TWI401471B - 液晶光學透鏡及其製作方法、應用液晶光學透鏡的鏡頭裝置 - Google Patents

Description

液晶光學透鏡及其製作方法、應用液晶光學透鏡的鏡 頭裝置

本發明是有關於一種光學透鏡及其製作方法，且特別是有關於一種可調屈光度的液晶光學透鏡及其製作方法，以及應用此液晶光學透鏡的鏡頭裝置。

在一般的鏡頭系統中，鏡頭裝置具有光學變焦功能時，位於鏡頭裝置內部的各鏡群必須配合變焦倍率的改變，產生相對應之位移。習知之小型光學變焦鏡頭機構設計，其機構設計常需要兩個以上的驅動裝置，意即使用兩個以上的「步進馬達、超音波馬達、壓電致動器....等等」作為驅動源。然而，如此將會使得變焦鏡頭機構複雜且龐大，而違反可攜式產品小型化的目標。此外，各鏡群之相對位移需要作位置迴饋機制(position sensor及Close-loop Controller)才能達成，而違反消費性產品簡單低價的要求。

另外，一般的鏡頭裝置所使用的機械傳動式之對焦與變焦機構，除了使用高成本的精密驅動元件驅動鏡頭組的動力來源(例如：步進馬達、超音波馬達、壓電致動器....等等)外，更使用了相當多的微型齒輪、凸輪與蝸輪等傳動元件。如此，不僅造成機械架構複雜、組裝步驟繁瑣不易、體積大以及成本高昂外，同時還有耗電量大的嚴重缺點。

因此，為了克服上述的問題，一種可調焦的液晶透鏡 應用於上述的鏡頭裝置，藉以降低機構複雜度與縮小整體體積便顯得越來越重要。其中，相關的專利研究可參照如下說明。

在美國發明專利案第7,079,203號中，揭示一種使用聚合物網脈液晶(PNLC，polymer network liquid crystal)的方式，達成鏡頭之光學功能，但由於其並非單一裝置/模組所構成，在實施上會有所困難不便，無法提供給產業利用。

此外，在美國發明專利案第7,042,549號中，則揭示一種使用聚合分散顯示液晶(PDLC，polymer dispersed liquid crystal)的方式，其係使用液晶滴下(droplets)方法形成鏡頭功能，但無鏡頭縮放模組結構。

在美國發明專利案第7,102,706號中，則揭示在聚合物網脈液晶(PNLC)中排組液晶聚合體分子之方法，但同樣地，並非是單一裝置/模組結構，在實施上會有所困難不便，無法提供給產業利用。

另外，在美國發明專利案第6,898,021號中，揭示一種只有一個單一可調液晶鏡頭(tunable LC lens)結構，而沒有提及使用如聚合物網脈液晶(PNCL)的鏡頭功能，且該光學系統並非是多重液晶鏡頭結構。

在美國發明專利案第6,859,333號中，揭露一種以電場改變而改變光線路徑在LC鏡頭之應用裝置，但同樣並沒有模組結構，在實施上會有所困難不便，無法提供給產業利用。

同樣地，美國發明專利第5,867,238號案、第5,976,405 號案、第6,002,383號案、第6,2711898號案、第6,452,650號案、第6,476,887號案、第6,497,928號案、第6,665,042號案、第6,815,016號案、第6,864,931號案、第63897,936號案、第7,029,728號案、第7,034,907號案、第7,038,743號案及第7,038,754號案等諸多發明專利案，揭露了類似液晶透鏡的方法，即為聚合物網脈液晶混合物與一光圈結構，但皆沒有縮放裝置及模組結構。

本發明提供一種液晶光學透鏡，其可藉由電控制而調整其內部的折射率分佈，進而改變其屈光度。

本發明又提出一種製造液晶光學透鏡的製造方法，可製作出上述的液晶光學透鏡。

本發明更提出一種鏡頭裝置，其應用上述的液晶光學透鏡，而具有較佳的光學表現。

本發明提出一種液晶光學透鏡，包括一第一元件基板、一第二元件基板以及一液晶層。第一元件基板依序堆疊有一第一電極層以及多個第一疊層。各第一疊層分別具有一第一開口以暴露出第一電極層，且各第一疊層包括一第一導電層與一位於第一導電層與第一電極層之間的第一絕緣層。第二元件基板依序堆疊有一第二電極層以及多個第二疊層，且第二元件基板相對第一元件基板。各第二疊層分別具有一第二開口以暴露出第二電極層，且各第二疊層包括一第二導電層與一位於第二導電層與第二電極層之 間的第二絕緣層。液晶層配置於第一元件基板與第二元件基板之間，且位於第一開口與第二開口內。

在本發明之一實施例中，各第一疊層的第一開口的寬度在遠離第一元件基板的方向上越大，而各第二疊層的第二開口的寬度在遠離第二元件基板的方向上越大。

在本發明之一實施例中，這些第一疊層的第一開口分別對應這些第二疊層的第二開口

在本發明之一實施例中，第一疊層的第一開口與第二疊層的第二開口為一圓形開口。

在本發明之一實施例中，液晶光學透鏡更包括一第一配向層以及一第二配向層。第一配向層具有一第一配向方向且配置於第一元件基板上，以覆蓋第一電極層以及各第一疊層的第一導電層。第二配向層具有一第二配向方向且配置於第二元件基板上，以覆蓋第二電極層以及各第二疊層的第二導電層。在本發明之一實施例中，第一配向方向與第二配向方向垂直。

