照相装置、含照相装置的移动电话、及照相装置的制备方法

专利名称：照相装置、含照相装置的移动电话、及照相装置的制备方法
近十年来，市场上对用于例如移动电话的照相装置的需求急剧增加。移动电话的可用特性数也一直随着市场的增长而增加。可用特性包括全彩色显示、互联网连接和消息选项。最新的贡献之一是配有内置照相机的移动电话。这种照相装置的其它应用领域是例如网络监视器、安全和监视设备、和数字静态和视频照相机。
目前的照相机，比如用于移动电话、网络监视器或者低成本数字照相机的照相机，通常具有单一聚焦点。这种照相机因此被设计成具有合理的聚焦深度，使其对于短程对象的焦距变化相对不灵敏。但是，固定焦点对于长程对象的焦距变化比较灵敏。所以，所得图像常常模糊不清，或者背景模糊不清。
由于空间和成本限制，往往并不选择具有机械调焦能力的透镜。解决这个问题的一种方法是采用具有自聚焦功能能够在不同距离获得鲜明图像的透镜。但是，到目前为止，市场上没有能满足在移动电话照相机上安装所要求的成本和空间要求的自聚焦透镜。对于商业成功而言，一个重要方面就是易于制备。
美国专利申请2002/0181126公开了具有可变焦距的透镜。根据其中描述的一个实施方案，该透镜包括两个具有凹表面的透明基底，其具有各自的透明电极和取向层。凹表面限定了室(cell)体积，其中填充了具有负各向异性折射系数的液晶分子。因此，所述液晶具有满足下列条件的椭圆折射系数ne＜nox，ne＜noz(1)其中ne是非常光线的折射系数，nox是沿着x方向偏振的寻常光线的折射系数，noz是沿着Z方向偏振的寻常光线的折射系数。对于大多数液晶而言，折射系数实际上也满足下列条件nox＝noz＝no(2)其中no是寻常光线的和偏振无关的折射系数。
设置取向膜，使得液晶分子沿着与各自的取向膜平行的方向取向。但是，当在两个电极之间提供AC或DC电压时，液晶分子的取向可以倾斜90°，于是相对于透镜入射光的有效折射系数根据下列等式降低neff＝(ne+no)/2 (3)由于折射系数降低，所以光学元件的折射能力变小，因而透镜的焦距变长。而且，通过采用可变电阻器控制电压，可以连续改变焦距。实际上，透镜具有可变焦距。
US2002/0181126没有具体描述该器件的制备，但是类似这种的器件常常是“一件一件”制备并随后组成成一个单元的。由于任何表面缺陷或粗糙度会严重损害透镜性能，所以该器件的凹“透镜”表面制备起来特别复杂。所以，这种表面通常由玻璃制备，经过抛光获得最终形状。操作透镜所需的电极通常施加在该曲面的内侧。电极通常通过蒸镀或溅射施加。但是，对于陡峭表面或者甚至阶梯状表面而言，采用这些方法施加电极相当复杂。另外，在曲面上设置电极导致电场不均匀，从而影响了透镜精度。
另外，如上所述，尺寸对于例如移动电话应用而言是个重要因素。所以，将如上述专利申请所述的透镜用于移动电话应用的任何尝试，都会遇到严重的问题，即照相机透镜的整个光路通常不仅仅需要聚焦透镜，还需要初级透镜、准直透镜和光传感器阵列。
因此，需要提供焦距可变、紧凑、容易制备、并因而适于商业应用于移动电话的透镜。所以，本发明的目标是提供紧凑而且便于制备的照相装置。
上述目标由所附权利要求定义的本发明得到实现。根据下列描述，其它优点将显而易见。
因此，本发明的一个方面是提供照相装置。该装置整体包括采用固定构造形成一个单元的光传感器阵列和至少两个透镜。光传感器阵列包括大量的像元(即，像素)，这些像元一起形成图像表面，在该图像表面上形成待拍摄对象的投影。该透镜的至少第一个具有可调焦距，并包括具有第一对齐表面和第二对齐表面的液晶室。至少一个对齐表面是透镜形状(例如，凸形或凹形)，由聚合物体限定。液晶室进一步包含液晶分子，所述液晶分子具有各向异性的折射系数并被设置在对齐表面之间，以引发预定的分子取向。在液晶分子的相对侧上进一步提供了电极对，由此通过施加在其中的电场和使液晶分子重新取向来有效控制液晶分子层的有效折射系数。
透镜以固定构造排列，以使照相装置具有可调焦距。可调的聚焦深度可以通过例如自聚焦装置开发出来，由自聚焦控制单元控制；或者通过手动聚焦装置开发出来，由用户输入控制。自聚焦控制单元通常包括测距仪和控制单元。控制单元可以包括将不同范围和不同透镜设置联系起来的查询表。但是，各种自聚焦控制单元都是本领域公知的，所以省略了进一步描述。
因此，第一透镜的操作基于下列事实液晶分子层的有效折射系数取决于层中的液晶分子取向，而液晶分子取向进而由电场控制。但是，折射系数通常仅仅对于一定偏振的光才可控，而偏振光取决于分子取向。例如，对于对齐层平行的情况，液晶分子以向列相形式存在，在平行单轴取向和倾斜取向之间可控。在最倾斜状态，分子通常具有垂直排列取向，即分子倾斜90°。
那么，仅仅对于分子取向平行的线性偏振光，才会发生折射系数的改变。这种状况可以以不同方式处理。对于可以接受或者甚至需要偏振灵敏型照相装置的情况而言，可以在照相装置中提供偏振器，以提供所需的偏振。因此，根据一个实施方案，第一透镜对于预定偏振的光有效，所述预定偏振取决于液晶分子的取向，而且照相装置进一步包括只对所述预定偏振的光透明的偏振器。这种设计的优点在于它提供了价格低廉的紧凑照相装置。
但是，偏振器通常吸收至少50％的入射光(不具有所需偏振的那部分)。这样明显减少了实际到达光传感器阵列的光量，导致图像的亮度降低。
所以，根据可替换的实施方案，第一透镜进一步包括第二液晶室，第二液晶室的分子取向基本和第一液晶室中的分子取向垂直。第一透镜的两个液晶室因此对反向的互补型偏振光有效，第一透镜由此对随机偏振光有效。在满足各个室的焦点都被精确调整的前提下，两个室起到共用的、不依赖于偏振的透镜的作用。
根据一个实施方案，在基本平整的界面上，例如，在平整的基底表面上设置电极。在这种情况下，这些平整表面之一可以承载透镜形的聚合物体，使得电极不仅仅被液晶分子层分开，而且被聚合物体分开。因此，电极无需遵循液晶/聚合物表面的凹形或凸形(透镜)形状，相反可以基本平整并因而互相平行。这样是有利的，因为随后所得的电场横跨整个液晶分子更加均匀。实际上，电场分布非常小，只要聚合物基底的介电常数和液晶分子的寻常和非常介电常数处于同一数量级即可。因而，与电极排列在透镜形状的表面上的情况相比，这样使得沿着透镜周边的透镜强度更均匀。而且，平电极通常更容易制备，这是因为所采用的溅射工艺或蒸镀工艺在弯曲表面上执行起来相当复杂。另一优点是平基底可以由玻璃或者耐温性比透镜形状的聚合物体强的一些其它材料制备。因此，在玻璃基底上而不是在聚合物表面上施加电极可以在更高温度下进行，使施加工艺更快、更精确。
但是，电极的位置并不限于此位置。可替换地，可以使一个或两个电极和各个取向层连接提供，随后遵循各个液晶界面的形状。
而且，可以采用分段电极(例如，电极被分成单独寻址的子部分，比如中心电极部分和围绕该中心电极的圆周电极)，由此可以更精确控制透镜。电极层在侧面部分接触。电极或引线通常安装有导电材料，在引线和导电层之间产生电接触。
照相装置因而具有了可调聚焦功能，所述可调聚焦功能基于具有可调焦距的透镜。但是，更苛刻的照相应用可能不仅仅要求可调聚焦深度，还要求可调景深(例如，放大功能)。放大功能可以通过包括两个具有独立可调焦距的透镜的透镜构造提供。因此，根据照相装置的一个实施方案，另外的第二透镜具有可调的聚焦长度，而且第一和第二透镜经过设置使得照相装置具有可调的景深(即，透镜被设置成望远镜构造形式)。优选但非必需地，第二透镜的设计风格和上述第一透镜的相似。
很容易知道，照相装置的透镜可以以多种不同方式排列。而且，许多透镜装置包括大量具有固定和/或可调焦距的透镜。显而易见，任何所述透镜构造都落在本发明的范围之内。本发明照相装置的特征性特点在于它包括排列在整体式单元中的互相之间距离固定的透镜和光传感器阵列，而且至少一个透镜具有可调焦距，所述焦距可以通过使室中的液晶分子重新取向进行控制。
