(57)【要約】  ほぼ水平方向、ほぼ垂直方向、および／またはその組み合わせにおいて、反復して迅速に変位することができるマイクロメートル・サイズの多方向熱アクチュエータ。基板の表面上に構築された多方向熱アクチュエータは、基板の表面にほぼ平行に延在するように、第１端部において１つ以上のアンカからそれぞれ片持ちにされている３つ以上の梁を備える。部材が、梁の遠位端部を機械的および電気的に結合する。梁のいずれか２つ以上の組み合わせを備える回路に電流を加えることにより、部材が、３つ以上の平行ではない径方向の１つにおいてそれぞれ変位する。
2005510990.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の表面上に構築された多方向熱アクチュエータであって、
非活動状態において、前記基板の表面にほぼ平行に延在するように、第１端部においてアンカから片持ちにされた第１梁と、
非活動状態において、前記基板の表面にほぼ平行に延在するように、第１端部においてアンカから片持ちにされた第２梁と、
非活動状態において、前記基板の表面にほぼ平行に延在するように、第１端部においてアンカから片持ちにされた第３梁とを備え、前記第１梁、前記第２梁、および前記第３梁が共面ではなく、
さらに前記第１梁、前記第２梁、および前記第３梁の遠位端部を機械的に結合する部材と、
少なくとも前記第１梁を備える第１回路であって、電流を前記第１回路に加えることによって前記部材が第１径方向に変位する、第１回路と、
少なくとも前記第２梁を備える第２回路であって、電流を前記第２回路に加えることによって前記部材が第２径方向に変位する、第２回路と、
少なくとも前記第３梁を備える第３回路であって、電流を前記第３回路に加えることによって前記部材が第３径方向に変位する、第３回路と、
を備える多方向熱アクチュエータ。
【請求項２】
前記第１梁、前記第２梁および前記第３梁の１つ以上を前記基板に電気的に結合する接地タブを備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記梁の１つ以上と接地との間に配置された抵抗を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記第１回路が、前記第１梁および前記第２梁を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記第２回路が、前記第２梁および前記第３梁を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記第３回路が、前記第３梁および前記第１梁を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記第１梁および接地タブが第４回路を備え、電流を前記第４回路に加えることによって前記部材が第４径方向に変位する、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記第２梁および接地タブが第５回路を備え、電流を前記第５回路に加えることによって前記部材が第５径方向に変位する、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記第３梁および接地タブが第６回路を備え、電流を前記第６回路に加えることによって前記部材が第６径方向に変位する、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
非活動状態において、前記基板の表面にほぼ平行に延在するように、第１端部においてアンカから片持ちにされた少なくとも第４梁を備え、前記第４梁が前記部材に機械的に結合される、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記第１梁および前記第４梁を備える第７回路であって、電流を前記第７回路に加えることによって前記部材が第７径方向に変位する、第７回路と、
前記第２梁および前記第４梁を備える第８回路であって、電流を前記第８回路に加えることによって前記部材が第８径方向に変位する、第８回路と、
前記第３梁および前記第４梁を備える第９回路であって、電流を前記第９回路に加えることによって前記部材が第９径方向に変位する、第９回路と、
を備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１梁と、前記第２梁と、前記第３梁とを備える第１０回路を有し、前記第１０回路に印加することによって前記部材が第１０径方向に変位する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１０回路が、前記第１梁の第３電流密度と、前記第３電流密度より小さい前記第２梁の第４電流密度とを備え、それにより前記部材が第１１径方向に変位する、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記基板の表面に固定された第１端部と、前記部材に機械的に結合された遠位端部とを備えたコールド・アームを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
前記基板の表面に固定された第１端部と、前記部材に機械的かつ電気的に結合された遠位端部とを備えたコールド・アームを有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
前記第１梁と、前記第２梁と、前記第３梁とが、対称断面構成を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記第１梁と、前記第２梁と、前記第３梁とが、非対称断面構成を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
前記第１梁と、前記第２梁と、前記第３梁と、前記第４梁とが、ほぼ矩形の断面構成を備える、請求項１０に記載の装置。
【請求項１９】
複数の多方向熱アクチュエータを前記基板上に備える、請求項１に記載の装置。
【請求項２０】
基板の表面上に構築された多方向熱アクチュエータであって、
少なくとも１つの梁が他の２つの梁と共面ではない少なくとも３つの梁であって、該少なくとも３つの梁の各々が、非活動状態において前記基板の前記表面にほぼ平行に延在するように、第１端部において１つ以上のアンカから片持ちにされる、少なくとも３つの梁と、
電流を前記少なくとも３つの梁のいずれか２つ以上の組み合わせを備える回路に加えることにより、３つ以上の平行ではない径方向の１つにおいて変位する、前記梁の遠位端部を機械的に結合する部材と、
を備える多方向熱アクチュエータ。
【請求項２１】
基板の表面上に構築された多方向熱アクチュエータであって、
ほぼ矩形の断面構成に配置される４つの梁であって、該４つの梁の各々が、前記基板の前記表面にほぼ平行に延在するように、第１端部において１つ以上のアンカから片持ちにされる、４つの梁と、
前記梁の遠位端部を機械的に結合する部材と、
を備える多方向熱アクチュエータ。
【請求項２２】
前記梁の２つが上方梁を備え、前記梁の２つが下方梁を備え、２つの前記上方梁が、前記基板の前記表面に関して２つの前記下方梁より上に配置される、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
電流が２つの前記下方梁に加えられたときに、前記アクチュエータが垂直上方に変位する、請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
電流が２つの前記上方梁に加えられたときに、前記アクチュエータが垂直下方に変位する、請求項２２に記載の装置。
【請求項２５】
電流が前記下方梁と前記下方梁より上に配置された前記上方梁との一方に加えられたときに、前記アクチュエータが水平に変位する、請求項２２に記載の装置。
【請求項２６】
前記梁の１つが、他の前記梁より上に配置され、前記梁の２つが互いに横方向にずれている、請求項２１に記載の装置。
【請求項２７】
電流が前記梁のいずれか３つに加えられたときに、前記アクチュエータが水平及び垂直の双方に変位する、請求項２１に記載の装置。
【請求項２８】
前記表面に固定された第１端部と、前記部材に取り付けられた遠位端部とを有するコールド・アームを備え、前記コールド・アームが、前記梁によって画定されたほぼ矩形の空間内において前記梁とほぼ平行に配置される、請求項２１に記載の装置。
【請求項２９】
前記梁に関して中心に配置されたコールド・アームを備え、前記コールド・アームが、前記表面に固定された第１端部と、前記部材に接続された遠位端部とを有する、請求項２１に記載の装置。
【請求項３０】
前記梁に関して対称に配置されたコールド・アームを備え、前記コールド・アームが、前記表面に固定された第１端部と、前記部材に接続された遠位端部とを有する、請求項２１に記載の装置。
【請求項３１】
前記表面に固定された第１端部と、前記部材に取り付けられた遠位端部とを有するコールド・アームを備える、請求項２１に記載の装置。
【請求項３２】
被制御湾曲を提供するように構成された、前記コールド・アームにおいてその前記第１端部の付近に形成されたたわみを備える、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記たわみが、凹部と、陥凹と、カットアウトと、孔と、材料が狭い、薄い、若しくは弱い位置と、代替材料若しくは他の構造上の特徴と、またはその位置における湾曲に対する抵抗を低減する材料変更との少なくとも１つを備える、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記コールド・アームに形成された強化部材を備える、請求項３１に記載の装置。
【請求項３５】
前記強化部材が前記コールド・アームに一体形成される、請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
前記コールド・アームに沿って延在する金属層を備える、請求項３１に記載の装置。
【請求項３７】
前記コールド・アームが、前記梁から電気的に絶縁される、請求項３１に記載の装置。
【請求項３８】
前記梁および前記コールド・アームが、電流が流れる回路を備える、請求項３１に記載の装置。
【請求項３９】
電流が前記コールド・アームと前記梁のいずれか１つとを備える回路に加えられたときに、前記アクチュエータが水平及び垂直の双方に変位する、請求項３１に記載の装置。
【請求項４０】
電流が前記コールド・アームと前記梁のいずれか３つとを備える回路に加えられたときに、前記アクチュエータが水平及び垂直の双方に変位する、請求項３１に記載の装置。
【請求項４１】
前記コールド・アームが、所与の電圧において前記梁より小さい電流密度を有する、請求項３１に記載の装置。
【請求項４２】
前記梁の１つ以上を前記基板に電気的に結合する接地タブを備える、請求項２１に記載の装置。
【請求項４３】
複数の多方向熱アクチュエータを前記基板上に備える、請求項２１に記載の装置。
【請求項４４】
前記多方向熱アクチュエータに機械的に結合された少なくとも１つの光学装置を備える、請求項２１に記載の装置。
【請求項４５】
前記光学装置が、反射器、レンズ、偏向器、導波路、シャッタ、または係合構造の１つを備える、請求項４４に記載の装置。
【請求項４６】
少なくとも１つの光学装置を含む光通信システムを備える、請求項４４に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、微小機械装置に関し、より具体的には、基板を水平に横断して、基板の表面から垂直方向に離れて、またはそれを組み合わせて反復して迅速な運動をすることができるマイクロメートル・サイズの熱アクチュエータ（サーマルアクチュエータ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
複雑な微小電子機械システム（ＭＥＭＳ）および微細光学電子機械システム（ＭＯＥＭＳ）装置の製造は、微小機械装置技術における著しい前進を表す。現在、蝶番、シャッタ、レンズ、ミラー、スイッチ、偏光装置、およびアクチュエータなど、多くのマクロスケール装置についてマイクロメートル・サイズの類似物が作成されている。これらの装置は、例えば、ノース・カロライナ州リサーチ・トライアングル・パークにあるクロノス・インテグレーテッド・マイクロシステムズ（Ｃｒｏｎｏｓ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ（Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｔｒｉｎａｎｇｌｅ  Ｐａｒｋ，Ｎｏｒｔｈ  Ｃａｒｏｌｉｎａ））から入手可能なマルチユーザＭＥＭＳ処理（ＭＵＭＰ）を使用して製造することができる。ＭＥＭＳ装置およびＭＯＥＭＳ装置の応用例には、データ記憶装置、レーザ・スキャナ、プリンタ・ヘッド、磁気ヘッド、マイクロ分光計、加速度計、走査探査顕微鏡、近距離場光学顕微鏡、光学スキャナ、光変調器、マイクロレンズ、光スイッチ、およびマイクロロボット工学などがある。
【０００３】
ＭＥＭＳ装置またはＭＯＥＭＳ装置を形成する１つの方法は、装置を基板上の適切な位置にパターン化することを含む。パターン化された際に、装置は、基板の上に平坦に存在する。例えば、蝶番構造または反射器装置の蝶番プレートは、両方とも、ＭＵＭＰプロセスを使用して、基板の表面とほぼ共面になるように形成される。これらの装置を使用する１つの課題は、装置を基板の面外に移動させることである。
【０００４】
アクチュエータを微小機械装置と結合することは、これらの装置を基板の面外に移動させることを見込む。静電、圧電、熱、および磁気を含む様々なタイプのアクチュエータが、この目的のために使用されてきた。
【０００５】
