KR20010034130A - 정전기 마이크로액추에이터를 가진 광학 마이크로스위치및 이의 이용방법 - Google Patents

정전기 마이크로액추에이터를 가진 광학 마이크로스위치및 이의 이용방법 Download PDF

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KR20010034130A
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존 에이취. 저만
존 디. 그레이드
조셉 디. 드레이크
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시게이트 테크놀로지 엘엘씨
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Abstract

본 발명은 레이저 빔을 수신하는 인입 포트(150) 및 다수의 인출 포트(151)을 가진 바디(213)을 포함하며 경로를 따라 연장되는 레이저 빔을 이용하는 광학 마이크로스위치(104)에 관한 것이다. 다수의 마이크로모트(108a, 108b)와 결합된 다수의 미러(103)는 바디에 배치된다. 마이크로모터는 레이저 빔의 경로에서 벗어난 제 1위치로부터 레이저 빔의 경로에 있는 제 2위치로 선택적으로 이동하여 레이저 빔이 인출 포트중 하나로 향하게 한다. 각각의 마이크로모터는 제 1 및 제 2위치중 하나로 각각의 미러를 이동시키기 위하여 적어도 하나의 정전기적으로 구동하는 콤브형 어셈블리를 가진다. 제어기는 마이크로모터에 제어 신호를 제공하기 위하여 마이크로모터에 전기적으로 연결된다.

Description

정전기 마이크로액추에이터를 가진 광학 마이크로스위치 및 이의 이용방법 {OPTICAL MICROSWITCH HAVING ELECTROSTATIC MICROACTUATOR AND METHOD FOR USE THEREOF}
특히 전화통신 및 디지털 데이터 네트워킹을 위하여 하나의 광파이버로부터 다른 광파이버로 또는 자유공간 광빔으로부터 하나 이상의 광파이버로 광을 스위칭하는 스위치에 대한 관심을 가졌다. 1×2, 1×n 및 n×n을 포함하여 여러 가지 스위치 구조에 대하여 관심을 가졌으며, 여기서 n은 2내지 64이다. 전기-광학 효과 및 전기기계 액추에이터를 포함하여 여러 가지 원리가 종래 스위치에 이용되었으며, 작동 스위치는 이들 기술을 이용하여 상업적으로 이용가능하다. 종래 스위치는 매우 비싸며 크다.
종래 1×n 전자기계 광학 파이버 스위치는 일반적으로 입력 광파이버를 이동시켜서 원하는 출력 광파이버와 통신하도록 하거나, 단일 미러를 이동시켜 입력광이 원하는 출력 광파이버와 결합하게 하거나 또는 굴절 광학 엘리먼트를 원하는 결합이 얻어질 때까지 이동시켰다. 일반적으로 시준 렌즈는 각각의 광파이버에 배치되어 시준된 빔이 전자기계 액추에이터에 의하여 스위칭되도록 한다. 상기와 같은 스위치의 예는 미노와 등의 미국특허 4,322,126에 개시되어 있으며, 여기서 프리즘형 구조는 입력 및 출력 광파이버사이에서 가동된다. 선택적인 종래 방법은 단일 미러가 시준빔을 다중 출력 광파이버로 전달하기 위하여 이동되는 것으로 이는 리즈 등의 미국특허 5,208,880에 개시되어 있다. 여러 가지 방법이 다수의 출력 광파이버로 광을 결합시키기 위하여 이용되었으며, 이는 예를 들면, 미국특허 5,647,030에 개시되어 있다.
대부분의 종래 방법은 단일 전기기계 액추에이터(선형 또는 각을 가진 액추에이터)를 이용하여 입력 광빔을 편향시키는데, 이는 종래 전기기계 액추에이터는 크고 비싸기 때문이다. 단일 전기기계 액추에이터는 미러의 위치를 정확하게 제어하기 위한 메커니즘을 가지는데, 이는 광을 출력 광파이버로 정확하게 결합시키기 위함이다. 이러한 정확한 미러 위치는 특히 두 개 이상의 광파이버를 위한 종래 액추에이터의 비용 및 사이즈를 증가시키며, 여기서 간단한 방법은 요구되는 위치를 얻기 위하여 용이하게 이용되지 못한다.
대부분의 종래 광학 스위치는 이용되는 광파장이 1.5 또는 1.3미크론의 적외선인 통신 분야에 이용되도록 설계된다. 많은 종래 스위치는 소위 다중 모드 광파이버와 함께 이용하기 위하여 설계되며, 이는 특히 적외선에서 사용될 때 광을 반송하는 상대적으로 큰 중앙 코어를 가진다. 높은 광학 결합을 얻는데 필요한 위치 정확성은 광파이버의 중심 광 코어 직경의 1/5일 정도이다. 적외선에서 사용되는 대부분의 다중 광파이버는 약 50미크론의 코어 직경을 가지며, 따라서 결합시 위치 정확성은 10미크론 이내 이여만 하며, 이는 통상적인 기술을 이용하여 달성될 수 있다.
많은 광학 시스템에서 큰 광 대역폭을 얻을 수 있는 소위 단일 모드 광파이버를 이용할 것이 요구된다. 이들 광파이버의 코어 직경은 적외선에서 이용될 때 약 8미크론이며 적색광에서 이용될 때 약 4미크론이다. 요구되는 위치 정확성은 이들 시스템에 대하여 1미크론 이하로 감소되며, 이는 종래 다중 모드 광학 스위치 보다 10배나 작다.
실리콘 집적 회로 처리 기술을 이용하여 제조된 마이크로구조는 다양한 작동 분야에 대하여 개발되었다. 이러한 분야에서 종래에 비하여, 마이크로 구조는 비용 신뢰성 및 성능에 있어서 장점을 제공한다. 집적화된 액추에이터, 즉 액추에이터가 기계적 구조와 동시에 제조되는 마이크로구조는 비용, 신뢰성 및 조립성에 있어서 장점을 제공한다.
정전기, 전자기, 열 및 열공기를 포함하여 여러 가지 작동 방법이 마이크로구조를 위한 집적 액추에이터에 이용된다. 열 기술은 큰 힘을 제공하지만 상대적으로 응답시간이 느리다. 전자기 기술은 평면 구조에 충분한 수의 턴을 가진 집적 코일을 제공하는 것이 곤란하며 원하는 자장을 형성하기 위하여 필요한 고전류에 의한 전력 소비가 크다. 정전기 작동은 엘리먼트 사이의 갭이 감소함에 따라 힘이 증가하기 때문에 작은 사이즈가 될 수 있어 흥미롭다. 정전기 엘리먼트에 의하여 소모되는 전력은 적으며 동작 속도는 일반적으로 구조의 기계적 응답에 의해서만 제한된다.
종래 정전기 액추에이터의 구동력은 일반적으로 두 가지 구동 전극 타입중 하나만을 이용하여 생성되었다(소위 컴브형 구동 핑거 또는 병렬 플레이트). 병렬 플레이트 캐패시터는 구동 전압의 제공에 비례하고 플레이트사이의 갭의 제공에 반비례하는 힘을 발생시킨다. 이러한 동작은 액추에이터에 대한 유효 이동 범위를 제한하는데, 큰 갭에서 정전기 힘은 액추에이터 지지부의 복귀 스프링력을 극복할 수 없으며, 초기 갭의 약 2/3이하의 갭에서 액추에이터는 정전기 힘이 선형 복귀 힘을 압도할 때 안정되지 않기 때문이다. 실제 마이크로구조 엘리먼트에 대하여, 병렬 플레이트 액추에이터에 대한 유효 이동 범위는 10미크론 이하이다. 콤브형 구동 액추에이터는 탕 등의 미국특허 5,025,346에 개시되어 있으며, 이는 일련의 집적 전극을 가지고 있으며, 전극의 캐패시턴스는 콤브형 핑거의 길이와 대략 동일한 이동 범위이상 상대적으로 일정한 이동력을 제공하기 위하여 이용되는데, 콤브형 핑거의 길이는 약 100미크론 이상일 수 있다. 각각의 핑거로부터 이용가능한 힘은 상대적으로 작기 때문에, 실제 콤브형 구동 액추에이터는 일반적으로 마이크로구조 디바이스에 대한 적합한 힘을 생성하기 위하여 10 내지 200개의 핑거를 가진다.
종래 콤브형 구동 액추에이터가 가지는 주요 단점은 디바이스의 최대 이동이 소위 전기기계적 불안정성에 의하여 제한된다는 것이다. 이상적인 경우에, 각각의 핑거상의 사이드 힘은 정확하게 균형이 잡히지만, 그러나 핑거가 갭의 정확한 중심으로 이동하도록 제한되지 않으면 사이드 힘은 전극에 의하여 발생된다. 전방향 이동힘은 증가하는 편향에 대하여 거의 일정하지만, 사이드 힘은 사이드 편향에 따라 빠르게 증가한다. 불안정성은 사이드 변위에 대한 파생적인 사이드 힘이 측방향 기계적 스프링 상수보다 클 경우 발생한다. 이러한 파생력이 모터지지 구조의 사이드 스프링 상수를 초과하면, 콤브 구동은 사이드로 스냅핑하여, 구동 전극을 단락시키거나 액추에이터의 전방향 이동을 중단시킨다. 종래 디바이스에 대한 이러한 작용은 제이 마이크로메쉬, 마이크로엔지니어링, 레그텐베르그, 그로엔네벨드 및 엘벤스포크의 "큰 변위를 위한 콤브형 구동 액추에이터", 6(1996) 320-329에 개시되어 있다. 이들의 디자인은 최대 변위가 40미크론이다. 상기 논문의 설계 기술은 통상적인 콤브 구동 액추에이터에 대한 최대 변위를 개시하고 있지만 편향이 크다는 것은 기술하지 않고 있다.
초기 콤브형 구동 액추에이터는 콤브형 핑거와 가동 측방향 구동 엘리먼트를 제고하기 위한 소위 표면 마이크로 머시닝 프로세스에 의하여 제공된 얇은 폴리실리콘층을 이용한다. 이러한 폴리실리콘은 일반적으로 1-2미크론 두께이다. 이들 디바이스의 측방향 형상 크기는 재료 두께에 유사하기 때문에, 편향되는 부분은 매우 적다. 딥 반응성 이온 에칭(DRIE)의 출현은 유사한 구조가 100미크론 두께를 가진 단결정 실리콘으로 제조될 수 있도록 했다. DRIE는 "실리콘 퓨전 본딩 및 딥 반응성 이온 에칭; 새로운 마이크로구조에 대한 기술", 클라센, 피터센, 노워롤스키, 로간, 말루프, 브라운, 스토먼, 맥컬립 및 노박스, 트랜스듀서 회보(1995), 556-559쪽에 개시되어 있다. 이들 두꺼운 구조는 큰 수직 전극 영역을 제공할 수 있고 편향면에서 벗어나지 않도록 한다. 최근에, 두꺼운 표면 마이크로 기계 폴리실리콘 또는 몰드를 한정하는 포토리소그래픽으로 만들어진 도금 금속 구조를 포함한 다른 제조 기술이 콤브형 구동 구조의 두께 및 평면이탈 방지력을 증가시키기 위하여 이용되고 있다. 이들 제조 기술 모두는 종래 콤브형 구동 구조의 제한된 편향을 개선하기 위하여 단독으로 이용될 수 없다.
본 발명은 광학 스위치, 특히 다수의 가동 미러를 가진 광학 스위치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 광학 마이크로스위치와 결합되는 자기 광학 데이터 저장 장치 및 검색 시스템이다.
도 2는 도 1의 자기 광학 데이터 저장 장치 및 검색 시스템의 레이저 광학 어셈블리이다.
도 3은 도 1의 자기 광학 데이터 저장 장치 및 검색 시스템과 함께 사용되는 레이저 소스의 이용을 포함하는 광학 경로를 도시한다.
도 4는 도 1의 자기 광학 데이터 저장 장치 및 검색 시스템의 플라잉 자기 광학 헤드를 투시도, 측단면도, 확대 단면도, 측면도, 정면도, 하부도 및 후면도로 도시한다.
도 5는 본 발명의 광학 마이크로스위치에 이용되는 정전기 마이크로액추에이터의 실시예를 도시한다.
도 6은 미러가 수축 상태에 있는 도 5의 정전기 마이크로액추에이터의 평면도이다.
도 7은 미러가 돌출된 상태에 있는 도 5의 정전기 마이크로액추에이터의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 광학 마이크로스위치에 이용되는 정전기 마이크로액추에이터의 다른 실시예이다.
도 9는 도 8의 라인 9-9를 따라 취한 도 8의 정전기 마이크로액추에이터의 단면도이다.
도 10은 도 8의 라인 10-10을 따라 취한 도 8의 정전기 마이크로액추에이터의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 광학 마이크로스위치에 이용되는 정전기 마이크로액추에이터의 다른 실시예의 평면도이다.
도 12는 제조된 상태 또는 동작전의 상태로서 본 발명의 광학 마이크로스위치를 평면도이다.
도 13은 하나의 미러는 돌출하고 나머지 미러는 완전히 수축된 도 12의 광학 마이크로스위치의 평면도이다.
도 14는 본 발명의 광학 마이크로스위치의 다른 실시예의 평면도이다.
도 15는 본 발명의 광학 마이크로스위치의 다른 실시예의 평면도이다.
도 16은 본 발명의 광학 마이크로스위치의 다른 실시예의 평면도이다.
도 17은 본 발명의 광학 마이크로스위치의 다른 실시예의 평면도이다.
도 18은 본 발명의 광학 마이크로스위치의 다른 실시예의 평면도이다.
도 19는 본 발명의 광학 마이크로스위치의 다른 실시예의 평면도이다.
도 20은 본 발명의 광학 마이크로스위치에 이용되는 다른 실시예의 평면도이다.
도 21은 특정 구동 전압으로 도 20의 정전기 마이크로액추에이터의 셔틀 위치와 관련되는 그래프이다.
도 22는 본 발명의 광학 마이크로스위치에 이용되는 다른 실시예의 평면도이다.
도 23은 도 22의 정전기 마이크로액추에이터에 대한 사이드 강도 안전성 여유 대 편향에 대한 그래프이다.
도 24는 본 발명의 광학 마이크로스위치에 이용되는 정전기 마이크로액추에이터의 다른 실시예에 대한 평면도이다.
도 25는 도 24의 정전기 마이크로액추에이터에 대한 사이드 강도 안전성 여유 대 편향에 대한 그래프이다.
도 26은 도 24의 정전기 마이크로액추에이터에 대한 클램핑 힘 대 클램핑 전극 간격에 대한 그래프이다.
도 27은 본 발명의 광학 마이크로스위치에 이용되는 정전기 마이크로액추에이터의 다른 실시예의 평면도이다.
도 28은 부착된 미러가 없는 본 발명의 광학 마이크로스위치에 이용되는 정전기 마이크로액추에이터의 다른 실시예의 평면도이다.
도 29는 미러가 부착된 도 28의 정전기 마이크로액추에이터의 평면도이다.
도 30은 본 발명의 광학 마이크로스위치에 이용되는 정전기 마이크로액추에이터의 다른 실시예의 평면도이다.
도 31은 본 발명의 광학 마이크로스위치에 이용되는 정전기 마이크로액추에이터의 다른 실시예의 평면도이다.
도 32는 본 발명의 광학 마이크로스위치에 이용되는 정전기 마이크로액추에이터의 다른 실시예의 평면도이다.
도 33은 본 발명의 광학 마이크로스위치에 이용되는 정전기 마이크로액추에이터의 다른 실시예의 평면도이다.
도 34는 본 발명의 광학 마이크로스위치의 다른 실시예의 평면도이다.
본 발명의 목적은 종래 단점을 극복하는 광학 마이크로스위치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 적어도 하나의 콤브형 구동 어셈블리를 가진 적어도 하나의 정전기 마이크로액추에이터를 이용하는 상기 특징의 광학 마이크로스위치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 정전기 마이크로액추에이터의 콤브형 구동 어셈블리에서 사이드 불안정성 힘이 최소화되는 상기 특징의 광학 마이크로스위치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 정전기 마이크로액추에이터를 외부 디바이스에 부착하거나 결합하는 수단이 제공되는 광학 마이크로스위치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 정전기 마이크로액추에이터에서 콤브형 구동 어셈블리의 공진 특성이 큰 편향을 얻기 위하여 이용되는 광학 마이크로스위치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 다수의 정전기 마이크로액추에이터가 마이크로스위치의 적어도 절반이상을 따라 정렬되는 광학 마이크로스위치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 자기-광학 데이터 저장 시스템에 이용되는 광학 마이크로스위치를 제공하는 것이다.
본 발명은 큰 편향 고속 마이크로액추에이터를 이용하는 광학 스위치 등을 제공하는 것이다. 광학 스위치는 자기 광학 데이터 저장 시스템, 통신 시스템 또는 데이터 전송 시스템과 같은 여러 가지 시스템에 이용될 수 있다. 마이크로액추에이터는 서스펜션, 콤브형 구동 엘리먼트, 다이나믹 전기 구동 제어, 포지티브 위치 중지 및 위치 감지에 대한 설계에 있어서 개선을 제공한다. 마이크로액추에이터는 예를 들어 측면 공진기, 힘 밸런스 가속도계 또는 소형 그리퍼와 같이 여러 가지 설계 또는 여러 가지 분야의 광학 스위치에 이용될 수 있다. 높은 평면 이탈 방지력 및/또는 큰 전극 면적은 큰 힘 및 변위를 발생시키는 마이크로구조를 생성하기 위하여 이용될 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명을 설명한다.
도 1에는 자기 광학(MO) 데이터 저장 및 검색 시스템의 기본 엘리먼트의 일부를 도시하는 평면도이다. 몇 개의 특정 항목은 본 도면 및 도 2내지 4에서 동일한데, 이들은 본 발명이 이용되는 기능적 시스템의 기본 엘리먼트의 일부를 설명하고자 하기 때문이다. 본 발명은 하나의 특정 MO 데이터 저장 시스템에만 이용되는 것이 아니며, 이하에 설명되는 바와 같이 MO 데이터 저장 시스템에 이용되는 것으로 제한되지 않으며 통신 시스템 및 그 외의 시스템에 이용될 수 있다.
도 1에서, 시스템(95)은 이하에서 상세히 설명되는 플라이닝 헤드 세트(106)를 포함하며, 이들 세트는 다수의 "N" MO 디스크(107)와 함께 이용되기에 적합하다. 바람직한 실시예에서, N은 6이며, 따라서 다수의 6개의 디스크(107)는 스택형으로 제공된다(도시 안됨). 각각의 디스크(107)는 양면을 가지며, 제 1 및 제 2 양쪽 평면(108)을 가진다. 하나의 플라이닝 헤드(106)는 MO 디스크 표면(108)에 대하여 제공된다. 헤드(106)는 MO 디스크(107)의 표면 위에 위치하도록 서스펜션(130) 및 액추에이터 암(105)에 의하여 회전 액추에이터 자석 및 코일 어셈블리(120)에 연결된다. 동작시, MO 디스크(107)는 스핀들 모터(도시 안됨)에 의하여 회전되어 플라이닝 헤드(106)와 회전 디스크사이에 공기역학적 상승력을 발생시키도록 한다. 이는 각각의 MO 디스크의 데이터 기록 표면상의 플라이닝 상태로 플라이닝 MO 헤드(106)를 유지한다. 상승력은 서스펜션(130)에 의하여 제공된 동일하고 반대인 스프링 힘에 의하여 대향된다. 동작을 안할 때, 각각의 플라이닝 MO 헤드는 디스크 표면에 인접한 램프(도시 안됨)상에서 MO 디스크(107)의 표면으로부터 멀리 저장 상태에 정적으로 유지된다. 헤드가 비데이터 저장 영역내의 디스크 표면 위에 안착될 수 있는 것이 가능하지만 상기와 같은 방법은 최적의 방법이 아니다.
시스템(95)은 레이저 광학 어셈블리(96), 적어도 하나의 광운반 엘리먼트 또는 광파이버(98)에 의하여 어셈블리(96)에 연결된 광학 스위치 또는 마이크로스위치(104) 및 다수의 단일 모드 편광 유지(PM) 광파이버 세트(97)를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 각각의 단일 모드 PM 광파이버 또는 출력 광운반 엘리먼트(97)는 각각의 액추에이터 암(105) 및 서스펜션(130)중 하나를 통하여 플라이닝 MO 헤드(106) 세트중 하나에 연결된다. 따라서, 두 개로된 PM 광파이버(97)의 적어도 6개의 세트는 일 단부에서 광학 스위치(104)에 광학적으로 결합된다. 각각의 세트의 PM 광파이버(97)는 다른 단부에서 두 개의 플라이닝 MO 헤드로된 세트(106)에 연결된다. 도면에서 PM 광파이버의 수는 단지 예일 뿐이다. 제어기(111)는 와이어(112)에 의하여 광학 스위치(104)에 전기적으로 연결되어 광학 스위치에 명령 신호를 제공한다. 제어기(111)는 통상적인 형태일 수 있으며 하나 이상의 제어 신호를 수신하는 입력, 이하에 설명되는 각각의 액추에이터와 콤브형 구동 어셈블리에 대한 직렬 증폭기 및 전압 발생기, 콤브형 구동 어셈블리의 위치를 감지하는 광학 메커니즘 및 출력 신호를 전송하는 출력을 포함한다.
도 2는 도 1의 자기 광학 데이터 저장 및 검색 시스템의 레이저 광학 어셈블리(96)를 도시한다. 도 2 및 3에서 설명되는 바와 같이, 각각의 디스크(107) 표면상의 정보를 판독하고 저장하는 것은 광파이버를 통하여 레이저의 출력을 플라이닝 헤드로 전달하여 광 출력이 디스크 표면상에 정확하게 상을 형성하게 하고 디스크 표면에 인접한 플라이닝 헤드(106)상에 지지되는 코일을 이용하는 자장을 발생시킬 것이 요구된다. 도 2 및 3의 설명은 디스크의 표면상에 데이터를 선택적으로 액세스하기 위하여 광원 및 자장을 제공하는 이유를 간단하게 요약하고 있다. 도 2에서, 레이저 광학 어셈블리(96)는 가시 또는 근접 자외선 주파수 영역에서 동작하며 MO 디스크(107) 세트를 이용하여 판독 및 기록하기에 충분한 광학 파워를 방출하는 선형 편광 다이오드 레이저 소스(231)를 포함한다. 제 2실시예에서, 선형 편광 다이오드 레이저 소스(231)는 분산형 피드백(DFB) 레이저 소스일 수 있다. 바람직한 실시예에서, 선형 편광 다이오드 레이저 소스(231)는 635-685nm내에서 동작하도록 선택되지만, 다른 파장의 레이저 소스도 이용될 수 있다. 레이저 광학 어셈블리(96)는 시준 렌즈(234), 저파장 분산 누설 빔 분할기(232) 및 결합 렌즈(233)를 더 포함한다. 레이저 광학 어셈블리(96)는 선형 편광 출력 레이저 빔(191)(도 1)을 광학 스위치(104)로 전달한다. 레이저 광학 어셈블리(96)는 4분 파장 플레이트(238), 미러(235), 평광 빔 분할기(239) 및 포토다이오드 또는 검출기 세트(236)를 더 포함한다. 제 1실시예에서, MO 디스크(107)의 표면(108)에 의하여 반사되는 선형 편광 레이저 빔(192)(도 1)은 광학 스위치(104)에 의하여 결합 렌즈(233)로 전달되며, 누설 빔 분할기(232)에 의하여 다른 검출기로 전달되는데, 상기 다른 검출기는 4분파 플레이트(238), 미러(235) 및 편광 빔 분할기(239)를 포함한다. 제 2실시예에서, 광 분리기(297)는 레이저 소스(231) 및 시준 렌즈(234)사이에 포함된다. 공지된 바와 같이, 이들 종류의 상이한 검출 기술은 반사된 레이저 빔(192)의 두 개의 직교 평광 성분에서 광학 파워를 측정하며, 상이한 신호는 MO 디스크(107)세트중 하나의 표면에서 케르 효과에 의해 유도되는 편광 회전의 민감한 측정치이다. 두 실시예에서, 검출기(236)에 의한 변환 후에, 차신호가 신호(294)로서 출력에 대한 차동 증폭기(237)에 의하여 처리된다. 본 발명은 광학 엘리먼트와 광 소스의 전술한 배열에 제한되지는 않으며 출력 레이저 빔(191)을 검출하고 반사된 레이저 빔(192)을 검출하기 위한 다른 기술은 공지되어 있다.
도 3은 DFB레이저 소스의 이용을 포함한 공학 경로를 도시한다. 바람직한 실시예에서, 광학 경로는 도 3에 도시되어 있으며 광학 스위치(104), 단일 모드 PM 광파이버(97) 세트중 하나 및 플라이닝 MO 헤드(106) 세트중 하나를 포함한다. 광학 스위치(104)는 이하에서 충분히 설명되며 출력 레이저 빔(191)(레이저 소스(231)와 관계되어)을 선택적으로 검출하기에 충분한 등급을 제공하여 단일 모드 PM 광파이버(97)의 근위단에 입력시키도록 한다. 출력 레이저 빔(191)은 단일 모드 PM 광파이버(97)에 의하여 전달되어 각각의 MO 디스크(107)의 각각의 표면(108)하부의 판독/저장층위로 플라이닝 MO 헤드(106)를 통과시키기 위하여 각각의 원위단으로 출력된다.
