[发明专利]基于压电的微机电透镜致动系统

说明书

一项或多项相关专利申请的引用

本申请要求以新南创新公司(NewSouth Innovations Pty Limited)的名义于2010年7月5日提交的名为“基于压电的微机械透镜致动系统(Piezo-electric based micro-mechanical lens actuation system)”的编号2010902976的澳大利亚专利申请早期提交日期的权益，由此通过引用以充分列举的方式整体结合在此。

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：