專利名稱：帶有位移檢測功能的微執(zhí)行器及包括該微執(zhí)行器的可變形反射鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及帶有位移檢測功能的微執(zhí)行器以及包括該微執(zhí)行器的可變形反射鏡(deformabl mirror)。另外，涉及采用了這樣的微執(zhí)行器的各種設(shè)備。
背景技術(shù)：
根據(jù)采用了半導(dǎo)體工藝的MEMS(Micro Electro Mechanical Systems微電子機(jī)械系統(tǒng))技術(shù)，開發(fā)了各種各樣的微執(zhí)行器。根據(jù)MEMS技術(shù)，因?yàn)槟軌蛲瑫r(shí)一體形成多個(gè)執(zhí)行器和驅(qū)動電路等，所以活用了此特性的應(yīng)用被期待。在襯底上排列了多個(gè)微小反射鏡的可變形反射鏡也是其中之一?？勺冃畏瓷溏R被應(yīng)用于將光的波面象差有效地修正的補(bǔ)償光學(xué)裝置、顯示器以及光通信等的各種裝置中。
關(guān)于可變形反射鏡的位移量的控制，以往周知采用下述的2種方法。
一種是開環(huán)控制，是施加多段的驅(qū)動電壓，控制反射鏡的位移量的方法(例如，R.W.Corrigan，D.T.Amm和C.S.Gudeman“發(fā)射顯示器的光柵亮度值技術(shù)”，在國際顯示器工廠會議發(fā)表，日本神戶，1998年12月9日，論文號LAD5-1)。在該文獻(xiàn)中，可變形反射鏡作為通過反射鏡位移量控制折射光量的折射點(diǎn)陣被使用，多段地開環(huán)控制可變形反射鏡的位移量。在該文獻(xiàn)中，記載了在事先的制造工藝中通過實(shí)驗(yàn)，測量多點(diǎn)驅(qū)動電壓和衍射光量之間的關(guān)系，將此插入做成變換表，對可變形反射鏡的每種特性的零散進(jìn)行修正的技術(shù)。
另外一種方法是利用了外部傳感器的閉環(huán)控制，例如，在補(bǔ)償光學(xué)裝置中，利用波面?zhèn)鞲衅?，從檢測的誤差信號生成可變形反射鏡的控制信號，進(jìn)行閉環(huán)控制。(例如，J.A.Perreault，T.G.Bifano等.“采用微電子機(jī)械可變形反射鏡的適應(yīng)光學(xué)校正”，光學(xué)工程，Vol.41，No.3，pp.561-566(2002.3))。
另外，在微傳感器領(lǐng)域，以下的技術(shù)是周知的。在壓力傳感器中，具有通過靜電電容的變化，檢測由外部壓力帶來隔膜(diaphragm)的變形的傳感器。(例如，S.B.Crary，W.G.Baer等，“高性能硅壓力傳感器的數(shù)字補(bǔ)償”，傳感器和執(zhí)行器，A21-A23，pp.70-72(1990))。在該文獻(xiàn)中，記載了在多種溫度條件下，預(yù)先通過實(shí)驗(yàn)，求出壓力和傳感器輸出的關(guān)系，將近似于這些關(guān)系的校正多項(xiàng)式存儲在存儲器中的構(gòu)成。
另外，也存在消除外部壓力這樣通過其它的電極產(chǎn)生靜電力，使隔膜的變形實(shí)質(zhì)為零這樣進(jìn)行控制，由該靜電力的大小求出外部壓力的平衡壓力(Force Balanced)型的壓力傳感器。(例如，B.P.Gogoi，C.C.Wang，C.H.Mastrangelo，“平衡力微設(shè)備壓力傳感器”，IEEE電子設(shè)備學(xué)報(bào)，Vol.48，No.8，pp.1575-1584(2001.8))。
在角速度傳感器中，存在以來自外部的角速度發(fā)生的科里奧利力(Coriolis force)，通過靜電電容變化檢測可動元件位移的量的傳感器。(例如，T.Juneau，A.P.Pisano，J.H.Smith，“微設(shè)備速度回旋裝置的雙軸操作”，傳感器’97，1997固態(tài)傳感器和執(zhí)行器國際會議，芝加哥，6月16-19，pp.883-886)。在該文獻(xiàn)中，記載了根據(jù)可變動元件的初始位置偏差修正零點(diǎn)漂移的構(gòu)成。
但是，在上述這樣的微執(zhí)行器中，存在以下的問題。
在制造工藝中做成變換表進(jìn)行開環(huán)控制的傳感器，其變換表的數(shù)據(jù)采集繁雜、而且對隨長時(shí)間的變化或者環(huán)境變化等的對應(yīng)存在限度。例如，為了取得驅(qū)動電壓和衍射光量的關(guān)系，實(shí)際上對于來自外部的光，對每1個(gè)像素測量光量是必要的，需要專用的測量裝置的同時(shí)，光點(diǎn)的位置吻合等的操作很多，數(shù)據(jù)采集是極其繁雜的。另外，能夠進(jìn)行測量的只是在制造工藝的初期的特性，在實(shí)際安裝到裝置中的狀態(tài)下，監(jiān)視活動部的位移量是不可能的。因此，即使當(dāng)隨著長時(shí)間變化和溫度等的環(huán)境變化，執(zhí)行器特性有變化，也不能進(jìn)行與此對應(yīng)的修正。
利用波面?zhèn)鞲衅鞯鹊耐獠總鞲衅鬟M(jìn)行閉環(huán)控制的傳感器，首先作為其第1個(gè)問題，控制的構(gòu)成昂貴。為了進(jìn)行穩(wěn)定的閉環(huán)控制，波面?zhèn)鞲衅鞯臋z測點(diǎn)數(shù)需要比可變形反射鏡的執(zhí)行器數(shù)多，例如，在Shack-Hartmann型波面?zhèn)鞲衅髦?，一般，檢測點(diǎn)數(shù)需要在執(zhí)行器數(shù)的大約2倍以上。因此，為了進(jìn)行閉環(huán)控制，需要比較高分辨率的傳感器，另外，也需要使波面?zhèn)鞲衅鞯母鱾€(gè)檢測點(diǎn)和可變形反射鏡的各個(gè)驅(qū)動點(diǎn)精密地對應(yīng)的位置調(diào)整。進(jìn)一步，從多個(gè)檢測信號進(jìn)行波面再構(gòu)成等的運(yùn)算，生成各個(gè)驅(qū)動點(diǎn)的控制信號的控制電路也是需要比較高的精度、大規(guī)模的電路。另外，作為第2個(gè)問題是由波面?zhèn)鞲衅鲙淼墓饬繐p失大這一點(diǎn)。由于波面?zhèn)鞲衅魇褂米鳛椴娴男拚龑ο蟮墓馐囊徊糠謾z測波面，這是光量的損失原因。由于閉環(huán)控制波面的檢測點(diǎn)數(shù)增加，在各個(gè)檢測點(diǎn)，如果想要確保一定的傳感器感應(yīng)靈敏度(S/N)，由于波面?zhèn)鞲衅鞯拇蠊饬繐p失就會產(chǎn)生。
另外，在壓力傳感器和角速度傳感器等的微傳感器中，存在下述這樣的構(gòu)成上的特征和由其帶來的問題。首先，第1，在前述的文獻(xiàn)中記載的微傳感器只是對1個(gè)可變動元件進(jìn)行位移檢測和控制，但當(dāng)象可變形反射鏡這樣需要同時(shí)驅(qū)動多個(gè)執(zhí)行器的情況下，如果對各個(gè)執(zhí)行器進(jìn)行閉環(huán)控制，存在為此電路規(guī)模變得極大這樣的問題。即為了位移檢測的檢測信號發(fā)生器、放大器、A/D變換器、控制電路等的各個(gè)電路需要與執(zhí)行器有相同的數(shù)量，特別是當(dāng)執(zhí)行器數(shù)多的情況下，存在電路規(guī)模變大，芯片全體的成本增高這樣的問題。
作為第2個(gè)問題，沒有記載測量驅(qū)動信號和位移的關(guān)系進(jìn)行自我校正的構(gòu)成，將以往的技術(shù)用于使執(zhí)行器的位移精度提高的用途是困難的。雖然壓力傳感器和角速度傳感器也包括通過外部賦予的力，將位移的可動元件和此可動元件的位移變換為傳感器輸出的構(gòu)成，但此變換時(shí)的對應(yīng)是利用了預(yù)先在存儲器中存儲的關(guān)系，除了零點(diǎn)的漂移修正以外，可動元件的位移和輸出的對應(yīng)關(guān)系是被固定的。由于零點(diǎn)漂移修正是對可動元件沒有位移的狀態(tài)的偏移量進(jìn)行修正的，所以這與驅(qū)動信號和位移的關(guān)系從本質(zhì)上說是沒有關(guān)系的。即，例如，即使存在由于重復(fù)疲勞的彈性常數(shù)變化等這樣的機(jī)械特性的隨時(shí)間變化，也不能對其進(jìn)行修正。
即，對執(zhí)行器賦予位移的同時(shí)，對其驅(qū)動信號和位移的關(guān)系進(jìn)行自我校正的構(gòu)成在任何文獻(xiàn)中都沒有記載，對于隨長時(shí)間變化和各種環(huán)境變化，在大的范圍內(nèi)補(bǔ)償變化的執(zhí)行器特性是困難的。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種以簡單的構(gòu)成、對于隨長時(shí)間變化或者環(huán)境變化的特性零散進(jìn)行修正，進(jìn)行高可靠性的位置控制的微執(zhí)行器以及可變形反射鏡。
本發(fā)明的微執(zhí)行器，包括襯底；可動元件，其被可位移地支撐在所述襯底上；驅(qū)動部，其輸出用于讓所述可動元件位移的驅(qū)動信號；變換部，其保持所述可動元件的位移和所述驅(qū)動信號之間的對應(yīng)關(guān)系；位移檢測部，其檢測在賦予了所述驅(qū)動信號狀態(tài)下的所述可動元件的位移；和校正部，其利用所述驅(qū)動信號和所述位移檢測部的輸出校正所述變換部保持的對應(yīng)關(guān)系。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，所述可動元件是靜電型的可動元件，包括在所述襯底上固定的固定電極和與所述固定電極相面對的活動電極；所述位移檢測部根據(jù)所述固定電極和所述活動電極間的靜電電容的變化，檢測所述可動元件的位移。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，所述驅(qū)動部將所述可動元件的1次共振頻率附近或者其以下的低頻信號作為所述驅(qū)動信號輸出；所述位移檢測部將所述可動元件的1次共振頻率以上的高頻信號重疊在所述驅(qū)動信號上。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，所述驅(qū)動部將實(shí)質(zhì)上的DC電壓作為所述驅(qū)動信號輸出。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，所述驅(qū)動部將多段的所述DC電壓作為所述驅(qū)動信號輸出；所述位移檢測部在所述多段的各段中檢測所述可動元件的位移；所述校正部將所述各段的DC電壓和所述位移檢測部的輸出以規(guī)定形式的近似函數(shù)近似。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，所述驅(qū)動部將具有多段頻率的低頻信號作為所述驅(qū)動信號輸出；所述位移檢測部檢測加振的所述可動元件的位移；所述校正部將所述驅(qū)動信號和位移檢測部的輸出相對應(yīng)，計(jì)算所述可動元件的振幅響應(yīng)或者相位響應(yīng)。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，所述驅(qū)動部將所述可動元件的1次共振頻率附近的低頻信號作為所述驅(qū)動信號多段輸出；所述位移檢測部在所述多段的各段中檢測加振的所述可動元件的位移；所述校正部使所述驅(qū)動信號和位移檢測部的輸出相對應(yīng)，提取所述可動元件的1次共振頻率。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，當(dāng)增大設(shè)定所述驅(qū)動信號的振幅時(shí)，減小設(shè)定所述位移檢測部產(chǎn)生的所述高頻信號的振幅。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，所述可動元件的所述活動電極包括按規(guī)定的軸大致對稱的第1導(dǎo)電性部分以及第2導(dǎo)電性部分，以所述軸為中心能自由傾斜活動地被支撐，并且，所述固定電極包括與所述活動電極的第1導(dǎo)電性部分通過間隙相面對的第1電極和與所述活動電極的第2導(dǎo)電性部分通過間隙相面對的第2電極；所述驅(qū)動部在所述第1導(dǎo)電性部分和所述第1電極之間、或者在所述第2導(dǎo)電性部分和所述第2電極之間施加所述驅(qū)動信號；所述位移檢測部在所述第1電極上施加第1高頻信號，在所述第2電極上施加和所述第1高頻信號相同振幅且相位相反的第2高頻信號，檢測將所述第1導(dǎo)電性部分和所述第2導(dǎo)電性部分電連接的端子的電壓。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，所述變換部產(chǎn)生和所述可動元件的位移相對應(yīng)的電壓指令值；所述驅(qū)動部包括輸出對應(yīng)于所述電壓指令值的所述驅(qū)動信號的DA轉(zhuǎn)換器；所述校正部校正所述電壓指令值和所述可動元件的位移之間的對應(yīng)關(guān)系。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，所述DA轉(zhuǎn)換部具有非線性特性，所述驅(qū)動信號的值越大，越減少設(shè)定與所述電壓指令值對應(yīng)的所述驅(qū)動信號的增加量。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，所述校正部以1階函數(shù)近似所述電壓指令值和所述可動元件的位移之間的對應(yīng)關(guān)系。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，在電源啟動時(shí)讓所述校正部動作。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，包括溫度檢測部，當(dāng)所述溫度檢測部檢測出規(guī)定值以上的溫度變化時(shí)，讓所述校正部動作。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，包括異常判斷部，其在所述位移檢測部的輸出超過規(guī)定范圍時(shí)，判斷所述可動元件或者所述位移檢測部的異常。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，當(dāng)所述異常判斷部判斷為異常時(shí)，禁止由所述校正部的所述對應(yīng)關(guān)系的更新。
再有，本發(fā)明的微執(zhí)行器，包括襯底；可動元件，其被可位移地支撐在所述襯底上；驅(qū)動部，其輸出用于讓所述可動元件位移的驅(qū)動信號；位移檢測部，其檢測所述可動元件的位移；和切換部，其選擇性地連接所述驅(qū)動部以及/或者所述位移檢測部和所述多個(gè)可動元件的各個(gè)。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，所述切換部一邊以時(shí)間序列切換所述位移檢測部的位移檢測對象，一邊檢測各個(gè)所述可動元件的位移。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，包括閉環(huán)控制部，其利用所述位移檢測部的輸出，閉環(huán)控制所述驅(qū)動部的輸出。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，進(jìn)一步包括開環(huán)控制所述驅(qū)動部的輸出的開環(huán)控制部，以時(shí)間序列切換所述閉環(huán)控制部和所述開環(huán)控制部，進(jìn)行所述可動元件的控制。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，所述開環(huán)控制部包括保存通過所述閉環(huán)控制部控制的所述驅(qū)動部的輸出的保存部。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，所述可動元件被設(shè)置成能積累對應(yīng)于所述驅(qū)動信號的電荷；所述切換部將所述可動元件和所述閉環(huán)控制部相連的第1狀態(tài)切換為將所述可動元件作為高阻抗保持所述電荷的第2狀態(tài)。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，包括測量關(guān)于各個(gè)所述可動元件和所述閉環(huán)控制部相連的時(shí)間值的計(jì)數(shù)器和檢測所述閉環(huán)控制的收斂的收斂檢測部；即使來自所述計(jì)數(shù)器的輸出超過規(guī)定的上限值，所述收斂檢測部也沒有檢測到所述收斂的情況下，所述切換部切斷所述可動元件和所述閉環(huán)控制部的連接。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，關(guān)于所述可動元件和所述閉環(huán)控制部連接的時(shí)間值是所述閉環(huán)控制部的循環(huán)次數(shù)。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，所述收斂檢測部檢測到所述收斂，所述切換部在所述閉環(huán)控制部的連接點(diǎn)切換為下一個(gè)可動元件的時(shí)刻，當(dāng)所述計(jì)數(shù)器的輸出沒達(dá)到所述上限值的情況下，根據(jù)所述計(jì)數(shù)器的輸出，變更下一個(gè)可動元件的上限值。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，所述切換部將所述多個(gè)可動元件之中的至少2個(gè)以上同時(shí)和所述位移檢測部相連。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，將與所述高頻信號的振幅值同等以上大小的偏置電壓施加到所述固定電極和所述活動電極的雙方上。
本發(fā)明的另一微執(zhí)行器，包括襯底；可動元件，其被可位移地支撐在所述襯底上；驅(qū)動部，其輸出用于讓所述可動元件位移的驅(qū)動信號；位移檢測部，其檢測所述可動元件的位移；切換部，其被設(shè)置在連接所述驅(qū)動部以及/或者所述位移檢測部和所述可動元件之間的布線通路中，在連接所述布線通路的狀態(tài)和切斷的狀態(tài)之間進(jìn)行切換；校正部，其利用在連接了所述布線通路的狀態(tài)下得到的所述位移檢測部的第1輸出和在切斷了所述布線通路的狀態(tài)下得到的所述位移檢測部的第2輸出，進(jìn)行修正。
本發(fā)明的又一微執(zhí)行器，包括襯底；可動元件，其被可位移地支撐在所述襯底上；驅(qū)動部，其輸出用于讓所述可動元件位移的驅(qū)動信號；位移檢測部，其檢測在賦予了所述驅(qū)動信號狀態(tài)下的所述可動元件的位移。所述可動元件包括在所述襯底上固定的固定電極和與所述固定電極相面對的活動電極；所述活動電極包括按照規(guī)定的軸大致對稱的第1導(dǎo)電性部分以及第2導(dǎo)電性部分，以所述軸為中心能自由傾斜活動地被支撐；所述固定電極包括與所述活動電極的第1導(dǎo)電性部分通過間隙相面對的第1電極和與所述活動電極的第2導(dǎo)電性部分通過間隙相面對的第2電極；所述驅(qū)動部產(chǎn)生在所述第1電極施加的第1驅(qū)動信號和具有與所述第1驅(qū)動信號不同的大小且在所述第2電極施加的第2驅(qū)動信號。所述位移檢測部包括輸出所述可動元件的1次共振頻率以上的高頻信號的高頻信號產(chǎn)生部、在第1端子與所述第1電極相連的第1負(fù)載阻抗元件、在第2端子與所述第2電極相連的第2負(fù)載阻抗元件、連接所述第1端子和所述第2端子的高頻檢測部，在與所述第1負(fù)載阻抗元件的所述第1端子相反一側(cè)的端子上施加重疊了所述高頻信號的所述第1驅(qū)動信號，在與所述第2負(fù)載阻抗元件的所述第2端子相反一側(cè)的端子上施加重疊了所述高頻信號的所述第2驅(qū)動信號。所述高頻檢測部通過比較在所述第1端子和所述第2端子間的所述高頻信號的相位和/或者振幅，檢測所述可動元件的位移。
本發(fā)明的可變形反射鏡，包括上述任一項(xiàng)的微執(zhí)行器；在所述可動元件的至少一部分形成光反射區(qū)域。
本發(fā)明的裝置，包括上述任一項(xiàng)的微執(zhí)行器。
本發(fā)明的驅(qū)動方法，用于驅(qū)動具有可動元件的微執(zhí)行器，包括輸出用于讓所述可動元件位移的驅(qū)動信號的步驟；保持所述可動元件的位移和所述驅(qū)動信號之間的對應(yīng)關(guān)系的步驟；檢測在賦予所述驅(qū)動信號的狀態(tài)下的所述可動元件的位移的步驟；利用所述驅(qū)動信號和所述位移檢測部的輸出，校正所述對應(yīng)關(guān)系的步驟。


圖1是在本發(fā)明的實(shí)施方式1中微執(zhí)行器的概略構(gòu)成圖。
圖2是在本發(fā)明的實(shí)施方式1中微執(zhí)行器的驅(qū)動電路的概略構(gòu)成圖。
圖3是在本發(fā)明的實(shí)施方式1中校正動作程序的流程圖。
圖4是在本發(fā)明的實(shí)施方式2中微執(zhí)行器的概略構(gòu)成圖。
圖5是在本發(fā)明的實(shí)施方式2中間歇閉環(huán)控制程序的流程圖。
圖6是在本發(fā)明的實(shí)施方式3中微執(zhí)行器的概略構(gòu)成圖。
圖7是在本發(fā)明的實(shí)施方式3中間歇閉環(huán)控制程序的流程圖。
圖8是在本發(fā)明的實(shí)施方式4中微執(zhí)行器的分解立體圖。
圖9是在本發(fā)明的實(shí)施方式4中驅(qū)動電路100a的概略構(gòu)成圖。
圖10是在本發(fā)明的實(shí)施方式4中校正動作程序的流程圖。
圖11(a)以及(b)是表示在某一個(gè)可動元件中電壓指令值D和位移的對應(yīng)關(guān)系的曲線圖。
圖12是在本發(fā)明的實(shí)施方式5中微執(zhí)行器的概略構(gòu)成圖。
圖13是在本發(fā)明的實(shí)施方式6中微執(zhí)行器的概略構(gòu)成圖。
圖14(a)表示在本發(fā)明的實(shí)施方式6中非線性DA轉(zhuǎn)換器176的概略構(gòu)成，圖14(b)是為了說明在其校正部178中電壓指令值D和位移Z的對應(yīng)關(guān)系的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖的同時(shí)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。
(實(shí)施方式1)首先，參照圖1～3，說明根據(jù)本發(fā)明的微執(zhí)行器的第1實(shí)施方式。本實(shí)施方式的微執(zhí)行器是進(jìn)行傾斜活動動作的靜電執(zhí)行器。這樣的微執(zhí)行器是例如采用半導(dǎo)體制造工藝技術(shù)制作得到的。本實(shí)施方式的微執(zhí)行器被適用于對光的反射方向進(jìn)行多段控制的可變形反射鏡中。
首先參照圖1。圖1是本實(shí)施方式中微執(zhí)行器的概略構(gòu)成圖。在圖1中，在作為硅晶片的襯底1上設(shè)置驅(qū)動電路2，在其上設(shè)置了30μm以上厚度的絕緣層3。在絕緣層3上，構(gòu)成由n個(gè)(n為2以上的整數(shù))可動元件A1～An構(gòu)成的活動部4?；顒硬?的可動元件A1～An相互具有相同的構(gòu)成，此處，以第i(i為1以上n以下的整數(shù))個(gè)可動元件Ai為例進(jìn)行說明?？蓜釉嗀i包括2個(gè)固定電極ELi、ERi、在與這些固定電極ELi、ERi相面對的位置設(shè)置的活動電極Yi、自由傾斜活動地支撐此活動電極Yi的一對導(dǎo)電性的支架Pi。
可動元件Ai以支架Pi為中心呈左右對稱的形狀。活動電極Yi具有第1導(dǎo)電性部分YLi以及第2導(dǎo)電性部分YRi。第1導(dǎo)電性部分YLi通過間隙和第1電極ELi相對，第2導(dǎo)電性部分YRi通過間隙和第2電極ERi相對?；顒与姌OYi的表面作為反射光的反射鏡發(fā)揮功能。
如果在第1電極ELi和活動電極Yi之間，另外，第2電極ERi和活動電極Yi之間賦予電位差，根據(jù)靜電力，活動電極Yi進(jìn)行向左轉(zhuǎn)或者向右轉(zhuǎn)的傾斜活動。其結(jié)果，通過活動電極Yi的表面被反射的光的朝向發(fā)生改變。通過調(diào)節(jié)電位差的大小，能夠控制活動電極Yi的傾斜角度。
此處，由第1電極ELi、活動電極Yi的第1導(dǎo)電性部分YLi形成的電容的電容為CLi、由第2電極ERi、活動電極Yi的第2導(dǎo)電性部分YRi形成的電容器的電容為CRi。此時(shí)，在活動電極Yi為水平姿勢的初始狀態(tài)下，CLi＝CRi的關(guān)系大致成立。
電容器CLi、CRi的大小分別根據(jù)活動電極Yi的傾斜活動位移，向反方向增減。在本實(shí)施方式中，通過檢測電容器CLi、CRi的大小的變化，能夠檢測出活動電極Yi的位移。
端子TLi、TRi以及TPi分別與固定電極ELi、ERi以及支柱Pi相連。這些端子作為貫通絕緣層3的過孔，和驅(qū)動電路2相連。
接著參照圖2說明驅(qū)動電路2的詳細(xì)。圖2是在本實(shí)施方式中微執(zhí)行器的驅(qū)動電路的概略構(gòu)成圖。
驅(qū)動電路2包括控制全體的控制部5、檢測出各個(gè)可動元件Ai的位移的位移檢測部6以及選擇成為位移檢測部6的測量對象的可動元件的切換部7。
控制部5包括I/F部10、目標(biāo)位移設(shè)定部11、變換部12、電壓指令部13、位移檢測控制部14、校正部15、第1驅(qū)動電壓產(chǎn)生部20、第2驅(qū)動電壓產(chǎn)生部22。在本實(shí)施方式中，電壓指令部13、第1驅(qū)動電壓產(chǎn)生部20以及第2驅(qū)動電壓產(chǎn)生部22構(gòu)成“驅(qū)動部”。
I/F部10與外部之間進(jìn)行關(guān)于控制的命令以及數(shù)據(jù)的交換。
目標(biāo)位移設(shè)定部11基于從I/F部10的輸出，決定可動元件A1～An的各目標(biāo)位移。
變換部12將可動元件A1～An的各目標(biāo)位移變換為關(guān)于驅(qū)動電壓的目標(biāo)數(shù)據(jù)。在變換部12中，各可動元件A1～An的驅(qū)動電壓和位移的對應(yīng)關(guān)系作為變換表被保存。各可動元件A1～An的特性零散在此被修正。
電壓指令部13在進(jìn)行各可動元件A1～An的控制時(shí)，基于從變換部12的輸出，輸出為了使可動元件A1～An位移的電壓指令值D(VL1)～D(VLn)、D(VR1)～D(VRn)。電壓指令值D(VL1)～D(VLn)、D(VR1)～D(VRn)是和對固定電極用端子TL1～TLn、TR1～TRn施加的驅(qū)動電壓VL1～VLn、VR1～VRn分別對應(yīng)的。另外電壓指令部13當(dāng)檢測出可動元件Ai的位移時(shí)，使對固定電極用端子TLi、TRi施加的驅(qū)動電壓的DC成分VL、VR的差動部分VL-VR的值在某一個(gè)規(guī)定的時(shí)間變化這樣，使電壓指令值D(VL)～D(VR)產(chǎn)生變化。作為此做法的一例，此處采用將VL，或者VR中的一個(gè)設(shè)定為0V，使另一個(gè)從0V開始以規(guī)定的電壓單位進(jìn)行增加的方法。關(guān)于電壓指令部13產(chǎn)生的VL、VR的控制值及其變化的時(shí)間，是基于位移檢測控制部14的輸出進(jìn)行控制的。
位移檢測控制部14對電壓指令部13進(jìn)行為了使電壓指令值D(VL)、D(VR)變化的指令。另外，使位移檢測部6的晶體管26導(dǎo)通，使其保持規(guī)定的時(shí)間，除去檢測信號Vout的偏移。由此，通過使電壓指令值D(VL)、D(VR)變化，能夠清除產(chǎn)生的檢測信號Vout的變動。
校正部15接收電壓指令部13輸出的電壓指令值D(VL)、D(VR)和位移檢測部6輸出的可動元件Ai的位移的檢測結(jié)果，做成電壓指令值D(VL)、D(VR)和位移的對應(yīng)關(guān)系。這些關(guān)系通過與規(guī)定形式的近似曲線擬合，除去測量誤差，以被插值的形式在變換部12的變換表中被保存。
第1驅(qū)動電壓產(chǎn)生部20基于來自電壓指令部13的電壓指令值D(VL)，產(chǎn)生DC電壓VL。第2驅(qū)動電壓產(chǎn)生部22基于來自電壓指令部13的電壓指令值D(VR)，產(chǎn)生DC電壓VR。
位移檢測部6包括第1高頻信號產(chǎn)生部21、第2高頻信號產(chǎn)生部23、運(yùn)算放大器24、電容器25、晶體管26、放大器27、AD變換器28。
第1高頻信號產(chǎn)生部21產(chǎn)生振幅VA、頻率f的AC電壓。頻率f取100kHz～1MHz的范圍內(nèi)的規(guī)定值，這是比可動元件Ai的1次共振頻率f0(1～10kHz)還要大的值。第1驅(qū)動電壓產(chǎn)生部20和第1高頻信號產(chǎn)生部21串聯(lián)連接，作為兩者的和，得到第1輸出電壓VL+VAsin(2πft)。
第1高頻信號產(chǎn)生部23產(chǎn)生和第1高頻信號產(chǎn)生部21相同振幅VA、頻率f、相位180。不同的AC電壓。第2驅(qū)動電壓產(chǎn)生部22和第2高頻信號產(chǎn)生部23串聯(lián)連接，作為兩者的和，得到第2輸出電壓VR-VAsin(2πft)。
當(dāng)由切換部7選擇和可動元件Ai連接的情況下，第1以及第2輸出電壓VL+VAsin(2πft)、VR-VAsin(2πft)分別被輸入端子TLi、TRi，從端子Tpi的輸出被輸入運(yùn)算放大器24。由運(yùn)算放大器24和電容Cf的電容器25形成的電路的輸出Vout以(式1)表示，由于右邊的第2項(xiàng)是根據(jù)驅(qū)動電壓VL、VR的變化ΔVL、ΔVR的偏移，所以如已敘述的那樣，如果在檢測之前使MOS晶體管26導(dǎo)通，將此除去，能精度良好地得到用于檢測靜電電容變化CRi-CLi的信號。
(式1)Vout＝((CRi-CLi)/Cf)·VAsin(2πft)+(CRiΔVR-CLiΔVL)/Cf輸出Vout由放大器27放大，在AD變換部28被變換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，向校正部15輸出。
切換部7對于可動元件A1～An的各個(gè)，在進(jìn)行驅(qū)動控制的驅(qū)動模式和進(jìn)行位移檢測的檢測模式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。在圖中可動元件Ai被設(shè)定為檢測模式，如已經(jīng)說明的那樣，和位移檢測部6相連，研究其響應(yīng)特性。另外，在圖中可動元件Ai+1被設(shè)定為驅(qū)動模式，固定電極用端子TLi+1、TRi+1分別被施加由電壓指令部13指令的電壓，另外，活動電極用端子Tpi+1與接地電位相連，被驅(qū)動到目標(biāo)位置。
對于以上這樣構(gòu)成的微執(zhí)行器的動作，參照圖3進(jìn)行說明。圖3是在本實(shí)施方式中微執(zhí)行器的校正動作程序的流程圖。
裝置啟動時(shí)和/或者圖中未表示的溫度傳感器檢測到規(guī)定值以上的溫度變化時(shí)，或者內(nèi)置的定時(shí)器從上次的變換數(shù)據(jù)更新時(shí)開始計(jì)數(shù)到規(guī)定時(shí)間以上的動作時(shí)間等的情況下，本實(shí)施方式的微執(zhí)行器更新保存在變換部12中的可動元件A1～An的變換表。
首先，使i＝1(步驟30)，作為進(jìn)行位移檢測的可動元件Ai，第1個(gè)可動元件A1被選擇。切換部7將可動元件Ai與位移檢測部6相連(步驟31)。此時(shí)，Ai以外的全部可動元件和位移檢測部6的連接被切斷。
在位移檢測中，電壓指令部13使輸出的電壓指令值D(VL)、D(VR)變化，使第1驅(qū)動電壓產(chǎn)生部20的輸出電壓VL和第2驅(qū)動電壓產(chǎn)生部20的輸出電壓VR多段輸出的同時(shí)，在各段進(jìn)行可動元件Ai的位移檢測。具體地說，首先設(shè)定VR為0V(步驟32)，使VL從0V開始至最大電壓Vmax為止階段性地增加，在各電壓段測量可動元件Ai的位移。
測量的位移數(shù)據(jù)和各個(gè)VL值同時(shí)被存儲在校正部15中(步驟33)。接著，VL為0V(步驟34)，使VR從0V開始至最大電壓Vmax為止階段性地增加，在各電壓段測量可動元件Ai的位移。測量的位移數(shù)據(jù)和各個(gè)VR值同時(shí)被存儲在校正部15中(步驟35)。如果測量結(jié)束，校正部15將電壓差VL-VR和位移數(shù)據(jù)以規(guī)定的近似函數(shù)擬合，計(jì)算近似函數(shù)的各項(xiàng)的系數(shù)以及相關(guān)值(步驟36)。
對此近似函數(shù)的各項(xiàng)的系數(shù)以及相關(guān)值，預(yù)先被判斷為正常值的范圍被設(shè)定，判斷得到的這些值是否是在此正常范圍內(nèi)(步驟37)。當(dāng)不在正常范圍內(nèi)的情況下，判斷在測量結(jié)果中產(chǎn)生了誤差(步驟38)，誤差處理的內(nèi)容根據(jù)系數(shù)以及相關(guān)值的值而不同，僅與正常范圍有微小偏離的情況下，進(jìn)行再測量，例如，當(dāng)不依賴VL，和VR的電壓值，可動元件Ai幾乎沒有位移的情況下，判斷可動元件或者位移檢測部6出現(xiàn)了故障，進(jìn)行出錯(cuò)顯示，禁止變換表的重寫。
當(dāng)在正常范圍內(nèi)的情況下，判斷測量結(jié)果有效，更新變換表(步驟39)，進(jìn)行下一個(gè)可動元件的測量(步驟40)。如果第n個(gè)可動元件An的測量結(jié)束，變換表的做成程序結(jié)束。
如果變換表的做成結(jié)束，微執(zhí)行器轉(zhuǎn)移到利用了此表的控制動作。切換部7使全部的可動元件A1～An處于進(jìn)行驅(qū)動控制的驅(qū)動模式。
在本實(shí)施方式中的可動元件的控制是開環(huán)控制，如果由目標(biāo)位移設(shè)定部11設(shè)定各個(gè)可動元件A1～An的目標(biāo)位移，由變換部12變換為關(guān)于驅(qū)動電壓的目標(biāo)數(shù)據(jù)，施加由電壓指令部13指令的驅(qū)動電壓，可動元件A1～An被控制為期望的樣子。
根據(jù)以上說明的本實(shí)施方式的微執(zhí)行器，因?yàn)榘俗晕覚z測通過自身驅(qū)動力得到的位移量的構(gòu)成，所以不需要外部的位移測量器、不需要關(guān)于位置吻合等設(shè)定的繁雜操作，能極其簡單地做成修正個(gè)別可動元件的特性零散的變換表。
另外，因?yàn)榭梢栽诮M裝到裝置中的狀態(tài)下測量，所以也能夠和隨長時(shí)間變化和溫度等的環(huán)境變化帶來的可動元件特性的變化相對應(yīng)。
進(jìn)一步，因?yàn)榍袚Q部7是使1個(gè)位移檢測部6和多個(gè)可動元件轉(zhuǎn)換巡回的同時(shí)進(jìn)行位移檢測的，所以即使是包括多個(gè)可動元件的執(zhí)行器，也能使用于位移檢測的檢測信號產(chǎn)生器、放大器、A/D變換器等的數(shù)量大幅地減少，能削減電路規(guī)模、削減芯片成本。
還有，在本實(shí)施方式中，對驅(qū)動電壓產(chǎn)生部20和高頻信號產(chǎn)生部21分別構(gòu)成、連接的例子進(jìn)行了說明，但也可以是兩部分由1個(gè)DA變換器構(gòu)成，將來自電壓指令部13的控制信號以頻率f調(diào)制，得到VL+VAsin(2πft)的輸出。另外，AC電壓的波形不是正弦波，而是矩形波也可以。對于驅(qū)動電壓產(chǎn)生部22和高頻信號產(chǎn)生部23也是同樣的。這樣做，位移檢測用的信號產(chǎn)生電路的多個(gè)和驅(qū)動控制用的電路共同使用，能夠謀求電路全體的簡約化。
另外，對于電壓指令部13只將DC電壓成分VL、VR作為可變的例子進(jìn)行了說明，但也能使AC電壓成分的振幅VA可變。特別是當(dāng)電位差的VL-VR絕對值大時(shí)，如果使振幅VA變小，具有以下的2種效果。第1，抑制由于AC電壓成分對可動元件位移的影響的同時(shí)，能使檢測靈敏度增加。當(dāng)電位差的VL-VR絕對值小時(shí)，由于可動元件Ai的位移小，靜電電容的變化CLi-CRi也小，所以檢測信號Vout的振幅小，不容易得到S/N比，另一方面，由于AC電壓成分在可動元件Ai處產(chǎn)生的吸力在固定電極ELi一側(cè)和ERi一側(cè)幾乎相互抵消，所以對可動元件的位移的影響小。電位差的VL-VR絕對值大時(shí)，表示與此相反的特性。即如果電位差的VL-VR絕對值小時(shí)，使振幅VA變大，電位差的VL-VR絕對值大時(shí)，使振幅VA變小，能夠抑制由于AC電壓成分對可動元件位移的影響的同時(shí)，能使檢測靈敏度增加。第2，對于相同的電源電壓，能較寬地取得可動元件的測量可能的位移的范圍?？蓜釉臏y量可能的位移的范圍由DC電壓的設(shè)定范圍決定，這是從全體電壓中除去了AC電壓成分之后的電壓。驅(qū)動電壓VL或者VR的絕對值大時(shí)，通過使振幅VA小，對于相同的電源電壓，能夠擴(kuò)大可動元件測量可能的位移的范圍。
另外，在本實(shí)施例中，位移檢測部6作為1個(gè)通道進(jìn)行了說明，也可以構(gòu)成為位移檢測部6包括多個(gè)通道，全部可動元件A1～An也被分割為多個(gè)塊，位移檢測部6的各個(gè)通道巡回檢查各個(gè)塊內(nèi)部。
另外，在本實(shí)施例中，可動元件是一個(gè)一個(gè)地與位移檢測部6相連的，但也可以是多個(gè)可動元件同時(shí)和1個(gè)位移檢測部6相連。此種情況下，各個(gè)可動元件的零散被平均，測量全體特性的變化的情況下，能夠進(jìn)行精度良好的測量。對于溫度特性變化等的環(huán)境變化，全體可動元件具有幾乎一定的傾斜方向的特性變化的情況下，這樣得到的全體的修正數(shù)據(jù)與個(gè)別可動元件的變換數(shù)據(jù)相加即可。
另外，在本實(shí)施例中，驅(qū)動信號取了DC信號，但不限定于此，作為能對可動元件賦予期望的位移的驅(qū)動信號，賦予可動元件的1次共振頻率以下的低頻驅(qū)動信號，通過由位移檢測部6測量可動元件的振幅和相位，也能夠測量可動元件的響應(yīng)特性。另外，通過使驅(qū)動信號的頻率在可動元件的1次共振頻率附近漂移，搜索共振點(diǎn)，也能夠測量可動元件的共振頻率自身，由此也能夠精度良好地測量可動元件的響應(yīng)特性。校正部15從這些響應(yīng)特性算出可動元件的電壓一位移特性，能夠保存在變換部12，以便利用。通過對關(guān)于可動元件的1次共振頻率f0和傾斜活動的彈性常數(shù)k，利用f0與k的平方根成比例這樣的關(guān)系，檢測1次共振頻率f0的變化，也能靜態(tài)地校正驅(qū)動電壓和位移的關(guān)系。
另外，在本實(shí)施方式中，對可動元件采用靜電型可動元件、位移檢測部6的位移檢測方式采用靜電電容檢測方式進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并非限定于此，例如，可動元件采用壓電元件，位移檢測方式利用此壓電效果也可以。
(實(shí)施方式2)參照圖4～5，說明根據(jù)本發(fā)明的微執(zhí)行器的第2實(shí)施方式。圖4是在本實(shí)施方式中微執(zhí)行器的概略構(gòu)成圖。
本實(shí)施方式的微執(zhí)行器對于活動部4、位移檢測部6、切換部7、I/F部10、目標(biāo)位移設(shè)定部11、位移檢測控制部14，具有和在實(shí)施方式1中說明的構(gòu)成同樣的構(gòu)成。和實(shí)施方式1不同的部分是控制部50的構(gòu)成。在本實(shí)施方式中，控制部50利用位移檢測部6的輸出，對可動元件A1～An進(jìn)行間歇性的閉環(huán)控制。
控制部50包括電壓指令部51，電壓指令部51包括伺服控制部52和電壓值保持部53。
伺服控制部52將目標(biāo)位移設(shè)定部11和位移檢測部6的差作為誤差信號ε輸入，包括為了保持期望的控制特性的PID控制器，作為此控制輸出，賦予電壓值VL、VR的指令值，對于所選擇的可動元件Ai進(jìn)行閉環(huán)控制。另外，伺服控制部52當(dāng)誤差信號ε的值以及其時(shí)間微分值在規(guī)定值以下的情況下，判斷上述的控制收斂，結(jié)束對可動元件Ai的閉環(huán)控制，切換到開環(huán)控制的同時(shí)，對于下一個(gè)可動元件Ai+1進(jìn)行閉環(huán)控制。更詳細(xì)地，如果判斷了控制收斂，伺服控制部52在此時(shí)刻將電壓值VL、VR的指令值輸出到電壓值保持部53。電壓值保持部53將此電壓值VL、VR的指令值作為對于可動元件Ai的指令值VLi、VRi保持，直到下次再從伺服控制部52輸入對于可動元件Ai的新的指令值為止，輸出此指令值。切換部7將可動元件Ai的連接點(diǎn)從位移檢測部6切換為電壓值保持部53，將可動元件Ai+1的連接點(diǎn)從電壓值保持部53切換為位移檢測部6。
對于以上這樣構(gòu)成的微執(zhí)行器的動作，參照圖5進(jìn)行說明。圖5是在本實(shí)施方式中微執(zhí)行器的間歇閉環(huán)控制程序的流程圖。
首先，使i＝1(步驟60)，作為進(jìn)行閉環(huán)控制的可動元件選擇第1個(gè)可動元件A1。切換部7將可動元件Ai與位移檢測部6相連(步驟61)。此時(shí)，Ai之外的全部可動元件和電壓值保持部53相連，基于此輸出值被開環(huán)控制。
可動元件Ai的控制電壓值VL、VR的初始值采用電壓值保持部53上次保持的VLi、VRi值(步驟62)。位移檢測部6檢測可動元件Ai的位移，以讓此檢測位移量和目標(biāo)位移設(shè)定部11輸出的目標(biāo)位移量一致的方式，對伺服控制部52進(jìn)行閉環(huán)控制(步驟63)。
當(dāng)檢測位移量和目標(biāo)位移量的誤差信號ε的絕對值為規(guī)定值α，而且誤差信號ε的時(shí)間微分值 的絕對值在規(guī)定值β以下的情況下，伺服控制部52判斷控制收斂(步驟64)，伺服控制部52在此時(shí)刻將電壓值VL、VR的指令值向電壓值保持部53輸出。電壓值保持部53將此電壓值VL、VR，的指令值作為對于可動元件Ai的指令值VLi、VRi保持(步驟65)。另外，切換部7將可動元件Ai的連接點(diǎn)從位移檢測部6切換為電壓值保持部53(步驟66)。由此，對于可動元件Ai從閉環(huán)控制向開環(huán)控制的切換結(jié)束，移到下一個(gè)可動元件Ai+1的閉環(huán)控制(步驟67)。如果第n個(gè)可動元件An的閉環(huán)控制結(jié)束(步驟68)，間歇閉環(huán)控制程序執(zhí)行一次循環(huán)。
此間歇閉環(huán)控制程序至少在目標(biāo)位移設(shè)定部11的輸出值被更新的情況下必須被執(zhí)行，可動元件A1～An被控制為所期望的樣子?；蛘咄ǔ６ㄆ诘貓?zhí)行此程序也可以。
根據(jù)以上說明這樣的本實(shí)施方式的微執(zhí)行器，切換部7將1個(gè)位移檢測部6以及伺服控制部52切換為多個(gè)可動元件，使其巡回的同時(shí)進(jìn)行閉環(huán)控制，因?yàn)榭刂剖諗康目蓜釉M(jìn)行保持此狀態(tài)的開環(huán)控制，所以即使是包括多個(gè)可動元件的執(zhí)行器，也能夠使為了進(jìn)行位移檢測的檢測信號產(chǎn)生器、放大器、A/D轉(zhuǎn)換器等的數(shù)量減少，能削減電路規(guī)模、削減芯片成本。
(實(shí)施方式3)參照圖6～7，說明根據(jù)本發(fā)明的微執(zhí)行器的第3實(shí)施方式。圖6是在本實(shí)施方式中微執(zhí)行器的概略構(gòu)成圖。
本實(shí)施方式的微執(zhí)行器，對于活動部4、I/F部10、目標(biāo)位移設(shè)定部11、位移檢測控制部14、第1驅(qū)動電壓產(chǎn)生部20、第1高頻信號產(chǎn)生部21、第2驅(qū)動電壓產(chǎn)生部22、第2高頻信號產(chǎn)生部23、運(yùn)算放大器24、電容器25、MOS晶體管26、放大器27、AD變換器28，具有和在實(shí)施方式2中說明的構(gòu)成同樣的構(gòu)成。
和實(shí)施方式2不同的部分是切換部70、位移檢測部71、控制部75的構(gòu)成。在本實(shí)施方式中，對于位移檢測部71，添加只從位移檢測信號中提取出頻率f的信號的構(gòu)成，能減輕由于(式1)的右邊第2項(xiàng)所示的驅(qū)動電壓VL、VR的變化 帶來的偏移，提高閉環(huán)控制的精度。另外，通過采用由伺服控制部77的閉環(huán)控制收斂后，切換部79切斷和可動元件Ai的連接，將端子TLi、TRi、TPi作為高阻抗保持在電極間累積的電荷的構(gòu)成，不保持電壓值保持部，進(jìn)行簡單的間歇閉環(huán)控制。
在切換部70中配置了與可動元件A1～An的各個(gè)對應(yīng)的開關(guān)S1～Sn。開關(guān)Si和可動元件Ai的各個(gè)端子TLi、TRi、TPi相連，使開關(guān)接通的情況下，使各端子分別和包括位移檢測部71的驅(qū)動電路相連，使開關(guān)斷開的情況下，使各端子為浮置狀態(tài)。各個(gè)端子的接通、斷開的切換是一齊進(jìn)行。
在位移檢測部71中，除了實(shí)施方式2的構(gòu)成，還包括振蕩器72、乘法運(yùn)算器73、低通濾波器74。振蕩器72產(chǎn)生和第1高頻信號產(chǎn)生部21具有相同頻率f的AC信號。另外，振蕩器72產(chǎn)生的AC信號的相位被設(shè)定為和第1高頻信號產(chǎn)生部21產(chǎn)生的電壓的相位相同。乘法運(yùn)算部73將放大器27的輸出和振蕩器72的輸出相乘。由此，只提取出放大器27的輸出成分之中頻率f的信號成分，與此頻率f的信號成分的振福成比例的DC電壓被輸出。來自乘法運(yùn)算器73的輸出由低通濾波器74濾波后，由AD變換器28進(jìn)行AD變換。由此，由閉環(huán)控制時(shí)的驅(qū)動電壓VL、VR的變化 產(chǎn)生的漂移電壓被降低，位移檢測精度提高。
控制部75包括電壓指令部76，電壓指令部76包括伺服控制部77。
伺服控制部77將目標(biāo)位移設(shè)定部11和位移檢測部71的差作為誤差信號ε輸入，作為此控制輸出、賦予電壓值VL、VR的指令值，對于選擇的可動元件Ai進(jìn)行閉環(huán)控制。
另外，控制部75包括時(shí)鐘計(jì)數(shù)器(未圖示)，將切換部70的開關(guān)Si為接通的時(shí)刻作為起點(diǎn)，測量各個(gè)可動元件Ai和伺服控制部77相連的時(shí)間。
對各個(gè)可動元件Ai的閉環(huán)控制分配的時(shí)間設(shè)定上限值τ。誤差信號ε的值以及其時(shí)間微分值為規(guī)定值以下，控制收斂，另外如果閉環(huán)控制所需要的時(shí)間達(dá)到上限值τ以上，控制部75結(jié)束對于可動元件Ai的閉環(huán)控制。上限值τ在通常的狀態(tài)下，被設(shè)定為控制收斂所需要的充分的值。上限值τ是固定值也可以，使其反映至收斂為止的可動元件的控制所經(jīng)歷的時(shí)間那樣進(jìn)行決定也可以。例如，對前1個(gè)可動元件Ai-1的上限值τ，實(shí)際收斂時(shí)間ti-1小的情況下，使其剩余時(shí)間τ-ti-1的全部或者一部分轉(zhuǎn)入可動元件Ai的上限值τ中再追加也可以。
由伺服控制部77對可動元件Ai的閉環(huán)控制結(jié)束的同時(shí)，切換部70使開關(guān)Si斷開，使端子TLi、TRi、TPi為浮置狀態(tài)。由此，可動元件Ai形成的電容中CLi、CRi中積累的電荷量在由泄漏電流引起的消失量在十分短的時(shí)間內(nèi)被保持為一定，可動元件Ai的位移被保持為閉環(huán)控制結(jié)束時(shí)的狀態(tài)。
切換部70使下一個(gè)開關(guān)Si+1為接通，控制部75對于可動元件Ai+1進(jìn)行閉環(huán)控制。這樣使可動元件的閉環(huán)控制按照時(shí)間序列依次進(jìn)行。如果最后的可動元件An的閉環(huán)控制結(jié)束，再次返回到最初的可動元件A1，進(jìn)行第2周期的閉環(huán)控制。將此周期的的周期時(shí)間稱為幀周期時(shí)間。幀周期時(shí)間是由對微執(zhí)行器求得的響應(yīng)性能條件、為使由于電容器CLi、CRi中累積的電荷量的泄漏電流的消失十分小的條件決定的。對各個(gè)可動元件Ai，分配的時(shí)間的上限值τ被設(shè)定滿足此幀周期時(shí)間應(yīng)當(dāng)滿足的條件。例如，上限值τ作為固定值的情況下，n·τ成為幀周期時(shí)間。但是，特別是當(dāng)閉環(huán)控制以數(shù)字控制進(jìn)行的情況下，代之以對上限值τ和經(jīng)過時(shí)間的比較，是通過實(shí)際地測量時(shí)間進(jìn)行的，也可以是對閉環(huán)控制的循環(huán)次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，和循環(huán)次數(shù)的上限值比較進(jìn)行管理。循環(huán)次數(shù)管理也間接地管理時(shí)間，這點(diǎn)在本質(zhì)上也包含在時(shí)間管理中，能夠更加簡化管理過程。
對于以上這樣構(gòu)成的微執(zhí)行器的動作，參照圖7進(jìn)行說明。圖7是本實(shí)施方式中微執(zhí)行器的間歇閉環(huán)控制程序的流程圖。
首先，設(shè)定上限值τ為初始值τ0(步驟80)。初始值τ0是幀周期時(shí)間的1/n的值，是預(yù)先保存在ROM中的值。接著，使i＝1，作為進(jìn)行閉環(huán)控制的可動元件Ai，選擇第1個(gè)可動元件A1(步驟81)。
接著，切換部70使開關(guān)Si為接通，使可動元件Ai和位移檢測部71相連(步驟82)。此時(shí)，Ai以外的全部可動元件開關(guān)為斷開。
可動元件Ai的控制電壓值VL、VR的初始值設(shè)定為將目標(biāo)位移設(shè)定部11的輸出在變換部12變換做成的值(步驟83)。位移檢測部71檢測可動元件Ai的位移，以讓此檢測位移量和目標(biāo)位移設(shè)定部11輸出的目標(biāo)位移量一致的方式，伺服控制部77進(jìn)行閉環(huán)控制(步驟84)。
檢測位移量和目標(biāo)位移量的誤差信號ε的絕對值為規(guī)定值α，而且誤差信號ε的時(shí)間微分值 的絕對值為規(guī)定值β以下的情況下，伺服控制部77判斷控制收斂(步驟85)，當(dāng)沒判斷為收斂的情況下，進(jìn)一步比較經(jīng)過時(shí)間ti和上限值τ，如果ti＜τ，則繼續(xù)閉環(huán)處理(步驟86)。
當(dāng)判斷為收斂和經(jīng)過時(shí)間ti在上限值以上的情況下，由伺服控制部77對可動元件Ai的閉環(huán)控制結(jié)束，切換部70使開關(guān)Si為斷開，使端子TLi、TRi、TPi為浮置狀態(tài)(步驟87)。
接著，將剩余時(shí)間(τ-ti-1)乘以系數(shù)α，轉(zhuǎn)入對下一個(gè)可動元件的閉環(huán)處理時(shí)間的上限值τ(步驟88)。系數(shù)α是滿足0＜α＜1的值，能防止剩余時(shí)間無限制地被轉(zhuǎn)入積累。更優(yōu)選的是，系數(shù)α是滿足0＜α＜exp(-1/N)的值，將1個(gè)幀周期時(shí)間以前的剩余時(shí)間的轉(zhuǎn)入結(jié)果的影響度抑制在規(guī)定值(1/e)以下。
接著，將i的值作為增量，移到可動元件Ai+1的閉環(huán)控制(步驟89)。這樣依次切換可動元件的同時(shí)進(jìn)行閉環(huán)控制，如果一次第n個(gè)可動元件An的閉環(huán)控制結(jié)束，作為第2次，開始第1個(gè)可動元件An的閉環(huán)控制(步驟90)。
根據(jù)以上說明的本實(shí)施方式的微執(zhí)行器，由于作為由伺服控制器77的閉環(huán)控制結(jié)束后，切換部70切斷和可動元件Ai的連接，使端子TLi、TRi、TPi作為高阻抗，保持在電極間累積的電荷的構(gòu)成，所以能以簡單的構(gòu)成進(jìn)行巡回多個(gè)可動元件的間歇性的閉環(huán)控制。
另外，由于對各個(gè)可動元件的閉環(huán)控制分配的時(shí)間設(shè)定了上限值τ，不依賴于閉環(huán)控制的收斂結(jié)果，能夠確保作為微執(zhí)行器的幀周期時(shí)間。
另外，由于使此上限值τ能反映至此為止的可動元件的控制所經(jīng)歷的時(shí)間這樣決定的，所以能使幀周期時(shí)間的確保和閉環(huán)控制精度的提高并存。
(實(shí)施方式4)參照圖8～10，說明根據(jù)本發(fā)明的微執(zhí)行器的第4實(shí)施方式。本實(shí)施方式的微執(zhí)行器是進(jìn)行上下動作和2軸傾斜動作的靜電執(zhí)行器，能適用于補(bǔ)償光學(xué)用的可變形反射鏡中。
圖8是在本實(shí)施方式中的微執(zhí)行器的分解立體圖。此處圖示了1個(gè)微小反射鏡單元的放大圖。1個(gè)微小反射鏡單元是由相互獨(dú)立被驅(qū)動的3組可動元件賦予3自由度的位移，由此，上下動作和2軸的傾斜動作都是可能的。各個(gè)可動元件包括軛和固定電極對。
微小反射鏡單元為32個(gè)×32個(gè)、總數(shù)為1024個(gè)，被2維陣列化。由軛和固定電極對構(gòu)成的可動元件的總數(shù)是其3倍的3072個(gè)。
在襯底100上形成驅(qū)動電路100a，在其上形成絕緣層101。在絕緣層101上形成底部102以及3對固定電極103～105。底部102以及固定電極103～105是由鋁(Al)或者多晶硅等的導(dǎo)電膜圖案化形成的。固定電極103包括能相互獨(dú)立地設(shè)定電壓的第1電極103L以及第2電極103R。固定電極104、105也同樣地分別包括第1電極104L、105L以及第2電極104R、105R。
第1電極103L～105L以及第2電極103R～105R分別通過在絕緣層101上形成的過孔(未圖示)與在襯底100上形成的驅(qū)動電路100a相連。驅(qū)動電路100a能將在0～30V范圍內(nèi)分別獨(dú)立的電壓施加到第1電極103L～105L以及第2電極103R～105R上。此施加的電壓例如能作為12位的多段值進(jìn)行設(shè)定。
3個(gè)軛107～109分別由一對鉸鏈106組裝，進(jìn)一步設(shè)置為了將這些軛107～109與微小反射鏡110連結(jié)的中間連結(jié)構(gòu)件111。鉸鏈106和底部102接合為一體，在電氣上是導(dǎo)通的。各個(gè)底部102通過在絕緣層101上形成的過孔(未圖示)與驅(qū)動電路100a相連。相鄰的底部102之間在電氣上是相互分離的，分別獨(dú)立與驅(qū)動電路100a相連。
軛107～109和對應(yīng)的固定電極103～105相對，分別作為活動電極發(fā)揮功能。軛107～109是通過鋁(Al)或者多晶硅等的導(dǎo)電性部件圖案化形成的，和底部102導(dǎo)通，設(shè)定為接地電壓。軛107～109分別包括位于與第1電極103L～105L以及第2電極103R～105R相面對的第1部分107L～109L以及第2部分107R～109R。軛107～109互相具有相同的形狀，在沒有特別聲明的情況下，對于1個(gè)軛的說明內(nèi)容也同樣適用于其他的軛。
軛108以轉(zhuǎn)軸A1為中心能自由轉(zhuǎn)動地被支撐，軛107、109以轉(zhuǎn)軸A2為中心能自由轉(zhuǎn)動地被支撐。如果與轉(zhuǎn)軸A1(或者A2)垂直的方向作為x，在x方向相鄰的可動元件的間距間隔為p，轉(zhuǎn)軸A1和轉(zhuǎn)軸A2被設(shè)置在相互只在x方向上相隔半個(gè)間隔量(＝p/2)的位置。像這樣，在y方向相鄰的軛之間，轉(zhuǎn)軸相互在x方向相隔半個(gè)間隔、被配置為相互相間的樣子。支撐軛107的鉸鏈106被設(shè)置在軛108相鄰的軛108’之間的空隙處。
當(dāng)對第1電極103L施加驅(qū)動電壓的情況下，軛107的第1部分107L被吸引到第1電極103L一側(cè)。與此相對，當(dāng)對第2電極103R施加驅(qū)動電壓的情況下，第2部分107R被吸引到第2電極103R一側(cè)。這樣，以轉(zhuǎn)軸A為中心，對于CW(順時(shí)針)方向、CCW(逆時(shí)針)方向的任何一個(gè)方向，都能選擇性地施加轉(zhuǎn)動力。
在第1部分107L的終端附近的驅(qū)動點(diǎn)107c(用斜線表示)上，軛107和中間連結(jié)部件111的突起111a結(jié)合。另外，在驅(qū)動點(diǎn)107c的附近設(shè)置了貫穿軛107的槽孔107d。
中間連結(jié)部件111包括3個(gè)突起111a～111c。突起111a和軛107的驅(qū)動點(diǎn)107c相連，突起111b和軛108的驅(qū)動點(diǎn)108c相連，突起111c和軛109的驅(qū)動點(diǎn)109c相連。因此，如果使軛107～109各自轉(zhuǎn)動驅(qū)動，突起111a～111c的位移能被獨(dú)立地控制，由此中間連結(jié)部件111的姿勢被決定。在突起111a～111c附近設(shè)置貫通中間連結(jié)部件111的槽孔113a～113c。
微小反射鏡110通過突起114和中間連結(jié)部件111的斜線部分112結(jié)合。由于微小反射鏡110和中間連結(jié)部件111結(jié)合為一體，所以微小反射鏡110的姿勢是由中間連結(jié)部件111的姿勢決定的。在x方向相鄰的微小反射鏡110的間距間隔p為100μm，反射鏡長度L為98μm。
通過獨(dú)立地控制對第1電極103L～105L、第2電極103R～105R的驅(qū)動電壓，微小反射鏡110對z方向的位移、x軸外圍的傾斜、y軸外圍的傾斜，在正負(fù)兩個(gè)方向上被驅(qū)動。
接著參照圖9說明驅(qū)動電路100a的詳細(xì)。圖9是在本實(shí)施方式中微執(zhí)行器的驅(qū)動電路100a的概略構(gòu)成圖。作為由軛和2個(gè)固定電極構(gòu)成的各個(gè)可動元件Ai，j也一同被記載。下標(biāo)i和j表示可動元件的2維陣列中各自的行和列的號數(shù)。因?yàn)橛?個(gè)可動元件構(gòu)成1個(gè)微小反射鏡單元，所以使j的值以每3個(gè)作為劃分單位與1個(gè)微小反射鏡對應(yīng)。例如，A1，1～A1，3是為了使相同的微小反射鏡動作的3個(gè)可動元件。因?yàn)槲⑿》瓷溏R單元是32個(gè)×32個(gè)的陣列，所以i是1～32為止的自然數(shù)，j是1～96為止的自然數(shù)。
各個(gè)可動元件Ai，j連接了6個(gè)開關(guān)用的MOS晶體管。這些MOS晶體管是增強(qiáng)型的，如果使柵電壓為H則為導(dǎo)通，如果為L則為截止。為了通過各個(gè)MOS晶體管使電壓損失減小，柵電壓采用通過升壓電路(圖中未表示)進(jìn)行升壓的電壓。
這些之中，下方的3個(gè)MOS晶體管被用于對可動元件Ai，j進(jìn)行開環(huán)控制時(shí)，如果使驅(qū)動用字線WDi為H，則驅(qū)動用位線BDjL、BDjR、BDjP分別和可動元件Ai，j的第1電極、第2電極、軛相連。
另外，上方的3個(gè)MOS晶體管被用于檢測可動元件Ai，j的位移，校正電壓和位移的關(guān)系時(shí)，如果使檢測用字線WSi為H，則檢測用位線BSjL、BSjR、BSjP分別和可動元件Ai，j的第1電極、第2電極、軛相連。
驅(qū)動用字線WD1～WD32、檢測用字線WS1～WS32和行解碼器120相連，只有根據(jù)來自切換控制部121的地址信號Adr1所選擇的字線被置為H。行解碼器120采用多路復(fù)用器構(gòu)成。
首先，按照開環(huán)控制動作時(shí)的信號流向繼續(xù)對構(gòu)成說明。
I/F部122和外部進(jìn)行關(guān)于控制的命令以及數(shù)據(jù)的交換。在從外部輸入的數(shù)據(jù)中包含關(guān)于可變形反射鏡應(yīng)當(dāng)形成的波面形狀的數(shù)據(jù)。此波面形狀數(shù)據(jù)作為例如xy平面內(nèi)的各個(gè)坐標(biāo)位置中向z方向的位移數(shù)據(jù)、或者作為根據(jù)Zernike多項(xiàng)式的波面模型系數(shù)數(shù)據(jù)被賦予。這些數(shù)據(jù)也可以是為了減輕傳送負(fù)載壓縮傳送的?？紤]有將波面形狀以幀單獨(dú)壓縮的幀內(nèi)壓縮方式、取得和前一時(shí)間的波面形狀的差分值的幀間壓縮方式、將根據(jù)兩種方式壓縮的數(shù)據(jù)以每次按規(guī)定張數(shù)交互傳送的方式?；蛘咴诟唵蔚臉?gòu)成中，從預(yù)先登錄的多種波面形狀中，選取所期望的波面形狀也可以。此種情況下，從外部輸入的數(shù)據(jù)是波面形狀的登錄號碼。
目標(biāo)位移設(shè)定部123基于來自I/F部122的輸出，產(chǎn)生賦予各個(gè)可動元件Ai，j的目標(biāo)位移的目標(biāo)位移數(shù)據(jù)Zi，j。各目標(biāo)位移數(shù)據(jù)Zi，j是具有表示i、j的號碼的12位部和將目標(biāo)位移的大小以-128～127為止的256段表示的8位部的共計(jì)20位的數(shù)據(jù)。目標(biāo)位移設(shè)定部123首先增加j的值的同時(shí)，將各個(gè)目標(biāo)位移數(shù)據(jù)Zi，j一個(gè)一個(gè)地輸出到變換部124。如果j的值達(dá)到最大值96則增加i。即輸出的目標(biāo)位移數(shù)據(jù)的順序號為Z1，1、Z1，2、…、Z1，96、Z2，1、Z2，2、…。
變換部124包括如果將目標(biāo)位移數(shù)據(jù)Zi，j作為地址賦予，輸出與此對應(yīng)的電壓指令數(shù)據(jù)Di，j的變換表。電壓指令數(shù)據(jù)Di，j是賦予-1024～1023為止的2048段的值的11位數(shù)據(jù)，最高位表示正負(fù)。即最高位表示作為驅(qū)動可動元件Ai，j的固定電極的第1電極、第2電極之中的一個(gè)。此變換表在校正部134做成，保存在變換部124內(nèi)的可重寫存儲器中。電壓指令數(shù)據(jù)Di，j被一位一位地賦予移位寄存器125。如果對移位寄存器125的電壓指令數(shù)據(jù)Di，j的傳送結(jié)束，接著立即傳送下一個(gè)可動元件Ai，j+1的電壓指令數(shù)據(jù)Di，j+1。
移位寄存器125將從變換部124傳送來的電壓指令數(shù)據(jù)Di，j一位一位地依次傳送。在與可動元件Ai，1～Ai，96對應(yīng)的電壓指令數(shù)據(jù)Di，1～Di，96為止的傳送結(jié)束的時(shí)刻，從切換控制部121向鎖存器126賦予選通脈沖信號Stb，在此時(shí)間，移位寄存器125內(nèi)的電壓指令數(shù)據(jù)Di，1～Di，96被一齊保存在鎖存器126中。移位寄存器125的傳送速度為16.9MHz，11位×96個(gè)的數(shù)據(jù)以62.5μs被傳送。在鎖存器126中的數(shù)據(jù)被傳送后，移位寄存器125即刻傳送下一行的可動元件Ai+1，1～Ai+1，96的數(shù)據(jù)。即，鎖存器126以約62.5μs周期接收選通脈沖信號Stb，此約62.5μs相當(dāng)于向可動元件Ai，1～Ai，96施加電壓的時(shí)間。
在鎖存器126中保存的電壓指令數(shù)據(jù)Di，1～Di，96是通過96個(gè)DA轉(zhuǎn)換器127以及開關(guān)128的各個(gè)，變換為向各個(gè)可動元件Ai，j的固定電極施加的驅(qū)動電壓。此處，以和可動元件Ai，1對應(yīng)的DA轉(zhuǎn)換器127a和開關(guān)128a為例進(jìn)行說明，其他的95個(gè)DA轉(zhuǎn)換器以及開關(guān)也具有同樣的構(gòu)成。
DA轉(zhuǎn)換器127a是輸入11位的電壓指令數(shù)據(jù)Di，1的低10位，輸出對應(yīng)于0～30V范圍大小的驅(qū)動電壓的10位DA轉(zhuǎn)換器。
開關(guān)128a輸入11位的電壓指令數(shù)據(jù)Di，1的最高位，如果此最高位的值為0，將驅(qū)動用位線BD1L和接地電位相連，將驅(qū)動用位線BD1R和DA轉(zhuǎn)換器127a的輸出相連。另外，如果最高位的值為1，將驅(qū)動用位線BD1L和DA轉(zhuǎn)換器127a的輸出相連，將驅(qū)動用位線BD1R和接地電位相連。由此，可動元件Ai，1的目標(biāo)位移為正值的情況下，DA轉(zhuǎn)換器127a的輸出與第2電極側(cè)相連，為負(fù)值的情況下，和第1電極側(cè)相連，可動元件向正負(fù)方向傾斜活動控制成為可能。
這樣，對于96對的全部驅(qū)動用位線BD1L、BD1R，開關(guān)128選擇任何一方施加來自各個(gè)DA轉(zhuǎn)換器127的驅(qū)動電壓。
與此同時(shí)，切換控制部121對行解碼器120賦予只使第i行的驅(qū)動用字線WDi為H這樣的地址信號Adr1。如果驅(qū)動用字線WDi為H，則可動元件Ai，1～Ai，96分別和驅(qū)動用位線BD1L、BD1R、BD1P導(dǎo)通，成為進(jìn)行對應(yīng)于目標(biāo)位移量的開環(huán)控制。如已經(jīng)說明的那樣，對可動元件Ai，1～Ai，96施加驅(qū)動電壓的時(shí)間為62.5μs。另一方面，可動元件Ai，j的1次共振頻率為70～100kHz，取其倒數(shù)，求出的響應(yīng)時(shí)間為10～14μs左右。這樣，由于對可動元件施加驅(qū)動電壓的時(shí)間設(shè)定為比可動元件的響應(yīng)時(shí)間還要十分大的值，直到可動元件的位移十分穩(wěn)定的狀態(tài)為止，持續(xù)施加驅(qū)動電壓是可能的。由此，防止隨著驅(qū)動電壓施加結(jié)束后的可動元件的位移電極間電壓變動的發(fā)生，提高在開環(huán)控制中的可動元件的位移精度。
在開環(huán)控制時(shí)，這樣以62.5μs為周期，增加i的值，賦予各行的可動元件Ai，1～Ai，96所期望的位移。32行全部的可動元件進(jìn)行開環(huán)控制所需要的時(shí)間為2ms，這成為幀周期時(shí)間。
接著，沿著校正動作時(shí)的信號的流向繼續(xù)對構(gòu)成說明。校正動作是在電源啟動時(shí)等進(jìn)行、其基本的校正動作的流程和在實(shí)施方式1中說明的同樣。和實(shí)施方式1的主要區(qū)別在于除去由于布線的寄生電容等的漂移，提高位置檢測精度，和DA轉(zhuǎn)換器131的輸出電壓以及對位移檢測部133的差動輸入施加偏置電壓VA不需要負(fù)的輸出。
電壓指令部130產(chǎn)生2通道的電壓指令值，將此以1～10MHz左右的頻率切換的同時(shí)，將各自的通道輸出賦予DA轉(zhuǎn)換器131a、131b。由此，DA轉(zhuǎn)換部131a將輸出電壓VL+VA(1+sin(2πft))輸出，DA轉(zhuǎn)換器131b將輸出電壓VR+VA(1-sin(2πft))輸出。實(shí)際上，此振幅VA、頻率f的AC電壓成分的波形，與正弦波相比，矩形波更好。在校正動作時(shí)，電壓指令部130基本使VA的值為一定，使成為驅(qū)動電壓VL、VR之中的一個(gè)為0V，使另一個(gè)多段變化。這是在實(shí)施方式1中說明的構(gòu)成上添加偏置電壓VA的構(gòu)成，DA轉(zhuǎn)換器131a、131b的輸出電壓通常為正值。
切換部132根據(jù)切換控制部121的地址信號Adr2，將第i列的檢測用位線BSjL、BSjR、BSjP分別和DA轉(zhuǎn)換器131a、131b、位移檢測部133相連。
另外，行解碼器120根據(jù)切換控制部121的地址信號Adr1，使第i行的檢測用字線WSi為H。由此，檢測用位線BSjL、BSjR、BSjP分別和可動元件Ai，j的第1電極、第2電極、軛相連。這樣，選擇的1個(gè)可動元件Ai，j的第1電極、第2電極、軛分別和DA轉(zhuǎn)換器131a、131b、位移檢測部133相連。
位移檢測部133的基本構(gòu)成和在實(shí)施方式3中說明的位移檢測部71相同，但采用在最初的差分放大器133a的正輸入采用施加偏置電壓VA的構(gòu)成。由此，補(bǔ)償由DA轉(zhuǎn)換器131賦予的偏置電壓VA，使可動元件Ai，j的第1電極、第2電極、軛間的各電位差的關(guān)系保持和開環(huán)控制時(shí)一樣，防止校正精度的下降。
校正部134輸入電壓指令部130輸出的電壓指令值和位移檢測部133輸出的可動元件Ai，j的位移檢測結(jié)果，做成電壓指令值和位移的對應(yīng)關(guān)系。這些對應(yīng)關(guān)系通過規(guī)定形式的近似曲線擬合除去測量誤差，以插值的形式被保存在變換部124的變換表中。
對于以上這樣構(gòu)成的微執(zhí)行器的動作參照圖10進(jìn)行說明。圖10是在本實(shí)施方式中的微執(zhí)行器的校正動作程序的流程圖。
首先，設(shè)定j＝1(步驟140)，切換部132將第j列的檢測用位線BSjL、BSjR、BSjP分別和DA轉(zhuǎn)換器131a、131b、位移檢測部133相連(步驟141)。接著，設(shè)定i＝1(步驟142)，將可動元件Ai，j選擇為位移檢測的對象。電壓指令部130將電壓指令值D設(shè)定為最小值Dmin(步驟143)。此時(shí)，驅(qū)動電壓VR、VL的大小設(shè)定為VR＝0V、VL＝30V，兩者的差VR-VL為最低電壓(-30V)。在以后的說明中，電壓指令值D為負(fù)值的情況下，使VR＝0V，VL設(shè)定為正值，D為正的情況下使VL＝0V，VR設(shè)定為正值。用于位移檢測的高頻信號與此重疊的原因正如已經(jīng)說明的那樣。
在可動元件Ai，j的位移檢測之前，切換控制部121將全部的檢測用位線WS1～WS32設(shè)定為L，使全部可動元件A1，j～A32，j和檢測用位線BSjL、BSjR、BSjP的連接斷開(步驟144)。此時(shí)的位移檢測部133的輸出，校正部134將其作為偏移值Z0(D)存儲(步驟145)。因?yàn)榕c可動元件的連接被切斷，偏移值Z0(D)表示由于布線的寄生電容和驅(qū)動電壓的影響等帶來的誤差成分。還有，此步驟144、145的操作只在i＝1的情況下進(jìn)行。
接著，使檢測用位線WSi為H，可動元件Ai，j與檢測用位線BSjL、BSjR、BSjP相連(步驟146)。此時(shí)的位移檢測部133的輸出作為校正部134修正前的位移Z’(D)存儲(步驟147)。校正部134從修正前的位移Z’(D)和偏移值Z0(D)計(jì)算出修正后的位移Z(D)并存儲(步驟148)。一般地，使Z(D)＝Z’(D)-Z0(D)即可，但例如利用通過實(shí)驗(yàn)得到的其他的修正公式進(jìn)行偏移修正也可以。
接著，使電壓指令值D只增加規(guī)定值(步驟149)，直到D達(dá)到最大值Dmax為止(步驟150)，重復(fù)位移Z(D)的測量。由此，在校正部134中積累了對于多段D值的位移Z(D)的測量結(jié)果。校正部134將此與規(guī)定的近似函數(shù)擬合除去測量誤差，進(jìn)一步利用此近似函數(shù)進(jìn)行插入的同時(shí)，求出與8位的位移Z的各個(gè)值對應(yīng)的11位的電壓指令值D。通過在其上加上表示可動元件Ai，j的號數(shù)的12位數(shù)據(jù)，對于可動元件Ai，j的位移和電壓指令值D的變換表就做成了(步驟151)。
接著，使i增加(步驟152)，對于同樣的第j列的32個(gè)可動元件A1，j～A32，j同樣地做成位移Z和電壓指令值D的變換表(步驟153)。
接著，使j增加(步驟154)，對于96列的可動元件的全部同樣做成位移Z和電壓指令值D的變換表(步驟155)。
圖11(a)以及(b)是表示某一個(gè)可動元件中電壓指令值D和位移的對應(yīng)關(guān)系的曲線圖。圖11(a)描述關(guān)于偏移修正的數(shù)據(jù)。圖中×標(biāo)記表示的數(shù)據(jù)點(diǎn)是測量的偏移值Z0(D)，Δ標(biāo)記描述的數(shù)據(jù)點(diǎn)是測量的修正前的位移Z’(D)。○標(biāo)記表示的數(shù)據(jù)點(diǎn)是利用Z(D)＝Z’(D)-Z0(D)的關(guān)系計(jì)算的修正后的位移Z(D)。
此處使電壓指令值D以13段變化的同時(shí)，求出對應(yīng)于各個(gè)電壓指令值D的位移Z(D)。電壓指令值(D)各段的增量不是一定。對于電壓指令值D的位移Z’(D)的變化量，越接近Dmax以及Dmin電壓指令值D越大。因此，電壓指令值D越接近Dmax以及Dmin其增量越小。這樣，通過考慮電壓指令值D和位移Z’(D)之間存在的非線性的關(guān)系，決定電壓指令值D的增量，能使位移Z’(D)的增量大致一定。
在圖11(b)中，用實(shí)線表示以近似函數(shù)擬合的偏移修正后的位移Z(D)。此處使用的近似函數(shù)是2階函數(shù)Z(D)＝αD2+βD+γ。在D＞0的象限以及D＜0的象限的各個(gè)中，求出使擬合誤差為最小的α、β、γ的系數(shù)值。在圖11(b)中，為便于參考也表示了虛線表示的校正前的電壓指令值D和位移Z的對應(yīng)關(guān)系。
如以上說明的那樣，利用將可動元件Ai，j和檢測用位線BSjL、BSjR、BSjP等的布線相連的狀態(tài)下得到的位移Z和將可動元件Ai，j從這些布線分離的狀態(tài)下得到的偏移值ZO進(jìn)行修正。因此，能夠去除由于布線的寄生電容等引起的偏移的影響，提高可動元件Ai，j的位置檢測精度。
還有，在本實(shí)施方式中，一個(gè)一個(gè)地切換連接的同時(shí)，進(jìn)行了可動元件的位移檢測，但也可以包括多對相當(dāng)于電壓指令部130、DA轉(zhuǎn)換器131a、131b以及位移檢測部133的構(gòu)成，同時(shí)進(jìn)行多個(gè)可動元件的位移檢測。特別是，同時(shí)驅(qū)動屬于1個(gè)微小反射鏡單元的3個(gè)可動元件，分別檢測此時(shí)各個(gè)可動元件的位移進(jìn)行校正和由于可動元件間的驅(qū)動力的傳達(dá)產(chǎn)生干擾的位移的情況下也能夠進(jìn)行補(bǔ)償這些的控制。此種情況下，校正部134做成的變換表，如果賦予具有例如可動元件A1，1的位移(Z1，1)、A1，2的位移(Z1，2)、A1，3的位移(Z1，3)這樣的3個(gè)信息的地址，則變?yōu)橄蚩蓜釉嗀1，1的電壓指令值D1，1被輸出。對于電壓指令值D1，1，如果位移Z1，2、Z1，3帶來的影響比較小，位移Z1，2、Z1，3只采用高位即可。
(實(shí)施方式5)參照圖12，說明根據(jù)本發(fā)明的微執(zhí)行器的第5實(shí)施方式。圖12是本實(shí)施方式中微執(zhí)行器的概略構(gòu)成圖。
本實(shí)施方式的微執(zhí)行器的控制部75和實(shí)施方式3的微執(zhí)行器中的控制部75具有相同的構(gòu)成。本實(shí)施方式的微執(zhí)行器和實(shí)施方式3的微執(zhí)行器的不同部分是活動部160、切換部161以及位移檢測部162的構(gòu)成。以下，說明這些構(gòu)成。
在本實(shí)施方式中，用于位移檢測的活動部160以及切換部161的布線構(gòu)成被簡化。活動部160的活動電極YLi不與切換部161相連，全部接地。因此，切換部161的各個(gè)開關(guān)Si雖然包括與固定電極ELi相連的開關(guān)和與固定電極ERi相連的開關(guān)的2個(gè)開關(guān)，但與活動電極YLi相連的開關(guān)被省略。
位移檢測部162如圖12所示，包括高頻信號產(chǎn)生部21、負(fù)載電阻163L、163R、隔離器164L、164R、高通濾波器165L、165R、高頻相位差檢測部166以及AD變換部167。
負(fù)載電阻163L的一端被稱為“第1端子TL”，此第1端子TL，通過切換部161的開關(guān)Si和可動元件Ai的固定電極ELi相連。負(fù)載電阻163L的另一端上施加了來自第1驅(qū)動電壓產(chǎn)生部20的驅(qū)動信號VL，和來自高頻信號產(chǎn)生部21的高頻信號VAsin(2πft)的和信號VL+VAsin(2πft)。
同樣地，負(fù)載電阻163R的一端被稱為“第2端子TR”，此第2端子TR通過切換部161的開關(guān)Si和可動元件Ai的固定電極ERi相連。負(fù)載電阻163R的另一端上施加了來自第2驅(qū)動電壓產(chǎn)生部22的驅(qū)動信號VR和來自高頻信號產(chǎn)生部21的高頻信號VAsin(2πft)的和信號VR+VAsin(2πft)。
對于負(fù)載電阻163L、163R的高頻信號VAsin(2πft)的阻抗Z0互相是相同的。此處，此阻抗Z0是不包括虛部的純電阻，而且是采用了包括第1驅(qū)動電壓產(chǎn)生部20以及第2驅(qū)動電壓產(chǎn)生部22的內(nèi)部電阻的值。
阻抗Z0的大小是如果可動元件Ai沒有位移的情況下的電容器CLi、CRi的各靜電電容為C，滿足0.5＜2πfCZ0＜2這樣被選擇的。例如，當(dāng)C為10fF的情況下，使f為100MHz、Z0為160kΩ這樣被設(shè)定的。如果在這樣的范圍內(nèi)設(shè)定阻抗Z0，位移檢測靈敏度幾乎接近最大。
隔離器164L、164R分別和第1端子TL，、第2端子TR相連，進(jìn)行阻抗變換。隔離器164L、164R由采用了運(yùn)算器的電壓跟隨器構(gòu)成。隔離器164L、164R的輸出分別經(jīng)由高通濾波器165L、165R輸入高頻相位差檢測部166。高通濾波器165L、165R對于頻率f的高頻成分具有充分的通過性，對于驅(qū)動信號VL、VR包含的低頻成分具有充分的阻斷性。
高頻相位差檢測部166檢測輸入的2個(gè)高頻信號的相位差，輸出對應(yīng)于此相位差的信號。高頻相位差檢測部166的輸出由AD變換部167變換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。此數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)成為表示電容器CLi、CRi的電容差即表示可動元件Ai的位移量的數(shù)據(jù)。
這些隔離器164L、164R、高通濾波器16L、165R、高頻相位差檢測部166、AD變換部167在本發(fā)明的微執(zhí)行器中作為“高頻檢測部”發(fā)揮功能。
如果根據(jù)來自控制部75的指令，使來自第1驅(qū)動電壓產(chǎn)生部20的驅(qū)動信號VL，和來自第2驅(qū)動電壓產(chǎn)生部22的驅(qū)動信號VR的振幅不同，可動元件Ai位移。根據(jù)隨之產(chǎn)生的電容器CLi、CRi的電容差，在上述的第1端子TL和第2端子TR之間產(chǎn)生頻率f的高頻成分的相位差。因此，即使活動電極YLi不是個(gè)別地和位移檢測部162相連，位移的檢測也是可能的。
還有，驅(qū)動信號具有可動元件Ai的1次共振頻率以下的頻率。在本實(shí)施方式中采用的驅(qū)動信號是直流電壓。即，本字中驅(qū)動信號的大小意味著電壓值。高頻信號具有可動元件Ai的1次共振頻率以上的頻率。
根據(jù)以上說明的本實(shí)施方式的微執(zhí)行器，位移檢測部162包括高頻信號產(chǎn)生部21、第1端子TL中與第1電極ELi相連的第1負(fù)載電阻163L、第2端子TR中與第2電極ERi相連的第2負(fù)載電阻163R、與第1端子TL，以及第2端子TR相連的高頻檢測部164～167。在第1負(fù)載電阻163L的另一端施加在第1驅(qū)動信號VL上重疊高頻信號VAsin(2πft)生成的第1個(gè)和信號VL+VAsin(2πft)，在第2負(fù)載電阻163R的另一端施加在與第1驅(qū)動信號VL具有不同大小的第2驅(qū)動信號VR上重疊高頻信號VAsin(2πft)生成的第2個(gè)和信號VR+VAsin(2πft)，由于高頻檢測部164～167是在第1端子VL和第2端子VR之間檢測高頻信號的相位差這樣的構(gòu)成，所以沒有必要使活動電極Yi一個(gè)一個(gè)地和位移檢測部162相連，能大幅地簡化活動部160和切換部161的布線構(gòu)成。
進(jìn)一步根據(jù)本實(shí)施方式的構(gòu)成，高頻信號產(chǎn)生部21的數(shù)量也是只有1個(gè)即可，能夠省略使相位翻轉(zhuǎn)的第2高頻信號產(chǎn)生部23。
另外，雖然本實(shí)施方式的負(fù)載電阻163L、163R的阻抗是固定的，但負(fù)載電阻163L、163R的任何一個(gè)例如負(fù)載電阻163L的阻抗是可變的也可以。此種情況下，通過使端子TL和端子TR之間的差動電壓的頻率f的成分為0這樣調(diào)整負(fù)載電阻163L的阻抗，也能夠檢測電容器CLi、CRi的電容差。
此處，雖然負(fù)載電阻163L、163R是由沒有虛部的純電阻構(gòu)成的，但本發(fā)明并非限定于此。采用線圈和電容等單獨(dú)或者和電阻組合，使阻抗值具有虛部這樣也可以。特別是，如果利用共振電路結(jié)構(gòu)，能夠大幅提高相位檢測靈敏度。
本發(fā)明中的微執(zhí)行器中“負(fù)載阻抗元件”在本實(shí)施方式中不限定于“負(fù)載電阻”，也包括含有上述的線圈和電容的負(fù)載阻抗。
代替檢測輸入的2個(gè)高頻信號的相位差的高頻相位差檢測部166，也可以采用檢測輸入的2個(gè)高頻信號的振幅差或者振幅比的構(gòu)成。本發(fā)明的微執(zhí)行器中“高頻檢測部”也可以是比較輸入的2個(gè)高頻信號的相位以及/或者振幅的任意的構(gòu)成。
還有，對于本實(shí)施方式的位移檢測部162的電路構(gòu)成和一般的阻抗橋電路等的差異再次補(bǔ)充說明。位移檢測部162的電路構(gòu)成的特征是只對高頻信號對稱，而且，對低頻信號非對稱。即在阻抗橋電路內(nèi)構(gòu)成的第1驅(qū)動電壓產(chǎn)生部20和第2驅(qū)動電壓產(chǎn)生部22能夠產(chǎn)生相互不同的驅(qū)動電壓。對于這樣的低頻信號通過具有非對稱的電路構(gòu)成，使可動元件Ai的活動電極位移的同時(shí)，檢測其位移量成為可能。另一方面，因?yàn)閷τ诟哳l信號是采用對稱的電路構(gòu)成，所以利用端子TL和端子TR的差動信號，能夠精度良好地檢測電容器CLi、CRi的微小電容差。
(實(shí)施方是6)參照圖13以及圖14說明根據(jù)本發(fā)明的微執(zhí)行器的第6實(shí)施方式。圖13是在本實(shí)施方式中的微執(zhí)行器的概略構(gòu)成圖。
本實(shí)施方式的微執(zhí)行器中可動元件Ai，j、I/F部122以及目標(biāo)位移設(shè)定部123具有和實(shí)施方式4的微執(zhí)行器中的構(gòu)成同樣的構(gòu)成。另外，位移檢測部170是將實(shí)施方式5的微執(zhí)行器中的位移檢測部162并列多個(gè)的構(gòu)成。
本實(shí)施方式的構(gòu)成和實(shí)施方式4、5的構(gòu)成不同的部分是在將電壓指令值Di，j變換為驅(qū)動電壓Vi，j，L、Vi，j，R時(shí)采用非線性DA轉(zhuǎn)換器176，補(bǔ)償驅(qū)動電壓Vi，j，L、Vi，j，R和可動元件的位移的非線性，使電壓指令值Di，j和可動元件的位移的關(guān)系大致為線性。由此，不僅能夠減少為了得到位移的分辨率所必要的電壓指令值Di，j的位數(shù)，還能夠大幅減少校正部178以近似函數(shù)擬合電壓指令值Di，j和可動元件的對應(yīng)關(guān)系時(shí)的運(yùn)算量。
各個(gè)可動元件Ai，j中連接了2個(gè)開關(guān)用的MOS晶體管，如果使字線Wi為H，則位線BjL、BjR分別和可動元件Ai，j的第1電極、第2電極導(dǎo)通。
字線W1～W32和行解碼器171相連，只有根據(jù)來自切換控制部172的地址信號Adr1選擇的字線為H。
變換部173、移位寄存器174、鎖存器175除了處理的電壓指令值Di，j的位數(shù)為9位以外，和在實(shí)施方式4中說明的變換部124、移位寄存器125、鎖存器126相同。因?yàn)樽儞Q部124、移位寄存器125、鎖存器126處理的電壓指令值為11位，所以在本實(shí)施方式中與此相比，是有2位精度較粗的構(gòu)成，但由于通過采用后述的非線性DA轉(zhuǎn)換器176使電壓指令值Di，j和可動元件的位移的關(guān)系大致為線性，所以作為可動元件的位移的分辨率能得到同樣的結(jié)果。根據(jù)9位的電壓指令值Di，j的最高位的值，表示可動元件Ai，j被驅(qū)動的固定電極是第1電極、第2電極的哪一個(gè)，這點(diǎn)也和在實(shí)施方式4中說明的內(nèi)容相同。移位寄存器171的傳送速度為13.8MHz，9位×96個(gè)的數(shù)據(jù)以62.5μs傳送。
在鎖存器175中保存的電壓指令值Di，1～Di，96通過96個(gè)非線性DA轉(zhuǎn)換器176被變換為在各個(gè)可動元件Ai，j的各個(gè)固定電極上施加的驅(qū)動電壓Vi，j，L、Vi，j，R。非線性DA轉(zhuǎn)換器176向根據(jù)各個(gè)電壓指令值Di，j的最高位選擇的位線BjL、BjR的任意一個(gè)輸出和各電壓指令值Di，j的低8位的值對應(yīng)的驅(qū)動電壓。此低8位的值和驅(qū)動電壓的大小中賦予某一種規(guī)定的非線性的對應(yīng)關(guān)系。此非線性的對應(yīng)關(guān)系被設(shè)定為剛好補(bǔ)償驅(qū)動電壓和可動元件的位移的非線性，以使電壓指令值Di，j和可動元件的位移的關(guān)系為線性的方式設(shè)置。對于此非線性DA轉(zhuǎn)換器176的詳細(xì)后面敘述。
行解碼器171如果只使第i行的字線Wi為H，各個(gè)可動元件Ai，j和位線BiL、BiR導(dǎo)通，根據(jù)電壓指令值Di，j，可動元件Ai，j的位移被開環(huán)控制。
在校正動作時(shí)，將此電壓指令值Di，j多段切換的同時(shí)，由位移檢測部170進(jìn)行位移檢測。位移檢測部170的輸出被輸入校正部178，和電壓指令值Di，j相對應(yīng)，做成修正表。此動作和包括偏移修正的、在實(shí)施方式4中說明的動作基本相同。和實(shí)施方式4的不同在于當(dāng)以近似函數(shù)擬合時(shí)，使用1階函數(shù)D(Z)＝αZ+β。
以下，利用圖14說明非線性DA轉(zhuǎn)換器176的構(gòu)成和校正部178的1階函數(shù)近似動作。
圖14(a)是非線性DA轉(zhuǎn)換器176的概略構(gòu)成圖。此處以1個(gè)非線性DA轉(zhuǎn)換器176a為例進(jìn)行說明，其他的95個(gè)也具有同樣的構(gòu)成。還有，為了簡化，省略了表示和可動元件的對應(yīng)關(guān)系的Di，j的下標(biāo)i，j等，電壓指令值以D、在第1電極以及第2電極輸出的驅(qū)動電壓以VL、VR、位線以BL、BR描述。
非線性DA轉(zhuǎn)換器176采用使串聯(lián)連接的電阻R1～Rn-1兩端的電位分別為最低電位V1和最高電位Vn，產(chǎn)生包含通過電阻分壓得到的中間電壓的n值的電壓V1～Vn。然后，通過選擇器180適當(dāng)選擇此n值電位V1～Vn中的任意一個(gè)輸出的構(gòu)成。此處，最低電位V1為接地電位。另外，由于非線性DA轉(zhuǎn)換器176a的位精度為8位，所以n的值為256。
選擇器180輸入9位的電壓指令值，將與此對應(yīng)的驅(qū)動電壓VL、VR分別輸出到位線BL、BR。如果電壓指令值D的最高位為0，驅(qū)動電壓VL選擇最低電位V1，驅(qū)動電壓VR選擇與電壓指令值D的低8位對應(yīng)的V1～Vn的任何一個(gè)電位。另外，如果最高位為1，驅(qū)動電壓VL選擇與電壓指令值D的低8位對應(yīng)的V1～Vn的任何一個(gè)電位，驅(qū)動電壓VR選擇最低電位V1。在以后的說明中，定義電壓指令值D的符號在電壓指令值D的最高位為0的情況下為正，最高位為1的情況下為負(fù)。另外，定義驅(qū)動電壓V為V＝VR-VL，和電壓指令值D同樣地賦予正負(fù)的符號。
設(shè)定電阻R1～Rn-1的電阻值包括至少互不相同的值，通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)定此電阻值，能夠?qū)崿F(xiàn)任意的非線性。更具體地說，將與最低電位V1相連的端子最接近一側(cè)的電阻稱為R1，以下按順序稱為R2、R3、…Rn-1，使其電阻值具有R1＞R2＞R3＞…＞Rn-1這樣的按順序號變小這樣的關(guān)系。通過進(jìn)行這樣的設(shè)定，進(jìn)行電位Vi(I＝2～n)的值越大的情況下，電位的增加Vi-Vi-1越變小這樣的設(shè)定。即以驅(qū)動電壓V的絕對值越大，對于電壓指令值D的增加驅(qū)動電壓V的增加量變得越小的方式進(jìn)行設(shè)置。
由于在驅(qū)動電壓V和可動元件的位移Z之間存在驅(qū)動電壓V的絕對值越大，對于驅(qū)動電壓的增加位移Z的增加量變大的關(guān)系，通過賦予上述這樣的DA轉(zhuǎn)換器176的非線性特性，能夠補(bǔ)償可動元件的驅(qū)動電壓V和位移Z的非線性特性，能使電壓指令值D和可動元件的位移Z’的關(guān)系接近線性。
更優(yōu)選的是以使電壓指令值D和驅(qū)動電壓V的函數(shù)V(D)滿足|V|＝k·|D|1/2(k為常數(shù))的關(guān)系的方式，設(shè)定電阻R1～Rn的電阻值。
圖14(b)是為了說明在校正部178中電壓指令值D和位移Z的對應(yīng)關(guān)系的曲線圖。
在圖14(b)中右上部的曲線(A)表示非線性DA轉(zhuǎn)換器176的電壓指令值D和驅(qū)動電壓V的特性函數(shù)V(D)。正如已經(jīng)說明的那樣，賦予|V|＝k·|D|1/2(k為常數(shù))的關(guān)系。更正確地，設(shè)定滿足當(dāng)電壓指令值D為正值的情況下，V＝k·D1/2，電壓指令值D為負(fù)值的情況下，V＝-k·(-D)1/2，這樣的非線性關(guān)系。因?yàn)榇颂匦允峭ㄟ^非線性DA轉(zhuǎn)換器176的電阻R1～Rn-1決定的，所以是不能通過外部的操作改變的固定的關(guān)系。
在圖14(b)中左上部的曲線(B)中，用實(shí)線表示了某一個(gè)可動元件A1的驅(qū)動電壓V和位移Z的特性函數(shù)Z1(V)。另外，另外的可動元件A2的驅(qū)動電壓V和位移Z的特性函數(shù)Z2(V)用虛線表示。此可動元件A1和A2的不同不只是各個(gè)可動元件的特性零散，還包括在同一個(gè)可動元件中，由于隨長時(shí)間變化和環(huán)境條件的不同帶來的特性變化。在此圖中，雖然只描畫了2個(gè)不同的特性函數(shù)，但實(shí)際上存在更多的特性函數(shù)。由于此特性也是由可動元件的狀態(tài)決定的，所以也是不能通過外部的操作改變的固定的關(guān)系。
在圖14(b)中左下方的曲線(C)中，由于校正了此可動元件A1、A2的特性，所以描畫了校正部178做成的校正函數(shù)D1(Z)、D2(Z)。校正函數(shù)D1(Z)是表示可動元件A1的位移Z和電壓指令值D的關(guān)系，在圖中用實(shí)線表示。校正函數(shù)D2(Z)是表示可動元件A2的位移Z和電壓指令值D的關(guān)系，在圖中用虛線表示。這些校正函數(shù)D1(Z)、D2(Z)成為能根據(jù)校正動作任意地更新設(shè)定的關(guān)系。
對在校正動作中，多段改變電壓指令值D的同時(shí)，檢測位移Z，從此結(jié)果做成校正函數(shù)D(Z)為止的過程進(jìn)行說明。
首先，如在圖14(b)的曲線A中用5個(gè)圓點(diǎn)模式地描畫的那樣，選擇5段的電壓指令值D。根據(jù)非線性DA轉(zhuǎn)換器176的特性函數(shù)V(D)，輸出5段的驅(qū)動電壓V。
接著，在圖14(b)的曲線B中，根據(jù)此驅(qū)動電壓D，可動元件A1采用在特性函數(shù)Z1(V)上用5個(gè)圓點(diǎn)表示的位移Z。同樣地，可動元件A2采用在特性函數(shù)Z2(V)上用5個(gè)三角表示的位移Z。這些位移Z的大小通過位移檢測部170被檢測。
接著，在圖14(b)的曲線C中，由位移檢測部170檢測的位移Z和電壓指令值D的關(guān)系被與校正函數(shù)D(Z)匹配。
因?yàn)橥ㄟ^非線性DA轉(zhuǎn)換器176的非線性特性V(D)補(bǔ)償可動元件的非線性特性Z1(V)、Z2(V)，所以校正函數(shù)D1(Z)、D2(Z)幾乎接近線性，進(jìn)行采用1階函數(shù)作為近似函數(shù)的擬合是可能的。因此，不只是單純地降低了近似函數(shù)的階數(shù)，也沒有必要根據(jù)電壓指令值D和位移Z的正負(fù)對近似函數(shù)分象限適用，能夠在全部象限進(jìn)行統(tǒng)一的操作，能使擬合的運(yùn)算極其簡單地進(jìn)行。
另外，作為近似函數(shù)采用1階函數(shù)的情況下，將電壓指令值D作為位移Z的函數(shù)D(Z)直接地進(jìn)行表示，特別不容易使精度下降。此函數(shù)D(Z)的描述和其逆函數(shù)描述Z(D)相比，在對將目標(biāo)位移Z變換為電壓指令值D時(shí)必要的變換部173的適應(yīng)性上也是優(yōu)良的，關(guān)于變換表的做成等的變換的操作能更簡單地進(jìn)行。
還有，校正函數(shù)D1(Z)、D2(Z)的任何一個(gè)都表現(xiàn)出近于線性的特性并不一定在數(shù)學(xué)上是當(dāng)然的。這樣的線性化精度良好地進(jìn)行的理由之一是因?yàn)榭蓜釉奶匦院瘮?shù)Z1(V)、Z2(V)不是取任意的形狀，而是具有某一種傾向的變化的性質(zhì)。此傾向是指不依賴于V的值，Z1(V)表示接近于Z2(V)的某一常數(shù)倍的值，這是可動元件的特性函數(shù)Z(V)變化的主要原因，是帶來可動元件的鉸鏈106的彈性常數(shù)的變化的某種原因。這樣可動元件的鉸鏈106具有線性的恢復(fù)力，在驅(qū)動力和恢復(fù)力相互抵消決定位移量的系統(tǒng)中，使非線性DA轉(zhuǎn)換器176具有非線性，補(bǔ)償驅(qū)動力和位移的非線性，所以能夠得到目標(biāo)位移Z和電壓指令值D之間的線性的精度，如已經(jīng)說明那樣，能通過簡單的運(yùn)算，高精度地計(jì)算出校正函數(shù)D(Z)。
根據(jù)本實(shí)施方式的微執(zhí)行器，包括將電壓指令值D非線性地變換為驅(qū)動電壓D的非線性DA轉(zhuǎn)換器176，驅(qū)動電壓V的值越大，通過減小設(shè)置對應(yīng)于電壓指令值D的增加量的驅(qū)動信號V的增加量，補(bǔ)償驅(qū)動電壓V和可動元件的位移Z的非線性，能使電壓指令值D和可動元件的位移Z的關(guān)系接近于線性。由此，減少為了得到位移的分辨率所必要的電壓指令值D的位數(shù)成為可能，能夠進(jìn)行電路規(guī)模和數(shù)據(jù)傳送速率的削減。
另外，由于校正部178將電壓指令值D和可動元件的位移Z的對應(yīng)關(guān)系以1階函數(shù)的校正函數(shù)D(Z)近似，也沒有必要根據(jù)電壓指令值D和位移Z的正負(fù)對近似函數(shù)分象限適用，能夠在全部象限進(jìn)行統(tǒng)一的操作的同時(shí)，將電壓指令值D作為位移Z的函數(shù)D(Z)直接地表示是可能的，能夠大幅地減少校正運(yùn)算量。
如以上說明的那樣，根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)驅(qū)動部輸出的驅(qū)動信號使可動元件位移的同時(shí)，通過位移檢測部檢測其位移，由于校正部校正位移和驅(qū)動信號的對應(yīng)關(guān)系，所以不需要外部的位移測量器，能極其簡單地檢測個(gè)別可動元件的位移的同時(shí)，能和隨長時(shí)間變化和溫度等的環(huán)境變化帶來的可動元件特性的變化相對應(yīng)。
另外，由于切換部使驅(qū)動部以及/或者位移檢測部和多個(gè)可動元件的各個(gè)選擇性地連接，所以即使是包括了多個(gè)可動元件的微執(zhí)行器，也能夠削減用于位移檢測的電路，能降低芯片的成本。
另外，通過將具有這樣的自己位移檢測功能的微執(zhí)行器用于可變形反射鏡，能以簡單的構(gòu)成、進(jìn)行對隨長時(shí)間變化、環(huán)境變化的可靠性高的、光量損失小的光控制。
(在工業(yè)上應(yīng)用的可能性)本發(fā)明的微執(zhí)行器不只是應(yīng)用于可變形反射鏡，還能適用于繼電器開關(guān)和可調(diào)諧電容器等高頻電路用途，或者微型泵等的流體用途的各種用途。
權(quán)利要求
1.一種微執(zhí)行器，其特征在于，包括襯底；可動元件，其被可位移地支撐在所述襯底上；驅(qū)動部，其輸出用于讓所述可動元件位移的驅(qū)動信號；變換部，其保持所述可動元件的位移和所述驅(qū)動信號之間的對應(yīng)關(guān)系；位移檢測部，其檢測在賦予了所述驅(qū)動信號狀態(tài)下的所述可動元件的位移；和校正部，其利用所述驅(qū)動信號和所述位移檢測部的輸出校正所述變換部保持的對應(yīng)關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微執(zhí)行器，其特征在于，所述可動元件是靜電型的可動元件，包括在所述襯底上固定的固定電極和與所述固定電極相面對的活動電極；所述位移檢測部根據(jù)所述固定電極和所述活動電極間的靜電電容的變化，檢測所述可動元件的位移。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的微執(zhí)行器，其特征在于，所述驅(qū)動部將所述可動元件的1次共振頻率附近或者其以下的低頻信號作為所述驅(qū)動信號輸出；所述位移檢測部將所述可動元件的1次共振頻率以上的高頻信號重疊在所述驅(qū)動信號上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微執(zhí)行器，其特征在于，所述驅(qū)動部將實(shí)質(zhì)上的DC電壓作為所述驅(qū)動信號輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微執(zhí)行器，其特征在于，所述驅(qū)動部將多段的所述DC電壓作為所述驅(qū)動信號輸出；所述位移檢測部在所述多段的各段中檢測所述可動元件的位移；所述校正部將所述各段的DC電壓和所述位移檢測部的輸出以規(guī)定形式的近似函數(shù)近似。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微執(zhí)行器，其特征在于，所述驅(qū)動部將具有多段頻率的低頻信號作為所述驅(qū)動信號輸出；所述位移檢測部檢測加振的所述可動元件的位移；所述校正部將所述驅(qū)動信號和位移檢測部的輸出相對應(yīng)，計(jì)算所述可動元件的振幅響應(yīng)或者相位響應(yīng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或者6所述的微執(zhí)行器，其特征在于，所述驅(qū)動部將所述可動元件的1次共振頻率附近的低頻信號作為所述驅(qū)動信號多段輸出；所述位移檢測部在所述多段的各段中檢測加振的所述可動元件的位移；所述校正部使所述驅(qū)動信號和位移檢測部的輸出相對應(yīng)，提取所述可動元件的1次共振頻率。
8.根據(jù)權(quán)利要求3～7中任一項(xiàng)所述的微執(zhí)行器，其特征在于，當(dāng)增大設(shè)定所述驅(qū)動信號的振幅時(shí)，減小設(shè)定所述位移檢測部產(chǎn)生的所述高頻信號的振幅。
9.根據(jù)權(quán)利要求2～8中任一項(xiàng)所述的微執(zhí)行器，其特征在于，所述可動元件的所述活動電極包括按規(guī)定的軸大致對稱的第1導(dǎo)電性部分以及第2導(dǎo)電性部分，以所述軸為中心能自由傾斜活動地被支撐，并且，所述固定電極包括與所述活動電極的第1導(dǎo)電性部分通過間隙相面對的第1電極和與所述活動電極的第2導(dǎo)電性部分通過間隙相面對的第2電極；所述驅(qū)動部在所述第1導(dǎo)電性部分和所述第1電極之間、或者在所述第2導(dǎo)電性部分和所述第2電極之間施加所述驅(qū)動信號；所述位移檢測部在所述第1電極上施加第1高頻信號，在所述第2電極上施加和所述第1高頻信號相同振幅且相位相反的第2高頻信號，檢測將所述第1導(dǎo)電性部分和所述第2導(dǎo)電性部分電連接的端子的電壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～9中任一項(xiàng)所述的微執(zhí)行器，其特征在于，所述變換部產(chǎn)生和所述可動元件的位移相對應(yīng)的電壓指令值；所述驅(qū)動部包括輸出對應(yīng)于所述電壓指令值的所述驅(qū)動信號的DA轉(zhuǎn)換器；所述校正部校正所述電壓指令值和所述可動元件的位移之間的對應(yīng)關(guān)系。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的微執(zhí)行器，其特征在于，所述DA轉(zhuǎn)換部具有非線性特性，所述驅(qū)動信號的值越大，越減少設(shè)定與所述電壓指令值對應(yīng)的所述驅(qū)動信號的增加量。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的微執(zhí)行器，其特征在于，所述校正部以1階函數(shù)近似所述電壓指令值和所述可動元件的位移之間的對應(yīng)關(guān)系。
13.根據(jù)權(quán)利要求1～12中任一項(xiàng)所述的微執(zhí)行器，其特征在于，在電源啟動時(shí)讓所述校正部動作。
14.根據(jù)權(quán)利要求1～13中任一項(xiàng)所述的微執(zhí)行器，其特征在于，包括溫度檢測部，當(dāng)所述溫度檢測部檢測出規(guī)定值以上的溫度變化時(shí)，讓所述校正部動作。
15.根據(jù)權(quán)利要求1～14中任一項(xiàng)所述的微執(zhí)行器，其特征在于，包括異常判斷部，其在所述位移檢測部的輸出超過規(guī)定范圍時(shí)，判斷所述可動元件或者所述位移檢測部的異常。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的微執(zhí)行器，其特征在于，當(dāng)所述異常判斷部判斷為異常時(shí)，禁止由所述校正部的所述對應(yīng)關(guān)系的更新。
17.一種微執(zhí)行器，其特征在于，包括襯底；可動元件，其被可位移地支撐在所述襯底上；驅(qū)動部，其輸出用于讓所述可動元件位移的驅(qū)動信號；位移檢測部，其檢測所述可動元件的位移；和切換部，其選擇性地連接所述驅(qū)動部以及/或者所述位移檢測部和所述多個(gè)可動元件的各個(gè)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的微執(zhí)行器，其特征在于，所述切換部一邊以時(shí)間序列切換所述位移檢測部的位移檢測對象，一邊檢測各個(gè)所述可動元件的位移。
19.根據(jù)權(quán)利要求17或者18所述的微執(zhí)行器，其特征在于，包括閉環(huán)控制部，其利用所述位移檢測部的輸出，閉環(huán)控制所述驅(qū)動部的輸出。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的微執(zhí)行器，其特征在于，進(jìn)一步包括開環(huán)控制所述驅(qū)動部的輸出的開環(huán)控制部，以時(shí)間序列切換所述閉環(huán)控制部和所述開環(huán)控制部，進(jìn)行所述可動元件的控制。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的微執(zhí)行器，其特征在于，所述開環(huán)控制部包括保存通過所述閉環(huán)控制部控制的所述驅(qū)動部的輸出的保存部。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的微執(zhí)行器，其特征在于，所述可動元件被設(shè)置成能積累對應(yīng)于所述驅(qū)動信號的電荷；所述切換部將所述可動元件和所述閉環(huán)控制部相連的第1狀態(tài)切換為將所述可動元件作為高阻抗保持所述電荷的第2狀態(tài)。
23.根據(jù)權(quán)利要求19～22中任一項(xiàng)所述的微執(zhí)行器，其特征在于，包括測量關(guān)于各個(gè)所述可動元件和所述閉環(huán)控制部相連的時(shí)間值的計(jì)數(shù)器和檢測所述閉環(huán)控制的收斂的收斂檢測部；即使來自所述計(jì)數(shù)器的輸出超過規(guī)定的上限值，所述收斂檢測部也沒有檢測到所述收斂的情況下，所述切換部切斷所述可動元件和所述閉環(huán)控制部的連接。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的微執(zhí)行器，其特征在于，關(guān)于所述可動元件和所述閉環(huán)控制部連接的時(shí)間值是所述閉環(huán)控制部的循環(huán)次數(shù)。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的微執(zhí)行器，其特征在于，所述收斂檢測部檢測到所述收斂，所述切換部在所述閉環(huán)控制部的連接點(diǎn)切換為下一個(gè)可動元件的時(shí)刻，當(dāng)所述計(jì)數(shù)器的輸出沒達(dá)到所述上限值的情況下，根據(jù)所述計(jì)數(shù)器的輸出，變更下一個(gè)可動元件的上限值。
26.根據(jù)權(quán)利要求17～25中任一項(xiàng)所述的微執(zhí)行器，其特征在于，所述切換部將所述多個(gè)可動元件之中的至少2個(gè)以上同時(shí)和所述位移檢測部相連。
27.根據(jù)權(quán)利要求3～16中任一項(xiàng)所述的微執(zhí)行器，其特征在于，將與所述高頻信號的振幅值同等以上大小的偏置電壓施加到所述固定電極和所述活動電極的雙方上。
28.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微執(zhí)行器，其特征在于，包括切換部，其被設(shè)置在連接所述驅(qū)動部以及/或者所述位移檢測部和所述可動元件之間的布線通路中，在連接所述布線通路的狀態(tài)和切斷的狀態(tài)之間進(jìn)行切換；所述校正部利用在連接了所述布線通路的狀態(tài)下得到的所述位移檢測部的第1輸出和在切斷了所述布線通路的狀態(tài)下得到的所述位移檢測部的第2輸出，進(jìn)行修正。
29.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微執(zhí)行器，其特征在于，所述可動元件包括在所述襯底上固定的固定電極和與所述固定電極相面對的活動電極；所述活動電極包括按照規(guī)定的軸大致對稱的第1導(dǎo)電性部分以及第2導(dǎo)電性部分，以所述軸為中心能自由傾斜活動地被支撐；所述固定電極包括與所述活動電極的第1導(dǎo)電性部分通過間隙相面對的第1電極和與所述活動電極的第2導(dǎo)電性部分通過間隙相面對的第2電極；所述驅(qū)動部產(chǎn)生在所述第1電極施加的第1驅(qū)動信號和具有與所述第1驅(qū)動信號不同的大小且在所述第2電極施加的第2驅(qū)動信號；所述位移檢測部包括輸出所述可動元件的1次共振頻率以上的高頻信號的高頻信號產(chǎn)生部、在第1端子與所述第1電極相連的第1負(fù)載阻抗元件、在第2端子與所述第2電極相連的第2負(fù)載阻抗元件、連接所述第1端子和所述第2端子的高頻檢測部，在與所述第1負(fù)載阻抗元件的所述第1端子相反一側(cè)的端子上施加重疊了所述高頻信號的所述第1驅(qū)動信號，在與所述第2負(fù)載阻抗元件的所述第2端子相反一側(cè)的端子上施加重疊了所述高頻信號的所述第2驅(qū)動信號；所述高頻檢測部通過比較在所述第1端子和所述第2端子間的所述高頻信號的相位和/或者振幅，檢測所述可動元件的位移。
30.一種可變形反射鏡，其特征在于，包括權(quán)利要求1～29中任一項(xiàng)所述的微執(zhí)行器；在所述可動元件的至少一部分形成光反射區(qū)域。
31.一種裝置，其特征在于，包括權(quán)利要求1～29中任一項(xiàng)所述的微執(zhí)行器。
32.一種驅(qū)動方法，用于驅(qū)動具有可動元件的微執(zhí)行器，其特征在于，包括輸出用于讓所述可動元件位移的驅(qū)動信號的步驟；保持所述可動元件的位移和所述驅(qū)動信號之間的對應(yīng)關(guān)系的步驟；檢測在賦予所述驅(qū)動信號的狀態(tài)下的所述可動元件的位移的步驟；利用所述驅(qū)動信號和所述位移檢測部的輸出，校正所述對應(yīng)關(guān)系的步驟。
全文摘要
在本發(fā)明中，對靜電驅(qū)動執(zhí)行器等的可動元件(Ai)賦予驅(qū)動信號，使其發(fā)生位移的同時(shí)，由位移檢測部(6)檢測其位移，校正部(15)通過自我校正驅(qū)動信號和位移之間的關(guān)系，對執(zhí)行器特性隨長時(shí)間的變化和環(huán)境變化進(jìn)行修正。轉(zhuǎn)換部(7)通過將1個(gè)位移檢測部和多個(gè)可動元件(Ai)選擇性地連接，能夠削減用于位移檢測的電路。
文檔編號B81B3/00GK1708449SQ200380102310
公開日2005年12月14日 申請日期2003年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月6日
發(fā)明者蟲鹿由浩, 苅田吉博 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社