液晶快门和图像采集装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种液晶快门和图像采集装置。该液晶快门包括：第一板，包括第一透明电极层；第二板，平行于第一板设置，并且包括第二透明电极层；液晶层，设置在第一板和第二板之间并且配置为根据第一透明电极层和第二透明电极层之间的第一电势差透射或阻挡光；以及加热电极，配置为产生用于在第一透明电极层中产生焦耳热的第二电势差。
【专利说明】液晶快门和图像采集装置
【技术领域】
[0001]根据示例性实施方式的装置和方法涉及液晶快门以及图像采集装置，更具体而言，涉及在成像三维(3D)图像时能够将一个光路分成两个光路的一对液晶快门以及包括该液晶快门的图像采集装置。
【背景技术】
[0002]成像3D图像(立体图像)并且显示所成像的3D图像的技术已经是可获得的。
[0003]一种成像3D图像的方法包括交替地成像左眼图像和右眼图像。这样的成像方法分类为:使用两组独立的透镜和两个图像传感器的方法(2L2S方法)、使用两组独立的透镜和一个图像传感器的方法(2L1S方法)、以及使用一组透镜和一个图像传感器的方法(ILlS)0
[0004]如果配置为将光路分为左光路和右光路的光路划分模块被制造在开/关结构中，1L1S3D图像成像方法是有利的，这是因为其与其它方法相比易于以小尺寸制造产品并且可以以与2D透镜相同的尺寸制造2D/3D兼容透镜。
[0005]在1L1S3D图像成像方法中，与左光路和右光路相应的一对液晶快门可以被用作光路划分模块。左光路和右光路可以被该对液晶快门交替地阻挡以成像组成3D图像的左眼图像和右眼图像。在成像3D图像时，液晶快门以相当短的周期交替地执行用于不遮蔽/遮蔽光路的开/关操作。
[0006]一般而言，因为在室温环境下液晶层关于驱动电压的响应速度足够适当，所以当液晶快门以短周期执行用于不遮蔽/遮蔽光路的开/关操作时，不会引起问题。然而，因为在低温环境(例如，在-1(TC)下随着液晶层的粘性增加，液晶层关于驱动电压的响应速度显著地降低，所以当液晶快门以短周期被驱动时，液晶快门不能顺利地执行用于不遮蔽/遮蔽光路的开/关操作。
【发明内容】
[0007]—个或多个示例性实施方式可以克服以上缺点以及以上没有描述的其它缺点。然而，可以理解的是，一个或多个示例性实施方式不需要克服上述缺点，并且可以不克服上述问题中的任一个。
[0008]一个或多个示例性实施方式提供一种液晶快门，该液晶快门即使在低温环境下也能够顺利地执行用于不遮蔽/遮蔽用于成像三维(3D)图像的光路的开/关操作，并且提供一种包括该液晶快门的图像采集装置。
[0009]根据一示例性实施方式，提供一种液晶快门。该液晶快门可以包括:第一板，包括第一透明电极层；第二板，平行于第一板设置，并且包括第二透明电极层；液晶层，设置在第一板和第二板之间并且配置为根据第一透明电极层和第二透明电极层之间的第一电势差透射或阻挡光；以及加热电极，配置为产生用于在第一透明电极层中产生焦耳热的第二电势差。[0010]液晶快门还可以包括:第一电极和第二电极，分别电连接到第一透明电极层和第二透明电极层，以在第一透明电极层和第二透明电极层之间产生第一电势差。
[0011 ] 第二电势差可以形成在加热电极和第一电极之间。
[0012]第二透明电极层可以包括:有效电极层，包括被液晶层覆盖的有效区域并且在其中设置第二电极；右电极层，在有效电极层的右侧与有效电极层分离地设置并且在其中设置第一电极；和左电极层，在有效电极层的左侧与有效电极层分离地设置并且在其中设置加热电极。
[0013]液晶快门还可以包括:第一导电构件，配置为电连接第一电极和第一透明电极层；以及第二导电构件，配置为电连接加热电极和第一透明电极层。
[0014]第一和第二导电构件可以设置为彼此面对而有效区域插置在其间，并且可以设置为分别沿着有效区域的两个相对侧延伸。
[0015]第一和第二导电构件的每个可以由银膏或导电粘合剂形成。
[0016]根据另一示例性实施方式，提供一种液晶快门。该液晶快门可以包括:第一板，包括第一透明电极层；第二板，平行于第一板设置并且包括第二透明电极层；液晶层，设置在第一板和第二板之间并且配置为根据第一透明电极层和第二透明电极层之间的第一电势差透射或阻挡光；第一加热电极，配置为产生用于在第一透明电极层中产生焦耳热的第二电势差；以及第二加热电极，配置为产生用于在第二透明电极层中产生焦耳热的第三电势差。
[0017]液晶快门还可以包括:第一电极和第二电极，分别电连接到第一透明电极层和第二透明电极层，以在第一透明电极层和第二透明电极层之间产生第一电势差。
[0018]根据另一示例性实施方式。提供一种图像采集装置。该图像采集装置可以包括:成像器件；多个成像透镜，配置为在目标和成像器件之间形成光路；第一和第二液晶快门，配置为在采集三维图像时，将光路划分为第一光路和第二光路；第一和第二快门驱动器，配置为分别驱动第一和第二液晶快门；以及控制器，配置为控制第一和第二快门驱动器的操作。第一和第二液晶快门的每个可以包括:第一板，包括第一透明电极层；第二板，平行于第一板设置，并且包括第二透明电极层；液晶层，设置在第一板和第二板之间并且配置为根据第一透明电极层和第二透明电极层之间的第一电势差透射或阻挡光；以及加热电极，配置为产生用于在第一透明电极层中产生焦耳热的第二电势差。
