專利名稱:微鏡片定位裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種微鏡片定位裝置,特別涉及這樣一種微鏡片定位裝置,它具有精確垂直定位微鏡片的功能、水平定位微鏡片的功能、以及微鏡片防干擾功能,且可使微鏡片在微鏡片陣列操作過程中避免磁場干擾,可固定微鏡片或微鏡片陣列的所有微鏡片、使微鏡片在攜帶及運送過程中避免震動、碰撞造成的微鏡片移位或損壞,故本發(fā)明可提供微鏡片或微鏡片陣列精準定位及免除干擾的功能,并可提高微鏡片或微鏡片陣列移動或攜帶的可靠程度。
近年來高科技產(chǎn)業(yè)在各領(lǐng)域均有長足的進步,其中微波通信與微機電這二個領(lǐng)域的發(fā)展更為迅速;其中應(yīng)用淀積(deposit)、體蝕刻(bulkmicro-machining)、面蝕刻(surface micro-machining)等黃光縮微工藝,已生產(chǎn)制造出許多過去技術(shù)無法制成的微物體、微元件,此類微物件、微元件可應(yīng)用于微機電領(lǐng)域及其他高科技領(lǐng)域。
與此同時,光通信領(lǐng)域中的微波通信技術(shù)也進展迅速,其中微波通信是統(tǒng)中需要大量微型、高速、高可靠性的光開關(guān),此光開關(guān)可依據(jù)各種應(yīng)用需要改變光路方向,而前述的黃光縮微工藝技術(shù),正可適用于生產(chǎn)符合微型、高速、高可靠性等要求的微物件,因此有些研究機構(gòu)已從事相關(guān)研究,并發(fā)表研究成果,其中有兩篇論文(第一篇論文為Yang Yi and Chang Liu,“Parallel assembly of hingedmicrostructures using magnetic actuation”Solid-state sensor and actuator1998,第二篇論文為HiroshiToshiyoshi and Hiroyuki Fujita,“Anelectrostatically operated torsion mirror for optical switching device”Transducers 1995)與兩件美國專利(US Pat.No.6,094,293及US Pat.No.5,960,132)均提出通過前述縮微工藝制作的微光開關(guān)。
以上資料所述的微光開關(guān)是分別以靜電方式或靜磁場方式操作可擺動的微鏡片的,使其自反射狀態(tài)擺動至非反射狀態(tài)后停止,或使其自非反射狀態(tài)擺動至反射狀態(tài)后停止;其中非反射狀態(tài)是允許入射光線通過,沿原光路繼續(xù)前進;而反射狀態(tài)則通過全反射改變?nèi)肷涔饩€的原來的光路。就以上情況而論,無論自反射狀態(tài)擺動至非反向狀態(tài),或者是自非反射狀態(tài)擺動至反射狀態(tài),其微鏡片常受到擺動慣性的影響,使擺動超過反射狀態(tài)的固定點或非反射狀態(tài)的固定點,造成微鏡片無法精確定位,進而導(dǎo)致微鏡片反射后微光光路無法精準定位的缺點。
請參閱圖1與圖2所示,圖1與圖2為現(xiàn)有技術(shù)微鏡片擺動裝置的立體示意圖與正視圖。該現(xiàn)有技術(shù)微鏡片擺動裝置10一般是在一個具有相當平整度的硅基板11(或玻璃基板)上,通過黃光縮微工藝技術(shù)制作一微鏡片擺動裝置10,該微鏡片擺動裝置10包括一第一固定端12a、一第二固定端12b;一扭轉(zhuǎn)元件121、一反射鏡片14、一擋塊15、一微線圈16。
其中第一固定端12a、第二固定端12b、扭轉(zhuǎn)元件121、反射鏡片14與擋塊15都是借助于前述的黃光縮微工藝整體式成型的,它們的材料通常是具有適當彈性的多晶硅;第一固定端12a、第二固定端12b之間相隔一個適當距離,并分別固定于在基板11的上;扭轉(zhuǎn)元件121水平懸吊在二個固定端12a、12b之間;反射鏡片14為扭轉(zhuǎn)元件121的中央部份,在水平方向延伸。反射鏡片14之上還設(shè)有一個坡莫合金141;坡莫合金是通過濺射或電鍍工藝固定在反射鏡片14的上方;反射區(qū)域142在反射鏡片14上方,具有高平整度;入射光經(jīng)反射區(qū)域142反射后改變光路。擋塊15是至少一個方形擋塊或一個長條矩形,固定在反射鏡片14的下方,其高度恰可提供反射鏡片14的水平靜止位置。微線圈16設(shè)在硅基板11的下方,可提供推動反射鏡片14擺動的磁性排斥力。
請參閱圖3、圖4與圖5所示,它們是現(xiàn)有技術(shù)微鏡片擺動裝置10的擺動機構(gòu)示意圖。其中,圖3為微鏡片擺動裝置10位于水平位置且微線圈16剛通電時的示意圖;圖4為微鏡片擺動裝置10由水平方向朝垂直方向擺動過程中的示意圖;圖5為微鏡片擺動裝置10可能因擺動時產(chǎn)生的慣性而擺動超過垂直位置定點的示意圖。
請參閱圖3,設(shè)在微鏡片擺動裝置10下方的微線圈16通電后,產(chǎn)生一磁通密度161,同時坡莫合金141受該磁通密度161感應(yīng)產(chǎn)生一磁化強度163,磁通密度161的N極與磁化強度163的N極之間產(chǎn)生一斥力164,此斥力164是將反射鏡片14向上推離硅基板11的一個作用力;又根據(jù)前述,扭轉(zhuǎn)元件121連接微鏡片14與二固定端12a、12b,且是通過黃光縮微工藝整體式成型的具有適當彈性的材料,故當坡莫合金141受磁通密度161感應(yīng)產(chǎn)生磁化強度163而且磁化強度163的N極與磁通密度161的N極相斥時,扭轉(zhuǎn)元件121可按照它所具有的適當彈性發(fā)生扭曲,使反射鏡片14從水平位置向垂直位置擺動。請注意,當反射鏡片14位于水平位置時,這二個N極間的距離最近,反射鏡片14所受的斥力164也最大。
