(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光のビームを偏向させるのに使用するミクロン寸法のミラーアセンブリであって、
平坦なベースと、
該平坦なベースから間隔がとられて該平坦なベースに概ね平行に配置される平坦なミラーであって、第１および第２の端部および、該第１および第２の端部の間に延びる縦軸を有する前記平坦なミラーと、
縦軸に沿って延び前記第１および第２の端部にそれぞれ接続されて前記ミラーが縦軸周りの第１および第２の位置間で前記平坦なベースに対して揺動できるようにする第１および第２のトーション部材と、
該第１および第２のトーション部材を前記平坦なベースに固定する手段と、を含み、
前記ミラーの少なくとも一部は導電材料でできており、さらに、
前記平坦なベースにより支持され、前記ミラーを前記第１および第２の位置間で駆動する第１および第２の間隔のとられた電極と、
縦軸を横切して延び前記第１のトーション部材に固定されるつなぎ部材と、
該つなぎ部材を前記平坦なベースに固定して該つなぎ部材が前記ミラーの揺動を調節するようにする手段と、
を含む、前記ミラーアセンブリ。
【請求項２】
請求項１記載のミラーアセンブリであって、前記第１および第２のトーション部材を前記平坦なベースに固定する手段および、前記つなぎ部材を前記平坦なベースに固定する手段は、前記ミラーの周りに延びるフレーム部材を有し、前記第１および第２のトーション部材および前記つなぎ部材は、前記フレーム部材に固定され、該フレーム部材は前記平坦なベースから間隔がとられて前記平坦なベースに固定されている、前記ミラーアセンブリ。
【請求項３】
請求項１記載のミラーアセンブリであって、前記つなぎ部材はある長さを有しその少なくとも一部は該長さに沿って弾性であり、前記第１のトーション部材は縦軸に沿って延びる細長い部分と該細長い部分を横切して延び該細長い部分から外向きに間隔のとられた端部を有する実質的に剛性のフランジ部分とを含み、前記つなぎ部材は前記フランジ部分の前記端部に固定され、前記フランジ部分は前記ミラーが前記第１および第２の位置間を揺動する間前記つなぎ部材の伸張を強める、前記ミラーアセンブリ。
【請求項４】
光のビームを偏向させるのに使用するミクロン寸法のミラーアセンブリであって、
平坦なベースと、
前記平坦なベース間隔がとられて該平坦なベースに概ね平行に配置される平坦なミラーとであって、第１および第２の端部および、該第１および第２の端部の間に延びる縦軸を有する前記平坦なミラーと、
縦軸に沿って延び前記第１および第２の端部にそれぞれ接続されて前記ミラーが縦軸周りの第１および第２の位置間で前記平坦なベースに対して揺動できるようにする第１および第２のトーション部材と、
該第１および第２のトーション部材を前記平坦なベースに固定する手段と、を含み、
前記ミラーの少なくとも一部は導電材料でできており、さらに、
前記平坦なベースにより支持され、前記ミラーを前記第１および第２の位置間で駆動する第１および第２の間隔のとられた電極と、
縦軸を横切して延び前記第１および第２のトーション部材の少なくとも一方に固定される第１および第２のつなぎ部材と、
該第１および第２のつなぎ部材を前記平坦なベースに固定して該第１および第２のつなぎ部材が前記ミラーの揺動を調節するようにする手段と、
を含む、前記ミラーアセンブリ。
【請求項５】
請求項４記載のミラーアセンブリであって、前記第１および第２のつなぎ部材の各々がある長さを有し、該第１および第２のつなぎ部材の少なくとも一部は前記長さに沿って弾性である、前記ミラーアセンブリ。
【請求項６】
請求項４記載のミラーアセンブリであって、前記第１および第２のトーション部材の少なくとも一方は縦軸に沿って延びる細長い部分と該細長い部分を横切して延び該細長い部分から外向きに間隔のとられた第１の端部を有する実質的に剛性のフランジ部分とを含み、前記第１のつなぎ部材は前記フランジ部分の前記第１の端部に固定され、前記フランジ部分は前記ミラーが前記第１および第２の位置間を揺動する間前記第１のつなぎ部材の伸張を強める、前記ミラーアセンブリ。
【請求項７】
請求項６記載のミラーアセンブリであって、前記フランジ部分は前記第１の端部とは反対の細長い部分から外向きに間隔のとられた第２の端部を有し、前記第２のつなぎ部材は前記フランジ部分の前記第２の端部に固定されている、前記ミラーアセンブリ。
【請求項８】
請求項６記載のミラーアセンブリであって、前記フランジ部分は細長い部分に垂直に延びる、前記ミラーアセンブリ。
【請求項９】
請求項４記載のミラーアセンブリであって、前記第１および第２のトーション部材の少なくとも一方は縦軸に沿って延びる細長い部分と該細長い部分に垂直に延び該細長い部分から外向きに間隔のとられた前記第１および第２の端部を有する実質的に剛性のフランジ部分とを含み、前記第１のつなぎ部材は前記フランジ部分の前記第１の端部に固定され、前記第２のつなぎ部材は前記フランジ部分の前記第２の端部に固定され、前記フランジ部分は前記ミラーが前記第１および第２の位置間を揺動する間前記第１および第２のつなぎ部材の伸張を強める、前記ミラーアセンブリ。
【請求項１０】
請求項４記載のミラーアセンブリであって、前記第１および第２のつなぎ部材は前記第１のトーション部材に固定される、前記ミラーアセンブリ。
【請求項１１】
請求項１０記載のミラーアセンブリであって、前記第１および第２のつなぎ部材は縦軸を横切して延びる軸に沿って延びる、前記ミラーアセンブリ。
【請求項１２】
請求項１１記載のミラーアセンブリであって、前記第１および第２のつなぎ部材は縦軸に垂直に延びる軸に沿って延びる、前記ミラーアセンブリ。
【請求項１３】
請求項１０記載のミラーアセンブリであって、さらに第１および第２のつなぎ部材の追加のセットを含み、該第１および第２のつなぎ部材の追加のセットは前記第２のトーション部材に固定される、前記ミラーアセンブリ。
【請求項１４】
光のビームを偏向させるのに使用するミクロン寸法のミラーアセンブリであって、
平坦なベースと、
該平坦なベースから間隔がとられて該平坦なベースに概ね平行に配置される平坦なミラーであって、第１および第２の端部およびその間に延びる縦軸を有する前記平坦なミラーと、を含み、
前記ミラーの少なくとも一部は導電材料でできており、さらに、
縦軸を横切して延び前記ミラーに固定される少なくとも１つの伸張可能な部材と、
該伸張可能な部材を前記平坦なベースに固定する手段とを含み、
前記ミラーは縦軸周りの第１および第２の位置間を揺動することができ、前記伸張可能な部材は前記ミラーの揺動中、前記ミラーに非線形回復力を与える、前記ミラーアセンブリ。
【請求項１５】
請求項１４記載のミラーアセンブリであって、さらに、前記平坦なベースにより支持され、前記ミラーを縦軸周りに揺動させる少なくとも１つの電極を含む、前記ミラーアセンブリ。
【請求項１６】
請求項１４記載のミラーアセンブリであって、さらに、縦軸に沿って延び前記第１および第２の端部にそれぞれ接続される第１および第２のトーション部材と、該第１および第２のトーション部材を前記平坦なベースに固定する手段とを含む、前記ミラーアセンブリ。
【請求項１７】
請求項１６記載のミラーアセンブリであって、前記伸張可能な部材は一方の前記トーション部材により前記ミラーに固定される、前記ミラーアセンブリ。
【請求項１８】
支持体と、
支持体上に回転可能に搭載され複数の同心配置されたデータトラックを有する平坦な記憶表面を有する光ディスクと、
近端および遠端を有するアームであって、該アームの近端は該アームの遠端が前記記憶表面に対して第１および第２の位置間で旋回できるように支持体上に旋回可能に搭載される前記アームと、
該アームの遠端に搭載されて支持体上のディスクの回転中に前記記憶表面に隣接して空気力学的に浮動されるフライング光ヘッドと、
前記アームにより支持されレーザビームを発する発光器および受光器と、
前記ヘッドにより支持され前記発光器および前記受光器とディスクの前記記憶表面間でレーザビームを反射させて前記記憶表面のデータトラック上で情報の記録および／もしくは読出しをできるようにするミクロン寸法のミラーアセンブリと、を含む光データ記憶システムであって、
