可调式光学装置的制作方法

本发明涉及一种光学装置，且特别是涉及一种可调式光学装置。

背景技术：

法布里-珀罗(Fabry-Perot)光学滤波器是一种利用多光束干涉原理制作而成的滤波器，其通常配置有平行排列的第一反射镜与第二反射镜，以定义出法布里-珀罗共振腔。在光穿透第一反射镜，以入射至法布里-珀罗共振腔之后，光会在第一反射镜与第二反射镜之间来回振荡。由于第一反射镜与第二反射镜之间维持特定间距，因此具有特定波长的光会形成建设性干涉(constructive interference)，其中形成建设性干涉的光(即具有特定波长的光)会穿透第二反射镜，以自法布里-珀罗共振腔出射。通常而言，通过调整光入射至法布里-珀罗共振腔的角度，或者是调整第一反射镜与第二反射镜之间的间距，便能滤出特定波段的光。

在现有技术中，调整第一反射镜与第二反射镜之间的间距的方式大多是使第一反射镜移动靠近固定不动的第二反射镜，使得法布里-珀罗共振腔的腔长(即第一反射镜与第二反射镜之间的间距)缩短，因此仅能够滤出较短波段的光，且波段范围也较窄。为使法布里-珀罗(Fabry-Perot)光学滤波器实现宽波段滤光，可使第一反射镜的初始位置相对远离第二反射镜以达成，故法布里-珀罗(Fabry-Perot)光学滤波器通常具有体积过大且缩小不易的缺点。因此，如何将法布里-珀罗(Fabry-Perot)光学滤波器微型化，同时实现宽波段滤光，便成为当前亟待解决的问题之一。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种可调式光学装置，不仅符合微型化的设计需求，且能同时实现宽波段滤光。

为达上述目的，本发明提出一种可调式光学装置，包括基板、至少一支持构件、可挠性框架、弹性元件、第一反射元件以及至少一致动元件。支持 构件固定于基板上。可挠性框架连接支持构件，且悬空于基板。弹性元件连接可挠性框架。弹性元件在Z轴方向上的刚性小于可挠性框架在Z轴方向上的刚性。Z轴方向垂直通过基板。第一反射元件连接弹性元件。致动元件位于可挠性框架与基板之间或第一反射元件与基板之间。

本发明提出一种可调式光学装置，包括基板、至少一支持构件、可挠性框架、弹性元件、第一反射元件、第二反射元件、第一致动元件、第二致动元件、第一外部电极垫、第二外部电极垫以及第三外部电极垫。支持构件包括至少一固定座以及至少两悬吊结构。固定座固定于基板上。这些悬吊结构分别位于可挠性框架的相对两侧。可挠性框架通过这些悬悬吊结构连接至固定座，且悬空于基板。可挠性框架具有主体部与两翼部。前述两翼部分别连接于主体部的相对两侧。弹性元件连接可挠性框架的主体部，其中弹性元件在Z轴方向上的刚性小于可挠性框架在Z轴方向上的刚性。Z轴方向垂直通过基板。第一反射元件连接弹性元件，其中主体部环绕第一反射元件，且弹性元件位于主体部与第一反射元件之间。第二反射元件设置于基板上，并与第一反射元件相对。第一致动元件位于第一反射元件与基板之间，其中第一致动元件为对向设置的第一电极对与对向设置的第二电极对。第一电极对的第一上电极与第二电极对的第二上电极分别连接第一反射元件，且第一电极对的第一下电极与第二电极对的第二下电极分别设置于基板上。第二致动元件与第一致动元件分别位于任一个悬吊结构的相对两侧，其中第二致动元件位于可挠性框架的各个翼部与基板之间。第二致动元件为对向设置的第三电极对与对向设置的第四电极对。第三电极对的第三上电极与第四电极对的第四上电极分别设置于前述两翼部上，且第三电极对的第三下电极与第四电极对的第四下电极分别设置于基板上。第一外部电极垫设置于基板上，其中第一上电极与第二上电极分别通过第一反射元件、弹性元件、可挠性框架、这些悬吊结构以及固定座与第一外部电极垫电连接，且第三上电极与第四上电极分别通过可挠性框架、这些悬吊结构以及固定座与第一外部电极垫电连接。第二外部电极垫设置于基板上，其中第一下电极及第二下电极分别与第二外部电极垫电连接。第三外部电极垫设置于基板上，其中第三下电极及第四下电极分别与第三外部电极垫电连接。

