TWI438495B - 液晶透鏡及鏡頭模組 - Google Patents

Description

液晶透鏡及鏡頭模組

本發明涉及一種光學透鏡，尤其涉及一種液晶透鏡及採用該液晶透鏡之鏡頭模組。

隨著光學成像技術之發展，鏡頭模組於各種成像裝置如數位相機、攝像機中得到廣泛應用，而整合有鏡頭模組之手機、筆記本等電子裝置，更得到眾多消費者之青睞。

光學變焦功能係鏡頭模組基本之功能之一(請參見Zoom Lens Systems with Aspherical Plastic Lens，Consumer Electronics,IEEE Transactions on Volume CE-33,Issue 3,Aug.1987 Page(s)：256-266)，先前技術鏡頭模組之焦距調節主要係通過驅動裝置驅動鏡頭模組內之複數鏡片或鏡片組發生相對移動來完成，該驅動裝置包括步進馬達、音圈馬達等。

然而，這些驅動裝置一般體積較大，因此，具有這些驅動裝置之鏡頭模組具有較大之體積，這種鏡頭模組應用於移動電話、個人數位助理、筆記本等電子裝置時，會使電子裝置體積變大，這與電子裝置輕薄短小之發展趨勢相悖。

有鑒於此，有必要提供一種焦距可調節之液晶透鏡及體積較小之鏡頭模組。

一種液晶透鏡，其包括一第一透明基板、一第二透明基板、設置於第一透明基板與第二透明基板之間之液晶層及一驅動電壓晶片。該第一透明基板及第二透明基板之與液晶層相背離之表面分別設置有第一電極層及第二電極層。該第一電極層包括複數同心圓環狀電極，該複數同心圓環狀電極之材料為奈米碳管，該驅動電壓晶片用於使第一電極層與第二電極層之間形成分別對應於每個同心圓環狀電極之區域之呈現梯度分佈之電壓，且各個電壓均大於該液晶層內液晶分子之閾值電壓。

一種鏡頭模組，其包括一鏡筒及設置於鏡筒內之上述之液晶透鏡。

本實施例之液晶透鏡可通過控制施加於複數環狀電極與第二電極層之間之電壓，使第一電極層與第二電極層之間形成分別對應於每個同心圓環狀電極之區域之呈現梯度分佈之電壓，從而可形成不同折射率之梯度折射率透鏡，減少了先前技術中用於驅動透鏡之驅動裝置等，應用於鏡頭模組時可大大減小鏡頭模組之體積，符合電子裝置輕薄短小之發展趨勢。

100‧‧‧液晶透鏡

102‧‧‧第一透明基板

104‧‧‧第二透明基板

106‧‧‧液晶層

108‧‧‧第一電極層

110‧‧‧第二電極層

1082‧‧‧圓形電極

1084、1086、1088、1090‧‧‧圓環狀電極

200‧‧‧鏡頭模組

202‧‧‧鏡筒

204‧‧‧紅外截止濾光片

206‧‧‧間隔環

208‧‧‧驅動電壓晶片

圖1係本發明第一實施例液晶透鏡之截面示意圖。

圖2係圖1中液晶透鏡之俯視示意圖。

圖3係本發明第二實施例之鏡頭模組之截面示意圖。

下面將結合附圖，對本發明作進一步之詳細說明。

請參閱圖1，本發明第一實施例提供一種液晶透鏡100。該液晶透 鏡100包括第一透明基板102、第二透明基板104、設置於第一透明基板102與第二透明基板104之間之液晶層106以及第一電極層108及第二電極層110。該第一電極層108設置於該第一透明基板102之與液晶層106相背離之表面，該第二電極層110設置於該第二透明基板104之與液晶層106相背離之表面。

該第一透明基板102及第二透明基板104之材料為透明玻璃或塑膠材料等。第一透明基板102及第二透明基板104之厚度範圍為0.1毫米(millimeter,mm)至0.5毫米，優選該第一透明基板102及第二透明基板104之厚度範圍為0.2mm至0.4mm。

本實施例中，於第一透明基板102及第二透明基板104之間未施加電壓時，該液晶層106之液晶分子之分子軸指向方向平行於該第一透明基板102及第二透明基板104。該液晶層106之厚度範圍為10微米(micron，μm)至100μm，優選為30μm至70μm。

請參閱圖2，該第一電極層108包括一個圓形電極1082及4個圓環狀電極1084、1086、1088及1090，該4個圓環狀電極1084、1086、1088及1090設置於該圓形電極1082之外側，且與該圓形電極1082同心並沿其徑向依次排列。該第一電極層108之圓形電極及圓環狀電極之總數優選為5至20個，更優選為7至15個，本實施例為便於說明，以5個為例。第一電極層108之厚度範圍優選為50奈米(nanometer，nm)至500奈米，更優選為100nm至300nm。

該圓形電極1082之半徑為r1，該複數圓環狀電極1084、1086、1088及1090之圓環寬度分別為d2，d3，d4，d5，於本實施例中，r1>d2>d3>d4>d5。本實施例中，該相鄰之圓形電極1082及4個圓環狀電極1084、1086、1088及1090緊密排列但又相互絕緣，如通 過絕緣膠水相互隔開。可理解，實際應用中，相鄰之電極之間可有微小縫隙，只要不影響其整體之光學性能即可。

該第二電極層110之形狀為一平板電極，或者為與第一電極層108具有相同之結構且與該第一電極層108正對(圖未示)，該第二電極層110用於與第一電極層108之間形成電壓。

該第一電極層108及第二電極層110之材料均為奈米碳管，該奈米碳管可為單壁奈米碳管(Single-walled Carbon Nanotube,SWNT)、多壁奈米碳管(Multi-walled Carbon Nanotube,MWNT)、單壁奈米碳管束(SWNT Bundles)、多壁奈米碳管束(MWNT Bundles)或者超順排多壁奈米碳管長線(Super-aligned MWNT Yarns)等。該第一電極層108之圓形電極1082與複數圓環狀電極1084、1086、1088及1090通過但不限於光掩模法(photo-mask process)製作於第一透明基板102之表面。

實際應用時，於第一電極層108與第二電極層110之間施加電壓，其中，該第一電極層108之圓形電極1082及4個圓環狀電極1084、1086、1088及1090之電壓分別單獨控制。將液晶層106對應於圓形電極1082之區域定義為圓形電極區域，液晶層106對應於4個圓環狀電極1084、1086、1088及1090之區域定義為4個圓環狀電極區域，則於第一電極層108與第二電極層110之間，沿圓形電極1082及圓環狀電極1084、1086、1088及1090之徑向方向，對應於包括該圓形電極區域及4個圓環狀電極區域之5個區域之電壓呈梯度分佈，即逐漸增大或逐漸減小，且各個電壓值大於液晶層106之閾值電壓。因為上述各個電壓均大於液晶層106之閾值電壓，即大於液晶層106內液晶分子之偏轉電壓，所以液晶分子會發生 偏轉，當電壓呈梯度分佈時，液晶分子之偏轉角度也呈梯度分佈。

因為液晶材料具有如下特性：當液晶分子相對於光之傳播方向具有偏轉角度時，偏轉角度不同，折射率也不同，液晶分子之偏轉方向於平行於光之傳播方向向垂直於光之傳播方向變化時，液晶材料之折射率逐漸變大；當液晶分子平行於光之傳播方向時，液晶之折射率最小，當液晶分子垂直於光之傳播方向時，光之折射率最大。所以，當對應於該圓形電極區域及該4個圓環狀電極區域之電壓沿該圓形電極區域之徑向方向呈梯度分佈，光之傳播方向為自第一透明基板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時，液晶層106之該圓形電極區域和4個圓環狀電極區域之折射率為沿其徑向方向呈梯度分佈，形成了梯度折射率透鏡。

由梯度折射率透鏡之原理可知，當控制液晶層106之折射率自該圓形電極區域向該4個圓環狀電極區域之方向逐漸減小時，則液晶透鏡100為正型透鏡；反之，當控制液晶層106之折射率自該圓形電極區域向該4個圓環狀電極區域之方向逐漸增大時，則液晶透鏡100為負型透鏡。

一般地，施加於該第一電極層108與該第二電極層110之間之各個電壓範圍優選為2伏特至100伏特，更優選為10伏特至60伏特。

可理解，本實施例之該圓形電極1082也可為圓環狀，此時其中心處無電極分佈，則液晶層106對應於中心處區域之折射率為液晶分子為初始狀態時之折射率，此時控制對應於該複數圓環狀電極之電壓，仍可使液晶層106沿該複數圓環狀電極之徑向呈梯度分 佈，即可形成梯度折射率透鏡。

於本實施例中，奈米碳管係光與電之良好導體，因此既可透過光線，作為電極，又具有良好之導電性能。另外，本實施例之液晶透鏡100可通過控制施加於圓形電極1082及複數圓環狀電極1084、1086、1088及1090與第二電極層110之間之電壓，使液晶層106之對應於各個圓形電極1082及圓環狀電極1084、1086、1088及1090之折射率沿該圓形電極1082及圓環狀電極1084、1086、1088及1090之徑向方向呈現不同之梯度分佈，從而可形成不同折射率之梯度折射率透鏡，從而減少了先前技術中用於驅動透鏡之驅動裝置等，應用於鏡頭模組時可大大減小鏡頭模組之體積，符合電子裝置輕薄短小之發展趨勢。另外，奈米碳管之尺寸可做到很小，可達到奈米量級，這將有利於將該液晶透鏡100應用於安裝於手機之攝像頭等透鏡尺寸較小之攝像裝置。

請參閱圖3，本發明第二實施例提供一種採用上述液晶透鏡100之鏡頭模組200。該鏡頭模組200包括一鏡筒202及設置於鏡筒202內之液晶透鏡100及紅外截止濾光片204。該液晶透鏡100與該紅外截止濾光片204之間通過一間隔環206相互隔開。該鏡頭模組200進一步包括一驅動電壓晶片208，與第一電極層108電連接，用於使第一電極層108及第二電極層110之間形成如第一實施例該梯度電壓，從而形成焦距可變之梯度折射率透鏡。

本實施例之鏡頭模組200無需提供馬達等驅動裝置也可調節鏡頭模組200之焦距，減小了鏡頭模組200之體積，將其應用於電子裝置時可減小電子裝置之體積，符合電子裝置輕薄短小之發展趨勢。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士爰依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

102‧‧‧第一透明基板

108‧‧‧第一電極層

1082‧‧‧圓形電極

1084、1086、1088、1090‧‧‧圓環狀電極

Claims (12)

1. 一種液晶透鏡，其包括一第一透明基板、一第二透明基板及設置於該第一透明基板與第二透明基板之間之液晶層，該第一透明基板及第二透明基板之與液晶層相背離之表面分別設置有第一電極層及第二電極層，其改進在於，該第一電極層包括複數同心圓環狀電極和絕緣膠水，該複數同心圓環狀電極之材料為奈米碳管，每相鄰的兩個同心圓環狀電極通過該絕緣膠水相互隔開，該液晶透鏡進一步包括一驅動電壓晶片，用於使第一電極層與第二電極層之間形成分別對應於每個同心圓環狀電極之區域之呈現梯度分佈之電壓，且各個電壓均大於該液晶層內液晶分子之閾值電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述之液晶透鏡，其中，該第一電極層進一步包括一圓形電極，該圓形電極與該複數同心圓環電極同心。
3. 如申請專利範圍第1項所述之液晶透鏡，其中，該複數同心圓環狀電極之圓環寬度自中心向外逐漸減小。
4. 如申請專利範圍第2項所述之液晶透鏡，其中，該圓形電極之半徑大於任一複數同心圓環狀電極之寬度，且該複數同心圓環狀電極之寬度自中心向外逐漸減小。
5. 如申請專利範圍第2項所述之液晶透鏡，其中，該圓形電極及同心圓環狀電極之總數範圍為5至20個。
6. 如申請專利範圍第2項所述之液晶透鏡，其中，該圓形電極及同心圓環狀電極之總數範圍為7至15個。
7. 如申請專利範圍第1項所述之液晶透鏡，其中，該第一電極層之厚度範圍為50奈米至500奈米。
8. 如申請專利範圍第1項所述之液晶透鏡，其中，該第一電極層之厚度範圍為100奈米至300奈米。
9. 如申請專利範圍第1項所述之液晶透鏡，其中，該驅動電壓晶片發生之驅動電壓範圍為2伏特至100伏特。
10. 如申請專利範圍第1項所述之液晶透鏡，其中，該驅動電壓晶片發生之驅動電壓範圍為10伏特至60伏特。
11. 如申請專利範圍第1項所述之液晶透鏡，其中，該奈米碳管為單壁奈米碳管、多壁奈米碳管、單壁奈米碳管束、多壁奈米碳管束或者超順排多壁奈米碳管長線。
12. 一種鏡頭模組，其包括一鏡筒及設置於鏡筒內之如申請專利範圍第1至11項任一項所述之液晶透鏡。