BRPI0614019A2 - lente eletroativa e adaptativa com comprimento focal variável - Google Patents

Abstract

LENTE ELETROATIVA E ADAPTATIVA COM COMPRIMENTO FOCAL VARIAVEL A presente invenção refere-se a uma lente eletroativa, eletricamente controlável com foco ajustável. A lente eletroativa, eletricamente controlável com foco ajustável Dode ajustar o comprimento focal discretamente ou .ontinuamente. A lente pode ser incorporada a uma variedade e dispositivos áticos incluindo óculos.

Description

LENTE ELETROATIVA E ADAPTATIVA COM COMPRIMENTO FOCALVARIÁVEL

Referencia cruzada a pedidos relacionados

A presente invenção reivindica a prioridade do pedidode patente provisório dos Estados Unidos número 60/645.839depositado em 21 de janeiro de 2005, o qual é incorporadocomo referência.

Antecedentes da invenção

A correção de mudanças ópticas relacionadas aenvelhecimento dos olhos se torna cada vez mais importanteà medida que aumenta a expectativa de vida. Uma mudançaóptica relacionada ao envelhecimento é denominadapresbiopia, onde as pessoas têm dificuldade em focalizarobjetos próximos dentro da retina em função decrescidaflexibilidade das lentes. A presbiopia (vista cansada)normalmente surge nas pessoas por volta dos 40, e existe asignificativa necessidade de correção visual. As lentesoftálmicas com propriedades focais fixas têm sidoamplamente utilizadas como óculos e lentes de contato paracorrigir a presbiopia e outras condições.

As lentes oftálmicas são mais úteis se proporcionaremuma potência focai ajustável (isto é, se a potência focainão for estática). A potência focai ajustável proporcionaao olho uma acomodação externa para alcançar objetos deinteresse em diferentes distâncias focais. A potência focaiajustável pode ser proporcionada utilizando lentes de zoommecânicas. Entretanto a técnica mecânica torna os óculospesado e caro.

Diferentes técnicas ópticas têm sido exploradas emlentes bifocais para permitir tanto a visão próxima quantoa distancia. Por exemplo, o usuário pode ter lentes queproporcionam diferentes potências focais para cada olho,uma para objetos próximos e uma para objetos distantes.

Alternativamente o uso de divisão de área da lente, lentesbifocais de difração ou outra técnica de divisão, objetostanto próximos quanto distantes são captados dentro daretina simultaneamente e cérebro distingue a imagem. Excetopelas lentes bifocais de difração, o campo de visãoutilizado pelas técnicas ópticas é pequeno. Além disso,essas técnicas ópticas não funcionam bem quando a pupila épequena, tendo em vista que a íris bloqueia o feixe quepassa através da porção anular das lentes. Uma outra opçãopara correção é o uso de lentes de monovisão, onde umapotência focai diferente é proporcionada para cada olho,uma para objetos próximos e outra para objetos distantes.

Entretanto a percepção de profundidade binocular é afetadaquando as lentes de monovisão são utilizadas.

Lentes eletricamente comutáveis (por exemplo lentesque possuem uma camada de cristal líquido posicionada entreduas camadas placas condutoras onde a orientação do cristallíquido muda de acordo com a aplicação do campo elétrico)têm sido descritas para uso em sistemas ópticos (porexemplo, Kowel, Appl. Opt. 23(16), 2774-2777 (1984); Dance,Laser Focus World 28,34 (1992)). Em lentes eletricamentecomutáveis, várias configurações do eletrodo tem sidoestudadas, incluindo estruturas de eletrodo de placa dezona Fresnel (Williams, SPIE Current Developments inOptical Engineering and Commercial Optics, 1168, 352-357(1989); McOwan, Optics Communications 103, 189-193 (1193)).

Lentes de cristal líquido com comprimento focai variáveltêm sido descritas (Sato, Jap. J. Appl. Phys. 24(8), L626-L628(1985)). Entretanto o uso de lentes de cristal liquidoem lentes de óculos é limitado devido a muitos fatores,incluindo a eficiência de baixa difração quando ocomprimento focai é alterado e o baixo tempo de comutação,que é resultante da espessura da camada de cristal liquidorequerida. Lentes melhoradas com potências focaisajustáveis são portanto uma necessidade da técnica.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

São proporcionados uma nova configuração de lentes edispositivo correspondente e um método para o ajuste docomprimento focai. 0 novo projeto é baseado em eletrodospadrões orientados individualmente. São descritas aqui duasaplicações para este novo projeto. A primeira aplicaçãopermite a troca do comprimento focai entre valoresdiscretos. Em uma modalidade, o comprimento focai éalterado de comprimento focai inicial para múltiplos deinteiros do comprimento focai inicial. A segunda aplicaçãopermite um uso mais amplo, onde o comprimento focai écontinuamente ajustável a partir de um mínimo valorpossível baseado nos parâmetros do projeto até o infinito.

O novo projeto contorna as dificuldades descritas acima.

Mais especificamente são proporcionadas lenteseletroativas controláveis eletricamente com foco ajustável.

Também são proporcionados métodos para discretamente oucontinuamente ajustar o comprimento focai de uma lenteeletroativa eletricamente controlável. Lentes eletroativaseletricamente controláveis permitem que o comprimento focaiseja ajustado sem movimentos mecânicos intensos eineficientes. Em contraste com as lentes de visãosimultânea tais como bifocal, trifocal ou lentesprogressivas para óculos ou lentes de contato, em que ocampo de visão é limitado a um corredor estreito e ousuário é confrontado com duas imagens e as lentes demonovisão em que a percepção da profundidade binocular éafetada, as eletroativas ajustam a potência de foco e emcada condição de trabalho a abertura completa possui amesma potência focai. Dispositivos feitos a partir delentes controláveis eletricamente com foco ajustávelproporcionam uma focalização ajustável com um grande campode visão e uma alta qualidade de imagem sem a necessidadede trocar entre lentes físicas diferentes. Outras vantagensdessa lente incluem uma operação compacta, de baixo peso,de baixo custo e de uma maior facilidade com baixa voltageme baixa dissipação de potência.

Em uma modalidade, a lente eletroativa controláveleletricamente e com foco ajustável é proporcionada acompreendendo: uma camada de cristal líquido posicionadaentre um par de substratos transparentes; um eletrodopadronizado de zona Fresnel possuindo zonas M, cada zonapossuindo subzonas L individualmente orientadasposicionadas entre a camada de cristal líquido e asuperfície voltada para dentro do primeiro substratotransparente, onde MeL são inteiros positivos; e umacamada condutora entre a camada de cristal liquido e asuperfície voltada para dentro do segundo substratotransparente. As subzonas individualmente orientadas doeletrodo padronizado de zona Fresnel podem estar no mesmoplano horizontal, em que as subzonas são separadas por umisolador para evitar um curto elétrico, ou as subzonasindividualmente orientadas do eletrodo padronizado de zonaFresnel podem ser posicionadas em dois ou mais planoshorizontais, cada um separado por uma camada de isolamento,ou outras configurações podem ser utilizadas conformeconhecidas na técnica.

Um método de ajuste do comprimento focai das lentescom múltiplos inteiros e o comprimento focai original F éproporcionado compreendendo: proporcionar uma lente quecompreende uma camada de cristal liquido colocada entre umpar de substratos transparentes; um eletrodo padronizado dezona Fresnel posicionado entre a camada de cristal liquidoe á superfície voltada para dentro do primeiro substratotransparente, o referido eletrodo padronizado possui Mzonas, cada zona possuindo L subzonas, o eletrodopadronizado que possui um total de M.L eletrodos orientadosindividualmente; a camada condutora entre a camada decristal líquido e a superfície voltada para dentro dosegundo substrato transparente; e um controle elétricoconectado eletricamente às zonas de eletrodos e a camadacondutora; aplicação da mesma voltagem em eletrodos korientados individualmente para ajustar o comprimento focaiem kF, onde k é um inteiro de 1 até ML. 0 comprimento focaipode ser discretamente ajustado a partir de F até oinfinito.

