MX2011013628A - Lentes de cristal liquido electro-opticos afinables y metodos para formar los lentes. - Google Patents

Abstract

Lentes electro-ópticos, incluyendo cristales líquidos, en donde la potencia de los lentes puede ser modificada mediante la aplicación de un campo eléctrico; en una modalidad, los lentes basados en cristal líquido incluyen electrodos de anillo que tienen un puente resistivo ubicado entre electrodos adyacentes, y en una modalidad preferida, conexiones de entrada para varios anillos de electrodo están separadas en el lente; en una modalidad, se proporcionan lentes basados en cristal líquido que pueden incrementar la potencia óptica a través del uso de restablecimientos de fase, en donde en una modalidad, un lente incluye electrodos de anillo sobre superficies de los substratos en lados opuestos de la celda de cristal líquido de manera que un término de fase fija se puede agregar a cada conjunto de electrodos que permita el cambio de fase a través de cada grupo de electrodos para que sea el mismo y también se compare con respecto a un grupo previo.

Description

LENTES DE CRISTAL LÍQUIDO ELECTRO-ÓPTICOS AFINABLES Y MÉTODOS PARA FORMAR LOS LENTES CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a lentes electro-ópticos, incluyendo cristales líquidos, en donde la potencia de los lentes puede ser modificada mediante la aplicación de un campo eléctrico. En una modalidad, los lentes basados en cristal líquido incluyen electrodos de anillo que tienen un puente resistivo ubicado entre electrodos adyacentes, y en una modalidad preferida, conexiones de entrada para varios anillos de electrodo están separadas sobre el lente. En una modalidad adicional, se proporcionan lentes basados en cristal líquido que pueden incrementar la potencia óptica a través del uso de restablecimientos de fase, en donde en una modalidad, un lente incluye electrodos de anillo sobre superficies de los substratos en lados opuestos de la celda de cristal líquido de manera que un término de fase fija puede ser agregado a cada conjunto de electrodos que permite que el cambio de fase a través de cada grupo de electrodos sea el mismo y también se pueda comparar con respecto a un grupo previo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los lentes electro-ópticos que utilizan cristal liquido birrefringente para alterar su potencia óptica son conocidos. Estos tienen la ventaja inherente sobre los lentes ópticos de plástico o vidrio convencionales de poder alterar su potencia óptica mediante la aplicación de un campo eléctrico. Un inconveniente de los lentes electro-ópticos de cristal liquido existentes es que el número de potencias ópticas que un solo lente puede generar en el presente está limitado .

Una estructura básica de los lentes de cristal liquido electro-ópticos es aquella de una capa delgada de cristal liquido atrapado entre dos substratos transparentes. Sobre las superficies interiores de cada substrato se forma una estructura de electrodo metálico transparente. Una capa de alineación se forma encima de las capas de electrodo para establecer una orientación especifica de las moléculas de cristal liquido cuando no hay campo eléctrico presente. Un campo eléctrico es establecido a través de la capa de cristal liquido cuando se aplica voltaje a una capa de electrodo y se crea un potencial eléctrico entre los electrodos. Si la estructura de electrodo está en patrón, se crea un gradiente en el campo que da origen a un gradiente en el Indice de refracción de la capa de cristal liquido. Con el diseño apropiado de la estructura de electrodo y los voltajes aplicados, se puede fabricar un lente electro-óptico.

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

La estructura básica de un lente de cristal líquido electro-óptico esférico es aquélla de un diseño de electrodo de anillo circular, donde los electrodos transparentes sobre uno o arabos substratos consisten de anillos tóricos, eléctricamente aislados de anillos vecinos adyacentes. Diseños previos de estos lentes están restringidos en el sentido de que los anchos y la separación del electrodo de anillo con frecuencia determinan la potencia óptica del lente. Sin embargo, si un número muy grande de electrodos muy angostos pudiera ser fabricado y dirigido de forma individual, teóricamente hablando, un número muy grande de potencias ópticas pudieran ser generadas por dicho lente.

Considerando que el cambio de fase óptica entre cada electrodo adyacente debiera ser menor que aproximadamente un 1/8 de una onda y que el cambio de fase total a través de un lente pudiera ser tan alto como 100 ondas, primero pareciera que una estructura de electrodo consistente de cientos de anillos direccionados por cientos de conexiones de entrada al dispositivo pudiera ser requerida para afinación continua. Sin embargo, esta no es una solución aceptable debido a que la fotolitografía necesaria para crear dicha estructura de electrodo sería atemorizante. Además, la fabricación de la estructura de de enlace para conectar y dirigir eléctricamente cada electrodo seria una tarea excesiva y haría que el dispositivo resultante fuese extremadamente complejo y abultada.

El uso de envoltura de fase puede ayudar a mitigar el problema de fabricar cientos de conexiones de entrada al lente. Previamente se ha mostrado en "Liquid Crystal Based Electro-Optic Diffractive Spectacle Lenses and Low Operating Voltage Nematic Liquid Crystals" por Joshua Naaman Haddock, una Disertación entregada a la facultad del colegio de ciencias ópticas en cumplimiento parcial de los requerimientos para obtener el grado de doctor de filosofía en el colegio de graduados de la Universidad de Arizona en 2005, que los electrodos pueden ser agrupados en una manera en que el cambio de fase sobre un grupo sea aproximadamente una onda. Por lo tanto, el número de conexiones de entrada es limitado al número de anillos en cada grupo. Sin embargo, este esquema solamente proporciona una alta eficiencia si el cambio de fase a través de cada grupo de electrodos está muy cerca de un múltiplo de una onda. Por lo tanto, el cambio de fase a través de cada grupo de electrodos no puede ser modificado en una manera continua y, como resultado, el lente no puede ser afinado continuamente a múltiples potencias.

