KR100630029B1 - 변위 검출 기능을 구비한 마이크로 액츄에이터, 및 당해마이크로 액츄에이터를 구비한 가변형 미러 - Google Patents

변위 검출 기능을 구비한 마이크로 액츄에이터, 및 당해마이크로 액츄에이터를 구비한 가변형 미러 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 정전 구동 액츄에이터 등의 가동 소자 Ai에, 구동 신호를 부여하여 변위시키면서 변위 검출부(6)에 의해 그 변위를 검출하고, 교정부(15)가 구동 신호와 변위와의 관계를 자기 교정함으로써, 액츄에이터 특성의 시간 경과 변화나 환경 변화 등을 보정한다. 전환부(7)는 하나의 변위 검출부를 복수의 가동 소자 Ai에 선택적으로 접속함으로써, 변위 검출을 위한 회로를 삭감한다.

Description

변위 검출 기능을 구비한 마이크로 액츄에이터, 및 당해 마이크로 액츄에이터를 구비한 가변형 미러{MICROACTUATOR PROVIDED WITH DIPLACEMENT DETECTION FUNCTION, AND DEFORMABLE MIRROR PROVIDED WITH THIS MICROACTUATOR}
본 발명은 변위 검출 기능을 구비한 마이크로 액츄에이터, 및 당해 마이크로 액츄에이터를 구비한 가변형 미러(deformable mirror)에 관한 것이다. 또한, 이러한 마이크로 액츄에이터를 구비한 여러 가지의 장치에 관한 것이다.
반도체 프로세스를 이용한 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 기술에 의해, 다양한 마이크로 액츄에이터가 개발되고 있다. MEMS 기술에 의하면, 다수의 액츄에이터나 구동 회로 등을 동시에 일괄 형성할 수 있기 때문에, 그 특징을 활용한 응용이 도모되고 있다. 기판상의 다수의 미소 미러를 배열한 가변형 미러도 그 하나이다. 가변형 미러는 광의 파면(波面) 수차를 액티브하게 보정하는 보상 광학 장치, 디스플레이, 및 광통신 등의 각종 장치에 응용되고 있다.
가변형 미러의 변위량의 제어에 관해서는 종래, 하기의 2개의 방법이 알려져 있다.
하나는 개방 루프 제어로서, 다단층의 구동 전압을 인가하여 미러 변위량을 제어하는 것이 있다(예를 들면, R.W.Corrigan, D.T.Amm and C.S.Gudeman "Grating Light ValveTM Technology for Projection Displays", Presented at the International Display Workshop, Kobe Japan, 9 Dec 1998, Paper Number LAD51). 동일 문헌에서는, 가변형 미러는 미러 변위량에 의해서 회절 광량을 제어하는 회절 격자로서 이용되고, 가변형 미러의 변위량을 다단층으로 개방 루프 제어하고 있다. 동일 문헌에는, 미리 제조 공정에서 구동 전압과 회절 광량과의 관계를 실험적으로 여러 점 측정하고, 이것을 보간해서 변환 테이블을 작성하여 가변형 미러마다의 특성의 격차를 보정하는 기술이 개시되어 있다.
다른 하나는 외부 센서를 이용한 폐루프 제어로서, 예를 들면 보상 광학 장치에서는 파면 센서를 이용하여 검출한 오차 신호로부터 가변형 미러의 제어 신호를 생성하여 폐루프 제어를 행하고 있다(예를 들면, J.A.Perreault, T.G.Blfano et al., "Adaptive optic correction using microelectromechanical deformable mirrors", Optical Engineering, Vol.41, No.3, pp.561-566(March 2002)).
또한, 마이크로 센서의 분야에서는 하기의 기술이 알려져 있다. 압력 센서에서는, 외부 압력에 의한 격막(diaphragm)의 변형을 정전 용량 변화로 검출하는 것이 있다(예를 들면, S.B.Crary, W.G.Baer et al., "Digital Compensation of High-performance Silicon Pressure Transducers", Sensors and Actuators, A21-A23, pp.70-72(1990)). 동일 문헌에는, 복수의 온도 조건하에서 압력과 센서 출력 과의 관계를 미리 실험적으로 구해 두고, 이들 관계를 근사한 교정 다항식을 메모리에 저장한 구성이 개시되어 있다.
또한, 외부 압력을 없애도록 별도의 전극에서 정전력을 발생하여 격막의 변형을 실질적으로 영(zero)이 되도록 제어를 행하여, 그 정전력의 크기로부터 외부 압력을 구하는 평형력(Force Balanced)형의 압력 센서도 있다(예를 들면, B.P.Gogoi, C.C.Wang, C.H.Mastrangelo, Force Balanced Micromachined Pressure Sensors", IEEE transactions on electron devices, Vol.48, No.8, pp.1575-1584(August 2001)).
각속도 센서에서는, 외부로부터의 각속도에 의해서 발생하는 코리올리력에 의해 가동자가 변위하는 양을 정전 용량 변화로 검출하는 것이 있다(예를 들면, T.Juneau, A.P.Pisano, J.H.Smith, "Dual Axis Operation of a Micromachined Rate Gyroscope", Transducers'97, 1997 International Conference on Solid-State Sensors and Actuators; Chicago, June 16-19, pp.883-886). 동일 문헌에는 가동자의 초기의 위치 어긋남에 의한 영점의 드리프트(drift)를 보정하는 구성이 개시되어 있다.
그러나, 상기한 바와 같은 마이크로 액츄에이터에는 이하의 과제가 있었다.
제조 공정에서 변환 테이블을 작성하여 개방 루프 제어를 행하는 것은, 변환 테이블의 데이터 채취가 번잡하고, 또한 시간 경과적 변화 또는 환경 변화 등에 대한 대응에 한계가 있었다. 예를 들면, 구동 전압과 회절 광량의 관계를 채취하기 위해서는, 실제로 외부로부터 광을 모아서 하나의 화소마다 광량을 측정할 필요가 있어 전용의 측정 장치를 필요로 하고, 또한, 광 스폿의 위치 맞춤 등의 작업이 많아, 데이터 채취가 지극히 번잡하였다. 또한, 측정할 수 있는 것은 제조 공정에서의 초기 특성만이며, 실제로 장치에 내장된 상태에서 가동부의 변위량을 모니터하는 것은 할 수 없었다. 이 때문에, 시간 경과 변화나 온도 등의 환경 변화에 따르는 액츄에이터 특성의 변화가 있어도, 이에 대응한 보정을 할 수 없었다.
파면 센서 등의 외부 센서를 이용하여 폐루프 제어를 행하는 것은, 먼저 제 1 과제로서, 제어 구성이 고가이었다. 안정한 폐루프 제어를 행하기 위해서는, 파면 센서의 검출점 수는 가변형 미러의 액츄에이터 수보다도 많게 할 필요가 있어, 예를 들면 Shack-Hartmann형 파면 센서에서는 일반적으로 검출점 수는 액츄에이터 수의 약 2배 이상이 필요로 되고 있다. 이 때문에, 폐루프 제어를 위해서는 비교적 고분해능의 센서가 필요하고, 또한, 파면 센서의 각 검출점과 가변 미러의 각 구동점을 정밀하게 대응시키는 위치 조정도 필요하였다. 또한, 복수의 검출 신호로부터 파면 재구성 등의 연산을 실행하여 각 구동점의 제어 신호를 생성하는 제어 회로도 비교적 고밀도로 대규모인 것을 필요로 하였다. 또한, 제 2 과제로서는, 파면 센서에 의한 광량 손실이 큰 점에 있었다. 파면 센서는 파면의 보정 대상인 광속의 일부를 사용하여 파면을 검출하고 있기 때문에, 이것은 광량의 손실 요인이다. 폐루프 제어를 위해서 파면의 검출점 수를 늘려 각 검출점에서 일정한 센서 감도(S/N)를 확보하고자 하면, 파면 센서에 의한 큰 광량 손실이 발생하고 있었다.
또한, 압력 센서나 각속도 센서 등의 마이크로 센서에는, 하기와 같은 구성상의 특징과 그에 따르는 문제가 있었다. 먼저, 첫 번째로 전술한 문헌에 기재된 마이크로 센서는 하나의 가동자에 대하여 변위 검출과 제어를 실행하고 있을 뿐이지만, 가변형 미러와 같이 다수의 액츄에이터를 동시에 구동하는 것이 필요한 경우에는, 각 액츄에이터에 대하여 폐루프 제어를 실행하면, 이를 위한 회로 규모가 지극히 커진다고 하는 문제가 있었다. 즉, 변위 검출을 위한 검출 신호 발생기, 증폭기, A/D 변환기, 제어 회로 등의 각 회로가 액츄에이터 수와 동일한 수가 필요하고, 특히 액츄에이터 수가 다수인 경우에는 회로 규모가 커져 칩 전체의 비용이 높아진다고 하는 과제가 있었다.
제 2 과제로서는, 구동 신호와 변위와의 관계를 측정해서 자기 교정하는 구성이 개시되어 있지 않아, 종래 기술을 액츄에이터의 변위 정밀도를 향상시키는 용도에 이용하는 것이 곤란하였다. 압력 센서도 각속도 센서도 외계로부터 인가된 힘에 의해 변위하는 가동자와 이 가동자의 변위를 센서 출력으로 변환하는 구성은 구비하고 있지만, 이 변환시의 대응시킴은 미리 메모리에 저장된 것을 이용하고 있고, 영점의 드리프트 보정을 제외하면, 가동자의 변위와 출력과의 대응 관계는 고정되어 있었다. 영점의 드리프트 보정은 가동자가 변위하고 있지 않는 상태에서의 오프셋을 보정하는 것으로, 이것은 구동 신호와 변위와의 관계와는 본질적으로 무관계하다. 따라서, 예를 들면 반복하여 피로에 의한 스프링 정수 변화 등이라고 한 기계 특성의 시간 경과 변화가 있어도, 이것을 보정하는 것은 할 수 없었다.
즉, 액츄에이터에 변위를 부여하면서 그 구동 신호와 변위와의 관계를 자기 교정하는 구성은 어느 하나의 문헌에도 개시되어 있지 않아, 시간 경과 변화나 여러 가지의 환경 변화에 대하여 변화되는 액츄에이터 특성을 넓은 변위 범위에서 보 상하는 것은 곤란하였다.
본 발명은 상기 과제를 해결하여 간이한 구성으로, 시간 경과 변화 또는 환경 변화에 대한 특성 격차를 보정해서 신뢰성이 높은 위치 제어를 실행하는 마이크로 액츄에이터 및 가변형 미러를 제공하는 것을 목적으로 한다.
발명의 개시
본 발명의 마이크로 액츄에이터는, 기판과, 상기 기판상에 변위 가능하게 지지된 가동 소자와, 상기 가동 소자를 변위시키기 위한 구동 신호를 출력하는 구동부와, 상기 가동 소자의 변위와 상기 구동 신호와의 대응 관계를 유지하는 변환부와, 상기 구동 신호가 인가된 상태에서의 상기 가동 소자의 변위를 검출하는 변위 검출부와, 상기 구동 신호와 상기 변위 검출부의 출력을 이용하여 상기 변환부가 유지하는 대응 관계를 교정하는 교정부를 구비한다.
바람직한 실시예에서, 상기 가동 소자는 상기 기판에 고정된 고정 전극과, 상기 고정 전극에 대향하는 가동 전극을 구비하고, 상기 변위 검출부는 상기 고정 전극과 상기 가동 전극 사이의 정전 용량의 변화에 의해서 상기 가동 소자의 변위를 검출한다.
바람직한 실시예에서, 상기 구동부는 상기 가동 소자의 1차 공진 주파수 근방 또는 그 이하의 저주파 신호를 상기 구동 신호로서 출력하고, 상기 변위 검출부는 상기 가동 소자의 1차 공진 주파수 이상의 고주파 신호를 상기 구동 신호에 중첩시킨다.
바람직한 실시예에서, 상기 구동부는 실질적인 DC 전압을 상기 구동 신호로서 출력한다.
바람직한 실시예에서, 상기 구동부는 복수 단계의 상기 DC 전압을 상기 구동 신호로서 출력하고, 상기 변위 검출부는 상기 복수 단계의 각 단계에서 상기 가동 소자의 변위를 검출하고, 상기 교정부는 상기 각 단계의 DC 전압과 상기 변위 검출부의 출력을 소정 형식의 근사 함수로 근사한다.
바람직한 실시예에서, 상기 구동부는 복수 단계의 주파수를 가지는 저주파 신호를 상기 구동 신호로서 출력하고, 상기 변위 검출부는 가진(加振)된 상기 가동 소자의 변위를 검출하고, 상기 교정부는 상기 구동 신호와 변위 검출부의 출력을 대응시켜, 상기 가동 소자의 진폭 응답 또는 위상 응답을 산출한다.
바람직한 실시예에서, 상기 구동부는 상기 가동 소자의 1차 공진 주파수 근방의 저주파 신호를 상기 구동 신호로서 복수 단계로 출력하고, 상기 변위 검출부는 상기 복수 단계의 각 단계에서 가진된 상기 가동 소자의 변위를 검출하고, 상기 교정부는 상기 구동 신호와 변위 검출부의 출력을 대응시켜, 상기 가동 소자의 1차 공진 주파수를 추출한다.
바람직한 실시예에서, 상기 구동 신호의 진폭을 크게 설정한 경우에는, 상기 변위 검출부가 발생하는 상기 고주파 신호의 진폭을 작게 설정한다.
바람직한 실시예에서, 상기 가동 소자의 상기 가동 전극은 소정의 축에 관해서 대략 대칭인 제 1 도전성 부분 및 제 2 도전성 부분을 포함하여, 상기 축을 중심으로 해서 경동(傾動) 자유롭게 지지되고, 또한, 상기 고정 전극은 상기 가동 전 극의 제 1 도전성 부분에 간극을 거쳐서 대향하는 제 1 전극과, 상기 가동 전극의 제 2 도전성 부분에 간극을 거쳐서 대향하는 제 2 전극을 포함하고, 상기 구동부는 상기 제 1 도전성 부분과 상기 제 1 전극 사이 또는 상기 제 2 도전성 부분과 상기 제 2 전극 사이에 상기 구동 신호를 인가하고, 상기 변위 검출부는 상기 제 1 전극에 제 1 고주파 신호를 인가하고, 상기 제 2 전극에 상기 제 1 고주파 신호와 동일한 진폭 또한 역위상의 제 2 고주파 신호를 인가하여, 상기 제 1 도전성 부분과 상기 제 2 도전성 부분에 전기적으로 접속한 단자의 전압을 검출한다.
바람직한 실시예에서, 상기 변환부는 상기 가동 소자의 변위와 대응시켜진 전압 지령값을 발생하고, 상기 구동부는 상기 전압 지령값에 따른 상기 구동 신호를 출력하는 DA 변환기를 구비하고, 상기 교정부는 상기 전압 지령값과 상기 가동 소자의 변위와의 대응 관계를 교정한다.
바람직한 실시예에서, 상기 DA 변환기는 비선형인 특성을 구비하여, 상기 구동 신호의 값이 클수록 상기 전압 지령값의 증가분에 대응한 상기 구동 신호의 증가분을 작게 마련하고 있다.
바람직한 실시예에서, 상기 교정부는 상기 전압 지령값과 상기 가동 소자의 변위와의 대응 관계를 1차 함수로 근사한다.
바람직한 실시예에서, 전원 기동시에 상기 교정부를 동작시킨다.
바람직한 실시예에서, 온도 검출부를 구비하고, 상기 온도 검출부가 소정값 이상의 온도 변화를 검출한 경우에 상기 교정부를 동작시킨다.
바람직한 실시예에서, 상기 변위 검출부의 출력이 소정 범위를 초과하고 있 는 경우에, 상기 가동 소자 또는 상기 변위 검출부의 이상을 판별하는 이상 판별부를 구비한다.
바람직한 실시예에서, 상기 이상 판별부가 이상을 판별한 경우에, 상기 교정부에 의한 상기 대응 관계의 갱신을 금지한다.
또한, 본 발명의 마이크로 액츄에이터는, 기판과, 상기 기판상에 변위 가능하게 지지된 복수의 가동 소자와, 상기 가동 소자를 변위시키기 위한 구동 신호를 출력하는 구동부와, 상기 가동 소자의 변위를 검출하는 변위 검출부와, 상기 구동부 및/또는 상기 변위 검출부와 상기 복수의 가동 소자의 각각을 선택적으로 접속하는 전환부를 구비한다.