請參閱圖4,當反射鏡片14受斥力164作用自水平位置向垂直位置擺動時,這二個N極間的距離逐漸加大,反射鏡片14所受的斥力164逐漸減小,而扭轉(zhuǎn)元件121則持續(xù)提供適當?shù)膹椥耘で?,使反射鏡片由水平位置繼續(xù)向垂直位置擺動。
請參閱圖5,當反射鏡片14擺動至接近垂直位置時,二個N極間的距離進一步加大,反射鏡片14所受的斥力164也大幅度地降低;當反射鏡片擺動至一垂直位置17的瞬間,斥力164無法提供反射鏡片14繼續(xù)擺動超過垂直位置的作用力;但反射鏡片14擺動時產(chǎn)生的慣性造成反射鏡片14擺動至垂直位置后仍無法停止在該垂直位置17,以致于往往超過預(yù)定的垂直位置17后才停止在一靜止位置18,因而無法實現(xiàn)垂直定位的需求。當反射鏡片14靜止在靜止位置18時,斥力164只可防止反射鏡片14向下擺動回水平位置。
請參閱圖6所示,圖6為現(xiàn)有技術(shù)一微鏡片擺動裝置10位于靜止位置18的示意圖。當微線圈16斷電使原磁場消失后,反射鏡片14的坡莫合金141不再受斥力164作用,反射鏡片14即由于前述扭轉(zhuǎn)元件121的彈性恢復(fù)力自靜止位置18向水平位置擺動,請參閱圖7所示。圖7是現(xiàn)有技術(shù)微鏡片擺動裝置10擺動至水平位置的示意圖。同樣道理,反射鏡片14可能因擺動產(chǎn)生的慣性而擺動超過其水平位置;因反射鏡片14設(shè)有一擋塊15,故反射鏡片14可停止在擋塊15所設(shè)定的水平位置。
請參閱圖7,當微鏡片擺動裝置10需移動或攜帶時,或者當至少一微鏡片擺動裝置所組成的一微鏡片陣列擺動裝置需移動或攜帶時,擋塊15即無法提供微鏡片10或微鏡片陣列固定在水平位置的機構(gòu)與功能。
請參閱圖8,圖8為現(xiàn)有技術(shù)一微鏡片陣列20的示意圖,該微鏡片陣列20由十六個微鏡片211、212、213、214、221、222、223、224、231、232、233、234、241、242、243及244組成;其中,四個微鏡片213、221、232、244處于垂直狀態(tài),故自四個光源20A、20B、20C、20D發(fā)射的入射光分別由四微鏡片213、221、232、244反射,并分別由位于下方的四個檢測單元20E、20F、20G、20H接收。其余十二微鏡片211、212、214、222、223、224、231、233、234、241、242、243都設(shè)定在水平狀態(tài),此時,前述位于該垂直位置的凹微鏡片213、221、232、244下方的微線圈的磁場處于啟動狀態(tài),故可能影響處于水平位置的十二個微鏡片211、212、214、222、223、224、231、233、234、241、242、243,其中的某些鏡片因附近磁場的影響,無法靜止在水平位置而發(fā)生擺動,將可能攔截圖中任何一束入射光或反射光,造成現(xiàn)有技術(shù)微鏡片陣列20操作失常。這十二微鏡片211、212、214、222、223、224、231、233、234、241、242、243將受磁場影響,本說明書在發(fā)明的詳細說明中將公開一個避抗干擾的機構(gòu),以解決現(xiàn)有技術(shù)微鏡片10或微鏡片陣列20的磁場干擾問題。設(shè)定在水平位置的十二個微鏡片211、212、214、222、223、224、231、233、234、241、242、243中的某些鏡片可能受到附近磁場的影響,無法固定在水平位置而發(fā)生擺動,且可能攔截圖中任何一束入射光或反射光,造成現(xiàn)有技術(shù)微鏡片陣列20操作失常。
本發(fā)明的目的在于提供一種可將微鏡片或微鏡片陣列定位在垂直位置的微鏡片定位裝置。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種可將微鏡片或微鏡片陣列定位在水平位置的微鏡片定位裝置。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種可避免磁場干擾的微鏡片定位裝置。
按照本發(fā)明的一個方面,提供一種微鏡片定位裝置,用於微鏡片垂直方向的定位,包含一基板一固定單元,該固定單元具有一第一固定端與一第二固定端,第一固定端與第二固定端相隔一適當距離固定在基板上;一磁性單元,該磁性單元設(shè)在基板下方一適當距離處;一定位單元,包含一第一扭轉(zhuǎn)元件,按水平懸吊方式設(shè)在第一固定端與第二固定端之間,第一扭轉(zhuǎn)元件的中央部分按水平懸吊方式向其一側(cè)延伸一適當距離,且其上設(shè)有一第一平面與一第二平面;以及一第一磁性感應(yīng)單元,固定在第一平面或第二平面,且可受磁性單元感應(yīng),以及一反射單元,包含一第二扭轉(zhuǎn)元件,與第一扭轉(zhuǎn)元件相互平行且相隔一適當距離,并按水平懸吊方式設(shè)在第一固定端與第二固定端之間,第二扭轉(zhuǎn)元件的中央部分按水平懸吊方式向其一側(cè)延伸一適當距離,且其上設(shè)有一第三平面與一第四平面;以及一第二磁性感應(yīng)單元,固定在第三平面或第四平面,可接受磁性單元感應(yīng)。