La publicación EUA número 2008/0212007 se refiere a un dispositivo electro-óptico que comprende una capa de cristal líquido entre un par de substratos transparentes opuestos; un conjunto de electrodos con patrón resistivo colocado entre la capa de cristal liquido y la superficie que mira hacia adentro del primer substrato transparente; y una capa conductora entre la capa de cristal liquido y la superficie que mira hacia adentro del segundo substrato transparente, en donde la capa conductora y el conjunto de electrodos con patrón resistivo están eléctricamente conectados, y en donde dicho conjunto de electrodos con patrón resistivo comprende uno o más electrodos eléctricamente separados, en donde la caída de voltaje deseada es aplicada a través de cada electrodo para proporcionar el perfil de retardo de fase deseado .

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Un objetivo de la invención es proporcionar un lente basado en cristal líquido afinable, en donde el número de conexiones de entrada para sus electrodos de anillo se reduce .

Otro objetivo todavía de la presente invención es proporcionar un lente basado en cristal líquido afinable que esté libre de restablecimientos o envoltura de fase.

Otro objetivo de la invención es proporcionar un lente que tenga electrodos de anillo, en donde las conexiones de entrada están separadas, de preferencia de forma uniforme, sobre el lente, tal como en intervalos mayores que cada 5 y de preferencia aproximadamente cada 10 anillos de electrodo.

Un objetivo adicional de la invención es proporciona un lente que comprenda electrodos de anillo, en donde al menos dos, y de preferencia todos los electrodos adyacentes están conectados a través de un resistor.

Otro objetivo todavía de la invención es proporcionar un lente con un puente resistivo transparente entre anillos de electrodo, en donde el puente resistivo es formado a partir de un recubrimiento conductor, de preferencia óxido de indio-estaño en una modalidad.

Un objetivo adicional todavia de la invención es proporcionar un lente en donde los electrodos de anillo y los puentes resistivos se formen utilizando el mismo material.

Otro objetivo todavía de la invención es proporcionar un lente formado mediante un proceso que comprende el paso de formar un puente resistivo entre dos anillos de electrodo utilizando fotolitografía para modelar los anillos así como el puente resistivo.

Otro objetivo todavía de la presente invención es proporcionar un lente basado en cristal líquido afinable que incluye restablecimientos y utiliza envoltura de fase.

Un objetivo adicional de la presente invención es proporcionar un lente que tenga substratos ubicados en lados opuestos de una capa de cristal líquido, en donde ambos substratos incluyen electrodos modelados.

Otro objetivo de la invención es proporcionar un lente afinable que incluye dos substratos transparentes con capas de electrodo modeladas ubicadas en cada substrato, en donde un material de cristal liquido electroactivo está ubicado entre los substratos en donde una de las capas de electrodo modelada proporciona control fino sobre la retardancia de fase óptica y la otra capa proporciona control aproximado de la fase sobre un grupo de al menos dos de los electrodos de control fino.

Un objetivo adicional todavía de la presente invención es proporcionar un lente afinable en donde un electrodo de una capa de substrato traslapa al menos dos electrodos de una capa de electrodo de un segundo substrato, en donde dicho traslape es en una dirección de los planos de los substratos.

Otro objetivo de la presente invención es proporcionar electrodos modelados en dos superficies de substrato en donde un término de fase de pistón fijo es agregado a cada conjunto de electrodos en una sección a través de una estructura de electrodo revenida que permite que el cambio de fase a través de cada grupo de electrodos sea el mismo, y también que se pueda comparar en fase con respecto a un grupo previo.

En un aspecto de la invención se describe un dispositivo de lente electro-óptico afinable que comprende al menos dos substratos sustancialmente transparentes, una capa de electrodo conductora sustancialmente transparente operativamente conectada a cada substrato, en donde al menos una de las capas de electrodo está modelada e incluye una pluralidad de electrodos de anillo, en donde al menos un electrodo de anillo está eléctricamente conectado a un electrodo de anillo adyacente a través de un puente resistivo, y en donde una capa de material de cristal liquido electroactiva está presente entre al menos dos substratos sustancialmente transparentes.

Otro aspecto de la invención es un proceso para preparar un dispositivo de lente electro-óptico afinable, que comprende los pasos de proporcionar un substrato sustancialmente transparente que forma al menos dos anillos de electrodo conductores en el substrato; y un puente resistivo ubicado entre y que conecta eléctricamente dichos anillos de electrodo.

Otro aspecto todavía de la invención es un dispositivo de lente electro-óptico afinable que comprende un primer substrato sustancialmente transparente que tiene una capa de electrodo conductora sustancialmente transparente operativamente conectada al mismo, dicha capa de electrodo está modelada y tiene una pluralidad de electrodos de anillo; un segundo substrato sustancialmente transparente que tiene una capa de electrodo conductora sustancialmente transparente operativamente conectada al mismo, dicha segunda capa de electrodo está modelada y tiene un pluralidad de electrodos de anillo; y una capa de material de cristal liquido electro-activa presente entre el primer y segundo substratos sustancialmente transparentes, en donde al menos un electrodo de anillo en el segundo substrato cubre en una dirección plana al menos dos electrodos de anillo del primer substrato.

