TWI588533B - 基於微機電的變焦鏡頭系統 - Google Patents

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Description

基於微機電的變焦鏡頭系統
本發明係關於一種變焦鏡頭系統、設備、裝置及構造。特別是，本發明之實施例係關於一種基於微機電(MEMS)的微型變焦鏡頭系統或設備。再者，本發明之實施例係針對電子成像裝置，其包括一種基於微機電的變焦鏡頭系統。
隨著科學和技術的持續快速發展，越來越多的新技術以及相關的產品在各個領域已經成功地在商業市場上，大大地加強/促進人類的生活並且提高生活品質。在通訊的領域上，行動或移動電話也就提供了此技術之一個例子。在其發明之前，人們必須留待於接近固定電話處，以避免遺失重要的來電。隨著手機的發明，這樣的問題就很容易解決。用戶們可以於任何時間保持聯繫，不管他們在哪裡或他們在做什麼，通常不會干擾日常的活動。
最近，在人類生活的標準日益提高及日益增加的技術能力，手機僅提供簡單的音頻功能已不符合市場需求或需要。附加的功能裝置或模組的逐漸開發而有隨之而來的進化，使得手機越來越具多功能性且智慧化。一微型化相機即為此一模組，讓視頻通信和圖像/視頻捕捉功能可以實施的方式。由於其出色的便攜性及強大的功 能性，現今智慧型手機則非常受歡迎且已經成為在日常生活中最不可缺少的裝置之一。今日，每年出口接近20億支行動電話具有數位相機，且附加8百萬個智慧型手機攝影機。除先前所述的智慧型手機，微型化的攝影機也相當廣泛地應用於各種民用或軍用領域，包括用以醫療保健的內視鏡、安全攝影機及用於無人駕駛飛行器(UAVs)及微型飛行器(MAVs)的監控攝影機。有鑑於這個大的市場觀點來看，從研究人員自學術界到產業，在世界各地，都對微型攝像機感到極大的興趣。
基於採取了許多努力而提高微型化數碼攝影機的性能，因而使得其操作更接近於傳統的數位攝影機。在微型數位攝影機開發的早期階段，相關的光學系統被刻意設計成擁有一長的焦點深度。此一光學系統可同時地提供幾乎所有視場中物件之清晰圖像，而不需要一個自動對焦功能。這種處理大大地簡化了系統的配置，但這樣的簡化發生在較低的圖像對比度，與減少或次優圖像的品質作為代價。透過像素增加及提升相應的硬件和軟件與圖像處理，雖然已經實現了更好的圖像和視頻品質，更複雜的功能，例如：自動對焦及變焦，但仍在巨大的需求下等待技術的突破。
不同於其傳統的對應技術，微型化數位攝影機必須滿足關於有限或非常有限的可用空間之尺寸要求。故，習知的自動對焦及變焦機器因為其機器笨重的體積，而不適合微型化數位攝影機。為實現這些功能微型化於數 位攝影機內，因而必須產生一個具有挑戰性的技術問題。
所公開之實施例關於裝置、系統及方法，提供成功的、可靠的和強大的光學變焦功能，實現真正的微型設備。根據本申請的一個觀點，一變焦鏡頭系統包含至少一微機電(MEMS)致動器用以移動或驅動一或多個光學元件；及至少四個微機電驅動光學元件，每一該至少四個微機電驅動光學元件用以使光學信號沿著一光學信號傳導路徑通過。每一該至少四個微機電驅動光學元件包含：至少一任意形態表面、該至少四個微機電驅動光學元件以一成對配置方式定位，使得一第一及一第二微機電驅動光學元件形成一第一對光學元件，以及一第三及一第四微機電驅動光學元件形成一第二對光學元件，每一該至少四個微機電驅動光學元件係於實質橫切於該光學信號傳導路徑之一方向上進行位移，以允許該第一對及第二對光學元件之其一或兩者在光功率上作一改變。
依據本發明之另一實施例，該至少四個微機電驅動光學元件包含：一組可變焦透鏡，例如：一第一可變焦透鏡及一第二可變焦透鏡。該第一可變焦透鏡可關聯或對應於該至少四微機電驅動光學元件之一第一透鏡元件及一第二透鏡元件；而該第二可變焦透鏡可關聯或對 應於該至少四微機電驅動光學元件之一第三透鏡元件及一第四透鏡元件。在不同的實施例中，該第一對的光學元件對應於或大致上類似或類似於或成對配置為一艾爾華芮茲(Alvarez)透鏡或一羅曼(Lohmann)透鏡；而在該第一透鏡元件及該第二透鏡元件之一輔助、配套、推論或對應方式中，該第二對的光學元件對應於或大致上類似或類似於或成對配置為一艾爾華芮茲(Alvarez)透鏡或一羅曼(Lohmann)透鏡。在一實施例中，該第一及該第二對之光學元件之其一或兩者包含：一對應變焦透鏡，其係配置以作為一艾爾華芮茲(Alvarez)或艾爾華芮茲(Alvarez)形式透鏡之一及一羅曼(Lohmann)或羅曼(Lohmann)形式透鏡之一。在另一實施例中，該第一及該第二對光學元件之其一或兩者包含：一對應可變焦透鏡，而其中該可變焦透鏡包含之鏡面乃關聯於一高於三階之多項式。
該至少四個微機電驅動光學元件係用以提供具有每一光變焦及自動對焦功能之該微機電變焦鏡頭系統。光學變焦功能係透過該第一變焦透鏡之一第一焦距及該第二變焦透鏡之一第二焦距的複合調整所實現，而自動對焦功能係透過該第一變焦透鏡之該第一焦距獨立於該第二變焦透鏡之一調整所實現。本發明之特定實施例中，可實現至少約2倍的光學倍率。該至少四個微機電驅動光學元件可包含：一初始透鏡元件或光學鏡面(如光可以發生於上)及一終端透鏡或光學鏡面(如光可以 由此出)其以一小於約30公釐(mm)之一距離分開，例如：約20公釐。
在本發明之某些實施例中包含：一光圈(如一可變光圈)以限制一定量之光線傳導通過該至少四個微機電驅動光學元件。例如：特定實施例包含一可變光圈裝置於鄰近或接近於該至少四個微機電驅動光學元件之一第一微機電驅動光學元件，使得該光圈可以限制一定量之光線進入該第一微機電驅動光學元件。
在本發明之實施例中也可包含：一組附屬的或輔助的光學元件，其中此類附加之光學元件係為或配置以提供附加光功率或像差校正。依據實施例中的細節，該組附加光學元件可包含：一或多個球面、非球面或任意形態(freeform)表面。在一實施例中，該組附加光學組件基本上固定在實質橫切於該光學信號傳導路徑之位置上。
此外或作為對上述之一種替代方案，本發明之實施例可包含或合併包括：光學元件結構及/或材料特性修飾或變化(如鏡面或厚度輪廓的修飾)，其對應於該第一及/或第二可變焦透鏡，以供減少像差、微型化或對位之目的。例如：一組對位像差函數fi(x,y)可以被映射或合併於特定初始或起始定義艾爾華芮茲(Alvarez)透鏡或羅曼(Lohmann)透鏡任意形態表面之該厚度輪廓，有關於該至少四個微機電驅動光學元件。因此，一或多個可變焦透鏡相對應於該至少四個微機電驅動光學元件 可呈現出基本任意形態、實質任意形態或擬-任意形態表面之一方式以製造像差校正。
依據本發明之一額外的實施例，一微機電變焦鏡頭系統包含：一第一位移設備，用以在實質橫切於該光學信號傳導路徑或光軸之一方向上，相對於該第二微機電驅動光學元件或一第二透鏡元件位移該第一驅動光學位移元件或一第一透鏡元件。一位移設備可包含一透鏡元件載體(例如一平台構件)，其相對於一實質橫切(transverse)於該光軸之位移或轉移軸，係可隨意或大致上隨意地懸掛。例如：該透鏡元件支架可耦合於一懸架設備或構件(如一組可撓性懸架)用以沿著此一位移或轉移軸進行彈性變形。在特定的實施例中，該位移設備包含至少一參考支撐構件；一第一平台，用以承載該第一微機電驅動光學元件；一第一可撓性懸架，耦合於該第一平台及該至少一參考支撐構件之間；一第二平台，用以承載該第二微機電驅動光學元件；及一第二可撓性懸架，耦合於該第二平台及至少一參考支撐構件之間。每一該第一可撓性懸架及該第二可撓性懸架用以在實質橫切於該光學信號傳導路徑之一方向上進行彈性變形。
該位移設備可另包含：一組驅動機構，用以傳送或傳輸一位移作用力至一透鏡元件，而使該透鏡元件可以在實質橫切於該透鏡元件光軸之一方向上被位移。例如，該組驅動機構可包含至少一微機電致動器，用以傳 輸一位移作用力至一平台用以承載一透鏡元件。該組驅動機構另包含一位移放大機構(例如一組可撓性樑)耦合於該平台與一微機電致動器之間。
在本發明之一實施例中，一或多個至少四個微機電驅動光學元件包含：一組定位指標，以允許該一或多個該至少四個微機電驅動光學元件在該變焦鏡頭系統內的對位。
在該發明的其他觀點中，提供一種光學變焦的處理方法，其包括：提供至少四個微機電(MEMS)光學元件係用以使光學信號沿著一光學信號傳導路徑通過，每一該至少四個微機電驅動光學元件包含：至少一任意形態表面；以及，將該至少四個微機電驅動光學元件以一成對配置方式定位，使得一第一及一第二微機電驅動光學元件形成之一第一對光學元件，以及一第三及一第四微機電驅動光學元件形成之一第二對光學元件，其中激活至少一微機電致動器使一或多個該至少四個微機電驅動光學元件在實質橫切於該光學信號傳導路徑之一方向上進行位移，以允許該第一及第二對光學元件之其一或兩者在光功率上作一改變。
該第一對光學元件包含一第一可變焦透鏡，而該第二對光學元件包含一第二可變焦透鏡；且相對於該第二透鏡元件位移該第一透鏡元件，以改變該第一可變焦透鏡之一第一焦距。相對於該第二透鏡元件的位移該第一透鏡元件可改變該第一可變焦透鏡之一第一焦距。經由 同時改變該第一及/或該第二焦距，該微機電之整個焦距可以被操控，而使得一物件之該所得圖像僅藉由在該變焦系統中該透鏡元件的移動而變得清晰。
在一實施例中，當該第二可變焦透鏡之一第二焦距保持不變時，該第一焦距會被改變。這證實該微機電變焦鏡頭系統具有一變焦功能。在其他實施例中，一光學變焦功能係提供透過該第一可變焦透鏡之該第一焦距及該第二可變焦透鏡之該第二焦距之複合調整。該微機電驅動光學元件之至少一種可被一驅動機構所位移包含至少一微機電致動器。再者，該微機電致動器之驅動可被一位移放大機器所放大，例如：一組可撓性樑(flexure beams)。
為減少在該微機電變焦鏡頭系統的光學像差，任何一輔助光學元件及一光學元件修飾功能可能提供及取代該光學信號傳導路徑。該輔助元件可能被固定位置及/或形狀。再者，光學元件修飾功能，像是光學元件結構及/或材料性質修飾或變更，像素校正功能的方式或可被併入該光學元件之厚度輪廓。在其他實施例中，以一可變光圈限制一定量之光線傳導通過該微機電變焦鏡頭系統。
在本發明之再一實施例中，該處理方法另包含：使用一組定位指標調整對位該至少四個微機電驅動光學元件，其中該組定位指標對應於一或多個該微機電驅動光學元件之該任意形態表面之至少一參考軸，該至少一 參考軸橫切於該任意形態表面之一厚度輪廓變異軸，且該對位包含：提供一組對位結構，其係由一可動式微結構組件所承載，及藉由相對於該組對位結構對位於該組定位指標，以在空間上對位一或多個之該微機電驅動光學元件及該可動式微結構組件。
依據本發明之一觀點，一種方法用以製造或製作一微機電變焦鏡頭系統，包含：製作一第一可動式微結構組件作為一整合單元；提供一任意形態表面之一透鏡元件；及建立該任意形態表面相對於該可動式微結構組件之一對位。該整合微結構組件可包含：一大致平坦平台，用以承載一透鏡元件，使得該透鏡元件之一光軸實質垂直於該第一及第二表面；一參考支撐構件；一可撓性懸架，耦合於該平台與該參考支撐構件之間，且沿著橫切於該光軸之一方向上進行彈性變形；及一位移機構(例如其包含一微致動器，且其另可包含一位移放大機構)，用以在該光軸之一方向上，對該平台產生一位移作用力。
該可變式微結構組件可藉由一絕緣層覆矽(SOI)微機械加工程序被製作。在部分實施例，該可動式微結構組件及一透鏡元件於此共同組裝成一整合單元。在某些實施例，該可動式微結構組件及該透鏡元件係製作為分離單元，之後該可動式微結構組件及該透鏡元件被耦合或結合。依據本發明之另一觀點，一種方法可包含：提供一組定位指標對應於一透鏡元件之一任意表面之至 少一軸；提供一組對位構件(例如一繞射光柵及/或其他結構元件)藉由該可動式微結構組件加以承載；及藉由相對於該可動式微結構組件之對位構件來對位該透鏡元件之定位指標，以在空間上對位該第一透鏡元件及該可動式微結構組件。
再者，在一實施例中，一組可變焦透鏡係藉由使具有一任意形態表面之該已對位的第一透鏡元件之第一可動式微結構組件成對配置於一具有一任意形態表面之一已對位第二透鏡元件的實質相似第二可動式微結構組件來加以組裝。在這種成對配置下，該第一透鏡元件之該任意形態表面對應於該第二透鏡元件之該任意形態表面。在這樣一種方式下，該可變焦透鏡之該焦距係藉由移動該第一透鏡元件及該第二透鏡元件相對於彼此加以改變。
其他實施例則提供：利用一複製模製成形(molding)程序製作具有一任意形態表面之一透鏡元件。該複製模製成形程序可包含：使用具有所需的任意形態表面之一主要模具，且此主要模具是透過單點金剛石切削(turning)技術所製作。該透鏡元件由一紫外光可固化之光學黏膠劑所構成。
在本發明之另一觀點中，提供一電子成像裝置。此一電子裝置包含：一光學窗口，具有一橫截面區域橫切於一光軸且用以允許光學信號沿著該光軸傳導至該電子裝置；一微機電(MEMS)變焦鏡頭系統，用以接收沿 著該光軸傳導通過該光學窗口之光學信號，該微機電變焦鏡頭系統包含至少四個微機電驅動光學元件，每一該至少四個微機電驅動光學元件包含至少一任意形態表面，該至少四個微機電驅動光學元件以一成對方式定位，因而由一第一及一第二微機電驅動光學元件形成一第一對光學元件，以及由一第三及一第四微機電驅動光學元件形成一第二對光學元件，每一該至少四個微機電驅動光學元件係在實質橫切於該光學信號傳導路徑之一方向上位移，以允許該第一及第二對光學元件之其一或兩者在光功率上作一改變；以及，一圖像感應器，用以接收沿著該光軸傳導通過該微機電變焦鏡頭系統之光學信號。
在一實施例中，該電子裝置包含或為一個人數位助理、一行動電話、一平板電腦、一行動電話暨平板電腦複合裝置、一膝上型電腦、一桌上型電腦、一電腦監視器、一電視、一網路攝影機、一微型監測相機及一內視鏡。在某些情況下，該光軸是摺疊的，且包含一第一光軸區段及一第二光軸區段，該第二光軸區段係非平行於(例如：摺疊、橫切或實質垂直，相對於)該第一光軸區段。該第一光軸區段及第二光軸區段也可實質相互垂直。
在一實施例中，該微機電變焦鏡頭系統之該功能性基本上不受一重力、一大氣壓力及該微機電變焦鏡頭系統之一物理性移動所影響。在某些實施例中，該第一對 及第二對之光學元件的至少一個以及該圖像感應器係用以允許沿著該光軸相對彼此進行相對移動。
在本申請書中，在此一特定圖式或一參考中，一特定元件數字之一定義元件或重點或使用之描述，所對應描述之材料可謂相同、等同或類似元件或在另一圖式確定的元件數字或與之相關所描述的材料。
在本申請書中，“例示性(exemplary)”一詞是用來表示作為一個例子、例示或說明。任何實施例或設計描述在此作為”例示性”並不需要被詮釋為優於或有利於其他實施例或設計。相反地，“例示性”一詞的使用旨在以具體的方式呈現概念。
除非另有明確規定，在以下的描述中，特定數值或數值範圍之列舉被用以作為特定近似數值或近似值範圍之一列舉。因此，以下所提供之一個特定的數值或數值範圍應被解釋或被定義為一個近似的數值或數值範圍。
如本文所使用，術語“組(set)”對應於或者被定義為一非空有限組織的元素其數學性的呈現至少為1的一基數(例如：本文所定義的一組可對應於一單峰或單一元件組或一多元件組)，按照已知的數學定義(例如，在對應於數學推理介紹：數字、組及功能“第11章：有限組的屬性”所描述之一方式中(如第140頁上所示)，由 Peter J.Eccles所著，康橋大學出版(1998))。一般來說，在取決於所考慮的組之類型下，一組的一元件可包含或可以是一系統、一設備、一裝置、一元件、一結構(構件)、一結構特徵、一物件、一程序、一參數或一數值。
在本發明的某些實施例中，透鏡元件(例如在一成對的基礎下)用以形成複合透鏡，其對應於一艾爾華芮茲(Alvarez)透鏡或羅曼(Lohmann)透鏡形態(如互補相位面其有關於一個三階多項式)或為大致相似於此形態。艾爾華芮茲(Alvarez)/羅曼(Lohmann)透鏡為成對的光學元件，具有一互補或相關於立方表面輪廓，其係經由較小之側向(垂直於光軸)位移提供光功率的變化，而非經由該透鏡元件的軸向(沿著光軸)的位移。艾爾華芮茲(Alvarez)或羅曼(Lohmann)透鏡根據所公開的實施例可涵蓋具有任意形態表面之透鏡元件形態，其定義為艾爾華芮茲(Alvarez)透鏡或羅曼(Lohmann)透鏡，且具有實質性的任意形態表面或擬-任意形態表面，其定義為艾爾華芮茲(Alvarez)形式透鏡或羅曼(Lohmann)形式透鏡。依據本發明之實施例可進一步包含基本上任何類型的光學表面或透鏡形態，其可被一基於微機電組合所承載及/或驅動，且可基於相對於一光學信號傳導路徑或光軸之一或多個光學表面或透鏡元件的一橫向位移，其可提供各種變化的或可選擇的光功率。
在其他實施例中，該組合透鏡表面係依據一個高於三階多項式，例如一個五階多項式或七階多項式。較高 階多項式透鏡滿足不同的像差，例如色差，且能夠同樣實現類-艾爾華芮茲(Alvarez)成對可變焦透鏡。
圖1為具有兩個可變焦透鏡之一代表性變焦鏡頭系統之示意圖，其係說明於下文，以便進一步協助理解所述艾爾華芮茲(Alvarez)/羅曼(Lohmann)透鏡形態。如圖1所示之該系統包含兩個薄的可變焦透鏡F1及F2串聯排列，其焦距分別為f 1及f 2，為可變動的。此兩個可變焦的透鏡乃固定於彼此相隔一距離t之位置。一圖像感應器被放置於與該第二可變焦透鏡F2相隔一距離d之處。該變焦鏡頭系統用以利用一橫向放大值M將一物件成像至該圖像感應器上，該物件係與該第一可變焦之透鏡F1相隔一距離l，該橫向放大值M之定義為：M=h i/h o，其中h i及h o係分別為該圖像及物件之高度。為求簡化，故假設該變焦鏡頭系統被操作於具有一單元折射率之空氣中，近軸光線追踪方程為：
