[发明专利]一种基于PDMS薄膜的全固态可变焦静电驱动式微透镜

说明书

本发明涉及光学技术领域和MEMS领域，具体为一种基于PDMS薄膜的全固态可变焦静电驱动式微透镜，其结构为：柔性聚合物放置在两层不同厚度的玻璃层中间。两片环形电极致动器分别连接在与聚合物相连的玻璃薄膜的下底面，支撑玻璃的上底面。当给电极施加电压时，电极之间产生的库仑力会迫使玻璃薄膜弯曲，从而使整体形成透镜结构，不同的电压会使得玻璃薄膜有不同的弯曲曲率，从而使得微透镜的焦距发生改变。微透镜是一种典型的微米级MEMS集成产品，其具有体积小，功耗低，无磁干扰，变焦范围广以及响应快速等优点。

技术领域

本发明涉及光学技术元件领域和MEMS领域，具体是一种基于PDMS薄膜的全固态可变焦静电驱动式微透镜。

背景技术

近年来，随着信息技术的发展，基于微透镜的摄像头的性能研究就成为了当前信息领域的研究热点。传统的摄像系统是控制透镜的焦距不变，而利用音圈马达调节透镜间的相对位置来实现变焦，使整体光学结构所占空间较大。因此，传统的微透镜存在结构复杂、机械磨损严重、能耗高、电磁干扰、响应时间长等缺点，且不利于微型化。当前，国内外的专家和学者已经开始探索可以改变透镜自身焦距的微透镜。

在目前所报道的可变焦微透镜中，可变焦微透镜是通过一种或多种外加可调控物理量（如力、热、电等）来改变微透镜的表面形状和折射率分布，从而实现其焦距的变化。对于表面形状调控方法，通常采用液体作为微透镜的主体结构，利用压力、电湿润、热形变等效应来改变微透镜的表面曲率，从而实现对透镜焦距的控制。液体可变焦微透镜有变焦范围广的优点，但是它容易漏液，容易受重力影响且其使用磁驱动时会产生电磁干扰，响应速度慢，体积比较大，驱动电压过高。对于折射率的调控方法，可调液晶微透镜就是这种类型中的典型代表，它将透镜置于液晶氛围中，通过改变施加的电压来调节液晶的折射率，从而实现对透镜焦距的控制。这种微型透镜易于实现阵列化，但焦距调控精度不够高，并且由于液晶在电场中的非均匀性会造成较大的光学失真。

发明内容

本发明提供了一种基于PDMS薄膜的全固态可变焦静电驱动式微透镜，微透镜具有体积小，结构简单，功耗低，无磁干扰，调焦范围广等优点，改善了传统微透镜不能变焦或变焦范围小这一缺陷，也解决了目前可变焦液体透镜存在的漏液和电磁干扰等问题。

本发明是采用如下的技术方案实现的：一种基于PDMS薄膜的全固态可变焦静电驱动式微透镜，包括2片环形电极、玻璃薄膜、柔性聚合物和支撑玻璃，其中一片环形电极连接在玻璃薄膜的下底面，另一片环形电极连接在支撑玻璃的上底面，柔性聚合物的上端面和下端面分别连接在玻璃薄膜的下底面和支撑玻璃的上底面，柔性聚合物的上端和下端分别位于上下环形电极的环内，上下环形电极的环面相对。当给两个环形电极施加正负相反电压时，环形电极受到了库仑力的作用，两个环形电极相互吸引，从而带动玻璃薄膜四周和柔性聚合物PDMS变形。此时的玻璃薄膜的四周朝下变形，中间位置不变形（相当于中间部位凸起），支撑玻璃没有发生形变相当于一个平凸透镜。

上述的一种基于PDMS薄膜的全固态可变焦静电驱动式微透镜，微透镜变焦由静电驱动，通过控制所加电压的大小控制微透镜的焦距。

上述的一种基于PDMS薄膜的全固态可变焦静电驱动式微透镜，玻璃薄膜是二氧化硅玻璃薄膜，玻璃薄膜的透光率好，拥有良好的弹性形变，玻璃薄膜的厚度可以为50-200 um，玻璃薄膜的硬度要比柔性聚合物的大，即当不施加电压时，玻璃薄膜恢复到原来的位置。

上述的一种基于PDMS薄膜的全固态可变焦静电驱动式微透镜，柔性聚合物是微透镜的透镜体，其材料可以是聚合物凝胶、橡胶、线性分支聚合物或低聚合物油，它必须拥有永久弹性、低杨氏模量、化学稳定性、全透明性等性能。

上述的一种基于PDMS薄膜的全固态可变焦静电驱动式微透镜，制作柔性聚合物的材料是PDMS溶液，PDMS溶液属于聚合物凝胶，PDMS溶液是由道康宁SYLRARD184的A溶液和B溶液以20：1重量比混合的溶液。