CN110049255B - 可变光阑及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可变光阑及控制方法，该可变光阑包括：相对设置的第一基板和第二基板；光检测件，位于所述第一基板远离所述第二基板的一侧，用于检测入射光的光强并生成第一信号；电润湿微流体介质层，位于所述第一基板和所述第二基板之间，包括透光流体介质以及与所述透光流体介质不相溶的不透光流体介质；所述透光流体介质和所述不透光流体介质其中之一为导电介质，且其与所述第一基板或所述第二基板之间形成浸润角；驱动电极，配置为接收与所述第一信号对应的用于驱动所述电润湿微流体介质层的驱动电压以改变所述浸润角。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学组件，尤其涉及一种可变光阑。本发明还涉及该可变光阑的控制方法。
背景技术
由于摄像环境光照条件不同，使得拍照或者摄像机的照度也会随环境变化而出现很大的区别。由环境照度变化而引起的目标图像与背景间对比度发生明显变化，如出现过曝或者欠曝的状况，最后呈现在屏幕上的图像就会出现明暗不均、像质差、对比度低等现象，严重影响画质效果。因此，为了得到清晰、高对比度和合适曝光度的图像或者连续画面，尤其在录像中得到基本一致的稳定图像，需要采取相应的自动控制和控制电路来实现进入摄像系统光照强度的自动控制。自动光强控制是一种常用的图像预处理技术。其原理简单，但不易实现，尤其实时拍摄过程中，因目标的运动和光照强度变化，实现画面连续清晰可分辨，变得尤为困难。如果光强控制不精确，势必会造成光照强度控制的不自动、不连续。因此，能分辨进入摄像系统光强度的微弱变化并对其实现无缝控制便成为自动光强控制的难点之一。
发明内容
鉴于现有技术存在的上述问题，本发明的一方面的目的在于提供一种可变光阑，该技术方案能够对光强的通过量进行实时地、精确地控制。
为了实现上述目的，本发明提供的一种可变光阑，包括：
相对设置的第一基板和第二基板；
光检测件，位于所述第一基板远离所述第二基板的一侧，用于检测入射光的光强并生成第一信号；
电润湿微流体介质层，位于所述第一基板和所述第二基板之间，包括透光流体介质以及与所述透光流体介质不相溶的不透光流体介质；所述透光流体介质和所述不透光流体介质其中之一为导电介质，且其与所述第一基板或所述第二基板之间形成浸润角；
驱动电极，配置为接收与所述第一信号对应的用于驱动所述电润湿微流体介质层的驱动电压以改变所述浸润角。
在一些实施例中，作为优选，所述驱动电极包括相对设置的第一电极层和第二电极层，所述电润湿微流体介质层位于所述第一电极层和所述第二电极层之间。
在一些实施例中，作为优选，所述第一电极层包括多个呈矩阵排列的第一块状电极，所述第二电极层包括多个呈矩阵排列的第二块状电极，所述第一块状电极和所述第二块状电极一一对应设置。
在一些实施例中，作为优选，还包括挡墙，位于第一电极层和第二电极层之间，且与所述第一块状电极和所述第二块状电极的周边区域的位置对应设置。
在一些实施例中，作为优选，还包括沿第一方向延伸的多个第一电极线和沿第二方向延伸的多个第二电极线，分别与所述多个第一块状电极和所述多个第二块状电极连接，其中，所述第一方向和第二方向交叉。
在一些实施例中，作为优选，所述第一电极层包括多个同心设置的第一环形电极，所述第二电极层包括多个同心设置的第二环形电极，所述第一环形电极和所述第二环形电极一一对应设置。
在一些实施例中，作为优选，还包括树脂涂层，位于所述光检测件的远离所述第一基板的一侧。
在一些实施例中，作为优选，所述透光流体介质与所述不透光流体介质层叠设置，或所述不透光流体介质位于所述透光流体介质周边区域。
在一些实施例中，作为优选，所述透光流体介质为绝缘介质，所述不透光流体介质为导电介质。
在一些实施例中，作为优选，所述透光介质包括水、去离子水、纯水或蒸馏水中的一种或多种，所述不透光介质由不透光组分溶于非导电有机溶剂构成。
在一些实施例中，作为优选，所述不透光组分包括天然黑色素、合成黑色素或者氧化黑色素中的一种或多种。