바람직한 실시예에서, 상기 전환부가 상기 변위 검출부의 변위 검출 대상을 시계열로 전환하면서 각 상기 가동 소자의 변위를 검출한다.
바람직한 실시예에서, 상기 변위 검출부의 출력을 이용하여 상기 구동부의 출력을 폐루프 제어하는 폐루프 제어부를 구비한다.
바람직한 실시예에서, 상기 구동부의 출력을 개방 루프 제어하는 개방 루프 제어부를 더 구비하고, 상기 폐루프 제어부와 상기 개방 루프 제어부를 시계열로 전환하여 상기 가동 소자의 제어를 실행한다.
바람직한 실시예에서, 상기 개방 루프 제어부가 상기 폐루프 제어부에 의해 제어된 상기 구동부의 출력을 홀드하는 홀드부를 구비한다.
바람직한 실시예에서, 상기 가동 소자가 상기 구동 신호에 따른 전하를 축적 가능하게 마련되고, 상기 전환부가 상기 가동 소자를 상기 폐루프 제어부에 접속한 제 1 상태와, 상기 가동 소자를 고임피던스로서 상기 전하를 유지한 제 2 상태로 전환한다.
바람직한 실시예에서, 각 상기 가동 소자가 상기 폐루프 제어부와 접속되어 있는 시간에 관계하는 값을 계측하는 카운터와, 상기 폐루프 제어의 수속을 검지하는 수속 검지부를 구비하고, 상기 카운터로부터의 출력이 소정의 상한값을 초과해도 상기 수속 검지부가 상기 수속을 검지하지 않는 경우에, 상기 전환부가 상기 가동 소자와 상기 폐루프 제어부와의 접속을 절단한다.
바람직한 실시예에서, 상기 가동 소자가 상기 폐루프 제어부와 접속되어 있는 시간에 관계하는 값이 상기 폐루프 제어부의 반복 루프 횟수이다.
바람직한 실시예에서, 상기 수속 검지부가 상기 수속을 검지하고, 상기 전환부가 상기 폐루프 제어부의 접속처를 다음 가동 소자로 전환한 시점에서의 상기 카운터의 출력이 상기 상한값 미만인 경우에, 상기 카운터의 출력에 따라서 다음 가동 소자의 상한값을 변경한다.
바람직한 실시예에서, 상기 전환부가 상기 복수의 가동 소자 중 적어도 2개 이상을 동시에 상기 변위 검출부에 접속한다.
바람직한 실시예에서, 상기 고주파 신호의 진폭값과 동등 이상의 크기의 바이어스 전압을 상기 고정 전극과 상기 가동 전극의 쌍방에 인가한다.
본 발명의 다른 마이크로 액츄에이터는, 기판과, 상기 기판상에 변위 가능하게 지지된 가동 소자와, 상기 가동 소자를 변위시키기 위한 구동 신호를 출력하는 구동부와, 상기 가동 소자의 변위를 검출하는 변위 검출부와, 상기 구동부 및/또는 상기 변위 검출부와 상기 가동 소자를 연결하는 배선 경로내에 마련되어, 상기 배선 경로를 접속한 상태와 절단한 상태 사이에서 전환을 실행하는 전환부와, 상기 배선 경로를 접속한 상태에서 얻어진 상기 변위 검출부의 제 1 출력을, 상기 배선 경로를 절단한 상태에서 얻어진 상기 변위 검출부의 제 2 출력을 이용하여 보정하는 교정부를 구비하고 있다.
본 발명의 또 다른 마이크로 액츄에이터는, 기판과, 상기 기판상에 변위 가능하게 지지된 가동 소자와, 상기 가동 소자를 변위시키기 위한 구동 신호를 출력하는 구동부와, 상기 구동 신호가 인가된 상태에서의 상기 가동 소자의 변위를 검출하는 변위 검출부를 구비하고, 상기 가동 소자는 상기 기판에 고정된 고정 전극과, 상기 고정 전극에 대향하는 가동 전극을 구비하고, 상기 가동 전극은 소정의 축에 관해서 대략 대칭인 제 1 도전성 부분 및 제 2 도전성 부분을 포함하여 상기 축을 중심으로 하여 경동 자유롭게 지지되고, 상기 고정 전극은 상기 가동 전극의 제 1 도전성 부분에 간극을 거쳐서 대향하는 제 1 전극과, 상기 가동 전극의 제 2 도전성 부분에 간극을 거쳐서 대향하는 제 2 전극을 포함하고, 상기 구동부는 상기 제 1 전극에 인가되는 제 1 구동 신호와, 상기 제 1 구동 신호와 상이한 크기를 가지며, 상기 제 2 전극에 인가되는 제 2 구동 신호를 발생하고, 상기 변위 검출부는 상기 가동 소자의 1차 공진 주파수 이상의 고주파 신호를 출력하는 고주파 신호 발생부와, 제 1 단자에서 상기 제 1 전극에 접속된 제 1 부하 임피던스 소자와, 제 2 단자에서 상기 제 2 전극에 접속된 제 2 부하 임피던스 소자와, 상기 제 1 단자와 제 2 단자에 접속하는 고주파 검출부를 구비하고, 상기 제 1 부하 임피던스 소자의 상기 제 1 단자의 반대측의 단자에는 상기 고주파 신호를 중첩한 상기 제 1 구동 신호를 인가하고, 상기 제 2 부하 임피던스 소자의 상기 제 2 단자의 반대측의 단자에는 상기 고주파 신호를 중첩한 상기 제 2 구동 신호를 인가하고, 상기 고주파 검출부는 상기 제 1 단자와 상기 제 2 단자 사이에서의 상기 고주파 신호의 위상 또한/또는 진폭을 비교하는 것에 의해 상기 가동 소자의 변위를 검출한다.
본 발명의 가변형 미러는, 상기 어느 하나의 마이크로 액츄에이터를 구비한 가변형 미러로서, 상기 가동 소자의 적어도 일부에 광반사 영역이 형성되어 있다.
본 발명의 장치는 상기 어느 하나의 마이크로 액츄에이터를 구비하고 있다.
본 발명의 구동 장치는 가동 소자를 갖는 마이크로 액츄에이터의 구동 방법으로서, 상기 가동 소자를 변위시키기 위한 구동 신호를 출력하는 단계와, 상기 가동 소자의 변위와 상기 구동 신호와의 대응 관계를 유지하는 단계와, 상기 구동 신호가 인가된 상태에서의 상기 가동 소자의 변위를 검출하는 단계와, 상기 구동 신호와 상기 변위 검출부의 출력을 이용하여 상기 대응 관계를 교정하는 단계를 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에서의 마이크로 액츄에이터의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에서의 마이크로 액츄에이터의 구동 회로의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에서의 교정 동작 루틴의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 2에서의 마이크로 액츄에이터의 개략적인 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 2에서의 간헐 폐루프 제어 루틴의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 실시예 3에서의 마이크로 액츄에이터의 개략적인 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 3에서의 간헐 폐루프 제어 루틴의 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시예 4에서의 마이크로 액츄에이터의 분해 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시예 4에서의 구동 회로(100a)의 개략적인 구성도이다.
도 10은 본 발명의 실시예 4에서의 교정 동작 루틴의 흐름도이다.
도 11(a) 및 (b)는 어떤 가동 소자에서의 전압 지령값 D와 변위와의 대응 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 실시예 5에서의 마이크로 액츄에이터의 개략적인 구성도이다.
도 13은 본 발명의 실시예 6에서의 마이크로 액츄에이터의 개략적인 구성도이다.
도 14(a)는 본 발명의 실시예 6에서의 비선형 DA 컨버터(176)의 개략적인 구성을 나타내고, 도 14(b)는 그 교정부(178)에서의 전압 지령값 D와 변위 Z와의 대응 관계를 설명하기 위한 그래프이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예를 설명한다.
(실시예 1)
먼저, 도 1~3을 참조하면서 본 발명에 의한 마이크로 액츄에이터의 실시예 1을 설명한다. 본 실시예의 마이크로 액츄에이터는 경동 동작을 행하는 정전 액츄에이터이다. 이러한 마이크로 액츄에이터는, 예를 들면 반도체 제조 프로세스 기술을 이용하여 제작될 수 있다. 본 실시예의 마이크로 액츄에이터는 광의 반사 방향을 다단층으로 제어하는 가변형 미러에 적용된다.
먼저, 도 1을 참조한다. 도 1은 본 실시예에서의 마이크로 액츄에이터의 개략적인 구성도이다. 도 1에서, 실리콘 웨이퍼인 기판(1)상에는 구동 회로(2)가 마련되고, 그 위에 30㎛ 이상의 두께로 절연층(3)이 마련되어 있다. 절연층(3)상에는 n개(n은 2 이상의 정수)의 가동 소자 A1~An으로 이루어지는 가동부(4)가 구성되어 있다. 가동부(4)의 가동 소자 A1~An은 서로 동일한 구성을 갖고 있고, 여기서는, i(i는 1 이상 n 이하의 정수)번째의 가동 소자 Ai를 예로 들어서 설명한다. 가동 소자 Ai는 2개의 고정 전극 ELi, ERi와, 이들 고정 전극 ELi, ERi에 대향하는 위치에 마련된 가동 전극 Yi와, 이 가동 전극 Yi를 경동 자유롭게 지지하는 한 쌍의 도전성 포스트 Pi를 구비하고 있다.
가동 소자 Ai는 포스트 Pi를 중심으로 하여 좌우 대칭의 형상을 하고 있다. 가동 전극 Yi는 제 1 도전성 부분 YLi 및 제 2 도전성 부분 YRi를 갖고 있다. 제 1 도전성 부분 YLi는 간극을 거쳐서 제 1 전극 ELi와 대향하고, 제 2 도전성 부분 Y Ri는 간극을 거쳐서 제 2 전극 ERi와 대향해 있다. 가동 전극 Yi의 상면은 광을 반사하는 반사 미러로서 기능한다.
제 1 전극 ELi와 가동 전극 Yi 사이, 또는 제 2 전극 ERi와 가동 전극 Y i 사이에 전위차를 부여하면, 정전력에 의해서 가동 전극 Yi는 왼쪽 또는 오른쪽으로 도는 경동을 실행한다. 그 결과, 가동 전극 Yi의 상면에 의해서 반사되는 광의 방향이 변한다. 전위차의 크기를 조절하는 것에 의해, 가동 전극 Yi의 경사 각도를 제어할 수 있다.
여기서, 제 1 전극 ELi와 가동 전극 Yi의 제 1 도전성 부분 YLi가 형성하는 콘덴서의 용량을 CLi, 제 2 전극 ERi와 가동 전극 Yi의 제 2 도전성 부분 YRi가 형성하는 콘덴서의 용량을 CRi라고 한다. 이 때, 가동 전극 Yi가 수평 자세로 있는 초기 상태에서는, CLi=CRi의 관계가 거의 성립한다.
용량 CLi, CRi의 크기 ，각각, 가동 전극 Yi의 경동 변위에 따라서 역방향으로 증감한다. 본 실시예에서는, 용량 CLi, CRi의 크기의 변화를 검지하는 것에 의해서 가동 전극 Yi의 변위를 검출한다.
단자 TLi, TRi, 및 TPi는 각각 고정 전극 ELi, ERi, 및 포스트 Pi에 접속해 있다. 이들 단자는 절연층(3)을 관통한 비어로서 구동 회로(2)와 접속된다.
다음에 도 2를 참조하여, 구동 회로(2)의 상세를 설명한다. 도 2는 본 실시예에서의 마이크로 액츄에이터의 구동 회로의 개략적인 구성도이다.
구동 회로(2)는 전체를 제어하는 제어부(5), 각 가동 소자 Ai의 변위를 검출하는 변위 검출부(6), 및 변위 검출부(6)의 측정 대상으로 되는 가동 소자를 선택하는 전환부(7)를 구비하고 있다.
제어부(5)는 I/F부(10), 목표 변위 설정부(11), 변환부(12), 전압 지령부(13), 변위 검출 제어부(14), 교정부(15), 제 1 구동 전압 발생부(20), 제 2 구동 전압 발생부(22)를 구비하고 있다. 본 실시예에서는, 전압 지령부(13), 제 1 구동 전압 발생부(20), 및 제 2 구동 전압 발생부(22)가 「구동부」를 구성하고 있다.
I/F부(10)는 제어에 관계하는 외부와의 커맨드 및 데이터를 교환한다.
목표 변위 설정부(11)는 I/F부(10)로부터의 출력에 근거하여 가동 소자 A1~An의 각 목표 변위를 결정한다.
변환부(12)는 가동 소자 A1~An의 각 목표 변위를 구동 전압에 관계하는 목표 데이터로 변환한다. 변환부(12)에는 각 가동 소자 A1~An의 구동 전압과 변위와의 대응 관계가 변환 테이블로서 저장된다. 각 가동 소자 A1~An의 특성 격차는 여기서 보정된다.
전압 지령부(13)는 각 가동 소자 A1~An의 제어를 실행할 때에는, 변환부(12)의 출력에 근거하여 가동 소자 A1~An을 변위시키기 위한 전압 지령값 D(VL1)~D(V Ln), D(VR1)~D(VRn)를 출력한다. 전압 지령값 D(VL1)~D(VLn), D(V R1)~D(VRn)는 고정 전극용 단자 TL1~TLn, TR1~TRn에 인가하는 구동 전압 VL1~V Ln, VR1~VRn에 각각 대응해 있다. 또한, 전압 지령부(13)는 가동 소자 Ai의 변위를 검출할 때에는, 고정 전극용 단자 TLi, TRi에 인가하는 구동 전압의 DC 성분 VL, VR의 차동분 VL-VR의 값을 어떤 소정의 타이밍으로 변화시키도록 전압 지령값 D(VL), D(VR)를 변화시켜 간다. 이 방식의 일례로서, 여기서는 VL 또는 VR의 한쪽을 0V로 설정해 두고, 다른 쪽을 0V로부터 소정 전압 단위로 늘려 가는 방법을 취한다. 전압 지령부(13)가 발생하는 VL, VR의 제어값 및 그 변화의 타이밍에 관해서는 변위 검출 제어부(14)의 출력에 근거하여 제어가 행해진다.
변위 검출 제어부(14)는 전압 지령부(13)에 전압 지령값 D(VL), D(VR)를 변화시키기 위한 지령을 실행한다. 또한, 변위 검출부(6)의 트랜지스터(26)를 도통시키고, 이것을 소정 시간 유지하여 검출 신호 Vout의 오프셋을 제거한다. 이에 의해, 전압 지령값 D(VL), D(VR)를 변화시키는 것에 의해서 발생하는 검출 신호 Vout의 변동을 채널할 수 있다.
교정부(15)는 전압 지령부(13)가 출력하는 전압 지령값 D(VL), D(VR)와, 변위 검출부(6)가 출력하는 가동 소자 Ai의 변위 검출 결과를 수취하여, 전압 지령값 D(VL), D(VR)와 변위와의 대응 관계를 작성한다. 이들 관계는 소정 형식의 근사 곡선에 피트시킴으로써 측정 오차를 제거하여, 보간된 형태로 변환부(12)의 변환 테이블에 저장된다.
제 1 구동 전압 발생부(20)는 전압 지령부(13)로부터의 전압 지령값 D(VL)에 근거하여 DC 전압 VL을 발생한다. 제 2 구동 전압 발생부(22)는 전압 지령부(13)로부터의 전압 지령값 D(VR)에 근거하여 DC 전압 VR을 발생한다.
변위 검출부(6)는 제 1 고주파 신호 발생부(21), 제 2 고주파 신호 발생부(23), 연산 증폭기(24), 콘덴서(25), 트랜지스터(26), 증폭기(27), AD 변환기(28)를 구비한다.
제 1 고주파 신호 발생부(21)는 진폭 VA, 주파수 f의 AC 전압을 발생한다. 주파수 f는 100㎑~1㎒의 범위내의 소정의 값을 취하고, 이것은 가동 소자 Ai의 1차 공진 주파수 fo(1~10㎑)보다도 큰 값으로 한다. 제 1 구동 전압 발생부(20)와 제 1 고주파 신호 발생부(21)는 직렬로 접속되어 있어, 양쪽의 합으로서 제 1 출력 전압 VL+VAsin(2πft)이 얻어진다.
