JP2004354531A - アクチュエータ及び光スイッチ - Google Patents
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Abstract
【課題】高精度な変位制御を行えるアクチュエータ、光スイッチを提供する。
【解決手段】固定部及び可動部の対向する面にそれぞれ取り付けられた電極で形成されるコンデンサＣ１と電気抵抗素子Ｒ１とを直列接続し、この直列回路に、駆動電圧印加部８で直流の駆動電圧を、またその駆動電圧に重畳して高周波信号印加部９で高周波信号を印加する。検出部１０でコンデンサＣ１及び電気抵抗素子Ｒ１による分圧値を検出し、演算部１１により高周波信号印加部９の高周波信号の振幅と検出された電圧の振幅との比を算出し、コンデンサＣ１の電気容量値Ｃ１を算出する。駆動電圧制御部１２で、電気容量値Ｃ１から可動部３側の電極６の変位量を算出し、変位量が指令値となるように駆動電圧の大きさを制御する。そして、高周波信号印加部９の高周波信号をマイクロアクチュエータ１の機械共振周波数より極めて高い周波数を有する信号とする。
【選択図】 図２
【解決手段】固定部及び可動部の対向する面にそれぞれ取り付けられた電極で形成されるコンデンサＣ１と電気抵抗素子Ｒ１とを直列接続し、この直列回路に、駆動電圧印加部８で直流の駆動電圧を、またその駆動電圧に重畳して高周波信号印加部９で高周波信号を印加する。検出部１０でコンデンサＣ１及び電気抵抗素子Ｒ１による分圧値を検出し、演算部１１により高周波信号印加部９の高周波信号の振幅と検出された電圧の振幅との比を算出し、コンデンサＣ１の電気容量値Ｃ１を算出する。駆動電圧制御部１２で、電気容量値Ｃ１から可動部３側の電極６の変位量を算出し、変位量が指令値となるように駆動電圧の大きさを制御する。そして、高周波信号印加部９の高周波信号をマイクロアクチュエータ１の機械共振周波数より極めて高い周波数を有する信号とする。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電気力を用いて変位制御を行うアクチュエータ及び光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
駆動対象部材及びその支持部材にそれぞれ設けられた電極間に駆動電圧を印加し、両部材間に静電気力を発生させることで、駆動対象部材の変位を起こさせる構成を備えたマイクロアクチュエータが知られている（例えば、下記特許文献１）。
【０００３】
また、この種のマイクロアクチュエータは、例えば光スイッチを構成するものとして利用される。この光スイッチは、例えば、入射光を反射するマイクロミラーを前述の駆動対象部材に取り付けて構成され、この駆動対象部材を変位させることにより、入射光に対するマイクロミラーの角度を変化させて、反射光の向きを変化させる。これにより、反射光の異なる進行方向にそれぞれ配設された複数の光ファイバに択一的に入射光が反射され、反射光が入射する光ファイバの接続が切り換えられる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２１８２０６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
光スイッチ等の大型化を回避するなどの理由から、反射光を受光する光ファイバ間の間隔が極めて微小なものに設定されているため、マイクロミラーの角度を高精度に制御することが要求される。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、変位制御を高精度に行うことのできるアクチュエータ及び光スイッチを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、電極を有する固定部と、前記固定部の電極に対向する電極を備え、これら一対の電極に直流電圧が印加されると、その電極間に作用する静電気力により変位する可動部と、前記一対の電極に直流電圧を印加する直流電圧印加手段と、前記可動部が振動しない周波数の交流電圧を前記直流電圧に重畳する交流電圧印加手段と、前記交流電圧を前記一対の電極とで分圧するための分圧用素子と、前記交流電圧の印加により前記一対の電極間に発生する電圧値に基づいて、前記可動部の変位量を検出する変位量検出手段と、前記変位量検出手段により検出された変位量が目標値となるように、前記直流電圧を制御する直流電圧制御手段とを備えることを特徴とするアクチュエータである。
【０００８】
この発明によれば、固定部及び可動部にそれぞれ備えられた対向する一対の電極に、直流電圧印加手段により直流電圧が印加されると、その電極間に作用する静電気力により可動部が変位する。
【０００９】
一方、交流電圧印加手段により、前記可動部が振動しない周波数の交流電圧が前記直流電圧に重畳され、前記一対の電極と分圧用素子とで前記交流電圧が分圧される。また、変位量検出手段により、交流電圧の印加によって前記一対の電極間に発生する電圧値に基づいて、前記可動部の変位量が検出され、直流電流電圧制御手段により、この検出された変位量が目標値となるように前記直流電圧が制御される。
【００１０】
このように、可動部が振動しない周波数の交流電圧を直流電圧に重畳するようにしたので、可動部を目標の変位量だけ変位させた状態で静止させておくことができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、電極を有する固定部と、前記固定部の電極に対向する電極を備え、これら一対の電極に直流電圧が印加されると、その電極間に作用する静電気力により変位する可動部と、前記可動部の変位を所定の位置で規制して、前記可動部の変位限界位置を決定する規制部と、前記一対の電極に直流電圧を印加する直流電圧印加手段と、交流電圧を前記直流電圧に重畳する交流電圧印加手段と、前記交流電圧を前記一対の電極とで分圧するための分圧用素子と、前記直流電圧が印加されていない状態における前記一対の電極の電気容量値と、前記可動部が前記変位限界位置に位置するときの前記一対の電極の電気容量値とから、予め算出された、前記可動部の目標の変位量が得られる前記一対の電極間の目標電圧値を記憶する記憶手段と、前記一対の電極間に発生する電圧値が前記目標電圧値となるように、前記直流電圧を制御する直流電圧制御手段とを備えることを特徴とするアクチュエータである。
【００１２】
この発明によれば、固定部及び可動部にそれぞれ備えられた対向する一対の電極に、直流電圧印加手段により直流電圧が印加されると、その電極間に作用する静電気力により可動部が変位する。
【００１３】
一方、交流電圧印加手段により交流電圧が前記直流電圧に重畳され、前記一対の電極と分圧用素子とで前記交流電圧が分圧される。
【００１４】
また、記憶手段により、前記直流電圧が印加されていない状態における前記一対の電極の電気容量値と、前記可動部が前記変位限界位置に位置するときの前記一対の電極の電気容量値とから、予め算出された、前記可動部の目標の変位量が得られる前記一対の電極間の目標電圧値が記憶され、直流電圧制御手段により、前記一対の電極間に発生する電圧値が前記目標電圧値となるように、前記直流電圧が制御される。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のアクチュエータにおいて、前記交流電圧印加手段の交流電圧は、前記可動部が振動しない周波数の交流電圧であることを特徴とするものである。
【００１６】
この発明によれば、前記交流電圧印加手段の交流電圧は、前記可動部が振動しない周波数の交流電圧であるから、可動部を目標の変位量だけ変位させた状態で静止させておくことができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、固定部と、重心を含む１の軸を中心として、該軸の両側が変位可能に支持された可動部と、前記軸の両側に位置する各領域において、前記固定部と前記可動部とに対向して備えられた複数の電極対と、前記領域を択一的に選択し、その選択した領域の電極対に直流電圧を印加する直流電圧印加手段と、前記軸に対して前記直流電圧が印加される電極対と反対の領域に備えられた電極対に、前記可動部が振動しない周波数の交流電圧を前記直流電圧に重畳する交流電圧印加手段と、前記交流電圧を前記電極対とで分圧するための分圧用素子と、前記交流電圧の印加により前記電極対間に発生する電圧値に基づいて、前記可動部の変位量を検出する変位量検出手段と、前記変位量検出手段により検出された変位量が目標値となるように、前記直流電圧を制御する直流電圧制御手段とを備えることを特徴とするアクチュエータである。
【００１８】
この発明によれば、固定部及び可動部にそれぞれ備えられた対向する複数の電極対に、直流電圧印加手段により択一的に選択して直流電圧が印加されると、その電極間に作用する静電気力により、可動部がその重心を含む１の軸を中心として変位する。
【００１９】
一方、交流電圧印加手段により、前記１の軸に対して前記直流電圧が印加される電極対と反対の領域に備えられた電極対に、前記可動部が振動しない周波数の交流電圧を前記直流電圧に重畳され、この電極対と分圧用素子とでこの交流電圧が分圧される。
【００２０】
また、変位量検出手段により、前記交流電圧により前記電極対間に発生する電圧値に基づいて、前記可動部の変位量が検出され、直流電圧制御手段により、この検出された変位量が目標値となるように前記直流電圧が制御される。
【００２１】
このように、可動部が振動しない周波数の交流電圧を直流電圧に重畳するようにしたので、可動部を目標の変位量だけ変位させた状態で静止させておくことができる。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、固定部と、重心を含む１の軸を中心として、該軸の両側が変位可能に支持された可動部と、前記軸の両側に位置する各領域において、前記固定部と前記可動部とに対向して備えられた複数の電極対と、前記領域を択一的に選択し、その選択した領域の電極対に直流電圧を印加する直流電圧印加手段と、前記両領域の電極対に同時に、前記可動部が振動しない周波数の交流電圧を前記直流電圧に重畳する交流電圧印加手段と、前記交流電圧を前記電極対とで分圧するための分圧用素子と、前記交流電圧の印加により各電極対間に発生する各電圧値の差分を検出し、その差分に基づいて前記可動部の変位量を検出する変位量検出手段と、前記変位量検出手段により検出された変位量が目標値となるように、前記直流電圧を制御する直流電圧制御手段とを備えることを特徴とするアクチュエータである。
【００２３】
この発明によれば、固定部及び可動部にそれぞれ備えられた対向する複数の電極対に、直流電圧印加手段により択一的に選択して直流電圧が印加されると、その電極間に作用する静電気力により、可動部がその重心を含む１の軸を中心として変位する。
【００２４】
一方、交流電圧印加手段により、軸の両側に位置する両領域の電極対に同時に、前記可動部が振動しない周波数の交流電圧が直流電圧に重畳され、この交流電圧が電極対と分圧用素子とで分圧される。
【００２５】
また、変位量検出手段により、前記交流電圧により各電極対間に発生する各電圧値の差分を検出し、その差分に基づいて前記可動部の変位量が検出され、直流電圧制御手段により、この検出された変位量が目標値となるように、前記直流電圧が制御される。
【００２６】
このように、可動部が振動しない周波数の交流電圧を直流電圧に重畳するようにしたので、可動部を目標の変位量だけ変位させた状態で静止させておくことができる。
【００２７】
特に、本発明によれば、軸の両側に位置する両領域の電極対に同時に交流電圧を印加するようにしたので、各電極対にそれぞれ交流電圧による静電気力が発生するが、これらの静電気力が互いに相殺するように作用する。このため、交流電圧の印加による可動部の振動を防止または低減することができる。
【００２８】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載のアクチュエータにおいて、前記直流電圧印加手段により直流電圧を前記一対の電極に印加するときから、前記交流電圧印加手段に前記交流電圧の印加を開始させ、前記変位量検出手段により検出される前記可動部の変位量の変化が略なくなると、前記交流電圧印加手段に前記交流電圧の印加を停止させる交流電圧制御手段を備えることを特徴とするものである。
【００２９】
この発明によれば、直流電圧印加手段により直流電圧を前記一対の電極に印加するときから、前記交流電圧印加手段に前記交流電圧の印加を開始させ、前記変位量検出手段により検出される前記可動部の変位量の変化が略なくなると、前記交流電圧印加手段に前記交流電圧の印加を停止させる交流電圧制御手段を備えたので、交流電圧を印加する必要のない期間（可動部の変位量の変化が略ない期間）にまで交流電圧を供給するのを防止でき、消費電力を低減することができる。また、交流電圧の印加を停止することで、該交流電圧の印加に起因する可動部の振動を完全に解消することができる。
【００３０】
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載のアクチュエータにおいて、前記直流電圧印加手段により印加される直流電圧の大きさに応じて、前記交流電圧印加手段により印加される交流電圧の大きさを変化させる交流電圧制御手段を備えることを特徴とするものである。
【００３１】
この発明によれば、直流電圧印加手段により印加される直流電圧の大きさに応じて、前記交流電圧印加手段により印加される交流電圧の大きさを変化させる交流電圧制御手段を備えたので、特に、直流電圧を微小に変化させて可動部の変位を微小に変化させたい場合に、交流電圧の印加による振動の影響を解消または低減することができ、高精度な変位制御を行うことができる。
【００３２】
請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載のアクチュエータと、前記アクチュエータの可動部に設けられた反射鏡と、前記反射鏡に向けて光を入射させる入射手段と、前記反射鏡により反射された光を受光する１または複数の受光手段とを備える光スイッチである。
【００３３】
この発明によれば、アクチュエータと、前記アクチュエータの可動部に設けられた反射鏡と、前記反射鏡に向けて光を入射させる入射手段と、前記反射鏡により反射された光を受光する１または複数の受光手段とを備える光スイッチにおいて、前記アクチュエータを、請求項１ないし７のいずれかに記載のアクチュエータとしたので、反射する光の向きを高精度に制御することのできる光スイッチを得ることができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
図１は、マイクロアクチュエータ１の第１の実施形態の構成を示す図であり、図１（ａ）は、マイクロアクチュエータ１の外観斜視図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図、図１（ｃ）は、マイクロアクチュエータ１の動作を示す図である。
【００３５】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、マイクロアクチュエータ１は、静電駆動型アクチュエータの一例であり、中空の四角柱体及び平板からなる固定部２と、平板状の可動部３と、弾性体としてのばね４を備える。固定部２及び可動部３は、該可動部３が固定部２に形成される開口２ａを閉塞するように、可動部３の一端部と固定部２の壁部適所とにおいて、複数箇所でばね４を介して取り付けられている。ばね４は、可動部３の板面が固定部２の底面と略平行となるように付勢するものである。
【００３６】
固定部２及び可動部３には、それぞれ対向する面に板状の電極５，６が取り付けられており、これらの電極５，６によりコンデンサＣ１（図２参照）が形成されている。電極５，６に直流の駆動電圧を印加することにより、電極５，６間に静電引力が発生し、図１（ｃ）に示すように、この静電引力とばね４の付勢力とがつり合うまで、可動部３が、固定部２にその一端部が支持された状態で、該固定部２の底面側に引き寄せられるように変位する。
【００３７】
図２は、第１の実施形態におけるマイクロアクチュエータ１の駆動制御回路を示すブロック図である。
【００３８】
図２に示すように、コンデンサＣ１と、電気抵抗素子Ｒ１と、駆動電圧印加部８と、高周波信号印加部９と、検出部１０と、演算部１１と、駆動電圧制御部１２と、高周波信号制御部１３とを備えてなる。
【００３９】
コンデンサＣ１は、前述の電極５，６により構成されるコンデンサに相当するものである。なお、前述のように、電極５，６に直流の駆動電圧を印加すると、電極５，６間に発生する静電引力により、可動部３が、固定部２にその一端部が支持された状態で、該固定部２の底面側に引き寄せられるように変位するため、厳密には、電極５，６間の距離は各部位で異なるが、電極５，６の大きさに比して、その変位量は非常に小さい。このため、上記のように可動部３が変位しても、電極５と電極６とは略平行関係にあるとみなすことができる。
【００４０】
このことから、以下の説明においては、可動部３のうち固定部２に支持されていない方の端部（前述の一端部と反対側の端部）が変位量ｄだけ変位したときには、実際には前述のように可動部３は傾斜するように変位するところを、可動部３側の電極６全体が電極５に対して略平行に変位量ｄだけ変位したものとみなし、その上で、電極５，６の電気容量値（コンデンサＣ１の電気容量値）を算出するものとする。
【００４１】
電気抵抗素子Ｒ１は、コンデンサＣ１とで高周波信号印加部９により印加される高周波信号の交流電圧を分圧するものである。
【００４２】
駆動電圧印加部８は、コンデンサＣ１と電気抵抗素子Ｒ１とが直列接続されてなる直列回路に直流の駆動電圧を印加するものである。
【００４３】
高周波信号印加部９は、コンデンサＣ１の容量を検出するため、高周波信号をコンデンサＣ１に前述の駆動電圧に重畳して印加するものである。
【００４４】
ここで、高周波信号の印加により可動部３が振動するのを防止するため、高周波信号印加部９により印加する高周波信号を、マイクロアクチュエータ１の機械共振周波数（固定部２、可動部３、ばね４及び電極５，６等の構成により決定する機械共振周波数）より極めて高い周波数を有する信号とする。
【００４５】
これにより、印加される高周波信号の周波数が高すぎることによって、特に可動部３の質量やばね４の弾性係数等が比較的大きい場合には、可動部３が高周波信号の変動に追従することができなくなり、可動部３が振動するのを防止することができる。
【００４６】
なお、マイクロアクチュエータ１の機械共振周波数に対し、その１００倍以上の周波数を有する高周波信号とするのが好ましい。
【００４７】
検出部１０は、コンデンサＣ１と電気抵抗素子Ｒ１とで分圧された電圧（コンデンサＣ１と電気抵抗素子Ｒ１との接続点Ｐにおける電圧）を検出するものである。
【００４８】
演算部１１は、高周波信号印加部９から出力される高周波信号の振幅と、検出部１０から出力される検出信号の振幅の比を算出することにより、コンデンサＣ１の電気容量値を算出するものである。
【００４９】
コンデンサＣ１は、直流の駆動電圧による直流電流を通さないから、電気抵抗素子Ｒ１には直流電流は流れず、前述の駆動電圧によって電気抵抗素子Ｒ１の両端に電圧が発生することはない。したがって、接続点Ｐにおける電圧の変化は、高周波信号印加部９により印加される高周波信号の変化により生じるものである。また、コンデンサＣ１の電気容量値Ｃ１が変化（電極５，６間の距離の変化）すると、接続点Ｐにおける電圧は変化する。
【００５０】
ここで、高周波信号印加部９により印加される高周波信号の振幅をＶ、コンデンサＣ１及び電気抵抗素子Ｒ１の電気抵抗値をそれぞれＺｃ１，Ｒ１、コンデンサＣ１及び電気抵抗素子Ｒ１の両端にかかる電圧をＶｃ，Ｖｒとすると、コンデンサＣ１の両端にかかる電圧Ｖｃと電気抵抗素子Ｒ１の両端にかかる電圧Ｖｒとの比は、コンデンサＣ１の電気抵抗値Ｚｃ１と電気抵抗素子Ｒ１の電気抵抗値Ｒ１との比と一致するから、
Ｖｃ：Ｖｒ＝Ｚｃ１：Ｒ１ ・・・（１）
が成り立つ。
【００５１】
また、高周波信号の振幅Ｖは、コンデンサＣ１の両端にかかる電圧Ｖｃと電気抵抗素子Ｒの両端にかかる電圧Ｖｒとの和であるから、
Ｖ＝Ｖｃ＋Ｖｒ ・・・（２）
が成り立つ。
【００５２】
したがって、上記式（１），（２）より、
Ｖｃ／Ｖ＝Ｚｃ１／（Ｚｃ１＋Ｒ１） ・・・（３）
が導出され、Ｖｃ／Ｖは定数であり、これをαとすると、
Ｚｃ１＝α／（１−α）・Ｒ１ ・・・（４）
となる。
【００５３】
これにより、高周波信号の周波数をｆとすると、
Ｚｃ１＝１／２πｆＣ１ ・・・（５）
から、コンデンサＣ１の電気容量値Ｃ１を算出することができる。
【００５４】
駆動電圧制御部１２は、演算部１１により算出されたコンデンサＣ１の電気容量値Ｃ１から可動部３に取り付けられた電極６の変位量ｄｘを算出し、この変位量ｄｘが指令値となるように、駆動電圧印加部１２により印加する駆動電圧の大きさを制御するものである。
【００５５】
ここで、電極５，６の面積をＳ、電極５，６間の誘電率をε、コンデンサＣ１に駆動電圧を印加していないときの電極５，６間の距離及び電気容量値をｄ０及びＣｏｆｆと表すものとすると、駆動電圧を印加していないときの電極５，６間の電気容量値Ｃｏｆｆは次式（１）で表される。
Ｃｏｆｆ＝εＳ／ｄ０ ・・・（１）
【００５６】
また、駆動電圧を印加したことにより可動部３が距離ｄｘだけ固定部２の底面側に変位したものとすると、このときの電極５，６により構成されるコンデンサＣの容量Ｃ１は、次式（２）で表される。
Ｃ１＝εＳ／（ｄ０−ｄｘ） ・・・（２）
【００５７】
したがって、駆動電圧を印加していないときのコンデンサＣ１の電気容量値Ｃｏｆｆを予め求めておき、この電気容量値Ｃｏｆｆと、演算部１１により算出されたコンデンサＣ１の電気容量値Ｃ１とから、式（１），（２）を用いて可動部３の変位量ｄｘを算出する。
【００５８】
なお、検出部３１、演算部３２及び駆動電圧制御部３３は、特許請求の範囲請求項１の変位量検出手段及び直流電圧制御手段を構成する。
【００５９】
高周波信号制御部１３は、高周波信号印加部９の動作を制御するものである。高周波信号制御部１３は、駆動電圧印加部８により駆動電圧の印加が開始されると、高周波信号の印加を開始し、可動部３の変位が安定すると、高周波信号の印加を停止する。
【００６０】
このように高周波信号の印加を制御するのは、高周波信号は、コンデンサＣ１の電気容量値Ｃ１を検出するために印加するものであるため、可動部３の変位が安定してコンデンサＣ１の電気容量値Ｃ１がほぼ一定値に安定すると、高周波信号を印加する必要がなくなるからである。したがって、高周波信号印加部９や検出部１０の動作を停止することができ、その分、消費電流を低減することができる。また、高周波信号の印加を停止することで、仮に該高周波信号の印加に起因して可動部３に微小な振動があったとしても完全に解消することができる。
【００６１】
また、高周波信号制御部１３は、駆動電圧印加部８により印加される駆動電圧の大きさに応じて、高周波信号印加部９により印加される高周波信号の振幅を制御する。
【００６２】
すなわち、駆動電圧印加部８により印加される駆動電圧が大きいときには、可動部３の変位量も大きくなるため、駆動電圧の印加による可動部３の変位量に対する、高周波信号の印加による可動部３に生じる振動の変位量の比率が比較的小さいから、特に問題はないが、駆動電圧印加部８により印加される駆動電圧が小さいときには、可動部３の変位量も小さくなるため、駆動電圧の印加による可動部３の変位量に対する、高周波信号の印加による可動部３の変位量の比率が大きくなる。このため、駆動電圧が大きいときに印加する高周波信号と同じ高周波信号を駆動電圧が小さい場合にも印加するようにすると、高い精度で可動部３に対する変位制御を行うことができない。
【００６３】
そこで、駆動電圧が小さいときには、高周波信号印加部９により印加される高周波信号の振幅を、駆動電圧が大きい場合に印加される高周波信号に比して、その振幅を小さくするようにしている。このように、駆動電圧の大きさに応じて高周波信号の振幅を変化させることで、特に、微小な駆動電圧を印加して可動部３を微小に変位させたい場合に、高周波信号の印加による振動の影響を解消または低減することができ、高精度な変位制御を行うことができる。
【００６４】
以上のように、可動部３を駆動するための一対の電極５，６を、該可動部３の変位を検出するための素子として兼用し、その電極５，６により構成されるコンデンサＣ１による分圧値を用いた駆動電圧のフィードバック制御により、可動部３を目標の変位量だけ変位させるようにしたので、可動部３の変位量を検出すべくピエゾ素子などの変位検出用の素子を別途備えることなく、高精度な変位制御を行うことができる。
【００６５】
そして、高周波信号印加部９により印加する高周波信号を、マイクロアクチュエータ１の機械共振周波数に比して極めて高い周波数を有する信号としたので、この高周波信号の印加により可動部３が振動するのを防止することができる。