１つのそのようなアクチュエータが、コーワンらによって「Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｃｔｕａｔｏｒ  ｆｏｒ  Ｍｉｃｒｏ−Ｏｐｔｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ」ｖ．３２２６、ＳＰＩＥ、１３７〜１４６ページ（１９９７）に記載されている。図１に示すコーワン（Ｃｏｗａｎ）らのアクチュエータ２０は、熱膨張を誘起するために、抵抗加熱を使用する。ホット・アーム２２は、カンチレバー・アーム２４より高く、したがって、熱膨張により、アクチュエータの先端２６は、基板２８の表面に向かって押しやられる。十分に大きい電流では、アクチュエータの先端２６の下方偏向は、基板２８と接触することによって停止され、ホット・アーム２２は、上方に湾曲する。駆動電流を除去する際に、ホット・アーム２２は、図２に示すように、湾曲した形状で急速に「フリーズ」して収縮し、アクチュエータの先端２６を上方に引き上げる。
【０００６】
ホット・アーム２２の変形は、永久的であり、アクチュエータの先端２６は、力を加えなくても、上方に偏向したままであり、後屈アクチュエータ３２を形成する。駆動電流をさらに加えることにより、後屈アクチュエータ３２は、基板２８の表面に向かう方向３０に回転する。図２の後屈アクチュエータ３２は、通常、セットアップまたは１回限り位置決めの応用に使用される。コーワンらに記載されたアクチュエータは、単一作動ステップにおいて４５度を大きく超えて蝶番プレートを面外に回転させるまたは上昇させることができないという点で限定されている。
【０００７】
ハーシュ（Ｈａｒｓｈ）らの「Ｆｌｉｐ  Ｃｈｉｐ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ  ｆｏｒ  Ｓｉ−Ｂａｓｅｄ  Ｒｆ  ＭＥＭＳ」、Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｔｗｅｌｆｔｈ  ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ、ＩＥＥＥ  Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  １９９９、２７３〜２７８ページ；ハーシュ（Ｈａｒｓｈ）らの「Ｔｈｅ  Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ａＦｌｉｐ−Ｃｈｉｐ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ＭＥＭＳ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｃａｐａｃｉｔｏｒ」８０  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ、１０８〜１１８ページ（２０００）；およびフェング（Ｆｅｎｇ）らの「ＭＥＭＳ−Ｂａｓｅｄ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｃａｐａｃｉｔｏｒ  ｆｏｒ  Ｍｉｌｌｉｍｅｔｅｒ−Ｗａｖｅ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｓｅｎｓｏｒ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒ  Ｗｏｒｋｓｈｉｐ、サウスカロライナ州ヒルトン・ヘッド・アイランド（Ｈｉｌｔｏｎ  Ｈｅａｄ  Ｉｓｌａｎｄ，Ｓｏｕｔｈ  Ｃａｒｏｌｉｎａ）、２０００年、２２５〜２５８ページには、フリップチップ設計に基づく様々な垂直アクチュエータが記載されている。通常の解放エッチング・ステップ中に、ベース酸化物層は、一部溶解し、残りのＭＥＭＳ構成要素は解放される。次いで、セラミック基板をＭＥＭＳ装置の暴露表面に結合し、ベース酸化物層のエッチングを完了することによって、ベース・ポリシリコン層を除去する（すなわち、フリップ・フロップ・プロセス）。結果として得られる装置は、ポリシリコン基板が全く存在しないキャパシタであり、キャパシタの上部プレートは、セラミック基板の上の対向プレートに向かって下方に移動するように制御可能である。装置は、ポリシリコン基板が除去されているが、その理由は、ポリシリコン層の漂遊容量の影響は、最小限度でも、装置の動作を妨害するからである。
【０００８】
４５度より著しく大きい上昇角度が、二段階アクチュエータ・システムで達成可能である。二段階アクチュエータ・システムは、通常、垂直アクチュエータおよびモータからなる。垂直アクチュエータは、蝶番微小機械装置を基板から、４５度より著しく大きくはない最大角度まで上昇させる。モータは、微小機械装置のリフト・アームに接続された駆動アームを有し、上昇を達成する。１つのそのような二段階組み立てシステムが、Ｒｅｉｄらの「Ａｕｔｏｍａｔｅｄ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ  ｏｆ  Ｆｌｉｐ−Ｕｐ  Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒｓ」、Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ’９７、Ｉｎｔ’ｌ  Ｃｏｎｆ．Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ、３４７〜３５０ページ（１９９７）に開示されている。これらの二段階アクチュエータは、通常、セットアップまたは１回限り位置決めの応用に使用される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、ほぼ水平の方向、ほぼ垂直の方向、およびその組み合わせにおいて反復して迅速に変位することができるマイクロメートル・サイズの多方向熱アクチュエータに関する。いくつかの実施形態では、熱アクチュエータは、非活動位置に関して事実上あらゆる方向において径方向変位することができる。この場合、径方向は、ビームの縦軸に垂直な方向を指す。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一実施形態では、基板の表面上に構築された多方向熱アクチュエータは、非活動構成において基板の表面にほぼ平行に延在するように、第１端部においてアンカから片持ちにされた第１梁、第２梁、および第３梁を含む。第１梁、第２梁、および第３梁は、共面ではない。部材が、第１梁、第２梁、および第３梁の遠位端部を機械的に結合する。第１回路が、少なくとも第１梁を備え、それにより、第１回路に電流を加えることにより、部材が第１径方向に変位する。第２回路が、少なくとも第２梁を備え、それにより、電流を第２回路に加えることにより、部材が第２径方向に変位する。第３回路が、少なくとも第３梁を備え、それにより、電流を第３回路に加えることにより、部材が第３径方向に変位する。
【００１１】
一実施形態では、接地タブが、梁の１つ以上を基板に電気的に結合する。梁の１つ以上と地面との間に、抵抗を任意に配置することができる。一実施形態では、第１梁と第２梁は、第１回路を備え、第２梁と第３梁は、第２回路を備え、第３梁と第１梁は、第３回路を備える。他の実施形態では、第１梁と接地タブは、第４回路を備え、第２梁と接地タブは、第５回路を備え、第３梁と接地タブは、第６回路を備える。同じまたは異なるレベルの電流を、回路の１つ以上に同時に加えることができる。第１梁、第２梁、および第３梁は、対称または非対称の断面構成で配置することができる。
【００１２】
他の実施形態は、非活動構成において基板の表面にほぼ平行に延在するように、第１端部においてアンカから片持ちにされた第４梁を含む。第４梁は、部材に機械的に結合される。
【００１３】
第４梁の実施形態では、第１梁と第４梁は、第７回路を備え、それにより、電流を第７回路に加えることにより、部材が第７径方向に変位する。第２梁と第４梁は、第８回路を備え、それにより、電流を第８回路に加えることにより、部材が第８径方向に変位する。第３梁と第４梁は、第９回路を備え、それにより、電流を第９回路に加えることにより、部材が第９径方向に変位する。第１梁、第２梁、第３と、および第４梁は、対称または非対称の断面構成で配置することができる。
【００１４】
いくつかの実施形態では、多方向熱アクチュエータは、基板の表面に固定された第１端部と、部材に機械的に結合された遠位端部とを有するコールド・アームを含む。梁は、コールド・アームに関して対称または非対称に配置することができる。
【００１５】
本発明は、また、各梁が非活動構成において基板の表面にほぼ平行に延在するように、第１端部において１つ以上のアンカから片持ちにされている少なくとも３つの梁を備え、梁の少なくとも１つが、他の２つの梁とは共面ではない、基板の表面上に構築された多方向熱アクチュエータをも対象とする。部材が、梁の遠位端部を機械的かつ電気的に結合し、それにより、いずれか２つ以上の梁の組み合わせを備える回路に電流を加えることにより、部材が、３つ以上の平行ではない径方向の１つにおいて、それぞれ変位する。
【００１６】
一実施形態では、基板の表面上に構築された多方向熱アクチュエータは、それぞれが基板の表面にほぼ平行に延在するように、第１端部において１つ以上のアンカから片持ちにされた２つの下方ホット・アームと、それぞれが基板の表面にほぼ平行に延在するように、第１端部において１つ以上のアンカから片持ちにされた２つの上方ホット・アームとを含む。２つの上方ホット・アームは、それぞれ、２つの下方ホット・アームより上に配置される。部材が、上方ホット・アームと下方ホット・アームの遠地端部を機械的かつ電気的に結合する。
【００１７】
アクチュエータは、電流が２つの下方ホット・アームまたは２つの上方ホット・アームに加えられたとき、垂直変位を呈する。アクチュエータは、電流が下方ホット・アームおよび下方ホット・アームより上に配置された上方ホット・アームの一方に加えられたとき、水平変位を呈する。アクチュエータは、電流がホット・アームのいずれか３つに加えられたとき、水平変位と垂直変位の両方を呈する。
【００１８】
一実施形態では、基板の表面に固定された第１端部と遠位端部とを有するコールド・アームは、上方ホット・アームおよび下方ホット・アームとほぼ平行に配置される。コールド・アームは、ホット・アームに関して対称に配置されることが好ましい。一実施形態では、コールド・アームは、上方ホット・アームと下方ホット・アームとによって限定されたほぼ矩形の空間内の中心に配置される。たわみが、任意に、コールド・アームにおいてその第１端部の付近に形成される。たわみは、凹部と、陥凹と、カットアウトと、孔と、材料が狭い、薄い、または弱い位置と、代替材料あるいは他の構造特徴と、またはその位置における湾曲に対する抵抗を低減する材料の変化との少なくとも１つを備える。他の実施形態では、コールド・アームは、強化部材を含む。強化部材は、コールド・アームにおいて一体形成することができる。金属層は、任意に、電流密度を低減するようにコールド・アームに沿って延在する。
【００１９】
一実施形態では、コールド・アームは、ホット・アームから電気的に絶縁される。他の実施形態では、ホット・アームとコールド・アームは、電流が流れることができる回路を備える。アクチュエータは、電流が、コールド・アームとホット・アームのいずれか１つ、ホット・アームのいずれか３つ、またはアームの２つの不均衡な組を備える回路に加えられたとき、水平変位と垂直変位の両方を呈する。ホット・アームの１つ以上を基板に電気的に結合するために、任意に接地タブを提供することができる。
【００２０】
複数の多方向熱アクチュエータを単一基板の上に形成することができる。少なくとも１つの光学装置を、多方向熱アクチュエータに機械的に結合することができる。光学装置は、反射器、レンズ、偏光子、導波路、シャッタ、または係合構造の１つを備える。本発明は、また、少なくとも１つの光学装置を含む光通信システムをも対象とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明は、微小機械装置用の多方向熱アクチュエータに関する。マイクロメートル・サイズの多方向熱アクチュエータは、ほぼ水平の方向、面からほぼ垂直の方向、またはその組み合わせにおいて、反復して迅速に移動することができる。本発明の多方向熱アクチュエータは、径方向変位の１つ以上の好ましい方向を有するように設計することができる。
【００２２】
本明細書で使用する際に、「ミクロ機械装置」は、基板の表面上に構築されたマイクロメートル・サイズの機械式、光学機械式、電気機械式、または光学電気機械式の装置を指す。ノース・カロライナ州リサーチ・トライアングル・パークのクロノス・インテグレーテッド・マイクロシステムズ（Ｃｒｏｎｏｓ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ、Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｔｒｉａｎｇｌｅ  Ｐａｒｋ、Ｎｏｒｔｈ  Ｃａｒｏｌｉｎａ）のマルチユーザＭＥＭＳ処理（ＭＵＭＰ）など、微小機械装置を製作する様々な技術が利用可能である。組み立て手順の１つの記述が、クロノス・インテグレーテッド・マイクロシステムズ（Ｃｒｏｎｏｓ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍｓ）から入手可能な「ＭＵＭＰｓ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ｈａｄｂｏｏｋ」改定版６．０、（２００１）に記載されている。
【００２３】
ポリシリコン表面微小機械加工により、集積回路（ＩＣ）業界で既知の平面製作プロセス・ステップは、微小電気機械装置または微小機械装置を製作するように適合される。ポリシリコン表面微小機械加工の標準的な構築ブロック・プロセスは、低応力多結晶シリコン（ポリシリコンとも呼ばれる）と犠牲材料（二酸化ケイ素またはシリケート・ガラスなど）との代替層の付着およびフォトリソグラフィック・パターニングである。所定の位置において犠牲層を通ってエッチングされたバイアは、アンカ点を基板に提供し、またポリシリコン層の間の機械的および電気的相互接続を提供する。装置の機能要素が、一連の付着およびパターニング・プロセス・ステップを使用して層ごとに構築される。装置構造が完成した後、ポリシリコン層に大きな影響を与えないフッ化水素酸などの選択したエッチング剤を使用して犠牲材料を除去することによって、装置構造を移動するように解放することができる。
【００２４】
その結果、一般に、電気相互接続および／または電圧基準面を提供するポリシリコンの第１層と、簡単な片持ち梁から複雑な電気機械システムに及ぶ機能要素を形成するために使用することができる機械ポリシリコンの追加層とからなる構造システムである。全構造は、基板に関して面内に配置される。本明細書で使用する際に、「面内」という用語は、基板の表面にほぼ平行な構成を指し、「面外」という用語は、基板の表面に対してゼロ度より大きい約９０度までの構成を指す。
【００２５】
機能要素の通常の面内横方向の寸法は、１マイクロメートルから数百マイクロメートルにわたることがあり、一方、層の厚さは、通常、約１〜２マイクロメートルである。全プロセスは、標準的なＩＣ製作技術に基づいているので、部品組み立て品を必要とせずに、多数の完全に組み立てられた装置をシリコン基板の上に一括して製作することができる。
【００２６】
図３〜５は、本発明による、基板５２の上に構築された多方向熱アクチュエータ５０の第１実施形態を示す。多方向熱アクチュエータ５０は、基板５２の表面上において面内に配向する。基板５２は、通常、上に窒化ケイ素が付着した層を有するシリコン・ウエハを備える。本明細書で使用する際に、「多方向熱アクチュエータ」という用語は、基板にわたってほぼ水平に、基板からほぼ垂直に、またはその組み合わせで反復して移動することができる微小機械装置を指す。多方向熱アクチュエータは、任意に、径方向変位の１つ以上の好ましい方向を有することが可能である。径方向変位の好ましい方向において生成された力は、通常、湾曲の他の方向において生成された力より大きい。多方向熱アクチュエータは、通常、径方向変位の好ましい方向以外の方向における湾曲に対し、より大きな剛性または抵抗を有する。
【００２７】
多方向熱アクチュエータ５０は、片持ち方式でアンカ５４から延在する第１下方梁５６を有するアンカ５４と、第１下方梁５６にほぼ平行に片持ち方式でアンカ５８から延在する第２下方梁６０を有するアンカ５８とを含む。アンカ６２は、片持ち方式でそれから延在する第１上方梁６４と、第１上方梁６４にほぼ平行に片持ち方式で延在する第２上方梁６８を有するアンカ６６とを含む。代替実施形態では、梁５６、６０、６４、６８の２つ以上を同じアンカから片持ちにすることが可能であるが、互いに電気的に絶縁する必要はない。
【００２８】
図５に最適に示すように、梁５６、６０、６４、６８は、ほぼ矩形の断面構成で構成される（図８も参照されたい）。本明細書で使用する際に、「断面構成」は、通常遠位端部の付近において梁の縦軸に垂直に取った断面図を指す。断面構成は、対称または非対称とすることができる。矩形断面構成の例は、図５および７に見られる。対称断面構成の例は、図５および７〜９に見られる。非対称断面構成を図１０に示す。
【００２９】
図３に示す実施形態では、アンカ５４、５８、６２、６６は、それぞれ、電流を送達し、および／または梁５６、６０、６４、６８のいずれかを電気的に接地するために、１つ以上の電気トレース５４Ａ、５８Ａ、６２Ａ、６６Ａに接続される。トレース５４Ａ、５８Ａ、６２Ａ、６６Ａは、通常、基板５２の縁に向かって延在する。ボール格子アレイ（ＢＧＡ）、ランド格子アレイ（ＬＧＡ）、プラスチック・リード・チップ・キャリア（ＰＬＣＣ）、ピン格子アレイ（ＰＧＡ）、エッジ・カード、小型集積回路（ＳＯＩＣ）、二重インライン・パッケージ（ＤＩＰ）、クワッド・フラッド・パッケージ（ＱＦＰ）、リードレス・チップ・キャリア（ＬＣＣ）、チップ・スケール・パッケージ（ＣＳＰ）などの広範な電気接触装置および／または実装方法を使用して、アンカ５４、５８、６２、６６および／または梁５６、６０、６４、６８に電流を送達し、および／またはそれらの両端に抵抗を加えることができる。
【００３０】
様々な構成を使用して、個々の梁５６、６０、６４、６８に加える電流を変更することができる。一実施形態では、トレース５４Ａ、５８Ａ、６２Ａ、６６Ａは、対応する梁５６、６０、６４、６８の電流密度を低減するように加えることができる抵抗を有する。図１２は、図３のアンカ６６およびトレース６６Ａを概略的に示す。トレース６６Ａは、任意に、梁６８に電流を提供するように適合された一連のコンタクト１００、１０２、１０４を含むことができる。異なるコンタクト１００、１０２、１０４に加える電流の量は、異なることができる。代替として、電流は、コンタクト１００、１０２、１０４の様々な組み合わせに選択的に加えることができる。代替として、コンタクト１００、１０２、１０４は、トレース６６Ａの電流の一部を接地に向け直すように適合された可変抵抗とすることができる。図１３に示す他の実施形態では、トレース６６Ａは、幅が異なる一連のトレース１２０、１２２、１２４によって置き換えられる。電流は、コンタクト１００、１０２、１０４に選択的に加えられる。しかし、より幅の広いトレース１２４は、より狭いトレース１２０より小さい抵抗を有する。
【００３１】
梁５６、６０、６４、６８は、部材７２によってそれぞれの遠位端部において機械的に結合される。バイア７０が、梁５６、６０、６４、６８を機械的に結合するために、部材７２において形成される。他の構造を使用して、梁５６、６０、６４、６８、を部材７２に機械的に結合することが可能である。梁５６、６０、６４、６８のいくつかまたはすべては、電気回路を形成するように、部材７２において電気的に結合することができる。
【００３２】
一実施形態では、梁５６、６０、６４、６８のいずれかまたはすべては、接地タブ７７によって基板５２に電気的に結合することができる。接地タブ７７は、梁５６、６０、６４、６８の１つ以上を基板５２上の電気コンタクト７９に片持ち構成および活動構成の両方で電気的に結合する。接地タブ７７により、電流は、梁５６などの単一の梁を流れて、部材７２を方向９０に変位させることが可能になる。接地タブ７７は、基板５２との接触を維持するように適合された柔軟部材またはばね部材とすることができる。タブ７７などの接地タブは、本明細書で開示する実施形態のいずれかと共に使用することができる。
【００３３】
図３〜５の実施形態は、梁５６、６０、６４、６８をほぼ同じように示すが、梁５６、６０、６４、６８の材料および／または幾何形状は、所与の電圧について異なる電流密度を有するように適合することができる。一実施形態では、梁５６、６０、６４、６８のいくつかは、他の梁の線形熱膨張係数より小さい線形熱膨張係数を有する材料から形成される。他の実施形態では、梁５６、６０、６４、６８のいくつかは、より大きな断面積を有することによってより小さい電気抵抗を備える。他の実施形態では、伝導層が、梁５６、６０、６４、６８のいくつかの上に提供される。適切な伝導材料には、アルミニウム、銅、タングステン、金、または銀などの金属、半導体、およびポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリＥＤＯＴ、および誘導体またはその組み合わせなどのドープ有機伝導性ポリマーがある。その結果、電流の所与のレベルについての梁５６、６０、６４、６８の正味の膨張は、特定の応用例に対して設計することができる。
【００３４】
本発明の適用可能な熱アクチュエータの他の態様が、２０００年９月１２日に出願された「Ｄｉｒｅｃｔ  Ａｃｔｉｎｇ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｃｔｕａｔｏｒ」という名称の米国出願第０９／６５９，５７２号、２０００年９月１２日に出願された「Ｄｉｒｅｃｔ  Ａｃｔｉｎｇ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｃｔｕａｔｏｒ  ｗｉｔｈ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｂｅｎｄｉｎｇ」という名称の米国出願第０９／６５９，７９８号、２０００年９月１２日に出願された「Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ  Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ  ａｎｄ  Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｃｔｕａｔｏｒ」という名称の米国出願第０９／６５９，２８２号の本発明の譲受人に譲渡された米国特許出願に開示されている。
【００３５】
梁５６、６０、６４、６８は、部材７２が基板５２より上に位置するように、基板５２から物理的に分離される。図４に示す非活動または中立の構成では、梁５６、６０、６４、６８は、基板５２の表面にほぼ平行である。本明細書で使用する際に、「非活動構成」は、すべての梁の間の電位差がほぼゼロであることを指す。
【００３６】
梁５６、６０、６４、６８の１つ以上の電流を選択的に加えることによって、部材７２を、図５に示す中立または非活動構成から活動構成に動かすことができる。「活動構成」は、十分な電流を梁の１つ以上に加えて、部材７２を非活動状態から変位させることを指す。同じまたは異なる量の電流を梁５６、６０、６４、６８の１つ以上に選択的に加えることによって、部材７２を任意の径方向に移動させることができる。
【００３７】
電流が加えられた１つ以上の梁は、「ホット・アーム」であり、電流が加えられない、またはより少ない電流が加えられた梁は、コールド・アームである。本明細書で使用する際に、１つ以上の「ホット・アーム」は、電圧が印加されたとき、電流密度がコールド・アームより大きいために、コールド・アームより高い温度を有する梁または部材を指す。したがって、ホット・アームは、コールド・アームより大きい熱膨張を有する。１つ以上の「コールド・アーム」は、電圧が印加されたとき、電流密度がホット・アームのより小さいために、より低い温度を有する梁または部材を指す。いくつかの実施形態では、コールド・アームは、ゼロの電流密度を有する。
【００３８】
梁５６、６０、６４、６８の１つ以上を備える回路に電流を加えることができる。接地との接続を断絶することにより、梁５６、６０、６４、６８の１つ以上における電流の流れがほぼ停止される。単一の梁を備える回路では、回路を完成するために、接地タブ７７を必要とする。電流を梁５６、６０、６４、６８に選択的に加え、および／または梁５６、６０、６４、６８の構成および特性を修正することによって、本発明の多方向熱アクチュエータは、中立位置からあらゆる径方向に移動することができる。本明細書で使用する際に、「径方向」は、梁の縦軸にほぼ垂直な方向を指す。以下で説明するように、電流密度を選択的に制御することができる少なくとも３つの非共面アームのあらゆる構成は、あらゆる径方向に可動である。
【００３９】
また、１つ以上の梁の電流密度を変更することが可能である。例えば、回路が３つの梁を含む場合、特定の梁における電流密度を選択的に限定するために、ホット・アームのいずれかと接地との間に抵抗を挿入することも可能である。この構成では、梁の２つは、第１電流密度（および第１熱膨張率）を有し、第３梁は、第２のより大きい電流密度と、第２（より大きい）熱膨張率とを有することができる。実際には、第３梁の電流は、第１電流密度を有する２つの梁に分割される。他の実施形態では、梁のそれぞれは、通常それぞれの幾何形状のために、異なる抵抗を有する。したがって、熱膨張率は、３つの梁のそれぞれについて異なることになる。
【００４０】
代替として、電流密度は、２つの梁と１つの接地タブとを含む構成の特定の梁において変更することができる。例えば、１つの梁と１つの接地タブとで、第１電流密度（および第１熱膨張率）を有する回路を形成することができ、第２梁は、第２のより小さい電流密度および第２（より小さい）熱膨張率をもたらす抵抗を含むことができる。
【００４１】
他の実施形態では、接地タブは、抵抗を備える。例えば、１つの梁と１つの接地タブとで、第１電流密度（および第１熱膨張率）を有する回路を形成することができる。第２梁は、第２のより大きい電流密度と第２（より大きい）熱膨張率とを有する。
【００４２】
いずれか２つの隣接する梁５６、６０、６４、６８に電流を選択的に加えることにより、部材７２は、径方向８０、８２、８４、８６のいずれかにおいて移動する。径方向８２、８４は、ｘ軸に対応し、径方向８０、８６は、ｚ軸に対応する。例えば、電流は、梁５６、６４に加えられる。電流は、ホット・アーム５６、６４を加熱し、これにより、ホット・アームの長さが増大する。ホット・アーム５６、６４は、コールド・アーム６０、６８から横方向にずれるので、ホット・アーム５６、６４の長さが増大することにより、径方向８２における部材７２の水平変位が行われる。代替として、電流をホット・アーム６０、６８に加えることができる。ホット・アーム６０、６８の長さが、コールド・アーム５６、６４の長さと比較して増大することにより、径方向８４における部材７２の水平変位が行われる。本明細書で使用する際に、「水平変位」は、基板の面に平行な変位を指す。
【００４３】
他の例では、電流は、ホット・アーム５６、６０に加えられる。ホット・アーム５６、６０の長さが、コールド・アーム６４、６８の長さと比較して増大することにより、径方向８０における部材７２の垂直変位が行われる。代替として、ホット・アーム６４、６８の長さが、コールド・アーム５６、６０の長さと比較して増大することにより、径方向８６における部材７２の垂直変位が行われる。本明細書で使用する際に、「垂直変位」は、基板の面に垂直な変位を指す。
【００４４】
他の実施形態では、多方向熱アクチュエータ５０は、水平と垂直の両方に連続して変位することができる。例えば、まず、電流をホット・アーム５６、６０に加えて、径方向８０における部材７２の垂直変位を行うことができる。電流が依然としてホット・アーム５６、６０に加えられている間、電流を梁６４にも加えて、すでに垂直に変位した部材７２を径方向８２において水平に変位させることができる。
【００４５】
他の実施形態では、多方向熱アクチュエータ５０は垂直と水平の両方に同時に変位することができる。例えば、電流を３つの梁５６、６０、６４に加えて、径方向９０における部材７２の垂直変位と水平変位の両方を行うことができる。３つの梁５６、６０、６４の熱膨張は、コールド・アーム６８の剛性に容易に勝る。方向９０における変位は、径方向変位の好ましい方向である。電流を梁５６、６０、６４、６８の３つのいずれかの組み合わせに加えることによって、径方向変位９０、９２、９４、９６の好ましい方向のいずれかにおいて部材７２を変位させることができる。
【００４６】
他の実施形態では、梁５６、６０、６４、６８のいずれか３つに加える電流のレベルは、異なることができる。例えば、方向８０と方向９０の間の領域で変位するように、梁５６、６４より多くの電流を梁６０に加えることができる。電流が停止されたとき、多方向熱アクチュエータ５０は、図４および５に示す当初の非活動構成に戻る。上述したファクタも、変位の１つ以上の方向における運動を強調するように修正することができるが、すべての実施形態が、必ずしもすべての径方向において移動することができるわけではない。
【００４７】
熱アクチュエータ５０によって生成される力は、電流を受ける梁の数と、それらの梁の電流密度と、梁の幾何形状とによっても影響を受ける。１つの梁のみの熱膨張によって誘起された変位は、２つの梁の熱膨張によって生成される変位より小さい変位力を生成する。２つの梁の熱膨張によって誘起された変位は、３つの梁の熱膨張によって生成される変位より小さい力を生成する。
【００４８】
図５に示す熱アクチュエータ５０は、径方向変位９０、９２、９４、９６の好ましい方向において最大の力を生成するが、その理由は、この変位が行われるように、梁５６、６０、６４、６８の３つに同時に電流が加えられるからである。径方向８０、８２、８４、８６の運動は、電流を２つの隣接する梁にのみ加えることによって誘起されるので、それらの径方向における電位の力は、径方向９０、９２、９４、９６においてより小さい。他の例では、電流を３つの梁５６、６０、６４に加えることによって径方向９０に生成される変位力は、梁５６のみの熱膨張によって径方向９０において生成される力より大きい。したがって、梁の断面構成は、特定の径方向における力の生成を最大にするように設計することができる。
【００４９】
図６および７は、本発明による、基板１５２の上に構築された多方向熱アクチュエータ１５０の第２実施形態を示す。図６および７の多方向熱アクチュエータ１５０は、図３の多方向熱アクチュエータ５０とほぼ同様であるが、アンカ１５３から片持ち方式で延在する中心に配置された梁１５１が追加されている点が異なる。
【００５０】
多方向熱アクチュエータ１５０は、片持ち方式でアンカ１５４から延在する第１下方梁１５６を有するアンカ１５４と、第１下方梁１５６にほぼ平行に片持ち方式でアンカ１５８から延在する第２下方梁１６０を有するアンカ１５８とを含む。アンカ１６２は、片持ち方式でそれから延在する第１上方梁１６４と、第１上方梁１６４とほぼ平行に片持ち方式で延在する第２上方梁１６８を有するアンカ１６６とを含む。
【００５１】
梁１５１は、構造担体をアクチュエータ１５０に追加し、および／または共通の接続を電気接地に提供し、それにより、梁１５６、１６０、１６４、１６８の１つ以上に電流を供給することができる。示した実施形態では、梁１５１は、梁１５６、１６０、１６４、１６８に関してほぼ対称に配置される。一実施形態では、梁１５１は、梁１５６、１６０、１６４、１６８によって画定される矩形空間の内部に配置される。梁１５１は、梁１５６、１６０、１６４、１６８に関して非対称に配置することもできる。
【００５２】
図６に示す実施形態では、アンカ１５３、１５４、１５８、１６２、１６６は、それぞれ、電流を送達するために、および／または梁１５１、１５６、１６０、１６４、１６８のいずれかを電気的に接地するために、電気トレース１５３Ａ、１５４Ａ、１５８Ａ、１６２Ａ、１６６Ａに接続される。
【００５３】
梁１５１、１５６、１６０、１６４、１６８は、部材１７２によってそれぞれの遠位端部において機械的に結合される。バイア１７０が、梁１５１、１５６、１６０、１６４、１６８を機械的に結合するために、部材１７２において形成される。他の構造を使用して、梁を部材に機械的に結合することも可能である。梁１５１、１５６、１６０、１６４、１６８の２つ以上を電気的に結合して、回路を形成することができる。代替として、接地タブを使用して、梁１５６、１６０、１６４、１６８の１つ以上を地面に接続することができる（図４参照）。非活動構成では、梁１５１、１５６、１６０、１６４、１６８は、基板１５２の表面にほぼ平行である。
【００５４】
示した実施形態では、梁１５１は、電流密度を最小限に抑えるために、および／または構造安定性を多方向熱アクチュエータ１５０に追加するために、より大きな断面積を有する。一実施形態では、梁１５１は、梁１５６、１６０、１６４、１６８を構築するために使用する材料より小さい電気抵抗を有する材料で構築される。他の実施形態では、梁１５６、１６０、１６４、１６８の電流密度と比較して電流密度を低減するために、伝導層が、梁１５１の上に提供される。その結果、所与のレベルの電流についての梁１５６、１６０、１６４、１６８の正味の膨張が、梁１５１の膨張より大きくなる。すなわち、梁１５１は、コールド・アームとして動作する。
【００５５】
示した実施形態では、梁１５６、１６０、１６４、１６８は、ほぼ等しい断面積を有する。梁１５６、１６０、１６４、１６８は、図３〜５に関して議論したように、ほぼ矩形の構成で配置される。代替実施形態では、梁１５６、１６０、１６４、１６８の配置は、梁１５１に関して回転させることができる（例えば図８参照）。
【００５６】
コールド・アーム１５１と、部材１７２と、梁１５４、１６０、１６４、１６８の１つ以上とで回路を形成することができる。共通のコールド・アーム１５１により、梁１５６、１６０、１６４、１６８の１つ以上に電流を選択的に加えることが可能になり、それにより、部材１７２を任意の径方向において変位させることができる。いずれか２つの隣接する梁１５６、１６０、１６４、１６８に電流を加えることによって、部材１７２は、上記で議論したように、径方向１８０、１８２、１８４、１８６のいずれかにおいて変位することができる。コールド・アーム１５１の断面形状のために、方向１８０、１８６は、径方向の好ましい方向である。
【００５７】
コールド・アーム１５１は、随意選択として、強化部材２００および／またはアンカ１５３の付近に形成されたたわみ２０２を含むことができる。本明細書で使用する際に、「強化部材」は、１つ以上のリッジ、バンプ、溝、または湾曲に対する抵抗を増大する他の構造上の特徴を指す。強化部材は、コールド・アーム１５１と一体であることが好ましい。示した実施形態では、強化部材２００は、コールド・アーム１５１の一部に沿って延在するカンチレバー・リッジであるが（図７参照）、矩形、正方形、三角形、または様々な他の形状とすることができる。さらに、強化部材２００は、コールド・アーム１５１の中心において、またはその縁に沿って配置することができる。複数の強化部材を使用することも可能である。
【００５８】
本明細書で使用する際に、「たわみ」は、凹部と、陥凹と、孔と、スロットと、カットアウトと、材料が狭い、薄い、若しくは弱い位置と、代替材料若しくは他の構造上の特徴と、または特定の位置において被制御湾曲を提供する材料変更とを指す。本明細書で使用する際に、「被制御湾曲」は、多方向熱アクチュエータの梁に沿って分布するのではなく、主に離散した位置において生じる湾曲を指す。被制御湾曲は、径方向変位の好ましい方向を提供する他の機構である。たわみとして使用するのに適した代替材料には、ポリシリコン、金属、または高分子材料がある。たわみ２０２は、コールド・アーム１５１の最も柔軟なセクションを備え、したがって、多方向熱アクチュエータ１５０の活動中に最も湾曲しやすい位置を備える。
【００５９】
たわみ２０２および梁１５６、１６０、１６４、１６８の剛性と比較したコールド・アーム１５１の剛性により、多方向熱アクチュエータ１５０の湾曲の大きさ（方向および量）がかなりの程度まで決定される。一実施形態では、強化部材２００は、たわみ２０２と組み合わせて使用される。他の実施形態では、強化部材２００は、コールド・アーム１５１の一部に沿って延在するが、たわみは使用されない。強化部材２００のないコールド・アーム１５１の部分は、被制御湾曲の位置である。他の代替実施形態では、たわみ２０２が被制御湾曲の位置であるように、たわみ２０２は、強化部材２００のないコールド・アーム１５１において形成される。
【００６０】
図８は、図５と同様の熱アクチュエータ５０Ａの断面図であるが、梁５６Ａ、６０Ａ、６４Ａ、６８Ａの配向が４５度回転されている点が異なる。電流をいずれか２つの隣接する梁に加えることにより、径方向９０、９２、９４、９６の１つにおいて変位することになる。電流をいずれか３つの梁５６Ａ、６０Ａ、６４Ａ、６８Ａに加えることにより、方向８０、８２、８４、８６の１つにおいて径方向変位することになる。
【００６１】
図９は、図５と同様の熱アクチュエータ２１０の梁が３つの型の断面図である。示した実施形態では、梁２１２、２１４、２１６は、対称に配置される。梁２１２、２１４、２１６の１つに電流を加えることにより（通常、図４に示した接地タブを使用して）、径方向２２０、２２２、２２４の１つにおいて変位することになる。電流をいずれか２つの隣接する梁２１２、２１４、２１６に加えることにより、径方向２３０、２３２、２３４の１つにおいて変位することになる。梁２１２、２１４、２１６は、ほぼ対称に配置されるが、１つ以上の方向における変位を強調する非対称の型も可能である。
【００６２】
図１０は、図５と同様の熱アクチュエータ２４０の代替３梁型の断面図である。梁２４２、２４４、２４６は、非対称に配置される。梁２４２は、梁２４４、２４６より大きい断面積（したがってより小さい電流密度）を有する。梁２４２、２４４、２４６の１つに電流を加えることにより（通常、図４に示した接地タブを使用して）、径方向２５０、２５２、２５４の１つにおいて変位することになる。２つの隣接する梁２４６、２４４に電流を加えることにより、径方向２５６において変位することになる。
【００６３】
個々の梁２４２、２４４、２４６の配置および幾何形状により、熱アクチュエータ２４０は、方向２５２における変位の好ましい方向と、方向２５０における変位の二次的なより好ましくはない方向とを有する。この結果は、主に、梁２４２が、方向２５０より方向２５２において容易に湾曲するということによる。
【００６４】
図１１は、光学装置３５２の４×４アレイを使用する光スイッチ３５０の概略図である。本明細書で使用する際に、「光学装置」は、反射器、レンズ、偏向装置、導波路、シャッタ、または係合装置を指す。光学装置３５２のそれぞれは、本明細書で示した１つ以上の多方向熱アクチュエータに機械的に結合される。面内位置において、光学装置３５２は、入力光ファイバ３５４ａ〜３５４ｄの光路の中には延在しない。面外構成において、光学装置３５２は、入力光ファイバ３５４ａ〜３５４ｄの光路の中に延在する。垂直ミラー３５２の列は、入力ファイバ３５４ａ〜３５４ｄのいずれかからの光信号を、多方向熱アクチュエータを選択的に作動させることにより、出力ファイバ３５６ａ〜３５６ｄのいずれかに光学的に結合することを可能にするように配置される。図１１に示す光スイッチ３５０は、単に例示である。本多方向熱アクチュエータは、オン／オフ・スイッチ（光ゲート）、２×２スイッチ、１×ｎスイッチ、または様々な他のアーキテクチャなど、多様な光スイッチ・アーキテクチャのいずれかにおいて使用することが可能である。光学装置は、光通信システムの一部とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】後屈する前の熱アクチュエータの側面図である。
【図２】後屈した後の図１の熱アクチュエータの側面図である。
【図３】本発明による多方向熱アクチュエータの平面図である。
【図４】図３の多方向熱アクチュエータの側面図である。
【図５】図３の多方向熱アクチュエータの断面図である。
【図６】本発明による代替多方向熱アクチュエータの上面図である。
【図７】図６の多方向熱アクチュエータの断面図である。
【図８】本発明による代替熱アクチュエータの断面図である。
【図９】本発明による３梁熱アクチュエータの断面図である。
【図１０】本発明による３梁非対称熱アクチュエータの断面図である。
【図１１】本発明による光スイッチの概略図である。
【図１２】本発明による、アンカに接続された電気トレースの概略図である。
【図１３】本発明による、アンカに接続された代替電気トレースの概略図である。
【図１】
2005510990.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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