梳齿型静电驱动器的制作方法

专利名称：梳齿型静电驱动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于通过在光路上插入抽出反射镜而进行光路转换或者进行 与各入射口耦合的光量调整等的光学器件的梳齿型静电驱动器。
背景技术：
在图8中，作为梳齿型静电驱动器使用的这种光学器件的现有结构例， 表示出日本专利申请公报号2005-37885所公开的MEMS (Micro Electro Mechanical Systems )光开关的结构。例如在由硅晶片形成的基体20上面20u，十字状地形成有各一端互相连 接的四条光纤槽1A、 1B、 1C、 1D。四条光纤41A、 41B、 41C、 41D分别配 置在对应的光纤槽1A、 1B、 1C、 1D内。作为互相垂直的光纤槽1A与光纤槽IB之间区域的驱动体形成部20A, 在上面20u形成有相对光纤槽1A和光纤槽IB成45度的直线状缝隙25。该 缝隙25内配置有一端11a设有反射镜4的可动棒11。这个例中，可动棒11 可以沿着直线状缝隙25移动。在可动棒11上留有间隔的两个支承部111、 112 的两侧分别固定板簧状的铰链23R、 23L、 24R、 24L的各一端，铰链23R、 23L、 24R、 24L的各自的另 一端被固定在基体20上。可动棒11通过作为交 联部件的各铰链与基体20连接，沿可动棒的长度方向并与基体20的板面(上 面20u)平行移动自如地支承可动棒11。铰链23R、 23L、 24R、 24L按照弹 性地向同一方向弯曲的方式安装。可动棒ll在图8所示的状态下取得第一稳 定状态，反射镜4位于光纤41A、 41B、 41C、 41D的放射状配置的中心部。 而且，当将可动棒11向离开光纤槽1A、 1B、 1C、 1D的交叉部80的方向驱 动而使铰链23R、 23L、 24R、 24L的弯曲反转时，可动棒11取得反射镜4 #皮 收入缝隙25内的第二稳定状态。这样，可动棒11进行所谓的双稳定动作。在可动棒11上的两个支承部111、 112的中间，在可动棒ll的两侧装有 可动梳齿电极12R、 12L。可动梳齿电极12R、 12L具有与可动棒11长度方 向垂直地被固定在可动棒11上的支柱12aR、 12aL;和安装于各支柱两侧的互相分开间隔且平行排列的可动电极板12bR、 12bL。在可动棒11的长度方 向夹着可动梳齿电极12R、 12L设置有固定梳齿电极21R、 21L、 22R、 22L。 固定梳齿电极21R、 22R具有互相平行排列在与可动棒11长度方向垂直的方 向并固定于基体20上的固定电极板21bR、 22bR。固定电极板21bR、 22bR 的各一端与可动电极板12bR交替啮合地配置。固定梳齿电极21L、 22L也同 样。如图8所示，可动棒11的第一稳定状态是可动电极板12bR、 12bL最深 地侵入到固定电极板21bR、 21bL之间而几乎从固定电极板22bR、 22bL之间 拔出的状态。相反，可动棒11的第二稳定状态是可动电极板12bR、 12bL几 乎从固定电极板21bR、21bL之间拔出而最深地侵入到固定电极板22bR、22bL 之间的状态。通过端子15R、 15L、铰链23R、23L、可动棒11可以向可动梳齿电极12R、 12L供给电压。通过端子13R、 13L可以向固定梳齿电极21R、 21L供给电压， 通过端子14R、 14L可以向固定梳齿电极22R、 22L供给电压。在图8所示的 第一稳定状态下，当给端子15R、 15L(和/或16R、 16L)与端子14R、 14L 之间施加电压时，可动梳齿电极12R、 12L被静电引力向与固定梳齿电极22R、 22L啮合的方向吸引，可动棒11成为向离开光纤槽1A、 1B、 1C、 1D的交叉 部80的方向被驱动的第二稳定状态。其结果，反射镜4被收容在缝隙25内。 在第二稳定状态下，当给端子15R、 15L (和/或16R、 16L)与端子13R、 13L之间施加电压时，可动棒11返回到图8所示的第一稳定状态。可动棒11、 铰链23R、 23L、 24R、 24L、可动梳齿电极12R、 12L、固定梳齿电极21R、 21L、 22R、 22L与基体20共同构成梳齿型静电驱动器100。可是，虽然所述的光开关的梳齿型静电驱动器已经提供实用，但会由于 施加驱动电压，而在第一稳定状态与第二稳定状态之间的迁移过程中，可动 棒11向与其长度方向交叉的方向位移，使可动电极板12bR与固定电极板 21 bR或固定电极板22bR接触，或者可动电极板12bL与固定电极板21 bL或 固定电极板22bL接触，从而存在施加电压短路的问题。作为原因可以考虑以下情况。在梳齿型静电驱动器的制造中，使铰链、 固定电极板、可动电极板等相对于可动棒长度方向的中心轴线严格对称地形 成是困难的，在驱动电压非施加时会产生稍微的非对称性。因此，在施加驱 动电压而引起的两个稳定状态间的迁移中，固定电极板与可动电极板之间的静电引力，在与可动棒的中心轴方向垂直的方向比与其相反方向要大，从而 感应出非对称动作。结果，当可动电极板向一个方向稍微位移时，会使得向 该方向的静电引力急剧增大，从而使得可动电极板与固定电极板相撞。当可动电极板与固定电极板发生接触时，动作就停止。或者也有可能使 短路的电极板间互相接合。为了避免这种现象，例如，如非专利文献(Rob Legtenberg et al. "Comb-drive actuators for large displacements", J.Micromech， Microeng.6, 1996, pp.320-329)所示，表示出通过增加铰链的厚度提高刚性，减少静电引 力引起的位移。然而，如果提高铰链的刚性，为了沿可动棒中心轴方向驱动 可动棒，需要更加提高需要的驱动电压。可是，由于提高驱动电压，会使得 静电引力也增大，从而难以可靠地进行不发生接触的稳定动作。发明内容本发明的目的是提供一种在可动电极板与固定电极板之间不易产生接触 的梳齿型静电驱动器。本发明提供一种梳齿型静电驱动器，其至少包括基体；可动棒，其配 置成将轴与所述基体上预先确定的轴线匹配；可动梳齿电极，其被固定于所 述可动棒上的连结部，并具有多个可动电极板，所述多个可动电极板在与所行且互相平行；固定梳齿电极，其被固定于所述基体上，并具有与所述可动 电极板平行交替地配置并且互相平行的多个固定电极板；以及第一铰链和第 二铰链，它们的 一端分别被固定在所述可动棒上的互相离开的第 一 支承部和 第二支承部，另 一端分别被固定在所述基体上的第 一 固定部和第二固定部， 所述可动棒沿所述轴线能够移动地被支承，所述梳齿型静电驱动器的特征在 于，所述连结部在所述可动棒上相对于所述第一支承部与所述第二支承部位 于相同侧，所述第一铰链和第二铰链的长度比从固定所述第一铰链和第二铰 链的所述第一固定部和第二固定部到所述轴线的距离分别长I L, I和I L2 I ，使所述第一铰链和第二铰链分别与所述轴线垂直地伸长时，当设所述 第一支承部、所述第二支承部的以所述轴线为原点的与所述轴线垂直方向的 位置坐标分别达到L,、 L2,分别设从所述可动棒上的所述第一支承部到所述 连结部和所述第二支承部的距离为d,和Ls时，U = " + ( L2 _ Li )山/ Ls的大小I Le I 、比使所述可动棒与所述轴线匹配的状态下的各所述可动电极 板、和相对于其所述位置坐标所述U所具有的符号一侧的最接近的固定电极 板的距离中的任何一个距离都小。按照本发明，由于使由两个铰链的长度与从固定这些铰链一端的基体上 的固定部到匹配轴线的距离之差表示的连结部的最大位移量，比各个可动电 极板和与其最近的可动棒相反侧的固定电极板的间隔小，所以使得可动电极 板与固定电极板接触的可能性很小。


图1是表示本发明实施例的平面图。图2是用于说明由可动棒弯曲产生的反作用力与静电引力的平衡的图。 图3是用于说明可动棒的反作用力与静电引力的平衡的曲线图。 图4是用于说明梳齿型静电驱动器的稳定动作区域的曲线图。 图5是用于说明相同侧的两个铰链伸长而且连结部位于两个支承部之间 时的连结部的最大位移的图。之外时的连结部的最大位移的图。图7A表示铰链23R、 23L与铰链24R、 24L的长度不同的例子。 图7B表示两个铰链只位于可动棒单侧的情况。图7C表示三个铰链只位于可动棒单侧而且连结部位于三个支承部之外 的情况。图8表示现有的光学器件的梳齿型静电驱动器的例子的平面图。
具体实施方式
参照图1到图7说明本发明的实施例及其变形例。图1是表示本发明实施例的梳齿型静电驱动器200 (下面简称为驱动器 200)的示意平面图。驱动器200的基本结构与图8所示的驱动器100同样， 在图1中，对于共同的部分附加相同参照标记，表示适于说明的构成要素。与图8所示的驱动器100同样，驱动器200通过由例如硅晶片利用各向 异性蚀刻与未图示的基体一体形成。可动棒11以稳定状态配置在匹配轴线Ox上。各两个配置在可动棒11的两侧的铰链23R、 23L、 24R、 24L的各自 的一端被固定在可动棒11上的两个支承部111、 112上，铰链23R、 23L、 24R、 24L的各自的另一端分别被固定在基体上的固定部32A、 32B、 32C、 32D上。 图1的坐标，设与匹配轴线Ox平行的方向为Y轴，设与其垂直的方向为X轴。在图l所示的例子中，从匹配轴线Ox到各固定部32A、 32B、 32C、 32D 的距离相同，设该距离为D。而且，在图l所示的例子中，相对于匹配轴线 Ox对称配置固定部32A、 32C和固定部32B、 32D。各铰链23R、 23L、 24R、 24L的长度U大于各固定部32A、 32B、 32C、 32D与匹配轴线Ox间的距离 D。在铰链23R、 23L、 24R、 24L在可动棒11的长度方向向相同方向凸起而 弹性弯曲的状态下，稳定地保持可动棒ll。并且，通过改变铰链23R、 23L、 24R、 24L的弯曲方向，能够使可动棒11沿匹配轴线Ox方向移动。在可动棒11上的作为支承部111和112的中间点Pc的连结部11C上， 与图8所示的驱动器100同样，在与可动棒11长度方向垂直的方向固定设置 向两侧延伸的支柱12aR、 12aL。与该支柱12aR、 12aL垂直且互相平行排列 的多个可动电极板12bR、 12bL被固定在支柱12aR、 12aL上，构成可动梳齿 电极12R、 12L。按照在匹配轴线Ox方向夹着该可动才危齿电极12R、 12L的 方式在基体上固定并设置固定^^齿电极21R、 21L、 22R、 22L。固定才危齿电极 21R、 21L、 22R、 22L的固定电极板21bR、 21bL、 22bR、 22bL互相平行而 且与可动电极板12bR、 12bL交替配置。在图l所示的实施例中，由于铰链23R、 23L、 24R、 24L;可动梳齿电极 12R、 12L;固定梳齿电极21R、 21L、 22R、 22L;固定部32A、 32B、 32C、 32D相对匹配轴线Ox对称配置，所以在下面的iJL明中，主要"^兌明匹配轴线 Ox的单侧。与图8所示的驱动器100对应，在图1中以实线表示的铰链23R、 23L、 24R、 24L所支承的可动棒ll处于第二稳定状态。在图1中，将可动棒ll位 于第二稳定状态位置时的支承部112在匹配轴线Ox上的位置设定为Ps。可 动棒11从第二稳定状态迁移到第一稳定状态的过程中，考虑由于某种原因可 动棒11从匹配轴线Ox向与图1的纸面右方向平行位移的情况。如果不设置 固定梳齿电极21R、 21L、 22R、 22L，在可动棒11的左侧铰链23L、 24L伸 长的状态，以固定部32A为中心的圓弧成为支承部112取得的最靠右的轨迹Op。支承部111也描绘出同样的圓弧轨迹。因此，可动棒ll上全部点也描绘 出同样的圓弧轨迹。当设支承部112的轨迹OP上的任意点Ps，到匹配轴线Ox的距离为ALh,则ALh《ALmax = Lh-D。
△ Lmax为△ Lh的最大值。为方便说明，如图1所示，设可动冲危齿电极12R、 12L;固定才危齿电极21R、 21L、 22R、 22L的各电极板间隔全部为相等间隔。此外，设可动棒ll位于匹 配轴线Ox上时的任意的可动电极板12bR ( 12bL)与该可动电极板的与可动 棒11相反侧邻接的固定电极板21bR、 22bR(21bL、 22bL)的间隙为G。这 时，可动电极板12bR ( 12bL)不与固定电极板21bR、 22bR(21bL、 22bL ) 接触的必要条件用式(1 )表示。另外，将可动梳齿电极12R、 12L;固定梳 齿电极21R、 21L、 22R、 22L的各个电极板间隔全部设为相等间隔不是必须 的技术事项。在各个电极板间隔不同的情况下，间隙G是可动棒11与匹配轴 线Ox匹配状态的各可动电极板12bR ( 12bL)与相对于各可动电极板12bR (12bL)位于连结部11C位移侧相邻的固定电极板21bR、 22bR(21bL、 22bL ) 的距离之中最小的距离。U-D4L隱〈G (1)22bL )的正中间，即使给可动梳齿电极12R ( 12L )与固定梳齿电极21R、 22R (21L、 22L)之间施加电压，对各可动电极板的静电引力也保持平衡。然而， 由于包括制成的梳齿电极及铰链等的驱动器的微小的非对称性或者尽管表面 看驱动器的形成物没有非对称也会导致动作的非对称，从而使得固定梳齿电 极21R、 22R (21L、 22L )与可动梳齿电极12R (12L)之间的静电引力及其 它的作用力在与匹配轴线Ox垂直的一个方向上变大，使得可动棒11偏离匹 配轴线Ox，从而使得对于各可动电极板12bR (12bL)的静电引力中的向一 方的固定电极板21bR、 22bR(21bL、 22bL )侧的静电引力进一步变大。其结 果，使得可动棒11进一步向该方向位移。由式(1 )表示的条件，在由可动梳齿电极12R ( 12L)与固定梳齿电极 21R、 22R (21L、 22L )之间的静电引力而产生的可动棒11的弹性弯曲为可 忽略的相当小情况下，成为可动梳齿电极12bR ( 12bL)与固定电极板21bR、 22bR(21bL、 22bL)不接触的充分条件。下面参照图2说明弯曲为不可忽略 程度较大的情况。在图2中，为了简单，主要表示图1所示的可动棒11、其 纸面右侧的可动梳齿电极12R以及固定梳齿电极21R。在图2中，虛线表示位移前的可动梳齿电极12R。可动棒11从匹配轴线OX向纸面右侧最大ALh
位移，如图2所示，该状态下由于静电引力而使可动棒11弯曲，其弯曲中心 进一步向X轴方向位移d。该位移量d由可动棒11的弹性系数k的反作用力 Fm与静电引力Fe的平衡来决定。
在可动棒11从图2所示的支承部112位于匹配轴线Ox上的点Ps的第二 稳定状态向第一稳定状态迁移的期间，可动棒11上的连结部IIC取得的任意 位置Pc(x， y)的与可动梳齿电极12R、 12L和固定梳齿电极21R、 21L、 22R、 22L之间的匹配轴线Ox垂直方向的静电引力Fe由式(2)表示。
2(G - x)2 2(G + x)2
其中，设定第二稳定状态即支承部112位于点Ps时的可动梳齿电极板 12bR、 12bL与固定梳齿电极板21bR、 21bL的Y轴方向的重叠深度为ye，设 定由于支承部112从点Ps移动而使Y方向的移动量Ay增加重叠。式(2) 中的n为可动梳齿电极板12bR、 12bL的数量，s为空气介电常数，V为给可 动梳齿电极12R、 12L与固定梳齿电极21bR、 21bL之间施加的电压，h为可 动电极板12bR、 12bL与固定电极板21bR、 21bL的Z轴方向(垂直纸面的方 向)的重叠高度。
此外，可动桥u齿电极12R、 12L的X轴方向的位移量x为x = ALh+D。 由静电引力产生的可动棒11弯曲而引起的可动棒11对可动棒11的连结部 llC在X轴方向位移量d的反作用力Fm用式(3)表示。其中，ALh用式(4)表示。
<formula>formula see original document page 10</formula> (3)<formula>formula see original document page 10</formula>(4)
其中，s为绞链的固定部32C、 32D与支承部111的Y轴方向距离(参照 图1)。为了使可动电极板12bR、 12bL与固定电极板21bR、 21bL不接触，只 要按照使静电引力Fe与反作用力Fm的平衡位置在间隙G的范围内的方式确 定参数k、 V、 L、 D的值即可。
将可动梳齿电极12R、 12L的Y轴方向位置y作为固定(固定施加电压V)，在图3中表示如下的曲线3a、 3b、 3c和直线3d的例子，其中，曲线3a、 3b、 3c表示一个可动电极板12bR、 12bL的X轴方向位移量x与可动棒11受 到的用式(2)表示的静电引力Fe之间的关系，直线3d表示由静电引力而使 可动棒11弯曲而产生的用式(3 )表达的反作用力Fm与所述位移量x的关系。 静电引力Fe随着位移量x增加，即随着可动电极板12bR、 12bL与固定电极 板21bR、 21bL的间隔变狭而迅速增大。与此相对，可动一奉ll的反作用力Fm 线性增大。
为便于理解，假设如下状态，即，可动梳齿电极12R、 12L受到静电引力， 可动棒11没有弯曲但向X轴方向位移，铰链23L、 24L在X轴方向直线伸长。 这时的反作用力Fm位于直线3d与X轴的交点x = ALmax。假设从该状态开 始，由于静电引力而使可动棒11发生弯曲，而使可动电极板12bR、 12bL的 位移量x进一步增加。在曲线3C的情况下，弯曲产生的反作用力Fm增大， 在位移量x,处变成与静电引力Fe相等。假设位移量x超过该平衡点Xl时， 变成Fm〉Fe，所以由于可动棒11的反作用力而将可动梳齿电极12R、 12L 向匹配轴线Ox拉回。只要使这样的平tf点x,在间隙G的范围内，则即使可 动棒11由于静电引力而弹性弯曲，也不用担心可动电极板12bR、 12bL与固 定电4及^反21bR、 21bL4妾触。
在位移量x超过位置x,而由于某种原因进一步超过作为第二交点的位置 X2的情况下，由于变成Fm〉Fe,因此，可动电极板12bR、 12bL将与固定电 极板21bR、 21bL接触。然而，由于实际上可动棒11从笔直状态因静电引力 而开始弯曲，因此不会进入到超过第二交点的区域，而且一定会在第一交点 x,成为平ff状态。
在图3中，如曲线3a所示，例如施加电压V过大等而不存在与直线3d 的交点，即不存在平衡点的情况下，若因某种机械异常引起可动棒11偏移而 发生X轴方向的静电引力，则会导致可动电极板12bR、 12bL与固定电极板 21bR、 21bL的接触。这表明可动棒11的弹性系数k小，反作用力不足，可 以说是不稳定的驱动器。
曲线3b表示所述反作用力的恢复不可能的特性曲线3a与恢复可能的特 性曲线3c的交界特性，与直线3d以位置X3的一点接触。这种关系意味着驱 动器的稳定性处于临界的状态。由于静电引力Fe的曲线位于曲线3b右侧， 则一定会与反作用力Fm的直线3d交叉，因而在交点前后乂人Fm〉Fe变成Fm<Fe。即，在间隙G的范围内，可使静电引力Fe与反作用力Fm平衡。然而， 在静电引力Fe的曲线位于曲线3b左侧的情况下，不与直线3d交叉，始终为 Fe〉Fm，所以有可能因静电引力而使可动电极板12bR、 12bL与固定电极板 21bR、 21bL^妻触。
在关于图3的说明中，虽然说明了将可动棒11的Y轴方向位置y设为一 定，但在图1中左侧的铰链23L、 24L笔直伸长的状态下，由于以固定部32A、 32C为中心旋转时取得的可动棒11的Y轴方向位置而使用式(2)表示的静 电引力Fe变化。也就是说，静电引力Fe由于可动电极板12bR、 12bL与固定 电相^板21bR、 21bL的相互^曼入深度7。+ Ay而发生变化。
因此，当描绘成为图3所示曲线3b那样的稳定性临界Fe曲线的施加电 压V与可动棒ll的Y轴方向位移量Ay的关系时，获得图4所示的曲线4a。 曲线4a的右侧为不稳定区域，左侧为稳定区域。例如施加电压为V,时，由 于可动棒ll向另一种稳定状态迁移的过程中不通过不稳定区域，所以能够始 终实现稳定的驱动器动作。另一方面，在施加电压为V2时，由于通过不稳定 区域，所以驱动器动作不稳定(有可能会使可动电极板与固定电极板接触)。
换言之，有关图3、图4的所述说明，在铰链23L、 24L伸长的状态下， 由可动棒ll的弯曲引起的反作用力作用在连结部IIC位移的相反方向时，在 可动棒11的任意位置，只要使通过施加驱动电压而在可动梳齿电极12R、 12L 与固定梳齿电极21R、 21L、 22R、 22L之间产生的与可动棒11长度方向垂直 方向的静电引力Fe与反作用力Fm合成的力为零或者使该力向匹配轴线Ox 方向作用即可。
虽然所述式(1 )的条件是连结部IIC位于支承部111和112的中心，而 且，各铰链23R、 23L、 24R、 24L的长度和从它们的固定部32A、 32B、 32C、 32D到匹配轴线Ox的距离之差△ U全都相等的情况，但也可以不同。例如， 如图5示意表示的变形实施例那样，相对于可动棒11位于同一侧的两个铰链 23L、 24L的长度和从它们的固定部32C、 32A到匹配轴线Ox的距离之差为I L, I和I L2 I ，将其伸长时，第一支承部112、第二支承部111分别到达各自 与匹配轴线Ox垂直的图面横向坐标(相当于图1的X轴)L!和L2。当设定 连结部11C的位置分别距支承部112、 111的距离为山和d2时，则两个铰链 23L、 24L伸长状态的连结部11C的与所述匹配轴线Ox垂直的横向坐标Lc 用式(5)表示。<formula>formula see original document page 13</formula>
其中，L,d,十d2为支承部111、 112之间的距离。只要将该Lc的大小l Lc I作为位移量ALh的最大值ALm^，按照满足式(1 )的方式确定参数即可。 在式(5)中，若设L,L2二ALh,则与图l所示的情况相同。
进而，在所述中，作为驱动器的非对称动作虽然说明了可动棒11向与匹 配轴线Ox大致垂直方向位移的情况，但由于各种各样作用力的微妙不均衡导 致的动作也包括位移的旋转成分。例如，图1中，当由左侧的可动梳齿电极 12L和固定梳齿电极22L产生的匹配轴线Ox方向的静电驱动力与右侧的静电 驱动力有差别时，可动棒11会受到导致其相对于匹配轴线Ox旋转运动的力。 在明显受到这样的旋转力的情况下，如图6所示，可动棒ll的一侧的一个铰 链23R ( 23L )和可动棒11的另 一侧的一个铰链24L ( 24R)成为伸长状态(假 定其它铰链都没有伸长)。或者，如图6所示的变形实施例，在采用在可动棒 11上的两个支承部111、 112的外侧设有连结部IIC结构的情况下，即使是没 有旋转力，而给连结部llC仅仅作用与匹配轴线Ox垂直方向的不均衡力， 最后也如图6所示，成为可动棒11的一侧的一个铰链23R (23L)和可动棒 11的另一侧的一个铰链24L (24R)伸长状态(布支定图中没有表示出的其它 铰链都没有伸长)。