(57)【要約】  本発明は、マイクロエレクトロメカニカルシステム（１）を開示している。当該マイクロエレクトロメカニカルシステム（１）は、圧電式駆動部（２）と、制御装置（３）とを備えており、上記制御装置（３）は、圧電式駆動部と結合されており、かつ、圧電式駆動部を、圧電式駆動部のアドミタンス（１０）及び／又はインピーダンスの変化に基づいて駆動制御するように構成されている。さらに、本発明は、対応する制御方法を開示している。
2019501514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロエレクトロメカニカルシステム（１；１１）であって、
圧電式駆動部（２）と、
制御装置（３；１３）と、
を備えており、
前記制御装置は、前記圧電式駆動部（２）と結合されており、かつ、前記圧電式駆動部（２）のアドミタンス（１０）及び／又はインピーダンスの変化に基づいて前記圧電式駆動部（２）を駆動制御するように構成されている、
マイクロエレクトロメカニカルシステム（１；１１）。
【請求項２】
前記制御装置（３；１３）は、通常動作時に、前記圧電式駆動部（２）に制御器制御電圧（４）を供給するように構成されており、前記制御器制御電圧（４）は、直流電圧成分（５）と、当該直流電圧成分（５）に重畳されている交流電圧成分（６）とを有している、請求項１に記載のマイクロエレクトロメカニカルシステム（１；１１）。
【請求項３】
電流測定装置（７）を有しており、
前記電流測定装置（７）は、前記圧電式駆動部（２）を流れる電流（９）を検出して、前記制御装置（３；１３）に供給するように構成されており、
前記制御装置（３；１３）は、較正フェーズにおいて、周波数が前記圧電式駆動部（２）の共振周波数外に位置している交流電圧成分（６）のみによって前記圧電式駆動部（２）を励振するように構成されており、かつ、当該励振時に前記電流（９）に基づいて、前記圧電式駆動部（２）の第１のインピーダンス（８）を検出するように構成されている、請求項２に記載のマイクロエレクトロメカニカルシステム（１；１１）。
【請求項４】
前記制御装置（３；１３）は、前記第１のインピーダンス（８）と、前記圧電式駆動部（２）の通常動作時に検出された前記圧電式駆動部（２）を流れる電流（９）とに基づいて、前記マイクロエレクトロメカニカルシステム（１；１１）の通常動作時に、前記圧電式駆動部（２）の振動の振幅を特定するように構成されている、請求項３に記載のマイクロエレクトロメカニカルシステム（１；１１）。
【請求項５】
前記制御装置（３；１３）は、調整器、特にＰＩ調整器を有しており、前記調整器は、特定された前記振幅と所定の目標振幅とに基づいて、前記圧電式駆動部（２）の振幅調整を実行するように構成されている、請求項４に記載のマイクロエレクトロメカニカルシステム（１；１１）。
【請求項６】
前記制御装置（３；１３）は、前記第１のインピーダンス（８）と、前記圧電式駆動部（２）の通常動作時に検出された前記圧電式駆動部（２）を流れる電流（９）とに基づいて、通常動作時に、前記圧電式駆動部（２）の振動の位相を特定するように構成されている、請求項３乃至５のいずれか１項に記載のマイクロエレクトロメカニカルシステム（１；１１）。
【請求項７】
前記制御装置（３；１３）は、調整器、特にＰＩ調整器を有しており、前記調整器は、特定された前記位相と所定の目標位相とに基づいて、前記圧電式駆動部（２）の位相調整を実行するように構成されている、請求項６に記載のマイクロエレクトロメカニカルシステム（１；１１）。
【請求項８】
マイクロエレクトロメカニカルシステム（１；１１）の制御方法であって、
前記マイクロエレクトロメカニカルシステム（１；１１）の圧電式駆動部（２）のアドミタンス及び／又はインピーダンスの変化を検出するステップ（Ｓ１）と、
前記圧電式駆動部（２）のアドミタンス及び／又はインピーダンスの検出された前記変化に基づいて、前記圧電式駆動部（２）を制御するステップ（Ｓ２）と、
を有している、
マイクロエレクトロメカニカルシステム（１；１１）の制御方法。
【請求項９】
直流電圧成分（５）と、当該直流電圧成分（５）に重畳されている交流電圧成分（６）とを有している制御器制御電圧（４）を、通常動作時に、前記圧電式駆動部（２）に対して供給するステップ（Ｓ３）を有している、請求項８に記載の制御方法。
【請求項１０】
前記圧電式駆動部（２）を流れる電流（９）を検出するステップ（Ｓ４）を有しており、
較正フェーズにおいて、前記圧電式駆動部（２）は、周波数が前記圧電式駆動部（２）の共振周波数外に位置している交流電圧成分（６）のみによって励振され（Ｓ５）、当該励振時に前記電流（９）に基づいて、前記圧電式駆動部（２）の第１のインピーダンス（８）が検出される（Ｓ６）、請求項９に記載の制御方法。
