具有可變焦距的自適應電激活透鏡的制作方法

專利名稱：：具有可變焦距的自適應電激活透鏡的制作方法具有可變焦距的自適應電激活透鏡相關申請的相互參照本申請要求在2005年1月21日提交的第60/645839號美國臨時申請的優先權，該美國臨時申請在此整體引入作為參考.背景扶術對眼睛的、與年齡有關的光學變化的矯正隨著期望壽命繼續增長而變得越來越重要.眼睛的、與年齡有關的一種光學變化是老花眼，其中由于晶狀體屈曲性降低而很難將近距離的對象聚焦到視網膜上。老花眼通常在人們四十幾歲時開始影響人們，因此非常需要對其進行視力矯正。具有固定的聚焦性質的鏡片已經廣泛地被用作矯正老花眼和其他狀況的眼鏡和隱形眼鏡.如果鏡片具有可調整的聚焦倍率(focusingpower)(即，聚焦倍率不是固定的)，那么這些鏡片是最有用的.可調整的聚焦倍率給眼睛提供了外部調節，從而將不同距離處的所關注的對象聚焦在焦點上.可調整的聚焦倍率能夠利用機械的變焦透鏡來實現.但是，機械方法使眼鏡體積大并且昂貴.已經在雙焦點透鏡中利用了不同的光學技術來既允許近多巨視覺又允許遠距視覺.例如，用戶可以佩戴給每只眼睛提供不同聚焦倍率的透鏡，一個透鏡用于近距離對象，而另一個透鏡用于遠距離對象.可替換的是，通過利用透鏡的區域劃分、雙焦點衍射透鏡或其他劃分技術，將近距離對象和遠距離對象同時成像到視網膜上，并且大腦區分這些圖像。除了雙焦點衍射透鏡之外，利用這些光學技術的視場很小.而且，由于虹膜阻擋穿過透鏡環形部分的光束，所以當瞳孔小時這些光學技術并不能很好地發揮作用.用于矯正的另一種選擇是使用單眼視透鏡，其中為每只眼睛提供不同的聚焦倍率，一個用于近距離物體，另一個用于遠距離物體。但是，當使用單眼視透鏡時會影響雙眼深度知覺。已經描述了在光學系統中使用的可電切換的透鏡(例如，具有夾在兩個導電板之間的液晶層的透鏡，其中在施加電場時液晶的定向發生變化)(例如，參見Kowel，Appl.Opt.23(16)，2774-2777(1984年)；Dance,LaserFocusWorld28，34(1992年))在可電切換的透鏡中，已經研究了各種各樣的構造，其包括菲涅耳區平板電極結構(Williams,SPIECurrentDevelopmentsinOpticalEngineeringandCommercialOptics,1168，352-357(1989年)；Mc0wan，OpticsCommunications103，189-193(1993年))。已經描述了可變焦距的液晶透鏡(Sato，Jap.J.Appl.Phys.24(8)，L626-L628(1985年))。但是，液晶透鏡在眼鏡片應用中的使用由于許多因素而受到限制，這些因素包括當焦距改變時衍射效率很低以及由液晶層的所需厚度而導致切換時間緩慢。需要一種具有可調整的聚焦倍率的改進的透鏡。
發明內容提供了一種新型的透鏡設計以及相應的用于調整透鏡焦距的設備和方法。這種新設計基于可單獨尋址的電極圖形.此處所描述的是這種新設計的兩個應用.笫一應用是允許焦距在不連續的值之間切換.在一個實施例中，焦距在初始焦距與該初始焦距的整數倍之間切換.第二應用允許更普通的用途，其中根據設計參數而將焦距從可能的最小值連續調整到無窮大.這種新設計克服了上面描述的困難.更確切地說，提供一種可調整聚焦的、可電學控制的電激活透鏡(electroactivelens).還提供用于不連續地或連續地調整可電學控制的電激活透鏡的多種方法.可電學控制的電激活透鏡允"^午在沒有笨重的和無效的機械運動的情況下調整焦多巨.與同時視(simultaneousvision)透鏡和單眼視透鏡相比，電激活調整聚焦倍率，并且在每種工作條件下，整個孔徑都具有相同的聚焦倍率，所述同時視透鏡諸如雙焦點眼鏡、三焦點眼鏡或者漸進眼鏡或隱形眼鏡，其中每個視線的視場都被限制于狹窄的通道并且用戶面對兩個圖像，在所述單眼視透鏡中，雙眼深度知覺受到影響.由可調整聚焦的、可電學控制的透鏡制成的設備在不需要在不同物理透鏡之間切換的情況下為可調整的聚焦提供了大視場和高圖像質量.這種透鏡的其他優點包括緊湊、重量較輕、成本低以及更容易在低電壓和低功率損耗的情況下工作.在一個實施例中，提供一種可調整聚焦的、可電學控制的電激活透鏡，該電激活透鏡包括定位在一對透明襯底之間的液晶層；具有M個區域的菲涅耳區被構圖電極(aFresnelzonepatternedelectrode)，每個區域都具有位于液晶層與笫一透明襯底的面向內的表面之間的L個可單獨尋址的子區域，其中M和L是正整數；以及液晶層與笫二透明襯底的面向內的表面之間的導電層，該菲涅耳區被構圖電極的可單獨尋址的子區域可以位于同一個水平面上，其中這些子區域由絕緣體分隔開，以防止電短路，或者該菲涅耳區被構圖電極的可單獨尋址的子區域可以位于兩個或多個水平面上，每個水平面都由絕緣層分隔開，或者可以使用如現有技術中已知的其他構造.提供一種將透鏡的焦距調整初始焦距F的整數倍的方法，該方法包括提供一透鏡，該透鏡包括密封在一對透明襯底之間的液晶層的透鏡；位于液晶層與第一透明襯底的面向內的表面之間的菲涅耳區被構圖電極，所述構圖電極具有M個區域，每個區域都具有L個子區域，所述構圖電極總共具有M.L個可單獨尋址的電極；液晶層與第二透明襯底的面向內的表面之間的導電層；以及電連接到電極區域和導電層的電控制裝置；給每k個可單獨尋址的電極施加相同的電壓，從而將焦距調整為kF，其中k是從l到ML的整數'可以不連續地將焦距從F調節為無窮大。提供一種連續調整透鏡的焦距的方法，該方法包括(a)提供一透鏡，該透鏡包括密封在一對透明襯底之間的液晶層；菲涅耳區被構圖電極，其具有位于該液晶層與第一透明襯底的面向內的表面之間的L個衍射級，所述構圖電極是可單獨尋址的多個環的圓形陣列；液晶層與第二透明襯底的面向內的表面之間的導電層；以及電連接到電極區域和導電層的電控制裝置；(b)確定所希望的焦距(f');(c)利用方程式^+,=(尸+"力2來計算菲涅耳區被構圖電極的第m個區域的面積，其中f'是設計焦距，入是設計波長，而r,是笫m個子區域的半徑；(d)用L或更大的整數去除計算得到的第m個區域的面積，以確定形成設計子區域的可單獨尋址的電極的數量；(e)向設計子區域中的這些數量的可單獨尋址的電極施加相同的電壓。這種用于連續調整焦距的方法在步驟(a)之前還包括確定一個或多個設計焦距；計算菲涅耳區被構圖電極中的最大環尺寸，該最大環尺寸允許在設計子區域中形成所有的設計焦距。在一個實施例中，電極區域由被構圖的ITO(氧化銦錫)電極來形成。利用所施加的電場通過重定向液晶來調制每個區域中的相位延遲，如^L有技術中已知的那樣。在此所描述的可調整聚焦的、可電學控制的電激活透鏡提供了許多優于當前方法的優點.一個優點在于能夠可調整地改變透鏡的聚焦倍率。衍射透鏡的焦距由電極區域間隔來確定.在此所述的透鏡中，電極圖形是固定的，并且通過改變到電極的電子驅動連接和所施加的電壓能夠直接改變焦距.在一個實施例中，可單獨尋址的電極區域允許矯正不同距離的視力，包括近距離(例如，讀取)、中間距離(例如，計算機屏幕)和遠距離視力，聚焦倍率可以通過測距儀直接調整或者由用戶手動調整.在一個實施例中，微型電子電路與透鏡結合，因此該組件很緊湊。并且，電極結構是不可見的，這提供了優于平臺液晶方案的在裝飾方面的優點.電功率的損失不會影響遠距離視力(當不提供電流時所提供的聚焦倍率).