출력 레이저 빔(191)은 적당한 레이저 소스에 의하여 제공되고 바람직하게 분배형 피드백(DFB) 레이저 소스인 선형 편광 다이오드 레이저 소스(231)에 의하여 제공된다. 정보 기록 중에, 출력 레이저 빔(191)은 광학 스위치(104)의하여 MO 디스크(107)로 선택적으로 전달되어 선택된 해당 스폿(340)을 가열시킴으로써 기록/저장층(349)의 보자력을 기록/저장층(349)의 큐리 포인트로 낮춘다. 바람직하게, 출력 레이저 빔(191)의 광학 세기는 일정하게 유지되고 시간 가변 수직 바이어스 자장은 MO 디스크(107)에 수직인 "상향" 또는 "하향" 자석 도메인 패턴을 한정하기 위하여 이용된다. 이러한 기술은 자장 변조(MFM)이라고 알려졌다. 다음에, 선택된 해당 스폿(340)이 냉각되면, 정보는 각각의 회전 디스크(107)의 기록/저장층(349)내에 인코딩된다.
정보 판독 중에, 출력 레이저 빔(191)(기록시와 비교하여 강도가 낮음)은 MO 디스크(107)로 선택적으로 전달되어 소정 해당 스폿(340)에서 케르 효과는 (기록/저장층(349)로부터 출력 레이저 빔(191)의 반사 시에) 반사된 레이저 빔(192)이 해당 스폿(340)에서 자기 도메인 극성에 의존하여 시계방향 또는 반시계방향 센스(363)의 회전 편광을 가지도록 한다.
전술한 광학 경로는 근본적으로 양방향이다. 따라서, 반사된 레이저 빔(192)은 플라이닝 MO 헤드(106)를 통하여 수신되고 단일 모드 PM 광파이버(97)의 원위단에 입력된다. 반사된 레이저 빔(192)은 단일 모드 PM 광파이버(97)를 따라 전파하여 근위단에서 배출되고 신호(294)의 다음 변환을 위하여 레이저 광학 어셈블리(96)로 전송하기 위하여 광학 스위치(104)에 의하여 선택적으로 전송된다.
도 4a-4g는 자기 광학 데이터 저장장치의 플라이닝 자기 광학 헤드를 투시도, 측단면도, 확대 단면도, 측면도, 정면도, 하부도 및 후면도로 도시한다. 도 4a에서, 플라이닝 MO 헤드(106)는 MO 디스크(107) 세트중 하나의 기록/저장층(349)위에 이용되는 것으로 도시된다. 플라이닝 MO 헤드(106)는 슬라이더 바디(444), 공기 베어링 표면(447), 사분 파 플레이트(도시 안됨), 반사 기판(400), 대물 광학부(446), 자기 코일(460), 및 요크(462)를 포함한다. 슬라이더 바디(444)는 대불 광학부(446), 단일 모드 PM 광파이버(97) 및 반사 기판(400)사이의 작동 거리를 수용하는 크기이다. 반사 기판(400)은 기록/저장층(349)에 대하여 출력 레이저 빔(191, 192)을 전달하기 위하여 정렬된 반사 표면을 포함한다. 슬라이더 바디(444)가 산업 표준 "미니", "마이크로", "나노", 또는 "피코" 슬라이더를 포함하지만, 선택적인 크기의 슬라이더 바디(444)가 이용될 수 있다(플라이닝 MO 헤드(106)와 이용되는 엘리먼트의 상기 치수 제한에 의하여 결정됨). 따라서, 바람직한 실시예에서, 슬라이더 바디(444)는 미니 슬라이더 높이(889μm) 및 나노 슬라이더(1600×2032μm)에 대응하는 평면 면적을 포함한다.
단일 모드 PM 광파이버(97)는 축방향 컷아웃(443)을 따라 슬라이더 바디(444)에 연결되며, 대물 광학부(446)는 수직 코너 컷아웃(411)을 따라 슬라이더 바디(444)에 연결된다. 바람직한 실시예에서, 축방향 컷아웃(443)이 슬라이더 바디(444)의 주변을 따라 배치되고 수직 컷아웃(411)이 슬라이더 바디(444)의 코너에 배치되지만, 축방향 컷아웃(443) 및 수직 컷아웃(441)은 플라이닝 MO 헤드(106)상의 다른 위치에 배치될 수 있으며, 예를 들어 축의 주변과 중심 사이 또는 선태적으로 중심 축 자체를 따라 배치될 수 있다. 중심축이 아닌 곳에 광파이버(97) 및 대물 광학부(446)를 배치하는 것은 자기 광학 헤드(106)의 무게 중심에 영향을 주고 따라서 플라이닝 다이나믹에 영향을 줄 것이다. 따라서, 서스펜션에 대한 플라이닝 MO 헤드(106)의 부착 포인트는 자기 광학 헤드(106)의 무게 중심에서 중심 이탈 변경을 보상하기 위하여 조정될 필요가 있다. 바람직하게, 컷아웃(443, 441)은 채널, v-홈, 또는 단일 모드 PM 광파이버(97)와 대물 광학부(446)를 플라이닝 MO 헤드(106)에 결합하고 정렬하기 위한 다른 어느 적당한 수단으로 설계될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 레이저 빔(191, 192)은 광학 경로를 횡단하는데(MO 디스크(107)의 기록/저장층(349)에 대하여), 상기 경로는 단일 모드 PM 광파이버(97), 반사 기판(400), 사분 파 플레이트(493) 및 대물 광학부(446)를 포함한다. 바람직한 실시예에서, 단일 모드 PM 광파이버(97) 및 대물 광학부(446)는 각각의 컷아웃 내에 배치되어 포커싱된 광학 스폿(448)로서 해당 스폿(340)(도 3)내에서 출력 레이저 빔(191)의 포커싱을 얻도록 한다. 단일 모드 PM 광파이버(97) 및 대물 광학부(446)는 자외선 경화 엑폭시 또는 유사한 접착제를 이용하여 제위치에 고정될 수 있다.
본 발명에 대하여, 도 4c 및 4d에 대하여 주의를 기울여야 한다. 이들 두 도면은 디스크 표면(349)상의 한정된 크기(448)의 광학 스폿을 포커싱하기 위하여 이용되는 대물 광학부(446)를 도시한다. 스폿은 지지 구조(461)에 결합되고 플라이닝 MO 헤드의 하부 또는 대물 광학부(446)의 표면위 또는 근처에 배치된 요크(462) 및 소형 자기 코일(460)을 통하여 포커싱되는데, 플라이닝 MO 헤드(106)의 공기역학적 플라이닝 품질을 손상시키지 않는다.
본 발명의 광학 스위치 또는 마이크로스위치는 광학 미러를 해석하기 위하여 마이크로액추에이터를 이용한다. 상기와 같은 마이크로스위치 또는 기타 이용분야에서 각각의 마이크로액추에이터는 적어도 한쌍의 대향하는 콤브형 구동 부재를 포함하여 액추에이터에 대하여 가동력을 제공하도록 한다. 마이크로스위치(104)와 같은 광학 마이크로스위치에 이용되는 측방향 콤브형 구동 액추에이터 또는 마이크로액추에이터(101)의 간단한 버전은 도 5에 도시되는데, 도 5는 액추에이터(101)의 평면도를 나타낸다. 액추에이터(101)의 셔틀(109)은 동조하여 함께 이동하기 위하여 함께 결합된 제 1 및 제 2가동 전극 어셈블리(208, 209)를 포함한다. 액추에이터(101)는 제 1 및 제 2별도 고정 어셈블리(210, 230)를 포함한다. 어셈블리는 액추에이터(101)의 길이방향 중심라인에 대하여 수직으로 연장하며 상기 중심라인 상에 중심을 둔다. 제 1가동 어셈블리(208)는 제 1, 제 2 및 제 3콤브형 구동 부재(208a, 208b, 208c)를 포함하며, 상기 각각의 구동 부재는 어셈블리(208, 209)의 이동 방향에 수직으로 연장한다. 제 2가동 어셈블리(209)는 제 1, 제 2 및 제 3콤브형 구동 부재(209a, 209b, 209c)를 포함하며, 상기 각각의 구동 부재는 어셈블리(208, 209)의 이동 방향에 수직으로 연장한다. 액추에이터(101) 및 가동 어셈블리(208, 209) 및 고정 어셈블리(210, 230)는 소정 영역에서 기판(213)에 용해 결합된 얇은 단결정 실리콘 층이 가동 어셈블리(208, 209) 및 고정 어셈블리(210, 230)를 형성하도록 에칭되는 DRIE와 같은 적당한 수단에 의하여 실리콘 웨이퍼로 만들어진다. 단결정 실리콘층은 두꺼운 실리콘 이산화층에 의하여 기판(213)으로부터 절연된다. 따라서, 가동 전극 어셈블리(208, 209)는 고정 전극 어셈블리(210, 230)으로부터 절연된다. 선택적인 제조 기술은 국부화된 희생층위에 절연기판상을 금속 구조로 높은 종횡비로 도금하는 것을 포함한다. 상기와 같은 방법은 퓨티와 에디의 "진동 자이로스코프용 마이크로구조" 미국특허 5,450,751에 개시되어 있다. 최종 구조는 상대적으로 좁고 긴 현가형 스프링 구조 기판에 대한 부착 포인트 및 구조에 대한 전기 접속 능력을 가진다. 선택적으로, 원하는 구조는 예를 들어 도핑된 실리콘 이산화물로된 국부화된 희생층상에 폴리실리콘으로된 상대적으로 두꺼운 층을 증착, 패턴화 및 에칭함으로써 제조될 수 있다. 상기와 같은 방법의 예는 1995년 10월 "마이크로머신 디바이스 및 부품", SPIE 논문 볼륨 2642, 비 뱅크 등에 의한 "힘 피드백 동작에 의한 두꺼운 폴리실리콘 베이스 표면 마이크로머신 캐패시티브 가속도계" 84-94쪽에 개시되어 있다.
가동 전극 어셈블리(208, 209)는 이동 방향으로 길이방향으로 연장되는 견고하고 가늘고 긴 부재 또는 컨넥터 바(216)에 의하여 서로 연결된다. 제 1 가동 전극 어셈블리(208)는 길이방향으로 일정간격 유지하는 위치로 컨넥터 바(216)의 한쪽 단부에 연결되며 제 2가동 전극 어셈블리(209)는 길이방향으로 일정간격을 유지하는 위치로 컨넥터 바(216)의 반대쪽 단부 또는 다른 쪽 단부에 연결된다. 연장부(218) 및 브라켓 부재 또는 브라켓(219)은 액추에이터(101)의 부착 수단 내에 포함되어 셔틀(109) 및 가동 전극 어셈블리(208, 209)에 미러(103)를 부착하도록 한다. 브라켓(219) 및 미러(103)는 셔틀(109) 및 가동 전극 어셈블리(208, 209)의 이동 방향에 대하여 소정 각도로 기울어져 있다.
각각의 콤브형 구동 부재(208a, 208b, 208c, 209a, 209b, 209c)는 일 단부에서 컨넥터 바(216)에 연결되고 액추에이터사이의 바로부터 수직방향으로 연장하는 바 또는 빔(221)을 포함한다. 각각의 바(221)는 200내지 2000미크론 범위의 길이를 가지며, 바람직하게는 700내지 1200미크론 범위, 더 바람직하게는 약 800미크론의 길이를 가지는데, 이는 각각의 콤브형 구동 부재의 길이를 한정한다. 동일한 길이로 이동 방향과 평행하게 연장되는 다수의 일련의 콤브형 부재 또는 핑거(211)는 각각의 바(221)에 고정된다. 핑거(211)는 각각의 콤브형 구동 바(221)의 길이를 따라 균일한 간격을 가지며 약 5내지 200, 바람직하게 60 내지 130, 더욱 바람직하게 약 90미크론의 길이를 가진다. 핑거(211)는 3내지 25, 바람직하게 6 내지 15, 더욱 바람직하게 10미크론의 간격으로 배치된다. 콤브형 구동 부재(208a, 208b, 208c)의 핑거(211)는 액추에이터(101)에 연결된 미러(103)쪽으로 연장되며, 콤브형 구동 부재(209a, 209b, 209c)의 핑거(211)는 미러로부터 멀리 연장된다.
제 1고정 전극 어셈블리(210)는 제 1, 제 2 및 제 3콤브형 구동 부재(210a, 210b, 210c)를 포함하며, 제 2고정 전극 어셈블리(230)는 제 1, 제 2 및 제 3콤브형 구동 부재(230a, 230b, 230c)를 포함하며, 각각의 콤브형 구동 어셈블리는 가동 전극 어셈블리(208, 209)의 이동 방향에 대하여 수직으로 연장한다. 각각의 콤브형 구동 부재(210a, 210b, 210c, 230a, 230b, 230c)는 기판(213)위에 장착되며 액추에이터(101)를 사이에서 연장하는 바 또는 빔(222)을 포함한다. 각각의 바(222)는 각각의 콤브형 구동 부재를 한정하는 바(221)의 길이와 유사한 길이를 가진다. 콤브형 구동 핑거(211)가 사이즈 및 형상이 유사한 다수의 일련의 콤브형 부재 또는 핑거(222)는 바(222)의 길이를 따라 일정 간격으로 콤브형 구동 바(222)에 고정된다. 콤브형 구동 부재(210a, 210b, 210c)의 콤브 핑거(212)는 미러(103)으로부터 멀리 연장하며 콤브형 구동 부재(208a, 208b, 208c)의 콤브형 구동 핑거(211)와 대향하는데, 콤브형 구동 부재(230a, 230b, 230c)의 콤브 핑거(212)는 미러 쪽으로 멀리 연장하며 콤브형 구동 부재(209a, 209b, 209c)의 콤브형 구동 핑거(211)와 대향한다.
콤브형 구동 핑거(211)는 핑거(212)내에 삽입 배치될 수 있다. 액추에이터(101)의 각각의 대향하는 세트의 콤브형 구동 부재는 정전기적으로 구동되는 콤브형 구동 수단 또는 어셈블리를 형성한다. 각각의 콤브형 구동 어셈블리의 콤브형 구동 부재(208a, 208b, 208c, 209a, 209b, 209c)는 도 6에 도시된 바와 같이 각각의 콤브형 구동 핑거가 서로 일정간격을 유지하는 콤브형 구동 부재(208a, 210a; 208b, 210b; 208c, 210c)에 대한 제 1위치, 도 5에 도시된 바와 같이 각각의 콤브형 구동 핑거(211, 212)는 서로 맞물리지는 않지만 전압이 그 사이에 공급될 때 전기적으로 맞물리는 콤브형 구동 부재(208a, 210a; 208b, 210b; 208c, 210c; 209a, 230a; 209b, 230b; 209c, 230c)에 대한 제 2위치 및 도 7에 도시된 바와 같이 각각의 콤브형 구동 핑거(211, 212)가 서로 맞물리고 정전기적으로 맞물리는 콤브형 구동 부재(208a, 210a; 208b, 210b; 208c, 210c)에 대한 제 3위치사이의 각각의 콤브형 구동 부재(210a, 210b, 210c, 230a, 230b, 230c)에 대하여 가동된다. 콤브형 구동 핑거(211, 212)의 자유단은 대향하는 콤브형 구동 부재가 제 2위치에 있을 때 셔틀(109)의 이동 방향에 수직으로 연장되는 라인을 따라 종료한다. 핑거(211, 212)사이의 간격은 액추에이터(101)에 대한 가장 큰 허용 구동 전압에서 최대 범위의 편향 전체에 걸쳐 측방향으로 안정되도록 선택된다.
고정 전극 어셈블리(210, 230)는 도 6에 도시된 바와 같이 제 1콤브형 구동 부재(208, 210)는 일정간격을 유지하고 제 2콤브형 구동 부재(209, 230)는 서로 맞물리는 위치에 있는 제 1 또는 수축 위치와 도 7에 도시된 바와 같이 제 1콤브형 구동 부재(208, 210)는 서로 맞물리는 위치에 있고 제 2콤브형 구동 부재(209, 230)는 일정간격을 유지하는 제 2 또는 돌출 위치 사이에서 서로 고정되고 제 1 및 제 2가동 전극 어셈블리(208, 209)를 구동하기 위하여 이용된다.
셔틀(109) 및 가동 전극 어셈블리(208, 209)는 가동 전극 어셈블리(208, 209)의 각각의 단부에 배치된 스프링 또는 겹쳐진 캔틸레버 빔(214, 217) 세트에 의하여 기판(213)위에 매달린다. 스프링(214)은 액추에이터(101)의 일 단부에서 제 1콤브형 구동 부재(208a)로부터 일정간격을 유지하며, 스프링(217)은 액추에이터(101)의 타 단부에서 제 2콤브형 구동 부재(209c)로부터 일정간격을 유지한다. 각각의 스프링 세트(214, 217)는 이완 위치에 있을 때 이동 방향에 수직으로 연장하는 겹친 위치에 의하여 일 단부에서 결합하는 제 1 및 제 2스프링 위치(224, 225)를 포함한다(도 5참조). 스프링 위치 또는 빔(224, 225)은 일정간격으로 콤브형 구동 바(221, 222)의 전체 길이를 따라 연장하고 콤브형 구동 바에 평행하다. 스프링 위치(224, 225)는 각각 동일한 단면을 가지며, 이는 거의 사각형이다. 견고한 지지부 또는 가늘고 긴 지지부 바(131)의 일 단부는 스프링(214, 217)의 겹쳐진 위치(245)에 연결된다. 각각의 스프링(214, 217)의 제 1단부(243) 기판(213)에 연결되고, 스프링(214, 217)의 제 2단부(244)는 컨넥터 바(216)와 대향하는 콤브형 구동 부재(208a, 209b)에 대하여 콤브형 구동 바(221)의 각각의 단부에 결합된다.
높은 종횡비를 이용하여 설계되고 가동 전극 어셈블리(208, 209), 셔틀(109), 스프링(214, 217) 및 견고한 지지부(131)를 포함하는 액추에이터(101)의 매달린 위치는 기판(213) 평면으로부터 일탈되어 측정된 높이를 가지는데, 이는 20내지 300, 바람직하게 60 내지 150, 더욱 바람직하게 80미크론 범위의 높이이다.
전기적 컨넥터 수단은 제어기(111)가 가동 전극 어셈블리(208, 209) 및 고정 전극 어셈블리(210, 230)에 연결되도록 하기 위하여 액추에이터(101)에 포함된다. 특히, 전기 컨넥터 수단은 전기 패드(240, 241, 242) 형태로 제공된다. 전기 패드(242)는 리드 또는 트레이스(271) 형태로 리드 수단에 의하여 제 1 및 제 2가동 전극 어셈블리(208, 209)에 전기적으로 연결된다. 전기 패드(240, 241)는 리드 또는 트레이스(272, 273) 형태의 각각의 리드 수단에 의하여 제 1고정 전극 어셈블리(210) 및 제 2고정 전극 어셈블리(230)에 전기적으로 연결된다.
본 발명에서, 스프링은 바람직하게 전방향 스프링 상수에 대하여 높은 측방향 비율을 가진다. 종래 기술에서, 이는 대칭 가동 전극 부분의 4 코너에 배치된 4개의 대향하는 스프링 또는 겹쳐진 캔틸레버 빔에 의하여 달성된다(미국특허 5,025,346의 도 1참조). 그러나, 이러한 종래 기술에서, 가동 전극 부분이 편향되기 때문에, 측방향 스프링 강도는 상당히 줄어든다.
본 발명은 종래 액추에이터 설계의 양측 대칭 및 4개의 스프링이 요구되지 않도록 한다. 이와 대조적으로, 본 발명은 단지 두 개의 스프링 또는 겹쳐진 캔틸레버 빔(214, 217)을 포함할 뿐이며, 이는 제 1단부(243)에서 기판(213)에 연결되고 제 2단부(244)에서 가동 전극 어셈블리(208, 209)에 연결된다. 스프링은 그 사이에서 연장하는 매달린 지지부(131)에 의하여 겹쳐진 부분(245)에서 연결된다. 상기 구조는 DRIE와 같은 높은 종횡비를 이용하여 제조되도록 설계되어, 종래 기술보다 높은 높이 또는 프로파일을 가지도록 한다. 스프링 부분(224, 225)의 상당히 높은 높이 및 사각 단면은 스프링(214, 217)이 평면에서 벗어나지 않도록 한다. 즉, 종래 기술에 비하여 기판(213)의 평면에서 벗어나지 않는다. 상기와 같은 평면 이탈 방지력은 가동 전극 어셈블리가 스프링(214, 217)의 단부(243)에서만 기판(213)에 부착됨에도 불구하고 고정 전극 어셈블리(210, 230)의 평면에서 가동 전극 어셈블리(208, 209)의 구부러짐이 벗어나지 않도록 한다.
액추에이터(101)는 셔틀의 전방향 및 후방향 이동을 제한하고 제어기(111)가 셔틀(109)의 위치를 모니터하고 특히 셔틀이 도 6에 도시된 완전하게 수축된 위치에 있거나 도 7의 완전하게 돌출한 위치에 있는지를 모니터링하는 수단을 가진다. 기계적 정지부(261)는 기판 위에 형성되며 제 1또는 전방향 제한기(262) 및 연장부(218)상에 제공된 제 2또는 후방향 제한기(263)사이에 배치된다. 셔틀(109)의 전방향 이동은 전방향 제한기(262)와 정지부(261)를 맞물림으로써 제한되고 셔틀(109)의 후방향 이동은 정지부와 후방향 제한기(263)를 맞물림으로써 제한된다. 정지부(261)는 기판(213)상에 형성된 리드 또는 트레이스(274)에 의하여 기판(213)상에 형성된 전기 패드(264)에 전기적으로 연결된다. 패드(264)는 정지부(261)가 컨넥터(111)에 전기적으로 연결되도록 한다. 정지부(261)와 제한기(262) 또는 (263)중 하나의 맞물림은 패드(264)와 패드(242)사이의 전기 회로를 폐쇄시킨다.
본 발명의 액추에이터(101)를 동작시키는 방법중 하나에서, 전기 패드(242)에 인가된 전위에 대한 전압은 액추에이터(101)의 전기 패드(240) 또는 (241)의 세트를 통하여 제어기(111)에 의하여 선택적으로 고정 전극 어셈블리(219) 또는 (230)의 콤브형 핑거(212)에 인가되어 가동 전극 어셈블리(208, 209) 및 액추에이터(101)의 연장부(218) 및 관련 미러(103)를 도 6에 도시된 수축 위치 및 도 7에 도시된 돌출 위치사이에서 정전기적으로 편향시키도록 한다. 맞물린 콤브형 구동 부재 사이의 정전기 흡인력은 서로 맞물리는 동안 거의 일정하다.
돌출된 상태는 고정 전극 어셈블리(230)상에 일정 전압을 방출함으로써 달성되어 미러(103)는 전방향 제한기(262)에 대한 돌출 위치 쪽으로 스윙하도록 한다. 미러(103)는 일정 전압을 다른 고정 전극 어셈블리(210)에 인가함으로써 돌출된 위치(293)에 유지된다. 다음에 미러(103)는 고정 전극 어셈블리(210)상의 정전압을 제거하고 고정 전극 어셈블리(230)에 고정 전압을 재인가함으로써 수축될 수 있다.
셔틀(109)의 각각의 절반 충돌 중에, 셔틀은 먼저 스프링(214, 217)에 의하여 편향된 위치에서 다시 도 5에 도시된 이완 위치로 당겨지고 다음에 스프링(214, 217)에 의하여 전극 어셈블리(208, 210) 또는 (209, 230)사이의 상호 정전기 맞물림에 의하여 다른 편향 위치로 당겨진다.
측방향 콤브형 액추에이터(101)의 성능은 스프링(214, 217)의 전방향 및 사이드 강도 및 콤브형 구동 핑거(211, 212)의 상대적 크기를 포함한 다수의 요인에 의존한다. 성능 대체는 허용된 동작 전압 및 액추에이터(101) 사이즈 그리고 미러의 변위 및 스위칭 속도사이에 존재한다. 낮은 동작 전압으로 큰 편향을 달성하기 위한 통상적인 방법은 전극사이의 간격을 최소화하여 가장 큰 전방향 힘을 발생시키고 낮은 전방향 강도를 가진 스프링을 이용하여 큰 전방향 변위를 발생시킨다. 이러한 방법은 평면 이탈 방지력이 큰 동작 전압의 이용을 방해하는 얇은 폴리실리콘 액추에이터에 이용된다. 그러나, 이러한 설계는 상대적으로 두꺼운 구조가 이용될 때 최적상태는 아니다. 전극사이의 간격이 감소될 때 핑거당 전방향 힘이 증가되더라도, 측방향 힘은 빠르게 증가한다. 큰 편향력 또는 높은 힘을 위한 고속 액추에이터를 설계할 때, 바람직한 설계 방법은 구조에 의하여 지지될 수 있는 최대 전압을 결정하고 최대 전압에서 최소 측면 불안전성을 야기하는 전극 간격을 선택하는 것이다. 액추에이터의 최대 변위 및 속도는 스프링 강도 및 가동 엘리먼트의 무게에 의하여 한정된다.
본 발명은 액추에이터의 사이즈 및 광학 스위치(104)상에 액추에이터에 의하여 점유되는 공간을 최소화하면서 상기 문제를 해소한다. 종래 기술에서, 콤브형 핑거는 마이크로스위치(104)의 중심축에 대하여 평행하게, 즉 액추에이터(101)의 이동 방향에 수직으로 이동하는 것을 방지하기 위하여 충분히 제한되지 못하여, 핑거사이에 발생된 충분한 사이드 힘은 가동 전극 어셈블리가 돌출 또는 수축 위치 쪽으로 연속하기보다는 사이드 쪽으로 스냅되도록 한다. 이러한 불안전성은 사이드 변위에 대한 사이드 힘의 파생력이 스프링의 측방향 기계적 스프링 상수보다 클 때 발생한다.
