本發(fā)明涉及一種致動器，尤其特別是關于一種梳形致動器。

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致動器領域，例如加速度傳感器、角速度傳感器或是微振鏡致動器中皆包含不同設計的微結構組件，而微振鏡致動器常被應用在光的反射。

參考圖1A-1D，圖1A是繪示現(xiàn)有技術中致動器100的局部立體示意圖；圖1B是繪示圖1A中致動器100的局部上視圖；圖1C-1D是繪示圖1B中施加電壓于所述致動器100時其受力狀態(tài)的A-A'剖面示意圖。

致動器包括支撐座102以及可動組件104，支撐座102的固定電極102a與可動組件104的可動電極104a互相叉合，如圖1A、1B所示。當電源103提供一電壓至支撐座102與可動組件104時，所述支撐座102與可動組件104之間形成一電位差，所述電位差可使固定電極102a與可動電極104a之間產(chǎn)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，使得可動組件104產(chǎn)生水平位移并且以旋轉軸105為中心作旋轉運動，如圖1B-1D所示。

具體來說，靜電力Fx用以驅動可動組件104沿著+x軸方向(垂直于旋轉軸105的方向)產(chǎn)生水平位移，即，靜電力Fx帶動可動組件104的可動電極104a的端面106朝向固定電極102a的根部108靠近；靜電力-Fz用以驅動可動組件104沿著-z軸方向(垂直于旋轉軸105以及x軸的方向)產(chǎn)生垂直位移并且以旋轉軸105為中心作順時針方向的旋轉運動，如圖1B-1D所示。

如圖1B-1D所示，由于靜電力Fx促使可動電極104a沿著+x軸方向形成水平位移，造成可動組件104在轉動過程中產(chǎn)生額外的位移，除了可能導致可動組件104的運動質量不佳外，所述可動組件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(wěn)定并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(xiàn)象，因而損壞致動器100。

因此，需要發(fā)展一種新式的致動器，以解決上述可動組件104進行旋轉運動時，因水平位移造成運動質量不佳甚至電性短路的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一目的在于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質量。

為達成上述目的，本發(fā)明的一優(yōu)選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，所述至少一第一梳形電極自所述第一表面延伸；以及一可移動體，依附于所述支承基座，設置至少一第二梳形電極以及一第二表面，所述至少一第二梳形電極自所述第二表面延伸，所述可移動體可繞著一旋轉軸作轉動并且使所述至少一第一梳形電極叉合于所述至少一第二梳形電極；其中，所述至少一第二梳形電極朝向一第一方向延伸，所述旋轉軸朝向一第二方向延伸，所述至少一第一梳形電極朝向一第三方向延伸，所述支承基座的所述至少一第一梳形電極的第一側面與所述第二表面的之間的距離小于所述可移動體的所述至少一第二梳形電極的端面與所述第二表面之間的第二長度，其中所述第一梳形電極的第一側面沿著所述第一方向是介于所述至少一第一梳形電極的第二側面與所述第二梳形電極的所述端面之間。

在一實施例中，所述第一方向、所述第二方向以及所述第三方向為不相同的方向。

在一實施例中，所述第一方向、所述第二方向以及所述第三方向彼此之間為互相垂直。

在一實施例中，當所述可移動體處于靜止未轉動狀態(tài)時，所述至少一第一梳形電極在所述第一方向的第一長度小于所述至少一第二梳形電極沿著所述第一方向的所述第二長度，所述第一長度定義為所述第一側面與所述第二側面之間的距離。

在一實施例中，當所述可移動體處于靜止未轉動狀態(tài)時，所述支承基座的所述至少一第一梳形電極的第一側面與所述第二表面之間的距離小于所述可移動體的所述至少一第二梳形電極的端面與所述第二表面之間的所述第二長度。

在一實施例中，當所述可移動體處于靜止未轉動狀態(tài)時，所述至少一第一梳形電極與所述至少一第二梳形電極沿著所述第一方向與所述第三方向所定義的平面為部份重迭狀態(tài)或是非重迭狀態(tài)。

在一實施例中，當所述可移動體繞著所述旋轉軸作轉動時，所述至少一第一梳形電極在所述第一方向的第一長度小于所述至少一第二梳形電極沿著所述第一方向的所述第二長度。

在一實施例中，當所述可移動體繞著所述旋轉軸作轉動時，所述第一側面沿著所述第一方向是介于所述端面的下緣與所述第二側面之間，其中所述下緣靠近所述至少一第一梳形電極。

在一實施例中，所述支承基座包括兩組第一梳形電極單元，每一所述第一梳形電極單元包括多個第一梳形電極，所述兩組第一梳形電極單元分別設置于所述旋轉軸的相異兩側。

在一實施例中，所述可移動體包括兩組第二梳形電極單元，每一所述第二梳形電極單元包括多個第二梳形電極，所述兩組第二梳形電極單元分別設置于所述旋轉軸的相異兩側。

在一實施例中，所述兩組第一梳形電極單元的所述至少一第一梳形電極與所述兩組第二梳形電極單元的所述至少一第二梳形電極之間具有一固定電位差，以使所述可移動體繞著所述旋轉軸作單向轉動。

