JP5033713B2 - 静電型マイクロミラー駆動システム - Google Patents

Description

本発明は、静電型マイクロミラー駆動システムに関する。

従来、光走査を行う装置などにおいて静電型マイクロミラーが提案されている。

特許文献１は、静電型マイクロミラーにおける共振周期を測定するために、駆動用パルスの電圧が低い状態（オフ状態）を示す期間に静電容量の測定を行う静電型マイクロミラー駆動システムを開示する。
特開２００５−２６６０５４号公報

しかし、特許文献１では、駆動用パルスの電圧が高い状態（オン状態）を示す期間には、測定は行われない。駆動用と測定用のパルスを加算する回路を設ければ測定を常に行うことは出来るが、回路構成が複雑になる。

したがって本発明の目的は、回路構成を複雑にすることなく、連続的にマイクロミラーの共振周期を測定できる静電型マイクロミラー駆動システムを提供することである。

本発明に係る静電型マイクロミラー駆動システムは、静電力によって駆動されるマイクロミラーと、マイクロミラーの駆動用周期よりも短い測定用周期を有するパルスに対応した電力を、マイクロミラーに供給する電源部と、パルスに基づいて、マイクロミラーに流れる電流の電流値を測定する測定部とを備え、パルスに基づく、マイクロミラーへの入力電圧の平均値と時間との関係は、駆動用周期を有する波形で示され、駆動用周期は、電流値に基づくマイクロミラーの駆動状態に応じて設定される。

好ましくは、パルスは、パルスのデューティ比が駆動用周期の１／２ごとに第１デューティ比と第１デューティ比よりも小さい第２デューティ比とに切り替えられるパルスである。

さらに好ましくは、マイクロミラーの駆動力の調整は、第１、第２デューティ比の少なくとも一方の大きさを調整することにより行われる。

また、好ましくは、電源部が出力するパルスは、パルスのデューティ比と時間との関係が駆動用周期を有する略正弦波形で示されるパルスである。

また、好ましくは、駆動用周期は、マイクロミラーの共振周期に近づくように設定される。

以上のように本発明によれば、回路構成を複雑にすることなく、連続的にマイクロミラーの共振周期を測定できる静電型マイクロミラー駆動システムを提供することができる。

以下、本発明にかかる実施形態について、図１〜４を用いて説明する。本実施形態における静電型マイクロミラー駆動システム１は、制御部１０、電源部２０、マイクロミラー３０、及び測定部４０を備える。

ＤＳＰなどの制御部１０は電源部２０を制御し、電源部２０は、制御部１０の制御に基づいてマイクロミラー３０に駆動用及び測定用の電力を供給する。測定部４０は、マイクロミラー３０が共振状態にあるか否かを判断するためにマイクロミラー３０に流れる電流を測定する。

制御部１０は、設定された値（電圧値）、及び測定された値（電流値）からマイクロミラー３０の静電容量を算出し、マイクロミラー３０が共振状態にあるか否かを判断し、共振状態になるように、すなわち、実際の入力パルスによって形成される入力波形の平均値の時間変化の周期（駆動用周期Ｔ）が共振周期に近づくように、電源部２０からマイクロミラー３０に供給される電力を調整する。また、マイクロミラー３０の駆動力を調整するために、電源部２０からマイクロミラー３０に供給される電力（実際の入力パルスにおけるオン期間の第１デューティ比Ｄ_ＯＮ、オフ期間の第２デューティ比Ｄ_ＯＦＦ）を調整する。

具体的には、マイクロミラー３０への入力電圧の平均値と時間との関係が駆動用周期Ｔを有するパルス波形で示されるように、デューティ比がＴ／２ごとに大きい値（第１デューティ比Ｄ_ＯＮ）と小さい値（第２デューティ比Ｄ_ＯＦＦ）とに切り替えられ、駆動用周期Ｔよりも十分に短い測定用周期Ｔｓのパルスを、制御部１０が電源部２０に出力し、電源部２０が入力パルスに対応した電力をマイクロミラー３０に供給する。

入力波形の平均において電圧が高い状態（オン状態）を示す期間（オン期間＝Ｔ／２）における入力パルスの第１デューティ比Ｄ_ＯＮは、電圧が低い状態（オフ状態）を示す期間（オフ期間＝Ｔ／２）における入力パルスの第２デューティ比Ｄ_ＯＦＦに比べて大きく設定される。

マイクロミラー３０の駆動力を小さくする場合には、オン期間とオフ期間の電位差が小さくなるように、オン期間における入力パルスの第１デューティ比Ｄ_ＯＮが比較的小さく、オフ期間における入力パルスの第２デューティ比Ｄ_ＯＦＦが比較的大きく設定される（図２参照）。

マイクロミラー３０の駆動力を大きくする場合には、オン期間とオフ期間の電位差が大きくなるように、オン期間における入力パルスの第１デューティ比Ｄ_ＯＮが比較的大きく、オフ期間における入力パルスの第２デューティ比Ｄ_ＯＦＦが比較的小さく設定される（図３参照）。

マイクロミラー３０は、静電力によって駆動され、自身の回転により入射される光の偏向を調整（光走査）するもので、レーザー光の走査機構などに使用される。マイクロミラー３０の回転駆動は、マイクロミラー３０が共振状態にある場合、すなわち駆動用周期Ｔが共振周期に近づいた場合に最も効率よく行われる。駆動用周期Ｔに比べて十分に短い測定用周期Ｔｓのパルスは、マイクロミラー３０の回転駆動には殆ど影響しない。

測定部４０は、測定用周期Ｔｓの入力パルスに基づいて、マイクロミラー３０に流れる電流の電流値を測定し、制御部１０に出力する。測定用周期Ｔｓの値は、マイクロミラー３０の配線における寄生容量と、マイクロミラー３０の静電容量とを区別し、できるだけ大きな電流が流れるように駆動用周期Ｔの１０分の１以下に設定されるのが望ましい。測定用周期Ｔｓに比べて十分に長い駆動用周期Ｔは、測定部４０における電流測定に殆ど影響しない。

本実施形態では、共振状態にあるか否かを判断するための電流測定が連続的に行われるため、常に共振状態を確認しながらマイクロミラー３０を効率よく駆動することが可能になる。また、駆動用と測定用のパルスの加算回路を設ける必要がないため、回路を簡素化することが出来る。

また、電源部２０から電力を供給して駆動するためにマイクロミラー３０上に設けられた電極を使って、測定部４０による電流測定を行うことが出来るため、これらの電極を別々に設けた形態や、電源部２０とマイクロミラー３０との接続と、測定部４０とマイクロミラー３０との接続を切り替えるためのスイッチを設ける必要がなく、回路構成を簡素化出来る。

なお、本実施形態では、制御部１０が電源部２０に対して、測定用周期Ｔｓを有し、２種類のデューティ比（第１、第２デューティ比Ｄ_ＯＮ、Ｄ_ＯＦＦ）が、駆動用周期Ｔの１／２ごとに切り替えられるパルスを出力し、マイクロミラー３０への入力電圧の平均値と時間との関係が駆動用周期Ｔを有するパルス波形で示される形態を説明したが、制御部１０が電源部２０に対して出力するパルスはこれに限らず、測定用周期Ｔｓ、及び駆動用周期Ｔの条件を満たす限り、他の形態であってもよい。

例えば、制御部１０が電源部２０に対して、測定用周期Ｔｓを有し、パルスごとのデューティ比と時間との関係が駆動用周期Ｔを有する略正弦波形で示される形態であってもよい（図４上段参照）。この場合、マイクロミラー３０への入力電圧の平均値と時間との関係は駆動用周期Ｔを有する略正弦波形で示される（図４下段参照）。この場合、パルスの振幅が徐々に変化するため、直流オフセット成分の発生を抑えることが可能になる。また、パルスごとのデューティ比と時間との関係は、略正弦波形で示される形態に限らず、略三角波形などのような法則性を有する波形で示される形態であってもよいし、法則性を有しない波形で示される形態であってもよい。

本実施形態における静電型マイクロミラー駆動システムの構成図である。 マイクロミラーの駆動力を小さくする場合の、実際の入力波形と、入力波形の平均値を示す波形図である。 マイクロミラーの駆動力を大きくする場合の、実際の入力波形と、入力波形の平均値を示す波形図である。 実際の入力波形におけるパルスごとのデューティ比と時間との関係が略正弦波形を示す場合の、実際の入力波形と、入力波形の平均値を示す波形図である。

符号の説明

１ 静電型マイクロミラー駆動システム
１０ 制御部
２０ 電源部
３０ マイクロミラー
４０ 測定部
Ｔ 駆動用周期
Ｔｓ 測定用周期

Claims (5)

1. 静電力によって駆動されるマイクロミラーと、
   前記マイクロミラーの駆動用周期よりも短い測定用周期を有するパルスに対応した電力を、前記マイクロミラーに供給する電源部と、
   前記パルスに基づいて、前記マイクロミラーに流れる電流の電流値を測定する測定部とを備え、
   前記パルスに基づく、前記マイクロミラーへの入力電圧の平均値と時間との関係は、前記駆動用周期を有する波形で示され、
   前記駆動用周期は、前記電流値に基づく前記マイクロミラーの駆動状態に応じて設定されることを特徴とする静電型マイクロミラー駆動システム。
2. 前記パルスは、前記パルスのデューティ比が前記駆動用周期の１／２ごとに第１デューティ比と前記第１デューティ比よりも小さい第２デューティ比とに切り替えられるパルスであることを特徴とする請求項１に記載の静電型マイクロミラー駆動システム。
3. 前記マイクロミラーの駆動力の調整は、前記第１、第２デューティ比の少なくとも一方の大きさを調整することにより行われることを特徴とする請求項２に記載の静電型マイクロミラー駆動システム。
4. 前記電源部が出力するパルスは、前記パルスのデューティ比と時間との関係が前記駆動用周期を有する略正弦波形で示されるパルスであることを特徴とする請求項１に記載の静電型マイクロミラー駆動システム。
5. 前記駆動用周期は、前記マイクロミラーの共振周期に近づくように設定されることを特徴とする請求項１に記載の静電型マイクロミラー駆動システム。