JP2015141209A - アクチュエーター制御装置、光学モジュール、及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
Description
また、本発明の閾値とは、アクチュエーターの駆動誤差の許容範囲の閾値に対応する値であり、要求されるアクチュエーターの駆動精度等に応じて適宜設定される。
すなわち、アクチュエーターの駆動が安定化するべきタイミングにおいて、駆動量の検出値と設定値との偏差の絶対値が、許容できる誤差範囲内であるか否かを検出する。これにより、フィードバック制御が適切に実施されておらず、駆動量の設定値に対して、実際の駆動量が所定の閾値を超えた値で安定していたり、駆動量が安定せず振動し続けていたりすることを検出でき、フィードバック制御のエラーを検出することができる。
これに対して、本発明では、駆動開始から所定時間経過後に、閾値を超える偏差の絶対値、及び閾値未満の偏差の絶対値を交互に複数回検出した際、つまり、アクチュエーターが発振している場合に、フィードバック制御のゲインを小さくする。これにより、駆動量を収束させるように駆動電圧を制御することができる。
ここで、バイアス電圧が適性値よりも大きい又は小さい場合、粗動駆動による駆動量と設定値との差が、第二アクチュエーターによる微動駆動の調整範囲で対応可能な範囲を超える場合がある。例えば、粗動駆動による駆動量(すなわち粗動駆動量)が、全駆動量の設定値(すなわち設定駆動量)を超えている場合、微動駆動の駆動量(すなわち微動駆動量)をゼロとしても、全駆動量を設定値とすることができない。また、粗動駆動量と設定駆動量との差の絶対値が、微動駆動量の最大値よりも大きく、かつ、粗動駆動量の方が設定駆動量よりも小さい場合、微動駆動量を最大値としても、全駆動量を設定値とすることができない。このような場合、フィードバック電圧の最小値又は最大値で駆動量の変動が収束しても、検出値は許容値ではない値で収束している。本発明では、上述のように、バイアス電圧を印加することによる粗動駆動量と設定値との差が、微動駆動の調整可能な範囲を超えている状態であることを検出し、バイアス電圧を調整することができる。これにより、粗動駆動量を微動駆動の調整可能な範囲に収めることができ、アクチュエーターの駆動量をより確実、かつ精度よく制御することができる。
ことを特徴とする。
以下、本発明に係る一実施形態の分光測定装置について、図面に基づいて説明する。
[分光測定装置の構成]
図1は、本発明に係る一実施形態の分光測定装置の概略構成を示すブロック図である。
分光測定装置1は、本発明の電子機器であり、測定対象Xで反射された測定対象光における所定波長の光強度を分析し、分光スペクトルを測定する装置である。なお、本実施形態では、測定対象Xで反射した測定対象光を測定する例を示すが、測定対象Xとして、例えば液晶パネル等の発光体を用いる場合、当該発光体から発光された光を測定対象光としてもよい。
この分光測定装置1は、図1に示すように、光学モジュール10と、ディテクター11(検出部)と、I−V変換器12と、アンプ13と、A/D変換器14と、制御部20と、を備えている。また、光学モジュール10は、波長可変干渉フィルター5と、電圧制御部15とを備えて構成されている。なお、波長可変干渉フィルター5及び電圧制御部15は、本発明のアクチュエーター制御装置に相当する。
I−V変換器12は、ディテクター11から入力された検出信号を電圧値に変換し、アンプ13に出力する。
アンプ13は、I−V変換器12から入力された検出信号に応じた電圧(検出電圧)を増幅する。
A/D変換器14は、アンプ13から入力された検出電圧(アナログ信号)をデジタル信号に変換し、制御部20に出力する。
電圧制御部15は、制御部20の制御に基づいて、波長可変干渉フィルター5を駆動させ、波長可変干渉フィルター5から所定の目的波長の光を透過させる。
次に、光学モジュール10の構成について、以下に説明する。
図2は、光学モジュール10の概略構成を示すブロック図である。
光学モジュール10は、上記のように、波長可変干渉フィルター5と、電圧制御部15とを備えて構成される。
光学モジュール10の波長可変干渉フィルター5について、以下説明する。図3は、波長可変干渉フィルター5の概略構成を示す平面図である。
