CN113467072A - 可变焦距光学元件 - Google Patents
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Abstract
一种可变焦距光学元件。可变焦距光学元件包括第一基板、承载层、压电薄膜、驱动电极以及透光层。第一基板具有相对的第一表面与第二表面。承载层位于第一基板的第一表面上且具有贯穿承载层的光通区域。承载层具有凸伸结构，凸伸结构围成光通区域，其中凸伸结构在光通区域的径向方向上自第一基板的第一表面向光通区域的中心延伸。压电薄膜位于承载层上。驱动电极位于承载层上，用于驱动压电薄膜，其中驱动电极施加驱动电压至压电薄膜，以使压电薄膜产生伸缩形变并拉动凸伸结构弯曲形变。透光层，重叠设置于凸伸结构，且透光层覆盖光通区域。本发明的可变焦距光学元件通过透光层弯曲形变，使得此光学元件上表面产生曲率变化而达到变焦效果。
Description
【技术领域】
本发明是有关于一种光学元件，且特别是有关于一种可变焦距光学元件。
【背景技术】
具有变焦能力的光学元件已多元应用于各式光学系统中，如具自动对焦的成像光学、适应性光学系统、光开关、虚拟现实(Virtual Reality,VR)或增强现实(AugmentedReality,AR)穿戴显示设备等。常见的变焦光学元件依其原理主要可区分为两类，第一类的变焦光学元件为利用透镜间光轴方向相对距离变化来达到变焦的功能，第二类的变焦光学元件为具有可变形(Deformable)的光学透镜。
具体而言，第一类的变焦光学元件至少有一透镜需外加线性驱动装置，以使透镜相对距离变化来达成光学变焦的目的。因此，会有体积较大、精度控制难度较高、驱动噪音等缺点。另一方面，第二类的变焦光学元件因采用可变形的光学透镜，无需线性驱动单元；具有体积小、精度高、响应快、无声动作等优点。在具有可变形光学透镜的光学变焦元件中，以压电效应驱动的变焦光学元件具有高达数十千赫兹(kHz)以上的响应速率，且可利用制作微机电系统(Micro Electro Mechanical System,MEMS)的制程制作，可将光学变焦元件的结构更进一步微型化与大量生产，因此具有广泛的商业应用性。
“背景技术”段落只是用来帮助了解本发明内容，因此在“背景技术”段落所公开的内容可能包含一些没有构成所属技术领域中普通技术人员知道的已知技术。在“背景技术”段落所公开的内容，不代表该内容或者本发明一个或多个实施例所要解决的问题，在本发明申请前已被所属技术领域中普通技术人员所知晓或认知。
【发明内容】
本发明提供一种可变焦距光学元件，其制程简易且具有稳定的光学特性。
本发明的其他目的和优点可以从本发明所公开的技术特征中得到进一步的了解。
为实现上述之一或部分或全部目的或是其他目的，本发明的一实施例提出一种可变焦距光学元件。可变焦距光学元件包括第一基板、承载层、压电薄膜、驱动电极以及透光层。第一基板具有相对的第一表面与第二表面，第一基板具有第一腔体，其中第一腔体贯穿第一表面与第二表面。承载层位于第一基板的第一表面上且具有贯穿承载层的光通区域，承载层具有凸伸结构，凸伸结构围成光通区域，其中凸伸结构在光通区域的径向方向上自第一基板的第一表面向光通区域的中心延伸。压电薄膜位于承载层上。驱动电极位于承载层上，用于驱动压电薄膜，其中驱动电极施加驱动电压至压电薄膜，以使压电薄膜产生伸缩形变并拉动凸伸结构弯曲形变。透光层，重叠设置于凸伸结构，且透光层覆盖光通区域。
基于上述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本发明的实施例中，可变焦距光学元件可采用预定的驱动电压施加至压电薄膜，以使压电薄膜产生应力变形，进而带动承载层的凸伸结构以及透光层产生形变。并且，承载层可应用绝缘层上覆硅的制程技术来制作，而可与现有制程技术整合，制作简易。此外，可变焦距光学元件通过弹性系数相对较小的弹性膜的设置，而使位于光通区域内的压电薄膜在不同环境条件下仍能在施加驱动电压时保持近似于球面的形状，而有效维持可变焦距光学元件的光学质量。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
