專利名稱：可變分光元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可變分光元件。
背景技術(shù)：
以往，作為可變分光元件，公知的是具有標(biāo)準(zhǔn)具(etalon)裝置和控制部，其中，該可變分光元件利用壓電元件這樣的致動(dòng)器，使隔著空間相對(duì)配置的一對(duì)光學(xué)基板中的任意一方或者雙方移動(dòng)，由此能夠改變這些光學(xué)基板的相對(duì)的面或者形成于這些面上的反射膜彼此之間的面間隔(以下，統(tǒng)稱為“光學(xué)基板的面間隔”)，從而改變光學(xué)特性(例如，參照日本特開(kāi) 2008 — 129149。)。另外，在這樣的可變分光元件中，為了使光學(xué)基板的面間隔成為期望的間隔，在相對(duì)的面上配置了用于測(cè)定該面間隔的靜電電容傳感器，利用該靜電電容傳感器按照預(yù)定的 采樣周期測(cè)定當(dāng)前的面間隔，并對(duì)測(cè)定的面間隔和期望的面間隔進(jìn)行比較，根據(jù)其比較結(jié)果對(duì)致動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，進(jìn)行面間隔的調(diào)整(例如，參照日本特開(kāi)平6 — 241899。)。

發(fā)明內(nèi)容
但是，對(duì)于日本特開(kāi)2008 - 129149和日本特開(kāi)平6 — 241899所記載的那樣的可變分光元件而言，例如，在像把該可變分光元件用到取得分光特性連續(xù)變化的畫像的分光內(nèi)窺鏡裝置等中時(shí)那樣，必須連續(xù)且高速地改變光學(xué)特性的情況下，必須要在取得畫像的采樣周期的I幀這樣極短的時(shí)間內(nèi)，控制致動(dòng)器改變光學(xué)基板的面間隔。并且，由于專利文獻(xiàn)1、2所記載的那樣的可變分光元件的光學(xué)特性受到一對(duì)光學(xué)基板的相對(duì)的面或者形成在這些面上的反射膜彼此的平行度的影響很大，所以致動(dòng)器的控制必須要準(zhǔn)確。但是，在像日本特開(kāi)2008 - 129149和日本特開(kāi)平6 — 241899所記載的可變分光元件那樣，欲根據(jù)來(lái)自4個(gè)靜電電容傳感器的輸出值來(lái)控制光學(xué)基板的面間隔和相對(duì)的面的平行度的情況下，需要考慮致動(dòng)器彼此之間的相互干擾來(lái)控制4個(gè)致動(dòng)器。并且，由于這樣的運(yùn)算處理十分復(fù)雜，所以在控制上耗費(fèi)時(shí)間，存在無(wú)法實(shí)現(xiàn)光學(xué)特性的高速變化的問(wèn)題。本發(fā)明正是鑒于這樣的現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題點(diǎn)而完成的，其目的在于，提供一種能夠高速且準(zhǔn)確地改變光學(xué)特性的可變分光元件。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的可變分光元件具有一對(duì)光學(xué)基板，它們隔著間隔相對(duì)地配置；第I至第4靜電電容傳感器，它們各自具有分別配置于所述一對(duì)光學(xué)基板的相對(duì)的面上的一對(duì)電極部，檢測(cè)各自的配置位置處的所述一對(duì)光學(xué)基板的相對(duì)的面彼此之間的面間隔；以及第I至第4致動(dòng)器，它們使所述一對(duì)光學(xué)基板中的至少一方相對(duì)于另一方進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)，改變所述一對(duì)光學(xué)基板的相對(duì)的面彼此之間的面間隔，該可變分光元件的特征在于，所述第I靜電電容傳感器和所述第3靜電電容傳感器被配置在以連接所述一對(duì)光學(xué)基板的相對(duì)的面各自的重心的線為軸而對(duì)稱的位置處，所述第2靜電電容傳感器和所述第4靜電電容傳感器被配置在以連接所述一對(duì)光學(xué)基板的相對(duì)的面各自的重心的線為軸而對(duì)稱的位置處，所述第I至第4致動(dòng)器分別被配置在從所述一對(duì)光學(xué)基板的相對(duì)的面各自的重心向所述第I至第4靜電電容傳感器各自的中心方向延伸的線上，該可變分光元件具有控制部，該控制部根據(jù)所述第I至第4靜電電容傳感器的信號(hào)，計(jì)算所述一對(duì)光學(xué)基板的相對(duì)的面各自的重心彼此之間的間隔，根據(jù)所述第I靜電電容傳感器的信號(hào)和所述第3靜電電容傳感器的信號(hào)，計(jì)算與連接所述重心的線垂直的面和移動(dòng)的所述光學(xué)基板的所述相對(duì)的面所成的第I角度，根據(jù)所述第2靜電電容傳感器的信號(hào)和所述第4靜電電容傳感器的信號(hào)，計(jì)算與連接所述重心的線垂直的面和移動(dòng)的所述光學(xué)基板的所述相對(duì)的面所成的第2角度，根據(jù)所述重心彼此之間的間隔和所述第I角度，對(duì)所述第I和第3致動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，根據(jù)所述重心彼此之間的間隔和所述第2角度，對(duì)所述第2和第3致動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，對(duì)所述重心彼此之間的間隔、所述第I角度和所述第2角度進(jìn)行反饋控制，并且對(duì)所述重心彼此之間的間隔、所述第I角度或所述第2角度中的至少一個(gè)進(jìn)行前饋控制。此外，本發(fā)明的可變分光元件優(yōu)選的是，所述反饋控制是PID控制，所述前饋控制是輸出用所述致動(dòng)器的彈簧常數(shù)除以所述可變分光元件的移動(dòng)部分的質(zhì)量而得的值來(lái)除 如下各值的和而得的值作為輸出值的控制，上述各值是指對(duì)輸入值進(jìn)行了二階微分后的值；對(duì)輸入值的微分值乘以所述致動(dòng)器的衰減常數(shù)并除以所述可變分光元件的移動(dòng)部分的質(zhì)量而得的值；以及對(duì)輸入值乘以所述致動(dòng)器的彈簧常數(shù)并除以所述可變分光元件的移動(dòng)部分的質(zhì)量而得的值。具體而言，優(yōu)選的是，所述反饋控制是PID控制，所述前饋控制是對(duì)于輸入值u輸出如下的輸出值的控制y (t) = (d2u/dt2+B · du/dt+C · u) /A,其中，A=4k/m (k是所述致動(dòng)器的彈簧常數(shù)、m是所述可變分光元件的移動(dòng)部分的質(zhì)量)，B=4c/m (c是設(shè)所述致動(dòng)器的彈簧常數(shù)為k、設(shè)所述可變分光元件的移動(dòng)部分的質(zhì)量為m而輸入了信號(hào)的情況下根據(jù)所述可變分光元件的移動(dòng)部分的振動(dòng)衰減而求出的常數(shù))，C=4k/m。此外，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的可變分光元件具有一對(duì)光學(xué)基板，它們隔著間隔相對(duì)地配置；第I至第4靜電電容傳感器，它們各自具有分別配置于所述一對(duì)光學(xué)基板的相對(duì)的面上的一對(duì)電極部，檢測(cè)各自的配置位置處的所述一對(duì)光學(xué)基板的相對(duì)的面彼此之間的面間隔；以及第I至第4致動(dòng)器，它們使所述一對(duì)光學(xué)基板中的至少一方相對(duì)于另一方進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)，改變所述一對(duì)光學(xué)基板的相對(duì)的面彼此之間的面間隔，該可變分光元件的特征在于，所述第I靜電電容傳感器和所述第3靜電電容傳感器被配置在以連接所述一對(duì)光學(xué)基板的相對(duì)的面各自的重心的線為軸而對(duì)稱的位置處，所述第2靜電電容傳感器和所述第4靜電電容傳感器被配置在以連接所述一對(duì)光學(xué)基板的相對(duì)的面各自的重心的線為軸而對(duì)稱的位