在一實施例中，所述兩組第一梳形電極單元的所述至少一第一梳形電極與所述兩組第二梳形電極單元的所述至少一第二梳形電極之間具有一周期性變動電位差，以使所述可移動體繞著所述旋轉軸作雙向往復震蕩運動。

在一實施例中，在所述旋轉軸的相異兩側的所述兩組第一梳形電極單元互相電性隔離。

在一實施例中，所述可移動體通過一扭轉桿依附于所述支承基座上，所述可移動體可繞著所述扭轉桿的旋轉軸作轉動。

在一實施例中，所述至少一第二梳形電極的所述端面互相連接。

在一實施例中，兩個相鄰第二梳形電極、所述第二表面以及所述端面形成封閉區(qū)間。

在一實施例中，所述至少一第一梳形電極的所述第一側面與一第三表面之間的第一間距等于所述第二側面與所述第二表面之間的第二間距，所述第三表面形成于相對所述第一側面的所述封閉區(qū)間上。

在一實施例中，所述至少一第一梳形電極的所述第一側面與一第三表面之間的第一間距不等于所述第二側面與所述第二表面之間的第二間距，所述第三表面形成于相對所述第一側面的所述封閉區(qū)間上。

為達成上述目的，本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例提供一種梳形致動器，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，所述至少一第一梳形電極自所述第一表面延伸，至少一第三梳形電極，所述至少一第三梳形電極自所述第一表面延伸；以及一可移動體，依附于所述支承基座，設置至少一第二梳形電極以及一第二表面，所述至少一第二梳形電極自所述第二表面延伸，所述可移動體可繞著一旋轉軸作轉動并且使所述至少一第二梳形電極叉合于所述至少一第一梳形電極以及所述至少一第三梳形電極；其中，所述至少一第二梳形電極朝向一第一方向延伸，所述旋轉軸朝向一第二方向延伸，所述至少一第一梳形電極朝向一第三方向延伸，所述支承基座的所述至少一第一梳形電極的第一側面與所述第二表面的之間的距離小于所述可移動體的所述至少一第二梳形電極的端面與所述第二表面之間的第二長度，其中所述第一側面沿著所述第一方向是介于所述至少一第一梳形電極的第二側面與所述端面之間；其中，所述支承基座的所述至少一第三梳形電極的第三側面與所述第二表面之間的距離大于所述可移動體的所述至少一第二梳形電極的端面與所述第二表面之間的所述第二長度。

在一實施例中，所述第一方向、所述第二方向以及所述第三方向系為不相同的方向。

在一實施例中，所述第一方向、所述第二方向以及所述第三方向彼此之間為互相垂直。

在一實施例中，當所述可移動體處于靜止未轉動狀態(tài)時，所述至少一第一梳形電極在所述第一方向的第一長度小于所述至少一第二梳形電極沿著所述第一方向的所述第二長度，所述第一長度定義為所述第一側面與所述第二側面之間的距離。

在一實施例中，當所述可移動體處于靜止未轉動狀態(tài)時，所述支承基座的所述至少一第一梳形電極的第一側面與所述第二表面之間的距離小于所述可移動體的所述至少一第二梳形電極的端面與所述第二表面之間的所述第二長度。

在一實施例中，當所述可移動體處于靜止未轉動狀態(tài)時，所述至少一第一梳形電極與所述至少一第二梳形電極沿著所述第一方向與所述第三方向所定義的平面為部份重迭狀態(tài)或是非重迭狀態(tài)。

在一實施例中，當所述可移動體繞著所述旋轉軸作轉動時，所述至少一第一梳形電極在所述第一方向的第一長度小于所述至少一第二梳形電極沿著所述第一方向的所述第二長度。

在一實施例中，當所述可移動體繞著所述旋轉軸作轉動時，所述第一側面沿著所述第一方向介于所述端面的下緣與所述第二側面之間，其中所述下緣靠近所述至少一第一梳形電極。

在一實施例中，所述至少一第一梳形電極沿著第一方向的第一長度小于所述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，所述支承基座包括兩組第一梳形電極單元及兩組第三梳形電極單元，每一所述第一梳形電極單元包括多個第一梳形電極，所述兩組第一梳形電極單元分別設置于所述旋轉軸的相異兩側，每一所述第三梳形電極單元包括多個第三梳形電極，所述兩組第三梳形電極單元分別設置于所述旋轉軸的相異兩側。

