微机电装置及光学装置的制作方法

1.本发明是有关于一种微机电装置及包括此微机电装置的光学装置。背景技术：2.微机电装置被广泛运用于各种领域，举例来说，其可应用在扫描式投影机或光学雷达(lidar)等产品。现有的微机电系统会依据摆动方向的需求设计驱使转轴在x、y轴方向转动，以使镜片在一维、二维方向上摆动。然而，以应用在扫描式显示系统的微机电装置来说，因一般转轴的负载有其极限，若要再进一步提升分辨率，通常的作法是采用高规格的转轴，但此方式却造成研发上及商业上的效益低落。3.本“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”段落所揭露的内容可能包含一些没有构成所属技术领域中的技术人员所知道的已知技术。在“背景技术”段落所揭露的内容，不代表所述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的技术人员所知晓或认知。发明内容4.本发明提供一种微机电装置，其可使应用此微机电装置的光学装置在较低的成本下具有较高的分辨率，且具有较长的使用寿命。5.本发明提供一种光学装置，其能够在较低的成本下具有较优良的光学效果，且具有较长的使用寿命。6.本发明的其他目的和优点可以从本发明所揭露的技术特征中得到进一步的了解。7.本发明的一实施例提出一种微机电装置，包括多个反射元件、至少一偏摆框体、固定框体以及控制器。偏摆框体具有多个快轴。这些反射元件分别借由这些快轴与偏摆框体耦接。固定框体具有一慢轴。至少一偏摆框体设置于固定框体内，且固定框体借由慢轴与至少一偏摆框体耦接。慢轴的偏摆频率小于各快轴的偏摆频率，且慢轴的轴向不同于快轴的轴向。控制器与固定框体耦接，且选择性地控制以该些快轴与该慢轴为转轴的这些反射元件偏摆。这些反射元件中的第一反射元件以及第二反射元件分别用于反射第一光束以及第二光束，以分别形成第一反射光束与第二反射光束。8.本发明的一实施例提出一种光学装置，包括至少一光源以及上述的微机电装置。光源用以提供光束。上述的反射元件设置于光束的传递路径上。9.基于上述，在本发明实施例的微机电装置与光学装置中，多个反射元件借由偏摆框体的多个快轴与其耦接，故其可降低每个快轴的负载，可提高快轴的最高工作频率与使用寿命，故应用此微机电装置的光学装置可具有良好的光学效果与使用寿命。附图说明10.图1为本发明的一实施例的光学装置的方块示意图。11.图2为图1中的光学装置的微机电装置的外观示意图。12.图3a与图3b分别示出具有不同初始偏摆状况的反射元件的微机电装置。13.图4为图3a的微机电装置的光路示意图。14.图5与图6为本发明不同实施例的光学装置的示意图。15.图7为本发明另一实施例的微机电装置的外观示意图。具体实施方式16.图1为本发明的一实施例的光学装置的方块示意图。图2为图1中的光学装置的微机电装置的外观示意图。图3a与图3b分别示出具有不同初始偏摆状况的反射元件的微机电装置。图4为图3a的微机电装置的光路示意图。17.请参照图1与图2，在本实施例中，光学装置200包括至少一光源210与微机电装置100。举例来说，光学装置200可为投影装置、光学雷达(lidar)或其他包括此微机电装置100的合适光学装置，本发明并不局限于此。为了方便说明，光学装置200以投影装置为例，且微机电装置100例如是应用在投影装置的光阀，但不局限于此。18.光源210包括可发出光束的发光元件，或除了发光元件外还包括多种不同光学功能的光学元件所构成的光学元件总成(assembly)，本发明并不局限于此。光源210用以提供光束ib。于本实施例中，光源210的数量例如为一，但不局限于此。发光元件例如是激光光源(laser light source)。19.微机电装置100包括多个反射元件110、至少一偏摆框体120、固定框体130与控制器140。控制器140可设置于固定框体130上。20.反射元件110例如是具有反射功能的光学元件，其例如是表面镀有高反射率物质的面镜(mirror)，其中高反射率物质例如是金属，但不局限于此。于本实施例中，反射元件110的数量例如为两个，但不局限于此，且分别称为第一反射元件112与第二反射元件114。这些反射元件110设置于光束ib的传递路径上。21.偏摆框体120具有多个开口o1，且偏摆框体120具有多个快轴fx。这些反射元件110分别设置于这些开口o1(或称一对一地设置于开口o1)，且这些反射元件110分别借由这些快轴fx与偏摆框体120耦接。各快轴fx的轴向例如是在方向d2上，且其偏摆频率落在27千赫兹(khz)至54千赫兹(khz)的范围内，但不局限于此。于本实施例中，偏摆框体120的数量为一，但不局限于此。22.固定框体130具有开口o2，且固定框体130具有慢轴sx。偏摆框体120设置于开口o2内，且借由慢轴sx与固定框体130耦接。慢轴sx的轴向例如是在方向d1上，且其偏摆频率例如是60赫兹(hz)，但不局限于此。并且，方向d1与方向d2彼此垂直。23.换言之，慢轴sx的偏摆频率小于各快轴fx的偏摆频率。慢轴sx的轴向不同于快轴fx的轴向，且例如是与快轴fx轴向彼此垂直，但不局限于此。于其他的实施例中，也可以是慢轴sx的轴向相对于快轴fx的轴向倾斜一角度，但不局限于此。24.更详细而言，固定框体130具有第一驱动装置(未显示)，借由慢轴sx为转轴，驱动偏摆框体120相对于固定框体130旋转。偏摆框体120具有第二驱动装置(未显示)，借由快轴fx为转轴，驱动反射元件110相对于偏摆框体120旋转。上述驱动装置属于微机电系统(microelectromechanical systems,mems)，例如电磁装置、静电装置或压电装置等，但并不局限于此，此技术领域者可运用的微机电系统都可使用于本发明上。25.控制器140与上述驱动装置连接，用以控制这些快轴fx与慢轴sx的作动，其中控制器140可控制反射元件110以快轴fx为转轴，在方向d1上相对于偏摆框体120来回摆动，控制器140可控制偏摆框体120以慢轴sx为转轴，在方向d2上相对固定框体130来回摆动。控制器140例如是中央处理单元(central processing unit,cpu)，或是其他可编程之一般用途或特殊用途的微处理器(microprocessor)、可编程控制器、特殊应用集成电路(application specific integrated circuits,asic)、可编程逻辑装置(programmable logic device,pld)或其他类似装置或这些装置的组合。26.于以下的段落中会详细地说明本实施例的光学装置200的技术效果。27.请参照图1、图2、图3a与图3b，光源210发出光束ib。光束ib只少包括第一光束ib1与第二光束ib2。光束ib中的第一光束ib1传递至第一反射元件112而被其反射以形成第一反射光束rb1，而光束ib中的第二光束ib2则传递至第二反射元件114而被其反射以形成第二反射光束rb2。于本实施例中，第一、第二光束ib1、ib2来自于同一光源210。在一实施例中，光束ib可借由分光器(未示出)分束成第一、第二光束ib1、ib2，以引导第一、第二光束ib1、ib2至第一、第二反射元件112、114。在另一实施例中，亦可不借由分光器分束，而是直接将光束ib照射于第一、第二反射元件112、114，本发明并不局限于此。28.请参照图3a，于一实施态样中，控制器140用以控制这些反射元件110偏摆，以使这些反射元件110分别相对于偏摆框体120的多个初始偏摆角度彼此不同。详细来说，控制器140用以发出多个控制信号至上述驱动装置。控制信号的信号形态例如是弦波形态，且例如是正弦波或余弦波。控制器140可设定这些控制信号之间的相位为彼此不同，借此使这些初始偏摆角度彼此不同。如此一来，可使第一、第二反射光束rb1、rb2以不同出射角度出射于微机电装置100。29.请参照图3b，于另一实施态样中，控制器140用以控制这些反射元件110偏摆，以使这些反射元件110分别相对于偏摆框体120的多个初始偏摆角度彼此相同。控制器140可设定这些控制信号的相位为彼此相同，借此使这些初始偏摆角度彼此相同。如此一来，可使第一、第二反射光束rb1、rb2以相同出射角度出射于微机电装置100。30.承上述，在本实施例的微机电装置100与光学装置200中，这些反射元件110借由偏摆框体120的多个快轴fx与其耦接。假设所属技术领域中的技术人员预定将微机电装置100的这些反射元件110的反射面的总面积设计为a，每一快轴fx所要负载的扭力(torsion)以a/(这些反射元件110的数量)为代表，故设计越多个快轴fx，可使得这些快轴fx的负载降低，因此可提高各快轴fx的最高工作频率与使用寿命。31.请参照图3a与图4，承续图3a的实施态样，当第一、第二反射光束rb1、rb2以不同出射角度出射时，会照射在投影媒介pm(例如是投影幕、墙壁或眼睛，但不局限于此)的不同点上。第一反射光束rb1沿第一条第一扫描路径sl11照射，而第二反射光束rb2沿第一条第二扫描路径sl21照射，且第一扫描路径sl11与第二扫描路径sl21彼此不同且例如是互为平行。32.接着，当第一、第二反射光束rb1、rb2分别照射至第一条第一扫描路径sl11与第一条第二扫描路径sl21的终点ep11、ep21时，控制器140控制偏摆框体120转动一定角度。在这过程中，第一反射光束rb1由第一条第一扫描路径sl11的终点ep11往下一条第一扫描路径sl12的起点st12移动(即虚线的部分)，类似地，第二反射光束rb2由第一条第二扫描路径sl21的终点ep21往下一条第二扫描路径sl22的起点st22移动(即虚线的部分)。第一条第二扫描路径sl21位于第一条第一扫描路径sl11与第二条第一扫描路径sl12之间。33.光学装置200将上述步骤进行一至多次后，即可扫描出影像画面。34.此外，在本实施例中，控制器140用以控制第一、第二反射元件的两控制信号之间的相位差例如是180度，相较于相位差为90度或270度来说。当两控制信号之间的相位差为180度时，其扫描出来的影像画面具有良好的分辨率。35.承上述，相较于已知技术以高规格的快轴作动反射元件以实现高分辨率的作法，在本实施例的微机电装置100与光学装置200中，由于多个反射元件110的设置，光束ib可被这些反射元件110反射往不同的位置，控制器140再借由控制反射元件110，以将被反射元件110反射成的反射光束以不同的扫描路径进行扫描。如此一来，本实施例可以以较低的偏摆频率实现高分辨率的效果。36.图5与图6为本发明不同实施例的光学装置的示意图。37.图5的实施例的光学装置200a大致上类似于图1、4的光学装置200，其主要差异在于：光学装置200a还包括光路调整元件150。在本实施例中，光路调整元件150例如是平场聚焦透镜(f-theta lens)，其设置于这些反射光束rb的传递路径上。光路调整元件150可将这些反射光束rb1以及rb2汇聚在一点。因此，光学装置200a所扫描出的影像画面的亮度可进一步提升。38.图6的实施例的光学装置200b大致上类似于图5的光学装置200a，其主要差异在于：光学装置200b采用不同光学效果的光路调整元件150b。在本实施例中，光路调整元件150b例如是液晶透镜或平场聚焦透镜等，但不局限于此。光路调整元件150b可将这些反射光束rb(rb1以及rb2)照射于投影媒介pm的对齐的多个位置p。因此，光学装置200a所扫描出的影像画面的亮度可进一步提升。39.图7为本发明另一实施例的微机电装置的外观示意图。40.图7的实施例的微机电装置100c大致上类似于图2的微机电装置100，其主要差异在于：微机电装置100c的偏摆框体120的数量为多个，本实施例中以两个为范例，慢轴sx用以连接偏摆框体120与固定框体130，并且慢轴sx用以连接这些偏摆框体120。借由此设置，微机电装置100c的控制器140可控制这些偏摆框体120具有不同的偏摆方式基于慢轴sx的作动(慢轴sx为转轴)，故可使反射光束rb具有多样的扫描路径，可实现不同的应用。41.应注意的是，于上述的实施例中，反射元件的数量为二，故反射出来的反射光束的数量亦为二。但于其他的实施例中，本领域的普通技术人员可以依据成本以及制造的难易度，调整反射元件的数量，例如是大于二的数字，借此以调整扫描路径的数量以进一步提升分辨率。42.此外，于上述的实施例中，光源的数量为一，而第一、第二光束系来自于同一个光源。但于其他的实施例中，亦可以将光源的数量改为多个，而第一光束由这些光源中的一者发出，且第二光束由这些光源中的又一者发出，换言之，即第一、第二光束可由彼此独立的光源发出，本发明并不局限于此。43.综上所述，在本发明实施例的微机电装置与光学装置中，这些反射元件借由偏摆框体的多个快轴与其耦接，故每个快轴的负载可以降低，而可提高快轴的最高工作频率，借此以提高扫描出来的影像画面的分辨率。并且，由于快轴负载降低，故微机电装置与光学装置的使用寿命亦可以提高。此外，控制器可控制反射元件以快轴、慢轴为转轴将被反射元件所反射的反射光束以不同的扫描路径进行扫描，多条不同的扫描路径更有助于提升影像画面的分辨率。44.惟以上所述者，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施之范围，即凡依本发明权利要求书及发明内容所作之简单的等效变化与修改，皆仍属本发明专利涵盖之范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露之全部目的或优点或特点。此外，摘要和发明名称仅是用来辅助专利文件检索之用，并非用来限制本发明之权利范围。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。45.附图标记说明：46.200、200a：光学装置47.210：光源48.100、100c：微机电装置49.110：反射元件50.112、114：第一、第二反射元件51.120：偏摆框体52.130：固定框体53.140：控制器54.150、150b：光路调整元件55.d1、d2：方向56.ep11、ep21：终点57.fx：快轴58.ib：光束59.ib1、ib2：第一、第二光束60.rb1、rb2：第一、第二反射光束61.o1、o2：开口62.p：位置63.st11、st12、st21、st22：起点64.sx：慢轴65.sl11、sl12：第一条第一扫描路径、第二条第一扫描路径66.sl21、sl22：第一条第二扫描路径、第二条第二扫描路径。