本发明专利技术涉及一种数字式微流控变焦透镜及其制作方法。所述的数字式微流控变焦透镜中流体透镜和液压执行器单元是在基底和盖板之间充满流体的腔体，且两者腔体内流体相互连通。液压执行器单元是由若干个可独立控制的、容积相同或不同的腔体组成，工作状态下液压执行器单元腔体内流体输出量满足二进制变化。在公共电极和控制电极之间施加电压时，对应的液压执行器单元盖板会产生变形或移动，挤压执行器单元腔体内一部分流体进入透镜腔体内，使得流体透镜的透明盖板变形，从而改变透镜的焦距。选通不同的液压执行器单元腔体，能挤压不同容积的流体进入透镜腔体内，使透镜盖板产生不同程度的变形，实现透镜焦距的变化。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种，属于变焦透镜以及微光机电系统领域。
技术介绍
变焦透镜是显微镜、照相机、拍照手机、医学内窥镜、光存储、光互连等光学系统中 的一个关键组件。传统变焦镜头一般是由多片透镜及其它光学元件组成，利用马达等机械 装置改变透镜之间位置以改变透镜焦距。这类变焦透镜变焦速度慢、价格昂贵，且不易实现 微型化，无法集成在微型光学系统中。微型变焦透镜具有体积小、成本低、变焦速度快、易加工等特点，可广泛应用于拍 照手机等便携式微型光学系统中，在信息技术、医疗卫生、空间技术等领域具有广泛的应用 前景。目前，已经提出了基于不同机制的微型变焦透镜，且部分已实现商业化，代表性的公 司有法国 Varioptic、美国 Sunex Inc.、瑞士 Optotune、力口拿大 Artificial Muscle Inc. 等。其中，微型可变焦液体透镜尤为引人注目。液体透镜实现变焦的原理主要可分为以下 三种类型基于电润湿效应、基于折射率变化以及基于填充液体表面曲率变化。基于电润湿 效应的变焦透镜(B. Berge, et. al.，IEEE MEMS2005, 2005，227-230 ；H. Zappe, Optoelctron. Lett. ,2007,4,86-88 ；)是利用外加电压变化改变电润湿介质与绝缘层之间的接触角，从 而改变液体截面的表面曲率实现透镜变焦。这种变焦透镜响应时间短、集成性能好，但驱 动电压高、透镜口径大小有限；基于折射率变化的通过改变材料折射率实现透镜的连续变 焦，如液晶变焦透镜(H. W.Ren，et. al.，Opt. Express，2007，15，11328-11335)通过改变施 加电压调节液晶折射率分布，这种变焦透镜具有结构简单、抗振性能好、易阵列化等特点、 但由于液晶中电场的非均勻性会产生光学像差；基于填充液体表面曲率变化的变焦透镜 通过执行器(静电驱动(B. K. Nguyen, et. al.，Appl. Phys. Lett.，2008，93，124101)、压电 驱动(H. Oku, et. al.，Opt. Express, 2004，12，2138-2149)，微泵驱动(G. H. Feng, et. al.， Appl. Opt. ,2009,48,3284-3290 ；Μ. Agarwal, et. al. ， J. Micromech. Microeng. ,2004,14, 1665-1673)、热驱动(W. S. Wang，et. al.，IEEESens. J.，2007，7，11-17)、形状记忆合金驱动 (H. M. Song, et. al.，Opt. Express, 2009,17,14339-14350)等)挤压腔体内液体，改变腔体 表面透明的柔性薄膜曲率，从而实现透镜聚焦。这种变焦透镜具有功耗低、透镜口径大小灵 活、加工容易、变焦范围大等特点，但对执行器控制精度要求高。综上所述，已报道的微流体变焦透镜大多是通过改变电压等模拟输入方式实现透 镜变焦，因此需要控制电路模块提供变化的电压输出，增加了器件成本。提高最大输出电压 可增大透镜变焦比，但功耗也随之增加。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种数字式微流控变焦透镜，所述的数字式微流控变 焦透镜包括流体透镜、液压执行器单元、公共电极、控制电极、电极引线及引脚、引线和引线槽、流体连通槽、进样孔、排气孔、密封带等。其特征在于①流体透镜和液压执行器单元是位于基底和盖板之间的充满流体的腔体，且两者腔体内流体互相连通；②进样孔与排气孔 通过流体连通槽或引线槽与透镜或液压执行器单元的腔体连通；③控制电极位于液压执行 器单元的正下方，且与液压执行器单元的形状相同。液压执行器单元是由若干个可独立控 制的、容积相同或不相同的腔体组成。在公共电极和控制电极之间施加电压时，对应的液压 执行器单元盖板会产生变形或移动，挤压执行器单元腔体内一部分流体进入透镜腔体内， 使得流体透镜的透明盖板变形，从而改变透镜的焦距。选择不同的液压执行器单元或多个 执行器单元的控制电极，能够挤压不同容积的流体进入透镜腔体内，使得流体透镜盖板产 生不同程度的变形，实现透镜焦距在一定范围内变化。所述的流体透镜腔体的基底和盖板是透明的，盖板为单层或多层薄膜。所述的液压执行器单元盖板为单层薄膜或多层薄膜。所述的液压执行器单元在施加电压后腔体内流体输出量满足二进制变化，具体 地，液压执行器单元腔体i，i+1在施加电压后腔体内流体输出量分别为V(i)，V(i+1)，则 V(i+1)/V(i) = 2。所述的液压执行器单元腔体环绕透镜任意排列。所述的进样孔与排气孔通过流体连通槽或引线槽与透镜、液压执行器单元腔体连ο所述的液压执行器单元盖板作为公共电极。所述的控制电极以及电极引线、引脚材料是导电薄膜。所述的控制电极位于液压执行器单元正下方且与液压执行器单元形状相同。所述 的控制电极是若干个可独立控制、彼此电隔离的电极。所述的电极引线是具有任意倾斜角度的直线或任意弧度的曲线。所述的弓I线槽侧壁具有绝缘薄膜。本专利技术的目的之一在于提供一种数字式微流控变焦透镜制作方法，主要包括弓丨 线槽、流体连通槽形成，透镜与执行器腔体、进样孔、排气孔形成，电极及其引线形成，密封 带形成等。具体特征在于(1)在第一基底单晶硅上形成引线槽和流体连通槽。(2)在步骤(1)所述的第一基底上单晶硅形成透镜与液压执行器腔体、进样孔、排 气孔。(3)在第二基底玻璃衬底上形成电极、引线及引脚图形的导电薄膜。(4)将第一基底单晶硅和第二基底玻璃衬底图形面键合，背面减薄第一基底至一 定厚度。(5)在第一基单晶硅底背面形成电接触图形的导电薄膜，刻蚀透镜腔体、排气孔、 进样孔和电极引脚孔正上方的第一基底单晶硅至完全露出第二基底玻璃衬底上控制电极。 将制作好的薄膜贴在透镜腔体开口处并完成键合。(6)划片、密封引线槽，灌液后密封进样孔、排气孔、打线。所述的透镜与液压执行器腔体内填充绝缘的亲水性流体，在步骤(2)后，第一基 底单晶硅图形面上须覆盖亲水性薄膜或步骤(6)灌液前作芯片亲水处理。所述的透镜与液压执行器腔体内填充绝缘的疏水性流体，在步骤(3)后，第二基底玻璃衬底上形成的电极及引线须覆盖疏水性薄膜或步骤(6)在灌液前作芯片疏水处理。本专利技术的有益效果是采用数字微流控变焦透镜降低了对执行器的控制精度要求，且控制方式更加简单。透镜变焦是通过选通透镜液压执行器控制单元的“开”和“关”两种 状态实现的。具体地，通过选通具有不同容积的静电_液压执行器单元或单元组合以挤压 不同容量的液体进入透镜腔体，从而可实现透镜焦距在一定范围变化，而模拟式变焦透镜 则需通过专用芯片提供精确的连续变化的控制电压才能获得精确的透镜焦距变化。另外， 由于便携式设备本身供电电源输出电压往往比较低，为了提高透镜变化范围，模拟式变焦 透镜还需要专用芯片提供高的变压比输出(如手机锂电池标称电压为3. 7伏，一款变焦透 镜模组需配备Maxim专用手机驱动芯片MAX14515以提供最高47伏的电压输出)，这无疑又 会增加了整个芯片组的成本。除此之外，本专利技术提供的数字式控制模组在抗电磁干扰方面 也优于模拟式控制模组。因此，数字式液体本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种数字式微流控变焦透镜，其特征在于所述的微流控透镜包括流体透镜、液压执行器单元、公共电极、控制电极、引线和引线槽、流体连通槽、进样孔、排气孔，其中：①流体透镜和液压执行器单元是位于基底和盖板之间的充满流体的腔体，且两者腔体内流体互相连通；②进样孔与排气孔通过流体连通槽或引线槽与透镜或液压执行器单元的腔体连通；③控制电极位于液压执行器单元的正下方，且与液压执行器单元的形状相同。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：闫许，熊斌，王跃林，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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