本发明的另一方面目的在于一种如权利要求1-11任一项所述的可变光阑的控制方法，该方法包括：
所述光检测件获得入射光的光强并生成所述第一信号；
向所述驱动电极施加与所述第一信号对应的驱动电压；
其中，所述透光流体介质和所述不透光流体介质其中之一的浸润角在所述驱动电压的控制下对应发生变化。
在一些实施例中，作为优选，其中，所述不透光流体介质为导电介质，所述方法包括：
当入射光的光强减小时，增加所述驱动电压值，所述不透光流体介质在所述基板上的浸润角增大，所述基板上形成的光阑孔径增大；或，
当入射光的光强增大时，减小所述驱动电压值，所述不透光流体介质在所述基板上的浸润角减小，所述基板上形成的光阑孔径减小。
与现有技术相比较，本发明提供的可变光阑，通过检测环境光强度，再通过电信号调节电润湿液的驱动电压，进而通过电压改变调节电润湿液在基板上的浸润角，间接实现不透光流体介质在基板上的覆盖面积。从而使得光阑孔径得到动态调整，并且这一调整过程依赖环境光的光强自动连续进行，也可以对微弱的环境光变化做出响应。
应当理解，前面的一般描述和以下详细描述都仅是示例性和说明性的，而不是用于限制本公开。
本申请文件提供本公开中描述的技术的各种实现或示例的概述，并不是所公开技术的全部范围或所有特征的全面公开。
附图说明
图1为本发明的可变光阑在环境光线较暗时的结构示意图；
图2为图1沿A-A向剖面结构示意图；
图3为本发明的可变光阑在环境光线较明亮时的结构示意图。
图4为图3沿B-B向剖面结构示意图；
图5为本发明的可变光阑在环境光线明亮时的结构示意图；
图6为图5沿C-C向剖面结构示意图；
图7为本发明一个实施例的可变光阑的电极线的驱动状态示意图；
图8为本发明的可变光阑的控制方法的流程图。
附图标记：
1-基板；2-驱动电极；3-不透光流体介质；4-透光流体介质；5-光检测件；6-挡墙；11-第一基板；12-第二基板；21-第一电极层；22-第二电极层。
具体实施方式
为了使得本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，还可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明，本公开省略了已知功能和已知部件的详细说明。
请参照附图1、附图3和附图5所示可知，在本发明提供的技术方案中，可变光阑可根据环境光的光强对光阑孔径做出动态调整。例如图1所示为环境光线较暗的情形，在这一情况下，光检测件感受外界光强信息，进而由感光器件输出对应的电压信号，以使驱动电极施加在电润湿流体介质层两侧的电压发生变化。如图所示的圆形光阑中，靠近边缘的阴影部分即为受电压驱动的不透光介质。另请参见本发明说明书附图2、4和6即可看出，本发明提供的一种可变光阑，其基本结构包括：
基板1，其由透光材质制成，且至少包括第一基板11和第二基板12。本申请提出的可变光阑可以应用于对光强和光强动态变化有高精度要求的摄影、录像、医学成像系统、航空航天摄影等领域。因此首先应选择透光材料，其次可以考虑采用LCD或OLED基板玻璃构成，当然也可以使用特种性能的光学玻璃，树脂等材料。对于基板的规格，例如厚度，本领域技术人员也可根据实际应用场景做必要调整，本发明中并不做具体限定。一般来说，基板的厚度优选为0.1-2mm。仍需说明的是，虽然对于例如厚度等参数，是由具体的产品设计或工艺条件来决定，但应要求基板上下表面具有较好的平整度及平行度。
在本发明提出的可变光阑的技术方案中，如图2所示，还包括光检测件5，该光检测件5可设置在环境光进入一侧，图中所示的光检测件5设置于第一基板11远离第二基板12的一侧，用于检测入射光的光强并对应生成第一信号。第一信号的作用在于根据环境光的动态变化，动态生成电信号，这一电信号后续将作为触发可变光阑的光阑孔径变化的参考条件。具体可以为电流值或电阻值，例如，在一些实施例中，光检测件5可为一光敏电阻，光敏电阻可以选用入射光增强，电阻随之减弱的光敏电阻，也可以选用电阻强度增强，电阻随之也增强的光敏电阻器，例如可以是硫化镉或硒化镉等半导体材料制成的电阻器。此时当环境光强发生变化时，光敏电阻的电阻值发生变化，此时可将该电阻值作为第一信号，也可以根据光敏电阻所在回路中的电流值或电压值作为第一信号。另外，为了减少极端环境对光检测件5的精度和寿命产生影响，位于所述光检测件的远离所述第一基板的一侧可以涂覆有防潮的树脂涂层。对于具有防潮作用的树脂的选择，本发明不做具体限定，本领域技术人员可在合理范围内做适当选择，但优选地为环氧树脂、环氧改性树脂、丙烯酸树脂或光敏树脂等。
