四分（four-quadrant）电极、以及位于液晶单元的底部上的底部均匀的平面 电极； 0064 图20A示例了可调液晶透镜的侧剖视图，具有根据一个实施例的分段式顶部电极 的插入顶视图，其中频率依赖材料位于分段式孔状构图的电极之上； 0065 图20B示例了可调液晶透镜的侧剖视图，具有根据一个实施例的分段式顶部电极 的插入顶视图，其中频率依赖材料位于分段式孔状构图的电极的孔径内； 0066 图20C示例了可调液晶透镜的侧剖视图，具有根据一个实施例的分段式顶部电极 的插入顶视图，其中频率依赖材料位于分段式孔状构图的电极之下； 0067 图21是示例了光束整形模式（optical beam shap。