[0019]每个液晶快门还可以包括:第一电极和第二电极，分别电连接到第一透明电极层和第二透明电极层，以在第一透明电极层和第二透明电极层之间产生第一电势差。
[0020]第二电势差可以形成在加热电极和第一电极之间。
[0021]第一和第二快门驱动器的每个可以包括:第一开关单元，配置为选择性地连接第一电极与第一电源或地；第二开关单元，配置为选择性地连接第二电极与第一电源或者地；以及第三开关单元，配置为连接加热电极与第二电源或者地。
[0022]图像采集装置还可以包括配置为感测境温度的第一温度传感器。
[0023]在属于相应的液晶快门阻挡光的时间段的加热时间段期间，在由第一温度传感器感测的环境温度小于参考温度时，第一和第二快门驱动器的每个可以连接第一电极与第一电源并且连接加热电极与地，或者连接第一电极与所述地并且连接加热电极与第二电源。
[0024]在开始图像采集操作之前的待机时间周期期间，在由第一温度传感器感测的环境温度低于参考温度时，第一和第二快门驱动器的每个可以连接第一电极与第一电源并且连接加热电极与地，或者连接第一电极与地以及连接加热电极与第二电源。
[0025]第一和第二液晶快门的每个还可以包括配置为测量其快门温度的第二温度传感器。
[0026]控制器可以基于由第二温度传感器感测的快门温度确定加热时间段。
[0027]图像采集装置可以是数字摄像机。
[0028]示例性实施方式的额外的方面和优点将在以下的详细描述中被阐述，将从该详细描述变得明显，或者可以通过实施示例性实施方式而知悉。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]通过参考附图详细描述示例性实施方式，以上和/或其它方面将变得更明显，在附图中:
[0030]图1是示意性地示出根据示例性实施方式的图像采集装置的截面图；
[0031]图2是示出根据示例性实施方式的与图1的图像采集装置中设置的液晶快门的操作相关的结构的框图；
[0032]图3A是示出根据示例性实施方式的使用图1的图像采集装置来成像右眼图像的示例的图示；
[0033]图3B是示出根据示例性实施方式的使用图1的图像采集装置来成像左眼图像的示例的图示；
[0034]图4是示出当使用传统的图像采集装置采集3D图像时，在室温环境下和在低温环境下的液晶快门的响应速度的曲线图；
[0035]图5是示出根据示例性实施方式的在图1的图像采集装置中设置的液晶快门的透视图；
[0036]图6是示出液晶快门的沿着图5的线V1-VI截取的截面图；
[0037]图7是示出在图5的液晶快门中设置的第二板(下板)的平面图；
[0038]图8是示出根据示例性实施方式的配置为驱动图5中示出的液晶快门的快门驱动器和电源的具体结构的示意图；
[0039]图9是示出根据示例性实施方式，当用于不遮蔽/遮蔽光路的开/关操作是在低温环境下由图5的液晶快门执行时，液晶快门的第一电极至第三电极的电势的曲线图；
[0040]图1OA是示出根据示例性实施方式，当图5的液晶快门处于图9的Al时间段内时，液晶快门的第一电极至第三电极的切换状态的示意图；
[0041]图1OB是示出根据示例性实施方式，当图5的液晶快门处于图9的B或D时间段内时，液晶快门的第一电极至第三电极的切换状态的示意图；
[0042]图1OC是示出根据示例性实施方式，当图5的液晶快门处于图9的Cl时间段内时，液晶快门的第一电极至第三电极的切换状态的示意图；以及
[0043]图11是示出根据示例性实施方式的图5的液晶快门的响应速度随着加热时间变化的曲线图。
【具体实施方式】[0044]在下文中，将参考附图更详细地描述示例性实施方式。
[0045]在以下的描述中，当相同的附图标记被描绘在不同的附图中时，其用于相同的元件。在本说明书中定义的事物，诸如具体构造和元件，被提供以有助于对示例性实施方式的全面理解。因而，显然的是，可以实施示例性实施方式而没有那些具体定义的事物。此外，现有技术中已知的功能或元件没有被详细描述，因为它们会以不必要的细节使得示例性实施方式变模糊。
[0046]图1是示意性地示出根据示例性实施方式的图像采集装置的截面图。
[0047]参考图1，作为图像采集装置的一示例，示出了包括摄像机主体20和透镜镜筒30的数字摄像机I。
[0048]摄像机主体20包括在其中布置为垂直于光轴X的成像器件21。成像器件21可以包括数字图像传感器诸如电荷耦合器件(CXD)传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。
[0049]配置为感测数字摄像机I周围的环境温度的温度传感器(第一温度传感器)22被安装在摄像机主体20的外表面上。由第一温度传感器22感测的环境温度被用作数据，该数据是用于确定是否加热第一和第二液晶快门100R和100L的基础以及用于确定第一和第二液晶快门100R和100L的加热时间的基础，这将在后续描述。
[0050]透镜镜筒30包括多个透镜，例如第一透镜至第六透镜31至36以及组成光路划分模块的第一和第二液晶快门100R和100L。
[0051]多个透镜31至36配置为形成目标与成像器件21之间的光路。更具体而言，多个透镜31至36沿光轴(X轴)移动以执行缩放操作和聚焦操作。
