可變焦光學元件及成像裝置的制作方法

本實用新型涉及成像技術領域，具體涉及一種可變焦光學元件及成像裝置。

背景技術：

現有技術中，采用現有的成像裝置拍攝生活中的場景時，為得到好的拍攝效果，通常使用體積龐大且成本高昂的變焦機構。上述變焦機構需要做機械運動，有的甚至需要手動調節才能實現,不僅對迅速變化的場景變焦緩慢，而且能耗高，結構設計復雜，難以滿足拍攝快速變化場景的需要。

技術實現要素：

有鑒于此，本實用新型提供一種可變焦光學元件及成像裝置，用以解決現有技術中變焦慢，產品體積大，結構復雜的問題。

本實用新型提供一種可變焦光學元件，包括第一可變焦透鏡單元以及第二可變焦透鏡單元，所述第一可變焦透鏡單元包括：第一基板，與所述第一基板相對設置的第二基板，設于第一基板上的第一電極單元及第一取向膜，設于第二基板上的第二電極單元、第二取向膜，以及夾持在第一取向膜與第二取向膜之間的第一液晶層；所述第二可變焦透鏡單元包括所述第二基板，設于所述第二基板上的所述第二電極單元及第三取向膜，與所述第二基板相對設置的第三基板，設于所述第三基板上的第三電極單元及第四取向膜，以及夾持在所述第三取向膜與所述第四取向膜之間的第二液晶層。

較佳地，所述第一可變焦透鏡單元為液晶透鏡或液晶微透鏡陣列，所述第二可變焦透鏡單元為液晶微透鏡陣列或液晶透鏡。

較佳地，所述第二電極單元包括：第一公共電極和第二公共電極，所述第一公共電極設于所述第二基板的面向所述第一基板的一側，所述第二公共電極設于所述第二基板的面向所述第三基板的一側，所述第一電極單元包括第一驅動電極和與所述第一驅動電極絕緣的第二驅動電極，所述第三電極單元包括第三驅動電極和與所述第三驅動電極絕緣的第四驅動電極。

較佳地，所述第一驅動電極與所述第三驅動電極為圓孔電極，所述第二驅動電極與所述第四驅動電極為圓形電極，所述第二驅動電極設于所述第一驅動電極內，所述第四驅動電極設于所述第三驅動電極內。

較佳地，所述第一公共電極與所述第二公共電極連接同一電壓輸出端。

較佳地，所述第二電極單元包括一第三公共電極，所述第三公共電極設于所述第二基板的面向所述第一基板的一側或者設于所述第二基板的面向所述第三基板的一側，所述第二基板為塑料薄片。

較佳地，所述第一電極單元與所述第三電極單元均為公共電極，所述第二電極單元包括：設于第二基板上與第一基板相對的上驅動電極組和設于第二基板上與第三基板相對的下驅動電極組，所述上驅動電極組包括第五驅動電極和第六驅動電極，所述下驅動電極組包括第七驅動電極和第八驅動電極，所述第五驅動電極與所述第七驅動電極為圓孔電極，所述第六驅動電極與所述第八驅動電極為圓形電極，所述第六驅動電極設于所述第五驅動電極內且與所述第五驅動電極絕緣，所述第八驅動電極設于所述第七驅動電極內且與所述第七驅動電極絕緣。

較佳地，所述可變焦光學元件還包括第一高阻抗透明薄膜和第二高阻抗透明薄膜，所述第一高阻抗透明薄膜設于所述第一電極單元與所述可變焦光學元件的第一取向膜之間，所述第二高阻抗透明薄膜設于所述第三電極單元與所述可變焦光學元件的第四取向膜之間。

較佳地，所述可變焦光學元件還包括：第三高阻抗透明薄膜和第四高阻抗透明薄膜，所述第一驅動電極與所述第三驅動電極為圓孔電極，所述第三高阻抗透明薄膜設于所述第一驅動電極內，所述第四高阻抗透明薄膜設于所述第三驅動電極內，所述第二驅動電極與所述第四驅動電極為面電極，所述第二驅動電極設于所述第一驅動電極的遠離所述第一液晶層一側，所述第四驅動電極設于所述第三驅動電極的遠離所述第二液晶層一側。

