【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及提供大的力、大的面外(out-of-plane)平移行程和/或双轴旋转的微致动器领域。
技术介绍
大的面外平移和高输出力的微致动器在自适应光学和微机器人中具有广泛的应用。在自适应光学中,它们用于自动对焦[1]、微型相机中的光学图像稳定(OpticalImageStabilization,OIS)[2]和可变形微镜[3]。对于手机相机应用中的自动对焦,需要致动器使3毫克(mg)质量的透镜沿着光轴平移80μm[4]。手机相机中的OIS需要使45毫克质量的镜筒[2]绕两个轴旋转1°以消除手抖对图像和录制视频的任何影响。在微机器人中,大行程和高输出力致动器用于微装配系统和微型夹具[5][6]。使用不同的微致动方法。这些包括电磁式、压电式和静电式的微致动器。电磁致动器提供大行程和高输出力;然而,他们已知有许多缺点,如高功耗和大尺寸[7][4]。虽然压电致动器提供高输出力,但它们对温度敏感并且难以制造[1][8]。静电致动器提供高速响应、低功耗和小尺寸[9][7][4]。然而,设计能够同时提供高输出力、大的面外行程并且同时保持低电压的静电致动器是具有挑战性的[10]。提供面外行程的静电致动器包括平行板和垂直梳状驱动(VerticalComb-Drive,VCD)致动器。前者受到拉入效应的影响,该效应将致动器的垂直行程限制为板之间的初始间隙的三分之一[9]。后者可以分为两种类型:旋转式和平移式(活塞式)VCD致动器。在旋转梳状驱动致动器(包括交错式和角式VCD致动器)中,转子的初始运动是旋转,因此提供旋转的面外行程;然而,这些致动器通常利用机械放大机构, ...
【技术保护点】
一种MEMS静电微致动器,其包括:a.第一基板,其具有顶表面和厚度;b.在所述基板的所述顶表面的中心处构造的腔,其设定尺寸成接收致动器板;c.在所述基板的厚度中构造的间隔开的齿电极阵列,其中所述齿电极阵列围绕所述腔,其中所述腔是封闭的或开放的腔;d.每个所述齿电极具有形状、长度、高度和厚度;e.所述齿阵列被分组成一个或多个齿子阵列,每个所述齿子阵列包括一个或多个齿,其中每个所述齿子阵列中的齿彼此电连接并且与其他齿子阵列电隔离;f.每个齿子阵列是电可寻址的,由此每个齿子阵列形成所述致动器的定子;g.第二板,其附接到所述基板并且具有设定尺寸成适于装配在所述基板上的结构,所述第二板具有固定的外围结构和移动的中心结构,由此所述固定结构附接到所述基板,并且所述移动的中心结构保持所述致动器板;h.在所述第二板的厚度中构造的间隔开的开口阵列;i.所述开口阵列被设定尺寸成和被设计为接收所述齿阵列并与所述齿阵列交叉,每个所述开口具有长度、宽度和高度;j.所述开口阵列被分组成一个或多个开口子阵列,每个所述开口子阵列包括一个或多个开口,其中每个所述开口子阵列彼此电连接并且与其它开口子阵列电隔离;k.每个所述 ...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种MEMS静电微致动器,其包括:a.第一基板,其具有顶表面和厚度;b.在所述基板的所述顶表面的中心处构造的腔,其设定尺寸成接收致动器板;c.在所述基板的厚度中构造的间隔开的齿电极阵列,其中所述齿电极阵列围绕所述腔,其中所述腔是封闭的或开放的腔;d.每个所述齿电极具有形状、长度、高度和厚度;e.所述齿阵列被分组成一个或多个齿子阵列,每个所述齿子阵列包括一个或多个齿,其中每个所述齿子阵列中的齿彼此电连接并且与其他齿子阵列电隔离;f.每个齿子阵列是电可寻址的,由此每个齿子阵列形成所述致动器的定子;g.第二板,其附接到所述基板并且具有设定尺寸成适于装配在所述基板上的结构,所述第二板具有固定的外围结构和移动的中心结构,由此所述固定结构附接到所述基板,并且所述移动的中心结构保持所述致动器板;h.在所述第二板的厚度中构造的间隔开的开口阵列;i.所述开口阵列被设定尺寸成和被设计为接收所述齿阵列并与所述齿阵列交叉,每个所述开口具有长度、宽度和高度;j.所述开口阵列被分组成一个或多个开口子阵列,每个所述开口子阵列包括一个或多个开口,其中每个所述开口子阵列彼此电连接并且与其它开口子阵列电隔离;k.每个所述开口子阵列由从所述第二板的所述固定的外围结构延伸的一个或多个支撑梁支撑,以保持它们相对于所述齿阵列对准,由此每个开口子阵列形成所述致动器的转子;以及l.多个弹簧装置,其沿着所述第二板的所述外围结构延伸,以将每个所述转子连接到所述外围结构,并且在没有驱动电压的情况下使所述转子返回到其初始位置,每个所述弹簧具有长度、厚度和高度,由此所述定子的齿响应于来自施加在所述定子和所述转子之间的驱动电压的静电力而在致动期间穿入所述转子的所述开口中,并且通过选择性地对每个齿子阵列(定子)和开口子阵列(转子)充电来实现3-DOF致动。2.根据权利要求1所述的MEMS静电微致动器,其中所述齿电极阵列是弧形的并且与预定径向间隔径向同心。3.根据权利要求2所述的MEMS静电微致动器,其中所述微致动器包括三个相等尺寸的子阵列,由此平移致动和旋转致动两者都能够通过激活每个子阵列实现。4.根据权利要求1所述的MEMS静电微致动器,其中所述齿电极阵列基本上是矩形、圆形、三角形、梯形、五边形或六边形,并且每个所述齿子阵列沿着它们的长度线性对准并且在每个所述子阵列中形成几个线性行。5.根据权利要求1所述的MEMS静电微致动器,其中所述齿电极阵列基本上是矩形、圆形、三角形、梯形、五边形或六边形,并且每个所述齿子阵列沿其长度径向对准,并且在每个所述子阵列中形成多个弯曲行。6.根据权利要求4和5所述的MEMS静电微致动器,其中所述微致动器包括四个相等尺寸的子阵列。7.根据权利要求1所述的MEMS静电微致动器,其中定子和转子管通过利用SOI晶片的埋置氧化物(BOX)层彼此电隔离并且电连接。8.根据权利要求1所述的MEMS静电微致动器,其中使用直接反应离子蚀刻(DRIE)主体微加工工艺在Si/SOI晶片中制造所述MEMS致动器。9.根据权利要求1所述的MEMS静电微致动器,其中所述弹簧是具有纵向刚度比横向刚度的高比率的长弹簧,以允许大行程致动。10.根据权利要求1所述的MEMS静电微致动器,其中所述弹簧径向向内延伸。11.根据权利要求1所述的MEMS静电微致动器,其中所述弹簧具有与所述开口的高度相同的厚度,由此消除了蚀刻所述转子以软化所述弹簧所需的制造步骤,从而简化了制造工艺。12.根据权利要求1所述的MEMS静电微致动器,其中所述弹簧具有与所述开口的高度基本上相同的高度,由此使得在被装载质量物时MEMS静电致动更耐冲击。13.根据权利要求1所述的MEMS静电微致动器,其中所述致...
【专利技术属性】
技术研发人员:费斯·巴提斯,里哈德·本马德,
申请(专利权)人:费斯·巴提斯,里哈德·本马德,
类型:发明
国别省市:加拿大;CA
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