CN1936625B - 液晶透镜装置 - Google Patents

Abstract

一种液晶透镜装置，包括：具有第一基板和第二基板的液晶透镜单元，该第一和第二基板包括用于向第一液晶层施加电压的电极；电加热元件，其包括相互交替连接的至少一个用于加热液晶的高电阻段和至少一个低电阻段；以及与电加热元件隔开的热传递构件，用于接收从电加热元件而来的热并通过整个液晶传递热，从而促进用电加热元件对液晶层的加热。

Description

液晶透镜装置

技术领域

本发明涉及包括液晶盒层和位于液晶盒层之上的电极的液晶透镜装置，液晶盒层包括透明基板和填充在透明基板间的液晶，通过控制施加在电极之间的电压，该液晶透镜装置改变液晶的折射率，从而调节焦距。

背景技术

已经提出了在光盘器件、照相机以及其它已知的光学器件中将液晶透镜用作调焦机构的变焦镜头。

其中一个例子是这样的液晶透镜，它包括两个彼此面对、整体上为透镜形式的透明基板和密封在透明基板之间的液晶，通过改变施加到设置于透明基板上的透明电极的电压，该液晶透镜能够调节液晶的折射率(参见，例如日本未审专利申请公开No.S63-206721)。

另一个例子是平面液晶透镜，它包括两个平面透明基板，设置在透明基板相对内表面上的透明电极，以及密封在基板之间的平面间隙内的液晶，至少一个包括有多个围绕液晶透镜的光轴同心地设置的同心电极元件的透明电极(参见，例如日本未审专利申请公开No.H5-053089)。在这种平面液晶透镜中，改变施加在透明电极的每个透明电极元件上的电压以产生径向变化的电压分布，并由此改变液晶的折射率。

尽管并不是一种有关液晶透镜的技术，但是已经提出一种通过使用液晶面板上的电加热元件来加热显示器中所用的液晶面板，以避免工作特性在低温下退化的技术(参见，例如日本未审专利申请公开No.2004-170852)。

本发明的发明人已经提出一种在液晶面板的玻璃基板上形成电加热元件的技术(参见，例如日本未审专利申请公开No.H11-194358)。

为了将液晶透镜应用于照相机的变焦功能或调焦功能，必须增大焦距的可变范围。为此，需要折射率更加能够可变。

为了更大地改变平面液晶透镜的折射率，必须增大在液晶透镜中所用液晶材料的折射率的各向异性Δn，或者增大基板之间的距离d。然而，折射率各向异性的大小有所限制。折射率的各向异性Δn通常为0.4或更小。因此，必须增大基板之间的距离d以得到折射率的期望变化。在这种情形下，液晶透镜对施加在其上的驱动电压的响应速度与基板之间距离d的平方成比例地减小。

对于用作照相机调焦机构的液晶透镜，需要其响应时间不超过2秒。

图24的曲线图示出在夹有液晶的基板间的距离为10μm和25μm的情形下，当驱动电压施加在液晶上时液晶呈现的响应时间特性LC1和LC2。如图24所示，对于基板之间距离d为10μm的情形，即使在-10℃下，响应时间特性LC1也不长于2000ms，而对于基板之间距离d为25μm的情形，即使在5℃下，响应时间特性LC2也长于2000ms。

因此，液晶透镜基板间具有增大距离d的液晶盒在低温下不能够起照相机镜头的作用。

如上所述，当液晶透镜用于控制照相机的焦距时，会出现基板间增大的距离d使响应时间变长的问题，而基板间距离d的增大是增加调焦范围所必需的。在现有的液晶透镜，尤其在采用像电池电源的低压电源(例如电子照相机)的液晶透镜中，还没有发现解决这个问题的有效方法。因此，利用液晶透镜的照相机调焦机构还未在实际中得到使用。

本发明的受让人在美国专利申请序列号No.11/385,494中已经提出一种液晶透镜，该液晶透镜使用带有电子加热元件的加热系统，并且具有增大的调焦范围和提高的响应速度。在这种液晶透镜中，液晶用例如呈环形的、设置在液晶层两侧面上的电极周围的加热元件进行加热。

然而，根据本发明的发明人进行的进一步研究，在直径约为5mm、宽度约为200μm、薄层电阻为3Ω的金属膜被用作电子加热元件的情形下，当施加电子照相机中通常所采用的3V电压时，流过的电流为60mA，消耗的功率为180mW，而且加热元件的温度只升高到20℃。这个结果表明在此情形下可能会出现温度补偿不足。因此，为了将整个液晶透镜的温度提高到进行充分温度补偿所需的高温，必须将局部的高温热量传递给全部液晶盒，并将向外界的无用散热降至最小。

发明内容

因此，本发明的一个目标是提供这样一种液晶透镜，通过进一步改善液晶透镜中加热器的布置，使它能够产生用于温度补偿所需的高温的热量，并且通过避免整个液晶透镜温度的不均匀，即使用例如像在例如电子照相机内使用的电池电源的低压电源，它也能够获得充分的温度补偿，而且它具有很宽的调焦范围并能够高速响应。