另参见图2、图4和图6所示，本发明的可变光阑，还包括电润湿微流体介质层，该电润湿微流体介质层包括一透光流体介质4和一不透光流体介质3，其中，透光流体介质4与不透光流体介质3互不相溶，且透光流体介质4与不透光流体介质3可通过在介质中增加导电粒子而变为导电介质。图2、图4和图6所示的实施例中，通过在非导电有机溶剂中添加不透光组分构成导电的不透光流体介质3，所述不透光组分可示例性地包括天然黑色素、合成黑色素或者氧化黑色素中的一种或多种。此时，透光流体介质4则相应为绝缘介质，其与第二基板12之间形成浸润角θ1或θ2。
以上描述了本发明提出的可变光阑的一部分构成，以图2所示为例，本发明的可变光阑还包括驱动电极2，为透明导电材料，如ITO等，但不限于此。厚度50-1000nm，也可以为金属，如Mo，厚度以可以满足施加电压的需求为宜，如70-300nm，由具体的产品设计需求而定。
所述驱动电极2配置为接收与所述第一信号对应的用于驱动所述电润湿微流体介质层的驱动电压以改变所述浸润角。也即，改变浸润角θ1。具体地，如图2所示，所述驱动电极2包括相对设置的第一电极层21和第二电极层22，所述电润湿微流体介质层位于所述第一电极层21和所述第二电极层22之间。在这一实施例中，是以导电粒子位于不透光流体介质3为例进行说明的，但本领域技术人员可以理解，在透光流体介质4中添加透明的导电粒子，而实际通过驱动电极2控制透光流体介质4与第一基板11或第二基板12之间的浸润角，也可以实现光阑孔依光线强度变化而进行的动态调整。
图1、图3和图5示出了本发明的可变光阑在不同光线条件下的正面结构示意图，如图所示，在一般情况下，不透光流体介质3位于透光流体介质4周边区域，而位于中心的透光流体介质4则构成允许光线通过的光阑孔，而在光阑孔完全关闭时，透光流体介质4实际上与不透光流体介质3层叠设置，这代表着此时光线过于明亮，需要通过不透光流体介质3控制光线强度。另外，同时可以看到，在图1、图3和图5所示的实施例中，所述第一电极层21包括多个同心设置的第一环形电极，同理，所述第二电极层也需同时包括多个同心设置的第二环形电极，并且所述第一环形电极和所述第二环形电极一一对应设置。每个第一环形电极或第二环形电极均独立配置为根据所述第一信号，接收与所述第一信号对应的用于驱动所述电润湿微流体介质层的驱动电压以改变所述浸润角。其中，图2所示为环境光较暗时的情形，如图所示，在光检测件5测得环境光线较弱时，不透光流体介质3在第二基板12上的浸润角为θ1，此时第一环形电极和第二环形电极的电压值为V1。可以看到，不透光流体介质3此时向两侧退缩形成光阑孔，而透光流体介质4则在所述第二基板12上沿光阑孔径平铺，较多的光线可顺利通过可变光阑，实现类似显示中的L255态。接下来的图4为环境光较明亮时的情形，如图所示，不透光流体介质3在第二基板12上的浸润角为θ2，此时第一环形电极和第二环形电极的电压值为V2。可以看到，不透光流体介质3此时在第一环形电极和第二环形电极的V2电压作用下向中心浸润，而同时位于中心位置的透光流体介质4则逐渐退缩，光阑孔变小。此时不透光流体介质3在第二基板12上的浸润角为θ2，且明显小于环境光较暗时的情形，也即θ1>θ2。此时施加在电润湿微流体介质层的两侧的电压值为V2，且V2>V1。可以看到，不透光流体介质3此时相较于环境光较暗情况时向中心浸润形成较小的光阑孔，意味着相较于图2情形时，有相对更少量的光线通过光阑孔，实现类似显示上的不同灰阶状态。