微型扫描面镜的制作方法

1.本发明关于一种微机电系统(micro electronical mechanical systems,mems)元件，且特别是关于一种微型扫描面镜。背景技术：2.以微机电技术制作的微型扫描面镜，依其驱动方式可概分为三大类:静电式致动、电磁式致动、以及压电式致动。3.采用静电式致动技术的微型面镜为目前市场主流，但其存在有下述限制：首先是需高电压(例如高于150v)操作，且对碰撞或震动敏感。更具体而言，静电式致动技术的微型面镜的两个高压电极间隙通常只有数微米，一旦有碰撞或震动的外力导致结构些微位移，便会导致两个电极接触而短路或互相沾粘，进而使整个系统元件失去功能。4.另一方面，采用电磁式致动技术的微型面镜则是通过操作电流来控制面镜旋转角度，因此其也存在有下述限制：首先是其具有大功耗，其次是其亦需将电流生热对整体结构的影响列入考量。此外，采用电磁式致动技术的微型面镜也需外部磁铁提供磁场，如此一来不仅组装较为复杂，亦限制其封装体积缩小的可能性。并且，目前采用电磁式致动技术的微型面镜仅能以单轴驱动，因此也仅能进行一个维度上的扫描，而不能进行在两个维度上的扫描。5.而现有在研发中采用压电式致动技术的微型面镜，具有两种驱动方式。一种驱动方式是使用环架(gimble)架构，将微型面镜透过第一转轴(例如x轴)连接于环架上，环架垂直于第一转轴的方向上设置有第二转轴(例如y轴)，第二转轴连接环架与晶片基板的固定端。另一种驱动方式是不使用环架，直接使用四组驱动部在晶片基板的固定端，两组驱动部连接微型面镜的第一转轴，另两组驱动部连接微型面镜的第二转轴。此种不采用环架的驱动方式能够以双轴驱动，直接透过不同的驱动部驱动转轴带动微型面镜绕第一转轴或第二转轴旋转。另一方面，采用环架的驱动方式是以单轴驱动方式设计，但可透过环架上布置有驱动电极而使环架本身产生扭转变形，进而带动面镜绕第一转轴或第二转轴旋转。6.然而，现有采用压电式致动技术的微型面镜皆需牺牲部分连接驱动部与转轴处的驱动梁面积来设置感测部电极，导致面镜旋转角度未能最大化，或是驱动方式未能最佳化。并且，当采用压电式致动技术的微型面镜的转轴为单轴设计时，在相同扭转刚性条件下，抵抗外界震动效果也会较差。[0007]“背景技术”段落只是用来帮助了解本技术实现要素：，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本领域技术人员所知道的现有技术。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本领域技术人员所知晓或认知。发明内容[0008]本发明提供一种微型扫描面镜，能够具有在相同的驱动条件下可获得更大的面镜转动角度，且具有良好的可靠度。[0009]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。[0010]为达到上述的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微型扫描面镜。微型扫描面镜包括镜片、压电材料层、两个第一转轴元件以及多个第一驱动电极。第一轴方向通过镜片的中心。压电材料层沿着镜片的圆周方向设置，其中压电材料层具有多个第一驱动电极区域，未设有压电材料层的两个第一间隔区域分别形成于这些第一驱动电极区域中相邻的两个第一驱动电极区域之间。两个第一转轴元件分别位于镜片沿着第一轴方向上的相对两侧，且各第一转轴元件位于各第一间隔区域与对应的相邻的两个第一驱动电极区域之间，其中各第一转轴元件连接镜片与位于两个第一驱动电极区域中的压电材料层。多个第一驱动电极分别位于对应的这些第一驱动电极区域上，其中压电材料层分别被对应的这些第一驱动电极驱动，以使位于各第一间隔区域的两侧的压电材料层产生形变后，借由两个第一转轴元件带动镜片绕第一轴方向旋转。[0011]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，微型扫描面镜通过未设有压电材料层的第一间隔区域与第二间隔区域的设置，能够使镜片在绕第一轴方向时或在绕第二轴方向时达到更大的旋转角度，而可在旋转相同角度的情况下，降低所需的驱动电压，降低驱动电路设计的困难度。并且微型扫描面镜通过第二转轴元件连接基板的固定端与位于两个第二驱动电极区域中的压电材料层，将可提高微型扫描面镜的刚性，而可进一步提高微型扫描面镜的可靠度。[0012]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[0013]图1a是本发明一实施例的一种微型扫描面镜的正视示意图。[0014]图1b是图1a的微型扫描面镜沿线a-a或沿线b-b的剖视示意图。[0015]图1c是图1a的第一转轴元件的正视示意图。[0016]图1d是图1a的第二转轴元件的正视示意图。[0017]图2a至图2c是图1a的微型扫描面镜绕第一轴方向旋转时的示意图。[0018]图3a至图3c是图1a的微型扫描面镜绕第二轴方向旋转时的示意图。[0019]图4是本发明一对照例的一种微型扫描面镜的正视示意图。[0020]图5a至图5c是本发明的另一实施例的不同第一转轴元件的正视示意图。[0021]图6是本发明的另一实施例的第二转轴元件的正视示意图。[0022]附图标记列表[0023]100、100’：微型扫描面镜[0024]110：基板[0025]120：镜片[0026]130、130’：压电材料层[0027]140、140’、540a、540b、540c：第一转轴元件[0028]141：第一延伸部[0029]142：第一内侧连接部[0030]143：外侧连接部[0031]150、150’、650：第二转轴元件[0032]151：第二延伸部[0033]152：第二内侧连接部[0034]544：中间连接部[0035]a-a、b-b：剖线[0036]d1：第一轴方向[0037]d2：第二轴方向[0038]de1：第一驱动电极[0039]de2：第二驱动电极[0040]dr1：第一驱动电极区域[0041]dr2：第二驱动电极区域[0042]fx：固定端[0043]n、n’：法线方向[0044]se1：第一感测电极[0045]se2：第二感测电极[0046]sr1：第一间隔区域[0047]sr2：第二间隔区域。具体实施方式[0048]有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一优选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。[0049]图1a是本发明一实施例的一种微型扫描面镜的正视示意图。图1b是图1a的微型扫描面镜沿线a-a或沿线b-b的剖视示意图。图1c是图1a的第一转轴元件的正视示意图。图1d是图1a的第二转轴元件的正视示意图。请参照图1a与图1b，本实施例的微型扫描面镜100包括基板110、镜片120、压电材料层130、两个第一转轴元件140、两个第二转轴元件150、多个第一驱动电极de1以及多个第二驱动电极de2。举例而言，在本实施例中，基板110的材质例如为硅(silicon)，但本发明不局限于此。并且，值得注意的是，如图1a与图1b所示，在本实施例中，微型扫描面镜100沿线a-a的剖视示意图可以显示出压电材料层130、第一转轴元件140以及第一驱动电极de1的相对叠构关系的剖面结构，而微型扫描面镜100沿线b-b的剖视示意图可以显示出压电材料层130、第二转轴元件150以及第二驱动电极de2的相对叠构关系的剖面结构。[0050]具体而言，如图1a与图1b所示，在本实施例中，压电材料层130、第一驱动电极de1与第二驱动电极de2可设置于基板110上。如图1a所示，在本实施例中，第一轴方向d1与第二轴方向d2皆通过镜片120的中心，且第一轴方向d1与第二轴方向d2平行于镜面。更详细而言，如图1a所示，第一轴方向d1与第二轴方向d2彼此正交，第一轴方向d1与第二轴方向d2相交于镜片120的中心。[0051]进一步而言，如图1a所示，在本实施例中，压电材料层130沿着镜片120的圆周方向设置。如图1a与图1b所示，在本实施例中，压电材料层130具有多个第一驱动电极区域dr1以及多个第二驱动电极区域dr2，且第一驱动电极de1分别位于对应的第一驱动电极区域dr1上，第二驱动电极de2分别位于对应的第二驱动电极区域dr2上。并且，如图1a与图1b所示，在本实施例中，在这些第一驱动电极区域dr1中相邻的两个第一驱动电极区域dr1之间，分别形成有未设置压电材料层130的两个第一间隔区域sr1。类似地，在第二驱动电极区域dr2中相邻的两个第二驱动电极区域dr2之间，分别形成有未设置压电材料层130的两个第二间隔区域sr2。进一步而言，如图1a所示，在本实施例中，第一轴方向d1通过两个第一间隔区域sr1，第二轴方向d2通过两个第二间隔区域sr2。[0052]另一方面，如图1a与图1c所示，在本实施例中，两个第一转轴元件140分别位于镜片120沿着第一轴方向d1上的相对两侧，且各第一转轴元件140位于各第一间隔区域sr1与对应的相邻的两个第一驱动电极区域dr1之间。各第一转轴元件140连接镜片120与位于两个第一驱动电极区域dr1中的压电材料层130。[0053]更具体而言，如图1c所示，在本实施例中，各第一转轴元件140具有两个第一延伸部141、第一内侧连接部142以及外侧连接部143。第一内侧连接部142与镜片120连接，且第一轴方向d1通过第一内侧连接部142。如图1c所示，在本实施例中，第一内侧连接部142自镜片120的两端朝向镜片120的径向外侧延伸后分岔以形成两个第一延伸部141。各第一转轴元件140的第一内侧连接部142较位于各第一间隔区域sr1的两侧的压电材料层130的内周更靠近镜片120。并且，如图1c所示，在本实施例中，外侧连接部143自两个第一延伸部141的一端突出并沿着压电材料层130的周向外侧延伸，以使两个第一延伸部141彼此相连接。各第一转轴元件140的外侧连接部143较位于各第一间隔区域sr1的两侧的压电材料层130的外周更远离镜片120。外侧连接部143、第一内侧连接部142与两个第一延伸部141形成围绕所述第一间隔区域sr1的边界，而使第一转轴元件140的轮廓形成为封闭型(o字型)图案。[0054]另一方面，如图1a与图1d所示，在本实施例中，两个第二转轴元件150分别位于镜片120沿着第二轴方向d2上的相对两侧，且各第二转轴元件150位于各第二间隔区域sr2与对应的相邻的两个第二驱动电极区域dr2之间。各第二转轴元件150连接基板110的固定端fx与位于两个第二驱动电极区域dr2中的压电材料层130。[0055]更具体而言，如图1d所示，在本实施例中，各第二转轴元件150具有两个第二延伸部151与第二内侧连接部152，各第二内侧连接部152自位于各第二间隔区域sr2的两侧的压电材料层130沿着压电材料层130的周向内侧延伸，以使位于各第二间隔区域sr2的两侧的压电材料层130彼此相连接，各第二内侧连接部152自压电材料层130的径向内侧朝向压电材料层130的径向外侧延伸形成两个第二延伸部151，且两个第二延伸部151与位于两个相邻的这些第二驱动电极区域dr2中的压电材料层130相连接。各第二转轴元件150的第二内侧连接部152较位于各第二间隔区域sr2的两侧的压电材料层130的内周更靠近镜片120。[0056]并且，如图1a至图1d所示，在本实施例中，微型扫描面镜100更包括多个第一感测电极se1以及多个第二感测电极se2，其中第一感测电极se1分别位于各第一转轴元件140的两个第一延伸部141上，第二感测电极se2位于两个第二转轴元件150的两个第二延伸部151上。举例而言，在本实施例中，第一转轴元件140以及第二转轴元件150的材质可包含硅(silicon)与压电材料，换言之，第一转轴元件140以及第二转轴元件150可包含基板110及压电材料层130延伸至第一间隔区域sr1与对应的相邻的两个第一驱动电极区域dr1之间的部分。具体而言，其中第一转轴元件140所包含的压电材料需设置于第一感测电极se1的下方，并与两个第一驱动电极区域dr1中的压电材料层130相连并一体成形，以用以感测压电材料层130受第一驱动电极de1驱动时的电荷变化，进而反推微型扫描面镜100的镜片120绕第一轴方向d1旋转的位移变化或角度变化。类似地，第二转轴元件150所包含的压电材料也需设置于第二感测电极se2的下方，并与两个第二驱动电极区域dr2中的压电材料层130相连并一体成形，以用以感测压电材料层130受第二驱动电极de2驱动时的电荷变化，进而反推微型扫描面镜100的镜片120绕第二轴方向d2旋转的位移变化或角度变化。[0057]换言之，如图1b至图1d所示，在本实施例中，各第一转轴元件140的两个第一延伸部141与各第二转轴元件150的两个第二延伸部151可由包含硅的基材与压电材料的叠构层所形成，而如图1c与图1d所示，在本实施例中，第一转轴元件140上的其他部分(如：第一内侧连接部142与外侧连接部143)的材质与第二转轴元件150上的其他部分(如：第二内侧连接部152)的材质则可以是仅包含硅的基材，且第一转轴元件140与第二转轴元件150的这些包含硅的部分会与基板110一体成形，以使第一转轴元件140与第二转轴元件150可基于压电材料层130与基板110的形变而带动镜片120旋转。[0058]以下将搭配图2a至图3c，针对微型扫描面镜100绕第一轴方向d1旋转时或绕第二轴方向d2旋转时的过程进行进一步地解说。[0059]图2a至图2c是图1a的微型扫描面镜绕第一轴方向旋转时的示意图。图3a至图3c是图1a的微型扫描面镜绕第二轴方向旋转时的示意图。如图2a至图2c所示，在本实施例中，当欲驱动微型扫描面镜100绕第一轴方向d1旋转时，可对位于各第一间隔区域sr1的两侧的第一驱动电极de1施加不同电压，并且，使第一驱动电极de1中靠近各第一间隔区域sr1的其中一侧的第一驱动电极de1对压电材料层130所施加的驱动电压的方向与第一驱动电极de1中靠近各第一间隔区域sr1的另一侧的第一驱动电极de1对压电材料层130所施加的驱动电压的方向相反。[0060]如此，如图2b与图2c所示，由于压电材料层130分别被对应的这些第一驱动电极de1驱动，而会使位于各第一间隔区域sr1的两侧的压电材料层130产生形变。更详细而言，当在压电材料层130的上下端施加一电场，压电材料层130于垂直电场的方向(即水平方向)的尺寸会缩短，但与压电材料层130接合的基板110的尺寸不会因施加的电场而变，因此，这种尺寸上的不匹配致使压电材料层130与基板110的整体结构往垂直电场的方向弯曲以维持接合面间的尺寸一致。也就是说，压电材料层130的形变会带动基板110朝某方向弯曲而也随之产生形变。[0061]并且，由于靠近各第一间隔区域sr1的两侧的第一驱动电极de1被施加的驱动电压的方向相反，因此，如图2c所示，位于各第一间隔区域sr1的两侧的压电材料层130与其带动基板110产生形变的方向也会相反，其中一侧朝一方向弯曲时，另一侧则也会朝此方向的相反方向产生形变，如此，如图2b与图2c所示，位于各第一间隔区域sr1的两侧的压电材料层130与基板110的形变将会致使第一转轴元件140的法线方向n发生变化，并进而透过第一转轴元件140带动镜片120绕第一轴方向d1旋转。[0062]另一方面，类似地，如图3a至图3c所示，在本实施例中，当欲驱动微型扫描面镜100绕第二轴方向d2旋转时，可对位于各第二间隔区域sr2的两侧的第二驱动电极de2施加不同电压。第二驱动电极de2中靠近各第二间隔区域sr2的其中一侧的第二驱动电极de2对压电材料层130所施加的驱动电压的方向与第二驱动电极de2中靠近各第二间隔区域sr2的另一侧的第二驱动电极de2对压电材料层130所施加的驱动电压的方向相反。如此，如图3b与图3c所示，当压电材料层130分别被对应的第二驱动电极de2驱动时，位于各第二间隔区域sr2的两侧的压电材料层130也会产生形变，其中位于各第二间隔区域sr2的两侧的压电材料层130的形变机制原理与位于各第一间隔区域sr1的两侧的压电材料层130的形变机制原理相同，在此就不再赘述。如此，如图3c所示，位于各第二间隔区域sr2的两侧的压电材料层130与基板110的形变将会致使第二转轴元件150的法线方向n’发生变化，连带地，如图3b与图3c所示，第二转轴元件150与基板110一体成形的部分也会带动压电材料层130与基板110的其他部分产生形变，进而透过第二转轴元件150带动镜片120绕第二轴方向d2旋转。[0063]图4是本发明一对照例的一种微型扫描面镜的正视示意图。请参照图4，图4的对照例的微型扫描面镜100’与图1a的微型扫描面镜100类似，而差异如下所述。在图4的对照例中，微型扫描面镜100’的压电材料层130’不具有第一间隔区域sr1与第二间隔区域sr2，换言之，压电材料层130’为一完整的环状压电材料层，第一转轴元件140’与第二转轴元件150’的表面则为一完整的矩形图案，且第一转轴元件140’与第二转轴元件150’的包含硅的部分与基板110一体成形。[0064]以下将举出图4的对照例的微型扫描面镜100’与图1a的实施例的微型扫描面镜100在相同的驱动电压时的位移变化或角度变化的模拟数据。然而，下文中所列举的数据资料并非用以限定本发明，任何所属领域中具有通常知识者在参照本发明之后，当可对其参数或设定作适当的更动，惟其仍应属于本发明的范畴内。[0065][0066]〈表一〉[0067]具体而言，如〈表一〉的数据所示，在相同的驱动电压下，图1a的实施例的微型扫描面镜100通过第一间隔区域sr1与第二间隔区域sr2的设置，能够容易使位于各第一间隔区域sr1或各第二间隔区域sr2的两侧的压电材料层130与基板110的形变，进而使镜片120在绕第一轴方向d1时或在绕第二轴方向d2时达到更大的旋转角度。并且，一般而言，若元件在固定端的连接数目或面积增加，则可使元件的刚性提高。而如〈表一〉的数据所示，图1a的实施例的微型扫描面镜100的共振频率会大于图4的对照例的微型扫描面镜100’的共振频率，在此，元件的共振频率较大的数值意味着元件会具有较大的刚性。这也就是说，图1a的实施例的微型扫描面镜100通过第二转轴元件150连接基板110的固定端fx与位于两个第二驱动电极区域dr2中的压电材料层130，将可提高微型扫描面镜100的刚性。[0068]如此一来，微型扫描面镜100通过未设有压电材料层130的第一间隔区域sr1与第二间隔区域sr2的设置，能够使镜片120在绕第一轴方向d1时或在绕第二轴方向d2时达到更大的旋转角度，而可在旋转相同角度的情况下，降低所需的驱动电压，降低驱动电路设计的困难度。并且微型扫描面镜100通过第二转轴元件150连接基板110的固定端fx与位于两个第二驱动电极区域dr2中的压电材料层130，可提高微型扫描面镜100的刚性，而可进一步提高微型扫描面镜100的可靠度。[0069]图5a至图5c是本发明的另一实施例的不同第一转轴元件的正视示意图。请参照图5a至图5c，图5a至图5c的第一转轴元件540a、540b、540c与图1a的第一转轴元件140类似，而差异如下所述。如图5a至图5c所示，在这些实施例中，第一转轴元件540a、540b、540c皆具有两个第一延伸部141以及第一内侧连接部142，并且可以选择性地具有外侧连接部143或是中间连接部544。具体而言，在这些实施例中，若第一转轴元件540a、540b具有中间连接部544时，中间连接部544自两个第一延伸部141的中间处突出并沿着不平行于第一轴方向d1的方向延伸，以使两个第一延伸部141彼此相连接。在此，不平行于第一轴方向d1的方向可以是镜片120的圆周方向，也可以是垂直于第一轴方向d1的方向。[0070]更具体而言，如图5a所示，各第一转轴元件540a同时具有中间连接部544与外侧连接部143，如此，第一转轴元件540a的轮廓可形成为日字型图案。另一方面，如图5b所示，各第一转轴元件540b不具有外侧连接部143，而各第一转轴元件540b的中间连接部544较第一内侧连接部142更远离镜片120，且各第一转轴元件140的中间连接部544较位于各第一间隔区域sr1的两侧的压电材料层130的外周更靠近镜片120。如此，第一转轴元件540b的轮廓可形成为类似a字型的图案。此外，如图5c所示，各第一转轴元件540c不具有中间连接部544与外侧连接部143时，第一转轴元件540c的轮廓则可形成为开放型图案。[0071]如此，当微型扫描面镜100采用各第一转轴元件540a、540b、540c时，微型扫描面镜100仍可通过未设有压电材料层130的第一间隔区域sr1与第二间隔区域sr2的设置，而可使镜片120在绕第一轴方向d1时或在绕第二轴方向d2时达到更大的旋转角度，而能达到前述的效果与优点，在此就不再赘述。[0072]图6是本发明的另一实施例的第二转轴元件的正视示意图。请参照图6，图6的第二转轴元件650与图1a的第二转轴元件150类似，而差异如下所述。如图6所示，在本实施例中，第二转轴元件650不具有第二内侧连接部152，而仅具有两个第二延伸部151。即便如此，当微型扫描面镜100采用各第二转轴元件650时，微型扫描面镜100仍可通过第二转轴元件650连接基板110的固定端fx与对应两个第二驱动电极de2的压电材料层130，来提高微型扫描面镜100的刚性，而可进一步提高微型扫描面镜100的可靠度，而能达到前述的效果与优点，在此就不再赘述。此外，图1a、1d的第二转轴元件150及图6的第二转轴元件650也可具有中间连接部(图未示)，类似于如图5a及图5b中的中间连接部544，此时的中间连接部可自两个第二延伸部151的中间处突出并沿着不平行于第二轴方向d2的方向延伸，以使两个第二延伸部151彼此相连接，可再提高微型扫描面镜100的刚性。[0073]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，微型扫描面镜通过未设有压电材料层的第一间隔区域与第二间隔区域的设置，能够使镜片在绕第一轴方向时或在绕第二轴方向时达到更大的旋转角度，而可在旋转相同角度的情况下，降低所需的驱动电压，降低驱动电路设计的困难度。并且微型扫描面镜通过第二转轴元件连接基板的固定端与位于两个第二驱动电极区域中的压电材料层，将可提高微型扫描面镜的刚性，而可进一步提高微型扫描面镜的可靠度。[0074]以上所述，仅为本发明的优选实施例而已，不能以此限定本发明实施的范围，即凡是依照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，说明书摘要和发明名称仅是用来辅助专利文件检索，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。