(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定方向に沿って少なくとも３系統の駆動電極が順番に現れるように前記駆動電極を周期的に配置してなる第１電極を有する第１の固定子と、
この第１の固定子と対向して設けられ、前記所定方向に延設された第２電極を有する第２の固定子と、
前記第１の固定子と前記第２の固定子との間に設けられた可動子と、
前記駆動電極と前記可動子との間に電位差を生じさせる第１の電圧を、前記所定方向に沿って前記系統ごとに順次切り替えて印加するとともに、前記第２電極と前記可動子との間に電位差を生じさせる第２の電圧を、前記第１の電圧が印加されている状態において断続的に印加することにより、前記可動子を前記所定方向に駆動させるスイッチング回路と、
を備えたことを特徴とする静電アクチュエータ。
【請求項２】
前記第１の電圧を印加することにより前記駆動電極と前記可動子との間に生ずる電位差は、前記第２の電圧を印加することにより前記第２電極と前記可動子との間に生ずる電位差よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の静電アクチュエータ。
【請求項３】
前記駆動電極に前記第１の電圧が印加され且つ前記第２電極に前記第２の電圧が印加されている状態において、前記第１の電圧が印加されている駆動電極と前記可動子との対向部の面積は、前記第２電極と前記可動子との対向部の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の静電アクチュエータ。
【請求項４】
前記スイッチング回路は、前記第２の電圧を印加している時に、前記第１の電圧が印加されていない前記系統の前記駆動電極と前記可動子との間に電位差を生じさせる前記第１の電圧とは極性が反対の電圧を印加することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の静電アクチュエータ。
【請求項５】
前記スイッチング回路は、前記第１電極のそれぞれの系統の駆動電極の電位が前記可動子の電位よりも高い状態と、前記それぞれの系統の駆動電極の電位が前記可動子の電位よりも低い状態と、を繰り返すように電圧を印加することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の静電アクチュエータ。
【請求項６】
所定方向に沿って少なくとも３系統の駆動電極が順番に現れるように前記駆動電極を周期的に配置してなる第１電極を有する第１の固定子と、
この第１の固定子と対向して設けられ、前記所定方向に延設された第２電極と、前記第２電極と略並列して前記所定方向に延設された第３電極とを有する第２の固定子と、
前記第１の固定子と前記第２の固定子との間に設けられた第１の可動子と、
前記第１の固定子と前記第２の固定子との間に設けられた第２の可動子と、
前記駆動電極と前記第１の可動子との間に電位差を生じさせる第１の電圧を、前記所定方向に沿って前記系統ごとに順次切り替えて印加するとともに、前記第２電極と前記第１の可動子との間に電位差を生じさせる第２の電圧を、前記第１の電圧が印加されている状態において断続的に印加することにより、前記第１の可動子を前記所定方向に駆動させ、
前記駆動電極と前記第２の可動子との間に電位差を生じさせる第１の電圧を、前記所定方向に沿って前記系統ごとに順次切り替えて印加するとともに、前記第３電極と前記第２の可動子との間に電位差を生じさせる第２の電圧を、前記第１の電圧が印加されている状態において断続的に印加することにより、前記第２の可動子を前記所定方向に駆動させるスイッチング回路と、
を備えたことを特徴とする静電アクチュエータ。
【請求項７】
前記第２の電圧の印加により前記第２電極と前記第１の可動子との間に生ずる電位差よりも大きい電位差を生じさせる第３の電圧を前記第２電極に印加することにより前記第１の可動子の一方を保持固定した状態で、前記第２の可動子を駆動可能とする保持回路をさらに備えたことを特徴とする請求項６記載の静電アクチュエータ。
【請求項８】
少なくとも隣接する２つの前記系統の駆動電極と前記可動子との間に電位差を生じさせるように前記第１の電圧を印加することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の静電アクチュエータ。
【請求項９】
前記スイッチング回路が前記第１の電圧を印加するパルス時間幅は、前記第２の電圧を前記第２電極に印加するパルス時間幅よりも長いことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の静電アクチュエータ。
【請求項１０】
前記スイッチング回路は、前記第２の電圧の印加を開始するよりも前に、前記第１の電圧の印加を開始し、
前記第２の電圧の印加を停止した後に、前記第１の電圧の印加を停止することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の静電アクチュエータ。
【請求項１１】
前記第１の固定子と前記可動子との間に設けられたストッパをさらに備えたことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つに記載の静電アクチュエータ。
【請求項１２】
所定方向に沿って少なくとも３系統の駆動電極が順番に現れるように前記駆動電極を周期的に配置してなる第１電極を有する第１の固定子と、この第１の固定子と対向して設けられ、前記所定方向に延設された第２電極を有する第２の固定子と、前記第１の固定子と前記第２の固定子との間に設けられた可動子と、を有する静電アクチュエータの駆動方法であって、
前記駆動電極と前記可動子との間に電位差を生じさせる第１の電圧を、前記所定方向に沿って前記系統ごとに順次切り替えて印加するとともに、前記第２電極と前記可動子との間に電位差を生じさせる第２の電圧を、前記第１の電圧が印加されている状態において断続的に印加することにより、前記可動子を前記所定方向に駆動させることを特徴とする静電アクチュエータの駆動方法。
【請求項１３】
撮像素子と、
請求項１〜１１のいずれか１つに記載の静電アクチュエータと、
前記静電アクチュエータの前記可動子に設けられ前記撮像素子に光学的情報を入力するレンズと、
を備えたことを特徴とするカメラモジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電アクチュエータ、静電アクチュエータの駆動方法及びこれを用いたカメラモジュールに関し、特に、静電気力で駆動され、組み立てが容易で動作の円滑性、安定性、確実性が改善された静電アクチュエータ、静電アクチュエータの駆動方法及びこれを用いたカメラモジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
超小型カメラの焦点調節などに用いるため、小型、正確且つ安価な直線駆動機構が要求されている。このような用途に答えるものとして、例えば、特開平８−１４０３６７号公報に静電アクチュエータが開示されている。
図２７は、従来の静電アクチュエータの構成を表す模式図である。
【０００３】
すなわち、同図の静電アクチュエータ１０１は、可動子１０２と、それを上下より挟み込む２つの固定子１０３ａ、１０３ｂより構成されている。固定子１０３ａ、１０３ｂのそれぞれには、２系統ずつの電極が配されており、上下一組の固定子で、合計４系統の電極Ａ〜Ｄを持つ。
【０００４】
ここで、固定子１０３ａ、１０３ｂに設けたそれぞれの電極Ａ〜Ｄおよび可動子１０２の電極部１０４のピッチと電極幅はそれぞれ同一である。ただし、固定子１０３ａ、１０３ｂにおいては、２系統の電極（例えばＡとＣ）が、それぞれ順番に交互に現れるように電極が組み合わされている。加えて、上下一組の固定子の電極（例えばＡとＢ）は、上下でちょうどその配列パターンの位相が１／２ずれるように配されている。
【０００５】
今、電極Ａに高電圧を印加すると、電極Ａと可動子１０２の電極部１０４に設けられた電極Ｅとの間に作用する静電力（クーロンカ）により、可動子は上側固定子１０３ａに（電極Ａと電極Ｅが重なりあう位置に）吸引される。続いて、高電圧を印加する電極を電極Ｂに切り換えると、可動子１０２は下側固定子１０３ｂに（電極Ｂと電極Ｅが重なり合う位置に）吸引される。このように高電圧を印加する電極を電極Ａ→電極Ｂ→電極Ｃ→電極Ｄと順次切り換えていくと、可動子１０２は微視的には上下振動をしながら、巨視的には図中の右側（１自由度）に駆動される。
【０００６】
電極に高電圧を加える順番を逆にして、電極Ａ→電極Ｄ→電極Ｃ→電極Ｂとすれば、可動子は図中の左側への駆動される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この駆動を実現するためには、上下２枚の固定子１０３ａ、１０３ｂ同士の電極配列パターンの位相を精度良くコントロールする必要と、可動子１０２の対向する２面に精度良く電極を製作する必要があった。そのため、組立に時間と手間とを要し、よってコストが高く量産を実現する上での課題となっていた。