스프링 부분 또는 빔형 부재(224, 225)는 콤브형 구동 바(221, 222)보다 길거나 짧을 수 있다. 특히, 스프링 부분(224, 225)은 200내지 2000, 바람직하게 800내지 1200 미크론 범위의 길이 및 3.5내지 5,5 및 바람직하게 3.75내지 4.25미크론 범위의 폭을 가진다. 도 5에 도시된 스프링 부분(224, 225)은 액추에이터(101)의 콤브형 구동 바(221, 222)의 길이와 최소한 동일한 길이를 가진다. 액추에이터(101)는 약 800미크론의 길이, 약 2500미크론의 폭 및 약 80미크론의 높이를 가진다.
빔 또는 스프링(214, 217)은 각각의 빔형 부재 또는 빔(224, 225)이 셔틀(109)의 이동 방향에 수직인 방향으로 선형으로 연장하는 편향되지 않은 위치 또는 이완 위치로 도 5에서 도시된다. 빔(224, 225)은 도 6에 도시된 바와 같이 각각의 미러(103)가 수축 위치에 있을 때 전극 어셈블리(209)의 일 방향으로 제 1편향 위치로 이동가능하다. 빔(214, 217)은 각각의 제 1 및 제 2편향 위치에 있을 때 비선형이거나 굽은 위치에 있다. 특히, 각각의 빔(224, 225)의 양쪽 단부는 양쪽 방향으로 이동되며, 각각의 방향은 각각의 스프링(214, 217)이 선형 또는 이완 위치에서 편향된 또는 굽은 위치로 이동될 때 셔틀(109)의 이동 위치에 평행하다. 빔 또는 스프링(214, 217)의 최대 사이드 강도, 즉 셔틀(109)의 이동 방향에 수직인 방향으로의 강도는 도 5에 도시된 편향된 위치 또는 이와 위치에서 스프링에 의하여 도 2 및 3에서 각각 도시된 수축 및 돌출 위치사이의 중간에서 발생한다. 도시된 바와 같이, 스프링(214, 217)은 도 5에서처럼 편향되지 않을 때 선형 상태에 있다.
트러스형 프레임(216)으로 구성된 셔틀(109)은 측면 로드와 플렉스에 대한 액추에이터(101)의 전체 강도를 증가시키고 셔틀(109)의 전체 무게를 감소시킨다. 본 발명의 기본적인 강도는 종래 기술에서와 같이 액추에이터(101)가 양측 대칭을 가지도록 설계할 필요가 없으며 액추에이터(101)의 폭이 거의 절반으로 감소되도록 한다. 폭이 감소되면, 액추에이터(101) 세트는 마이크로스위치(104)에서 함께 더욱 조밀하게 패킷화되어 소정 길이의 레이저 빔(191)에 대하여 마이크로스위치에서 다수의 액추에이터를 허용하도록 한다.
액추에이터의 성능을 개선시키기 위하여 추가적인 특징을 포함하는 본 발명의 액추에이터(101)의 다른 실시예가 도 8에 도시된다. 유사한 도면 부호는 액추에이터(101)와 도 8의 액추에이터(180)에서 동일 부품을 나타내기 위하여 이용된다. 액추에이터(180)는 스프링(214)에 대하여 도 4 및 5에 도시된 제 1 및 제 2희생 바를 포함하며, 이는 균일한 에칭 및 빔 부분의 원하는 사각 단면을 얻기 위하여 각각의 스프링 또는 빔 부분을 따라 제공된다. 각각의 희생 바는 인접 빔 부분의 높이와 유사한 높이를 가지며 빔 부분의 각각의 사이드를 따라 좁은 슬롯(248)을 제공한다. 빔 부분과 각각의 희생 바 사이의 간격, 즉 각각의 슬롯(248)의 폭은 디바이스의 가장 작은 에칭 형상에 필적하다. 액추에이터(180)에서, 빔 부분과 각각의 희생 바 사이의 간격은 약 8미크론이다. 희생 바(246, 247)는 사이드 표면(226, 227)의 수축 에칭을 제한함으로써 평행하고 편편한 사이즈 표면(226, 227)의 형성을 용이하게 한다. 특히, 슬롯(248)의 좁은 폭은 슬롯과 평행한 방향으로 이동하지 않는 이온이 슬롯에 유입되어 사이드 표면(226, 227)에 유입되는 것을 방지한다.
액추에이터(180)의 동작 방법 실시예에서, 액추에이터(101)의 제 1 및 제 2가동 전극 어셈블리(208, 209)는 도 8에 도시된 바와 같이 처음에 돌출 위치와 수축 위치사이의 중간에 정지해있다. 돌출 위치에서, 돌출부(218)는 전방향 제한기(262)에 인접하며, 제 1 및 제 2가동 전극 어셈블리(208, 209)는 적어도 하나 그리고 도 8에 도시된 바와 같이 다수의 3개의 제 1고정 중지부(293)에 접하고 있으며, 정지부는 기판(213)에 부착된다. 중지부(293)는 각각의 콤브형 구동 부재(208a, 208b, 208c)에 제공된다. 중지부(293)는 돌출부(218)에 부착된 전방향 제한기(261)와 맞물린다. 수축위치에서, 돌출부(218)는 후방향 제한기(263)와 접하고 제 1 및 제 2가동 전극 어셈블리(208, 209)는 적어도 하나 그리고 도 8에 도시된 바와 같이 다수의 3개의 제 2고정 중지부(292)에 접하고 있으며, 정지부는 기판(213)에 부착되어 있다. 중지부(292)는 각각의 콤브형 구동 부재(209a, 209b, 209c)에 제공된다. 중지부(292)는 돌출부(218)에 부착된 후방향 제한기(263)와 맞물린다. 중지부(292, 293)는 광학 스위치(104)에서 미러(103)의 위치의 반복을 용이하게 한다.
액추에이터(101, 180)는 "실리콘 퓨전 본딩 및 딥 반응성 이온 에칭; 새로운 마이크로구조에 대한 기술", 클라센, 피터센, 노워롤스키, 로간, 말루프, 브라운, 스토먼, 맥컬립 및 노박스, 트랜스듀서 회보(1995), 556-559쪽에 개시되어 있는 방법과 유사한 방법을 이용하여 제조될 수 있으며, 여기서 하부 실리콘 웨이퍼 또는 기판(213)의 얇은 캐비티는 매달린 가동 스프링(214, 217), 콤브형 구동 부재(208, 209)등의 형성을 가능하게 한다. 도 9에 도시된 바와 같이, 5 내지 50, 바람직하게는 10미크론의 깊이를 가진 얇은 함몰부(170)는 가동 구조가 요구되는 영역에 하부 웨이퍼 또는 기판(213)에 에칭된다. 제 2 또는 상부 웨이퍼(173)는 0.1내지 2.0 바람직하게 1.0미크론의 두께를 가진 실리콘 이산화물층(171)을 이용한 기판(213)에 용융 접합된다. 상부 웨이퍼(173)는 원하는 두께로 랩핑되고 연마될 수 있다. 금속층(174)은 전기 패드(240, 241, 242, 264), 가시적 표시기 등에 이용하기 위하여 상부 웨이퍼의 상부 표면(176)상에 형성된다. 마지막으로 상부 웨이퍼(173)는 원하는 종횡비 구조를 얻기 위하여 딥 반응성 이온 에칭 기술을 이용하여 에칭된다. 마지막 DRIE 실리콘 에칭은 층(171)이 존재하지 않는 기판(213)으로 에칭을 계속 제공하는 실리콘 이산화물층(171)상에서 종료한다. 이러한 공정은 기판(213)위에 매달려 있고 얇은 캐비티(170)의 두께를 가진 공기갭(172)에 의하여 기판과 절연되는 스프링(214, 217), 가동 전극 어셈블리(208, 209), 견고한 지지부(131) 및 컨넥터 트러스(216)와 같은 가동 단결정 실리콘 구조를 생성한다. 리드 수단(286, 287) 및 중지부(292, 293)와 같은 추가 구조는 기판(213)에 고정되지만 실리콘 이산화물층(171)에 의하여 기판으로부터 그리고 공기갭(175)에 의하여 주변 형상으로부터 절연된다.
스위칭과 같은 이용분야에서, 미러(103)의 위치의 독립적인 확인은 중요하다. 액추에이터(180)에서 미러(103)가 돌출 위치에 있을 경우, 가동 전극 어셈블리(208)의 전방향 제한기(262)는 중지부(261)와 맞물리고 전기 접촉한다. 중지부(291)는 전기 패드(264)에 리드(274)에 의하여 연결되는데, 패드는 제어기(111)에 전기적으로 연결될 수 있다. 유사하게 미러(103)가 수축 위치에 있을 경우, 후방향 제한기(263)는 중지부(261)와 맞물리고 전기 접촉하며 따라서 리드(274)에 의하여 전기 패드(264)에 연결된다. 따라서, 가동 전극 어셈블리(208), 셔틀(109) 및 미러(103)의 위치는 제어기(111)에 의하여 전지적으로 감지되어 마이크로스위치(104)의 상태를 확인하고 그리고/또는 모니터링한다. 제한기(262, 263) 및 중지부(261, 292, 293)는 액추에이터(180)의 이동 중지 수단에 포함된다.
셔틀(109) 및 가동 전극 어셈블리(208, 209)의 위치를 모니터링하는 다른 수단이 본 발명의 액추에이터에 제공될 수 있다. 예를 들어, 제어기(111)는 가동 전극 어셈블리(208, 209)의 콤브형 구동 핑거(211) 및 상호 맞물린 콤브형 구동 부재(210a, 210b, 210c, 230a, 230b, 230c)의 콤브형 가동 핑거(212)사이의 캐패시턴스를 측정하기 위하여 제어기에 포함된 통상적인 알고리듬에 의하여 가동 전극 어셈블리(208, 209)의 위치를 결정할 수 있다. 예를 들어, 구동신호로부터 콤브형 구동 부재로 분리하는 신호는 상기와 같은 캐패시턴스를 측정하기 위하여 제어기(111)에 의하여 액추에이터로 전송될 수 있다. 상기와 같은 방법은 전술한 이동 중지 수단과 같은 전극 사이에 물리적 접촉을 요구하지 않는다. 선택적으로, 하나 이상의 스프링 부분 또는 서스펜션(224, 225)의 제 1 및 제 2 대향 수직 사이드를 따라 실리콘 물질은 스프링 부분에서 압전저항을 생성하기 위하여 액추에이터의 형성 중에 도핑될 수 있다. 압전 저항기의 전기 저항 변동은 스프링(214, 217) 편향 중에 서스펜션(224, 225)의 변형력의 변경에 대응하며 제어기(111)에 제공된 통상적인 알고리듬에 의하여 측정될 수 있어 기판(213) 및 고정 전극 어셈블리(210, 230)에 대한 셔틀(109) 및 미러(103)의 위치를 결정하도록 한다.
도 11에 도시된 본 발명의 다른 실시예에서, 액추에이터(601)는 액추에이터(101)와 유사하며, 유사한 도면 부호는 액추에이터(101, 601)의 동일 부재를 설명하기 위하여 이용된다. 액추에이터(101)에서 처럼, 액추에이터(601)는 서로 조절되어 이동되도록 서로 연결된 제 1 및 제 2가동 전극 어셈블리(208, 209) 및 제 1 및 제 2 별도 고정 전극 어셈블리(210, 230)를 포함한다. 전극 어셈블리(208, 209, 210, 230)는 액추에이터의 길이방향 중심라인에 수직으로 연장하며 상기 중심라인에 중심을 두고 있다. 액추에이터(601)는 제1가동 전극 어셈블리(208)가 가동 전극 어셈블리(208, 209)의 이동 방향에 수직으로 연장하는 제 1콤브형 구동 부재(208a)만을 포함한다는 점에서 액추에이터(101)와 다르다. 제 2가동 전극 어셈블리(209)는 가동 전극 어셈블리(208, 209)의 이동 방향에 수직으로 연장하는 제 1콤브형 구동 부재(209만을 포함한다. 액추에이터(601)는 단일 콤브형 구동 부재(208a, 209a)만을 포함하지만, 액추에이터(101)는 콤브형 구동 부재(208a, 208b, 208c, 209a, 209b, 209c)를 포함하며, 액추에이터(101)는 액추에이터(601)의 가동력의 약 3배를 제공한다. 액추에이터(601)를 위한 서스펜션 설계는 요구되는 편향을 얻기 위하여 이러한 힘의 감소를 고려하여야 한다. 단일 쌍의 콤브형 구동 부재(208, 209)의 이용은 액추에이터(601)의 전체 길이를 감소시키며, 이는 이하에 설명되는 바와 같이 더 소형의 광학 마이크로스위치가 가능하도록 한다.
본 발명에 따라 제조된 광학 스위치(104)의 제 1실시예의 평면도가 도 12에 도시된다. 광학 스위치(104)는 마이크로칩(100) 형태의 평면 어셈블리 또는 장치를 포함하며, 상기 마이크로칩은 약 500미크론의 두께를 가진 실리콘 웨이퍼 또는 기판(213)에 포함된 적어도 하나 또는 도시된 바와 같이 일련의 또는 다수의 12개의측면 콤브형 구동 액추에이터180)를 포함한다. 각각의 정전기적으로 구동되는 액추에이터 또는 모터(180)는 기판 또는 바디(213)에 대하여 수직으로 배치된 미러(103)에 연결된 셔틀 수단 또는 셔틀(109)을 가진다. 입력 광파이버(98)에 의하여 운반되는 레이저 빔(191)은 스위치(104)의 인입 포트(150) 및 시준 렌즈(102)를 통하여 광학 스위치(104)의 중심 종방향축(113)하부의 경로로 연속하기 전에 전달된다. 광학 스위치(104)에 사용되는 일반적인 레이저 빔(191)은 약 100 내지 200미크론의 직경을 가질 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 입력 광파이버(98)의 재킷은 입력 포트(150)에서 제거되고 클래드 파이버(98)는 인입 홈(156)을 따라 마이크로칩(100)으로 연장한다. 도 12에 도시된 바람직한 실시예에서, 렌즈(102)는 통상적인 소형 그래딩 인덱스 시준 렌즈이다. 선택적으로 렌즈(102)는 통상적인 소형 몰딩 렌즈 또는 통상적인 볼 렌즈일 수 있으며, 이는 본 발명의 범위 내에 있다. 파이버(98)의 단부는 광학 스위치(104)에 배치되어 시준 렌즈(102)의 초점이 되도록 한다. 렌즈(102)는 빔이 메인 경로 또는 마이크로칩(100)의 홀(157)로 유입되기 전에 빔(191)을 시준한다. 홀(157)의 입구에 렌즈(102)가 없는 광학 스위치(104)가 제공될 수 있다. 또한, 시준된 입력 레이저 빔(191)은 자유 공간을 통하여 즉, 인입 파이버(98)를 사용하지 않고 입력 포트(150)로 전달될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위 내에 있다.
도 12에서, 액추에이터 또는 마이크로모터(180)는 휴지 또는 홈 위치, 돌출위치와 수축 위치사이의 중간에 제조되는 것으로 도시된다. 액추에이터(180)는 마이크로칩(100)의 중심 종방향축(113)과 평행하고 일정간격을 유지하는 제 1가상 라인을 따라 일정간격을 유지하는 다수의 6개의 액추에이터(180a)로된 제 1세트 및 마이크로칩(100)의 중심 종방향축(113)과 평행하고 일정간격을 유지하는 제 2가상 라인을 따라 일정간격을 유지하는 다수의 6개의 액추에이터(180b)로된 제 2세트로 분할된다. 액추에이터(180a, 180b)는 중심축(113)의 양쪽에 배치되어 서로 대향한다. 액추에이터(180a, 180b)는 축(113)에 대하여 45도 각도로 기울어져 있으며 일반적으로 입력 포트(150)와 마주보고 있다. 제 1액추에이터(180a)의 미러(103)는 90도 각도로 빔(191)을 전달하여 빔(191)이 중심축에 수직인 제 1방향으로 장치의 오른쪽으로 연장하도록 한다. 제 2액추에이터(180b)의 미러(103)는 90도 각도로 빔(191)을 전달하여 빔(191)이 중심축에 수직인 제 1방향으로 장치의 왼쪽으로 연장하도록 한다. 따라서, 제 1액추에이터(180a)의 미러(103)는 제 2액추에이터(180b)의 미러로부터 반대 방향으로 빔(191)을 전달한다.
제 1액추에이터(180a)의 미러(103)와 정렬하여 제 1 다수의 6개의 출력 또는 출구 포트(151)는 마이크로칩(100)의 우측에 제공되고 제 2 액추에이터(180a)의 미러(103)와 정렬하여 제 2 다수의 6개의 출력 포트(151)는 마이크로칩(100)의 좌측에 제공된다. 출구 홈(161)은 각각의 출력 파이버(97)를 미러(103) 근처 지점에 유지하기 위하여 각각의 포트(151)로부터 홀(157)로 안쪽으로 연장한다. 각각의 파이버(97)에 대한 자켓(도시되지 않음)은 출구 포트(151)에서 시작된다. 서로에 대해 다른 기울기 및/또는 광학 스위치 축을 가지는 미러가 제공된다. 렌즈(102)는 빔(191)을 파이버(97)에 포커싱하기 위하여 미러(103) 및 각각의 출력 파이버(97) 진입면 사이에 배치된다. 비록 광학 스위치(104)가 단일 모드 PM 광파이버(97)에 결합된 것처럼 도시되었지만, 스위치(104)는 임의의 적당한 광파이버에 결합될 수 있고 이것은 본 발명의 범위 내에 있다.
한 쌍의 렌즈(102)는 홀(157)의 중앙 또는 중간에서 길이 방향 축(113)을 따라 직렬로 배치된다. 제 1 또는 상부 렌즈(102)는 출력 파이버(97)에 인접한 렌즈(102)와 대략 4 밀리미터 아래에 배치되어 레이저 빔(191)을 재포커싱하기 위하여 사용한다. 홀(157)의 중앙에서 제 2 또는 하부 렌즈(102)는 렌즈(102)에서 빠져나가는 빔(191)의 포커싱 지점에 대해 두배로 간격지고 홀(157)의 하부 반쪽에서 길이 방향 축(113)을 따라 이동하기 위한 레이저 빔(191)을 평행하게 하기 위하여 사용한다.
도 13에 도시된 바와 같이, 동작 동안 제어기(111) 방향 하에서 하나의 특정 미러(103a)는 각각의 액추에이터(180b)에 의해 빔(191) 경로 위치로 완전히 연장되고, 제어기(111)의 방향 하에서 나머지 미러(103b)는 빔(191)의 경로 외측 위치로 완전히 수축된다. 빔(191)은 특정 연장된 미러(103a)로부터 반사되고 미러(103a)에 의해 각각의 출력 포트(151) 및 상기 포트에 결합된 출력 파이버(97) 쪽으로 선택적으로 지향된다. 빔(191)은 출력 포트(151)를 빠져나가서 자유 공간으로 지향되거나 선택적으로 제 2 광파이버 및/또는 렌즈(97)에 의해 목적지로 지향될 수 있다. 빔(192)은 출력 포트(151)중 임의의 하나로부터 입력 포트(150)쪽으로 지향될 수 있다. 상기된 실시예에서, 각각의 미러(103)가 완전히 수축된 위치 및 완전히 연장된 위치 사이에서 적어도 빔(191)의 폭 만큼 변위되어야 한다는 것이 인식된다. 광학 스위치(104)로 사용하기 위한 통상적인 레이저 빔(91)은 대략 100 내지 200 미크론 사이의 직경을 가질 수 있으므로, 액추에이터(180)에 의해 최소한 상기 이상의 미러(103)의 선형적 변위를 요구한다. 상기된 바와 같이, 종래 기술 액추에이터는 합당한 스위칭 속도로 단지 40 미크론의 변위를 제공한다.
본 발명이 입력 포트(150) 및 특정 출력 포트(151) 사이에 빔(191)을 결합하기 위하여 미러(103)를 사용하기 때문에, 사용된 미러의 품질은 중요하다. 흡수, 산란 및 디포커싱으로 인한 광학 손실을 최소화하기 위하여, 미러(103) 표면은 반사성이 있고, 부드럽고 편평하여야 한다. 덜 중요한 응용에 대하여, 미러(103)는 장치의 제조 동안 에칭된 표면의 수직 벽으로서 적소에 형성될 수 있다. 미러(103)는 매우 얇은 실리콘 웨이퍼와 별개로 제조되고 추후 정렬되어 액추에이터(601)에 대해 도 10에 도시된 바와 같이, New Brunswick, N.J.에 위치된 Norland Products, Inc.에 의해 판매되는 자외선 개시 부착제, Norland NEA 123M 같은 임의의 적당한 부착제(688)에 의해 돌출부(218)상 브라킷(219)에 부착된다. 미러(103)는 크롬 또는 임의의 다른 적당한 재료로 만들어진 얇은 부착층(693)에 의해 웨이퍼(691)에 고정된 금 같은 임의의 적당한 반사 금속 층(692)을 가지는 얇은 실리콘 웨이퍼(691)로 제조될 수 있다. 층(692)에 대한 다른 적당한 반사 재료는 알루미늄 및 은을 포함하고 부착층(693)에 대한 다른 적당한 재료는 티타늄을 포함한다. 실리콘 웨이퍼(691)는 20 내지 300 미크론 범위의 두께, 바람직하게 80 미크론의 두께를 가지며 반사 층은 0.05 내지 0.30 미크론 범위의 두께, 바람직하게 대략 0.15 미크론의 두께를 가진다. 부착층은 대략 0.005 미크론의 두께를 가진다. 금속층은 실온에서 잔류 내부 스트레스가 최소화되도록 증착될 수 있다. 큰 비율의 실리콘 두께 대 금속 두께는 코팅층 및 실리콘의 다른 열 팽창 비율에 의해 유발된 미러 벤딩(bending)을 최소화한다. 결과적인 미러는 높은 반사도의 금 또는 다른 반사 금속 및 작은 표면 거칠기 및 높은 평탄도의 폴리싱 실리콘 구조를 가진다.
다른 층 또는 코팅은 미러(103)의 반사도를 증가시키기 위하여 반사층(692)상에 선택적으로 배치된다. 도 10에 도시된 미러(103)에서, 다수의 유전체 쌍(696)은 반사층의 상부에 배치된다. 각각의 쌍(696)은 비교적 낮은 굴절율의 층(698)상에 배치된 비교적 높은 굴절율의 층(697)으로 구성된다. 미러(103)가 마이크로스위치(180) 같은 광학 마이크로스위치에 사용되는 경우, 층(697 및 698)은 각각 레이저 빔(191, 192)의 1/4 파장과 같은 두께를 가진다. 층(697)에 대한 적당한 재료는 산화 세륨 및 산화 티타늄을 포함하고, 층(698)에 적당한 재료는 질화 마그네슘 및 이산화 실리콘을 포함한다.
다른 마이크로액추에이터 배열을 가지는 본 발명의 광학 스위치는 입력 파이버(98)에 의해 스위치로 지향된 레이저 빔(191)을 선택적으로 재지향시키기 위하여 제공될 수 있다. 도 14에 개략적으로 도시된 광학 마이크로스위치(830)는 스위치(104)에 대해 상기된 바와 같은 임의의 수단에 의해 이루어진 마이크로칩(831)으로 형성된다. 유사한 참조 번호는 마이크로스위치(104 및 830)의 유사한 구성요소를 기술하기 위하여 사용되었다. 광학 스위치(830)는 입구 파이버(98)에 결합된 입구 포트 및 상기 스위치(830)의 한 측면을 따라 간격지고 각각의 출력 파이버(97)에 결합된 다수의 배출 또는 출구 포트(833)를 포함한다. 중앙 길이 방향 축(836)은 입구 포트(832)에 평행하고 스위치(830)의 중앙 통로 또는 홀(837)을 따라 출구 포트(833)에 수직으로 연장한다. 제 1 다수의 8개의 액추에이터 또는 마이크로액추에이터(180a)는 광학 스위치(830)의 중앙 축(836)으로부터 간격지고 상기 축과 평행하게 연장하는 제 1 이미지 선을 따라 길이방향으로 간격진다. 제 2 다수의 4개의 액추에이터 또는 마이크로액추에이터(180b)는 축(836)으로부터 간격지고 상기 축에 평행하게 연장하는 제 2 이미지 선을 따라 길이 방향으로 간격진다. 길이 방향 축(836)은 제 1 세트의 액추에이터(180a) 및 제 2 세트의 액추에이터(180b) 사이로 연장한다. 이런 방식으로, 액추에이터 또는 마이크로액추에이터(180a)는 액추에이터 또는 마이크로모터(180b)와 대향한다.
액추에이터(180a)는 브라킷(219a)상에 설치된 미러(103a)를 포함하고 액추에이터(180b)는 브라킷(219b)에 설치된 미러(103b)를 포함하고, 각각의 미러(103a, 103b)는 상기된 미러(103)와 유사하다. 미러(103a, 103b) 각각은 일반적으로 입력 포트(832)와 면한다. 렌즈(102)는 광파이버(97)를 각각의 출구 포트(833)로 전달하기 위하여 각각의 미러 및 홈(838) 사이에 배치된다. 미러(103a, 103b)는 90도의 각을 통하여 그 위에 충돌하는 레이저 빔(191)을 재지향시키기 위하여 길이 방향 축(836)에 대해 45도의 각으로 각각 기울어진다. 각각의 액추에이터(180a)의 브라킷(219a)은 그 위에 설치된 미러(103a)가 액추에이터(180a)에 관련하여 전방향으로 레이저 빔(191)을 반사시키도록 형성된다. 각각의 액추에이터(180b)의 브라킷(219b)은 그 위에 설치된 미러(103b)가 액추에이터(180b)쪽 방향으로 레이저 빔(191)을 반사시키도록 형성된다. 상기와 같이, 미러(103a, 103b)는 다수의 평행 방향으로, 즉 단일 방향으로 레이저 빔(191)을 모두 반사 시켜서, 레이저 빔은 항상 광학 스위치(830)의 한 측면으로부터 빠져나간다.
