TWI589513B - 用以補償震動之微機電系統裝置和機構 - Google Patents

Description

用以補償震動之微機電系統裝置和機構

本發明係主張關於2011年11月19日申請之韓國專利案號No.10-2011-0137767之優先權。藉以引用的方式併入本文用作參考。

本發明實施例係有關一種用以補償震動之微機電系統裝置和機構。

一電荷耦合元件(Charge Coupled Device，CCD)感測器以及一互補金氧半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)感測器均係為用以拍攝動態影像及靜態影像之二維(2-D)感測器的一種，在一電子攝影器材(electronic camera)中係為一必要的元件。特別是，儘管CCD感測器所表現出的影像品質優於CMOS感測器所表現出的影像品質，但因CCD感測器具有各種缺點，如耗電率及結構複雜等問題的緣故，CMOS感測器的市佔率逐漸提升。近來，CMOS感測器之影像品質亦有所改善。影像感測器漸發展進步，一數位相機隨之而被廣泛使用，且一攝影裝置也被安裝於一可攜式終端中，例如一手機。

在使用影像感測器來拍攝靜態及動態影像之一攝影裝置中，外界因素，如手震、或車輛晃動等的影響常導致拍攝到晃動不穩定影像。為解決此不穩定影像問題，一種動態補償裝置係被提出。此一動態補償裝置係被分為一動態偵測元件及一動態修正元件。該動態偵測元件係利用：以應用一迴轉感應器(gyro sensor)之一裝置來預測一動作之方法；以及透過一影像訊號處理來偵測每圖框(frame)影像之一動作部分之一方法。又，使用一折射透鏡(refractive lens)(active prism)將入射光隨意折射或依據所感測之動作資訊來控制一影像感測器之輸入位置，藉此以解決不穩定影 像的問題，進而獲得精細影像(fine image)。

為解決因攝影裝置之動作造成不穩定影像之問題，1995年03月14日申請之美國專利案號No.5,398,132係揭示一種用以使用一音圈馬達(voice coil motor)之來驅動鏡頭(lens)之技術。在上述專利中所揭示之用以穩定影像之一裝置係包括：一螺距線圈(pitch coil)及一螺距磁軛(pitch yoke)，裝設於一校正透鏡(correction lens)之一側，以驅動該校正透鏡於一第一方向；一偏航線圈(yaw coil)及一偏航磁軛(yaw yoke)，裝設於該校正透鏡之另一側，以驅動該校正透鏡於垂直該第一方向之一第二方向。也就是說，此係依據攝影裝置之動作來驅動該校正透鏡，使一光軸回到其原始位置，藉此以穩定影像。

然而，近年來，儘管一攝影裝置係被安裝於可攜式終端內，如筆記型電腦或手機，若欲拓展可攜式終端之功能，用以補償因使用者手震而造成之影像晃動之一裝置可能會是可攜式終端追求輕薄小尺寸時的阻礙。

據此，本發明實施例係提供一種用以補償震動之微機電系統(MEMS)裝置和機構，其係可有效地補償搖晃及震動，同時改善可靠度及耐久性。

根據本發明實施例，一微機電系統裝置係包括：一基板；一被驅動元件(driven member)，相對該基板移動；一彈性元件(elastic member)，與該被驅動元件及該基板相連接；一驅動元件(driving member)，固定於該基板上，以驅動該被驅動元件；以及一動態中止部(dynamic stopper)，固定於該基板上，並拴鎖於(latched to)該被驅動元件。

根據本發明實施例，用以補償震動之一機構係包括：一固定基板；一被驅動元件，相對該固定基板移動；一光學裝置(optical device)，包含於該被驅動元件之中；一驅動元件，固定於該固定基板上，以驅動該被驅動元件；以及一動態中止部，固定於該固定基板上，並與拴鎖於該被 驅動元件。

根據本發明實施例之微機電系統裝置係包括拴鎖於該被驅動元件上之動態中止部。尤其，該動態中止部可隨著該被驅動元件是否被該驅動元件所驅動來運作。

更精確來說，當該被驅動元件被驅動時，該動態中止部係自該被驅動元件脫離，以使該被驅動元件得以相對該基板而動作。又，當該被驅動元件未被驅動時，該被驅動元件則不對應該固定基板而動。此時，該動態中止部可為拴鎖於該被驅動元件上，並被該動態中止部牢固地固定在該固定基板上。

因該驅動元件正確地移動該被驅動元件，故可修正包含有根據本發明實施例之微機電系統裝置之一攝影裝置之震動。亦即，根據本發明實施例之該微機電系統裝置可補償一手震。

另外，當不需要驅動該被驅動元件時，例如，當包含有根據本發明實施例之微機電系統裝置之一攝影裝置並未晃動時，該被驅動元件必須要被固定在一預設位置上。根據本發明實施例之用以補償震動之該微機電系統裝置和機構可使用動態中止部或者彈性元件來固定該被驅動元件。

因此，根據本發明實施例之用以補償震動之該微機電系統裝置和機構可避免該彈性元件變形，同時亦可改善可靠度及耐久性。又，因動態中止部可強化彈性元件，故彈性元件可以不需要很強的彈性。因此，以一低電壓即可驅動該被驅動元件。

100‧‧‧固定基板

110‧‧‧中空部

200‧‧‧驅動元件

210‧‧‧第一驅動電極

211‧‧‧絕緣層

220‧‧‧第二驅動電極

230‧‧‧第三驅動電極

240‧‧‧第四驅動電極

300‧‧‧動態中止部

310‧‧‧延伸件

311‧‧‧絕緣層

320‧‧‧拴鎖件

400‧‧‧中止部驅動件

500‧‧‧被驅動元

510‧‧‧本體

520‧‧‧中空部

530‧‧‧分支電極

540‧‧‧拴鎖槽

600‧‧‧彈性元件

700‧‧‧固定元件

800‧‧‧光學裝置

圖1係根據本發明一實施例，繪示有一種用以補償手震之機構之一立體分解圖。

圖2係根據本發明一實施例，繪示有一種用以補償手震之機構之一平面圖。

圖3係繪示有圖2中一A部分之一立體放大圖。

圖4係沿圖3中B-B`線繪示有一剖面圖。

圖5係沿圖3中C-C`線繪示有一剖面圖。

圖6係繪示有圖2中一D部分之一立體放大圖。

圖7係沿圖6中E-E`線繪示有一剖面圖。

《最佳模式》

在實施例的描述中，應予理解，當提及一面板、一片體、一元件、一導件、或一單元是在另一面板、另一片體、另一元件、另一導件、或另一單元「之上/下」或「之上方/下方」時，用語「之上/下」、「之上方/下方」可為「直接地或非直接地」位於另一面板、另一片體、另一元件、另一導件、或另一單元之上/下，又或者可存在一個或多個中間層(intervening layers)。將配合所附圖式說明各元件相對位置。在圖式中，為求說明之清晰與便利，各元件之厚度與大小可能被誇大；圖式中組成元件的尺寸並不完全反映實際元件之大小。

圖1係根據本發明一實施例，繪示有一種用以補償手震之機構之一立體分解圖；圖2係根據本發明一實施例，繪示有一種用以補償手震之機構之一平面圖；圖3係繪示有圖2中一A部分之一立體放大圖；圖4係沿圖3中B-B`線繪示有一剖面圖；圖5係沿圖3中C-C`線繪示有一剖面圖；圖6係繪示有圖2中一D部分之一立體放大圖；以及圖7係沿圖6中E-E`線繪示有一剖面圖。

參閱圖1至7，一種用以補償手震之機構係包括：一固定基板100；一驅動元件200；一動態中止部300；一中止部驅動件400；一被驅動元件500；一彈性元件600；一固定元件700；以及一光學裝置800。

固定基板100係支撐驅動元件200、動態中止部300、中止部驅動件400、被驅動元件500、彈性元件600、及固定元件700。又，驅動元件200、中止部驅動件400、及固定元件700係固定於固定基板100。

固定基板100係具有一平板形狀。一中空部110(hollow)可形成於固定基板100中。光線可經由中空部110發射。

固定基板100可為一絕緣體(insulator)。固定基板100可為一矽基板(silicon substrate)、一玻璃基板(glass substrate)、或一聚合物基板(polymer substrate)。

驅動元件200係設置於固定基板100之上。驅動元件200可為固定於固定基板100之上。詳細來說，驅動元件200可被固定在固定基板100之一上表面上。驅動元件200可圍繞被驅動元件500之周緣。

驅動元件200係驅動被驅動元件500。驅動元件200可驅動被驅動元件500於兩軸向(axis directions)。例如，驅動元件200可驅動被驅動元件500於彼此相垂直之X軸及Y軸方向。

驅動元件200係包括：第一驅動電極210；第二驅動電極220；第三驅動電極230；以及第四驅動電極240。

第一驅動電極210、第二驅動電極220、第三驅動電極230、以及第四驅動電極240可由一金屬材料形成。第一驅動電極210、第二驅動電極220、第三驅動電極230、以及第四驅動電極240可塗覆有一絕緣層211。

據此，絕緣層211可避免第一驅動電極210、第二驅動電極220、第三驅動電極230、以及第四驅動電極240因一外界電極而短路。

第一驅動電極210係設置於被驅動元件500之一側。第一驅動電極210係朝被驅動元件500延伸。第一驅動電極210係固定於固定基板100。

第一驅動電極210可具有一梳形(comb shape)。亦即，第一驅動電極210可包括彼此平行延伸之分支電極(branch electrodes)。第一驅動電極210可延伸於X軸方向。

第二驅動電極220係設置於被驅動元件500之另一側。第二驅動電極220係朝被驅動元件500延伸。第二驅動電極220係固定於固定基板100。

第二驅動電極220可具有一梳形。亦即，第二驅動電極220可包括彼此平行延伸之分支電極。第二驅動電極220可延伸於Y軸方向。

第三驅動電極230係設置於被驅動元件500之另一側。第三驅動電極230係朝被驅動元件500延伸。第三驅動電極230係固定於固定 基板100。

第三驅動電極230可具有一梳形。亦即，第三驅動電極230可包括彼此平行延伸之分支電極。第三驅動電極230可延伸於X軸方向。

被驅動元件500係設置於第一及第三驅動電極210、230之間。第一及第三驅動電極210、230可驅動被驅動元件500於X軸方向。

第四驅動電極240係設置於被驅動元件500之另一側。第四驅動電極240係朝被驅動元件500延伸。第四驅動電極240係固定於固定基板100。

第四驅動電極240可具有一梳形。亦即，第四驅動電極240可包括彼此平行延伸之分支電極。第四驅動電極240可延伸於Y軸方向。

被驅動元件500係設置於第二及第四驅動電極220、240之間。第二及第四驅動電極220、240可驅動被驅動元件500於Y軸方向。

據此，驅動元件200可驅動被驅動元件500於兩軸方向。又，可獨立地分別將驅動訊號提供給第一驅動電極210、第二驅動電極220、第三驅動電極230、以及第四驅動電極240。

特別是，第一驅動電極210、第二驅動電極220、第三驅動電極230、以及第四驅動電極240可以靜電吸引力(electrostatic attractive force)來驅動被驅動元件500。

如圖3、4所示，動態中止部300係固定於驅動元件200。動態中止部300係與固定基板100之上表面相隔開。據此，當動態中止部300之一端係固定於固定元件700時，動態中止部300之另一端可相對應固定基板100移動。動態中止部300係透過固定元件700而被固定於固定基板100之上。

另外，動態中止部300係拴鎖於被驅動元件500之上。更詳細而言，動態中止部300可被插入於形成在被驅動元件500中之一拴鎖槽540(latch groove)之內，使動態中止部300得以被拴鎖於被驅動元件500。亦即，一部份的動態中止部300可被插入於拴鎖槽540，使動態中止部300得以被拴鎖於被驅動元件500。

動態中止部300可脫離拴鎖槽540。亦即，動態中止部300 可選擇性地固定或脫離被驅動元件500。

動態中止部300係包括；一延伸件310；以及一拴鎖件320。

延伸件310係自驅動元件200延伸。又，延伸件310可沿著驅動元件200與被驅動元件500間之一空間而延伸。

拴鎖件320係自延伸件310延伸，同時被彎折或彎曲。拴鎖件320之一部件或整體部分可插入於拴鎖槽540中。

動態中止部300可由一金屬形成。動態中止部300可進一步包括一絕緣層311，圍繞該金屬。

儘管本實施例中係描述了四個動態中止部300，但本發明實施例並不限制於此。亦即，動態中止部300可被用於被驅動元件500之一側面。又，可應用至少五個動態中止部300。

中止部驅動件400係與動態中止部300相鄰。中止部驅動件400可固定於固定基板100之上。中止部驅動件400可沿著延伸件310，與延伸件310一同延伸。

中止部驅動件400係介於動態中止部300及驅動元件200之間。中止部驅動件400可以一預設距離與動態中止部300相隔而設。中止部驅動件400可應用靜電吸引力或排斥歷來驅動動態中止部300。

例如，動態中止部300可藉由中止部驅動件400及施於其上之靜電吸引力來脫離拴鎖槽540。又，當施於中止部驅動件400上之靜電吸引力消失時，因拴鎖槽540之電力，拴鎖件320可插入拴鎖槽540之內。

據此，中止部驅動件400可容許動態中止部300插入或脫離被驅動元件500。

被驅動元件500係設置於固定基板100之上。又，被驅動元件500係被設置於驅動元件200之中。被驅動元件500可為一可動式基板(movable substrate)。

被驅動元件500係與固定基板100相隔開。被驅動元件500可以一預設距離與固定基板100相隔而設。亦即，被驅動元件500可浮於固定基板100之上。

被驅動元件500係被彈性元件600及固定元件700固定於固 定基板100。也就是說，被驅動元件500係被提供於固定基板100，使被驅動元件500可相對於固定基板100而移動。

被驅動元件500係包括：一本體510(body)；以及複數個分支電極530。一中空部520可形成於本體510中，以使光得以經由中空部520發射。本體510係具有一平板形狀。拴鎖槽540係形成於本體510中。拴鎖槽540係形成於本體510之一側面上。

分支電極530係自本體510向外延伸。更詳細而言，分支電極530係自本體510延伸至驅動元件200。分支電極530係自本體510之一側面延伸。

分支電極530係被插入於第一驅動電極210、第二驅動電極220、第三驅動電極230、以及第四驅動電極240中。也就是說，分支電極530和第一至第四驅動電極210、220、230、240之分支電極可為彼此交替設置。

如圖6、7所示，彈性元件600係連接於被驅動元件500。彈性元件600係連接於本體510。彈性元件600係連接於固定元件700。彈性元件600與固定基板100相隔而設。彈性元件600可透過固定元件700固定於固定基板100。

彈性元件600可使用具有高彈性之一材料。彈性元件600可使用一金屬，例如鋁(aluminum)、銅(copper)、鎢(tungsten)、或銀(silver)。又，彈性元件600可使用聚合物(polymer)。

固定元件700係設置於固定基板100之上。彈性元件600係與固定元件700相連接。亦即，被驅動元件500係透過彈性元件600及固定元件700而被固定於固定基板100。

聚合物及金屬可被使用作為固定元件700之一部分。儘管圖式中係顯示四個固定元件700，但本發明實施例並不限制於此。至少可使用五個固定元件700及彈性元件600，以使被驅動元件500得以連接於固定基板100。

光學裝置800係與被驅動元件500相結合。據此，光學裝置800係與被驅動元件500共同被驅動。光學裝置800可為一校正透鏡或一影 像感測器。

根據本發明實施例之用以補償震動之機構係可藉由驅動被驅動元件500來補償一外界震動，例如一手震。

舉例而言，當光學裝置800係為校正透鏡時，根據本發明實施例之用以補償震動之機構在一攝影模組中可被設置於最靠近目標物之鏡頭上，或可被設置於一影像感測器及一鏡頭之間。

此時，當攝影機晃動時，根據本發明實施例之用以補償震動之機構可恰當地驅動被驅動元件500，以補償攝影機之震動。特別是，根據本發明實施例之用以補償震動之機構可透過一角速度感測器(angularvelocity sensor)或一迴轉感應器(Gyro sensor)以感測出震動量，進而恰當地控制被驅動元件500。

又，一影像感測器可被設置於被驅動元件500中，作為光學裝置800。此時，一透鏡組(lens assembly)及一濾光器(filter)可直接設置於固定基板100。相似地，根據本發明實施例之用以補償震動之機構可被應用於一攝影機中，且可直接地依據該攝影機之震動來控制該影像感測器。據此，根據本發明實施例之用以補償震動之機構可補償一攝影裝置之震動。

如上所述，根據本發明實施例之用以補償震動之機構係包括拴鎖於被驅動元件500之動態中止部300。特別是，動態中止部300可依據被驅動元件500是否受到驅動元件200所驅動來運作。

尤其，當被驅動元件500被驅動時，動態中止部300會脫離被驅動元件500，以使被驅動元件500得以相對於固定基板100來移動。又，被驅動元件500可不被驅動，並不相對於固定基板100移動。此時，動態中止部300可拴鎖於被驅動元件500，並被動態中止部300牢固地固定在固定基板100上。

既然驅動元件200正確地移動被驅動元件500，故可修正包含有根據本發明實施例之用以補償震動之機構之一攝影裝置之震動。亦即，根據本發明實施例之用以補償震動之機構可補償一手震。

另外，當不需要驅動被驅動元件500時，例如，當包含有根據本發明實施例之用以補償震動之機構之一攝影裝置並未晃動時，被驅動 元件500必須要被固定在一預設位置上。根據本發明實施例之用以補償震動之機構可使用動態中止部300或者彈性元件600來固定被驅動元件500。

因此，根據本發明實施例之用以補償震動之機構可避免彈性元件600變形，同時亦可改善可靠度及耐久性。又，因動態中止部300可強化彈性元件600，故彈性元件600可以不需要很強的彈性。因此，以一低電壓即可驅動被驅動元件500。

又，根據本發明實施例之動態中止部不僅可被應用於用以補償震動之機構，其亦可被應用於各種不同微機電系統(MEMS)裝置中。也就是說，當以該彈性元件將該被驅動元件固定，並在各種不同的微機電系統(MEMS)裝置中以該驅動元件驅動該被驅動元件時，可使用該動態中止部以固定該被驅動元件。

在本說明書中所提到的“一實施例”、“實施例”、“範例實施例”等任何的引用，代表本發明之至少一實施例中包括關於該實施例的一特定特徵、結構或特性。此類用語出現在文中多處但不盡然要參考相同的實施例。此外，在特定特徵、結構或特性的描述關係到任何實施例中，皆認為在熟習此技藝者之智識範圍內其利用如此的其他特徵、結構或特徵來實現其它實施例。

雖然參考實施例之許多說明性實施例來描述實施例，但應理解，熟習此項技藝者可想出將落入本發明之原理的精神及範疇內的眾多其他修改及實施例。更特定言之，在本發明、圖式及所附申請專利範圍之範疇內，所主張組合配置之零部件及/或配置的各種變化及修改為可能的。對於熟悉此項技術者而言，除了零部件及/或配置之變化及修改外，替代用途亦將顯而易見。

100‧‧‧固定基板

110‧‧‧中空部

200‧‧‧驅動元件

210‧‧‧第一驅動電極

220‧‧‧第二驅動電極

230‧‧‧第三驅動電極

240‧‧‧第四驅動電極

300‧‧‧動態中止部

400‧‧‧中止部驅動件

500‧‧‧被驅動元

510‧‧‧本體

520‧‧‧中空部

530‧‧‧分支電極

540‧‧‧拴鎖槽

600‧‧‧彈性元件

700‧‧‧固定元件

800‧‧‧光學裝置

Claims (15)

1. 一種微機電系統(MEMS)裝置，包括：一基板；一被驅動元件，相對該基板移動；一彈性元件，與該被驅動元件及該基板相連接；一驅動元件，固定於該基板上，以驅動該被驅動元件；一動態中止部，固定於該基板上，並拴鎖於該被驅動元件，以及一絕緣層，塗覆於該動態中止部之一整體表面上，其中該被驅動元件包含一拴鎖槽，以及其中該動態中止部插入於該拴鎖槽用以固定該被驅動元件，及當該被驅動元件沒被該驅動元件驅動時，該絕緣層直接接觸該拴鎖槽的內壁。
2. 如申請專利範圍第1項所述之微機電系統裝置，其中該動態中止部係包括：一固定元件，固定於該基板；一延伸件，延伸自該固定元件；以及一拴鎖件，自該延伸件延伸，且被彎折或彎曲，其中該拴鎖件係插入於該拴鎖槽之中。
3. 如申請專利範圍第1項所述之微機電系統裝置，其進一步包括：一中止部驅動件，面對該延伸件，以驅動該延伸件。
4. 如申請專利範圍第1項所述之微機電系統裝置，其中該被驅動元件係設置於該基板之上，該延伸件係沿著該被驅動元件之一側面延伸，且該拴鎖槽係形成於該被驅動元件之該側面上。
5. 如申請專利範圍第1項所述之微機電系統裝置，其進一步包括：一影像感測器，被包含於該被驅動元件中；以及一透鏡件，面對該影像感測器。
6. 如申請專利範圍第3項所述之微機電系統裝置，其中該驅動元件係包括一驅動電極，用以驅動該被驅動元件，且該驅動電極係與該中止部驅動件共同運作。
7. 一種用以補償震動之機構，包括：一固定基板；一被驅動元件，相對該固定基板移動；一光學裝置，包含於該被驅動元件之中；一驅動元件，固定於該固定基板上，以驅動該被驅動元件；一動態中止部，固定於該基板上，並與拴鎖於該被驅動元件，以及一第一絕緣層，塗覆於該動態中止部之一整體表面上，其中該被驅動元件包含一拴鎖槽，以及其中該動態中止部插入於該拴鎖槽用以固定該被驅動元件，及當該被驅動元件沒被該驅動元件驅動時，該第一絕緣層直接接觸該拴鎖槽的內壁。
8. 如申請專利範圍第7項所述之機構，其中該光學裝置係包括一影像感測器。
9. 如申請專利範圍第8項所述之機構，其中該光學裝置係進一步包括一透鏡，面對該影像感測器。
10. 如申請專利範圍第7項所述之機構，其中該驅動元件係包括複數個第一驅動電極，固定於該固定基板；而該被驅動元件係包括複數個第二驅動電極，分別設置於該些第一驅動電極之間。
11. 如申請專利範圍第10項所述之機構，其進一步包括：一第二絕緣層，設置於該第一驅動電極及該第二驅動電極之間。
12. 如申請專利範圍第7項所述之機構，其中該動態中止部係包括一拴鎖件，插入於該被驅動元件之該拴鎖槽內，且該機構係包括一中止部驅動件，當該被驅動元件被驅動元件所驅動時，以使該拴鎖件得以脫離該被驅動元件。
13. 如申請專利範圍第7項所述之機構，其進一步包括：一彈性元件，用以將該被驅動元件連接至該固定基板。
14. 如申請專利範圍第13項所述之機構，其中該彈性元件係連接於該固定基板之上的一固定元件，且該被驅動元件係經由該彈性元件及該固定元件被固定於該固定基板之上。
15. 如申請專利範圍第7項所述之機構，其中該被驅動元件係浮在該固定基板之上。