可变焦光学元件及成像装置的制作方法

本实用新型涉及成像技术领域，具体涉及一种可变焦光学元件及成像装置。

背景技术：

现有技术中，采用现有的成像装置拍摄生活中的场景时，为得到好的拍摄效果，通常使用体积庞大且成本高昂的变焦机构。上述变焦机构需要做机械运动，有的甚至需要手动调节才能实现,不仅对迅速变化的场景变焦缓慢，而且能耗高，结构设计复杂，难以满足拍摄快速变化场景的需要。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供一种可变焦光学元件及成像装置，用以解决现有技术中变焦慢，产品体积大，结构复杂的问题。

本实用新型提供一种可变焦光学元件，包括第一可变焦透镜单元以及第二可变焦透镜单元，所述第一可变焦透镜单元包括：第一基板，与所述第一基板相对设置的第二基板，设于第一基板上的第一电极单元及第一取向膜，设于第二基板上的第二电极单元、第二取向膜，以及夹持在第一取向膜与第二取向膜之间的第一液晶层；所述第二可变焦透镜单元包括所述第二基板，设于所述第二基板上的所述第二电极单元及第三取向膜，与所述第二基板相对设置的第三基板，设于所述第三基板上的第三电极单元及第四取向膜，以及夹持在所述第三取向膜与所述第四取向膜之间的第二液晶层。

较佳地，所述第一可变焦透镜单元为液晶透镜或液晶微透镜阵列，所述第二可变焦透镜单元为液晶微透镜阵列或液晶透镜。

较佳地，所述第二电极单元包括：第一公共电极和第二公共电极，所述第一公共电极设于所述第二基板的面向所述第一基板的一侧，所述第二公共电极设于所述第二基板的面向所述第三基板的一侧，所述第一电极单元包括第一驱动电极和与所述第一驱动电极绝缘的第二驱动电极，所述第三电极单元包括第三驱动电极和与所述第三驱动电极绝缘的第四驱动电极。

较佳地，所述第一驱动电极与所述第三驱动电极为圆孔电极，所述第二驱动电极与所述第四驱动电极为圆形电极，所述第二驱动电极设于所述第一驱动电极内，所述第四驱动电极设于所述第三驱动电极内。

较佳地，所述第一公共电极与所述第二公共电极连接同一电压输出端。

较佳地，所述第二电极单元包括一第三公共电极，所述第三公共电极设于所述第二基板的面向所述第一基板的一侧或者设于所述第二基板的面向所述第三基板的一侧，所述第二基板为塑料薄片。

较佳地，所述第一电极单元与所述第三电极单元均为公共电极，所述第二电极单元包括：设于第二基板上与第一基板相对的上驱动电极组和设于第二基板上与第三基板相对的下驱动电极组，所述上驱动电极组包括第五驱动电极和第六驱动电极，所述下驱动电极组包括第七驱动电极和第八驱动电极，所述第五驱动电极与所述第七驱动电极为圆孔电极，所述第六驱动电极与所述第八驱动电极为圆形电极，所述第六驱动电极设于所述第五驱动电极内且与所述第五驱动电极绝缘，所述第八驱动电极设于所述第七驱动电极内且与所述第七驱动电极绝缘。

较佳地，所述可变焦光学元件还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设于所述第一电极单元与所述可变焦光学元件的第一取向膜之间，所述第二高阻抗透明薄膜设于所述第三电极单元与所述可变焦光学元件的第四取向膜之间。

较佳地，所述可变焦光学元件还包括：第三高阻抗透明薄膜和第四高阻抗透明薄膜，所述第一驱动电极与所述第三驱动电极为圆孔电极，所述第三高阻抗透明薄膜设于所述第一驱动电极内，所述第四高阻抗透明薄膜设于所述第三驱动电极内，所述第二驱动电极与所述第四驱动电极为面电极，所述第二驱动电极设于所述第一驱动电极的远离所述第一液晶层一侧，所述第四驱动电极设于所述第三驱动电极的远离所述第二液晶层一侧。

较佳地，所述可变焦光学元件还包括第一可变焦透镜驱动电路、第二可变焦透镜驱动电路、切换单元以及控制单元，所述控制单元控制所述切换单元切换所述第一可变焦透镜驱动电路驱动所述第一可变焦透镜单元或第二可变焦透镜驱动电路驱动所述第二可变焦透镜单元之一处于透镜状态，另一处于非透镜状态。

较佳地，所述第一液晶层的液晶分子的初始配向与所述第二液晶层的液晶分子的初始配向相互平行或垂直。

本实用新型还提供一种成像装置，包括：主透镜单元、图像传感器、处理器以及存储器，其中，所述成像装置还包括光学元件，所述光学元件为如前任一项所述的可变焦光学元件。

较佳地，所述成像装置应用于胶囊型医疗设备、航空拍摄设备、无人驾驶设备、智能机器人、智能穿戴设备、监视设备、移动通信终端以及带摄像头的导弹中。

本实用新型的上述可变焦光学元件及成像装置，通过设置第一可变焦透镜单元以及第二可变焦透镜单元共用第二基板，同时组成一个可变焦光学元件，因而具有体积小，自动变焦快，结构简单的有益效果。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的可变焦光学元件的结构示意图。

图2为本实用新型实施例2的可变焦光学元件的结构示意图。

图3为本实用新型实施例3的可变焦光学元件的结构示意图。

图4为本实用新型实施例4的可变焦光学元件的结构示意图。

图5为本实用新型实施例5的可变焦光学元件的结构示意图。

图6为本实用新型实施例6的可变焦光学元件的结构示意图。

图7为本实用新型实施例7的可变焦光学元件的结构示意图。

图8为本实用新型实施例8可变焦光学元件的电路结构示意图。

图9为本实用新型成像装置的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。需要说明的是，如果不冲突，本实用新型实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本实用新型的保护范围之内。

实施例1

请参见图1，图1为本实用新型实施例1的可变焦光学元件的结构示意图。如图1所示，本实用新型的可变焦光学元件100，包括第一可变焦透镜单元以及第二可变焦透镜单元，所述第一可变焦透镜单元包括：第一基板110，与所述第一基板110相对设置的第二基板140，设置在第一基板110上的第一电极单元120、设置在第二基板140上的第二电极单元，以及被设置在第一基板110与第二基板140之间的第一液晶层130。第一液晶层130包括多个以一定角度倾斜设置的液晶分子。此外，在第一电极单元120、第二电极单元上分别设置有取向膜111和141，第一液晶层130为取向膜111和取向膜141夹持。第一电极单元120包括圆孔电极（第一驱动电极）121和位于圆孔电极121内与该圆孔电极121彼此绝缘的圆形电极（第二驱动电极）122。第二电极单元包括第一公共电极151和第二公共电极152。所述第一公共电极151设于所述第二基板140的面向所述第一基板110的一侧，所述第二公共电极152设于所述第二基板140的面向所述第三基板170的一侧。较佳地，第一公共电极151与第二公共电极152为面电极，以一整面的方式覆盖在第二基板140上。对于第一可变焦透镜单元，圆孔电极121与第一公共电极151之间形成压差V1，圆形电极122与第一公共电极151之间形成压差V2，在V1与V2的作用下，驱动液晶分子旋转，形成液晶透镜，通过调节V1与V2的大小，可对液晶透镜的焦距进行调节。

所述第二可变焦透镜单元包括所述第二基板140、所述第二电极152，与所述第二基板140相对设置的第三基板170，设于所述第三基板170上的第三电极单元180，以及被设置在所述第二基板140与第三基板170之间的第二液晶层160。第二液晶层160包括多个以一定角度倾斜设置的液晶分子。此外，在第二电极单元、第三电极单元180上分别设置有取向膜142和171，第二液晶层160为取向膜142和取向膜171夹持。第三电极单元180包括圆孔电极（第三驱动电极）181及设于圆孔电极181内与圆孔电极181彼此绝缘的圆形电极（第四驱动电极）182，对于第二可变焦透镜单元的驱动，其第三驱动电极与第四驱动电极分别与第二公共电极152形成压差，由于与第一可变焦透镜单元的驱动类似，参照上述第一可变焦透镜单元的描述。

本实用新型的可变焦光学元件，通过将第一可变焦透镜单元、第二可变焦透镜单元两者共用一个第二基板，并将二者结合成一个可变焦光学元件，该可变焦光学元件用于成像装置拍摄场景时，通过其中之一获取自动对焦所需的场景数据，另一个则利用场景数据迅速改变驱动电压，以实现快速自动对焦。

在一个具体实施例中，所述第一可变焦透镜单元为液晶透镜，所述第二可变焦透镜单元为液晶微透镜阵列或液晶透镜。这里的液晶透镜具有尺寸较大，单个液晶透镜的大小可与成像装置的摄像头的主透镜大小相对应。而这里的液晶微透镜阵列是指单个透镜的尺寸较小，需要多个液晶微透镜以阵列排布的方式才能与成像装置的摄像头的主透镜大小相对应。

在另一个具体的实施例中，所述第一可变焦透镜单元为液晶微透镜阵列，所述第二可变焦透镜单元为液晶微透镜阵列。

上述第一电极单元120、第二电极单元以及第三电极单元180均采用透明的具有透光性的导电材料构成，如使用ITO（铟锡氧化物）。

在一个较佳的实施例中，所述第一公共电极151与所述第二公共电极152连接同一电压输出端。

此外，所述第一液晶层的液晶分子的初始配向与所述第二液晶层的液晶分子的初始配向相互平行或垂直。

实施例2

请参见图2，图2为本实用新型实施例2的可变焦光学元件的结构示意图。如图2所示，在图1所示的可变焦光学元件结构的基础上，本实用新型实施例2的可变焦光学元件100A进行了进一步变形，主要区别在于：所述第二电极单元为一个第三公共电极150，所述第三公共电极150设于所述第二基板140的面向所述第一基板110的一侧或者设于所述第二基板140的面向所述第三基板170的一侧。也就是说，将第一公共电极151和第二公共电极152中的一个省略，此时，所述第二基板140为介电常数比玻璃要低的塑料薄片。当然，取向膜142和141在第三公共电极150的两侧仍然是靠近液晶层设置。当然，需要说明的是，本实施例中，由于第一可变焦透镜单元与第二可变焦透镜单元共用一个第三公共电极，因而，较佳的工作方式是，在第一可变焦透镜单元工作时，第二可变焦透镜单元处于非工作状态；在第二可变焦透镜单元工作时，第一可变焦透镜单元处于非工作状态。

实施例3

请参见图3，图3为本实用新型实施例3的可变焦光学元件的结构示意图。如图3所示，在图1所示的可变焦光学元件结构的基础上，本实用新型实施例3的可变焦光学元件200进行了进一步变形。实施例3的可变焦光学元件200主要包括：第一可变焦透镜单元、第二可变焦透镜单元，其中第一可变焦透镜单元包括：第一基板210、第二基板220、作为第一电极单元的第四公共电极212、取向膜211、液晶层230、第二电极单元、取向膜221。第二可变焦透镜单元包括：第二基板220、第二电极单元、取向膜222、液晶层270、第三基板260、第三电极单元262、取向膜261。本实施例3的可变焦光学元件与实施例1的可变焦光学元件的主要区别在于：第一电极单元、第三电极单元的电极均变为公共电极，而第二电极单元则包括：设于第二基板上与第一基板相对的上驱动电极组240，设于第二基板上与第三基板相对的下驱动电极组250。所述上驱动电极组240包括第五驱动电极和第六驱动电极，所述下驱动电极组250包括第七驱动电极和第八驱动电极，所述第五驱动电极与所述第七驱动电极为圆孔电极，所述第六驱动电极与所述第八驱动电极为圆形电极，所述第六驱动电极设于所述第五驱动电极内且与所述第五驱动电极绝缘，所述第八驱动电极设于所述第七驱动电极内且与所述第七驱动电极绝缘。这里的第五驱动电极、第六驱动电极、第七驱动电极和第八驱动电极与实施例1的第一驱动电极、第二驱动电极、第三驱动电极、第四驱动电极结构与作用相类似，在此不再赘述。