在一實施例中，所述可移動體包括兩組第二梳形電極單元，每一所述第二梳形電極單元包括多個第二梳形電極，所述兩組第二梳形電極單元分別設置于所述旋轉軸的相異兩側。

在一實施例中，在所述旋轉軸的相異兩側的所述兩組第一梳形電極單元互相電性隔離，在所述旋轉軸的相異兩側的所述兩組第三梳形電極單元互相電性隔離。

在一實施例中，所述兩組第一梳形電極單元的所述至少一第一梳形電極及所述兩組第三梳形電極單元的所述至少一第三梳形電極與所述兩組第二梳形電極單元的所述至少一第二梳形電極之間具有一固定電位差，以使所述可移動體繞著所述旋轉軸作單向轉動。

在一實施例中，所述兩組第一梳形電極單元的所述至少一第一梳形電極及所述兩組第三梳形電極單元的所述至少一第三梳形電極與所述兩組第二梳形電極單元的所述至少一第二梳形電極之間具有一周期性變動電位差，以使所述可移動體繞著所述旋轉軸作雙向往復震蕩運動。

在一實施例中，所述可移動體通過一扭轉桿依附于所述支承基座上，所述可移動體可繞著所述扭轉桿的旋轉軸作轉動。

附圖說明

圖1A是繪示現(xiàn)有技術中致動器的局部立體示意圖。

圖1B是繪示圖1A中致動器的局部上視圖。

圖1C-1D是繪示圖1B中施加電壓于所述致動器時其受力狀態(tài)的A-A'剖面示意圖。

圖2是繪示根據(jù)本發(fā)明第一實施例中梳形致動器的立體示意圖。

圖3A是繪示根據(jù)本發(fā)明的圖2中梳形致動器的俯視圖。

圖3B是繪示根據(jù)本發(fā)明的圖2中所述梳形致動器的局部上視圖。

圖3C是繪示根據(jù)本發(fā)明的圖3B中梳形致動器處于初始靜止狀態(tài)的局部B-B'剖面?zhèn)纫晥D。

圖3D是繪示根據(jù)本發(fā)明第一實施例中施加電位差于所述梳形致動器時處于旋轉狀態(tài)的局部立體圖。

圖3E是繪示根據(jù)本發(fā)明的圖3D中施加電位差于所述梳形致動器時處于旋轉狀態(tài)的局部B-B'剖面?zhèn)纫晥D。

圖3F是繪示根據(jù)本發(fā)明第一實施例中施加電位差于所述梳形致動器時旋轉角度與靜電驅動力于x方向之分量Fx的關系圖。

圖4A是繪示根據(jù)本發(fā)明第二實施例中梳形致動器的俯視圖。

圖4B是繪示根據(jù)本發(fā)明的圖4A中所述梳形致動器的局部上視圖。

圖4C是繪示根據(jù)本發(fā)明的圖4B中梳形致動器處于初始靜止狀態(tài)的局部C-C'剖面?zhèn)纫晥D。

圖4D是繪示根據(jù)本發(fā)明第二實施例中施加電位差于所述梳形致動器時處于旋轉狀態(tài)的局部立體圖。

圖4E是繪示根據(jù)本發(fā)明的圖4D中施加電位差于所述梳形致動器時處于旋轉狀態(tài)的局部C-C'剖面?zhèn)纫晥D。

圖4F是繪示根據(jù)本發(fā)明第二實施例中施加電位差于所述梳形致動器時旋轉角度與靜電驅動力于x方向之分量Fx的關系圖。

圖5是繪示根據(jù)本發(fā)明第三實施例中所述梳形致動器的局部上視圖。

圖中的標號分別表示：

100、致動器；

102、支撐座；

102a、固定電極；

103、電源；

104、可動組件；

104a、可動電極；

105、旋轉軸；

106、端面；

108、根部；

110、第一現(xiàn)有曲線；

112、第二現(xiàn)有曲線；

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(qū)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；

219、第三梳形電極單元；

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(qū)間；

D1、內(nèi)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(qū)域；

S1、第一間距；

S2、第二間距；

V1、V2、電位。

具體實施方式

本發(fā)明的優(yōu)選實施例藉由所附圖式與下面的說明作詳細描述，在不同的圖式中，相同的組件符號表示相同或相似的組件。

參考圖2、3A、3B，圖2是繪示根據(jù)本發(fā)明第一實施例中梳形致動器200a的立體示意圖，圖3A是繪示根據(jù)本發(fā)明的圖2中梳形致動器200a的俯視圖；圖3B是繪示根據(jù)本發(fā)明的圖2中所述梳形致動器200a的局部上視圖。所述梳形致動器200a適用于微機電系統(tǒng)(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，如圖2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(shù)量不限于此?？梢苿芋w204利用一對扭轉桿(torsion bar)212依附于支承基座202，所述扭轉桿212定義一旋轉軸208，旋轉軸208與扭轉桿212例如是平行并且重合，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，如圖2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(shù)量不限于此，可移動體204用以繞著旋轉軸208作轉動，所述可移動體204的第二梳形單元209相對應叉合(例如相對交錯排列)于所述第一梳形電極單元207。

具體來說，如圖3A、3B所示，在本發(fā)明的梳形致動器200a中，支承基座202與可移動體204為電性絕緣(electrically insulated)的狀態(tài)，以使所述第一梳形電極206a與所述第二梳形電極206b之間電性隔離，在一實施例中是以電性絕緣區(qū)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。并且，可移動體204的一部份區(qū)域作為電極接觸墊211，所述電極接觸墊211連接扭轉桿212，當?shù)谝浑娫?13a以及以第二電源213b施加電位差于支承基座202與可移動體204之間時，所述第一梳形電極206a與所述第二梳形電極206b之間形成一電位差，梳形致動器200a將產(chǎn)生靜電驅動力，以使所述可移動體204繞著旋轉軸208相對于支承基座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之差值等于所述電位差，其中第一電源213a以及以第二電源213b的共享端電性連接電極接觸墊211。應注意的是，圖3A所示的第一電源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(fā)明的梳形致動器200a、200b、200c中，扭力T正比于相對應叉合的梳形電極之間重迭面積A與旋轉角度θ之微分，如下列公式(1)所示：

其中：

扭力T：當分別施加電位差于旋轉軸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相對于支承基座202產(chǎn)生旋轉運動的扭力；

重迭面積A：相對應叉合之梳形電極之間的重迭面積；以及

旋轉角度θ：可移動體204繞旋轉軸的轉動角度。

如圖3C、3E所示，在本發(fā)明中，當施加電壓于所述梳形致動器200a時，藉由支承基座202的第一梳形電極206a相對于可移動體204的第二梳形電極206b在初始狀態(tài)及/或旋轉運動中保持內(nèi)縮狀態(tài)，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在所述特定方向產(chǎn)生位移，以改善可移動體204的運動質量，同時避免所述第二梳形電極單元209因所述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。以下將配合后附圖式作詳細說明。

繼續(xù)參考圖3A、3B，并且參考圖3C～3E，圖3C是繪示根據(jù)本發(fā)明的圖3B中梳形致動器200a處于初始靜止狀態(tài)的局部B-B'剖面?zhèn)纫晥D；圖3D是繪示根據(jù)本發(fā)明第一實施例中梳形致動器200a的局部立體圖；圖3E是繪示根據(jù)本發(fā)明的圖3D中施加電位差于所述梳形致動器200a時處于旋轉狀態(tài)的局部B-B'剖面?zhèn)纫晥D。

在一實施例中，如圖3A所示，所述支承基座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包括多個第一梳形電極206a，所述兩組第一梳形電極單元207分別設置于所述旋轉軸208的相異兩側并且互相電性隔離。所述可移動體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包括多個第二梳形電極206b，所述兩組第二梳形電極單元209分別設置于旋轉軸208的相異兩側。所述兩組第一梳形電極單元207與所述兩組第二梳形電極單元209分別互相叉合設置，應注意的是，所述兩組第一梳形電極單元207與所述兩組第二梳形電極單元209的數(shù)量不限于此。

在一實施例中，如圖3B、3C所示，所述支承基座202設置至少一第一梳形電極206a以及第一表面214a，所述至少一第一梳形電極206a自所述第一表面214a延伸。所述可移動體204以電性隔離方式依附于所述支承基座202，所述可移動體204設置至少一第二梳形電極206b以及第二表面214b，所述至少一第二梳形電極206b自所述第二表面214b延伸，所述可移動體204可繞著一旋轉軸208作轉動并且使所述至少一第一梳形電極206a叉合于所述至少一第二梳形電極206b。

如圖3B、3C所示，所述至少一第二梳形電極206b朝向一第一方向(x)延伸，所述旋轉軸208朝向第二方向(y)延伸，所述至少一第一梳形電極206a朝向一第三方向(z)延伸，所述至少一第一梳形電極206a在所述第一方向(x)的第一長度L1，所述第一長度L1定義為所述第一梳形電極206a的第一側面220a與第二側面220b之間的距離，所述至少一第二梳形電極206b沿著所述第一方向(x)的第二長度L2，其中第一長度L1小于第二長度L2。當所述可移動體204處于靜止未轉動狀態(tài)時，所述支承基座202的至少一第一梳形電極206a的第一側面220a與所述第二表面214b之間的距離小于所述可移動體204的至少一第二梳形電極206b的端面218與所述第二表面214b之間的第二長度L2，其中所述第一側面220a沿著所述第一方向(x)是介于所述至少一第一梳形電極206a的第二側面220b與所述端面218之間。換言之，第一梳形電極206a的第一側面220a相對于第二梳形電極206b的端面218形成一內(nèi)縮長度D1。在一實施例中，所述第一方向(x)、所述第二方向(y，即旋轉軸208的方向)以及所述第三方向(z)為不相同的方向(不共線)。在一優(yōu)選實施例中，所述第一方向(x)、所述第二方向(y)以及所述第三方向(z)彼此之間為互相垂直。