【００６６】
また、可動部３の変位が安定して分圧値（接続点Ｐの電圧値）がほぼ一定値に安定すると、高周波信号印加部９や検出部１０の動作を停止させるようにしたので、その分、消費電流を低減することができるとともに、高周波信号の印加に起因する可動部３の微小な振動を完全に解消することができる。
【００６７】
また、駆動電圧の大きさに応じて高周波信号の振幅を変化させるようにしたので、駆動電圧を微小に変化させて変位を微小に変化させたい場合に、高周波信号の印加による振動の影響を解消または低減することができ、高精度な変位制御を行うことができる。
【００６８】
（第２の実施形態）
第２の実施形態においては、図３に示すように、第１の実施形態におけるマイクロアクチュエータ１の構成に加えて、可動部３の変位を所定の位置で規制するストッパ１４が設けられている。なお、第２の実施形態において、固定部、可動部、ばね及び電極の構成は、第１の実施形態と同様であるから、同一の番号を付しており、その説明を省略する。
【００６９】
このようにストッパ１４を設けている理由について説明する。
【００７０】
前述した第１の実施形態においては、コンデンサＣ１と電気抵抗素子Ｒ１とにより分圧された電圧を検出し、その電圧に基づいてコンデンサＣ１の電気容量値Ｃ１を算出し、この算出した電気容量値Ｃ１から変位量ｄｘを算出するように構成しているため、コンデンサＣ１の発熱など何らかの要因によりその電圧値等に誤差が生じると、算出される電気容量値Ｃ１、延いては算出される変位量ｄｘにも誤差が生じる。
【００７１】
この場合、駆動電圧印加部８は、この誤差を含む変位量ｄｘと指令値とを比較するため、変位量ｄｘと指令値とが一致したと判定されても、実際の変位量は指令値と一致しておらず、その結果、変位制御に誤差が生じることとなる。
【００７２】
この問題を回避するため、第２の実施形態では、可動部３を変位量Ｄで変位を規制するストッパ１４を設け、このストッパ１４により可動部３の変位が規制されている状態のコンデンサＣ１の電気容量値Ｃｍａｘを算出しておくとともに、この変位量が０のときの電気容量値Ｃｏｆｆと、変位量Ｄのときの電気容量値Ｃｍａｘとから、目標の変位量ｄを得るための電気容量値Ｃｘを予め算出する。そして、算出される電気容量値がこの電気容量値Ｃｘとなるように駆動電圧を印加することで、前述したような誤差を解消するようにしている。
【００７３】
すなわち、ストッパ１４により可動部３の変位が規制されている状態のコンデンサＣ１の電気容量値Ｃｍａｘは、式（２）より
Ｃｍａｘ＝εＳ／（ｄ０−Ｄ） ・・・（３）
また、可動部３の変位量がｄ（ｄ＜Ｄ）のときのコンデンサＣ１の電気容量値Ｃｘは、同じく式（２）より
Ｃｘ＝εＳ／（ｄ０−ｄ） ・・・（４）
したがって、式（１），（３），（４）により、目標の変位量ｄが得られるＣｘは、
１／Ｃｘ＝ｄ／Ｄ（１／Ｃｍａｘ−１／Ｃｏｆｆ）＋１／Ｃｏｆｆ ・・・（５）
により算出することができる。
【００７４】
図４は、第２の実施形態におけるマイクロアクチュエータ１の駆動制御回路を示すブロック図である。なお、駆動電圧印加部、高周波信号制御部、高周波信号印加部、検出部及び演算部については、その機能が第１の実施形態と略同様であるので、同一の番号を付しており、その説明は省略する。
【００７５】
図４に示すように、第２の実施形態におけるマイクロアクチュエータ１の駆動制御回路は、第１の実施形態における駆動制御回路の構成に加えて、駆動電圧制御部１２内に、ストッパ１４により可動部３が規制されている状態のコンデンサＣ１の電気容量値Ｃｍａｘを記憶する記憶部１２ａが備えられている。
【００７６】
そして、駆動電圧制御部１２は、演算部１１により算出されたコンデンサＣ１の電気容量値Ｃｘが、目標の変位量ｄが得られる電気容量値Ｃｘとなるように、駆動電圧印加部１２により印加する駆動電圧の大きさを制御する。電気容量値Ｃｘは、式（５）により算出することができる。
【００７７】
これにより、コンデンサＣ１の発熱など何らかの要因によりその電圧値等に誤差が生じても、可動部３の変位制御に誤差が生じるのを防止することができる。
【００７８】
なお、本実施形態では、所望の変位量ｄを得るための容量値Ｃｘを予め算出し、可動部３の変位制御中において算出されるコンデンサＣ１の電気容量値が前述の電気容量値Ｃｘとなるように駆動電圧を印加するようにしたが、演算部１１により電気容量値Ｃｘが算出される電圧値を予め算出し、その電圧値を駆動電圧制御部１２内の記憶部に記憶しておき、検出部１０でその電圧値が検出されるように駆動電圧を印加するようにしてもよい。
【００７９】
（第３の実施形態）
図５は、マイクロアクチュエータ２０の第３の実施形態の構成を示す図であり、図５（ａ）は、マイクロアクチュエータ２０の外観斜視図、図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図、図５（ｃ）、（ｄ）は、マイクロアクチュエータ２０の動作を示す図である。
【００８０】
図５（ａ），（ｂ）に示すように、マイクロアクチュエータ２０は、第１、第２の実施形態と同様、静電駆動型アクチュエータの一例であり、中空の四角柱体と及び平板からなる固定部２１と、平板状の可動部２２と、弾性体としてのばね２３を備える。固定部２１及び可動部２２は、該可動部２２が固定部２１に形成された開口２１ａを閉塞するように、可動部２２の各端部と固定部２１の壁部適所とがばね２３を介して接続されているとともに、これらの接続位置が１の軸上に設けられており、可動部２２は、固定部２１に対し、この軸を中心として回転可能に支持されている。（以下、この軸を回転軸Ｌという）。
【００８１】
ばね２３として、所望の弾性力を得るために、例えば図６（ａ）に示すように、ジグザグ形状とされたものや、図６（ｂ）に示すように、長方形状のもの、あるいは図６（ｃ）に示すように、四角形の輪とこの輪の適所から外方に突出する突出部とを備えたもの等が採用され、可動部３の板面が固定部２の底面と略平行となるように付勢する。
【００８２】
また、可動部２２は、その重心位置で、固定部２の底面に立直された尖頭部を有する支持板２４により、下方から支持されている。回転軸Ｌは、この重心位置を含むように設定されている。
【００８３】
可動部２２の下面には、回転軸Ｌを挟む両側にそれぞれ板状の電極２５，２６が取り付けられていると共に、その可動部２２の下面に対向する固定部２１の底面にも、電極２５，２６に対向するように板状の電極２７，２８が取り付けられており、対向する一対の電極２５と２７及び電極２６と２８とによりそれぞれコンデンサＣ２，Ｃ３（図７参照）が形成されている。
【００８４】
電極対２５，２７または電極対２６，２８に直流の駆動電圧を印加することにより、駆動電圧を印加した電極間に静電引力が発生し、図５（ｃ）や（ｄ）に示すように、この静電引力とばね２３の付勢力とがつり合うまで、可動部２２が固定部２１に軸支された状態で、可動部２２のいずれか一方の端部が該固定部２１の底面側に引き寄せられるように変位する。図５（ｃ）は、電極２５，２７に駆動電圧を印加した場合を示し、図５（ｄ）は、電極２６、２８に駆動電圧を印加した場合を示す。
【００８５】
図７は、第３の実施形態におけるマイクロアクチュエータ２０の駆動制御回路を示すブロック図である。
【００８６】
図７に示すように、コンデンサＣ２，Ｃ３と、電気抵抗素子Ｒ２，Ｒ３と、駆動電圧印加部２９と、高周波信号印加部３０と、検出部３１と、演算部３２と、駆動電圧制御部３３と、スイッチング制御部３４とを備える。
【００８７】
コンデンサＣ２は、前述の電極２５，２７により構成されるコンデンサに相当し、コンデンサＣ３は、電極２６，２８により構成されるコンデンサに相当するものである。なお、前述のように、電極５，６に直流の駆動電圧を印加すると、対向する一対の電極間に発生する静電引力により、可動部３は回転軸Ｌを中心として変位するため、電極２５，２７間の距離及び電極２６，２８間の距離は、厳密には各部位で異なるが、電極の大きさに比して、その変位量は非常に小さい。このため、上記のように可動部２２が変位しても、電極２５と電極２７、電極２６と電極２８は、略平行関係にあるとみなすことができる。
【００８８】
そのため、前述のように可動部３が回転軸Ｌを中心として変位したとき、電極２５，２７間の距離及び電極２６，２８間の距離は、厳密には各部位で異なるけれども、以下に説明においては、回転軸Ｌを挟む両側の電極２５，２６について、電極２５全体が、そのときの可動部２２の端部２２ａ（図５（ａ）参照）の変位量だけ、電極２７に対して略平行に変位し、且つ電極２６全体が、そのときの可動部２２の端部２２ｂ（図５（ａ）参照）の変位量だけ、電極２８に対して略平行に変位したものとみなし、その上で、電極２５，２７間の電気容量値（コンデンサＣ２の電気容量値）及び電極２６，２８間の電気容量値（コンデンサＣ３の電気容量値）を算出するものとする。
【００８９】
電気抵抗素子Ｒ２は、コンデンサＣ２とで高周波信号印加部９により印加される高周波信号の交流電圧を分圧するものであり、電気抵抗素子Ｒ３は、コンデンサＣ３とで高周波信号印加部９により印加される高周波信号の交流電圧を分圧するものである。
【００９０】
駆動電圧印加部２９は、コンデンサＣ２と電気抵抗素子Ｒ２との直列回路、またはコンデンサＣ３と電気抵抗素子Ｒ３との直列回路のいずれか一方に駆動電圧を印加するものであり、いずれの直列回路に駆動電圧を印加するかはスイッチＳＷ３により決定される。
【００９１】
すなわち、スイッチＳＷ３がコンデンサＣ２側にオンされた場合には、駆動電圧印加部２９は、コンデンサＣ２と電気抵抗素子Ｒ２との直列回路に駆動電圧を印加し、スイッチＳＷ３がコンデンサＣ３側にオンされた場合には、駆動電圧印加部２９は、コンデンサＣ３と電気抵抗素子Ｒ３との直列回路に駆動電圧を印加する。
【００９２】
高周波信号印加部３０は、コンデンサＣ２，Ｃ３の電気容量値Ｃ２，Ｃ３を検出するため、コンデンサＣ２と電気抵抗素子Ｒ２との直列回路、またはコンデンサＣ３と電気抵抗素子Ｒ３との直列回路のいずれか一方に、高周波信号を駆動電圧に重畳して印加するものであり、いずれの直列回路に高周波信号を印加するかはスイッチＳＷ２により決定される。
【００９３】
すなわち、スイッチＳＷ１がコンデンサＣ２側にオンされた場合には、高周波信号印加部３０は、コンデンサＣ２と電気抵抗素子Ｒ２との直列回路に高周波信号を印加し、スイッチＳＷ２がコンデンサＣ３側にオンされた場合には、高周波信号印加部３０は、コンデンサＣ３と電気抵抗素子Ｒ３との直列回路に高周波信号を印加する。
【００９４】
なお、前述の第１の実施形態と同様に、高周波信号の印加により可動部２２が振動するのを防止するため、高周波信号印加部３０により印加する高周波信号を、固定部２１、可動部２２、ばね２３及び電極２５〜２８により決定される機械共振周波数より極めて高い周波数を有するものとする。
【００９５】
検出部３１は、コンデンサＣ２と電気抵抗素子Ｒ２とにより分圧された電圧（コンデンサＣ２と電気抵抗素子Ｒ２との接続点Ｑにおける電圧）、またはコンデンサＣ３と電気抵抗素子Ｒ３とにより分圧された電圧（コンデンサＣ３と電気抵抗素子Ｒ３との接続点Ｓにおける電圧）を検出するものであり、いずれの電圧を検出するかはスイッチＳＷ２により決定される。
【００９６】
すなわち、スイッチＳＷ２が接続点Ｑ側にオンされた場合には、検出部３１は、コンデンサＣ２と電気抵抗素子Ｒ２とにより分圧された電圧を検出し、スイッチＳＷ２が接続点Ｓ側にオンされた場合には、コンデンサＣ３と電気抵抗素子Ｒ３とにより分圧された電圧を検出する。
【００９７】
演算部３２は、高周波信号印加部３０からの信号の振幅と、検出部３１からの信号（電圧）の振幅の比を算出することにより、コンデンサＣ２またはＣ３の電気容量値を算出するものである。この算出方法については、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００９８】
駆動電圧制御部３３は、演算部３２により算出されたコンデンサＣ２またはＣ３の電気容量値Ｃ３またはＣ３から可動部２２の変位量を算出し、この変位量が指令値（目標の変位量）となるように、駆動電圧印加部２９により印加する駆動電圧の大きさを制御するものである。なお、可動部２２の変位量の算出方法についても、第１の実施形態と略同様であるので、説明は省略する。
【００９９】
さらに、高周波信号制御部３４の機能についても、上記第１の実施形態と略同様であるので、説明を省略する。
【０１００】
スイッチング制御部３５は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３のスイッチング動作を制御するものである。すなわち、スイッチング制御部３５は、コンデンサＣ２に静電引力を作用させるときには、スイッチＳＷ３をコンデンサＣ２側にオンする一方、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をコンデンサＣ３側にオンし、該コンデンサＣ３に高周波信号を印加し、このコンデンサＣ３の電気容量値Ｃ３を用いて可動部２２の変位量を算出するようにする。
【０１０１】
また、スイッチング制御部３５は、コンデンサＣ３に静電引力を作用させるときには、スイッチＳＷ３をコンデンサＣ３側にオンする一方、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をコンデンサＣ２側にオンし、該コンデンサＣ２に高周波信号を印加し、このコンデンサＣ２の電気容量値Ｃ２を用いて可動部２２の変位量を検出するようにする。なお、駆動電圧印加部２９とスイッチング制御部３５は、特許請求の範囲請求項４の直流電圧印加手段を構成する。
【０１０２】
このように、本実施形態では、一方の電極対に駆動電圧を印加したときの可動部２２の変位量を、他方の電極対に高周波信号を印加してその電気容量値を算出することで検出するようにしている点は第１，第２の実施形態と異なるが、電極対により構成されるコンデンサの分圧値を用いた駆動電圧のフィードバック制御により、可動部２２を目標の変位量だけ変位させるようにしている点は第１，第２の実施形態と同様であるから、第１、第２の実施形態と同様、可動部２２の変位量を検出すべくピエゾ素子などの変位検出用の素子を別途備えることなく、高精度な変位制御を行うことができる。
【０１０３】
（第４の実施形態）
第４の実施形態においては、第３の実施形態のマイクロアクチュエータ２０の駆動制御回路が異なり、それ以外の構成については、第３の実施形態と略同様であるから、相違点についてのみ説明する。
【０１０４】
図８は、第４の実施形態におけるマイクロアクチュエータ２０の駆動制御回路を示すブロック図である。なお、駆動電圧印加部、高周波信号印加部、高周波信号制御部については、その機能が第３の実施形態と略同様であるので、同一の番号を付しており、その説明は省略する。
【０１０５】
図８に示すように、第４の実施形態におけるマイクロアクチュエータ１の駆動制御回路は、第３の実施形態における駆動制御回路の構成に対し、高周波信号をコンデンサＣ２、Ｃ３の両方に同時に印加するとともに、コンデンサＣ２と電気抵抗素子Ｒ２とにより分圧された電圧と、コンデンサＣ３と電気抵抗素子Ｒ３とにより分圧された電圧との差分をとる差動検出部３６を備え、この差動検出部３６により検出された差分が演算部３２に出力されるようになっている。
【０１０６】
一方の電極対に直流電圧を印加することにより、可動部２２は固定部２１に対して傾斜し、電極間距離がコンデンサＣ２とＣ３とで異なる。したがって、コンデンサＣ２とＣ３とで電気容量値が異なることとなり、その結果、接続点Ｑにおける電圧値と接続点Ｓにおける電圧値とが異なる。よって、差動検出部３６からは、コンデンサＣ２とコンデンサＣ３との電気容量値の差に対応する電圧値が出力される。
【０１０７】
演算部３２は、差動検出部３６により検出された差分に基づき、コンデンサＣ２またはＣ３の電気容量値Ｃ２またはＣ３を算出するものである。
【０１０８】
駆動電圧制御部３３は、演算部３２により算出されたコンデンサＣ２またはＣ３の電気容量値Ｃ２またはＣ３から可動部２２の変位量を算出し、この変位量が指令値（目標の変位量）となるように、駆動電圧印加部２９により印加する駆動電圧の大きさを制御するものである。
【０１０９】
なお、差動検出部３６、演算部３２及び駆動電圧制御部３３は、特許請求の範囲請求項５の変位量検出手段及び直流電圧制御手段を構成する。
【０１１０】
スイッチング制御部３５は、スイッチＳＷ４のスイッチング動作を制御するものである。すなわち、スイッチング制御部３５は、コンデンサＣ２に静電引力を作用させるときには、スイッチＳＷ４をコンデンサＣ２側にオンにして、該コンデンサＣ２の電気容量値Ｃ２を検出するようにする。