而图6所示为环境光明亮时的情形，如图所示，在光检测件5测得环境光线明亮时，不透光流体介质3在第二基板12上的浸润角为θ3(图中未标注)，此时第一环形电极和第二环形电极的电压值为V3。可以看到，不透光流体介质3此时向中心浸润且完全覆盖光阑孔，而透光流体介质4由于与不透光流体介质3不相容而“被迫”退缩至不透光流体介质3之上，此时光阑孔已经完全关闭，光线虽然能穿透透光流体介质4，但仍被已经层叠位于透光流体介质4之下的不透光流体介质3阻挡，没有光线能够通过可变光阑的光阑孔，实现类似显示上的L0状态。由此可以得出，在以不透光流体介质作为主要的电润湿液时，当环境光由暗变强时，不透光流体介质3在第二基板12上的浸润角会由大变小，即θ1>θ2>θ3,而施加在电润湿微流体介质层的两侧的电压值则呈现出由小变大的变化，即V1<V2<V3。同时也可得出，浸润角为0°时，不透光流体介质3已平铺在第二基板12上，此时光阑孔已经完全关闭，没有光线通过可变光阑。而在浸润角大于等于90°时，不透光流体介质3已由中心退缩至边缘，此时可变光阑的光阑孔已动态调整至较大孔径。这意味着在本发明中，浸润角决定了可变光阑的光阑孔径的大小，但这一浸润角的角度范围应介于0°至180°之间。
另可以想见，如果以施加在透光流体介质4上的电压来改变浸润角，进而控制光阑孔径变化的情况时，浸润角及电压的变化与环境光变化的关系也可参考上述情形。
在一些实施例中，如图7所示，作为优选，所述第一电极层21包括多个呈矩阵排列的第一块状电极，所述第二电极层22包括多个呈矩阵排列的第二块状电极，所述第一块状电极和所述第二块状电极一一对应设置。与环形电极类似的是，每一第一块状电极和第二块状电极可独立的接收驱动电压，实现对块状电极覆盖区域的不透光流体介质3的驱动，可以想见，第一块状电极和第二块状电极在实际驱动时，实际是由多个位于假象的圆形位置上分布的第一块状电极和对应的多个第二块状电极，对应驱动不透光流体介质3在第二基板12上的浸润角变化。同时，也可以理解的是，第一块状电极和第二块状电极的尺寸，对最终形成的光阑孔的形状产生影响，换句话说，第一块状电极和第二块状电极的尺寸越小，则形成的光阑孔的形状越接近圆形，同时光阑孔径的控制也越精准。在一些实施例中，如图2、图4和图6所示，作为优选，还包括挡墙6，所述挡墙6位于第一电极层21和第二电极层22之间，且与所述第一块状电极和所述第二块状电极的周边区域的位置对应设置。挡墙6可以通过其控制电润湿液所在区域的盒厚控制，将整个器件结构封装到一起，另外，还可以隔绝环境光和杂散光对测试的影响。厚度和宽度根据实际情况设定，此处不做特殊要求。具体地，挡墙6可实际为黑矩阵BM(Black Matrix)，或者BM与间隔物PS(Photo Spacer)结合而形成。
在一些实施例中，如图7所示，作为优选，还包括沿第一方向延伸的多个第一电极线和沿第二方向延伸的多个第二电极线，分别与所述多个第一块状电极和所述多个第二块状电极连接，其中，所述第一方向和第二方向交叉。优选地，第一电极线和第二电极线彼此垂直且交叉成网状。对于电极线来说，在本发明中，示例性地可采用银纳米线。在这一实施例中，电极线驱动类似液晶显示所用的类似Source线和Gate线纵横交错的方式来实现不同区域电润湿液浸润角的控制。当Source线和Gate线排布的越密的时候，驱动电极越能逼近实现圆形结构。
另外，本发明技术方案中，其基本原理是以不透光的黑色素溶液(通常为有机溶剂如甲醇、丙二醇、乙二醇等)和水(例如水、去离子水、纯水或蒸馏水)为电润湿微流体的基本构成。具体地，所述透光流体介质为绝缘介质层，选自水、去离子水、纯水或蒸馏水中的一种或多种构成；所述不透光流体介质为导电介质，由黑色不透光组分构成的导电粒子溶于非导电有机溶剂构成，其中所述黑色不透光组分的质量百分比含量为0.5wt％～5wt％。本发明中提到的所述黑色不透光组分一般选自天然黑色素、合成黑色素或者氧化黑色素中的一种或多种。至于天然黑色素、合成黑色素或者氧化黑色素的选择，本发明并不做具体限定，诸如，E-ink，炭黑，黑色金属氧化物等等，能够溶于有机溶剂且可使溶液呈现黑色不透光且能够导电特性的材质，均可以实现本发明。