在每種工作條件下，整個孔徑具有相同的聚焦倍率，于此在一個實施例中所描述的菲涅耳區結構允許相對較大的孔徑，該孔徑是鏡片應用所要求的.在此所描述的本發明的其他優點包括設計緊湊、重量較輕、成本低，更容易在低電壓和低功率耗散的情況下工作。如在本領域公知的那樣，在此所描述的透鏡的焦距以及相對應的屈光度的值根據所施加的電壓可以是正的或負的.這些變型是本領域的普通技術人員在不進行不當實驗的情況下就可以獲知的，并且在此包括這些變型.如在此所用的那樣，"可調整的聚焦"意味著，透鏡的焦距在如常規光學透鏡中的一個距離處不是固定的.通過利用本領域公知的裝置改變施加到電極的電壓來調整可調整聚焦透鏡的焦距。在一個實施例中，用戶調整焦距從而看到在所希望的距離處的對象。"可單獨尋址的"意味著能夠向不同的電極獨立地施加相同或不同的電壓."可電學控制的"意味著施加電壓來控制或改變參數，諸如改變液晶的定向狀態，如本領域中所公知的那樣。"連續地調整"意味著可以將焦距調整為并非精確的是原始焦距的倍數的許多不同值，并且由于目前被構圖的電極制造技術的物理限制，"連續地調整"并不一定意味著每個不同的焦距都是可得到的.如在此所使用的那樣，"層"并不要求是完全均勻的膜。可能存在一些厚度不均勻、破裂或者其他缺陷，只要該層實現其預期的目的，如在此所描述的那樣。如在此所使用的那樣，"垂直"意味著大致垂直于襯底的表面.注意，光軸一般是大致垂直于襯底的表面.如在此所使用的那樣，電極之間的"無水平間隙"包括其中當沿垂直方向觀看時電極之間沒有間隔的情況，并且還包括其中當沿垂直方向觀看時電極之間有間隔但其并不會使光學儀器的衍射效率從理論最大值降低大于25%的情況，以及其中所有的各個值和范圍.本發明的設備可被用在本領域中公知的各種應用中，包括用于人類或動物的視力矯正或修改的透鏡.這些透鏡能夠被結合到眼鏡中，如本領域所公知的那樣.眼鏡可包括一個透鏡或多于一個透鏡.這些設備也可以被用在顯示應用中，如本領域普通技術人員在不進行不當實驗就寸以知道的那樣.本發明的透鏡也可以與常規透鏡和光學系統一起使用.本發明的透鏡可以用作常規透鏡的一部分，例如插入到常規透鏡中，或者可以堆疊方式來使用常規透鏡與本發明的透鏡的組合。本發明在制備眼鏡中是有用的，所述眼鏡具有根據距所觀察對象的距離而調整聚焦強度的透鏡.在一個實施例中，測距機構、電池和控制電路被容納在眼鏡中或者是獨立的控制系統的部分.這些部件及其用途在本領域是公知的.作為一個例子，測距機構用于確定眼鏡與所希望的對象之間的距離。這一信息被供給微處理器，該微處理器調整施加到可單獨尋址的電極的電壓，這向透鏡提供所希望的相位傳輸功能以觀看該對象.如本領域中所公知的那樣，可以使用向電極施加電壓的各種方法。可以使用電池來供給電壓，或者使用其他方法，如本領域所公知的那樣。本領域中已知，可以使用控制被施加到電極的電壓的所有方面的各種方法，這些方法包括處理器、微處理器、集成電路和計算機芯片。所施加的電壓由所希望的相位傳輸功能來確定，如本領域所公知的那樣'圖1示出衍射透鏡的圖解說明圖表(a)是常規的折射透鏡；圖表(b)是具有連續的二次刻痕(blaze)輪廓的衍射透鏡；圖表(c)是二元衍射透鏡；圖表(d)是衍射透鏡的四級近似.圖2示出衍射透鏡的結構.圖3示出液晶單元。圖4示出具有被構圖的電極的電激活液晶透鏡的一般結構.圖5A示出其中所有電極都位于同一平面上的結構(單層結構)，其中在鄰近的子區域之間有小間隙.圖5B示出其中編號為奇數的電極和編號為偶數的電極交錯成兩個水平層并且在鄰近的子區域之間沒有間隙的結構(雙層結構)。圖6示出利用可單獨尋址的電極圖形的數字可變焦距的例子.圖7示出利用具有適當分辨率的電極的可單獨尋址的圃形陣列對焦距進行連續調整.具體實施例方式為了更好地理解本發明，此處簡要地回顧一下液晶單元的基本概念，以及衍射透鏡的一些基本概念和自適應透鏡的原理.衍射透鏡衍射透鏡在本領域是公知的.衍射透鏡的功能是基于菲涅耳區困案的近場衍射.從該結構發出的每個點都用作球面波的發射體。特定觀測點處的光場是所發射的球面波對整個結構的貢獻的總計.來自各個點的球面波的相長干涉在觀測點產生高強度，該高強度對應于高衍射效率，圖1示出衍射透鏡的圖解說明圖表(a)是常規的折射透鏡；圖表(b)是具有連續的二次刻痕輪廓的衍射透鏡；圖表(c)是二元衍射透鏡；圖表(d)是衍射透鏡的四級近似.圖1的圖表(a)示出常規的折射透鏡的一部分.通過移除折射透鏡的2TT的倍數的相位延遲，獲得了如圖1的圖表(b)所示的衍射透鏡。每個區域邊界處的相位躍變對于設計波長人。來說都是2tt，并且每個區域中的刻痕輪廓在焦點處形成完全的相長干涉.圖1的圖表(c)和圖1的圖表(d)示出了對圖1(b)中所希望的相位輪廓的不同的近似，其中每個區域中的多個階梯都用來近似所希望的相位輪廓.圖2示出衍射透鏡的結構。顯示出沿光軸的焦距(f)。顯示出垂直于光^的半徑(r,).注意，光進入半徑(r,)的透鏡而到達焦點F所行進的路徑相當于焦距(f)加上整數個波長(m入)，以便具有相長干涉。換句話說，衍射透鏡的焦距(f)由這些區域的周期來確定.光程長度差是波長的倍數.對于第m個區域來說，注意，f+m入是圖2中的直角三角形的斜邊<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>對于傍軸近似，f》m入，這些區域或區域邊界的半徑(r)由下式給出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>其中"是第m(m-l，2…M)個區域的外徑，入是波長，而f是焦距.對于L級衍射透鏡來說，每個區域都由尺寸(面積)相等的L個子區域組成。注意，有L個子區域，并且每個子區域都具有不同的光學厚度，因此，具有L個相位等級.第in個區域的第n個子區域(n-l，2，3…L，L是每個區域中的相位等級的數量)的外徑由下式給出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>這確定了菲涅耳區圖案，其在一時是周期性的.該周期等于r人注意，n是第一區域的半徑，并且每個區域都具有相同的面積，衍射透鏡的焦距是<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>上面的方程式意味著能夠通過選擇區域周期來改變焦距。對于焦距為pf的透鏡，每個區域的尺寸(面積)是P,2.多舉衍射透鏡(或L相位等級衍射透鏡)的衍射效率由下式給出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>豐(4)表l給出了l-屈光度衍射透鏡的各個參數.如表l中所示，衍射效率隨著相位等級的數量的增大而增大，而最后一個子區域的寬度隨著透鏡的孔徑的增大而減小。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>-液晶單無液晶單元在本領域中是公知的.液晶單元的許多單元構造和操作在本領域也是公知的。圖3示出電激活液晶單元的圖解實施例，其中液晶層被夾在具有導電內表面的兩個玻璃板之間.這兩個板的表面涂敷有諸如聚乙烯醇(PVA)或尼龍6，6的對準層，并且這些表面通過摩擦來處理，以給出均勻的分子定向。如本領域所公知的那樣，沿著箭頭所示的方向將對準層拋光。向板的導電內表面施加電壓.在利用液晶作為電光介質的電激活單元中，每+區域都具有相同的厚度，但是，當向該介質施加電壓時，由于液晶分子的重新定向而使異常光束的折射率發生變化.如圖3中所示，拋光方向確定了液晶分子的初始定向。液晶分子的長軸(光軸)垂直地對準.當施加適當的電壓時，分子旋轉.有效折射率("a')由下式給出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>其中n。和ii8分別是尋常光束和異常光束的折射率，e是分子的光軸與垂直軸之間的角。異常光束最初具有最大折射率na.隨著所施加的電壓的增大，有效折射率'變得更小，并且當施加飽和電壓時，分子的光軸水平地對準，而有效折射率W達到最小，并且等于n。。(水平偏振的)尋常光束的折射率總是相同。因此，電光效應調制異常光束的有效折射率。在此所描述的液晶單元中，一個襯底上的導電材料并不形成均勻的層，而是形成電極圖形，如在此進一步描述的那樣.圖4示出具有被構圖的電極的電激活液晶透鏡的一般結構.從上到下，這些層包括410村底，420被構圖的電極(可單獨控制的電極)，430對準層，440液晶和450隔離物(或多個隔離物)，430對準層，460接地，以及410襯底.特別地，圖4示出在此所用的電激活液晶透鏡的一般結構。液晶層430夾在被構圖的電極420與接地電極460之間.被構圖的電極430可以通過沉積在玻璃襯底上的導電膜的光刻處理來制作，如本領域所公知的那樣，并且接地電極460包含按照本領域所公知的任何方式而形成的均勻的導電層.這些被構圖的電極包括許多環的圓形陣列，這些環的半徑由所希望的焦距來確定，如在此所描述的那樣.液晶440的電光效應導致可電學控制的雙折射.通過向被構圖的電極施加合適的電壓來改變跨越透鏡的相位輪廓，如在此進一步所描述的那樣.導電材料可以是任何適合的材料，這些材料包括在此特別描述的那些材料以及本領域所公知的其他材料.優選的是，該導電材料是透明的，諸如氧化銦、氧化錫或氧化銦錫(ITO).襯底可以是能夠提供所希望的光學透射并且能夠在此所述的設備和方法中發揮作用的任何材料，諸如石英、玻璃或塑料，如本領域所公知的那樣.導電層的厚度通常在30nm與200nm之間。該層必須足夠厚得來提供足夠的傳導，但是不能厚得向整體透鏡結構提供過大的厚度.被構圖的電極420可以利用'光刻技術來形成，諸如在此所描述的那樣并且本領域的普通技術人員公知的那樣。圖5A示出其中所有電極在同一平面上的結構(單層結構)，其中在鄰近子區域之間具有小的間隙.通過導線520將控制器或驅動器510連接到通孔或接點530，這些通孔或接點530依次被連接到可單獨控制的電極540。注意，通過絕緣層(未示出)可以使導線520與電極540電絕緣，然后通過通孔(所述絕緣層中的孔或通道)或接點530可以使導線選擇性地接觸到電極。這種類型的接觸制造在制造光刻中以及在集成電路制造中是公知的.更確切地說，圖5A示出一層中的同心、可單獨尋址(可單獨控制)的成環形的電極布局。忽略導線520和通過絕緣的通孔，因為所有電極都在單層中，所以這種布局被限定為"單層"結構.交替地，導線520可以緊密組合在相對于同心的環形電極徑向地移動的總線(未示出)中.注意，可以利用其他的被構圖的電極形狀.例如，六邊形陣列可以包含六邊形像素，或者柵格陣列可以包含正方形像素，或者不規則形狀的集合可以校正不對稱的折射誤差.可以制作不規則的或復雜成形的電極來校正特有的不對稱的或非常規的或高階折射誤差.另外，這些電極可以具有沿光軸方向可變的厚度，以便形成與液晶更復雜的相互作用，交替地，特別是如果多于兩個像素配合在一個環形電極的寬度內，可以控制具有高像素密度的陣列來近似圖5A的同心環，以形成衍射透鏡。這種高像素密度的陣列也可以近似更復雜的形狀。回到圖5A，將最內部的環形電極定義為編號是1的電極，向外計數到第16個最外面的電極。注意，最內部的電極優選可以是全圓形而不是環形，但是圖5A示出了對稱的環，并且以便用最內部的環形電極更清楚地示出通孔或接點530.為了形成4級或4相位衍射透鏡，將最內部的四個環組合成一個區域。該第一區域包括電極1-4，從最內部的電極向外編號.這些電極1-4中的每一個都是第一區域的子區域.第二區域包括電極5-8.第三區域包括電極9-12.第四區域包括電極13-16.這種16個電極的組合產生具有4個區域的4級(或相位)衍射透鏡.如上面所討論的那樣，每個環形電極540都可由導線520獨立地尋址。如果所有電極都分布在一個層中，那么在鄰近電極之間必須有電絕緣間隙。電極之間的間隙可能導致相位畸變，并且這種設計的模擬顯示出這種相位畸變可能大大地影響衍射效率和其他性能測量-為了減輕由單層設計中的電極之間的絕緣間隙所引起的畸變，可以使用其他電極構造。例如，可以將環形電極分離成兩個不同的層，以形成"雙層"設計.特別地，編號為奇數的環可以位于一個電極層中，而編號為偶數的環可以位于分開的第二電極層中，這兩個不同的電極層可以由諸如Si02的絕緣層來隔離.圖5B示出其中編號為奇數的電極和編號為偶數的電極交錯成兩個水平層并且在鄰近的子區域之間沒有間隙的結構(雙層結構).控制器或驅動器510通過導線520傳遞到這些電極，并且這些電極組合成具有偶數環的層542和具有奇數環的層544.這兩個電極層由絕緣層Si02544隔離.為了光刻制造對準還示出了鉻(Cr)對準標記560。還示出了區域m580和區域m+l590，其對應于圖5A的鄰接的區域。在圖5B中，顯示出雙層電極圖形的橫截面，其中當沿垂直方向觀察(沿著光軸觀察)時，編號為奇數和編號為偶數的環分布在兩個分開的層中，并且在兩個鄰近電極之間沒有間隙.特別地，要注意，區域m580從"延伸到r,"，并包括總共4個電極.區域m580中的4個電極中的2個是編號為偶數的電極并位于層542中，而區域m580中的其余2個電極位于層544中.在速種情況下，如在單層情況下那樣，每個環形電極540可以通過通孔從額外的層(圖5B中未示出)單獨地尋址.導線520可以位于任何方便的位置或層中.下面是形成雙層結構的一個例子，對于要將被構圖的電極施加于其上的襯底來說，將對準標記560沉積在導電層上。任何適合的材料都可被用于對準標記，諸如鉻(Cr).對準標記560允許各種光刻掩膜與襯底適當地對準，并且因此允許圖案的對準，所述圖案在與利用"掩膜集合"的每個掩膜相關聯的加工步驟中形成，所述"掩膜集合"被制造，以便當電極被構圖時具有電極的所希望的總光刻清晰度.利用本領蜂公知并且在此所描述的方法在導電層中構成被構圖的電極的區域的一個部分.將諸如Si(h550的一層絕緣體沉積到被構圖的導體層上。第二層導體被沉積到Si02上并且在第二層導體中形成被構圖的電極區域的第二部分。對準層(未示出)置于第二層導體上并位于第二襯底的導體上方。通過本領域公知的方法來制備對準層，諸如通過單向摩擦來制備.目前所用的對準層是旋涂的聚乙烯醇或尼龍6，6.優選的是，將一個襯底上的對準層按照與另一個襯底上的對準層反向平行的方向進行摩擦。這提供了液晶的適當對準，如本領域所公知的那樣.一層液晶被置于襯底之間，并且用玻璃隔離物將襯底分隔開所希望的距離(諸如分隔開3微米到20微米之間)，或者用本領域公知的其他方式將襯底分隔開。隔離物可以是任何所希望的材料，諸如是聚酯薄膜、玻璃或石英，或者對于提供所希望的間隔有用的其他材料.為了獲得有效的衍射，液晶層必須足夠厚以提供一個波長的被激活的延遲(d>入/5n~2.5pm，其中5n是液晶介質的雙折射)，但是較厚的液晶層有助于避免飽和現象。較厚的單元的缺點包括轉換時間長(正比于d2)和電激活特征清晰度的損失.透明襯底可以分隔開任何距離，這允許所希望數量的被構圖的電極以及所希望厚度的液晶層.在特定實施例中，透明襯底分隔開3微米到20微米之間，以及其中的所有各個值和范圍.目前優選的間隔是5微米.在工作中，由控制器向電極施加將折射率改變為希望的程度所需的電壓。"控制器"可以包括處理器、微處理器、集成電路、IC、計算機芯片和/或芯片，或者被包括在上述處理器、微處理器、集成電路、IC、計算機芯片和/或芯片中.通常，向電極施加高達大約2Vrms的電壓。相位同步的、波形控制驅動器按照公共接地的配置形式被連接到每個電極組，針對最大的聚焦衍射效率而同時優化多個驅動器振幅.如本領域所公知的那樣，通過所用的液晶或液晶混合物來確定將折射率變為希望的程度而所需的電壓函數.圖6示出了利用可單獨尋址的電極圖形的數字可變焦距的例子.圖表(a)對應于基本焦距F，該基本焦距F由初始的單個電極的面積來確定(即，初始結構的周期).該結構的周期是初始的單個電極的面積。通過在不影響衍射效率的情況下增大透鏡的周期能夠將焦距增大到F的倍數.圖表(b)對應于焦距2F.圖6B的每個區域(子區域)的面積都是圖6A中對應區域的兩倍.在兩種情況下，衍射效率是相同的。在一個特定實施例中，向特定的4相位等級透鏡的四個電極施加的電壓分別是1.1V、1.31V、1.49V和1.72V.在另一個例子中，向特殊的8相位等級透鏡的八個電極施加的電壓分別是0.71V、0.97V、1.05V、1.13V、1.21V、1.30V、1.37V和1.48V,本領域的普通才支術人員在不進行不當實驗的情況下能夠很容易地確定施加到電極的電壓，并且所述電壓是所用的液晶、單元的布置以及其他因素的函數，如本領域所公知的那樣.如上所述，根據所希望的焦距，這些電壓可以是正的或負的，如本領域所公知的那樣.在一個實施例中，施加到電極的電壓是在0.5V到2V之間的正值或負值，以及其中的所有各個值和子范圍。絕緣材料可以是任何合適的材料，這些材料包括在此特別描述的那些材料以及本領域中公知的其他材料.在一個實施例中，導電材料和絕緣材料以交替的方式布置，例如以半徑增大的多個圓的方式布置。該圖案可以是任何所希望的圖案，諸如是圃形、半圃形、正方形、角形，或者是提供所希望的效果的任何其他形狀，如在此所描述的那樣。術語"圓形、半圓形、正方形、角形"和其他形狀不是用來表示所形成的精確的形狀，相反，該形狀是一般形成的形狀并且可以包括如本領域所公知的總線線路或者通過襯底產生電流的其他方法.任何液晶都可被用在本發明中.優選的是，切換時間足夠快，使得用戶意識不到從一個焦距切換到另一個焦距的延遲.在此所描述的特定實施例中，向列型液晶用作電光介質.在該實施例中，透鏡對光的兩個正交偏振分量之一作出響應.也可以使用對偏振不敏感的膽甾型液晶，在這種情況下，偏振器是不必要的.本發明中所用的液晶包括形成向列相、近晶相、或膽甾相的那些液晶，這些向列相、近晶相、或膽甾相擁有能夠用電場控制的遠程取向有序性。優選的是，液晶的向列溫度范圍寬、容易對準、閾值電壓低、電激勵響應大和切換速度快，以及具有被證實的穩定性和可靠的工業可用性.在一個優選實施例中，使用E7(由Merck銷售的氰基二聯苯和氛基三聯苯(cyanoterphenyls)的向列型液晶混合物).能夠在本發明中使用的其他向列型液晶的例子是戊基氛基二聯苯(5CB)、(n-正辛氧基)-4-氰基二聯苯(80CB),能夠在本發明中使用的液晶的其他例子是n=3，4,5，6，7，8，9的化合物4-氛基-4-n-烷基二聯苯、4-n-戊氧基二聯苯、4-氛基-4〃-n-烷基-p-三聯苯、以及商業混合物，諸如E36、E46和由BDH(BritishDrugHouse)-Merck公司制造的ZLI系列。電激活聚合物也可以用在本發明中.電激活聚合物包括任何透明的光學聚合材料，諸如J.E.Mark在《PhysicalPropertiesofPolymersHandbook(聚合物的物理屬性手冊)》(AmericanInstituteofPhysics,Woodburry,N.Y.，1996年)中所乂^開的那些材料，這些材料包含具有在供電子原子團和受電子基(稱作發色團)之間的非對稱偏振共軛的7T個電子的分子，諸如Ch.Bosshard等人在({OrganicNonlinearOpticalMaterials(有機非線性光學材料)》(GordonandBreachPublishers,Amsterdam,1995年)中所公開的那樣。聚合物的例子如下聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸曱酯、聚乙烯呼唯、聚酰亞胺、聚硅烷，發色團的例子是對硝基苯胺(PNA)、紅色分散劑1(DR1)、4-甲氣基-3-曱基-4'-硝基二苯乙烯、二乙胺基硝基二苯乙烯(DANS,diethylaminonitrostilbene)、二乙基硫代巴比妥酸。電激活聚合物可以由以下步驟產生a)遵循客戶機/主機方案，6)通過發色團共價結合到聚合物(吊鏈和主鏈)中，和/或c)通過諸如交聯的晶格硬化方法，如本領域所公知的.聚合物液晶(PLC)也可以用在本發明中.聚合物液晶有時也稱作液晶聚合物、低分子量液晶、自增強聚合物、原位復合物、和/或分子復合物。PLC是同時包含相對固定和靈活的順序的共聚物，諸如由W.Brostow撰寫、由A.A.Collyer所編輯的《LiquidCrystallinePolymers:FromStructurestoApplications(液晶聚合物從結構到應用)》(Elsevier,紐約-倫敦，1992年，第l章)中所公開的那樣。PLC的例子是包括4-苯猜苯甲酸酯側基的聚甲基丙烯酸酯和其他類似的化合物.聚合物分散的液晶(PDLC)也可以用在本發明中.PDLC由液晶液滴分散在聚合母體中來組成.這些材料能夠以幾種方式來制成(i)通過向列的曲線對準相位(NCAP)，通過熱引致的相位分離(TIPS)、溶劑引致的相位分離(SIPS)、以及聚合作用引致的相位分離(PIPS)，如本領域所公知的那樣.PDLC的例子是液晶B7(BDH-Merck)和N0A65(Norlandproducts公司，NJ)的混合物；E44(BDH-Merck)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的混合物；E49(BDH-Merck)和PMMA的混合物；單體二(聚)季戊四醇羥基丙稀酸戊酯(dipentaerythrol-hydroxy-penta-acrylate)、液晶E7、N-乙烯p比略烷酮、N-苯基甘氨酸和染料玫瑰紅的混合物，聚合物穩定的液晶(PSLC)也可以用在本發明中.PSLC是由聚合物網絡中的液晶組成的材料，其中聚合物構成少于液晶重量的10%.光敏聚合的單體與液晶和UV聚合引發劑混合到一起.在使液晶對準之后，通常由UV膝光引發單體的聚合，并且最后得到的聚合物形成使液晶穩定的網絡.對于PSLC的例子，例如參見C.M.Hudson等人的《OpticalStudiesofAnisotropicNetworksinPolymer—StabilizedLiquidCrystals(在聚合物穩定的液晶中的各向異性網絡的光學研究)》XJournaloftheSocietyforInformationDisplay,vol.5/3，1-5,(1997年))、G.P.Wiederrecht等人的《PhotorefractivityinPolymer-Stabi1izedNe邁aticLiquidCrystals(在聚合物穩定的向列型液晶中的光折射率)》(J.ofAm.Chem.Soc.，120，3231-3236(1998年)).自組裝的非線性超分子結構也可以用在本發明中。自組裝的非線性超分子結構包括電激活的不對稱有機薄膜，其能夠利用下列方法來制作Langmuir一Blodgett薄膜，從水溶液中交替聚合電解質沉積(聚陰離子/聚陽離子)，分子束外延附生方法，通過共價偶聯反應連續合成(例如基于有機三氯硅烷的自組裝的多層沉積).這些技術通常導致厚度小于大約lnm的薄膜。盡管本文的非限制性描述提供了特定的示范性實施例的更多細節，但是不同的透鏡和電極構造可用于各種應用。例如，透鏡可以浸入液晶溶液中，或者可以將液晶夾在具有梯度折射率變化的平面電極板之間。后者使液晶對準更容易，并且使單元更薄，這能夠更快地進行切換。另外，不同的電極區域構造可以用在本發明的方法和設備中。如本領域中所公知的這些不同的透鏡和電極區域構造意圖被包括在本公開內容中。具有可單獨尋址的被構圖的電極的新設計為了克服先前設計的限制，必須對被構圖的電極的每個電極子區域單獨地尋址.此處呈現兩種不同的示范性應用.一種應用允許在基本焦距和基本焦距的倍數之間切換.另一種應用是更普遍的，并且允許將焦距從可能的最小值連續調整到無窮大.1:焦距的不連續調整考慮圖3中所示的液晶透鏡的一般結構，以及考慮圖5A或圖5B中所示的電極圖形.通過向被構圖的電極施加適當電壓來調整透鏡上的相位輪廓，并且該相位輪廓確定了衍射效率.對被構圖的電極的子區域單獨尋址增大了區域周期，并因此增大了焦距，而不用損失衍射效率。假定是為具有L相位等級的相位調制設計電極圖形的幾何形狀.根據方程式(2a)、(2b)和(3)，如果通過將每兩個鄰近的子區域組合成一個，即給兩個鄰近的電極施加相同的電壓，將區域周期r增大為2n2，那么焦距變為2F且不會改變衍射效率(圖6)。類似的是，利用固定的電極圖形，通過將區域周期分別增大到3r人4r人...，可以將焦距變為3F、4F，....一般來說，通過將區域周期增大到kn2，可以將焦距變為kF(k是正整數).如果是為具有例如3屈光度(焦距F-33.33cm)的基本聚焦倍率和8級相位階躍的自適應透鏡設計可單獨尋址的電極圖形，那么透鏡具有95%的衍射效率.通過將周期增大兩倍，焦距將增大為2F-66.67cm(聚焦倍率-1.5屈光度)，而效率仍然為95%。通過將周期增大三倍，焦距將增大為3F-100cm，對應于1屈光度的聚焦倍率，而效率仍然相同。通過將周期增大四倍，焦距將增大為4F-133.32cm，對應于0.75屈光度的聚焦倍率，而效率仍然相同.類似的是，能夠以相同的效率實現更大的焦距(更小的聚焦倍率).當斷開透鏡時，沒有聚焦倍率。表2示出用于各種聚焦倍率的參數。在表3-5中分別示出了對于3屈光度、1.5屈光度和1屈光度透鏡的每個子區域的半徑.這些結構參數能夠根據在此所介紹的方程式計算出來.可以很容易得出三個聚焦倍率的子區域邊界之間的關系.表2給出了能夠利用可單獨尋址的被構圖的電極而獲得的一些聚焦倍率的例子。假定基本的聚焦倍率是3屈光度(F=33.3cm)，而透鏡的孔徑是1Omm.表2示出了當改變焦距時衍射效率保持相同.表2<table>tableseeoriginaldocumentpage21</column></row><table>可乎獨尋址的被構圖的電極的重要優點在于，其向具有用于不同聚焦倍率的自適應能力的相同透鏡確實提供了相同的衍射效率。在該應用中，可調整的焦距是基本焦距F和基本焦距的倍數。因此，調整的分辨率也是F。例如，如果為lOcm的基本焦距設計電極，那么可調整的焦距將是10cm、20cm、30cm等直到無窮大。如果其他的中間焦距是所希望的，那么可以使用較小的基本焦距.但是，當F很小時，電極的特征尺寸對于大孔徑的透鏡來說變得非常小，并且#難利用當前可用的技術使其成本低。2:焦距的連續調整所希望的是設計出自適應透鏡，使得其能夠被所有患者和應用所利用。這需要透鏡具有在所希望的范圍內連續改變焦距的能力.為此目的，開發了更一般的設計方法學，該設計方法學允許連續地調整焦距。如上所述，被構圖的電極是特定尺寸的環的圓形陣列.每個環都是可單獨尋址的.環的適當分辨率由要被調整的焦距范圍來確定。對于每個預期的焦距，利用方程式(2a)和(2b)能夠計算所有區域中的每個子區域的尺寸.可以選擇某一數量的環來形成每個子區域，并且能夠施加適當的電壓.如果這些環的分辨率足夠好，那么當焦距改變時，透鏡能夠總是具有高效率，并且并沒有明顯的效率變化。被構圖的電極所需的分辨率是由所希望的透鏡的最后幾個區域中的子區域的尺寸來確定，如在此所描述的那樣.圖7示出了利用具有適當分辨率的電極的可單獨尋址的圃形陣列來連續地調整焦距。圖7中的四個例子示出了以ym為單位的用于電極的子集的電極間隔。在例子A、B、C和D中分別描繪了3D、2.5D、2D和ID的聚焦倍率的幾何參數.r是區域邊界的半徑.這里說明了焦距從~30cm連續變化到無窮大的例子。假定透鏡的直徑是10mm，并且使用8級相位調制.為了說明原理，在圖7中描繪了3D、2.5D、2D和1D的可調整的聚焦倍率的幾何參數，其中清楚地示出了每個區域邊界的半徑和對于最后一個或兩個區域的每個子區域的寬度。在表3-7中能夠找到這些透鏡的更詳細的參數.可以看出，對于特定的聚焦倍率來說，在這些透鏡的邊緣處，每個子區域的寬度變化非常小，并且'當透鏡的孔徑增大時，該變化甚至更小.對于較大的聚焦倍率來說，寬度以及每個子區域的面積較小.假定每個電極在該面積中是lpm寬.在該例子中，由于每個子區域的寬度大于1pm，那么可以將若干個電極組合在一起形成一個子區域，并且使每個子區域的邊界靠攏最接近的電極邊界.將這些電極的組合意味著向其施加相同的電壓.例如，對于2D的情況(例子C)，可以將7個電極組合以形成區域45的所有子區域.可以類似地形成所有其他子區域.舍入誤差引起衍射效率發生非常小的變化.另一方面，在接近透鏡中心的區域中，如果使用近似精細的電極，那么相位階躍可以大于8，并且因此能夠增大在該區域中的衍射效率.一般來說，當調整聚焦倍率時，衍射效率將幾乎相同.當焦距從lm(聚焦倍率1D)增大到無窮大時，每個子區域的寬度增大，并且通過對所計算出數量的電極進行組合能夠產生所有的子區域.因此，在該例子中，可以調整從30cm到無窮大(聚焦倍率從0到3D)的所有焦距，并且該透鏡能夠用于需要在該范圍內矯正不同距離視力的所有受檢者.如上面指出的，由于接近中心的區域具有較大的幾何尺寸，所以在該區域中的電極密度與接近邊緣的區域的電極密度相比可以更小(接近中心的電極尺寸可以比其他區域中的那些電極尺寸更大).如果電極的密度在接近中心的區域中保持相同，那么能夠獲得較高的相位等級并且將增大衍射級.實現這一目的的另一種方法是在利用小矩形像素的位置利用古怪的(pixilated)空間光調制器。這些4象素能夠成多層，從而在垂直，見察襯底時減小或消除間隙，類似于在圖5B中所示的2層盤狀電極。盡管在此的說明書包含許多特征，但是這些特征不應當解釋為限制本發明的范圍，而僅僅是提供本發明的一些目前優選實施例的例子。額外的實施例也在本發明的范圍內。本發明并不限于用于眼鏡。本發明還可以用于顯微鏡、反射鏡、雙目鏡、以及用戶通過其可以進行觀看的任何其他光學設備。另外，如對于本領域普通技術人員將顯而易見的那樣，本發明在其他領域中也是有用的，諸如在電信、光學開關和醫療設備中。在所希望的波長處提供所希望的相位傳輸功能的任何液晶或液晶的混合物在本發明中都是有用的，如本領域的普通技術人員所公知的那樣。確定合適的電壓以及向液晶材料施加合適的電壓以產生所希望的相位傳輸功能在本領域中是公知的.除非另有說明，所描述或舉例說明的每個設備或部件的組合都可以用于實施本發明.諸如施加所用的電壓的驅動器、電壓的控制器的額外部件以及任何附加的光學部件對于本領域的普通技術人員都是公知的，并且可以在沒有不當實驗的情況下結合.化合物的專用名意在是示范性的，如已知的是本領域的普通技術人員能夠用不同名稱來命名相同的化合物。當在此描述一種化合物以致沒有例如以公式或以化學名稱來指明化合物的特殊異構體或對映異構體時，該描述意在包括單獨描述的或以任何組合方式描述的化合物的每種異構體和對映異構體。本領域的普通技術人員將理解，不采取不當的實驗，可以在本發明的實踐中采用除了特別舉例說明之外的方法、設備元件、起始材料和制作方法，所有本領域公知的任何這種方法、設備元件、起始材料和制作方法的功能等價物都意圖被包括在本發明中.當在說明書中給出了一個范圍，例如厚度范圍或電壓范圍，那么被包括在給定范圍內的所有中間范圍和子范圍以及所有各個值都意圖被包括在該公開內容中。如在此所使用的那樣，"包括"與"包括在內"、"包含"、或"特征在于"同義并且都是包括性的或開放式的，且并不排除附加的、未列舉的元件或方法步驟.如在此所使用的那樣，"由……組成"排除了未在權利要求的元件中指明的任何元件、步驟或成分.如在此所用的那樣，"基本由……組成"并不排除本質上并不影響該權利要求的基本的和新穎特征的材料或步驟.特別是在合成物的成分的描述中或者在設備的元件的描述中，任何在此列舉的術語"包括"都被理解為包括基本上由所列舉的部件或元件組成以及由所述部件或元件組成的那些合成物和方法.在此適當地圖解說明描述的本發明可以在沒有在此特別公開的任何元件或多個元件、限制或多個限制的情況下實現。已經采用的術語和表達被用作說明而非限制的術語，并且使用這種術語和表達不意在排除所示出和描述的特征或其部分的任何等效方式，而可以認識到的是，在所要求保護和描述的本發明的范圍內，各種修^L都是可能的。因此，應該理解，盡管已經用優選實施例和可選特征特別公開了本發明，但是本領域的普通技術人員可以采取在此所公開的概念的修改和變化，并且這種修改和變化被認為在本發明的范圍內。一般來說，在此所使用的術語和用語有其在本領域公認的含意，可以參考本領域普通技術人員公知的標準文本、期刊的參考和上下文而得到該公認的含意。提供特定的定義來闡明其在本發明上下文中的特殊用法。說明書中提及的所有專利和公開文獻都表示本發明所屬領域的普通技術人員的程度。本領域的普通技術人員將很容易地理解，本發明充分適合于實現這些目的并且獲得所提及的以及其中固有的目標和優點.在此所描述的作為目前代表優選實施例的設備和方法以及附屬的方法都是示范性的，而不是意圖作為對本發明范圍的限制.對于本領域的普通技術人員來說可存在其中的改變和其他用途，這些改變和用途被包含在本發明的精神內并由權利要求的范圍來限定.在此所引用的所有參考在與本說明書的公開內容不矛盾的程度引入作為參考。在此所提供的一些參考在此引入作為參考，從而提供關于附加的設備部件、附加的液晶單元配置、附加的被構圖的電極的圖形、附加的分析方法以及附加的本發明的用途的細節.G.Smith等人的《《Theeyeandvisualopticalinstruments(眼睛和視覺光學儀器)》》，劍橋大學出版社，1997年.G.Vdovin等人的《0nthepossibilityofintraocularadaptiveoptics(關于眼內自適應光學系統的可能性)》，Opt.Express11:810-817，2003年.G.Williams等人的《ElectricallycontrollableliquidcrystalFresnellens(可電學控制的液晶菲涅耳透鏡)>〉，Proc.SPIE1168:352-357，1989年，J.S.Patel等人的《Electricallycontrolledpolarization—independent1iquid-crystalFresnellensarrays(電控制的不依賴于偏振的液晶菲涅耳透鏡陣列)》，Opt.Lett.16:532-534，1991年。B.Dance的《LiquidcrystalusedinswitchableFresnellens(在可切換的菲涅耳透鏡中所用的液晶)》，LaserFocusWorld28:3'4，1992年，M.C丄Wi1tshire的《Non-displayapplicationsofliquidcrystaldevices(液晶設備的非顯示應用)》，GeoJ.Research10:119-125，1993年。H.Ren等人的《TunableFresnellensusingnanoscalepolymer—dispersedliquidcrystals(利用納米比例的聚合物分散的液晶的可調諧菲涅耳透鏡)》，Appl.Phys.Lett.83:1515-1517，2003年。C.W.Fowler等人的《Liquidcrystallensreview(液晶透鏡回顧)》〉，Ophthal.Physiol.Opt.10:186-194，1990年。J丄Futhey的《Diffractivebifocalintraocularlens(衍射的雙焦點眼內透鏡)》，Proc.SPIE1052:142-149，1989年.S.Sato等人的《Variable-focus1iquidcrystalFresnellens(可變焦點的液晶菲涅耳透鏡)》，Jpn.J.Appl.Phys.24:L626-L628,1985年。L.G.Commander等人的《Variablefocallengthmicrolenses(可變焦距的微透鏡)》，Opt.Commun.177:157-170，2000年，S.T.Kowel等人的《Focusingbyelectricalmodulationofrefractioninaliquidcrystalcell(通過液晶單元中的折射的電調制的聚焦)》，Appl.Opt.23:278-289,1984年.Notthi等人的《Adaptivesphericallens(自適應球面透鏡)》，Appl.Opt.23:2774-2777，1984年，F.Naumov等人的《Liquid—crystaladaptivelenseswithmodalcontrol(具有模態控制的液晶自適應透鏡)》，Opt.Lett.23:992-994，1998年。M.Y.Loktev等人的《Wavefrontcontrolsystemsbasedonmodalliquidcrystallenses(基于模態液晶透鏡的波前控制系統)》，Rev.Sci.Instrum.71:3190-3297，2000年.N丄Riza等人'的《Three—terminaladaptivenematicliquid-crystallensdevice(三端自適應向列型液晶透鏡設備)》，Opt.Lett.19:1013-1015，1994年.P.W.Mc0wan等人的《AswitchableliquidcrystalbinaryGaborlens(可切換的液晶二元伽柏透鏡)》，Opt.Commun.103:189-193，1993年。S.Masuda等人的《Liquid-crystalmicrolenswithabeam—steeringfunction(具有光束控制功能的液晶微透鏡)》，Appl.Opt.36:4772-4778，1997年.Kress等人的《DigitalDiffractiveOptics(數字衍射光學系統)》，JohnWiley&SonsLtd.,2000年。表3.對于3D、15mm、8級衍射透鏡的每個子區域的外徑,子區域#1234567區域#1.215.05304.12372.47430.094肌86526.765從,96柳,252.645.146肌04713,23744.95775.36804.63832.87隨93.886.66912.37937.37961.72卯5.471008.661031.331053.514.1075.241096.531117.421137.921158.071177.861197.331216.495.1235.351253.931272.24簡.281308.081325.641342.971360.086.1376581393.67簡.161426.461442.581458.521474.291489.89"7，1505.3315加.611535.751550.731565.5715肌271594.831609.278.1623.571637.751651.811665.751679.571柳.281706.8917加.389，1733,771747.051760.241773.331786.321799.22節.021824.7410.1837.371849.911862.361874.741887.031899.251911.381923,4411,1935.431947.341959.171970.94柳2,641994.272005.832017.3212.2028.752040.122051.42加62.662073,842084.962096.022107.0313.2117.972128.862139.692150.472161.202171.872182.492193.0614.2203.582214.052224.472234.842245.162255.442265.662275.8515.2285.卯2296.082306.132316.132326.092336.012345.的2355.7316.2365,522375.282384.992394.672概302413.卯2423.462432.9817.2442.472451.922461.332470.7124肌052489.3524卯.622507.8618.2517.072526.232535.372544.472553,552562J92571.5925肌5719.2589.512598.432607.312616.162624.992633.782642.552651.2820.2659.992668.672677.322685.942694.542703.102711.642720.1621.2728.652737.112745.542753.952762.332770,692779.0222.2795.622803.872812.112820.32282B.512836.672844.812BS2,9323.2861.0228砂.05>2877.142885,162柳.172901.152卿,112917.0424.2924.962932.862940.732948,582956.412964.222972.012979.7825.2987532995.263002.973010.663018.333025.983033.623041.2326.3048.823056.403063.953071.493079.013086.513093.993101.4627.3108.903116.333123,74313U43138.513145.873153.213160.5428.3167.853175.143182.413189.673196.913204.133211.343218.53<table>tableseeoriginaldocumentpage28</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage29</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage30</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage31</column></row><table>149.7402.757424.597405.887409.007412.127415.247418.367421.47150.7427.707449.467430.817433.927437.037440.147443^257446.36151.7452,567474.257455.677458,77746U77464.967468.067471.16152.7477.347柳.9674肌437483.537486.617做707492.797495.87表4.對于1.5D、15mm、8級衍射透鏡的每個子區域的外徑.區域的面積是相對應的3D透鏡(表3)的面積的兩倍。每個于區域#12345678區域#1，304.12430.09526.76608.256肌04744.95804.63860.192.912.37亂721008.661053.511096.531137.92U77.貼1216.493.1253.9312卯.281325.641360.081393.671426.461458.521489,894.1520.611550,7315肌271敏271637.751665.751693.281720,385.1747.051773.331799.221824.741849.91跳741卿.251923.446.1947.341970,941994.272017.322040.122062.662084.962107.037.2128.862150,472171.872193.0622W.052234.842255.442275.858.2296.08Oil2316.132336.012355.732375.282394.672413.909.2451.922470.712489.352507.862526.232544.472562.592580.5710.25訴,432616.162633.782651.282668,672685.942703.102720.1611.2737.112753.952770.692787.332803.872820.322836.672852.9312.2柳.0S(2885,162卯U52917.042932.862948.582964.222979,7813.2995.263010.663025.983041.233056.403071.493086.513101.4614.3116.333131.143145.873160,543175.143189.673204.133218.5315.3232.873247.143261.353275.503289.593303,623317.593331.5016.3345.353359,153372.893386.573400.203413.773427,293440.7617.3454.173467.533480,853機113507.323520.483533.593546.6518.3559.673572.643585.5635訴.433611.263624.043636.783649.4819.3662.123674.733687,293699.813712.293724.733737.123749.4820.3761.793774.073786.3037訴.493810.653822.773834,843846.8821.3858.