專利名稱：具有光學元件的圖像讀取組件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于圖像讀取組件領域。更為具體地，本發(fā)明涉及包括能夠執(zhí)行光圈和快門功能的光學元件的圖像讀取組件。
背景技術：
圖像讀取系統(tǒng)在包括用于手機、數(shù)碼相機、攝象機等的照相機組件的多種光學領域中得到應用，圖像讀取系統(tǒng)包括成像鏡頭、將圖像轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器、各種芯片，如用來處理信號的ISP和DSP芯片，以及用來控制光量和曝光時間的光圈和快門。
在低解析度傳感器組件中光圈和快門被認為是不重要的，但是其對于在高解析度傳感器組件中獲得清晰圖像具有非常重要的作用。
傳統(tǒng)上，機械控制部件被用于光圈和快門，機械驅(qū)動裝置在其中被應用。因而，光圈和快門對照相機系統(tǒng)的厚度有影響。
參照圖1，示出兩種傳統(tǒng)類型的照相機快門葉片式快門(1a)，也稱為透鏡間快門，和焦面快門(1b)。如圖1a所示，葉片式快門10(未示出)具有例如5片同時從中央前進或后退以驅(qū)動葉片式快門10的葉片12。為了關閉或打開葉片式快門，需要將機械驅(qū)動裝置(未示出)線性結合到每片葉片上。
如圖1b所示，焦面快門20具有由金屬或布制成的幕簾22，其折疊則曝光膠片或CCD，展開則終止曝光。該焦面快門安裝在CCD或膠片前方或者是鏡頭后方。不同于圖1b所示的水平焦面快門，也可以使用通過垂直折疊和展開幕簾來操作的垂直焦面快門。類似于葉片式快門，焦面快門也需要功能為折疊和展開金屬或布制幕簾的線性機械驅(qū)動裝置(未示出)。
圖2示出取決于f-數(shù)的光圈30的各種狀態(tài)。如圖2所示，光圈30通過在預定范圍內(nèi)(例如f-數(shù))同心安置幕簾32來調(diào)節(jié)穿過其進入照相機的進光量。傳統(tǒng)上，光圈也是機械操作的。
如上所述，光圈和快門的機械操作需要用于其上的機械驅(qū)動裝置，因而在光圈和快門自身之外的驅(qū)動裝置的數(shù)量增加了照相機系統(tǒng)的厚度或體積。而且，折疊或展開幕簾或者相互分開或重疊葉片的機械操作產(chǎn)生噪音并且引起沖擊。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明謹記現(xiàn)有技術中發(fā)生的上述問題，并且本發(fā)明的目的在于提供能夠執(zhí)行光圈和快門功能而沒有機械操作裝置的光學元件。
本發(fā)明的另一目的在于提供包括通過利用液晶光聚合物來電操作的光學元件的圖像讀取組件。
為了實現(xiàn)上述目的，提供有一種圖像讀取組件，包括成像鏡頭、將透過鏡頭的光轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器和用來控制光量和曝光時間的光學元件，其中該光學元件包括根據(jù)其上所施加的電場能夠使光從其透過的液晶光聚合物層；和一對透明電極襯底，其定位為將液晶光聚合物層夾在中間，在每一側(cè)包括用來在液晶光聚合物層上施加電場的電極圖案，在該透明電極襯底之一上的電極圖案具有同心圓，其中的圓具有相對于相鄰外側(cè)圓的一半面積。
根據(jù)本發(fā)明，液晶光聚合物層由聚合物分散液晶制成。
根據(jù)本發(fā)明，該液晶光聚合物層被多個子透明電極襯底等分為多個子液晶光聚合物層，該子透明電極襯底以等距離平行于所述的成對透明電極襯底而形成在液晶光聚合物層內(nèi)。
多個子液晶光聚合物層的形成導致施加電場到液晶光聚合物層所需的功率量下降。由于施加電場到子液晶光聚合物層之一所需的功率小于完整的液晶光聚合物所需的功率，所以包括多個子液晶光聚合物的光學元件可以由低于包括完整液晶光聚合物的光學元件的功率來進行電操作。
根據(jù)本發(fā)明，通過交流電源來提供電場。使用交變電流從而防止電場在PDLC(聚合物分散液晶)內(nèi)的小滴表面上被屏蔽。
而且，根據(jù)本發(fā)明，選擇性地施加電場到所有或相對內(nèi)側(cè)的同心圓上，以使該光學元件能夠執(zhí)行光圈的功能。另一方面，當電場產(chǎn)生后，不施加電場以使液晶光聚合物屏蔽光的透射，從而該光學元件能夠執(zhí)行快門的功能。因此，本發(fā)明的光學元件可以同時用作光圈和快門。