波長可変干渉フィルター5は、図2及び図3に示すように、例えば矩形板状の光学部材であり、固定基板51(第一部材)及び可動基板52(第二部材)を備えている。これらの固定基板51及び可動基板52は、例えば各種ガラスや水晶等の絶縁性素材により形成され、例えばシロキサンを主成分とするプラズマ重合膜などにより構成された接合膜53(図2参照)により接合されることで、一体的に構成されている。
また、固定基板51には、第一固定電極561Aが設けられ、可動基板52には、第一可動電極562Aが設けられている。これらの第一固定電極561A及び第一可動電極562Aは、所定のギャップを介して対向配置されている。これらの第一固定電極561A及び第一可動電極562Aは、本発明のアクチュエーターの一例である第一静電アクチュエーター56Aを構成する。
また、固定基板51には、第一固定電極561Aの外側に第二固定電極561Bが設けられ、可動基板52には、第一可動電極562Aの外側に第二可動電極562Bが設けられている。これらの第一固定電極561A及び第一可動電極562Aは、所定のギャップを介して対向配置されている。これらの第一固定電極561A及び第一可動電極562Aは、本発明のアクチュエーターの一例である第二静電アクチュエーター56Bを構成する。
なお、以降の説明に当たり、固定基板51又は可動基板52の基板厚み方向から見た平面視、つまり、固定基板51、接合膜53、及び可動基板52の積層方向から波長可変干渉フィルター5を見た平面視をフィルター平面視と称する。また、本実施形態では、フィルター平面視において、固定反射膜54の中心点及び可動反射膜55の中心点は、一致し、平面視におけるこれらの反射膜の中心点をフィルター中心点Oと称し、これらの反射膜の中心点を通る直線を中心軸と称する。
固定基板51は、図2に示すように、例えばエッチング等により形成された電極配置溝511及び反射膜設置部512を備える。また、固定基板51の一端側(図3における辺C1−C2)は、可動基板52の基板端縁(図3における辺C5−C6)よりも外側に突出しており、第一端子取出部514を構成している。
また、固定基板51には、電極配置溝511から、固定基板51の外周縁に向かって延出する電極引出溝(図示略)が設けられている。
第二固定電極561Bは、第一固定電極561Aと同様に、例えば円弧状(略C字状)に形成されており、辺C1−C2に近接する一部にC字開口部が設けられる。また、第二固定電極561B上に、第二可動電極562Bとの間の絶縁性を確保するための絶縁膜が積層される構成としてもよい。
そして、第一固定電極561Aは、電極引出溝に沿って第一端子取出部514まで延出する第一固定引出電極563Aを備えている。また、第二固定電極561Bは、電極引出溝に沿って第一端子取出部514まで延出する第二固定引出電極563Bを備えている。各固定引出電極563A,563Bの延出先端部は、例えばFPC(Flexible printed circuits)やリード線等により電圧制御部15に接続されている。
そして、第一ミラー電極541は、第一端子取出部514上で電圧制御部15に接続される。
固定基板51のうち、電極配置溝511、反射膜設置部512、及び電極引出溝が形成されない領域は、接合膜53により、可動基板52に接合される。
可動基板52は、図3に示すようなフィルター平面視において、フィルター中心点Oを中心とした円形状の可動部521と、可動部521と同軸であり可動部521を保持する保持部522と、保持部522の外側に設けられた基板外周部525と、を備えている。
また、可動基板52には、図3に示すように、一端側(図3における辺C7−C8)は、固定基板51の基板端縁(図3における辺C3−C4)よりも外側に突出しており、第二端子取出部524を構成している。
第二可動電極562Bは、フィルター平面視において、第一可動電極562Aの外周側に設けられ、第二固定電極561Bに対してギャップを介して対向配置されている。この第二可動電極562Bは、第一可動電極562Aと同様に円弧状(略C字状)に形成されており、辺C7−C8に近接する一部にC字開口部が設けられている。また、第一可動電極562Aと同様に、第二可動電極562B上に絶縁膜が積層される構成としてもよい。
ここで、図3に示すように、フィルター平面視において、第一可動電極562Aと第一固定電極561Aとが重なる円弧領域(図3において右下がり斜線部で示される領域)により、第一静電アクチュエーター56Aが構成されている。まだ、第二可動電極562Bと第二固定電極561Bとが重なる円弧領域(図3において右上がり斜線部で示される領域)により、第二静電アクチュエーター56Bが構成されている。各静電アクチュエーター56A,56Bは、図3に示すように、フィルター平面視において、フィルター中心点Oに対して互いに点対称となる形状及び配置となる。従って、各静電アクチュエーター56A,56Bに電圧を印加した際に発生する静電引力も、フィルター中心点Oに対して点対称となる位置に作用し、バランスよく可動部521を固定基板51側に変位させることが可能となる。
また、可動基板52には、図3に示すように、可動反射膜55の外周縁に接続され、第一可動電極562A及び第二可動電極562BのC字開口部を通り、第二端子取出部524に向かって延出する第二ミラー電極551が設けられている。
また、可動反射膜55として、誘電体多層膜及び導電性膜の積層体により構成される場合では、第二ミラー電極551は、導電性膜と同時に形成され、この導電性膜に接続される。
そして、この第二ミラー電極551は、第二端子取出部524上において例えばFPCやリード線等により電圧制御部15に接続されている。
なお、本実施形態では、ダイヤフラム状の保持部522を例示するが、これに限定されず、例えば、フィルター中心点Oを中心として、等角度間隔で配置された梁状の保持部が設けられる構成などとしてもよい。
電圧制御部15は、図2に示すように、ギャップ検出器151(本発明における検出手段)と、フィードバック駆動部152と、バイアス駆動部153と、減算回路154と、絶対値回路155と、コンパレーター156と、マイコン(マイクロコントローラー)16とを備えて構成されている。
図4は、電圧制御部15を用いたフィードバックループの概念図である。
電圧制御部15は、図4に示すように、波長可変干渉フィルター5の静電アクチュエーター56A,56B、ギャップ検出器151、フィードバック駆動部152、バイアス駆動部153、減算回路154、絶対値回路155、及びコンパレーター156により、クローズドループシステム(本発明のフィードバックループに相当)を構成する。そして、本実施形態では、マイコン16は、各静電アクチュエーター56A,56Bの駆動特性に基づいて、このクローズドループシステムにおけるバイアス駆動部153及びフィードバック駆動部152を制御することで、フィードバック制御時の制御状態を好適に維持する。
以下、電圧制御部15の構成について、詳細に説明する。
具体的には、ギャップ検出器151は、図示略のC−V変換回路を有し、反射膜54,55間の静電容量を電圧値(検出信号)に変換する。このようなC−V変換回路としては、例えば、スイッチト・キャパシタ回路等が挙げられる。
そして、ギャップ検出器151は、検出信号をフィードバック駆動部152及び減算回路154に出力する。
なお、ギャップ検出器151は、検出信号としては、アナログ信号を出力してもよく、デジタル信号を出力してもよい。デジタル信号を出力する場合、C−V変換回路からの検出信号(アナログ信号)をADC(Analog to Digital Converter)に入力し、デジタル値に変換する。
また、フィードバック駆動部152は、ギャップ検出器151からの検出信号と、マイコン16から入力された指令信号との偏差が所定閾値以下となるように、各静電アクチュエーター56A,56Bに対する駆動電圧を増減して制御する。すなわち、フィードバック駆動部152は、検出信号及び指令信号に基づいて、フィードバック制御を実施する。
具体的には、フィードバック駆動部152として、アナログ方式の制御器が用いられる場合、制御器に複数のゲインのうちのいずれかを設定可能なゲイン設定回路を設ける。そして、マイコン16からの制御信号により、ゲイン設定回路のゲインを所定のゲインに設定する。
また、フィードバック駆動部152として、デジタル方式の制御器が用いられる場合、マイコン16の信号に基づき、制御ゲインのパラメーター(レジスタ値)を書き換えることで、所定のゲインに設定することが可能となる。
なお、本実施形態では、減算回路154、絶対値回路155、及びコンパレーター156により、本発明の偏差検出手段が構成される。
目標指令手段163は、制御部20から波長設定指令が入力されると、目標波長に対応するギャップG1の寸法(目標値)を算出し、目標信号としてフィードバック駆動部152及び減算回路154に出力する。
具体的には、状態検出手段164は、安定化時間経過後に、コンパレーター156から出力された電圧信号が継続してLowレベルVLの電圧信号である場合、波長可変干渉フィルター5のギャップG1の変動が収束した安定化状態であることを検出する。
また、状態検出手段164は、安定化時間経過後に、コンパレーター156からHighレベルVHの出力信号が出力される場合、フィードバック制御が正常に実施されておらず、エラーが発生していることを検出する。なお、後に詳述するが、コンパレーター156からの出力信号に基づいて、発生しているエラーの内容を検出する。
なお、バイアス指令手段162、目標指令手段163、状態検出手段164、及びゲイン調整手段165の各機能については、後に詳述する。
図1に戻り、分光測定装置1の制御部20について、説明する。
制御部20は、本発明の処理部に相当し、例えばCPUやメモリー等が組み合わされることで構成され、分光測定装置1の全体動作を制御する。この制御部20は、図1に示すように、波長設定部21と、光量取得部22と、分光測定部23と、記憶部30を備えている。
記憶部30には、分光測定装置1を制御するための各種プログラムや、各種データ(例えば目標波長に対する駆動電圧を示したV−λデータ等)が記録されている。
光量取得部22は、ディテクター11により取得された光量に基づいて、波長可変干渉フィルター5を透過した目的波長の光の光量を取得する。
分光測定部23は、光量取得部22により取得された光量に基づいて、測定対象光のスペクトル特性を測定する。
図4は、分光測定装置1の分光測定処理における波長可変干渉フィルターの駆動方法(アクチュエーター制御方法)を示すフローチャートである。
分光測定装置1により測定対象光に含まれる各波長の光の強度を取得するためには、まず、制御部20は、波長設定部21により波長可変干渉フィルター5を透過させる光の波長(目的波長)を設定する。そして、波長設定部21は、設定した目的波長の光を透過させる旨の波長設定指令を電圧制御部15に出力する(ステップS1)。
具体的には、マイコン16のバイアス指令手段162は、入力された波長設定指令に含まれる目標波長に基づいて、ギャップG2の目標値に応じたバイアス信号をバイアス駆動部153に出力する。バイアス駆動部153は、バイアス信号に基づいて、第一静電アクチュエーター56Aにバイアス電圧を印加する。
また、制御部20から、目的波長を指定する波長設定指令が入力されれば、マイコン16は、波長可変干渉フィルター5から目的波長の光を取り出すために必要なギャップG1の目標値を算出することができ、当該目標値から、可動部521を変位させるべき量(目標変位量d)を算出することができる。
上記式(1)を、Vbについて解くと、次式(2)を導き出すことができる。
フィードバック駆動部152は、ギャップ検出器151から入力される検出信号と目標信号との偏差が0に近づくように、第二静電アクチュエーター56Bに印加する駆動電圧を制御する。
ステップS3において、「No」と判定された場合、状態検出手段164は、所定時間T0が経過したか否かを判定する(ステップS4)。
所定時間T0は、例えば、ギャップG1を初期ギャップから最小ギャップまで変動させた際の安定化時間等を設定することが好ましい。ステップS4において、「No」と判定された場合は、ステップS3に戻り、所定時間T0経過までの間、ギャップG1が安定化したか否かの判定を継続する。
図5(A)に示すように、波長可変干渉フィルター5の駆動が開始し、フィードバック制御が実施されると、ギャップ検出器151の検出値が振動する。そして、フィードバック制御が正常に実施される場合では、所定の安定化時間以内に検出値の振動が収まり安定化する。通常は、検出値は、振動を開始してから2周期程度で許容範囲に収まり、安定化する。
なお、許容範囲Lは、図5の細い実線で示す目標値を中心とする所定電圧範囲であり、波長可変干渉フィルター5の仕様や測定精度等に応じて設定され、例えば、上記目標値を中心とする±10mVの範囲である。
図6は、定常偏差型のフィードバックエラーが発生している場合における検出値及びコンパレーターの出力値の特性の一例を示すグラフである。
図6に示すように、定常偏差型のフィードバックエラーでは、所定時間T0が経過した後、検出値が許容範囲を超えて収束する。なお、図6では、検出値が上限値を上回って収束する例を示し、検出値が下限値を下回って収束する場合の図示は省略している。
具体的には、バイアス指令手段162は、減算回路154からマイコン16に入力される検出値と目標値との偏差が正値である場合、図6(A)に示すように、検出値である静電容量値が許容範囲の上限値を超えた値で収束している定常偏差型のフィードバック制御エラーが発生していると判定する。この場合、バイアス指令手段162は静電容量値を減少させるようにバイアス電圧値を減少させる。
逆に、バイアス指令手段162は、減算回路154から入力される検出値と目標値との偏差が負値である場合、検出値が許容範囲の下限値未満での値で収束していると判定し静電容量値を増大させるようにバイアス電圧を増大させる。
図7は、振動型のフィードバックエラーが発生している場合における検出値及びコンパレーターの出力値の特性の一例を示すグラフである。
図7(B)に示すように、発振エラーでは、所定時間T0の経過後から所定の判定時間T1が経過するまでの間に、コンパレーター156からHighレベルVH及びLowレベルVLの信号が複数回出力される。従って、状態検出手段164は、判定時間T1内に、これらの交互に出力されたHighレベルVH及びLowレベルVLの電圧信号を検出することで、発振エラーを検出できる。
ここで、図7(A)に示すように、検出値である静電容量値が収束しない、振動型のフィードバック制御エラーが発生している場合、フィードバック駆動部152のフィードバック制御のゲインが大きいことが考えられる。従って、ゲイン調整手段165はフィードバック駆動部152のフィードバック制御のゲインを減少させる。
なお、フィードバック駆動部152が、高精度のフィードバック制御が可能なPID(Proportional Integral Derivative)制御を採用している場合、例えば、比例動作(P動作)に関するゲイン(比例ゲイン)が大きいことが考えられる。従って、ゲイン調整手段165はフィードバック駆動部152のフィードバック制御の比例ゲインを減少させる。
なお、上記図6に示す定常偏差型のエラーと、図7に示す振動型のエラーが同時に発生している場合でも、上述のステップS3〜S7を繰りかえすことにより、安定化させることができる。例えば、検出値が、許容範囲Lの上限値を超えた範囲、又は下限値未満の範囲で発信している場合、ステップS5において、コンパレーター156の電圧信号の変動が検出されない(ステップS5;No)。従って、最初に、バイアス駆動部のゲインが調整される。その後、コンパレーター156の電圧信号の変動(すなわち、振動型のエラー)が検出され、フィードバック駆動部152のゲインが調整されることになる。
電圧制御部15は、各静電アクチュエーター56A,56Bの駆動量の目標値(設定値)に応じて駆動電圧(バイアス電圧及びフィードバック電圧)を印加する。駆動開始から所定時間T0経過後における、ギャップ検出器151の検出値と設定値との差が許容範囲Lを越える場合、コンパレーター156の出力がHighレベルVHとなる場合がある。状態検出手段164は、コンパレーター156の出力がHighレベルVHとなったことを検出する。すなわち、各静電アクチュエーター56A,56Bの駆動が安定化するべきタイミングにおいて、駆動量の検出値と設定値との偏差の絶対値が許容範囲L内であるか否かを検出する。
これにより、フィードバック制御が適切に実施されておらず、ギャップG1の寸法(駆動量)の設定値に対して、実際のギャップG1の寸法(駆動量)が、所定の閾値を超えた値で安定していたり、振動し続けていたりすることを検出でき、フィードバック制御のエラーを検出することができる。
これに対して、電圧制御部15は、所定時間T0経過後に、ギャップ検出器151の検出値と設定値との偏差の絶対値として、閾値を超える偏差の絶対値、及び閾値未満の偏差の絶対値を交互に複数回検出することで、各静電アクチュエーター56A,56Bが発振していることを検出する。すなわち、安定化時間が経過しても、駆動量の変動が収束しておらず、フィードバック制御のエラーとして、振動型のエラーを検出できる。これにより、フィードバック駆動部152のゲインを調整することができ、駆動量を収束させることができる。
これに対して、検出値が許容範囲Lの範囲外で収束している場合、すなわち定常偏差型のエラー(図6参照)が発生し、粗動駆動による駆動量と設定値との差が、微動駆動の調整可能な範囲を超えている状態であることを検出できる。そして、検出結果に応じて、バイアス指令手段162がバイアス電圧(駆動パラメーター)を調整する。これにより、粗動駆動の駆動量を微動駆動の調整可能な範囲に収めることができ、アクチュエーターの駆動量をより確実、かつ精度よく制御することができる。
なお、所定時間T0の長さは、安定化時間以上であることが好ましく、安定化時間以上であれば特に制限されないが、安定化時間に対して所定時間T0が長くなりすぎると、エラーの検出タイミングまでの待機時間が長くなるため、測定時間が長くなるおそれがある。適正なフィードバック制御が実施されている場合に確実に安定化させることができる長さに安定化時間が設定されている場合は、安定化時間を所定時間T0に設定することで、測定時間を短縮できる。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、本発明において、アクチュエーターとして、波長可変干渉フィルター5におけるギャップG1の寸法を変化させる静電アクチュエーターを例示したが、これに限定されない。アクチュエーターとしては、例えば、圧電アクチュエーターや、誘電コイルアクチュエーター等、他のアクチュエーターを用いたフィードバックループを対象としてもよい。特に、駆動電圧に対して駆動量が非線形に変動するアクチュエーターの場合、駆動特性の変動により、フィードバック制御時に最適なゲインが設定されていないと、上述したように、異常発振等、正常な駆動が妨げられるおそれがある。本発明は、このような駆動特性が非線形に変動するアクチュエーターに有効であり、最適なゲインを設定することで、最適な制御状態を維持したフィードバック制御を実施することができる。
図8は、波長可変干渉フィルターを備えた測色装置400の一例を示すブロック図である。
この測色装置400は、図8に示すように、検査対象Aに光を射出する光源装置410と、測色センサー420(光学モジュール)と、測色装置400の全体動作を制御する制御装置430(処理部)とを備える。そして、この測色装置400は、光源装置410から射出される光を検査対象Aにて反射させ、反射された検査対象光を測色センサー420にて受光し、測色センサー420から出力される検出信号に基づいて、検査対象光の色度、すなわち検査対象Aの色を分析して測定する装置である。
この制御装置430としては、例えば汎用パーソナルコンピューターや、携帯情報端末、その他、測色専用コンピューターなどを用いることができる。そして、制御装置430は、図8に示すように、光源制御部431、測色センサー制御部432、及び測色処理部433などを備えて構成されている。
光源制御部431は、光源装置410に接続され、例えば利用者の設定入力に基づいて、光源装置410に所定の制御信号を出力して、所定の明るさの白色光を射出させる。
測色センサー制御部432は、測色センサー420に接続され、例えば利用者の設定入力に基づいて、測色センサー420にて受光させる光の波長を設定し、この波長の光の受光量を検出する旨の制御信号を測色センサー420に出力する。これにより、測色センサー420の電圧制御部15は、制御信号に基づいて、静電アクチュエーター56に電圧を印加し、波長可変干渉フィルター5を駆動させる。
測色処理部433は、ディテクター11により検出された受光量から、検査対象Aの色度を分析する。
このようなガス検出装置の一例を以下に図面に基づいて説明する。
図10は、図9のガス検出装置の制御系の構成を示すブロック図である。
このガス検出装置100は、図9に示すように、センサーチップ110と、吸引口120A、吸引流路120B、排出流路120C、及び排出口120Dを備えた流路120と、本体部130と、を備えて構成されている。
本体部130は、流路120を着脱可能な開口を有するセンサー部カバー131、排出手段133、筐体134、光学部135、フィルター136、波長可変干渉フィルター5、及び受光素子137(検出部)等を含む検出装置(光学モジュール)と、検出された信号を処理し、検出部を制御する制御部138(処理部)、電力を供給する電力供給部139等から構成されている。また、光学部135は、光を射出する光源135Aと、光源135Aから入射された光をセンサーチップ110側に反射し、センサーチップ側から入射された光を受光素子137側に透過するビームスプリッター135Bと、レンズ135C,135D,135Eと、により構成されている。
また、図10に示すように、ガス検出装置100の表面には、操作パネル140、表示部141、外部とのインターフェイスのための接続部142、電力供給部139が設けられている。電力供給部139が二次電池の場合には、充電のための接続部143を備えてもよい。
更に、ガス検出装置100の制御部138は、図10に示すように、CPU等により構成された信号処理部144、光源135Aを制御するための光源ドライバー回路145、波長可変干渉フィルター5を制御するための電圧制御部146、受光素子137からの信号を受信する受光回路147、センサーチップ110のコードを読み取り、センサーチップ110の有無を検出するセンサーチップ検出器148からの信号を受信するセンサーチップ検出回路149、及び排出手段133を制御する排出ドライバー回路150などを備えている。
本体部130の上部のセンサー部カバー131の内部には、センサーチップ検出器148が設けられており、このセンサーチップ検出器148でセンサーチップ110の有無が検出される。信号処理部144は、センサーチップ検出器148からの検出信号を検出すると、センサーチップ110が装着された状態であると判断し、表示部141へ検出動作を実施可能な旨を表示させる表示信号を出す。
これらのレイリー散乱光やラマン散乱光は、光学部135を通ってフィルター136に入射し、フィルター136によりレイリー散乱光が分離され、ラマン散乱光が波長可変干渉フィルター5に入射する。そして、信号処理部144は、電圧制御部146に対して制御信号を出力する。これにより、電圧制御部146は、上記実施形態に示すように、ギャップ検出器151、フィードバック駆動部152、及びマイコン16により構成され、上記実施形態と同様の駆動方法により、波長可変干渉フィルター5を駆動させ、検出対象となるガス分子に対応したラマン散乱光を波長可変干渉フィルター5で分光させる。
この後、分光した光が受光素子137で受光されると、受光量に応じた受光信号が受光回路147を介して信号処理部144に出力される。この場合、波長可変干渉フィルター5から目的とするラマン散乱光を精度よく取り出すことができる。
信号処理部144は、上記のようにして得られた検出対象となるガス分子に対応したラマン散乱光のスペクトルデータと、ROMに格納されているデータとを比較し、目的のガス分子か否かを判定し、物質の特定をする。また、信号処理部144は、表示部141にその結果情報を表示させたり、接続部142から外部へ出力したりする。
以下に、上記物質成分分析装置の一例として、食物分析装置を説明する。
この食物分析装置200は、図11に示すように、検出器210(光学モジュール)と、制御部220と、表示部230と、を備えている。検出器210は、光を射出する光源211と、測定対象物からの光が導入される撮像レンズ212と、撮像レンズ212から導入された光を分光する波長可変干渉フィルター5と、分光された光を検出する撮像部213(検出部)と、を備えている。
また、制御部220は、光源211の点灯・消灯制御、点灯時の明るさ制御を実施する光源制御部221と、波長可変干渉フィルター5を制御する電圧制御部222と、撮像部213を制御し、撮像部213で撮像された分光画像を取得する検出制御部223と、信号処理部224(分析部)と、記憶部225と、を備えている。
そして、信号処理部224は、上述のようにして得られた検査対象の食物の成分や含有量、カロリーや鮮度等の情報を表示部230に表示させる処理をする。
更には、鉱物の成分分析を実施する鉱物分析装置としても用いることができる。
例えば、各波長の光の強度を経時的に変化させることで、各波長の光でデータを伝送させることも可能であり、この場合、光学モジュールに設けられた波長可変干渉フィルターにより特定波長の光を分光し、受光部で受光させることで、特定波長の光により伝送されるデータを抽出することができ、このようなデータ抽出用光学モジュールを備えた電子機器により、各波長の光のデータを処理することで、光通信を実施することもできる。
図12は、分光カメラの概略構成を示す模式図である。分光カメラ300は、図12に示すように、カメラ本体310と、撮像レンズユニット320と、撮像部330(検出部)とを備えている。
カメラ本体310は、利用者により把持、操作される部分である。
撮像レンズユニット320は、カメラ本体310に設けられ、入射した画像光を撮像部330に導光する。また、この撮像レンズユニット320は、図12に示すように、対物レンズ321、結像レンズ322、及びこれらのレンズ間に設けられた波長可変干渉フィルター5を備えて構成されている。
撮像部330は、受光素子により構成され、撮像レンズユニット320により導光された画像光を撮像する。
このような分光カメラ300では、波長可変干渉フィルター5により撮像対象となる波長の光を透過させることで、所望波長の光の分光画像を撮像することができる。この時、各波長に対して、電圧制御部(図示略)が上記実施形態に示すような本発明の駆動方法により波長可変干渉フィルター5を駆動させることで、精度よく目的波長の分光画像の画像光を取り出すことができる。
また、本発明の波長可変干渉フィルターを生体認証装置として用いてもよく、例えば、近赤外領域や可視領域の光を用いた、血管や指紋、網膜、虹彩などの認証装置にも適用できる。
例えば、電圧印加により、駆動電圧に対して駆動量が非線形に変化するアクチュエーター駆動装置のフィードバック制御に利用することができ、このようなアクチュエーターとして例えば、ピエゾアクチュエーター等が挙げられる。具体的には、ピエゾアクチュエーターに駆動電圧を印加することで、ミラーを駆動電圧に応じた角度だけ姿勢を変更させるミラーデバイス等にも適用できる。この場合、所定の駆動電圧を印加した際のピエゾアクチュエーターの駆動量(駆動角度等)を検出することで、ピエゾアクチュエーターの駆動特性を取得し、取得した駆動特性に基づいてピエゾアクチュエーターの駆動をフィードバック制御する構成等が挙げられる。
Claims (6)
- 駆動電圧の印加により駆動するアクチュエーターと、
前記アクチュエーターの駆動量を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記駆動量の検出値、及び前記駆動量の設定値に応じて、前記アクチュエーターに印加する駆動電圧を制御するフィードバックループと、を具備し、
前記フィードバックループは、前記アクチュエーターの駆動開始から所定時間経過後における、前記検出値と前記設定値との偏差の絶対値が所定閾値を超えるか否かを検出する偏差検出手段を備えている
ことを特徴とするアクチュエーター制御装置。 - 請求項1に記載のアクチュエーター制御装置において、
前記偏差検出手段により前記偏差の絶対値が前記閾値を超えたと判定された場合に、前記フィードバックループにおける前記アクチュエーターの駆動パラメーターを補正するパラメーター補正手段を備えた
ことを特徴とするアクチュエーター制御装置。 - 請求項2に記載のアクチュエーター制御装置において、
パラメーター補正手段は、前記偏差検出手段により前記所定時間経過後に、前記絶対値が前記閾値以下の前記偏差と、前記閾値を超える前記偏差とが交互に複数回検出された場合に、前記フィードバックループにおけるゲインを小さくする
ことを特徴とするアクチュエーター制御装置。 - 請求項2又は請求項3に記載のアクチュエーター制御装置において、
前記アクチュエーターは、互いに独立して駆動可能な第一アクチュエーターと、第二アクチュエーターと、を備え、
前記フィードバックループは、前記第一アクチュエーターに対して所定のバイアス電圧を印加するバイアス電圧印加手段と、前記検出手段により検出された前記駆動量、及び前記アクチュエーターの駆動量の目標値に基づいて前記第二アクチュエーターに印加する駆動電圧を制御する制御器と、を備え、
前記パラメーター補正手段は、前記偏差検出手段により、前記所定時間経過後に、前記絶対値が前記閾値以上の前記偏差が継続して検出された場合に、前記バイアス電圧印加手段における前記バイアス電圧を変更する
ことを特徴とするアクチュエーター制御装置。 - 互いに対向する一対の反射膜と、
駆動電圧の印加により駆動し、駆動量に応じて前記一対の反射膜間のギャップ寸法を変化させるアクチュエーターと、
前記アクチュエーターの駆動量を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記駆動量の検出値、及び前記駆動量の設定値に応じて、前記アクチュエーターに印加する駆動電圧を制御するフィードバックループと、を具備し、
前記フィードバックループは、前記アクチュエーターの駆動開始から所定時間経過後における、前記検出値と前記設定値との偏差の絶対値が所定閾値を超えるか否かを検出する偏差検出手段を備えている
ことを特徴とする光学モジュール。 - 駆動電圧の印加により駆動するアクチュエーターと、
前記アクチュエーターの駆動量を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出された前記駆動量の検出値、及び前記駆動量の設定値に応じて、前記アクチュエーターに印加する駆動電圧を制御するフィードバックループと、
前記アクチュエーターの駆動により所定の処理を実施する処理部と、を具備し、
前記フィードバックループは、前記アクチュエーターの駆動開始から所定時間経過後における、前記検出値と前記設定値との偏差の絶対値が所定閾値を超えるか否かを検出する偏差検出手段を備えている
ことを特徴とする電子機器。
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