마이크로액추에이터(180a)는 마이크로칩(831)의 제 1 이미지 라인을 따라 4개의 연속적인 쌍으로 배치된다. 상기와 같이, 각각 인접한 액추에이터(180a) 쌍의 돌출부(218a), 브라킷(219a) 및 미러(103a)는 상기 액추에이터(180a)의 인접 측면을 따라 제공된다. 마이크로칩(831)에서 액추에이터(180a)의 이런 배열은 두 개의 맨 마지막 미러(103a)가 마이크로스위치(830)의 중앙에 더 가깝게 배치되도록 하여 마이크로스위치내의 레이저 빔(191, 192)의 경로 길이를 감소시킨다. 결과적으로, 입력 평행 형성 렌즈(102)는 마이크로스위치(830)의 더욱 안쪽에 배치될 수 있다. 액추에이터(180a)의 연속적인 배열은 두 개의 중앙 렌즈(102)가 가장 중앙 두 개의 액추에이터(180a)의 앞에 배치되도록 하여, 레이저 빔(191, 192)의 경로 길이를 추가로 감소시킨다.
입력 레이저 빔(191)은 제어기(111)에 의해 선택된 미러(103a, 103b)와 맞물릴 때까지 입력 포트(832)로부터 중앙 길이 방향 축(836)을 따라 이동한다. 미러(103a) 및 액추에이터(180a)의 셔틀(109)은 미러(103)가 레이저 빔(191)의 경로에서 벗어나는 제 1 또는 수축 위치로부터 미러의 반사 표면이 각각의 출구 포트(833)를 통하여 레이저 빔을 지향시키도록 레이저 빔의 경로에 배치되는 제 2 또는 연장된 위치로 이동 가능하게 한다. 미러(103b) 및 제 2 액추에이터(180b)의 셔틀(109)은 미러(103b)가 레이저 빔(191)의 경로에서 벗어난 제 1 또는 수축 위치로부터 미러의 반사 표면이 레이저 빔(191)의 경로에 배치되는 제 2 또는 연장된 위치로 이동 가능하게 한다.
돌출부(218) 및 각각의 액추에이터(180b)의 브라킷(219)은 미러(103b)가 수축되거나 경로 위치 외에 있을 때 레이저 빔(191)의 경로에서 벗어나도록 구성된다. 액추에이터(180b)는 인입 레이저 빔(191)에 관련하여 미러(103b) 및 브라킷(219b)을 정렬하기 때문에 레이저 빔(191)의 경로 밖으로 미러(103b) 및 브라킷(219)을 수축시키도록 액추에이터(180a)보다 큰 이동 또는 편차를 요구한다. 예를들어, 도 13의 액추에이터(180b)는 액추에이터(180a)와 비교하여 50 미크론의 부가적인 편차를 요구한다. 따라서, 액추에이터(180b)의 콤브형(comb) 드라이브 어셈블리에서 콤브형 드라이브 핑거(211, 212)는 액추에이터(180a)의 대응 구성요소보다 크다. 크기의 증가는 액추에이터(180b)에 대해 보다 큰 구동 전압을 요구한다. 다수의 평행 방향, 및 단일 방향으로 광학 스위치(830)로부터 외측으로 레이저 빔(191)의 방향은 스위치(830)가 배치된 광학 데이터 저장 시스템(95)의 복잡성을 감소시킨다.
단일 방향으로 광학 스위치중 하나의 측면으로부터 외측으로 입력 레이저 빔(191)을 선택적으로 지향시키는 다른 광학 스위치는 도 15에 개략적으로 도시된다. 광학 마이크로스위치(851)는 광학 마이크로스위치(104 및 830)와 유사하고 유사한 참조 번호는 마이크로스위치(104, 830 및 851)의 유사 구성요소를 기술하기 위하여 사용되었다. 긴 광학 스위치(851)는 그 한 측면에 입구 포트(853)를 가지는 마이크로칩(852) 및 한측면상에서 간격진 다수의 12 출구 포트(854)로 형성된다. 길이방향 축(856)은 광학 스위치(851)의 경로 또는 홀(857)을 따라 입구 포트(853)에 평행하고 출구 포트(854)에 수직으로 연장한다. 스위치(851)는 빔(191)이 홀(857)을 통하여 위쪽으로 이동할 때 레이저 빔(191)을 다시 포커싱하고 평행하게 하기 위하여 홀(857)내에 배치된 두 개 세트의 렌즈 쌍(102)을 가진다. 두 개 세트의 렌즈 쌍(102)은 길이가 대략 4 밀리미터의 3개의 세그먼트로 홀을 나눈다.
다수의 12 액추에이터(180)는 길이방향 축(856)으로부터 평행하고 간격져 연장하는 이미지 라인을 따라 길이방향으로 간격진 위치에 배치된다. 액추에이터(180)는 90도의 각으로 레이저 빔(191)을 재지향시키기 위하여 길이 방향 축(856)에 대해 45도의 각으로 기울어진 미러(103)를 각각 가진다. 각각의 액추에이터(180)의 미러(103)는 브라킷(219)에 설치되고 액추에이터(180)의 후면 단면에 인접하게 배치된 각각의 출구 포트(854)를 통하여 액추에이터(180)쪽으로 다시 레이저 빔(191)을 지향시킨다. 입구 광파이버(98)는 입구 포트(853)에 결합되고 출구 광파이버(97)는 각각의 출구 포트(854)에 결합된다. 렌즈(102)는 각각의 출구 포트(854)에 광파이버(97)를 유지하기 위하여 각각의 미러 및 홈(858) 사이에 배치된다. 미러(103)는 미러(103)가 레이저 빔(191)의 경로 외측에 있는 제 1 또는 수축된 위치와, 미러(103)가 레이저 빔(191)의 경로에 있는 제 2 또는 연장된 위치 사이에 각각의 액추에이터(180)의 셔틀(109)에 의해 각각 이동할 수 있다. 광학 스위치(830)에는 액추에이터의 앞쪽으로 레이저 빔(191)을 지향시키기 위하여 액추에이터(180)가 제공되고 상기 스위치는 본 발명의 범위 내에 있다는 것이 인식된다. 광학 스위치(851)의 설계는 기판(213)의 표면 영역의 사용에 효과적이다.
떠나는 레이저 빔(191)이 광학 스위치의 한 측면에서만 떠나는 본 발명의 광학 스위치의 다른 실시예는 도 16에 개략적으로 도시된다. 광학 스위치(901)는 미러(902)의 한측면상 입력 파이버(98)에 결합된 단일 입력 포트(903)를 가지는 마이크로칩(902)으로 형성된다. 홈(906)은 입구 포트(903)로부터 입력 파이버(98)를 유지하기 위하여 마이크로칩(902)에 제공된다. PM 광파이버(97)에 결합된 다수의 12 출구 포트(904)는 입력 포트(903)로서 마이크로칩(902)의 동일 측면상에서 간격진다.
상기된 미러(103)와 유사한 제 1 및 제 2 방향 미러(907, 908)는 마이크로칩(902)의 아래쪽으로 연장하는 경로 또는 홀(911) 또는 위쪽으로 연장하는 경로 또는 홀(912)을 따라 레이저 빔(191)을 선택적으로 지향시키기 위하여 광학 스위치(901)의 수단내에 포함된다. 홀(911, 912)은 서로에 대해 및 마이크로칩(902)의 측면에 대해 간격지고 평행으로 연장하는 각각의 길이 방향 축(913, 914)을 따라 연장한다. 미러(907, 908)는 축(913, 914)에 대해 45도의 각으로 기울어지고 각각 입구 포트(903)와 면한다. 횡단 축(916)은 축(913, 914)에 수직으로 마이크로칩(902)을 가로질러 입구 포트(903)로부터 연장한다.
제 1 방향 미러(907)는 액추에이터(601)에 부착되고 미러(907)가 횡단축(916)을 따라 연장하는 레이저 빔(191)의 경로에서 벗어나 위쪽 위치에 있는 제 1 또는 수축 위치와, 빔(191)이 스위치의 제 1 길이방향 축(913)을 따라 연장하는 제 1 경로를 따라 아래쪽으로 연장하도록 미러(907)가 레이저 빔(191)의 경로내에서 아래쪽 위치에 있고 90도의 각도를 통하여 레이저 빔을 편향시키기 위하여 사용하는 제 2 또는 연장된 위치로부터 광학 스위치(901)내에서 위쪽 및 아래쪽으로 이동 가능하다.
제 2 방향 미러(908)는 제 1 미러(907) 뒤쪽에 배치되고 마이크로칩(902)으로부터 에칭된 브라킷(917)에 의해 마이크로칩(902)에 단단하게 설치된다. 입력 레이저 빔(191)은 제 1 미러(907)가 수축된 위치에 있을 때 미러(908)와 맞물린다. 제 2 미러(908)는 빔이 마이크로칩(902)의 제 2 길이방향 축을 따라 제 2 경로를 따라 이동하도록 90도의 각을 통하여 위쪽으로 빔(191)을 지향시키기 위하여 사용한다.
다수의 제 1 액추에이터(180a)는 제 1 길이방향 축(913) 및 적어도 하나의 제 2 액추에이터에 평행하게 연장하는 제 1 이미지 라인을 따라 길이 방향으로 간격지고 도시된 바와 같이 단일 액추에이터(180b)는 길이 방향 축(913)에 평행하게 연장하는 제 2 이미지 라인상에 배치된다. 4개의 액추에이터(180a)는 제 2 액추에이터(180b)와 대향되고 길이방향 축(913)은 액추에이터(180a) 및 액추에이터(180b) 사이로 연장한다. 제 1 액추에이터(180a)는 하부 홀(837)의 상부로부터 하부로 연속적으로 제 1 이미지 라인을 따라 길이 방향으로 간격진다. 액추에이터(841, 842)는 그 돌출부(218)가 액추에이터(841, 842)의 인접 측면을 따라 서로 평행하게 연장하도록 제 1 이미지 라인을 따라 나란히 배치된다. 액추에이터(834, 844)는 그 돌출부(218)가 액추에이터(843, 844)의 인접 측면을 따라 서로 평행하게 연장하도록 제 1 이미지 라인을 따라 유사하게 나란히 배치된다.
다수의 액추에이터(180c)는 제 2 길이방향 축(914) 및 적어도 하나의 제 4 액추에이터에 평행하게 연장하는 제 3 이미지 라인을 따라 길이 방향으로 간격지고 도시된 바와 같이 단일 액추에이터(180d)는 제 2 길이방향 축(914)에 평행하게 연장하는 제 4 이미지 라인상에 배치된다. 일반적으로, 제 1 및 제 2 액추에이터 또는 마이크로액추에이터(180a 및 180b)는 마이크로칩(902)의 1/2 위치에 있도록 횡단 축(916)의 한측면상에 배치되고, 제 3 및 제 4 액추에이터 또는 마이크로액추에이터(180c 및 180d)는 마이크로칩(902)의 다른 1/2 위치에 있도록 횡단 축(916)의 다른 측면상에 배치된다. 특히, 상부 길이방향 축(914) 주변 액추에이터 배열은 하부 길이방향 축(913) 주변 액추에이터 배열의 미러 이미지이다. 상기와 같이, 제 4 액추에이터(180c)는 제 4 액추에이터(180d)에 대향되고 길이 방향 축(914)은 액추에이터(180c) 및 액추에이터(180d) 사이로 연장한다. 제 3 액추에이터(180c)의 4개의 액추에이터(841-844)는 하부 홀(912)의 하부로부터 상부로 연속적인 순서로 제 3 이미지 라인을 따라 길이 방향으로 간격진다.
액추에이터(180a-180d)는 제 1 방향 미러(907)에 의해 제 3 및 제 4 액추에이터(180c, 180d)로 또는 제 2 방향 미러(908)에 의해 제 1 및 제 2 액추에이터(180a, 180b)로 재지향되거나 반사되는 레이저 빔(191)의 경로에서 벗어난 제 1 또는 수축 위치, 및 미러(103)의 반사 표면이 레이저 빔(191)의 경로에 배치되는 제 2 또는 연장된 위치 사이에서 이동 가능한 미러(103)를 각각 가진다. 상기 미러(103)는 일반적으로 방향 미러(907, 908)에 면하고 상기 길이방향 축에 대하여 90도의 각을 통하여 반사 레이저 빔에 의해 지향시키기 위해 각각의 제 1 길이방향 축(913) 또는 제 2 길이방향 축(914)에 대해 45도의 각으로 각각 기울어진다. 특히, 각각의 미러는 광학 마이크로스위치(901)의 한측면상 각각의 출구 포트(904)를 통하여 단일 방향으로 레이저 빔(191)을 선택적으로 지향시키기 위하여 각을 형성하여 기울어진다. 편향된 레이저 빔은 출력 파이버(97)중 하나쪽으로 레이저 빔을 차례로 지향시키는 평행 결정 렌즈(102)에 의해 수신된다. 홈(927)은 광파이버(97)를 각각의 출구 포트(904)에 유지하기 위하여 마이크로칩(902)에 제공된다.
상기된 바와 같이, 마이크로액추에이터(180a 및 180c)는 광학 마이크로스위치(830)의 마이크로액추에이터(180a)와 동일 방식으로 각각의 홀(911, 912)을 따라 연속적인 쌍의 두 개의 세트에 각각 배치된다. 이런 마이크로칩(902) 액추에이터(180a, 180c)의 배열은 하부 및 상부 홀에서 액추에이터(844)의 미러(103)가 각각의 방향 미러907, 908)에 더 밀접하게 배치되게 하여 마이크로스위치(901)의 레이저 빔(191, 192)의 경로 길이를 감소시키고 따라서 스위치(901)의 결합 효율을 증가시킨다. 액추에이터(180a, 180c)의 연속적인 배열은 액추에이터(601)가 액추에이터(841)의 전면에 배치되게 하고, 추가로 마이크로스위치(901)내의 레이저 빔(191, 192) 경로를 감소시킨다.
미러(931)는 하부 홀(911)의 하부 단부에서 마이크로칩(902)으로부터 에칭된 브라킷(932)에 의해 마이크로칩(902)에 단단히 설치된다. 미러(931)는 제 1 및 제 2 액추에이터(180a, 180b)의 미러(103) 아래 및 최하부 액추에이터(180a)의 전면에 배치된다. 미러(931)는 길이방향 축(913)에 대해 45도의 각으로 기울어진다. 제 1 및 제 2 액추에이터(180a, 180b)의 미러(103)가 각각 수축 위치에 있을 때, 레이저 빔(191)은 미러(931)에 의해 90도의 각을 통하여 편향되어 제 1 액추에이터(180a)로부터 평행 결정 렌즈(102)를 통하여 출력 포트(904)를 통해 연장하는 광파이버(97)로 이동한다. 유사한 미러((43)는 제 3 액추에이터(180c)의 전면 상부 홀(912) 상부에서 브라킷(944)에 의해 마이크로칩(902)에 단단하게 설치된다. 미러(943)는 미러(931)와 동일 방식으로 동작하고 제 1 및 제 2 액추에이터(180c, 180d)의 미러(103)가 수축 위치에 있을 때 각각의 출력 포트(904)를 통하여 레이저 빔(191)을 편향시키기 위하여 사용한다. 미러(103, 931 및 943)는 레이저 빔(191)이 항상 광학 마이크로스위치(901)의 한측면에서 빠져나가도록 다수의 평행 방향 및 단일 방향으로 레이저 빔을 편향시킨다. 추가의 마이크로액추에이터 및 그와 수반된 이동 가능 미러 대신 고정되게 설치된 미러(931, 943)의 사용은 홀(911, 912)의 길이 및 레이저 빔(191, 192)의 경로 길이를 추가로 감소시킨다. 도시된 바와 같이, 광학 스위치(901)는 12개중 하나의 출력 파이버(97)에 레이저 빔(191)을 선택적으로 편향시키기 위하여 사용될 수 있다.
광학 마이크로스위치(901)는 레이저 빔(191) 또는 레이저 빔(192)이 광학 스위치를 통하여 이동되어야 하는 최대 경로를 감소시키는 것이 바람직하다. 방향 미러(907,908)는 레이저 빔(191)을 홀(911, 912)중 하나를 통하여 편향시키고, 그 각각은 스위치(104)의 홀(157), 스위치(830)의 홀(837) 및 스위치(851)의 홀(857)보다 짧다. 상기 감소된 경로 길이는 스위치(9010의 결합 효율을 증가시킨다. 본 발명의 광학 스위치의 다른 실시예는 레이저 빔(191, 192)의 최대 이동 경로를 최소화하기 위하여 액추에이터의 추가 분할을 가지도록 제공된다는 것이 인식된다.
상기된 임의의 스위치와 유사한 광학 마이크로스위치는 광학 스위치의 마이크로칩위에 집적된 상기된 레이저 광학 어셈블리(96)와 유사한 광학 어셈블리가 제공된다. 도 17에 개략적으로 도시된 광학 마이크로스위치(1051)는 스위치(104)에 대해 상기된 바와 같은 임의의 적당한 수단으로 만들어진 마이크로칩(1052)으로 형성된다. 마이크로스위치(1051)는 상기된 스위치(104 및 830)와 유사하고 동일 참조 번호는 스위치(104, 830 및 1051)의 동일 구성요소를 기술하기 위하여 사용되었다. 마이크로스위치(1051)는 스위치(1051)의 양쪽 측면을 따라 간격진 입구 포트(1053) 및 다수의 출구 또는 배출 포트(1054)를 포함한다. 출구 포트(1054)는 각각의 출력 파이버(97)에 결합되고, 그 일부가 도 17에 도시된다. 각각의 출력 파이버(97)는 각각의 출구 포트(1054)를 통하여 마이크로칩(1052)에 제공된 통로 또는 홈(1056)으로 연장한다. 중앙 길이 방향 축(1061)은 마이크로칩(1052)의 중앙을 통하여 길이 방향으로 연장하는 중앙 통로 또는 홀(1062)을 따라 입구 포트(1053)로부터 연장한다.
제 1 다수의 액추에이터 또는 마이크로액추에이터(180a)는 중앙 축(1061)으로부터 간격지고 평행하게 연장하는 제 1 이미지 라인을 따라 길이 방향으로 간격진다. 제 2 다수의 액추에이터 또는 마이크로액추에이터(180b)는 축(1061)으로부터 간격지고 평행하게 연장하는 제 2 이미지 라인을 따라 길이 방향으로 간격진다. 중앙 길이 방향 축(1061)은 제 1 액추에이터(180a) 및 제 2 액추에이터(180b) 사이로 연장하고 상기와 같이 제 1 액추에이터(180a)는 길이 방향 축(1061)에 대해 제 2 액추에이터(180b)와 대향한다. 비록 단일 또는 임의의 다수의 액추에이터(180)가 제공될지라도, 5개의 제 1 액추에이터(180a) 및 6개의 제 2 액추에이터(180b)는 스위치(1051)에 제공된다.
제 1 다수의 액추에이터(180a) 및 제 2 다수의 액추에이터(180b) 각각은 브라킷(219)에 설치된 미러(103)를 각각 포함한다. 미러(103)는 입구 포트(1053)와 면하고 축(1061)에 대해 90도의 각으로 레이저 빔(191)을 지향시키도록 길이 방향 축(1061)에 대해 45도의 각으로 각각 기울어진다. 재지향된 레이저 빔(191)은 각각의 출구 포트(1054)를 배출하도록 액추에이터(180)의 앞쪽으로 연장하는 경로를 따라 각각의 미러(103)로부터 반사된다. 미러(103)는 미러가 레이저 빔(191)의 경로에서 벗어난 제 1 또는 수축 위치에서 미러가 입구 포트(1053)로부터 연장하는 레이저 빔의 경로에 배치되는 제 2 또는 연장 위치로 각각의 액추에이터(180)의 셔틀(109)에 의해 각각 이동 가능하다. 미러(1067)는 홀(1062)의 상부에서 브라킷(1068)에 의해 마이크로칩(1102)에 단단하게 설치된다. 미러(1067)는 제 1 및 제 2 액추에이터(180a, 180b)의 미러(103)가 각각 수축 위치에 있을 때 각각 출력 포트(1054)를 통하여 레이저 빔(191)을 편향시키기 위하여 사용한다. 미러(1067)는 광학 스위치(1051)의 하나의 액추에이터에 대한 필요성을 제거하고, 그렇게 함으로써 스위치(1051)를 통하여 이동하는 레이저 빔의 평행 경로 및 스위치(1051)의 복잡성을 감소시킨다.
레이저 마이크로 광학 어셈블리(1071)를 포함하는 레이저 마이크로 광학 수단은 입구 포트(1053)의 전면 마이크로칩(1052)의 하부에서 기판(213)에 설치된다. 레이저 광학 어셈블리(96) 같은 마이크로 광학 어셈블리(1071)는 선형적으로 편광된 레이저 소스(231) 및 포커싱 렌즈(도시되지 않음)로부터 레이저 빔을 수용하기 위하여 평행 결정 광학부(234)와 유사한 평행 결정 광학 렌즈(1072)를 포함한다. 어셈블리(1071)는 상기된 빔 분할기(232)와 유사한 저파장 분광 누설 빔 분할기(1073)를 더 포함한다. 어셈블리(1071)는 상기된 1/4 파 플레이트(238), 선택적인 1/2파 플레이트(1084), 분광 빔 분할기(1086) 및 광학 검출기(1087)와 유사한 1/4 파 플레이트(1083)를 가진다. 광학 검출기(1087)는 수신된 광학 신호를 전기 신호로 변환한다. 각각의 마이크로 광학 어셈블리(1071)의 구성요소는 적당한 수단에 의해 기판(213)에 설치될 수 있다. 예를 들어, 평행 결정 광학 렌즈(1072)용 리셉터클(1088) 같은 리세스 또는 리셉터클은 어셈블리(1071) 각각의 구성요소를 수용하기 위한 기판(213)에 제공될 수 있고 , 상기 구성요소는 접착제 및/또는 스프링(1089) 같은 적당한 수단에 의해 각각의 리세스내에 고정된다. 다수의 홈(1091)은 마이크로 광학 어셈블리(1071)를 통하여 레이저 빔의 이동을 용이하게 하기 위하여 마이크로칩(1052)에 제공된다.
종래 기술에 잘 설명된 바와 같이, 파 플레이트(1083, 1084)의 차동 검출 방법, 편광 빔 분할기(1086) 및 검출기(1087)는 입력 빔(191)에 관련하여 반사된 레이저 빔(192)의 두 개의 직교 편광 성분의 광학 전력을 측정하고, 차동 신호는 MO 디스크(107)의 각각의 표면(108)에 케르 효과에 의해 유도된 편광 회전의 감지 측정치이다. 이런 차동 신호는 전기 신호로서 출력하기 위한 차동 증폭기(237)에 의해 처리될 수 있다.
마이크로칩(1052)상 마이크로 광학 어셈블리(1071)를 포함하는 것은 렌즈(102), 미러(103) 및 스위치(1051)의 다른 광학 구성요소에 대해 어셈블리(1071)의 정렬을 간략화한다. 기판상 마이크로 광학 어셈블리(1071)의 구성요소를 정렬하기 위하여 리세스 또는 기판(213)의 다른 특징부가 제공된다.
어셈블리(1071)와 유사한 마이크로 광학 어셈블리는 다른 스위치상에 제공되고 본 발명의 범위내에 있다. 예를들어, 상기 어셈블리는 도 16에 도시된 광학 마이크로스위치(901)의 마이크로칩(902)상에 제공될 수 있다. 마이크로칩(1097)으로 형성되고 마이크로스위치(901)와 실질적으로 동일한 광학 마이크로스위치(1096)는 도 18에 도시된다. 유사한 참조 번호는 광학 마이크로스위치(901 및 1096)의 유사 구성요소를 기술하기 위하여 도 18에 사용된다. 마이크로 광학 어셈블리(1071)는 제 2 및 제 4 액추에이터(180b, 180d) 사이 및 제 1 방향 미러(907)에 접속된 방향성 마이크로액추에이터(601)의 전면 마이크로칩(1097)상에 설치된다.
광학 마이크로스위치(1096)는 마이크로칩(1097)의 동일 측면상에서 각각 배출되는 출력 파이버(97)를 위하여 제공하고 마이크로칩(1097)상 마이크로 광학 어셈블리(1071)를 포함한다. 마이크로스위치(1096)의 두 개의 홀 설계 및 각각의 홀에서 밀접한 미러(103)의 패키징은 증가된 결합 효율을 가지는 스위치(1096)를 제공한다.
