专利名称：基于压电的微机电透镜致动系统的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及微机电系统(MEMS)，并且特别涉及低功率/低电压集成的MEMS致动器。
背景技术：
MEM系统需要具有多个自由度、低功率/低电压致动、运行速度快并且与晶圆级制作兼容以集成到更大的MEM系统和子系统中的致动元件。大部分目前可用的致动器在这些要求中的一个或多个上存在缺陷。微透镜系统是受到上述限制的MEM系统的一个例子。
发明内容
本发明的一个目标是基本上克服或至少改善现有布置中的一个或多个缺点。在此披露了被称为波纹压电驱动致动器系统(也称为CPDA系统)的布置，这些系统通过使用一系列适当配置的压电换能器元件(也称为PZET元件)驱动一个波纹梁来取决于一组相应的电驱动信号中的哪些信号被应用到这些PZET元件上而采用很多不同的几何配置之一，以寻求解决上述问题。该梁置于一个被称为“静息”平面的东西内同时不被致动，并且可以根据四种运动模式中的一种被驱动。这四种运动模式包括在该梁的静息平面内的横向运动(如扩展和收缩)，以及在垂直于该静息平面的方向上的面外运动(即向上和向下)。这些披露的CPDA系统提供取决于偏置电压的四种独立的运动模式并且具有低工作功耗和低待机功率要求。应用到例如微透镜装置的系统时，CPDA系统使得显著的小型化成为可能。根据本发明的一个第一方面，提供有一种压电致动的微机械变形构件，包括:一个在基板中形成的波纹纵向梁，所述梁具有一个第一锚定端和一个第二端；在该波纹梁的至少一些槽和脊中或上形成的多个压电膜(PZET)致动段，该梁被配置为取决于一组相应的电致动信号中的哪些信号被应用到这些PZET元件上而采用很多不同的几何配置之一，所述电致动信号在这些相关联的PZET段里建立相应的电场，由此使该构件变形；具有所述多个压电膜(PZET)致动段的该梁，被配置成响应于一个第一组所述电致动信号而在长度上延长；具有所述多个压电膜(PZET)致动段的该梁，被配置成响应于一个第二组所述电致动信号而在长度上缩小；具有所述多个压电膜(PZET)致动段的该梁，被配置成响应于一个第三组所述电致动信号而在一个第一方向上弯曲该梁的该第二端；以及具有所述多个压电膜(PZET)致动段的该梁，被配置成响应于一个第四组所述电致动信号而在一个第二方向上弯曲该梁的该第二端。根据本发明的另一个方面，提供有一种压电致动的微透镜系统，包括:一个柔性微透镜；一个抓握该透镜的透镜保持框；一个内部刚性框；以及根据本发明的该第一方面的多个压电致动的微机械变形构件，每个所述构件在该锚定端锚定在该内部刚性框上并且在另一端锚定在该透镜保持框上，其中:所述第一组和第二组电致动信号分别压缩和扩大该微透镜，由此分别缩小和加大该透镜的焦距。根据本发明的另一个方面，提供有一种压电致动的微透镜系统，包括:一个柔性微透镜；一个抓握该透镜的透镜保持框；一个内部刚性框；以及根据本发明的该第一方面的多个压电致动的微机械变形构件，每个所述构件在该锚定端锚定在该内部刚性框上并且在另一端锚定在该透镜保持框上，其中:所述第三组和第四组电致动信号分别在一个方向和另一个方向对该微透镜变焦。根据本发明的另一个方面，提供有一种使压电致动的微机械变形构件变形的方法，所述方法包括以下步骤:提供一个在基板中形成的波纹纵向梁，所述梁具有一个第一锚定端和一个第二端;提供多个在该波纹梁的至少一些槽和脊中或上形成的压电膜(PZET)致动段，该梁被配置为取决于一组相应的电动致动信号中的哪些信号被应用到这些PZET元件上而采用很多不同的几何配置之一，所述电致动信号在这些相关联的PZET段里建立相应的电场，由此使该构件变形；并且执行以下步骤中的至少一步:将一个第一组所述电致动信号应用到所述多个压电膜(PZET)致动段，由此对该构件在长度上延长；将一个第二组所述电致动信号应用到所述多个压电膜(PZET)致动段，由此对该构件在长度上缩小；将一个第三组所述电致动信号应用到所述多个压电膜(PZET)致动段，由此对该梁的该第二端在一个第一方向上弯曲；以及将一个第四组所述电致动信号应用到所述多个压电膜(PZET)致动段，由此对该梁的该第二端在一个第二方向上弯曲；在此还披露了本发明的其他方面。
现在将参照附图和附录描述本发明的至少一个实施例，其中:图1是一个使用CPDA布置的微透镜系统的功能方框图；图2描绘了如何控制图1的系统中的微透镜；图3展示了如何以集成芯片的形式制作图1和图2的微透镜系统；图4A和图4B示出了图3的系统的剖视图，示出了 CPDA构件的细节；图5示出了 CPDA构件的更多细节；图6A和图6B描绘了图5的CPDA构件的一种运动模式；图7A至图7D描绘了图5的CPDA构件的四种运动模式；图8A至图8D示出了当根据四种可用运动模式致动时图4A和图4B中的布置；图9描绘了如图4A和图4B中所示的透镜的复合透镜布置；图1OB和图1OA分别描绘了图3中所示的分段透镜保持框，以及其另一布置；图1lA和图1lB结合图1OA的分段透镜保持框示出了图3的微透镜系统的另一布置；以及图12示出了微透镜系统300的另一布置，该微透镜系统能够在该透镜的X-Y轴方向以及沿着光轴[Z]运动。
具体实施例方式当附图中的任何一个或多个图中参考了具有相同参考标号的步骤和/或特征时，为本说明书的目的，这些步骤和/或特征具有相同的一项或多项功能或操作，除非出现相反的意愿。要指出的是，包含在“背景技术”部分及上述与现有技术布置相关的部分中的讨论涉及到装置的讨论，通过其使用可以形成公共知识。此类讨论不应被理解为本发明的一个或多个发明人或专利申请人的表示，此类装置以任何方式在本领域中形成公知常识的一部分。图5示出了 CPDA构件521的一个示例500。CPDA构件521从插图501的透视图和533的侧视图示出。插图501示出CPDA构件521是一个波纹梁，其中在本示例中这些波纹采取的是在基板中形成的矩形阶梯的形式，该基板可以是半导体材料或其他某种适当材料。阶梯梁509锚定在锚定构件530的一个第一端502上，并且具有一个闲置的第二端508,从而以悬臂布置放置该梁509。从一个第一侧506,该梁509具有一系列如505的脊以及一系列如507的槽。在图5所示的CPDA的示例中，该脊505及该槽507由垂直立板534连接，从而形成一个矩形阶梯配置。然而，该立板534不一定是垂直的，因此该阶梯配置不一定是矩形的。而且，这些波纹不一定由线性分段组成，并且这些波纹还可以制造更平滑的起伏。从一个第二侧510，该梁509具有一系列如504的脊以及一系列如503的槽。在静息模式下(即当没施加致动力或偏置时)，该CPDA构件521位于静息平面内(未示出)并且具有一个静息长度535。侧视图533示出一个放在脊505上的金属化压电膜段，该压电膜段包括夹在两个导电焊盘524和522之间的一个未金属化的压电膜段523。在本说明书中,压电膜也被称为压电换能器(即PZET)。本示例中的每个导电焊盘都是连续的并且基本上覆盖未金属化的PZET段523。类似的金属化PZET段放在该梁509的第一侧506上的每个脊517和532上以及槽518和507上。提供了电压源511来偏置这些PZET段，并且将该电压源511分成相等的两段512和513。