【附图说明】
图1A是依照本发明的实施例的一种可变焦距光学元件的剖视示意图。
图1B是图1A的可变焦距光学元件的俯视示意图。
图2A是图1A的可变焦距光学元件被施加驱动电压而变形的剖视示意图。
图2B至图2E是图2A的可变焦距光学元件被施加不同驱动电压时的曲率半径与理想曲率半径的数据对照图。
图2F是图2A的压电薄膜变形量与驱动电压的仿真数据关系图。
图3是依照本发明的实施例的另一种可变焦距光学元件的俯视示意图。
图4至图6是依照本发明的实施例的不同可变焦距光学元件的剖视示意图。
【符号说明】
100、300、400、500、700：可变焦距光学元件
110：第一基板
111：第一表面
112：第二表面
113：第一腔体
120、320、420：压电薄膜
120a：外表面
120b：内表面
130：光学液体
140、440、540：承载层
150、350：驱动电极
151：第一驱动电极
152：第二驱动电极
160、460、560、760：透光层
170：第二基板
171：第二腔体
180：弹性膜
AP：辅助压电薄膜
CH：圆柱状腔体
CA：光通区域
CE1、CE2：圆弧状电极
CR：圆环区域
PS：凸伸结构
R：径向方向
IL1：第一绝缘层
IL2：第二绝缘层
WF：晶圆层
【具体实施方式】
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合附图的一较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明。
图1A是依照本发明的实施例的一种可变焦距光学元件的剖视示意图。图1B是图1A的可变焦距光学元件的俯视示意图。请参照图1A，本实施例的可变焦距光学元件100包括第一基板110、压电薄膜120、光学液体130、承载层140、驱动电极150、透光层160、第二基板170以及弹性膜180。应注意的是，为了凸显本发明的重要技术特征，附图仅表示示意图，并非以比例来绘制。在本实施例中，第一基板110的材质例如为硅(Silicon)，但本发明并不局限于此。在本实施例中，压电薄膜120为透光材质，例如可为单晶(single crystal)材料的压电薄膜，但本发明并不局限于此，在其他实施例中，压电薄膜120可为非透光材料。在本实施例中，光学液体130的材料为此技术领域人员公知的透光材料，在此即不赘述。透光层160的材质例如包含有机分子材料、高分子材料或玻璃(氧化硅)的透明材料，第二基板170的材质例如为玻璃，弹性膜180的材质例如为聚对二甲苯(Parylene)或聚二甲硅氧烷(Polydimethylsiloxane,PDMS)，但本发明并不局限于此。
具体而言，如图1A所示，在本实施例中，第一基板110具有相对的第一表面111与第二表面112，且第一基板110具有第一腔体113，例如第一腔体113位于第一基板110的中央处，其中第一腔体113贯穿第一表面111与第二表面112。此外，在本实施例中，第二基板170位于第一基板110的第二表面112上，其中第二基板170具有至少一第二腔体171。举例而言，如图1A与图1B所示，在本实施例中，至少一第二腔体171包含多个圆柱状腔体CH，其中至少一第二腔体171与第一基板110的第一腔体113连通，但本发明并不局限于此。在其他的实施例中，第二腔体171可为三角柱、四角柱或其他外型的腔体，本发明不特别限制。
进一步而言，如图1A所示，在本实施例中，光学液体130适于填满第一腔体113，且光学液体130亦会填满至少一第二腔体171。在本实施例中，第二基板170位于弹性膜180与第一基板110的第二表面112之间，弹性膜180覆盖第二基板170与至少一第二腔体171，以密封光学液体130。另一方面，透光层160位于第一基板110的第一表面111上，而填满第一腔体113与第二腔体171的光学液体130会直接接触透光层160与弹性膜180。