Um método de continuamente ajustar o comprimento focaide uma lente é proporcionado compreendendo: (a)proporcionar uma lente compreende uma camada de cristalliquido colocada entre um par de substratos transparentes;eletrodo padronizado de zona Fresnel possuindo L níveis dedifração posicionados entre a camada de cristal líquido e aa superfície voltada para dentro do primeiro substratotransparente, o eletrodo padronizado possui um arranjocircular em anéis orientados individualmente; uma camadacondutora entre a camada de cristal liquido e a superfícievoltada para dentro do segundo substrato transparente; e umcontrole elétrico conectado eletricamente a zona doeletrodo e a camada condutora; (b) determinar o comprimentofocai desejado (f'); (c) calcular a área da zona mth doeletrodo de padrão de zona Fresnel utilizando a equação:rm2+f'2=(f'+ mAj2, onde f'é o comprimento focai do projeto,e A é o comprimento de onda de projeto, e rm é o raio dasubzona de mth; (d) dividir a área calculada da zona mthpor L ou um inteiro maior para determinar o número deeletrodos individualmente orientados que formam a subzonade projeto; (e) aplicar a mesma voltagem ao número deeletrodos individualmente orientados em uma subzona deprojeto. 0 método para continuamente ajustar o comprimentofocai pode também compreender uma etapa anterior (a):determinar um ou mais comprimentos focais de projeto;calcular o tamanho máximo do anel do eletrodo padronizadode zona Fresnel que permite comprimentos focais de todoprojeto ser formados em uma subzona de projeto.

Em uma modalidade, as zonas de eletrodo são formadas apartir de eletrodos padronizados ITO (Óxido de índio eEstanho). A retardação de fase em cada zona é modulada pelareorientação do cristal liquido utilizando campos elétricosaplicados, conforme conhecido na técnica.

As lentes eletroativas controláveis eletricamente ecom foco ajustável descritas aqui proporcionam muitasvantagens em relação às técnicas atuais. Uma vantagem é acapacidade de mudança ajustável da potência de foco dalente. 0 comprimento focai de uma lente de difração édeterminado pelo espaçamento da zona de eletrodo. Naslentes descritas aqui, o padrão do eletrodo é fixado e ocomprimento focai pode ser mudado diretamente através damudança das conexões de acionamento eletrônico para oseletrodos e para voltagem aplicada. Em outra modalidade, aszonas de eletrodo individualmente orientadas permitem acorreção para diferentes distâncias da visão, incluindopróximo (por exemplo, leitura), intermediária (por exemplo,tela de computador) e visão à distância. A potência focaipode ser ajustada tanto diretamente por um localizador defaixa ou manualmente pelo usuário. Em uma modalidade,circuitos microeletrônicos são integrados com as lentes, demodo que a montagem se torna compacta. Também, a estruturado eletrodo é invisível o que proporciona uma vantagemcosmética em relação a abordagem de cristal liquidoaterrado. Uma perda de potência elétrica não irá afetar adistancia da visão (a potência de focalização proporcionadaquando não há corrente fornecida) . Em cada condição detrabalho a abertura inteira possui a mesma potência focai.

A estrutura de zona Fresnel descrita aqui em uma modalidadepermite aberturas relativamente largas, o que é requeridopara aplicação em lentes oftálmicas. Outras vantagens destainvenção descritas aqui incluem um projeto compacto, umbaixo peso, um baixo custo, uma operação mais fácil combaixa voltagem e baixa dissipação de potência.

Conforme conhecido na técnica, comprimento focai daslentes descritas aqui e o valor dioptico correspondentepodem então ser positivo ou negativo, dependendo dasvoltagens aplicadas. Essas variações são conhecidas por umapessoa versada na técnica sem exagero da experimentação esão incluídas aqui.

Conforme utilizado aqui, "focalização ajustável"significa que o comprimento focai da lente não está fixadoa uma distancia como uma lente óptica convencional. 0comprimento focai de uma lente de uma focalização ajustávelé ajustado pela mudança da voltagem aplicada ao eletrodopor meios conhecidos na técnica. Em uma modalidade, ocomprimento focai é ajustado pelo usuário para proporcionara visão do objeto a uma distancia desejada."Individualmente orientada" significa a mesma ou diferentevoltagem pode ser aplicada em diferentes eletrodosindependentemente. "Eletricamente controlável" significaque a voltagem é aplicada para controlar ou alterar umparâmetro tal como estado de orientação de um cristalliquido, conforme conhecido na técnica. "Ajuste contínuo"significa o comprimento focai pode ser ajustado para muitosdiferentes valores que não são restritamente múltiplos deum comprimento focai original e não necessariamentesignifica que todo comprimento focai é alcançável, devido alimitações físicas das técnicas de fabricação dos eletrodospadronizados atuais.

Conforme utilizado aqui, "camada" não requer um filmeperfeitamente uniforme. Algumas espessuras irregulares ,rachaduras ou outras imperfeições podem estar presentes,desde que a camada atinja seu propósito conforme descritoaqui. Conforme usado aqui, "perpendicular" significaaproximadamente perpendicular à superfície do substrato.Deve ser notado que o eixo óptico geralmente éaproximadamente perpendicular à superfície do substrato.

Conforme usado aqui, "ausência de intervalo horizontal"entre os eletrodos inclui a situação onde os eletrodos nãopossuem espaço entre eles quando vistos em uma direçãoperpendicular, e também inclui a situação onde existe umespaço entre os eletrodos quando visto uma direçãoperpendicular que não faz com que a eficiência de difraçãodo óptico seja reduzida em mais de 25% a partir do máximoteórico, bem como todos os valores individuais e faixaspresentes.

Os dispositivos da invenção podem ser utilizados emuma variedade de aplicações conforme conhecidas na técnica,incluindo lentes utilizadas em homens ou em animais paracorreção da visão ou na sua modificação. As lentes podemser incorporadas em óculos, conforme conhecida na técnica.

Os óculos podem incluir uma lente ou mais de uma lente. 0dispositivo também pode ser utilizado em aplicações devisores, conforme conhecido por uma pessoa versada natécnica sem prejuízo da experimentação. As lentes dainvenção podem ser utilizadas como lentes convencionais eópticas. As lentes da invenção podem ser utilizadas comouma porção de uma lente convencional, por exemplo, como umainserção em uma lente convencional, ou uma combinação delentes convencionais e lentes da presente invenção quepodem ser utilizadas de maneira mais adequada.

A presente invenção é útil na preparação de óculos quepossuem lentes que ajustam a potência do comprimento focaicom base na distancia do objeto visto. Em uma modalidade, omecanismo de localização de faixa, a bateria e o circuitode controle são alojados nos óculos ou são partes separadasde um sistema de controle. Esses componentes e seus usossão conhecidos nas técnicas. Como exemplo, o mecanismo delocalização de faixa é utilizado para determinar adistancia entre os óculos e o objeto desejado. Estainformação é alimentada em um microprocessador que ajusta avoltagem aplicada aos eletrodos individualmente orientados,que proporcionam a lente ã função de transmissão de fasedesejada para ver um objeto.

Vários métodos de aplicação de voltagem dos eletrodospodem ser utilizados, conforme conhecidos na técnica. Abateria pode ser utilizada para alimentar a voltagem, ou emoutros métodos, conforme conhecido na técnica. É conhecidona técnica que vários métodos de controle de todos osaspectos da voltagem aplicados aos eletrodos podem serusados, incluindo um processador, um microprocessador, umcircuito integrado, e um chip de computador. A voltagemaplicada é determinada pela função de transmissão da fasedesejada, conforme conhecido na técnica.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

A figura 1 ilustra uma lente de difração: 0 gráfico(a) é uma lente de refração convencional; o gráfico (b) éum lente de difração com o perfil de chama quadráticocontinuo; o gráfico (c) é uma lente de difração binária: eo gráfico (d) é uma aproximação em quatro níveis de umalente de difração.

A figura 2 ilustra uma construção de lentes dedifração.

A figura 3 ilustra uma célula de cristal liquido.

A figura 4 ilustra uma estrutura geral e lentes decristal liquido eletroativas com eletrodos padronizados.A figura 5A ilustra uma estrutura onde todos oseletrodos estão no mesmo plano (estrutura em uma camada),em que existe um menor intervalo entre as subzonaspróximas.

A figura 5B ilustra uma estrutura onde um número ímparde eletrodos e um número par de eletrodos são interrompidosem duas camadas horizontais, e não existe espaço entre assubzonas próximas (estrutura de duas camadas).