因此，连接520是在“接地”电位，其中连接514具有相对于接地的一个正电位，并且连接516具有相对于接地的一个负电位。回到在脊505上的金属化PZET段，下部导电焊盘522如连接519所示连接到电压源511的中心。上部导电焊盘524如连接531所示连接到开关515。开关515能将上部导电焊盘524如连接516所示连接到电压源513的负极侧，或者如连接514所示连接到电压源512的正极侧。相应地，如果把分离电压源511的中心作为“接地”点，那么上部导电焊盘524能够通过开关515相对于下部导电焊盘在一个正电压下被偏置，或相对于下部导电焊盘在一个负电压被偏置。这些正的或负的偏置条件(也称为异相180度偏置)在PZET段523建立起相应的反向电场。这些电场在PZET段523建立起的力如关于图6A和图6B中进一步描述的那样被转移到梁509的脊505上。尽管图5使用所示类型的导电焊盘示出了一个特别的偏置布置，但是可以使用其他偏置和导电焊盘布置。因此，例如可以使用相互交叉的导电焊盘布置以偏置PZET段523。此外，虽然在所描述的不例中，金属化压电膜段全部放在CPDA构件521 —侧上的脊和槽上，但是假如使用了适当的偏置布置，这些金属化PZET段可以放在该CPDA构件521的两侧上。此外，虽然图5示出所有CPDA构件都偏置了总线514、516上两个可用电压的其中之一，但是可以此向每个CPDA构件提供一个单独定制的电压而不用参考提供给其他CPDA构件的电压的方式实施一个偏置装置104(参见图1)，以。这例如使得能够补偿制作差异。图6A和图6B展示了图5的CPDA构件521的一个示例和运动模式。图6A示出了CPDA构件521的一个示例的部分图解，其中梁509由厚度tsi (即605、606)为2 μ m的硅制成，并且PZET604由锆钛酸铅制成并且是I μ m厚(称为具有厚度tp)。由锆钛酸铅制成的PZET还可以称为PZT。这些脊和槽(还简称为阶梯，除非特别说明)具有相等的100 μ m的长度b(即602)。每个阶梯的高度h(即601)可以在2μπι至8μπι之间的范围内。前面提到的尺寸仅为设计参数的示例(即槽和脊的长度以及阶梯高度)并且可以根据需要改变。图6Α中的CPDA结构具有一个静息长度603，这是当没有对PZET元件(如604)施加偏置的时候CPDA构件521的长度。在图6Β中，连续阶梯上的PZET膜(如605)被180度异相电压(称为+V和-V)驱动。此偏置使得PZET元件如所示弯曲，在硅梁中建立相应的力。因此，例如在607处被偏置了 +V的PZET的弯曲引起该PZET放置在其上的硅脊的相应弯曲。在ΡΖΕΤ612及相关联的硅槽611中发生了类似的弯曲。此弯曲生成面内运动，在每一个阶梯中示为Λχ(即609)，使得整体CPDA构件在长度上延长。相应地，偏置的(即致动的)CPDA构件的长度613比未偏置的(即未致动的)CPDA构件的静息长度603长。图7Α至图7D描绘了图5的CPDA构件的四种运动模式。取决于施加的特定偏置，可以生成四种不同的运动模式。这些运动模式如下:(a)模式1:该CPDA构件的长度相对于相关联的静息长度延长，该延长的CPDA构件基本位于该静息平面内；(b)模式2:该CPDA构件的长度相对于相关联的静息长度缩短，该缩短的CPDA构件基本位于该静息平面内；
