Ansteuervarianten und Betriebsmodi

Nach der Implementierung der Einzelaktor- und Arraymodelle sowohl in den Simulator CadenceSpice als auch in Eldo wurden Untersuchungen zum statischen und dynamischen Verhalten bei verschiedenen Ansteuerfunktionen geführt. Als Betriebsarten sind quasistatische Auslenkung (kontinuierliches Auslenken der Spiegelplatten gegen eine Elektrode) und Resonanzbetrieb (Schwingen der Spiegelplatten mit ihrer Eigenfrequenz) vorgesehen. Die Entwicklung geeigneter Ansteuerfunktionen ist beim Array von besonderer Bedeutung, um den technischen Aufwand für die Realisierung der Arraysteuerung in akzeptablen Grenzen zu halten. Dabei sind folgende Randbedingungen zu beachten:

• Elektrodenspannungen bis zu 1000 V bei max. quasistatischer Auslenkung notwendig,
• quadratische Spannungs-Winkel-Kennlinie,
• separate Ansteuerung aller Aktoren möglich, aber die metallisierten Spiegelplatten sind leitend miteinander verbunden und
• voneinander abweichende Eigenfrequenzen der Spiegel innerhalb des Arrays.

Ansteuervarianten und resultierende Auslenkungen:

Variante a) Ansteuerung einer Elektrode, Spiegelplatten auf Masse

• Frequenzverdopplung der Auslenkung bei harmonischer, quasistatischer Erregung,
• Spannungsumschaltung bei zweiseitiger Auslenkung notwendig,
• freie Elektrode u.U. zu Meßzwecken nutzbar.

Variante b) Wechselseitige Ansteuerung beider Elektroden, Spiegelplatten auf Masse

• beidseitige Auslenkung möglich,
• quadratische Spannungs-Winkel-Kennlinie,
• Polarisationsumschaltung im Ansteuerverstärker notwendig.

Variante c) Polarisationsspannungen an beiden Elektroden und Steuerspannung an den Spiegelplatten

• Linearisierung des Drehmomentverlaufes und des Auslenkungsbereiches,
• durch Polarisationsspannungen geringere Steuerspannung erforderlich,
• alle Spiegel arbeiten mit der gleichen Steuerspannung,
• geringe Verschiebung der Spiegeleigenfrequenzen.

Am Beispiel eines präparierten Spiegelarrays wurden u. a. die Auswirkungen auf das Arrayverhalten untersucht, wenn die Erregerfrequenz im Resonanzbetrieb von den Eigenfrequenzen der Einzelaktoren abweicht. Die Parameter zur Adaption des realen Arrayverhaltens wurden nach deren Identifikation vom Teilprojekt B2 zur Verfügung gestellt. In der Abb. 7 sind 3 der 25 Auslenkverläufe dargestellt. Die Steuerspannung mit 972 Hz wurde gleichzeitig an alle Einzelaktoren angelegt. Die gemessenen ersten Eigenfrequenzen der drei Aktoren sind 1016 Hz, 976 Hz und 972 Hz. Die Frequenzabweichungen gegenüber der Erregerfrequenz führen zu Schwebungen, Phasenverschiebungen und Amplitudenverlusten bei den Einzelspiegelauslenkungen, bedingt durch die hohe Güte des Feder-Masse-Dämpfer-Systems. Die Schwebung in Höhe der Differenzfrequenz klingt nach der aktorspezifischen Einschwingzeit, die von der Dämpfung abhängig ist, ab. Die Auslenkungsamplituden sind dabei durch Polarisationsspannungen an den Elektroden korrigierbar.

  

Abbildung 7: Schwebung im Einschwingvorgang der Mikrospiegel bei abweichender Erreger- frequenz von den Spiegeleigenfrequenzen

Bei Verzicht auf separate Ansteuerung aller Einzelaktoren ist die Homogenisierung des Arrayverhaltens eine unabdingbare Voraussetzung und muß daher ein vordringliches Ziel bei der Weiterentwicklung des Arrays sein.