JP2018535844A - Ｍｅｍｓアクチュエータパッケージアーキテクチャ - Google Patents

Ｍｅｍｓアクチュエータパッケージアーキテクチャ Download PDF

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Abstract

プラットフォームを６自由度で動かすパッケージが提供されている。プラットフォームは、その上に光電子デバイスがマウントされてよい。パッケージは、ＭＥＭＳアクチュエータであってよい面内アクチュエータと、圧電素子で形成されてよい面外アクチュエータとを含む。面内ＭＥＭＳアクチュエータは、ＰＣＢの凹部にマウントされた面外アクチュエータの上にマウントされてよい。面内ＭＥＭＳアクチュエータは複数の櫛構造を含み、それらの櫛構造においては、対向する櫛のフィンガ同士が互いにオーバラップしている（即ち、互いの端部を通り過ぎて延びている）。面外アクチュエータは、中央部分と、中央部分とつながって中央部分を囲んでいる複数のステージとを含む。面内ＭＥＭＳアクチュエータは、面外Ｚアクチュエータと結合されてペイロードに３自由度を与えており、ペイロードは、パッケージに含まれる光電子デバイスであってよい。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年１１月５日に出願された米国特許仮出願第６２／２５１，５３８号、件名「ＭＥＭＳアクチュエータアーキテクチャ（ＭＥＭＳ Ａｃｔｕａｔｏｒ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）」の利益を主張する、２０１６年２月１日に出願された米国実用出願第１５／０１２，６８２号、件名「ＭＥＭＳアクチュエータパッケージアーキテクチャ（ＭＥＭＳ Ａｃｔｕａｔｏｒ Ｐａｃｋａｇｅ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）」の利益を主張するものである。各出願の内容は、参照により、全内容が記載されているかのように本明細書に組み込まれている。
本開示は、全般的にはアクチュエータに関し、特に、様々な設計及び様々なパッケージの光電子デバイスを動かすように構成された小型アクチュエータに関する。
電子信号を機械の動きに変換する為にアクチュエータが使用される。例えば、ポータブル装置、撮像関連デバイス、通信用部品、医療機器などのような様々な用途においては、その用途の小型サイズ、低電力、コストなどの制約内に収まる小型アクチュエータが有用であろう。
微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）技術は、その最も一般的な形態においては、微細加工技術を用いて製造される、小型化された機械的要素及び電気機械的要素として定義されてよい技術である。ＭＥＭＳデバイスの重要な寸法は、１ミクロンをはるかに下回る寸法から数ミリメートルまで様々であってよい。一般に、ＭＥＭＳアクチュエータは、従来のアクチュエータより小型であり、消費電力が小さい。
カメラにおいて自動焦点合わせ（ＡＦ）や光学式手ぶれ補正（ＯＩＳ）の為にイメージセンサを動かすことなど、用途によっては、アクチュエータを使用して、多数の電気的入出力を有する光電子デバイスを動かす。例えば、フカダ等（Ｆｕｋａｄａ ｅｔ ａｌ．）による欧州特許第０２５３３７５号、件名「２次元圧電アクチュエータ（Ｔｗｏ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ａｃｔｕａｔｏｒ）」は、イメージセンサを平面内で動かすことに使用可能な２次元アクチュエータの設計を教示している。しかしながら、フカダによって教示されたアクチュエータは、大きく、スペースに制約がある用途には適さない。例えば、フカダのアクチュエータは、大きなスタンドアロンのデジタルカメラであれば、他のより小さいデバイスのスペース制約に伴って使用される可能性がある。
従来のアクチュエータと異なり、ＭＥＭＳアクチュエータは、例えば、携帯電話の小型カメラの中で特定の受動部品を動かしたり位置決めしたりすることに使用される場合がある。例えば、米国特許第８，６０４，６６３号、件名「動き制御アクチュエータ（Ｍｏｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ａｃｔｕａｔｏｒ）」、及び米国特許出願公開第２０１３／００７７９４５（Ａ１）号、件名「ＭＥＭＳベースの光学式手ぶれ補正（Ｍｅｍｓ−Ｂａｓｅｄ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｍａｇｅ Ｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ）」は、（例えば、携帯電話内で使用される）小型カメラのレンズを動かすＭＥＭＳアクチュエータを教示している。しかしながら、これらのＭＥＭＳアクチュエータはいずれも、多数の電気的入出力を有する光電子デバイスを動かすことができない。更に、これらのＭＥＭＳアクチュエータはいずれも、複雑さ、サイズ、及びコストを高める配備機構を利用する。
本発明は、背景技術の課題を解決するためのものである。
本開示は、プラットフォームを多自由度で動かしたり位置決めしたりするアクチュエータを対象とする。空間における剛体の位置及び方位は、並進の３成分と回転の３成分とによって画定され、本開示は、６自由度を与えるアクチュエータアセンブリを提供する。様々な実施形態では、アクチュエータは、面内のＸＹの動きの為の静電櫛ドライブアクチュエータと、面外の動きの為の圧電「Ｚ」アクチュエータとを含む。本開示の様々な実施形態では、パッケージが２つのアクチュエータを含み、これらのアクチュエータは、面内のＸＹの動きの為の櫛ドライブアクチュエータであって、ＭＥＭＳアクチュエータであり、ＸＹ（「面内」）ＭＥＭＳアクチュエータとも呼ばれるアクチュエータと、ＸＹ平面に垂直な方向を含む複数の方向の動きを与えるＺ（「面外」）アクチュエータとを含む。つまり、回転及び並進の動きを含む６自由度は、アクチュエータの組み合わせによって与えられる。様々なパッケージ実施形態では、Ｚアクチュエータは下面にマウントされ、ＭＥＭＳアクチュエータはＺアクチュエータの上にマウントされ、ＸＹ面内ＭＥＭＳアクチュエータの上に光電子デバイスがマウントされているが、別の実施形態では別のマウント構成及びパッケージング構成が使用される。携帯電話又は他の光電子装置又は電子装置では、光電子デバイス又は他のデバイスを位置決めする為にアクチュエータが使用される。別の実施形態では、パッケージはアクチュエータを１つだけ含み、これはＸＹ面内ＭＥＭＳアクチュエータである。
様々な実施形態では、ＸＹ面内アクチュエータは、４つ又は偶数個の櫛ドライブセクタを有する。実施形態によっては、各櫛ドライブは、形状が矩形又は正方形であり、櫛ドライブの外縁の近くに動き制御カンチレバが配置されている。各櫛ドライブセクタには、フィンガ同士が平行に動くことを可能又は確実にする為の動き制御屈曲部のペアがある。ＸＹ面内アクチュエータの中心の周囲に偶数個の櫛ドライブが規則正しく配置されてよく、櫛ドライブの動きは、キーカンチレバ屈曲部を介してほとんどロスなくペイロードプラットフォームに伝達される。光電子デバイスなどのデバイスが接合されるペイロードプラットフォームは、任意の様々な光電子デバイスに取り付け可能である。実施形態によっては、光電子デバイスは１００ｍｇもの質量であってよい。ＸＹ面内アクチュエータの実施形態によっては、１つの櫛ドライブセクタが固定櫛と可動櫛とを有し、固定櫛は、グルー又は他の方法で固定部分に貼り付けられてよく、可読櫛は、長い動き伝達カンチレバにつながれている。
様々な実施形態では、長いカンチレバの一端がペイロードプラットフォームにつながれており、他端が櫛ドライブの可動櫛につながれている。カンチレバは、１つの並進及び回転の自由度ではより可撓であり、他の自由度では堅いように設計され、これは、カンチレバが異なる動きモードを切り離して、例えば、ＸＹ間の干渉を避けることを確実に行えるようにする為である。
本開示のアクチュエータ及びアクチュエータアセンブリは、非常に可撓且つロバストであるという利点がある。実施形態によっては、アクチュエータのうちの１つ以上が、屈曲電気的接続部又は可撓性電気的接続部を含む。参照によって内容が完全に記述されているかのように本明細書に組み込まれている米国特許出願第１４／６７７，７３０号において示されているように、可撓性を可能にする為に、座屈されて屈曲した電気的接続部、即ち、屈曲電気的接続部又は可撓性電気的接続部が使用される。アクチュエータの製造は、市販の、又は他の標準的又は非標準的なＭＥＭＳ製造／加工技術、並びにＭＥＭＳプロセスフロー（トレンチ深堀り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）、酸化、ポリ充填、金属堆積、ＤＲＩＥ及びＲＩＥリリースを含む）を用いて行われてよい。本開示の屈曲電気的接続部は、動き制御屈曲部ではない為、最小限の剛性を有すると同時に導電性であるように設計されている。可撓性電気的接続部は、ＸＹの動きとＺの動きとを実現する為にＸ、Ｙ、Ｚの各方向に動くことが可能である。一例示的実施形態では、可撓性電気的接続部の３Ｄ図を示した。これらの接続部は、これらと結合される面の上方に湾曲することによって必要な可撓性を実現している。実施形態によっては、可撓性電気的接続部の一端がデバイスの可動部分に接続されており、他端がデバイスの固定部分に接続されている。この屈曲接続部は導電性である。実施形態によっては、この導電性は、シリコンなどの材料面に堆積された合金層によって与えられる。可撓性電気的接続部は、様々な実施形態では複合材料で形成されてよく、酸化物、シリコン、ポリシリコン、金属などのような複数の層を含んでよい。
実施形態によっては、ＸＹ面内アクチュエータの各櫛ドライブセクタは櫛のペアを含み、このペアは、固定スパインに取り付けられた固定フィンガの櫛と、可動スパインに取り付けられた可動フィンガの櫛とを含む。各フィンガペアにおいては、電気信号が印加されたときに力がなめらかに立ち上がるように、フィンガ先端同士がオーバラップしてよく（図５を参照）、例えば、１０〜５０μｍのオーバラップがあってよく、これに限定されない。
