本發(fā)明涉及熱微透鏡，并且更具體地涉及具有通過(guò)誘導(dǎo)溫度變化來(lái)改變其性質(zhì)的能力并因此可調(diào)諧的透鏡。

背景技術(shù)：

集成微光學(xué)元件在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、光學(xué)顯示器和成像系統(tǒng)中起到了核心作用。在這些系統(tǒng)中的精細(xì)對(duì)準(zhǔn)和焦點(diǎn)調(diào)節(jié)通常通過(guò)機(jī)械部件來(lái)執(zhí)行，而這些機(jī)械部件往往是昂貴、脆弱和緩慢的。

為了克服由機(jī)械調(diào)節(jié)所引入的局限性，已經(jīng)提出了不同的基于電的發(fā)明。第一策略依賴于使用電信號(hào)重塑液體表面，而不改變材料的熱光性質(zhì)。例如，在美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)2013/0194323中描述的電濕潤(rùn)透鏡表明可以通過(guò)施加電壓來(lái)改變液滴的形狀。施加到表面的局部電壓改變液滴和表面之間的接觸角，從而更改液滴的形狀，這導(dǎo)致與基于液體的微透鏡相關(guān)聯(lián)的焦點(diǎn)發(fā)生變化。然而，這種方法具有缺點(diǎn)，其包括(但不限于)集成困難、慢的時(shí)間響應(yīng)(在一些應(yīng)用中，系統(tǒng)的加速可能改變液滴的形狀并且將缺陷引入透鏡)，以及不能用單個(gè)透鏡同時(shí)成像多個(gè)平面。

第二策略使用電激勵(lì)來(lái)輸送改變位于兩個(gè)電極之間的透鏡材料的能量，并且調(diào)節(jié)其性質(zhì)。根據(jù)這種策略，已經(jīng)發(fā)明了電激勵(lì)熱光透鏡，如美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)2005/0117195中所公開(kāi)的。在該專利中，熱光聚合物被封裝在兩個(gè)光學(xué)透明表面之間，其中一個(gè)表面是彎曲的，以及溫度控制器耦合到熱光材料。雖然該透鏡允許焦點(diǎn)性質(zhì)的改變，但是其不允許更精細(xì)的控制，例如焦點(diǎn)的局部調(diào)節(jié)。此外，當(dāng)在矩陣配置中考慮本發(fā)明時(shí)，需要電尋址每個(gè)透鏡，這可能導(dǎo)致透鏡系統(tǒng)的復(fù)雜工程，禁止其在一些應(yīng)用中的使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

響應(yīng)于本領(lǐng)域的當(dāng)前狀態(tài)，并且更具體地響應(yīng)于透鏡裝置的問(wèn)題和需要，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出本申請(qǐng)的主題。一般來(lái)說(shuō)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出本申請(qǐng)的主題以提供一種用于熱調(diào)制光學(xué)透鏡的裝置和系統(tǒng)，其克服了現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)中的至少一些缺點(diǎn)。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例涉及一種熱調(diào)制光學(xué)透鏡裝置，其包括具有圖案化特征的電阻元件。該圖案化特征可以是微米或更小的，并且可以在電阻元件上產(chǎn)生電阻密度。該電阻元件能夠電連接到可控電源。至少一個(gè)熱光材料與電阻元件的圖案化特征熱接觸。從電阻元件的圖案化特征傳遞到至少一個(gè)熱光材料的熱量在至少一個(gè)熱光材料中產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于(例如，基于和/或是功能)電阻密度的光學(xué)折射率分布。

在熱調(diào)制光學(xué)透鏡裝置的一種實(shí)施方式中，圖案化特征在空間上被配置為使電阻密度不均勻，這又影響光學(xué)折射率分布。在另一種實(shí)施方式中，圖案化特征由多種不同材料制成，以使電阻密度不均勻，這又影響光學(xué)折射率分布。

在熱調(diào)制光學(xué)透鏡裝置的又一些實(shí)施方式中，使用多種制造技術(shù)來(lái)形成圖案化特征，以使電阻密度不均勻，這又影響光學(xué)折射率分布。多個(gè)制造技術(shù)中的一種是摻雜。

在熱調(diào)制光學(xué)透鏡裝置的一種實(shí)施方式中，電阻元件進(jìn)一步包括襯底，在其上或其內(nèi)設(shè)置圖案化特征。襯底可以由半透明材料制成，使得熱調(diào)制光學(xué)透鏡可以用于光透射配置。例如，半透明材料可以選自包括玻璃、石英、二氧化硅、塑料和聚合物的組。另外，電阻元件也可以是半透明的。在一種實(shí)施方式中，襯底由非半透明材料制成，使得熱調(diào)制光學(xué)透鏡可以用于光反射配置。例如，非半透明材料可以選自包括二氧化硅和硅的組。熱調(diào)制光學(xué)透鏡裝置可以進(jìn)一步包括傳熱介質(zhì)，其設(shè)置在電阻元件和至少一個(gè)熱光材料之間。

另外，根據(jù)熱調(diào)制光學(xué)透鏡裝置的一些實(shí)施方式，電阻元件可以包括電阻器陣列。該裝置可以進(jìn)一步包括可控電線網(wǎng)絡(luò)，其用于選擇性地激活電阻器陣列的某些電阻器以控制電阻密度。

本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例涉及一種熱調(diào)制光學(xué)透鏡系統(tǒng)，其包括具有圖案化特征的電阻元件。圖案化特征可以是微米或更小的，并且可以在電阻元件上產(chǎn)生電阻密度。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括電連接到電阻元件的可控電源，其用于控制在電阻元件的圖案化特征所產(chǎn)生的熱量。此外，熱調(diào)制光學(xué)透鏡系統(tǒng)包括與電阻元件的圖案化特征熱接觸的至少一個(gè)熱光材料。從電阻元件的圖案化特征傳遞到至少一個(gè)熱光材料的熱量在至少一個(gè)熱光材料中產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于電阻密度的光學(xué)折射率分布。

在系統(tǒng)的一種實(shí)施方式中，可控電源是交流源，并且交流電流的波形有助于電子元件上的電阻密度。在系統(tǒng)的另一種實(shí)施方式中，電阻元件包括電阻器陣列。根據(jù)又一種實(shí)施方式，至少一個(gè)熱光材料包括設(shè)置在彼此頂部上的熱光學(xué)透鏡的堆疊。

在某些實(shí)施方式中，該系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括由至少一個(gè)熱光材料調(diào)制的至少一個(gè)光源。從光源發(fā)出的光的光譜、角度和偏振可以是可控的。例如，從至少一個(gè)光源發(fā)出的光的至少一部分可以通過(guò)穿過(guò)熱光材料和/或從熱光材料反射而進(jìn)行調(diào)制/適配。

根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明涉及一種熱調(diào)制光學(xué)透鏡系統(tǒng)，其包括多個(gè)具有圖案化特征的電阻元件。圖案化特征可以是微米或更小的，并且可以在電阻元件上產(chǎn)生電阻密度。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括電連接到多個(gè)電阻元件的可控電源，其用于控制在電阻元件的圖案化特征所產(chǎn)生的熱量。該系統(tǒng)還包括光源以及與電阻元件的圖案化特征熱接觸的至少一個(gè)熱光材料。從多個(gè)電阻元件的圖案化特征傳遞到至少一個(gè)熱光材料的熱量在至少一個(gè)熱光材料中產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于電阻密度的光學(xué)折射率分布。從光源發(fā)出的光的至少一些根據(jù)至少一個(gè)熱光材料的光學(xué)折射率分布進(jìn)行調(diào)制。

在又一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種用于調(diào)制光的方法。該方法包括提供至少一個(gè)具有圖案化特征的電阻元件。圖案化特征可以是微米或更小的，并且特征的配置/圖案可以在電阻元件上產(chǎn)生電阻密度。該方法進(jìn)一步包括提供至少一個(gè)熱電材料，其與至少一個(gè)電阻元件的圖案化特征熱接收接觸。該方法還包括提供至少一個(gè)可控電源，其電連接到至少一個(gè)電阻元件。另外，該方法包括提供光源，其中從光源發(fā)出的光的至少一部分被引向至少一個(gè)熱光材料。該方法還包括致動(dòng)至少一個(gè)可控電源以耗散來(lái)自至少一個(gè)電阻元件的熱量。耗散熱量或耗散熱量的至少一部分從至少一個(gè)電阻元件的圖案化特征傳遞到至少一個(gè)熱光材料，以便在至少一個(gè)熱光材料中產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于電阻密度的光學(xué)折射率分布。從光源發(fā)出的光的至少一部分根據(jù)至少一個(gè)熱光材料的光學(xué)折射率分布進(jìn)行調(diào)制。在一些實(shí)施方式中，光的透射、反射、極性、光譜和/或角度(以及其他性質(zhì))被控制、改變、調(diào)節(jié)、調(diào)制、適配或以其他方式受到熱光材料的光學(xué)折射率的影響。

所述的本發(fā)明主題的特征、結(jié)構(gòu)、優(yōu)點(diǎn)和/或特性可以在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例和/或?qū)嵤┓绞街幸匀魏魏线m的方式組合。在下面的描述中，提供了多個(gè)具體細(xì)節(jié)以充分理解本發(fā)明主題的實(shí)施例。相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以認(rèn)識(shí)到，可以在沒(méi)有特定實(shí)施例或?qū)嵤┓绞降奶囟ㄌ卣鳌⒓?xì)節(jié)、組件、材料和/或方法中的一個(gè)或多個(gè)的情況下實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的主題。在其他情況下，可以認(rèn)識(shí)到在某些實(shí)施例和/或?qū)嵤┓绞街械母郊犹卣骱蛢?yōu)點(diǎn)，可能不存在于所有實(shí)施例或?qū)嵤┓绞街小４送猓谝恍┣闆r下，尅有詳細(xì)示出或描述已知的結(jié)構(gòu)、材料或操作，以避免模糊本發(fā)明主題的各方面。本發(fā)明主題的特征和優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)以下描述和所附權(quán)利要求將變得更加顯而易見(jiàn)，或者可以通過(guò)下文所闡述的主題實(shí)踐來(lái)了解。

附圖的簡(jiǎn)要描述

為了可以更容易地理解主題的優(yōu)點(diǎn)，將通過(guò)參考在附圖中示出的具體實(shí)施例來(lái)呈現(xiàn)上面簡(jiǎn)要描述的主題的更具體的描述。應(yīng)當(dāng)理解的是，這些附圖僅描繪了主題的典型實(shí)施例，并且因此不被認(rèn)為是對(duì)其范圍的限制，將通過(guò)使用附圖以附加的具體說(shuō)明和細(xì)節(jié)來(lái)描述和解釋主題，其中：

圖1A-C是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的具有圖案化電阻器的自適應(yīng)熱透鏡的原理的示意圖；

圖2A-C示出了微米或納米級(jí)電阻器的空間圖案的各種示意性示例；

圖3A-C示出了電阻器的不同圖案以及對(duì)本發(fā)明微透鏡的透鏡特性所產(chǎn)生的影響；

圖4A-4B示出了微米級(jí)圖案化的單個(gè)電阻器的光學(xué)顯微鏡圖像以及電阻器電連接的方式；

圖5A-5D示出了有關(guān)施加到電阻元件的電能和由感應(yīng)透鏡所產(chǎn)生的焦點(diǎn)位移的透鏡傳遞函數(shù)表征；

圖6A-6B示出了由不同電壓激勵(lì)的圖案化電阻器感應(yīng)的焦點(diǎn)位移圖；

圖7A-7B示出了由微米級(jí)不同圖案化電阻元件感應(yīng)的焦點(diǎn)位移圖；

圖8是用于調(diào)制光的方法的一個(gè)實(shí)施例的示意性流程圖。

詳細(xì)描述

本發(fā)明的自適應(yīng)熱微透鏡至少包括具有圖案化特征的電阻元件。圖案化特征以微米或納米級(jí)圖案化，并且由可控電源和與電阻元件熱接觸的熱光材料驅(qū)動(dòng)。電阻元件內(nèi)部所產(chǎn)生的熱導(dǎo)致以可控/可預(yù)測(cè)的方式修改熱光材料的光學(xué)折射率的溫度圖案。術(shù)語(yǔ)“圖案化”和“制造圖案化特征”是指將具有微米或納米級(jí)特征的預(yù)定空間設(shè)計(jì)引入到電阻元件，以獲得對(duì)局部電阻的控制。電阻元件的圖案化以這樣的方式設(shè)計(jì)，使得當(dāng)電壓被施加到電阻元件上時(shí)，在預(yù)定位置感應(yīng)熱量耗散。圖案化電阻器特征的配置/布局被定義為電阻密度。當(dāng)電壓被施加到電阻元件時(shí)，從電阻圖案化特征散發(fā)的熱量的至少一部分被直接和/或間接地傳遞到熱光材料，以修改材料的光學(xué)性質(zhì)并且產(chǎn)生與電阻密度相關(guān)的光學(xué)折射率分布。因此，以微米和納米級(jí)圖案化電阻器用于在電阻密度的對(duì)應(yīng)級(jí)上在熱光材料中動(dòng)態(tài)地產(chǎn)生特定的透鏡分布(即，光學(xué)折射率分布)，因此允許用戶給予熱光材料特定的透鏡特性。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)折射率分布根據(jù)特定函數(shù)或映射而與電阻密度相關(guān)。在一個(gè)實(shí)施例中，空間設(shè)計(jì)包括每單位長(zhǎng)度上空間密度的變化，使用性質(zhì)在空間中被修改的材料(例如，通過(guò)制造技術(shù)，例如摻雜、雜質(zhì)注入以及替代等)，或者不同材料的組合。換句話說(shuō)，可以通過(guò)修改圖案化特征的空間布局、修改圖案化特征的應(yīng)用/制造方法和/或修改形成圖案化特征的材料等，來(lái)修改電阻密度(即，使其不均勻)。

以這種方式，可以調(diào)節(jié)在至少一個(gè)位置的入射光源的波前。這可以用于局部地修改整個(gè)平面上的焦距或使入射光源折射。

至少一個(gè)可控電源被連接，或至少可連接到至少一個(gè)電阻元件，以在圖案化特征的特定位置產(chǎn)生熱量。電源可以通過(guò)連續(xù)地(直流)或調(diào)制的波形功率(交流)或其組合的方式輸送可控電功率。時(shí)間相關(guān)的電信號(hào)可以用于修改所考慮電阻元件的功率耗散特性，或者適時(shí)調(diào)制功率耗散。