图8所示为本发明的可变光阑的控制方法的流程图，如图所示，该方法包括：
所述光检测件获得入射光的光强并生成所述第一信号；
向所述驱动电极施加与所述第一信号对应的驱动电压；
其中，所述透光流体介质和所述不透光流体介质其中之一的浸润角在所述驱动电压的控制下对应发生变化。
对于本发明上述提出的控制方法在实施时，具体地，所述改变电润湿微流体介质层的两侧所施加的电压值，包括：当入射光的光强减小时，增加所述驱动电压值，所述不透光流体介质在所述基板上的浸润角增大，所述基板上形成的光阑孔径增大；或，当入射光的光强增大时，减小所述驱动电压值，所述不透光流体介质在所述基板上的浸润角减小，所述基板上形成的光阑孔径减小。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
Claims (13)
1.可变光阑，包括：
相对设置的第一基板和第二基板；
光检测件，位于所述第一基板远离所述第二基板的一侧，用于检测入射光的光强并生成第一信号；
电润湿微流体介质层，位于所述第一基板和所述第二基板之间，包括透光流体介质以及与所述透光流体介质不相溶的不透光流体介质；所述透光流体介质和所述不透光流体介质其中之一为导电介质，且其与所述第一基板或所述第二基板之间形成浸润角；
驱动电极，配置为接收与所述第一信号对应的用于驱动所述电润湿微流体介质层的驱动电压以改变所述浸润角；
所述驱动电极包括相对设置的第一电极层和第二电极层，所述第一电极层包括多个呈矩阵排列的第一块状电极，所述第二电极层包括多个呈矩阵排列的第二块状电极，所述第一块状电极和所述第二块状电极的尺寸越小，形成的光阑孔的形状越接近圆形。
2.如权利要求1所述的可变光阑，其中，所述电润湿微流体介质层位于所述第一电极层和所述第二电极层之间。
3.如权利要求2所述的可变光阑，所述第一块状电极和所述第二块状电极一一对应设置。
4.如权利要求3所述的可变光阑，还包括挡墙，位于第一电极层和第二电极层之间，且与所述第一块状电极和所述第二块状电极的周边区域的位置对应设置。
5.如权利要求3所述的可变光阑，还包括沿第一方向延伸的多个第一电极线和沿第二方向延伸的多个第二电极线，分别与所述多个第一块状电极和所述多个第二块状电极连接，其中，所述第一方向和第二方向交叉。
6.如权利要求2所述的可变光阑，所述第一电极层包括多个同心设置的第一环形电极，所述第二电极层包括多个同心设置的第二环形电极，所述第一环形电极和所述第二环形电极一一对应设置。
7.如权利要求1-6任一项所述的可变光阑，还包括树脂涂层，位于所述光检测件的远离所述第一基板的一侧。
8.如权利要求1-6任一项所述的可变光阑，所述透光流体介质与所述不透光流体介质层叠设置，或所述不透光流体介质位于所述透光流体介质周边区域。
9.如权利要求1-6任一项所述的可变光阑，所述透光流体介质为绝缘介质，所述不透光流体介质为导电介质。
10.如权利要求9所述的可变光阑，所述透光介质包括去离子水、纯水或蒸馏水中的一种或多种，所述不透光介质由不透光组分溶于非导电有机溶剂构成。
11.如权利要求10所述的可变光阑，所述不透光组分包括天然黑色素、合成黑色素或者氧化黑色素中的一种或多种。
12.一种可变光阑的控制方法，用于控制权利要求1-11任一项所述的可变光阑，包括：
所述光检测件获得入射光的光强并生成所述第一信号；
向所述驱动电极施加与所述第一信号对应的驱动电压；
其中，所述透光流体介质和所述不透光流体介质其中之一的浸润角在所述驱动电压的控制下对应发生变化。
13.如权利要求12所述的可变光阑的控制方法，其中，所述不透光流体介质为导电介质，所述方法包括：
当入射光的光强减小时，增加所述驱动电压值，所述不透光流体介质在基板上的浸润角增大，所述基板上形成的光阑孔径增大；或，
当入射光的光强增大时，减小所述驱动电压值，所述不透光流体介质在所述基板上的浸润角减小，所述基板上形成的光阑孔径减小。
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