(c)模式3:该CPDA构件向该静息平面的一侧上弯曲；以及(d)模式4:该CPDA构件向该静息平面的另一侧上弯曲。图7A示出了在如702的槽以及如703的脊上的PZET构件如何相对于图5所描绘的接地点520分别偏置-V和+V的电压。此偏置布置导致该CPDA构件的长度相对于相关联静息长度延长，具有长度705的该延长的CPDA构件基本位于该静息平面内。图7B示出了在如707的槽以及如708的脊上的PZET构件如何相对于图5所示的接地点520分别偏置+V和-V的电压。此偏置布置导致该CPDA构件的长度相对于相关联静息长度缩短，具有长度710的该缩短的CPDA构件基本位于该静息平面内。图7C示出了在如712的槽以及如711的脊上的PZET构件如何全部相对于图5所描绘的接地点520偏置+V的电压。此偏置布置导致该CPDA构件向该静息平面的一侧弯曲如714所描绘的正位移+ Λ z。图7D示出了在如716的槽以及如715的脊上的PZET构件如何全部相对于图5所示的接地点520偏置-V的电压。此偏置布置导致该CPDA构件向该静息平面的另一侧弯曲如718所示的负位移-Λ ζ。图1是一个使用CPDA布置的微透镜系统的功能方框图。光被输入106到微机械透镜107中，该透镜处理该入射光以产生出射光108。根据输入信号101来控制透镜107，该信号可以改变透镜107的焦距和/或控制该透镜的变焦位置。为了做到这一点，将该控制信号101指向控制器102，可以用一个标准的微控制器或个人计算机(PC)实施该控制器。因此，控制器102为偏置装置生成一个控制信号103，该偏置装置输出很多控制信号(也称为一组电致动信号)105。这些控制信号105用来偏置与透镜107中的CPDA构件相关联的PZET元件。此偏置使得该控制信号能够改变透镜106的焦距和/或控制透镜107的变焦位置，就像关于图3至图8中将要详细描述的那样。图2描绘了如何控制图1的系统中的微透镜。图2示出了具有直径206的柔性透镜203，其形状可以使用CPDA的方法改变，就像关于图3至图8中将要详细描述的那样。透镜203可以压缩到直径205 (如203a所描绘)，由此缩小该透镜的焦距。或者，透镜203可以延长到直径204(如203b所描绘)，由此加大该透镜的焦距。此外或是或者，透镜203的位置可以如箭头207所示向前移动，或者如箭头208所/Jn向后移动，由此在一个方向或另一个方向上对该透镜变焦。图3展示了如何以集成芯片的形式制作根据图1和图2的微透镜系统300。微机械透镜由两套CPDA构件组成。每个第一(外部)套CPDA构件(如307)都一端附装在芯片301上(作为外部刚性框)并且另一端附装在内部刚性框304上。对这些CPDA构件进行偏置以实现运动模式3和模式4，以便实现透镜203的面外运动，从而调整透镜203的变焦位置。对透镜变焦时，透镜的光轴被维持在与当透镜静止时(即当CPDA构件未被偏置时)的光轴基本相同的方向。每个第二(内部)套CPDA构件(如305)都一端通过分段透镜保持框306连接到微透镜203，并且另一端连接到内部刚性框304。对这些CPDA构件进行偏置以实现运动模式I和模式2，以便横向压缩和扩大透镜203，以便调整透镜203的焦距。考虑分段透镜保持框的更多细节，需要指出的是称为306的框在本示例中由四个不同的独立可运动分段(如309)组成。当单独分段如分段309和312如在例如图7A中所示被其各自的CPDA构件推向彼此时，则透镜203被如图8B所描绘压缩。或者，当单独分段如分段309和312如在例如图7B中所描绘被其各自的PZET推离彼此时，则透镜203被如图8A所描绘拉伸。因此，虽然该透镜保持框由刚性分段组成，但是通过适当移动这些分段，这些内部和外部CPDA构件生成的力可以转移到该柔性透镜203。虽然图3中所示的示例使用了一个分段透镜保持框，但是还可以使用其他透镜保持框布置以将这些内部和外部CPDA构件生成的力耦合到该柔性透镜203。