제 2 고주파 신호 발생부(23)는 제 1 고주파 신호 발생부(21)와 동일한 진폭 VA, 주파수 f에서 위상이 180° 상이한 AC 전압을 발생한다. 제 2 구동 전압 발생부(22)와 제 2 고주파 신호 발생부(23)는 직렬로 접속되어 있어, 양쪽의 합으로서 제 2 출력 전압 VR-VAsin(2πft)이 얻어진다.
전환부(7)에 의해서 가동 소자 Ai와의 접속이 선택된 경우에는, 제 1 및 제 2 출력 전압 VL+VAsin(2πft), VR-VAsin(2πft)은 각각 단자 TLi, TRi에 입력되어, 단자 TPi로부터의 출력이 연산 증폭기(24)에 입력된다. 연산 증폭기(24)와 용량 Cf의 콘덴서(25)로 형성된 회로의 출력 Vout은 수학식 1로 나타내어지고, 우변의 제 2 항은 구동 전압 VL, VR의 변화 ΔVL, ΔVR에 의한 오프셋이기 때문에, 기술한 바와 같이 검출에 앞서 MOS 트랜지스터(26)를 도통시켜 이것을 제거하면, 정전 용량의 변화 CRi-CLi를 검출하기 위한 신호가 양호한 정밀도로 얻어진다.
Figure 112004060863450-pct00001
출력 Vout은 증폭기(27)에서 증폭되고, AD 변환기(28)에서 디지털 데이터화되어 교정부(15)에 출력된다.
전환부(7)는 가동 소자 A1~An의 각각에 대해서 구동 제어를 행하는 구동 모드와 변위 검출을 실행하는 검출 모드 사이에서 전환을 실행한다. 도면에서는 가동 소자 Ai는 검출 모드로 설정되어 있어, 이미 설명한 바와 같이 변위 검출부(6)와 접속되어 응답 특성이 조사된다. 또한, 도면에서는 가동 소자 Ai+1은 구동 모드로 설정되고 있어, 고정 전극용 단자 TLi+1, TRi+1은 각각 전압 지령부(13)에 의해 지령된 전압 VLi+1, VRi+1이 인가되고, 또한 가동 전극용 단자 TPi+1은 접지 전위에 접속되어 목표 위치로 구동된다.
이상과 같이 구성한 마이크로 액츄에이터의 동작에 대해서 도 3을 참조하면서 설명한다. 도 3은 본 실시예에서의 마이크로 액츄에이터의 교정 동작 루틴의 흐름도이다.
장치 기동시나, 또는 도시하지 않은 온도 센서가 소정값 이상의 온도 변화를 검지했을 때, 또는 내장하는 타이머가 전회의 변환 데이터 갱신시부터 소정 시간 이상의 동작 시간을 카운트했을 때 등에, 본 실시예의 마이크로 액츄에이터는 변환부(12)에 저장된 가동 소자 A1~An의 변환 테이블을 갱신한다.
먼저, i=1로 하여(단계 30), 변위 검출을 실행하는 가동 소자 Ai로서 1번째의 가동 소자 A1이 선택된다. 전환부(7)가 가동 소자 Ai를 변위 검출부(6)에 접속한다(단계 31). 이 때, Ai 이외의 모든 가동 소자는 변위 검출부(6)와의 접속을 분리되어 있다.
변위 검출에서는, 전압 지령부(13)가 출력하는 전압 지령값 D(VL), D(VR)를 변화시켜, 제 1 구동 전압 발생부(20)의 출력 전압 VL과 제 2 구동 전압 발생부(20) 의 출력 전압 VR을 복수 단계로 출력시키면서, 각 단계에서 가동 소자 Ai의 변위 검출을 실행한다. 구체적으로는, 먼저 VR을 0V로 설정하고(단계 32), VL을 0V로부터 최대 전압 Vmax까지 단계적으로 증가시켜, 각 전압에서의 가동 소자 Ai의 변위를 측정한다.
측정된 변위 데이터는 각 VL의 값과 함께 교정부(15)에 기억된다(단계 33). 다음에, VL을 0V로 하고(단계 34), VR을 0V로부터 최대 전압 Vmax까지 단계적으로 증가시켜, 각 전압에서의 가동 소자 Ai의 변위를 측정한다. 측정된 변위 데이터는 각 VR의 값과 함께 교정부(15)에 기억된다(단계 35). 측정이 완료하면, 교정부(15)는 전압차 VL-VR과 변위 데이터를 소정의 근사 함수로 피팅하여, 근사 함수의 각 항의 계수 및 상관값을 산출한다(단계 36).
이 근사 함수의 각 항의 계수 및 상관값에는 미리 정상값이라고 판단되는 범위가 설정되어 있어, 얻어진 이들 값이 이 정상 범위내에 있는지 여부를 판단한다(단계 37). 정상 범위내에 없는 경우에는 측정 결과에 오류가 있었다고 판단한다(단계 38). 오류 처리의 내용은 계수 및 상관값의 값에 따라서 상이하며, 간신히 정상 범위로부터 벗어나 있는 경우는 재측정을 실행하고, 예를 들면 VL이나 VR의 전압에 상관없이 가동 소자가 거의 변위하지 않는 경우는 가동 소자 또는 변위 검출부(6)가 고장나 있다고 판단하여 오류 표시를 실행하고, 변환 테이블의 리라이팅을 금지한다.
정상 범위내에 있는 경우에는, 측정 결과를 유효라고 판단하여 변환 테이블을 갱신하고(단계 39), 다음 가동 소자의 측정으로 이행한다(단계 40). n번째의 가동 소자 An의 측정이 종료하면 변환 테이블의 작성 루틴은 완료한다.
변환 테이블의 작성이 완료하면, 마이크로 액츄에이터는 이것을 이용한 제어 동작으로 이행한다. 전환부(7)는 모든 가동 소자 A1~An을 구동 제어를 행하는 구동 모드로 한다.
본 실시예에서의 가동 소자의 제어는 개방 루프 제어로서, 목표 변위 설정부(11)에 의해서 각 가동 소자 A1~An의 목표 변위가 설정되면, 변환부(12)에 의해서 구동 전압에 관계하는 목표 데이터로 변환되고, 전압 지령부(13)에 의해 지령된 구동 전압이 인가되어, 가동 소자 A1~An은 소망하는 자세로 제어된다.
이상 설명한 바와 같은 본 실시예의 마이크로 액츄에이터에 의하면, 자기의 구동력으로 얻어진 변위량을 자기 검출하는 구성을 구비하고 있기 때문에, 외부의 변위 측정기가 불필요하고, 위치 맞춤 등의 세팅에 관계하는 번잡한 작업을 필요로 하지 않으며, 극히 간이하게 개별의 가동 소자의 특성 격차를 보정하는 변환 테이블을 작성할 수 있다.
또한, 장치에 내장된 상태에서 측정이 가능하기 때문에, 시간 경과 변화나 온도 등의 환경 변화에 따르는 가동 소자 특성의 변화에도 대응할 수 있다.
또한, 전환부(7)가 하나의 변위 검출부(6)를 복수의 가동 소자로 전환하여 순회시키면서 변위 검출을 실행하고 있기 때문에, 다수의 가동 소자를 구비한 액츄에이터에 있어서도, 변위 검출을 위한 검출 신호 발생기, 증폭기, A/D 변환기 등의 수를 대폭 저감시킬 수 있어, 회로 규모를 삭감하여 칩 비용을 삭감할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 구동 전압 발생부(20)와 고주파 신호 발생부(21)를 별도로 구성하여 접속한 예에 대해서 설명했지만, 양쪽을 하나의 DA 변환기로 구성하고, 전압 지령부(13)로부터의 제어 신호를 주파수 f에서 변조하여 VL+VAsin(2πft)의 출력 전압을 얻어도 무방하다. 또한, AC 전압의 파형은 정현파가 아니라 직사각형파로서도 무방하다. 구동 전압 발생부(22)와 고주파 신호 발생부(23)에 대해서도 마찬가지이다. 이렇게 하면, 변위 검출용의 신호 발생 회로의 대부분이 구동 제어용의 회로와 공용화되어, 회로 전체의 간소화를 도모할 수 있다.
또한, 전압 지령부(13)는 DC 전압 성분 VL, VR만을 가변으로 한 예에 대해서 설명했지만, AC 전압 성분의 진폭 VA를 가변으로 할 수도 있다. 특히, 전위차 VL-VR의 절대값이 작을 때에는 진폭 VA를 크게 하고, 전위차 VL-VR의 절대값이 클 때에는 진폭 VA를 작게 하면, 이하의 2개의 효과가 있다. 첫째로, AC 전압 성분에 의한 가동 소자의 변위로의 영향을 억제하면서 검출 감도를 크게 할 수 있다. 전위차 VL-VR의 절대값이 작을 때는, 가동 소자 Ai의 변위가 작고 정전 용량의 변화 CLi-CRi도 작기 때문에, 검지 신호 Vout의 진폭은 작고 S/N비가 얻어지기 어려운 한편, AC 전압 성분에 의해 가동 소자 Ai에 발생하는 흡인력은 고정 전극 ELi측과 ERi 측에서 거의 균형이 잡혀 상쇄되기 때문에, 가동 소자의 변위로의 영향이 작다. 전위차 VL-VR의 절대값이 클 때는 이 반대의 특성을 나타난다. 따라서, 전위차 VL-V R의 절대값이 작을 때에는 진폭 VA를 크게 하고, 전위차 VL-VR의 절대값이 클 때에는 진폭 VA를 작게 하면, AC 전압 성분에 의한 가동 소자의 변위로의 영향을 억제하면서 검출 감도를 크게 할 수 있다. 둘째로, 동일한 전원 전압에 대하여 가동 소자의 측정 가능한 변위의 랜지를 넓게 잡을 수 있다. 가동 소자의 측정 가능한 변위의 랜지는 DC 전압의 설정 랜지에 의해 결정되고, 이것은 전체의 전압에서 AC 전압 성분을 뺀 것으로 된다. 구동 전압 VL 또는 VR의 절대값이 클 때에 진폭 VA를 작게 함으로써, 동일한 전원 전압에 대하여 가동 소자가 측정 가능한 변위의 랜지를 넓힐 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 변위 검출부(6)는 1채널로서 설명했지만, 변위 검출부(6)가 복수의 채널을 구비하고, 모든 가동 소자 A1~An도 복수의 블록으로 분할하여, 변위 검출부(6)의 각 채널이 각 블록내를 순회 체크하도록 구성해도 무방하다.
또한, 본 실시예에서는 가동 소자는 하나씩 변위 검출부(6)와 접속했지만, 복수의 가동 소자를 동시에 하나의 변위 검출부(6)와 접속해도 무방하다. 이 경우, 각각의 가동 소자의 격차가 평균화되어 전체 특성의 변화를 측정하는 경우에는 정밀도가 양호한 측정을 실행할 수 있다. 온도 특성 변화 등의 환경 변화에 대하여 모든 가동 소자가 대개 일정한 경향을 가져서 특성이 변화되는 경우에는, 이렇 게 해서 얻어진 전체적인 보정 데이터를 개별의 가동 소자의 변환 데이터에 가산하면 된다.
또한, 본 실시예에서는 구동 신호를 DC 신호로 했지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 가동 소자에 소망하는 변위를 부여할 수 있는 구동 신호로서 가동 소자의 1차 공진 주파수 이하의 저주파수의 구동 신호를 인가하여, 변위 검출부(6)에 의해 가동 소자의 진폭과 위상을 측정하는 것에 의해, 가동 소자의 응답 특성을 측정할 수도 있다. 또한, 구동 신호의 주파수를 가동 소자의 1차 공진 주파수 부근에서 시프트시켜 공명점을 탐색함으로써, 가동 소자의 공진 주파수 자신을 측정할 수도 있고, 이에 의해서도 양호한 정밀도로 가동 소자의 응답 특성을 측정할 수 있다. 교정부(15)는 이들 응답 특성으로부터 가동 소자의 전압-변위 특성을 산출하고, 변환부(12)에 저장하여 이용할 수 있다. 가동 소자의 1차 공진 주파수 fo와 경동에 관한 스프링 정수 k에는 fo가 k의 평방근에 비례한다고 하는 관계를 이용하는 것에 의해, 1차 공진 주파수 fo의 변화를 검출하여 정적인 구동 전압과 변위의 관계를 교정할 수도 있다.
또한, 본 실시예에서는 가동 소자를 정전형 가동 소자, 변위 검출부(6)의 변위 검출 방식을 정전 용량 검출 방식으로서 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 가동 소자에 압전 소자를 이용하여, 변위 검출 방식을 이 전압 효과를 이용한 것으로 하더라도 무방하다.
(실시예 2)
도 4~5를 참조하면서, 본 발명에 의한 마이크로 액츄에이터의 실시예 2를 설명한다. 도 4는 본 실시예에서의 마이크로 액츄에이터의 개략적인 구성도이다.
본 실시예의 마이크로 액츄에이터는 가동부(4), 변위 검출부(6), 전환부(7), I/F부(10), 목표 변위 설정부(11), 변위 검출 제어부(14)에 대해서는 실시예 1에서 설명한 구성과 동일한 구성을 갖고 있다. 실시예 1과 상이한 부분은 제어부(50)의 구성이고, 본 실시예에서는 제어부(50)는 변위 검출부(6)의 출력을 이용하여 가동 소자 A1~An에 대하여 간헐적인 폐루프 제어를 행한다.
제어부(50)는 전압 지령부(51)를 구비하고, 전압 지령부(51)는 서보 제어부(52)와 전압값 홀드부(53)를 구비한다.
서보 제어부(52)는 목표 변위 설정부(11)와 변위 검출부(6)와의 차를 오차 신호 ε로서 입력하고, 소망하는 제어 특성을 갖게 하기 위한 PID 제어기를 구비하며, 이 제어 출력으로서 전압값 VL, VR의 지령값을 인가하여 선택된 가동 소자 Ai 에 대한 폐루프 제어를 행한다. 또한, 서보 제어부(52)는 오차 신호 ε의 값 및 그 시간 미분값이 소정값 이하로 된 경우에 상기의 제어가 수속했다고 판단하고, 가동 소자 Ai에 대한 폐루프 제어를 종료하여 개방 루프 제어로 전환하고, 또한, 다음 가동 소자 Ai+1에 대한 폐루프 제어를 행한다. 보다 상세하게는, 제어의 수속을 판단하면, 서보 제어부(52)는 그 시점에서의 전압값 VL, VR의 지령값을 전압값 홀드부 (53)에 출력한다. 전압값 홀드부(53)는 이 전압값 VL, VR의 지령값을 가동 소자 A i에 대한 지령값 VLi, VRi로서 유지하고, 다음 번에 다시 서보 제어부(52)로부터 가동 소자 Ai에 대한 새로운 지령값을 입력할 때까지는, 이 지령값을 출력한다. 전환부(7)는 가동 소자 Ai의 접속처를 변위 검출부(6)로부터 전압값 홀드부(53)로 전환하고, 가동 소자 Ai+1의 접속처를 전압값 홀드부(53)로부터 변위 검출부(6)로 전환한다.
이상과 같이 구성한 마이크로 액츄에이터의 동작에 대해서 도 5를 참조하면서 설명한다. 도 5는 본 실시예에서의 마이크로 액츄에이터의 간헐 폐루프 제어 루틴의 흐름도이다.
먼저, i=1로 하여(단계 60), 폐루프 제어를 행하는 가동 소자 Ai로서 1번째의 가동 소자 A1을 선택한다. 전환부(7)가 가동 소자 Ai를 변위 검출부(6)에 접속한다(단계 61). 이 때, Ai 이외의 모든 가동 소자는 전압값 홀드부(53)와 접속되고, 이 출력값을 기초로 개방 루프 제어되고 있다.
가동 소자 Ai의 제어 전압값 VL, VR의 초기값은 전압값 홀드부(53)에 전회 유지한 VLi, VRi의 값을 이용한다(단계 62). 변위 검출부(6)는 가동 소자 Ai의 변위를 검출하여, 이 검출 변위량을 목표 변위 설정부(11)가 출력한 목표 변위량과 일치하도록 서보 제어부(52)는 폐루프 제어를 행한다(단계 63).