【０１１１】
また、スイッチング制御部３５は、コンデンサＣ３に静電引力を作用させるときには、スイッチＳＷ４をコンデンサＣ３側にオンにして、該コンデンサＣ３の電気容量値Ｃ３を検出するようにする。
【０１１２】
このように、第３の実施形態と同様、電極対により構成されるコンデンサの分圧値を用いた駆動電圧のフィードバック制御により、可動部２２を目標の変位量だけ変位させるようにしているから、可動部２２の変位量を検出すべくピエゾ素子などの変位検出用の素子を別途備えることなく、高精度な変位制御を行うことができる。
【０１１３】
特に、本実施形態においては、コンデンサを構成する各電極間にそれぞれ高周波信号による静電気力が発生するが、これらの静電気力が互いに相殺するように作用するため、高周波信号の印加による可動部２２の振動を防止または低減することができる。
【０１１４】
また、可動部２２の傾斜により一方の電極対の電極間距離がｄだけ小さくなったものとすると、他方の電極対の電極間距離はｄだけ大きくなる。ここで、電極の大きさに比して可動部２２の変位量は非常に小さいから、電気容量値の増減量は、両方のコンデンサＣ２、Ｃ３で略同一とみなすことができる。したがって、その増減量をΔＣとすると、各コンデンサＣ２，Ｃ３の電気容量値Ｃ２，Ｃ３は、
Ｃ２＝Ｃｏｆｆ＋ΔＣ ・・・（６）
Ｃ３＝Ｃｏｆｆ−ΔＣ ・・・（７）
となる。
【０１１５】
また、差動検出部３６の出力値は、電気容量値Ｃ２とＣ３との差分に対応する。電気容量値Ｃ１とＣ２との差分は、
Ｃ２−Ｃ３＝２ΔＣ ・・・（８）
となる。
【０１１６】
式（８）によれば、第３の実施形態においては、変位量をΔｄだけ変化させるために直流電圧を変化させてコンデンサの電気容量値をΔＣだけ変化させていたところ、本実施形態では、ΔＣだけコンデンサの電気容量値を変化させると、Δｄ×（１／２）だけ変位量が変化することから、本実施形態においては、第３の実施形態に比してより高い精度（２倍の精度）で変位制御を行うことができる。
【０１１７】
ところで、上記第１〜第４のマイクロアクチュエータ１，２０は、次に説明する光スイッチを構成するに際して用いられる。
【０１１８】
図９は、第３、第４の実施形態のマイクロアクチュエータ２０を用いて構成された光スイッチ３７の図である。
【０１１９】
図９に示すように、光スイッチ３７は、前述したマイクロアクチュエータ２０と、投光部３８と、３つの異なる位置に配設された受光部３９〜４１とを備えると共に、マイクロアクチュエータ２０における可動部２２の電極２５，２６と反対の面に反射鏡４２が設けられている。反射鏡４２は、例えばマイクロアクチュエータがシリコンで形成される場合には、その可動部の表面をそのまま鏡面として用いることができる。また、例えば、可動部２２の表面にアルミニウムを蒸着することで反射鏡４２を形成してもよい。
【０１２０】
そして、前述のように可動部２２の変位量を制御することで、入射光を受光部３８〜４０のうち択一的に入射光を反射する。
【０１２１】
このような構成を有する光スイッチ３７において、前述のような本実施形態のマイクロアクチュエータ２０を採用することで、反射光の方向を切換える制御を高い精度で行うことができる。
【０１２２】
なお、本発明は、上記実施形態に限らず、次の変形形態（１）〜（４）が採用可能である。
【０１２３】
（１）第１の実施形態で述べたような、可動部の変位が安定して分圧値がほぼ一定値に安定すると高周波信号印加部や検出部の動作を停止させる構成や、駆動電圧の大きさに応じて高周波信号の振幅を変化させる構成は、第２〜第４の実施形態にも採用可能である。
【０１２４】
（２）図９において、本発明に係るマイクロアクチュエータが、入射光を反射し、かつその反射光の向きを異なる３つの方向に切換える光スイッチとして採用される例を示したが、切換える反射光の向きは３つに限られず、必要に応じて適宜設定することができる。その際、切換える反射光の向きが多くなればなるほど、マイクロアクチュエータの変位制御に高い精度が要求され、本実施形態のマイクロアクチュエータは特にこの場合に有効となる。
【０１２５】
また、反射光の向きを異なる２つの方向に切換える構成とした場合には、スイッチＯＮ状態とスイッチＯＦＦ状態とを備える光スイッチを構成することができる。
【０１２６】
（３）上記各実施形態では、分圧用素子として、電気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ３を採用したが、これに限られず、例えばコイルなどでもよい。
【０１２７】
（４）上記実施形態では、コンデンサＣ１〜Ｃ３と電気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ３とで分圧された電圧値に基づいてコンデンサＣ１〜Ｃ３の電気容量値を算出するようにしたが、これは、コンデンサＣ１〜Ｃ３にかかる電圧の電圧値に基づいてコンデンサＣ１〜Ｃ３の電気容量値を算出することと技術的に同義であることは言うまでもない。
【０１２８】
【発明の効果】
このように、可動部を駆動するための一対の電極を、該可動部の変位を検出するための素子として兼用し、その電極による分圧値を用いた駆動電圧のフィードバック制御により、可動部を目標の変位量だけ変位させるとともに、交流電圧の印加による可動部の振動が発生しない周波数の交流電圧を印加するようにしたので、可動部を目標の変位量だけ変位させた状態で静止させておくことができ、高精度な変位制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】マイクロアクチュエータの第１の実施形態の構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態におけるマイクロアクチュエータの駆動制御回路を示すブロック図である。
【図３】マイクロアクチュエータの第２の実施形態の構成を示す図である。
【図４】第２の実施形態におけるマイクロアクチュエータの駆動制御回路を示すブロック図である。
【図５】マイクロアクチュエータの第３の実施形態の構成を示す図である。
【図６】ばねの構成を示す図である。
【図７】第３の実施形態におけるマイクロアクチュエータの駆動制御回路を示すブロック図である。
【図８】第４の実施形態におけるマイクロアクチュエータの駆動制御回路を示すブロック図である。
【図９】第３、第４の実施形態のマイクロアクチュエータを用いて構成された光スイッチの図である。
【符号の説明】
１，２０ マイクロアクチュエータ
２，２１ 固定部
３，２２ 可動部
５，６，２５〜２８ 電極
Ｃ１〜Ｃ３ コンデンサ
Ｒ１〜Ｒ３ 電気抵抗素子（分圧用素子）
８，２９ 駆動電圧印加部
９，３０ 高周波信号印加部
１０，３１ 検出部
１１，３２ 演算部
１２，３３ 駆動電圧制御部
１３，３４ 高周波信号制御部
３５ スイッチング制御部
１４ ストッパ
Ｃ２，Ｃ３ コンデンサ
３７ 光スイッチ
３８ 投光部
３９ 第１受光部
４０ 第２受光部
４１ 第３受光部
４２ 反射鏡
【発明の属する技術分野】
本発明は、静電気力を用いて変位制御を行うアクチュエータ及び光スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
駆動対象部材及びその支持部材にそれぞれ設けられた電極間に駆動電圧を印加し、両部材間に静電気力を発生させることで、駆動対象部材の変位を起こさせる構成を備えたマイクロアクチュエータが知られている（例えば、下記特許文献１）。
【０００３】
また、この種のマイクロアクチュエータは、例えば光スイッチを構成するものとして利用される。この光スイッチは、例えば、入射光を反射するマイクロミラーを前述の駆動対象部材に取り付けて構成され、この駆動対象部材を変位させることにより、入射光に対するマイクロミラーの角度を変化させて、反射光の向きを変化させる。これにより、反射光の異なる進行方向にそれぞれ配設された複数の光ファイバに択一的に入射光が反射され、反射光が入射する光ファイバの接続が切り換えられる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２１８２０６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
光スイッチ等の大型化を回避するなどの理由から、反射光を受光する光ファイバ間の間隔が極めて微小なものに設定されているため、マイクロミラーの角度を高精度に制御することが要求される。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、変位制御を高精度に行うことのできるアクチュエータ及び光スイッチを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、電極を有する固定部と、前記固定部の電極に対向する電極を備え、これら一対の電極に直流電圧が印加されると、その電極間に作用する静電気力により変位する可動部と、前記一対の電極に直流電圧を印加する直流電圧印加手段と、前記可動部が振動しない周波数の交流電圧を前記直流電圧に重畳する交流電圧印加手段と、前記交流電圧を前記一対の電極とで分圧するための分圧用素子と、前記交流電圧の印加により前記一対の電極間に発生する電圧値に基づいて、前記可動部の変位量を検出する変位量検出手段と、前記変位量検出手段により検出された変位量が目標値となるように、前記直流電圧を制御する直流電圧制御手段とを備えることを特徴とするアクチュエータである。
【０００８】
この発明によれば、固定部及び可動部にそれぞれ備えられた対向する一対の電極に、直流電圧印加手段により直流電圧が印加されると、その電極間に作用する静電気力により可動部が変位する。
【０００９】
一方、交流電圧印加手段により、前記可動部が振動しない周波数の交流電圧が前記直流電圧に重畳され、前記一対の電極と分圧用素子とで前記交流電圧が分圧される。また、変位量検出手段により、交流電圧の印加によって前記一対の電極間に発生する電圧値に基づいて、前記可動部の変位量が検出され、直流電流電圧制御手段により、この検出された変位量が目標値となるように前記直流電圧が制御される。
【００１０】
このように、可動部が振動しない周波数の交流電圧を直流電圧に重畳するようにしたので、可動部を目標の変位量だけ変位させた状態で静止させておくことができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、電極を有する固定部と、前記固定部の電極に対向する電極を備え、これら一対の電極に直流電圧が印加されると、その電極間に作用する静電気力により変位する可動部と、前記可動部の変位を所定の位置で規制して、前記可動部の変位限界位置を決定する規制部と、前記一対の電極に直流電圧を印加する直流電圧印加手段と、交流電圧を前記直流電圧に重畳する交流電圧印加手段と、前記交流電圧を前記一対の電極とで分圧するための分圧用素子と、前記直流電圧が印加されていない状態における前記一対の電極の電気容量値と、前記可動部が前記変位限界位置に位置するときの前記一対の電極の電気容量値とから、予め算出された、前記可動部の目標の変位量が得られる前記一対の電極間の目標電圧値を記憶する記憶手段と、前記一対の電極間に発生する電圧値が前記目標電圧値となるように、前記直流電圧を制御する直流電圧制御手段とを備えることを特徴とするアクチュエータである。
【００１２】
この発明によれば、固定部及び可動部にそれぞれ備えられた対向する一対の電極に、直流電圧印加手段により直流電圧が印加されると、その電極間に作用する静電気力により可動部が変位する。
【００１３】
一方、交流電圧印加手段により交流電圧が前記直流電圧に重畳され、前記一対の電極と分圧用素子とで前記交流電圧が分圧される。
【００１４】
また、記憶手段により、前記直流電圧が印加されていない状態における前記一対の電極の電気容量値と、前記可動部が前記変位限界位置に位置するときの前記一対の電極の電気容量値とから、予め算出された、前記可動部の目標の変位量が得られる前記一対の電極間の目標電圧値が記憶され、直流電圧制御手段により、前記一対の電極間に発生する電圧値が前記目標電圧値となるように、前記直流電圧が制御される。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のアクチュエータにおいて、前記交流電圧印加手段の交流電圧は、前記可動部が振動しない周波数の交流電圧であることを特徴とするものである。
【００１６】
この発明によれば、前記交流電圧印加手段の交流電圧は、前記可動部が振動しない周波数の交流電圧であるから、可動部を目標の変位量だけ変位させた状態で静止させておくことができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、固定部と、重心を含む１の軸を中心として、該軸の両側が変位可能に支持された可動部と、前記軸の両側に位置する各領域において、前記固定部と前記可動部とに対向して備えられた複数の電極対と、前記領域を択一的に選択し、その選択した領域の電極対に直流電圧を印加する直流電圧印加手段と、前記軸に対して前記直流電圧が印加される電極対と反対の領域に備えられた電極対に、前記可動部が振動しない周波数の交流電圧を前記直流電圧に重畳する交流電圧印加手段と、前記交流電圧を前記電極対とで分圧するための分圧用素子と、前記交流電圧の印加により前記電極対間に発生する電圧値に基づいて、前記可動部の変位量を検出する変位量検出手段と、前記変位量検出手段により検出された変位量が目標値となるように、前記直流電圧を制御する直流電圧制御手段とを備えることを特徴とするアクチュエータである。
【００１８】
この発明によれば、固定部及び可動部にそれぞれ備えられた対向する複数の電極対に、直流電圧印加手段により択一的に選択して直流電圧が印加されると、その電極間に作用する静電気力により、可動部がその重心を含む１の軸を中心として変位する。
【００１９】
一方、交流電圧印加手段により、前記１の軸に対して前記直流電圧が印加される電極対と反対の領域に備えられた電極対に、前記可動部が振動しない周波数の交流電圧を前記直流電圧に重畳され、この電極対と分圧用素子とでこの交流電圧が分圧される。
【００２０】
また、変位量検出手段により、前記交流電圧により前記電極対間に発生する電圧値に基づいて、前記可動部の変位量が検出され、直流電圧制御手段により、この検出された変位量が目標値となるように前記直流電圧が制御される。
【００２１】
このように、可動部が振動しない周波数の交流電圧を直流電圧に重畳するようにしたので、可動部を目標の変位量だけ変位させた状態で静止させておくことができる。
【００２２】
請求項５に記載の発明は、固定部と、重心を含む１の軸を中心として、該軸の両側が変位可能に支持された可動部と、前記軸の両側に位置する各領域において、前記固定部と前記可動部とに対向して備えられた複数の電極対と、前記領域を択一的に選択し、その選択した領域の電極対に直流電圧を印加する直流電圧印加手段と、前記両領域の電極対に同時に、前記可動部が振動しない周波数の交流電圧を前記直流電圧に重畳する交流電圧印加手段と、前記交流電圧を前記電極対とで分圧するための分圧用素子と、前記交流電圧の印加により各電極対間に発生する各電圧値の差分を検出し、その差分に基づいて前記可動部の変位量を検出する変位量検出手段と、前記変位量検出手段により検出された変位量が目標値となるように、前記直流電圧を制御する直流電圧制御手段とを備えることを特徴とするアクチュエータである。
【００２３】
この発明によれば、固定部及び可動部にそれぞれ備えられた対向する複数の電極対に、直流電圧印加手段により択一的に選択して直流電圧が印加されると、その電極間に作用する静電気力により、可動部がその重心を含む１の軸を中心として変位する。
【００２４】
一方、交流電圧印加手段により、軸の両側に位置する両領域の電極対に同時に、前記可動部が振動しない周波数の交流電圧が直流電圧に重畳され、この交流電圧が電極対と分圧用素子とで分圧される。
【００２５】
また、変位量検出手段により、前記交流電圧により各電極対間に発生する各電圧値の差分を検出し、その差分に基づいて前記可動部の変位量が検出され、直流電圧制御手段により、この検出された変位量が目標値となるように、前記直流電圧が制御される。
【００２６】
このように、可動部が振動しない周波数の交流電圧を直流電圧に重畳するようにしたので、可動部を目標の変位量だけ変位させた状態で静止させておくことができる。
【００２７】
特に、本発明によれば、軸の両側に位置する両領域の電極対に同時に交流電圧を印加するようにしたので、各電極対にそれぞれ交流電圧による静電気力が発生するが、これらの静電気力が互いに相殺するように作用する。このため、交流電圧の印加による可動部の振動を防止または低減することができる。