本发明的照相装置非常适于直接应用在线路板上，从而使设计极其紧凑。因此，本发明的另一方面提供了载有如上所述照相装置以及其它电子器件的线路板。
本发明的另一方面提供了包含上述照相装置的移动电话。
照相装置尤其有利的是它便于采用极其合理的制造工艺。因此，本发明的一个方面提供了制备照相装置的方法。该方法包括下列步骤制备焦距可调并含有液晶分子的第一透镜，所述制备包括下列步骤将单体设置在第一基底和模具之间，使得在所述第一基底上形成透镜形状的单体体；聚合所述单体，由此在所述第一基底上形成透镜形状的聚合物体；将所述聚合物体和所述模具分离；在所述聚合物体上设置对齐层；提供具有对齐层的第二基底；将液晶分子层夹在所述聚合物体和所述第二基底之间，由此形成具有可调焦距的透镜。
所述方法进一步包括下列步骤提供第二透镜；提供光传感器阵列；和将所述第一透镜、第二透镜和光传感器阵列以固定构造排列形成一个单元，从而在所述照相装置中提供可调焦距。
根据一个实施方案，所述光传感器阵列的传感器表面用作第一或第二基底。因而由于聚合物体可以直接提供在光传感器阵列上，所以可以简化照相装置。
单体的聚合步骤可以以多种不同方式进行。但是，一种特别合适的方法是采用光聚合方法。因此，根据一个实施方案，聚合所述单体的步骤包括将所述单体暴露到电磁辐射下。电磁辐射优选是紫外光，而且单体可以包括使光聚合过程加速的光引发剂。
可替换地，或者组合而言，聚合步骤包括加热所述单体到高于30℃，优选高于120℃的温度，以便后固化所述单体。所需的具体温度主要取决于采用的单体类型以及所用引发剂的类型。
对于暴露到电磁辐射下和热处理结合的情况，将单体暴露到电磁辐射下可能起到固化透镜形状，从而使透镜脱模的主要功能。但是，仅仅采用电磁辐射聚合单体不可能达到100％，这是因为单体的凝胶化和/或玻璃化降低了反应性基团的迁移率。因而，优选在所述范围内或以上的高温下进行后固化步骤，以便暂时性提高迁移率并因此将聚合向100％推进。
但是，单体在暴露到电磁辐射中的同时可能已经加热。辐射诱导聚合和聚合过程中热诱导迁移的同时效果，对聚合速率有协同影响，因而使聚合更接近100％。
将液晶分子层夹在中间的步骤优选利用在聚合物体和第二基底之间的空隙(即小室)中自然存在的毛细管力。由于以其它方式在某种程度上可能难以完全填充室，所以这样是有利的。
为了确保第一和第二基底之间距离正确而且对齐，一个实施方案采用设置在这两个基底之间的分隔元件。分隔元件随后优选被粘合到各个基底上。但是，根据一个具体实施方案，分隔元件在聚合步骤中作为聚合物体的组成部分形成。这可以例如通过模具的合适构造得以实现，由此将分隔元件同时限定为透镜形状体。
可替换地，基底可以仅仅通过粘合剂例如环氧树脂互相固定。
为了控制液晶分子的取向，并因而控制透镜的有效折射系数和焦距，通常在各个基底上设置透明电极。电极可以由例如ITO(氧化铟锡)制备。在第二基底上，电极通常和对齐层设置在同一侧，即，在面对液晶分子的表面上。但是，在第一基底上，电极可以设置在基底本身上或者可以设置在聚合物体上。在电极设置在基底本身上的情况下，通常在聚合物体在基底上聚合之前将其提供在基底上。只要第一基底也是平的，则施加电极通常比在弯曲聚合物表面上施加容易得多。这是因为对弯曲表面形状而言，使施加工艺比如蒸镀和溅射变复杂，对于聚合物而言，聚合物通常比基底(通常由玻璃制备)的热敏性高。
在各个基底上的对齐层决定了在室中诱导的液晶分子取向。对齐层可以例如由摩擦的聚酰亚胺层制备，每一层限定了对齐方向(即，所谓的摩擦方向)。液晶分子随后沿着各个对齐方向取向。
可以区别偏振敏感型透镜和偏振不敏感型透镜。偏振敏感型透镜仅仅对于一定偏振的光可控。这种透镜的例子由具有平行对齐层的液晶室形成，所述液晶室诱导了与各个对齐层方向平行的充分确定的单轴分子取向。对于和分子取向平行的线性偏振光而言，这种分子构造的有效折射系数neff等于ne，对于横切分子取向的线性偏振光而言，neff等于no。但是，对于分子倾斜90°因而具有垂直取向的情况，所有的光的有效折射系数等于no。实际上，对于一半光而言，透镜不可控，对于另一半光而言，透镜在no和ne之间可控。折射系数的可变范围因此限制为|no-ne|。
可替换地，液晶分子可以在垂直取向和“随机”平行取向之间可控。随机平行取向的特征在于平均分子取向和基底面平行，但是分子在所述面内随机取向。但是，这种取向可以例如由诱导垂直取向的对齐层提供。随后，分子在没有施加电场时垂直取向，在充分施加了电场时倾斜成随机取向平面状态。由于对齐层并不诱导在各个基底面中的任何方向取向，所以保证了随机分子取向。可替换地，通过采用实际诱导平面分子取向但不诱导在各个面中的方向取向的对齐层，可以实现同样的效应。这可以例如采用没有摩擦的聚酰亚胺层实现。这种层中的有效折射系数当分子处于垂直取向时对所有光而言都是no，当分子在各个基底面中随机取向时对所有光而言都是(no+ne)/2。因此，这种方法获得了偏振不敏感型透镜，该透镜的能力是上述偏振依赖性透镜的一半。折射系数的可变范围因而限定为|(no-ne)/2|。
获得偏振不敏感型透镜的另一种方法是采用液晶分子的螺旋排列。在这种情况下，重要的是液晶混合物中的螺旋节距小于可见光的波长(＜350nm)。只要满足这种要求，则对于上述波长的光而言，液晶混合物的有效折射系数基本上对偏振不敏感。这种透镜的综合性描述请参见共同未决的欧洲专利申请03103936.5。
下面，将参考所附的示例图进一步详细描述本发明的照相装置的图2给出了用于照相装置的预期透镜堆(lens stack)的例子。
图3示出了液晶可变透镜的剖面图。
图4示出了含有两个可变液晶层的液晶可变透镜的剖面图。
图5示出了含有两个可变液晶层的液晶可变透镜的剖面图，所述两个液晶层具有一个共用聚合物主体。
图6示出了本发明的焦距可调透镜的预期制备工艺的第一步。
图7示出了本发明的焦距可调透镜的预期制备工艺的第二步。


图1示意性示出了可调透镜100的横截面，包括实心聚合物体102和可变的液晶混合物101。实心聚合物体102具有固定不变的折射系数，而液晶混合物的折射系数可以变化。因此，液晶分子可以在两个不同的极端状态之间变化，这两个不同极端状态确定了透镜的最短焦距和最长焦距。通过开发中间分子状态可以提供中间焦距。该构造也可以经过设置使得由可变液晶形成凹形，而由聚合物体形成凸形。另外，有些实施方案可以将聚合物主体排列在两个基底上，从而形成椭圆形或者双面凹形液晶体。这种液晶体具有两个光学有效界面，聚焦效应增强。
变焦透镜通常紧靠光传感器阵列(例如，互补金属氧化物半导体(CMOS)成像器)设置。整个透镜堆包括至少多于一个透镜。图2示意性示出了透镜堆200的可行配置，包括以下列次序互相堆叠的CMOS成像器201、变焦透镜202、准直透镜203和初级透镜204，其中CMOS成像器层201位于底部。CMOS成像器在本文中仅仅用作例子。可以代替采用大量可替换的光传感器阵列，具体取决于将来的应用。
液晶透镜堆的总厚度主要由基底(通常由玻璃形成)厚度确定，约为0.5-5mm，具体取决于将来的构造，尤其取决于是否结合了放大透镜(通常使透镜堆更厚)。整个透镜堆的总厚度可以大约为4-10mm。直径可以是大约8mm，包括外壳。
本发明的一个优点在于聚合物体可以采用光复制方法(photoreplication)制备，光复制方法包括原位光聚合步骤，允许快速成形，和例如玻璃磨光技术相比较容易获得各种形状。一个特别明显的优点是便于进行晶片级加工。如上所述，光聚合可以由例如热诱导聚合替换或者进行补充。