Otro aspecto todavía de la invención es un dispositivo de lente electro-óptico afinable, que comprende al menos dos substratos sustancialmente transparentes, una capa de electrodo conductora sustancialmente transparente en cada substrato, y un material electro-activo colocado entre los substratos en donde las capas de electrodo en cada substrato están modeladas y comprenden una pluralidad de electrodos de anillo, y en donde el electrodo modelado de una capa proporciona control fino sobre los retardantes de fase óptica y los electrodos de la otra capa proporcionan un control aproximado de la fase sobre el grupo de al menos dos de los electrodos de control fino.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La invención se entenderá mejor y otras características y ventajas serán aparentes mediante la lectura de la descripción detallada de la invención, tomada en conjunto con los dibujos, en donde: La figura 1 es una vista superior de un substrato utilizado para formar un lente óptico basado en cristal liquido que contiene electrodos de anillo, en donde electrodos adyacentes están conectados a través de puentes resistivos ; La figura 2 ilustra una vista superior de acercamiento de una porción de substrato modelado que se ilustra en la figura 1 incluyendo el área 2-2, particularmente ilustrando un puente resistivo; La figura 3 es una vista superior de una modalidad de una linea de enlace conectada a un electrodo de anillo a través de una vía en el aislante; La figura 4 es una vista en sección transversal de una modalidad de un lente afinable basado en cristal liquido de la presente invención; La figura 5 es una vista superior de una modalidad adicional de una estructura alterna para un puente resistivo ubicado entre electrodos de anillo; La figura 6 es una vista superior de una modalidad de un substrato que incluye una capa de electrodo que comprende electrodos de anillo en el mismo; La figura 7 es una vista superior de una modalidad de una linea de enlace conectada a un electrodo de anillo a través de una vía en el aislante; La figura 8 es una vista inferior de una modalidad de un substrato opuesto que contiene una pluralidad de anillos de electrodo en el mismo; La figura 9 es una vista en sección transversal de un diseño de doble capa para conexiones de linea de entrada para una porción de un dispositivo de la presente invención; y La figura 10 es una vista en sección transversal de una modalidad adicional de un lente afinable basado en cristal liquido de la presente invención.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCIÓN Los dispositivos electro-ópticos de la presente invención son lentes que son eléctricamente afinables y comprenden una capa de cristal liquido ubicada entre substratos transparentes, en donde el material de cristal liquido se puede realinear en la presencia de un campo eléctrico. Cuando se aplica voltaje a través de la celda que contiene el material de cristal liquido, el eje de orientación del material de cristal liquido es modificado, en donde el uso de una estructura de electrodo modelado crea un gradiente en el campo que produce en gradiente en el índice de refracción de la capa de cristal líquido. La longitud focal del lente es afinada ajustando el campo eléctrico aplicado .

Lente afinable sin envoltura de fase Haciendo referencia ahora a los dibujos, la figura 4 ilustra una vista en sección transversal de una porción de una modalidad de un dispositivo electro-óptico 10 de la presente invención. El dispositivo 10 incluye un par de substratos 20, 22, de preferencia planos y colocados paralelos entre si en una modalidad. Los substratos son mantenidos a una distancia deseada mediante separadores, que no se muestran. El rango de separación puede variar, y en una modalidad es de alrededor de 5 a aproximadamente 100 mieras. Una capa de electrodo 30 está presente en el substrato inferior 20 y una capa de electrodo 32 está presente en el substrato superior 22, con la capa de electrodo inferior 30 ilustrada como un electrodo modelado, tal como se explica adicionalmente en este documento. Una capa de alineación 50 está presente en los substratos 20, 22, de preferencia en las capas de electrodo 30, 32. Una capa de cristal liquido 60 está presente entre los substratos 20, 22 y en contacto con las capas de alineación 50. Tal como aquí se utiliza, el término "capa" no requiere un grosor uniforme y se pueden presentar imperfecciones o grosores desiguales siempre y cuando la capa ejecute su propósito pretendido.

Debido a que el dispositivo 10 es un lente, los substratos 20, 22 deben proporcionar transmisión óptica deseada y de preferencia son transparentes. Los substratos 20, 22 pueden ser planos o pueden ser curvos. Se pueden utilizar diversos materiales tal como se conoce en la técnica, tal como vidrio, cuarzo o un polímero, en donde el vidrio es el preferido. El substrato de preferencia es un material no birrefringente, o está alineado o compensado para reducir al mínimo el efecto de su birrefringencia .

Capas de electrodo conductoras 30, 32 pueden ser depositas sobre un substrato a través de cualquier método conocido. De preferencia, el electrodo modelado 30 es formado utilizando un proceso fotolitográfico . El material de capa de electrodo puede ser cualquier material inorgánico, conductor sustancialmente transparente. Ejemplos de materiales convenientes incluyen óxidos de metal tales como óxido de indio, óxido de estaño y óxido de indio-estaño, y de preferencia es óxido de indio-estaño. El grosor de la capa de electrodo conductora generalmente es de alrededor de 100 a aproximadamente 2,000 angstromios. La capa de electrodo debe ser lo suficientemente gruesa para proporcionar la conductividad deseada. La resistividad de la capa de electrodo conductora generalmente es de alrededor de 10 a aproximadamente 1,000 ohmios/sq y de preferencia de alrededor de 10 a aproximadamente 200 o 300 ohmios/sq.

