JP2001221962A - マイクロ電気機械式光学装置 - Google Patents
マイクロ電気機械式光学装置Info
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Abstract
械式光学装置を提供すること。 【解決手段】 本発明によれば、マイクロ電気機械式
(MEM)光学装置が、基板上の生産量を増大するた
め、縮小された占有面積を有する。MEM装置は、外縁
を有し、かつ、基板に配置された支持構造体により支持
された光学要素を有する。支持構造体は、光学要素を基
板の上方へ持ち上げる起動位置へ構造体を移動する第一
と第二のビームの対により、基板へ機械的に接続されて
いる。持ち上げられた位置において、光学要素は光学的
信号を偏向するため選択的に傾斜する。ビームが一端に
おいて支持構造体へ、他端において基板へ接続されてお
り、第一と第二ビームの端が光学要素の外縁に接近して
位置するように、配置されている。好適な実施態様にお
いて、光学要素の縁と基板との間の接触面積を減少する
ため、静止摩擦力低減要素が光学要素の外縁にある。
Description
し、特に、マイクロ電気機械式光学装置に関する。
(例えば、光源、光検出器、スイッチ、減衰器、鏡、増
幅器、およびフィルター)からなっている。光学器は、
光通信システムにおいて光信号を伝達する。いくつかの
光学器は、電気機械式光学素子を形成している電気機械
式構造体(例えば、熱作動器)へ接続されている。本開
示に使用されている用語“気機械式構造体”は、電気信
号の制御を受けて機械的に動作する構造体に相当する。
定の第一位置から所定の第二位置へ移動するものがあ
る。Cowan, William D., et al., "Vertical Thermal A
ctuators for Micro-Opto-Electro-Mechanical System
s", SPIE, Vol. 3226, pp. 137-146(1997) には、この
様な所定の第一位置から所定の第二位置へ光学素子を移
動する有用な電気機械式構造体が記載されている。
体は熱作動器である。この熱作動器は、光学鏡へ接続さ
れている。熱作動器と光学鏡は、基板の表面に配置され
ている。熱作動器は二つの可動ビームを有する。各ビー
ムの一端は光学鏡へ接続されている。各ビームの他端は
基板面へ接続されている。
合わされた二つの材料の層を有する。重ね合わされた材
料層は、それぞれ、異なる熱膨張係数を有し、各ビーム
のうち最上部の材料層は、他の材料層より大きい熱膨張
係数を有する。
送られた電気信号に応答して、機械的に光学鏡を移動す
る。ビームに電気信号が送られると、重ねられた材料層
は加熱される。その後、電気信号が取り去られると、重
ねられた層が冷却する。各ビームの最上層は大きい熱膨
張係数を有するので、最上層は、冷却したとき基底の材
料層より速く収縮する。最上材料層が収縮すると、最上
層は、各ビームの一端とその層へ接続された光学鏡とを
基板面から上方の所定の高さへ持ち上げる。ビームをさ
らに加熱および冷却しても、基板面に対する光学素子の
高さは変わらない。熱作動器それ自体の有用性は、一回
のセットアップまたは位置決め動作に限定される。この
様な一回の動作に限定する問題を解決すべき課題とす
る。
た電気機械式構造体が、引き続いて探求される。
マイクロ電気機械式(MEM)光学装置が開示されてい
る。MEM光学素子は、基板上に配置され、外縁を有す
る光学要素を支持する支持構造体を有する。光学要素
は、光学要素に与えられた傾斜量に基づいて選択された
角度に光を偏向する。支持構造体は、第一端において支
持構造体へ接続され、かつ、第二端において基板へ固定
された、第一対と第二対のビームにより支持されてい
る。この対のビームは、各ビームの第一と第二の端が光
学素子に接近して配列されるように、光学素子に対し配
置されている。これにより、MEM光学素子を支持する
のに必要な基板面の面積が縮小されている。それなり
に、光学素子の数量が増加された場合の配列は、与えら
れた基板の大きさに形成することが出来る。
第二端は、互いに接近して配置され、ビームへの起動導
線の効率的電気接続を形成しており、これにより、ビー
ムへの導線を配置するのに必要な基板面積を減少してい
る。
する要素が、光学要素上と、光学要素を支持する内部フ
レーム上とにある。
ームまたは光学要素のいずれか、または両方との間の接
触領域を小さくするため、光学要素の外縁と内部フレー
ムの外縁に放射状に配置された複数の突起として構成さ
れている。
る使用に適したマイクロ電気機械式光学装置に関する。
図1に関し、マイクロ電気機械式光学装置は、基板面1
3に配置されたマイクロ電気機械式構造体15と光学素
子17とからなっている。マイクロ電気機械式構造体1
5は光学素子17へ接続されている。例えば、マイクロ
電気機械式構造体15は、スプリング14により光学素
子17へ接続されている。
ビーム19,26を有する。ビーム19の第一端22
は、基板面13へヒンジで取り付けられたプレート20
へ接続されている。ヒンジ取り付けのプレートは、V字
形の切り込みを有する。ヒンジ取り付けプレート20
は、係合プレート25へ接続されている。係合プレート
25は、光学素子17へも接続されている。ビーム26
の第一端は、係合プレート25へ接続されている。ビー
ム26の第二端は、基板面13へ接続されている。組立
されていない場合、ビーム19,26、ヒンジ取り付け
プレート20、および係合プレート25は、基板面13
の上に平坦に置かれている。
された一組のV字形の切り込みを有する。係合プレート
25の一組の各V字形切り込みは、ヒンジ取り付けプレ
ート20のV字形切り込みの領域内に配置されている。
起動力の付加に応答して、ほぼ円弧状に基板面の上方に
上方向へ持ち上がる。ビーム19の第一端22が基板面
の上方へ持ち上がると、ヒンジ取り付けプレート20を
基板面から回転させる。
回転されると、ビーム26は、係合プレート25と光学
素子を基板面の上方へ持ち上げる。係合プレートが基板
面の上方へ持ち上げられると、係合プレート25の一組
のV字形切り込みが、ヒンジ取り付けプレート20のV
字形切り込みへ滑り込む。係合プレート25が持ち上げ
られると、ヒンジ取り付けプレートが基板面から約90
度に立つように、係合プレートは、ビーム19により始
まったヒンジ取り付けプレート20の回転を完了する。
ヒンジ取り付けプレート20のV字形切り込みの高さ
は、光学素子が持ち上げられる高さを制約し、光学素子
を一定の明確な位置に保持する。
り、ビームの第一端22を持ち上げる。図3に関し、電
気機械式構造体へ加わる起動力がビームの熱収縮に基づ
いている場合、各ビーム19,26は、互いに重ねられ
た二つ以上の材料層31,32からなっている。重ねら
れた材料層31,32は、それぞれ、異なる熱膨張係数
を有する。
26の最上材料層31は、他の材料層32より大きい熱
膨張係数を有する。
られた材料層31,32を加熱する。電流が電流源(図
示せず)からビーム19,26へ加えられる。図4に関
し、重ねられた材料層31,32が加熱されると、それ
らは曲がり、各ビーム19,26の第一端とビームに接
続された光学素子(示されていない)を基板面13から
持ち上げる。各ビームの端が基板面から持ち上がる高さ
は、ビームの長さと、ビームを形成するために使用され
た材料層の組成とに依存する。しかし、各ビーム26の
端が基板面から持ち上がる高さは、係合プレート25を
持ち上げ、かつ、ヒンジ取り付けプレートを基板に対し
約90度回転するに好適にに十分である。
起動力が、固有の応力によるビーム収縮に基づいている
場合、図5に示されているように、各ビーム19,26
は、基板面上に互いに重ねられた二つ以上の材料層4
1,42からなっている。最上材料層41は固有の応力
を有する。最上材料層は応力勾配を有する。底部材料層
42は犠牲層である。
エッチングにより)、二つ以上の最上層41は、各ビー
ム19,26の第一端と、それへ接続されたヒンジ取り
付けプレート(示されていない)とを、基板面13から
上方へ持ち上げる。各ビームの端が基板面から持ち上が
る高さは、ビームの長さとビームを形成するために使用
された材料層の組成とに依存する。しかし、各ビーム2
6が基板面から持ち上がる高さは、係合プレート25を
持ち上げ、かつ、ヒンジ取り付けプレートを基板面に対
し約90度回転するに好適に十分である。
電磁力がある。示された引っ掻き力による電気機械式構
造体は、Akiyama, T. et al., "A Quantitative Analys
is of Scratch Drive Actuator Using Buckling Motio
n", Proc. 8th IEEE International MEMS Workshop, p
p. 310-315(1995)、および電磁力に基づく電気機械式構
造体は、Busch-Vishniac, I. J., "The Case for Magne
tically Driven Microactuators", Sensors and Actuat
ors A, A33, pp. 207-220(1992)において考察されてい
る。
板面の上方へ持ち上げた後、持ち上げられた光学素子1
7は、この光学素子17と基板面13との間に発生した
静電界に応答して動く。静電界は、光学素子17と基板
面13との間にバイアス電圧を印加することにより発生
する。
基板13(または電極27)の間に発生すると、この静
電界は、光学素子17を軸1ー1の回りに回転する。光
学素子17が軸1ー1の回りを回転する角度は、光学素
子17と基板13(または電極27)との間に発生した
静電界の大きさに依存する。静電界は、加えられたバイ
アス電圧の大きさに依存する。
て偏向するか、または、回転と偏向の両方により動くよ
うに製作することが出来る。この様な運動は、電極27
の幾何学的配列、および光学素子と係合プレートとの接
続に依存する。
がそれらに印加されて、静電界を発生するように、好適
に導電性である。光学素子または基板のどちらかが静電
界を発生するには不十分な導電性であるならば、導電性
層(電極)27,28が、図1に示された領域に選択的
に形成される。
は、適切に作成された(例えば、適切なドーピング)基
板を用意することにより製作される。適切な基板の材料
には、シリコン、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、ゲ
ルマニウム、またはインジウム酸化スズ(ITO)が被
覆されたガラスがある。
成される。適切な材料層の例には、多結晶シリコン、チ
ッ化シリコン、および二酸化シリコンがある。
後、各層は、マイクロ電気機械式構造体と光学素子を形
成するように図形化される。例えば、鏡17とビーム1
9,26からなる、図1に示された電気ー光ー機械式装
置は、MCNC MEMSテクノロジー アプリケーシ
ョン センターにより作成されたマルチユーザーMEM
S法(MUMPS)、MCNC、リサーチ トライアン
グル パーク、ノースカロライナ州により製作される
(参照 スマート MUMP デザイン ハンドブッ
ク、オペレーション リサーチ グループ作成)。
式構造体と光学素子は、多結晶シリコンの層に形成さ
れ、酸化物の層(例えば、リン化シリコンガラス)が犠
牲層を形成し、チッ化シリコンがマイクロ電気機械式構
造体と光学素子を基板から電気的に絶縁する。マイクロ
電気機械式構造体と光学素子は、ホトリソグラフィの段
階において多結晶シリコン層に形成される。
リコンおよびリン化シリコンガラスにホトレジスト(す
なわち、エネルギー感知材)の塗布、適切なマスクでホ
トレジストの露光、および一つ以上の基底多結晶シリコ
ンとリン化シリコンガラスへその後パターン転写を行う
所望エッチングマスクを生成するため、露光されたホト
レジストの現像からなる処理法である。ホトレジストに
形成されたパターンは、エッチング、例えば、反応イオ
ンエッチング(RIE)装置により一つ以上の基底多結
晶シリコンおよびリン化シリコンガラスの層へ転写され
る。
実施態様を例証するために提示されている。
装置が、MEMSテクノロジー アプリケーション セ
ンター、MCNC、リサーチ トライアングルパーク、
ノースカロライナ州、から得られた。マイクロ電気機械
式光学装置はシリコン基板面に配置された。シリコン基
板は、約1〜2オーム/cmの抵抗を有していた。厚さ
600nm(ナノメータ)のチッ化シリコン層上に形成
された交互の多結晶シリコン層(POLY0,POLY
1,およびPOLY2)とリン化シリコンガラス層(O
X1とOX2)の平坦な多層構成が、シリコン基板上に
形成された。
1,およびPOLY2は、それぞれ、厚さが約0.5μ
m(マイクロメータ)、2.0μmおよび1.5μmで
あった。リン化シリコンガラス層OX1とOX2は、そ
れぞれ、厚さが約2μmと0.75μmであった。Cr
/Auの0.5μmの層が、POLY2の層に形成され
た。
OLY0,POLY1,およびPOLY2)、リン化シ
リコンガラス層(OX1とOX2)、およびCr/Au
層が低圧蒸着法によりシリコン基板面に形成された。
ホトリソグラフィ法により平坦な多層構成に形成され
た。電気機械式構造体は、基板にヒンジ取り付けられた
プレート20へ一つの縁においてそれぞれ接続された二
つのビーム19,26よりなっていた。ビーム19は、
それぞれ、幅が約50μmで、長さが約300μmであ
った。ビーム26は、幅が約100μmで、長さが約5
00μmであった。これらのビームは、POLY1,お
よびPOLY2層に形成された。ビーム19,26は、
また、固有の応力を生成し、それらを曲げ、かつ、構造
体を動かすために、それらのビームに配置されたCr/
Au層を有していた。
00μmで、高さが約70μmであった。V字形切り込
みは、切り込み高さが約50μmであった。ヒンジ取り
付けプレート20は、POLY1,およびPOLY2層
に形成された。
で、幅が約150μmであった。各V字形切り込みは、
切り込み高さが約70μmであった。係合プレート25
は、POLY1,およびPOLY2層に形成された。
0μmの鏡であった。光学素子はPOLY1、POLY
2、およびCr/Auの層に形成された。
合プレートへ接続された。スプリングはPOLY1層に
のみ形成された。
00μmであり、POLY0層により形成された。
ー アプリケーション センター、MCNC、リサーチ
トライアングル パーク、ノースカロライナ州、にお
いて行われた。
1,POLY2、OX1、OX2、およびCr/Au層
に形成された後、電気機械式構造体と光学素子は、リン
化シリコンガラス層を49%のHFの槽内で室温におい
て約1〜2分間エッチングすることにより、シリコン基
板面から取り出された。
れると、ビームはヒンジ取り付けプレートを回転して、
係合プレートと光学素子を基板面から持ち上げる。光学
素子は基板面の上方、約50μmの高さに持ち上げられ
た。
のパッド27との間に印加された。電圧が光学素子とパ
ッド27との間に印加された後、光学素子が基板面に対
し約5度の角度をなすように、光学素子は軸1ー1(図
1)の回りを軸回転した。
に、共通の基板に大量にまとめて製造され、例えば、多
くの波長を多様なオプチカルファイバおよび素子へ指向
させる波長指定装置に使用される。このような使用のた
めに、例えば、図9に示されているように、多数の素子
12が基板13上に配列80で配置されている。前に考
察したように、各素子12は、マイクロ電気機械式構造
体15と光学素子17からなり、ビーム19,26を起
動する電極50を経て適切な電気信号を送ることによ
り、作動して、移動し、光学素子17を基板13から持
ち上げる。次ぎに、スプリング30と電極50,52
は、基板13を含む平面に対し光学素子17を傾斜する
ように使用される。このこの状態において、光学素子1
7の配列80は、例えば、光学素子へ送られた多数信号
のうちの選択された一つの信号から多数チャネルを受信
し、個々の光学素子17の角度変位および調節により、
各光学的信号を明確に識別されたオプチカルファイバへ
偏向する。
クロ電気機械式光学装置12が示されている。構造体1
5は、二組のビーム19,26を有し、各ビームはその
各端において対応する組の他のビームに対し異なるプレ
ート20へ接続されている。例えば、プレート20a
は、その端においてプレート20aへ接続されたビーム
19aと26aにより、光学素子17を基板13の面か
ら持ち上げる係合位置へ移動する。同様に、プレート2
0bは、それへ接続されたビーム19aと26bにより
移動する。残りのビーム端23は、基板13へ固定さ
れ、光学素子17を持ち上げる梃子の力を有する。詳細
に前述したように、ビームは電気信号を送ることによ
り、複数の起動リード線54により起動される。向上し
た移動性と角度変位または傾斜のために、構造体15
は、外縁91を有する内側フレーム16を有する。フレ
ーム16は、方向軸Xに平行な軸に沿ってフレーム16
を傾斜するように、スプリング30によりプレート20
a,20bへ軸回転可能に取り付けられている。もう一
組ののスプリング32は、方向軸Yに平行な軸の回りに
光学素子17を傾斜するように、光学素子17を内側フ
レーム16へ軸回転可能に接続している。
機械式光学装置12の配列が共通基板上に形成される
と、図7に示された装置12のビームの配列は、基板面
の一定面積が対のビーム19,26を収容するために必
要であるので、隣接した装置12の間の距離を限定す
る。さらに、各対のビームの基板に固定された端23
が、対象構造体15に対し相互に離れて端末に配置され
ているので(例えば、ビーム19aと19bの端2
3)、同様に、起動リード線54は末端に離れている。
ビームを起動するため、電気信号が送られるように、リ
ード線54は集められ、基板の縁へ配置されなければな
らない。この様な配置は、必然的に、基板の13の縁ま
たはその近くの、信号がこの様なリード線へ送られる位
置へ起動リード線54の配列を収容するために、基板1
3に形成された空間または配線路160,162を必要
とする。図9のマイクロ電気機械式光学装置の配列に示
された配線路160,162は、それぞれ幅wとw′を
有する四角形の領域として形成されており、配列は四つ
の分離された領域に分割されている。
列により必要とされる、起動リード線54の配列を収容
するための配線路160,162は必要であるが、これ
は、マイクロ電気機械式光学装置12をさらに支持する
ために使用できる基板面積を減少する。従って、本発明
による他の実施態様によれば、形状合わせのビーム構造
体を有する修正されたマイクロ電気機械式光学装置11
2が図8に示されている。上述した装置12と同様な装
置112が、基板113に形成されており、光学素子1
17を支持し、これを基板から持ち上げるマイクロ電気
機械式構造体150を有する。図示の変形として、光学
素子117は、図7の円形または図1の正方形と反対に
楕円形のように示されている。それでも、光学素子11
7の形状は、すべて、本発明による発明の意図された請
求範囲と概念から外れることなく、使用できることを理
解されなければならない。
の主要な差異は、ビーム119と126の形状と配列に
ある。図8の実施態様において、各ビームの両方の端
(すなわち、端122,123)が光学素子117に接
近して位置するように、ビーム119と126が光学素
子117に対し配置されている。言い換えると、両方の
端は光学素子117の外縁190に接近して配置されて
いる。これは、第一ビームの端だけが光学素子17の外
縁90に接近して位置付けられている図7のビームの配
置と反対である。図8の形状合わせビームの配列は、二
組の形状合わせビーム、すなわち、第一組のビーム11
9a,119bと第二組のビーム126a,126bか
らなっており、上述のように、各ビームは、プレートを
回転し、光学素子117を持ち上げる各プレート120
a,126bの第一端122へ接続されている。各組ビ
ームの各ビームの第二端123は、基板113へ固定さ
れ、光学素子117の外縁190へ接近して位置付けら
れている。各組(例えば、ビーム119a,119b)
のビームの第二端123は、また、示されたように相互
に接近して好適に配置されている。この形状合わせビー
ムの配置は、修正されたマイクロ電気機械式光学装置1
12の全占有面積または占有した基板の面積を有利に減
少する。
械式光学装置の配列が示されている。示されているよう
に、この配列は、図8の形状合わせビーム配置を採用し
ている複数のマイクロ電気機械式光学装置からなってい
る。各組ビーム119のビーム端123の位置は、個々
の装置112と起動リード線154の図形化配置の経済
的レイアウトを可能にしている。その結果、図9に示さ
れた配線路160は不要となり、隣接するマイクロ電気
機械式光学装置112のの間の物理的分離は、図9の配
列の隣接した前記装置のの必要な分離と比較して縮小さ
れる。お分かりのように、これは、単一の基板113に
より収容された装置112の数の増加を可能にする。
両方の対のスプリング130,132へ送られて、内側
フレーム116及びまたは光学要素117の傾斜を発生
する。傾斜量は、スプリングへ送られた信号の強さに比
例する。個々の強さの信号により、内側フレーム116
の外縁191または光学素子の外縁90は、基板面11
3と接触するようになる。これが発生すると、光学素子
117が基板113に対し水平位置へ後方へ動く、すな
わち戻ろうとする時など、基板とフレーム縁91との
間、または、基板と光学素子縁90との間の静止摩擦力
または引っ掻き力が、フレームまたは光学要素117が
さらに動こうとするのを遅らせるか、妨害する。
体の間の接触面積に比例することが明らかになった。こ
の発見により、本発明の好適な実施態様は、基板と内側
フレームの外縁及びまたは光学素子117との間の接触
面を制限する起伏追従の要素を有する。この特徴が図1
1に示されており、図は光学素子117と内側支持部1
16の断面を示している。示されているように、光学素
子117の前縁90は、素子117から外方へ伸長して
いる、複数の放射状に間隔を置いて突起または指200
からなっている。内側フレーム116の前縁もまた、放
射状に配列され、内側フレーム116から離れる方向へ
指向した複数の突起からなっている。内側フレーム縁9
1または光学素子縁90いずれかが基板113と接触す
るようになると、接触領域が減少し、基板と突起200
の先端との間だけに発生する。これは静止摩擦力を最小
にし、マイクロ電気機械式構造体115の運動性を高め
る。
子を有するその表面に配置された、本発明のマイクロ電
気機械式光学装置を有する基板の平面図。
板面の上方へ持ち上げられた後の、図1のマイクロ電気
機械式光学装置の側面図。
断面図。
図。
面図。
図。
の実施態様の平面図。
らに別の実施態様の平面図。
光学装置の配列図。
式光学装置の配列図。
気機械式光学装置の部分拡大図。
Claims (11)
- 【請求項1】A)表面領域を有する基板と、 B)光学要素により受光された光学信号を偏向する、外
縁を有する前記光学要素と、 C)前記基板面上に支持され、前記光学要素へ機械的に
接続され、前記光学要素を静止位置から前記基板面上方
の持ち上げられた位置へ移動するように動作可能なマイ
クロ電気機械式装置にして、前記構造体が第一係合プレ
ートと、運動を前記係合プレートへ伝達し、かつ、前記
光学要素を持ち上げる第一組のビームとを有し、前記プ
レートが前記第一ビーム対の一つのビームの第一端へ接
続され、前記ビーム対の前記ビームの第二端が前記基板
面へ接続され、前記第一と第二端が前記光学素子の前記
外縁へ接近して位置するように、前記ビームが前記基板
上に配置されている前記マイクロ電気機械式構造体と、
からなることを特徴とするマイクロ電気機械式光学装
置。 - 【請求項2】第二係合プレートと、運動を前記第二係合
プレートへ伝達し、前記光学要素を持ち上げる第二ビー
ム対とを含んでおり、 前記第二プレートが前記第二ビーム対の一つのビームの
第一端へ接続され、前記第二ビーム対の前記ビームの第
二端が前記基板面へ接続され、前記第二ビーム対の前記
第一と第二端が前記光学素子の前記外縁へ接近して配置
されるように、前記第二ビーム対の前記ビームが前記基
板面上に配置されていることを特徴とする請求項1に記
載のマイクロ電気機械式光学装置。 - 【請求項3】前記第一ビーム対の前記第二端が相互に接
近して前記基板面上に配置され、前記第二ビーム対の前
記第二端が相互に接近して前記基板上に配置されている
ことを特徴とする請求項2に記載のマイクロ電気機械式
光学装置。 - 【請求項4】前記光学要素の前記外縁が曲げられ、前記
ビーム対の前記ビームが曲げられることを特徴とする請
求項2に記載のマイクロ電気機械式光学装置。 - 【請求項5】さらに、前記光学要素を前記マイクロ電気
機械式構造体と連結する縁を有する内側支持体を含んで
いることを特徴とする請求項1に記載のマイクロ電気機
械式光学装置。 - 【請求項6】さらに、前記光学要素の前記外側縁に配置
された静止摩擦力低減要素を含んでいることを特徴とす
る請求項1に記載のマイクロ電気機械式光学装置。 - 【請求項7】前記静止摩擦力低減要素が、前記光学要素
の前記外側縁から外方へ伸長し、かつ、その回りに放射
状に間隔を置いて配置された複数の突起を含んでいるこ
とを特徴とする請求項6に記載のマイクロ電気機械式光
学装置。 - 【請求項8】さらに、前記光学要素を前記マイクロ電気
機械式構造体と連結する縁を有する内側支持体と、前記
光学要素の前記外側縁に配置された第一静止摩擦力低減
要素と、前記内側支持体の前記外側縁に配置された第二
静止摩擦力低減要素と、を含んでいることを特徴とする
請求項2に記載のマイクロ電気機械式光学装置。 - 【請求項9】A)その面上に配置された光学要素とマイ
クロ電気機械式構造体とを有する基板にして、前記光学
要素が外側縁を有し、光学素子が前記マイクロ電気機械
式構造体により支持され、マイクロ電気機械式構造体
が、起動力に応答して基板面の上方へ光学素子を持ち上
げるように動作可能であり、持ち上げられた光学素子
が、光学素子と基板との間の電界の発生に応答して基板
面に対し移動可能である前記マイクロ電気機械式構造体
と、 B)前記光学素子と前記前記構造体との間の接触面積を
減少する、前記外側縁に配置された静止摩擦力低減要素
と、を含んでいることを特徴とするマイクロ電気機械式
光学装置。 - 【請求項10】前記静止摩擦力低減要素が第一静止摩擦
力低減要素を含み、前記装置がさらに、縁を有し、か
つ、前記マイクロ電気機械式構造体と前記光学要素との
間に配置された、前記光学要素を前記マイクロ電気機械
式構造体と連結する内側支持部材と、前記内側支持構造
体の前記縁に配置された、前記内側支持構造体と前記基
板との間の接触面積を減少する第二静止摩擦力低減要素
とを含んでいることを特徴とする請求項9に記載のマイ
クロ電気機械式光学装置。 - 【請求項11】前記第一と第二静止摩擦力低減要素が、
それぞれ、光学要素の外縁と内側構造体の縁とに配置さ
れ、それらの縁から外方へ伸長している複数の間隔を置
いて配置された突起を含んでいることを特徴とする請求
項10に記載のマイクロ電気機械式光学装置。
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US6522801B1 (en) * | 2000-10-10 | 2003-02-18 | Agere Systems Inc. | Micro-electro-optical mechanical device having an implanted dopant included therein and a method of manufacture therefor |
US6785038B2 (en) * | 2001-01-17 | 2004-08-31 | Optical Coating Laboratory, Inc. | Optical cross-connect with magnetic micro-electro-mechanical actuator cells |
US20020181069A1 (en) * | 2001-03-30 | 2002-12-05 | Gsi Lumonics Corporation | Free space optical switch |
US7136547B2 (en) * | 2001-03-30 | 2006-11-14 | Gsi Group Corporation | Method and apparatus for beam deflection |
US7129601B2 (en) | 2001-03-30 | 2006-10-31 | Gsi Group Corporation | Apparatus for controlled movement of an element |
US7054851B2 (en) * | 2001-06-25 | 2006-05-30 | Siemens Medical Solutions Health Services Corporation | Communication data format for use in data storage and retrieval |
US6882455B2 (en) * | 2001-09-19 | 2005-04-19 | Olympus Corporation | Movable structure, and deflection mirror element, optical switch element and shape variable mirror including the movable structure |
US7426067B1 (en) | 2001-12-17 | 2008-09-16 | Regents Of The University Of Colorado | Atomic layer deposition on micro-mechanical devices |
US6858911B2 (en) * | 2002-02-21 | 2005-02-22 | Advanced Micriosensors | MEMS actuators |
US6900510B2 (en) * | 2002-02-21 | 2005-05-31 | Advanced Microsensors | MEMS devices and methods for inhibiting errant motion of MEMS components |
US6717227B2 (en) | 2002-02-21 | 2004-04-06 | Advanced Microsensors | MEMS devices and methods of manufacture |
US7135070B2 (en) * | 2002-04-23 | 2006-11-14 | Sharp Laboratories Of America, Inc. | Monolithic stacked/layered crystal-structure-processed mechanical, and combined mechanical and electrical, devices and methods and systems for making |
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US6975788B2 (en) * | 2002-12-09 | 2005-12-13 | Lucent Technologies, Inc. | Optical switch having combined input/output fiber array |
US7553686B2 (en) * | 2002-12-17 | 2009-06-30 | The Regents Of The University Of Colorado, A Body Corporate | Al2O3 atomic layer deposition to enhance the deposition of hydrophobic or hydrophilic coatings on micro-electromechanical devices |
WO2004092745A1 (de) * | 2003-04-15 | 2004-10-28 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V. | Mikromechanisches bauelement mit einstellbarer resonanzfrequenz |
US7212695B2 (en) * | 2003-08-05 | 2007-05-01 | Lucent Technologies Inc. | Variable optical delay line with a large continuous tuning range |
US20060203195A1 (en) * | 2005-03-10 | 2006-09-14 | Squire Bret C | Integrated ocular examination device |
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US5662771A (en) * | 1994-12-01 | 1997-09-02 | Analog Devices, Inc. | Surface micromachining process |
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US5658636A (en) * | 1995-01-27 | 1997-08-19 | Carnegie Mellon University | Method to prevent adhesion of micromechanical structures |
US5867297A (en) * | 1997-02-07 | 1999-02-02 | The Regents Of The University Of California | Apparatus and method for optical scanning with an oscillatory microelectromechanical system |
US5903380A (en) * | 1997-05-01 | 1999-05-11 | Rockwell International Corp. | Micro-electromechanical (MEM) optical resonator and method |
US5960132A (en) * | 1997-09-09 | 1999-09-28 | At&T Corp. | Fiber-optic free-space micromachined matrix switches |
US6116756A (en) * | 1997-12-12 | 2000-09-12 | Xerox Corporation | Monolithic scanning light emitting devices |
US6265239B1 (en) * | 1997-12-22 | 2001-07-24 | Agere Systems Optoelectronics Guardian Corp. | Micro-electro-mechanical optical device |
US5994159A (en) * | 1997-12-22 | 1999-11-30 | Lucent Technologies, Inc. | Self-assemblying micro-mechanical device |
US6392221B1 (en) * | 1997-12-22 | 2002-05-21 | Agere Systems Guardian Corp. | Micro-electro-mechanical optical device |
US6137623A (en) * | 1998-03-17 | 2000-10-24 | Mcnc | Modulatable reflectors and methods for using same |
US6137941A (en) * | 1998-09-03 | 2000-10-24 | Lucent Technologies, Inc. | Variable optical attenuator |
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