CN101561570A - 液晶透镜及镜头模组 - Google Patents

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Abstract

一种液晶透镜，其包括一第一透明基板、一第二透明基板、设置于第一透明基板与第二透明基板之间的液晶层及一驱动电压芯片。该第一透明基板和第二透明基板的与液晶层相背离的表面分别设置有第一电极层和第二电极层。该第一电极层包括多个同心圆环状电极，该多个同心圆环状电极的材料为碳纳米管。该驱动电压芯片用于使第一电极层和第二电极层之间形成分别对应于每个同心圆环状电极的区域的呈现梯度分布的电压，且各个电压均大于该液晶层内液晶分子的阈值电压。本发明还涉及一种采用上述液晶透镜的镜头模组。

Description

液晶透镜及镜头模组
技术领域
本发明涉及一种光学透镜，尤其涉及一种液晶透镜及采用该液晶透镜的镜头模组。
背景技术
随着光学成像技术的发展，镜头模组在各种成像装置如数码相机、摄像机中得到广泛应用，而整合有镜头模组的手机、笔记本等电子装置，更得到众多消费者的青睐。
光学变焦功能是镜头模组基本的功能之一(请参见Zoom Lens Systems withAspherical Plastic Lens，Consumer Electronics，IEEE Transactions on VolumeCE-33，Issue 3，Aug.1987 Page(s)：256-266)，现有技术镜头模组的焦距调节主要是通过驱动装置驱动镜头模组内的多个镜片或镜片组发生相对移动来完成，该驱动装置包括步进马达、音圈马达等。
然而，这些驱动装置一般体积较大，因此，具有这些驱动装置的镜头模组具有较大的体积，这种镜头模组应用于移动电话、个人数码助理、笔记本等电子装置时，会使电子装置体积变大，这与电子装置轻薄短小的发展趋势相悖。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种焦距可调节的液晶透镜及体积较小的镜头模组。
一种液晶透镜，其包括一第一透明基板、一第二透明基板、设置于第一透明基板与第二透明基板之间的液晶层及一驱动电压芯片。该第一透明基板和第二透明基板的与液晶层相背离的表面分别设置有第一电极层和第二电极层。该第一电极层包括多个同心圆环状电极，该多个同心圆环状电极的材料为碳纳米管，该驱动电压芯片用于使第一电极层和第二电极层之间形成分别对应于每个同心圆环状电极的区域的呈现梯度分布的电压，且各个电压均大于该液晶层内液晶分子的阈值电压。
一种镜头模组，其包括一镜筒及设置于镜筒内的上述的液晶透镜。
本实施例的液晶透镜可通过控制施加于多个环状电极与第二电极层之间的电压，使第一电极层和第二电极层之间形成分别对应于每个同心圆环状电极的区域的呈现梯度分布的电压，从而可形成不同折射率的梯度折射率透镜，减少了现有技术中用于驱动透镜的驱动装置等，应用于镜头模组时可大大减小镜头模组的体积，符合电子装置轻薄短小的发展趋势。
附图说明
图1是本发明第一实施例液晶透镜的截面示意图。
图2是图1中液晶透镜的俯视示意图。
图3是本发明第二实施例的镜头模组的截面示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图1，本发明第一实施例提供一种液晶透镜100。该液晶透镜100包括第一透明基板102、第二透明基板104、设置于第一透明基板102与第二透明基板104之间的液晶层106以及第一电极层108及第二电极层110。该第一电极层108设置于该第一透明基板102的与液晶层106相背离的表面，该第二电极层110设置于该第二透明基板104的与液晶层106相背离的表面。
该第一透明基板102和第二透明基板104的材料为透明玻璃或塑胶材料等。第一透明基板102和第二透明基板104的厚度范围为0.1毫米(millimeter，mm)至0.5毫米，优选该第一透明基板102和第二透明基板104的厚度范围为0.2mm至0.4mm。
本实施例中，在第一透明基板102和第二透明基板104之间未施加电压时，该液晶层106的液晶分子的分子轴指向方向平行于该第一透明基板102和第二透明基板104。该液晶层106的厚度范围为10微米(micron，μm)至100μm，优选为30μm至70μm。
请参阅图2，该第一电极层108包括一个圆形电极1082及4个圆环状电极1084、1086、1088及1090，该4个圆环状电极1084、1086、1088及1090设置在该圆形电极1082的外侧，且与该圆形电极1082同心并沿其径向依次排列。该第一电极层108的圆形电极和圆环状电极的总数优选为5至20个，更优选为7至15个，本实施例为便于说明，以5个为例。第一电极层108的厚度范围优选为50纳米(nanometer，nm)至500纳米，更优选为100nm至300nm。
该圆形电极1082的半径为r1，该多个圆环状电极1084、1086、1088及1090的圆环宽度分别为d2，d3，d4，d5，于本实施例中，r1＞d2＞d3＞d4＞d5。本实施例中，该相邻的圆形电极1082及4个圆环状电极1084紧密排列但又相互绝缘，如通过绝缘胶水相互隔开。可以理解，实际应用中，相邻的电极之间可以有微小缝隙，只要不影响其整体的光学性能即可。
该第二电极层110的形状为一平板电极，或者为与第一电极层108具有相同的结构且与该第一电极层108正对(图未示)，该第二电极层110用于与第一电极层108之间形成电压。
该第一电极层108及第二电极层110的材料均为碳纳米管，该碳纳米管可以是单壁碳纳米管(Single-walled Carbon Nanotube，SWNT)、多壁碳纳米管(Multi-walled CarbonNanotube，MWNT)、单壁碳纳米管束(SWNT Bundles)、多壁碳纳米管束(MWNT Bundles)或者超顺排多壁碳纳米管长线(Super-aligned MWNT Yarns)等。该第一电极层108的圆形电极1082和多个圆环状电极1084、1086、1088及1090通过但不限于光掩模法(photo-maskprocess)制作于第一透明基板102的表面。
实际应用时，于第一电极层108与第二电极层110之间施加电压，其中，该第一电极层108的圆形电极1082及4个圆环状电极1084、1086、1088及1090的电压分别单独控制。将液晶层106对应于圆形电极1082的区域定义为圆形电极区域，液晶层106对应于4个圆环状电极1084、1086、1088及1090的区域定义为4个圆环状电极区域，则在第一电极层108与第二电极层110之间，沿圆形电极1082及圆环状电极1084、1086、1088及1090的径向方向，对应于包括该圆形电极区域及4个圆环状电极区域的5个区域的电压呈梯度分布，即逐渐增大或逐渐减小，且各个电压值大于液晶层106的阈值电压。因为上述各个电压均大于液晶层106的阈值电压，即大于液晶层106内液晶分子的偏转电压，所以液晶分子会发生偏转，当电压呈梯度分布时，液晶分子的偏转角度也呈梯度分布。
因为液晶材料具有如下特性：当液晶分子相对于光的传播方向具有偏转角度时，偏转角度不同，折射率也不同，液晶分子的偏转方向在平行于光的传播方向向垂直于光的传播方向变化时，液晶材料的折射率逐渐变大；当液晶分子平行于光的传播方向时，液晶的折射率最小，当液晶分子垂直于光的传播方向时，光的折射率最大。所以，当对应于该圆形电极区域及该4个圆环状电极区域的电压沿该圆形电极区域的径向方向呈梯度分布，光的传播方向为自第一透明基板102至第二透明基板104或自第二透明基板104至第一透明基板102时，液晶层106的该圆形电极区域和4个圆环状电极区域的折射率为沿其径向方向呈梯度分布，形成了梯度折射率透镜。
由梯度折射率透镜的原理可知，当控制液晶层106的折射率自该圆形电极区域向该4个圆环状电极区域的方向逐渐减小时，则液晶透镜100为正型透镜；反之，当控制液晶层106的折射率自该圆形电极区域向该4个圆环状电极区域的方向逐渐增大时，则液晶透镜100为负型透镜。
一般地，施加于该第一电极层108与该第二电极层110之间的各个电压范围优选为2伏特至100伏特，更优选为10伏特至60伏特。
可以理解，本实施例的该圆形电极1082也可以为圆环状，此时其中心处无电极分布，则液晶层106对应于中心处区域的折射率为液晶分子为初始状态时的折射率，此时控制对应于该多个圆环状电极的电压，仍可以使液晶层106沿该多个圆环状电极的径向呈梯度分布，即可形成梯度折射率透镜。
在本实施例中，碳纳米管是光和电的良好导体，因此既可以透过光线，作为电极，又具有良好的导电性能。另外，本实施例的液晶透镜100可通过控制施加于圆形电极1082及多个圆环状电极1084、1086、1088及1090与第二电极层110之间的电压，使液晶层102的对应于各个圆形电极1082及圆环状电极1084、1086、1088及1090的折射率沿该圆形电极108及圆环状电极1084、1086、1088及1090的径向方向呈现不同的梯度分布，从而可形成不同折射率的梯度折射率透镜，从而减少了现有技术中用于驱动透镜的驱动装置等，应用于镜头模组时可大大减小镜头模组的体积，符合电子装置轻薄短小的发展趋势。另外，碳纳米管的尺寸可以做到很小，可以达到纳米量级，这将有利于将该液晶透镜100应用于安装于手机的摄像头等透镜尺寸较小的摄像装置。
请参阅图3，本发明第二实施例提供一种采用上述液晶透镜100的镜头模组200。该镜头模组200包括一镜筒202及设置于镜筒202内的液晶透镜100和红外截止滤光片204。该液晶透镜100与该红外截止滤光片204之间通过一间隔环206相互隔开。该镜头模组200进一步包括一驱动电压芯片208，分别与第一电极层108电连接，用于使第一电极层108及第二电极层110之间形成如第一实施例所述的梯度电压，从而形成焦距可变的梯度折射率透镜。
本实施例的镜头模组200无需提供马达等驱动装置也可调节镜头模组200的焦距，减小了镜头模组200的体积，将其应用于电子装置时可减小电子装置的体积，符合电子装置轻薄短小的发展趋势。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围的内。