La capa de alineación 50 se utiliza para inducir una orientación direccional particular en el cristal líquido cuando no se aplica voltaje al dispositivo 10. En la técnica se conocen diversos materiales convenientes para uso como capas de alineación incluyendo, pero no limitado a poliimida y alcohol polivinílico . El grosor de la capa de alineación 50 debiera ser suficiente para impartir la orientación direccional deseada al material de cristal líquido, tal como alrededor de 100 a aproximadamente 1,000 angstromios. Tal como se conoce en la técnica, la capa de alineación 50 es tratada mediante frotamiento en algunas modalidades para impartir una orientación molecular sustancialmente homogénea al material de cristal líquido antes que un campo eléctrico sea aplicado al material.

Generalmente se puede utilizar cualquier material de cristal líquido que tenga un orden de orientación que pueda ser controlado en la presencia de un campo eléctrico, incluyendo cualquier fase nemática, esmética o colestérica que formen cristales líquidos, o cristales líquidos que contengan polímero tales como cristales líquidos de polímero, cristales líquidos de polímero dispersado o cristales líquidos de polímero estabilizado. Los cristales líquidos nemáticos son los preferidos en una modalidad. Características deseables de los materiales de cristal líquido convenientes incluyen la capacidad para alinear el cristal líquido sin mucha dificultad, el tiempo de conmutación rápido y un umbral de bajo voltaje.

La figura 1 ilustra una modalidad de un substrato 22 que tiene una capa de electrodo 30 presente en el mismo. La capa de electrodo 30 está modelada e incluye una pluralidad de electrodos tal como en la forma de anillos 34 que rodean un anillo en la forma de un disco central 35, en donde anillos adyacentes, y el anillo más interior 34 y el disco 35 están eléctricamente separados unos de otros a través de un espacio eléctricamente aislante 36, con excepción de un puente resistivo 38 tal como se describe con mayor detalle en este documento. El espacio aislante 36 es un espacio abierto ubicado entre electrodos adyacentes o puede ser un material aislante no conductor tal como dióxido de silicio. En una modalidad preferida, el espacio 36 es dicho espacio abierto. Los anillos 34 de preferencia son sustancialmente anulares y concéntricos, aunque no todos ellos pueden estar formados como una forma geométrica perfecta debido al material y las técnicas de procesamiento utilizadas. Es decir, el término "anillo" tal como se utiliza aqui abarca estructuras que son tipo anillo, por ejemplo, anillos elípticos. De igual forma, el disco 35 de preferencia es sustancialmente circular, pero también puede ser tipo anillo. Los electrodos pueden estar en el mismo plano o en diferentes plano separados por un aislante, en donde el puente resistivo 38 conectaría el electrodos en diferentes planos .

El ancho de los anillos se establece de manera que la diferencia de fase máxima entre electrodos adyacentes es menor que aproximadamente 1/8 de onda en una modalidad.

El número de electrodos presentes en el substrato, es decir, anillos 34 y disco central 35, puede variar. En una modalidad, generalmente de alrededor de 20 a aproximadamente 2, 000 y de preferencia de alrededor de 50 a aproximadamente 200 electrodos totales están presentes sobre un substrato.

De acuerdo con la presente invención, al menos un grupo de electrodos, es decir, dos o más electrodos, y de preferencia todos o sustancialmente todos los electrodos presentes son parte de una red divisora resistiva. La estructura de electrodo está diseñada de manera que se puede establecer una serie de cambios sustancialmente lineales en retardación de fase entre electrodos adyacentes lo que producirá el perfil de fase parabólica r2 requerido para generar una óptica enfocada. La red divisora resistiva comprende un puente resistivo 38 que tiene una resistencia deseada que conecta anillos de electrodo adyacentes 34 o un anillo 34 y disco 35, tal como se muestra en las figuras 1, 2 y 5. Dependiendo del diseño del dispositivo, el divisor resistivo o puente 38 pueden tener una resistencia generalmente de alrededor de 100 a aproximadamente 2,000 ohmios y de preferencia de alrededor de 800 a aproximadamente 1,200 ohmios. El puente resistivo 38 comprende una trayectoria de resistencia que comprende un material eléctricamente conductor, de preferencia bordeado por un material no conductor o un área libre de material conductor que ayuda a crear la resistencia deseada entre cada electrodo adyacente 34, 35.

El material conductor del puente de electrodo puede ser cualquier material tal como se define para la capa de electrodo conductor 30. El material de la capa de electrodo conductor 30 puede ser diferente del material conductor del puente resistivo, pero de preferencia es el mismo material. En una modalidad, el óxido de indio-estaño es el material conductor preferido del puente resistivo. Como un beneficio importante de la presente invención, el método utilizado para crear la capa de electrodo deseada 30, por ejemplo, fotolitografía, es utilizado para crear el patrón de cada puente resistivo 38. Por lo tanto, la capa de electrodo modelada y los puentes resistivos son creados utilizando fotolitografía en un paso de un solo proceso. Por lo tanto no se requieren materiales o pasos de proceso adicionales para formar la red resistiva.

Además, si es el caso donde el cambio de fase de cristal líquido con voltaje también es lineal, entonces un lente continuamente afinable puede ser fabricado solamente con dos conexiones de entrada, una en el anillo más interior, es decir, disco 35, y una conexión en un anillo de electrodo más exterior, eliminando así la necesidad de múltiples líneas de enlace. Esta modalidad es especialmente útil cuando solo se utiliza una pequeña porción del cambio de fase disponible del dispositivo de cristal liquido.