어셈블리(1071)와 유사한 마이크로 광학 어셈블리를 가지는 다른 광학 마이크로스위치는 도 19에 도시된다. 광학 마이크로스위치(1101)는 광학 마이크로스위치(104)에 대해 상기된 바와 같이 임의의 적당한 수단으로 만들어진 마이크로칩(1102)으로 형성되고 광학 마이크로스위치(901 및 1096)에 대한 많은 측면에서 유사하다. 상기된 미러(103)와 유사한 제 1 및 제 2 방향 미러(1106, 1107)는 마이크로칩(1102)의 아래쪽으로 연장하는 경로 또는 홀(1111) 또는 위쪽으로 연장하는 경로 또는 홀(1112)을 따라 선택적으로 레이저 빔(191)을 지향시키기 위한 광학 스위치(1101)의 수단 또는 어셈블리 내에 포함된다. 홀(1111, 1112)은 서로에 대해 및 마이크로칩(1102)에 대해 간격지고 평행하게 연장하는 각각의 길이방향 축(1113, 1114)을 따라 연장한다. 미러(1106, 1107)는 각각의 축(1113, 1114)에 대해 45도의 각으로 각각 기울어진다. 횡단 축(1116)은 축(1113, 1114)에 수직으로 마이크로칩(1102)의 중앙을 가로질러 연장한다. 제 1 방향 미러(1106)는 액추에이터(601)에 부착되고 액추에이터(901)의 제 1 방향 미러(907)와 동일 방식으로 동작한다. 입력 레이저 빔(191)은 제 1 방향 미러(1106)가 수축 위치에 있을 때, 액추에이터(901)의 제 2 방향 미러(908)와 유사한 제 2 방향 미러(1107)에 지향한다. 제 2 방향 미러(1107)는 마이크로칩(1102)으로부터 에칭된 브라킷(1117)에 의해 마이크로칩(1102)에 단단하게 고정되고 빔이 마이크로칩(1102)의 제 2 길이방향 축(1114)을 따라 제 2 경로를 따라 이동하도록 90도의 각으로 레이저 빔(191)을 지향시키기 위하여 제 2 방향 미러(908)와 동일 방식으로 동작한다.
다수의 제 1 액추에이터(601a)는 하부 길이방향 축(1113)의 한 측면을 따라 배치되고 다수의 제 2 액추에이터(610b)는 제 1 및 제 2 액추에이터(601a, 601b) 사이로 연장하도록 축(1113)의 반대 측면을 따라 배치된다. 제 1 및 제 2 액추에이터(601a, 601b)는 길이 방향 축(1113)에 대해 대향된다. 특히, 제 1 액추에이터(601a)는 축(1113)을 따라 길이방향으로 간격진 다수의 액추에이터를 포함한다. 도시된 바와 같이 제 1 액추에이터(601a)는 길이방향 축(1113)을 따라 길이 방향으로 간격진 제 1 및 제 2 세트의 액추에이터 쌍(1123)을 포함한다. 각각의 액추에이터 쌍(1123)은 다수의 길이방향 축(1113)에 수직으로 연장하는 이미지 라인을 따라 나란히 배치된 제 1 및 제 2 액추에이터(1123a 및 1123b)를 포함한다. 제 1 액추에이터(1123a)는 축(1113)에 대하여 제 2 액추에이터(1123b) 뒤에 배치된다. 상기된 바와 같이, 제 2 액추에이터(1123b)의 돌출부(218)는 제 1 액추에이터(1123a)의 돌출부(218)의 단부 지점과 거의 같은 지점에서 종결하도록 액추에이터(1123a)와 나란히 액추에이터(1123b)의 앞쪽으로 연장한다.
제 1 및 제 2 액추에이터(1123a, 1123b)의 미러(103)는 서로 가까이 인접하여 축(1113)을 따라 길이 방향으로 간격진 지점에 배치된다. 각각의 제 1 및 제 2 액추에이터(1123a, 1123b)의 미러(103)는 레이저 빔(191)의 경로를 벗어난 제 1 또는 수축된 위치로부터 미러(103)가 레이저 빔(191)의 경로에 배치되는 제 2 또는 연장된 위치로 액추에이터에 의해 이동된다. 브라킷(219)은 90도의 각도로 레이저 빔(191)을 지향시키기 위하여 축(1113)에 대해 45도의 각으로 각각 기울어진다. 편향된 레이저 빔은 레이저 빔(191)을 출력 파이버(97)중 하나로 차례로 지향시키는 평행 결정 렌즈(102)에 의해 수신되도록 액추에이터의 앞쪽으로 연장한다. 경로(1126)는 출력 파이버(97)를 수용하기 위하여 마이크로칩(1102)에 제공된다. 경로(1126)는 마이크로칩(1102)의 측면상에 제공된 출력 포트(1127)로 연장한다. 제 1 액추에이터(601a)의 제 2 액추에이터 쌍(1123)은 제 1 액추에이터(601a)의 제 1 액추에이터 쌍(1123) 아래에 배치된다.
제 2 액추에이터(601b)는 제 1 액추에이터(601a)의 상부 액추에이터 쌍(1123)에 관련된 평행 결정 렌즈(102) 및 제 1 액추에이터(601a)의 하부 액추에이터쌍(1123)에 관련된 평행 결정 렌즈 사이에 배치된 단일 액추에이터 쌍(1123)를 포함한다. 한 쌍의 평행 결정 렌즈(102)는 각각의 레이저 빔(191)을 각각의 출력 파이버(97)로 지향시키기 위하여 제 2 액추에이터(601b)의 미러(103) 반대편에 배치된다. 이들 파이버(97)는 각각의 경로(1126)를 통하여 제 1 액추에이터(601a)에 대응하는 출력 포트(1127)로부터 마이크로칩(1102)의 반대쪽에 제공된 각각의 출력 포트(1127)로 연장한다. 미러(1131)는 마이크로칩(1102)으로부터 에칭된 브라킷(1132)에 의해 마이크로칩(1102)에 단단하게 설치된다. 미러(1131)는 제 1 액추에이터(601a)의 하부 액추에이터 쌍(1123)의 전면 및 제 1 및 제 2 액추에이터(601a, 601b)의 미러(103) 아래 하부 홀(1111)의 단부에 배치된다. 미러(1131)는 길이 방향 축(1113)에 대해 45도의 각으로 기울어진다. 제 1 및 제 2 액추에이터(601a, 601b)의 미러(103)가 각각 수축 위치에 있을 때, 레이저 빔(191)은 액추에이터(601a)로부터 평행 결정 렌즈(102)를 통하여 출력 포트(1127)를 통과하여 연장하는 출력 파이버(97) 방향으로 이동하도록 90도의 각을 통하여 미러(1131)에 의해 편향된다.
다수의 제 3 액추에이터(601c)는 상부 길이 방향 축(1114)의 한측면상 제 1 액추에이터(601a)상에 배치되고 다수의 제 4 액추에이터(601d)는 상부 길이방향 축(1114)의 반대 측면상 제 2 액추에이터(601b)상에 배치된다. 제 3 및 제 4 액추에이터(601c, 601d)는 제 1 및 제 2 마이크로액추에이터(1123a, 1123b)를 가지는 단일 액추에이터 또는 마이크로액추에이터 쌍(1123)을 각각 포함한다. 제 2 방향 미러(1107)에 의해 편향된 레이저 빔(191)은 제 3 및 제 4 액추에이터(601c, 601d) 사이로 연장하고, 상기와 같이 제 3 및 제 4 액추에이터(601c, 601d)는 상부 길이방향 축(1114)에 관련하여 서로 대향된다. 미러(1143)는 제 3 액추에이터(601c)의 전면 상부 홀(1112) 상부에서 브라킷(1144)에 의해 마이크로칩(1102)에 단단하게 설치된다. 미러(1143)는 미러(1131)와 동일 방식으로 동작하고 제 1 및 제 2 액추에이터(601c, 601d)가 각각 수축 위치에 있을 때 각각의 출력 포트(1127)를 통하여 레이저 빔(191)을 편향시키기 위하여 사용한다. 도시된 바와 같이, 광학 스위치(11010은 12개의 출력 파이버(97)중 하나에 레이저 빔(191)을 선택적으로 지향시키기 위하여 사용될 수 있다.
마이크로 광학 어셈블리(1071)는 제 1 및 제 3 액추에이터(601a, 601c) 사이 및 제 1 방향 미러(1106)에 접속된 액추에이터(601)의 전면에서 마이크로칩(1102)상에 설치된다. 광학 스위치(1101)상 마이크로 광학 어셈블리(1071)를 포함하는 것은 광학 스위치(1051)에 대해 상기된 바와 같은 동일 이유 때문에 바람직하다. 마이크로스위치(1101) 같은 광학 스위치가 마이크로 광학 어셈블리(1071)없이 제공되고 본 발명의 범위내에 있다는 것이 인식된다.
광학 마이크로스위치(1101)의 액추에이터 쌍(1123)은 각각 상부 및 하부 홀(1111, 1112)의 미러(103)가 레이저 빔(191, 192)의 평행 경로를 감소시키도록 각각의 축(1113, 1114)을 따라 함께 길이 방향으로 밀접하게 배치되게 한다. 홀(1111, 1112) 각각의 단부에 단단하게 설치된 미러(1131 및 1143)는 광학 스위치(1101)의 두 개의 마이크로액추에이터를 필요 없게 한다. 미러(1131, 1143)는 스위치(1101)를 통하여 이동하는 레이저 빔의 평행 경로를 감소시킨다.
상기된 마이크로액추에이터(101, 180 및 601) 외에 다양한 마이크로액추에이터가 광학 스위치에 사용될 수 있다. 예를들어, 본 발명의 임의의 광학 마이크로스위치에 사용될 수 있는 본 발명의 마이크로액추에이터의 다른 실시예는 도 20에 도시된다. 여기에 도시된 액추에이터(301)는 액추에이터(180)와 유사하다. 액추에이터(301)의 제 1 이동 가능 전극 어셈블리(208)에는 제 1 및 제 2 콤브형 드라이브 부재(208a, 208b)만이 제공되고 제 2 이동 가능 전극 어셈블리(209)에는 제 1 및 제 2 콤브형 드라이브 부재(230a, 230b)만이 제공된다. 액추에이터(301)는 고정된 콤브형 드라이브 부재(210a 및 230b)의 콤브형 드라이브 바(222)의 수직 표면에 결합된 두 개 세트의 연장 용량성 클램핑 전극 또는 클램프(420) 및 이동 가능 콤브형 드라이브 부재(208b 및 209a)의 콤브형 드라이브 바(221)의 수직 표면에 부착된 한 세트의 반대 용량성 클램핑 전극 또는 클램프(421)를 더 포함한다. 콤브형 드라이브 부재(210a)의 후면상 전극 또는 클램프(420) 및 콤브형 드라이브 부재(208b)의 후면상 전극 또는 클램프(421)는 간격진 위치 사이에서 이동되고, 이것은 콤브형 드라이브 부재(208a, 208b)의 콤브형 드라이브 핑거(211) 및 콤브형 드라이브 부재(210a, 210b)의 콤브형 드라이브 핑거(212)가 맞물린 관계일 때 발생하고, 상기 클램프(420, 421)가 서로 밀접하게 있을 때의 위치는 콤브형 드라이브 부재(208a, 208b)의 콤브형 드라이브 핑거(211) 및 콤브형 드라이브 부재(210a, 210b)의 콤브형 드라이브 부재(212)가 서로 간격질 때 발생한다. 유사하게, 콤브형 드라이브 부재(230b)의 후면상 전극 또는 클램프(420) 및 콤브형 드라이브 부재(209a)의 후면상 전극 또는 클램프(421)는 간격진 위치 사이에서 이동 가능하고, 이것은 콤브형 드라이브 부재(209a, 209b)의 콤브형 드라이브 핑거(211) 및 콤브형 드라이브 부재(230a, 230b)의 콤브형 드라이브 핑거(212)가 상호 맞물린 관계에 있을 때 발생하고, 상기 클램프(420, 421)가 서로 밀접하게 있는 위치는 콤브형 드라이브 부재(209a, 209b)의 콤브형 드라이브 핑거(211) 및 콤브형 드라이브 부재(230a, 230b)의 콤브형 드라이브 핑거(212)가 서로 간격질 때 발생한다. 상기 서로 밀접하게 있을 때, 클램프(420, 421)는 대략 5개의 미러로 간격진다.
액추에이터(301)의 이동 정지 수단 및 미러 모니터링 수단은 정지부(261) 및 제한기(262 및 263)를 포함하지 않는다. 대신, 액추에이터(301)는 셔틀(109)의 후방향 이동을 제한하기 위하여 브라킷(219)과 맞물리는 후방향 정지부(292) 및 셔틀(109)의 전방향 이동을 제한하기 위하여 브라킷(219)과 맞물리는 전방향 정지부(293)가 제공된다. 후방향 정지부(292)는 리드 또는 트레이스(302)에 의해 전기 패드(298)에 전기적으로 결합되고 전방향 정지부(293)는 리드 또는 트레이스(303)에 의해 전기 패드(299)에 결합된다. 패드(298 및 299)는 셔틀(109)의 모니터링이 수축 및 연장된 위치에서 허용되도록 제어기(111)에 전기적으로 결합된다. 부가적인 후방향 정지부(292) 및 전방향 정지부(293)는 제 2 콤브형 드라이브 부재(208b) 및 제 1 콤브형 드라이브 부재(209a)의 각각의 단부에 제공된다.
액추에이터(301)의 동작 방법에서, 펄스 전압은 셔틀(109)의 최대 진동 변위를 달성하기 위하여 제 1 및 제 2 이동 가능 전극 어셈블리(208, 209)를 공진하도록 액추에이터를 시동하는 동안 제어기(111)에 의해 제 1 및 제 2 고정 전극 어셈블리(210, 230)에 선택적으로 인가된다. 제어기(111)는 이들 반대편 콤브형 드라이브 부재의 콤브형 드라이브 핑거(211, 212)가 제 3 또는 완전히 맞물린 위치이도록 상기 반대편 콤브형 드라이브 부재가 서로를 향해 이동하는 전극 어셈블리9208)의 하프 스트로크 동안 대향되는 콤브형 드라이브 부재 사이에 상기 펄스 전압 전위를 인가하기 위한 일반적인 수단을 포함한다. 바람직한 공진 레벨에서, 정전압은 전극 어셈블리(208, 209)를 수축 위치로 이동시키고 수축된 위치에서 미러(103)를 홀딩하기 위하여 패드(242)를 통하여 이동 가능 제 2 콤브형 드라이브 부재(208b)상 클램프(421) 및 패드(240)를 통한 고정된 제 1 콤브형 드라이브 부재(210)상 클램프(420) 사이에 인가된다.
미러(103)가 연장된 위치에 홀딩될 때, 콤브형 드라이브 부재(210a 및 208b) 사이의 전압은 우선 인가되지 않고, 제 1 및 제 2 이동 가능 전극 어셈블리(208, 209)는 미러(103)가 연장된 위치에 있는 제 2 위치쪽으로 스프링(214)의 전방향 스프링 힘하에서 스윙한다. 전압 펄스는 각각의 제 1 및 제 2 콤브형 드라이브 부재(208a, 208b)의 콤브형 드라이브 핑거(211)를 당기고 고정된 전극 어셈블리(210, 230)의 클램프(420)쪽으로 이동 가능 전극 어셈블리(208, 209)의 클램프(421)를 이동시키도록 제 1 및 제 2 콤브형 드라이브 부재(210a, 210b)의 콤브형 드라이브 핑거(212)에 인가된다. 정전압은 패드(241)를 통하여 고정된 콤브형 드라이브 부재(230b)상 클램프(420) 및 패드(242)를 통하여 이동 가능 콤브형 드라이브 부재(209a)상 반대편 클램프(421) 사이에 인가되어 정지부(293)에 인접하는 연장된 위치에서 이동 가능 전극 어셈블리(208, 209) 및 미러(103)를 홀딩시킨다. 기계적 정지부(292 및 293)는 연장 및 수축 위치를 한정하고 이동 가능 전극 어셈블리(208, 209)상 클램프(421)가 고정된 전극 어셈블리(210, 230)상 클램프(420)를 터치하는 것을 방지한다.
본 발명의 액추에이터의 다른 시작 및 동작 방법은 마이크로액추에이터(301)에 관련하여 이하에 기술된다. 도 21의 하부 두 개의 그래프에 도시된 입력 드라이브 전압은 도 21의 상부 그래프에 도시된 셔틀(109) 이동을 유발하도록 제어기(111)에 의해 제공된다. 처음에 45 볼트의 5개의 펄스는 액추에이터 또는 마이크로모터(101)가 100 미크론으로 크기를 증가시켜 진동되도록 전기 패드(240)에 의해 제 1 및 제 2 리턴 콤브형 드라이브 부재(23a, 203b)에 각각 제어기(111)에 의해 인가된다. 전기 패드(241 및 242)는 이런 시작 과정 동안 영 볼트로 일정하게 홀딩된다. 상기 45 볼트 펄스 바로 다음, 45 볼트는 제 1 콤브형 부재(210a)상 클램프 또는 클램핑 전극(420) 및 제 2 콤브형 드라이브 부재(208b)상 클램프 또는 클램핑 전극(421) 사이의 정전기 힘이 도 20에 도시된 정적 위치로부터 대략 100 미크론의 수축된 위치로 셔틀(109)유지하기 위하여 사용하도록 제 1 및 제 2 콤브형 드라이브 부재(210a, 210b)에 인가된다. 클램프(420, 421)는 셔틀(109)의 완전히 수축된 위치에서 대략 5 미크론 떨어지고 따라서 인가된 전압은 수축된 위치에서 셔틀(109)을 유지하기 위하여 사용한다. 일단 45 볼트가 제 1 고정 전극 어셈블리(210)에 인가되면, 이동 가능 전극 어셈블리(208)의 콤브형 드라이브 핑거(211) 및 고정된 전극 어셈블리(210)의 콤브형 드라이브 핑거(212)가 대략 100 미크론 떨어지므로, 인력은 그 사이에 인가된다.
도 21에 도시된 바와 같이, 고정된 전극 어셈블리(210)에 인가된 45 볼트는 약 11 밀리초 유지된다. 45 볼트의 짧은 펄스는 셔틀(109)이 연장된 위치쪽으로 스윙하기 시작할 때 고정된 전극 어셈블리(210)에 인가된다. 클램프 전극(420, 421)은 이때 충분히 간격이 형성되므로 정전기 힘은 제공되지 않는다. 대신, 어셈블리(210)에 대한 펄스 전압은 전극 어셈블리(210)의 대향 콤브형 드라이브 핑거(212)쪽으로 전극 어셈블리(208)의 콤브형 드라이브 핑거(211)를 이동시키도록 사용한다. 펄스 전압은 하프 스트로크 동안 경험된 에너지 손실을 보상하여 완전히 연장된 위치로 셔틀(109)을 스윙한다. 45 볼트의 전위는 제 2 콤브형 드라이브 부재(230b)의 후면측상에 제공된 클램프(420) 및 제 2 콤브형 드라이브 부재(209b)의 후면에 배치된 대향 클램프(421) 사이에 정전기 힘을 제공하기 위하여 제 2 고정 전극 어셈블리(230)에 인가된다. 이들 힘은 연장된 위치에 셔틀(109)을 홀딩한다. 대략 12 밀리초에서, 셔틀은 연장된 위치로부터 벗어나고 45 볼트 펄스는 대향된 제 2 이동 가능 전극 어셈블리(209) 및 셔틀(109)이 수축된 위치로 이동하도록 제 2 고정된 전극 어셈블리(230)에 인가되고 여기서 상기 셔틀은 제 1 고정 전극 어셈블리(2100에 인가된 45 볼트에 의해 유지된다. 발진 시작동안, 펄스 전압은 셔틀(109)의 공진을 달성하기 위하여 다양한 구조로 하나 또는 양쪽의 제 1 고정 전극 어셈블리(210) 및/또는 제 2 고정 전극 어셈블리(230)에 추후에 인가될 수 있다. 사각 모양과 다른 구동 전압이 액추에이터의 동작을 위하여 본 발명의 액추에이터에 제어기(111)에 의해 제공될 수 있다는 것이 인식된다.
상기된 바와 같이, 액추에이터(301)는 DRIE 기술을 사용하여 설계되고, 다양한 구조가 더 커지고 종래 기술과 유사한 구조보다 큰 수직 표면 영역을 가질 수 있다. 그러므로 클램프(420, 421)는 고정된 전극 어셈블리(210, 230) 및 이동 가능 전극 어셈블리(208, 209)의 보다 큰 수직 표면 영역을 포함하고, 주어진 클램프 사이의 임의의 거리에 대하여, 종래 기술보다 큰 인력을 대향 클램프(420, 421) 사이에 형성한다.
완전히 수축된 위치에서 이동 가능 전극 어셈블리(208, 209)를 유지하기 위하여 클램프(420, 421)에 대한 고정된 전극 어셈블리(210, 230)에 요구된 전압은 만약 콤브형 드라이브 핑거(211, 212)의 상호 맞물림이 완전히 편향된 위치에서 이동 가능 전극 어셈블리(208, 209)를 유지하기 위하여 사용되면 고정된 전극 어셈블리에 인가될 요구된 전압보다 작은 대략 4배이다. 선택적으로, 전체 전압은 동일한 클램핑 힘을 제공하기 위하여 보다 작은 수의 콤브형 드라이브 핑거 또는 치형부(211, 212)에 인가될 수 있다.
액추에이터(301)에서, 전극 또는 클램핑 전극(420 및 421)은 콤브형 드라이브 바에 수직으로 연장하고 콤브형 드라이브 바의 길이를 따라 간격진 다수의 작은 핑거형 돌출부(422)를 각각 포함한다. 돌출부(422)는 3 내지 25 미크론, 바람직하게 5 내지 15 미크론 및 보다 바람직하게 13 미크론 범위의 길이를 가진다. 돌출부 또는 치형부(218)는 핑거형 전극(420, 421) 사이의 인력이 인가되는 표면 영역을 증가시키기 위하여 전극(420, 421)이 사용되고 서로 밀접하게 배치될 때 적어도 부분적으로 상호 맞물린다. 클램프(420, 421)는 돌출부(422)가 없고 따라서 편평하며 다른 구조를 가지며 본 발명의 범위내에 있다.
이동 가능 전극 어셈블리(208b)가 각각의 콤브형 드라이브 부재(210a, 208b)의 클램프(420, 421)에 의해 수축 위치로부터 벗어나면, 이동 가능 전극 어셈블리(208, 209)는 액추에이터(101)가 14의 Q를 가질 때 각각의 하프 주기의 10%까지 감소하는 크기를 가지는 고정 유지 위치에 대해 앞뒤로 스윙한다. 따라서, 전극 어셈블리(208, 209)의 초기 수축 거리는 정적 위치로부터 100 미크론이고, 대향 클램프 전극(421, 420)은 만약 부가적인 작업이 이동 가능 전극 어셈블리(209) 및 고정된 전극 어셈블리(230)에 의해 시스템상에서 수행되지 않는다면 연장된 위치쪽으로 90 미크론 이동 피크에서 이동 전극 어셈블리(208, 209)를 포획하기 위하여 그 사이에 충분한 인력을 나타내어야 한다.
도 22에 도시된 다른 마이크로액추에이터 실시예에서, 액추에이터(501)는 정적 비편향 조건에 있을 때 비선형이고 "구부러지는" 조건이도록 설계된 스프링(214, 217)을 가지는 실리콘 웨이퍼로 형성된다. 액추에이터(501)는 액추에이터(101, 180 및 301)와 유사하고 유사한 참조 번호는 유사한 액추에이터 구성요소(101, 180, 301 및 501)를 기술하기 위하여 사용되었다. 액추에이터(501)의 각각의 스프링(214, 217)의 스프링 부분(224, 225)은 셔틀(109)이 수축 및 연장 위치 사이 중간에 정지해 있을 때 서로를 향해 구부러진다. 이 실시예에서, 셔틀(109)이 홈 위치로부터 수축 위치로 이동하고 제 2 이동 가능 전극 어셈블리(209)의 콤브형 핑거9211, 212) 및 제 2 고정 전극 어셈블리(230)가 정전기적으로 맞물리고 그후 위에 겹쳐질 때, 스프링(217)은 현재 홈 위치로부터 선형 위치로 이동된다. 유사하게, 셔틀이 홈 위치로부터 연장된 위치로 이동하고 제 1 이동 가능 전극 어셈블리(208)의 콤브형 핑거(211, 212) 및 제 1 고정 전극 어셈블리(210)가 맞물린 후 겹쳐질 때, 스프링(214)은 현재 홈 위치로부터 선형 위치로 이동된다. 각각의 경우, 각각의 스프링의 스프링 부분(224, 225)의 측면 강도는 상기 스프링 부분이 상기 방향으로 선형적일 때 각각의 콤브형 드라이브 핑거(211)에 수직 방향으로 증가한다. 이런 방식에서, 각각의 스프링의 측면 도 및 상기 콤브형 드라이브 핑거(211)상 스프링에 의해 가해진 측면 반환 힘은 콤브형 드라이브 핑거(211, 212) 사이에 오버랩 양의 함수로서 각각 증가한다. 스프링(214, 217)은 상기 콤브형 드라이브 핑거(211, 212)가 상호 맞물릴 때 인접한 콤브형 드라이브 핑거(212) 사이 중간 안정한 위치로 동적 콤브형 드라이브 어셈블리의 콤브형 드라이브 핑거(211)를 이동시키도록 사용한다. 하나의 방향으로 편향될 때 비록 스프링(214, 217)이 똑바로 펴질지라도, 스프링 부분(224, 225)은 셔틀(109)이 후방향으로 이동할 때 정적 위치로부터 서로를 향상하여 추가로 구부러지게 된다.