[0052]在采集3D图像时，组成光路划分模块的第一和第二液晶快门100R和100L将目标和成像器件21之间的光路划分为第一光路(右光路)和第二光路(左光路)。在采集2D图像时，第一和第二液晶快门100R和100L不必交替地执行用于不遮蔽/遮蔽光路的开/关操作，因而目标和成像器件21之间的光路没有被划分。
[0053]在示例性实施方式中，第一和第二液晶快门100R和100L被示为设置在第三透镜33和第四透镜34之间，但是第一和第二液晶快门100R和100L的布置位置可以根据各个示例性实施方式被不同地选择。例如，第一和第二液晶快门100R和100L可以设置在两个其它透镜之间(例如，在第四透镜34和第五透镜35之间)、设置在多个透镜31至36前面、或设置在多个透镜31至36后面。一般而言，第一和第二液晶快门100R和100L可以安装在其中在透镜镜筒30中典型地设置光圈的位置处。
[0054]根据示例性实施方式，上述数字摄像机I还可以包括在图2中示出的与如图1所示的上述第一和第二液晶快门100R和100L的操作相关的额外组件40、50、60、70和80。
[0055]参考图2，数字摄像机I还包括控制器40、电源单元50、第二温度传感器单元60、以及第一和第二快门驱动器70和80。
[0056]控制器40控制数字摄像机I中的额外组件的操作。
[0057]例如，控制器40控制第一和第二快门驱动器70和80的操作，以通过第一和第二液晶快门100R和100L来控制第一和第二光路的遮蔽/不遮蔽。
[0058]作为另一不例,控制器40基于由第一温度传感器22感测的环境温度来确定第一和第二液晶快门100R和100L的加热状态和加热时间，并根据所述确定来控制第一和第二快门驱动器70和80的操作。具体地，控制器40可以比较由第一温度传感器22感测的环境温度与参考温度，如果环境温度低于参考温度，则确定数字摄像机处于低温环境下，并控制第一和第二快门驱动器70和80以加热第一和第二液晶快门100R和100L。此时，加热时间(或热量)可以基于环境温度和参考温度之间的差异值而被确定。
[0059]电源单元50供应操作数字摄像机I中的额外组件所需的电力。例如，电源单元50提供对透镜镜筒30执行缩放和聚焦操作所需的电力、驱动第一和第二液晶快门100R和100L所需的电力、执行控制器40的控制操作所需的电力等等。由电源单元50供应的电力的量也可以由控制器40控制。
[0060]第二温度传感器单元60配置为感测第一和第二液晶快门100R和100L的温度，并包括提供到第一和第二液晶快门100R和100L的每个的第二温度传感器61 (见图5)。如后续将描述的，控制器40在采集3D图像期间基于由第二温度传感器61感测的温度而确定对第一和第二液晶快门100R和100L的每个的加热时间。
[0061]在控制器40的控制下，第一和第二快门驱动器70和80分别驱动第一和第二液晶快门100R和100L。例如，第一和第二快门驱动器70和80分别驱动第一和第二液晶快门100R和100L以执行用于不遮蔽/遮蔽右光路和左光路的开/关操作。
[0062]将参考图3A和图3B描述由第一和第二液晶快门100R和100L划分的光路。
[0063]图3A是示出根据示例性实施方式的由图1的图像采集装置采集右眼图像的示例的图示，图3B是示出根据示例性实施方式的由图1的图像采集装置采集左眼图像的示例的图示。
[0064]参考图3A，在采集右眼图像时，右光路打开或未被第一液晶快门100R遮蔽并且左光路被第二液晶快门100L阻挡，使得成像器件21获得右眼图像IR。液晶快门透射光的状态就是所谓的‘白状态’，而液晶快门阻挡光的状态就是所谓的‘黑状态’。因此，可以看出，在采集右眼图像IR时，第一液晶快门100R处于白状态，而第二液晶快门100L处于黑状态。
[0065]参考图3B，在采集左眼图像时，右光路被第一液晶快门100R阻挡并且左光路打开或未被第二液晶快门100L遮蔽，使得成像器件21获得左眼图像IL。可以看出，在采集左眼图像IL时，第一液晶快门100R处于黑状态，而第二液晶快门100L处于白状态。
[0066]在采集3D图像时，多个右眼图像IR和多个左眼图像IL以相当短的周期被交替地采集。多个被采集的右眼图像IR和多个被采集的左眼图像IL根据图像被采集的顺序被显示，使得观察者能够感觉到立体图像。
[0067]在采集3D图像时，因为多个右眼图像IR和多个左眼图像IL以相当短的周期被交替地采集，所以通过第一和第二液晶快门100R和100L对光路的关/开(遮蔽/不遮蔽)也必须以高速执行。因此，在采集3D图像时，第一和第二液晶快门100R和100L处于黑状态或者白状态的时间非常短(例如，大约15ms)。换言之，在采集3D图像时，由第一和第二液晶快门100R和100L对光路的关/开(遮蔽/不遮蔽)的周期非常短。
[0068]在室温环境下，因为液晶的响应速度足够快，所以由第一和第二液晶快门100R和100L对光路的关/开(遮蔽/不遮蔽)能够被顺利地执行。然而，在低温环境(例如，-10°C)下，液晶的响应速度太慢而不允许第一和第二液晶快门100R和100L以短周期关/开(遮蔽/不遮蔽)光路。
