專(zhuān)利名稱(chēng)：旋轉(zhuǎn)的靜電微致動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及靜電致動(dòng)器，并且更具體地涉及帶有梳狀驅(qū)動(dòng)組件的旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器。
許多在先的旋轉(zhuǎn)靜電馬達(dá)使用一個(gè)中心軸承，帶有各種圍繞馬達(dá)的靜電定子安排以引起轉(zhuǎn)動(dòng)?？上В@些馬達(dá)傾向于具有中心軸承處的磨擦問(wèn)題并且有與軸承的磨損相關(guān)的壽命問(wèn)題。這些馬達(dá)一般地起步進(jìn)馬達(dá)的作用，在定子元件受到吸引時(shí)轉(zhuǎn)子以增量的運(yùn)動(dòng)。從而，用這種馬達(dá)難于把一個(gè)板精確地調(diào)節(jié)到一個(gè)特定的角。
已經(jīng)說(shuō)明過(guò)用撓性的元件支承一個(gè)旋轉(zhuǎn)元件的的其它角度馬達(dá)。在一個(gè)同心地繞一個(gè)中心撓性樞軸的弧中安排梳形的驅(qū)動(dòng)叉指，從而繞該樞軸提供小的角度運(yùn)動(dòng)。例如，參見(jiàn)，D.A.Hoorsley，et al.，“AngularMicropositioner for Disc Drives，Proceedings Of the TenthInternational Workshop on Micro Electro MechanicalSystems，1997，pp 454-458；L.-S”，F(xiàn)an，et al.，“Batch-Fabricated Area-Efficient Milli-Actuators”，Proceedings 1994 Solid State and ActuatorWorkshop，Hilto Head，pp 38-42；T.Juneau，et al.，“Dual AxisOperation of a Micromachined Rate Gyroscope”，Proceedings 1997International Conference on Solid State Sensors and Actuators，V.2，pp883-890；E.H.Klassen，et al.，“Silicon Fusion Boding and DeepReactive Ion Etching；A New Technology for Microstuctures，”，The 8thInternational Conference on Solid State Sensors and Actuators，andEurosensos IX，Stockholm，Sweden，June 25-19，1995，pp 556-559；W.C.Tang，et al.，“Latrally Driving Polysilicon ResonantMicrostuctures”，Sensors Actuatos 20，1989，pp25-31(IEEE reprintPP.53-59)，及授與Tang，等的美國(guó)專(zhuān)利5,025,346?？上?，所述這些裝置都提供有限的角度運(yùn)動(dòng)范圍。
一般地說(shuō)，本發(fā)明的目的是提供一種有上述特性的旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器，所述微致動(dòng)器具有提高的角度運(yùn)動(dòng)范圍。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種有上述特性的旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器，其中，在該微致動(dòng)器中的一或多個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)組件中的側(cè)向不穩(wěn)定力被降低到最小。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種有上述特性的旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器，該微致動(dòng)器允許構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)伸出微致動(dòng)器的平面。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種有上述特性的旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器，該微致動(dòng)器在形狀上可以不是圓形的。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種有上述特性的旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器，其中微致動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)軸可以毗鄰該微致動(dòng)器的一側(cè)放置。
附圖中在許多例子中是示意性的，收入本發(fā)明并構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)的一部分，附圖示出本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施，并且與本說(shuō)明一起起解釋本發(fā)明的原理的作用。


圖1是本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器的平面圖。
圖2是圖1所示的旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器沿圖1的2-2線的剖視圖。
圖3是本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器的另一個(gè)實(shí)施的平面圖。
圖4是本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器的又一個(gè)實(shí)施的平面圖。
圖5是本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器的再一個(gè)實(shí)施的平面圖。
本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器101形成在一個(gè)平面的基片102上(見(jiàn)圖1和圖2)。一個(gè)旋轉(zhuǎn)構(gòu)件或者說(shuō)圓形鏡支架103與基片102重疊。多個(gè)第一和第二梳狀組件106和107由基片102承載用于把鏡支架103沿第一和第二相反的角度方向繞旋轉(zhuǎn)軸108轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)軸108伸過(guò)垂直于平面的基片102從而垂直于圖1的圓形鏡支架103的中心。每個(gè)第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件106和107包括一個(gè)安裝在基片102上的第一梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件或者說(shuō)梳狀驅(qū)動(dòng)器111，和一個(gè)與基片102重疊的第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件或者說(shuō)梳狀驅(qū)動(dòng)器112。在微致動(dòng)器101中包括第一和第二間隔彈簧113和114用于支承或者懸掛第二梳狀驅(qū)動(dòng)器112和鏡支架103于基片102之上，并且用于向可動(dòng)的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器112提供徑向的剛度，并且從而向鏡支架103提供徑向剛度。
基片102由任何適當(dāng)?shù)牟牧现圃?，諸如硅，并且優(yōu)選地用硅晶片形成。該基片有從200到600微米的范圍并且優(yōu)選地約400微米。鏡支架103、第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件106和107和第一及第二彈簧113和114通過(guò)一個(gè)由諸如硅之類(lèi)的任何適當(dāng)?shù)牟牧系木圃斓牡诙踊蛘哒f(shuō)頂層116形成在基片102的頂上。頂部晶片116有從10到200微米的厚度范圍并且優(yōu)選地約85微米并且通過(guò)任何適當(dāng)?shù)氖侄喂潭ǖ交?02上。片116優(yōu)選地借助于厚度從0.1到兩微米的范圍并且優(yōu)選地約一微米的二氧化硅層117融合結(jié)合到基片102上?？梢园秧斕?16研磨或者拋光到所希望的厚度。鏡支架103、第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件106和107和第一及第二彈簧113和114通過(guò)任何適當(dāng)?shù)氖侄螐捻敳烤?16形成。優(yōu)選地這些結(jié)構(gòu)作用深反應(yīng)離子蝕刻(DRIE)技術(shù)從片116蝕刻出。鏡支架103放置在基片102之上一個(gè)空氣間隙118，該間隙的范圍從三到30微米并且優(yōu)選地約為15微米，從而與基片電絕緣。
至少一個(gè)并且優(yōu)選地多個(gè)第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件106包括在旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器101中并且放置在如圖1的一點(diǎn)所示的旋轉(zhuǎn)軸108之上。至少一個(gè)并且優(yōu)選地多個(gè)第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件107可包括在旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器101中，用于繞旋轉(zhuǎn)軸108沿逆時(shí)針?lè)较蝌?qū)動(dòng)鏡支架。每個(gè)第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件106和107都基本上徑向地從旋轉(zhuǎn)軸108伸出，并且，整體上，對(duì)著一個(gè)約180度的角從而提供一個(gè)在平面上看(參見(jiàn)圖1)有半圓形或者扇形形狀的微致動(dòng)器101。更具體地，微致動(dòng)器101有三個(gè)第一驅(qū)動(dòng)組件106a、106b、和106c以及三個(gè)第二驅(qū)動(dòng)組件107a、107b、和107c。旋轉(zhuǎn)微致動(dòng)器101有一個(gè)沿微致動(dòng)器101形成的半圓的直徑延伸的基底119并且有一個(gè)類(lèi)似于一個(gè)半圓弧的外半徑末端121。半徑末端有與基底119的第一和第二相反的端毗鄰的第一端和第二端。半徑末端121內(nèi)第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件106和107的外半徑末端界定。鏡支架103和旋轉(zhuǎn)軸108毗鄰基底119放在半圓中心。
第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件106和107之間彼此交迭，換言之，第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件107放置在每對(duì)相鄰的第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件106之間。第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件106關(guān)于旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器101的半徑中線對(duì)第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件107對(duì)稱(chēng)地放置，所述半徑中線是在基片102的平面中經(jīng)過(guò)旋轉(zhuǎn)軸108并且垂直于基底219的假想線。每個(gè)第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件106和107的長(zhǎng)度范圍約從200至2000微米，并且較優(yōu)選地約580微米。旋轉(zhuǎn)微致動(dòng)器101沿基底219測(cè)量長(zhǎng)度范圍從500到5000微米并且更為優(yōu)選地約1,800微米。
每個(gè)第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件106和107的第一梳狀驅(qū)動(dòng)器111通過(guò)二氧化硅層117安裝在基片102上。如此，第一梳狀驅(qū)動(dòng)器111不可動(dòng)地固定在基片102上。每個(gè)第一梳狀驅(qū)動(dòng)器111有一個(gè)設(shè)有第一或說(shuō)內(nèi)半徑部122a和第二或外半徑部122b的徑向延伸的桿122。外部122b伸到微致動(dòng)器101的外半徑末端121。多個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)叉指123按八到50微米并且優(yōu)選地約24微米的分開(kāi)距離沿桿122的長(zhǎng)度縱向地間隔開(kāi)。梳狀驅(qū)動(dòng)叉指123基本上垂直地從桿122伸出并且在形狀上每個(gè)都是弧形的。更具體地，每個(gè)梳狀叉指123在從桿122向外伸出時(shí)有相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸108基本上恒定的徑向尺寸。叉指123長(zhǎng)度范圍從約22到102微米并且從桿的內(nèi)部122a到桿的外部122b在長(zhǎng)度上線性地增加。盡管叉指123可以沿其長(zhǎng)度改變其寬度，圖示的梳狀叉指有從二到12微米范圍并且優(yōu)選地為六個(gè)微米的恒定寬度。第一驅(qū)動(dòng)組件106a和106b以及第二驅(qū)動(dòng)組件107a和107c的桿內(nèi)部122a連接到基底構(gòu)件124上，基底構(gòu)件起把這個(gè)桿122固著在基片102上并且讓這個(gè)桿內(nèi)部122a有較小的寬度的作用，而與之相關(guān)的梳狀驅(qū)動(dòng)器123有相應(yīng)較長(zhǎng)的長(zhǎng)度。
第二梳狀驅(qū)動(dòng)器112以空氣間隙118隔開(kāi)放在基片102上，從而可以相對(duì)于基片102并且相對(duì)于第一梳狀驅(qū)動(dòng)器111運(yùn)動(dòng)。第二梳狀驅(qū)動(dòng)器112有與上面文集討論的第一梳狀驅(qū)動(dòng)器相似的結(jié)構(gòu)，并且更具體地形成有從旋轉(zhuǎn)軸108徑向地側(cè)出的桿126。桿126緊靠近軸108有第一或者說(shuō)內(nèi)半徑部126a和伸向半徑末端121的第二或者說(shuō)外半徑部126b。多個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)叉指127沿桿12600的長(zhǎng)度縱向地間隔開(kāi)，基本與梳狀叉指123相似?；⌒蔚氖釥畈?27相對(duì)于梳狀叉指123錯(cuò)開(kāi)，從而在第二梳狀叉指112繞軸108向靜止的第一梳狀驅(qū)動(dòng)器111旋轉(zhuǎn)時(shí)，使第二梳裝驅(qū)動(dòng)器112上的梳狀叉指127可以與第一梳狀驅(qū)動(dòng)器111的梳狀驅(qū)動(dòng)叉指123交叉。每個(gè)第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件106和107類(lèi)似于一個(gè)半圓形微致動(dòng)器101的一個(gè)扇面。
旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器101內(nèi)部包括有包括第一個(gè)和第二間隔彈簧113的114的裝置用于可運(yùn)動(dòng)地把第二梳狀驅(qū)動(dòng)器支承在基片102之上。第一和第二懸掛元件或者說(shuō)彈簧113和114長(zhǎng)度優(yōu)選地近似第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件106和107的長(zhǎng)度，然而彈簧的長(zhǎng)度不大于梳狀驅(qū)動(dòng)組件可以提供的長(zhǎng)度。盡管每個(gè)第一和第二彈簧113和114都可以由一個(gè)單一的彈簧構(gòu)件形成，第一和第二彈簧113和114每個(gè)優(yōu)選地在構(gòu)形上是U字形或者V字形的，從而是折疊的彈簧。如圖所示彈簧113和114基本上是U字形的。每個(gè)彈簧113和114由第一和第二長(zhǎng)彈簧構(gòu)件131和132構(gòu)成。第一或者說(shuō)直線彈簧構(gòu)件131有第一和第二端部131a和131b而第二或者說(shuō)直線彈簧構(gòu)件132有第一和第二端部132a和132b。
每個(gè)折疊彈簧113和114的第一端部131a在其末端借助于二氧化硅層117固定到毗鄰旋轉(zhuǎn)軸108的基片102上(見(jiàn)圖2)。彈簧的配重以空氣間隙118間隔地放在基片上方。每個(gè)彈簧113和114的第二端部131b固定到第二彈簧構(gòu)件132的第一端部132a上。第一和第二束狀的彈簧構(gòu)件131和132每個(gè)都從旋轉(zhuǎn)軸108徑向地向外伸出，并且優(yōu)選地長(zhǎng)度約等于第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件106和107的長(zhǎng)度。彈簧構(gòu)件131和132優(yōu)選地在長(zhǎng)度上彼此相等并且各有約500微米的長(zhǎng)度，這樣，彈簧的第一端部131a固定到毗鄰第二端部132b的基片102上。盡管每個(gè)彈簧113和114的第二端部131b固定到毗鄰鏡支架103或者毗鄰?fù)鈴侥┒?21的基片102上，第一端部131a優(yōu)選地固定到毗鄰?fù)鈴侥┒?21的基片102上。第一和第二彈簧構(gòu)件131和132每個(gè)有從一到10微米的寬度并且優(yōu)選地約四個(gè)微米。其每個(gè)的全部?jī)?nèi)容在本文中引作參考的美國(guó)專(zhuān)利5,998,906和1998年8月17日歸檔的同期美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)系列號(hào)09/135,236所述的類(lèi)型的第一和第二薄、長(zhǎng)防蝕桿133、134沿每個(gè)彈簧構(gòu)件131和132的每側(cè)延伸，用于確保均勻的蝕刻并且從而保證彈簧構(gòu)件的所述矩形橫截面。防蝕桿133、134沿彈簧構(gòu)件的相反側(cè)安置并且平行于相應(yīng)的彈簧構(gòu)件延伸。
每個(gè)彈簧113和114的第二端部132b固定到至少一個(gè)第二梳狀驅(qū)動(dòng)器112上。在這方面，在旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器101中提供第一和第二可運(yùn)動(dòng)的框架或者說(shuō)框架141和142，以空氣間隙118隔開(kāi)放在基片102上。每個(gè)框架141和142在構(gòu)形上基本上是U字形的并且包括毗鄰的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器112的桿126作為側(cè)面構(gòu)件。更加具體地，第一可運(yùn)動(dòng)框架141包括第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件107a的桿126、第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件106a的桿126及相互連接這樣的桿的外部126b的弧形構(gòu)件143。第二可運(yùn)動(dòng)的框架142在結(jié)構(gòu)上相似并且包括第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件107c的桿126作為側(cè)面構(gòu)件、第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件106c的桿126及連接這樣的桿的外部126b的弧形構(gòu)件144。第一彈簧113的第二端部132b固定到弧形構(gòu)件143上，毗鄰于第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件107a的桿外部126b，而第二彈簧114的第二端部132b固定到弧形構(gòu)件144上，毗鄰于第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件106c的桿外部126b。以此方式第一折疊彈簧113置于第一可運(yùn)動(dòng)的框架142內(nèi)而第二折疊彈簧114置于第二可運(yùn)動(dòng)的框架142內(nèi)。第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件107a的桿內(nèi)部126a連接到鏡支架103上起把第一彈簧113固定到鏡支架上的作用。類(lèi)似地，第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件106c的桿內(nèi)部126a連接到鏡支架103上用于把第二彈簧114互相連到接鏡支架上。
第一可運(yùn)動(dòng)的框架141和第二可運(yùn)動(dòng)的框架142關(guān)于旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器101的徑向中線對(duì)稱(chēng)地放置。至少一個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)組件并且優(yōu)選地至少一個(gè)第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件106和至少一個(gè)第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件107放置在第一可運(yùn)動(dòng)的框架141和第二可運(yùn)動(dòng)的框架142之間并且從而放置在第一和第二彈簧113及114之間。更加具體地，第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件106a及106b和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件107a及107b放置在框架141和142之間。第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件107b的桿126和第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件106b的桿126背對(duì)背地連接以形成優(yōu)選地沿可運(yùn)動(dòng)框架141和142之間的微致動(dòng)器101的中線延伸的第三可運(yùn)動(dòng)框架147。一個(gè)內(nèi)弧形構(gòu)件或者說(shuō)梭148連接在相反的末端與第一和第二可運(yùn)動(dòng)框架141及142連接。剛性的梭148一個(gè)末端固定到第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件106a的桿內(nèi)部126a而梭148另一個(gè)末端固定到第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件107a的桿內(nèi)部126a。第三可運(yùn)動(dòng)框架147連接到棱148的中部從而與第一和第二可運(yùn)動(dòng)框架141及142一致地繞軸108旋轉(zhuǎn)。在微致動(dòng)器101中設(shè)另一個(gè)弧形構(gòu)件151用于剛性地把第一和第二彈簧113及114的第二端部固定在一起?；⌒螛?gòu)件151與基片102重疊并且至少局部地繞旋轉(zhuǎn)軸108延伸。構(gòu)件151旋轉(zhuǎn)在梭148和鏡支架103之間并且脫離鏡支架103繞軸108旋轉(zhuǎn)。微致動(dòng)器101的懸掛結(jié)構(gòu)，也就是鏡支架103、第二梳狀驅(qū)動(dòng)器112、第一和第二彈簧131和132及第一和第二可運(yùn)動(dòng)框架141及142，各有從10到200微米范圍的厚度并且優(yōu)選地約有85微米的厚度。
如圖1所示，第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件106和107的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器112可以沿一個(gè)繞旋轉(zhuǎn)軸108行走的方向，借助于可運(yùn)動(dòng)框架141、142在相應(yīng)的第一位置和相應(yīng)的第二位置之間運(yùn)動(dòng)，在所述第一位置中，第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)器的梳狀叉指123和127基本上沒(méi)有完全交叉，而在圖中未示的相應(yīng)的第二位置，梳狀驅(qū)動(dòng)器的梳狀叉指123和127基本上完全交叉。盡管第二梳狀驅(qū)動(dòng)器112在其第一位置時(shí)，梳狀驅(qū)動(dòng)器的梳狀叉指123和127可以部分地交叉，但是在圖中，梳狀叉指123和127完全地脫節(jié)，所述在第二梳狀驅(qū)動(dòng)器112在其第一位置時(shí)，梳狀驅(qū)動(dòng)器的梳狀叉指123和127沒(méi)有交叉。當(dāng)在其第二位置中時(shí)，第二梳狀驅(qū)動(dòng)器112的梳狀叉指127在第一梳狀驅(qū)動(dòng)器111的相應(yīng)梳狀叉指123之間延伸。梳狀叉指127接近但是優(yōu)選地不與相應(yīng)的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器11的桿122接合，并且，類(lèi)似地梳狀叉指123接近但是優(yōu)選地不與相應(yīng)的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器112的桿126接合。剛性的可運(yùn)動(dòng)框架141、142和147構(gòu)造成輕重量的，以減少微致動(dòng)器101的可運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量和慣量，并且從而方便第二梳狀驅(qū)動(dòng)器112和鏡支架103繞旋轉(zhuǎn)軸108的旋轉(zhuǎn)。每個(gè)可運(yùn)動(dòng)的框架141、142和147基本上是空心的并且形成有多個(gè)內(nèi)部的束或者說(shuō)梁152，用于向可運(yùn)動(dòng)的框架提供剛性。
在微致動(dòng)器101中包括電裝置用于在其第一和第二位置之間驅(qū)動(dòng)第二梳狀驅(qū)動(dòng)器112。這樣的電裝置包括一個(gè)控制器和電壓發(fā)生器161，所述電壓發(fā)生器通過(guò)多個(gè)電導(dǎo)線162電氣地連接到設(shè)在基片102上的多個(gè)電極。控制器示意地在圖1中示出。第一接地電極116和第二接地電極167形成在基片102上并且分別地連接到第一和第二彈簧113及114的第一端部131a上，以把第二梳狀驅(qū)動(dòng)器112和鏡支架103電接地。電極166和167起彈簧第一端部131a對(duì)基片102的固著點(diǎn)的作用。第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件106的第一梳狀驅(qū)動(dòng)器111上可以從控制器161通過(guò)一個(gè)電連接到第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件106a的桿外部122b的電極171和一個(gè)電連接到第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件106b的梳狀驅(qū)動(dòng)器111和由導(dǎo)線173連接到第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件106c的梳狀驅(qū)動(dòng)器11另外的電極172提供一個(gè)電壓電位。電極176通過(guò)導(dǎo)線177固定到第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件107a的第一梳狀驅(qū)動(dòng)器111，并且固定到第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件107b，并且一個(gè)電極179連接到第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件107c的桿外部122b，用于向第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件107的第一梳狀驅(qū)動(dòng)器提供一個(gè)電壓電位。一個(gè)用鋁或者其它任何適當(dāng)?shù)牟牧现圃斓慕饘賹?81產(chǎn)生在在頂片116的頂表面上，用于產(chǎn)生電極166、167、171、172、176和179以及產(chǎn)生導(dǎo)線173、174、177和178(見(jiàn)圖2)。第一和第二指針186從第三可運(yùn)動(dòng)的框架147的外端徑向向外地伸出用于在設(shè)在基片102上的刻度187上指示鏡支架103繞軸108的角位置。
微致動(dòng)器101中可以包括閉環(huán)伺服控制形式的裝置，用于監(jiān)視第二梳狀驅(qū)動(dòng)器112的位置并且從而監(jiān)視鏡支架103的位置。例如控制器161可以通過(guò)包括在所述控制器中的常規(guī)的算法確定可運(yùn)動(dòng)的梳狀驅(qū)動(dòng)器112的位置，用于測(cè)定可運(yùn)動(dòng)的梳狀驅(qū)動(dòng)器112的梳狀驅(qū)動(dòng)叉指127和靜止的梳狀驅(qū)動(dòng)器111的梳狀驅(qū)動(dòng)叉指之間的電容。從對(duì)梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)分離的一個(gè)信號(hào)可以通過(guò)控制器161傳送到微致動(dòng)器，用于測(cè)量這種電容量。這樣的方法不需要在梳狀驅(qū)動(dòng)叉指之間的實(shí)體接觸。變通地，在微致動(dòng)器101用于光學(xué)系統(tǒng)中處，可以發(fā)出并且測(cè)量耦連到輸出纖維中的部分輸出的光能，并且調(diào)節(jié)從控制器161到微致動(dòng)器101的驅(qū)動(dòng)信號(hào)可以調(diào)節(jié)到測(cè)量的光能量達(dá)到最大化。
在旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器101的一個(gè)示例工作中，可以在微致動(dòng)器的平面之外在鏡支架103上安裝一個(gè)微鏡(未示)，例如通過(guò)插入在設(shè)在鏡支架103中的槽188中安裝，用于線旋轉(zhuǎn)軸108旋轉(zhuǎn)。所述的鏡有一個(gè)反射面(未示)，所述反射面從基片102的平面垂直地伸出并且可以起偏轉(zhuǎn)一個(gè)激光束的光開(kāi)關(guān)的部分的作用。一個(gè)具有這樣的鏡的利用微致動(dòng)器101的光開(kāi)關(guān)特別適于用在通令系統(tǒng)的纖維光導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)中。
鏡支架103可以通過(guò)控制器161繞旋轉(zhuǎn)108行走的相反的第一和第二方向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)希望沿順時(shí)針?lè)较蚶@軸108旋轉(zhuǎn)所述鏡支架時(shí)，通過(guò)控制器向第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件106的第一梳狀驅(qū)動(dòng)器111提供一個(gè)電壓電位，從而引起第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件106的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器112被靜電地吸向這樣的第一梳狀驅(qū)動(dòng)器111的梳狀叉指123。這種吸引力使梳狀驅(qū)動(dòng)叉指127向梳狀驅(qū)動(dòng)叉指123運(yùn)動(dòng)并且與梳狀驅(qū)動(dòng)叉指123交叉。這種交叉的量，并且從而鏡支架103繞軸108旋轉(zhuǎn)的量，可以通過(guò)向第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件106的第一梳狀驅(qū)動(dòng)器111提供的電壓量控制。當(dāng)希望沿逆時(shí)針?lè)较蚶@軸108旋轉(zhuǎn)所述鏡支架時(shí)，可以向第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件107的第一梳狀驅(qū)動(dòng)器111提供一個(gè)適當(dāng)?shù)碾妷弘娢?，以引起相?yīng)的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器112向梳狀驅(qū)動(dòng)叉指123運(yùn)動(dòng)并且與梳狀驅(qū)動(dòng)叉指123交叉。可以看出，在第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件107或第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件106之另一個(gè)的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器112在其第一位置時(shí)，第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件106或第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件107之一的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器112在其第二位置。
