帶有位移檢測功能的微執行器及包括該微執行器的可變形反射鏡的製作方法

2023-10-28 22:39:37

專利名稱：帶有位移檢測功能的微執行器及包括該微執行器的可變形反射鏡的製作方法
技術領域：
本發明涉及帶有位移檢測功能的微執行器以及包括該微執行器的可變形反射鏡(deformabl mirror)。另外，涉及採用了這樣的微執行器的各種設備。
背景技術：
根據採用了半導體工藝的MEMS(Micro Electro Mechanical Systems微電子機械系統)技術，開發了各種各樣的微執行器。根據MEMS技術，因為能夠同時一體形成多個執行器和驅動電路等，所以活用了此特性的應用被期待。在襯底上排列了多個微小反射鏡的可變形反射鏡也是其中之一。可變形反射鏡被應用於將光的波面象差有效地修正的補償光學裝置、顯示器以及光通信等的各種裝置中。
關於可變形反射鏡的位移量的控制，以往周知採用下述的2種方法。
一種是開環控制，是施加多段的驅動電壓，控制反射鏡的位移量的方法(例如，R.W.Corrigan，D.T.Amm和C.S.Gudeman「發射顯示器的光柵亮度值技術」，在國際顯示器工廠會議發表，日本神戶，1998年12月9日，論文號LAD5-1)。在該文獻中，可變形反射鏡作為通過反射鏡位移量控制折射光量的折射點陣被使用，多段地開環控制可變形反射鏡的位移量。在該文獻中，記載了在事先的製造工藝中通過實驗，測量多點驅動電壓和衍射光量之間的關係，將此插入做成變換表，對可變形反射鏡的每種特性的零散進行修正的技術。
另外一種方法是利用了外部傳感器的閉環控制，例如，在補償光學裝置中，利用波面傳感器，從檢測的誤差信號生成可變形反射鏡的控制信號，進行閉環控制。(例如，J.A.Perreault，T.G.Bifano等.「採用微電子機械可變形反射鏡的適應光學校正」，光學工程，Vol.41，No.3，pp.561-566(2002.3))。
另外，在微傳感器領域，以下的技術是周知的。在壓力傳感器中，具有通過靜電電容的變化，檢測由外部壓力帶來隔膜(diaphragm)的變形的傳感器。(例如，S.B.Crary，W.G.Baer等，「高性能矽壓力傳感器的數字補償」，傳感器和執行器，A21-A23，pp.70-72(1990))。在該文獻中，記載了在多種溫度條件下，預先通過實驗，求出壓力和傳感器輸出的關係，將近似於這些關係的校正多項式存儲在存儲器中的構成。
另外，也存在消除外部壓力這樣通過其它的電極產生靜電力，使隔膜的變形實質為零這樣進行控制，由該靜電力的大小求出外部壓力的平衡壓力(Force Balanced)型的壓力傳感器。(例如，B.P.Gogoi，C.C.Wang，C.H.Mastrangelo，「平衡力微設備壓力傳感器」，IEEE電子設備學報，Vol.48，No.8，pp.1575-1584(2001.8))。
在角速度傳感器中，存在以來自外部的角速度發生的科裡奧利力(Coriolis force)，通過靜電電容變化檢測可動元件位移的量的傳感器。(例如，T.Juneau，A.P.Pisano，J.H.Smith，「微設備速度迴旋裝置的雙軸操作」，傳感器』97，1997固態傳感器和執行器國際會議，芝加哥，6月16-19，pp.883-886)。在該文獻中，記載了根據可變動元件的初始位置偏差修正零點漂移的構成。
但是，在上述這樣的微執行器中，存在以下的問題。
在製造工藝中做成變換表進行開環控制的傳感器，其變換表的數據採集繁雜、而且對隨長時間的變化或者環境變化等的對應存在限度。例如，為了取得驅動電壓和衍射光量的關係，實際上對於來自外部的光，對每1個像素測量光量是必要的，需要專用的測量裝置的同時，光點的位置吻合等的操作很多，數據採集是極其繁雜的。另外，能夠進行測量的只是在製造工藝的初期的特性，在實際安裝到裝置中的狀態下，監視活動部的位移量是不可能的。因此，即使當隨著長時間變化和溫度等的環境變化，執行器特性有變化，也不能進行與此對應的修正。
利用波面傳感器等的外部傳感器進行閉環控制的傳感器，首先作為其第1個問題，控制的構成昂貴。為了進行穩定的閉環控制，波面傳感器的檢測點數需要比可變形反射鏡的執行器數多，例如，在Shack-Hartmann型波面傳感器中，一般，檢測點數需要在執行器數的大約2倍以上。因此，為了進行閉環控制，需要比較高解析度的傳感器，另外，也需要使波面傳感器的各個檢測點和可變形反射鏡的各個驅動點精密地對應的位置調整。進一步，從多個檢測信號進行波面再構成等的運算，生成各個驅動點的控制信號的控制電路也是需要比較高的精度、大規模的電路。另外，作為第2個問題是由波面傳感器帶來的光量損失大這一點。由于波面傳感器使用作為波面的修正對象的光束的一部分檢測波面，這是光量的損失原因。由於閉環控制波面的檢測點數增加，在各個檢測點，如果想要確保一定的傳感器感應靈敏度(S/N)，由于波面傳感器的大光量損失就會產生。
另外，在壓力傳感器和角速度傳感器等的微傳感器中，存在下述這樣的構成上的特徵和由其帶來的問題。首先，第1，在前述的文獻中記載的微傳感器只是對1個可變動元件進行位移檢測和控制，但當象可變形反射鏡這樣需要同時驅動多個執行器的情況下，如果對各個執行器進行閉環控制，存在為此電路規模變得極大這樣的問題。即為了位移檢測的檢測信號發生器、放大器、A/D變換器、控制電路等的各個電路需要與執行器有相同的數量，特別是當執行器數多的情況下，存在電路規模變大，晶片全體的成本增高這樣的問題。
作為第2個問題，沒有記載測量驅動信號和位移的關係進行自我校正的構成，將以往的技術用於使執行器的位移精度提高的用途是困難的。雖然壓力傳感器和角速度傳感器也包括通過外部賦予的力，將位移的可動元件和此可動元件的位移變換為傳感器輸出的構成，但此變換時的對應是利用了預先在存儲器中存儲的關係，除了零點的漂移修正以外，可動元件的位移和輸出的對應關係是被固定的。由於零點漂移修正是對可動元件沒有位移的狀態的偏移量進行修正的，所以這與驅動信號和位移的關係從本質上說是沒有關係的。即，例如，即使存在由於重複疲勞的彈性常數變化等這樣的機械特性的隨時間變化，也不能對其進行修正。
即，對執行器賦予位移的同時，對其驅動信號和位移的關係進行自我校正的構成在任何文獻中都沒有記載，對於隨長時間變化和各種環境變化，在大的範圍內補償變化的執行器特性是困難的。

發明內容
為了解決上述問題，本發明的目的在於提供一種以簡單的構成、對於隨長時間變化或者環境變化的特性零散進行修正，進行高可靠性的位置控制的微執行器以及可變形反射鏡。
本發明的微執行器，包括襯底；可動元件，其被可位移地支撐在所述襯底上；驅動部，其輸出用於讓所述可動元件位移的驅動信號；變換部，其保持所述可動元件的位移和所述驅動信號之間的對應關係；位移檢測部，其檢測在賦予了所述驅動信號狀態下的所述可動元件的位移；和校正部，其利用所述驅動信號和所述位移檢測部的輸出校正所述變換部保持的對應關係。
在優選實施方式中，所述可動元件是靜電型的可動元件，包括在所述襯底上固定的固定電極和與所述固定電極相面對的活動電極；所述位移檢測部根據所述固定電極和所述活動電極間的靜電電容的變化，檢測所述可動元件的位移。
在優選實施方式中，所述驅動部將所述可動元件的1次共振頻率附近或者其以下的低頻信號作為所述驅動信號輸出；所述位移檢測部將所述可動元件的1次共振頻率以上的高頻信號重疊在所述驅動信號上。
在優選實施方式中，所述驅動部將實質上的DC電壓作為所述驅動信號輸出。
在優選實施方式中，所述驅動部將多段的所述DC電壓作為所述驅動信號輸出；所述位移檢測部在所述多段的各段中檢測所述可動元件的位移；所述校正部將所述各段的DC電壓和所述位移檢測部的輸出以規定形式的近似函數近似。
在優選實施方式中，所述驅動部將具有多段頻率的低頻信號作為所述驅動信號輸出；所述位移檢測部檢測加振的所述可動元件的位移；所述校正部將所述驅動信號和位移檢測部的輸出相對應，計算所述可動元件的振幅響應或者相位響應。
在優選實施方式中，所述驅動部將所述可動元件的1次共振頻率附近的低頻信號作為所述驅動信號多段輸出；所述位移檢測部在所述多段的各段中檢測加振的所述可動元件的位移；所述校正部使所述驅動信號和位移檢測部的輸出相對應，提取所述可動元件的1次共振頻率。
在優選實施方式中，當增大設定所述驅動信號的振幅時，減小設定所述位移檢測部產生的所述高頻信號的振幅。
在優選實施方式中，所述可動元件的所述活動電極包括按規定的軸大致對稱的第1導電性部分以及第2導電性部分，以所述軸為中心能自由傾斜活動地被支撐，並且，所述固定電極包括與所述活動電極的第1導電性部分通過間隙相面對的第1電極和與所述活動電極的第2導電性部分通過間隙相面對的第2電極；所述驅動部在所述第1導電性部分和所述第1電極之間、或者在所述第2導電性部分和所述第2電極之間施加所述驅動信號；所述位移檢測部在所述第1電極上施加第1高頻信號，在所述第2電極上施加和所述第1高頻信號相同振幅且相位相反的第2高頻信號，檢測將所述第1導電性部分和所述第2導電性部分電連接的端子的電壓。
在優選實施方式中，所述變換部產生和所述可動元件的位移相對應的電壓指令值；所述驅動部包括輸出對應於所述電壓指令值的所述驅動信號的DA轉換器；所述校正部校正所述電壓指令值和所述可動元件的位移之間的對應關係。
在優選實施方式中，所述DA轉換部具有非線性特性，所述驅動信號的值越大，越減少設定與所述電壓指令值對應的所述驅動信號的增加量。
在優選實施方式中，所述校正部以1階函數近似所述電壓指令值和所述可動元件的位移之間的對應關係。
在優選實施方式中，在電源啟動時讓所述校正部動作。
在優選實施方式中，包括溫度檢測部，當所述溫度檢測部檢測出規定值以上的溫度變化時，讓所述校正部動作。
在優選實施方式中，包括異常判斷部，其在所述位移檢測部的輸出超過規定範圍時，判斷所述可動元件或者所述位移檢測部的異常。
在優選實施方式中，當所述異常判斷部判斷為異常時，禁止由所述校正部的所述對應關係的更新。
再有，本發明的微執行器，包括襯底；可動元件，其被可位移地支撐在所述襯底上；驅動部，其輸出用於讓所述可動元件位移的驅動信號；位移檢測部，其檢測所述可動元件的位移；和切換部，其選擇性地連接所述驅動部以及/或者所述位移檢測部和所述多個可動元件的各個。
在優選實施方式中，所述切換部一邊以時間序列切換所述位移檢測部的位移檢測對象，一邊檢測各個所述可動元件的位移。
在優選實施方式中，包括閉環控制部，其利用所述位移檢測部的輸出，閉環控制所述驅動部的輸出。
在優選實施方式中，進一步包括開環控制所述驅動部的輸出的開環控制部，以時間序列切換所述閉環控制部和所述開環控制部，進行所述可動元件的控制。
在優選實施方式中，所述開環控制部包括保存通過所述閉環控制部控制的所述驅動部的輸出的保存部。
在優選實施方式中，所述可動元件被設置成能積累對應於所述驅動信號的電荷；所述切換部將所述可動元件和所述閉環控制部相連的第1狀態切換為將所述可動元件作為高阻抗保持所述電荷的第2狀態。
在優選實施方式中，包括測量關於各個所述可動元件和所述閉環控制部相連的時間值的計數器和檢測所述閉環控制的收斂的收斂檢測部；即使來自所述計數器的輸出超過規定的上限值，所述收斂檢測部也沒有檢測到所述收斂的情況下，所述切換部切斷所述可動元件和所述閉環控制部的連接。
在優選實施方式中，關於所述可動元件和所述閉環控制部連接的時間值是所述閉環控制部的循環次數。
在優選實施方式中，所述收斂檢測部檢測到所述收斂，所述切換部在所述閉環控制部的連接點切換為下一個可動元件的時刻，當所述計數器的輸出沒達到所述上限值的情況下，根據所述計數器的輸出，變更下一個可動元件的上限值。
在優選實施方式中，所述切換部將所述多個可動元件之中的至少2個以上同時和所述位移檢測部相連。
在優選實施方式中，將與所述高頻信號的振幅值同等以上大小的偏置電壓施加到所述固定電極和所述活動電極的雙方上。
本發明的另一微執行器，包括襯底；可動元件，其被可位移地支撐在所述襯底上；驅動部，其輸出用於讓所述可動元件位移的驅動信號；位移檢測部，其檢測所述可動元件的位移；切換部，其被設置在連接所述驅動部以及/或者所述位移檢測部和所述可動元件之間的布線通路中，在連接所述布線通路的狀態和切斷的狀態之間進行切換；校正部，其利用在連接了所述布線通路的狀態下得到的所述位移檢測部的第1輸出和在切斷了所述布線通路的狀態下得到的所述位移檢測部的第2輸出，進行修正。
本發明的又一微執行器，包括襯底；可動元件，其被可位移地支撐在所述襯底上；驅動部，其輸出用於讓所述可動元件位移的驅動信號；位移檢測部，其檢測在賦予了所述驅動信號狀態下的所述可動元件的位移。所述可動元件包括在所述襯底上固定的固定電極和與所述固定電極相面對的活動電極；所述活動電極包括按照規定的軸大致對稱的第1導電性部分以及第2導電性部分，以所述軸為中心能自由傾斜活動地被支撐；所述固定電極包括與所述活動電極的第1導電性部分通過間隙相面對的第1電極和與所述活動電極的第2導電性部分通過間隙相面對的第2電極；所述驅動部產生在所述第1電極施加的第1驅動信號和具有與所述第1驅動信號不同的大小且在所述第2電極施加的第2驅動信號。所述位移檢測部包括輸出所述可動元件的1次共振頻率以上的高頻信號的高頻信號產生部、在第1端子與所述第1電極相連的第1負載阻抗元件、在第2端子與所述第2電極相連的第2負載阻抗元件、連接所述第1端子和所述第2端子的高頻檢測部，在與所述第1負載阻抗元件的所述第1端子相反一側的端子上施加重疊了所述高頻信號的所述第1驅動信號，在與所述第2負載阻抗元件的所述第2端子相反一側的端子上施加重疊了所述高頻信號的所述第2驅動信號。所述高頻檢測部通過比較在所述第1端子和所述第2端子間的所述高頻信號的相位和/或者振幅，檢測所述可動元件的位移。
本發明的可變形反射鏡，包括上述任一項的微執行器；在所述可動元件的至少一部分形成光反射區域。
本發明的裝置，包括上述任一項的微執行器。
本發明的驅動方法，用於驅動具有可動元件的微執行器，包括輸出用於讓所述可動元件位移的驅動信號的步驟；保持所述可動元件的位移和所述驅動信號之間的對應關係的步驟；檢測在賦予所述驅動信號的狀態下的所述可動元件的位移的步驟；利用所述驅動信號和所述位移檢測部的輸出，校正所述對應關係的步驟。


圖1是在本發明的實施方式1中微執行器的概略構成圖。
圖2是在本發明的實施方式1中微執行器的驅動電路的概略構成圖。
圖3是在本發明的實施方式1中校正動作程序的流程圖。
圖4是在本發明的實施方式2中微執行器的概略構成圖。
圖5是在本發明的實施方式2中間歇閉環控制程序的流程圖。
圖6是在本發明的實施方式3中微執行器的概略構成圖。
圖7是在本發明的實施方式3中間歇閉環控制程序的流程圖。
圖8是在本發明的實施方式4中微執行器的分解立體圖。
圖9是在本發明的實施方式4中驅動電路100a的概略構成圖。
圖10是在本發明的實施方式4中校正動作程序的流程圖。
圖11(a)以及(b)是表示在某一個可動元件中電壓指令值D和位移的對應關係的曲線圖。
圖12是在本發明的實施方式5中微執行器的概略構成圖。
圖13是在本發明的實施方式6中微執行器的概略構成圖。
圖14(a)表示在本發明的實施方式6中非線性DA轉換器176的概略構成，圖14(b)是為了說明在其校正部178中電壓指令值D和位移Z的對應關係的曲線圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖的同時說明本發明的實施方式。
(實施方式1)首先，參照圖1～3，說明根據本發明的微執行器的第1實施方式。本實施方式的微執行器是進行傾斜活動動作的靜電執行器。這樣的微執行器是例如採用半導體製造工藝技術製作得到的。本實施方式的微執行器被適用於對光的反射方向進行多段控制的可變形反射鏡中。
首先參照圖1。圖1是本實施方式中微執行器的概略構成圖。在圖1中，在作為矽晶片的襯底1上設置驅動電路2，在其上設置了30μm以上厚度的絕緣層3。在絕緣層3上，構成由n個(n為2以上的整數)可動元件A1～An構成的活動部4。活動部4的可動元件A1～An相互具有相同的構成，此處，以第i(i為1以上n以下的整數)個可動元件Ai為例進行說明。可動元件Ai包括2個固定電極ELi、ERi、在與這些固定電極ELi、ERi相面對的位置設置的活動電極Yi、自由傾斜活動地支撐此活動電極Yi的一對導電性的支架Pi。
可動元件Ai以支架Pi為中心呈左右對稱的形狀。活動電極Yi具有第1導電性部分YLi以及第2導電性部分YRi。第1導電性部分YLi通過間隙和第1電極ELi相對，第2導電性部分YRi通過間隙和第2電極ERi相對。活動電極Yi的表面作為反射光的反射鏡發揮功能。
如果在第1電極ELi和活動電極Yi之間，另外，第2電極ERi和活動電極Yi之間賦予電位差，根據靜電力，活動電極Yi進行向左轉或者向右轉的傾斜活動。其結果，通過活動電極Yi的表面被反射的光的朝向發生改變。通過調節電位差的大小，能夠控制活動電極Yi的傾斜角度。
此處，由第1電極ELi、活動電極Yi的第1導電性部分YLi形成的電容的電容為CLi、由第2電極ERi、活動電極Yi的第2導電性部分YRi形成的電容器的電容為CRi。此時，在活動電極Yi為水平姿勢的初始狀態下，CLi＝CRi的關係大致成立。
電容器CLi、CRi的大小分別根據活動電極Yi的傾斜活動位移，向反方向增減。在本實施方式中，通過檢測電容器CLi、CRi的大小的變化，能夠檢測出活動電極Yi的位移。
端子TLi、TRi以及TPi分別與固定電極ELi、ERi以及支柱Pi相連。這些端子作為貫通絕緣層3的過孔，和驅動電路2相連。
接著參照圖2說明驅動電路2的詳細。圖2是在本實施方式中微執行器的驅動電路的概略構成圖。
驅動電路2包括控制全體的控制部5、檢測出各個可動元件Ai的位移的位移檢測部6以及選擇成為位移檢測部6的測量對象的可動元件的切換部7。
控制部5包括I/F部10、目標位移設定部11、變換部12、電壓指令部13、位移檢測控制部14、校正部15、第1驅動電壓產生部20、第2驅動電壓產生部22。在本實施方式中，電壓指令部13、第1驅動電壓產生部20以及第2驅動電壓產生部22構成「驅動部」。
I/F部10與外部之間進行關於控制的命令以及數據的交換。
目標位移設定部11基於從I/F部10的輸出，決定可動元件A1～An的各目標位移。
變換部12將可動元件A1～An的各目標位移變換為關於驅動電壓的目標數據。在變換部12中，各可動元件A1～An的驅動電壓和位移的對應關係作為變換表被保存。各可動元件A1～An的特性零散在此被修正。
電壓指令部13在進行各可動元件A1～An的控制時，基於從變換部12的輸出，輸出為了使可動元件A1～An位移的電壓指令值D(VL1)～D(VLn)、D(VR1)～D(VRn)。電壓指令值D(VL1)～D(VLn)、D(VR1)～D(VRn)是和對固定電極用端子TL1～TLn、TR1～TRn施加的驅動電壓VL1～VLn、VR1～VRn分別對應的。另外電壓指令部13當檢測出可動元件Ai的位移時，使對固定電極用端子TLi、TRi施加的驅動電壓的DC成分VL、VR的差動部分VL-VR的值在某一個規定的時間變化這樣，使電壓指令值D(VL)～D(VR)產生變化。作為此做法的一例，此處採用將VL，或者VR中的一個設定為0V，使另一個從0V開始以規定的電壓單位進行增加的方法。關於電壓指令部13產生的VL、VR的控制值及其變化的時間，是基於位移檢測控制部14的輸出進行控制的。
位移檢測控制部14對電壓指令部13進行為了使電壓指令值D(VL)、D(VR)變化的指令。另外，使位移檢測部6的電晶體26導通，使其保持規定的時間，除去檢測信號Vout的偏移。由此，通過使電壓指令值D(VL)、D(VR)變化，能夠清除產生的檢測信號Vout的變動。
校正部15接收電壓指令部13輸出的電壓指令值D(VL)、D(VR)和位移檢測部6輸出的可動元件Ai的位移的檢測結果，做成電壓指令值D(VL)、D(VR)和位移的對應關係。這些關係通過與規定形式的近似曲線擬合，除去測量誤差，以被插值的形式在變換部12的變換表中被保存。
第1驅動電壓產生部20基於來自電壓指令部13的電壓指令值D(VL)，產生DC電壓VL。第2驅動電壓產生部22基於來自電壓指令部13的電壓指令值D(VR)，產生DC電壓VR。
位移檢測部6包括第1高頻信號產生部21、第2高頻信號產生部23、運算放大器24、電容器25、電晶體26、放大器27、AD變換器28。
第1高頻信號產生部21產生振幅VA、頻率f的AC電壓。頻率f取100kHz～1MHz的範圍內的規定值，這是比可動元件Ai的1次共振頻率f0(1～10kHz)還要大的值。第1驅動電壓產生部20和第1高頻信號產生部21串聯連接，作為兩者的和，得到第1輸出電壓VL+VAsin(2πft)。
第1高頻信號產生部23產生和第1高頻信號產生部21相同振幅VA、頻率f、相位180。不同的AC電壓。第2驅動電壓產生部22和第2高頻信號產生部23串聯連接，作為兩者的和，得到第2輸出電壓VR-VAsin(2πft)。
當由切換部7選擇和可動元件Ai連接的情況下，第1以及第2輸出電壓VL+VAsin(2πft)、VR-VAsin(2πft)分別被輸入端子TLi、TRi，從端子Tpi的輸出被輸入運算放大器24。由運算放大器24和電容Cf的電容器25形成的電路的輸出Vout以(式1)表示，由於右邊的第2項是根據驅動電壓VL、VR的變化ΔVL、ΔVR的偏移，所以如已敘述的那樣，如果在檢測之前使MOS電晶體26導通，將此除去，能精度良好地得到用於檢測靜電電容變化CRi-CLi的信號。
(式1)Vout＝((CRi-CLi)/Cf)·VAsin(2πft)+(CRiΔVR-CLiΔVL)/Cf輸出Vout由放大器27放大，在AD變換部28被變換為數字數據，向校正部15輸出。
切換部7對於可動元件A1～An的各個，在進行驅動控制的驅動模式和進行位移檢測的檢測模式之間進行轉換。在圖中可動元件Ai被設定為檢測模式，如已經說明的那樣，和位移檢測部6相連，研究其響應特性。另外，在圖中可動元件Ai+1被設定為驅動模式，固定電極用端子TLi+1、TRi+1分別被施加由電壓指令部13指令的電壓，另外，活動電極用端子Tpi+1與接地電位相連，被驅動到目標位置。
對於以上這樣構成的微執行器的動作，參照圖3進行說明。圖3是在本實施方式中微執行器的校正動作程序的流程圖。
裝置啟動時和/或者圖中未表示的溫度傳感器檢測到規定值以上的溫度變化時，或者內置的定時器從上次的變換數據更新時開始計數到規定時間以上的動作時間等的情況下，本實施方式的微執行器更新保存在變換部12中的可動元件A1～An的變換表。
首先，使i＝1(步驟30)，作為進行位移檢測的可動元件Ai，第1個可動元件A1被選擇。切換部7將可動元件Ai與位移檢測部6相連(步驟31)。此時，Ai以外的全部可動元件和位移檢測部6的連接被切斷。
在位移檢測中，電壓指令部13使輸出的電壓指令值D(VL)、D(VR)變化，使第1驅動電壓產生部20的輸出電壓VL和第2驅動電壓產生部20的輸出電壓VR多段輸出的同時，在各段進行可動元件Ai的位移檢測。具體地說，首先設定VR為0V(步驟32)，使VL從0V開始至最大電壓Vmax為止階段性地增加，在各電壓段測量可動元件Ai的位移。
測量的位移數據和各個VL值同時被存儲在校正部15中(步驟33)。接著，VL為0V(步驟34)，使VR從0V開始至最大電壓Vmax為止階段性地增加，在各電壓段測量可動元件Ai的位移。測量的位移數據和各個VR值同時被存儲在校正部15中(步驟35)。如果測量結束，校正部15將電壓差VL-VR和位移數據以規定的近似函數擬合，計算近似函數的各項的係數以及相關值(步驟36)。
對此近似函數的各項的係數以及相關值，預先被判斷為正常值的範圍被設定，判斷得到的這些值是否是在此正常範圍內(步驟37)。當不在正常範圍內的情況下，判斷在測量結果中產生了誤差(步驟38)，誤差處理的內容根據係數以及相關值的值而不同，僅與正常範圍有微小偏離的情況下，進行再測量，例如，當不依賴VL，和VR的電壓值，可動元件Ai幾乎沒有位移的情況下，判斷可動元件或者位移檢測部6出現了故障，進行出錯顯示，禁止變換表的重寫。
當在正常範圍內的情況下，判斷測量結果有效，更新變換表(步驟39)，進行下一個可動元件的測量(步驟40)。如果第n個可動元件An的測量結束，變換表的做成程序結束。
如果變換表的做成結束，微執行器轉移到利用了此表的控制動作。切換部7使全部的可動元件A1～An處於進行驅動控制的驅動模式。
在本實施方式中的可動元件的控制是開環控制，如果由目標位移設定部11設定各個可動元件A1～An的目標位移，由變換部12變換為關於驅動電壓的目標數據，施加由電壓指令部13指令的驅動電壓，可動元件A1～An被控制為期望的樣子。
根據以上說明的本實施方式的微執行器，因為包括了自我檢測通過自身驅動力得到的位移量的構成，所以不需要外部的位移測量器、不需要關於位置吻合等設定的繁雜操作，能極其簡單地做成修正個別可動元件的特性零散的變換表。
另外，因為可以在組裝到裝置中的狀態下測量，所以也能夠和隨長時間變化和溫度等的環境變化帶來的可動元件特性的變化相對應。
進一步，因為切換部7是使1個位移檢測部6和多個可動元件轉換巡迴的同時進行位移檢測的，所以即使是包括多個可動元件的執行器，也能使用於位移檢測的檢測信號產生器、放大器、A/D變換器等的數量大幅地減少，能削減電路規模、削減晶片成本。
還有，在本實施方式中，對驅動電壓產生部20和高頻信號產生部21分別構成、連接的例子進行了說明，但也可以是兩部分由1個DA變換器構成，將來自電壓指令部13的控制信號以頻率f調製，得到VL+VAsin(2πft)的輸出。另外，AC電壓的波形不是正弦波，而是矩形波也可以。對於驅動電壓產生部22和高頻信號產生部23也是同樣的。這樣做，位移檢測用的信號產生電路的多個和驅動控制用的電路共同使用，能夠謀求電路全體的簡約化。
另外，對於電壓指令部13隻將DC電壓成分VL、VR作為可變的例子進行了說明，但也能使AC電壓成分的振幅VA可變。特別是當電位差的VL-VR絕對值大時，如果使振幅VA變小，具有以下的2種效果。第1，抑制由於AC電壓成分對可動元件位移的影響的同時，能使檢測靈敏度增加。當電位差的VL-VR絕對值小時，由於可動元件Ai的位移小，靜電電容的變化CLi-CRi也小，所以檢測信號Vout的振幅小，不容易得到S/N比，另一方面，由於AC電壓成分在可動元件Ai處產生的吸力在固定電極ELi一側和ERi一側幾乎相互抵消，所以對可動元件的位移的影響小。電位差的VL-VR絕對值大時，表示與此相反的特性。即如果電位差的VL-VR絕對值小時，使振幅VA變大，電位差的VL-VR絕對值大時，使振幅VA變小，能夠抑制由於AC電壓成分對可動元件位移的影響的同時，能使檢測靈敏度增加。第2，對於相同的電源電壓，能較寬地取得可動元件的測量可能的位移的範圍。可動元件的測量可能的位移的範圍由DC電壓的設定範圍決定，這是從全體電壓中除去了AC電壓成分之後的電壓。驅動電壓VL或者VR的絕對值大時，通過使振幅VA小，對於相同的電源電壓，能夠擴大可動元件測量可能的位移的範圍。
另外，在本實施例中，位移檢測部6作為1個通道進行了說明，也可以構成為位移檢測部6包括多個通道，全部可動元件A1～An也被分割為多個塊，位移檢測部6的各個通道巡迴檢查各個塊內部。
另外，在本實施例中，可動元件是一個一個地與位移檢測部6相連的，但也可以是多個可動元件同時和1個位移檢測部6相連。此種情況下，各個可動元件的零散被平均，測量全體特性的變化的情況下，能夠進行精度良好的測量。對於溫度特性變化等的環境變化，全體可動元件具有幾乎一定的傾斜方向的特性變化的情況下，這樣得到的全體的修正數據與個別可動元件的變換數據相加即可。
另外，在本實施例中，驅動信號取了DC信號，但不限定於此，作為能對可動元件賦予期望的位移的驅動信號，賦予可動元件的1次共振頻率以下的低頻驅動信號，通過由位移檢測部6測量可動元件的振幅和相位，也能夠測量可動元件的響應特性。另外，通過使驅動信號的頻率在可動元件的1次共振頻率附近漂移，搜索共振點，也能夠測量可動元件的共振頻率自身，由此也能夠精度良好地測量可動元件的響應特性。校正部15從這些響應特性算出可動元件的電壓一位移特性，能夠保存在變換部12，以便利用。通過對關於可動元件的1次共振頻率f0和傾斜活動的彈性常數k，利用f0與k的平方根成比例這樣的關係，檢測1次共振頻率f0的變化，也能靜態地校正驅動電壓和位移的關係。
另外，在本實施方式中，對可動元件採用靜電型可動元件、位移檢測部6的位移檢測方式採用靜電電容檢測方式進行了說明，但本發明並非限定於此，例如，可動元件採用壓電元件，位移檢測方式利用此壓電效果也可以。
(實施方式2)參照圖4～5，說明根據本發明的微執行器的第2實施方式。圖4是在本實施方式中微執行器的概略構成圖。
本實施方式的微執行器對於活動部4、位移檢測部6、切換部7、I/F部10、目標位移設定部11、位移檢測控制部14，具有和在實施方式1中說明的構成同樣的構成。和實施方式1不同的部分是控制部50的構成。在本實施方式中，控制部50利用位移檢測部6的輸出，對可動元件A1～An進行間歇性的閉環控制。
控制部50包括電壓指令部51，電壓指令部51包括伺服控制部52和電壓值保持部53。
伺服控制部52將目標位移設定部11和位移檢測部6的差作為誤差信號ε輸入，包括為了保持期望的控制特性的PID控制器，作為此控制輸出，賦予電壓值VL、VR的指令值，對於所選擇的可動元件Ai進行閉環控制。另外，伺服控制部52當誤差信號ε的值以及其時間微分值在規定值以下的情況下，判斷上述的控制收斂，結束對可動元件Ai的閉環控制，切換到開環控制的同時，對於下一個可動元件Ai+1進行閉環控制。更詳細地，如果判斷了控制收斂，伺服控制部52在此時刻將電壓值VL、VR的指令值輸出到電壓值保持部53。電壓值保持部53將此電壓值VL、VR的指令值作為對於可動元件Ai的指令值VLi、VRi保持，直到下次再從伺服控制部52輸入對於可動元件Ai的新的指令值為止，輸出此指令值。切換部7將可動元件Ai的連接點從位移檢測部6切換為電壓值保持部53，將可動元件Ai+1的連接點從電壓值保持部53切換為位移檢測部6。
對於以上這樣構成的微執行器的動作，參照圖5進行說明。圖5是在本實施方式中微執行器的間歇閉環控制程序的流程圖。
首先，使i＝1(步驟60)，作為進行閉環控制的可動元件選擇第1個可動元件A1。切換部7將可動元件Ai與位移檢測部6相連(步驟61)。此時，Ai之外的全部可動元件和電壓值保持部53相連，基於此輸出值被開環控制。
可動元件Ai的控制電壓值VL、VR的初始值採用電壓值保持部53上次保持的VLi、VRi值(步驟62)。位移檢測部6檢測可動元件Ai的位移，以讓此檢測位移量和目標位移設定部11輸出的目標位移量一致的方式，對伺服控制部52進行閉環控制(步驟63)。
當檢測位移量和目標位移量的誤差信號ε的絕對值為規定值α，而且誤差信號ε的時間微分值 的絕對值在規定值β以下的情況下，伺服控制部52判斷控制收斂(步驟64)，伺服控制部52在此時刻將電壓值VL、VR的指令值向電壓值保持部53輸出。電壓值保持部53將此電壓值VL、VR，的指令值作為對於可動元件Ai的指令值VLi、VRi保持(步驟65)。另外，切換部7將可動元件Ai的連接點從位移檢測部6切換為電壓值保持部53(步驟66)。由此，對於可動元件Ai從閉環控制向開環控制的切換結束，移到下一個可動元件Ai+1的閉環控制(步驟67)。如果第n個可動元件An的閉環控制結束(步驟68)，間歇閉環控制程序執行一次循環。
此間歇閉環控制程序至少在目標位移設定部11的輸出值被更新的情況下必須被執行，可動元件A1～An被控制為所期望的樣子。或者通常定期地執行此程序也可以。
根據以上說明這樣的本實施方式的微執行器，切換部7將1個位移檢測部6以及伺服控制部52切換為多個可動元件，使其巡迴的同時進行閉環控制，因為控制收斂的可動元件進行保持此狀態的開環控制，所以即使是包括多個可動元件的執行器，也能夠使為了進行位移檢測的檢測信號產生器、放大器、A/D轉換器等的數量減少，能削減電路規模、削減晶片成本。
(實施方式3)參照圖6～7，說明根據本發明的微執行器的第3實施方式。圖6是在本實施方式中微執行器的概略構成圖。
本實施方式的微執行器，對於活動部4、I/F部10、目標位移設定部11、位移檢測控制部14、第1驅動電壓產生部20、第1高頻信號產生部21、第2驅動電壓產生部22、第2高頻信號產生部23、運算放大器24、電容器25、MOS電晶體26、放大器27、AD變換器28，具有和在實施方式2中說明的構成同樣的構成。
和實施方式2不同的部分是切換部70、位移檢測部71、控制部75的構成。在本實施方式中，對於位移檢測部71，添加只從位移檢測信號中提取出頻率f的信號的構成，能減輕由於(式1)的右邊第2項所示的驅動電壓VL、VR的變化 帶來的偏移，提高閉環控制的精度。另外，通過採用由伺服控制部77的閉環控制收斂後，切換部79切斷和可動元件Ai的連接，將端子TLi、TRi、TPi作為高阻抗保持在電極間累積的電荷的構成，不保持電壓值保持部，進行簡單的間歇閉環控制。
在切換部70中配置了與可動元件A1～An的各個對應的開關S1～Sn。開關Si和可動元件Ai的各個端子TLi、TRi、TPi相連，使開關接通的情況下，使各端子分別和包括位移檢測部71的驅動電路相連，使開關斷開的情況下，使各端子為浮置狀態。各個端子的接通、斷開的切換是一齊進行。
在位移檢測部71中，除了實施方式2的構成，還包括振蕩器72、乘法運算器73、低通濾波器74。振蕩器72產生和第1高頻信號產生部21具有相同頻率f的AC信號。另外，振蕩器72產生的AC信號的相位被設定為和第1高頻信號產生部21產生的電壓的相位相同。乘法運算部73將放大器27的輸出和振蕩器72的輸出相乘。由此，只提取出放大器27的輸出成分之中頻率f的信號成分，與此頻率f的信號成分的振福成比例的DC電壓被輸出。來自乘法運算器73的輸出由低通濾波器74濾波後，由AD變換器28進行AD變換。由此，由閉環控制時的驅動電壓VL、VR的變化 產生的漂移電壓被降低，位移檢測精度提高。
控制部75包括電壓指令部76，電壓指令部76包括伺服控制部77。
伺服控制部77將目標位移設定部11和位移檢測部71的差作為誤差信號ε輸入，作為此控制輸出、賦予電壓值VL、VR的指令值，對於選擇的可動元件Ai進行閉環控制。
另外，控制部75包括時鐘計數器(未圖示)，將切換部70的開關Si為接通的時刻作為起點，測量各個可動元件Ai和伺服控制部77相連的時間。
對各個可動元件Ai的閉環控制分配的時間設定上限值τ。誤差信號ε的值以及其時間微分值為規定值以下，控制收斂，另外如果閉環控制所需要的時間達到上限值τ以上，控制部75結束對於可動元件Ai的閉環控制。上限值τ在通常的狀態下，被設定為控制收斂所需要的充分的值。上限值τ是固定值也可以，使其反映至收斂為止的可動元件的控制所經歷的時間那樣進行決定也可以。例如，對前1個可動元件Ai-1的上限值τ，實際收斂時間ti-1小的情況下，使其剩餘時間τ-ti-1的全部或者一部分轉入可動元件Ai的上限值τ中再追加也可以。
由伺服控制部77對可動元件Ai的閉環控制結束的同時，切換部70使開關Si斷開，使端子TLi、TRi、TPi為浮置狀態。由此，可動元件Ai形成的電容中CLi、CRi中積累的電荷量在由洩漏電流引起的消失量在十分短的時間內被保持為一定，可動元件Ai的位移被保持為閉環控制結束時的狀態。
切換部70使下一個開關Si+1為接通，控制部75對於可動元件Ai+1進行閉環控制。這樣使可動元件的閉環控制按照時間序列依次進行。如果最後的可動元件An的閉環控制結束，再次返回到最初的可動元件A1，進行第2周期的閉環控制。將此周期的的周期時間稱為幀周期時間。幀周期時間是由對微執行器求得的響應性能條件、為使由於電容器CLi、CRi中累積的電荷量的洩漏電流的消失十分小的條件決定的。對各個可動元件Ai，分配的時間的上限值τ被設定滿足此幀周期時間應當滿足的條件。例如，上限值τ作為固定值的情況下，n·τ成為幀周期時間。但是，特別是當閉環控制以數字控制進行的情況下，代之以對上限值τ和經過時間的比較，是通過實際地測量時間進行的，也可以是對閉環控制的循環次數進行計數，和循環次數的上限值比較進行管理。循環次數管理也間接地管理時間，這點在本質上也包含在時間管理中，能夠更加簡化管理過程。
對於以上這樣構成的微執行器的動作，參照圖7進行說明。圖7是本實施方式中微執行器的間歇閉環控制程序的流程圖。
首先，設定上限值τ為初始值τ0(步驟80)。初始值τ0是幀周期時間的1/n的值，是預先保存在ROM中的值。接著，使i＝1，作為進行閉環控制的可動元件Ai，選擇第1個可動元件A1(步驟81)。
接著，切換部70使開關Si為接通，使可動元件Ai和位移檢測部71相連(步驟82)。此時，Ai以外的全部可動元件開關為斷開。
可動元件Ai的控制電壓值VL、VR的初始值設定為將目標位移設定部11的輸出在變換部12變換做成的值(步驟83)。位移檢測部71檢測可動元件Ai的位移，以讓此檢測位移量和目標位移設定部11輸出的目標位移量一致的方式，伺服控制部77進行閉環控制(步驟84)。
檢測位移量和目標位移量的誤差信號ε的絕對值為規定值α，而且誤差信號ε的時間微分值 的絕對值為規定值β以下的情況下，伺服控制部77判斷控制收斂(步驟85)，當沒判斷為收斂的情況下，進一步比較經過時間ti和上限值τ，如果ti＜τ，則繼續閉環處理(步驟86)。
當判斷為收斂和經過時間ti在上限值以上的情況下，由伺服控制部77對可動元件Ai的閉環控制結束，切換部70使開關Si為斷開，使端子TLi、TRi、TPi為浮置狀態(步驟87)。
接著，將剩餘時間(τ-ti-1)乘以係數α，轉入對下一個可動元件的閉環處理時間的上限值τ(步驟88)。係數α是滿足0＜α＜1的值，能防止剩餘時間無限制地被轉入積累。更優選的是，係數α是滿足0＜α＜exp(-1/N)的值，將1個幀周期時間以前的剩餘時間的轉入結果的影響度抑制在規定值(1/e)以下。
接著，將i的值作為增量，移到可動元件Ai+1的閉環控制(步驟89)。這樣依次切換可動元件的同時進行閉環控制，如果一次第n個可動元件An的閉環控制結束，作為第2次，開始第1個可動元件An的閉環控制(步驟90)。
根據以上說明的本實施方式的微執行器，由於作為由伺服控制器77的閉環控制結束後，切換部70切斷和可動元件Ai的連接，使端子TLi、TRi、TPi作為高阻抗，保持在電極間累積的電荷的構成，所以能以簡單的構成進行巡迴多個可動元件的間歇性的閉環控制。
另外，由於對各個可動元件的閉環控制分配的時間設定了上限值τ，不依賴於閉環控制的收斂結果，能夠確保作為微執行器的幀周期時間。
另外，由於使此上限值τ能反映至此為止的可動元件的控制所經歷的時間這樣決定的，所以能使幀周期時間的確保和閉環控制精度的提高並存。
(實施方式4)參照圖8～10，說明根據本發明的微執行器的第4實施方式。本實施方式的微執行器是進行上下動作和2軸傾斜動作的靜電執行器，能適用於補償光學用的可變形反射鏡中。
圖8是在本實施方式中的微執行器的分解立體圖。此處圖示了1個微小反射鏡單元的放大圖。1個微小反射鏡單元是由相互獨立被驅動的3組可動元件賦予3自由度的位移，由此，上下動作和2軸的傾斜動作都是可能的。各個可動元件包括軛和固定電極對。
微小反射鏡單元為32個×32個、總數為1024個，被2維陣列化。由軛和固定電極對構成的可動元件的總數是其3倍的3072個。
在襯底100上形成驅動電路100a，在其上形成絕緣層101。在絕緣層101上形成底部102以及3對固定電極103～105。底部102以及固定電極103～105是由鋁(Al)或者多晶矽等的導電膜圖案化形成的。固定電極103包括能相互獨立地設定電壓的第1電極103L以及第2電極103R。固定電極104、105也同樣地分別包括第1電極104L、105L以及第2電極104R、105R。
第1電極103L～105L以及第2電極103R～105R分別通過在絕緣層101上形成的過孔(未圖示)與在襯底100上形成的驅動電路100a相連。驅動電路100a能將在0～30V範圍內分別獨立的電壓施加到第1電極103L～105L以及第2電極103R～105R上。此施加的電壓例如能作為12位的多段值進行設定。
3個軛107～109分別由一對鉸鏈106組裝，進一步設置為了將這些軛107～109與微小反射鏡110連結的中間連結構件111。鉸鏈106和底部102接合為一體，在電氣上是導通的。各個底部102通過在絕緣層101上形成的過孔(未圖示)與驅動電路100a相連。相鄰的底部102之間在電氣上是相互分離的，分別獨立與驅動電路100a相連。
軛107～109和對應的固定電極103～105相對，分別作為活動電極發揮功能。軛107～109是通過鋁(Al)或者多晶矽等的導電性部件圖案化形成的，和底部102導通，設定為接地電壓。軛107～109分別包括位於與第1電極103L～105L以及第2電極103R～105R相面對的第1部分107L～109L以及第2部分107R～109R。軛107～109互相具有相同的形狀，在沒有特別聲明的情況下，對於1個軛的說明內容也同樣適用於其他的軛。
軛108以轉軸A1為中心能自由轉動地被支撐，軛107、109以轉軸A2為中心能自由轉動地被支撐。如果與轉軸A1(或者A2)垂直的方向作為x，在x方向相鄰的可動元件的間距間隔為p，轉軸A1和轉軸A2被設置在相互只在x方向上相隔半個間隔量(＝p/2)的位置。像這樣，在y方向相鄰的軛之間，轉軸相互在x方向相隔半個間隔、被配置為相互相間的樣子。支撐軛107的鉸鏈106被設置在軛108相鄰的軛108』之間的空隙處。
當對第1電極103L施加驅動電壓的情況下，軛107的第1部分107L被吸引到第1電極103L一側。與此相對，當對第2電極103R施加驅動電壓的情況下，第2部分107R被吸引到第2電極103R一側。這樣，以轉軸A為中心，對於CW(順時針)方向、CCW(逆時針)方向的任何一個方向，都能選擇性地施加轉動力。
在第1部分107L的終端附近的驅動點107c(用斜線表示)上，軛107和中間連結部件111的突起111a結合。另外，在驅動點107c的附近設置了貫穿軛107的槽孔107d。
中間連結部件111包括3個突起111a～111c。突起111a和軛107的驅動點107c相連，突起111b和軛108的驅動點108c相連，突起111c和軛109的驅動點109c相連。因此，如果使軛107～109各自轉動驅動，突起111a～111c的位移能被獨立地控制，由此中間連結部件111的姿勢被決定。在突起111a～111c附近設置貫通中間連結部件111的槽孔113a～113c。
微小反射鏡110通過突起114和中間連結部件111的斜線部分112結合。由於微小反射鏡110和中間連結部件111結合為一體，所以微小反射鏡110的姿勢是由中間連結部件111的姿勢決定的。在x方向相鄰的微小反射鏡110的間距間隔p為100μm，反射鏡長度L為98μm。
通過獨立地控制對第1電極103L～105L、第2電極103R～105R的驅動電壓，微小反射鏡110對z方向的位移、x軸外圍的傾斜、y軸外圍的傾斜，在正負兩個方向上被驅動。
接著參照圖9說明驅動電路100a的詳細。圖9是在本實施方式中微執行器的驅動電路100a的概略構成圖。作為由軛和2個固定電極構成的各個可動元件Ai，j也一同被記載。下標i和j表示可動元件的2維陣列中各自的行和列的號數。因為由3個可動元件構成1個微小反射鏡單元，所以使j的值以每3個作為劃分單位與1個微小反射鏡對應。例如，A1，1～A1，3是為了使相同的微小反射鏡動作的3個可動元件。因為微小反射鏡單元是32個×32個的陣列，所以i是1～32為止的自然數，j是1～96為止的自然數。
各個可動元件Ai，j連接了6個開關用的MOS電晶體。這些MOS電晶體是增強型的，如果使柵電壓為H則為導通，如果為L則為截止。為了通過各個MOS電晶體使電壓損失減小，柵電壓採用通過升壓電路(圖中未表示)進行升壓的電壓。
這些之中，下方的3個MOS電晶體被用於對可動元件Ai，j進行開環控制時，如果使驅動用字線WDi為H，則驅動用位線BDjL、BDjR、BDjP分別和可動元件Ai，j的第1電極、第2電極、軛相連。
另外，上方的3個MOS電晶體被用於檢測可動元件Ai，j的位移，校正電壓和位移的關係時，如果使檢測用字線WSi為H，則檢測用位線BSjL、BSjR、BSjP分別和可動元件Ai，j的第1電極、第2電極、軛相連。
驅動用字線WD1～WD32、檢測用字線WS1～WS32和行解碼器120相連，只有根據來自切換控制部121的地址信號Adr1所選擇的字線被置為H。行解碼器120採用多路復用器構成。
首先，按照開環控制動作時的信號流向繼續對構成說明。
I/F部122和外部進行關於控制的命令以及數據的交換。在從外部輸入的數據中包含關於可變形反射鏡應當形成的波面形狀的數據。此波面形狀數據作為例如xy平面內的各個坐標位置中向z方向的位移數據、或者作為根據Zernike多項式的波面模型係數數據被賦予。這些數據也可以是為了減輕傳送負載壓縮傳送的。考慮有將波面形狀以幀單獨壓縮的幀內壓縮方式、取得和前一時間的波面形狀的差分值的幀間壓縮方式、將根據兩種方式壓縮的數據以每次按規定張數交互傳送的方式。或者在更簡單的構成中，從預先登錄的多種波面形狀中，選取所期望的波面形狀也可以。此種情況下，從外部輸入的數據是波面形狀的登錄號碼。
目標位移設定部123基於來自I/F部122的輸出，產生賦予各個可動元件Ai，j的目標位移的目標位移數據Zi，j。各目標位移數據Zi，j是具有表示i、j的號碼的12位部和將目標位移的大小以-128～127為止的256段表示的8位部的共計20位的數據。目標位移設定部123首先增加j的值的同時，將各個目標位移數據Zi，j一個一個地輸出到變換部124。如果j的值達到最大值96則增加i。即輸出的目標位移數據的順序號為Z1，1、Z1，2、…、Z1，96、Z2，1、Z2，2、…。
變換部124包括如果將目標位移數據Zi，j作為地址賦予，輸出與此對應的電壓指令數據Di，j的變換表。電壓指令數據Di，j是賦予-1024～1023為止的2048段的值的11位數據，最高位表示正負。即最高位表示作為驅動可動元件Ai，j的固定電極的第1電極、第2電極之中的一個。此變換表在校正部134做成，保存在變換部124內的可重寫存儲器中。電壓指令數據Di，j被一位一位地賦予移位寄存器125。如果對移位寄存器125的電壓指令數據Di，j的傳送結束，接著立即傳送下一個可動元件Ai，j+1的電壓指令數據Di，j+1。
移位寄存器125將從變換部124傳送來的電壓指令數據Di，j一位一位地依次傳送。在與可動元件Ai，1～Ai，96對應的電壓指令數據Di，1～Di，96為止的傳送結束的時刻，從切換控制部121向鎖存器126賦予選通脈衝信號Stb，在此時間，移位寄存器125內的電壓指令數據Di，1～Di，96被一齊保存在鎖存器126中。移位寄存器125的傳送速度為16.9MHz，11位×96個的數據以62.5μs被傳送。在鎖存器126中的數據被傳送後，移位寄存器125即刻傳送下一行的可動元件Ai+1，1～Ai+1，96的數據。即，鎖存器126以約62.5μs周期接收選通脈衝信號Stb，此約62.5μs相當於向可動元件Ai，1～Ai，96施加電壓的時間。
在鎖存器126中保存的電壓指令數據Di，1～Di，96是通過96個DA轉換器127以及開關128的各個，變換為向各個可動元件Ai，j的固定電極施加的驅動電壓。此處，以和可動元件Ai，1對應的DA轉換器127a和開關128a為例進行說明，其他的95個DA轉換器以及開關也具有同樣的構成。
DA轉換器127a是輸入11位的電壓指令數據Di，1的低10位，輸出對應於0～30V範圍大小的驅動電壓的10位DA轉換器。
開關128a輸入11位的電壓指令數據Di，1的最高位，如果此最高位的值為0，將驅動用位線BD1L和接地電位相連，將驅動用位線BD1R和DA轉換器127a的輸出相連。另外，如果最高位的值為1，將驅動用位線BD1L和DA轉換器127a的輸出相連，將驅動用位線BD1R和接地電位相連。由此，可動元件Ai，1的目標位移為正值的情況下，DA轉換器127a的輸出與第2電極側相連，為負值的情況下，和第1電極側相連，可動元件向正負方向傾斜活動控制成為可能。
這樣，對於96對的全部驅動用位線BD1L、BD1R，開關128選擇任何一方施加來自各個DA轉換器127的驅動電壓。
與此同時，切換控制部121對行解碼器120賦予只使第i行的驅動用字線WDi為H這樣的地址信號Adr1。如果驅動用字線WDi為H，則可動元件Ai，1～Ai，96分別和驅動用位線BD1L、BD1R、BD1P導通，成為進行對應於目標位移量的開環控制。如已經說明的那樣，對可動元件Ai，1～Ai，96施加驅動電壓的時間為62.5μs。另一方面，可動元件Ai，j的1次共振頻率為70～100kHz，取其倒數，求出的響應時間為10～14μs左右。這樣，由於對可動元件施加驅動電壓的時間設定為比可動元件的響應時間還要十分大的值，直到可動元件的位移十分穩定的狀態為止，持續施加驅動電壓是可能的。由此，防止隨著驅動電壓施加結束後的可動元件的位移電極間電壓變動的發生，提高在開環控制中的可動元件的位移精度。
在開環控制時，這樣以62.5μs為周期，增加i的值，賦予各行的可動元件Ai，1～Ai，96所期望的位移。32行全部的可動元件進行開環控制所需要的時間為2ms，這成為幀周期時間。
接著，沿著校正動作時的信號的流向繼續對構成說明。校正動作是在電源啟動時等進行、其基本的校正動作的流程和在實施方式1中說明的同樣。和實施方式1的主要區別在於除去由於布線的寄生電容等的漂移，提高位置檢測精度，和DA轉換器131的輸出電壓以及對位移檢測部133的差動輸入施加偏置電壓VA不需要負的輸出。
電壓指令部130產生2通道的電壓指令值，將此以1～10MHz左右的頻率切換的同時，將各自的通道輸出賦予DA轉換器131a、131b。由此，DA轉換部131a將輸出電壓VL+VA(1+sin(2πft))輸出，DA轉換器131b將輸出電壓VR+VA(1-sin(2πft))輸出。實際上，此振幅VA、頻率f的AC電壓成分的波形，與正弦波相比，矩形波更好。在校正動作時，電壓指令部130基本使VA的值為一定，使成為驅動電壓VL、VR之中的一個為0V，使另一個多段變化。這是在實施方式1中說明的構成上添加偏置電壓VA的構成，DA轉換器131a、131b的輸出電壓通常為正值。
切換部132根據切換控制部121的地址信號Adr2，將第i列的檢測用位線BSjL、BSjR、BSjP分別和DA轉換器131a、131b、位移檢測部133相連。
另外，行解碼器120根據切換控制部121的地址信號Adr1，使第i行的檢測用字線WSi為H。由此，檢測用位線BSjL、BSjR、BSjP分別和可動元件Ai，j的第1電極、第2電極、軛相連。這樣，選擇的1個可動元件Ai，j的第1電極、第2電極、軛分別和DA轉換器131a、131b、位移檢測部133相連。
位移檢測部133的基本構成和在實施方式3中說明的位移檢測部71相同，但採用在最初的差分放大器133a的正輸入採用施加偏置電壓VA的構成。由此，補償由DA轉換器131賦予的偏置電壓VA，使可動元件Ai，j的第1電極、第2電極、軛間的各電位差的關係保持和開環控制時一樣，防止校正精度的下降。
校正部134輸入電壓指令部130輸出的電壓指令值和位移檢測部133輸出的可動元件Ai，j的位移檢測結果，做成電壓指令值和位移的對應關係。這些對應關係通過規定形式的近似曲線擬合除去測量誤差，以插值的形式被保存在變換部124的變換表中。
對於以上這樣構成的微執行器的動作參照圖10進行說明。圖10是在本實施方式中的微執行器的校正動作程序的流程圖。
首先，設定j＝1(步驟140)，切換部132將第j列的檢測用位線BSjL、BSjR、BSjP分別和DA轉換器131a、131b、位移檢測部133相連(步驟141)。接著，設定i＝1(步驟142)，將可動元件Ai，j選擇為位移檢測的對象。電壓指令部130將電壓指令值D設定為最小值Dmin(步驟143)。此時，驅動電壓VR、VL的大小設定為VR＝0V、VL＝30V，兩者的差VR-VL為最低電壓(-30V)。在以後的說明中，電壓指令值D為負值的情況下，使VR＝0V，VL設定為正值，D為正的情況下使VL＝0V，VR設定為正值。用於位移檢測的高頻信號與此重疊的原因正如已經說明的那樣。
在可動元件Ai，j的位移檢測之前，切換控制部121將全部的檢測用位線WS1～WS32設定為L，使全部可動元件A1，j～A32，j和檢測用位線BSjL、BSjR、BSjP的連接斷開(步驟144)。此時的位移檢測部133的輸出，校正部134將其作為偏移值Z0(D)存儲(步驟145)。因為與可動元件的連接被切斷，偏移值Z0(D)表示由於布線的寄生電容和驅動電壓的影響等帶來的誤差成分。還有，此步驟144、145的操作只在i＝1的情況下進行。
接著，使檢測用位線WSi為H，可動元件Ai，j與檢測用位線BSjL、BSjR、BSjP相連(步驟146)。此時的位移檢測部133的輸出作為校正部134修正前的位移Z』(D)存儲(步驟147)。校正部134從修正前的位移Z』(D)和偏移值Z0(D)計算出修正後的位移Z(D)並存儲(步驟148)。一般地，使Z(D)＝Z』(D)-Z0(D)即可，但例如利用通過實驗得到的其他的修正公式進行偏移修正也可以。
接著，使電壓指令值D只增加規定值(步驟149)，直到D達到最大值Dmax為止(步驟150)，重複位移Z(D)的測量。由此，在校正部134中積累了對於多段D值的位移Z(D)的測量結果。校正部134將此與規定的近似函數擬合除去測量誤差，進一步利用此近似函數進行插入的同時，求出與8位的位移Z的各個值對應的11位的電壓指令值D。通過在其上加上表示可動元件Ai，j的號數的12位數據，對於可動元件Ai，j的位移和電壓指令值D的變換表就做成了(步驟151)。
接著，使i增加(步驟152)，對於同樣的第j列的32個可動元件A1，j～A32，j同樣地做成位移Z和電壓指令值D的變換表(步驟153)。
接著，使j增加(步驟154)，對於96列的可動元件的全部同樣做成位移Z和電壓指令值D的變換表(步驟155)。
圖11(a)以及(b)是表示某一個可動元件中電壓指令值D和位移的對應關係的曲線圖。圖11(a)描述關於偏移修正的數據。圖中×標記表示的數據點是測量的偏移值Z0(D)，Δ標記描述的數據點是測量的修正前的位移Z』(D)。○標記表示的數據點是利用Z(D)＝Z』(D)-Z0(D)的關係計算的修正後的位移Z(D)。
此處使電壓指令值D以13段變化的同時，求出對應於各個電壓指令值D的位移Z(D)。電壓指令值(D)各段的增量不是一定。對於電壓指令值D的位移Z』(D)的變化量，越接近Dmax以及Dmin電壓指令值D越大。因此，電壓指令值D越接近Dmax以及Dmin其增量越小。這樣，通過考慮電壓指令值D和位移Z』(D)之間存在的非線性的關係，決定電壓指令值D的增量，能使位移Z』(D)的增量大致一定。
在圖11(b)中，用實線表示以近似函數擬合的偏移修正後的位移Z(D)。此處使用的近似函數是2階函數Z(D)＝αD2+βD+γ。在D＞0的象限以及D＜0的象限的各個中，求出使擬合誤差為最小的α、β、γ的係數值。在圖11(b)中，為便於參考也表示了虛線表示的校正前的電壓指令值D和位移Z的對應關係。
如以上說明的那樣，利用將可動元件Ai，j和檢測用位線BSjL、BSjR、BSjP等的布線相連的狀態下得到的位移Z和將可動元件Ai，j從這些布線分離的狀態下得到的偏移值ZO進行修正。因此，能夠去除由於布線的寄生電容等引起的偏移的影響，提高可動元件Ai，j的位置檢測精度。
還有，在本實施方式中，一個一個地切換連接的同時，進行了可動元件的位移檢測，但也可以包括多對相當於電壓指令部130、DA轉換器131a、131b以及位移檢測部133的構成，同時進行多個可動元件的位移檢測。特別是，同時驅動屬於1個微小反射鏡單元的3個可動元件，分別檢測此時各個可動元件的位移進行校正和由於可動元件間的驅動力的傳達產生幹擾的位移的情況下也能夠進行補償這些的控制。此種情況下，校正部134做成的變換表，如果賦予具有例如可動元件A1，1的位移(Z1，1)、A1，2的位移(Z1，2)、A1，3的位移(Z1，3)這樣的3個信息的地址，則變為向可動元件A1，1的電壓指令值D1，1被輸出。對於電壓指令值D1，1，如果位移Z1，2、Z1，3帶來的影響比較小，位移Z1，2、Z1，3隻採用高位即可。
(實施方式5)參照圖12，說明根據本發明的微執行器的第5實施方式。圖12是本實施方式中微執行器的概略構成圖。
本實施方式的微執行器的控制部75和實施方式3的微執行器中的控制部75具有相同的構成。本實施方式的微執行器和實施方式3的微執行器的不同部分是活動部160、切換部161以及位移檢測部162的構成。以下，說明這些構成。
在本實施方式中，用於位移檢測的活動部160以及切換部161的布線構成被簡化。活動部160的活動電極YLi不與切換部161相連，全部接地。因此，切換部161的各個開關Si雖然包括與固定電極ELi相連的開關和與固定電極ERi相連的開關的2個開關，但與活動電極YLi相連的開關被省略。
位移檢測部162如圖12所示，包括高頻信號產生部21、負載電阻163L、163R、隔離器164L、164R、高通濾波器165L、165R、高頻相位差檢測部166以及AD變換部167。
負載電阻163L的一端被稱為「第1端子TL」，此第1端子TL，通過切換部161的開關Si和可動元件Ai的固定電極ELi相連。負載電阻163L的另一端上施加了來自第1驅動電壓產生部20的驅動信號VL，和來自高頻信號產生部21的高頻信號VAsin(2πft)的和信號VL+VAsin(2πft)。
同樣地，負載電阻163R的一端被稱為「第2端子TR」，此第2端子TR通過切換部161的開關Si和可動元件Ai的固定電極ERi相連。負載電阻163R的另一端上施加了來自第2驅動電壓產生部22的驅動信號VR和來自高頻信號產生部21的高頻信號VAsin(2πft)的和信號VR+VAsin(2πft)。
對於負載電阻163L、163R的高頻信號VAsin(2πft)的阻抗Z0互相是相同的。此處，此阻抗Z0是不包括虛部的純電阻，而且是採用了包括第1驅動電壓產生部20以及第2驅動電壓產生部22的內部電阻的值。
阻抗Z0的大小是如果可動元件Ai沒有位移的情況下的電容器CLi、CRi的各靜電電容為C，滿足0.5＜2πfCZ0＜2這樣被選擇的。例如，當C為10fF的情況下，使f為100MHz、Z0為160kΩ這樣被設定的。如果在這樣的範圍內設定阻抗Z0，位移檢測靈敏度幾乎接近最大。
隔離器164L、164R分別和第1端子TL，、第2端子TR相連，進行阻抗變換。隔離器164L、164R由採用了運算器的電壓跟隨器構成。隔離器164L、164R的輸出分別經由高通濾波器165L、165R輸入高頻相位差檢測部166。高通濾波器165L、165R對於頻率f的高頻成分具有充分的通過性，對於驅動信號VL、VR包含的低頻成分具有充分的阻斷性。
高頻相位差檢測部166檢測輸入的2個高頻信號的相位差，輸出對應於此相位差的信號。高頻相位差檢測部166的輸出由AD變換部167變換為數字數據。此數字數據成為表示電容器CLi、CRi的電容差即表示可動元件Ai的位移量的數據。
這些隔離器164L、164R、高通濾波器16L、165R、高頻相位差檢測部166、AD變換部167在本發明的微執行器中作為「高頻檢測部」發揮功能。
如果根據來自控制部75的指令，使來自第1驅動電壓產生部20的驅動信號VL，和來自第2驅動電壓產生部22的驅動信號VR的振幅不同，可動元件Ai位移。根據隨之產生的電容器CLi、CRi的電容差，在上述的第1端子TL和第2端子TR之間產生頻率f的高頻成分的相位差。因此，即使活動電極YLi不是個別地和位移檢測部162相連，位移的檢測也是可能的。
還有，驅動信號具有可動元件Ai的1次共振頻率以下的頻率。在本實施方式中採用的驅動信號是直流電壓。即，本字中驅動信號的大小意味著電壓值。高頻信號具有可動元件Ai的1次共振頻率以上的頻率。
根據以上說明的本實施方式的微執行器，位移檢測部162包括高頻信號產生部21、第1端子TL中與第1電極ELi相連的第1負載電阻163L、第2端子TR中與第2電極ERi相連的第2負載電阻163R、與第1端子TL，以及第2端子TR相連的高頻檢測部164～167。在第1負載電阻163L的另一端施加在第1驅動信號VL上重疊高頻信號VAsin(2πft)生成的第1個和信號VL+VAsin(2πft)，在第2負載電阻163R的另一端施加在與第1驅動信號VL具有不同大小的第2驅動信號VR上重疊高頻信號VAsin(2πft)生成的第2個和信號VR+VAsin(2πft)，由於高頻檢測部164～167是在第1端子VL和第2端子VR之間檢測高頻信號的相位差這樣的構成，所以沒有必要使活動電極Yi一個一個地和位移檢測部162相連，能大幅地簡化活動部160和切換部161的布線構成。
進一步根據本實施方式的構成，高頻信號產生部21的數量也是只有1個即可，能夠省略使相位翻轉的第2高頻信號產生部23。
另外，雖然本實施方式的負載電阻163L、163R的阻抗是固定的，但負載電阻163L、163R的任何一個例如負載電阻163L的阻抗是可變的也可以。此種情況下，通過使端子TL和端子TR之間的差動電壓的頻率f的成分為0這樣調整負載電阻163L的阻抗，也能夠檢測電容器CLi、CRi的電容差。
此處，雖然負載電阻163L、163R是由沒有虛部的純電阻構成的，但本發明並非限定於此。採用線圈和電容等單獨或者和電阻組合，使阻抗值具有虛部這樣也可以。特別是，如果利用共振電路結構，能夠大幅提高相位檢測靈敏度。
本發明中的微執行器中「負載阻抗元件」在本實施方式中不限定於「負載電阻」，也包括含有上述的線圈和電容的負載阻抗。
代替檢測輸入的2個高頻信號的相位差的高頻相位差檢測部166，也可以採用檢測輸入的2個高頻信號的振幅差或者振幅比的構成。本發明的微執行器中「高頻檢測部」也可以是比較輸入的2個高頻信號的相位以及/或者振幅的任意的構成。
還有，對於本實施方式的位移檢測部162的電路構成和一般的阻抗橋電路等的差異再次補充說明。位移檢測部162的電路構成的特徵是只對高頻信號對稱，而且，對低頻信號非對稱。即在阻抗橋電路內構成的第1驅動電壓產生部20和第2驅動電壓產生部22能夠產生相互不同的驅動電壓。對於這樣的低頻信號通過具有非對稱的電路構成，使可動元件Ai的活動電極位移的同時，檢測其位移量成為可能。另一方面，因為對於高頻信號是採用對稱的電路構成，所以利用端子TL和端子TR的差動信號，能夠精度良好地檢測電容器CLi、CRi的微小電容差。
(實施方是6)參照圖13以及圖14說明根據本發明的微執行器的第6實施方式。圖13是在本實施方式中的微執行器的概略構成圖。
本實施方式的微執行器中可動元件Ai，j、I/F部122以及目標位移設定部123具有和實施方式4的微執行器中的構成同樣的構成。另外，位移檢測部170是將實施方式5的微執行器中的位移檢測部162並列多個的構成。
本實施方式的構成和實施方式4、5的構成不同的部分是在將電壓指令值Di，j變換為驅動電壓Vi，j，L、Vi，j，R時採用非線性DA轉換器176，補償驅動電壓Vi，j，L、Vi，j，R和可動元件的位移的非線性，使電壓指令值Di，j和可動元件的位移的關係大致為線性。由此，不僅能夠減少為了得到位移的解析度所必要的電壓指令值Di，j的位數，還能夠大幅減少校正部178以近似函數擬合電壓指令值Di，j和可動元件的對應關係時的運算量。
各個可動元件Ai，j中連接了2個開關用的MOS電晶體，如果使字線Wi為H，則位線BjL、BjR分別和可動元件Ai，j的第1電極、第2電極導通。
字線W1～W32和行解碼器171相連，只有根據來自切換控制部172的地址信號Adr1選擇的字線為H。
變換部173、移位寄存器174、鎖存器175除了處理的電壓指令值Di，j的位數為9位以外，和在實施方式4中說明的變換部124、移位寄存器125、鎖存器126相同。因為變換部124、移位寄存器125、鎖存器126處理的電壓指令值為11位，所以在本實施方式中與此相比，是有2位精度較粗的構成，但由於通過採用後述的非線性DA轉換器176使電壓指令值Di，j和可動元件的位移的關係大致為線性，所以作為可動元件的位移的解析度能得到同樣的結果。根據9位的電壓指令值Di，j的最高位的值，表示可動元件Ai，j被驅動的固定電極是第1電極、第2電極的哪一個，這點也和在實施方式4中說明的內容相同。移位寄存器171的傳送速度為13.8MHz，9位×96個的數據以62.5μs傳送。
在鎖存器175中保存的電壓指令值Di，1～Di，96通過96個非線性DA轉換器176被變換為在各個可動元件Ai，j的各個固定電極上施加的驅動電壓Vi，j，L、Vi，j，R。非線性DA轉換器176向根據各個電壓指令值Di，j的最高位選擇的位線BjL、BjR的任意一個輸出和各電壓指令值Di，j的低8位的值對應的驅動電壓。此低8位的值和驅動電壓的大小中賦予某一種規定的非線性的對應關係。此非線性的對應關係被設定為剛好補償驅動電壓和可動元件的位移的非線性，以使電壓指令值Di，j和可動元件的位移的關係為線性的方式設置。對於此非線性DA轉換器176的詳細後面敘述。
行解碼器171如果只使第i行的字線Wi為H，各個可動元件Ai，j和位線BiL、BiR導通，根據電壓指令值Di，j，可動元件Ai，j的位移被開環控制。
在校正動作時，將此電壓指令值Di，j多段切換的同時，由位移檢測部170進行位移檢測。位移檢測部170的輸出被輸入校正部178，和電壓指令值Di，j相對應，做成修正表。此動作和包括偏移修正的、在實施方式4中說明的動作基本相同。和實施方式4的不同在於當以近似函數擬合時，使用1階函數D(Z)＝αZ+β。
以下，利用圖14說明非線性DA轉換器176的構成和校正部178的1階函數近似動作。
圖14(a)是非線性DA轉換器176的概略構成圖。此處以1個非線性DA轉換器176a為例進行說明，其他的95個也具有同樣的構成。還有，為了簡化，省略了表示和可動元件的對應關係的Di，j的下標i，j等，電壓指令值以D、在第1電極以及第2電極輸出的驅動電壓以VL、VR、位線以BL、BR描述。
非線性DA轉換器176採用使串聯連接的電阻R1～Rn-1兩端的電位分別為最低電位V1和最高電位Vn，產生包含通過電阻分壓得到的中間電壓的n值的電壓V1～Vn。然後，通過選擇器180適當選擇此n值電位V1～Vn中的任意一個輸出的構成。此處，最低電位V1為接地電位。另外，由於非線性DA轉換器176a的位精度為8位，所以n的值為256。
選擇器180輸入9位的電壓指令值，將與此對應的驅動電壓VL、VR分別輸出到位線BL、BR。如果電壓指令值D的最高位為0，驅動電壓VL選擇最低電位V1，驅動電壓VR選擇與電壓指令值D的低8位對應的V1～Vn的任何一個電位。另外，如果最高位為1，驅動電壓VL選擇與電壓指令值D的低8位對應的V1～Vn的任何一個電位，驅動電壓VR選擇最低電位V1。在以後的說明中，定義電壓指令值D的符號在電壓指令值D的最高位為0的情況下為正，最高位為1的情況下為負。另外，定義驅動電壓V為V＝VR-VL，和電壓指令值D同樣地賦予正負的符號。
設定電阻R1～Rn-1的電阻值包括至少互不相同的值，通過適當地設定此電阻值，能夠實現任意的非線性。更具體地說，將與最低電位V1相連的端子最接近一側的電阻稱為R1，以下按順序稱為R2、R3、…Rn-1，使其電阻值具有R1＞R2＞R3＞…＞Rn-1這樣的按順序號變小這樣的關係。通過進行這樣的設定，進行電位Vi(I＝2～n)的值越大的情況下，電位的增加Vi-Vi-1越變小這樣的設定。即以驅動電壓V的絕對值越大，對於電壓指令值D的增加驅動電壓V的增加量變得越小的方式進行設置。
由於在驅動電壓V和可動元件的位移Z之間存在驅動電壓V的絕對值越大，對於驅動電壓的增加位移Z的增加量變大的關係，通過賦予上述這樣的DA轉換器176的非線性特性，能夠補償可動元件的驅動電壓V和位移Z的非線性特性，能使電壓指令值D和可動元件的位移Z』的關係接近線性。
更優選的是以使電壓指令值D和驅動電壓V的函數V(D)滿足|V|＝k·|D|1/2(k為常數)的關係的方式，設定電阻R1～Rn的電阻值。
圖14(b)是為了說明在校正部178中電壓指令值D和位移Z的對應關係的曲線圖。
在圖14(b)中右上部的曲線(A)表示非線性DA轉換器176的電壓指令值D和驅動電壓V的特性函數V(D)。正如已經說明的那樣，賦予|V|＝k·|D|1/2(k為常數)的關係。更正確地，設定滿足當電壓指令值D為正值的情況下，V＝k·D1/2，電壓指令值D為負值的情況下，V＝-k·(-D)1/2，這樣的非線性關係。因為此特性是通過非線性DA轉換器176的電阻R1～Rn-1決定的，所以是不能通過外部的操作改變的固定的關係。
在圖14(b)中左上部的曲線(B)中，用實線表示了某一個可動元件A1的驅動電壓V和位移Z的特性函數Z1(V)。另外，另外的可動元件A2的驅動電壓V和位移Z的特性函數Z2(V)用虛線表示。此可動元件A1和A2的不同不只是各個可動元件的特性零散，還包括在同一個可動元件中，由於隨長時間變化和環境條件的不同帶來的特性變化。在此圖中，雖然只描畫了2個不同的特性函數，但實際上存在更多的特性函數。由於此特性也是由可動元件的狀態決定的，所以也是不能通過外部的操作改變的固定的關係。
在圖14(b)中左下方的曲線(C)中，由於校正了此可動元件A1、A2的特性，所以描畫了校正部178做成的校正函數D1(Z)、D2(Z)。校正函數D1(Z)是表示可動元件A1的位移Z和電壓指令值D的關係，在圖中用實線表示。校正函數D2(Z)是表示可動元件A2的位移Z和電壓指令值D的關係，在圖中用虛線表示。這些校正函數D1(Z)、D2(Z)成為能根據校正動作任意地更新設定的關係。
對在校正動作中，多段改變電壓指令值D的同時，檢測位移Z，從此結果做成校正函數D(Z)為止的過程進行說明。
首先，如在圖14(b)的曲線A中用5個圓點模式地描畫的那樣，選擇5段的電壓指令值D。根據非線性DA轉換器176的特性函數V(D)，輸出5段的驅動電壓V。
接著，在圖14(b)的曲線B中，根據此驅動電壓D，可動元件A1採用在特性函數Z1(V)上用5個圓點表示的位移Z。同樣地，可動元件A2採用在特性函數Z2(V)上用5個三角表示的位移Z。這些位移Z的大小通過位移檢測部170被檢測。
接著，在圖14(b)的曲線C中，由位移檢測部170檢測的位移Z和電壓指令值D的關係被與校正函數D(Z)匹配。
因為通過非線性DA轉換器176的非線性特性V(D)補償可動元件的非線性特性Z1(V)、Z2(V)，所以校正函數D1(Z)、D2(Z)幾乎接近線性，進行採用1階函數作為近似函數的擬合是可能的。因此，不只是單純地降低了近似函數的階數，也沒有必要根據電壓指令值D和位移Z的正負對近似函數分象限適用，能夠在全部象限進行統一的操作，能使擬合的運算極其簡單地進行。
另外，作為近似函數採用1階函數的情況下，將電壓指令值D作為位移Z的函數D(Z)直接地進行表示，特別不容易使精度下降。此函數D(Z)的描述和其逆函數描述Z(D)相比，在對將目標位移Z變換為電壓指令值D時必要的變換部173的適應性上也是優良的，關於變換表的做成等的變換的操作能更簡單地進行。
還有，校正函數D1(Z)、D2(Z)的任何一個都表現出近於線性的特性並不一定在數學上是當然的。這樣的線性化精度良好地進行的理由之一是因為可動元件的特性函數Z1(V)、Z2(V)不是取任意的形狀，而是具有某一種傾向的變化的性質。此傾向是指不依賴於V的值，Z1(V)表示接近於Z2(V)的某一常數倍的值，這是可動元件的特性函數Z(V)變化的主要原因，是帶來可動元件的鉸鏈106的彈性常數的變化的某種原因。這樣可動元件的鉸鏈106具有線性的恢復力，在驅動力和恢復力相互抵消決定位移量的系統中，使非線性DA轉換器176具有非線性，補償驅動力和位移的非線性，所以能夠得到目標位移Z和電壓指令值D之間的線性的精度，如已經說明那樣，能通過簡單的運算，高精度地計算出校正函數D(Z)。
根據本實施方式的微執行器，包括將電壓指令值D非線性地變換為驅動電壓D的非線性DA轉換器176，驅動電壓V的值越大，通過減小設置對應於電壓指令值D的增加量的驅動信號V的增加量，補償驅動電壓V和可動元件的位移Z的非線性，能使電壓指令值D和可動元件的位移Z的關係接近於線性。由此，減少為了得到位移的解析度所必要的電壓指令值D的位數成為可能，能夠進行電路規模和數據傳送速率的削減。
另外，由於校正部178將電壓指令值D和可動元件的位移Z的對應關係以1階函數的校正函數D(Z)近似，也沒有必要根據電壓指令值D和位移Z的正負對近似函數分象限適用，能夠在全部象限進行統一的操作的同時，將電壓指令值D作為位移Z的函數D(Z)直接地表示是可能的，能夠大幅地減少校正運算量。
如以上說明的那樣，根據本發明，根據驅動部輸出的驅動信號使可動元件位移的同時，通過位移檢測部檢測其位移，由於校正部校正位移和驅動信號的對應關係，所以不需要外部的位移測量器，能極其簡單地檢測個別可動元件的位移的同時，能和隨長時間變化和溫度等的環境變化帶來的可動元件特性的變化相對應。
另外，由於切換部使驅動部以及/或者位移檢測部和多個可動元件的各個選擇性地連接，所以即使是包括了多個可動元件的微執行器，也能夠削減用於位移檢測的電路，能降低晶片的成本。
另外，通過將具有這樣的自己位移檢測功能的微執行器用於可變形反射鏡，能以簡單的構成、進行對隨長時間變化、環境變化的可靠性高的、光量損失小的光控制。
(在工業上應用的可能性)本發明的微執行器不只是應用於可變形反射鏡，還能適用於繼電器開關和可調諧電容器等高頻電路用途，或者微型泵等的流體用途的各種用途。
權利要求
1.一種微執行器，其特徵在於，包括襯底；可動元件，其被可位移地支撐在所述襯底上；驅動部，其輸出用於讓所述可動元件位移的驅動信號；變換部，其保持所述可動元件的位移和所述驅動信號之間的對應關係；位移檢測部，其檢測在賦予了所述驅動信號狀態下的所述可動元件的位移；和校正部，其利用所述驅動信號和所述位移檢測部的輸出校正所述變換部保持的對應關係。
2.根據權利要求1所述的微執行器，其特徵在於，所述可動元件是靜電型的可動元件，包括在所述襯底上固定的固定電極和與所述固定電極相面對的活動電極；所述位移檢測部根據所述固定電極和所述活動電極間的靜電電容的變化，檢測所述可動元件的位移。
3.根據權利要求1或者2所述的微執行器，其特徵在於，所述驅動部將所述可動元件的1次共振頻率附近或者其以下的低頻信號作為所述驅動信號輸出；所述位移檢測部將所述可動元件的1次共振頻率以上的高頻信號重疊在所述驅動信號上。
4.根據權利要求3所述的微執行器，其特徵在於，所述驅動部將實質上的DC電壓作為所述驅動信號輸出。
5.根據權利要求4所述的微執行器，其特徵在於，所述驅動部將多段的所述DC電壓作為所述驅動信號輸出；所述位移檢測部在所述多段的各段中檢測所述可動元件的位移；所述校正部將所述各段的DC電壓和所述位移檢測部的輸出以規定形式的近似函數近似。
6.根據權利要求3所述的微執行器，其特徵在於，所述驅動部將具有多段頻率的低頻信號作為所述驅動信號輸出；所述位移檢測部檢測加振的所述可動元件的位移；所述校正部將所述驅動信號和位移檢測部的輸出相對應，計算所述可動元件的振幅響應或者相位響應。
7.根據權利要求3或者6所述的微執行器，其特徵在於，所述驅動部將所述可動元件的1次共振頻率附近的低頻信號作為所述驅動信號多段輸出；所述位移檢測部在所述多段的各段中檢測加振的所述可動元件的位移；所述校正部使所述驅動信號和位移檢測部的輸出相對應，提取所述可動元件的1次共振頻率。
8.根據權利要求3～7中任一項所述的微執行器，其特徵在於，當增大設定所述驅動信號的振幅時，減小設定所述位移檢測部產生的所述高頻信號的振幅。
9.根據權利要求2～8中任一項所述的微執行器，其特徵在於，所述可動元件的所述活動電極包括按規定的軸大致對稱的第1導電性部分以及第2導電性部分，以所述軸為中心能自由傾斜活動地被支撐，並且，所述固定電極包括與所述活動電極的第1導電性部分通過間隙相面對的第1電極和與所述活動電極的第2導電性部分通過間隙相面對的第2電極；所述驅動部在所述第1導電性部分和所述第1電極之間、或者在所述第2導電性部分和所述第2電極之間施加所述驅動信號；所述位移檢測部在所述第1電極上施加第1高頻信號，在所述第2電極上施加和所述第1高頻信號相同振幅且相位相反的第2高頻信號，檢測將所述第1導電性部分和所述第2導電性部分電連接的端子的電壓。
10.根據權利要求1～9中任一項所述的微執行器，其特徵在於，所述變換部產生和所述可動元件的位移相對應的電壓指令值；所述驅動部包括輸出對應於所述電壓指令值的所述驅動信號的DA轉換器；所述校正部校正所述電壓指令值和所述可動元件的位移之間的對應關係。
11.根據權利要求10所述的微執行器，其特徵在於，所述DA轉換部具有非線性特性，所述驅動信號的值越大，越減少設定與所述電壓指令值對應的所述驅動信號的增加量。
12.根據權利要求11所述的微執行器，其特徵在於，所述校正部以1階函數近似所述電壓指令值和所述可動元件的位移之間的對應關係。
13.根據權利要求1～12中任一項所述的微執行器，其特徵在於，在電源啟動時讓所述校正部動作。
14.根據權利要求1～13中任一項所述的微執行器，其特徵在於，包括溫度檢測部，當所述溫度檢測部檢測出規定值以上的溫度變化時，讓所述校正部動作。
15.根據權利要求1～14中任一項所述的微執行器，其特徵在於，包括異常判斷部，其在所述位移檢測部的輸出超過規定範圍時，判斷所述可動元件或者所述位移檢測部的異常。
16.根據權利要求15所述的微執行器，其特徵在於，當所述異常判斷部判斷為異常時，禁止由所述校正部的所述對應關係的更新。
17.一種微執行器，其特徵在於，包括襯底；可動元件，其被可位移地支撐在所述襯底上；驅動部，其輸出用於讓所述可動元件位移的驅動信號；位移檢測部，其檢測所述可動元件的位移；和切換部，其選擇性地連接所述驅動部以及/或者所述位移檢測部和所述多個可動元件的各個。
18.根據權利要求17所述的微執行器，其特徵在於，所述切換部一邊以時間序列切換所述位移檢測部的位移檢測對象，一邊檢測各個所述可動元件的位移。
19.根據權利要求17或者18所述的微執行器，其特徵在於，包括閉環控制部，其利用所述位移檢測部的輸出，閉環控制所述驅動部的輸出。
20.根據權利要求19所述的微執行器，其特徵在於，進一步包括開環控制所述驅動部的輸出的開環控制部，以時間序列切換所述閉環控制部和所述開環控制部，進行所述可動元件的控制。
21.根據權利要求20所述的微執行器，其特徵在於，所述開環控制部包括保存通過所述閉環控制部控制的所述驅動部的輸出的保存部。
22.根據權利要求19所述的微執行器，其特徵在於，所述可動元件被設置成能積累對應於所述驅動信號的電荷；所述切換部將所述可動元件和所述閉環控制部相連的第1狀態切換為將所述可動元件作為高阻抗保持所述電荷的第2狀態。
23.根據權利要求19～22中任一項所述的微執行器，其特徵在於，包括測量關於各個所述可動元件和所述閉環控制部相連的時間值的計數器和檢測所述閉環控制的收斂的收斂檢測部；即使來自所述計數器的輸出超過規定的上限值，所述收斂檢測部也沒有檢測到所述收斂的情況下，所述切換部切斷所述可動元件和所述閉環控制部的連接。
24.根據權利要求23所述的微執行器，其特徵在於，關於所述可動元件和所述閉環控制部連接的時間值是所述閉環控制部的循環次數。
25.根據權利要求23所述的微執行器，其特徵在於，所述收斂檢測部檢測到所述收斂，所述切換部在所述閉環控制部的連接點切換為下一個可動元件的時刻，當所述計數器的輸出沒達到所述上限值的情況下，根據所述計數器的輸出，變更下一個可動元件的上限值。
26.根據權利要求17～25中任一項所述的微執行器，其特徵在於，所述切換部將所述多個可動元件之中的至少2個以上同時和所述位移檢測部相連。
27.根據權利要求3～16中任一項所述的微執行器，其特徵在於，將與所述高頻信號的振幅值同等以上大小的偏置電壓施加到所述固定電極和所述活動電極的雙方上。
28.根據權利要求1所述的微執行器，其特徵在於，包括切換部，其被設置在連接所述驅動部以及/或者所述位移檢測部和所述可動元件之間的布線通路中，在連接所述布線通路的狀態和切斷的狀態之間進行切換；所述校正部利用在連接了所述布線通路的狀態下得到的所述位移檢測部的第1輸出和在切斷了所述布線通路的狀態下得到的所述位移檢測部的第2輸出，進行修正。
29.根據權利要求1所述的微執行器，其特徵在於，所述可動元件包括在所述襯底上固定的固定電極和與所述固定電極相面對的活動電極；所述活動電極包括按照規定的軸大致對稱的第1導電性部分以及第2導電性部分，以所述軸為中心能自由傾斜活動地被支撐；所述固定電極包括與所述活動電極的第1導電性部分通過間隙相面對的第1電極和與所述活動電極的第2導電性部分通過間隙相面對的第2電極；所述驅動部產生在所述第1電極施加的第1驅動信號和具有與所述第1驅動信號不同的大小且在所述第2電極施加的第2驅動信號；所述位移檢測部包括輸出所述可動元件的1次共振頻率以上的高頻信號的高頻信號產生部、在第1端子與所述第1電極相連的第1負載阻抗元件、在第2端子與所述第2電極相連的第2負載阻抗元件、連接所述第1端子和所述第2端子的高頻檢測部，在與所述第1負載阻抗元件的所述第1端子相反一側的端子上施加重疊了所述高頻信號的所述第1驅動信號，在與所述第2負載阻抗元件的所述第2端子相反一側的端子上施加重疊了所述高頻信號的所述第2驅動信號；所述高頻檢測部通過比較在所述第1端子和所述第2端子間的所述高頻信號的相位和/或者振幅，檢測所述可動元件的位移。
30.一種可變形反射鏡，其特徵在於，包括權利要求1～29中任一項所述的微執行器；在所述可動元件的至少一部分形成光反射區域。
31.一種裝置，其特徵在於，包括權利要求1～29中任一項所述的微執行器。
32.一種驅動方法，用於驅動具有可動元件的微執行器，其特徵在於，包括輸出用於讓所述可動元件位移的驅動信號的步驟；保持所述可動元件的位移和所述驅動信號之間的對應關係的步驟；檢測在賦予所述驅動信號的狀態下的所述可動元件的位移的步驟；利用所述驅動信號和所述位移檢測部的輸出，校正所述對應關係的步驟。
全文摘要
在本發明中，對靜電驅動執行器等的可動元件(Ai)賦予驅動信號，使其發生位移的同時，由位移檢測部(6)檢測其位移，校正部(15)通過自我校正驅動信號和位移之間的關係，對執行器特性隨長時間的變化和環境變化進行修正。轉換部(7)通過將1個位移檢測部和多個可動元件(Ai)選擇性地連接，能夠削減用於位移檢測的電路。
文檔編號B81B3/00GK1708449SQ200380102310
公開日2005年12月14日 申請日期2003年11月5日 優先權日2002年11月6日
發明者蟲鹿由浩, 苅田吉博 申請人:松下電器產業株式會社