[0069]将参考图4更详细地描述上述问题(即，响应速度的降低)。图4显示了表示在室温环境下和在低温环境下传统液晶快门的响应速度的曲线图。
[0070]图4中不出的线Gl和G2表不在传统的液晶快门执行用于遮蔽/不遮蔽光路的关/开操作时，使用光电二极管测量并且与时间相关的透过传统的液晶快门的光的量。这里，线Gl显示了在室温环境下获得的结果，线G2显示了在低温环境(-1(TC)下获得的结果。
[0071]在图4中，横轴表不时间(ms),竖轴表不与使用光电二极管测量的透过的光的量相应的电压(V)。在横轴上，Tl是液晶快门从黑状态变为白状态时的时间点，T2是液晶快门从白状态变为黑状态时的时间点。因此，T1-T2时间段是白时间段，其是驱动电压没有被施加到液晶快门期间的时间段。在竖轴上，Vmax表示在室温环境下透过液晶快门的光的最大量，0.9Vmax表示与Vmax的90%相应的透过的光的量，并且相应于用于正常地采集图像的透过的光的最小量。因此，TRl是在室温环境下透过液晶快门的光的量达到0.9Vmax时的时间点，TR2是在低温环境下透过液晶快门的光的量达到0.9Vmax的时间点。
[0072]在比较两条线Gl和G2时，可以看出，在低温环境下的TR2远大于在室温环境下的TRl0这表明因为在低温环境下液晶的粘性增加，所以在低温环境下的响应速度比在室温环境下的响应速度慢。此外，可以看出，线G2中的TR2-T2时间段(其表示在低温环境下图像能够被正常采集期间的时间段)远小于线Gl中的TR1-T2时间段(其表示在室温环境下图像能够被正常地采集期间的时间段)。
[0073]结果，由于在低温环境下液晶的响应速度的减缓，因此透过液晶快门的光的量在白周期(TR2-T2时间段)不足。换言之，这表明在低温环境下由现有技术中的液晶快门对光路的开/关(不遮蔽/遮蔽)不能顺利地执行。
[0074]各种实施方式包括用于解决在低温环境下引起的问题的方法。因为数字摄像机I的上述第一和第二液晶快门100R和100L的结构是相同的，所以将基于第一液晶快门100R描述根据各种实施方式的方法。
[0075]图5是示出根据示例性实施方式的设置于图1的图像采集装置的第一液晶快门IlOR的透视图。图6是第一液晶快门100R的沿着图5的线V1-VI截取的截面图，图7是示出设置于图5的第一液晶快门100R的第二板120 (下板)的平面图。
[0076]参考图5至图7，第一液晶快门100R包括第一板110、第二板120、设置在第一板110和第二板120之间的液晶层130、以及围绕液晶层130的密封剂140。这里，第一板110和第二板120可以分别被称为上板和下板。
[0077]第一板110包括矩形的第一透明基板111、顺序地形成在第一透明基板111的内表面上的第一透明电极层113和第一配向膜115、以及形成在第一透明基板111的外表面上的偏振膜117。
[0078]第二板120可以平行于第一板110设置，并且可以以预定距离与第一板110间隔开。类似于第一板110，第二板120包括矩形的第二透明基板121、顺序地形成在第二透明基板121的内表面上的第二透明电极层123和第二配向膜125、以及形成在第二透明基板121的外表面上的第二偏振膜127。
[0079]第一和第二透明基板111和121彼此平行地设置并且被制造为具有相同的尺寸。在备选的示例性实施方式中，透明基板111和121中的任一个可以被制造为比另一个大。第一和第二透明基板111和121由透明玻璃制造。备选地，第一和第二透明基板111和121可以由透明塑料制造。[0080]第一透明电极层113形成为一体。另一方面,如图7所不,第二透明电极层123包括通过分离凹槽128彼此分离的有效电极层123a、左电极层123b和右电极层123c。这里，左电极层123b设置在有效电极层123a的左边，右电极层123c设置在有效电极层123a的右边。在图7中，由第二透明电极层123的有效电极层123a中的虚线指示的EA区域表示与液晶层130相应的有效区域。第一和第二透明电极层113和123可以由铟锡氧化物(ITO)制造。备选地，第一和第二透明电极层113和123可以由铟锌氧化物(IZO)制造。
[0081]第一和第二偏振膜117和127具有彼此垂直的偏振轴。配置为测量第一液晶快门100R的温度的第二温度传感器61设置在第一偏振膜117的外表面上。第二温度传感器61可以设置在第一液晶快门100R的另一位置上。例如，第二温度传感器61可以设置在第二偏振膜127的外表面上。
[0082]第一和第二配向膜115和125使得液晶层130的液晶分子以扭曲形式排列。因此，第一配向膜115具有平行于偏振膜117的偏振轴形成的多个凹槽(未示出)，第二配向膜125具有平行于第二偏振膜127的偏振轴形成的多个凹槽(未示出)。
[0083]液晶层130的液晶分子根据第一透明电极层113和有效电极层123a之间的电势差(第一电势差)而以扭曲形式或非扭曲形式排列。更具体而言，在没有第一电势差(第一电势差=0 (零))时，液晶分子以扭曲形式排列而使得第一液晶快门100R处于透射光的‘白’状态。当第一电势差是大于0 (零)的特定值(例如，10V)时，液晶分子的扭曲排列被解除，使得第一液晶快门100R处于阻挡光的‘黑’状态。
[0084]如在图5和图7中所示，液晶快门100R包括第一电极150和第二电极160以在第一透明电极层113和第二透明电极层123之间形成第一电势差。第一液晶快门100R还包括第三电极(加热电极)170以在第一透明电极层113中产生用于焦耳热的第二电势差。此夕卜，第一液晶快门100R包括配置为电连接第一电极150和第一透明电极层113的第一导电构件180、和配置为电连接第三电极(加热电极)170和第一透明电极层113的第二导电构件190。
[0085]第一至第三电极150、160和170可以由具有导电性的金属材料例如银(Ag)或铜(Cu)制成。此外，第一、第二和第三电极150、160和170分别设置在第二透明电极层123的右电极层123c、有效电极层123a和左电极层123b的边缘区域。第二电极160设置在第一电极150和第三电极(加热电极)170之间。
[0086]如图7所示，第一至第三电极150、160和170独立地附接到第二透明电极层123。备选地，可以制备包括第一至第三电极150、160和170的柔性印制电路板(FPCB)，FPCB可以附接到第二透明电极层123而使得第一至第三电极150、160和170附接到第二透明电极层123。FPCB可以使用各向异性导电膜(ACF)附接到第二透明电极层123。
[0087]第一电极150和第三电极(加热电极)170分别通过第一和第二导电构件180和190电连接到第一透明电极层113。
[0088]这里,第一和第二导电构件180和190可以由导电材料形成。例如，第一和第二导电构件180和190可以由银膏或导电粘合剂制造。备选地，第一和第二导电构件180和190可以包括导电球。然而，在导电球的情形下，第一和第二导电构件180和190中的接触电阻会增加。
[0089]此外，第一和第二导电构件180和190形成为彼此面对地设置而有效电极层123a的有效区域EA插置在其间，并且形成为沿着有效区域EA的两个相对侧EAl和EA2延伸。第一和第二导电构件180和190延长,使得通过第一电极150和第三电极(加热电极)170之间形成的第二电势差对液晶层130的加热可以被更均匀地执行。
[0090]图8是示出根据示例性实施方式的配置为驱动图5的液晶快门的快门驱动器和电源的具体结构的示意图。
[0091]参考图8，关于第一液晶快门100R的驱动，数字摄像机I的第一快门驱动器70(见图2)包括第一开关单元71、第二开关单元72和第三开关单元73，数字摄像机I的电源单兀50 (见图2)包括第一电源51和第二电源52。
[0092]第一电源51配置为向第一液晶快门100R供应电力以开/关(不遮蔽/遮蔽)光路。图8示出了从第一电源51供应的电压Vs是1(^。第二电源52配置为加热液晶层130。图8示出了从第二电源52供应的电压Vh也是10V。
[0093]第一开关单元71选择性地连接第一电极150与第一电源51或者地GND。第一开关单元71包括配置为选择性地连接第一电极150与第一电源51的第一开关71a以及配置为选择性地连接第一电极150与地GND的第二开关71b。
[0094]第二开关单元72选择性地连接第二电极160与第一电源51或者地GND。第二开关单元72包括配置为选择性地连接第二电极160与第一电源51的第一开关72a以及配置为选择性地连接第二电 极160与地GND的第二开关72b。
[0095]第三开关单元73选择性地连接第三电极(加热电极)170与第二电源52或者地GND。第三开关单元73包括配置为连接加热电极170与第二电源52的第一开关73a以及配置为连接加热电极170与地GND的第二开关73b。
[0096]接着，将参考图9以及图1OA至图1OC描述用于关/开(遮蔽/不遮蔽)光路以及用于加热第一液晶快门100R的数字摄像机I的操作。
[0097]图9示出了表示根据示例性实施方式，在低温环境下通过图5的第一液晶快门100R执行用于遮蔽/不遮蔽光路的关/开操作时，第一液晶快门100R的第一至第三电极150、160和170的电势差的曲线图。图1OA是示出根据实施方式，在第一液晶快门100R处于图9的Al时间段内时，图5的第一液晶快门100R的第一至第三电极150、160和170的切换状态的示意图。图1OB是示出根据实施方式，在第一液晶快门100R处于图9的B时间段或D时间段内时，图5的第一液晶快门100R的第一至第三电极150、160和170的切换状态的示意图。图1OC是示出在第一液晶快门100R处于图9的Cl时间段内时，图5的第一液晶快门100R的第一至第三电极150、160和170的切换状态的示意图。
[0098]参考图9，当第一液晶快门100R执行用于遮蔽/不遮蔽光路的关/开操作时，第一液晶快门100R在A、B、C和D时间段内重复地顺序操作。
[0099]首先，将描述A时间段。
[0100]如图1OA所示，在A时间段中，第一电极150通过第一开关单元71连接到第一电源51,第一电源51向第一电极150提供IOV的电压,第二电极160通过第二开关单兀72连接到地GND。此时，第一电极150和第二电极160之间的电势差(第一电势差)是10V，因此液晶快门100R处于阻挡光路的光的‘黑’状态。
