KR20150140682A - Arcuate motion control in electrostatic actuators - Google Patents

Arcuate motion control in electrostatic actuators Download PDF

Info

Publication number
KR20150140682A
KR20150140682A KR1020157028922A KR20157028922A KR20150140682A KR 20150140682 A KR20150140682 A KR 20150140682A KR 1020157028922 A KR1020157028922 A KR 1020157028922A KR 20157028922 A KR20157028922 A KR 20157028922A KR 20150140682 A KR20150140682 A KR 20150140682A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
frame
angle
actuator
moving frame
moving
Prior art date
Application number
KR1020157028922A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102048335B1 (en
Inventor
로버트 제이. 칼벳
샤오레이 리우
로만 시. 구티에레즈
안쿠르 자인
구이친 왕
Original Assignee
디지털옵틱스 코퍼레이션 엠이엠에스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US13/843,817 external-priority patent/US8712229B2/en
Priority claimed from US13/843,107 external-priority patent/US8947797B2/en
Application filed by 디지털옵틱스 코퍼레이션 엠이엠에스 filed Critical 디지털옵틱스 코퍼레이션 엠이엠에스
Publication of KR20150140682A publication Critical patent/KR20150140682A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102048335B1 publication Critical patent/KR102048335B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N1/00—Electrostatic generators or motors using a solid moving electrostatic charge carrier
    • H02N1/002—Electrostatic motors
    • H02N1/006—Electrostatic motors of the gap-closing type
    • H02N1/008—Laterally driven motors, e.g. of the comb-drive type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0035—Constitution or structural means for controlling the movement of the flexible or deformable elements
    • B81B3/0051—For defining the movement, i.e. structures that guide or limit the movement of an element
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/03—Microengines and actuators
    • B81B2201/033—Comb drives
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses
    • G02B7/04—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification
    • G02B7/08—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses with mechanism for focusing or varying magnification adapted to co-operate with a remote control mechanism

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Lens Barrels (AREA)

Abstract

일 실시예에서, 액추에이터는 제조상태 위치와 전개된 위치 사이에서 고정 프레임에 대해 대략 평행 모션을 위해 복수의 길쭉한 평행 모션 플렉셔에 의해 고정 프레임에 결합된 이동 프레임을 포함한다. 플렉셔들은 이동 프레임이 제조상태에 배치될 때 고정 프레임과 이동 프레임 둘 다에 대해 수직으로 연장하는 선에 대해 제1 각도로 배치되고, 이동 프레임이 전개된 위치에 배치될 때 동일 선에 대해 제2 각도로 배치된다. 제2 프레임에 대한 제1 프레임의 아치형 움직임은 제1 각도와 제2 각도의 합의 약 절반보다 작은 값으로 제1 각도를 제한함으로써 제어된다.In one embodiment, the actuator includes a moving frame coupled to the stationary frame by a plurality of elongated parallel motion flexors for approximately parallel motion with respect to the stationary frame between the manufacturing state position and the deployed position. The flexures are arranged at a first angle relative to a line extending perpendicularly to both the fixed frame and the moving frame when the moving frame is placed in the manufacturing state and are arranged at a first angle relative to the same line when the moving frame is deployed 2 angles. The arcuate movement of the first frame for the second frame is controlled by limiting the first angle to a value less than about half the sum of the first angle and the second angle.

Description

정전기 액추에이터에서 아치형 모션을 제어하는 방법 및 장치{ARCUATE MOTION CONTROL IN ELECTROSTATIC ACTUATORS}≪ Desc / Clms Page number 1 > ARCUATE MOTION CONTROL IN ELECTROSTATIC ACTUATORS < RTI ID = 0.0 >

본 출원은 2013년 3월 15일자 출원된 미국 특허출원 제13/843,817호의 계속출원이고, 상기 출원은 2013년 3월 15일자 출원된 미국 특허출원 제13/843,107호의 부분계속출원이며, 상기 특허출원들 모두는 그 전체 내용이 참조에 의해 여기에 포함된다.This application is a continuation-in-part of U.S. Patent Application No. 13 / 843,817, filed March 15, 2013, which is a continuation-in-part of U.S. Patent Application No. 13 / 843,107 filed March 15, 2013, The entire contents of which are incorporated herein by reference.

본 발명의 하나 이상의 실시형태는 일반적으로 정전기 액추에이터에 관한 것이며, 구체적으로는 예를 들면, 정전기 액추에이터에서 바람직하지 않은 아치형 모션을 제어하는 방법 및 장치에 관한 것이다.One or more embodiments of the present invention generally relate to electrostatic actuators, and more specifically, to methods and apparatus for controlling undesirable arcuate motion in electrostatic actuators, for example.

소형 카메라 및 기타 장치들에서 사용하기 위한 액추에이터가 잘 알려져 있다. 그와 같은 장치들은 통상적으로 포커싱(focusing), 주밍(zooming), 또는 광학 이미지 안정화를 위해 렌즈를 이동시키는데 사용되는 음성 코일(voice coils)을 포함한다.Actuators for use in miniature cameras and other devices are well known. Such devices typically include voice coils used to move the lens for focusing, zooming, or optical image stabilization.

미세전자기계시스템(MEMS: Microelectromechanical Systems) 액추에이터 역시 잘 알려져 있다. MEMS 액추에이터의 예로는 정전기 빗형 드라이브(comb drive), 스크래치(scratch) 드라이브, 및 감열(thermal) 드라이브가 있다. 초소형 정전기 MEMS 액추에이터는 잘 알려진 웨이퍼-스케일 집적회로(IC) 제조 기술을 사용하여 제조될 수 있으며, 다양한 애플리케이션에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 정전기 MEMS 액추에이터는 다양한 호스트 장치들, 예를 들면 휴대폰, 컴퓨터, 랩탑, PDA(personal digital assistant), 감시카메라 등에서 유용한 소형 카메라의 자동초점, 줌 및 이미지 안정화 기능을 구현하기 위해 대물렌즈를 이동시키는데 사용될 수 있다. 따라서, 그와 같은 애플리케이션을 위해 개선된 정전기 MEMS 액추에이터 장치를 제공하는 것이 필요하다.Microelectromechanical systems (MEMS) actuators are also well known. Examples of MEMS actuators include electrostatic comb drives, scratch drives, and thermal drives. Microelectromechanical MEMS actuators can be fabricated using well-known wafer-scale integrated circuit (IC) fabrication techniques and can be used in a variety of applications. For example, electrostatic MEMS actuators can be used to implement autofocus, zoom and image stabilization functions of miniature cameras useful in various host devices, such as mobile phones, computers, laptops, personal digital assistants (PDAs) As shown in FIG. Therefore, there is a need to provide an improved electrostatic MEMS actuator device for such applications.

정전기 MEMS 액추에이터는 "아치형 모션"으로 알려진 문제에 민감할 수 있다. 특히 그와 같은 액추에이터의 빗형 드라이브는 복수의 서로 깍지낀(interdigitated) 빗살(finger/teeth)을 포함하며, 그것들 중 일부는 고정된 스테이지 또는 프레임에 부착되고, 그것들 중 일부는 이동 프레임에 부착된다. 상기 빗형 드라이브의 빗살은, 접촉, 간섭, "스톨링(stalling)" 및 "채터링(chattering)" 문제를 피하기 위해 동작 동안 서로 실질적으로 평행하게 움직이는 것이 바람직하며, 이 문제로 인해, 결국, 이동 프레임이 고정 프레임에 대해 실질적으로 평행하게 움직이는 것이 필요하다. 그러나 이동 프레임을 고정 프레임에 커플링(coupling)하는 평행 모션 탄성 플렉셔(flexures)의 성질 때문에, 이동 프레임은 움직이는 동안 고정 프레임에 관하여 어떤 2차 아치형 움직임을 반드시 경험하며, 그것은, 만일 제어되지 않으면, 전술한 문제와 기타 문제를 일으킬 수 있다.Electrostatic MEMS actuators can be sensitive to problems known as "arcuate motion ". Particularly, the comb-like drive of such an actuator includes a plurality of interdigitated teeth / fingers, some of which are attached to a fixed stage or frame, some of which are attached to the moving frame. The comb teeth of the comb-like drive preferably move substantially parallel to one another during operation to avoid contact, interference, "stalling" and "chattering" problems, It is necessary for the frame to move substantially parallel to the fixed frame. However, due to the nature of parallel motion elastic flexures that couple the moving frame to the fixed frame, the moving frame necessarily experiences some secondary arcuate motion with respect to the fixed frame during its movement, , Can cause the above-mentioned problems and other problems.

따라서, 정전기 액추에이터의 빗형 드라이브에서 아치형 모션을 제어하고, 보상하고, 및/또는 수용하기 위한 저렴하고 신뢰할 수 있는 방법 및 장치에 대한 오래되었지만 아직 충족되지 않은 필요가 존재한다.Therefore, there is an old but yet unmet need for inexpensive and reliable methods and apparatus for controlling, compensating, and / or accommodating arcuate motion in combed drives of electrostatic actuators.

본 발명의 하나 이상의 실시예에 따르면, 제조 동안에 구현하기 비교적 용이하고 저렴하며 신뢰성 있는 정전기 액추에이터의 빗형 드라이브에서 아치형 모션을 제어하는 방법 및 장치가 제공된다.According to one or more embodiments of the present invention, a method and apparatus are provided for controlling arched motion in a comb-shaped drive of a relatively easy, inexpensive, and reliable electrostatic actuator that is implemented during manufacture.

일 실시예에 따르면, 액추에이터는, 제조상태(as-fabricated) 위치와 전개된(deployed) 위치 사이에서 고정 프레임에 대한 대략 평행한 모션을 위해 복수의 길쭉한 평행 모션 플렉셔에 의해 고정 프레임에 커플링된 이동 프레임을, 포함한다. 상기 플렉셔들은, 이동 프레임이 제조상태 위치에 배치될 때 고정 프레임과 이동 프레임 둘 다에 수직으로 연장하는 선에 대해서 제1 각도로 배치되고, 이동 프레임이 전개된 위치에 배치될 때 동일한 선에 대해서 제2 각도로 배치된다. 제2 프레임에 대한 제1 프레임의 아치형 움직임은 상기 제1 각도 및 제2 각도의 합의 대략 절반보다 작은 값으로 상기 제1 각도를 제약함으로써 제어된다.According to one embodiment, the actuator is coupled to the stationary frame by a plurality of elongated parallel motion flexors for approximately parallel motion with respect to the stationary frame between the as-fabricated position and the deployed position , ≪ / RTI > The flexures are arranged at a first angle with respect to a line extending perpendicularly to both the fixed frame and the movable frame when the movable frame is placed in the manufacturing state position, At a second angle. The arcuate movement of the first frame for the second frame is controlled by constraining the first angle to a value less than about half the sum of the first angle and the second angle.

상기 개선된 액추에이터는, 예를 들어 휴대폰, 컴퓨터, 랩탑, PDA, 감시 카메라 등과 같은 호스트 전자장치들에서 사용되는 타입의 다양한 소형 렌즈 배럴 및 소형 카메라 모듈을 만들 때 특히 적합하다.The improved actuator is particularly suitable for making a variety of miniature lens barrels and miniature camera modules of the type used in host electronic devices such as, for example, mobile phones, computers, laptops, PDAs, surveillance cameras and the like.

본 발명의 범위는 첨부한 청구항들에 의해 정해지며, 그것들은 참조에 의해 여기에 포함된다. 당해 기술분야의 통상의 기술자는 아래에서 제시되는 몇몇 실시예들의 상세한 설명과 함께, 특히 아래 간략히 설명된 첨부 도면들을 고려한다면, 액추에이터에서 아치형 모션을 제어하기 위한 신규한 방법 및 장치와 그것들을 만들고 이용하는 방법들의 특징 및 이점들을 더욱 완전히 이해할 수 있을 것이다. 도면에서, 유사한 참조번호들은 각각의 도면들 중 하나 이상에서 도시된 유사한 요소들을 식별하기 위해 사용된다.The scope of the invention is defined by the appended claims, which are hereby incorporated by reference. It will be appreciated by those of ordinary skill in the art that the novel method and apparatus for controlling arcuate motion in an actuator and the methods of making and using the same in consideration of the accompanying drawings, The features and advantages of the methods will be more fully understood. In the drawings, like reference numerals are used to identify like elements shown in one or more of the figures.

도 1a는 본 발명의 방법 및 장치의 실시예가 유리하게 사용될 수 있는 예시 정전기 액추에이터의 평면도이며, 작동을 위한 "전개(deployment)" 이전에 제조상태 그대로 도시된 것이다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 작동을 위해 전개된 이후에 도시된, 도 1a의 예시 액추에이터 장치(100)의 평면도이다.
도 2a는 도 1a의 예시 액추에이터의 고정 및 이동 프레임과 부속된 부분인 깍지낀 빗살의 확대된 부분 상세도이며, 본 발명의 일 실시예에 따른 전개 이전에 상기 프레임들 및 빗살의 상대적인 위치를 보여준다.
도 2b는 도 2a의 예시 액추에이터의 고정 및 이동 프레임과 부속된 부분인 깍지낀 빗살의 확대된 부분 상세도이며, 본 발명의 일 실시예에 따른 전개 이후에 상기 프레임들 및 빗살의 상대적인 위치를 보여준다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차(first order) 평행 모션과 2차(second order) 아치형 운동으로 고정 프레임에 대해서 움직이고 있는 액추에이터의 이동 프레임을 도시한다.
도 4는 도 2a와 유사한 확대된 부분 상세도로서, 도 1b의 예시 액추에이터의 고정 및 이동 프레임과 부속된 부분인 깍지낀 빗살을 보여준다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터의 전체 스트로크 동안 세로방향 변위에 대한 예시 액추에이터의 이동 프레임의 측면방향 변위를 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터의 전체 스트로크 동안 세로방향 변위에 대한 또 다른 예시 액추에이터의 이동 프레임의 측면방향 변위를 보여주는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터의 전체 스트로크 동안 세로방향 변위에 대한 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라 구성된 액추에이터의 이동 프레임의 측면방향 변위를 보여주는 그래프이다.
도 8은 빗살과 부속된 프레임 부분들이 생략된 예시 정전기 액추에이터의 개략 평면도로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 한 쌍의 모션 플렉셔에 의해 고정 프레임에 커플링된 이동 프레임을 보여준다.
도 9는 도 7과 유사한 도면으로서, 액추에이터의 전체 스트로크 동안 세로방향 변위에 대한 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따라 구성된 또 하나의 예시 액추에이터의 이동 프레임의 측면방향 변위를 보여준다.1A is a top view of an exemplary electrostatic actuator in which embodiments of the method and apparatus of the present invention may be advantageously employed and is shown in a state of manufacture prior to "deployment " for operation.
1B is a top view of the exemplary actuator device 100 of FIG. 1A, shown after development for operation in accordance with an embodiment of the present invention.
FIG. 2A is an enlarged partial detail view of a fixed and movable frame and an attached part of an interdigitated comb, of the exemplary actuator of FIG. 1A, showing the relative positions of the frames and combs prior to deployment according to one embodiment of the present invention .
FIG. 2B is an enlarged partial detail view of a fixed and moving frame of the example actuator of FIG. 2A and an interdigitated interdigitated comb, showing the relative positions of the frames and combs after deployment according to an embodiment of the present invention .
FIG. 3 illustrates a moving frame of an actuator moving with respect to a fixed frame in a first order parallel motion and a second order arcuate motion according to an embodiment of the present invention.
Fig. 4 is an enlarged partial detail view similar to Fig. 2a, showing the fixed and moving frame of the example actuator of Fig. 1b and the interdigitated comb.
5 is a graph showing the lateral displacement of the moving frame of the exemplary actuator relative to the longitudinal displacement during the entire stroke of the actuator according to one embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the lateral displacement of a moving frame of another exemplary actuator relative to a longitudinal displacement during the entire stroke of the actuator according to an embodiment of the present invention.
7 is a graph showing the lateral displacement of a moving frame of an actuator constructed in accordance with one or more embodiments of the present invention for longitudinal displacement during an entire stroke of an actuator in accordance with an embodiment of the present invention.
8 is a schematic plan view of an exemplary electrostatic actuator with combs and associated frame portions omitted, showing a mobile frame coupled to a stationary frame by a pair of motion flexors in accordance with an embodiment of the present invention.
Figure 9 is a view similar to Figure 7 showing the lateral displacement of the moving frame of another exemplary actuator constructed in accordance with one or more embodiments of the present invention with respect to longitudinal displacement during the entire stroke of the actuator.

본 명세서는 정전기 액추에이터의 빗형 드라이브에서 아치형 움직임을 제어하는 방법 및 장치의 다양한 실시예를 제공한다.The present disclosure provides various embodiments of a method and apparatus for controlling arcuate motion in a comb-like drive of an electrostatic actuator.

도 1a는 작동을 위한 "전개" 이전에 제조된 상태 그대로 도시된, 정전기 빗형 드라이브 MEMS 액추에이터(100)의 일 실시예의 평면도이며, 도 1b는 사용을 위해 전개된 이후에 도시된 예시 액추에이터 장치(100)의 평면도이다.FIG. 1A is a plan view of one embodiment of an electrostatic comb drive MEMS actuator 100, shown in its pre-manufactured state for operation, and FIG. 1B is a plan view of an exemplary actuator device 100 Fig.

도 1a 및 도 1b에 도시한 것과 같이, 이동 프레임(102)은 한 쌍의 길쭉하고 평행한 모션 플렉셔(106)에 의해 고정 프레임(104)에 커플링되며, 상기 모션 플렉셔(106)는 이동 프레임(102)이 고정 프레임(104)에 대해 실질적으로 평행하게 팬더그래프(pantograph)의 방식으로 움직일 수 있도록 배열되고 구성된다.1A and 1B, the moving frame 102 is coupled to the fixed frame 104 by a pair of elongated and parallel motion flexures 106, and the motion flexure 106 The movable frame 102 is arranged and configured to move in a pantograph manner substantially parallel to the fixed frame 104. [

도 1a 및 도 1b에 추가로 도시된 것과 같이, 이동 프레임(102) 및 고정 프레임(104)의 각각은 자신들로부터 수직으로 연장되는 부속된 복수의 정전기 빗형 드라이브 빗살(108)을 포함하며, 그것들은 서로 깍지끼어져 정전기 빗형 드라이브 "뱅크(banks)"를 형성한다. 액추에이터(100)의 빗형 드라이브 뱅크의 이동 프레임(102) 및 고정 프레임(104)에 차동 작동 전압이 선택적으로 인가될 때, 이동 프레임(102) 및 고정 프레임(104)의 각각의 빗살(108)은 서로 멀리 또는 가까이 수직으로 이동하여, 이동 프레임(102)을 고정 프레임(104)에 대해 평행하게, 즉 도 1b에 도시된 양방향 화살표(110)의 방향으로 이동시킨다.As further shown in Figures 1A and 1B, each of the moving frame 102 and the fixed frame 104 includes a plurality of attached electrostatic comb-like drive teeth 108 extending vertically from themselves, Are interdigitated to form electrostatic comb drive "banks ". When the differential operation voltage is selectively applied to the movable frame 102 and the fixed frame 104 of the comb-shaped drive bank of the actuator 100, each of the comb teeth 108 of the movable frame 102 and the fixed frame 104 Moving away from or near to each other to move the moving frame 102 parallel to the fixed frame 104, i.e. in the direction of the bi-directional arrow 110 shown in FIG.

도 1a 및 도 1b에 도시된 특정한 실시예에서, 액추에이터(100)는 세 개의 정전기 빗형 드라이브 뱅크를 포함한다. 그러나 빗형 드라이브 뱅크의 개수뿐만 아니라, 빗형 드라이브 뱅크의 빗살(108)의 개수, 길이, 너비 및 피치도 주위의 특정한 응용에 종속하여 크게 변할 수 있음을 이해해야 한다.In the particular embodiment shown in FIGS. 1A and 1B, the actuator 100 includes three electrostatic comb drive banks. It should be understood, however, that the number, length, width, and pitch of the comb teeth 108 of the comb-like drive banks as well as the number of comb-like drive banks can vary greatly depending on the particular application around it.

또한, 전술한 것과 같이, 액추에이터(100)의 깍지낀 빗살(108)은 도 1b에서 "전개된" 위치에, 즉 서로에 대해 실질적으로 수직인 직진 운동을 위해 서로에게서벌어진 위치에 도시되어 있음을 이해해야 한다.Further, as described above, the interdigitated comb teeth 108 of the actuator 100 are shown in a "deployed" position in Fig. 1B, i.e., a position widened from each other for a rectilinear motion substantially perpendicular to each other I have to understand.

그러나 도 2a에서 빗살(108)의 확대된 상세도에 도시된 것과 같이, 예를 들면 실리콘 웨이퍼 위에, 웨이퍼-스케일 포토리소그래피 기술을 사용하여, 제조 동안에 액츄에이터(100)의 깍지낀 빗살(108)은, 제조상의 이유로, 최초에 완전히 "폐쇄된(closed)" 위치에 배치되며, 부속된 이동 프레임(102) 및 고정 프레임(104)은 대략 빗살(108)의 길이만큼 서로 이격되어 있다. 따라서, 이러한 구성의 빗살(108)에 차동 전압을 인가하면, 고정 프레임(104) 쪽으로 이동 프레임(102)의 추가적인 평면 내 직진 운동이 전혀 발생하지 않을 것이다. 그러므로 후자 타입의 움직임을 일으키기 위해, 액추에이터(100)는 이 타입의 작동을 가능하게 하는 구성으로 먼저 "전개"되어야만 한다.However, as shown in the enlarged detail of the comb 108 in FIG. 2A, the interdigitated comb 108 of the actuator 100 during fabrication, for example, on a silicon wafer, using wafer-scale photolithography techniques, Quot; closed "position initially for reasons of manufacture, and the attached moving frame 102 and stationary frame 104 are spaced apart from one another by a length of the comb teeth 108. Therefore, when a differential voltage is applied to the comb teeth 108 having such a configuration, no additional in-plane linear motion of the moving frame 102 toward the fixed frame 104 will occur. Therefore, to cause the latter type of motion, the actuator 100 must first "deploy" to a configuration that enables this type of operation.

도 1a 및 도 1b의 특정한 실시예에서, 이러한 전개는 고정 프레임(104)에 오버-센터 래치(112)의 제공을 포함할 수 있다. 래치(112)는, 예컨대 스프링 플렉셔(114)로, 고정 프레임(104)에 회전 가능하게 커플링된다. 길쭉한 전개 레버(116)는, 또 다른 스프링 플렉셔(118)로 고정 프레임(104)에 회전 가능하게 커플링된 외측 단부와, 뒤로 휜 전개 플렉셔(120)의 단부에 커플링된 내측 단부를 가진다. 전개 플렉셔(120)의 외측 단부는 이동 프레임(102)에 커플링된다. 전개 레버(116)는 래치(112)의 캐밍(camming) 작동 및 래치(112)와의 오버-센터 래칭 맞물림을 위해 경사진 평면으로 구성되는, 그것의 내측 단부에 배치된 표면을 가진다. 당김 링(122)은 전개 레버(116)의 내측 단부에 인접하여 배치된 스프링 플렉셔(124)에 의해 전개 플렉셔(120)에 부착될 수 있다.In the particular embodiment of FIGS. 1A and 1B, this deployment may include providing an over-centered latch 112 to the fixed frame 104. The latch 112 is rotatably coupled to the fixed frame 104, for example, with a spring flexure 114. The elongated deployment lever 116 includes an outer end rotatably coupled to the stationary frame 104 by another spring flexure 118 and an inner end coupled to the end of the backwardly deflected flexure 120 I have. The outer end of the deploying flexure 120 is coupled to the moving frame 102. The deployment lever 116 has a surface disposed at the inner end thereof, which is configured in a sloped plane for camming operation of the latch 112 and over-center latching engagement with the latch 112. [ The pulling ring 122 may be attached to the deployment flexure 120 by a spring flexure 124 disposed adjacent the inner end of the deployment lever 116.

전개 동안에, 도 1a의 화살표(126) 방향으로 액추에이터(100)의 당김 링(122)에 힘이 가해진다. 이것은 전개 레버(116)를 고정 프레임(104)에 대해서 회전시킨다. 전개 레버(116)의 회전은 전개 플렉셔(120)가 이동 프레임(102)을 압박하여 고정 프레임(104)으로부터 멀리 수직으로, 도 1b의 전개된 위치에 직진시키며, 이 위치에서 전개 레버(116)의 내측 단부에 있는 캐밍 표면은 먼저 래치(112)를 작동시킨다. 즉 래치(112)를 고정 프레임(104)으로부터 멀리 회전시킨 다음, 도 1b에 도시한 것과 같이, 전개된 위치에 이동 프레임(104)을 유지하도록 래치(112)에 의해 맞물리게 한다. 이것에 의해, 결국, 도 2b의 양방향 화살표(128)에 의해 표시된 방향으로 고정 프레임(104)의 빗살(108)에 대한 이동을 위해, 도 2b의 확대 상세도에서 점선(phantom line)(126)에 의해 표시된 위치에 이동 프레임(102)의 빗살(108)이 전개된다. 전개 레버(116)은 그 다음에, 예컨대 접착제로, 래치(112)에 영구적으로 고정되어 이동 프레임(102) 및 부속된 이동 빗살(108)이, 예컨대 액추에이터 장치(200)에 작용하는 진동 또는 충격의 결과로서, 도 1a에 도시된 그것들의 이전의 "전개되지 않은" 위치에 복귀하는 것을, 방지할 수 있다.During deployment, a force is applied to the pulling ring 122 of the actuator 100 in the direction of arrow 126 in FIG. 1A. This rotates the deployment lever 116 relative to the fixed frame 104. The rotation of the deployment lever 116 causes the deployment flexure 120 to press the movable frame 102 and straighten it vertically away from the fixed frame 104 to the deployed position of Figure 1b, The camming surface at the inner end of the latch 112 actuates the latch 112 first. The latch 112 is rotated away from the fixed frame 104 and then engaged by the latch 112 to hold the movable frame 104 in its deployed position, as shown in FIG. 1B. This results in a phantom line 126 in the enlarged detail view of Figure 2b for movement of the fixed frame 104 relative to the comb teeth 108 in the direction indicated by the double- The comb teeth 108 of the moving frame 102 are unfolded. The deployment lever 116 is then permanently secured to the latch 112 with, for example, an adhesive so that the moving frame 102 and the associated mating comb 108 are secured to the actuator device 200, To " unexpanded "position, as shown in Fig.

도 3은 두 개의 평행한 모션 플렉셔(106)에 의해 제약될 때, 고정 프레임(104)에 대한 액추에이터(100)의 이동 프레임(102)의 운동 궤적을 도시한다. 도 1a 및 도 1b에서와 같이, 플렉셔(106) 각각은 고정 프레임(104)에 대한 아치형 운동을 위해 "솔리드 힌지들(solid hinges)"(130)에 의해 이동 프레임(102) 및 고정 프레임(104)에 각각 힌지된 대향 단부들을 가진 길쭉한 바(bar) 또는 로드(rod)를 포함한다. 평행한 모션 플렉셔(106)는 선형 스프링으로 근사화될 수 있으며, 그것들의 횡방향 치수 대비 세로방향 치수의 가로세로비와 두 방향에서 그것들 각각의 강성(stiffness)은, 상기 아치형 궤적의 방사상 방향에서 실질적으로 견고한(rigid) 것으로 간주될 수 있을 만큼, 크다. 즉 이동 스테이지(102)의 모션은 플렉셔(106)의 아치형 궤적을 엄격하게 따를 것이다.Figure 3 shows the motion trajectory of the moving frame 102 of the actuator 100 relative to the fixed frame 104 when constrained by two parallel motion flexures 106. [ 1A and 1B, each of the flexures 106 is fixed to the movable frame 102 and the stationary frame 104 by "solid hinges" 130 for arcuate motion relative to the fixed frame 104. [ 104 each having an opposing end hinged thereto. The parallel motion flexures 106 can be approximated by a linear spring, the aspect ratio of their longitudinal dimension to their lateral dimension and their respective stiffness in both directions are determined in a radial direction of the arcuate locus Is large enough to be considered substantially rigid. The motion of the moving stage 102 will strictly follow the arcuate trajectory of the flexure 106.

도 3에서와 같이, 전술한 구성의 결과로서, 고정 프레임(106)에 대한 이동 프레임(102)의 평면 내 모션은 두 개의 성분, 즉 양방향 화살표(302)에 의해 표시된 것과 같은 바람직한 1차 평행 모션과, 양방향 화살표(304)에 의해 표시된 것과 같은 바람직하지 않은 2차 아치형 성분을 포함할 것이다. 아치형 성분(304)은 고정 프레임(104)의 빗살(108)에 대한 이동 프레임(102)의 빗살(108)의 측면방향 운동으로서, 즉 도 4의 X 방향으로, 자신을 나타낸다. 또한, 도 3에서와 같이, 플렉셔들(106) 각각은, 도 2a에 도시된 것과 같은, 빗살(108)의 완전-폐쇄된 또는 제조상태의 위치로부터, 도 2b에 도시된 것과 같은, 완전-개방된(opened) 또는 전개된 위치로의 이동에서, 도 3에 도시된 것과 같이, 고정 프레임(104) 및 이동 프레임(102) 양자에 대해 수직인 플렉셔들(106)의 위치에 대해 측정될 때, α=αc + αo의 각도 호(angular arc)를 횡단한다.3, the in-plane motion of the moving frame 102 with respect to the fixed frame 106, as a result of the above-described configuration, is divided into two components: the preferred first-order parallel motion, as indicated by the double- And an undesired secondary arcuate component as indicated by the bi-directional arrow 304. [ The arcuate component 304 represents itself in the lateral direction movement of the comb 108 of the moving frame 102 with respect to the comb teeth 108 of the fixed frame 104, i.e. in the X direction of FIG. 3, each of the flexures 106 may extend from a fully-closed or manufacturing position of the comb 108, such as that shown in FIG. 2A, to a full- In the movement to the opened or deployed position, as shown in Fig. 3, the position of the flexures 106 perpendicular to both the fixed frame 104 and the movable frame 102 is measured , It traverses the angular arc of α = α c + α o .

전술한 것과 같이, 빗살(108)의 매우 작은 상대적인 측면방향 모션이라도, 인가된 작동 전압 대비 이동 프레임에 작용하는 발생된 세로방향 힘의 비율인 소위 "변환계수(transduction coefficient)"와, 깍지낀 빗살(108)이 충분히 가까이 접근하여 위치되고 에너지가 인가될 때 서로 접촉 개시되어 상기 빗살의 단락(shorting)과 액추에이터의 스톨(stall), 또는 액추에이터의 정전기 제어시스템이 온-오프 사이에서 진동할 때 빗살(108)의 "채터(chatter)"를 발생시킬 수 있는 경향을 말하는 "스냅-인(snapin)" 효과의 두 측면에서, 정전기 액추에이터의 성능에 불리하게 영향을 줄 수 있다. 다양한 실시예에서, 충분한 측면방향 변위는 상당한 스냅-인이 일어나지 않더라도, 세로방향 작동에 대항하는 마찰력을 일으킬 수 있다.As described above, even the very small relative lateral motion of the comb 108 may also result in a so-called "transduction coefficient ", which is the ratio of the generated longitudinal force acting on the moving frame relative to the applied operating voltage, When the actuator 108 is positioned close enough and is energized, the actuator 108 is brought into contact with each other to cause a shorting of the comb and a stall of the actuator, or when the actuator's electrostatic control system vibrates between on and off, Quot; snap "effect, which is a tendency to generate" chatter "of the electrostatic actuator 108, can adversely affect the performance of the electrostatic actuator. In various embodiments, sufficient lateral displacement can cause a frictional force against longitudinal motion, even if significant snap-in does not occur.

어떤 실시예에서는, 상기 프레임들 간의 전압 차이에 의해 발생되는 상기 액추에이터의 세로방향 힘이, 상기 세로방향 힘에 반대인 방향으로 인가되는 전개 플렉셔들 및/또는 상기 평행한 플렉셔들의 스프링 힘보다 작을 때, 상기 액추에이터의 "스톨"이 일어날 수 있다. 예를 들면, 상기 세로방향 힘은, 액추에이터의 정전기 드라이브 이동 프레임 및/또는 빗살의 측면방향 변위(예컨대, 도 2a 및 도 2b 참조)에 종속할 수 있으며, 그리하여 측면방향 변위가 특정한 전압에 의해 발생된 세로방향 힘을 감소시키고, 상기 빗살이 점증적으로 중첩하면서(예컨대, 도 2a에 도시된 폐쇄 위치를 향해 이동) 증가하는 양만큼 세로방향 힘을 감소시킨다.In some embodiments, the longitudinal force of the actuator caused by the voltage difference between the frames is less than the spring force of the deployment flexures and / or parallel flexures applied in a direction opposite to the longitudinal force When small, a "stall" of the actuator may occur. For example, the longitudinal force may be dependent on the lateral displacement of the electrostatic drive moving frame and / or comb of the actuator (e.g., see FIGS. 2A and 2B), so that the lateral displacement is caused by a specific voltage (E.g., moving toward the closed position shown in Fig. 2A) while the comb is gradually overlapping (e.g., moving toward the closed position shown in Fig. 2A).

일반적으로, 측면방향 변위의 불리한 영향은 상기 빗살이 완전한 삽입에 접근하면서 증가하기 때문에, 설계 특징은 예를 들면, 상기 빗살 및/또는 프레임들이 완전 삽입 위치(예컨대, 도 2a 참조), 및/또는 인가된 최고 전압에 대응하는 세로방향 위치에 접근할 때, 그와 같은 측면방향 변위를 최소화하기 위해(예컨대, 인접한 빗살이 상기 빗형 드라이브 전체에 걸쳐 서로 등거리에 가깝도록), 본 발명의 실시예들을 적응시키는 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 특정한 응용 요구에 따라서 액추에이터의 변환곡선(예컨대, 액추에이터의 세로방향 거리 및/또는 이동의 함수로서, 인가된 전압에 대한 액추에이터의 반응성을 나타내는 곡선)을 형상화하기 위해 적응될 수 있을 것이다. 어떤 실시예들에서, 그와 같은 형상화는, 하나 이상의 평행한 플렉셔 제조 각도(예컨대, 접해있는 프레임 및/또는 프레임들에 대한 수직선으로부터 측정된 것으로서, 여기서 예를 들면, 고정 프레임에 대한 제조 각도는 이동 프레임에 대한 제조 각도와 다를 수 있음)를 따라서, 및/또는 예를 들면, 전개 위치 및/또는 제조 위치에서 특정한 원하는 측면방향 변위(예컨대, 등거리 위치에 대하여 인접한 빗살 사이에서 측정됨)에 따라서, 액추에이터를 제조하는 것을 포함한다. 다양한 실시예에서, 그와 같은 변환 곡선을 형상화하는 것은, 본 명세서에서 설명되는 것과 같은, 액추에이터의 아치형 궤도의 형상화와 상응할 것이다.In general, the adverse effect of lateral displacement is increased as the comb approaches the full insertion, so that the design features can be achieved, for example, by the fact that the combs and / or frames are in a fully inserted position (e.g., When approaching a longitudinal position corresponding to an applied maximum voltage, to minimize such lateral displacement (e.g., such that adjacent combs are close to each other across the comb-like drive), embodiments of the present invention To adapt. Thus, embodiments of the present invention may be adapted to shape a conversion curve of an actuator (e.g., a curve representing the reactivity of the actuator to an applied voltage as a function of longitudinal distance and / or movement of the actuator) . In some embodiments, such a shape may be obtained by measuring one or more parallel flexure manufacturing angles (e.g., as measured from a vertical line to the interfacing frame and / or frames, (For example, measured between adjacent combs with respect to an equidistant position) and / or along a desired lateral directional displacement (e.g., as measured between adjacent combs with respect to equidistant position) at a deployment position and / Therefore, it includes manufacturing an actuator. In various embodiments, shaping such a conversion curve would correspond to the shaping of the arcuate trajectory of the actuator, as described herein.

세로방향 변위, 측면방향 변위, 인가된 전압 차이, 및 다양한 플렉셔들의 스프링 힘의 상호관계의 포괄적인 이해는 전형적인 빗형 드라이브에서 전위 에너지에 대한 다음 식으로부터 도출될 수 있을 것이다.A comprehensive understanding of the longitudinal displacement, the lateral displacement, the applied voltage difference, and the interrelationship of the spring forces of the various flexures may be derived from the following equation for potential energy in a typical comb drive.

Figure pct00001
Figure pct00001

상기 식에서 다양한 부호들은 다음 표에서 이해될 수 있을 것이다:The various symbols in the above equation may be understood in the following table:

부호sign 설명Explanation LL 빗살 길이Comb length gg 빗살 갭Comb gaps εε 공기 유전율Air permittivity tt 장치 두께Device Thickness VV 전압Voltage NN 빗살 쌍들의 개수Number of pairs of comb teeth xx 아치형 궤적Arcuate trajectory yy 이동 변위Moving displacement yy 00 전개 거리Development distance kk yy 복원력 스프링 상수Restoring force spring constant

도 4에 도시한 바와 같이, 일 실시예에서, 만일 액추에이터가 "개방 스트로크(opening stroke)", 즉 완전 개방 또는 전개된 위치로부터 완전 폐쇄된 위치까지 y 방향으로 약 130 ㎛(130 마이크론, 또는 130 X 10-6 미터)의 이동 프레임(102)의 운동 길이를 갖고, 또한 상기 평행한 플렉셔들(106)의 길이가 약 2.5 mm 라고 가정하면, 고정 빗살(108)에 대한 이동 빗살(108)의, 측면방향 또는 도 4의 X 방향에서단지 약 0.2 ㎛의 편향(즉, 약 650/1의 스트로크 길이/측면방향 편향 비율)은, 액추에이터 성능에 불리하게 영향을 줄 것이다.As shown in Figure 4, in one embodiment, if the actuator is about 130 [mu] m (130 microns, or 130 microns in the y-direction from the "opening stroke" It has a length of movement of the moving frame 102 in the X 10 -6 m), and if the length of one of the parallel flexure 106 is assumed to be about 2.5 mm, the mobile comb (108 with respect to the fixed comb-108) (I.e., a stroke length / lateral deflection ratio of about 650/1) in the lateral direction or in the X direction of Figure 4 will adversely affect the actuator performance.

가능한 가장 긴 플렉셔(106)를 사용함으로써, 상기 아치형 모션은 일반적으로 최소화되는 것이 알려져 있다. 그러나 0이 아닌 제조 각도(αc)로 플렉셔들(106)을 제조함으로써, 덜 중요한 영역에서 더 큰 아치 모션의 희생으로 관심 영역에서 이동 프레임(102)의 아치형 모션이 크게 감소될 수 있다는 것이 경험적으로 밝혀졌다. 따라서, 전술한 예에서, 만일 플렉셔(106)가 도 3의 실선으로 도시된 수직 위치에 제조된다면, 이동 프레임(102)의 아치형 모션은 완전 개방된 또는 전개된 위치(그래프의 우측 단부)로부터 폐쇄된 위치(그래프의 좌측 단부)까지 이동하는 도 5에 도시된 것과 같을 것이다. 도 5에서와 같이, 이동 프레임(102) 및 그와 관련된 빗살(108)의 전체 측면방향 편향은 약 3.38 ㎛일 것이다. 3.38 ㎛는 본 실시예에서 빗살(108) 사이의 갭보다 더 크기 때문에, 액추에이터의 빗살(108)은 서로 간섭할 것이며, 따라서 y = 130 mm의 모션의 전체 범위는 가능하지 않다.By using the longest possible flexure 106, it is known that the arcuate motion is generally minimized. However, by manufacturing the flexures 106 at a non-zero manufacturing angle [alpha] c , the arcuate motion of the moving frame 102 in the region of interest can be significantly reduced at the sacrifice of larger arch motions in less critical areas Empirically. Thus, in the example described above, if the flexure 106 is manufactured in the vertical position shown in solid lines in FIG. 3, the arcuate motion of the moving frame 102 is moved from the fully opened or deployed position (right end of the graph) Will move to the closed position (left end of the graph) as shown in Fig. As in Fig. 5, the overall lateral deflection of the moving frame 102 and associated comb teeth 108 will be about 3.38 [mu] m. Since 3.38 占 퐉 is larger than the gap between comb teeth 108 in the present embodiment, the comb teeth 108 of the actuator will interfere with each other, and therefore the full range of motion with y = 130 mm is not possible.

만일 플렉셔(106)가 전체 스트로크가 요구하는 각도(α)의 약 절반의 각도(αc)로 제조된다면(즉, αc= α), 상기 아치형 모션은 도 5의 그래프에 도시된 것과 같을 것이다. 여기서, 이동 프레임(102)은 이제 y = 130 mm의 모션의 전체 범위에 걸쳐 물리적으로 이동할 수 있지만, 약 0.85 ㎛의 큰 측면방향 모션은 여전히 변환계수 및 예시 액추에이터의 성능에 불리하게 영향을 줄 것이다. 사실, 이러한 예시 구성을 가진 액추에이터는 그것의 전체 이동 범위에 걸쳐 도중에서 "갇힐(stall)" 것이다.If the flexure 106 is manufactured with an angle alpha c approximately half the angle alpha required by the entire stroke (i.e., alpha c = alpha), then the arcuate motion is as shown in the graph of Figure 5 will be. Here, the moving frame 102 can now physically move over the entire range of motion of y = 130 mm, but a large lateral motion of about 0.85 탆 will still adversely affect the conversion factor and the performance of the example actuator . In fact, an actuator with this exemplary configuration will "stall" on its way across its entire range of motion.

그러나 만일 전술한 실시예의 플렉셔가 전체 이동 범위(α)의 절반보다 작은 각도(αc)로, 특히 αc ≒ 0.415α의 각도로 제조된다면, 이동 프레임(102)의 아치형 모션은 도 7의 그래프에서와 같이 도시될 것이다. 도 7에서와 같이, 프레임(102)의 측면방향 변위는 빗살(108) 사이의 명목상의 갭의 양쪽에 대해, 즉 양쪽에 약 0.58 ㎛로 균형이 이루어져, 주어진 플렉셔 길이 및 스트로크에 대해 최소 측면방향 편향을 제공한다.However, if the above-described embodiment, the flexure is less than half of the total displacement range (α) angle (α c) to the, in particular, α c Arpeggio motion of the moving frame 102 will be shown as in the graph of Fig. 7, the lateral displacement of the frame 102 is balanced about both nominal gaps between the combs 108, i. E. About 0.58 [mu] m on both sides, so that for a given flexure length and stroke, Directional deflection.

통상의 기술자라면 이해하는 바와 같이, 다른 최적값 역시 가능하다. 예를 들면, 도 5-7의 곡선들의 우측 부분은 "더 낮은 동작 전압" 측을 나타내기 때문에, 즉, 빗살(108)이 그것의 상대적으로 에너지가 인가되지 않은 개방 또는 전개된 위치에 배치되는 경우, 훨씬 더 많은 측면방향 일탈이 허용될 수 있다. 그와 같은 경우에, 전체 범위 각도(α)의 다른 분율이, 다음 실시예에서 설명되는 것과 같이, 플렉셔(106)의 제조상태 각도(αc)에 대해 사용될 수 있을 것이다.As will be appreciated by one of ordinary skill in the art, other optimal values are also possible. For example, since the right portion of the curves in Figures 5-7 represent the "lower operating voltage" side, i.e., the comb 108 is placed in its relatively unenergized open or deployed position If so, much more lateral deviations can be tolerated. In such a case, another fraction of the full range angle? May be used for the manufacturing state angle? C of the flexure 106, as described in the following embodiments.

도 8은 또 다른 예시 정전기 액추에이터(100)의 평면도를 도시하며, 빗살(108)과 이동 프레임(102) 및 고정 프레임(104)의 관련된 부분들은 도시의 편의상 생략되었다. 이 특정한 실시예를 위해 가정된 관련 파라미터들은 다음 표에 주어져 있다.8 shows a top view of yet another exemplary electrostatic actuator 100, wherein the comb teeth 108 and associated parts of the moving frame 102 and the fixed frame 104 have been omitted for convenience of illustration. The related parameters assumed for this particular embodiment are given in the following table.

파라미터parameter 값value 플렉셔 길이(L) Flexure length (L) 3.184 mm   3.184 mm 제조상태 각도(αc)Manufacturing state angle (? C ) 0.689도   0.689 degrees 전개된 각도(α0)The developed angle (? 0 ) 1.488도   1.488 degrees 전체 각도(α = αc +α0)The total angle (α =? c +? 0 ) 2.177도   2.177 degrees 전개 거리(Y) Development distance (Y) 0.120 mm   0.120 mm 가용한 이동 거리 Available travel distance 0.1 mm   0.1 mm

상기 표로부터 결정될 수 있는 바와 같이, 제조상태 또는 폐쇄된 각도(αc)는 전체 스트로크 각도(α)의 약 0.32배이다. 이것에 의해 도 9에 도시된 이동 프레임(102)의 아치형 모션이 얻어지며, 도면에서, 약 -8 x 10-4 mm의 최대 음의 측면방향 변위가 전술한 빗살(108)의 개방 또는 "저전압" 위치에서 일어나고, 최대 약 +2.1 x 10-4의 양의 측면방향 변위(이것은 최대 음의 변위의 약 1/4)가 전체 스트로크 길이 Y = 0.120 mm의 약 2/3의 변위에서 일어난다는 것을 알 수 있다. 따라서, 전체 스트로크 동안 플렉셔(106)의 전체 각도 편향(α)의 약 절반보다 작은, 도 3에 도시된 종래의 제조상태의 수직 위치에 대한 각도(αc)로, 특히 상기 각도의 약 0.32 내지 0.42 배의 각도로, 상기 평행 플렉셔(106)를 제작함으로써, 이동 프레임(102)의 아치형 모션은, 덜 중요한 즉 더욱 용이하게 허용될 수 있는 더 낮은 동작-전압 영역에서 더 큰 아치형 모션의 희생으로, 중요한 또는 그것의 스트로크의 더 높은 동작-전압 영역에서, 크게 감소될 수 있다.As can be determined from the above table, the manufacturing state or closed angle [alpha] c is about 0.32 times the total stroke angle [alpha]. This results in the arcuate motion of the moving frame 102 shown in Fig. 9, where the maximum negative lateral displacement of about -8 x 10-4 mm is achieved by opening or "lowering" the above-described comb teeth 108 Quot; position and a lateral displacement of up to about + 2.1 x 10 <"> -4 , which is about 1/4 of the maximum negative displacement, occurs at a displacement of about 2/3 of the overall stroke length Y = 0.120 mm Able to know. Thus, with an angle? C to the vertical position of the conventional manufacturing state shown in Fig. 3, which is less than about half of the total angular deflection? Of the flexure 106 during the entire stroke, By making the parallel flexure 106 at an angle of about 0.42 to 0.42, the arcuate motion of the moving frame 102 is less important, i.e., of a larger arcuate motion in the lower operating-voltage region, By sacrifice, it can be greatly reduced in the higher operating-voltage range of the important or its stroke.

도 7의 예시 이동 프레임(102) X-Y 변위 곡선은 폐쇄 항 수학식에 따르지 않지만, 곡선-맞춤(curve-fitting) 기법에 의해 가까이 근사화될 수 있다. 따라서 만일 (X,Y)가 전개된 위치로부터 제조상태의 위치까지의 이동 프레임(102)의 변위라면, 상기 프레임의 궤적은 다음 테일러(Taylor) 전개식의 처음 5개 항에 의해 설명될 수 있다:The exemplary moving frame 102 X-Y displacement curve of FIG. 7 does not obey the closed-end equation, but can be approximated closely by a curve-fitting technique. Thus, if (X, Y) is the displacement of the moving frame 102 from the deployed position to the position of the manufacturing state, the trajectory of the frame can be described by the first five terms of the following Taylor expansion:

Figure pct00002
Figure pct00002

여기서, 파라미터 α0 ~ α4는 다음 표에 제시된 값들을 가진다:Here, the parameters alpha 0 through alpha 4 have the values shown in the following table:

파라미터parameter 값value α0 α 0 -0.00371 -0.00371 α1 α 1 0.000586  0.000586 α2 α 2 -0.1561 -0.1561 α3 α 3 0.012057  0.012057 α4 α 4 3.99 X 10-6 3.99 X 10 -6

본 발명의 다양한 실시예에서, 유사한 방법론들이 전술한 평행한 모션 플렉셔들 이외의 다른 유형의 모션-정의 플렉셔들을 가지고 이용될 수 있다. 또한, 다른 변형예가 생각될 수도 있다. 예를 들면, 어떤 실시예에서, 제조 위치는 전개 위치(예컨대 도 2b 참조)와 완전 폐쇄된 위치(예컨대 도 2a 참조)를 포함하는 그 사이의 임의의 위치일 수 있다.In various embodiments of the invention, similar methodologies may be used with other types of motion-defining flexors other than the parallel motion flexors described above. Other variations may also be envisaged. For example, in some embodiments, the manufacturing location may be any location between the deployment location (e.g., see FIG. 2B) and the fully closed location (see FIG.

전술한 설명에 비추어보면, 정전기 액추에이터에서 아치형 모션을 제어하는 본 발명의 방법 및 장치에 대해 다수의 변형, 치환 및 수정이 이루어질 수 있고, 따라서 본 발명의 범위는 여기에 도시되고 설명된 특정한 실시예들에 한정되는 것이 아니며, 실시예들은 단지 몇몇 예시일 뿐이고, 첨부된 청구항들과 그것들의 균등물의 범위와 완전히 상응하는 것임은 명확하다.In light of the foregoing description, numerous modifications, substitutions and modifications can be made to the method and apparatus of the present invention for controlling arcuate motion in an electrostatic actuator, and thus the scope of the present invention is not limited to the particular embodiment It is to be understood that the embodiments are merely illustrative and are fully equivalent to the scope of the appended claims and their equivalents.

Claims (21)

액추에이터에 있어서,
제조상태(as-fabricated) 위치와 전개된(deployed) 위치 사이에서 고정 프레임에 대한 대략 평행한 모션을 위해 복수의 길쭉한 평행 모션 플렉셔에 의해 상기 고정 프레임에 커플링된 이동 프레임을 포함하고,
상기 플렉셔들은, 상기 이동 프레임이 상기 제조상태 위치에 배치될 때 상기 이동 프레임 및 상기 고정 프레임 둘 다에 대해 수직으로 연장하는 선에 대하여 제1 각도로, 그리고 상기 이동 프레임이 상기 전개된 위치에 배치될 때 상기 동일한 선에 대하여 제2 각도로 배치되며,
상기 제1 각도는 상기 제1 각도 및 제2 각도의 합의 약 절반보다 작은, 액추에이터.In the actuator,
A movable frame coupled to the stationary frame by a plurality of elongated parallel motion flexors for substantially parallel motion with respect to the stationary frame between a as-fabricated position and a deployed position,
Wherein the flexures are arranged at a first angle relative to a line extending perpendicularly to both the moving frame and the stationary frame when the moving frame is disposed in the manufacturing state position, When arranged, are arranged at a second angle relative to said same line,
Wherein the first angle is less than about half of the sum of the first angle and the second angle. 제 1 항에 있어서,
상기 제1 각도는 상기 제1 각도 및 제2 각도의 합의 약 0.32배와 약 0.42배 사이인, 액추에이터.The method according to claim 1,
Wherein the first angle is between about 0.32 times and about 0.42 times the sum of the first angle and the second angle. 제 1 항에 있어서,
복수의 깍지낀 빗살(interdigitated teeth)을 추가로 포함하며,
상기 빗살의 고정 부분은 상기 고정 프레임에 부착되고 상기 빗살의 이동 부분은 상기 이동 프레임에 부착되는, 액추에이터.The method according to claim 1,
Further comprising a plurality of interdigitated teeth,
Wherein a fixed portion of the comb is attached to the fixed frame and a moving portion of the comb is attached to the movable frame. 제 1 항에 있어서,
상기 이동 프레임, 상기 고정 프레임 및 상기 평행 모션 플렉셔들은 각각 형상이 대략 평면이고 서로 대략 동일 평면상에 배치되는, 액추에이터.The method according to claim 1,
Wherein the moving frame, the fixed frame, and the parallel motion flexures are each substantially planar in shape and disposed substantially coplanar with each other. 제 3 항에 있어서,
상기 이동 프레임, 상기 고정 프레임, 상기 평행 모션 플렉셔들 및 상기 빗살은 포토리소그래피 기술을 사용하여 실리콘 웨이퍼로부터 단일의 모놀리식 부품으로 제조되는, 액추에이터.The method of claim 3,
Wherein the moving frame, the stationary frame, the parallel motion flexures, and the comb are manufactured from a silicon wafer using a photolithography technique into a single monolithic part. 제 1 항에 있어서,
상기 이동 프레임을 상기 제조상태 위치로부터 상기 전개된 위치로 압박하고(urging), 또한 상기 이동 프레임을 상기 전개된 위치에 유지하는 기구를 추가로 포함하는, 액추에이터.The method according to claim 1,
Further comprising a mechanism for urging the moving frame from the manufacturing state position to the deployed position and also for retaining the moving frame in the deployed position. 제 1 항의 액추에이터를 포함하는 소형 카메라.A compact camera comprising the actuator of claim 1. 제 7 항에 소형 카메라를 포함하는 전자장치.8. An electronic device comprising a miniature camera. 제 8 항에 있어서,
상기 전자장치는 휴대폰, 컴퓨터, 랩탑, PDA 또는 감시 카메라를 포함하는, 전자장치.9. The method of claim 8,
Wherein the electronic device comprises a cellular phone, a computer, a laptop, a PDA or a surveillance camera. 액추에이터를 제공하되, 상기 액추에이터는 액추에이터에서의 아치형 모션을 제어하고, 상기 액추에이터는 완전 폐쇄 위치와 완전 개방 위치 사이에서 고정 프레임에 대한 대략 평행한 모션을 위해 둘 이상의 길쭉한 평행 모션 플렉셔들에 의해 상기 고정 프레임에 결합된 이동 프레임을 포함하는 유형이고, 상기 둘 이상의 플렉셔들은 상기 이동 프레임이 상기 완전 폐쇄 위치에 배치될 때 상기 이동 프레임과 상기 고정 프레임 둘 다에 대해 수직으로 연장하는 선에 대해 제1 각도로 배치되며, 상기 이동 프레임이 상기 완전 개방 위치에 배치될 때 상기 동일한 선에 대해 제2 각도로 배치되는, 상기 액추에이터를 제공하는 단계; 및
상기 폐쇄 위치에서 상기 이동 프레임의 최소 측방향 변위를 생성하는 값으로 상기 제1 각도를 제한하는 단계;
를 포함하는, 액추에이터 모션 제어 방법.Wherein the actuator controls arcuate motion in an actuator, the actuator being movable between two fully closed positions and a fully open position by at least two elongated parallel motion flexors for approximately parallel motion with respect to the fixed frame, Wherein the two or more flexures are of a type including a movable frame coupled to a stationary frame, wherein the two or more flexures are movable relative to a line extending perpendicularly to both the movable frame and the stationary frame when the movable frame is disposed in the fully closed position. Wherein the movable frame is disposed at a second angle relative to the same line when the movable frame is disposed in the fully open position; And
Limiting said first angle to a value that produces a minimum lateral displacement of said moving frame at said closed position;
And the actuator motion control method. 제 10 항에 있어서,
상기 제한하는 단계는, 상기 완전 개방 위치에서 상기 이동 프레임의 최대 측방향 변위를 생성하고, 상기 이동 프레임이 상기 완전 개방 위치와 상기 완전 폐쇄 위치 사이의 위치에 있을 때 상기 최소 측방향 변위보다 크고 상기 최대 측방향 변위보다 작은 상기 이동 프레임의 중간 측방향 변위를 생성하는 값을 포함하는, 액추에이터 모션 제어 방법.11. The method of claim 10,
Wherein said limiting step comprises: creating a maximum lateral displacement of said moving frame at said fully open position, and when said moving frame is in a position between said fully open position and said fully closed position, And a value that produces an intermediate lateral displacement of the moving frame that is less than the maximum lateral displacement. 제 11 항에 있어서,
상기 이동 프레임이 상기 완전 개방 위치와 상기 완전 폐쇄 위치 사이의 거리의 약 2/3인 위치에 배치될 때, 상기 최대 측방향 변위의 약 1/4인 중간 측방향 변위를 생성하는 값으로 상기 제1 각도를 제한하는, 액추에이터 모션 제어 방법.12. The method of claim 11,
When the movable frame is disposed at a position about 2/3 of the distance between the fully opened position and the fully closed position, a value which produces an intermediate lateral displacement which is about 1/4 of the maximum lateral displacement, A method of controlling an actuator motion, the method comprising: 제 10 항에 있어서,
최소 동작 전압이 상기 고정 프레임 및 상기 이동 프레임에 인가될 때 상기 이동 프레임의 최대 측방향 변위를 생성하고, 최대 동작 전압이 상기 고정 프레임 및 상기 이동 프레임에 인가될 때 상기 이동 프레임의 최소 측방향 변위를 생성하며, 상기 최대 동작 전압보다 작고 상기 최소 동작 전압보다 큰 중간 동작 전압이 상기 고정 프레임 및 상기 이동 프레임에 인가될 때 상기 최대 측방향 변위보다 작고 상기 최소 측방향 변위보다 큰 상기 이동 프레임의 중간 측방향 변위를 생성하는 값으로 상기 제1 각도를 제한하는, 액추에이터 모션 제어 방법.11. The method of claim 10,
Generating a maximum lateral displacement of the moving frame when a minimum operating voltage is applied to the fixed frame and the moving frame and generating a minimum lateral displacement of the moving frame when a maximum operating voltage is applied to the fixed frame and the moving frame Wherein an intermediate operating voltage that is less than the maximum operating voltage and greater than the minimum operating voltage is applied to the fixed frame and the moving frame is less than the maximum lateral displacement and is greater than the minimum lateral displacement, And limits the first angle to a value that produces a lateral displacement. 제 10 항에 있어서,
상기 제1 각도 및 상기 제2 각도의 합의 약 절반보다 작은 값으로 상기 제1 각도를 제한하는, 액추에이터 모션 제어 방법.11. The method of claim 10,
And limits the first angle to a value less than about half the sum of the first angle and the second angle. 제 10 항에 있어서,
상기 제1 각도 및 상기 제2 각도의 합의 약 0.32 내지 0.42배 사이인 값으로 상기 제1 각도를 제한하는, 액추에이터 모션 제어 방법.11. The method of claim 10,
Wherein the first angle is limited to a value that is between about 0.32 and 0.42 times the sum of the first angle and the second angle. 액추에이터를 제조하는 방법에 있어서,
대략 평면인 이동 프레임 및 대략 평면인 고정 프레임을 형성하는 단계; 및
복수의 길쭉하고 대략 평면인 플렉셔로 상기 이동 프레임을 상기 고정 프레임에 커플링하는 단계를 포함하고,
상기 이동 프레임은 제1 위치와 제2 위치 사이에서 상기 고정 프레임에 대해 대략 동일평면의 평행 모션으로 이동 가능하고,
상기 플렉셔들은 상기 이동 프레임이 상기 제1 위치에 배치될 때 상기 이동 프레임과 상기 고정 프레임 둘 다에 대해 수직으로 연장하는 선에 대해 제1 각도로 배치되고, 상기 이동 프레임이 상기 제2 위치에 배치될 때 상기 동일 선에 대해 제2 각도로 배치되며,
상기 제1 각도는 상기 제1 각도 및 상기 제2 각도의 합의 약 절반보다 작은, 액추에이터 제조 방법.A method of manufacturing an actuator,
Forming a substantially planar moving frame and a substantially planar fixed frame; And
And coupling the moving frame to the fixed frame with a plurality of elongated, generally planar flexures,
Wherein the movable frame is movable between a first position and a second position in a substantially parallel motion with respect to the fixed frame,
Wherein the flexures are arranged at a first angle with respect to a line extending perpendicularly to both the moving frame and the fixed frame when the moving frame is disposed in the first position, When arranged, are arranged at a second angle with respect to the same line,
Wherein the first angle is less than about half of the sum of the first angle and the second angle. 제 16 항에 있어서,
상기 제1 각도는 상기 제1 각도 및 상기 제2 각도의 합의 약 0.32 내지 약 0.42배 사이인, 액추에이터 제조 방법.17. The method of claim 16,
Wherein the first angle is between about 0.32 and about 0.42 times the sum of the first angle and the second angle. 제 16 항에 있어서,
상기 형성 단계는 상기 고정 프레임 및 상기 이동 프레임에 각각의 복수의 빗살을 형성하는 단계를 추가로 포함하고,
상기 빗살은 서로 깍지 끼어 배열되고, 상기 고정 프레임에 대한 상기 이동 프레임의 이동으로 서로에 대해 대략 평행으로 이동하는, 액추에이터 제조 방법.17. The method of claim 16,
Wherein the forming step further comprises forming a plurality of combs in each of the fixed frame and the movable frame,
Wherein the combs are interdigitated and move substantially parallel to each other by movement of the movable frame relative to the fixed frame. 제 16 항에 있어서,
상기 형성 단계는 상기 이동 프레임을 상기 제1 위치로부터 상기 제2 위치로 변위시키기 위해 또한 상기 이동 프레임을 상기 제2 위치에 유지하기 위해 상기 고정 프레임 및 상기 이동 프레임에 대략 평면인 기구를 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 액추에이터 제조 방법.17. The method of claim 16,
Wherein the forming step includes forming a substantially planar mechanism in the fixed frame and the movable frame to displace the movable frame from the first position to the second position and to maintain the movable frame in the second position Further comprising the steps of: 제 16 항에 의한 액추에이터를 포함하는 소형 카메라.A compact camera comprising an actuator according to claim 16. 제 20 항에 의한 소형 카메라를 포함하는 전자장치.An electronic device comprising a miniature camera according to claim 20.
KR1020157028922A 2013-03-15 2014-03-14 Arcuate motion control in electrostatic actuators KR102048335B1 (en)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/843,817 2013-03-15
US13/843,817 US8712229B2 (en) 2010-11-15 2013-03-15 Arcuate motion control in electrostatic actuators
US13/843,107 US8947797B2 (en) 2010-11-15 2013-03-15 Miniature MEMS actuator assemblies
US13/843,107 2013-03-15
PCT/US2014/029529 WO2014144925A1 (en) 2013-03-15 2014-03-14 Arcuate motion control in electrostatic actuators

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150140682A true KR20150140682A (en) 2015-12-16
KR102048335B1 KR102048335B1 (en) 2019-11-25

Family

ID=50489437

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020157028922A KR102048335B1 (en) 2013-03-15 2014-03-14 Arcuate motion control in electrostatic actuators

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP6397478B2 (en)
KR (1) KR102048335B1 (en)
CN (1) CN105209370B (en)
WO (1) WO2014144925A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9549107B2 (en) * 2014-06-20 2017-01-17 Qualcomm Incorporated Autofocus for folded optic array cameras

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080157627A1 (en) * 2006-12-28 2008-07-03 Japan Aviation Electronics Industry Limited Electrostatic actuator with interdigitated electrode structure
US20120081598A1 (en) * 2010-11-15 2012-04-05 DigitalOptics Corporation MEMS Mems actuator device deployment

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002510059A (en) * 1998-01-13 2002-04-02 シーゲイト テクノロジー インコーポレーテッド Optical microswitch having electrostatic microactuator and method of using the same
US6411589B1 (en) * 1998-07-29 2002-06-25 Hewlett-Packard Company System and method for forming electrostatically actuated data storage mechanisms
US6384510B1 (en) * 1998-12-15 2002-05-07 Iolon, Inc. Electrostatic microactuator with offset and/or inclined comb drive fingers
AU2001275399A1 (en) * 2000-06-09 2001-12-24 Cspeed Corporation Optical mirror system with multi-axis rotational control
JP4161950B2 (en) * 2004-02-27 2008-10-08 セイコーエプソン株式会社 Micromechanical electrostatic actuator
JP4834443B2 (en) * 2006-03-31 2011-12-14 株式会社東芝 Piezoelectric drive MEMS actuator
CA2612206A1 (en) * 2006-11-30 2008-05-30 Jds Uniphase Corporation Micromirror device with a hybrid actuator

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080157627A1 (en) * 2006-12-28 2008-07-03 Japan Aviation Electronics Industry Limited Electrostatic actuator with interdigitated electrode structure
US20120081598A1 (en) * 2010-11-15 2012-04-05 DigitalOptics Corporation MEMS Mems actuator device deployment

Also Published As

Publication number Publication date
CN105209370B (en) 2018-01-19
WO2014144925A1 (en) 2014-09-18
CN105209370A (en) 2015-12-30
JP6397478B2 (en) 2018-09-26
KR102048335B1 (en) 2019-11-25
JP2016515793A (en) 2016-05-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8941192B2 (en) MEMS actuator device deployment
US10003282B2 (en) Linearly deployed actuators
US8768157B2 (en) Multiple degree of freedom actuator
US9019390B2 (en) Optical image stabilization using tangentially actuated MEMS devices
US8608393B2 (en) Capillary actuator deployment
US8430580B2 (en) Rotationally deployed actuators
US8604663B2 (en) Motion controlled actuator
US8238739B1 (en) Stage with built-in damping
TWI584001B (en) Camera,actuator device and method of image stabilization
US10007125B2 (en) Actuator inside of motion control
US8602666B2 (en) Long hinge actuator snubbing
US20120120508A1 (en) Rotational comb drive z-stage
US9061883B2 (en) Actuator motion control features
US8616791B2 (en) Rotationally deployed actuator devices
KR20150140682A (en) Arcuate motion control in electrostatic actuators
US8712229B2 (en) Arcuate motion control in electrostatic actuators
US20200144935A1 (en) Comb drive with non-parallel overlapping comb fingers
JP2006154390A (en) Lens driving device, and imaging apparatus
US9397585B2 (en) MEMS shock cushion spring systems and methods
CN114057152A (en) Actuator, actuator forming method, actuator driving method and electronic device

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant