JP4303545B2 - 可動エレメント装置 - Google Patents
可動エレメント装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4303545B2 JP4303545B2 JP2003317267A JP2003317267A JP4303545B2 JP 4303545 B2 JP4303545 B2 JP 4303545B2 JP 2003317267 A JP2003317267 A JP 2003317267A JP 2003317267 A JP2003317267 A JP 2003317267A JP 4303545 B2 JP4303545 B2 JP 4303545B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- capacitance
- mirror
- signal
- output
- movable element
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
- Micromachines (AREA)
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Description
さらに、ミラーデバイス102は、図20に示すように、X軸,Y軸の2軸を回動軸として回動可能に構成されたものであって、ミラー103,ミラー103を支持するY軸トーションバー104y,ミラー103の外周に設けられY軸トーションバー104yに接続された第1フレーム105−1,Y軸トーションバー104yと第1フレーム105−1とを通じてミラー103を支持するX軸トーションバー104xおよび第1フレーム105−1外周に設けられX軸トーションバー104xに接続された第2フレーム105−2をそなえて構成されている。
これにより、これら一対の電極106a,106bのうちで、電極106aを正電極、電極106bを負電極として、それぞれの電極106a,106bに対して互いに異なる電圧信号を駆動信号♯1,♯2として供給すると、電極106a側または電極106b側からミラー103にかかる静電気力が変化する。これにより、Y軸トーションバー104yがねじれて、ミラー103がティルト(即ち、面位が偏向)することができるようになっている。
ところで、上述のごときマイクロミラーユニット100によって光スイッチを構成する際の課題として、光の入出力を行なう光ファイバの直径が非常に小さいことから、反射光を出力側の光ファイバに高精度で導くために、ミラー103の面位の偏向角度(以下、単に角度という場合がある)を精細に制御する必要がある。
例えばCF=1pFとした場合の利得の周波数特性を図23に示す。この図23に示すように、高周波の利得は(CP−CN)の増加に従って増大している。従って、既知の入力振幅に対する出力振幅の変動から、静電容量の変動(CP−CN)を検知することが可能である(例えば特許文献1、特許文献2)。
したがって、特にMEMSミラーアレイのように、検出対象となるミラーである可動エレメントがアレイ状に複数配置されているような場合には、個々のミラー103の電位を分離する(取り出す)ために配線数が増加し、配線構成が複雑になり、また、MEMSミラーアレイをなす隣接ミラー間も絶縁する必要があり、製造工程が複雑になるという課題もある。特許文献1〜2に記載された静電容量を検出する装置においても同様である。
また、本発明による可動エレメント装置では、駆動信号および検出信号を正相入力より入力し、電極を逆相入力に接続し、出力を逆相入力に帰還させた差動増幅部を備えることにより、検出対象となる静電容量の値に応じた利得で検出信号が増幅された信号を、静電容量の値の検出結果として出力することができる。すなわち、検出対象の静電容量をなす片側の電極として機能する電極4aによって、可動エレメント駆動と静電容量検知とを両立させることができる。
〔a〕第1実施形態の説明
図1は本発明の第1実施形態を示す図で、この図1において、10は静電容量センサであり、この静電容量センサ10は、可動エレメント3aの基準姿勢に対する姿勢変位を、可動エレメント3aと可動エレメント3aに隔離して配置された電極4との間の静電容量で検出するためのものである。即ち、可動エレメント3aと可動エレメント3aに隔離して配置された電極4との間の静電気力により可動エレメント3aが変位する可動エレメント装置1における上記の可動エレメント3aと電極4との間の静電容量を検出するためのものである。
これにより、ミラー3aの電位を基準電位(例えば接地電位)とし、静電容量センサ10とMEMSミラーユニット1との間で必要な配線構成としては、少なくとも電極4と増幅回路13Aの逆相入力とを接続するための1本の配線のみとしている。
Gain=1+Zf/Zi …(3)
また、図1において、帰還インピーダンスZfおよび逆相入力インピーダンスZiはそれぞれ式(4),(5)に示すようになる。
fc=1/2πCF・RF …(7)
ここで、入力信号の周波数fがカットオフ周波数よりも十分小さい(f<<fc)場合には、式(6)は式(6A)に示すように書き直すことができ、周波数fがカットオフ周波数よりも十分大きく(f>>fc)場合には、式(6)は式(6B)に示すように近似することができる。
Gain=1+CP/CF …(6B)
すなわち、正相入力に入力される信号について、ミラー3aの応答する(ミラー3aの面位が偏向する)低周波領域では利得1のボルテージホロアとして動作し、応答しない高周波においては、CPに応じて利得が上昇する。
また、第1実施形態における静電容量センサ10においては、増幅回路13Aからの出力から、駆動信号の低周波成分を除去するハイパスフィルタとしての容量15をそなえており、これにより、上述の検出対象となる静電容量11の値に応じた利得で容量検出用信号が増幅された信号を高精度に出力することができ、ミラー3aを駆動するための低周波信号についても無駄なく電極4に供給される。
また、上述のハイパスフィルタ15としては、RCフィルタ、LCフィルタ、アクティブフィルタ等、様々な構成が適用できる。
また、MEMSミラーユニット1が応答しない高周波の容量検出信号については、上述の式(6B)により、検出対象のMEMS容量11の値CPに応じた利得で増幅されるので、静電容量センサ10では、増幅回路13Aの正相入力に入力された信号が式(6B)の利得値に応じて増幅された信号を、上述の静電容量11の検出信号としてハイパスフィルタ15を介して出力する。