검출 변위량과 목표 변위량과의 오차 신호 ε의 절대값이 소정값 α로 되고, 또한 오차 신호 ε의 시간 미분값 Δε/Δt의 절대값이 소정값 β 이하로 된 경우에는 서보 제어부(52)는 제어가 수속했다고 판단하고(단계 64), 서보 제어부(52)는 그 시점에서의 전압값 VL, VR의 지령값을 전압값 홀드부(53)에 출력한다. 전압값 홀드부(53)는 이 전압값 VL, VR의 지령값을 가동 소자 Ai에 대한 지령값 VL, VR로서 유지한다(단계 65). 또한, 전환부(7)는 가동 소자 Ai의 접속처를 변위 검출부(6)로부터 전압값 홀드부(53)로 전환한다(단계 66). 이에 의해, 가동 소자 Ai에 대한 폐루프 제어로부터 개방 루프 제어로의 전환이 완료하여, 다음 가동 소자 Ai+1의 폐루프 제어로 이행한다(단계 67). n번째의 가동 소자 An의 폐루프 제어가 완료하면(단계 68), 간헐 폐루프 제어 루틴은 일순한다.
이 간헐 폐루프 제어 루틴은 적어도 목표 변위 설정부(11)의 출력값이 갱신된 경우에는 반드시 실행되고, 가동 소자 A1~An은 소망하는 자세로 제어된다. 또는, 상시 정기적으로 이 루틴을 실행해도 무방하다.
이상 설명한 바와 같은 본 실시예의 마이크로 액츄에이터에 의하면, 전환부(7)가 하나의 변위 검출부(6) 및 서보 제어부(52)를 복수의 가동 소자로 전환하여 순회시키면서 폐루프 제어를 행하고, 제어가 수속한 가동 소자는 그 상태를 유지하는 개방 루프 제어를 행하기 때문에, 다수의 가동 소자를 구비한 액츄에이터에 있어서도, 변위 검출을 위한 검출 신호 발생기, 증폭기, A/D 변환기 등의 수를 대폭 저감시킬 수 있어, 회로 규모를 삭감하여 칩 비용을 삭감할 수 있다.
(실시예 3)
도 6~7을 참조하면서, 본 발명에 의한 마이크로 액츄에이터의 실시예 3을 설명한다. 도 6은 본 실시예에서의 마이크로 액츄에이터의 개략적인 구성도이다.
본 실시예의 마이크로 액츄에이터는 가동부(4), I/F부(10), 목표 변위 설정부(11), 변위 검출 제어부(14), 제 1 구동 전압 발생부(20), 제 1 고주파 신호 발생부(21), 제 2 구동 전압 발생부(22), 제 2 고주파 신호 발생부(23), 연산 증폭기(24), 콘덴서(25), MOS 트랜지스터(26), 증폭기(27), AD 변환기(28)에 대해서는 실시예 2에서 설명한 구성과 동일한 구성을 갖고 있다.
실시예 2와 상이한 부분은 전환부(70), 변위 검출부(71), 제어부(75)의 구성이다. 본 실시예에서는 변위 검출부(71)에 대해서는 변위 검출 신호로부터 주파수 f의 신호만을 추출하는 구성을 부가하고, 수학식 1의 우변 제 2 항에 나타내어진 구동 전압 VL, VR의 변화 ΔVL, ΔVR에 의한 오프셋을 경감하여, 폐루프 제어 정밀도를 높이고 있다. 또한, 서보 제어부(77)에 의한 폐루프 제어가 수속한 후는 전환부(70)가 가동 소자 Ai와의 접속을 끊어, 단자 TLi, TRi, TPi를 고임피던스로서 전극간에 축적된 전하를 유지하는 구성으로 한 것에 의해, 전압값 홀드부를 유지하지 않는 간소한 간헐 폐루프 제어를 행하고 있다.
전환부(70)에는 가동 소자 A1~An의 각각에 대응한 스위치 S1~Sn이 배설(配設) 되어 있다. 스위치 Si는 가동 소자 Ai의 각 단자 TLi, TRi, TPi와 접속하여, 스위치를 ON한 경우에는 각 단자를 각각 변위 검출부(71)를 포함하는 구동 회로에 접속하고, 스위치를 OFF한 경우에는 각 단자를 부유 상태로 한다. 각 3개의 단자의 ON, OFF의 전환은 일괄하여 행해진다.
변위 검출부(71)에는 실시예 2의 구성에 부가하여, 발진기(72), 승산기(73), 로우패스 필터(74)를 구비한다. 발진기(72)는 제 1 고주파 신호 발생부(21)와 동일한 주파수 f를 가지는 AC 신호를 발생한다. 또한, 발진기(72)가 발생하는 AC 신호의 위상은 제 1 고주파 신호 발생부(21)의 발생 전압의 위상과 동일하게 설정된다. 승산기(73)는 증폭기(27)의 출력과 발진기(72)의 출력을 곱한다. 이에 의해, 증폭기(27)의 출력 성분 중 주파수 f의 신호 성분만이 추출되고, 이 주파수 f의 신호 성분의 진폭에 비례하는 DC 전압이 출력된다. 승산기(73)로부터의 출력은 로우패스 필터(74)에 의해서 필터링된 후에, AD 변환기(28)에 의해 AD 변환된다. 이에 의해, 폐루프 제어시의 구동 전압 VL, VR의 변화 ΔVL, ΔVR이 발생하는 오프셋 전압을 저감하여, 위치 검출 정밀도를 높이고 있다.
제어부(75)는 전압 지령부(76)를 구비하고, 전압 지령부(76)는 서보 제어부(77)를 구비한다.
서보 제어부(77)는 목표 변위 설정부(11)와 변위 검출부(71)와의 차를 오차 신호 ε로서 입력하고, 이 제어 출력으로서 전압 VL, VR의 지령값을 인가하여 선택된 가동 소자 Ai에 대한 폐루프 제어를 행한다.
또한, 제어부(75)는 클럭 카운터(도시하지 않음)를 구비하고 있고, 전환부(70)의 스위치 Si가 ON으로 된 시점을 기점으로서 각 가동 소자 Ai가 서보 제어부(77)와 접속되어 있는 시간을 계측한다.
각 가동 소자 Ai의 폐루프 제어에 할당되는 시간에는 상한값 τ가 설정되어 있다. 오차 신호 ε의 값 및 그 시간 미분값이 소정값 이하로 되어 제어가 수속하던지, 또는 폐루프 제어의 소요 시간이 상한값 τ 이상으로 하면, 제어부(75)는 가동 소자 Ai에 대한 폐루프 제어를 종료한다. 상한값 τ는 통상의 상태에서는 제어가 수속하는데 충분한 값으로 설정되어 있다. 상한값 τ는 고정값이어도 무방하지만, 그때까지의 가동 소자의 제어 소요 시간의 이력을 반영시켜 결정해도 무방하다. 예를 들면, 하나 앞의 가동 소자 Ai-1의 상한값 τ에 대하여 실제의 수속 시간 ti-1이 작은 경우에, 그 잉여 시간 τ-ti-1의 전부 또는 일부를 가동 소자 Ai의 상한값 τ으로 이월하여 상승(上乘)시켜도 무방하다.
서보 제어부(77)에 의한 가동 소자 Ai로의 폐루프 제어를 종료하면 동시에, 전환부(70)는 스위치 Si를 0FF하여 단자 TLi, TRi, TPi를 부유 상태로 한다. 이에 의해, 가동 소자 Ai가 형성하는 캐패시터 CLi, CRi에 축적된 전하량은 누설 전류에 의한 소실량이 충분히 작은 시간내는 일정하게 유지되고, 가동 소자 Ai의 변위는 폐루프 제어 완료시의 상태로 유지된다.
전환부(70)는 다음 스위치 Si+1을 ON하고, 제어부(75)는 가동 소자 Ai+1에 대한 폐루프 제어를 행한다. 이와 같이, 순차적으로 가동 소자의 폐루프 제어를 시계열로 행하여 간다. 마지막의 가동 소자 An의 폐루프 제어를 완료하면, 다시 최초의 가동 소자 A1으로 되돌아가 2사이클째의 폐루프 제어를 행한다. 이 사이클의 주기 시간을 프레임 주기 시간이라고 부르기로 한다. 프레임 주기 시간은 마이크로 액츄에이터에 요구되는 응답 성능 조건과, 캐패시터 CLi, CRi에 축적된 전하량의 누설 전류에 의한 소실이 충분히 작아지기 위한 조건으로부터 결정된다. 각 가동 소자 Ai에 할당한 시간의 상한값 τ는 이 프레임 주기 시간이 만족해야 하는 조건을 만족하도록 설정되어 있다. 예를 들면, 상한값 τ을 고정값으로 한 경우는 nㆍτ가 프레임 주기 시간으로 된다. 그런데, 특히 폐루프 제어를 디지털 제어로 실행하는 경우에는, 상한값 τ나 경과 시간 ti와의 비교를 실제로 시간을 계측하여 실행하는 대신에, 폐루프 제어의 반복 루프 횟수를 카운트하여 루프 횟수의 상한값과 비교 관리해도 무방하다. 루프 횟수 관리도 간접적으로 시간을 관리하고 있는 점에서 본질적으로 시간 관리에 포함되지만, 관리 수속을 보다 간단하게 할 수 있다.
이상과 같이 구성한 마이크로 액츄에이터의 동작에 대해서 도 7을 참조하면서 설명한다. 도 7은 본 실시예에서의 마이크로 액츄에이터의 간헐 폐루프 제어 루틴의 흐름도이다.
먼저, 상한값 τ을 초기값 τ0로 설정한다(단계 80). 초기값 τ0는 프레임 주기 시간의 1/n의 값으로서, 미리 ROM에 저장된 것이다. 다음에, i=1로 하여, 폐루프 제어를 행하는 가동 소자 Ai로서 1번째의 가동 소자 A1을 선택한다(단계 81).
다음에, 전환부(70)가 스위치 Si를 ON하여, 가동 소자 Ai를 변위 검출부(71)에 접속한다(단계 82). 이 때, Ai 이외의 모든 가동 소자는 스위치가 OFF로 되어 있다.
가동 소자 Ai의 제어 전압값 VL, VR의 초기값은 목표 변위 설정부(11)의 출력을 변환부(12)에서 변환하여 작성한 값을 설정한다(단계 83). 변위 검출부(71)는 가동 소자 Ai의 변위를 검출하고, 이 검출 변위량을 목표 변위 설정부(11)가 출력한 목표 변위량과 일치하도록 서보 제어부(77)는 폐루프 제어를 행한다(단계 84).
검출 변위량과 목표 변위량과의 오차 신호 ε의 절대값이 소정값 α로 되고, 또한 오차 신호 ε의 시간 미분값 Δε/Δt의 절대값이 소정값 β 이하로 된 경우에는 서보 제어부(77)는 제어가 수속했다고 판단한다(단계 85). 수속이라고 판단되지 않는 경우는, 또한 경과 시간 ti와 상한값 τ을 비교하여, ti<τ이면 폐루프 처리를 계속한다(단계 86).
수속이라고 판단된 경우나 경과 시간 ti가 상한값 이상으로 된 경우는, 서보 제어부(77)에 의한 가동 소자 Ai로의 폐루프 제어를 종료하고, 전환부(70)가 스위치 Si를 OFF하여 단자 TLi, TRi, TPi를 부유 상태로 한다(단계 87).
다음에, 잉여 시간(τ-ti-1)에 계수 α를 곱하고, 다음 가동 소자에 대한 폐 루프 처리 시간의 상한값 τ로 이월한다(단계 88). 계수 α는 0< α<1을 만족하는 값으로 하여, 잉여 시간이 무제한으로 이월되어 축적하는 것을 방지한다. 보다 바람직하게는, 계수 α는 0< α<exp(-1/n)을 만족하는 값으로 하여, 1프레임 주기 시간 이전의 잉여 시간의 이월 결과의 영향도를 소정값 (1/e) 이하로 억제하고 있다.
다음에, i의 값을 인크리먼트하여, 가동 소자 Ai+1의 폐루프 제어로 이행한다(단계 89). 이렇게 해서 순차적으로 가동 소자를 전환하면서 폐루프 제어를 행하고, 일순하여 n번째의 가동 소자 An의 폐루프 제어가 완료하면, 재차 2순째로서 1번째의 가동 소자 An의 폐루프 제어를 개시한다(단계 90).
이상 설명한 바와 같은 본 실시예의 마이크로 액츄에이터에 의하면, 서보 제어부(77)에 의한 폐루프 제어가 수속한 후는 전환부(7O)가 가동 소자 Ai와의 접속을 끊어, 단자 TLi, TRi, TPi를 고임피던스로서 전극간에 축적된 전하를 유지하는 구성으로 하고 있기 때문에, 간이한 구성으로 다수의 가동 소자를 순회하는 간헐적인 폐루프 제어를 행할 수 있다.
또한, 각 가동 소자의 폐루프 제어에 할당되는 시간에 상한값 τ을 정하고 있기 때문에, 폐루프 제어의 수속 결과에 상관없이 마이크로 액츄에이터로서의 프레임 주기 시간을 확보할 수 있다.
또한, 이 상한값 τ을 그때까지의 가동 소자의 제어 소요 시간의 이력을 반영시켜 결정하고 있기 때문에, 프레임 주기 시간의 확보와 폐루프 제어 정밀도의 향상을 양립시킬 수 있다.
(실시예 4)
도 8~10을 참조하면서 본 발명에 의한 마이크로 액츄에이터의 실시예 4를 설명한다. 본 실시예의 마이크로 액츄에이터는 상하 동작과 2축의 경동 동작을 행하는 정전 액츄에이터로서, 보상 광학용의 가변형 미러에 적용되어 있다.
도 8은 본 실시예에서의 마이크로 액츄에이터의 분해 사시도이다. 여기서는 1개의 미소 미러 유닛을 확대한 것이 나타내어져 있다. 하나의 미소 미러 유닛은 서로 독립적으로 구동되는 3세트의 가동 소자에 의해서 3자유도의 변위를 부여할 수 있고, 이에 의해서 상하 동작과 2축의 경동 동작이 가능해지고 있다. 각 가동 소자는 요크와 고정 전극과의 쌍을 구비한다.
미소 미러 유닛은 32개 × 32개의 총수 1024개가 2차원으로 어레이화되어 있다. 요크와 고정 전극과의 쌍으로 이루어지는 가동 소자의 총수는 이 3배인 3072개이다.
기판(100)상에는 구동 회로(100a)가 형성되고, 그 위에 절연층(101)이 형성된다. 절연층(101)상에는 베이스(102) 및 3쌍의 고정 전극(103~105)이 형성된다. 베이스(102) 및 고정 전극(103~105)은 알루미늄(Al) 또는 다결정 실리콘 등의 도전막을 패터닝하는 것에 의해서 형성되어 있다. 고정 전극(103)은 서로 독립적으로 전압 설정이 가능한 제 1 전극(103L) 및 제 2 전극(103R)을 구비한다. 고정 전극(104, 105)도 마찬가지로, 각각 제 1 전극(104L, 105L) 및 제 2 전극(104R, 105R) 을 구비한다.
제 1 전극(103L~105L) 및 제 2 전극(103R~105R)은 각각이 절연층(101)에 형성된 비어(도시하지 않음)에 의해서 기판(100)에 형성된 구동 회로(100a)에 접속되어 있다. 구동 회로(100a)는 0~30V의 범위내에서 각각 독립한 전압을 제 1 전극(103L~105L) 및 제 2 전극(103R~105R)에 인가할 수 있다. 이 인가 전압은, 예를 들면 12bit의 다단층의 값으로서 설정될 수 있다.
3개의 요크(107~109)가 각각 1쌍의 힌지(106)에 의해서 설치되고, 또한 이들 요크(107~109)를 미소 미러(110)에 연결하기 위한 중간 연결 부재(111)가 마련되어 있다. 힌지(106)는 베이스(102)와 일체적으로 접합하여 전기적으로 도통해 있다. 각 베이스(102)는 절연층(101)에 형성된 비어(도시하지 않음)에 의해서 구동 회로(100a)에 접속되어 있다. 인접하는 베이스(1O2)끼리는 서로 전기적으로 분리하고 있고, 각각이 독립하여 구동 회로(100a)에 접속되어 있다.