En una modalidad en donde la relación de voltaje contra fase del dispositivo de cristal liquido es considerada lineal sobre una pequeña porción del cambio de fase parabólico posible total, es preferible conectar cada electrodo a través de un puente resistivo fijo y después proporcionar una conexión de entrada para varios anillos de electrodo separados de manera uniforme sobre el lente. En una modalidad, una conexión de entrada está conectada cada navo anillo de electrodo, en donde n es 2 o más. Por lo tanto, en una modalidad, es deseable proporcionar una conexión de entrada conectada en el anillo más interior o disco 35 y proporcionar conexiones de entrada adicionales con base en el número de anillos, por ejemplo, de alrededor de 10 a aproximadamente 100 anillos de electrodo y de preferencia de alrededor de 10 a aproximadamente 20 anillos de electrodo. Por ejemplo, en una modalidad donde el substrato 22 incluye 100 electrodos de anillo, en donde uno de los electrodos de anillo es un electrodo de disco más interior, los electrodos 1, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 y 100 son proporcionados con conexiones de entrada. Por lo tanto, en esta modalidad, solamente se requiere que la relación de fase contra voltaje para el material de cristal liquido sea lineal sobre 1/10 del rango del enfoque previo en donde no se utilizaron puentes resistivos. De manera similar, en una modalidad en donde se emplean 20 conexiones de entrada, la linealidad solamente es requerida sobre 1/20 del rango completo, o incluso cada quinto electrodo. La figura 1 ilustra una conexión de entrada 70, cada una conectada al primer electrodo y el décimo electrodo de la capa de electrodo 30.

Las conexiones de entrada 70 a los electrodos deseados se pueden colocar sobre el lado del electrodo más cercano al substrato o el lado opuesto del electrodo, lejos del substrato. Las conexiones de entrada de preferencia son formadas depositando un material aislante, tal como dióxido de silicio entre la capa de electrodo y la conexión de entrada. Cada conexión de entrada es conectada al electrodo apropiado a través de una vía en el aislante, tal como se muestra en la figura 3. En una modalidad en donde una conexión de entrada está ubicada en el lado de un electrodo lejos del substrato, la conexión de entrada puede ser fabricada depositando una capa delgada de aislante sobre la capa de electrodo, y después haciendo crecer una linea de conexión de entrada sobre la capa aislante para cada conexión de entrada.

En una modalidad ejemplar, una capa de cristal liquido, por ejemplo que comprende cristal liquido 18349 disponible de Merck, que tiene un grosor de aproximadamente 25 ym, proporcionará una potencia óptica de aproximadamente 0.5 dioptrías para un diámetro de lente de aproximadamente 1 cm. Se puede lograr una mayor potencia óptica incrementando el grosor de la capa de cristal líquido, pero eventualmente la no linealidad en los campos degradará el rendimiento óptico; el tiempo de relajación de conmutación entre las diversas potencias también incrementará con el grosor del cristal líquido. También se puede lograr una potencia óptica adicional apilando múltiples dispositivos electro-ópticos 10.

Un voltaje apropiado es aplicado al dispositivo 10, concretamente en la capa de electrodo 30 a través de las conexiones de entrada 70 tal como lo conocen aquellos expertos en la técnica. La capa de electrodo no modelada 32 sirve como un piso. El voltaje es aplicado al dispositivo 10 con base en un número de factores incluyendo, pero no limitado al material de cristal líquido utilizado y el grosor del material de cristal líquido entre electrodos. En la técnica se conocen diversos métodos para controlar el voltaje aplicado al electrodo, por ejemplo, un circuito, un procesador o microprocesador.

Lente afinable con envoltura de fase Una modalidad adicional de la presente invención se refiere a un dispositivo electro-óptico afinable que utiliza envoltura de fase. El dispositivo tiene la ventaja de lograr una potencia óptica superior a través del uso de restablecimientos de fase.

En contraste al método de envoltura de fase descrito en los antecedentes, la modalidad de la presente invención no requiere que cada anillo de electrodo tenga una conexión de salida individual, pero al mismo tiempo permite un lente de fase envuelta que es afinable.

En esta modalidad, electrodos modelados son proporcionados sobre ambas superficies de substrato, en cualquier lado del material de cristal liquido, y por lo tanto se puede agregar un término de fase de "pistón" fijo a cada conjunto de electrodos en una sección de la estructura de electrodo revenida. Esto permite que el cambio de fase a través de cada grupo de electrodos sea el mismo, y después también que se compare en fase con respecto al grupo previo.

La figura 10 ilustra una vista en sección transversal de una porción de una modalidad de un dispositivo electro-óptico 110 de la presente invención. El dispositivo 110 incluye un par de substratos 120, 122 generalmente paralelos entre si. Es decir, los substratos pueden ser planos y/o curvos, etcétera. Una capa de electrodo 130 está presente en el substrato inferior 120 y una capa de electrodo 132 está presente en el substrato superior 122, con ambas capas de electrodo siendo electrodos modelados, tal como se explica adicionalmente aquí. Una capa de alineación 150 está presente en cada substrato 120, 122, de preferencia en las capas de electrodo 130, 132 y está colocada adyacente a la capa de cristal liquido 160, en donde los materiales, especificaciones y configuraciones, etcétera antes descritas para cada uno de los componentes respectivos se incorpora aqui por referencia.