A figura 6 ilustra um exemplo de comprimento focaivariável digital utilizando um padrão de eletrodoindividualmente orientado.

Figura 7 ilustra ajustamento continuo no comprimentofocai utilizando um arranjo circular individualmenteorientado de eletrodos com resolução própria.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Para melhor compreensão da presente invenção, osconceitos básicos de células de cristal liquido, bem comoalguns conceitos básicos de lentes de difração e princípiosde lentes adaptativas são brevemente revistos abaixo.

Lentes difração

Lentes de difração são conhecidas na técnica. A funçãode uma lente de difração está baseada na difração de umcampo próximo por um padrão de zona de Fresnel. Cada pontoque emerge a partir da estrutura serve como um emissor deuma onda esférica. O campo óptico de um ponto de observaçãoparticular é a soma uma das contribuições de ondasesféricas emitidas para uma estrutura inteira. Ainterferência construtiva de ondas esféricas vindas devários pontos e cria uma alta intensidade no ponto deobservação, correspondente a uma alta eficiência dedifração.

A figura 1 ilustra uma lente de difração: 0 gráfico(a) é uma lente refração convencional; o gráfico (b) é umlente de difração com o perfil de chama quadráticocontinuo; o gráfico (c) é uma lente de difração binária: eo gráfico (d) é uma aproximação em quatro níveis de umalente de difração.

A figura 1 gráfico (a) mostra uma parte de uma lentede difração convencional. Com a remoção do retardo da fase2n múltipla a partir da lente de refração, uma lente dedifração é obtida conforme figura 1 gráfico (b). 0 salto defase em cada limite da zona é 2n para um de comprimento deonda X de projeto, e o perfil em cada zona proporciona umainterferência construtiva perfeita no ponto focai. 0gráfico (c) da figura Ieo gráfico (d) da figura 1 mostramdiferentes aproximações dos perfis de fase desejados nafigura 1 (b) , em que múltiplas etapas em cada zona sãoutilizadas para aproximar o perfil desejado da fase.

A figura 2 mostra uma construção de uma lentedifração. 0 comprimento focai (f) é indicado ao longo doeixo ótico. 0 raio (rm) é de maneira perpendicular indicadoao eixo óptico. É notado que o caminho percorrido pela luzque entra na lente no raio (rm) para alcançar o ponto focaiF é equivalente ao comprimento focai (f) mais um númerointeiro de comprimento de onda (mA.) a fim ter ainterferência construtiva.

Em outras palavras, o comprimento focai (f) da lentedifração é determinado pelo período das zonas. Asdiferenças do comprimento do trajeto óptico são múltiplosdo comprimento de onda. Para a zona mth, notando que f+mÀ.é uma hipotenusa de um triângulo reto na figura 2:

rm2 + f2 = (f+mA) 2 (1)

Para a uma aproximação paraxial, f>>mA, os raios (r)das zonas ou os limites da zona são dados por

rm2 = 2mAf . (2a)

onde rm é o raio exterior na zona znth (m=l, 2, 3. . . M) , A éo comprimento de onda e f é um comprimento focai. Para alente difração de nível L, cada zona consiste em L subzonasde igual tamanho (área) . É notado que há L subzonas e cadauma das subzonas têm uma espessura ótica diferente, assimhá L níveis da fase.

O raio exterior da subzona de nth (n=l, 2, 3... L, L éo número de níveis de fase em cada zona) da zona mth é dadopor

rmn = /(2 [ (m-1) +n/L] Aí) (2b)

Isto determina o teste padrão da zona de Fresnel, queé periódico em r2. O período é igual a T12'. É notado que T1é o raio da primeira zona, e que cada zona tem a mesmaárea. O comprimento focai da lente difração é

f = ?x2/2X (3)

As equações acima implicam que o comprimento focaipode ser mudado escolhendo o período da zona. Para umalente com o comprimento focai p.f, o tamanho (área) de cadazona é p.r22'

A eficiência de difração de uma lente difração multi-nível (ou de uma lente difração do nível da fase L) é dadapor

ri = sinc2 (l/L) = [sin(n/L) /n/L] 2 (4)

A tabela 1 proporciona vários parâmetros para lentedifração do dioptico 1. Como visto na tabela 1, aeficiência do difração aumenta enquanto o número de níveisda fase aumenta e a largura da última subzona diminuienquanto a abertura da lente aumenta.

Tabela 1

<table>table see original document page 15</column></row><table>

Célula de cristal liquido

As células de cristal líquido são conhecidas natécnica. Muitas configurações e operações das célulascristal líquido são conhecidas também na técnica.

A figura 3 ilustra uma modalidade ilustrativa de umacélula de cristal líquido eletro-ativa, onde uma camada decristal líquido seja imprensada entre duas placas de vidroque têm superfícies internas condutoras. As superfícies dasplacas são revestidas com uma camada de alinhamento talcomo o polivinil álcool (PVA) ou o nylon 6.6 e são tratadaspor fricção para gerar uma orientação molecular homogênea.

As camadas do alinhamento são polidas no sentido mostradonas setas, conforme conhecido na técnica. Uma voltagem éaplicada às superfícies condutoras internas das placas. Emuma célula eletroativa usando um cristal líquido como omeio eletro-optico, cada zona tem a mesma espessura, mas oíndice de refração do feixe extraordinário é mudado devidoà reorientação da molécula de cristal líquido quando umavoltagem é aplicada ao meio. Conforme mostrado na figura 3,a orientação original da molécula de cristal líquida édeterminada pela direção de polimento. A eixo longo (eixoótico) da molécula de cristal líquida é alinhadoverticalmente. Quando uma voltagem apropriada é aplicada, amolécula é girada. 0 índice de refração efetivo (ne') édado por

<formula>formula see original document page 16</formula>

onde nD e ne são os índices refração para os feixesordinários e extraordinários, respectivamente, 9 é o ânguloentre o eixo ótico da molécula e o eixo vertical. 0 feixeextraordinário inicialmente possui um índice de refraçãomáximo ne. Com o aumento da voltagem aplicada, o índice derefração eficaz ne' torna-se menor, e quando uma voltagemde saturação é aplicada, o eixo ótico da molécula éalinhado horizontalmente e o índice de refração eficaz ne'alcança o mínimo e é igual ã nQ. 0 índice de refração parao feixe ordinário (polarizado horizontalmente) é sempre omesmo. Assim o efeito eletro-optico modula o índice derefração eficaz do feixe extraordinário.

Nas células de cristal do líquido descritas aqui, omaterial condutor em um substrato não forma uma camadahomogênea, mas sim um padrão dos elétrodos é formado,conforme será descrito mais adiante.

A figura 4 ilustra a estrutura geral de uma lente decristal líquido eletroativa com eletrodos padronizados. Apartir do fundo, as camadas compreendem:

410 Substrato,420 Eletrodos padronizados (eletrodos individualmenteorientados),

430 Camadas de alinhamento,

440 Cristais líquidos e 450 Espaçador (ouespaçadores),

430 Camada de alinhamento,460 Terra, e410 Substrato.

Especificamente, a figura 4 ilustra a estrutura geralda lente de cristal líquido eletroativa usada aqui. Umacamada de cristal líquido 43 0 é prensada entre os eletrodospadrão 420 e um eletrodo à terra 460. O eletrodo padrão 430pode ser fabricado por processo fotolitográfico de umapelícula condutora depositada em um substrato de vidro,conforme conhecido na técnica, e o eletrodo à terra 460contem uma camada condutora uniforme, formada por qualquermaneira conforme conhecida na técnica. Os eletrodospadronizados compreendem uma disposição circular dos anéiscujos raios são determinados pelo comprimento focaidesejado, como descrito aqui. 0 efeito eletro-optico doscristais líquidos 440 resultam bi-refringência controláveleletricamente. O perfil da fase através da lente éconstruído se aplicando voltagens apropriadas aos eletrodospadronizados, conforme descrito mais adiante.

O material condutor pode ser qualquer materialapropriado, incluindo aqueles descritos especificamente nainvenção, e outros materiais conhecidos na técnica.