在本發明之一實施例中，液晶光學透鏡更包括一膠框，配置於第一配向層與第二配向層之間，以將第一元件基板與第二元件基板貼合。

在本發明之一實施例中，第一電極層與各第一疊層的第一導電層共用一第一電位，而第二電極層與各第二疊層的第二導電層共用一第二電位，其中第一電位不同於第二電位。

在本發明之一實施例中，第一電極層與第二電極層共 用一第一驅動訊號源，而各第一疊層的第一導電層分別與各第二疊層的第二導電層共用一第二驅動訊號源。

在本發明之一實施例中，液晶層的材質為聚合物網脈液晶。

在本發明之一實施例中，第一疊層或第二疊層更包括一溝道，連通第一開口或第二開口，以使液晶層的材料由溝道而傳遞至第一開口或第二開口。

在本發明之一實施例中，第一電極層、第一導電層、第二電極層以及第二導電層的材質為一透明導電材料。

本發明又提出一種液晶光學透鏡的製造方法，其包括下列步驟。首先，提供一第一基板與一第二基板。然後，依序堆疊一第一電極層與多個第一疊層於第一基板上以形成一第一元件基板，其中各第一疊層分別具有一第一開口以暴露出第一電極層，且各第一疊層包括一第一導電層與一位於第一導電層與第一電極層之間的第一絕緣層。接著，依序堆疊一第二電極層與多個第二疊層於第二基板上，以形成一第二元件基板，其中各第二疊層分別具有一第二開口以暴露出第二電極層，且各第二疊層包括一第二導電層與一位於第二導電層與第二電極層之間的第二絕緣層。然後，組立第一元件基板與第二元件基板，並注入一液晶分子於第一元件基板與第二元件基板之間以形成一液晶層。

在本發明之一實施例中，依序堆疊第一電極層與第一疊層於第一基板上以形成第一元件基板的方法包括下列步 驟。首先，進行步驟(a)，於第一基板上形成第一電極層。然後，進行步驟(b)，依序形成一絕緣材料層與一導電材料層於第一電極層上。接著，進行步驟(c)，圖案化絕緣材料層與導電材料層，以形成具有第一絕緣層與第一導電層的第一疊層。而後，反覆進行步驟(b)與步驟(c)以於第一電極層上堆疊多個第一疊層，其中各第一疊層的第一開口會隨著越遠離第一基板的方向而越大。

在本發明之一實施例中，依序堆疊第二電極層與第二疊層於第二基板上以形成第二元件基板的方法包括下列步驟。首先，進行步驟(a)，於第二基板上形成第二電極層。然後，進行步驟(b)，依序形成一絕緣材料層與一導電材料層於第二電極層上。接著，進行步驟(c)，圖案化絕緣材料層與導電材料層，以形成具有第二絕緣層與第二導電層的第二疊層。而後，反覆進行步驟(b)與步驟(c)以於第二電極層上堆疊多個第二疊層，其中各第二疊層的第二開口會隨著越遠離第二基板的方向而越大。

在本發明之一實施例中，上述的液晶光學透鏡的製造方法更包括下列步驟。首先，形成一第一配向層於第一元件基板上，以覆蓋第一電極層以及各第一疊層的第一導電層，其中第一配向層具有一第一配向方向。然後，形成一第二配向層於第二元件基板上，以覆蓋第二電極層以及各第二疊層的第二導電層，其中第二配向層具有一第二配向方向，且第二配向方向不同於第一配向方向。

在本發明之一實施例中，上述的液晶光學透鏡的製造 方法更包括下列步驟。於第一疊層或第二疊層形成一溝道，以連通第一開口或第二開口，而使液晶層的材料可由溝道而傳遞至第一開口或第二開口。

本發明更提出一種鏡頭裝置，其包括一第一透鏡群、一第二透鏡群以及一第三透鏡群。第一透鏡群具有正屈光度，且第一透鏡群是由一物側至一像側依序排列的一液晶光學透鏡及一第一補償鏡所組成。第二透鏡群配置於第一透鏡群與像側之間，且具有負屈光度。第三透鏡群配置於第二透鏡群與像側之間，且具有正屈光度。第一透鏡群與第三透鏡群相對於鏡頭裝置的位置固定不動，且第二透鏡群以多段且固定的距離在第一透鏡群與第三透鏡群之間移動。