較佳地，所述可變焦光學元件還包括第一可變焦透鏡驅動電路、第二可變焦透鏡驅動電路、切換單元以及控制單元，所述控制單元控制所述切換單元切換所述第一可變焦透鏡驅動電路驅動所述第一可變焦透鏡單元或第二可變焦透鏡驅動電路驅動所述第二可變焦透鏡單元之一處于透鏡狀態，另一處于非透鏡狀態。

較佳地，所述第一液晶層的液晶分子的初始配向與所述第二液晶層的液晶分子的初始配向相互平行或垂直。

本實用新型還提供一種成像裝置，包括：主透鏡單元、圖像傳感器、處理器以及存儲器，其中，所述成像裝置還包括光學元件，所述光學元件為如前任一項所述的可變焦光學元件。

較佳地，所述成像裝置應用于膠囊型醫療設備、航空拍攝設備、無人駕駛設備、智能機器人、智能穿戴設備、監視設備、移動通信終端以及帶攝像頭的導彈中。

本實用新型的上述可變焦光學元件及成像裝置，通過設置第一可變焦透鏡單元以及第二可變焦透鏡單元共用第二基板，同時組成一個可變焦光學元件，因而具有體積小，自動變焦快，結構簡單的有益效果。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例1的可變焦光學元件的結構示意圖。

圖2為本實用新型實施例2的可變焦光學元件的結構示意圖。

圖3為本實用新型實施例3的可變焦光學元件的結構示意圖。

圖4為本實用新型實施例4的可變焦光學元件的結構示意圖。

圖5為本實用新型實施例5的可變焦光學元件的結構示意圖。

圖6為本實用新型實施例6的可變焦光學元件的結構示意圖。

圖7為本實用新型實施例7的可變焦光學元件的結構示意圖。

圖8為本實用新型實施例8可變焦光學元件的電路結構示意圖。

圖9為本實用新型成像裝置的電路結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本實用新型進行詳細說明。需要說明的是，如果不沖突，本實用新型實施例以及實施例中的各個特征可以相互結合，均在本實用新型的保護范圍之內。

實施例1

請參見圖1，圖1為本實用新型實施例1的可變焦光學元件的結構示意圖。如圖1所示，本實用新型的可變焦光學元件100，包括第一可變焦透鏡單元以及第二可變焦透鏡單元，所述第一可變焦透鏡單元包括：第一基板110，與所述第一基板110相對設置的第二基板140，設置在第一基板110上的第一電極單元120、設置在第二基板140上的第二電極單元，以及被設置在第一基板110與第二基板140之間的第一液晶層130。第一液晶層130包括多個以一定角度傾斜設置的液晶分子。此外，在第一電極單元120、第二電極單元上分別設置有取向膜111和141，第一液晶層130為取向膜111和取向膜141夾持。第一電極單元120包括圓孔電極（第一驅動電極）121和位于圓孔電極121內與該圓孔電極121彼此絕緣的圓形電極（第二驅動電極）122。第二電極單元包括第一公共電極151和第二公共電極152。所述第一公共電極151設于所述第二基板140的面向所述第一基板110的一側，所述第二公共電極152設于所述第二基板140的面向所述第三基板170的一側。較佳地，第一公共電極151與第二公共電極152為面電極，以一整面的方式覆蓋在第二基板140上。對于第一可變焦透鏡單元，圓孔電極121與第一公共電極151之間形成壓差V1，圓形電極122與第一公共電極151之間形成壓差V2，在V1與V2的作用下，驅動液晶分子旋轉，形成液晶透鏡，通過調節V1與V2的大小，可對液晶透鏡的焦距進行調節。

所述第二可變焦透鏡單元包括所述第二基板140、所述第二電極152，與所述第二基板140相對設置的第三基板170，設于所述第三基板170上的第三電極單元180，以及被設置在所述第二基板140與第三基板170之間的第二液晶層160。第二液晶層160包括多個以一定角度傾斜設置的液晶分子。此外，在第二電極單元、第三電極單元180上分別設置有取向膜142和171，第二液晶層160為取向膜142和取向膜171夾持。第三電極單元180包括圓孔電極（第三驅動電極）181及設于圓孔電極181內與圓孔電極181彼此絕緣的圓形電極（第四驅動電極）182，對于第二可變焦透鏡單元的驅動，其第三驅動電極與第四驅動電極分別與第二公共電極152形成壓差，由于與第一可變焦透鏡單元的驅動類似，參照上述第一可變焦透鏡單元的描述。

本實用新型的可變焦光學元件，通過將第一可變焦透鏡單元、第二可變焦透鏡單元兩者共用一個第二基板，并將二者結合成一個可變焦光學元件，該可變焦光學元件用于成像裝置拍攝場景時，通過其中之一獲取自動對焦所需的場景數據，另一個則利用場景數據迅速改變驅動電壓，以實現快速自動對焦。

在一個具體實施例中，所述第一可變焦透鏡單元為液晶透鏡，所述第二可變焦透鏡單元為液晶微透鏡陣列或液晶透鏡。這里的液晶透鏡具有尺寸較大，單個液晶透鏡的大小可與成像裝置的攝像頭的主透鏡大小相對應。而這里的液晶微透鏡陣列是指單個透鏡的尺寸較小，需要多個液晶微透鏡以陣列排布的方式才能與成像裝置的攝像頭的主透鏡大小相對應。

在另一個具體的實施例中，所述第一可變焦透鏡單元為液晶微透鏡陣列，所述第二可變焦透鏡單元為液晶微透鏡陣列。

上述第一電極單元120、第二電極單元以及第三電極單元180均采用透明的具有透光性的導電材料構成，如使用ITO（銦錫氧化物）。

在一個較佳的實施例中，所述第一公共電極151與所述第二公共電極152連接同一電壓輸出端。

此外，所述第一液晶層的液晶分子的初始配向與所述第二液晶層的液晶分子的初始配向相互平行或垂直。

實施例2

請參見圖2，圖2為本實用新型實施例2的可變焦光學元件的結構示意圖。如圖2所示，在圖1所示的可變焦光學元件結構的基礎上，本實用新型實施例2的可變焦光學元件100A進行了進一步變形，主要區別在于：所述第二電極單元為一個第三公共電極150，所述第三公共電極150設于所述第二基板140的面向所述第一基板110的一側或者設于所述第二基板140的面向所述第三基板170的一側。也就是說，將第一公共電極151和第二公共電極152中的一個省略，此時，所述第二基板140為介電常數比玻璃要低的塑料薄片。當然，取向膜142和141在第三公共電極150的兩側仍然是靠近液晶層設置。當然，需要說明的是，本實施例中，由于第一可變焦透鏡單元與第二可變焦透鏡單元共用一個第三公共電極，因而，較佳的工作方式是，在第一可變焦透鏡單元工作時，第二可變焦透鏡單元處于非工作狀態；在第二可變焦透鏡單元工作時，第一可變焦透鏡單元處于非工作狀態。

實施例3

請參見圖3，圖3為本實用新型實施例3的可變焦光學元件的結構示意圖。如圖3所示，在圖1所示的可變焦光學元件結構的基礎上，本實用新型實施例3的可變焦光學元件200進行了進一步變形。實施例3的可變焦光學元件200主要包括：第一可變焦透鏡單元、第二可變焦透鏡單元，其中第一可變焦透鏡單元包括：第一基板210、第二基板220、作為第一電極單元的第四公共電極212、取向膜211、液晶層230、第二電極單元、取向膜221。第二可變焦透鏡單元包括：第二基板220、第二電極單元、取向膜222、液晶層270、第三基板260、第三電極單元262、取向膜261。本實施例3的可變焦光學元件與實施例1的可變焦光學元件的主要區別在于：第一電極單元、第三電極單元的電極均變為公共電極，而第二電極單元則包括：設于第二基板上與第一基板相對的上驅動電極組240，設于第二基板上與第三基板相對的下驅動電極組250。所述上驅動電極組240包括第五驅動電極和第六驅動電極，所述下驅動電極組250包括第七驅動電極和第八驅動電極，所述第五驅動電極與所述第七驅動電極為圓孔電極，所述第六驅動電極與所述第八驅動電極為圓形電極，所述第六驅動電極設于所述第五驅動電極內且與所述第五驅動電極絕緣，所述第八驅動電極設于所述第七驅動電極內且與所述第七驅動電極絕緣。這里的第五驅動電極、第六驅動電極、第七驅動電極和第八驅動電極與實施例1的第一驅動電極、第二驅動電極、第三驅動電極、第四驅動電極結構與作用相類似，在此不再贅述。

