(57)【要約】マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置に関する。静電モータ（６６，６８）のようなアクチュエータ（１２，２１２）が例えば他の静電モータにより設定された反対の力または所定の力に対してビーム（２０，２２０）を駆動するマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）アナログアイソレータ（１０）またはデジタルアイソレータ（２１０）が形成される。ビームの動きはビームに取り付けられたセンサー（１８，２１８）により検出される。ビーム自身はアクチュエータとセンサーの位置間で電気的に絶縁されている。この構造体はオンチップ分離を与えるため集積回路に組み込まれる。ＭＥＭＳ装置において、特定のビーム（３１２）はビームに対して選択的な偏倚になる撓み端末をまたはビーム構造の検出に機械的な利点を有する横アーム（３１４，３１６，３１８）により支持される。さらに、ＭＥＭＳ装置は減少したノイズ感度を持つように製造可能である。
2005503267.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と；
前記基板に対して第１位置と第２位置間の移動のため前記基板から支持された素子であり、第１位置および第２位置間の前記素子の少なくとも一部が前記第１および前記第２位置を互いに電気的に分離する素子と；
入力電気信号を受信し且つ前記素子を前記第２位置に向かって駆り立てる入力電気信号に依存する力を与えるため前記素子の前記第１位置に取り付けられたアクチュエータと；
前記第１位置と前記第２位置の１つに向かって前記素子の変位に依存する力を与えるために前記素子に取り付けられた制御素子と；
前記第１位置と前記第２位置間の前記素子の移動に依存する出力電気信号を与えるため前記素子の前記第２位置と交信するセンサーアセンブリと；
を備えることを特徴とするマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）アナログアイソレータ。
【請求項２】
前記制御素子はばねであり、前記センサーアセンブリは前記アナログ出力電気信号を与えるセンサーであることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項３】
前記制御素子は帰還電気信号を受信するため且つ前記素子を前記第１位置に向かって駆り立てる前記帰還電気信号に依存する力を与えるため前記素子に取り付けられた第２アクチュエータであり、前記センサーアセンブリは零位置に対する前記素子の位置を示すセンサーと、前記零位置に前記素子を復帰させるように前記帰還電気信号を発生するため出力電気信号を受信する誤差検出器を含み、前記出力電気信号が前記帰還信号から引き出されることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項４】
前記制御素子は第２帰還信号を受信し且つ前記素子を前記第２位置方向に駆り立てる前記第２帰還電気信号に依存する力を与えるために前記素子に取り付けられた第３アクチュエータをさらに有し、前記素子のより複雑な帰還制御が達成できることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項５】
前記誤差検出器が前記第１位置と前記第２位置間の零位置に対するビームの位置を示す２進電気帰還を発生し、さらに前記出力電気信号を発生するため前記帰還信号のデューティサイクルを評価するパルス幅復調器を有することを特徴とする請求項３記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項６】
前記アクチュエータは静電モータ、ローレンツ力モータ、圧電モータ、熱膨張モータ、および機械変位モータから選択されることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項７】
前記制御素子は静電モータ、ローレンツ力モータ、圧電モータ、熱膨張モータ、機械変位モータ、および機械ばねから選択されることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項８】
前記センサーは容量センサー、圧電センサー、光電センサー、抵抗センサー、または光学切替センサーから選択されることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項９】
前記素子は前記第１位置と前記第２位置間の滑動動作のため前記基板に取り付けられたビームであることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項１０】
前記ビームは縦軸に沿って前記基板に対して動き、前記ビームは前記基板に対して前記ビームを支持するため外方向に延長するため前記ビームの縦方向に対向する端部に取り付けられた撓み横アーム対を含むことを特徴とする請求項８記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項１１】
前記撓み横アームは前記ビームの近傍の箇所で前記基板に取り付けられ、前記撓み横アームは
（ｉ）前記ビームに取り付けられた第１端部と前記ビームから除去された肘部に取り付けられた片持ち第１部分と、
（ｉｉ）前記第１部分に対して実質的に平行であり前記基板に取り付けられた第１端部と前記肘部に取り付けられた第２端部を有する片持ち第２部分とを有し、
前記第１部分の膨張が前記第２部分のほぼ等しい膨張により相殺され、ビーム内のストレス量が制御されることを特徴とする請求項９記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項１２】
前記撓み横アームは前記基板に対する前記横アームの端部の角度形成を可能にするばね部を介して前記基板に取り付けられることを特徴とする請求項９記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項１３】
前記ビームと前記横アームは縦軸に対して対称であることを特徴とする請求項９記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項１４】
前記ビームと交差する磁界をさらに含み、少なくとも１つの撓み横アーム対は電気信号を受信するため且つ前記ビームを位置に向けて駆り立てる電気信号に依存する力を与えるために導電することを特徴とする請求項９記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項１５】
前記ビームに取り付けられ且つ前記ビームから２次容量プレート近傍に外方向に延びる横断的に延長主容量プレートを含むことを特徴とする請求項９記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項１６】
複数の前記主容量プレートの有効面積が前記ビームの縦軸を横切って等しいことを特徴とする請求項１４記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項１７】
前記容量プレートは前記撓み横アーム対の少なくとも２つの取付点間の前記ビームに取り付けられることを特徴とする請求項１４記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項１８】
前記主容量プレートは前記ビームの片側で前記２次容量プレートに向かって前記主容量プレートを引くように、任意の動きで前記ビームの他方で前記２次容量プレートから前記主容量プレートを分離するように、前記２次容量プレートに対して位置決めされることを特徴とする請求項１４記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項１９】
前記主容量プレートは任意の動きで前記ビームの両側で前記２次容量プレートに向かって前記主容量プレートを引くように前記２次容量プレートに対して位置決めされることを特徴とする請求項１４記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項２０】
前記ビームが第１マイクロ加工層と、第２マイクロ加工層を有し、前記第１加工層は前記第２加工層が除去される領域に電気アイソレータの部分を与えるために絶縁されることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項２１】
前記ビームの電気アイソレータの部分が前記アクチュエータと前記制御装置間にあることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項２２】
前記ビームの電気アイソレータの部分が前記制御装置と前記センサー間にあることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項２３】
基板と；
アナログ入力部と出力部を有する集積回路の前記基板上に形成された複数の相互接続された固体電子装置と；
前記基板上に形成され、前記集積回路の入力部および出力部の少なくとも１つに電気的に取り付けられた機械アナログアイソレータと；
を備え、前記機械アナログアイソレータは
基板と；
前記基板に対して第１位置と第２位置間の移動のため前記基板から支持された素子であり、第１位置および第２位置間の前記素子の少なくとも一部が前記第１位置および前記第２位置を互いに電気的に絶縁するための電気アイソレータであるところの素子と；
入力電気信号を受信し且つ前記素子を前記第２位置に向かって駆り立てる入力電気信号に依存する力を与えるため前記素子の前記第１位置に取り付けられたアクチュエータと；
前記第１位置に向かって前記素子の変位に依存する力を与えるために前記素子に取り付けられた制御素子と；
前記複数の第１位置間の前記素子の移動に依存する出力電気信号を与えるため前記素子の前記第２位置と交信するセンサーアセンブリと；
を備えることを特徴とする分離回路モジュール。
【請求項２４】
前記機械アナログアイソレータの前記アクチュエータは前記集積回路の少なくとも１つの出力点に取り付けられ、前記出力電気信号が少なくとも１つの出力点に分離出力部を提供することを特徴とする請求項２３記載の分離回路モジュール。
【請求項２５】
前記機械アナログアイソレータの前記センサーは前記集積回路の少なくとも１つの入力点に取り付けられ、前記出力電気信号が少なくとも１つの出力点に絶縁入力部を提供することを特徴とする請求項２３記載の分離回路モジュール。
【請求項２６】
前記第２部分に対する前記素子の動きを示す第２出力電気信号を提供するため前記素子の前記第１部分の第２センサーをさらに含み、前記第２出力電気信号は前記出力電気信号から電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項２７】
第２入力電気信号を受信するため且つ前記素子を第２位置方向に駆り立てる第２入力電気信号に依存する力を与えるため前記素子の前記第２部分に第２アクチュエータをさらに含むことを特徴とする請求項２６記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項２８】
基板と；
前記基板に対して第１位置と第２位置間の移動のため前記基板により支持された素子であり、第１位置および第２位置間の前記素子の少なくとも一部が前記第１および前記第２位置を互いに電気的に絶縁するための電気アイソレータであるところの素子と；
入力電気信号を受信し且つ前記素子を前記第２位置に向かって駆り立てる入力電気信号に依存する力を与えるため前記素子の前記第１位置に取り付けられたアクチュエータと；
前記素子を第１位置に向かって駆り立てる前記素子に所定の逆の力を与えるため前記素子に取り付けられたバイアス構造体と；
前記第１位置と前記第２位置間の前記素子の動きを示す出力電気信号を与えるために前記素子の第２位置に取り付けられたセンサーと；
を備え、所定の振幅以上の入力信号が前記入力電気信号から電気的に分離された出力電気信号を発生させるため前記素子を前記第１位置から前記第２位置に急速に動かす逆の力に打ち勝つことを特徴とするマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）デジタルアイソレータ。
【請求項２９】
前記アクチュエータは静電モータ、ローレンツ力モータ、圧電モータ、熱膨張モータ、および機械変位モータから選択されることを特徴とする請求項２８記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項３０】
前記バイアス構造体は静電モータ、ローレンツ力モータ、熱膨張モータ、機械変位モータ、および機械ばねから選択されることを特徴とする請求項２８記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項３１】
前記センサーは容量センサー、圧電センサー、光電センサー、抵抗センサー、および光学切替センサーから選択されることを特徴とする請求項２８記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項３２】
前記素子は前記第１位置と前記第２位置間の滑動動作のため前記基板に取り付けられたビームであることを特徴とする請求項２８記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項３３】
前記ビームは縦軸に沿って前記基板に対して動き、前記ビームは前記基板に対して前記ビームを支持するため外方向に延長するため前記ビームの縦方向に対向する端部に取り付けられた撓み横アーム対を含むことを特徴とする請求項３２記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項３４】
前記撓み横アームは前記ビームの近傍の箇所で前記基板に取り付けられ、前記撓み横アームは
（ｉ）前記ビームに取り付けられた第１端部と前記ビームから除去された肘部に取り付けられた片持ち第１部分と、
（ｉｉ）前記第１部分に実質的に平行であり前記基板に取り付けられた第１端部と前記肘部に取り付けられた第２端部を有する片持ち第２部分とを有し、
ビーム内のストレス量を制御するため前記第２部分のほぼ等しい膨張により前記第１部分の膨張が相殺されることを特徴とする請求項３３記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項３５】
前記撓み横アームは前記基板に対する前記横アームの端部の角度形成を可能にするばね部を介して前記基板に取り付けられることを特徴とする請求項３３記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項３６】
前記ビームと前記横アームは縦軸に対して対称であることを特徴とする請求項３３記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項３７】
前記ビームと交差する磁界をさらに含み、少なくとも１つの撓み横アーム対は電気信号を受信するため且つ前記ビームを位置に向けて促す電気信号に依存する力を与えるために導電することを特徴とする請求項３３記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項３８】
前記ビームに取り付けられ且つ前記ビームから２次容量プレート近傍に外方向に延びる横断的に延長する主容量プレートを含むことを特徴とする請求項３３記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項３９】
複数の前記主容量プレートの有効面積が前記ビームの縦軸間で等しいことを特徴とする請求項３８記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項４０】
前記容量プレートは前記撓み横アーム対の少なくとも２つの取付点間の前記ビームに取り付けられることを特徴とする請求項３８記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項４１】
前記主容量プレートは前記ビームの片側で前記２次容量プレートに向かって前記主容量プレートを引くようにさらに任意の動きで前記ビームの他方で前記２次容量プレートから前記主容量プレートを分離するため、前記２次容量プレートに対して位置決めされることを特徴とする請求項３８記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項４２】
前記主容量プレートは任意の動きで前記ビームの両側で前記２次容量プレートに向かって前記主容量プレートを引くように前記２次容量プレートに対して位置決めされることを特徴とする請求項３８記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項４３】
前記ビームが第１マイクロ加工層と、第２マイクロ加工層を有し、前記第１加工層は前記第２加工層が除去される領域に電気アイソレータの一部を与えるために絶縁されることを特徴とする請求項３８記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項４４】
前記ビームの電気アイソレータの部分が前記アクチュエータと前記バイアス構造体間にあることを特徴とする請求項２８記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項４５】
前記ビームの電気アイソレータの一部が前記バイアス構造体と前記センサー間にあることを特徴とする請求項２８記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項４６】
基板と；
入力部と出力部を有する集積回路の前記基板上に形成された複数の相互接続されたソリッドステートの電子装置と；
前記基板上に形成され、前記集積回路入力部および出力部の少なくとも１つに電気的に取り付けられた機械デジタルアイソレータと；
を備え、前記機械デジタルアイソレータは
（１）前記基板に対して第１位置と第２位置間の移動のため前記基板により支持され、第１位置および第２位置間の前記素子の少なくとも一部が前記第１位置および前記第２位置を互いに電気的に絶縁するための電気アイソレータであるところの素子と；
（２）入力電気信号を受信し且つ前記素子を前記第２位置に向かって促す入力電気信号に依存する力を与えるため前記素子の前記第１位置に取り付けられたアクチュエータと；
（３）前記素子を第１位置に向けて促して前記素子に所定のほぼ一定の力を与えるため前記素子に取り付けられたバイアス構造体と；
（４）前記第２位置に対する前記素子の動きを示す出力電気信号を与えるため、前記出力電気信号は前記入力電気信号から電気的に分離されている前記素子の前記第２位置に取り付けられたセンサーと；
を備え、所定の振幅以上の入力信号は前記素子を前記第１位置から前記第２位置に急速に移動させるため一定の力に打ち勝つことを特徴とする分離回路モジュール。
【請求項４７】
前記機械デジタルアイソレータの前記アクチュエータは前記集積回路の少なくとも１つの出力点に取り付けられていることを特徴とする請求項４６記載の分離回路モジュール。
【請求項４８】
前記機械デジタルアイソレータの前記センサーは前記集積回路の少なくとも１つの入力点に取り付けられていることを特徴とする請求項４６記載の分離回路モジュール。
【請求項４９】
（ｉ）基板と；
（ｉｉ）前記基板に対して第１位置と第２位置間の移動のため前記基板により支持され、第１位置および第２位置間の前記素子の少なくとも一部が前記第１および前記第２位置を互いに電気的に分離するための電気アイソレータであるところの素子と；
（ｉｉｉ）入力電気信号を受信し且つ前記素子を前記第２位置に向かって促す入力電気信号に依存する力を与えるため前記素子の前記第１位置に取り付けられたアクチュエータと；
（ｉｖ）前記素子を前記第１位置に向けて駆り立て前記素子に所定のほぼ一定の力を与えるため前記素子に取り付けられたバイアス構造体と；
（ｖ）前記第２位置に対する前記素子の動きを示す電気出力信号を与えるため前記素子の前記第２位置に取り付けられ、前記出力電気信号は前記入力電気信号から電気的に分離されているセンサーと；
を有するある型のＭＥＭＳデジタルアイソレータを採用している回路にデジタル信号の電気絶縁を提供する方法において、
（１）閾値以上で論理的真が示され閾値以下で論理的誤りを示す入力信号の論理閾値を特定する工程と；
（２）前記アクチュエータが前記素子を閾値以下の入力信号のための前記第２位置に向けて動かない充分な前記第１位置に向けて前記素子に一定の力を与えるため、前記バイアス構造体を調整する工程と；
（３）前記第２位置への前記素子の動きでのみ出力論理的真信号を与える工程と；
を備えることを特徴とする方法。
【請求項５０】
前記バイアス装置が静電モータであり、前記力が前記静電モータの電圧を変えることにより調整されることを特徴とする請求項４９記載の方法。
【請求項５１】
前記閾値が電圧レベルであり、前記アクチュエータと前記バイアス構造体が静電モータと組合せられ、前記バイアス構造体の電圧が前記閾値電圧レベルに設定させることを特徴とする請求項４９記載の方法。
【請求項５２】
前記バイアス構造体がローレンツ力モータであり、前記力が前記ローレンツ力モータに流れる電流を変えることにより調整されることを特徴とする請求項４９記載の方法。
【請求項５３】
前記閾値が電流レベルであり、前記アクチュエータと前記バイアス構造体がローレンツ力モータと組合せられ、前記バイアス構造体の電圧が前記閾値電流レベルに設定させることを特徴とする請求項４９記載の方法。
【請求項５４】
前記第２部分に対する前記素子の動きを示す第２出力電気信号を提供するための前記素子の前記第１部分の第２センサーをさらに具備し、前記第２出力電気信号は前記出力電気信号から電気的に分離されていることを特徴とする請求項２８記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項５５】
第２入力電気信号を受信するため且つ前記素子を第２位置方向に促す第２入力電気信号に依存する力を与えるため前記素子の前記第２部分に第２アクチュエータをさらに含むことを特徴とする請求項５４記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項５６】
縦方向に移動させるため撓み横アームで支持されているビームを備え、前記ビームから除去されたアームの端部が前記基板と相対的な前記アームの端部の横の動きを可能にする撓み素子によって前記基板と接続されていることを特徴とするマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）。
【請求項５７】
前記撓み素子が縦方向に移動させるため撓み横アームで支持されているビームを備え、前記ビームから除去されたアームの端部が前記基板と接続されている撓み縦方向延長リスト素子よりなることを特徴とする請求項５６記載のマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）。
【請求項５８】
前記リスト素子が湾曲部を介して前記アームに結合されることを特徴とする請求項５７記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項５９】
前記リスト素子が蛇行していることを特徴とする請求項５７記載のマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）。
【請求項６０】
前記ビームから除去された前記アームの端部が蛇行していることを特徴とする請求項５９記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項６１】
前記ビームから除去された前記アームの端部が蛇行していることを特徴とする請求項５７記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項６２】
前記ビームが前記ビームの反対側部上の前記ビームから延びる各横アーム対により縦方向の対向端部で支持され、前記横アームのための前記リスト素子が前記ビームの中央に向かい縦方向に延長することを特徴とする請求項５７記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項６３】
前記ビームが前記ビームの反対側部上の前記ビームから延びる各横アーム対により対向端部で支持され、前記横アームのための前記リスト素子が前記ビームの中央から離間する縦方向に延長することを特徴とする請求項５７記載のマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）。
【請求項６４】
前記横アームとリスト素子が導体であることを特徴とする請求項５７記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項６５】
磁界を含むことを特徴とする請求項５７記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項６６】
前記ビームはこのビームの反対側のビームから延長している横アーム対によりその中央部で支持されており、前記横アームのための前記リスト素子は反対の縦方向に延びていることを特徴とする請求項５７記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項６７】
前記ビームは前記ビームの反対側でビームから延びる各横アーム対により縦方向の反対側の端部で且つ中間点で支持されており、前記ビームの中間点で前記横アームのための前記リスト素子は反対の縦方向に延びていることを特徴とする請求項５７記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項６８】
前記横アームは同一の長さであることを特徴とする請求項５７記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項６９】
前記中間点での前記横アームの取付点が前記ビームの対向端部で横アームの取付点間の中央に配置されることを特徴とする請求項５７記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項７０】
前記ビームの第１対向部はローレンツ力モータ、静電モータ、圧電モータ、熱膨張モータ、および機械変位モータから選択されることを特徴とする請求項５７記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項７１】
前記中央アームは容量センサー、圧電センサー、光電センサー、抵抗センサー、光学切替センサー、および誘導センサーから選択されるセンサーを支持することを特徴とする請求項５７記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項７２】
前記ビームから除去された前記横アームの端部が前記ビームの近傍の箇所でのみ前記基板に取り付けられた横膨張素子の自由端に接続されていることを特徴とする請求項５７記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項７３】
前記ビームは前記ビームの反対側でビームから延びている横アームの各対により縦方向の対向端部で支持されており、前記ビームは横アームの各対を等しく反対の撓み状態で配置するために仕上げられることを特徴とする請求項５７記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項７４】
少なくとも１対の撓み横アームは力が急激に減少するスナップ点まで第１方向にビームの縦方向の動きに増大する抵抗力を与えるため湾曲状態で伸びることを特徴とする請求項５７記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項７５】
前記基板に沿って縦方向に移動するため撓み横アーム上で支持されたビームを含み、前記ビームから除去されたアームの端部が前記ビームの近傍点のみで前記基板に取り付けられた横膨張素子の自由端に接続されていることを特徴とするマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）。
【請求項７６】
基板に沿って縦方向に移動する撓みアーム上に支持されているビームを備え、前記ビームがこのビームの反対側で前記ビームから延びる横アームの各対により縦方向の対向端部で支持され、前記ビームは前記横アームの各対を等しく反対の撓み状態で配置するために仕上げられることを特徴とするマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）。
【請求項７７】
前記横アーム各対が前記ビームの中央部に対して凹状に湾曲されることを特徴とする請求項７６記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項７８】
前記横アーム各対が前記ビームの中央部に対して凸状に湾曲されることを特徴とする請求項７６記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項７９】
前記横アームは同一の長さを有することを特徴とする請求項７６記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項８０】
中間点の前記横アームの取付点が前記ビームの対向端部で横アームの取付点間の中央に配置されることを特徴とする請求項７６記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項８１】
前記ビームの第１対向部はローレンツ力モータ、静電モータ、圧電モータ、熱膨張モータ、および機械変位モータから選択されることを特徴とする請求項７６記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項８２】
前記センサーアームは容量センサー、圧電センサー、光電センサー、抵抗センサー、光学切替センサー、および誘導センサーから選択されることを特徴とする請求項７６記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項８３】
力が急激に減少するスナップ点まで第１方向に前記ビームの縦運動に増加傾向に抵抗する力を与えるため湾曲状に延びている前記基板に沿って縦方向に移動させるため少なくとも１対の撓み横アーム上に支持されたビームを含むことを特徴とするマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）。
【請求項８４】
前記力が前記スナップ点後に方向を変えることを特徴とする請求項８３記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項８５】
前記スナップ点後、前記湾曲は力が急激に減少する第２スナップ点まで第１方向と逆の第２方向のビームの縦運動に増加的に抵抗することを特徴とする請求項８４記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項８６】
前記第２スナップ点が前記第１スナップ点と異なることを特徴とする請求項８３記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項８７】
前記力が前記スナップ点後に同一方向を維持することを特徴とする請求項８３記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項８８】
少なくとも１対の撓み横アーム上の基板に沿って縦方向移動のために支持されて、第１のアームは縦方向に延びるように角度付けされるビームと；
前記ビームから除去された端部で第１横アームを受ける横方向の動きを検出するセンサーと；
を備え、前記ビームの縦運動は前記センサーにより検出のため増幅されることを特徴とするマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）。
【請求項８９】
前記センサーは容量センサー、光電センサー、抵抗センサー、圧電センサー、および誘導センサーから選択されることを特徴とする請求項８８記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項９０】
基板と；
前記基板に関連する軸に対して第１位置と第２位置間の移動のため前記基板から支持された第１素子と；
測定されるパラメータに依存し前記素子を前記第２位置に向かって促す力を与えるため前記第１素子に取り付けられた第１アクチュエータと；
前記基板に関連する軸に対して第１位置と第２位置間の移動のため前記基板から支持された第２素子と；
前記第１および第２素子を動かすために作用する共通モードのノイズからの影響を減少させた出力を与えるように、前記第１素子と前記第２素子の動きを検出するためおよび前記第１および第２素子の動きの測定値を減算する出力を与えるため前記第１素子および前記第２素子と交信するセンサーアセンブリと；
を備えることを特徴とする減少したノイズ感度を有するマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）。
【請求項９１】
前記第２素子に取り付けられるが、測定されるパラメータに依存する力を与えないように、測定されるパラメータと交信しない第２アクチュエータをさらに備えたことを特徴とする請求項９０記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項９２】
測定されるパラメータに依存する力を与え、前記第１位置の方向に前記素子に促す、前記第２素子に取り付けられた第２アクチュエータをさらに備えたことを特徴とする請求項９０記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項９３】
前記パラメータが電気信号であり、前記第１および第２アクチュエータがパラメータに関連した入力電気信号を受信し、入力電気信号に依存する力を与えることを特徴とする請求項９０記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項９４】
入力電気信号を受信し、前記第１アクチュエータのための第１入力電気信号と前記第２アクチュエータのための第２入力電気信号を発生し、前記第１入力電気信号が前記第２電気信号に対して反転する入力回路をさらに備えたことを特徴とする請求項９０記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項９５】
前記第２素子が測定されるべきパラメータに依存する力を与えるアクチュエータに接続されず、前記センサーアセンブリは出力を与えるため前記第２素子の検出位置を前記第１素子の検出位置から減算することを特徴とする請求項９０記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項９６】
前記センサーアセンブリは出力を与えるため反転パラメータと基板の加速効果を示す前記第２素子の検出位置を非反転パラメータと基板の加速効果を示す前記第１素子の検出位置から減算することを特徴とする請求項９０記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項９７】
前記第１および第２アクチュエータは静電モータと、ローレンツ力モータ、圧電モータ、熱膨張モータ、および機械変位モータから選択されることを特徴とする請求項９０記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項９８】
前記センサーアセンブリは容量センサー、圧電センサー、光電センサー、抵抗センサー、および光学切替センサーから選択されることを特徴とする請求項９０記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項９９】
前記第１および第２素子は基板の近傍の表面に平行な軸に沿って滑動のための基板に取り付けられたビームであることを特徴とする請求項９０記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項１００】
前記第１および第２アクチュエータは前記第１および第２ビームに対して反対方向に接続されていることを特徴とする請求項９０記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項１０１】
前記センサーアセンブリは前記第１および第２ビームの対応するコンデンサのための反対の容量変化を与えるように前記第１および第２ビームに取り付けられたコンデンサを含むことを特徴とする請求項９０記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項１０２】
前記ビームが縦軸に沿って前記基板に対して動き、さらに前記基板に対してビームを支持するため外方向に延びるためビームの縦方向の対向端部で撓み横アーム対を含むことを特徴とする請求項９７記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項１０３】
前記第１位置に向けて前記第１素子の変位に依存する力を与えるため前記第１素子に取り付けられた第１制御素子と；
前記第１位置に向けて前記第１素子の変位に依存する力を与えるため前記第２素子に取り付けられた第２制御素子と；
をさらに含むことを特徴とする請求項９０記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項１０４】
前記第１位置に向けて前記第１素子に所定のほぼ一定の力を与えるため前記第１素子に取り付けられた第１制御素子と；
前記第１位置に向けて前記第１素子のほぼ一定の力を与えるため前記第２素子に取り付けられた第２制御素子と；
をさらに含むことを特徴とする請求項９０記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項１０５】
前記第１アクチュエータと前記センサーアセンブリ間の前記第１素子の少なくとも一部は前記センサーアセンブリから前記第１アクチュエータを電気的に分離するため電気アイソレータであることを特徴とする請求項９０記載のＭＥＭＳ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は１９９９年９月２８日出願の米国特許出願第０９／４０６，３６４号、１９９９年９月２７日出願の米国特許出願第０９／４０６，６５４号、および１９９９年９月２１日出願の米国特許出願第０９／４００，１２５号、および１９９９年９月２８出願の米国特許出願第０９／４０６，５０９号の一部継続出願である。
【０００２】
Ｉ．本発明は電気アイソレータ、特に、アナログ電気信号の伝達において電気分離を与えるマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）装置に関する。
【０００３】
ＩＩ．本発明はさらにデジタル信号の伝達において電気分離を与えるＭＥＭＳ装置に間する。
【０００４】
ＩＩＩ．本発明はさらに撓み横アームの移動のために支持されるビームを採用したＭＥＭＳ装置に関する。
【０００５】
ＩＶ．本発明はさらに電気信号の伝達において電気分離を与えさらに移動により発生するノイズを制限するＭＥＭＳ装置に関する。
【背景技術】
【０００６】
電気アイソレータは電圧レベルのシフト、電気ノイズの減少、および高電圧電流の保護のために複数の回路素子間に電気分離を与えるため使用される。
【０００７】
回路素子はもし素子間に直流（ＤＣ）を流す通路を内部に持たない場合電気的に分離することが考慮される。この種の分離は容量結合または誘導結合により得られる。容量結合では、出力信号が発生する第２プレートに絶縁誘電体間の静電気信号を伝送するため電気入力信号はコンデンサの一方のプレートに入力される。誘導結合では、絶縁ギャップ間の電磁界を分離出力信号を発生する第２コイルに伝達するため電気入力信号は第１コイルに入力される。このような２つのアイソレータは安定状態または直流電気信号を必然的に阻止する。
【０００８】
このようなアイソレータは簡単であるが、著しく低い周波数成分を有する信号の通信を阻止する。さらに、これらのアイソレータは伝送された信号に著しい周波数依存した減衰および位相歪みを与える。これらの特徴はこのようなアイソレータを多くの型の高速デジタル通信を含む多くの型の信号に不適当なものにする。
【０００９】
さらに、システムの２つの異なる部分間に高電圧（２ｋＶ以上）分離を与え、同時にこれらの２つの部分間に通信路を維持することが望ましい場合がある。これは全システムの制御部分からセンサー／アクチュエータ部分を分離することが望ましい産業用制御応用で多くの場合事実である。患者を測定機内の電圧および電流から分離することが望まれる医療計測用システムに応用可能である。
【００１０】
デジタル信号の分離は光アイソレータにより高頻度で与えられる。光アイソレータにおいて、入力信号は光源、典型的には、絶縁透過分離器を通してフォトダイオードまたはフォトトランジスタに光を伝達するように位置決めされた発光ダイオード（ＬＥＤ）を駆動する。このようなシステムはコンデンサおよび誘導子により導入された歪みおよび減衰を与えずに任意の周波数の２進信号を容易に伝達する。光アイソレータはさらに、固有のＬＥＤ順方向バイアス電圧によって光受信機の飽和で出力部を制限する固有の信号および入力部に閾値を与える信号を出力する。
【００１１】
それにも関わらず、光アイソレータはいくつかの問題点を有する。これらのアイソレータは他のタイプの集積回路と互換性のない比較的高価なガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板を要求し、多くの場合、それを保護する回路と分離したパッケージとアセンブリを要求する。ＬＥＤとフォト検出器の特性はユニット毎の変更を許容できない場合製造中コストの増加を管理することが困難である。ＬＥＤの電力条件は光アイソレータが使用できる前に追加のコストを課して入力信号の信号条件を要求する。ＬＥＤの順方向バイアス電圧は固有のノイズ閾値を与える間に、閾値は一般に調整できないが、ＬＥＤ材料の化学特性により固定される。従って、もし異なる閾値が要求される場合、追加の信号条件が必要とされる。最終的に、ＬＥＤはダイオードであり、マルチＬＥＤを使用しない場合入力信号を単一極性に制限する。
【００１２】
マイクロプロセッサのようなデジタル回路を使用しているアナログ電気信号を処理することは一般的である。このような状況で、アナログ信号は周期的にサンプルされ、サンプル値はアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ）に対するアナログにより入力されるデジタル語に変換され、デジタル回路により処理される。逆に、デジタル回路により作られたデジタル語は連続アナログ信号にフィルタされる一連のアナログ電気値を出力するためデジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器を使用してアナログ信号に変換される。デジタル回路に対するインターフェースでの信号分離がしばしば望まれ、Ａ／Ｄ変換器後でＤ／Ａ変換器前に関連するデジタル語の各ビットを表す電気信号と直列に光アイソレータをおくことにより実施される。特に、多くの分離されたアナログ信号を処理しなければならない産業用制御分野において、分離を非常に高価または非現実的にする多数の光アイソレータが要求される。
【００１３】
電気アイソレータは電圧レベルシフト、電気ノイズ減少、高電圧電流保護のために回路素子間に電気分離を与えるために使用される。
【００１４】
回路間に直流（ＤＣ）を流す通路が無い場合電気的に分離される回路素子が考えられる。この種の分離は容量結合または誘導結合により得られる。容量結合において、電気入力信号は出力信号が発生する第２プレートに絶縁誘電体間の電気信号を伝達するために容量の一方のプレートに入力される。誘導結合において、電気入力信号は絶縁ギャップ間の電磁界を分離された出力信号を発生する第２コイルに伝達するため第１コイルに入力される。このような２つのアイソレータは必然的に安定状態または直流電気信号を阻止する。
【００１５】
このようなアイソレータは、簡単であるが、極めて低い周波数成分を有する信号の交信を阻止する。さらに、これらのアイソレータは送信された信号に大きな周波数依存の減衰および位相歪みを与えることができる。これらの特徴により、このようなアイソレータは多くの型の高速デジタル通信を含む多くの型の信号に適さない。
【００１６】
さらに、システムの２つの異なる部分間に高電圧（２ｋＶ以上）分離を与え、これらの２つの部分間に通信路を維持することが望まれる場合がある。これはセンサー／アクチュエータ部分を全システムの制御部分から分離することが望まれる産業制御用途においてしばしば事実である。患者を測定機内の電圧および電流から絶縁することが望まれる医療計測用システムに応用される。
【００１７】
デジタル信号の分離は光アイソレータによりしばしば与えられる。光アイソレータにおいて、入力信号は光源、典型的には、絶縁透過分離器を介してフォトダイオードまたはフォトトランジスタに光を伝達するために位置決めされた発光ダイオード（ＬＥＤ）を駆動する。このようなシステムはコンデンサおよび誘導子により導入された歪みおよび減衰無く任意の周波数の２進信号を容易に伝達する。光アイソレータはさらに、固有のＬＥＤ順方向バイアス電圧により、光受信機の飽和で出力部を制限する固有信号および、入力部に閾値を与える信号をあたえる。
【００１８】
それにも関わらず、光アイソレータはいくつかの問題点を持っている。これらのアイソレータは他のタイプの集積回路と互換性の無い比較的高価なガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板を要求し、さらに多くの場合アイソレータを保護している回路から分離したパッケージとアセンブリを要求する。ＬＥＤとフォト検出器の特性は製造中にユニット毎の変更を許容できないならばコストの増大を管理することが困難である。ＬＥＤの電力条件は光アイソレータを使用できる以前に入力信号の信号条件を要求し、追加のコストを課すことになる。ＬＥＤの順方向バイアス電圧は固有のノイズ閾値を与える間に、閾値は一般的に調整できずＬＥＤ材料の化学的特性により固定される。従って、もし異なる閾値が要求される場合、追加の信号条件が必要である。
【００１９】
特に、多くの分離制御点を要求する産業用制御装置において、光アイソレータを使用することは非常に高価で非実用的である。
【００２０】
ＭＥＭＳ装置は集積回路技術等を使用して製造された極めて小さい機械である。ＭＥＭＳ装置の小サイズ化により高速小電力高信頼性の機構の製造を可能にする。これらの製造技術は低コスト大量生産の保証を維持している。
【００２１】
本願の親出願はビームが１組の軸上で撓みアームの縦運動のために支持され、後者が基板に結合されたＭＥＭＳ電気アイソレータを記載している。ビームの一端でＭＥＭＳアクチュエータにより生じるビームの動きはビームの他端に位置決めされ絶縁セグメントによりアクチュエータから分離されたセンサーに信号を伝達する。
【００２２】
撓み横素子により支持されたビーム構造は極めて簡単で強固なＭＥＭＳ装置を提供する。それにも関わらず、ある用途に特にセンサーに関連した精度は大量生産集積回路処理を使用して達成することが困難である。
【００２３】
電気アイソレータは電圧レベルシフト、電気ノイズ減少、および高電圧電流保護のために回路素子間に電気分離を与えるために使用される。
【００２４】
回路素子はもし直流（ＤＣ）が素子間に流れる通路を持たない場合電気的に絶縁することが考えられる。この種の分離は容量結合または誘導結合により得られる。容量結合において、電気入力信号は絶縁誘電体間の静電信号を出力信号が発生する第２プレートに伝達するためにコンデンサの一方のプレートに入力される。誘導結合において、電気入力信号は絶縁ギャップ間の電磁界を分離出力信号を発生する第２コイルに伝達するために第１コイルに入力される。このような２つのアイソレータは必然的に安定状態または直流電気信号を阻止する。
【００２５】
このようなアイソレータは、簡単であるが、極めて低い周波数成分を有する信号の交信を阻止する。さらにこれらのアイソレータは送信信号に顕著な周波数依存の減衰および位相歪みを与えることができる。これらの特徴により、アイソレータは多くのタイプの高速デジタル通信を含む多くのタイプの信号にとって不適当である。
【００２６】
さらに、システムの２つの異なる部分間に高圧（２ｋＶ以上）分離を与え、この２つの領域間に通信通路を維持することが望まれる場合がある。これは全システムの制御部分からセンサー／アクチュエータ部分を分離することが望まれる産業用制御用途において多くの場合事実である。患者を測定器の電圧および電流から分離することが望まれる医療計測用システムに応用可能である。
【００２７】
デジタル信号の分離は光アイソレータによりしばしば実施される。光アイソレータにより、入力信号は光源、典型的には、絶縁透過型分離器を介してフォトダイオードまたはフォトトランジスタに光を伝達するために位置決めされる発光ダイオード（ＬＥＤ）を駆動する。このようなシステムはコンデンサおよび誘導子による歪みおよび減衰無しに、任意の周波数の２進信号を容易に伝送する。光アイソレータはさらに、固有のＬＥＤ順方向バイアス電圧により、光受信機の飽和により出力部で制限する固有の信号および入力部での閾値を与える信号を与える。
【００２８】
それにも関わらず、光アイソレータはいくつかの問題点を有する。これらのアイソレータは他のタイプの集積回路と互換性の無い比較的高価なガリウム砒素（ＬＥＤ）基板を要求し、さらに光アイソレータはしばしばこれらを保護する回路から分離したパッケージとアセンブリを要求する。ＬＥＤとフォト検出器の特性は製造中ユニット毎の変更が許容されない場合コストアップを抑えることが困難である。ＬＥＤのパワー条件は光アイソレータを使用できる以前に入力信号の条件を要求し、追加のコストを課す。ＬＥＤの順方向バイアス電圧が固有のノイズ閾値を与える一方で、閾値は一般的に調整できず、ＬＥＤ材料の化学的特性により固定される。従って、異なる閾値が要求される場合、追加の信号条件が必要とされる。結局、ＬＥＤはダイオードであり、もしマルチＬＥＤが使用されない場合入力信号を単一の極性に制限する。
【００２９】
マイクロプロセッサのようなデジタル回路を使用してアナログ電気信号を処理することは一般的である。このような状態で、アナログ信号は周期的にサンプルされ、サンプル値はアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器によりデジタル語に変換され、デジタル回路により処理される。逆に、連続アナログ信号にフィルタされる１連のアナログ電気値を与えるため、デジタル回路により処理されたデジタル語はデジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器によりアナログ信号に変換される。デジタル回路に対するインターフェースでのこのような信号の分離はしばしば要望され、Ａ／Ｄ変換器後でＤ／Ａ変換器前の関連するデジタル語の各ビットを表す電気信号と直列に光アイソレータを設けることにより実施可能である。特に、多くのアナログ信号が処理され出力される産業用制御装置の分野において、分離を非常に高価にし非実用的にする多くの光アイソレータが要求される。
【００３０】
本発明はＭＥＭＳ技術を使用して製造され、デジタル信号への先行変換無しにアナログ信号を伝達するために最適な機械アイソレータを提供する。特別な製造方法は端部が互いに絶縁された微細ビームを形成する。ビームの一端は発生したアクチュエータ力に比例してビームを動かすためアナログ入力信号を受信する微細アクチュエータに接続される。分離したビームの他端は対応するアナログ値を与えるためビームの動作を検出するセンサーに接続される。全装置の小型化は安価で高速信頼性の応答を提供する。
【００３１】
具体的には、本発明は基板と、基板に対して第１および第２位置間の連続する動きのため基板から支持された素子を有するマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）アナログアイソレータを提供し、素子上の第１および第２位置間の素子の少なくとも一部は第１および第２位置を互いに電気的に分離するための電気アイソレータである。素子の第１部分に取り付けられたアクチュエータは入力電気信号を受信し、素子を第２位置に向けて促す入力電気信号に依存する力を与える。素子に取り付けられた制御装置は第１位置に向かう素子の変位に依存する力を与え、素子の第２部分と交信するセンサーアセンブリは第１位置と第２位置間の素子の動きに依存するアナログ出力信号を与える。
【００３２】
本発明の一つの目的は多くの光アイソレータの需要を克服し、さらに現在の光アイソレータのコスト、装置間整合性、および他の集積回路部品との互換性の悪さに関する多くの欠点を回避するためにアナログ信号の分離に最適なＭＥＭＳ技術を使用している簡単な機械分離システムを提供することにある。さらに、本発明は入力処理の前提条件を要求しない。入力電圧、電流または機械的変位は前提条件無しで装置に直接入力される。
【００３３】
制御素子はばねまたはその均等物であり、センサーアセンブリは素子の移動量に基づいてアナログ出力電気信号を出力するセンサーを含む。
【００３４】
本発明の他の目的はアナログ信号がビームの動作により絶縁されたビームに伝達される簡単な開ループアナログアイソレータの可能性を提供することにある。
【００３５】
代案として、制御素子は帰還電気信号を受信し、素子を第１位置に駆り立てる帰還電気信号に依存する力を与えるために素子に取り付けられた第２アクチュエータである。この場合、センサーアセンブリは零位置に対して素子の位置を示すセンサー、および素子を零位置に復帰させるように帰還電気信号を発生するため出力電気信号を受信する誤差検出器を含む。出力電気信号が帰還信号から導出される。
【００３６】
本発明の他の目的はアナログ信号がビームの最小移動を可能にし機械非直線性を回避する力として伝達される帰還技術を使用してより複雑なアナログアイソレータを可能にすることである。
【００３７】
制御素子はさらに第２帰還信号を受信し、素子を第２位置に向けて促す第２帰還電気信号に依存する力を与えるため素子に取り付けられた第３アクチュエータを含む。
【００３８】
本発明の更なる目的は素子を第１位置に向けて促す力または素子を第２位置に向けて促す力からを与える帰還信号を可能にするビームの帰還制御を可能にすることである。
【００３９】
上述の誤差検出器は第１位置と第２位置間の零位置に対してビームの位置を示す２進電気帰還信号を発生し、出力電気信号を発生するために帰還信号のデューティサイクルを評価するパルス幅復調器回路を含む。
【００４０】
本発明の他の目的は本発明のアイソレータからマルチビットデジタル信号を抽出する簡単な方法を提供することにある。デューティサイクル復調器は簡単な計数回路である。
【００４１】
アクチュエータは静電モータまたはローレンツ力モータまたは圧電モータまたは熱膨張モータまたは機械変位モータである。
【００４２】
本発明の他の目的は光アイソレータＬＥＤと互換性のない種々の異なる電気信号、例えば、０．７ボルト以下の電圧を有する信号を受信するアイソレータを提供することにある。
【００４３】
同様に、制御素子は静電モータ、ローレンツ力モータ、圧電モータ、熱膨張モータ、機械変位モータ、または機械ばねである。
【００４４】
本発明はビームの零点を自由に調整できる電気接続（例えば、機械ばね）または調整制御素子を要求しない極めて簡単な制御素子を提供する。
【００４５】
このセンサーは容量センサーまたは圧電センサーまたは光電センサーまたは抵抗センサーまたは光学切替センサーである。
【００４６】
本発明の他の目的は異なる目的に適する種々の融通の利く検出技術を提供することである。
【００４７】
本発明の一実施例において、素子は第１位置と第２位置間の滑動動作のため基板に取り付けられたビームである。ビームは外方向に延ばすためビームの縦方向の対向端部に取り付けられた撓み横アーム対により支持される。
【００４８】
本発明の他の目的は移動のための素子を支持するためのＭＥＭＳ技術を使用して微細規模で実施される簡単な機構を提供することである。
【００４９】
撓み横アームがビームに取り付けられた第１端部とビームから除去された肘部に取り付けられた第２端部を有する片持ち第１部分と、第１部分にほぼ平行で且つビーム近傍の基板に取り付けられた第１端部と肘部に取り付けられた第２端部を有する片持ち第２部分を含む。さらに、ビームと横アームは縦ビームアクセス間で対称的である。
【００５０】
本発明の他の目的は処理温度に起因する熱膨張または動作温度変化が起こりにくい微細構造を提供することである。対称性はビームが熱膨張で１点に集中されている間、撓み横アームの折り返しがある程度のストレスの解放を保証する。
【００５１】
撓み横アームは基板に対する横アームの端部の角度付けを可能にするばね区画により基板に取り付けられる。
【００５２】
本発明の他の目的はビーム構造の剛性を減少させるため撓み横アームの効果的な旋回運動を可能にすることである。
【００５３】
本発明の一実施例は磁石により発生し、ビームを横切る磁界を含み、少なくとも１つの撓み横アームが電気信号に対して導体であり、ビームをある位置に向けて動かす電気信号に依存する力を与える。
【００５４】
本発明の他の目的はビームを支持するために使用される同様な構造が作動または制御のために提供することである。
【００５５】
ビームはこのビームに取り付けられ２次容量プレート近傍のビームから延びる横断延長主容量プレートを含む。主容量プレートの有効面積はビームの縦軸間で等しく、容量プレートは少なくとも２つの撓み横アーム対の取付箇所間のビームに取り付けられる。一実施例では、コンデンサは互いに組み込まれた指部を含む。平行プレートコンデンサは（直線性を持たないが）機能する。
【００５６】
本発明の他の目的は平衡し良好に支持された力が得られるようにアイソレータに静電モータを集積する方法を提供することにある。
【００５７】
主容量プレートはビームの片側に２次容量プレートに向けて主容量プレートを引き出し、ビームの他端で２次容量プレートから主容量プレートを分離するようにに２次容量プレートに対して位置決めされる。代わって、容量プレートは位置決めされ、全て任意の動きで共に引き寄せる。
【００５８】
本発明の他の目的は容量プレートを容量値の比較がビームの位置を明らかにするセンサーとしてまたは静電モータとして使用されることを可能にする。
【００５９】
ビームは第１および第２マイクロ加工層を含み、第１層は第２層が除去された領域の電気アイソレータの領域を与えるため絶縁される。
【００６０】
本発明の他の目的は本発明で要求される絶縁および導体素子を形成する簡単な方法を提供することにある。
【００６１】
ビームの電気絶縁体はアクチュエータと制御素子間または制御素子およびセンサー間に、または両方に設けられる。
【００６２】
さらに本発明の目的は制御回路が分離の片側に配置することまたはより大きな全体分離のため冗長な分離を提供することにある。
【００６３】
アナログアイソレータは第２位置に対する素子の動きを示す第２出力電気信号を提供するために素子の第１部分で第２センサーを含み、出力第２電気信号は第１出力電気信号から電気的に分離される。
【００６４】
本発明の他の目的はビームの動きと分離された側からのアイソレータの動作を示す信号を発生するアイソレータを提供することにある。
【００６５】
アイソレータはさらに第２入力信号を受信するためおよび素子を第２位置方向に促す第２入力電気信号に依存する力を与えるため素子の第２部分として第２アクチュエータを含む。
【００６６】
本発明の他の目的はマルチレベル制御ループの使用のためにまたは倍率をリセットするために適する双方向電気アイソレータを提供することにある。
【００６７】
本発明はＭＥＭＳ技術を使用して製造され、デジタル信号を伝達するために適する機械アイソレータを提供する。特殊な製造プロセスが複数の端部が互いに絶縁された微細ビームを形成する。ビームの一端はバイアスされた装置により与えられたバイアス力に抗してビームを動かすため入力信号を受信する微細アクチュエータに接続される。ビームの他の分離端部はアクチュエータの力がバイアスされた装置の相殺力を超えたときのみビームの動きを検出するセンサーに取り付けられる。装置全体の小型化は安価で高速で信頼性のある応答性を提供する。
【００６８】
具体的には、本発明は基板に対する第１および第２位置間の動きのため基板により支持された基板と素子を有するマイクロ電気機械システムデジタルアイソレータを提供する。第１および第２位置間の素子の少なくとも一部は第１および第２位置を互いに電気的に分離するための電気アイソレータである。アクチュエータは入力電気信号を受信するためおよび素子を第２位置に向けて促す入力電気信号に依存する力を与えるため素子の第１部分に取り付けられている。バイアス構造体は素子を第１位置に向けて促す素子に所定の反対力を与えるため素子に取り付けられる。結局、センサーは第１および第２位置間の素子の動きを示す出力電気信号を与えるため素子の第２部分に取り付けられ、所定の振幅以上の入力信号は入力電気信号から電気的に分離された出力電気信号を発生させるため素子を第１位置から第２位置に急速に動かす反対力に打ち勝つ。
【００６９】
本発明の目的は広範囲の２進信号に好適なＭＥＭＳ技術を使用している簡単な機械分離装置を提供し、現行の光アイソレータのコスト、装置間の整合性、または他の集積回路成分との非互換性に関する多くの問題点を克服することである。さらに、本発明は入力信号の前提条件を要求しない。電圧または電流は前提条件無しに直接装置に印加される。
【００７０】
アクチュエータは静電モータまたはローレンツ力モータまたは圧電モータまたは熱膨張モータまたは機械変位モータである。
【００７１】
従って、本発明の他の目的は光アイソレータＬＥＤと互換性のない種々の異なる電気信号、例えば、０．７ボルト以下の電圧を有する信号を受信するアイソレータを提供することにある。
【００７２】
同様に、バイアス構造体は静電モータ、ローレンツ力モータ、圧電モータ、熱膨張モータ、機械変位モータ、または機械ばねである。
【００７３】
本発明は電気的接続（例えば、機械ばね）を要求しない極めて簡単な力バイアス手段、または装置の活性の閾値を異なる環境で自由に調整できる調整可能なバイアス構造体を提供する。この方法で、光アイソレータと異なり、入力閾値電圧は特定の用途に調整可能である。
【００７４】
センサーは容量センサー、圧電センサー、光電センサー、抵抗センサー、または光学切替センサーである。
【００７５】
従って、本発明の他の目的は異なる目的に適する種々の融通の利く検出技術を提供することにある。
【００７６】
素子の運動行程は第１および第２位置間の停止手段により制限される。
【００７７】
この方法において、本発明は装置を始動するために必要な閾値以上の信号のための光アイソレータにより与えられるものと互換性のある信号制限を提供する。
【００７８】
本発明の一実施例において、素子は第１および第２位置間の滑動動作のため基板に取り付けられたビームである。ビームは外方向に延びるためビームの縦方向の対向端部に取り付けられた撓み横アーム対により支持されている。
【００７９】
本発明の他の目的は移動のため素子を支持するためのＭＥＭＳ技術を使用して微細規模で実施される簡単な機構である。
【００８０】
撓み横アームはビームに取り付けられた第１端部およびビームから除去された肘部に取り付けられた第２端部を有する片持ち第１部分と、第１部分とほぼ平行であり、ビームの近傍の基板に取り付けられた第１端部と肘部に取り付けられた第２端部を有する片持ち第２部分を含む。さらに、ビームと横アームは縦方向のビームアクセス間で対称である。
【００８１】
本発明の他の目的は処理温度に起因する熱膨張または動作温度変化に対して強い微細構造を提供することにある。対称性はビームが熱膨張で集中したままである間に撓み横アームの折り返しがこれらのアームの熱膨張のある程度の相殺力を与えることを保証する。
【００８２】
撓み横アームは基板に対して横アームの端部の角度付けを可能にするばね部を介して基板に取り付けられる。
【００８３】
本発明の他の目的はビーム構造の剛性を減少させるように撓み横アームの有効な旋回を可能にすることである。
【００８４】
本発明の一実施例はビームと交差する磁石により発生する磁界を含み、少なくとも１つの撓み横アームは電気信号に対して導体であり、ビームをある位置に向けて促す電気信号に依存する力を与える。
【００８５】
本発明の他の目的は活性化またはバイアスのためにビームを支持するために使用される同一構造を提供することである。
【００８６】
ビームはこのビームに取り付けられ、２次容量プレートに近いビームから延びる横に延びる主容量プレートを含む。主容量プレートの有効面積はビームの縦軸間で等しく、容量プレートは少なくとも２つの撓みアーム対の取付箇所間のビームに取り付けられる。一実施例において、容量は互いに入り込んだ指部を有する。平行プレートコンデンサは（直線性が低いが）作用する。
【００８７】
本発明の他の目的は平衡し良好に支持された力が得られるように静電モータをアイソレータに集積する方法を提供することにある。
【００８８】
主容量プレートはビームの片側で主容量プレートを２次容量プレートに向けて引き出すようにさらにビームの他方で２次容量プレートから主容量プレートを分離するように２次容量プレートに対して位置決めされる。一方、容量プレートは全てが共に任意の動きで引き出されるように位置決めされる。
【００８９】
本発明の他の目的は容量プレートを容量値の比較がビームの位置をまたは静電モータとして明らかにするセンサーとして使用することである。
【００９０】
ビームは第１および第２微細加工層を含み、その第１層は第２層が除去される領域で電気絶縁体の領域を与えるため絶縁されている。
【００９１】
本発明の他の目的は本発明により要求される絶縁素子および導体素子を形成するための簡単な方法を提供することである。
【００９２】
ビームの電気絶縁体はアクチュエータとバイアス構造体間またはバイアス構造体とセンサー間または双方に存在する。
【００９３】
本発明の更なる目的は分離の片側に配置されたバイアス回路を提供することまたはより大きな全体的分離のための冗長分離を提供することである。
【００９４】
デジタルアイソレータは第２位置に対する素子の動きを示す第２出力電気信号を提供するため素子の第１位置に第２センサーを含み、その出力電気信号は出力電気信号から電気的に分離されている。
【００９５】
本発明の他の目的はビームの動きおよび分離側からのアイソレータの動作を示す信号を発生するアイソレータを提供することにある。
【００９６】
アイソレータはさらに第２入力信号を受信するため且つ素子を第２位置に向けて促す第２入力電気信号に依存する力を与えるため素子の第２部分として第２アクチュエータを含む。
【００９７】
本発明の他の目的は双方向データラインで使用するための双方向電気アイソレータを提供することにある。
【００９８】
本発明者らは、ＭＥＭＳ装置が構成される複雑なマルチコンポーネント集積回路材料は、ＭＥＭＳ装置が高処理温度から冷却するので、またはＭＥＭＳ装置が異なる動作温度で使用される場合、またはＭＥＭＳ装置が電流を流すことによる部分自己発熱を受ける場合、ＭＥＭＳビーム構造に（特にビームを支持する撓みアームにおいて）歪みやストレスを生じる広範囲に変化する膨張係数を持っている。これらの歪みやストレスはある精密用途におけるビーム構造の応用に制限を与える。
【００９９】
従って、本発明はビーム型ＭＥＭＳ装置におけるこのような寸法的な歪みおよびストレスを補償し、次第に正確で精密な機構の大量生産を可能にするためのいくつかの技術を提供する。本発明はさらにビーム型ＭＥＭＳ装置の増大した機能性を提供するため撓みアームの典型的な歪みを制御する方法を提供する。
【０１００】
この関連で、本発明はビームを支持する撓みアームを基板に取り付けるための改良された方法を提供する。これらの取付方法はビームとその構造での対称条件の実施により増強される。ＭＥＭＳ構造の温度により誘発された歪みの研究に関連して本発明者らにより発見された、横アームの湾曲の制御がバイアスまたは双安定または機械的増幅をＭＥＭＳ装置に追加するために使用される。
【０１０１】
具体的には、本発明は基板に沿って縦に動かすため撓み横アーム上で支持されたビームを有し、ビームからの除去された横アームの端部はアームの端部の横の動きを可能にする素子により基板に接続されるＭＥＭＳシステムを提供する。この横断方向の動きは例えば柔軟に縦方向に延びるリスト部により提供される。
【０１０２】
本発明の１つの目的は、訂正されなければ、アームの曲がり、アームのストレス剛性強化、または零位置からのビームのずれを生じる温度変化によるアームの横方向の次元の変化に対応する横アームの取付システムを提供することにある。
【０１０３】
リスト部素子は弧状区画を介して横アームに取り付けられる。
【０１０４】
このように、本発明の他の目的はアーム端部での集中ストレス点を排除することである。
【０１０５】
リスト部素子は蛇行部を含み、および／または蛇行部はリスト部素子に取り付けられる横アームの端部に配置される。
【０１０６】
本発明の他の目的は端部が抑制されない「自由ビーム」を模倣するように横方向に且つ回転可能に抑制されていない横アームのための取付機構を提供することにある。横アームは支持されたビームの動きでより小さい剛性曲げ力を与え、ＭＥＭＳ装置のダイナミック特性を変化させるようなストレス剛性強化を回避する自由ビームに近似させる。
【０１０７】
ビームはこのビームの一方の側から延びる横アーム対により縦長の対向端部で支持され、横アームのリスト部素子はビームの中央部に向かってまたはビームの中央から離間するように延びる。
【０１０８】
本発明の他の目的は、アームの膨張や相殺する曲げの助長による他の歪みにより誘発されるような、横アームの僅かな曲りで生じるビーム上のどの力も平衡させることである。本発明の更なる目的は電流が横アームに流れる場合にリスト部に生じるどのようなローレンツ力も補償することである。リスト部を同一方向に向けることにより、リスト部からのローレンツ力の横方向の平衡が得られる。
【０１０９】
ビームはビームの反対側でビームから延びる１対の横アームにより中央部で支持され、中央横アームのためのリスト素子は逆の縦方向に延びる。
【０１１０】
このように、本発明の他の目的は無屈曲の曲りで生じるようなビームの縦方向のバイアスを防止するようにビームに集中された横アームのためにＳ状湾曲を助長することである。このような中央ビームはローレンツ力によるいかなる結果も消去するため内部に電流が流れない。
【０１１１】
ビームはビーム端部の各横アーム対を等しく逆の曲げ状態（例えば、内方向曲がりまたは外方向曲がり）にもたらす次元で安定化するように設計される。
【０１１２】
本発明の他の目的は撓みアームの長さ方向の歪みによりビーム上に掛かるどの力も平衡させることである。
【０１１３】
横アームは同じ長さに作られる。ビームの端部で以外の横アームの取付箇所はビームの端部の横アームの取付点間に集中される。ビームのためのアクチュエータとバイアス構造体はビームの端部に配置される。
【０１１４】
本発明の他の目的はＭＥＭＳ装置の縦および横方向の対称性を強めることであり、横アームとビームでの次元的な歪みの他の効果が打ち消される。
【０１１５】
一実施例において、力の急激な減少後のスナップ点までビームは第１方向のビームの縦の動きに増大して抗する力を与えるために湾曲される少なくとも１対の撓み横アームで支持される。この力はスナップ点後の方向を変化させるか、同一方向を維持する。
【０１１６】
本発明の他の目的はビーム装置の双安定または単安定動作モードを提供することにある。
【０１１７】
スナップ点後に、曲がりは力が急激に変化する第２スナップ点まで第１方向と逆の第２方向にビームの縦の動きに対して増加的に抗する。これらの第２スナップ点は第１スナップ点と異なる。
【０１１８】
本発明の他の目的は機械素子を使用してビームのヒステリシス作動を提供することである。
【０１１９】
異なる実施例において、ビームは角度付けされ縦方向に延びる少なくとも１つの撓み横アームにより支持される。センサー検出横運動はビームから除去された端部で第１横アームを受け止める。
【０１２０】
このように、本発明の目的はセンサー構造に伝達されるようにビームの力または運動の機械的増幅を提供することである。
【０１２１】
本発明はＭＥＭＳ技術を使用し製造され、アナログまたはデジタル信号を伝達するために適応した機械アイソレータを提供する。アイソレータは基板に支持され端部が互いに絶縁された特別に製造された微細ビームを使用する。ビームの一端は信号に基づきビームを動かすためユーザ入力信号を受信する微細アクチュエータに接続される。ビームの他端は対応する値を与えるためにビームの動きを検出するセンサーに取り付けられる。
【０１２２】
ユーザ信号のない状態でビームを動かす基板の加速は加速力を測定し信号から除去する第２同一ビームを形成することにより補償される。この技術はアイソレータでも基板の加速により生じる力または動きが相殺されねばならないＭＥＭＳ装置でも一般に使用可能である。さらに、この手法は温度や圧力のような加速または慣性以外の他の共通のノイズ源に対して応用される。
【０１２３】
具体的に、本発明は減少した慣性感度を有するマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）を提供する。本発明は基板と軸に対する基板に関連した動きのため基板から支持された第１素子を含む。第１アクチュエータは測定されるべきパラメータに依存し、素子を第２方向に促す力を与えるため第１素子に取り付けられる。この装置はさらに軸に対して動くため基板から支持された第２素子を含む。センサーアセンブリは第１および第２素子の動きを検出するためおよび基板の加速または他の共通モードノイズに鈍感であるような動きを減算する出力を与えるため第１および第２素子と交信する。
【０１２４】
本発明の目的は所望のパラメータの測定で干渉する加速に対して減少した感度を有するＭＥＭＳセンサーを提供することである。ＭＥＭＳ装置のこの小型化は同一であり同じ加速力を受けるように２つの組合せ素子が互いに接近して製造されるのを可能にするので、パラメータの測定に対して慣性作用を相殺するために使用できる慣性基準信号を与えることができる。
【０１２５】
第２素子は入力される入力信号またはアクチュエータを持たず、または慣性力のみ検出するようにアクチュエータを機能させる。または第２素子は測定されるべきパラメータに依存するが第２素子を第１素子のように反対方向に促す第２素子に力を与える機能アクチュエータを含む。
【０１２６】
本発明の他の目的は慣性ノイズを減らす簡単な相殺動作、または慣性ノイズを減らし所望の信号を増大させるより複雑な相殺動作を可能にすることである。
【０１２７】
パラメータは電気信号であり、第２および第１アクチュエータはパラメータに関連する入力信号を受信し、入力電気信号に依存する力を与える。この場合、装置はパラメータ電気信号を受信し、第２アクチュエータに反転電気信号を発生する反転回路を含む。
【０１２８】
本発明の目的は１つのＭＥＭＳ構造に対して電気信号を単に反転することにより同一ＭＥＭＳ構造で慣性ノイズ相殺動作を可能にし、装置を反対方向で動作させることである。
【０１２９】
ＭＥＭＳ装置は第２素子に取り付けられているが測定されるべきパラメータと交信せず且つ測定されるべきパラメータに依存する力を与えない第２アクチュエータを含む。
【０１３０】
本発明の目的は、慣性ノイズに均等に感知するように、アクチュエータを含む事実上同一ＭＥＭＳ構造を与えることである。
【０１３１】
上述の目的および利点は本発明の全ての実施例に適用されておらず、目的の特許請求の範囲に示される発明の範囲を規定するように意図されていない。以下の記載において、参照は、ここでは記載の一部を形成し例示により示される添付の図面と本発明の好ましい実施例に対して行われる。このような実施例は本発明の範囲を規定するものではなく、その目的のためには特許請求の範囲が参照されねばならない。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１３２】
Ｉ．第１実施例
図１を参照すると、発明毎にＭＥＭＳアナログアイソレータ１０はアクチュエータ１２、制御素子１４、および可動ビーム２０により機械的に相互接続されたセンサー１８を含む。
【０１３３】
アクチュエータ１２はビーム２０を矢印で示される作動方向２４に動かすためのアナログ電気入力信号２１が受信され機械力に変換される端子２２ａ、２２ｂ、および２２ｃ＋２２ｄを含む。ＭＥＭＳアナログアイソレータ１０の微細規模において、アクチュエータは当業技術で一般に知られている圧電アクチュエータ、熱膨張モータ、機械変位モータ、静電モータ、またはローレンツ力モータであり、後者の２つが以下により詳細に記載される。ローレンツ力モータまたは熱膨張モータでは、アナログ電気入力信号２１は圧電または静電モータのための電流であり、入力電気信号は電圧である。
【０１３４】
アクチュエータ１２はビーム２０の第１端部と連通する。ビーム２０の反対端部はビーム２０の動きを検出するセンサー１８により受け止められ、端子２６ａ、２６ｂ、および２６ｃ＋２６ｄを介して、ビーム２０の動きを示す出力信号３０を発生させるため直接測定されまたは処理エレクトロニクス２８により処理される電気信号を発生する。センサー１８はＭＥＭＳ設計の当業技術で知られた技術に従った圧電型センサー、光電センサー、抵抗センサー、光学切替センサー、または容量センサーである。好ましい実施例において、センサー１８は以下により詳細に示すように平衡型可動プレートコンデンサを使用する。
【０１３５】
双方向矢印３５で示されるように、作用方向２４と逆でありアクチュエータ１２の動作に抵抗する力、またはアクチュエータ１２の動作を増大させる作用方向２４の力をビーム２０に加える制御素子１４はアクチュエータ１２とセンサー１８間のビーム２０に取り付けられる。
【０１３６】
アナログ電気入力信号２１が無いと、制御素子１４はビーム２０をセンサー１８方向のある位置に保持する。理想的には、制御素子１４は作用方向２４のビーム２０の動きで増加する力を与える。このように、作用力とビーム２０の動きの簡単な関係が（例えば、簡単なばね型システムで）発生する。ＭＥＭＳアナログアイソレータ１０は極めて小さい摩擦および慣性を与えるので、この動きまたは力は不変であり急速である。代案として、制御素子１４は作用力のためにビーム２０の動きを拘束させる急激に増加する力を（帰還システムで）与える。ここでは、拘束力の大きさが出力信号を与える。
【０１３７】
記載されるように、制御素子１４により与えられる力は構造体に対する電流または電圧を変化させることにより調整可能であり、ビーム２０の小さい動き以外の全てを必然的に除去するため帰還モードで使用される。ビーム２０のある動きはセンサー１８が必要な相殺帰還を与えるために必要であるが、動きはより著しい動きで生じるＭＥＭＳアナログアイソレータ１０のアクチュエータと機械素子の非直線性が除去される程度に減少する。具体的には、このモードにおいて、ビーム２０の動きは位置信号を発生させるため処理エレクトロニクス２８により検出される。位置信号はビーム２０を零点に戻す復帰力を発生させるため制御素子に向けられる誤差信号３１を発生させるため基準信号２９と比較される。制御素子１４に対する誤差信号の接続は良く知られた帰還技術に従ってシステムを補償する帰還ネットワーク３３により直接またはさらに変更される。帰還ネットワーク３３は電圧をセンサ−１８方向の作用のための端子５０の帰還を有する端子３８ｃおよび３８ｄに、または静電モータが力の単一方向のみ与える事実を反映するアクチュエータ１２方向の作用のための端子５０の帰還を有する端子３８ａおよび端子３８ｂに向ける。
【０１３８】
ビーム２０はアクチュエータ１２またはセンサー１８の一部を形成するように、各々、アクチュエータ１２とセンサー１８に配置された導電部３２ａおよび３２ｂを含む。絶縁部３４ａおよび３４ｂは導電部３２ａおよび３２ｂを制御素子１４の一部である中央の導電部３２ｃから分離し、絶縁部３４ａおよび３４ｂが３個の分離領域３６ａ−ｃを規定する。第１領域３６ａはアクチュエータ１２と導電部３２ａを含み、第２領域３６ｂは中央の導電部３２ｃと制御素子１４を含み、第３領域３６ｃは導電部３２ｂとセンサー１８を含む。
【０１３９】
絶縁されたビーム２０はアクチュエータ１２を介して作用するアナログ電気入力信号２１がアナログ電気入力信号２１から電気的に分離されたセンサー１８で対応する出力信号３０を発生する機構を提供する。制御素子１４は入力信号および／または出力信号３０から電気的に絶縁される。
【０１４０】
制御素子１４は好ましくはローレンツ力モータまたは以下に述べられる型の静電モータである。これらの２つの制御素子の前者では、端子３８ａおよび３８ｂおよび帰路５０が制御素子１４により与えられる相殺力を指示する双方向電流を与えるため設けられる。電流の方向は力の方向を指示する。後者の静電構造において、端子３８ａ、３８ｂ、３８ｃ、および３８ｄが設けられる。電圧は力の方向を決定するため（帰路５０に対して）端子対３８ａおよび３８ｂにまたは（帰路５０に対して）端子対３８ｃおよび３８ｄに印加される。
【０１４１】
図２を参照すると、ビーム２０は基板４２に取り付けられた横方向の対向パイロン４４間の中間線に沿って通る縦軸４０に沿って基板４２上に延びる。この複数のパイロンは上述のように端子２２ａおよび２２ｂ、３８ａ−３８ｄ、２６ａおよび２６ｂを形成する。理想的には、基板４２は絶縁基板であり、パイロン４４は全て相互に分離され、さらに必要な接続部を形成するために特有の導体層が配置されるかワイヤボンド形成される。
【０１４２】
ビーム２０は基板４２から離間するように支持され、ビーム２０の両端部の対向側部および中央部で横方向に延びる撓みアーム対４６により縦軸４０に沿った動きを保持する。撓みアーム４６はビーム２０の各側部でビーム２０から横方向に除去された肘部４８にビーム２０から離間するように延びる。肘部４８はビーム２０の近傍点で基板４２に取り付けるため戻る膨張補償器５０に接続する。上述のように、これらの膨張補償器は必ず必要とするものではない。これらは、必要な場合、ストレス解放手段として作用する。撓み横アーム４６は一般的に接続される膨張補償器５０と平行である。撓み横アーム４６と肘部４８と膨張補償器は、導電部３２ａ、３２ｂ、および３２ｃと固定電気端子（図示せず）間に電気接続を与えるために導体である。
【０１４３】
図４を参照すると、基板４２に対する取付箇所５２と肘部４８の対応する撓み横アーム４６に対する接続部間の各膨張補償器５０の長さＬ１と、ビーム２０に対する接続部と肘部４８間の距離として規定される撓み横アーム４６の長さＬ２はほぼ等しく設定され、撓み横アーム４６内の熱効果により生じる膨張は膨張補償器５０の膨張によりほぼまたは完全に相殺される。この方法で、テンションまたは圧縮はほとんど撓み横アーム４６に生じない。この実施例の撓み横アーム４６と膨張補償器５０は同一の材料で製造されるが、異なる材料が使用でき、長さＬ１およびＬ２が熱膨張係数の差を反映するため調整できる。アームの折り返しは要求されない。直線の接続も作用する。アームの折り返しがストレス解放特性を与える。ビーム内のストレスはばね定数に影響を与える。所望のばね定数および他の幾何学的およびプロセス（例えば、基板選択）事項に依存して、ストレス解放が必要とされるか、されないか、または望まれる。
【０１４４】
図５ａを参照すると、肘部４８は膨張補償器５０から撓み横アーム４６に縦方向に延びる蛇行部５４を含む。図５ｂに示されるように、蛇行部５４は本質的に半径調整ピボットを与えるように撓み横アーム４６と膨張補償器５０間に角度αを可能にし、ビーム２０の動きでビーム２０上の撓み横アーム対４６により与えられる力を減少させ、構造の剛性を減少させる。
【０１４５】
再度図２および図３を参照すると、撓み横アーム対４６間に、ビーム２０は絶縁部３４ａおよび３４ｂに横付けされたＴバー５６を形成するために膨張する。Ｔバー５６に取り付けられた絶縁材料５８は絶縁部３４を形成する。一般的に、ビーム２０は基板４２の上方に吊され且つ上部導電積層６０（例えば、上部アルミニウム層と選択的である多結晶シリコンまたは結晶シリコン）と二酸化シリコンまたは窒化シリコンのような下部絶縁層６２とからなる構造を製造するため良く知られたＭＥＭＳ処理技術を使用して形成される。絶縁部３４は選択エッチング技術を使用する当該技術分野で良く知られた技術に従って領域３４ａおよび３４ｂの上部層をエッチング除去することにより簡単に得られる。これらの構造を製造する改良された方法は参考のためここに添付された２０００年１２月１２日発行の米国特許第６，１５９，３８５号に記載されている。Ｔバー５６の端部および角部はこれらの間の絶縁破壊電圧を増やすために丸められる。
【０１４６】
上部導電層６０と下部絶縁層６２の各々は、当業技術で良く知られた技術により層６０および６２を基板４２に正常に取り付ける犠牲層を除去するため、層６０および６２の下方にエッチング液を導くのを支援するように垂直に延びるチャネル６４により穴明けされる。
【０１４７】
再度図２を参照すると、アクチュエータ１２の一部を形成するようなビーム２０の部分３２ａは、端子２２ａおよび２２ｂを表すパイロン４４に取り付けられた対応する横方向で内方向に延長する固定容量プレート６８とオーバラップする横方向で外方向に延びる可動容量プレート６６を有する。可動容量プレート６６と対応する固定容量プレート６８の各々は、ビーム２０のより大きな縦移動範囲に渡ってより均一な静電力を与えるように（簡単な平行プレートコンデンサに対向するように）相互に係合する指部を有する。このように形成された静電モータは、ビーム２０を作動方向２４に促すため端子２２ｂおよび２２ａが（端子２２ｃ＋２２ｄに接続された）ビーム２０の電圧より大きい正電圧に接続された状態で、容量プレート６６と６８間の吸引力を使用して動作する。このため、固定容量プレート６８は一方が作動方向に進むのでビーム２０の両側で可動容量プレート６６の後部である。容量プレート６６と６８は基板４２からビーム２０を自由にするために使用されるエッチング処理中のビームにより基板４２上で片持ちに形成される。
【０１４８】
パッド３８ａ−３８ｄを形成するようなビームの横付け部分３２ｃのパイロン４４は２つの個別の対状態の可動容量プレート６６と固定容量プレート６８を含む。注目されるように、この区画は制御素子１４と２個の静電モータを与える。２個の静電モータとして、（端子３８ｃおよび３８ｄを使用する）一方は作動方向２４に動くにつれて可動容量プレート６６が固定容量プレート６８に追従する状態でアクチュエータ１２の反対方向の力を発生するために形成され、（端子３８ａおよび３８ｂを使用する）他方は一方が作動方向２４に動くにつれて可動容量プレート６６が固定容量プレート６８に先行する状態でアクチュエータ１２に同一方向の力を発生するために形成される。これらの２つのアクチュエータは閉ループシステムの最良で可能な制御を与えるため組合せで使用される。
【０１４９】
図２を参照すると、ビームの部分３２ｂは可動容量プレート６６と固定容量プレート６８を支持する。しかしながら、この場合、容量プレートは静電モータを形成するため作用しないが、可動容量プレート６６と固定容量プレート６８間の容量変化がビーム２０の位置を指示するために働くセンサー手段として作用する。この点で、固定容量プレート６６と可動容量プレート６８の順番はビーム２０の反対側で逆になる。可動容量プレート６６は一方が（端子２６ａと端子２６ｃ＋２６ｄ間で測定されるように）作動方向２４に動くのでビームの第１側部（図２に示される上部）で固定容量プレート６８に先行している。これに対して、逆の順番は（端子２６ｂと端子２６ｃ＋２６ｄ間で測定されるように）ビーム２０の下部で生ずる。従って、ビーム２０が作動方向２４に動くにつれて、上部の可動容量プレート６６と固定容量プレート６８を上方に動かすことにより形成される容量が増加し、下部プレートにより形成される容量が減少する。上部容量の値が下部容量の値と交差する点は零点を正確に規定し、好ましくはビーム２０の移動の中央に設定される。
【０１５０】
この技術分野で良く知られた容量を比較する技術がビーム２０の位置を評価するために利用される。これらの容量の極めて正確な測定値を与える１つの回路は参考のためここに添付された２０００年９月２９日提出の係属中の出願第０９／６７７，０３７号に記載されている。
【０１５１】
一般的に、ＭＥＭＳアナログアイソレータ１０の動作構造は熱膨張をよりよく補償するように縦軸４０に沿ってビーム２０の中央を通る軸周囲に対称に形成される。さらに、容量プレートの動作面積、即ち、アクチュエータ１２と制御素子１４のためのビーム２０の両側でのプレート６６および６８の動作面積は平衡されるように等しく作られる。同様な理由で、静電モータの容量と制御素子１４のコンデンサは容量プレート６６と６８間の不均一な力により生じる僅かな捻れ量をよりよく制御するように撓み横アーム対４６間に配置される。
【０１５２】
図６を参照すると、上述のアクチュエータ１２と制御素子１４を形成する１または２つの静電モータは力が容量プレート間の静電引力でなく磁界を有する電流の相互作用により発生するローレンツ力モータに置換可能である。ローレンツ力モータ７５において、磁界（例えば、図示しない永久磁石）は基板に標準の磁束７０を発生するためＭＥＭＳアナログアイソレータ１０の近傍に発生する。ビーム２０の反対側で撓み横アーム４６を支持する膨張補償器５０は互いに電気的に分離されるので、電流７２を撓み横アーム４６を介して流すため電圧が膨張補償器５０間に発生する。磁石により発生した磁界内の電流は静電モータに代えて作用するビーム２０に縦方向の力を発生させる。偏向量は右手の法則に従って磁界７０の磁束密度、電流量、および撓み横アーム対４６の柔軟性により決定される。
【０１５３】
ローレンツ力モータ７５は作用方向２４と同一方向の力またはその反対方向の力を発生するため何れかの方向の電流を受け入れることを意味する２象限である。従って、ローレンツ力モータ７５（または上述の制御素子１４の双方向静電モータ）の場合、ＭＥＭＳアナログアイソレータ１０は、光アイソレータと異なり、２つの極性で動作する。
【０１５４】
図７を参照すると、ビーム部分３２ａ上に位置決めされるアクチュエータ１２はビーム２０の動きを検出するため第２センサー７４と組み合わせられる。センサー７４は、信号の伝達でより大きな信頼性を確実にするために使用されるようなビーム２０の動きに関して、アナログ電気入力信号２１を発生する装置に分離帰還を与えるために使用される。
【０１５５】
代替的にまたは追加的に、センサー１８はアクチュエータ１２の同一配向を有し分離部３２ｂに位置決めされたアクチュエータ７６と組み合わされる。アクチュエータ７６がセンサー７４と組み合わされると、分離信号をビーム２０の何れかの端部から他端に伝達する双方向アナログアイソレータが形成される。この実施例の他の変形は制御素子を除去し、その代わり、アクチュエータ７６および１２が制御素子のような他のアクチュエータによる伝送中に使用される。このような装置はあるマルチループアナログシステムにおいてまたは規模調整のために有益である。
【０１５６】
より大きい回路の複雑さで、アクチュエータ１２のある素子、制御素子１４、およびセンサー１８が個別の構造に組み合わされ、これらの条件は、個別の構造として実現されるかどうかを問わず、アクチュエータ制御素子１４およびセンサー１８の機能と同等の機能をカバーするように考慮される。さらに、制御素子１４、アクチュエータ１２、およびセンサー１８の相対的位置が交換され、分離信号伝達を提供することもできる。
【０１５７】
図８を参照すると、デジタル語出力１００は当業技術で既知の型の容量比較回路１０２によりセンサー１８のコンデンサの比較に直接起因する誤差信号３１を利用することによりセンサー１８から得られる。これらの容量の極めて正確な測定値を提供するための一回路は参考のためここに添付された２０００年９月２９日提出の係属中の出願第０９／６７７，０３７号に記載されている。そのように構成されるように、誤差信号３１は（制御素子１４に接続されると）センサー１８の容量の値が他の値より大きい関係を変化させる位置に依存するビーム２０を零位置に復帰させる傾向がある。容量比較回路１０２の出力は一般的にビーム２０が作用力と復帰力の影響下で零点を前後に迷走するように発生するデューティサイクル変調方形波１０４である。ビーム２０は誤差信号３１の加算平均を与えるので、その平均力は作用力に比例する。カウンタ１０６は誤差信号３１が高レベル状態にある時間の割合を測定する。一実施例において、容量比較回路１０２の出力は誤差信号３１が高レベルである期間カウンタ１０６にカウントアップさせるため高速クロック信号と論理積がとられる。カウンタは第２時間間隔信号１１０により周期的にリセットされる。リセット直前のカウンタ１０６の値は誤差信号３１のデューティサイクル、従って、作用信号に比例する。クロック信号１０８の周波数と時間間隔信号１１０の周期は当業技術で既知の方法に従ってデジタル語出力１００の所望の分解能に従って選択される。
【０１５８】
再度図２を参照すると、ＭＥＭＳ形成は、基板４２の一部が例えば、上述の容量検出回路を実施するような多くのソリッドステートの装置を有する集積回路７３を含むことを可能にする。多くのＭＥＭＳアナログアイソレータ１０は要求された電流を流すために作られた適切な相互接続部を有する単一の集積回路上に搭載される。一般的に、本発明のＭＥＭＳアナログアイソレータ１０を使用して、産業用の制御装置のような任意の複雑さを持つ単一の集積回路は互いに同時に製造された同一の基板４２上にアイソレータを含む。これらのＭＥＭＳアナログアイソレータ１０はデジタル語の形態で、またはオンボードデジタル／アナログ変換器に集積回路７３からの分離されたアナログ出力部を使用して、残りの集積回路に入力部を提供する。
【０１５９】
ＩＩ．第２実施例
図９を参照すると、発明毎のＭＥＭＳデジタルアイソレータ２１０は可動ビーム２２０により機械的に相互接続されたアクチュエータ２１２、バイアス構造体２１４、およびセンサー２１８を含む。
【０１６０】
アクチュエータ２１２は電気入力信号２２１が受信され且つビーム２２０を矢印により示される作用方向２２４に動かす機械力に変換される端子２２２ａ、２２２ｂ、および２２２ｃ＋２２２ｄを含む。ＭＥＭＳデジタルアイソレータ２１０の微細規模において、アクチュエータ２１２は当業技術技術で既知である圧電アクチュエータ、熱膨張モータ、機械変位モータ、静電モータ、またはローレンツ力モータである。後者の２つが以下でより詳細に述べられる。ローレンツ力モータまたは熱膨張モータの場合、電気入力信号２２１は圧電または静電モータ用の電流であり、入力電気信号は電圧である。
【０１６１】
アクチュエータ２１２はビーム２２０の第１端部と連通する。ビーム２２０の反対端部はビーム２０の動きを検出するセンサー２１８により受け止められ、ビーム２２０の動きを示す出力信号２３０を発生するため、端子２２６ａ、２２６ｂ、および２２６ｃ＋２２６ｄを通して、処理エレクトロニクス２２８により直接計測されまたはさらに処理される電気信号を発生する。センサー２１８は、ＭＥＭＳ設計の当業技術で既知の技術に従って、圧電型センサー、光電センサー、抵抗センサー、光学切替センサー、または容量センサーである。好ましい実施例において、センサー２１８は以下により詳細に説明される平衡型可動プレートコンデンサを使用する。
【０１６２】
矢印２３５により示される作用方向２１８と逆でありアクチュエータ２１２の動作に抵抗する力をビーム２２０に与えるバイアス構造体２１４がアクチュエータ２１２とセンサー２１８間のビーム２２０に取り付けられる。
【０１６３】
電気入力信号２２１がない場合、バイアス構造体２１４はセンサー２１８に向かう位置にビームを保持する。理想的には、バイアス構造体２１４は固定された力またはビーム２２０の作用方向２２４の動作で僅かに減少する力を与える。このように、正確に規定された閾値が作用力のために発生する。バイアス構造体２１４で発生する力を僅かに下回るビーム上の力を誘発する電気入力信号２２１はビーム２２０の動きを生じさせない。一実施例において、バイアス構造体２１４で発生する力を僅かに上回る力を誘発する電気入力信号２２１は作用方向２２４にさらなる程度までビーム２２０の急速で完全な動きを生じさせる。変形実施例では機械または電気技術を使用するビーム２２０の動きにおいてヒステリシスに制限されない動作を含むリニアまたは非リニア動作を提供する。このように、電気入力信号２２１に課された２進信号は作用方向２２４の一端または他端に対するビーム２２０の動きに明白に変換される。ＭＥＭＳデジタルアイソレータ２１０は極めて小さい摩擦および慣性を提供するので、動きは非常にうまく規定され且つ急速である。
【０１６４】
記載されるように、バイアス構造体２１４により与えられる力は構造体に対する電流または電圧を変更することにより調整可能である。バイアス構造体２１４の力が調整可能である場合、望ましく設定されるので、バイアス力は電気入力信号２２１により発生した力の規定高値および規定低値間の中間点である。もしアクチュエータ２１２とバイアス構造体２１４を実施するために使用される構造が必然的に同じであり、入力およびバイアスが電流である場合、バイアス構造体に加えられた電流は入力電流電気入力信号２２１の所望範囲の半分にほぼ設定される。もしアクチュエータ２１２とバイアス構造体２１４を実施するために使用される複数の構造が必然的に同じであり、入力およびバイアスが電圧である場合、バイアス構造体に加えられた電圧は、その二乗が入力電圧電気入力信号２２１の所望の範囲の高値と低値の二乗の中間点に等しいようにほぼ設定される。一般的に、静電力はＶ２に比例する。例えば、もしＶ（低）＝０，Ｖ（高）＝１０であると、二乗は０と１００であるので、もしアクチュエータ２１２とバイアス構造体２１４が同一に構成されると、Ｖ（バイアス）は５０＝７．１の平方根である。
【０１６５】
本発明は作用方向２２４と逆の一定の力は実現されないがバイアス構造体２１４により与えられる力が作用方向のビーム２２０の動きで僅かに増加する通常のばねのような理想的と言えないバイアス構造体２１４で動作する。
【０１６６】
さらに変形実施例において、バイアス力は抵抗力が（子供のクリッカのような）その力に抗する動きで急激に低下するオーバーセンターばねのように動作させるため撓みアーム対２４６の圧縮応力により与えられる。このように構成された撓みアーム対２４６はバイアス構造体をラッチする機能を追加できる。バイアス構造体２１４はラッチをリセットするように使用できる。撓みアーム対２４６を湾曲状に構成することによりバイアス容量モータを必要とせずにバイアスを加えることができる。
【０１６７】
代案として、「スナップ動作」は非対称バイアス容量指部２６６および２６８または平行プレートを使用することにより得られる。上述したように、平行プレートは二乗法則力／変位特性を有する。同じ効果は横方向に動くにつれて指部の縦の長さを等級付けすることにより容量指部を使用して得られる。
【０１６８】
ビーム２２０はアクチュエータ２１２またはセンサー２１８の一部を形成するように、それぞれアクチュエータ２１２とセンサー２１８に配置された導電部２３２ａおよび２３２ｂを含む。絶縁部２３４ａおよび２３４ｂは導電部２３２ａおよび２３２ｂをバイアス構造体２１４の一部である中央の導電部２３２ｃから分離し、絶縁部２３４ａおよび２３４ｂは３個の絶縁領域２３６ａ−ｃを規定する。第１領域２３６ａはアクチュエータ２１２と導電部２３２ａを含み、第２領域２３６ｂは中央導電区画２３２ｃとバイアス構造体２１４を含み、第３領域２３６ｃは導電区画２３２ｂとセンサー２１８を含む。
【０１６９】
絶縁ビーム２２０はアクチュエータ２１２を介して作用する電気入力信号２２１が電気入力信号２２１から電気的に分離されたセンサー２１８から対応する出力信号２３０を発生する機構を提供する。バイアス構造体２１４が入力信号および／または出力信号２３０から電気的に分離される。
【０１７０】
バイアス構造体２１４は好ましくは以下に述べられる型の静電モータまたはローレンツ力モータである。後者の２つの電子バイアス構造体の場合、端子２３８ａ＋２３８ｂおよび２３８ｃ＋２３８ｄはバイアス構造体２１４により与えられた相殺力を指示する電圧または電流を加えるために提供される。このように、デジタルアイソレータは非作用状態から作用状態に変化する正確な閾値は、光アイソレータで入手できない選択肢である、特有の環境のために調整できる。
【０１７１】
図１０を参照すると、ビーム２２０は基板２４２に取り付けられた横方向に対向する複数のパイロン２４４間の中間線に沿って通過する縦軸２４０に沿って基板２４２上方に延在する。複数のパイロンは上述された端子２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、２２２ｄ、２２６ａ、２２６ｂ、２２６ｃ、２２６ｄ、２３８ａ、２３８ｂ、２３８ｃ、および２３８ｄを形成する。
【０１７２】
理想的には、基板２４２は絶縁基板であり、複数のパイロン２４４は全て相互に分離され、特有の複数の導電層が必要な接続を行うため配置される。
【０１７３】
ビーム２２０は基板２４２から離間するように支持され、ビーム２２０の両端の対向側部とその中央部で横方向に延びる撓みアーム対２４６により縦軸２４０に沿った動きを保持する。撓みアーム２４６はビーム２２０からビーム２２０の各側部でビーム２２０から横方向に除去された肘部２４８に離間するように延びる。肘部２４８はビーム２２０に近い箇所で基板２４２に取り付けられるために戻る膨張補償器２５０につながる。これらの膨張補償器２５０は必ずしも必要とされない。必要な場合は、ストレス解放手段としてである。撓み横アーム２４６は一般的にこれらのアームに接続される膨張補償器２５０に平行である。撓み横アーム２４６、肘部２４８、および膨張補償器は導電部２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃおよび固定端子（図示せず）間に電気接続を形成するために導体である。
【０１７４】
図１２を参照すると、停止装置２６１は他の分離技術により与えられた方法に類似した方法でデジタルアイソレータの出力を効果的に制限しまたはクランプするビーム２２０の過剰動程を防止するように撓み横アーム２４６および膨張補償器２５０または他の固定構造間に追加される。
【０１７５】
図１２を参照すると、基板２４２に対する取付箇所２５２と肘部２４８で対応する撓み横アーム２４６への接続部間の各膨張補償器２５０の長さＬ１とビーム２２０に対する接続部と肘部２４８間の距離として規定される撓み横アーム２４６の長さＬ２がほぼ等しく設定されるので、撓み横アーム２４６内の熱効果により生じる膨張は膨張補償器２５０の膨張によりほぼまたは完全に相殺される。このように、撓み横アーム２４６に張力または圧縮をほとんど発生しない。この実施例において撓み横アーム２４６と膨張補償器２５０は同じ材料で形成され、しかしながら、異なる材料が使用され、長さＬ１およびＬ２は熱膨張係数の差を反映するために調整される。
【０１７６】
図１３ａを参照すると、肘部２４８は膨張補償器２５０からその撓み横アーム２４６に縦方向に延びる蛇行部２５４を有する。図１３ｂを参照すると、蛇行部２５４は，本質的にビーム２２０の動きでビーム２２０上の撓み横アーム対２４６により与えられる力を減少させ且つバイアス構造体の剛性を減少させる半径調整ピボットを与えるように、撓み横アーム２４６と膨張補償器２５０間の角度αを可能にする。
【０１７７】
再度図１０および図１１を参照すると、複数の撓み横アーム対２４６間に、ビーム２２０は絶縁部２３４ａおよび２３４ｂを横付けするＴバー２５６を形成するように延びる。Ｔバー２５６に取り付けられた絶縁材料２５８は絶縁部２３４を形成する。一般的に、ビーム２２０は基板２４２の上方に吊された構造を製造するため既知の集積回路処理技術を使用して製造され、上部導体積層２６０（例えば、上部アルミニウム層と選択的に形成される多結晶シリコンまたは結晶シリコン）と二酸化シリコンまたは窒化シリコンのような下部絶縁層２６２から形成される。絶縁部２３４は選択的エッチング技術を使用する当業技術で既知の技術に従って領域２３４ａおよび２３４ｂの上層を単にエッチング除去することにより得られる。これらの構造を製造する改良された方法は参考のためここに添付された１９９９年９月２８日提出の係属中の出願第０９／４０６，３６４号の「電流検出方法」に記載されている。
【０１７８】
上部導電層２６０と下部絶縁層２６２の各々は当業技術で既知の技術に従って層２６０および２６２を基板２４２に正常に付着する犠牲層を除去するために層２６０および２６２の下にエッチング液を導くのを助けるように垂直に延びるチャネル２６４により穿孔されている。
【０１７９】
再度図１０を参照すると、アクチュエータ２１２の一部を設けるようなビーム２２０の区画２３２ａは端子２２２ａ、２２２ｂ、２２２ｃ、および２２２ｄを表すパイロン２４４に取り付けられた対応する横方向で内方向に延びる固定容量プレート２６８とオーバラップする横方向で外方向に延びる可動容量プレート２６６を有する。可動容量プレート２６６と対応する固定容量プレート２６８の各々はビーム２２０の縦方向のより大きな移動範囲に渡ってより均一な静電力を与えるように相互に係合する指部を有する。容量プレートは相互に係合する指部より小さい直線性を有する簡単な平行プレートアームである。このように形成された静電モータは、端子２２２ａ＋２２２ｂおよび２２２ｃ＋２２２ｄがビーム２２０を作用方向２２４に促すためビーム２２０のそれより大きい正電圧に接続された状態で、容量プレート２６６と２６８間の引力を使用して動作する。このため、固定容量プレート２６８は一方が作用方向に移動するのでビーム２２０の両側で可動容量プレート２６６の後部にある。容量プレート２６６と２６８はビーム２２０を基板２４２から解放するために使用されるエッチング下でビームにより基板２４２の上方に片持ちに支持される。
【０１８０】
パッド２３８ａ、２３８ｂ、２３８ｃおよび２３８ｄを形成するようにビームの区画２３２ｃを横付けするパイロン２４４は可動容量プレート２６６および固定容量プレート２６８を含む。注目されるように、この区画はバイアス構造体２１４を与え、形成された静電モータは一方が作用方向２２４に動くと可動容量プレート２６６が固定容量プレート２６８に追随するようにアクチュエータ２１２に対して逆方向に動作する。
【０１８１】
容量プレート２６６と２６８の相互面積とビーム２２０、アクチュエータ２１２およびバイアス構造体２１４の非作用位置のための分離は実質的に等しいので、バイアス構造体パッド２３８ａ＋２３８ｂおよび２３８ｃ＋２３８ｄの電圧はＭＥＭＳデジタルアイソレータ２１０を作動させるために端子２２２ａ＋２２２ｂおよび２２２ｃ＋２２２ｄの入力電圧を通す閾値をほぼ規定する。
【０１８２】
図１０を参照すると、ビームの区画２３２ｃは可動容量プレート２６６および固定容量プレート２６８を支持する。しかしながら、この場合、容量プレートは静電モータを形成するために働かず、可動容量プレート２６６と固定容量プレート２６８間の容量変化がビーム２２０の位置を示すように作用する検出手段として働く。この点に関して、固定容量プレート２６６および可動容量プレート２６８の順番はビーム２２０の反対側で逆になる。可動容量プレート２６６は作用方向２２４に対する「下流」であるビームの第１の側（図１０に示される上部）で固定容量プレート２６８の右側である。一方、逆の順番は、可動容量プレート２６６が固定容量プレート２６８の左側である状態で、ビーム２２０の下部側で生じる。従って、ビーム２２０が作用方向２２４に動くにつれて、上部可動容量プレート２６６と固定容量プレート２６８により形成される容量が増加し、下部プレートにより形成される容量は減少する。上部容量の値が下部容量の値に交差する点は零点を正確に規定し、好ましくはビーム２２０の移動の中間を設定する。
【０１８３】
上述したように、両方のコンデンサが可変であることは必ずしも必要ではない。可変コンデンサと固定コンデンサの使用は中間タップの電圧に同じ質的影響が実現される変形実施例を提供する。同一方向に動く両方のコンデンサを持つことは図１０に示される３端子構造として作用しない。当業者に認識されるように、容量と異なる端子構造を測定する代案の方法が適用されなければならない。
【０１８４】
当業技術で知られた容量を測定する技術がビーム２２０の位置を評価するために使用できる。これらの容量の極めて正確な測定値を提供する１回路は参考のためここに添付された２０００年９月２９日提出の係属中の出願第０９／６７７，０３７号に記載されている。
【０１８５】
一般的には、ＭＥＭＳデジタルアイソレータ２１０の動作構造は熱膨張をよりよく補償するため縦軸２４０に沿ってビーム２２０の中間を通る軸周りで一般的に対称であるように構成される。さらに、アクチュエータ２１２とバイアス構造体２１４のためのビーム２２０の両側で容量プレート２６６および２６８の動作面積は平衡であるように等しく作られる。同様な理由で、静電モータとバイアス構造体２１４のコンデンサは容量プレート２６６と２６８間の不均一な力により生ずる僅かな捻れ量をよりよく制御するように撓み横アーム対２４６間に配置される。
【０１８６】
図１４を参照すると、上述のアクチュエータ２１２とバイアス構造体２１４を形成する静電モータの１つまたは両方は力が一般的に複数の容量プレート間の静電引力でなく磁界を有する電流の相互作用により発生するローレンツ力モータ２７５に置換可能である。ローレンツ力モータ２７５において、磁界（例えば、図示しない永久磁石）は基板標準の磁束２７０を発生するためＭＥＭＳデジタルアイソレータ２１０の近傍で発生する。ビーム２２０の反対側で撓み横アーム２４６を支持する膨張補償器２５０は互いに電気的に分離されるので、電圧が膨張補償器２５０間に発生し、電流２７２が撓み横アーム２４６中に流れる。磁石により発生する磁界中のこの電流は静電モータに代えて作用するビーム２２０に縦方向の力を発生する。偏向量は一般に右手の法則に従った磁界２７０の磁束密度、電流量、および撓み横アーム２４６の柔軟性で決まる。
【０１８７】
図１５を参照すると、ビーム区画２３２ａ上に位置決めされたアクチュエータ２１２はビーム２２０の動きを検出する第２センサー２７４と組み合わされ、このセンサー２７４は、信号の伝送においてより大きな信頼性を保証するために使用されるようにビーム２２０の動きに関して、電気入力信号２２１を発生する装置に分離された帰還を与えるために使用される。
【０１８８】
代替的にまたは追加的に、センサー２１８はアクチュエータ２１２の同一配向を有するアクチュエータ２７６と組み合わされるが、分離区画２３２ｂに位置決めされる。アクチュエータ２７６がセンサー２７４と組み合わされると、分離信号がビーム３３２の一端から他端に送られる双方向デジタルアイソレータが形成される。この実施例の変形例はバイアス構造体２１４を除去するが、アクチュエータ２７６および２１２が他のアクチュエータによる伝送中バイアス手段として使用される。このような装置はいわゆる３状態または双方向入力ラインのために有益である。
【０１８９】
より複雑な回路規模で、アクチュエータ２１２、バイアス構造体２１４、およびセンサー２１８の素子の一部が個別の構造で組み合わせ可能である。従って、これらの条件は個別の構造として実現できるかどうかを問わずにアクチュエータバイアス構造体２１４およびセンサー２１８の機能と同等の機能を含むことが考慮される。さらに、バイアス構造体２１４、アクチュエータ２１２およびセンサー２１８の相対的位置は交換可能であり、それにより分離された信号伝達を提供できる。
【０１９０】
再度図１０を参照すると、ＭＥＭＳの形成は、基板２４２の一部が例えば、上述の容量検出回路を実施できるような多数のソリッドステートの装置を有する集積回路２７３を含むことを可能にする。多数のＭＥＭＳデジタルアイソレータ２１０は要求された電流を送るように作られた適切な相互接続部を有する単一の集積回路上に搭載可能である。一般的に、本発明のＭＥＭＳデジタルアイソレータ２１０を使用して、産業用の制御装置のような任意の複雑さを持つ単一の集積回路が互いに同時に製造された同一基板２４２上にアイソレータを有する。これらのＭＥＭＳデジタルアイソレータ２１０は残りの集積回路に入力部および出力部を提供する。
【０１９１】
センサー２１８、アクチュエータ２１２、およびバイアス構造体２１４が特有の用途の需要により決定されるようなビーム２２０上のどのような相対位置にも配置可能である。一例として、入力信号はビーム２２０の中央に配置されたアクチュエータ２１２により受信される。一般的に、対称性は必要でない。
【０１９２】
ＩＩＩ．第３実施例
図１６を参照すると、本発明のＭＥＭＳ装置３１０は３個の横アーム対３１４、３１６、および３１８上に支持された縦長ビーム３１２含む。横アーム３１４がビーム３１２の最も左側の縦端部の反対側から延び、横アーム３１６はビーム３１２の縦の中央部の反対側から延び、および横アーム３１８はビーム３１２の最も右側の縦端部の反対側から延びる。横アーム３１４、３１６および３１８を撓みにより支持されるように、ビーム３１２は自由であり、縦軸３２０に沿って動く。
【０１９３】
このビーム構造体はビーム３１２に沿って配分され絶縁区画３２８および３３０により分離されたアクチュエータ３２２、センサー３２４、およびバイアス手段３２６の組合せを採用することにより多数の有益なＭＥＭＳを提供する。一般的に、アクチュエータ３２２とバイアス手段３２６はローレンツ力モータ、静電モータ、圧電モータ、熱膨張モータ、および機械変位モータの何れかであり、センサー３２４は容量センサー、圧電センサー、光電センサー、抵抗センサー、光学切替センサー、または誘導センサーの何れかである。
【０１９４】
図１７を参照すると、電気アイソレータとして使用するために且つ図１６のビーム構造体に従って構成されたＭＥＭＳ装置３１０は絶縁区画３２８と３３０により分離された導電ビーム部３１２ａ、３１２ｂ、および３１２ｃに分割されたビーム３１２を提供する。アクチュエータ３２２は縦軸３２０に沿って力を発生させるため磁界３３２が存在する場合横アーム３１４に沿って電流を流すローレンツ力アクチュエータである。電流は端子３３４を通して横アーム３１４に与えられる。
【０１９５】
センサー３２４は互いに入り込んだ容量プレート３３６ａおよび３３６ｂを有するコンデンサ列３３５により与えられ、プレート３３６ａの間隔はビーム３１２の右方向の縦の動きを増加させ、プレート３３６ｂの間隔はビーム３１２の右方向の動きと共に減少する。端子３３８ａ、３３８ｂ、および３３８ｃに沿ってアクセス可能なプレート３３６ａと３３６ｂの容量の比較は、プレート３３６ａおよび３３６ｂの容量が理想的に等しい零位置状態で、ビーム３１２の位置測定値を与える。縦および横方向のビーム３１２の正確な配置が容量プレート３３６ａおよび３３６ｂの適切な動作のため要望される。
【０１９６】
最終的に、バイアス手段３２６が磁界３３２中で端子３４０により導入された横アーム３１８に流れる電流により形成されたローレンツ力モータにより与えられる。
【０１９７】
ＭＥＭＳ装置３１０の構造は、例えば、金属層、シリコン層、および酸化層を有する３層を一般的に含む。図１７に示されるビーム３１２と横アーム３１４、３１６および３１８の構造は、ビーム３１２に対して末端の横アーム３１４、３１６、および３１８の端部が端子３３４、３３８および３４０のみで基板３４２に接続された状態で、基板３４２から自由に切り欠きされた３層の全てを含む。絶縁区画３２８および３３０は金属とシリコン３４４の上部層を酸化物のブリッジのみ残しながらシリコン３４４を除去することによりまたは他の同様な方法により形成される。
【０１９８】
動作において、横アーム３１４に流れる電流は横アーム３１８を流れる電流により生じるバイアス力に対するビーム３１２の動きを生じる磁界３３２との相互作用による作用力を発生する。この最終効果は容量列３３６ａおよび３３６ｂで検出される。この方法で、アナログまたはデジタルアイソレータ、または高感度な磁界計測または電流測定装置および多くの他の装置のために形成される。
【０１９９】
図１８を参照すると、横アーム３１４、３１６、および３１８の各々は縦方向のリスト素子３４６を介して基板３４２に取り付けられた固定パイロン３４８に接続される。縦方向のリスト素子３４６は電気導通により生じる寸法の変動または膨張の場合に横アーム３１４、３１６および３１８の先端のある横の動きを可能にする。
【０２００】
図２０を参照すると、リスト３４６により与えられるこの横方向への撓みは（図２０に拡大された）横アーム３１４、３１６および３１８の屈曲または歪みを減少させ、ビーム３１２の共振周波数（またはばね定数）またはビーム３１２を湾曲させるために要する力を変化させるような横アーム３１４、３１６および３１８のストレス硬直を防止する。
【０２０１】
リスト部３４６上のローレンツ力の効果を中和するために、電流を流す横アーム３１４および３１８のリスト部３４６は横アーム対３１４および３１８のため同一方向に向けられる。さらに、横アーム３１４および３１８のリスト部３４６はビーム３１２に得られた力を相殺するため横アーム３１４および３１８のどのような湾曲も反対方向に向けるように外部に面するまたは内部に面する逆方向に向けられる。ビーム３１２の膨張特性の賢明な選択により、この平衡した逆湾曲力を確実にするように内方向または外方向への曲げを促進させることができる。
【０２０２】
一方、ビーム３１２の中央から延びる導電横アーム３１６のリスト部３４６は逆の縦方向に向く。これにより、僅かのねじれを与えるがビーム３１２に対する正味の縦方向の力を与えない横アーム３１６の相対的な延長で、図２０に示されるより複雑なＳ状曲がりを発生させる。このように、（例えば、センサーの容量プレートの中間分離により指示されるような）ビームの零位置はＭＥＭＳ装置３１０の種々の部品の不均一な収縮または膨張率により生じる次元歪むに関わらず維持される。
【０２０３】
図１９を参照すると、リスト部３４６は集中ストレス点を除去するようにな滑らかな湾曲アーチ区画３５２により横アーム３１４、３１６、または３１８の何れかに取り付けられる。
【０２０４】
上述のリスト素子３４６は製造プロセスにより生じる次元の変化、またはローレンツ力アクチュエータおよびバイアス手段に使用される電流により生じる部分自己加熱に適応する。異なる環境動作条件により生ずるこれらの次元の変動はビーム３１２近傍のパイロン３４８に取り付けられ、横アーム３１４、３１６、および３１８のほぼ全長まで横に且つ外方向に延びる図２１のアウトリガ３５４（横アーム３１４、３１６、および３１８の各々に付随する１対）の使用により減少する。横アーム３１４、３１６および３１８は膨張を補償するため理想的にはリスト部３４６と横アーム３１４、３１６、および３１８と同じ材料で製造されたアウトリガ３５４の外部端部に対して横延長リスト部３４６により取り付けられる。アウトリガ３５４を使用することにより、横アーム３１４、３１６、および３１８のたるみを生じさせる横アーム３１４、３１６、および３１８の材料の膨張がアウトリガ３５４のほぼ等しい膨張により補償され、その逆も同様である。
【０２０５】
図２１を参照すると、アウトリガ３５４は、リスト部３４６と横アーム３１４、３１６、および３１８の残りを上方に自由にしておくが基板３４２の平面上で横たわるように、パイロン３４８のみに取り付けられる。
【０２０６】
図２２を参照すると、リスト部３４６は、少ない剛性およびより均一な撓み特性を与える横アーム３１４、３１６、および３１８のための「自由ビーム」構成を模擬するように、矢印３５６で示される横自由度と矢印３５８で示される増加した回転自由度を与える蛇行部３５１を与えるために変更される。
【０２０７】
図２３を参照すると、蛇行部３５１はさらに撓みを与えるため横アーム３１４、３１６、および３１８の先端部に延び、リスト部３４６（図示せず）を置く代わりに横アーム３１４、３１６、および３１８の先端部に配置される。蛇行部３５１は図示されるように狭間を付けられるか、ストレス集中を除去するためより円滑な曲線である。
【０２０８】
再度図１７を参照すると、横アーム３１６に、特に適する変形実施例において、リスト部３４６は横アーム３１６の先端部からＳ状曲がりを必要とせずに横アーム３１６の膨張のため中立補償を与えるようにＴ構成へ逆の縦方向に延びる２つの対向リスト部３４６ａおよび３４６ｂを提供する。
【０２０９】
図２４を参照すると、製造プロセス中に起こる寸法変化に対する改良された非反応性は、中間点を介してビ−ム３１２を通る縦軸３６２に沿って、およびビーム３１２を横アーム３１４および３１８に対する２つの等しいセグメントに横断的に分割する横軸３６２に沿ってＭＥＭＳ装置の厳密な対称性を与えることにより得られる。これにより、縦軸３２０に沿ってビーム３１２の中間線の整合をほぼ等しく維持するため収縮または膨張状態のアームで生じる同一長の横アーム３１４、３１６、および３１８を与える。一方、横アーム３１４と３１８間の中間に横アーム３１６を位置決めすることにより、ビーム３１２の中間点で測定された零点は、横アーム３１４および３１８を湾曲状に引き出すか外方向に膨張させるような横ビーム３１２自身の長さの差に関わらず、基板に対して同一位置にほぼ留まる。
【０２１０】
同様な理由で、アクチュエータ３２２とバイアス手段３２６はビーム３１２の対向する側に対称的に設けられ、センサー３２４は横アーム３１４および３１８に対するビーム３１２の接続により決定されるようにビーム３１２の中心にできるだけ近い零点を検出する。
【０２１１】
図２５および図２６を参照すると、ビーム３１２、例えば、横アーム３１８（または何れかの横アーム）の湾曲はビーム３１２のバイアス力を与えるために利用される。この条件で、アクチュエータ３２２はビーム３１２の一端部に位置決めされ、センサー３２４はビーム３１２の他端部に位置決めされる。この湾曲はビーム３１２が左から右に動く場合スナップ作用を発生する。この例では右方向への横アーム３１８の湾曲の結果、ビームの右方向で且つ縦方向の動きに抵抗する力３６６は正（右方向）であり、横アーム３１８の湾曲が横アーム３１８’の点線で示される反対方向の湾曲として曲げられ且つ改めると直ちにスナップ点３６８まで上昇する。この動作はスナップ点３６８を通過する負（左方向）への力３６６の逆転になる。
【０２１２】
力が再度正の方向に戻り、ビームが妨害されずに右方向にいっぱいに動くと直ちに、左から右への反対方向のビームの動きはビームを第２スナップ点３７０までの左方向に押し戻す増加する負の力を与える。２個のスナップ点３６８および３７０はある用途で望まれるある程度のヒステリシスの程度を与え、メモリ素子を与えるために有益であるように、事実上、双安定ビーム３１２を形成する。この機械メモリ素子は加速度計、アイソレータ、または電流または磁界センサーを含む他の素子と組み合わされる。
【０２１３】
図２７および図２８を参照すると、図２５の横アーム３１８により形成される湾曲は種々のＭＥＭＳ材料の膨張係数の差を利用することにより誘発され、横アーム３１８をストレス状態にする。しかしながら、湾曲は横アーム３１８を製造中湾曲構成に形成することにより、例えば、横アーム３１８を湾曲状態にエッチングすることにより、ストレスの無い横アーム３１８に作られる。この場合、力３７１は常に正方向に単純なバイアス力を与える単調増加領域３７２内で利用され、または湾曲点３７４に対して領域３７２の外側で使用される。ここで、この湾曲点３７４の後で、ある追加の距離を横切るが、図２５の装置の双安定性を生じるような負の力にならない箇所で増加モードに対してのみ戻るように力３７１が減少する。このように、単安定装置が形成される。
【０２１４】
図２９を参照すると、横アーム３１６の意図的な湾曲が、例えば、この場合、交互配置された容量プレート３７５と３７６で形成されたビーム３１２と位置センサー３２４’間を連通する機械レバーに加えられる。ここで、容量プレート３７５は横方向に動き、容量プレート３７６は固定されている。容量プレート３７５は、ビーム３１２の動き、この場合、左方向の動きで横アーム３１６により外方向に押されるように、ビーム３１２から除去された横アーム３１６の先端に取り付けられる。この横断的な移動は、図３０に示される三角形３８０に近似するように、横断アーム３１６の僅かな縦方向の曲げにより制御される。横断アーム３１６を介して、ビーム３１２の小さい縦方向の動きΔｘは容量プレート３７５に作用するより大きなまたはより小さい横方向の動きΔｙに変換される。横アーム３１６の特定の角度に依存して、てこの作用が追加の動き即ち追加の力を発生させる。追加の動きまたは機械的利点の程度は既知の三角法の原理に従って横アーム３１６の縦範囲の量で決定された。
【０２１５】
他の実施例において、位置センサー３２４’は横アーム３１６内のストレス、従って、その周波数特性およびシステムの特性を変化させるため静電モータとして動作し、横アーム３１６の緊張はビーム３１２の動きの自然共振周波数を増加する。更なる他の実施例において、モータは、ビーム３１２をバイアス方法として動かすようにまたはビーム３１２に掛かるバイアス力の量を制御するように、横アーム３１６の湾曲を調整するために使用される。
【０２１６】
ＩＶ．第４実施例
図３１を参照すると、発明毎のＭＥＭＳアナログアイソレータ４１０は可動ビーム４２０により機械的に相互接続されたアクチュエータ４１２、制御素子４１２、およびセンサー４１８を含む。
【０２１７】
アクチュエータ４１２は端子４２２ａおよび４２２ｂおよび４２２ｃ＋４２２ｄを含む。端子を介して、アナログ電気入力信号４２１が受信され、矢印により示された作用方向４２４にビーム４２０を動かす機械力に変換される。ＭＥＭＳアナログアイソレータ４１０の微細規模において、アクチュエータは一般的に当業技術において知られている圧電アクチュエータ、熱膨張モータ、機械変位モータ、静電モータ、またはローレンツ力モータである。後者の２つは以下により詳細に説明される。ローレンツ力モータまたは熱膨張モータの場合、アナログ電気入力信号４２１は電流であり、圧電または静電モータの場合、入力電気信号は電圧である。
【０２１８】
アクチュエータ４１２はビーム４２０第１端部と連通する。ビーム４２０の反対端部はビーム４２０の動きを検出するセンサー４１８により受信され、端子４２６ａおよび４２６ｂおよび４２６ｃ＋４２６ｄを介して、ビーム４２０の動きを示す出力信号を発生するため処理エレクトロニクス４２８により直接またはさらに処理される電気信号を発生する。センサー４１８はＭＥＭＳ設計の技術で既知の圧電センサー、光電センサー、抵抗センサー、光学切替センサー、または容量センサーである。好ましい実施例において、センサー４１８は以下により詳細に説明されるように平衡型可動プレートコンデンサを使用している。
【０２１９】
双方向矢印４３５により示される、作用方向４２４と逆でありアクチュエータ４１２の動作に抵抗する傾向にある、またはアクチュエータ４１２の動作を増大する作用方向４２４でビーム４２０に力を与える制御素子４１４はアクチュエータ４１２とセンサー４１８間のビーム４２０に取り付けられる。
【０２２０】
アナログ電気入力信号４２１が無い場合、制御素子４１４はビーム４２０をセンサー４１８方向の位置に保持する。理想的には、制御素子４１４は作用方向４２４へのビーム４２０の動きで増加する力を与える。この方法で、作用力とビーム４２０の動きとの間の簡単な関係が（例えば、簡単なばね型システムで）発生する。ＭＥＭＳアナログアイソレータ４１０は極めて小さい摩擦と慣性を与えるので、この動きまたは力は一定であり急速である。代案として、制御素子４１４はどのような作用力でもビーム４２０の動きを拘束する（帰還システムにおいて）急速に増加する力を与える。ここでは、拘束力の大きさが出力信号を与える。
【０２２１】
記載されているように、制御素子４１４により与えられる力はアイソレータ構造体に対する電流または電圧を変えることにより調整可能であり、ビーム４２０の小さい動き以外の全てを必然的に除去するための帰還モードで使用される。ビーム４２０のある動きは必要な相殺帰還量を与えるためセンサー４１８のために必要であるが、その動きは、より顕著な動きで生じる、ＭＥＭＳアナログアイソレータ４１０のアクチュエータおよび機械素子の非直線性が除去される程度に減少する。具体的に、このモードで、ビーム４２０の動きは位置信号を発生するため処理エレクトロニクス４２８を処理することにより検出される。位置信号は、ビーム４２０を零点に戻す復帰力を発生するため制御素子に送られる誤差信号４３１を発生するため基準信号４２９と比較される。制御素子４１４に対する誤差信号間の接続は既知の帰還技術に従ってシステムを補償する帰還ネットワーク４３３により直接またはさらに修正される。帰還ネットワーク４３３は、静電モータが単一の方向の力のみを与えることを反映して、センサー４１８に向かう作用のための端子４５０の帰還でまたはアクチュエータ４１２に向けた作用のための端子４５０の帰還で、電圧を端子４３８ｃおよび４３８ｄに送る。
【０２２２】
ビーム４２０は、アクチュエータ４１２またはセンサー４１８の一部を形成するように、それぞれアクチュエータ４１２およびセンサー４１８に設けられた導電部４３２ａおよび４３２ｂを有する。絶縁部４３４ａおよび４３４ｂは導電部４３２ａおよび４３４ｂを制御素子４１４の一部である中心の導電部４３２ｃから分離し、絶縁部４３４ａおよび４３４ｂは３個の分離領域４３６ａ−ｃを形成する。第１領域４３６ａはアクチュエータ４１２および導電部４３２ａを含み、第２領域４３６ｂは中央の導電部４３２ｃおよび制御素子４１４を含み、第３領域４３６ｃは導電部４３２ｂおよびセンサー４１８を含む。
【０２２３】
絶縁ビーム４２０はアクチュエータ４１２を介して作用するアナログ電気入力信号４２１がアナログ電気入力信号４２１から電気的に分離されたセンサー４１８で対応する出力信号４３０を発生する機構を提供する。制御素子４１４は入力信号および／または出力信号４３０から電気的に分離される。
【０２２４】
制御素子４１４は好ましくは、以下で説明される型の、ローレンツ力モータまたは静電モータである。これらの２つの制御素子の前者では、端子４３８ａおよび４３８ｂおよび帰路４５０は制御素子４１４により与えられる相殺力を決定する双方向電流を流すために設けられる。電流の方向は力の方向を決定する。後者の静電構造では、端子４３８ａ、４３８ｂ、４３８ｃ、および４３８ｄが設けられる。電圧は、力の方向を決めるため、（帰路４５０に対して）端子対４３８ａおよび４３８ｂにまたは（帰路４５０に対して）端子対４３８ｃおよび４３８ｄに加えられる。
【０２２５】
図３２を参照すると、ビーム４２０は基板４４２に取り付けられた横に対向するパイロン４４４間の中間を通る縦軸４４０に沿って基板４４２の上方に延びる。これらのパイロンは上述のように端子４２２ａおよび４４２ｂ、４３８ａ−４３８ｄ、４２６ａ、および４２６ｂを形成する。理想的には、基板４２２は絶縁基板であり、パイロン４４４は全て相互に分離されており、特有の導電層は必要な接続部を形成するため配置されるかまたはワイヤボンド形成で使用される。
【０２２６】
ビーム４２０は基板４４２から分離されるように支持され、ビーム４２０の両端の対向側およびその中央部で横方向に延びる撓みアーム対４４６により縦軸４４０に沿った動きを保持される。撓みアーム４４６はビーム４２０からビーム４２０の各側部でビーム４２０から横に除去された肘部４４８に離間するように延びる。肘部４４８はビーム４２０近傍の箇所で基板４４２に取り付けるために戻る膨張補償器４５０につながる。上述したように、これらの膨張補償器は必ずしも必要とされない。これらの補償器は必要な場合ストレス解放手段として作用する。撓み横アーム４４６は一般的に接続される膨張補償器４５０に平行である。撓み横アーム４４６、肘部４４８、および膨張補償器は導電部４３２ａ、４３２ｂ、および４３２ｃと固定電気端子（図示せず）間に電気接続を提供するため導体である。
【０２２７】
図３４を参照すると、基板４４２に対する取付箇所４５２と肘部４４８の対応する撓み横アーム４４６間の各膨張補償器４５０の長さＬ１と、ビーム４２０に対する接続部と肘部４４８間の距離として規定された撓み横アーム４４６の長さＬ２がほぼ等しく設定されるので、撓み横アーム４４６の熱効果により生じる膨張は膨張補償器４５０の膨張によりほぼまたは完全に相殺される。このように、テンションおよび圧縮が撓み横アーム４４６にほとんど発生しない。この実施例において、撓み横アーム４４６と膨張補償器４５０は同一材料で製造されるが、異なる材料が使用でき、長さＬ１およびＬ２は熱膨張係数の差を反映するために調整できる。アームの折り返しが必要とされない。直線の接続も機能する。アームの折り返しはストレス解放構成である。ビーム内のストレスはばね常数に影響を与える。所望のばね定数、他の幾何学的およびプロセス（例えば、基板選択）の考慮事項に依存して、ストレス解放が必要とされ、または不必要とされ、または望まれる。
【０２２８】
図３５ａを参照すると、肘部４４８は膨張補償器４５０からその撓み横アーム４４６へ縦方向に延びる蛇行部４５４を含む。図３５ｂに示されるように、蛇行部４５４は本質的に半径調整ピボットを提供するように撓み横アーム４４６と膨張補償器４５０間の角度αを可能にする。それにより、蛇行部４５４はビーム４２０の動きでビーム４２０の撓み横アーム対４４６により与えられる力を減少させ、構造の剛性を減少させる。
【０２２９】
再度、図３２および図３３を参照すると、撓み横アーム対４４６の中間で、ビーム４２０は絶縁部４３４ａおよび４３４ｂに横付けするＴバー４５６を形成するように膨張する。これらのＴバー４５６に取り付けられた絶縁層４５８は絶縁部４３４を形成する。一般的に、ビーム４２０は基板４４２の上方に吊られた構造を形成するために既知のＭＥＭＳ処理技術を使用して製造され、上部導電積層４６０（例えば、上部アルミニウム層に選択的である多結晶シリコンまたは結晶シリコン）と二酸化シリコンまたは窒化シリコンのような下部絶縁層４６２とからなる。絶縁層４３４は当業技術で既知な技術に従って領域４３４ａおよび４３４ｂ内の上部層を単にエッチング除去することにより得られる。このような構造を製造する改良された方法は参考のためここに添付された２０００年１２月１２日に発行の米国特許第６，１５９，３８５号に記載されている。Ｔバー４５６の端部および角部はこれらの間の絶縁破壊電圧を増加するために丸められる。
【０２３０】
上部導電層４６０と下部絶縁層４６２の各々は当業技術で既知の技術にしたがって層４６０と４６２を基板４４２に対して垂直に付着された犠牲層を除去するためエッチング液を層４６０および４６２の下方に導くように、チャネル４６４を垂直に延ばすことにより貫通される。
【０２３１】
再度図３２を参照すると、アクチュエータ４１２の一部に与えられるようなビーム４２０の一部４３２ａは端子４２２ａおよび４２２ｂを示すパイロン４４に取り付けられた対応する横に且つ内方向に延びる固定容量プレート４６８とオーバラップした横に且つ外方向に動く可動容量プレート４６６を有する。可動容量プレート４６６とこれらに関連する固定容量プレート４６８の各々はビーム４２０のより大きな移動範囲でより均一な静電力を与えるように（簡単な平行プレートコンデンサと逆であるように）相互に係合する指部を有する。このように形成された静電モータは（端子４２２ｃ＋４２２ｄに接続された）ビーム４２０のそれより大きな正電圧に接続された端子４２２ｂおよび４２２ａで容量プレート４６６と４６８間の引力を使用して動作し、ビーム４２０を作用方向４２４に促す。このため、固定容量プレート４６８は一方が作用方向に沿って移動するようにビーム４２０の両方で可動容量プレート４２２の後にある。容量プレート４６６と４６８はビーム４２０を基板４４２から自由にするために使用されるエッチング下のビームにより基板４４２上で片持ちで支持される。
【０２３２】
パッド４３８ａ−４３８ｄを形成するようにビームの部分４３２ｃを横付けするパイロン４４４は２つの別個の対の可動容量プレート４６６および固定容量プレート４６８を含む。注目されるように、この区画は制御素子４１４と２個の静電モータを提供する。この２個の静電モータにおいて、（端子４３８ｃおよび４３８ｄを使用する）一方のモータは作用方向４２４に動くと固定容量プレート４６８に追従する可動容量プレート４６６を有するアクチュエータ４１２の反対方向に力を発生するために作られる。（端子４３８ａおよび４３８ｂを使用する）他方のモータは作用方向に動くと固定容量プレート４６８に先行する可動容量プレート４６６に追従するアクチュエータ４１２と同一方向に力を発生するように作られる。これらの２つのアクチュエータは閉ループシステムの最も良好な制御を提供するために組合せで使用される。
【０２３３】
図３２を参照すると、ビームの部分４３２ｂは可動容量プレート４６６と固定容量プレート４６８を支持する。しかしながら、この場合、容量プレートは静電モータを形成するために作用せず、可動容量プレート４６６と固定容量プレート４６８間の容量変化がビーム４２０の位置を示すように作用する検出手段として作用する。これに関して、固定容量プレート４６６と可動容量プレート４６８の順番はビーム４２０の反対側では逆になる。可動容量プレート４６６は（端子４２６ａおよび４２６ｃ＋４２６ｄ間で測定されるように）作用方向４２４に動くように（図３２に示されるような上部側）ビームの第１の側で固定容量プレート４６８に先行する。一方、（端子４２６ｂおよび端子４２６ｃ＋４２６ｄ間で測定されるように）ビーム４２０の下部で逆の順番が生じる。従って、ビーム４２０が作用方向４２４に動くにつれて、上部の可動容量プレート４６６と固定容量プレート４６８により形成される容量が増加し、下部プレートにより形成される容量は減少する。上部容量の値が下部容量の値と交差する点は零点を正確に規定し、ビーム４２０の行程の中間を好ましく設定する。
【０２３４】
当業技術に既知である容量を比較する技術はビーム４２０の位置を評価するために使用される。これらの容量の極めて正確な測定値を与える一回路は、参考のためここに添付された、２０００年９月２９日提出の係属中の出願第０９／６７７，０３７号に記載されている。
【０２３５】
一般的に、ＭＥＭＳアナログアイソレータ４１０の動作構造は熱膨張をよりよく補償するように縦軸４４０に沿ってビーム４２０の中央を介して軸周りに対称であるように構成される。さらに、コンデンサの容量プレート、即ちアクチュエータ４１２および制御素子４１４のためのビーム４２０の両側のプレート４６６および４６８の動作面積は平衡するように同等に作られる。同様な理由で、静電モータのコンデンサと制御素子４１４は容量プレート４６６と４６８間の不均一な力により生ずる僅かな捻れ量をより良く補償するため撓み横アーム対４４６間に設けられる。
【０２３６】
図３６を参照すると、上述のアクチュエータ４１２と制御素子４１４を形成する１つまたは２つの静電モータは力が容量プレート間の静電引力でなく磁界と電流の相互作用によりローレンツ力モータ４７５と置換可能である。ローレンツ力モータ４７５において、磁界（例えば、図示しない永久磁石）は基板標準の磁束４７０を発生するためにＭＥＭＳアナログアイソレータ４１０の近傍で発生する。ビーム４２０の反対側で撓み横アーム４４６を支持する膨張補償器４５０は互いに電気的に分離しているので、電圧は電流４７２を撓み横アーム４４６に流すために膨張補償器４５０間に発生する。磁石により発生する磁界中のこの電流は静電モータに代わって作用するビーム４２０に縦方向の力を発生させる。偏向量は一般的に右手の法則に従った磁界４７０の磁束密度、電流量、および撓み横アーム対４４６の柔軟性で決定される。
【０２３７】
ローレンツ力モータ４７５はこれらが作用方向を持つまたはに対向する力を発生するため一方の方向の電流を受け入れることを意味する２象限である。従って、ローレンツ力モータ４７５（または上述の制御素子４１４の双方向静電モータ）の場合、ＭＥＭＳアナログアイソレータ４１０は、光アイソレータと異なり、２つの極性で動作する。
【０２３８】
図３７を参照すると、ビーム部４３２ａ上に位置決めされたアクチュエータ４１２はビーム４２０の動きを検出するための第２センサー４７４と組み合わされ、センサー４７４は信号の伝達においてより大きな信頼性を保証するために使用されるようなビーム４２０の動きに関してアナログ電気入力信号４２１を発生する装置に分離された帰還を与えるために使用される。
【０２３９】
代替的にまたは追加的に、センサー４１８はアクチュエータ４１２の同じ方向を持つが分離部４３２ｂに位置決めされたアクチュエータ４７６と組み合わされる。アクチュエータ４７６がセンサー４７４と組み合わされると、分離信号がビーム４２０の一端から他端へ送られる双方向アナログアイソレータを提供する。この実施例の他の変形は制御素子を除去し、代わりに、アクチュエータ４７６および４１２が制御素子のような他のアクチュエータにより伝送中使用される。このような装置はあるマルチループアナログシステムにおいてまたは規模調整のために有益である。
【０２４０】
より大きな回路の複雑さで、アクチュエータ４１２、制御素子４１４およびセンサー４１８のある種の素子が個別構成に組み合わせられる。これらの条件は個別の構造として実現されるかどうかに関わらずアクチュエータ制御素子４１４およびセンサー４１８の機能と同等の機能をカバーすることを考慮すべきである。さらに、制御素子４１４、アクチュエータ４１２、およびセンサー４１８の相対位置は交換可能であり、分離信号を伝送可能である。
【０２４１】
図３８を参照すると、デジタル語出力５００は当業技術で既知の型の容量比較回路５０２によりセンサー４１８のコンデンサの直接の比較に起因する誤差信号４３１を活用することによりセンサー４１８から得られる。これらの容量の極めて正確な測定値を提供するそのような回路の１つは上述の係属中の出願第０９／６７７，０３７号に記載されている。そこに構成されているように、誤差信号４３１は（制御素子４１４に接続される場合）センサー４１８のコンデンサの値が他より大きい関係を変化させる位置に依存するビーム４３１を零位置に復帰させる傾向にある。容量比較回路５０２の出力は一般的にビーム４２０が作用力と復帰力の影響下で零点前後を迷うように発生するデューティサイクル変調方形波５０４である。ビーム４２０は誤差信号４３１の慣性加算平均を与えるので、その平均力は作用力に比例する。カウンタ５０６は誤差信号４３１が高レベル状態にある時間の割合を測定する。一実施例において、容量比較回路５０２の出力は、カウンタ５０６に誤差信号４３１が高レベル状態である時間中にカウントアップさせるようにそうでなければカウントアップさせないように、高速クロック信号と論理積をとる。カウンタは第２期間間隔信号５１０により周期的にリセットされる。リセット直前のカウンタ５０６の値は誤差信号４３１のデューティサイクルに比例し作用信号に比例する。クロック信号５０８の周波数と時間間隔信号５１０の周期は当業技術で既知の方法に従ってデジタル語出力５００の所望の解像度に従って選択される。
【０２４２】
再度図３２を再度参照すると、ＭＥＭＳ製造は基板４４２の一部が、例えば、上述の容量検出回路を実施するように多数のソリッドステートの装置を有する集積回路４７３を含むことを可能にする。多くのＭＥＭＳアナログアイソレータ４１０は要求される電流を流すため適切な相互接続部を有する単一の集積回路に配置される。一般的に、本発明のＭＥＭＳアナログアイソレータ４１０を使用して、産業用の制御装置のような任意の複雑さの単一の集積回路は互いに同時に製造された同一の基板４４２上のアイソレータを含む。これらのＭＥＭＳアナログアイソレータ４１０はデジタル語の形態でまたはオンボードデジタル／アナログ変換器および集積回路４７３からの分離アナログ出力部を使用して残りの集積回路に入力部を提供する。
【０２４３】
図３９を参照して、アナログアイソレータ４１０は第２アナログアイソレータ４１０’の軸４０’がアナログアイソレータ４１０の軸４４０に平行であるように且つこれらの装置が物理的に近接状態にあるように構成された第２アナログアイソレータ４１０’の近傍に製造される。このように、軸４４０と４４０’に沿って矢印５２０により示された基板の加速は、軸４４０および４４０’から除去された回転成分が無くとも、アイソレータ４１０および４１０’において同一である。慣性力の方向は装置の軸に沿っている必要がない。理想的な装置において、慣性力は信号に寄与する軸に沿った力の成分のみである。理想的でない装置において、軸方向でない力は検出される動きを引き起こす。しかしながら、どちらの場合も、２つの装置が同一であり、システムがリニアであれば、この慣性効果は両方の装置にとって同じであるので、この効果を取り除くことができる。
【０２４４】
アナログアイソレータ４１０’はアナログアイソレータ４１０に対して上述と同じように動作するアクチュエータ４１２’、制御素子４１４’、センサー４１８’、および処理エレクトロニクス４２８’を有するアナログアイソレータ４１０にほぼ同一であるように製造される。アナログアイソレータ４１０’のそれ以外の同一構成に対する１つの例外は入力信号４２１を受信しないことである。アナログアイソレータ４１０’のビーム４２０’の動きは単に基板４４２の加速により生じる。
【０２４５】
動作において、測定されるパラメータを表す入力信号４２１はビーム４２０を第２位置（例えば、図３９の左側）の方向に駆り立てる。ビーム４２０は基板４４２上の慣性力５２０、例えば、ビーム４２０と４２０’を第１位置（例えば、右方向に）に促すように作用する左方向の基板４４２の加速により影響される。
【０２４６】
制御素子がビーム４２０と４２０’を零位置に保持するように作用する上述の帰還構成において、アナログアイソレータ４１０の出力信号４３０は（ｐ＋ｍ１ａ）にほぼ比例する。
【０２４７】
ここで、ｐは測定されたパラメータにより与えられるビーム４２０に対する力であり、ｍ１はビーム４２０とビームが支える素子の質量であり、ａは基板４４２の加速度である（ａは正または負である）。ばね定数の値はここでの閉ループにおいてまたは後ほど論ぜられる開ループにおいて付加的効果でない。ばね定数は力を電気信号に対する変位に関係する比例定数の一部である乗法効果である。ばね定数が一定である限り、相対結果は正しいので、正確な値に比例する値で動作することが容認できる。
【０２４８】
一方、アナログアイソレータ４１０’の出力信号４３０’はほぼ（ｍ２ａ）に比例する。
【０２４９】
ここで、アナログアイソレータ４１０と４１０’の同一構成のため、ｍ１＝ｍ２である。
【０２５０】
出力信号４３０’を出力信号４３０から減算することにより慣性ノイズ（ｍａ）の無い（ｐ）の測定値を与える。この減算は演算増幅器回路、デジタル加算器、または類似手段により実現される通常の加算接合部５２２により実施される。
【０２５１】
上述のように、アナログアイソレータ４１０はばねを設けるため単に制御構造４１４を使用して、帰還無しに、実現される。この場合、アナログアイソレータ４１０の出力信号４３０はほぼ（ｐ＋ｍ１ａ）に比例する。
【０２５２】
もしばね定数が非定数になるほど変位が大きいと（もし変位が力のリニア関数でなければ）、システムの基本直線性が壊れ、慣性力を相殺し（減算する）ための能力は妥協的に処理される。変位が小さく維持され、この直線性の条件を妨害しないことは閉ループシステムの重要な利点である。このため、潜在的に非リニアばね関数を持つシステムは開ループより閉ループでよりよく処理される。
【０２５３】
この場合、アナログアイソレータ４１０’の出力信号４３０’がほぼ（ｍ２ａ）に比例する。
【０２５４】
このように、出力信号４３０’を出力信号４３０から減算することは、慣性ノイズ（ｍａ）無しに、（ｐ）の測定値を与える。再度、減算は演算増幅器回路、デジタル加算機、または均等物により実現される従来の加算接合部５２２により達成される。
【０２５５】
アナログアイソレータ４１０’のビーム４２０’に動かすための機能アクチュエータ４１２’を必要としないが、ビーム４２０’に取り付けられたアクチュエータの少なくともこれらの成分はビーム４２０’の質量や他の物理特性およびその動きを修正するように且つできるだけビーム４２０のそれとほぼ同一であるようにアナログアイソレータ４１０’に組み込まれる。例えば、入力信号４２１に接続されなくても、静電アクチュエータを支持するビームは全てビーム４２０に取り付けられる。完全なアクチュエータであることを必然的に要求する質量以外の懸念があることが注目される。例えば、互いに入り組みされた指部間の小さい間隙は動きに対して減衰を与え、全体の指部構造は非駆動装置内の減衰効果を再現するように形成されなければならない。しかしながら、顕著な影響無しに除去できるいくつかの特徴がある。
【０２５６】
他のアイソレータと他の類似の装置から基板に至る慣性ノイズを相殺するために使用される基板全体へ慣性信号を与えるように基板４４２を共有する他のＭＥＭＳ装置（図示せず）に信号４３０’が与えられる。
【０２５７】
図４０を参照すると、改良された信号対ノイズ比はインバータ５２６を介して入力信号４２１に接続されたアナログアイソレータ４１０’内の完全機能アクチュエータ４１２’を使用することにより得られる。演算増幅器により実現されるようなインバータは信号４２１を負の信号に効果的に乗算する。
【０２５８】
この場合、帰還を使用するシステムのため、信号４３０はほぼ（ｐ＋ｍ１ａ）に比例する。信号４３０’はほぼ（−ｐ＋ｍ２ａ）に比例する。
【０２５９】
信号４３０から信号４３０’の減算は改良された信号強度を与える２ｐを生じ、慣性ノイズを想定することにより、場合により、改善された信号対ノイズ比を完全に相殺されない。力の帰還を使用しないシステムに関する上記説明を検討すると、類似の出力５２４がそのような場合２ｐで得られることを明らかにしている。
【０２６０】
この場合、もしローレンツ力モータがアクチュエータ４１２および４１２’として使用されると、入力信号４２１は入力信号４２１をビーム４２０と反対方向のビーム４２０’で動作させるようにアクチュエータ４１２’を介してアクチュエータ４１２に対して反対方向に送られる。静電アクチュエータ構造４１２および４１２’を使用する場合、これらは入力信号４２１に対して互いに反対方向で作用するように製造されなければならない。
【０２６１】
この場合、信号４３０’は入力信号４２１に対して唯一であり、他のＭＥＭＳ装置間で共有されない。
【０２６２】
図４１を参照すると、図３９のシステムは処理エレクトロニクス４２８が信号４１８’を基準信号として使用するように変更される。従って、信号４１８’は図３９に示される信号４２９に取って代わる。２つの装置は図３９での動作と同様に動作する。この場合、装置４１０は入力電気信号と慣性信号に感度を示し、装置４１０’は慣性信号のみに感度を示す。しかしながら、この実施において、入力電気信号からの慣性信号の減算は処理エレクトロニクス４２８内で処理され、加算機５２２は必要とされない。誤差信号４３１は入力電気信号の値のみに起因し、制御素子４１４に対してのみに入力される。
【０２６３】
図４２を参照すると、図４１のシステムが装置４１０に対する入力電気信号が反転され、装置４１０’に印加されるように変更される。処理エレクトロニクス４２８に生じる装置４１０と装置４１０’からの信号の減算は入力信号の２倍になる。両装置は入力電気信号を認識するので、誤差信号４３１を認識しなければならない。但し、この誤差信号は制御素子４１４’に入力する前にインバータ５２６’で反転される。
【０２６４】
この技術はアナログアイソレータの製造での使用に制限されず、制御素子４１４が一定のバイアスを有しまたはデジタル分離に適するビーム４２０の動きの鋭い閾値を与えるようにバイアスに対するビーム４２０の動きで僅かに減少するデジタルアイソレータに使用可能である。
【０２６５】
さらに、測定されるパラメータは電気パラメータである必要がなく、微細レベルでビーム４２０の動きに変換される物理パラメータでも良い。例えば、パラメータはアクチュエータ４１２または４１２’が撓みダイアフラム等に直接接続された状態での圧力である。さらに、ビーム４２０はリニアな動きのために設定する必要がなく、第１位置および第２位置は反時計回りまたは完全時計回りの回転点であるどちらの場合でも軸４４０周りを回転できる。この場合、慣性ノイズは回転加速のノイズである。
【０２６６】
上述の技術が、慣性ノイズの効果を減少させるだけでなく、熱膨張、圧力、基板の機械的変形等により生じるノイズを含むどのような共通モードノイズも減少させるために応用できる。
【０２６７】
本発明はここに含まれる実施例および例示のみに限定されるものでなく、実施例の一部および異なる実施例の素子の組合せを含むこれらの実施例の変形も特許請求の範囲内であるように含まれることが特に意図されている。
【図面の簡単な説明】
【０２６８】
【図１】図１はアクチュエータの素子、制御素子、アクチュエータとセンサー間にデータを伝達するように動く単一の機械素子に沿って交信するセンサーを示し、且つ可動素子の絶縁部を示す本発明のアナログアイソレータの簡単なブロック図である。
【図２】図２は静電モータと容量センサーと、撓み横アームによりこれらの部品を接続する可動ビームの支持を示し且つビームの絶縁区画の実施を示す３つの静電モータと容量型センサーを使用している図１のアイソレータの一実施例の平面図である。
【図３】図３は導電／非導電積層の使用および絶縁区画を形成するため導電層の除去を示す図２のビームの絶縁区画の簡単な斜視図である。
【図４】図４はストレスを解放するように肘部のアームの任意の二重折り返しを示す図２の１つの横アームの部分図である。
【図５】図５ａおよび図５ｂは改善された力特性のためビームに取り付けられた横アームの一部の角度付けを可能にするばねの組込みを示す図４の肘部の部分詳細図である。
【図６】図６は図２の静電モータに代替え可能なローレンツ力モータを形成するように電流をアームに流せるアーム対の電気分離を示す図２の横アーム対を示す図である。
【図７】図７は双方向アイソレータまたは追加のセンサーのみで高信頼性のアイソレータを可能にするビームの対向端部に追加された第２センサーと第２アクチュエータを示す図１に類似した図である。
【図８】図８は図１のセンサーと本発明のアイソレータからデジタル語を抽出する付随処理エレクトロニクスの詳細図である。
【図９】図９はアクチュエータの素子、バイアス構造体、およびアクチュエータとセンサー間のデータを伝送するために移動する単一の機械素子に沿って通信するセンサーを示し、且つ可動素子の絶縁部を示す本発明のデジタルアイソレータの簡単なブロック図である。
【図１０】図１０は２個の平衡静電モータと、撓み横アームによりこれらの部品を接続する可動ビームの支持を示し、且つビームの絶縁部の実施を示す容量センサーを使用する図９のアイソレータの一実施例を平面図である。
【図１１】図１１は絶縁部を形成するために導電／非導電積層の使用および導電層の除去を示す図１０のビームの絶縁部の簡単な斜視図である。
【図１２】図１２は熱変化により生じる膨張効果を減らすように肘部のアームの折り返しを示す図１０の１つの横アームの部分図である。
【図１３】図１３ａおよび図１３ｂは改善された力特性のためビームに取り付けられた横アームの部分の角度付けを可能にするばねの組込みを示す図１２の肘部の部分詳細図である。
【図１４】図１４は図１０の静電モータに代替え可能なローレンツ力モータを形成するため電流がアームに印加されるのを可能にするアーム対の電気的絶縁を示す図１０の横アーム対の図である。
【図１５】図１５は双方向アイソレータまたは追加のセンサー自身で高信頼性アイソレータを可能にするビームの対向する端部の第２センサーと第２アクチュエータの追加を示す図９に類似した図である。
【図１６】図１６はビームが３組の横方向に延びるビームに支持された本発明のビーム型ＭＥＭＳ装置の簡単なブロック図である。
【図１７】図１７は、３個の静電モータ、ビームに取り付けられ、横アームを基板に取り付けているリスト素子を有する容量センサーを使用している、電気アイソレータとして使用される図１６のビーム型装置の詳細平面図である。
【図１８】図１８は横アームの端部の横運動と平衡ローレンツ力を示す図１７の簡単なリスト素子の概略図である。
【図１９】図１９はストレス集中を減らすため弧状の遷移部を示す図１８のリスト素子の部分斜視図である。
【図２０】図２０は相殺力を発生させる外部アームの内方向撓みと捻れを発生させるが正味の縦方向の力を発生しない中央横アームのＳ状撓みを生じる外部横アームの過大な膨張を示す図１８に類似した図である。
【図２１】図２１は横アーム内のストレスにより生ずる膨張を相殺するリスト部に対する膨張アウトリガの追加を示す図１９に類似した図である。
【図２２】図２２は追加の横方向撓み性および自由ビーム構造を模擬する回転自由度を与えるリスト部と横アームの端部に対する蛇行部の追加を示す図である。
【図２３】図２３は追加の横方向撓み性および自由ビーム構造を模擬する回転自由度を与えるリスト部と横アームの端部に対する蛇行部の追加を示す図である。
【図２４】図２４は追加の力を相殺するために本発明に保存される主対称軸を示す図１６に類似する図である。
【図２５】図２５はビームに双安定な偏倚を発生させるため膨張による撓みの利用を示す図１８に類似した図である。
【図２６】図２６は図２５の撓んだ横アームの曲げにより生じるスナップ動作を示すビームの力対長手方向変位のプロットである。
【図２７】図２７はビームの単安定の偏倚を与えるために横アーム対の組立ストレスのない撓みを示す図２５に類似した図である。
【図２８】図２８は図２７の横アームの撓みにより与えられた単安定の撓みを示す図２６に類似した図である。
【図２９】図２９はビームの長手方向の移動に対するセンサーの感度を増加させる機械てこ作用を与える撓み横アームを可動位置センサーに対する取付を示す図２７に類似した図である。
【図３０】図３０は三角法近似に変換される図２９の撓んだビームにより与えられる機械的増幅を示す幾何学図である。
【図３１】図３１はアクチュエータの素子、制御構造、およびアクチュエータとセンサー間にデータを伝達するように動く単一機械素子に沿って通信するセンサーを示し、可動素子の絶縁部を示す本発明のアナログアイソレータの簡単なブロック図である。
【図３２】図３２は静電モータと、撓み横アームによりこれらの部品を接続する可動ビームの支持を示し且つビームの絶縁部の実施を示す容量センサーを使用する図３１のアイソレータの一実施例の平面図である。
【図３３】図３３は導電／非導電積層の使用と絶縁区画を形成するための導電層の除去を可能にする図３２のビームの絶縁区画の簡単な斜視図である。
【図３４】図３４はストレスを解放するように肘部のアームの折り返しを示す図３２の１つの横アームの部分詳細図である。
【図３５】図３５ａおよび図３５ｂは改善された力特性のためにビームに取り付けられた横アームの部分の角度付けを可能にするばねの組込みを示す図３４の肘部の部分詳細図である。
【図３６】図３６は図３２の静電モータと代替え可能なローレンツ力モータを形成するため電流がアームに印加されるのを可能にするアーム対の電気分離を示す図３２の横アーム対の図である。
【図３７】図３７は双方向アイソレータまたは追加のセンサー自身で高信頼性アイソレータを可能にするビームの対向端部の第２センサーと第２アクチュエータの追加を示す図３１に類似した図である。
【図３８】図３８は図３１のセンサーと本発明のアイソレータからのデジタル語を抽出するための付随の処理エレクトロニクスの詳細図である。
【図３９】図３９は２個の並列素子からの信号の減算により機械素子の測定値で基板の加速効果を相殺する目的で２個のＭＥＭＳ装置の使用を示す図３１に類似した図である。
【図４０】図４０は２個のＭＥＭＳ機械素子が反対方向に相互に反転された電気信号により駆動され、減算が測定された信号と減少する慣性ノイズを２倍にする変形実施例を示す図３９に類似した図である。
【図４１】図４１は２個のＭＥＭＳ素子からの信号の最終減算が減少した電気回路で達成される図３９に類似した図である。
【図４２】図４２は２個のＭＥＭＳ素子からの信号の最終減算が減少した電気回路で達成される図４０に類似する図である。
【符号の説明】
【０２６９】
１０      ＭＥＭＳアナログアイソレータ
１２      アクチュエータ
１４      制御素子
１８      センサー
２０      可動ビーム
２１      アナログ電気入力信号
２２、２６、３８、５０      端子
２４      作用方向
２８      処理エレクトロニクス
３０      出力信号
３２      導電部
３３      帰還ネットワーク
３４      絶縁部
３６      分離領域
４２      基板
４４      パイロン
４６      アーム
４８      肘部
５０      膨張補償器（手段）
５４      蛇行部
５６      Ｔバー
６０      導電層
６２      絶縁層
６４      チャネル
６６      可動容量プレート
６８      固定容量プレート
【図１】
2005503267.tif 000003
【図２】
2005503267.tif 000004
【図３】
2005503267.tif 000005
【図４】
2005503267.tif 000006
【図５】
2005503267.tif 000007
【図６】
2005503267.tif 000008
【図７】
2005503267.tif 000009
【図８】
2005503267.tif 000010
【図９】
2005503267.tif 000011
【図１０】
2005503267.tif 000012
【図１１】
2005503267.tif 000013
【図１２】
2005503267.tif 000014
【図１３】
2005503267.tif 000015
【図１４】
2005503267.tif 000016
【図１５】
2005503267.tif 000017
【図１６】
2005503267.tif 000018
【図１７】
2005503267.tif 000019
【図１８】
2005503267.tif 000020
【図１９】
2005503267.tif 000021
【図２０】
2005503267.tif 000022
【図２１】
2005503267.tif 000023
【図２２】
2005503267.tif 000024
【図２３】
2005503267.tif 000025
【図２４】
2005503267.tif 000026
【図２５】
2005503267.tif 000027
【図２６】
2005503267.tif 000028
【図２７】
2005503267.tif 000029
【図２８】
2005503267.tif 000030
【図２９】
2005503267.tif 000031
【図３０】
2005503267.tif 000032
【図３１】
2005503267.tif 000033
【図３２】
2005503267.tif 000034
【図３３】
2005503267.tif 000035
【図３４】
2005503267.tif 000036
【図３５】
2005503267.tif 000037
【図３６】
2005503267.tif 000038
【図３７】
2005503267.tif 000039
【図３８】
2005503267.tif 000040
【図３９】
2005503267.tif 000041
【図４０】
2005503267.tif 000042
【図４１】
2005503267.tif 000043
【図４２】
2005503267.tif 000044
【国際公開パンフレット】
2005503267.tif 000045
2005503267.tif 000046
2005503267.tif 000047
2005503267.tif 000048
2005503267.tif 000049
2005503267.tif 000050
2005503267.tif 000051
2005503267.tif 000052
2005503267.tif 000053
2005503267.tif 000054
2005503267.tif 000055
2005503267.tif 000056
2005503267.tif 000057
2005503267.tif 000058
2005503267.tif 000059
2005503267.tif 000060
2005503267.tif 000061
2005503267.tif 000062
2005503267.tif 000063
2005503267.tif 000064
2005503267.tif 000065
2005503267.tif 000066
2005503267.tif 000067
2005503267.tif 000068
2005503267.tif 000069
2005503267.tif 000070
2005503267.tif 000071
2005503267.tif 000072
2005503267.tif 000073
2005503267.tif 000074
2005503267.tif 000075
2005503267.tif 000076
2005503267.tif 000077
2005503267.tif 000078
2005503267.tif 000079
2005503267.tif 000080
2005503267.tif 000081
2005503267.tif 000082
2005503267.tif 000083
2005503267.tif 000084
2005503267.tif 000085
2005503267.tif 000086
2005503267.tif 000087
2005503267.tif 000088
2005503267.tif 000089
2005503267.tif 000090
2005503267.tif 000091
2005503267.tif 000092
2005503267.tif 000093
2005503267.tif 000094
2005503267.tif 000095
2005503267.tif 000096
2005503267.tif 000097
2005503267.tif 000098
2005503267.tif 000099
2005503267.tif 000100
2005503267.tif 000101
2005503267.tif 000102
2005503267.tif 000103
2005503267.tif 000104
2005503267.tif 000105
2005503267.tif 000106
2005503267.tif 000107
2005503267.tif 000108
2005503267.tif 000109
2005503267.tif 000110
2005503267.tif 000111
2005503267.tif 000112
2005503267.tif 000113
2005503267.tif 000114
2005503267.tif 000115
2005503267.tif 000116
2005503267.tif 000117
2005503267.tif 000118
2005503267.tif 000119
2005503267.tif 000120
2005503267.tif 000121
2005503267.tif 000122
2005503267.tif 000123
2005503267.tif 000124
2005503267.tif 000125
2005503267.tif 000126
2005503267.tif 000127
2005503267.tif 000128
2005503267.tif 000129
2005503267.tif 000130
2005503267.tif 000131
2005503267.tif 000132
2005503267.tif 000133
2005503267.tif 000134
2005503267.tif 000135
2005503267.tif 000136
2005503267.tif 000137
2005503267.tif 000138
2005503267.tif 000139
2005503267.tif 000140
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005503267.tif 000141
2005503267.tif 000142
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005503267.tif 000143
2005503267.tif 000144
2005503267.tif 000145
2005503267.tif 000146
2005503267.tif 000147
2005503267.tif 000148
2005503267.tif 000149
2005503267.tif 000150
2005503267.tif 000151
2005503267.tif 000152
2005503267.tif 000153
2005503267.tif 000154
2005503267.tif 000155
2005503267.tif 000156
2005503267.tif 000157
2005503267.tif 000158
2005503267.tif 000159
2005503267.tif 000160
2005503267.tif 000161
2005503267.tif 000162
2005503267.tif 000163
2005503267.tif 000164
2005503267.tif 000165
2005503267.tif 000166
2005503267.tif 000167
2005503267.tif 000168
2005503267.tif 000169
2005503267.tif 000170
2005503267.tif 000171
2005503267.tif 000172
2005503267.tif 000173
2005503267.tif 000174
2005503267.tif 000175
2005503267.tif 000176
2005503267.tif 000177
2005503267.tif 000178
2005503267.tif 000179
2005503267.tif 000180
2005503267.tif 000181
2005503267.tif 000182
2005503267.tif 000183
2005503267.tif 000184
2005503267.tif 000185
2005503267.tif 000186
2005503267.tif 000187
2005503267.tif 000188
2005503267.tif 000189
2005503267.tif 000190
2005503267.tif 000191
2005503267.tif 000192
2005503267.tif 000193
2005503267.tif 000194
2005503267.tif 000195
2005503267.tif 000196
2005503267.tif 000197
2005503267.tif 000198
2005503267.tif 000199
2005503267.tif 000200
2005503267.tif 000201
2005503267.tif 000202
2005503267.tif 000203
2005503267.tif 000204
2005503267.tif 000205
2005503267.tif 000206
2005503267.tif 000207
2005503267.tif 000208
2005503267.tif 000209
2005503267.tif 000210
2005503267.tif 000211
2005503267.tif 000212
2005503267.tif 000213
2005503267.tif 000214
2005503267.tif 000215
2005503267.tif 000216
2005503267.tif 000217
2005503267.tif 000218
2005503267.tif 000219
2005503267.tif 000220
2005503267.tif 000221
2005503267.tif 000222
2005503267.tif 000223
2005503267.tif 000224
2005503267.tif 000225
2005503267.tif 000226
2005503267.tif 000227
2005503267.tif 000228
2005503267.tif 000229
2005503267.tif 000230
2005503267.tif 000231
2005503267.tif 000232
2005503267.tif 000233
2005503267.tif 000234
2005503267.tif 000235
2005503267.tif 000236
2005503267.tif 000237
2005503267.tif 000238
【手続補正書】
【提出日】平成15年6月16日(2003.6.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と；
前記基板に対して第１位置と第２位置間の移動のため前記基板から支持された素子であり、第１位置および第２位置間の前記素子の少なくとも一部が前記第１および前記第２位置を互いに電気的に分離する素子と；
入力電気信号を受信し且つ前記素子を前記第２位置に向かって駆り立てる入力電気信号に依存する力を与えるため前記素子の前記第１位置に取り付けられたアクチュエータと；
前記第１位置と前記第２位置の１つに向かって前記素子の変位に依存する力を与えるために前記素子に取り付けられた制御素子と；
前記第１位置と前記第２位置間の前記素子の移動に依存する出力電気信号を与えるため前記素子の前記第２位置と交信するセンサーアセンブリと；
を備えることを特徴とするマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）アナログアイソレータ。
【請求項２】
前記制御素子はばねであり、前記センサーアセンブリは前記アナログ出力電気信号を与えるセンサーであることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項３】
前記制御素子は帰還電気信号を受信するため且つ前記素子を前記第１位置に向かって駆り立てる前記帰還電気信号に依存する力を与えるため前記素子に取り付けられた第２アクチュエータであり、前記センサーアセンブリは零位置に対する前記素子の位置を示すセンサーと、前記零位置に前記素子を復帰させるように前記帰還電気信号を発生するため出力電気信号を受信する誤差検出器を含み、前記出力電気信号が前記帰還信号から引き出されることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項４】
前記制御素子は第２帰還信号を受信し且つ前記素子を前記第２位置方向に駆り立てる前記第２帰還電気信号に依存する力を与えるために前記素子に取り付けられた第３アクチュエータをさらに有し、前記素子のより複雑な帰還制御が達成できることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項５】
前記誤差検出器が前記第１位置と前記第２位置間の零位置に対するビームの位置を示す２進電気帰還を発生し、さらに前記出力電気信号を発生するため前記帰還信号のデューティサイクルを評価するパルス幅復調器を有することを特徴とする請求項３記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項６】
前記アクチュエータは静電モータ、ローレンツ力モータ、圧電モータ、熱膨張モータ、および機械変位モータから選択されることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項７】
前記制御素子は静電モータ、ローレンツ力モータ、圧電モータ、熱膨張モータ、機械変位モータ、および機械ばねから選択されることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項８】
前記センサーは容量センサー、圧電センサー、光電センサー、抵抗センサー、または光学切替センサーから選択されることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項９】
前記素子は前記第１位置と前記第２位置間の滑動動作のため前記基板に取り付けられたビームであることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項１０】
前記ビームは縦軸に沿って前記基板に対して動き、前記ビームは前記基板に対して前記ビームを支持するため外方向に延長するため前記ビームの縦方向に対向する端部に取り付けられた撓み横アーム対を含むことを特徴とする請求項８記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項１１】
前記撓み横アームは前記ビームの近傍の箇所で前記基板に取り付けられ、前記撓み横アームは
（ｉ）前記ビームに取り付けられた第１端部と前記ビームから除去された肘部に取り付けられた片持ち第１部分と、
（ｉｉ）前記第１部分に対して実質的に平行であり前記基板に取り付けられた第１端部と前記肘部に取り付けられた第２端部を有する片持ち第２部分とを有し、
前記第１部分の膨張が前記第２部分のほぼ等しい膨張により相殺され、ビーム内のストレス量が制御されることを特徴とする請求項９記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項１２】
前記撓み横アームは前記基板に対する前記横アームの端部の角度形成を可能にするばね部を介して前記基板に取り付けられることを特徴とする請求項９記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項１３】
前記ビームと前記横アームは縦軸に対して対称であることを特徴とする請求項９記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項１４】
前記ビームと交差する磁界をさらに含み、少なくとも１つの撓み横アーム対は電気信号を受信するため且つ前記ビームを位置に向けて駆り立てる電気信号に依存する力を与えるために導電することを特徴とする請求項９記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項１５】
前記ビームに取り付けられ且つ前記ビームから２次容量プレート近傍に外方向に延びる横断的に延長主容量プレートを含むことを特徴とする請求項９記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項１６】
複数の前記主容量プレートの有効面積が前記ビームの縦軸を横切って等しいことを特徴とする請求項１４記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項１７】
前記容量プレートは前記撓み横アーム対の少なくとも２つの取付点間の前記ビームに取り付けられることを特徴とする請求項１４記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項１８】
前記主容量プレートは前記ビームの片側で前記２次容量プレートに向かって前記主容量プレートを引くように、任意の動きで前記ビームの他方で前記２次容量プレートから前記主容量プレートを分離するように、前記２次容量プレートに対して位置決めされることを特徴とする請求項１４記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項１９】
前記主容量プレートは任意の動きで前記ビームの両側で前記２次容量プレートに向かって前記主容量プレートを引くように前記２次容量プレートに対して位置決めされることを特徴とする請求項１４記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項２０】
前記ビームが第１マイクロ加工層と、第２マイクロ加工層を有し、前記第１加工層は前記第２加工層が除去される領域に電気アイソレータの部分を与えるために絶縁されることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項２１】
前記ビームの電気アイソレータの部分が前記アクチュエータと前記制御装置間にあることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項２２】
前記ビームの電気アイソレータの部分が前記制御装置と前記センサー間にあることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項２３】
基板と；
アナログ入力部と出力部を有する集積回路の前記基板上に形成された複数の相互接続された固体電子装置と；
前記基板上に形成され、前記集積回路の入力部および出力部の少なくとも１つに電気的に取り付けられた機械アナログアイソレータと；
を備え、前記機械アナログアイソレータは
基板と；
前記基板に対して第１位置と第２位置間の移動のため前記基板から支持された素子であり、第１位置および第２位置間の前記素子の少なくとも一部が前記第１位置および前記第２位置を互いに電気的に絶縁するための電気アイソレータであるところの素子と；
入力電気信号を受信し且つ前記素子を前記第２位置に向かって駆り立てる入力電気信号に依存する力を与えるため前記素子の前記第１位置に取り付けられたアクチュエータと；
前記第１位置に向かって前記素子の変位に依存する力を与えるために前記素子に取り付けられた制御素子と；
前記複数の第１位置間の前記素子の移動に依存する出力電気信号を与えるため前記素子の前記第２位置と交信するセンサーアセンブリと；
を備えることを特徴とする分離回路モジュール。
【請求項２４】
前記機械アナログアイソレータの前記アクチュエータは前記集積回路の少なくとも１つの出力点に取り付けられ、前記出力電気信号が少なくとも１つの出力点に分離出力部を提供することを特徴とする請求項２３記載の分離回路モジュール。
【請求項２５】
前記機械アナログアイソレータの前記センサーは前記集積回路の少なくとも１つの入力点に取り付けられ、前記出力電気信号が少なくとも１つの出力点に絶縁入力部を提供することを特徴とする請求項２３記載の分離回路モジュール。
【請求項２６】
前記第２部分に対する前記素子の動きを示す第２出力電気信号を提供するため前記素子の前記第１部分の第２センサーをさらに含み、前記第２出力電気信号は前記出力電気信号から電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項１記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項２７】
第２入力電気信号を受信するため且つ前記素子を第２位置方向に駆り立てる第２入力電気信号に依存する力を与えるため前記素子の前記第２部分に第２アクチュエータをさらに含むことを特徴とする請求項２６記載のＭＥＭＳアナログアイソレータ。
【請求項２８】
基板と；
前記基板に対して第１位置と第２位置間の移動のため前記基板により支持された素子であり、第１位置および第２位置間の前記素子の少なくとも一部が前記第１および前記第２位置を互いに電気的に絶縁するための電気アイソレータであるところの素子と；
入力電気信号を受信し且つ前記素子を前記第２位置に向かって駆り立てる入力電気信号に依存する力を与えるため前記素子の前記第１位置に取り付けられたアクチュエータと；
前記素子を第１位置に向かって駆り立てる前記素子に所定の逆の力を与えるため前記素子に取り付けられたバイアス構造体と；
前記第１位置と前記第２位置間の前記素子の動きを示す出力電気信号を与えるために前記素子の第２位置に取り付けられたセンサーと；
を備え、所定の振幅以上の入力信号が前記入力電気信号から電気的に分離された出力電気信号を発生させるため前記素子を前記第１位置から前記第２位置に急速に動かす逆の力に打ち勝つことを特徴とするマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）デジタルアイソレータ。
【請求項２９】
前記アクチュエータは静電モータ、ローレンツ力モータ、圧電モータ、熱膨張モータ、および機械変位モータから選択されることを特徴とする請求項２８記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項３０】
前記バイアス構造体は静電モータ、ローレンツ力モータ、熱膨張モータ、機械変位モータ、および機械ばねから選択されることを特徴とする請求項２８記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項３１】
前記センサーは容量センサー、圧電センサー、光電センサー、抵抗センサー、および光学切替センサーから選択されることを特徴とする請求項２８記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項３２】
前記素子は前記第１位置と前記第２位置間の滑動動作のため前記基板に取り付けられたビームであることを特徴とする請求項２８記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項３３】
前記ビームは縦軸に沿って前記基板に対して動き、前記ビームは前記基板に対して前記ビームを支持するため外方向に延長するため前記ビームの縦方向に対向する端部に取り付けられた撓み横アーム対を含むことを特徴とする請求項３２記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項３４】
前記撓み横アームは前記ビームの近傍の箇所で前記基板に取り付けられ、前記撓み横アームは
（ｉ）前記ビームに取り付けられた第１端部と前記ビームから除去された肘部に取り付けられた片持ち第１部分と、
（ｉｉ）前記第１部分に実質的に平行であり前記基板に取り付けられた第１端部と前記肘部に取り付けられた第２端部を有する片持ち第２部分とを有し、
ビーム内のストレス量を制御するため前記第２部分のほぼ等しい膨張により前記第１部分の膨張が相殺されることを特徴とする請求項３３記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項３５】
前記撓み横アームは前記基板に対する前記横アームの端部の角度形成を可能にするばね部を介して前記基板に取り付けられることを特徴とする請求項３３記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項３６】
前記ビームと前記横アームは縦軸に対して対称であることを特徴とする請求項３３記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項３７】
前記ビームと交差する磁界をさらに含み、少なくとも１つの撓み横アーム対は電気信号を受信するため且つ前記ビームを位置に向けて促す電気信号に依存する力を与えるために導電することを特徴とする請求項３３記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項３８】
前記ビームに取り付けられ且つ前記ビームから２次容量プレート近傍に外方向に延びる横断的に延長する主容量プレートを含むことを特徴とする請求項３３記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項３９】
複数の前記主容量プレートの有効面積が前記ビームの縦軸間で等しいことを特徴とする請求項３８記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項４０】
前記容量プレートは前記撓み横アーム対の少なくとも２つの取付点間の前記ビームに取り付けられることを特徴とする請求項３８記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項４１】
前記主容量プレートは前記ビームの片側で前記２次容量プレートに向かって前記主容量プレートを引くようにさらに任意の動きで前記ビームの他方で前記２次容量プレートから前記主容量プレートを分離するため、前記２次容量プレートに対して位置決めされることを特徴とする請求項３８記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項４２】
前記主容量プレートは任意の動きで前記ビームの両側で前記２次容量プレートに向かって前記主容量プレートを引くように前記２次容量プレートに対して位置決めされることを特徴とする請求項３８記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項４３】
前記ビームが第１マイクロ加工層と、第２マイクロ加工層を有し、前記第１加工層は前記第２加工層が除去される領域に電気アイソレータの一部を与えるために絶縁されることを特徴とする請求項３８記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項４４】
前記ビームの電気アイソレータの部分が前記アクチュエータと前記バイアス構造体間にあることを特徴とする請求項２８記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項４５】
前記ビームの電気アイソレータの一部が前記バイアス構造体と前記センサー間にあることを特徴とする請求項２８記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項４６】
基板と；
入力部と出力部を有する集積回路の前記基板上に形成された複数の相互接続されたソリッドステートの電子装置と；
前記基板上に形成され、前記集積回路の入力部および出力部の少なくとも１つに電気的に取り付けられた機械デジタルアイソレータと；
を備え、前記機械デジタルアイソレータは
（１）前記基板に対して第１位置と第２位置間の移動のため前記基板により支持され、第１位置および第２位置間の前記素子の少なくとも一部が前記第１位置および前記第２位置を互いに電気的に絶縁するための電気アイソレータであるところの素子と；
（２）入力電気信号を受信し且つ前記素子を前記第２位置に向かって促す入力電気信号に依存する力を与えるため前記素子の前記第１位置に取り付けられたアクチュエータと；
（３）前記素子を第１位置に向けて促して前記素子に所定のほぼ一定の力を与えるため前記素子に取り付けられたバイアス構造体と；
（４）前記第２位置に対する前記素子の動きを示す出力電気信号を与えるため、前記出力電気信号は前記入力電気信号から電気的に分離されている前記素子の前記第２位置に取り付けられたセンサーと；
を備え、所定の振幅以上の入力信号は前記素子を前記第１位置から前記第２位置に急速に移動させるため一定の力に打ち勝つことを特徴とする分離回路モジュール。
【請求項４７】
前記機械デジタルアイソレータの前記アクチュエータは前記集積回路の少なくとも１つの出力点に取り付けられていることを特徴とする請求項４６記載の分離回路モジュール。
【請求項４８】
前記機械デジタルアイソレータの前記センサーは前記集積回路の少なくとも１つの入力点に取り付けられていることを特徴とする請求項４６記載の分離回路モジュール。
【請求項４９】
（ｉ）基板と；
（ｉｉ）前記基板に対して第１位置と第２位置間の移動のため前記基板により支持され、第１位置および第２位置間の前記素子の少なくとも一部が前記第１および前記第２位置を互いに電気的に分離するための電気アイソレータであるところの素子と；
（ｉｉｉ）入力電気信号を受信し且つ前記素子を前記第２位置に向かって促す入力電気信号に依存する力を与えるため前記素子の前記第１位置に取り付けられたアクチュエータと；
（ｉｖ）前記素子を前記第１位置に向けて駆り立て前記素子に所定のほぼ一定の力を与えるため前記素子に取り付けられたバイアス構造体と；
（ｖ）前記第２位置に対する前記素子の動きを示す電気出力信号を与えるため前記素子の前記第２位置に取り付けられ、前記出力電気信号は前記入力電気信号から電気的に分離されているセンサーと；
を有するある型のＭＥＭＳデジタルアイソレータを採用している回路にデジタル信号の電気絶縁を提供する方法において、
（１）閾値以上で論理的真が示され閾値以下で論理的誤りを示す入力信号の論理閾値を特定する工程と；
（２）前記アクチュエータが前記素子を閾値以下の入力信号のための前記第２位置に向けて動かない充分な前記第１位置に向けて前記素子に一定の力を与えるため、前記バイアス構造体を調整する工程と；
（３）前記第２位置への前記素子の動きでのみ出力論理的真信号を与える工程と；
を備えることを特徴とする方法。
【請求項５０】
前記バイアス装置が静電モータであり、前記力が前記静電モータの電圧を変えることにより調整されることを特徴とする請求項４９記載の方法。
【請求項５１】
前記閾値が電圧レベルであり、前記アクチュエータと前記バイアス構造体が静電モータと組合せられ、前記バイアス構造体の電圧が前記閾値電圧レベルに設定させることを特徴とする請求項４９記載の方法。
【請求項５２】
前記バイアス構造体がローレンツ力モータであり、前記力が前記ローレンツ力モータに流れる電流を変えることにより調整されることを特徴とする請求項４９記載の方法。
【請求項５３】
前記閾値が電流レベルであり、前記アクチュエータと前記バイアス構造体がローレンツ力モータと組合せられ、前記バイアス構造体の電圧が前記閾値電流レベルに設定させることを特徴とする請求項４９記載の方法。
【請求項５４】
前記第２部分に対する前記素子の動きを示す第２出力電気信号を提供するための前記素子の前記第１部分の第２センサーをさらに具備し、前記第２出力電気信号は前記出力電気信号から電気的に分離されていることを特徴とする請求項２８記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項５５】
第２入力電気信号を受信するため且つ前記素子を第２位置方向に促す第２入力電気信号に依存する力を与えるため前記素子の前記第２部分に第２アクチュエータをさらに含むことを特徴とする請求項５４記載のＭＥＭＳデジタルアイソレータ。
【請求項５６】
基板に沿って縦方向に移動させるため撓み横アームで支持されている縦方向延長ビームを備え、前記ビームから除去されたアームの端部が前記基板と相対的な前記アームの端部の横の動きを可能にする撓み素子によって前記基板と接続されていることを特徴とするマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）。
【請求項５７】
前記撓み素子がリスト素子を含むことを特徴とする請求項５６記載のマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）。
【請求項５８】
前記リスト素子が湾曲部を介して前記アームに結合されることを特徴とする請求項５７記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項５９】
前記リスト素子が蛇行していることを特徴とする請求項５７記載のマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）。
【請求項６０】
前記ビームから除去された前記アームの端部が蛇行していることを特徴とする請求項５９記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項６１】
前記ビームから除去された前記アームの端部が蛇行していることを特徴とする請求項５７記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項６２】
前記ビームが前記ビームの反対側部上の前記ビームから延びる各横アーム対により縦方向の対向端部で支持され、前記横アームのための前記リスト素子が前記ビームの中央に向かい縦方向に延長することを特徴とする請求項５７記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項６３】
前記ビームが前記ビームの反対側部上の前記ビームから延びる各横アーム対により対向端部で支持され、前記横アームのための前記リスト素子が前記ビームの中央から離間する縦方向に延長することを特徴とする請求項５７記載のマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）。
【請求項６４】
前記横アームとリスト素子が導体であることを特徴とする請求項５７記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項６５】
磁界を含むことを特徴とする請求項５７記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項６６】
前記ビームはこのビームの反対側のビームから延長している横アーム対によりその中央部で支持されており、前記横アームのための前記リスト素子は反対の縦方向に延びていることを特徴とする請求項５７記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項６７】
前記ビームは前記ビームの反対側でビームから延びる各横アーム対により縦方向の反対側の端部で且つ中間点で支持されており、前記ビームの中間点で前記横アームのための前記リスト素子は反対の縦方向に延びていることを特徴とする請求項５７記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項６８】
前記横アームは同一の長さであることを特徴とする請求項５７記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項６９】
前記中間点での前記横アームの取付点が前記ビームの対向端部で横アームの取付点間の中央に配置されることを特徴とする請求項５７記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項７０】
前記ビームの第１対向部はローレンツ力モータ、静電モータ、圧電モータ、熱膨張モータ、および機械変位モータから選択されることを特徴とする請求項５７記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項７１】
前記中央アームは容量センサー、圧電センサー、光電センサー、抵抗センサー、光学切替センサー、および誘導センサーから選択されるセンサーを支持することを特徴とする請求項５７記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項７２】
前記ビームから除去された前記横アームの端部が前記ビームの近傍の箇所でのみ前記基板に取り付けられた横膨張素子の自由端に接続されていることを特徴とする請求項５７記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項７３】
前記ビームは前記ビームの反対側でビームから延びている横アームの各対により縦方向の対向端部で支持されており、前記ビームは横アームの各対を等しく反対の撓み状態で配置するために仕上げられることを特徴とする請求項５７記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項７４】
少なくとも１対の撓み横アームは力が急激に減少するスナップ点まで第１方向にビームの縦方向の動きに増大する抵抗力を与えるため湾曲状態で伸びることを特徴とする請求項５７記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項７５】
前記基板に沿って縦方向に移動するため撓み横アーム上で支持されたビームを含み、前記ビームから除去されたアームの端部が前記ビームの近傍点のみで前記基板に取り付けられた横膨張素子の自由端に接続されていることを特徴とするマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）。
【請求項７６】
基板に沿って縦方向に移動する撓みアーム上に支持されている縦方向延長ビームを備え、前記ビームがこのビームの反対側で前記ビームから延びる横アームの各対により縦方向の対向端部で支持され、前記ビームは前記横アームの各対を等しく反対の撓み状態で配置するために仕上げられることを特徴とするマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）。
【請求項７７】
前記横アーム各対が前記ビームの中央部に対して凹状に湾曲されることを特徴とする請求項７６記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項７８】
前記横アーム各対が前記ビームの中央部に対して凸状に湾曲されることを特徴とする請求項７６記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項７９】
前記横アームは同一の長さを有することを特徴とする請求項７６記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項８０】
中間点の前記横アームの取付点が前記ビームの対向端部で横アームの取付点間の中央に配置されることを特徴とする請求項７６記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項８１】
前記ビームの第１対向部はローレンツ力モータ、静電モータ、圧電モータ、熱膨張モータ、および機械変位モータから選択されることを特徴とする請求項７６記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項８２】
前記センサーアームは容量センサー、圧電センサー、光電センサー、抵抗センサー、光学切替センサー、および誘導センサーから選択されることを特徴とする請求項７６記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項８３】
力が急激に減少するスナップ点まで第１方向に前記ビームの縦運動に増加傾向に抵抗する力を与えるため湾曲状に延びている前記基板に沿って縦方向に移動させるため少なくとも１対の撓み横アーム上に支持されたビームを含むことを特徴とするマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）。
【請求項８４】
前記力が前記スナップ点後に方向を変えることを特徴とする請求項８３記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項８５】
前記スナップ点後、前記湾曲は力が急激に減少する第２スナップ点まで第１方向と逆の第２方向のビームの縦運動に増加的に抵抗することを特徴とする請求項８４記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項８６】
前記第２スナップ点が前記第１スナップ点と異なることを特徴とする請求項８３記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項８７】
前記力が前記スナップ点後に同一方向を維持することを特徴とする請求項８３記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項８８】
少なくとも１対の撓み横アーム上の基板に沿って縦方向移動のために支持されて、第１のアームは縦方向に延びるように角度付けされ、前記ビームから離間した横アームの端部は前記ビームが縦方向に動く場合横方向に動く縦方向延長ビームと；
前記アームの離間端部を受ける横方向の動きを検出するセンサーと；
を備え、前記ビームの縦運動は前記センサーにより検出のため増幅されることを特徴とするマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）。
【請求項８９】
前記センサーは容量センサー、光電センサー、抵抗センサー、圧電センサー、および誘導センサーから選択されることを特徴とする請求項８８記載のマイクロ電気機械システム。
【請求項９０】
基板と；
前記基板に関連する軸に対して第１位置と第２位置間の移動のため前記基板から支持された第１素子と；
測定されるパラメータに依存し前記素子を前記第２位置に向かって促す力を与えるため前記第１素子に取り付けられた第１アクチュエータと；
前記基板に関連する軸に対して第１位置と第２位置間の移動のため前記基板から支持された第２素子と；
前記第１および第２素子を動かすために作用する共通モードのノイズからの影響を減少させた出力を与えるように、前記第１素子と前記第２素子の動きを検出するためおよび前記第１および第２素子の動きの測定値を減算する出力を与えるため前記第１素子および前記第２素子と交信するセンサーアセンブリと；
を備えることを特徴とする減少したノイズ感度を有するマイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）。
【請求項９１】
前記第２素子に取り付けられるが、測定されるパラメータに依存する力を与えないように、測定されるパラメータと交信しない第２アクチュエータをさらに備えたことを特徴とする請求項９０記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項９２】
測定されるパラメータに依存する力を与え、前記第１位置の方向に前記素子に促す、前記第２素子に取り付けられた第２アクチュエータをさらに備えたことを特徴とする請求項９０記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項９３】
前記パラメータが電気信号であり、前記第１および第２アクチュエータがパラメータに関連した入力電気信号を受信し、入力電気信号に依存する力を与えることを特徴とする請求項９０記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項９４】
入力電気信号を受信し、前記第１アクチュエータのための第１入力電気信号と前記第２アクチュエータのための第２入力電気信号を発生し、前記第１入力電気信号が前記第２電気信号に対して反転する入力回路をさらに備えたことを特徴とする請求項９０記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項９５】
前記第２素子が測定されるべきパラメータに依存する力を与えるアクチュエータに接続されず、前記センサーアセンブリは出力を与えるため前記第２素子の検出位置を前記第１素子の検出位置から減算することを特徴とする請求項９０記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項９６】
前記センサーアセンブリは出力を与えるため反転パラメータと基板の加速効果を示す前記第２素子の検出位置を非反転パラメータと基板の加速効果を示す前記第１素子の検出位置から減算することを特徴とする請求項９０記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項９７】
前記第１および第２アクチュエータは静電モータと、ローレンツ力モータ、圧電モータ、熱膨張モータ、および機械変位モータから選択されることを特徴とする請求項９０記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項９８】
前記センサーアセンブリは容量センサー、圧電センサー、光電センサー、抵抗センサー、および光学切替センサーから選択されることを特徴とする請求項９０記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項９９】
前記第１および第２素子は基板の近傍の表面に平行な軸に沿って滑動のための基板に取り付けられたビームであることを特徴とする請求項９０記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項１００】
前記第１および第２アクチュエータは前記第１および第２ビームに対して反対方向に接続されていることを特徴とする請求項９０記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項１０１】
前記センサーアセンブリは前記第１および第２ビームの対応するコンデンサのための反対の容量変化を与えるように前記第１および第２ビームに取り付けられたコンデンサを含むことを特徴とする請求項９０記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項１０２】
前記ビームが縦軸に沿って前記基板に対して動き、さらに前記基板に対してビームを支持するため外方向に延びるためビームの縦方向の対向端部で撓み横アーム対を含むことを特徴とする請求項９７記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項１０３】
前記第１位置に向けて前記第１素子の変位に依存する力を与えるため前記第１素子に取り付けられた第１制御素子と；
前記第１位置に向けて前記第１素子の変位に依存する力を与えるため前記第２素子に取り付けられた第２制御素子と；
をさらに含むことを特徴とする請求項９０記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項１０４】
前記第１位置に向けて前記第１素子に所定のほぼ一定の力を与えるため前記第１素子に取り付けられた第１制御素子と；
前記第１位置に向けて前記第１素子のほぼ一定の力を与えるため前記第２素子に取り付けられた第２制御素子と；
をさらに含むことを特徴とする請求項９０記載のＭＥＭＳ装置。
【請求項１０５】
前記第１アクチュエータと前記センサーアセンブリ間の前記第１素子の少なくとも一部は前記センサーアセンブリから前記第１アクチュエータを電気的に分離するため電気アイソレータであることを特徴とする請求項９０記載のＭＥＭＳ装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
このＰＣＴ出願は、米国特許出願第０９／７８８，９２８号、第０９／８０４，８１７号、第０９／８０５，４１０号および第１０／００１，４１２号の継続出願である。




【国際調査報告】
2005503267.tif 000239
2005503267.tif 000240
2005503267.tif 000241