变焦液晶透镜及其驱动方法与流程

1.本发明涉及液晶透镜技术领域，特别是涉及一种变焦液晶透镜及其驱动方法。


背景技术：

2.由于离轴距离不同的光线在透镜表面形成的入射角不同而造成球面像差。当平行的光线由透镜的边缘(远轴光线)通过时，它的焦点位置比较靠近透镜；而由透镜的中央通过的光线(近轴光线)，它的焦点位置则比较远离透镜(这种沿着光轴的焦点错间开的量称为纵向球面像差)。由于这种像差的缘故，就会在通过镜头中心部分的近轴光线所形成的影像周围，形成由通过镜头边缘部分的光线所产生的光斑(halo，光晕)，使人感到所形成的影像变成模糊不清，画面整体好像蒙上一层纱似的，变成缺少鲜锐度的灰蒙蒙的影像。
3.基于左右眼接收两幅略有差异的图像而形成立体视觉的近眼显示装置，由于人眼晶状体在调节其凸度使物体在视网膜上清晰成像时，聚焦距离与双眼汇聚在同一物体上的汇聚距离不完全相等，因此，常常会引起用户出现头晕等不适的感觉，而使用可变焦液晶透镜技术能有效的缓解视觉辐辏调节冲突。
4.现有技术中，当使用单一液晶透镜成像时，由于透镜尺寸大、光心固定不动，当视场很大时，边缘的物点距离光轴远，光束倾斜大，经过透镜后引起较大的像差，影响成像的清晰度。


技术实现要素：

5.为此，本发明的目的在于提出一种变焦液晶透镜及其驱动方法，以降低透镜边缘的像差，提高成像清晰度。
6.本发明提供一种变焦液晶透镜，包括：
7.第一基板和第二基板，所述第一基板靠近所述第二基板的一面设置有第一电极层，所述第二基板靠近所述第一基板的一面设置有第二电极层，所述第一电极层包括多个按照行或列排列的第一电极，所述第二电极层包括多个按照列或行排列的第二电极；
8.所述第一电极层与所述第二电极层组成微透镜阵列，并形成多个光心，当向其中一行或列的第一电极施加第一驱动电压，并向其中一列或行的第二电极施加第二驱动电压时，所述微透镜阵列中目标区域内的微透镜具有第一焦距，所述微透镜阵列中其它区域内的微透镜具有第二焦距，所述第一焦距与所述第二焦距不同。
9.根据本发明提供的变焦液晶透镜，在第一基板和第二基板之间的两电极层按照行或列形成一定规则排布的微透镜阵列，形成了多个光心，当人眼注视的目标对象改变时，形成的微透镜的光心可以随之移动，能够有效降低透镜边缘的像差，提高成像清晰度，由于微透镜阵列中目标区域内的微透镜具有第一焦距，而其它区域内的微透镜具有第二焦距，因此当人眼注视的目标区域内液晶微透镜清晰成像的时候，非注视区域内形成的微透镜可模糊成像。
10.可选的，所述第一电极层包括多个在水平方向上按照行排列的第一电极，所述第
二电极层包括多个在垂直方向上按照列排列的第二电极，在每一列所述第二电极上形成有多个多边形开孔，任意相邻两行第一电极之间、以及相邻两列第二电极之间设有间隙，且彼此不导通，相邻两列第二电极上的任意两相邻多边形开孔的中心连线与水平方向形成预设角度，所述第一电极上设有多个均匀分布缺口，所述缺口与所述第二电极中的电极图案对应。
11.可选的，所述第一电极层包括多个在垂直方向上按照列排列的第一电极，所述第二电极层包括多个在水平方向上按照行排列的第二电极，在每一列所述第二电极上形成有多个多边形开孔，任意相邻两列第一电极之间、以及相邻两行第二电极之间设有间隙，且彼此不导通，相邻两行第二电极上的任意两相邻多边形开孔的中心连线与垂直方向形成预设角度，所述第一电极上设有多个均匀分布缺口，所述缺口与所述第二电极中的电极图案对应。
12.可选的，所述第一电极层包括多个在垂直方向上倾斜设置、按照列排列的第一电极，所述第二电极层包括多个在水平方向上按照行排列的第二电极，任意相邻两列第一电极之间、以及相邻两行第二电极之间设有间隙，且彼此不导通，每一行第二电极上设置有若干等间距排列的圆形开孔，相邻两行第二电极上的任意两相邻圆形开孔的圆心连线与垂直方向形成预设角度。
13.可选的，所述第一电极层包括多个在水平方向上按照行排列的第一电极，所述第二电极层包括多个在垂直方向上倾斜设置、按照列排列的第二电极，任意相邻两行第一电极之间、以及相邻两列第二电极之间设有间隙，且彼此不导通，每一列第二电极上设置有若干等间距排列的圆形开孔，每一列第二电极上多个圆形开孔的圆心连线与垂直方向形成预设角度。
14.可选的，所述第一电极层包括多个在水平方向上按照行排列的第一电极，所述第二电极层包括多个在垂直方向上按照列排列的第二电极，任意相邻两列行第一电极之间、以及相邻两列第二电极之间设有间隙，且彼此不导通，每一列第二电极上设置有若干等间距排列的圆形开孔，每一列第二电极上任意至少2个圆形开孔的圆心连线与垂直方向平行。
15.可选的，所述第一电极层包括多个在垂直方向上按照列排列的第一电极，所述第二电极层包括多个在水平方向上按照行排列的第二电极，任意相邻两列第一电极之间、以及相邻两行第二电极之间设有间隙，且彼此不导通，每一行第二电极上设置有若干等间距排列的圆形开孔，每一行第二电极上任意至少2个圆形开孔的圆心连线与水平方向平行。
16.可选的，所述第二基板靠近所述第一基板的一面设有第三电极层，所述第三电极层位于所述第二电极层与所述第二基板之间，且所述第三电极层与所述第二电极层之间有绝缘层，所述绝缘层上设有若干导通孔。
17.可选的，所述第一电极层包括多个在垂直方向上按照列排列的第一电极，任意相邻两列第一电极之间设有间隙，且彼此不导通，所述第二电极层包括多个同心圆环电极，多个所述同心圆环电极组成阵列排布的微透镜，每个微透镜中对应位置的同心圆环电极通过所述导通孔在所述第三电极层上进行水平方向上的串联。
18.可选的，所述第一电极层包括多个在水平方向上按照行排列的第一电极，任意相邻两行第一电极之间设有间隙，且彼此不导通，所述第二电极层包括多个同心圆环电极，多个所述同心圆环电极组成阵列排布的微透镜，每个微透镜中对应位置的同心圆环电极通过
所述导通孔在所述第三电极层上进行垂直方向上的串联。
19.本发明还提供了上述变焦液晶透镜的驱动方法，应用于上述的变焦液晶透镜，所述驱动方法包括：
20.通过视线跟踪获取人眼注视目标对象的位置及景深，以确定需要提供第一焦距的微透镜所在的目标区域及对应的第一驱动电压；
21.根据需要提供第一焦距的微透镜所在的目标区域对所述微透镜阵列进行寻址，以确定需要提供第一焦距的微透镜的目标行列位置；
22.对所述微透镜阵列中目标行列位置的第一电极和第二电极输入第一驱动电压，并对其它行列位置的第一电极和第二电极输入第二驱动电压，以进行驱动，所述第一驱动电压与所述第二驱动电压不同。
23.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实施例了解到。
附图说明
24.本发明实施例的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
25.图1是本发明第一实施例提供的变焦液晶透镜的结构示意图；
26.图2是本发明第一实施例提供的变焦液晶透镜中第一电极的结构示意图；
27.图3是本发明第一实施例提供的变焦液晶透镜中第二电极的结构示意图；
28.图4是本发明第一实施例提供的变焦液晶透镜中微透镜阵列的局部显示示意图；
29.图5是本发明第二实施例提供的变焦液晶透镜中第一电极的结构示意图；
30.图6是本发明第二实施例提供的变焦液晶透镜中第二电极的结构示意图；
31.图7是本发明第三实施例提供的变焦液晶透镜中第一电极的结构示意图；
32.图8是本发明第三实施例提供的变焦液晶透镜中第二电极的结构示意图；
33.图9是本发明第四实施例提供的变焦液晶透镜中第一电极的结构示意图；
34.图10是本发明第四实施例提供的变焦液晶透镜中第二电极的结构示意图；
35.图11是本发明第五实施例提供的变焦液晶透镜中第一电极的结构示意图；
36.图12是本发明第五实施例提供的变焦液晶透镜中第二电极的结构示意图；
37.图13是本发明第六实施例提供的变焦液晶透镜中第一电极的结构示意图；
38.图14是本发明第六实施例提供的变焦液晶透镜中第二电极的结构示意图；
39.图15是本发明第七实施例提供的变焦液晶透镜的结构示意图；
40.图16是本发明第七实施例提供的变焦液晶透镜中第一电极的结构示意图；
41.图17是本发明第七实施例提供的变焦液晶透镜中第二电极的结构示意图；
42.图18是本发明第八实施例提供的变焦液晶透镜中第一电极的结构示意图；
43.图19是本发明第八实施例提供的变焦液晶透镜中第二电极的结构示意图；
44.图20是本发明第九实施例提供的变焦液晶透镜的驱动方法的流程图。
具体实施方式
45.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例
中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
46.第一实施例
47.请参阅图1至图4，本发明第一实施例提供的变焦液晶透镜100，包括：第一基板101和第二基板102，所述第一基板101靠近所述第二基板102的一面设置有第一电极层103，所述第二基板102靠近所述第一基板101的一面设置有第二电极层104，所述第一电极层103包括多个按照行或列排列的第一电极，所述第二电极层104包括多个按照列或行排列的第二电极，第一电极和第二电极均为透明电极材料，如ito。
48.其中，所述第一电极层103与所述第二电极层104组成微透镜阵列，并形成多个光心，当向其中一行或列的第一电极施加第一驱动电压，并向其中一列或行的第二电极施加第二驱动电压时，所述微透镜阵列中目标区域内的微透镜具有第一焦距，所述微透镜阵列中其它区域内的微透镜具有第二焦距，所述第一焦距与所述第二焦距不同。
49.本实施例中，所述第一电极层103包括多个在水平方向上按照行排列的第一电极r1,r2,r3,
…
,rm，所述第二电极层104包括多个在垂直方向上按照列排列的第二电极c1,c2,c3,
…
,cn，在每一列所述第二电极上形成有多个多边形开孔，如多边形开孔h11,h21,h31,
…
,hm1，h11,h21,h31,
…
,hm1等多边形开孔内部无电极图案，具体在本实施例中，多边形开孔h11,h21,h31,
…
,hm1的形状为正六变形，任意相邻两行第一电极之间、以及相邻两列第二电极之间设有间隙，且彼此不导通，相邻两列第二电极上的任意两相邻多边形开孔的中心连线与水平方向形成预设角度α，α例如为30
°
，所述第一电极上设有多个均匀分布缺口，所述缺口与所述第二电极中的电极图案对应，由于本实施例中多边形开孔h11,h21,h31,
…
,hm1的形状为正六变形，相应的，第一电极上的缺口为梯形缺口。具体的，相邻两列之间的六边形开孔的中心在垂直方向上间距为d，与之相对应的，第一电极上的梯形缺口的高也为d。
50.如图4所示，在变焦液晶透镜100中的微透镜阵列工作时，设人眼注视的目标对象位于图4中的a区域，根据其景深该区域内的微透镜形成具有第一焦距的液晶透镜，需提供第一电压，设压差δv＝5伏。此时可在第二电极层104中的第二电极c5这一列上输入0v电压，在第一电极层103中的第二电极r3这一行输入5v电压，a区域形成的液晶透镜就具有第一焦距。a区域以外大部分区域内形成第二焦距的液晶透镜需提供不同于第一电压的第二电压，设第二电压为2.5v，同步在所有其他行(除r3外)施加一个电压2.5v即可。
51.此外，需要指出的是，本实施例中，多边形开孔是位于第二电极上的，具体实施时，也多边形开孔可以位于第一电极上。
52.第二实施例
53.请参阅图5和图6，本发明第二实施例提供的变焦液晶透镜，其与第一实施例的区别在于第一电极层103中的第一电极、第二电极层104中的第二电极的排布方式不同。
54.本实施例中，第一电极层103包括多个在垂直方向上按照列排列的第一电极c1,c2,c3,
…
,cn，所述第二电极层104包括多个在水平方向上按照行排列的第二电极r1,r2,r3,
…
,rm，在每一列所述第二电极上形成有多个多边形开孔h11,h21,h31,
…
,hm1，例如具体为正六边形开孔，任意相邻两列第一电极之间、以及相邻两行第二电极之间设有间隙，且
彼此不导通，相邻两行第二电极上的任意两相邻多边形开孔的中心连线与垂直方向形成预设角度，所述第一电极上设有多个均匀分布缺口，所述缺口与所述第二电极中的电极图案对应。
55.第三实施例
56.请参阅图7和图8，本发明第三实施例提供的变焦液晶透镜，其与第一实施例的区别在于第一电极层103中的第一电极、第二电极层104中的第二电极的排布方式不同。
57.本实施例中，第一电极层103包括多个在垂直方向上倾斜设置、按照列排列的第一电极c1,c2,c3,
…
,cn，优选第一电极与垂直方向成30
°
角，第二电极层104包括多个在水平方向上按照行排列的第二电极r1,r2,r3,
…
,rm，任意相邻两列第一电极之间、以及相邻两行第二电极之间设有间隙，且彼此不导通，每一行第二电极上设置有若干等间距排列的圆形开孔11,12,21,22,
…
,1n,
…
,m1
…
,mn等，相邻两行第二电极上的任意两相邻圆形开孔的圆心连线与垂直方向形成预设角度，例如圆形开孔11与21的圆心连线与垂直方向成30
°
角。
58.第四实施例
59.请参阅图9和图10，本发明第四实施例提供的变焦液晶透镜，其与第三实施例的区别在于第一电极层103中的第一电极、第二电极层104中的第二电极的排布方式不同。
60.本实施例中，第一电极层103包括多个在水平方向上按照行排列的第一电极r1,r2,r3,
…
,rm，第二电极层104包括多个在垂直方向上倾斜设置、按照列排列的第二电极c1,c2,c3,
…
,cn，任意相邻两行第一电极之间、以及相邻两列第二电极之间设有间隙，且彼此不导通，每一列第二电极上设置有若干等间距排列的圆形开孔11,12,21,22,
…
,1n,
…
,m1
…
,mn等，每一列第二电极上多个圆形开孔的圆心连线与垂直方向形成预设角度。
61.第五实施例
62.请参阅图11和图12，本发明第五实施例提供的变焦液晶透镜，其与第一实施例的区别在于第一电极层103中的第一电极、第二电极层104中的第二电极的排布方式不同。
63.本实施例中，第一电极层103包括多个在水平方向上按照行排列的第一电极r1,r2,r3,
…
,rm，第二电极层104包括多个在垂直方向上按照列排列的第二电极c1,c2,c3,
…
,cn，任意相邻两列行第一电极之间、以及相邻两列第二电极之间设有间隙，且彼此不导通，每一列第二电极上设置有若干等间距排列的圆形开孔11,12,21,22,
…
,1n,
…
,m1
…
,mn等，每一列第二电极上任意至少2个圆形开孔的圆心连线与垂直方向平行。
64.第六实施例
65.请参阅图13和图14，本发明第六实施例提供的变焦液晶透镜，其与第五实施例的区别在于第一电极层103中的第一电极、第二电极层104中的第二电极的排布方式不同。
66.本实施例中，第一电极层103包括多个在垂直方向上按照列排列的第一电极c1,c2,c3,
…
,cn，第二电极层104包括多个在水平方向上按照行排列的第二电极r1,r2,r3,
…
,rm，任意相邻两列第一电极之间、以及相邻两行第二电极之间设有间隙，且彼此不导通，每一行第二电极上设置有若干等间距排列的圆形开孔11,12,21,22,
…
,1n,
…
,m1
…
,mn等，每一行第二电极上任意至少2个圆形开孔的圆心连线与水平方向平行。
67.第七实施例
68.请参阅图15至图17，本发明第七实施例提供的变焦液晶透镜200，包括：第一基板201和第二基板202，所述第一基板201靠近所述第二基板202的一面设置有第一电极层203，
所述第二基板202靠近所述第一基板201的一面设置有第二电极层204，所述第一电极层201包括多个按照行或列排列的第一电极，所述第二电极层204包括多个按照列或行排列的第二电极。
69.其中，所述第一电极层203与所述第二电极层204组成微透镜阵列，并形成多个光心，当向其中一行或列的第一电极施加第一驱动电压，并向其中一列或行的第二电极施加第二驱动电压时，所述微透镜阵列中目标区域内的微透镜具有第一焦距，所述微透镜阵列中其它区域内的微透镜具有第二焦距，所述第一焦距与所述第二焦距不同。
70.本实施例中，所述第二基板202靠近所述第一基板201的一面设有第三电极层205，所述第三电极层205位于所述第二电极层204与所述第二基板202之间，且所述第三电极层205与所述第二电极层204之间有绝缘层206，所述绝缘层206上设有若干导通孔(图未示)。
71.本实施例中，所述第一电极层203包括多个在垂直方向上按照列排列的第一电极c1,c2,c3,
…
,cn，任意相邻两列第一电极之间设有间隙，且彼此不导通，所述第二电极层204包括多个同心圆环电极2041，多个所述同心圆环电极组成阵列排布的微透镜，每个微透镜中对应位置的同心圆环电极2041通过所述导通孔在所述第三电极层205上进行水平方向上的串联。
72.第八实施例
73.请参阅图18和图19，本发明第八实施例提供的变焦液晶透镜，其与第七实施例的区别在于第一电极层203中的第一电极、第二电极层204中的第二电极的排布方式和结构有所不同。
74.本实施例中，第一电极层203包括多个在水平方向上按照行排列的第一电极r1,r2,r3,
…
,rm，任意相邻两行第一电极之间设有间隙，且彼此不导通，第二电极层204包括多个同心圆环电极2041，多个所述同心圆环电极2041组成阵列排布的微透镜，每个微透镜中对应位置的同心圆环电极2041通过所述导通孔在所述第三电极层205上进行垂直方向上的串联。
75.第九实施例
76.请参阅图20，本发明第九实施例提供一种变焦液晶透镜的驱动方法，应用于上述任一种实施例中的变焦液晶透镜，所述驱动方法包括：
77.s101，通过视线跟踪获取人眼注视目标对象的位置及景深，以确定需要提供第一焦距的微透镜所在的目标区域及对应的第一驱动电压；
78.s102，根据需要提供第一焦距的微透镜所在的目标区域对所述微透镜阵列进行寻址，以确定需要提供第一焦距的微透镜的目标行列位置；
79.s103，对所述微透镜阵列中目标行列位置的第一电极和第二电极输入第一驱动电压，并对其它行列位置的第一电极和第二电极输入第二驱动电压，以进行驱动，所述第一驱动电压与所述第二驱动电压不同。
80.根据上述方法，通过视线跟踪确定人眼所注视的目标物体的位置及大小，确定需要提供第一焦距的微透镜及电极范围，对需要进行驱动的微透镜进行寻址，并根据目标物体的景深，提供相应的驱动电压，从而调整第一焦距的大小及第二焦距的大小。
81.在任意时间内，驱动电压都基于第一焦距大小设定，因此不同的第一焦距对应不同的驱动电压，当目标物体景深发生变化时，驱动微透镜阵列实时变焦，从而使人眼注视的
目标物体保持清晰。
82.综上，根据本发明提供的变焦液晶透镜及其驱动方法，在第一基板和第二基板之间的两电极层按照行或列形成一定规则排布的微透镜阵列，形成了多个光心，搭配视线跟踪，当人眼注视的目标对象改变时，形成的微透镜的光心可以随之移动，能够有效降低透镜边缘的像差，提高成像清晰度。借助简单的无源驱动方法，可以使特定的目标区域内的液晶微透镜具有第一焦距，而其他区域内的微透镜所形成的第二焦距不同于该特定区域内微透镜的第一焦距，由于微透镜阵列中目标区域内的微透镜具有第一焦距，而其它区域内的微透镜具有第二焦距，因此当人眼注视的目标区域内液晶微透镜清晰成像的时候，非注视区域内形成的微透镜可模糊成像。
83.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
84.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。