實施例4

請參見圖4，圖4為本實用新型實施例4的可變焦光學元件的結構示意圖。如圖4所示，在圖1所示的可變焦光學元件結構的基礎上，本實用新型實施例4的可變焦光學元件300進行了進一步變形。本實施例4的可變焦光學元件300主要包括：第一可變焦透鏡單元、第二可變焦透鏡單元，其中第一可變焦透鏡單元包括：第一基板310、第二基板320、第一電極單元312、取向膜311、液晶層330、第二電極單元、取向膜321。第二可變焦透鏡單元包括：第二基板320、第二電極單元 、取向膜322、液晶層340、第三基板350、第三電極單元352、取向膜351。本實施例4的可變焦光學元件與實施例1的可變焦光學元件的主要區別在于：第一可變焦透鏡單元與第二可變焦透鏡單元均為液晶透鏡。第二基板上320的第二電極單元包括上公共電極323和下公共電極324。在進行驅動時，可以選擇第一可變焦透鏡單元與第二可變焦透鏡單元中的任意一個測量場景數據，另一個依據場景數據進行對焦。

實施例5

請參見圖5，圖5為本實用新型實施例5的可變焦光學元件的結構示意圖。如圖5所示，本實施例5的可變焦光學元件400包括：第一可變焦透鏡單元、第二可變焦透鏡單元，其中第一可變焦透鏡單元包括：第一基板410、第二基板420、第一電極單元412、第一取向膜411、液晶層430、第二電極單元、第二取向膜421。第二可變焦透鏡單元包括：第二基板420、第二電極單元 、第三取向膜423、液晶層440、第三基板450、第三電極單元452、第四取向膜451。本實施例5的可變焦光學元件與實施例1的可變焦光學元件的主要區別在于：第一可變焦透鏡單元與第二可變焦透鏡單元均為液晶微透鏡陣列。第一可變焦透鏡單元的第一電極單元412的圓孔電極和圓形電極分別與第二可變焦透鏡單元第三電極單元452對應的圓孔電極和圓形電極結構相同，而第二基板上則設置的第二電極單元包括兩個公共電極422和424。

實施例6

請參見圖6，圖6為本實用新型實施例6的可變焦光學元件的結構示意圖。如圖6所示，本實用新型實施例6的可變焦光學元件400與本實用新型實施例5的可變焦光學元件400結構大致相同，區別在于：第一可變焦透鏡單元在第一電極單元412與第一取向膜411之間設置第一高阻抗透明薄膜461，第二可變焦透鏡單元在第三電極單元452與第四取向膜451之間設置第二高阻抗透明薄膜462。上述第一高阻抗透明薄膜461用于使第一可變焦透鏡單元形成的透鏡特性較好，上述第二高阻抗透明薄膜462用于使第二可變焦透鏡單元形成的透鏡特性較好，從而達到提升成像裝置的成像質量的目的。

實施例7

請參見圖7，圖7為本實用新型實施例7的可變焦光學元件的結構示意圖。如圖7所示，本實用新型實施例7的可變焦光學元件500主要包括：第一可變焦透鏡單元和第二可變焦透鏡單元。而第一可變焦透鏡單元主要包括：第一基板510、與第一基板相對設置的第二基板520。第一基板510的表面依次設有第一電極單元、第一取向膜511。第二基板520表面設有第二電極單元、第二取向膜521。其中，第一取向膜511與第二取向膜521之間夾設有第一液晶層530。第一電極單元包括第一驅動電極512和第二驅動電極513以及置于第一驅動電極512與第二驅動電極513之間的絕緣層,第一驅動電極512為圓孔電極,在圓孔電極內設有第三高阻抗透明薄膜514，該第三高阻抗透明薄膜呈圓形。第二驅動電極513為整面電極，位于第一驅動電極512上方，比第二驅動電極523距離第一液晶層530距離大些。第二電極單元包括第一公共電極522和第二公共電極524，分別位于第二基板520的上、下兩表面，在第一公共電極522表面設有第二取向膜521，在第二公共電極524表面設有第三取向膜523。

第二可變焦透鏡單元主要包括：第二基板520、以及與第二基板520相對設置且遠離所述第一基板510的第三基板550。第二基板520表面設有第二電極單元的第二公共電極524和第三取向膜523。第三基板550表面設有第三電極單元、第四取向膜551。第三取向膜523與第四取向膜之間夾設有第二液晶層540。第三電極單元與第一電極單元結構類似，包括第三驅動電極552和第四驅動電極553以及第三驅動電極552與第四驅動電極553之間的絕緣層，第三驅動電極552為圓孔電極，在圓孔內設有第四高阻抗透明薄膜554，該第四高阻抗透明薄膜554呈圓形。第三基板550表面依次設置第四驅動電極553、絕緣層、第三驅動電極552以及第四取向膜551。由于設置第三高阻抗透明薄膜514和第四高阻抗透明薄膜554在對應的圓孔電極內，這樣可減少外界的電磁場干擾，以使透鏡特性更穩定，成像質量較佳。

當然，在本實施例中，本實用新型的可變焦光學元件中的第一可變焦透鏡單元為液晶微透鏡陣列，第二可變焦透鏡單元也為液晶微透鏡陣列。但本實用新型并不局限于此，第一可變焦透鏡單元可以為液晶透鏡，而第二可變焦透鏡單元也為液晶透鏡。還有，兩者并不一定同時為液晶透鏡或液晶微透鏡陣列，也可是第一可變焦透鏡單元為液晶微透鏡陣列時，第二可變焦透鏡單元可以為液晶透鏡或液晶微透鏡陣列。此外，基于本實用新型實施例7的結構基礎上還可以做很多變形，這些變形如前面實施例1至6那樣，如第二電極單元可以僅有一個公共電極，如第二電極單元包括上、下兩個驅動電極組，第一驅動電極組包括距離第一基板較近的兩層驅動電極，結構與第一基板上的驅動電極類似。而第二驅動電極組也包括距離第三基板較近的兩層驅動電極，結構上與第三基板上的驅動電極類似。還有，由于可變焦光學元件中的第一可變焦透鏡單元與第二可變焦透鏡單元并不同時工作在透鏡狀態，在第二基板上設置兩個驅動電極組時，還可以是兩驅動電極組共用一個整面電極作為驅動電極，而另外作為驅動電極的圓孔電極分別對應各自的液晶層設置，也即兩層圓孔電極之間設置有一各整面驅動電極，這樣可減少一個驅動電極，結構變簡單，同時降低了成本。

實施例8

請參見圖8，圖8為本實用新型實施例7的可變焦光學元件的電路結構示意圖。如圖8所示，所述可變焦光學元件還包括驅動第一可變焦透鏡單元的第一可變焦透鏡驅動電路14、驅動第二可變焦透鏡單元的第二可變焦透鏡驅動電路13、切換單元12以及控制單元11，所述控制單元11控制所述切換單元12切換所述第一可變焦透鏡驅動電路14驅動所述第一可變焦透鏡單元和第二可變焦透鏡驅動電路13驅動所述第二可變焦透鏡單元之一處于透鏡狀態，另一處于非透鏡狀態。

以上實施例1至8主要是對可變焦光學元件的結構和驅動電路進行說明，在本實用新型中，可變焦光學元件的結構還可作其它變化，如第一可變焦透鏡單元、第二可變焦透鏡單元之一采用液體透鏡。還有，第一可變焦透鏡單元與第二可變焦透鏡單元的電極位置發生變化等等，這些都在本實用新型的可變焦光學元件的保護范圍內。

請參見圖9，圖9為本實用新型成像裝置的電路結構示意圖。如圖9所示，本實用新型還提供一種成像裝置，所述成像裝置包括：主透鏡單元24、可變焦光學元件25、圖像傳感器26、處理器21以及存儲器22。主透鏡單元24，用于拍攝位于主透鏡單元24一側的場景23并成像于主透鏡單元24的另一側。圖像傳感器26用于將獲取的場景圖像轉換成電信號，并輸出所述電信號作為圖像信號。處理器21，用于控制所述可變焦光學元件25、圖像傳感器26以及存儲器22工作，所述存儲器22用于存儲計算機執行指令，當所述成像裝置拍攝指定場景時，所述處理器21讀取所述存儲器22存儲的所述計算機執行指令，控制圖像傳感器26及可變焦光學元件25工作。

其中，所述可變焦光學元件25位于主透鏡單元24與圖像傳感器26之間，采用前面實施例1至實施例7的可變焦光學元件，關于可變焦光學元件的具體結構及電路請參見圖1至圖8以及前面的描述，在此不再贅述。

本實用新型的成像裝置可應用于膠囊型醫療設備、航空拍攝設備、無人駕駛設備、智能機器人、智能穿戴設備、監視設備、移動通信終端以及帶攝像頭的導彈中。

以上所述僅為本實用新型的實施方式，并非因此限制本實用新型的專利范圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本實用新型的專利保護范圍內。