具體來說，如圖3B、3C所示，當所述可移動體204處于靜止未轉動狀態(tài)時，所述至少一第一梳形電極206a與所述至少一第二梳形電極206b在所述第一方向(x)與所述第三方向(z)所定義的xz平面為部份重迭狀態(tài)或是非重迭狀態(tài)。當所述可移動體204處于靜止狀態(tài)時，所述第一梳形電極206a與所述第二梳形電極206b之間沿著所述第三方向(z)定義一參考間距216，如圖3C所示，若是參考間距216大于或是等于零，其表示所述第一梳形電極206a與所述第二梳形電極206b在xz平面為非重迭狀態(tài)；若是參考間距216小于零，其表示所述第一梳形電極206a與所述第二梳形電極206b在xz平面為部份重迭狀態(tài)。

如圖3B～3E所示，當所述可移動體204繞著旋轉軸208從0度轉動至θ角度時，沿著第二方向(y)觀之，所述至少一第一梳形電極206a的第一長度L1在所述至少一第二梳形電極206b的第二長度L2的投影范圍之內(nèi)；在一優(yōu)選實施例中，所述可移動體204繞著旋轉軸208的旋轉過程中，所述第一側面220a沿著所述第一方向(x)是介于所述端面218的下緣E與所述第二側面220b之間，其中所述下緣E靠近所述至少一第一梳形電極206a。所述至少一第一梳形電極206a叉合于所述至少一第二梳形電極206b，使第一梳形電極206a與所述第二梳形電極206b在xz平面上為部份重迭狀態(tài)。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系指第一梳形電極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，即以圖3B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)分量的施力分別為-Fx，產(chǎn)生靜電驅動力的和-2Fx。靜電驅動力分量-Fz是指第一梳形電極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。

如圖3F所示，其顯示施加電位差于所述梳形致動器200a時旋轉角度θ與靜電驅動力分量Fx的關系圖，第一曲線222表示第一梳形電極206a的第一側面220a的內(nèi)縮長度D1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介于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(nèi)縮長度D1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介于-1.2×10^-7～-2.5×10^-7力量單位。相較于現(xiàn)有技術中第一梳形電極的端面未內(nèi)縮的情況，其靜電驅動力介于2×10^-7～6.5×10^-7力量單位，如第一現(xiàn)有曲線110所示，由于在相同的旋轉角度θ時，上述本發(fā)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小于現(xiàn)有技術的第一現(xiàn)有曲線110的靜電驅動力分量Fx，故本發(fā)明的梳形致動器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的水平位移并且改善其旋轉運動質量。

在一實施例中，所述第一梳形電極單元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，以使所述可移動體204繞著所述旋轉軸208作單向轉動，其中在扭轉桿212(如圖3A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，所述第一梳形電極單元207與相對應的第二梳形電極單元209之間具有一周期性變動電位差，以使所述可移動體204繞著旋轉軸208作雙向往復震蕩運動。周期性變動電位差例如是周期性的特定波形信號，并且所述往復震蕩運動的軌跡受到所述特定波形信號所控制。

據(jù)上所述，當施加電壓于所述梳形致動器200a時，藉由支承基座202的第一梳形電極206a相對于可移動體204的第二梳形電極206b在初始狀態(tài)及/或旋轉運動中保持內(nèi)縮狀態(tài)，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質量。

參考圖4A、4B，圖4A是繪示根據(jù)本發(fā)明第二實施例中梳形致動器200b的俯視圖；圖4B是繪示根據(jù)本發(fā)明的圖4A中所述梳形致動器200b的局部上視圖。所述梳形致動器200b適用于微機電系統(tǒng)(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，但不限于此)206a以及至少一第三梳形電極206c(例如12個第三梳形電極，但不限于此)，其中多個第一梳形電極(例如12個第一梳形電極)206a定義為一第一梳形電極單元207，多個第三梳形電極(例如12個第三梳形電極)206c定義為一第三梳形電極單元219?？梢苿芋w204通過扭轉桿212依附于支承基座202，所述扭轉桿212定義一旋轉軸208，旋轉軸208與扭轉桿212例如是平行并且重合，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，如圖4A所示，20個第二梳形電極206b形成第二梳形電極單元209，但不限于此，可移動體204得以繞著旋轉軸208作轉動，所述可移動體204的第二梳形電極單元209相對應叉合(例如相對交錯排列)于所述第一梳形電極單元207。

具體來說，如圖4A、4B所示，在本發(fā)明的梳形致動器200b中，支承基座202與可移動體204為電性絕緣的狀態(tài)，以使所述第一梳形電極206a以及第三梳形電極206c分別與所述第二梳形電極206b之間電性隔離，在一實施例中是以電性絕緣區(qū)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。并且，可移動體204的一部份區(qū)域作為電極接觸墊211，所述電極接觸墊211連接扭轉桿212，當?shù)谝浑娫?13a以及以第二電源213b施加電位差于支承基座202與可移動體204之間時，所述第一梳形電極206a以及第三梳形電極206c分別與所述第二梳形電極206b之間形成一電位差，梳形致動器200b將產(chǎn)生靜電驅動力，以使所述可移動體204繞著旋轉軸208相對于支承基座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之差值等于所述電位差，并且當?shù)谝浑娫?13a以及以第二電源213b的共享端電性連接電極接觸墊211。應注意的是，圖4A所示的第一電源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。

如圖4A、4B所示，在本發(fā)明中，當施加電壓于所述梳形致動器200b時，藉由支承基座202的第一梳形電極206a相對于可移動體204的第二梳形電極206b在初始狀態(tài)及/或旋轉運動中保持內(nèi)縮狀態(tài)，及第三梳形電極206c相對于可移動體204的第二梳形電極206b在初始狀態(tài)及/或旋轉運動中保持外凸狀態(tài)，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在所述特定方向產(chǎn)生位移，以改善可移動體204的運動質量，同時避免所述第二梳形電極單元209因所述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。以下將配合圖式作詳細說明。

繼續(xù)參考圖4A、4B，并且參考圖4C～4E，圖4C是繪示根據(jù)本發(fā)明的圖4A中梳形致動器200b處于初始靜止狀態(tài)的局部C-C'剖面?zhèn)纫晥D；圖4D是繪示根據(jù)本發(fā)明第二實施例中梳形致動器200b的局部立體圖；圖4E是繪示根據(jù)本發(fā)明的圖4D中施加電位差于所述梳形致動器200b時處于旋轉狀態(tài)的局部C-C'剖面?zhèn)纫晥D。

在一實施例中，如圖4A所示，所述支承基座202包括兩組(即四個)第一梳形電極單元207和兩組(即四個)第三梳形電極單元219，每一組第一梳形電極單元207包括多個第一梳形電極206a，所述兩組第一梳形電極單元207分別設置于旋轉軸208的相異兩側并且互相電性隔離；每一組第三梳形電極單元219包括多個第三梳形電極206c，所述兩組第三梳形電極單元219分別設置于旋轉軸208的相異兩側并且互相電性隔離。所述可移動體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包括多個第二梳形電極206b，所述兩組第二梳形電極單元209分別設置于旋轉軸208的相異兩側。所述兩組第一梳形電極單元207與所述兩組第二梳形電極單元209分別互相叉合設置，應注意的是，所述兩組第一梳形電極單元207與所述兩組第二梳形電極單元209的數(shù)量不限于此。

在一實施例中，如圖4B、4C所示，所述支承基座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，所述至少一第一梳形電極206a以及所述至少一第三梳形電極206c自所述第一表面214a延伸。所述可移動體204以電性隔離方式依附于所述支承基座202，所述可移動體204設置至少一第二梳形電極206b以及第二表面214b，所述至少一第二梳形電極206b自所述第二表面214b延伸，所述可移動體204可繞著一旋轉軸208作轉動并且使所述至少一第一梳形電極206a以及所述至少一第三梳形電極206c分別叉合于所述至少一第二梳形電極206b。其中所述第一梳形電極206a沿著第一方向(x)的第一長度L1以及所述第三梳形電極206c沿著第一方向(x)的第三長度L3不相同。其中所述第一長度L1定義為所述第一梳形電極206a的第一側面220a與第二側面220b之間的距離，所述第一側面220a沿著所述第一方向(x)是介于所述至少一第一梳形電極206a的第二側面220b與所述至少一第二梳形電極206b的端面218之間。所述第三長度L3定義為所述第三梳形電極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。

如圖4B、4C所示，所述至少一第二梳形電極206b朝向一第一方向(x)延伸，所述旋轉軸208朝向第二方向(y)延伸，所述至少一第一梳形電極206a以及所述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，如圖4C所示，所述至少一第一梳形電極206a在所述第一方向(x)的第一長度L1小于所述至少一第二梳形電極206b沿著所述第一方向(x)的第二長度L2；所述至少一第三梳形電極206c在所述第一方向(x)的第三長度L3大于或等于所述至少一第二梳形電極206b沿著所述第一方向(x)的第二長度L2。在另一實施例中，所述至少一第一梳形電極206a在所述第一方向(x)的第一長度L1小于所述至少一第二梳形電極206b沿著所述第一方向(x)的第二長度L2；所述至少一第三梳形電極206c在所述第一方向(x)的第三長度L3小于所述至少一第二梳形電極206b沿著所述第一方向(x)的第二長度L2，且第一長度L1小于第三長度L3。當所述可移動體204處于靜止未轉動狀態(tài)時，所述支承基座202的至少一第一梳形電極206a的第一側面220a與所述第二表面214b之間的距離小于所述可移動體204的至少一第二梳形電極206b的端面218與所述第二表面214b之間的第二長度L2，其中所述第一側面220a沿著所述第一方向(x)是介于所述至少一第一梳形電極206a的第二側面220b與所述端面218之間；換言之，第一梳形電極206a的第一側面220a相對于第二梳形電極206b的端面218形成一內(nèi)縮長度D1。此外，所述至少一第二梳形電極206b的端面218與所述第二表面214b之間的第二長度L2小于所述至少一第三梳形電極206c的第三側面220c與所述第二表面214b之間的距離；換言之，第三梳形電極206c的第三側面220c相對于第二梳形電極206b的端面218形成一外凸長度D2。在一實施例中，所述第一方向(x)、所述第二方向(y，即旋轉軸208的方向)以及所述第三方向(z)為不相同的方向(不共線)。在一優(yōu)選實施例中，所述第一方向(x)、所述第二方向(y)以及所述第三方向(z)彼此之間為互相垂直。

具體來說，如圖4B、4C所示，當所述可移動體204處于靜止未轉動狀態(tài)時，所述至少一第一梳形電極206a與所述至少一第二梳形電極206b在所述第一方向(x)與所述第三方向(z)所定義的xz平面為部份重迭狀態(tài)或是非重迭狀態(tài)，所述至少一第三梳形電極206c與所述至少一第二梳形電極206b在所述第一方向(x)與所述第三方向(z)所定義的xz平面為部份重迭狀態(tài)或是非重迭狀態(tài)。當所述可移動體204處于靜止狀態(tài)時，所述第一梳形電極206a以及所述第三梳形電極206c分別與所述第二梳形電極206b之間沿著所述第三方向(z)可定義一參考間距216，如圖4C所示，當參考間距216大于或是等于零時，其表示所述第一梳形電極206a以及所述第三梳形電極206c分別與所述第二梳形電極206b在xz平面為非重迭狀態(tài)；當參考間距216小于零時，其表示所述第一梳形電極206a以及所述第三梳形電極206c分別與所述第二梳形電極206b在xz平面為部份重迭狀態(tài)。

如圖4B～4E所示，當所述可移動體204繞著所述旋轉軸208從0度轉動至θ角度時，在沿著第二方向(y)觀之，所述至少一第一梳形電極206a的第一長度L1在所述至少一第二梳形電極206b的第二長度L2的投影范圍之內(nèi)；在一優(yōu)選實施例中，所述可移動體204繞著旋轉軸208的旋轉過程中，所述第一側面220a沿著所述第一方向(x)是介于所述端面218的下緣E與所述第二側面220b之間，其中所述下緣E靠近所述至少一第一梳形電極206a。所述至少一第三梳形電極206c的至少一部份第三長度L3在所述至少一第二梳形電極206b的第二長度L2的投影范圍之內(nèi)。所述至少一第一梳形電極206a以及所述至少一第三梳形電極206c分別叉合于所述至少一第二梳形電極206b，使第一梳形電極206a以及所述至少一第三梳形電極206c分別與所述第二梳形電極206b在xz平面上為部份重迭狀態(tài)。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，如圖4B、4D～4E所示，當所述可移動體204繞著所述旋轉軸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是指沿著第一方向(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之間的靜電驅動力于第一方向分量的和，如圖4B所示，以區(qū)域R1為例，其中與第一梳形電極206a叉合的第二梳形電極206b受到位于其兩側的每個第一梳形電極206a的靜電驅動力分量的施力分別為-Fx2，其和等于-2Fx2，即為內(nèi)縮長度D1狀態(tài)之施力；如圖4B所示，以區(qū)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的靜電驅動力分量的施力分別為Fx1,-Fx2，其和等于(Fx1-Fx2)，即為內(nèi)縮長度D1與外凸長度D2交界狀態(tài)的施力；如圖4B所示，以區(qū)域R3為例，與第三梳形電極206c叉合的第二梳形電極206b受到位于其兩側的每個第三梳形電極206c的靜電驅動力分量的施力分別為Fx1，其和等于2Fx1，即為外凸長度D2狀態(tài)的施力，應注意的是，第一梳形電極206a與第三梳形電極206c的數(shù)量與相對位置可適當調(diào)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更趨近于零。此處，靜電驅動力分量總和ΣFx與ΣFz是指第一梳形電極206a以及所述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。

如圖4F所示，其顯示施加電位差于所述梳形致動器200b時旋轉角度θ與靜電驅動力在第一方向x的分量Fx的關系圖，第三曲線226表示第一梳形電極206a的第一側面220a之內(nèi)縮長度D1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介于-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介于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介于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的坐標零軸，故影響可移動體204運動質量的靜電驅動力分量的總和ΣFx更趨近于零。相較于現(xiàn)有技術中第一梳形電極的端面未內(nèi)縮的情況，其靜電驅動力沿第一方向的分量的總和ΣFx，如第二現(xiàn)有曲線112所示于轉動角度θ＝2～6度之間介于2×10^-7～6.5×10^-7力量單位，由于在相同的旋轉角度θ時，上述本發(fā)明的第五曲線230所示的靜電驅動力分量的總和ΣFx小于第二現(xiàn)有曲線112的靜電驅動力分量，故本發(fā)明的梳形致動器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沿第一方向的位移并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，所述第一梳形電極單元207和所述第三梳形電極單元219與相對應的第二梳形電極單元209之間具有一固定電位差，以使所述可移動體204繞著旋轉軸208作單向轉動，其中在扭轉桿212(如圖3A、4A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，所述第一梳形電極單元207和所述第三梳形電極單元219與相對應的第二梳形電極單元209之間具有一周期性變動電位差，以使所述可移動體204繞著旋轉軸208作雙向往復震蕩運動，換言之，周期性變動電位差例如是周期性的特定波形信號，并且所述往復震蕩運動的軌跡受到所述特定波形信號所控制。

據(jù)上所述，當施加電位差于第一梳形電極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相對于可移動體204的第二梳形電極206b在初始狀態(tài)及/或旋轉運動中保持內(nèi)縮狀態(tài)，同時第三梳形電極206c相對于可移動體204的第二梳形電極206b在初始狀態(tài)及/或旋轉運動中保持外凸狀態(tài)，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。

參考圖5，其繪示根據(jù)本發(fā)明第三實施例中所述梳形致動器200c的局部上視圖。梳形致動器200c類似于第一實施例的梳形致動器200b，其差異在所述第二梳形電極206b在xy平面形成封閉區(qū)間CR以圍繞部分或全部所述第一梳形電極206a，即，第二梳形電極206b的端面218互相連接并外凸于第一梳形電極206a的第一側面220a。如圖5所示，所述支承基座202設置至少一第一梳形電極206a以及第一表面214a，所述至少一第一梳形電極206a自所述第一表面214a延伸。所述可移動體204以電性隔離方式依附于所述支承基座202，所述可移動體204設置至少一第二梳形電極206b以及第二表面214b，所述至少一第二梳形電極206b自所述第二表面214b延伸，所述可移動體204可繞著一旋轉軸208作轉動并且使所述至少一第一梳形電極206a叉合于所述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(qū)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形成所述封閉區(qū)間CR，使部分或全部第一梳形電極206a被圍繞，例如圖5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(qū)間CR圍繞，其余的四個第一梳形電極206a被封閉區(qū)間CR圍繞。以圖5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于所述第二梳形電極206b，并且在所述第二梳形電極206b下方的第一梳形電極206a分別施加靜電驅動力分量-Fx2、Fx1于所述第二梳形電極206b，故施加于所述第二梳形電極206b的靜電驅動力分量和(2Fx1-2Fx2)，在一實施例中，當?shù)谝粋让?20a與第三表面214c之間的第一間距S1等于第二側面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)更小且趨近于零，其中所述第三表面214c形成于相對所述第一側面220a的所述封閉區(qū)間CR上；在另一實施例中，當?shù)谝婚g距S1不等于(大于或是小于)第二間距S2時，靜電驅動力分量和(2Fx1-2Fx2)更小但不等于零，其中所述第三表面214c形成于相對所述第一側面220a的所述封閉區(qū)間CR上。相較于現(xiàn)有技術，在不同的旋轉角度，第三實施例中施加于所述第二梳形電極206b的靜電驅動力分量和更小。此外，在不同的旋轉角度，第三實施例中施加于所述第二梳形電極206b的靜電驅動力分量和小于第一實施例的靜電驅動力分量和。

雖然本發(fā)明已用優(yōu)選實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，本發(fā)明所屬技術領域中技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作各種的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當視申請專利范圍所界定者為準。