요크(107~109)는 대응하는 고정 전극(103~105)에 대향하고, 각각이 가동 전극으로서 기능한다. 요크(107~109)는 알루미늄(Al) 또는 다결정 실리콘 등의 도전성 부재를 패터닝하는 것에 의해서 형성되고, 베이스(102)와 도통하여 접지 전위로 설정되어 있다. 요크(107~109)는 각각 제 1 전극(103L~105L) 및 제 2 전극(103R~105R)에 대향하는 위치에 제 1 부분(107L~109L) 및 제 2 부분(107R~109R)을 갖고 있다. 요크(107~109)는 서로 동일한 형상을 하고 있으며, 특히 미리 말하지 않는 한, 하나의 요크에 대한 설명 내용은 다른 요크에 대해서도 적용된다.
요크(108)는 회동축 A1을 중심으로 회동 자유롭게 지지되고, 요크(107, 109)는 회동축 A2를 중심으로 회동 자유롭게 지지된다. 회동축 A1(또는, A2)과 직교하는 방향을 x로 하고, x방향으로 인접하는 가동 소자의 피치 간격을 p라고 하면, 회동축 A1과 회동축 A2는 서로 x방향으로 반피치(=p/2)만큼 벗어난 위치에 마련된다. 이와 같이, y방향으로 인접하는 요크끼리는 회동축이 서로 x방향으로 반피치만큼 옮겨져 체크 무늬 형상으로 배열된다. 요크(107)를 지지하는 힌지(106)는 요크(108)와 인접하는 요크(108') 사이의 극간에 연재(沿在)하도록 배설된다.
제 1 전극(103L)에 구동 전압을 인가한 경우, 요크(107)의 제 1 부분(107L)이 제 1 전극(103L)측에 흡인된다. 이에 반하여, 제 2 전극(103R)에 구동 전압을 인가한 경우는, 제 2 부분(107R)이 제 2 전극(103R)측에 흡인된다. 이렇게 해서, 회동축 A를 중심으로 하여 CW(시계 회전) 방향, CCW(반시계 회전) 방향 중 어느 것에 대해서도 선택적으로 회동력을 부여할 수 있다.
제 1 부분(107L)의 유단(遊端) 근방의 구동점(107c)(사선으로 표시)에서, 요크(107)는 중간 연결 부재(111)의 돌기(111a)와 결합한다. 또한, 구동점(107c)의 근방에는 요크(107)를 관통하는 홈(107d)을 마련한다.
중간 연결 부재(111)는 3점의 돌기(111a~111c)를 구비하고, 돌기(111a)는 요크(107)의 구동점(107c)과 연결하고, 돌기(111b)는 요크(108)의 구동점(108c)과 연결하고, 돌기(111c)는 요크(109)의 구동점(109c)과 연결되어 있다. 이 때문에, 요크(107~109)를 개별적으로 회동 구동시키면, 돌기(111a~111c)의 변위를 독립적으로 제어할 수 있게 되고, 이에 의해서 중간 연결 부재(111)의 자세가 정해진다. 돌기(111a~111c) 근방에는 중간 연결 부재(111)를 관통하는 홈(113a~113c)을 마련한다.
미소 미러(110)는 돌기(114)에 의해서 중간 연결 부재(111)의 사선부(112)와 결합해 있다. 미소 미러(110)와 중간 연결 부재(111)는 일체적으로 결합해 있기 때문에, 미소 미러(110)의 자세는 중간 연결 부재(111)의 자세에 의해서 결정된다. x방향으로 인접하는 미소 미러(110)의 피치 간격 p는 100㎛, 미러 길이 L은 98㎛이다.
제 1 전극(103L~105L), 제 2 전극(103R~105R)으로의 구동 전압을 독립적으로 제어하는 것에 의해, 미소 미러(110)는 z방향의 변위, x축 주위의 경사, y축 주위의 경사에 대해서 정부(正負) 쌍방향으로 구동된다.
다음에, 도 9를 참조하여 구동 회로(100a)의 상세를 설명한다. 도 9는 본 실시예에서의 마이크로 액츄에이터의 구동 회로(100a)의 개략적인 구성도이다. 요크와 2개의 고정 전극으로 구성되는 각 가동 소자도 Ai,j로 하여 함께 기재되어 있다. 첨자인 i와 j는 가동 소자의 2차원 어레이에서의 각각 행과 열의 번지를 나타낸다. 3개의 가동 소자로 하나의 미소 미러 유닛이 구성되어 있기 때문에, j의 값을 3개마다 구분한 단위로 1개의 미소 미러 유닛에 대응시키고 있다. 예를 들면, A1,1~A1,3은 동일한 미소 미러를 움직이기 위한 3개의 가동 소자이다. 미소 미러 유닛이 32개 × 32개의 어레이이기 때문에, i는 1~32까지의 자연수, j는 1~96까지의 자연수이다.
각 가동 소자 Ai,j에는 6개의 스위칭용 MOS 트랜지스터가 접속되어 있다. 이들 M0S 트랜지스터는 인핸스먼트형으로, 게이트 전압을 H로 하면 스위치가 ON되고, L로 하면 스위치가 OFF된다. 각 MOS 트랜지스터에 의한 전압 손실을 작게 하기 위해서 게이트 전압은 승압 회로(도시하지 않음)에 의해 승압된 것이 이용된다.
이것들 중, 하측의 3개의 MOS 트랜지스터는 가동 소자 Ai,j를 개방 루프 제어할 때에 이용되고, 구동용 워드선 WDi를 H로 하면, 구동용 비트선 BDjL, BDjR , BDjP를 각각 가동 소자 Ai,j의 제 1 전극, 제 2 전극, 요크에 접속한다.
또한, 상측의 3개의 MOS 트랜지스터는 가동 소자 Ai,j의 변위를 검출하여 전압과 변위와의 관계를 교정할 때에 이용되고, 검출용 워드선 WSi를 H로 하면, 검출용 비트선 BSjL, BSjR, BSjP를 각각 가동 소자 Ai,j의 제 1 전극, 제 2 전극, 요크에 접속한다.
구동용 워드선 WD1~WD32, 검출용 워드선 WS1~WS32는 라인 디코더(120)에 접속되고, 전환 제어부(121)로부터의 어드레스 신호 Adr1에 따라서 선택된 워드선만이 H로 된다. 라인 디코더(120)는 디멀티플렉서를 이용하여 구성된다.
먼저는 개방 루프 제어 동작시의 신호가 흐름에 따라서 구성의 설명을 계속한다.
I/F부(122)는 제어에 관계하는 외부와의 커맨드 및 데이터를 교환한다. 외부로부터 입력되는 데이터에는 가변형 미러가 형성해야 할 파면의 형상에 관한 데 이터가 포함된다. 이 파면의 형상 데이터는, 예를 들면 xy평면내의 각 좌표 위치에서의 z방향으로의 변위 데이터, 또는 Zernike 다항식에 의한 파면 모드 계수 데이터로서 부여된다. 이들 데이터는 전송 부하를 경감하기 위해서 압축해서 보내도 무방하다. 파면 형상을 프레임 단독으로 압축하는 프레임내 압축 방식과, 앞 시간의 파면 형상과의 차분값을 취하는 프레임간 압축 방식과, 양쪽 식에 의한 압축 데이터를 소정 매수마다 삽입하지 않는 전송하는 방식이 생각된다. 또는, 더 간단한 구성에서는, 미리 등록된 복수 종류의 파면 형상 중으로부터 소망하는 파면 형상을 호출해도 무방하다. 이 경우는 외부로부터 입력되는 데이터는 파면 형상의 등록 번호이다.
목표 변위 설정부(123)는 I/F부(122)로부터의 출력에 근거하여, 각 가동 소자 Ai,j의 목표 변위를 부여하는 목표 변위 데이터 Zi,j를 발생한다. 각 목표 변위 데이터 Zi,j는 i, j의 번지를 나타내는 12bit부와, 목표 변위의 크기를-128~127까지의 256단계로 나타내는 8bit부를 가지는 합계 20bit의 데이터이다. 목표 변위 설정부(123)는 먼저 j의 값을 인크리먼트하면서, 각 목표 변위 데이터 Zi,j를 하나씩 변환부(124)에 출력한다. j의 값이 최대값 96에 도달하면 i를 인크리먼트한다. 따라서, 출력되는 목표 변위 데이터의 순서는 Z1,1, Z1,2, …, Z1,96, Z 2,1, Z2,2, …라고 하도록 된다.
변환부(124)는 목표 변위 데이터 Zi,j를 어드레스로서 부여하면, 이에 대응한 전압 지령 데이터 Di,j를 출력하는 변환 테이블을 구비한다. 전압 지령 데이터 Di,j는 -1024~1023까지의 2048단계의 값을 부여하는 11bit 데이터로서, 최상위 비트는 정부를 나타낸다. 즉, 최상위 비트는 가동 소자 Ai,j가 구동되는 고정 전극이 제 1 전극, 제 2 전극 중 어느 쪽인지를 나타내고 있다. 이 변환 테이블은 교정부(134)에서 작성되고, 변환부(124)내의 리라이팅 가능한 메모리에 저장되어 있다. 전압 지령 데이터 Di,j는 1bit씩 시프트 레지스터(125)에 부여된다. 시프트 레지스터(125)로의 전압 지령 데이터 Di,j의 송부가 완료하면, 곧 계속해서, 다음 가동 소자 Ai,j+1의 전압 지령 데이터 Di,j+1이 보내어진다.
시프트 레지스터(125)는 변환부(124)로부터 보내어진 전압 지령 데이터 Di,j를 1bit씩 순차적으로 전송해 간다. 가동 소자 Ai,1~Ai,96에 대응하는 전압 지령 데이터 Di,1~Di,96까지의 전송이 완료한 시점에서, 전환 제어부(121)로부터 래치(126)로 스트로브 신호 Stb가 인가되고, 이 타이밍으로 시프트 레지스터(125)내의 전압 지령 데이터 Di,1~Di,96이 일괄하여 래치(126)에 유지된다. 시프트 레지스터(125)의 전송 속도는 16.9㎒이고, 11bit × 96개의 데이터를 62.5㎲로 전송한다. 래치(126)에 데이터를 전송한 후, 시프트 레지스터(125)는 즉시 다음 행의 가동 소자 Ai+1,1~Ai+1,96의 데이터를 전송한다. 따라서, 래치(126)는 약 62.5㎲ 주기로 스트로브 신호 Stb를 받게 되어, 이 약 62.5㎲가 가동 소자 Ai,1~Ai,96으로의 전압 인가 시 간에 상당한다.
래치(126)에 유지된 전압 지령 데이터 Di,1~Di,96은 96개의 DA 컨버터(127) 및 스위치(128)의 각각에 의해, 각 가동 소자 Ai,j의 고정 전극에 인가하는 구동 전압으로 변환된다. 여기서는 가동 소자 Ai,1에 대응하는 DA 컨버터(127a)와 스위치(128a)를 예로 들어서 설명하지만, 다른 95개의 DA 컨버터 및 스위치도 마찬가지의 구성을 구비한다.
DA 컨버터(127a)는 11bit의 전압 지령 데이터 Di,1의 하위 10bit를 입력하여, 0~30V의 범위에서 대응하는 크기의 구동 전압을 출력하는 1Obit의 DA 컨버터이다.
스위치(128a)는 11bit의 전압 지령 데이터 Di,1의 최상위 비트를 입력하여, 이 최상위 비트의 값이 O이면, 구동용 비트선 BD1L을 접지 전위에 접속하고, 구동용 비트선 BD1R을 DA 컨버터(127a)의 출력에 접속한다. 또한, 최상위 비트의 값이 1이면, 구동용 비트선 BD1L을 DA 컨버터(127a)의 출력에 접속하고, 구동용 비트선 BD1R을 접지 전위에 접속한다. 이에 의해, 가동 소자 Ai,1의 목표 변위가 정의 값인 경우는 DA 컨버터(127a)의 출력이 제 2 전극측에 접속되고, 부의 값인 경우는 제 1 전극측에 접속되어, 가동 소자를 정부 쌍방향으로 경동 제어하는 것이 가능하게 된다.
이와 같이, 96쌍의 모든 구동용 비트선 BD1L, BD1R에 대하여 스위치(128)가 그 중 어느 한쪽을 선택하여 각 DA 컨버터(127)로부터의 구동 전압을 인가한다.
이와 동시에, 전환 제어부(121)는 라인 디코더(120)에 i행째의 구동용 워드선 WDi만을 H로 하는 어드레스 신호 Adr1을 부여한다. 구동용 워드선 WDi가 H로 되면, 가동 소자 Ai,1~Ai,96이 각각 구동용 비트선 BD1L, BD1R, BD1P와 도통하여, 목표 변위량에 따른 개방 루프 제어가 행해지게 된다. 이미 설명한 바와 같이, 가동 소자 Ai,1~Ai,96으로의 구동 전압의 인가 시간은 62.5㎲이다. 한편, 가동 소자 Ai,j 의 1차 공진 주파수는 70~100㎑이고, 역수를 취해서 구한 응답 시간은 10~14㎲ 정도로 된다. 이와 같이, 가동 소자로의 구동 전압의 인가 시간은 가동 소자의 응답 시간보다도 충분히 큰 값으로 설정하고 있기 때문에, 가동 소자의 변위가 충분히 정정(整定)한 상태까지 구동 전압을 계속 인가하는 것이 가능하다. 이에 의해, 구동 전압의 인가 완료 후의 가동 소자의 변위에 따르는 전극간의 전압 변동의 발생을 방지하여, 개방 루프 제어에서의 가동 소자의 변위 정밀도를 높이고 있다.
개방 루프 제어시에는, 이렇게 62.5㎲ 주기로 i의 값을 인크리먼트해 가서, 각각의 행의 가동 소자 Ai,1~Ai,96에 소망하는 변위를 인가한다. 32행 모든 가동 소자를 개방 루프 제어하는데 필요로 하는 시간은 2㎳이며, 이것이 프레임 주기 시간으로 된다.
다음에, 교정 동작시의 신호의 흐름에 따라서 구성의 설명을 계속한다. 교정 동작은 전원 기동시 등에 실행하고, 그 기본적인 교정 동작의 흐름은 실시예 1에서 설명한 것과 마찬가지이다. 실시예 1과의 주된 차이는 배선의 기생 용량 등 에 의한 오프셋을 제거하여 위치 검출 정밀도를 높인 점과, DA 컨버터(131)의 출력 전압 및 변위 검출부(133)의 차동 입력에 바이어스 전압 VA를 인가하여 부측의 출력을 불필요하게 한 점에 있다.
전압 지령부(130)는 2채널분의 전압 지령값을 발생하여, 이것을 1~10㎒ 정도의 주파수로 전환하면서, 각각의 채널의 출력을 DA 컨버터(131a, 131b)에 부여한다. 이에 의해, DA 컨버터(131a)는 출력 전압 VL+VA(1+sin(2πft))을 출력하고, DA 컨버터(131b)는 출력 전압 VR+VA(1-sin(2πft))을 출력한다. 실제로는 이 진폭 V A, 주파수 f의 AC 전압 성분의 파형은 정현파보다도 직사각형파의 쪽이 좋다. 교정 동작시에는, 전압 지령부(130)는 기본적으로는 VA의 값을 일정하게 한 채로 구동 전압으로 되는 VL과 VR 중 어느 한쪽을 0V로 하여, 다른 쪽을 복수 단계로 변화시키케 된다. 이것은 실시예 1에서 설명한 구성에 바이어스 전압 VA를 부가한 구성으로 되어 있고, DA 컨버터(131a, 131b)의 출력 전압은 항상 정의 값을 취한다.
전환부(132)는 전환 제어부(121)의 어드레스 신호 Adr2에 따라서 제 j 열째의 검출용 비트선 BSjL, BSjR, BSjP를 각각 DA 컨버터(131a, 131b), 변위 검출부(133)에 접속한다.
또한, 라인 디코더(120)는 전환 제어부(121)의 어드레스 신호 Adr1에 따라서 제 i 행째의 검출용 워드선 WSi를 H로 한다. 이에 의해, 검출용 비트선 BSjL, BS jR, BSjP가 각각 가동 소자 Ai,j의 제 1 전극, 제 2 전극, 요크에 접속된다. 이렇게 해서, 선택된 하나의 가동 소자 Ai,j의 제 1 전극, 제 2 전극, 요크가 각각 DA 컨버터(131a, 131b), 변위 검출부(133)에 접속되게 된다.