聚合工艺得到了可以在填有液晶分子的室中集成的透镜。对室的进一步处理和目前在标准液晶显示器生产中所用的常规步骤相似。
有些实施方案包括焦距固定的透镜。这种透镜有利地采用与聚合物体(旨在用于液晶透镜)相似的聚合步骤制备。
图3的剖面图举例说明了本发明的可变透镜300的例子。透镜300包括一起形成室的两个基底301、302，所述室由分隔元件303密封。该室包括具有正各向异性(ne＞no)的液晶混合物305、和具有与液晶混合物305形成界面的凹表面的实心聚合物体304。透明电极306、308提供在各个基底上，在各个液晶界面上设置有取向层307、309。取向层具有平行的、优选相对的摩擦方向，从而在液晶层中诱发单轴取向。为此，优选选择处于向列相的液晶混合物。为了解释，图3示出了3维坐标体系。参见该坐标体系，基底沿着XZ平面延伸，Y方向限定了光路(即，光轴)。因此，可以沿着X方向摩擦平的取向层307，然后可以沿着相反的X方向摩擦凹的取向层309。可替换地，电极308可以直接设置在平基底302上。
穿过透镜(沿着Y方向)并沿着摩擦方向(即，沿着X方向)具有线性偏振的光，在液晶中经受的有效折射系数neff和液晶中的非常折射系数ne相等。但是，对于液晶分子倾斜出XZ面以外的情况，所述线性偏振光经历的有效折射系数将逐渐向着寻常折射系数no变化。对于液晶分子倾斜90°并因而和该液晶分子平行的情况，有效折射系数等于no。
有效折射系数是与XZ面所成倾斜角φ的函数，如下所示 下式给出了在透镜形聚合物体和液晶层之间具有半径为R的球形界面(即球形透镜表面)的液晶透镜的焦距，其中所述液晶为凸形而所述实心体为凹形fLC=Rneff-ni]]>其中ni是凹形聚合物体的(各向同性)折射系数。
但是，不沿着X方向线性偏振的光不会经历折射系数的变化。因此，这种光认为透镜是静态的，与液晶分子的任何倾斜无关。实际上，这种光的折射系数通常等于no。在所述实心凹形体是由各向同性折射系数等于no的材料制备的情况下，这种光通过透镜时实际不受影响。
为了提供所需偏振，通常在透镜结构300顶部提供线性偏振器310。但是，常规偏振器具有光吸收性，所以通过将任何偏振不精确的光线吸收而使所述光偏振。实际上，通常50％的随机偏振光被偏振器吸收，导致亮度显著下降。
所以，根据另一实施方案，透镜配置了两个重叠的液晶室——每一偏振方向一个，如图4的剖面图所示。为此，透镜可以具有另一液晶室405，它和室404的不同之处仅仅在于取向层的摩擦方向。透镜因此包括两个透镜部分401、402，其独立包括图3所示的透镜的所有元件。但是，这两部分可以共享一个共用基底403，并优选应该具有相互垂直的各自液晶(分别沿X方向和Z方向)。理论上，基底的每一侧，即直接面对液晶的侧或者通过聚合物体间接面向液晶的侧，可以具有独立的电极，从而形成4个电极。中心电极可以通过使各个电极短路(short wiring)而充当共享的共用电极。对于某些合适的材料而言，共用基底403中的两个电极可以被换成在单一侧上的仅仅一个电极。对于一个室(404或405)而言，电场随后穿过基底。在共用电极403上设置至少一个电极，实现了室的单独转换并因而对双偏振的光可以具有精确的聚焦效应。
基本上，具有垂直分子取向的两个叠加室导致透镜对偏振没有依赖性，这是因为所有光受到两个透镜之一而且仅仅之一的影响。但是，为了获得鲜明的图像，各个透镜可能必须具有略微不同的曲率和/或不同的折射系数，以对由于各个透镜部分在光路中的位置不同造成的焦距细微差别进行补偿。
如上所述，透镜应该优选尽可能紧凑。为此，可以通过去除共用基底403反之采用图5所示的设计，进一步简化上述对偏振没有依赖性的透镜。根据本实施方案，透镜500包括两个基底502、503和仅仅一个(共用)实心透镜体501。所示共用透镜体501是椭圆形，为每个液晶层504、505提供了凸形界面。该透镜仅仅需要两个电极，每个基底502、503上有一个，它们一起形成横跨两个液晶层的一个共用电场。当然，在需要凹形界面的情况下，可以用双面凹形替换椭圆形。对于采用椭圆形或双面凹形的情况，两个室中的液晶混合物优选应该不同，使得一种混合物的有效折射系数高于聚合物体的折射系数以及使得另一种液晶混合物的有效折射系数等量地低于聚合物体的折射系数。由此两个透镜部分的聚焦效应具有相同的符号和幅值(或正或负)。当然，可替换的方案是采用具有一个凹形表面和一个凸形表面的聚合物体。由此可以为两个透镜部分采用相同的液晶混合物，同时在两个透镜部分中保持了相应的聚光效应(或正或负)。
在图5所示实施方案中，仅仅示出了两个电极。因而，各个室不能单独调整。和单独调整能力相比，透镜体501弯曲表面的精确设计和形状更加重要，以确保两个室具有重叠焦点。
透镜堆可以具有许多不同的构造，从而提供例如可调整的聚焦深度以及可调整的景深。理论上，任何对现有构造(具有活动透镜)有效的构造，也可以和本文描述的液晶透镜一起使用。采用液晶透镜的两个主要优点是可以降低构建高度和无需活动部件。
提供可调景深的放大透镜需要至少两个透镜，一个透镜具有正折射率，一个透镜具有负折射率，两者一起形成望远镜装置。
正型透镜和负性透镜的结合可以加大或缩小景深，以及由此增加或减小放大率，同时在所有图像位置保持图像和光轴平行。
显而易见，大多数透镜堆不仅仅包含一个(或多个)可调透镜，还包括许多具有固定焦点的透镜。所述透镜可以被制成和可调液晶透镜中的透镜形体相似。
上述变焦透镜可以通过两个连续工艺步骤制备。在第一工艺步骤中，通过图6所示的光复制工艺制备实心体，包括下列步骤1、使模具601就位并进行处理，从而使光聚合产物容易脱模，制备带有透明导体的透明基底602。
2、将少量单体603分布在基底602上或者模具601中。单体603优选经过脱气从而避免在最终制品中存在任何气泡，而且和少量光引发剂混合。
3、将模具601和基底602放置到一起，从由此形成的空隙中挤出所有过剩的单体。事实上，单体夹在模具和基底之间。
4、随后将单体暴露在紫外光604下，由此聚合。紫外光604可以经过基底602，或者当采用的是透明模具时经过模具601进入单体603。但是，可替换的聚合方法同样可行，比如采用热量。在这种情况下，通常无需光引发剂或者用另一种合适的引发剂替换光引发剂。
5、一旦聚合后，可以通过略微弯曲模具或者冲击脉冲使实心体605脱模。
在第二工艺步骤中，将第一工艺步骤中制备的实心体用于根据图7完成部件的制备。第二工艺步骤包括下列步骤1、在实心透镜体605上施加取向层。取向层可以由任何适于本用途的合适材料，例如聚酰亚胺制备。在采用聚酰亚胺的情况下，可以例如旋涂其溶液，并在高温(例如90℃)下干燥后用织物摩擦。
2、在带有第二透明电极的第二透明基底606上提供第二取向层。此处可以采用和用于实心透镜体605相同的材料和施加技术。但是，基底通常由玻璃制备，所以承受了用于固化取向层的相当强烈的热处理(例如，180℃)，因而能够进行更快的固化处理。
3、随后，采用粘合剂和分隔元件607将实心透镜体605和第二基底606连接在一起，以确保精确对准。在需要平行液晶分子取向的情况下，这些元件的连接使得其各自的取向层互相平行。但是，可替换地，扭曲取向也是可行的，可以通过将取向层互相旋转90°得以实现。分隔元件607可以是独立的元件，或者可以集成到基底中或者聚合物体中。
4、最终在室中填充液晶分子608并密封。由于自发的毛细管力，填充通常相当容易，可以采用粘合剂液滴进行密封。
在需要具有两个透镜部分的对偏振不灵敏的透镜情况下，可以将所述步骤再重复一次，通常采用第一部分的基底作为第二部分的初始基底。在每个透镜部分需要独立电极的情况下，所述基底当然需要在每侧上都具有一个电极层。
在需要图5所示透镜的情况下，单体可以挤压在两个模具之间。两个模具都必须经过处理以使聚合体容易脱模。随后在两个透镜表面上设置对齐层，例如以垂直方式摩擦的聚酰亚胺，以便为液晶层提供垂直取向。随后，采用粘合剂和分隔元件将聚合物体设置在两个基底之间，但是留下小空隙用于注入液晶混合物，其中每个基底都设置有电极和摩擦的对齐层。随后，在两个室中填充液晶，最后用粘合剂液滴使室密闭。
一般而言，在聚合物体中具有交联聚合物链是高度理想的，这样使其在暴露到化学物质以及热分解中时更稳定。如上所述，可以采用光引发剂和紫外光获得聚合物体。但是，可以采用使聚合物体聚合的可替换方式。为此，确定了两种主要的聚合机制采用自由基光引发剂通过自由基引发的聚合机制实现第一反应，以及通过阳离子聚合机制实现第二反应，所述阳离子聚合机制通常采用路易斯酸引发。适用于自由基机制的单体类型非限制性地包括(甲基)丙烯酸酯和乙烯基单体。这种单体的一个例子是2，2-二[4-(2-羟基-3-丙烯酰基丙氧基)苯基]丙烷(Bis-GAA)。对于阳离子反应机制而言，可以采用环氧化物、氧杂环丁烷类和乙烯基醚单体。这种单体的一个例子是双酚-A二环氧甘油醚。
上述单体都可以热聚合。采用合适的引发剂，接近室温的温度就足以实现热聚合。
如上所述，单体也可以包含聚合引发剂。引发剂可以是自由基引发剂，或者酸生成剂(acid generator)。优选地，采用可以通过热以及电磁辐射(例如，UV辐射)激活的单一引发剂。偶氮二异丁腈是一个可行的例子，尽管多种偶氮酯也可以使用。偶氮酯引发剂的优点在于除了光化学分解以外，它们在较低温度时具有较高的分解速率，从而使其在低温和恰恰适中的高温下也可以使用。
仅仅在较高温度下分解的可用光引发剂的例子是α-羟基-酮类，比如Irgacure 184和Darocure 1173(都是Ciba-Geigy AG的商标)；α-氨基-酮类，比如Irgacure 907和Irgacure 369(都是Ciba-Geigy AG的商标)和苯甲基二甲基-酮缩醇，比如Irgacure 651(＝DMPAα，α-二甲氧基-α-苯基-苯乙酮)(Ciba-Geigy AG的商标)。
上述例子都是自由基引发剂。有两类酸生成剂适用于某些单体的阳离子聚合二苯基碘盐(例如，二苯基碘六氟砷酸盐)和三苯基锍盐(三苯基锍六氟锑酸盐)。两种类型都是所谓的路易斯酸，变化之处主要在于反离子的类型。在第二类(三苯基锍盐)中，苯环的量也发生变化，而且每个苯环通过硫键和另一苯环连接。
除了一般的光-酸生成剂以外，也可以采用各种盐或盐的混合物。而且，为了使吸收谱发生偏移或者改变引发剂效率，可以加入促进剂。可用促进剂的例子包括蒽或噻吨酮。
实际上，本发明涉及用于例如移动电话的照相装置，它采用基于液晶的透镜，用于提供可调焦距。因此，所述照相装置包括排列在固定和单一装置中的光传感器201阵列和至少两个透镜202、203、204。至少透镜之一202包括液晶层101，该液晶层在所述透镜中提供了可调焦距。其它的透镜203、204可以具有固定或可调焦距，具体取决于应用。根据一个实施方案，照相装置包括至少一个另外的可调透镜，而且透镜经过设置以获得可调焦距和可调景深。
权利要求
1.照相装置(200)，所述装置整体性包括处于固定构造形式成为一个单元的至少两个透镜(202、203、204)和光传感器阵列(201)，其中所述透镜的第一透镜(202、300)具有可调焦距并包括第一液晶室，包括第一对齐表面(307)和第二对齐表面(309)，所述对齐表面(307、309)的至少之一是由聚合物体(304)限定的透镜形表面(309)，所述液晶室进一步包含液晶分子层(305)，所述液晶分子具有各向异性折射系数并设置在所述对齐表面(307、309)之间从而引发预定的分子取向；和电极对(306、308)，其提供在所述液晶分子层(305)的相对侧上，并通过在其中施加的电场有效控制液晶分子层(305)中的折射系数；其中所述透镜(202、203、204)以所述固定构造排列以使所述照相装置具有可调焦距。
2.权利要求1的照相装置(200)，其中所述第一透镜(202、300)对预定偏振光有效，所述预定偏振取决于液晶分子的取向，且其中所述照相装置进一步包含仅仅对所述预定偏振光透明的偏振器(310)。
3.权利要求1的照相装置(200)，其中所述第一透镜进一步包含第二液晶室(402)，所述第二液晶室的分子取向与第一液晶室(402)的分子取向基本垂直，使得所述两个液晶室(401、402)对反向偏振的光有效，由此所述第一透镜对随机偏振光具有可调性。
4.权利要求1的照相装置(200)，其中第二透镜具有可调焦距，而且其中所述第一和第二透镜经过设置使得所述照相装置具有可调景深。
5.线路板，载有权利要求1的照相装置和其它电子器件。
6.含有权利要求1的照相装置的移动电话。
7.照相装置(200)的制备方法，所述方法包括以下步骤制备焦距可调并含有液晶分子的第一透镜(202)，所述制备包括下列步骤将单体(603)设置在第一基底(602)和模具(601)之间，使得在所述第一基底上形成透镜形状的单体体；聚合所述单体(604)，由此在所述第一基底上形成透镜形状的聚合物体；将所述聚合物体和所述模具分离；在所述聚合物体上设置对齐层；提供具有对齐层的第二基底；在所述第一和所述第二基底上设置电极；将液晶分子层(608)夹在所述聚合物体和所述第二基底之间，由此形成具有可调焦距的透镜；所述方法进一步包括下列步骤提供第二透镜(203、204)；提供光传感器阵列(201)；和将所述第一透镜(201)、第二透镜(203、204)和光传感器阵列(201)以固定构造排列形成一个单元，从而在所述照相装置中提供可调焦距。
8.权利要求7的方法，其中所述光传感器阵列(201)的传感器表面用作所述第一基底和所述第二基底之一。
9.权利要求7的方法，其中所述聚合步骤包括将所述单体暴露于电磁辐射(604)。
10.权利要求9的方法，其中所述电磁辐射是紫外光(604)。
11.权利要求7的方法，其中所述聚合步骤包括在超过30℃，优选超过120℃加热所述单体。
12.权利要求7的方法，其中当将液晶分子层夹在中间时采用毛细管力。
13.权利要求7的方法，其中在所述第一基底和所述第二基底之间设置分隔元件(607)。
14.权利要求13的方法，其中所述分隔元件(607)由聚合物形成，作为所述聚合物体的组成部分。
15.权利要求7的方法，其中透明电极(306、308)直接提供在各个基底上。
16.权利要求7的方法，其中在所述聚合物体和所述第二基底上的所述对齐层(307、309)具有基本平行但相反的对齐方向。
17.权利要求7的方法，其中设置在所述第一基底上的所述电极被设置在所述透镜形状的聚合物体上。
全文摘要
本发明涉及用于例如移动电话的照相装置，它采用基于液晶的透镜以提供可调焦距。所述照相装置包括排列在固定、一体式装置中的光传感器(201)阵列和至少两个透镜(202、203、204)。至少透镜之一(202)包括液晶层(101)，该液晶层在所述透镜中提供了可调焦距。其它的透镜(203、204)可以具有固定或可调焦距，这取决于应用场合。根据一个实施方案，照相装置包括至少一个另外的可调透镜，而且透镜经过设置以获得可调焦距和可调景深。
文档编号G02F1/1333GK1914555SQ200580003969
公开日2007年2月14日 申请日期2005年1月24日 优先权日2004年2月6日
发明者E·J·K·韦斯特根, A·G·范德西德, E·M·沃尔特林克, H·R·斯塔珀特 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司