Claims (12)

1.一种液晶透镜，其包括一第一透明基板、一第二透明基板及设置于第一透明基板与第二透明基板之间的液晶层，该第一透明基板和第二透明基板的与液晶层相背离的表面分别设置有第一电极层和第二电极层，其特征在于，该第一电极层包括多个同心圆环状电极，该多个同心圆环状电极的材料为碳纳米管，该液晶透镜进一步包括一驱动电压芯片，用于使第一电极层和第二电极层之间形成分别对应于每个同心圆环状电极的区域的呈现梯度分布的电压，且各个电压均大于该液晶层内液晶分子的阈值电压。
2.如权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述的第一电极层进一步包括一圆形电极，该圆形电极与该多个同心圆环电极同心，且该圆形电极的半径小于或等于最内侧的圆环电极的内径。
3.如权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述的多个同心圆环形电极的圆环宽度自中心向外逐渐减小。
4.如权利要求2所述的液晶透镜，其特征在于，所述的圆形电极的半径及该多个同心圆环状电极的宽度自中心向外逐渐减小。
5.如权利要求2所述的液晶透镜，其特征在于，所述的圆形电极及同心圆环形电极的总数范围为5至20个。
6.如权利要求2所述的液晶透镜，其特征在于，所述的圆形电极及同心圆环形电极的总数范围为7至15个。
7.如权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述的第一电极层的厚度范围为50纳米至500纳米。
8.如权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述的第一电极层的厚度范围为100纳米至300纳米。
9.如权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述的驱动电压芯片发生的驱动电压范围为2伏特至100伏特。
10.如权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述的驱动电压芯片发生的驱动电压范围为10伏特至60伏特。
11.如权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于，所述的单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、单壁碳纳米管束、多壁碳纳米管束或者超顺排多壁碳纳米管长线。
12.一种镜头模组，其包括一镜筒及设置于镜筒内的如权利要求1至11任一项所述的液晶透镜。
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