基于上述，本发明的可调式光学装置可通过致动元件驱使可挠性框架的至少部分及/或弹性元件产生弹性变形，以令位于可挠性框架上的第一反射元 件移动靠近或远离基板，从而扩大第一反射元件与基板之间的间距的可调范围。因此，本发明的可调式光学装置能在符合微型化的设计需求下，同时实现宽波段滤光。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明一实施例的可调式光学装置的俯视示意图；

图2为图1的可调式光学装置沿剖线A-A的剖面示意图；

图3与图4为图2的可调式光学装置的作动示意图；

图5为对应图4的可调式光学装置的立体示意图；

图6为本发明另一实施例的可调式光学装置的俯视示意图；

图7为本发明又一实施例的可调式光学装置的俯视示意图。

符号说明

100、100A、100B：可调式光学装置

110：基板

111a：第一外部电极垫

111b：第二外部电极垫

111c：第三外部电极垫

120、120a、120b：支持构件

121、121a、121b：固定座

122：悬吊结构

123：第一侧壁

124：第二侧壁

130：可挠性框架

131：主体部

132：第一翼部

133：第二翼部

134：第一连接部

135：第二连接部

136：弹性元件

140：第一反射元件

150：第一致动元件

151：第一电极对

151a：第一上电极

151b：第一下电极

152：第二电极对

152a：第二上电极

152b：第二下电极

160：第二致动元件

161：第三电极对

161a：第三上电极

161b：第三下电极

162：第四电极对

162a：第四上电极

162b：第四下电极

170：第二反射元件

D1：第一间距

D2：第二间距

D3：第三间距

具体实施方式

图1是本发明一实施例的可调式光学装置的俯视示意图。图2是图1的可调式光学装置沿剖线A-A的剖面示意图。为求清楚表示与便于说明，略微放大图2的比例。请参考图1与图2，在本实施例中，可调式光学装置100包括基板110、至少一支持构件120、可挠性框架130、弹性元件136、第一反射元件140、第一致动元件150以及第二致动元件160。支持构件120固定于基板110上。可挠性框架130连接支持构件120，且悬空于基板110。弹性元件136连接可挠性框架130。第一反射元件140连接弹性元件136。第一致动元件150位于第一反射元件140与基板110之间，且第二致动元件160位于可挠性框架130与基板110之间。虽然本实施例是以同时配置有第一致动元件150与第二致动元件160作说明，但本发明不限于此。在其他实 施例中，可仅配置有位于第一反射元件与基板之间的第一致动元件，或者是位于可挠性框架与基板之间的第二致动元件。另一方面，致动元件的数量可视设计需求而调整。

基板110例如是可容许特定光波长穿透的透光基板，其材质包括玻璃、压克力、石英、蓝宝石或其他适用透光者。支持构件120可包括至少一固定座121与至少两悬吊结构122(图1示意地绘示出四个)，其中固定座121与这些悬吊结构122的材质可包括金属、金属合金、半导体或半导体氧化物，或者是上述材质的组合，又或者是其他适用的导电材质。固定座121例如是固定于基板110上的框架结构，且环绕可挠性框架130、弹性元件136、第一反射元件140、第一致动元件150以及第二致动元件160。悬吊结构122分别位于可挠性框架130的相对两侧，且可挠性框架130通过这些悬吊结构122连接至固定座121，以悬空于基板110。由于第一反射元件140通过弹性元件136连接至可挠性框架130，且可挠性框架130通过这些悬吊结构122连接至固定座121，因此固定座121可用以间隔出第一反射元件140与基板110之间的初始间距。

另一方面，第一反射元件140可以是由金属、金属合金、半导体或半导体氧化物等导电材质所构成，或配置有导电线路层(图未示)。可挠性框架130与弹性元件136可以是由半导体、金属或金属合金等弹性佳的导电材质所构成，或者是由弹性佳的非导电材质(例如介电材料)所构成，但混掺有导电粒子或配置有导电线路层(图未示)。因此，第一反射元件140可通过弹性元件136、可挠性框架130以及支持构件120与位于基板110上的第一外部电极垫111a电连接，其中第一外部电极垫111a位于可挠性框架130之外，而未被可挠性框架130所环绕。举例来说，基板110上可配置有导电线路层(图未示)，用以电连接支持构件120与第一外部电极垫111a。

在本实施例中，固定座121具有第一侧壁123以及与第一侧壁123相对的第二侧壁124。可挠性框架130通过其中两个对称设置的悬吊结构122连接至固定座121的第一侧壁123，并通过另两个对称设置的悬吊结构122连接至固定座121的第一侧壁124，以使悬空于基板110的可挠性框130能与基板110保持平行。详细而言，可挠性框架130具有主体部131、第一翼部132以及第二翼部133。第一翼部132与第二翼部133分别与主体部131保有一间隙，其中第一翼部132例如是通过第一连接部134与主体部131相连 接，且第二翼部133例如是通过第二连接部135与主体部131相连接。如图1所示，其中两个对称设置的悬吊结构122自固定座121延伸至第一翼部132与主体部131之间的间隙，以与第一连接部134相连接。另两个对称设置的悬吊结构122自固定座121延伸至第二翼部133与主体部131之间的间隙，以与第二连接部135相连接。

如图1所示，主体部131例如是框架结构，第一反射元件140设置于此框架结构内，并通过弹性元件136与主体部131相连接。换言之，主体部131环绕第一反射元件140，其中弹性元件136位于主体部131与第一反射元件140之间，且环绕第一反射元件140。需说明的是，本发明并不限定弹性元件136环绕于第一反射元件140的配置方式。在其他实施例中，弹性元件可以是位于第一反射元件的相对两侧。另一方面，弹性元件136在Z轴方向上的刚性小于可挠性框架130在Z轴方向上的刚性，其中Z轴方向平行于基板110的法线方向或重力方向，即Z轴方向垂直通过基板110。由此，当可挠性框架130或第一反射元件140作动时，通过弹性元件136连接至可挠性框架130的第一反射元件140仍可与基板110保持平行。以下将就此详加说明。

请继续参考图1与图2，在本实施例中，第一致动元件150与第二致动元件160分别位于任一悬吊结构122的相对两侧。第一致动元件150可包括对向设置(或称对称设置)的第一电极对151与对向设置(或称对称设置)第二电极对152。举例来说，第一电极对151相对靠近第一翼部132，而第二电极对152相对靠近第二翼部133。详细而言，第一电极对151的第一上电极151a连接第一反射元件140，且第一电极对151的第一下电极151b设置于基板110上。相似的，第二电极对152的第二上电极152a连接第一反射元件140，且第二电极对152的第二下电极152b设置于基板110上。虽然本实施例是以第一上电极151a与第二上电极152a对称地设置于基板110上作说明，但本发明不限于此。在其他实施例中，第一反射元件可开设用以容纳第一上电极与第二上电极的两容置空间，其中位于前述两容置空间内的第一上电极与第二上电极可以是与第一反射元件直接连接或间接连接。

另一方面，第二致动元件160可包括对向设置(或称对称设置)的第三电极对161与第四电极对162。第三电极对161的第三上电极161a设置于第一翼部132上，且第三电极对161的第三下电极161b设置于基板110上。第四电极对162的第四上电极162a设置于第二翼部133上，且第四电极对162 的第四下电极162b设置于基板110上。换言之，第三电极对161与第四电极对162分别位于第一反射元件140的相对两侧。详细而言，第一电极对151与第三电极对161分别位于其中两个对称设置的悬吊结构122的相对两侧，且第三电极对152与第四电极对162分别位于另两个对称设置的悬吊结构122的相对两侧。

由于第一反射元件140可通过弹性元件136、可挠性框架130、悬吊结构122以及固定座121与位于基板110上的第一外部电极垫111a电连接，因此连接第一反射元件140的第一上电极151a与第二上电极152a会分别与第一外部电极垫111a电连接。此外，位于可挠性框架130上的第三上电极161a与第四上电极162a可通过可挠性框架130、悬吊结构122以及固定座121与位于基板110上的第一外部电极垫111a电连接。换言之，第一上电极151a、第二上电极152a、第三上电极161a以及第四上电极162a都会与第一外部电极垫111a电连接，且第一外部电极垫111a例如是接地电极。另一方面，位于基板110上的第一下电极151b与第二下电极152b可分别通过基板110上的导电线路层(图未示)与第二外部电极垫111b电连接，且位于基板110上的第三下电极161b与第四下电极162b可分别通过基板110上的导电线路层(图未示)与第三外部电极垫111c电连接。如图1所示，第二外部电极垫111b与第三外部电极垫111c都位于可挠性框架130之外，而未被可挠性框架130所环绕。

在本实施例中，可调式光学装置100还包括第二反射元件170。第一反射元件140与第二反射元件170可包括布拉格反射镜，其中第二反射元件170设置于基板110上，且与第一反射元件140相对应。如图2所示，第二反射元件170位于第一反射元件140的正下方(或称第一反射元件140在基板110上的正投影与第二反射元件170相重叠)，且位于基板110上的第一电极对151与第二电极对152的电极例如是分别位于第二反射元件170的相对两侧。在其他实施例中，第一电极对与第二电极对的其中一电极可设置于第二反射元件上。

由于第一反射元件140与位于基板110上的第二反射元件170保持平行，且两者之间具有第一间距D1(即第一反射元件140与基板110之间的初始间距减去第二反射元件170的厚度)，因此第一反射元件140与第二反射元件170可定义出法布里-珀罗共振腔。在光穿透第一反射元件140，以入射至法 布里-珀罗共振腔之后，光会在第一反射元件140与第二反射元件170之间来回反射振荡。由于第一反射元件140与第二反射元件170之间具有第一间距D1，因此具有第一特定波长的光会形成建设性干涉，其中形成建设性干涉的光(即具有第一特定波长的光)会穿透第二反射元件170，以自法布里-珀罗共振腔射出。

图3与图4是图2的可调式光学装置的作动示意图。图5是对应图4的可调式光学装置的立体示意图。请参考图1至图3，当通过第一外部电极111a与第二外部电极垫111b施加偏压于第一电极对151与第二电极对152时，位于第一反射元件140上的第一上电极151a与第二上电极152a在受到驱动后会分别朝向位于基板110上的第一下电极151b与的第二下电极152b移动，使得可挠性框架130的主体部131以及与可挠性框架130的主体部131相连接的弹性元件136产生弹性变形，以缩减第一反射元件140与基板110之间的间距。换言之，以这些悬吊结构122为支点，第一反射元件140会移动靠近基板110，以与第二反射元件170之间具有第二间距D2，而第一翼部132及第二翼部133未随主体部131变形，且仍与基板110保持平行。由于弹性元件136的刚性例如是小于或等于可挠性框架130的主体部131的刚性，因此能释放可挠性框架130的主体部131产生弹性变形时的应力，以使通过弹性元件136与主体部131相连接的第一反射元件140仍可与第二反射元件170保持平行。

换言之，当施加偏压于第一电极对151与第二电极对152时，仅有第一反射元件140移动靠近基板110，而与第二反射元件170之间具有小于第一间距D1的第二间距D2。在光穿透第一反射元件140，以入射至法布里-珀罗共振腔之后，光会在第一反射元件140与第二反射元件170之间来回反射振荡。由于第一反射元件140与第二反射元件170之间具有第二间距D2，因此具有第二特定波长的光会形成建设性干涉，其中形成建设性干涉的光(即具有第二特定波长的光)会穿透第二反射元件170，以自法布里-珀罗共振腔出射。由于第二间距D2小于第一间距D1，因此第二特定波长会小于第一特定波长。

请参考图1、图4与图5，当通过第一外部电极垫111a与第三外部电极垫111c施加偏压于第三电极对161与第四电极对162时，位于第一翼部132上的第三上电极161a在受到驱动后会朝向位于基板110上的第三下电极 161b移动，且位于第二翼部133上的第四上电极162a在受到驱动后会朝向位于基板110上的第四下电极162b移动，使得可挠性框架130的主体部131产生弯曲变形(bending)。以这些悬吊结构122为支点，可挠性框架130的主体部131会带动第一反射元件140移动远离基板110，而可挠性框架130的第一翼部132与第二翼部133会分别移动靠近基板110。

由于弹性元件136在Z轴方向上的刚性例如是小于弹性元件136在X轴或Y轴方向上的刚性，因此能通过弹性元件136所产生的弹性变形来释放可挠性框架130的主体部131产生弯曲变形时的扭矩应力，以使通过弹性元件136与主体部131相连接的第一反射元件140仍可与第二反射元件170保持平行，而不会产生倾斜或形变。此时，第一反射元件140与第二反射元件170之间可具有大于第一间距D1的第三间距D3。在光穿透第一反射元件140，以入射至法布里-珀罗共振腔之后，光会在第一反射元件140与第二反射元件170之间来回反射振荡。由于第一反射元件140与第二反射元件170之间具有第三间距D3，因此具有第三特定波长的光会形成建设性干涉，其中形成建设性干涉的光(即具有第三特定波长的光)会穿透第二反射元件170，以自法布里-珀罗共振腔出射。由第三间距D3大于第一间距D1，因此第三特定波长会大于第一特定波长。

简言之，通过施加偏压于第一电极对151与第二电极对152或第三电极对161与第四电极对162能使可挠性框架130的至少部分产生弹性变形，藉以调整第一反射元件140与第二反射元件170之间的间距。由于前述间距的可调范围(例如介于第二间距D2至第三间距D3之间)被扩大，因此本实施例的可调式光学装置100能在符合微型化的设计需求下，同时实现宽波段(例如介于第二特定波长至第三特定波长之间)滤光。换句话说，本实施例的可调式光学装置100可具有较宽的光谱扫描范围。另一方面，在第一反射元件140移动靠近或远离第二反射元件170的过程中，第一反射元件140始终与第二反射元件170保持平行。因此，本实施例的可调式光学装置100可具有良好的光谱分辨率。

需特别说明的是，本发明用以驱使可挠性框架的至少部分及/或弹性元件产生弹性变形的致动元件并不限定于对向设置的电极对。在其他实施例中，可采用热致动元件、压电致动元件或静电致动元件等，以驱使可挠性框架的至少部分及/或弹性元件产生弹性变形。举例来说，压电制动元件可设置于第 一反射元件上或可挠性框架的第一翼部与第二翼部上，以驱使可使挠性框架的至少部分及/或弹性元件沿Z轴方向产生弹性变形，进而达成相同的制动模态。

以下将列举其他实施例以作为说明。在此必须说明的是，下述实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，下述实施例不再重复赘述。

图6是本发明另一实施例的可调式光学装置的俯视示意图。请参考图6，本实施例的可调式光学装置100A与上述实施例的可调式光学装置100大致相似，两者的差异在于：可调式光学装置100A的支持构件120a的固定座121a例如是对应于这些悬吊结构122设置的四个岛状结构。换言之，各个悬吊结构122会与对应的岛状结构相连接。

图7是本发明又一实施例的可调式光学装置的俯视示意图。请参考图7，本实施例的可调式光学装置100B与上述实施例的可调式光学装置100大致相似，两者的差异在于：可调式光学装置100B的支持构件120b的固定座121b例如是分设于可挠性框架130的相对两侧的两个条状结构。换言之，位于可挠性框架130的同侧的其中两个悬吊结构122会与对应的条状结构相连接。在其他实施例中，支持构件的固定座可以是岛状结构与条状结构的组合，或其他适用的结构。

综上所述，本发明的可调式光学装置可通过第一致动元件或第二致动元件驱使可挠性框架的至少部分及/或弹性元件产生弹性变形，以令位于可挠性框架上的第一反射元件移动靠近或远离第二反射元件，从而扩大第一反射元件与第二反射元件之间的间距的可调范围。因此，本发明的可调式光学装置能在符合微型化的设计需求下，同时实现宽波段滤光。换句话说，本发明的可调式光学装置具有较宽的光谱扫描范围。

另一方面，在第一反射元件移动靠近或远离第二反射元件的过程中，由于弹性元件在Z轴方向上的刚性例如是小于或等于可挠性框架的主体部的在Z轴方向上的刚性，因此能释放可挠性框架的主体部产生弹性变形时的应力时，以使通过弹性元件与主体部相连接的第一反射元件仍可与第二反射元件保持平行。据此，本发明的可调式光学装置可具有良好的光谱分辨率。

虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何 所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。