一実施形態では、Ｚ面外アクチュエータへのＭＥＭＳ面内ＸＹアクチュエータのマウントは、グルー又は他の方法で面内ＸＹアクチュエータの中心及び外枠をＺ面外アクチュエータに貼り付けることによって行われ、Ｚ面外アクチュエータは、ＰＣＢ又はセラミック回路基板のような回路基板に貼り付けられる。Ｚアクチュエータが利用されない実施形態などの様々な実施形態において、面内ＸＹアクチュエータは、回路基板に直接貼り付けられてもよい。ＸＹアクチュエータは、櫛ドライブセクタの外枠及び固定部分が回路基板に直接マウントされるように、マウントされてよい。ＸＹアクチュエータがＺアクチュエータ又は回路基板にマウントされると、中心固定部分及び外枠は同じ平面に固定される為、組み立て中にオフセットは不要である。これにより組立フローが簡略化される。
各櫛ドライブセクタにおいては、多数の櫛のペアがあってよい。実施形態によっては、１つの櫛ペアが中央スパインを有し、そのスパインに２つの側からフィンガが取り付けられる。各側のフィンガが、櫛スパインをそれぞれの面内方向に動かす。スパインの形状は、様々な実施形態において様々であってよく、多様且つ不規則であってよい。フィンガとスパインとの間の角度は様々であってよい。導電屈曲部を含む電気的接続部は、フィンガ櫛から可動プラットフォームへのルーティングを行い、その後、表面上のパターン及び３Ｄ可撓性屈曲部を介して、固定された外側固定バーへのルーティングを行う。様々な方位のフィンガ櫛が絶縁層によって電気的に切り離されており、絶縁層はＭＥＭＳプロセスにより堆積されている。各セクタのＸとＹの面内の動きを切り離すことで、動きの多様な組み合わせを実現することが可能である。
本開示の一実施形態では、パッケージは、セラミック回路基板と、圧電面外アクチュエータと、圧電面外アクチュエータの上にマウントされたＭＥＭＳ面内アクチュエータと、ＭＥＭＳ面内アクチュエータの上にマウントされた光電子デバイスと、窓を有するカバーと、を含む。一実施形態では、電気信号がアクチュエーションビームに印加されると、面内Ｚアクチュエータが変形して、光電子デバイスを並進及び回転によって面外に動かす。更なる実施形態では、ＭＥＭＳ静電面内アクチュエータ、及び圧電アクチュエータであってよい面外Ｚアクチュエータの様々な構成を利用して、更なる動きを実現する。他の様々な小型アクチュエータを使用して、６自由度もの様々なタイプの動きを実現することが可能である。
圧電面外Ｚアクチュエータの様々な実施形態を開示している。本開示のパッケージング方法は、面外Ｚ圧電アクチュエータが、光電子デバイスのマスと面内アクチュエータの可動マスとを面外方向に動かす機能性を保証する。本方法により、圧電アクチュエータのペイロード要件が軽減され、それによって、アクチュエータ内の限られた空間でのアクチュエーションビーム及び電気的接続屈曲部の設計の柔軟性を高めることが可能になる。２種類のビーム（アクチュエーションビーム及び電気的接続屈曲ビーム）により、Ｚ方向での必要な可撓性、並びに他の方向での高剛性が実現されている。
実施形態によっては、圧電面外Ｚアクチュエータは、ペイロードに取り付けられる１つ以上の中央ステージと、アクチュエータを固定する外枠と、中間ステージと、１つ以上のアクチュエーションビームと、導電屈曲部とを含む。中間ステージは複数個あってよく、これらは、アクチュエーションビームと導電屈曲部とを同じレベルでつなぐように働く。アクチュエーションビーム及び電気的接続屈曲ビームは、剛性要件を満たすように設計されており、剛性要件は、例えば、移動方向の剛性は低めでなければならないが、他の方向の剛性は格段に高くなければならないというものである。力要件及び電気的接続要件を満たす為に、各レベルにおけるアクチュエーションビーム及び導電屈曲部の数は様々であってよい。アクチュエーションビームは、電気信号が有極ＰＺＴ材料にかけられたときに変形することにより、必要な変形を実現する。アクチュエータの形状は、様々な実施形態において様々である。
本開示の別の態様では、下面圧電面外Ｚアクチュエータの様々な電気的接続方法を開示している。実施形態によっては、面外Ｚアクチュエータは、面内ＭＥＭＳアクチュエータの穴を通る電気的接続部を含んでよい。穴の中の導電エポキシ、銀ペースト、又は電気めっき銅で圧電面外Ｚアクチュエータと面内ＭＥＭＳアクチュエータとを電気的に接続することが可能であるが、別の実施形態では別の導電接続方法が使用される。
本開示の別の態様では、パッケージアセンブリの全体フローシーケンスを提供している。このパッケージングシーケンスは、２つのアクチュエータを組み合わせて、様々な実施形態によるパッケージにする方法を提供する。このパッケージ方法は、機械的側面及び電気的側面の要件を満たす。
本発明は、以下の詳細説明を添付図面と併せて読むことにより、最もよく理解される。一般的な慣行として、本図面における様々な形状は縮尺が必ずしも正しくないことに注意されたい。逆に、様々な形状の寸法は、分かりやすくする為に任意に伸長又は短縮されている場合がある。本明細書及び図面の全体を通して、類似の参照符号は類似の要素を表す。
図面は、説明のみを目的として提供しており、本開示の典型的又は例示的な実施形態を示しているに過ぎない。図面については「発明を実施するための形態」において詳述しており、以下の各例は、本開示技術に対する読み手の理解を容易にする為のものであって、包括的であること、又は本開示を開示の形態に厳密に限定することを意図していない。当然のことながら、本開示は修正又は改変されて実施されてよく、そのような修正及び改変ば特許請求の範囲の１つ以上のクレームでカバーされており、本開示は、特許請求の範囲及びその等価物によってのみ限定されてよい。分かりやすさ、及び説明しやすさの為に、これらの図面の縮尺は必ずしも正しくない。
本開示の様々な実施形態によるパッケージの、カバーがない斜視図である。 本開示の様々な実施形態による、光電子デバイスを有する面内アクチュエータの平面図である。 本開示の様々な実施形態による、光電子デバイスを有する面内アクチュエータの斜視図である。 本開示の様々な実施形態による面内アクチュエータの上面図である。 本開示の様々な実施形態による櫛ドライブセクタの上面図である。 本開示の様々な実施形態による櫛ペアの平面図である。 本開示の様々な実施形態による櫛ペアのフィンガの上面図である。 本開示の様々な実施形態による、面内アクチュエータと面外アクチュエータとの組み合わせの２Ｄ上面図である。 本開示の様々な実施形態による、図７Ａに示されたような面内アクチュエータと面外アクチュエータとの組み合わせの斜視背面図である。 本開示の様々な実施形態による面外アクチュエータを示す図である。 本開示の様々な実施形態による２アクチュエータパッケージの断面図である。 本開示の様々な実施形態による２アクチュエータパッケージの拡大断面図である。 本開示の様々な実施形態による、変形している面外Ｚアクチュエータと、面内アクチュエータとの断面図である。 乃至 本開示の様々な実施形態による圧電アクチュエータのアクチュエーションビームの、それぞれ、断面図及び上面図である。 本開示の様々な実施形態による、面内自由度及び面外自由度におけるプラットフォームを含むパッケージの組立フロー図である。
本開示は、電気的接続を有するプラットフォームを動かす（即ち、アクチュエートする）システム、方法、及び装置の様々な実施形態を対象とし、これらのパッケージングを含む。以下、本明細書では、本開示のシステム、方法、及び装置の幾つかの例示的実施形態について詳細に説明する。当業者であれば、本明細書、図面、実施例、及び特許請求の範囲を吟味することにより、本開示の他の特徴、目的、及び利点が明らかになるであろう。そのような他のあらゆるシステム、方法、装置、特徴、及び利点など（これらに対する修正を含む）が本明細書に包含されるものとし、本開示の範囲内にあるものとし、添付の特許請求の範囲のうちの１つ以上のクレームによって保護されるものとする。
本明細書において詳述する実施形態によれば、アクチュエータ（そのパッケージングを含む）は、様々な装置や環境で使用されてよく、例えば、ポータブル電子装置、小型カメラ、光通信用部品、医療機器などにおいて使用されてよい。アクチュエータは、光電子デバイスをそれらの環境内で位置決めするように働く。本開示のアクチュエータの特徴は、全般的には、低電力消費を達成し、非常に小型であってスペースの犠牲を最小限に抑えながら、これらの様々な実施形態において多自由度のプラットフォームを高精度で動かしたり位置決めしたりすることを可能にすることである。
ここで図面を参照すると、図１は、本開示の様々な実施形態による、カバーがない状態で示されたパッケージ１０の３Ｄ斜視図を示す。パッケージ１０は、セラミック又は通常の回路基板１２と、接点パッド１４と、ドライバ１１と、電子部品１３と、可撓性回路２０と、コネクタ２１と、面内アクチュエータパッケージ１５（面内ＭＥＭＳアクチュエータを含む）と、光電子デバイス１５４と、面外アクチュエータ１６０（これは面内アクチュエータ１５の下に配置される）と、を含む。回路基板１２は、実施形態によっては、プリント回路基板（ＰＣＢ）であってよい。光電子デバイス１５４は、様々な実施形態においてイメージセンサ、レンズ、ディスプレイなどのデバイスであってよい。電子部品１３は、任意の様々な電子部品や電子デバイス、或いは半導体部品や半導体デバイスを表していてよい。可撓性回路２０は可撓性回路基板又は他の可撓性回路であってよく、コネクタ２１は、パッケージ１０の部品と外部との間の接続を与える。
様々な実施形態においてスペースの犠牲を最小限に抑える為に、回路基板の凹部の内側に２つのアクチュエータがコンパクトに詰め込まれている。回路基板１２の開口部又は凹部は、様々な実施形態において深さが様々であってよく、実施形態によっては、アクチュエータを回路基板１２に接合する為にエポキシが使用される。実施形態によっては、記載される部品は、様々なエポキシや他の接着剤により、回路基板の上面に接合されてよい。ＭＥＭＳアクチュエータ、即ち、面内ＭＥＭＳアクチュエータ１５０の外枠上に接点パッドがあり、回路基板１２上にも接点パッドがある。回路基板上の接点パッド１４は、ＭＥＭＳ面内アクチュエータパッケージ１５上のパッドに対応してよい。面内アクチュエータパッケージ１５は、後述する静電櫛ドライブアクチュエータであってよく、面外アクチュエータ１６０は圧電アクチュエータであってよいが、別の実施形態では別のタイプのアクチュエータや別のアクチュエータ配列が使用される。パッケージ１０では２つのアクチュエータが組み合わされてよい。実施形態によっては、長期開発のコストを節約する為に、面外アクチュエータ１６０と面内アクチュエータパッケージ１５とがＭＥＭＳ加工作業により同時に組み立てられる（即ち、同じシーケンスの加工作業で組み立てられる）。図示した実施形態では、２つのアクチュエータ、即ち、面内アクチュエータパッケージ１５及び面外アクチュエータ１６０を示しているが、別の実施形態では更に多くのアクチュエータが使用されてよく、組み立てられたパッケージの様々な場所に他の部品が含まれてよい。