在本發明之一實施例中，第二透鏡群為一變焦鏡群，而第三透鏡群為一補償鏡組。

在本發明之一實施例中，鏡頭裝置更包括一折射鏡，配置於物側與第一透鏡群之間，其中來自物側的一物光會被折射鏡折射而傳遞至第一透鏡群。

在本發明之一實施例中，液晶光學透鏡包括一第一元件基板、一第二元件基板以及一液晶層。第一元件基板依序堆疊有一第一電極層以及多個第一疊層。各第一疊層分別具有一第一開口以暴露出第一電極層，且各第一疊層包括一第一導電層與一位於第一導電層與第一電極層之間的第一絕緣層。第二元件基板依序堆疊有一第二電極層以及多個第二疊層，且第二元件基板相對第一元件基板。各第 二疊層分別具有一第二開口以暴露出第二電極層，且各第二疊層包括一第二導電層與一位於第二導電層與第二電極層之間的第二絕緣層。液晶層配置於第一元件基板與第二元件基板之間，且位於第一開口與第二開口內。

基於上述，本實施例之液晶光學透鏡的電極層與導電層主要是採用立體堆疊結構設計，其中導電層的形狀採用環形的設計，因此施予適當的電壓於各電極時，則可使液晶光學透鏡具有如同凸/凹透鏡之光線聚焦/發散之調焦功能，意即是可形成一種所謂的漸變型折射率透鏡(Gradient-Index Lens，GRIN Lens)，而具有較佳的調焦功能。另外，本實施例亦提供一種製作上述液晶光學透鏡的方法。此外，本實施例之鏡頭裝置採用了上述的液晶光學透鏡，除了可具有較佳的調焦功能，還可降低整體機構的複雜度以及製作成本。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1為本發明一實施例之液晶光學透鏡的剖面示意圖，而圖2A與圖2B分別為圖1所繪示之第一元件基板與第二元件基板的示意圖，其中為了方便說明，圖2A與圖2B主要是繪示電極層與導電層的部分，而省略其他可能的膜層。請同時參考圖1、圖2A與圖2B，本實施例之液晶光學透鏡1000包括一第一元件基板1100、一第二元件基 板1200以及一液晶層1300。

第一元件基板1100依序堆疊有一第一電極層1120以及多個第一疊層1140，其中各第一疊層1140分別具有一第一開口1140a以暴露出第一電極層1120，且各第一疊層1140包括一第一導電層1142與一位於第一導電層1142與第一電極層1120之間的第一絕緣層1144，如圖1與圖2A所繪示。在本實施例中，各第一疊層1140的第一開口1140a的寬度H1在遠離第一元件基板1100的方向(如圖1所示的y軸方向)上越大。另外，第一疊層1140的第一開口1140a例如為一圓形開口，如圖2A所示。在其他實施例中，第一開口1140a的形狀也可採用其他對稱性較佳的圖案，上述圓形開口僅為舉例說明，非僅限於此。

此外，由圖1與圖2A可發現，本實施例之第一疊層1140除了其第一開口1140a的形狀為圓形與在遠離第一元件基板1100的方向上第一開口1140a的寬度H1會越來越大外，且這些第一開口1140a中心點的連線為垂直於第一元件基板1100。意即這些第一疊層1140皆為互相對稱地堆疊於第一元件基板1100上。

在本實施例中，第一電極層1120與第一導電層1142例如是採用透明導電材料，其中此透明導電材料例如是銦錫氧化物、銦鋅氧化物、銦錫鋅氧化物、氧化鉿、氧化鋅、氧化鋁、鋁錫氧化物、鋁鋅氧化物、鎘錫氧化物、鎘鋅氧化物、或上述之組合。另外，第一絕緣層1144則是採用透明的絕緣材料，其例如是氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、碳 化矽、氧化鉿、氧化鋁、或上述之組合。

請繼續參考圖1與圖2B，第二元件基板1200依序堆疊有一第二電極層1220以及多個第二疊層1240，且第二元件基板1200相對於第一元件基板1100。各第二疊層1240分別具有一第二開口1240a以暴露出第二電極層1220，且各第二疊層1240包括一第二導電層1242與一位於第二導電層1242與第二電極層1220之間的第二絕緣層1244。在本實施例中，各第二疊層1240的第二開口1240a的寬度H2在遠離第二元件基板1200的方向(如圖1所示的-y軸方向)上越大。

同樣地，第二疊層1240的第二開口1240a也可為一圓形開口，如圖2B所示。在其他實施例中，第二開口1240a的形狀也可採用其他對稱性較佳的圖案，上述圓形開口僅為舉例說明，但不限於此。需要說明的是，一般而言，第一開口1140a與第二開口1240a的形狀通常會是採用相同的形狀，且第一開口1140a分別對應於第二開口1240a，以使其整體結構能對稱。此外，採用上述相同且對稱的形狀在本實施例之液晶光學透鏡1000的實際運作上也會得到較佳的表現，但上述的形狀與配置方式僅為舉例說明，本發明並不僅限於此，此部分可視使用者的需求而可略微調整。

同樣地，由圖1與圖2B可發現，本實施例之第二疊層1240除了其第二開口1240a的形狀為圓形與在遠離第二元件基板1200的方向上第二開口1240a的寬度H2越來越 大外，且這些第二開口1240a中心點的連線為垂直於第二元件基板1200。意即這些第二疊層1240皆為互相對稱地堆疊於第二元件基板1200上。另外，本實施例之第二電極層1220與第二導電層1242例如是採用上述第一電極層1120與第一導電層1142所提及的材質，而第二絕緣層1244則是採用上述第一絕緣層1144所提及的材質，以上請參考上述說明，在此不再贅言。

另外，液晶層1300配置於第一元件基板1100與第二元件基板1200之間，且位於第一開口1140a與第二開口1240a內，如圖1所示。在本實施例中，液晶層1300的材質可以是使用聚合物網脈液晶，但不限於此，此部分視使用者的設計而定。另外，上述的第一疊層1140或第二疊層1240更包括一溝道1600，如圖1、圖2A或圖2B所示。在本實施例中，溝道1600連通第一開口1140a或第二開口1240a，以使上述液晶層1300的液晶材料可由溝道1600而傳遞至第一開口1140a或第二開口1240a。其中，關於上述溝道1600的必要性，主要是取決於液晶光學透鏡1000是採用何種方式注入上述液晶層1300於第一元件基板1100與第二元件基板1200之間。一般來說，注入液晶層1300的方式至少可分為真空注入法或滴下式注入法(One Drop Filling,ODF)，但此為舉例說明，本發明並不僅限於此。

在本實施例中，液晶光學透鏡1000更包括一第一配向層1420以及一第二配向層1440，如圖1所示。詳細而 言，第一配向層1420具有一第一配向方向，且第一配向層1420配置於第一元件基板1100上，以覆蓋第一電極層1120以及各第一疊層1140的第一導電層1142。另外，第二配向層1440具有一第二配向方向，且第二配向層1440配置於第二元件基板1200上，以覆蓋第二電極層1220以及各第二疊層1240的第二導電層1242。在本實施例中，第一配向方向與第二配向方向垂直，以使液晶層1300的液晶分子沿y軸方向由第一配向層1420至第二配向層1440的依序旋轉排列，其中旋轉角度約為90度，如圖1所示。

另外，液晶光學透鏡1000更包括一膠框1500，如圖1所示。在本實施例中，膠框1500配置於第一配向層1420與第二配向層1440之間，用以將第一元件基板1100與第二元件基板1200貼合。一般來說，通常是利用膠著劑設置於元件基板1100、1200至少其中一上，並將元件基板1100、1200進行對位與貼合，而後當膠著劑固化後即形成上述的膠框1500。在本實施例中，膠框1500例如是採用封裝液晶顯示面板(LCD panel)的膠框技術，或是其他適當的膠框技術與材料，上述僅為舉例說明，本發明並不僅限於此。

承上述結構可知，本實施例之液晶光學透鏡1000的電極層與導電層主要是採用立體堆疊結構的設計，同時這些導電層的形狀是採用環形的設計，如此一來，當分別施予適當的電壓於各電極時，則可藉由控制位於第一元件基板1100與第二元件基板1200之間的液晶分子的扭轉程 度，而達到調制第一元件基板1100與第二元件基板1200之間的折射率分佈，進而使液晶光學透鏡1000具有如同凸/凹透鏡之光線聚焦/發散之調焦功能。亦即是，本實施例之液晶光學透鏡1000採用上述的結構，並同時搭配適當的驅動電壓於各導電層時，即可形成一種所謂的漸變型折射率透鏡(Gradient-Index Lens，GRIN Lens)。

為了進一步說明上述施加於各電極層與導電層的實施方式，佐以圖3A與圖3B進行說明，其中圖3A為第一元件基板與第二元件基板共用相同一電壓源的示意圖，而圖3B為第一元件基板與第二元件基板共同使用多組電壓源的示意圖。

首先，由圖1與圖3A可看出，第一電極層1120與各第一疊層1140的第一導電層1142共用同一第一電位，而第二電極層1220與各第二疊層1240的第二導電層1242則共用同一第二電位，其中第一電位不同於第二電位。如此一來，施加於第一電極層1120與第二電極層1220的電位差便等同施加於各第一疊層1140的第一導電層1142與相對應的各第二疊層1240的第二導電層1242的電位差，換言之，則可僅採用一個電壓源Vc並聯上述電極層與導電層的設計，而達到前述形成一種所謂的漸變型折射率透鏡(Gradient-Index Lens，GRIN Lens)。

詳細而言，由於第一電極層1120與第二電極層1220的電位差等同於各第一疊層1140的第一導電層1142與相對應的各第二疊層1240的第二導電層1242的電位差，而 各電極層之間的距離與各對應的導電層的距離皆為不同，如圖1所示，因此位於第一元件基板1100與第二元件基板1200之間的液晶分子的扭轉程度亦會不同，從而造成折射率分佈不同，此時若適當地調整電壓源的電壓，便可形成上述一種漸變型折射率透鏡，進而可使得液晶光學透鏡1000具有如同凸/凹透鏡之光線聚焦/發散之調焦功能。

另外，由圖1與圖3B可得知，第一電極層1120與第二電極層1220共用一第一驅動訊號源Vc1，而各第一疊層1140的第一導電層1142分別與相對應的各第二疊層1240的第二導電層1242共用一第二驅動訊號源Vc2~Vc6。如此一來，施加於第一電極層1120與第二電極層1220的電位差便可不等於施加於各第一疊層1140的第一導電層1142與相對應的各第二疊層1240的第二導電層1242的電位差，因此，採用多個電壓源Vc1~Vc6分別電性連接上述電極層與導電層的設計，可具有較為彈性的調控機制，以形成一種上述的漸變型折射率透鏡。同樣地，若適當地調整電壓源Vc1~Vc6的電壓形成一種漸變型折射率透鏡，則可使液晶光學透鏡1000具有如同凸/凹透鏡之光線聚焦/發散之調焦功能。

以下將提出一種製作上述液晶光學透鏡1000的製造方法。

圖4A~圖4F為本發明一實施例之製作液晶光學透鏡的流程示意圖。請參考圖4A，首先，提供一第一基板1100a與第二基板1200a，其中第一基板1100a與第二基板1200a 為透明基板，例如玻璃基板。

而後，分別於第一基板1100a與第二基板1200a上形成上述的第一電極層1120與第二電極層1220，如圖4B所示。在本實施例中，第一電極層1120與第二電極層1220的材料例如是上述提及的材料，在此不再贅述。此外，形成第一電極層1120與第二電極層1220的方式可以是採用濺鍍法(sputtering)、金屬有機化學氣相沈積(metal organic chemical vapor deposition,MOCVD)法、或蒸鍍法(evaporation)，或其他適當製程。

接著，依序形成一絕緣材料層P1與一導電材料層P2於第一電極層1120與第二電極層1220上，如圖4C所示。在本實施例中，形成絕緣材料層P1的方式例如是使用化學氣相沈積法，但不限於此。於其他實施例中，亦可使用其它適合的製程的方式，如：網版印刷、塗佈、噴墨、能量源處理等。此外，絕緣材料層P1例如採用上述絕緣層1144、1244所提及的材質，在此不再贅述。而導電材料層P2的材質則可以是採用上述第一電極層1142與第二電極層1242所提及的材質。

然後，圖案化位於第一基板1100a與第二基板1200a上的絕緣材料層P1與導電材料層P2，以分別形成上述具有第一絕緣層1144與第一導電層1142的第一疊層1140以及具有第二絕緣層1244與第二導電層1242的第二疊層1220，如圖4D所示。在本實施例中，圖案化絕緣材料層P1與導電材料層P2的方法例如採用眾所周知的微影蝕刻製程、乾式蝕刻法或濕式蝕刻法，或是其他適當的製程方 法。

接著，反覆進行上述圖4C與圖4D所提及的製程方式以分別於第一電極層1120與第二電極層1220堆疊上述的第一疊層1140與第二疊層1240，如圖4E所示。需要注意的是，各第一疊層1140的第一開口1140a會隨著越遠離第一基板1100a的方向(如圖4E所示的y軸方向)而越大，而各第二疊層1240的第二開口1240a會隨著越遠離第二基板1200a的方向(如圖4E所示的y軸方向)而越大。至此，大致分別完成上述第一元件基板1100與第二元件基板1200的製作。

然後，組立上述第一元件基板1100與第二元件基板1200，並注入液晶分子於第一元件基板1100與第二元件基板1200之間以形成上述的液晶層1300，如圖4F所示。在本實施例中，形成液晶層1300的方法可以是採用真空注入法或滴下式注入法(One Drop Filling,ODF)，其中若採用真空注入法時，可於上述的第一疊層1140或第二疊層1240上形成上述的溝道1600，以連通第一開口1140a或第二開口1240a，而使液晶層1300的液晶材料可由溝道而傳遞至第一開口1140a或第二開口1240a內，但此為舉例說明，本發明並不僅限於此。另外，組立上述的第一元件基板1100與第二元件基板1200的方式則可採用上述提及膠框1500的方式，此部分可參考上述，在此不贅言。

在一實施例中，亦可於第一元件基板1100形成上述的第一配向層1420，以覆蓋第一電極層1120以及各第一 疊層1140的第一導電層1142，以及於第二元件基板1200形成上述的第二配向層1440，以覆蓋第二電極層1220以及各第二疊層1240的第二導電層1242，如圖1所示。在本實施例中，形成第一配向層1420與第二配向層1440的方式例如是採用塗佈製程，而後在於第一配向層1420與第二配向層1440進行配向處理，以使第一配向層1420與第二配向層1440分別具有上述的第一配向方向與第二配向方向。至此，則完成如圖1所繪示的液晶光學透鏡的製作方式。

需要說明的是，圖4A~圖4F僅是一種製作如圖1之液晶光學透鏡1000的方式，但本領域之通常知識者從上述的製作方法所揭露的內容，亦可略微調整其步驟或方法而形成本實施例之液晶光學透鏡1000，(如：依序地形成上述的電極層後、再形成上述的絕緣層，以及再形成上述的導電層，接著再重複形成上述絕緣層與導電層的步驟)，惟此部分仍為本發明所欲保護的範圍。

另外，圖5為本發明另一實施例之鏡頭裝置的示意圖。請參考圖5，本實施例之鏡頭裝置5000包括一第一透鏡群5100、一第二透鏡群5200以及一第三透鏡群5300。第一透鏡群5100具有正屈光度，且第一透鏡群5100是由一物側至一像側依序排列的一液晶光學透鏡5120及一第一補償鏡5140所組成。

在本實施例中，液晶光學透鏡5120例如是採用上述的液晶光學透鏡1000，如此一來，可透過電壓調制液晶光 學透鏡5120的內部的折射率分佈，藉以達到調整液晶光學透鏡5120的焦距，而具有調焦的功能。在本實施例中，補償鏡5140例如是一凹凸透鏡，但不限於此。補償鏡5140主要是用來補償液晶光學透鏡5120的調焦距離，以使得鏡頭裝置5000具有較佳的調焦品質。

請繼續參考圖5，第二透鏡群5200具有負屈光度，且配置於第一透鏡群5100與像側之間，而第三透鏡群5300具有正屈光度，且配置於第二透鏡群5200與像側之間。在本實施例中，第二透鏡群5200為變焦鏡群，且第二透鏡5200主要是以多段且固定的距離在第一透鏡群5100與第三透鏡群5300之間移動，藉以達到鏡頭裝置5000的變焦功能。另外，第一透鏡群5100與第三透鏡群5300相對於鏡頭裝置5000的位置固定不動，且第三透鏡群5300為一補償鏡組，用以補償鏡頭裝置5000成像時的光學品質。

在本實施例中，由於鏡頭裝置5000的第一透鏡群5100主要是採用液晶光學透鏡5120作為調焦的功能，而液晶光學透鏡5120可透過簡單的電壓控制即可達到調焦的功能，相較於習知需要多組鏡片並搭配致動器的使用來達到調焦的目的，本實施例之鏡頭裝置5000可降低機構的複雜性。此外，由於第二透鏡5200主要是以多段且固定的距離在第一透鏡群5100與第三透鏡群5300之間移動，以達到鏡頭裝置5000的變焦功能，因此也無需採用習知之位置回饋機制(position sensor及close-loop controller)來達到變焦的目的，而可達到省電、降低成比以及更進一步地降低 機構的複雜度。

另外，圖5為一種採用直立式設計的鏡頭裝置，而在另一實施例中，若將圖5搭配使用一折射鏡則可形成另一種如圖6所繪示之潛望式的鏡頭裝置5000a，其中圖6為本發明再一實施例之鏡頭裝置的示意圖。

請同時參考圖5與圖6，鏡頭裝置5000a與鏡頭裝置5000相似，惟二者不同處在於，鏡頭裝置5000a更包括一折射鏡5400，其中折射鏡5400配置於物側與第一透鏡群5100之間，而來自物側的一物光L1會被折射鏡5400折射而傳遞至第一透鏡群5100，如圖6所示。

詳細而言，由於鏡頭裝置5000a設置有折射鏡5400，因此，可使物光L1偏折而傳遞至第一透鏡群5100，接著再依序地傳遞至像側以進行成像。換言之，鏡頭裝置5000a可接收其他角度的光線，例如是使物光偏折90度後，在傳遞至像側進行成像，而形成一種潛望式的鏡頭裝置5000a。

另外，由於鏡頭裝置5000a與鏡頭裝置5000相似，因此，鏡頭裝置5000a同樣具有上述鏡頭裝置5000所提及的優點，在此便不再贅述。

綜上所述，本發明之液晶光學透鏡的電極層與導電層主要是採用立體堆疊結構設計，同時這些導電層的形狀採用環形的設計，如此一來，當分別施予適當的電壓於各電極時，則可控制位於第一元件基板與第二元件基板之間的液晶分子的扭轉程度，而使其可具有如同凸/凹透鏡之光線聚焦/發散之調焦功能。

換言之，本發明之液晶光學透鏡採用上述的結構，並同時搭配適當的驅動電壓於各導電層時，即可形成一種所謂的漸變型折射率透鏡(Gradient-Index Lens，GRIN Lens)，而具有較佳的調焦功能。另外，本發明亦提供一種製作上述液晶光學透鏡的方法。

除此之外，本發明之鏡頭裝置採用了上述的液晶光學透鏡，除了可具有較佳的調焦功能，還可降低整體機構的複雜度以及製作成本。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1000‧‧‧液晶光學透鏡

1100‧‧‧第一元件基板

1100a‧‧‧第一基板

1120‧‧‧第一電極層

1140‧‧‧第一疊層

1140a‧‧‧第一開口

1142‧‧‧第一導電層

1144‧‧‧第一絕緣層

1200‧‧‧第二元件基板

1200a‧‧‧第二基板

1220‧‧‧第二電極層

1240‧‧‧第二疊層

1240a‧‧‧第二開口

1242‧‧‧第二導電層

1244‧‧‧第二絕緣層

1300‧‧‧液晶層

1420‧‧‧第一配向層

1440‧‧‧第二配向層

1500‧‧‧膠框

1600‧‧‧溝道

5000、5000a‧‧‧鏡頭裝置

5100‧‧‧第一透鏡群

5120‧‧‧液晶光學透鏡

5140‧‧‧第一補償鏡

5200‧‧‧第二透鏡群

5300‧‧‧第三透鏡群

5400‧‧‧折射鏡

P1‧‧‧絕緣材料層

P2‧‧‧導電材料層

Vc‧‧‧電壓源

Vc1~Vc6‧‧‧驅動訊號源

H1、H2‧‧‧寬度

L1‧‧‧物光

圖1為本發明一實施例之液晶光學透鏡的剖面示意圖。

圖2A與圖2B分別為圖1所繪示之第一元件基板與第二元件基板的示意圖。

圖3A為第一元件基板與第二元件基板共用相同一電壓源的示意圖。

圖3B為第一元件基板與第二元件基板共同使用多組電壓源的示意圖。

圖4A~圖4F為本發明一實施例之製作液晶光學透鏡的流程示意圖。

圖5為本發明另一實施例之鏡頭裝置的示意圖。

圖6為本發明再一實施例之鏡頭裝置的示意圖。

1000‧‧‧液晶光學透鏡

1100‧‧‧第一元件基板

1120‧‧‧第一電極層

1140‧‧‧第一疊層

1140a‧‧‧第一開口

1142‧‧‧第一導電層

1144‧‧‧第一絕緣層

1200‧‧‧第二元件基板

1220‧‧‧第二電極層

1240‧‧‧第二疊層

1240a‧‧‧第二開口

1242‧‧‧第二導電層

1244‧‧‧第二絕緣層

1300‧‧‧液晶層

1420‧‧‧第一配向層

1440‧‧‧第二配向層

1500‧‧‧膠框

1600‧‧‧溝道

H1、H2‧‧‧寬度

Claims (24)

1. 一種液晶光學透鏡，包括：一第一元件基板，依序堆疊有一第一電極層以及多個第一疊層，其中各該些第一疊層分別具有一第一開口以暴露出該第一電極層，且各該些第一疊層包括一第一導電層與一位於該第一導電層與該第一電極層之間的第一絕緣層；一第二元件基板，依序堆疊有一第二電極層以及多個第二疊層，且該第二元件基板相對該第一元件基板，其中各該些第二疊層分別具有一第二開口以暴露出該第二電極層，且各該些第二疊層包括一第二導電層與一位於該第二導電層與該第二電極層之間的第二絕緣層；以及一液晶層，配置於該第一元件基板與該第二元件基板之間，且位於該第一開口與該第二開口內。
2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶光學透鏡，其中各該些第一疊層的該第一開口的寬度在遠離該第一元件基板的方向上越大，而各該些第二疊層的該第二開口的寬度在遠離該第二元件基板的方向上越大。
3. 如申請專利範圍第1項所述之液晶光學透鏡，其中該些第一疊層的該些第一開口分別對應該些第二疊層的該些第二開口。
4. 如申請專利範圍第1項所述之液晶光學透鏡，其中該些第一疊層的該些第一開口與該些第二疊層的該些第二開口為一圓形開口。
5. 如申請專利範圍第1項所述之液晶光學透鏡，更包括：一第一配向層，具有一第一配向方向且配置於該第一元件基板上，以覆蓋該第一電極層以及各該些第一疊層的第一導電層；以及一第二配向層，具有一第二配向方向且配置於該第二元件基板上，以覆蓋該第二電極層以及各該些第二疊層的第二導電層。
6. 如申請專利範圍第5項所述之液晶光學透鏡，其中該第一配向方向與該第二配向方向垂直。
7. 如申請專利範圍第5項所述之液晶光學透鏡，更包括一膠框，配置於該第一配向層與該第二配向層之間，以將該第一元件基板與該第二元件基板貼合。
8. 如申請專利範圍第1項所述之液晶光學透鏡，其中該第一電極層與各該些第一疊層的該第一導電層共用一第一電位，而該第二電極層與各該些第二疊層的該第二導電層共用一第二電位，其中該第一電位不同於該第二電位。
9. 如申請專利範圍第1項所述之液晶光學透鏡，其中該第一電極層與該第二電極層共用一第一驅動訊號源，而各該些第一疊層的該第一導電層分別與各該些第二疊層的該第二導電層共用一第二驅動訊號源。
10. 如申請專利範圍第1項所述之液晶光學透鏡，其中該液晶層的材質為聚合物網脈液晶。
11. 如申請專利範圍第1項所述之液晶光學透鏡，其 中該些第一疊層或該些第二疊層更包括一溝道，連通該第一開口或該第二開口，以使該液晶層的材料由該溝道而傳遞至該第一開口或該第二開口。
12. 如申請專利範圍第1項所述之液晶光學透鏡，其中該第一電極層、該些第一導電層、該第二電極層以及該些第二導電層的材質為一透明導電材料。
13. 一種液晶光學透鏡的製造方法，包括：提供一第一基板與一第二基板；依序堆疊一第一電極層與多個第一疊層於該第一基板上以形成一第一元件基板，其中各該些第一疊層分別具有一第一開口以暴露出該第一電極層，且各該些第一疊層包括一第一導電層與一位於該第一導電層與該第一電極層之間的第一絕緣層；依序堆疊一第二電極層與多個第二疊層於該第二基板上，以形成一第二元件基板，其中各該些第二疊層分別具有一第二開口以暴露出該第二電極層，且各該些第二疊層包括一第二導電層與一位於該第二導電層與該第二電極層之間的第二絕緣層；以及組立該第一元件基板與該第二元件基板，並注入一液晶分子於該第一元件基板與該第二元件基板之間以形成一液晶層。
14. 如申請專利範圍第13項所述之液晶光學透鏡的製造方法，其中依序堆疊該第一電極層與該些第一疊層於該第一基板上以形成該第一元件基板的方法包括： (a).於該第一基板上形成該第一電極層；(b).依序形成一絕緣材料層與一導電材料層於該第一電極層上；(c).圖案化該絕緣材料層與該導電材料層，以形成具有該第一絕緣層與該第一導電層的該第一疊層；反覆進行步驟(b)與(c)以於該第一電極層上堆疊該些第一疊層，其中各該些第一疊層的該第一開口會隨著越遠離該第一基板的方向而越大。
15. 如申請專利範圍第13項所述之液晶光學透鏡的製造方法，其中依序堆疊該第二電極層與該些第二疊層於該第二基板上以形成該第二元件基板的方法包括：(a).於該第二基板上形成該第二電極層；(b).依序形成一絕緣材料層與一導電材料層於該第二電極層上；(c).圖案化該絕緣材料層與該導電材料層，以形成具有該第二絕緣層與該第二導電層的該第二疊層；反覆進行步驟(b)與(c)以於該第二電極層上堆疊該些第二疊層，其中各該些第二疊層的該第二開口會隨著越遠離該第二基板的方向而越大。
16. 如申請專利範圍第13項所述之液晶光學透鏡的製造方法，更包括：形成一第一配向層於該第一元件基板上，以覆蓋該第一電極層以及各該些第一疊層的第一導電層，其中該第一配向層具有一第一配向方向；以及 形成一第二配向層於該第二元件基板上，以覆蓋該第二電極層以及各該些第二疊層的第二導電層，其中該第二配向層具有一第二配向方向，且該第二配向方向不同於該第一配向方向。
17. 如申請專利範圍第13項所述之液晶光學透鏡的製造方法，更包括於該些第一疊層或該些第二疊層形成一溝道，以連通該第一開口或該第二開口，而使該液晶層的材料由該溝道而傳遞至該第一開口或該第二開口。
18. 一種鏡頭裝置，包括：一第一透鏡群，具有正屈光度，其中該第一透鏡群是由一物側至一像側依序排列的一液晶光學透鏡及一第一補償鏡所組成；一第二透鏡群，配置於該第一透鏡群與該像側之間，且具有負屈光度；以及一第三透鏡群，配置於該第二透鏡群與該像側之間，且具有正屈光度，其中該第一透鏡群與該第三透鏡群相對於該鏡頭裝置的位置固定不動，該第二透鏡群以多段且固定的距離在該第一透鏡群與該第三透鏡群之間移動，其中該液晶光學透鏡包括：一第一元件基板，依序堆疊有一第一電極層以及多個第一疊層，其中各該些第一疊層分別具有一第一開口以暴露出該第一電極層，且各該些第一疊層包括一第一導電層與一位於該第一導電層與該第一電極層之間的第一絕緣層；一第二元件基板，依序堆疊有一第二電極層以及 多個第二疊層，且該第二元件基板相對該第一元件基板，其中各該些第二疊層分別具有一第二開口以暴露出該第二電極層，且各該些第二疊層包括一第二導電層與一位於該第二導電層與該第二電極層之間的第二絕緣層；以及一液晶層，配置於該第一元件基板與該第二元件基板之間，且位於該第一開口與該第二開口內。
19. 如申請專利範圍第18項所述之鏡頭裝置，其中該第二透鏡群為一變焦鏡群，而該第三透鏡群為一補償鏡組。
20. 如申請專利範圍第18項所述之鏡頭裝置，其中各該些第一疊層的該第一開口的寬度在遠離該第一元件基板的方向上越大，而各該些第二疊層的該第二開口的寬度在遠離該第二元件基板的方向上越大。
21. 如申請專利範圍第18項所述之鏡頭裝置，其中該些第一疊層的該些第一開口分別對應該些第二疊層的該些第二開口。
22. 如申請專利範圍第18項所述之鏡頭裝置，其中該些第一疊層的該些第一開口與該些第二疊層的該些第二開口為一圓形開口。
23. 如申請專利範圍第18項所述之鏡頭裝置，更包括：一第一配向層，具有一第一配向方向且配置於該第一元件基板上，以覆蓋該第一電極層以及各該些第一疊層的第一導電層；以及一第二配向層，具有一第二配向方向且配置於該第二 元件基板上，以覆蓋該第二電極層以及各該些第二疊層的第二導電層。
24. 如申請專利範圍第18項所述之鏡頭裝置，更包括一折射鏡，配置於該物側與該第一透鏡群之間，其中來自該物側的一物光會被該折射鏡折射而傳遞至該第一透鏡群。