另一方面，如图1A所示，在本实施例中，承载层140位于第一基板110的第一表面111上。更具体而言，如图1A所示，在本实施例中，承载层140包括第一绝缘层IL1、第二绝缘层IL2以及晶圆层WF。第二绝缘层IL2与第一绝缘层IL1重叠设置。晶圆层WF位于第一绝缘层IL1与第二绝缘层IL2之间。举例而言，在本实施例中，晶圆层WF的材质例如为硅(Silicon)，第一绝缘层IL1与第二绝缘层IL2的材质例如为硅氧化物。如此，承载层140可应用绝缘层上覆硅(Silicon-on-Insulator；SOI)的制程技术来制作，而可与现有制程技术整合，制作简易。
如图1A所示，在本实施例中，承载层140具有贯穿承载层140的光通区域CA。进一步而言，承载层140具有凸伸结构PS，凸伸结构PS围成光通区域CA，其中凸伸结构PS在光通区域CA的径向方向R上自第一基板110的第一表面111向光通区域CA的中心延伸，意即，承载层140完全覆盖第一基板110的第一表面111并向光通区域CA的中心延伸，延伸的部分即为凸伸结构PS。换句话说，光通区域CA在第一基板110的投影面积小于第一腔体113在第一基板110的投影面积。特别说明的是，在本实施例中，承载层140的凸伸结构PS由晶圆层WF及第一绝缘层IL1所组成(意即，第二绝缘层IL2的边界与第一基板110的边界相同)，但本发明并不局限于此。在其他实施例中，承载层140可为单一层结构，承载层140向光通区域CA的中心延伸而形成凸伸结构PS，承载层140可例如为绝缘层或半导体层。
如图1A所示，压电薄膜120位于承载层140上，其中压电薄膜120设置于第一绝缘层IL1上，且透光层160位于压电薄膜120上。但本发明并不局限于此，在其他实施例中，也可将透光层160设置于压电薄膜120与承载层140之间，或是通过其他的叠构方式来形成压电薄膜120与透光层160。压电薄膜120具有开孔区域，且开孔区域的边界与光通区域CA的边界相同，但本发明并不局限于此。在其他实施例中，压电薄膜120的开孔区域在第一基板110的投影面积可大于或等于光通区域CA在第一基板110的投影面积。如图1A所示，在本实施例中，透光层160重叠设置于压电薄膜120与承载层140的凸伸结构PS上，且透光层160覆盖光通区域CA。
更具体而言，如图1B所示，在本实施例中，透光层160在第一基板110上的投影范围会完全覆盖光通区域CA，而光通区域CA在第一基板110的投影区域与第一腔体113重叠。此外，如图1B所示，在本实施例中，第一腔体113在第一基板110上的投影范围与至少一第二腔体171在第一基板110上的投影范围至少部分重叠。特别说明的是，第二腔体117在第一基板110上的投影范围与光通区域CA在第一基板110上的投影范围不会重叠，如此可以确保第二腔体117的设置不会影响光线通过光通区域CA的光学表现。
接着，请继续参照图1A与图1B，在本实施例中，驱动电极150位于承载层140上，用于驱动压电薄膜120。举例而言，如图1A所示，在本实施例中，压电薄膜120分别被对应的驱动电极150夹持。这些驱动电极150包括第一驱动电极151与第二驱动电极152，其中第一驱动电极151、压电薄膜120、第二驱动电极152自下而上依序相叠于承载层140上。更详细而言，如图1A所示，在本实施例中，压电薄膜120具有相对的外表面120a与内表面120b，其中外表面120a面向透光层160，内表面120b面向承载层140。第一驱动电极151位于承载层140与压电薄膜120的内表面120b之间。第二驱动电极152位于压电薄膜120的外表面120a与透光层160之间。举例而言，第一驱动电极151与第二驱动电极152的材质分别可为铂与金。并且，如图1B所示，驱动电极150的形状为环状，而驱动电极150环绕光通区域CA。
如此，当驱动电极150施加驱动电压至压电薄膜120，压电薄膜120受电场会产生压缩或拉伸形变(例如压电薄膜120在平行于第一基板110的方向上被压缩或拉伸)，拉动凸伸结构PS变曲形变(例如凸伸结构PS往平行于第一基板110的法线方向上弯曲)，并带动透光层160产生形变，而达到光学变焦的目的。在本实施例中，压电薄膜120受电场影响而产生形变，使得承载层140的凸伸结构PS与透光层160皆会受力变形，且因承载层140的凸伸结构PS的弹性系数较大，可增强弹性系数较小的透光层160的结构强度。因此随着电场变化，透光层160可远离第一腔体113或者朝向第一腔体113弯曲而形成凸状球面或凹状球面的形变，达到变焦的目的。
