[發明專利]微型執行器的振動結構

有效

• 申請號: 201210553100.8
• 申請日: 2012-12-19
• 公開（公告）號: CN103569936A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 賴衍翰;林大為;洪昌黎
• 申請（專利權）人: 先進微系統科技股份有限公司
• 主分類號: B81B3/00
• 分類號: B81B3/00
• 代理公司: 上海翼勝專利商標事務所(普通合伙) 31218
• 代理人: 翟羽

技術領域

本發明涉及一種振動結構，尤其涉及一種微型執行器的振動結構，以改善微型執行器扭轉運動的動態變形。

背景技術

近年來，利用微機電加工技術制造的微結構組件廣泛應用于各種傳感器或執行器領域，例如加速度傳感器、角速度傳感器或是微振鏡執行器中皆包含不同設計的微結構組件，而微振鏡執行器常被應用在光的反射。

參考附圖1A，現有技術的微型執行器100的立體圖。微型執行器100包括振動本體102以及連接振動本體102兩側的扭轉桿104，振動本體102上可形成鍍膜的反射面以提高對入射光的反射率。振動本體102透過扭轉桿104連結支撐座(未圖示)，當微型執行器100產生的扭矩作用于扭轉桿104時，此扭矩經由扭轉桿104帶動振動本體102，周期性的致動力使得振動本體102相對于支撐座來回振動。若此時一光束入射在振動本體102上，可隨著振動本體102的振動改變光束反射的路徑，透過兩個單一轉軸的微振鏡執行器或一雙軸微振鏡執行器，可以達到二維影像的投影成像。然而，由于振動本體102上的反射面在運動中受到振動本體102自身重量與慣性作用的影響，將產生形變而形成非理想平面，造成反射光束的發散、降低投影影像的清晰度與分辨率，此處振動本體102的形變一般稱為動態變形(dynamic?deformation)。

如附圖1A所示，慣性是指當物體受到外力(例如扭力)作用產生加速運動時，物體會有保持原始運動狀態的傾向。當振動本體102通過扭轉桿104繞著Y軸作旋轉時，振動本體102的動態變形δ以下列公式(1)表示：

δ?????????????????????????????????????????????????{[ρ*(1-υ²)*(2πf)²*θ*d⁵*α]/[E*t²]}…………?(1)

其中，動態變形δ定義為振動本體102相對于理想剛體(rigid?body)的變形量，且動態變形δ與下列參數相關：ρ為振動本體102的材料密度(density)；υ為泊松比(Poisson's?ratio)，表示振動本體102的橫向應變與軸向應變的比值；f為振動本體102的振動頻率；θ為振動本體102的轉動角度；d為振動本體102邊緣距離旋轉軸103的轉動長度；α為振動本體102的圓形形狀系數；E為振動本體102的楊氏系數；以及t為振動本體102的厚度。

參考附圖1B，其為附圖1A所示微型執行器100的動態變形的示意圖。當微型執行器100產生的扭矩106作用于扭轉桿104時，振動本體102會因為其本身質量的慣性作用與使其轉動(例如沿著Y軸轉動的逆時針方向)的扭力而產生動態變形。在附圖1B中，曲線CA為理想剛體(rigid?body)繞著Y軸轉動角度θ時的側面輪廓的示意圖，曲線CB為振動本體102繞著Y軸轉動角度θ時的側面變形輪廓示意圖，動態變形δ定義為振動本體102相對于理想剛體的變形量?；旧希瑒討B變形δ與振動本體102的質量、振動頻率、振動角度成正相關，而且所述動態變形δ與振動本體102邊緣距離Y旋轉軸的尺寸成正相關，動態變形δ與振動本體102的厚度成負相關。

繼續參考附圖1A，當微型執行器100產生的扭矩106作用于扭轉桿104上時，此扭矩106經由扭轉桿104帶動振動本體102，在達到最大扭轉角度時，能量以彈性位能的形式儲存在扭轉桿104。然而，因為扭轉桿104直接連結振動本體102，使得當扭轉桿104釋放彈性位能轉變為動能而帶動振動本體102扭轉時，能量經由扭轉桿104與連結振動本體102的第一區域RA1向其它區域傳遞，導致振動本體102在第一區域RA1產生很大的動態變形。相對地，振動本體102上的第二區域RA2因為距離Y旋轉軸最遠，由于慣性作用使得第二區域RA2產生與轉動方向相反的動態變形(例如順時針方向)。

在附圖1C所示的現有技術中，設置一框架108于振動本體102的周邊，試圖改善上述問題，但是連結件110連結所述框架108至振動本體102，故仍然有過多來自扭轉桿104的能量沿著共線105并且經由與扭轉桿104連接的連結件110傳遞至振動本體102，無法使振動本體102的動態變形有效降低。另外，在附圖1D所示的另一現有技術中，必須在振動本體102下方額外制作特殊的支撐結構112，使得微型執行器100的制造過程復雜、成本上升。有鑒于此，需要發展一種新式的微型扭轉執行器，以解決上述的問題。

發明內容