CN110249255A - 用于光束反射式液晶装置的动态可变电控制的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制反射光的特性的可变反射模式光学装置被描述了。该装置包括可控镜元件阵列的光反射表面，动态可控材料层，和用于产生作用在动态可控材料层上的激励场的激励源。施加到激励源的电驱动信号引起动态可控材料层中光学性质的变化，以提供具有所需相位曲率和所需幅度调制分布中的至少一个的光反射的空间变化。

Description

用于光束反射式液晶装置的动态可变电控制的方法和装置
本申请要求2016年12月14日提交的美国临时专利申请62/433，928的优先权，其内容通过引用结合于此。
技术领域
所提出的解决方案涉及反射电可控光束光学装置领域。更具体地，所提出的解决方案涉及一种用于使用液晶材料动态可变地电控制光束反射的方法和装置。
背景技术
在许多光子应用中，需要控制光束的发散。众所周知，光学特性可以在透射模式和反射模式下改变，后者在诸如稳定全息系统、图像采集、激光、照明等应用中特别重要。
传统的解决方案主要基于镜子位置的机械运动(例如，使用压电元件)或镜子曲率的机械变化(弯曲，扭转等)。
已经探索了几种方法，其中，为了代替机械地移动镜子，可以改变镜子的曲率。参考图1，一种现有技术解决方案使用遍布反射装置1的表面的多个微电子机械系统(MEMS)元件111，提供可变表面曲率的光反射。如图所示，具有相对于镜法线5测量的平坦入射相平面3和入射角6的入射光束2被反射装置1反射。反射光束4被弯曲的反射相平面7所设定。在这种情况下，必须改变每个镜元件111的位置以改变整个系统1的光学参数。遗憾的是，这种机械运动在振动、运动稳定时间、间隙等方面对系统的整体功能有问题，并且应用受限。
还提出了其他机械解决方案，例如使用可变形膜。该解决方案也基于机械运动，这不太理想。
然而，少运动(或无运动)的解决方案具有使它们更具吸引力的优点。
无运动电控均匀反射是已知的，并且大量用于液晶显示器(LCD)技术，例如L.M.Blinov，V.G.Chigrinov在“液晶材料的光电效应”(Electro-optic effects inLiquid Crystal Materials，Springer-Verlag，NY，459pp，1994年)中所描述的。图2示出了现有技术的电可控反射LCD像素的示例。每个反射LCD像素(或单元)包括均匀的动态可控材料层8(例如，液晶或聚合物复合材料)，以及也具有均匀的高反射率的固定镜9。这种动态可变镜的一个重要的区别方面是每个LCD像素的反射的均匀特性。也就是说，来自每个像素的反射光的波前曲率(或强度分布)不在给定像素上被调制。仅使用分别施加到多个像素的不同电压，可以在更大的LCD面板上实现调制。在一些应用中，这又会引入空间不连续操作，导致操作的颗粒性问题，这样制造成本高并且至少在每个像素需要单独控制的意义上增加了控制的复杂性。
光束成形装置在现有技术中是已知的。大多数光束聚焦装置以透射模式工作，这对大量连续基板(包括输入和输出光束基板和透明电极)提出了高光学质量的要求。这又对用于动态可变控制的基板和电极的类型施加了限制。
例如，现有技术的光束聚焦反射方案在液晶(LC)单元基板上使用多个(多于两个)透明电极，例如氧化铟锡(ITO)，如S.T.Kowel，P.G.Kornreich，D.S.Cleverly在美国专利4572616，“自适应液晶透镜”，1986年公开(1982年8月提交)所述，和N.A.Riza，M.C.DeJule在“三端子自适应向列液晶透镜器件”(Three-terminal adaptive nematic liquid-crystal lens device，OPT 19期，第1013-1015页，1994年)中所述。尽管是无运动的方案，但是由于空间不连续的操作(粒度)和控制复杂性(对于多个电极中的每一个的单独驱动)，这种现有技术尝试仍然受到限制。
如本文通常所使用的，“像素化”特性是指需要使用复杂控制组件和复杂控制痕迹光刻的单独电控制的装置中的独立控制元件。这种复杂性增加了制造成本并且导致低制造产量。遗憾的是，所有这些现有技术解决方案都具有性能和/或制造问题，部分原因在于解决方案最初设计用于仅在透射模式下操作。
如国际申请WO2015/103709中所述，发明人已经提出了其他透射模式光束聚焦装置，但是它们对反射模式光束成形和/或转向装置的适应仍然是一个挑战。参见T.Galstian，K.Allahverdyan撰写的文章，使用单个向列液晶层聚焦非偏振光(Focusingunpolarized light with a single nematic liquid crystal layer，光学工程，54(2)卷，pp.025104：1-5，2015年)。
申请人在2015年7月16日公开的国际专利申请WO2015/103709中提出了反射型可调谐光束聚焦装置。这些成果局限于单孔光学元件，例如透镜和可调聚焦镜。参考图3，大多数这样的液晶元件包括梯度折射率结构8，相应的单孔径元件限于小直径器件，通常为0.5mm至5mm，其中光功率(控制度)与光学直径的平方成反比。然而，使用两个(或一个)电极(而不是多个)显著降低了装置的成本和复杂性。
最近的市场发展带来了新的应用，其中必须动态控制大直径LED光源(直径范围从20mm到120mm)的光束。多孔径透射模式LC光束控制元件可以在这种情况下使用，例如，如优先权日为2015年9月12日的国际申请PCT/CA2016/050589中发明人所描述的。参见T.Galstian，K.Allahverdyan撰写的文章，使用单个向列液晶层聚焦非偏振光(Focusingunpolarized light with a single nematic liquid crystal layer，光学工程，54(2)卷，pp.025104：1-5，2015年)。如本文通常所使用的，“多孔径器件”包括周期性或非周期性光束控制元件的大量阵列，其通过用于整个大数量阵列的有限数量的电连接同时驱动。
虽然这种透射模式多孔径LC光束控制阵列可以在一些照明应用实现中成功使用，但是在其他实施方式中，LED光源组件的形状因子限制了照明设备中提供的LC光束控制。例如，各个LED组件具有朗伯源光输出光束分布，其具有以围绕法线轴的立体角扩展测量的强度下降，称为全宽半最大值(FWHM)强度，其限制在简单的灯具中采用的透射模式多孔径LC光束控制阵列的组合孔径。剩余的LED光束功率作为杂散光而丢失，其中灯具以低于期望的功率效率操作。为了实现一些照明效果，杂散光需要被阻挡或吸收(因此失去而成为热量)。
发明内容
与现有技术的尝试相反，所提出的解决方案的实施例包括反射式多孔径LC光束控制装置，其可用于动态控制入射LED光源光束的较高部分，同时减小对采用的LED光源组件的形状因子的限制。这允许使用非常节省成本的方法来获得所需的光束整形，例如允许更高的入射角。
在一些实施方案中，所提出的装置通过使用柔性基板制成，允许制造可变形或弯曲的非平面光束控制结构，其可与复杂的弯曲反射结构一起使用。