这时，若连结部IIC位于支承部111、 112之间，连结部 11C的匹配轴线Ox垂直方向的位移比I L, 1和I L2 I之中较大的距离要小， 但在连结部IIC如图6所示的那样位于支承部111、 112之间以外的情况下， 则比I L, I和I L2 I之中较大的距离更大。这样，即使在可动棒11的两侧铰 链各一条伸长的情况下，若设定所述横向坐标符号从匹配轴线Ox起向图面的 右侧(图1的X轴正方向)为正，设左侧为负，则式(5)仍然成立。
因此，在图1、图5、图6的任何情况下，可以用式(5)决定的U的大 小I Le I作为最大值AL腿来确定参数以满足式(l)。作为参数是各自的铰链 长度、固定它们一端的固定部到匹配轴线Ox的距离、及固定电极板间隔(或 者可动电极板间隔)。
另外，图5、图6所示的例子虽然都是两条铰链同时成为与匹配轴线Ox 垂直伸长的状态，但这样的状态并不是通常的状态。此外，在可动电极板12bR、 12bL和固定电极板21bR、 21bL、 22bR、 22bL互相不平行的状态下，彼此互 相不接触的条件，严格地说，作为因素也应该包括这些电极板的长度，然而， 实际上按照所述式(5)的诸参数的确定，近似地能够达到充分的目的。图5所示的例子在可动棒ll的相同侧设置两个以上的铰链，相当于其中的任意两 个铰链处于伸长状态的情况。图6所示的例子在可动棒11的一侧设置一个以 上的铰链，在另一侧也设置一个以上铰链，相当于其中的一侧的一个和另一 侧的 一 个铰链处于伸长状态的情况。
在所述的本发明实施例中，表示处以可动棒ll为中心左右对称地设置相
同长度的四个铰链23R、 23L、 24R、 24L的情况。但铰链的配置也可以不以 可动棒ll为中心对称。例如，也可以使纸面右侧的铰《连与纸面左侧的4交链相 对于可动棒11的安装位置偏移。如图5、图6所示的例子，也可以使各个固 定部到匹配轴线Ox的距离不同，并且使铰链23R、 23L和铰链24R、 24L的 长度也不同。进而，也可以在可动棒11的各侧设置三个以上的铰链。或者， 也可以将一侧的铰链数量设为两个以上，而将另 一侧的铰链数量设为零或一 个以上。无论哪种情况，连结部IIC都可以设置在可动棒11上的任意位置。
图7A表示铰链23R、 23L和24R、 24L的长度不同的变形例情况。为了 简化附图，仅表示出可动棒11和铰链23R、 23L、 24R、 24L。
图7B表示出只在可动棒11的单侧设置两个铰链情况的变形实施例。这 时的驱动器不进行双稳定动作，而是只按照驱动电压的量在匹配轴线方向使 可动棒11位移。这种驱动器，例如在可动棒11的前端lla设置在匹配轴线 方向光学浓度连续变化的滤光器来替换反射镜4,可以作为利用驱动电压使透 过滤光器的光量变化的装置使用。
在图7C和图7B的实施例中，表示出如下的变形实施例，即，相对于铰 链24L在铰链23L的相反侧进一步追加铰链28L并将其固定在支承部113上， 而且，在支承部lll、 113之间的外侧设置连结部IIC。
由以上的说明可以理解，在任一个实施例中，可以把根据至少两个铰链 的长度和从它们的固定部到匹配轴线Ox的距离之差L,、 L2用式(5)确定的 连结部llC的与匹配轴线Ox垂直方向的位移量I Lc I作为最大值AL,来确 定参数，以满足式(1 )。
权利要求
1、一种梳齿型静电驱动器，其至少包括基体；可动棒，其配置成将轴与所述基体上预先确定的轴线匹配；可动梳齿电极，其被固定于所述可动棒上的连结部，并具有多个可动电极板，所述多个可动电极板在与所述可动棒长度方向垂直的方向上隔开间隔排列并且与所述可动棒长度方向平行且互相平行；固定梳齿电极，其被固定于所述基体上，并具有与所述可动电极板平行交替地配置并且互相平行的多个固定电极板；以及第一铰链和第二铰链，它们的一端分别被固定在所述可动棒上的互相离开的第一支承部和第二支承部，另一端分别被固定在所述基体上的第一固定部和第二固定部，所述可动棒沿所述轴线能够移动地被支承，所述梳齿型静电驱动器的特征在于，所述连结部在所述可动棒上相对于所述第一支承部与所述第二支承部位于相同侧，所述第一铰链和第二铰链的长度比从固定所述第一铰链和第二铰链的所述第一固定部和第二固定部到所述轴线的距离分别长|L1|和|L2|，使所述第一铰链和第二铰链分别与所述轴线垂直地伸长时，当设所述第一支承部、所述第二支承部的以所述轴线为原点的与所述轴线垂直方向的位置坐标分别达到L1、L2，并且分别设从所述可动棒上的所述第一支承部到所述连结部和所述第二支承部的距离为d1和Ls时，Lc＝L1+(L2-L1)d1/Ls的大小|Lc|、比使所述可动棒与所述轴线匹配的状态下的各所述可动电极板、和相对于其所述位置坐标所述Lc所具有的符号一侧的最接近的固定电极板的距离中的任何一个距离都小。
2、 根据权利要求1所述的梳齿型静电驱动器，其特征在于， 所述第一铰链和第二铰链设置在所述可动棒的单侧。
3、 根据权利要求1所述的梳齿型静电驱动器，其特征在于， 所述第一铰链和第二铰链分别设置在所述可动棒的一侧和另一侧。
4、 根据权利要求2或3所述的梳齿型静电驱动器，其特征在于，还包括第三铰链和第四铰链，所述第三铰链和第四铰链的 一端分别被固 定在所述可动棒上的互相离开的第三支承部和第四支承部上，而另 一端分别 被固定在相对于所述基体上的所述轴线分别设置在所述第一固定部和第二 固定部的相反侧的第三固定部和第四固定部上。
5、根据权利要求1到3的任一项所述的梳齿型静电驱动器，其特征在于，在所述第 一铰链和第二铰链伸长的状态下，在所述可动棒所移动的任意 位置，通过施加驱动电压而在所述可动梳齿电极和所述固定梳齿电极之间产 生的与所述可动棒的长度方向垂直的方向的静电引力、和由该静电引力产生 的所述可动棒的弯曲引起的反作用力被设定为在如下的范围内达到平衡，所述范围是所述连结部的位置位于距所述轴线比所述I Le I大、并且比使所述 可动棒与所述轴线匹配的状态下的各所述可动电极板、和相对于其所述位置坐标所述Lc所具有的符号一侧的最接近的固定电极板的距离中的任何一个距离都小的距离范围。
6、根据权利要求4所述的梳齿型静电驱动器，其特征在于， 在所述第一铰链和第二铰链伸长的状态下，在所述可动棒所移动的任意位置，通过施加驱动电压而在所述可动梳齿电极和所述固定梳齿电极之间产生的与所述可动棒的长度方向垂直的方向的静电引力、和由该静电引力产生述范围是所述连结部的位置位于距所述轴线比所述I Le I大、并且比使所述 可动棒与所述轴线匹配的状态下的各所述可动电极板、和相对于其所述位置坐标所述U所具有的符号一侧的最接近的固定电极板的距离中的任何一个 距离都小的距离范围。
全文摘要
本发明涉及梳齿型静电驱动器。其中，与基体上预先确定的匹配轴线(0x)平行地配置可动棒(11)，在该可动棒上的连结部(11C)两侧固定具有多个可动电极板(12b)的可动梳齿电极(12)，并在基体上固定具有多个固定电极板(21b、22b)的固定梳齿电极(21、22)，四个铰链(23、24)各自一端被固定在可动棒上，而另一端被固定设置在基体的固定部(32A～32D)。这些铰链的长度被设定为分别比从固定部到所述匹配轴线的距离长，连结部(11C)的匹配轴线垂直方向的位移量(L_c)比各可动电极板与最接近其的固定电极板的距离小。
文档编号G02B26/08GK101246258SQ20071030358
公开日2008年8月20日 申请日期2007年12月28日 优先权日2006年12月28日
发明者加藤嘉睦, 森惠一 申请人:日本航空电子工业株式会社