La figura 6 ilustra una vista superior de una modalidad del substrato 120 incluyendo una pluralidad de electrodos, cada uno con una conexión de entrada respectiva 170. Los electrodos generalmente comprenden un electrodo de disco o circular tipo anillo 135 y una pluralidad de electrodos de anillo 134, tal como aqui se describe. En una modalidad preferida, la capa de electrodo 130 comprende electrodos adyacentes colocados en diferentes planos, ver figura 9 por ejemplo. El material aislante 140 separa los diferentes planos de los electrodos de anillo 134. La conexión de anillo de electrodo/conexión de entrada se forma a través de una vía, tal como se muestra en la figura 7.

La figura 8 ilustra una modalidad del substrato 122, adaptado para ser colocado sobre un lado opuesto de la capa de cristal liquido 160 en comparación con el substrato 120 como se ilustra en la figura 10, incluyendo una capa de electrodo 132, en este caso una capa contra-electrodo, incluyendo una pluralidad de anillos de electrodo 134 rodeando un electrodo circular tipo anillo central o electrodo de disco 135. De acuerdo con la invención, una estructura de un solo anillo o disco en la capa de contraelectrodo 132 tiene un área mayor o más amplia que un anillo de electrodo del substrato inferior 120 y cubre o traslapa al menos un grupo de dos o más anillos. La determinación del área se realiza para electrodos dispersados directamente a través de la capa de material de cristal liquido entre si, generalmente perpendicular o normal al plano del substrato donde están colocados los electrodos particulares. En particular, la figura 8 ilustra el diseño de una capa de contra-electrodo aproximada que proporciona el cambio de fase tipo pistón sobre varios grupos, por ejemplo, 4 electrodos de anillo fino 134 de la capa de electrodo inferior 130 sobre el substrato 120. Conexiones de entrada 170 son proporcionadas para cada uno de los electrodos de la capa de electrodo superior 132.

Tal como se ilustra en la figura 10, un material de cristal liquido 160 está ubicado entre los substratos 120, 122 y las capas de electrodo 130, 132.

Un ejemplo del enfoque de la modalidad de la invención que incluye un lente afinable con envoltura de fase es de la siguiente forma.

Como un ejemplo de la técnica, se asume que se desea un dispositivo que sea ópticamente afinable sobre un rango de 1.5 dioptrías en escalas de 0.25 dioptrías o menos. Para lograr este lente electro-óptico afinable, se fabrica una estructura de anillo fino que, en este ejemplo, tiene todos los electrodos en grupos de 4 anillos (es decir, el anillo de electrodo n tiene el mismo voltaje que tiene el anillo n+4). Una estructura de anillo contra-electrodo está presente en el otro substrato donde cada anillo de electrodo del anillo de contra-electrodo tiene un área mucho más amplia y cubre un grupo de anillos del electrodo opuesto, es decir, 4 anillos finos, generalmente en una dirección sustancialmente perpendicular o normal al plano del substrato. La figura 8 ilustra el diseño para la capa de contra-electrodo aproximada que proporciona el cambio de fase tipo pistón sobre varios grupos de 4 electrodos de anillo fino que se ilustran en la figura 6. Los anillos anchos, m, son agrupados en 12 anillos (el anillo m tiene el mismo voltaje que el anillo m+12). Por lo tanto, hay 16 conexiones de entrada necesarias para impulsar eléctricamente el lente: 12 para los anillos anchos del contra-electrodo y 4 para los anillos finos del primer electrodo. Con este diseño, se puede seleccionar cuántos grupos de electrodos finos son utilizados para obtener una onda de retardación de fase, observar que el número mínimo de anillos finos o voltajes por onda de retardación para una representación de fase precisa es 8. Por lo tanto, se puede seleccionar para que tenga 2, 3, 4, 6 o 12 grupos de 4 anillos de electrodo fino por onda de retardación de fase, con 12 grupos por una onda de retardación produciendo la eficiencia más grande pero la potencia óptica más pequeña, y 2 grupos por onda produciendo la menor eficiencia pero la mayor potencia óptica.

Para este ejemplo, el rango del cambio requerido es 1.5 dioptrías, de manera que se necesita un lente variable que tiene un rango de potencia de -0.75 a +0.75 dioptrías. Al elegir la manera en que los electrodos son agrupados, si la potencia más alta del lente necesita ser +0.75 dioptrías, entonces la potencia del lente con 2, 3, 4, 6 o 12 grupos de electrodos será: +0.75, +0.5, +0.375, +0.25 o +0.125 dioptrías. Debido a que el dispositivo funciona con la polaridad eléctrica opuesta, este también generará potencias ópticas negativas idénticas.

Por lo tanto, esta modalidad de lente electrónico de fase envuelta es afinable sobre 11 niveles de potencia óptica. Por supuesto, este rango de potencia puede ser compensado agregando un lente de potencia fija. Por ejemplo, al combinar el dispositivo en el ejemplo anterior con un lente convencional de -2.25 dioptrías, se puede sintonizar de -1.5 a -3.0 dioptrías en 11 escalas. De manera alternativa, al combinarlo con un lente convencional de +1.75 dioptrías, se puede sintonizar de +1.0 a +2.5 dioptrías.

Para ilustrar de manera más clara los voltajes aplicados a los electrodos, es necesario un dispositivo LC donde la retardación de fase es una función lineal del voltaje aplicado, y en lugar de especificar voltajes, se puede decir que cada electrodo tiene un voltaje que produce retardación de fase particular con relación al electrodo central .

