專利名稱：一種基于微機電系統(tǒng)的自動對焦鏡頭的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及微機電系統(tǒng)領域，尤其涉及一種基于微機電系統(tǒng)的自動對焦鏡頭，用于實現自動對焦的成像方法及設備。
背景技術：
隨著信息技術的發(fā)展，移動電話的結構越來越小，微型照相鏡頭已廣泛應用于移動電話中，還可以用于便攜式電腦攝像頭、PDA、安防和監(jiān)控系統(tǒng)中?，F在用于移動電話的微照相鏡頭大都是固定焦距的，而這要求照相鏡頭有足夠小的光圈以便提供足夠的景深，來使焦距適合于大范圍的成像距離，但是縮小光圈限制了照相鏡頭在弱光環(huán)境下的使用；而通過移動透鏡或透鏡組實現自動對焦，可以避免上述問題。但傳統(tǒng)機械式對焦驅動裝置體積大，所需驅動能量高，同時對焦速度也較慢。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，降低驅動結構設計難度，增加循環(huán)使用壽命，可進行連續(xù)自動對焦，對磁快門無干擾，減小裝配復雜性。若使用微機電系統(tǒng)(MEMS)驅動透鏡來移動透鏡組中的一片透鏡實現自動對焦，可以大大減小自對焦鏡頭的體積，并可以極大的降低其驅動電壓，其電壓僅有幾伏，同時還極大的提高了對焦速度。隨著集成技術的提高，MEMS制造工藝也日趨成熟，更加便于自動對焦鏡頭微型化，降低生產成本，同時保證成像質量。

實用新型內容本實用新型為解決上述問題，提出一種基于微機電系統(tǒng)的自動對焦鏡頭，其結構緊湊、體積小、重量輕、變焦能力強，且能夠大大減小結構尺寸，降低驅動功率及裝配難度，實現單片透鏡更加快速精確的線性移動，可實現連續(xù)對焦，可以將微型自動對焦鏡頭應用于更加廣泛的系統(tǒng)中。為達此目的，本實用新型采用以下技術方案:—種基于微機電系統(tǒng)的自動對焦鏡頭，包括鏡頭座以及透鏡組，所述透鏡組中的透鏡依次同軸設置于鏡頭座的內腔中，所述透鏡組中的一片透鏡設置于MEMS微平臺的鏡架上，所述MEMS微平臺與設置于其底部的電路板連接，所述電路板與外部電路電連接。進一步地，所述MEMS微平臺包括內部設置有通孔的基座，設置于所述基座內部的鏡架，以及連接于所述基座與鏡架之間的驅動臂。進一步地，所述驅動臂包括第一驅動臂、第二驅動臂、第三驅動臂以及第四驅動臂，所述第一驅動臂、第二驅動臂、第三驅動臂以及第四驅動臂分別連接于所述基座內部的四條邊或四個角點處。進一步地，所述驅動臂為多層折疊結構，且多層結構中每層材料的熱膨脹系數不同，所述驅動臂的工作方式為電熱方式。進一步地，所述鏡架的驅動方式為靜電驅動、電磁驅動或電熱驅動，優(yōu)選的，所述鏡架的驅動方式為電熱驅動。進一步地，所述MEMS微平臺與電路板采用倒裝焊方式實現電連接，所述MEMS微平臺的引腳與電路板的焊盤之間利用導電膠或焊料連接，所述電路板的第二級焊盤采用連接線與外部電路電連接。進一步地,所述MEMS微平臺與電路板采用連接線連接方式實現電連接；所述連接線連接MEMS微平臺的引腳與所述電路板的第一級焊盤，所述電路板的第二級焊盤采用連接線與外部電路電連接。進一步地，所述電路板為PCB或陶瓷材料電路板，所述電路板上設置有用于透光的通孔，所述通孔與透鏡組相對應設置。進一步地，所述電路板為透光的玻璃材料或其他可透光材質電路板。進一步地，所述電路板的內部掩埋有導電線或導電柱。進一步地，所述連接線為金線、鋁線或其他材料電連接導線。進一步地，所述MEMS微平臺設置于所述透鏡組的最上端的透鏡處。進一步地，所述MEMS微平臺設置于所述透鏡組的最下端的透鏡處。進一步地，所述MEMS微平臺設置于所述透鏡組的中間的一個透鏡處。本實用新型的有益效果為:本實用新型中將透鏡組中的任意一片透鏡設置在MEMS微平臺的鏡架上，通過電熱驅動的方式驅動MEMS微平臺的驅動臂，并帶動其鏡架以及其上的鏡片作線性運動，實現自動對焦；通過給四個驅動臂施加不同的電壓可以實現透鏡的微調整，提高了透鏡的光學性能；其結構簡單，整體尺寸小，移動部件的重量輕，從而降低驅動能量，使透鏡的線性移動更加準確快速，重復性好;MEMS適合于大批量生產，適用于微型化產品，可以減小功耗，便于生產并能降低生產成本。

圖1是本實用新型一種基于微機電系統(tǒng)的自動對焦鏡頭剖視圖；圖2是本實用新型MEMS微平臺位于透鏡組的最上端透鏡處時的結構示意圖；圖3是本實用新型MEMS微平臺位于透鏡組的中間一透鏡處時的結構示意圖；圖4是圖1中自動對焦鏡頭的MEMS微平臺結構示意圖；圖5是圖1中自動對焦鏡頭的MEMS微平臺與透鏡組合示意圖；圖6是圖4中MEMS微平臺倒裝焊連接示意圖；圖7是圖4中MEMS微平臺連接線連接示意圖。其中:1、鏡頭座；2、第一透鏡；3、第二透鏡；4、第三透鏡；5、第四透鏡；6、電路板；7、MEMS微鏡平臺；8、引線；34、可移動透鏡；51、連接線；52、MEMS微平臺引腳；61、第一級焊盤；62、第二級焊盤；71、基座；72、鏡架；73、第一驅動臂；74、第二驅動臂；75、第三驅動臂；76、第四驅動臂。
具體實施方式
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。如圖1至7所示的一種基于微機電系統(tǒng)的自動對焦鏡頭，包括鏡頭座I以及透鏡組，所述透鏡組中的透鏡依次同軸設置于鏡頭座I的內腔中，所述透鏡組中的一片透鏡設置于MEMS微平臺7的鏡架72上，所述MEMS微平臺7與設置于其底部的電路板6連接，所述電路板6與外部電路電連接。優(yōu)選的，于本實施例中，透鏡組包括第一透鏡2、第二透鏡3、第三透鏡4及第四透鏡5四個透鏡。如圖1所示，在本實施例中，MEMS微平臺7設置于透鏡組中的最下端的第四透鏡5處，將第四透鏡5設置在MEMS微平臺7上，MEMS微平臺7與底部的電路板6直接電連接；但MEMS微平臺7的位置并不僅限于此，如圖2所示，MEMS微平臺7還可以設置在透鏡組中的最上端的第一透鏡2處，將第一透鏡2設置在MEMS微平臺7上，又如圖3所示，MEMS微平臺7還可以設置在透鏡組中的第二透鏡3或者第三透鏡4處，MEMS微平臺可以通過設置在鏡頭座I中的引線8與電路板6或外部電路實現電連接。如圖4所示，MEMS微平臺7包括內部設置有通孔的基座71，該基座71為正方形，其內部設置有鏡架72，鏡架72與基座71之間通過驅動臂連接，且鏡架2的內部設置有孔，用于放置可移動透鏡34，其中，可移動透鏡34即為透鏡組中的一片透鏡，即為第一透鏡2、第二透鏡3、第三透鏡4及第四透鏡5四個透鏡中的任意一片透鏡，優(yōu)選的，在本實施例中，可移動透鏡34即為第四透鏡5。在本實用新型中，驅動臂包括第一驅動臂73、第二驅動臂74、第三驅動臂75以及第四驅動臂76，其中，第一驅動臂73、第二驅動臂74、第三驅動臂75以及第四驅動臂76分別連接于基座71內部的四條邊或四個角點處；優(yōu)選的，在本實施例中，第一驅動臂73、第二驅動臂74、第三驅動臂75以及第四驅動臂76分別連接于基座71四條邊的內部，且四個驅動臂位于同一平面內，其由雙層結構組成，且雙層結構中的各層材料的熱膨脹系數不同，驅動臂的工作方式為電熱方式，用于驅動鏡架72。進一步地，鏡架72的驅動方式為靜電驅動、電磁驅動或電熱驅動，于本實用新型中，鏡架72的驅動方式為電熱驅動。如圖5所示，將透鏡組中需要移動的任意一片透鏡34安裝于鏡架72上，形成可變焦點的MEMS微透鏡組件；當通電加熱后，驅動臂向著材料熱膨脹系數高的一側偏轉變形，并帶動MEMS微平臺作重復性的線性運動，最終帶動MEMS微平臺7上的透鏡也作重復性的線性運動，從而改變系統(tǒng)的焦距，在該過程中保持后截距不變，進而實現對不同距離的景物進行自動對焦。優(yōu)選的，在本實施例中，MEMS微平臺的線性位移可達到500um，為達到更大的線性位移，MEMS微平臺可采用級聯(lián)結構，沿著光軸方向移動透鏡組中的透鏡即可實現IOcm至無究遠處對焦。需要調整透鏡焦距時，可單獨調整MEMS四個驅動臂對安裝于MEMS微平臺上的透鏡的面型調整，有利于整體光學調校，增大了調整的靈活性。同時，由于只是移動一片透鏡即可實現對焦，減小了需要移動部件的重量，故減小了驅動能量，從而節(jié)約能耗，并可以減少塵粒的影響。圖6所示為本實用新型的MEMS微平臺與電路板的一種優(yōu)選連接方式，MEMS微平臺7與電路板6采用倒裝焊方式實現電連接。MEMS微平臺7的引腳與電路板6的焊盤之間利用導電膠或焊料連接，并在電路板6的內部掩埋有導電線或導電柱，電路板6的第二級焊盤62采用連接線51與外部電路電連接，外部電信號通過電路板6中的導電線或者導電柱將電信號送于MEMS微平臺7，通過該驅動信號控制MEMS微平臺7的運動。其中，電路板6可以采用PCB或陶瓷材料電路板或玻璃材料電路板，當選擇PCB或者陶瓷材料電路板時，其上需預留用于透光的通孔，該通孔與透鏡組相對應設置，以便光線可以入射到系統(tǒng)中，反之，電路板6的基底為透明的玻璃材料或其他可透光材質電路板時，可以直接與MEMS微平臺封裝在一起，光線可以透過玻璃的電路板入射到系統(tǒng)中而不受影響。優(yōu)選的，采用透光玻璃或其他可透光的材質作為電路板6的基底，這不僅可以使光線直接透過系統(tǒng)，而且基底無需預留透光孔，使得設計加工更加簡單，組裝難度減小，從而提高了生產效率。MEMS微平臺與電路板采用倒裝焊接以及導電膠粘接，使結構更緊湊，可實現更加微型化鏡頭。圖7所示為本實用新型的MEMS微平臺與電路板的另一種優(yōu)選連接方式，MEMS微平臺7與電路板6采用連接線連接方式實現電連接。連接線51連接MEMS微平臺7的引腳52與電路板6的第一級焊盤61，電路板6的第二級焊盤62采用連接線51與外部電路電連接，通過給定驅動信號控制MEMS微平臺7的運動；更進一步地，所述連接線一般為金線、鋁線或其他材料的連接導線，優(yōu)選的，在本實施例中為金線。MEMS微平臺與電路板采用連接線搭接連接，工藝成熟可靠，可實現自動化生產。MEMS驅動與傳統(tǒng)的機械驅動方式相比，驅動結構簡單,驅動能量很小，整體尺寸?。辉诒緦嵱眯滦椭?，MEMS所需驅動電壓小于10伏，但其線性位移卻可以達到500um甚至更大，且MEMS線性位移定位快速準確，重復性好；MEMS適合于大批量生產，可以降低生產成本；因此更適用于微型化產品，可以減小功耗，便于生產并能降低生產成本。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?；诖颂幍慕忉專绢I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)的自動對焦鏡頭，包括鏡頭座(I)以及透鏡組，所述透鏡組中的透鏡依次同軸設置于鏡頭座(I)的內腔中，其特征在于:所述透鏡組中的一片透鏡設置于MEMS微平臺(7 )的鏡架(72 )上，所述MEMS微平臺(7 )與設置于其底部的電路板(6 )連接，所述電路板(6)與外部電路電連接。
2.根據權利要求1所述的一種基于微機電系統(tǒng)的自動對焦鏡頭，其特征在于:所述MEMS微平臺(7)包括內部設置有通孔的基座(71)，設置于所述基座(71)內部的鏡架(72)，以及連接于所述基座(71)與鏡架(72)之間的驅動臂。
3.根據權利要求2所述的一種基于微機電系統(tǒng)的自動對焦鏡頭，其特征在于:所述驅動臂包括第一驅動臂(73)、第二驅動臂(74)、第三驅動臂(75)以及第四驅動臂(76)，所述第一驅動臂(73)、第二驅動臂(74)、第三驅動臂(75)以及第四驅動臂(76)分別連接于所述基座(71)內部的四條邊或四個角點處。
4.根據權利要求3所述的一種基于微機電系統(tǒng)的自動對焦鏡頭，其特征在于:所述驅動臂為多層折疊結構，且多層結構中每層材料的熱膨脹系數不同，所述驅動臂的工作方式為電熱方式。
5.根據權利要求2所述的一種基于微機電系統(tǒng)的自動對焦鏡頭,其特征在于:所述鏡架(72)的驅動方式為靜電驅動、電磁驅動或電熱驅動。
6.根據權利要求1所述的一種基于微機電系統(tǒng)的自動對焦鏡頭，其特征在于:所述MEMS微平臺(7)與電路板(6)采用倒裝焊方式實現電連接，所述MEMS微平臺(7)的引腳與電路板(6)的焊盤之間利用導電膠或焊料連接，所述電路板(6)的第二級焊盤(62)采用連接線(51)與外部電路電連接。
7.根據權利要求1所述的一種基于微機電系統(tǒng)的自動對焦鏡頭，其特征在于:所述MEMS微平臺(7 )與電路板(6 )采用連接線連接方式實現電連接；所述連接線(51)連接MEMS微平臺(7)的引腳(52)與所述電路板(6)的第一級焊盤(61)，所述電路板(6)的第二級焊盤(62)采用連接線(51)與外部電路電連接。
8.根據權利要求6所述的一種基于微機電系統(tǒng)的自動對焦鏡頭，其特征在于:所述電路板(6)為PCB或陶瓷材料電路板，所述電路板(6)上設置有用于透光的通孔，所述通孔與透鏡組相對應設置。
9.根據權利要求6所述的一種基于微機電系統(tǒng)的自動對焦鏡頭,其特征在于:所述電路板(6)為透光的玻璃材料。
10.根據權利要求6至9任一項所述的一種基于微機電系統(tǒng)的自動對焦鏡頭，其特征在于:所述電路板(6)的內部掩埋有導電線或導電柱。
11.根據權利要求7所述的一種基于微機電系統(tǒng)的自動對焦鏡頭，其特征在于:所述連接線(51)為金線或鋁線。
12.根據權利要求1所述的一種基于微機電系統(tǒng)的自動對焦鏡頭，其特征在于:所述MEMS微平臺(7)設置于所述透鏡組的最上端的透鏡處。
13.根據權利要求1所述的一種基于微機電系統(tǒng)的自動對焦鏡頭，其特征在于:所述MEMS微平臺(7)設置于所述透鏡組的最下端的透鏡處。
14.根據權利要求1所述的一種基于微機電系統(tǒng)的自動對焦鏡頭，其特征在于:所述MEMS微平臺(7)設置于所述透鏡組的中間的一個透鏡處。
專利摘要本實用新型公開了一種基于微機電系統(tǒng)的自動對焦鏡頭，包括鏡頭座以及透鏡組，所述透鏡組中的透鏡依次同軸設置于鏡頭座的內腔中，所述透鏡組中的一片透鏡設置于MEMS微平臺的鏡架上，所述MEMS微平臺與設置于其底部的電路板連接，所述電路板與外部電路電連接。所述透鏡隨著鏡架沿光軸方向上下移動實現自動連續(xù)變焦，結構緊湊、體積小、重量輕、變焦能力強，且能夠大大減小結構尺寸，降低驅動功率及裝配難度，實現單片透鏡更加快速精確的線性移動，可實現連續(xù)對焦，可以將微型自動對焦鏡頭應用于更加廣泛的系統(tǒng)中。
文檔編號B81C1/00GK203054328SQ20122054531
公開日2013年7月10日 申請日期2012年10月23日 優(yōu)先權日2012年10月23日
發(fā)明者王元光, 謝會開, 陳巧, 蘭樹明, 傅霖來, 王東琳, 丁金玲 申請人:無錫微奧科技有限公司