插图308定义了一套X-Y轴，该轴描述了与该内部刚性框304相关联的静息平面，其中CPDA构件的横向运动通过使用模式I和模式2得以实现。可以使用标准制作技术来实现图3的微透镜系统。相应地，可以使用标准集成电路制作技术来制作这些外部和内部CPDA构件以及该内部刚性框和该透镜保持框，同时可以使用微操纵器安装该柔性透镜203。一个替代方法是用透镜致动机构形成和集成聚合物封装的聚合物透镜203。MEMS工艺本质上一般都是平面的，同时透镜(如203)是非平面结构。然而，通过使用标准平面MEMS工艺形成平面结构并且使用热处理将如此形成的平面结构转换成一个非平面透镜结构，此困难能够得以克服。这涉及到聚合物的使用，该聚合物被加热时分解成气态产物。PNB(PolyNorBornene:聚降冰片烯)聚合物就是此类聚合物,可以此方式使用。首先，用称为“聚合物I”的底部聚合物覆盖由透镜保持框306定义的一个凹处。然后放置该PNB来填充该凹处。形成该PNB图案后，放置一个称为“聚合物2”的顶部聚合物来覆盖该PNB。当加热该凹处里的夹层结构时，该PNB分解成气态产物，这增强了压力并导致聚合物2凸起，从而形成凸透镜203。可以使用各种聚酰胺材料来形成封装层聚合物I和聚合物2。在聚合物封装的空气凸透镜形成步骤之后，若需要增加透镜的屈光力，可以用UV (紫外)固化聚合物使用微注射法填充该空气间隙。样品暴露于UV形成了弹性聚合物凸透镜203。虽然图3示出的布置提供了焦距调整以及变焦调整二者，还可以只提供一个或另一个能力。图4A和图4B示出了图3的系统的剖视图，示出了 CPDA构件的更多细节。插图403定义了一套X-Y-Z。X-Y轴描述了与该内部刚性框304相关联的静息平面，其中内部CPDA构件的横向运动根据运动模式I和模式2得以实现。Z轴描述了外部CPDA构件根据运动模式3和模式4实现的面外运动的方向。横截面视图示出了内部CPDA构件(如305)和外部CPDA构件(如307)。微透镜203由弹性材料制成，以便当它被内部CPDA构件压缩或拉伸时它的形状发生变化。可以使用聚合物如聚二甲基硅氧烷(也称为PDMS)或SU-8(—种常用的基于环氧的负性光阻材料)来制作弹性微透镜203。该CPDA布置根据偏置电压提供了四种运动模式。这些模式是在X-Y平面内的横向运动(即模式I和模式2)，以及面外运动(即模式3和模式4)，指的是在Z方向的上下运动。这四种运动模式为透镜系统107生成四个独立的操作。在CPDA构件的连续阶梯上的PZET构件被独立偏置。此外，虽然需要的话可以使+V的量级(如参见图6B中的607)等同于-V的量级(如参见图6B中的607)，但是如果例如为了补偿CPDA构件中的制作差异需要对偏置电压使用不同的量级，则这些偏置电压的量级不一定要相同。图8A至图8D示出了当根据四个可用运动模式致动时图4A和图4B中的布置。每个图展示了一种特别的运动模式。当电压的符号相反时，实现透镜扩展(图8A)和透镜收缩(图8B)的模式。在电压符号相同的情况下，获得向上(图8C)或向下(图8D)模式。收缩和扩展模式执行微透镜203的焦距调优。当弹性微透镜被拉伸时，它将透镜的焦距拉长和加大。另一方面，透镜压缩使透镜凸出并缩小焦距。面外向上和向下模式在实现变焦能力方面起着非常重要的作用。在本示例中，夕卜部那套CPDA构件307以向上和向下的模式操作，而内部那套CPDA构件305则偏置为收缩和扩展模式。图9描绘了如图4A和图4B中所示的透镜的复合透镜布置。在此布置中采用了两个相似的微透镜系统，用于有效和大范围变焦能力。每个微透镜系统具有其自己的CPDA机构(如904)用于如图4A中所示对其焦距进行调优。