Prefere-se que o material condutor seja transparente, comoo óxido do índio, o óxido de estanho ou o óxido de índio eestanho (ITO). O substrato pode ser todo o material quepuder fornecer a transmissão ótica desejada e podefuncionar nos dispositivos e nos métodos descritos napresente invenção, como o quartzo, o vidro ou o plástico,conforme conhecido na técnica. A espessura da camadacondutora está tipicamente entre 30 nm e 200 nm. A camadadeve ser espessa o suficiente para proporcionar umacondução adequada, mas não espessa demais de modo aproporcionar uma espessura adicional à estrutura da lentecomo um todo. Os eletrodos padronizados 420 podem serformados utilizando técnicas fotolitograficas, tais comoaquelas descritas aqui e conhecidos por qualquer pessoaversada na técnica.

A figura 5A ilustra uma estrutura onde todos oseletrodos estão no mesmo plano (estrutura de uma camada),em que há uma abertura pequena entre subzonas próximas. Ocontrolador ou o acionador 510 está conectado por Fio 520as vias ou Contatos 530, em que são conectados por sua vezaos eletrodos individualmente controláveis 540. É notadoque os fios 520 podem ser eletricamente isolados doseletrodos 540 por uma camada de isolamento (não mostrada),e então os fios podem ser conectados seletivamente aoseletrodos através das vias (furos ou caminhos na referidacamada de isolamento) ou dos contatos 530. Este tipo defabricação de contato é conhecido na litografia defabricação, e na fabricação de circuitos integrados.

Mais especificamente, a figura 5A ilustra umadisposição do eletrodo em forma de anel (individualmentecontroláveis) individualmente orientados e concêntricos emuma camada. Negligenciando os fios 520 e as vias através doisolamento, esta apresentação é definida como uma estruturada "uma camada" porque todos os eletrodos estão em umaúnica camada.

Alternativamente, os fios 520 podem ser colocadospróximos a um barramento (não mostrado) que é dispostoradialmente com relação aos eletrodos em anel concêntrico.

Nota-se que outras formas padronizadas do eletrodopodem ser usadas. Por exemplo, em arranjo hexagonal podeconter pixels hexagonais, ou um arranjo da grade podeconter pixels quadrados, ou um conjunto de formasirregulares pode corrigir erros de refração não simétricos.

Os eletrodos de formas irregulares ou complexas podem serfabricados para corrigir um erro de refração de ordem maiornão simétrica ou não convencional. Adicionalmente, oseletrodos podem ter a espessura variável na direção do eixoótico, a fim criar interações mais complexas com oscristais líquidos.

Alternativamente, os arranjos com densidades elevadasdo pixel podem ser controlados para aproximar os anéisconcêntricos da figura 5A para criar lentes difração,particularmente se mais de dois pixels se ajustam a largurade um eletrodo do anel. Tais arranjos de elevadas densidadedo pixel podem também aproximar de formas mais complexas.

Retornando a figura 5A, é necessário definir oeletrodo de anel mais interno como eletrodo de número 1, einiciar a contagem radialmente para fora até o 16° eletrodomais externo. É notado que o eletrodo mais interno podepreferencialmente ser um circulo cheio ao invés de um anel,mas a figura 5A ilustra um anel por simetria, e parailustrar claramente a via ou o contato 53 0 com a camadamais interna do eletrodo de anel.Para criar os 4 níveis ou 4 fases de lentes difração,os quatro anéis mais internos são agrupados dentro de umazona. A primeira zona é compreendida pelos eletrodos 1-4,numerados do mais interno para o eletrodo mais externo.

Cada um desses eletrodos 1-4 é uma subzona da primeirazona. A segunda zona é compreendida por eletrodos 5-8. Aterceira zona é compreendida por eletrodos 9-12. A quartazona é compreendida por eletrodos 13-16. A organização deconjunto de 16 eletrodos formam lentes difração de 4 níveis(ou fases) com 4 zonas.

Cada eletrodo de anel 54 0 está independentementeorientado por fios 520 conforme descritos acima. Se todosos eletrodos forem distribuídos em uma única camada, devehaver intervalos eletricamente isolantes entre os eletrodospróximos. Os intervalos dos eletrodos podem causardistorção da fase e a simulação deste projeto mostra que adistorção de fase afetar grandemente a eficiência dedifração e outras medidas de desempenho.

Para aliviar a distorção causada pelos intervalos deisolamento entre os eletrodos em um projeto de camada,outras configurações de eletrodo podem ser utilizadas. Porexemplo, os eletrodos de anel podem ser separados em duascamadas distintas para criar um projeto em duas camadas.

Especificamente, os anéis de número ímpar podem serposicionados em uma camada de eletrodo, e os anéis denúmero par podem ser posicionados em uma segunda camada deeletrodo. Estas duas camadas distintas de eletrodo podemser separadas por uma camada de isolamento tal como SiO2.

A figura 5B ilustra uma estrutura onde os eletrodos denúmero ímpar e os eletrodos de número par são intervaladosdentro de duas camadas horizontais e não há intervalo entreas subzonas vizinhas (estruturas de duas camadas).

O controlador ou acionador 510 comunica através defios 52 0 nos eletrodos, e os eletrodos são agrupados dentrode uma camada com os anéis de número par 54 2 e uma camadacom os anéis de número impar 544. Estas duas camadas deeletrodos são separadas por uma camada de isolamento SiO2544. As marcas de alinhamento Cr 560 são também mostradaspara o alinhamento de fabricação fotolitográfica. A Zona m580 e a Zona m+1 590 são também mostradas e correspondem àszonas adjacentes da figura 5A.

Na figura 5B a seção transversal do padrão de eletrodode duas camadas é mostrado, em que os anéis de número par ede número impar são distribuídos em duas camadas separadase não existem intervalos entre dois eletrodos vizinhosquando vistos em uma direção perpendicular (visto ao longodo eixo óptico). Especificamente é notado que a Zona m 580se estende de rm até rm+1 e compreende um total de 4eletrodos, 2 dos 4 eletrodos na Zona m 58 0 são numeradoscomo pares e residem na camada 542, e os 2 eletrodosrestantes na Zona m 580 residem na camada 544.

Neste caso, cada eletrodo de anel 540 pode serindividualmente orientado a partir de uma camada adicional(não mostrada na Figura 5B) através de vias como no caso deuma camada. Os fios 520 podem ser localizados em qualquerlocação conveniente ou camada.

Um exemplo de formação de uma estrutura de duascamadas vem a seguir. Para substratos dentro dos quaiseletrodos padronizados serão aplicados, as marcas dealinhamento 560 são depositadas na camada condutora.Qualquer material adequado pode ser utilizado para marcasde alinhamento, tal como o Cr. As marcas de alinhamento 560permitem o alinhamento próprio das várias máscarasfotolitográficas no substrato e, portanto, os padrões quesão criados nas etapas de processamento associadas ao usode cada máscara a partir de um "conjunto de máscaras" quefoi feito de maneira a ter a definição fotolitográficatotal desejada dos eletrodos quando os eletrodos sãopadronizados. Uma parte de uma zona de eletrodospadronizados é formada na camada condutora utilizandométodos conhecidos na técnica e aqui descritos. Uma camadade isolante, tal como SiO2 550 é depositada na camadacondutora padronizada. Uma segunda camada condutora édepositada no SiO2 e a segunda parte da zona dos eletrodospadronizados é formada na segunda camada condutora.

Uma camada de alinhamento (não mostrada) écolocada na segunda camada do condutor sobre um segundocondutor do substrato. A camada de alinhamento é preparadapor meios conhecidos na técnica tal como por fricçãounidirecional. As camadas de alinhamento atualmenteutilizadas são revestidas com álcool polivinílico ou nylon6,6 em que o revestimento é aplicado circularmente. Épreferido que a camada de alinhamento em um substrato sejafriccionada em uma direção anti-paralela em relação àcamada de alinhamento do substrato. A camada de cristalliquido é colocada entre os substratos, e os substratos sãomantidos em uma distância de separação desejada (tal comoetnre 3 e 20 mícrons de afastamento) com espaçadores devidro, ou outro meio conhecido na técnica. Os espaçadorespodem ser de qualquer material desejado, tal como Mylar,vidro, ou quartzo, ou outros materiais úteis paraproporcionar o espaçamento desejado. Para conseguir umadifração eficiente a camada de cristal líquido deve serespessa o suficiente para proporcionar uma onde deretardamento ativado (d> ^/ôn~2,5^m, onde ôn é abirrefringência do meio de cristal líquido), mas as camadasde cristal mais espessas auxiliam a evitar o fenômero desaturação. As desvantagens das células mais espessasincluem tempos de comutação longos (variando com d2) e aperda da definição da característica eletroativa. Ossubstratos transparentes podem ser espaçados em qualquerdistância que permita um número desejado de eletrodospadronizados e a espessura desejada da camada de cristallíquido. Em modalidades particulares, os substratostransparentes são espaçados entre três e 2 0 mícrons e todosos valores individuais e taxas compreendidas. Umespaçamento atualmente preferido é o de 5 mícrons.