所提出的解决方案提供了使用非均匀激励而不是使用多个像素单独控制元件来电控制动态可变光学反射装置的方法和装置。在一个具体的例子中，空间非均匀激励场，例如可以是电场，由两个电极产生，并用于控制光学性质，例如动态可控材料层的折射率或吸收率，例如，在整个光学反射装置内的向列液晶层。
根据各种实施例，所提出的解决方案的多孔径反射模式LC光束控制装置优选地包括LC单元，其采用：
各种可能的相(状态)的各种液晶混合物，包括向列，手性均匀或非均匀的，蓝相，PDLC，PSLC，含有纳米颗粒或其他掺杂剂等。-各种液晶基态取向层的取向没有限制：如面内取向(X，Y，45°，中间角等)以及正向(基本平行于法线轴Z)，例如，如优先权日为2015年9月12日的国际申请PCT/CA2016/050589中发明人所描述的；
各种取向层图案配置，例如在空间上变化(单调)，圆形，径向，周期性，具有空间变化的周期性，非周期性，随机性等；
其中可以采用传统的(例如，摩擦，倾斜沉积等)或先进的动态方法来提供各种取向层的取向和构造，例如，如2010年1月21日公布的国际申请WO2010/006420和美国专利7，218，375中的发明人所描述的那样。
在所提出的多孔径反射模式LC光束控制装置单元的各种实施方式中使用的夹着至少一个LC层的至少一个基板上包括至少一个控制电极。参考发明人在优先权日为2015年9月12日的国际申请PCT/CA2016/050589中的描述，不限制本发明，电极可以包括以下中的至少一个：均匀层电极，平行电极(指状)，相互交叉电极，圆形，径向，周期性，非周期性的电极，具有空间变化的间距(脉冲式)，具有空间变化的宽度，具有空间变化的取向，稀疏连接，随机穿孔等。通过采用隔离层，电耦合(电阻层，双极凝胶等)，电容耦合(弱导电层)等在基板上组合这些电极，可以进行电分离，以在相邻LC材料层内提供所需的电场分布。
通常，对于透射模式动态可变的液晶光整形装置，在光束路径中需要至少两个LC单元来控制两个垂直偏振模式(在两个垂直的平面或方向上)。例如，如果采用平行于Y轴的电极(连接或相互交叉的)，则通常，动态地控制平行于X轴的光偏振。该偏振分量的聚焦(会聚)及其进一步的展宽(发散)将主要在XZ平面中。控制垂直YZ平面中的相同偏振(IIY)需要额外的LC层(具有与X轴平行的电极)或以某种方式在同一LC单元内以90°旋转该光偏振，然后使该光束通过由平行于X轴的电极控制的LC单元的另一个(同一层的)切片。然而，在优选实施例中，非偏振光(两个平面中的展宽/转向)需要同时控制两个偏振。这需要至少另一个LC单元，其光轴相对于第一个旋转90°。然而，发明人已经找到了在单个垂直单元中进行这种方式(单元内部偏振旋转)的方法，例如如发明人在优先权日为2015年9月12日的国际申请PCT/CA2016/050589中所描述的。
根据所提出的解决方案，反射模式几何结构的引入消除了对两个LC单元的需要。
优选地，根据所提出的方案使用的LC单元被均匀地制造，即LC单元在支撑基板之间具有均匀的总厚度。然而，所提出的方案的LC层在整个过程中可以是不均匀的，不限制本发明，包括局部不均匀的聚合物或其中的其他内容物，以及分隔LC材料的各个子部分的壁等。例如，在所提出的LC层中使用的LC材料可以是：纯的或掺杂的(例如，如发明人在2010年1月21日公布的国际申请WO2009/153764中所描述的)，分散的，聚合物稳定的(例如如本发明人在2010年1月21日公开的国际申请WO2010/006420中所描述的)或分散的聚合物(例如发明人在美国专利7，218，375中描述的)或响应外部激励的其他类型。基础LC材料的类型可以是向列型，胆甾型，涂片型，蓝相等(例如，如发明人在美国专利8，252，201中所述的)。
