CN1842885B - 静电驱动可锁止致动器系统 - Google Patents

Abstract

一种静电驱动可锁止致动器系统具有致动器和一对在致动器相对端的侧受动器。致动器弹性地支撑到衬底并当电吸引到侧受动器之一时可沿着两个操作位之间的线性轴移动。提供锁止机构以机械锁止致动器在任一操作位位置上。侧受动器可沿着正常位置和接近致动器的移动位置之间的线性轴朝向或远离致动器移动。两个侧受动器也弹性地支撑到衬底以通过静电吸引到那里移向致动器并通过回弹力远离致动器。相应于侧受动器之一被吸引到致动器，移动的侧受动器通过机械连杆联锁到锁止机构以致解开致动器，并允许致动器从一种操作位向另一种操作位移动以再次锁止在那里。

Description

静电驱动可锁止致动器系统

技术领域

本发明涉及一种静电驱动可锁止致动器(actuator)系统，更具体而言，涉及一种制造为MEMS(微机电系统)的可锁止致动器系统。

背景技术

美国专利公开2002-0102059A1公开了现有技术的在硅衬底上制成的作为用于转换光路的微机电系统的致动器系统。该系统包括携带可选择地阻断光路的遮光器(shutter)的致动器。该致动器可移动地支撑到衬底并形成有电极，该电极与固定在衬底上的驱动电极一起在它们之间形成静电吸引力以使致动器在两个操作位之间转换，一个是把遮光器从光路撤回的ON位，另一个是把遮光器投进光路中的OFF位。机械锁止器提供在系统中以把致动器锁止在OFF位。为了这个目的，致动器在其一端形成有当致动器移进OFF位时与扣齿(dent)形成锁止衔接的挡件。扣齿分别形成在另外结合在衬底上的锁止电极的末端。此外，为了解开致动器，系统要求额外的驱动电极以驱动锁止电极用来静电地移动它，以把销件从致动器的挡件脱离。因此，在现有技术的系统中，通过引入那些设计用于驱动致动器本身的电极以外的额外电极组来实现致动器的解开。包括额外电极在很大程度上偏离了提供微结构的MEMS的概念，并且当要求致动器不仅锁止在OFF位而且锁止在ON位时可能会更严重，因为要求额外的电极组把致动器锁止在ON位。

发明内容

考虑到以上问题，例如通过最大程度地利用致动器的操作所必须的电极，本发明已经实现提供一种能够锁止致动器而无需额外的电极装置的独特的可锁止的致动器系统。本发明的致动器系统包括支撑可沿着越过空档位的两个操作位之间的线性轴移动的致动器的衬底。致动器适合使用于被连接来驱动物体以转移物体。致动器在其相对端分别形成有关于线性轴的 中央电极，并有弹性地支撑到衬底以提供弹簧偏置，致动器通过该弹簧偏置向空档位推进。同样形成在衬底上的是分别设置在致动器关于线性轴相对末端，并分别提供有和邻近的中央电极保持有静电连接关系的侧电极的第一和第二侧受动器(effector)。驱动装置包括在系统中以在中央电极和侧电极之间产生把致动器驱动进两个操作位中的任意一个的静电吸引力。同样，系统包括用来把致动器锁止进操作位中的一个的锁止装置，和用来解开致动器以允许它移出所述一个操作位到另一个操作位的解开装置。本发明的特征在于，侧受动器可沿着正常位置与接近致动器的移动位置之间的线性轴朝向或远离致动器移动，还在于解开装置与侧受动器的移动联锁，从而响应于侧受动器之一从正常位置移动到其移动位置而解开致动器，因此允许致动器通过侧受动器之一和致动器之间产生的静电吸引力移动到其它操作位。采用此结构，侧受动器不仅用于在操作位之间移动致动器，而且用于解开致动器，实现无需额外电极的可锁止致动器系统且因此使配置微结构系统成为可能。

优选地，锁止装置包括分别形成在致动器相对端的挡件和形成在分别邻近侧受动器的衬底上的锁止构件。每个锁止构件具有能与致动器的一个对应挡件衔接的销件。相应于致动器的运动每个挡件可取两种状态，例如，为了锁止致动器而挡件与销件衔接的使能锁止状态，和挡件保持不与销件衔接的不能锁止状态。致动器与锁止构件设置在这样一种关系使得当其它挡件在使能锁止位置时挡件之一保持在不能锁止位置。即，相应于致动器的运动，每一个挡件从使能锁止位置进入不能锁止位置以致保持与对应销件锁止衔接。解开装置包括释放连杆，每个释放连杆把每一个侧受动器机械连接到每一个对应锁止构件。因此，相应于移到移动位置的对应侧受动器，为了释放销件和挡件的衔接，每个释放连杆用于强制移动每一个相应的锁止构件，从而解开所述致动器。释放连杆可以通过一个或多个形成在衬底上的弹簧实现。

锁止构件优选与侧电极电绝缘以成功地在一个或两个侧电极与中央电极间施加指定电压差。

锁止构件弹性地支撑到衬底，以在衔接销件和使能锁止状态中的对应挡件的锁止位置与从使能锁止状态中的挡件释放销件的释放位置之间移动。因此，在由于致动器的移动挡件移进使能锁止状态后，锁止构件回到 锁止位置以立即把致动器锁止在操作位。