每个微透镜系统还具有其自己的CPDA机构用于如图4B中所示对其变焦位置(未示出)进行调优。透镜系统垂直堆叠，中间用间隔件902隔开。该间隔件902定义了透镜系统901、903之间的垂直间距，该间距将成为双透镜系统的设计参数。图1OB和图1OA分别描绘了图3中所示的分段透镜保持框306，以及其另一布置1001。图3中透镜保持框306具有四个分段如309、310，彼此之间无附着。分段309、310由各自的内部CPDA构件305、311支撑。可以如图1OA所描绘修改这些分段309、310等，以改善聚合物透镜203上的力(压力)的均匀性。在图1OA中，每个分段1002都通过一个柔韧的弹簧结构1003连接到相邻分段1004上。此布置改善了各种内部CPDA构件施加到透镜上的力的均匀性。弹簧结构1003的制作方式与微透镜系统300中其他部件相同。图1IA和图1lB结合图1OA的分段透镜保持框1002示出了图3的微透镜系统的另一个布置。图3中外部CPDA构件307是直的(即线性的)。还可以把这些CPDA构件配置成如图1lA中1101处所示的折叠形状。这样，CPDA构件1101的长度1102被放大，同时其径向长度1103被缩短。这使得CPDA构件能够被实施成在微透镜系统中占用更少的面积，同时维持或改善面外弯曲范围。这反过来又给较大直径的透镜1104留出空间。相应地，对外部CPDA构件1101的方向的这种重新布置提供了扩展的致动面外范围，并且允许更好的透镜填充因子。在图8A至图8D中，所有外部CPDA构件(如307)的驱动电压的量级都是假定为相同的。这使得不用倾斜透镜203便可实现“Z”方向805上的面外弯曲。通过将每个外部CPDA构件的驱动电压设置在不同的量级(换句话说通过独立驱动每个外部CPDA构件，例如307和806)，外部CPDA构件307、807可以倾斜透镜203，以便相关联的光轴807不与X-Y平面垂直(即成90度)。图12示出了微透镜系统的另一布置1200，该微透镜系统中透镜1201能够在该透镜的X-Y方向以及沿着光轴[Z]运动。该X-Y平面还被称为垂直于该透镜的光轴的横向平面。图12展示了修改图3中所描绘的致动机构以提供X-Y方向上的透镜运动的方法之一。
在图1lA的布置中加入了两套CPDA构件，一套用于X运动(A1、A2、A3、A4)另一套用于Y运动(A5、A6、A7、A8)。CPDA构件Al、A2、A3和A4—端附装在一个第四框1206上，另一端分别附装在梁BI和B2上。CPDA构件A5、A6、A7和A8 —端附装在一个第五框1208上，另一端分别附装在梁B3和B4上。当对CPDA构件A1、A2进行偏置以使它们沿其长度在横向方向延长时，它们使轻微折叠的梁BI在X轴方向弯曲，这反过来使一个第三框1202移动(相当于图3中的外部框301)并且产生正X轴方向1203上的透镜运动。可以对CPDA构件A3、A4以类似方式偏置以产生负X轴方向1204上的透镜运动。当对CPDA构件A5、A6进行偏置以使它们沿其长度在横向方向延长时，它们使轻微折叠的梁B3在Y轴方向1205弯曲，这反过来使一个第四框1206移动并且产生正Y轴方向上的透镜运动。CPDA构件A7、A8用于产生在负Y轴方向1207上的透镜运动。工业实用性所述的布置适用于光学和加工行业，例如用在手机和其他便携式装置上的相机，安全、情报和监测系统，用于显微手术的胶囊内视镜，用于导弹跟踪系统的复眼，用于识别车道的汽车传感器和小型化超速相机，微型投影机和其他装置和子系统。前面仅描述了本发明的一些实施例，可以在不脱离本发明的范围和精神的情况下对其进行修改和/或变更，本发明的实施例是说明性的而不是限制性的。