根据所提出的解决方案的各种实施方式，使用具有各种幅度，频率，相对相位，脉冲，过驱动，欠驱动等的不同电信号向这种控制电极提供驱动信号，例如如发明人在美国专利9，030，595中和在美国专利9，405，093中所描述的。
本文还描述了使用这种电控可变光学反射装置来产生具有低损耗的反射相位和幅度的电光调谐/控制，以及更简单的构造和/或制造。
所提出的解决方案还提供了使用非像素化平面(标准)LC单元或复合聚合物膜的电控可变光学反射装置的方法和装置，例如位于全内反射元件的表面上。
附图的简要说明
通过以下参考附图对所提出的解决方案的实施例的详细描述，可以更好地理解本发明，其中：
图1是现有技术中使用MEMS元件及其反射特性的弯曲可调镜的示意图；
图2是现有技术中传统反射型LCD中使用的动态可变均匀镜的配置的示意图，其中对多个单独像素中的每一个使用单独控制；
图3是根据现有技术实施例的使用均匀激励源和非均匀受控材料的动态可变和空间非均匀的单孔径镜结构的示意图。
图4是根据所提出的解决方案的非限制性实施例的使用可控LC材料层和非均匀激励的动态可变和空间非均匀多孔径镜元件配置的分解等距视图的示意图；
图5A和5B分别示意性地表示采用根据所提出的解决方案的非限制性实施例的偏振变换器的空间非均匀液晶镜元件的几何结构；
图5C是图5A和5B中所示的液晶镜元件几何结构中的偏振变换器的操作原理的示意图；
图6是根据所提出的解决方案的非限制性实施例的在单个LC层内使用两个交叉取向的电极图案的偏振无关镜元件的示意图；
图7A，7B和7C是根据所提出的解决方案的非限制性实施例的与反射模式动态LC可控镜元件阵列一起使用的正交取向电极阵列的示意图；
图8A是根据所提出的解决方案的非限制性实施例的使用非均匀LC控制微结构的偏振无关镜单元元件的示意图；
图8B是根据所提出的解决方案的图8A中所示的动态可变LC反射控制装置的实现细节的示意图；
图8C是根据所提出的解决方案的图8A中所示的动态可变LC反射控制装置的实施细节的示意图；
图9是根据所提出的解决方案的非限制性实施例的使用全息镜元件的偏振相关镜元件的示意图；
图10是根据所提出的解决方案的非限制性实施例的使用全息前元件提供可控光束转向的偏振无关LC镜元件的示意图；
图11A是根据所提出的解决方案的各种实施例的反射动态LC镜元件阵列的实施方案的平面图；
图11B是根据所提出的解决方案的各种实施例的图11A中所示的反射动态LC镜元件阵列弯曲成圆柱体的示意图；
图12是说明根据所提出的解决方案的各种实施例的类似于图11A中所示的反射动态LC反射镜元件阵列弯曲成锥形截面的示意图；
图13A至13C示意性地示出了根据所提出的解决方案的非限制性实施例的反射动态LC可控镜阵列的三个变体组件；
图14示意性地示出了根据所提出的解决方案的各种实施例的反射模式LC可控元件的分层结构，其中电可控结构的重要部分位于反射部件的后面；
图15示意性地示出了采用具有正交取向的取向层的一对LC层的反射模式LC可控元件的偏振无关分层结构；
图16示意性地示出了根据所提出的解决方案使用阵列11中的可控LC镜元件的LC可控光束转向；
图17示意性地示出了根据所提出的解决方案采用反射模式LC可控设备的太阳能聚光器；
图18A和18B示意性地示出了根据所提出的解决方案的实施例的一些实施方式的采用波导的反射模式LC光束控制布置的实施方式，
其中相同的标号在所有附图中指代相似的特征。虽然所描述的层序列具有重要意义，但是本说明书中对“前”和“后”限定符的引用仅参考本申请中所示的附图的方向，并不暗示任何绝对空间方向。
具体实施例
与上面讨论的仅为透射模式操作的现有技术解决方案相比，根据所提出的解决方案描述了反射模式电可控装置，该解决方案旨在减少光通量损失并降低可变光学反射空间连续(非像素化)器件的成本，其可使用电场和可控材料层，例如液晶或复合聚合物单元，来进行电控制。这种装置可用于可控反射，以提供光束控制，光束色散，转向，散射等。
根据所提出的解决方案的第一实施例，具有不同电极配置、LC材料和LC基态对准的基板的各种组合可以用于入射和后基板。根据所提出的解决方案，在XY平面中采用诸如图4所示的多个光束控制元件来构建和提供大的光学孔径装置。
根据所提出的解决方案，可以将镜子10添加到图4中所示的控制单元元件。镜子10可以是电介质的或金属的(集成到LC单元，附接到后基板或在后面调节，例如作为LED光源的反射器；包括平面镜或曲面镜)。所有光学接口可以包括折射率匹配层(未示出)，以在需要时减少不希望的损耗。为清楚起见，图4是示意图；前基板和后基板之间的LC单元间隙的分隔在物理上包含LC材料层8，而后基板和镜子10之间的分隔对于集成到后基板中或在其上制造的镜子10而言可能不是物理实际存在的。
该第一实施例的一些实施方式提供由光束通过单个LC单元的双通道提供的增强光束调制，包括减小LC单元间隙的所需厚度。
由发明人在国际申请WO2015/103709中描述的采用集成电介质镜的该第一实施例的其他实施方式可以提供集成在镜子10后面的各种图案化电极(包括非透明电极)的使用自由度。在这样的实施方式中，镜子10和第二基板的电极都可以集成(创建)在后基板的内表面上，以减小所需的操作电压并改善LC单元8内的电场分布。
通过简单地使用同时用作均匀背电极的金属(导电)反射器，可以实现多层电极的组合(在另一个实施例中)。该金属可以被介电反射层覆盖(同时也用作电隔离器)，然后被图案化的透明电极覆盖，从而提供对电场形状的增强控制。
根据所提出的解决方案的第二实施例，具有不同电极配置、LC材料和LC基态对准的基板的各种组合可以用于入射和后基板。根据所提出的解决方案，在XY平面中采用诸如图5A和5B所示的多个光束控制元件，以构建和提供大的光学孔径装置。
根据所提出的解决方案，可以添加静态或动态偏振变换器。偏振变换器可以是宽幅偏振旋转器(被动式，例如，基于各向异性膜，或主动式，例如，基于扭曲向列LC膜等)或去偏振器。偏振变换器可以集成到LC单元中，如图5A中示意性所示，或者如图5B所示单独添加到LC单元。
该第二实施例的一些实施方式提供由偏振旋转光束通过如图5C中示意性所示的LC可控层的双通道提供的XZ平面中的非偏振光的(X和Y)偏振分量的调制(展宽，转向等)。重箭头108示出了沿X轴的LC材料层8中的空间可变LC分子指向矢取向(在XZ平面中)，其控制相应光束偏振的光学性质。
虽然可以通过使用均匀电极和非均匀LC层(包含取向缺陷，聚合物或纳米粒子夹杂物等)来实现器件的多孔特性，但是也可以通过使用均匀的LC单元来实现光调制。因此，根据所提出的解决方案的第三实施例，在相同LC单元的相对基板上采用相互正交的电极图案，其中LC材料和LC基态对准的各种组合用于入射和后基板。根据所提出的解决方案，偏振变换器可以是宽幅偏振旋转器(被动式，例如，基于各向异性膜，或主动式，例如，基于扭曲向列LC膜等)或去偏振器。
图7A，7B和7C说明了根据所提出的解决方案的两种实施方式的反射模式动态LC可控装置的阵列11的正交电极阵列。
该第三实施例的实现提供了在LC单元本身内部由偏振旋转，和还在光束通过层几何结构的双通道期间由外部偏振变换器提供的两个平面(XZ和YZ)中的光束的偏振分量的调制。在操作中，赋予光束的偏振旋转量可以通过电极的独立激活来控制，同时还能够独立或同时控制两个偏振。
根据所提出的解决方案的第四实施例，在图8A中示意性地示出，每个动态LC光学元件包括空间非均匀LC层，但不限制本发明，还包括如下之一：非均匀LC单元间隙88，微观透镜，棱镜状微结构和分散在LC层内的非均匀聚合物网络。根据所提出的解决方案，在相对的，输入基板和后基板上采用均匀电极和/或各种电极图案，具有LC材料和LC基态对准的各种组合。根据所提出的解决方案，镜元件可以是电介质镜或金属镜。
采用电介质镜的实施方式提供了使用集成在电介质镜10前反射表面后面的各种图案化电极(包括非透明电极)的自由度。在这样的实施方式中，镜子10和电极都可以集成在后基板的内表面上，以减小所需的操作电压并改善LC单元8/88内的电场分布。
采用金属镜的实施方式，金属镜可以附接到后基板或在后面调节，例如作为LED光源的反射器。金属镜包括曲面镜，参见图11B，12，13A，13B和13C。
采用偏振变换器的实施方案可包括宽幅偏振旋转器(被动式，例如，基于各向异性膜，或主动式，例如基于扭曲向列LC膜等)或去偏振器。该第四实施例的这种实施方式提供了在LC单元本身内部由偏振旋转，和还在光束通过层几何结构的双通道期间由外部偏振变换器提供的两个平面(XZ和YZ)中的光束的偏振分量的调制。
根据所提出的解决方案的另一个实施例，在图8B，8C和8D中示意性地示出，LC单元可以包括空间非均匀的LC层(包含取向缺陷，聚合物或纳米颗粒内含物，手性结构缺陷，基板非均匀性等)。在这种情况下，即使使用均匀的电极也可以实现器件的多孔特性。
图8B示出了在平面基板之间具有均匀LC单元间隙8的非均匀LC层的第四实施例的实现示例。除了电极和取向层之外，其中一个基板在其上形成有不均匀的微结构，优选地是透明的但不是必须的，在横向和轴向上具有，优选但不一定是随机的特征尺寸Dx和Lx。根据所提出的解决方案的该第四实施例的非限制性实施例，通过使用喷嘴的液滴沉积形成微结构，然后固化。固化的液滴可以具有选择的特征分布的横向尺寸变化在D1和D3之间，以及具有选定的特征分布的固化的液滴轴向尺寸(厚度)在L1和L3之间。固化的液滴可以具有与周围的LC材料不同的折射率。特征操作参数包括：
Vth＝LE＝π[K/(ε0Δε)]0.5和VLC＝V/[1+(εLC/εp)(Lp/LLC)。
图8C和8D示出了在平面基板之间具有均匀LC单元间隙8的非均匀LC层的其他第四实施例的实现示例。图8C示出了一维聚合物稳定结构，而图8D示出了二维聚合物稳定结构。虽然LC材料层具有夹在平行支撑基板之间的均匀厚度(间隙8)，但初始LC混合物可掺杂有未固化的聚合物，其随后可固化以形成，优选随机的，由尺寸D4和D5表征的团块。在具体实施方案中，可通过采用可光聚合的LC材料掺杂剂来提供透镜状或棱镜状微结构。特征操作参数包括：
Vth＝LE＝π[Keff/(ε0Δεeff)]0.5
根据这种实施方式，可以使用均匀成本经济的电极来提供空间非均匀的LC反射控制。
根据图9中示意性示出的所提出的解决方案的第五实施例，镜子10元件可以在预先记录的全息反射器110中实现，该全息反射器110可以在整个镜元件阵列10上延伸。预记录可以包括反射光的大角度偏差，对应于由光通过LC单元(在图9中从左到右示出)引入的给定类型的相位前变形，每个反射角被编程(被匹配)。在不对本发明进行限制的情况下，这种预记录使得能够对图16中所示的单个光束偏振分量11进行大角度可变光束控制。具有不同的电极配置、LC材料和LC基态对准的基板的各种组合可用于入射和后基板。包括衍射或全息元件以增强转向或展宽以及执行其他预定(记录在衍射/全息元件中)的功能。