優(yōu)選地,第一平面與第二平面互相平行;第三平面與第四平面互相平行;第二扭轉(zhuǎn)元件下方還可包含一擋塊;磁性單元為一微線圈;第一磁性感應(yīng)單元是一坡莫合金;第二磁感應(yīng)單元為一坡莫合金;第三平面為一反射平面;第四平面為一反射平面;第一扭轉(zhuǎn)元件、第二扭轉(zhuǎn)元件、擋塊、定位鏡片、反射鏡片與擋塊為多晶硅,并且可借助于黃光縮微工藝整體式成型;按照本發(fā)明的第二方面,提供一種微鏡片定位裝置,用于微鏡片垂直方向的定位,包含一基板;一磁性單元,該磁性單元設(shè)在基板下方一適當距離處;至少一個定位單元,它還包含一第一扭轉(zhuǎn)元件,它是可沿水平方向延伸的可掀薄板結(jié)構(gòu),在薄板狀第一扭轉(zhuǎn)元件的一個末端設(shè)有一第一固定元件,它固定在基板上,使第一扭轉(zhuǎn)元件能夠以固定元件為軸樞軸轉(zhuǎn)動;一第一磁性感應(yīng)元件,固定在第一扭轉(zhuǎn)元件的遠離固定元件的一側(cè);以及至少一個反射單元,它還包含一第二扭轉(zhuǎn)元件,它是沿水平方向延伸的可掀薄板結(jié)構(gòu),在薄板狀第二扭轉(zhuǎn)元件的一個末端的兩側(cè)設(shè)有一第二固定元件與一第三固定元件,它們相隔一適當距離分別固定在基板上,使第二扭轉(zhuǎn)元件可同時以第二固定元件與第三固定元件為軸樞軸轉(zhuǎn)動;一第二磁性感應(yīng)元件,固定在第二扭轉(zhuǎn)元件遠離第二固定元件與第三固定元件的一側(cè);其中,第一扭轉(zhuǎn)元件還具有一第一側(cè)邊,第一側(cè)邊設(shè)在第一扭轉(zhuǎn)元件的接近第二扭轉(zhuǎn)元件的一側(cè)。
還是優(yōu)選地,至少一個定位單元包含一第一定位單元與一第二定位單元,且第一定位單元的樞軸轉(zhuǎn)動軸與第二定位單元的樞軸轉(zhuǎn)動軸相互平行;第二扭轉(zhuǎn)元件下方還包含一擋塊;磁性單元為一微線圈;第一磁性感應(yīng)元件為一坡莫合金;第二磁性感應(yīng)元件可為一坡莫合金;第一扭轉(zhuǎn)元件可為多晶硅,且可借助于黃光縮微工藝整體式成型;第二扭轉(zhuǎn)元件為多晶硅,且可借助于黃光縮微工藝整體式成型;在第一扭轉(zhuǎn)元件的接近第一固定元件的位置處還設(shè)有一個開口;第一扭轉(zhuǎn)元件的樞軸轉(zhuǎn)動軸與第二扭轉(zhuǎn)元件的樞軸轉(zhuǎn)動軸互相垂直,且第一側(cè)邊與第一扭轉(zhuǎn)元件的樞軸轉(zhuǎn)動軸互相垂直;按照本發(fā)明的第三方面,提供一種微鏡片定位裝置,其中包含一個抗干擾單元,該抗干擾單元包含一電源,該電源具有一電源第一端與一電源第二端;一第一導(dǎo)電單元,第一導(dǎo)電單元設(shè)在一垂直定位裝置,與電源第一端電連接;以及一第二導(dǎo)電單元,第二導(dǎo)電單元設(shè)在與第一導(dǎo)電單元相對應(yīng)的一基板上,與電源第一端電連接。
仍舊是優(yōu)選地,電源第一端為電源正端,電源第二端為電源負端;或者,電源第一端為電源負端,電源第二端為電源正端。
按照本發(fā)明的第四方面,進一步提供一種微鏡片定位裝置,用於微鏡片水平方向的定位,其中包含一電源,該電源具有一電源正端與一電源負端;一電極單元,包含有一第一電極與一第二電極,第一電極與第二電極相隔一適當距離分別固定在一第一平面之上,且分別與電源正端和該電源負端電連接;以及一定位單元,包含一第一懸臂,一第二懸臂、與一連接懸臂,第一懸臂與第二懸臂相隔一適當距離,二者的一端按水平懸吊方式分別固定設(shè)在第一電極與第二電極上,且二者的第二端也是按水平懸吊方式分別與連接懸臂的兩端連接,定位單元在第一電極與第二電極之間形成一水平懸吊的導(dǎo)電回路。
還是優(yōu)選地,第一懸臂的第二端的側(cè)方還設(shè)有一卡榫;第二懸臂的橫截面面積大於第一懸臂的橫截面面積;并且其中還包含一凸板,該凸板突出在一垂直定位裝置上;第一電極、第二電極、第一懸臂、第二懸臂、連接懸臂、與卡榫由導(dǎo)電材料構(gòu)成;進而,第一電極、第二電極、第一懸臂、第二懸臂、連接懸臂、與卡榫為銅合金,并且借助于黃光縮微工藝整體式成型;或者第一電極、第二電極、第一懸臂、第二懸臂、連接懸臂、與卡榫為金合金,并且借助于黃光縮微工藝整體式成型。
按照本發(fā)明的第五方面,提供一種微鏡片定位裝置,包含一垂直定位裝置,可提供微鏡片作垂直定位;一水平定位裝置,可提供微鏡片作水平定位;以及一抗干擾裝置,可提供微鏡片作靜電吸附,消除磁場干擾。
下面參照附圖描述本發(fā)明,其中圖1是現(xiàn)有技術(shù)微鏡片擺動裝置10的立體示意圖;圖2是現(xiàn)有技術(shù)微鏡片擺動裝置10的正視圖3是現(xiàn)有技術(shù)微鏡片擺動裝置10位于水平位置的示意圖;圖4是現(xiàn)有技術(shù)微鏡片擺動裝置10由水平方向擺動向垂直方擺動過程的示意圖;圖5是現(xiàn)有技術(shù)微鏡片擺動裝置10擺動至靜止位置18的示意圖;圖6是現(xiàn)有技術(shù)微鏡片擺動裝置10位于靜止位置18的示意圖;圖7是現(xiàn)有技術(shù)微鏡片擺動裝置10擺動至水平位置的示意圖;圖8是現(xiàn)有技術(shù)一微鏡片陣列20的示意圖;圖9是本發(fā)明微鏡片定位裝置的第一優(yōu)選實施例的立體示意圖;圖10是本發(fā)明微鏡片定位裝置的第一優(yōu)選實施例的正視圖;圖11是本發(fā)明微鏡片垂直定位單元40第一優(yōu)選實施例水平位置示意圖;圖12是本發(fā)明垂直定位單元40第一優(yōu)選實施例由水平方向向垂直方向擺動過程的示意圖;圖13是本發(fā)明垂直定位單元40第一優(yōu)選實施例垂直定位示意圖;圖14是本發(fā)明水平定位單元50第一優(yōu)選實施例導(dǎo)電狀態(tài)示意圖;圖15是本發(fā)明水平定位單元50第一優(yōu)選實施例非導(dǎo)電狀態(tài)示意圖;圖16是本發(fā)明抗干擾單元60第一優(yōu)選實施例的正視圖;圖17是本發(fā)明垂直定位單元70第二優(yōu)選實施例的立體示意圖;圖18是本發(fā)明垂直定位單元70第二優(yōu)選實施例向垂直位置擺動的立體示意圖;圖19是本發(fā)明垂直定位單元70第二優(yōu)選實施例垂直定位的立體示意圖;圖20是本發(fā)明垂直定位單元70第二優(yōu)選實施例垂直定位的正視圖。