驅(qū)動(dòng)梳狀驅(qū)動(dòng)組件106和107的適當(dāng)?shù)碾妷弘娢豢梢栽?0至200伏特范圍之間，并且優(yōu)選地從60至150伏特的范圍之間。在使用120伏特驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，微致動(dòng)器101可以有+/-六度的角轉(zhuǎn)動(dòng)，就是說(shuō)，在順時(shí)針和逆時(shí)針兩個(gè)方向上都可以轉(zhuǎn)動(dòng)六度，在整體上轉(zhuǎn)動(dòng)十二度角。角偏轉(zhuǎn)的量取決于梳狀叉指123和127的量、梳狀叉指之間的間隙和第一及第二折疊彈簧113及114的長(zhǎng)度和寬度。
在靜電微致動(dòng)器101內(nèi)使用徑向延伸的彈簧113和114加強(qiáng)了微致動(dòng)器的穩(wěn)定性并且有利于鏡支架103較大的角轉(zhuǎn)動(dòng)。彈簧113和114向微致動(dòng)器101提供徑向剛度，當(dāng)梳狀叉指127與梳狀叉指123交叉時(shí)，該剛度限制梳狀叉指的側(cè)向運(yùn)動(dòng)。這樣的徑向剛度從而防止否則會(huì)在梳狀叉指123和127之間發(fā)生的任何側(cè)向夾卡。
彈簧113和114的折疊物質(zhì)進(jìn)一步加強(qiáng)微致動(dòng)器101的徑向剛度。在此方面，每個(gè)折疊的彈簧113和114都能響應(yīng)第二梳狀驅(qū)動(dòng)器112的旋轉(zhuǎn)徑向地收縮，并且從而抑制在彈簧中形成軸向的張力。更具體地，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中由于一個(gè)彈簧構(gòu)件131或者132的彎曲引起的，可以單獨(dú)地造成交叉的梳狀叉指123和127對(duì)齊不良的徑向收縮，通過(guò)其它的彈簧構(gòu)件的徑向收縮得到補(bǔ)償。這樣的補(bǔ)償是通過(guò)每個(gè)彈簧113和114的對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)達(dá)到的；彈簧構(gòu)件131和132大致在長(zhǎng)度上相等并且彈簧構(gòu)件131附著基片102上是以彈簧構(gòu)件132附著在相應(yīng)的可運(yùn)動(dòng)框架141或142大致相同的徑向距離上附著的。
彈簧第二端部131b通過(guò)在繞軸108對(duì)稱(chēng)地按角度旋轉(zhuǎn)時(shí)在鏡支架103的一半處的弧形構(gòu)件151的結(jié)合進(jìn)一步通過(guò)在梳狀驅(qū)動(dòng)器112繞旋轉(zhuǎn)軸108旋轉(zhuǎn)時(shí)限制彈簧113和114的折疊的內(nèi)半徑部的旋轉(zhuǎn)而加強(qiáng)微致動(dòng)器101的徑向剛度。如上所述，第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件106a和106b及第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件107b及107c放置在第一和第二可運(yùn)動(dòng)的框架141及142之間?；?51尤其對(duì)這些梳狀驅(qū)動(dòng)組件的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器112的徑向剛度起作用。
第一和第二彈簧優(yōu)越地在外半徑末端121處固定在基片102上并且從而離開(kāi)旋轉(zhuǎn)軸108。在末端121上比接近于軸108容易容納附加地起把彈簧連接到基片上的作用的相對(duì)大的電極166和167。另外，梳狀驅(qū)動(dòng)桿126可以進(jìn)一步起把彈簧113和114的連接到鏡支架103上的作用。
相對(duì)于微致動(dòng)器101的中心線對(duì)稱(chēng)地布置彈簧113和114及角分離彈簧從30度到150度范圍的距離并且如圖所示約90度，起限制微致動(dòng)器101的作用，從而外部施加的直線加速度基本上不影響光學(xué)部件的角度偏轉(zhuǎn)。更具體地，每個(gè)彈簧113和114對(duì)抗沿其相應(yīng)軸的直線加速度并且提供需要的徑向剛度以抵抗梳狀組件106和107沿任何徑向夾卡的傾向。
微致動(dòng)器101的可運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的厚度影響對(duì)離軸模式的剛度。從而優(yōu)選縱橫尺寸比高的裝置，并且可運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)的厚度基本上大于微致動(dòng)器101的最小零件的寬度。以此方式，所述結(jié)構(gòu)的平面外剛度相對(duì)地大，基本上限制對(duì)微致動(dòng)器101的平面中的結(jié)構(gòu)的移動(dòng)。
第一和第二彈簧折疊113和114允許鏡支架103繞旋轉(zhuǎn)軸108相對(duì)大的旋轉(zhuǎn)行程。鏡支架103繞軸108順時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，彈簧構(gòu)件131和132彼此相向地彎曲，而鏡支架103繞軸108逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)時(shí)，彈簧構(gòu)件131和132彼此相背離地彎曲。第一和第二可運(yùn)動(dòng)框架141和142尺寸做得足夠大并且設(shè)有足夠的內(nèi)部空間以在其中容納第一和第二彈簧113和114在其中偏轉(zhuǎn)。對(duì)比具有一或者多個(gè)長(zhǎng)度約為折疊彈簧113和114的長(zhǎng)度但是只用一個(gè)單一的這樣的彈簧構(gòu)件形成的彈簧的策致動(dòng)器，也就是具有一或者多個(gè)間折疊彈簧的微致動(dòng)器，用兩個(gè)連接在一直的可彎曲彈簧構(gòu)件131和132產(chǎn)生折疊彈簧增加了允許的旋轉(zhuǎn)行程量。
旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器101的半圓或者說(shuō)扇形形狀允許旋轉(zhuǎn)軸108，以及例如由之承載的鏡能夠緊接GRIN透鏡或者纖維光導(dǎo)系統(tǒng)的其它部件放置。
盡管公開(kāi)了用于通信系統(tǒng)的纖維光導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)中的微致動(dòng)器101，但是應(yīng)當(dāng)理解微致動(dòng)器101有其它的應(yīng)用，不論是有還是沒(méi)有鏡。例如，微致動(dòng)器101可以用于光開(kāi)關(guān)或者光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中的其它部件，例如1998年8月17日歸檔的同期美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)系列號(hào)09/135,236說(shuō)明的那種光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中的部件，及用于光掃描儀、光譜儀、光相位補(bǔ)償器或者諸如光波板、鏡或衍射光柵之類(lèi)的旋轉(zhuǎn)部件用的其它結(jié)構(gòu)中。
可以提供具有沿繞旋轉(zhuǎn)軸移的角方向交叉的梳狀驅(qū)動(dòng)叉指的其它扇形靜電微致動(dòng)器。圖3中所示的旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器201與微致動(dòng)器101有相似性，并且用同樣的標(biāo)號(hào)說(shuō)明微致動(dòng)器101和201的相似的部件。一個(gè)旋轉(zhuǎn)構(gòu)件或者說(shuō)鏡支架202與基片102重疊。多個(gè)第一和第二梳狀組件203和417由基片102承載用于把鏡支架202沿第一和第二相反的角度方向繞旋轉(zhuǎn)軸206轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)軸206垂直于平面的基片102伸過(guò)。所述軸在圖3中示為一個(gè)點(diǎn)，并且用參考線206標(biāo)出。第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件203和204的每個(gè)包括一個(gè)安裝在基片102上的第一梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件或者說(shuō)梳狀驅(qū)動(dòng)器211，和一個(gè)與基片102重疊的第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件或者說(shuō)梳狀驅(qū)動(dòng)器212。在微致動(dòng)器201中包括第一和第二間隔彈簧213和214用于支承或者懸掛第二梳狀驅(qū)動(dòng)器212和鏡支架202于基片102之上，并且用于向可動(dòng)的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器212和向鏡支架202提供徑向剛度。鏡支架202、第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件203和204及第一和第二彈簧213和214通過(guò)諸如以上對(duì)微致動(dòng)器101所討論之類(lèi)的任何適當(dāng)?shù)氖侄螐捻攲?16形成。鏡支架202、第二梳狀驅(qū)動(dòng)器212及第一和第二間隔彈簧213和214間隔一個(gè)空氣間隙188放在基片102之上，并且與對(duì)微致動(dòng)器101的相同部件所討論的相似。
至少一個(gè)并且優(yōu)選地多個(gè)第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件203包括在旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器201中并且放置在旋轉(zhuǎn)軸206之上，用于繞旋轉(zhuǎn)軸206沿順時(shí)針?lè)较蝌?qū)動(dòng)鏡支架。至少一個(gè)并且優(yōu)選地多個(gè)第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件204可包括在旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器201中，用于繞旋轉(zhuǎn)軸206沿逆時(shí)針?lè)较蝌?qū)動(dòng)鏡支架。第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件203和204每個(gè)都基本上徑向地從旋轉(zhuǎn)軸108伸出，并且，組件203和204整體上對(duì)著一個(gè)約180度的角從而對(duì)微致動(dòng)器201提供一個(gè)半圓形或者扇形的形狀。更具體地，微致動(dòng)器201有四個(gè)第一驅(qū)動(dòng)組件203a、203b、203c和203d以及四個(gè)第二驅(qū)動(dòng)組件204a、204b、204c及204d。第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件203插入在第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件204之間。旋轉(zhuǎn)微致動(dòng)器201有一個(gè)基本上與基底119相同的基底219并且有一個(gè)基本上與外末端121相同的外半徑末端221。第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件203對(duì)第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件204關(guān)于旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器201的中線對(duì)稱(chēng)，所述中線即在基片102中線旋轉(zhuǎn)軸206垂直于基底219的假想線。鏡支架202和旋轉(zhuǎn)軸206放置在毗微致動(dòng)器201的中心鄰基底219。旋轉(zhuǎn)微致動(dòng)器長(zhǎng)度沿基底219測(cè)量在500到5000微米的范圍，并且優(yōu)選地約2000微米。
每個(gè)第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件203和204的第一梳狀驅(qū)動(dòng)器211通過(guò)與以上對(duì)第一梳狀驅(qū)動(dòng)器111討論的同樣方式安裝在基片101上。每個(gè)第一梳狀驅(qū)動(dòng)器211有一個(gè)設(shè)有第一或內(nèi)半徑部226a和一個(gè)設(shè)有第二或外半徑部226b的徑向延伸的桿226。每個(gè)第一梳狀驅(qū)動(dòng)器211的外部226b伸到外半徑末端221。多個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)叉指以八到50微米并且優(yōu)選地約35微米的分開(kāi)距離沿桿226的長(zhǎng)度縱向地間隔開(kāi)。梳狀驅(qū)動(dòng)叉指227基本上垂直地從桿226伸出并且，與梳狀叉指123相同，在形狀上每個(gè)都是弧形的。叉指227長(zhǎng)度范圍從約25到1902微米并且從桿的內(nèi)部226a到桿的外部226b在長(zhǎng)度上線性地增加。每個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)叉指227a有一個(gè)近端部227a和一個(gè)遠(yuǎn)端部227b。近端部227從四到20微米的寬度范圍并且優(yōu)選地為10微米。遠(yuǎn)端部227b有不大于近端部227a寬度的寬度。并且，更具體地是從二到12微米的范圍并且優(yōu)選地為約六個(gè)微米。
第二梳狀驅(qū)動(dòng)器212和鏡支架202是可運(yùn)動(dòng)或說(shuō)可旋轉(zhuǎn)的框架231的部分，框架231以空氣間隙118隔開(kāi)放在基片102上，從而與基片電氣絕緣開(kāi)并且可以相對(duì)于基片102和第一梳狀驅(qū)動(dòng)器211運(yùn)動(dòng)。框架231包括第一臂232、第二臂233、第三臂236和第四臂237，它們每個(gè)都沿基本上徑向的方向從旋轉(zhuǎn)軸206伸出。第一和第四臂232和237也相對(duì)微致動(dòng)器101的中線對(duì)稱(chēng)地安置，而且第二和第三臂233和236相出對(duì)這個(gè)中線對(duì)稱(chēng)地安置。第一和第四臂232和237每個(gè)在構(gòu)形上都是U字形并且從第一和第二桿241和242形成。第一桿241緊靠軸206有第一或者說(shuō)內(nèi)半徑部241a和伸向半徑末端221的第二或者說(shuō)外半徑部241b。類(lèi)似地，第二桿242有第一或者說(shuō)內(nèi)半徑部242a和第二或者說(shuō)外半徑部242b。外半徑部241b和242b在外徑向末端221處通過(guò)一個(gè)基底構(gòu)件243連接在一起。第一桿241的內(nèi)半徑部241a連接到鏡支架202，而第二桿242的內(nèi)半徑部242a游離地伸至接近鏡支架202處。第二和第三臂233和236在其內(nèi)部連接到鏡支架202。
第一臂232的第一桿241形成第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件203a的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器212的部分，而第一臂232的第二桿242形起第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件204a的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器212的部分的作用。多個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)叉指251沿第一桿241的長(zhǎng)度縱向地間隔開(kāi)，以形成第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件203a的梳狀叉指，而多個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)叉指251沿這個(gè)第一臂232的第二桿242的長(zhǎng)度縱向地間隔開(kāi)，以形成第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件204a的梳狀叉指。梳狀驅(qū)動(dòng)叉指251基本上與梳狀驅(qū)動(dòng)叉指227相似，并且有連接到相應(yīng)的桿241或242的第一或說(shuō)近端部251a，和從這個(gè)近端部251a伸出的第二或說(shuō)遠(yuǎn)端部251b?；⌒蔚氖釥畈嬷?51相對(duì)于梳狀叉指227錯(cuò)開(kāi)，從而使梳狀驅(qū)動(dòng)叉指251可以與梳狀驅(qū)動(dòng)叉指227交叉。第四臂237的第一桿241類(lèi)似地起第梳狀驅(qū)動(dòng)組件204d的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器212的部分的作用，而第四臂237的第二桿242起第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件203d的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器212的部分的作用。梳狀驅(qū)動(dòng)叉指251從第四臂的第一和第二桿241和242伸出。