其中u 1及u 2係在弧度上相對於光軸為光線的角度，h 1及h 2係為該光線觸及該透鏡平面所影響之高度，而及係為該透鏡之光功率，稱為=1/f 1及=1/f 2。其同樣很明顯地為：h 1=lu 1 (5)
及，
插入(5)到(1)：
插入(6)到(4)：
結合(3),(8)，及(9)，可以得到：
插入(1),(5)，及(6)到(2)：
重新整理(11)：
解析(12)以得：
插入(13)到(10)而解析得：
在此，我們假設此變焦鏡頭系統之整個焦距為f 0。對於許多攝影的應用，物件相較於該攝影機的焦距通常位於遠離攝影機一較大的距離，例如l>>f 0。故，該鏡頭系統的垂直光學放大可以近似於：
插入(15)到(13)及(14)：
從(16)及(17)，我們觀察到該兩個透鏡及該成像感應器固定於定位(如d及t為定量)作為任何物件距離l連同一特定整體的焦距f 0，可以很容易地找到合適的焦距f 1及f 2分別地作為可變焦的透鏡F1及F2，像是該鏡頭系統在該圖像感應器上產生該物件之一清晰圖像。這也適用於一些實施例中，其中該可變焦透鏡及圖像感應器沒有固定於定位，例如該透鏡及感應器是相對彼此改變距離，並受物理空間的限制。
換句話說，該鏡頭系統，如圖1所示，藉由透過同步改變F1及F2的焦距以改變該攝影系統之整體焦距f 0，因而可連續改變一物件之垂直光學放大，而圖像可持續保持清晰銳利且無須移動該成像感應器或該透鏡。此為一個變焦鏡頭系統之一所期望的功能。自(16) 及(17)，為了達到自動對焦功能，例如在其移動後相對遠離或朝向該鏡頭系統重新獲得一物件之一清晰圖像，則需要依據物件距離l的改變而去改變該第一透鏡F1之焦距f 1。總而言之，如圖1所示之兩個可變焦之透鏡之結合提供了具有一自動對焦功能之一光學變焦鏡頭系統。此一變焦鏡頭系統藉由一微機電可調整式可變焦艾爾華芮茲(Alvarez)/羅曼(Lohmann)透鏡之方式，因而適合於微型化。
明確地，自(17)，假設我們將該第二可變焦透鏡F2分成兩個緊密透鏡F3(固定焦距)及F4(可變焦距)，其光功率分別為=1/d及=1/t-f 0/(dt)，該圖像系統基本上是相同的。修改後的圖像系統如圖2A及圖2B所示。一物件成像於無限遠(l=∞)，該兩個可變焦透鏡F1及F4在該系統中的焦距為：
進一步參照圖2A及2B，其為具有一變焦透鏡之一變焦鏡頭系統之示意圖，包括兩個緊密排列的透鏡元件，它是直接供一個在相關領域中的普通技術人員從(18)和(19)來推斷：
1.當該系統整個焦距f 0被設定在d，該f 1及f 4的值皆為無限大。這表示該兩個可變焦透鏡F1及F4基本上 為不具有光功率之兩個平行的光學板，該系統之該整體光功率來自於具有一固定焦距d之該最後透鏡F3。
2.假設f 0被設定為大於d，則f 1為正而f 4為負，且該兩個可變焦透鏡F1及F4形成一無焦系統，例如f 1+f 4=t，如圖2A所示。此系統是等同於一望遠鏡連結於一固定透鏡F3。
3.反之，假設f 0是小於d，則f 1為負而f 4為正，且該兩個可變焦透鏡F1及F4形成一無焦倒立望遠鏡系統，如圖2B所示。
提供一實施例包含此一變焦鏡頭系統，包含一對可變焦鏡頭，以圖2A及2B說明，允許在該焦距f 1 及f 4 之不同下及系統整體焦距f 0 之改變下，用以適應之。此一實施例因而提供簡單化實施或解析上述方程式及提供依需求、所欲或所需來處理該整定參數之彈性。
一個較小的橫向偏移(相對於尺寸)介於兩個串聯排列於一緊隨於另一之特殊的透鏡元件，能在該組合的該光功率中產生實質性的變化。該兩個元件藉由下列等式描述可以具有厚度，分別為：
其中A為一正向固定常數，x及y為垂直該光軸z的橫向坐標。該元件的厚度是沿著該z軸所量測。該兩 個元件系統之該組合厚度則為t=t 1+t 2=2E，其等同於一個平行板。假設該第一元件移動δ之一位移及沿著該X方向之該第二移動-δ，該組合的厚度變化為：
該項式-2Aδ(x 2+y 2)描述一種正向(聚光)透鏡用以正向位移δ以及一負向(散光)透鏡用以負向位移δ。在方程式(24)中，其他的項式描述僅是一均勻的厚度。該組合之該組光功率是為：=4Aδ(n-1) (23)
其中n是透鏡材料的折射率。
一相似的雙-元件包含可變焦透鏡，該兩個元件之該相對位置透過側向移動其焦距也可調整。這導致下列厚度方程式作為此一透鏡元件組態，其或也可被稱為羅曼組態：
假設該第一元件位移至δ x 及δ y 分別沿著x軸及y軸，而該第二元件位移至-δ x 及-δ y ，該組合透鏡之總厚度為：t=t 1(x-δ x ,y-δ y )+t 2(x+δ x ,y+δ y )
假設該兩個位移是相等的，例如δ x =δ y =δ，該厚度t則為：
再者，忽略厚度均勻條款，此雙元件的組合是相當於透鏡與光功率：=4Aδ(n-1)
如上所述，該艾爾華芮茲(Alvarez)透鏡及羅曼(Lohmann)透鏡藉由在垂直光軸方向上側向位移透鏡元件可達到焦距的調整。本發明之各種實施例提供以此一鏡頭系統之整合架構包含：鏡頭元件，相對於該其他元件可沿橫切於該透鏡之該光軸的方向利用微機電致動器進行移動。再者，有利的特徵，像是依據本發明之實施例中提供自動對焦、像素校正及可變光圈用以適合於廣角及遠攝的應用。
本發明提供一變焦鏡頭系統，其係基於微機電。具有一基於微機電系統意指該上述之提供兩個功能，稱為自動對焦(autofocus)及光學變焦(optical zooming)，可以成功地實現於一微型、一致、可靠和堅固的結構。再者，在該技術微製造(如半導體製造)過程之適應或採用狀態用以製作該基於微機電系統，成本效益乃在於擴大生產上。利用依據本發明之具有一基於微機電變焦鏡頭系 統達成一傳統的變焦透鏡系統的微型化及取代，在該鏡頭系統之一物理性操作被實施時，相較於一數位捕捉影像之數位操作，可進一步避免或實質地避免圖像品質的喪失。根據本發明之該基於微機電變焦鏡頭系統也可以獲得操控之簡易性，其係由於該可變焦透鏡之僅需一較小側向位移去達到光學變焦及/或自動對焦，然而傳統的鏡頭系統則需要透鏡組沿著該光軸去移動實質距離。
基於微機電變焦鏡頭系統實施例之代表性觀點：圖3為依據一例示性實施例之一變焦鏡頭系統、設備、模組之部分之示意圖。該系統包含：一第一透鏡(101)及一第二可變焦透鏡(102)，沿著一光學傳導路徑或一光軸(107)協同排列(例如串聯)。在某些例示性實施例中，該第一及第二可變焦透鏡(101,102)被固定在位置上及以一固定間隙距離分離設置。在其他例示性實施例，該第一及第二可變焦透鏡(101,102)可變更於位置上，例如介於該兩個透鏡之間的間隙在一特定範圍內可變更。每一可變焦透鏡(101,102)包含一對透鏡元件，以基於微機電位移設備所承載，配置用以移動、轉位或位移一可變焦透鏡元件使其側向地、橫向地、實質橫向地或垂直於穿過該透鏡元件之光學信號傳導路徑(例如該光軸(107))移動，以變更可變焦透鏡焦距。如本文進一步描述，一基於微機電位移設備可包含：一平台，用以承載一透鏡元件；及一可撓性懸架(flexure suspension)，耦合於該平台作為一參考或固定支撐構件。該可撓性懸架配置以沿著橫向於該光軸(107)之一方向進行彈性變形，使得該平台可藉由一組驅動機械的方式，包含一微致動器，被選擇性地或彈性地橫向位移至該光軸(107)。
本系統配置以成像一物件或多物件或一場景到一圖像捕捉裝置或感應器(104)上，以轉換光學信號或圖像為電學信號以供加工處理及/或儲存。該圖像系統之該整個焦距藉由該兩個可變焦透鏡之該焦距相對地調整，在一範圍內可持續地被改變，因而產生一個所需的變焦作用，例如改變該圖像系統之該橫向光學放大。
在不同的實施例中，當該系統之元件係調整以提供一所欲整個系統焦距作為一已選擇之光學放大，藉由沿著該光學信號傳導路徑或光軸(107)相對於彼此縱向地移動該光學元件或圖像感應器，該系統之對焦或自動對焦功能是無法完成的，而是依據由該物件到該鏡頭系統的距離一個額外的量值去改變該第一可變焦透鏡(101)之該焦距所達成。
具有球面、非球面或任意形態表面之一或多個附加的、相關的或附屬的透鏡元件或平板(103)在各種實施例中可包含或合併於變焦成像系統用以改良該變焦鏡頭系統之呈現，例如提供附加的光功率及/或用以像素減少、微型化或精準性目的。此附加的透鏡元件(103)可具有固定焦距，且可以被縱向地及/或橫向地相對該 光軸被固定。
此外又或者，在某些實施例中，一或多個可變透鏡(101,102)之結構及/或材料性質方面可被變更或修飾以製作像差減少、微型化或精準性。例如：一初始定義之光學元件表面在所建議的方式下藉由艾爾華芮茲(Alvarez)及羅曼(Lohmann)實施任意形態表面，可被修飾或適應於包含任意於製作像素校正之附加設計程度。如一代表性例子，為具有一任意形態表面之一初始定義艾爾華芮茲(Alvarez)透鏡，一函數f(x,y)可映射(mapped)或包含或合併於其組成透鏡元件之該厚度輪廓，導致一艾爾華芮茲(Alvarez)形式透鏡之該定義或產生具有一基本地任意形態、實質地任意形態或擬-任意形態表面。上述之方程式(20)及(21)則成為：
