自动聚焦相机以及旨在集成到此类相机中的具有可变焦距的光学设备的制作方法

本发明涉及一种自动聚焦相机、具有可变焦距且旨在集成到此类相机中的光学设备，以及此类相机的制造方法。

背景技术：

图1是具有固定焦距的微型相机示例的分解图。

这种类型的相机1包括布置在基板11上的图像传感器10、具有组装在镜筒21中的若干个透镜20a,20b,20c的光学块20，以及将基板11和镜筒21与之组装在一起的安装座22。

此类相机在制造完毕之后，若要用其清楚地拍摄位于无限远处的对象，则通常有必要进行聚焦操作。

该聚焦操作由下述步骤组成：相对于图像传感器10移动容纳透镜的镜筒21，然后采集位于无限远处或至少离相机的距离足够大的对象(通常为景象)的图像。

通常，借助镜筒的螺纹210和安装座内螺纹220的配合，来使所述镜筒在安装座内旋转，由此确保镜筒移置。

在镜筒移置期间对图像进行分析，确定与图像的最大清晰度相对应的镜筒位置。

随后，例如经由在安装座22与镜筒21之间的接合部处进行局部焊接，而将镜筒21固定在安装座22中的这一位置。

其他相机具有称为“自动对焦”的功能，该功能包括不管拍摄对象是位于无限远处，还是相机附近，都自动地确保拍摄对象的清晰度。

为确保实现该功能，目前的解决方案是在相机前部，也就是在朝向图像传感器的光路上在固定光学块的上游，集成具有可变焦距的光学设备。

在可用于此目的的光学设备中，可以有利地选择包括可变形膜的设备。文档fr2919073、fr2950154和fr2950153描述了具有可变形膜的此类设备的示例。这些设备通常包括：至少一张可变形膜；支撑件，所述膜的周边锚定区域连接到所述支撑件；填充有恒定体积的流体的腔，所述腔部分地由所述膜界定；所述膜的位于所述周边锚定区域和所述膜的中心部分之间的区域的致动设备，该致动设备被配置为通过施加电致动电压而弯曲，以便将所述流体体积中的一些流体体积朝向所述中心或所述腔的周边移置。

图2是集成了具有可变焦距的光学设备30的自动聚焦相机1的分解图。由于与图1中相同的附图标记标示的元件实现相同的功能，因而不再描述。

具有可变焦距的光学设备包括其焦距可调节的光学区域，以及用于电连接到基板的装置。

通常，先聚焦于无限远处，再集成具有可变焦距的光学设备。事实上，一旦将具有可变焦距的光学设备30放置就位，就不再能够触及容纳固定光学器件的镜筒21而将其移动，这是因为镜筒21前方存在具有可变焦距的光学设备30以及该光学设备与基板11的连接31，该连接阻止镜筒21在安装座22内旋转。

在集成具有可变焦距的光学设备之前，存在两种用于进行相机聚焦的方法。

第一种方法基于与具有固定焦距的相机相同的原理，具体地讲，就是使包括光学块的镜筒相对于安装座移置，以便确保位于无限远处的对象的图像的清晰度。在这种情况下，具有可变焦距的光学设备必须具有零光强度(0屈光度)，以保持聚焦位于无限远处的对象。为了聚焦位于相机附近的对象，通常需要约为10屈光度的正光强度。因此，具有可变焦距的光学设备必须能够确保实现的光强度的范围至少包括0屈光度和10屈光度之间的范围。

尽管鲜为人知，但也可以在有限的距离例如20cm处进行聚焦。在这种情况下，具有可变焦距的光学设备必须具有零光强度(0屈光度)，以保持聚焦位于该20cm距离处的对象。在该示例中，为了聚焦在离相机10cm处的对象上，通常需要约为5屈光度的正光强度。光强度为-5屈光度时，位于无限远处的对象清晰可见。因此，必须由具有可变焦距的光学设备确保实现的光强度的范围至少包括–5屈光度和+5屈光度之间的范围。所以，与聚焦于无穷远处相比，聚焦在20cm处导致具有可变焦距的光学设备的工作范围出现-5屈光度的偏移。

一些光学设备可能出现光强度随相机的使用温度变化而变化的现象。另外，制造过程可能引起光强度分散。

因此，为了确保覆盖所需的光强度范围，确保具有可变焦距的光学设备在制造后略为发散，例如约为-1至-5屈光度，在某些情况下甚至达到-10屈光度，可能是有利的或者甚至可能是必要的。利用标称的发散配置，确保了0屈光度处出现转变，并且相应地确保了聚焦于无穷远处。然而，在近距离聚焦时，需要约为10屈光度的光强度很难实现，而且由于静止位置是发散的，因此甚至需要更大的光强度变化：初始位置为-1屈光度需要11屈光度的变化，初始位置为-5屈光度需要15屈光度的变化，等等。该工作原理始终需要致动具有可变焦距的所述设备，无论是聚焦于无限远处还是近处，例如上文所提出的示例中的20cm处，也不管具有可变焦距的所述光学设备的工作范围有多大(例如在上文所公开的多种情况下，为[0；10]屈光度或[–5；+5]屈光度)，都不例外。

图3a示出了具有可变焦距的设备根据这第一种方法使自动聚焦相机聚焦的过程中，该设备的光强度变化的示例。在该示例中，考察了具有可变焦距的光学设备的光强度p(以屈光度为单位)随施加到该设备的致动设备的电压u(以伏特为单位)的线性变化。在该示例中，处于静止时(即，不施加电压时)光强度为-5屈光度。该图示出了所述设备的两个致动范围：

--5屈光度和0屈光度之间的第一范围(从左到右以阴影线上升)，其目的仅在于补偿由于制造分散和/或温度变化而引起的光强度变化。

-0屈光度和10屈光度之间的第二范围(从左到右以阴影线下降)，其确保聚焦于无限远处和相机附近。

施加以产生零光强度的前3伏电压不用于聚焦，并且因此可被视作丢失；聚焦在3v和10v之间的电压范围内完成。

采用第二种聚焦方法时，就像在前述方法中那样，相对于安装座移动包括光学块的镜筒，以确保位于无限远处的对象的图像的清晰度；然而，一旦已实施聚焦于无限远处的操作，如果具有可变焦距的设备的光强度不为零，则通过使镜筒相对于其最佳位置移置来有意地引入散焦。或者，代替聚焦于无限远处然后散焦的做法，可直接将光学设备聚焦在较小距离处。如果具有可变焦距的光学设备的光强度为零，则必须将该设备聚焦于无限远处。构思这种特定的聚焦是为了准确地补偿随后将被集成到相机中的具有可变焦距的设备的初始光强度。换句话说，光学块和具有可变焦距的所述设备处于静止时的整体必须确保聚焦于无限远处，只在为了确保近距离聚焦时才有必要致动。

图3b示出了与图3a所示相同的具有可变焦距的设备根据这第二种方法使自动聚焦相机聚焦的过程中，该设备的光强度变化的示例。处于静止时(即，不施加电压时)光强度为-5屈光度，这通过将相机的固定光学器件散焦5屈光度或直接聚焦在离相机20cm处的对象上来补偿。因此，在这种情况下，10屈光度的光强度变化(从-5屈光度到5屈光度)就足以实现聚焦于无限远处和近处。这对应于0v和7v之间的电致动电压范围。

同第一种聚焦方法相比，这第二种方法的优点是将光强度变化的完整范围(因而电致动电压的范围)用于聚焦。另外，电致动电压的范围减小。然而，该方法的主要缺点是：制造具有可变焦距的设备之后的分散必须极小并得到很好地控制，这是异常苛刻的要求。另一方面，在没有用来补偿温度对所述设备处于静止时的焦距的影响的工作范围的情况下，相机的使用温度可能直接影响相机聚焦。

技术实现要素：

本发明的目的是纠正这些缺点，并提出一种自动聚焦相机，该相机包括具有可变焦距的光学设备，其聚焦比现有相机简单，并且优化了所述相机工作所必需的功率。

根据本发明，提出了一种自动聚焦相机，包括：

-图像传感器，

-光学块，该光学块包括具有固定焦距的多个透镜，

-光学设备，该光学设备具有可变焦距，该光学设备包括：

·可变形膜，

·支撑件，所述膜的周边锚定区域连接到该支撑件，

·填充有恒定体积流体的腔，所述腔至少部分地由所述膜和支撑件壁界定，

·所述膜的位于周边锚定区域和所述膜的中心部分之间的区域的致动设备，该致动设备被配置为通过施加电致动电压而弯曲，以便将所述流体体积中的一些流体体积朝向所述中心或朝向所述腔的周边移置，

其中，所述光学设备的与所述膜的中心部分和致动区域不同的至少一个区域受到自动聚焦相机的某个部件(除所述光学设备本身之外)施加的永久性机械应力，以便由所述流体引起所述膜的中心部分的永久变形，处于静止时的光学设备在所述机械应力作用下的焦距与施加所述应力之前处于静止时的所述光学设备的焦距不同。

“处于静止时的光学设备”是指没有电压施加到致动设备。

根据所述相机的其他有利特征：

-所述机械应力包括力、压力或扭矩；

-支撑件包括限定所述腔的基部的第一基板和附接到所述膜的锚定区域的第二基板，该第一基板和该第二基板由限定所述腔的周壁的粘合剂珠连接；

-受应力区域位于第二基板中；

-受应力区域是第二基板中局部较薄的区域；

-受应力区域是第二基板中的区域，所述膜的锚定区域通过该区域直接暴露于所述应力；

-受应力区域是第二基板中局部较厚的区域；

-受应力区域位于粘合剂珠中；

-受应力区域位于第一基板中；

-容纳流体的腔分为面向所述膜的中心部分的中心腔和利用至少一个通道与中心腔流体连接的周边腔，并且受应力区域面向该周边腔；

-永久机械应力由从光学块朝向具有可变焦距的设备的受应力区域延伸的至少一个突起来施加；

-相机包括互连螺柱，用于确保图像传感器和具有可变焦距的光学设备的布置在受应力区域中的相应电接触部之间的电连接，永久机械应力由所述互连螺柱来确保；

-图像传感器、光学块和具有可变焦距的设备各自集成到基板中，这些基板形成叠堆；

-光学块和该具有可变焦距的设备布置在附接到图像传感器的安装座中；

-选择永久机械应力的施加装置的热膨胀系数，以便补偿具有可变焦距的光学设备和/或光学块处于静止时的光强度的任何温度漂移。

另一个目的涉及一种具有可变焦距且被设计来集成到此类相机中的光学设备。该设备包括：

-可变形膜，

-支撑件，所述膜的周边锚定区域连接到该支撑件，

-填充有恒定体积流体的腔，所述腔至少部分地由所述膜和支撑件壁界定，

-所述膜的位于周边锚定区域和所述膜的中心部分之间的区域的致动设备，该致动设备被配置为通过施加电致动电压而弯曲，以便将所述流体体积中的一些流体体积朝向所述中心或朝向所述腔的周边移置。

该设备的特征在于包括至少一个与中心部分不同的区域，并且所述膜的致动区域被配置为受到自动聚焦相机的某个部件施加的永久性机械应力，以便由所述流体引起所述膜的永久变形，处于静止时的光学设备在所述机械应力作用下的焦距与施加所述应力之前处于静止时的所述光学设备的焦距不同。

另一个目的涉及诸如上文所述的自动聚焦相机的制造方法。

该方法包括：

-在图像传感器上组装光学块，

-在由光学块和图像传感器形成的整体上组装具有可变焦距的光学设备，所述组装包括在所述设备的与所述膜的中心部分和致动区域分离的区域上施加机械应力，所述应力的作用是将所述流体体积中的一些流体体积进行移置并使所述膜的中心部分变形，以便改变处于静止时的所述光学设备的焦距，

-同时执行下述操作：施加机械应力，分析由相机采集的图像，以及确定生成优选聚焦的机械应力，

-完成组装，以便永久性地施加所述确定的机械应力。

附图说明

参考附图从以下具体实施方式将看出本发明的其他特征和优点，其中：

-图1是具有固定焦距的微型相机示例的分解图，

-图2是微型自动聚焦相机示例的分解图，

-图3a示出了具有可变焦距的设备根据第一种已知方法使自动聚焦相机聚焦的过程中，该设备的光强度变化的示例，

-图3b示出了具有可变焦距的设备根据第二种已知方法使自动聚焦相机聚焦的过程中，该设备的光强度变化的示例，

-图4示出了根据本发明的自动聚焦相机中的具有可变焦距的设备的光强度变化的示例，

-图5a和图5b是光学设备的剖面图，该设备处于静止时具有发散的可变形膜(图5a)，并且由于施加电致动电压而变得会聚(图5b)，

-图6a和图6b示出了本发明的第一实施方案，其中通过在光学设备的膜所锚定的基板上施加永久应力(图6b)，而使处于静止时的光强度从初始配置(图6a)变化，

-图7a和图7b示出了本发明的第二实施方案，其中通过在连接所述膜所锚定的基板与光学设备的支撑件的粘合剂珠上施加永久应力(图7b)，而使处于静止时的光强度从初始配置(图7a)变化，

-图8a和图8b示出了本发明的第三实施方案，其中通过在光学设备的支撑件上施加永久应力(图8b)，而使处于静止时的光强度从初始配置(图8a)变化，

-图9a和图9b是在施加永久应力之前(图9a)和之后(图9b)，其基板具有有利于施加所述应力的特定结构的光学设备的剖面图，

-图10a至图10d以平面图示出了所述结构的不同实施方案，

-图11示出了有利于施加永久应力的基板的特定结构的另一个实施方案，

-图12a和图12b分别以光学设备的平面图、以及流体和粘合剂珠的部分平面图示出了有利于施加永久应力的基板的特定结构的另一个实施方案，

-图13a是根据一个实施方案的相机在其组装(“晶片级”组装)之前的剖面图，图13b和图13c分别是光学设备的底部平面图，以及所述相机的光学块的平面图，

-图14a是根据一个实施方案的相机在其组装(“晶片级”组装)之前的剖面图，图14b和图14c分别是光学设备的底部平面图，以及所述相机的光学块的平面图，

-图15是根据一个实施方案的相机在其组装(传统组装)之前的剖面图，

-图16是根据一个实施方案的相机在其组装(传统组装)之前的剖面图，

-图17a和图17b示出了根据本发明的一个实施方案，在“晶片级”组装的情况下，在组装光学设备期间使相机聚焦的两个步骤，

-图18a和图18b示出了根据本发明的一个实施方案，在传统组装的情况下，在组装光学设备期间使相机聚焦的两个步骤，

-图19是具有可变形膜的光学设备的剖面图，所述可变形膜上已示出两个互连螺柱，

-图20a和图20b分别是在“晶片级”组装和传统组装的情况下，具有被设计来耦接到光学设备的螺柱的互连件的光学块的剖面图，

-图21是光学块和布置在所述光学块之外的两个互连件的剖面图，

-图22a和图22b示出了根据本发明的一个实施方案，在“晶片级”组装的情况下，在组装光学设备期间使相机聚焦的两个步骤，

-图23是在基板中包括两个互连螺柱和两个结构以有利于施加永久应力的光学设备的平面图，

-图24a至图24c是在机械应力区域的水平处具有不同的互连螺柱布置的光学设备的实施方案的剖面图，

-图25是组装好的相机(“晶片级”组装)的剖面图，

-图26是组装好的相机(传统组装)的剖面图，

-图27是组装好的相机(传统组装)的剖面图，

-图28a、图28b、图28c分别是带螺纹整体的剖面图、罩的平面图以及对置件的底部平面图，

-图29a和图29b示出了根据本发明的一个实施方案，在传统组装的情况下，在组装光学设备期间的相机聚焦步骤。

为了使附图易于辨认，所示的不同元件未必以相同的比例显示。

在各幅附图中使用附图标记来标示相同的元件。

具体实施方式

相机由组装不同的部件而制成，主要的部件有：

-光学块，该光学块包括具有固定焦距的多个透镜，这些透镜以位置受控的方式精确地组装在相机上。不打算让光学块移动。相对于图像传感器设置光学块的精度取决于所选择的传输技术；

-具有可变焦距的光学设备，其通常在朝向图像传感器的光路上布置在光学块的上游(任选地，具有可变焦距的光学设备可集成到光学块中，或者甚至在所述光路上集成到光学块的下游)。如下文将详细说明的那样，所述光学设备具有特定的特征，该特征能够向该设备的与膜的中心部分和致动区域不同的至少一个区域施加机械应力而改变该设备的处于静止时的(即，没有向致动设备施加电压时)光强度。这种机械应力(力、压力或扭矩)的作用是将所述流体体积中的一些流体体积进行移置，这导致膜的中心部分变形。由于所述机械应力是永久性的，所以膜的中心部分的变形也是永久性的。因此，光强度相对于施加这种应力之前设备的光强度永久性地改变。然而，这种应力不改变低焦度光学设备焦距变化的性能；

-一个或多个结构，用来在聚焦步骤期间向具有可变焦距的设备施加应力。这个结构或这些结构可集成到具有可变焦距的光学设备和/或光学块(透镜或安装座)中。

相机利用所述组件，通过向该具有可变焦距的设备的某个区域或多或少地施加应力而聚焦，提供该区域是为了借助针对此目的而提供的所述结构来改变初始光强度。在施加该应力期间对图像进行分析(通常包括调制传递函数(mtf))，确定与图像的最大清晰度相对应的理想应力。一旦识别最佳聚焦，就将组件固定在其当前状态，使得施加于具有可变焦距的设备的应力随时间永久性地保持。

在组装不同的部件期间，光学块相对于图像传感器的平均位置(和相关联的分散)必须根据光学块的焦距和处于静止时的光强度的变化来确定，这可通过对该具有可变焦距的设备施加机械应力来实现。对于具有可变焦距，且其光强度在机械应力的作用下增大的设备来说，有利的是将光学块相对于图像传感器放置在小于所述光学块的焦距的距离处。因此，通过向该具有可变焦距的设备施加应力并且增大该设备的光强度，可保证将相机聚焦于无限远处。类似地，对于具有可变焦距，且其光强度在机械应力的作用下下降的设备来说，有利的是将光学块相对于图像传感器放置在大于所述光学块的焦距的距离处。因此，通过向具有可变焦距的设备施加机械应力并且降低该设备的光强度，可实现聚焦于无限远处。

在这两种情况下，初始光强度的变化范围都必须能够补偿光学块相对于焦距的位置(近似)。

图4示出了根据本发明的自动聚焦相机中的具有可变焦距的设备的光强度变化的示例，该设备的工作范围在-5屈光度和+5屈光度之间。当然，该示例可变换为任何其他工作范围。

在该示例中，所述设备的初始光强度(施加机械应力之前)为-7屈光度。光学块设置在距图像传感器小于焦距的某距离处。通过永久性地向所述光学设备施加机械应力，光强度被提升到-5屈光度，这使得聚焦于无限远处(在这种情况下，光学块对组件扭矩的散焦效果为-2屈光度)。

本发明得益于参考图3a和图3b描述的两种已知方法的优点，且没有这两种方法的任何缺点。事实上，该具有可变焦距的设备的光强度的完整范围(10屈光度)仍然得到利用。在生产出具有可变焦距的设备之后，对静止位置分散的约束被放宽到聚焦功能期间施加的应力能够补偿该分散并且启用所述聚焦功能的程度。

出于技术和经济方面的原因，这种解决方案对于在多数情况下避免配置聚焦功能的“低分辨率”相机特别有利。本发明提出了一种用于使这些相机聚焦的解决方案，该解决方案与极高的尺寸要求以及与制造“晶片级”类型相机相容。

最后，此类解决方案可视需要任选地补偿温度对具有可变焦距的设备的初始光强度的影响。在温度方面，施加在具有可变焦距的设备上的永久机械应力的大小可有利地被设计为抵消所述设备和任选地光学块的初始光强度。

在第一种情况下，将描述具有可变焦距的光学设备的不同实施方案。

如前面所指出的那样，所述光学设备具有能够通过向该设备的至少一个表面施加应力来改变该设备的初始光强度(即，没有施加电致动电压时)的特定的特征。具有可变形膜且包含流体的光学mems是特别有利的。在图5a至图18b中，出于简化的原因，并且为了不让图纸过于复杂，未示出具有可变焦距的光学设备的电互连螺柱。

在图5a和图5b所示的示例中，光学设备30处于静止时略为发散(图5a)，在致动时会聚(图5b)。

设备30包括可变形膜301、支撑件302，以及填充有恒定体积流体的腔303，所述膜的周边锚定区域301c连接到该支撑件302，所述腔至少部分地由膜301和支撑件壁302界定。

所述膜包括限定光学设备的光场的中心部分301a。

因此，所述膜包括被称为内面的面和被称为外面的相背对面，该内面与流体接触，该外面与第二流体接触，第二流体可以是环境空气。流体有利地为液体，诸如碳酸丙烯酯、水、折射液、光学油或离子液体、硅油、具有高热稳定性与低饱和蒸汽压力的惰性液体。

膜是指任何柔软但紧密的薄膜，使得该膜在容纳于腔中的流体和位于该膜相背对面上的流体之间形成屏障。所述膜可基于有机材料制造，诸如聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚对二甲苯、环氧树脂、光敏聚合物、硅树脂、或矿物质材料诸如硅、氧化硅、氮化硅、多晶硅、金刚石碳。所述膜可包括相同材料的单层或不同材料的层叠堆。

在光学设备起透射作用的情况下，膜与腔的基部至少在其中心部分对于预期经由透镜传播的光束是透明的，该光束依次穿过膜的中心部分、流体和腔的基部。

流体为充分不可压缩的，以便在沿流体方向对膜施加力时朝向设备的中心部分移动，这个力被施加于膜的锚定区域和中心部分之间的中间部分301b。

支撑件302可包括限定腔的基部的第一基板302a(例如玻璃)和附接到膜的锚定区域301c的第二基板302b(例如硅)，该第一基板和该第二基板由限定腔303的周壁的粘合剂珠302c连接。

所述膜的位于周边锚定区域301c和所述膜的中心部分301a之间的区域301b(所谓“致动区域”)的致动设备304被配置为通过施加电致动电压而弯曲，以便将所述流体体积中的一些流体体积朝向所述中心或朝向腔303的周边移置。

本领域的技术人员知道用于致动膜的不同致动设备。

这些设备基于不同的技术，其示例为压电致动、静电、电磁、热致动或甚至基于电活性聚合物。

就此而言，可参考文献fr2919073、fr2950154和fr2950153中的此类致动设备。

对致动技术的选择以及致动设备的尺寸设定取决于预期的性能水平(例如，电耗)、设备在工作期间将经受的应力，以及与要施加的电致动电压有关的考虑。

例如，特别适用的致动设备以压电技术为基础。回想压电致动器包括完全或部分被夹在两个电极之间的压电材料块，在两个电极被馈电时其旨在用于向压电材料施加电场。这个电场用于控制压电材料块的机械变形。压电材料块可以为单层或多层并且延伸超过一个电极。优选地选择pzt作为压电材料。

致动设备可包括呈冠状形式的单个致动器，或在膜的周界上均匀分布的其他若干个独立的致动器(例如以光束的形式)。

任选地，致动器可能可以在两个相反方向上弯曲。

可以将致动设备布置在膜的内面上、膜的外面上，或甚至膜的内部。

任选地，致动设备可在周边锚定区域上方部分延伸。

许多其他示例也是可行的，这里不作说明。处于静止时的光学设备尤其可以是会聚的或甚至是平坦的(零光强度)。在致动时，如图5b所示，该设备可能变得发散，而不是会聚。

对于此类光学设备，可以在施加于光学设备的与膜的中心部分和致动区域分离的区域中的结构上的机械应力的作用下，改变处于静止时的(即，没有施加电致动电压时)设备的光强度。如果将此类光学设备集成到已知类型的相机中，则此类焦距变化现象必然受到限制。正相反，本发明引起这种现象并从中受益。

此类光学设备的工作原理为：通过致动设备的压力而对旨在使膜的中心变形并且改变焦距(或光强度)的流体施以影响。焦距的此类变化也可以在不向设备施加电压，而是经由外部应力使该光学设备的外部结构变形的情况下发生，所述外部结构通常包括玻璃基板、粘合剂和硅基板。

本发明的第一实施方案不需要特定结构来施加该应力，而是包括设定光学设备外包封(玻璃基板、粘合剂，甚至是硅基板)的尺寸，使得其可在外应力的作用下变形。根据这些不同元件的几何形状，外包封的至少一个元件的厚度可减小，以使外包封能够在预期的机械应力的作用下变形。

图6a至图8b所示的示例对应于与图5a至图5b所示类似的具有可变焦距的设备，这些示例的光强度在机械应力s的作用下增大。由应力引起的流体朝向所述腔的中心的移动由箭头f表示。

在图6b的情况下，机械应力s沿大体上垂直于基板302b的表面和膜的锚定区域301的方向施加在所述基板上。与施加该应力之前的设备(图6a)相比，流体移置具有减小膜的中心部分301a的曲率，也就是说使光学设备有较小的发散度的效果。

在图7b的情况下，机械应力s沿大体上垂直于腔303的周壁的方向施加在将基板302a和302b粘结起来的粘合剂珠302c上。与施加该应力之前的设备(图7a)相比，流体移置具有减小膜的中心部分301a的曲率，也就是说使光学设备有较小的发散度的效果。

在图8b的情况下，机械应力s沿大体上垂直于所述基板的表面的方向施加在基板302a上。相对于施加该应力之前的设备(图8a)，流体移置具有减小膜的中心部分301a的曲率，也就是说使光学设备有较小的发散度的效果。

在一些实施方案中，机械应力可相对于光学设备的平面或对称轴非对称地施加于局部。或者，该应力可对称地施加。

在图6a至图8b的情况下，机械应力具有将更多的液体推向腔的中心，以提升设备的初始光强度的效果。然而，可以配置所述机械应力以减少腔中心处的流体的量，从而降低设备的光强度。

另外，在光学设备的构成其外包封的不同元件(具体地为两个基板302a,302b，以及粘合剂珠302c)上结合的机械应力也是可能的。

在任何情况下，都既不在膜的中心部分301a、也不在致动区域301b中施加机械应力，以便在聚焦操作之后将光学设备的电光学性能保持在最大程度。

在光学设备中提供特定结构，旨在有利于光强度在机械应力的作用下变化或者有利于将应力施加到光学设备的优选区域，可能是有利的。

因此，如图9a和图9b所示，可以局部蚀刻基板302b，以便在所述基板的整个厚度上形成凹槽3020，使机械应力s直接施加到膜的比基板更容易变形的锚定区域301c上。

图10a至图10d以平面图示出了基板302b中的结构的不同布置将机械应力直接施加到膜的锚定区域301c。

在图10a的情况下，所述结构是形成于基板302b中，以便暴露膜的锚定区域301c的一部分的环形凹槽3020。该凹槽3020包围膜的中心部分301a和膜的包括致动设备304的区域。

在图10b的情况下，所述结构是形成于基板302b中，以便暴露膜的锚定区域301c的一部分的圆形孔3021。

在图10c的情况下，所述结构由形成于基板302b中，以便暴露膜的锚定区域301c的一部分的两个椭圆形孔3021构成。这些椭圆形孔例如相对于膜的中心部分301a在直径上对置，并且取向成使得它们的主轴相互垂直。

在图10d的情况下，所述结构包括形成于基板302b中，以便暴露膜的锚定区域301c的一部分的两个正方形孔3021。这些正方形孔例如相对于膜的中心部分301a在直径上对置。

为施加机械应力而提供的结构也可实现光学设备相对于光学块的机械对中功能。从这个角度看，图10a、图10c和图10d所示控制这种对中的实施方案是特别有利的。

还有许多其他可能的结构形式。这些结构可如图9a至图9b所示形成于基板302b的整个厚度上，以释放构成光学设备的另一个元件(例如，如本示例中所示的膜)，或只形成于基板的部分厚度上(例如以孔或凹槽的形式，其深度小于基板的厚度，实施方案未示出)。

另一个实施方案包括在基板302b的表面上生成隆起3022，以有利于在随后的聚焦功能期间向该区域施加应力(参见图11)。此类解决方案可防止在光学块的水平处集成施加应力的附加结构。

下文详述的所有示例也可适用于基板302a和/或粘合剂珠302c。

在所有情况下，光学设备中受到机械应力的一个或多个区域都必须能够使流体朝向腔的中心区域(或反向)移置，因此可对光学设备的处于静止时的光强度产生影响。

在上文所述的示例中，流体存在于光学设备的整个表面上。还可以通过将流体限制于膜的中心区域和致动区域，来最小化流体的量。在这种情况下，如图12a至图12b所示，可以在光学设备的中心腔303a和周边腔303b之间设置通道303c，该通道由锚定区域301c与膜接触，旨在向其施加应力而调节初始光强度。以这种方式，施加到锚定区域301c的一部分的机械应力具有经由通道303b将容纳在周边腔303b内的一些流体推向中心腔303a的效果。

旨在集成到光学块中的一个或多个结构可以变化，并且很大程度上取决于用来将固定光学块组装在相机中的解决方案、设置在光学设备上的任何结构，以及将被选择用于向光学设备施加应力的解决方案。

根据现有技术的经典技术将光学块组装在相机中。

一旦将光学块组装在相机中，就不再需要使光学块移置，这与已知的自动聚焦相机相反。因此，镜筒不必再带螺纹，安装座不必再带内螺纹。

组装相机有两种主要的方法。

采用所谓“晶片级”组装的第一种方法时，将光学块直接堆叠在图像传感器上。图13a中示出了此类组装方法的示例，光学块在这种情况下包括由间隔件20e隔开的两个透镜20a,20b。在这种情况下，图像传感器10时常粘附到基板例如玻璃上，并且其互连件100通过被称作tsv(“硅穿孔”)的已知技术附接到其背面。在这种情况下，使用间隔件12来将光学块20定位为相距图像传感器10足够大的距离，即光学块的焦距。

根据第二种方法，即所谓的传统方法，可将形成光学块的透镜直接组装在安装座中。

在采用如图13a所示的晶片级组装技术的情况下，将具有硅基板302b的光学设备朝向图像传感器放置，即便不必要，也是有利的。具有可变焦距的光学设备30的玻璃基板302a起到保护相机部件的作用。膜301更易损坏，其得到保护而免受外来的侵害。因此，所述设备中受到机械应力的区域有利地是硅基板302b。

用于在具有可变焦距的光学设备30上施加永久机械应力的简单结构解决方案包括：在光学块上(例如在具有可变焦距的光学设备所附接的最后一个透镜的上表面上)提供螺柱211，然后理想地将这些螺柱面向特别提供的结构放置，这些结构被设计为改变具有可变焦距的光学设备的处于静止时的光强度(在图13a所示的情况下，具体地为布置在基板302b中的凹槽3020，或者在图13b所示的情况下，具体地为两个椭圆形孔3021)。因此，在随后的聚焦步骤期间，在具有可变焦距的光学设备上或多或少施加强压力将改变其处于静止时的光强度。

所述螺柱可作为整体元件添加，诸如球体或整体件。它们可通过任何适当的技术诸如丝网漏印、分配、冲压、热成型、模塑等形成于光学块的表面上(如图13a所示)或具有可变焦距的光学设备本身的表面上。所述螺柱可由金属材料(例如cu、al，pb的合金，sn/cu的合金、ni……)、陶瓷(例如aln、al2o3……)或有机材料(诸如粘合剂、薄膜、树脂)制成。

可选择所使用材料的热膨胀系数，使得一旦聚焦完成，所述结构就补偿具有可变焦距的光学设备和/或光学块处于静止时的光强度的任何温度漂移。

如果未在具有可变焦距的光学设备上提供特定的附加结构，则布置在光学块上的此类螺柱也可能是适宜的。

但是，在图13a的有利情况下，其中在具有可变焦距的光学设备30上以及光学块30上提供了相应的互补结构3020,211，所述结构除了起到向具有可变焦距的光学设备施加机械应力的作用之外，还可以发挥在光学块上自动对准具有可变焦距的光学设备的作用。因为将具有可变焦距的光学设备对中可能至关重要，所以此类方法可能被证实具有特别重大的意义。

另选的解决方案包括将光学块上的结构面向具有可变焦距的光学设备的特定几何特征放置。在图14a所示的实施方案中，具有可变焦距的光学设备30上不需要特定的结构。使用在硅基板302b中生成的用于释放膜的中心部分301a和致动设备304的开口。具有倾斜翼片的隆起冠部212面向该开口的周边集成在光学块20上。冠部212的倾斜翼片与基板302b中的上述开口配合，其角度参与具有可变焦距的光学设备30在光学块20上的自动对中。在组装期间避免具有可变焦距的光学设备相对于光学块出现任何枢转，并且确保这两个元件平行对准，也是有利的。

上文针对晶片级组装技术提出的解决方案也可用于在安装座中传统组装光学块的情况，如图15和图16所示。

根据这些传统组装技术，安装座22可发挥额外的作用，并且具有应力结构。在图16的示例中，具有可变焦距的光学设备30借助安装座22组装在光学块20上，所述安装座支承螺柱211与环形凹槽3020配合，以在具有可变焦距的光学设备30上施加机械应力。在图15的情况下，具有可变焦距的光学设备30直接组装在本身固定于安装座22上的光学块20上。具有可变焦距的光学设备的环形凹槽3020的应力螺柱211布置在光学块20上。

若要用相机清楚地拍摄位于无限远处的对象，则有必要将相机聚焦。

在此操作期间，对放置在无限远处或至少离相机的距离足够大的对象(最常见的是景象)执行图像采集。在本发明中，与已知技术不同的是，光学块不发生移动。而且，应力被施加到具有可变焦距的光学设备上。在该操作期间，施加到具有可变焦距的光学设备的机械应力是变化的，目的是改变其静止光强度，并且完成若干次图像采集。这些图像的分析结果(通常是调制传递函数(mtf))确定了对应于无限最大清晰度的机械应力。

存在多种不同的方法将这种应力施加至具有可变焦距的光学设备。

根据本发明的实施方案，该聚焦功能与具有可变焦距的光学设备的组装操作在相机中同时执行。为了如图17a所示那样通过粘附进行组装，可将粘合剂213分配或刷到具有可变焦距的光学设备上，或者光学块20上，有利地是提供在结构211的水平面上，从而对具有可变焦距的光学设备施加应力。

在接触光学块20上具有可变焦距30的光学设备期间，所施加的用以挤压粘合剂213的力逐渐增加。

同时进行图像分析可以确定对应于图像最大清晰度的最佳应力。此时，在松弛该应力之前，将粘合剂213聚合，使具有可变焦距的光学设备30保持在这种变形状态，继而变成永久性的状态。以这种方式，通过调整具有可变焦距的光学设备的处于静止时的光强度，来执行相机的聚焦，如图17b所示。

在上述示例中，粘合剂和螺柱可以仅使用一些同样热聚合的uv粘合剂形成相同的材料。可以分配或涂上粘合剂以形成螺柱，将其暴露于uv(其将具有固化粘合剂和形成楔形物的作用)，通过调节压力来定位具有可变焦距的光学设备，并且通过使粘合剂热聚合来修整粘附力。

在聚焦功能期间将这种应力施加至具有可变焦距的光学设备的另一种解决方案是，将螺纹/内螺纹系统保持在光学块中。在这种情况下，如图18a和图18b所示，该系统不再旨在移动镜筒，而是在具有可变焦距的光学设备30上或多或少地施加相当大的应力。内螺纹220形成在安装座22中。使用带有与内螺纹220互补的螺纹230的辅助罩23。具有可变焦距的光学设备30被放置在罩23中。将罩23逐渐拧入安装座22中，并且借助设置在光学块20上的螺柱211将应力逐渐施加到具有可变焦距的光学设备30上。一旦通过分析所采集的图像而确定了产生最大清晰度的位置，就通过例如粘合或者甚至通过局部融合231来将罩23在安装座22上保持到位(参见图17b)。此类聚焦方法的优点在于：能够使用传统上用于该操作的器材。事实上，从外观上看，相机(罩/安装座)的结构仍然接近经典结构(镜筒/安装座)。

基于螺纹/内螺纹的这种方法也可以应用于晶片级配置。例如，将内螺纹形成在旨在将应力施加到具有可变焦距的光学设备的工件中。该工件被放置在相机的最后一个镜头上或组装在相机的最后一个镜头上。然后将容纳具有可变焦距的光学设备的罩组装在该工件上。通过或多或少地将罩拧入该带螺纹的工件来确保聚焦。

该解决方案对于“低分辨率”相机尤其适用。事实上，相机的尺寸及其在晶片规模上的制造不受该聚焦解决方案的影响。因此，与该制造技术有关的优点与传统上所用的聚焦装置的益处一起得到保留。

在迄今为止提出的附图中，出于简化的原因，未示出具有可变焦距的设备的电连接。

以下描述涉及此主题。诸如在本发明中执行的聚焦过程也可以参与具有可变焦距的光学设备的电连接。事实上，为改变具有可变焦距的光学设备的处于静止时的光强度而施加的应力，也可以参与执行其与图像传感器或基板的互连。相反，互连解决方案可以分担具有可变焦距的光学设备的应力。

出于简化附图的原因，图19示出的具有可变焦距的光学设备包括位于该设备的外周上的连接螺柱305(对于这些连接螺柱而言，还有许多其它可能的位置)。这种螺柱有两个，并且在图19的情况下它们定位于粘合剂珠302c之外。也存在其他许多情况的示例。具有可变焦距的光学设备可任选地具有更多的互连螺柱(这些螺柱可以位于技术性叠堆的任何水平面)。

在现有技术中，存在若干种对位于相机中的具有可变焦距的设备进行电连接的方式。

第一种方法包括，将互连件206插入到光学块20中，如图20a(晶片级组件)和20b(传统组件)所示。已知解决方案的示例是基于导电粘合剂的解决方案(例如，相机中制有通孔，并且通孔中填充有导电材料，诸如载有银的粘合剂或载有铜的油墨)。还可以使用刚性元件，诸如“pogo^tm销”型金属弹簧或金属棒。

所得的互连件将具有可变焦距的设备连接到图像传感器或相机的基板，所述基板本身连接到外部(例如，移动电话的母板)上。借助这些互连件，可以将电驱动电压施加到具有可变焦距的设备上。

第二种方法包括将互连件从光学块中取出，如例如在图21所示。在这种情况下，提供附加基板207(有利地提供fpc型柔性基板(“柔性印刷电路”)，并将具有可变焦距的设备附接至该基板(未在图中示出))。在这种情况下，互连件是在基板207上具有迹线的导电迹线208(对于由聚酯或聚酰亚胺制成的fpc来说，典型地为例如铜)。然后将该基板沿着安装座22放置，以便使相机的尺寸最小化，然后通过常规技术(连接器适配、局部焊接...)将该基板连接到相机的基板11。

图22a和图22b涉及晶片级组件。复制相机光学块中制造的两个电互连件206，以形成具有可变焦距的光学设备的两个应力结构211。这两个额外的结构211不能实现任何电学功能，而是仅具有机械应力功能。

根据此类方法，有必要确保光学mems在旨在改变mems的初始光强度的整个应力范围上的电连接。

将应力结构和电触点螺栓放置在具有可变焦距的光学设备的一个或多个拐角处是有利的。事实上，由于采用了晶片级制造和切割方式，透镜的几何形状经常呈圆形，而具有可变焦距的光学设备呈矩形或正方形形状，这导致拐角处的区域从光学视角来看是无效的。因此，这些区域用于集成这些元件，并且使对具有可变焦距的光学设备的尺寸的影响最小化，并且因此使对于相机的影响最小化(参见图23)。

将触点螺柱小心地放置在具有可变焦距的光学设备上，可以将应力结构的作用引导到电互连件。事实上，将电触点螺柱放置在具有可变焦距的光学设备的对应力敏感的区域中，能够同时执行具有可变焦距的光学设备的电互连和机械应力(参见图24a-图24c)。

(例如，通过增加其厚度)构造具有可变焦距的光学设备的电触点，或添加参与互连的结构例如诸如螺柱凸块(由导电聚合物或金属诸如金制成)，螺柱和应力结构可以随后形成仅一个且同一个元件。

通过将所述功能(电连接和机械应力)组合起来，可以优化所述结构的数量，并减小相机的尺寸。图25示出了执行诸如上述螺纹/内螺纹系统的组件的示例。在基板302b中，具有可变焦距的光学设备具有凹槽3020，以用于施加永久机械应力。两个互连螺柱305布置在该凹槽3020的基部。两个互连结构206延伸穿过光学块，并且与此同时，确保与互连螺柱305的电接触，并且对具有可变焦距的光学设备施加机械应力。

图22b和图25所示的对应于晶片级组件技术的示例，也可以类似地用于传统组件技术，如图26和图27分别所示。互连和/或应力结构可任选地穿过安装座和/或所有透镜(在非光学区域中)。

用于在具有可变焦距的光学设备上施加应力的螺纹/内螺纹系统必须与具有可变焦距的光学设备的互连相关的要求相容。大多数时候，由于基板或图像传感器上的电接触部位于精确的位置，因此具有可变焦距的光学设备的接触部必定在面向所提供的互连的确定位置。在这种情况下，可能需要防止具有可变焦距的光学设备发生任何旋转，并且仅施加平移运动。图28a至图28c示出了此类实施方案。具有可变焦距30的光学设备被接收在工件24的凹口241中，该工件具有与罩23的内螺纹230配合的螺纹240。凹口241的形状与具有可变焦距30的光学设备的形状互补(但不具有旋转对称性)，因此当罩23被旋拧到工件24上时能够防止具有可变焦距的光学设备发生任何旋转。具有可变焦距的光学设备的互连螺柱305布置在面向膜的锚定区域的基板302b上。当罩23被旋拧到工件24上时，具有可变焦距的光学设备被压缩，从而对基板302b上的互连螺柱305造成机械应力。

最后，图29a和图29b示出了常规的组装模式，其中具有可变焦距的光学设备的电连接布置在光学块的外部。在该实施例中，在组装之前，将螺柱凸块305置于具有可变焦距的光学设备上。此处的这些螺柱凸块在具有可变焦距的光学设备的电连接中起作用，而且在其初始光强度的调节中起作用。在该实施例中，螺柱凸块位于具有可变焦距的光学设备上，但它们也可位于面向具有可变焦距的光学设备的接触螺柱的附加基板207上。

当然，可以存在多种多样的实施方案，本发明并不限于所示出的具体示例。