具有靜電微型致動器的光學微型開關及其使用方法

2023-06-05 08:38:06 2

專利名稱：具有靜電微型致動器的光學微型開關及其使用方法
技術領域：
本發明一般涉及光開關，尤其涉及具有多塊可移動鏡子的光學開並。
背景用於在光纖之間切換光或將自由空間光束切換到一條或多條光纖的開關，尤其對通信和數字數據網絡，一直深受關注。各種開關結構都令人感興趣，包括1×2、1×n和n×m的結構，其中n是從2到約64的某個數。各種各樣的原理都已應用於現有技術的開關，包括電光效應和機電致動器，而且應用這些技術的操作開關目前已有市售。現有技術的開關極為昂貴，而且尺寸很大。
現有技術的1×n機電光纖開關，通常或是移動輸入光纖以便與所需的輸出光纖聯繫，或是移動單塊鏡子使輸入光耦合至所需的輸出光纖，或者移動一折射光學元件直到獲得期望的耦合。通常，對每條光纖安置準直透鏡，用機電致動器切換準直光束。Minowa等人在美國專利No．4，322，126中描述了一例這樣的開關，其中使稜柱狀結構在輸入與輸出之間移動。Riza等人在美國專利No．5，208，880中描述了另一種現有技術的方法，即單塊鏡子經平移而將準直光束偏轉進入多條輸出光纖。許多方法都使用單塊旋轉鏡子使光纖耦合入多條輸出光纖，諸如美國專利No．5，647，030所描述的那樣。
現有技術的大多數方法都用單個機電致動器(直線或角形致動器)偏轉輸入光束，因為現有技術的機電致動器體大且價貴。單個機電致動器通常有一種精確地控制鏡子位置的機構，以便將光精確地耦合入輸出光纖。這種鏡子精密定位也增大了現有技術致動器的尺寸和成本，特別對於輸出光纖數多於兩根且不便用簡單的方法獲得所需位置解析度的情況更是如此。
大多數現有技術的光開關設計用於通信場合，這裡使用的光波長一般為1．5或1．3微米(紅外)。而且，許多現有技術的開關設計成與所謂的多模光纖聯用，尤其是應用於紅外光譜，這種光纖用於傳播光的中心纖心相當大。實現高度光耦合必需的定位精度為光纖中心纖心直徑的1／5的量級。大多數應用於紅外的多模光纖，纖心直徑約50微米，所以耦合的定位精度只須在約10微米以內，應用常規技術就能實現。
在許多光學系統中，最好應用一種所謂的單模光纖，它能實現更大的光學帶寬。這類光纖的纖心直徑，應用於紅外的約為8微米，與紅光聯用的約為4微米。這樣，這類系統要求的定位精度減至小於1微米，這比現有技術的多模光開關小了約10倍。
對於各種傳感與驅動應用，已經開發了利用矽集成電路處理技術製造的微結構。在這些和其它應用領域中，與常規的現有技術方案相比，微結構在成本、可靠性和性能方面均佔優。從成本、可靠性與便於組裝的觀點來看，集成型致動器，即同時用機構結構製造致動器的微結構佔有優勢。
各種驅動方法都已應用於集成型致動器即微結構，其中包括靜電、電磁、熱和熱氣(thermo pneumatic)。熱技術可提供大的力，但是響應時間較慢。電磁技術較為複雜，因為難以在平面結構中提供有足夠匝數的集成線圈，而且產生所需磁場必要的大電流導致高的功耗。靜電驅動對小尺寸規模很有吸引力，因為力隨著元件之間空隙的減小而增大。靜電元件消耗的功率容易減小，且操作速度通常只受制於該結構的機構響應特性。
在現有技術的靜電致動器中，驅動力一般僅用兩類驅動電極中的一類產生所謂的梳狀驅動指或平行板，平行板電容器產生的力正比於驅動電壓的平方，反比於板間間隙的平方。這一特點限制了這類致動器的有效移動範圍，因為在大間隙時，靜電力不能克服致動器支承的回覆彈力，而在間隙小於初始間隙約2／3時。若靜電力壓倒直線回復力，致動器就不穩定了。對於實際的微結構元件，平行板致動器的有效移動範圍小於10微米。諸如在授予Tang等人的美國專利No．5，025，346所描述的梳狀驅動致動器，其特點是有一系列叉指型電極，其電容可用來在大約等於梳狀指長度的移動範圍內提供相對恆定的動力，該長度可以做成大於100微米。每根指產生的力較小，所以實用的梳狀驅動致動器一般用10-200根指對微結構裝置產生適量的力。
現有技術的梳狀驅動裝置的一個難題是裝置的最大移動受制於所謂的機電側向不穩定性。在理想情況下，對每根指加的側力精確地平衡，然而，如果指未被約束成沿精確的間隙中心移動，電極將產生側力。雖然正向動力隨著增大偏轉幾乎保持恆定，但是側力隨著側邊偏轉而迅速增大。當側力相對側邊位移的導數大於橫向機械彈性常數時，就出現不穩定性。如果該導數超過電機支承結構的側向彈性常數，梳狀驅動將突然咬住(snap)斷側邊，使驅動電極短路，中斷致動器正向移動。現有技術裝置的這種現象可見之於Legtenberg、Groeneveld和Elwenspoek撰寫的論文「大位移梳狀驅動致動器」(載於《J．Micromech．Microeng》，Vol．6(1996)，pp．320-329)。他們的設計具有約40微米的最大位移。該論文中的設計技術描述了常規梳狀驅動致動器的最大位移，但是未描述更大偏轉的設計。
早期的梳狀驅動致動器應用由所謂的表面微機構加工工藝提供的多晶矽薄層來製造梳狀指和可動的橫向驅動元件。該多晶矽一般為1-2微米厚。由於這類裝置的橫向特徵尺寸相當於材料厚度，所以部件對平面外偏轉的抗偏離能力極低。隨著深度反應離子蝕刻(DRIE)的出現，允許在厚度一般為100微米的單晶矽中製作類似的結構。Klassen、Petersen、Noworolski、Logan、Maluf、Brown、Storment、Mccully和Kovacs在論文「矽熔融鍵合與深度瓜離子蝕刻一種微結構新技術。」(載於Proceedings of Transducers』95(1995)，pp．556-559)中描述了DRIE。這些更厚的結構可以提供更大的垂直電極區，並且平面外偏轉的抗偏離能力要高得多。最近，其它一些製造技術已用來增大厚度，並由此提高梳狀驅動結構的平面外抗偏離能力，這些製造技術中包括在光刻限定的模具中製造的較厚表面微機構加工多晶矽或電鍍金屬結構。這些製造技術本身都未被用來改進現有技術梳狀驅動結構有限的偏轉。
總之，本發明的一個目的是提供一種克服上述諸缺點的光學微型開關。
本發明的另一目的是提供一種上述特徵的光學微型開關，它應用至少一個靜電微型致動器其中具有至少一個梳形驅動組件。
本發明的再一目的是提供一種上述特徵的光學微型開關，其中把靜電微型致動器梳狀驅動組件的側向不穩定性力減至最小。
本發明的再一目的是提供一種上述特徵的光學微型開關，其中設置了將靜電微型致動器接到或耦合到外部裝置的裝置。
本發明的再一目的是提供一種上述特徵的光學微型開關，其中靜電微型致動器中梳狀驅動組件的諧振特性被用於獲得大的偏轉。
本發明的再一目的是提供一種上述特徵的光學微型開關，其中多個靜電微型致動器沿著微型開關的至少一條過道(hall)對準。
本發明還有一目的是提供一種上述特徵的光學微型開關，它應用了磁光數據存儲系統。
發明概述本發明提供開關和應用大偏轉高速微型致動器的光開關。光開關可應用於各種系統，諸如磁光數據存儲系統、通信系統或數據傳輸系統。微型致動器改進了懸掛設計、梳狀驅動元件、動態電氣驅動控制、正向位置停止動與位置檢測等。微型致動器可應用於各種設計或各種其它場合中的光開關，例如，橫向諧振器、力平衡式加速度計或超小型夾具。高的平面外抗偏離能力和／或較大的電極區可用來形成產生大的力與位移的微結構。
附圖簡述諸附圖在許多場合中都是示意圖並結合入和構成本說明書的一部分，這些附圖表示本發明的若干實施例，配合描述以說明本發明的原理。


圖1示出配用本發明的光學微型開關的磁光數據與檢索系統。
圖2示出圖1的磁光數據存儲與檢索系統的雷射器-光學組件。
圖3示出一條代表性光路，它包括使用一個與圖1的磁光數據存儲與檢索系統聯用的雷射源。
圖4a-4g示出圖1中磁光數據存儲與檢索系統的掃描光頭，分別是透視圖、側面剖視圖、擴展剖視圖、側視圖、正視圖、底視圖和後視圖。
圖5是用於本發明的光學微型開關的靜電微型致動器實施例的放大平面圖。
圖6是圖5的靜電微型致動器的平面圖，其中的鏡子處於縮回狀態。
圖7是圖5的靜電微型致動器的平面圖，其中的鏡子處於伸出狀態。
圖8是應用於本發明的光學微型開關的靜電微型致動器另一實施例的平面圖。
圖9是沿圖8中直線9-9截取的圖8靜電微型致動器的剖視圖。
圖10是沿圖8中直線10-10截取的圖8靜電微型致動器的剖視圖。
圖11是用於本發明的光學微型天關的靜電微型致動器再一個實施例的平面圖。
圖12是本發明的光學微型開關在製作中或操作狀態之前的平面圖。
圖13是圖12的光學微型開關的平面圖，一塊鏡子伸出，其餘鏡子完全縮回。
圖14是本發明光學微型開關再一個實施例的平面圖。
圖15是本發明光學微型開關另一個實施例的平面圖。
圖16是本發明光學微型開關再一個實施例的平面圖。
圖17是本發明光學微型開關另一個實施例的平面圖。
圖18是本發明光學微型開關再一個實施例的平面圖。
圖19是本發明光學微型開關又一個實施例的平面圖。
圖20是本發明光學微型開關的靜電微型致動器另一個實施例的平面圖。
圖21包含了一些曲線圖，它們使圖20的靜電微型致動器的往復位置與特定驅動電壓相關。
圖22是用於本發明光學微型開關的靜電微型致動器另一個實施例的平面圖。
圖23是圖22的靜電微型致動器的側向抗偏離能力安全邊際與偏轉的關係曲線圖。
圖24是用於本發明的光學微型開關的靜電微型致動器再一個實施例的平面圖。
圖25是圖24的靜電微型致動器的側向抗偏離能力安全邊際與偏轉的關係曲線圖。
圖26是圖24的靜電微型致動器的夾持力與夾持電極間距的關係曲線圖。
圖27是用於本發明的光學微型開關的靜電微型致動器另一個實施例的平面圖。
圖28是用於本發明不接鏡子的光學微型開關的靜電微型致動器又一實施例的平面圖。
圖29是圖28接有鏡子的靜電微型致動器的平面圖。
圖30是用於本發明的光學微型開關的靜電微型致動器又一個實施例的平面圖。
圖31是用於本發明的光學微型開關的靜電微型致動器再一個實施例的平面圖。
圖32是用於本發明的光學微型開關的靜電微型致動器又一個實施例的平面圖。
圖33是用於本發明的光學微型開關的靜電微型致動器另一個實施例的平面圖。
圖34是用於本發明的光學微型開關的靜電微型致動器再一個實施例的平面圖。
圖35是用於本發明的光學微型開關另一個實施例的平面圖。
發明描述現在參照附圖，圖1是一平面圖，示出磁光(MO)數據存儲與檢索系統的某些基本元件。在該圖和圖2至4中標出少量特定的細節，用來描繪適用於本發明的某一功能系統的一些基本元件。本發明不限於僅應用於一個具體的MO數據存儲系統和下述的MO數據存儲系統，還可應用於通信或其它系統。
參照圖1，系統95包括一組浮動頭106(其詳細情況在下面介紹)，這些掃描頭適於同多個(N個)MO盤107聯用。在一較佳實施例中，N為6，所以把6張盤107置成一堆(未示出)。每張盤107有兩面，設置有第一與第二相對的平面表面108。每個MO盤面108設置一隻浮動頭106，頭106利用懸架130和位於MO盤107表面上方的致動器臂105耦合到旋轉致動器磁鐵與線圈組件120。操作時，MO盤107由主軸電機(未示出)轉動以在浮動頭106與轉動的盤之間產生空氣動力學提升力，使每個浮動頭MO頭106在每張MO盤的數據記錄表面上方保持浮動(flying)狀態。提升力和懸架130提拱的反向彈力相反而相等。在不操作期間，每個浮動MO頭靜止地保持在存儲狀態，離開MO盤107的表面，通常位於盤面附近的夾具(未示出)上。當然，頭可以在非數據存儲區中登陸在盤面上；然而，這種方法並非是最佳方式。
系統95還包括雷射器-光學組件96，利用至少一個輸入光傳播元件或光纖98耦合到組件96的光開關或微型開關104，以及多組單模保偏(PM)光纖97。在示例性實施例中，每組單模PM光纖或輸出光傳播元件97，通過各自的一組致動器臂105和懸架130，耦合到各自的一組浮動MO頭106。相應地，至少6組兩條PM光纖97各自在一端光耦合到光開關104。每組這樣的PM光纖97在另一端耦合到一組的兩個浮動MO頭。應該理解，附圖中只示出示例性的PM光纖數。控制器111利用導線112電氣耦合到光開關104，向光開關提供電氣指令信號。控制器111可以是任何一種常規類型，並且包括輸入端，用於接收一個或多個控制信號；一系列放大器與電壓發生器，用於下述的每個致動器與梳狀驅動組件；可選機構，用於檢測梳狀驅動組件的位置；以及輸出端，用於發送輸出信號。
圖2示出圖1中磁光數據存儲與檢索系統的雷射器-光學組件96。正如現在參照圖2和3要說明的那樣，在每張盤107表面上進行讀取與存儲信息，都要求通過光纖將雷射器輸出傳送到浮動頭，使光輸出在盤面上精確地成像，並利用支承在盤面附近浮動頭106上的線圈產生磁場。圖2和3簡明地歸納了提供光源與磁場以便有選擇地在盤面上存取數據的理由。在圖2中，示出的雷射器-光學組件96包括一個工作於可見光或近紫外頻率區域的線性偏振的二極體雷射器源231，它發射的光能足以利用該組MO盤107進行讀寫。在第一實施例中，雷射器二極體源可以是RF調製式雷射源。在第二實施例中，線性偏振式雷射源231可以是分布反饋式(DFB)雷射源。在一示例性實施例中，線偏振式雷射源231選擇成工作於635-685nm範圍內；然而，其它波長的雷射源也可使用。雷射器-光學組件96還包括準直透鏡234、低波長色散漏洩分束器232和耦合透鏡233。雷射器-光學組件96引導線偏振輸出雷射束191(圖1所示)(從線偏振式雷射源231)射向光開關104。雷射器-光學組件96還包括1／4波板238、鏡子235、偏振分束器239和一組光電二極體或檢測器236。在第一實施例中，MO盤107表面108反射的線偏振雷射束192(圖1所示)被光開關104導向耦合透鏡233，並由漏洩分束器232傳送到差分檢測器，後者包括1／4波板238、鏡子235和偏振分束器239。在第二實施例中，光隔離器298設置在雷射源231與準直透鏡234之間。正如本領域眾所周知的，這類差分檢測法測量了反射的雷射束192中兩個正交偏振分量中的光能，差分信號是一組MO盤107表面上由克耳效應引起的偏振旋轉的敏感量度。在這兩個實施例中，經檢測器236轉換後，該差分信號經差分放大器237處理而作為信號294輸出。本發明並不限於上述的光學元件和光源設置，因為在本領域中，引導輸出雷射束191和檢測反射雷射束192的其它技術是眾所周知的。
圖3表示包括應用DFB雷射源的代表性光路。在一較佳實施例中，圖3的代表性光路包括光開關104、一組單模PM光纖97和一組浮動MO頭106。光開關104(下面再詳述)提供足夠的選擇性，引導輸出雷射束191(參照雷射源231)進入各條單模PM光纖97各自的近端。輸出雷射束191再經單模PM光纖97引導從各個遠端出射，從而通過浮動MO頭106射在各塊MO盤每個表面108下面的記錄／存儲層349上。
輸出雷射束191由任一合適的雷射源提供，較佳地由屬於分布式反饋(DFB)雷射源的線偏振式雷射源231提供。在寫信息期間，輸出雷射束191被光開關104有選擇地傳到MO盤107，從而通過將選擇的有關點340加熱到接近記錄／存儲層349的居裡點，減小記錄／存儲層349的矯頑力。較佳地，使輸出雷射束191的光強保持不變，同時用時變垂直偏置磁場限定垂直於MO盤107的「上」或「下」磁疇圖案。該技術稱之為磁場調製(MFM)。接著，隨著選擇的有關點340的冷卻，信息在各塊旋轉盤107的記錄／存儲層349內被編碼。
在讀出信息期間，輸出雷射束191(強度比寫時低)有選擇地發送到MO盤107，因而在任一給定的有關點340，根據該點340的磁疇極性，克耳效應(根據來自記錄／存儲層349的輸出雷射束191的反射)使反射的雷射束192具有順時針或逆時針方向363旋轉的偏振。
上述光路在本質上是雙向的。相應地，反射的雷射束192通過浮動MO頭106而接收並進入單模PM光纖97的遠端。反射的雷射束192沿著單模PM光纖97傳播並在其近端發射，接著由光開關有選擇地發送到雷射器-光學組件96，再轉換為信號294。
圖4a-4g表示磁光數據存儲的掃描磁光頭，是透視圖、側面剖視圖、擴展剖視圖、側視圖、正視圖、底視圖和後視圖。在圖4a中，浮動MO頭106在一組MO盤107的記錄／存儲層349上方使用。浮動MO頭106包括滑塊體444、空氣支承表面447、1／4波板(未示出)、反射基板400、物鏡446、磁性線圈460和磁軛462。滑塊體444的可以包括工業界標準的「小型」、「微型」、「毫微型」或「微微型」滑塊，但是也或使用另外尺寸的滑塊體444(由同浮動MO頭106聯用的諸元件的上述尺寸限制確定)。相應地，在該較佳實施例中，滑塊體444包括小型滑塊高度(889μm)毫微型滑塊(1600×2032μm)對應的平面覆蓋(footprint)區域。
單模PM光纖97沿軸向切口443耦合到滑塊體444，物鏡446沿垂直角形切口411耦合到滑塊體444。在較佳實施例中，雖然軸向切口443位於滑塊體周邊，垂直切口411位於滑塊體444的拐角，但是軸向切口443和垂直切口411也可位於浮動MO頭106上的其它位置，例如位於周邊與中心軸之間，或沿著中心軸本身設置。若光纖97和物鏡446不沿著中心軸定位，會影響磁光頭106的質量中心，由此影響其掃描動力學特性。相應地，浮動MO頭106與懸架的連接點可能要作調整，以便補償磁光頭106質量中心的偏離中心變化。較佳地，切口443和411可設計成溝道、V形槽或任一其它適合的裝置，使單模光纖97和物鏡446同浮動MO頭106相耦合對準。在該較佳實施例中，雷射束191和192橫過光路(進入和離開MO盤107的記錄／存儲層349)，該光路包括單模PM光纖97、反射基板400、1／4波板493和物鏡446。在該例中，單模PM光纖97和物鏡446位於其各自的切口內，使輸出雷射束191在有關點340內(見圖3)作為聚焦光點448實現聚焦。單模PM光纖97和物鏡446以後可用紫外固化樹脂等粘合劑固定在原位。
對於本發明，尤其要關注圖4c和4b。這兩張圖示出的物鏡446用於將光點聚焦在盤面349上的尺寸448內。光點通過磁軛462和低平的磁性線圈460聚焦，磁軛和線圈包括在支承結構461裡安裝在浮動MO頭底部或靠近物鏡446表面，不影響浮動MO頭106的空氣動力學浮動質量。
本發明的光開關或微型開關利用微型致動器平移光學鏡子。在這種微型開關或其它應用中的每個微型致動器至少包括一對為致動器提供動力的相對的梳狀驅動件。用於微型開關104一類的光學微型開關的一種簡型橫向梳狀驅動致動器如圖5所示，它是致動器101的頂視平面圖。致動器101的往復裝置109包括相互連接一起移動的第一和第二可動電極組件208、209。致動器10l還包括第一和第二分開的固定組件210。230，組件垂向延伸到致動器101的縱向中心線並位於該中心線的中央。第一可動組件208包括第一、第二和第三梳狀驅動件208a、208b、208c，每個驅動件垂直於組件208、209的移動方向延伸。第二可動組件209包括第一、第二和第三梳狀驅動件209a、209b、209c，每個驅動件垂直於組件208、209的移動方向延伸。致動器101與可動組件208、209及其固定組件210、230均利用諸如DRIE等合適的方法用矽片製造，其中熔融鍵合到某一區域內的襯底213的單晶矽薄層經蝕刻而形成可動組件208、209和固定組件210、230。單晶矽層與襯底213由厚的二氧化矽層電氣隔離，因而可動電極組件208、209與固定電極組件210、230電氣隔離。其它製造技術包括在局部犧牲層上方的絕緣襯底上對金屬結構作高縱橫比電鍍。這種工藝可參見Putty與Eddy的美國專利No．5，450，751，標題為「振動陀螺儀微結構」。得到的結構包括相對窄而高的懸簧結構、襯底的固定連接點和對結構的電氣連接能力。另外，例如在摻二氧化矽的局部犧牲層上澱積、形成圖案和蝕刻相對厚的多晶矽層，可以製作所需的結構。B．Wenk等人撰寫的論文「以力反饋操作的基於厚多晶矽的表面微機械加工的容性加速度計」(載於SPIE Proceedings，Vol．2642，標題《微機械加工的器件與元件》，Octiber，1995，pp．84-94．)描述了一例這樣的工藝。
可動電極組件208、209用細長的剛性框件或沿移動方向作縱向延伸的連接杆216互連。第一可動電極組件208在縱向間隔開的位置上接至連接杆216的一個端部，第二可動電極組件209在縱向間隔開的位置上接至連接杆216相對(或另一個)端部。延伸件218和託件或託架219包括在致動器101的連接裝置內，將鏡子103牢固地接至往復件109，由此接至可動電極組件208、209。託架219和鏡子130與往復件109和可動電極組件208、209的移動方向傾斜一個角度。
梳狀致動器208a、208b、208c、209a、209b、209c中的每一個都有一根接至連接杆216一端的杆或梁221，並從杆垂向伸出跨過致動器。每根杆221的長度範圍為200-2000微米，較佳地為700-1200微米，更佳地為接近800微米，它限定了各梳狀驅動件的長度。多個或一連串等長的梳狀件或指211平行於移動方向延伸，接至每條杆221。指211沿著每根梳狀驅動杆221的長度均勻地間隔開，每根指的長度範圍為5-200微米，較佳地為60-130微米，更佳地為接近90微米。指211的間隔距離範圍為3-25微米，較佳地為6-15微米，更佳地為接近10微米。梳狀驅動件208a、208b、208c的梳狀指211向耦合到致動器的鏡子103延伸，而梳狀驅動件109a、209b、209c的梳狀指211同時離開鏡子延伸。
第一固定電極組件210包括第一、第二和第三梳狀驅動件210a、210b、210c，第二固定電極組件230包括第一、第二和第三梳狀驅動件230a、230b、230c，每個梳狀驅動組件垂直於可動電極組件208、209的移動方向延伸。每個梳狀驅動件210a、210b、210c、230a、230b、230c都有一根裝在襯底213上的杆或梁222，且延伸通過致動器101。每根杆222的長度與杆221的長度相似，它限定了各梳狀驅動件的長度。尺寸和形狀與梳狀驅動指211大體相同的多個或一連串梳狀件或指212，以沿著杆222的長度間隔開的位置固定到梳狀驅動杆222。梳狀驅動件210a、210b、210c的梳狀指212離開鏡子103延伸，與梳狀驅動件208a、208b、208c的梳狀驅動指211相對，而梳狀驅動件230a、230b、230c的梳狀指212向鏡子延伸，與梳狀驅動件209a、209b、209c的梳狀驅動指211相對。
梳狀驅動指211交錯設置在指212內。致動器101每組相對的梳狀驅動件形成一個靜電驅動的梳狀驅動裝置或組件。每個這樣的梳狀驅動組件的梳狀驅動件208a、208b、208c、209a、209b、209c，相對於第一位置的各個梳狀驅動件210a、210b、210c、230a、230b、230c可移動，在圖6中關於梳狀驅動件208a、210a、208b、210b和208c、210c所示，其中各根梳狀驅動指相互間隔開；第二位置在圖5中相對於梳狀驅動件208a、210a、208b、210b、208c、210c、209a、230a、209b、230b和209c、230c示出，其中梳狀驅動指211、212不是叉指狀，但是在其間加上電壓電勢時就處於靜電接合狀態；對於第三位置，如圖7中關於梳狀驅動件208a、210a、208b和208c、210c所示，其中各根梳狀驅動指都相互呈叉指狀且處於靜電接合狀態。當相對的梳狀驅動件處於第二位置時，梳狀驅動指211、212、的自由端基本上結束沿一條直線垂直於往復件109移動方向的延伸。選擇指211、212之間的間距，確保在致動器101的最大允許驅動電壓下在整個偏轉範圍內的橫向穩定性。
固定組件210、230各自固定地接到襯底213，並用於驅動在第一或縮回位置與第二或伸出位置之間的第一和第二可動電極組件208、209。第一位置示於圖6，其中第一梳狀驅動件208、210處於間隔開位置，而第二梳狀驅動件209、230處於叉指狀位置；第二位置示於圖7，其中第一梳狀驅動件208、210處於叉指狀位置，而第二梳狀驅動件209、230處於間隔開位置。
往復件109和可動電極組件208、209由一組設置於電極組件208、209每一端的彈簧或摺疊懸臂梁214、217懸掛在襯底213上方。彈簧214在致動器101一端與第一梳狀驅動件208a間隔開，彈簧217在致動器101相對的另一端與第二梳狀驅動件209c間隔開。每組彈簧214、217都包括第一和第二間隔開的彈性部分224、225，當它們處於鬆開位置並由摺疊部分245接合在一端時，就垂直於移動方向延伸(見圖5)。彈性部分或梁224、225以間隔開的關係沿基本上梳狀驅動杆221、222的全長延伸且平行於梳狀驅動杆。彈性部分224、225各自具有相等的截面，基本上呈矩形。剛性支承或細長支杆的一端接合到每個彈簧214、217的摺疊部分245。每個彈簧214、217的第一端243接合到襯底213，而彈簧214、217的第二端244接合到梳狀驅動件208a、209b相對連接器杆216的梳狀驅動杆221各自的端部。
致動器101的懸掛部分使用高縱橫比技術設計，並且包括可動電極組件208、209、往復件109、彈簧214、217和剛性支承131，從襯底213平面外測得的高度範圍為20-300微米，較佳地為60-150微米，更佳地為接近80微米。
電氣連接裝置包含在致動器101內，讓控制器111電氣耦合到可動電極組件208、209和固定電極組件210、230。具體而言，設置了電接合片240、241、242形式的電氣連接裝置。電接合片242利用引線或線條271形式的引線裝置電氣耦合到第一和第二可動電極組件208、209。電接合片240、241通過各自引線或線條272、273形式的引線裝置電氣耦合到第一固定電極組件210和第二固定電極組件230。
在本發明中，彈簧最好呈現出橫向／正向彈性常數的高比值。在現有技術中，這是運用設置在對稱可動電極部分四個角上的4隻相對的彈簧或摺疊式懸臂梁實現的(見美國專利5，025，346中的圖1)。然而，在該現有技術設計中，隨著可動電極部分偏轉，大大削弱了彈簧的橫向抗偏離能力。
本發明認為不需要現有技術致動器設計的雙側對稱性和4隻彈簧。相反地，本發明只包括2隻彈簧或摺疊式懸臂梁214、217，它們在第一端243耦合到襯底213，在第二端244耦合到可動電極組件208、209。彈簧利用在其間延伸的懸掛剛性支承131接在其摺疊部分245。上述結構設計成用DRIE一類的高縱橫比技術製造，使它們設計成比現有技術更高的高度或型面(profile)。彈性部分224、225相當大的高度和矩形截面使彈簧214、217呈現較之現有技術更高的平面外抗偏離能力，即襯底213平面外的抗偏離能力。這種平面外抗偏離能力能阻止可動電極組件208、209在固定電極、平面外不希望有的彎曲，儘管可動電極組件只在彈簧214、217的端部243緊固到襯底213。
致動器101具有限制往復前後移動並允許控制器111監視往復件109的位置，特別是監視往復件處於其圖6所示的完全縮回位置還是圖7所示的完全伸出位置的裝置。機械止動塊261牢固地形成在襯底上，設置在第一或正向限制器262和延長部218上的第二或反向限制器263之間。往復件109的正向移動受到止動塊261與正向限制器262接合的限制，而其反向移動受到止動塊與反向限制器253接合的限制。止動塊261利用襯底213上形成的導線或線條274電氣連接到同樣在襯底213上形成的電接合片264。電接合片264允許止動塊261電氣耦合到控制器111。止動塊261與一個限制器262或263接合，就閉合了電接合片264和242間的電路。
在操作本發明的致動器101的一種方法中，控制器111通過一組致動器101中的各個電接合片240或241，將相對於加給電接合片242的電位的電壓有選擇地加給固定電極組件219或230的梳狀指212，以便靜態地偏轉可動電極組件208、209，從而偏轉在圖6所示的縮回位置與圖7所示的伸出位置之間的延伸部分218和相關聯的致動器101的鏡子103。在接合梳狀驅動件之間的靜電吸引力通過叉指結構接近恆定。
通過斷開固定電極組件230上的恆定電壓，使鏡子103相對正向限制器262朝延伸位置擺動，可在致動器101中實現延伸狀態。之後將恆定電壓加到另一固定電極組件210，使鏡子103保持在延伸位置293。接著，去除固定電極組件210上的恆定電壓，再對固定電極組件230加上固定電壓，鏡子103就可縮回。
在往復件109的每個半行程中，往復件首先被彈簧214、217從其偏轉位置拉回到它的鬆開位置，見圖5，之後被電極組件208、210或209、230之間的協同靜電接合拉到它的另一個偏轉位置。
橫向梳狀致動器101的性能依賴於若干因素，其中包括彈簧214、217的正向與側向抗偏離能力及梳狀驅動指211、212的相對尺寸。在致動器101的允許工作電壓和尺寸同鏡子102所產生的位移和切換速度之間存在著性能上的折衷。以低的工作電壓實現大偏轉的傳統方法，是將電極間的間距減至最小以產生最大的正向力，並運用低正向抗偏離能力的彈簧產生大的正向位移。此法常用於薄的多晶矽致動器，其中平面外低的抗偏離能力阻止了使用大的工作電壓。然而，在使用相對較厚的結構時，這類設計並非最佳。當電極間的間距減小時，雖然每個指的正向力增大了，但是橫向力增大得更快。在設計一種大偏轉或大的力的高速致動器時，較佳的設計方法是先確定該結構能支持的最大電壓，然後選擇在最大電壓時導致最小橫向不穩定性的電極間距。接著，由彈簧抗偏離能力和移動元件的質量限定致動器的最大位移與速度。
本發明解決了上述諸問題，同時將致動器的尺寸以及光學微型開關104上致動器佔用的空間減至最小。在現有技術中，梳狀指未被限制成足以防止相對微型開關104中心軸的平行移動，即垂直於致動器101的移動方向的平行移動，因而在指間產生的足夠大的側向力使可動電極組件突然朝側邊撞擊而不是繼續向伸出或縮回位置移動。當相對於側向位移的側向力在導數大於彈簧的橫向機械彈性常數時，這種不穩定性就產生了。
彈性部分或梁狀構件224、225可比梳狀驅動杆221、222更長或更短。具體而言，彈性部分224、225的長度範圍為200-2000微米，較佳地為800-1200微米，寬度範圍為3．5-5．5微米，較佳地為3．75-4．25微米。圖5所示的彈性部分224、225的長度至少等於致動器101的梳狀驅動杆221、222的長度。致動器101的長度接近800微米，寬度接近2500微米，高度接近80微米。
圖5示出的梁或彈簧214、217處於不偏轉或鬆開位置，其中每個梁狀構件或梁224、225以垂直於往復件109運行的方向直線延伸。當各塊鏡子103處於縮回位置時，梁224、225都能沿電極組件209的一個移動方向移動到圖6所示的第一偏轉位置。當各塊鏡子103處於伸出位置時，梁214、217也能以與電極組件209移動相反的方向移動到圖7所示的第二偏轉位置。當梁214、217處於其各自的第一和第二偏轉位置時，它們就處於非直線即彎曲的位置。具體地說，當各個彈簧214、217從直線或鬆開位置移到偏轉或彎曲位置時，每根梁224、225的相對端沿相反方向移動，每個這樣的方向平行於往復件109的移動方向。在彈簧處於其不偏轉或鬆開位置時(圖5所示，在圖2和3分別示出的縮回和伸出位置的中間)，就出現梁或彈簧214、217的最大側向抗偏離能力，即垂直於往復件109移動方向的方向中的抗偏離能力。可以看出，當如圖5那樣不偏轉時，彈簧214、217就處於直線狀態。
由桁架216組成的往復件109還提高了致動器101對橫向負載的整個剛度和撓曲，減小了往復件109的總質量。本發明固有的抗偏離能力不要求以現有技術應用的雙向對稱性來設計致動器101，可使致動器101的寬度減小將近一半。寬度減小後，可把成組致動器101相互更緊密地裝在微型開關104裡，從而在給定的雷射束191長度內，允許微型開關裡有更多的致動器。
本發明另一個致動器實例包括用於改進圖8所示致動器性能的附加特點。在圖8的致動器101和180中，同樣的標號表示同樣的元件。致動器180包括圖4和5所示的第一與第二犧牲杆246和247，它們相對於彈簧214設置在每個彈簧或梁部分224、225的旁邊，以確保均勻的蝕刻和所需的梁部分的矩形截面。每根犧牲杆的高度接近毗鄰梁部分的高度，沿著梁部分的每邊提供一條窄槽248。梁部分與各犧牲杆之間的間距(即每條槽248的寬度)相當於器件中最小的蝕刻特徵。在致動器180中，梁部分與每條犧牲杆之間的間距接近8微米。通過限制側面226、227的倒蝕刻(retrograde)，犧牲杆246、247有利於形成平行的平面側面226、227。具體而言，槽248的寬度禁止除了以平行於槽的方向移動的離子以外的離子進入該槽而參與蝕刻側面226、227。
在致動器180的示例性操作方法中，致動器101的第一與第二可動電極組件208、209起初是靜態，位於伸出與縮回位置的中間，如圖8所示。在伸出位置中，延伸部分218靠著正向限制器262，第一和第二可動電極組件208、209靠著至少一個，並且如圖8所示，三個第一固定止動塊293接到襯底213。對每個梳狀驅動件208a、208b和209c都設置一個止動塊293。止動塊261向接至延伸部分218的正向限制器261接合。在縮回位置中，延伸部分218靠著反向限制器263，第一第二可動電極組件208、209靠著至少一個，而且如圖8所示，三塊第二固定止動塊292接至襯底213。對每個梳狀驅動件209a、209b、209c都設置一塊止動塊292。止動塊261接合接至延伸部分218的反向限制器263。止動塊292、293有助於鏡子103在光學微型開關104中定位的重複性。
致動器101和108可以應用某種工藝製造，該工藝類似於Klassen、Petersen、Noworolski、Logan、Maluf、Brown、Storment、McCully和Kovacs等人在Proceedings of Transducers』95(1995)，pp．556-559中描述的工藝，其中底部矽片或襯底213中的淺腔可形成懸掛的或可動的彈簧214、217、梳狀驅動件208、209等。如圖9所示，在希望有移動結構的區域中，在底部矽片或襯底213內蝕刻出深度在5-50微米(較佳地為10微米)的淺凹槽170。第二塊即頂部矽片173利用二氧化矽層171熔融鍵合到襯底213，所述二氧化矽層171的厚度為0．1-2．0微米，更佳地為1．0微米。然後可把頂部矽片173研磨拋光到所需的厚度。在頂部矽片的頂表面176上形成金屬層174，用於電接合片240、241、242、246、目視指示器、等等。最後運用深度反應離子蝕刻技術蝕刻頂部矽片173，得到需要的高縱橫比結構。最後的DRIE矽蝕刻在出現二氧化矽層171的地方中止，並繼續蝕刻到沒有層171的襯底213。該工藝形成諸如彈簧214、217、可動電極組件208、209、剛性支承131和連接器桁架216等懸掛在襯底213上方的可動單晶矽結構，並通過具有淺腔170厚度的氣隙172與襯底電氣隔離。諸如引線裝置286、287和止動塊292、292等附加結構則固定地接到襯底213，但通過二氧化矽層171與襯底電氣隔離，並由氣隙175與周圍部件電氣隔離。
在諸如切換一類的某些應用中，獨立地驗證鏡子103的位置很重要。當致動器180中的鏡子103處於伸出位置時，可動電極部分208的正向限制器262處於同止動塊261接合和電接觸。止動塊261利用引線274電氣耦合到電接合片264，後者可以電氣耦合到控制器111。同樣地，當鏡子103子保持在縮回位置時，反向限制器263處於同止動塊261接合和電接觸，這樣由引線274電氣耦合到電接合片264。因此，控制器111能以電學方式檢測可動電極組件208、往復件109和鏡子103的位置，以便確認和／或監視微型開關104的狀態。限制器262、263和止動塊261、292、293都包含在致動器180的移動止動裝置裡。
用於監視往復件109和可動電極組件208、209位置的其它裝置，都可設置在本發明的致動器中，例如，利用包含在控制器裡的常規算法測量可動梳狀驅動件的梳狀驅動指211與協同互接合靜止梳狀驅動件210a、210b、210c、230a、230b、230c的梳狀驅動指212之間的電容，控制器111就能確定可動梳狀驅動件208a、208b、208c和209a、209b、209c的位置。例如，控制器111可以將從送給梳狀驅動件的驅動信號中分離出來的信號發送給致動器，用於測量這種電容。這種方法無須在諸如上述的移動止動裝置等電極之間作物理接觸。或者，在形成致動器以在彈性部分中形成壓電電阻器期間，可以沿著一個或多個彈性部分或懸架224、225的第一與第二相對的垂直側邊摻雜矽材料。可以用設置在控制器111裡的常規算法，測量出在彈簧214、217偏轉期間該壓電電阻器的電阻變化(對應於懸架224、225的應力變化)，以確定往復件108與鏡子103相對於襯底213與固定電極組件210、230的位置。
本發明的再一個致動器實施例示於圖11，致動器601基本上類似於致動器101，用同一標號表示同樣的元件。與致動器101中一樣，致動器601包括接合在一起而聯動的第一與第二可動電極組件208、209及第一與第二分離的固定電極組件210、230。電極組件208、209、210、230垂直於致動器的縱向中心線延伸且位於該中心線的中央。致動器601與致動器101的不同之處在於，第一可動組件208隻包括第一梳狀驅動件208a，它垂直於組件208、209的移動方向延伸。第二可動組件209隻包括第一梳狀驅動件209a，它垂直於組件208、209的移動方向延伸。由於致動器只包括單個梳狀驅動件208a、209a，而致動器101包含梳狀驅動件208a、208b、208c、209a、209b、209c，所以致動器101提供的動力將近致動器601的3倍。為實現所需要偏轉，設計致動器601的懸掛時必須考慮到這一動力的減小。正如下面將要描述的，應用單對梳狀驅動件208、209縮短了致動器601的總長度，從而製得更緊湊的光學微型開關。
圖12示出按本發明製作的光開關104的第一實施例的頂視平面圖。開關104包括一個做成微晶片100形式的基本上平面的組件或設備，它包括圖示的至少一個或12個橫向梳狀驅動致動器180，裝載於厚度接近500微米的矽片或襯底213。每個靜電驅動的致動器或電動機180有一個耦合至鏡子103的往復裝置或往復件109，鏡子103相對於襯底或本體213垂直設置。由輸入光纖98傳送的雷射束191被引導通過開關104的輸入端或入口150，在沿開關104的縱向中心軸113的通路繼續傳播之前，通過準直透鏡102。與光開關104聯用的典型雷射束191、192可以具有約100至200微米的直徑。如圖12所示，在輸入口150除去輸入光纖98的護套，之後包層光纖98沿著在其中形成的入口槽156伸入微晶片100。準直透鏡102置於光纖98末端旁邊。在圖12的較佳實施例中，透鏡102是一種普通的超小型漸變折射率準直透鏡。或者，透鏡102可以是普通的超小型模製透鏡或普通的球形透鏡，這些都在本發明的範圍內。光纖98的末端位於開關104內，從而處於準直透鏡102的焦點上。透鏡102在光束191進入微晶片100的主通道或過道157之前先對它準直。應該理解，可以在過道入口設置不帶透鏡102的光開關104。另外，可將準直的輸入雷射束191通過自由空間導入輸入口150，即不必使用入口光纖98，這也在本發明的範圍內。
在圖12中，示出的致動器或微電動機180製作在靜止的或原來的位置上，在伸出與縮回位置中間。致動器180分成第一組6隻致動器180a和第二組6隻致動器180b，第一組致動器180a沿著第一間隔開的虛線間隔開且平行於微晶片100的縱向中心軸113，第二組致動器180b沿著第二間隔開的虛線間隔開且平行於微晶片100的中心軸113。致動器180a和180b置於中心軸113的相對兩側，因此相互相對。致動器180的鏡子103相對於軸113傾斜45度角，通常面對輸入口150。第一致動器180a的鏡子103引導光束191通過90度的角度，使光束191沿垂直於中心軸的第一方向延伸而朝向設備的右側。第二致動器180b的鏡子103引導光束191通過90度的角度，使光束191沿垂直於中心軸的第二方向延伸而朝向設備的左側。這樣，第一致動器180a的鏡子103沿與第二致動器180b的鏡子相對的方向引導光束191。
與第一致動器180a的鏡子103對準的第一組6個輸出口或出口151設置在微晶片100的右側，與第二致動器180b的鏡子103對準的第二組6個輸出口151設置在微晶片100的左側。出口槽161從每個埠151向內延伸到過道157，把各條輸出光纖97送到接近鏡子103的某一點。每條光纖97的護套(未示出)起始於出口151。應當理解，可以設置相對於光開關軸線有不同傾斜角度的鏡子。透鏡102設在鏡子103與各條輸出光纖97的進入面之間，用於將光束191聚集入光纖97。雖然圖中把光開關104表示成耦合到單模PM光纖97，但是開關104可同任一合適的光纖耦合，這也在本發明的範圍內。
一對透鏡102沿著縱向軸線113串行設置在過道157的中央或中間。第一或上透鏡102設置得比輸出光纖97附近的透鏡102約低4毫米，用於再聚焦雷射束191。位於過道157中間的第二或下透鏡102，隔開從透鏡102上方出射的光束191的兩倍焦點，對沿著過道157下半部中的縱向軸線113傳播的雷射束191重新準直。
如圖13所示，操作時，一塊特定的鏡子103a在控制器111引導下，靠各自的致動器180b完全伸出到光束191光路中的某一位置，而其餘的鏡子103b在控制器111指導下，完全縮入光束191光路外的某一位置。光束191從該特定伸出的鏡子103a反射，於是被鏡子103a有選擇地導向各自的輸出口151和與其耦合的輸出光纖97。從輸出口151出射的光束191可以導向通過自由空間，或被第二光纖和／或透鏡97導向目的地。光束192也可從任一輸出口151導向輸入口150。在上例中，可以看到，每塊鏡子103能在全部縮回與全部伸出位置之間位移的距離至少是光束191的寬度。與光開關104聯用的典型雷射束191的直徑範圍約為100-200微米，要求致動器180實現鏡子103至少達到這一直線位移。如前所述，現有技術的致動器在適當的切換速度下，一般只能作40微米位移。
由於本發明用鏡子103耦合輸入口150與特定輸出口151之間的光束191，因此使用的鏡子的質量很重要。為了把吸收、散射和散焦造成的光損失減至最小，鏡子103表面必須具有反射性、光滑而平坦，對於少數關鍵的應用，可在器件製造期間在適當位置把鏡子103形成為蝕刻表面的垂直壁。鏡子103可用極薄的矽片單獨製作，然後在延伸部分218上與託架219對準，並用任何合適的粘合劑688粘牢，如圖10相對於致動器601所示，粘合劑有NorlandNEA 123M，這是一種紫外激發的粘合劑，由位於新澤西州New Brunswick的Norland Products公司出售。鏡子103可以用薄矽片691製作，其由金等任何合適的反射性金屬組成的層692用薄粘合層693固定到矽片691，薄粘合層693用鉻或任何其它合適材料製成。製作層692的其它合適的反射性材料包括鋁和銀，製作粘合層693的另一種適合的材料包括鈦。矽片691的厚度範圍為20-300微米，最好接近80微米，反射層的厚度範圍為0．05-0．30微米，最好接近0．15微米。粘合層的厚度接近0．005微米。金屬層以在室溫下將其剩餘內應力減至最小的方式澱積。矽厚度與金屬厚度之比大，也可將塗層與矽的熱膨脹速率不同所造成的鏡子彎曲減至最小。得到的鏡子具有金或其它反射性金屬的高反射率和拋光矽的低表面粗糙度與高平坦度的特點。
其它的層或塗層可選地澱積在反射層692上，以增大鏡子103的反射率。在圖10所示的鏡子103中，把多個介質對696設置在反射層頂部，每對696層包括澱積在較低折射率層698上的較高折射率層697。在鏡子103應用於諸如微型開關180的光學微型開關的場合，層698的厚度都相當於雷射束191、192的1／4波長。層697合適的材料包括氧化鈰與氧化鈦，層698使用的材料包括氟化鎂與二氧化矽。
可以提供具有其它微型致動器布局的本發明的光開關，用於有選擇地重新引導已被輸入光纖98導入該開關的雷射束191。圖14示意性表示的光學微型開關830用微晶片831形成，而微晶片831用上述相對於開關104描述的任何合適的方法製作。用同一標號表示微型開關104與830中的同一元件。光開關830包括一個耦合到進入光纖98的入口832和多個出射口或出口833，其中出口833沿著開關830的一側間隔開且耦合到各個輸出光纖97。沿著開關830的中央通道或過道837，縱向中心軸線836平行於入口832且垂直於出口833而延伸。第一組8隻致動器或微型致動器180a沿著第一虛線縱向間隔開，所述第一虛線與光開關830的中心軸線836平行延伸且間隔開。第二組4隻致動器或微型致動器180b沿著第二虛線縱向間隔開，而第二虛線與軸線836平行延伸且間隔開。縱向軸線836在第一組致動器180a與第二組致動器180b之間延伸。這樣，致動器或微型致動器180a與180b相對。
致動器180a包括裝在託架219a上的鏡子103a，致動器180b包括裝在託架219b上的鏡子103b，鏡子103a、103b都大體上類似於上述的鏡子103。鏡子103a、103b一般面對輸入口832。透鏡102置於每塊鏡子與槽838之間，槽838將光纖97送到各個出口833。鏡子103a、103b相對於縱向軸線836傾斜45度，將射在其上的雷射束191再通過90度的角度。在每個致動器180a中形成託架219a，從而裝在其上的鏡子103a以相對於致動器180a的正方向偏轉雷射束191。在每個致動器180b中形成託架219b，從而裝在其上的鏡子103b以朝致動器180b的方向偏轉雷射束191。這樣，鏡子103a、103b都以多個平行方向偏轉雷射束191，因而是單方向，雷射束總是從光開關830的一側出射。
微型致動器180a沿著微晶片831的第一虛線以四組背-背對設置。這樣，每對相鄰的致動器180a的延伸部分218a、託架219a與鏡子103a都沿著這種致動器180a的毗鄰側設置。致動器180a在微晶片831中的這種布局使兩個最遠端的鏡子103a更靠近微型開關830的中心，從而縮短雷射束191、192在微型開關內的路長。結果，輸入準直透鏡102可以更加向微型開關830內部定位。致動器180a的背-背布局還允許兩塊中心透鏡102設置在最中央的兩個致動器180a的前面，進一步縮短了雷射束191、192的路長。
輸入雷射束191從入口832沿縱向中心軸836傳播，直到它與控制器111選擇的鏡子103a、103b接合。第一致動器180a的鏡子和往復件109可從第一或縮回位置(其中鏡子103偏出雷射束191的光路)移動到第二或伸出位置(其中鏡子的反射面置於雷射束的光路中)，從而引導雷射束通過各自的出口833。第二致動器180b的鏡子103和往復件109可從第一或縮回位置(其中鏡子103b偏出雷射束191的光路)移動到第二或伸出位置(其中鏡子的反射面置於雷射束191的光路中)。
每個致動器180b的延伸部分218和託架219如此構成，即在鏡子103b處於其縮回或離開光路位置時，它們就離開雷射束191。為了使鏡子103b和託架210如此縮回而離開雷射束191的光路，致動器180b要求比致動器180a更大的移動或偏轉，因為鏡子103b和託架219b是相對於進入的雷射束191對準的。例如，與致動器180a相比，圖13中的致動器180b要求附加偏轉50微米。因此，致動器的梳狀驅動組件中的梳狀驅動指211、212，要比致動器180a中對應的元件更長。尺寸增大要求對致動器180b有更大的驅動電壓。雷射束191的方向從光開關830沿多個平行方向向外，於是為單方向，減小了其中裝有開關830的光學數據存儲系統95的複雜性。
有選擇地將輸入雷射束191從光開關一側沿單方向向外引導的另一種光開關示於圖15。這裡的光學微型開關851與光學微型開關104和830相似，用同樣的標號表示光學微型開關104、830和851中同樣的元件。細長的光開關851用微晶片852形成，在其一端有一個入口853，在其一側有12個間隔開的出口754。沿著光開關的通道或過道857，縱軸平行於入口853且垂直於出口854延伸。開關851的兩組透鏡對102置於過道857內，隨著雷射束191通過過道857向上傳播，對光束191再聚焦和再準直。兩組透鏡對102將過道分為三段，每段約長4毫米。
沿著與縱軸856平行延伸且間隔開的虛線，把12個致動器180設置在縱向間隔開的位置中。每個致動器180的鏡子103相對於縱軸856傾斜45度，以重新引導雷射束191通過90度的角度。每個致動器180的鏡子103裝在託架219上，這樣通過致動器180背端附近的各個出口854，將雷射束191向後朝致動器180引導。入口光纖98耦合至入口853，出口光纖97耦合至每個出口854。透鏡102置於每個鏡子與槽858之間，槽858將光纖97送到各個出口854。每塊鏡子103利用各自致動器180的往復件109可在第一或縮回位置(其中鏡子103偏出雷射束191的光路)和第二或伸出位置(其中鏡子103處於雷射束191的光路中)之間移動。應當理解，光開關830可以配備致動器180，將雷射束191向致動器的前面引導，這包括在本發明的範圍內。在其利用襯底213的表面積方面，光開關851的設計是有效的。
圖16示出本發明的再一個光開關的實施例，其中輸出雷射束191隻從光開關的單側出射。這裡的光開關901用微晶片902形成，其單個輸入口903耦合到微晶片902一側上的輸入光纖98。微晶片902中設置的槽906用於承載來自入口903的輸入光纖98。像入口903那樣，耦合到PM光纖97的12個出口904在微晶片902的同一側間隔開。
與上述鏡子103基本上類似的第一與第二定向鏡907、908包括在光開關901裝置中，用於分別沿著微晶片902的向下延伸通道或過道911或向上延伸通道或過道912交替地引導雷射束191。過道911、912沿著間隔開且相互平行延伸到微晶片902側邊的各條縱軸913、914延伸。鏡子907、908相對於軸913、914傾斜45度，通常各自面向入口903。橫軸916從入口903垂直於軸913、914延伸通過微晶片902。
第一定向鏡907接至致動器601，在光開關901內可從第一或縮回位置(其中鏡907處於向上位置，偏出沿橫軸916延伸的雷射束191的光路)和第二或伸出位置(其中鏡907處於向下位置，在雷射束191的光路內)向上和向下移動，這樣使雷射束偏轉通過90度角度，使光束191沿著第一光路向下延伸，而第一光路沿著開關的第一縱軸913延伸。
第二定向鏡908置於第一鏡907後面，並用從微晶片902蝕刻出的託架917牢固地裝到微晶片902。當第一鏡907處於其縮回位置時，輸入雷射束191與鏡908接合。第二鏡908引導光束191向上通過90度角度，使光束沿著第二光路和微晶片902第二縱軸行進。
多個第一致動器180a沿著第一虛線縱向間隔開，第一虛線平行於第一縱軸913延伸，而在同樣平行於縱軸913延伸的第二虛線上設置了至少一個第二致動器，圖示為單個180b。4個致動器180a基本上與第二致動器180b相對，縱軸913在致動器180a與180b之間延伸。第一致動器180a包括四個致動器841、842、843和844，它們按從下過道837的頂部到底部的順序沿第一虛線縱向間隔開。致動器841、842沿著第一虛線並排設置，從而其延伸部分218相互平行地沿致動器841、842的鄰邊延伸。致動器843、844同樣沿著第一虛線並排設置，使其延伸部分218相互平行地沿致動器843、844的鄰邊延伸。
多個第三致動器180c沿第三虛線縱向間隔開，第三虛線平行於第二縱軸914延伸，而且在同樣平行於第二縱軸914延伸的第四虛線上設置至少一個第四致動器，圖示為單個致動器180b。總之，第一與第二致動器或微型致動器180a和180b設置在橫軸916的一側，從而在一半微晶片902上，而第三和第四致動器或微型致動器180c和190d設置在橫軸916的另一側，故在另一半微晶片902上。具體地說，上縱軸914的致動器布局就是下縱軸913的致動器布局的鏡像。這樣，四個致動器180c基本上與第四致動器108d相對，縱軸914在致動器180c與180d之間延伸。第三致動器180c的四個致動器841-844按從上過道912底部到頂部的順序，沿第三虛線縱向間隔開。
致動器180a-180d的鏡子103可以在偏離雷射束191光路的第一或縮回位置(因為雷射束191被第一定向鏡907重新引導偏轉到第三與第四致動器180c、180d，或被第二定向鏡908引導偏轉到第一與第二致動器180a、180b)和第二或伸出位置(其中鏡子103的反射面置於雷射束191光路中)之間移動。每塊這種鏡子103通常面對定向鏡907、908，並各自相對於其第一縱軸913或第二縱軸914傾斜45度角度，通過反射引導雷射束191通過相對軸約90度角。具體而言，每塊鏡傾斜某一角度，有選擇地引導雷射束沿單一方向通過光學微型開關901一側上的各個出口904。準直透鏡102接收偏轉的雷射束，然後把它射入一條輸出光纖97。槽927設置在微晶片902中，用於將光纖97送至各出口904。
如上所述，以光學微型開關830的微型致動器180a同樣的方法，沿著各自的過道911、912把微型致動器180a與180c設置在兩組背-背對中。致動器180a、180c在微晶片902中的這種布局讓上下過道中致動器844的鏡子103位於更靠近各自的定向鏡907、908，縮短了雷射束191、192在微型開關901中的路長，由此提高了開關901的耦合效率。致動器180a、180c的背-背布局還允許致動器601定位在致動器841的前面，進一步縮短了雷射束191、192在開關內的路長。
利用從下過道911下端的微晶片902蝕刻出來的託架932，將鏡子931牢固地裝到微晶片901。鏡931置於第一與第二致動器180a、180b的鏡子103下面和最低的致動器180a的前面。鏡931相對於縱軸913傾斜45度角。當第一與第二致動器180a、180b的鏡子103都處於縮回位置時，雷射束191被僮931偏轉通過90度角，從而沿離開第一致動器180a的方向通過準直透鏡102傳播進入經輸出口904延伸的輸出光纖97。在第三致動器180c前面的上過道頂部的託架，把類似的鏡943牢固地裝到微晶片902。鏡943的操作方法基本上與鏡931一樣，當第一與第二致動器180c、180d的鏡子03都處於縮回位置時，其作用是把雷射束191偏轉通過各自的輸出口904。鏡103、931、943沿多個平行方向偏轉雷射束，因而是單方向，從而雷射束191總是從光學微型開關901的一側出射，利用固定安裝的鏡931、943代替另外的微型致動器與伴隨的可動鏡子，進一步縮小了過道911、912的長度和雷射束191、192的路長。可以看出，光開關901可用來有選擇地將雷射束191導向12根輸出光纖97之一。
光學微型開關901的優點是縮短了雷射束191或192必須通過光開關傳播的最大路程。定向鏡907、908偏轉雷射束191通過過道911、912之一。每條過道均在長度上短於開關104的過道157、開關830的過道837和開關851的過道857。這樣縮短的路長提高了開關901的耦合效率。應該理解，本發明其它的光開關實施例可進一步設有致動器的分部，用於將雷射束191、192的最大行程減到最小。
類似於上述任一開關的光學微型開關可以設有類似於上述雷射器-光學組件96的集成到光開關微晶片的光學組件。圖17所示的光學微型開關1051由微晶片1052形成，後者用上述針對開關104的任何合適的裝置製造。光學微型開關1051類似於上述的開關104和830，用同樣的標號表示開關104、830和1051的同樣元件。光學微型開關1051包括一個入口1053和多個沿開關1051兩側間隔開的出射口或出口1054。出口1054耦合到各輸出光纖97，其一部分示於圖17。每根輸出光纖97通過各自的出口1054延伸到微晶片1052中設置的通路或槽1056。縱向中心軸1061從入口1053沿著中央通路或過道1062延伸，而過道1062通過微晶片1052的中心作縱向延伸。
第一組致動器或微型致動器180a沿著第一虛線縱向間隔開，第一虛線與中心軸1061平行延伸且間隔開。第二組致動器或微型致動器180沿第二虛線(與軸1061平行延伸且間隔開)縱向間隔開。縱向中心軸1061在第一致動器180a與第二致動器180b之間延伸，這樣，第一致動器180a相對於縱軸1061與第二致動器180b相對。雖然可以設置單個或任意多個致動器180，但是在開關1051中設置了五個第一致動器180a和六個第二致動器180b。
多個第一致動器180a和多個第二致動器180b都包括一塊裝在託架219上的鏡子103。鏡子103相對於縱軸傾斜45度角，從而通常面對入口1053，引導雷射束191相對於軸1061通過90度角。經引導的雷射束191沿著一條從致動器180向前延伸的通路從每塊鏡子103反射，從各自的出口1054出射。鏡子103由各自的致動器180的往復件109帶動，可在第一或縮回(其中鏡子偏出雷射束191的光路)和第二或伸出位置(其中鏡子置於雷射束從入口1053開始延伸的光路中)之間移動。鏡1067用過道1062頂部的託架1068牢固地裝到微晶片1102。當第一與第二致動器180a、180b均處於縮回位置時，鏡1067使雷射束191偏轉通過各自的輸出口1054。鏡1067無需光開關1051中的一個致動器，從而減少了開關1051和雷射束通過開關1051傳播的準直光路的複雜程度。
包括雷射微型光學(micro-optics)組件1071的雷射微型光學裝置，裝在入口1053前面的微晶片1052底部的襯底213上。像雷射器-光學組件96一樣，微型光學組件1071包括一塊基本上類似於準直光學元件234的準直光學透鏡1072，用於接收來自線偏振雷射源231的雷射束，還包括聚焦透鏡(未示出)。組件1071還包括一個低波長色散漏洩的分束器1073，基本上類似於上述的分束器232。組件1071具有基本上類似於上述1／4波板238的1／4波板1083、可選的半波板1084、偏振分束器1086和光電檢測器1087。光電檢測器將接收的光信號轉換成電信號。微型光學組件1071的每個元件可用合適的方法裝到襯底213。例如，可在襯底213中設置凹口或容器，諸如準直光學透鏡1072的容器1088，用於接納組件1071的每個元件，諸元件可用任意合適的方法如粘合劑和／或彈簧1089緊固於各自的凹口內。微晶片1052內設有多條槽1091，有利於雷射束通過微型光學組件1071傳播。
如在現有技術中確認的，波板1083、1084、偏振分束器1086和檢測器1087的差分檢測方法用來測量反射雷射束192相對於輸入光束191的兩個正交偏振分量，而差分信號則是克耳效應在MO盤107各自表面108上引起的偏振旋轉的敏感的量度。該差分信號可用差分放大器237處理而作為電信號輸出。
在微晶片1052上配置微型光學組件1071，簡化了組件1071相對於透鏡102、鏡子103和開關1051的其它光學元件的對準。在襯底上用於對準微型光學組件1071諸元件的凹口或襯底213的其它裝置，可用精密方法以ORIE蝕刻。
類似於組件1071的微光學組件可以設置在其它開關上，這包括在本發明範圍內。例如，這種組件可以設置在圖16所示的光學微型開關9011的微晶片902上。圖18是一種用微晶片1097形成的光學微型開關1096，基本上與光學微型開關901相同。圖18中用同一標號表示光學微型開關901和1096的同一元件。微型光學組件1071裝在第二與第四致動器180b、180d之間的微晶片1097上，位於接到第一定向鏡907的定向微型致動器601的前面。
光學微型開關1096有利地提供了從微晶片1097同側出射的輸出光纖97，並且包括微晶片1097上的微型光學組件1071。光學微型開關1096的雙過道設計和將鏡子103緊密地裝在每條過道內，提供了耦合效率提高的開關1096。
圖19是類似於組件1071的另一種具有微型光學組件的光學微型開關。這裡的光學微型開關1101用微晶片1102形成，該微晶片用諸如上述針對光學微型開關104的任何合適方法製造，與這裡的光學微型開關901與1096的許多方面相似。光學微型開關1101的裝置或組件內包括大體上類似於上述鏡子103的第一與第二定向鏡1106、1107，用於交替地引導雷射束191沿著微晶片1102的通道或過道1111向下延伸或者沿著通道或過道1112向上延伸。過道1111、1112沿著間隔開的各根縱軸1113、1114延伸，並且相互平行延伸到微晶片1102的兩側。鏡1106、1107相對於各自的軸1113、1114傾斜45度角。橫軸1116垂直於軸1113、1114延伸穿過微晶片1102的中心。第一定向鏡1106接到致動器601，其操作基本上與致動器901中的第一定向鏡907相同。當第一定向鏡1106處於其縮回位置時，輸入雷射束191與第二定向鏡1107接合，大體上類似於致動器901的第二定向鏡908。第二定向鏡107用由微晶片1102蝕刻出的託架1117牢固地裝到微晶片1102，以與第二定向鏡908同樣的方式操作，引導雷射束191通過90度角，從而光束沿著第二通路和微晶片1102的第二縱軸1114行進。
多個第一致動器601a沿著下縱軸1113一側設置，多個第二致動器601b沿著軸1113的相對側設置，從而經第一定向鏡1106偏轉的雷射束191在第一與第二致動器601a、601b之間延伸。這樣，第一與第二致動器601a、601b相對於縱軸1113相對。具體而言，第一致動器601a包括多個沿軸1113縱向間隔開的致動器。如圖所示，第一致動器601a包括沿縱軸1113縱向間隔開的第一與第二組致動器1123，每個致動器對1123包括沿虛線(垂直於縱軸1113延伸)並排設置的第一與第二致動器1123a與1123b。相對於軸1113，第一致動器1123a置於第二致動器1123b後面。這樣，第二致動器1123b的延伸部分218向致動器1123a旁邊的致動器1123b延伸，從而中止於接近等於第一致動器1123延伸部分218的中止點的某一點。
第一和第二致動器1123a、1123b的鏡子103沿軸1113在縱向間隔開的位置上設置成相互緊靠。利用該致動器，第一和第二致動器1123a、1123b的鏡子103都可從偏出雷射束191光路的第一或縮回位置移動到鏡子103處於雷射束191光路中的第二或伸出位置。託架219相對於軸1113傾斜45度，從而引導雷射束191通過90度角。偏轉的雷射束向致動器延伸，從而被準直透鏡102接收，再將它射入一條輸出光纖97。通道1126設置在微晶片1102中，用於接納輸出光纖97。通道1126延伸到置於微晶片1102側邊上的輸出口1127。第一致動器601a的第二致動器對1123置於第一致動器601a的第一致動器對1123的下面。
第二致動器601b包括單個致動器對1123，它設置在與第一致動器601a的上致動器對1123相關的準直透鏡102和與第一致動器601a的下致動器對1123相關的準直透鏡之間。一對準直透鏡102設置得與第二致動器601b的鏡子103相對，將各個雷射束191射入各自的輸出光纖97。這些光纖97從對應於第一致動器601a的輸出口1127通過各自的通路1126延伸到設置在微晶片1102相對側上的各自的輸出口1127。利用從微晶片1102蝕刻出的託架1132，把鏡1131牢固地裝到微晶片1102。鏡1131設置在下過道1111的端部，位於第一與第二致動器601a、601的鏡子103下面和第一致動器601a的下致動器對1123前面。鏡1131相對於縱軸1113傾斜45度角。當第一與第二致動器601、601b的鏡子103都處於縮回位置時，雷射束191被鏡1131偏轉通過90度角，沿離開第一致動器601a的方向通過準直透鏡102進入經輸出口1127延伸的輸出光纖97。
多個第三致動器601c在上縱軸1114的一側設置在第一致動器601a上方，多個第四致動器601d在上縱軸1114的相對側設置在第二致動器601b上方。第三與第四致動器601c、601d各包括一個具有第一與第二微型致動器1123a、1123b的單致動器或微型致動器對1123。經第二定向鏡1107偏轉的雷射束191在第三與第四致動器601c、601d之間延伸，這樣，第三與第四致動器601c、601d相對於上縱軸1114相互相對。在第三致動器601c前面，鏡1143用上過道1112頂部的託架1144牢固地裝到微晶片1102。鏡1143工作時大體上與鏡1131一樣，當第一與第二致動器601c、601d的鏡子103都處於縮回位置時，用於將雷射束191偏轉通過各自的輸出口1127。可以看出，光開關1101可用於有選擇地把雷射束191導入12條輸出光纖97之一。
微型光學組件1071裝在微晶片1102上，處於第一與第三致動器601a、601c之間以及被接至第一定向鏡1106的致動器601的前面。在光學微型開關1101上配備微型光學組件是有利的，理由與上述針對光開關1051所述的相同。應該理解，諸如光學微型開關1101的光學微型開關可以不配備微型光學組件1071，這包括在本發明範圍內。
光學微型開關1101的致動器對1123允許每個上下過道1111、1112中的鏡子103沿著各自的軸1113、1114設置成沿縱向緊靠在一起，從而縮短了雷射束191、192的準直光路。鏡1131與1143牢固地裝在各自的過道1111、1112的端部，消除了光開關1101中的兩個靜電微型致動器。因此，鏡1131、1143也縮短了通過開關1101傳播的雷射束的準直光路。
應該理解，除了上述的靜電微型致動器101、180、601以外，範圍廣泛的靜電微型致動器也可同這裡的光開關聯用。例如，本發明的另一個靜電微型致動器實施例可以同圖20的本發明的任何光學微型開關聯用。圖示的致動器301基本上類似於致動器180。致動器301中的第一可動電極組件208隻配備第一與第二梳狀驅動件208a、208b，第二可動電極組件209隻配備第一與第二梳狀驅動件209a、209b。致動器301中的第一固定電極組件210隻配備第一與第二梳狀驅動件210a、210b，第二固定電極組件230隻配備第一與第二梳狀驅動件230a、230b。致動器301還包括兩組細長的電容夾持電極或夾具420和一組相對的電容夾持電極或夾具421，前者耦合到固定梳狀驅動件210a、230b的梳狀驅動杆222的垂直平表面，後者接到可動梳狀驅動件208b、209a的梳狀驅動杆221的垂直平表面。在梳狀驅動件210a背面的電極或夾具420和梳狀驅動件209b背面的電極或夾具421，可以在某個間隔開的位置(當梳狀驅動件208a、208b的梳狀驅動指211和梳狀驅動件210a、210b的梳狀驅動指212為叉指關係時出現)和所述夾具420、421相互靠近的位置(當梳狀驅動件208a、208b的梳狀驅動211和梳狀驅動件210a、210b的梳狀驅動指212相互間隔開時出現)之間移動。類似地，在梳狀驅動件230b背面的電極或夾具420和在梳狀驅動件209a背面的電極或夾具421，可以在間隔開的位置(當梳狀驅動件209a、209b的梳狀驅動指211和梳狀驅動件230a、230b的梳狀驅動指212處於叉指關係時出現)和所述夾具420、421相互靠緊的位置(當梳狀驅動件209a、209b的梳狀驅動指211和梳狀驅動件230a、230b的梳狀驅動指212相互間隔開時出現)之間移動。當處於這種相互靠緊時，夾具420、421最好間隔開約5微米。
致動器301的移動止動裝置與鏡監視裝置不包括止動塊261和限制器262與263。而是，致動器301配備了接合託架219以限制往復件109向後移動的後向止動塊292和接合託架219以限制往復件109向前移動的前向止動塊293。後向止動塊292通過引線或線條302電氣耦合到電接合片298，前向止動塊293通過引線或線條303電氣耦合到電接合片299。電接合片298與299可電氣耦合到控制器111，以監視處於其縮回與伸出位置的往復件109。對於第二梳狀驅動件208b和第一梳狀驅動件209a的每一端，都設置了附加的後向止動塊292和前向止動塊293。
在致動器301的操作方法中，在致動器起動期間，控制器111對第一和第二固定電極組件210、230交替施加脈衝電壓，使第一和第二可動電極組件208、209諧振，實現往復件109最大的振蕩位移。在電極組件208的半行程期間，控制器111包含的常規裝置在相對的梳狀驅動件之間施加這種脈衝電壓電位，其中這種相對的梳狀驅動件正在相互向前移動，促使這些相對的梳狀驅動件的梳狀驅動指211、212進到其第三或全叉指位置。在較佳的諧振程度下，穩定電壓通過電接合片240加在固定第一梳狀驅動件210a上的夾具420和通過電接合片242加在可動第二梳狀驅動件208b上的夾具421之間，將電極組件208、209移到其縮回位置，並將鏡子103保持在該縮回位置。
當鏡子103保持在伸出位置時，首先去除梳狀驅動件210a與208b之間的電壓，在彈簧214的前向彈力的作用下，第一與第二可動電極組件208、209就向其第二位置(其中鏡子103處於伸出位置)擺動。然後，可將電壓脈衝加到第一與第二梳狀驅動件210a、210b的梳狀驅動指212，將各自的第一與第二梳狀驅動件208a、208b組件的梳狀驅動指211相互朝前拉，從而使可動電極組件208、209的夾具421移向固定電極組件210、230的夾具420。接著，將穩定電壓通過電接合片241加在固定梳狀驅動件230b上的夾具420和通過電接合片242加在可動梳狀驅動件209a上的相對夾具421之間，使可動電極組件208、209和鏡子103保持在緊靠止動塊293的伸出位置。機械止動塊292與293較佳地限定了伸出與縮回位置，並防止可動電極組件208、209上夾具421觸碰固定電極組件210、230上的夾具420。
現在針對靜電微型致動器描述起動和操作本發明的致動器的另一種方法。控制器111提供圖21下面兩張圖所示的輸入驅動電壓，使往復件109如圖21上圖所示的那樣移動。起始，控制器111通過電接合片240將五個45伏的脈衝都加到第一與第二返回梳狀驅動件230a、230b，使致動器或微型電動機101振動幅度提高到100微米。在該起動步驟中，電接合片241與242保持恆定的零伏。在最後一個這樣的45伏脈衝之後，45伏立即加到第一與第二梳狀驅動件210a、210b，從而在第一梳狀件210a上的夾具或夾持電極420與第二梳狀驅動件208b上的夾具或夾持電極421之間的靜電力使往復件109保持在其縮回位置，離開圖20所示的其靜態位置約100微米。在往復件109的全縮回位置，夾具420、421相隔約5微米，因而施加的電壓將往復件109保持在這一縮回位置。45伏一旦加到第一固定電極組件210，可動電極組件208的梳狀驅動指211與固定電極組件210的梳狀驅動指212就相隔約100微米。故在其間未加吸引力。
在圖21中可看出，去除加到固定電極組件210的45伏約11毫秒。隨著往復件109開始偏向其伸出位置，將45伏短脈衝加到固定電極組件210。此時，夾持電極420、421間隔得足夠遠，其間不存在靜電力，而是，加到組件210的脈衝電壓促使電極組件208的梳狀驅動指211移向電極組件210相對的梳狀驅動指212。脈衝電壓補償了半行程期間受到的能量損失，從而使往復件109偏向其全伸出位置。此時把45伏電位加到第二固定電極組件230，從而在第二梳狀驅動件230b背面設置的夾具420與第二梳狀驅動件209b背面設置的相對夾具421之間提供了靜電力。該力將往復件109保持在其伸出位置。在約12毫秒後，往復件鬆開其伸出位置，之後將45伏脈衝加到第二固定電極組件230，促動相對的第二可動電極組件209，使往復件109移到其縮回位置，在此由加到第一固定電極組件210的45伏保持往復件。應該理解，在起動振動期間，脈衝電壓可以連續地加到各種布局的第一電極組件210和／或第二固定電極組件230中的一個或兩者，以在往復件109中實現諧振。還應該理解，控制器111可以對本發明的致動器提供方波以外的致動器電壓用於操作致動器。
如上所述，致動器301應用DRIE技術設計，允許各種結構更高，因而其垂直表面比現有技術的同類結構更大。因此，夾具420、421包括更大垂直表面積的固定電極組件210、230和可動電極組件208、209，這樣對於夾具之間任意給定的距離，在相對的夾具430，421之間形成的吸引力比現有技術的更大。
如果利用梳狀驅動指211、212的內接合將可動電極組件208、209保持在其全偏轉位置，則為了保持可動電極組件208、209在其全偏轉位置而必須對固定電極組件210、230施加的電壓，約比必須加到固定電極組件的電壓小4倍。或者，為了提供同樣的夾持力，可對更少數量的梳狀驅動指或齒211、212施加滿電壓。
在致動器301中，電極或夾持電極420與421都包括多個小的指狀延伸部分422，它們沿著梳狀驅動杆間隔開並且垂直於梳狀驅動杆延伸。延伸部分422的長度範圍為3至35微米，較佳地為5至15微米，更佳地為約13微米。當電極420、421相互靠緊而增大在指狀電極420、421之間施加吸引力的表面積時，延伸部分或齒218至少部分地叉指。夾具420、421可以沒有延伸部422，而是扁平的，或者具有其它構造，這些都包括在本發明範圍內。
如果可動電極組件208b從縮回位置被各自的梳狀驅動件210a、208b的夾具420、421鬆開，可動電極組件208、209就在靜止位置附近來回擺動，當致動器101的Q值為14時，其幅值每半周期減小10％。相應地，當電極組件208、209離靜態位置的初始縮回距離為100微米時，除非利用可動電極組件209與固定電極組件230的靜電互作用對系統作附加的功，否則相對的夾持電極421、420必須在其間顯現出足夠的吸引力，以在其向伸出位置最大偏移90微米的情況下抓住可動電極組件208、209。
在圖22所示的另一個靜電微型致動器實施例中，致動器501由矽片形成，其彈簧214、217設計成非直線的，因為當處於靜態的不偏轉狀態時，為「彎曲」狀態。致動器501基本上類似於致動器101、180、301，同樣的標號代表致動器101、180、301、501的同樣元件。當往復件109在其縮回與伸出位置中間處於其靜態狀態時，致動器501中每個彈簧214、217的彈性部分224、225相互彎曲。本例中，由於往復件109從其原來位置移到其縮回位置，而且第二可動電極組件209和第二固定電極組件230的梳狀指211、212靜電接合後重疊，彈簧217就從其預彎曲的原來位置拉直成直線位置。同樣地，由於往復件從其原來位置移到其伸出位置，而且第一或動電極組件208和第一固定電極組件210的梳狀指211、212接合後重疊，因而彈簧214從其預彎曲的原來位置拉直成直線位置。在每一種情況中，在垂直於各個梳狀驅動指211的方向，各彈簧的彈性部分224、225的側向抗偏離能力提高了，因此彈性部分沿這個方向變成直線了。這樣，各彈簧的側向抗偏離能力和這種彈簧對這種梳狀驅動指211施加的側向回復力的增大是梳狀驅動指211、212之間重疊量的函數。這樣，彈簧214、217促使工作梳狀驅動組件的梳狀驅動指211進入相鄰梳狀驅動指212之間中間的穩定位置，因此梳狀驅動指211、212變成叉指狀。雖然彈簧214、217在沿一個方向偏轉時拉直了，但是當往復件109反向移動時，彈性部分224、225相互從其靜態位置變得更彎了。
尺寸與組成大體上類似於彈簧214、217的第二組摺疊式懸臂梁或彈簧561、562設置於致動器501。每個彈簧561、562在其第一端563耦合到襯底213，在其第二端564耦合到可動電極組件208、209。每組彈簧561、562包括被摺疊部分568連接的第一與第二間隔開的平行彈性部分566、567。彈簧561、562在其摺疊部分568連接在其部延伸且平行於剛性支承131的懸掛剛性支承567。支承131、569可以如圖22那樣剛性互連。彈簧561、562處於鬆開位置時，基本上垂直於電極組件208、209的移動方向延伸。具體地說，當往復件109在其縮回與伸出位置中間處於其靜止狀態時，彈性部分566、567相互彎曲離開，如圖22所示。當第一可動電極組件208和第一固定電極組件210的梳狀指211、212的重疊增大且往復件109移到其伸出位置時，彈簧562設計成拉直到直線位置。同樣地，當第二可動電極組件209和第二固定電極組件230的梳狀指211、212的重疊增大且往復件109移到其縮回位置時，彈簧561設計成拉直到直線位置。雖然彈簧561、562在沿一個方向偏轉時拉直，但是當往復件109反向移動時，彈性部分566、567相互彎曲和離其靜止位置更遠。彈簧561、562的操作與上述彈簧214、217的操作方式相同。
在這個四彈簧實施例中，致動器501每一端的一個彎曲彈簧對214或561和217或562最好是直的，而另一個彎曲彈簧對在可動電極組件208、209每個偏轉極點應是彎曲的。為了像兩個彎曲彈簧致動器101那樣保持同樣的正向抗偏離能力，致動器501中彈簧214、217、561、562的長度增加了26％。
圖23是一曲線圖，表示諸如致動器5014四彈簧214、217、561、562設計一類的四彈簧設計的組合側向穩定性與彈簧偏轉的相互關係。圖23所指的側向穩定性就是組合側向抗偏離能力與組合側的靜電力的比值。在圖23的曲線中，側向穩定性值小於1為不穩定，大於1為穩定。圖23中的「直梁」線指上述致動器101中彈簧214、217一類的梁。圖23中的「預彎」線指致動器501中彈簧214、217、561、562一類的梁。彈簧214、217、561、562設計成在所有位置使側向穩定性最大的位置是直的。最好是側向穩定性的值在任何時候都至少為10。在致動器501中，每個彈簧214、217、561、562的初始彎曲為43微米，即每個彈性部分224、225、566、567的可動端離開彈性部分處於垂直於移動方向的直線位置的位置43微米，把最小側向穩定性提高為10，如圖23中曲線組4所示。為了從其在縮回與伸出位置中間的原來位置或鬆開位置將鏡子103偏轉100微米的距離，致動器501需要154伏電壓。從圖23可看出，當鏡子103從其原來位置移動約90微米時，彈簧214、217、561、562提供的側向穩定性約為100，彈性部分243、244、566、567在這一鏡子位置是直的。
致動器501能以類似於上述致動器101、180、301的操作方法操作。隨著梳狀驅動件208、209的側向偏轉，彈簧214、217、561、562提供的穩定的側向力增大得比叉指型梳狀驅動指211、212之間產生的靜電側向力更快。在圖23的例子中，穩定的側向力隨著側向偏轉增大得至少比靜電側向力快10倍。
在致動器或電機501的一種較佳操作方法中，如圖22所示，當梳狀驅動指211、212處於其第二位置(部分電氣接合，更佳地只是電氣接合)時，脈衝電壓在任一特定的半行程期間加到操作的梳狀驅動組件，即其梳狀驅動指211、212在這種半行程期間進入叉指的梳狀驅動組件。由於對於給定的電壓，梳狀驅動指之間的側向不穩定性力正比例於它們的接合量，所以當在梳狀驅動指211、212的第二與第三位置之間的第一接合部分期間(較佳地在第三位置完全接合梳狀驅動指之前，更佳地在梳狀驅動指211、212從0到25％接合的時間間隔內)施加電壓時，側向不穩定性力可以減至最小。
正向或伸出移動限制裝置或限制器571和反向或縮回移動限制裝置或限制器572設置在可動電極組件208、209的延伸部分218上，當電極組件208、209處於其伸出與縮回位置時，用於接合固定止動塊573。止動塊573電氣耦合到電接合片264和控制器111，因而該控制器能監視致動器501以至開關104位置。應該理解，致動器501可以配備致動器301所揭示類型的夾具420、421和／或針對致動器101、180、301所述的其它裝置，這些都包括在本發明範圍內。
圖24示出本發明另一致動器實施例。在該較佳實施例中，配置的致動器602有單個的固定電極組件210，用於吸引單個可動電極組件208。致動器602類似於上述的致動器101與501，用同一標號代表致動器101、501、602的同一元件。可動電極組件208隻包括第一梳狀驅動件208a，固定電極組件210隻包括第一梳狀驅動件210a。僅設置了圖22所示針對致動器501的彈簧214、562。彈簧214、562。用基本上類似於上述支承131和569的懸掛剛性支承606互連。致動器602的單個固定電極設計僅在鏡子103的伸出位置中呈現側向不穩定性，因為固定電極210和可動電極208的梳狀驅動指211、212之間的彎折側向力只有在電極組件208以這一方向移動且梳狀驅動指211、212變成叉指時才產生。結果，需要只在可動電極組件208處於伸出位置時才拉直的預彎曲彈簧214、562。夾持電極420設置在梳狀驅動件210a的梳狀驅動杆222上，相對的夾具421垂直於電極組件208的移動方向伸出，並通過桁架部216剛性連接到梳狀驅動件208a。致動器602的可動件或往復件607包括第一梳狀驅動件208a、夾持電極421、桁架216、延伸部分218和託架219。
在圖24的示例性致動器602實施例中，彈簧214、562預彎曲46微米。梳狀齒的間距最好是18微米。夾具420、421的平表面最好是800微米長、80微米高。當夾持電極421抵住反向止動塊292且反向止動塊680與止動塊682接合時，夾具420、421分開5微米。雖然圖24中的夾具420、421是扁平的，但是應該理解，它們也可包括圖30所示的延伸部分422。
與圖20的致動器301相反，圖24的致動器602應用了不對稱設計，其中的伸出位移略大於縮回位移。例如，圖24的致動器602的伸出距離為112微米，縮回距離為100微米。起初將電壓施加於固定電極210，在梳狀驅動指212、211的靜電吸引力作用下，將可動電極部分208偏轉到伸出位置保持不動。在切換期間，若希望將鏡子103縮回偏出雷射束191的光路，就去除固定電極組件210上的靜態電壓，可動電極組件208和往復件607就偏向縮回位置，並被夾具420、421之間的靜電力保持在那裡。在往復件607從其伸出位置反偏期間，彈簧214、562對其提供初始機械縮回力。在圖24示例性的致動器602實施例中，可動電極組件209保持在離靜止位置112微米的伸出位置上，然後鬆開，則組件209將偏過其原來位置100微米朝向縮回位置，被夾具420俘獲。
圖25的曲線表示，致動器602的側向穩定性是偏轉的函數，圖26的曲線表示，致動器602中夾持電極420、421的夾緊力是夾持電極之間分隔距離的函數。如這些曲線圖所示，在196伏和最小安全邊際為20的條件下，致動器602向後偏轉112微米。例如，以適當的Q值14，即使沒有夾具420、421的拉動，可動電極部分208仍將一直偏移到反向止動塊680。這樣，致動器602更大的正向伸出距離允許往復件607與鏡子103反向偏移到全縮回位置，無須將附加的功輸入致動器。在縮回位置中，懸架或彈簧214、562對可動電極部分208加一97μN拉力，如圖26中標為「要求的夾力」的水平實線所示。如圖26中標為「平行板夾具」的虛線所示，當夾具間隔距離為15微米時，該力可用夾具420、421克服。從圖26可看出，當夾具保持離止動塊680與292的距離為5微米時，夾具420、421的實際保持力為900μN。止動塊680和292用於防止夾持電極420、421間的接觸。
上述較佳實施例使用單側固定電極設計從可動電極組件208的原來位置或中間位置移動+／-100微米距離。此外，減小該較佳實施例的面積和質量，可降低成本與切換速度。如下面要討論的，縮短致動器602的長度，可以並排設置兩個致動器。
在切換應用中，獨立地驗證鏡子103的位置很重要。在靜電微型致動器602中，附加電極可以配入機械止動塊。當致動器602中的鏡子103處於伸出位置時，可動電極部分208的正向限制器681處於接合狀態並與止動塊682電接觸。止動塊682經引線686電氣耦合到電接合片687，後者可以電氣耦合到控制器111。同樣地，當鏡子103保持在縮回位置時，反向限制器680處於接合併與止動器電接觸。這樣，控制器111能以電學方式檢測可動電極組件208與鏡子103的位置，確認致動器602和任何開關或配有一個或多個致動器602的其它裝置的狀態。限制器680、681和止動器682都包含在致動器602的移動止動裝置裡。
圖24的致動器602可以擴展包含一組以上的協同內接合梳狀驅動件208a、210a。例如，基本上類似於致動器602的不對稱致動器603示於圖27，同一標號代表致動器602和603的同一元件。致動器603的可動電極組件208配備了四個縱向間隔開的梳形驅動件208a。致動器603的固定電極組件210配備了四個縱向間隔開的梳狀驅動件210a。致動器603配有四組協同操作的夾持電極420、421。隨著電極組件208、210數量的增加，每組電極組件208、210的寬度減小了，因而對於伸縮鏡子103必需的任一給定的力，致動器603的寬度也會減小。這樣，雷射束191、192因沿著這裡揭示類型的光學微型開關的中心傳播而必須保持光學準直的距離縮短了。
圖28-29示出的一種致動器或靜電微型致動器701像圖24所示的致動器602一樣，其致動器501的某些元件示於圖22，但是僅有單個固定電極組件和單個可動電極組件。用同一標號表示致動器701、501、602中同樣的元件。致動器701的可動電極組件209僅包括梳狀驅動件209a，固定電極組件230隻包括梳狀驅動件230。致動器501的懸臂彈簧561、217設置在致動器701中，彈簧561、217由基本上類似於上述支承606的懸掛剛性支承711互連。像致動器602一樣，致動器701僅在可動電極組件209的一個極端位置上呈現側向不穩定性。具體而言，只有在可動組件209移到其縮回位置時(其中梳狀驅動指211、212變成叉指狀)，才在可動電極組件209的梳狀驅動指211與固定電極組件230的梳狀驅動指212之間產生側向力。當可動電極組件209處於其縮回位置時，彈簧561、217的各彈性部分566、567和224、225便拉直到在致動器701的橫向具有最大抗偏離能力的直線位置。夾持電極420設置在固定梳狀驅動件230a的梳狀驅動杆222上。相對的夾具421垂直於移動方向伸出，並在一端由託架部218剛性連接到梳狀驅動件209a。彈性部分564的第二或自由端567固定到夾具421的另一端。致動器701的可動件或往復件712包括第一梳狀驅動件209a、夾持電極421、桁架216、延伸部分218和託架219。
致動器701的工作方式基本上類似於致動器602，不同之處在於，當鏡子在彈簧561、217的正向彈性力作用下移到伸出位置後，利用協同內接合梳狀驅動件209a、230a把鏡子103移到縮回位置，並利用相對的夾具420、421將可動電極組件209與鏡子103保持在伸出位置。致動器701的不對稱設計提供的縮回距離大於正向伸出距離。因此，往復件712可從其縮回位置擺動到伸出位置，足以使夾具420、421接合而無需對系統輸入附加的功。
如圖28-29所示，通過將容器776和矩形凹口或插座777DRIE蝕刻到託架219裡並將栓部778加到鏡子103，可以實現將鏡子103精密地裝在託架219上。鏡子栓部778一旦插入插座777，就能用諸如粘膠688等任何合適的粘接方法把鏡子103粘合在容器776的適當位置上。託架可選地包含一個蝕刻的彈性部分779，使鏡子103在粘合前保持對準。不含彈性部分779的鏡子組件示於圖22，配上彈性部分779的鏡子組件示於圖29。
另一種裝置也可把鏡子103固定於託架219。例如，類似於致動器701的用矽片形成的致動器801示於圖30，其電極組件的布局類似於致動器603。用同一標號表示致動器701和801的同一元件。致動器801的可動電極組件209有四個縱向間隔開的梳狀驅動件209a，固定電極組件230有四個縱向間隔開的梳狀驅動件230a。致動器801配有四組協同操作的夾持電極420、421。致動器801的託架219通過DRIE蝕刻形成，提供的容器802在其每一端具有直立的肩部803。鏡子103通過粘膠688等任何合適的粘合方法保持在容器802內。配備的保持裝置或保持件採取懸掛的拇指形柱804的形式，它用致動器801的矽片經DRIE蝕刻而成，用於在粘合期間將鏡子103對準並保持在容器802內。柱804牢固地連接至矽片一部分805，並通過頸部806連接到襯底213。不對稱致動器801的縮回距離大於致動器的正向伸出距離。
在致動器801的操作使用中，往復件712反抗彈簧561、217的回覆力向後縮回，將鏡子103放在託架219上。之後當往復件712鬆開時，鏡子103就向前伸出，直到鏡子的反射面與柱804的自由端接合。彈簧5611、217的回覆對鏡子103施加約50μN的力，在粘膠施加和固化期間，該力足以將鏡子垂直於襯底213的表面對準並把鏡子保持在適當位置。在這樣把鏡子103連接到託架219後，使柱804上寬度減小的頸部806斷裂，去除柱804。
在本發明另一個致動器或靜電微型致動器實施例中，致動器951配有致動裝置或致動器952，用於把鏡子以機械方式鎖定在其全伸出和全縮回兩個位置上(見圖31)。致動器951基本上類似於致動器602，用同一標號代表致動器951與602的同一元件。鎖定機構或輔助電動機952基本上類似於致動器951的主電動機，它包括第一梳形驅動件208a與第一梳狀驅動件210a。輔助或閂鎖電動機950在矽片或襯底213上用DRIE等任何合適的方式形成，它包括往復件956，可在第一或縮回位置與第二或伸出位置之間以垂直於往復件607移動方向的方向移動。往復件956包括用多個梳狀驅動件958形成的可動電極組件957，驅動件958沿著細長框架部961的長度縱向間隔開。框架部961平行於閂鎖電機052的移動方向延伸。每個梳狀驅動件958有一在其一端固定到框架部061的梳狀驅動杆962，且垂直於框架部延伸。多個梳狀驅動指963從梳狀驅動杆962的一側延伸，在杆962上縱向間隔開。
致動器951的梳狀驅動組件還包括一個與可動電極組件957協同內接合的固定電極組件966。固定電極組件966包括多個裝在襯底213上的梳狀驅動件967。每個梳狀驅動件967在一對相鄰的梳狀驅動件962之間間隔開，它用置成與梳狀驅動杆962平行的梳狀驅動杆968形成。多個梳狀驅動指969與梳狀驅動杆968形成一體，並向梳狀驅動指963延伸以與其協同內接合。可動與固定電極組件957、966電氣連接到類似於上述電接合片240-242的電接合片(未示出)，讓閂鎖電動機952電氣連接到控制器111。
往復件956利用置於往復件956一端的彈性件或彈簧976和置於往復件相對端的彈性件或彈簧977懸掛在襯底213上方。彈簧976與977分別與彈簧214與562大體相同。用同一標號表示彈簧976、977和214、562的同一元件。基本上類似於剛性支承606的剛性支承978懸在襯底213上方，在彈簧976與977的摺疊端之間延伸。
協同內接合梳狀驅動件958與967的梳狀形驅動組件的操作方法與上述梳狀驅動組件相同，但是梳狀驅動件958、967可在第一或靜態位置(其中梳狀驅動指963、969在梳狀驅動指963、969的端部處於垂直於往復件956移動方向延伸的直線中的位置上間隔開)與梳狀驅動指963、969叉指的第二位置之間移動。往復件956被梳狀驅動件958、967之間的靜電力向後拉，並被彈簧967、977的機械力向前推。閂鎖電機952通常在其圖31所示的第一位置上常閉合。
往復件956具有一個帶銷982的延伸部分981，可在伸出與縮回位置之間移動。銷982一般處於其伸出位置。致動器951的託架219配有第一與第二間隔開的止動塊984與983，在其間形成一凹口，當往復件607處於其鬆開位置時接納銷982。
在操作使用中，當希望將鏡子103移到其縮回位置時，就啟動閂鎖電動機952，從而在梳狀驅動件958、967之間的靜電力使往復件956向後縮回拉動銷982。現在由於鏡子103縮回了，第二止動塊984可以繞過銷982。接著對閂鎖電動機952去激勵，因而彈簧976、977促使往復件956進到其常閉位置(其中銷982接合第二止動塊984的底端)，從而阻礙託架219和鏡子103延伸。以同樣的方法，可由閂鎖電動機952將銷982縮回，讓鏡子103伸出。閂鎖電動機952一旦去激勵，銷982就延伸而接合第一止動塊頂端，並把鏡子103鎖在其伸出位置。往復件956一旦縮回，每個彈簧976與977就從其靜態彎曲位置移到直線位置，這樣就對可動梳狀驅動指963提供一側向穩定力，因為它們與固定梳狀驅動指969叉指在一起。
閂鎖電動機952允許鏡子103鎖定在其全伸出或全縮回位置，無須向致動器951加電壓，這有利於將致動器951應用於通信或網絡系統。在圖示的實施例中，當配上200伏輸入信號時，閂鎖電動機952具有4微米偏轉，並具有8KHz諧振頻率。儘管致動器951沒有上述任一類型的靜電夾持電極，但是應該理解，致動器951能配備這類夾持電極，這也包括在本發明範圍內。
在另一實施例中，配備的致動器具有第一組將鏡子保持在其縮回位置的靜電夾持電極和第二組將鏡子保持在其全伸出位置的靜電夾持電極。圖32所示的致動器1001基本上類似於上述的致動器701，用同一標號表示致動器701與1001的同一元件。致動器1001的梳狀驅動組件包括可動梳狀驅動件209a與固定梳狀驅動件230a。可動梳狀驅動件109a包括梳狀驅動杆221和多個沿杆221長度縱向間隔開的細長梳狀驅動指1002。每根梳狀驅動指1002有一固定到梳狀驅動杆221的近端部分1002a與一離開杆221設置的遠端或自由端部分。
每根梳狀驅動指1002的近端部分1002a比梳狀驅動指的其餘部分更寬，因而梳狀驅動指遠離近端部分1002a而縮小。具體地說，每根梳狀驅動指1002的近端部1002a的寬度範圍為梳狀驅動指均衡寬度的100％-300％，較佳地為130％-190％，更佳地約為165％。展寬的近端部分1002a的長度範圍是梳狀驅動指長度的1％-30％，較佳地為5％-15％，更佳地為8％。
固定梳狀驅動件230a的尺寸與形狀基本上類似於梳狀驅動件209a，並由多根基本上類似於梳狀驅動指1002的梳狀驅動件指1004形成。具體而言，每根梳狀驅動指1004有一與近端部分1002a一樣的展寬近端部分1004a和一個自由端部分1002b一樣的變窄遠端或自由端部分1004b。
第一夾持電極420設置在梳狀驅動杆222的背面與梳狀驅動指1004相對。第二夾持電極421連接成垂直於桁架部分216，平行於梳狀驅動杆222延伸。每根電極420與421配有沿其縱向間隔開的指狀延伸部分422。
梳狀驅動件209a、230a可在第一位置、第二位置和第三位置之間移動。在第一位置中，梳狀驅動指1002、1004間隔開，夾持電極420、421相互靠緊；在圖32所示的第二位置中，梳狀驅動指1002、1004正在靜電互作用，且其自由端沿垂直於梳狀驅動指延伸的一條直線設置；在第三位置中，梳狀驅動指1002、1004為叉指狀態，因而一組梳狀驅動指的遠端部緊靠另一組梳狀驅動指的展寬或擴大的近端部分。具體地說，當梳狀驅動件209a、230a處於第三位置時，梳狀驅動指的自由端部就在相對組梳狀驅動指的擴大近端部分之間延伸。
在操作使用中，致動器1002的起動步驟如上所述。通常，控制器111將脈衝電壓電位加在梳狀驅動件109a、230a兩端，使往復件712以其諧振頻率振動。最好在梳狀驅動件處於其第二位置時加脈衝信號，使梳狀驅動指1002、1004之間的側向不穩定性最小。在反向半行程期間，靜電梳狀驅動件209a、230a使往復件712從其圖32所示的鬆開或中間位置縮回。在正向半行程期間，彈簧217、561的回覆力使往復件712從其縮回位置伸出。往復件一旦移動到圖32所示的其鬆開位置後面的伸出位置，彈簧217、561還幫助往復件縮回。
往復件712一旦振動到其最小幅值，可用致動器1001的第一與第二組靜電夾持電極將往復件保持在其全縮回或全伸出位置。當往復件處於其全縮回位置時，可在全叉指的梳狀驅動指1002、1004兩端加一電壓電位，使梳狀驅動指的擴大近端部分1002a、1004a相對於相對的梳狀驅動指的自由端部分1004b、1002b起到夾持電極的作用。當往復件712處於其全伸出位置時，可在梳狀驅動件209a、230a兩端加一電壓電位，在夾具420、421之間提供靜電吸引力，將往復件712與鏡子103保持在其全伸出位置。最好在往復件712靠近其極端位置之一且最好在其極端位置5％以內時對致動器1001的夾持電極施加電壓電位。相應地，對於向其全縮回與全伸出位置偏轉100微米從而總行程長度為200微米的往復件712，在行程的最後5微米將電壓電位加在相對的夾持電極之間。
可以提供本發明的致動器實施例，其中至少有一梳狀驅動件具有長度變化的梳狀驅動指。圖33中的致動器1021是個例子。致動器1021基本上類似於致動器602與1001，用同一標號表示致動器602、1001與1021的同一元件。致動器1021中可動電極組件209的梳狀驅動件209a具有多根沿梳狀驅動杆221的長度縱向間隔開的細長梳狀驅動指1021。指1022基本上類似於上述的指212，但是指的長度有變化。具體而言，指1022的長度穿過梳狀驅動杆221呈線性增大。最長的梳狀驅動指1022基本上與相對的固定梳狀驅動件238中的每根驅動指211的長度相同。最短的梳狀驅動指1022的長度範圍是最長梳狀驅動指1022長度的0％到略小於100％，較佳地為5％-50％，更佳地為約10％。
往復件712可從第一位置移動到第二和第三位置。在第一位置中，梳狀驅動件209a與230a間隔開，夾具420與421不處於協同靜電接合；在圖33示出的第二位置中，梳狀驅動指211與最長梳狀驅動指1022沿垂直於梳狀驅動指延伸的直線設置；在第三位置中，梳狀驅動指211與1022處於全協同叉指狀。
在操作使用中，梳狀驅動指1022變化的長度提供的靜電吸引力從最長梳狀驅動指1022開始與梳狀驅動件指211協同靜電接合的點到最短梳狀驅動指1022開始與梳狀驅動指211協同靜電接合的點，近似呈線性增大。結果，在相對的梳狀驅動指之間的靜電吸引力增大到大於彈簧217、561的相對的正向彈力後，往復件712的進一步偏轉使靜電吸引力進一步增大，從而迅速地將鏡子103移到其全縮回位置。梳狀驅動指1022允許較大的靜電吸引力，可設置較大正向彈力的彈簧217、561，從而提高了致動器1021的縮回頻率。
雖然梳狀驅動指1022的長度示出為從梳狀驅動件209a的一端到另一端呈線性增加，但是應該理解，可以設置梳狀驅動指尺寸其它變化結構的梳狀驅動件。另外，應該理解，與梳狀驅動件230a相對的梳狀驅動指211也可配以不同的長度，這也包括在本發明範圍內。
本發明的致動器可以配備更大的結構以提供更大的力。這方面提供了一種基本上類似於致動器501的靜電微型致動器1201，其中央的剛性驅動杆1202基本上類似於連接器桁架216(見圖34)。驅動杆1202沿著致動器1201的縱向中心軸1203在襯底213上方移動。用同一標號表示致動器501與1201的同一元件。在致動器1201中，包含的四個梳狀驅動組件208、210用於將驅動杆1202從其原來位置或靜止位置(圖34)縮回到縮回位置，包含的四個不同的梳狀驅動組件209、230用於將驅動杆1202從其靜止位置伸出到伸出位置。在圖34中，致動器1201向下移到其縮回位置，向上移到其伸出位置。
梳狀驅動組件208、210設置在驅動杆1202與梳狀驅動組件209、230相對的一側。第一可動電極組件208的四個梳形驅動件208a、208b、208c、208d與可動驅動杆1202形成一體，並與驅動杆垂直地延伸，第二可動電極組件209的四個梳狀驅動件209a、209b、209c、209d與該驅動杆形成一體，並沿梳狀驅動件208a、208b、208c、208d的反方向與驅動杆垂直地延伸。第一固定電極組件210的四個梳狀驅動件210a、210b、210c、210d裝在襯底213上，與各梳狀驅動件208a、208b、208c、208d協同接合，第二電極組件230的四個梳狀驅動件230a、230b、230c、230d裝在襯底213上，與各梳狀驅動件209a、209b、209c、209d協同接合。
致動器1201用矽片形成，配有第一與第二彈簧214、217，它們被設計成非線性因而在處於靜態不偏轉狀態下呈「彎曲」狀。每個彈簧214、217在其第一端243耦合至襯底213，在其第二端224耦合到往復件109。當往復件109在其縮回與伸出位置的中間處於其靜止狀態時，致動器1201中每個彈簧214、217的彈性部分224、225相互彎曲。在本例中，隨著往復件109從其原來位置移到其伸出位置，並且第二可動電極組件209與第二固定電極組件230的梳狀驅動指211、212靜電接合後相重疊，彈簧217從其預彎曲的的原來位置拉直到直線位置。同樣地，隨著往復件109從其原來位置移到其縮回位置，並且第一可動電極組件208與第一固定電極組件210的梳狀指211、212接合後相重疊，彈簧214從其預彎曲的原來位置拉直到直線位置。在每一種情況下，各彈簧彈性部分224、225的側向抗偏離能力在垂直於各梳狀驅動指211的方向增強了，這樣彈性部分就在該方向變成直線。以這種方法，各彈簧的側向抗偏離能力和彈簧對梳狀驅動指211施加的側向回復力隨著梳狀驅動指211、212之間的重疊量而增大。因此，彈簧214、217促使操作的梳狀驅動組件的梳狀驅動指211進入相鄰梳狀驅動指212之間的中間穩定位置，從而梳狀驅動指211、212變為叉指狀。雖然彈簧214、217沿一個方向偏轉時被拉直，但是當往復件109反向移動時，彈性部分224、225就從其靜止位置變得相互更彎曲了。
設置在致動器1201中的第二組摺疊式懸臂梁或彈簧561、562基本上在尺寸與組成方面類似於彈簧214、217。每個彈簧561、562在其第一端563耦合至襯底213，在其第二端564耦合至往復件109。每組彈簧561、562包括用摺疊部分568連接的第一與第二間隔開的平行彈性部分566、567。彈簧561、562處於鬆開位置時，基本上垂直於電極組件208、209的移動方向延伸。具體地說，如圖34所示，當往復件109處於其縮回與伸出位置中間的靜止狀態時，彈性部分566、567相互彎曲離開。隨著第一可動電極組件208與第一固定電極組件210的梳狀指211、212重疊的增大，並且往復件109移到其縮回位置，彈簧562設計成拉直到直線位置。同樣地，隨著第二可動電極組件209與第二固定電極組件230的梳狀指211、212重疊的增大，並且往復件109移到其伸出位置，彈簧561設計成拉直到直線位置，但是當往復件109反向移動時，彈性部分566、567從其靜止位置變得相互更彎曲而離開。彈簧561、562的操作方法與上述彈簧214、217相同。
彈簧217、561設置在驅動杆1202一側梳狀驅動組件209、230的相對端，彈簧214、562設置在驅動杆1202另一側梳狀驅動組件208、210的相對端。彈簧214、217、561、562的第一端部243、563固定到襯底213緊靠縱向中心軸1203。彈簧217、561用懸掛剛性支承1210連接在其各個摺疊部分245、568，支承1210基本上類似於在其間延伸且平行於驅動杆1202的剛性支承131。彈簧214、562用懸掛剛性支承1212連接在其各摺疊部分245、568，支承1212基本上類似於在其間延伸且平行於驅動杆1202的剛性支承131。在致動器1201的四彈簧實施例中，致動器501每一端的一個彎曲彈簧對214或561和217或562最好是直的，而另一彎曲的彈簧對在可動電極組件208、209和往復件109每一端偏轉極處是彎的。如上所述，彈簧214、217、561、562和往復件109都具有高的平面外抗偏離能力。
致動器1201能以上述致動器501同樣的方法操作。正向或上端或驅動杆1202用於對適當的目標施加力或推動。隨著梳狀驅動件208、209的側向偏轉，彈簧214、217、561、562、提供的穩定側向力比叉指的梳狀驅動指211、212之間產生的靜電側向力增大得更快。在圖34例中，隨側向偏轉的穩定的側向力增大得比靜電側向力至少快10倍。設置在驅動杆1202兩側的梳狀驅動組件增大了致動器1201的力，無需增大致動器的長度與驅動杆1202的長度。
反向或縮回移動限制裝置或限制器1216設置在驅動杆1202的後端，在往復件109處於其縮回位置時用來接合裝在襯底213上的固定止動塊1216。應該理解，致動器1201可以配備或不配備針對本文的致動器上述的夾具420、421和／或其它裝置，這包括在本發明範圍內。
圖35示出應用本發明微型致動器的另一個光學微型開關實施例。圖示的光學微型開關1301用微晶片1302形成，微晶片的單一輸入口1303耦合到微晶片1302上至少一個輸入光攜帶元件或光纖98。沿微晶片1302一側設置的三個出口1304耦合到諸如單模保偏(PM)光纖97等各個合適的光學元件。圖35隻示出了光纖97、98部分。微晶片1302配有在輸入口1303開的用於接納輸入光纖98的溝道或槽1307，以及微晶片1301在出口1304側開的用於接納各輸出光纖97的溝道或槽1308。縱軸1311沿著光開關1301的通道或過道1312平行於入口1303而垂直於出口1304延伸。
兩個致動器1001沿著虛線設置成縱向間隔開的位置，虛線與縱軸1311平行延伸並與之間隔開。第一與第二致動器1001的鏡子103都相對於縱軸1311傾斜45度角，以再引導諸如由入口光纖98提供的線偏振雷射束191等合適的輸入雷射束通過90°角。各致動器1001的鏡子103裝在託架219上，引導致動器1001的雷射束向前通過相對於縱軸1311置成與致動器1001相對的各出口1304。通過各致動器1001的往復件712，每塊鏡子103可在鏡子103偏出雷射束191光路的第一或縮回位置與鏡子103處於雷射束191光路中的第二或伸出位置之間移動。固定止動塊292、293限制往復件712移動以確定鏡子103的縮回與伸出位置。應該理解，光開關830可以配備致動器1001，用於引導雷射束191退向該致動器，這包括在本發明範圍內。
基本上類似於鏡子103的鏡1316，用第一與第二致動器1001鏡子103後面過道1312頂部的託架1317牢固地裝到微晶片1302。鏡1316的操作方法基本上與鏡子103一樣，當第一與第二致動器1001的鏡子103均處於縮回位置時，用於使雷射束191偏轉通過第三輸出口1304。諸如常規超小型漸變折射率準直透鏡102等合適的透鏡設置在輸入口1303的內側，透鏡102設置在每塊鏡子103、1316與各槽1303的入口之間。以上述對致動器採用的同樣方法，用具有襯底213的矽片形成光學微型開關1301及其致動器1001。
雖然把光學微型開關描述成應用兩個靜電微型致動器1001，但是應該理解，可以提供類似於光學微型開關1301或本文所述的任一其它開關並且具有少於兩個或多於兩個本文所述類型的靜電微型致動器的開關，這也包括在本發明範圍內。
從上述描述可以看出，已經提供的光開關或光學微型開關應用了至少一個其中具有至少一個梳狀驅動組件的靜電微型致動器。在一個簡單的實施例(未示出)中，其光學微型開關配有單個靜電微型致動器。梳狀驅動組件中的側向不穩定性力被減到最小，梳狀驅動組件的諧振特性用來實現大的偏轉。在若干實施例中，多個靜電微型致動器沿著至少一條微型開關過道對準。該光開關可應用於磁光數據存儲系統。
雖然已參照梳狀驅動微型致動器的特定實施例和應用梳狀驅動微型致動器的光學微型開關的特定實施例描述了本發明，但是本發明範圍寬廣得足以包括對上述揭示內容進行修改、變更與替代的各種實施例。某些實施例的特點能與其它實施例的特點相結合，這包括在本發明範圍內。另外，上述的夾持電極、抗偏離彈簧與其它相關的元件可以單獨地或聯合起來應用於不止一個致動器。本文揭示的微型開關可使用不帶梳狀驅動組件的致動器。此外，本文揭示的任何一種微型開關均能與各種其它微型致動器聯用。上述所有內容都可應用於磁光數據存儲與檢索系統或各種包括通信系統與網絡系統的其它系統。
權利要求
1．一種與沿一條路徑延伸的雷射束一起使用的光學微型開關，包括本體，它具有一個適用於接收所述雷射束的輸入埠和多個輸出埠；由本體攜帶的至少一個鏡子和至少一個微型電動機；連接裝置，用於把至少一個鏡子耦合到至少一個微型電動機，由此至少一個微型電動機移動至少一個鏡子從雷射束路徑外的第一位置到雷射束路徑內的第二位置，以將雷射束引至輸出埠之一，至少一個微型電動機具有至少一個靜電直線致動器，用於移動至少一個鏡子至第一和第二位置之一；以及控制器，它在電氣上耦合到至少一個微型電動機，用於對微型電動機提供控制信號。
2．如權利要求1所述的光學微型開關，其特徵在於，它與多個磁光碟表面、多個浮動頭和多個輸出光攜帶元件相組合，每個浮動頭可在一個磁光碟的表面上方移動，並且輸出光攜帶元件之一耦合至每個浮動頭。
3．如權利要求2所述的光學微型開關，其特徵在於，多個磁光碟表面包括磁光碟的疊層，每個磁光碟具有至少一個磁光碟表面。
4．如權利要求2所述的光學微型開關，其特徵在於，雷射束由磁光碟表面之一反射，以產生具有偏振旋轉的反射雷射束，所述光學微型開關還包括一個由本體攜帶的光學微型組件，用於測量所述反射雷射束的偏振旋轉。
5．如權利要求1所述的光學微型開關，其特徵在於，多個鏡子和多個微型電動機包括第一組多個鏡子和相應的微型電動機以及第二組多個鏡子和相應的微型電動機，雷射束的路徑可在第一組多個微型電動機和第二組多個微型電動機之間延伸，從而第一組多個微型電動機相對於雷射束的路徑面對第二組多個微型電動機。
6．如權利要求5所述的光學微型開關，其特徵在於，第一組多個鏡子和相應的微型電動機沿第一假想直線直線地設置，而第二組多個鏡子和相應的微型電動機沿第二假想直線直線地設置，第二假想直線平行於第一假想直線和雷射束的路徑延伸。
7．如權利要求5所述的光學微型開關，其特徵在於，第一組多個微型電動機包括沿第一假想直線並排設置的至少兩個微型電動機，第一假想直線垂直於雷射束的路徑延伸，而第二組多個微型電動機包括沿第二假想直線並排設置的至少兩個微型電動機，第二假想直線垂直於雷射束的路徑延伸。
8．如權利要求5所述的光學微型開關，其特徵在於，第一組和第二組多個鏡子的每個反射鏡都傾向於沿單個方向引導雷射束。
9．如權利要求5所述的光學微型開關，其特徵在於，多個鏡子和多個微型電動機包括第三組多個鏡子和相應的微型電動機以及第四組多個鏡子和相應的微型電動機，雷射束的路徑可在第三組多個微型電動機和第四組微型電動機之間延伸，從而第三組多個微型電動機相對於雷射束的路徑面對第四組多個微型電動機；以及包括一個附加鏡子和相應的附加微型電動機的裝置，用於有選擇地引導雷射束沿在第一組多個微型電動機和第二組多個微型電動機之間延伸的第一路徑以及在第三組多個微型電動機和第四組多個微型電動機之間延伸的第二路徑。
10．如權利要求9所述的光學微型開關，其特徵在於，第一組和第二組多個鏡子以及第三組和第四組多個鏡子都傾向於沿單個方向引導雷射束。
11．如權利要求1所述的光學微型開關，其特徵在於，多個鏡子和多個微型電動機包括至少一個第一鏡子和相應的第一微型電動機以及至少一個第二鏡子和相應的第二微型電動機，雷射束的路徑可在至少一個第一微型電動機和至少一個第二微型電動機之間延伸，從而至少一個第一微型電動機相對於雷射束的路徑面對至少一個第二微型電動機，並且多個鏡子和多個微型電動機還包括至少一個第三鏡子和相應的第三微型電動機以及至少一個第四鏡子和相應的第四微型電動機，雷射束的路徑可在至少一個第三微型電動機和至少一個第四微型電動機之間延伸，從而至少一個第三微型電動機相對於雷射束的路徑面對至少一個第四微型電動機，以及包括一個附加鏡子和相應的附加微型電動機的裝置，用於有選擇地引導雷射束沿在至少一個第一微型電動機和至少一個第二微型電動機之間延伸的第一路徑以及在至少一個第三微型電動機和至少一個第四微型電動機之間延伸的第二路徑。
12．如權利要求1所述的光學微型開關，其特徵在於，多個微型電動機包括沿垂直於雷射束的路徑延伸的一條假想直線並排設置的至少兩個微型電動機。
13．如權利要求6所述的光學微型開關，其特徵在於，設置至少12個鏡子和相應的微型電動機，用於有選擇地沿多個平行的方向引導雷射束。
14．如權利要求1所述的光學微型開關，其特徵在於，每個鏡子包括矽層和附著於所述矽層的反射物質層，由此所述矽層提供低粗糙度和高度平坦的表面。
15．如權利要求14所述的光學微型開關，其特徵在於，每個鏡子還包括至少一對覆蓋反射物質層的電介質層，至少一對電介質層包括低介電材料的第一層和高介電材料的第二層。
16．如權利要求1所述的光學微型開關，其特徵在於，至少一個微型電動機包括用於限制在第二位置處的相應鏡子移動的移動止動裝置，用移動止動裝置來提高所述光學微型開關工作的重複性。
17．如權利要求16所述的光學微型開關，其特徵在於，還包括引線裝置，用於在電氣上把移動止動裝置連至控制器，這樣，移動止動裝置允許控制器監視何時鏡子在第二位置。
18．一種與沿一條路徑延伸的雷射束一起使用的光學微型開關，包括具有多個輸出口的本體；由本體攜帶的多個鏡子；耦合至每個所述鏡子的裝置，用於以靜電方式在雷射束路徑外的第一位置與雷射束路徑內的第二位置之間驅動鏡子，以將雷射束有選擇地引至輸出口之一；以及控制器，它在電氣上耦合至用於對其提供控制信號的裝置。
19．如權利要求18所述的光學微型開關，其特徵在於，它與設置在本體的各個輸出口處用於有選擇地接收雷射束的多個輸出光攜帶元件、多個浮動頭和多個光碟表面相組合，浮動頭可在各自的光碟表面上方移動。
20．一種靜電微型致動器，其特徵在於，它包括襯底；至少一個梳狀驅動組件，其第一與第二梳狀驅動件都配有梳狀驅動指，第一梳狀驅動件裝在襯底上；第一與第二間隔開的梁狀彈性件，至少一個梳狀驅動組件設置在第一與第二梁狀彈性件之間，第二梳狀驅動件覆蓋襯底，每個第一與第二梁狀彈性件的第一端部固定到襯底，第二端部固定到第二梳狀驅動件，將第二梳狀驅動件懸掛在襯底上方，第二梳狀驅動件可在第一與第二梳狀驅動件的梳狀驅動指完全不叉指的第一位置與所述梳狀驅動指基本上叉指的第二位置之間移動。
21．如權利要求20所述的靜電微型致動器，其特徵在於，第一與第二梁狀彈性件在與第二梳狀驅動件移動方向垂直的方向上都具有抗偏離能力，每個第一與第二梁狀彈性件可在第一與第二位置之間移動，在第一位置中，當第二梳狀驅動件處於第一位置時，梁狀彈性件為非直線結構，在第二位置中，當第二梳狀驅動件處於第二位置時，梁狀彈性件為垂直於移動方向延伸的直線結構，因而當第二梳狀驅動件處於第二位置時，第一與第二梁狀彈性件在與移動方向垂直的方向上的抗偏離能力變得最大。
22．如權利要求20所述的靜電微型致動器，其特徵在於，第二梳狀驅動件僅用第一與第二梁狀彈性件固定到襯底。
23．如權利要求20所述的靜電微型致動器，其特徵在於，第二梳狀驅動件在第一與第二梁狀彈性件力的作用下，可從第二位置移到第一位置，微型致動器沒有附加的梳狀驅動組件，所述梳狀驅動組件的第一與第二梳狀驅動件有各自的梳狀驅動指，其中所述附加梳狀驅動組件的第二梳狀驅動件可移動到某一位置，其中當首先命名的梳狀驅動組件的梳狀驅動指間隔開時，所述附加梳狀驅動組件的梳狀驅動指叉指。
24．如權利要求20所述的靜電微型致動器，其特徵在於，還包括垂直於第二梳狀驅動件移動方向延伸的第一與第二靜電夾持電極，第一與第二夾持電極可在第一與第二位置之間移動，在第一位置中，當第二梳狀驅動件處於第二位置時，夾持電極間隔開，在第二位置中，當第二梳狀驅動件處於第一位置時，夾持電極靠緊，因此當將電壓電位加在置於相互靠緊的第二位置中的夾持電極時，夾持電極有助於將第二梳狀驅動件保持在第一位置。
25．如權利要求20所述的靜電微型致動器，其特徵在於，還包括附加梳狀驅動組件，它設置在第一和第二梁狀彈簧件之間，並且具有第一和第二梳狀驅動件，附加梳狀驅動組件的每個第一和第二梳狀驅動件設置有梳狀驅動指，附加梳狀驅動組件的第一梳狀驅動件安裝在襯底上，附加梳狀驅動組件的第二梳狀驅動件疊置在襯底上，並且通過第一和第二梁狀彈簧件懸掛在襯底上方，梳狀驅動組件的所第二梳狀驅動件可在第一位置和第二位置之間移動，在第一位置中，附加梳狀驅動組件的第一和第二梳狀驅動件的梳狀驅動指彼此間隔開，在第二位置中，附加梳狀驅動組件的第一和第二梳狀驅動件的梳狀驅動指彼此交錯，當首先命名的梳狀驅動組件的第二梳狀驅動件在第一位置時，附加梳狀驅動組件的第二梳狀驅動件處於第二位置。
26．如權利要求25所述的靜電微型致動器，其特徵在於，還包括第一和第二靜電夾持電極組，它們沿與第二梳狀驅動件移動方向垂直的方向延伸，每個第一和第二夾持電極組具有可在第一位置和第二位置之間移動的第一和第二夾持電極，在第一位置中，夾持電極彼此間隔開，而在第二位置中，夾持電極相互靠近，當首先命名的梳狀驅動組件的第二梳狀驅動件在第一位置時，第一夾持電極組相互靠近，而當附加梳狀驅動組件的第二梳狀驅動件在第一位置時，第二夾持電極組相互靠近，由此當在處於第二位置相互靠近的所述夾持電極之間電壓電位時，每組夾持電極便於保持第二梳狀驅動件在它們的第一位置中。
27．如權利要求20所述的靜電微型致動器，其特徵在於，還包括微型電動機，它是正常閉合的，用於把第二驅動件鎖定在其第一和第二位置。
28．如權利要求20所述的靜電微型致動器，其特徵在於，每個第一和第二梳狀驅動件的梳狀驅動指具有近端部分和遠端部分，每個近端部分和遠端部分都具有寬度，並且每個遠端部分的寬度小於有關的近端部分的寬度。
29．如權利要求20所述的靜電微型致動器，其特徵在於，至少一個第一和第二梳狀驅動件的梳狀驅動指具有不同的長度。
30．如權利要求20所述的靜電微型致動器，其特徵在於，還包括將第二梳狀驅動件的移動限制到第二位置的移動止動裝置，因而移動止動裝置有利於微型驅動器操作的重複性。
31．如權利要求30所述的靜電微型致動器，其特徵在於，還包括控制器和引線裝置，用於電氣連接移動止動裝置至控制器，由此移動止動裝置允許控制器監視何時第二梳狀驅動件處於第二位置。
32．如權利要求20所述的靜電微型致動器，其特徵在於，第二梳狀驅動件的梳狀驅動指可在從第一位置至第二位置的半程內移動，在第一位置中，第一和第二梳狀驅動件的梳狀驅動指間隔開，在第二位置中，所述梳狀驅動指部分叉指，並且第二梳狀驅動件的梳狀指可在從第一位置至第三位置的半程內移動，在第三位置中，所述梳狀驅動指完全叉指，控制器包括當只在半程的一部分期間用於在第一和第二梳狀驅動件之間提供電壓電位的裝置，以促使第二梳狀驅動件的梳狀驅動指至第三位置。
33．如權利要求34所述的靜電微型致動器，其特徵在於，控制器包括當所述梳狀驅動指部分接合而在所述梳狀驅動件完全接合之前用於在第一和第二梳狀驅動件之間提供電壓電位的裝置。
34．如權利要求32所述的建點微型致動器，其特徵在於，還包括鏡子和用於把鏡子耦合到至少一個梳狀驅動組件連接裝置，連接裝置包括在其內有凹口的託件，鏡子具有在其上設置的用於安排在凹口中的栓部，以便於鏡子在託件上的對準。
35．如權利要求20所述的靜電微型致動器，其特徵在於，還包括鏡子和用於把鏡子耦合到至少一個梳狀驅動組件連接裝置，連接裝置包括設有容納鏡子的容器的託件、用於把鏡子固定在容器內的粘合裝置、以及可卸地安裝在襯底上的保持件，用於在固定是把鏡子把持在容器中。
36．一種用於操作梳狀驅動組件的方法，梳狀組件具有第一和第二梳狀驅動件，而第一和第二梳狀驅動件帶有各自的梳狀驅動指，其中，第二梳狀驅動件可相對於第一梳狀驅動件在第一位置和第二位置之間移動，在第一位置中，第一和第二梳狀驅動件的梳狀驅動指是間隔開的，在第二位置中，第一和第二梳狀驅動件的梳狀驅動指是叉指的，其特徵在於，包括下述步驟在諧振時振蕩第二梳狀驅動件，以把第二梳狀驅動件移至第二位置，以及在固定期間把鏡子保持在容器內。
37．如權利要求36所述的方法，其特徵在於，保持步驟包括用靜電力把第二梳狀驅動件保持在第二位置中。
38．如權利要求37所述的方法，其特徵在於，保持步驟包括用機械力把第二梳狀驅動件保持在第二位置中。
39．如權利要求38所述的方法，其特徵在於，還包括從第二位置釋放第二梳狀驅動件，以允許第二梳狀驅動件移至第一位置的步驟。
40．一種靜電微型致動器，其特徵在於，它包括襯底；至少一個梳狀驅動組件，其第一與第二梳狀驅動件都配有梳狀驅動指，第一梳狀驅動件裝在襯底上，而第二梳狀驅動件覆蓋襯底；以及至少一個梁狀彈性件，它具有固定到襯底的第一端部和固定到第二梳狀驅動件的第二端部，第二梳狀驅動件可以沿在第一位置和第二位置之間的方向移動，在第一位置中，第一和第二梳狀驅動件的梳狀驅動指實質上不完全叉指，而在第二位置中，第一和第二梳狀驅動件的梳狀驅動指實質上完全叉指，至少一個梁狀彈性件沿與第二梳狀驅動件的移動方向垂直的方向具有抗偏離能力，並且可在第一位置和第二位置之間移動，在第一位置中，至少一個梁狀彈性件處於非直線結構狀態，並且當第二梳狀驅動件在第一位置時出現，而在第二位置中，至少一個梁狀彈性件處於沿垂直於移動方向延伸的直線結構狀態，並且當第二梳狀驅動件在第二位置時出現，由此當第二梳狀驅動件從其第一位置移動到其第二位置時，提高了至少一個梁狀彈性件沿與移動方向垂直的方向的抗偏離能力。
41．如權利要求40所述的靜電微型致動器，其特徵在於，第二梳狀驅動件可以沿第一位置和第二位置之間的方向移動，在第一位置中，第一和第二梳狀驅動件的梳狀驅動指是間隔開的，在第二位置中，第一和第二梳狀驅動件的梳狀驅動指實質上完全叉指。
42．如權利要求41所述的靜電微型致動器，其特徵在於，還具有附加梁狀彈性件，它具有固定到襯底的第一端部和固定到第二梳狀驅動件的第二端部，附加梁狀彈性件具有沿與第二梳狀驅動件移動方向垂直的方向的抗偏離能力，並且可在第一位置和第二位置之間移動，在第一位置中，附加梁狀彈性件處於非直線結構狀態，並且當第二梳狀驅動件在第一位置時出現，而在第二位置中，附加梁狀彈性件處於沿垂直於移動方向延伸的直線結構狀態，並且當第二梳狀驅動件在第二位置時出現。
43．如權利要求41所述的靜電微型致動器，其特徵在於，還包括垂直於第二梳狀驅動件移動方向延伸的第一和第二靜電夾持電極，第一和第二夾持電極可以在第一位置和第二位置之間移動，在第一位置中，夾持電極間隔開，並且當第二梳狀驅動件在第二位置時出現，在第二未知中，夾持電極相互靠近，並且當第二梳狀驅動件在第一位置時出現，由此當在第二位置中相互靠近的夾持電極之間施加電壓電位時，夾持電極便於使第二梳狀驅動件保持在第一位置。
44．一種靜電微型致動器，其特徵在於，它包括襯底；至少一個梳狀驅動組件，其第一與第二梳狀驅動件都配有梳狀驅動指，第一梳狀驅動件裝在襯底上，而第二梳狀驅動件覆蓋襯底，並且可沿在第一位置和第二位置之間的方向延伸，在第一位置中，第一和第二梳形驅動件的梳形驅動指實質上不完全叉指，而在第二位置中，第一和第二梳狀驅動件的梳狀驅動指實質上完全叉指；以及具有固定至襯底的第一端部和固定至第二梳狀驅動件的第二端部的彈性裝置，用於提供沿與第二梳狀驅動件的移動方向垂直的方向的抗偏離能力，當第二梳狀驅動件從其第一位置移動至其第二位置時，該抗偏離能力增大。
45．如權利要求44所述的靜電微型致動器，其特徵在於包括離開第一和第二梳狀驅動件的裝置，用於以靜電方式把第二梳狀驅動件固定在第一位置。
46．如權利要求45所述的靜電微型致動器，其特徵在於包括原理，用於以靜電方式把第二梳狀驅動件固定在第一位置的裝置包括第一和第二夾持電極，它們可以在第一位置和第二位置之間移動，在第一位置中，夾持電極間隔開，並且當第二梳狀驅動件在第二位置時出現，在第二位置中，夾持電極相互靠近，並且當第二梳狀驅動件在第一位置時出現。
全文摘要
靜電微型致動器(101)包括襯底(213)和至少一個具有第一與第二梳狀驅動件(210a、208a)的梳狀驅動組件,每個梳狀驅動件配有梳狀驅動指(212、211),第一驅動件裝在襯底上,第二驅動件覆蓋襯底。還包括第一與第二間開隔的梁狀彈性件(214、217),至少一個驅動組件置於兩個彈性件之間。彈性件第一端部(243)固定到襯底,第二端部(244)固定到第二驅動件。第二驅動件可在第一與第二位置之間移動。
文檔編號G11B7/135GK1292945SQ99803875
公開日2001年4月25日 申請日期1999年1月12日 優先權日1998年1月13日
發明者J·H·傑曼, J·D·格雷德, J·D·德雷克 申請人:西加特技術有限責任公司