第二和第三臂233和236包括在第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件203b和203c和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件204b和204c的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器212中。第二臂233有一個(gè)第一或說(shuō)內(nèi)半徑部236a和一個(gè)外半徑部236b，第三臂2336在結(jié)構(gòu)上與第二臂233相似，有一個(gè)連接到鏡支架202的第一或說(shuō)內(nèi)半徑部233a和一個(gè)毗鄰?fù)獍霃侥┒?11的第二或說(shuō)外半徑部233b。第一多個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)叉指251沿第二臂233一側(cè)的長(zhǎng)度縱向地間隔開(kāi)，以形成第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件204b的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器，而第二多個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)叉指251沿第二臂233另一側(cè)的長(zhǎng)度縱向地間隔開(kāi)；以形成第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件203b的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器。類(lèi)似地，第一多個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)叉指251沿第三臂236一側(cè)的長(zhǎng)度縱向地間隔開(kāi)，以形成第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件203c的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器，而第二多個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)叉指251沿第三臂236另一側(cè)的長(zhǎng)度縱向地間隔開(kāi)，以形成第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件204c的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器212。第二和第三臂233及236可以供選擇地由連桿252在相應(yīng)的內(nèi)半徑部233和236a處連接，以加強(qiáng)臂233及236的剛性。
旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器201內(nèi)部包括有包括第一個(gè)和第二間隔彈簧213的214的裝置用于可運(yùn)動(dòng)地把第二梳狀驅(qū)動(dòng)器支承在基片102之上。彈簧213和214對(duì)于微致動(dòng)器201的中線對(duì)稱(chēng)地放置并且長(zhǎng)度優(yōu)選地近似至少一些第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件203和204的長(zhǎng)度。微致動(dòng)器201的基底包括一個(gè)固著或者說(shuō)支架構(gòu)件253，它有一個(gè)部分交叉旋轉(zhuǎn)軸206并且起把第一和第二彈簧213和214固定到基片102上的作用。第一和第二彈簧213和214每個(gè)都由一個(gè)單一的束狀彈簧構(gòu)件256形成，束狀彈簧構(gòu)件256有一個(gè)在其末端連接到支架構(gòu)件253上的第一或說(shuō)內(nèi)半徑端部256a和一連接到相應(yīng)的第一臂232或第四臂237的基底構(gòu)件243上第二或說(shuō)外半徑端部256b。更具體地，第一彈簧213從支架構(gòu)件253向上伸到第一臂232的中心，以結(jié)合到基底構(gòu)件243的中心。彈簧構(gòu)件256的內(nèi)端部256a在旋轉(zhuǎn)軸206處連接到支架構(gòu)件253。彈簧構(gòu)件256的寬度在一到10微米的范圍并且優(yōu)選地約四微米。各個(gè)第一和第四臂232及237起把第一和第二彈簧構(gòu)件213和214的外端部256b固定到鏡支架202上的作用。
至少一個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)組件并且優(yōu)選地至少一個(gè)第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件203和至少一個(gè)第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件204放置在彈簧213和214之間。更具體地，第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件203b和203c第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件204b和204c其中的每個(gè)都部分地由第二和第三臂233及236形成的，在角度上放置在第一和第二彈簧構(gòu)件213和214之間。另外第一梳狀組件203a和第4梳狀組件204d彼此關(guān)于微致動(dòng)器210的中線對(duì)稱(chēng)地布置，在角度上放在第一和第二彈簧構(gòu)件213和214之間。
在圖3所示的其第一或說(shuō)靜止位置時(shí)第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)器211和212的梳狀叉指基本上沒(méi)有完全交叉。盡管術(shù)語(yǔ)“基本上沒(méi)有完全交叉”廣義得足以覆蓋在其靜止位置時(shí)沒(méi)有交叉的梳狀驅(qū)動(dòng)叉指，如圖1和2中所示的微致動(dòng)器101的梳狀驅(qū)動(dòng)叉指123、127，這個(gè)術(shù)語(yǔ)還包括當(dāng)它們?cè)谄潇o止位置時(shí)部分地交叉的梳狀驅(qū)動(dòng)叉指。在微致動(dòng)器201中，梳狀驅(qū)動(dòng)器211和212在其靜止位置時(shí)梳狀驅(qū)動(dòng)叉指的遠(yuǎn)端部227b和251b基本上交叉。
至少一個(gè)，而在圖示中所有的第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件203和204沒(méi)有以沿從旋轉(zhuǎn)軸206向外伸出的一個(gè)半徑為中心。在此方面，第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件203和204每個(gè)的梳狀叉指227的遠(yuǎn)端261都沿一條不與旋轉(zhuǎn)軸206相交的假想線對(duì)齊，并且這樣地與軸206間隔開(kāi)。類(lèi)似地，梳狀叉指251的遠(yuǎn)端262都沿一條不與旋轉(zhuǎn)軸206相交的假想線對(duì)齊，并且這樣地與軸206間隔開(kāi)。從而每個(gè)第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件203和204組成一個(gè)對(duì)于這樣的半圓的半徑偏開(kāi)的半圓扇形。
如圖3所示，第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件203和204的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器212每個(gè)都可以沿一個(gè)繞旋轉(zhuǎn)軸206行走的方向，在相應(yīng)的第一位置和相應(yīng)的第二位置之間運(yùn)動(dòng)，在所述第一位置中，第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)器的梳狀叉指227和251基本上沒(méi)有完全交叉，而在圖中未示的相應(yīng)的第二位置，梳狀驅(qū)動(dòng)器的梳狀叉指227和251基本上完全交叉，如前面對(duì)微致動(dòng)器101的梳狀叉指123和127所討論的。第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件204的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器212在其第一位置時(shí)第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件203的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器212在其第一位置并且，類(lèi)似地組件203的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器212在其第一位置時(shí)組件204的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器212在其第二位置。
在微致動(dòng)器201中包括電裝置，用于在其第一和第二位置之間驅(qū)動(dòng)第二梳狀驅(qū)動(dòng)器212。這樣的電裝置可包括一個(gè)控制器和電壓發(fā)生器161，所述電壓發(fā)生器通過(guò)多個(gè)電導(dǎo)線162電氣地連接到設(shè)在基片102上的多個(gè)電極。為了簡(jiǎn)化，控制器161和導(dǎo)線162沒(méi)有示于圖3中。這樣的電極，其中的每個(gè)基本上與上面對(duì)徵致動(dòng)器101討論的電極相似，包括一個(gè)通過(guò)導(dǎo)線267電氣連接到支架構(gòu)件253、接地或公共電極266和至少一個(gè)直接或通過(guò)導(dǎo)線272連接到第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件203的第一梳狀驅(qū)動(dòng)器211的驅(qū)動(dòng)電極271，及一或多個(gè)直接或通過(guò)導(dǎo)線274連接到第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件204的第一梳狀驅(qū)動(dòng)器211的驅(qū)動(dòng)電極273。幾根從微致動(dòng)器201伸出的導(dǎo)線274在圖3中用虛線示出。鏡支架202的位置可以供選擇地以上面對(duì)微致動(dòng)器101討論的方式監(jiān)視。
在工作中，旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器201基本上以上面對(duì)于旋轉(zhuǎn)靜電致動(dòng)器101討論過(guò)的相同的方式使用。當(dāng)用作通信系統(tǒng)的纖維光導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)部分時(shí)，可以在鏡支架202上安裝一個(gè)微鏡(未示)，例如通過(guò)插入在設(shè)在鏡支架202中的槽276中安裝，用于繞旋轉(zhuǎn)軸206旋轉(zhuǎn)。所述的鏡從微致動(dòng)器201的平面伸出并且有一個(gè)反射面(未示)，所述反射面優(yōu)選地與旋轉(zhuǎn)軸206相交。用于容納鏡的凹槽276不必把中心放在旋轉(zhuǎn)軸206上。
如上面所討論，控制器161向第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件203或204之一的的梳狀驅(qū)動(dòng)器211提供一個(gè)電壓電位。驅(qū)動(dòng)電極271和273用以旋轉(zhuǎn)鏡支架202的適當(dāng)?shù)碾妷弘娢豢梢栽?0至250伏特范圍之間，并且優(yōu)選地從60至180伏特的范圍之間。微致動(dòng)器201可以以+/-六度的角轉(zhuǎn)動(dòng)，也就是當(dāng)使用這樣的電壓時(shí)，在順時(shí)針和逆時(shí)針兩個(gè)方向上都可以轉(zhuǎn)動(dòng)六度，在整體上轉(zhuǎn)動(dòng)十二度角。
在靜電微致動(dòng)器201的另一個(gè)電驅(qū)動(dòng)構(gòu)形中，控制器161向連接到第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件203的第一梳狀驅(qū)動(dòng)器211的電極271施加地電位，并且向連接到第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件204的第一梳狀驅(qū)動(dòng)器211的電極273施加一個(gè)固定的最高電位。一個(gè)在地電位與固定的最高電位之間的可變電位通過(guò)控制器施加到連接到支架，從而也連接到第二梳狀驅(qū)動(dòng)器212的公共電極266。當(dāng)施加到公共電極266上的電位等于最高電位是在電極273與266之間和電極271與266之間存在等電位差產(chǎn)生相等的力，傾向于沿逆時(shí)針?lè)较蚝晚槙r(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)鏡支架202，并且從而得不到鏡支架202的凈旋轉(zhuǎn)。隨著施加到公共電極266上的驅(qū)動(dòng)電壓從這個(gè)半值變化時(shí)，提供一個(gè)增加的凈力，它導(dǎo)致鏡支架202從其靜止位置的凈轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)施加到公共電極266上的電位是地或者固定的最高值兩者之一時(shí)一個(gè)基本上等于一個(gè)相應(yīng)的最高驅(qū)動(dòng)電壓施加到電極273或271兩者之一，而公共電極266接地時(shí)發(fā)生的驅(qū)動(dòng)力的最大力就被施加了，從而引起鏡支架202旋轉(zhuǎn)。可以施加前面所討論的相似的電壓并且可以達(dá)到相似的旋轉(zhuǎn)。這個(gè)變通的驅(qū)動(dòng)構(gòu)形只要求單一的可變電位源并且通過(guò)僅變化一個(gè)單一的源平穩(wěn)地改變鏡支架202繞其靜止位置的位置。用此驅(qū)動(dòng)構(gòu)形可以減少控制器161中的電部件的數(shù)量并且從而降低致動(dòng)器系統(tǒng)的成本。
徑向延伸的彈簧213和214向可旋轉(zhuǎn)的框架231并從而向第二梳狀驅(qū)動(dòng)器212提供徑向剛度。彈簧構(gòu)件256的內(nèi)端部256a優(yōu)選地在旋轉(zhuǎn)軸206與的基片交點(diǎn)連接到基片102上。彈簧構(gòu)件2213的外端部256b要么直接地，要么通過(guò)毗鄰?fù)獍霃侥┒?21的可旋轉(zhuǎn)框架231連接到第二梳狀驅(qū)動(dòng)器212。彈簧213和214以約30度到90度的角范圍間隔開(kāi)以限制微致動(dòng)器201，以前面對(duì)微致動(dòng)器101所討論的方式對(duì)抗直線加速度。不折疊的彈簧213和214比前面討論的折疊彈簧需要較少的表面面積用于偏轉(zhuǎn)并且從而向梳狀驅(qū)動(dòng)組件203和204中分配較多的面積第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件203和204相對(duì)致密地封裝在旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器201中。這樣的封裝部分地是由于梳狀驅(qū)動(dòng)組件203和204的錯(cuò)開(kāi)的性質(zhì)才能辦到的。如前面所討論梳狀驅(qū)動(dòng)叉指227和251的遠(yuǎn)端261和262及每個(gè)第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件203和204的徑向中線不與旋轉(zhuǎn)軸206相交。這個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)組件203和204的偏移還允許桿226的內(nèi)半徑部226a有較大的寬度，并且從而有提高的穩(wěn)定性，并且允許在每個(gè)第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件203和204的內(nèi)近端的梳狀驅(qū)動(dòng)叉指227和251在長(zhǎng)度上比在梳狀驅(qū)動(dòng)器密度上可較但是有與旋轉(zhuǎn)軸206徑向地對(duì)齊的梳狀驅(qū)動(dòng)組件203和204的微致動(dòng)器的要大。從而在靜電微致動(dòng)器201上可能得到相對(duì)地較大的旋轉(zhuǎn)力和力矩。
梳狀驅(qū)動(dòng)叉指227和251的構(gòu)形還允許微致動(dòng)器201中相對(duì)地較大的旋轉(zhuǎn)力。在此方面，梳狀驅(qū)動(dòng)叉指227和251在它們處于圖3所示的靜止位置時(shí)部分地交叉。因?yàn)樵谙噜彽氖釥铗?qū)動(dòng)叉指227和251之間的間隔可以通過(guò)現(xiàn)行的蝕刻技術(shù)限制，梳狀驅(qū)動(dòng)叉指227和251的遠(yuǎn)端227b和251b的寬度不大。在第二梳狀驅(qū)動(dòng)器211向其第三位置運(yùn)動(dòng)時(shí)遠(yuǎn)端251b第一梳狀驅(qū)動(dòng)器211的梳狀叉指的近端227a交叉，并且相鄰的梳狀驅(qū)動(dòng)叉指227和251之間的間隔或者說(shuō)間隙減少，從而加強(qiáng)了第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)器211和212之間的靜電吸引力。
應(yīng)當(dāng)理解本文的發(fā)明廣義得足以覆蓋任何形狀上近似于扇形的或近似于半圓形的旋轉(zhuǎn)靜電致動(dòng)器，或者具有對(duì)著關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸180度角或者以下，例如90度角的梳狀驅(qū)動(dòng)組件的旋轉(zhuǎn)靜電致動(dòng)器。這樣的構(gòu)形允許旋轉(zhuǎn)軸放置得鄰近微致動(dòng)器的基底或者末端。這樣的旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器優(yōu)選地包括沿關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸的一個(gè)角方向延伸的弧形梳狀叉指。本發(fā)明還廣義得足以覆蓋任何具有固定到基片的旋轉(zhuǎn)軸與基片的交點(diǎn)上的束狀彈簧的靜電微致動(dòng)器。每個(gè)這樣的彈簧可以由單個(gè)的束狀構(gòu)件構(gòu)成，也可以折疊成在構(gòu)形上是U形或者V形。
可以提供在圖形上不是扇形或者半圓形但是在本發(fā)明的范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器。例如，圖4中示出一個(gè)圖形上是圓形的旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器301。微致動(dòng)器301與微致動(dòng)器201和微致動(dòng)器201有相似性，并且用同樣的標(biāo)號(hào)說(shuō)明微致動(dòng)器101、201和301的相似的部件。一個(gè)旋轉(zhuǎn)構(gòu)件或者說(shuō)環(huán)302與基片102重疊。多個(gè)第一和第二梳狀組件303和304由基片102承載用于把環(huán)302沿第一和第二相反的角度方向繞旋轉(zhuǎn)軸306轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)軸306垂直于平面的基片102伸過(guò)環(huán)302的中心。每個(gè)第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件303和304包括一個(gè)安裝在基片102上的第一梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件或者說(shuō)梳狀驅(qū)動(dòng)器311，和一個(gè)重疊在基片102上的第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件或者說(shuō)梳狀驅(qū)動(dòng)器312。繞旋轉(zhuǎn)軸306圓周地布置多個(gè)彈簧組件312用于支承或者懸掛第二梳狀驅(qū)動(dòng)器312和環(huán)302于基片102之上，并且用于向第二梳狀驅(qū)動(dòng)器312和環(huán)302提供徑向的剛度。彈簧組件313、梳狀驅(qū)動(dòng)組件303和304及環(huán)302由頂層116形成，優(yōu)選地使用DRIE技術(shù)形成。彈簧組件313、第二梳狀驅(qū)動(dòng)器312和環(huán)302隔開(kāi)空氣間隙118放在基片102上方。這樣的結(jié)構(gòu)厚度與前面對(duì)于微致動(dòng)器101討論過(guò)的類(lèi)似結(jié)構(gòu)的厚度相似。
至少一個(gè)并且優(yōu)選地多個(gè)第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件303包括在旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器301中并且繞旋轉(zhuǎn)軸306放置，用于沿順時(shí)針?lè)较蚶@旋轉(zhuǎn)軸306驅(qū)動(dòng)環(huán)302。至少一個(gè)并且優(yōu)選地多個(gè)第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件304可包括在旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器301中，用于繞旋轉(zhuǎn)軸306沿逆時(shí)針?lè)较蝌?qū)動(dòng)環(huán)302。第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件303和304每個(gè)都基本上徑向地從旋轉(zhuǎn)軸306伸出，并且，整體上，對(duì)著一個(gè)約360的角，從而提供一個(gè)有其圓形形狀的旋轉(zhuǎn)微致動(dòng)器303。更具體地，微致動(dòng)器301有復(fù)數(shù)的三個(gè)第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件303a和復(fù)數(shù)的六個(gè)第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件303b，并且有復(fù)數(shù)的三個(gè)第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件304a和復(fù)數(shù)的六個(gè)第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件304b。第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件303和304彼此相對(duì)交叉并且對(duì)稱(chēng)地繞旋轉(zhuǎn)軸306布置。每個(gè)第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件303和304長(zhǎng)度在從200到2000微米的范圍并且優(yōu)選地約580微米。旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器可以是任何適當(dāng)?shù)某叽绮⑶覂?yōu)選地直徑范圍從500到5000微米并且更優(yōu)選地約2800微米。外半徑末端或者周邊314組成一個(gè)繞靜電微致動(dòng)器301的圓周延伸的圓。
每個(gè)第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件303和304的每個(gè)的第一梳狀驅(qū)動(dòng)器311通過(guò)二氧化硅層117剛性地安裝在基片102上。第一驅(qū)動(dòng)組件303a和第二梳狀組件304a的每個(gè)第一梳狀驅(qū)動(dòng)器311有一個(gè)徑向延伸的桿316，桿316設(shè)有第一或內(nèi)半徑部316a和第二或外半徑部316b。相鄰的第一驅(qū)動(dòng)組件303b和第二梳狀組件304b的第一梳狀驅(qū)動(dòng)器311共用一個(gè)徑向延伸的桿317，桿317設(shè)有第一或內(nèi)半徑部317a和第二或外半徑部317b。外部316b和317b伸到微致動(dòng)器301的外半徑末端314。桿316和317隨著它們徑向向外伸而增加寬度，從而增加所述的桿固定到基片102上的面積并且從而增加這些桿的剛性。多個(gè)基本上與前面關(guān)于微致動(dòng)器101討論的梳狀叉指123相似的梳狀驅(qū)動(dòng)叉指321以諸如前面關(guān)于梳狀叉指123討論的任何分開(kāi)距離沿桿316長(zhǎng)度縱向地間隔開(kāi)。多個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)叉指321以相似的分開(kāi)距離沿桿317的每側(cè)的長(zhǎng)度縱向地間隔開(kāi)。梳狀驅(qū)動(dòng)叉指321與梳狀叉指123在尺寸和形狀上相似，并且從桿的內(nèi)部到桿的外部在長(zhǎng)度上線性地增加。相鄰的梳狀驅(qū)動(dòng)器311共用桿317取消了否則就要設(shè)在這些相鄰的梳驅(qū)動(dòng)器311的分開(kāi)的桿之間的空間。節(jié)省下的空間可以結(jié)合到梳狀驅(qū)動(dòng)叉指321的長(zhǎng)度中去。
第二梳狀驅(qū)動(dòng)器312和以空氣間隙118隔開(kāi)放在基片102上，從而可以相對(duì)于基片102和第一梳狀驅(qū)動(dòng)器311運(yùn)動(dòng)。第二梳狀驅(qū)動(dòng)器312的結(jié)構(gòu)與第一梳狀驅(qū)動(dòng)器311的結(jié)構(gòu)相似。更具體地，第一驅(qū)動(dòng)組件303a和第二梳狀組件304a的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器312每個(gè)都形成有從旋轉(zhuǎn)軸306徑向地伸出的桿326。桿326緊靠軸306有第一或者說(shuō)內(nèi)半徑部326a和伸向半徑末端314的第二或者說(shuō)外半徑部326b。多個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)叉指327，基本上與梳狀叉指321相似，沿每個(gè)這樣的第二梳狀驅(qū)動(dòng)叉指的桿326的長(zhǎng)度縱向地間隔開(kāi)。第一驅(qū)動(dòng)組件303b和第二梳狀組件304b的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器312每個(gè)都有從旋轉(zhuǎn)軸306徑向地伸出的桿328，并且有連接到環(huán)302的第一或者說(shuō)內(nèi)半徑部328a和伸向半徑末端314的第二或者說(shuō)外半徑部328b。第一驅(qū)動(dòng)組件303b和第二梳狀組件304b的背對(duì)背的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器312共用一個(gè)單一的桿328。多個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)叉指327沿每個(gè)這樣的第二梳狀驅(qū)動(dòng)叉指的桿328的長(zhǎng)度縱向地間隔開(kāi)。梳狀驅(qū)動(dòng)叉指327在桿326和328的外半徑部附近于長(zhǎng)度縮短326b，以適應(yīng)桿316和317的增加的外半徑處的厚度。第二梳狀驅(qū)動(dòng)器312的弧形梳狀叉指327相對(duì)第一梳狀驅(qū)動(dòng)器311的弧形梳狀叉指321錯(cuò)開(kāi)，從而在第二梳狀驅(qū)動(dòng)器312繞軸306向靜止的第一梳狀驅(qū)動(dòng)器311轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)梳狀叉指327可以與梳狀叉指321交叉。
旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器301內(nèi)部包括有包括彈簧組件313的的裝置用于把環(huán)302和第二梳狀驅(qū)動(dòng)器312支承在基片101之上。彈簧組件313以大約120度的角間隔繞軸306圓周地間隔開(kāi)從而提供一個(gè)對(duì)稱(chēng)的彈簧構(gòu)形。每個(gè)組件313設(shè)有第一和第二間隔開(kāi)的折疊彈簧336和337，折疊彈簧336和337長(zhǎng)度優(yōu)選地近似于第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件303和304的長(zhǎng)度。折疊彈簧336和337基本上與微致動(dòng)器101的第一和第二彈簧313和314相似。盡管彈簧336和337可以由單個(gè)的彈簧構(gòu)件形成，折疊彈簧336和337優(yōu)選地在構(gòu)形上是U字形或者V字形的，并且在圖中示出的是基本上U字形的。每個(gè)折疊彈簧336和337形由基本上是束狀形狀的第一和第二長(zhǎng)形彈簧構(gòu)件338和339構(gòu)成。第一或者說(shuō)直線彈簧構(gòu)件有第一和第二端部338a和338b，而第二或者說(shuō)直線彈簧構(gòu)件339有第一和第二端部339a和339b。
每個(gè)彈簧336和337的第一端部338在其末端固定在由層116形成并且借助于二氧化硅層117連接到基片102上的的固附構(gòu)件340上。每個(gè)彈簧構(gòu)件338的第二端部338b固定到每個(gè)彈簧構(gòu)件339的第一端部339a。彈簧構(gòu)件338和339每個(gè)都從旋轉(zhuǎn)軸306徑向向外伸并且優(yōu)選地長(zhǎng)度接近第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件303和304的長(zhǎng)度。雖然第一端部338a可以接近環(huán)302固定到基片102上，第一端部338a還是優(yōu)選地接近外半徑末端314固定到基片102上。彈簧構(gòu)件338和339優(yōu)選地在長(zhǎng)度上相等并且每個(gè)都有與前面討論的第一和第二彈簧構(gòu)件131和132相似的寬度。第一和第二防蝕桿133和134沿每個(gè)彈簧構(gòu)件338和339的每側(cè)延伸。
每個(gè)彈簧336和337的第二端部339b固定到至少一個(gè)第二梳狀驅(qū)動(dòng)器312上。在此方面微致動(dòng)器301為每個(gè)彈簧組件313設(shè)有第一和第二可運(yùn)動(dòng)的框架341和342。至少一個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)組件并且至少一個(gè)第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件303和一個(gè)第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件304放置在第一和第二可運(yùn)動(dòng)的框架341和342之間并且從而放置在第一和第二彈簧336和337之間。更具體地，一個(gè)第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件303a和一個(gè)第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件303b放置在第一和第二可運(yùn)動(dòng)的框架341和342之間，同時(shí)第一和第二可運(yùn)動(dòng)的框架341和342關(guān)于微致動(dòng)器301的半徑對(duì)稱(chēng)地放置。
第一和第二可運(yùn)動(dòng)的框架341和342基本上與微致動(dòng)器101的第一和第二可運(yùn)動(dòng)框架141和142相似，在構(gòu)形上基本上是U字形的。第一可運(yùn)動(dòng)的框架341包括毗鄰的第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件304b的桿328和毗鄰的第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件303a的桿326，作為側(cè)面構(gòu)件。一個(gè)基本上與弧形構(gòu)件143相似的弧形構(gòu)件343相互連接這樣的桿外部328b和326b。第二可運(yùn)動(dòng)框架342基本上在結(jié)構(gòu)上相似，并且包括毗鄰的第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件304a的桿326和毗鄰的第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件303b的桿328，作為側(cè)面構(gòu)件。一個(gè)基本上與弧形構(gòu)件144相似的弧形構(gòu)件344相互連接這樣的桿外部326b和328b。第一彈簧336的第二端部339b固定到弧形構(gòu)件343上，毗鄰于第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件303a的桿外部326b，而第二彈簧337的第二端部339b固定到弧形構(gòu)件344上，毗鄰于第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件304a的桿外部326b。以此方式第一折疊彈簧336置于第一可運(yùn)動(dòng)的框架341內(nèi)而第二折疊彈簧337置于第二可運(yùn)動(dòng)的框架342內(nèi)。第一可運(yùn)動(dòng)的框架341的桿內(nèi)部328a連接到環(huán)302起把第一彈簧336固定到環(huán)302上的作用。類(lèi)似地，第二可運(yùn)動(dòng)的框架342的桿內(nèi)部328b連接到環(huán)302用于把彈簧337與環(huán)302互相連接。