依照本发明第一个方面的液晶透镜装置包括第一液晶透镜单元、用于加热液晶的电加热元件、以及用于将来自电加热元件的热传递到整个液晶的热传递构件。第一液晶透镜单元包括具有第一透明区的第一基板、具有第二透明区并平行于第一基板设置使得第二透明区面对一透明区的第二基板、由填充在第一和第二透明区之间的液晶制成的第一液晶层、以及分别设置在第一和第二基板上以便横跨第一液晶层施加电压的第一和第二电极。

具体地，电加热元件可以设置在第一基板面对第一液晶层的表面上。热传递构件可以设置在第二基板面对第一液晶层的表面上，并可以设置在第二基板两个侧面的每一个上。如上所述，由于电加热元件直接接触着液晶，因此热可以有效地传递到液晶，同时液晶经受对流。结果，即使液晶透镜具有很小的热容，热也可以令人满意地传递到液晶。当热传递构件设置在第二基板的两个表面上时，热传递构件可以经由穿过第二基板的孔彼此连接。

电加热元件可以设置在第一基板的第一表面上，热传递构件可以在对应于电加热元件的位置处设置在第一基板的第二表面上，第二表面与第一表面相对。热传递构件可以在垂直对应于设在第一基板上的电加热元件的位置上，设置在第二基板上。在这种情形下，当电加热元件基本呈环形并设置在第一电极周围时，热传递构件可以基本上呈环形，以对应于电加热元件。为了保持很高的操作响应速度，如液晶显示器的情形，对液晶的温度进行补偿很重要。另外，在液晶透镜装置中，温度补偿对于稳定折射率和驱动电压的阈值也很重要。在本发明中，如上所述，通过围绕电极形成环形的电加热元件，液晶可以被从周围均匀地加热，从而起着透镜的作用，而且响应时间可以得到保持，同时折射率和驱动电压的阈值也可以被稳定。

电加热元件和热传递构件可以由同一金属膜制成。在此情形下，该同一金属膜可以由金制成。

另外，电加热元件可以呈条带的形状，而且可以包括相互交替连接的至少一个高电阻段和至少一个低电阻段。在此情形下，高电阻段可以通过促使高电阻段的宽度比低电阻段小或者通过促使高电阻段的厚度比低电阻段小来制成。高电阻段可以由透明材料制成。在此情形下，透明材料可以是氧化铟锡。而且，当高电阻段可由透明材料制成时，高电阻段的线宽可以比低电阻段的线宽更宽。

本发明的液晶透镜装置还可以包括第二液晶透镜单元，其包括：具有第三透明区的第三基板；具有第四透明区并平行于第三基板设置使得第四透明区面对第三透明区的第四基板；由填充在第三与第四透明区之间的液晶制成的第二液晶层；以及分别设置在第三和第四基板上的第三和第四电极，用于横跨第二液晶层施加电压。可以将第一和第二液晶透镜单元设置为使得第一液晶层的液晶的取向与第二液晶层的液晶的取向相互垂直。

本发明的液晶透镜装置还包括第二液晶透镜单元，其包括：具有第三透明区并平行于第一基板设置使得第三透明区面对第一透明区的第三基板；由填充在第一与第三透明区之间的液晶制成的第二液晶层；以及分别设置在第一和第三基板上的第三和第四电极，用于横跨第二液晶层施加电压。第一和第二液晶透镜单元可以被设置为使得第一液晶层的液晶的取向与第二液晶层的液晶的取向相互垂直。

当液晶透镜装置包括第二液晶透镜单元时，电加热元件可以仅被放置在第二液晶透镜单元内。

依照本发明第二个方面的液晶透镜装置包括第一液晶透镜单元和电加热元件，该电加热元件是狭长的并包括相互交替连接的至少一个用于加热液晶的高电阻段和至少一个低电阻段，该高电阻段与该低电阻段由相同的金属材料制成。该第一液晶透镜单元包括具有第一透明区的第一基板、具有第二透明区并平行于第一基板设置使得第二透明区面对第一透明区的第二基板、由填充在第一和第二透明区之间的液晶制成的第一液晶层、以及分别设置在第一和第二基板上以便横跨第一液晶层施加电压的第一和第二电极。

考虑到用在低电压下的器件(例如，电子照相机)，为了提高高电阻段处的加热效率，低电阻段处的功耗优选很低。因此，对于低电阻段而言，该相同的金属材料优选具有较低的电阻(例如金)，而不是具有高电阻的材料(例如，氧化铬、氧化铟或氧化锡膜)。

电加热元件可以基本上呈环形并设置在第一电极周围，高电阻段可以通过沿宽度方向给电加热元件设置槽口来形成。

这种液晶透镜装置还可以包括第二液晶透镜单元，其包括：具有第三透明区的第三基板；具有第四透明区并平行于第三基板设置使得第四透明区面对第三透明区的第四基板；由填充在第三与第四透明区之间的液晶制成的第二液晶层；以及分别设置在第三和第四基板上的第三和第四电极，用于横跨第二液晶层施加电压。第一和第二液晶透镜单元可以设置为使得第一液晶层的液晶的取向与第二液晶层的液晶的取向相互垂直。

电加热元件可以仅放置在第二液晶透镜单元内。

如上所述，在本发明中，从电加热元件产生的热可以快速地传递到整个液晶透镜，而且热可以收集在液晶透镜内，同时通过进一步改进液晶透镜内的加热器布置，热可以被有效地使用。因此，本发明可以提供一种能够充分进行温度补偿同时还具有宽调焦范围并能够高速响应的液晶透镜。

附图说明

图1是含有依照本发明的液晶透镜装置的照相机机构的框图；

图2是依照本发明第一实施例的液晶透镜的截面图；

图3是依照本发明第一实施例的液晶透镜的平面图；

图4说明在图2所示的第一基板上的图形；

图5说明在图2所示的第二基板上的图形；

图6A说明在图2所示的第一基板上的液晶透镜的图形，图6B说明在图2所示的第一基板上的电加热元件的图形；

图7是依照第一实施例的第一个变型的液晶透镜的截面图；

图8是依照第一实施例的第二个变型的液晶透镜的截面图；

图9说明用不同的电加热元件布置加热的液晶透镜的温度特性；

图10是依照本发明第二实施例的液晶透镜的截面图；

图11说明图10所示的第一基板的外表面上的图形；

图12A说明图10所示的第二基板的内表面上的图形，图12B说明图10所示的第二基板的外表面上的图形；

图13说明用于示出位于图10所示第一基板内表面上的电加热元件与位于第一基板外表面上的热传递构件之间位置关系的图形；

图14说明依照第二实施例的热传递构件的图形的一个变型；

图15说明用于示出依照图14的变型在第一基板内表面上的电加热元件与位于外表面上的热传递构件之间位置关系的图形；

图16是依照第二实施例的第一个变型的液晶透镜的截面图；

图17是依照第二实施例的第二个变型的液晶透镜的截面图；

图18说明用不同的电加热元件布置加热液晶透镜的温升特性；

图19说明依照第一和第二实施例的电加热元件的图形的一个变型；

图20说明依照第一和第二实施例的电加热元件的图形的另一个变型；

图21说明依照第一和第二实施例的电加热元件的图形的又一个变型；

图22说明依照第一和第二实施例的电加热元件的图形的另一个变型；

图23说明依照第一和第二实施例的电加热元件的图形的再一个变型；

图24说明已知的液晶盒和用于透镜的液晶盒的温度响应速度特性。

具体实施方式

下面参见附图描述本发明的实旋施例。

图1是含有依照本发明的液晶透镜装置100的照相机的框图。

如图1所示，液晶透镜装置100包括带有电加热元件10的液晶透镜1，液晶驱动电路110，以及驱动电加热元件10的加热器驱动电源120。液晶透镜装置100和光学镜头130和140一起容纳在外壳150内。液晶透镜装置100、光学镜头130和光学镜头140沿着光轴对准。图1说明照相机指向目标160时的状态。

图2是图1所示的液晶透镜1的截面图。图3是液晶透镜1的平面图。

如这些附图所示，液晶透镜1具有第一液晶透镜单元2和第二液晶透镜单元3。第一液晶透镜单元2和第二液晶透镜单元3用UV粘合层12粘结在一起。第一液晶透镜单元2和第二液晶透镜单元3具有大体相同的基本结构，每个都具有第一透明基板5、第二透明基板6和设在第一透明基板5与第二透明基板6之间的液晶层7。第一透明基板5与第二透明基板6彼此面对。

如图2和3所示，第一液晶透镜单元2和第二液晶透镜单元3的液晶层7分别具有一致的取向H1和H2，而且这些取向彼此正交，原因如下。如在上述日本未审专利申请公开No.5-053089中所披露的，当使用具有一致取向的单个液晶层时，液晶的折射率变化可以最大，但是穿过液晶的光的偏振程度却增加。具有上述各自取向的液晶层7可以消除穿过液晶层7的光的偏振，从而有助于在宽范围上进行适当的调焦操作。

如图4所示，同心的透明液晶驱动电极组8和围绕着同心电极组8的电加热元件10设置在第一透明基板5的面向液晶层7的外表面上。该同心电极组8包括中心电极8a和多个同心地放置在中心电极8a周围的环形电极8b。中心电极8a和环形电极8b通过电阻丝15连接在一起。中心电极8a的外端连接在接线端子9a上，电阻丝15的外端连接在接线端子9b上。第一透明基板5还设有连接在公共液晶驱动电极11上的接线端子9e，如图5所示，公共液晶驱动电极11通过基板间导电通路11a设置在第二透明基板6上。不仅同心液晶驱动电极组8而且公共电极11都是可由氧化铟锡(ITO)制成的透明电极。

当液晶驱动电压信号从液晶驱动电路110通过接线端子9a和9b施加到液晶透镜1上时，中心电极8a和环形电极8b产生不同的电势。结果，放射状变化的电压施加在同心液晶驱动电极组8与公共电极11之间设置的液晶层7上，从而液晶层7的折射率得以控制，因此使透镜的功能能够实现。当液晶层7的温度低于预定值时，加热器驱动电源120用电加热元件10加热液晶层7，从而维持液晶层7具有期望的响应速度。

图6A和6B分别说明图4中所示的图形。图6A说明同心液晶驱动电极组8，图6B说明电加热元件10。

参见图6B，电加热元件10被设置得围绕着同心液晶驱动电极组8。通过从加热器驱动电源120向连接在电加热元件10上的两个接线端子9c和9d施加电压，促使加热元件10的高电阻段10a产生热，来对液晶透镜1进行温度补偿。液晶透镜1的直径小到4mm，围绕着透镜区的电加热元件10的直径小到5mm或更小。电加热元件10由例如金薄膜的均匀金属膜制成，但不具有均匀的宽度。电加热元件10包括具有较大宽度的低电阻段10b和具有较小宽度并用作热产生部的高电阻段10a。电加热元件10可以不是透明的，因为电加热元件10设置在透镜区外部。电加热元件10可以由除金之外具有良好电导率的金属材料制成。

在本实施例中，电加热元件10由与接线电极组9相同的金薄膜制成。低电阻段10b具有大体200μm的长度。每个高电阻段10a具有大体20μm的长度和大体20μm的宽度L。三个高电阻段10a绕着电加热元件10的环形中心对称地设置。

结果，接线端子9d与9c之间的电阻是58Ω。当向接线端子9d和9c提供3V电压时，流过51.7mA的电流，并且在三个高电阻段内温度升高超过100℃。因此，就进行了充分的温度补偿。

高电阻段10a的形状和位置可以依据需要的热产生条件灵活地设定。另外，由于加热元件10由分开的段，即在本实施例中的三个高电阻段10a形成，因此改善了热扩散。此外，由于仅通过使用很小的高电阻段10a，而不是通过使用整个电加热元件10，因此可以提高温升。而且，由于高电阻段10a绕着电加热元件10的环形形状的中心对称地放置，因此由高电阻段10a产生的热可以有效地传递给整个液晶层。

考虑到局部热产生和热传递到液晶透镜的效率，优选绕着电加热元件10环形形状的中心对称地放置三到十个高电阻段10a。

图7是依照第一实施例的第一个变型的液晶透镜20的截面图。该液晶透镜20与图2所示的液晶透镜1的不同之处在于仅在第二液晶透镜单元3上设置电加热元件10，而在第一液晶透镜单元2上不设置电加热元件。本发明的发明人曾进行试验，来调查研究在含有两个液晶透镜单元的液晶透镜中液晶层7的温度特性。试验结果表明，如图7所示、仅在第二液晶透镜单元3上设置电加热元件10的液晶透镜要优于仅在第一液晶透镜单元2上设置电加热元件10的液晶透镜，而且并不比如图2所示、在上部液晶盒和下部液晶盒每个上都设置电加热元件10的液晶透镜差多少。

这些液晶透镜的温度特性示出在图9的曲线图中。该曲线图的水平轴代表施加在电加热元件10上的电压，垂直轴代表液晶层的温度。在图9中，Tab表示在第一液晶透镜单元2和第二液晶透镜单元3上都设置电加热元件10的液晶透镜中温升的温度特性，Ta表示仅在第一液晶透镜单元2上设置电加热元件10的液晶透镜中温升的温度特性，Tb表示仅在第二液晶透镜单元3上设置电加热元件10的液晶透镜中温升的温度特性。

由于第一液晶透镜单元2用具有良好导热率的UV粘合层12连接在第二液晶透镜单元3上，因此在上述任一液晶透镜中第一液晶透镜单元2和第二液晶透镜单元3都基本处于相同的温度。具有单个电加热元件10的两类液晶透镜的温度很显然要低于具有双电加热元件10的液晶透镜的温度，而且两类液晶透镜的温度彼此不同。

具有单个电加热元件10的两类液晶透镜其温度不同的原因在于其内由加热元件10产生的热会通过外壳150上的开口150a扩散到外界，如图1所示。

当液晶透镜仅在第一液晶透镜单元2上设置电加热元件10时，所产生热的一些量通过外壳150上的开口150a直接扩散到外界。因此，这些热不能被用来加热第二液晶透镜单元3，结果，液晶透镜的温度就相对较低。相反，当液晶透镜仅在第二液晶透镜单元3上设置电加热元件10时，虽然所产生热的一些量也会从外壳150的开口150a扩散到外界，但是电加热元件10会加热第二液晶透镜单元3，并将产生的热传递到第一液晶透镜单元2。因此，所产生的热被有效地利用，从而液晶透镜的温度相对较高。

从上面可以获知，图7所示液晶透镜的优点在于它可以有效地利用电加热元件10产生的热，因而，液晶透镜的温度不会显著不同于图2所示、在两个液晶透镜单元上都设置电加热元件10的液晶透镜的温度。另外，图7所示液晶透镜的优点还在于与图2所示的液晶透镜相比，构造简单而且成本低廉。

图8是依照第一实施例的第二个变型的液晶透镜30的截面图。

图8所示的液晶透镜30与图7所示的液晶透镜1的不同之处在于代替第一液晶透镜单元2和第二液晶透镜单元3的两个第一透明基板5，设置第三基板35作为单个公共基板。

在图8的液晶透镜中，如图4所示的同心液晶驱动电极组8设置在第三基板35的相反两侧面上，电加热元件10仅设置在第二液晶透镜单元3内存在的、第三基板35的表面上。

液晶透镜30可以具有上述有关图7的液晶透镜20所述的加热特性。而且，由于液晶透镜30不需要UV粘合层12，而UV粘合层12可能成为第一与第二液晶透镜之间导热的障碍，因此液晶透镜30的加热特性比液晶透镜20的加热特性要好。电加热元件10也可以设置在第一液晶透镜单元2内。

图10至13说明依照第二实施例的液晶透镜60。图10是液晶透镜60的截面图。液晶透镜60具有与图7所示第一实施例的第一个变型的液晶透镜20大体相同的基本结构。液晶透镜60与液晶透镜20的区别是液晶透镜60内的热传递构件组55。

在液晶透镜60内，第二液晶透镜单元3的第一透明基板5的下表面设置有与图4所示相同图形的同心电极和加热元件，该下表面面对着液晶层7。该第一透明基板5的相对侧或上表面设置有如图11所示的环形图形的热传递构件55c。该环形热传递构件55c具有与环形电加热元件10基本相同的环形形状，但其宽度稍微大于电加热元件10的宽度。热传递构件55c与电加热元件10彼此轴向对准，从而由电加热元件10产生的热被热传递构件55c反射、储存和辐射，以有效地传递到液晶层。

图12A示出第二透明基板6的内表面或上表面，图12B示出第二透明基板6的外表面或下表面。

图12A对应于第一实施例的图5。如图所示，第二透明基板6的上表面设置有公共电极11和围绕着公共电极11的热传递构件55a。如图12B所示，在第二透明基板6的下表面上，设置有热传递构件55b。类似于在图13中所示的热传递构件55c，每个热传递构件55a和55b具有宽度稍大于电加热元件10的环形形状，而且热传递构件55a和55b以及电加热元件10被设置得在横截面上相互交叠。

图13说明用于示出从液晶层7在第一透明基板5中看到的、位于第一基板5内表面上的电加热元件10与位于第一基板5外表面上的热传递构件55c之间位置关系的图形。电加热元件10用实线表示，热传递构件55c用交替的长、短虚线表示。

热传递构件55c具有宽度稍大于环形电加热元件10的环形形状，并与电加热元件10轴向对准。

尽管并未示出，第一液晶透镜单元2的热传递构件55d、55e和55f与热传递构件55a、55b和55c的形状相同。

液晶透镜的加热用参见图10所述的电加热元件10和热传递构件组55进行，在图10中箭头表示在液晶透镜中热传递的方向。

当电加热元件10的高电阻段10a通过加热器驱动电源120驱动而产生热时，辐射热的一部分直接传递到液晶层7并加热液晶层7，但是辐射热的大部分入射到与电加热元件10相对设置的热传递构件55a上。入射到热传递构件55a上的热的一部分被反射，加热周围环境，但大部分热被储存在热传递构件组55c内。

类似地，从通过储存入射的热而成为另一个加热源的热传递构件组55而来的一部分热直接加热液晶层7，但是大部分的热入射在相对的热传递构件55c上。入射到热传递构件上的入射热的一部分被反射，加热周围环境，但是入射热的大部分被储存在热传递构件组55c内。另外，由加热元件10的高电阻段10a产生的热以类似的方式传递到第一液晶透镜单元2内的热传递构件。

通过重复上述的过程，由高电阻段10a产生的热有效地传递穿过液晶透镜60，从而均匀地提高了液晶透镜60的温度。设置在第一液晶透镜单元2和第二液晶透镜单元3外表面上的热传递构件55b和55f反射并储存入射到其上的热，从而所产生热的有效部分被收集在液晶透镜60内。

依据液晶透镜的形状以及各种状况，可以在所需的位置设置需要数目的电加热元件和热传递构件。

在图10所示的实施例中，液晶透镜60包括单个电加热元件10和六个热传递构件55a-55f。可选择地，第一液晶透镜单元2和第二液晶透镜单元3每个都可以设置电加热元件10，而且可以适当地定位多个热传递构件。

具体地，关于热传递构件组55所需的位置，设置在液晶盒内表面上的热传递构件55a、55d和55e对于直接加热液晶层7是很重要的。另外，为了避免所产生的热辐射到液晶透镜外部，在液晶透镜外表面上适当地定位热传递构件55b和55f是很重要的，而且为了在第一液晶透镜单元2与第二液晶透镜单元3之间传递热，定位热传递构件55c也是很重要的。

图14和15表示热传递构件组55的图形的一个变型。图14说明在图10所示的液晶透镜单元3内，设置在第一透明基板5上远离液晶层7的表面上的热传递构件55h的图形。图15示出电加热元件10与热传递构件55h之间的位置关系。

如图14所示，在第一透明基板5的表面上设置三个独立的热传递构件55h。

如图15所示，该三个独立的热传递构件55h被设置为与高电阻段10a轴向对准，该高电阻段10a用作电加热元件10的热产生部。每个热传递构件55h都具有比除高电阻段10a之外的电加热元件10稍大的宽度。

热传递构件55h对应于图10所示的热传递构件55c。类似地，如果需要的话，热传递构件55h可以被设置为对应于热传递构件55a、55b、55d、55e和55f。

这种对应于电加热元件10的热产生部来定位独立的热传递构件55h的结构其优点在于，同环形的热传递构件相比，由热储存引起的热传递构件的温升会更快，并且所产生的热可以被有效地使用，这是因为从热传递构件辐射到外部的热被减少。

由于液晶透镜呈圆形，电加热元件呈环形，因此最适宜的是根据热的利用效率和热分布，围绕着环形形状的中心对称地设置奇数个(3或5个)热传递构件55h。

图16是依照第二实施例的第一个变型的液晶透镜70的截面图。液晶透镜70与图10所示液晶透镜60的区别在于代替作为液晶透镜60的第一液晶透镜单元2和第二液晶透镜单元3的大基板的两个第一透明基板5，设置第三基板35作为单个公共大基板。

在液晶透镜70内，如图16所示的同心液晶驱动电极组8设置在第三基板35的相反两侧面上，电加热元件10仅设置在第二液晶透镜单元3内第三基板35的表面上。

除设置在第二透明基板6相反两侧面上与液晶透镜60相同的热传递构件55e和55f之外，在液晶透镜70内的热传递构件还包括设置在第一液晶透镜单元2内的第三基板35上表面上以与电加热元件10相对的热传递构件55g，以及设置在第二液晶透镜单元3内的第二透明基板6两个表面上的热传递构件55a和55b。

电加热元件10也可以设置在第一液晶透镜单元2内。仅设置在第二液晶透镜单元内的电加热元件10如上所述可以提供充分的加热特性。而且，由于液晶透镜70包括不需要UV粘合层12的单层基板，因此导热率可以进一步提高，而且可以得到比液晶透镜20更好的加热特性。

图17是依照第二实施例的第二个变型的液晶透镜80的截面图。液晶透镜80具有与图16所示液晶透镜70大体相同的基本结构，其与液晶透镜70区别在于设置在第一液晶透镜单元2内的第二透镜基板6两个表面上的热传递构件55e和55f彼此用通孔41连接起来，而且设置在第二液晶透镜单元3内的第二透明基板6两个表面上的热传递构件55a和55b彼此也用通孔41连接起来。

这些热传递构件用导热率比玻璃或基板材料更高的金属通孔41连接起来，由此提高了热传递构件之间热传递的速度，并进一步提高了响应性。

下面描述由电加热元件加热的液晶透镜的温升特性。

图18说明当用电加热元件加热期间在液晶层中心处测量温度时的温升特性。在图18中，H3表示包括不具有如图4所示的高电阻段10a并具有均匀宽度低电阻段10b的环形电加热元件的液晶透镜的温升特性，H2表示包括具有如图4所示的三个高电阻段10a的环形电加热元件的液晶透镜的温升特性，H1表示包括如图10所示的电加热元件10和热传递构件组55的液晶透镜的温升特性。

如这些温升特性所说明地，正确操作液晶透镜所必需的将液晶层中心的温度升高到60-100℃需要的功率对H3是150到220mW，对H2是70到130mW。对H1，需要50到80mW的功率。这表明温升特性被显著地改善。

图19至23说明依照第一和第二实施例的电加热元件的图形的各种变型。在图19说明的电加热元件的图形中，设置在第一透明基板5上的电加热元件10包括绕着电加热元件10环形形状的中心对称设置的增加了数目的高电阻段10a，即五个高电阻段10a。

如上所述，通过增加绕着电加热元件10环形形状的中心对称设置的热产生部的数目，由较小段产生的热可以更加有效地传递到整个液晶。

在图20说明的电加热元件的图形中，设置在第一透明基板5上的电加热元件10包括朝向环形形状的外侧区域开口的槽口，从而高电阻段10a形成在环形形状的内侧区域上。高电阻段10a并不限于具有较小的线宽。例如，高电阻段可以通过减小其厚度来形成。

在图21说明的电加热元件的图形中，由不同于低电阻段的材料制成的透明高电阻段10c设置作为高电阻段。透明高电阻段10c和低电阻段10b交替地设置，呈现为条带。通过在施加从加热器驱动电源120提供的电压时促使透明高电阻段10c产生热，加热液晶透镜1。透明高电阻段可以由氧化铟锡制成。

在图22说明的电加热元件的图形中，设置在第一透明基板5上的电加热元件10包括绕着电加热元件10环形形状的中心对称设置的增加了数目的透明高电阻段10c，即五个透明高电阻段10c。

如上所述，通过增加绕着电加热元件10环形形状的中心对称设置的热产生部件的数目，由较小段产生的热可以更加有效地传递到整个液晶。

在图23说明的电加热元件的图形中，设置在第一透明基板5上的电加热元件10包括环宽度比电加热元件10更宽的透明高电阻段10c。

具体地，电加热元件10的环宽度为200μm，而每个透明高电阻段10c的环宽度为300μm，长度L为20μm。

这种结构增大了透明高电阻段10c的面积，从而提高了热产生部件的温升。因此，所产生的热可以更加有效地传递到整个液晶。

下面，描述制造包括热传递构件组55或电加热元件10的液晶透镜的图形的方法。

电加热元件10可以用本发明的发明人在日本未审专利申请公开No.11-194358中提出的方法进行制作。首先，在第一透明基板5的上表面上形成ITO膜。接着，通过用分散在有机溶剂内的金粉末混合氧化树旨，制成浆状物。通过采用丝网印刷机将浆状物印刷在ITO膜的所需部分(对应于接线端子9a至9e、电加热元件10的金部分、热传递构件组55)上，形成金浆印刷膜。然后，在干燥炉内将第一透明基板5加热到大约500℃，将金浆印刷膜内的树脂成分完全蒸发。结果，仅留下金，而将金膜烘焙在ITO膜的表面上。金膜形成接线端子9a至9e、电加热元件10的金部分10a和10b、以及热传递构件组55。

接下来，通过丝网印刷在露出金膜和ITO膜的整个表面上形成正光致抗蚀膜。然后，用具有布线图结构的光掩模通过紫外线照射进行构图。然后将具有已构图的光致抗蚀膜的第一透明基板5浸在金蚀刻溶液内，以除去金膜中不希望有的部分。该蚀刻步骤除去了接线端子9a至9e、电加热元件10的金部、以及热传递构件组55的过度部分，由此将它们成形为希望的图形。随后，在向其施加希望的遮蔽的情况下，将第一透明基板5浸在ITO蚀刻溶液内，以形成同心液晶驱动电极组8的中心电极8a和环形电极8b以及电加热元件10的TIO部10c(如果需要)。在该蚀刻步骤之后，将第一透明基板5浸在去除器内，以除去留在表面层上的遮蔽膜。于是，就完成了用于第一透明基板5的图形形成步骤。

下面，描述通过采用上述日本未审专利申请公开No.11-194358中披露的方法、形成电加热元件的金部分而获得的优点。

在电加热元件存在于液晶透镜内以提高加热效率的情形下，特别地，金属的稳定性是要关注的问题，这是因为构成电加热元件10的金属与液晶材料直接相互接触。在这种情形下，用上述方法形成的金部分是稳定的。因此，即使金部分直接接触着液晶材料也不会由于化学反应而引起任何恶化。

另外，用上述方法形成的金部分能够很好地粘附在ITO膜和玻璃基板上，因而不可能在加热时分离。

上述方法和光蚀刻工艺的这种组合工艺使得能够为电加热元件10形成精细的图形。因此，这种组合工艺有利于控制电阻的值，这是电加热元件10的一个重要因素，从而制造出高性能的液晶透镜就变得可能。

在本发明中，由于用于加热液晶透镜的电加热元件被形成为使得用作热产生部的高电阻段和用作连接部的低电阻段交替形成，因此液晶透镜可以被均匀地加热。因而，本发明可以提供一种能够补偿低温下的操作延迟、具有宽调焦范围并能够高速响应的液晶透镜装置。

由于液晶透镜可以用热传递构件有效地加热，因此可以实现一种能够补偿低温下的操作延迟、具有宽调焦范围并能够高速响应的液晶透镜装置。

由于电加热元件可以仅存在于包含两个液晶盒的液晶透镜的单个液晶盒内，因此可以实现一种具有简化结构的低成本液晶透镜。

另外，通过采用上述日本未审专利申请公开No.11-194358中披露的方法和蚀刻形成电加热元件和热传递构件，可以为印刷在基板上的图形提供稳定性，而且可以降低成本。

在各个实施例中，描述了设置在液晶透镜内的电加热元件。然而，本发明并不限于这种结构。本发明也可以适用于设置在液晶透镜外部的电加热元件。

在上述实施例中，热传递构件与电加热元件10内的高电阻部分轴向对准。然而，本发明并不限于这种布置。热传递构件可以形成在不与电加热元件10内的高电阻部分相对准、而是接收由电加热元件产生的大量热的位置(该位置取决于液晶透镜的结构)上。

当在基板上没有足够空间时，热传递构件也可以形成在设有电加热元件的基板上。在这种情形下，可以增强加热性能。

本发明的液晶透镜装置并不限于在实施例中示出的照相机。例如，这种液晶透镜装置可以适用于光盘拾取器件、医疗器件(例如内诊镜)和眼镜屈光度调节器。

Claims (26)

1.一种液晶透镜装置，包括：

第一液晶透镜单元，包括：

第一透明基板，具有相对的第一和第二表面；

第二透明基板，具有相对的第一和第二表面，该第二透明基板与所述第一透明基板平行并相对设置，所述第一透明基板的第一表面与所述第二透明基板的第一表面相对；

第一液晶层，包括填充在所述第一透明基板的第一表面和所述第二透明基板的第一表面之间的液晶；以及

分别设置在所述第一和第二透明基板上的第一和第二透明电极，用于横跨所述第一液晶层施加电压；

设置在透明电极周围、且在所述第一透明基板的所述第一和第二表面之一上的电加热元件；以及

与所述电加热元件隔开的至少一个热传递构件，所述至少一个热传递构件吸收直接或间接地来自所述电加热元件的辐射热以对所述至少一个热传递构件的周围环境进行加热而成为热源，并向其周围环境散发所吸收的热量，由此促进用所述电加热元件对所述第一液晶层的加热。

2.依照权利要求1的液晶透镜装置，其中所述电加热元件设置在所述第一透明基板的第一表面上，以及

所述至少一个热传递构件包括设置在所述第二透明基板的第一表面上的热传递构件。

3.依照权利要求1的液晶透镜装置，其中所述电加热元件设置在所述第一透明基板的第一表面上，以及

所述至少一个热传递构件包括设置在所述第二透明基板的第二表面上的热传递构件。

4.依照权利要求2的液晶透镜装置，

其中，所述电加热元件设置在所述第一透明基板的第一表面上，

所述至少一个热传递构件包括设置在所述第二透明基板的第二表面上的热传递构件，和

一构件，该构件延伸穿过所述第二透明基板，并连接设置在所述第二透明基板的第一和第二表面上的、用于在这两个表面之间进行热传递的热传递构件。

5.依照权利要求1的液晶透镜装置，其中所述至少一个热传递构件包括设置在所述第一透明基板的第一和第二表面中的另一个上的热传递构件。

6.依照权利要求1的液晶透镜装置，其中

所述至少一个热传递构件包括设置在所述第二透明基板的第一和第二表面中的一个上以在垂直于所述第一透明基板的第一和第二表面的方向上与所述电加热元件对准的热传递构件。

7.依照权利要求5或6的液晶透镜装置，其中所述电加热元件呈环形的形状，并设置在所述第一透明电极周围；以及

所述热传递构件呈环形的形状，以对应于所述电加热元件。

8.依照权利要求1的液晶透镜装置，其中所述电加热元件和所述热传递构件由相同的金属膜制成。

9.依照权利要求8的液晶透镜装置，其中所述相同的金属膜由金制成。

10.依照权利要求1的液晶透镜装置，其中所述电加热元件呈条带的形状，并包括在所述电加热元件的纵向相互交替连接的至少一个高电阻段和至少一个低电阻段。

11.依照权利要求10的液晶透镜装置，其中通过使所述高电阻段的宽度小于所述低电阻段的宽度来形成所述高电阻段。

12.依照权利要求10的液晶透镜装置，其中通过使所述高电阻段的厚度小于所述低电阻段的厚度来形成所述高电阻段。

13.依照权利要求10的液晶透镜装置，其中所述高电阻段由透明材料形成。

14.依照权利要求13的液晶透镜装置，其中所述透明材料是氧化铟锡。

15.依照权利要求13的液晶透镜装置，其中所述高电阻段的线宽比所述低电阻段的线宽大。

16.依照权利要求1的液晶透镜装置，还包括第二液晶透镜单元，该第二液晶透镜单元包括：

第三透明基板；

第四透明基板，平行于所述第三透明基板设置并面对所述第三透明基板；

包括填充在所述第三与第四透明基板之间的液晶的第二液晶层；以及

分别设置在所述第三和第四透明基板上的第三和第四透明电极，用于横跨所述第二液晶层施加电压；

其中所述第一和第二液晶透镜单元被设置为使得所述第一液晶层的液晶的取向与所述第二液晶层的液晶的取向相互垂直。

17.依照权利要求1的液晶透镜装置，还包括第二液晶透镜单元，该第二液晶透镜单元包括：

第三透明基板，平行于所述第一透明基板设置并面对所述第一透明基板；

包括填充在所述第一与第三透明基板之间的液晶的第二液晶层；以及

分别设置在所述第一和第三透明基板上的第三和第四透明电极，用于横跨所述第二液晶层施加电压；

其中所述第一和第二液晶透镜单元被设置为使得所述第一液晶层的液晶的取向与所述第二液晶层的液晶的取向相互垂直。

18.依照权利要求16或17的液晶透镜装置，还包括设置在所述第二液晶透镜单元中的另一个电加热元件。

19.一种包括第一液晶透镜的液晶透镜装置，该第一液晶透镜包括；

第一透明基板；

第二透明基板，平行于所述第一透明基板设置并面对所述第一透明基板；

包括填充在所述第一与第二透明基板之间的液晶的第一液晶层；

分别设置在所述第一和第二透明基板上的第一和第二透明电极，用于横跨所述第一液晶层施加电压；以及

设置在透明电极之外、且在所述第一透明基板的所述第一和第二表面之一上的条带形的电加热元件，包括沿所述电加热元件的纵向相互交替连接的至少一个高电阻段和至少一个低电阻段，该高电阻段与该低电阻段由相同的金属材料制成。

20.依照权利要求19的液晶透镜装置，其中通过使所述高电阻段的宽度小于所述低电阻段的宽度来形成所述高电阻段。

21.依照权利要求19的液晶透镜装置，其中通过使所述高电阻段的厚度小于所述低电阻段的厚度来形成所述高电阻段。

22.依照权利要求19的液晶透镜装置，其中该相同的金属材料是金。

23.依照权利要求19的液晶透统装置，其中所述电加热元件呈环形的形状并设置在所述第一透明电极周围；以及

所述高电阻段是通过沿宽度方向给所述电加热元件设置槽口来形成的。

24.依照权利要求19的液晶透镜装置，还包括第二液晶透镜单元，该第二液晶透镜单元包括：

第三透明基板；

第四透明基板，平行于所述第三透明基板设置并面对所述第三透明基板；

包括填充在所述第三与第四透明基板之间的液晶的第二液晶层；以及

分别设置在所述第三和第四透明基板上的第三和第四透明电极，用于横跨所述第二液晶层施加电压；

其中所述第一和第二液晶透镜单元被设置为使得所述第一液晶层的液晶的取向与所述第二液晶层的液晶的取向相互垂直。

25.依照权利要求19的液晶透镜装置，还包括第二液晶透镜单元，该第二液晶透镜单元包括：

第三透明基板，平行于所述第一透明基板设置并面对所述第一透明基板；

包括填充在所述第一与第三透明基板之间的液晶的第二液晶层；以及

分别设置在所述第一和第三透明基板上的第三和第四透明电极，用于横跨所述第二液晶层施加电压；

其中所述第一和第二液晶透镜单元被设置为使得所述第一液晶层的液晶的取向与所述第二液晶层的液晶的取向相互垂直。

26.依照权利要求24或25的液晶透镜装置，还包括设置在所述第二液晶透镜单元中的另一电加热元件。

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