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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Gebiet
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Spiegelwinkel-Steuersystem zur
Verwendung in Plattengeräten,
optischen Kommunikationssystemen und dergleichen.
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Konventionellerweise
werden Spiegelwinkel-Steuersysteme unter anderem zum Zweck der Steuerung
der Spurverfolgung bei Plattengeräten und der Steuerung von optischen
Signalschaltern in optischen Kommunikationssystemen eingesetzt.
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Beispielsweise
weist gemäß der JP-A-2004-212205
ein Drehspiegel eine ablenkende Spiegelfläche und eine erfassungsreflektierende
Fläche
auf, die auf der vorderen und hinteren Seite eines drehbaren plattenförmigen Elements
ausgebildet sind. Laserlicht aus einer Lichtquelle wird auf die
erfassungsreflektierende Fläche
abgestrahlt und das davon reflektierte Licht wird mit einem Photorezeptor aufgenommen.
Dann wird auf der Grundlage der Position des Lichtflecks, der als
Ergebnis auf der photorezeptiven Fläche des Photorezeptors gebildet
wird, der Neigungswinkel der erfassungsreflektierenden Fläche erfasst.
Danach wird der so erfasste Neigungswinkel in einen äquivalenten
Ablenkungswinkel der ablenkenden Spiegelfläche umgewandelt. Dann wird,
basierend auf der Differenz dieses tatsächlich berechneten Ablenkungswinkels
zum Zielablenkungswinkel, der Drehspiegel mit einer Betätigungsvorrichtung
auf einer Feedback-Basis
gesteuert.
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Andererseits
weist gemäß der JP-A-2003-77154
ein als bewegliches Element gebauter Spulenumschlag einen Ablenkungsspiegel und
einen Erfassungsspiegel auf, die an seiner vorderen und hinteren
Seite angebracht sind. Laserlicht aus einer Lichtquelle wird auf
den Erfassungsspiegel abgestrahlt und das davon reflektierte Licht
wird mit einem Photorezeptor aufgenommen. Dann wird auf der Grundlage
der Position des Lichtflecks, der als Ergebnis auf der photorezeptiven
Fläche
des Photorezeptors gebildet wird, der Neigungswinkel des Erfassungsspiegels
und somit der Neigungswinkel des Ablenkungsspiegels erfasst. Dann
wird, basierend auf dem so erfassten Winkel, der Neigungswinkel des
Ablenkungsspiegels eingestellt.
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Jedoch
erfordern beide in den vorstehend genannten Patentoffenlegungsschriften
offenbarten Spiegelwinkel-Steuersysteme nachteiligerweise einen
von einem Ablenkungsspiegel getrennten Erfassungsspiegel, und je
nach der Genauigkeit, mit der diese Spiegel relativ zu einander
angebracht sind, kann sich bei der Steuerung des Neigungswinkels des
Ablenkungsspiegels ein Fehler einschleichen. Im Ergebnis kann bei
den Produkten, die eines dieser Steuersysteme beinhalten, eine Störung auftreten, beispielsweise
bei der Steuerung der Spurverfolgung in einem Plattengerät oder bei
der Steuerung der optischen Schaltung in einem optischen Kommunikationssystem.
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Auch
erfordern diese Steuersysteme nachteiligerweise eine weitere Lichtquelle,
um Laserlicht auf einen Erfassungsspiegel fallen zu lassen, die
separat von einer Lichtquelle zum Abstrahlen von Laserlicht auf
einen Ablenkungsspiegel ist. Dies erschwert die Miniaturisierung
von Produkten, die diese Steuersysteme beinhalten, und führt auch
zu einem erhöhten
Verbrauch von elektrischer Energie.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Spiegelwinkel-Steuersystems, das
zu einer höheren
Steuergenauigkeit, Miniaturisierung und reduziertem Stromverbrauch
bei Produkten, die es beinhalten, beiträgt.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe ist gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Spiegelwinkel-Steuersystem versehen mit:
einer
Lichtquelle;
einem Spiegel, der das von der Lichtquelle ausgegebene
Licht reflektiert;
einer Antriebsvorrichtung, die den Spiegel
so antreibt, dass er sich dreht;
einer Lichtaufnahmevorrichtung;
einem
Lichtkondensor, der einen Teil des von dem Spiegel der Lichtaufnahmevorrichtung
reflektierten Lichts konzentriert;
einer Steuerungs-/Berechnungsschaltung,
die ein Steuersignal auf der Grundlage eines einem Neigungswinkel
des Spiegels proportionalen elektrischen Signals, wie es von der
Lichtaufnahmevorrichtung ausgegebenen wird, und einem Zielsignal
erzeugt; und
einer Treiberschaltung, die ein Antriebssignal
auf der Grundlage des Steuersignals erzeugt und dann das Antriebssignal
der Antriebsvorrichtung zuführt.
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Mit
dieser Konfiguration besteht kein Bedarf an einem Erfassungsspiegel.
Dies trägt
zu einer höheren
Steuergenauigkeit bei Produkten bei, die das Steuersystem beinhalten.
Auch besteht kein Bedarf an einer Lichtquelle, um Licht auf einen
Erfassungsspiegel abzustrahlen. Dies trägt zur Miniaturisierung und
zu einem reduzierten Stromverbrauch bei Produkten bei, die das Steuersystem
beinhalten.
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Das
Spiegelwinkel-Steuersystem gemäß der vorliegenden
Erfindung kann einen MEMS (mikroelektromechanisches System)-Spiegel umfassen, dessen
Spiegelabschnitt der vorstehend genannte Spiegel und dessen Antriebsabschnitt
die vorstehend genannte Spiegelantriebsvorrichtung ist.
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Mit
dieser Konfiguration ist das Spiegelwinkel-Steuersystem gemäß der vorliegenden
Erfindung für
eine Steuerung geeignet, die eine Hochgeschwindigkeitspositionierung
mit hoher Genauigkeit erfordert, wie zum Beispiel die Steuerung
der Spurverfolgung in Plattengeräten.
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Bei
dem Spiegelwinkel-Steuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung
können
der MEMS-Spiegel, die Lichtaufnahmevorrichtung, die Steuerungs-/Berechnungsschaltung
und die Treiberschaltung auf demselben Substrat ausgebildet sein. Dies
trägt zur
Miniaturisierung und verbesserten Anbringungsgenauigkeit bei.
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Bei
dem Spiegelwinkel-Steuersystem gemäß der vorliegenden Erfindung
kann der Lichtkondensor ein reflektierendes Hologramm sein. Dies
unterstützt
die Verringerung der Anzahl benötigter
Komponenten im Lichtkondensor und trägt somit zur Miniaturisierung
bei Produkten bei, die das Steuersystem beinhalten.
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Des
Weiteren umfasst die Erfindung ein Plattengerät, das ein Spiegelwinkel-Steuersystem
mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen umfasst.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Blockdiagramm eines Spurverfolgungs-Steuersystems eines Plattengeräts;
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2 ist
ein Diagramm, das die Konfiguration des optischen Systems innerhalb
einer Aufnahmevorrichtung zeigt;
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3 ist
eine Außenansicht
von Teilen innerhalb der Aufnahmevorrichtung, die an der Spiegelwinkel-Steuerung
beteiligt sind;
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4 ist
eine Außenansicht
eines MEMS-Spiegels; und
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5 ist
eine Seitenquerschnittsansicht eines reflektierenden Hologramms,
welche zeigt, wie es das einfallende Licht reflektiert, um es zu
konzentrieren.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGS-FORMEN
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Nachstehend
wird die vorliegende Erfindung mittels einer Ausführungsform
beschrieben, die eine Spurverfolgungs-Steuerung in einem Plattengerät behandelt. 1 ist
ein Blockdiagramm eines Spurverfolgungs-Steuersystems in einem Plattengerät.
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Das
Spurverfolgungs-Steuersystem besteht aus einer Platte 1,
einer Aufnahmevorrichtung 2, einer Spurverfolgungs-Fehlersignal-Erzeugungsschaltung 9 und
einer Zielwinkel-Berechnungsschaltung 10. Die Aufnahmevorrichtung 2 ist
mit einer Lichtquelle 6, einem MEMS (mikroelektromechanisches System)-Spiegel 7,
einer Lichtaufnahmevorrichtung 5, einer Lichtaufnahmevorrichtung 8,
einer Steuerungs-/Berechnungsschaltung 3 und einer MEMS-Treiberschaltung 4 versehen.
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Die
Lichtquelle 6 gibt Laserlicht aus, das dann von einem nachstehend
beschriebenen Spiegelabschnitt des MEMS-Spiegels 7 reflektiert
wird. Das reflektierte Licht fällt
dann auf eine Aufzeichnungsfläche
der Platte 1 und das von der Platte 1 reflektierte
Licht wird von der Lichtaufnahmevorrichtung 8 aufgenommen.
Das vorliegende optische System, das in der Aufnahmevorrichtung 2 untergebracht
ist, ist in 2 im Detail gezeigt.
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Das
aus der Lichtquelle 6 ausgegebene Laserlicht wird zunächst durch
einen polarisierenden Strahlteiler (polarizing beam splitter – PBS) 11 geleitet
und dann von dem Spiegelabschnitt des MEMS-Spiegels 7 reflektiert.
Das von dem Spiegelabschnitt des MEMS-Spiegels 7 reflektierte
Laserlicht wird dann durch eine Kollimatorlinse 12 zu einem
parallelen Strahl geformt, wird danach durch eine Viertelwellenplatte 13 geleitet
und dann auf der Aufzeichnungsfläche
der Platte 1 durch eine Objektivlinse 14 konzentriert.
Das von der Platte 1 reflektierte Laserlicht wird durch
die Objektivlinse 14 übertragen,
dann durch die Viertelwellenplatte 13 und danach durch
die Kollimatorlinse 12 geleitet und wird dann von dem Spiegelabschnitt
des MEMS-Spiegels 7 reflektiert. Das vorliegend reflektierte
Licht ist zweimal durch die Viertelwellenplatte 13 übertragen
worden und wird daher nun von dem polarisierenden Strahlteiler 11 reflektiert
und dann auf der Lichtaufnahmevorrichtung 8 konzentriert.
Vorliegend ist der Spiegelabschnitt des MEMS-Spiegels 7 drehbar,
wie in 2 durch Pfeile angegeben ist, so dass sich bei einer Änderung
seines Neigungswinkels der Winkel, in dem das Laserlicht reflektiert
wird, ändert
und sich der Lichtfleck dementsprechend auf der Aufzeichnungsfläche der
Platte 1 über
einen Radius der Platte bewegt.
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Die
Lichtaufnahmevorrichtung 8 ist ein Photodetektor mit gespaltenen
Abtastflächen.
Das auf der lichtaufnehmenden Oberfläche der Lichtaufnahmevorrichtung 8 konzentrierte
Licht wird in ein elektrisches Signal umgewandelt, das dann in die
Spurverfolgungs-Feh lersignal-Erzeugungsschaltung 9 eingegeben
wird (1). Aus dem in sie eingegebenen elektrischen Signal
erzeugt die Spurverfolgungs-Fehlersignal-Erzeugungsschaltung 9 ein Spurverfolgungs-Fehlersignal
und gibt es in die Zielwinkel-Berechnungsschaltung 10 ein.
Auf der Grundlage des in sie eingegebenen Spurverfolgungs-Fehlersignals
erzeugt die Zielwinkel-Berechnungsschaltung 10 ein Zielwinkel-Niveausignal,
so dass es proportional zu dem Zielneigungswinkel des Spiegelabschnitts
des MEMS-Spiegels 7 ist, der den Spurverfolgungsfehler
ausgleichen soll, und gibt es dann in die Steuerungs/Berechnungsschaltung 3 ein.
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Als
nächstes
wird beschrieben, wie der Neigungswinkel des Spiegelabschnitts des
MEMS-Spiegels 7 gesteuert wird.
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3 ist
eine Außenansicht
von Teilen innerhalb der Aufnahmevorrichtung 2, die an
der Spiegelwinkelsteuerung beteiligt sind. Wie in 3 gezeigt ist,
sind der MEMS-Spiegel 7, die Lichtaufnahmevorrichtung 5,
die Steuerungs-/Berechnungsschaltung 3 und die MEMS-Treiberschaltung 4 auf
demselben Siliciumsubstrat 15 ausgebildet. Über dem
Siliciumsubstrat 15 ist ein reflektierendes Hologramm 16 vorgesehen.
Das reflektierende Hologramm 16 ist an einem Kunstharzgehäuse befestigt,
in dem das Siliciumsubstrat 15 untergebracht ist.
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4 zeigt
die äußere Erscheinung
des MEMS-Spiegels 7 im Detail. Der MEMS-Spiegel 7 ist auf
dem Siliciumsubstrat 15 ausgebildet, das somit als dessen
Basis dient. Der MEMS-Spiegel 7 ist mit einem Spiegelabschnitt 7a,
vier Treiberabschnitten 7b bis 7e und einem Drehwellenabschnitt 7f versehen.
Der Spiegelabschnitt 7a wird durch Abscheiden eines Al-Films
durch ein CVD-Verfahren ausgebildet. Die vier Treiberabschnitte 7b bis 7e werden
durch Abscheiden und Bemustern einer unteren Elektrode, eines PZT-Dünnfilms
und einer oberen Elektrode mit derselben Polarisierungsrichtung
in den vier Treiberabschnitten 7b bis 7e ausgebildet.
Wenn Spannungen von entgegengesetzter Polarität zwischen den PZT-Dünnfilmen
der Treiberabschnitte 7b und 7c und zwischen jenen
der Treiberabschnitte 7d und 7e angelegt werden,
biegen sich die PZT-Dünnfilme
unter dem piezoelektrischen Effekt und die entstehenden Beanspruchungen
erzeugen ein Drehmoment, welches bewirkt, dass sich der Spiegelabschnitt 7a um den
Drehwellenabschnitt 7f dreht (wie in 4 durch Pfeile
angegeben ist).
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Das
aus der Lichtquelle 6 ausgegebene Laserlicht wird durch
den polarisierenden Strahlteiler 11 übertragen, dann von dem Spiegelabschnitt 7a des MEMS-Spiegels 7 reflektiert
und tritt dann in die Kollimatorlinse 12 ein (2).
Vorliegend fällt
ein Teil des zur Kollimatorlinse 12 gelenkten Lichts auf
das reflektierende Hologramm 16. Wie in 5 gezeigt ist,
weist das reflektierende Hologramm 16 Vertiefungen auf,
die ihm eine gezackte Querschnittsform verleihen. Somit reflektiert
das reflektierende Hologramm 16 das einfallende Laserlicht,
so dass es dieses konzentriert.
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Dieser
Teil des Laserlichts, das heißt,
der Teil, der sich von dem auf die Kollimatorlinse 12 gerichteten
Laserlicht abgezweigt hat und dann von dem reflektierenden Hologramm 16 reflektiert
wurde, wird somit auf der lichtaufnehmenden Oberfläche der auf
dem Siliciumsubstrat 15 gebildeten Lichtaufnahmevorrichtung 5 konzentriert.
Die Lichtaufnahmevorrichtung 5 kann ein Photodetektor mit
gespaltenen Abtastflächen
oder ein PSD (positionsempfindlicher Detektor) mit einer ungespaltenen
Abtastfläche
sein. Wenn der Spiegelabschnitt 7a des MEMS-Spiegels 7 sich
dreht, wie durch Pfeile in 3 angegeben
ist, bewegt sich der Fleck auf der lichtaufnehmenden Oberfläche der
Lichtaufnahmevorrichtung 5 eindimensional, wie durch Pfeile
in 3 angegeben ist. Somit gibt die Lichtaufnahme vorrichtung 5 ein
elektrisches Signal aus, das proportional zu dem Neigungswinkel
des Spiegelabschnitts 7a des MEMS-Spiegels 7 ist.
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Das
aus der Lichtaufnahmevorrichtung 5 ausgegebene elektrische
Signal wird in die Steuerungs-/Berechnungsschaltung 3 eingegeben.
Auf der Grundlage dieses elektrischen Signals erzeugt die Steuerungs-/Berechnungsschaltung 3 dann
ein Winkelerfassungs-Niveausignal,
das proportional zu dem Neigungswinkel des Spiegelabschnitts 7a des MEMS-Spiegels 7 ist.
Danach berechnet die Steuerungs-/Berechnungsschaltung 3 die
Differenz zwischen diesem Winkelerfassungs-Niveausignal und dem
zuvor erwähnten
Zielwinkel-Niveausignal,
das von der Zielwinkel-Berechnungsschaltung 10 eingegeben
wurde. Dann verarbeitet die Steuerungs-/Berechnungsschaltung 3 die
berechnete Differenz mit Verstärkung,
Differentiation, Integration und anderen Verarbeitungsmethoden,
um ein Steuersignal zu erzeugen, und gibt dieses dann an die MEMS-Treiberschaltung 4 aus.
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Auf
der Grundlage dieses Steuersignals erzeugt die MEMS-Treiberschaltung 4 ein
Antriebssignal und gibt es dann in die Treiberabschnitte 7b bis 7e des
MEMS-Spiegels 7 ein. Nun dreht sich nach Maßgabe des
Antriebssignals der Spiegelabschnitt 7a des MEMS-Spiegels 7 und
bewegt dadurch den auf der Aufzeichnungsfläche der Platte 1 konzentrierten
Lichtfleck über
einen Radius der Platte.
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Durch
die vorstehend beschriebene Sequenz wird der Neigungswinkel des
Spiegelabschnitts 7a des MEMS-Spiegels 7 auf einer
Feedback-Basis gesteuert, so dass er in dem Zielwinkel gehalten
wird, der den Spurverfolgungsfehler ausgleicht. Dies erlaubt es,
dass der auf der Aufzeichnungsoberfläche der Platte 1 konzentrierte
Licht fleck einer gewünschten
Spur auf der Platte 1 folgt, und dadurch wird eine Spurverfolgungssteuerung
erzielt.
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Die
vorliegende Erfindung ist hier vorstehend mittels einer Ausführungsform
beschrieben worden, die die Spurverfolgungssteuerung in einem Plattengerät behandelt.
Es sollte jedoch verstanden werden, dass Spiegelwinkel-Steuersysteme
gemäß der vorliegenden
Erfindung für
beliebige andere Zwecke, beispielsweise die Steuerung optischer
Signalschalter in optischen Kommunikationssystemen, verwendet werden
können.