一個(gè)內(nèi)弧形構(gòu)件或者說(shuō)梭346連接在相反的末端與第一和第二可運(yùn)動(dòng)框架341及342連接。梭346一個(gè)末端固定到第一可運(yùn)動(dòng)框架341的桿內(nèi)部326a而梭346的另一個(gè)末端固定到第二可運(yùn)動(dòng)342的桿內(nèi)部326b。在微致動(dòng)器301中設(shè)另一個(gè)弧形構(gòu)件347用于剛性地把第一和第二彈簧336及337的第二端部338b固定在一起。弧形構(gòu)件347與基片102重疊并且至少局部地繞旋轉(zhuǎn)軸108延伸在梭346和環(huán)302之間。
如圖4所示，第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件303和304的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器312可以沿一個(gè)繞旋轉(zhuǎn)軸306行走的方向，在第一位置和第二位置之間運(yùn)動(dòng)，在所述第一位置中，第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)器的梳狀叉指321和327基本上沒(méi)有完全交叉，而在圖中未示的第二位置，梳狀驅(qū)動(dòng)器的梳狀叉指321和327基本上完全交叉。盡管第二梳狀驅(qū)動(dòng)器312在其第一位置時(shí)，梳狀驅(qū)動(dòng)器的梳狀叉指321和327可以部分地交叉，但是在圖中，梳狀叉指321和327完全地脫節(jié)，從而，所述在第二梳狀驅(qū)動(dòng)器312在其第一位置時(shí)，梳狀驅(qū)動(dòng)器的梳狀叉指321和327沒(méi)有交叉。當(dāng)在其第二位置中時(shí)，第二梳狀驅(qū)動(dòng)器312的梳狀叉指327在第一梳狀驅(qū)動(dòng)器311的相應(yīng)梳狀叉指321之間延伸，與前面對(duì)微致動(dòng)器101所討論的方式相同。
在微致動(dòng)器301中包括電裝置，用于在其第一和第二位置之間驅(qū)動(dòng)第二梳狀驅(qū)動(dòng)器112。這樣的電裝置可包括一個(gè)控制器和電壓發(fā)生器161，所述電壓發(fā)生器通過(guò)多個(gè)電導(dǎo)線162電氣地連接到設(shè)在基片102上的多個(gè)電極。為了簡(jiǎn)化，控制器161和導(dǎo)線162沒(méi)有示于圖4中。每個(gè)這樣的電極基本上與上面對(duì)徵致動(dòng)器101討論的電極相似。設(shè)有一個(gè)電氣連接到第二折疊彈簧337之一的第一端部338a上的地線，用于把第二梳狀驅(qū)動(dòng)裝置312接地。第一驅(qū)動(dòng)電極357連接到第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件303a的第一梳狀驅(qū)動(dòng)器311的外半徑端部上，而第二驅(qū)動(dòng)電極358連接到第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件304a的每個(gè)第一梳狀驅(qū)動(dòng)器311的外半徑端部上。公共驅(qū)動(dòng)電極359連接到第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件303b和304b的每個(gè)第一梳狀驅(qū)動(dòng)器311的外半徑端部上。環(huán)302的位置可以供選擇地以上面對(duì)微致動(dòng)器101討論的方式監(jiān)視。
在一種實(shí)際追求的應(yīng)用中，旋轉(zhuǎn)靜電致動(dòng)器301可以用在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中，諸如在一個(gè)磁-光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)的光模塊中。靜電微致動(dòng)器301可以用于把偏振光發(fā)動(dòng)的光角轉(zhuǎn)動(dòng)到一根光導(dǎo)纖維中。在此方面，在環(huán)302中設(shè)有一個(gè)孔隙361以容納一個(gè)膠接固定到環(huán)302上的圓形半波板。
靜電微致動(dòng)器301的工作和使用與前面對(duì)微致動(dòng)器101和102所討論的工作和使用基本上相似。環(huán)302可以通過(guò)控制器161沿繞旋轉(zhuǎn)軸306行走的相反的第一和第二方向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)希望沿順時(shí)針?lè)较蚶@軸306旋轉(zhuǎn)所述環(huán)302時(shí)，通過(guò)控制器向第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件303的第一梳狀驅(qū)動(dòng)器311提供一個(gè)電壓電位。得到的梳狀叉指321和327交叉的量，并且從而環(huán)302繞軸306旋轉(zhuǎn)的量，可以通過(guò)向第一梳狀驅(qū)動(dòng)器311提供的電壓量控制。當(dāng)希望沿逆時(shí)針?lè)较蚶@軸306旋轉(zhuǎn)所述環(huán)302時(shí)，可以向第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件304的第一梳狀驅(qū)動(dòng)器311提供一個(gè)適當(dāng)?shù)碾妷弘娢?，以引起梳狀?qū)動(dòng)叉指321與327交叉。在第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件304或第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件301之另一個(gè)的梳狀驅(qū)動(dòng)器312在其第一位置時(shí)，第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件303或第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件304之一的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器312在其第二位置。驅(qū)動(dòng)梳狀驅(qū)動(dòng)組件303和304的適當(dāng)?shù)碾妷弘娢豢梢栽?0至250伏特范圍之間，并且優(yōu)選地從60至150伏特的范圍之間。在使用130伏特驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，微致動(dòng)器301可以在+/-六度的角轉(zhuǎn)動(dòng)。
環(huán)302的順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)通過(guò)起始地向相關(guān)第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件303a的第一驅(qū)動(dòng)電極357還是相關(guān)第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件303a的第二驅(qū)動(dòng)電極358施加電壓發(fā)起。如上所討論，電極357和358作用在特定的第一梳狀驅(qū)動(dòng)器311上而不是由背對(duì)背的梳狀驅(qū)動(dòng)器311共用。當(dāng)梳狀叉指321和327與第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件303b及304b開(kāi)始接合時(shí)，就可以向公共359施加驅(qū)動(dòng)電壓。梳狀叉指321和327的這種初始的接合正確的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器312附著到共用的梳狀驅(qū)動(dòng)桿317的梳狀叉指321上。
靜電微致動(dòng)器301采用六彈簧的結(jié)構(gòu)，即各有第一和第二折疊彈簧336和337的三個(gè)彈簧組件313。這個(gè)彈簧結(jié)構(gòu)允許彈簧336和337繞旋轉(zhuǎn)軸306以約60度的間隔圓周地布置。如前面講座，彈簧336和337對(duì)第二梳狀驅(qū)動(dòng)器312提供徑向剛度以防止在梳狀叉指321與327之間的卡咬。類(lèi)似于微致動(dòng)器301的微致動(dòng)器可以設(shè)有不多于或者多于六彈簧336和337，并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在向彈簧分配空間和向梳狀驅(qū)動(dòng)組件提供徑向剛度以提供旋轉(zhuǎn)力之間存在有折中。我們發(fā)現(xiàn)總體數(shù)量上三到六個(gè)彈簧336和337是優(yōu)選的。
微致動(dòng)器301的圓形并且從而是對(duì)稱(chēng)的構(gòu)形便于提供微致動(dòng)器沿旋轉(zhuǎn)軸306的質(zhì)心。這樣的平衡防止外來(lái)沖擊、振動(dòng)、或者加速度對(duì)環(huán)302的不良干擾。
本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器可以使用不是徑向延伸的梳狀驅(qū)動(dòng)組件。使用耦合的直線靜電微致動(dòng)器的舉例性推拉微致動(dòng)器在圖5中示出。其中的旋轉(zhuǎn)微致動(dòng)器401在某些方面與微致動(dòng)器101、微致動(dòng)器201和微致動(dòng)器301相似，并且用同樣的標(biāo)號(hào)說(shuō)明微致動(dòng)器101、201、301和401的相似的部件。微致動(dòng)器401包括一個(gè)旋轉(zhuǎn)構(gòu)件402，旋轉(zhuǎn)構(gòu)件402含有一個(gè)鏡支架，用于在微致動(dòng)器401上安裝一個(gè)伸出微致動(dòng)器401平面的微鏡403；以及一個(gè)固定在微鏡403上的T字形支架404。微鏡的輪廓示于圖5?？尚D(zhuǎn)的構(gòu)件402繞旋轉(zhuǎn)軸406轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)軸406垂直于平面的基片102延伸。旋轉(zhuǎn)軸406相交微鏡403于其反射表面403a并且在圖5中由標(biāo)號(hào)406標(biāo)成一個(gè)點(diǎn)。微致動(dòng)器401設(shè)有至少一個(gè)側(cè)407并且可旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件402相鄰于側(cè)407放置。微致動(dòng)器401有第一和第二微馬達(dá)408和409以及第一和第二連接器411和412，第一和第二連接器411和412用于分別把第一和第二微馬達(dá)408和409固定到支架404上。
第一和第二微馬達(dá)408和409基本上結(jié)構(gòu)上相同并且由上層116形成在基片102的頂上。微馬達(dá)每個(gè)包括至少一個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)組件并且優(yōu)選地包括至少一個(gè)第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件416和少一個(gè)第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件417。如圖所示，微馬達(dá)408和409每個(gè)包括復(fù)數(shù)的四個(gè)第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件416和平行對(duì)齊的復(fù)數(shù)的四個(gè)第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件471。第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件416成群并排地安置并且第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件417類(lèi)似地成群并排地安置。組件416的群與組件417的群并列。
梳狀驅(qū)動(dòng)組件416和417可以是任何適當(dāng)類(lèi)型的。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施中，梳狀驅(qū)動(dòng)組件與1999年12月7日發(fā)表的美國(guó)專(zhuān)利5,998,906和1998年8月17日歸檔的同期美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)系列號(hào)09/135,236中說(shuō)明的梳狀驅(qū)動(dòng)組件相似。每個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)組件416和417設(shè)有一個(gè)安裝在基片102上的第一梳狀驅(qū)動(dòng)組構(gòu)件或者說(shuō)第一梳狀驅(qū)動(dòng)器421，而第二梳狀驅(qū)動(dòng)器422重疊在基片上。每個(gè)第一梳狀驅(qū)動(dòng)器421由一個(gè)有第一和第二端部426a和426b的長(zhǎng)桿426形成。圖中所示是直線的多個(gè)直線的梳狀驅(qū)動(dòng)叉指沿桿長(zhǎng)度上的間隔開(kāi)的位置固定在桿的一側(cè)。梳狀驅(qū)動(dòng)叉指或者說(shuō)梳狀叉指從桿426垂直地伸出，并且如圖所示可以是相等長(zhǎng)度的并且沿其長(zhǎng)度有恒定的寬度。第二梳狀驅(qū)動(dòng)器422在結(jié)構(gòu)上與第一梳狀驅(qū)動(dòng)器421相似，并且每個(gè)由一個(gè)有第一和第二端部431a和431b的桿431形成。圖中所示是直線的多個(gè)直線的梳狀驅(qū)動(dòng)叉指沿桿長(zhǎng)度上的間隔開(kāi)的位置固定在桿431的一側(cè)。梳狀驅(qū)動(dòng)叉指或者說(shuō)梳狀叉指從桿427垂直地伸出，并且如圖所示可以是相等長(zhǎng)度的并且沿其長(zhǎng)度有恒定的寬度。梳狀叉指432基本上與梳狀叉指相同，但是相對(duì)于梳狀叉指427錯(cuò)開(kāi)。當(dāng)梳狀驅(qū)動(dòng)組件416和417在其倉(cāng)內(nèi)或者說(shuō)在靜止位置時(shí)，梳狀叉指427和432基本上沒(méi)有充分地交叉，優(yōu)選地如圖5所示部分地交叉。
一個(gè)細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件或者說(shuō)梭436包括在每個(gè)第一和第二微馬達(dá)408和409中。梭346有第一和第二端部436a和436b。每個(gè)桿431的端部431a固定到梭436上從而桿431從梭436的一側(cè)在梭端部436a和436b之間伸出。
第一和第二間隔彈簧構(gòu)件437和438包括在每個(gè)微馬達(dá)408和409中。彈簧構(gòu)件437和438可以是任何適當(dāng)?shù)念?lèi)型優(yōu)選地從至少一個(gè)長(zhǎng)的束狀構(gòu)件形成。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施中，彈簧437和438各由一個(gè)單個(gè)的這種束狀構(gòu)件構(gòu)成，相似于前面講座的彈簧構(gòu)件131和第二彈簧構(gòu)件132。彈簧437和438結(jié)構(gòu)上基本相同并且各包括沿彈簧的相反側(cè)布置的第一和第二防蝕用于前面講座的目的。第一彈簧437有第一和第二端部437a和437b而第二彈簧438有第一和第二端部438a和438b。彈簧第二端部437b固定到梭第一端部436a而彈簧第二端部438b固定到梭第一端部436b。結(jié)果，至少一個(gè)并且如圖所示所有第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件416和417放置在第一和第二彈簧437和438之間。當(dāng)梳狀驅(qū)動(dòng)組件416和417在其倉(cāng)內(nèi)或者說(shuō)在靜止位置時(shí)，第一和第二彈簧437和438優(yōu)選地垂直于梭436延伸。每個(gè)第一和第二彈簧437和438優(yōu)選地長(zhǎng)度近似梳狀驅(qū)動(dòng)組件416和417的長(zhǎng)度，從而第一端部437a和438a毗鄰梳狀驅(qū)動(dòng)桿426和431的第二端部426b和431b放置。一個(gè)附著塊439固定到每個(gè)彈簧437和438的基片102上，并且起把第一和第二彈簧的第一端部437a和438a固定到基片102上的作用。
第二梳狀驅(qū)動(dòng)器422、梭436及第一和第二彈簧437和438間隔空氣間隙118放在基片102上，從而電氣地與基片絕緣并且可以相對(duì)基片運(yùn)動(dòng)。這些結(jié)構(gòu)可以有任何適當(dāng)?shù)暮穸炔⑶覂?yōu)選地各有從10到200微米的厚度并且更優(yōu)選地約為85微米。第一和第二彈簧437和438包括在微致動(dòng)器401的裝置內(nèi)用于懸掛和可運(yùn)動(dòng)地在基片102上支承第二梳狀驅(qū)動(dòng)器422。
如圖5所示，第二梳狀驅(qū)動(dòng)器422可以沿直線的行走方向相對(duì)第一梳狀驅(qū)動(dòng)器421在在第一位置和第二位置之間運(yùn)動(dòng)，在所述第一位置中，第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)器的梳狀叉指427和432基本上沒(méi)有完全交叉，而在第二位置，梳狀驅(qū)動(dòng)器的梳狀叉指427和432基本上完全交叉。在其第二位置時(shí)，梳狀叉指432和在相應(yīng)的梳狀叉指427之間延伸并且接近但優(yōu)選地不接合第一梳狀驅(qū)動(dòng)桿426。當(dāng)?shù)诙釥铗?qū)動(dòng)組件417的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器422在其第一位置時(shí)，第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件416的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器在422其第二位置。相反，當(dāng)?shù)诙釥铗?qū)動(dòng)組件417的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器在其第二位置時(shí)，第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件416的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器在其第一位置。
第二梳狀驅(qū)動(dòng)器在422向其第一和第二位置的運(yùn)動(dòng)引起梭436沿相反的第一和第二直線方向相對(duì)于基片102運(yùn)動(dòng)。這樣的行走方向基本上垂直于長(zhǎng)的第一和第二梳裝驅(qū)動(dòng)組件416和417的布置。多個(gè)第一止動(dòng)器441固定到基片102上以限制第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件416向其相應(yīng)的第一梳狀驅(qū)動(dòng)器421的行程。多個(gè)類(lèi)似的第二止動(dòng)器442固定到基片上以限制第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件417向其相應(yīng)的第一梳狀驅(qū)動(dòng)器421的行程。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施中，第一和第二微馬達(dá)408和409并列地布置，從而相應(yīng)的梭436彼此平行地并排放置。梭436的第二端部436b各一般地指向微鏡403并且相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸406放在中心。
第一和第二連接器411和412以空氣間隙118隔開(kāi)放在基片102上，并且有一個(gè)固定到梭的第二端部436b上的第一端部，和一個(gè)固定到支架404上的第二端部。連接器411和412優(yōu)選地關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸406彼此之間對(duì)稱(chēng)地布置。第一連接器411把第一微馬達(dá)408的梭436固定到支架404的一側(cè)，而，第二連接器412把第二微馬達(dá)409的固定到支架404的另一側(cè)。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施中，每個(gè)第一和第二連接器有至少一個(gè)彈簧構(gòu)件或者說(shuō)連接彈簧，用于在梭436和；404之間提供非剛性的連接。在一個(gè)特別的優(yōu)選實(shí)施中每個(gè)第一和第二連接器411和412包括一個(gè)剛性的條466，剛性條466通過(guò)一個(gè)第一連接彈簧437在一端固定到梭436上，并且，通過(guò)一個(gè)第二連接彈簧448在另一端固定到支架404上。
在微致動(dòng)器401中包括電裝置，用于在其第一和第二位置之間驅(qū)動(dòng)第一和第二微馬達(dá)408和409的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器422。這樣的電裝置包括一個(gè)適當(dāng)?shù)目刂破骱碗妷喊l(fā)生器161，諸如通過(guò)多個(gè)電導(dǎo)線162電氣地連接到多個(gè)電極上的控制器和電壓發(fā)生器161。為了簡(jiǎn)化，控制器161和導(dǎo)線162沒(méi)有示于圖5中。每個(gè)這樣的電極基本上與上面對(duì)徵致動(dòng)器101討論的電極相似，包括通過(guò)相應(yīng)的導(dǎo)線454電氣連接到第一彈簧437的附著塊439上的第一和第二地線，用于把第一和第二彈簧437和438、梭436及每個(gè)微馬達(dá)408和409的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器422電氣接地。第一驅(qū)動(dòng)電極457要么直接地，要么通過(guò)導(dǎo)線458電氣連接到每個(gè)微馬達(dá)408和409的第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件416的第一梳狀驅(qū)動(dòng)器421上。而第二驅(qū)動(dòng)電極461要么直接地，要么通過(guò)導(dǎo)線462電氣連接到每個(gè)微馬達(dá)408和409的第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件417的第一梳狀驅(qū)動(dòng)器421上。每個(gè)微馬達(dá)408和409可以另外地設(shè)一個(gè)附加的止動(dòng)器463以限制梭436向可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件402的前向行程?？尚D(zhuǎn)構(gòu)件402的位置可以供選擇地以上面對(duì)微致動(dòng)器101討論的方式監(jiān)視。
在工作和使用中，控制器161可以用與前面對(duì)微致動(dòng)器101、201和301所討論的方式用于驅(qū)動(dòng)每個(gè)第一和第二微馬達(dá)408和409的第二梳狀驅(qū)動(dòng)器422，從而使微馬達(dá)408和409的梭436沿與基片102和旋轉(zhuǎn)軸406相反的方向行走。例如當(dāng)相等的電壓施加于第一微馬達(dá)408驅(qū)動(dòng)電極457和和第二微馬達(dá)409的驅(qū)動(dòng)電極461上時(shí)，引起第一微馬達(dá)408的梭436向軸406運(yùn)動(dòng)，并且引起第二微馬達(dá)409的梭436離開(kāi)軸406運(yùn)動(dòng)，從而引起第一和第二連接器411和412沿逆時(shí)針?lè)较蚶@軸406旋轉(zhuǎn)。以相似的方式，可以利用第一和第二微馬達(dá)408和409使可旋轉(zhuǎn)的構(gòu)件402沿順時(shí)針?lè)较蚶@軸406樞轉(zhuǎn)。施加到電極457和461用于旋轉(zhuǎn)微鏡403的適當(dāng)?shù)碾妷弘娢豢梢栽?0至200伏特范圍之間，并且優(yōu)選地從60至150伏特的范圍之間。在作用這樣的驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)微致動(dòng)器401可以在+/-10度的角轉(zhuǎn)動(dòng)，即在順時(shí)針和逆時(shí)針兩個(gè)方向都轉(zhuǎn)動(dòng)10度，總和上轉(zhuǎn)動(dòng)20度。
微馬達(dá)408和409的偏轉(zhuǎn)緊密地匹配可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的圓周運(yùn)動(dòng)。這樣如果直線的的微馬達(dá)408和409各可以進(jìn)行+/-30微米的運(yùn)動(dòng)，可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件402將旋轉(zhuǎn)稍小于arctan(30/R)，這里P是可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的有效半徑?？梢?jiàn)，角范圍取決于可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件402的有效周長(zhǎng)，有效周長(zhǎng)較小的可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件可以得到較大的角；而有效周長(zhǎng)較大的可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件可以得到較小的角。柔性連接彈簧447和448加強(qiáng)了梭436的縱向運(yùn)動(dòng)向微鏡403和支架404的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)換。
第一和第二微馬達(dá)408和409及第一和第二連接器411和412的對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，以及第一微馬達(dá)408和第二連接器411相對(duì)于第二微馬達(dá)409和第二連接器412的對(duì)稱(chēng)布置，保證正確的推-拉，從而微鏡和支架404繞旋轉(zhuǎn)軸406樞轉(zhuǎn)。在這方面，第一微馬達(dá)408和第二連接器411與第二微馬達(dá)409和第二連接器412相對(duì)于延伸在梭436和旋轉(zhuǎn)軸406之間的假想線對(duì)稱(chēng)。第一和第二連接器411和412連接到支架404上，并且策鏡403和支架404的尺寸和形狀做得使微鏡403的反射面403a在旋轉(zhuǎn)軸406處樞轉(zhuǎn)。
因?yàn)槭釥铗?qū)動(dòng)組件416和417要求的行程，以及從而梳狀叉指427和432的長(zhǎng)度相對(duì)較小，在微馬達(dá)408和409中可以使用非折疊的彈簧437和438。結(jié)果，在梳狀叉指的交叉里程中由彈簧437和438的彎曲產(chǎn)生的梳狀叉指427和432的側(cè)向運(yùn)動(dòng)不明顯。微馬達(dá)408和409的對(duì)稱(chēng)布置相對(duì)于第二微馬達(dá)409的梭436的側(cè)向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償了第一微馬達(dá)408的梭436的任何這樣的側(cè)向運(yùn)動(dòng)?？梢蕴峁┚哂姓郫B彈簧的推拉式微致動(dòng)器。
可以提供其它的實(shí)現(xiàn)直線靜電微馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)靜電徵致動(dòng)器，并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，可以提供使用兩個(gè)以上微馬達(dá)408和409的推-拉微致動(dòng)器。優(yōu)選地，任何這樣的旋轉(zhuǎn)微致動(dòng)器對(duì)稱(chēng)地繞微致動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)軸布置?？梢詷?gòu)想，這樣的微致動(dòng)器有在微致動(dòng)器的中心的旋轉(zhuǎn)軸，與微致動(dòng)器401中在一側(cè)的相反。
應(yīng)當(dāng)理解，本文中說(shuō)明的旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器可以設(shè)有預(yù)彎的彈簧或者在1999年12月7日發(fā)表的美國(guó)專(zhuān)利5,998,906和1998年8月17日歸檔的同期美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)系列號(hào)09/135,236中說(shuō)明的那種類(lèi)型的懸掛器，并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)。這種預(yù)彎的彈簧是非直線的，并且當(dāng)靜止在靜態(tài)的不偏轉(zhuǎn)的情況下處于“彎曲”的狀態(tài)。當(dāng)梳狀驅(qū)動(dòng)叉指交叉并且從而在交叉的過(guò)程中增加其軸向的剛度時(shí)這種彈簧的彈簧構(gòu)件向直線狀態(tài)伸直。這樣的旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器可以設(shè)兩個(gè)或更多的預(yù)彎彈簧，當(dāng)沿第一方向驅(qū)動(dòng)微致動(dòng)器的梳狀驅(qū)動(dòng)叉指交叉時(shí)一或多個(gè)伸直，而沿相反方向驅(qū)動(dòng)微致動(dòng)器的梳狀驅(qū)動(dòng)叉指交叉時(shí)一或多個(gè)伸直。使用這樣的預(yù)彎的彈簧的結(jié)果是提高了在或者接近梳狀驅(qū)動(dòng)器的最大行程處的彈簧伴隨結(jié)構(gòu)的剛度，這在有較大的偏轉(zhuǎn)的微致動(dòng)器中尤其是重要的。
可以提供體現(xiàn)本文中各種微致動(dòng)器特征的旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器。使用弧形驅(qū)動(dòng)叉指的旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器在形狀上可以是圓形的也可以是其它非圓形的形狀，諸如扇形，或者類(lèi)似圓的扇面或段的形狀?？梢栽O(shè)徑向延伸的折疊或者非折疊彈簧。這種彈簧在其靜態(tài)時(shí)是預(yù)彎的也可以是直線的。微致動(dòng)器的梳狀組件可以以一個(gè)半徑為中心也可以錯(cuò)開(kāi)半徑。在其靜止位梳狀驅(qū)動(dòng)叉指可以是間隔開(kāi)的也可以是部分交叉的，并且可以有各種形狀。
綜上所述，提供了一種提高了角運(yùn)動(dòng)范圍的旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器。微致動(dòng)器的一或多個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)組件中的側(cè)向不穩(wěn)定力被降低到最小，并且允許構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)伸出微致動(dòng)器的平面。微致動(dòng)器的旋轉(zhuǎn)軸可以毗鄰微致動(dòng)器的一個(gè)側(cè)面放置。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器，含有一個(gè)大體平面的基片；一個(gè)旋轉(zhuǎn)構(gòu)件重疊在基片上用于繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸垂直于平面的基片延伸；至少一個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)組件基本上徑向地從旋轉(zhuǎn)軸伸出并具有第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，第一梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件安裝在基片上，每個(gè)第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件都設(shè)有弧形梳狀驅(qū)動(dòng)叉指、第一和第二間隔折疊彈簧，及至少一個(gè)放置在第一和第二折疊彈簧之間的梳狀驅(qū)動(dòng)組件，每個(gè)第一和第二折疊彈簧都基本上是U字形的，并且有基本上徑向地從旋轉(zhuǎn)軸伸出的第一和第二束狀的彈簧構(gòu)件，每個(gè)第一彈簧構(gòu)件有一個(gè)第一端部固定到基片上，并且每個(gè)第二彈簧構(gòu)件有一個(gè)第二端部固定到第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件上，用于在基片上方懸掛第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件和旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件可以沿繞旋轉(zhuǎn)軸的行走方向在第一和第二位置之間運(yùn)動(dòng)，在所述第一位置中，第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的梳狀驅(qū)動(dòng)叉指基本上沒(méi)有完全交叉，而在第二位置，第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的梳狀驅(qū)動(dòng)叉指基本上完全交叉，從而第一和第二折疊彈簧允許第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件在第一和第二位置之間有較大的行走，進(jìn)而允許可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件繞旋轉(zhuǎn)軸較大的旋轉(zhuǎn)。
2.權(quán)利要求1所述的微致動(dòng)器，其特征在于，至少一個(gè)梳狀組件有一個(gè)長(zhǎng)度并且每個(gè)第一和第二彈簧有接近所述至少一個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)組件的長(zhǎng)度的長(zhǎng)度。
3.權(quán)利要求2所述的微致動(dòng)器，其特征在于，每個(gè)第一和第二彈簧構(gòu)件有接近至少一個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)組件長(zhǎng)度的長(zhǎng)度。
4.權(quán)利要求1所述的微致動(dòng)器，其特征在于，平面的基片有一個(gè)外半徑末端，并且第一彈簧組件的第一端部固定到平面基片的外半徑末端，鄰接第二彈簧構(gòu)件的第二端部。
5.權(quán)利要求1所述的微致動(dòng)器，其特征在于，每個(gè)第一和第二彈簧的第一彈簧構(gòu)件有一個(gè)第二端部，并且每個(gè)第一和第二彈簧的第二彈簧構(gòu)件有一個(gè)第一端部固定到相應(yīng)的第一彈簧構(gòu)件的所述第二端部上，一個(gè)弧形構(gòu)件與基片重疊并且至少部分繞旋轉(zhuǎn)軸延伸用于把第一彈簧的第一彈簧構(gòu)件的第二端部固定在第二彈簧的第一彈簧構(gòu)件的第二端部上，用于使第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的徑向行行走最小化，弧形構(gòu)件可以脫離旋轉(zhuǎn)構(gòu)件繞旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
6.權(quán)利要求1所述的微致動(dòng)器，其特征在于，進(jìn)一步含有附加的梳狀驅(qū)動(dòng)組件并且有第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，所述附加的梳狀驅(qū)動(dòng)組件基本上徑向地從旋轉(zhuǎn)軸伸出并且放置在第一和第二彈簧之間，附加的梳狀驅(qū)動(dòng)組件的每個(gè)第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件都設(shè)有弧形的梳狀驅(qū)動(dòng)叉指，附加的梳狀驅(qū)動(dòng)組件的第一梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件安裝在基片上，附加的梳狀驅(qū)動(dòng)組件的第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件與基片重疊，并且通過(guò)第一和第二彈簧的第二彈簧構(gòu)件的第二端部懸掛在基片上方，附加的梳狀驅(qū)動(dòng)組件的第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件可以在第一位置和第二位置之間運(yùn)動(dòng)，在所述第一位置附加的梳狀驅(qū)動(dòng)組件的第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的梳狀驅(qū)動(dòng)叉指基本上不充分地交叉，而在所述的第二位置附加的梳狀驅(qū)動(dòng)組件的第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的梳狀驅(qū)動(dòng)叉指基本上充分地交叉，在第一稱(chēng)謂的梳狀驅(qū)動(dòng)組件的第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件在所述第一位置時(shí)，附加梳狀驅(qū)動(dòng)組件的第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件在所述第二位置。
7.權(quán)利要求6所述的微致動(dòng)器，其特征在于，多個(gè)所述的梳狀驅(qū)動(dòng)組件和所述附加梳狀驅(qū)動(dòng)組件以總體上對(duì)著關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸約180度的角繞旋轉(zhuǎn)軸安排，以形成一個(gè)半圓有一個(gè)基本上沿半圓的直徑延伸的底，旋轉(zhuǎn)軸鄰接所述的底放置在半圓的中心。
8.權(quán)利要求1所述的微致動(dòng)器，其特征在于，多個(gè)所述的梳狀驅(qū)動(dòng)組件圓周地繞旋轉(zhuǎn)軸放置，并且多個(gè)成組地安排的這樣的第一和第二折疊彈簧圓周地繞旋轉(zhuǎn)軸放置，每個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)組件都放置在這些組之一的第一和第二折疊彈簧之間。
9.權(quán)利要求8所述的微致動(dòng)器，其特征在于，多個(gè)所述的梳狀驅(qū)動(dòng)組件關(guān)于旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)地放置。
10.一種旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器，含有一個(gè)基本平面的基片；一個(gè)旋轉(zhuǎn)構(gòu)件重疊于基片上用于繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)軸垂直于平面的基片延伸；和多個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)組件，每個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)組件具有一個(gè)第一梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件安裝在基片上和一個(gè)第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，每個(gè)第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件都設(shè)有弧形梳狀驅(qū)動(dòng)叉指、第一和第二間隔開(kāi)的彈簧，每個(gè)第一和第二彈簧都有一個(gè)第一端部固定到基片和一個(gè)第二端部固定到至少一個(gè)第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件上，用于在基片上懸掛第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件和旋轉(zhuǎn)構(gòu)件，第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件可以沿繞旋轉(zhuǎn)軸的行走方向在第一和第二位置之間運(yùn)動(dòng)，在所述第一位置中，第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的梳狀驅(qū)動(dòng)叉指和基本上沒(méi)有完全交叉，而在第二位置，第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的梳狀驅(qū)動(dòng)叉指基本上完全交叉，多個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)組件對(duì)著關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸約180度的角，以形成一個(gè)半圓有一個(gè)基本上沿半圓的直徑延伸的底，旋轉(zhuǎn)軸鄰接所述的底放置在半圓的中心。
11.權(quán)利要求10所述的微致動(dòng)器，其特征在于，每個(gè)第一和第二彈簧基本上徑向地從旋轉(zhuǎn)軸伸出，并且包括第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件的多個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)組件放置在第一和第二彈簧之間。
12.權(quán)利要求11所述的微致動(dòng)器，其特征在于，在第一梳狀驅(qū)動(dòng)組件的第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件在所述第一位置時(shí)，第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件的第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件在所述第二位置。
13.權(quán)利要求10所述的微致動(dòng)器，其特征在于，第一和第二彈簧的第一端部固定在基片上，鄰接旋轉(zhuǎn)軸。
14.權(quán)利要求10所述的微致動(dòng)器，其特征在于，每個(gè)第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的梳狀驅(qū)動(dòng)叉指都有近端部和遠(yuǎn)端部，每個(gè)近端部有一個(gè)寬度并且每個(gè)遠(yuǎn)端部都有不大于相應(yīng)的近端部寬度的寬度。
15.權(quán)利要求10所述的微致動(dòng)器，其特征在于，第一梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的梳狀驅(qū)動(dòng)叉指有不同的長(zhǎng)度，并且第二梳狀驅(qū)動(dòng)組構(gòu)件的梳狀驅(qū)動(dòng)叉指有不同的長(zhǎng)度。
16.權(quán)利要求10所述的微致動(dòng)器，其特征在于，至少一個(gè)第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的梳狀驅(qū)動(dòng)叉指有各自的，一條假想線互相連接與旋轉(zhuǎn)軸隔開(kāi)的梳狀驅(qū)動(dòng)叉指的末端。
17.一種旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器，含有一個(gè)基本平面的基片；一個(gè)旋轉(zhuǎn)構(gòu)件重疊在基片上，用于繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)軸垂直于平面的基片延伸；第一和第二直線微馬達(dá)，每個(gè)第一和第二直線馬達(dá)具有第一和第二間隔開(kāi)的彈簧和至少一個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)組件，所述至少一個(gè)梳狀組件具有第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，第一梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件安裝在基片上，每個(gè)第一和第二彈簧都有一個(gè)第一端部固定到基片上，和一個(gè)第二端部固定到第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件上，用于在基片上方懸掛第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件，每個(gè)第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件都設(shè)有梳狀驅(qū)動(dòng)叉指，第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件可以沿一個(gè)直線的行走方向相對(duì)于第一梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件在第一位置和第二位置之間運(yùn)動(dòng)，在所述第一位置中，第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的梳狀驅(qū)動(dòng)叉指基本上沒(méi)有完全交叉，而在第二位置，第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的梳狀驅(qū)動(dòng)叉指基本上完全交叉；一個(gè)第一連接器用于把第一微馬達(dá)的第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件固定到旋轉(zhuǎn)構(gòu)件上，和一個(gè)第二連接器用于把第二微馬達(dá)的第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件固定到旋轉(zhuǎn)構(gòu)件上，從而第一和第二微馬達(dá)的第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件向第二位置的運(yùn)動(dòng)引起旋轉(zhuǎn)構(gòu)件繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。
18.權(quán)利要求17所述的微致動(dòng)器，其特征在于，至少一個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)組件放置在第一和第二彈簧之間。
19.權(quán)利要求18所述的微致動(dòng)器，其特征在于，每個(gè)第一和第二微馬達(dá)的第一和第二彈簧沿垂直于相應(yīng)的第一和第二微馬達(dá)行走方向的方向延伸。
20.權(quán)利要求17所述的微致動(dòng)器，其特征在于，第一和第二連接器含有第一和第二連接彈簧。
21.權(quán)利要求17所述的微致動(dòng)器，其特征在于，第一和第二微馬達(dá)關(guān)于可旋轉(zhuǎn)構(gòu)件對(duì)稱(chēng)地放置。
22.權(quán)利要求17所述的微致動(dòng)器，其特征在于，第一微馬達(dá)的直線行走方向平行于第二微馬達(dá)的的直線行走方向。
23.權(quán)利要求22所述的微致動(dòng)器，其特征在于，第一和第二微馬達(dá)是并列的。
24.權(quán)利要求17所述的微致動(dòng)器，其特征在于，每個(gè)第一和第二微馬達(dá)具有所述的第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件，在第一稱(chēng)謂的梳狀驅(qū)動(dòng)組件的第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件在所述第一位置時(shí)，附加的梳狀驅(qū)動(dòng)組件的第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件在所述第二位置。
全文摘要
一種旋轉(zhuǎn)靜電微致動(dòng)器(101),包括:一個(gè)基本平面的基片和一個(gè)旋轉(zhuǎn)構(gòu)件(103)重疊在基片上用于繞旋轉(zhuǎn)軸(108)旋轉(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)軸垂直于平面的基片延伸。包括第一和第二間隔彈簧(113、114)和多個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)組件(106、107)。每個(gè)梳狀驅(qū)動(dòng)組件都一個(gè)第一梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件(111)安裝在基片上。每個(gè)第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件都設(shè)有弧形梳狀驅(qū)動(dòng)叉指(137、127)。每個(gè)第一和第二彈簧有一個(gè)第一端部(131a)固定到基片上,并且每個(gè)第二彈簧構(gòu)件有一個(gè)第二端部(131b)固定到至少一個(gè)第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件上,用于在基片上懸掛第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件和旋轉(zhuǎn)構(gòu)件。第二梳狀驅(qū)動(dòng)組件可以沿繞旋轉(zhuǎn)軸的行走方向在第一和第二位置之間運(yùn)動(dòng),在所述第一位置中,第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的梳狀驅(qū)動(dòng)叉指基本上沒(méi)有完全交叉,而第二位置,第一和第二梳狀驅(qū)動(dòng)構(gòu)件的梳狀驅(qū)動(dòng)叉指基本上完全交叉。
文檔編號(hào)G11B11/105GK1333943SQ99815672
公開(kāi)日2002年1月30日 申請(qǐng)日期1999年12月15日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月15日
發(fā)明者約漢·H·杰爾曼, 約漢·D·格拉德 申請(qǐng)人:躍龍公司