另一方面，在本实施例中，弹性膜180的弹性系数小于透光层160的弹性系数。如此，可通过弹性系数相对较小的弹性膜180的设置，而能吸收透光层160变形时的体积变化量，进而使位于光通区域CA内的透光层160在压电薄膜120被施加驱动电压时仍能保持近似于球面的形状，而有效维持可变焦距光学元件100的光学质量。
举例而言，在本实施例中，第一基板110、透光层160、第二基板170以及弹性膜180的长度跟宽度皆约为3-13毫米(mm)，而第一基板110、透光层160、第二基板170以及弹性膜180的厚度分别约为10微米、25微米、300微米以及10微米。第一腔体113的直径约为4毫米，第二腔体171的直径约为1.8毫米。应注意的是，此处的数值范围皆仅是作为例示说明之用，其并非用以限定本发明。
另一方面，在本实施例中，驱动电极150的外径约为2-10毫米，内径约为0.5-6毫米，光通区域CA的直径约为0.5-6毫米，而承载层140的凸伸结构PS的尺寸约为0.5-4毫米。特别说明的是，依据凸伸结构PS尺寸的变化，弹性系数亦有所差异，透光层160凸起幅度也会有所变异。如此，当驱动电极150施加适当的驱动电压至压电薄膜120时，压电薄膜120所产生伸缩形变的拉力将可使凸伸结构PS以及透光层160所产生的形变维持在所需的范围内。如此一来，在上述配置下，通过光学液体130、压电薄膜120、承载层140的凸伸结构PS以及透光层160的应变作用，可变焦距光学元件100可对光通区域CA内的透光层160的曲率半径进行调变，进而达到改变焦距的功效。以下将搭配图2A至图2F，对此进行进一步地解说。
图2A是图1A的可变焦距光学元件100被施加驱动电压的剖视示意图。具体而言，如图2A所示，压电薄膜120被施加驱动电压，进而带动透光层160产生形变，而承载层140、压电薄膜120、驱动电极150及透光层160可共同围成可变焦腔体，且可变焦腔体与第一腔体113连通。特别说明的是，由于压电薄膜120及驱动电极150的厚度可远小于承载层140的厚度，因此光通区域CA及透光层160围成的区域亦可直接视为可变焦腔体，另外第一腔体113的范围会因承载层140的变形而改变，但可变焦腔体仍维持与第一腔体113连通。在本实施例中，当透光层160产生形变时，由于第一腔体113、第二腔体171与可变焦腔体围成一密封空间，填满在上述腔体内的光学液体130的体积会保持恒定，因此光学液体130会在第一腔体113、第二腔体171与可变焦腔体内流动，由于弹性膜180的弹性系数远小于透光层160，因此能调配透光层160变形时的容积变化，而此时覆盖于第二基板170的第二腔体171的弹性膜180亦会随之变形，而可使光学液体130可顺利地流动，而不会引起不需要的形变，换句话说，若无设置弹性膜180，则将影响透光层160的变形量，而通过弹性膜180的设置，透光层160的表面的形状变形量能符合预期的变形而维持可变焦距光学元件100的光学质量。如此，通过弹性系数相对较小的弹性膜180的设置，即可使位于光通区域CA内的透光层160在施加驱动电压时仍能保持近似于球面的形状，而有效维持可变焦距光学元件100的光学质量。
图2B至图2E是图1A的可变焦距光学元件100被施加不同驱动电压时的曲率半径与理想曲率半径的数据对照图。图2F是图2A的压电薄膜120变形量与驱动电压的仿真数据关系图。具体而言，在本实施例中，当驱动电极150施加一定的驱动电压时，透光层160所产生形变的数据经由仿真分析后，结果如图2B至图2E所示。