权利要求
1.一种压电致动的微机械变形构件，包括: 一个在基板中形成的波纹纵向梁，所述梁具有一个第一锚定端和一个第二端； 在该波纹梁的至少一些槽和脊中或上形成的多个压电膜(PZET)致动段，该梁被配置为取决于一组相应的电致动信号中的哪些信号被应用到这些PZET元件上而采用很多不同的几何配置之一，所述电致动信号在这些相关联的PZET段里建立相应的电场，由此使该构件变形； 具有所述多个压电膜(PZET)致动段的该梁，被配置成响应于一个第一组所述电致动信号而在长度上延长； 具有所述多个压电膜(PZET)致动段的该梁，被配置成响应于一个第二组所述电致动信号而在长度上缩小； 具有所述多个压电膜(PZET)致动段的该梁，被配置成响应于一个第三组所述电致动信号而在一个第一方向上弯曲该梁的该第二端；以及 具有所述多个压电膜(PZET)致动段的该梁，被配置成响应于一个第四组所述电致动信号而在一个第二方向上弯曲该梁的该第二端。
2.根据权利要求1所述的压电致动的微机械变形构件，其中该梁的波纹形成为多个矩形阶梯。
3.根据权利要求1所述的压电致动的微机械变形构件，其中该梁的波纹形成为多个阶梯，这些阶梯中连接这些脊和槽的立板不是垂直的。
4.根据权利要求3 所述的压电致动的微机械变形构件，其中在该梁的同一侧上的至少一些槽和脊具有用于接收这些电致动信号的金属化PZET段，每个金属化PZET段包括夹在两个导电焊盘之间的一个所述PZET段，每个所述导电焊盘都是连续的并且基本覆盖所述PZET 段。
5.根据权利要求3所述的压电致动的微机械变形构件，其中在该梁的同一侧上的至少一些槽和脊具有用于接收这些电致动信号的金属化PZET段，每个金属化PZET段具有一种相互交叉的趾状配置。
6.根据权利要求2所述的压电致动的微机械变形构件，其中: 这些阶梯使用厚2 ym的硅以及厚Iym的PZET段形成；以及 这些阶梯的这些脊和槽具有100 μ m的长度；以及 这些阶梯的高度在2μπι至8μπι的范围之间。
7.根据权利要求1所述的压电致动的微机械变形构件，其中该第一组电致动信号包括施加到该梁的脊上的这些PZET段上的正电压，以及施加到该梁的槽里的这些PZET段上的负电压。
8.根据权利要求1所述的压电致动的微机械变形构件，其中该第二组电致动信号包括施加到该梁的脊上的这些PZET段上的负电压，以及施加到该梁的槽里的这些PZET段上的正电压。
9.根据权利要求1所述的压电致动的微机械变形构件，其中该第三组电致动信号包括施加到该梁的脊上的这些PZET段上的正电压，以及施加到该梁的槽里的这些PZET段上的正电压。
10.根据权利要求1所述的压电致动的微机械变形构件，其中该第四组电致动信号包括施加到该梁的脊上的这些PZET段上的负电压，以及施加到该梁的槽里的这些PZET段上的负电压。
11.一种压电致动的微透镜系统,包括: 一个柔性微透镜； 一个抓握该透镜的透镜保持框； 一个内部刚性框；以及 根据权利要求1所述的多个压电致动的微机械变形构件，每个所述构件在该锚定端锚定在该内部刚性框上并且在另一端锚定在该透镜保持框上，其中: 所述第一组和第二组电致动信号分别压缩和扩大该微透镜，由此分别缩小和加大该透镜的焦距。
12.根据权利要求11所述的压电致动的微透镜系统，进一步包括: 一个外部刚性框；以及 根据权利要求1所述的多个压电致动的微机械变形构件，每个所述构件在该锚定端锚定在该外部刚性框上并且在另一端锚定在该内部刚性框上，其中: 所述第三组和第四组电致动信号分别在一个方向和另一个方向对该微透镜变焦。
