CN101566749A - 液晶透镜及镜头模组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种液晶透镜及采用该液晶透镜的镜头模组。所述液晶透镜包括一个第一透明基板、一个第二透明基板及设置在所述第一透明基板与第二透明基板之间的液晶层，所述第一透明基板和第二透明基板上分别设置有第一电极层和第二电极层，所述第一电极层包括多个同心环状电极，所述多个同心环状电极的材料为碳纳米管，相邻两环状电极分别与所述第二电极配合产生场强大小不同的电场，相邻两环状电极对应的液晶层具有不同的密度。所述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液晶层的折射率呈梯度分布，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。

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，其包括一个第一透明基板、一个第二透明基板及设置在所述第一透明基板与第二透明基板之间的液晶层，所述第一透明基板和第二透明基板上分别设置有第一电极层和第二电极层，所述第一电极层包括多个同心环状电极，所述多个同心环状电极的材料为碳纳米管，相邻两环状电极分别与所述第二电极配合产生场强大小不同的电场，相邻两环状电极对应的液晶层具有不同的密度。
一种镜头模组，其包括一镜筒及设置在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液晶层的折射率呈梯度分布，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示意图。
图2是图1中液晶透镜的俯视图。
图3是本发明第二实施例镜头模组的示意图。
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至图2，本发明第一实施例提供一种液晶透镜10。该液晶透镜10包括第一透明基板11、第二透明基板12、位于第一透明基板11上的第一电极13、位于第二透明基板12上的第二电极层14以及设置于第一透明基板11与第二透明基板12之间的液晶层15。
第一电极层13设置在第一透明基板11与液晶层15相背离的表面，第二电极层14设置在第二透明基板12与液晶层15相背离的表面。
第一透明基板11和第二透明基板12的材料为透明玻璃或塑胶材料等。第一透明基板11和第二透明基板12的厚度范围为0.1至0.5毫米(millimeter，mm)，优选地，第一透明基板11和第二透明基板12的厚度范围为0.2至0.4mm。
本实施例中，第一透明基板11和第二透明基板12之间未施加电压时，该液晶层15的液晶分子的分子轴指向方向平行于第一透明基板11和第二透明基板12。液晶层15的厚度范围为10至100微米(micrometer，μm)，优选为30至70μm。
第一电极层13包括一个圆形电极130、围绕圆形电极130且与圆形电极132同心并沿其径向依次排列的第一圆环电极131、第二圆环电极132、第三圆环电极133和第四圆环电极134。第一电极层13的厚度范围优选为50至500纳米(nanometer，nm)，更优选为100至300nm。
该第一电极层13可以包括更多圆环电极，如第五圆环电极、第六圆环电极等。
该圆形电极130的半径为r1，第一圆环电极131、第二圆环电极132、第三圆环电极133和第四圆环电极134的圆环宽度分别为d2、d3、d4和d5。在本实施例中，r1＞d2＞d3＞d4＞d5。相邻的电极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。
圆形电极130、第一圆环电极131、第二圆环电极132、第三圆环电极133和第四圆环电极134的电压分别单独控制。
第二电极层14的形状为一平板电极，或者为与第一电极层13具有相同的结构且与该第一电极层13正对，第二电极层14用于与第一电极层13之间形成电场。
第一电极层13及第二电极层14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。
第一电极层13的圆形电极130、第一圆环电极131、第二圆环电极132、第三圆环电极133和第四圆环电极134通过但不限于光掩模法(photo-mask process)制作于第一透明基板11的表面。
将液晶层15对应圆形电极130、第一圆环电极131、第二圆环电极132、第三圆环电极133和第四圆环电极134的区域分别定义为圆形区域150、第一圆环区域151、第二圆环区域152、第三圆环区域153和第四圆环区域154。本实施例中，液晶分子在液晶层15的分布密度由圆形区域150、第一圆环区域151、第二圆环区域152、第三圆环区域153、第四圆环区域154逐渐增大。
实际应用时，在圆形电极130、第一圆环电极131、第二圆环电极132、第三圆环电极133和第四圆环电极134上分别施加电压，且各个电压分别大于液晶层15对应各个电极区域液晶的阈值电压，圆形区域150、第一圆环区域151、第二圆环区域152、第三圆环区域153、第四圆环区域154分别位于相应电压产生的电场中。因为上述各个电压均大于对应液晶层15区域的阈值电压，即大于液晶层15内液晶分子的偏转电压，所以液晶分子会发生偏转，适当控制电压的分布，可使液晶分子的偏转角度呈梯度分布。
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，预使圆形区域150、第一圆环区域151、第二圆环区域152、第三圆环区域153或第四圆环区域154的折射增大或减小，需在圆形电极130、第一圆环电极131、第二圆环电极132、第三圆环电极133和第四圆环电极134上施加增大或者减小的电压，从而使液晶层15的折射率呈现相应的分布，如果需要形成梯度折射率透镜，在圆形电极130、第一圆环电极131、第二圆环电极132、第三圆环电极133和第四圆环电极134上施加相应的电压，使圆形区域150、第一圆环区域151、第二圆环区域152、第三圆环区域153或第四圆环区域154的折射率呈梯度分布。
由梯度折射率透镜的原理可知，当控制液晶层15的折射率自圆形区域150、第一圆环区域151、第二圆环区域152、第三圆环区域153、第四圆环区域154逐渐减小时，则液晶透镜10为正型透镜；反之，当控制液晶层15的折射率自圆形区域150、第一圆环区域151、第二圆环区域152、第三圆环区域153、第四圆环区域154逐渐增大时，则液晶透镜10为负型透镜。
可以理解，本实施例的该圆形电极130也可以为圆环，此时其中心处无电极分布，则液晶层15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电极的电压，仍可以使液晶层15沿圆形区域150、第一圆环区域151、第二圆环区域152、第三圆环区域153、第四圆环区域154呈梯度分布，即可形成梯度折射率透镜。
可以理解，液晶分子在液晶层15的分布密度从圆形区域150、第一圆环区域151、第二圆环区域152、第三圆环区域153、第四圆环区域154逐渐减小。
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10可通过控制施加于圆形电极130、第一圆环电极131、第二圆环电极132、第三圆环电极133、第四圆环电极134与第二电极层14之间的电压，使液晶层15的圆形区域150、第一圆环区域151、第二圆环区域152、第三圆环区域153、第四圆环区域154的折射率沿圆形电极130、第一圆环电极131、第二圆环电极132、第三圆环电极133、第四圆环电极134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10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10的镜头模组20。该镜头模组20包括一镜筒21及设置于镜筒21内的液晶透镜10和红外截止滤光片223。该液晶透镜10与该红外截止滤光片23之间通过一间隔环22相互隔开。该镜头模组20进一步包括一驱动电压芯片24，分别与第一电极层13电连接，用于使第一电极层13及第二电极层14之间形成如第一实施例所述的电压，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20无需提供马达等驱动装置也可调节镜头模组20的焦距，减小了镜头模组20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它变化，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 (10)

1.一种液晶透镜，其特征在于：包括一个第一透明基板、一个第二透明基板及设置在所述第一透明基板与第二透明基板之间的液晶层，所述第一透明基板和第二透明基板上分别设置有第一电极层和第二电极层，所述第一电极层包括多个同心环状电极，所述多个同心环状电极的材料为碳纳米管，相邻两环状电极分别与所述第二电极配合产生场强大小不同的电场，相邻两环状电极对应的液晶层具有不同的密度。
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，所述圆形电极与所述多个同心圆环电极同心，且所述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：所述圆形电极的半径及所述多个同心圆环电极的宽度自中心向外逐渐减小。
5.如权利要求4所述的液晶透镜，其特征在于：所述液晶层的密度自中心向外逐渐增大或减小。
6.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至500纳米。
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100至300纳米。
8.如权利要求1所述的液晶透镜，其特征在于：所述碳纳米管为单壁碳纳米管、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。
9.一种镜头模组，其包括一镜筒及设置于镜筒内的如权利要求1至8任一项所述的液晶透镜。
10.如权利要求9所述的镜头模组，其特征在于：进一步包括一个红外截止滤光片，所述红外截止滤光片通过一个间隔体与所述液晶透镜相隔开。
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