Con esa definición, para el caso de un lente negativo, los voltajes aplicados a los 4 electrodos finos en cada grupo son: Electrodo fino #1=0 Electrodo fino #2=2 n/(4*j) Electrodo fino #3=4 n/(4*j) Electrodo fino #4=6 n/(4*j) donde j en este ejemplo es 2, 3, 4, 6 o 12, correspondiendo a las potencias de lente relativas.

Los voltajes para los contra-electrodos en este ejemplo corresponderían a las fases: 2p_ 2*2p 3*2p {j-\)*2n Fase (radianes) = j j j j Como un ejemplo particular, considerar la afinación de este lente para que sea -0.5 dioptrías (j=3) . El voltaje aplicado a los electrodos finos corresponderá a una fase de: 1. 0 (por definición) 2. 2 n*(l/12) 3. 2 p* (2/12) 4. 2 p*(3/12) El voltaje aplicado los contra-electrodos proporcionará una fase de: 1. 0 (por definición) 2. 2 n*(l/3) 3. 2 n* (2/3) 4. 0 5. 2 n*(l/3) 6. 2 n* (2/3) 7. 0 8. 2 n* (1/3) 9. 2 n*(2/3) 10. 0 11. 2 n*(l/3) 12. 2 n* (2/3) Después de contar desde el electrodo central y salir, la fase relativa en la ubicación de cada anillo fino sera : 0 =0 2 n* (1/12) =2 n l/12) 2 n*(2/12) =2 n* (2/12) 2 n*(3/12) =2 n* (3/12) 0+2 n* (1/3) =2 n*(4/12) 6. 2 n*(l/12)+2n*(l/3) =2 n*(5/12) 7. 2 p* (2/12) +2p* (1/3) =2 p* (6/12) 8. 2 p* (3/12) +2p* (1/3) =2 p* (7/12) 9. 0+2 p*(2/3) =2 p* (8/12) 10. 2 p* (1/12) +2p (2/3) =2 p* (9/12) 11. 2 p* (2/12) +2p* (2/3) =2 p* (10/12) 12. 2 p* (3/12)+2p* (2/3) =2 p* (11/12) 13. 0 =0 14. 2 p* (1/12) =2 p* (1/12) 15. 2 p* (2/12) =2 p* (2/12) 16. 2 p* (3/12) =2 p* (3/12) 17. etc . 18. ... 19. ... 20. ...

Los voltajes dirigidos a los electrodos finos y contra-electrodos, correspondientes a cada una de las potencias ópticas tal como se ilustró anteriormente, se pueden almacenar en un chip de memoria que se comunica con un suministro de potencia y el lente. El chip es programado para proporcionar la potencia óptica requerida sobre demanda.

Los dispositivos de lente afinable, por ejemplo, dispositivos 10, 110 ilustrados en los dibujos, de la presente invención se pueden utilizar en numerosas aplicaciones diferentes incluyendo, pero no limitado a, lentes, por ejemplo, gafas o anteojos, cámaras, diversos despliegues, telescopios, lentes de acercamiento, correctores de onda frontal y equipo utilizado para diagnóstico de imperfecciones en el ojo humano. Los lentes afinables de la invención se pueden utilizar siempre que se utilicen lentes y ópticas convencionales.

Aunque de acuerdo con el estado de la patente se han establecido el mejor modo y la modalidad preferida, el alcance de la invención no queda limitado a esto, sino más bien por el alcance de las reivindicaciones anexas.

Claims (24)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito el presente invento, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como prioridad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. - Un dispositivo de lente electro-óptico afinable, que comprende: al menos dos substratos sustancialmente transparentes, una capa de electrodo conductor sustancialmente transparente operativamente conectada a cada substrato, en donde al menos una de las capas de electrodo está modelada e incluye una pluralidad de electrodos de anillo, en donde al menos un electrodo de anillo está eléctricamente conectado a un electrodo de anillo adyacente mediante un puente resistivo, en donde al menos un electrodo de anillo está directamente conectado de forma eléctrica a una conexión de entrada, en donde el electrodo de anillo adyacente no está directamente conectado de forma eléctrica a la conexión de entrada, en donde un campo eléctrico creado por al menos un electrodo de anillo es mayor que un campo eléctrico creado por el electrodo de anillo adyacente, y en donde una capa de material de cristal liquido electro-activo está presente entre al menos dos substratos sustancialmente transparentes .

2. - El dispositivo afinable de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque: el dispositivo de lente es afinable desde una primera potencia óptica a una segunda potencia óptica cuando se aplica un primer voltaje al electrodo de anillo a través de la conexión de entrada.

3. - El dispositivo afinable de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el puente resistivo comprende una trayectoria de resistencia que incluye un material eléctricamente conductor que tiene una resistencia, en donde: el material conductor conecta los electrodos de anillo adyacentes.

4. - El dispositivo afinable de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el material conductor del puente resistivo tiene una resistencia de alrededor de 100 a aproximadamente 2,000 ohmios, y en donde: el material conductor está bordeado por un material no conductor o un área libre de material conductor.

5. - El dispositivo afinable de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque: la resistencia del material conductor del puente resistivo es de alrededor de 800 a aproximadamente 1,200 ohmios .