下面參考
本發(fā)明,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員須了解,下文中的說明僅是作為例證說明,而不是用來限制本發(fā)明。
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的問題,本發(fā)明提出一種嶄新的微鏡片定位裝置3,它包括一垂直定位單元40、一水平定位單元50、與一抗干擾單元60,可分別解決現(xiàn)有技術(shù)微鏡片10或微鏡片陣列20的垂直定位問題,水平定位問題、與干擾問題。
請參閱圖9與圖10所示,圖9與圖10分別是本發(fā)明微鏡片定位裝置3的第一優(yōu)選實施例的立體示意圖與正視圖。在第一優(yōu)選實施例中,本發(fā)明的垂直定位單元40是在一個具有相當平整度的硅基板41(或玻璃基板)上通過黃光縮微技術(shù)制作的一個微鏡片垂直定位裝置。微鏡片垂直定位單元40包括一第一固定端42a、一第二固定端42b、一第一扭轉(zhuǎn)元件421、一第二扭轉(zhuǎn)元件422、一定位鏡片43、一反射鏡片44、一擋塊45與一微線圈46。
其中二個固定端42a、42b、第一扭轉(zhuǎn)元件421、第二扭轉(zhuǎn)元件422、定位鏡片43、反射鏡片44、擋塊45是借助于前述的黃光縮微工藝整體式成型的,它們的材料通常是具適當彈性的多晶硅;二個固定端42a、42b之間相隔一適當距離,并分別固定在硅基板41之上;第一扭轉(zhuǎn)元件421、第二扭轉(zhuǎn)元件422相互平行、且相隔一個適當距離、以水平懸吊方式分別設(shè)置在第一固定端42a與第二固定端42b之間;定位鏡片43是在第一扭轉(zhuǎn)元件421的中央部分沿水平方向的延長部分;反射鏡片44是第二扭轉(zhuǎn)元件422的中央部份沿水平方向的延長部分,且定位鏡片43與反射鏡片44分別設(shè)置在第一扭轉(zhuǎn)元件421、第二扭轉(zhuǎn)元件422的兩側(cè)。定位鏡片43之上與反射鏡片44之上還分別設(shè)置一第一坡莫合金431與一第二坡莫合金441;第一坡莫合金431與第二坡莫合金441是通過濺射或電鍍工藝分別固定在定位鏡片43與反射鏡片44之上的;反射鏡片44還設(shè)有一個反射區(qū)域443,反射區(qū)域443是在反射鏡片44上面的一個具有高平整度的反射區(qū)域,可提供入射光經(jīng)反射區(qū)域442反射后改變光路的功能。擋塊45是固定在硅基板41之上的一個長條矩形或至少一方形擋塊,其高度恰可提供該反射鏡片44的水平靜止位置。微線圈46設(shè)在硅基板41的下方,可提供推動反射鏡片44擺動的磁性排斥力。
請參閱圖11、12與圖13,它們分別為本發(fā)明垂直定位單40第一優(yōu)選例的示意圖。其中,圖11為垂直定位單元40位于水平位置且微線圈46剛通電時的示意圖;圖12為垂直定位單元40由水平方向擺動至垂直方向過程中的示意圖;圖13是垂直定位單元40的垂直定位示意圖。
在圖11、12與圖13中,本發(fā)明垂直定位單元40的微線圈46產(chǎn)生一個磁通密度461,坡莫合金441受該磁通密度461感應(yīng)產(chǎn)生一磁化強度463,磁通密度461的N極與磁化463的N極之間產(chǎn)生一第二斥力443,第二斥力443是將反射鏡片44向上推離硅基板41的一個作用力,其原理與圖3、圖4與圖5中發(fā)明背景現(xiàn)有技術(shù)應(yīng)用微線圈16與坡莫合金141感應(yīng)產(chǎn)生的一斥力164以推動反射鏡片14的原理相同;但本發(fā)明的垂直定位單元40公開的通過扭轉(zhuǎn)元件421、定位鏡片43、與坡莫合金431垂直定位反射鏡片44的機構(gòu)則是現(xiàn)有技術(shù)中沒有的。
請參閱圖11,定位鏡片43上的坡莫合金431受磁通密度461感應(yīng)產(chǎn)生一磁化強度462,磁通密度461的N極與磁化強度462的N極之間產(chǎn)生一第一斥力433,此斥力是將定位鏡片43向上推離硅基板41的一個作用力,第一斥力433推動定位鏡片43由水平方向朝垂直方向擺動。同時,反射鏡片44的坡莫合金441受磁通密度461感應(yīng)產(chǎn)生一磁化強度463,磁通密度461的N極與磁化強度463的N極之間產(chǎn)生前述的第二斥力443,此第二斥力443是將該反射鏡片44向上推離硅基板41的一個作用力,第二斥力443推動反射鏡片44由水平方向朝垂直方向擺動。請注意,當定位鏡片43位于水平位置時,磁通密度461的N極與磁化強度462的N極之間的距離最近,定位鏡片43所受的第一斥力433最大;同樣道理,反射鏡片44位于水平位置時,磁通密度461的N極與該磁化463的N極之間距離最近,反射鏡片44所受的第二斥力443也最大。
請參閱圖12,當定位鏡片43與反射鏡片44分別受第一斥力433與第二斥力443的作用分別自水平位置向垂直位置擺動時,磁通密度461的N極與磁化強度462的N極之間的距離及磁通密度461的N極與磁化強度463的N極之間的距離同時逐漸加大,故定位鏡片43與反射鏡片44分別所受的第一斥力433與第二斥力422的作用持續(xù)提供適當彈性扭曲,分別使定位鏡片43與反射鏡片44由水平位置繼續(xù)向垂直位置擺動。但定位鏡片43的質(zhì)量較小,它由水平位置向垂直位置擺動的速度略快,故定位鏡片43向垂直位置擺動的進程略微領(lǐng)先于反射鏡片44。
請參閱圖13,當定位鏡片43領(lǐng)先反射鏡片44擺動至接近垂直位置時,磁通密度461的N極與磁化強度462的N極之間的距離進一步加大,定位鏡片43所受的第一斥力433也大幅度地降低;當定位鏡片43擺動至垂直位置17的瞬間,第一斥力433無法提供該定位鏡片43繼續(xù)擺動超過垂直位置的作用力;只有定位鏡片43擺動時產(chǎn)生的慣性造成定位鏡片43先到達并略微超越垂直位置47的右方才停止;當擺動進程略微落后的反射鏡片44擺動至垂直位置的瞬間,第一斥力443無法提供反射鏡片44繼續(xù)擺動超過垂直位置的作用力;只有反射鏡片44擺動時產(chǎn)生的慣性使反射鏡片44擺動至垂直位置而無法停止在垂直位置47、超過垂直位置47的后方才停止,因此可借助于定位鏡片43先到達并略超越垂直位置47的相對方向,使平衡慣性相互抵銷,因而定位鏡片43與反射鏡片44二者相接觸并靜止在垂直位置47,滿足垂直定位的需求。然而,定位鏡片43與反射鏡片44的相對質(zhì)量、所受的相對磁矩、第一扭轉(zhuǎn)元件421與第二扭轉(zhuǎn)元件422的相對軸徑與彈性扭曲能力等,都是影響實現(xiàn)垂直定位的因素,故一個垂直定位單元40需經(jīng)許多材料的選擇、并且經(jīng)過實驗數(shù)據(jù)的取得與應(yīng)用方可獲得最佳結(jié)構(gòu);垂直定位的確認驗證方法是在定點發(fā)射多個不同方向的激光束,激光束經(jīng)垂直定位反射鏡片44反射,并通過多個檢測裝置在預(yù)定位置檢測反射的光束。
請參閱圖14與圖15所示,圖14與圖15分別為本發(fā)明水平定位單元50的第一優(yōu)選實施例的導(dǎo)電狀態(tài)與非導(dǎo)電狀態(tài)的示意圖,其中水平定位單元50包括一第一電極52a、一第二電極52b、一第一懸臂521、一第二懸臂522、一連接懸臂523、一卡榫53。微鏡片水平定位單元50還包括一突出于硅基板41、位于與卡榫53相對應(yīng)的一個區(qū)域的一個凸板47。第一電極52a、第二電極52b、第一懸臂521、第二懸臂522、連接懸臂523、與卡榫53是借助于前述的黃光縮微工藝整體式成型的,它們的材料通常是具有適當導(dǎo)電性的銅合金或金合金;第一電極52a與第二電極52b之間間隔一個適當距離,并分別固定在硅基板41之上;第一懸臂521與第二懸臂522相互平行或大致平行,第二懸臂522較第一懸臂521粗,二者的第一端按水平懸吊方式分別固定在第一電極52a與第二電極52b,且二者的第二端也是按水平懸吊方式分別與連接懸臂523的兩端連接,故水平定位單元50在第一電極52a與該第二電極52b之間按水平方向形成一懸吊的導(dǎo)電回路。
當定位鏡片43定位于圖13所示的垂直定位狀態(tài),系統(tǒng)控制軟件發(fā)出指令,切斷微線圈46與電源的電性連接,原磁場消失后,定位鏡片43的第一坡莫合金431與反射鏡片44的第二坡莫合金441都停止感應(yīng),分別不再受第一斥力433與第二斥力443的作用,定位鏡片43與反射鏡片44即由于前述的第一扭轉(zhuǎn)元件421與第二扭轉(zhuǎn)元件422的彈性回復(fù)力分別自垂直靜止的垂直位置分別向水平位置擺動,反射鏡片44即可借助于其已設(shè)置好的擋塊45阻止因擺動產(chǎn)生的慣性超過其水平位置,使該反射鏡片44靜止在水平位置;水平定位單元50在第一電極52a與第二電極52b之間形成的水平懸吊的導(dǎo)電回路處于電導(dǎo)通狀態(tài),導(dǎo)電回路的第一懸臂521、連接懸臂523、與第二懸臂522由具有相同熱膨脹系數(shù)的同一金屬材料構(gòu)成、處于電導(dǎo)通狀態(tài);第二懸臂522較第一懸臂521粗,其橫截面較大、電阻較低、電阻產(chǎn)生的熱量較低、溫度較低,因熱膨脹在第二端產(chǎn)生的線性延長較少,從而形成第一懸臂521因線性延長較多向前拉動連接懸臂523、第二懸臂522因線性延長較少向后拉動連接懸臂523的相對的作用力,故水平定位單元50出現(xiàn)如圖15所示的第一懸臂521與第二懸臂522靠近二者的第二端向右彎曲的現(xiàn)象;請注意,連接懸臂523因遠較第一懸臂521及第二懸臂522短,其熱膨脹線性延長的長度遠較第一懸臂521或第二懸臂522的線性延長的長度為短,相對于第一懸臂521或第二懸臂522的相對作用力,其影響可忽略。
當該水平定位單元50處于導(dǎo)電狀態(tài),且反射鏡片44靜止在水平位置,此時,系統(tǒng)控制軟件發(fā)出指令,切斷該水平懸吊的導(dǎo)電回路與電源的連接,造成回路處于非導(dǎo)電狀態(tài),請參閱圖15所示,該水平定位單元50的第一懸臂521、連接懸臂523與第二懸臂522都因電流消失、溫度降低、熱膨脹線性延長縮短,逐漸由導(dǎo)電狀態(tài)下原向右彎曲的第一懸臂521、連接懸臂523與第二懸臂522恢復(fù)至圖15所示的非導(dǎo)電狀態(tài)下不再向右彎曲的正常狀態(tài),此時,卡榫53即向左移動至與其相對應(yīng)的凸板47的上方,并且恰可與凸板47接觸,防止反射鏡片44移動,而此時水平定位單元50是處于非導(dǎo)電狀態(tài),故可使微鏡片精準定位裝置在攜帶及運送過程中避免因震動、碰撞造成的微鏡片移位或損壞。
本發(fā)明微鏡片定位裝置公開的抗干擾單元60可解決前述圖8的微鏡片陣列20中現(xiàn)有技術(shù)存在的微鏡片因附近磁場影響無法靜止在水平位置而發(fā)生擺動、且可能攔截圖8中的入射光或反射光而造成現(xiàn)有技術(shù)微鏡片陣列20操作失常的缺點。請參閱圖16所示,圖16為本發(fā)明抗干擾單元60的第一優(yōu)選實施例的正視圖,其中抗干擾單元60包括設(shè)在反射鏡片44的第一導(dǎo)電薄膜61與設(shè)在硅基板41的第二導(dǎo)電薄膜62,第一導(dǎo)電薄膜61與第二導(dǎo)電薄膜62是通過濺射或電鍍工藝分別固定在反射鏡片44與硅基板41之上。當反射鏡片44處于水平狀態(tài)時,導(dǎo)電薄膜61位于反射鏡片44下方,且當反射鏡片44處于水平狀態(tài)時,第二導(dǎo)電薄膜62是設(shè)在硅基板41與第一導(dǎo)電薄膜61相對應(yīng)區(qū)域的上方。其實施方式為,當反射鏡片44位于水平位置且要避免其他操作對微線圈磁場的干擾,可將抗干擾單元60的第一導(dǎo)電薄膜61與第二導(dǎo)電薄膜62分別與一第一電源63及一第二電源64電連接,由第一電源63與第二電源64提供相反的電荷;在本實施例中,第一導(dǎo)電薄膜61與第二導(dǎo)電薄膜62分別呈正電與負電狀態(tài),可使反射鏡片44不受在其微鏡片下方的啟動狀態(tài)對微線圈的磁場影響,提供靜止在水平位置所需的靜電吸力。若圖8所示處于水平狀態(tài)的十二微個鏡片211、212、214、222、223、224、231、233、234、241、242、242分別設(shè)置一個抗干擾單元60,則可避免于在垂直位置四個微鏡片213、221、232、244下方的啟動狀態(tài)下對微線圈的磁場影響,靜止在水平位置。同樣,若四個微鏡片213、221、232、244分別設(shè)置有一抗干擾單元60,則當四個微鏡213、221、232、244處于水平狀態(tài)時,也可避免其他微鏡片下方的啟動狀態(tài)對微線圈的磁場的影響,靜止在水平位置。
請參閱圖17,圖17為本發(fā)明垂直定位單元70第二優(yōu)選實施例的立體示意圖,其中垂直定位單元70是在一個具有相當高的平整度的一個硅基板71(或玻璃基板)上通過黃光縮微工藝技術(shù)制作的一個微鏡片垂直定位裝置。垂直定位單元70包括一第一定單元73、一第二定位單元74、一反射單元75、一微線圈76、與一擋塊77。
第一定位單元73包括一第一固定端73a、一第一扭轉(zhuǎn)元件731、一第一定位鏡片734、與一第一側(cè)邊735;第二定位單元74包括一第二固定端74a、一第二扭轉(zhuǎn)元件741、一第二定位鏡片744、與一第二側(cè)邊745;反射單元75包括一第三固定端75a、一第四固定端75b、一第三扭轉(zhuǎn)元件751、與一反射鏡片754;微線圈76設(shè)在硅基板71下方,可提供推動反射鏡片44擺動的磁性斥力;擋塊77固定在反射鏡片754的一長條矩形或至少一方形擋塊上,其高度恰可提供反射鏡片745的水平靜止位置。
第一定位單元73中,第一固定端73a、第一扭轉(zhuǎn)元件731、第一定位鏡片734是借助于前述的黃光縮微工藝整體式成型的,它們的材料通常是具有適當彈性的多晶硅;第一固定73a固定在硅基板71之上;第一扭轉(zhuǎn)元件731是以水平懸吊方式設(shè)在第一固定端73a;第一定位鏡片734是第一扭轉(zhuǎn)元件731的中央部份在水平方向的延長部分;第一定位鏡片734之上還設(shè)有一第一坡莫合金732,第一坡莫合金732是以濺射或電鍍工藝固定在第一定位鏡片73之上;第一側(cè)邊734與第一扭轉(zhuǎn)元件731互相垂直。
第二定位單元74中,第二固定端74a、第二扭轉(zhuǎn)元件741、第二定位鏡片744是借助于前述黃光縮微工藝整體式成型的,它們的材料通常是具有適當彈性的多晶硅;第二固定端74a固定在硅基板71之上,第二扭轉(zhuǎn)元件741是以水平懸吊方式設(shè)在第二固定端74a上,且第二扭轉(zhuǎn)元件741與第一扭轉(zhuǎn)元件731平行;第二定位鏡片744是第二扭轉(zhuǎn)元件741的中央部份在水平方向的延長部分,且第二定位鏡片744與第一定位鏡片734設(shè)在第一扭轉(zhuǎn)元件731與第二扭轉(zhuǎn)元件741之間;第二定位鏡片744之上還設(shè)有一第二軟件磁合金742,第二坡莫合金742是通過濺射或電鍍工藝固定在第二定位鏡片744之上;第二側(cè)邊745與第二扭轉(zhuǎn)元件741互相垂直。
反射單元75中,第三固端75a、第四固定端75b、第三扭轉(zhuǎn)元件751、與反射鏡片754是借助于前述的黃光縮微工藝整體式成型的,它們的材料通常是具有適當彈性的多晶硅;第三固定端75a與第四固定端75b之間相隔一適當距離,并分別固定在硅基板71之上,第三扭轉(zhuǎn)元件751按水平懸吊方式設(shè)在第三固定端75a與第四固定端75b之間,且第三扭轉(zhuǎn)元件751與第三扭轉(zhuǎn)元件731的第二扭轉(zhuǎn)元件741互相垂直,反射鏡片754是第三扭轉(zhuǎn)元件751的中央部份在水平方向的延長部分,且反射鏡片754與第一定位單元73及該第二定位單元74分別設(shè)在第三扭轉(zhuǎn)元件751相反的兩側(cè);反射鏡片754之上還設(shè)有第三坡莫合金752,第三坡莫合金752是通過濺射或電鍍工藝固定在反射鏡片754之上,反射鏡片754還設(shè)有一反射區(qū)域753,反射區(qū)域753是反射鏡片754上的一個具有高平整度的反射區(qū)域,可提供入射光經(jīng)反射區(qū)域754反射后改變光路的功能。
請參閱圖18與圖19,圖18與圖19分別為本發(fā)明垂直定位單元70的第二優(yōu)選實施例向垂直位置擺動與垂直定位的立體示意圖,其中當啟動微線圈76后,第一定位單元73、第二定位單元74、及反射鏡片754的擺動原理與圖11、圖12、及圖13中第一優(yōu)選實施例的垂直定位單元40中所述的原理相同。請參閱圖18,當?shù)谝欢ㄎ荤R片734與第二定位鏡片744分別由水平位置向垂直位置擺動時,第一定位鏡片734與第二定位鏡片744分別由于質(zhì)量較小所致從水平位置向垂直位置擺動的速度略快,故第一定位鏡片734與該第二定位鏡片744向垂直位置擺動的進程略領(lǐng)先于反射鏡片44。
請參閱圖18與圖19,圖18與圖19分別為本發(fā)明垂直定位單元70第二優(yōu)選實施例向垂直位置擺動與垂直定位的立體示意圖;其中,當啟動微線圈76后,第一定位單元73、第二定位單元74、及反射鏡片754的擺動原理與圖11、圖12、與圖13中第一優(yōu)選實施例垂直定位單元40中所述的原理相同。請參閱圖18,當該第一定位鏡片734與該第二定位鏡片744分別由水平位置向垂直位置擺動時,該第一定位鏡片734與該第二定位鏡片744分別由于質(zhì)量較小,由水平位置向垂直位置擺動的速度略快,故該第一定位鏡片734與該第二定位鏡片744向垂直位置擺動的進程略領(lǐng)先于反射鏡片44。
請參閱圖19,并請參閱圖20是本發(fā)明垂直定位單元70第二優(yōu)選實施例垂直定位的正視圖。當該第一定位鏡片734與該第二定位鏡片744分別因質(zhì)量小于該反射鏡片754而分別較該反射鏡片754先擺動至超過垂直位置的大致垂直位置時,由于第一扭轉(zhuǎn)元件731與第二扭轉(zhuǎn)元件741都處于水平位置,而第一側(cè)邊735和第二側(cè)邊745與第二扭轉(zhuǎn)元件741互相垂直,故當反射鏡片754在稍后因擺動慣性造成如圖5所示的現(xiàn)象向超過垂直位置擺動時,第一定位鏡片734的第一側(cè)邊735與第二定位鏡片744的第二側(cè)邊745恰可提供一個垂直位置,使該反射鏡片754無法超過該垂直位置,故垂直定位單元70可使反射鏡片754垂直定位。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例,不應(yīng)限制本發(fā)明的可實施范圍。凡根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容所作的部份修改而不偏離本發(fā)明的構(gòu)思時,都應(yīng)屬于本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種微鏡片定位裝置,用於微鏡片垂直方向的定位,包含一基板一固定單元,該固定單元具有一第一固定端與一第二固定端,第一固定端與第二固定端相隔一適當距離固定在基板上;一磁性單元,該磁性單元設(shè)在基板下方一適當距離處;一定位單元,包含一第一扭轉(zhuǎn)元件,按水平懸吊方式設(shè)在第一固定端與第二固定端之間,第一扭轉(zhuǎn)元件的中央部分按水平懸吊方式向其一側(cè)延伸一適當距離,且其上設(shè)有一第一平面與一第二平面;以及一第一磁性感應(yīng)單元,固定在第一平面或第二平面,且可受磁性單元感應(yīng),以及一反射單元,包含一第二扭轉(zhuǎn)元件,與第一扭轉(zhuǎn)元件相互平行且相隔一適當距離,并按水平懸吊方式設(shè)在第一固定端與第二固定端之間,第二扭轉(zhuǎn)元件的中央部分按水平懸吊方式向其一側(cè)延伸一適當距離,且其上設(shè)有一第三平面與一第四平面;以及一第二磁性感應(yīng)單元,固定在第三平面或第四平面,可接受磁性單元感應(yīng)。
2.如權(quán)利要求1所述的微鏡片定位裝置,其特征在于第一平面與第二平面互相平行。
3.如權(quán)利要求1所述的微鏡片定位裝置,其特征在于第三平面與第四平面互相平行。
4.如權(quán)利要求1所述的微鏡片定位裝置,其特征在于第二扭轉(zhuǎn)元件下方還可包含一擋塊。
5.如權(quán)利要求1所述的微鏡片定位裝置,其特征在于磁性單元為一微線圈。
6.如權(quán)利要求1所述的微鏡片定位裝置,其特征在于第一磁性感應(yīng)單元為一坡莫合金。
7.如權(quán)利要求1所述的微鏡片定位裝置,其特征在于第二磁感應(yīng)單元為一坡莫合金。
8.如權(quán)利要求1所述的微鏡片定位裝置,其特征在于第三平面為一反射平面。
9.如權(quán)利要求1所述的微鏡片定位裝置。其特征在于第四平面為一反射平面。
10.如權(quán)利要求1所述的微鏡片定位裝置,其特征在于第一扭轉(zhuǎn)元件、第二扭轉(zhuǎn)元件、擋塊、定位鏡片、反射鏡片與擋塊為多晶硅,并且可借助于黃光縮微工藝整體式成型。
11.一種微鏡片定位裝置,用于微鏡片垂直方向的定位,包含一基板;一磁性單元,該磁性單元設(shè)在基板下方一適當距離處;至少一個定位單元,它還包含一第一扭轉(zhuǎn)元件,它是可沿水平方向延伸的可掀薄板結(jié)構(gòu),在薄板狀第一扭轉(zhuǎn)元件的一個末端設(shè)有一第一固定元件,它固定在基板上,使第一扭轉(zhuǎn)元件能夠以固定元件為軸樞軸轉(zhuǎn)動;一第一磁性感應(yīng)元件,固定在第一扭轉(zhuǎn)元件的遠離固定元件的一側(cè);以及至少一個反射單元,它還包含一第二扭轉(zhuǎn)元件,它是沿水平方向延伸的可掀薄板結(jié)構(gòu),在薄板狀第二扭轉(zhuǎn)元件的一個末端的兩側(cè)設(shè)有一第二固定元件與一第三固定元件,它們相隔一適當距離分別固定在基板上,使第二扭轉(zhuǎn)元件可同時以第二固定元件與第三固定元件為軸樞軸轉(zhuǎn)動;一第二磁性感應(yīng)元件,固定在第二扭轉(zhuǎn)元件遠離第二固定元件與第三固定元件的一側(cè);其中,第一扭轉(zhuǎn)元件還具有一第一側(cè)邊,第一側(cè)邊設(shè)在第一扭轉(zhuǎn)元件的接近第二扭轉(zhuǎn)元件的一側(cè)。
12.如權(quán)利要求11所述的微鏡片定位裝置,其特征在于至少一個定位單元包含一第一定位單元與一第二定位單元,且第一定位單元的樞軸轉(zhuǎn)動軸與第二定位單元的樞軸轉(zhuǎn)動軸相互平行。
13.如權(quán)利要求11所述的微鏡片定位裝置,其特征在于第二扭轉(zhuǎn)元件下方還包含一擋塊。
14.如權(quán)利要求11所述的微鏡片定位裝置,其特征在于磁性單元為一微線圈。
15.如權(quán)利要求11所述的微鏡片定位裝置,其特征在于第一磁性感應(yīng)元件為一坡莫合金。
16.如權(quán)利要求11所述的微鏡片定位裝置,其特征在于第二磁性感應(yīng)元件可為一坡莫合金。
17.如權(quán)利要求11所述的微鏡片定位裝置,其特征在于第一扭轉(zhuǎn)元件可為多晶硅,且可借助于黃光縮微工藝整體式成型。
18.如權(quán)利要求11所述微鏡片定位置,其特征在于第二扭轉(zhuǎn)元件為多晶硅,且可借助于黃光縮微工藝整體式成型。
19.如權(quán)利要求11所述的微鏡片定位裝置,其特征在于在第一扭轉(zhuǎn)元件的接近第一固定元件的位置處還設(shè)有一個開口。
20.如權(quán)利要求11所述的微鏡片定位裝置,其特征在于第一扭轉(zhuǎn)元件的樞軸轉(zhuǎn)動軸與第二扭轉(zhuǎn)元件的樞軸轉(zhuǎn)動軸互相垂直,且第一側(cè)邊與第一扭轉(zhuǎn)元件的樞軸轉(zhuǎn)動軸互相垂直。
21.如權(quán)利要求1項或第11所述的微鏡片定位裝置,其特征在于還包含一個抗干擾單元,且該抗干擾單元包含一電源,該電源具有一電源第一端與一電源第二端;一第一導(dǎo)電單元,第一導(dǎo)電單元設(shè)在一垂直定位裝置,與電源第一端電連接;以及一第二導(dǎo)電單元,第二導(dǎo)電單元設(shè)在與第一導(dǎo)電單元相對應(yīng)的一基板上,與電源第一端電連接。
22.如權(quán)利要求21所述的垂直定位裝置,其特征在于電源第一端為電源正端,電源第二端為電源負端。
23.如權(quán)利要求21所述的垂直定位裝置,其特征在于電源第一端為電源負端,電源第二端為電源正端。
24.一種微鏡片定位裝置,用於微鏡片水平方向的定位,包含一電源,該電源具有一電源正端與一電源負端;一電極單元,包含有一第一電極與一第二電極,第一電極與第二電極相隔一適當距離分別固定在一第一平面之上,且分別與電源正端和該電源負端電連接;以及一定位單元,包含一第一懸臂,一第二懸臂、與一連接懸臂,第一懸臂與第二懸臂相隔一適當距離,二者的一端按水平懸吊方式分別固定設(shè)在第一電極與第二電極上,且二者的第二端也是按水平懸吊方式分別與連接懸臂的兩端連接,定位單元在第一電極與第二電極之間形成一水平懸吊的導(dǎo)電回路。
25.如權(quán)利要求24所述的微鏡片定位裝置,其特征在于第一懸臂的第二端的側(cè)方還設(shè)有一卡榫。
26.如權(quán)利要求24所述的微鏡片定位裝置,其特征在于該第二懸臂的橫截面面積大於第一懸臂的橫截面面積。
27.如權(quán)利要求24所述的微鏡片定位裝置,其特征在于還包含一凸板,該凸板突出在一垂直定位裝置上。
28.如權(quán)利要求24所述的微鏡片定位裝置,其特征在于第一電極、第二電極、第一懸臂、第二懸臂、連接懸臂、與卡榫由導(dǎo)電材料構(gòu)成。
29.如權(quán)利要求28所述的微鏡片定位裝置,其特征在于第一電極、第二電極、第一懸臂、第二懸臂、連接懸臂、與卡榫為銅合金,并且借助于黃光縮微工藝整體式成型。
30.如權(quán)利要求28所述的微鏡片定位裝置,其特征在于第一電極、第二電極、第一懸臂、第二懸臂、連接懸臂、與卡榫為金合金,并且借助于黃光縮微工藝整體式成型。
31.一種微鏡片定位裝置,其特征在于包含一垂直定位裝置,可提供微鏡片作垂直定位;一水平定位裝置,可提供微鏡片作水平定位;以及一抗干擾裝置,可提供微鏡片作靜電吸附,消除磁場干擾。
全文摘要
一種微鏡片定位裝置,主要包括水平定位單元、垂直定位單元、及抗干擾機構(gòu)單元,其中水平定位單元具有可固定微鏡片的功能,使微鏡片在攜帶及運送過程中避免震動、碰撞造成的微鏡片移位或損壞;垂直定位單元具有可將微鏡片作精準垂直定位的功能;抗干擾機構(gòu)單元則可保障微鏡片避免微鏡片陣列中其他微鏡片的操作磁場及外界磁場的干擾,故可保障微鏡片陣列的整體操作不受磁場干擾。
文檔編號G02B26/08GK1380567SQ0111062
公開日2002年11月20日 申請日期2001年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月12日
發(fā)明者潘正堂, 陳世洲, 李國賓, 楊賢敏, 謝宸碩 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院