在优选实施例中，系统设计得当致动器在其空档位时，两个挡件都保持在不能锁止位置。当一个侧受动器移到移动位置，对应的一个释放连杆迫使锁止构件进入释放位置并允许已经保持在使能锁止状态的挡件移进不能锁止状态，从而解开致动器并允许其从这个操作位置(the one operativeposition)移出。而且，每一个挡件制成能够与对应的一个锁止构件衔接，以相应于沿在另一挡件上解开的方向移动的致动器而迫使其从锁止位置移动到释放位置，由此允许这个挡件从不能锁止状态移动到使能锁止状态，从而与弹性地回到锁止位置的锁止构件锁止衔接。这样，当通过相邻的侧受动器驱动锁止构件以解开在其一端的致动器，例如把销件从在那端的挡件释放，由于致动器运动的结果挡件转入不能锁止状态，同时另一个挡件转入使能锁止状态为与对应锁止构件形成锁止衔接做准备。所以，致动器在两个操作位置都能够锁止。

为了把致动器从空档位驱动进操作位之一，驱动装置构建得在所述侧受动器之一的侧电极与致动器的中央电极之间施加电压差。同样，为了把致动器从每一个操作位移动到其它操作位，在这个侧受动器的电极与中央电极之间施加同样的电压差。而且，为了把致动器从任何一个操作位移动到空档位，在两个侧受动器的侧电极与致动器的中央电极之间施加电压差。

在另一个优选实施例中，锁止装置又包括止动装置以使致动器在静电吸引力消失时保持在空档位周围。因而，致动器能够稳定在两个操作位的任何一个和空档位，并从而给出三稳的致动器系统。

锁止装置可以如此设计以获得弹性地支撑到与每个侧受动器有相邻关系的衬底的至少一个锁止构件和形成在致动器每个相对端的插孔的组合。锁止构件在其一端固定到衬底并在另一自由端形成有销件。插孔成形为可释放地接收销件的形状并在其开放端形成有与销件衔接的挡件。当致动器在任一操作位时，挡件之一在插孔外紧靠销件以在此位置锁止致动器。当致动器通过挡件之一解开静电吸引到一个侧受动器而从操作位之一移出时，在致动器相对端的另一个挡件变成与插孔内的销件衔接以弹性地变形锁止构件，允许销件向插孔的外部脱离。因此，在致动器移到其它操作位后，允许锁止构件通过它自己的弹性回复，为与插孔外的挡件锁止衔接做准备。这样，解开组件包括形成在每个侧受动器以能够与之一起移动的释 放连杆。释放连杆能与锁止构件衔接以在侧受动器和锁止构件之间组成机械连接。当释放连杆响应于对应侧受动器移到移动位置而与锁止构件衔接时，其变形锁止构件以把销件从挡件释放从而解开致动器，并允许扣齿把它推进插孔，使致动器能够从一个操作位移动到另一个操作位。

优选地，每个插孔在其内部形成有沿着线性轴从挡件向内分隔的止动凸出。当致动器在空档位时，止动凸出保持靠近挡件，因此使致动器在静电吸引力消失时保持在其空档位周围，且所以保持致动器也稳定在空档位。

所述可锁止致动器系统可以很好的结合进具有用于接收光信号的输入光导和且至少两个适应于输出光信号的输出光导的光学开关。系统的致动器连接到反射通过输入光导进入的光信号的反射镜以把光信号选择性地发射到输出光导之一。因为致动器系统能够设计成具有锁止能力的紧凑结构，光学开关也可以制成紧凑的而仍然具有可靠的开关功能。

从以下结合附图对其优选实施例的详细描述，本发明的这些和其它优点将变得更加明了。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的结合进光学开关的致动器系统的透视图；

图2是在通用衬底上结合了致动器系统的光学开关的顶视图；

图3是光学开关的一部分放大图；

图4是示有在其空档位的致动器的致动器系统的平面图；

图5是图示了通过其制造致动器系统的MEMS技术的致动器系统的部分剖面图；

图6是部分致动器系统的局部透视图；

图7到10分别是图示了从其空档位到右边的操作位的致动器运动的平面图；

图11到14分别是图示了从其右边的操作位到左边的操作位的致动器运动的平面图；

图15到17分别是图示了从其左边的操作位到空档位的致动器运动的平面图；

图18是根据本发明第二实施例的致动器系统的平面图；

图19到22分别是图示了从其空档位到左边的操作位的所述致动器系统的致动器运动的平面图；

图23到28分别是图示了从其左边的操作位到右边的操作位的致动器运动的平面图；及

图29到32分别是图示了从其右边的操作位到空档位的致动器运动的平面图。

具体实施方式

参照图1到3，示出了作为结合了本发明的致动器系统的一个实例的光学开关200。致动器系统具有用于光学开关200中以把进入的光信号转换到可选的输出光导302和303之一的致动器。光学开关200包括通过通常称为MEMS(微机电系统)的方法制成的微结构的集成芯片300。如图2所示，除了输入光导301和两个输出光导302和303，芯片300包括以下详细说明的致动器系统S，和一组用于致动器系统激发的电极330。光导接收各个通向和来自光导纤维网络的光导纤维360。

如3所示，配置输入和输出光导的端部与两个反射镜322和323聚集到互换机(switch yard)308。固定反射镜之一322以反射进入的光信号到第一输出光导302，而另一个反射镜323连接到致动器系统的致动器20，从而可以在把进入的光信号反射到对应输出光导的反射位置与不能反射到对应输出光导的内缩位置之间移动。因此，通过对致动器系统激励或解除激励(deenergize)，光信号转换到选择的一个输出光导。在致动器被解除激励之后，反射镜锁止在任一位置。如图1所示，芯片300与形成驱动致动器系统的控制电路的印刷板350一起容纳在外壳340内部。外壳340提供有用于把光导纤维360分别连接到输入光导301和输出光导302和303的连接器。这里需要注意的是上述光学开关只是举例作为致动器系统的一种应用，所以本发明的致动器系统用在其它许多要求锁止致动器的应用中。

第一实施例(图4到17)

现在，详细说明本发明的致动器系统。如图4到6所示，致动器系统包括可移动地支撑到硅衬底10的可移动组件，和形成在衬底10上以通过作为可移动组件之一的弹簧而弹性地支撑可移动组件的固定组件。也可通过MEMS技术由硅制成可移动和固定组件。如图4所示，可移动组件包括 沿线性轴可移动的单致动器20和从致动器20的相对端设置成分隔关系的一对侧受动器50。致动器20通过弹簧41支撑到作为固定元件的中柱40，以在两个操作位之间移动，并通过弹簧41的偏移压迫到图4的空档位。致动器20在其相对端整体形成有梳状中央电极22，还有支撑反射镜323的伸长臂24。每个侧受动器50通过弹簧61支撑到作为固定组件的边柱60，从而可沿正常位置与移动位置之间的线性轴移动，其中所述移动位置以线性轴为中心从正常位置偏离，且侧受动器50通过弹簧61的偏移偏向正常位置。每个侧受动器50还提供有与邻近的中央电极22保持交叉关系以在其中产生静电吸引力的梳状侧电极52。如图5所示，可移动和固定组件设置在衬底10的一个层上。在这种关系中，衬底10在其顶端形成有升高的平台12以在顶部的剩余部分留下凹槽14。如图6所示意性地示出的，固定组件淀积在升高的平台12上，而移动组件分别与凹槽14的底部保持分隔关系并直接或间接地通过一个或多个其它可移动组件支撑到平台12上的固定组件。注意图5和6只是提供用来举例说明固定和可移动组件的层结构及广义的互连，而不是反映示于图4中的组件的实际几何构造。

每个中柱40通过四个弹簧41和浮动节42连接到致动器20。当致动器20在其空档位时，四个内部弹簧41设置成彼此的一般平行关系，两个内部弹簧41跨接中柱40和节42，且其他的两个外部弹簧41跨接节42和致动器20，以延长有效弹簧长度从而给致动器20的轴向运动提供相对长的冲程。类似地，每个边柱60通过四个弹簧61和一浮动节62连接到侧受动器50，两个外部弹簧61跨接边柱60和节62，且其它两个弹簧61跨接节62和侧受动器50，以给侧受动器50的轴向运动提供相对长的冲程(stroke)。

可移动组件中还包括有锁止构件70，每个锁止构件设置在侧受动器50的框架内部以组成锁止机构，与各自形成在致动器20的相对端的挡件30结合，以把致动器锁止在任一个操作位。每个锁止构件70可沿垂直于在把致动器20锁止在其操作位之一的锁止位置与解开致动器的释放位置之间的线性轴的方向移动。每个锁止构件70通过弹簧81弹性地支撑到端柱80以向锁止位置压迫，且还通过弹簧54连接到邻近的侧受动器50。弹簧54定义了随着对应侧受动器50的运动而联锁锁止构件70以解开致动器20的释放连杆，这将在后面详细讨论。简而言之，可移动的侧受动器50和释放连杆54合作组成用于释放锁止构件70的解开机构从而解开致动器20并允许 它从操作位之一移动到另一个操作位。当致动器20处在图4中的空档位时，虽然每个锁止构件70保持在锁止位置，但致动器20在这个位置没有锁止，随后将会说明。

致动器20包括沿线性轴延伸并在其相对端分别形成有各个均为棘轮齿(ratchet tooth)形式的挡件30的中轴26。每个挡件30成形为具有用于与锁止构件70尖端的销件72锁止衔接的后垂直边缘(rear vertical edge)32和从后垂直边缘向柱26倾斜下来与锁止构件70的销件72可衔接的倾斜边缘34。当致动器20在操作位之一时，挡件30与销件72进入锁止衔接，如图10中左侧的锁止构件70所示，因此把致动器锁止在此位置。当致动器20从空档位向操作位之一或从操作位之一向其它操作位移动时，如图7所示的左侧挡件30和图12中右侧挡件30，倾斜边缘34与销件72进入滑动衔接，使得锁止构件70被迫从锁止位置收缩到释放位置，允许挡件30在锁止构件70内部轴向移动并使锁止构件70为与挡件30锁止衔接做准备。

将参照图4和7到17说明关于致动器20的轴向运动的锁止动作的细节。为了理解锁止机构的相当复杂的操作，首先要提及的是，挡件30采取不同状态，其因致动器20的不同位置而不同，且如图4所示，挡件30保持在不能锁止状态，在该状态中挡件30在轴向保持在锁止构件70以外向从而不能锁止那里，且如图8中的左侧挡件30和图13中的右侧挡件30所示，挡件保持在使能锁止状态，在该使能锁止状态中，挡件在轴向位于锁止构件70内部使得能够在其后垂直边缘32与回到锁止位置的锁止构件70锁止。

现说明关于三种致动器运动的锁止动作。通过在选择的电极组合上施加电压差的驱动装置或电路使得致动器20在两个操作位之间移动。例如可以通过充电每一个或两个侧受动器即侧电极同时接地致动器即中央电极而提供电压差。为了更好的理解参照附图的操作，通过在图中划线而指出激发或充电的部分。如图所示，侧电极52通过各自的柱60和弹簧61充电。此外，因为侧电极和中央电极分别与侧受动器和致动器整体形成，在本说明书中当侧受动器和致动器的电极被充电或应用电压差时仅提及侧受动器和致动器。

(1)空档位到两个操作位之一(图4和7到10)

首先，电压差仅应用于图4中右侧的侧受动器50和在其空档位的致动 器20，以形成右侧的侧受动器50和致动器20之间的静电吸引力，使它们向彼此移动，如图7中箭头所指。结果，左侧挡件30与锁止构件70进入衔接以迫使它克服弹簧81的偏移朝向释放位置。此时，右侧挡件30保持在不能锁止状态。当致动器20更远地移动到最接近移到其移动位置的侧受动器50的图8的最远端时，左侧的挡件30前进到其使能锁止状态，同时通过弹簧81的偏移左侧的锁止构件70回复到它们的锁止位置从而为把致动器20锁止在左侧挡件30做准备。基于右侧的侧受动器50后来的解除激励即静电吸引力的移除，通过弹簧41的偏移使得致动器20向后移动仅最轻微的程度直到左侧的挡件30紧靠已经回复到锁止位置的锁止构件70的销件72，所图9所示，从而把致动器20锁止在右边的操作位以防止其移回空档位。同时，如图10所示右侧的侧受动器50移回正常位置，致动器20保持锁止在左侧的挡件30且右侧的挡件30保持在不能锁止状态。

(2)右操作位到左操作位(图11到14)

为了使左侧的侧受动器50和致动器20彼此静电吸引，电压差仅应用到左侧的侧受动器50和致动器20之间。如图11所示的左侧的侧受动器移动到移动位置的结果，迫使对应锁止构件70克服弹簧81的偏移通过释放连杆或弹簧54把锁止构件70移进释放位置。因此，允许致动器20通过静电吸引力移动到左边。当致动器20更远地移到图12的位置，在致动器20的后移动端(rear moving end)的右侧挡件30在其倾斜边缘与对应锁止构件70形成衔接，以迫使它们进入释放位置，从而允许进一步的致动器运动，在致动器后移动端的挡件30伴随移动进入使能锁止状态。在此运动期间，在致动器前移动端的挡件30进入不能锁止状态。当如图13所示致动器20进一步移动到最接近左侧的侧受动器50时，右侧的锁止构件70通过弹簧81回复到锁止位置，从而为与在致动器20后移动端的挡件30锁止衔接做准备。基于后来的静电吸引力移除，致动器20通过弹簧41的偏移移回最轻微的程度直到右侧的挡件30进入紧靠锁止构件70，如图14所示，从而把致动器20锁止在左边的操作位。同时，左侧的侧受动器50通过弹簧51的偏移回到其正常位置，左侧的挡件30保持在不能锁止状态。以同样的方式，通过首先仅在右侧的侧受动器50和致动器20之间施加电压差随后消除电压差，使得致动器20从左边的操作位移动到右边的操作位以锁止在那里。

(3)左操作位到空档位操作位(图15到17)

如图15所示，为了通过静电吸引力向致动器20移动两个侧受动器50，电压差应用到两个侧受动器50和致动器20。基于此，右侧的侧受动器50移动到移动位置以迫使锁止构件70进入释放位置，从而解开致动器20并允许它通过弹簧41的偏移和平衡静电吸引力移动到右边。如图16所示，当致动器20进一步移进空档位时，两个侧受动器50保持在移动位置，左侧和右侧的挡件30保持在不能锁止状态。如图17所示，在静电吸引力去除之后，两个侧受动器50通过弹簧61的偏移回复到正常位置，并允许左侧和右侧的锁止构件70回复到锁止位置但并不与相关的挡件30发生实际的锁止衔接。然后，致动器20通过弹簧41的偏移保持在图4的空档位。这样，所举例的致动器系统提供保持在三个位置的任一个并机械地锁止在两个操作位的任一个的致动器。虽然以上锁止动作的说明没有明确地提到，但在静电吸引力从侧受动器50移除之后，弹簧54也与锁止构件70到锁止位置的弹性回复运动一起用于把侧受动器50移回到正常位置。

关于这一点需要注意的是，为了成功地应用期望电压差到侧受动器50和致动器20之一或两者，连接到每个侧受动器50的每个边柱60与通过弹簧41连接到致动器20的中柱40电绝缘。此外，每个侧受动器50形成有把锁止构件70与对应侧受动器50电绝缘的电绝缘部分，从而防止致动器20通过锁止构件70与侧受动器50导电，并因此确保在侧受动器50与致动器20之间施加期望电压差。

第二实施例(图18到32)

图18到32图示了根据本发明的第二实施例的另一个致动器系统，除了锁止机构的细节以外近似于第一实施例。因此，不必要对系统的基本结构的细节做重复的说明。与上述实施例一样系统包括致动器120和一对侧受动器150。致动器120与同样的梳状中央电极122整体成形并通过弹簧141弹性地支撑到中柱140，以克服弹簧141的偏移沿越过空档位的两个操作位之间的线性轴可移动。每个位于致动器120相对端的侧受动器150与同样的梳状侧电极152整体成形，并通过弹簧161弹性地支撑到边柱160以沿正常或非偏位置与接近致动器120的移动位置之间的线性轴移动。

同样在这个实施例中，分别在致动器的相对端上提供两种锁止机构以把它锁止在两个操作位的任一个上。每种锁止机构包括锁止构件170和在 致动器120每个相对端上的插孔130。锁止构件170连接到衬底10上的固定组件端柱180，并成形为带有一对通过网连接的弹性支柱171的一般的U型结构，锁止构件170通过该弹性支柱支撑到端柱180。弹性支柱171弹性可变形以采取两个位置，一个是弹性支柱171不变形的彼此平行延伸的锁止位置，如图22中右侧锁止构件170所示，和弹性支柱171变形或收缩以靠近彼此的释放位置，如图23中右侧锁止构件170所示。每个弹性支柱171在其末端形成有销件172，以与插孔130的外端锁止衔接，如图22中右侧锁止构件170所示。

每个弹性支柱171形成有从销件172向内间隔的凸出174以与形成在每个侧受动器150上的释放连杆154衔接，如图19到21中左侧锁止构件170所示。释放连杆154在每个侧受动器150和对应的一个锁止构件170之间建立机械连接，并与移动的侧受动器150合作以定义用于解开致动器120的解开机构。

插孔130整体成形在致动器120的中柱126的每个相对端以具有轴向的开口端，通过该轴向开口端允许弹性支柱171前进到插孔130内部，例如，如图24到27中右侧插孔130所示。向内的凸出形成在插孔130的开口端以定义当弹性支柱171从插孔130出来时与锁止构件170的销件172形成紧靠(come into abutment)的挡件132，例如，如图22中右侧插孔130所示。当致动器120在图18的空档位时，插孔130也形成有向内轴向偏离挡件132以与锁止构件170的销件172成紧密邻近关系的止动凸出134，从而把致动器120止动或锁定在空档位周围。

现关于三个致动器的运动解释第二实施例的锁止动作。

(1)空档位到左边的操作位(图18到22)

当不存在静电吸引力时，通过分别把致动器120连接到中柱140的弹簧141的压迫，致动器120保持在图18的空档位。通过仅在左侧侧受动器150和致动器120之间施加电压差，致动器120开始向左移动，同时左侧的侧受动器150通过静电吸引力开始向右移动，如图19所示。当左侧侧受动器150移动到右边时，释放连杆154挤压锁止构件170的凸出174从而变形弹性支柱171进入释放位置并允许支柱171进入相应的插孔130。结果，止动凸出134不防碍销件172。同时，移动到左边的右侧插孔130变成在挡件132处与对应锁止构件170的销件172衔接，变形或收缩弹性支柱171 进入释放位置并因此允许插孔130与锁止构件170脱离。因此，允许致动器120更远地移动到图20的最左侧的位置。其后即刻右侧锁止构件170的弹性支柱171回复或弹回到锁止位置从而为与相应的挡件132锁止衔接做准备，如图21所示。基于静电吸引力的去除，通过弹簧141的偏移，致动器120向右移回仅最轻微的程度直到挡件132紧靠在右侧的锁止构件170上的销件172，所图22所示，并锁止在这个操作位上。同时，左侧侧受动器150通过弹簧161回复进入正常位置，如图22所示，完成有关致动器的锁止的致动器运动。

(2)左操作位到右操作位(图23到28)

通过在右侧侧受动器150和致动器120之间施加电压差，右侧侧受动器150开始向左移动，如图23所示，通过释放连杆154挤压弹性支柱171上的凸出174以收缩锁止构件170进入释放位置。因此，致动器120在右侧锁止构件170处解开，如图24所示，并准备向右移动，右侧插孔130中接收收缩的弹性支柱171。同时，向右移动的左侧插孔130在止动凸出134处挤压销件172以把弹性支柱收缩进释放位置，从而与锁止构件170脱离以允许致动器120向右移动。当致动器120通过静电吸引到右侧侧受动器150而进一步向右移动时，如图25所示，右侧插孔130通过止动凸出134与销件172的衔接保持弹性支柱171收缩。同时，通过挡件132与销件172的衔接左侧插孔130也保持弹性支柱171收缩，从而允许致动器120进一步移动到图26的最右位置。在这种情况下，使得左侧锁止构件170的弹性支柱171脱离插孔130并回复到锁止位置从而为与插孔130外部的挡件132的锁止衔接做准备。在静电吸引力去除的时候，通过弹簧141的偏移致动器120向左移回仅最轻微的程度直到挡件132紧靠在左侧锁止构件170上的销件172，如图27所示，并锁止在这个操作位上。同时，右侧侧受动器150通过弹簧161的偏移回复到正常位置，如图28所示，完成致动器到右边的操作位的运动，致动器锁止这个位置上。

(3)右操作位到空档位(图29到32，和图18)

两个侧受动器150被充电同时把致动器120接地以在其间提供电压差，即产生静电吸引力，以开始朝处于右操作位的致动器120移动两个侧受动器150，如图29所示。结果，左侧侧受动器150通过释放连杆154挤压锁止构件170以把它收缩进释放位置，允许弹性支柱171前进入插孔130，同时右侧侧受动器150在释放连杆154处挤压锁止构件170以把它收缩进释放位置，把销件172从止动凸出134脱离并允许销件172移过止动凸出。由此，如图30所示，通过弹簧141和平衡静电吸引力，允许致动器120移到其空档位。如图31所示，在致动器120移回空档位之后，当静电吸引到致动器120时，侧受动器150仍然保持在移动位置以保持每个锁止构件170的弹性支柱171收缩进释放位置。通过静电吸引力的去除，两个侧受动器150开始通过弹簧161的偏移向正常位置回复，如图32中箭头所示，同时把释放连杆从凸出174脱离并允许弹性支柱171通过它们自身的弹性回复，销件172保持限制在插孔130内。因此，如图18所示，两个侧受动器150回到它们的正常或非偏位置，同时保持致动器120在空档位中。在这种情况下，通过弹簧141的偏移力和止动凸出134与销件172之间的衔接关系，保持锁止构件170上的销件172在轴向位于止动凸出134之外，处于紧密邻近关系，这用于在静电吸引力去除时保持致动器120在空档位附近。

为了避免锁止构件170被充电，每个侧受动器150形成有把锁止构件170与电极152电绝缘的电绝缘部分158，从而保持侧受动器150和致动器120之间的期望电压差，由于该电压差锁止构件170在致动器运动期间形成导电关系。虽然图中举例说明的每个侧受动器150分为两半，但是这两半可以彼此机械和电连接。

Claims (13)

1.一种静电驱动可锁止致动器系统，包括：

衬底(10)；

致动器(20；120)，支撑在所述衬底上以沿越过空档位的两个操作位之间的线性轴可移动，所述致动器被连接到物体用以移动物体，所述致动器在其沿所述线性轴的相对端分别形成有中央电极，并弹性支撑到所述衬底以提供弹簧偏置，通过该弹簧偏置所述致动器向所述空档位偏移；

第一和第二侧受动器(50；150)，支撑在所述衬底上并分别设置在所述致动器沿所述线性轴的相对端上；所述侧受动器分别形成有与所述中央电极保持静电耦合关系的侧电极；

驱动装置，在所述中央电极和其中一个所述侧电极之间形成静电吸引力以驱动所述致动器进入所述两个操作位中对应于所述其中一个所述侧电极的一个操作位；

锁止装置(30，70；130，170)，当所述致动器移动到两个操作位之一时，克服所述弹簧偏置而把所述致动器锁止在该操作位，和

解开装置(54；154)，解开所述致动器以允许它移出两个操作位之一到另一个操作位，

其中所述第一和第二侧受动器可以沿着所述线性轴在正常位置与接近所述致动器的移动位置之间朝向和远离所述致动器移动，

所述解开装置与所述第一和第二侧受动器的移动联锁，从而当其中一个侧受动器移动到其移动位置时解开所述致动器，从而允许所述致动器移出所述操作位中对应于另一个侧受动器的一个操作位，并通过在所述一个侧受动器和所述致动器之间形成的静电吸引力允许所述致动器移动到对应于所述一个侧受动器的一个操作位。

2.根据权利要求1所述的系统，其中

所述锁止装置包括：

挡件(30)，分别形成在所述致动器的相对端，和

锁止构件(70)，形成在所述衬底上，分别邻近所述第一和第二侧受动器，

每个所述锁止构件具有与对应挡件(30)衔接的销件(72)，

每个所述挡件相应于致动器的运动可取两种状态，一种是所述挡件与所述销件衔接以锁止所述致动器的使能锁止状态，且另一种是所述挡件与所述销件保持不衔接的不能锁止状态，当其中一个挡件在所述使能锁止位置时另一个挡件在所述不能锁止位置，

任一个所述挡件，响应于所述致动器的运动，从所述不能锁止位置进入所述使能锁止位置以致与对应的销件保持锁止衔接，

所述解开装置包括释放连杆(54)，每个释放连杆把所述第一和第二侧受动器中对应的一个机械连接到每个对应的锁止构件(70)，响应于对应的其中一个所述侧受动器移动到所述移动位置，相应的一个所述释放连杆迫使每个相应的所述锁止构件移动以释放销件与挡件的衔接，从而解开所述致动器。

3.根据权利要求2所述的系统，其中

所述释放连杆(54)包括一个或多个形成在所述衬底上的弹簧。

4.根据权利要求2所述的系统，其中

所述锁止构件(70)分别与所述侧电极电绝缘。

5.根据权利要求2所述的系统，其中

所述锁止构件(70)弹性地支撑到所述衬底，以在把所述销件和对应的处于所述使能锁止状态的挡件衔接的锁止位置与把所述销件从处于所述使能锁止状态的挡件释放的释放位置之间移动。

6.根据权利要求5所述的系统，其中

所述锁止装置包括由第一挡件和第二挡件限定的所述挡件、以及由第一锁止构件和第二锁止构件限定的所述锁止构件，

所述第一挡件和所述第二挡件分别形成在所述致动器的相对端，

所述第一锁止构件和所述第二锁止构件分别邻近所述第一和第二侧受动器形成在所述衬底上，

所述解开装置包括由第一释放连杆和第二释放连杆限定的所述释放连杆，

所述第一释放连杆将所述第一侧受动器机械地连接到所述第一锁止构件，

所述第二释放连杆将所述第二侧受动器机械地连接到所述第二锁止构件，

所述两个操作位由第一操作位和第二操作位限定，

所述第一锁止构件具有由第一销件限定的销件，所述第一销件能够与第一挡件衔接，

所述第二锁止构件具有由第二销件限定的所述销件，所述第二销件能够与第二挡件衔接，

当所述致动器在所述空档位时，所述第一挡件和所述第二挡件保持在所述不能锁止状态，

所述第一释放连杆(54)，响应于当与所述第一释放连杆相应的所述第一侧受动器移到其移动位置时，迫使与所述第一释放连杆相应的所述第一锁止构件进入所述释放位置并允许已经保持在所述使能锁止状态的对应的所述第一挡件移进所述不能锁止状态，从而解开所述致动器并允许其从所述第一操作位移出，

所述第二释放连杆(54)，响应于当与所述第二释放连杆相应的所述第二侧受动器移到其移动位置时，迫使与所述第二释放连杆相应的所述第二锁止构件进入所述释放位置并允许已经保持在所述使能锁止状态的对应的所述第二挡件移进所述不能锁止状态，从而解开所述致动器并允许其从所述第二操作位移出，当所述致动器在从第二挡件上解开第二锁止构件的方向上移动时，所述第一挡件与对应于所述第一挡件的所述第一锁止构件衔接，以迫使所述第一锁止构件从所述锁止位置向释放位置移动，从而允许所述第一挡件从所述不能锁止状态移到所述使能锁止状态，从而所述第一锁止构件此后弹性地回复到锁止位置以与所述第一挡件形成锁止衔接，

当所述致动器在从第一挡件上解开第一锁止构件的方向上移动时，所述第二挡件与对应于所述第二挡件的所述第二锁止构件衔接，以迫使所述第二锁止构件从所述锁止位置向释放位置移动，从而允许所述第二挡件从所述不能锁止状态移到所述使能锁止状态，从而所述第二锁止构件此后弹性地回复到锁止位置以与所述第二挡件形成锁止衔接。

7.根据权利要求1所述的系统，其中

构建所述驱动装置，以在所述一个侧受动器的所述侧电极与所述中央电极之间施加电压差，以把所述致动器吸引到所述一个侧受动器，从而把所述致动器从所述空档位移动到所述操作位中对应于所述一个侧受动器的一个操作位。

8.根据权利要求1所述的系统，其中

构建所述驱动装置，以在所述一个侧受动器的所述侧电极与所述中央电极之间施加电压差，以把所述致动器静电吸引到所述一个侧受动器，从而把所述致动器从对应于另一个侧受动器的另一操作位移动到对应于所述一个侧受动器的所述一个操作位。

9.根据权利要求1所述的系统，其中

构建所述驱动装置，以在第一或第二侧受动器的所述侧电极与所述中央电极之间施加电压差，从而把所述致动器从对应于第一或第二侧受动器的其中一个所述操作位移动到所述空档位。

10.根据权利要求1所述的系统，其中

所述锁止装置包括止动装置(134)，该止动装置(134)在所述致动器和一个所述侧受动器之间的所述静电吸引力消失时把所述致动器保持在所述空档位周围。

11.根据权利要求1所述的系统，其中

所述锁止装置包括：

由第一挡件和第二挡件限定的所述挡件，

由第一锁止构件和第二锁止构件限定的所述锁止构件，

所述第一锁止构件邻近所述第一侧受动器弹性地支撑到所述衬底，所述第二锁止构件邻近所述第二侧受动器弹性地支撑到所述衬底，

所述第一锁止构件在其一端固定到所述衬底并且在另一自由端形成有第一销件，

所述第二锁止构件在其一端固定到所述衬底并且在另一自由端形成有第二销件，

第一插孔和第二插孔，形成在所述致动器的每个相对端，从而分别可释放地接收所述第一销件和所述第二销件，

所述第一插孔在其开口端提供有与所述第一销件可衔接的所述第一挡件，所述第二插孔在其开口端提供有与所述第二销件可衔接的所述第二挡件，

所述两个操作位由第一操作位和第二操作位限定；

当所述致动器在所述第一操作位时，所述第一挡件紧靠所述第一插孔外部的所述第一销件以锁止所述致动器，

当所述致动器在所述第二操作位时，所述第二挡件紧靠所述第二插孔外部的所述第二销件以锁止所述致动器，

当所述致动器通过静电吸引移动到所述第一侧受动器时，所述第一挡件与所述第一插孔内部的所述第一销件衔接以使所述第一锁止构件弹性变形，从而允许所述第一销件向所述第一插孔外脱离，从而使所述第一锁止构件能弹性地回复以与所述第一插孔外部的所述第一挡件衔接，

当所述致动器通过静电吸引移动到所述第二侧受动器时，所述第二挡件与所述第二插孔内部的所述第二销件衔接以使所述第二锁止构件弹性变形，从而允许所述第二销件向所述第二插孔外脱离，从而使所述第二锁止构件能弹性地回复以与所述第二插孔外部的所述第二挡件衔接，

所述解开装置由第一解开装置和第二解开装置限定，

所述第一解开装置包括形成于所述第一侧受动器上从而与所述第一侧受动器一起移动的第一释放连杆，所述第一释放连杆与所述第一锁止构件衔接，以使所述第一锁止构件弹性地变形，用于从对应于所述第一销件的所述第一挡件释放所述第一销件，并当所述第一侧受动器被静电吸引力移向所述致动器时用于允许所述第一销件前进入对应于所述第一销件的所述第一插孔，

所述第二解开装置包括形成于所述第二侧受动器上从而与所述第二侧受动器一起移动的第二释放连杆，所述第二释放连杆与所述第二锁止构件衔接，以使所述第二锁止构件弹性地变形，用于从对应于所述第二销件的所述第二挡件释放所述第二销件，并当所述第二侧受动器被静电吸引力移向所述致动器时用于允许所述第二销件前进入对应于所述第二销件的所述第二插孔。

12.根据权利要求11所述的系统，其中

所述第一插孔在其内部提供有沿着所述线性轴从对应于所述第一插孔的所述第一挡件向内分隔的第一止动凸出，当所述致动器在所述空档位时所述第一止动凸出保持接近对应于所述第一止动凸出的所述第一销件，当所述致动器和所述侧受动器的任一个之间的静电吸引力消失时保持所述致动器在其空档位周围，

所述第二插孔在其内部提供有沿着所述线性轴从对应于所述第二插孔的所述第二挡件向内分隔的第二止动凸出，当所述致动器在所述空档位时所述第二止动凸出保持接近对应于所述第二止动凸出的所述第二销件，当所述致动器和所述侧受动器的任一个之间的静电吸引力消失时保持所述致动器在其空档位周围。

13.一种光学开关包括：

输入光导(301)，用于接收光信号；

两个输出光导(302，303)，每个输出光导用于输出所述光信号；和

致动器系统，具有带有用于反射通过所述输入光导进入的光信号到所述输出光导之一的反射镜的致动器，

所述致动器系统包括：

衬底；

致动器，支撑在所述衬底上以沿越过空档位的两个操作位之间的线性轴可移动，所述致动器连接到所述反射镜，所述改动器在其沿所述线性轴的相对端分别形成有中央电极，并弹性地支撑到所述衬底以提供弹簧偏置，所述致动器通过该弹簧偏置向所述空档位偏移；

第一和第二侧受动器，支撑在所述衬底上并分别设置在所述致动器沿所述线性轴的相对端上；所述侧受动器分别形成有与所述中央电极保持静电耦合关系的侧电极；

驱动装置，形成所述中央电极和其中一个所述侧电极之间的静电吸引力以驱动所述致动器进入所述两个操作位中对应于所述其中一个所述侧受动器的一个操作位；

锁止装置，当所述致动器移动到两个操作位之一时，克服所述弹簧偏置把所述致动器锁止在该操作位，和

解开装置，解开所述致动器以允许所述致动器移出两个操作位之一到另一个操作位，

其中所述第一和第二侧受动器能够沿着正常位置和接近所述致动器的移动位置之间的所述线性轴朝向和远离所述致动器移动，

当其中一个所述侧受动器移动到其移动位置时，所述解开装置与所述第一和第二侧受动器的运动联锁以解开所述致动器，从而允许所述致动器移出所述操作位中对应于另一个侧受动器的一个操作位，并通过在所述一个侧受动器和所述致动器之间形成的静电力允许所述致动器移到对应于所述一个侧受动器的一个操作位。

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