实施例4

请参见图4，图4为本实用新型实施例4的可变焦光学元件的结构示意图。如图4所示，在图1所示的可变焦光学元件结构的基础上，本实用新型实施例4的可变焦光学元件300进行了进一步变形。本实施例4的可变焦光学元件300主要包括：第一可变焦透镜单元、第二可变焦透镜单元，其中第一可变焦透镜单元包括：第一基板310、第二基板320、第一电极单元312、取向膜311、液晶层330、第二电极单元、取向膜321。第二可变焦透镜单元包括：第二基板320、第二电极单元 、取向膜322、液晶层340、第三基板350、第三电极单元352、取向膜351。本实施例4的可变焦光学元件与实施例1的可变焦光学元件的主要区别在于：第一可变焦透镜单元与第二可变焦透镜单元均为液晶透镜。第二基板上320的第二电极单元包括上公共电极323和下公共电极324。在进行驱动时，可以选择第一可变焦透镜单元与第二可变焦透镜单元中的任意一个测量场景数据，另一个依据场景数据进行对焦。

实施例5

请参见图5，图5为本实用新型实施例5的可变焦光学元件的结构示意图。如图5所示，本实施例5的可变焦光学元件400包括：第一可变焦透镜单元、第二可变焦透镜单元，其中第一可变焦透镜单元包括：第一基板410、第二基板420、第一电极单元412、第一取向膜411、液晶层430、第二电极单元、第二取向膜421。第二可变焦透镜单元包括：第二基板420、第二电极单元 、第三取向膜423、液晶层440、第三基板450、第三电极单元452、第四取向膜451。本实施例5的可变焦光学元件与实施例1的可变焦光学元件的主要区别在于：第一可变焦透镜单元与第二可变焦透镜单元均为液晶微透镜阵列。第一可变焦透镜单元的第一电极单元412的圆孔电极和圆形电极分别与第二可变焦透镜单元第三电极单元452对应的圆孔电极和圆形电极结构相同，而第二基板上则设置的第二电极单元包括两个公共电极422和424。

实施例6

请参见图6，图6为本实用新型实施例6的可变焦光学元件的结构示意图。如图6所示，本实用新型实施例6的可变焦光学元件400与本实用新型实施例5的可变焦光学元件400结构大致相同，区别在于：第一可变焦透镜单元在第一电极单元412与第一取向膜411之间设置第一高阻抗透明薄膜461，第二可变焦透镜单元在第三电极单元452与第四取向膜451之间设置第二高阻抗透明薄膜462。上述第一高阻抗透明薄膜461用于使第一可变焦透镜单元形成的透镜特性较好，上述第二高阻抗透明薄膜462用于使第二可变焦透镜单元形成的透镜特性较好，从而达到提升成像装置的成像质量的目的。

实施例7

请参见图7，图7为本实用新型实施例7的可变焦光学元件的结构示意图。如图7所示，本实用新型实施例7的可变焦光学元件500主要包括：第一可变焦透镜单元和第二可变焦透镜单元。而第一可变焦透镜单元主要包括：第一基板510、与第一基板相对设置的第二基板520。第一基板510的表面依次设有第一电极单元、第一取向膜511。第二基板520表面设有第二电极单元、第二取向膜521。其中，第一取向膜511与第二取向膜521之间夹设有第一液晶层530。第一电极单元包括第一驱动电极512和第二驱动电极513以及置于第一驱动电极512与第二驱动电极513之间的绝缘层,第一驱动电极512为圆孔电极,在圆孔电极内设有第三高阻抗透明薄膜514，该第三高阻抗透明薄膜呈圆形。第二驱动电极513为整面电极，位于第一驱动电极512上方，比第二驱动电极523距离第一液晶层530距离大些。第二电极单元包括第一公共电极522和第二公共电极524，分别位于第二基板520的上、下两表面，在第一公共电极522表面设有第二取向膜521，在第二公共电极524表面设有第三取向膜523。

第二可变焦透镜单元主要包括：第二基板520、以及与第二基板520相对设置且远离所述第一基板510的第三基板550。第二基板520表面设有第二电极单元的第二公共电极524和第三取向膜523。第三基板550表面设有第三电极单元、第四取向膜551。第三取向膜523与第四取向膜之间夹设有第二液晶层540。第三电极单元与第一电极单元结构类似，包括第三驱动电极552和第四驱动电极553以及第三驱动电极552与第四驱动电极553之间的绝缘层，第三驱动电极552为圆孔电极，在圆孔内设有第四高阻抗透明薄膜554，该第四高阻抗透明薄膜554呈圆形。第三基板550表面依次设置第四驱动电极553、绝缘层、第三驱动电极552以及第四取向膜551。由于设置第三高阻抗透明薄膜514和第四高阻抗透明薄膜554在对应的圆孔电极内，这样可减少外界的电磁场干扰，以使透镜特性更稳定，成像质量较佳。

当然，在本实施例中，本实用新型的可变焦光学元件中的第一可变焦透镜单元为液晶微透镜阵列，第二可变焦透镜单元也为液晶微透镜阵列。但本实用新型并不局限于此，第一可变焦透镜单元可以为液晶透镜，而第二可变焦透镜单元也为液晶透镜。还有，两者并不一定同时为液晶透镜或液晶微透镜阵列，也可是第一可变焦透镜单元为液晶微透镜阵列时，第二可变焦透镜单元可以为液晶透镜或液晶微透镜阵列。此外，基于本实用新型实施例7的结构基础上还可以做很多变形，这些变形如前面实施例1至6那样，如第二电极单元可以仅有一个公共电极，如第二电极单元包括上、下两个驱动电极组，第一驱动电极组包括距离第一基板较近的两层驱动电极，结构与第一基板上的驱动电极类似。而第二驱动电极组也包括距离第三基板较近的两层驱动电极，结构上与第三基板上的驱动电极类似。还有，由于可变焦光学元件中的第一可变焦透镜单元与第二可变焦透镜单元并不同时工作在透镜状态，在第二基板上设置两个驱动电极组时，还可以是两驱动电极组共用一个整面电极作为驱动电极，而另外作为驱动电极的圆孔电极分别对应各自的液晶层设置，也即两层圆孔电极之间设置有一各整面驱动电极，这样可减少一个驱动电极，结构变简单，同时降低了成本。

实施例8

请参见图8，图8为本实用新型实施例7的可变焦光学元件的电路结构示意图。如图8所示，所述可变焦光学元件还包括驱动第一可变焦透镜单元的第一可变焦透镜驱动电路14、驱动第二可变焦透镜单元的第二可变焦透镜驱动电路13、切换单元12以及控制单元11，所述控制单元11控制所述切换单元12切换所述第一可变焦透镜驱动电路14驱动所述第一可变焦透镜单元和第二可变焦透镜驱动电路13驱动所述第二可变焦透镜单元之一处于透镜状态，另一处于非透镜状态。

以上实施例1至8主要是对可变焦光学元件的结构和驱动电路进行说明，在本实用新型中，可变焦光学元件的结构还可作其它变化，如第一可变焦透镜单元、第二可变焦透镜单元之一采用液体透镜。还有，第一可变焦透镜单元与第二可变焦透镜单元的电极位置发生变化等等，这些都在本实用新型的可变焦光学元件的保护范围内。

请参见图9，图9为本实用新型成像装置的电路结构示意图。如图9所示，本实用新型还提供一种成像装置，所述成像装置包括：主透镜单元24、可变焦光学元件25、图像传感器26、处理器21以及存储器22。主透镜单元24，用于拍摄位于主透镜单元24一侧的场景23并成像于主透镜单元24的另一侧。图像传感器26用于将获取的场景图像转换成电信号，并输出所述电信号作为图像信号。处理器21，用于控制所述可变焦光学元件25、图像传感器26以及存储器22工作，所述存储器22用于存储计算机执行指令，当所述成像装置拍摄指定场景时，所述处理器21读取所述存储器22存储的所述计算机执行指令，控制图像传感器26及可变焦光学元件25工作。

其中，所述可变焦光学元件25位于主透镜单元24与图像传感器26之间，采用前面实施例1至实施例7的可变焦光学元件，关于可变焦光学元件的具体结构及电路请参见图1至图8以及前面的描述，在此不再赘述。

本实用新型的成像装置可应用于胶囊型医疗设备、航空拍摄设备、无人驾驶设备、智能机器人、智能穿戴设备、监视设备、移动通信终端以及带摄像头的导弹中。

以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。