【０００８】
またさらに、この静電アクチュエータの場合、可動子１０３の上下２枚の固定子１０３ａ、１０３ｂの間で比較的大きな上下振動を繰り返しながら１ピッチずつ横方向に移動するため、微視的に見た時の動作は円滑とはいえず、その機構や動作方法には改善の余地があった。
【０００９】
本発明は、かかる課題の認識に基づいてなされたものである。すなわち、その目的は、組み立てが簡単で量産性に優れ、バラツキのない円滑且つ安定した動作と高い信頼性とを両立した静電アクチュエータ、静電アクチュエータの駆動方法及びこれを用いたカメラモジュールを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の静電アクチュエータは、所定方向に沿って少なくとも３系統の駆動電極が順番に現れるように前記駆動電極を周期的に配置してなる第１電極を有する第１の固定子と、この第１の固定子と対向して設けられ、前記所定方向に延設された第２電極を有する第２の固定子と、前記第１の固定子と前記第２の固定子との間に設けられた可動子と、前記駆動電極と前記可動子との間に電位差を生じさせる第１の電圧を、前記所定方向に沿って前記系統ごとに順次切り替えて印加するとともに、前記第２電極と前記可動子との間に電位差を生じさせる第２の電圧を、前記第１の電圧が印加されている状態において断続的に印加することにより、前記可動子を前記所定方向に駆動させるスイッチング回路と、を備えたことを特徴とする。
【００１１】
前記構成によれば、可動子を第１電極の側にほぼ吸着させた状態のまま駆動させることが可能となり、上下振動を抑止して、吸引力が強く安定した状態で円滑且つ確実な動作を実現できる。
【００１２】
ここで、前記第１の電圧を印加することにより前記駆動電極と前記可動子との間に生ずる電位差は、前記第２の電圧を印加することにより前記第２電極と前記可動子との間に生ずる電位差よりも大きいものとすれば、可動子を第１電極の側に吸着させた状態を確実に維持することができる。
【００１３】
または、前記駆動電極に前記第１の電圧が印加され且つ前記第２電極に前記第２の電圧が印加されている状態において、前記第１の電圧が印加されている駆動電極と前記可動子との対向部の面積は、前記第２電極と前記可動子との対向部の面積よりも大きいものとしても、可動子を第１電極の側に吸着させた状態を確実に維持することができる。
【００１４】
また、前記スイッチング回路は、前記第２の電圧を印加している時に、前記第１の電圧が印加されていない前記系統の前記駆動電極と前記可動子との間に電位差を生じさせる前記第１の電圧とは極性が反対の電圧を印加するものとすれば、第１電極の表面に設けられる誘電体膜の残留分極による影響を排除することができる。
【００１５】
または、前記スイッチング回路は、前記第１電極のそれぞれの系統の駆動電極の電位が前記可動子の電位よりも高い状態と、前記それぞれの系統の駆動電極の電位が前記可動子の電位よりも低い状態と、を繰り返すように電圧を印加するものとしても、第１電極の表面に設けられる誘電体膜の残留分極による影響を排除することができる。
【００１６】
または、本発明の静電アクチュエータは、所定方向に沿って少なくとも３系統の駆動電極が順番に現れるように前記駆動電極を周期的に配置してなる第１電極を有する第１の固定子と、この第１の固定子と対向して設けられ、前記所定方向に延設された第２電極と、前記第２電極と略並列して前記所定方向に延設された第３電極とを有する第２の固定子と、前記第１の固定子と前記第２の固定子との間に設けられた第１の可動子と、前記第１の固定子と前記第２の固定子との間に設けられた第２の可動子と、前記駆動電極と前記第１の可動子との間に電位差を生じさせる第１の電圧を、前記所定方向に沿って前記系統ごとに順次切り替えて印加するとともに、前記第２電極と前記第１の可動子との間に電位差を生じさせる第２の電圧を、前記第１の電圧が印加されている状態において断続的に印加することにより、前記第１の可動子を前記所定方向に駆動させ、前記駆動電極と前記第２の可動子との間に電位差を生じさせる第１の電圧を、前記所定方向に沿って前記系統ごとに順次切り替えて印加するとともに、前記第３電極と前記第２の可動子との間に電位差を生じさせる第２の電圧を、前記第１の電圧が印加されている状態において断続的に印加することにより、前記第２の可動子を前記所定方向に駆動させるスイッチング回路と、を備えたことを特徴とする。
【００１７】
上記構成によれば、２つの可動子をそれぞれ独立して第１電極の側にほぼ吸着させた状態のまま駆動させることが可能となり、上下振動を抑止して、吸引力が強く安定した状態で円滑且つ確実な動作をさせることが可能となり、カメラのズーム光学系などに用いて好適である。
【００１８】
ここで、前記第２の電圧の印加により前記第２電極と前記第１の可動子との間に生ずる電位差よりも大きい電位差を生じさせる第３の電圧を前記第２電極に印加することにより前記第１の可動子の一方を保持固定した状態で、前記第２の可動子を駆動可能とする保持回路をさらに備えたものとすれば、一方の可動子を確実に固定した状態で他方の可動子を駆動させることができる。
【００１９】
また、少なくとも隣接する２つの前記系統の駆動電極と前記可動子との間に電位差を生じさせるように前記第１の電圧を印加するものとすれば、やはり同時に複数の駆動電極により吸引させることによりさらに円滑な動作が可能となる。
【００２０】
また、前記スイッチング回路が前記第１の電圧を印加するパルス時間幅は、前記第２の電圧を前記第２電極に印加するパルス時間幅よりも長いものとすれば、上下の電極に対して同時に電圧をオン、オフすることによるチャタリングあるいはリップルを抑止することができる。
【００２１】
また、前記スイッチング回路は、前記第２の電圧の印加を開始するよりも前に、前記第１の電圧の印加を開始し、前記第２の電圧の印加を停止した後に、前記第１の電圧の印加を停止することによっても、上下の電極に対して同時に電圧をオン、オフすることによるチャタリングあるいはリップルを抑止することができる。
【００２２】
また、前記第１の固定子と前記可動子との間に設けられたストッパをさらに備え、前記ストッパにより前記第１電極と前記可動子との最短距離が決定されてなるものとすれば、加工精度などによるバラツキに対応して確実な動作を保証することができる。
【００２３】
一方、本発明の静電アクチュエータの駆動方法は、所定方向に沿って少なくとも３系統の駆動電極が順番に現れるように前記駆動電極を周期的に配置してなる第１電極を有する第１の固定子と、この第１の固定子と対向して設けられ、前記所定方向に延設された第２電極を有する第２の固定子と、前記第１の固定子と前記第２の固定子との間に設けられた可動子と、を有する静電アクチュエータの駆動方法であって、
前記駆動電極と前記可動子との間に電位差を生じさせる第１の電圧を、前記所定方向に沿って前記系統ごとに順次切り替えて印加するとともに、前記第２電極と前記可動子との間に電位差を生じさせる第２の電圧を、前記第１の電圧が印加されている状態において断続的に印加することにより、前記可動子を前記所定方向に駆動させることを特徴とする。
【００２４】
上記構成によれば、可動子を第１電極の側にほぼ吸着させた状態のまま駆動させることが可能となり、上下振動を抑止して、吸引力が強く安定した状態で円滑且つ確実な動作を実現できる。
【００２５】
また一方、本発明のカメラモジュールは、撮像素子と、上記のいずれかの静電アクチュエータと、前記静電アクチュエータの前記可動子に設けられ前記撮像素子に光学的情報を入力するレンズと、を備えたことを特徴とする。
【００２６】
上記構成によれば、小型で高性能のカメラモジュールを安価に提供することが可能となる。
【００２７】
以下、本発明の実施の形態を説明するに先立って、まず、その基本となる静電アクチュエータについて説明する。
【００２８】
図２４は、本発明の基本となる静電アクチュエータの概略構成を表す模式図である。
【００２９】
この静電アクチュエータにおいては、互いに対向して第１の固定子２ａ及び第２の固定子２ｂが配置され、その間に矢印２４に示す方向に沿ってスライド可能に可動子３が配置されている。
【００３０】
第１の固定子２ａには、４系統の電極Ａ〜Ｄが設けられ、第２の固定子２ｂには、その表面に一様な１系統の電極Ｅが設けられている。４系統の電極Ａ〜Ｄは、図示した如く、ストライプ状に配列され、可動子３の進行方向に沿った見ると順番に表れるように配置されている。そして、電極の系統毎に、スイッチング回路１４０によって電圧源１４２から所定の駆動電圧を印加される。
【００３１】
図２５は、スイッチング回路１４０により各電極に印加される電圧波形を表すタイミングチャートである。
【００３２】
すなわち、始めに、可動子電極部３ａの電極Ｆが図２５（ｆ）に示すようにローレベルの電位Ｌに維持され、図２５（ａ）及び（ｂ）示すように電極Ａ、Ｂに電圧が印加される。従って、電極Ａ、Ｂと可動子電極部３ａとの間の静電力によって可動子電極部３ａが電極Ａ、Ｂに引き寄せられるように可動子３は、第１の固定子２ａ側に吸引される。続いて、図２５（ｅ）に示されるようにスイッチング回路１４０によって電極Ａ、Ｂから電極Ｅに切り換えられて電圧が電極Ｅに印加され、可動子３は、第３の電極Ａ、Ｂから離れて第２の固定子２ｂ側に吸引される。
【００３３】
その後、スイッチング回路１４０によって電極Ｅから固定子電極Ｂ、Ｃに切り換えられ、図２５（ｂ）及び（ｃ）に示されるように固定子電極Ｂ、Ｃに電圧が印加され、電極Ｂ、Ｃと可動子３ａとの間の静電力によって、可動子３は、第１の固定子２ａ側に吸引される。続いて、スイッチング回路１４０によって固定子電極Ｂ、Ｃから電極Ｅに切り換えられて図２５（ｅ）に示されるように電圧が電極Ｅに印加され、可動子３は、電極Ｂ、Ｃから離れて第２の固定子２ｂ側に吸引される。
【００３４】
その後、スイッチング回路１４０によって電極Ｅから電極Ｃ、Ｄに切り換えられ、図２５（ｃ）及び（ｄ）に示されるように電極Ｃ、Ｄに電圧が印加され、電極Ｃ、Ｄと第１の可動子電極部３ａとの間の静電力によって、可動子３は、第１の固定子２ａ側に吸引される。続いて、スイッチング回路１４０によって電極Ｃ、Ｄから電極Ｅに切り換えられて図２５（ｅ）に示されるように電圧が電極Ｅに印加され、可動子３は、固定子電極Ｂから離れて第２の固定子２ｂ側に吸引される。
【００３５】
更に、スイッチング回路１４０によって電極Ｅから電極Ｄ、Ａに切り換えられ図２５（ｄ）及び（ａ）に示されるように電極Ｄ、Ａに電圧が印加され、電極Ｄ、Ａと可動子電極部３ａとの間の静電力によって、可動子３は、第１の固定子２ａ側に吸引される。続いて、スイッチング回路１４０によって固定子電極Ｄ、Ａから電極Ｅに切り換えられて図２５（ｅ）に示されるように電圧が電極Ｅに印加され可動子３は、固定子電極Ｄ、Ａから離れて第２の固定子２ｂ側に吸引される。
【００３６】
以上説明した動作を繰り返すことにより、可動子３は、微視的には上下振動をしながら、巨視的には第１の固定子２ａに配列された電極の配列方向に駆動される。
【００３７】
以上説明したように、図２４の静電アクチュエータの場合、固定子２ｂには一様な一系統の電極Ｄが設けらているのみで直線駆動を実現している。従って、図２７に表した従来の静電アクチュエータのように、ストライプ状の電極が形成された上下２枚の固定子１０３ａ、１０３ｂにおける電極配列パターンの位相を精度良くコントロールする必要がない。つまり、一対の固定子２ａ、２ｂの位置関係をそれほど精密に調節する必要がないため、組立に要する時間と手間を減らし、コストを下げ、量産性を大幅に改善することができる。
【００３８】
ところで、図２４に表した静電アクチュエータの場合、第１の固定子２ａと第２の固定子２ｂとの間で交互に電圧を印加するために、可動子３は、上下に振動しながら横方向に動くこととなる。
【００３９】
図２６は、図２４に表した静電アクチュエータにおける可動子の動きを測定した結果を表すグラフ図である。すなわち、同図の横軸は時間、左側の縦軸はそれぞれの電極に印加される電圧、右側の縦軸は可動子３の変位量を表す。また、グラフ中の下側の矩形状のプロットは電極に対する印加電圧の波形、上側の矩形状のプロットは可動子３の上下方向の変位量、左下から右上に延びるプロットは可動子３の進行方向（横方向）の変位量をそれぞれ表す。
【００４０】
なお、図２６においては、上下方向の変位量に対して横方向の変位量を１／１０に縮小してプロットしている。つまり、縦軸の上で同一目盛りの横方向の変位量は、縦方向の変位量の１０倍となる。
【００４１】
図２６からも分かるように、電極に対する印加電圧の切換える度に、可動子３は上下方向に振動しながら、進行方向（左右方向）に少しずつ移動している。この上下方向の振動量は、可動子３とその上下の固定子２ａ、２ｂとの間隔に対応し、横方向の１ピッチ分の移動量よりもはるかに大きい。つまり、可動子３は、上下方向に比較的大きく振動しながら、横方向に少しずつ移動している。しかも、その上下方向の振動量は、可動子３とその上下の固定子２ａ、２ｂとの間隔により決定され、製造誤差などに応じて変動する可能性がある。
【００４２】
可動子３と固定子２ａ、２ｂとの間に働くクーロン力は、距離の２乗に反比例するので、両者の距離が常に変動するということは、吸引力も常に変動することになり、移動動作のための発生力が不安定になりやすい。
【００４３】
本発明者は、かかる点を改善することにより、可動子の動作の円滑性と安定性を向上させて、さらに完成度の高い静電アクチュエータを発明した。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００４５】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態にかかる静電アクチュエータの概略構成を表す模式図である。同図については、図２４乃至図２５に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付した。
【００４６】
本実施の形態の静電アクチュエータにおいても、互いに対向して第１の固定子２ａ及び第２の固定子２ｂが配置され、その間に矢印２４に示す方向に沿ってスライド可能に可動子３が配置されている。
【００４７】
ここで、第１及び第２の固定子２ａ、２ｂは、平板状であっても良く、或いは、半円筒板状であっても良い。第１及び第２の固定子２ａ、２ｂが平板状である場合には、可動子３は、これらとの対向面がほぼ平坦な面を有するブロック体あるいは中空ブロックに形成され、第１及び第２の固定子２ａ、２ｂが半円筒板状である場合には、可動子３は、第１及び第２の固定子２ａ、２ｂの形状に対応して円柱体あるいは中空シリンダーに形成される。
【００４８】
図２は、第１の固定子２ａにおける電極Ａ〜Ｄの配列を例示する平面図である。
【００４９】
同図にも表したように、第１の固定子２ａには、４系統の電極Ａ〜Ｄが設けられ、第２の固定子２ｂには、その表面に一様な１系統の電極Ｅが設けられている。４系統の電極Ａ〜Ｄは、図示した如く、ストライプ状の「駆動電極」として配列され、これら駆動電極が可動子３の進行方向に沿った見た時に順番に表れるように配置されている。そして、電極の系統毎に、スイッチング回路４０によって電圧源４２から所定の駆動電圧を印加される。
【００５０】
図２に表したように、これら４系統の電極Ａ〜Ｄは、順次切り替えて電圧を印加することにより、可動子を所定方向へ移動させるために用いられるものであるから、以下、これら電極Ａ〜Ｄを「駆動電極」と称する。また、これに対して、第２の固定子２ｂに設けられた一様な１系統の電極Ｅを「下部電極」と称することとする。なお、この下部電極は、１系統であれば単一であっても、複数であってもかまわない。
【００５１】
なお、図２における符号１０は、可動子３と駆動電極との間隔を規定するストッパを表す。この点に関しては、後に詳述する。
【００５２】
図３は、本発明の静電アクチュエータにおいてスイッチング回路４０により各電極に印加される電圧波形を例示するタイミングチャートである。
【００５３】
このタイミングの特徴を一言で表現すると、「下部電極に電圧を印加する際に、駆動電極のいずれかにも同時に電圧を印加する」ということである。このようなタイミングで電圧を印加すると、可動子３を、第１の固定子２ａにほぼ吸着した状態のまま、横方向に移動させることができる。
【００５４】
図３に例示したタイミングについて以下に説明すると、まず始めに、可動子３の電極Ｆが図３（ｆ）に示すようにローレベルの電位に維持され、図３（ａ）及び（ｂ）示すように駆動電極Ａ、Ｂに電圧が印加される。従って、駆動電極Ａ、Ｂと可動子３との間の静電力によって可動子３が電極Ａ、Ｂに引き寄せられるように可動子３は、第１の固定子２ａ側に吸引される。
【００５５】
続いて、次のタイミングには、駆動電極Ａの電圧がローレベルにされ、下部電極Ｅの電圧がハイレベルにされる。この際に、駆動電極Ｂの電圧はハイレベルに維持される。従って、可動子３は、駆動電極が形成された第１の固定子２ａの側に引き寄せられたまま、下部電極Ｅからも吸引されて、第１の固定子２ａから僅かに浮いた状態となり、駆動電極Ｂに向けて横方向にずれる。つまり、駆動電極Ｂは、可動子３が下部電極Ｅに吸着されることを防ぐための「アシスト電極」として作用する。
【００５６】
次に、駆動電極Ｂの電圧をハイレベルに維持したまま、駆動電極Ｃの電圧をハイレベルに遷移させ、下部電極Ｅの電圧をローレベルにする。すると、可動子は第１の固定子２ａの側に引き寄せられつつ、駆動電極Ｃに向けて横方向にずれる。
【００５７】
次に、駆動電極Ｃの電圧をハイレベルに維持したまま、駆動電極Ｂの電圧をろーレベルに遷移させ、下部電極Ｅの電圧をハイレベルにする。すると、やはり可動子３は、駆動電極の側に引き寄せられたまま、下部電極Ｅからも吸引されて、第１の固定子２ａから僅かに浮いた状態となり、駆動電極Ｃに向けて横方向にずれる。つまり、駆動電極Ｃが「アシスト電極」として作用する。
【００５８】
以下、同様の手順により駆動電極Ｃ、Ｄ、Ａに順番に電圧を印加することにより、１サイクルが終了する。このようなサイクルを横方向に並んだ一連の駆動電極Ａ〜Ｄに繰り返すことにより、可動子３は、第１の固定子２ａにほぼ吸着した状態のまま、横方向に駆動される。
【００５９】
つまり、本発明によれば、下部電極Ｅに電圧を印加する際に、駆動電極Ａ〜Ｄのいずれかに同時に電圧を印加することにより「アシスト電極」として作用させ、可動子３の上下振動を抑えて、駆動電極の側にほぼ吸着させたままスムーズに駆動させることが可能となる。
【００６０】
図４は、本発明の静電アクチュエータにおいてスイッチング回路４０により各電極に印加される電圧波形を例示するタイミングチャートの変型例である。本タイミングチャートの場合、隣接する電極、例えばＡ系統とＢ系統の電極の間で電圧のオンオフを４回ずつ繰り返す。そして、それぞれのオンオフに合わせて下部電極Ｅにも電圧を印加する。電極Ａと電極Ｂとの間でオンオフを４回繰り返した後は、電極Ｂと電極Ｃとの間でオンオフを４回繰り返し、以降、電極Ｃと電極Ｄ、電極Ｄと電極Ａ・・・というように続ける。
【００６１】
このように隣接する電極間でのオンオフを繰り返すことにより、可動子の移動をより確実に実行させることができる。なお、隣接電極間のオンオフの回数は図示した４回に限定されるものではなく、用途に応じて適宜決定することができ、４回より少なくても多くてもよい。
【００６２】
図５は、図４に表したタイミングにより静電アクチュエータを駆動させた場合の可動子の動きを測定した結果を表すグラフ図である。すなわち、同図の横軸は時間、左側の縦軸はそれぞれの電極に印加される電圧、右側の縦軸は可動子３の変位量を表す。また、グラフ中の下側の矩形状のプロットＰは電極に対する印加電圧の波形、上側のプロットＶは可動子３の上下方向の変位量、左下から右上に延びるプロットＨは可動子３の進行方向（横方向）の変位量をそれぞれ表す。
【００６３】
なお、図５においては、上下方向の変位量に対して横方向の変位量を１／１０に縮小してプロットしている。つまり、縦軸の上で同一目盛りの横方向の変位量は、縦方向の変位量の１０倍となる。
【００６４】
図５を見ると、可動子３は、最初のタイミングで駆動電極側に吸引された後は、ほぼその状態を維持しつつ横方向に移動していることが分かる。駆動電極と下部電極とに交互に電圧を印加すると、図２６に表したように可動子３は上下に振動しながら横方向に移動する。
【００６５】
これに対して、本発明によれば、下部電極と同時に駆動電極にも電圧を印加することにより、図５に表したように、可動子３を駆動電極の側にほぼ吸着させた状態のまま、横方向にスムーズに駆動することが可能となる。その結果として、不要な上下振動を抑制でき、さらに、可動子３と固定子２ａのギャップが小さくなったのと同様の効果が得られ、発生力の向上が実現できる。つまり、駆動電極Ａ〜Ｄと可動子３との間隔を常にほぼ最小の値に維持できるので、可動子３に対して、強く且つ安定した吸引力すなわちクーロン力を作用させることができる。
【００６６】
また、図５に表した具体例の場合、隣接する駆動電極の間で４回のオンオフを繰り返しているが、その１回目のオンオフにより可動子３が横方向に移動しており、残りの３回のオンオフ時には、可動子３は殆ど移動していないことが分かる。これは、隣接する駆動電極（例えば電極Ａと電極Ｂ）の間での１回目のオンオフによって可動子３はこれら駆動電極間における平衡位置に移動しているからである。これに対して、可動子３に摩擦力や何らかの外乱が作用して、１回目のオンオフの際に平衡位置に達しないような場合には、２回目以降のオンオフによって可動子が平衡位置まで達する場合もあると考えられる。
【００６７】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態として、駆動電極と下部電極とに印加する電圧のバランスを調節した静電アクチュエータについて説明する。
【００６８】
すなわち、本発明者は、本発明の第１実施形態の静電アクチュエータに関してさらに検討を進め、固定子２ａと可動子３とのギャップや電極に印加する電圧などについて定量的な知見を得た。
【００６９】
以下まず、本実施形態において前提となる機構部の構造について簡単に説明する。
【００７０】
図６は、本発明の静電アクチュエータの機構部を模式的に表す断面図である。すなわち、駆動電極Ａ〜Ｄと下部電極Ｅの表面は、それぞれ保護膜４により覆われて保護されている。保護膜４は、絶縁性の材料からなり、例えば、酸化シリコンや窒化シリコンなどの無機材料、あるいはポリイミドなどの有機材料を用いることができる。
【００７１】
そして、これら保護膜４と可動子３とが直接に接触しないように、ストッパ１０が設けられている。例えば、図７に表したように、上下の固定子２ａ、２ｂの表面にストッパ１０を設けて、可動子３とストッパ１０とが摺動するようにすれば、可動子３と保護膜４とが接触するのを防ぐことができる。また、図８に表したように、接触を防ぐためのストッパ１０は、可動子３の側に設けてよい。
【００７２】
さて、図６に戻って説明を続けると、同図には、これらストッパの高さやギャップの具体的な数値を併せて表した。すなわち、ストッパ１０の高さＳは、例えば、４．５ミクロン程度とすることができる。また、上下のストッパの間で可動子３が動き得る振幅値Ｖは、例えば４．０ミクロン程度に設定することができる。
【００７３】
さらに、同図は、可動子３が駆動電極Ａ〜Ｄの側に吸着された状態を表しているので、この状態での可動子３と駆動電極Ａ〜Ｄとの間の距離は、電極間距離としては最小値をとる。この電極間距離（最小値）Ｇ１は、例えば４．０ミクロン程度である。つまり、駆動電極Ａ〜Ｄの高さは、０．５ミクロン前後である。またこの場合、可動子３と下部電極Ｅとの間隔は、電極間距離としては、最大値をとる。この電極間距離（最大値）Ｇ２は、８．０ミクロン程度となる。
【００７４】
一方、横方向に見た時に、例えば、駆動電極Ａを中心として可動子３の突出部３ａを置いた場合、その突出部３ａと電極Ｂとの重なり量ＯＬが約６．０ミクロン程度となるように、突出部３ａの長さと駆動電極Ａ〜Ｄの配列ピッチを決定することができる。
【００７５】
図９は、印加電圧が１５０Ｖの時の、可動子３に働く吸引力と電極間距離との関係を表すグラフ図である。すなわち、同図の横軸は可動子３と駆動電極Ａ〜Ｄとの間の電極間距離を表し、縦軸は可動子３に働く吸引力を表す。また図９のグラフ図においては、図６に表した電極間距離（最大値）Ｇ２を８ミクロンに固定し、ストッパ高さＳを変化させることにより、可動子３と駆動電極Ａ〜Ｄとの間の距離を変化させた場合を表した。
【００７６】
またここでは、図６に表したように、可動子３が駆動電極Ａ〜Ｄの側に吸着された状態を想定している。従って、図９の横軸に表した可動子３と駆動電極Ａ〜Ｄとの距離は、図６に表した電極間距離（最小値）Ｇ１に相当する。そして、その値は、ストッパ高さＳから、用いている電極Ａ〜Ｄの厚み分を差し引いた値と等しい。
【００７７】
ここで、可動子３と駆動電極Ａ〜Ｄあるいは下部電極Ｅとの間Ｉに発生する力は、次式により表される。
【００７８】
【数１】
0003966704.tif 000002
ここで、εは誘電率（真空中における値は８．８５×１０−１２ Ｆ／ｍ）であり、Ｓは電極面積、Ｖは印加電圧、ｄは電極間距離（ギャップ）をそれぞれ表す。
【００７９】
可動子３と電極Ａ〜Ｅ間の距離が動作の過程で変化すると、電極間に発生する出力値にリップルが生ずる。電極間距離（最大値）Ｇ２の値は、その出力値リップルの最小値に影響するため、その値を大きくすると、出力値（ミニマム値）が減少する。そのため、電極間距離（最大値）Ｇ２を固定して、ストッパ高さＳを変えた場合の、可動子３に対する吸引力の関係を表したものが図９である。
【００８０】
図９を見ると、電極間距離（最小値）Ｇ１が３．５ミクロンよりも小さい場合には、駆動電極Ａ〜Ｄから可動子３への吸引力のほうが下部電極Ｅから可動子３への吸引力よりも高いが、電極間距離Ｇ１が３．５ミクロンを超えると、その関係は逆転し、下部電極Ｅからの吸引力のほうが大きくなる。
【００８１】
つまり、可動子３が駆動電極Ａ〜Ｄにほぼ常に吸引されながら駆動されるためには、電極間距離（最小値）Ｇ１が３．５ミクロン以下でなければならない。これは、ストッパ高さＳの上限が約４．０ミクロンとなることを意味する。
【００８２】
可動子３に対する吸引力だけを考えれば、ストッパ高さＳを低くすることが望ましい。しかし、現実には、ストッパ高さＳを低くすると、可動子３が保護膜４と接触することによる劣化や故障の危険性が増大する。また、電極間距離（最小値）Ｇ１が小さくなると電界強度が高くなるため、保護膜４の放電破壊による劣化や故障の危険性も増大する。保護膜４が傷ついた場合には、放電破壊の危険性はさらに増大するので、保護膜４の損傷と放電破壊の発生が相乗しうる状況では、劣化や故障の可能性はさらに高くなる。各種の用途において実用化するための信頼性を考えた場合、この点は重要である。
【００８３】
従って、静電アクチュエータが利用される用途に応じて、十分な信頼性を確保しつつできるだけ高い吸引力が得られるように、適用先からの仕様に応じて適切に構造パラメータ及び駆動条件を決定することが非常に重要となる。
【００８４】
図１０乃至図１２を参照しつつ、その手順の一例について説明する。
【００８５】
図１０は、ストッパ高さＳを３．５ミクロンとした時の、印加電圧に対する駆動電極−可動子、下部電極−可動子間の吸引力の関係を表すグラフ図である。すなわち、同図は、図６に例示したサイズパラメータを採用し、ストッパの高さＳを３．５ミクロンとした場合を表す。従って、同図の場合、電極間距離（最小値）Ｇ１は３．０ミクロンとなる。
【００８６】
このストッパ高さにおいては、印加電圧を１００ボルト乃至２００ボルトの範囲において、常に駆動電極Ａ〜Ｄから可動子３に対する吸引力のほうが、下部電極Ｅから可動子３に対する吸引力よりも大きい。つまり、可動子３は、常に駆動電極Ａ〜Ｄの側に吸引された状態で駆動される。装置の信頼性や構成部品の加工精度からこのストッパ高さＳが許容される場合においては、この高さのストッパを採用することで問題は生じない。例えば、ストッパ１０の加工精度から想定される高さのバラツキの範囲内においては可動子３が保護膜４に接触しない場合には、このストッパ高さを採用することができる。
【００８７】
一方、図１１は、ストッパ高さＳを４．０ミクロンとした時の、印加電圧に対する駆動電極−可動子、下部電極−可動子間の吸引力の関係を表すグラフ図である。同図から、ストッパ高さＳが４．０ミクロンの場合では、駆動電極−可動子間、下部電極−可動子間の吸引力がほぼ拮抗しており、不安定な状態であることが分かる。
【００８８】
つまり、この条件においては、可動子３は、常に駆動電極Ａ〜Ｄの側に吸着されるとは限らず、場合によっては下部電極Ｅの側に吸着されて上下に振動する可能性がある。
【００８９】
また、図１２は、ストッパ高さＳを４．５ミクロンとした時の、印加電圧に対する駆動電極−可動子、下部電極−可動子間の吸引力の関係を表すグラフ図である。同図から、ストッパ高さＳを４．５ミクロンとすると、駆動電極−可動子間、下部電極−可動子間の吸引力の関係は逆転することが分かる。
【００９０】
つまり、アシスト付きの駆動波形を与えても、可動子３は電圧指令値に従い各タイミング毎に上下に振動することになることが分かる。これでは、安定した十分な駆動力の向上が期待できない。
【００９１】
しかし一方で、部品の加工精度や信頼性の観点などから、図１１や図１２のようにストッパ高さＳを高めに設定したい場合もありうる。そこで、本発明においては、このような場合に、下部電極Ｅの印加電圧を調節することによって動作を安定化させる。
【００９２】
この方法について、図１２の具体例を参照しつつ以下に説明する。
【００９３】
例えば、駆動電極Ａ〜Ｄに印加する電圧を１５０ボルトに設定したとする。この場合には、この条件において駆動電極Ａ〜Ｄから発生する吸引力よりも下部電極Ｅからの吸引力のほうが小さくなるように、下部電極Ｅの印加電圧を調節する。
【００９４】
具体的には、まず、１５０ボルトにおける駆動電極−可動子間の吸引力を調べる。同図の場合、これは約１２．５ｍＮである。次に、その吸引力と同等の力を発生するのに必要とされる下部電極の電圧値を調べる。図１２においては、これは約１３０ボルトである。このようにして求めた電圧あるいはそれ以下の電圧を、下部電極Ｅに対する印加電圧とすれば、駆動電極Ａ〜Ｄの吸引力のほうが常に高く、可動子３を常に駆動電極Ａ〜Ｄに側に吸着させた状態で駆動させることができる。
【００９５】
つまり、本実施形態によれば、駆動電極Ａ〜Ｄに対する印加電圧と、下部電極Ｅに対する印加電圧との関係を調節することにより、常に駆動電極からの吸引力が勝る状態とし、可動子３を上下振動させることなく、安定した吸引力で駆動させることができる。
【００９６】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態として、駆動電極と下部電極の電極面積のバランスを調節した静電アクチュエータについて説明する。
【００９７】
すなわち、本発明においては、第２実施形態に関して前述したように各電極に印加する電圧を調節する代わりに、電極面積を調節することによっても、上下の電極の吸引力にバランスを調整することができる。
【００９８】
例えば、駆動電極Ａ〜Ｄは、図２に例示したようにストライプ状に設けられ、例えば、これらいずれかの系統の電極に電圧が印加される。そして、これに対して下方から下部電極Ｅの吸引力が働く。
【００９９】
図３に例示した駆動シーケンスの場合について説明すれば、下部電極Ｅに電圧が印加されているタイミングにおいて、駆動電極Ａ〜Ｄのいずれか１種のみに電圧が印加されている。従って、これらいずれか１種の駆動電極と可動子３との対向面積に対して、下部電極Ｅと可動子３との対向面積のバランスを調節すればよい。
【０１００】
もっとも簡単には、いずれか１種の駆動電極と可動子３との対向面積を、下部電極Ｅと可動子３との対向面積よりも大きくすればよい。但し、これら対向面積のバランスは、印加電圧の関係や、ストッパ高さＳなどを考慮して適宜決定することができる。
【０１０１】
要は、可動子３が駆動電極Ａ〜Ｄの側にほぼ常に吸着された状態で駆動できればよい。
【０１０２】
図１３は、下部電極Ｅの平面パターンを例示する模式図である。同図の例においては、下部電極Ｅは、可動子３の進行方向に伸びる３本のストライプ状に形成されている。そこで、これらストライプの幅Ｗを変えることにより、下部電極Ｅの面積を調整することができる。
【０１０３】
従って、ストッパ高さＳや、各電極Ａ〜Ｅに対する印加電圧などのパラメータを考慮し、常に駆動電極からの吸引力が勝る状態となるように、ストライプ幅Ｗを調節すればよい。その結果として、可動子３を上下振動させることなく、安定した吸引力で駆動させることができる。
【０１０４】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態として、保護膜４の誘電分極による影響を緩和する静電アクチュエータについて説明する。
【０１０５】
図１４は、本実施形態にかかる静電アクチュエータの動作を説明するための概念図である。
【０１０６】
また、図１５は、このアクチュエータ機構を動作させる電圧信号を表すタイミングチャートである。
【０１０７】
すなわち、同図に表した具体例においては、３系統の駆動電極Ａ〜Ｃが設けられ、これに対して下部電極Ｄが対向して配置されている。但し、本発明においては、駆動電極の系統数は３系統には限定されず、図１に例示したように４系統でも良く、あるいは５系統以上としても良い。
【０１０８】
本実施形態においては、例えば、駆動電極Ａ〜Ｃに対して極性を反転させた電圧を適宜印加することにより、保護膜４の誘電分極による影響を抑制する。
【０１０９】
すなわち、図１５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ電極Ａ、Ｂ、Ｃに印加される信号電圧のタイミングチャートを表し、（ｄ）は、固定子電極Ｄに印加される信号電圧のタイミングチャートを表し、（ｅ）は、可動子電極Ｅに印加される電圧を表している。
【０１１０】
図１５（ｅ）に示される可動子電極Ｅに印加される電圧は、接地電位であり、図１５（ｄ）に示される固定子電極Ｄに印加される信号電圧のローレベルＬが接地電位であるに対してハイレベルＨは、高い電位となっている。また、図１５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示される電極Ａ、Ｂ、Ｃに印加される信号電圧のハイレベルＨは、高い電位であるに対して、そのローレベルＬは、マイナス電位に定められ、その中間レベルは、接地電位となっている。
【０１１１】
従って、図１５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示されるハイレベルＨで可動子３が吸引力によって電極Ａ、Ｂ、Ｃに引き付けられ、ローレベルＬで可動子３が電極Ａ、Ｂ、Ｃから反発力によって分離されることとなる。そして、中間レベルで可動子３は電極Ａ、Ｂ、Ｃから何らの作用も受けないこととなる。
【０１１２】
ここで例えば、図１４（ａ）に例示したように、電極Ｂにプラスの電圧を印加すると、可動子３は、静電力（クーロン力）を受け、固定子２ａ側に吸引される。なお、図１４は、説明の便宜上、３系統の駆動電極Ａ〜Ｃのうちの電極Ｂのみに電圧を印加した状態を表したが、本発明においては、図１５のタイミングチャートにも例示したように、電極Ｂと同時に電極Ａあるいは電極Ｃにも電圧を印加してもよい。
【０１１３】
さて、図１４（ａ）に表したように電極Ｂにプラスの電圧を印加すると、駆動電極Ｂの表面に設けた保護膜４が誘電電極５を起こし、巨視的に見ると、駆動電極Ｂの表面においてプラスの電位を有するかのように、可動子３に対して振る舞う。
【０１１４】
このような保護膜４の誘電分極５は、電極Ｂに対するプラスの電圧の印加を停止しても残留する場合がある。すると、可動子３は、電極Ｂの近傍に吸引され続ける。このため、次のタイミングに移行しても、可動子３が進行方向に隣接する電極Ｃの方向に円滑に移動しにくいという現象が起こる場合もある。
【０１１５】
これは、誘電分極５によって保護膜４の中に生じた電気的な偏りによる影響である。誘電分極５により残余する電位は少ないが、クーロン力は電極間の距離の２乗に反比例する為、いったん可動子３が電極Ｂに吸引され、電極間距離が小さくなっている状態においては、保護膜４に残留した電位が小さくても、それが可動子３に与える作用力は大きい。本変型例は、この悪影響を低減し、可動子３を良好に駆動せしめる駆動シーケンスを実現するものである。
【０１１６】
すなわち、本実施形態において、可動子３が電極Ｂに引かれている状態から、次の駆動シーケンス、即ち電極Ｃに向けて移動させる際に、電極Ｂに可動子３の電極Ｅの電位と比べて低電位（可動子３の電位レベルをゼロとすると、電極Ｂはマイナス電位）となるように電位差を与えることにより、可動子３の保護膜４からの剥離を良好とし、スムーズなアクチュエータ動作を実現させるものである。
【０１１７】
これは、巨視的にみれば、固定子２ａの電極Ｂと対応する可動子３の電極Ｅとの間で、保護膜４に残余した誘電分極５による電荷の偏りによる電界と、新たに電極Ｂに加えた電位（電極Ｅの電位レベルよりも低位）と電極Ｅとの間に発生する電界とがそれぞれ逆向きの電界となり、双方がうち消しあうためであると説明出来る。微視的にみれば、保護膜４に残留した誘電分極５による電荷の偏りが、新たに加えた電極Ｂへの電位（電極Ｅの電位レベルよりも低位）による電界によって、解消される現象であると説明できる。
【０１１８】
尚、上述した具体例において、可動子３の電位は、いわゆる浮かした状態、即ち、電気的に接地されないフロート状態であっても良い。また、可動子３への静電吸引力が効果的に働く様に、可動子３の近傍に接地されたダミーの電極を設けても良い。また、図１４（ａ）及び（ｂ）に示される具体例においては、固定子２ａ側に保護膜４を設けているが、保護膜４は、可動子３側に設けられても良い。または、固定子２ａと可動子３の両方に保護膜４を設けてもよい。
【０１１９】
一方、本発明において保護膜４の残留分極を消去する方法は、駆動電極に印加する電圧の極性を反転させる方法だけではない。すなわち、保護膜４に印加される電界の極性を反転させればよいのであるから、駆動電極と可動子３との間の電圧関係を反転させることによっても、残留電極を消去することは可能である。
【０１２０】
図１６及び図１７は、このように駆動電極と可動子との間の電圧の関係を反転させることにより保護膜４の残留分極を消去できる電圧印加のパターンを例示するタイミングチャートである。ここで、図１６は、本発明によらないタイミングを表し、図１７は本発明によるタイミングを表す。
【０１２１】
まず、図１６を参照しつつ、この印加方法について説明すると、最初に、第１タイミングとして、可動子３に電圧を印加しない状態で電極Ａ及びＢに電圧を印加する。次に、第２タイミングとして、電極Ａ及びＢの電圧をオフにして、下部電極に電圧を印加する。しかる後に、第３タイミングとして、電極Ｃ及びＤに電圧を印加すると同時に可動子３にも電圧を印加する。この第３タイミングにおいては、電極Ａ及びＢには電圧が印加されていないので、電極Ａ及びＢの表面の保護膜４に印加される電界は、第１タイミングにおいて電極Ａ及びＢに電圧を印加した時と比べて反転することとなる。
【０１２２】
つまり、可動子３と、電極Ａ及びＢとの電圧の関係は、第１タイミングと第３タイミングで反転し、保護膜４に印加される電界もそれに応じて反転する。このように、電界を反転させることにより、保護膜４の残留分極を消去できる。
【０１２３】
このような残留分極を消去させるパターンを本発明に応用したものが図１７に表したタイミングチャートである。すなわち、図１７においては、下部電極に電圧を印加するタイミングにおいては、駆動電極Ａ〜Ｄのいずれかにも電圧を印加して可動子３の上下振動を防いでいる。そして、可動子３にも適宜電圧を印加することにより、駆動電極Ａ〜Ｄと可動子３との間の電圧関係を反転させ、保護膜４に印加される電界を適宜反転させて残留分極を消去することができる。
【０１２４】
図１４及び図１５に関して前述した具体例の場合、正電圧と負電圧と接地電位の３レベルの電圧が必要であるのに対して、図１６及び図１７に例示した方法によれば、正電圧（または負電圧）と接地電位の２レベルの電圧のみによって保護膜４の残留分極を消去することができる点で便利である。
【０１２５】
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態として、複数の可動子を有する静電アクチュエータについて説明する。
【０１２６】
図１８及び図１９は、本実施形態にかかる静電アクチュエータをカメラモジュールのレンズ機構に適用した例を表す模式図である。
【０１２７】
このレンズ機構は、四角筒状の固定子２０と、この固定子２０内を軸方向に沿って往復動自在に配置された２つの可動子３０，４０とを備え、固定子２０の一端部に配置され画像を検出するＣＣＤデバイス５０を設けることでカメラモジュールを構成する。なお、図中のＣはレンズの光軸方向を表している。
【０１２８】
固定子２０は、枠体２１と、ガラス基板上に半導体プロセス技術を用いてパターンニングされた固定子電極２２と、枠体２１内部に光軸方向Ｃに沿って延設された突条部２５と、固定子電極２２に電力を供給する電力供給部２６とを備えている。
【０１２９】
固定子電極２２は、駆動電極群２３と、下部電極群２４とを備えている。
【０１３０】
駆動電極２３は、光軸方向Ｃに沿って交互に設けられた４系統の駆動電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄからなっている。すなわち、各駆動電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄは、それぞれ光軸方向Ｃと交差する方向に沿ってストライプ状に形成されている。ここで、駆動電極群２３は、４系統に限定されるものではなく、３系統あるいは５系統以上とすることもできる。
【０１３１】
一方、下部電極群２４は、２系統の下部電極２４ａ、２４ｂからなり、それぞれ光軸方向Ｃに沿ってストライプ状に形成されている。
【０１３２】
電力供給部２６は、電源保持回路２６ａ及びスイッチング回路２６ｂを備えている。電源保持回路２６ａは、下部電極群２４のそれぞれの下部電極２４ａ、２４ｂに対する電圧の供給を選択的に行うことで可動子３１又は可動子３２のいずれか一方を保持固定し、その光軸方向Ｃに沿った移動を規制する機能を有している。
【０１３３】
スイッチング回路２６ｂは、駆動電極群２３の各駆動電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ及び下部電極群２４の各下部電極２４ａ、２４ｂのうち電源保持回路２６ａにて保持状態となっていない下部電極に電圧を交互供給するとともに、各駆動電極２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄに供給する順序を順次切り換える機能を有している。
【０１３４】
この際に各電極に電圧を印加するタイミングは、本発明の第１乃至第４の実施の形態に関して前述した通りである。すなわち、下部電極２４ａ、２４ｂに電圧を印加する際には、駆動電極２４ａ〜２４ｄのいずれかにも必ず電圧を印加し、可動子３１、３２が駆動電極群２３の側に常に吸着された状態で駆動される。
【０１３５】
可動子３１は、可動子本体に支持されたレンズ群３１Ｌと、固定子電極２２から与えられた駆動電圧により駆動力が作用する被駆動用電極３１ａと、被保持用電極３１ｂとを備えている。
【０１３６】
被駆動用電極３１ａは、光軸方向Ｃと交差する方向に沿って形成された複数のストライプ状に形成されている。被保持用電極３１ｂは、下部電極２４ａに対向し、かつ、光軸方向Ｃに沿ってストライプ状に形成されている。
【０１３７】
可動子３２は、可動子本体に支持されたレンズ群３２Ｌと、固定子電極２２から与えられた駆動電圧により駆動力が作用する被駆動用電極３２ａと、被保持用電極３２ｂとを備えている。
【０１３８】
被駆動用電極３２ａは、光軸方向Ｃと交差する方向に沿って形成された複数のストライプ状に形成されている。被保持用電極３２ｂは、下部電極２４ｂに対向し、かつ、光軸方向Ｃに沿ってストライプ状に形成されている。
【０１３９】
このように構成されたレンズ機構は、次のように動作する。なお、ここでは簡単のために、可動子３１のみを図１９（ａ）の矢印α方向へ移動させる場合について説明する。なお、図１９（ａ）は、可動子３１が初期位置にある状態を表している。また、可動子の駆動のためのシーケンスとしては、図３に例示したタイミングに準ずる場合を例に挙げる。
【０１４０】
まず、スイッチング回路２６ｂにより駆動電極２３ａ及び２３ｂに電圧Ｖを供給すると、可動子３１の被駆動用電極３１ａとの間、及び可動子３２の被駆動用電極３２ａとの間に静電力による吸引カが生じる。この吸引力によって、駆動電極２３ａ、２３ｂにより第１の可動子３１及び第２の可動子３２が固定子２０の駆動電極群２３側へ吸引される。
【０１４１】
次に、スイッチング回路２６ｂにより、駆動電極２３ａの電圧をローレベルに戻し、同時に下部電極２４ａ及び下部電極２４ｂに電圧を供給する。すると、可動子３１及び可動子３２は、駆動電極群２３の側に吸着されたまま、同図の下方向に吸引力を受け、進行方向に僅かにずれる。
【０１４２】
ここで、電源保持回路２６ａにより下部電極２４ｂに電圧を供給しつづけることにより可動子３２はそのままの位置で保持する。この際、下部電極２４ｂに印加する電圧を、可動子３２を駆動させるための電圧よりも高めに設定すると、可動子３２を下部電極２４ｂにより確実に保持させ、固定させることができる。
【０１４３】
次に、スイッチング回路２６ｂにより駆動電極２３ｂ、２３ｃに電圧供給し、さらにその次のタイミングで、駆動電極２３ｂの電圧をローレベルにして下部電極２４ａに電圧を印加する。
【０１４４】
以降、例えば図３に例示したタイミングにより各電極に電圧を印加すると、可動子３１を駆動電極群２３の側に吸着された状態のまま、矢印α方向に駆動させることができる。
一方、電源保持回路２６ａにより下部電極２４ｂに電圧を供給しつづけているので可動子３２はそのままの位置に保持固定され、進行しない。
【０１４５】
このように、スイッチング回路２６ｂにより駆動電極群２３の各駆動電極２３ａ〜２３ｄと下部電極群２４のうち下部電極２４ａとに交互に電圧を加えて、その供給順序を設定することで、可動子３１を光軸方向Ｃに沿って駆動することが可能となるとともに、電源保持回路２６ａにより下部電極２４ｂに電圧を供給しつづけることで、可動子３２の位置を固定することが可能となる。
【０１４６】
なお、可動子３２のみを移動させる場合には、逆にスイッチング回路２６ｂにより駆動電極群２３の各駆動電極２３ａ〜２３ｄと下部電極２４ｂとに交互に駆動用電圧を供給することで、同様に駆動することが可能となるとともに、電源保持回路２６ａにより下部電極２４ａに電圧を供給しつづけることで、可動子３１の位置を固定することが可能となる。
【０１４７】
いずれの場合も、可動子を固定する場合には、その可動子を駆動させる場合に与える電圧よりも高い電圧を下部電極２４ａまたは２４ｂに与えることにより、その可動子を確実に保持固定することができる。
【０１４８】
またここで、本実施形態においても、例えば、可動子３１を駆動させる場合に、可動子３１が上下に無用な振動をしないように、例えば、第２実施形態において前述したように駆動電極２３ａ〜２３ｄに印加する電圧と下部電極２４ａに印加する電圧を適宜調節したり、または、第３実施形態に関して前述したように、駆動電極２３ａ〜２３ｄと下部電極２４ａの面積のバランスを適宜調節することができる。
【０１４９】
ここで、固定子２０には、可動子３１、３２の駆動に際して「遊び」あるいは「ガタ」を低減するための突条部２５が設けられ、可動子３１、３２に線接触する。すなわち、突条部２５は、可動子３１、３２に対して線接触支持部として機能している。
【０１５０】
本発明によれば、第１乃至第４実施形態に関して前述したようなシーケンスで駆動させることにより、可動子３１、３２は、駆動電極群２３の側にほぼ吸着された状態のまま光軸方向に駆動させることができる。その結果として、可動子３１、３２の不要な上下振動が解消され、これら可動子３１、３２と突条部２５との接触による摩擦抵抗を大幅に低減できる。このため、駆動効率を向上させることが可能となる。
【０１５１】
上述したように本実施形態に係る静電アクチュエータが適用されたレンズ機構によれば、レンズ群を配置した複数の可動子３１、４１を選択的に駆動することが可能となり、レンズ駆動機構としてズーム機能を持つようなアクチュエータ構成が可能となる。
【０１５２】
また、固定子２０と可動子３１、４１との摩擦抵抗を大幅に低減できることから、駆動効率を向上させることが可能となる。
【０１５３】
なお、上述した具体例においては、可動子が２つの場合を例に挙げたが、本発明は、これに限定されるものではなく、３つ以上の可動子を設けた場合であっても、同様に適用して同様の作用効果を得ることができる。
【０１５４】
つまり、それぞれの可動子に対応させた下部電極を設け、適宜、固定用の電圧を印加することにより、所望の可動子を下部電極側に保持固定し、所望の可動子のみを光軸方向に駆動させることができる。
【０１５５】
また一方、本実施形態は、レンズ機構のみならず、複数の可動子を相互に独立して駆動させるあらゆる用途に適用することができる。
【０１５６】
（第６の実施の形態）
次に、本発明の第６の実施の形態として、第１乃至第５実施形態にかかる静電アクチュエータを搭載した小型カメラモジュールについて説明する。
【０１５７】
すなわち、本発明にかかる静電アクチュエータは、駆動特性に優れることから、小型カメラの焦点調節機構やズーム機構としての利用に適している。
【０１５８】
図２０は、本発明にかかる静電アクチュエータを搭載した小型カメラのモジュール部分を例示した模式図である。すなわち、同図の小型カメラにおいては、基板３２１上には、ＣＭＯＳもしくはＣＣＤ等の撮像素子があり、その前面には、本発明の第１乃至第５実施形態にかかる静電アクチュエータ３２２が設けられている。
【０１５９】
ここで、静電アクチュエータを構成する可動子は、例えば、第４実施形態に関して前述したようなレンズー体型のものを用いることができる。また、基板２１上には静電アクチュエータの駆動を制御するためのＤＳＰ（Digital Signal Processor）のＩＣが搭載されている。
【０１６０】
かかるカメラモジュールは、携帯電話やデジタルカメラあるいは携帯型パソコン等のカメラユニットとして用いられる。
【０１６１】
本発明によれば、第１乃至第５実施形態にかかる静電アクチュエータを搭載することより確実且つ安定したフォーカシングやズーミングが可能となり、小型カメラモジュールの性能を向上させることができる。
【０１６２】
また、ズーム光学系を構成するには、少なくとも２組の移動可能なレンズ群が必要とされ、光軸方向に短い小型のズーム光学系は、それぞれのレンズ群を離した位置から一度近接させて離す位置関係で光学倍率を変化させることが多い。本発明によれば、第５実施形態に関して前述した静電アクチュエータを用いることより、このような２組のレンズ群を光軸に沿って独立に移動可能とし、しかも、このような光学系を極めてコンパクトに実現し、しかも確実且つ円滑な動作を確保できる。
【０１６３】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。
【０１６４】
例えば、静電アクチュエータに設ける駆動電極の系統数は、前述したＡ〜Ｄの４系統あるいはＡ〜Ｃの３系統には限定されず、５系統あるいはそれ以上の系統の駆動電極を設けてもよい。
【０１６５】
また、各電極に駆動用電圧を印加する際の極性に関しても、前述した各具体例には限定されず、要するに、駆動電極と可動子との間、及び下部電極と可動子との間に所定の電圧が印加されて所定の静電力による吸引作用が得られればよい。
【０１６６】
また、各電極に駆動用電圧を印加するタイミングに関しても、前述した各具体例としてのタイミングには限定されず、下部電極に電圧を印加する際に、駆動電極にも電圧を印加するのであれば良い。
【０１６７】
図２１乃至図２３は、本発明において用いることができるタイミングの他の具体例を表すタイミングチャートである。  すなわち、これらは、いずれもＡ〜Ｄの４系統の駆動電極と下部電極Ｅとを設けた場合のタイミングである。
【０１６８】
図３あるいは図１５に例示したものは、下部電極に電圧を印加しない時には、隣接する２系統の駆動電極（例えば、ＡとＢ、ＢとＣなど）に同時に電圧を印加するシーケンスを有する。
【０１６９】
しかし、本発明はこれには限定されず、下部電極に電圧を印加しない時に、いずれか１系統の駆動電極のみに電圧を印加するシーケンスであってもよい。
【０１７０】
図２１に例示したシーケンスの場合、例えば、まず電極Ａに電圧を印加した後、次のタイミングにおいては、電極Ａの電圧をローレベルとし、電極Ｂと電極（下部電極）Ｅとに電圧を印加する。さらに、その次のタイミングにおいては、電極Ｂの電圧を維持したまま下部電極Ｅの電圧をローレベルとする。
【０１７１】
以降、このように順番に駆動電極Ａ〜Ｄに電圧を印加することによっても、可動子を駆動電極の側にほぼ吸着させたまま、駆動させることができる。
【０１７２】
なお、この場合にも、第２乃至第３実施形態に関して前述したように、駆動電極と下部電極との印加電圧または電極面積のバランスを適宜調節することにより、可動子の上下振動を確実に抑制することができる。
【０１７３】
また一方、図２２に例示したシーケンスの場合、まず、電極Ｂに電圧を印加し、次のタイミングにおいて、電極Ｂの電圧を維持したまま下部電極Ｅに電圧を印加する。そして、その次のタイミングにおいては、電極Ｂと下部電極Ｅの電圧をそれぞれローレベルとし、電極Ｃに電圧を印加する。
【０１７４】
以降、このように順番に各電極に電圧を印加することによっても、可動子を駆動電極の側にほぼ吸着させたまま、駆動させることができる。
【０１７５】
さらに、図２３に例示したシーケンスの場合、駆動電極Ａ〜Ｄのタイミングと下部電極Ｅのタイミングに「ずれ」を設けてある。すなわち、駆動電極Ａ〜Ｄのそれぞれには、順番に２タイミングに亘って電圧が印加されているが、このタイミングとずらして１タイミングだけ下部電極Ｅに電圧を印加する。つまり、駆動電極と下部電極とに対して、同時に電圧を印加したり、同時に電圧をローレベルとすることがない。
【０１７６】
このようにすると、下部電極Ｅに対する電圧を遷移させる際にも、駆動電極に対しては一定の電圧が印加された状態が継続しているので、上下の電極に対して同時に電圧を印加あるいは停止した場合に生じうる「チャタリング」あるいは「リップル」を効果的に抑止することができる。
【０１７７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、下部電極に電圧を印加する際には、同時に駆動電極にも電圧を印加することにより、可動子を駆動電極の側にほぼ吸着させた状態のまま、横方向に駆動することが可能となる。
【０１７８】
その結果として、可動子の不要な上下振動を抑制でき、さらに、可動子と固定子のギャップが小さくなったのと同様の効果が得られ、発生力の向上が実現できる。つまり、駆動電極と可動子との間隔を常にほぼ最小の値に維持できるので、可動子に対して、強く且つ安定したい吸引力すなわちクーロン力を作用させることができ、確実且つ安定した動作が可能な完成度の高い静電アクチュエータを提供することができ、産業上のメリットは多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態にかかる静電アクチュエータの概略構成を表す模式図である。
【図２】第１の固定子２ａにおける電極Ａ〜Ｄの配列を例示する平面図である。
【図３】本発明の静電アクチュエータにおいてスイッチング回路４０により各電極に印加される電圧波形を例示するタイミングチャートである。
【図４】本発明の静電アクチュエータにおいてスイッチング回路４０により各電極に印加される電圧波形を例示するタイミングチャートの変型例である。
【図５】図３に表したタイミングにより静電アクチュエータを駆動させた場合の可動子の動きを測定した結果を表すグラフ図である。
【図６】本発明の静電アクチュエータの機構部を模式的に表す断面図である。
【図７】上下の固定子２ａ、２ｂの表面にストッパ１０を設けて、可動子３とストッパ１０とが摺動するようにした静電アクチュエータを表す模式図である。
【図８】接触を防ぐためのストッパ１０を、可動子３の側に設けた静電アクチュエータを表す模式図である。
【図９】印加電圧が１５０Ｖの時の、可動子３に働く吸引力と電極間距離との関係を表すグラフ図である。
【図１０】ストッパ高さＳを３．５ミクロンとした時の、印加電圧に対する駆動電極−可動子、下部電極−可動子間の吸引力の関係を表すグラフ図である。
【図１１】ストッパ高さＳを４．０ミクロンとした時の、印加電圧に対する駆動電極−可動子、下部電極−可動子間の吸引力の関係を表すグラフ図である。
【図１２】ストッパ高さＳを４．５ミクロンとした時の、印加電圧に対する駆動電極−可動子、下部電極−可動子間の吸引力の関係を表すグラフ図である。
【図１３】下部電極Ｅの平面パターンを例示する模式図である。
【図１４】本発明の第４実施形態にかかる静電アクチュエータの動作を説明するための概念図である。
【図１５】図１４のアクチュエータ機構を動作させる電圧信号を表すタイミングチャートである。
【図１６】駆動電極と可動子との間の電圧の関係を反転させることにより保護膜４の残留分極を消去できる電圧印加のパターンを例示するタイミングチャートである。
【図１７】本発明により駆動電極と可動子との間の電圧の関係を反転させることにより保護膜４の残留分極を消去できる電圧印加のパターンを例示するタイミングチャートである。
【図１８】本発明の第５実施形態にかかる静電アクチュエータをカメラモジュールのレンズ機構に適用した例を表す模式図である。
【図１９】本発明の第５実施形態にかかる静電アクチュエータをカメラモジュールのレンズ機構に適用した例を表す模式図である。
【図２０】本発明にかかる静電アクチュエータを搭載した小型カメラのモジュール部分を例示した模式図である。
【図２１】本発明において用いることができるタイミングの他の具体例を表すタイミングチャートである。
【図２２】本発明において用いることができるタイミングの他の具体例を表すタイミングチャートである。
【図２３】本発明において用いることができるタイミングの他の具体例を表すタイミングチャートである。
【図２４】本発明の基本となる静電アクチュエータの概略構成を表す模式図である。
【図２５】スイッチング回路１４０により各電極に印加される電圧波形を表すタイミングチャートである。
【図２６】図２４に表した静電アクチュエータにおける可動子の動きを測定した結果を表すグラフ図である。
【図２７】従来の静電アクチュエータの構成を表す模式図である。
【符号の説明】
２ａ、２ｂ 固定子
３ 可動子
３ａ 可動子電極部
４ 保護膜
５ 誘電分極
１０ ストッパ
２０ 固定子
２１ 枠体
２３ 駆動電極群
２４ 下部電極群
２５ 突条部
２６ 電力供給部
２６ａ 電源保持回路
２６ｂ スイッチング回路
３１、３２ 可動子
３１Ｌ、３２Ｌ レンズ群
３１ａ、３２ａ 被駆動用電極
３１ｂ、３２ｂ 被保持用電極
４０ スイッチング回路
４２ 電圧源
５０ デバイス
１０１ 静電アクチュエータ
１０２ 可動子
１０３ 可動子
１０３ａ 上側固定子
１０３ａ 固定子
１０３ｂ 下側固定子
１０４ 電極部
１４０ スイッチング回路
１４２ 電圧源
３２１ 基板
３２２ 静電アクチュエータ
Ｗ ストライプ幅
【図１】
0003966704.tif 000003
【図２】
0003966704.tif 000004
【図３】
0003966704.tif 000005
【図４】
0003966704.tif 000006
【図５】
0003966704.tif 000007
【図６】
0003966704.tif 000008
【図７】
0003966704.tif 000009
【図８】
0003966704.tif 000010
【図９】
0003966704.tif 000011
【図１０】
0003966704.tif 000012
【図１１】
0003966704.tif 000013
【図１２】
0003966704.tif 000014
【図１３】
0003966704.tif 000015
【図１４】
0003966704.tif 000016
【図１５】
0003966704.tif 000017
【図１６】
0003966704.tif 000018
【図１７】
0003966704.tif 000019
【図１８】
0003966704.tif 000020
【図１９】
0003966704.tif 000021
【図２０】
0003966704.tif 000022
【図２１】
0003966704.tif 000023
【図２２】
0003966704.tif 000024
【図２３】
0003966704.tif 000025
【図２４】
0003966704.tif 000026
【図２５】
0003966704.tif 000027
【図２６】
0003966704.tif 000028
【図２７】
0003966704.tif 000029