すなわち、この図4ないし図5に示すように、低周波の利得は1で、高周波の利得は静電容量11の値CPの増加に従って増大しているので、利得は上述の式(6A),(6B)に従って上昇していることがわかる。従って、既知の入力振幅に対する出力振幅の変動から、静電容量11の変動値CPを一意に導出することができる。なお、本発明が、特性例に示すパラメータに縛られないことは、言うまでもない。
これにより、静電容量センサ付きの可動エレメント装置としてのMEMSミラーユニット1においては、低周波成分の信号が駆動信号として静電容量センサ10を経由して電極4に供給され、ミラー3aが所望の面位に角度調整される一方、高周波成分についても同様に電極4に印加されるがミラー3aの面位は変化しない。静電容量センサ10では、この高周波成分として出力される出力信号を、検出対象となる静電容量11の値即ちミラー3aの角度検出を行なうための値をあらわすレベルで出力している。
図6は本発明の第2実施形態を示す図で、この図6に示す第2実施形態においては、前述の第1実施形態の場合と同様に、MEMSミラーユニット1を、静電容量センサ20を介した駆動信号による静電気力で駆動するとともに、静電容量センサ20においてMEMSミラーユニット1のミラー3aと電極との間の静電容量を検出するものであるが、ミラー3aの面位の角度を正確に計算するために、2つの電極4a,4bとミラー3a間の静電容量の差を検出することができるようになっている点が異なっている。
換言すれば、静電容量センサ20は、可動エレメントとしてのミラー3aとミラー3aに隔離して配置された一対の電極4a,4bそれぞれとの間の静電気力により、ミラー3aが変位する可動エレメント装置としてのMEMSミラーユニット1におけるミラー3aと一対の電極4a,4bそれぞれとの間の静電容量21,22間の変位を検出するもので、第1静電容量検出回路23,第2静電容量検出回路24および差信号出力部27をそなえて構成されている。
また、第1静電容量検出回路23は、第1増幅回路23Aと、第1帰還容量(容量値をCFとする)23Bと、第1帰還抵抗(抵抗値をRFとする)23Cをそなえるとともに、ミラー3aと(一対の電極4a,4bをなす)第1電極4aとの間の第1静電容量(容量値をCPと記載する)21を第1増幅回路23Aの逆相入力に接続して非反転増幅回路23Uを構成する。
これにより、第2静電容量検出回路24においては、第2増幅回路24Aの正相に第2静電容量値CNを検出するための第2容量検出用信号を入力して、第2静電容量22の値CNに応じた利得で第2容量検出用信号が増幅された信号を出力するようになっている。換言すれば、第2静電容量検出回路24では、第2静電容量22の値CNを検出するための信号を出力する。
これにより、第1静電容量検出回路23では、ミラー3aと電極4aとの間の第1静電容量21の値CPを検出するための信号として、第1容量検出用信号が増幅された信号を第1駆動信号の低周波成分を除去した上で出力することができるようになっている。同様に、第2静電容量検出回路24では、ミラー3aと電極4bとの間の第2静電容量22の値CNを検出するための信号として、第2容量検出用信号が増幅された信号を第2駆動信号の低周波成分を除去した上で出力することができるようになっている。
ところで、第1容量検出信号は、第1静電容量検出回路23により前述の第1実施形態における式(6B)に示す利得で増幅されて出力されるようになっている。又、第2容量検出信号は、第2静電容量検出回路24により前述の第1実施形態における式(6B)に準じて、式(6C)に示す利得で増幅されて出力されるようになっている。
上述の第1,第2容量検出用信号として入力された信号の振幅をほぼ同一とし、第1,第2静電容量検出回路23,24の帰還容量CFの値についてもほぼ同一の値としているので、上述の差信号出力部27において出力する第1,第2静電容量検出回路23,24からの出力信号の差分信号の利得としては、上述の第1,第2容量検出信号の高周波域において式(8)に示すようになる。
=(CP−CN)/CF …(8)
式(8)における帰還容量CFの値は予め設定された既知の値である。従って、静電容量センサ20においては、上述の容量変位CP−CNに応じた利得で出力信号を出力するようになっている。
そして、上述のごとく増幅回路23A,24Aで増幅され出力された低周波成分および高周波成分の重畳信号は、帰還容量23B,24Bおよび帰還抵抗23C,24Cを通じて電極4a,4bにそれぞれ印加され、接地されたミラー3aとの間で静電気力が与えられる。
換言すれば、電極4a,4bに印加される低周波成分の信号によって、協働してミラー3aを回転させることができる。この場合においては、電極4aに電圧を印加するための静電容量センサ20入力を正相入力とし、電極4bに電圧を印加するための静電容量センサ20入力を逆相入力としている。
差信号出力部27の増幅回路27Aでは、容量25A,26Aからの高周波信号をそれぞれ入力抵抗27B,27Cを通じて逆相に入力されて、これら逆相に入力された信号の差信号を静電容量センサ20の出力信号として出力する。これにより、静電容量センサ20の利得としては、前述の式(8)に示すように、静電容量21の容量値CPと静電容量22の容量値CNとの差(CP−CN)に応じた値となる。
換言すれば、静電容量センサ20の正相,逆相入力としてそれぞれ重畳して入力される信号のうちで、低周波成分の信号についてはミラー3aの面位を変化させるために働き、高周波成分の信号については、上述の低周波成分の信号によって変化したミラー3aの面位の角度を検出するための信号として働く。
すなわち、この図7ないし図8に示すように、低周波の利得は1で、高周波の利得は静電容量11の値CP−CNの増加に従って増大しているので、利得は上述の式(8)に従って上昇していることがわかる。従って、既知の第1,第2静電容量検出用信号の入力振幅に対する出力振幅の変動から、静電容量21,22の変動値CP−CNを一意に導出することができる。
このように、本発明の第2実施形態にかかる静電容量センサ20によれば、第1静電容量検出回路23および第2静電容量検出回路24により、前述の第1実施形態の場合と同様に、ミラー3aの電位を基準電位(例えば接地電位)として静電容量センサ20を構成することができ、検出対象となる静電容量21,22をなす片側の電極として機能するミラー3aの電位を基準電位として静電容量センサ20を構成することができる。
図9は本発明の第3実施形態にかかる静電容量センサ30を示す図であり、この図9に示す静電容量センサ30は、前述の第2実施形態におけるものに比して、低周波成分の利得を1以外の値とするために、第1静電容量検出回路33の増幅回路23Aおよび第2静電容量検出回路34の増幅回路24Aの逆相入力に、付加抵抗33D,34Dがそれぞれ接続されている点が異なっており、それ以外については基本的に同様の構成を有している。尚、図9中、図6と同一の符号は、同様の部分を示している。