在另一种实施方式(未示出)中，可以在所示的LC单元和全息镜110之间使用另外的LC单元，以实现入射光束的两个正交(垂直)偏振的调制。这种布置在正交平面XZ和YZ两者中提供光的两个偏振分量的可控光束控制(图16)。
根据图10中示意性示出的所提出方案的第六实施例，全息元件可用作可控反射元件的前表面，以产生反射光束的大角度偏差(图16)。根据一些实施方式，全息元件被预先记录，根据其他实施方式，全息元件被原位记录，每个偏离角被编程(被匹配)用于由双光通道引入的给定类型的相位前变形通过LC单元，以实现大角度可变光束转向。具有不同电极配置、LC材料和LC基态对准的基板的各种组合可用于入射和后基板。
根据第六实施例的实施方式，镜子10可以是电介质的或金属的(集成到LC单元，附接到后基板或在后面调节，例如作为LED光源的反射器；包括平面或曲面镜)。
根据第六实施例的实施方式，偏振变换器可以是宽幅偏振旋转器(被动式，例如，基于各向异性膜，或主动式，例如，基于扭曲向列LC膜等)或去偏振器。
虽然在每个上述实施例中具体描述了每个反射模式LC可控镜元件的制造和操作原理，但是这种器件阵列可以在柔性或可弯曲的基板上制造。图11A示出了在柔性基板上平坦地制造的这种反射动态可控LC镜的阵列，该柔性基板弯曲成圆柱体，如图11B所示，用于集成到各种LED灯具中。在一些实施方案中，背板(A-B)可包含反射器或可用于LED模块的反射器(参见下文)。图12示出了这种柔性LC镜阵列结构，其弯曲成锥形部分以集成到灯具中。值得注意的是，整个阵列通过两个电极控制。
上述实施例可以在各种形式的LED现有照明器中实现，例如图13A，13B和13C所示。图13A示出了一种实施方式，其中反射动态LC可控设备以非排他性地与透射动态控制设备组合使用。虽然图13B示出了圆柱形实施方式，但应理解，反射动态可控LC元件阵列可以在椭圆形反射器中实现。图13C示出了在光束路径中使用多次反射，以可控制地实现不同的照明效果。
采用反射几何结构允许使用更宽范围的：电极(包括光学不透明)，其中至少一些电极改善控制能力并显著促进其制造，同时降低成本。相对于已知的现有技术的电可控反射装置，可以实现改进的性能和制造优势。例如，在本文描述的并且在图14中非常示意性地示出的一些实施方式中，光路不穿过一些电极层9，这改善了这种装置的传输(输出)和高功率电阻(可靠性)。通过将控制电极结构放置在镜元件10的反射表面后面，可以有更多电极，电极形式和电极材料组合物的可选择性，这可以减少制造限制。
虽然一些实施例的一些示出的实施方式仅适用于偏振相关的光束，但是要强调的是，这些图旨在简化这种装置的操作原理的说明。图15示出了根据所提出的解决方案的各种实施例的采用具有正交取向的取向层的一对LC层8和81(具有分离基板13)的偏振无关的层状几何结构的细节。
读者还应该理解，可以使用上述装置的一种或多种组合来开发各种光学装置。例如，参考图17，如果LED光源被光电探测器代替，则可以实现各种装置，包括光源跟踪装置，例如用于太阳能聚光器的角度跟踪装置。可控镜阵列11可用于优化结合反射聚焦和转向功能的光伏太阳能聚光器的操作和成本。
在不限制本发明的情况下，诸如图13A中所示的应用可以扩展到包括光波导21，其中可控LC镜元件11的反射模式阵列可以用于控制光波导内的全内反射。图18A中所示的是阵列11，其采用镜后表面M和透射模式LC可控元件22(输入)和23(输出)。图18B中所示的是阵列11，其采用镜前表面M和透射模式LC可控元件22(输入)和23(输出)。前镜的实施方式提供了更大的制造灵活性，如上文所述，实现宽松的制造公差和材料的选择。