Em operção, a voltagem requerida para alterar oíndice de refração para um nível desejado é aplicada noseletrodos por um controlador. Um "controlador" pode incluirou estar incluído em um processador, um microprocessador,um circuito integrado, um IC, um chip de computador e/ou umchip. Normalmente as voltagem de cercade 2 Vrms sãoaplicados aos eletrodos. Os acionadores de controle emforma de de onda são conectados em cada grupo de eletrodosem uma configuração de base comum. Os acionadores deamplitude são simultaneamente otimizados para umaeficiência de difração de focalização maxima. A função devoltagem requerida para mudar o índice de refração a umnível de refração desejado é determianda pelo cristallíquido ou mistura de cristal líquido utilizado, conformeconhecido na técnica.

A Figura 6 ilustra um exemplo de comprimento focaivariável digital utilizando o padrão de eletrodoindividualmente orientável. O gráfico (a) corresponde aocomprimento focai F básico, que é determinado pela área doeletrodo original único (i.e., o período da estruturaoriginal) . O período da estrutura é a área do eletrodooriginal único. O comprimento focai pode ser aumentado emmúltiplos de F pelo aumento do período das lentes semafetar a eficiência de difração. 0 gráfico (b) correspondeao comprimento focai 2F. A área de cada zona (subzona) daFigura 6B é duas vezes aquela da Figura 6A. A eficiência dedifração é a mesma em ambos os casos.

Em um exemplo específico, as voltagens aplicadas paraos quatro eletrodos de um lente de nível de 4 fases emparticular são 1,1V; 1,31V; 1,49V e 1,72V, respectivamente.Em um outro exemplo, as voltagens aplicadas aos oitoeletrodos de uma lente de 8 fases em particular são 0,71V;0,97V; 1,05V; 1,13V, 1,21V; 1,30V; 1,37V e 1,48V,respectivamente. As voltagens aplicadas nos eletrodos sãofacilmente determináveis por uma pessoa versada na técnicasem prejuízo da experimentação e são uma função do cristallíquido utilizado, arranjo de célula, e outros fatoresconhecidos na técnica. Conforme descrito acima, asvoltagens podem ser positivas ou negativas, dependendo docomprimento focai desejado, conforme conhecido na técnica.Em uma modalidade, as voltagens aplicadas nos eletrodos sãovalores positivos ou negativos entre 0,5 e 2V e todos osvalores individuais e subfaixas destes.O material isolante pode ser qualquer materialadequado, incluindo aqueles especificamente descritos napresente invenção e outros materiais conhecidos na técnica.

Em uma modalidade, o material condutor e o materialisolante são arranjados em padrões alternados, por exemplo,círculos com raios crescentes. Os padrões podem serqualquer padrão desejado, tal como circular, semi-circular,quadrado, angular ou qualquer outra forma que proporcione oefeito desejado, conforme aqui descrito. Os termos"circular, semi-circular, quadrado, angular e outras formasnão são pretendidas como sendo formas perfeitas, mas simuma forma geral e que pode incluir, conforme conhecido natécnica, linhas de barramento ou outros métodos de portarcorrente através do substrato.

Qualquer cristal líquido pode ser utilizado nainvenção. É preferido que o tempo de comutação seja rápidoo suficiente de modo que o usuário não se dê conta doatraso na comutação de um comprimento focai para outro. Emmodalidades particulares descritas aqui, um cristal líquidonemático é utilizado como um meio eletro ótico. Nestamodalidade, a lente possui uma resposta óptica a um dosdois componentes de polarização ortogonal da luz. 0 cristallíquido colestérico de sensível à polarização pode tambémser utilizado, no caso de não ser necessário umpolarizador. 0 cristal líquido utilizado na invenção incluiaqueles que forma fases nemáticas, esméticas, oucolestéricas que possuem uma ordem de orientação de longafaixa que pode ser controlada com um campo elétrico. Épreferido que o cristal líquido possua uma faixa ampla detemperatura nemática, que seja de fácil alinhamento, baixavoltagem limite, uma grande resposta eletroativa e rápidasvelocidades de comutação, bem como estabilidade comprovadae disponibilidade comercial confiável. Em uma modalidadepreferida, é utilizado o E7 (mistura de cristal líquidonemático de cianobifenis e cianoterfenis vendidos pelaMerck). Exemplos de outros cristais líquidos nemáticos quepodem ser utilizados na invenção são: pentil-ciano-bifenila(5CB), (n-octiloxi)-4-cianobifenila (80CB). Outros exemplosde cristais líquidos que podem ser utilizados na invençãosão n = 3,4,5,6,7,8,9, dos compostos 4-ciano-4-n-alquilbifenis, 4-n-pentiloxi-bifenil, 4-ciano-4"-n-alquil-p-terfenis, e misturas comerciais destes tais como E36, E46e ZLI-series feitos pela BDG (British Drug House)-Merck.

Os polímeros eletroativos podem também ser utilizadosna invenção. Os polímeros eletroativos incluem qualquermaterial polimérico tal como aqueles descritos em "PhysicalProperties of Polymers Handbook" de J.E.Mark, AmericanInstitute of Physics, Woodbury, N.Y., 1996, contendomoléculas que possuem elétros n conjugados polarizadosassimétricos entre um grupo doador e um grupo receptor(referido como cromóforo) tal como aqueles descritos em"Organic Nonlinear Optical Materials" de Ch. Bosshard etal., Gordon and Breach Publishers, Amsterdam, 1995.

Exemplos de polímeros são os seguintes: poliestireno,policarbonato, polimetil metacrilato, polivinil carbazol,polimida, polissilano. Exemplos de cromóforos são:paranitroanilina (PNA), vermelho disperso 1 (DR 1), 3-metil-4-metoxi-4'-nitrostilbeno, dietil-amino-nitroestilbeno (DANS), ácido dietil-tio-barbitúrico. Ospolímeros eletroativos podem ser produzidos por: a)seguindo uma técnica convidado/hospedeiro, b) porincorporação covalente do cromóforo dentro do polímero(pingente e cadeia principal), e/ou c) por técnica deformação de redes tais como a reticulação, conformeconhecida na técnica.

Cristais líquidos de polímeros (PLCs) podem também serutilizados na presente invenção. Os polímeros de cristaislíquido são também referidos às vezes como polímeroscristalinos líquidos, cristais líquidos de baixa massamolecular, polímeros de auto reforço, compósitos in situ,e/ou compósitos moleculares. PCLs são copolímeros quecontêm seqüências simultaneamente e relativamente rígidas eflexíveis, tais como aquelas descritas em "LiquidoCrystalline Polymers: From Structures do Applications" deW. Borostow; editado em A.A.Collyer, Elsevier, New York-London, 1992, Capítulo 1. Exempls de PLCs sãopolimetacrilato contendo um grupo lateral 4-cianofenilbenzoato e outros compostos similares.

Os cristais líquidos de polímero disperso (PDCLs)podem também ser utilizados na invenção. 0 PDCL consiste dedispersões em gotas de cristal líquido em uma matriz depolímero. Estes materiais podem ser feitos de váriasformas: (i) por fases alinhadas curvilíneas nemáticas(NCAP), por separação de fase termicamente induzida (TIPS),por separação de fase solvente-induzida (SIPS), e porseparação de fase de polimerização induzida (PIPS),conforme conhecido na técnica. Exemplos de PDCLs são:misturas de cristal líquido E7 (BDH-Merck) e NOA65 (NorlandProducts, Inc. NJ); misturas de E44 (BDH-Merck) epolimetilmetacrilato (PMMA); misturas de E49 (BDH-Merck) ePMMA; uma mistura de monômeros de dipentaeritrol hidroxipenta acrilato, cristal líquido E7 (BDH-Merck), N-vinil-pirrolidona, N-fenilglicina e corante Rose Bengal.

