專利名稱：一種基于微機電系統(tǒng)的微透鏡的制作方法
技術領域：
—種基于微機電系統(tǒng)的微透鏡技術領域[0001]本實用新型涉及與微機電系統(tǒng)相關的光學領域，更具體的，涉及一種基于微機電 系統(tǒng)的微透鏡。
背景技術：
[0002]透鏡是光學系統(tǒng)中最基本的元件之一，它能夠對光進行調制而產生特定的光學效 果，已經(jīng)成為光學儀器和光學系統(tǒng)中不可缺少的組件。隨著信息技術的發(fā)展，輕便型、輕量 級的便攜式電子設備越來越受到消費者的青睞，對各種元件的小型化技術研究成為目前研 究人員的研究熱點，尤其隨著微機電系統(tǒng)(MEMS)的發(fā)展以及在光通信、成像等領域的應用， 透鏡的微型化成為一種趨勢。[0003]微透鏡是一種尺寸極為微小的透鏡，其可應用于光電元件如數(shù)碼相機、手機或太 陽能電池等，用以聚焦所接收到的光束，或擴散光電元件所發(fā)射的光束。而微型鏡頭驅動裝 置主要是驅動對焦鏡頭沿著光軸方向直線移動，以將影像光線對焦在影像傳感器上，目前 已大量使用于具有照相或攝影功能的電子裝置中，而微型鏡頭驅動裝置有許多相關的驅動 模式，[0004]專利號為200610157001. 2的一個發(fā)明專利文獻中公開的一種方案，使用步進馬 達驅動鏡頭對焦的結構，由定子組與轉子上的螺紋結構驅動鏡頭做上下移動對焦的方法。 專利號為200410017724. 3 一個專利文獻中所公開的方案，利用電磁感應作用，使安置在磁 軛環(huán)中間的透鏡受到平行的電磁力作用產生位移，同時安置在透鏡移動載體的前后側的簧 片產生反作用力，當作用的透鏡移動載體上的電磁力和簧片彈力達到平衡時，該透鏡移動 載體保持在一定的位置。[0005]上述的透鏡驅動裝置均利用馬達或電磁感應形式來驅動透鏡的移動，這樣結構比 較大，增加了系統(tǒng)的功率，同時難以實現(xiàn)驅動裝置的小型化，裝置的裝配工序繁多，不易于 控制產品的合格率，從而造成了資源浪費。[0006]基于上述描述，亟需要一種體積小、重量輕、結構簡單、所需驅動功率小的微透鏡 的裝置，且該裝置安裝方便、成本低、便于整體系統(tǒng)微型化，并且能夠保證微透鏡可以快速 準確的移動。發(fā)明內容[0007]為解決上述問題，本實用新型的目的在于提供一種基于微機電系統(tǒng)的微透鏡，以 解決現(xiàn)有技術中透鏡驅動裝置驅動結構復雜，體積和重量大，所需驅動能量很大，線性移動 位移小，消耗功率高，從而造成了資源浪費的問題。并且本發(fā)明微透鏡焦點不僅能夠在一維 垂直方向移動還能夠在二維方向做大范圍移動，而且變焦能力強。[0008]為解決上述技術問題，本實用新型采用以下技術方案[0009]—種基于微機電系統(tǒng)的微透鏡,在MEMS微平臺的最底端為基座,基座上安裝有驅 動裝置，驅動裝置支撐住鏡架，鏡架上安裝有微透鏡，通過驅動裝置帶動鏡架移動，進而帶動微透鏡的移動，實現(xiàn)透鏡焦點的變化，所述驅動裝置由兩個驅動臂組成，每個驅動臂由一個或一個以上的連接梁和將基座、連接梁、鏡架依次連接起來的雙壓電晶片組成，其中雙壓電晶片由兩種或者兩種以上的金屬層組成，每個雙壓電晶片加電壓產生熱溫度升高，由于兩種材料的熱膨脹系數(shù)不同，從而導致雙壓電晶片產生彎曲，將連接梁抬高。[0010]作為優(yōu)選，每個驅動臂由兩個對稱的驅動分支連接而成，每個驅動分支包括兩個連接梁和三個雙壓電晶片，第一雙壓電晶片連接基底和第一連接梁，第二雙壓電晶片連接第一連接梁和第二連接梁，第三雙壓電晶片連接第二連接梁和鏡架。[0011]作為優(yōu)選，在鏡架上設置有一個或一個以上的熱敏電阻。[0012]作為優(yōu)選，所述微透鏡與MEMS微平臺的連接方式為，鏡架上預留一個直徑小于微透鏡直徑的安裝孔，在安裝孔周圍加工出與微透鏡直徑大小一致的凹槽，可以恰好將微透鏡放在凹槽中，利用粘結物質將微透鏡固定在凹槽中。[0013]作為優(yōu)選，所述微透鏡與MEMS微平臺的連接方式為，在微透鏡邊緣加工出幾個凸起，同時在鏡架上對應位置加工幾個凹孔，之后將微透鏡和鏡架組裝在一起，凸起與凹孔--對應。[0014]作為優(yōu)選，所述微透鏡與MEMS微平臺的連接方式為，微透鏡邊緣部分大于整體尺寸，將微透鏡穿過鏡架上的凹孔，微透鏡邊緣部分可以卡住透鏡。[0015]作為優(yōu)選，所述鏡架上加工有多個微結構。[0016]作為優(yōu)選，所述MEMS微平臺通過雙壓電晶片與電連接基座連接在一起，給電連接基座加電可以驅動MEMS微平臺上的鏡架運動，同時也可以通過給雙壓電晶片加電壓以帶動微平臺偏轉。[0017]作為優(yōu)選，所述MEMS微平臺直接封裝在電連接基座上。[0018]作為優(yōu)選，所述微透鏡為圓柱狀、方形狀、球面狀或非球面狀。[0019] 本實用新型的有益效果為，由于利用新型垂直大位移的MEMS微平臺帶動微透鏡移動，可以實現(xiàn)透鏡焦點的線性變化。同時利用MEMS驅動方式，可以使驅動結構簡單，體積小，所用MEMS驅動功率小，從而減小裝置驅動的能量利用。由于MEMS所需驅動電壓小于10 伏，但其線性位移卻可以達到1_，所以MEMS線性位移定位快速準確，重復性好。相比于傳統(tǒng)透鏡驅動方式，本發(fā)明微透鏡焦點不僅能夠在一維垂直方向移動還能夠在二維方向做大范圍移動。由于利用半導體加工工藝，使的MEMS微透鏡制造工藝簡單，易于批量生產，成本低。由于所用MEMS微平臺與透鏡組裝方式簡單，透鏡安裝方便、快捷、組裝牢固，同時可達到較高的裝配精度。由于MEMS適合于大批量生產，所以可以降低生產成本。由于通過3個雙壓電晶片、2個連接梁的相互配合作用使鏡架抬高，所以增大了鏡架的移動距離，實現(xiàn)了垂直方向比較大的移動。由于通過2個驅動臂帶動鏡架來驅動微透鏡的垂直方向的上下移動，如果兩個驅動臂所加不同的驅動電壓，則微平臺控制的鏡面將發(fā)生偏轉，從而實現(xiàn)了焦點在二維空間內移動。所以給兩個驅動臂施加不同的電壓，就可以控制透鏡焦點在二維空間內大范圍移動，增大了焦點移動范圍。由于在微平臺鏡架上加工出許多的微結構，這樣不僅可以減小驅動重量，降低系統(tǒng)的功率，還能夠增加驅動平臺的散熱。


[0020]圖1為本實用新型提供的MEMS微透鏡裝置的立體結構示意圖；[0021]圖2為本實用新型提供的MEMS微平臺結構示意圖；[0022]圖3為本實用新型提供的MEMS微透鏡第一種組裝方式示意圖；[0023]圖4為本實用新型提供的MEMS微透鏡第二種組裝方式示意圖；[0024]圖5為本實用新型提供的微透鏡組裝在MEMS微平臺上的背面示意圖；[0025]圖6為本實用新型提供的雙凸透鏡與微平臺的組裝示意圖；[0026]圖7為本實用新型提供的微透鏡鏡架表面微結構示意圖；[0027]圖8為本實用新型提供的MEMS微平臺利用雙壓電晶片連接示意圖；[0028]圖9為本實用新型提供的MEMS微平臺封裝示意圖。[0029]圖中[0030]1、微透鏡;101、凸起;2、鏡架;201、安裝孔;202、凹槽;203、凹孔;204、微結構;3、基座；4、驅動臂；5、驅動臂；501、第一雙壓電晶片；502、第二雙壓電晶片；503、第三雙壓電 晶片；511、第一連接梁；512、第二連接梁；6、熱敏電阻；7、雙壓電晶片；8、電連接基座；9、 雙凸透鏡。
具體實施方式
[0031]
以下結合附圖并通過具體實施方式
來進一步說明本實用新型的技術方案。[0032]圖1至圖9示出了本實用新型的一種實施例，在該種實施例中，如圖1和圖2所示， MEMS微透鏡包括微透鏡1、MEMS微平臺。在MEMS微平臺的最底端為基座3，基座3上安裝 有兩個驅動臂，分別為驅動臂4和驅動臂5。每個驅動臂由兩個對稱的驅動分支連接而成， 每個驅動分支包括兩個連接梁和三個雙壓電晶片。連接梁分別為第一連接梁511、第二連 接梁512。雙壓電晶片分別為第一雙壓電晶片501、第二雙壓電晶片502、第三雙壓電晶片 503。第一雙壓電晶片501連接基底3和第一連接梁511，第二雙壓電晶片502連接第一連 接梁511和第二連接梁512，第三雙壓電晶片503連接第二連接梁512和鏡架2。其中雙壓 電晶片由兩種或者兩種以上的金屬層組成，每個雙壓電晶片加電壓產生熱溫度升高，由于 兩種材料的熱膨脹系數(shù)不同，從而導致雙壓電晶片產生彎曲，將連接梁抬高，帶動鏡架2移 動，通過鏡架2的移動進而帶動微透鏡I的移動，實現(xiàn)透鏡焦點的變化。[0033]本實用新型通過3個雙壓電晶片和兩個連接梁的相互作用使鏡架2抬高，這樣的 結構增大了鏡架2的移動距離，實現(xiàn)了垂直方向比較大的移動。[0034]上述微透鏡I不僅僅可以通過兩個驅動臂帶動鏡架2來驅動微透鏡I的垂直方 向的上下移動，如果兩個驅動臂所加不同的驅動電壓，則MEMS微平臺控制的鏡面將發(fā)生偏 轉，從而實現(xiàn)了焦點在二維空間內移動。因此給兩個驅動臂施加不同的電壓，就可以控制微 透鏡I焦點在二維空間內大范圍移動，增大了焦點移動范圍。[0035]于本實施例中，還可以僅設置有一個連接梁和兩個雙壓電晶片，其中一個雙壓電 晶片連接基底3和連接梁，另一個雙壓電晶片連接鏡架2和連接梁。通過一個連接梁和兩 個雙壓電晶片的相互作用同樣可以實現(xiàn)微透鏡I的移動，實現(xiàn)微透鏡I焦點的變化。只是 垂直方向的移動距離不如第一種連接方式大。[0036]于本實施例中，如圖2所示，在鏡架2的四個角上分別設置有一個熱敏電阻6，利用 熱敏電阻6可以實時監(jiān)控鏡面溫度的變化，可根據(jù)溫度的變化來進行電壓調整。當然，熱敏 電阻的數(shù)量不僅限于4個，也可以為一個3個或者2個。[0037]如圖7所示，為了減小MEMS微平臺驅動的重量，不影響系統(tǒng)性能的前提下，在MEMS 微平臺鏡架2上加工出許多微結構204，這樣不僅可以減小驅動重量，降低系統(tǒng)的功率，還 能夠增加MEMS微平臺的散熱，微結構204不局限與圖中所畫類型。[0038]如圖2所示，所述微透鏡I與MEMS微平臺的連接方式為，在MEMS微平臺的鏡架2 上預留一個直徑略小于微透鏡I直徑的安裝孔201，在安裝孔201周圍加工出與微透鏡I直 徑大小一致的凹槽202，可以恰好將微透鏡I放在凹槽202中，利用粘結物質沿凹糟202均 勻涂抹，將微透鏡I和MEMS微平臺組裝在一起即可。[0039]如圖3所示，所述微透鏡I與MEMS微平臺的連接方式也可以為，在微透鏡I邊緣 加工出幾個凸起101，同時在鏡架2上對應位置加工幾個凹孔203，之后將微透鏡I和鏡架 2組裝在一起，凸起101與凹孔203——對應。這樣可以方便微透鏡I放置，同時也可起到 固定的作用，在引腳處分別使用少量膠水加固即可。[0040]如圖4所示，微透鏡I與MEMS微平臺的連接方式也可以為，微透鏡I邊緣部分大 于整體尺寸，將微透鏡I穿過鏡架2上的安裝孔201，微透鏡I邊緣部分可以卡住微透鏡1， 之后將膠水涂在微透鏡I邊緣部分，即可將微透鏡I和MEMS微平臺組裝在一起。該方案可 以結合上面兩種安裝方式使用。[0041]如圖5所示，也可以將微透鏡I反過來安裝，在微透鏡I邊緣部分加工一些凸起 101或者邊緣整體延伸一部分，當微透鏡I放入MEMS微平臺凹孔203時，凸起101或者邊緣 部分就會把微透鏡I卡住，同時用膠水把微透鏡I固定住。此方案亦可以把微透鏡I直接 在MEMS微平臺背面組裝，實現(xiàn)透鏡焦點位置變化。[0042]如圖6所示，以上所用微透鏡可以是雙凸透鏡9，在雙凸透鏡9中間部位加工幾個 小凸起，或者雙凸透鏡9中間部分向外延伸比鏡架2上設置的凹孔大，利用雙凸透鏡9中間 部分來卡住雙凸透鏡9，同時可利用膠水加固，將雙凸透鏡9和MEMS微平臺固定。[0043]圖8和圖9是MEMS微平臺的兩種電連接方式，電連接部分可以實現(xiàn)外部控制系統(tǒng) 和MEMS微平臺的連接。如圖8所示，所述MEMS微平臺通過雙壓電晶片7與電連接基座8 連接在一起，給電連接基座8加電可以驅動微平臺上的鏡架2運動，同時也可以通過給雙壓 電晶片7加電壓以帶動MEMS微平臺偏轉，實現(xiàn)了在二維空間內進行大范圍調制，從而增大 了焦點移動范圍。圖9是將MEMS微平臺直接封裝在電連接基座8上，這樣可以直接用導線 與外部連接，也可以將插針焊在焊盤上，制作成直插式連接方式，連接方式更加方便。[0044]于本實施例中，所用微透鏡I可以為圓柱狀、方形狀、球面狀或非球面狀。[0045]本實用新型制造所使用的微透鏡的方法包括光刻膠熔融法、灰度光刻法、玻璃刻 蝕法、金剛石切削法、反應離子束刻蝕法、電子束和激光直寫和光敏玻璃熱成型法等。所使 用的微透鏡大都可通過半導體加工工藝來實現(xiàn)的。亦可以使用液滴透鏡，將光學膠液滴滴 在安裝孔201上，由于表面張力作用自然形成透鏡面形，同時也可以加電場控制液滴面形， 之后再利用紫外光照射使液滴固化，從而在微平臺上獲得微透鏡。[0046]MEMS驅動相比于傳統(tǒng)機械或音圈壓電驅動方式相比具有更加顯著的優(yōu)勢，更加準 確的線性移動，定位準確，減小驅動結構體積，增加循環(huán)使用壽命，性能優(yōu)越，成本更低，尺 寸更小，減小裝配復雜性，易于批量生產。[0047]以上結合具體實施例描述了本實用新型的技術原理。這些描述只是為了解釋本實 用新型的原理，而不能以任何方式解釋為對本實用新型保護范圍的限制?；诖颂幍慕忉?，本領域的技術人員不需要付出創(chuàng)造性的勞動即可聯(lián)想到本實用新型的其它具體實施方式
， 這些方式都將落入本實用新型的保護范圍之內。`
權利要求1.一種基于微機電系統(tǒng)的微透鏡，在MEMS微平臺的最底端為基座(3)，基座(3)上安裝有驅動裝置，驅動裝置支撐住鏡架(2)，鏡架(2)上安裝有微透鏡(1 )，通過驅動裝置帶動鏡架(2 )移動，進而帶動微透鏡(1)的移動，實現(xiàn)透鏡焦點的變化，其特征在于所述驅動裝置由兩個驅動臂(4，5)組成，每個驅動臂由一個或一個以上的連接梁和將基座(3)、連接梁、 鏡架(2)依次連接起來的雙壓電晶片組成，其中雙壓電晶片由兩種或者兩種以上的金屬層組成，每個雙壓電晶片加電壓產生熱溫度升高，由于兩種材料的熱膨脹系數(shù)不同，從而導致雙壓電晶片產生彎曲，將連接梁抬高。
2.根據(jù)權利要求1所述的微透鏡，其特征在于每個驅動臂由兩個對稱的驅動分支連接而成，每個驅動分支包括兩個連接梁和三個雙壓電晶片，第一雙壓電晶片(501)連接基底(3)和第一連接梁(511)，第二雙壓電晶片(502)連接第一連接梁(511)和第二連接梁 (512)，第三雙壓電晶片(503)連接第二連接梁(512)和鏡架(2)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的微透鏡，其特征在于在鏡架(2)上設置有一個或一個以上的熱敏電阻(6)。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的微透鏡，其特征在于所述微透鏡(1)與MEMS微平臺的連接方式為，鏡架(2)上預留一個直徑小于微透鏡(1)直徑的安裝孔(201)，在安裝孔(201)周圍加工出與微透鏡(I)直徑大小一致的凹槽(202)，可以恰好將微透鏡(I)放在凹槽(202) 中，利用粘結物質將微透鏡(I)固定在凹槽(202)中。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的微透鏡，其特征在于所述微透鏡(I)與MEMS微平臺的連接方式為，在微透鏡(1)邊緣加工出幾個凸起(101 )，同時在鏡架(2)上對應位置加工幾個凹孔(203)，之后將微透鏡(1I)和鏡架(2)組裝在一起，凸起(101)與凹孔(203)——對應。
6.根據(jù)權利要求5所述的微透鏡，其特征在于所述微透鏡(1)與MEMS微平臺的連接方式為，微透鏡(1)邊緣部分大于整體尺寸，將微透鏡(1)穿過鏡架(2)上的凹孔(201)，微透鏡(I)邊緣部分可以卡住透鏡。
7.根據(jù)權利要求1或2所述的微透鏡，其特征在于所述鏡架(2)上加工有微結構 (204)。
8.根據(jù)權利要求1或2所述的微透鏡，其特征在于所述MEMS微平臺通過雙壓電晶片 (7)與電連接基座(8)連接在一起，給電連接基座(8)加電可以驅動MEMS微平臺上的鏡架(2)運動，同時也可以通過給雙壓電晶片(7)加電壓以帶動微平臺偏轉。
9.根據(jù)權利要求1或2所述的微透鏡，其特征在于所述MEMS微平臺直接封裝在電連接基座(8)上。
10.根據(jù)權利要求1或2所述的微透鏡，其特征在于所述微透鏡(1)為圓柱狀、方形狀、球面狀或非球面狀。
專利摘要本實用新型公開了一種基于微機電系統(tǒng)的微透鏡，在MEMS微平臺的最底端為基座，基座上安裝有驅動器，驅動器支撐住鏡架，鏡架上安裝有微透鏡，通過驅動器帶動鏡架移動，進而帶動微透鏡的移動，實現(xiàn)透鏡焦點的變化，所述驅動器由兩個驅動臂組成，每個驅動臂由一個或一個以上的連接梁和將基座、連接梁、鏡架依次連接起來的雙壓電晶片組成，其中雙壓電晶片由兩種或者兩種以上的金屬層組成，每個雙壓電晶片加電壓產生熱溫度升高，由于兩種材料的熱膨脹系數(shù)不同，從而導致雙壓電晶片產生彎曲，將連接梁抬高。該發(fā)明可以解決現(xiàn)有技術中透鏡驅動裝置結構比較大，消耗功率比較高，裝置的裝配工序繁多，不易于控制產品的合格率，從而造成了資源浪費的問題。
文檔編號G02B7/04GK202886707SQ20122056579
公開日2013年4月17日 申請日期2012年10月30日 優(yōu)先權日2012年10月30日
發(fā)明者王元光, 謝會開, 陳巧, 蘭樹明, 傅霖來, 丁金玲, 王東琳 申請人:無錫微奧科技有限公司