변위 검출부(133)의 기본 구성은 실시예 3에서 설명한 변위 검출부(71)와 동일하지만, 초단의 차동 증폭기(133a)의 정측 입력에 바이어스 전압 VA를 부가한 구성으로 하고 있다. 이에 의해, DA 컨버터(131)에서 인가한 바이어스 전압 VA만큼을 보상하여 가동 소자 Ai,j의 제 1 전극, 제 2 전극, 요크간의 각 전위차의 관계를 개방 루프 제어시와 동일하게 유지하여, 교정 정밀도의 저하를 방지하고 있다.
교정부(134)는 전압 지령부(130)가 출력하는 전압 지령값과, 변위 검출부(133)가 출력하는 가동 소자 Ai,j의 변위의 검출 결과를 입력하여, 전압 지령값과 변위와의 대응 관계를 작성한다. 이들 관계는 소정 형식의 근사 곡선에 피트시킴으로써 측정 오차를 제거하여, 보간된 형태로 변환부(124)의 변환 테이블에 저장된다.
이상과 같이 구성한 마이크로 액츄에이터의 동작에 대해서 도 10을 참조하면서 설명한다. 도 10은 본 실시예에서의 마이크로 액츄에이터의 교정 동작 루틴의 흐름도이다.
먼저, j=1로 설정하여(단계 140), 전환부(132)가 제 j 열째의 검출용 비트선 BSjL, BSjR, BSjP를 각각 DA 컨버터(131a, 131b), 변위 검출부(133)에 접속한다(단계 141). 다음에, i=1로 설정하여(단계 142), 가동 소자 Ai,j를 변위 검출의 대상으로 선택한다. 전압 지령부(130)는 전압 지령값 D를 최소값 Dmin으로 설정한다(단계 143). 이 때, 구동 전압 VR, VL의 크기는 VR=0V, VL=30V로 설정되고, 양쪽의 차 VR-VL은 최저 전압 (-30V)로 된다. 이후의 설명에서, 전압 지령값 D가 부의 값인 경우는 VR=0V로 하여 VL을 정의 값으로 설정하고, D가 정인 경우는 VL=0V로 하여 VR을 정의 값으로 설정하는 것으로 한다. 변위 검출을 위한 고주파 신호가 이것에 중첩되어 있는 것은 이미 설명한 바와 같다.
가동 소자 Ai,j의 변위 검출에 앞서서, 전환 제어부(121)가 모든 검출용 워드선 WS1~WS32를 L로 설정하고, 모든 가동 소자 A1,j~A32,j와 검출용 비트선 BSjL, BSjR, BSjP와의 접속을 0FF한다(단계 144). 이 때의 변위 검출부(133)의 출력을, 교정부(134)가 오프셋값 Z0(D)로서 기억한다(단계 145). 가동 소자로의 접속은 절단되어 있기 때문에, 오프셋값 Z0(D)는 배선의 기생 용량이나 구동 전압의 영향 등에 의한 오차 성분을 나타내고 있다. 또한, 이 단계 144, 145의 조작은 i=1인 경우만 실행한다.
다음에, 검출용 워드선 WSi를 H로 하여, 가동 소자 Ai,j를 검출용 비트선 BSjL, BSjR, BSjP에 접속한다(단계 146). 이 때의 변위 검출부(133)의 출력을, 교정부(134)가 보정 전의 변위 Z'(D)로서 기억한다(단계 147). 교정부(134)는 보정 전 의 변위 Z'(D)와 오프셋값 Z0(D)로부터 보정 후의 변위 Z(D)를 산출해서 기억한다(단계 148). 일반적으로는 Z(D)=Z'(D)-Z0(D)로 하면 무방하지만, 예를 들면 실험에 의해 얻어진 별도의 보정식을 이용하여 오프셋을 보정해도 무방하다.
다음에, 전압 지령값 D를 소정값만큼 증가시켜(단계 149), D가 최대값 Dmax로 될 때까지(단계 150), 변위 z(D)의 측정을 반복한다. 이에 의해, 교정부(134)에는 복수 단계의 D의 값에 대한 변위 Z(D)의 측정 결과가 축적되어 있다. 교정부(134)는 이것을 소정의 근사 함수로 피트하여 측정 오차를 제거하고, 또한 이 근사 함수를 이용하여 보간하면서 8bit의 변위 Z의 각 값에 대응하는 11bit의 전압 지령값 D를 구한다. 이것에 가동 소자 Ai,j의 번지 i, j를 나타내는 12bit 데이터를 부가해 놓음으로써, 가동 소자 Ai,j에 대한 변위 Z와 전압 지령값 D와의 변환 테이블을 완성한다(단계 151).
다음에, i를 인크리먼트하여(단계 152), 동일한 제 j 열의 32개의 가동 소자 A1,j~A32,j에 대해서 마찬가지로 변위 Z와 전압 지령값 D와의 변환 테이블을 작성한다(단계 153).
다음에, j를 인크리먼트하여(단계 154), 96열의 가동 소자 전부에 대해서 마찬가지로 변위 Z와 전압 지령값 D와의 변환 테이블을 작성한다(단계 155).
도 11(a) 및 (b)는 어떤 가동 소자에서의 전압 지령값 D와 변위와의 대응 관계를 나타내는 그래프이다. 도 11(a)는 오프셋 보정에 관한 데이터가 표기되어 있 다. 도면에서 x표로 표시된 데이터 포인트는 측정된 오프셋값 Z0(D)이고, ㅿ표로 기재된 데이터 포인트는 측정된 보정 전의 변위 Z'(D)이다. ㅇ표로 표시된 데이터 포인트는 Z(D)=Z'(D)-Z0(D)의 관계를 이용하여 계산된 보정 후의 변위 Z(D)이다.
여기서는, 전압 지령값 D를 13단계로 변화시키면서, 각 전압 지령값 D에 대응하는 변위 Z(D)를 구하고 있다. 전압 지령값 D의 각 단계에서의 증가분은 일정하지 않다. 전압 지령값 D에 대한 변위 Z'(D)의 변화량은 Dmax 및 Dmin에 가까울수록 전압 지령값 D에서 크다. 이 때문에, 전압 지령값 D가 Dmax 및 Dmin에 가까울수록 그 증가분을 작게 하고 있다. 이와 같이, 전압 지령값 D와 변위 Z'(D) 사이에 존재하는 비선형적인 관계를 고려하여, 전압 지령값 D의 증가분을 결정하게 되어, 변위 Z'(D)의 증가분을 거의 일정하게 할 수 있다.
도 11(b)에는 근사 함수로 피팅된 오프셋 보정 후의 변위 Z(D)가 실선으로 표시되어 있다. 이것을 이용한 근사 함수는 2차 함수 Z(D)=αD2 + βD + γ이다. D>O의 상한(象限) 및 D<O의 상한의 각각에서 피팅 오차를 최소로 하는 α, β, γ의 계수의 값이 구해진다. 도 11(b)에서는 파선으로 나타낸 교정 전의 전압 지령값 D와 변위 Z와의 대응 관계가 참고를 위해서 기재되어 있다.
이상 설명한 바와 같이, 가동 소자 Ai,j를 검출용 비트선 BSjL, BSjR, BS jP 등의 배선에 접속한 상태에서 얻어진 변위 Z가, 가동 소자 Ai,j를 이들 배선으로부터 분리한 상태에서 얻어진 오프셋값 Z0를 이용하여 보정된다. 이 때문에, 배선의 기 생 용량 등에 의한 오프셋의 영향을 제거하여, 가동 소자 Ai,j의 위치 검출 정밀도를 높일 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 가동 소자의 변위 검출을 하나씩 접속을 전환하면서 실행했지만, 전압 지령부(130), DA 컨버터(131a, 131b) 및 변위 검출부(133)에 상당하는 구성을 복수쌍 구비하여, 복수의 가동 소자의 변위 검출을 동시에 실행해도 무방하다. 특히, 하나의 미소 미러 유닛에 속하는 3개의 가동 소자를 동시에 구동하여 이 때의 각 가동 소자의 변위를 각각 검출하여 교정을 실행하면, 가동 소자간의 구동력의 전달에 의한 크로스 토크적인 변위가 발생한 경우에도 이것들을 보상하는 제어를 행할 수 있다. 이 경우, 교정부(134)가 작성하는 변환 테이블은, 예를 들면 가동 소자 A1,1의 변위(Z1,1), A1,2의 변위(Z1,2), A1,3의 변위(Z1,3)라고 하는 3개의 정보를 가진 어드레스를 부여하면 가동 소자 A1,1으로의 전압 지령값 D1,1이 출력된다고 한 것으로 된다. 전압 지령값 D1,1에 대한 변위 Z1,2, Z1,3가 부여하는 영향이 비교적 작으면, 변위 Z1,2, Z1,3는 상위 비트만을 이용하면 된다.
(실시예 5)
도 12를 참조하면서 본 발명에 의한 마이크로 액츄에이터의 실시예 5를 설명한다. 도 12는 본 실시예에서의 마이크로 액츄에이터의 개략적인 구성도이다.
본 실시예의 마이크로 액츄에이터의 제어부(75)는 실시예 3의 마이크로 액츄 에이터에서의 제어부(75)와 동일한 구성을 갖고 있다. 본 실시예의 마이크로 액츄에이터가 실시예 3의 마이크로 액츄에이터와 상이한 부분은, 가동부(160), 전환부(161), 및 변위 검출부(162)의 구성이다. 이하, 이것들의 구성을 설명한다.
본 실시예에서는 변위 검출을 위한 가동부(160), 및 전환부(161)의 배선 구성이 간소화되어 있다. 가동부(160)의 가동 전극 YLi는 전환부(161)에 접속되지 않고 전부 접지되어 있다. 이 때문에, 전환부(161)의 각 스위치 Si는 고정 전극 ELi에 접속하는 스위치와, 고정 전극 ERi에 접속하는 스위치와의 2개의 스위치를 갖지만, 가동 전극 YLi에 접속하는 스위치는 생략되어 있다.
변위 검출부(162)는 도 12에 나타내어져 있는 바와 같이, 고주파 신호 발생부(21), 부하 저항(163L, 163R), 아이솔레이터(164L, 164R), 하이패스 필터(165L, 165R), 고주파 위상차 검출부(166), 및 AD 변환기(167)를 구비하고 있다.
부하 저항(163L)의 일단을 「제 1 단자 TL」이라고 칭하는 것으로 한다. 이 제 1 단자 TL은 전환부(161)의 스위치 Si를 거쳐서 가동 소자 Ai의 고정 전극 ELi와 접속되어 있다. 부하 저항(163L)의 타단에는 제 1 구동 전압 발생부(20)로부터의 구동 신호 VL과 고주파 신호 발생부(21)로부터의 고주파 신호 VAsin(2πft)와의 합 신호 VL+VAsin(2πft)이 인가된다.
마찬가지로, 부하 저항(163R)의 일단을 「제 2 단자 TR」이라고 칭하는 것으 로 한다. 이 제 2 단자 TR은 전환부(161)의 스위치 Si를 거쳐서 가동 소자 Ai의 고정 전극 ERi와 접속되어 있다. 부하 저항(163R)의 타단에는 제 2 구동 전압 발생부(22)로부터의 구동 신호 VR과 고주파 신호 발생부(21)로부터의 고주파 신호 VAsin(2πft)와의 합 신호 VR+VAsin(2πft)이 인가된다.
부하 저항(163L, 163R)의 고주파 신호 VAsin(2πft)에 대한 임피던스 Z0는 서로 동일하다. 여기서는, 이 임피던스 Z0는 허수부를 가지지 않는 순수한 저항이고, 또한 제 1 구동 전압 발생부(20) 및 제 2 구동 전압 발생부(22)의 내부 저항을 포함하는 값을 가지는 것으로서 취급한다.
임피던스 Z0의 크기는 가동 소자 Ai가 변위하고 있지 않는 경우의 캐패시터 CLi, CRi의 각 정전 용량을 C라고 하면, 0.5<2πfCZ0<2를 만족하도록 선택된다. 예를 들면, C가 10fF인 경우, f를 100㎒, Z0를 160㏀으로 되도록 설정한다. 이러한 범위에 임피던스 Z0를 설정하면, 변위 검출 감도가 거의 최대로 가까워진다.
아이솔레이터(164L, 164R)는 각각 제 1 단자 TL, 제 2 단자 TR에 접속되어 임피던스 변환을 실행한다. 아이솔레이터(164L, 164R)는 연산 증폭기를 이용한 전압 플로워(voltage follower)에 의해 구성된다. 아이솔레이터(164L, 164R)의 출력은 각각 하이패스 필터(165L, 165R)를 거쳐서 고주파 위상차 검출부(166)에 입력된다. 하이패스 필터(165L, 165R)는 주파수 f의 고주파 성분에 대해서는 충분한 투 과성을 가지고, 구동 신호 VL, VR이 가지는 저주파 성분에 대해서는 충분한 차단성을 갖고 있다.
고주파 위상차 검출부(166)는 입력된 2개의 고주파 신호의 위상차를 검출하고, 이 위상차에 따른 신호를 출력한다. 고주파 위상차 검출부(166)의 출력은 AD 변환기(167)에 의해서 디지털 데이터로 변환된다. 이 디지털 데이터가 캐패시터 CLi, CRi의 용량차, 즉 가동 소자 Ai의 변위량을 나타내는 데이터로 된다.
이들 아이솔레이터(164L, 164R), 하이패스 필터(165L, 165R), 고주파 위상차 검출부(166), AD 변환기(167)는 본 발명의 마이크로 액츄에이터에서의 「고주파 검출부」로서 기능한다.
제어부(75)로부터의 지령에 의해, 제 1 구동 전압 발생부(20)로부터의 구동 신호 VL과 제 2 구동 전압 발생부(22)로부터의 구동 신호 VR과의 진폭값을 상이하게 하면, 가동 소자 Ai는 변위한다. 이에 따라서 발생한 캐패시터 CLi, CRi의 용량차에 따라서, 상기한 바와 같이 제 1 단자 TL과 제 2 단자 TR 사이에서 주파수 f의 고주파 성분의 위상차가 발생한다. 이 때문에, 가동 전극 YLi를 개별적으로 변위 검출부(162)에 접속하지 않더라도 변위의 검출이 가능하다.
또한, 구동 신호는 가동 소자 Ai의 1차 공진 주파수 이하의 주파수를 가진다. 본 실시예에서 이용하는 구동 신호는 직류 전압이다. 따라서, 본 발명에서의 구동 신호란, 전압값을 의미하고 있다. 고주파 신호는 가동 소자 Ai의 1차 공진 주 파수 이상의 주파수를 가진다.
이상 설명한 바와 같은 본 실시예의 마이크로 액츄에이터에 의하면, 변위 검출부(162)가 고주파 신호 발생부(21)와, 제 1 단자 TL에서 제 1 전극 ELi에 접속된 제 1 부하 저항(163L)과, 제 2 단자 TR에서 제 2 전극 ERi에 접속된 제 2 부하 저항(163R)과, 제 1 단자 TL과 제 2 단자 TR과 접속되는 고주파 검출부(164~167)를 구비하고, 제 1 부하 저항(163L)의 타단에는 제 1 구동 신호 VL에 고주파 신호 VAsin(2πft)을 중첩하여 생성한 제 1 합 신호 VL+VAsin(2πft)을 인가하고, 제 2 부하 저항(163R)의 타단에는 제 1 구동 신호 VL과 상이한 크기의 제 2 구동 신호 VR에 고주파 신호 VASin(2πft)을 중첩하여 생성한 제 2 합 신호 VR+VAsin(2πft)을 인가하여, 고주파 검출부(164~167)는 제 1 단자 TL과 제 2 단자 TR 사이에서의 고주파 신호의 위상차를 검출하도록 구성되어 있기 때문에, 가동 전극 Yi를 하나 하나 변위 검출부(162)에 접속시킬 필요가 없어, 가동부(160)와 전환부(161)와의 배선 구성을 대폭 간략화할 수 있다.
또한, 본 실시예의 구성에 의하면, 고주파 신호 발생부(21)의 수도 단 1개로 무방하여, 위상을 반전시키는 제 2 고주파 신호 발생부(23)를 생략할 수 있다.
또한, 본 실시예의 부하 저항(163L, 163R)의 임피던스는 고정값이지만, 부하 저항(163L, 163R) 중 어느 한쪽, 예를 들면 부하 저항(163L)의 임피던스를 가변으 로 하더라도 무방하다. 이 경우, 단자 TL과 단자 TR 사이의 차동 전압의 주파수 f의 성분이 영으로 되도록 부하 저항(163L)의 임피던스를 조정하는 것에 의해, 캐패시터 CLi, CRi의 용량차를 검출할 수도 있다.