Os cristais líquidos estabilizados por polímeros(PSLCs) podem também ser utilizados na presente invenção.PSLCs são materiais que consistem de um cristal líquido emuma rede de polímeros em que o polímero constitui menos de10% em peso de um cristal líquido. Um monômerofotopolimerizável é misturado junto com um cristal líquidoe um iniciador de polimerização UV. Após o cristal líquidoser alinhado, a polimerização do monômero é iniciadatipicamente por exposição de UV e o polímero resultantecria uma rede que estabiliza o cristal líquido. Paraexemplos de PSLCs, ver por exemplo: C. M. Hudson et al.Optical Studies of Anisotropic Networks in Polymer-Stabilized Liquid Crystals, Journal of the Society forInformation Display, vol. 5/3,1-5, (1997), G. P.Wiederrecht et al, Photorefractivity in Polymer-StabilizedNematic Liquid Crystals, J. of Am. Chem. Soe, 120,3231-3236(1998).

Estruturas supramoleculares, não lineares eautoestruturáveis podem também ser utilizadas na presenteinvenção. Estruturas supramoleculares, não lineares eautoestruturáveis incluem filmes orgânicos assimétricoseletroativos, que podem ser fabricados utilizando asseguintes técnicas: Filmes de Langmuir-Blodget, deposiçãoalternada de polieletrólito (poliânion/policátion) a partirde soluções aquosas, métodos de epitaxia de feixemolecular, síntese seqüencial por meio de reações deacoplamento covalente (por exemplo: deposição demulticaraadas autoestruturáveis com base eraorganotriclorosslano). Estas técnicas normalmente levam afilmes finos que possuem uma espessura de menos de l|nm.

Apesar da descrição não limitativa aqui proporcionaroutros detalhes de modalidades exemplificativasespecíficas, diferentes configurações de lentes e eletrodossão úteis para várias aplicações. Por exemplo, uma lentepode ser imersa em uma solução de cristal líquido ou ocristal líquido pode ser posicionado entre duas placas deeletrodos planares com uma mudança de índice de refraçãogradiente. Esta última torna o alinhamento do cristallíquido mais fácil e a célula mais fina permite umacomutação rápida. Além disso, as diferentes configuraçõesde zona de eletrodo podem ser utilizadas nos métodos edispositivos da presente invenção. Estas lentes diferentese as configurações de zona de eletrodo e outrasconfigurações conforme conhecidas na técnica e que estãoincluídas na presente invenção.

Novo projeto com eletrodos padronizados individualmenteorientáveis

Para contornar as limitações dos projetos anteriores,cada uma das subzonas de eletrodo do eletrodo padronizadodeve ser individualmente orientado. São apresentadas duasaplicações exemplificativas. Isto permite o posicionamentoentre o comprimento focai elementar e múltiplos docomprimento focai elementar. 0 outro é mais geral e epermite um ajuste contínuo do comprimento focai a partir domímino valor possível até infinito.

1: Ajuste discreto do comprimento focai

É considerada a estrura geral da lente de cristallíquido mostrada na Figura 3 e o padrão de eletrodomostrado na Figra 5A ou 5B. 0 perfil de fase através dalente é ajustado para aplicar voltagens próprias noseletrodos padronizados e o perfil de fase determina umaeficiência de difração.

A orientação individual das subzonas do eletrodospadronizados permite o aumento do período da zona e entãoaumenta o comprimento focai sem sacrifício da eficiência dedifração. Assumindo que a geometria do padrão de eletrodo éprojetada para um comprimento focai F com uma modulaçõa defase de nível de L-fases. Com base nas equações (2a), (2b)e (3) , se o período de zona r2i é aumentado para 2r2i pormeio do agrupamento de todas os pares de zonas vizinhas emuma só, isto é., aplicar a mesma voltagem para os doiseletrodos vizinhos, então o comprimento focai é alteradopara 2F sem mudança da eficiência de dif ração (Fig. 6) .Similarmente, com o padrão fixo de eletrodo, o comprimentofocai pode ser variado em 3F, 4F,... pelo aumento de 3r21(4r2x, ...respectivamente. Geralmente o comprimento focaipode ser variado em kF(k é um inteiro positivo) peloaumento do período kr2i.

Se o padrão de eletrodo individualmente orientável fordesignado para uma lente adaptativa com um uma potência defoco elementar de, por exemplo, 3 dioptros (comprimentofocai F=33,33cm) e etapas de fase de 8 níveis, a lentepossui uma eficiêcia de difração de 95%. Ao aumentar operíodo em duas vezes, o comprimento focai será de2F=66,67cm (potência de foco 1,5 dioptro) enquanto que aeficiência é ainda de 95%. Com o aumento do período em trêsvezes, o comprimento focai será aumentado em 3F=100cm,correspondendo a uma potência focai de 1 dioptro, enquantoque a eficiência continuará a mesma. Com o aumento doperíodo em 4 vezes, o comprimento focai passará aF=133,32cm, correspondendo a uma potência focai de 0,75dioptro, enquanto que a eficiêcia permanecerá a mesma.

Analogamente, podem ser conseguidos comprimentos focaismaiores (menores potências de focalização) com a mesmaeficiência. Quando as lentes são desativadas, não hápotência focal. A Tabela 2 mostra os parâmetros para váriaspotências de focalização. O raio para cada subzona lentesde 3-dioptro, 1,5-dioptro e 1-dioptro são mostradas nasTabelas 3-5, respectivamente. Estes parâmetros deconstrução podem ser calculados a partir das equações aquiintroduzidas. As relações entre os limites de zona esubzona para as três potências de focalização podem serfacilmente vistas.

A Tabela 2 proporciona exemplos de algumas potênciasde focalização que podem ser alcançadas utilizandoeletrodos padronizados individualmente orientados. Éassumindo que a potência de focalização elementar é de 3dioptros (F=33,33cm) e a abertura da lente é de lOmm. ATabela 2 mostra que a eficiência de difração permanececonforme o comprimento focai é variado.

Tabela 2

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A vantagem significativa do eletrodo padronizadoindividualmente orientado é que proporciona verdadeiramenteuma mesma lente com a capacidade adaptativa para diferentespotências de focalização com a mesma eficiência dedifração.

Nesta aplicação, os comprimentos focais ajustáveis sãoo comprimento focai elementar F e múltiplos do comprimentofocai elementar. Então, a resolução do ajuste é também F.

Por exemplo, se os eletrodos são projetados para umadistância focai elementar IOcm, então o comprimento focaiajustável seria de IOcm, 20cm, 30cm, e assim em diante atéinfinito. Se outros comprimentos focais intermediáriosforem desejados, poderá ser utilizado um outro comprimentofocai elementar menor. Entretanto, quando F for pequeno, otamanho característico dos eletrodos se torna muito pequenopara lentes de grande abertura e é difícil reduzir o custocom as técnicas atuais disponíveis.

2: ajuste contínuo do comprimento focai

É desejável projetar uma lente adaptativa de modo quepossa ser utilizada por todos os pacientes e aplicações.Isto requer das lentes a capacidade de mudar continuamenteo comprimento focai em uma faixa desejada. Para este fim,uma metodologia de projeto mais generalizada foidesenvolvida e que permite um ajuste contínuo docomprimento focai. Conforme descrito acima, os eletrodospadronizados são um arranjo circular de anéis de um tamanhoparticular. Cada anel é individualmente orientável. Umaresolução própria do anel é determinada pela faixa decomprimento focai a ser ajustada. Para comprimento focaidesejado, o tamanho de cada subzona de todas as zonas podeser calculado utilizando as equações (2a) e (2b) . Um certonúmero de anéis pode ser escolhido para formar cada subzonae uma voltagem apropriada pode ser aplicada. Se a resoluçãodos anéis for boa o suficiente, a lente pode sempre possuiruma alta eficiência sem alteração significativa naeficiência a medida que o comprimento focai alterar. Aresolução necessária para os eletrodos padronizados édeterminada pelo tamanho das subzonas nas pelo menosúltimas zonas para as lentes desejadas, conforme descritoaqui.

