电可控光学装置、用于操作其的方法和包括电可控光学装置的系统与流程

本公开内容的实施方式是有关于一种电可控光学装置，一种用于操作电可控光学装置的方法，和一种包括电可控光学装置的系统。本公开内容的实施方式有关于使用于隐私应用中的方法和设备，更特别是用于相机的隐私快门(privacyshutter)中的方法和设备。

背景技术：

隐私和安全性在电子装置的设计中变成越来越重要的主题。内置相机在许多电子装置中得到普及，而引入有关于非授权访问相机的隐私和安全性议题。这些电子装置包括行动电话、平板电脑及笔记型电脑。

存在各种装置和方法用于保护用户来避免电子装置中的相机的非授权访问。

一种这样的装置为包括不透明快门元件的机械快门，该不透明快门在相机单元的前方滑动，以在没有使用相机单元时覆盖相机单元。机械快门具有低成本、与外部控制隔离、无需供电的稳定性、和在开启时有100％的透射率的优点。然而，机械快门具有显著的厚度和宽度。显著的厚度和宽度可能不适用于整合在具有窄屏幕边框(screenbezels)和薄壳体的越来越紧凑的电子装置中。再者，机械快门包括小的易于破裂的移动部件。。

另一种这样的装置包括高分子分散型液晶(polymerdispersedliquidcrystals，pdlc)的快门。pdlc快门包括pdlc材料层，该pdlc材料层通过施加电压在光透射状态和光散射状态之间切换。pdlc快门为固态并且是电可控的；然而，为了将pdlc材料维持在光散射状态中，需要维持电压的持续供应。再者，pdlc材料在光透射状态时具有85％或更少的透射率，而降低相机性能。此外，pdlc材料在透明状态时的雾度(hazelevel)通常高达5％或更多，而在相机记录期间致使模糊效应(blurringeffect)。

因此，对于用于改善隐私和安全性来避免电子装置中的相机的未授权访问的设备和方法是有需求的。本公开内容特别着重于改善隐私和安全性，使得设备或方法在无需供应电压的情况下可以是稳定的。

技术实现要素：

有鉴于上述，提出一种电可控光学装置、一种用于操作电可控光学装置的方法、和一种电可控光学装置的用途。本公开内容的其他方面、优点和特征通过权利要求书、说明和附图将变得更为清楚。

根据本公开内容的一个方面，提出一种电可控光学装置。电可控光学装置包括多稳态液晶层和控制器单元，其中电可控光学装置在透明状态和非透明状态之间是可切换的。

根据本公开内容的其他方面，提出一种用于操作电可控光学装置的方法。此方法包括提供电压至多稳态液晶层；控制电压的振幅、频率和持续时间中的至少一者，以在透明状态和非透明状态之间切换电可控光学装置；和移除电压。

根据本公开内容的其他方面，提出一种电可控光学装置的用途。该用途包括将电可控光学装置用于隐私快门，该隐私快门光学定位于至少一个相机单元的前方。

根据本公开内容的其他方面，提出一种系统。此系统包括电子装置，该电子装置包括至少一个相机单元；和电可控光学装置，其中电可控光学装置位于用户和该至少一个相机单元之间。

实施方式同样涉及用于执行所公开内容的方法的设备，并包括用于执行描述的各方法方面的设备部件。这些方法方面可通过硬件元件、由合适软件编程的计算机、上述两者的任何结合或任何其他方式执行。再者，根据本公开内容的实施方式同样涉及用于操作描述的设备的方法。用于操作描述的设备的这些方法包括用于执行设备的各功能的方法方面。

附图说明

为了使本公开内容的上述特征可被详细地了解，可参照实施方式获得简要概述于上的本公开内容的更特定的说明。附图涉及本公开内容的实施方式且说明于下文中：

图1绘示根据本文所述实施方式的电可控光学装置的示意图；

图2绘示根据本文所述实施方式的电可控光学装置的快门装置的示意图；

图3绘示根据本文所述实施方式的用于电可控光学装置的控制器的示意图；

图4绘示根据本文所述其他实施方式的电可控光学装置的快门装置的示意图；

图5绘示根据本文所述其他实施方式的电可控光学装置的快门装置的示意图；

图6绘示根据本文所述实施方式的包括电子装置和电可控光学装置的系统的示意图，该电子装置包括相机；和

图7绘示根据本文所述实施方式的用于操作电可控光学装置的方法的流程图。

具体实施方式

现在将详细参照本公开内容的实施方式，这些实施方式的一个或多个示例绘示于附图中。在附图的下方说明中，相同附图标记意指相同元件。一般来说，仅描述有关于个别实施方式的相异之处。各示例出于说明本公开内容的方式而提供且不意味对本公开内容的限制。再者，作为一个实施方式的部份而说明或描述而的特征可用于其他实施方式或与其他实施方式结合，以获得进一步的实施方式。本说明意欲包括这些修改和变化。

防止非授权访问电子装置越来越受到重视。特别是，期望防止由包含于电子装置(例如，移动电话、笔记本电脑和平板电脑)中的相机所获取的数据被非授权访问。本公开内容使用多稳态液晶材料，以允许或限制电子装置中的相机获取影像。通过施加具有特定振幅、频率和持续时间的电压，多稳态液晶材料可在透明状态和非透明状态之间切换。由于多稳态液晶材料的多稳态性质，电压仅为了切换透明度而被施加。可在不存在施加电压的情况下实现透明度(透明状态或非透明状态)的维持。当在透明状态中时，雾度(hazelevel)非常低，通常低于2％，这减少了在相机记录期间的模糊效应(blurringeffect)。

图1绘示根据本文所述实施方式的电可控光学装置100的示意图。

电可控光学装置100包括多稳态液晶层102和控制器300。多稳态液晶层102在透明状态和非透明状态之间是可切换的。

在下文中，术语“透明状态”被理解为这样一种状态：其中有足够的光透射，以辨识影像。当在“透明状态”中时，多稳态液晶层102可具有举例为70％至100％的光透射率。术语“非透明状态”被理解为这样一种状态：其中足够的光被阻挡、散射或折射，以让影像不可辨识。当在“非透明状态”中时，多稳态液晶层102可具有举例为0％至40％的光透射率。

多稳态液晶层102包括层状液晶(smecticliquidcrystals)、聚合物材料和掺杂剂的混合物。当电功率施加至多稳态液晶层102时，层状液晶分子可通过控制所施加的电功率的振幅、频率和持续时间来展现出不同的分子排列。

在多稳态液晶层102中，层状液晶分子通过控制施加于层状液晶分子的电压的振幅、频率和持续时间来展现出不同的分子排列。当层状液晶分子有规律地排列时，层状液晶的折射率非常类似于玻璃或聚合物基板的折射率。因此，电可控光学装置为透明状态。当层状液晶分子随机排列成焦点圆锥(focalconic)排列时，光因层状分子的双折射性(birefringence)而在多稳态液晶层102中强烈地散射。

根据层状液晶分子的排列，多稳态液晶层102可表现出在几乎所有光透射和几乎所有光散射之间的状态的范围。多稳态液晶层102可在透明状态和非透明状态之间电切换。

多稳态液晶层102展现多稳态性质。此材料可甚至在电压移除时维持相同的光学透射状态。电压仅施加至多稳态液晶层102，以改变液晶分子的排列状态。

包含于多稳态液晶层102中的层状液晶包括层状a型(smectic-a)液晶有机化合物。层状液晶可包括根据至少下述化学式的至少一者的硅甲烷化合物：

其中r1意指4-烯氧基-4’氰基联苯(4-alkenoxy-4’cyanobiphenyl)成分，并且r2意指烷基链(alkylchain)。m的数值可在1至4的范围内，和在r2中的碳的数量可在3至15的范围内。

包括于多稳态液晶层102中的聚合物材料通过热固化或紫外线固化的单体形成。单体可包括例如以下中的至少一者：norland光学胶65(noa65)、norland光学胶63(noa63)、norland光学胶68(noa68)和norland光学胶7x(noa7x)。这些材料是由norland公司所制造的产品。单体与层状液晶的重量比可少于30:100，特别是少于15:100。单体与层状液晶的较高重量比在多稳态液晶层102处于非透明状态中时减少了光散射效应，然而，在多稳态液晶层102处于透明状态时的光透射性增加。

包括于多稳态液晶层102中的掺杂剂是导电化合物，该导电化合物被加入以改善多稳态液晶层102的导电性。电压施加至多稳态液晶层102致使掺杂剂迁移通过层，而致使层状液晶分子改变排列。掺杂剂可包括十六烷基三甲基溴化铵(cetyltrimethylammoniumbromide，ctab)或十六烷基三甲基过氯酸铵(hexadecyltrimethylammoniumperchlorate，hmap)中的至少一者。掺杂剂与层状液晶的重量比可少于1:100，特别是少于1:1000。掺杂剂与层状液晶的较高重量比易于增加掺杂剂迁移时的电压。

多稳态液晶层102可通过施加电压从透明状态切换成非透明状态。被施加的电压可在某一振幅和/或某一频率下被施加，和以数个脉冲进行施加。

被施加的电压的振幅可取决于多稳态液晶层102的厚度和温度。当将多稳态液晶层102切换到非透明状态或透明状态时，被施加的电压的振幅可在20v至250v的范围内。特别是，电压可在50v至100v的范围内，更特别是在60v至85v的范围内。被施加的电压可为交流(ac)电压。

施加处于第一频率的电压可能致使层状液晶分子和掺杂剂分子受到影响，使得层状液晶分子随机地排列。层状液晶分子的随机排列致使多稳态液晶层102处于非透明状态中。当将多稳态液晶层102切换到非透明状态时，被施加的电压的频率可举例为少于500hz，特别是在10hz至200hz的范围内。

施加处于第二频率的电压可能致使层状液晶分子和掺杂剂分子受到影响，使得层状液晶分子的长轴在视角方向中规律地排列，视角方向垂直于多稳态液晶层102。在视角方向中的层状液晶分子的规律排列致使多稳态液晶层102处于透明状态中。当将多稳态液晶层102切换到透明状态时，被施加的电压的频率可举例为多于500hz，特别是在1khz至5khz的范围内。

根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式，多稳态液晶层102可具有2μm至25μm的范围内的厚度。如果多稳态液晶层102的厚度少于5μm时，散射效应被减少并且可能难以达成足够的非透明状态。相反地，如果多稳态液晶层102的厚度多于20μm时，多稳态液晶层102在透明状态和非透明状态之间(或反之亦然)的切换时所施加的电压增加，并且在多稳态液晶层102为透明状态中时透射的光系减少。

根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式，多稳态液晶层102可具有高达2000mm²的面积。特别是，多稳态液晶层102可具有在4mm²至2000mm²的范围内的面积，更特别是在12mm²至100mm²的范围内的面积。多稳态液晶层102可为任何形状，特别是圆形、椭圆形、矩形或正方形形状。

根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式，电可控光学装置100可进一步包括物理(physical)用户可操作控件106。用户可操作控件106允许用户将电可控光学装置100从透明状态切换到非透明状态，反之亦然。

用户可操作控件106可包括拨动开关(toggleswitch)、按钮和电容式触控传感器的任一者。用户可操作控件106可被设置为与控制器单元300分离且电耦接于控制器单元300。或者，用户可操作控件106可整合于控制器单元300中。

用户可操作控件106允许电可控光学装置100的操作在操作上与任何其他电系统隔离，使得电可控光学装置可由用户物理地操作。

在下文中，术语“在操作上隔离”被理解为除了通过用户的物理交互之外，不允许通过外部系统或装置操作电可控光学装置100。“操作”可包括在透明状态和非透明状态之间切换电可控光学装置100，反之亦然，和将电可控光学装置100切换到部分透明状态。“操作隔离”可包括除了通过用户的物理交互之外，与外部系统或装置的光操作、电操作或物理操作隔离。

根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式，电可控光学装置100可进一步包括状态指示器107。状态指示器107用于向用户指示电可控光学装置100的目前状态用户。状态指示器107可包括电指示器(例如发光二极管(led))，并可整合于快门装置200或控制器单元300的任一者中。

状态指示器107可包括指示装置，该指示装置可在电可控光学装置100被切换到非透明状态时由电可控光学装置100覆盖、模糊(obscured)或隐藏。举例来说，有颜色的指示层可设置在后基板201上，使得有颜色的指示层可在电可控光学装置100切换成透明状态时为可见的，并可在电可控光学装置100切换成非透明状态时隐藏。

根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式，电可控光学装置100可进一步包括温度传感器108。温度传感器108可紧邻于快门装置200和多稳态液晶层102而被安装。温度传感器108测量多稳态液晶层102的温度，和/或靠近多稳态液晶层102的区域的温度。温度传感器108可电耦接于控制器单元300，以将温度测量信号提供至控制器单元300。温度传感器108可整合于控制器单元300中，或可安装于远离控制器单元300的位置。

由于施加至多稳态液晶层102的用于从透明状态切换到非透明状态(反之亦然)的电压的振幅、频率和/或脉冲数量取决于温度，提供至控制器单元300的温度测量信号允许根据多稳态液晶层102的目前温度来控制振幅、频率和/或脉冲数量。

图2绘示根据本文所述其他实施方式的快门装置200的示意图。

快门装置200包括后基板201和前基板202，其中多稳态液晶层102可设置在后基板201和前基板202之间。后基板201和前基板202的至少一者可包括陶瓷材料或聚合物材料。举例来说，后基板201和前基板202可包括玻璃。陶瓷材料提供增加的稳定性和良好的机械性质，而聚合物材料提供高耐久性并易于制造。陶瓷和聚合物材料两者展现出良好的光学性能。

根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式，快门装置200进一步包括至少一个透明导电层205、206。透明导电层205、206可沉积于后基板201和前基板202的至少一者上，使得透明导电层205、206可接触多稳态液晶层102。

透明导电层205、206可以由透明导电材料制成，透明导电材料举例为氧化铟锡(indium-tinoxide，ito)。透明导电层205、206可通过物理气相沉积工艺沉积，特别是溅射沉积工艺沉积。

透明导电层205、206可被形成，从而提供图案化电极。举例来说，可提供条状透明导电材料和格状透明导电材料的图案化电极。在提供至少两个透明导电层205、206的示例中，第一透明导电层205的图案可不同于第二透明导电层206的图案。第一图案化透明导电层205和第二图案化透明导电层206可以与多稳态液晶层102相同或类似的形状形成。

快门装置200可进一步包括电极垫207。电极垫207允许快门装置200和控制器单元300之间的电连接的附接。电极垫207可包括于透明导电层205、206的至少一者中。或者，电极垫207可包括沉积于透明导电层205、206的至少一者上的层，且可包括例如是陶瓷(氧化铟锡)或金属(锡、铜、银、金或其合金)的导电材料。

快门装置200可进一步包括密封件204。密封件204可设置在后基板201和前基板202之间，使得密封件204围绕多稳态液晶层102。密封件204可形成以提供用于将多稳态液晶层102引入至形成于后基板201、前基板202和密封件204之间的空间中的填充孔。

图3绘示根据本文所述实施方式的控制器单元300的示意图。

根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式，控制器单元300可包括微控制器单元301、电压转换器元件302和切换元件303。控制器单元300可进一步包括至快门装置200、物理用户可操作控件106、温度传感器108或电源304的至少一者的连接件。或者，控制器单元300可包括快门装置200、物理用户可操作控件106和温度传感器108的至少一者。

微控制器单元301可包括与包括于控制器单元300中的元件通信和/或与控制器单元300外部的元件通信的中央处理器(cpu)、存储器以及输入和输出装置。输入和输出装置可包括数模转换器(digital-to-analogconverter，dac)、模数转换器(analog-to-digitalconverter，adc)、和脉宽调制(pulsewidthmodulator，pwm)。

为了将多稳态液晶层102从透明状态切换至非透明状态，被施加的电压可高于由电子装置供应的典型电压。电压转换器元件302包括电路，用于将在电源304接收的输入电压转换成输出电压。举例来说，电压转换器元件302可包括升压(step-up)转换器。供应至电压转换器元件302的输入电压可在举例为2v至24v的范围内。由电压转换器元件302供应的输出电压可举例为在20v至250v的范围内。电压转换器元件302可电耦接于微控制器单元301、切换元件303和/或电源304。

为了将多稳态液晶层102从透明状态切换至非透明状态，可在特定频率下施加电压。切换元件303包括电切换装置，用于切换来自用于向多稳态液晶层102施加电压的电压转换器元件302的输出电压。切换元件303可包括双极性结型晶体管(bipolarjunctiontransistor，bjt)和场效应晶体管(fieldeffecttransistor，fet)的至少一者。切换元件303可电耦接于微控制器单元301、电压转换器元件302和/或快门装置200。微控制器单元301利用举例为脉宽调制(pwm)而能够控制切换元件303，以控制施加至多稳态液晶层102的电压的振幅、频率和持续时间的至少一者。当将多稳态液晶层102切换到非透明状态时，由切换元件303产生的电压的频率可举例为少于500hz，特别是在10hz至200hz之间的范围内。当将多稳态液晶层切换到透明状态时，由切换元件303产生的电压的频率可举例为多于500hz，特别是在1khz至5khz之间的范围内。

图4绘示根据本文所述其他实施方式的快门装置400的示意图。

根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式，快门装置400可包括静电放电(electrostaticdischarge，esd)层410。为了保护快门装置400而避免可能的静电荷聚积，esd层410可引导聚积的静电荷至电极412。电极412可附接至地414。地414可为位于底座(chassis)或框架的导电区域上的接地点。

esd层410可沉积于后基板210和前基板202的至少一者的至少一个表面上。esd层410可在蚀刻工艺中形成，其中一个或多个沉积材料层被蚀刻以形成透明导电层205、206两者和esd层410。esd层410可通过物理气相沉积工艺沉积，特别是溅射沉积工艺沉积，且可包括例如是陶瓷(氧化铟锡)或金属(锡、铜、银、金、或其合金)的导电材料。esd层410可被形成以围绕与多稳态液晶层102相同或类似的形状。

图5绘示根据本文所述其他实施方式的快门装置500的示意图。

根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式，快门装置500进一步包括至少一个抗反射层503。增加抗反射层503改善了快门装置500的光学性能，特别是通过改善透射率来改善快门装置500的光学性能。包括后/前基板501、502(后/前基板501、502包括玻璃)和抗反射层503的快门装置500可产生92％或更多的光透射率。

抗反射层503可设置在后基板501和前基板502的至少一者上。抗反射层503可设别是设置在后基板501的外表面上。抗反射层503可通过物理气相沉积工艺沉积，特别是通过物理气相沉积工艺(特别是溅射沉积工艺)沉积，并且可包括陶瓷材料。举例来说，抗反射层503可包括二氧化硅、氮化硅、氧化钛或氧化铌的至少一者。抗反射层503可包括一个材料层，或可包括两个或更多个材料层。

图6绘示根据本文所述实施方式的系统600的示意图，系统600包括电子装置602和电可控光学装置601，电子装置602包括相机621。

系统600中，电可控光学装置601设置在用户607和相机621之间。相机621可操作上耦接于电子装置602。电子装置602可举例为计算机、移动电话、平板电脑或游戏主机(gameconsole)，其记录来自相机621的影像数据而用于数种任务，例如是举例为视频电话(videotelephony)、视频记录或监视。提供具有位于用户607和相机621之间的电可控光学装置601的系统600允许用户在不使用相机621时阻挡、覆盖或模糊相机621，以改善隐私和安全性。

根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式，在系统600中，电可控光学装置601可与电子装置602操作上隔离606。

由于电可控光学装置601和电子装置602的操作上隔离606，电子装置602可能无法允许电可控光学装置601的任何形式的操作。与电子装置602操作上隔离的电可控光学装置601避免电可控光学装置601的非授权控制，并且避免用户或系统600所在环境的非授权记录或检视，从而改善隐私和安全性。

根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式，电可控光学装置601可电耦接于电源630。电源630可为用于电可控光学装置601的专用电源，或可替代地为共用电源，该共用电源供应功率至例如电可控光学装置601和电子装置602。

根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式，电可控光学装置601可仅可由用户607物理地操作。由于电可控光学装置601可与电子装置602操作上隔离606，来自用户的唯一允许形式的输入可通过与物理用户可操作控件612物理地交互。

由于电可控光学装置601的液晶层的多稳态性质，电可控光学装置601可仅在特定振幅、频率和持续时间的电压被施加至控制器单元611时进行切换。举例来说，移除、施加或控制来自电源630的输入电压将不会致使电可控光学装置601从目前的透明度状态切换到不同的透明度状态。

根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式，包括电可控光学装置601和电子装置602的系统600的元件可设置在共用壳体中。或者，电可控光学装置601可设置在与第一电子装置的壳体分开的壳体中，使得电可控光学装置601可被移除并安装在第二电子装置上。

图7绘示根据本文所述实施方式的用于操作电可控光学装置的方法700的流程图。方法700可利用根据本公开内容的设备和系统来实施。

起始于开始701的方法700包括施加电压至多稳态液晶层(方块702)；控制被施加的电压的振幅、频率和持续时间的至少一者(方块703)；和移除电压(方块704)。方法700终结于结束705。

根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式，控制被施加的电压的振幅(方块703)可包括在20v至250v的范围内控制振幅范围内。

根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式，在将多稳态液晶层切换到透明状态时控制所施加的电压的频率(方块703)可包括在100hz至4khz的范围内控制频率，特别是在200hz至2khz的范围内控制频率。

根据可与本文所述其他实施方式结合的一些实施方式，在将多稳态液晶层切换到非透明状态时控制被施加的电压的频率(方块703)可包括在1hz至2khz的范围内控制频率，特别是在1khz至10khz的范围内控制频率，更特别是在10hz至1khz的范围内控制频率。

控制被施加的电压的脉冲数量(方块703)被执行，以留出时间来让多稳态液晶层从透明状态切换到非透明状态，或反之亦然。被施加的电压的脉冲数量可控制为高达两秒的持续时间。当多稳态液晶层从非透明状态切换成透明状态时，被施加的电压的脉冲数量可特别被控制成高达1000个脉冲。当多稳态液晶层从透明状态切换成非透明状态时，被施加的电压的脉冲数量可特别是控制成高达1000个脉冲。

用于切换多稳态液晶层的被施加的电压的振幅、频率和/或脉冲数量取决于多稳态液晶层的温度。控制被施加的电压的振幅、频率和/或脉冲数量的至少一者(方块703)可进一步包括根据多稳态液晶层的测量温度，或根据多稳态液晶层附近区域中的测量温度来调整被施加的电压的振幅、频率和/或脉冲数量。

移除电压(方块704)致使电可控光学装置保持在稳定的透明度状态中。由于多稳态液晶层的多稳态性质，透明度状态被维持而无需持续施加电压。

虽然上述内容涉及本公开内容的实施方式，但可以在不脱离本公开内容的基本保护范围的情况下设计其他和进一步的实施方式，并且本公开内容的保护范围由随附的权利要求书所界定。