假設一第一透鏡元件移動δ之一位移及一第二透鏡元件沿著該x方向移動-δ，該組合的厚度改變成：
故， t=-2Aδ(x 2+y 2)+Constant+g(x,y), (31)其中
用於較小的側向偏移量δ。同樣地，在上述方程式(31)，在右手邊之第一項式提供一球形波前像差(wavefront)用以發散或聚焦光線，可變焦距乃取決於δ。該第二項式(-2Aδ3/3-2DE+2E)為一常數且對系統並沒有顯著的貢獻。該最後的項式g(x,y)藉由該第一項式提供一細微的偏差於該所述之球形波前像差(wavefront)，且假設正確地設計，可被應用於改進該變焦鏡頭系統之多種方位，例如減少或微型化該系統之該光學像差。必須注意的是，依據本發明實施例之變焦鏡頭系統，可藉由上述所指兩技術之一結合所設計，用以光學像差減少、微型化或校正，以及用於提供其他系統的改良，如增加或調整該光功率。
一設備(105)也可以被合併於該系統用以限制光線進入該透鏡系統之一光束之大小。依據，在某些實施例中，一可變的設備之直徑可被調整以應用。藉由再次參照圖2A及2B即可更清楚地理解。當該變焦鏡頭系統被調整為廣角組態時，光束穿過該第一變焦透鏡(101)散射到該第二變焦透鏡(102)。因此，當他們衝擊到該第二可變焦透鏡(102)時，他們的大小就會變大。此外，此組態之該成像系統有一更廣的視野(FOV)。故，考慮 該第二變焦透鏡(102)之該已限定的大小，該設備(105)或許需要被調整成一相對較小的直徑以限制光束之該大小進入該透鏡。另一方面，當該變焦鏡頭系統被調整為一遠攝組態，該光線穿過該第一可變焦透鏡(101)聚焦至該第二可變焦透鏡(102)。此外，該遠攝成像系統具有一較小的視野(FOV)。在本例中，該設備之一較大直徑或許可以被採用。
圖4為依據一例示性實施例之一基於微機電可變焦鏡頭(200)之示意圖，其包含一對微機電驅動光學組件、元件、裝置或構件。在某些實施例顯示，一可變焦透鏡在該圖像系統包含兩個微機電驅動光學裝置(201,202)。每一微機電驅動光學裝置(201,202)具有相關聯的一透鏡元件(203,212)，每一個該透鏡元件具有至少一任意形態表面(204,213)且安裝於一支撐構件上，例如一平台(205,214)。在不同的實施例中，該平台(205)包含：一平面或具有一第一側之一般性平面構造，以提供一第二平面表面區域；及一厚度，介於該第一及第二側之間。該平台(205)係配置以承載一透鏡元件(203)而使該透鏡元件(203)之該光軸(210)為實質地垂直於該第一及第二平面表面區域。該平台(205)可包含一開口(206)或一光學性透明區，讓光線可以進入或傳導經過該基於微機電可變焦透鏡。
該平台(205)透過一彈性地變形或可撓性懸架系統(207)耦合或黏附於至少一參考支撐構件或固定支架 (208)。該參考支撐構件或固定支架(208)可提供一空間或位置的參考，相對於此，透過該透鏡元件(203)及/或其他系統結構，可使該平台(205)橫切於一光信號傳導路徑(如光軸)之位移、轉位或移動將可被建立、確定或量測。在不同的實施例中，該可撓性懸架透過彈性變形提供平台移動之一特定範圍。依據某些實施例，該懸架系統(例如一彈性變形或可撓性懸架系統)可以被用以改良該光學變焦系統之各種特性，例如降低、減少或避免與表面之間的接觸，因而降低、減少或消除摩擦、磨損和撕裂。這有助於減少該驅動電壓用以致動且也有助於準確定位。
在本實施例中，該變焦透鏡包含具有任意形態表面(204)之一第一透鏡元件(203)及具有任意形態表面(213)之一相應的第二透鏡元件(212)。該第一透鏡元件(203)係以一平台(205)所承載，及一微致動器(209)驅動該平台(205)承載該透鏡元件(203)，使得該平台(205)及該透鏡元件(203)一起在一垂直於該光軸(210)之一方向上側向地移動。該第二元件(212)相似地藉由微驅動器(215)提供平台(214)且驅使在側向動作上對應地移動。該相對運動(211)介於該二透鏡元件之間並造成該組合元件的形成係藉由他們去改變該焦距。該第一透鏡元件(203)之一中心線(216)係提供作為參考。注意到該中心線(216)係提供作為一厚度輪廓該任意形態表面(204)之變異性參考。其無須對位到該第一透鏡元件(203)及該開口(206) 之幾何中心，雖然在某些案例中，對位是首選。該第二透鏡元件(212)被參照為一對應的中心線(217)。該第一透鏡元件(203)及該第二透鏡元件(212)之相對移動乃藉由一中心-至-中心偏移量之方式所監控，其中該第一透鏡元件(203)之該中心線(216)係相對比較於該對應的第二透鏡元件(212)之該中心線(217)。假設該中心線(216)及(217)彼此相符，該可變焦距透鏡(200)有一實質較大焦距。該可變焦透鏡(200)之該焦距也可以衍生自該中心-至-中心偏移量。
目前典型的微致動器具有幾十微米之一已限制最大的位移/衝程。例如，一靜電梳狀驅動微致動器之該最大衝程係由靜電側拉現象所限制。依據本申請之各種變焦鏡頭系統實施例，經由微致動器透鏡元件之中等或較大側向移動造成在該可變焦透鏡之該光功率大的變異，其進一步轉移至該變焦透鏡系統之一大光學變焦範圍。本發明之特定實施力可達到或提供至少約2倍之一光學放大。這可以是重要或非常理想的做為多種類型的圖像系統，例如，用在智慧型手機之微型化攝影機。依據本發明之加強側向透鏡元件位移之一方式於下文所描述。
圖5為依據一例示性實施例之一微機電驅動光學裝置(例如其包含一透鏡元件、一平台配置以承載該透鏡元件及一可撓性懸架耦合於該平台及一參考或固定支撐構件之間，其中該可撓性懸架乃配置以在橫向於一光 學信號傳導路徑或光軸通過該透鏡元件之一方向上進行彈性變形)耦合於一移動放大設備、裝置或機械(220)之示意圖，其可克服關於典型微致動器的衝程限制。相反於直接地驅動該平台(205)，該微致動器(209)係藉由一位移放大機械之方式耦合或直接黏附於該平台(205)。位移放大機械(220)之一變化設計，排列自簡單槓桿機械至複雜放大機械，係目前文獻中所使用且可被連結使用於本實施例中。
圖6為依據一例示性實施例之一基於微機電可變焦鏡頭之示意圖。在該圖像系統之一可變焦透鏡包含兩個微機電驅動光學裝置(301,302)。每一微機電驅動光學裝置(301,302)具有至少一任意形態表面(304,313)之一透鏡元件(303,312)及被裝設於支撐構件上，例如一平台(305,314)。在該實施例中，一單一致動器係提供以改變該兩個基本上透鏡元件之該中心-至-中心偏移量(303,312)。
一驅動系統支撐該致動器(309)在該透鏡元件(303,312)位移之一種實施可包含：在一平台上(305)安裝電磁鐵及在其他平台(314)上一個相應的永久磁鐵或電磁鐵。通過改變電磁鐵的電磁場，兩個平台可以相對於彼此吸引或排斥，造成相對位移於該兩個透鏡元件(303,312)之間。這是由彼此接近之兩個光學裝置(301,302)所啟動。此一支撐驅動系統之其他實施可採用靜電的、電熱的、壓電的及/或任何其他可行的解決方案。
依據本發明，為了實現微型鏡頭系統之廣泛的調度或使用，低單位成本及/或大批量大規模生產是令人渴望且需要的。在某些實施例，該微機電致動器及該透鏡元件係透過一類-IC微製程工序所製作。在一技術中，具有一艾爾華芮茲(Alvarez)或羅曼(Lohmann)透鏡元件之一整個整合微機電驅動光學裝置可透過一單一類IC微製程工序所製作，其允許欲由製造工序中移除之組件進行對位及組裝。
在其他技術中，該微機電致動器及透鏡元件是以具差異或截然不同的工序分開製作，且再依據本發明之實施例及本說明書之說明，最終組合構成一個驅動MEMS光學裝置。此技術可以再更為實用，當其可提供該透鏡元件之一更好的光學品質時，同時仍然維持在一個低成本及大批量的生產工序。
圖7為依據一例示性實施例之一任意形態、基本任意形態、實質任意形態或擬-任意形態表面(403)對應於一個艾爾華芮茲(Alvarez)透鏡元件之示意圖。該透鏡元件依據實施例所描述可為正方形/矩形(401)、圓形(402)或其他形狀。圖8：依據一例示性實施例之一模具使用於一個艾爾華芮茲(Alvarez)透鏡元件的製作之說明。該模具(405)包含一任意形態表面如所述於一個所得之艾爾華芮茲(Alvarez)透鏡。該模具(405)經由一超精密金剛石車削/機械加工工序所製作，其能夠用以製造出精密複雜的表面，且對於微型光學應用非常實用。單點金剛 石車削為目前所使用的，其中一金剛石-尖頭車床刀具係使用於一模具工序之最後階段上，以達到精細表面的完成及形成精準度。鋁(Aluminum)為目前作為模具所使用的材料，但可以使用銅(Copper)、鋅(Zinc)、銀(Silver)或任何其他可加工的材料。
傳統塑膠光學製造技術，例如：精密模製成形工序，藉由該金剛石單削模具可被使用以製作該透鏡元件。圖9為一具一實施例之一複製透鏡元件之一說明。在該實施例中，一光學黏著劑係以使用紫外光(UV)於該模具固化對該艾爾華芮茲(Alvarez)透鏡元件(406)之進行製作，該透鏡元件(406)包含所需之一任意形態表面(403)。該單點金剛石單削之一組合用以創造該模具及該精緻模製成形工序，製作該透鏡元件，而容許低價大量生產。
有鑑於該艾爾華芮茲(Alvarez)及羅曼(Lohmann)透鏡之工作原理，一透鏡元件之一任意形態、基本任意形態、實質任意形態或擬-任意形態表面之準確對位於該微致動器的動作方向對於高或最佳的光學性能是重要或關鍵的。考慮該艾爾華芮茲(Alvarez)透鏡，例如，該致動器之該運動方向必須精準對位於方程式(20)所述之該任意形態表面之x軸。失準錯誤可能在該透鏡焦距調整過程引起非所欲之光學像差。製作該透鏡元件之該對位工序承載構件(如一平台)及/或一組致動器，例如一微機電微致動器或一微機電致動器用以與一位移機 構、一組對位特徵或定位指標協同操作，以確認橫切於一厚度輪廓變異軸(例如一z-軸)之至少一任意形態表面參考軸(如一x及/或一y-軸)，沿著該參考軸，任意形態表面之該厚度或厚度輪廓之改變可在其製作過程中可合併於該透鏡元件，例如，在一金剛石車削加工。對於一個通常為正方形/矩形的透鏡元件，其周為邊緣或邊際之一或多個可被用以此目的。對於一個圓形透鏡元件，一辨識參考，例如一標示或額外的切角於其圓周(404)，可使用作為指示一已選擇軸之該方向。
基本上任何類型的微機電致動器可被使用，以使該平台連同該透鏡元件一起橫向移動，例如：垂直於該光軸，依據本發明實施該鏡頭系統之該變焦及自動對焦功能。這些包括，但不限制於此，電熱致動器(例如V-樑(V-beam)致動器、雙壓電晶(bimorph)致動器及假-雙壓電晶(pseudo-bimorph)致動器)、靜電致動器、電磁鐵致動器及壓電式致動器。需要注意的是，各種的微機電致動器及其變異可能關於該應用之主旨及範疇那些將顯而易見於本領域之一般技術人員。
圖10為依據一例示性實施例之一透鏡位移組件之示意圖，其包含一已懸掛微機電平台及一梳狀致動器。如圖10所示，具有一通孔開口(507)之該鋼性平台(506)係由一組靜電梳狀驅動(501)所驅動。每一梳狀驅動包含一類-梳狀可動電極(504)及一固定類-梳狀電極(503)。一可動電極(504)係附著至該鋼性平台(506)，且 該固定電極(503)係附著於該固定支架(502)且被固定至該基板(509)。該兩個電極藉由一個間隙而分離。當一驅動電極被應用，一靜電作用力係由該電極(503,504)所產生，導致該平台(506)移到一平面，其平行於該基板(509)之該表面。該鋼性平板(506)係透過可撓性懸架(505)耦合於該固定支架(502)。該鋼性平台(506)之該運動係藉由該可撓性懸架(505)之彈性變形所支撐，因而，減少、微型化或消除摩擦、磨損及撕裂。對位特徵，例如，所描繪之代表性特徵(508a)及(508b)，也可合併於微機電致動器裝置用以加速其與該艾爾華芮茲(Alvarez)或羅曼(Lohmann)組裝工序。
圖11為依據一例示性實施例之一微機電製作工序之示意圖，其指示使用標準的絕緣層覆矽(SOI)的微機械加工程序連同一個剛性平台可製成梳狀驅動致動器。該製作開始是以一雙面拋光SOI晶片。一第一光刻技術步驟及接著的一深反應離子蝕刻(Deep-RIE)步驟被用以製作所需的微構造(包含梳狀驅動、剛性平台及可撓性懸架)到一頂端矽(Si)裝置層。之後，將一殘留的光阻層移除。其後，一第二光刻技術及深反應離子蝕刻(Deep-RIE)步驟依序在該SOI晶片的背面(稱為基板側)實施，以在該基板正下方於該微結構區之處開鑿開口。藉由移除光阻及暴露的氧化物埋層(buried oxide)，該可動微結構可被釋出，且微機電致動器及安裝該透鏡元件之該平台的製作就可完成。
圖12a為依據一例示性實施例之圖10作為製作該透鏡位移組件之代表性說明。微機電驅動平台(506)係耦合於該固定支架(502)穿過可撓性懸架，於此設置作為微機電類型折疊梁懸架(505)係可實施的。靜電梳狀裝置(501)驅動該剛性平台(506)。摺疊樑懸架提供一高剛性(stiffness)於實質橫切於該梳狀驅動致動器(501)之該驅動作用力之一方向，同時允許在該梳狀驅動致動器驅動作用力之該方向上相對自由移動。依據本發明，該平台(506)包含一通孔開口(507)作為一艾爾華芮茲(Alvarez)或羅曼(Lohmann)透鏡之排列。圖12b為依據一例示性實施例之圖12a具有一對位及排列艾爾華芮茲(Alvarez)透鏡元件(510)之代表性說明。
圖13為依據一例示性實施例顯示部分的組裝及/或對位工序之示意圖，其涉及一微機電靜電梳狀致動器及一艾爾華芮茲(Alvarez)或羅曼透鏡(Lohmann)元件。在一實施例中，依據他們各自的製作過程，該透鏡元件(601)及該微機電組件具有該鋼性平台及該靜電梳狀驅動(603)可透過一微組合工序協同耦合或結合，以形成一微機電驅動光學裝置，做為依據本發明之實施例之可變焦透鏡之一部分。各種式樣的技術，範圍從應用紫外光(UV)/熱固化環氧樹脂到該平台上的機械夾具設計，可被用以固化、封裝或固定該透鏡元件於該鋼性平台上。在固定該透鏡元件之前，其應該精準對位於該微機電致動器。在一顯微器下藉由微操作器或鑷子的幫助去 比擬該對位特徵是可以做到的，例如，圖10所指之特徵(508a)及/或圖7所指之特徵(404)，分別製作於兩剛性平台及該透鏡元件。
雷射協同對位技術也可以使用。例如，如圖13所示，一穿透式繞射光柵對位特徵(608b)可被整合為一微機電組件之一部件，例如該微機電驅動器。當以一準直的雷射光束(604)照射，該光柵繞射該雷射光及投射至一銀幕(606)上之一點陣列(605)，該陣列係位在遠離該微機電裝置一距離處。該光柵對位特徵(608b)之該定位已設計於在該微機電裝置，而使該繞射點陣列(605)之方向指出該微機電致動器之運動方向。由於該透鏡元件通常地包含一任意形態立方表面輪廓，該雷射光點(607)穿透它且並非圓形對稱以及具有區別的特徵以指出該透鏡元件(601)之該定位。因此，一雷射光束的使用以及透過該透鏡元件與在該螢幕上該繞射點陣列(605)之方向進行雷射點(607)之該定位的比較，可以達到關於該微機電致動器之運動方向，該透鏡元件之所需軸線之準確或高精度對位。
圖14為依據一例示性實施例之具有兩個微機電驅動光學裝置之一基於微機電可變焦鏡頭之示意圖。如圖14所示，藉由在串聯排列的兩個已組合的微機電光學裝置(701,702)，可形成一可變焦透鏡。在該實施例中顯示，該光軸垂直於該微機電致動器之該表面且延伸穿過該可變焦透鏡之該中心。該透鏡元件之該相對側向位 移(704)係藉由該微機電致動器之控制及調整該可變焦透鏡之焦距加以誘發。如圖3概要示意所示，依據本發明，此一對微機電驅動可變焦透鏡構成具有自動對焦功能之微型變焦透鏡系統之一關鍵組件。
如上所述，許多微機電致動器包含：具有一限制傳導範圍之靜電梳狀驅動致動器。為克服此限制性及為達到一較大或大的焦距調整範圍或變焦範圍，機械性的位移放大機械可以被使用。依據本發明之一實施例中一代表性例子說明一微機電驅動光學裝置可以包含：一位移放大機械，其耦合於每一個一微機電致動器及一透鏡位移設備，例如以下所描述之一剛性平台。
圖15為依據本發明之來自測試一已製作之基於微機電可變焦透鏡所取得之實驗數據繪製圖。該已製作之微機電驅動艾爾華芮茲(Alvarez)透鏡元件包含一焦距，其透過施加驅動電壓至該梳狀驅動致動器所調整。該焦距是實驗性地測量及繪圖作為該兩個透鏡元件之中心-至-中心偏移值之一函數。這些以沒有陰影線的符號(750,751)顯示於圖15。該有陰影線的符號(752,753)顯示該理論上預測的焦距來自使用之該任意形態表面輪廓。該微機電驅動艾爾華芮茲(Alvarez)透鏡元件之兩正向位移(750,752)及負向位移(751,753)係經過測試。可以觀察到對於該理論上的預測有一良好的相關性。
作為一進一步的測試，一印刷標示(logo)的成像係作為一物件並以此可調節透鏡成像，該物件被放置於相距 該透鏡一固定距離之處。在三個不同焦距該記錄之圖像(754,756,758)也同樣提供於該圖式中。它可以自該衍生圖像(754,756,758)之大小變化看出，其該光學放大係基於該微機電驅動艾爾華芮茲(Alvarez)透鏡元件之焦距上變化而改變。
圖16為依據一例示性實施例之一微機電驅動光學裝置之示意圖，其包含一微機電靜電梳狀驅動致動器、一艾爾華芮茲(Alvarez)或羅曼(Lohmann)透鏡元件及一位移放大機械。在本實施例顯示，該靜電梳狀驅動致動器(801)非直接耦合於具有該透鏡元件(803)之該鋼性平台(804)通過一符合位移放大機械(802)，其包含可撓性樑。該位移放大機械之工作原則之詳細說明可以在本領域中找到。該微機電致動器之輸出位移係藉由該機械所放大，因此讓該鋼性平台(804)之確實位移更大於該驅動致動器本身之該位移輸出。位移放大機械之一各種變異範圍自簡單槓桿機械到複雜兼容放大機械皆可用並報導於文獻中。此實施例之該微細加工與組裝工序是相同的、基本上相同的或類似於圖10所示該實施例那些，不存在有該位移放大機械。
在某些例示性實施例中，依據實施例說明，一微機電驅動光學可以被位移橫過小於約500微米(μm)的距離，且因此在一微機電驅動可變焦透鏡組件，每一透鏡元件可被位移相對於一對應透鏡元件橫過小於約1毫米(mm)的一距離(例如相對於透鏡元件中心的量測)。另 外，在某些例示性實施例中，該透鏡元件之該直徑可介於300微米(μm)-5毫米(mm)，而在一基於變焦透鏡系統內，介於一第一或起始微機電驅動可變焦透鏡及一第二、終端或最終微機電驅動可變焦透鏡之間的一分隔距離可小於30毫米(mm)。此一分離距離相對於每一透鏡之一中點或在該第一透鏡之一外表面一分隔距離之間可以被量測，其中在該第一透鏡之一外表面處，該光學信號被入射於該基於微機電變焦鏡頭系統，及由該第二透鏡之一外表面處，該光學信號退出該基於微機電變焦鏡頭系統。
如上述所示，依據本發明之變焦鏡頭系統之實施例可應用到且有利於多種形式的電子裝置，特別是因為此變焦透鏡系統可以非常小(例如微型化)、高度緊密、輕量級且強大。再者，在本發明實施例之微機電驅動可變焦透鏡之性能不受重力及/或壓力的影響，作為不包含任何液體可調節透鏡或任何液體晶體系統之該透鏡系統。這是值得注意的，變焦透鏡系統之應用或許使用在不同的位置、高度或深度及定位。故，依據本發明一實施例之一變焦鏡頭系統，能夠可靠提供一致或恆定變焦鏡頭性能或功能，無論或實質性無論於該變焦透鏡的安裝或使用於一定位、位置、高度、深度及/或外部的環境。此外，該基於微機電鏡頭系統可相對的防震(shock-proof)。另外，依據本發明實施例之微機電透鏡系統在焦距調整、變焦及聚焦上很快速，例如，發生在 毫秒或毫秒以內的順序(如介於數毫秒及數百毫秒之間)。
本發明之實施例可以被使用於圖像及/或電子裝置應用像是微型監視攝影機、內視成像系統及便攜式或個人電子或計算機裝置，例如個人數位助理、智慧型手機、平板電腦、至慧型手機/平板電腦複合裝置、膝上型電腦、桌上型電腦、電腦監視器、電視及網路攝影機。
相對於智慧型手機的應用，智慧型手機之主流設計趨勢為具有通常小於10毫米(mm)之一厚度一超薄設計。依據本發明之一實施例，在一個微型變焦透鏡系統之總長度沿著該光軸(902)是大於該智慧型手機厚度的狀況下，該透鏡之該光軸必須從垂直於該智慧型手機之前/後表面折疊(folded)成平行於該智慧型手機之前/後表面，以維持一超薄的設計。
圖17為依據本發明一實施例之一變焦鏡頭系統合併於一超薄設計智慧型手機之示意圖。如圖17所示，一摺疊光軸可藉由一鏡子、稜鏡或屋脊稜鏡反射鏡(904)完成。光線從一物件進入該鏡頭系統穿過於該智慧型手機(901)之一窗口(903)及經由該反射鏡(904)產生90度反射。之後，光學訊號被傳輸通過至少二個微機電驅動可變焦透鏡(906,907)及一組其他光學組件(包含一組固定透鏡(908)及一組設備(905))後，即以該圖像感應器(909)捕捉或產生之一圖像。
在此透鏡系統，該設備(905)之大小可被調整成該光 束進入該透鏡之大小。該光學變焦透過該兩個微機電驅動可變焦透鏡(906,907)之兩焦距之聯合調整係可實現，當自動對焦係單由該第一微機電驅動可變焦透鏡(906)所完成時。兩微機電驅動可變焦透鏡(906,907)透過組成透鏡元件橫向或垂直於該光軸(902)之相對橫向移動(910)達到焦距調整。該橫向移動乃包含於該微機電致動器中，其為如圖17所示。
如先前所述，具有固定焦距(908)之透鏡可提供附加的光功率及/或減少光學像差。此外又或者，一或多個該可變焦驅動透鏡(906,907)可包含結構及/或材料性質修飾以製作像素校正，例如以一組表面或厚度輪廓修飾函數fi(x,y)之方式映射或合併於可變焦透鏡元件表面。再者，在某些實施例中，該第二微機電驅動可變焦透鏡(907)及該圖像感應器(909)提供一側向移動控制系統，用以允許沿著該光軸對於彼此之相關運動。在其他實施例中，該第二微機電驅動可變焦透鏡(907)，具有該固定焦距(908)之該透鏡及該圖像感應器(909)提供一側向移動控制系統，用以允許沿著該光軸對於彼此之相關運動。
圖18為根據本發明之一觀點用以提供光學變焦之一方法700之一流程圖或一流程示意圖。在一第一方法步驟702中，提供至少四個微機電光學元件，每一該至少四個微機電驅動光學元件用以光學信號沿著一光學信號傳導路徑通過於此，每一該至少四個微機電驅動光 學元件包含至少一個任意形態表面。在一第二方法步驟704中，至少四個微機電驅動光學元件被定位在一對組件，例如一第一及一第二微機電驅動光學元件形成一第一對光學元件，以及一第三及一第四微機電驅動光學元件形成一第二對光學元件。在一第三部分706中，至少一微機電致動器被激活以位移一或多個該至少四個微機電驅動光學元件，於實質橫切於該光學信號傳導路徑之一方向上進行位移，以允許該第一對及第二對光學元件之其一或兩者在光功率上作一改變。
圖19為根據本發明之一實施例之一光學元件對位方法750之一流程圖或一流程示意圖，其與圖19相關方法步驟之描述可伴隨上述圖18方法步驟之描述。在一第一方法步驟752中，該至少四個微機電驅動光學元件係使用一組定位指標進行對位，其中該組定位指標對應於一或多個該微機電驅動光學元件之一或多個任意形態表面之至少一參考軸，且該至少一參考軸為橫切於該任意形態表面之一厚度輪廓變異軸。在一第二方法步驟754中，提供一組對位構件以一可動微結構組件所承載。在一第三方法步驟756中，該一或多個該微機電驅動光學元件及該可動微結構組件係藉由對位該組對位指標相對於該組對位結構進行空間對位。
圖20為根據本發明之一實施例用以製作一基於微機電鏡頭系統之一工序800之一流程圖或一程序圖。在一第一方法步驟中，提供一第一可動微結構組件或製作 以一整合單元。在特定的實施例中，該第一方法步驟802涉及提供具有大致平坦之第一表面之一平台、大致平坦之第二表面，以及一厚度介於該第一表面及該第二表面之間，其中該平台用以承載一透鏡元件，使得一透鏡元件之一光軸為實質垂直於該第一及第二表面。再者，該組件包括一參考支撐構件，及一可撓性懸架耦合於該平台及該參考支撐構件之間。該可撓性懸架沿著橫切(例如實質垂直)於該透鏡元件之該光軸之一方向上進行彈性變形。該組件包含一位移機構，用以在橫切(例如實質垂直)於該透鏡元件之該透鏡元件之該光軸之一方向上，對該平台產生一位移作用力。
在第二方法步驟804中，提供具有一任意形態表面之一第一透鏡元件；在第三方法步驟806中，建立相對於該可動微結構組件一任意形態表面之一對位。
本發明之特定實施例各方面解決了有關於退出變焦鏡頭系統、設備、裝置、元件或結構之至少一觀點、問題、限制及/或缺點。當特徵、觀點及/或優點關於某些實施例被描述說明於本發明中，其他實施例或也呈現出此特徵、觀點及/或優點，但並非所有實施例都必須呈現出此特徵、觀點及/或優點才算落入本發明之應用範圍。上述所揭露之數個系統、組件、過程或替代等將會被本領域之一般技術人員所理解，或可依其所欲組合成其他不同系統、組件、工序及/或應用。此外，各種的修飾、改變及/或改良可能成為各種的實施例，在不脫 離本發明之範圍及精神下為本領域之技術人員所揭露。例如，可以理解其不同的操作藉由所揭露之工序在描述中可由不同的順序進行，再者，附加的或少數步驟可能已被使用於各種公開的操作。此修飾、改變及/或改良都包含在後附所述之申請範圍之中。
101‧‧‧第一可變焦透鏡
102‧‧‧第二可變焦透鏡
103‧‧‧透鏡元件或平板
104‧‧‧圖像裝置/感應器
106‧‧‧光射線
105‧‧‧設備
107‧‧‧光學信號傳導路徑/光軸
200‧‧‧可變焦鏡頭
201,202‧‧‧裝置
203‧‧‧第一透鏡元件
204,213‧‧‧任意形態表面
205,214‧‧‧平台
206‧‧‧開口
207‧‧‧可撓性懸架系統
208‧‧‧參考支撐構件/固定支架
209,215‧‧‧微致動器
210‧‧‧光軸
211‧‧‧相對運動
212‧‧‧第二透鏡元件
216,217‧‧‧中心線
220‧‧‧移動放大設備/裝置/機械
300‧‧‧變焦透鏡系統
301,302‧‧‧微機電驅動光學裝置
303,312‧‧‧透鏡元件
304,313‧‧‧任意形態表面
305,314‧‧‧平台
309‧‧‧致動器
401‧‧‧正方形/矩形
402‧‧‧圓形
403‧‧‧擬-任意形態表面
404‧‧‧圓周
405‧‧‧模具
406‧‧‧透鏡元件
501‧‧‧靜電梳狀驅動
502‧‧‧固定支架
503‧‧‧類-梳狀固定電極
504‧‧‧類-梳狀可動電極
505‧‧‧懸架
506‧‧‧鋼性平台
507‧‧‧通孔開口
508a,508b‧‧‧代表性特徵
509‧‧‧基板
510‧‧‧艾爾華芮茲透鏡元件
601‧‧‧透鏡元件
603‧‧‧靜電梳狀驅動
604‧‧‧雷射光束
605‧‧‧繞射點陣列
606‧‧‧銀幕
607‧‧‧雷射點
608b‧‧‧穿透式繞射光柵對位特徵
701,702‧‧‧微機電光學裝置
704‧‧‧側向位移
750,751‧‧‧符號
752,753‧‧‧符號
750,752‧‧‧正向位移
751,753‧‧‧負向位移
754,756,758‧‧‧圖像
801‧‧‧靜電梳狀驅動致動器
802‧‧‧位移放大機械
803‧‧‧透鏡元件
804‧‧‧鋼性平台
901‧‧‧智慧型手機
902‧‧‧光軸
903‧‧‧窗口
904‧‧‧反射鏡
905‧‧‧設備
906,907‧‧‧微機電驅動可變焦透鏡
908‧‧‧固定透鏡
909‧‧‧圖像感應器
910‧‧‧橫向移動
700‧‧‧方法
702‧‧‧第一方法步驟
704‧‧‧第二方法步驟
706‧‧‧第三方法步驟
750‧‧‧方法
752‧‧‧第一方法步驟
754‧‧‧第二方法步驟
756‧‧‧第三方法步驟
800‧‧‧方法
802‧‧‧第一方法步驟
804‧‧‧第二方法步驟
806‧‧‧第三方法步驟
圖1：依據一例示性實施例之具有兩個可變焦透鏡之一代表性變焦鏡頭系統之示意圖。
圖2A及2B：依據一例示性實施例之具有兩個可變焦透鏡包含兩個相隔很近的透鏡元件之一代表性變焦鏡頭系統之示意圖。
圖3：依據一例示性實施例之一變焦鏡頭系統、設備或模組之部分之示意圖。
圖4：依據一例示性實施例之一基於微機電可變焦鏡頭之示意圖，其包含一對微機電驅動光學元件或裝置。
圖5：依據一例示性實施例之一微機電驅動光學裝置耦合於一移動放大設備、裝置或機械之示意圖。
圖6：依據一例示性實施例之一基於微機電可變焦鏡頭之示意圖。
圖7：依據一例示性實施例之一任意形態表面對應於一個艾爾華芮茲(Alvarez)透鏡元件之示意圖。
圖8：依據一例示性實施例之一模具使用於一個艾 爾華芮茲透鏡(Alvarez)元件之製作之說明。
圖9：依據一例示性實施例之一複製性透鏡元件之說明。
圖10：依據一例示性實施例之一透鏡位移組件之示意圖，其包含一懸掛的微機電平台及一梳狀致動器。
圖11：依據一例示性實施例之一微機電製作程序之示意圖，其指示使用標準的SOI的微機械加工程序可製作一梳狀驅動致動器連同一個剛性平台。
圖12a：依據一例示性實施例之圖10作為製作該透鏡位移組件之代表性說明。
圖12b：依據一例示性實施例之圖12a具有一對位及排列艾爾華芮茲(Alvarez)透鏡元件之透鏡位移組件之代表性說明。
圖13：依據一例示性實施例顯示部分的組裝及/或對位工序之示意圖，其涉及一微機電靜電梳狀致動器及一艾爾華芮茲(Alvarez)或羅曼(Lohmann)透鏡元件。
圖14：依據一例示性實施例之具有兩個微機電驅動光學裝置之一基於微機電可變焦鏡頭之示意圖。
圖15：依據一例示性實施例來自測試一已製作之基於微機電可變焦透鏡所取得之實驗數據繪製圖。
圖16：依據一例示性實施例之一微機電驅動光學裝置之示意圖，其包含一微機電靜電梳狀驅動致動器、一艾爾華芮茲(Alvarez)或羅曼(Lohmann)透鏡元件及一位移放大機件。
圖17：依據本發明併入超薄設計智慧型手機中之一例示性實施例之一變焦鏡頭系統之示意圖。
圖18：根據本發明之一觀點之一方法之一流程圖或一流程示意圖。
圖19：根據本發明之一實施例之一方法之一流程圖或一流程示意圖。
圖20：根據本發明之一實施例其用以製作之一方法之一流程圖或一流程示意圖。
101‧‧‧第一可變焦透鏡
102‧‧‧第二可變焦透鏡
103‧‧‧透鏡元件或平板
104‧‧‧圖像裝置/感應器
105‧‧‧設備
106‧‧‧光射線
107‧‧‧光學信號傳導路徑/光軸

Claims (48)

  1. 一種基於微機電的變焦鏡頭系統，其包含：至少兩個微機電(MEMS)致動器，每一個該微機電致動器用以位移一或多個光學元件；至少四個微機電驅動光學元件，每一該至少四個微機電驅動光學元件係用以使光學信號沿著一光學信號傳導路徑通過，每一該至少四個微機電驅動光學元件包含：至少一任意形態表面；該至少四個微機電驅動光學元件以一成對配置方式定位，使得一第一及一第二微機電驅動光學元件形成一第一對光學元件，以及一第三及一第四微機電驅動光學元件形成一第二對光學元件，每一該至少四個微機電驅動光學元件係藉由該至少兩個微機電致動器中的其中一個，於實質橫切於該光學信號傳導路徑之一方向上進行位移，以允許該第一對及第二對光學元件之其一或兩者在光功率上作一改變。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之變焦鏡頭系統，其中該至少四個微機電驅動光學元件用以提供至少約二倍之一光學放大倍率。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之變焦鏡頭系統，其中該至少四個微機電驅動光學元件包含：一初始透鏡元件及一終端透鏡元件，以一小於約30公釐之一距離分開。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之變焦鏡頭系統，其中該 至少四個微機電驅動光學元件用以提供該微機電變焦鏡頭系統之每一光學變焦及自動對焦之功能。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之變焦鏡頭系統，其中該第一對光學元件包含：一第一可變焦透鏡，用以作為一艾爾華芮茲透鏡及一羅曼透鏡之一。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之變焦鏡頭系統，其中該第二對光學元件包含：一第二可變焦透鏡，用以作為一艾爾華芮茲透鏡及一羅曼透鏡之一。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之變焦鏡頭系統，其中一光學變焦功能係透過該第一可變焦透鏡之一第一焦距及該第二可變焦透鏡之一第二焦距的複合調整所實現。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之變焦鏡頭系統，其中一自動對焦功能係透過該第一可變焦透鏡之該第一焦距獨立於該第二可變焦透鏡之一調整所實現。
  9. 如申請專利範圍第4項所述之變焦鏡頭系統，其中該第一對及第二對光學元件之其一或兩者包含一對應的可變焦透鏡，用以作為一艾爾華芮茲透鏡及一羅曼透鏡之一。
  10. 如申請專利範圍第4項所述之變焦鏡頭系統，其中該第一對及第二對光學元件之其一或兩者包含一對應的可變焦透鏡，且其中該可變焦透鏡包含之表面乃關 聯於一高於三階之多項式。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之變焦鏡頭系統，另包含：複數個微機電可撓性懸架，每一微機電可撓性懸架耦合於該至少四個微機電驅動光學元件之一微機電驅動光學元件，每一微機電可撓性懸架用以在實質橫切於該光學信號傳導路徑之一方向上進行彈性變形。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之變焦鏡頭系統，另包含：一第一位移設備，用以在實質橫切於該光學信號傳導路徑之一方向上，相對於該第二微機電驅動光件位移該第一微機電驅動光學元件，該第一位移設備包含：至少一參考支撐構件；一第一平台，用以承載該第一微機電驅動光學元件；一第一可撓性懸架，耦合於該第一平台及該至少一參考支撐構件之間；一第二平台，用以承載該第二微機電驅動光學元件；及一第二可撓性懸架，耦合於該第二平台及至少一參考支撐構件之間，其中每一該第一可撓性懸架及該第二可撓性懸架用以在實質橫切於該光學信號傳導路徑之一方向上進 行彈性變形。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之變焦鏡頭系統，其中該第一位移設備另包含：一組驅動機構，用以施加一位移作用力至每一該第一平台及該第二平台，該組驅動機構包含：該至少一微機電致動器。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之變焦鏡頭系統，其中該組驅動機構包含：該至少一微機電致動器，耦合於至少一位移放大機構，該位移放大機構用以在實質橫切於該光學信號傳導路徑之一方向上，相對於該第二平台位移該第一平台。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之變焦鏡頭系統，其中該位移放大機構包含：一第一組可撓性樑，耦合於一第一微機電致動器及該第一平台之間。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之變焦鏡頭系統，其中該位移放大機構另包含：一第二組可撓性樑，耦合於一第二微機電致動器及該第二平台之間。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之變焦鏡頭系統，另包含：一可變光圈，用以限制一定量的光傳導通過該變焦鏡頭系統。
  18. 如申請專利範圍第1項所述之變焦鏡頭系統，另包含：一組附加光學組件，以提供修飾光功率及像差校正之至少一種，該組附加光學組件包含一球面、一非 球面及一任意形態表面之至少一種。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之變焦鏡頭系統，其中該組附加光學組件基本上固定在實質橫切於該光學信號傳導路徑之位置上。
  20. 如申請專利範圍第1項所述之變焦鏡頭系統，其中該至少四個微機電驅動光學元件包含：複數個實質任意形態表面，該複數個實質任意形態表面對應於一初始定義的艾爾華芮茲透鏡及一初始定義的羅曼透鏡之其一，以進行一像差校正函數f(x,y)。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之變焦鏡頭系統，其中該像差校正函數f(x,y)係根據一光學元件厚度輪廓之修飾程度。
  22. 如申請專利範圍第1項所述之變焦鏡頭系統，其中一或多個該至少四個微機電驅動光學元件包含：一組定位指標，以允許該一或多個該至少四個微機電驅動光學元件在該變焦鏡頭系統內的對位。
  23. 一種提供光學變焦之方法，包含：提供至少四個微機電驅動光學元件，每一該至少四個微機電驅動光學元件係用以使光學信號沿著一光學信號傳導路徑通過，每一該至少四個微機電驅動光學元件包含至少一任意形態表面；及將該至少四個微機電驅動光學元件以一成對配置方 式定位，使得一第一及一第二光學元件形成之一第一對光學元件以及一第三及一第四光學元件形成之一第二對光學元件；其中激活至少兩個微機電致動器中的每一個，使一或多個該至少四個微機電驅動光學元件在實質橫切至該光學信號傳導路徑之一方向上進行位移，以允許該第一及第二對光學元件之其一或兩者在光功率上作一改變。
  24. 如申請專利範圍第23項所述之方法，其中該第一對光學元件包含：一第一可變焦透鏡，而該第二對光學元件包含：一第二可變焦透鏡；且相對於該第二光學元件位移該第一光學元件，以改變該第一可變焦透鏡之一第一焦距。
  25. 如申請專利範圍第24項所述之方法，另包含：在保持該第二可變焦透鏡之一第二焦距恆定下，藉由改變該第一焦距，提供一自動對焦功能。
  26. 如申請專利範圍第24項所述之方法，包含：透過該第一可變焦透鏡之該第一焦距及該第二可變焦透鏡之該第二焦距之複合調整，提供一光學變焦功能。
  27. 如申請專利範圍第23項所述之方法，另包含：利用一位移放大機構中放大該微機電致動器之致動動作。
  28. 如申請專利範圍第23項所述之方法，另在光學信號 傳導路徑中放置一附加光學元件，以減少光學像差或修正光功率。
  29. 如申請專利範圍第23項所述之方法，另包含：以一可變光圈限制一定量之光線傳導通過該微機電變焦鏡頭系統。
  30. 如申請專利範圍第23項所述之方法，另包含：以一組定位指標對位該至少四個微機電驅動光學元件，其中該組定位指標對應於一或多個的該微機電驅動光學元件之該任意形態表面之至少一參考軸，該至少一參考軸橫切於該任意形態表面之一厚度輪廓變異軸，且該對位包含：提供一組對位結構，其係由一可動式微結構組件所承載；及藉由相對於該組對位結構對位該組定位指標，以在空間上對位一或多個之該微機電驅動光學元件及該可動式微結構組件。
  31. 一種製造基於微機電的變焦鏡頭系統之方法，包含：製作一第一可動式微結構組件作為一整合單元，該第一可動式微結構組件包含：一平台，具有一大致平坦的第一表面、一大致平坦的第二表面，及在該第一表面及該第二表面之間的一厚度，該平台用以承載一透鏡元件，而使 該透鏡元件之一光軸實質橫切於該第一及第二表面；一參考支撐構件；一可撓性懸架，耦合於該平台及該參考支撐構件之間，該可撓性懸架沿著橫切於該透鏡元件之一方向上進行彈性變形；及一位移機構，用以在橫切於該透鏡元件之該光軸之一方向上，對該平台產生一位移作用力；提供一第一透鏡元件，其具有一任意形態表面；及相對於該可動式微結構組件建立該任意形態表面之一對位。
  32. 如申請專利範圍第31項所述之方法，其中該位移機構包含：一微致動器。
  33. 如申請專利範圍第31項所述之方法，其中該位移機構包含：一微致動器，耦合於一位移放大機構。
  34. 如申請專利範圍第31項所述之方法，其中該第一可動式微結構組件係藉由一絕緣層覆矽(SOI)微機械加工程序加以製作。
  35. 如申請專利範圍第31項所述之方法，其中該第一可動式微結構組件及該第一透鏡元件共同組裝成一整合單元。
  36. 如申請專利範圍第31項所述之方法，其中該第一透 鏡元件包含對應於該任意形態表面之至少一參考軸之一組定位指標，該至少一參考軸橫切於該任意形態表面之一厚度輪廓變異軸，該方法另包含：提供一組對位構件，其係由該可動式微結構組件所承載；及藉由相對於該組對位構件對位該組定位指標，以在空間上對位該第一透鏡元件及該可動式微結構組件。
  37. 如申請專利範圍第36項所述之方法，其中該組對位構件包含一繞射光柵。
  38. 如申請專利範圍第31項所述之方法，另包含：組裝一組可變焦透鏡係透過(a)使該第一可動式微結構組件成對於具有一任意形態表面之該已對位的第一透鏡元件，以及(b)使一第二可動式微結構組件成對於具有一任意形態表面之一已對位第二透鏡元件。
  39. 如申請專利範圍第38項所述之方法，其中該第一透鏡元件之該任意形態表面對應於該第二透鏡元件之該任意形態表面。
  40. 如申請專利範圍第31項所述之方法，另包含：利用一複製模製成形程序製作具有一任意形態表面之該第一透鏡元件。
  41. 如申請專利範圍第40項所述之方法，其中該複製模製成形程序包含：使用一主要模具，其具有透過單點 金剛石切削技術製作之所需的任意形態表面。
  42. 如申請專利範圍第40項所述之方法，其中該第一透鏡元件由一紫外光可固化之光學黏膠劑所構成。
  43. 一種電子成像裝置，包含：一光學窗口，具有一橫截面區域橫切於一光軸且用以允許光學信號沿著該光軸傳導至該電子裝置；一微機電變焦鏡頭系統，用以接收沿著該光軸傳導通過該光學窗口之光學信號，該微機電變焦鏡頭系統包含：至少四個微機電驅動光學元件，每一該至少四個微機電驅動光學元件包含至少一任意形態表面，該至少四個微機電驅動光學元件以一成對方式定位，因而由一第一及一第二微機電驅動光學元件形成一第一對光學元件，以及由一第三及一第四微機電驅動光學元件形成一第二對光學元件，每一該至少四個微機電驅動光學元件係藉由至少兩個微機電致動器中的其中一個，在實質橫切於該光學信號傳導路徑之一方向上位移，以允許該第一及第二對光學元件之其一或兩者在光功率上作一改變；及一圖像感應器，用以接收沿著該光軸傳導通過該微機電變焦鏡頭系統之光學信號。
  44. 如申請專利範圍第43項所述之電子成像裝置，其中該電子裝置係為一個人數位助理、一行動電話、一平 板電腦、一行動電話暨平板電腦複合裝置、一膝上型電腦、一桌上型電腦、一電腦監視器、一電視、一網路攝影機、一微型監測相機及一內視鏡中之任一種。
  45. 如申請專利範圍第43項所述之電子成像裝置，其中該光軸包含一第一光軸區段及一第二光軸區段，該第二光軸區段係非平行於該第一光軸區段。
  46. 如申請專利範圍第45項所述之電子成像裝置，其中該第一光軸區段及第二光軸區段實質相互垂直。
  47. 如申請專利範圍第43項所述之電子成像裝置，其中該微機電變焦鏡頭系統之性能基本上不受一重力、一大氣壓力及該微機電變焦鏡頭系統之一物理性移動所影響。
  48. 如申請專利範圍第43項所述之電子成像裝置，其中該第一對及第二對之光學元件的至少一個以及該成像感應器係用以允許沿著該光軸相對彼此進行相對移動。
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