(57)【要約】【課題】  高速で移動する移動子を簡便にかつ精度良く所定位置に停止させることのできる静電アクチュエータ機構及びシャッタ装置を提供する。【解決手段】  表面に複数の駆動用電極（４）を有する固定部材（１）と、固定部材に対して相対移動可能な移動部材（２）とを具備し、駆動用電極に周波電圧を印加した際に発生する静電力によって移動部材を駆動する静電アクチュエータ機構において、移動部材が移動端近傍に達した際に、移動部材に対して制動力を作用させるための停止補助用電極４３を有している。【選択図】    図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に複数の駆動用電極を有する固定部材と、上記固定部材に対して相対移動可能な移動部材とを具備し、上記駆動用電極に周波電圧を印加した際に発生する静電力によって上記移動部材を駆動する静電アクチュエータ機構において、
上記移動部材が移動端近傍に達した際に、上記移動部材に対して制動力を作用させるための停止補助用電極を有していることを特徴とする静電アクチュエータ機構。
【請求項２】
表面に複数の駆動用電極を有する固定部材と、上記固定部材に対して相対移動可能な移動部材とを具備し、上記駆動用電極に周波電圧を印加した際に発生する静電力によって上記移動部材を駆動する静電アクチュエータ機構において、
上記移動部材には、駆動用にエレクトレット化された部位と、停止用にエレクトレット化された部位とを有し、
上記移動部材の停止位置近傍に、上記停止用にエレクトレット化された部位に対して反発する静電力を発生させる停止補助用電極を配置したことを特徴とする静電アクチュエータ機構。
【請求項３】
上記停止用にエレクトレット化された部位は、上記移動部材の進行方向の端部に配置され、
上記停止用補助電極は、上記停止用にエレクトレット化された部位に静電力を作用させることを特徴とする請求項２に記載の静電アクチュエータ機構。
【請求項４】
上記移動部材の停止位置近傍においては、上記駆動用にエレクトレット化された部位と上記駆動用電極との間に吸引力を発生させ、かつ、上記停止用にエレクトレット化された部位と上記停止用補助電極との間に反発力を発生させるようにしたことを特徴とする請求項２に記載の静電アクチュエータ機構。
【請求項５】
上記請求項１乃至４に記載の静電アクチュエータ機構を具備するシャッタ装置。
【請求項６】
表面に複数の駆動用電極を有する固定部材と、上記固定部材に対して相対移動可能な移動部材とを具備し、上記駆動用電極に周波電圧を印加した際に発生する静電力によって上記移動部材を駆動する静電アクチュエータ機構において、
上記移動部材には、駆動用にエレクトレット化された部位と、停止用にエレクトレット化された部位とを有し、
上記移動部材を挟んで上記駆動用電極に対向する側に、上記停止用にエレクトレット化された部位に対して反発する静電力を発生させる停止補助用電極を配置したことを特徴とする静電アクチュエータ機構。
【請求項７】
上記移動部材の停止位置近傍においては、上記駆動用にエレクトレット化された部位と上記駆動用電極との間に吸引力を発生させ、かつ、上記停止用にエレクトレット化された部位と上記停止用補助電極との間に反発力を発生させるようにしたことを特徴とする請求項６に記載の静電アクチュエータ機構。
【請求項８】
上記請求項６または７に記載の静電アクチュエータ機構を具備するシャッタ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動用電極に静電力を発生させて移動部材を駆動力を駆動する静電アクチュエータ機構及び該静電アクチュエータ機構を有するシャッタ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電アクチュエータ機構に関する技術として、誘導電荷形アクチュエータの動作原理を用いてスライダを駆動し、そのスライダをシャッタ幕として機能させる技術が開示されている。この技術では、ガラエポ基板の表面に電極を形成してそれに対向して第１のスライダを配置し、裏面にも電極を形成してそれに対向して第２のスライダを配置している（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平８−２２０５９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１に記載の技術では、絞り機能付きのレンズシャッタに適用された例が記載されているが、２つのスライダを先幕、後幕として用いることでフォーカルプレーンタイプのシャッタ機構としても適用することが考えられる。
【０００４】
ところで、このようなフォーカルプレーンタイプのシャッタでは、移動子を高速駆動している状態から停止する制御を行う際、慣性によって所定の位置で停止せずに少しずれて停止する可能性がある。また、シャッタ以外にこの静電アクチュエータを適用する場合においても、高速で移動する移動子を精度良く所定位置に停止する技術が求められる。更に、移動子を精度良く停止させるための技術は、簡便に実現できるものであることが求められる。
【０００５】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、高速で移動する移動子を簡便にかつ精度良く所定位置に停止させることのできる静電アクチュエータ機構及びシャッタ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための、本発明に係る請求項１に記載の静電アクチュエータ機構は、表面に複数の駆動用電極を有する固定部材と、上記固定部材に対して相対移動可能な移動部材とを具備し、上記駆動用電極に周波電圧を印加した際に発生する静電力によって上記移動部材を駆動する静電アクチュエータ機構において、上記移動部材が移動端近傍に達した際に、上記移動部材に対して制動力を作用させるための停止補助用電極を有している。
【０００７】
また本発明に係る請求項２に記載の静電アクチュエータ機構は、表面に複数の駆動用電極を有する固定部材と、上記固定部材に対して相対移動可能な移動部材とを具備し、上記駆動用電極に周波電圧を印加した際に発生する静電力によって上記移動部材を駆動する静電アクチュエータ機構において、上記移動部材には、駆動用にエレクトレット化された部位と、停止用にエレクトレット化された部位とを有し、上記移動部材の停止位置近傍に、上記停止用にエレクトレット化された部位に対して反発する静電力を発生させる停止補助用電極を配置した。
【０００８】
また本発明に係る請求項３に記載の静電アクチュエータ機構は、上記記載の発明である静電アクチュエータ機構において、上記停止用にエレクトレット化された部位は、上記移動部材の進行方向の端部に配置され、上記停止用補助電極は、上記停止用にエレクトレット化された部位に静電力を作用させる。
【０００９】
また本発明に係る請求項４に記載の静電アクチュエータ機構は、上記記載の発明である静電アクチュエータ機構において、上記移動部材の停止位置近傍においては、上記駆動用にエレクトレット化された部位と上記駆動用電極との間に吸引力を発生させ、かつ、上記停止用にエレクトレット化された部位と上記停止用補助電極との間に反発力を発生させる。
【００１０】
また本発明に係る請求項５に記載のシャッタ装置は、上記記載の発明である静電アクチュエータ機構を具備する。
【００１１】
また本発明に係る請求項６に記載の静電アクチュエータ機構は、表面に複数の駆動用電極を有する固定部材と、上記固定部材に対して相対移動可能な移動部材とを具備し、上記駆動用電極に周波電圧を印加した際に発生する静電力によって上記移動部材を駆動する静電アクチュエータ機構において、上記移動部材には、駆動用にエレクトレット化された部位と、停止用にエレクトレット化された部位とを有し、上記移動部材を挟んで上記駆動用電極に対向する側に、上記停止用にエレクトレット化された部位に対して反発する静電力を発生させる停止補助用電極を配置したことを特徴とする静電アクチュエータ機構。
【００１２】
また本発明に係る請求項７に記載の静電アクチュエータ機構は、上記記載の発明である静電アクチュエータ機構において、上記移動部材の停止位置近傍においては、上記駆動用にエレクトレット化された部位と上記駆動用電極との間に吸引力を発生させ、かつ、上記停止用にエレクトレット化された部位と上記停止用補助電極との間に反発力を発生させるようにした。
【００１３】
また本発明に係る請求項８に記載のシャッタ装置は、上記記載の発明である静電アクチュエータ機構を具備する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の静電アクチュエータ機構及びシャッタ装置によれば、移動子を簡便にかつ精度良く所定位置に停止させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
はじめに、図１及び２を参照して本発明に係る静電アクチュエータ機構を用いたシャッタ装置の駆動原理を説明する。
【００１６】
本シャッタ装置は、基本的に固定子１と移動子２とを備え、移動子２は固定子１に対して左右方向に移動自在に構成されている。そして、固定子１には、被写体からの光像を撮像素子（不図示）に導くための開口部３が設けられ、更に、帯状の複数の駆動電極４が所定の間隔で互いに平行に並べられている。移動子２は、遮光性を有する部材であり、後述する永久分極された誘導体（以下、エレクトレットという）の部位を所定間隔で固定子１の駆動電極と平行に複数備えている。
【００１７】
このような構成において駆動電極４に周波電圧を印加すると、駆動電極４と上述のエレクトレットとの間に吸引力もしくは反発力が発生し、結果的に移動子２が固定子１に対して相対移動する。
【００１８】
したがって、移動子２が固定子１の開口部３を開放もしくは遮蔽するように移動可能にしておけば、これによってシャッタ装置を構成できる。図１の（１）は、シャッタが開の状態を示し、図１の（２）は、シャッタが閉の状態を示している。
【００１９】
なお、固定子１には開口部３は必ずしも必要でなく、固定子１を透過部材とし、図１の（１）に示すように駆動電極４が設けられていない領域、即ち、透過領域を形成しても良い。以下、これを便宜的に開口部と称する。また、本構成に係るシャッタ装置を「エレクトレットシャッタ」と称す。
【００２０】
図２の右には、エレクトレットシャッタの断面を模式的に示している。固定子１に並べられたそれぞれの駆動電極４には、駆動回路１０からの電圧信号線が接続されている。この電圧信号線には４相の電圧信号が印加され、従って、駆動電極４には、４本毎に同一の電圧信号が印加される。図２では、駆動電極４にＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄの符号を付してこの電圧信号を区別している。
【００２１】
移動子２には、固定子１との対向面に永久分極された誘導体（エレクトレット）５を複数備えている。
【００２２】
なお、この図はあくまでも模式図であり、実際のエレクトレットシャッタにおける電極やエレクトレット部位の数や配置間隔は、シャッタ装置の大きさ、開口部の面積、エレクトレット部位の極性、その配置形態、シャッタ装置として要求される駆動分解能、シャッタ最高速度等の様々な要因によって適宜決定されるものである。また、このエレクトレットシャッタの場合、正負の極性を有するエレクトレット化部位が交互に配置されたタイプであるが、いずれか一方の極性のエレクトレット化された領域が所定間隔で配置されているだけでも実現可能である。
【００２３】
図２の左には、エレクトレットシャッタに印加する電圧信号を発生する駆動回路１０の構成を示している。パルス発生回路１２で生成した矩形波列（駆動パルス信号）は、昇圧回路１４と位相器１５に供給される。昇圧回路１４では、入力した矩形波列を、１００Ｖ程度まで昇圧するとともに、２つの極性を有する電圧信号に分岐して、駆動電極Ａ及びＣに供給する。
【００２４】
一方、位相器１５に入力した矩形波列は、９０°位相が遅れた波形となり、その後、昇圧回路１４に入力されて、上述と同様の２つの矩形波列となり、駆動電極Ｂ及びＤに供給される。
【００２５】
駆動回路１０によって作成されて、駆動電極４に印加される電圧信号列を図３に示す。電圧電極４の電圧の状態は、ｔ１〜ｔ４の４つの状態が時間経過に対応して繰り返して変化する。
【００２６】
図４は、エレクトレットシャッタの動作を説明する図である。
【００２７】
図４の（１）は、ｔ１に切り替った直後のエレクトレットと駆動電極の電圧の状態を示している。エレクトレット５ａは、駆動電極Ａから反発力を受け、駆動電極Ｂから吸引力を受ける。また、エレクトレット５ｂは、駆動電極Ｃから反発力を受け、駆動電極Ｄから吸引力を受ける。このため、移動子２は図の右方向に力を受けて、１つの駆動電極ピッチｄ移動する。
【００２８】
図４の（２）は、ｔ２に切り替った直後のエレクトレットと駆動電極の電圧の状態を示している。エレクトレット５ａは、駆動電極Ｂから反発力を受け、駆動電極Ｃから吸引力を受ける。また、エレクトレット５ｂは、駆動電極Ｄから反発力を受け、もう一つの駆動電極Ａから吸引力を受ける。このため、移動子２は図の右方向に力を受けて、１つの駆動電極ピッチｄ移動する。
【００２９】
図４の（３）は、ｔ３に切り替った直後のエレクトレットと駆動電極の電圧の状態を示し、図４の（４）は、ｔ４に切り替った直後のエレクトレットと駆動電極の電圧の状態を示している。上述の動作と同様に移動子２は１つの駆動電極ピッチｄ移動する。そして、この動作が繰り返されることで、移動子２は図の右方向に移動する。なお、移動子２を図の左方向に移動するためには、駆動電極４に印加する電圧の極性を逆に切り替えればよい。
【００３０】
〔第１の実施の形態〕
続いて、移動子２の停止を制御する方法について説明する。
【００３１】
図５は、第１の実施の形態の静電アクチュエータ機構を用いたシャッタ装置の構成を示す断面図である。
【００３２】
このシャッタ装置では、図示のように駆動電極４を設けた固定子１と、その固定子１に対向してエレクトレット５を備えた移動子２が配されている。そして、この移動子２の上面側には、カバーガラス７が移動子２を挟むように設けられ、シャッタ装置の左右端には、電極基盤４０と封止部材４１とが、固定子１とカバーガラス７とに挟持されている。
【００３３】
一方、移動子２の進行方向の端部には分極された端面帯電領域４２が設けられている。また、上述の電極基盤４０の側面には、この端面帯電領域４２に対向して停止補助電極４３が設けられている。そして、この停止補助電極４３には、電源４５からの電圧がスイッチ４６と増幅器４７を介して供給されるように電気的に接続されている。
【００３４】
図６は、移動子２の停止を制御する手順を示すフロー図である。
【００３５】
ステップＳ０１において、移動子２の動作開始が指示されると、駆動電極４に駆動電圧パターンであるパルス電圧が付加されて移動子２が移動を開始する。ここで、駆動電極４は、一定のピッチで配列されているため、駆動電極４に印加されるパルス数と移動子２の移動距離とは対応付けられている。
【００３６】
そこで、ステップＳ０２において、移動子２が所定の停止位置の近傍に移動したかどうかをパルス数によって判断する。そして、所定のパルス数が印加されたときは、ステップＳ０３において、スイッチ４６を操作して停止補助電極４３に電圧を供給する。ここで、停止補助電極４３に供給する電圧は、移動子２の端面帯電領域４２にある電荷と同じ極性の電圧である。従って、移動子２には、その進行を妨げようとする方向に抵抗力が働く。
【００３７】
次に、ステップＳ０４において、駆動電極４に移動子２との間で吸引力が働くように電圧を制御する。そうすると移動子２には、停止補助電極４３より働く反発力と、駆動電極４より働く吸引力が作用するため、高速で駆動されていた移動子２は、慣性でオーバランすることなく所定の位置に停止する。
【００３８】
図７は、駆動電極４に印加する電圧と停止補助電極４３に印加する電圧のパターンを示すタイムチャートである。図７に示すように、移動子２は停止補助電極４３より働く反発力によって移動速度を低減され、その後、駆動電極４より働く吸引力によって停止させられることとなるため、慣性による停止位置のずれを低減することができる。
【００３９】
なお、停止補助電極４３に印加する電圧は、一定電圧でなく、移動子２の停止位置に対応して変化させても良い。また、停止補助電極４３に印加する電圧は、一定電圧でなく、所定のパターンで変化させても良い。更に、端面帯電領域４２を移動子２の両端に設け、停止補助電極４３をそれぞれの端面帯電領域４２に対向する位置に配置しても良い。
【００４０】
なお、停止補助電極４３は、シャッタ装置の端部に設けず、固定子１上の移動子２の停止位置近傍に設けても良い。
【００４１】
〔第１の実施の形態の変形例〕
図８は、第１の実施の形態の変形例に係る静電アクチュエータ機構を用いたシャッタ装置の構成を示す断面図である。この変形例では、端面帯電領域４２に代えて移動子２の上面側に分極された上面帯電領域４８が設けられ、更にカバーガラス７に代えて停止補助電極４９を備えた電極基板５０が設けられている点が第１の実施の形態と異なっている。
【００４２】
この変形例に係る静電アクチュエータを用いて、移動子２の停止を制御する手順を図６のフロー図を参照しつつ説明する。
【００４３】
ステップＳ０１において、移動子２の動作開始が指示されると、駆動電極４に駆動電圧パターンであるパルス電圧が付加されて移動子２が移動を開始する。ここで、駆動電極４は、一定のピッチで配列されているため、駆動電極４に印加されるパルス数と移動子２の移動距離とは対応付けられている。
【００４４】
そこで、ステップＳ０２において、移動子２が所定の停止位置の近傍に移動したかどうかをパルス数によって判断する。そして、所定のパルス数が印加されたときは、ステップＳ０３において、スイッチ４６を操作して停止補助電極４９に電圧を供給する。ここで、停止補助電極４９に供給する電圧は、移動子２の上面帯電領域４８にある電荷と同じ極性の電圧である。従って、移動子２には、電極基板５０から反発力が働く。
【００４５】
同時に、ステップＳ０４において、駆動電極４に移動子２との間で吸引力が働くように電圧を制御する。そうすると移動子２には、停止補助電極４９より働く反発力と、駆動電極４より働く吸引力とが作用するため、高速で駆動されていた移動子２は、強い力で駆動電極４に接触する。この結果、大きな摩擦力が働き、移動子２は慣性でオーバランすることなく所定の位置に停止する。
【００４６】
図９は、第１の実施の形態のシャッタ機構を用いた撮像モジュールの構成を示す斜視図であり、図１０は、撮像モジュールの断面図である。なお、図を簡略化するため、停止制御に係る端面帯電領域４２、停止端面電極４３等の部位は省略する。
【００４７】
撮像モジュールは、シャッタ装置２１と撮像ユニット２２で構成されている。
【００４８】
シャッタ装置２１は、独立して走行する遮光幕（先幕）２４ａと、遮光幕（後幕）２４ｂを有するフォーカルプレーンシャッタである。この遮光幕２４ａ、２４ｂは、上述のエレクトレット５（不図示）を備えている。そして、それぞれのエレクトレット５の対向面側には複数の駆動電極４ａ、４ｂと開口部（または透過部）を設けた固定子１ａ、１ｂが配設されている。
【００４９】
シャッタ装置２１の中央部には、固定子１ｂが設けられ、その固定子１ｂの両側には、遮光幕２４ａ、２４ｂがそれぞれ配設されている。更に、その外側には遮光幕２４ａを挟むように駆動電極４ａを設けた固定子１ａと、２４ｂを挟むように開口部（または透過部）を設けた保護部材２５とが固設されている。また、固定子１ｂと保護部材２５との間には弾性を有するスペーサ３１〜３２が設けられ、固定子１ｂと固定子１ａとの間には弾性を有するスペーサ３３〜３４が設けられている。
【００５０】
撮像ユニット２２は、収納容器２６内に撮像素子２７と信号線２８を収容して固定し、収納容器２６の被写体側を開口部（透過部）を有するカバーガラス２９で覆って構成している。尚、本実施の形態では説明のため撮像素子２７の撮像面とカバーガラス２９との間隔を充分に採った図となっているが、これはシャッタ効率の観点から最小限であることが理想である。
【００５１】
本実施の形態の撮像モジュールでは、エレクトレットシャッタを用いてシャッタ装置２１を構成しているため、その厚さを従来のシャッタユニットと比較して大幅に減少することができ、薄型化することができる。そして、シールド電極４ｃを駆動電極４ｂと遮光幕２４ａの間に設けて干渉を防止しているため、固定子１ａ、１ｂの間隔を狭めることができ、更なる薄型化を図ることが可能である。
【００５２】
なお、エレクトレットシャッタは、遮光幕２４ａ、２４ｂに誘導される電荷を利用するのではなく、エレクトレットに永久分極されている電荷を利用するため、立ち上がり時間を短縮してシャッタ動作を高速化することができる。
【００５３】
また、エレクトレットの電荷量は任意に与えることが可能であることから、駆動力が最大となるような最適の電荷量を与えることができ、極めて大きな駆動力を得ることができる。従って、撮像モジュールのサイズに応じた最適なシャッタ装置２１を構成することができる。
【００５４】
更に、遮光幕２４ａ、２４ｂは素材として樹脂材料を用いることができるため軽量である。具体的には、遮光幕２４ａ、２４ｂは、１０〜２５μｍの薄い膜で形成することが可能である。従って、動作に必要な電力量は少なく、かつ静かな動作が実現できる。
【００５５】
なお、本実施の形態に係るシャッタ装置２１では、エレクトレットフィルムを駆動する方式を採用しているが、特許文献１に記載されたように高抵抗体に電荷を誘導する方式を採用しても良い。
【００５６】
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に係るシャッタ機構を示す図。
【図２】エレクトレットシャッタの基本構成を示す図。
【図３】駆動電極に印加される電圧信号列を示す図。
【図４】エレクトレットシャッタの動作を説明する図。
【図５】第１の実施の形態の静電アクチュエータ機構を用いたシャッタ装置の構成を示す断面図。
【図６】移動子の停止を制御する手順を示すフロー図。
【図７】駆動電極に印加する電圧と停止補助電極に印加する電圧のパターンを示すタイムチャート。
【図８】変形例に係る静電アクチュエータ機構を用いたシャッタ装置の構成を示す断面図。
【図９】本発明の実施の形態のシャッタ機構を用いた撮像モジュールの構成を示す斜視図。
【図１０】撮像モジュールの断面図。
【符号の説明】
【００５８】
１…固定子、２…移動子、３…開口部（透過部）、４ａ…駆動電極、４ｂ…駆動電極、４ｃ…シールド電極、５…エレクトレット、１０…駆動回路、１２…パルス発生回路、１４…昇圧回路、２０…撮像モジュール、２１…シャッタ装置、２２…撮像ユニット、２４…遮光幕、２５…保護部材、２７…撮像素子、３１…スペーサ、４２…端面帯電電極、４３…停止補助電極、４８…上面帯電電極、４９…停止補助電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2006119521.tif 000011
【図１０】
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