[0101]如图1OA所示，在A时间段的初始Al时间段内，加热电极170通过第三开关单元73连接到地GND。因此，在第一电极150和加热电极170之间形成与IOV相应的第二电势差。因而，IOV的第二电势差还形成在第一透明电极层113的通过第一导电构件180与第一电极150电连接的一个侧区域和第一透明电极层113的通过第二导电构件190与加热电极170电连接的另一侧区域之间。如图1OA所示，由于第二电势差，第一电流I1从第一透明电极层113的一个侧区域流到其另一侧区域，因而从第一透明电极层113产生焦耳热。第一透明电极层113下面的液晶层130 (见图6)通过焦耳热而被加热。因而，可以理解的是，A时间段的初始Al时间段是加热时间段。
[0102]在A时间段的A2时间段内，加热电极170没有连接到第二电源52或者地GND。也就是说，在A2时间段内，加热电极170处于高阻抗(高Z)状态。此时，因为在第一电极150和加热电极170之间没有电势差(也就是说，第二电势差=0V)，所以第一透明电极层113处于等电位状态，因而没有电流流过第一透明电极层113并且没有产生焦耳热。因此，可以理解的是，A时间段的A2段是非加热时间段。
[0103]接着，将描述B时间段。
[0104]如图1OB所示，在B时间段内，第一电极150通过第一开关单元71连接到地GND，第二电极160通过第二开关单元72连接到地GND。因此，因为第一电极150和第二电极160之间的电势差(第一电势差)变为0V，所以液晶快门100R进入透射光的‘白’状态。另一方面，加热电极170在B时间段内仍然保持处于高Z状态，因而B时间段是不产生焦耳热的非加热时间段。
[0105]接着，将描述C时间段。
[0106]如图1OC所示，在C时间段中，第一电极150通过第一开关单元71连接到地GND，第二电极160通过第二开关单元72连接到第一电源51，第一电源51向第二电极160提供IOV的电压。此时，第一电极150和第二电极160之间的电势差(第一电势差)是10V，因此液晶快门100R进入阻挡光路的光的‘黑’状态。
[0107]如图1OC所示，在C时间段的初始Cl时间段内，加热电极170通过第三开关单元73连接到第二电源52，第二电源52向加热电极170提供IOV的电压。因此，在加热电极170和第一电极150之间形成与IOV相应的第二电势差。因而，IOV的第二电势差还形成在第一透明电极层113的通过第二导电构件190电连接至加热电极170的一个侧区域与第一透明电极层113的通过第一导电构件180电连接至第一电极150的另一侧区域之间。如图1OC所示，由于第二电势差，第二电流12从第二透明电极层113的左侧区域流到其右侧区域，因而从第一透明电极层113产生焦耳热。第一透明电极层113下面的液晶层130通过焦耳热而被加热。因而，可以理解的是，C时间段的初始Cl时间段是加热时间段。
[0108]在C时间段的C2时间段内，加热电极170没有连接到第二电源52或者地GND。也就是说，在C2时间段内，加热电极170处于高Z状态。此时，因为在加热电极170和第一电极150之间没有电势差(也就是说，第二电势差=0V)，所以第一透明电极层113处于等电位状态。因此，可以理解的是，C时间段的C2时间段是非加热时间段。
[0109]最后，将描述D时间段。
[0110]第一液晶快门100R在D时间段中的操作与在B时间段中的操作相同。因此，因为在D时间段中的第一电势差是0V，所以液晶快门100R进入‘白’状态，并且加热电极170保持为高Z状态。D时间段是其中不从第一透明电极层113产生焦耳热的非加热期。
[0111]如上所述，当第一液晶快门100R在低温环境下执行用于遮蔽/不遮蔽光路的关/开操作时，初始加热时间段Al和Cl被分别包括在黑时间段A和C中。在每个加热时间段Al和Cl中从第一透明电极层113产生的焦耳热被传递到第一透明电极层113下面的液晶层130，因而液晶层130被加热。因此，液晶分子的粘性降低，并且液晶的响应速度能够得到提高。结果，第一液晶快门100R能够在低温环境下顺利地执行用于遮蔽/不遮蔽光路的关
/开操作。
[0112]另一方面，黑时间段A和C的初始加热时间段Al和Cl的持续时间可以基于液晶快门的温度来确定，该温度通过安装在第一液晶快门100R上的第二温度传感器61(见图5)测量。更具体而言，第二温度传感器61可以连续地感测第一液晶快门100R的温度并且将感测结果传输至数字摄像机I的控制器40 (见图2)。控制器40可以基于接收的第一液晶快门100R的温度来确定上述加热时间段Al和Cl的持续时间，并且可以根据确定结果来控制第一快门驱动器70 (见图2)的第三开关单元73，从而控制器40可以使液晶层130被加热至所确定的持续时间。
[0113]如上所述的液晶层130的加热在通过第一液晶快门100R执行用于遮蔽/不遮蔽光路的关/开操作时被执行。
[0114]另一方面，在低温环境下，在操作之前的待机时间周期期间，数字摄像机I可以预热液晶层130。为了预热液晶层130，首先，数字摄像机I的控制器40基于通过上述第一温度传感器22 (见图1)测量的环境温度来确定用于预热的待机时间周期。然后，控制器40通过设置在摄像机主体(见图1的20)中的显示单元(未示出)通知数字摄像机I处于待机模式，并且控制第一快门驱动器70 (见图2)以使得第一液晶快门100R的第一至第三电极150、160和170处于图1OA至图1OC所示的切换状态中的任何一个至待机时间周期。第一电流I1或第二电流I2可以流入第一透明电极层113至待机时间周期以产生焦耳热。因而，液晶层130通过所产生的焦耳热被加热至待机时间周期。在用于遮蔽/不遮蔽光路的关/开操作期间，待机时间周期可以比每个加热时间段Al和Cl长得多。待机时间周期可以是例如5秒、10秒、15秒、20秒等等。
[0115]在低温环境下，虽然数字摄像机I可以被设计为在上述每个黑时间段中仅执行预热或仅执行加热，但是数字摄像机I可以在其初始使用中优选地对液晶层130执行预热至待机时间周期以及在其使用期间在每个黑周期执行液晶层130的后加热操作。特别地，当在每个黑周期中仅执行加热而没有预热时，一般而言，与执行预热时相比，加热时间段Al和Cl的持续时间显著增加。因而，应该注意到，长持续时间变成致使液晶快门100R的阻光性能在黑时间段内退化的因素。
[0116]图11是示出根据实施方式的图5的液晶快门的响应速度随着该液晶快门的加热时间变化的曲线图。
[0117]在图11中示出的线是在第一液晶快门100R已经留在低温环境(-10°C)下4个小时之后，通过使用光电二极管测量透过第一液晶快门100R的光的量而获得的结果。然后，第一液晶快门100R执行用于遮蔽/不遮蔽光路的关/开操作，同时在整个黑时间段(图9中的A和C周期)期间执行液晶层130的加热。线GO、G10、G20和G30表示在操作时间相应于0秒、10秒、20秒和30秒的时间过去的情形下获得的结果。在横轴(时间轴)上，Tl表示在液晶快门中黑状态变为白状态时的时间点。
[0118]可以从线GO和GlO之间的比较理解的是，在白时间段中，在过去10秒之后，透过第一液晶快门IOOR的光的量的增加速度比初始状态快。这表明在过去10秒之后，与初始状态相比，第一液晶快门100R的响应速度进一步增加。此外，从线GO与线G10、G20和G30之间的比较可以理解的是，液晶快门100R的响应速度随着更多的时间过去而变得更快。
[0119]第一液晶快门100R的响应速度的改善是由如上所述的液晶层130通过第一透明电极层113产生的焦耳热而被加热时液晶粘性的降低引起的。
[0120]因此，可以从根据示例性实施方式的数字摄像机I看出，在低温环境下第一液晶快门100R的响应速度的减缓可以得到解决。
[0121]此外，因为在与液晶层130相邻的第一透明电极层113中产生热，所以所产生的热能够被有效地传递到液晶层130。因为透明电极层113被第一透明基板111和第一偏振膜117覆盖，所以第一透明基板111和第一偏振膜117用作关于由第一透明电极层113产生的热的绝缘体。
[0122]因为在第一透明电极层113中产生热，而第一透明电极层113是第一液晶快门100R的基本部件而没有其他的额外加热构件，所以组装是简单的并且组件的数目减少。
[0123]如上所述，第一液晶快门100R具有与第二液晶快门100L相同的结构，因此第一液晶快门100R的描述也适用于第二液晶快门100L。因此，第二液晶快门100L的结构、操作和效应能够从上述第一液晶快门100R被完全理解。
[0124]另一方面，已经示出了上述示例性实施方式，其中仅在第一透明电极层113中产生焦耳热。在备选的示例性实施方式中，该结构可以被改变以使得在第一透明电极层113和在第二透明电极层123中产生焦耳热。在备选的示例性实施方式中，除了加热电极(第一加热电极)170之外，还提供了配置为产生电势差(第三电势差)以在第二透明电极层123中产生焦耳热的额外的加热电极(第二加热电极)。
[0125]前述示例性实施方式和优点仅是示例性的，并且将不被理解为限制本发明构思。示例性实施方式可以容易地应用到其它类型的器件。此外，示例性实施方式的描述旨在是说明性的，而不旨在限制权利要求的范围，对于本领域的技术人员来说，许多替换物、变型和变化将是显而易见的。
[0126]在此引用的所有参考物(包括出版物、专利申请和专利)以与每个参考物如同被单独且具体表示为通过引用被结合且在此被全面阐述的相同程度被引用结合于此。
[0127]为了促进对本发明原理的理解，已经参考了在附图中示出的实施方式，专用语言被用来描述这些实施方式。然而，不意欲通过该专用语言来限制本发明的范围，本发明应被理解为涵盖对于本领域的普通技术人员而言通常会想到的所有实施方式。在此使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，而不旨在限制本发明的示例性实施方式。在实施方式的描述中，当认为现有技术的某些详细说明会不必要地模糊本发明的本质时，将其省略。
[0128]在此提供的任何和所有示例或示例性语言(例如，“诸如”)的使用仅旨在更好地说明本发明，而不会造成对本发明的范围施加限制，除非另外声明。对于本领域的普通技术人员而言，许多变形以及调整将是容易明显的，而不背离由权利要求限定的本发明的精神和范围。因此，本发明的范围不受本发明的详细描述限定而是由权利要求限定，该范围内的所有差异将被理解为被涵盖在本发明中。
[0129]没有项目或组件对于本发明的实践是必需的，除非该元件被特别地描述为“基本的”或“关键的”。还将认识到，在此使用的术语“包括”、“包含”以及“具有”具体地旨在被读取为开放式的技术术语。在描述本发明的文本中(特别是在权利要求的文本中)的术语“一”和“所述”以及类似指示物的使用将被理解为即涵盖单数又涵盖复数，除非上下文清晰地另有表述。此外，应该理解的是，虽然术语“第一”、“第二”等可以用于在此描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语限制，这些术语仅被用于区分一个元件与另一元件。此外，这里对数值范围的表述仅仅旨在用作单独地引用落入该范围内的每个单独数值的简写方法，除非在此另有表述，并且每个单独数值被合并到本说明书中如同其在此被单独地表述一样。
[0130]本申请要求享有2012年10月17日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请N0.10-2012-0115532的优先权，其公开通过全文引用结合于此。
【权利要求】
1.一种液晶快门，包括: 第一板，包括第一透明电极层； 第二板，平行于所述第一板设置，并且包括第二透明电极层； 液晶层，设置在所述第一板和所述第二板之间，并且配置为根据所述第一透明电极层和所述第二透明电极层之间的第一电势差透射或阻挡光；以及 加热电极，配置为产生用于在所述第一透明电极层中产生焦耳热的第二电势差。
2.根据权利要求1所述的液晶快门，还包括: 第一电极和第二电极，分别电连接到所述第一透明电极层和所述第二透明电极层，以在所述第一透明电极层和所述第二透明电极层之间产生所述第一电势差。
3.根据权利要求2所述的液晶快门，其中所述第二电势差形成在所述加热电极和所述第一电极之间。
4.根据权利要求3所述的液晶快门，其中所述第二透明电极层包括: 有效电极层，包括被所述液晶层覆盖的有效区域并且在其中设置所述第二电极； 右电极层，在所述有效电极层的右侧与所述有效电极层分离地设置并且在其中设置所述第一电极；以及 左电极层，在所述有效电极层的左侧与所述有效电极层分离地设置并且在其中设置所述加热电极。
5.根据权利要求4所`述的液晶快门，还包括: 第一导电构件，配置为电连接所述第一电极和所述第一透明电极层；以及 第二导电构件，配置为电连接所述加热电极和所述第一透明电极层。
6.根据权利要求5所述的液晶快门，其中所述第一导电构件和所述第二导电构件设置为彼此面对而所述有效区域插置在其间，并且设置为分别沿着所述有效区域的两个相对侧延伸。
7.根据权利要求6所述的液晶快门，其中所述第一导电构件和所述第二导电构件的每个由银膏或导电粘合剂形成。
8.一种图像采集装置，包括: 成像器件； 多个成像透镜，配置为在目标和所述成像器件之间形成光路； 第一和第二液晶快门，配置为在采集三维图像时，将所述光路划分为第一光路和第二光路，所述第一和第二液晶快门包括根据权利要求1至7中的任一个所述的液晶快门；第一和第二快门驱动器，配置为分别驱动所述第一和第二液晶快门；以及控制器，配置为控制所述第一和第二快门驱动器的操作。
9.根据权利要求8所述的图像采集装置，其中所述液晶快门的每个还包括: 第一电极和第二电极，分别电连接到所述第一透明电极层和所述第二透明电极层，以在所述第一透明电极层和所述第二透明电极层之间产生所述第一电势差。 其中第二电势差形成在所述加热电极和所述第一电极之间。
10.根据权利要求9所述的图像采集装置，其中所述第一和第二快门驱动器的每个包括: 第一开关单元，配置为选择性地连接所述第一电极与第一电源或者地；第二开关单元，配置为选择性地连接所述第二电极与所述第一电源或者所述地；以及 第三开关单元，配置为选择性地连接所述加热电极与第二电源或者所述地。
11.根据权利要求10所述的图像采集装置，还包括: 配置为感测环境温度的第一温度传感器。
12.根据权利要求11所述的图像采集装置，其中，在开始图像采集操作之前的待机时间周期期间，在由所述第一温度传感器感测的所述环境温度小于参考温度时，所述第一和第二快门驱动器的每个连接所述第一电极与所述第一电源并且连接所述加热电极与所述地，或者连接所述第一电极与所述地并且连接所述加热电极与所述第二电源。
13.根据权利要求11所述的图像采集装置，其中，在属于相应的液晶快门阻挡光的时间段的加热时间段期间，在由所述第一温度传感器感测的所述环境温度低于参考温度时，所述第一和第二快门驱动器的每个连接所述第一电极与所述第一电源并且连接所述加热电极与所述地，或者连接所述第一电极与所述地并且连接所述加热电极与所述第二电源。
14.根据权利要求13所述的图像采集装置，其中，所述第一和第二液晶快门的每个还包括: 配置为测量其快门温度的第二温度传感器。
15.根据权利要求14所述的图像采集装置，其中，所述控制器基于由所述第二温度传感器感测的所述快门温度确 定所述加热时间段。
【文档编号】G02F1/1343GK103777392SQ201310487858
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年10月17日 优先权日:2012年10月17日
【发明者】沈在揆, 具本珉, 咸裕敬, 李健宇, 曹宇钟 申请人:三星电子株式会社