JP2003529108A - 操作及び／又は感知のための垂直静電櫛形ドライブをもつ二次元ジンバル型走査アクチュエータ - Google Patents
操作及び／又は感知のための垂直静電櫛形ドライブをもつ二次元ジンバル型走査アクチュエータInfo
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Abstract
(57)【要約】
二次元スキャナは、垂直静電櫛形ドライブアクチュエータ及びセンサを有する回転可能なジンバル構造体より成る。スキャナの２つの回転軸は、２組の垂直櫛形ドライブアクチュエータをアクチベートすることにより独立して制御することができる。第１組の垂直櫛形ドライブアクチュエータは、ジンバル構造体の外側フレームとベースとの間に配置され、そして第２組の垂直櫛形ドライブアクチュエータは、ジンバル構造体の内側部分と外側フレームとの間に配置される。ジンバル構造体の内側部分は、反射面を含み、そしてデバイスは、ミラーとして使用される。更に、垂直櫛形ドライブのキャパシタンスを測定して、ミラーの角度位置を監視することができ、そして容量性位置監視信号を使用して、ミラー角度の閉ループフィードバック制御を実施することができる。二次元スキャナは、半導体プロセスで製造することができる。二次元スキャナを使用して、光ファイバスイッチを形成することができる。
Description
【０００１】
本出願は、参考としてここに援用する次の出願中の米国特許出願に関連してい
る。ベラング・ベヒム、ミッシェルＪ．デーンマン、メンＨ．キアン、カムＹ．
ルー、及びサチンダーポール・パヌ氏の「Two-Dimensional Scanning Actuator
with Vertical Electrostatic Comb Drive Actuator and/or Sensing」と題する
プロビジョナル出願第６０／１９１，９８７号；ベラング・ベヒム及びサチンダ
ーポール・パヌ氏の「Self-Aligned Comb-Drive Actuators」と題するプロビジ
ョナル出願第６０／１９１，８５６号；ベラング・ベヒム及びサチンダーポール
・パヌ氏の「Multi-Layer, Self-Aligned Vertical Comb-Drive Electrostatic
Actuators and Fabrication Methods」と題するプロビジョナル出願第６０／１
９２，０９７号；及び２０００年１２月２８日に出願された「Two-Dimensional
Gimbaled Scanning Actuator with Vertical Electrostatic Comb-Drive for Ac
tuation and/or Sensing」と題する米国ユーティリティ出願第０９／７５１，６
６０号。
る。ベラング・ベヒム、ミッシェルＪ．デーンマン、メンＨ．キアン、カムＹ．
ルー、及びサチンダーポール・パヌ氏の「Two-Dimensional Scanning Actuator
with Vertical Electrostatic Comb Drive Actuator and/or Sensing」と題する
プロビジョナル出願第６０／１９１，９８７号；ベラング・ベヒム及びサチンダ
ーポール・パヌ氏の「Self-Aligned Comb-Drive Actuators」と題するプロビジ
ョナル出願第６０／１９１，８５６号；ベラング・ベヒム及びサチンダーポール
・パヌ氏の「Multi-Layer, Self-Aligned Vertical Comb-Drive Electrostatic
Actuators and Fabrication Methods」と題するプロビジョナル出願第６０／１
９２，０９７号；及び２０００年１２月２８日に出願された「Two-Dimensional
Gimbaled Scanning Actuator with Vertical Electrostatic Comb-Drive for Ac
tuation and/or Sensing」と題する米国ユーティリティ出願第０９／７５１，６
６０号。
本発明は、一般に、マイクロアクチュエータに係る。より詳細には、本発明は
、操作及び／又は感知のための垂直櫛形ドライブをもつ二次元ジンバル型走査ア
クチュエータに係る。
、操作及び／又は感知のための垂直櫛形ドライブをもつ二次元ジンバル型走査ア
クチュエータに係る。
【０００２】
シリコン集積回路処理技術を使用して製造されるマイクロエレクトロメカニカ
ルシステム（ＭＥＭＳ）が、マイクロ構造体の操作及び／又は感知を必要とする
種々様々な用途に対して開発されている。静電櫛形ドライブ構造体は、多数のこ
れらＭＥＭＳデバイスにおいて集積部品となってきている。垂直の櫛形ドライブ
デバイスは、バイアス電圧を印加したときに懸架構造体に操作力を発生するのに
使用できる。この力は、マイクロ構造体が形成されている平面からマイクロ構造
体を操作するのに使用できる。
ルシステム（ＭＥＭＳ）が、マイクロ構造体の操作及び／又は感知を必要とする
種々様々な用途に対して開発されている。静電櫛形ドライブ構造体は、多数のこ
れらＭＥＭＳデバイスにおいて集積部品となってきている。垂直の櫛形ドライブ
デバイスは、バイアス電圧を印加したときに懸架構造体に操作力を発生するのに
使用できる。この力は、マイクロ構造体が形成されている平面からマイクロ構造
体を操作するのに使用できる。
【０００３】
静電気で操作されるジンバル型二次元アクチュエータは、これまで、図１に示
す静電ギャップアクチュエータ設計で使用されている。図１に示すように、ジン
バル型静電ギャップアクチュエータ１００は、ベース１０２と、外側フレーム１
０４と、内側部分１０８とで構成される。外側フレーム１０４は、第１対のねじ
れ撓み部材１０６によりベース１０２に取り付けられる。内側部分１０８は、第
１対のねじれ撓み部材１０６に対して垂直の角度で配置された第２対のねじれ撓
み部材１１０により外側フレーム１０４に取り付けられる。ジンバル型静電ギャ
ップアクチュエータ１００は、１組の電極１１２上に懸架され、そしてジンバル
型静電ギャップアクチュエータ１００の角度は、電極１１２と、懸架されたアク
チュエータ１００との間に電圧差を印加することで調整される。ジンバル型静電
ギャップアクチュエータは、大きな角度偏向を達成するのに高い電圧を必要とす
る。更に、この構造体の角度対印加電圧特性は、著しく非直線的である。という
のは、アクチュエータの角度が変化するにつれて、電極１１２と、懸架されたア
クチュエータ１００との間のギャップが変化し、そして電極１１２と、懸架され
たアクチュエータ１００との間の静電力がギャップに対して非直線的な依存性を
有するからである。実際に、直線的に回復するスプリングを有するギャップ閉じ
アクチュエータは、通常、アクチュエータの全運動範囲の約１／３の点に「スナ
ップ・イン」不安定ポイントを有する。更に、２つの垂直な回転軸は、独立して
制御することができない。というのは、一方の軸を調整すると、他方に関連した
静電ギャップが変化するからである。この交差軸依存性は、このような構造体の
制御を困難にする。
す静電ギャップアクチュエータ設計で使用されている。図１に示すように、ジン
バル型静電ギャップアクチュエータ１００は、ベース１０２と、外側フレーム１
０４と、内側部分１０８とで構成される。外側フレーム１０４は、第１対のねじ
れ撓み部材１０６によりベース１０２に取り付けられる。内側部分１０８は、第
１対のねじれ撓み部材１０６に対して垂直の角度で配置された第２対のねじれ撓
み部材１１０により外側フレーム１０４に取り付けられる。ジンバル型静電ギャ
ップアクチュエータ１００は、１組の電極１１２上に懸架され、そしてジンバル
型静電ギャップアクチュエータ１００の角度は、電極１１２と、懸架されたアク
チュエータ１００との間に電圧差を印加することで調整される。ジンバル型静電
ギャップアクチュエータは、大きな角度偏向を達成するのに高い電圧を必要とす
る。更に、この構造体の角度対印加電圧特性は、著しく非直線的である。という
のは、アクチュエータの角度が変化するにつれて、電極１１２と、懸架されたア
クチュエータ１００との間のギャップが変化し、そして電極１１２と、懸架され
たアクチュエータ１００との間の静電力がギャップに対して非直線的な依存性を
有するからである。実際に、直線的に回復するスプリングを有するギャップ閉じ
アクチュエータは、通常、アクチュエータの全運動範囲の約１／３の点に「スナ
ップ・イン」不安定ポイントを有する。更に、２つの垂直な回転軸は、独立して
制御することができない。というのは、一方の軸を調整すると、他方に関連した
静電ギャップが変化するからである。この交差軸依存性は、このような構造体の
制御を困難にする。
【０００４】
公知の静電ギャップアクチュエータ構造体では、電極１１２と、懸架されたア
クチュエータ１００との間のキャパシタンスを測定してアクチュエータの位置を
監視することができる。しかしながら、大きな角度偏向を許すためには、電極１
１２と、懸架されたアクチュエータ１００との間のギャップを充分大きくしなけ
ればならないので、このキャパシタンスは非常に小さく、そしてキャパシタンス
測定の精度は、非常に悪い。
クチュエータ１００との間のキャパシタンスを測定してアクチュエータの位置を
監視することができる。しかしながら、大きな角度偏向を許すためには、電極１
１２と、懸架されたアクチュエータ１００との間のギャップを充分大きくしなけ
ればならないので、このキャパシタンスは非常に小さく、そしてキャパシタンス
測定の精度は、非常に悪い。
【０００５】
垂直静電櫛形ドライブアクチュエータは、一次元回転スキャナを形成するため
に使用されている。静電櫛形ドライブアクチュエータは、有効全容量性ギャップ
エリアを増加することにより広い範囲にわたって大きな力を作用させることがで
きる。更に、それらアクチュエータは、より直線的な角度対印加電圧の関係も許
す。というのは、対向する電極間の容量性重畳エリアがアクチュエータの角度に
ほぼ直線的に依存し、そして対向する電極間のギャップが全操作範囲にわたって
充分一定に保たれるからである。図２Ａ及び２Ｂに示す垂直静電櫛形ドライブア
クチュエータは、図１に示した静電ギャップアクチュエータに必要とされる電圧
より著しく低い操作電圧で一次元回転ミラー構造体を形成するのに使用されてい
る。図２Ａは、電圧を印加しない状態の一次元垂直櫛形ドライブアクチュエータ
２００の平面図である。このデバイス２００は、ベース２０２と、一対のねじれ
撓み部材２０６によりベース２０２に取り付けられたミラー２０４とを備えてい
る。可動櫛形フィンガー２０８及び固定櫛形フィンガー２１０を含む２つの垂直
静電櫛形ドライブアクチュエータがベース２０２及びミラー２０４に固定され、
指を組んだ状態の櫛形フィンガー間の係合の程度即ち重畳面積は、ベース２００
とミラー２０４との間の角度に依存する。図２Ｂは、図２Ａに示すデバイスを、
電圧印加状態で示した平面図である。図２Ｂに示すように、アクチュエータに電
圧を印加すると、可動櫛形フィンガー２０８が固定櫛形フィンガー２１０へ吸引
され、これはミラー２０４にトルクを作用させ、ミラー２０４を軸２１２の周り
で回転させる。
に使用されている。静電櫛形ドライブアクチュエータは、有効全容量性ギャップ
エリアを増加することにより広い範囲にわたって大きな力を作用させることがで
きる。更に、それらアクチュエータは、より直線的な角度対印加電圧の関係も許
す。というのは、対向する電極間の容量性重畳エリアがアクチュエータの角度に
ほぼ直線的に依存し、そして対向する電極間のギャップが全操作範囲にわたって
充分一定に保たれるからである。図２Ａ及び２Ｂに示す垂直静電櫛形ドライブア
クチュエータは、図１に示した静電ギャップアクチュエータに必要とされる電圧
より著しく低い操作電圧で一次元回転ミラー構造体を形成するのに使用されてい
る。図２Ａは、電圧を印加しない状態の一次元垂直櫛形ドライブアクチュエータ
２００の平面図である。このデバイス２００は、ベース２０２と、一対のねじれ
撓み部材２０６によりベース２０２に取り付けられたミラー２０４とを備えてい
る。可動櫛形フィンガー２０８及び固定櫛形フィンガー２１０を含む２つの垂直
静電櫛形ドライブアクチュエータがベース２０２及びミラー２０４に固定され、
指を組んだ状態の櫛形フィンガー間の係合の程度即ち重畳面積は、ベース２００
とミラー２０４との間の角度に依存する。図２Ｂは、図２Ａに示すデバイスを、
電圧印加状態で示した平面図である。図２Ｂに示すように、アクチュエータに電
圧を印加すると、可動櫛形フィンガー２０８が固定櫛形フィンガー２１０へ吸引
され、これはミラー２０４にトルクを作用させ、ミラー２０４を軸２１２の周り
で回転させる。
【０００６】
可動櫛形フィンガー２０８と固定櫛形フィンガー２１０との間の容量性結合を
測定して、ミラー２０４の角度を監視することができる。キャパシタンスは非常
に大きいので、既知の方法を使用して、キャパシタンスを高い精度で測定するこ
とができる。同様に、櫛形ドライバは、別の操作方法（即ち、静電式のギャップ
閉じ、磁気式）を使用する一次元回転アクチュエータにおける容量性感知のみに
使用できる。
測定して、ミラー２０４の角度を監視することができる。キャパシタンスは非常
に大きいので、既知の方法を使用して、キャパシタンスを高い精度で測定するこ
とができる。同様に、櫛形ドライバは、別の操作方法（即ち、静電式のギャップ
閉じ、磁気式）を使用する一次元回転アクチュエータにおける容量性感知のみに
使用できる。
【０００７】
ニューカーマンズ氏等の１９９７年７月１５日付の米国特許第５，６４８，６
１８号は、マイクロ加工されたジンバル式アクチュエータを開示している。外側
のシリコンフレームは、静電気又は磁気的な力で第１対のバー形状のヒンジの周
りで振動する。第１対のヒンジの各ヒンジの一端が内側のフレームに取り付けら
れ、この内側のフレームは、第１組のヒンジに対して直角に配置された第２対の
バー形状のねじれヒンジにより固定の内側ポストに取り付けられる。これら第１
及び第２対のバー形状のねじれヒンジは、単結晶シリコンで作られる。第１及び
第２の４点ピエゾ抵抗歪センサが第１及び第２対のヒンジに内蔵され、ヒンジの
ねじれ変位を測定する。この装置は、直線的特性、低電圧動作、及びアクチュエ
ータとセンサを１つの構造体に一体化するといった櫛形ドライブアクチュエータ
及びセンサを使用することにより得られる効果の多くを所有しない。更に、従来
のジンバル型構造体は、平面内移動のために横方向櫛形ドライブアクチュエータ
しか使用しない。 それ故、直線的駆動及び感知能力、低電圧動作、及びドライブ機構と感知機構
の潜在的一体化を与える平面外回転運動を伴う改良された二次元ジンバル型スキ
ャナが要望される。
１８号は、マイクロ加工されたジンバル式アクチュエータを開示している。外側
のシリコンフレームは、静電気又は磁気的な力で第１対のバー形状のヒンジの周
りで振動する。第１対のヒンジの各ヒンジの一端が内側のフレームに取り付けら
れ、この内側のフレームは、第１組のヒンジに対して直角に配置された第２対の
バー形状のねじれヒンジにより固定の内側ポストに取り付けられる。これら第１
及び第２対のバー形状のねじれヒンジは、単結晶シリコンで作られる。第１及び
第２の４点ピエゾ抵抗歪センサが第１及び第２対のヒンジに内蔵され、ヒンジの
ねじれ変位を測定する。この装置は、直線的特性、低電圧動作、及びアクチュエ
ータとセンサを１つの構造体に一体化するといった櫛形ドライブアクチュエータ
及びセンサを使用することにより得られる効果の多くを所有しない。更に、従来
のジンバル型構造体は、平面内移動のために横方向櫛形ドライブアクチュエータ
しか使用しない。 それ故、直線的駆動及び感知能力、低電圧動作、及びドライブ機構と感知機構
の潜在的一体化を与える平面外回転運動を伴う改良された二次元ジンバル型スキ
ャナが要望される。
【０００８】
従って、本発明の主たる目的は、操作、感知、或いは操作と感知の両方に使用
される垂直櫛形ドライブを備えたジンバル型二次元スキャナを提供することであ
る。 本発明の更に別の目的は、２つの独立して制御される回転軸を有する垂直櫛形
ドライブアクチュエータを有するジンバル型二次元スキャナを提供することであ
る。
される垂直櫛形ドライブを備えたジンバル型二次元スキャナを提供することであ
る。 本発明の更に別の目的は、２つの独立して制御される回転軸を有する垂直櫛形
ドライブアクチュエータを有するジンバル型二次元スキャナを提供することであ
る。
【０００９】
これらの目的及び効果は、垂直櫛形ドライブアクチュエータを含む二次元スキ
ャナによって達成される。 本発明の好ましい実施形態による二次元スキャナは、ベースと、外側フレーム
と、内側部分とを含む回転可能なジンバル構造体より成る。外側フレームは、該
外側フレームを第１軸の周りで回転できるようにする第１対のねじれ撓み部材に
よりベースに取り付けられる。内側部分は、該内側部分を第２軸の周りで回転で
きるようにする第２対のねじれ撓み部材により外側フレームに取り付けられる。
内側部分は、ミラーのような反射面を含む。スキャナは、更に、外側フレームと
ベースとの間、及び内側部分と外側フレームとの間に配置された１つ以上の垂直
静電櫛形ドライブアクチュエータを含む。内側部分を２つの軸の周りで回転でき
るようにするために、櫛形ドライブアクチュエータに電圧が印加される。２対の
櫛形ドライブ間の電圧は、外側フレームとベースとの間の角度、及び内側部分と
外側フレームとの間の角度を制御するように調整される。櫛形ドライブのキャパ
シタンスは、それらが係合する程度に依存するので、キャパシタンスを測定して
内側部分及び外側フレームの角度位置を感知する。容量性角度信号をサーボルー
プに使用して、内側部分及び外側フレームの位置が能動的に制御される。 上記実施形態で述べた二次元スキャナに共通した特徴を有する二次元スキャナ
を使用して、光ファイバ間で光を切り換える光ファイバスイッチが形成される。
ャナによって達成される。 本発明の好ましい実施形態による二次元スキャナは、ベースと、外側フレーム
と、内側部分とを含む回転可能なジンバル構造体より成る。外側フレームは、該
外側フレームを第１軸の周りで回転できるようにする第１対のねじれ撓み部材に
よりベースに取り付けられる。内側部分は、該内側部分を第２軸の周りで回転で
きるようにする第２対のねじれ撓み部材により外側フレームに取り付けられる。
内側部分は、ミラーのような反射面を含む。スキャナは、更に、外側フレームと
ベースとの間、及び内側部分と外側フレームとの間に配置された１つ以上の垂直
静電櫛形ドライブアクチュエータを含む。内側部分を２つの軸の周りで回転でき
るようにするために、櫛形ドライブアクチュエータに電圧が印加される。２対の
櫛形ドライブ間の電圧は、外側フレームとベースとの間の角度、及び内側部分と
外側フレームとの間の角度を制御するように調整される。櫛形ドライブのキャパ
シタンスは、それらが係合する程度に依存するので、キャパシタンスを測定して
内側部分及び外側フレームの角度位置を感知する。容量性角度信号をサーボルー
プに使用して、内側部分及び外側フレームの位置が能動的に制御される。 上記実施形態で述べた二次元スキャナに共通した特徴を有する二次元スキャナ
を使用して、光ファイバ間で光を切り換える光ファイバスイッチが形成される。
【００１０】
以下の詳細な説明は、例示の目的で多数の仕様を含むが、当業者であれば以下
の説明に対し本発明の範囲内で多数の変更や修正がなされ得ることが明らかであ
ろう。従って、本発明の以下の好ましい実施形態は、請求の範囲に規定した発明
に対して一般性を失うことなく且つ制約を課することなく説明する。
の説明に対し本発明の範囲内で多数の変更や修正がなされ得ることが明らかであ
ろう。従って、本発明の以下の好ましい実施形態は、請求の範囲に規定した発明
に対して一般性を失うことなく且つ制約を課することなく説明する。
【００１１】
回転操作及び／又は感知のための垂直静電櫛形ドライブアクチュエータをもつ
ジンバル型二次元スキャナが、本発明の好ましい実施形態に基づき図３に示され
ている。図３に示すように、二次元スキャナ３００は、ベース３０２と、第１対
のねじれ撓み部材３１０によりベース３０２に取り付けられた外側フレーム３０
４と、第２対のねじれ撓み部材３０８により外側フレーム３０４に取り付けられ
た内側部分３０６とを備えている。第１対のねじれ撓み部材３１０は、ベース３
０２及び外側フレーム３０４を含む平面に実質的に平行な第１軸３２６の周りで
外側フレーム３０４を回転できるようにする。第２対のねじれ撓み部材３０８は
、外側フレーム３０４及び内側部分３０６を含む平面に実質的に平行な第２軸３
２４に周りで内側部分３０６を回転できるようにする。第１軸３２６は、第２軸
３２４に対して実質的に垂直である。ベース３０２、外側フレーム３０４、及び
内側部分３０６は、同一平面であるが、これは必要ではない。内側部分３０６は
、ミラーのような反射面を含む。ねじれ撓み部材３０８及び３１０は、片持ち梁
式の撓み部材、曲がりくねった撓み部材、及びピン／ステープル型ヒンジの組み
合わせと置き換えられてもよい。
ジンバル型二次元スキャナが、本発明の好ましい実施形態に基づき図３に示され
ている。図３に示すように、二次元スキャナ３００は、ベース３０２と、第１対
のねじれ撓み部材３１０によりベース３０２に取り付けられた外側フレーム３０
４と、第２対のねじれ撓み部材３０８により外側フレーム３０４に取り付けられ
た内側部分３０６とを備えている。第１対のねじれ撓み部材３１０は、ベース３
０２及び外側フレーム３０４を含む平面に実質的に平行な第１軸３２６の周りで
外側フレーム３０４を回転できるようにする。第２対のねじれ撓み部材３０８は
、外側フレーム３０４及び内側部分３０６を含む平面に実質的に平行な第２軸３
２４に周りで内側部分３０６を回転できるようにする。第１軸３２６は、第２軸
３２４に対して実質的に垂直である。ベース３０２、外側フレーム３０４、及び
内側部分３０６は、同一平面であるが、これは必要ではない。内側部分３０６は
、ミラーのような反射面を含む。ねじれ撓み部材３０８及び３１０は、片持ち梁
式の撓み部材、曲がりくねった撓み部材、及びピン／ステープル型ヒンジの組み
合わせと置き換えられてもよい。
【００１２】
スキャナ３００は、２つの垂直静電櫛形構造体を含む。例えば、１組の可動の
櫛形フィンガー３１８が内側部分３０６に取り付けられ、そしてそれと指を組ん
だ状態の１組の固定櫛形フィンガー３１６が外側フレーム３０４に取り付けられ
る。固定櫛形フィンガー３１６は、外側フレーム３０４に対して固定されるが、
ベース３０２に対して移動する外側フレーム３０４によりベース３０２に対して
移動することができる。或いは又、櫛形構造体は、外側フレーム３０４に取り付
けられた１組の可動櫛形フィンガー３１４を含み、これは、ベース３０２に取り
付けられる１組の固定櫛形フィンガー３１２と指を組んだ状態にされる。櫛形フ
ィンガー３１２、３１４、３１６、３１８は、図２Ａ及び２Ｂに示す形式のもの
でよい。これら櫛形フィンガー３１２、３１４、３１６、３１８により画成され
る櫛形構造体のいずれか又は両方を櫛形ドライブアクチュエータとして使用する
ことができる。この例では、可動櫛形フィンガー３１８と固定櫛形フィンガー３
１６との間にソース３２０から電圧Ｖｘを印加すると、可動櫛形フィンガー３１
８が固定櫛形フィンガー３１６へと吸引され、これは、内側部分３０６にトルク
を作用させ、そして内側部分３０６を第２軸３２４の周りで回転させる。同様に
、可動櫛形フィンガー３１４と固定櫛形フィンガー３１２との間に別のソース３
２２から別の電圧Ｖｙを印加すると、可動櫛形フィンガー３１４が固定櫛形フィ
ンガー３１２へと吸引され、これは、外側フレーム３０４にトルクを作用させ、
そして外側フレーム３０４を第１軸３２６の周りで回転させる。内側部分３０６
は、外側フレームと共に、第１軸３２６の周りで回転することができる。ソース
３２０及び３２２からの印加電圧Ｖｘ及びＶｙは、外側フレーム３０４とベース
３０２との間の角度、及び内側部分３０６と外側フレーム３０４との間の角度を
独立して制御するように調整できる。
櫛形フィンガー３１８が内側部分３０６に取り付けられ、そしてそれと指を組ん
だ状態の１組の固定櫛形フィンガー３１６が外側フレーム３０４に取り付けられ
る。固定櫛形フィンガー３１６は、外側フレーム３０４に対して固定されるが、
ベース３０２に対して移動する外側フレーム３０４によりベース３０２に対して
移動することができる。或いは又、櫛形構造体は、外側フレーム３０４に取り付
けられた１組の可動櫛形フィンガー３１４を含み、これは、ベース３０２に取り
付けられる１組の固定櫛形フィンガー３１２と指を組んだ状態にされる。櫛形フ
ィンガー３１２、３１４、３１６、３１８は、図２Ａ及び２Ｂに示す形式のもの
でよい。これら櫛形フィンガー３１２、３１４、３１６、３１８により画成され
る櫛形構造体のいずれか又は両方を櫛形ドライブアクチュエータとして使用する
ことができる。この例では、可動櫛形フィンガー３１８と固定櫛形フィンガー３
１６との間にソース３２０から電圧Ｖｘを印加すると、可動櫛形フィンガー３１
８が固定櫛形フィンガー３１６へと吸引され、これは、内側部分３０６にトルク
を作用させ、そして内側部分３０６を第２軸３２４の周りで回転させる。同様に
、可動櫛形フィンガー３１４と固定櫛形フィンガー３１２との間に別のソース３
２２から別の電圧Ｖｙを印加すると、可動櫛形フィンガー３１４が固定櫛形フィ
ンガー３１２へと吸引され、これは、外側フレーム３０４にトルクを作用させ、
そして外側フレーム３０４を第１軸３２６の周りで回転させる。内側部分３０６
は、外側フレームと共に、第１軸３２６の周りで回転することができる。ソース
３２０及び３２２からの印加電圧Ｖｘ及びＶｙは、外側フレーム３０４とベース
３０２との間の角度、及び内側部分３０６と外側フレーム３０４との間の角度を
独立して制御するように調整できる。
【００１３】
更に、櫛形フィンガー３１２、３１４、３１６、３１８により画成される櫛形
構造体のいずれか又は両方を、回転角度を測定するためのセンサとして使用する
こともできる。例えば、固定櫛形フィンガーと可動櫛形フィンガーとの間のキャ
パシタンスを一般的に測定して、内側部分３０６及び外側フレーム３０４の角度
位置を監視することができる。というのは、櫛形フィンガー３１６と３１８又は
３１２と３１４とのキャパシタンスは、それらが係合する程度に依存するからで
ある。それ故、櫛形フィンガー３１６と３１８、又は３１２と３１４にまたがる
キャパシタンスを使用して、外側フレーム３０４に対する内側部分３０６の角度
位置、及びベース３０２に対する外側フレーム３０４の角度位置を感知すること
ができる。例えば、キャパシタンスセンサ３３２及び３３４は、櫛形フィンガー
３１２及び３１６に各々電気的に接続される。センサ３３２、３３４からの容量
性位置監視信号は、コントローラ３３６、３３８を経て内側部分３０６及び外側
フレーム３０４の角度に対し閉ループフィードバック制御を実施するように使用
できる。コントローラ３３６、３３８は、外側フレーム３０４及び内側部分３０
６の角度を能動的に制御するためのサーボループを実施するのに使用できる。
構造体のいずれか又は両方を、回転角度を測定するためのセンサとして使用する
こともできる。例えば、固定櫛形フィンガーと可動櫛形フィンガーとの間のキャ
パシタンスを一般的に測定して、内側部分３０６及び外側フレーム３０４の角度
位置を監視することができる。というのは、櫛形フィンガー３１６と３１８又は
３１２と３１４とのキャパシタンスは、それらが係合する程度に依存するからで
ある。それ故、櫛形フィンガー３１６と３１８、又は３１２と３１４にまたがる
キャパシタンスを使用して、外側フレーム３０４に対する内側部分３０６の角度
位置、及びベース３０２に対する外側フレーム３０４の角度位置を感知すること
ができる。例えば、キャパシタンスセンサ３３２及び３３４は、櫛形フィンガー
３１２及び３１６に各々電気的に接続される。センサ３３２、３３４からの容量
性位置監視信号は、コントローラ３３６、３３８を経て内側部分３０６及び外側
フレーム３０４の角度に対し閉ループフィードバック制御を実施するように使用
できる。コントローラ３３６、３３８は、外側フレーム３０４及び内側部分３０
６の角度を能動的に制御するためのサーボループを実施するのに使用できる。
【００１４】
上述した例では、櫛形フィンガー対３１２と３１４又は３１６と３１８を含む
櫛形ドライブ構造体は、アクチュエータ及びセンサの両方として使用される。或
いは又、櫛形ドライブ構造体のいずれか又は両方をアクチュエータのみ又はセン
サのみとして使用してもよい。
櫛形ドライブ構造体は、アクチュエータ及びセンサの両方として使用される。或
いは又、櫛形ドライブ構造体のいずれか又は両方をアクチュエータのみ又はセン
サのみとして使用してもよい。
【００１５】
櫛形フィンガー３１２、３１４、３１６、３１８のいずれか又は全部がセンサ
として使用される場合には、スキャナ３００は、内側部分３０６及び／又は外側
フレーム３０４を操作するための別の手段を含む。このような手段は、ギャップ
閉じ電極、ピエゾドライブ、磁気ドライブ又は第２組の櫛形ドライブを含むが、
これらに限定されるものではない。磁気ドライブは、アクチュエータの可動部に
設けられた磁気材料を、可変磁界を与える装置と共に使用することを含む。磁気
ドライブは、更に、アクチュエータの可動部に設けられた電流搬送素子（例えば
コイル）を、外部磁界を与える装置と共に使用することを含む。櫛形フィンガー
３１２、３１４、３１６、３１８のいずれかがセンサのみとして使用される場合
には、それら櫛形フィンガーは、対向する櫛形フィンガー３１２と３１４又は３
１６と３１８の対がそれらの休止位置において垂直方向にオフセットされる（図
２Ａに示すように）ように形成されてもよいし、或いはフィンガーが単一層から
作られるときに行われることであるが、対向する櫛形フィンガーの対がそれらの
休止位置においてほぼ係合され又は指を組んだ状態にされるように形成されても
よい。
として使用される場合には、スキャナ３００は、内側部分３０６及び／又は外側
フレーム３０４を操作するための別の手段を含む。このような手段は、ギャップ
閉じ電極、ピエゾドライブ、磁気ドライブ又は第２組の櫛形ドライブを含むが、
これらに限定されるものではない。磁気ドライブは、アクチュエータの可動部に
設けられた磁気材料を、可変磁界を与える装置と共に使用することを含む。磁気
ドライブは、更に、アクチュエータの可動部に設けられた電流搬送素子（例えば
コイル）を、外部磁界を与える装置と共に使用することを含む。櫛形フィンガー
３１２、３１４、３１６、３１８のいずれかがセンサのみとして使用される場合
には、それら櫛形フィンガーは、対向する櫛形フィンガー３１２と３１４又は３
１６と３１８の対がそれらの休止位置において垂直方向にオフセットされる（図
２Ａに示すように）ように形成されてもよいし、或いはフィンガーが単一層から
作られるときに行われることであるが、対向する櫛形フィンガーの対がそれらの
休止位置においてほぼ係合され又は指を組んだ状態にされるように形成されても
よい。
【００１６】
櫛形フィンガー３１２、３１４、３１６、３１８のいずれか又は全部が櫛形ド
ライブアクチュエータとして使用される場合には、スキャナ３００は、内側部分
３０６及び／又は外側フレーム３０４の位置を感知するための別の手段を含む。
このような手段は、ギャップ閉じ電極、ピエゾ抵抗センサ、又は感知のみに使用
される第２組の櫛形ドライブを含むが、これらに限定されるものではない。第２
組の櫛形フィンガーは、対向する櫛形フィンガー３１２と３１４又は３１６と３
１８の対がそれらの休止位置において垂直方向にオフセットされる（図２Ａに示
すように）ように形成されてもよいし、或いはフィンガーが単一層から作られる
ときに行われることであるが、対向する櫛形フィンガーの対がそれらの休止位置
においてほぼ係合され又は指を組んだ状態にされるように形成されてもよい。
ライブアクチュエータとして使用される場合には、スキャナ３００は、内側部分
３０６及び／又は外側フレーム３０４の位置を感知するための別の手段を含む。
このような手段は、ギャップ閉じ電極、ピエゾ抵抗センサ、又は感知のみに使用
される第２組の櫛形ドライブを含むが、これらに限定されるものではない。第２
組の櫛形フィンガーは、対向する櫛形フィンガー３１２と３１４又は３１６と３
１８の対がそれらの休止位置において垂直方向にオフセットされる（図２Ａに示
すように）ように形成されてもよいし、或いはフィンガーが単一層から作られる
ときに行われることであるが、対向する櫛形フィンガーの対がそれらの休止位置
においてほぼ係合され又は指を組んだ状態にされるように形成されてもよい。
【００１７】
二次元スキャナ３００の全ての成分は、通常、シリコン、窒化シリコン、酸化
シリコン、シリコン−ゲルマニウム、ニッケル、クロム又は金で作られる。又、
二次元スキャナ３００は、Ｓｉ表面マイクロ加工、Ｓｉバルクマイクロ加工、高
い縦横比特徴の電気成形、ＨＥＸＳＩＬ及びＬＩＧＡの組み合わせを含む多数の
異なるプロセスを使用して製造できるが、これらに限定されない。二次元スキャ
ナ３００の垂直櫛形ドライブアクチュエータは、ヒルトン・ヘッド２０００によ
り発行された参考としてここに援用するコナン氏等の「A Flat High-Frequency
Scanning Micromirror」と題する文献に開示された半導体プロセスを用いて製造
することができる。
シリコン、シリコン−ゲルマニウム、ニッケル、クロム又は金で作られる。又、
二次元スキャナ３００は、Ｓｉ表面マイクロ加工、Ｓｉバルクマイクロ加工、高
い縦横比特徴の電気成形、ＨＥＸＳＩＬ及びＬＩＧＡの組み合わせを含む多数の
異なるプロセスを使用して製造できるが、これらに限定されない。二次元スキャ
ナ３００の垂直櫛形ドライブアクチュエータは、ヒルトン・ヘッド２０００によ
り発行された参考としてここに援用するコナン氏等の「A Flat High-Frequency
Scanning Micromirror」と題する文献に開示された半導体プロセスを用いて製造
することができる。
【００１８】
固定櫛形フィンガー３１２は、可動櫛形フィンガー３１４と実質的に同一平面
である。両組の櫛形フィンガー３１２、３１４は、単一の基体層に自己整列櫛形
構造体として形成することができる。櫛形フィンガー３１２、３１４を含む自己
整列櫛形構造体の設計は、公称状態において２組の櫛形フィンガーが所定の係合
に基づき実質的に指を組んだ状態になるというものである。バイアス素子（例え
ば、磁気材料）が外側フレーム３０４に取り付けられる。外部のバイアス力を受
けると（例えば磁界により）、バイアス素子は、外側フレームと可動櫛形フィン
ガー３１４に、ベース３０２に対する初期係合からの角度変位を受けさせる。次
いで、固定櫛形フィンガー３１２と可動櫛形フィンガー３１４との間に電圧を印
加すると、可動櫛形フィンガー３１４を外側フレーム３０４と共に所定のやり方
で初期係合に向けて回転して戻す。同様に、固定櫛形フィンガー３１６は、可動
櫛形フィンガー３１８と実質的に同一平面であり、そして自己整列櫛形構造体を
形成するように同じ材料層で作られる。外部バイアス力が内側部分３０６に付与
されて、外側フレーム３０４に対し平面から外れるようにそれを回転する。他の
実施形態は、ギャップ閉じアクチュエータにより与えられる静電力又は弾性力を
使用して、バイアス力を与える。一次元アクチュエータは、この形式の櫛形ドラ
イバで構成される。これらのアクチュエータは、操作及び感知の両方に使用され
る単一層櫛形ドライブ構造体の効果を発揮する。
である。両組の櫛形フィンガー３１２、３１４は、単一の基体層に自己整列櫛形
構造体として形成することができる。櫛形フィンガー３１２、３１４を含む自己
整列櫛形構造体の設計は、公称状態において２組の櫛形フィンガーが所定の係合
に基づき実質的に指を組んだ状態になるというものである。バイアス素子（例え
ば、磁気材料）が外側フレーム３０４に取り付けられる。外部のバイアス力を受
けると（例えば磁界により）、バイアス素子は、外側フレームと可動櫛形フィン
ガー３１４に、ベース３０２に対する初期係合からの角度変位を受けさせる。次
いで、固定櫛形フィンガー３１２と可動櫛形フィンガー３１４との間に電圧を印
加すると、可動櫛形フィンガー３１４を外側フレーム３０４と共に所定のやり方
で初期係合に向けて回転して戻す。同様に、固定櫛形フィンガー３１６は、可動
櫛形フィンガー３１８と実質的に同一平面であり、そして自己整列櫛形構造体を
形成するように同じ材料層で作られる。外部バイアス力が内側部分３０６に付与
されて、外側フレーム３０４に対し平面から外れるようにそれを回転する。他の
実施形態は、ギャップ閉じアクチュエータにより与えられる静電力又は弾性力を
使用して、バイアス力を与える。一次元アクチュエータは、この形式の櫛形ドラ
イバで構成される。これらのアクチュエータは、操作及び感知の両方に使用され
る単一層櫛形ドライブ構造体の効果を発揮する。
【００１９】
上記実施形態で述べた二次元スキャナに共通した特徴を有する二次元スキャナ
を使用して、光ファイバ間で光を切り換える光ファイバスイッチを形成すること
ができる。この光ファイバスイッチは、１つ以上のミラーアレーを含み、各アレ
ーは、１つ以上の二次元スキャナを含む。図４には、簡単化のために２つのミラ
ーアレーしか示されていない。更に、これらのアレーは、直線アレー（例えば、
１ｘ４のミラーアレー）として示されているが、実際の用途では、二次元アレー
（例えば、４ｘ４のミラーアレー）であってもよい。図４に示すように、光ファ
イバスイッチ４００は、マイクロレンズ４０３で終端された入力ファイバ４０２
のアレーと、走査ミラーの第１アレー４０４とを備え、該第１アレー４０４は、
入力ファイバ４０２のアレー及びマイクロレンズ４０３から出て来るビーム４１
０を遮るように配置される。走査ミラーの第１アレー４０４は、該走査ミラーの
アレーから出て来るビーム４１２を個々に操向することができる。又、光ファイ
バスイッチ４００は、走査ミラーの第２アレー４０６も備え、これらは、走査ミ
ラーの第１アレー４０４から出て来るビーム４１２を遮るように配置される。走
査ミラーの第２アレー４０６は、該走査ミラーのアレーから出て来るビーム４１
４を個々に操向することができる。光ファイバスイッチ４００は、更に、走査ミ
ラーの第２アレー４０６から出て来るビーム４１４を結合するためにマイクロレ
ンズ４０９で終端された出力ファイバ４０８のアレーも含む。或いは又、二次元
スキャナの大きなアレーを使用して、大きなポートカウント光ファイバスイッチ
を形成することもできる。第１及び／又は第２の走査ミラーアレーは、図３を参
照して述べた形式の二次元スキャナに取り付けられたミラーを含む。
を使用して、光ファイバ間で光を切り換える光ファイバスイッチを形成すること
ができる。この光ファイバスイッチは、１つ以上のミラーアレーを含み、各アレ
ーは、１つ以上の二次元スキャナを含む。図４には、簡単化のために２つのミラ
ーアレーしか示されていない。更に、これらのアレーは、直線アレー（例えば、
１ｘ４のミラーアレー）として示されているが、実際の用途では、二次元アレー
（例えば、４ｘ４のミラーアレー）であってもよい。図４に示すように、光ファ
イバスイッチ４００は、マイクロレンズ４０３で終端された入力ファイバ４０２
のアレーと、走査ミラーの第１アレー４０４とを備え、該第１アレー４０４は、
入力ファイバ４０２のアレー及びマイクロレンズ４０３から出て来るビーム４１
０を遮るように配置される。走査ミラーの第１アレー４０４は、該走査ミラーの
アレーから出て来るビーム４１２を個々に操向することができる。又、光ファイ
バスイッチ４００は、走査ミラーの第２アレー４０６も備え、これらは、走査ミ
ラーの第１アレー４０４から出て来るビーム４１２を遮るように配置される。走
査ミラーの第２アレー４０６は、該走査ミラーのアレーから出て来るビーム４１
４を個々に操向することができる。光ファイバスイッチ４００は、更に、走査ミ
ラーの第２アレー４０６から出て来るビーム４１４を結合するためにマイクロレ
ンズ４０９で終端された出力ファイバ４０８のアレーも含む。或いは又、二次元
スキャナの大きなアレーを使用して、大きなポートカウント光ファイバスイッチ
を形成することもできる。第１及び／又は第２の走査ミラーアレーは、図３を参
照して述べた形式の二次元スキャナに取り付けられたミラーを含む。
【００２０】
更に、好ましい実施形態で述べた二次元スキャナは、生医学装置の分野、並び
に追跡、表示及びテレコミュニケーション用の光学装置を含む広範囲な用途を有
する。例えば、このような二次元スキャナは、変調されたレーザービームを走査
してスクリーンに像を投影し表示を形成するのに使用できる。
に追跡、表示及びテレコミュニケーション用の光学装置を含む広範囲な用途を有
する。例えば、このような二次元スキャナは、変調されたレーザービームを走査
してスクリーンに像を投影し表示を形成するのに使用できる。
【００２１】
上述した形式の二次元ＭＥＭＳスキャナは、ホトリソグラフィック、付着並び
に等方性及び非等方性エッチング技術のような従来の半導体処理ステップを使用
して製造することができる。櫛形構造体を製造するときには、固定櫛形構造体、
例えば、３１２、３１６を、それに対応する可動櫛形構造体、例えば、３１４、
３１８から電気的に絶縁して、それらの間に電圧を印加できるようにするのが望
ましい。これは、通常、機械的には固定されるが電気的には絶縁される部分を含
む懸架構造体の製造を伴う。このような構造体は、米国特許出願第０９／７１２
，４２０号に開示された方法を使用して製造することができる。
に等方性及び非等方性エッチング技術のような従来の半導体処理ステップを使用
して製造することができる。櫛形構造体を製造するときには、固定櫛形構造体、
例えば、３１２、３１６を、それに対応する可動櫛形構造体、例えば、３１４、
３１８から電気的に絶縁して、それらの間に電圧を印加できるようにするのが望
ましい。これは、通常、機械的には固定されるが電気的には絶縁される部分を含
む懸架構造体の製造を伴う。このような構造体は、米国特許出願第０９／７１２
，４２０号に開示された方法を使用して製造することができる。
【００２２】
機械的に結合されるが電気的に分離される多層櫛形ドライブを伴う懸架された
ジンバル型構造体を製造するプロセスが、図５Ａないし５Ｈに示されている。図
５Ａないし５Ｈは、以下に述べるプロセスを表わす一連の簡単な概略断面図であ
る。 図５Ａにおいて、基体層５０６上に配置された中間層５０４に設けられたデバ
イス層５０２を有する基体５０１でプロセスがスタートする。好ましくは、デバ
イス層５０２及び中間層５０４は、異なる材料で構成され、中間層５０４は、デ
バイス層５０２をエッチングするためのエッチングストッパーとして働く。例え
ば、基体は、Ｓｉのデバイス層５０２と、酸化シリコンの中間層５０４と、シリ
コンの基体層５０６とで構成されたシリコン・オン・絶縁体（ＳＯＩ）ウェハで
ある。或いは又、デバイス層５０２は、基体それ自体でもよいし、又は基体上に
付着されたシリコン又は酸化シリコンのようなデバイス材料層でもよい。この場
合に、基体は、エッチングストッパーとして働くようにデバイス層以外の材料で
構成されるのが好ましい。
ジンバル型構造体を製造するプロセスが、図５Ａないし５Ｈに示されている。図
５Ａないし５Ｈは、以下に述べるプロセスを表わす一連の簡単な概略断面図であ
る。 図５Ａにおいて、基体層５０６上に配置された中間層５０４に設けられたデバ
イス層５０２を有する基体５０１でプロセスがスタートする。好ましくは、デバ
イス層５０２及び中間層５０４は、異なる材料で構成され、中間層５０４は、デ
バイス層５０２をエッチングするためのエッチングストッパーとして働く。例え
ば、基体は、Ｓｉのデバイス層５０２と、酸化シリコンの中間層５０４と、シリ
コンの基体層５０６とで構成されたシリコン・オン・絶縁体（ＳＯＩ）ウェハで
ある。或いは又、デバイス層５０２は、基体それ自体でもよいし、又は基体上に
付着されたシリコン又は酸化シリコンのようなデバイス材料層でもよい。この場
合に、基体は、エッチングストッパーとして働くようにデバイス層以外の材料で
構成されるのが好ましい。
【００２３】
デバイス層５０２は、例えば、標準的なホトレジストを使用して、１つ以上の
特徴部を画成するようにパターン化される。次いで、これら特徴部をエッチング
して、図５Ｂに示すように、デバイス層５０２に１つ以上の狭いトレンチ５０８
を形成する。これらトレンチ５０８は、中間層５０４及び／又は基体層５０６へ
と貫通する。次いで、トレンチ５０８には、エッチングストッパー材料５１０が
完全に充填されて、１つ以上の充填されたトレンチ５１２を形成する。又、エッ
チングストッパー材料は、デバイス層５０２の上にも付着される。適当なエッチ
ングストッパー材料は、デバイス層の組成に基づいて、窒化シリコン、多結晶シ
リコン、二酸化シリコン、タングステン等、又はそれらの組合せを含む。エッチ
ングストッパー材料は、通常、化学蒸着を使用して付着される。或いは又、スパ
ッタリングや電気メッキを使用して、エッチングストッパー材料５１０を付着し
てもよい。エッチングストッパー材料は、トレンチ５０８を完全に充填し、充填
されたトレンチ５１２を形成する。又、エッチングストッパー材料５１０は、デ
バイス層５０２の表面上にも付着され、これは、通常、同じ付着ステップで行わ
れる。或いは又、そのために個別の付着が必要とされてもよい。
特徴部を画成するようにパターン化される。次いで、これら特徴部をエッチング
して、図５Ｂに示すように、デバイス層５０２に１つ以上の狭いトレンチ５０８
を形成する。これらトレンチ５０８は、中間層５０４及び／又は基体層５０６へ
と貫通する。次いで、トレンチ５０８には、エッチングストッパー材料５１０が
完全に充填されて、１つ以上の充填されたトレンチ５１２を形成する。又、エッ
チングストッパー材料は、デバイス層５０２の上にも付着される。適当なエッチ
ングストッパー材料は、デバイス層の組成に基づいて、窒化シリコン、多結晶シ
リコン、二酸化シリコン、タングステン等、又はそれらの組合せを含む。エッチ
ングストッパー材料は、通常、化学蒸着を使用して付着される。或いは又、スパ
ッタリングや電気メッキを使用して、エッチングストッパー材料５１０を付着し
てもよい。エッチングストッパー材料は、トレンチ５０８を完全に充填し、充填
されたトレンチ５１２を形成する。又、エッチングストッパー材料５１０は、デ
バイス層５０２の表面上にも付着され、これは、通常、同じ付着ステップで行わ
れる。或いは又、そのために個別の付着が必要とされてもよい。
【００２４】
ＳＯＩが出発材料として使用される例では、トレンチ５０８が、深いＳｉエッ
チング技術を使用してエッチングされ、そしてＣＶＤ酸化物（例えばＴＥＯＳ）
又は熱酸化物が充填され、これは、デバイス層の表面も被覆する。充填されたト
レンチ５１２のパターンを適切に設計することにより、デバイス層材料の一部分
が、充填されたトレンチの側部の材料、中間層の下面の材料、及びトレンチ充填
プロセス中にデバイス層の上面に付着される材料により包囲される。 この点において、デバイス層５０２の表面はほぼ平面であり、そして標準的な
半導体プロセスを使用して更に別の処理が実行される。又、エッチングストッパ
ー材料を高温で付着できるので、更に別の高温処理が阻止されるものではない。
チング技術を使用してエッチングされ、そしてＣＶＤ酸化物（例えばＴＥＯＳ）
又は熱酸化物が充填され、これは、デバイス層の表面も被覆する。充填されたト
レンチ５１２のパターンを適切に設計することにより、デバイス層材料の一部分
が、充填されたトレンチの側部の材料、中間層の下面の材料、及びトレンチ充填
プロセス中にデバイス層の上面に付着される材料により包囲される。 この点において、デバイス層５０２の表面はほぼ平面であり、そして標準的な
半導体プロセスを使用して更に別の処理が実行される。又、エッチングストッパ
ー材料を高温で付着できるので、更に別の高温処理が阻止されるものではない。
【００２５】
エッチングストッパー材料５１０の選択された部分が除去されて、図５Ｄに示
すように、デバイス層５０２の選択された部分が露出される。次いで、櫛形フィ
ンガーのような構造上の特徴部５２２が、デバイス層５０２の露出部分に形成さ
れる。或いは又、構造上の特徴部５２２は、エッチングストッパー材料５１０の
上に直接形成されてもよい。構造上の特徴部５２２は、通常、エッチングストッ
パー材料５１０とは異なる材料で作られる。或いは又、特徴部５２２は、その後
の付着ステップにおいて同じ材料で形成されてもよい。構造上の特徴部５２２は
、材料の多サブ層を含むパターン化された構造層で形成されてもよい。構造上の
特徴部５２２は、図５Ａないし５Ｈの紙面から外れたポイント（１つ又は複数）
においてデバイス層５０２に固定される。
すように、デバイス層５０２の選択された部分が露出される。次いで、櫛形フィ
ンガーのような構造上の特徴部５２２が、デバイス層５０２の露出部分に形成さ
れる。或いは又、構造上の特徴部５２２は、エッチングストッパー材料５１０の
上に直接形成されてもよい。構造上の特徴部５２２は、通常、エッチングストッ
パー材料５１０とは異なる材料で作られる。或いは又、特徴部５２２は、その後
の付着ステップにおいて同じ材料で形成されてもよい。構造上の特徴部５２２は
、材料の多サブ層を含むパターン化された構造層で形成されてもよい。構造上の
特徴部５２２は、図５Ａないし５Ｈの紙面から外れたポイント（１つ又は複数）
においてデバイス層５０２に固定される。
【００２６】
ジンバル型櫛形構造体の種々の部分が互いに絶縁されるのが好ましいので、構
造上の特徴部５２２は、絶縁性接触及び導電性接触の両方でデバイス層５０２に
接続できることが重要である。構造上の特徴部５２２とデバイス層５０２との間
に絶縁性及び導電性の両接触を達成する方法は多数ある。例えば、処理を行う前
に、窒化シリコンのような絶縁層をデバイス層５０２の表面に付着してパターン
化することができる（図５Ａ）。構造層即ち構造上の特徴部５２２を含む層と、
デバイス層５０２との間の接触は、絶縁層をパターン化してそれが接触領域に残
るか又は残らないようにすることにより導電性又は絶縁性にすることができる。
或いは又、デバイス層材料の選択的な露出の後に絶縁層を付着してパターン化し
（図５Ｄ）、その後に付着される構造上の特徴部５２２が、デバイス層５０２に
直接接触するか、又はデバイス層上に付着された絶縁層に接触するようにしても
よい。
造上の特徴部５２２は、絶縁性接触及び導電性接触の両方でデバイス層５０２に
接続できることが重要である。構造上の特徴部５２２とデバイス層５０２との間
に絶縁性及び導電性の両接触を達成する方法は多数ある。例えば、処理を行う前
に、窒化シリコンのような絶縁層をデバイス層５０２の表面に付着してパターン
化することができる（図５Ａ）。構造層即ち構造上の特徴部５２２を含む層と、
デバイス層５０２との間の接触は、絶縁層をパターン化してそれが接触領域に残
るか又は残らないようにすることにより導電性又は絶縁性にすることができる。
或いは又、デバイス層材料の選択的な露出の後に絶縁層を付着してパターン化し
（図５Ｄ）、その後に付着される構造上の特徴部５２２が、デバイス層５０２に
直接接触するか、又はデバイス層上に付着された絶縁層に接触するようにしても
よい。
【００２７】
構造上の特徴部５２２の全処理が実行されると、図５Ｅに示すように、エッチ
ングストッパー層をパターン化して、適当な場所でデバイス層を露出することが
できる。或いは又、ホトレジスト層を付着しそしてパターン化して、適当な場所
でデバイス層を露出することができる。次いで、図５Ｆに示すように、デバイス
層の等方性エッチングが実行される。この等方性エッチングは、湿式エッチング
プロセス、乾式エッチングプロセス、又はその両方の組合せでよい。この等方性
エッチングは、デバイス層５０２の材料の露出部分を除去するが、エッチングス
トッパー材料５１０、構造上の特徴部５２２、或いはエッチングストッパー材料
５１０、構造上の特徴部５２２又はホトレジストにより保護されたデバイス層の
部分は除去しない。等方性エッチングは、デバイス層５０２の上にある構造上の
特徴部５２２をアンダーカットしそして解放する。エッチングプロセスは、充填
されたトレンチ５１２におけるエッチングストッパー材料５１０により収容され
、従って、アンダーカットの巾を制御する。構造上の特徴部５２２の下に作られ
た空洞は、上部の櫛（構造層に形成された）を下方に揺動して、下部の櫛（デバ
イス層に形成された）と指を組んだ状態にすることができる。
ングストッパー層をパターン化して、適当な場所でデバイス層を露出することが
できる。或いは又、ホトレジスト層を付着しそしてパターン化して、適当な場所
でデバイス層を露出することができる。次いで、図５Ｆに示すように、デバイス
層の等方性エッチングが実行される。この等方性エッチングは、湿式エッチング
プロセス、乾式エッチングプロセス、又はその両方の組合せでよい。この等方性
エッチングは、デバイス層５０２の材料の露出部分を除去するが、エッチングス
トッパー材料５１０、構造上の特徴部５２２、或いはエッチングストッパー材料
５１０、構造上の特徴部５２２又はホトレジストにより保護されたデバイス層の
部分は除去しない。等方性エッチングは、デバイス層５０２の上にある構造上の
特徴部５２２をアンダーカットしそして解放する。エッチングプロセスは、充填
されたトレンチ５１２におけるエッチングストッパー材料５１０により収容され
、従って、アンダーカットの巾を制御する。構造上の特徴部５２２の下に作られ
た空洞は、上部の櫛（構造層に形成された）を下方に揺動して、下部の櫛（デバ
イス層に形成された）と指を組んだ状態にすることができる。
【００２８】
この点において、櫛形フィンガーが形成され、そしてジンバル構造体が解放さ
れて自由に回転することができる。この解放の第１部分は、図５Ｇに示すように
、基体層５０６に空洞を形成することを含む。空洞は、基体層をパターン化して
後側からエッチングすることにより形成できる。図５Ｈに示すように、このプロ
セスの最終ステップは、中間層とトレンチ充填層をタイミングを合わせてエッチ
ングし（設計により必要とされる場合）、構造体を解放して移動できるようにす
ることである。最終的なデバイスは、多層櫛形ドライブと、機械的に結合される
が電気的に分離された部分とを有する懸架されたジンバル型構造体より成る。
れて自由に回転することができる。この解放の第１部分は、図５Ｇに示すように
、基体層５０６に空洞を形成することを含む。空洞は、基体層をパターン化して
後側からエッチングすることにより形成できる。図５Ｈに示すように、このプロ
セスの最終ステップは、中間層とトレンチ充填層をタイミングを合わせてエッチ
ングし（設計により必要とされる場合）、構造体を解放して移動できるようにす
ることである。最終的なデバイスは、多層櫛形ドライブと、機械的に結合される
が電気的に分離された部分とを有する懸架されたジンバル型構造体より成る。
【００２９】
櫛形ドライブをもつ二次元ジンバル型構造体を製造する方法は、他にもある。
例えば、図２Ａに示すように、櫛形構造体をその休止位置において互いに垂直方
向にオフセットすべきである場合には、上記特許出願第６０／１９２，０９７号
に開示された自己整列技術を使用して固定及び可動の櫛形構造体を単一基体から
同時に製造することができる。この自己整列製造方法は、通常、絶縁層で分離さ
れた第１及び第２の導電層を有する多層構造体を設け、そしてその第１及び第２
の導電層と絶縁層において上部パターンをエッチングして、可動及び固定の櫛形
フィンガーを画成するという段階を含む。又、基体が付加的な層を有し、これを
エッチングして、フィンガーの底面を画成することもできる。フィンガーは一緒
に形成されるので、従来の垂直櫛形ドライブアクチュエータを製造するのに必要
であった可動及び固定フィンガーの困難な整列を回避することができる。整列は
、製造に使用されるマスクの直接的な結果である。この構造における異なる層間
の電気的導通は、多数の層を通して垂直方向に狭いトレンチをエッチングし、そ
してトレンチに導電性材料を充填することにより達成できる。
例えば、図２Ａに示すように、櫛形構造体をその休止位置において互いに垂直方
向にオフセットすべきである場合には、上記特許出願第６０／１９２，０９７号
に開示された自己整列技術を使用して固定及び可動の櫛形構造体を単一基体から
同時に製造することができる。この自己整列製造方法は、通常、絶縁層で分離さ
れた第１及び第２の導電層を有する多層構造体を設け、そしてその第１及び第２
の導電層と絶縁層において上部パターンをエッチングして、可動及び固定の櫛形
フィンガーを画成するという段階を含む。又、基体が付加的な層を有し、これを
エッチングして、フィンガーの底面を画成することもできる。フィンガーは一緒
に形成されるので、従来の垂直櫛形ドライブアクチュエータを製造するのに必要
であった可動及び固定フィンガーの困難な整列を回避することができる。整列は
、製造に使用されるマスクの直接的な結果である。この構造における異なる層間
の電気的導通は、多数の層を通して垂直方向に狭いトレンチをエッチングし、そ
してトレンチに導電性材料を充填することにより達成できる。
【００３０】
固定及び可動の櫛がそれらの休止位置において指を組んだ状態になる構造にお
いては、可動及び固定の両櫛形フィンガーを、単一のパターン化及びエッチング
ステップにより、同じデバイス材料層から同じステップにおいて製造することが
できる。櫛形ドライブを互いに絶縁して、電圧差をサポートできるようにし、そ
れ故、感知及び／又は操作に使用できるようにするのが重要である。これは、櫛
形フィンガー及びジンバル型構造体が製造された層に狭いトレンチをエッチング
し、そしてそれらトレンチに絶縁材料を充填することにより達成できる。この絶
縁材料は、構造材料をトレンチの各側に機械的に取り付ける一方、それらを電気
的分離状態に保持する。
いては、可動及び固定の両櫛形フィンガーを、単一のパターン化及びエッチング
ステップにより、同じデバイス材料層から同じステップにおいて製造することが
できる。櫛形ドライブを互いに絶縁して、電圧差をサポートできるようにし、そ
れ故、感知及び／又は操作に使用できるようにするのが重要である。これは、櫛
形フィンガー及びジンバル型構造体が製造された層に狭いトレンチをエッチング
し、そしてそれらトレンチに絶縁材料を充填することにより達成できる。この絶
縁材料は、構造材料をトレンチの各側に機械的に取り付ける一方、それらを電気
的分離状態に保持する。
【００３１】
上述した実施形態は、本発明の範囲から逸脱せずに種々のやり方で変更できる
ことが当業者に明らかであろう。
ことが当業者に明らかであろう。
【図１】
公知のジンバル型静電ギャップアクチュエータを示す図である。
【図２Ａ】
公知の一次元垂直櫛形ドライブアクチュエータを、バイアス電圧を印加しない
状態で示す平面図である。
状態で示す平面図である。
【図２Ｂ】
図２Ａに示す公知の一次元垂直櫛形ドライブアクチュエータを、バイアス電圧
を印加した状態で示す平面図である。
を印加した状態で示す平面図である。
【図３】
本発明の好ましい実施形態による垂直櫛形ドライブアクチュエータをもつジン
バル型二次元スキャナを示す平面図である。
バル型二次元スキャナを示す平面図である。
【図４】
ジンバル型二次元スキャナを含む光ファイバスイッチを示す図である。
【図５Ａ】
本発明の実施形態による櫛形ドライブ構造体の製造を示す断面図である。
【図５Ｂ】
本発明の実施形態による櫛形ドライブ構造体の製造を示す断面図である。
【図５Ｃ】
本発明の実施形態による櫛形ドライブ構造体の製造を示す断面図である。
【図５Ｄ】
本発明の実施形態による櫛形ドライブ構造体の製造を示す断面図である。
【図５Ｅ】
本発明の実施形態による櫛形ドライブ構造体の製造を示す断面図である。
【図５Ｆ】
本発明の実施形態による櫛形ドライブ構造体の製造を示す断面図である。
【図５Ｇ】
本発明の実施形態による櫛形ドライブ構造体の製造を示す断面図である。
【図５Ｈ】
本発明の実施形態による櫛形ドライブ構造体の製造を示す断面図である。
─────────────────────────────────────────────────────
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(31)優先権主張番号 ６０／１９２，０９７
(32)優先日 平成12年３月24日(2000．3．24)
(33)優先権主張国 米国（ＵＳ）
(31)優先権主張番号 ０９／７５１，６６０
(32)優先日 平成12年12月28日(2000．12．28)
(33)優先権主張国 米国（ＵＳ）
(81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，
ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ
Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ
，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，
ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ
Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ
，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，
ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ，
ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ
Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ
，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，
ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，Ｉ
Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ
，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，
ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，Ｐ
Ｔ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ
，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，
ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ
(72)発明者 ラム カム ワイ
アメリカ合衆国 カリフォルニア州
94506 ダンヴィル ブラックホーク ド
ライヴ 5204
(72)発明者 キアン メン−シウン
アメリカ合衆国 カリフォルニア州
94709 バークリー スプルース ストリ
ート 1807
(72)発明者 デインマン マイケル ジェイ
アメリカ合衆国 カリフォルニア州
94044 パシフィカ ゲイトウェイ ドラ
イヴ 443
(72)発明者 パンヌ サティンダーパル
アメリカ合衆国 カリフォルニア州
94707 バークリー バークリー ウェイ
1622 アパートメント １
Ｆターム(参考） 2H041 AA14 AA15 AA16 AB14 AC06
AZ02 AZ05 AZ08
2H045 AB13 AB16 AB73
Claims (51)
- 【請求項１】 ベースと、 外側フレームであって、該外側フレーム及び／又はベースを含む平面に実質的
に平行な第１軸の周りで回転するようにベースに回転可能に取り付けられた外側
フレームと、 内側部分であって、該内側部分及び／又は外側フレームを含む平面に実質的に
平行な第２軸の周りで回転するように外側フレームに回転可能に取り付けられた
内側部分と、 外側フレームに取り付けられた第１組の櫛形フィンガーと、 ベースに取り付けられた第２組の櫛形フィンガーとを備え、これらの第１及び
第２組の櫛形フィンガーは、第１軸の周りでベースに対して外側フレームがある
程度回転したときに指を組んだ状態になる二次元スキャナ。 - 【請求項２】 上記櫛形フィンガーが櫛形ドライブアクチュエータとして働
くように、上記第１組の櫛形フィンガーと第２組の櫛形フィンガーとの間に電圧
を印加するための手段を更に備えた請求項１に記載のスキャナ。 - 【請求項３】 上記外側フレームとベースとの間に一定のバイアス力を付与
するための手段を更に備えた請求項２に記載のスキャナ。 - 【請求項４】 上記ベースに対する外側フレームの角度位置を感知するため
の手段を更に備えた請求項２に記載のスキャナ。 - 【請求項５】 角度位置を感知する上記手段は、ギャップ閉じ電極及びピエ
ゾ抵抗センサより成るグループから選択される請求項４に記載のスキャナ。 - 【請求項６】 角度位置を感知する上記手段は、上記櫛形フィンガーが櫛形
ドライブアクチュエータ及びセンサの両方として働くように、第１組の櫛形フィ
ンガーと第２組の櫛形フィンガーとの間に電気的に接続されたキャパシタンスセ
ンサより成る請求項４に記載のスキャナ。 - 【請求項７】 上記ベースに対する外側フレームの角度位置を感知するため
の手段を更に備えた請求項１に記載のスキャナ。 - 【請求項８】 角度位置を感知する上記手段は、第１組の櫛形フィンガーと
第２組の櫛形フィンガーとの間に電気的に接続されたキャパシタンスセンサを含
む請求項７に記載のスキャナ。 - 【請求項９】 上記ベースに対して外側フレームを回転するためのドライブ
手段を更に備えた請求項７に記載のスキャナ。 - 【請求項１０】 上記ドライブ手段は、ギャップ閉じ電極、磁気ドライブ及
びピエゾドライブより成るグループから選択される請求項９に記載のスキャナ。 - 【請求項１１】 上記内側部分に取り付けられた第３組の櫛形フィンガーと
、上記外側フレームに取り付けられた第４組の櫛形フィンガーとを更に備え、こ
れら第３及び第４組の櫛形フィンガーは、第２軸の周りで外側フレームに対して
内側部分がある程度回転したときに指を組んだ状態になる請求項１に記載のスキ
ャナ。 - 【請求項１２】 上記第１及び第２組の櫛形フィンガーが櫛形ドライブアク
チュエータとして働くように、第１組の櫛形フィンガーと第２組の櫛形フィンガ
ーとの間に電圧を印加するための手段と、 上記第３及び第４組の櫛形フィンガーが櫛形ドライブアクチュエータとして働
くように、第３組の櫛形フィンガーと第４組の櫛形フィンガーとの間に電圧を印
加するための手段と、 を更に備えた請求項１１に記載のスキャナ。 - 【請求項１３】 上記第１及び第２組の櫛形フィンガーが櫛形ドライブアク
チュエータ及び位置センサの両方として働くように、第１組の櫛形フィンガーと
第２組の櫛形フィンガーとの間のキャパシタンスを測定するための手段と、 上記第３及び第４組の櫛形フィンガーが櫛形ドライブアクチュエータ及び位置
センサの両方として働くように、第３組の櫛形フィンガーと第４組の櫛形フィン
ガーとの間のキャパシタンスを測定するための手段と、 を更に備えた請求項１２に記載のスキャナ。 - 【請求項１４】 上記第１及び第２組の櫛形フィンガーが位置センサとして
働くように、第１組の櫛形フィンガーと第２組の櫛形フィンガーとの間のキャパ
シタンスを測定するための手段と、 上記第３及び第４組の櫛形フィンガーが位置センサとして働くように、第３組
の櫛形フィンガーと第４組の櫛形フィンガーとの間のキャパシタンスを測定する
ための手段と、 を更に備えた請求項１２に記載のスキャナ。 - 【請求項１５】 上記外側フレームに対して内側部分を回転するためのドラ
イブ手段を更に備えた請求項１４に記載のスキャナ。 - 【請求項１６】 上記のドライブ手段は、ギャップ閉じ電極、磁気ドライブ
及びピエゾドライブより成るグループから選択される請求項１５に記載のスキャ
ナ。 - 【請求項１７】 上記ベースに対して外側フレームを回転するためのドライ
ブ手段を更に備えた請求項１４に記載のスキャナ。 - 【請求項１８】 上記のドライブ手段は、ギャップ閉じ電極、磁気ドライブ
及びピエゾドライブより成るグループから選択される請求項１７に記載のスキャ
ナ。 - 【請求項１９】 上記外側フレームは、ねじれ撓み部材、片持ち梁式の撓み
部材、曲がりくねった撓み部材及びピン／ステープル型ヒンジより成るグループ
から選択された手段によりベースに回転可能に取り付けられる請求項１に記載の
スキャナ。 - 【請求項２０】 上記ねじれ撓み部材は、長方形断面、Ｉ字型断面、及びＴ
字型断面より成るグループから選択された断面を有する請求項１９に記載のスキ
ャナ。 - 【請求項２１】 上記内側部分は、ねじれ撓み部材、片持ち梁式の撓み部材
、曲がりくねった撓み部材及びピン／ステープル型ヒンジより成るグループから
選択された手段により外側フレームに回転可能に取り付けられる請求項１に記載
のスキャナ。 - 【請求項２２】 上記ねじれ撓み部材は、長方形断面、Ｉ字型断面、及びＴ
字型断面より成るグループから選択された断面を有する請求項２１に記載のスキ
ャナ。 - 【請求項２３】 ベースと、 外側フレームであって、該外側フレーム及び／又はベースを含む平面に実質的
に平行な第１軸の周りで回転するようにベースに回転可能に取り付けられた外側
フレームと、 内側部分であって、上記外側フレーム及び／又はベースを含む平面に実質的に
平行な第２軸の周りで回転するように外側フレームに回転可能に取り付けられた
内側部分と、 上記内側部分に取り付けられた第１組の櫛形フィンガーと、 上記外側フレームに取り付けられた第２組の櫛形フィンガーとを備え、これら
第１及び第２組の櫛形フィンガーは、第２軸の周りで外側フレームに対して内側
部分がある程度回転したときに指を組んだ状態になる二次元スキャナ。 - 【請求項２４】 上記櫛形フィンガーが櫛形ドライブアクチュエータとして
働くように、上記第１組の櫛形フィンガーと第２組の櫛形フィンガーとの間に電
圧を印加するための手段を更に備えた請求項２３に記載のスキャナ。 - 【請求項２５】 上記内側部分と外側フレームとの間に一定のバイアス力を
付与するための手段を更に備えた請求項２４に記載のスキャナ。 - 【請求項２６】 上記外側フレームに対する内側部分の角度位置を感知する
ための手段を更に備えた請求項２４に記載のスキャナ。 - 【請求項２７】 角度位置を感知する上記手段は、ギャップ閉じ電極及びピ
エゾ抵抗センサより成るグループから選択される請求項２６に記載のスキャナ。 - 【請求項２８】 角度位置を感知する上記手段は、上記櫛形フィンガーが櫛
形ドライブアクチュエータ及びセンサの両方として働くように、第１組の櫛形フ
ィンガーと第２組の櫛形フィンガーとの間に電気的に接続されたキャパシタンス
センサより成る請求項２６に記載のスキャナ。 - 【請求項２９】 上記外側フレームに対する内側部分の角度位置を感知する
ための手段を更に備えた請求項２３に記載のスキャナ。 - 【請求項３０】 角度位置を感知する上記手段は、第１組の櫛形フィンガー
と第２組の櫛形フィンガーとの間に電気的に接続されたキャパシタンスセンサを
含む請求項２９に記載のスキャナ。 - 【請求項３１】 上記ベースに対して外側フレームを回転するためのドライ
ブ手段を更に備えた請求項２９に記載のスキャナ。 - 【請求項３２】 上記ドライブ手段は、ギャップ閉じ電極、磁気ドライブ、
及びピエゾドライブより成るグループから選択される請求項３１に記載のスキャ
ナ。 - 【請求項３３】 上記外側フレームは、ねじれ撓み部材、片持ち梁式の撓み
部材、曲がりくねった撓み部材及びピン／ステープル型ヒンジより成るグループ
から選択された手段によりベースに回転可能に取り付けられる請求項２３に記載
のスキャナ。 - 【請求項３４】 上記ねじれ撓み部材は、長方形断面、Ｉ字型断面、及びＴ
字型断面より成るグループから選択された断面を有する請求項３３に記載のスキ
ャナ。 - 【請求項３５】 上記内側部分は、ねじれ撓み部材、片持ち梁式の撓み部材
、曲がりくねった撓み部材及びピン／ステープル型ヒンジより成るグループから
選択された手段により外側フレームに回転可能に取り付けられる請求項２３に記
載のスキャナ。 - 【請求項３６】 上記ねじれ撓み部材は、長方形断面、Ｉ字型断面、及びＴ
字型断面より成るグループから選択された断面を有する請求項３５に記載のスキ
ャナ。 - 【請求項３７】 入力光ファイバのアレーと、 １つ以上の入力光ファイバからの光を偏向するための１つ以上のミラーアレー
とを備え、１つ以上のアレーにおける１つ以上のミラーは、二次元スキャナを備
え、そして 上記１つ以上のミラーアレーから出て来る光を結合するための出力光ファイバ
のアレーを更に備えた光ファイバスイッチにおいて、上記二次元スキャナは、 ベースと、 外側フレームであって、該外側フレーム及び／又はベースを含む平面に実質的
に平行な第１軸の周りで回転するようにベースに回転可能に取り付けられた外側
フレームと、 内側部分であって、上記外側フレーム及び／又はベースを含む平面に実質的に
平行な第２軸の周りで回転するように外側フレームに回転可能に取り付けられた
内側部分と、 上記外側フレームに取り付けられた第１組の櫛形フィンガーと、 上記ベースに取り付けられた第２組の櫛形フィンガーとを備え、これらの第１
及び第２組の櫛形フィンガーは、第１軸の周りでベースに対して外側フレームが
ある程度回転したときに指を組んだ状態になるように構成された光ファイバスイ
ッチ。 - 【請求項３８】 上記１つ以上のミラーアレーは、上記入力光ファイバから
の光を出力光ファイバへ個々に操向する請求項３７に記載のスイッチ。 - 【請求項３９】 上記入力光ファイバ及び出力光ファイバは、マイクロレン
ズで終端される請求項３７に記載のスイッチ。 - 【請求項４０】 上記内側部分は、ミラーを含む請求項３７に記載のスイッ
チ。 - 【請求項４１】 上記第１及び第２組の櫛形フィンガーが櫛形ドライブアク
チュエータとして働くように、上記第１組の櫛形フィンガーと第２組の櫛形フィ
ンガーとの間に電圧を印加するための手段を更に備えた請求項３７に記載のスイ
ッチ。 - 【請求項４２】 上記第１及び第２組の櫛形フィンガーが、ベースに対する
外側フレームの角度位置を感知するための位置センサとして働くように、上記第
１組の櫛形フィンガーと第２組の櫛形フィンガーとの間のキャパシタンスを感知
する手段を更に備えた請求項３７に記載のスイッチ。 - 【請求項４３】 上記第１及び第２組の櫛形フィンガーが櫛形ドライブアク
チュエータ及び角度位置センサの両方として働くように、上記第１組の櫛形フィ
ンガーと第２組の櫛形フィンガーとの間に電圧を印加するための手段を更に備え
た請求項４２に記載のスイッチ。 - 【請求項４４】 上記内側部分に取り付けられた第３組の櫛形フィンガーと
、上記外側フレームに取り付けられた第４組の櫛形フィンガーとを更に備え、こ
れら第３及び第４組の櫛形フィンガーは、第２軸の周りで外側フレームに対して
内側部分がある程度回転したときに指を組んだ状態になる請求項３７に記載の光
ファイバスイッチ。 - 【請求項４５】 入力光ファイバのアレーと、 １つ以上の入力光ファイバからの光を偏向するための１つ以上のミラーアレー
とを備え、１つ以上のアレーにおける１つ以上のミラーは、二次元スキャナを備
え、そして 上記１つ以上のミラーアレーから出て来る光を結合するための出力光ファイバ
のアレーを更に備えた光学スイッチにおいて、上記二次元スキャナは、 ベースと、 外側フレームであって、該外側フレーム及び／又はベースを含む平面に実質的
に平行な第１軸の周りで回転するようにベースに回転可能に取り付けられた外側
フレームと、 内側部分であって、上記外側フレーム及び／又はベースを含む平面に実質的に
平行な第２軸の周りで回転するように外側フレームに回転可能に取り付けられた
内側部分と、 上記内側部分に取り付けられた第１組の櫛形フィンガーと、 上記外側フレームに取り付けられた第２組の櫛形フィンガーとを備え、これら
の第１及び第２組の櫛形フィンガーは、第２軸の周りで外側フレームに対して内
側部分がある程度回転したときに指を組んだ状態になるように構成された光学ス
イッチ。 - 【請求項４６】 上記１つ以上のミラーアレーは、入力光ファイバからの光
を出力光ファイバへ個々に操向する請求項４５に記載のスイッチ。 - 【請求項４７】 上記入力光ファイバ及び出力光ファイバは、マイクロレン
ズで終端される請求項４５に記載のスイッチ。 - 【請求項４８】 上記内側部分は、ミラーを含む請求項４５に記載のスイッ
チ。 - 【請求項４９】 上記第１及び第２組の櫛形フィンガーが櫛形ドライブアク
チュエータとして働くように、上記第１組の櫛形フィンガーと第２組の櫛形フィ
ンガーとの間に電圧を印加するための手段を更に備えた請求項４５に記載のスイ
ッチ。 - 【請求項５０】 上記第１及び第２組の櫛形フィンガーが、ベースに対する
外側フレームの角度位置を感知するための位置センサとして働くように、上記第
１組の櫛形フィンガーと第２組の櫛形フィンガーとの間のキャパシタンスを感知
する手段を更に備えた請求項４５に記載のスイッチ。 - 【請求項５１】 上記第１及び第２組の櫛形フィンガーが櫛形ドライブアク
チュエータ及び角度位置センサの両方として働くように、上記第１組の櫛形フィ
ンガーと第２組の櫛形フィンガーとの間に電圧を印加するための手段を更に備え
た請求項５０に記載のスイッチ。
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| US60/192,097 | 2000-03-24 | ||
| US60/191,987 | 2000-03-24 | ||
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| US09/751,660 US6819822B2 (en) | 2000-03-24 | 2000-12-28 | Two-dimensional gimbaled scanning actuator with vertical electrostatic comb-drive for actuation and/or sensing |
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