6. - El dispositivo afinable de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque: la capa de electrodo comprende uno o más de óxido de indio, óxido de estaño, y óxido de indio-estaño, en donde el grosor de cada una de las capas de electrodo es, de forma independiente, de alrededor de 100 a aproximadamente 2,000 angstromios , y en donde la resistividad de la capa de electrodo es de alrededor de 10 a aproximadamente 1,000 ohmios/sq, y en donde el material conductor del puente resistivo comprende uno o más del óxido de indio, óxido de estaño y óxido de indio-estaño.

7. - El dispositivo afinable de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque: una capa de alineación está presente en cada capa de electrodo, y en donde los substratos son mantenidos a una distancia de alrededor de 5 a aproximadamente 100 mieras.

8. - El dispositivo afinable de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque: los substratos comprenden un material no birrefringente, un material alineado, o un material compensado, o una combinación de los mismos.

9. - El dispositivo afinable de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque: la capa de electrodo modelada comprende de alrededor de 20 a aproximadamente 2,000 electrodos.

10. - El dispositivo afinable de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque: una conexión de entrada está operativamente conectada a un anillo más interior de la capa de electrodo modelada y una conexión de entrada adicionalmente es proporcionada para cada uno de alrededor de 10 a aproximadamente 100 anillos de electrodo, y en donde un puente resistivo es proporcionado entre cada par adyacente de electrodos de anillo.

11. - Un proceso para preparar un dispositivo de lente electro-óptico afinable, que comprende: proporcionar un substrato sustancialmente transparente; formar al menos dos anillos de electrodo conductores sobre el substrato; y formar un puente resistivo ubicado entre y que conecta eléctricamente los anillos de electrodo, en donde: un primer anillo de electrodo de al menos dos anillos de electrodo conductores está conectado eléctricamente en forma directa a una conexión de entrada; un segundo electrodo de anillo de al menos dos anillos de electrodo conductores no está conectado eléctricamente de forma directa a la conexión de entrada; y un campo eléctrico creado por el primer anillo de electrodo es mayor que un campo eléctrico creado por el segundo anillo de electrodo.

12. - El proceso de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque: los anillos de electrodo y el puente resistivo son formados utilizando fotolitografías.

13. - El proceso de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque: la formación del puente resistivo comprende proporcionar una trayectoria resistiva que comprende un material eléctricamente conductor bordeado por un material no conductor o un área libre de material conductor que crear una resistencia entre los anillos de electrodo.

14. - El proceso de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque: el material conductor del puente resistivo tiene una resistencia de alrededor de 100 a aproximadamente 2,000 ohmios .

15. - Un dispositivo de lente electro-óptico afinable, que comprende: un primer substrato sustancialmente transparente que tiene una primera capa de electrodo conductora sustancialmente transparente operativamente conectada al mismo, la primera capa de electrodo está modelada y tiene una pluralidad de electrodos de anillo; un segundo substrato sustancialmente transparente que tiene una segunda capa de electrodo conductora sustancialmente transparente operativamente conectada al mismo, La segunda capa de electrodo está modelada y tiene una pluralidad de electrodos de anillo; y una capa de material de cristal liquido electro-activo presente entre el primer y segundo substrato sustancialmente transparentes, en donde: al menos un electrodo de anillo en el segundo substrato cubre completamente en una dirección plana al menos dos electrodos de anillo del primer substrato.

16. - El dispositivo de lente electro-óptico afinable de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque: los electrodos de anillo adyacentes de la misma capa de electrodo de una o más de la primera capa de electrodo y la segunda capa de electrodo están colocados en diferentes planos y en donde cada electrodo de anillo incluye una conexión de entrada.

17. - El dispositivo de lente electro-óptico afinable de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque: al menos un electrodo de anillo en el segundo substrato proporciona un cambio de fase tipo pistón sobre varios grupos de electrodos de anillo de la primera capa de electrodo .

18. - El dispositivo de lente electro-óptico afinable de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque: una capa de alineación está presente en cada capa de electrodo, y en donde el primer y segundo substratos son mantenidos a una distancia de alrededor de 5 a aproximadamente 100 mieras.

19. - El dispositivo de lente electro-óptico afinable de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque: el dispositivo tiene una retardación de fase que es una función lineal de un voltaje aplicado al mismo.

20. - El dispositivo de lente electro-óptico afinable de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque: cada electrodo tiene un voltaje que produce una retardación de fase particular con relación a un electrodo central de cada una de la primera y segunda capas de electrodo .

21. - Un dispositivo de lente electro-óptico afinable, que comprende un lente que incluye: al menos dos substratos sustancialmente transparentes , una capa de electrodo conductora sustancialmente transparente en cada substrato, un material electro-activo colocado entre los substratos , en donde las capas de electrodo en cada substrato están modeladas y comprenden una pluralidad de electrodos de anillo, y en donde los electrodos modelados de una capa proporcionan control fino sobre retardancia de fase óptica y los electrodos de la otra capa proporcionan un control aproximado de la fase sobre un grupo de al menos dos de los electrodos de control fino.

22. - El dispositivo de lente electro-óptico afinable de conformidad con la reivindicación 21, caracterizado porque: los electrodos de la otra capa proporcionan un control aproximado de la fase sobre un grupo de al menos cuatro de los electrodos de control fino.

23. - El dispositivo de lente electro-óptico afinable de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque: el dispositivo tiene una retardación de fase que es una función lineal de un voltaje aplicado al mismo.

24. - El dispositivo de lente electro-óptico afinable de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque cada electrodo tiene un voltaje que produce una retardación de fase particular con relación a un electrodo central de cada una de la primera y segunda capas de electrodo.