本發(fā)明的自適應(yīng)微透鏡使用電激勵(lì)來(lái)輸送電能，該電能在電阻器中被轉(zhuǎn)換為熱量，該電阻器改變熱光材料的熱光特性，并且能夠微調(diào)其光學(xué)特性。以這種方式，在熱光裁量中產(chǎn)生預(yù)定的溫度分布。通過(guò)以微米或納米級(jí)圖案化電阻元件，即，引入具有微米或納米級(jí)特征的預(yù)定空間設(shè)計(jì)，獲得對(duì)局部電阻以及因此溫度的控制。再次，術(shù)語(yǔ)“空間設(shè)計(jì)”包括每單位長(zhǎng)度上空間密度的變化，使用性質(zhì)在空間中被修改的材料(例如，通過(guò)摻雜、雜質(zhì)注入以及替代)，或者組合的不同材料。這允許對(duì)入射光源的焦點(diǎn)進(jìn)行局部調(diào)節(jié)，以控制光方向(偏離入射光)。這導(dǎo)致由所考慮的入射光源的單個(gè)元件引起的不同焦平面的產(chǎn)生。注意的是，“光源”是指電磁輻射，包括但不限于X射線、紫外線、可見(jiàn)光、紅外線、近紅外線、短波紅外線、中波紅外線、長(zhǎng)波紅外線、遠(yuǎn)紅外線、無(wú)線電波和雷達(dá)源。

熱光材料的示例包括各種液體(例如水、辛烷、醇、甘油、生物介質(zhì)(血液、等離子體等))、氣體(例如空氣、氦氣)以及固體(例如玻璃、二氧化硅、石英、塑料或聚合物，包括：PMMA、環(huán)氧樹(shù)脂、溶膠、凝膠(有或沒(méi)有二苯基硅烷)、硅樹(shù)脂、PEMA、B-PEEK、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚氨酯丙烯酸酯彈性體)。折射率的變化由溫度分布驅(qū)動(dòng)，導(dǎo)致折射率的局部圖案化。以這種方式，可以調(diào)節(jié)至少一個(gè)位置的焦距，以及可以局部地修改整個(gè)平面的焦距。這種修改可以以連續(xù)的方式(導(dǎo)致對(duì)焦距的連續(xù)控制)或以離散的步驟執(zhí)行。離散步驟可以通過(guò)圖案化單個(gè)電阻元件或通過(guò)使用單個(gè)熱透鏡的陣列/矩陣來(lái)實(shí)現(xiàn)。熱光材料可以是均勻的，或可以包括在相鄰溫度控制區(qū)域之間的絕熱層，以提供區(qū)域之間的熱隔離。可以通過(guò)蒸發(fā)或?yàn)R射并且使用掩膜來(lái)圖案化其位置來(lái)施加絕熱層。相同的過(guò)程可以應(yīng)用于固體、液體或氣相熱光材料。在本發(fā)明的又一個(gè)方面中，提出了一種修改現(xiàn)有透鏡的方法，其中利用如下所述的相同技術(shù)將電阻器被圖案化到現(xiàn)有透鏡上，其將作為熱光材料，并且當(dāng)連接到電源時(shí)可以改變?cè)棘F(xiàn)有透鏡的焦點(diǎn)的焦點(diǎn)深度和側(cè)向位置。

在一個(gè)實(shí)施例(圖1A-1C)中，電阻器1被圖案化到襯底./表面2上或材料內(nèi)。電阻元件及其圖案化特征可以由導(dǎo)電材料制成，例如金、鋁、銅、鋅、鐵和銀等。接觸電阻元件的圖案化特征的表面或材料可以是熱光材料本身3或傳熱介質(zhì)4，只要電阻元件與熱光材料具有魔種行駛的熱接觸，并且因此可以修改后者中的溫度。這種材料可以是諸如玻璃的透明/半透明材料，以便在透射配置(即，透射模式)中使用自適應(yīng)透鏡。圖案化特征可以連接到電源(圖1A)。單個(gè)電源可以連接到一個(gè)或多個(gè)電阻元件，所述電阻元件可以通過(guò)并聯(lián)、串聯(lián)或其組合的方式彼此連接，如圖1A所示。

在另一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明可以包括獨(dú)立控制的不同電阻元件的陣列(圖1B)。幾個(gè)這樣的陣列還可以堆疊在彼此的頂部上。

由于溫度擴(kuò)散，以微米或納米級(jí)圖案化電阻元件提供比使用多個(gè)相鄰電阻元件更好的空間分辨率。電源可以通過(guò)連續(xù)地(直流)或以任何頻率適時(shí)調(diào)制(交流)或其組合的方式輸送電功率，并且在功率和/或頻率上是可控的。在交流模式的情況下，時(shí)間相關(guān)的電信號(hào)可以用于修改所考慮電阻元件的功率耗散特性。通過(guò)熱接觸，意味著物理接觸不是必須的。換句話說(shuō)，本發(fā)明可以在電阻元件和熱光材料之間引入導(dǎo)熱介質(zhì)/材料，只要電阻元件在被所考慮的電源激勵(lì)時(shí)產(chǎn)生熱量。

透鏡的圖像焦平面可以通過(guò)來(lái)自源的控制電信號(hào)而動(dòng)態(tài)地成形。該方法依賴于一些材料的折射率的溫度依賴性以及電阻元件產(chǎn)生熱量的能力，并且當(dāng)通過(guò)電信號(hào)時(shí)產(chǎn)生預(yù)定的溫度分布。溫度的局部增加引起影響光傳播的折射率的變化。所有這些也適用于具有一個(gè)單獨(dú)電阻元件的實(shí)施例。

如圖1所示，圖案化電阻元件耗散電信號(hào)的至少一部分。這種能量耗散導(dǎo)致與電阻器的至少一部分熱接觸的熱光材料的溫度升高。因此，可以通過(guò)控制電源在空間上和時(shí)間上調(diào)制熱光材料的光學(xué)折射率。這種光學(xué)折射率調(diào)制可以在入射光源穿過(guò)熱光材料時(shí)折射入射光源。光源可以通過(guò)電阻元件的材料達(dá)熱光材料或直接到達(dá)熱光材料。此外，根據(jù)系統(tǒng)的反射率/透射率，本發(fā)明的主題可以用于透射和/或反射。

如圖2所示，圖案化特征在微米或納米級(jí)的圖案化可以用于產(chǎn)生具有比經(jīng)典透鏡中的一個(gè)更高程度的復(fù)雜性/控制的不同功能，同時(shí)僅使用由單個(gè)電源激勵(lì)的一個(gè)圖案化電阻器。所述電阻元件的圖案化以這樣的方式設(shè)計(jì)，使得當(dāng)施加電壓到電阻元件上時(shí)，在預(yù)定位置感應(yīng)熱量耗散，因此能夠?qū)⑵谕姆蔷鶆蚬鈱W(xué)反射率圖投影到熱光材料。因此，以微米或納米級(jí)圖案化電阻元件可以用于動(dòng)態(tài)地產(chǎn)生電阻密度，其通過(guò)熱傳遞將光學(xué)折射率分布給予熱光材料，從而在熱光材料中產(chǎn)生特定的透鏡分布。

圖2A-2C示出了如何利用電阻元件的特定圖案來(lái)獲得期望的空間電阻的三個(gè)示例的示意圖。重要的是要注意到，可以通過(guò)不同的方式獲得給定的電阻圖案，并且我們?cè)谶@里僅示出具體示例。此外，可以實(shí)現(xiàn)的圖案不限于這三個(gè)示例，而通過(guò)使用例如圖4的描述中所提出技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)電阻元件的任何期望的空間圖案。

圖3A-3C示出了當(dāng)將電功率輸送到圖案化特征時(shí)，電阻元件的特定圖案化可以如何導(dǎo)致期望的局部焦點(diǎn)位移圖的示例性示例。

具體地，當(dāng)將電功率施加到所述電阻元件時(shí)(圖3A-3C底部)，呈現(xiàn)了不同圖案化電阻元件的三個(gè)示意圖(圖3A-3C頂部)，以及它們對(duì)應(yīng)的焦點(diǎn)位移圖。對(duì)于每種情況，使用灰度彩色圖來(lái)呈現(xiàn)相對(duì)焦點(diǎn)位移幅度。當(dāng)在圖3A-3C中通過(guò)電流時(shí)作為圖案化特征的結(jié)構(gòu)的尺寸和/或形狀之間的對(duì)應(yīng)性表明電阻元件的微米和/或納米圖案化直接影響微透鏡的透鏡特性。電阻元件的圖案化可以用于減少透鏡的尺寸和/或產(chǎn)生具有復(fù)雜形狀的透鏡，這使用很多單獨(dú)可尋址透鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)可能是不可能或在技術(shù)上非常復(fù)雜/具有挑戰(zhàn)性以及成本很高。在圖3A-3C中給出了這樣的示例，其中使用通過(guò)上述過(guò)程制造的微米和納米結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生具有非均勻分布而是作用于入射光源的波前的空間梯度分布的透鏡，空間梯度是指每長(zhǎng)度單位上電阻密度的變化。作為實(shí)際示例，還可以對(duì)電阻元件進(jìn)行圖案化，以便通過(guò)在電阻器圖案中添加梯度來(lái)減少透鏡的像差。這些梯度圖案化電阻器提供使用傳統(tǒng)微透鏡不能實(shí)現(xiàn)的更復(fù)雜的結(jié)果。

作為圖案化電阻元件的實(shí)際示例，制成具有不同尺寸的螺旋電阻器特征在徑向方向上具有變化的密度，在圖4A-4B中示出了一個(gè)示例。這可以用作修改其他透鏡的方式。電阻元件被圖案化，使得實(shí)現(xiàn)期望的溫度分布以及因此局部焦點(diǎn)位移。圖案化特征限定加熱區(qū)域的尺寸和位置，由于它們與熱光材料的相互作用而產(chǎn)生透鏡效應(yīng)。因此，清楚的是，光學(xué)折射率被修改的區(qū)域的尺寸和/或位置與圖案化特征的物理尺寸不完全相同。在圖4A中，示出了以微米級(jí)圖案化的單個(gè)電阻元件的明視場(chǎng)(BF)顯微鏡圖像。在這種情況下，通過(guò)在給定的空間位置中以螺旋形狀卷繞導(dǎo)線而獲得電阻元件。然后，螺旋形狀區(qū)域?qū)⒊尸F(xiàn)比導(dǎo)線的其他部分高的多的電阻。為了制造這種電阻元件，將UV光刻和電子束光刻技術(shù)與蒸發(fā)技術(shù)組合以按照期望的圖案沉積金。這個(gè)過(guò)程能夠控制以微米或納米級(jí)對(duì)電阻元件進(jìn)行空間圖案化。在圖4B中呈現(xiàn)了具有由金制成的不同特征的樣本中電阻元件的一個(gè)示例，其以不同的級(jí)進(jìn)行圖案化并且具有不同的尺寸。這個(gè)第二BF圖像以更寬的視場(chǎng)拍攝，以示出電阻元件的電布線。用于連接圖案化特征的導(dǎo)線還連接到用作電極的大金屬焊盤，以提供與外部電源的連接。在標(biāo)準(zhǔn)電子工業(yè)中使用的其他技術(shù)可能是優(yōu)選的以產(chǎn)生基于本發(fā)明的實(shí)施方式，例如，光刻階段可以用激光寫入技術(shù)代替。

在一些實(shí)施方式中，電阻元件在襯底內(nèi)或上。襯底可以由玻璃、石英、二氧化硅、塑料或聚合物等制成。這使得能夠在透射配置中使用透鏡。或者，襯底可以由不透明材料(例如硅等)制成，這使得能夠在反射模式中使用自適應(yīng)透鏡。此外，襯底可以具有光透射的依賴性(例如光譜、角度或偏振依賴性)，這使得能夠同時(shí)在透射和反射模式中工作。這種襯底可以通過(guò)包括分層介質(zhì)或二向色元件的不同裝置來(lái)產(chǎn)生。

電阻元件和電布線可以被設(shè)置在襯底的頂部上，被圖案化到襯底上。它們可以由包括金屬(例如，金、鋁、銅、鐵、鋅或銀)和合金(例如，鐵合金)的不同材料制成。可以通過(guò)電子束光刻、光刻、激光寫入、蒸發(fā)、濺射、反應(yīng)離子蝕刻(RIE)和/或化學(xué)氣相沉積(CVD)來(lái)進(jìn)行圖案化。當(dāng)電阻元件(多個(gè))是透明或半透明的(例如，ITO，非常薄的導(dǎo)體或類似于螺旋或環(huán)的圖案，其具有小于50％的覆蓋面積)時(shí)，可以將其插入到光學(xué)路徑中。

圖5示出了電阻元件的透鏡傳遞函數(shù)表征。由本發(fā)明中外部電源輸送的電壓(圖5A)或電流(圖5B)表示的電功率，與穿過(guò)電阻元件的中心所得到的入射光源(波長(zhǎng)473nm的藍(lán)色激光二極管)的焦點(diǎn)位移之間的關(guān)系(例如，傳遞函數(shù))，在相同的電阻元件(圖4A)上并且對(duì)于圖4B中所考慮的相同的電激勵(lì)配置進(jìn)行測(cè)量。這種線性關(guān)系明確地表明這種裝置有能力微調(diào)入射光源的焦點(diǎn)的局部調(diào)節(jié)。此外，在圖5A中對(duì)于不同的電功率在相同條件下，還測(cè)量在沒(méi)有電阻器(“x”交叉符號(hào))并且當(dāng)使電流通過(guò)低電阻導(dǎo)線(“+”交叉符號(hào))時(shí)的焦點(diǎn)位移。

圖5C示出了類似于圖4B中所示的不同的電阻元件所產(chǎn)生的焦點(diǎn)位移的比較。該圖清楚地表明在襯底上的電阻元件的圖案化明顯影響其局部修改入射光源(波長(zhǎng)473nm的藍(lán)色激光二極管)的焦點(diǎn)位移的能力。實(shí)際上，每個(gè)電阻元件相對(duì)于輸入電功率(圖5C中所示情況下的電壓)呈現(xiàn)出線性行為，但是斜率的精確值取決于所考慮電阻元件的微米和/或納米結(jié)構(gòu)。因此，對(duì)于相同的輸入電流，每個(gè)電阻器上方提供的焦點(diǎn)位移是不同的，這意味著根據(jù)相對(duì)于電阻器所考慮的空間位置，最終圖像聚焦在不同的平面上。

圖5D比較了對(duì)于相同的實(shí)驗(yàn)條件以及相同的電阻元件，但是對(duì)于另一個(gè)入射光源(具有800nm波長(zhǎng)的光源)沒(méi)在圖5A中所測(cè)量的焦點(diǎn)位移。這表明焦點(diǎn)位于還可以取決于所考慮的入射波長(zhǎng)。因此，可以設(shè)計(jì)熱光材料或熱光材料的組合以有區(qū)別地調(diào)節(jié)不同光源或光源光譜分量的焦點(diǎn)，以便多路復(fù)用信號(hào)。

在圖6A中示出了由電阻元件的微米級(jí)圖案化所導(dǎo)致的復(fù)雜的空間相關(guān)焦點(diǎn)位移。此外，比較圖6A和6B示出了通過(guò)修改所施加的電功率有能力動(dòng)態(tài)地改變給定電阻元件的局部焦點(diǎn)位移。在圖6A和6B中，2伏和4伏的電壓被施加到圖4A中所示的螺旋電阻元件，這分別引起高達(dá)4微米和7微米的焦點(diǎn)位移。類似地，在圖7A和7B中，4伏和3伏的電壓被分別施加到直徑為50微米和20微米的兩個(gè)螺旋電阻元件。在圖3B中示出了兩個(gè)所考慮的電阻元件的光學(xué)圖像。所施加的功率在電阻元件附近產(chǎn)生高達(dá)7微米的焦點(diǎn)位移。由于電阻元件的不同尺寸和圖案，可以獲得不同的焦點(diǎn)位移圖。這說(shuō)明了對(duì)于所得到的透鏡的焦點(diǎn)位移，電阻元件的微米級(jí)圖案化的重要性。因此，這些圖提供了在圖3A-3C中所示的方案的實(shí)際示例。

圖8是一種用于調(diào)制光的方法800的一個(gè)實(shí)施例的示意性流程圖。方法800包括在810提供至少一個(gè)具有圖案化特征的電阻元件。如上所述，在一個(gè)實(shí)施例中，圖案化特征是微米或更小的，并且特征的配置/圖案在電阻元件上產(chǎn)生電阻密度。方法800進(jìn)一步包括在820提供至少一個(gè)熱電材料，其與至少一個(gè)電阻元件的圖案化特征熱接收接觸。此外，方法800包括在830提供至少一個(gè)可控電源，其電連接到至少一個(gè)電阻元件，以及在840提供電源。在一個(gè)實(shí)施例中，從光源發(fā)出的光的至少一部分被引向至少一個(gè)熱光材料。

方法800還包括在850致動(dòng)至少一個(gè)可控電源以耗散來(lái)自至少一個(gè)電阻元件的熱量。耗散熱量或耗散熱量的至少一部分從至少一個(gè)電阻元件的圖案化特征傳遞到至少一個(gè)熱光材料，以便在至少一個(gè)熱光材料中產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于電阻密度的光學(xué)折射率分布。從光源發(fā)出的光的至少一部分根據(jù)至少一個(gè)熱光材料的光學(xué)折射率分布進(jìn)行調(diào)制。換句話說(shuō)，光的透射、反射、極性、光譜和/或角度(以及其他性質(zhì))被控制、改變、調(diào)節(jié)、調(diào)制、適配或以其他方式受到熱光材料的光學(xué)折射率的影響。

本發(fā)明還涉及一種使用自適應(yīng)熱微透鏡的方法。該方法包括驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)自適應(yīng)熱微透鏡，同時(shí)提供至少一個(gè)可控電源。該方法進(jìn)一步包括將至少一個(gè)電阻元件與至少一個(gè)可控電源連接，從而以受控方式調(diào)制熱光材料區(qū)域中的折射率，該受控方式取決于電阻器圖案以及由電源提供的功率。至少一個(gè)可控電源可以是單個(gè)源，并且微透鏡陣列可以進(jìn)一步包括用于接觸/連接多個(gè)電阻元件和/或多個(gè)圖案化特征的電網(wǎng)。在這樣的實(shí)施例中，該方法可以進(jìn)一步包括操縱電網(wǎng)(例如，通過(guò)電開(kāi)關(guān)或?qū)β窂?fù)用器(demux))來(lái)改變加熱電阻器的位置。該方法可以還包括使用至少一個(gè)自適應(yīng)熱微透鏡來(lái)控制入射光源。例如，可以控制這個(gè)光源的波前以修改器焦點(diǎn)深度或控制光方向(例如，偏離光束)。

在本文中，術(shù)語(yǔ)“包括”及其派生詞(例如“包含”等)不應(yīng)該在排除的意義上理解，即，這些術(shù)語(yǔ)不應(yīng)被理解為排除描述和限定可以包括其他元件、步驟等的可能性。

在整個(gè)說(shuō)明書中引用“一個(gè)實(shí)施例”、“實(shí)施例”或類似語(yǔ)言意味著結(jié)合該實(shí)施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包含在本發(fā)明主題的至少一個(gè)實(shí)施例中。在整個(gè)說(shuō)明書中出現(xiàn)短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施例中”、“在實(shí)施例中”和類似語(yǔ)言可以但并不一定指的都是相同的實(shí)施例。類似地，使用術(shù)語(yǔ)“實(shí)施方式”意味著具有結(jié)合本發(fā)明主題的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性的實(shí)施方式，然而，沒(méi)有明確相關(guān)性以另外指示，實(shí)施方式可以與一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例相關(guān)聯(lián)。

在上述描述中，可以使用某些術(shù)語(yǔ)，例如“向上”、“向下”、“上”、“下”、“水平”、“垂直”、“左”、“右”、“上面”、“下面”等。在適用的情況下，使用這些術(shù)語(yǔ)以在處理相對(duì)關(guān)系時(shí)提供一些清除的描述。但是，這些術(shù)語(yǔ)并不是指絕對(duì)的關(guān)系、位置和/或方向。例如，相對(duì)于物體，“上”表面可以簡(jiǎn)單地通過(guò)翻轉(zhuǎn)物體而成為“下”表面。然而，它仍是同一個(gè)物體。此外，除非另有明確說(shuō)明，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”、“具有”及其變型意味著“包括但不限于”。除非另有明確說(shuō)明，列舉的項(xiàng)目列表并不意味著任何或所有項(xiàng)目是相互排斥的和/或相互包含的。除非另有明確說(shuō)明，術(shù)語(yǔ)“一”、“一個(gè)”和“該”也指“一個(gè)或多個(gè)”。此外，術(shù)語(yǔ)“多個(gè)”可以被定義為“至少兩個(gè)”。

另外，本說(shuō)明書中一個(gè)元件“耦合”到另一個(gè)元件的實(shí)例可以包括直接和間接耦合。直接耦合可以被定義為一個(gè)元件耦合到另一個(gè)元件并且與另一個(gè)元件有一些接觸。間接耦合可以被定義為兩個(gè)元件之間耦合而彼此不直接接觸，并且在耦合的元件之間具有一個(gè)或多個(gè)附加元件。此外，如本文所使用的，將一個(gè)元件固定到另一個(gè)元件可以包括直接固定和間接固定。另外，如本文所使用的，“相鄰”并不一定表示接觸。例如，一個(gè)元件可以與另一個(gè)元件相鄰，而不與該元件接觸。

如本文所使用的，短語(yǔ)“至少一個(gè)”，當(dāng)與項(xiàng)目列表一起使用時(shí)，意味著可以使用所列項(xiàng)目中的一個(gè)或多個(gè)的不同組合，并且可以僅需要列表中的項(xiàng)目中的一個(gè)。項(xiàng)目可以是特定的物體、事件、或類別。換句話說(shuō)，“至少一個(gè)”是指可以從列表中使用任何項(xiàng)目的組合或項(xiàng)目的數(shù)量，但是可能不是需要列表中的所有項(xiàng)目。例如，“項(xiàng)目A、項(xiàng)目B和項(xiàng)目C中的至少要一個(gè)”可以表示項(xiàng)目A；項(xiàng)目A和項(xiàng)目B；項(xiàng)目B；項(xiàng)目A、項(xiàng)目B和項(xiàng)目C；或項(xiàng)目B和項(xiàng)目C。在一些情況下，“項(xiàng)目A、項(xiàng)目B和項(xiàng)目C中的至少要一個(gè)”可以表示，例如，但不限于，兩個(gè)項(xiàng)目A、一個(gè)項(xiàng)目B和十個(gè)項(xiàng)目C；四個(gè)項(xiàng)目B和七個(gè)項(xiàng)目C；或一些其他合適的組合。

在另一個(gè)方面，在權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的一般范圍內(nèi)，本發(fā)明顯然不限于本文所述的具體實(shí)施例(多個(gè))，而是還包括本領(lǐng)域技術(shù)人員可以考慮的任何變化(例如，關(guān)于材料、尺寸、組件、配置等的選擇)。

本發(fā)明主題可以在不偏離其精神或本質(zhì)特征的情況下以其他具體形式來(lái)實(shí)施。所述實(shí)施例在所有方面都被認(rèn)為僅是說(shuō)明性的而不是限制性的。