A Figura 7 ilustra um ajuste continuo do comprimentofocai utilizando um arranjo circular individualmenteorientado de eletrodos com resolução própria. Os quatroexemplos da Figura 7 mostram o eletrodo com espaçamento em|-im para um subconjunto de eletrodos. Os parâmetrosgeométricos para potências de focalização 3D, 2,5D e ID sãodescritas nos exemplos A, B, C e D, respectivamente, "r" éo raio do limite de zona.

Um exemplo de mudança contínua de comprimento focaipara ~30cm até infinito é mostrado aqui. É assumido que odiâmetro da lente é de IOmm e é utilizada uma modulação defase de 8-níveis. Para ilustrar o princípio, os parâmetrosgeométricos para as potências de focalização ajustáveis de3D, 2,5D, 2D e ID são descritas na Figura 7, onde o raio decada limite de zona e a largura de cada subzona para pelomenos uma ou duas zonas são claramente mostrados.Parâmetros mais detalhados para estas lentes podem serencontrados nas Tabelas 3-7. É notado que para uma potênciade focalização em particular, a variação da largura de cadasubzona é muito pequena na extremidades das lentes, e avariação é ainda menor conforme a abertura das lentes éaumentada. Para uma potência focai maior, a largura, bemcomo a área de cada subzona é menor. É assumido que cadaeletrodo possui I^im de largura nesta área. Neste exemplo,tendo em vista que a largura de cada subzona é maior do quel u/m, vários eletrodos podem ser combinados juntamente paraformar uma subzona e o limite de cada subzona pode serarredondado nos eletrodos mais próximos do limite.Acombinação dos eletrodos significa a aplicação da mesmavoltagem a eles.

Por exemplo, para o caso 2D (Exemplo C) , 7 eletrodospode ser combinado para formar todas as subzonas da zona45. Todas as subzonas podem ser gerada similarmente. O errode arredondamento causa variações muito pequenas naeficiência de difração. Por um outro lado, na área próximaao centro da lente, se eletrodos finos similares foremutilizados, então as etapas de fase podem ser maiores que 8e então a eficiência de difração pode ser aumentada nesta.

Em geral, a eficiência de difração seria quase a mesmaquando a potência de focalização é ajustada. A medida que ocomprimento focai aumenta de Im (potência de focalização deID) para infinito, a largura de cada zona aumenta, e todasas subzonas podem ser geradas pela combinação de um númerocalculado de eletrodos. Portanto, neste exemplo, todos oscomprimentos focais de ~3 0cm a infinito (potência focai de0 a 3D) podem ser ajustados, e a lente pode ser utilizadapara todos os indivíduos que necessitam de correção nestafaixa para diferentes visões à distância.

Conforme descrito acima, tendo em vista que as zonaspróximas do centro possuem tamanho geométrico maior, adensidade dos eletrodos pode ser menor nesta área (otamanho dos eletrodos próximo ao centro pode ser maior doque aqueles em outras áreas) em comparação com a áreapróxima das extremidades. Se a mesma densidade de eletrodosfor mantida na área próxima ao centro, podem ser obtidosníveis de fase maiores e a eficiência de difração seráaumentada.

Uma outra técnica para atingir este objetivo éutilizar um modulador de luz espacial de enquadramentopixel onde são utilizados pixels retangulares pequenos.Estes pixels podem estar em múltiplas camadas para reduzirou eliminar intervalos quando vistos perpendicularmente aosubstrato, similar às duas camadas de eletrodos circularesilustrados na Figura 5B.

Apesar da presente descrição conter muitasespecificidades, estas não poderiam ser construídas comosendo limitativas do escopo da invenção, mas meramente sãoproporcionados exemplos de algumas das modalidadespreferidas da presente invenção. Modalidades adicionaisestão dentro do escopo da invenção. A invenção não élimitada ao uso em óculos. A presente invenção pode tambémser utilizada em microscópios, espelhos, binóculos equalquer outro dispositivo óptico que seja adequado a umusuário. Além disso, conforme se tornará aparente para umtécnico no assunto, a invenção é útil em outros campos taiscomo telecomunicações, comutadores ópticos, e dispositivosmédicos. Qualquer cristal líquido ou mistura de cristaislíquidos que proporcione a função de transmissão de fasedesejada no comprimento de onda desejado é útil para apresente invenção, conforme conhecido por alguém versado natécnica. A determinação da voltagem própria e a aplicaçãoda voltagem própria em materiais de cristal líquido paraproduzir uma função de transmissão de fase desejada éconhecida na técnica.

Todo dispositivo ou combinação de componentesdescritos ou exemplificados pode ser utilizado para aconcretização da invenção, a menos que seja indicado deoutra forma. Componentes adicionais tais como acionadorespara aplicar voltagens são conhecidos por aqueles versadosna técnica e incorporados sem prejuízo da experimentação.Nomes específicos de compostos são pretendidos como sendoexemplificativos, conforme é conhecido por aqueles versadosna técnica, podem denominar diferentemente o mesmocomposto. Quando um composto é descrito aqui tal como umisômero particular ou enantiômero do composto não forespecificado, por exemplo em um fórmula ou em um nomequímico, esta descrição irá incluir cada um dos isômeros eenantiômeros do composto descrito individualmente ou emqualquer combinação. Uma pessoa versada na técnica iráapreciar tais métodos, elementos dispositivos, materiais departida e métodos de fabricação outros que não aquelesespecificamente exemplificados podem ser empregados naprática da invenção sem prejuízo da experimentação. Todosos equivalentes funcionais conhecidos, de quaisquermétodos, elementos dispositivos, materiais de partida emétodos de fabricação estão incluídos na presente invenção.Entretanto, uma faixa é dada no relatório descritivo, porexemplo, uma faixa de espessura ou uma faixa de voltagem,todas as faixas intermediárias e subfaixas, bem comovalores individuais incluídos nas faixas dadas sãopretendidas como sendo incluídas na descrição.

Conforme utilizado aqui, "compreende" é sinônimo de"inclui", "contém" ou "é caracterizado por" e é inclusivaou de extremidade aberta e não exclui etapas de métodos ouelementos não citados adicionais. Conforme utilizado aqui,"consistindo de" exclui qualquer elemento, etapa, ouingrediente não especificado no elemento reivindicado.Conforme aqui utilizado, "consistindo essencialmente de"não exclui materiais ou etapas que não afetem materialmenteas características novas e básicas da reivindicação.Qualquer citação aqui do termo "compreende",particularmente em uma descrição de componentes de umacomposição ou em uma descrição de elementos de umdispositivo, é entendido que a invenção engloba essascomposições e métodos consistindo essencialmente dos acimacitados componentes ou elementos. A invenção descritailustrativamente pode ser realizada na ausência de qualquerelemento ou elementos, limitação ou limitações que nãoesteja especificamente descrito na invenção.

Os termos e as expressões que foram empregadas sãoutilizadas como termos da descrição e não como umalimitação e não há intenção no uso de tais termos eexpressões de serem excluídos quaisquer equivalentes dascaracterísticas mostradas e descritas ou porções destas,mas é reconhecido que várias modificações são possíveisdentro do escopo da invenção reivindicada e descrita.Então, deve ser entendido que apesar da presente invençãoter sido descrita especificamente pelas modalidadespreferidas e características opicionais, modificações evariações dos conceitos aqui descritos podem serrestaurados por aqueles versados na técnica, e que taismodificações e variaões são consideradas com incluídas noescopo da presente invenção.

Em geral, os termos e frases utilizados aqui têm orespectivo sentido reconhecido na técnica, que pode serencontrada por referência em textos padronizado,referências de jornal, contextos conhecidos na técnica.

Definições específicas são proporcionadas para esclarecer oseu uso específico no contexto da invenção. Todas aspatentes e publicações mencionadas no relatório sãoinidicativas do nível de habilidade das pessas versadas natécnica a que pertence a presente invenção.

Uma pessoa versada na técnica iria prontamenteapreciar que a presente invenção é bem adaptada para arealização dos objetivos da invenção e para obter os fins evantagens mencionadas, bem como aquelas inerentes. Osmétodos, dispositivos e métodos de acessórios descritosaqui como sendo representativos das modalidades preferidassão exemplificativos e não significam uma limitação doescopo da invenção. As mudanças e outros usos irão ocorrerpor aqueles versados na técnica, que são englobadas dentrodo conceito inventivo, são definidas no escopo dasreivindicações.

Todas as referências citadas aqui são aquiincorporadas por referência para enfatizar que não háinconsistência com a descrição da presente invenção.Algumas referências citadas aqui são incorporadas porreferência para proporcionar detalhes relativos acomponentes adicionais do dispositivo, configuraçõesadicionais de célula de cristal liquido, padrões adicionaispara eletrodos padronizados, métodos adicionais de análisee usos adicionais da invenção.

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Tabela 3. 0 raio externo de cada subzona para umalente 3D, 15mm e 8-níveis.

<table>table see original document page 40</column></row><table><table>table see original document page 41</column></row><table><table>table see original document page 42</column></row><table><table>table see original document page 43</column></row><table><table>table see original document page 44</column></row><table><table>table see original document page 45</column></row><table>Tabela 4. O raio externo de cada subzona para lente dedifração de 1,5D, 15mm e 8 níveis. A área de cada zona éduas vezes o que corresponde à lente 3D (Tabela 3).

<table>table see original document page 46</column></row><table><table>table see original document page 0</column></row><table>Tabela 5. O raio de zona externa de cada subzona para umalente IDf 15mm e 8-níveis. A área de cada zona é três vezeso que corresponde a uma lente 3D (Tabela 3). A área de cadaé duas vezes o aue corresüonde a das lentes 2D (Tabela 4).

<table>table see original document page 48</column></row><table><table>table see original document page 49</column></row><table><table>table see original document page 50</column></row><table><table>table see original document page 51</column></row><table><table>table see original document page 52</column></row><table><table>table see original document page 53</column></row><table>

Claims (25)

1. - Lentes eletroativas eletricamente controláveis ede focalização ajustável, caracterizadas por compreender:uma camada de cristal líquido posicionada entre um parde substratos transparentes; um eletrodo padronizado emZona de Fresnel que possui zonas M, cada zona possui Lsubzonas individualmente direcionáveis posicionadas entre acamada de cristal líquido e a superfície de face de entradado primeiro substrato transparente, onde MeL são inteirospositivos; euma camada condutora entre a camada de cristallíquido e a superfície de face e entrada do segundosubstrato transparente.

2. - Lentes, de acordo com a reivindicação 1,caracterizadas pelo fato de que as subzonas individualmentedirecionáveis do eletrodo padronizado em Zona de Fresnelestão no mesmo plano horizontal.

3. - Lentes, de acordo com a reivindicação 1,caracterizadas pelo fato de que o cristal líquido éselecionado a partir de um grupo que consiste de:nemáticos, colestéricos, polímero eletroativo, cristallíquido de polímero, cristal líquido de polímero disperso,cristal líquido de polímero estabilizado e estruturas auto-montadas, supramoleculares e não lineares.

4. Lentes, de acordo com a reivindicação 3,caracterizadas pelo fato de que o cristal líquido énemático.

5. - Lentes, de acordo com a reivindicação 4,caracterizadas pelo fato de que o cristal líquido é o E7.

6. - Lentes, de acordo com a reivindicação 1,caracterizadas pelo fato de que os substratos transparentessão de vidro.

7. - Lentes, de acordo com a reivindicação 1,caracterizadas pelo fato de que os substratos transparentessão de plástico.

8. - Lentes, de acordo com a reivindicação 1,caracterizadas pelo fato de que compreendem um controleelétrico eletricamente conectado nas subzonasindividualmente direcionáveis e na camada condutora.

9. - Lentes, de acordo com a reivindicação 8,caracterizadas pelo fato de que o controle elétrico aplicauma voltagem positiva ou negativa nas subzonasindividualmente direcionáveis.

10. - Lentes, de acordo com a reivindicação 9,caracterizadas pelo fato de que a voltagem esta entre -3volts e +3 volts.

11. - Lentes, de acordo com a reivindicação 8,caracterizadas pelo fato de compreender um dispositivolocalizador de faixa eletricamente conectado ao motor.

12. Lentes, de acordo com a reivindicação 1,caracterizadas pelo fato de que o eletrodo padronizado e acamada condutora são transparentes.

13. - Lentes, de acordo com a reivindicação 12,caracterizadas pelo fato de que o eletrodo padronizado e acamada condutora são de óxido de índio-estanho.

14. - Lentes, de acordo com a reivindicação 1,caracterizadas pelo fato de que compreendem uma camada dealinhamento ao redor da camada de cristal líquido.

15. - Lentes, de acordo com a reivindicação 14,caracterizadas pelo fato de que a camada de alinhamento éde álcool polivinílico.

16. - Lentes, de acordo com a reivindicação 14,caracterizadas pelo fato de que a camada de alinhamento éde nylon 6,6.

17. - Lentes, de acordo com a reivindicação 1,caracterizadas pelo fato de que os substratos transparentesestão entre 3 e cerca 2 0 microns de afastamento.

18. - Lentes, de acordo com a reivindicação 1,caracterizadas pelo fato de que o comprimento focai épositivo.

19. - Lentes, de acordo com a reivindicação 1,caracterizadas pelo fato de que o comprimento focai énegativo.

20. - Método de ajuste do comprimento focai de umalente por meio de múltiplos inteiros de um comprimentofocai F, caracterizado por compreender:proporcionar uma lente uma camada de cristal líquidoentre um par de substratos transparentes; um eletrodopadronizado em zona de Fresnel posicionado entre a camadade cristal líquido e a superfície de face de entrada doprimeiro substrato transparente, o eletrodo padronizadopossui zonas M, cada zona possui subzonas L, o eletrodopadronizado possui um total de M.L eletrodos direcionáveis;uma camada condutora entre a camada de cristal líquido e asuperfície de face de entrada do segundo substratotransparente; e um controle elétrico eletricamenteconectado às zonas de eletrodos e a camada condutora;aplicar a mesma voltagem a cada um dos k eletrodosindividualmente direcionáveis para ajustar o comprimentofocai a k.F, onde k é um inteiro de 1 a M.L.

21. - Método, de acordo com a reivindicação 20,caracterizado pelo fato de que a voltagem aplicada estáentre -3 volts e +3 volts.

22. - Método para ajuste contínuo do comprimento focaide uma lente caracterizado por compreender:(a) proporcionar uma lente que compreende uma camadade cristal líquido posicionada entre um par de substratostransparentes; um eletrodo padronizado em zona de Fresnelque possui níveis de difração L posicionados entre a camadade cristal líquido e a superfície de face de entrada doprimeiro substrato transparente, os eletrodos padronizadospossuem um arranjo circular de anéis individualmentedirecionáveis; uma camada condutora entre a camada decristal líquido e a superfície de face de entrada dosegundo substrato transparente; e um controle elétricoeletricamente conectado às zonas do eletrodo e a camadacondutora;(b) determinar o comprimento focai desejado (f');(c) calcular a área da zona de ordem "m" do eletrodopadronizado em zona de Fresnel utilizando a equação:r2m + f' 2 = (f + mÃ) 2onde f' é o comprimento focai projetado e λ é ocomprimento de onda projetado;(d) dividir a área calculada da zona de ordem "m" porL ou um inteiro maior para determinar o número de eletrodosindividualmente direcionáveis que formam um projeto desubzona;(e) aplicar a mesma voltagem ao número de eletrodosindividualmente direcionáveis em um projeto de subzona.

23. - Método, de acordo com a reivindicação 22,caracterizado pelo fato de que ainda compreende antes daetapa (a):determinar um ou mais comprimentos focais de projeto;calcular o tamanho máximo de anel no eletrodopadronizado em zona de Fresnel que permite todos oscomprimentos focais de projeto serem formados em umasubzona de projeto.

24. - Método, de acordo com a reivindicação 22,caracterizado por compreender determinar o comprimentofocai de projeto utilizando um dispositivo localizador defaixa para determinar a distância entre a lente e um objetodesejado.

25. - Método, de acordo com a reivindicação 22,caracterizado pelo fato de que a voltagem aplicada estáentre -3 volts e +3 volts.