置處，以連接所述一對(duì)光學(xué)基板的相對(duì)的面各自的重心的線為軸，從沿著該軸的方向看，所述第I至第4靜電電容傳感器和所述第I至第4致動(dòng)器交替地、等角度地配置，該可變分光元件具有控制部，該控制部根據(jù)所述第I至第4靜電電容傳感器的信號(hào)，計(jì)算所述一對(duì)光學(xué)基板的相對(duì)的面各自的重心彼此之間的間隔，使用根據(jù)所述第I至第4靜電電容傳感器的信號(hào)求出的第I和第3致動(dòng)器的配置位置處的所述一對(duì)光學(xué)基板的相對(duì)的面彼此之間的面間隔的值，計(jì)算與連接所述重心的線垂直的面和移動(dòng)的所述光學(xué)基板的所述相對(duì)的面所成的第I角度，使用根據(jù)所述第I至第4靜電電容傳感器的信號(hào)求出的第2和第4致動(dòng)器的配置位置處的所述一對(duì)光學(xué)基板的相對(duì)的面彼此之間的面間隔的值，計(jì)算與連接所述重心的線垂直的面和移動(dòng)的所述光學(xué)基板的所述相對(duì)的面所成的第2角度，根據(jù)所述重心彼此之間的間隔、所述第I角度和所述第2角度，對(duì)所述第I至第4致動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，對(duì)所述重心彼此之間的間隔、所述第I角度和所述第2角度進(jìn)行反饋控制，并且對(duì)所述重心彼此之間的間隔、所述第I角度或所述第2角度中的至少一個(gè)進(jìn)行前饋控制。根據(jù)本發(fā)明，可提供一種能夠高速且準(zhǔn)確地改變光學(xué)特性的可變分光元件。


圖I是示出實(shí)施例I的可變分光元件的標(biāo)準(zhǔn)具裝置的剖視圖。圖2是圖I的標(biāo)準(zhǔn)具裝置的俯視圖。
圖3是示出圖I的標(biāo)準(zhǔn)具裝置的一對(duì)光學(xué)基板和四個(gè)壓電元件的動(dòng)作的示意圖。 圖4是示出實(shí)施例I的可變分光元件的控制電路的框圖。圖5是示出實(shí)施例I的可變分光元件的控制部所進(jìn)行的運(yùn)算的框圖。圖6是示出圖I的標(biāo)準(zhǔn)具裝置的響應(yīng)特性的曲線圖，圖6A是通過(guò)以往的可變分光元件進(jìn)行控制時(shí)的曲線圖，圖6B是通過(guò)本實(shí)施例的可變分光元件進(jìn)行控制時(shí)的曲線圖。圖7是示出圖I的標(biāo)準(zhǔn)具裝置的響應(yīng)特性的曲線圖，圖7A是僅進(jìn)行反饋控制時(shí)的曲線圖，圖7B是進(jìn)行反饋控制和前饋控制時(shí)的曲線圖。圖8是示出圖I的標(biāo)準(zhǔn)具裝置的第I變形例的俯視圖。圖9是示出圖I的標(biāo)準(zhǔn)具裝置的第2變形例的俯視圖。圖10是示出圖I的標(biāo)準(zhǔn)具裝置的第3變形例的俯視圖。圖11是示出圖I的標(biāo)準(zhǔn)具裝置的第4變形例的剖視圖。圖12是示出實(shí)施例2的可變分光元件的標(biāo)準(zhǔn)具裝置的剖視圖。圖13是圖12的標(biāo)準(zhǔn)具裝置的俯視圖。
具體實(shí)施例方式下面，使用附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例I使用圖I 圖7，對(duì)本發(fā)明的可變分光元件的第I實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，之后，使用圖8 圖11對(duì)4個(gè)變形例進(jìn)行說(shuō)明。圖I是示出本實(shí)施例的可變分光元件的標(biāo)準(zhǔn)具裝置的剖視圖。圖2是圖I的標(biāo)準(zhǔn)具裝置的俯視圖。圖3是示出圖I的標(biāo)準(zhǔn)具裝置的一對(duì)光學(xué)基板和四個(gè)壓電元件的動(dòng)作的示意圖。圖4是示出本實(shí)施例的可變分光元件的控制電路的框圖。圖5是示出實(shí)施例I的可變分光元件的控制部所進(jìn)行的運(yùn)算的框圖。