由以下結合附圖的詳細說明可以更清晰地理解本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點，其中圖1a示出傳統(tǒng)的葉片式快門；圖1b示出傳統(tǒng)的焦面快門；圖2示出傳統(tǒng)光圈；圖3為包括根據(jù)本發(fā)明的光學元件的圖像讀取組件的一部分的示意圖；圖4為示出用于本發(fā)明的液晶光聚合物的電光性質(zhì)的方塊圖；圖5為圖3的光學元件的示意平面圖；圖6a-6c為圖5的光學元件作為光圈使用的示意圖；圖7a和7b為圖5的光學元件作為快門使用的示意圖；圖8a為圖5的光學元件的一個實施方案的剖面圖；圖8b為圖5的光學元件的另一實施方案的剖面圖；和圖8c為詳細示出子透明電極襯底的示意剖面圖。
具體實施例方式
參照附圖，其中在所有不同的附圖中使用相同的附圖標記來指示相同或相似的部分。
參照圖1，示意性地示出圖像讀取組件100的重要部件的結構圖，其中根據(jù)本發(fā)明的光學元件功能為光圈和/或快門。該圖像讀取組件不是使用膠片的模擬式類型，而是對應于使用檢測光并將光轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器的數(shù)字式類型。
圖像讀取組件100包括接收光而成像的鏡頭120、將透過鏡頭120的光(圖像)轉(zhuǎn)換成電信號的傳感器和調(diào)節(jié)透過鏡頭120的進光量或曝光時間的光學元件130。為了方便，將省略用于圖像讀取系統(tǒng)的其它常用部件的說明，如信號處理芯片，例如ISP、DSP等。
至于鏡頭120，其為包括色差校正透鏡122、光路調(diào)節(jié)透鏡124和失真校正透鏡126的透鏡組合。在圖3中，使用凹透鏡和凸透鏡相組合的雙合透鏡來校正色差，同時海鷗透鏡負責校正失真。然而，示出這種結構是來說明本發(fā)明，而不是限制。應該注意多種透鏡組合可被應用于本發(fā)明。
根據(jù)本發(fā)明的光學元件的特征在于使用了改變折射率的介質(zhì)，具體地，是組合介質(zhì)，也稱為液晶光聚合物。由于Polaroid公司開發(fā)的DMP-128，液晶光聚合物已經(jīng)發(fā)展成聚合物分散液晶(以下稱為“PDLC”)，其被本發(fā)明所采納。
參照圖4，以方塊圖示出用于本發(fā)明的光學元件中的液晶光聚合物的電光性質(zhì)。通過在液晶和單體的均相混合物中采用例如UV固化來聚合基質(zhì)而引起相分離來制備PDLC 40。當單體聚合時，液晶相分離成為小滴44，該相分離小滴44被固化聚合物基質(zhì)42的壁所分隔。
在未引導(unaddressed)的狀態(tài)中，如圖4a所示，小滴44內(nèi)的向列織態(tài)結構相對于相鄰小滴隨機取向，以致每個小滴都成為光散射體從而由于如圖4a的虛線箭頭所示的光散射而導致PDLC 40呈現(xiàn)白色。另一方面，當施加電場E到PDLC 40上時，使得小滴44沿所施加的電場方向排列，從而具有與聚合物基質(zhì)42相同的折射率。因此，PDLC 40變?yōu)橥该?，光線如圖4b中的箭頭所示從其透過。
本發(fā)明的特征在于將具有這種PDLC電光性質(zhì)的光學元件用來擔負圖像讀取組件中的光圈和/或快門的功能。
圖5示出功能為光圈和/或快門的光學元件，其中根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案，將預定圖案形成在透明電極襯底上。該圖案為同心圓，其中的圓具有其相鄰外側(cè)同心圓一半的面積。這滿足了調(diào)節(jié)光量的標準(例如按照f-數(shù)的光圈標準)。
應該理解圖5所示的三個圖案A、B和C是說明性的，而非限制。圖案的數(shù)目，也就是，光圈的調(diào)節(jié)程度根據(jù)照相機組件的像素數(shù)來確定。為了方便，僅用三個圖案作為例子來描述調(diào)節(jié)光量。
在光學元件130的平面圖中，圖案A、B和C為同心圓關系。最內(nèi)側(cè)圖案C形成為封閉圓。同心圓的面積為相鄰內(nèi)側(cè)同心圓的兩倍。
如參照圖6和7所說明的那樣，當將電場選擇性地施加到每個圖案上時，本發(fā)明的光學元件可以執(zhí)行光圈的功能，同時當將電場共同施加到所有圖案上時，本發(fā)明的光學元件成為快門。
圖6說明將本發(fā)明的光學元件用作光圈的情況。當將電場施加到所有圖案A、B和C上時，如圖6a所示，在光學元件上形成圖案的所有PDLC變得透明，從而透光量最大。對應于f2.8，本情況允許PDLC圖案透過最大量的光進入照相機組件。在此，當該光學元件用作光圈時，圖案A的外部邊界可被用作光闌(stop)。
圖6b示出將電場施加到圖案B和C，而不是圖案A的情況。對應于f4，透過PDLC的光量比圖6a的情況減半。
僅施加電場到最內(nèi)側(cè)圖案C，如圖6c所示，透過PDLC的光量相對于圖6b的情況減半。該情況可表示為f5.6。
這樣，本發(fā)明的光學元件利用圖案A、B和C的透光量對應于電場的選擇性施加，因而執(zhí)行光圈功能。
接著，參照圖7，示出本發(fā)明的光學元件功能為快門的情況。圖7a為開啟(ON)狀態(tài)，其中通過將電場施加到所有圖案A、B和C得到透過PDLC的最大透光量。圖7b為關閉(OFF)狀態(tài)，其中不存在電場從而沒有光透過PDLC。
一般而言，當功能為快門時，圖案A、B和C從圖7a的關閉狀態(tài)轉(zhuǎn)變到圖7b的開啟狀態(tài)，在開啟狀態(tài)保持極短的時間周期，然后回到圖7a的關閉狀態(tài)。
當共同承擔光圈功能時，本發(fā)明的光學元件需要略微不同于通常的情況的過程以便執(zhí)行快門功能。例如，當在圖像讀取組件中與圖3的傳感器110一起操作時，該光學元件可以執(zhí)行快門功能。
當傳感器處于非操作狀態(tài)時，本發(fā)明的光學元件功能為光圈，從而在電場存在下鏡頭成像。在傳感器開始工作極短時間之后，本發(fā)明的光學元件處于如圖7b所示的關閉狀態(tài)，從而執(zhí)行快門功能。
應該注意光圈和快門兩種功能不可能都在使用膠片的模擬式系統(tǒng)中執(zhí)行，但可以在使用傳感器的數(shù)字式系統(tǒng)中執(zhí)行。也就是說，整合光圈和快門的本發(fā)明的光學元件優(yōu)選用于數(shù)字式圖像讀取組件。如果功能僅為光圈或快門，則根據(jù)本發(fā)明的光學元件可以應用于所有圖像讀取組件中，不論是數(shù)字的還是模擬的。
制造功能為光圈和/或快門的本發(fā)明光學元件的原理是基于如下所述的光學元件結構。
圖8示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的具有單層液晶光聚合物和根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案(8b)的具有多個子液晶光聚合物的光學元件，并且以放大圖示出子透明襯底電極(8c)。在這些圖中，液晶光聚合物150被表示為沒有分開到聚合物基質(zhì)42(圖4)和小滴44(圖4)的單一單元。
如圖8a所示，根據(jù)本發(fā)明實施方案的光學元件包括一對透明電極襯底140，其間插入有液晶光聚合物150，例如PDLC。透明電極襯底140通過在透明導電膜144上涂覆氧化銦錫(ITO)形成。在該對透明電極襯底140之一(圖8a中的下襯底)上，ITO膜142形成為同心圓圖案，電場被選擇性施加到該案。
圖案A、B和C以預定間隙S排列，該間隙S優(yōu)選非常細微，以至于在由鏡頭所成的像中不能用肉眼分辨出來。因此，該間隙設定為不影響由使用根據(jù)本發(fā)明的光學元件所成的像。
為了重排PDLC內(nèi)的小滴而施加的功率(V)可由所施加的電場(E)和PDLC厚度的乘積來限定如下方程式1V＝Ed因為電場需要恒定，因此為重排小滴而施加的功率(也就是，電壓)正比于PDLC的厚度。
方程式2V∝d因此，可以通過減少光學元件中的液晶光聚合物的厚度來降低施加到光學元件上的功率。這樣，對于低功率操作的光學元件的要求對于制造更小的圖像讀取組件是必要的。
在圖8b中，插入在一對透明電極襯底140之間的液晶光聚合物150被兩個子透明電極襯底160等分成三個子液晶光聚合物層150a、150b和150c，同時所有的透明電極襯底均以等距離排列。當將液晶光聚合物層150分成子液晶光聚合物層150a、150b和150c時，每個子液晶光聚合物的厚度就降低為完整的液晶光聚合物的約三分之一。因此，施加到每個子液晶光聚合物層上的功率也可下降相同的比例。
根據(jù)詳細示出子透明電極襯底160的圖8c，它是通過將ITO膜162以預定圖案A、B和C形成在沉積于平坦的ITO膜164上的透明絕緣體170上來制造。在每個子液晶光聚合物層150a、150b和150c的每一側(cè)上形成透明電極襯底。當總體看來時，根據(jù)本發(fā)明的光學元件被構建為具有多個單元元件，每一個均由透明電極襯底—液晶光聚合物—透明電極襯底構成，同時在單元元件之間插入有透明絕緣體。
結果，圖8b的光學元件所必須的功率(V)降低為圖8a的約三分之—。對比圖8a中的完整的液晶光聚合物150，其上施加有電場的單元元件是子液晶光聚合物層150a、150b和150c，其來自于完整的液晶光聚合物層的三等分?？紤]到所施加的電場恒定，當單元元件的厚度減少為三分之一時，操作光學元件所需的電壓同樣被降低相同比例。
改變液晶光聚合物的折射率所需的功率值的減少使得包括液晶光聚合物的組件更細更小，從而有助于具有該組件的電子設備(例如，數(shù)碼相機)的微型化。
對于施加到本發(fā)明的光學元件的功率，使用交變電流以防止電場在PDLC內(nèi)的小滴表面上被屏蔽。詳細地，當通過供應直流電來將電場施加到PDLC上時，電荷的重排發(fā)生在PDLC內(nèi)的小滴和聚合物基質(zhì)之間的界面上，從而屏蔽了進入小滴的電場的施加。
如上所述，本發(fā)明針對包括一對透明電極襯底，其間插入有液晶光聚合物，例如PDLC的光學元件，其可被電操作來執(zhí)行光圈和/或快門的功能，而無需額外的機械操作裝置，并且也針對包括該光學元件的圖像讀取組件。另外，基于通過將液晶光聚合物層分成多個子液晶光聚合物層使其操作僅需要少量功率的優(yōu)點，根據(jù)本發(fā)明的圖像讀取組件可被應用于低功率操作的微型化電子設備中。
因此，根據(jù)本發(fā)明能夠起光圈和快門作用的電操作光學元件可以減小圖像讀取組件的尺寸，此外還可防止圖像讀取組件產(chǎn)生來自機械驅(qū)動裝置的使用所引起的機械噪聲和沖擊。
雖然為了說明的目的公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，本領域的技術人員應該理解在不偏離公開在所附權利要求的范圍和實質(zhì)的情況下可以進行各種更改、添加和刪減。
權利要求
1.一種圖像讀取組件，包括成像鏡頭、將透過鏡頭的光轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器和用來控制光量和曝光時間的光學元件，其中所述光學元件包括根據(jù)其上所施加的電場能夠使光從其透過的液晶光聚合物層；和一對透明電極襯底，其位置為將液晶光聚合物層夾在中間，在每一側(cè)包括用來在液晶光聚合物層上施加電場的電極圖案，在該透明電極襯底之一上的電極圖案具有同心圓，其中的圓具有相鄰外側(cè)圓的一半面積。
2.權利要求1所述的圖像讀取組件，其中所述液晶光聚合物層由聚合物分散液晶制成。
3.權利要求1所述的圖像讀取組件，其中所述液晶光聚合物層被多個子透明電極襯底等分成多個子液晶光聚合物層，所述子透明電極襯底以等距離平行于所述成對透明電極襯底形成在液晶光聚合物層內(nèi)。
4.權利要求3所述的圖像讀取組件，其中每個子透明電極襯底包括一對上和下透明電極襯底和插入其間的透明絕緣體。
5.權利要求1所述的圖像讀取組件，其中通過交流電源提供電場。
6.權利要求1所述的圖像讀取組件，其中將所述電場選擇性地施加到所有或內(nèi)側(cè)同心圓上，從而所述光學元件可以執(zhí)行光圈功能。
7.權利要求6所述的圖像讀取組件，其中在所述電場產(chǎn)生之后，不供應所述電場以使液晶光聚合物遮蔽光的透射，從而所述光學元件可以執(zhí)行快門功能。
全文摘要
所公開的是包括能夠執(zhí)行光圈和/或快門功能的光學元件的圖像讀取組件。該光學元件主要由其間插入有液晶光聚合物的一對透明電極襯底構成。該圖像讀取組件還包括成像鏡頭、將透過鏡頭的光轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器。所述光學元件可以被電操作來執(zhí)行光圈和/或快門的功能而無需額外的機械操作裝置。電操作時，該光學元件除了能夠保護圖像讀取組件免于由機械驅(qū)動裝置的使用所引起的機械噪聲和沖擊之外，還可以減小圖像讀取組件的尺寸。
文檔編號G03B9/02GK1782845SQ20051006946
公開日2006年6月7日 申請日期2005年5月9日 優(yōu)先權日2004年11月30日
發(fā)明者慶阡秀, 鄭鎬燮, 申東益 申請人:三星電機株式會社