的38m853歐783894.673906.533918.353930.133941.8822.3953.603965.283976.923訴8.S34000.114011.664023.174034,6523.4046.094057.514068.8940肌24機.564102.844U4.104125.3224.4136.524147.684158.M4181.004192.054203.064214.0525.4225.014235.944246.854257.724268.574279.394290.184300.9526.4311,694322.404333.084343.744354.384364.妙4375.57線6-1227.4396.654407.164417.644428.104438.534448.934459.32<table>tableseeoriginaldocumentpage34</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage35</column></row><table>表5.對于1D、15mm、8級衍射透鏡的每個子區域的外徑.每個區域的面積是相對應的3D透鏡(表3)的面積的三倍.每個區域的面積是相對應的2D透鏡(表4)的面積的兩倍.<table>tableseeoriginaldocumentpage36</column></row><table>表6.對于2D、15mm、8級衍射透鏡的每個子區域的外徑.<table>tableseeoriginaldocumentpage37</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage38</column></row><table>表7.對于2.5D、15mm、8級衍射透鏡的每個子區域的外徑.<table>tableseeoriginaldocumentpage39</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage40</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage41</column></row><table>權利要求1.一種可調整聚焦的、可電學控制的電激活透鏡，其包括位于一對透明襯底之間的液晶層；菲涅耳區被構圖電極，其具有M個區域，每個區域都具有位于液晶層與第一透明襯底的面向內的表面之間的L個可單獨尋址的子區域，其中M和L是正整數；以及液晶層與第二透明襯底的面向內的表面之間的導電層。2.如權利要求l所述的透鏡，其中，菲涅耳區被構圖電極的可單獨尋址的子區域在同一個水平面上。3.如權利要求l所述的透鏡，其中，液晶從由下面的材料組成的組中選擇向列型、膽甾型、電激活聚合物、聚合物液晶、聚合物分散的液晶、聚合物穩定的液晶、以及自組裝的非線性的超分子結構。4.如權利要求3所述的透鏡，5.如權利要求4所述的透鏡，6.如權利要求1所述的透鏡，7.如權利要求l所述的透鏡，8.如權利要求1所述的透鏡，的子區域和導電層的電控制裝置。9.如權利要求8所述的透鏡，的子區域施加正電壓或負電壓。10.如權利要求9所述的透鏡3伏特之間。11.如權利要求8所述的透鏡的測距設備。12.如權利要求l所述的透鏡透明的。13.如權利要求12所述的透鏡，其中，被構圖的電極和導電層是氧化銦錫。14.如權利要求1所述的透鏡，進一步包括在液晶層周圍的對準層。15.如權利要求14所述的透鏡，其中，對準層是聚乙烯醇。16.如權利要求14所述的透鏡，其中，對準層是尼龍6，6。其中，液晶是向列型的。其中，液晶是E7。其中，透明襯底是玻璃。其中，透明襯底是塑料。進一步包括電連接到可單獨尋址其中，電控制裝置向可單獨尋址，其中，電壓在負的3伏特到正的，進一步包括電連接到電控制裝置，其中，被構圖的電極和導電層是17.如權利要求l所述的透鏡，其中，透明襯底分開大約3孩史米到大約20微米之間。18.如權利要求l所述的透鏡，其中，焦距是正的。19.如權利要求l所述的透鏡，其中，焦距是負的。20.—種將透鏡的焦距調整為初始焦距F的整數倍的方法，該方法包括提供一透鏡，該透鏡包括密封在一對透明襯底之間的液晶層的；位于液晶層與第一透明村底的面向內的表面之間的菲涅耳區被構圖電極，所述^皮構圖的電極具有M個區域，每個區域都具有L個子區域，所述被構圖的電極總共具有M'L個可單獨尋址的電極；液晶層與第二透明襯底的面向內的表面之間的導電層；以及電連接到電極區和導電層的電控制裝置；向每k個可單獨尋址的電極施加相同的電壓，從而將焦距調整為k'F，其中k是從1到M.L的整數。21.如權利要求20所述的方法，其中，所施加的電壓在負的3伏特到正的3伏特之間。22.—種連續調整透鏡的焦距的方法，該方法包括(a)提供一透鏡，該透鏡包括密封在一對透明襯底之間的液晶層；菲涅耳區被構圖電極，其具有位于該液晶層與第一透明襯底的面向內的表面之間的L個衍射級，所述被構圖的電極是可單獨尋址的環的圓形陣列；液晶層與第二透明襯底的面向內的表面之間的導電層；以及電連接到電極區和導電層的電控制裝置；(b)確定所希望的焦距(r);(c)利用方程式2"'2=(/'+'")2來計算菲涅耳區被構圖電極的第m個區域的面積，其中r是設計焦距，而A是設計波長；(d)用L或更大的整數去除所計算得到的第m個區域的面積，以確定形成設計子區域的可單獨尋址的電極的數量；(e)給設計子區域中的這些數量的可單獨尋址的電極施加相同的電壓。23.如權利要求22所述的方法，在步驟(a)之前還包括確定一個或多個i殳計焦3巨；計算菲涅耳區被構圖電極中的最大的環尺寸，該最大的環尺寸允許在設計子區域中形成所有設計焦距。24.如權利要求22所述的方法，進一步包括利用測距設備來確定設計焦距，以確定透鏡與所希望的對象之間的距離。25.如權利要求22所述的方法，其中，所施加的電壓在負的3伏特到正的3伏特之間。全文摘要提供一種可調整焦距的、可電學控制的電激活透鏡。該可調整焦距的、可電學控制的電激活透鏡能夠不連續地或連續地調整焦距。該透鏡可以被結合到包括眼睛的各種光學設備中。文檔編號G02B15/14GK101194198SQ200680009263公開日2008年6月4日申請日期2006年1月19日優先權日2005年1月21日發明者G·李,N·佩哈姆巴里安,P·艾拉斯申請人:莊臣及莊臣視力保護公司