접혀진 외팔보 빔 또는 스프링(561, 562)의 제 2 세트는 실질적으로 유사한 크기이고 스프링(214, 217)에 대한 구성은 액추에이터(501)에 제공된다. 각각의 스프링(561, 562)은 기판(213)에 대한 제 1 단부(563) 및 이동 가능 전극 어셈블리(208, 209)에 결합된다. 스프링(561, 562)의 각각의 세트는 접혀진 부분(568)에 의해 결합된 평행한 스프링 부분(566, 567)과 제 1 및 제 2 간격진다. 스프링(561, 562)은 단단한 지지부(131) 사이로 연장하고 평행한 매달린 단단한 지지부(569)에 의해 접혀진 부분(568)에 접속된다. 지지부(131, 569)는 도 22에 도시된 바와 같이 단단하게 상호 접속된다. 스프링(561, 562)은 이완된 위치에 있을 때 전극 어셈블리(208, 209)의 이동 방향에 수직으로 연장한다. 특히, 스프링 부분(566, 567)은 도 22에 도시된 바와 같이 셔틀(109)이 수축 및 연장된 위치 사이 중간 정적 조건에 있을 때 서로로부터 멀어지게 구부러진다. 제 1 이동 가능 전극 어셈블리(208) 및 제 1 고정 전극 어셈블리(210)의 콤브형 핑거(211, 212)의 겹침부가 증가하고 셔틀(109)이 연장된 위치로 이동할 때, 스프링(562)은 선형 위치로 되돌아가도록 설계된다. 유사하게, 제 2 이동 가능 전극 어셈블리(209)의 콤브형 핑거(211, 212) 및 제 2 고정된 전극 어셈블리(230)의 겹침부가 증가하고 셔틀(109)이 수축된 위치로 이동할 때, 스프링(561)은 선형 위치에서 벗어나게 설계된다. 비록 스프링(561, 562)이 일 방향으로 편향될 때 똑바르지 않을지라도, 스프링 부분(566, 567)은 셔틀(109)이 후방향으로 이동할 때 정치 위치로부터 서로 먼 쪽으로 구부러진다. 스프링(561, 562)은 스프링(214, 217)에 대하여 설명한 것과 동일한 방식으로 동작한다.
이러한 4개의 스프링 실시예에서, 액추에이터(501)의 각 단부에서 하나의 굽은 스프링 쌍(214 또는 561) 및 (217 또는 562)은 바람직하게 직선이되고 다른 굽은 스프링은 가동 전극 어셈블리(208, 209)의 한계 편향에서 굽는다. 두 개의 굽은 스프링 액추에이터(101)와 동일한 전방향 강도를 유지하기 위하여, 액추에이터(501)에서 스프링(214, 217, 561, 562)의 길이는 26% 증가된다.
도 23은 스프링 편향에 대한 액추에이터(501)의 4 스프링(214, 217, 561, 562) 설계와 같은 4 스프링 설계에 대한 전체 사이드 안정성의 관계를 도시하는 그래프이다. 도 23의 사이드 안정성은 전체 사이드 정전기 힘의 파생에 대한 전체 사이드 강도 비율이다. 도 23의 그래프에서, 사이드 안정성 값이 1이하이면 불안정한 것이며, 1이상이면 안정한 것이다. 도 23의 "직선빔"은 전술한 액추에이터(101)에서 스프링(214, 217)과 같은 빔을 말한다. 도 23의 "미리 굽은 빔"은 액추에이터(501)에서 스프링(214, 217, 561, 562)과 같은 빔을 말한다. 스프링(214, 217, 561, 562)은 모든 위치에서 사이드 안정성을 최대화하는 위치에서 직선이 되도록 설계된다. 사이드 안정성은 항상 적어도 10이상의 값을 가지는 것이 바람직하다. 액추에이터(501)에서, 각각의 개별 스프링(214, 217, 561, 562)은도 23에 도시된 그래프에서 최소 사이드 안정성이 10까지 상승하기 위하여 초기 굴곡이 43미크론인바, 즉 각각의 스프링 부분(224, 225, 566, 567)의 가동 단부는 스프링 부분이 이동 방향에 수직인 선형 위치에 있는 위치로부터 43미크론이다. 액추에이터(501)는 그의 수축 및 돌출 위치사이의 중간의 홈 또는 이완 위치로부터 100미크론의 간격으로 미러(103) 편향시키기 위하여 154볼트를 요구한다. 도 23에서 도시된 바와 같이, 스프링(214, 217, 561, 562)은 미러(103)가 그의 홈 위치에서 약 90미크론 이동되어 스프링 부분(224, 225, 566, 567)이 미러의 이 부분에서 직선이 될 때 약 1000의 사이드 안정성을 제공한다.
액추에이터(501)는 전술한 액추에이터(101, 180, 301)의 동작과 유사한 방법으로 동작될 수 있다. 스프링(214, 217, 561, 562)에 의하여 제공된 안정화된 사이드 힘은 서로 맞물린 콤브형 구동 핑거(211, 212)사이에 발생된 정전기 사이드 힘 보다 콤브형 구동 부재(208, 209)의 사이드 편향에 의하여 빠르게 증가한다. 도 23의 실시예에서, 안정화된 사이드 힘은 정전기 사이드 힘 보다 사이드 편향에 의하여 적어도 10 빠르게 증가한다.
특정 하프 스트로크 중에 펄스형 전압이 콤브형 구동 어셈블리에 인가되는, 즉 콤브형 구동 어셈블리에서는 콤브형 구동 핑거(211, 212)가 상기와 같은 하프 스트로크 중에 상호 맞물리며, 이 때 콤브형 구동 핑거(211, 212)는 부분적 전기 맞물림에서 제 2위치에 있고 바람직하게 도 2에 도시된 바와 같이 전기적으로 맞물리는 액추에이터 또는 모터(501)를 동작시키는 바람직한 방법이 제공된다. 주어진 전압에 대한 콤브형 구동 핑거사이의 사이드 안정성 힘은 콤브형 구동 핑거가 맞물리는 크기에 비례하기 때문에, 사이드 안정성 힘은 콤브형 구동 핑거(211, 212)의 제 2 및 제 2위치사이의 제 1맞물림 위치 중에, 바람직하게 콤브형 구동 핑거가 제 3위치에서 완전히 맞물리기 전에, 더욱 바람직하게 콤브형 구동 핑거(211, 212)가 0 내지 25%맞물림 위치를 이동하는 시간 주기 중에 전압이 인가될 때 최소화도리 수 있다.
전방향 또는 돌출 이동 제한 수단 또는 제한기(571) 및 후방향 또는 수축 이동 제한 수단 또는 제한기(572)는 전극 어셈블리(208, 209)가 돌출 및 수축 위치에 있을 때 고정 중지부(573)를 맞물리기 위하여 가동 전극 어셈블리(208, 209)의 돌출부(218)위에 제공된다. 중지부(573)는 제어기가 액추에이터(501)의 위치를 모니터링하고 따라서 스위치(104)의 상태를 모니터링할 수 있도록 패드(264) 및 제어기(111)에 전기적으로 연결된다. 액추에이터(501)에는 액추에이터(301)에 대한 전술한 형태의 클램프(420, 421) 및/또는 액추에이터(101, 180, 301)에 대하여 설명한 다른 부재가 제공될 수 있으며 이는 본 발명의 범위내이다.
도 24는 본 발명이 액추에이터에 대한 다른 실시예이다. 바람직한 실시예에서, 단일 가동 전극 어셈블리(208)를 흡인하기 위하여 사용된 단일 고정 전극 어셈블리(210)를 가진 액추에이터(602)가 제공된다. 액추에이터(601)는 전술한 액추에이터(101, 501)와 유사하며 동일한 도면부호가 액추에이터(101, 501, 602)의 유사한 부품을 설명하기 위하여 이용된다. 가동 전극 어셈블리(208)는 제 1콤브형 구동 부재(208a)만으로 구성되며, 고정 전극 어셈블리(210)는 제1콤브형 구동 부재(210a)로만 구성된다. 액추에이터(501)와 관련하여 도 22에 도시된 스프링(214, 562)만이 제공된다. 스프링(214, 562)은 전술한 지지부(131, 569)와 유사한 지지부(606)에 의하여 상호연결된다. 액추에이터(602)의 단일 고정 전극 설계는 미러(103)의 돌출 위치에서만 사이드 안정성을 나타내는데, 이는 고정 전극 어셈블리(210)와 가동 전극 어셈블리(208)의 콤브형 구동 핑거(211, 212)사이의 버킹 사이드 힘이 전극 어셈블리(208)가 이 방향으로 이동되고 콤브형 구동 핑거(211, 212)가 상호 맞물릴 때만 발생하기 때문이다. 따라서, 가동 전극 어셈블리(208)가 돌출 위치에 있을 때만 직선이 되는 미리 굽은 스프링(214, 562)이 요구된다. 클램프 전극(420)은 콤브형 구동 부재(210a)의 콤브형 구동 바(222)상에 제공되고 대향하는 클램프는 가동 전극 어셈블리(208)의 이동 위치에 수직으로 연장되며 트러스형 프레임 위치(216)에 의하여 콤브형 구동 부재(208a)에 연결된다. 액추에이터(602)의 가동 부재 또는 셔틀(607)은 제 1콤브형 구동 부재(208a), 클램프 전극(421), 트러스(216), 돌출부(218) 및 브라킷(219)을 포함한다.
도 24에 도시된 액추에이터(602)의 실시예에서, 스프링(214, 562)은 46미크론으로 미리 구부러진다. 콤브형 치형부사이의 간격은 바람직하게 18미크론이다. 클램프(420, 421)의 평면은 바람직하게 800미크론 길이이고 80미크론 높이를 가진다. 클램프(420, 421)는 클램핑 전극(421)이 후방향 중지부(292)에 대향하고 후방향 중지부(680)가 중지부(682)와 맞물릴 때 5미크론 이격된다. 클램프(420, 421)가 도 24에 평탄한 것으로 도시되었지만, 도 20에 도시된 것처럼 돌출부(422)를 포함할 수 있다.
도 20의 액추에이터(301)와 대조적으로, 도 24의 액추에이터(602)는 돌출 변위가 수축 변위보다 어느 정도 큰 비대칭 설계를 이용한다. 예를 들어, 도 24의 액추에이터(602)는 112미크론의 간격으로 돌출하고 100미크론의 간격으로 수축한다. 초기에 전압이 고정 전극(210)에 인가되어 콤브형 구동 핑거(211, 212)의 정전기 흡인력에 의하여 가동 전극 어셈블리(208)를 돌출 위치로 편향시키고 유지한다. 스위칭 동작 중에, 미러(103)를 레이저 빔(191)의 경로에서 이탈하여 수축하는 것이 바람직하며, 고정 전극 어셈블리(210)상의 정전기 전압은 방출되고 가동 전극 어셈블리(208)와 셔틀(607)은 클램프(420, 421)사이의 정전기 힘에 의하여 유지되는 수축 위치로 스윙한다. 스프링(214, 562)은 돌출 위치로부터 후방향으로 스윙 중에 셔틀(607)상에 초기 기계적 수축력을 제공한다. 가동 전극 어셈블리(209)가 정전기 휴지 위치로부터 112미크론 돌출 위치에 유지되어 해제되는 도 24에 도시된 액추에이터(602)의 실시예에서, 어셈블리(209)는 홈 위치에서 수축 위치쪽으로 100미크론 스윙하고 클램프(420)에 의하여 포획된다.
도 5의 그래프는 편향의 함수로서 액추에이터(602)의 사이드 안정성을 나타내고 도 26의 그래프는 클램프 전극사이의 간격의 함수로서 액추에이터(602)에서 클램프(420, 421)의 클램핑력을 도시한다. 이들 그래프에 나타난 바와 같이, 액추에이터(602)는 196볼트에 의하여 후방향으로 112미크론 편향되는데 최소 안전 여분은 20이다. 예를 들어 14의 공진가능 Q에서, 가동 전극 어셈블리(208)는 클램프(420, 421)를 당기지 않고도 후방향 중지부(680)쪽으로 스윙한다. 따라서, 액추에이터(602)의 큰 전방향 돌출 거리는 액추에이터에 추가의 일을 하지 않고도 셔틀(607)과 미러(103)가 완전하게 수축 위치로 후방향으로 스윙하도록 한다. 수축 이치에서, 서스펜션 또는 스프링(214, 562)은 도 26의 "요구되는 클램프력"으로 도시된 굵은 라인에 의하여 도시된 바와 같이 가동 전극 어셈블리(208)상에 97uN의 제공한다. 이러한 힘은 클램프가 도 26에서 "평행 플레이트 클램프"로 도시된 점선에 도시된 바와 같이 15미크론 간격을 가질 경우 클램프(420, 421)에 의하여 극복될 수 있다. 도 26에 도시된 바와 같이, 클램프(420, 421)의 실제 유지력은 클램프가 중지부(680, 292)에 의하여 5미크론 이격될 때 900uN이다. 중지부(680, 292)는 클램핑 전극(420, 421)사이의 원치 않는 접촉을 방지한다.
전술한 바람직한 실시예는 단일 측면 고정 전극 설계를 이용하지만 가동 전극 어셈블리(208)의 홈위치 또는 중간 위치로부터 최대 ±100미크론 범위를 허용한다. 또한, 바람직한 실시예의 감소된 면적 및 무게는 비용과 스위칭 속도를 감소시킨다. 액추에이터(602)의 짧은 길이는 전술한 바와 같이 두 개의 액추에이터가 나란히 배치되도록 한다.
스위칭 응용 분야에서, 미러(103) 위치의 독립적인 확인이 중요하다. 마이크로액추에이터(602)에서 추가의 전극이 기계적 중지부와 결합될 수 있다. 액추에이터(602)의 미러(103)가 돌출 위치에 있을 경우, 전방향 제한기(681)는 리드(686)에 의하여 전기 패드(687)에 연결되며, 전기 패드는 제어기(111)에 연결될 수 있다. 유사하게, 미러(103)가 수축 위치에 있을 때, 후방향 제한기(680)는 중지부와 맞물리고 전기적으로 접촉한다. 따라서, 가동 전극 어셈블리(208) 및 미러(103)의 위치는 제어기(111)에 의하여 전기적으로 감지되어 액추에이터(602)의 상태 및 하나 이상의 액추에이터(602)가 결합되는 스위치 또는 다른 디바이스의 상태를 확인할 수 있다.
도 24에 도시된 액추에이터(602)는 하나 이상의 세트의 상호 맞물린 콤브형 구동 부재(208a, 210a)를 포함하도록 연장될 수 있다. 예를 들어, 액추에이터(602)와 유사한 비대칭 액추에이터(603)가 도 27에 도시된다. 동일 부호는 액추에이터(602, 603)의 동일 부품을 설명하기 위하여 이용된다. 액추에이터(603)의 가동 전극 어셈블리(208)에는 4개의 길이방향으로 일정간격을 유지하는 콤브형 구동 부재(208a)가 제공된다. 액추에이터(603)의 고정 전극 어셈블리(210)에는 4개의 길이방향으로 일정간격을 유지하는 콤브형 구동 부재(210a)가 제공된다. 액추에이터(603)에는 4개 세트의 클램프(420, 421)가 제공된다. 전극 어셈블리(208, 209)의 수가 증가하기 때문에, 미러(103)를 수축하거나 돌출시키는데 필요한 주어진 힘에 대한 각각의 세트의 전극 어셈블리(208, 210)의 폭 및 액추에이터(603)의 폭이 감소된다. 따라서, 레이저 빔(191, 192)이 전술한 형태의 광학 마이크로스위치의 중심 아래로 이동할 때 광학적 시준 상태를 유지하는 거리는 감소된다.
도 22에 도시된 액추에이터(501)의 부품과 동일한 부품을 가지지만 도 24에서 처럼 하나의 고정 전극 어셈블리 및 하나의 가동 전극 어셈블리를 가지는 액추에이터 또는 마이크로액추에이터(701)가 도 28-29에 도시된다. 동일한 도면부호가 액추에이터(701, 501, 602)의 동일 부품을 설명하기 위하여 이용된다. 액추에이터(701)의 가동 전극 어셈블리(209)는 콤브형 구동 부재(209a)로만 구성되며 고정 전극 어셈블리(230)는 콤브형 구동 부재(230a)으로만 구성된다. 액추에이터(501)의 캔틸레버 빔 스프링(561, 217)은 액추에이터(701)에 제공되며, 스프링(561, 217)은 전술한 지지부(606)와 유사하게 지지부(711)에 의하여 상호연결된다. 액추에이터(602)처럼, 액추에이터(701)는 가동 전극 어셈블리(209)의 극단 위치중 하나에서만 사이드 안정성을 나타낸다. 특히, 가동 전극 어셈블리(209)의 콤브형 구동 핑거(211) 및 고정 전극 어셈블리(230)의 콤브형 구동 핑거(212)사이의 사이드 힘은 콤브형 구동 핑거(211, 212)가 상호 맞물리는 수축 위치로 가동 전극 어셈블리(209)가 이동될 때만 발생된다. 스프링(561, 217)의 각각의 스프링 부분(566, 567) 및 (224, 225)은 가동 전극 어셈블리(209)가 수축 위치에 있을 때 액추에이터(701)의 측방향으로 최대 강도의 선형 위치로 직선화된다. 클램프 전극(420)은 고정 콤브형 구동 부재(230a)의 콤브형 구동 바(222)위에 제공된다. 대향하는 클램프(421)는 이동 방향에 수직으로 돌출하며 일단부에서 트러스트 프레임 부분(216)에 의하여 콤브형 구동 부재(200a)에 연결된다. 액추에이터(701)의 가동 부재 또는 셔틀(712)은 제 1콤브형 구동 부재(209a), 클램프 전극(421), 트러스(216), 돌출부(218) 및 브라킷(219)을 포함한다.
액추에이터(701)는 상호 맞물린 콤브형 구동 부재(209a, 230a)가 미러(103)를 수축 위치로 이동시키기 위하여 이용되고 반대 클램프(420, 421)가 스프링(561, 217)의 전방향 스프링 힘에 의하여 미러가 돌출 위치로 이동할 때 가동 전극 어셈블리(209)와 미러(103)를 돌출 위치로 유지하는 것을 제외하고는 액추에이터(602)와 동일한 방식으로 동작한다. 액추에이터(701)의 이러한 비대칭 설계는 전방향 돌출 거리보다 큰 수축 거리를 제공한다. 따라서, 셔틀(712)은 시스템에 추가의 일을 하지 않고 수축 위치에서 클램프(420, 421)가 맞물리기에 충분한 돌출 위치로 스윙할 수 있다.
도 28-29에 도시된 바와 같이, 브라킷(219)상에 미러(103)를 정확하게 배치하는 것은 브라킷(219)에 리셉터클(776)과 사각 리세스 또는 소켓(777)을 DRIE에칭하고 미러(103)에 페그 부분(778)을 부가함으로써 달성될 수 있다. 미러 페그 부분(778)이 소켓(777)으로 삽입되면, 미러(103)는 접착제(688)와 같은 적당한 접착 수단에 의하여 리셉터클(776)에서 제 위치에 접착될 수 있다. 브라킷은 선택적으로 접착 이전에 미러(103)가 정렬상태를 유지하기 위하여 에칭된 스프링 부분(779)을 포함할 수 있다. 스프링 부분(779)을 가지지 않은 미러 어셈블리는 도 22에 도시되며 스프링 부분을 가진 미러 어셈블리는 도 29에 도시된다.
미러(103)를 브라킷(219)에 고정하기 위한 선택적인 수단이 제공될 수 있다. 예를 들어, 액추에이터(701)와 유사하게 실리콘 웨이퍼로 형성되며, 액추에이터(603)와 유사한 전극 어셈블리 배열을 가진 액추에이터(801)가 도 30에 도시된다. 동일 부호는 액추에이터(701, 801)의 동일 부품을 설명하기 위하여 이용된다. 액추에이터(801)의 가동 전극 어셈블리(209)는 4개의 길이방향으로 간격을 유지하는 콤브형 구동 부재(209a)를 가진다. 액추에이터(801)의 고정 전극 어셈블리(230)는 4개의 길이방향으로 간격을 유지하는 콤브형 구동 부재(230a)를 가진다. 액추에이터(801)에는 4세트의 클램프(420, 421)가 제공된다. 액추에이터(801)의 브라킷(219)은 DRIE에칭에 의하여 형성되며 각각의 단부상에 직립 어깨부(803)를 가진 리셉터클(802)이 제공된다. 미러(103)는 접착제(688)와 같은 적당한 접착 수단에 의하여 리셉터클(802)에 유지된다. 액추에이터(801)의 웨이퍼로부터 DRIE에칭에 의하여 형성된 매달린 섬브형 포스트(804) 형태의 유지 수단 또는 부재가 접착 중에 리셉터클(802)내에 미러(103)를 정렬하고 유지하기 위하여 제공된다. 포스트(804)는 웨이퍼의 일부분(805) 및 기판(213)이 넥(806)에 의하여 고정된다. 비대칭 액추에이터(801)는 액추에이터의 전방향 돌출 거리보다 큰 수축 거리를 가진다.
액추에이터(801)의 동작 및 이용시, 셔틀(712)은 스프링(561, 217)의 복귀력에 대하여 후방향으로 수축되어 미러(103)를 브라킷(219)상에 배치하도록 한다. 다음에 셔틀(712)이 이완될 때, 미러(103)는 미러의 반사면이 포스트(804)의 자유단과 맞물릴 때까지 전방향으로 돌출한다. 스프링(561, 217)의 복귀력은 미러(103)에 약 50uN의 힘을 가하며, 이는 접착제 부착 및 경화 중에 기판(213)의 표면에 수직으로 미러를 정렬하고 미러를 제위에 유지하기에 충분하다. 미러(103)를 브라킷(219)에 부착한 후에, 포스트(804)는 포스트(804)상에 제공된 감소된 폭의 넥(804)을 파손함으로써 제거된다.
본 발명의 액추에이터 또는 마이크로액추에이터의 다른 실시예에서, 액추에이터(951)에는 완전하게 돌출한 위치 및 완전하게 수축한 위치에서 미러를 기계적으로 록킹하는 액추에이터 수단 또는 액추에이터(951)가 제공된다(도 31). 액추에이터(951)는 액추에이터(602)와 거의 유사하며 동일 도면 부호는 액추에이터(951, 602)의 동일 부품을 설명하기 위하여 사용된다. 록킹 메커니즘 또는 이차 모터(952)는 액추에이터(951)의 일차모터와 유사하며, 이는 제 1콤브형 구동 부재(208a) 및 제 1콤브형 구동 부재(210a)를 포함한다. 이차 및 래치 모터(952)는 DRIE와 같은 적당한 수단에 의하여 실리콘 웨이퍼 또는 기판(213)위에 형성되며 제 1 또는 수축 위치 및 제 2또는 돌출 위치사이에서 셔틀(607)의 이동 방향에 수직인 방향으로 이동하는 셔틀(956)을 포함한다. 셔틀(956)은 가늘고 긴 프레임 부분(961)의 길이를 따라 길이방향으로 일정간격을 가진 다수의 콤브형 구동 부재(958)로 형성된 가동 전극 어셈블리(957)를 포함한다. 각각의 콤브형 구동 부재(958)는 일 단부에서 프레임 부분(961)에 고정되고 프레임 부분에 대하여 수직으로 연장하는 콤브형 구동 바(962)를 가진다. 다수의 콤브형 구동 핑거(963)는 콤브형 구동 바(962)의 일 측면으로부터 연장하고 바(962)와 길이방향으로 일정간격을 유지한다.
액추에이터(951)의 콤브형 구동 어셈블리는 가동 전극 어셈블리(957)와 상호 맞물리는 고정 전극 어셈블리(966)를 더 포함한다. 고정 전극 어셈블리(966)는 기판(213)상에 장착된 다수의 콤브형 구동 부재(967)를 포함한다. 각각의 콤브형 구동 부재(967)는 인접한 콤브형 구동 부재(962) 쌍사이에 배되며 콤브형 구동 바(962)와 병렬로 배치된 콤브형 구동 바(968)로부터 형성된다. 다수의 콤브형 구동 핑거(969)는 콤브형 구동 바(968)와 통합되어 형성되며 내부적으로 맞물리기 위하여 콤브형 구동 바(963)쪽으로 연장한다. 가동 전극 어셈블리(957) 및 고정 전극 어셈블리(966)는 제어기(111)에 래치 모터(952)가 연결되도록 하는 전술한 패드(240-242)와 유사한 패드(도시 안됨)에 전기적으로 연결된다.
셔틀(956)은 셔틀(956)의 일 단부에 배치된 스프링 부재 또는 스프링(976) 및 셔틀의 타 단부에 배치된 스프링 부재 또는 스프링(977)에 의하여 상기 기판(213)에 매달린다. 스프링(976, 977)은 스프링(214, 562)과 유사하다. 동일 도면 부호는 스프링(976, 977) 및 (241, 562)의 동일 구성요소를 설명하기 위하여 이용된다. 지지부(978)는 스프링(976, 977)의 겹친 단부사이에서 돌출하기 위하여 기판(213)위에 매달린 지지부(606)와 유사하다.
콤브형 구동 부재(958, 967)의 콤브형 구동 어셈블리는 전술한 콤브형 구동 어셈블리와 동일한 방식으로 동작하는데, 다만 콤브형 구동 부재(958, 967)가 콤브형 구동 핑거(963, 969)의 단부가 셔틀(956)의 이동 방향에 수직으로 연장하는 라인에 있는 위치에서 콤브형 구동 핑거(963, 969)가 일정간격을 유지하는 제 1 또는 정치 위치 및 콤브형 구동 핑거(963, 969)가 상호 맞물린 제 2위치사이에서 이동된다는 것이 다르다. 셔틀(956)은 콤브형 구동 부재(958, 967)사이의 정전기력에 의하여 후방향으로 당겨지고 스프링(976, 977)의 기계적 힘에 의하여 전방향으로 밀린다. 래치 모터(952)는 도 31에 도시된 제 1위치에서 정상상태에서 닫혀 있다.
셔틀(956)은 돌출 및 수축 위치사이에서 이동가능한 핀을 가진 돌출부(981)를 가진다. 핀(982)은 정상상태에서 돌출 위치에 있다. 액추에이터(951)의 브라킷(219)에는 셔틀(967)이 이완 위치에 있을 때 핀(982)을 수신하는 리세스를 형성하는 일정 간격을 가진 제 1 및 제 2중지부(983, 984)가 제공된다.
동작 및 사용할 때, 미러(103)를 수축 위치로 이동시키고자 할 때, 래치 모터(952)는 활성화되어 콤브형 구동 부재(958, 967)사이의 정전기 힘에 의하여 셔틀(956)이 핀(982)을 후방향으로 수축시키고 당기도록 한다. 제 2중지부(984)는 미러(103)가 수축할 때 통과할 것이다. 래치 모터(952)는 핀(982)이 제 2중지부의 하부 단부를 맞물리는 정상상태 닫힘 위치로 셔틀(956)이 되게하도록 비활성화되어 브라킷(219) 및 미러(103)가 돌출하지 못하도록 한다. 유사한 방식으로, 핀(982)은 래치 모터(952)에 의하여 수축되어 미러(103)의 연장을 허용한다. 래치 모터(952)의 비활성화시, 핀(982)은 제 1중지부(983)의 상부 단부와 맞물리고 돌출 위치에 미러(103)를 록킹하도록 돌출한다. 각각의 스프링(976, 977)은 셔틀(956)의 수축시 정지 굽은 위치에서 직선 또는 선형 위치로 이동하고 고정 콤브형 구동 핑거(969)와 맞물릴 때 가동 콤브형 구동 핑거(963)에 사이드 안정화 힘을 제공한다.
래치 모터(952)는 액추에이터(951)에 전압을 인가하지 않고도 미러(103)가 완전하게 돌출된 위치 또는 완전하게 수축된 위치로 록킹되도록 하는데, 이는 액추에이터(951)가 통신 또는 네트워크 시스템에 사용된다면 바람직하다. 도시된 실시예에서, 래치 모터(952)는 200볼트 입력 신호가 제공될 때 4미크론 편향을 가지며 8kHz 공진 주파수를 가진다. 액추에이터(951)가 전술한 형태의 정전기 클랭핑 전극을 가지고 있지 않지만, 상기와 같은 클램핑 전극에는 액추에이터(951)가 제공될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위내이다.
다른 실시예에서, 수축위치에 미러를 유지하기 위한 제 1세트의 정전기 클램핑 전극 및 미러를 완전하게 돌출한 위치로 유지하는 제 2세트의 클램핑 전극을 가진 액추에이터가 제공될 수 있다. 도 32에 도시된 액추에이터(1001)는 전술한 액추에이터(701)와 유사하며 동일부호는 액추에이터(701, 1001)의 동일 부품을 설명하기 위하여 이용된다. 액추에이터(1001)는 가동 콤브형 구동 부재(209a) 및 고정 콤브형 구동 부재(230a)를 포함하는 콤브형 구동 어셈블리를 가진다. 가동 콤브형 구동 부재(209a)는 콤브형 구동 바(221) 및 바(221)의 길이를 따라 길이방향으로 일정간격을 유지하는 다수의 가늘고 긴 콤브형 구동 핑거(1002)를 포함한다. 콤브형 구동 핑거(1002)는 콤브형 구동 바(221)에 고정된 근위단 부분(1002a) 및 콤브형 구동 바(221)로부터 멀리 배치된 원위단 또는 자유단 부분을 가진다.
각각의 콤브형 구동 핑거(1002)의 근위단 부분(1002a)은 콤브형 구동 핑거의 나머지 부분보다 넓어서 콤브형 구동 핑거가 근위단 부분(1002a)의 말단으로 네킹되도록 한다. 특히, 각각의 콤브형 구동 핑거(1002)의 근위단 부분(1002a)은 콤브형 구동 핑거의 균형부 폭의 100내지 300, 바람직하게 130 내지 190, 더욱 바람직하게 165%의 범위의 폭을 가진다. 넓은 근위단 부분(1002a)은 콤브형 구동 핑거의 길이의 1내지 30, 바람직하게 5 내지 15, 더욱 바람직하게 8%의 길이를 가진다.
고정 콤브형 구동 부재(230a)는 콤브형 구동 부재(209a)와 유사한 크기 및 형상을 가지며 콤브형 구동 핑거(1002)와 유사한 다수의 콤브형 구동 핑거(1004)로 형성된다. 특히, 각각의 콤브형 구동 핑거(1004)는 근위단 부분(1002a)과 동일한 넓은 근위단 부분(1004a)을 가지며 자유단 부분(1002b)과 동일한 좁은 원위단 또는 자유 단부분(1004b)을 가진다.
제 1클램프 전극(420)은 콤브형 구동 핑거(1004)와 대향하는 콤브형 구동 바(222)의 후면 위에 제공된다. 제 2클램프 전극(421)은 프러스 프레임 부분(216)에 수직으로 부착되고 콤브형 구동 바(222)에 평행하게 돌출한다. 각각의 전극(420, 421)에는 길이방향으로 일정간격을 유지하는 핑거형 돌출부(422)가 제공된다.
콤브형 구동 부재(209a, 230a)는 콤브형 구동 핑거(1002, 1004)가 일정간격을 유지하고 클램프 전극(420, 421)이 서로 인접하게 배치되는 제 1위치, 콤브형 구동 핑거(1002, 1004)가 정전기 상호작용을 시작하고 그의 자유단이 콤브 구동 핑거와 수직으로 연장하는 라인을 따라 배치되는 제 2위치 및 콤브형 구동 핑거(1002, 1004)가 상호 맞물려 한 세트의 콤브형 구동 핑거의 원위단 부분은 다른 세트의 콤브형 구동 핑거의 넓은 또는 확장된 근위단 부분에 인접하게 배치되는 제 3위치사이에서 이동가능하다. 특히, 콤브형 구동 핑거의 자유단 부분은 콤브형 구동 부재(209a, 230a)가 제 3위치에 있을 때 대향하는 세트의 콤브형 구동 핑거의 확대된 근위단 부분사이에서 연장한다.
동작 및 사용할 때, 액추에이터(1002)의 시작 프로세스는 전술한 바와 같다. 일반적으로, 펄스형 전압은 제에 의하여 콤브형 구동 부재(209a, 230a)사이에 제공되어 공진 주파수에서 셔틀(712)을 발진시키도록 한다. 펄스형 신호는 바람직하게 콤브형 구동 부재가 제 2위치에 있을 때 인가되어 콤브형 구동 핑거(1002, 1004)사이에서 사이드 불안정서 힘을 최소화하도록 한다. 정전기 콤브형 구동 부재(209a, 230a)는 후방향 하프 스트로크 중에 도 32에 도시된 이와 또는 중간 위치로부터 셔틀(712)이 수축하도록 한다. 스프링(217, 561)의 복구력은 전방향 하프 스트로크중에 셔틀(712)이 수축 위치로부터 돌출하도록 한다. 스프링(217, 561)은 셔틀이 도 32의 이완 위치에서 돌출 위치로 이동할 때 셔틀이 수축하도록 한다.
셔틀(712)이 최대 진폭으로 발진할 때, 액추에이터(1001)의 제 1 및 제 2세트의 정전기 클램프 전극은 셔틀이 완전 수축 위치 또는 완전 돌출 위치에 유지되도록 하기 위하여 이용될 수 있다. 셔틀이 완전 수축 위치에 있을 때, 전압은 완전하게 서로 맞물린 콤브형 구동 핑거(1002, 1004)사이에 인가되어, 콤브형 구동 핑거의 확대된 자유단 부분(1004a, 1002a)이 대향하는 콤브형 구동 핑거의 자유단 부분(1004b, 1002b)에 대하여 클램핑 전극으로서 동작하도록 한다.
셔틀(712)이 완전 돌출 위치에 있을 때, 전압은 셔틀(712) 및 미러(103)를 완전 돌출 위치로 유지하기 위하여 클램프(420, 421)사이에 정전기 흡인력을 제공하기 위하여 콤브형 구동 부재(209a, 230a)사이에 인가될 수 있다. 액추에이터(1001)의 클램프 전극에 대한 전압은 셔틀(712)이 극단 위치중 하나 근처에 있을 때 바람직하게 근위단 위치의 5%이내에 존재할 때 인가된다. 따라서, 완전 수축 위치 및 완전 돌출 위치쪽으로 100미크론 편향되는 셔틀(712)에 대하여 200미크론의 스트로크 길이를 가지기 위하여, 전압은 적어도 5미크론의 스트로크 이동 중에 대향하는 클램프 전극사이에 인가된다.
적어도 하나의 콤브형 구동 부재가 길이가 가변하는 콤브형 구동 핑거를 가지는 본 발명의 액추에이터의 다른 실시예가 제공된다. 도 33의 액추에이터(1021)가 예이다. 액추에이터(1021)는 액추에이터(602, 1001)와 유사하며 동일 부호는 액추에이터(602, 1001, 1021)의 동일 부품을 설명하기 위하여 이용된다. 액추에이터(1021)의 가동 콤브형 구동 부재(209)의 콤브형 구동 부재(209a)는 콤브형 구동 바(221)의 길이를 따라 길이방향으로 일정 간격을 유지하는 다수의 가늘고 긴 콤브형 구동 핑거(1021)를 가진다. 핑거(1022)는 전술한 핑거(212)와 거의 유사하지만 핑거 길이가 가변하는 것이 다르다. 특히, 핑거(1022)는 콤브형 구동 바(221)사이에서 길이가 선형으로 증가한다. 가장 긴 콤브형 구동 핑거(1022)는 대향하는 고정 콤브형 구동 부재(238)에서 각각의 콤브형 구동 핑거(211)와 동일한 길이이다. 가장 짧은 콤브형 구동 핑거(1022)는 가장 긴 콤브형 구동 핑거(1022)의 길이의 0 내지 100이하, 바람직하게 5 내지 50이하 더욱 바람직하게 10%의 길이를 가진다.
셔틀(712)은 콤브형 구동 부재(209a, 230a)가 일정간격을 유지하여 클램프 전극(420, 421)이 정전기적으로 맞물리지 않는 제 1위치에서 콤브형 구동 핑거(211) 및 가장 긴 콤브형 구동 핑거(1022)가 콤브형 구동 핑거의 수직 방향으로 연장하는 라인을 따라 배치되는 도 33의 제 2위치 및 콤브형 구동 핑거(211, 1022)가 완전하게 상호 맞물리는 제 3위치로 이동한다.
동작 및 사용할 때, 콤브형 구동 핑거(1022)의 가변하는 길이는 가장 긴 콤브형 구동 핑거(1022)가 콤브형 구동 핑거(211)와 정전기적으로 맞물리기 시작하는 포인트로부터 가장 짧은 구동 핑거(1022)가 콤브형 구동 핑거(211)와 정전기적으로 맞물리기 시작하는 포인트까지 거의 선형으로 증가하는 정전기 흡인력을 제공한다. 따라서, 대향하는 콤브형 구동 핑거사이의 정전기 흡인력이 스프링(217, 561)의 대향하는 전방향 스프링 힘보다 커지도록 증가하기 전에, 셔틀(712)의 추가 편향은 정전기 흡인력이 증가하도록 하여 미러(103)가 완전 수축 위치로 빠르게 이동하도록 한다. 콤브형 구동 핑거(1022)에 의하여 허용된 가장 큰 정전기 흡인력은 큰 전방향 스프링 힘을 가진 스프링(217, 561)이 제공되도록 하여 액추에이터(1021)의 수축 주파수를 증가시킨다.
콤브형 구동 핑거(1022)의 길이가 콤브형 구동 부재(209a)의 일단에서 타단으로 선형으로 증가되는 것으로 도시되었지만, 다른 구성의 가변하는 크기의 콤브형 구동 핑거를 가진 콤브형 구동 부재가 제공될 수 있다. 또한, 대향하는 콤브형 구동 부재(230a)의 콤브형 구동 핑거(211) 역시 가변할 수 있으며 이는 본 발명의 범위내이다.
본 발명의 액추에이터에는 큰 힘을 제공하기 위한 큰 구조가 제공될 수 있다. 이와 관련하여, 액추에이터(501)와 유사하며 컨넥터 트러스(216)와 유사한 구동 바(1202)를 가진 마이크로액추에이터(1201)가 제공된다(도 34참조). 구동 바(1202)는 액추에이터(1201)의 중심 길이축(1203)을 따라 기판(213)위로 이동한다. 동일 부호는 액추에이터(501, 1201)의 동일 부품을 설명하기 위하여 사용된다. 4개의 콤브형 구동 어셈블리(208, 210)는 도 34의 홈 또는 휴지 위치에서 수축 위치로 구동 바(1202)를 수축하기 위하여 액추에이터(1201)내에 포함되며 4개의 콤브형 구동 부재(209, 230)는 구동 바(1202)를 휴지 위치에서 돌출 위치로 돌출시키기 위하여 액추에이터(1201)에 포함된다. 액추에이터(1201)는 도 34에서 수축 위치로 하향 이동하며 돌출 위치로 상향 이동한다.
콤브형 구동 부재(208, 210)는 콤브형 구동 어셈블리(209, 230)으로부터 구동 바(1202)의 양쪽면위에 배치된다. 제 1가동 전극 어셈블리(208)는 가동 구동 바(1202)와 통합되어 형성되며 수직으로 연장되는 4개의 콤브형 구동 부재(208a, 208b, 208c, 208d) 및 제 2가동 전극 어셈블리(209)는 구동 바와 통합되어 형성되며 각각의 콤브형 구동 부재(208a, 208b, 208c, 208d)와 반대 방향으로 구동 바와 수직으로 연장하는 4개의 콤브형 구동 부재(209a, 209b, 209c, 209d)를 가진다. 제 1고정 전극 어셈블리(210)는 각각의 콤브형 구동 부재(208a, 208b, 208c, 208d)와 맞물리기 위하여 기판(213)위에 장착된 4개의 콤브형 구동 부재(210a, 210b, 210c, 210d)를 가지며, 제 2고정 전극 어셈블리(230)는 각각의 콤브형 구동 부재(209a, 209b, 209c, 209d)와 맞물리기 위하여 기판(213)위에 장착된 4개의 콤브형 구동 부재(230a, 230b, 230c, 230d)를 가진다.
액추에이터(1201)는 실리콘 웨이퍼로 형성되며 편향되지 않은 상태에 있을 때 비선형 및 "굽은" 상태에 있도록 설계된 제 1 및 제 2스프링(214, 217)이 제공된다. 각각의 스프링(214, 217)은 제 1단부(243)에서 기판(213)에 결합되고 제 2단부(244)에서 셔틀(109)에 결합된다. 액추에이터(1201)에서의 각각의 스프링(214, 217)의 스프링 부분(224, 225)은 셔틀(109)이 수축 및 돌출 위치 중간의 정지 상태에 있을 때 서로를 향해 굽는다. 이 실시예에서, 셔틀(109)은 홈 위치에서 돌출 위치로 이동하고 제 2가동 콤브형 전극 어셈블리(209) 및 제 2고정 전극 어셈블리(230)의 콤브 핑거(211, 212)는 맞물리고 겹쳐지기 때문에, 스프링(2140은 그의 현재 홈 위치에서 선형 위치로 직선화된다. 각각의 경우에, 각각의 스프링의 스프링 부분(224, 225)의 사이드 강도는 스프링 부분이 상기 방향으로 선형화될 때 각각의 콤브형 구동 핑거(211)에 수직한 방향으로 증가한다. 이 방식에서, 각각의 스프링의 사이드 강도 및 상기 콤브형 구동 핑거(211)상에서 스프링에 의하여 가해지는 사이드 복구력은 콤브형 구동 핑거(211, 212)사이의 중첩 크기의 함수로서 증가한다. 스프링(214, 217)은 상기 콤브형 구동 핑거(211, 212)가 상호 맞물릴 때 콤브형 구동 어셈블리의 콤브형 구동 핑거(211)가 인접하는 콤브형 구동 핑거(212)사이의 안정된 중간 위치가 되도록 한다. 스프링(214, 217)은 일 방향으로 편향될 때 직선화되지만, 스프링 부분(224, 225)은 셔틀(109)이 역방향으로 이동할 때 정지 위치로부터 서로를 향해 구부러진다.
스프링(214, 217)과 치수 및 구성이 유사한 제 2세트의 겹친 캔틸레버 빔 또는 스프링(561, 562)이 액추에이터(1201)에 제공된다. 각각의 스프링(561, 562)은 제 1단부(563)에서 기판(213)에 연결되고 제 2단부(564)에서 셔틀(109)에 부착된다. 각 세트의 스프링(561, 562)은 겹친 부분(568)에 의하여 결합된 서로 일정간격을 유지하는 평행의 제 1 및 제 2 스프링 부분(566, 567)을 포함한다. 스프링(561, 562)은 이완 위치에 있을 때 전극 어셈블리(208, 209)의 이동 위치에 수직으로 연장한다. 특히, 도 34에 도시된 바와 같이, 스프링 부분(566, 567)은 셔틀(109)이 수축 및 돌출 위치사이의 중간 정지 위치에 있을 때 서로 멀리 구부러진다. 제 1가동 전극 어셈블리(208) 및 제 1고정 전극 어셈블리(210)의 콤브형 핑거(211, 212)의 겹침이 증가하고 셔틀(109)이 수축 위치로 이동할 때, 스프링(562)은 선형 위치로 직선화되도록 설계된다. 유사하게, 제 2가동 전극 어셈블리(209) 및 제 2고정 전극 어셈블리(230)의 콤브형 핑거(211, 212)의 겹침이 증가하고 셔틀(109)이 돌출 위치로 이동할 때, 스프링(561)은 선형 위치로 직선화되도록 설계된다. 일 방향으로 편향될 때 스프링(561, 562)이 직선화되지만, 스프링 부분(566, 567)은 셔틀(109)이 역방향으로 이동할 때 정지 위치로부터 서로로부터 멀리 구부러진다. 스프링(561, 562)은 스프링(214, 217)에 대하여 설명된 동일한 방식으로 동작한다.
스프링(217, 561)은 구동 바(1202)의 일측면상에서 콤브형 구동 부재(209, 230)의 양쪽 단부상에 배치되며, 스프링(214, 562)은 구동 바(1202)의 타측면상에서 콤브형 구동 부재(208, 210)의 양쪽 단부상에 배치된다. 스프링(214, 217, 561, 562)의 제1단부(243, 563)는 중심 길이방향 축(1203)에 인접하여 기판(213)에 고정된다. 스프링(217, 561)은 구동 바(1202)와 평행하고 그 사이에 연장되는 지지부(131)와 유사한 지지부(1210)에 의하여 겹친 부분(245, 568)에서 연결된다. 4개의 스프링을 가진 액추에이터(1201) 실시예에서, 액추에이터(501)의 각각의 단부에서 구부러진 하나의 스프링 쌍(214 또는 561) 및 (217 또는 562)은 바람직하게 직선이며, 다른 구부러진 스프링 쌍은 가동 전극 어셈블리(208, 209) 및 셔틀(109)의 최대 편향에서 구부러진다. 스프링(214, 217, 561, 562) 및 셔틀(109)은 전술한 바와 같이 높은 평면 이탈 방지력을 가진다.
액추에이터(1201)는 전술한 액추에이터(501)의 동작과 유사한 방법으로 동작한다. 전방향 또는 상부단부 또는 구동 바(1202)는 적당한 대상물에 힘을 가하거나 운동을 제공하기 위하여 이용된다. 스프링(214, 217, 561, 562)에 의하여 제공된 안정화된 사이드 힘은 상호 맞물린 콤브형 구동 핑거(211, 212)사이에서 발생된 정전기 사이드 힘보다 빠르게 콤브형 구동 부재(208, 209)의 사이드 편향에 의하여 증가한다. 도 34의 실시예에서, 안정화 사이드 힘은 정전기 사이드 힘보다 사이드 편향에 의하여 적어도 10이상 빠르게 증가한다. 구동 바(1202)의 양쪽상의 콤브형 구동 어셈블리의 배치는 액추에이터의 길이 및 구동 바(1202)의 길이를 증가시키지 않고 액추에이터(1201)의 힘을 증가시킨다.
후방향 또는 수축 이동 제한 수단 또는 제한기(1216)는 셔틀(109)이 수축 위치에 있을 때 기판(213)상에 장착된 고정 중지부(1216)를 맞물리기 위하여 구동 바(1202)의 후단부에 제공된다. 액추에이터(1201)에는 클램프 전극(420, 421)이 제공되거나 제공되지 않을 수 있으며 액추에이터와 관련하여 설명된 다른 요소가 제공될 수 있거나 제공되지 않을 수 있으며, 이는 본 발명의 범위 내에 있다. 본 발명의 마이크로액추에이터를 이용하는 광학 마이크로스위치의 다른 실시예는 도 35에 도시된다. 광학 마이크로스위치(1301)는 마이크로칩(1302)으로 형성되며, 상기 마이크로칩은 마이크로칩상에서 적어도 하나의 입력 광 전달 엘리먼트 또는 광파이버(98)에 연결되는 단일 입력 포트(1303)를 가진다. 단일 모드 편광 유지(PM) 광파이버(97)와 같은 적당한 광학 엘리먼트에 연결된 다수의 3개의 인출 포트(1304)는 마이크로칩(1302)의 일 측면을 따라 제공된다. 단지 파이버(97, 98)의 일부만이 도 35에 도시된다. 마이크로칩(1302)에는 입력 파이버(98)를 수용하기 위하여 입력 포트(1303)에서 개방된 채널 또는 홈(1307) 및 각각의 출력 파이버(97)를 수용하기 위하여 인출 포트(1304)에서 마이크로스위치(1301)의 측면상에서 개방된 채널 또는 홈(1308)이 제공된다. 길이방향 축(1311)은 인입 포트(1303)와 평행하게 돌출하며 광학 스위치(1301)의 통로 또는 홀(1312)을 따라 인출 포트(1304)에 수직으로 연장한다.
다수의 두 개의 액추에이터(1001)는 길이방향축(1311)과 평행하게 연장되며 일정간격을 유지하는 가상 라인을 따라 길이방향으로 일정한 위치로 배치된다. 제 1 및 제 2액추에이터(1001)는 길이방향축(1311)에 대하여 45도 기울어진 미러(103)를 가지고 있어 90도 각도를 통하여 인입 파이버(98)에 의하여 제공된 선형 편광 레이저 빔(191)과 같은 적당한 입력 레이저 빔을 전달한다. 액추에이터(1001)의 미러(103)는 브라킷(219)상에 장착되며, 길이방향축(1311)에 대하여 액추에이터(1001)의 양쪽에 배치된 각각의 인출 포트(1304)를 통하여 액추에이터(1001)의 레이저 빔을 전방향으로 보낸다. 미러(103)는 미러(103)가 레이저 빔(191)의 경로에서 벗어나는 제 1 위치 또는 수축 위치 및 미러(103)가 레이저 빔(191)의 경로에 있는 제 2 또는 돌출 위치사이에서 액추에이터(1001)의 셔틀(712)에 의하여 이동된다. 고정 중지부(292, 293)는 셔틀(712)의 이동을 제한하여 미러(103)의 수축 및 돌출 위치를 결정하도록 한다. 광학 스위치(830)에는 액추에이터 쪽으로 다시 레이저 빔(191)을 전달하기 위하여 액추에이터(1001)가 제공될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위 내에 있다.
미러(103)와 유사한 미러(1316)는 제 1 및 제 2액추에이터(1001)의 미러(103) 뒤에 홀(1312)의 상부에서 브라킷(1317)에 의하여 마이크로칩(1302)에 장착된다. 미러(1316)는 미러(103)와 유사하게 동작하며 제 1 및 제 2액추에이터(1001)의 미러(103)가 수축 위치에 있을 때 제 3출력 포트(1304)를 통하여 레이저 빔(191)을 전달한다. 통상적인 소형 인덱스 시준 렌즈(102)와 같은 적당한 렌즈가 입력 포트(1303)의 내부에 배치되며, 렌즈(102)는 미러(103, 1316) 및 각각의 홈(1303)의 인입구 사이에 배치된다. 마이크로스위치(1301) 및 액추에이터(1001)는 액추에이터(1001)와 관련하여 설명한 방식으로 기판(213)을 가진 실리콘 웨이퍼로부터 형성된다.
광학 마이크로스위치(1301)가 두 개의 정전기 마이크로액추에이터(1001)를 이용하는 것으로 설명되었지만, 마이크로스위치(1301)와 유사한 스위치 또는 여기서 설명한 타입의 두 개 이상의 마이크로액추에이터를 가진 다른 스위치가 제공될 수 있으며 이는 본 발명의 범위내이다.
전술한 바와 같이, 적어도 하나의 콤브형 구동 어셈블리를 가진 적어도 하나의 정전기 마이크로엑추에이터를 이용하는 광스위치 또는 마이크로스위치가 제공된다. 단순한 실시예(도시 안됨)로서, 마이크로스위치에는 단일 정전기 마이크로엑추에이터가 제공된다. 콤브형 구동 어셈블리의 사이드 불안정성 힘은 최소화되며 콤브형 구동 어셈블리의 공진 특성은 큰 편향을 얻기 위하여 이용된다. 몇 개의 실시예에서, 다수의 정전기 마이크로엑추에이터는 마이크로스위치의 적어도 하나의 홀을 따라 정렬된다. 광스위치는 자기 광학 데이터 저장 시스템에 이용될 수 있다.
본 발명이 특정 실시예의 콤브형 구동 마이크로엑추에이터 및 콤브형 구동 마이크로엑추에이터를 이용하는 특정 실시예의 광학 마이크로스위치를 기초로 설명되었지만, 본 발명은 상기 설명의 변형, 변경 및 대체를 가진 실시예를 포함한다. 소정 실시예의 특징은 다른 실시예의 특징과 결합될 수 있으며 이는 본 발명의 범위내이다. 또한, 클램프 전극, 강한 스프링 및 다른 관련 부품은 개별적으로 또는 통합적으로 액추에이터(1001)에 이용될 수 있다. 여기서 설명된 마이크로스위치는 콤브형 구동 어셈블리를 가지지 않은 액추에이터를 이용할 수 있다. 또한, 여기서 개시된 마이크로스위치는 여러 가지 다른 마이크로엑추에이터와 함께 이용될 수 있다. 이들은 모두 자기 광학 저장 및 검색 시스템 또는 전화 및 네트워크 시스템을 포함하여 여러 가지 다른 시스템에 이용될 수 있다.

Claims (46)

  1. 경로를 따라 연장되는 레이저 빔을 이용하는 광학 마이크로스위치에 있어서, 레이저 빔을 수신하는 인입 포트 및 다수의 인출 포트를 가진 바디, 상기 바디 내에 있는 다수의 미러, 상기 바디 내에 있는 다수의 마이크로모터, 레이저 빔의 경로에서 이탈한 제 1위치로부터 레이저 빔의 경로의 제 2위치로 미러를 이동시켜 인출 포트중 하나에 레이저 빔을 전달하도록 다수의 미러를 다수의 마이크로모터에 연결하는 부착 수단 및 상기 마이크로모터에 제어 신호를 제공하기 위하여 마이크로모터에 직접 연결된 제어기를 포함하며, 상기 각각의 마이크로모터는 상기 제 1 및 제 2위치중 하나로 각각의 미러를 이동시키기 위하여 적어도 하나의 정전기적으로 구동하는 콤브형 구동 어셈블리를 가지는 것을 특징으로 하는 광학 마이크로스위치.
  2. 제 1항에 있어서, 다수의 자기 광학 디스크 표면, 다수의 플라이닝 헤드 및 다수의 출력광 전달 엘리먼트와 결합하며, 상기 각각의 플라이닝 헤드는 자기 광학 디스크 표면중 하나 및 각각의 플라이닝 헤드에 연결된 출력 광 전달 엘리먼트중 하나 위를 이동하는 것을 특징으로 하는 광학 마이크로스위치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 다수의 자기 광학 디스크 표면은 자기 광학 디스크 스택을 포함하며, 각각의 자기 광학 디스크는 적어도 하나의 자기 광학 디스크 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 마이크로스위치.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 레이저 빔은 편광 회전을 가진 반사 레이저 빔을 형성하기 위하여 자기 광학 디스크 표면중 하나에 의하여 반사되며, 상기 광학 마이크로스위치는 반사된 레이저 빔의 편광 회전을 측정하기 위하여 상기 바디에 위치하는 광학 마이크로어셈블리를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 마이크로스위치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 다수의 미러 및 다수의 마이크로모터는 다수의 제 1미러와 이에 대응하는 마이크로모터 및 다수의 제 2미러와 이에 대응하는 마이크로모터를 포함하며, 레이저 빔의 경로는 다수의 제 1마이크로모터는 레이저 빔의 경로에 대하여 다수의 제 2마이크로모터에 대향하도록 다수의 제 1마이크로모터와 다수의 제 2마이크로모터사이에서 연장가능한 것을 특징으로 하는 광학 마이크로스위치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 다수의 제 1미러와 대응하는 마이크로모터는 제 1가상 라인을 따라 선형으로 배치되고, 상기 다수의 제 2미러와 대응하는 마이크로모터는 제 1가상 라인 및 레이저 빔의 경로에 평행하게 연장되는 제 2가상 라인을 따라 선형으로 배치되는 것을 특징으로 하는 광학 마이크로스위치.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 다수의 제 1마이크로모터는 레이저 빔의 경로에 수직으로 연장되는 제 1가상 라인을 따라 나란히 배치되는 적어도 두 개의 마이크로모터를 포함하며, 상기 다수의 제 2마이크로모터는 레이저 빔의 경로에 수직으로 연장되는 제 2가상 라인을 따라 나란히 배치되는 적어도 두 개의 마이크로모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 마이크로스위치.
  8. 제 5항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2미러는 단일 방향으로 레이저 빔을 전달하도록 서로 기울어져 있는 것을 특징으로 하는 광학 마이크로스위치.
  9. 제 5항에 있어서, 상기 다수의 미러 및 다수의 마이크로모터는 다수의 제 3미러와 이에 대응하는 마이크로모터 및 다수의 제 4미러와 이에 대응하는 마이크로모터를 포함하며, 레이저 빔의 경로는 제 3마이크로모터가 레이저 빔의 경로에 대하여 다수의 제 4마이크로모터와 대향하도록 다수의 제 3마이크로모터와 다수의 제 4마이크로모터사이로 연장가능하며, 상기 광학 마이크로스위치는 추가 미러와 이에 대응하는 추가 마이크로모터를 포함하여 다수의 제 1 및 제 2마이크로모터사이에서 연장하는 제 1경로 및 제 3 및 제 4마이크로모터사이에서 연장하는 제 2경로를 따라 레이저 빔을 선택적으로 전달하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 마이크로스위치.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 다수의 제 1 및 제 2미러, 및 제 3 및 제 4미러는 단일 방향으로 레이저 빔을 전달하도록 서로 기울어져 있는 것을 특징으로 하는 광학 마이크로스위치.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 다수의 미러 및 사수의 마이크로모터는 적어도 하나의 제 1미러와 이에 대응하는 제 1마이크로모터 및 적어도 하나의 제 2미러와 이에 대응하는 제 2마이크로모터를 포함하며, 레이저 빔의 경로는 적어도 하나의 제 1마이크로모터가 레이저 빔의 경로에 대하여 적어도 하나의 제 2마이크로모터에 대향하도록 적어도 하나의 제 1마이크로모터와 적어도 하나의 제 2마이크로모터사이에서 연장가능하며, 상기 다수의 미러 및 다수의 마이크로모터는 적어도 하나의 제 3미러와 이에 대응하는 마이크로모터 및 적어도 하나의 제 4미러와 이에 대응하는 마이크로모터를 포함하며, 레이저 빔의 경로는 제 3마이크로모터가 레이저 빔의 경로에 대하여 적어도 하나의 제 4마이크로모터와 대향하도록 적어도 하나의 제 3마이크로모터와 적어도 하나의 제 4마이크로모터사이로 연장가능하며, 상기 광학 마이크로스위치는 추가 미러와 이에 대응하는 추가 마이크로모터를 가지며 적어도 하의 제 1 및 제 2마이크로모터사이에서 연장하는 제 1경로 및 제 3 및 제 4마이크로모터사이에서 연장하는 제 2경로를 따라 레이저 빔을 선택적으로 전달하는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 마이크로스위치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 다수의 마이크로모터는 레이저 빔의 경로에 수직으로 연장하는 가상 라인을 따라 나란히 배치된 다수의 적어도 두 개의 마이크로모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 마이크로스위치.
  13. 제 1항에 있어서, 다수의 적어도 12개 이상의 미러 및 이와 대응하는 마이크로모터는 다수의 평행 방향으로 레이저 빔을 선택적으로 전달하기 위하여 제공되는 것을 특징으로 하는 광학 마이크로스위치.
  14. 제 1항에 있어서, 각각의 미러는 실리콘층 및 상기 실리콘층에 부착된 반사물질층을 포함하여 실리콘층은 낮은 거칠기 및 높은 평탄도를 가진 표면을 제공하는 것을 특징으로 하는 광학 마이크로스위치.
  15. 제 14항에 있어서, 각각의 미러는 상기 반사물질층위에 배치된 적어도 한쌍의 유전체층을 더 포함하며, 상기 적어도 한쌍의 유전체층은 저유전체물질로된 제 1층 및 고유전체 물질로된 제 2층을 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 마이크로스위치.
  16. 제 1항에 있어서, 적어도 하나의 마이크로모터는 제 2위치에서 대응하는 미러의 이동을 제한하는 이동 중지 수단을 포함하여 이동 중지 수단이 광학 마이크로 스위치의 동작시 반복을 용이하게 하는 것을 특징으로 하는 광학 마이크로스위치.
  17. 제 16항에 있어서, 제어기에 이동 중지 수단을 전기적으로 연결하는 리드 수단을 더 포함하여, 이동 중지 수단이 미러가 제 2위치에 있는지를 제어기가 모니터링하도록 허용하는 것을 특징으로 하는 광학 마이크로스위치.
  18. 경로를 따라 연장되는 레이저 빔을 이용하는 광학 마이크로스위치에 있어서, 다수의 인출구를 가진 바디, 상기 바디 내에 있는 다수의 미러, 레이저 빔의 경로에서 이탈한 제 1위치로부터 레이저 빔의 경로의 제 2위치로 미러를 이동시켜 인출구중 하나에 레이저 빔을 선택적으로 전달하도록 다수의 미러를 연결하는 부착 수단 및 상기 수단에 제어 신호를 제공하기 위하여 상기 수단에 전기적으로 연결된 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 마이크로스위치.
  19. 제 18항에 있어서, 레이저 빔을 선택적으로 수신하는 바디의 각각의 인출구에 배치되는 다수의 출력 전달 엘리먼트, 다수의 플라이닝 헤드 및 다수의 광학 디스크 표면과 결합하며, 상기 플라이닝 헤드는 각각의 광학 디스크 표면 위에서 가동하는 것을 특징으로 하는 광학 마이크로스위치.
  20. 기판, 콤브형 구동 핑거가 제공되며 상기 기판 상에 장착되는 제 1콤브형 구동 부재와 콤브형 구동 핑거가 제공되는 제 2콤브형 구동 부재를 가진 적어도 하나의 콤브형 구동 어셈블리 및 제 1 및 제 2의 일정간격을 유지하는 빔형 스프링 부재를 포함하며, 상기 적어도 하나의 콤브형 구동 어셈블리는 제 1 및 제 2빔형 스프링 부재사이에 배치되며, 제 2콤브형 구동 부재는 기판 위에 배치되고, 각각의 제 1 및 제 2빔형 부재는 기판에 고정된 제 1단부 및 기판 위에 제 2콤브형 구동 부재를 매달기 위하여 제 2콤브형 구동 부재에 고정된 제 2단부를 가지며, 제 2콤브형 구동 부재는 제 1 및 제 2콤브형 구동 부재의 콤브형 구동 핑거가 일정간격을 유지하는 제 1위치 및 제 1 및 제 2콤브형 구동 부재가 상호 맞물린 제 2위치사이에서 이동하는 것을 특징으로 하는 정전기 마이크로액추에이터.
  21. 제 20항에 있어서, 제 1 및 제 2빔형 스프링 부재는 제 2콤브형 구동 부재의 이동 방향에 수직한 방향으로 강하며, 각각의 제 1 및 제 2빔형 스프링 부재는 빔형 스프링 부재가 비선형 구성을 가지고 있으며 제 2콤브형 구동 부재가 제 1위치에 있을 때 발생하는 제 1위치 및 빔형 스프링 부재가 선형 구성을 가지며 제 2콤브형 구동 부재가 제 2위치에 있을 때 발생하는 제 2위치사이에서 이동하여 이동 방향에 수직인 방향으로의 제 1 및 제 2빔형 스프링 부재의 강도가 제 2콤브형 구동 부재가 제 2위치에 있을 때 최대가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 정전기 마이크로액추에이터.
  22. 제 20항에 있어서, 상기 제 2콤브형 구동 부재는 제 1 및 제 2빔형 스프링 부재에 의하여 단독으로 기판에 고정되는 것을 특징으로 하는 정전기 마이크로액추에이터.
  23. 제 20항에 있어서, 상기 제 2콤브형 구동 부재는 상기 제 2위치에서 제 1위치로 상기 제 1 및 제 2빔형 스프링 부재의 힘에 의하여 이동되며, 상기 마이크로액추에이터는 제 1콤브형 구동 어셈블리의 콤브형 구동 핑거가 일정간격을 유지할 때 추가 콤브형 구동 어셈블리의 콤브형 구동 핑거가 상호 맞물리는 위치로 추가 콤브형 구동 어셈블리의 제 2콤브형 구동 부재가 이동하는 각각의 콤브형 구동 핑거에 대하여 제 1 및 제 2콤브형 구동 부재를 가진 추가의 콤브 구동 어셈블리가 없는 것을 특징으로 하는 정전기 마이크로액추에이터.
  24. 제 20항에 있어서, 제 2콤브형 구동 부재의 이동 방향에 수직으로 연장하는 제 1 및 제 2정전기 클램핑 전극을 더 포함하며, 상기 제 1 및 제 2클램핑 전극은 상기 클램핑 전극이 일정간격을 유지하고 제 2콤브형 구동 부재가 제 2위치에 있을 때 발생하는 제 1위치 및 상기 클램핑 전극이 서로 인접하게 배치되고 제 2콤브형 구동 부재가 제 1위치에 있을 때 발생하는 제 2위치 사이에서 이동하여 서로 인접하게 제 2위치에 배치된 클램핑 전극사이에 전압이 인가될 때 클램핑 전극이 제 1위치에 제 2콤브형 구동 부재를 용이하게 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 정전기 마이크로액추에이터.
  25. 제 20항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2빔형 스프링 부재사이에 배치되며 제 1 및 제 2콤브형 구동 부재를 가진 추가의 콤브형 구동 어셈블리를 더 포함하며, 상기 추가 콤브형 구동 어셈블리의 각각의 제 1 및 제 2콤브형 구동 부재에는 콤브형 구동 핑거가 제공되며, 추가 콤브형 구동 어셈블리의 제 1콤브형 구동 부재는 기판 상에 장착되고, 추가 콤브형 구동 어셈블리의 제 2콤브형 구동 부재는 기판 위에 배치되고 제 1 및 제 2빔형 스프링 부재에 의하여 기판 위에 매달리며, 상기 추가 콤브형 구동 어셈블리의 제 2콤브형 구동 부재는 추가 콤브형 구동 어셈블리의 제 1 및 제 2콤브형 구동 부재의 콤브형 구동 핑거가 일정간격을 유지하는 제 1위치 및 추가 콤브형 구동 어셈블리의 제 1 및 제 2콤브형 구동 부재의 콤브형 구동 핑거가 상호 맞물리는 제 2위치사이에서 이동하며, 추가 콤브형 구동 어셈블리의 제 2콤브형 구동 부재는 제 1콤브형 구동 어셈블리의 제 2콤브형 구동 부재가 제 1위치에 있을 때 제 2위치에 있는 것을 특징으로 하는 정전기 마이크로액추에이터.
  26. 제 25항에 있어서, 상기 제 2콤브형 구동 부재의 이동 방향에 수직으로 연장하는 제 1 및 제 2세트의 정전기 클램핑 전극을 더 포함하며, 상기 각각의 제 1 및 제 2세트의 클램핑 전극은 클램핑 전극이 일정간격을 유지하는 제 1위치 및 클램핑 전극이 서로 인접하게 있는 제 2위치사이에서 이동하는 제 1 및 제 1클램핑 전극을 가지며, 제 1세트의 클램핑 전극은 제 1콤브형 구동 어셈블리의 제 2콤브형 구동 부재가 제 1위치에 있을 때 서로 인접하게 배치되며, 제 2세트의 클램핑 전극은 추기 콤브형 구동 어셈블리의 제 2콤브형 구동 부재가 제 1위치에 있을 때 서로 인접하게 배치되어, 서로 인접하게 제 2위치에 있는 클램핑 전극사이에 전압이 인가될 때 각각의 세트의 클램핑 전극이 제 1위치에 제 2콤브형 구동 부재를 용이하게 유지하는 것을 특징으로 하는 정전기 마이크로액추에이터.
  27. 제 20항에 있어서, 제 1 및 제 2위치에서 제 2구동 부재를 록킹시키기 위하여 정상상태에서 폐쇄되는 마이크로모터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기 마이크로액추에이터.
  28. 제 20항에 있어서, 각각의 제 1 및 제 2콤브형 구동 부재의 콤브형 구동 핑거는 근위단 및 원위단 부분을 가지며, 각각의 근위단 부분은 소정의 폭을 가지며 각각의 근위단 부분은 각각의 근위단 부분의 폭보다 적은 소정 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 정전기 마이크로액추에이터.
  29. 제 20항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제 1 및 제 2콤브형 구동 부재의 콤브형 구동 핑거의 길이는 가변하는 것을 특징으로 하는 정전기 마이크로액추에이터.
  30. 제 20항에 있어서, 상기 제 2콤브형 구동 부재가 제 2위치로 이동하는 것을 제한하는 이동 중지 수단을 더 포함하며, 상기 이동 중지 수단은 마이크로액추에이터의 동작이 반복을 용하게 하는 것을 특징으로 하는 정전기 마이크로액추에이터.
  31. 제 30항에 있어서, 제어기 및 상기 이동 중지 수단을 상기 제어기에 전기적으로 연결하기 위한 리드 수단을 더 포함하며, 상기 이동 중지 수단은 제어기가 제 2콤브형 구동 부재가 제 2위치에 있는지를 모니터링하도록 하는 것을 특징으로 하는 정전기 마이크로액추에이터.
  32. 제 20항에 있어서, 상기 제 2콤브형 구동 부재의 콤브형 구동 핑거는 제 1 및 제 2콤브형 구동 부재의 콤브형 구동 핑거가 서로 일정하게 배치되는 제 1위치로부터 상기 콤브형 구동 핑거가 부분적으로 상호 맞물리는 제 2위치 및 상기 콤브형 구동 핑거가 완전하게 서로 맞물리는 제 2위치로 절반 왕복운동으로 이동하며, 제어기는 제 2콤브형 구동 부재의 콤브형 구동 핑거를 제 3위치로 가압하기 위하여 절반 왕복운동의 일부분 중에서만 제 1 및 제 2콤브형 구동 부재사이에 전압을 인가하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기 마이크로액추에이터.
  33. 제 32항에 있어서, 상기 제어기는 상기 콤브형 구동 핑거가 부분적으로 맞물리지만 상기 콤브형 구동 핑거가 완전히 맞물리기 전에 상기 제 1 및 제 2콤브형 구동 부재사이에 전압을 인가하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기 마이크로액추에이터.
  34. 제 20항에 있어서, 미러 및 상기 미러를 적어도 하나의 콤브 구동 어셈블리에 결합시키는 부착 수단을 더 포함하며, 상기 부착 수단은 리세스가 형성된 브라킷 부재를 포함하며, 미러는 브라킷 부재 상에 미러의 정렬을 용이하게 하도록 리세스의 배치를 위하여 제공된 페그 부분을 가지는 것을 특징으로 하는 정전기 마이크로액추에이터.
  35. 제 20항에 있어서, 미러 및 상기 미러를 적어도 하나의 콤브 구동 어셈블리에 결합시키는 부착 수단을 더 포함하며, 상기 부착 수단은 미러를 수용하기 위하여 제공된 리셉터클, 상기 리셉터클 내에 미러를 고정하는 접착 수단 및 고정 중에 리셉터클에 미러를 유지하기 위하여 기판 위에 착탈가능하게 배치되는 유지 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기 마이크로액추에이터.
  36. 콤브형 구동 핑거에 대하여 제 1 및 제 2콤브형 구동 부재를 가지는 콤브형 구동 어셈블리를 동작시키는 방법에 있어서, 제 2콤브형 구동 부재는 제 1 및 제 2콤브형 구동 부재의 콤브형 구동 핑거가 일정간격을 유지하는 제 1위치 및 제 1 및 제 2콤브형 구동 부재가 상호 맞물린 제 2위치사이에서 제 1콤브형 구동 부재에 대하여 이동하며, 상기 방법은 제 2콤브형 구동 부재를 제 2위치로 이동시키기 위하여 제 2콤브형 구동 부재를 공진으로 발진시키는 단계 및 제 2위치에서 제 2콤브형 구동 부재를 유지하는 것을 특징으로 하는 방법.
  37. 제 36항에 있어서, 상기 유지 단계는 정전기 힘에 의하여 제 2위치에 제 2콤브형 구동 부재를 유지하는 것을 특징으로 하는 방법.
  38. 제 37항에 있어서, 상기 유지 단계는 기계적인 힘에 의하여 제 2위치에 제 2콤브형 구동 부재를 유지하는 것을 특징으로 하는 방법.
  39. 제 38항에 있어서, 상기 제 2콤브형 구동 부재가 제 1위치로 이동하도록 제 2위치로부터 상기 제 2콤브형 구동 부재를 방출하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  40. 기판, 콤브형 구동 핑거가 제공되며 상기 기판 상에 장착되는 제 1콤브형 구동 부재와 콤브형 구동 핑거가 제공되며 기판 위에 배치되는 제 2콤브형 구동 부재를 가진 적어도 하나의 콤브형 구동 어셈블리 및 기판에 고정된 제 1단부 및 제 2콤브형 구동 부재에 고정된 제 2단부를 가진 적어도 하나의 빔형 스프링 부재를 포함하며, 제 2콤브형 구동 부재는 제 1 및 제 2콤브형 구동 부재의 콤브형 구동 핑거가 거의 상호 맞물려 있지 않은 제 1위치 및 제 1 및 제 2콤브형 구동 부재의 콤브형 구동 핑거가 완전히 맞물린 제 2위치사이에서 이동하며, 적어도 하나의 빔형 스프링 부재는 제 2콤브형 구동 부재의 이동방향에 수직 방향으로 강하며 적어도 한의 빔형 스프링 부재가 비선형 구성이고 제 2콤브형 구동 부재가 제 1위치에 있을 때 발생하는 제 1위치 및 적어도 하나의 빔형 스프링 부재가 이동 방향에 수직을 연장하는 선형 구조이고 제 2콤브형 구동 부재가 제 2위치에 있을 때 발생하는 제 2위치사이에서 이동하여, 제 2콤브형 구동 부재가 제 1위치에서 제 2위치로 이동할 때 이동 방향에 수직인 방향으로 적어도 하나의 빔형 스프링 부재의 강도를 증가시키는 것을 특징으로 하는 정전기 마이크로액추에이터.
  41. 제 41항에 있어서, 제 2콤브형 구동 부재는 제 1 및 제 2콤브형 구동 부재의 콤브형 구동 핑거가 일정간격을 유지하는 제 1위치 및 제 1 및 제 2콤브형 구동 부재의 콤브형 구동 핑거가 완전하게 서로 맞물리는 제 2위치사이에 이동가능한 것을 특징으로 하는 정전기 마이크로액추에이터.
  42. 제 41항에 있어서, 기판에 고정된 제 1단부 및 제 2콤브형 구동 부재에 고정된 제 2단부를 가진 추가의 빔형 스프링 부재를 더 포함하며, 상기 추가의 빔형 스프링 부재는 제 2콤브형 구동 부재의 이동 방향에 수직한 방향으로 강하며 추가의 빔형 스프링 부재가 비선형 구조이고 제 2콤브형 구동 부재가 제 1위치에 있을 때 발생하는 제 1위치 및 추가의 빔형 스프링 부재가 선형구조이고 제 2콤브형 구동 부재가 제 2위치에 있을 때 발생하는 제 2위치사이에서 이동하는 것을 특징으로 하는 정전기 마이크로액추에이터.
  43. 제 41항에 있어서, 제 2콤브형 구동 부재의 이동 방향에 수직으로 연장하는 제 1 및 제 2정전기 클램핑 전극을 더 포함하며, 상기 제 1 및 제 2클램핑 전극은 상기 클램핑 전극이 일정간격을 유지하고 제 2콤브형 구동 부재가 제 2위치에 있을 때 발생하는 제 1위치 및 상기 클램핑 전극이 서로 인접하게 배치되고 제 2콤브형 구동 부재가 제 1위치에 있을 때 발생하는 제 2위치 사이에서 이동하여 서로 인접하게 제 2위치에 배치된 클램핑 전극사이에 전압이 인가될 때 클램핑 전극이 제 1위치에 제 2콤브형 구동 부재를 용이하게 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 정전기 마이크로액추에이터.
  44. 기판, 콤브형 구동 핑거가 제공되며 상기 기판 상에 장착되는 제 1콤브형 구동 부재와 콤브형 구동 핑거가 제공되며 기판 위에 배치되는 제 2콤브형 구동 부재를 가진 적어도 하나의 콤브형 구동 어셈블리를 포함하며, 제 2콤브형 구동 부재는 제 1 및 제 2콤브형 구동 부재의 콤브형 구동 핑거가 거의 상호 맞물려 있지 않은 제 1위치 및 제 1 및 제 2콤브형 구동 부재의 콤브형 구동 핑거가 완전히 맞물린 제 2위치사이에서 이동하며, 또한 제 2콤브형 구동 부재가 제 1위치에서 제 1위치에서 제 2위치로 이동할 때 제 2콤브형 구동 부재의 이동 방향에 수직인 방향으로 강도를 증가시키기 위하여 기판에 고정된 제 1단부 및 제 2콤브형 구동 부재에 고정된 제 2단부를 가진 스프링 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기 마이크로액추에이터.
  45. 제 44항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2콤브형 구동 부재로부터 이격되어 제 1위치에 상기 제 2콤브형 구동 부재를 정전기적으로 고정시키는 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전기 마이크로액추에이터.
  46. 제 45항에 있어서, 제 1방향에 제 2콤브형 구동 부재를 고정시키는 상기 수단은 제 1 및 제 2클램핑 전극을 포함하는데, 상기 제 1 및 제 2클램핑 전극은 클램핑 전극이 일정간격을 유지하고 상기 제 2클램핑 전극가 제 2위치에 있을 때 발생하는 제 1위치 및 클램핑 전극이 서로 인접하고 제 2콤브형 구동 부재가 제 1위치에 있을 때 발생하는 제 2위치사이에서 이동하는 것을 특징으로 하는 정전기 마이크로액추에이터.
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