そして、上述のごとく増幅回路23A,24Aで増幅され出力された低周波成分および高周波成分の重畳信号は、帰還容量23B,24B,帰還抵抗23C,24Cおよび負荷抵抗33A,34Aを通じて電極4a,4bにそれぞれ印加され、接地されたミラー3aとの間で静電気力が与えられる。
したがって、既知の第1,第2静電容量検出用信号の入力振幅に対する出力振幅の変動から、容量値の差CP−CNを検出することができるのである。そして、この容量差CP−CNの値から、一意にミラー3aの面位角度を特定することができる。
また、高周波の利得については前述の第2実施形態の場合と同様にCP−CNの値にしたがって上昇する。即ち、既知の第1,第2静電容量検出用信号の入力振幅に対する出力振幅の変動から、静電容量21,22の変動値CP−CNを一意に導出することができる。これにより、静電容量センサ30からの出力信号のレベル値に応じたCP−CN値を予め準備しておくことで、ミラー3aの駆動中において常時静電容量21,22の差についての検出信号を出力することができる。なお、本発明が、特性例に示すパラメータに縛られないことは、言うまでもない。
〔d〕第4実施形態の説明
図12は本発明の第4実施形態にかかる静電容量センサ40を示す図であり、この図12に示す静電容量センサ40においてもMEMSミラーユニット1におけるミラー3aの面位角度を検出する際に適用しうるものである。
また、スイッチ43C−3,44C−3はそれぞれ、ミラー3aの角度を駆動制御するための前述の第1,第2駆動信号を生成する図示しない駆動制御部から、ミラー3aの面位角度の切り替え制御タイミングに応じたオンオフ制御信号を受けて切り替えられるようになっている。
上述の構成により、本発明の第4実施形態にかかる静電容量センサ40においても、第1駆動信号と第1容量検出用信号との重畳信号が、増幅回路23Aの正相入力に入力する。同様に、低周波の第2駆動信号と第2容量検出用信号との重畳信号が増幅回路24Aの正相入力に入力する。
また、ミラー3aの角度を切り替える際に、切り替えのための低周波信号(第1,第2駆動信号)が電極4a,4bに供給されるタイミングに同期してスイッチ43C−3,44C−3をオンとしているので、帰還抵抗値が小さくなって第1,第2駆動信号の立ち上がりが早まり、ミラー3aの面位が可動する応答性も早まる。
〔e〕第5実施形態の説明
図13は本発明の第5実施形態にかかる静電容量センサ50を示す図であり、この図13に示す静電容量センサ30においてもMEMSミラーユニット1におけるミラー3aの面位角度を検出する際に適用しうるものである。
これにより、差信号出力部27においては、静電容量21の容量値CPと静電容量22の容量値CNに応じた直流信号の振幅値信号を、サンプルホールド回路55B,56Bからそれぞれ入力されて、これらの容量値の差CP−CNに応じた振幅の直流信号を出力することができる。
それぞれの増幅回路23A,24Aの正相入力から入力された信号は増幅されて、低周波成分については利得1で増幅されるとともに〔式(6A)参照〕、高周波成分についてはそれぞれの検出対象の静電容量値CP,CNと帰還容量値CFの値に応じた利得〔式(6B),(6C)参照〕で増幅されて、容量25A,26Aを通じて高周波成分のみが出力される。
さらに、差信号出力部27の増幅回路27Aでは、サンプルホールド回路55B,56Bからの直流信号をそれぞれ入力抵抗27B,27Cを通じて逆相に入力されて、これら逆相に入力された信号の差信号を静電容量センサ50の出力信号として出力する。これにより、静電容量センサ50の利得としては、前述の式(8)に示すように、静電容量21の容量値CPと静電容量22の容量値CNとの差(CP−CN)に応じた振幅値の直流信号となる。
このように、本発明の第5実施形態にかかる静電容量センサ50においても、第1静電容量検出回路23および第2静電容量検出回路24および差信号出力部27により、前述の第2〜第4実施形態の場合と同様の利点があるほか、サンプルホールド回路が集積された静電容量センサを構成することができるので、静電容量センサとしての機能向上とともに、この静電容量センサ50を用いてMEMSミラーアレイの制御系を構築する際には、静電容量センサ出力について交流信号から直流信号に変換するための外部機器を設ける必要がなくなるという利点もある。
第6実施形態においては、MEMSミラーアレイ61b,61cを用いた光スイッチング装置60において、MEMSミラーアレイ61b,61cをなす各ミラー3aの面位角度を検出する静電容量センサとして前述の第2実施形態におけるものと同様のものを用いている。
ここで、光スイッチ光学系61は、例えば図15に示すようなコリメータアレイ61a,61dをそなえるとともに、互いに90度の角度をなして配置された、入力用および出力用の2つのミラーアレイ61b,61cをそなえて構成されている。
また、上述の入力ミラーアレイ61bおよび出力ミラーアレイ61cのティルトミラーユニット71,72はともに、前述の各実施形態におけるMEMSミラーユニット1と同様に、静電気力により回動可能に構成され光信号を偏向反射させる3次元のMEMSミラー(3次元マイクロエレクトロメカニカルシステムミラー)として構成することができる。即ち、前述の図20に示すもの(符号100参照)と同様、x軸およびy軸をミラー回動軸として互いに独立して回動することができるようになっている。
すなわち、上述の入力ミラーアレイ61bおよび出力ミラーアレイ61cにおける、面位が設定された各ティルトミラーユニット71,72が協働することにより、入力コリメータアレイ61aの各入力ポート61a−1に入力される光信号を、ミラーアレイ61b,61cの各ティルトミラーユニット71,72で順次反射させることにより、出力コリメータアレイ61dにおける任意の位置の出力ポート61d−1を通じて出力することができ、光信号のチャンネル切替(光クロスコネクト)を行なうことができる。
ここで、この図16に示すティルトミラーユニット71においては電極4a−X,4b−X,4a−Y,4b−Yがミラー本体3と一体に形成されたものであって、3b−Yはミラー3aを支持するy軸トーションバー、5−1はy軸トーションバー3b−Yを支持するフレーム、3b−Xはミラー3aをy軸トーションバー3b−Yおよびフレーム5−1を通じて支持するx軸トーションバー、5−2はx軸トーションバー3b−Xを支持する外郭フレームである。
なお、フレーム5−1には櫛型電極4a−Y,4b−Yの櫛間と嵌め合わさるように形成されたミラー側櫛型電極6a−Y,6b−Yをそなえている。又、5−11は上述の電極4a−X,4b−Xおよび櫛型導電部5−Yを絶縁する絶縁部、5−21は上述の電極4a−Y,4b−Y間を絶縁する絶縁部であり、ミラー3a面は接地されている。