详细而言，如图2B至图2E所示，在本实施例中，通过正、负电压的改变可让可变焦距光学元件100的压电薄膜120以及透光层160形变的方向改变，详细的说，就是可变焦距光学元件100的透光层160形变的方向可远离第一腔体113或者朝向第一腔体113弯曲。并且，通过电压的大小的改变，可让可变焦距光学元件100的压电薄膜120所带动的透光层160的变形量改变。如图2B所示，在驱动电压为+10V时，可变焦距光学元件100的中心弧矢的最大变形量(亦即透光层160的最大变形量)为+5.2微米，如图2C所示，在驱动电压为+5V时，可变焦距光学元件100的中心弧矢的最大变形量为+3.0微米，并且如图2B至图2C所示，可变焦距光学元件100的形变的方向远离第一腔体113而弯曲。另一方面，如图2D所示，在驱动电压为-5V时，可变焦距光学元件100的中心弧矢的最大变形量为-4.5微米，如图2E所示，在驱动电压为-10V时，可变焦距光学元件100的中心弧矢的最大变形量为-12微米，并且如图2D至图2E所示，可变焦距光学元件100的形变的方向朝向第一腔体113弯曲。
并且，如图2B至图2E所示，可变焦距光学元件100的透光层160与理想的球面轮廓十分接近。换言之，通过光学液体130、压电薄膜120、承载层140的凸伸结构PS以及透光层160的应变作用，可变焦距光学元件100的透光层160的曲率半径接近理想值，可有效减少球面像差，而有效维持可变焦距光学元件100的光学质量。
进一步而言，如图2F所示，在本实施例中，以预定的驱动电压施加至压电薄膜120，即能有效使压电薄膜120产生不同的伸缩应力变形。举例而言，在本实施例中，驱动电压的范围可介于0至50伏特，通过调变电压能有效让压电薄膜120产生所需要的变形。应注意的是，此处的数值范围皆仅是作为例示说明，其并非用以限定本发明。举例而言，依据不同的压电材质及结构尺寸设计，在其他的实施例中，驱动电压的范围较佳也可为大于30伏特、-25至25伏特或-50至50伏特等值，而可使可变焦距光学元件100达到所期望的焦距值，本发明并不局限于此。
如此一来，本实施例的可变焦距光学元件100以预定的驱动电压施加至压电薄膜120，以使压电薄膜120产生伸缩应力变形，进而带动承载层140的凸伸结构PS弯曲形变以及透光层160产生形变。并且，承载层140可应用绝缘层上覆硅(Silicon-on-Insulator；SOI)的制程技术来制作，而可与现有制程技术整合，制作简易。
另一方面，通过弹性膜180的设置，可在充填光学液体130时具有较大的体积容差值，换言之，当采用弹性膜180的设置时，则可完全吸收光学液填充所造成的体积误差，以消除屈亮度的误差。如此，通过弹性膜180的设置，透光层160就不会在未施加驱动电压时就产生形变。
图3是依照本发明的另一种可变焦距光学元件的实施例的俯视示意图。请参照图3，本实施例的可变焦距光学元件300与图1A的可变焦距光学元件100类似，而两者的差异如下所述。如图3所示，可变焦距光学元件300的驱动电极350包含多个圆弧状电极CE1、CE2，这些圆弧状电极CE1、CE2排列在圆环区域CR上，圆环区域CR环绕光通区域CA，且任一圆弧状电极CE1、CE2的驱动电压的极性方向与相邻的这些圆弧状电极CE1、CE2所施加的驱动电压的极性方向相反。举例来说，这些圆弧状电极CE1、CE2交错排列在圆环区域CR上，且任一圆弧状电极CE1的驱动电压的极性方向与相邻的圆弧状电极CE2所施加的驱动电压的极性方向相反，亦即任一圆弧状电极CE2的驱动电压的极性方向与相邻的圆弧状电极CE1所施加的驱动电压的极性方向相反。如此，可变焦距光学元件300的驱动电极350可适用于驱动不具有自发极性的压电薄膜320，而可使压电薄膜320的极性在被初始化后，可搭配具有特定的驱动电压方向的圆弧状电极CE1、CE2，来进一步产生形变。如此，在本实施例中，可变焦距光学元件300亦可通过正、负电压的改变可让压电薄膜320伸缩变形而影响承载层140形变的方向改变。详细的说，就是承载层140形变的方向可远离第一腔体113或者朝向第一腔体113弯曲，进而带动透光层160形成凸状球面或凹状球面。
如此一来，本实施例的可变焦距光学元件300亦可采用预定的驱动电压施加至压电薄膜320，以使压电薄膜320产生伸缩应力变形，进而带动承载层140的凸伸结构PS以及透光层160产生形变。
图4是依照本发明的另一种可变焦距光学元件的实施例的剖视示意图。请参照图4，本实施例的可变焦距光学元件400与图1A的可变焦距光学元件100类似，而两者的差异如下所述。如图4所示，在本实施例中，透光层460设置于压电薄膜420与承载层440之间。举例来说，透光层460可由图1A的第一绝缘层IL1形成，其材质为硅氧化物且具有透光性，而承载层440则仅包括第二绝缘层IL2以及晶圆层WF。具体而言，如图4所示，在本实施例中，透光层460(第一绝缘层IL1)叠设于晶圆层WF上，且晶圆层WF位于第二绝缘层IL2与透光层460之间。如此，承载层440与透光层460的制作可应用绝缘层上覆硅(Silicon-on-Insulator；SOI)的制程技术来制作，而可与现有制程技术整合，制作简易，但本发明并不局限于此。在其他的实施例中，承载层440同样仅包括第二绝缘层IL2以及晶圆层WF，第二绝缘层IL2位于第一基板110与晶圆层WF之间，透光层460位于晶圆层WF与压电薄膜420之间，且压电薄膜420覆盖光通区域CA，其材料可选择性地包含高分子材料或玻璃。此外，如图4所示，在本实施例中，压电薄膜420可选择性地覆盖光通区域CA。
如此，本实施例的可变焦距光学元件400亦可采用预定的驱动电压施加至压电薄膜420，以使压电薄膜420产生伸缩应力变形，进而带动承载层440的凸伸结构PS以及透光层460产生形变。在本实施例中，由于可变焦距光学元件400与可变焦距光学元件100具有类似的结构，因此可变焦距光学元件400具有可变焦距光学元件100所提及的优点，在此亦不再赘述。
图5是依照本发明的另一种可变焦距光学元件的实施例的剖视示意图。请参照图5，本实施例的可变焦距光学元件500与图1A的可变焦距光学元件100类似，而两者的差异如下所述。如图5所示，在本实施例中，承载层540仅包括第一绝缘层IL1以及晶圆层WF，透光层560可由图1A的第二绝缘层IL2形成，且具有透光性，其材质为为硅氧化物。具体而言，如图5所示，晶圆层WF位于第一绝缘层IL1与透光层560之间，透光层560位于第一基板110与晶圆层WF之间。在本实施例中，可变焦距光学元件100可选择性地更包括辅助压电薄膜AP，辅助压电薄膜AP设置于透光层560上，且可选择性地仅覆盖通光区域，以提高透光层560的稳定性，并且辅助压电薄膜AP不会因驱动电压而产生伸缩应力变形。
在本实施例中，由于可变焦距光学元件500与可变焦距光学元件100具有类似的结构，因此可变焦距光学元件500具有可变焦距光学元件100所提及的优点，在此亦不再赘述。
图6是依照本发明的另一种可变焦距光学元件的实施例的剖视示意图。请参照图6，本实施例的可变焦距光学元件700与图1A的可变焦距光学元件100类似，而两者的差异如下所述。如图6所示，在本实施例中，图1A的承载层即为透光层760，且由绝缘层形成，其材质为硅氧化物或可为玻璃，其中第一基板110与透光层760可为硅玻璃键合的晶圆(SOGwafer)。在本实施例中，可变焦距光学元件700的透光层760中同于图1A的承载层的凸伸结构(承载层)可向光通区域CA的中心延伸并相互连接而不具有贯通承载层的通孔。具体而言，如图6所示，透光层760位于第一基板110与压电薄膜120之间。
如此，本实施例的可变焦距光学元件700亦可采用预定的驱动电压施加至压电薄膜120，以使压电薄膜120产生伸缩应力变形，进而带动透光层760产生形变。在本实施例中，可变焦距光学元件700与可变焦距光学元件100具有类似的压电薄膜伸缩应力变形，因此可变焦距光学元件700具有可变焦距光学元件100所提及的优点，在此亦不再赘述。
综上所述，本发明的实施例至少具有以下其中一个优点或功效。在本发明的实施例中，可变焦距光学元件可采用预定的驱动电压施加至压电薄膜，以使压电薄膜产生伸缩应力变形，进而带动承载层的凸伸结构以及透光层产生弯曲形变。并且，承载层可应用绝缘层上覆硅的制程技术来制作，而可与现有制程技术整合，制作简易。此外，可变焦距光学元件通过弹性系数相对较小的弹性膜的设置，而使位于光通区域内的压电薄膜在不同环境条件下仍能在施加驱动电压时保持近似于球面的形状，而有效维持可变焦距光学元件的光学质量。
