专利名称:照相机液晶自动曝光装置的制作方法
本发明涉及一种非机械的用液晶器件自动控制进入例如像照相机这类光学仪器的光通量而又不影响其成象性能的装置。现有的照相机自动曝光装置种类很多，大致可分成自动光圈(速度优选)和自动快门(光圈优选)二大类。在自动光圈一类中自动控制光圈的各种方法中都离不开使用机械活动部件，结构较复杂、脆弱和易损坏，成本也较高。本发明用液晶器件代替了机械光圈，成为无机械动作的自动光圈。既提高了器件的可靠性、寿命，也降低了成本，并可与快门联动。即根据曝光时间长短自动调整光圈的大小。器件的角鉴别率至少可达10″(秒)，已是人眼的五倍。照相是足够的。本器件由于没有机械活动部件因而寿命将比现有的自动曝光装置都长。它的唯一缺点是进入相机的光通量将减少一半左右，但就目前胶卷的感光能力，它对成象和记录不会发生很大影响。下面对本发明作详细介绍一、液晶盒的构造液晶盒的构造如图1所示。它的基本构造与一般的液晶显示器件没有什么本质区别，只是电极需要根据相机作特殊设计。偏振膜和胶粘剂也有特殊要求。在二块液晶盒的基板玻片(图1中的③)中之一(例如上基板)内侧用光刻法刻出如图2所示的形状。电极材料可以是氧化锡(SnO2)也可以是氧化铟(In2O3)。后者透明度更好。电极间的间隔在20μ～100μ之间，因此图2是放大了的示意图。否则无法表达(实际制版时，是先画放大10～20倍的图，然后精缩至1∶1)。电极引线也是这个尺寸。电极每圈的直径可以是所用相机每档光圈对应的光圈直径。因此每增大一圈，电极所围面积就增大一倍。电极有几圈，就有几个引出极。如果从里到外电极的编号为①，②…⑧，则正好分别与电路中(图3所示)①→⑧电引出线相接。我们对日本Canon相机(F∶1.4)试验，它的镜头直径为3.6cm。我们电极做成8圈，对应着光圈。对应着光圈为1.4;2;2.8;4;5.6;8;11;16时的光圈直径、电极直径为3.6cm;2.55cm;1.8cm;1.27cm;0.90cm;0.64cm;0.45cm;0.32cm。当然根据下述的原理电极直径完全可以是别的尺寸，只要与电路相配合即可。液晶盒的另一基板(例如下基板)内侧则全部披复透明电极。引出线与线路(图3所示)中的
号相接。液晶盒中间充有10μ左右厚度的液晶层。属扭曲-向列型液晶。这与一般显示器件中充的一样，只是应使6伏峰峰值方波电压能驱动，并使液晶能从40℃→-10℃工作。液晶盒的两侧分别用中性树胶胶粘了偏振膜(人造偏振膜)。偏振膜外又用中性树胶粘结了0.1mm厚的盖玻片(光学平整玻璃)。偏振膜的通光方向相互间可以是垂直的，使液晶盒常开(即液晶盒基板间相对电极不加方波电压时液晶盒通光);也可以是互相平行的，使液晶盒成为常闭型(即不加电压时是不通光的)。下面我们所述均对常闭型而言。
必须指出的是本发明对偏振膜要求是较高的。它的透过率要求在40%以上，而偏振度不能低于98%;且要求平整和折射率均匀，否则都会影响器件的透光性和鉴别率。原因是自然光通过偏振膜后分成e光和O光，O光被人造偏振片大部分吸收，而只让e光通过。如果O光透过太多，会造成严重的双折射，图象就会模糊，细节部分将会不清，鉴别率大大降低。粘结用胶对象质也很有关系。我的经验是以中心树胶为好。
偏振膜外再粘上0.1mm厚的盖玻片一来是为了保护偏振膜，使其不易受潮，不易磨毛，更重要的是为了制造一个平整的光学平面。因为一般人造偏振膜并不很平整，又不能磨，这也将影响象质。当胶粘了盖玻片后，而且中性树胶的折射率与玻片及偏振膜都很接近，器件的平整度就得到了大大的改善。
液晶盒基板的厚度视其大小而异。对小型相机，盒的直径不超过2cm时则可用0.5mm的基板。对大镜头的相机(φ超过3cm)则0.5mm厚的基板就不能保证液晶盒的强固和不变形，因此就应该用0.7mm以上的玻片。
液晶盒的工作原理在一般书上能找到这里不作解释。(如，可参考上海红峰半导体元件厂写的“液晶显示器”-产品说明书)二、控制电路控制电路全部采用低电压CMOS集成块，它具有工作电压低(最小3伏)，功耗小的特点。本器件的电源是3伏的钮扣电池。它经过振荡电路和异或门可输出6伏的峰峰值工作振荡电压，正好能驱动液晶盒工作。
电路如图3所示，左上方为振荡器，它发生周期为5ms的方波。接到液晶盒的下基板电极和八只异或门输入端。光敏元件为硫化镉光敏电阻(国产)，其特征曲线如图4，光敏电阻RP下面串联八只电阻R1→R3(其阻值与电极设计有关)到地。每只电阻的上端引一线接入反相器，反相器的反转电平在同一块集成块中几乎是一样的(CC4069中共有六只反相器)，相差不超过0.01伏。8只反向器由二块CC4069担任，因此这二块电路要选择得对称，即反转电平要几乎相等(误差不得超过0.01伏)。本电路中当我们选择VDD＝3伏时，反相器的反转电平为1.6±0.01伏。当硫化镉光敏电阻RP受光照较强时电阻变小，其下接的各电阻上端电位将上升，随着光照加强圈3中各反相器将由上到下先后翻转(由输出高电平到低电平)，其后的异或门输出端与
号线间的振荡电压将由⑧→①先后消失，与其联接的液晶盒显示则由外环到内环依次关闭。所以光照越强，液晶盒通光孔径愈小，正好起到了自动光圈作用。电路中RP与R1→R8起了电压发生器的作用，八只反相器起了电压比较器的作用，八只异或门起了控制和改造振荡电压的作用。电路中的电阻值是这样计算的硫化镉的光-电阻特性曲线如图4所示(在硫化镉前已加了衰减板)，对应每个曝光值EV，硫化镉都有一个相应的阻值RP，当EV值最小时(EV＝10)应使光圈全部打开。当EV＝11，RP＝4K，则应使液晶光圈最外圈关闭，即图3中h点电位应恰好为1.6V(使反相器输出低电平，使⑧与
之间无电位差)。这时a，b，…g各点电位均低于1.6V，则相应的反相器输出高电平，因此①→⑦圈光圈是通光的，根据这点可列出下面的方程(R1+R2+…+R3)/(R1+…+R3+RP) ×3=1.6即 (R1+R2+…+R3)/(R1+R2+…+R3+4) ×3=1.6 (1)同理，当EV＝12时RP＝2.4K，应使g点电位是1.6伏，使液晶光圈的⑦⑧两圈光圈关闭，这可列出(R1+…+R7)/(R1+…+R8+2.4) ×3=1.6(2)当EV＝13，14，…可同样列出方程(RP值见图4)(R1+…+R6)/(R1+…+R8+1.4) ×3=1.6(3)(R1+…+R5)/(R1+…+R8+0.9) ×3=1.6(4)(R1+…+R4)/(R1+…+R8+0.5) ×3=1.6(5)(R1+…+R3)/(R1+…+R8+0.33) ×3=1.6(6)
(R1+R2)/((R1+…+R8+0.2)) ×3=1.6(7)〔R1/(R1+…+R8+0.13)〕×3＝1.6(8)由方程(1)→(8)可解出R1，R2，…R8的值，它们分别是R1＝2.51K;R2＝0.03K;R3＝0.07K;R4＝0.09K;
R5＝0.22K;R6＝0.26K;R7＝0.54K;R8＝0.85K.
R1用3.3K电位器代。
三、加可调衰减板的感光元件(见图5)当曝光时间缩短一倍时，要求在同一个EV值下光圈多打开一圈。为实现这一点我们通过在光敏电阻前装备一个可以转换的衰减板来实现这一点。我们使这个衰减板的更换与曝光时间更换同步。快门速度加大一倍，衰减加大一倍，这时RP～EV特性曲线将右移一个单位。即现在EV值对应的电阻RP的值将是衰减板更换前(EV-1)所对应的阻值。例如当EV＝12时现在不再是2.4K，而是4K了，因而光圈就自动地多打开一圈，使①→⑦打开，而不是刚才的①→⑥打开。这样曝光量就正好合适。当外界EV＝13时光圈自动打开①→⑥，依次类推。
衰减板可简单地由三片相对可转动的偏振膜构成。二片偏振膜如果方向夹角为θ，则通过光强I与入射光强I0之间的关系是I＝〔I0cos2θ〕· 1/2转动的角度θ与曝光时间应该相对应，即曝光时间缩短一半，通过衰减板的光通量，从而光强也必须减少一半。当使用的胶卷的感光度改变时，同样可折算为曝光值的变化，因此也可以靠转动衰减板②来校正，不再重复。(上式近似是因为实际上偏振膜还有吸收衰减，以及必须假定偏振膜偏振度是100%)。
当器件制作完毕后在第一次使用前还必须作一次调试。偏振片①，③间夹角θ1＝0时对应曝光时间最长档T(B门之前)。这时调整偏振片②③之间夹角θ2，使其对所用底片曝光合适，以后只要底片感光度不变，θ2就不再改变，这样调试完毕照相机的自动曝光装置就可应用了。
当曝光时间t→ 1/2 T; 1/2 T;…相应的θ1应该是
当改变所试用的底片感光度时θ2需重新调节，这可预先对各种感光度测好θ2，在刻度盘上作好指示，到时候拨动一下θ2即可。
四、当液晶盒做成常开型时只需将图3中由B点引向
的连线改成从A点引出即可，其它联结均不变。
五、当照相机镜头的组合透镜有平面界面时，液晶盒可直接做在此平面界面间隙中(固液晶层厚度仅10μ而已)。当工艺许可时甚至液晶盒可做在球面隙层中。
六、当液晶盒做成常开型时，可再配置一手动光圈，这样，当电源切断时便可马上使用手动光圈，成为自动和手动两用。
图1是液晶盒剖面图。
①盖玻片(0.1mm厚)。
②偏振薄膜(0.1mm厚)。
③液晶盒玻片(0.5～0.7mm厚)。
④液晶层(10μ厚)。
⑤液晶盒垫圈(10μ厚)。
打斜线处为中性树胶层(厚约10μ)。
图2是液晶盒玻片上的透明电极结构示意图，①②…⑧表示引出的电极编号。
图3是控制电路图。
图4是光敏电阻(硫化镉)的光-电阻特性曲线图。
图5是带可调衰减板的感光元件结构图。
①，②表示可动偏振片。
③表示固定偏振片。
④是硫化镉光敏电阻。
偏振片②的转动与曝光时间换档旋钮联动。
权利要求
1.由液晶盒、控制电路及有可调衰减板的感光元件三部分组成的可用于照相机的无机械动作的自动光圈装置。其特征在于a、有一个特殊设计与处理的液晶盒，从而使它起到自动光圈作用，并且达角鉴别率不大于9.98″(秒)。b、有一个全部用低压CMOS集成电路组成的低功耗控制电路。c、光敏元件使用cds(硫化镉)，并且有可与曝光时间变动同步的可调衰减板。
2.根据权利要求
1所述的装置，其中液晶盒的特征是透明电极设计成同心园环，并采用如图2方式引线。园环的大小分别与一般相机各档光圈直径相等。引线的粗细与间隔均在20μ～100μ之间。液晶盒两侧粘贴有人造偏振膜，要求其透过率大于40%，偏振度大于98%。偏振膜两侧又粘贴有0.1mm的光学平玻片。粘贴全部采用中性树胶。当照相机镜头的组合透镜中有平面界面时，可将浓晶盒做在此平面间隔中。当工艺允许时也可做在透镜的球面间隔中。
3.根据权利要求
1所述装置，控制电路利用CMOS集成电路CC4069(六侧相器)与CC4030(四异或门)其中CC4069中三只反相器接成方波发生器，而八只反相器利用其开门电平只有0.01伏的差异作为电平比较器，而利用硫化镉光敏电阻直接与八只电阻串联作为电压发生器，并利用CC4030异或门做输出波形控制器。当振荡器中的A点或B点(见图3)与液晶盒公共电极
相接时，可使液晶盒工作于常开型或常闭型。
4.根据权利要求
1所述装置，感光元件cds光敏电阻前加可变衰减板，从而使控制电路与曝光时间联动，并与所用底片感光度相适应。其特征是无电接触，使器件可靠合理。
专利摘要
本发明公开了一种用液晶器件自动控制进入例如象照相机这类光学仪器的光通量而又不影响其成象及象分辨率的装置。它是由特殊设计的液晶盒、CMOS集成电路组成的控制电路及带有可调衰减板的感光元件硫化镉光敏电阻三部分组成。液晶盒的一块基板上透明电极由光刻法制成多个同心圆环，分别引线与控制电路相连。光敏电阻的阻值因光照强弱不同而变化，从而使控制电路动作，并控制液晶盒上各同心圆环相应部分透光或遮断，完成无机械动作的自动光圈作用。
文档编号G03B7/08GK85105900SQ85105900
公开日1986年2月10日 申请日期1985年7月26日
发明者徐怀方 申请人:徐怀方导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan