TW201706203A - 梳形致動器 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種梳形致動器，包括支承基座，設置第一梳形電極及第一表面，第一梳形電極自第一表面延伸；可移動體，依附於支承基座，設置第二梳形電極以及第二表面，第二梳形電極自第二表面延伸，可移動體可繞著一旋轉軸作轉動並且使第一梳形電極叉合於第二梳形電極；其中，第二梳形電極朝向第一方向延伸，旋轉軸朝向第二方向延伸，第一梳形電極朝向第三方向延伸，第一梳形電極的第一側面與第二表面之間的距離小於第二梳形電極的端面與第二表面之間的第二長度。本發明之梳形致動器可解決可移動體過度的側向位移或電性短路問題。

Description

梳形致動器

本發明係關於一種致動器，特別是有關於一種梳形致動器。

近年來，利用微機電加工技術製造的微結構元件廣泛應用於各種感測器或致動器領域，例如加速度感測器、角速度感測器或是微振鏡致動器中皆包含不同設計的微結構元件，而微振鏡致動器常被應用在光的反射。

參考第1A-1D圖，第1A圖係繪示習知技術中致動器100的局部立體示意圖；第1B圖係繪示第1A圖中致動器100的局部上視圖；第1C-1D圖係繪示第1B圖中施加電壓於該致動器100時其受力狀態的A-A'剖面示意圖。

致動器包括支撐座102以及可動元件104，支撐座102的固定電極102a與可動元件104的可動電極104a互相叉合，如第1A、1B圖所示。當電源103提供一電壓至支撐座102與可動元件104時，該支撐座102與可動元件104之間形成一電位差，該電位差可使固定電極102a與可動電極104a之間產生靜電力，此靜電力的分量可分為沿著x方向的Fx以及負z方向的-Fz，使得可動元件104產生水平位移並且以旋轉軸105為中心作旋轉運動，如第1B-1D圖所示。

具體來說，靜電力Fx用以驅動可動元件104沿著+x軸方向(垂直於旋轉軸105的方向)產生水平位移，即，靜電力Fx帶動可動元件104的可動電極104a之端面106朝向固定電極102a之根部108靠近；靜電力-Fz用以驅動可動元件104沿著-z軸方向(垂直於旋轉軸105以及x軸的方向)產生垂直位移並且以旋轉軸105為中心作順時針方向的旋轉運動，如第1B-1D圖所示。

如第1B-1D圖所示，由於靜電力Fx促使可動電極104a沿著+x軸方向形成水平位移，造成可動元件104在轉動過程中產生額外的位移，除了可能導致可動元件104的運動品質不佳外，該可動元件104的水平位移更容易造成可動電極104a的端面106在轉動過程中的不穩定並且進而電性接觸支撐座102的固定電極102a而形成電性短路現象，因而損壞致動器100。

因此，需要發展一種新式的致動器，以解決上述之可動元件104進行旋轉運動時，因水平位移造成運動品質不佳甚至電性短路的問題。

本發明之一目的在於提供一種梳形致動器，以有效降低可移動體進行旋轉運動過程中的水平位移問題，改善可移動體的旋轉運動品質。

為達成上述目的，本發明之一較佳實施例提供一種梳形致動器，包括支承基座，設置至少一第一梳形電極以及一第一表面，該至少一第一梳形電極自該第一表面延伸；以及一可移動體，依附於該支承基座，設置至少一第二梳形電極以及一第二表面，該至少一第二梳形電極自該第二表面延伸，該可移動體可繞著一旋轉軸作轉動並且使該至少一第一梳形電極叉合於該至少一第二梳形電極；其中，該至少一第二梳形電極朝向一第一方向延伸，該旋轉軸朝向一第二方向延伸，該至少一第一梳形電極朝 向一第三方向延伸，該支承基座的該至少一第一梳形電極的第一側面與該第二表面的之間的距離小於該可移動體的該至少一第二梳形電極的端面與該第二表面之間的第二長度，其中該第一梳形電極的第一側面沿著該第一方向係介於該至少一第一梳形電極的第二側面與該第二梳形電極的該端面之間。

在一實施例中，該第一方向、該第二方向以及該第三方向係為不相同的方向。

在一實施例中，該第一方向、該第二方向以及該第三方向彼此之間係為互相垂直。

在一實施例中，當該可移動體處於該靜止未轉動狀態時，該至少一第一梳形電極在該第一方向的第一長度小於該至少一第二梳形電極沿著該第一方向的該第二長度，該第一長度定義為該第一側面與該第二側面之間的距離。

在一實施例中，當該可移動體處於該靜止未轉動狀態時，該支承基座的該至少一第一梳形電極的第一側面與該第二表面之間的距離小於該可移動體的該至少一第二梳形電極的端面與該第二表面之間的該第二長度。

在一實施例中，當該可移動體處於該靜止未轉動狀態時，該至少一第一梳形電極與該至少一第二梳形電極沿著該第一方向與該第三方向所定義的平面係為部份重疊狀態或是非重疊狀態。

在一實施例中，當該可移動體繞著該旋轉軸作轉動時，該至少一第一梳形電極在該第一方向的第一長度小於該至少一第二梳形電極沿 著該第一方向的該第二長度。

在一實施例中，當該可移動體繞著該旋轉軸作轉動時，該第一側面沿著該第一方向係介於該端面的下緣與該第二側面之間，其中該下緣E靠近該至少一第一梳形電極。

在一實施例中，該支承基座更包括設置至少一第三梳形電極，該至少一第三梳形電極自該第一表面延伸，該支承基座的該至少一第三梳形電極的第三側面與該第二表面之間的距離大於該可移動體的該至少一第二梳形電極的端面與該第二表面之間的該第二長度。

在一實施例中，該至少一第一梳形電極沿著第一方向的第一長度小於該至少一第三梳形電極沿著第一方向的第三長度。

在一實施例中，該支承基座包括兩組第一梳形電極單元，每一該兩組第一梳形電極單元包括複數第一梳形電極，該兩組第一梳形電極單元分別設置於該旋轉軸的相異兩側。

在一實施例中，該可移動體包括兩組第二梳形電極單元，每一該兩組第二梳形電極單元包括複數第二梳形電極，該兩組第二梳形電極單元分別設置於該旋轉軸的相異兩側。

在一實施例中，該兩組該至少一第一梳形電極與該兩組該至少一第二梳形電極之間具有一固定電位差，以使該可移動體繞著該旋轉軸作單向轉動。

在一實施例中，該兩組該至少一第一梳形電極與該兩組該至少一第二梳形電極之間具有一週期性變動電位差，以使該可移動體繞著該旋轉軸作雙向往復震盪運動。

在一實施例中，在該旋轉軸的相異兩側的該兩組第一梳形電極單元互相電性隔離。

在一實施例中，該可移動體透過一扭轉桿依附於該支承基座上，該可移動體可繞著該過扭轉桿的該旋轉軸作轉動。

在一實施例中，該至少一第二梳形電極的該端面互相連接。

在一實施例中，兩個相鄰第二梳形電極、該第二表面以及該端面形成封閉區間。

在一實施例中，該至少一第一梳形電極的該第一側面與一第三表面之間的第一間距等於該第二側面與該第二表面之間的第二間距，該第三表面形成於相對該第一側面的該封閉區間上。

在一實施例中，該至少一第一梳形電極的該第一側面與一第三表面之間的第一間距不等於該第二側面與該第二表面之間的第二間距，該第三表面形成於相對該第一側面的該封閉區間上。

100‧‧‧致動器

102‧‧‧支撐座

102a‧‧‧固定電極

103‧‧‧電源

104‧‧‧可動元件

104a‧‧‧可動電極

105‧‧‧旋轉軸

106‧‧‧端面

108‧‧‧根部

110‧‧‧第一習知曲線

112‧‧‧第二習知曲線

200a、200b、200c‧‧‧梳形致動器

202‧‧‧支承基座

204‧‧‧可移動體

206a‧‧‧第一梳形電極

206b‧‧‧第二梳形電極

206c‧‧‧第三梳形電極

207‧‧‧第一梳形電極單元

208‧‧‧旋轉軸

209‧‧‧第二梳形電極單元

210‧‧‧電性絕緣區域

211‧‧‧電極接觸墊

212‧‧‧扭轉桿

213a‧‧‧第一電源

213b‧‧‧第二電源

214a‧‧‧第一表面

214b‧‧‧第二表面

214c‧‧‧第三表面

216‧‧‧參考間距

218‧‧‧第二梳形電極端面

220a‧‧‧第一側面

220b‧‧‧第二側面

220c‧‧‧第三側面

222‧‧‧第一曲線

224‧‧‧第二曲線

226‧‧‧第三曲線

228‧‧‧第四曲線

230‧‧‧第五曲線

CR‧‧‧封閉區間

D1‧‧‧內縮長度

D2‧‧‧外凸長度

E‧‧‧端面的下緣

Fx、Fz‧‧‧靜電驅動力分量

L1‧‧‧第一長度

L2‧‧‧第二長度

L3‧‧‧第三長度

R1、R2、R3‧‧‧區域

S1‧‧‧第一間距

S2‧‧‧第二間距

V1、V2‧‧‧電位

第1A圖係繪示習知技術中致動器的局部立體示意圖。

第1B圖係繪示第1A圖中致動器的局部上視圖。

第1C-1D圖係繪示第1B圖中施加電壓於該致動器時其受力狀態的A-A'剖面示意圖。

第2圖係繪示依據本發明第一實施例中梳形致動器之立體示意圖。

第3A圖係繪示依據本發明的第2圖中梳形致動器之俯視圖。

第3B圖係繪示依據本發明的第2圖中該梳形致動器的局部上視圖。

第3C圖係繪示依據本發明的第3B圖中梳形致動器處於初始靜止狀態的局部B-B'剖面側視圖。

第3D圖係繪示依據本發明第一實施例中施加電位差於該梳形致動器時處於旋轉狀態的局部立體圖。

第3E圖係繪示依據本發明的第3D圖中施加電位差於該梳形致動器時處於旋轉狀態的局部B-B'剖面側視圖。

第3F圖係繪示依據本發明第一實施例中施加電位差於該梳形致動器時旋轉角度與靜電驅動力於x方向之分量Fx的關係圖。

第4A圖係繪示依據本發明第二實施例中梳形致動器之俯視圖。

第4B圖係繪示依據本發明的第4A圖中該梳形致動器的局部上視圖。

第4C圖係繪示依據本發明的第4B圖中梳形致動器處於初始靜止狀態的局部C-C'剖面側視圖。

第4D圖係繪示依據本發明第二實施例中施加電位差於該梳形致動器時處於旋轉狀態的局部立體圖。

第4E圖係繪示依據本發明的第4D圖中施加電位差於該梳形致動器時處於旋轉狀態的局部C-C'剖面側視圖。

第4F圖係繪示依據本發明第二實施例中施加電位差於該梳形致動器時旋轉角度與靜電驅動力於x方向之分量Fx的關係圖。

第5圖係繪示依據本發明第三實施例中該梳形致動器的局部上視圖。

本發明之較佳實施例藉由所附圖式與下面之說明作詳細描述，在不同的圖式中，相同的元件符號表示相同或相似的元件。

參考第2、3A、3B圖，第2圖係繪示依據本發明第一實施例中梳形致動器200a之立體示意圖，第3A圖繪示依據本發明的第2圖中梳形致動器200a之俯視圖；第3B圖係繪示依據本發明的第2圖中該梳形致動器200a的局部上視圖。該梳形致動器200a適用於微機電系統(Micro Electro Mechanical Systems,MEMS)，包括支承基座(supporting base)202以及可移動體(movable body)204。支承基座202設置至少一第一梳形電極206a，其中多個第一梳形電極206a定義為一第一梳形電極單元207，如第2圖所示，24個第一梳形電極206a形成第一梳形電極單元207，但其數量不限於此。可移動體204利用一對扭轉桿(torsion bar)212依附於支承基座202，該扭轉桿212定義一旋轉軸208，旋轉軸208與扭轉桿212例如是平行並且重合，可移動體204設置至少一第二梳形電極206b，其中多個第二梳形電極206b定義為一第二梳形電極單元209，如第2圖所示，20個第二梳形電極206b形成第二梳形電極單元209，但其數量不限於此，可移動體204用以繞著旋轉軸208作轉動，該可移動體204的第二梳形單元209相對應叉合(例如相對交錯排列)於該第一梳形電極單元207。

具體來說，如第3A、3B圖所示，在本發明的梳形致動器200a中，支承基座202與可移動體204係為電性絕緣(electrically insulated)的狀態，以使該第一梳形電極206a與該第二梳形電極206b之間電性隔離，在一實施例中係以電性絕緣區域210隔離支承基座202與可移動體204，其中在扭轉桿212兩側的第一梳形電極單元207互相電性隔離。並且，可移動體204的一部份區域作為電極接觸墊211，該電極接觸墊211連接扭轉桿212，當第一電源213a以及以第二電源213b施加電位差於支承基座202與可移動體204之 間時，該第一梳形電極206a與該第二梳形電極206b之間形成一電位差，梳形致動器200a將產生靜電驅動力，以使該可移動體204繞著旋轉軸208相對於支承基座202作旋轉運動。例如扭轉桿212左側的第一梳形電極單元207以第一電源213a施加電位V1，扭轉桿212右側的第一梳形電極單元207以第二電源213b施加電位V2，電位V1與電位V2之差值等於該電位差，其中第一電源213a以及以第二電源213b的共用端電性連接電極接觸墊211。應注意的是，第3A圖所示之第一電源213a以及以第二電源213b可輸出至少一組不同的電位V1以及V2。

在本發明之梳形致動器200a、200b、200c中，扭力T正比於相對應叉合之梳形電極之間重疊面積A與旋轉角度θ之微分，如下列公式(1)所示：

其中：扭力T：當分別施加電位差於旋轉軸208的左半邊(電位V1)及旋轉軸208右半邊(電位V2)的梳形電極單元時，使可移動體204相對於支承基座202產生旋轉運動的扭力；重疊面積A：相對應叉合之梳形電極之間的重疊面積；以及旋轉角度θ：可移動體204繞旋轉軸的轉動角度。

如第3C、3E圖所示，在本發明中，當施加電壓於該梳形致動器200a時，藉由支承基座202的第一梳形電極206a相對於可移動體204的第二梳形電極206b在初始狀態及/或旋轉運動中保持內縮狀態，以減少第二梳 形電極206b在一特定方向(例如水平方向x)的靜電驅動力，避免第二梳形電極206b在該特定方向產生位移，以改善可移動體204的運動品質，同時避免該第二梳形電極單元209因該特定方向位移造成與第一梳形電極單元207間的電性短路問題。以下將配合後附圖式作詳細說明。

繼續參考第3A、3B圖，並且參考第3C~3E圖，第3C圖係繪示依據本發明的第3B圖中梳形致動器200a處於初始靜止狀態的局部B-B'剖面側視圖；第3D圖係繪示依據本發明第一實施例中梳形致動器200a之局部立體圖；第3E圖係繪示依據本發明的第3D圖中施加電位差於該梳形致動器200a時處於旋轉狀態的局部B-B'剖面側視圖。

在一實施例中，如第3A圖所示，該支承基座202包括兩組(即四個)第一梳形電極單元207，每一組第一梳形電極單元207包括複數第一梳形電極206a，該兩組第一梳形電極單元207分別設置於該旋轉軸208的相異兩側並且互相電性隔離。該可移動體204包括兩組(即四個)第二梳形電極單元209，每一組第二梳形電極單元209包括複數第二梳形電極206b，該兩組第二梳形電極單元209分別設置於該旋轉軸208的相異兩側。該兩組第一梳形電極單元207與該兩組第二梳形電極單元209分別互相叉合設置，應注意的是，該兩組第一梳形電極單元207與該兩組第二梳形電極單元209的數量不限於此。

在一實施例中，如第3B、3C圖所示，該支承基座202設置至少一第一梳形電極206a以及第一表面214a，該至少一第一梳形電極206a自該第一表面214a延伸。該可移動體204以電性隔離方式依附於該支承基座202，該可移動體204設置至少一第二梳形電極206b以及第二表面214b，該 至少一第二梳形電極206b自該第二表面214b延伸，該可移動體204可繞著一旋轉軸208作轉動並且使該至少一第一梳形電極206a叉合於該至少一第二梳形電極206b。

如第3B、3C圖所示，該至少一第二梳形電極206b朝向一第一方向(x)延伸，該旋轉軸208朝向第二方向(y)延伸，該至少一第一梳形電極206a朝向一第三方向(z)延伸，該至少一第一梳形電極206a在該第一方向(x)的第一長度L1，該第一長度L1定義為該第一梳形電極206a的第一側面220a與第二側面220b之間的距離，該至少一第二梳形電極206b沿著該第一方向(x)的第二長度L2，其中第一長度L1小於第二長度L2。當該可移動體204處於該靜止未轉動狀態時，該支承基座202的至少一第一梳形電極206a的第一側面220a與該第二表面214b之間的距離小於該可移動體204的至少一第二梳形電極206b的端面218與該第二表面214b之間的第二長度L2，其中該第一側面220a沿著該第一方向(x)係介於該至少一第一梳形電極206a的第二側面220b與該端面218之間。換言之，第一梳形電極206a的第一側面220a相對於第二梳形電極206b的端面218形成一內縮長度D1。在一實施例中，該第一方向(x)、該第二方向(y，即旋轉軸208的方向)以及該第三方向(z)係為不相同的方向(不共線)。在一較佳實施例中，該第一方向(x)、該第二方向(y)以及該第三方向(z)彼此之間係為互相垂直。

具體來說，如第3B、3C圖所示，當該可移動體204處於該靜止未轉動狀態時，該至少一第一梳形電極206a與該至少一第二梳形電極206b在該第一方向(x)與該第三方向(z)所定義的xz平面係為部份重疊狀態或是非重疊狀態。當該可移動體204處於靜止狀態時，該第一梳形電極206a與 該第二梳形電極206b之間沿著該第三方向(z)定義一參考間距216，如第3C圖所示，若是參考間距216大於或是等於零，其表示該第一梳形電極206a與該第二梳形電極206b在xz平面為非重疊狀態；若是參考間距216小於零，其表示該第一梳形電極206a與該第二梳形電極206b在xz平面為部份重疊狀態。

如第3B~3E圖所示，當該可移動體204繞著該旋轉軸208從0度轉動至θ角度時，沿著第二方向(y)觀之，該至少一第一梳形電極206a的第一長度L1在該至少一第二梳形電極206b的第二長度L2之投影範圍之內；在一較佳實施例中，該可移動體204繞著該旋轉軸208的旋轉過程中，該第一側面220a沿著該第一方向(x)係介於該端面218的下緣E與該第二側面220b之間，其中該下緣E靠近該至少一第一梳形電極206a。該至少一第一梳形電極206a叉合於該至少一第二梳形電極206b，使第一梳形電極206a與該第二梳形電極206b在xz平面上係為部份重疊狀態。此時，第二梳形電極206b受到第一方向(x)的靜電驅動力分量-Fx以及第三方向(z)的靜電驅動力分量-Fz，其中第三方向(z)的靜電驅動力分量-Fz可使第二梳形電極206b與可移動體204繞著旋轉軸208作轉動。應注意的是，第一方向(x)的靜電驅動力分量-Fx以及第三方向(z)的靜電驅動力分量-Fz會隨著旋轉角度θ而改變，此處，靜電驅動力分量-2Fx係指第一梳形電極206a與第二梳形電極206b之間的靜電驅動力沿著第一方向(x)分量的和，即以第3B圖的xy平面觀之，一個第二梳形電極206b受到其兩側相鄰兩個第一梳形電極206a的靜電驅動力沿第一方向(x)分量之施力分別為-Fx，產生靜電驅動力的和-2Fx。靜電驅動力分量-Fz係指第一梳形電極206a與第二梳形電極206b之間沿著第三方向(z)的靜電驅動力的和。

如第3F圖所示，其顯示施加電位差於該梳形致動器200a時旋轉角度θ與靜電驅動力分量Fx的關係圖，第一曲線222表示第一梳形電極206a的第一側面220a之內縮長度D1係為2個長度單位(例如微米，μm)，如在θ=2~6度之間，第一曲線222的靜電驅動力Fx介於1.2×10^-7~5.5×10^-7力量單位(例如微牛頓，μN)。第二曲線224表示第一梳形電極206a的第一側面220a之內縮長度D1係為12個長度單位，例如是在θ=2~6度之間，第二曲線224的靜電驅動力分量Fx介於-1.2×10^-7~-2.5×10^-7力量單位。相較於習知技術中第一梳形電極的端面未內縮的情況，其靜電驅動力介於2×10^-7~6.5×10^-7力量單位，如第一習知曲線110所示，由於在相同的旋轉角度θ時，上述本發明的第一曲線222以及第二曲線224所示的靜電驅動力分量Fx小於習知技術的第一習知曲線110之靜電驅動力分量Fx，故本發明之梳形致動器200a使得第一方向(x)的靜電驅動力分量Fx有效地減小，甚至改變驅動力分量方向，如第二曲線224所示，以降低可移動體204的水平位移並且改善其旋轉運動品質。

在一實施例中，該第一梳形電極單元207與相對應的第二梳形電極單元209之間具有一固定電位差，以使該可移動體204繞著該旋轉軸208作單向轉動，其中在扭轉桿212(如第3A圖所示)兩側的第一梳形電極單元207互相電性隔離。在另一實施例中，該第一梳形電極單元207與相對應的第二梳形電極單元209之間具有一週期性變動電位差，以使該可移動體204繞著該旋轉軸208作雙向往復震盪運動。週期性變動電位差例如是週期性的特定波形訊號，並且該往復震盪運動之軌跡受到該特定波形訊號所控制。

據上所述，當施加電壓於該梳形致動器200a時，藉由支承基座202的第一梳形電極206a相對於可移動體204的第二梳形電極206b在初始 狀態及/或旋轉運動中保持內縮狀態，可減少第二梳形電極206b在一特定方向(例如水平方向x)的靜電驅動力，藉以解決可移動體204的水平位移的問題以及改善其旋轉運動品質。

參考第4A、4B圖，第4A圖係繪示依據本發明第二實施例中梳形致動器200b之俯視圖；第4B圖係繪示依據本發明的第4A圖中該梳形致動器200b的局部上視圖。該梳形致動器200b適用於微機電系統(MEMS)，包括支承基座202以及可移動體204。支承基座202設置至少一第一梳形電極(例如12個第一梳形電極，但不限於此)206a以及至少一第三梳形電極206c(例如12個第一梳形電極，但不限於此)，其中多個第一梳形電極(例如12個第一梳形電極)206a以及多個第三梳形電極206c(例如12個第三梳形電極)定義為一第一梳形電極單元207。可移動體204透過扭轉桿212依附於支承基座202，該扭轉桿212定義一旋轉軸208，旋轉軸208與扭轉桿212例如是平行並且重合，可移動體204設置至少一第二梳形電極206b，其中多個第二梳形電極206b定義為一第二梳形電極單元209，如第4A圖所示，20個第二梳形電極206b形成第二梳形電極單元209，但不限於此，可移動體204得以繞著旋轉軸208作轉動，該可移動體204的第二梳形電極單元209相對應叉合(例如相對交錯排列)於該第一梳形電極單元207。

具體來說，如第4A、4B圖所示，在本發明的梳形致動器200b中，支承基座202與可移動體204係為電性絕緣的狀態，以使該第一梳形電極206a以及第三梳形電極206c分別與該第二梳形電極206b之間電性隔離，在一實施例中係以電性絕緣區域210隔離支承基座202與可移動體204，其中在扭轉桿212兩側的第一梳形電極單元207互相電性隔離。並且，可移動體204 的一部份區域作為電極接觸墊211，該電極接觸墊211連接扭轉桿212，當第一電源213a以及以第二電源213b施加電位差於支承基座202與可移動體204之間時，該第一梳形電極206a以及第三梳形電極206c分別與該第二梳形電極206b之間形成一電位差，梳形致動器200b將產生靜電驅動力，以使該可移動體204繞著旋轉軸208相對於支承基座202作旋轉運動。例如扭轉桿212左側的第一梳形電極單元207以第一電源213a施加電位V1，扭轉桿212右側的第一梳形電極單元207以第二電源213b施加電位V2，電位V1與電位V2之差值等於該電位差，並且當第一電源213a以及以第二電源213b的共用端電性連接電極接觸墊211。應注意的是，第4A圖所示之第一電源213a以及以第二電源213b可輸出至少一組不同的電位V1以及V2。

如第4A、4B圖所示，在本發明中，當施加電壓於該梳形致動器200b時，藉由支承基座202的第一梳形電極206a相對於可移動體204的第二梳形電極206b在初始狀態及/或旋轉運動中保持內縮狀態，及第三梳形電極206c相對於可移動體204的第二梳形電極206b在初始狀態及/或旋轉運動中保持外凸狀態，以減少第二梳形電極206b在一特定方向(例如水平方向x)的靜電驅動力，避免第二梳形電極206b在該特定方向產生位移，以改善可移動體204的運動品質，同時避免該第二梳形電極單元209因該特定方向位移造成與第一梳形電極單元207間的電性短路問題。以下將配合後附圖式作詳細說明。

繼續參考第4A、4B圖，並且參考第4C~4E圖，第4C圖係繪示依據本發明的第4A圖中梳形致動器200b處於初始靜止狀態的局部C-C'剖面側視圖；第4D圖係繪示依據本發明第二實施例中梳形致動器200b之局部 立體圖；第4E圖係繪示依據本發明的第4D圖中施加電位差於該梳形致動器200b時處於旋轉狀態的局部C-C'剖面側視圖。

在一實施例中，如第4A圖所示，該支承基座202包括兩組(即四個)第一梳形電極單元207，每一組第一梳形電極單元207包括複數第一梳形電極206a以及複數第三梳形電極206c，該兩組第一梳形電極單元207分別設置於該旋轉軸208的相異兩側並且互相電性隔離。該可移動體204包括兩組(即四個)第二梳形電極單元209，每一組第二梳形電極單元209包括複數第二梳形電極206b，該兩組第二梳形電極單元209分別設置於該旋轉軸208的相異兩側。該兩組第一梳形電極單元207與該兩組第二梳形電極單元209分別互相叉合設置，應注意的是，該兩組第一梳形電極單元207與該兩組第二梳形電極單元209的數量不限於此。

在一實施例中，如第4B、4C圖所示，該支承基座202設置至少一第一梳形電極206a、至少一第三梳形電極206c以及第一表面214a，該至少一第一梳形電極206a以及該至少一第三梳形電極206c自該第一表面214a延伸。該可移動體204以電性隔離方式依附於該支承基座202，該可移動體204設置至少一第二梳形電極206b以及第二表面214b，該至少一第二梳形電極206b自該第二表面214b延伸，該可移動體204可繞著一旋轉軸208作轉動並且使該至少一第一梳形電極206a以及該至少一第三梳形電極206c分別叉合於該至少一第二梳形電極206b。其中該第一梳形電極206a沿著第一方向(x)的第一長度L1以及該第三梳形電極206c沿著第一方向(x)的第三長度L3不相同。其中該第一長度L1定義為該第一梳形電極206a的第一側面220a與第二側面220b之間的距離，該第一側面220a沿著該第一方向(x)係介於該至 少一第一梳形電極206a的第二側面220b與該至少一第二梳形電極206b的端面218之間。該第三長度L3定義為該第三梳形電極206c的第三側面220c與第二側面220b之間沿著第一方向(x)的距離。

如第4B、4C圖所示，該至少一第二梳形電極206b朝向一第一方向(x)延伸，該旋轉軸208朝向第二方向(y)延伸，該至少一第一梳形電極206a以及該至少一第三梳形電極206c朝向一第三方向(z)延伸。在一實施例中，如第4C圖所示，該至少一第一梳形電極206a在該第一方向(x)的第一長度L1小於該至少一第二梳形電極206b沿著該第一方向(x)的第二長度L2；該至少一第三梳形電極206c在該第一方向(x)的第三長度L3大於或等於該至少一第二梳形電極206b沿著該第一方向(x)的第二長度L2。在另一實施例中，該至少一第一梳形電極206a在該第一方向(x)的第一長度L1小於該至少一第二梳形電極206b沿著該第一方向(x)的第二長度L2；該至少一第三梳形電極206c在該第一方向(x)的第三長度L3小於該至少一第二梳形電極206b沿著該第一方向(x)的第二長度L2，且第一長度L1小於第三長度L3。當該可移動體204處於該靜止未轉動狀態時，該支承基座202的至少一第一梳形電極206a的第一側面220a與該第二表面214b之間的距離小於該可移動體204的至少一第二梳形電極206b的端面218與該第二表面214b之間的第二長度L2；換言之，第一梳形電極206a的第一側面220a相對於第二梳形電極206b的端面218形成一內縮長度D1。此外，該至少一第二梳形電極206b的端面218與該第二表面214b之間的第二長度L2小於該至少一第三梳形電極206c的第三側面220c與該第二表面214b之間的距離；換言之，第三梳形電極206c的第三側面220c相對於第二梳形電極206b的端面218形成一外凸長度D2。在一實施例 中，該第一方向(x)、該第二方向(y，即旋轉軸208的方向)以及該第三方向(z)係為不相同的方向(不共線)。在一較佳實施例中，該第一方向(x)、該第二方向(y)以及該第三方向(z)彼此之間係為互相垂直。

具體來說，如第4B、4C圖所示，當該可移動體204處於該靜止未轉動狀態時，該至少一第一梳形電極206a與該至少一第二梳形電極206b在該第一方向(x)與該第三方向(z)所定義的xz平面係為部份重疊狀態或是非重疊狀態，該至少一第三梳形電極206c與該至少一第二梳形電極206b在該第一方向(x)與該第三方向(z)所定義的xz平面係為部份重疊狀態或是非重疊狀態。當該可移動體204處於靜止狀態時，該第一梳形電極206a以及該第三梳形電極206c分別與該第二梳形電極206b之間沿著該第三方向(z)可定義一參考間距216，如第4C圖所示，當參考間距216大於或是等於零時，其表示該第一梳形電極206a以及該第三梳形電極206c分別與該第二梳形電極206b在xz平面為非重疊狀態；當參考間距216小於零時，其表示該第一梳形電極206a以及該第三梳形電極206c分別與該第二梳形電極206b在xz平面為部份重疊狀態。

如第4B~4E圖所示，當該可移動體204繞著該旋轉軸208從0度轉動至θ角度時，在沿著第二方向(y)觀之，該至少一第一梳形電極206a的第一長度L1在該至少一第二梳形電極206b的第二長度L2之投影範圍之內；在一較佳實施例中，該可移動體204繞著該旋轉軸208的旋轉過程中，該第一側面220a沿著該第一方向(x)係介於該端面218的下緣E與該第二側面220b之間。該至少一第三梳形電極206c的至少一部份第三長度L3在該至少一第二梳形電極206b的第二長度L2之投影範圍之內。該至少一第一梳形電極 206a以及該至少一第三梳形電極206c分別叉合於該至少一第二梳形電極206b，使第一梳形電極206a以及該至少一第三梳形電極206c分別與該第二梳形電極206b在xz平面上係為部份重疊狀態。此時，第二梳形電極206b受到與第一梳形電極206a以及第三梳形電極206c間靜電力的作用，此靜電力的分量可分為第一方向(x)的靜電驅動力分量Fx以及第三方向(z)的靜電驅動力分量Fz，第三方向(z)的靜電驅動力分量Fz可使第二梳形電極206b繞著旋轉軸208作轉動。

應注意的是，如第4B、4D~4E圖所示，當該可移動體204繞著該旋轉軸208從0度轉動至θ角度時，靜電驅動力沿第一方向(x)的分量Fx以及沿第三方向(z)的分量Fz會隨著旋轉角度θ而改變，此處，靜電驅動力分量ΣFx係指沿著第一方向(x)的第一梳形電極206a以及第三梳形電極206c與第二梳形電極206b之間的靜電驅動力於第一方向分量的和，如第4B圖所示，以區域R1為例，其中與第一梳形電極206a叉合的第二梳形電極206b受到位於其兩側的每個第一梳形電極206a的靜電驅動力分量之施力分別為-Fx2，其和等於-2Fx2，即為內縮長度D1狀態之施力；如第4B圖所示，以區域R2為例，第二梳形電極206b一側受到第三梳形電極206c與另一側受到第一梳形電極206a的靜電驅動力分量之施力分別為Fx1,-Fx2，其和等於(Fx1-Fx2)，即為內縮長度D1與外凸長度D2交界狀態之施力；如第4B圖所示，以區域R3為例，與第三梳形電極206c叉合的第二梳形電極206b受到位於其兩側的每個第三梳形電極206c的靜電驅動力分量之施力分別為Fx1，其和等於2Fx1，即為外凸長度D2狀態之施力，應注意的是，第一梳形電極206a與第三梳形電極206c的數量與相對位置可適當調整，以使第二梳形電極 206b所受到的靜電驅動力分量的總和ΣFx更趨近於零。此處，靜電驅動力分量總和ΣFx與ΣFz係指第一梳形電極206a以及該至少一第三梳形電極206c與第二梳形電極206b之間的靜電驅動力的總和分別沿著第一方向(x)與第三方向(z)的分量。

如第4F圖所示，其顯示施加電位差於該梳形致動器200b時旋轉角度θ與靜電驅動力在第一方向x的分量Fx的關係圖，第三曲線226表示第一梳形電極206a的第一側面220a之內縮長度D1係為20個長度單位(例如微米，μm)，如在θ=2~6度之間，第三曲線226的靜電驅動力分量的總和ΣFx介於-2.0×10^-7~-5.5×10^-7力量單位(例如微牛頓，μN)。第四曲線228表示第三梳形電極206c的第三側面220c之外凸長度D2係為3個長度單位，如在θ=2~6度之間，第四曲線228的靜電驅動力分量的總和ΣFx介於2.5×10^-7~8.5×10^-7力量單位。

第五曲線230為第三曲線226與第四曲線228代表的第一方向的靜電驅動力分量的總和ΣFx在相對應的旋轉角度作相加的結果，第五曲線230的靜電驅動力分量的總和ΣFx介於0.5×10^-7~3×10^-7力量單位，第五曲線230較第三曲線226與第四曲線228無論在任意的轉動角度下更接近靜電驅動力分量的總和ΣFx的座標零軸，故影響可移動體204運動品質的靜電驅動力分量的總和ΣFx更趨近於零。相較於習知技術中第一梳形電極的端面未內縮的情況，其靜電驅動力沿第一方向的分量的總和ΣFx，如第二習知曲線112所示於轉動角度θ=2~6度之間介於2×10^-7~6.5×10^-7力量單位，由於在相同的旋轉角度θ時，上述本發明的第五曲線230所示的靜電驅動力分量的總和ΣFx小於第二習知曲線112之靜電驅動力分量，故本發明之梳形致動器200b可有 效降低第一方向(x)的靜電驅動力分量的總和ΣFx，以減少可移動體204沿第一方向的位移並且避免第二梳形電極206b的過度側向位移所造成的電性短路問題。

在一實施例中，該第一梳形電極單元207與相對應的第二梳形電極單元209之間具有一固定電位差，以使該可移動體204繞著該旋轉軸208作單向轉動，其中在扭轉桿212(如第3A、4A圖所示)兩側的第一梳形電極單元207互相電性隔離。在另一實施例中，該第一梳形電極單元207與相對應的第二梳形電極單元209之間具有一週期性變動電位差，以使該可移動體204繞著該旋轉軸208作雙向往復震盪運動，換言之，週期性變動電位差例如是週期性的特定波形訊號，並且該往復震盪運動之軌跡受到該特定波形訊號所控制。

據上所述，當施加電位差於第一梳形電極206a、第三梳形電極206c與第二梳形電極206b之間時，藉由支承基座202的第一梳形電極206a相對於可移動體204的第二梳形電極206b在初始狀態及/或旋轉運動中保持內縮狀態，同時第三梳形電極206c相對於可移動體204的第二梳形電極206b在初始狀態及/或旋轉運動中保持外凸狀態，可減少第二梳形電極206b在一特定方向(例如水平方向x)的靜電驅動力，以降低可移動體204的水平位移的問題以及避免第二梳形電極206b的過度側向位移所造成的電性短路問題。

參考第5圖，其繪示依據本發明第三實施例中該梳形致動器200c的局部上視圖。梳形致動器200c類似於第一實施例之梳形致動器200b，其差異在該些第二梳形電極206b在xy平面形成封閉區間CR以圍繞部分或全部該第一梳形電極206a，即，第二梳形電極206b的端面218互相連接並外凸 於第一梳形電極206a的第一側面220a。如第5圖所示，該支承基座202設置至少一第一梳形電極206a以及第一表面214a，該至少一第一梳形電極206a自該第一表面延伸214a。該可移動體204以電性隔離方式依附於該支承基座202，該可移動體204設置至少一第二梳形電極206b以及第二表面214b，該至少一第二梳形電極206b自該第二表面214b延伸，該可移動體204可繞著一旋轉軸208作轉動並且使該至少一第一梳形電極206a叉合於該至少一第二梳形電極206b。第二梳形電極206b的端面218互相連接，使兩個第二梳形電極206b之間形成封閉區間CR，換言之，以xy平面觀之，相鄰的兩個第二梳形電極206b、第二表面214b以及端面218形成該封閉區間CR，使部分或全部第一梳形電極206a被圍繞，例如第5圖所示，支承基座202上、下兩旁的兩個第一梳形電極206a未被封閉區間CR圍繞，其餘的四個第一梳形電極206a被封閉區間CR圍繞。以第5圖的xy平面觀之，沿著第一方向(x)，在每個第二梳形電極206b上方的第一梳形電極206a分別施加靜電驅動力分量-Fx2、Fx1於該第二梳形電極206b，並且在該第二梳形電極206b下方的第一梳形電極206a分別施加靜電驅動力分量-Fx2、Fx1於該第二梳形電極206b，故施加於該第二梳形電極206b的靜電驅動力分量和(2Fx1-2Fx2)，在一實施例中，當第一側面220a與第三表面214c之間的第一間距S1等於第二側面220b與第二表面214b之間的第二間距S2時，靜電驅動力分量和(2Fx1-2Fx2)更小且趨近於零，其中該第三表面214c形成於相對該第一側面220a的該封閉區間CR上；在另一實施例中，當第一間距S1不等於(大於或是小於)第二間距S2時，靜電驅動力分量和(2Fx1-2Fx2)更小但不等於零。相較於習知技術，在不同的旋轉角度，第三實施例中施加於該第二梳形電極206b的靜電驅動力分量 和更小。此外，在不同的旋轉角度，第三實施例中施加於該第二梳形電極206b的靜電驅動力分量和小於第一實施例之靜電驅動力分量和。

雖然本發明已用較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

200a‧‧‧梳形致動器

202‧‧‧支承基座

204‧‧‧可移動體

206a‧‧‧第一梳形電極

206b‧‧‧第二梳形電極

208‧‧‧旋轉軸

213b‧‧‧第二電源

214a‧‧‧第一表面

214b‧‧‧第二表面

218‧‧‧第二梳形電極端面

220a‧‧‧第一側面

220b‧‧‧第二側面

V2‧‧‧電位

Claims (33)

1. 一種梳形致動器，包括：一支承基座，設置至少一第一梳形電極以及一第一表面，該至少一第一梳形電極自該第一表面延伸；以及一可移動體，依附於該支承基座，設置至少一第二梳形電極以及一第二表面，該至少一第二梳形電極自該第二表面延伸，該可移動體可繞著一旋轉軸作轉動並且使該至少一第一梳形電極叉合於該至少一第二梳形電極；其中，該至少一第二梳形電極朝向一第一方向延伸，該旋轉軸朝向一第二方向延伸，該至少一第一梳形電極朝向一第三方向延伸，該支承基座的該至少一第一梳形電極的第一側面與該第二表面的之間的距離小於該可移動體的該至少一第二梳形電極的端面與該第二表面之間的第二長度，其中該第一側面沿著該第一方向係介於該至少一第一梳形電極的第二側面與該端面之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之梳形致動器，其中該第一方向、該第二方向以及該第三方向係為不相同的方向。
3. 如申請專利範圍第1項所述之梳形致動器，其中該第一方向、該第二方向以及該第三方向彼此之間係為互相垂直。
4. 如申請專利範圍第1所述之梳形致動器，其中當該可移動體處於該靜止未轉動狀態時，該至少一第一梳形電極在該第一方向的第一長度小於該至少一第二梳形電極沿著該第一方向的該第二長度，該第一長度定義為該第一側面與該第二側面之間的距離。
5. 如申請專利範圍第1所述之梳形致動器，其中當該可移動體處於該靜止未轉動狀態時，該支承基座的該至少一第一梳形電極的第一側面與該第二表面之間的距離小於該可移動體的該至少一第二梳形電極的端面與該第二表面之間的該第二長度。
6. 如申請專利範圍第1所述之梳形致動器，其中當該可移動體處於該靜止未轉動狀態時，該至少一第一梳形電極與該至少一第二梳形電極沿著該第一方向與該第三方向所定義的平面係為部份重疊狀態或是非重疊狀態。
7. 如申請專利範圍第1項所述之梳形致動器，其中當該可移動體繞著該旋轉軸作轉動時，該至少一第一梳形電極在該第一方向的第一長度小於該至少一第二梳形電極沿著該第一方向的該第二長度。
8. 如申請專利範圍第1項所述之梳形致動器，其中當該可移動體繞著該旋轉軸作轉動時，該第一側面沿著該第一方向係介於該端面的下緣與該第二側面之間，其中該下緣靠近該至少一第一梳形電極。
9. 如申請專利範圍第1項所述之梳形致動器，其中該支承基座包括兩組第一梳形電極單元，每一該兩組第一梳形電極單元包括複數第一梳形電極，該兩組第一梳形電極單元分別設置於該旋轉軸的相異兩側。
10. 如申請專利範圍第9項所述之梳形致動器，其中該可移動體包括兩組第二梳形電極單元，每一該兩組第二梳形電極單元包括複數第二梳形電極，該兩組第二梳形電極單元分別設置於該旋轉軸的相異兩側。
11. 如申請專利範圍第10項所述之梳形致動器，其中該兩組該至少一第一梳形電極與該兩組該至少一第二梳形電極之間具有一固定電位差，以 使該可移動體繞著該旋轉軸作單向轉動。
12. 如申請專利範圍第10項所述之梳形致動器，其中該兩組該至少一第一梳形電極與該兩組該至少一第二梳形電極之間具有一週期性變動電位差，以使該可移動體繞著該旋轉軸作雙向往復震盪運動。
13. 如申請專利範圍第10項所述之梳形致動器，其中在該旋轉軸的相異兩側的該兩組第一梳形電極單元互相電性隔離。
14. 如申請專利範圍第1項所述之梳形致動器，其中該可移動體透過一扭轉桿依附於該支承基座上，該可移動體可繞著該過扭轉桿的該旋轉軸作轉動。
15. 如申請專利範圍第1項所述之梳形致動器，其中該至少一第二梳形電極的該端面互相連接。
16. 如申請專利範圍第1項所述之梳形致動器，其中兩個相鄰第二梳形電極、該第二表面以及該端面形成封閉區間。
17. 如申請專利範圍第16項所述之梳形致動器，其中該至少一第一梳形電極的該第一側面與一第三表面之間的第一間距等於該第二側面與該第二表面之間的第二間距，該第三表面形成於相對該第一側面的該封閉區間上。
18. 如申請專利範圍第16項所述之梳形致動器，其中該至少一第一梳形電極的該第一側面與一第三表面之間的第一間距不等於該第二側面與該第二表面之間的第二間距，該第三表面形成於相對該第一側面的該封閉區間上。
19. 一種梳形致動器，包括： 一支承基座，設置至少一第一梳形電極以及一第一表面，該至少一第一梳形電極自該第一表面延伸；以及一可移動體，依附於該支承基座，設置至少一第二梳形電極以及一第二表面，該至少一第二梳形電極自該第二表面延伸，該可移動體可繞著一旋轉軸作轉動並且使該至少一第一梳形電極叉合於該至少一第二梳形電極；其中，該至少一第二梳形電極朝向一第一方向延伸，該旋轉軸朝向一第二方向延伸，該至少一第一梳形電極朝向一第三方向延伸，該支承基座的該至少一第一梳形電極的第一側面與該第二表面的之間的距離小於該可移動體的該至少一第二梳形電極的端面與該第二表面之間的第二長度，其中該第一側面沿著該第一方向係介於該至少一第一梳形電極的第二側面與該端面之間；其中，該支承基座更包括設置至少一第三梳形電極，該至少一第三梳形電極自該第一表面延伸，該支承基座的該至少一第三梳形電極的第三側面與該第二表面之間的距離大於該可移動體的該至少一第二梳形電極的端面與該第二表面之間的該第二長度。
20. 如申請專利範圍第19項所述之梳形致動器，其中該第一方向、該第二方向以及該第三方向係為不相同的方向。
21. 如申請專利範圍第19項所述之梳形致動器，其中該第一方向、該第二方向以及該第三方向彼此之間係為互相垂直。
22. 如申請專利範圍第19所述之梳形致動器，其中當該可移動體處於該靜止未轉動狀態時，該至少一第一梳形電極在該第一方向的第一長度小 於該至少一第二梳形電極沿著該第一方向的該第二長度，該第一長度定義為該第一側面與該第二側面之間的距離。
23. 如申請專利範圍第19所述之梳形致動器，其中當該可移動體處於該靜止未轉動狀態時，該支承基座的該至少一第一梳形電極的第一側面與該第二表面之間的距離小於該可移動體的該至少一第二梳形電極的端面與該第二表面之間的該第二長度。
24. 如申請專利範圍第19所述之梳形致動器，其中當該可移動體處於該靜止未轉動狀態時，該至少一第一梳形電極與該至少一第二梳形電極沿著該第一方向與該第三方向所定義的平面係為部份重疊狀態或是非重疊狀態。
25. 如申請專利範圍第19項所述之梳形致動器，其中當該可移動體繞著該旋轉軸作轉動時，該至少一第一梳形電極在該第一方向的第一長度小於該至少一第二梳形電極沿著該第一方向的該第二長度。
26. 如申請專利範圍第19項所述之梳形致動器，其中當該可移動體繞著該旋轉軸作轉動時，該第一側面沿著該第一方向係介於該端面的下緣與該第二側面之間，其中該下緣靠近該至少一第一梳形電極。
27. 如申請專利範圍第19項所述之梳形致動器，其中該至少一第一梳形電極沿著第一方向的第一長度小於該至少一第三梳形電極沿著第一方向的第三長度。
28. 如申請專利範圍第19項所述之梳形致動器，其中該支承基座包括兩組第一梳形電極單元，每一該兩組第一梳形電極單元包括複數第一梳形電極，該兩組第一梳形電極單元分別設置於該旋轉軸的相異兩側。
29. 如申請專利範圍第28項所述之梳形致動器，其中該可移動體包括兩組第二梳形電極單元，每一該兩組第二梳形電極單元包括複數第二梳形電極，該兩組第二梳形電極單元分別設置於該旋轉軸的相異兩側。
30. 如申請專利範圍第29項所述之梳形致動器，其中該兩組該至少一第一梳形電極與該兩組該至少一第二梳形電極之間具有一固定電位差，以使該可移動體繞著該旋轉軸作單向轉動。
31. 如申請專利範圍第29項所述之梳形致動器，其中該兩組該至少一第一梳形電極與該兩組該至少一第二梳形電極之間具有一週期性變動電位差，以使該可移動體繞著該旋轉軸作雙向往復震盪運動。
32. 如申請專利範圍第29項所述之梳形致動器，其中在該旋轉軸的相異兩側的該兩組第一梳形電極單元互相電性隔離。
33. 如申請專利範圍第19項所述之梳形致動器，其中該可移動體透過一扭轉桿依附於該支承基座上，該可移動體可繞著該過扭轉桿的該旋轉軸作轉動。