図２Ａに示すように、面内アクチュエータパッケージ１５は、取り付けられた光電子デバイス１５４と、面内ＭＥＭＳアクチュエータ１５０とを含む。面内ＭＥＭＳアクチュエータ１５０は、外枠１５１と、屈曲電気的接続部１５２と、ペイロードを取り付ける為のプラットフォーム１５３と、取り付けられた光電子デバイス１５４と、アクチュエーションセクタ（図３に示す櫛ドライブセクタ１５５）とを含む。光電子デバイス１５４は、面内ＭＥＭＳアクチュエータ１５０のプラットフォーム１５３に貼り付けられ、この貼り付けは、グルー又は他の様々な接着剤、又は他の材料と、共晶接合などの接合方法とによって行われてよい。様々なグルーやエポキシが使用されてよい。別の実施形態では、別のデバイスがアクチュエートされてよく、面内ＭＥＭＳアクチュエータ１５０のプラットフォーム１５３に結合されてよい。
図２Ｂに示すように、面内ＭＥＭＳアクチュエータ１５０の屈曲（即ち、可撓性）電気的接続部１５２は、上方に湾曲して座屈することによって必要な可撓性を達成している。図示した実施形態では、可撓性電気的接続部１５２は、一端が、可動部分であるプラットフォーム１５３に取り付けられており、他端が、固定部分である外枠１５１に取り付けられる。可撓性電気的接続部１５２は、面内ＭＥＭＳアクチュエータ１５０の平面、即ち、上面の上方に延びて、面内ＭＥＭＳアクチュエータ１５０の、水平方向に離れている部品同士を導電結合する導電ワイヤである。可撓性電気的接続部１５２は、光電子デバイス１５４及び面内ＭＥＭＳアクチュエータ１５０のアクチュエーション領域から外側回路基板１２まで電気信号を伝達する。外枠１５１は、エポキシ又は他の様々な適切な材料又は器具を使用して、（図１に示した）回路基板１２に貼り付けられてよい。
図３は、本開示の様々な実施形態による面内アクチュエータの上面図である。図３は、面内ＭＥＭＳアクチュエータ１５０の詳細を示している。外枠１５１は４本のバー１５１ａを含み、これらは、詳細には間隔を置いて配置されているように示されているが、バー１５１ａ同士は、ラッチ又は他の方法で互いに接合されており、これが、図２に示したような、様々な実施形態における外枠１５１になっている。又、実施形態によっては、バー１５１ａ同士が互いに接合されない。外枠１５１上に多数の接点パッド１５６があり、これらは可撓性電気的接続部１５２の一端に接続される。プラットフォーム１５３は多数の接点パッド１５７を含み、これらも可撓性電気的接続部１５２の他端に接続される。光電子デバイス１５４（図３には示さず）上の接点パッドは、対応するパッド１５７に結合されてよく、この結合は、従来のＣＯＢ法、導電エポキシ、銀ペースト、又はＭＥＭＳ接合方法で行われるが、別の実施形態では別の適切な接合方法が使用される。
図３に示すように、櫛ドライブセクタ１５５は、プラットフォーム１５３の内側に配置されたアクチュエーションセクタである。櫛ドライブセクタ１５５は、同一平面内に配置され、側面がプラットフォーム１５３で囲まれている。面内ＭＥＭＳアクチュエータ１５０は、複数の櫛ドライブセクタ１５５を含む。各櫛ドライブセクタ１５５は、可動部分と固定部分とを含み、カンチレバ１５５２に結合されており、カンチレバ１５５２は更にプラットフォーム１５３に接続されている。図３に示したプラットフォーム１５３の内側には４つの櫛ドライブセクタ１５５があるが、別の実施形態ではこれ以外の個数の櫛ドライブセクタが使用される。図示した実施形態では、櫛ドライブセクタ１５５は、ＭＥＭＳアクチュエータ１５０の中心の周囲に規則正しく配置されている。櫛ドライブセンサ１５５の形状は、有利なことに矩形であってよい。別の実施形態では別の配列及び形状が使用されてよい。図３に示した可撓性電気的接続部１５２の湾曲形状は、説明の為に与えられており、形状の一例を示しているが、別の実施形態では他の様々な形状の電気的接続部１５２が使用される。図３に示すように、各櫛ドライブセクタ１５５は、１つの長いカンチレバ１５５２とつながることで、カンチレバ１５５２を経由して櫛フィンガの動きからプラットフォームの動きへの動き変換を行う。カンチレバ１５５２は、一端がプラットフォーム１５３に取り付けられ、他端が櫛ドライブセクタ１５５に取り付けられて、櫛ドライブセクタ１５５から、光電子デバイスが接合されたプラットフォーム１５３への動き変換を行う。様々な実施形態においてカンチレバ１５５２の個数と櫛ドライブセクタ１５５の個数とが一致する。従って、カンチレバ１５５２は動き伝達カンチレバ１５５２と呼ばれてよい。
図４は、本開示の様々な実施形態による櫛ドライブセクタ１５５の態様の上面図を示す。各櫛ドライブセクタ１５５は、櫛ドライブの外側に配置された動き制御カンチレバ１５５１と、可動枠１５５４と、可動スパイン１５５３と、固定スパイン１５５７と、固定枠１５５６（これは組立時に回路基板に貼り付けられてよい）と、長い動き伝達カンチレバ１５５２（一端が可動枠１５５４に接続され、他端が可動プラットフォーム１５３に接続されている）とを含む。櫛ドライブセクタ１５５は、固定部材と可動部材とを含み、固定部材は、固定枠１５５６と、固定枠１５５６に垂直な複数の固定スパイン１５５７とを含み、可動部材は、可動枠１５５４と、可動枠１５５４に垂直な複数の可動スパイン１５５３とを含む。動き伝達カンチレバ１５５２は、１つの並進及び回転の自由度においてはより可撓であるが、他の自由度においては非常に堅く、これは、カンチレバ１５５２が異なる動きモードを切り離せるようにする為、即ち、所望の方向に動いてＸＹ間の干渉をなくせるようにする為である。可動スパイン１５５３及び固定スパイン１５５７はともに、図５及び６に示すように、必要な動きを実現する為の多数のフィンガが取り付けられている。可動スパイン１５５３及び固定スパイン１５５７のそれぞれには、様々な数のフィンガが関連付けられて（即ち、結合されて）よい。様々な実施形態では、各櫛ドライブセクタ１５５は、櫛ドライブセクタ１５５の２つの側面に離されて配置された２つの動き制御カンチレバ１５５１を含む。様々な実施形態では、各カンチレバ１５５１は、一端が可動枠１５５４に取り付けられており、他端が固定枠１５５６に取り付けられている。この配列により、櫛フィンガ同士が弧状の動きを最小限に抑えて平行に動くことが有利に可能となる。
図５は、本開示の様々な実施形態による櫛ドライブセクタ１５５の櫛ペアの平面図を示す。櫛ドライブセクタの各櫛ペアは、２列の可動フィンガと２列の固定フィンガとを含む。図５に示すように、固定スパイン１５５７は、一方の側で１列のフィンガ１５５７１に取り付けられており、他方の側で１列のフィンガ１５５７２に取り付けられている。フィンガ１５５７１及び１５５７２は固定フィンガである。可動スパイン１５５３は、固定フィンガ列１５５７１とペアを組む１列のフィンガ１５５７３と、固定フィンガ列１５５７２とペアを組む１列のフィンガ１５５７４とを有する。フィンガ１５５７３及び１５５７４は可動フィンガである。フィンガ１５５７１、１５５７２、１５５７３、及び１５５７４、又はフィンガ１５５７１、１５５７２、１５５７３、及び１５５７４の少なくとも各中心軸は全てが互いに平行であり、それらが結合されているそれぞれのスパインに略垂直であるが、別の実施形態では別の配列及び様々な角度が使用される。これらのフィンガは、実施形態によっては長さ全体にわたって幅が一定であり、実施形態によっては先細である。幾つかの構成によれば、フィンガペア１５５７３の各フィンガは、電気信号が印加されると＋Ｘ方向に平行に動き、フィンガペア１５５７４の各フィンガは、電気信号が印加されると−Ｘ方向に平行に動く。
フィンガ１５５７１、１５５７２、１５５７３、及び１５５７４は、櫛構造の歯と呼ばれることもある。
図６は、本開示の幾つかの実施形態によるフィンガペアの平面図を示す。固定スパイン１５５７は、可動スパイン１５５３と平行である。フィンガ１５５７２とフィンガ１５５７４のペアは、オーバラップ領域１５５７５において距離１５５７６だけオーバラップしており、この距離は、実施形態によっては約１０〜５０ミクロンであってよいが、別の実施形態では別の距離が使用されてよい。図に示すように、オーバラップ領域１５５７５は、フィンガ１５５７２の端部がフィンガ１５５７４の端部を通り過ぎて延びる距離１５５７６を表す。フィンガ１５５７２とフィンガ１５５７４は同じ平面内にある。フィンガ１５５７２の端部とフィンガ１５５７４の端部は、フィンガ１５５７２の隣接する端部がフィンガ１５５７４の隣接する端部の間に入るオーバラップ領域１５５７５を形成する。オーバラップ領域１５５７５では、第１のフィンガ１５５７２と第２のフィンガ１５５７４とが、それぞれの端部同士が交互に並ぶように配列されている。実施形態によっては、フィンガは先細になっている。即ち、フィンガの先端は、フィンガが可動スパイン１５５３又は固定スパイン１５５７に接合されている場所より狭くなっている。先細の度合いは様々であってよい。オーバラップ領域１５５７５によって与えられるフィンガ同士のオーバラップにより、電圧又は電荷量が増大する際に十分な初期アクチュエーション力が確実に得られ、これにより、アクチュエータは、急にジャンプすることなく、電圧対移動量のプロットどおりに徐々に動くことが可能になる。フィンガ高さは、ＭＥＭＳ組立工程の様々な側面、並びに設計の様々な側面によって決定されてよい。様々なフィンガ長さ１５５７９、フィンガギャップオーバラップ１５５７５の距離１５５７６、フィンガギャップ（隣接するフィンガ同士の間隙）、及びフィンガ先細角度が、様々な実施形態において使用され、様々な設計要因、用途の検討、及び製造性の検討によって決定されてよい。フィンガ長さ１５５７９、フィンガギャップオーバラップ１５５７５の距離１５５７６、フィンガギャップ（隣接するフィンガ同士の間隙）、及びフィンガ先細角度を最適化することにより、限られた電圧範囲で必要な移動量が達成される。実施形態によっては、それぞれのスパインに取り付けられたフィンガ（例えば、可動スパイン１５５３に取り付けられたフィンガ１５５７４）のそれぞれが、同じ長さ１５５７９であり、互いに平行に配列されて矩形形状を形成する。
図７Ａ及び７Ｂは、本開示の様々な実施形態による、面内アクチュエータと面外アクチュエータとの組み合わせの一実施形態の、それぞれ、上面図及び下面図を示す。面内ＭＥＭＳアクチュエータ１５０と面外アクチュエータ１６０は、面内ＭＥＭＳアクチュエータ１５０の櫛ドライブセクタ１５５の中心において、更には面内ＭＥＭＳアクチュエータ１５０の外枠１５１において、互いに接続されている。中央部分では、面外アクチュエータ１６０の中央ステージ１６８が、面内ＭＥＭＳアクチュエータ１５０の（既に詳細に示した）櫛ドライブセクタ１５５に取り付けられている。カンチレバ１５５２は前述のとおりである。面外アクチュエータ１６０が放射方向に堅く、且つ、面外アクチュエータ１６０が中央において櫛ドライブセクタ１５５に接合されていることから、面外アクチュエータ１６０は、面内アクチュエータ１５０が面内で動いているときに面内の動きを発生させたり与えたりすることはない。様々な実施形態では、アクチュエータ１５０は、面外方向には非常に堅く、動きにくい。従って、面内アクチュエータ１５０は、面外アクチュエータ１６０が動いているときに面外の動きを与えることはない。
図７Ａ及び７Ｂに示すように、可撓性電気的接続部１５２は、この実施形態ではアクチュエータ１５０内で電気信号を通し、更に、様々な実施形態では、電気信号の、面外アクチュエータ１６０へのルーティングを行う。可撓性電気的接続部１５２は、剛性が非常に低いように設計されてよく、可撓性電気的接続部１５２は、電気部品同士が導電結合されるように、高い導電率を有する。可撓性電気的接続部１５２は、Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向に動くことにより、ＸＹアクチュエータ及びＺアクチュエータの要件を満たすことが可能である。可撓性電気的接続部１５２は、図２Ｂに示したように、上方に湾曲することによって必要な可撓性を達成している。可撓性電気的接続部１５２は導電率が高い。様々な実施形態では、可撓性電気的接続部１５２は、ポリシリコン、シリコン酸化物、シリコンなどの適切な半導体面の上に配置される合金層で形成される。可撓性電気的接続部１５２の材料は、複合材料であってよく、複数の層を含んでよく、これらの層は、酸化物、シリコン、ポリシリコン、アルミニウム、銅、及び金属を含み、これらに限定されない。
図８は、本開示の様々な実施形態による面外アクチュエータ１６０の上面斜視図を示す。面外アクチュエータ１６０は、実施形態によっては圧電アクチュエータであるが、別の実施形態では別のアクチュエータが使用される。面外アクチュエータ１６０は、複数の方向のアクチュエーションを行うものであり、この方向は、面外アクチュエータ１６０の平面に垂直な方向、即ち、面外アクチュエータ１６０のＸＹ平面に対するＺ方向の方向を含む。面外アクチュエータ１６０は、ペイロード、即ち、アクチュエートされる光電子デバイス又は他の光学デバイス又は電子デバイスが取り付けられる中央ステージ１６８を含む。面外アクチュエータ１６０は更に、アクチュエータを固定する外枠１６１と、中間ステージ１６３及び１６４と、アクチュエーションビーム１６２、１６５、及び１６７と、導電屈曲部１６４とを含む。図示した実施形態では中央ステージ１６８は楕円形であるが、別の実施形態では別の形状が使用される。アクチュエーションビーム１６２、１６５、及び１６７は、中央ステージ１６８と、中間ステージ１６３及び１６６と、外枠１６１とをつないでいる。様々な配列及び構成が用いられてよい。図示した実施形態において見られるように、中央ステージ１６８は、均等な間隔の中間ステージ１６３及び１６６によって有利に同心円状に囲まれてよいが、別の実施形態では別の配列が使用される。中間ステージ１６３及び１６６は、概ね図示したとおりであってよく、即ち、略円形又は略楕円形であってよいが、別の実施形態では別の形状であってよく、中間ステージ１６３及び１６６は、アクチュエーションビーム１６２及び導電屈曲部１６４と同じレベルにある部品同士を接続するように働く。面外Ｚアクチュエータ１６０の中央ステージ１６８のＺ（面外）の動きは、アクチュエーションビーム１６２、１６５、及び１６７の変形によって生成され、これらのアクチュエーションビームは、電気信号に対する応答として偏向するような圧電（「ＰＺＴ」）材料又は他の適切な材料で形成されてよい。アクチュエーションビーム１６２及び導電屈曲部１６４は、様々な剛性要件を満たすように有利に設計されてよい。これらは、移動方向（Ｚ方向）には有利に軟質、即ち、可撓又は他の形で変形可能であってよく、他の方向には有利に非常に堅くてよい。各アクチュエーションセクションは、様々な数のアクチュエーションビーム１６２及び導電屈曲部１６４を含んでよい。アクチュエーションビーム１６２及び導電屈曲部１６４の各レベルにおける数が様々であることによって、力要件及び電気的接続要件を満たすことが可能である。アクチュエーションビーム１６２、１６５、及び１６７は、面外方向の動きを可能にするカンチレバ又はヒンジを含む。ＰＺＴ材料を使用することにより、電気信号が印加されたときに所望の変形を実現することが可能である。アクチュエーションビーム１６２や導電屈曲部１６４などの支持ビームは、電気的ルーティングの為の金属層を含んでよい。導電屈曲部１６４は、様々な実施形態では、カンチレバ又はヒンジと金属層とを含んでよい。導電屈曲部１６４は、様々な実施形態では、中間ステージ１６３と１６６との間、且つ／又は中間ステージ１６６と中央ステージ１６８との間に配置されてよい。
図８に示すように、中央ステージ１６８は、様々な実施形態では、中央ステージ部分１６８ａ及び１６８ｂのように２つ以上の別々の断片に分離されてよい。これは、中間ステージ１６３及び１６６についても同様であってよい。分離されたステージ１６８の１つの部分１６８ａ又は１６８ｂに接続されたアクチュエーションビームに電気信号が印加されると、中央ステージ１６８のうちのこの部分が面外に動いてロール又はピッチを実現する。実施形態によっては、面外アクチュエータ１６０は、別々に可動な２つの中央ステージ部分１６８ａ及び１６８ｂと、それらの中央ステージ断片を囲む中間ステージ１６３、１６６と、中央ステージ部分１６８ａ及び１６８ｂのうちの少なくとも一方を中間ステージ１６３、１６６に接続するアクチュエーションビーム１６２、１６５、１６７とを含む。アクチュエーションビーム１６２、１６５、１６７は、変形可能であり、中央ステージ部分１６８ａ、１６８ｂに面外動きを与える。部分１６８ａ及び１６８ｂは、関連するアクチュエーションビーム１６２、１６５、又は１６７が変形することによって別々に可動であることが可能である。別の実施形態では、面外アクチュエータ１６０は、３つ以上の別々に可動な中央ステージ部分を含む。別々に可動な中央ステージ部分の形状は、様々な実施形態において様々である。
図９Ａは、本開示の様々な実施形態による２アクチュエータパッケージの断面図を示す。面外アクチュエータ１６０は、エポキシ１８又は他の適切な接着剤、或いは他の結合手段により、外枠１６１において回路基板１２に接合されている。回路基板１２は、様々な実施形態においてパッケージ１００の一部をなす。面内ＭＥＭＳアクチュエータ１５０は、面外Ｚ方向アクチュエータ１６０上に配置され、外枠１６１と、面外アクチュエータ１６０の中央ステージ１６８とに接合されている。光電子デバイス１５４は、面内アクチュエータ１５０の上に配置されている。ガラス窓１９９を有するホルダ１９が回路基板１２の上に配置されている。光電子デバイス１５４からＭＥＭＳ面内アクチュエータ１５０のプラットフォーム１５３への電気的接続部１５８は、標準的なＣＯＢワイヤボンディングプロセスによって、又は導電性のエポキシ又はペーストによって、又はＭＥＭＳボンディングプロセスによって、又は他の適切なボンディング手段によって実現されてよい。ＭＥＭＳ面内アクチュエータ１５０の外枠１５１からＰＣＢ１２のパッド１４への電気的接続部１５９については、様々な実施形態において、有利なことに、標準的なＣＯＢワイヤボンディングプロセスと同じプロセスが使用されてよい。図９Ａは、面内アクチュエータ１６０と面外アクチュエータ１５０とパッケージ１００の他の部品との組み合わせを示している。他の様々な実施形態では、面外アクチュエータ１６０が使用されない。そのような実施形態では、面内アクチュエータ１５０が、ＰＣＢ又はセラミック回路基板であってよい回路基板１２に直接マウントされてよく、これは、グルー又は他の方法で櫛ドライブセクタ１５５の固定櫛ドライブ枠１５５６（図４を参照）及び外枠１５１を回路基板１２に貼り付けることによって行われる。櫛ドライブ枠１５５６及び外枠１５１は、実施形態によっては、面外オフセットが全くない状態で回路基板に直接マウントされてよい。
図９Ａ及び９Ｂに示すところによれば、面外アクチュエータ１６０はパッケージ１００の外側の部品と電気的に結合されてよく、これは、面内ＭＥＭＳアクチュエータ１５０内に形成された穴１６９１及び１６９３の中に配置された導電性のエポキシ又はペーストを通して行われ、又、面内ＭＥＭＳアクチュエータ１５０の可撓性電気的接続部１５２を通しても行われる。
図９Ｂは、本開示の様々な実施形態による２アクチュエータパッケージの一部分の拡大断面図を示す。様々な実施形態では、面外アクチュエータ１６０の電気経路／信号は、導電屈曲部１６４（図８を参照）を通るか、アクチュエーションビーム１６２、１６５、及び１６７を通って、接点１６９２を通って、回路基板１２（図９Ｂには示さず）に接触することが可能である。電気信号は、充填された穴１６９１及び１６９３を通って面内アクチュエータ１５０を通り抜けることも可能である。導電エポキシ、銀ペースト、又は電気めっきにより、穴１６９１、１６９３の充填又はコーティングを行うことにより、導通を実現することが可能である。電気信号は、面外アクチュエータ１６０から可撓性電気的接続部１５２を通って外側に出る。
図１０は、本開示の様々な実施形態による、変形した面外「Ｚ」アクチュエータ１６０及び面内アクチュエータ１５０の一部分の断面図を示す。電気信号がアクチュエーションビーム１６２、１６５、及び１６７に印加されたときに、変形した面外Ｚアクチュエータ１６０は光電子デバイス１５４を動かす。光電子デバイス１５４は、面内アクチュエータ１５０に結合されていて、面外「Ｚ」アクチュエータ１６０の面外の中央ステージ１６８にも少なくとも結合されている。本開示のパッケージは、面外Ｚアクチュエータ１６０が光電子デバイス１５４のマスと面内アクチュエータの可動マスとを動かすことを可能とするものである。実施形態によっては、面外Ｚアクチュエータ１６０は圧電アクチュエータである。本開示のアクチュエータ配列により、圧電アクチュエータ（面外Ｚアクチュエータ１６０）のペイロード要件が軽減され、アクチュエータ内のアクチュエーションビーム及び電気的接続屈曲部の設計の柔軟性を高めることが可能になる。上述の各ビームは、Ｚ方向で必要な可撓性を実現し、他の方向で堅さ（即ち、動きに対する抵抗）を実現する為に、組み合わせて設計される。アクチュエータの様々な部品の形状は、様々な実施形態において様々である。
