专利名称：一种基于微机电系统的自动对焦镜头的制作方法
技术领域：
本发明涉及微机电系统领域，尤其涉及一种基于微机电系统的自动对焦镜头，用于实现自动对焦的成像方法及设备。
背景技术：
随着信息技术的发展，移动电话的结构越来越小，微型照相镜头已广泛应用于移动电话中，还可以用于便携式电脑摄像头、PDA、安防和监控系统中。现在用于移动电话的微照相镜头大都是固定焦距的，而这要求照相镜头有足够小的光圈以便提供足够的景深，来使焦距适合于大范围的成像距离，但是缩小光圈限制了照相镜头在弱光环境下的使用；而通过移动透镜或透镜组实现自动对焦，可以避免上述问题。但传统机械式对焦驱动装置体积大，所需驱动能量高，同时对焦速度也较慢。
外国申请专利(专利申请号033788A1)公开了一种微机电系统(MEMS)微镜与生产微镜的加工方法，由一个镜面与四个驱动臂构成，其驱动臂采用多层材料组成，施加电压与驱动臂，其材料随着膨胀，并向膨胀系数小的一侧偏转，带动镜面运动。MEMS驱动相比于传统机械或音圈压电驱动方式相比具有更加显著的优势，更加准确的线性移动，降低驱动结构设计难度，增加循环使用寿命，可进行连续自动对焦，对磁快门无干扰，减小装配复杂性。若使用MEMS驱动透镜来移动透镜组中的一片透镜实现自动对焦，可以大大减小自对焦镜头的体积，并可以极大的降低其驱动电压，其电压仅有几伏，同时还极大的提高了对焦速度。随着集成技术的提高，MEMS制造工艺也日趋成熟，更加便于自动对焦镜头微型化,降低生产成本，同时保证成像质量。
发明内容
本发明为解决上述问题，提出一种基于微机电系统的自动对焦镜头，其结构紧凑、体积小、重量轻、变焦能力强，且能够大大减小结构尺寸，降低驱动功率及装配难度，实现单片透镜更加快速精确的线性移动，可实现连续对焦，可以将微型自动对焦镜头应用于更加广泛的系统中。为达此目的，本发明采用以下技术方案—种基于微机电系统的自动对焦镜头，包括镜头座以及透镜组，所述透镜组中的透镜依次同轴设置于镜头座的内腔中，所述透镜组中的一片透镜设置于MEMS微平台的镜架上，所述MEMS微平台与设置于其底部的电路板连接，所述电路板与外部电路电连接。进一步地，所述MEMS微平台包括内部设置有通孔的基座，设置于所述基座内部的镜架，以及连接于所述基座与镜架之间的驱动臂。进一步地，所述驱动臂包括第一驱动臂、第二驱动臂、第三驱动臂以及第四驱动臂，所述第一驱动臂、第二驱动臂、第三驱动臂以及第四驱动臂分别连接于所述基座内部的四条边或四个角点处。
进一步地，所述驱动臂为多层折叠结构，且多层结构中每层材料的热膨胀系数不同，所述驱动臂的工作方式采用为电热方式工作。进一步地，所述镜架的驱动为静电驱动、电磁驱动或电热驱动，优选的，所述镜架的驱动方式为采用电热驱动。进一步地，所述MEMS微平台与电路板采用倒装焊方式实现电连接，所述MEMS微平台的引脚与电路板的焊盘之间利用导电胶或焊料连接，所述电路板的第二级焊盘采用连接线与外部电路电连接。进一步地,所述MEMS微平台与电路板采用连接线连接方式实现电连接；所述连接线连接MEMS微平台的引脚与所述电路板的第一级焊盘，所述电路板的第二级焊盘采用连 接线与外部电路电连接。进一步地，所述电路板为PCB或陶瓷材料电路板，所述电路板上设置有用于透光的通孔，所述通孔与透镜组相对应设置。进一步地，所述电路板为透光的玻璃材料或其他可透光的材质电路板。进一步地，所述电路板的内部掩埋有导电线或导电柱。进一步地，所述连接线为金线、铝线或其他材料的连接导线。进一步地，所述MEMS微平台设置于所述透镜组的最上端的透镜处。进一步地，所述MEMS微平台设置于所述透镜组的最下端的透镜处。进一步地，所述MEMS微平台设置于所述透镜组的中间的一个透镜处。本发明的有益效果为本发明中将透镜组中的任意一片透镜设置在MEMS微平台的镜架上，通过电热驱动的方式驱动MEMS微平台的驱动臂，并带动其镜架以及其上的镜片作线性运动，实现自动对焦；通过给四个驱动臂施加不同的电压可以实现透镜的微调整，提高了透镜的光学性能；其结构简单，整体尺寸小，移动部件的重量轻，从而降低驱动能量，使透镜的线性移动更加准确快速，重复性好;MEMS适合于大批量生产，适用于微型化产品，可以减小功耗，便于生产并能降低生产成本。
图I是本发明一种基于微机电系统的自动对焦镜头剖视图；图2是本发明MEMS微平台位于透镜组的最上端透镜处时的结构示意图；图3是本发明MEMS微平台位于透镜组的中间一透镜处时的结构示意图；图4是图I中自动对焦镜头的MEMS微平台结构示意图；图5是图I中自动对焦镜头的MEMS微平台与透镜组合示意图；图6是图4中MEMS微平台倒装焊连接示意图；图7是图4中MEMS微平台连接线连接示意图。其中I、镜头座；2、第一透镜；3、第二透镜；4、第三透镜；5、第四透镜；6、电路板；7、MEMS微镜平台；8、引脚；34、可移动透镜；51、连接线；52、MEMS微平台引脚；61、第一级焊盘；62、第二级焊盘；71、基座；72、镜架；73、第一驱动臂；74、第二驱动臂；75、第三驱动臂；76、第四驱动臂。
具体实施例方式下面结合附图并通过具体实施方式
来进一步说明本发明的技术方案。如图I至7所示的一种基于微机电系统的自动对焦镜头，包括镜头座I以及透镜组，所述透镜组中的透镜依次同轴设置于镜头座I的内腔中，所述透镜组中的一片透镜设置于MEMS微平台7的镜架72上，所述MEMS微平台7与设置于其底部的电路板6连接，所述电路板6与外部电路电连接。优选的，于本实施例中，透镜组包括第一透镜2、第二透镜3、第三透镜4及第四透镜5四个透镜。如图I所示，在本实施例中，MEMS微平台7设置于透镜组中的最下端的第四透镜5处，将第四透镜5设置在MEMS微平台7上，MEMS微平台7与底部的电路板6直接电连接；但MEMS微平台7的位置并不仅限于此，如图2所示，MEMS微平台7还可以设置在透镜组中的最上端的第一透镜2处，将第一透镜2设置在MEMS微平台7上，又如图3所示，MEMS微·平台7还可以设置在透镜组中的第二透镜3或者第三透镜4处，MEMS微平台可以通过设置在镜头座I中的引线8与电路板6或外部电路实现电连接。如图4所示，MEMS微平台7包括内部设置有通孔的基座71，该基座71为正方形，其内部设置有镜架72，镜架72与基座71之间通过驱动臂连接，且镜架2的内部设置有孔，用于放置可移动透镜34，其中，可移动透镜34为透镜组中的一片透镜，即为第一透镜2、第二透镜3、第三透镜4及第四透镜5四个透镜中的任意一片透镜，优选的，在本实施例中，可移动透镜34即为第四透镜5。在本发明中，驱动臂包括第一驱动臂73、第二驱动臂74、第三驱动臂75以及第四驱动臂76，其中，第一驱动臂73、第二驱动臂74、第三驱动臂75以及第四驱动臂76分别连接于基座71内部的四条边或四个角点处；优选的，在本实施例中，第一驱动臂73、第二驱动臂74、第三驱动臂75以及第四驱动臂76分别连接于基座71四条边的内部，且四个驱动臂位于同一平面内，其由双层结构组成，且双层结构中的各层材料的热膨胀系数不同，驱动臂的工作方式为电热方式，用于驱动镜架72。进一步地，镜架72的驱动方式为静电驱动、电磁驱动或电热驱动，优选的，于本发明中，所述镜架72的驱动方式为电热驱动。MEMS微平台可以参考外国申请专利(专利申请号033788A1)中涉及的微机电系统(MEMS)微镜与生产微镜的加工方法。如图5所示，将透镜组中需要移动的任意一片透镜34安装于镜架72上，形成可变焦点的MEMS微透镜组件；当通电加热后，驱动臂向着材料热膨胀系数高的一侧偏转变形，并带动MEMS微平台作重复性的线性运动，最终带动MEMS微平台7上的透镜也作重复性的线性运动，从而改变系统的焦距，在该过程中保持后截距不变，进而实现对不同距离的景物进行自动对焦。优选的，在本实施例中，MEMS微平台的线性位移可达到500um，为达到更大的线性位移，MEMS微平台可采用级联结构，沿着光轴方向移动透镜组中的透镜即可实现IOcm至无究远处对焦。需要调整透镜焦距时，可单独调整MEMS四个驱动臂对安装于MEMS微平台上的透镜的面型调整，有利于整体光学调校，增大了调整的灵活性。同时，由于只是移动一片透镜即可实现对焦，减小了需要移动部件的重量，故减小了驱动能量，从而节约能耗，并可以减少尘粒的影响。图6所示为本发明的MEMS微平台与电路板的一种优选连接方式，MEMS微平台7与电路板6采用倒装焊方式实现电连接。MEMS微平台7的引脚与电路板6的焊盘之间利用导电胶或焊料连接，并在电路板6的内部掩埋有导电线或导电柱，电路板6的第二级焊盘62采用连接线51与外部电路电连接，外部电信号通过电路板6中的导电线或者导电柱将电信号送于MEMS微平台7，通过该驱动信号控制MEMS微平台7的运动。其中，电路板6可以是PCB或陶瓷材料电路板或玻璃材料电路板，当选择PCB和陶瓷材料电路板时，其上需预留用于透光的通孔，该通孔与透镜组相对应设置，以便光线可以入射到系统中，反之，电路板6的基底为透明的玻璃材料或其他可透光材质电路板时，可以直接与MEMS微平台封装在一起，光线可以透过玻璃的电路板入射到系统中而不受影响。优选的，采用透光玻璃或其他可透光的材质作为电路板6的基底，这不仅可以使光线直接透过系统，而且基底无需预留透光孔，使得设计加工更加简单，组装难度减小，从而提高了生产效率。MEMS微平台与电路板采用倒装焊接以及导电胶粘接，使结构更紧凑，可实现更加微型化镜头。图7所示为本发明的MEMS微平台与电路板的另一种优选连接方式，MEMS微平台7与电路板6采用连接线连接方式实现电连接。连接线51连接MEMS微平台7的引脚52与电路板6的第一级焊盘61，电路板6的第二级焊盘62采用连接线51与外部电路电连接，通过给定驱动信号控制MEMS微平台7的运动；更进一步地，所述连接线为金线、铝线或其他材料的连接导线，优选的，在本实施例中为金线。MEMS微平台与电路板采用连接线搭接连接，工艺成熟可靠，可实现自动化生产。·MEMS驱动与传统的机械驱动方式相比,驱动结构简单,驱动能量很小,整体尺寸小；在本发明中，MEMS所需驱动电压小于10伏，但其线性位移却可以达到500um甚至更大，且MEMS线性位移定位快速准确，重复性好；MEMS适合于大批量生产，可以降低生产成本；因此更适用于微型化产品，可以减小功耗，便于生产并能降低生产成本。以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式
，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种基于微机电系统的自动对焦镜头，包括镜头座(I)以及透镜组，所述透镜组中的透镜依次同轴设置于镜头座(I)的内腔中，其特征在于所述透镜组中的一片透镜设置于MEMS微平台(7 )的镜架(72 )上，所述MEMS微平台(7 )与设置于其底部的电路板(6 )连接，所述电路板(6)与外部电路电连接。
2.根据权利要求I所述的 一种基于微机电系统的自动对焦镜头，其特征在于所述MEMS微平台(7)包括内部设置有通孔的基座(71)，设置于所述基座(71)内部的镜架(72)，以及连接于所述基座(71)与镜架(72)之间的驱动臂。
3.根据权利要求2所述的一种基于微机电系统的自动对焦镜头，其特征在于所述驱动臂包括第一驱动臂(73)、第二驱动臂(74)、第三驱动臂(75)以及第四驱动臂(76)，所述第一驱动臂(73)、第二驱动臂(74)、第三驱动臂(75)以及第四驱动臂(76)分别连接于所述基座(71)内部的四条边或四个角点处。
4.根据权利要求3所述的一种基于微机电系统的自动对焦镜头，其特征在于所述驱动臂为多层折叠结构，且多层结构中每层材料的热膨胀系数不同，所述驱动臂的工作方式为电热方式。
5.根据权利要求2所述的一种基于微机电系统的自动对焦镜头,其特征在于所述镜架(72)的驱动为静电驱动、电磁驱动或电热驱动，优选的，所述镜架(72)的驱动方式为电热驱动。
6.根据权利要求I所述的一种基于微机电系统的自动对焦镜头，其特征在于所述MEMS微平台(7 )与电路板(6 )采用倒装焊方式实现电连接，所述MEMS微平台(7 )的引脚与电路板(6)的焊盘之间利用导电胶或焊料连接，所述电路板(6)的第二级焊盘(62)采用连接线(51)与外部电路电连接。
7.根据权利要求I所述的一种基于微机电系统的自动对焦镜头，其特征在于所述MEMS微平台(7 )与电路板(6 )采用连接线连接方式实现电连接；所述连接线(51)连接MEMS微平台(7)的引脚(52)与所述电路板(6)的第一级焊盘(61)，所述电路板(6)的第二级焊盘(62)采用连接线(51)与外部电路电连接。
8.根据权利要求6所述的一种基于微机电系统的自动对焦镜头，其特征在于所述电路板(6)为PCB或陶瓷材料电路板，所述电路板(6)上设置有用于透光的通孔，所述通孔与透镜组相对应设置。
9.根据权利要求6所述的一种基于微机电系统的自动对焦镜头,其特征在于所述电路板(6)为透光的玻璃材料或其他可透光材质电路板。
10.根据权利要求6至9任一项所述的一种基于微机电系统的自动对焦镜头，其特征在于所述电路板(6)的内部掩埋有导电线或导电柱。
11.根据权利要求7所述的一种基于微机电系统的自动对焦镜头，其特征在于所述连接线(51)为金线、铝线或其他材料的连接导线。
12.根据权利要求I所述的一种基于微机电系统的自动对焦镜头，其特征在于所述MEMS微平台(7)设置于所述透镜组的最上端的透镜处。
13.根据权利要求I所述的一种基于微机电系统的自动对焦镜头，其特征在于所述MEMS微平台(7)设置于所述透镜组的最下端的透镜处。
14.根据权利要求I所述的一种基于微机电系统的自动对焦镜头，其特征在于所述M EMS微平台(7)设置于所述透镜组的中间的一个透镜处。
全文摘要
本发明公开了一种基于微机电系统的自动对焦镜头，包括镜头座以及透镜组，所述透镜组中的透镜依次同轴设置于镜头座的内腔中，所述透镜组中的一片透镜设置于MEMS微平台的镜架上，所述MEMS微平台与设置于其底部的电路板连接，所述电路板与外部电路电连接，所述透镜随着镜架沿光轴方向上下移动实现自动连续变焦。该结构紧凑、体积小、重量轻、变焦能力强，且能够大大减小结构尺寸，降低驱动功率及装配难度，实现单片透镜更加快速精确的线性移动，从而实现连续对焦，可以将微型自动对焦镜头应用于更加广泛的系统中。
文档编号G02B7/09GK102902039SQ20121040712
公开日2013年1月30日 申请日期2012年10月23日 优先权日2012年10月23日
发明者王元光, 谢会开, 陈巧, 兰树明, 傅霖来, 王东琳, 丁金玲 申请人:无锡微奥科技有限公司