同様に、静電容量センサ62−(a+1)を通じて電極4a−X,4b−Xに供給される一対の駆動信号によってトーションバー3b−Yがねじれてミラー3aの面位が回動するとともに、静電容量21X,22X間の容量差CP−CNに応じた利得で高周波の容量検出用信号が増幅されて出力される。
さらに、コントローラ63dは、光スイッチ光学系61に入力される複数チャンネルの光信号ごとの光パス設定(クロスコネクト設定)に対応する面位制御を駆動部64−1〜64−mを通じて行なわせるための制御信号を出力するものである。
さらに、ドライバ64bは、D/Aコンバータ64aからのアナログの重畳信号について、ティルトミラー71,72における一対の電極に供給すべき振幅値の信号に増幅するものであり、増幅された一対のアナログの重畳信号はそれぞれ、前述したように対応する静電容量センサ62−1〜62−mを通じて一対の電極に供給される。
すなわち、制御部63のコントローラ63dで、外部からのパス設定命令を受けると(ステップA1)、このパス設定内容に応じて、図示しないディスク装置や媒体等に蓄積された制御情報データを検索し、命令に応じたパス設定を実現する面位角度に各ティルトミラーユニット71,72のミラーを設定するための制御データを持つ制御信号を、上述の静電容量検出用信号とともに駆動部64−1〜64−mに出力する。
そして、静電容量センサ62−1〜62−mでは、上述のコントローラ63dからの制御信号によって、静電容量差CP−CN(図16参照)に応じた利得で増幅された信号を、個々のティルトミラー71,72におけるミラーの面位角度を検出するために制御部63に供給する。
このように、本発明の第6実施形態にかかる光スイッチング装置60によれば、前述の第2実施形態の場合と同様の静電容量センサ62−1〜62―mを用いて構成されているので、ミラーアレイ61b,61cをなすティルトミラーユニット71,72のミラー本体を共通の電位となるように構成することができるので、従来技術(図21参照)のごとくミラー3aごとの電位を配線により取り出す必要がなくなり、ティルトミラーアレイとの配線構成を簡素化しながら高精度に静電容量を検出することができ、歩留まり向上や特性改善に資するという利点がある。
図18は本発明の第7実施形態にかかる光スイッチング装置80を示す図であるが、この第7実施形態にかかる光スイッチング装置80は、前述の第6実施形態におけるもの(符号60参照)に比して、光パワーモニタ88およびA/Dコンバータ89をそなえ、ミラーアレイ61b,61cをなすティルトミラーユニット71,72のミラー面位角度を、出力される光信号のパワーに応じて可変する機能が付加されている点が異なっている。
また、この図18に示す光スイッチング装置80においては、上述の光パワーモニタ88およびA/Dコンバータ89以外の構成については前述の図14に示す光スイッチング装置60と基本的に同様である。尚、図18中において、図14と同一の符号はほぼ同様の部分を示している。即ち、第7実施形態においても、MEMSミラーアレイ61b,61cを用いた光スイッチング装置80において、MEMSミラーアレイ61b,61cをなす各ミラー3aの面位角度を検出する静電容量センサ62−1〜62−mとして前述の第2実施形態におけるものと同様のものを用いている。
コントローラ63dは、静電容量センサ部62からの各ティルトミラー3aについての静電容量変位とともに、光パワーモニタ88からのチャンネルごとの光信号のパワーをもとに、チャンネル切替を行なうための各ティルトミラー3aの回動変位量を制御するための制御信号を出力する。
すなわち、制御部63のコントローラ63dで、外部からのパス設定命令を受けると(ステップB1)、前述の第6実施形態の場合と同様に、命令に応じたパス設定を実現する面位角度に各ティルトミラーユニット71,72のミラーを設定するための制御データを持つ制御信号を、上述の静電容量検出用信号とともに駆動部64−1〜64−mに出力する。
そして、静電容量センサ62−1〜62−mでは、上述のコントローラ63dからの制御信号によって、静電容量差CP−CN(図16参照)に応じた利得で増幅された信号を、個々のティルトミラー71,72におけるミラーの面位角度を検出するために出力する。この静電容量差CP−CNの値に応じた信号は制御部63のサンプルホールド回路63a,アンプ63b,A/Dコンバータ63cによる信号処理が施されたのちにコントローラ63dに入力される。
そして、コントローラ63dでは、この検出値として求められたミラーの面位角度が、光パス設定として命令された面位角度の目標値になるようにフィードバックして制御信号を駆動部64−1〜64−mに出力する(ステップB3)。
すなわち、コントローラ63dにおいては、光パワーモニタ88においてモニタされた光スイッチ光学系61から出力される各チャンネルの光信号のパワーをA/Dコンバータ89を通じてディジタル信号として入力されて、各チャンネルの出力信号光のパワーが設定されたパスにおいて最適な出力レベルとなるように、該当する光路のティルトミラーユニット71,72のミラー面位角度を調整制御する(ステップB4,B5)。これによって、最終的に入力された命令に対する光パス設定動作が完了する(ステップB6)。
〔h〕その他
上述の第1〜第5実施形態ではMEMSミラーユニット1のミラー面位を検出するために、第6,第7実施形態においても光スイッチ光学系61のミラーアレイ61b,61cをなすミラー面位を検出するために、それぞれ静電容量を検出しているが、本発明によればこれに限定されず、静電容量センサ10,20,30,40,50,62−1〜62−mとしてはこれ以外の可動エレメントの基準姿勢に対する姿勢変位を検出するために静電容量を検出するように構成してもよい。
また、上述の各実施形態において、ハイパスフィルタとして容量15,25A,26Aを用いているが、これ以外の公知の構成を持つハイパスフィルタを用いることとしてもよい。
(付記1) 可動エレメントの基準姿勢に対する姿勢変位を、該可動エレメントと該可動エレメントに隔離して配置された電極との間の静電容量で検出するための静電容量センサであって、
増幅回路と、帰還容量と、帰還抵抗とをそなえ、検出対象となる前記静電容量を該増幅回路の逆相入力に接続して非反転増幅回路を構成するとともに、
前記静電容量を検出するための容量検出用信号を該増幅回路の正相入力に入力するとともに、検出対象となる前記静電容量の値に応じた利得で前記容量検出用信号が増幅された信号を、前記静電容量の検出結果として出力するように構成されたことを特徴とする、静電容量センサ。
かつ、該増幅回路からの出力から、前記駆動信号の成分を除去するハイパスフィルタをそなえて構成されたことを特徴とする、付記1記載の静電容量センサ。
(付記4) 該帰還抵抗の値をタイミングに応じて切り替えることを特徴とする、付記1記載の静電容量センサ。
(付記5) 該ハイパスフィルタの出力についてサンプルホールドするサンプルホールド回路をそなえて構成されたことを特徴とする、付記2記載の静電容量センサ。
第1増幅回路と、第1帰還容量と、第1帰還抵抗とをそなえ、前記可動エレメントと前記一対の電極をなす第1電極との間の第1静電容量を該第1増幅回路の逆相入力に接続して非反転増幅回路を構成するとともに、前記第1静電容量を検出するための第1容量検出用信号を該第1増幅回路の正相に入力するとともに、前記第1静電容量の値に応じた利得で前記第1容量検出用信号が増幅された信号を出力するように構成された第1静電容量検出回路と、
第2増幅回路と、第2帰還容量と、第2帰還抵抗とをそなえ、前記可動エレメントと前記一対の電極をなす第2電極との間の第2静電容量を該第2増幅回路の逆相入力に接続して非反転増幅回路を構成するとともに、前記第2静電容量を検出するための第2容量検出用信号を該第2増幅回路の正相に入力するとともに、前記第2静電容量の値に応じた利得で前記第2容量検出用信号が増幅された信号を出力するように構成された第2静電容量検出回路と、
上記の第1,第2静電容量検出回路からの出力の差により、上記の可動エレメントと一対の電極それぞれとの間の静電容量による静電容量変位を検出するための信号を出力する差信号出力部と、をそなえて構成されたことを特徴とする、静電容量センサ。
上記の第2静電容量検出回路が、第2増幅回路の正相入力に前記第2容量検出用信号とともに、前記第2容量検出用信号よりも低周波を有し該可動エレメントの変位を変化させるための第2駆動信号が重畳された信号を入力する一方、前記可動エレメントの電位を接地電位として検出対象となる前記第2静電容量を該第2増幅回路の逆相入力に接続するように構成され、かつ、該第2増幅回路からの出力から、前記第2駆動信号の成分を除去する第2ハイパスフィルタをそなえて構成されたことを特徴とする、付記6記載の静電容量センサ。
(付記9) 該第1,第2帰還抵抗の値をタイミングに応じて切り替えることを特徴とする、付記6記載の静電容量センサ。
(付記10) 該第1静電容量回路が、該第1ハイパスフィルタの出力についてサンプルホールドする第1サンプルホールド回路をそなえるとともに、該第2静電容量回路が、該第2ハイパスフィルタの出力についてサンプルホールドする第2サンプルホールド回路をそなえて構成されたことを特徴とする、付記7記載の静電容量センサ。
該可動エレメントの変位を変化させるための低周波の駆動信号と前記駆動信号よりも高周波を有して前記静電容量を検出するための容量検出用信号とが重畳された信号を正相に入力する一方、前記可動エレメントの電位を接地電位として検出対象となる前記静電容量を前記電極を介して逆相入力に接続する増幅回路と、
該増幅回路の出力を前記逆相入力に帰還するための並列接続された帰還容量および帰還抵抗と、
該増幅回路からの出力から、前記低周波の信号成分を除去するハイパスフィルタと、をそなえ、
該ハイパスフィルタから、検出対象となる前記静電容量の値に応じた利得で前記容量検出用信号が増幅された信号を出力するように構成されたことを特徴とする、静電容量センサ。
該可動エレメントの変位を変化させるための低周波の第1駆動信号と前記第1駆動信号よりも高周波を有して前記可動エレメントと前記一対の電極をなす第1電極との間の第1静電容量を検出するための第1容量検出用信号とが重畳された信号を正相に入力する一方、前記可動エレメントの電位を接地電位として前記第1静電容量を逆相入力に接続する第1増幅回路と、該第1増幅回路の出力を前記逆相入力に帰還するための並列接続された第1帰還容量および第1帰還抵抗と、該第1増幅回路からの出力から前記低周波の信号成分を除去する第1ハイパスフィルタと、をそなえ、前記第1静電容量を検出するための第1静電容量検出回路と、
該可動エレメントの変位を変化させるための低周波の第2駆動信号と前記第2駆動信号よりも高周波を有して前記可動エレメントと前記一対の電極をなす第2電極との間の第2静電容量を検出するための第2容量検出用信号とが重畳された信号を正相に入力する一方、前記可動エレメントの電位を接地電位として前記第2静電容量を逆相入力に接続する第2増幅回路と、該第2増幅回路の出力を前記逆相入力に帰還するための並列接続された第2帰還容量および第2帰還抵抗と、該第2増幅回路からの出力から前記低周波の信号成分を除去する第2ハイパスフィルタと、をそなえ、前記第2静電容量を検出するための第2静電容量検出回路と、
上記の第1,第2静電容量検出回路からの出力の差により、上記の可動エレメントと一対の電極それぞれとの間の静電容量による静電容量変位を検出するための信号を出力する差信号出力部と、をそなえて構成されたことを特徴とする、静電容量センサ。
(付記14) 該可動エレメントが、ティルトミラーであることを特徴とする、付記1〜13のいずれか1項記載の静電容量センサ。
(付記15) 該電極が、櫛型形状の電極により構成されたことを特徴とする、付記1〜14のいずれか1項記載の静電容量センサ。
上記のティルトミラーと当該ティルトミラーに隔離して配置され前記静電気力を供給するための一対の電極それぞれとの間の静電容量により、当該ティルトミラーについての静電容量変位を検出する静電容量センサを、該ミラーアレイをなすティルトミラーの回動軸ごとにそなえられた静電容量センサ部と、
前記複数チャンネルの光信号のチャンネル切替指示を受けて、該静電容量センサ部からの各ティルトミラーについての静電容量変位をもとに、前記チャンネル切替を行なうための各ティルトミラーの回動変位量を制御するための制御信号を出力する制御部と、
該制御部からの制御信号に基づいて、各ティルトミラーに対する静電気力を対応する一対の電極への駆動信号を通じて供給する駆動部と、をそなえ、
かつ、該静電容量センサ部における各静電容量センサが、
該駆動部からの対応するティルトミラーの回動変位量を変化させるための低周波の第1駆動信号と前記第1駆動信号よりも高周波を有して該対応するティルトミラーと前記対応する一対の電極をなす第1電極との間の第1静電容量を検出するための第1容量検出用信号とが重畳された信号を正相に入力する一方、該対応するティルトミラーの電位を接地電位として前記第1静電容量を逆相入力に接続する第1増幅回路と、該第1増幅回路の出力を前記逆相入力に帰還するための並列接続された第1帰還容量および第1帰還抵抗と、該第1増幅回路からの出力から前記低周波の信号成分を除去する第1ハイパスフィルタと、をそなえ、前記第1静電容量を検出するための第1静電容量検出回路と、
該駆動部からの該対応するティルトミラーの変位を変化させるための低周波の第2駆動信号と前記第2駆動信号よりも高周波を有して該対応するティルトミラーと前記対応する一対の電極をなす第2電極との間の第2静電容量を検出するための第2容量検出用信号とが重畳された信号を正相に入力する一方、該対応するティルトミラーの電位を接地電位として前記第2静電容量を逆相入力に接続する第2増幅回路と、該第2増幅回路の出力を前記逆相入力に帰還するための並列接続された第2帰還容量および第2帰還抵抗と、該第2増幅回路からの出力から前記低周波の信号成分を除去する第2ハイパスフィルタと、をそなえ、前記第2静電容量を検出するための第2静電容量検出回路と、
上記の第1,第2静電容量検出回路からの出力の差により、上記の対応するティルトミラーと一対の電極それぞれとの間の静電容量による静電容量変位を検出するための信号を出力する差信号出力部と、をそなえて構成されたことを
特徴とする、光スイッチ制御装置。
上記のティルトミラーと当該ティルトミラーに隔離して配置され前記静電気力を供給するための一対の電極それぞれとの間の静電容量により、当該ティルトミラーについての静電容量変位を検出する静電容量センサを、該ミラーアレイをなすティルトミラーの回動軸ごとにそなえられた静電容量センサ部と、
前記複数チャンネルの光信号のチャンネル切替指示を受けて、該静電容量センサ部からの各ティルトミラーについての静電容量変位をもとに、前記チャンネル切替を行なうための各ティルトミラーの回動変位量を制御するための制御信号を出力する制御部と、
該制御部からの制御信号に基づいて、各ティルトミラーに対する静電気力を対応する一対の電極への駆動信号を通じて供給する駆動部と、をそなえ、
かつ、該静電容量センサ部における各静電容量センサが、
該駆動部からの対応するティルトミラーの回動変位量を変化させるための低周波の第1駆動信号と前記第1駆動信号よりも高周波を有して該対応するティルトミラーと前記対応する一対の電極をなす第1電極との間の第1静電容量を検出するための第1容量検出用信号とが重畳された信号を正相に入力する一方、該対応するティルトミラーの電位を接地電位として前記第1静電容量を逆相入力に接続する第1増幅回路と、該第1増幅回路の出力を前記逆相入力に帰還するための並列接続された第1帰還容量および第1帰還抵抗と、該第1増幅回路からの出力から前記低周波の信号成分を除去する第1ハイパスフィルタと、をそなえ、前記第1静電容量を検出するための第1静電容量検出回路と、
該駆動部からの該対応するティルトミラーの変位を変化させるための低周波の第2駆動信号と前記第2駆動信号よりも高周波を有して該対応するティルトミラーと前記対応する一対の電極をなす第2電極との間の第2静電容量を検出するための第2容量検出用信号とが重畳された信号を正相に入力する一方、該対応するティルトミラーの電位を接地電位として前記第2静電容量を逆相入力に接続する第2増幅回路と、該第2増幅回路の出力を前記逆相入力に帰還するための並列接続された第2帰還容量および第2帰還抵抗と、該第2増幅回路からの出力から前記低周波の信号成分を除去する第2ハイパスフィルタと、をそなえ、前記第2静電容量を検出するための第2静電容量検出回路と、
上記の第1,第2静電容量検出回路からの出力の差により、上記の対応するティルトミラーと一対の電極それぞれとの間の静電容量による静電容量変位を検出するための信号を出力する差信号出力部と、をそなえて構成されたことを
特徴とする、光スイッチング装置。
該制御部が、該静電容量センサ部からの各ティルトミラーについての静電容量変位とともに、該光パワーモニタからのチャンネルごとの光信号のパワーをもとに、前記チャンネル切替を行なうための各ティルトミラーの回動変位量を制御するための制御信号を出力するように構成されたことを特徴とする、付記17記載の光スイッチング装置。
(付記20) 接地された可動エレメントと、静電気力により該可動エレメントを動作させる電極とを備えた可動エレメント部を複数備えた可動エレメント装置。
静電気力により該可動エレメントを動作させる電極とを備え、
該可動エレメントの共振周波数より周波数の低い駆動信号を該電極に印加し該可動エレメントの動作を制御するとともに、該共振周波数より周波数の高い検出信号を該電極に印加し該可動エレメントと該電極との間の静電容量を検出することを特徴とする可動エレメント装置。
静電気力により該可動エレメントを動作させる第1および第2の電極とを備え、
該可動エレメントの共振周波数より周波数の低い第1および第2の駆動信号をそれぞれ該第1および該第2の電極に印加し該可動エレメントの動作を制御するとともに、該共振周波数より周波数の高い検出信号を該第1および第2の電極に印加し該可動エレメントと該第1および第2の電極との間の静電容量を検出することを特徴とする可動エレメント装置。
該差動増幅部の帰還容量および帰還抵抗は、該駆動信号に対する該差動増幅部の利得が略1であり、
該検出信号に対する該作動増幅部の利得が該静電容量の変化により変化する値であり、
該差動増幅部の出力に基づき該可動エレメントの動作を検出することを特徴とする付記21または付記22記載の可動エレメント装置。
2 基板
3 ミラー本体
3a ミラー
3b,3b−X,3b−Y,104x,104y トーションバー
4,4a,4b,106a,106b 電極
4a−X,4b−X,4a−Y,4b−Y 櫛型電極
5−1,5−2,105−1,105−2 フレーム
5−11,5−21 絶縁部
6a−X,6b−X,6a−Y,6b−Y 櫛型第2電極
10,20,30,40,50,62−1〜62−m,62−a,62−(a+1),110 静電容量センサ
13A,23A,24A,27A,111 増幅回路
13B,23B,24B,112 帰還容量
13C,23C,24C,27D,43C,44C 帰還抵抗
13U,23U,24U,33U,34U 非反転増幅回路
15,25A,26A 容量(ハイパスフィルタ)
11,21,22,21X,22X,21Y,22Y,121,122 静電容量
23 第1静電容量検出回路
24 第2静電容量検出回路
27 差信号出力部
27B,27C 入力抵抗
33D,34D 負荷抵抗
43C−1,43C−2,44C−1,44C−2 抵抗
43C−3,44C−3 スイッチ
55B,56B,63a サンプルホールド回路
60,80 光スイッチング装置
61 光スイッチ光学系
61a,61d コリメータアレイ
61a−1,61d−1 ポート
61b,61c ミラーアレイ
62 静電容量センサ部
63 制御部
63b アンプ
63c A/Dコンバータ
63d コントローラ
64−1〜64−m 駆動部
64a D/Aコンバータ
64b ドライバ
65 光スイッチ制御装置
71,72 ティルトミラーユニット
88 光パワーモニタ
89 A/Dコンバータ
100 マイクロミラーユニット
101 基板
102 ミラーデバイス
103 ミラー
Claims (2)
- 接地された可動エレメントと、
静電気力により該可動エレメントを動作させる第1および第2の電極とを備え、
該可動エレメントの共振周波数より周波数の低い第1および第2の駆動信号をそれぞれ該第1および該第2の電極に印加し該可動エレメントの動作を制御するとともに、該共振周波数より周波数の高い検出信号を該第1および第2の電極に印加し該可動エレメントと該第1および第2の電極との間の静電容量を検出し、
該駆動信号および該検出信号を正相入力より入力し、該電極を逆相入力に接続し、出力を該逆相入力に帰還させた差動増幅部を備え、
該差動増幅部の帰還容量および帰還抵抗は、該駆動信号に対する該差動増幅部の利得が略1であり、
該検出信号に対する該差動増幅部の利得が該静電容量の変化により変化する値であり、
該差動増幅部の出力に基づき該可動エレメントの動作を検出することを特徴とする可動エレメント装置。 - 該可動エレメントの位置および方向を変化させる際に、該駆動信号の変化に連動して該差動増幅部の帰還抵抗を減少させることを特徴とする請求項1記載の可動エレメント装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003317267A JP4303545B2 (ja) | 2003-09-09 | 2003-09-09 | 可動エレメント装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003317267A JP4303545B2 (ja) | 2003-09-09 | 2003-09-09 | 可動エレメント装置 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005083937A JP2005083937A (ja) | 2005-03-31 |
JP2005083937A5 JP2005083937A5 (ja) | 2006-09-28 |
JP4303545B2 true JP4303545B2 (ja) | 2009-07-29 |
Family
ID=34416908
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003317267A Expired - Fee Related JP4303545B2 (ja) | 2003-09-09 | 2003-09-09 | 可動エレメント装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4303545B2 (ja) |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4499447B2 (ja) * | 2004-03-01 | 2010-07-07 | 日本電信電話株式会社 | 電子部品装置 |
JP4287324B2 (ja) * | 2004-04-28 | 2009-07-01 | 日本電信電話株式会社 | 電子部品装置 |
WO2007091419A1 (ja) | 2006-02-07 | 2007-08-16 | Pioneer Corporation | 静電容量検出装置 |
JP2007249174A (ja) * | 2006-02-16 | 2007-09-27 | Olympus Corp | 可変形状鏡 |
CN100593767C (zh) * | 2006-06-30 | 2010-03-10 | 深圳市大族激光科技股份有限公司 | 电容传感器的控制方法 |
JP5103876B2 (ja) * | 2006-11-16 | 2012-12-19 | 株式会社デンソー | 2次元光走査装置 |
JP5362469B2 (ja) * | 2009-02-26 | 2013-12-11 | ラピスセミコンダクタ株式会社 | 液晶パネルの駆動回路 |
US8873125B2 (en) * | 2010-03-09 | 2014-10-28 | Si-Ware Systems | Technique to determine mirror position in optical interferometers |
DE102012218219A1 (de) * | 2012-10-05 | 2014-04-10 | Carl Zeiss Smt Gmbh | Verfahren zur Regelung der Verkippung eines Spiegelelements |
JP7006189B2 (ja) * | 2017-11-28 | 2022-01-24 | 株式会社アイシン | 静電容量検出装置 |
CN112817144B (zh) * | 2020-12-31 | 2023-04-14 | 歌尔股份有限公司 | Mems扫描镜及激光投影仪 |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS59173703A (ja) * | 1983-03-23 | 1984-10-01 | Yokogawa Hokushin Electric Corp | 容量式変換装置 |
JP2950011B2 (ja) * | 1992-04-06 | 1999-09-20 | 松下電器産業株式会社 | ミラー駆動装置 |
US5526172A (en) * | 1993-07-27 | 1996-06-11 | Texas Instruments Incorporated | Microminiature, monolithic, variable electrical signal processor and apparatus including same |
JP3389528B2 (ja) * | 1999-04-16 | 2003-03-24 | 住友金属工業株式会社 | インピーダンス/電圧変換装置 |
JP2001142009A (ja) * | 1999-11-16 | 2001-05-25 | Sony Corp | マイクロミラー装置及び光ディスク装置 |
JP2001249151A (ja) * | 2000-03-02 | 2001-09-14 | Denso Corp | 容量検出回路 |
JP2001289607A (ja) * | 2000-04-05 | 2001-10-19 | Fujitsu Ltd | 揺動角度検出方法および装置並びに光ディスク装置 |
JP4373034B2 (ja) * | 2001-07-11 | 2009-11-25 | 富士通株式会社 | 光スイッチ |
JP3800161B2 (ja) * | 2001-10-11 | 2006-07-26 | 株式会社デンソー | 微小可動機構システムと微小可動機構部の制御方法 |
-
2003
- 2003-09-09 JP JP2003317267A patent/JP4303545B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2005083937A (ja) | 2005-03-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4303545B2 (ja) | 可動エレメント装置 | |
US6985271B2 (en) | Pointing angle control of electrostatic micro mirrors | |
US6788520B1 (en) | Capacitive sensing scheme for digital control state detection in optical switches | |
US7670015B2 (en) | Optical switch controller and movable body controller | |
JP5247182B2 (ja) | 角速度センサ | |
US9151947B2 (en) | Optical deflector including piezoelectric sensor incorporated into outermost piezoelectric cantilever | |
US6538802B2 (en) | System and method for tilt mirror calibration due to capacitive sensor drift | |
US8730549B2 (en) | Two-dimensional optical deflector including piezoelectric sensor on movable frame | |
EP1223453B1 (en) | Electrostatically actuated micro-electro-mechanical system (MEMS) device | |
US20060279862A1 (en) | Device and method for stacked multi-level uncoupled electrostatic actuators | |
WO2008044506A1 (en) | Optical switch | |
US6958850B2 (en) | Pointing angle control of electrostatic micro mirrors with modified sliding mode control algorithm for precision control | |
KR20050018568A (ko) | 마이크로 요동 소자 및 마이크로 요동 소자 구동 방법 | |
JPH08247772A (ja) | ミクロ機械加工されたセンサーの補償のための方法及び装置 | |
US8649080B2 (en) | Two-dimensional optical deflector including only one pair of meander-type piezoelectric actuators and its driver | |
WO2010027466A2 (en) | Displacement actuation and sensing for an electrostatic drive | |
WO2008020646A1 (fr) | Commutateur optique, procédé de commande de commutateur optique et système de communication | |
US10908361B2 (en) | Capacitive position sensing for capacitive drive MEMS devices | |
CN113841080A (zh) | 基于mems的偏光装置和方法 | |
Milanovic | Linearized gimbal-less two-axis MEMS mirrors | |
US7157695B2 (en) | Optical deflection device including an optical deflection surface having controllable attitude and control method thereof | |
JP4370113B2 (ja) | 可動ミラー装置および光ファイバ装置 | |
JP6171380B2 (ja) | アクチュエータ駆動システムと映像機器 | |
JP6354892B2 (ja) | 位置検出装置と映像機器 | |
JP4641017B2 (ja) | 光スイッチおよび通信システム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060811 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060811 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20081119 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081202 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090128 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090407 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090424 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120501 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120501 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130501 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130501 Year of fee payment: 4 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |