一种基于微机电系统的微透镜技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于微机电系统的微透镜，在MEMS微平台的最底端为基座，基座上安装有驱动器，驱动器支撑住镜架，镜架上安装有微透镜，通过驱动器带动镜架移动，进而带动微透镜的移动，实现透镜焦点的变化，所述驱动器由两个驱动臂组成，每个驱动臂由一个或一个以上的连接梁和将基座、连接梁、镜架依次连接起来的双压电晶片组成，其中双压电晶片由两种或者两种以上的金属层组成，每个双压电晶片加电压产生热温度升高，由于两种材料的热膨胀系数不同，从而导致双压电晶片产生弯曲，将连接梁抬高。该发明专利技术可以解决现有技术中透镜驱动装置结构比较大，消耗功率比较高，装置的装配工序繁多，不易于控制产品的合格率，从而造成了资源浪费的问题。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

—种基于微机电系统的微透镜
本技术涉及与微机电系统相关的光学领域，更具体的，涉及一种基于微机电 系统的微透镜。
技术介绍
透镜是光学系统中最基本的元件之一，它能够对光进行调制而产生特定的光学效 果，已经成为光学仪器和光学系统中不可缺少的组件。随着信息技术的发展，轻便型、轻量 级的便携式电子设备越来越受到消费者的青睐，对各种元件的小型化技术研究成为目前研 究人员的研究热点，尤其随着微机电系统(MEMS)的发展以及在光通信、成像等领域的应用， 透镜的微型化成为一种趋势。微透镜是一种尺寸极为微小的透镜，其可应用于光电元件如数码相机、手机或太 阳能电池等，用以聚焦所接收到的光束，或扩散光电元件所发射的光束。而微型镜头驱动装 置主要是驱动对焦镜头沿着光轴方向直线移动，以将影像光线对焦在影像传感器上，目前 已大量使用于具有照相或摄影功能的电子装置中，而微型镜头驱动装置有许多相关的驱动 模式，专利号为200610157001. 2的一个专利技术专利文献中公开的一种方案，使用步进马 达驱动镜头对焦的结构，由定子组与转子上的螺纹结构驱动镜头做上下移动对焦的方法。 专利号为200410017724. 3 一个专利文献中所公开的方案，利用电磁感应作用，使安置在磁 轭环中间的透镜受到平行的电磁力作用产生位移，同时安置在透镜移动载体的前后侧的簧 片产生反作用力，当作用的透镜移动载体上的电磁力和簧片弹力达到平衡时，该透镜移动 载体保持在一定的位置。上述的透镜驱动装置均利用马达或电磁感应形式来驱动透镜的移动，这样结构比 较大，增加了系统的功率，同时难以实现驱动装置的小型化，装置的装配工序繁多，不易于 控制产品的合格率，从而造成了资源浪费。基于上述描述，亟需要一种体积小、重量轻、结构简单、所需驱动功率小的微透镜 的装置，且该装置安装方便、成本低、便于整体系统微型化，并且能够保证微透镜可以快速 准确的移动。
技术实现思路
为解决上述问题，本技术的目的在于提供一种基于微机电系统的微透镜，以 解决现有技术中透镜驱动装置驱动结构复杂，体积和重量大，所需驱动能量很大，线性移动 位移小，消耗功率高，从而造成了资源浪费的问题。并且本专利技术微透镜焦点不仅能够在一维 垂直方向移动还能够在二维方向做大范围移动，而且变焦能力强。为解决上述技术问题，本技术采用以下技术方案—种基于微机电系统的微透镜,在MEMS微平台的最底端为基座,基座上安装有驱 动装置，驱动装置支撑住镜架，镜架上安装有微透镜，通过驱动装置带动镜架移动，进而带动微透镜的移动，实现透镜焦点的变化，所述驱动装置由两个驱动臂组成，每个驱动臂由一个或一个以上的连接梁和将基座、连接梁、镜架依次连接起来的双压电晶片组成，其中双压电晶片由两种或者两种以上的金属层组成，每个双压电晶片加电压产生热温度升高，由于两种材料的热膨胀系数不同，从而导致双压电晶片产生弯曲，将连接梁抬高。作为优选，每个驱动臂由两个对称的驱动分支连接而成，每个驱动分支包括两个连接梁和三个双压电晶片，第一双压电晶片连接基底和第一连接梁，第二双压电晶片连接第一连接梁和第二连接梁，第三双压电晶片连接第二连接梁和镜架。作为优选，在镜架上设置有一个或一个以上的热敏电阻。作为优选，所述微透镜与MEMS微平台的连接方式为，镜架上预留一个直径小于微透镜直径的安装孔，在安装孔周围加工出与微透镜直径大小一致的凹槽，可以恰好将微透镜放在凹槽中，利用粘结物质将微透镜固定在凹槽中。作为优选，所述微透镜与MEMS微平台的连接方式为，在微透镜边缘加工出几个凸起，同时在镜架上对应位置加工几个凹孔，之后将微透镜和镜架组装在一起，凸起与凹孔--对应。作为优选，所述微透镜与MEMS微平台的连接方式为，微透镜边缘部分大于整体尺寸，将微透镜穿过镜架上的凹孔，微透镜边缘部分可以卡住透镜。作为优选，所述镜架上加工有多个微结构。作为优选，所述MEMS微平台通过双压电晶片与电连接基座连接在一起，给电连接基座加电可以驱动MEMS微平台上的镜架运动，同时也可以通过给双压电晶片加电压以带动微平台偏转。作为优选，所述MEMS微平台直接封装在电连接基座上。作为优选，所述微透镜为圆柱状、方形状、球面状或非球面状。 本技术的有益效果为，由于利用新型垂直大位移的MEMS微平台带动微透镜移动，可以实现透镜焦点的线性变化。同时利用MEMS驱动方式，可以使驱动结构简单，体积小，所用MEMS驱动功率小，从而减小装置驱动的能量利用。由于MEMS所需驱动电压小于10 伏，但其线性位移却可以达到1_，所以MEMS线性位移定位快速准确，重复性好。相比于传统透镜驱动方式，本专利技术微透镜焦点不仅能够在一维垂直方向移动还能够在二维方向做大范围移动。由于利用半导体加工工艺，使的MEMS微透镜制造工艺简单，易于批量生产，成本低。由于所用MEMS微平台与透镜组装方式简单，透镜安装方便、快捷、组装牢固，同时可达到较高的装配精度。由于MEMS适合于大批量生产，所以可以降低生产成本。由于通过3个双压电晶片、2个连接梁的相互配合作用使镜架抬高，所以增大了镜架的移动距离，实现了垂直方向比较大的移动。由于通过2个驱动臂带动镜架来驱动微透镜的垂直方向的上下移动，如果两个驱动臂所加不同的驱动电压，则微平台控制的镜面将发生偏转，从而实现了焦点在二维空间内移动。所以给两个驱动臂施加不同的电压，就可以控制透镜焦点在二维空间内大范围移动，增大了焦点移动范围。由于在微平台镜架上加工出许多的微结构，这样不仅可以减小驱动重量，降低系统的功率，还能够增加驱动平台的散热。附图说明图1为本技术提供的MEMS微透镜装置的立体结构示意图；图2为本技术提供的MEMS微平台结构示意图；图3为本技术提供的MEMS微透镜第一种组装方式示意图；图4为本技术提供的MEMS微透镜第二种组装方式示意图；图5为本技术提供的微透镜组装在MEMS微平台上的背面示意图；图6为本技术提供的双凸透镜与微平台的组装示意图；图7为本技术提供的微透镜镜架表面微结构示意图；图8为本技术提供的MEMS微平台利用双压电晶片连接示意图；图9为本技术提供的MEMS微平台封装示意图。图中1、微透镜;101、凸起;2、镜架;201、安装孔;202、凹槽;203、凹孔;204、微结构;3、基座；4、驱动臂；5、驱动臂；501、第一双压电晶片；502、第二双压电晶片；503、第三双压电 晶片；511、第一连接梁；512、第二连接梁；6、热敏电阻；7、双压电晶片；8、电连接基座；9、 双凸透镜。具体实施方式以下结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本技术的技术方案。图1至图9示出了本技术的一种实施例，在该种实施例中，如图1和图2所示， MEMS微透镜包括微透镜1、MEMS微平台。在MEMS微平台的最底端为基座3，基座3上安装 有两个驱动臂，分别为驱动臂4和驱动臂5。每个驱动臂由两个对称的驱动分支连接而成， 每个驱动分支包括两个连接梁和三个双压电晶片。连接梁分别为第一连接梁511、第二连 接梁512。双压电晶片分别为第一双压电晶片501、第二双压电晶片502、第三双压电晶片 503。第一双压电晶片501连接基底3和第一连接梁511，第二双压电晶片502连接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于微机电系统的微透镜，在MEMS微平台的最底端为基座（3），基座（3）上安装有驱动装置，驱动装置支撑住镜架（2），镜架（2）上安装有微透镜（1），通过驱动装置带动镜架（2）移动，进而带动微透镜（1）的移动，实现透镜焦点的变化，其特征在于：所述驱动装置由两个驱动臂（4,5）组成，每个驱动臂由一个或一个以上的连接梁和将基座（3）、连接梁、镜架（2）依次连接起来的双压电晶片组成，其中双压电晶片由两种或者两种以上的金属层组成，每个双压电晶片加电压产生热温度升高，由于两种材料的热膨胀系数不同，从而导致双压电晶片产生弯曲，将连接梁抬高。

【技术特征摘要】
1.一种基于微机电系统的微透镜，在MEMS微平台的最底端为基座(3)，基座(3)上安装有驱动装置，驱动装置支撑住镜架(2)，镜架(2)上安装有微透镜(1 )，通过驱动装置带动镜架(2 )移动，进而带动微透镜(1)的移动，实现透镜焦点的变化，其特征在于所述驱动装置由两个驱动臂(4，5)组成，每个驱动臂由一个或一个以上的连接梁和将基座(3)、连接梁、 镜架(2)依次连接起来的双压电晶片组成，其中双压电晶片由两种或者两种以上的金属层组成，每个双压电晶片加电压产生热温度升高，由于两种材料的热膨胀系数不同，从而导致双压电晶片产生弯曲，将连接梁抬高。2.根据权利要求1所述的微透镜，其特征在于每个驱动臂由两个对称的驱动分支连接而成，每个驱动分支包括两个连接梁和三个双压电晶片，第一双压电晶片(501)连接基底(3)和第一连接梁(511)，第二双压电晶片(502)连接第一连接梁(511)和第二连接梁 (512)，第三双压电晶片(503)连接第二连接梁(512)和镜架(2)。3.根据权利要求1或2所述的微透镜，其特征在于在镜架(2)上设置有一个或一个以上的热敏电阻(6)。4.根据权利要求1或2所述的微透镜，其特征在于所述微透镜(1)与MEMS微平台的连接方式为，镜架(2)上预留一个直径小于微透镜(1)直径的安装孔(201)，在安装孔(201)周...

【专利技术属性】
技术研发人员：王元光，谢会开，陈巧，兰树明，傅霖来，丁金玲，王东琳，
申请(专利权)人：无锡微奥科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：