図１０に示すように、可撓性電気的接続部１５２が可撓であることにより、面内アクチュエータ１５０の様々な部分同士の互いに対する所望の動きが可能になり、又、面外Ｚアクチュエータ１６０の可撓性及びロバストネスの要件が満たされる。可撓性電気的接続部１５２は、有利なことに、あらゆる並進自由度で動く。２つのアクチュエータ、即ち、面内アクチュエータ１５０及び面外Ｚアクチュエータ１６０は、様々な実施形態において、中央ステージ１６８及び外枠１６１で互いに接合されているが、エポキシ又は他のボンディング材料１７など、他のボンディング箇所が使用されてもよい。
面外アクチュエータ１６０のＺ（面外）の動きは、少なくとも部分的には、アクチュエーションビーム１６２、１６５、及び１６７の変形によって生成される。図１１Ａの拡大図においてより明確に示すように、電気信号が有極圧電（ＰＺＴ）材料に印加されると、アクチュエーションビーム１６２が変形する。分極の様々なパターン及び特性を有する様々な適切なＰＺＴ材料を使用することにより、様々な実施形態において変形を実現することが可能である。アクチュエーションビーム１６５及び１６７もアクチュエーションビーム１６２と同様に変形するが、図１１Ａには示していない。実施形態によっては、アクチュエーションビーム１６２は、上部材料１６２２及び下部材料１６２１で形成されるような複合材料であり、様々な材料を組み合わせて使用することにより、所望の圧電効果を発生させることが可能である。様々な適切な材料が使用されてよい。アクチュエーションビーム１６２は、剛性及び可撓性の様々な要件を満たすだけの可撓性を有する。
図１１Ｂは、複合材料であるアクチュエーションビーム１６２の上面図を示す。上部材料１６２２が下部材料１６２１の上に配置されている。図１１Ａ及び１１Ｂに示すところによれば、幾つかの場所では下部材料１６２１が上部材料１６２２で覆われており、下部材料１６２１の他の部分１６２３には上部材料１６２２がない。従って、下部材料１６２１が連続層であるのに対し、上部材料１６２２は不連続層である。所望の圧電効果を発生させる為に、様々な材料が様々な配列で使用されてよい。
更なる実施形態では、更なる自由度を実現する為にＭＥＭＳ静電アクチュエータと圧電アクチュエータとの様々な構成が利用されてよい。この自由度を実現する為に別の小型アクチュエータが使用されてもよい。
図１２は、本開示の様々な実施形態による、プラットフォームを複数の面内自由度及び面外自由度で動かす為のアセンブリ／パッケージの組立フロー図である。別の実施形態では、面内アクチュエータを有する様々な開示されたパッケージ実施形態、並びに面内アクチュエータ及び面外アクチュエータの両方を有する様々な開示されたパッケージ実施形態を形成する別の方法が使用される。
組立フローの第１のステップ１０１で、面外アクチュエータ１６０の外枠１６１を接合する為に、回路基板１２の開口部にエポキシを塗布する。別の実施形態では、別の適切なグルー又は他の接着剤が使用される。回路基板１２は様々な深さの開口部又は凹部を有してよく、実施形態によっては、エポキシは、プリント回路基板（ＰＣＢ）であってよい回路基板１２の上面に塗布される。面外アクチュエータ１６０は、Ｚ圧電アクチュエータであってよく、ステップ１０２で回路基板に直接又は間接的にマウントされる。これは、実施形態によっては、Ｚ圧電アクチュエータ１６０とＰＣＢなどの回路基板１２との間に更に部品が配置されてよい為である。硬化後、面外アクチュエータ１６０の外枠１６１は、ＰＣＢなどの回路基板１２に接合される。外枠１６１はシリコン材料であってよく、これは、セラミック回路基板に匹敵する適合熱膨張係数を有する。外枠１６１は別の材料で形成されてよく、外枠１６１が別の材料で形成される場合は、熱膨張のミスマッチがあってもこれを補償する為に屈曲外枠１６１が使用されてよい。
面外アクチュエータの組み立て後、ステップ１０３で、面外アクチュエータ１６０の中央ステージ１６８及び外枠１６１にエポキシを塗布する。別の実施形態では、別の適切なグルー又は他の接着剤が使用されてよい。ステップ１０４で、面外アクチュエータ１６０の上にＭＥＭＳ面内アクチュエータ１５０を配置する。その後、エポキシを硬化させることが可能である。ＭＥＭＳ面内アクチュエータ１５０を面外アクチュエータ１６０に接合する為に、様々な硬化条件や別の方法が用いられてよい。
硬化する実施形態では、硬化後に、面内アクチュエータ１５０がＰＣＢ上のアクチュエータ１６０と接合される。アクチュエータ１６０は、上述のように、面内アクチュエータ１５０を通り抜ける導電パターンを有してよい。ステップＳ１０５で、面内（「ＸＹ」）アクチュエータ１５０上の関連付けられた穴に、面外アクチュエータ１６０につながって電気的に結合される為の導電エポキシ又は同様の材料が与えられる。その後に硬化がある。
ステップ１０６で、プラットフォーム１５３のボンディング箇所に熱エポキシ又は別の適切な接着剤を塗布し、次にステップ１０７で、光電子デバイス１５４を面内ＭＥＭＳアクチュエータ１５０に接合する。様々な適切なエポキシ又は他の接着剤が使用されてよい。
硬化すると光電子デバイス１５４が面内アクチュエータ１５０に貼り付けられ、ステップ１０８で、標準的なＣＯＢプロセス又は他の適切な方法により、電気的接続１５８及び１５９を完結させる。ステップ１０９で、接合のロバストネスを確保する為に、電気的接合箇所に保護エポキシを塗布する。別の実施形態では別の保護材料が使用される。
光電子デバイス１５４上に粒子がある場合は、任意選択のステップ１０１０で光電子デバイス１５４を振動させることにより、粒子を除去することが可能である。最後の組立ステップ１０１１では、窓１９を有するホルダを回路基板１２にマウントする。
全般的には、本明細書に記載の方法の様々な操作は、本明細書に記載の、それぞれが構成要素及び副構成要素を有する様々なシステム及び／又は装置の構成要素又は機能を用いて実施されてよく、或いはそれらの構成要素又は機能に関係してよい。
場合によっては、「１つ以上の」、「少なくとも」、「但し〜に限定されない」などの拡大語句、又は他の同様の語句の存在は、そのような拡大語句がなかった場合に、より狭い事例が意図されているか必要とされているように解釈されるべきではない。
更に、本明細書において説明される様々な実施形態は、図面、ブロック図、フローチャートなどの図解に関して説明される。当業者であれば本文書を読むことによって明らかになるように、例示された実施形態及びそれらの様々な代替形態は、説明された実施例に限定されることなく実施可能である。例えば、ブロック図及びそれらに付随する説明は、特定のアーキテクチャ又は構成に限定されるものとして解釈されるべきではない。
ここまで本開示の様々な実施形態を説明してきたが、当然のことながら、それらは、限定ではなく例としてのみ示したものである。同様に、様々な図によって本開示についての例示的なアーキテクチャ構成又は他の構成を示している場合があるが、これらは、本開示に包含されうる特徴及び機能性の理解を支援する為に示している。本開示は、説明したアーキテクチャ例又は構成例に限定されず、所望の特徴は様々な代替のアーキテクチャ及び機能を用いて実施されうる。実際、本開示の所望の特徴を実施する為にどのような代替の機能的、論理的、又は物理的な区分化及び構成が実施可能であるかは、当業者であれば明らかであろう。更に、フロー図、操作説明、及び方法クレームに関しては、本明細書に示したステップの順序は、別段に記述しない限りは、様々な実施形態が記載の機能性を同じ順序で実行するように実施されるよう命じるものではない。
様々な例示的な実施形態及び実施態様に関して本開示を説明してきたが、当然のことながら、個々の実施形態のうちの１つ以上で説明された様々な特徴、態様、及び機能性は、それらの適用可能性が、それらが説明された特定の実施形態に限定されるものではなく、むしろ、そのような実施形態が説明されたかどうかにかかわらず、且つ、そのような特徴が、説明された実施形態の一部として示されたかどうかにかかわらず、単独又は様々な組み合わせで、本開示の他の実施形態のうちの１つ以上に適用されてよい。従って、本開示の広さ及び範囲は上述の例示的実施形態のいずれによっても限定されるべきではなく、当業者であれば理解されるように、特許請求の範囲から逸脱しない限り、これまでの説明に対して様々な変更や修正が行われてよい。

Claims (46)

  1. 光電子デバイスを複数の方向にアクチュエートするアクチュエータアセンブリであって、
    回路基板と面内微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）アクチュエータと面外アクチュエータと光電子デバイスとを含むパッケージを含み、前記光電子デバイスは、複数の導電屈曲部を介して前記面内ＭＥＭＳアクチュエータの部品と導電結合されており、
    前記面外アクチュエータは、前記面内ＭＥＭＳアクチュエータ及び前記回路基板のうちの少なくとも一方と導電結合されており、
    前記面内ＭＥＭＳアクチュエータは、平面に沿うアクチュエーションを与えることが可能であり、前記面外アクチュエータは、少なくとも前記平面に沿う以外の方向のアクチュエーションを与えることが可能であり、前記回路基板は、プリント回路基板（ＰＣＢ）及びセラミック基板のうちの一方である、
    アクチュエータアセンブリ。
  2. 前記パッケージは前記回路基板を含み、前記面内ＭＥＭＳアクチュエータは、側面が外枠で囲まれたプラットフォームを含み、前記プラットフォームは前記光電子デバイスに直接接合されている、請求項１に記載のアクチュエータアセンブリ。
  3. 前記導電屈曲部は導電性複合ワイヤであって、前記面内ＭＥＭＳアクチュエータの接点箇所に接合されており、前記面内ＭＥＭＳアクチュエータの非接点箇所の上方に延びており、前記面内ＭＥＭＳアクチュエータの部分同士を導電結合しており、前記面内ＭＥＭＳアクチュエータは更に、更なる接点を介して前記光電子デバイスに結合されている、請求項１に記載のアクチュエータアセンブリ。
  4. 前記光電子デバイスは、前記面内ＭＥＭＳアクチュエータの上方に配置されて前記面内ＭＥＭＳアクチュエータに接合されており、前記面内ＭＥＭＳアクチュエータは前記面外アクチュエータの上方に配置されており、前記面外アクチュエータは前記回路基板の上方に配置されており、前記パッケージは、前記光電子デバイスと前記面内ＭＥＭＳアクチュエータと前記面外アクチュエータと前記回路基板とを含み、前記面内ＭＥＭＳアクチュエータ及び前記面外アクチュエータのそれぞれは平面部材である、請求項１に記載のアクチュエータアセンブリ。
  5. 前記面外アクチュエータは、前記面内ＭＥＭＳアクチュエータを貫通して延びる導電バイアを介して前記光電子デバイスと導電結合されており、前記光電子デバイスは、前記面内ＭＥＭＳアクチュエータのプラットフォームに直接結合されており、前記プラットフォームは、側面が前記面内ＭＥＭＳアクチュエータの外枠で囲まれている、請求項４に記載のアクチュエータアセンブリ。
  6. 前記面内ＭＥＭＳアクチュエータは、前記光電子デバイスに取り付け可能な可動プラットフォームと、前記プラットフォームの側面を囲む外枠と、を含み、前記導電屈曲部は前記プラットフォームから前記外枠に延びている、請求項１に記載のアクチュエータアセンブリ。
  7. 前記導電屈曲部は、前記プラットフォーム及び前記外枠と、それぞれの接点箇所において結合されているワイヤであって、前記面内ＭＥＭＳアクチュエータの上方に延びることによって、前記導電屈曲部及び前記面内ＭＥＭＳアクチュエータの上面の、前記接点箇所間の領域にある部分同士の間に空白領域を形成している、請求項６に記載のアクチュエータアセンブリ。
  8. 前記面内ＭＥＭＳアクチュエータは複数の櫛ドライブセクタを含み、各前記櫛ドライブセクタは、可動部材及び固定部材を含み、カンチレバに結合されており、前記カンチレバは更に、前記複数の櫛ドライブセクタを囲む、前記面内ＭＥＭＳアクチュエータのプラットフォームに接続されており、前記プラットフォームは側面が前記面内ＭＥＭＳアクチュエータの外枠で囲まれている、請求項１に記載のアクチュエータアセンブリ。
  9. 各前記櫛ドライブセクタは、平面であり、形状が矩形であり、対向する櫛の複数のペアを含む、請求項８に記載のアクチュエータアセンブリ。
  10. 前記複数の櫛ドライブセクタのそれぞれは、対向する櫛の複数のペアを含み、前記対向する櫛のペアのそれぞれのペアは、第１の歯が前記固定部材の固定スパインに結合されている第１の櫛と、第２の歯が前記可動部材の可動スパインに結合されている第２の櫛と、を含み、前記固定スパインは前記可動スパインと平行になるように方向づけられており、前記第１の歯のそれぞれは長さが同じであり、前記第２の歯のそれぞれは長さが同じである、請求項８に記載のアクチュエータアセンブリ。
  11. 前記第１の歯は前記固定スパインから前記第２の櫛に向かって延びており、前記第２の歯は前記可動スパインから前記第１の櫛に向かって延びており、前記第１及び第２の歯は互いに平行に方向づけられており、前記第１の歯と前記第２の歯とのオーバラップ領域では、前記第１の歯のそれぞれの端部が前記第２の歯のそれぞれの端部の間に置かれており、前記第１及び第２の歯の前記それぞれの端部は交互に並ぶように配列されている、請求項１０に記載のアクチュエータアセンブリ。
  12. 前記第１の歯の端部が前記第２の歯の端部の間に置かれており、各前記固定スパインでは、前記第１の歯が前記固定スパインの一方の側に接合されており、反対側の歯が前記固定スパインの反対側に接合されており、これらの歯は前記可動部材の別の可動スパインに向かって延びており、前記第１の歯は、前記第１の歯の前記端部が前記第１の歯の他の部分より狭い先細になっており、前記第２の歯は、前記第２の歯の前記端部が前記第２の歯の他の部分より狭い先細になっている、請求項１０に記載のアクチュエータアセンブリ。
  13. 各前記櫛ドライブセクタは更に、動き制御カンチレバのペアを含み、各カンチレバは、前記櫛ドライブセクタの周辺部に配置されており、前記可動部材と前記固定部材との間に結合されている、請求項１０に記載のアクチュエータアセンブリ。
  14. 各前記櫛ドライブセクタは、対向する櫛の複数のペアを含み、
    前記対向する櫛のペアのそれぞれのペアは、第１の歯が前記固定部材の固定スパインに結合されている第１の櫛と、第２の歯が前記可動部材の可動スパインに結合されている第２の櫛と、を含み、
    前記固定スパインは前記可動スパインと平行であり、
    前記第１の歯の端部と前記第２の歯の端部とがオーバラップ領域を形成しており、前記オーバラップ領域では、前記第１の歯の隣接する複数の端部が前記第２の歯の隣接する複数の端部の間に置かれており、
    各前記櫛ドライブセクタは更に、動き制御カンチレバのペアを含み、各カンチレバは、前記櫛ドライブセクタの周辺部に配置されており、前記可動部材と前記固定部材との間に結合されている、
    請求項８に記載のアクチュエータアセンブリ。
  15. 前記固定部材は、固定バーと、前記固定バーに垂直な複数の固定スパインとを含み、前記可動部材は、可動バーと、前記可動バーに垂直な複数の可動スパインとを含み、
    第１の櫛の第１の歯が前記固定部材の固定スパインから前記可動部材の可動スパインに向かって延びており、第２の櫛の第２の歯が前記可動部材の可動スパインから前記固定部材の固定スパインに向かって延びており、前記固定スパインは前記可動スパインに平行であり、
    各前記櫛ドライブセクタにおいて、前記カンチレバは、一端が前記プラットフォームに取り付けられており、他端が、前記櫛ドライブセクタの周辺部において前記可動バーに取り付けられており、前記カンチレバは動き伝達カンチレバを含み、前記動き伝達カンチレバは、前記櫛ドライブセクタの動きを前記プラットフォームの動きに変換して前記プラットフォームを動かし、前記第１の歯は前記第２の歯に平行に方向づけられており、前記プラットフォームは、前記光電子デバイスの下方に配置され、前記光電子デバイスに直接結合されている、
    請求項８に記載のアクチュエータアセンブリ。
  16. 各前記櫛ドライブセクタにおいて、前記カンチレバは、一端が前記プラットフォームに取り付けられており、他端が前記櫛ドライブセクタに取り付けられており、前記カンチレバは動き伝達カンチレバを含み、前記動き伝達カンチレバは、前記櫛ドライブセクタの動きを前記プラットフォームの動きに変換する、請求項８に記載のアクチュエータアセンブリ。
  17. 前記カンチレバの前記一端は、前記櫛ドライブセクタの周辺部に取り付けられている、請求項１６に記載のアクチュエータアセンブリ。
  18. 前記面外アクチュエータは、前記面内アクチュエータ及び前記光電子デバイスのうちの少なくとも一方に取り付けられるように適合された可動中央ステージを含む、請求項１に記載のアクチュエータアセンブリ。
  19. 前記面外アクチュエータは、平面部材であって、中央ステージと、前記中央ステージの側面を囲む中間ステージと、ビームとを含み、前記ビームは、前記中央ステージを前記中間ステージにつないでいるビーム、前記中間ステージを、前記中間ステージの周辺を囲む外枠につないでいるビーム、及び互いに同心状に配列されている前記中間ステージ同士をつないでいるビームの少なくともいずれかであり、前記面外アクチュエータは、前記中央ステージを、前記面外アクチュエータの平面に垂直な方向にアクチュエートするように構成されている、請求項１に記載のアクチュエータアセンブリ。
  20. 前記面外アクチュエータは平面部材であり、可動中央ステージと、前記中央ステージの側面を囲む中間ステージと、アクチュエーションビームとを含み、前記アクチュエーションビームは、前記中央ステージを前記中間ステージにつないでおり、前記中間ステージを外枠につないでおり、
    前記アクチュエーションビームは変形可能であって前記中央ステージをアクチュエートするように適合されており、前記中央ステージは前記面内ＭＥＭＳアクチュエータのプラットフォーム部分に結合されており、前記プラットフォーム部分は更に、前記面内ＭＥＭＳアクチュエータの上に配置された前記光電子デバイスに結合されている、
    請求項１に記載のアクチュエータアセンブリ。
  21. 前記アクチュエーションビームは、圧電効果を発生させる為に組み合わせて使用される複数の材料層を含む複合材料で形成されている、請求項２０に記載のアクチュエータアセンブリ。
  22. 前記複数の材料層は下部連続層と上部不連続層とを含む、請求項２１に記載のアクチュエータアセンブリ。
  23. 前記アクチュエーションビームは更に、前記中央ステージを前記中間ステージのうちの１つ以上の中間ステージに導電結合している、請求項２０に記載のアクチュエータアセンブリ。
  24. 前記面外アクチュエータは、中央ステージと、前記中央ステージの側面を囲む同心状の複数の中間ステージと、前記中間ステージの側面を囲む外枠と、前記中央ステージを前記中間ステージのうちの少なくとも１つの中間ステージにつないでいて、前記中央ステージをアクチュエートすることが可能な変形可能アクチュエーションビームと、前記外枠を少なくとも１つの前記中間ステージと結合している屈曲ビームと、を含み、前記屈曲ビームは、動き制御部材及び導電結合部材のうちの少なくとも一方として働く、請求項１に記載のアクチュエータアセンブリ。
  25. 前記面外アクチュエータは、前記パッケージ及び前記回路基板の外側の部品と導電結合されており、前記導電結合は、前記面内ＭＥＭＳアクチュエータにある穴の中に配置された導電エポキシ又は導電ペースト、或いは共晶接合を介して、並びに前記導電屈曲部を介して行われ、前記導電屈曲部は、前記面内ＭＥＭＳアクチュエータの上方に延びて、前記面内ＭＥＭＳアクチュエータの別々の部分同士を水平方向に導電結合するワイヤである、請求項１に記載のアクチュエータアセンブリ。
  26. 前記面外アクチュエータは、別々に可動な複数の平面中央ステージ部分と、前記中央ステージ部分を囲む複数の中間ステージと、前記中央ステージ部分のうちの少なくとも１つの中央ステージ部分を前記中間ステージのうちの少なくとも１つの中間ステージにつないでいるアクチュエーションビームと、を含み、前記アクチュエーションビームは変形可能であり、面外の並進又は回転の動きを前記中央ステージ部分に行わせるように適合されている、請求項１に記載のアクチュエータアセンブリ。
  27. 前記中央ステージ部分のうちの少なくとも１つの中央ステージ部分が、前記面内ＭＥＭＳアクチュエータのプラットフォームに結合されており、前記光電子デバイスは前記プラットフォーム上に配置されており、前記アクチュエーションビームは、圧電効果を発生させる為に組み合わせて使用される複数の材料層を含む複合材料で形成されており、前記複数の材料層は下部連続層と上部不連続層とを含む、請求項２６に記載のアクチュエータアセンブリ。
  28. 微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）アクチュエータであって、
    光電子デバイスに取り付けられるように適合されたプラットフォームと、
    前記プラットフォームを囲み、前記プラットフォームの側面から距離を置いて配置された外枠と、
    前記ＭＥＭＳアクチュエータの上方に延びて、前記プラットフォームと前記外枠とを導電結合している導電屈曲ワイヤと、
    複数の櫛ドライブセクタであって、各櫛ドライブセクタは可動部分及び固定部分を含み、前記プラットフォームは前記複数の櫛ドライブセクタを囲んでいる、前記複数の櫛ドライブセクタと、
    を含み、
    各前記櫛ドライブセクタは、対向する櫛構造の複数のペアを含み、各前記ペアは、第１の歯が固定部材と結合されている第１の櫛構造と、第２の歯が可動部材と結合されている第２の櫛構造と、を含み、前記固定部材は前記可動部材と平行であり、前記プラットフォームと前記可動部材との間にカンチレバが結合されており、
    前記第１及び第２の歯は互いに平行に方向づけられており、前記第１の歯の端部と前記第２の歯の端部とがオーバラップ領域を形成しており、前記オーバラップ領域では、前記第１の歯の隣接する複数の端部が前記第２の歯の隣接する複数の端部の間に置かれている、
    ＭＥＭＳアクチュエータ。
  29. 前記第１の歯は、前記第１の歯の前記端部が前記第１の歯の他の部分より狭い先細になっており、前記第２の歯は、前記第２の歯の前記端部が前記第２の歯の他の部分より狭い先細になっている、請求項２８に記載のＭＥＭＳアクチュエータ。
  30. 前記固定部材は複数の固定スパインを含み、前記可動部材は複数の可動スパインを含み、前記第１の歯は前記固定部材の固定スパインから前記可動部材の可動スパインに向かって延びており、前記第２の歯は前記可動部材の可動スパインから前記固定部材の固定スパインに向かって延びており、前記固定スパインは前記可動スパインに平行である、請求項２８に記載のＭＥＭＳアクチュエータ。
  31. 前記固定部材は固定バーを含み、前記複数の固定スパインは前記固定バーに垂直であり、前記可動部材は可動バーを含み、前記複数の可動スパインは前記可動バーに垂直である、請求項３０に記載のＭＥＭＳアクチュエータ。
  32. 各前記固定スパインでは、前記第１の歯が前記固定スパインの一方の側に接合されており、反対側の歯が前記固定スパインの反対側に接合されており、これらの歯は前記可動部材の別の可動スパインに向かって延びている、請求項３０に記載のＭＥＭＳアクチュエータ。
  33. 前記固定部材は固定バーを含み、前記複数の固定スパインは前記固定バーに垂直であり、前記可動部材は可動バーを含み、前記複数の可動スパインは前記可動バーに垂直であり、各前記櫛ドライブセクタは更に、動き制御カンチレバのペアを含み、各カンチレバは、前記櫛ドライブセクタの周辺部に配置されており、前記固定部材と前記可動部材との間に結合されている、請求項３０に記載のＭＥＭＳアクチュエータ。
  34. 各前記櫛ドライブセクタは更に、動き制御カンチレバのペアを含み、各カンチレバは、前記櫛ドライブセクタの周辺部に配置されており、前記可動部材と前記固定部材との間に結合されている、請求項２８に記載のＭＥＭＳアクチュエータ。
  35. 前記カンチレバの一端は、前記櫛ドライブセクタの周辺部において前記可動部材に取り付けられている、請求項３４に記載のＭＥＭＳアクチュエータ。
  36. 平面形状のアクチュエータデバイスであって、前記アクチュエータデバイスの平面に沿う以外の方向に光電子デバイスをアクチュエートすることが可能な前記アクチュエータデバイスであって、
    可動中央ステージと、前記中央ステージの側面を囲む複数の中間ステージと、前記中央ステージを前記中間ステージのうちの少なくとも１つの中間ステージにつないでいるアクチュエーションビームと、を含み、前記アクチュエーションビームは変形可能であって、前記中央ステージをアクチュエートするように適合されており、
    前記中央ステージは、前記光電子デバイス、又は前記中央ステージ上に配置される別のアクチュエータに取り付けられるように適合されている、
    アクチュエータデバイス。
  37. 前記中間ステージを前記中間ステージを囲むプラットフォームと結合している別のアクチュエーションビームを更に含み、前記中間ステージは複数の同心状の中間ステージを含む、請求項３６に記載のアクチュエータデバイス。
  38. 前記アクチュエーションビームは圧電材料で形成されており、前記方向は、前記平面に垂直な方向を含む、請求項３６に記載のアクチュエータデバイス。
  39. 前記アクチュエーションビームは、圧電効果を発生させる為に組み合わせて使用される複数の材料層を含む複合材料で形成されている、請求項３８に記載のアクチュエータデバイス。
  40. 前記アクチュエーションビームは更に、前記中央ステージを前記中間ステージのうちの１つ以上の中間ステージに導電結合しており、更に、前記中間ステージのうちの少なくとも１つの中間ステージに外枠を結合している屈曲ビームを含み、前記屈曲ビームは、動き制御部材及び導電結合部材のうちの少なくとも一方として働く、請求項３８に記載のアクチュエータデバイス。
  41. 前記中央ステージは、別々に可動な複数の中央ステージ部分を含み、前記アクチュエーションビームは、前記中央ステージ部分のうちの少なくとも１つの中央ステージ部分を前記中間ステージのうちの少なくとも１つの中間ステージにつないでおり、前記アクチュエーションビームは変形可能であり、面外の動きを前記中央ステージ部分に行わせるように適合されている、請求項３６に記載のアクチュエータデバイス。
  42. 前記中央ステージ部分のそれぞれは、前記面内ＭＥＭＳアクチュエータのプラットフォームに結合されており、前記光電子デバイスは前記プラットフォーム上に配置されており、前記アクチュエーションビームは圧電材料で形成されている、請求項４１に記載のアクチュエータデバイス。
  43. 光電子デバイスをアクチュエートするアクチュエータアセンブリであって、
    微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）アクチュエータと光電子デバイスとを含むパッケージを含み、
    前記ＭＥＭＳアクチュエータは、前記光電子デバイスに取り付けられたプラットフォームと、前記プラットフォームを囲む外枠と、前記プラットフォームと前記外枠とをそれぞれの接点箇所において導電結合する導電屈曲部と、を含み、前記導電屈曲部は、前記接点箇所間の領域において前記ＭＥＭＳアクチュエータの上方に延びるワイヤであり、
    前記ＭＥＭＳアクチュエータは、前記プラットフォームに囲まれた複数の櫛ドライブセクタを含み、各前記櫛ドライブセクタは可動部材及び固定部材を含み、前記複数の櫛ドライブセクタのそれぞれは、対向する櫛の複数のペアを含み、前記対向する櫛のペアのそれぞれのペアは、第１の歯を有する第１の櫛と、第２の歯を有する第２の櫛とを含み、オーバラップ領域において、前記第１の歯のそれぞれの端部が前記第２の歯のそれぞれの端部の間に置かれており、
    前記光電子デバイスは、少なくとも前記導電屈曲部を介して、前記ＭＥＭＳアクチュエータの部品に電気的に結合されている、
    アクチュエータアセンブリ。
  44. 前記光電子デバイスは前記プラットフォームの上面の上に配置されて前記上面と接合されており、前記第１の歯は、前記第１の歯の前記端部が前記第１の歯の他の部分より狭い先細になっており、前記第２の歯は、前記第２の歯の前記端部が前記第２の歯の他の部分より狭い先細になっている、請求項４３に記載のアクチュエータアセンブリ。
  45. 前記第１の歯はそれぞれが固定スパインに結合されており、前記第２の歯はそれぞれが、前記固定スパインに平行に方向づけられた可動スパインに結合されている、請求項４４に記載のアクチュエータアセンブリ。
  46. 前記第１の歯は前記固定スパインから前記第２の櫛に向かって延びており、前記第２の歯は前記可動スパインから前記第１の櫛に向かって延びており、前記第１及び第２の歯は互いに平行に方向づけられており、前記オーバラップ領域では、前記第１及び第２の歯のそれぞれの端部が交互に並ぶように配列されており、前記アクチュエータアセンブリは更にカンチレバを含み、前記カンチレバは、一端が前記プラットフォームに取り付けられており、他端が、前記櫛ドライブセクタの周辺部において前記可動部材に取り付けられている、請求項４４に記載のアクチュエータアセンブリ。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200106312A (ko) * 2019-03-04 2020-09-14 엘지이노텍 주식회사 이미지 센서용 기판, 이미지 센서용 기판 모듈, 이를 포함하는 이미지 센서 액츄에이터 및 카메라 장치
JP7378559B1 (ja) 2022-06-23 2023-11-13 北京小米移動軟件有限公司 駆動構成要素、カメラアセンブリ及び電子機器

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10831093B1 (en) 2008-05-19 2020-11-10 Spatial Cam Llc Focus control for a plurality of cameras in a smartphone
US11340251B2 (en) * 2015-10-29 2022-05-24 Cornell University Inertial measurement unit calibration stage, method, and applications
US10516348B2 (en) * 2015-11-05 2019-12-24 Mems Drive Inc. MEMS actuator package architecture
DE102017215276B4 (de) 2017-08-31 2023-02-23 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Multidirektionale Übersetzungs- und Neigungsplattform unter Verwendung von Biegeaktuatoren als aktive Entität
WO2019126534A1 (en) * 2017-12-22 2019-06-27 Mems Drive, Inc. Mems actuation system
CN111656240B (zh) * 2018-01-24 2022-06-10 麦斯卓有限公司 Mems致动系统
US10384928B1 (en) * 2018-02-08 2019-08-20 Pixart Imaging Inc. Manufacturing method of sensor package
US11624893B2 (en) * 2018-07-25 2023-04-11 Tdk Taiwan Corp. Photosensitive element driving mechanism
EP3829156B1 (en) * 2018-08-15 2024-04-10 Ningbo Sunny Opotech Co., Ltd. Anti-shake light-sensing assembly, fabrication method therefor and electronic device
US11095820B2 (en) * 2018-09-11 2021-08-17 Mems Drive, Inc. MEMS locking system
US11522472B2 (en) 2018-09-26 2022-12-06 MEMS Drive (Nanjing) Co., Ltd. MEMS actuation system
KR102554187B1 (ko) * 2018-11-20 2023-07-12 엘지이노텍 주식회사 이미지 센서용 기판 및 이를 포함하는 카메라 모듈
KR102641106B1 (ko) * 2019-01-08 2024-02-28 엘지이노텍 주식회사 이미지 센서용 기판 및 이를 포함하는 카메라 모듈
JP7345548B2 (ja) * 2018-11-20 2023-09-15 エルジー イノテック カンパニー リミテッド イメージセンサー用基板
CN111225130B (zh) 2018-11-23 2021-02-26 华为机器有限公司 一种成像装置及终端设备
KR20200097086A (ko) * 2019-02-07 2020-08-18 엘지이노텍 주식회사 이미지 센서용 기판 및 이를 포함하는 카메라 모듈
CN117998181A (zh) * 2019-03-04 2024-05-07 Lg伊诺特有限公司 相机模块
KR20210026659A (ko) * 2019-08-30 2021-03-10 엘지이노텍 주식회사 센서 구동 장치
US20210139314A1 (en) * 2019-11-07 2021-05-13 Innovative Interface Laboratory Corp. Linear actuator
KR20210081556A (ko) * 2019-12-24 2021-07-02 엘지이노텍 주식회사 센서 구동 장치
CN113840072B (zh) * 2020-06-08 2023-05-16 宁波舜宇光电信息有限公司 具有防抖功能的感光组件、摄像模组及其组装方法
KR102516773B1 (ko) * 2021-06-14 2023-03-31 삼성전기주식회사 센서 액추에이터 및 이를 포함하는 카메라 모듈
TWI827505B (zh) * 2022-08-03 2023-12-21 大立光電股份有限公司 可移動式電子感光模組、相機模組及電子裝置

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0253375B1 (en) 1986-07-15 1993-02-03 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Two-dimensional piezoelectric actuator
US5536988A (en) 1993-06-01 1996-07-16 Cornell Research Foundation, Inc. Compound stage MEM actuator suspended for multidimensional motion
EP1181765A1 (en) * 1998-12-15 2002-02-27 Seagate Technology, Inc. Rotary electrostatic microactuator
US6137206A (en) * 1999-03-23 2000-10-24 Cronos Integrated Microsystems, Inc. Microelectromechanical rotary structures
WO2001077001A2 (en) * 2000-04-11 2001-10-18 Sandia Corporation Microelectromechanical apparatus for elevating and tilting a platform
US7542188B2 (en) * 2004-01-20 2009-06-02 National University Of Singapore Optical scanning using vibratory diffraction gratings
US7282775B2 (en) 2004-02-13 2007-10-16 Advanced Numicro Systems, Inc. MEMS scanning mirror with trenched surface and tapered comb teeth for reducing intertia and deformation
US7420318B1 (en) 2006-03-20 2008-09-02 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Lateral piezoelectric microelectromechanical system (MEMS) actuation and sensing device
US8138564B2 (en) * 2006-07-20 2012-03-20 Konica Minolta Opto, Inc. Image sensor unit and image sensor apparatus
JP2008203402A (ja) 2007-02-19 2008-09-04 Konica Minolta Opto Inc センサ装置、および撮像装置
US7986449B2 (en) * 2008-05-16 2011-07-26 Microvision, Inc. Induced resonance comb drive scanner
US20100301398A1 (en) 2009-05-29 2010-12-02 Ion Torrent Systems Incorporated Methods and apparatus for measuring analytes
US8947797B2 (en) * 2010-11-15 2015-02-03 DigitalOptics Corporation MEMS Miniature MEMS actuator assemblies
US8604663B2 (en) 2010-11-15 2013-12-10 DigitalOptics Corporation MEMS Motion controlled actuator
US8941192B2 (en) * 2010-11-15 2015-01-27 DigitalOptics Corporation MEMS MEMS actuator device deployment
US9052567B2 (en) * 2010-11-15 2015-06-09 DigitalOptics Corporation MEMS Actuator inside of motion control
WO2012135378A1 (en) 2011-04-01 2012-10-04 Analog Devices, Inc. Method and apparatus for haptic vibration response profiling and feedback
US8855476B2 (en) * 2011-09-28 2014-10-07 DigitalOptics Corporation MEMS MEMS-based optical image stabilization
CN106569310B (zh) * 2011-09-28 2019-11-22 数位光学Mems有限公司 基于mems的光学图像稳定
CN105209950B (zh) 2013-03-15 2018-09-25 数位光学Mems有限公司 微型mems致动器组件
WO2015153017A2 (en) 2014-04-04 2015-10-08 Mems Start, Llc Actuator for moving an optoelectronic device
US10071903B2 (en) 2014-05-06 2018-09-11 Mems Drive, Inc. Low stiffness flexure
US9621775B2 (en) 2014-05-06 2017-04-11 Mems Drive, Inc. Electrical bar latching for low stiffness flexure MEMS actuator
US20150334277A1 (en) 2014-05-13 2015-11-19 Mems Drive, Inc. Mems based dust removal for image sensors
US9874459B2 (en) * 2015-02-24 2018-01-23 The Regents Of The University Of Michigan Actuation and sensing platform for sensor calibration and vibration isolation
US10516348B2 (en) 2015-11-05 2019-12-24 Mems Drive Inc. MEMS actuator package architecture

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200106312A (ko) * 2019-03-04 2020-09-14 엘지이노텍 주식회사 이미지 센서용 기판, 이미지 센서용 기판 모듈, 이를 포함하는 이미지 센서 액츄에이터 및 카메라 장치
KR102601289B1 (ko) 2019-03-04 2023-11-13 엘지이노텍 주식회사 이미지 센서용 기판, 이미지 센서용 기판 모듈, 이를 포함하는 이미지 센서 액츄에이터 및 카메라 장치
JP7378559B1 (ja) 2022-06-23 2023-11-13 北京小米移動軟件有限公司 駆動構成要素、カメラアセンブリ及び電子機器

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