前記ミラーアセンブリは平坦なベースと、該平坦なベースから間隔がとられて該平坦なベースに概ね平行に配置される平坦なミラーとを含み、
該平坦なミラーは第１および第２の端部および、該第１および第２の端部の間に延びる縦軸を有し、
前記ミラーアセンブリは縦軸に沿って延び前記第１および第２の端部に接続される第１および第２のトーション部材と、該第１および第２のトーション部材を前記平坦なベースに固定して前記ミラーが縦軸周りの第１および第２の位置間で前記平坦なベースに対して揺動できるようにする手段とを含み、
前記ミラーの少なくとも一部は導電材料でできており、
前記ミラーアセンブリは前記平坦なベースにより支持され、前記ミラーを前記第１および第２の位置間で駆動する第１および第２の間隔のとられた電極を有し、
前記ミラーアセンブリには縦軸を横切して延び前記第１および第２のトーション部材の少なくとも一方に固定される第１および第２のつなぎ部材と、前記第１および第２のつなぎ部材を前記平坦なベースに固定して前記第１および第２のつなぎ部材が前記ミラーの揺動を調節するようにする手段と、が設けられている、前記光データ記憶システム。
【請求項１９】
請求項１８記載のデータ記憶システムであって、前記第１のトーション部材は縦軸に沿って延びる細長い部分と、該細長い部分に垂直に延び該細長い部分から外向きに間隔のとられた第１および第２の端部を有する実質的に剛性のフランジ部分とを含み、前記第１のつなぎ部材は前記フランジ部分の前記第１の端部に固定され、前記第２のつなぎ部材は前記フランジ部分の前記第２の端部に固定され、前記フランジ部分は前記ミラーが前記第１および第２の位置間を揺動する間前記第１および第２のつなぎ部材の伸張を強める、前記データ記憶システム。
【請求項２０】
請求項１９記載のデータ記憶システムであって、前記第１および第２のつなぎ部材は前記第１のトーション部材に固定され、さらに、第１および第２のつなぎ部材の追加のセットを含み、該第１および第２のつなぎ部材の追加のセットは前記第２のトーション部材に固定される、前記データ記憶システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は光スイッチング、ステアリングおよびスキャニングシステムに使用する微細加工ミラーに関し、特に、光データトラッキング、記憶および検索システムに使用する微細加工ミラーに関する。
【０００２】
静電引込（electrostatic pull-in）は静電駆動可撓性微細加工デバイスの範囲を制限する現象である。一般的に、引込は非線形静電駆動がデバイスの機械的サスペンション能力を圧倒して静電力との平衡を達成する時に発生する。１９９９年１月１３日に出願された米国特許出願第０９／２３１，３１７号に記載されているようなタイプのトーションミラーでは、静電駆動によりミラープレートがトーションヒンジサスペンションにより規定される軸の周りを回転させられる。２つのトーションヒンジにより与えられる回復トルクが駆動電極により与えられる静電吸引トルクと平衡する時に平衡角撓みが達成される。トーションヒンジサスペンションはミラープレートの回転角に比例する回復トルクを与える。しかしながら、駆動電極と接地されたミラープレート間の分離がミラープレートの回転により減少すると、静電トルクが非線形的に増大する。ある角撓み値において、静電トルクはヒンジの線形回復トルクにより平衡できるものよりも大きくなる。この引込角において、ミラープレートの外縁は静電ギャップの残部にわたって自然に撓んでミラーの有用な角範囲を引込を生じるものよりも小さく制限する。
【０００３】
静電引込の問題はいくつかの出版物に発表され解析されている。例えば、シーガーおよびクラリーのStabilization of Electrostatically Actuated Mechanical Devices, Proc. Transducers ’97, Chicago, IL, pp. 1133-1136, June 1997には、並進静電アクチュエータに引込現象が発生するのを防止する方法が提示されている。彼等の方法は可動プレートが駆動電極へ向かって駆動される時に不安定動作点が存在しない点へシステムの潜在的なエネルギ機能を本質的に修正するデバイスと直列に帰還キャパシタを配置する。この方法はトーション静電デバイスの安定範囲を増大するのに使用することができるが、帰還キャパシタを充電するのに起動電圧を劇的に増大しなければならないという望ましくないトレードオフがある。
【０００４】
並進微細加工ミラーに対する静電引込の問題は、バーンズおよびブライトのNonlinear Flexures for Stable Deflection of an Electrostatically Actuated Micromirror, Proc. SPIE, Vol. 3226, Austin, TX, Sept. 1997で検討されている。この論文には、非線形撓み性能を有する屈曲部の使用に対する理論的議論が提示されている。しかしながら、非線形性能を提供する設計は提示されていない。むしろ、主および補助屈曲部からなり主屈曲部のある撓みを超えて補助屈曲部により供給される回復力が主屈曲部のそれと加法的に結合される複合屈曲部に対する設計が開示されている。このようにして、屈曲設計は真に非線形ではなく区分的に線形である。
【０００５】
並進およびトーション静電起動微細加工デバイスの両方に対するサスペンション手段は、典型的に細いビームもしくは薄いダイアフラムとしてモデル化される。小さな撓みおよび回転に対しては、これらの構造は線形に挙動する。したがって、構造上に作用する荷重はその変形方向に特有のスプリング定数に等しい比例定数でその撓みに比例する。大きい撓みおよび回転に対しては、これらの構造はもはや加えられる荷重に線形に応答することはない。非線形性の形状はサスペンションジオメトリの特質に非常に依存するが、一般的には大きい撓みおよび回転に対して支配的である３次項と共に小さい撓みの１次項を重ねた関係をとる。ジャーマンのThe Fabrication and Use of Micromachined Corrugated Silicon Diaphragms, Sensors and Actuators, A21-A23 (1990) pp. 988-992 およびジャーマンの米国特許第5,116,457号 Semiconductor Transducer or Actuator Utilizing Corrugated Supports には、このような関係の例が示されており微細加工構造の中央ボスを支持するのに薄いダイアフラムが使用されている。しかしながら、これらの文献においてジャーマンはこれらのダイアフラムの非線形撓み特性の工夫に富んだ使用を行っていない。
【０００６】
必要とされているのはミラーの偏向角と共に非線形的に増大する回復トルクを有しミラーアセンブリの非線形静電駆動力を補償する改良型微細加工ミラーアセンブリである。このようなミラーアセンブリは、好ましくはミラーの有効偏向範囲を大きくするように引込角を増加する。
【０００７】
本発明の目的および利点をさらに理解するために、同じ部品には同じ参照番号が与えられている添付図と共に、以下の詳細な説明を参照する。図８〜１２および図１６の垂直尺度は図面の理解を容易にするために誇張されている。
【０００８】
次に、本発明の同じ部品は同じ参照番号で識別される図面を詳細に参照すると、図４には磁気光学データ記憶および検索システムが図示されている。１つの好ましい実施例では、磁気光学（ＭＯ）データ記憶および検索システム１００は１組の両面磁気光学ディスク１０７、各ＭＯディスク表面に対して１つのフライングヘッドと共に使用するようにされた１組のウィンチェスター型フライングヘッド１０６を含んでいる。ＭＯディスク１０７は支持体１０８によりスタック内に回転可能に支持され、単に判り易くするために図４には１つのディスク１０７しか図示されていない。好ましい実施例では１組の6つのディスク１０７がスタック内に設けられている。ディスク１０７の各側には平坦な記憶表面１０９がありその上に複数のデータトラック１１０が同心的に配置されている。判り易くするために、図４には７本のデータトラックしか図示されておらず、可視化できるようにディスク１０７サイズに対して拡大されている。
【０００９】
フライングヘッドすなわちフライングＭＯヘッド１０６のセットがＭＯディスク１０７の各平坦な記憶表面１０９上に位置決めされるようにアクチュエータアーム１０５によりロータリアクチュエータマグネットおよびコイルアセンブリ１２０に結合される。各アーム１０５は遠端すなわちフレクシブルなサスペンション１０５ｂが、図４に実線で示す、第１の位置と、図４に破線で示す、第１の位置から間隔をとった第２の位置間で旋回できるように支持体１０８上に旋回可能に搭載された剛性近端１０５ａを有する。図４に示す２つの位置は単なる例にすぎずアーム１０５は支持体１０８に対して他の任意数の位置へ移動できる。フライングヘッド１０６はアーム１０５のサスペンション１０５ｂに搭載される。
【００１０】
動作において、ＭＯディスク１０７のセットが、フライングＭＯヘッド１０６のセット間に空気力学的浮力を生じかつフライングＭＯヘッド１０６のセットを各記憶表面１０９に隣接してフライング状態に維持するようにスピンドルモータ１９５により回転される。特に、各フライングヘッドは、ＭＯディスク１０７のセットの各上面もしくは下面１０９上およそ５．９マイクロｃｍ（１５マイクロインチ）以下である。浮力にはサスペンション１０５ｂのセットにより加えられる等しく反対のスプリング力が対抗する。非動作中に、フライングヘッド１０６のセットは、ＭＯディスク１０７のセットの表面から離れた、図示しない記憶状態すなわち位置に静止される。
【００１１】
システム１００はさらに、支持体１０８上に搭載されたレーザ光学アセンブリ１０１および光スイッチ１０４およびアーム１０５により運ばれるシングルモード偏波保持（ＰＭ）光要素すなわちファイバ１０２を含んでいる。光ファイバ１０２は、アーム１０５のサスペンション１０５ｂにより運ばれる発光器および受光器内に含まれる。典型的な実施例では、シングルモードＰＭ光ファイバ１０２の各セットが、光スイッチ１０４に接続された近端１０２ａおよびアクチュエータアーム１０５およびサスペンション１０５ｂの各セットを介してフライングヘッド１０６の各セットにそれぞれ接続され支持体１０８およびフライングヘッド１０６間にレーザビーム１９１，１９２を送る遠端を有する。アセンブリ１０１は、出射レーザビーム１９１を発生する、好ましくはファブリペローもしくは分布帰還形（ＤＦＢ）レーザ源である、直線偏波レーザ源等の適切なレーザ源１１１を有する。レーザ源１１１は６３５〜６８５ナノメートルの範囲内で動作するように選択されるが、他の波長のレーザ源を使用することもできる。光スイッチ１０４、フライングヘッド１０６のセット、シングルモードＰＭ光ファイバ１０２セットの使用は、１９９７年４月１８日に出願された同一譲受人の米国特許出願第０８／８４４，２０８号に開示されており、その全体内容が本開示の一部としてここに組み入れられている。コントローラ１１２がワイヤ１１３により光スイッチ１０４に接続されてそれに電気的コマンド信号を与える。コントローラ１１２はワイヤ１１４により光スイッチ１０４に電気的に接続されている。
【００１２】
各フライングヘッド１０６は、スライダー本体２４４、エアベアリング面２４７、４分の１波長プレート２５１、表面微細加工ステアラブルミラーアセンブリ（μＭＭ）２００、対物光学系２４６、磁気コイル２６０およびヨーク２６２を含んでいる（図２〜図４参照）。フライングヘッド１０６およびスライダー本体２４４は、対物光学系２４６、シングルモードＰＭ光ファイバ１０２および反射基板すなわちミラーアセンブリ２００間の動作距離を収容するような寸法とされている。スライダー本体２４４は、産業標準“ミニ”、“マイクロ”、“ナノ”、もしくは“ピコ”スライダーを含むことができるが、フライングＭＯヘッド１０６と共に使用する要素の前記した寸法上の制約により決定される、別の寸法のスライダー本体２４４を使用することもできる。したがって、好ましい実施例では、スライダー本体２４４はミニスライダー高さ（８８９μｍ）およびナノスライダーのそれ（１６００×２０３２μｍ）に対応する平坦なフットプリント面積を有する。
【００１３】
シングルモードＰＭ光ファイバ１０２は、軸方向カットアウト２４３に沿ってスライダー本体２４４に接続されており、対物光学系２４６は、垂直コーナーカットアウト２１１に沿ってスライダー本体２４４に接続されている。好ましい実施例では、軸方向カットアウト２４３はスライダー本体の周辺に沿って配置され、垂直カットアウト２１１はスライダー本体２４４のコーナーに配置されているが、軸方向カットアウト２４３および垂直カットアウト２１１は、フライングヘッド１０６上の他の位置、例えば、周辺と中心軸間あるいは中心軸自体に沿って配置することができる。当業者ならば光ファイバ１０２および対物光学系２４６を中心軸に沿わずに配置すれば、磁気光学ヘッド１０６の質量中心したがってそのフライング力学に影響を及ぼすように機能できることがお判りであろう。したがって、フライングＭＯヘッド１０６のサスペンションへの取付け点は、磁気光学ヘッド１０６の質量中心のオフセンター変化を補償するように調節する必要がある。好ましくは、カットアウト２４３および２１１はチャネル、ｖ−溝あるいはシングルモード光ファイバ１０２および対物光学系２４６をフライングヘッド１０６に結合して一直線に揃える任意他の適切な構成として設計することができる。
【００１４】
ミラーアセンブリ２００は、図５においてスライダー本体２４４に取り付けられている。後述するように、ミラーアセンブリ２００は、図５においてその見える側とは反対側に破線で示す小さな反射ミラー２２０を含んでいる。好ましい実施例では、出射レーザビーム１９１および入射すなわち戻りレーザビーム１９２は、シングルモードＰＭ光ファイバ１０２、ミラーアセンブリ２００、４分の１波長板２５１および対物光学系２４６を含むＭＯディスク１０７の表面１０９上の表面記録層２４９に対する光路を横切る。出射レーザビーム１９１は光ファイバ遠端１０２ｂからガウスビームとして放出される。
【００１５】
情報の書込み中に、出射レーザビーム１９１は、関心のある選択されたスポット２４８を記録／記憶層２４９のほぼキューリー点まで加熱することにより記録／記憶層２４９の飽和保持力を低下させるように、光スイッチ１０４により選択的にＭＯディスク１０７へ送られる。好ましくは、出射レーザビーム１９１の光強度は一定に保持され時間変化垂直バイアス磁界がコイル２６０により生成されてＭＯディスク１０７に垂直な“アップ”もしくは“ダウン”磁区のパターンを規定する。この技術は磁界変調（ＭＦＭ）として知られている。その後、関心のある選択されたスポット２４８が冷却すると、各回転ディスク１０７の記録／記憶層２４９内で情報が符号化される。
【００１６】
情報の読出し中に、出射レーザビーム１９１（書込みに比べて低強度）は任意所与の関心のあるスポット２４８において、カー効果により（記録／記憶層２４９から出射レーザビーム１９１が反射されると）反射レーザビーム１９２は関心のあるスポット２４８における磁区極性によって決まる時計回りもしくは反時計回りの回転偏波を有するように選択的にＭＯディスク１０７へ送られる。
【００１７】
前記した光路は双方向性である。したがって、反射レーザビーム１９２は、フライングヘッド１０６により受信されてシングルモードＰＭ光ファイバ１０２の遠端１０２ｂへ入る。反射レーザビーム１９２は、シングルモードＰＭ光ファイバ１０２に沿って伝播してその近端１０２ａから出て行き、光スイッチ１０４により選択的にレーザ光学系アセンブリ１０１へ送られるようにされ、その後電気信号へ変換される。
【００１８】
微細加工ミラーアセンブリすなわちミラーアセンブリ２００は１９９８年１１月１３日に出願された米国特許出願第０９／１９２，００６号［ファイル番号Ａ−６６１６６−１］に開示されているタイプとすることができ、その全体内容が本開示の一部としてここに組み入れられている。ミラーアセンブリ２００は、半導体チップと同様なサイズおよび形状を有しミクロン寸法である。ミラーアセンブリ２００は第１および第２の端部２００ａおよび２００ｂを有し、また端部２００ａおよび２００ｂの端面を形成する第１および第２の平行側面２９６および２９７を有し、さらに端部２００ａおよび２００ｂ間を延びる第３および第４の平行側面２９８および２９９を有する（図８参照）。ここでは、第１の端部２００ａは動作エリア２００ａと呼ばれ、第２の端部はスライダー取付けエリア２００ｂと呼ばれる。ミラーアセンブリ２００は側面２９６および２９７間の長さが５００から３０００ミクロンの範囲、好ましくはおよそ１８５０ミクロンであり、側面２９８および２９９間の幅が３００から１０００ミクロンの範囲、好ましくはおよそ６５０ミクロンであり、その頂面と底面間の高さは７５から６００ミクロンの範囲、好ましくはおよそ１７５ミクロンである。
【００１９】
ミラーアセンブリ２００は平坦なベース３０１を有する。平坦なミラー２２０は平坦なベース３０１に平行に間隔がとられており、第１および第２の端部２２０ａ，２２０ｂおよびこのような端部間を延びる中心縦軸３０３を有する（図８〜１０参照）。縦軸３０３はミラー２２０の中心を延び、ミラーアセンブリ２００の縦軸に垂直である。ミラーはさらに縦すなわち回転軸３０３上に対称的に配置された第１および第２の半部を含んでいる。
【００２０】
第１および第２のトーション部材３０６および３０７が、ミラー２２０の第１および第２の端部２２０ａ，２２０ｂにそれぞれ固定されている。各トーション部材すなわちヒンジ部材３０６および３０７は、縦軸３０３に沿って延びており、平坦なベース３０１に対する第１および第２の偏向位置間でミラー２２０を縦軸３０３周りに揺動させることができる。ミラー２２０はその第１および第２の偏向位置間を移動する時に、図８〜１０に示すように、そのホームすなわち平坦位置を通過する。後述する固定手段が、第１および第２のヒンジ部材すなわちヒンジ３０６および３０７を平坦なベース３０１に固定するためにミラーアセンブリ２００内に含まれている。
【００２１】
平坦なベース３０１は、ミラーアセンブリ２００の積層構造に対する剛性サポートとして働く第１のすなわち基板層３１１を有する。基板３１１は平行六面体の形状を有する。基板３１１はミラーアセンブリ２００の長さおよび幅を規定する長さおよび幅を有し、７５から６００ミクロンの範囲、好ましくはおよそ１７５ミクロンの厚さを有する。シリコン、石英および他の比較的高温のガラス等の任意適切な材料から比較的厚い基板を形成することができ、好ましい実施例では、基板３１１はＮ−型シリコンからウエーハ形状に形成される。
【００２２】
誘電材料の少なくとも１層から形成された層３１４が基板３１１上に重なっており、平坦なベース３０１内に含まれている（図１０参照）。ミラーアセンブリ２００の一実施例では、誘電層３１４は、基板３１１上に配置された二酸化シリコンの薄層３１６およびその上に重なる任意適切な耐酸エッチ誘電材料、好ましくは窒化シリコン等の耐フッ化水素酸誘電材料、の薄層３１７を含む積層体である。二酸化シリコン層３１６は、３００から５００ナノメートルの範囲、好ましくはおよそ３００ナノメートルの厚さを有する。窒化シリコンシリコン層３１７は、２００から３００ナノメートルの範囲、好ましくはおよそ２５０ナノメートルの厚さを有する。誘電層３１４は窒化シリコン層だけで構成することもできる。ミラーアセンブリ２００の別の実施例では、誘電層３１４は任意他の適切な誘電材料の１つ以上の層から構成することができる。
【００２３】
ポリシリコン等の任意適切な導電材料から作られたパターン化された層３１９が誘電層３１４上に配置されている（図１０参照）。平坦なポリシリコン層３１９は、１００から３００ナノメートルの範囲、好ましくはおよそ２５０ナノメートルの厚さを有する。パターン化された層３１９はその中に、とりわけ、完成したミラーアセンブリ２００内ではミラー２２０の下に間隔がとられている第１および第２の駆動電極３２２および３２３を形成するスペースを有する。第１および第２の電極３２２および３２３は、八角形でミラー２２０の八角形に近い複合平面形状を有する。駆動電極３２２および３２３のこのような複合八角形状は、ミラー２２０の八角形状よりも小さい。第１および第２の導電パッド３３１および３３２および第１および第２の導電トレース３３３および３３４が、ポリシリコン層３１９により平坦なベース３０１上に形成される。第１の電気的トレース３３３は第１の導電パッド３３１から第１の駆動電極３２２へ延びており、第２の電気的トレース３３４は第２の導電パッド３３２から第２の駆動電極３２３へ延びている。第３の導電パッド３３６が、ポリシリコン層３１９により第１および第２の導電パッド３３１および３３２間に形成される。
【００２４】
ミラー２２０の動作エリア２００ａは、平坦なベース３０１の上に平行に間隔がとられた材料の上層３４２から形成されたミラープラットフォーム３４１を含んでいる（図８〜１０参照）。第１および第２のヒンジ３０６および３０７もプレート層３４２から形成され、各々が一端においてミラープラットフォーム３４１に、他端においてフレーム３４６の内縁に固定される。上層３４２から形成された周辺部すなわちフレーム３４６は、ミラープラットフォーム３４１周りに延びている。フレーム３４６は、動作エリア２００ａ内に配置され、第１および第２の実質的にＣ字型の開口３４７および３４８がその中を貫通してミラープラットフォーム３４１および第１および第２のヒンジ３０６および３０７を形成する。特に、開口３４７および３４８は、括弧に似た形状を有する。開口３４７および３４８は、縦軸３０３周りに対称的に配置されている。上層３４２はポリシリコン等の任意適切な導電材料により作られ、１．５から２．５ミクロンの範囲、好ましくはおよそ２．０ミクロンの厚さを有する。フレーム３４６は、ミラー軸３０３に垂直に測定した長さが４００から７００ミクロンの範囲、好ましくはおよそ５８０ミクロンであり、幅は４００から６５０ミクロンの範囲、好ましくはおよそ６５０ミクロンである。
【００２５】
導電性ミラープラットフォーム３４１は、付加すなわち接地電極として働き、実質的に楕円形特に八角形の平面形状を有する。ミラープラットフォーム３４１およびミラー２２０の長楕円形は、ミラー２２０がレーザビーム１９１，１９２の経路内に４５°の角度で配置される時にその上に作り出される、図９に点線で示す、スポットと少なくとも同じ大きさである。ミラープラットフォームは、中心縦軸３０３に沿ったその中心における長さが１７０から２５０ミクロンの範囲、好ましくはおよそ２２０ミクロンであり、縦軸３０３に垂直に延びるその中心における幅は１４０から２００ミクロンの範囲、好ましくはおよそ１７０ミクロンである。第１および第２のヒンジ３０６および３０７の各々が、縦軸３０３に沿って測定した長さが１５から６０ミクロンの範囲、好ましくはおよそ５０ミクロンであり、幅は１から８ミクロンの範囲、好ましくはおよそ３ミクロンである。
【００２６】
ＰＳＧ（phosphosilicate glass）等の任意適切な材料の少なくとも１つのパターン化された層が、プレート層３４２のパターン化された部分と平坦なベース３０１との間に配置されている。このようなＰＳＧすなわちスペーサ層３５６が層３１９の頂上に配置されており、８から１３ミクロンの範囲、好ましくはおよそ１０ミクロンの厚さを有する。ＰＳＧ層３５６はミラープラットフォーム３４１およびフレーム３４６の一部の下で除去されてミラーアセンブリ２００内側にスペースすなわちチャンバー３５８が得られる（図１０参照）。チャンバー３５８はこれらのエリア内のポリシリコン層３１９および平坦なベース３０１の露出部まで延びている。このようにして、ミラープラットフォーム３４１は、誘電層３１４から間隔がとられ、第１および第２の駆動電極３２２および３２３上に間隔がとられている。駆動電極はミラープラットフォーム３４１の底部に露出されている。
【００２７】
フレーム３４６およびそれとミラープラットフォーム３４１を平坦なベース３０１に相互接続する第１および第２のヒンジ３０６および３０７を固定する手段がミラーアセンブリ２００内に含まれている。この点について、複数の支柱３６１がフレームの下側と平坦なベース間を垂直に延びてプレート層３４２を平坦なベース３０１に固定する。このような支柱３６１の１つが図１０に示されている。各支柱３６１は任意適切な材料で作られ、例示する実施例では導電材料から作られる。特に、支柱３６１はポリシリコンから作られ、プレート層３４２に固定される。各支柱３６１はポリシリコン層３１９から形成されるランディングパッド３６２上に静止し、やはりポリシリコン層３１９から形成される導電性トレース３６３により接地導電性パッド３３６に電気的に接続される。接地トレース３６３の第１および第２の部分３６３ａおよび３６３ｂは、それぞれ第１および第２の駆動電極３２２および３２３の外側の長さに沿って延びる。トレース３６３の第３の部分３６３ｃは、駆動電極３２２および３２３の第２の端部３２２ｂおよび３２３ｂに隣接する部分３６３ａおよび３６３ｂ間を垂直に延びる。フレーム３４６を平坦なベース３０１に固定する手段は、さらにプレート層３４２および平坦なベース３０１間を延びる複数の壁状部材すなわち壁３７１を含んでいる（図８および１０）。各壁３７１は導電材料等の任意適切な材料から作られる。さらに、壁３７１はポリシリコンから作られプレート層３４２に固定される。各壁はポリシリコン層３１９のパターン化された部分上にある。
【００２８】
プレート層３４２および壁３７１は、さらに各導電すなわち相互接続パッド３３１，３３２および３３６へ電気信号を与える複数のコンタクトプラットフォーム３８１，３８２および３８３を形成するのに役立つ。少なくとも１つの導電材料の薄層が任意適切な手段によりプラットフォーム３８１〜３８３の頂部に配置され、その上に第１および第２のコンタクトパッド３９１，３９２および接地コンタクトパッド３９３をそれぞれ提供する。このような各コンタクトすなわちボンドパッドは、好ましくはおよそ１０ナノメートルの厚さを有するプレート層３４２上に配置されたクロムの薄層およびクロム層の頂部に配置されたおよそ５００ナノメートルの厚さを有する金のより厚い層からなっている。接地コンタクトパッド３９３はミラープラットフォーム３４１を接地するのに使用される。
【００２９】
光学的品質の表面を提供するためにミラープラットフォーム３４１の頂部に薄層３９６が配置される。層３９６はレーザ光の波長において一緒に高い反射率を生成する材料の１つ以上の薄層により構成される。特に、層３９６は任意適切な手段によりミラープラットフォーム３４１の頂部に堆積されたおよそ５ナノメートル厚のクロムの薄層を含んでいる。およそ１００ナノメートル厚の金の薄層が任意適切な手段によりクロム層の頂部に堆積され、さらに薄層３９６内に含まれている。
【００３０】
ミラーアセンブリ２００のスライダー取付エリア２００ｂは、ミラーアセンブリ２００のほぼ半分を占有する（図８参照）。スライダー取付エリアは、複数のプラトーすなわちメサ３９８を提供する縦方向および横方向に揃えられた溝すなわち恒久チャネル３９７のグリッドを有する。プレート層３４２は、メサ３９８の頂面を形成するもう１つの部分すなわち残部３９９およびメサの側面を形成する壁３７１を有する。各メサ３９８は適切な平面形状および寸法とされ、例示する実施例では各々がおよそ１５０ミクロン×１５０ミクロンの寸法を有する方形形状である。
【００３１】
ミラー２２０に剛性を与えるために複数のリブ４１１がミラープラットフォーム３４１の底部に固定されている。リブ４１１は任意適切な材料から作られ、好ましくは支柱３６１および壁３７１を形成するのと同じ導電材料から作られる。このようにして、リブ４１１はポリシリコンから作られる。リブ４１１はプラットフォーム３４１の底部に垂直に平坦なベース３０１に向かって延び、好ましくはミラープラットフォーム３４１と平坦なベース３０１間の少なくとも中ほどまで延びる。周辺リブ４１１は八角形ミラープラットフォーム３４１の周囲を完全に延びている。周辺リブ４１１内に１つ以上の付加リブを随意設けることができる。ミラーアセンブリ２００の１つ好ましい実施例では、ここに記載されている１９９８年１１月１３日に出願された米国特許出願第０９／１９２，００６号［ファイル番号Ａ−６６１６６−１］の図１０に示すタイプの交差内部リブ４１１が付加されている。ミラープラットフォーム３４１の底面は、第１および第２の駆動電極３２２および３２３の頂面から４から１２ミクロンの範囲、好ましくはおよそ１０ミクロンの距離だけ間隔がとられており、リブ４１１と電極３２２および３２３との間に空隙を与える。各リブ４１１は、２から６ミクロンの範囲好ましくはおよそ４ミクロンの幅、および４から８ミクロンの範囲好ましくはおよそ６ミクロンの深さを有する。
【００３２】
ミラーアセンブリ２００は、第１および第２の駆動電極３２２および３２３により与えられる静電力に応答する機械的回復力を与える直線状および非直線状サスペンション４２９を含む手段を有する。サスペンション４２９の直線状手段すなわち構成部分は、第１および第２のヒンジ３０６および３０７およびミラー２２０の偏向角と共に線形的に増大するような成分をこのような機械的回復力に与える第１および第２のトーションヒンジ３０６および３０７を含んでいる。サスペンション４２９はさらに非直線状手段すなわちサスペンション、すなわち第１および第２のヒンジ３０６および３０７およびミラー２２０の偏向角と共に非線形的に増大する回復力を与える任意タイプのサスペンション、を含んでいる。この点について、第１および第２のつなぎ部材４３１および４３２が第１および第２のトーションヒンジ３０６および３０７の少なくとも１方に固定されている。特に、１組の第１および第２の伸張可能なすなわちつなぎの部材４３１および４３２は、好ましくは第１および第２のトーションヒンジ３０６および３０７の各々に固定されている（図９および図１０参照）。直線状構成部分への回復トルクの非線形成分の相対的大きさは、大部分、つなぎ部材４３１および４３２の長さ、幅、および厚さの関数である。
【００３３】
各曲げ部材すなわちつなぎ部材４３１および４３２は、好ましくはプレート層３４２と一体的に形成される。そのため、細長い各つなぎ部材４３１および４３２はフレーム３４６に連結された外端４３３を有する。このようにして、フレーム３４６は、各つなぎ部材４３１および４３２を平坦なベース３０１に固定するためのミラーアセンブリ２００の手段内に含まれる。細長い各つなぎ部材４３１および４３２は各ヒンジ３０６および３０７に接続された反対内端４３４を有する。図９および図１０に最も明確に示すように、各トーション各ヒンジ３０６および３０７は、ミラープラットフォーム３４１およびフレーム３４６間を縦軸３０３に沿って延びる細長い部分４４１により形成され、随意細長い部分４４１と一体的に形成されそれを横切して延びるフランジ部すなわちフランジ４４２により形成される。フランジ４４２は細長い部分４４１から外向きに間隔のとられた第１の端部４４２ａおよび細長い部分から第１の端部４４２ａとは反対に外向きに間隔のとられた第２の端部４４２ｂを有する。第１のつなぎ部材４３１の内端４３４は、フランジ４４２の第１の端部４４２ａに固定され、第２のつなぎ部材４３２の内端４３４は、フランジの第２の端部４４２ｂに固定されている。このように形成されると、フランジ４４２およびそこに固定された第１および第２のつなぎ部材４３１および４３２は細長い部分４４１および縦軸３０３を横切して配置され、好ましくは細長い部分４４１および縦軸３０３に垂直に配置された軸すなわちラインに沿って延びる。
【００３４】
各フランジ４４２は、実質的に剛性でミラー２２０の縦軸３０３周りの回転中に細長い部分４４１に対して湾曲しないサイズおよび形状とされる。実質的に剛性である各フランジ４４２は好ましくは平行六面体の形状を有し、特に、細長い部分４４１の側面で測定した半分の長さは２０から１００ミクロンの範囲であり、軸３０３に平行に測定した幅は４から８ミクロンであり、プレート層３４２の上面から測定した下向きに延びる深さは４から１０ミクロンである。フランジ４４２は好ましくはミラープラットフォーム３４１から４から１２ミクロンの範囲、より好ましくはおよそ５ミクロンの距離だけ間隔がとられている。細長い部分４４１のフランジ４４２およびフレーム３４６間の部分は、フランジ４４２およびミラープラットフォーム３４１間の部分とは異なる断面サイズおよび形状を有することができる。各つなぎ部材４３１および４３２は縦軸３０３に垂直に測定した長さが４０から１００ミクロンの範囲であり、幅は一般的にフランジ４４２の幅に対応するかそれよりも狭く深さは０．２から１．０ミクロンの範囲である。つなぎ部材はその長さの少なくとも一部好ましくは全長に沿って弾性で湾曲可能となるような断面形状を有する。
【００３５】
サスペンション４２９の第１および第２のつなぎ部材４３１および４３２は、第１および第２のトーションヒンジ３０６および３０７の各々に接続されるように図示されているが、一方のヒンジ３０６もしくは３０７にしか接続されない１組のつなぎ部材４３１および４３２を有するサスペンション４２９も提供することができる。あるいは、一方のつなぎ部材が第１のヒンジ３０６に接続され他方のつなぎ部材が第２のヒンジ３０７に接続され縦軸３０３に対して反対方向に第１のつなぎ部材に平行に延びる、第１および第２のつなぎ部材を提供することができる。あるいは、ミラー２２０の縦軸３０３周りのピボット運動を調整すなわち制限するための他の構成のつなぎ部材を提供することができる。さらに、１つ以上のつなぎ部材を設けてヒンジ３０６もしくは３０７の細長い部分４４１に一体的に連結するかあるいは直接固定することもでき、すなわちフランジ４４２がない、それも本発明の範囲内である。必ずしもミラーの縦軸に垂直に配置する必要のないつなぎ部材を含む、トーションヒンジがあってもなくても非線形回復トルクを与える、つなぎ部材のような曲げ部材を有するサスペンションミラー２２０に対する他の構成は、本発明の範囲内である。例えば、ミラー２２０をフレーム３４６に旋回可能に固定しミラーに非線形回復トルクを与えるための１つ以上のつなぎ部材のような部材を提供することができる。このような構成の一実施例では、このような４つの曲げすなわちつなぎ部材を設けることができ、つなぎ部材は軸３０３に対して対称的に配置されこのような各つなぎ部材は軸３０３に対して４５°もしくは他の斜角で延びている。
【００３６】
下記の方程式は、非線形力成分を有するサスペンションを有するミラーアセンブリ２００を提供するために、ミラー２２０の縦軸３０３周りの偏向角の関数として第１および第２の駆動電極３２２および３２３の起動電圧間の関係をよく理解するために誘導された。サスペンション４２９の回転角θとミラー２２０の極端側の印加トルクＴS間の関係は下記の形式をとるものと仮定された。
ＴS＝ｋ1θ＋ｋ3θ3                                      （１）
ここに、ｋ1はサスペンション４２９に対する１次回転スプリング定数であり、ｋ3はサスペンション４２９に対する３次スプリング定数である。θはラジアン単位で与えられ、例えば、２度はほぼ０．０３５ラジアンに等しい。ミラー２２０の角偏向の確立において、ＴSは駆動電極３２２および３２３のいずれか一方に電圧Ｖを印加して発生される静電トルクＴeと平衡している。ミラー２２０が比較的剛性であるものと仮定すると、ミラーの角偏向は式（１）におけるθと同値である。静電トルクは次式で表わされる。
0004619538.tif 000002
ここに、Ｃはミラー２２０と駆動電極３２２および３２３間の容量である。このような構造に対する容量は、典型的には電極間の初期空隙ｇ、駆動電極幅ｂ／２、駆動電極長さａ、偏向角、ミラー２２０の特定のジオメトリ、およびフリースペースの誘電率ε0の非線形関数である。ミラー２２０のジオメトリが比較的複雑であれば、有限要素法を使用してミラーの任意所与のジオメトリに対する偏向角の関数として容量を決定することができる。しかしながら、駆動電極３２２および３２３のそれに等しい長さおよび駆動電極の幅に等しい半幅を有する平坦な矩形ミラープレートプラットフォーム３４１の単純なケースに対しては、容量に対する閉じた形式の関係を得ることができる。回転運動しか行わない、すなわち電極３２２および３２３からの印加電圧の結果ミラープレート２２０の並進がない、ものと想定されるようなデバイスに対しては、容量は次式で表わされる。
0004619538.tif 000003
【００３７】
ミラー２２０の容量は、有限要素法により次式に曲線当てはめできるように解析されている。
0004619538.tif 000004
ここに、ＡおよびＢは所与の設計のミラー２２０に対する特定のリブ４１１およびミラープラットフォーム３４１ジオメトリによって決まる当て嵌めパラメータである。ここに記載されている１９９８年１１月１３日に出願された米国特許出願第０９／１９２，００６号［ファイル番号Ａ−６６１６６−１］の図１０に示すタイプの標準交差リブミラーに対して、ＡおよびＢはそれぞれ０．８５２５および１．３１１に等しいことが判っている。
【００３８】
起動電圧Ｖとミラー２２０の角偏向θ間の関係を決定するのに、式（３）および（４）を使用して式（２）の静電トルクＴeを評価することができる。因子２はミラープラットフォーム３４１の各端部におけるサスペンション４２９の存在を示す、関係Ｔe＝２ＴSを使用して次に式（２）を式（１）に関連付けることができる。起動電圧Ｖについて解くと、次式が引出される。
0004619538.tif 000005
【００３９】
式（５）に関して、各トーションヒンジ３０６および３０７および各つなぎ部材４３１および４３２により提供されるサスペンション４２９に対する設計問題は、角偏向と起動電圧間の最も有用な関数関係を与えるｋ1およびｋ3の相対的大きさを設定することである。ミラー２２０に対するもう１つの設計上の制約は次式で表わされるその共振周波数ｆresである。
0004619538.tif 000006
ここに、ｋはトーションモードに対する有効スプリング定数であり、Ｉmはミラー２２０の質量慣性モーメンである。サスペンション４２９の固有の非直線性により、この共振周波数は偏向角θの関数となる。しかしながら、ミラー角位置に対して利用されるサーボループ制御に対しては、ｋ＝２ｋ1と仮定して共振周波数を設計すれば十分であり、ここでも２の因子はミラープラットフォーム３４１の各端部に１つずつの２つのサスペンション４２９の存在を示す。ポリシリコン交差リブミラーに対する有限要素解析によりＩm＝５．３６Ｅ−１３ｋｇｍｍ2が決定されている。３０−ｋＨｚのトーション共振設計値に対して、次にｋ1は０．００９５ｍＮｍｍ（ミリニュートンミリメートル）として決定される。
【００４０】
ミラー２２０に対する引込がほぼ１．５°の偏向角で生じるものと仮定すると、ヒンジ３０６および３０７およびつなぎ部材４３１および４３２により形成されるサスペンション４２９の１つの設計方法は、式（１）の３次項が引込を防止するように１．５°の偏向角において有意となることである。この角度において３次項を１次項の２０％とすると、ｋ3はｋ1の２９0倍程度としなければならない。前節でｋ1に対する値が引出されておれば、ｋ3は２．７７ｍＮｍｍとして計算される。ここでは設計１と呼ばれるこの設計において、駆動電極３２２，３２３およびプラットフォーム３４１の下面間の初期間隙はほぼ１０ミクロンと想定される。前記したｋ1およびｋ3の値、ａ＝２００μｍおよびｂ＝１４０μｍ、を有する交差リブミラー２２０に対して式（５）が評価されており、その結果が図１１にグラフで示されている。図１１で同じ軸上にｋ3＝０で同じ関係のグラフが描かれており、それはつなぎ部材４３１および４３２の無いサスペンション４２９の性能を表わしている。図１１からお判りのように、ｋ3＝０である曲線の勾配がゼロに向かう傾向があると引込が問題となる。図１１からつながれたサスペンション４２９は少なくとも２°の偏向角まで引込からの良好な免除を与えることが明らかである。
【００４１】
設計１は角偏向と起動電圧との間にほぼ２次方程式の関係を与える。光データ記憶システムにおけるサーボループ制御が２次関係を使用してミラーの角位置を更新しトラック追跡中にオフトラック位置エラーを訂正できる場合にこれは有用な方法である。図１２において、図１１の同じ電圧データが二乗され、偏向角θに対して描かれている。つながれていないミラーはおよそ１°の偏向で開始して線形性からの著しい逸脱を示し、つながれたミラーはその最小二乗回帰線との比較から明らかなようにほぼ線形のままである。
【００４２】
ここでは設計２と呼ぶもう１つの設計では、起動電圧Ｖと角偏向θ間の関係はできるだけ線形とされる。この設計に対して、ミラー位置に対するサーボループ制御に悪影響を与えることなくミラーの共振周波数を幾分低減できるものと仮定する。ミラープラットフォーム３４１の下面と第１および第２の駆動電極３２２，３２３間の初期間隙が１０μｍよりも低減されるため設計２はさらに魅力的である。この設計思想はミラー２２０の縦軸３０３周りの旋回に必要な起動電圧Ｖを低下させるのに役立つ。幾分低い共振周波数がｋ1を、例えば、０．００８０ｍＮｍｍに低減できるものと考える。ｋ3をｋ1の２５００倍、すなわち２０．０ｍＮｍｍ、に設定し初期空隙をおよそ７μｍに低減すると、図１３に示すように少なくとも２°の偏向までほぼ所望する線形関係が得られる。図１３における点線は１°の偏向に対して評価された式（５）の勾配を示す。この計算に対して、式（５）の係数ＡおよびＢは設計１の１０μｍ初期間隙に対して同じであると仮定する。
【００４３】
設計１および２に対するｋ1およびｋ3値を与えるジオメトリを決定するために、SDRC I-deas Master Series 6 ソフトウェアを使用して非線形有限要素解析が実施された。所望値を与えるために変更できる幾何学的パラメータを図１４に示す。図１５の表は、ｋ1およびｋ3のこの解析結果および設計１および２に対する所要ジオメトリを示す。寸法はミクロンであり、スプリング定数はｍＮｍｍである。１６０ＧＰａのヤング率および０．３のポアソン比が仮定され、それらはサスペンションを構成するのに使用されるポリシリコンプレート層３４２に対する典型的な値である。図１５は、リストされたジオメトリが先の議論で特定された設計目標と適切に一致する範囲内にあることを示している。
【００４４】
図１６は第１および第２の駆動電極３２２および３２３により加えられる静電モーメントの関数としてのつながれたサスペンション設計の角偏向のグラフである。非線形有限要素解析の結果が、前記したｋ1およびｋ3係数を有する１次および３次項しか含まない多項式曲線当てはめと共に描かれている。曲線当てはめが有限要素解析結果と一致するという事実は、つなぎ部材が式（１）のように挙動するという仮定が実際上正しいことをほぼ正確に示している。
【００４５】
ミラーアセンブリ２００の製作方法が１９９８年１１月１３日に出願された米国特許出願第０９／１９２，００６号［ファイル番号Ａ−６６１６６−１］に詳細に記載されている。そこに詳細に記載されているように、第１および第２のトーションヒンジ３０６および３０７の細長い部分４４１はプレート層３４２から形成される。第１および第２のつなぎ部材４３１および４３２もプレート層３４２から形成することができる。つなぎ部材４３１および４３２の所望の深さおよび厚さは、つなぎ部材の所望の位置において、エッチング等によりプレート層３４２の上部を薄く除去して得ることができる。あるいは、つなぎ部材４３１および４３２の位置においてプレート層３４２を完全に除去して任意適切な材料、例えばプレート層３４２のポリシリコン材料、の付加層を堆積し、パターン化しエッチングしてつなぎ部材を形成することができる。このような方法によりつなぎ部材厚の制御が改善されるものと思われる。さらにもう１つの代替策として、つなぎ部材４３１および４３２は適切に堆積され、パターン化されエッチングされてつなぎ部材を生成する窒化シリコンもしくは低応力シリコンリッチ窒化シリコンの付加層から構成することができる。フランジ４４２のプレート層３４２の面内における部分は、細長い部分４４１と同じ方法で形成され、フランジ４４２のプレート層３４２の下に垂れ下がる部分は、リブ４１１と同じ方法で形成することができる。リブ４１１と平坦なベース３０１間の比較的小さい間隙により平坦なベース３０１と望ましくない接触をするリブ４１１を生じる設計２等のミラーアセンブリ２００の実施例では、適切な深さおよびサイズの溝（図示せず）を平坦なベース内にエッチングその他の方法で形成してミラー２２０の縦軸３０３周りの運動中にリブ４１１を収容することができる。
【００４６】
各ミラーアセンブリ２００は、そのスライダー取付けエリア２００ｂをスライダー本体４４４のアングル面２０２に付着させることによりフライングヘッド１００に取り付けることができる。基板３１１の底面が見える図２に明確に示すように、ミラーアセンブリ２００は、ミラー２２０が光ファイバ１０２の端部１０２ｂと対物レンズ４４６間でレーザビーム１９１，１９２を反射するようにスライダー本体４４４上に揃えられる。例示する実施例では、ミラー２２０は入射ビームの伝播方向により規定される軸に対してほぼ９０°の角度でレーザビームを反射する。各レーザビーム１９１，１９２はミラー２２０にその中心で接触することが好ましい。各ミラーアセンブリ２００はフライングヘッド１０６に取り付ける前および／もしくは後でテストすることができる。図２に示すように、コンタクトパッド３９１〜３９３がそれぞれワイヤによりコントローラ１１２に電気的に接続される。
【００４７】
システム１００の操作および使用において、サーボコントローラ１１２の出力により第１および第２の駆動電極３２２および３２３の一方へ制御電圧が印加され、ミラー２２０は、その第１および第２の偏向位置間で第１もしくは第２の反対方向にヒンジ３０６および３０７の周りを旋回するようにされる。第１および第２のコンタクトパッド３９１および３９２により駆動電圧が第１および第２の電極３２２および３２３へ供給される。最大駆動電圧は１００Ｖから２００Ｖの範囲、好ましくはおよそ１２０Ｖから１５０Ｖ、より好ましくは１３５Ｖである。駆動電極３２２，３２３およびコンタクトパッド３９により接地された、各ミラーハーフ２２０ｃ，２２０ｄ間の静電力によりミラー２２０は回転軸３０３の周りを旋回するようにされる。
【００４８】
ミラー２２０はそのホーム位置からその完全偏向位置まで移動する時に、ミラー軸３０３周りをいずれかの方向に、０から２．５°の範囲、好ましくはおよそ２°の偏向角だけそのホーム位置から旋回する。コントローラ１１２はおよそ１９ｋＨｚのナイキストレートで第１および第２の駆動電極３２２および３２３へ駆動信号を与える。ミラー２２０は２５から５０ｋＨｚの範囲、好ましくは２５から３０ｋＨｚの範囲の共振周波数を有する。ミラーアセンブリ２００は光ファイバ１０２の遠端１０２ｂとディスク１０７の記憶表面１０９間でレーザビーム１９１，１９２を反射させて記憶表面１０９のデータトラック１１０上に情報の光学的記録および／もしくは読出しを行うことができる。
【００４９】
ミラー２２０はこのような回転中にサスペンション４２９の回復トルクにより制約される。前記したように、サスペンション４２９は、第１および第２のトーションヒンジ３０６および３０７の細長い部分４４１等の直線状構成部分およびフランジ４４２および第１および第２のつなぎ部材４３１および４３２を含む非直線状構成部分を含んでいる。図１７に示すように、つなぎ部材４３１、４３２および関連するフランジ４４２は、ミラー２２０が非偏向位置にある時にプレート層３４２の面内に配置される。ミラー２２０が軸３０３の周りを旋回すると、つなぎ部材４３１および４３２は湾曲しかつ伸張してミラー２２０が所定の角度を越えて旋回するのを防止する（図１８参照）。実質的に剛性のフランジ４４２は、ミラーの動作中に湾曲もしくは伸張することがない。しかしながら、つなぎ部材の内端４３４をフランジ４４２の第１および第２の端部４４２ａおよび４４２ｂに付着させることによりつなぎ部材４３１および４３２の湾曲および伸張が改善される。特に、ピボット軸３０３から間隔のとられた位置における端部４４２ａおよび４４２ｂの間隔から生じるモーメントアームにより、つなぎ部材４３１および４３２の上昇運動および湾曲運動はつなぎ部材がヒンジ３０６および３０７の細長い部分４４１に直接固定される場合よりも大きくなる。
【００５０】
つなぎ部材４３１および４３２は小さな角偏向に対しては線形回復トルクを加えるが、それはヒンジ３０６および３０７により与えられる回復トルクよりも小さいように設計される。この線形回復トルクはつなぎ部材の湾曲により与えられる。ミラー２２０の角偏向が増大すると、つなぎ部材は角偏向を収容するために強制的に伸張される。つなぎ部材の伸張は非線形であり、特にミラーの偏向角の３次関数であり、したがってミラーアセンブリ２００の静電気の非線形性を平衡させるのに使用することができる。このようにして、非線形構成部分を有するサスペンション４２９はミラーの引込角を大きくすることによりミラー２２０の安定角偏向範囲を大きくすることができる。つなぎ部材４３１および４３２をトーションヒンジ３０６および３０７に取り付けることは、ミラーの縦軸３０３周りの旋回運動中につなぎ部材の力によるミラー２２０の望ましくない湾曲を抑制するのに役立つ。
【００５１】
出射レーザビーム１９１の伝播角が対物光学系２４６へ送られる前に変えられるように、ミラー２２０の縦軸３０３周りの回転を実施することにより一連の付近のトラック１１０へのファイントラッキングおよびショートシークを実施することができる。したがって、ミラー２２０は焦点を合わせた光スポット２４８がＭＯディスク１０７の半径方向に移動されて情報の記憶および／もしくは検索、トラック追跡、および１つのデータトラック１１０からもう１つのデータトラックへのシークを行うようにすることができる。ロータリアクチュエータマグネットおよびコイルアセンブリ１２０への電流を調節することにより粗トラッキングを維持することができる（図４参照）。ＭＯディスク１０７の特定のトラック１１０を追跡するのに使用されるトラック追跡信号は、従来技術で既知の総合粗および精密トラッキングサーボ技術を使用して引出すことができる。例えば、サンプルされたセクターサーボフォーマットを使用してトラックを規定することができる。サーボフォーマットはＭＯディスク１０７内へスタンプされたエンボスピッチもしくはデータマークと同様に読み出される磁区方位を含むことができる。
【００５２】
アクチュエータアーム１０５のセットの動作とは無関係に、本発明の１組のミラーアセンブリ２００を独立に動作するように使用して、任意所与の時間に２つ以上のＭＯディスク表面１０９を使用して情報をリードおよび／もしくはライトするようにトラック追跡およびシークを行うようにすることができる。同時に動作するミラーアセンブリ２００のセットを使用する独立したトラック追跡およびシークは、好ましくは１組の別々のリードチャネルおよび精密トラック電子装置およびミラードライブ電子装置を必要とする。ミラーアセンブリ２００の小さいサイズおよび質量は、質量および形の小さいフライングヘッド１０６を設計する能力に寄与する。
【００５３】
ここに記載された発光器および受光器はミラーアセンブリにごく接近してリードおよび／もしくはライトヘッドにより運ばれるレーザ源を含む。このような一実施例では、発光器および受光器は、レーザ源および１つ以上の適切な偏波感知検出器を含んでいる。このようなシステムはミラーアセンブリに対してレーザビームを送受信するのに光ファイバ要素を必要としたりしなかったりする。
【００５４】
前記したミラーアセンブリはフライング磁気光学ヘッド以外で使用することができる。例えば、ミラーアセンブリ２２０は任意適切な光記録および／もしくは読出システムで利用することができる。１つの応用は物理的記録方法を使用する媒体（例えば、入射光線の位相や強度を反映および変調するための物理的ピットもしくは窪みとして記録されたデータを有するＣＤ−ＲＯＭ）からの光情報の検索である。本発明の微細加工ミラーアセンブリは、磁界無しで光位相変調を行うデータ記憶位置を有する媒体からの光データの検索にも応用される。さらに、ここに開示された微細加工ミラーアセンブリは小さな偏向可能なミラーを必要とする応用においてデータ記録および／もしくは検索システムの外部で使用することができる。例えば、ミラーアセンブリ２２０は電気通信その他のエリアでバーコード走査や光スイッチングに使用することができる。したがって、センサとして使用されるような、駆動電極が１つしかないかあるいは１つもないミラーアセンブリ２２０も考えられる。
【００５５】
本発明に従った微細加工ミラーアセンブリの実施例について詳細に説明してきたが、前記説明は単なる例にすぎず開示された発明を限定するものではない。本発明の範囲および精神を逸脱することなく、本発明のさまざまな要素のサイズ、形状および外観および製作方法を修正したりさまざまな要素を含めたり除外したりできることがお判りであろう。この点について、ミラーの偏向角の非線形関数である回復トルク構成部分を含むミラー２２０に対する任意のサスペンションを利用することは、このような構成部分が１つ以上のトーションヒンジ、ミラー自体もしくはそれらの任意の組合せに結合されるかどうかにかかわらず本発明の範囲に入る。
【００５６】
前記したことから、ミラーの偏向角と共に非線形に増大する回復トルクを有しミラーアセンブリの非線形静電駆動力を実質的に補償する改良型微細加工ミラーアセンブリが提供されることがお判りであろう。このようなミラーアセンブリはミラーの有用な偏向角を大きくするように引込角度を大きくする。一実施例では、ミラーに固定されたトーションヒンジに結合された１つ以上のつなぎ部材がミラーアセンブリに設けられる。つなぎ部材はミラーのピボット動作中に伸張して非線形回復トルクをミラーに与える。トーションヒンジには好ましくはつなぎ部材が結合される実質的に剛性のフランジが設けられる。フランジはつなぎ部材の伸張を強めるのに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】  意図的に省かれている。
【図２】  意図的に省かれている。
【図３】  意図的に省かれている。
【図４】  本発明の磁気光学記憶システムの１つの好ましい実施例の幾分略した平面図である。
【図５】  ステアラブル微細加工ミラーアセンブリが搭載される一実施例を有する図４の磁気光学記憶システムの磁気光学システムスライダーヘッドの等角図である。
【図６】  図５の磁気光学システムスライダーヘッドの断面図である。
【図７】  図６の７−７線に沿った図５の磁気光学システムスライダーヘッドの拡大断面図である。
【図８】  図５の光ヘッドに使用するのに適した微細加工ミラーアセンブリのもう１つの実施例の等角図である。
【図９】  図８の９−９線に沿った図８の微細加工ミラーアセンブリの一部の平面図である。
【図１０】  図８の微細加工ミラーアセンブリの一部の、部分切取り、等角図である。
【図１１】  つながれていない微細加工ミラーアセンブリと比較した本発明の微細加工ミラーアセンブリの一実施例に対する起動電圧対偏向角の解析的に引出されたグラフである。
【図１２】  つながれているおよびつながれていない微細加工ミラーアセンブリに対する、図１１の起動電圧データの二乗対偏向角の解析的に引出されたグラフである。
【図１３】  本発明の微細加工ミラーアセンブリのもう１つの実施例に対する起動電圧対偏向角の解析的に引出されたグラフである。
【図１４】  図８の微細加工ミラーアセンブリの直線状および非直線状サスペンション部材の一部の拡大図である。
【図１５】  図１１および図１３で解析された微細加工ミラーアセンブリの実施例に対する直線状および非直線状サスペンション部材の解析的に引出された寸法を示す表である。
【図１６】  図１１および図１３で解析された微細加工ミラーアセンブリの実施例に対する直線状および非直線状サスペンション部材の角偏向の印加モーメントの関数として解析的に引出されたグラフである。
【図１７】  図９の１７−１７線に沿った図８の微細加工ミラーアセンブリの一部の断面図である。
【図１８】  偏向位置における図１７の微細加工ミラーアセンブリの一部の断面図である。
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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