基于压电驱动的全固态可变焦微透镜结构设计与仿真研究

发布时间：2021-07-25 12:47

　　传统的光学透镜通过音圈马达（VCM）驱动,焦距不可调且结构复杂、存在电磁干扰;当前研究的热点是液体微透镜,可通过改变微透镜表面的曲率半径实现变焦,但存在漏液、重力效应等问题。本文设计了一种基于压电驱动的固体可变焦微透镜,通过采用压电陶瓷-玻璃薄膜-压电陶瓷三层式结构的压电驱动器间接驱动柔性微透镜介质PDMS（聚二甲基硅氧烷）薄膜,使其产生相应的弯曲来达到调焦的目的,具有体积小、可变焦范围广、无漏液和重力效应、无电磁干扰等优势引起了人们的广泛关注。利用COMSOL仿真软件研究了不同压电驱动结构对微透镜性能的影响,确定了微透镜各组件的最佳结构参数,探讨了不同驱动电压下微透镜的形变量和焦距,为高可靠微透镜的设计提供了新颖的解决方案。 

【文章来源】：电子器件. 2020,43(05)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

人眼及弹性聚合物变焦原理示意图

传统透镜的变焦一般为电磁驱动,其虽然响应速度快、易于控制,但容易受到电磁干扰,长期使用机械损耗严重。压电驱动不仅具备响应速度快、易于控制等优点,且不存在电磁干扰和机械磨损等问题。因此,采用压电驱动使玻璃薄膜和弹性聚合物发生形变,进而改变透镜表面的曲率半径来达到改变焦距,可以达到体积小、功耗低、造价低、易于制作和集成的效果。图2为依据透镜形变原理设计出的固体可变焦微透镜。如图2(a)所示,聚合物PDMS置于玻璃薄膜和支撑玻璃之间,压电元件分别置于玻璃薄膜上下表面,支撑玻璃用于支撑整个透镜组件。如图2(b)和2(c)所示,通过给压电元件施加不同方向的电压来驱动玻璃薄膜发生形变,进而带动PDMS聚合物发生相应的形变(玻璃薄膜的硬度高于PDMS聚合物的硬度)。通过调整施加电压方向,驱动玻璃薄膜发生不同的弯曲变形,形成平凸(凹)透镜。通过调整驱动电压大小,使得透镜焦距发生改变。图3 不同结构的压电陶瓷驱动微透镜时形变量的对比

不同结构的压电陶瓷驱动微透镜时形变量的对比

【参考文献】：
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本文编号：3302059