只是以上所述内容，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所公开的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用来辅助专利文件搜寻，并非用来限制本发明的权利范围。此外，本说明书或权利要求书中提及的“第一”、“第二”等用语仅用以命名元件(element)的名称或区别不同实施例或范围，而并非用来限制元件数量上的上限或下限。
Claims (12)
1.一种可变焦距光学元件，其特征在于，所述可变焦距光学元件包括第一基板、承载层、压电薄膜、驱动电极和透光层，其中，
所述第一基板具有相对的第一表面与第二表面，所述第一基板具有第一腔体，其中所述第一腔体贯穿所述第一表面与所述第二表面；
所述承载层位于所述第一基板的所述第一表面上且具有贯穿所述承载层的光通区域，所述承载层具有凸伸结构，所述凸伸结构围成所述光通区域，其中所述凸伸结构在所述光通区域的径向方向上自所述第一基板的所述第一表面向所述光通区域的中心延伸；
所述压电薄膜位于所述承载层上；
所述驱动电极位于所述承载层上，用于驱动所述压电薄膜，其中所述驱动电极施加驱动电压至所述压电薄膜，以使所述压电薄膜产生伸缩形变并拉动所述凸伸结构弯曲形变；以及
所述透光层重叠设置于所述凸伸结构，且所述透光层覆盖所述光通区域。
2.根据权利要求1所述的可变焦距光学元件，其特征在于，所述可变焦距光学元件还包括第二基板以及弹性膜，所述第二基板位于所述第一基板的所述第二表面上且具有至少一第二腔体，所述至少一第二腔体与所述第一基板的所述第一腔体连通，以及所述第二基板位于所述弹性膜与所述第一基板之间，所述弹性膜覆盖所述第二基板，且所述弹性膜的弹性系数小于所述透光层的弹性系数。
3.根据权利要求1所述的可变焦距光学元件，其特征在于，所述承载层包括第一绝缘层、第二绝缘层和晶圆层，其中，
所述第二绝缘层与所述第一绝缘层重叠设置；以及
所述晶圆层位于所述第一绝缘层与所述第二绝缘层之间，其中所述压电薄膜设置于所述第一绝缘层上，且所述透光层设置于所述压电薄膜上。
4.根据权利要求1所述的可变焦距光学元件，其特征在于，所述透光层的材料包含高分子材料或玻璃。
5.根据权利要求1所述的可变焦距光学元件，其特征在于，所述透光层为第一绝缘层，所述承载层包括第二绝缘层以及一晶圆层，所述第一绝缘层叠设于所述晶圆层上，且所述晶圆层位于所述第二绝缘层与所述透光层之间。
6.根据权利要求1所述的可变焦距光学元件，其特征在于，所述承载层包括第一绝缘层以及晶圆层，所述透光层为第二绝缘层，所述晶圆层位于所述第一绝缘层与所述透光层之间，所述透光层位于所述第一基板与所述晶圆层之间，其中所述可变焦距光学元件还包括辅助压电薄膜，所述辅助压电薄膜设置于所述透光层上。
7.根据权利要求1所述的可变焦距光学元件，其特征在于，所述承载层包括第二绝缘层以及晶圆层，所述第二绝缘层位于所述第一基板与所述晶圆层之间，所述透光层位于所述晶圆层与所述压电薄膜之间，且所述压电薄膜覆盖所述光通区域，其中所述透光层的材料包含高分子材料或玻璃。
8.根据权利要求1所述的可变焦距光学元件，其特征在于，所述驱动电极的形状为环状，且所述驱动电极环绕所述光通区域。
9.根据权利要求1所述的可变焦距光学元件，其特征在于，所述驱动电极包含多个圆弧状电极，所述多个圆弧状电极排列在一圆环区域上，所述圆环区域环绕所述光通区域，且任一所述圆弧状电极的驱动电压的极性方向与相邻的所述多个圆弧状电极所施加的驱动电压的极性方向相反。
10.根据权利要求9所述的可变焦距光学元件，其特征在于，所述驱动电压的范围介于0至50伏特之间。
11.根据权利要求1所述的可变焦距光学元件，其特征在于，所述压电薄膜具有开孔区域，且所述开孔区域的边界与所述光通区域的边界相同。
12.根据权利要求1所述的可变焦距光学元件，其特征在于，所述可变焦距光学元件还包括光学液体，适于填满所述第一腔体，其中所述透光层直接接触所述光学液体。
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