【請求項１１】
前記制御するステップ（Ｓ２）において、前記第１のインピーダンス（８）と、前記圧電式駆動部（２）の通常動作時に検出された前記圧電式駆動部（２）を流れる電流（９）とに基づいて、前記マイクロエレクトロメカニカルシステム（１；１１）の通常動作時に、前記圧電式駆動部（２）の振動の振幅が特定される（Ｓ７）、請求項１０に記載の制御方法。
【請求項１２】
前記制御するステップ（Ｓ２）において、調整器、特にＰＩ調整器は、特定された前記振幅と所定の目標振幅とに基づいて、前記圧電式駆動部（２）の振幅調整を実行する（Ｓ８）、請求項１１に記載の制御方法。
【請求項１３】
前記制御するステップ（Ｓ２）において、前記第１のインピーダンス（８）と、前記圧電式駆動部（２）の通常動作時に検出された前記圧電式駆動部（２）を流れる電流（９）とに基づいて、通常動作時に、前記圧電式駆動部（２）の振動の位相が特定される（Ｓ９）、請求項１１又は１２に記載の制御方法。
【請求項１４】
前記制御するステップにおいて、調整器、特にＰＩ調整器は、特定された前記位相と所定の目標位相とに基づいて、前記圧電式駆動部（２）の位相調整を実行する（Ｓ１０）、請求項１３に記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロエレクトロメカニカルシステム及び対応する制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術
ＭＥＭＳとも称されるマイクロエレクトロメカニカルシステムは、今日、センサ又はマイクロミラー等の多くの用途において使用されている。特に、この種のシステムにおいては、マイクロミラー等を変位させるために圧電アクチュエータが使用されている。このようなＭＥＭＳシステム又は相当する圧電アクチュエータを正確に駆動制御するために、その位置又は運動が検出されて、各調整器に供給されなければならない。
【０００３】
従来のＭＥＭＳシステムは、この種のＭＥＭＳアクチュエータの位置検出又は運動検出のために、通常、専用の検出要素を有している。この種の検出要素は、例えば、容量性の構造体として構成されていてよく、その容量は、ＭＥＭＳアクチュエータの運動時に、変化する。従って、変化する容量を検出することによって、ＭＥＭＳアクチュエータの位置又は運動も推測することができる。
【０００４】
独国特許出願公開第４４４２０３３号明細書（ＤＥ４４４２０３３Ａ１)は、例として、この種のＭＥＭベースのヨーレートセンサを示している。ここでは、容量性の要素が評価される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】独国特許出願公開第４４４２０３３号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
発明の開示
本発明は、請求項１の特徴部分に記載されている構成要件を有するマイクロエレクトロメカニカルシステム及び請求項８の特徴部分に記載されている構成要件を有する制御方法を開示している。
【０００７】
それに応じて、圧電式駆動部と、この圧電式駆動部と結合されており、この圧電式駆動部を、圧電式駆動部のアドミタンス及び／又はインピーダンスの変化に基づいて駆動制御するように構成されている制御装置とを備えたマイクロエレクトロメカニカルシステムが提案されている。
【０００８】
さらに、マイクロエレクトロメカニカルシステムの圧電式駆動部のアドミタンス及び／又はインピーダンスの変化を検出するステップと、圧電式駆動部のアドミタンス及び／又はインピーダンスの検出された変化に基づいて、圧電式駆動部を制御するステップとを有している、マイクロエレクトロメカニカルシステムの制御方法が提案されている。
【０００９】
発明の利点
本発明の基になる認識は、圧電式駆動部の位置又は運動の別個の検出にはコストがかかり、マイクロエレクトロメカニカルシステムの複雑性を増大させてしまう、ということである。
【００１０】
ここで、本発明の基になる考案は、このような認識を考慮して、別個の位置検出が行われなくても、圧電式駆動部を正確に調整することを可能にするということである。
【００１１】
このために、本発明は、圧電式駆動部のアドミタンス又はインピーダンス自体のみを、圧電式駆動部の駆動制御の基礎として利用することとする。
【００１２】
共振時、即ち、マイクロエレクトロメカニカルシステムの共振モードにおいては、圧電式駆動部又は圧電式要素が伸縮し、これによって、この駆動が行われる。圧電式要素の長さ変化は、自動的に、圧電式要素の容量変化にもつながる。このような変化は、圧電式駆動部を流れる電流の測定によって、又は、圧電式駆動部のアドミタンス若しくはインピーダンスの測定によって検出可能である。
【００１３】
従って、制御装置は、このために別個の測定要素を用いることなく、圧電式駆動部のアドミタンス及び／又はインピーダンスの変化を検出することができる。
【００１４】
従って、本発明は、圧電式駆動部の現在の位置を検出するための付加的な要素を用いずに、圧電式駆動部の駆動制御を可能にする。これによって、マイクロエレクトロメカニカルシステムの製造時に、時間がかかりかつ複雑であるプロセスステップを省くことができる。さらに、マイクロエレクトロメカニカルシステムに必要な面積が低減され、そうでない場合には必要なセンサ要素への接続線路が省かれ、そうでない場合にはセンサ要素の接触に必要なパッドが省かれる。
【００１５】
有利な実施形態及び発展形態は、従属請求項、及び、図面を参照した説明に記載されている。
【００１６】
ある実施形態においては、制御装置は、圧電式駆動部に、通常動作時に、制御器制御電圧を供給するように構成されていてよい。この制御器制御電圧は直流電圧成分と、直流電圧成分に重畳されている交流電圧成分とを有している。ここでは、通常、交流電圧成分の絶対値は、直流電圧成分の絶対値よりも低い。即ち、制御電圧の電圧経過は、一貫して、正の領域にある。通常動作とは、ここで、マイクロエレクトロメカニカルシステムが用途に適して動作させられる動作であり、即ち、例えば、発振器内のマイクロミラーが動かされる動作である。直流電圧によって、圧電式駆動部の恒久的な極性変換を阻止することができる。交流電圧成分は、圧電式駆動部を相応する振動へ励振する。
【００１７】
ある実施形態においては、マイクロエレクトロメカニカルシステムは、電流測定装置を有している。この電流測定装置は、圧電式駆動部を流れる電流を検出して、制御装置に供給するように構成されている。ここで、この制御装置は、較正フェーズにおいて、圧電式駆動部を交流電圧成分のみによって励振し、この励振の際に、検出された電流に基づいて、圧電式駆動部の第１のインピーダンスを検出するように構成されている。交流電圧成分の周波数は、ここで、圧電式駆動部の共振周波数外に位置し得る。しかし、圧電式駆動部の、励振電圧の周波数に比例している成分が較正されると、圧電式駆動部の共振周波数が位置する周波数を含む周波数領域全体が横断される。圧電式駆動部の場合には、周波数が、圧電式駆動部の共振周波数付近に位置する交流電圧成分による励振は、圧電式駆動部内の変位電流を生じさせる。しかし、この変位電流を評価することを可能にするためには、圧電式駆動部の特性を知ることが必要である。これは、圧電式駆動部のインピーダンスの測定によって行われる。これによって、特定されるべき、圧電式駆動部の特徴は、例えば、長さ変化あたりの圧電式駆動部の容量変化ｄＣｄｘであり得る。例えば、このようなパラメータは、圧電式駆動部での容量−電圧測定又は光学式測定によって特定可能である。光学式測定の場合には、例えば、圧電式駆動部の変位が光学的に検出可能である。
【００１８】
ある実施形態においては、制御装置は、第１のインピーダンスと、圧電式駆動部の通常動作時に検出された圧電式駆動部を流れる電流とに基づいて、マイクロエレクトロメカニカルシステムの通常動作時に、圧電式駆動部の振動の振幅を特定するように構成されていてよい。
【００１９】
圧電式駆動部のモデル化のために、いわゆるＢｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ−Ｖａｎ  Ｄｙｋｅモデルが利用可能である。このモデルは、次のことに基づいている。即ち、圧電式駆動部が寄生容量と、Ｌ、Ｃ及びＲから成る、寄生容量に対して並列の直列発振回路とから成るということに基づいている。この直列発振回路の共振周波数は、通常、数メガヘルツの範囲にある。通常はそれ自体、僅か数ｋＨｚでの共振を有している、駆動されるべき要素への圧電式駆動部の結合は、圧電式駆動部の共振外の励振である。全体的な構造の機械的な動きに基づいて、圧電式駆動部が変形させられ、これによって、圧電式駆動部の容量（静電容量）Ｃが変化する。上述したモデルにおいては、これは、単に、容量Ｃの変化としてみなされてよい。なぜなら、Ｌは無視することができる程度に小さく、かつ、Ｒも通常は極めて小さくなるからである。従って、圧電式駆動部は、近似的に、容量Ｃとしてモデル化可能である。
【００２０】
メカニックとエレクトロニクスとは、数式では、次のように結合可能である。
圧電式駆動部の機械的な運動は、以下のように表される。
【００２１】
【数１】
2019501514.tif 000003
ここで、Ａ（Ω）は、圧電式駆動部の変位の振幅であり、ｃｏｓ項は、時間的な変化を表している。
【００２２】
圧電式駆動部の容量Ｃは、以下のように表される。
【数２】
2019501514.tif 000004
ここで、Ｃ０は、圧電式駆動部の基本容量を表している。
【００２３】
さらに、圧電式駆動部を流れる電流は、以下のように表される。
【数３】
2019501514.tif 000005
【００２４】
ここで、第１の式（１）が第２の式（２）内にはめ込まれ、ｕ：＝ＡＣ  ｃｏｓ（Ωｔ）＋ＤＣになると、
【数４】
2019501514.tif 000006
が得られる。
【００２５】
圧電式駆動部の振動の振幅を特定するために、制御電圧及びｄＣｄｘの交流電圧成分の周波数に比例している、式（３）の成分が考察される。さらに、成分ＡＣ＊Ω＊ｓｉｎ（＊Ω＊ｔ）＊ＣＯはノイズであり、適切な較正によって考慮されなければならない。
【数５】
2019501514.tif 000007
【００２６】
ｃｏｓ（Ωｔ）との乗算によって、
【数６】
2019501514.tif 000008
が得られる。
【００２７】
同相成分Ｘを得るために、２Ωに比例している項が削除される！注目されるべきであるのは、最後の項Ｘ＝−１／２＊ＤＣ＊Ａ（Ω）＊ｄＣｄｘ＊ｓｉｎ（Φ（Ω））のみである。位相を異にした成分Ｙを求めるために、式（３．１）が、ｓｉｎ（Ω＊ｔ）と乗算され、Ｙ＝＋１／２＊ＤＣ＊Ａ（Ω）＊Ω＊ｄＣｄｘ＊ｃｏｓ（Ω＊ｔ）が得られる。
【００２８】
Ｘ及びＹの二乗の合計の累乗根は、以下のようになる。
【数７】
2019501514.tif 000009
【００２９】
判明しているのは、ＤＣ、Ω及びｄＣｄｘである。ここで、ＤＣは、直流電圧成分の振幅であり、Ωは、励振周波数、即ち、交流電圧成分の周波数であり、ｄＣｄｘは、圧電式駆動部の長さ変化あたりの容量変化である。従って、現在の振幅Ａ（Ω）は、式の簡単な置き換えによって計算可能である。
【００３０】
ある実施形態においては、制御装置は、調整器、特にＰＩ調整器を有するものとするとよく、これは、特定された振幅と所定の目標振幅とに基づいて、圧電式駆動部の振幅調整を実行するように構成されている。ＰＩ調整器は、振幅の正確かつ容易な調整を可能にする。
【００３１】
ある実施形態においては、制御装置は、第１のインピーダンスと、圧電式駆動部の通常動作時に検出された圧電式駆動部を流れる電流とに基づいて、通常動作時に、圧電式駆動部の振動の位相を特定するように構成されているものとするとよい。
【００３２】
上述の式（４）からの項Ｘ及びＹは、圧電式駆動部の振動の位相の計算にも利用可能である。
【００３３】
【数８】
2019501514.tif 000010
従って、位相は、
【数９】
2019501514.tif 000011
になる。
【００３４】
ある実施形態においては、制御装置は、調整器、特にＰＩ調整器を有していてよい。これは、特定された位相と所定の目標位相とに基づいて、圧電式駆動部の位相調整を実行するように構成されている。
【００３５】
特に、制御電圧の交流電圧成分の周波数に比例している、制御電圧の成分の調整のために、ここでは、式（３）の項−ＡＣΩｓｉｎ（Ωｔ）Ｃ０が補償されることが重要である。この成分は、例えば、直流電圧を用いずに圧電式駆動部の駆動制御時に求められる。なぜならこれは、制御電圧の交流電圧成分にのみ関連するからである。即ち、この項は、例えば、インピーダンス／アドミタンス測定によって、又は、圧電式駆動部を流れる電流の測定によって特定可能である。
【００３６】
圧電式駆動部が有しているアクチュエータが１つではなく、２つの場合、即ち、例えば異なって励振される２つの圧電式駆動要素である場合、直流電圧成分がそれぞれ相互に打ち消される場合には、自己補償が行われ得る。
【００３７】
【数１０】
2019501514.tif 000012
【００３８】
によって、総電流は、
【数１１】
2019501514.tif 000013
になる。
【００３９】
式３と比較すると、これらの項は、２倍の振幅を有しており、容量Ｃ０への依存が無くなる。さらに、ここでは、制御電圧の直流電圧成分に比例する項が着目されるべきである。制御電圧の交流電圧成分の周波数に比例している制御電圧の成分の場合には、上の叙述と同様に、Ｘ及びＹが生じる。
【００４０】
制御電圧の交流電圧成分の２倍の周波数に比例する、圧電アクチュエータを流れる電流の成分に対して、Ｘ及びＹは次のようになる。
【数１２】
2019501514.tif 000014
【００４１】
この関係は、駆動要素が１つだけの場合にも有効である。従って、
【数１３】
2019501514.tif 000015
になる。
【００４２】
ここから、同様に、振幅Ａ（Ω）が得られる。
【００４３】
位相角度又は位相の場合には、相応に、
【数１４】
2019501514.tif 000016
が生じる。
【００４４】
上述した設計及び発展形態は、それが合理的である限り、相互に任意に組み合わせ可能である。本発明の別の可能な設計、発展形態及び実装は、実施例に関して上述された又は後述する本発明の特徴の、明確に挙げられていない組み合わせも含んでいる。特に、ここでは、当業者は、改善としての個別の態様又は補足も、本発明の各基本形に付け加えるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
本発明を、以降において、概略的な図面に示されている実施例に基づいて、詳細に説明する。
【００４６】
【図１】本発明に係るマイクロエレクトロメカニカルシステムのある実施形態のブロック回路図。
【図２】本発明に係る方法のある実施形態のフローチャート。
【図３】本発明に係るマイクロエレクトロメカニカルシステムの別の実施形態のブロック回路図。
【図４】本発明に係る方法の別の実施形態のフローチャート。
【図５】本発明の構成要件を示すための電流測定でのダイヤグラム。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
全ての図面において、同一又は機能的に同等の要素及び装置には、そうでないことが記載されていな限り、同一の参照番号が付されている。
【００４８】
本発明の実施形態
図１は、本発明に係るマイクロエレクトロメカニカルシステム１の実施形態のブロック回路図を示している。これは、圧電式駆動部２と、圧電式駆動部２を駆動する制御装置３とを有している。
【００４９】
さらに、制御装置３は、制御器制御電圧４を生成する。制御電圧４は、直流電圧成分５と、直流電圧成分５に重畳されている交流電圧成分６とを有している（図３を参照）。例えば、圧電式駆動部２は、いわゆる正の方向又は負の方向において、直流電圧成分によって、バイアスが加えられている。圧電式駆動部２の元来の振動が、次に、制御電圧４の重畳された交流電圧成分６によって生起される。これによって、圧電式駆動部の恒久的な極性変換を回避することができる。
【００５０】
制御電圧４を生成するために、制御装置３は、圧電式駆動部２のアドミタンス１０を検出し、このパラメータに基づいて、制御電圧４を調整する。
【００５１】
図２は、マイクロエレクトロメカニカルシステム１、１１のための本発明に係る方法の実施形態のフローチャートを示している。
【００５２】
この方法は、マイクロエレクトロメカニカルシステム１、１１の圧電式駆動部２のアドミタンス１０及び／又はインピーダンスの変化の検出Ｓ１で始まる。アドミタンス１０及び／又はインピーダンスの変化に基づいて、上述したように、圧電式駆動部の振幅又は位相が計算される。
【００５３】
従って、第２のステップＳ２においては、圧電式駆動部２が、圧電式駆動部２のアドミタンス１０及び／又はインピーダンスの検出された変化に基づいて制御される。
【００５４】
図３は、本発明に係るマイクロエレクトロメカニカルシステム１１の別の実施形態のブロック回路図を示している。マイクロエレクトロメカニカルシステム１１は、図１のマイクロエレクトロメカニカルシステム１に基づいており、かつ、このマイクロエレクトロメカニカルシステム１を、電流測定装置７のぶんだけ拡張したものである。これは、圧電式駆動部２を流れている電流９を検出して、制御装置１３に供給する。従って、アドミタンス１０又はインピーダンスの検出は、電流測定として構成されてもよい。
【００５５】
制御装置１３は、これが調整器１２を有している、という点において制御装置３と異なっている。この調整器１２は、直流電圧源１６と交流電圧源１７とを駆動制御する。これらの出力電圧は、制御電圧４を形成するために統合される。図３においては、直流電圧源１６と交流電圧源１７とが、単に例示的に、制御装置１３内に示されている。当然ながら、制御装置１３によって駆動される、制御装置１３外の直流電圧源１６及び交流電圧源１７も可能である。
【００５６】
制御装置１３内には、さらに、切り換えスイッチ１５が設けられている。実際の実施形態においては、切り換えスイッチ１５は、単に、制御装置１３の動作プログラム内のソフトウェアクエリであってもよい。切り換えスイッチ１５は、マイクロエレクトロメカニカルシステム１１の較正フェーズにおいて、制御装置１３を次のように切り換えることができる。即ち、制御装置１３が、圧電式駆動部２のインピーダンス８を検出して、記憶するように切り換えることができる。制御装置１３はインピーダンス８から、圧電式駆動部２の特徴を抽出することもできる。これは、後の制御に対して、通常動作において必要となる。例えば、制御装置１３は、較正フェーズにおいて、インピーダンス８に基づいて、上述した、長さ変化あたりの容量変化ｄＣｄｘを特定することができる。
【００５７】
制御装置１３が通常動作にある場合、即ち、較正フェーズ外にある場合には、電流９は、直接的に調整器１２に供給される。調整器はここから、上述したように、圧電式駆動部２の振幅及び位相を計算し、対応する調整を実行する。
【００５８】
図４は、本発明に係る方法の別の実施形態のフローチャートを示している。
【００５９】
この方法は、初めに、通常動作Ｓ１、Ｓ３、Ｓ２か較正フェーズＳ５、Ｓ４、Ｓ６に分岐する。較正フェーズは、例えば、マイクロエレクトロメカニカルシステム１、１１の始動時に、それがまだ始動されていなかった場合には、自動的に実行されてよい。
【００６０】
較正フェーズにおいては、圧電式駆動部２は、交流電圧成分６だけによって励振されるＳ５。ステップＳ４においては、圧電式駆動部２を流れる電流が検出され、ここからステップＳ６において、圧電式駆動部２の第１のインピーダンス８が特定される。このインピーダンス８から、上述したように、長さ変化あたりの容量変化ｄＣｄｘが特定される。これは、後に、圧電式駆動部２の運動の振幅及び位相を計算するために必要である。
【００６１】
較正フェーズが終了した後、この方法は、ステップＳ１に続く。ここで、ステップＳ１において、上述したように、圧電式駆動部２のアドミタンス１０及び／又はインピーダンス８の変化が検出される。
【００６２】
ステップＳ３においては、圧電式駆動部２の動作のために、制御器制御電圧４が供給される。これは直流電圧成分５と、この直流電圧成分５に重畳されている交流電圧成分６とを有している。
【００６３】
図４のステップＳ２は、一連の下位ステップＳ７−Ｓ１０を有している。ステップＳ７においては、第１のインピーダンス８と、圧電式駆動部２を流れる検出された電流９とに基づいて、圧電式駆動部２の振動の振幅が特定される。次に、特定された振幅と所定の目標振幅とに基づいて、圧電式駆動部２の振幅調整が実行されるＳ８。さらに、制御電圧４の直流電圧成分５及び／又は交流電圧成分６が制御可能である。
【００６４】
圧電式駆動部２の振幅だけでなく、位相も調整可能にするために、ステップＳ９においては、第１のインピーダンス８と検出された電流９とに基づいて、圧電式駆動部２の振動の位相が特定される。これは、例えば、上述したように行われ得る。次に、特定された位相と所定の目標位相とに基づいて、圧電式駆動部２の位相調整が実行されるＳ１０。さらに、同様に、例えば、制御電圧４の直流電圧成分５及び／又は交流電圧成分６が制御されてよい。
【００６５】
図５は、本発明の構成要件を示すための電流測定を伴う４つのダイヤグラムを示している。これらのダイヤグラムにおいて、横軸はそれぞれｋＨｚで周波数を示している。上方の２つのダイヤグラムにおいては、縦軸はそれぞれ、ｍＡで電流を示し、下方の２つのダイヤグラムにおいては、縦軸はそれぞれμＡで電流を示している。
【００６６】
上方の２つのダイヤグラムは、ここで、励振周波数、即ち、交流電圧成分６の周波数に関連している、上述した式（３）の電流成分を示している。下方の２つのダイヤグラムは、２倍の励振周波数に比例している、上述した式（３）の電流成分を示している。ここで、左側の２つのダイヤグラムは、それぞれ、電流の同相成分Ｙを示しており、右側の２つのダイヤグラムは、対応する、位相を異にした成分Ｘを示している。
【００６７】
４つ全てのダイヤグラムにおいては、マイクロエレクトロメカニカルシステム１、１１が共振モードにある周波数が明確に見て取れる。
【００６８】
これらのダイヤグラム及び上述の説明から、電流測定だけによって、又は、インピーダンス特定若しくはアドミタンス特定だけによって、どのように、マイクロエレクトロメカニカルシステム１、１１における振幅調整及び位相調整が実行可能であるのかが明らかである。
【００６９】
本発明を有利な実施例に基づいて上述したが、本発明は、これらに限定されるのではなく、多岐にわたった形式で修正可能である。特に、本発明の中心部分から逸脱することなく、本発明を種々の形式で変更又は修正することが可能である。
【図１】
2019501514.tif 000017
【図２】
2019501514.tif 000018
【図３】
2019501514.tif 000019
【図４】
2019501514.tif 000020
【図５】
2019501514.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成30年6月6日(2018.6.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロエレクトロメカニカルシステム（１；１１）であって、
圧電式駆動部（２）と、
制御装置（３；１３）と、
を備えており、
前記制御装置は、前記圧電式駆動部（２）と結合されており、かつ、前記圧電式駆動部（２）のアドミタンス（１０）及び／又はインピーダンスの変化に基づいて前記圧電式駆動部（２）を駆動制御するように構成されている、
マイクロエレクトロメカニカルシステム（１；１１）。
【請求項２】
前記制御装置（３；１３）は、較正フェーズ外の通常動作時に、前記圧電式駆動部（２）に制御電圧（４）を供給するように構成されており、前記制御電圧（４）は、直流電圧成分（５）と、当該直流電圧成分（５）に重畳されている交流電圧成分（６）とを有している、請求項１に記載のマイクロエレクトロメカニカルシステム（１；１１）。
【請求項３】
電流測定装置（７）を有しており、
前記電流測定装置（７）は、前記圧電式駆動部（２）を流れる電流（９）を検出して、前記制御装置（３；１３）に供給するように構成されており、
前記制御装置（３；１３）は、較正フェーズにおいて、周波数が前記圧電式駆動部（２）の共振周波数外に位置している交流電圧成分（６）のみによって前記圧電式駆動部（２）を励振するように構成されており、かつ、当該励振時に前記電流（９）に基づいて、前記圧電式駆動部（２）の第１のインピーダンス（８）を検出するように構成されている、請求項２に記載のマイクロエレクトロメカニカルシステム（１；１１）。
【請求項４】
前記制御装置（３；１３）は、前記第１のインピーダンス（８）と、前記通常動作時に検出された前記圧電式駆動部（２）を流れる電流（９）とに基づいて、前記通常動作時に、前記圧電式駆動部（２）の振動の振幅を特定するように構成されている、請求項３に記載のマイクロエレクトロメカニカルシステム（１；１１）。
【請求項５】
前記制御装置（３；１３）は、調整器を有しており、前記調整器は、特定された前記振幅と所定の目標振幅とに基づいて、前記圧電式駆動部（２）の振幅調整を実行するように構成されている、請求項４に記載のマイクロエレクトロメカニカルシステム（１；１１）。
【請求項６】
前記制御装置（３；１３）は、前記第１のインピーダンス（８）と、前記通常動作時に検出された前記圧電式駆動部（２）を流れる電流（９）とに基づいて、前記通常動作時に、前記圧電式駆動部（２）の振動の位相を特定するように構成されている、請求項３乃至５のいずれか１項に記載のマイクロエレクトロメカニカルシステム（１；１１）。
【請求項７】
前記制御装置（３；１３）は、調整器を有しており、前記調整器は、特定された前記位相と所定の目標位相とに基づいて、前記圧電式駆動部（２）の位相調整を実行するように構成されている、請求項６に記載のマイクロエレクトロメカニカルシステム（１；１１）。
【請求項８】
前記調整器は、ＰＩ調整器である、請求項５又は７に記載のマイクロエレクトロメカニカルシステム（１；１１）。
【請求項９】
マイクロエレクトロメカニカルシステム（１；１１）の制御方法であって、
前記マイクロエレクトロメカニカルシステム（１；１１）の圧電式駆動部（２）のアドミタンス及び／又はインピーダンスの変化を検出するステップ（Ｓ１）と、
前記圧電式駆動部（２）のアドミタンス及び／又はインピーダンスの検出された前記変化に基づいて、前記圧電式駆動部（２）を制御するステップ（Ｓ２）と、
を有している、
マイクロエレクトロメカニカルシステム（１；１１）の制御方法。
【請求項１０】
直流電圧成分（５）と、当該直流電圧成分（５）に重畳されている交流電圧成分（６）とを有している制御電圧（４）を、較正フェーズ外の通常動作時に、前記圧電式駆動部（２）に対して供給するステップ（Ｓ３）を有している、請求項９に記載の制御方法。
【請求項１１】
前記圧電式駆動部（２）を流れる電流（９）を検出するステップ（Ｓ４）を有しており、
較正フェーズにおいて、前記圧電式駆動部（２）は、周波数が前記圧電式駆動部（２）の共振周波数外に位置している交流電圧成分（６）のみによって励振され（Ｓ５）、当該励振時に前記電流（９）に基づいて、前記圧電式駆動部（２）の第１のインピーダンス（８）が検出される（Ｓ６）、請求項１０に記載の制御方法。
【請求項１２】
前記制御するステップ（Ｓ２）において、前記第１のインピーダンス（８）と、前記通常動作時に検出された前記圧電式駆動部（２）を流れる電流（９）とに基づいて、前記通常動作時に、前記圧電式駆動部（２）の振動の振幅が特定される（Ｓ７）、請求項１１に記載の制御方法。
【請求項１３】
前記制御するステップ（Ｓ２）において、特定された前記振幅と所定の目標振幅とに基づいて、前記圧電式駆動部（２）の振幅調整を調整器によって実行する（Ｓ８）、請求項１２に記載の制御方法。
【請求項１４】
前記制御するステップ（Ｓ２）において、前記第１のインピーダンス（８）と、前記通常動作時に検出された前記圧電式駆動部（２）を流れる電流（９）とに基づいて、前記通常動作時に、前記圧電式駆動部（２）の振動の位相が特定される（Ｓ９）、請求項１２又は１３に記載の制御方法。
【請求項１５】
前記制御するステップ（Ｓ２）において、特定された前記位相と所定の目標位相とに基づいて、前記圧電式駆動部（２）の位相調整を調整器によって実行する（Ｓ１０）、請求項１４に記載の制御方法。
【請求項１６】
前記調整器は、ＰＩ調整器である、請求項１３又は１５に記載の制御方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
ある実施形態においては、制御装置は、圧電式駆動部に、通常動作時に、制御電圧を供給するように構成されていてよい。この制御電圧は直流電圧成分と、直流電圧成分に重畳されている交流電圧成分とを有している。ここでは、通常、交流電圧成分の絶対値は、直流電圧成分の絶対値よりも低い。即ち、制御電圧の電圧経過は、一貫して、正の領域にある。通常動作とは、ここで、マイクロエレクトロメカニカルシステムが用途に適して動作させられる動作であり、即ち、例えば、発振器内のマイクロミラーが動かされる動作である。直流電圧によって、圧電式駆動部の恒久的な極性変換を阻止することができる。交流電圧成分は、圧電式駆動部を相応する振動へ励振する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
同相成分Ｘを得るために、２Ωに比例している項が削除される！注目されるべきであるのは、最後の項Ｘ＝−１／２＊ＤＣ＊Ａ（Ω）＊Ω＊ｄＣｄｘ＊ｓｉｎ（Φ（Ω））のみである。位相を異にした成分Ｙを求めるために、式（３．１）が、ｓｉｎ（Ω＊ｔ）と乗算され、Ｙ＝＋１／２＊ＤＣ＊Ａ（Ω）＊Ω＊ｄＣｄｘ＊ｃｏｓ（Ω＊ｔ）が得られる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
さらに、制御装置３は、制御電圧４を生成する。制御電圧４は、直流電圧成分５と、直流電圧成分５に重畳されている交流電圧成分６とを有している（図３を参照）。例えば、圧電式駆動部２は、いわゆる正の方向又は負の方向において、直流電圧成分によって、バイアスが加えられている。圧電式駆動部２の元来の振動が、次に、制御電圧４の重畳された交流電圧成分６によって生起される。これによって、圧電式駆動部の恒久的な極性変換を回避することができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
ステップＳ３においては、圧電式駆動部２の動作のために、制御電圧４が供給される。これは直流電圧成分５と、この直流電圧成分５に重畳されている交流電圧成分６とを有している。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
上方の２つのダイヤグラムは、ここで、励振周波数、即ち、交流電圧成分６の周波数に関連している、上述した式（３）の電流成分を示している。下方の２つのダイヤグラムは、２倍の励振周波数に比例している、上述した式（３）の電流成分を示している。ここで、左側の２つのダイヤグラムは、それぞれ、電流の同相成分Ｘを示しており、右側の２つのダイヤグラムは、対応する、位相を異にした成分Ｙを示している。
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
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【国際調査報告】
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2019501514.tif 000024
2019501514.tif 000025
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