圖6是示出圖I的標(biāo)準(zhǔn)具裝置的響應(yīng)特性的曲線圖，圖6A是通過(guò)以往的可變分光元件進(jìn)行控制時(shí)的曲線圖，圖6B是通過(guò)本實(shí)施例的可變分光元件進(jìn)行控制時(shí)的曲線圖。圖7是示出圖I的標(biāo)準(zhǔn)具裝置的響應(yīng)特性的曲線圖，圖7A是僅進(jìn)行反饋控制時(shí)的曲線圖，圖7B是進(jìn)行反饋控制和前饋控制時(shí)的曲線圖。圖8是示出圖I的標(biāo)準(zhǔn)具裝置的第I變形例的俯視圖。圖9是示出圖I的標(biāo)準(zhǔn)具裝置的第2變形例的俯視圖。圖10是示出圖I的標(biāo)準(zhǔn)具裝置的第3變形例的俯視圖。圖11是示出圖I的標(biāo)準(zhǔn)具裝置的第4變形例的剖視圖。本實(shí)施例的可變分光元件由圖I和圖2所示的標(biāo)準(zhǔn)具裝置和未圖示的控制部構(gòu)成。首先，使用圖I和圖2對(duì)該可變分光元件的標(biāo)準(zhǔn)具裝置進(jìn)行說(shuō)明。如圖I和圖2所示，該標(biāo)準(zhǔn)具裝置在外框I的內(nèi)部具有一對(duì)光學(xué)基板2 ;靜電電容傳感器，其是一對(duì)光學(xué)基板2的相對(duì)的面彼此之間的面間隔的測(cè)定單元；以及壓電元件，其是用于使一對(duì)光學(xué)基板2中的一個(gè)基板移動(dòng)的致動(dòng)器，它的驅(qū)動(dòng)由未圖示的控制部進(jìn)行控制。外框I是通過(guò)在筒狀部件I1的端面的一方安裝環(huán)狀部件I2、并在另一方安裝環(huán)狀部件I3而構(gòu)成的。另外，環(huán)狀部件12、I3在其大致中央部，形成有圓形的開(kāi)口部l2a、l3a，在該標(biāo)準(zhǔn)具 裝置中，光通過(guò)該開(kāi)口部l2a、l3a。—對(duì)光學(xué)基板2由固定基板Z1和可動(dòng)基板22構(gòu)成，該固定基板Z1和可動(dòng)基板22被配置成彼此相對(duì)的面隔著空間相互平行。它們之中，固定基板是在外框I的內(nèi)部中以橫切通過(guò)開(kāi)口部l2a、l3a的光軸的方式，固定在外框I的環(huán)狀部件I2上的圓板狀光學(xué)部件。另一方面，可動(dòng)基板22是以橫切通過(guò)開(kāi)口部l2a、l3a的光的方式,保持于壓電兀件的圓板狀光學(xué)部件。關(guān)于這樣的一對(duì)光學(xué)基板2,可動(dòng)基板22在沿著通過(guò)開(kāi)口部l2a、l3a的光軸的方向上，即，在沿著連接一對(duì)光學(xué)基板的相對(duì)的面各自的重心的線的方向上，在壓電元件的作用下進(jìn)行移動(dòng)，由此，能夠使相對(duì)的面的間隔發(fā)生變化。第I靜電電容傳感器S1、第2靜電電容傳感器32、第3靜電電容傳感器33、以及第4靜電電容傳感器34分別由一對(duì)電極3n和312、321和322、331和332、341和342構(gòu)成。并且，這一對(duì)電極以彼此相對(duì)的方式，配置在一對(duì)光學(xué)基板2的相對(duì)的面上不遮擋通過(guò)外框I的開(kāi)口部l2a、l3a的光的位置處。另外，這些靜電電容傳感器具有電極間的靜電電容與面間隔成反比地變化的特性。并且，在該標(biāo)準(zhǔn)具裝置中，將由這些靜電電容傳感器取得的值變換為光學(xué)基板2的面間隔值而輸出到未圖示的控制部。第I壓電元件I、第2壓電元件42、第3壓電元件43、以及第4壓電元件44分別在外框I的內(nèi)部以不遮擋通過(guò)開(kāi)口 l2a、l3a的光的方式，固定在外框I的環(huán)狀部件I3上。并且，從沿著連接一對(duì)光學(xué)基板2的相對(duì)的面各自的重心的線的方向看，第I壓電元件I配置在與第I靜電電容傳感器S1重疊的位置，第2壓電元件42配置在與第2靜電電容傳感器32重疊的位置，第3壓電元件43配置在與第3靜電電容傳感器33重疊的位置，第4壓電元件44配置在與第4靜電電容傳感器34重疊的位置。另外，從沿著連接一對(duì)光學(xué)基板2的相對(duì)的面各自的重心的線的方向看，第I靜電電容傳感器S1及第I壓電元件I、與第3靜電電容傳感器33及第3壓電元件43配置在以該連接重心的線為軸而對(duì)稱的位置。另一方面，從沿著連接一對(duì)光學(xué)基板2的相對(duì)的面各自的重心的線的方向看，第2靜電電容傳感器32及第2壓電元件42、與第4靜電電容傳感器34及第4壓電元件44配置在以該連接重心的線為軸而對(duì)稱的位置。
即，從沿著連接一對(duì)光學(xué)基板2的相對(duì)的面各自的重心的線的方向看，第I靜電電容傳感器S1及第I壓電元件I、第2靜電電容傳感器32及第2壓電元件42、第3靜電電容傳感器33及第3壓電元件43、以及第4靜電電容傳感器34及第4壓電元件44等間隔地進(jìn)行配置。接著，使用圖3對(duì)本實(shí)施例的可變分光元件的標(biāo)準(zhǔn)具裝置中的可動(dòng)基板22的動(dòng)作及其控制進(jìn)行說(shuō)明。如圖3所示，在相對(duì)于固定基板移動(dòng)可動(dòng)基板22而欲使一對(duì)光學(xué)基板2的面間隔成為X。的情況下，在以往的標(biāo)準(zhǔn)具裝置中，為了使一對(duì)光學(xué)基板2的面間隔成為目標(biāo)值X。，根據(jù)第I靜電電容傳感器S1的輸出值驅(qū)動(dòng)第I壓電元件I，使得第I靜電電容傳感器S1的配置位置處的面間隔成為目標(biāo)值X。，同樣，根據(jù)第2靜電電容傳感器32的輸出值驅(qū)動(dòng)第2壓電元件42，根據(jù)第3靜電電容傳感器33的輸出值驅(qū)動(dòng)第3壓電元件43，根據(jù)第4靜電電容傳感器34的輸出值驅(qū)動(dòng)第4壓電元件44。但是，在這樣的控制中，例如，即使準(zhǔn)確地驅(qū)動(dòng)第I壓電元件I而使第I靜電電容 傳感器S1的配置位置處的一對(duì)光學(xué)基板2的面間隔成為目標(biāo)值X。，有時(shí)也會(huì)由于之后的與第I壓電元件I相鄰地配置的第2壓電元件42和第4壓電元件44進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的干擾，導(dǎo)致面間隔相對(duì)于目標(biāo)值X。發(fā)生變化。因此，作為其消除方法,有采用了PID 控制(Proportional Integral DerivativeControl 比例一積分一微分控制)等反饋控制的方法，但是在該情況下，需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能使光學(xué)基板的面間隔成為目標(biāo)值X。。另外，作為其他的消除方法，有這樣的方法針對(duì)各壓電元件，給出了事前計(jì)算其他壓電元件等引起的干擾而得到的值，作為指令值。但是，該指令值的計(jì)算非常復(fù)雜，因此，同樣需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能使一對(duì)光學(xué)基板2的面間隔成為目標(biāo)值X。。因此，在本實(shí)施例的可變分光元件中，將第I 第4靜電電容傳感器
4個(gè)輸出值變換為3個(gè)參數(shù)來(lái)進(jìn)行運(yùn)算，控制第I 第4壓電元件4p42、43、44的驅(qū)動(dòng)。這里，使用圖3 圖5對(duì)本實(shí)施例的可變分光元件的控制部所進(jìn)行的運(yùn)算進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。在本實(shí)施例的可變分光元件的控制部中，如圖4所示，進(jìn)行了組合反饋控制和前饋控制的組合控制。另外，構(gòu)成為在反饋控制中根據(jù)指令值和傳感器輸出值決定輸出值，在前饋控制中僅根據(jù)指定值決定輸出值。是因?yàn)槌朔答伩刂埔酝猓€組合前饋控制，由此與僅使用反饋控制的情況相比，能夠進(jìn)一步縮短光學(xué)基板的面間隔收斂的時(shí)間。首先，對(duì)在本實(shí)施例的可變分光元件的控制部中進(jìn)行的反饋控制進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。在本實(shí)施例的可變分光元件中，如圖3所示，在相對(duì)于固定基板移動(dòng)可動(dòng)基板22而欲使一對(duì)光學(xué)基板2的面間隔成為X。的情況下，首先，如圖5所示，經(jīng)由目標(biāo)值輸入部51；向控制部輸入固定基板的相對(duì)的面的重心G1與可動(dòng)基板22的相對(duì)的面的重心G2之間的間隔的目標(biāo)值X。、以及與將這些重心彼此相連的線垂直的面和可動(dòng)基板22的相對(duì)的面所成的第I角度的目標(biāo)值Θ。和第2角度的目標(biāo)值φ。。接著，傳感器輸出變換部52取得由第I 第4靜電電容傳感器3ρ32、33、34測(cè)定的各靜電電容傳感器的配置位置處的光學(xué)基板的面間隔Xl、X2、X3、X4，并且，將這些面間隔Xl、x2、x3、x4變換為重心G1與重心G2之間的間隔的當(dāng)前值X、第I角度的當(dāng)前值Θ和第2角度的當(dāng)前值φ。具體而言，通過(guò)下式求出一對(duì)光學(xué)基板2的相對(duì)的面各自的重心彼此之間的間隔
XoX= (XJ+X2+X3+X4) /4另外，關(guān)于與連接一對(duì)光學(xué)基板2的相對(duì)的面的重心的線垂直的面和可動(dòng)基板22的與固定基板相對(duì)的面所成的第I角度Θ和第2角度φ，使用作為已知值的從可動(dòng)基板22的相對(duì)的面的重心G2到第I 第4靜電電容傳感器3ρ32、33、34的電極312、322、332、342的中心的、固定基板22的相對(duì)的面上的距離r31、r32、r33、r34，下式成立。sin θ = (X3-X1)/ (r31+r33)
sincp= (Χ4 —Χ2) / C Γ32+Γ34)另外，本實(shí)施例中，r31=r32=r33=r34=r，由于第I角度Θ和第2角度φ都是足夠小的值，因此，通過(guò)下式求出第I角度Θ和第2角度φ。θ = (χ3 — X1) /2r
φ= (Χ4—X2) /2r接著，在差分值計(jì)算部53中，計(jì)算經(jīng)由目標(biāo)值輸入部S1輸入的目標(biāo)值X。、Θ。和隊(duì)與傳感器輸出變換部52進(jìn)行變換后的X、Θ、( 之間的各自的差分值ex、e θ >βφ0接著,在指令值計(jì)算部54中，根據(jù)由差分值計(jì)算部53計(jì)算出的差分值ex、e Θ、eq)進(jìn)行PID控制，求出指令值x。、θ ε>φ00接著，在指令值變換部55中，將指令值計(jì)算部54求出的指令值X。、Θ。、(^變換為分別針對(duì)第I 第4壓電元件4ρ42、43、44的指令值Xel、Xe2、Xe3、Xe4。指令值xel、Xd^XmXe4被輸入到驅(qū)動(dòng)各自所對(duì)應(yīng)的第I 第4壓電元件1、42、43、44的未圖示的壓電元件驅(qū)動(dòng)器，該壓電元件驅(qū)動(dòng)器對(duì)第I 第4壓電元件4、42、43、44分別施加驅(qū)動(dòng)電圧。另外,關(guān)于分別針對(duì)第I 第4壓電元件4p42、43、44的指令值xel、xc2> xc3> Xe4,使用作為已知值的到第I 第4壓電元件4p42、43、44的中心的、固定基板22的相對(duì)的面上的距離r41、r42、r43、r44,下式成立。X1=Xc — r41sin Θ c
X2=Xc-Γ42δ ηφ0x3=xc+r43sin θ c
X4=Xc+r44Sinfc另外，在本實(shí)施例中，r41=r42=r43=r44=r,由于與第I角度相關(guān)的指令值Θ。以及與第2角度相關(guān)的指令值％都是足夠小的值，因此，通過(guò)下式來(lái)求出分別針對(duì)第I 第4壓電元件4p42、43、44的指令值X。:、xc2> xc3>
Xc4o
權(quán)利要求
1.一種可變分光元件，其具有一對(duì)光學(xué)基板，它們隔著間隔相對(duì)地配置；第I至第4靜電電容傳感器，它們各自具有分別配置于所述一對(duì)光學(xué)基板的相對(duì)的面上的一對(duì)電極部，檢測(cè)各自的配置位置處的所述一對(duì)光學(xué)基板的相對(duì)的面彼此之間的面間隔；以及第I至第4致動(dòng)器，它們使所述一對(duì)光學(xué)基板中的至少一方相對(duì)于另一方進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)，改變所述一對(duì)光學(xué)基板的相對(duì)的面彼此之間的面間隔，該可變分光元件的特征在于， 所述第I靜電電容傳感器和所述第3靜電電容傳感器被配置在以連接所述一對(duì)光學(xué)基板的相對(duì)的面各自的重心的線為軸而對(duì)稱的位置處， 所述第2靜電電容傳感器和所述第4靜電電容傳感器被配置在以連接所述一對(duì)光學(xué)基板的相對(duì)的面各自的重心的線為軸而對(duì)稱的位置處， 所述第I至第4致動(dòng)器分別被配置在從所述一對(duì)光學(xué)基板的相對(duì)的面各自的重心向所述第I至第4靜電電容傳感器各自的中心方向延伸的線上， 該可變分光元件具有控制部，該控制部根據(jù)所述第I至第4靜電電容傳感器的信號(hào)，計(jì)算所述一對(duì)光學(xué)基板的相對(duì)的面各自的重心彼此之間的間隔，根據(jù)所述第I靜電電容傳感器的信號(hào)和所述第3靜電電容傳感器的信號(hào)，計(jì)算與連接所述重心的線垂直的面和移動(dòng)的所述光學(xué)基板的所述相對(duì)的面所成的第I角度，根據(jù)所述第2靜電電容傳感器的信號(hào)和所述第4靜電電容傳感器的信號(hào)，計(jì)算與連接所述重心的線垂直的面和移動(dòng)的所述光學(xué)基板的所述相對(duì)的面所成的第2角度，根據(jù)所述重心彼此之間的間隔和所述第I角度，對(duì)所述第I和第3致動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，根據(jù)所述重心彼此之間的間隔和所述第2角度，對(duì)所述第2和第3致動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，對(duì)所述重心彼此之間的間隔、所述第I角度和所述第2角度進(jìn)行反饋控制，并且對(duì)所述重心彼此之間的間隔、所述第I角度或所述第2角度中的至少一個(gè)進(jìn)行前饋控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可變分光元件，其特征在于， 所述反饋控制是PID控制， 所述前饋控制是輸出用所述致動(dòng)器的彈簧常數(shù)除以所述可變分光元件的移動(dòng)部分的質(zhì)量而得的值來(lái)除如下各值的和而得的值作為輸出值的控制，上述各值是指對(duì)輸入值進(jìn)行了二階微分后的值；對(duì)輸入值的微分值乘以所述致動(dòng)器的衰減常數(shù)并除以所述可變分光元件的移動(dòng)部分的質(zhì)量而得的值；以及對(duì)輸入值乘以所述致動(dòng)器的彈簧常數(shù)并除以所述可變分光元件的移動(dòng)部分的質(zhì)量而得的值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可變分光元件，其特征在于， 所述反饋控制是PID控制， 所述前饋控制是對(duì)于輸入值u輸出如下的輸出值的控制 y (t) = (d2u/dt2+B · du/dt+C · u) /A, 其中，A=4k/m (k是所述致動(dòng)器的彈簧常數(shù)、m是所述可變分光元件的移動(dòng)部分的質(zhì)量)，B=4c/m (c是在設(shè)所述致動(dòng)器的彈簧常數(shù)為k、設(shè)所述可變分光元件的移動(dòng)部分的質(zhì)量為m而輸入了信號(hào)的情況下根據(jù)所述可變分光元件的移動(dòng)部分的振動(dòng)衰減而求出的常數(shù))，C=4k/m。
4.一種可變分光元件，其具有一對(duì)光學(xué)基板，它們隔著間隔相對(duì)地配置；第I至第4靜電電容傳感器，它們各自具有分別配置于所述一對(duì)光學(xué)基板的相對(duì)的面上的一對(duì)電極部，檢測(cè)各自的配置位置處的所述一對(duì)光學(xué)基板的相對(duì)的面彼此之間的面間隔；以及第I至第4致動(dòng)器，它們使所述一對(duì)光學(xué)基板中的至少一方相對(duì)于另一方進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)，改變所述一對(duì)光學(xué)基板的相對(duì)的面彼此之間的面間隔，該可變分光元件的特征在于， 所述第I靜電電容傳感器和所述第3靜電電容傳感器被配置在以連接所述一對(duì)光學(xué)基板的相對(duì)的面各自的重心的線為軸而對(duì)稱的位置處， 所述第2靜電電容傳感器和所述第4靜電電容傳感器被配置在以連接所述一對(duì)光學(xué)基板的相對(duì)的面各自的重心的線為軸而對(duì)稱的位置處， 以連接所述一對(duì)光學(xué)基板的相對(duì)的面各自的重心的線為軸，從沿著該軸的方向看，所述第I至第4靜電電容傳感器和所述第I至第4致動(dòng)器交替地、等角度地配置， 該可變分光元件具有控制部，該控制部根據(jù)所述第I至第4靜電電容傳感器的信號(hào)，計(jì)算所述一對(duì)光學(xué)基板的相對(duì)的面各自的重心彼此之間的間隔，使用根據(jù)所述第I至第4靜電電容傳感器的信號(hào)求出的第I和第3致動(dòng)器的配置位置處的所述一對(duì)光學(xué)基板的相對(duì)的面彼此之間的面間隔的值，計(jì)算與連接所述重心的線垂直的面和移動(dòng)的所述光學(xué)基板的所述相對(duì)的面所成的第I角度，使用根據(jù)所述第I至第4靜電電容傳感器的信號(hào)求出的第2和第4致動(dòng)器的配置位置處的所述一對(duì)光學(xué)基板的相對(duì)的面彼此之間的面間隔的值，計(jì)算與連接所述重心的線垂直的面和移動(dòng)的所述光學(xué)基板的所述相對(duì)的面所成的第2角度，根據(jù)所述重心彼此之間的間隔、所述第I角度和所述第2角度，對(duì)所述第I至第4致動(dòng)器進(jìn)行 驅(qū)動(dòng)，對(duì)所述重心彼此之間的間隔、所述第I角度和所述第2角度進(jìn)行反饋控制，并且對(duì)所述重心彼此之間的間隔、所述第I角度或所述第2角度中的至少一個(gè)進(jìn)行前饋控制。
全文摘要
第1傳感器(31)與第3傳感器(33)、第2傳感器(32)與第4傳感器(34)被配置在以連接一對(duì)光學(xué)基板(2)的相對(duì)的面的重心的線為軸而對(duì)稱的位置處，第1～第4致動(dòng)器(41～44)分別配置在從一對(duì)光學(xué)基板(2)的相對(duì)的面的重心向第1～第4傳感器(31～34)各自的中心方向延伸的線的線上，該可變分光元件具有控制部，該控制部根據(jù)第1～第4傳感器(31～34)的信號(hào)計(jì)算一對(duì)光學(xué)基板(2)的相對(duì)的面的重心彼此之間的間隔(x)，根據(jù)第1傳感器(31)的信號(hào)和第3傳感器(33)的信號(hào)計(jì)算移動(dòng)的光學(xué)基板的相對(duì)的面和與連接重心的線垂直的面所成的第1角度(θ)，根據(jù)第2傳感器(32)的信號(hào)和第4傳感器(34)的信號(hào)計(jì)算移動(dòng)的光學(xué)基板的相對(duì)的面和與連接重心的線垂直的面所成的第2角度根據(jù)間隔(x)、角度(θ和)對(duì)第1～第4致動(dòng)器(41～44)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，對(duì)間隔(x)、角度(θ和)進(jìn)行FB控制和FF控制。
文檔編號(hào)G01J3/26GK102822720SQ20118001745
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2011年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
發(fā)明者若井浩志 申請(qǐng)人:奧林巴斯株式會(huì)社