여기서는, 부하 저항(163L, 163R)이 허수부를 가지지 않는 순수 저항으로 구성하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 코일이나 캐패시터 등을 단독 또는 저항과 결합해서 이용하여, 저항값이 허수부를 가지도록 하더라도 무방하다. 특히, 공진 회로 구조를 이용하면 위상 검출 감도를 크게 높일 수 있다.
본 발명의 마이크로 액츄에이터에서의 「부하 임피던스 소자」는, 본 실시예에서의 「부하 저항」에 한정되지 않고, 상기의 코일이나 캐패시터를 포함한 부하 임피던스를 가지는 것도 포함하고 있다.
입력된 2개의 고주파 신호의 위상차를 검출하는 고주파 위상차 검출부(166) 대신에, 입력된 2개의 고주파 신호의 진폭차 또는 진폭비를 검출하는 구성을 채용해도 무방하다. 본 발명의 마이크로 액츄에이터에서의 「고주파 검출부」는 입력한 2개의 고주파 신호의 위상 및/또는 진폭을 비교하는 임의의 구성을 갖을 수 있다.
또한, 본 실시예의 변위 검출부(162)의 회로 구성과, 일반적인 임피던스 브리지 회로와의 차이에 대해서 재차 설명을 보충한다. 변위 검출부(162)의 회로 구성의 특징은, 고주파 신호에 대해서만 대칭이고, 또한, 저주파 신호에 대해서는 비대칭인 점에 있다. 즉, 임피던스 브리지 회로내에 구성된 제 1 구동 전압 발생부 (20)와 제 2 구동 전압 발생부(22)는 서로 상이한 구동 전압을 발생할 수 있다. 이렇게 저주파 신호에 대해서는 비대칭인 회로 구성을 갖는 것에 의해, 가동 소자 Ai의 가동 전극을 변위시키면서 그 변위량을 검출하는 것이 가능하게 된다. 그 한편, 고주파 신호에 대해서는 대칭적인 회로 구성으로 하고 있기 때문에, 단자 TL과 단자 TR과의 차동 신호를 이용하여, 캐패시터 CLi, CRi의 미소한 용량차를 양호한 정밀도로 검출할 수 있다.
(실시예 6)
도 13 및 도 14를 참조하면서 본 발명에 의한 마이크로 액츄에이터의 실시예 6을 설명한다. 도 13은 본 실시예에서의 마이크로 액츄에이터의 개략적인 구성도이다.
본 실시예의 마이크로 액츄에이터에서의 가동 소자 Ai,j, I/F부(122), 및 목표 변위 설정부(123)는 실시예 4의 마이크로 액츄에이터에서의 구성과 동일한 구성을 갖고 있다. 또한, 변위 검출부(170)는 실시예 5의 마이크로 액츄에이터에서의 변위 검출부(162)를 복수개 나열한 것이다.
본 실시예의 구성이 실시예 4, 5의 구성과 상이한 부분은, 전압 지령값 Di,j를 구동 전압 Vi,jL, Vi,jR로 변환할 때에 비선형 DA 컨버터(176)를 이용하여 구동 전압 Vi,jL, Vi,jR과 가동 소자의 변위와의 비선형성을 보상하고, 전압 지령값 Di,j 와 가 동 소자의 변위와의 관계를 대강 선형으로 한 점이다. 이에 의해, 변위의 분해능을 얻기 위해서 필요한 전압 지령값 Di,j의 비트수를 내릴 수 있을 뿐 아니라, 전압 지령값 Di,j와 가동 소자와의 대응 관계를 교정부(178)가 근사 함수에 피팅할 때의 연산량을 대폭 저감할 수 있다.
각 가동 소자 Ai,j에는 2개의 스위칭용 MOS 트랜지스터가 접속되고, 워드선 Wi를 H로 하면, 비트선 BjL, BjR이 각각 가동 소자 Ai,j의 제 1 전극, 제 2 전극과 도통한다.
워드선 W1~W32는 라인 디코더(171)에 접속되고, 전환 제어부(172)로부터의 어드레스 신호 Adr1에 따라서 선택된 워드선만이 H로 된다.
변환부(173), 시프트 레지스터(174), 래치(175)는 취급하는 전압 지령값 Di,j의 비트수가 9bit인 점 이외는, 실시예 4에서 설명한 변환부(124), 시프트 레지스터(125), 래치(126)와 동일하다. 변환부(124), 시프트 레지스터(125), 래치(126)가 취급하는 전압 지령값은 11bit이기 때문에, 본 실시예에서는 이에 비해서 2bit만큼 정밀도가 거친 구성으로 되어 있지만, 후술하는 바와 같이 비선형 DA 컨버터(176)를 이용하여 전압 지령값 Di,j와 가동 소자의 변위와의 관계를 대강 선형으로 하고 있기 때문에, 가동 소자의 변위의 분해능으로서는 동등한 것이 얻어진다. 9bit의 전압 지령값 Di,j의 최상위 비트의 값에 의해서, 가동 소자 Ai,j가 구동되는 고정 전극이 제 1 전극, 제 2 전극 중 어느 쪽인지를 나타내고 있는 점도 실시예 4 에서 설명한 내용과 동일하다. 시프트 레지스터(174)의 전송 속도는 13.8㎒이고, 9bit × 96개의 데이터를 62.5㎲로 전송한다.
래치(175)에 유지된 전압 지령값 Di,1~Di,96은 96개의 비선형 DA 컨버터(176)에 의해, 각 가동 소자 Ai,j의 각 고정 전극에 인가하는 구동 전압 Vi,jL, Vi,jR 로 변환된다. 비선형 DA 컨버터(176)는 각 전압 지령값 Di,j의 최상위 비트에 따라서 선택된 비트선 BjL, BjR 중 어느 한쪽에 각 전압 지령값 Di,j의 하위 8비트의 값에 대응하는 구동 전압을 출력한다. 이 하위 8비트의 값과 구동 전압의 크기에는 어떤 소정의 비선형 대응 관계를 부여하고 있다. 이 비선형 대응 관계는 정확히 구동 전압과 가동 소자의 변위와의 비선형성을 보상하도록 설정되고, 전압 지령값 Di,j와 가동 소자의 변위와의 관계가 선형으로 되도록 마련되어 있다. 이 비선형 DA 컨버터(176)의 상세에 대해서는 후술한다.
라인 디코더(171)가 i행째의 워드선 Wi만을 H로 하면, 각 가동 소자 Ai,j는 비트선 BiL, BiR과 도통하고, 전압 지령값 Di,j에 따라서 가동 소자 A i,j의 변위가 개방 루프 제어된다.
교정 동작시에는, 이 전압 지령값 Di,j를 복수 단계에서 전환하면서 변위 검출부(170)에 의해 변위 검출을 실행한다. 변위 검출부(170)의 출력은 교정부(178)에 입력되고, 전압 지령값 Di,j와 대응시켜져 보정 테이블이 작성된다. 이 동작은 오프셋 보정을 포함해서 실시예 4에서 설명한 동작과 기본적으로 동일하다. 실시예 4와의 차이는 근사 함수에 의한 피팅시에, 1차 함수 D(Z)=αZ+β가 이용되는 점이다.
이하, 도 14를 이용하여 비선형 DA 컨버터(176)의 구성과, 교정부(178)의 1차 함수 근사 동작을 설명한다.
도 14(a)는 비선형 DA 컨버터(176)의 개략적인 구성도이다. 여기서는, 하나의 비선형 DA 컨버터(176a)를 예로 들어서 설명하지만, 다른 95개도 마찬가지의 구성을 구비한다. 또한, 간략화를 위해서 가동 소자와의 대응 관계를 나타내는 Di,j의 첨자 i, j 등은 생략하고, 전압 지령값은 D, 제 1 전극 및 제 2 전극에 출력되는 구동 전압은 VL, VR, 비트선은 BL, BR로서 기재한다.
비선형 DA 컨버터(176a)는 직렬로 접속한 저항 R1~Rn-1의 양단의 전위를 각각 최저 전위 V1과 최고 전위 Vn으로 하고, 저항 분압에 의해서 얻어진 중간 전위를 포함해서 n값의 전위 V1~Vn을 발생시킨다. 그리고, 선택기(180)에 의해서 이 n값의 전위 V1~Vn 중에서 어느 하나를 적당하게 선택하여 출력하는 구성으로 되어 있다. 여기서는, 최저 전위 V1은 접지 전위로 하고 있다. 또한, 비선형 DA 컨버터(176a)의 비트 정밀도가 8bit이기 때문에, n의 값은 256이다.
선택기(180)는 9bit의 전압 지령값 D를 입력하고, 이것에 따른 구동 전압 VL, VR를 각각 비트선 BL, BR로 출력한다. 전압 지령값 D의 최상위 비트가 O이면, 구동 전압 VL에는 최저 전위 V1이 선택되고, 구동 전압 VR에는 전압 지령값 D의 하위 8bit에 대응한 V1~Vn 중 어느 하나의 전위가 선택된다. 또한, 최상위 비트가 1이면, 구동 전압 VL에는 전압 지령값 D의 하위 8bit에 대응한 V1~Vn 중 어느 하나의 전위가 선택되고, 구동 전압 VR에는 최저 전위 V1이 선택된다. 이후의 설명에서는, 전압 지령값 D의 최상위 비트가 O인 경우를 정, 최상위 비트가 1인 경우를 부로 하여 전압 지령값 D의 부호를 정의한다. 또한, 구동 전압 V를 V=VR-VL로 정의하여, 전압 지령값 D와 마찬가지로 정부의 부호를 부여한다.
저항 R1~Rn-1의 저항값은 적어도 서로 동일하지 않은 것끼리를 포함하도록 설정되어 있고, 이 저항값을 적당하게 설정함으로써, 임의의 비선형성을 실현할 수 있다. 보다 구체적으로는, 최저 전위 V1이 접속되는 단자에 가장 가까운 측의 저항을 R1, 이하 순서대로 R2, R3, …, Rn-1이라고 호칭한다고 하고, 그 저항값이 R1>R2>R3> …>Rn-1과 같이 번호 순서대로 작아지는 관계를 갖게 하고 있다. 이렇게 설정함으로써, 전위 Vi(i=2~n)의 값이 큰 경우일수록, 전위의 증가분 Vi-Vi-1 이 작아지는 설정을 하고 있다. 즉, 구동 전압 V의 절대값이 클수록, 전압 지령값 D의 증가분에 대한 구동 전압 V의 증가분이 작아지도록 마련하고 있다.
구동 전압 V와 가동 소자의 변위 Z에는, 구동 전압 V의 절대값이 클수록, 구동 전압 V의 증가에 대한 변위 Z의 증가분이 커지는 관계가 있기 때문에, 상기한 바와 같은 DA 컨버터(176)의 비선형 특성을 부여하는 것에 의해, 가동 소자의 구동 전압 V와 변위 Z와의 비선형 특성을 보상하고, 전압 지령값 D와 가동 소자의 변위 Z와의 관계를 선형에 가깝게 할 수 있다.
보다 바람직하게는, 전압 지령값 D와 구동 전압 V와의 함수 V(D)가 |V|=kㆍ|D|1/2(k는 정수)의 관계를 만족하도록 저항 R1~Rn의 저항값을 설정하는 것이 좋다.
도 14(b)는 교정부(178)에서의 전압 지령값 D와 변위 Z와의 대응 관계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 14(b)에서의 오른쪽 위의 그래프(A)는 비선형 DA 컨버터(176)의 전압 지령값 D와 구동 전압 V와의 특성 함수 V(D)를 나타내고 있다. 이미 설명한 바와 같이, |V|=kㆍ|D|1/2의 관계가 부여되어 있다. 보다 정확하게는, 전압 지령값 D가 정의 값인 경우에는 V=kㆍD1/2, 전압 지령값 D가 부의 값인 경우에는 V=-kㆍ(-D)1/2 을 만족하는 비선형적인 관계가 설정되어 있다. 이 특성은 비선형 DA 컨버터(176)의 저항 R1~Rn-1에 의해서 결정되기 때문에, 외부로부터의 조작에 의해서는 바꿀 수 없는 고정된 관계이다.
도 14(b)에서의 왼쪽 위의 그래프(B)에는, 어떤 가동 소자 A1의 구동 전압 V와 변위 Z와의 특성 함수 Z1(V)이 실선으로 표시되어 있다. 또한, 다른 가동 소자 A2의 구동 전압 V와 변위 Z와의 특성 함수 Z2(V)가 파선으로 표시되어 있다. 이 가 동 소자 A1과 A2와의 차이는 각각의 가동 소자의 특성 편차뿐 아니라, 동일한 가동 소자에서의 시간 경과 변화나 환경 조건의 차이에 의한 특성 변화가 포함된다. 이 도면에서는, 2개의 상이한 특성 함수만이 기재되어 있지만, 실제로는 보다 많은 특성 함수가 존재한다. 이 특성도 가동 소자의 상태에 의해 결정되기 때문에, 외부로부터의 조작에 의해서는 바꿀 수 없는 고정된 관계이다.
도 14(b)에서의 왼쪽 아래의 그래프(C)에는, 이 가동 소자 A1, A2의 특성을 교정하기 위해서, 교정부(178)가 작성하는 교정 함수 D1(Z), D2(Z)가 기재되어 있다. 교정함수 D1(Z)은 가동 소자 A1의 변위 Z와 전압 지령값 D와의 관계를 나타내는 것으로, 도면에서는 실선으로 표시되어 있다. 교정 함수 D2(Z)는 가동 소자 A2의 변위 Z와 전압 지령값 D와의 관계를 나타내는 것으로, 도면에서는 파선으로 표시되어 있다. 이들 교정 함수 D1(Z), D2(Z)는 교정 동작에 의해서 임의로 설정이 갱신 가능한 관계로 되어 있다.
교정 동작에서, 전압 지령값 D를 복수 단계에서 변화시키면서 변위 Z를 검출하고, 이 결과로부터 교정 함수 D(Z)를 작성할 때까지의 순서를 설명한다.
먼저, 도 14(b)에서의 그래프 (A)에 5점의 ｏ표로 모식적으로 기재한 바와 같이, 5단계의 전압 지령값 D를 선택한다. 비선형 DA 컨버터(176)의 특성 함수 V(D)에 따라서 5단계의 구동 전압 V가 출력된다.
다음에, 도 14(b)에서의 그래프 (B)에서, 이 구동 전압 V에 따라서 가동 소 자 A1은 특성 함수 Z1(V)상에 있는 5점의 ｏ표로 표시되는 변위 Z를 취한다. 마찬가지로, 가동 소자 A2는 특성 함수 Z2(V)상에 있는 5점의 ㅿ표로 표시되는 변위 Z를 취한다. 이들 변위 Z의 크기가 변위 검출부(170)에 의해서 검출된다.
다음에, 도 14(b)에서의 그래프 (C)에서, 변위 검출부(17O)에 의해서 검출된 변위 Z와 전압 지령값 D와의 관계가 교정 함수 D(Z)에 피팅된다.
비선형 DA 컨버터(176)의 비선형 특성 V(D)에 의해서 가동 소자의 비선형 특성 Z1(V), Z2(V)가 보상되어 있기 때문에, 교정 함수 D1(Z), D2(Z)는 거의 선형에 가까워, 1차 함수를 근사 함수로 한 피팅을 실행하는 것이 가능하다. 이 때문에, 단순히 근사 함수의 차수가 내려갈 뿐 아니라, 근사 함수를 전압 지령값 D와 변위 Z의 정부에 의한 상한별로 적용할 필요가 없어지고, 모든 상한에 걸쳐서 통괄적인 취급을 할 수 있기 때문에, 피팅을 위한 연산을 지극히 간단하게 할 수 있다.
또한, 근사 함수로서 1차 함수를 이용하는 경우에는, 전압 지령값 D를 변위 Z의 함수 D(Z)로서 직접적으로 표현하는 것이 특별히 정밀도를 떨어뜨리는 일 없이 용이하게 가능하다. 이 함수 D(Z)의 표기는 이 반대의 함수 표기 Z(D)에 비해서, 목표 변위 Z를 전압 지령값 D로 변환하는 것이 필요한 변환부(173)로의 적응에 우수하고, 변환 테이블의 작성 등의 변환에 관계하는 조작을 보다 간단하게 실행할 수 있다.
또한, 교정 함수 D1(Z), D2(Z) 중 어느 하나가 선형에 가까운 특성을 나타내는 것은, 반드시 수학적으로는 자명한 것은 아니다. 이러한 선형화가 양호한 정밀 도로 실행되는 이유의 하나는, 가동 소자의 특성 함수 Z1(V), Z2(V)가 임의의 형상을 취하는 것이 아니라, 어떤 종류의 경향을 갖고서 변화되는 성질이 있기 때문이다. 이 경향이란, V의 값에 상관없이 Z1(V)이 Z2(V)의 어떤 정수배에 가까운 값을 나타낸다고 하는 것으로서, 이것은 가동 소자의 특성 함수 Z(V)가 변화되는 주요인이 가동 소자의 힌지(106)의 스프링 정수의 변화에 있는 것에 기인하고 있다. 이와 같이, 가동 소자의 힌지(106)가 선형의 복원력을 가지고, 구동력과 복원력과의 균형에서 변위량이 결정되는 시스템에 있어서, 비선형 DA 컨버터(176)에 비선형성을 갖게 하여 구동력과 변위와의 비선형성을 보상하고 있기 때문에, 목표 변위 Z와 전압 지령값 D 사이의 선형성의 정밀도를 얻는 수 있고, 이미 설명한 바와 같이 교정 함수 D(Z)를 간이한 연산으로 고정밀도로 산출할 수 있다.
본 실시예의 마이크로 액츄에이터에 의하면, 전압 지령값 D를 비선형에 구동 전압 V로 변환하는 비선형 DA 컨버터(176)를 구비하고, 구동 전압 V의 값이 클수록 전압 지령값 D의 증가분에 대응한 구동 신호 V의 증가분을 작게 마련한 것에 의해, 구동 전압 V와 가동 소자의 변위 Z와의 비선형성을 보상하여, 전압 지령값 D와 가동 소자의 변위 Z와의 관계를 선형에 가깝게 할 수 있다. 이에 의해, 변위의 분해능을 얻기 위해서 필요한 전압 지령값 D의 비트수를 내리는 것이 가능해져, 회로 규모나 데이터 전송 레이트의 삭감을 행할 수 있다.
또한, 교정부(178)가 전압 지령값 D와 가동 소자의 변위 Z와의 대응 관계를 1차 함수의 교정 함수 D(Z)로 근사하고 있기 때문에, 근사 함수를 전압 지령값 D와 변위 Z의 정부에 의한 상한별로 적용할 필요가 없어져, 모든 상한에 걸쳐서 통괄적인 취급을 할 수 있고, 또한, 전압 지령값 D를 변위 Z의 함수 D(Z)로서 직접적으로 표현하는 것이 가능하여 교정 연산 부하를 대폭 저감할 수 있다.
이상 설명해 온 바와 같이, 본 발명에 의하면, 구동부가 출력하는 구동 신호에 의해서 가동 소자를 변위시키면서, 변위 검출부에 의해서 그 변위를 검출하고, 교정부가 변위와 구동 신호와의 대응 관계를 교정하고 있기 때문에, 외부의 변위 측정기가 불필요하여 지극히 간이하게 개별의 가동 소자의 변위를 검출할 수 있고, 또한, 시간 경과 변화나 온도 등의 환경 변화에 따르는 가동 소자 특성의 변화에 대응할 수 있다.
또한, 전환부가 구동부 및/또는 변위 검출부를 복수의 가동 소자의 각각과 선택적으로 접속하기 때문에, 복수의 가동 소자를 구비한 마이크로 액츄에이터에 있어서도, 변위 검출을 위한 회로를 삭감하여 칩 비용을 저감할 수 있다.
또한, 이러한 자기 변위 검출 기능을 갖는 마이크로 액츄에이터를 가변형 미러에 이용하는 것에 의해, 간이한 구성으로 시간 경과ㆍ환경 변화에 대한 신뢰성이 높고, 광량 손실이 작은 광제어를 행할 수 있다.
본 발명의 마이크로 액츄에이터는 가변형 미러뿐 아니라, 릴레이 스위치나 튜너블 캐패시터 등의 고주파 회로 용도, 또는 마이크로 펌프 등의 유체 용도라고 한 여러 가지의 용도에 적용된다.

Claims (32)

  1. 기판과,
    상기 기판상에 변위 가능하게 지지된 가동 소자와,
    상기 가동 소자를 변위시키기 위한 구동 신호를 출력하는 구동부와,
    상기 가동 소자의 변위와 상기 구동 신호와의 대응 관계를 유지하는 변환부와,
    상기 구동 신호를 부여한 상태에서의 상기 가동 소자의 변위를 검출하는 변위 검출부와,
    상기 구동 신호와 상기 변위 검출부의 출력을 이용하여 상기 변환부가 유지하는 대응 관계를 교정하는 교정부
    를 구비한 마이크로 액츄에이터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가동 소자는 상기 기판에 고정된 고정 전극과, 상기 고정 전극에 대향하는 가동 전극을 구비한 정전형의 가동 소자로서,
    상기 변위 검출부는 상기 고정 전극과 상기 가동 전극 사이의 정전 용량의 변화에 의해서 상기 가동 소자의 변위를 검출하는
    마이크로 액츄에이터.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 가동 소자의 1차 공진 주파수 근방 또는 그 이하의 저주파 신호를 상기 구동 신호로서 출력하고,
    상기 변위 검출부는 상기 가동 소자의 1차 공진 주파수 이상의 고주파 신호를 상기 구동 신호에 중첩시키는
    마이크로 액츄에이터.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 구동부는 실질적인 DC 전압을 상기 구동 신호로서 출력하는 마이크로 액츄에이터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 구동부는 복수 단계의 상기 DC 전압을 상기 구동 신호로서 출력하고,
    상기 변위 검출부는 상기 복수 단계의 각 단계에서 상기 가동 소자의 변위를 검출하고,
    상기 교정부는 상기 각 단계의 DC 전압과 상기 변위 검출부의 출력을 소정의 형식의 근사 함수로 근사하는
    마이크로 액츄에이터.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 구동부는 복수 단계의 주파수를 가지는 저주파 신호를 상기 구동 신호로서 출력하고,
    상기 변위 검출부는 가진(加振)된 상기 가동 소자의 변위를 검출하고,
    상기 교정부는 상기 구동 신호와 변위 검출부의 출력을 대응시켜, 상기 가동 소자의 진폭 응답 또는 위상 응답을 산출하는
    마이크로 액츄에이터.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 구동부는 상기 가동 소자의 1차 공진 주파수 근방의 저주파 신호를 상기 구동 신호로서 복수 단계로 출력하고,
    상기 변위 검출부는 상기 복수 단계의 각 단계에서 가진된 상기 가동 소자의 변위를 검출하고,
    상기 교정부는 상기 구동 신호와 변위 검출부의 출력을 대응시켜, 상기 가동 소자의 1차 공진 주파수를 추출하는
    마이크로 액츄에이터.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 구동 신호의 진폭을 크게 설정한 경우에는, 상기 변위 검출부가 발생하는 상기 고주파 신호의 진폭을 작게 설정하는 마이크로 액츄에이터.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 가동 소자의 상기 가동 전극은, 소정의 축에 관해서 대략 대칭인 제 1 도전성 부분 및 제 2 도전성 부분을 포함하며, 상기 축을 중심으로 하여 경동(傾動) 자유롭게 지지되고, 또한,
    상기 고정 전극은 상기 가동 전극의 제 1 도전성 부분에 간극을 거쳐서 대향하는 제 1 전극과, 상기 가동 전극의 제 2 도전성 부분에 간극을 거쳐서 대향하는 제 2 전극을 포함하고,
    상기 구동부는 상기 제 1 도전성 부분과 상기 제 1 전극 사이 또는 상기 제 2 도전성 부분과 상기 제 2 전극 사이에 상기 구동 신호를 부여하고,
    상기 변위 검출부는 상기 제 1 전극에 제 1 고주파 신호를 인가하고, 상기 제 2 전극에 상기 제 1 고주파 신호와 동일한 진폭 또한 역위상의 제 2 고주파 신호를 인가하여, 상기 제 1 도전성 부분과 상기 제 2 도전성 부분과 전기적으로 접속한 단자의 전압을 검출하는
    마이크로 액츄에이터.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 변환부는 상기 가동 소자의 변위와 대응시켜진 전압 지령을 발생하고,
    상기 구동부는 상기 전압 지령값에 따른 상기 구동 신호를 출력하는 DA 변환기를 구비하고,
    상기 교정부는 상기 전압 지령값과 상기 가동 소자의 변위와의 대응 관계를 교정하는
    마이크로 액츄에이터.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 DA 변환기는 비선형인 특성을 구비하고, 상기 구동 신호의 값이 클수록 상기 전압 지령값의 증가분에 대응한 상기 구동 신호의 증가분을 작게 마련한 마이크로 액츄에이터.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 교정부는 상기 전압 지령값과 상기 가동 소자의 변위와의 대응 관계를 1차 함수로 근사하는 마이크로 액츄에이터.
  13. 제 1 항에 있어서,
    전원 기동시에 상기 교정부를 동작시키는 마이크로 액츄에이터.
  14. 제 1 항에 있어서,
    온도 검출부를 구비하고, 상기 온도 검출부가 소정값 이상의 온도 변화를 검출한 경우에 상기 교정부를 동작시키는 마이크로 액츄에이터.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 변위 검출부의 출력이 소정 범위를 초과하고 있는 경우에, 상기 가동 소자 또는 상기 변위 검출부의 이상을 판별하는 이상 판별부를 구비한 마이크로 액츄에이터.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 이상 판별부가 이상을 판별한 경우에, 상기 교정부에 의한 상기 대응 관계의 갱신을 금지하는 마이크로 액츄에이터.
  17. 기판과,
    상기 기판상에 변위 가능하게 지지된 복수의 가동 소자와,
    상기 가동 소자를 변위시키기 위한 구동 신호를 출력하는 구동부와,
    상기 가동 소자의 변위를 검출하는 변위 검출부와,
    상기 구동부 및/또는 상기 변위 검출부와 상기 복수의 가동 소자의 각각을 선택적으로 접속하는 전환부
    를 구비한 마이크로 액츄에이터.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 전환부가 상기 변위 검출부의 변위 검출 대상을 시계열로 전환하면서 각 상기 가동 소자의 변위를 검출하는 마이크로 액츄에이터.
  19. 제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
    상기 변위 검출부의 출력을 이용하여 상기 구동부의 출력을 폐루프 제어하는 폐루프 제어부를 구비한 마이크로 액츄에이터.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 구동부의 출력을 개방 루프 제어하는 개방 루프 제어부를 더 구비하고, 상기 폐루프 제어부와 상기 개방 루프 제어부를 시계열로 전환하여 상기 가동 소자의 제어를 행하는 마이크로 액츄에이터.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 개방 루프 제어부가 상기 폐루프 제어부에 의해 제어된 상기 구동부의 출력을 홀드하는 홀드부를 구비하는 마이크로 액츄에이터.
  22. 제 19 항에 있어서,
    상기 가동 소자가 상기 구동 신호에 따른 전하를 축적 가능하게 마련되고,
    상기 전환부가 상기 가동 소자를 상기 폐루프 제어부에 접속한 제 1 상태와, 상기 가동 소자를 고임피던스로서 상기 전하를 유지한 제 2 상태로 전환하는
    마이크로 액츄에이터.
  23. 제 19 항에 있어서,
    각 상기 가동 소가가 상기 폐루프 제어부와 접속되어 있는 시간에 관계하는 값을 계측하는 카운터와, 상기 폐루프 제어의 수속을 검지하는 수속 검지부를 구비하고,
    상기 카운터로부터의 출력이 소정의 상한값을 초과해도 상기 수속 검지부가 상기 수속을 검지하지 않는 경우에, 상기 전환부가 상기 가동 소자와 상기 폐루프 제어부와의 접속을 절단하는
    마이크로 액츄에이터.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 가동 소자가 상기 폐루프 제어부와 접속되어 있는 시간에 관계하는 값이 상기 폐루프 제어부의 반복 루프 횟수인 마이크로 액츄에이터.
  25. 제 23 항에 있어서,
    상기 수속 검지부가 상기 수속을 검지하고, 상기 전환부가 상기 폐루프 제어부의 접속처를 다음 가동 소자로 전환한 시점에서의 상기 카운터의 출력이 상기 상한값 미만인 경우에, 상기 카운터의 출력에 따라서 다음 가동 소자의 상한값을 변경하는
    마이크로 액츄에이터.
  26. 제 17 항에 있어서,
    상기 전환부가 상기 복수의 가동 소자 중 적어도 2개 이상을 동시에 상기 변위 검출부에 접속하는 마이크로 액츄에이터.
  27. 제 3 항에 있어서,
    상기 고주파 신호의 진폭값과 동등 이상의 크기의 바이어스 전압을 상기 고정 전극과 상기 가동 전극의 쌍방에 인가한 마이크로 액츄에이터.
  28. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동부 및/또는 상기 변위 검출부와 상기 가동 소자를 연결하는 배선 경로내에 마련되고, 상기 배선 경로를 접속한 상태와 절단한 상태 사이에서 전환을 실행하는 전환부를 구비하고,
    상기 교정부는 상기 배선 경로를 접속한 상태에서 얻어진 상기 변위 검출부의 제 1 출력을, 상기 배선 경로를 절단한 상태에서 얻어진 상기 변위 검출부의 제 2 출력을 이용하여 보정하는 것
    을 구비한 마이크로 액츄에이터.
  29. 제 1 항에 있어서,
    상기 가동 소자는 상기 기판에 고정된 고정 전극과, 상기 고정 전극에 대향하는 가동 전극을 구비하고,
    상기 가동 전극은 소정의 축에 관해서 대략 대칭인 제 1 도전성 부분 및 제 2 도전성 부분을 포함하여 상기 축을 중심으로 하여 경동 자유롭게 지지되고,
    상기 고정 전극은 상기 가동 전극의 제 1 도전성 부분에 간극을 거쳐서 대향하는 제 1 전극과, 상기 가동 전극의 제 2 도전성 부분에 간극을 거쳐서 대향하는 제 2 전극을 포함하고,
    상기 구동부는 상기 제 1 전극에 인가되는 제 1 구동 신호와, 상기 제 1 구동 신호와 상이한 크기를 가져, 상기 제 2 전극에 인가되는 제 2 구동 신호를 발생하고,
    상기 변위 검출부는 상기 가동 소자의 1차 공진 주파수 이상의 고주파 신호를 출력하는 고주파 신호 발생부와, 제 1 단자에서 상기 제 1 전극에 접속된 제 1 부하 임피던스 소자와, 제 2 단자에서 상기 제 2 전극에 접속된 제 2 부하 임피던스 소자와, 상기 제 1 단자와 제 2 단자에 접속하는 고주파 검출부를 구비하고, 상기 제 1 부하 임피던스 소자의 상기 제 1 단자의 반대측의 단자에는 상기 고주파 신호를 중첩한 상기 제 1 구동 신호를 인가하고, 상기 제 2 부하 임피던스 소자의 상기 제 2 단자의 반대측의 단자에는 상기 고주파 신호를 중첩한 상기 제 2 구동 신호를 인가하고,
    상기 고주파 검출부는 상기 제 1 단자와 상기 제 2 단자 사이에서의 상기 고주파 신호의 위상 또한/또는 진폭을 비교하는 것에 의해 상기 가동 소자의 변위를 검출하는
    마이크로 액츄에이터.
  30. 청구항 1에 기재된 마이크로 액츄에이터를 구비한 가변형 미러로서,
    상기 가동 소자의 적어도 일부에 광반사 영역이 형성되어 있는
    가변형 미러.
  31. 청구항 1에 기재된 마이크로 액츄에이터를 구비한 장치.
  32. 가동 소자를 갖는 마이크로 액츄에이터의 구동 방법으로서,
    상기 가동 소자를 변위시키기 위한 구동 신호를 출력하는 단계와,
    상기 가동 소자의 변위와 상기 구동 신호와의 대응 관계를 유지하는 단계와,
    상기 구동 신호가 인가된 상태에서의 상기 가동 소자의 변위를 검출하는 단 계와,
    상기 구동 신호와 상기 변위 검출부의 출력을 이용하여 상기 대응 관계를 교정하는 단계
    를 포함하는 구동 방법.
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