(57)【要約】  電気接続を有したプラットフォームを動作させるアクチュエータが提供されている。このアクチュエータは、アウターフレームとインナーフレームの間に制御された力を適用する１以上のコームドライブアクチュエータをさらに含んでいる。それぞれのコームドライブアクチュエータは１以上のコームドライブを含んでいる。さらに、電気接続を有したプラットフォームを動作させる方法も提供されている。この方法は、導電性である１以上のバネ要素を使用してアウターフレームをインナーフレームに接続することを含んでいる。方法は、１以上のコームドライブアクチュエータを使用して制御された力を発生させることをさらに含んでいる。それぞれのコームドライブアクチュエータは１以上のコームドライブを含んでいる。加えて、方法はアウターフレームとインナーフレームの間にこの制御された力を適用することを含んでいる。【選択図】図３Ａ
2017513446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気接続を有したプラットフォームを動作させるアクチュエータであって、
導電性である１以上のバネ要素によってインナーフレームに接続されているアウターフレームと、
前記アウターフレームと前記インナーフレームとの間に制御された力を適用する１以上のコームドライブアクチュエータであって、それぞれが１以上のコームドライブを備えるコームドライブアクチュエータと、
を備えるアクチュエータ。
【請求項２】
前記１以上のコームドライブアクチュエータは、前記アウターフレームに対して機械的に固定されている中央アンカーに取り付けられている、請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項３】
前記プラットフォームは前記アウターフレームに対して前記中央アンカーを機械的に固定している、請求項２記載のアクチュエータ。
【請求項４】
前記プラットフォームは、光電子デバイスおよびイメージセンサから成る群から選択される、請求項３記載のアクチュエータ。
【請求項５】
第１のコームドライブアクチュエータは第１の方向に前記制御された力を適用し、第２のコームドライブアクチュエータは第２の方向に前記制御された力を適用し、前記第１の方向は前記第２の方向と略直交している、請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項６】
前記コームドライブアクチュエータのそれぞれは、第１の長さを有した第１のコームドライブと、第２の長さを有した第２のコームドライブとを含み、前記第１の長さは前記第２の長さとは異なっている、請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項７】
前記コームドライブアクチュエータのそれぞれは、動作制御装置をさらに含んでおり、前記コームドライブアクチュエータのそれぞれはフレキシャによって前記インナーフレームに接続されている、請求項２記載のアクチュエータ。
【請求項８】
前記バネ要素は前記アウターフレームと前記インナーフレームとの間に電気信号を通す、請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項９】
前記バネ要素のそれぞれは第１端と第２端とを含んでおり、前記第１端は前記アウターフレームに配置されている第１の電気接触パッドに接続しており、前記第２端は前記インナーフレームに配置されている第２の電気接触パッドに接続している、請求項８記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
前記バネ要素は、シリコンおよび金属から成る群から選択された材料を含んでいる、請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項１１】
前記アクチュエータはＭＥＭＳプロセスを利用して製造される、請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項１２】
パッケージ化されているアクチュエータであって、
サーキットボードと、
ＭＥＭＳアクチュエータと、
前記ＭＥＭＳアクチュエータにマウントされた光電子デバイスと、
前記ＭＥＭＳアクチュエータおよび前記光電子デバイスをカプセル化するカバーと、
を含み、前記カバーはウィンドウを含み、前記カバーは前記サーキットボードに取り付けられているアクチュエータ。
【請求項１３】
前記光電子デバイスは前記ＭＥＭＳアクチュエータに結合されているイメージセンサである、請求項１２記載のパッケージ化されているアクチュエータ。
【請求項１４】
前記ＭＥＭＳアクチュエータは平面で略平坦であり、前記ＭＥＭＳアクチュエータは前記平面において２つの直線自由度で動作できるように構成されている、請求項１２記載のパッケージ化されているアクチュエータ。
【請求項１５】
前記ＭＥＭＳアクチュエータは前記平面において１回転自由度で動作できるように構成されている、請求項１４記載のパッケージ化されているアクチュエータ。
【請求項１６】
前記ＭＥＭＳアクチュエータは、
中央アンカーに制御された力を適用する１以上のコームドライブアクチュエータであって、それぞれが１以上のコームドライブを含むコームドライブアクチュエータと、
導電性である１以上のバネ要素によってインナーフレームに接続されているアウターフレームと、
を含み、
前記中央アンカーは前記アウターフレームに対して機械的に固定されている、請求項１４記載のパッケージ化されているアクチュエータ。
【請求項１７】
自身に通じる電気接続を有したプラットフォームを動作させる方法であって、
導電性である１以上のバネ要素を使用してアウターフレームをインナーフレームに接続するステップと、
それぞれが１以上のコームドライブを含んだ１以上のコームドライブアクチュエータを使用して制御された力を発生させるステップと、
前記制御された力を前記アウターフレームと前記インナーフレームとの間に適用するステップと、
を含む方法。
【請求項１８】
前記アウターフレームに対して中央アンカーを機械的に固定するステップをさらに含み、前記制御された力は前記中央アンカーに適用される、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
中央アンカーに取り付けられている光電子デバイスに前記バネ要素を通して電気信号を送るステップをさらに含み、前記光電子デバイスは前記アウターフレームに対して前記中央アンカーを機械的に固定している、請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
前記制御された力は第１の力コンポーネントと第２の力コンポーネントとを含んでおり、前記第１の力コンポーネントと前記第２の力コンポーネントとは略直交している、請求項１７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
技術分野
本開示は概してアクチュエータに関し、特には、電気接続を有するプラットフォームを動作させるように構成されている微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
アクチュエータは電子信号を機械的動作に変換するのに利用できる。多くの適用事例、例えば、携帯式電子デバイス、小型カメラ、光通信コンポーネント（光通信部品）、および医療機器などにおいて、小型アクチュエータが、特定のサイズ、パワー（電力）、信頼度およびコストの制限内に納まることは好都合であろう。
【０００３】
ＭＥＭＳは電子機能性を備えた高精度の機械的構造を形成するために、シリコンウェハーのフォトリトグラフィおよびエッチングなどのプロセスを利用する小型化技術である。ＭＥＭＳアクチュエータは概して従来のアクチュエータと類似した形態で機能するが、従来のアクチュエータに勝る幾つかの好適な特長を提供し、ＭＥＭＳプロセスを利用して構成される。
【０００４】
オートフォーカス（自動焦点合わせ；ＡＦ）または光学式手ぶれ補正機能（ＯＩＳ）のためにカメラのイメージセンサを動作させるなどの適用事例によっては、幾つかの電子入力部および電子出力部を備えた光電子デバイスを動作させるのにアクチュエータが使用される。例えば、欧州特許ＥＰ０２５３３７５「二次元圧電アクチュエータ」（フカダ他）は平面内でイメージセンサを動作させるために使用できる二次元アクチュエータの構造設計を教示する。しかしながら、フカダによって教示されるこのアクチュエータはスペースが限定された適用形態では大き過ぎて扱い難い。例えば、フカダのアクチュエータは大型のスタンドアロン型デジタルカメラでは利用できるであろうが、その関連する空間的制限のために携帯電話のカメラでは利用できないであろう。
【０００５】
従来の圧電アクチュエータとは異なり、ＭＥＭＳアクチュエータは、例えば、携帯電話カメラ内で受動コンポーネントを動作させ、あるいは位置決めするのに使用できる。例示として、米国特許８６０４６６３「動作が制御されたアクチュエータ」（ローマン・グチエレス他）および米国特許願２０１３／００７７９４５Ａ１「ＭＥＭＳに基づく光学式手振れ補正機構」（キシャオレイ・リュー他）は、（例：携帯電話で使用する）超小型カメラ内でレンズを動かすためのＭＥＭＳアクチュエータを教示する。しかし、これらＭＥＭＳアクチュエータのいずれも、幾つかの電子入力部と電子出力部を備えた光電子デバイスを動作させることはできない。加えて、これら両方のＭＥＭＳアクチュエータは複雑性を増し、サイズやコストを増加させる実施機構を利用する。
【発明の概要】
【０００６】
開示発明の概要
ここに開示されている内容は、電気接続を有するプラットフォームを動作させるか、または、位置決め（ポジショニング、配置）するためのアクチュエータに関する。このアクチュエータの１実施態様には、インナーフレーム（内側フレーム）とアウターフレーム（外側フレーム）との間に制御された力を適用する（働かせる）１以上のコーム（櫛状；comb）ドライブアクチュエータが含まれる。プラットフォームは光電子デバイスまたはイメージセンサを含むことができる。本開示発明の一部の実施態様のコームドライブアクチュエータは、ＭＥＭＳコームドライブおよびプロセスを利用して高レベルの小型化、精度およびパワー効率を達成している。従って、本開示発明のアクチュエータは、例えば、スマートフォン等のスペースが限られた環境において、カメラの光学式手ぶれ補正機能およびオートフォーカス性能を提供するのに非常に適している。
【０００７】
本開示発明の１実施態様によれば、電気接続を有するプラットフォームを動作させるためのアクチュエータは、１以上のバネ要素によってインナーフレームに接続されているアウターフレームを含んでいる。このアクチュエータはＭＥＭＳプロセスを利用して製造できる。この実施態様のバネ要素は電気的に伝導性である。１実施態様においては、バネ要素は電気信号をアウターフレームとインナーフレームとの間に通す。別実施態様では、それぞれのバネ要素は第１端と第２端とを含んでいる。この第１端はアウターフレームに配置されている第１電気接触パッドに接続され、第２端はインナーフレームに配置されている第２電気接触パッドに接続される。これらバネ要素はシリコン及び／又は金属を含むことができ、全ての動作自由度でソフト（柔軟）である。
【０００８】
このアクチュエータは、アウターフレームとインナーフレームとの間に制御された力を適用する１以上のコームドライブアクチュエータも含む。１実施態様においては、第１のコームドライブアクチュエータが制御された力を第１の方向に適用し、第２のコームドライブアクチュエータが制御された力を第２の方向に適用する。アクチュエータの１実施態様における第１の方向は第２の方向と略直交する。それぞれのコームドライブアクチュエータは１以上のコームドライブ（例：静電気コームドライブ）を含むことができる。１実施態様においては、それぞれのコームドライブアクチュエータは第１の長さの第１コームドライブと、第２の長さの第２コームドライブとを含んでいる。この第１の長さは第２の長さとは長さが異なる。別実施態様においては、それぞれのコームドライブアクチュエータは動作制御機能を含み、フレキシャ（屈曲部材；flexure）によってインナーフレームに接続されている。
【０００９】
アクチュエータの１実施態様においては、コームドライブアクチュエータは、アウターフレームに対して機械的に固定されている中央アンカーに取り付けられている。１実施形態においてプラットフォームはアウターフレームに対して中央アンカーを機械的に固定している。１実施態様では、プラットフォームはシリコンで製造されており、光電子デバイスまたはイメージセンサである。
【００１０】
本開示発明の別実施態様によれば、パッケージ化されたアクチュエータは、サーキットボード（回路基板）、ＭＥＭＳアクチュエータ、ＭＥＭＳアクチュエータにマウント（実装）された光電子デバイス、およびカバーを含んでいる。このカバーはＭＥＭＳアクチュエータと光電子デバイスとをカプセル化している。カバーはサーキットボードに取り付けられており、ウィンドウ（窓）を含んでいる。１実施態様では、光電子デバイスはＭＥＭＳアクチュエータに結合されたイメージセンサである。パッケージ化されたアクチュエータの１実施態様においては、ＭＥＭＳアクチュエータは平面で略平坦である。この実施態様では、ＭＥＭＳアクチュエータは平面で２つの直線自由度で動作するように構成されている。様々な実施態様では、様々なＭＥＭＳアクチュエータ形態を利用することで任意の数の自由度が達成できる。別実施態様においては、ＭＥＭＳアクチュエータはさらに、平面において１つの回転自由度で動作するように構成されている。別の実施態様は、追加の回転自由度を達成するようにＭＥＭＳアクチュエータの異なる構成を利用することができる。
【００１１】
パッケージ化されたアクチュエータの追加実施態様においては、ＭＥＭＳアクチュエータは、制御された力を、アウターフレームに対して機械的に固定されている中央アンカーに適用する１以上のコームドライブアクチュエータを含んでいる。それぞれのコームドライブアクチュエータは１以上のコームドライブを含んでいる。さらに、ＭＥＭＳアクチュエータは、導電性であってもよい１以上のバネ要素によってインナーフレームに接続されているアウターフレームを含んでいる。
【００１２】
本開示発明は、自身（プラットフォーム）に通じる電気接続を有したプラットフォームを動作させる方法も含んでいる。この方法は導電性であってもよい１以上のバネ要素を使用してアウターフレームをインナーフレームに接続することを含む。この方法は、それぞれが１以上のコームドライブを含んだ１以上のコームドライブアクチュエータを使用して制御された力を発生させることをさらに含んでいる。さらに、この方法は制御された力をアウターフレームとインナーフレームとの間に適用することを含む。この制御された力は１実施態様においては第１の力コンポーネント（力成分；force component）と第２の力コンポーネントを含んでおり、これら第１の力コンポーネントと第２の力コンポーネントとはこの実施態様では略直交する。
【００１３】
１実施態様では、この方法は、中央アンカーをアウターフレームに対して機械的に固定することをさらに含んでいる。この実施態様においては、制御された力が中央アンカーに適用される。別実施態様では、電気信号を中央アンカーに取り付けられた光電子デバイスにバネ要素を介して送ることを含んでいる。この実施態様における光電子デバイスはアウターフレームに対して中央アンカーを機械的に固定する。
【００１４】
本開示発明の別実施態様によれば、小型アクチュエータをパッケージ化する方法は、ＭＥＭＳアクチュエータを平坦（すなわちプリント）サーキットボード（ＰＣＢ）上に機械的および電気的に接続すること、機械的および電気的にイメージセンサをＭＥＭＳアクチュエータに接続すること、並びにウィンドウを備えたカバーを使用してＭＥＭＳアクチュエータとイメージセンサとをカプセル化することを含んでいる。１実施態様においては、ＭＥＭＳアクチュエータをＰＣＢに取り付けるのにハンダが使用される。別実施態様では、導電性エポキシ樹脂がイメージセンサをＭＥＭＳアクチュエータに取り付けるのに使用される。別の実施態様ではイメージセンサをＭＥＭＳアクチュエータに取り付けるためにナノサイズの金属粒子を含んだインクが使用される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
本開示発明は、１以上のさまざまな実施例による以下記載の図面に関連して詳細に解説される。
【００１６】
【図１】図１は、本開示発明の実施例によるコームドライブの平面図である。
【００１７】
【図２Ａ】図２Ａは、本開示発明の実施例によるコームドライブアクチュエータの平面図である。
【００１８】
【図２Ｂ】図２Ｂは、本開示発明の実施例によるコームドライブアクチュエータの平面図である。
【００１９】
【図３Ａ】図３Ａは、本開示発明の実施例によるアクチュエータの平面図である。
【００２０】
【図３Ｂ】図３Ｂは、本開示発明の実施例によるアクチュエータの断面図である。
【００２１】
【図３Ｃ】図３Ｃは、本開示発明の実施例によるアクチュエータの平面図である。
【００２２】
【図３Ｄ】図３Ｄは、本開示発明の実施例によるアクチュエータの断面図である。
【００２３】
【図４Ａ】図４Ａは、本開示発明の実施例によるパッケージ化されたアクチュエータの断面図である。
【００２４】
【図４Ｂ】図４Ｂは、本開示発明の実施例によるパッケージ化されたアクチュエータの１つの組み立てステップを示す断面図である。
【００２５】
【図４Ｃ】図４Ｃは、本開示発明の実施例によるパッケージ化されたアクチュエータの１つの組み立てステップを示す断面図である。
【００２６】
【図５】図５は、本開示発明の実施例によるプラットフォームを動作させる方法のオペレーションフロー図である。
【００２７】
これら図面は、本開示発明の実施例の説明の目的のみに提供されており、単に典型的または例示的な実施例を図示しているだけである。これら図面は本明細書の読者による開示技術の理解を促進するために以下の説明および実施例において詳細に解説されており、限定的なものではなく、あるいは開示されている文字通りの内容に制限されることは意図されていない。開示発明は改良を加え、あるいは変更を伴って実施できること、並びに、そのような改良および変更は１以上の請求項の範囲に含まれており、開示発明は請求項およびそれらの均等物によってのみ限定されることは理解されるべきである。説明の明確性および容易性のために、これら図面は必ずしも実寸に即して図示されてはいない。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
詳細な説明
本開示内容は、電気接続を有したプラットフォームを動作させ、パッケージ化するシステム、方法、および装置の様々な実施態様に関係する。本開示発明のシステム、方法、および装置の幾つかの実施例の詳細は、以下の詳細な説明において解説されている。本開示発明の他の特徴、目的並びに利点は、本開示内容、図面、実施例および請求項の理解を通じて当業者には明らかになるであろう。全てのそのような追加のシステム、方法、装置、特徴、並びに利点、等々は、それらの改良を含んで、この説明に含まれ、本開示発明の範囲に含まれ、添付の請求項によって保護されることが意図されている。
【００２９】
ここでさらに説明されている実施例によれば、様々なアクチュエータが提供される。そのパッケージ化を含んで、これらアクチュエータは、異なる環境の範囲、例えば携帯電子デバイス、超小型カメラ、光遠隔通信コンポーネント、および医療機器等で使用できる。開示されているアクチュエータの特徴は、概して、低パワー消費と高度のコンパクト性を達成しつつ、これら様々な環境内で複数の自由度を持ち、プラットフォームの動作または位置決めを高精度で達成する。従って、開示されている実施例は、従来の解決策に勝る大きな利点、例えば、光学式手ぶれ補正機能並びにオートフォーカス性能を提供する。
【００３０】
図面を説明すると、図１は本開示発明の実施例によるコームドライブ１０の平面図である。コームドライブ１０は静電コームドライブでよい。コームドライブ１０はコームフィンガ（指型）アレイ１５、１６を含むことができ、それらはフォトリトグラフおよびエッチングなどのＭＥＭＳプロセスを使用してシリコン上に製造できる。
【００３１】
図１で示すように、コームフィンガアレイ１６はコームフィンガ１１と、コームフィンガ１１を相互に接続するスパイン（背部）１２とを含んでいる。同様に、コームフィンガアレイ１５はコームフィンガ１３と、コームフィンガ１３を互いに接続するスパイン１４とを含んでいる。コームフィンガ１１と１３は組み合わせることができ、コームフィンガ１１は、コームフィンガ１３間の空間１７に実質的に整列しており、コームフィンガ１３はコームフィンガ１１間の空間１８に実質的に整列している。
【００３２】
電圧がコームフィンガ１１とコームフィンガ１３との間に印加されると、コームフィンガアレイ１６とコームフィンガアレイ１５とは、印加電圧の平方（二乗）に比例する割合の静電気力によって相互に引き付けられ、あるいは反発する。この静電気力は、静電気力（すなわち電圧）の極性に応じて、コームフィンガアレイ１５とコームフィンガアレイ１６とを接近方向または離間方向に動作させることができる。さらに、コームフィンガアレイ１５とコームフィンガアレイ１６とが相対的に動作する速度は、印加される静電気力に依存する。典型的にはコームドライブ１０は、コームフィンガ１１とコームフィンガ１３とがコームフィンガアレイ１５とコームフィンガアレイ１６との間の静電気力によって重なる状態にまで引き寄せられるか、あるいはその状態から脱出すべく押し出されるように設計されている。コームフィンガアレイ１５とコームフィンガアレイ１６とが重なり合うと、コームフィンガ１１はコームフィンガアレイ１５の空間１７内に少なくとも部分的に存在し、コームフィンガ１３はコームフィンガアレイ１６の空間１８内に少なくとも部分的に存在する。
【００３３】
コームフィンガの深さに対するコームフィンガの幅の比は、コームフィンガ１１とコームフィンガ１３とが重なったときに、コームフィンガ１１がコームフィンガ１３内に曲がって侵入することを回避するように選択される。例えば、コームフィンガ１１及び／又はコームフィンガ１３は約６μｍの幅と約１５０μｍの長さでよい。一般的に、コームフィンガ１１及び／又はコームフィンガ１３は約１μｍから１０μｍの幅と、約２０μｍから５００μｍの長さでよい。対応する１つのコームフィンガ１３（または１１）の幅を差し引いた２つの隣接するコームフィンガ１１（または１３）間の距離は、静電気力によって重なり合う状態にされたときのコームフィンガ１１とコームフィンガ１３との間の全間隙となる。場合によっては、コームフィンガ１１とコームフィンガ１３との間の静電気力を増加させるために、この全間隙が相対的に小さいことが望ましいであろう。さらに、全間隙がプロセスの多様性によって提起されるコームフィンガ１１及び／またはコームフィンガ１３の幅の多様性に対応できるように十分に大きいことも望ましいであろう。例えば、全間隙は約５μｍから１０μｍでよい。
【００３４】
一般的にコームフィンガ１１、１３の厚みは、利用される特定の製造プロセスによって制限され、加えて、特にそのプロセスのエッチングアスペクト比によって制限されるが、概してこれは、上部のコームフィンガ１１、１３の幅が底部のコームフィンガ１１、１３の幅と実質的に同じであることが望ましいからである。（コームフィンガ１１、１３の厚みアスペクト（方向）は図１では図示されていないが、紙面の内部に延び入るか紙面から外部に延び出るであろう。）例えば、コームフィンガ１１、１３は約５０μｍから２５０μｍの厚みでよい。空間１７、１８は完全にエッチング除去できるか、ＭＥＭＳ超微加工技術において公知の他の方法によって除去できる。
【００３５】
図２Ａは本開示発明の実施例によるコームドライブアクチュエータの平面図である。図２Ａで示すように、図示するコームドライブアクチュエータはコームフィンガアレイ１５、１６と（その詳細部の一部、例えば、スパイン１２、１４は図１に図示されているが、図２Ａには図示されていない）、第１フレームピース（第１フレーム部材）２１と、第２フレームピース１９とを含んでいる。図２Ａでは詳細に示されていないが、コームフィンガ１１、１３は、コームフィンガアレイ１５、１６内で左から右に延びており、あるいはその逆方向に延びている。コームフィンガアレイ１５のスパイン１４は第２フレームピース１９に取り付けが可能であり、一方、コームフィンガアレイ１６のスパイン１２は第１フレームピース２１に取り付けが可能である。そのように構成されていると、コームフィンガアレイ１５、１６が動作開始するように引き合うか反発するとき、第１フレームピース２１と第２フレームピース１９も同様に動作開始される（例：図２Ａでは左から右あるいは右から左）。
【００３６】
図２Ｂは本開示発明の実施例によるコームドライブアクチュエータ２０の平面図を図示する。図２Ｂで示すように、コームドライブアクチュエータ２０の１実施例は、略平行に配置された１以上のコームドライブ１０を含んでいる。図２Ｂの特定実施例においては９つのコームドライブ１０が図示されているが、コームドライブアクチュエータ２０の様々な実施態様は、任意の数、サイズおよび形状のコームドライブ１０を含むことができる。コームドライブアクチュエータ２０は、第１フレーム２２、第２フレーム２４および動作制御装置２６をさらに含んでいる。第１フレーム２２は、コームドライブアクチュエータ２０のこの特定実施例において示されているコームドライブ１０の様々な長さに対応する階段形状を有して図示されている。いずれにしろ、他の実施例においては、例えば、全てのコームドライブ１０の長さが等しい実施例においては、第１フレーム２２の形状はコームドライブ１０の一端に取り付けられるように変形できる。図示の実施例においては、第１フレーム２２とコームドライブ１０の対応的に減少する長さの階段形状は、図３Ａで示されるようにアクチュエータ３０の減少したフットプリント（設置部；footprint）を提供する。本開示内容を読むことによって当業者には理解されるであろうが、コームドライブ１０の長さ、形状、配置、および形態の他の変形が、制御された力の異なる程度、方向及び／又は精度、様々なサイズのフットプリント、および他の特徴を達成するのに利用できる。
【００３７】
コームドライブ１０のそれぞれの細部は図２Ｂには図示されていないが、図２Ｂの実施例においては、スパイン１２が第１フレーム２２に接続されており、スパイン１４が第２フレーム２４に接続されている。図２Ａは、これを実現する１つの方法を示す。様々な実施態様において、コームフィンガアレイ１５、１６のスパイン１２、１４は、異なる目的を達成するために異なる形態にて第１フレーム２２と第２フレーム２４に取り付けることができる。例えば、１実施例においては、コームドライブのセットの各コームドライブ１０に対してはスパイン１２が第１フレーム２２に取り付けられ、スパイン１４は第２フレーム２４に取り付けられる。そのような形態は、第１フレーム２２と第２フレーム２４に究極的に適用される静電気力を増加させることができるコームドライブ１０の平行カスケードとなる。別実施例においては、コームドライブ１０は双方向動作を達成するように後部同士が対面する形態で配置されている。この形態では、第１コームドライブ１０のためには、スパイン１２が第１フレーム２２に接続されており、スパイン１４は第２フレーム２４に接続されている。しかし、第２コームドライブ１０のためには、スパイン１２が第２フレーム２４に接続されており、スパイン１４は第１フレーム２２に接続されている。このような形態によって、双方向動作を可能にするコームドライブ１０の後部同士対面配置が得られる。
【００３８】
さらに、コームドライブアクチュエータ２０に関して、コームドライブスパイン１２、１４および第１フレーム２２と第２フレーム２４は様々な実施態様において、実質的に、適用される範囲の静電気力で剛性を維持して撓まないように十分に幅が広くて厚みがあるように設計することができる。例えば、スパイン１２、１４を約２０μｍから１００μｍの幅と、約５０μｍから２５０μｍの厚みとし、第１フレーム２２と第２フレーム２４を約５０μｍの幅よりも大きく、約５０μｍから２５０μｍの厚みよりも大きくすることができる。
【００３９】
上述したように、コームドライブアクチュエータ２０の１実施例は、コームフィンガアレイ１５、１６の動作をコームフィンガ１１、１３の長さ方向（例：図２の左から右）に略平行となるように制限する動作制御装置２６も含んでいる。開示発明の１実施例においては、動作制御装置２６は、図２Ｂで示されるような二重平行フレキシャ動作制御装置である。二重平行フレキシャ動作制御装置は略直線動作を生み出すが、弓状動作として知られる多少の突出動作（run-out）も存在できる。いずれにしろ、コームフィンガ１１の片側の間隙がコームフィンガ１１の他方側の間隙に等しくないことも可能であり、このことは、二重平行フレキシャ動作制御装置の弓状動作のような影響を是正するための設計において有利に利用できる。
【００４０】
再び図２Ｂに示すコームドライブアクチュエータ２０の実施例に言及すれば、動作制御装置２６は二重平行フレキシャである。いずれにしろ、動作制御装置２６は第１フレーム２２と第２フレーム２４の動作を制御するように作用する他の構造物を含むことができる。図示の実施例のそれぞれの動作制御装置２６は動作制御装置２６のそれぞれの端部に薄部分２５、２７を含んでいる。薄部分２５、２７は、第２フレーム２４に対する第１フレーム２２の平行移動が存在するときに湾曲する。寸法の観点では、動作制御装置２６の厚部分は、例えば、約１０μｍから５０μｍの幅であり、薄部分２５、２７は約１μｍから１０μｍの幅でよい。様々な実施態様においては、任意の数とタイプの動作制御装置２６が望みに応じて使用でき、コームフィンガアレイ１５、１６の動作を制御または制限する。制御された動作によって、アクチュエータ３０にプラットフォーム４５を動作させ、あるいは位置決めする全体的な精度が高まる（図３Ａと３Ｂ参照）。
【００４１】
図３Ａは本開示発明の実施例によるアクチュエータ３０の平面図である。図３Ｂは本開示発明の実施例によるアクチュエータ３０の断面図である。図３Ａで示すように、アクチュエータ３０は１以上のバネ要素３３によってインナーフレーム３４に接続されているアウターフレーム３２を含んでいる。さらに、アクチュエータ３０は、アウターフレーム３２とインナーフレーム３２との間に制御された力（例：電圧から発生する静電気力）を適用する１以上のコームドライブアクチュエータ２０を含んでいる。アクチュエータ３０の実施形態は、アクチュエータ３０が、複数の自由度（例えば、直線自由度および回転自由度などを含む）で高精度の制御された可変力をインナーフレーム３４とアウターフレーム３２との間に作用させることができ、非常にコンパクトなフットプリントを利用して実行することができるため、電気接続を有するプラットフォーム（例：４５）を動かすのに適している。さらにアクチュエータ３０はパワーの低減にＭＥＭＳデバイスを利用することができる。従って、スマートフォンや、ここで説明している他の適用形態において、サイズ、パワー、コスト、および性能のパラメータによって制限されている光学式手ぶれ補正機能とオートフォーカスのための適用に、従来の手法に勝る複数の利点を提供する。
【００４２】
図２Ｂに関して説明したように、それぞれのコームドライブアクチュエータ２０は１以上のコームドライブ１０を含んでいる。バネ要素３３は導電性であってもよく、全部の動作自由度においてソフトであってよい。様々な実施態様において、バネ要素３３はアウターフレーム３２の電気接触パッドからインナーフレーム３４の電気接続パッドにまで電気信号を送る。例示的な実施形態においては、バネ要素３３は１方向、２方向、３方向あるいは４方向全てにおいてインナーフレーム３４から延び出ている。
【００４３】
１実施態様において、アクチュエータ３０は、例えばシリコンのフォトリトグラフィやエッチングのようなＭＥＭＳプロセスを利用して製造されている。１実施態様においては、アクチュエータ３０は平面にて±１５０μｍ動き、バネ要素３３は、（例：別々の電気信号が様々なバネ要素３３を通じて送られるように）、互いに接触することなくこの動作範囲を許容するように設計されている。例えば、バネ要素３３は１μｍから５μｍの厚み、約２μｍから２０μｍの幅を有し、平面で１辺が１５０μｍから１０００μｍ、他辺が１５０μｍから１０００μｍであるＳ形状フレキシャでよい。
【００４４】
バネ要素３３が低抵抗性で電気を良好に伝導するため、バネ要素３３は、例えば、高濃度にドープされたポリシリコン（ドープドポリシリコン）、シリコン、金属（例：アルミニウム）、それらの組み合わせ、または他の導電材料、合金、等々を含むことができる。例えば、バネ要素３３はポリシリコンで製造でき、約２０００オングストローム厚を有する、アルミニウム、ニッケルおよび金の金属スタックでコーティングできる。１実施例では、アウターフレーム３２とインナーフレーム３４との間の動作を制御するために、バネ要素３３によっては他のバネ要素３３とは異なる形態を有する。例えば、４個から８個（あるいはその他の数）のバネ要素３３は約５０μｍから２５０μｍのデバイス厚を有することができる。そのような厚みは、インナーフレーム３４に対してアウターフレーム３２の平面から外れる動作を幾分かは制限することができる。
【００４５】
別実施例においては、アクチュエータ３０は中央アンカー３６を有しており、その１以上のコームドライブ２０はインナーフレーム３４と中央アンカー３６との間で、制御された力を適用する。この実施例では、第１フレーム２２は中央アンカー３６に接続されるか、あるいはそれと一体化している。別の状況では、１以上のコームドライブアクチュエータ２０が中央アンカー３６に取り付けられ、中央アンカー３６はアウターフレーム３２に対して機械的に固定できる。１形態において、第２フレーム２４は、それぞれのコームドライブアクチュエータ方向の動作では比較的剛性であり、直交方向では比較的ソフトであるフレキシャ３５を介してインナーフレーム３４に接続されている。これでアウターフレーム３２に対するインナーフレーム３４の制御された動作が可能になり、よって、より正確性な位置決めが可能になる。
【００４６】
アクチュエータ３０の実施形態によっては、アウターフレーム３２はアクチュエータ３０の周囲で連続的ではなく、２部分、３部分、あるいはそれ以上の部分に分割されている。例えば、図３Ｃと図３Ｄはそれぞれ、本開示発明の実施例によるアクチュエータ３０の平面図と断面図であり、そこではアウターフレーム３２は２部分に分割されており、バネ要素３３は２方向にだけ延び出ている。同様に、さまざまな実施態様においては、インナーフレーム３４は連続的であっても、幾つかの部分に分割されていてもよい。
【００４７】
図３Ａで示すように、全部で４つのコームドライブ１０が存在でき、２つのコームドライブ１０はアクチュエータ３０の平面で１方向に作動し、他の２つのコームドライブ１０はアクチュエータ３０の平面で直交方向に作動する。様々な他のコームドライブアクチュエータ２０の配置が可能である。そのような配置はそれ以上、あるいはそれ以下のコームドライブ１０を含むことができ、本開示内容を学習することで当業者であれば理解するであろうが、それ以上、あるいはそれ以下の自由度で作動できる（例：三角形態、五角形態、六角形態、等々）。
【００４８】
１実施例においては、プラットフォーム４５はアウターフレーム３２と中央アンカー３６とに取り付けられている。このように、プラットフォーム４５はアウターフレーム３２を中央アンカー３６に対して（及び／又はその逆）固定できる。インナーフレーム３４はアウターフレーム３２と中央アンカー３６の両方に対して、およびプラットフォーム４５に対しても動作できる。１実施例ではプラットフォーム４５はシリコンプラットフォームである。プラットフォーム４５は様々な実施態様において、光電子デバイス、あるいは電荷結合素子（ＣＣＤ）または相補型金属酸化膜半導体（ＣＭＯＳ）イメージセンサなどのイメージセンサである。
【００４９】
図３Ｂは、アクチュエータ３０のサイズが実質的にプラットフォーム４５のサイズと同じであり、プラットフォーム４５がアウターフレーム３２と中央アンカー３６とに取り付け可能であり、よってアウターフレーム３２に対して中央アンカー３６を機械的に固定できることを図示している。１実施形態では、プラットフォーム４５は１／３．２型の光学フォーマットのOmni Vision（オムニビジョン）製OV８８３５イメージセンサである。この実施形態では、アクチュエータ３０とプラットフォーム４５の両方のサイズは縦が約６．４１ｍｍで横が約５．９４ｍｍである。図３Ｄで示すように、アクチュエータ３０の１実施態様においては、プラットフォーム４５はアクチュエータ３０よりも小型であり、プラットフォーム４５はインナーフレーム３４に取り付けられている。この特定実施態様においては、アウターフレーム３２はインナーフレーム３４に対して固定されており、インナーフレーム３４は種々なコームドライブアクチュエータ２０によって動かされる。
【００５０】
図４Ａは本開示発明の実施例によるパッケージ化されたアクチュエータ４０の断面図である。パッケージ化されたアクチュエータ４０の実施態様によっては、アクチュエータ３０に実質的に類似した形態で機能できる。従って、パッケージ化されたアクチュエータ４０は、高度の正確性と、低パワーおよび低コストで、しかもコンパクトなフットプリントを利用することでプラットフォームを動作させる及び／又は位置決めするのに使用できる。よって、パッケージ化されたアクチュエータ４０は、ここで説明するように、および当業者であれば理解するであろうが、モバイル電子機器、医療機器、等々のカメラに適するであろう。加えて、上述したように、パッケージ化されたアクチュエータ４０は、この分野の従来のものに勝る複数の便宜を提供する。パッケージ化されたアクチュエータ４０の１実施態様においては、アクチュエータ３０と、例えば、キャパシタ、レジスタまたは集積回路チップなどの他の電子コンポーネント４２が、平坦（プリント）サーキットボード（ＰＣＢ）４１に取り付けられる。例示として、ＰＣＢ４１は複層セラミックまたはＦＲ４などの複合プラスチック材料から製造でき、ＰＣＢ４１を介して電気信号を送るのに使用される銅トレースを含むことができる。
【００５１】
図４Ａは１実施例におけるプラットフォーム４５（例えばイメージセンサ）がアクチュエータ３０に取り付けられ、ウィンドウ４８を備えたハウジング４７がＰＣＢ４１に取り付けられていることを図示する。このように、ハウジング４７はアクチュエータ３０とプラットフォーム４５をカプセル化している。ハウジング４７はブラックプラスチック製のハウジングであっても、種々な他の材料／色彩で製造されても良い。
【００５２】
本開示発明の１実施例によるパッケージ化されたアクチュエータ４０の組み立てプロセスの第１ステップが図４Ｂに示されている。アクチュエータ３０と他の電子コンポーネント４２は電気接触５１、５２を介してＰＣＢ４１に取り付けることができる。例えば、そのような取り付けはハンダと標準的な表面実装技術（ＳＭＴ）プロセスによって達成できる。よって、ハンダペーストがアクチュエータ３０をＰＣＢ４１に配置する前に電気接触５１、５２に堆積できる。あるいは、ハンダペーストはＰＣＢ４１にアクチュエータ３０を配置した後にアクチュエータ３０の上に堆積することができる。その他の場合には、これら両方の方法が活用できる。
【００５３】
アセンブリ全体がリフローオーブン内に置かれて溶解され、ハンダペーストが流されて、アクチュエータ３０とＰＣＢ４１との間、および、他の電気コンポーネント４２とＰＣＢ４１との間にそれぞれ信頼できる電気接触５１、５２を創出することができる。他の一部の電気コンポーネント４２のために実行できるように、リフロー後に、アクチュエータ３０とＰＣＢ４１との接着の強度をさらに高めるためにエポキシも使用できる。これはＳＭＴ産業界ではアンダーフィルプロセスとして知られており、フリップチッププロセスと共に普通に利用されている。
【００５４】
１実施例によるパッケージ化されたアクチュエータ４０の組み立てプロセスの第２ステップは図４Ｃに図示されている。図示されているように、プラットフォーム４５は、プラットフォーム４５のエッジ付近で電気接触を提供するために導電材料５４を使用してアクチュエータ３０に取り付けることができる。さらに、第２の材料５３がプラットフォーム４５の中心付近で中央アンカー３６にプラットフォーム４５を接続するのに使用できる。
【００５５】
１実施例においては、プラットフォーム４５はリフロー温度に耐えることができるイメージセンサであり、導電材料はハンダである。別実施例では、低温プロセスが好ましい、プラットフォーム４５が高リフロー温度に耐えられないカラーフィルタと微小レンズとを有しているイメージセンサである。この場合には、微小粒子内に形成される金属の低融解温度を利用するのに使用されるナノサイズの金属粒子の材料が使用できる。金ナノインクなどの材料がパッケージ化されたアクチュエータ４０上の電気接触５１、５２に噴射でき、約１００℃の低温でリフローできる。別の低温プロセス材料には、例えば異方性導電フィルム（ＡＣＦ）と導電エポキシが含まれる。
【００５６】
１実施態様では第２材料５３は導電材料５４と同じ材料である。これでアクチュエータ３０に使用される材料の数を減少させることができる。別実施態様では、第２材料５３は導電材料ではない。例えば、第２材料５３は構造用エポキシ樹脂またはシリコンおよび二酸化ケイ素に接着する接着剤でよい。
【００５７】
パッケージ化されたアクチュエータ４０の組み立てプロセスの最終の実施態様ステップはアクチュエータ３０とプラットフォーム４５を、ウィンドウ４８を含んだハウジング４７でカプセル化することである。１実施態様では、ウィンドウ４８は、例えば、イメージセンサ（例：プラットフォーム４５）によって検出され、カラーアーチファクトを発生させる非可視赤外線（ＩＲ）光などを拒絶する光学フィルタ特性を有している。１実施態様では、ハウジング４７は黒色であり、透過および散乱光反射を最小にしている。様々な実施態様では、ハウジング４７は、プラスチック等などの様々な材料から製造でき、様々な色で提供できる。
【００５８】
図５は、そこに至る電気接続を有したプラットフォーム４５を動作させる方法５００の実施例である。方法５００のオペレーション（操作）は、例えばスマートフォンなどのスペースが限られた環境内において、プラットフォームの高度に正確で効率的な動作と位置決めを達成するために静電コームドライブを利用する。これで、そのような環境のコスト的、スペース的およびエネルギーの要求を満たすことができる光学式手ぶれ補正機能及び／又はオートフォーカス性能が確保される。
【００５９】
図５で図示するように、方法５００はオペレーション５０５時に、導電性である１以上のバネ要素３３を使用してアウターフレーム３２をインナーフレーム３４に接続する。オペレーション５１０において、方法５００は、それぞれが１以上のコームドライブ１０を含んだ１以上のコームドライブアクチュエータ２０を使用して制御された力を発生させることを含んでいる。さらにオペレーション５１５で、方法５００は制御された力をアウターフレーム３２とインナーフレーム３４との間に適用することを含んでいる。
【００６０】
方法５００の追加の実施態様は、オペレーション５２０においてバネ要素３３を通じて電気信号を中央アンカー３６に取り付けられた光電子デバイス（例：プラットフォーム４５）に送ることを含んでいる。この実施態様においては、光電子デバイスは中央アンカー３６をアウターフレーム３２に対して機械的に固定する。方法５００の１実施態様では、制御された力は第１の力コンポーネントと第２の力コンポーネントとを含んでおり、第１の力コンポーネントと第２の力コンポーネントは相互に直交して２自由度を可能にしている。
【００６１】
概して、ここで説明する方法５００の様々なオペレーション形態は、ここで説明する様々なシステム及び／又はそれぞれのコンポーネントおよびサブコンポーネントを備えた装置のコンポーネントまたは特徴を使用して達成でき、あるいはそれらに付随することができる。さらに、様々な実施態様においては、図１、図２Ａ、図２Ｂ、図３Ａ〜図３Ｄ、および図４Ａ〜４Ｃに関してここで説明した特徴や機能は、システムあるいは装置の一部として利用されることに加えて、方法（例：方法５００）のオペレーション形態として実行できる。この開示内容の学習を通して、当技術分野の専門家であれば、開示されている装置を使用した開示されている方法の実行方法、および開示されている方法を利用した開示されている装置の形態を理解するであろう。
【００６２】
状況によっては、“１以上の（one or more）”、“少なくとも（at least）”、“には限定されず（but not limited to）”または同様な言い回しである範囲拡張表現および文言の存在は、そのような範囲拡張表現が存在しない状況においても、それよりも狭い場合が意図されている、あるいは必要とされていると解釈されるべきではない。
【００６３】
さらに、ここで説明している様々な実施例は、例示的なブロック図、フローチャートおよびその他を活用して記述されている。本明細書を読んだ当業者には自明であろうが、説明している実施例およびそれらの様々な変更は図示の実施例に限定されることなく実行できる。例えば、ブロック図およびそれらに付随する説明は特定の構造または形態を必須としていると解釈されるべきではない。
【００６４】
本開示発明の様々な実施態様例を解説してきたが、それらは例示としてのみ提供されており、本開示発明の限定のためではない。同様に、様々な解説図が本開示発明の例示構造または例示形態を図示しているが、それは開示発明に含まれる特徴および機能性の理解を助けるためである。本開示発明は図示の例示構造または形態に限定されず、望ましい特徴は様々な代用構造および形態を使用して得ることが可能である。実際のところ、代用の機能的、論理的または物理的な区分並びに形態が、いかにして本開示発明の望ましい特徴を実施するように実行できるかは当業者には自明であろう。さらに、フロー図、オペレーション形態の説明および方法の請求項に関しては、説明において特にそれ以外が指定されていない限り、プロセスステップが提供されている順序が、説明されている機能を実行するために、様々な実施態様を同じ順序で実行することを必須とするものではない。
【００６５】
本開示発明を様々な実施例および実施態様により説明してきたが、１以上の個別実施例で説明した様々な特徴、様相および機能性は、説明されているそれらの特定の実施形態への適用性に限定されず、そのような態様が説明されていようがいまいが、並びにそのような特徴が説明されている実施例に存在していようがいまいが、単独または様々な組み合わせ形態にて本開示発明の１以上の他の実施態様に適用することが可能である。従って、本開示発明の範囲およびスコープは上述の実施例に限定されず、当業者は理解するであろうが、それら前述の説明には様々な変更と改良が請求項の範囲内で可能である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【国際調査報告】
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