13.根据权利要求12所述的压电致动的微透镜系统，进一步包括: 一个放在该外部刚性 框外的第四刚性框；以及 根据权利要求1所述的多个压电致动的微机械变形构件，每个所述构件在该锚定端锚定在该第四刚性框上并且在另一端锚定在一个变形梁上，所述变形梁附装在该外部刚性框上，其中: 所述第一组和第二组电致动信号在与该透镜的光轴垂直的横向平面内分别在一个第一方向和一个与该第一方向基本相反的第二方向移动使该微透镜。
14.根据权利要求13所述的压电致动的微透镜系统，进一步包括: 一个放在该第四刚性框外的第五刚性框；以及 根据权利要求1所述的多个压电致动的微机械变形构件，每个所述构件在该锚定端锚定在该第五刚性框上并且在另一端锚定在一个变形梁上，所述变形梁附装在该第四刚性框上，其中: 所述第一组和第二组电致动信号在与该透镜的光轴垂直的横向平面内分别在一个第三方向和一个与该第三方向基本相反的第四方向移动该微透镜，所述第三和第四方向与该第一和第二方向基本垂直。
15.根据权利要求14所述的压电致动的微透镜系统，其中这些压电致动的微机械变形构件中的一个或多个放置在一种折叠的配置中。
16.—种压电致动的微透镜系统,包括: 一个柔性微透镜； 一个抓握该透镜的透镜保持框； 一个内部刚性框；以及 根据权利要求1所述的多个压电致动的微机械变形构件，每个所述构件在该锚定端锚定在该内部刚性框上并且在另一端锚定在该透镜保持框上，其中: 所述第三组和第四组电致动信号分别在一个方向和另一个方向对该微透镜变焦。
17.一种用于使压电致动的微机械变形构件变形的方法，所述方法包括以下步骤: 提供一个在基板中形成的波纹纵向梁，所述梁具有一个第一锚定端和一个第二端； 提供多个在该波纹梁的至少一些槽和脊中或上形成的压电膜(PZET)致动段，该梁被配置为取决于一组相应的电动致动信号中的哪些信号被应用到这些PZET元件上而采用很多不同的几何配置之一，所述电致动信号在这些相关联的PZET段里建立相应的电场，由此使该构件变形；并且执行以下步骤中的至少一步: 将一个第一组所述电致动信号应用到所述多个压电膜(PZET)致动段，由此对该构件在长度上延长； 将一个第二组所述电致动信号应用到所述多个压电膜(PZET)致动段，由此对该构件在长度上缩小； 将一个第三组所述电致动信号应用到所述多个压电膜(PZET)致动段，由此对该梁的该第二端在一个第一方向上弯曲；以及 将一个第四组所述电致动信号应用到所述多个压电膜(PZET)致动段，由此对该梁的该第二端在一个第二方向上弯曲。
18.根据权利要求11所述的压电致动的微透镜系统，其中所述第一组和第二组电致动信号具有相同的量级，由此维持该透镜的光轴与在没有应用这些电致动信号时的光轴基本平行。
19.根据权利要求11所述的压电致动的微透镜系统，其中所述第一组和第二组电致动信号具有不同的量级，由此使该透镜的光轴从在没有应用这些电致动信号时的光轴的一个方向偏离。
全文摘要
在此披露了一种压电致动的微机械变形构件，该构件包括一个波纹纵向梁(521)，该梁在基板中形成并且具有一个第一锚定端(502)和一个第二端(509)、以及在该波纹梁的至少一些槽和脊中或上形成的多个压电膜(PZET)致动段(522、523、524)，该梁(521)被配置为取决于一组相应的电动致动信号(105)中的哪些信号被应用到这些PZET元件上而采用很多不同的几何配置之一，这些电致动信号在这些相关联的PZET段里建立相应的电场，由此使该构件变形。
文档编号G02B26/08GK103180239SQ201180040794
公开日2013年6月26日 申请日期2011年7月4日 优先权日2010年7月5日
发明者艾伦·迈克, 郭志义 申请人:艾伦·迈克, 郭志义