可以理解的是，各种材料组合物，各种可控材料(例如，LC，聚合物，液体，复合材料等)层，各种电极，各种对准取向器，各种几何结构等可用于制造相同的装置，这可以为光波提供“隐藏”状态，并为低频电场提供非常强的介电常数对比度。
重要的是要注意，所提出的解决方案的上述实施例是出于说明目的而呈现的，其他变型和修改是可能的，并且不应排除在权利要求的范围之外。

Claims (19)

1.一种光束投射器装置，包括光源和用于引导从光源发射的光束的至少一部分的反射器，该反射器包括可电控制的液晶元件，以改变光束形状和光束方向中的至少一个，其中所述装置的特征还在于如下结构之一：
液晶元件引起光的线性偏振并改变所述光束的第一偏振的光束形状和光束方向中的至少一个，所述反射器包括偏振变换器元件，使得液晶元件在反射中改变所述光束的第二偏振的光束形状和光束方向中的至少一个；和
液晶元件改变所述光束的所有偏振的光束形状。
2.如权利要求1所述的光束投射器装置，其中所述反射器还包括偏振变换器元件。
3.如权利要求1或2所述的光束投射器装置，其特征在于，所述液晶是向列型的。
4.如权利要求1或2所述的光束投射器装置，其特征在于，所述液晶还含有手性分子，聚合物，纳米和微米颗粒。
5.如权利要求1或2所述的光束投射器装置，其特征在于，所述液晶处于胆甾型，蓝相，聚合物稳定，纳米颗粒稳定或聚合物分散的相。
6.如权利要求1至5中任一项所述的光束投射器装置，其特征在于，所述反射器为平面圆盘状。
7.如权利要求1至5中任一项所述的光束投射器装置，其特征在于，所述反射器为平面环形。
8.如权利要求1至5中任一项所述的光束投射器装置，其特征在于，所述反射器具有弯曲形状。
9.如权利要求1至8中任一项所述的光束投射器装置，其特征在于，包括衍射或全息元件以增强转向或展宽以及执行其他预定(记录在衍射/全息元件中)的功能。
10.如权利要求1至9中任一项所述的光束投射器装置，其特征在于，所述液晶元件是可电控的，以仅改变光束形状。
11.一种用于引导从光源发射的光束的至少一部分的反射器，该反射器包括可电控制的液晶元件，以改变光束形状和光束方向中的至少一个，其中所述反射器的特征还在于如下结构之一：
液晶元件引起光的线性偏振并改变所述光束的第一偏振的光束形状和光束方向中的至少一个，所述反射器包括偏振变换器元件，使得液晶元件在反射中改变所述光束的第二偏振的光束形状和光束方向中的至少一个；和
液晶元件改变所述光束的所有偏振的光束形状。
12.如权利要求11所述的反射器，其中所述反射器还包括偏振变换器元件。
13.如权利要求11或12所述的反射器，其特征在于，所述液晶是向列型的。
14.如权利要求11或13所述的反射器，其中所述液晶还含有手性分子，聚合物，纳米和微米颗粒。
15.如权利要求11或13所述的反射器，其中所述液晶处于胆甾型，蓝相，聚合物稳定，纳米颗粒稳定或聚合物分散的相。
16.如权利要求11至15中任一项所述的反射器，其特征在于，所述反射器为平面圆盘状。
17.如权利要求11至15中任一项所述的反射器，其特征在于，所述反射器具有平面环形。
18.如权利要求11至15中任一项所述的反射器，其特征在于，所述反射器具有弯曲形状。
19.如权利要求11至18中任一项所述的反射器，其特征在于，包括衍射或全息元件以增强转向或展宽以及执行其他预定功能。
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