【００２８】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれかに記載のアクチュエータにおいて、前記直流電圧印加手段により直流電圧を前記一対の電極に印加するときから、前記交流電圧印加手段に前記交流電圧の印加を開始させ、前記変位量検出手段により検出される前記可動部の変位量の変化が略なくなると、前記交流電圧印加手段に前記交流電圧の印加を停止させる交流電圧制御手段を備えることを特徴とするものである。
【００２９】
この発明によれば、直流電圧印加手段により直流電圧を前記一対の電極に印加するときから、前記交流電圧印加手段に前記交流電圧の印加を開始させ、前記変位量検出手段により検出される前記可動部の変位量の変化が略なくなると、前記交流電圧印加手段に前記交流電圧の印加を停止させる交流電圧制御手段を備えたので、交流電圧を印加する必要のない期間（可動部の変位量の変化が略ない期間）にまで交流電圧を供給するのを防止でき、消費電力を低減することができる。また、交流電圧の印加を停止することで、該交流電圧の印加に起因する可動部の振動を完全に解消することができる。
【００３０】
請求項７に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれかに記載のアクチュエータにおいて、前記直流電圧印加手段により印加される直流電圧の大きさに応じて、前記交流電圧印加手段により印加される交流電圧の大きさを変化させる交流電圧制御手段を備えることを特徴とするものである。
【００３１】
この発明によれば、直流電圧印加手段により印加される直流電圧の大きさに応じて、前記交流電圧印加手段により印加される交流電圧の大きさを変化させる交流電圧制御手段を備えたので、特に、直流電圧を微小に変化させて可動部の変位を微小に変化させたい場合に、交流電圧の印加による振動の影響を解消または低減することができ、高精度な変位制御を行うことができる。
【００３２】
請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれかに記載のアクチュエータと、前記アクチュエータの可動部に設けられた反射鏡と、前記反射鏡に向けて光を入射させる入射手段と、前記反射鏡により反射された光を受光する１または複数の受光手段とを備える光スイッチである。
【００３３】
この発明によれば、アクチュエータと、前記アクチュエータの可動部に設けられた反射鏡と、前記反射鏡に向けて光を入射させる入射手段と、前記反射鏡により反射された光を受光する１または複数の受光手段とを備える光スイッチにおいて、前記アクチュエータを、請求項１ないし７のいずれかに記載のアクチュエータとしたので、反射する光の向きを高精度に制御することのできる光スイッチを得ることができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１の実施形態）
図１は、マイクロアクチュエータ１の第１の実施形態の構成を示す図であり、図１（ａ）は、マイクロアクチュエータ１の外観斜視図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線における断面図、図１（ｃ）は、マイクロアクチュエータ１の動作を示す図である。
【００３５】
図１（ａ），（ｂ）に示すように、マイクロアクチュエータ１は、静電駆動型アクチュエータの一例であり、中空の四角柱体及び平板からなる固定部２と、平板状の可動部３と、弾性体としてのばね４を備える。固定部２及び可動部３は、該可動部３が固定部２に形成される開口２ａを閉塞するように、可動部３の一端部と固定部２の壁部適所とにおいて、複数箇所でばね４を介して取り付けられている。ばね４は、可動部３の板面が固定部２の底面と略平行となるように付勢するものである。
【００３６】
固定部２及び可動部３には、それぞれ対向する面に板状の電極５，６が取り付けられており、これらの電極５，６によりコンデンサＣ１（図２参照）が形成されている。電極５，６に直流の駆動電圧を印加することにより、電極５，６間に静電引力が発生し、図１（ｃ）に示すように、この静電引力とばね４の付勢力とがつり合うまで、可動部３が、固定部２にその一端部が支持された状態で、該固定部２の底面側に引き寄せられるように変位する。
【００３７】
図２は、第１の実施形態におけるマイクロアクチュエータ１の駆動制御回路を示すブロック図である。
【００３８】
図２に示すように、コンデンサＣ１と、電気抵抗素子Ｒ１と、駆動電圧印加部８と、高周波信号印加部９と、検出部１０と、演算部１１と、駆動電圧制御部１２と、高周波信号制御部１３とを備えてなる。
【００３９】
コンデンサＣ１は、前述の電極５，６により構成されるコンデンサに相当するものである。なお、前述のように、電極５，６に直流の駆動電圧を印加すると、電極５，６間に発生する静電引力により、可動部３が、固定部２にその一端部が支持された状態で、該固定部２の底面側に引き寄せられるように変位するため、厳密には、電極５，６間の距離は各部位で異なるが、電極５，６の大きさに比して、その変位量は非常に小さい。このため、上記のように可動部３が変位しても、電極５と電極６とは略平行関係にあるとみなすことができる。
【００４０】
このことから、以下の説明においては、可動部３のうち固定部２に支持されていない方の端部（前述の一端部と反対側の端部）が変位量ｄだけ変位したときには、実際には前述のように可動部３は傾斜するように変位するところを、可動部３側の電極６全体が電極５に対して略平行に変位量ｄだけ変位したものとみなし、その上で、電極５，６の電気容量値（コンデンサＣ１の電気容量値）を算出するものとする。
【００４１】
電気抵抗素子Ｒ１は、コンデンサＣ１とで高周波信号印加部９により印加される高周波信号の交流電圧を分圧するものである。
【００４２】
駆動電圧印加部８は、コンデンサＣ１と電気抵抗素子Ｒ１とが直列接続されてなる直列回路に直流の駆動電圧を印加するものである。
【００４３】
高周波信号印加部９は、コンデンサＣ１の容量を検出するため、高周波信号をコンデンサＣ１に前述の駆動電圧に重畳して印加するものである。
【００４４】
ここで、高周波信号の印加により可動部３が振動するのを防止するため、高周波信号印加部９により印加する高周波信号を、マイクロアクチュエータ１の機械共振周波数（固定部２、可動部３、ばね４及び電極５，６等の構成により決定する機械共振周波数）より極めて高い周波数を有する信号とする。
【００４５】
これにより、印加される高周波信号の周波数が高すぎることによって、特に可動部３の質量やばね４の弾性係数等が比較的大きい場合には、可動部３が高周波信号の変動に追従することができなくなり、可動部３が振動するのを防止することができる。
【００４６】
なお、マイクロアクチュエータ１の機械共振周波数に対し、その１００倍以上の周波数を有する高周波信号とするのが好ましい。
【００４７】
検出部１０は、コンデンサＣ１と電気抵抗素子Ｒ１とで分圧された電圧（コンデンサＣ１と電気抵抗素子Ｒ１との接続点Ｐにおける電圧）を検出するものである。
【００４８】
演算部１１は、高周波信号印加部９から出力される高周波信号の振幅と、検出部１０から出力される検出信号の振幅の比を算出することにより、コンデンサＣ１の電気容量値を算出するものである。
【００４９】
コンデンサＣ１は、直流の駆動電圧による直流電流を通さないから、電気抵抗素子Ｒ１には直流電流は流れず、前述の駆動電圧によって電気抵抗素子Ｒ１の両端に電圧が発生することはない。したがって、接続点Ｐにおける電圧の変化は、高周波信号印加部９により印加される高周波信号の変化により生じるものである。また、コンデンサＣ１の電気容量値Ｃ１が変化（電極５，６間の距離の変化）すると、接続点Ｐにおける電圧は変化する。
【００５０】
ここで、高周波信号印加部９により印加される高周波信号の振幅をＶ、コンデンサＣ１及び電気抵抗素子Ｒ１の電気抵抗値をそれぞれＺｃ１，Ｒ１、コンデンサＣ１及び電気抵抗素子Ｒ１の両端にかかる電圧をＶｃ，Ｖｒとすると、コンデンサＣ１の両端にかかる電圧Ｖｃと電気抵抗素子Ｒ１の両端にかかる電圧Ｖｒとの比は、コンデンサＣ１の電気抵抗値Ｚｃ１と電気抵抗素子Ｒ１の電気抵抗値Ｒ１との比と一致するから、
Ｖｃ：Ｖｒ＝Ｚｃ１：Ｒ１ ・・・（１）
が成り立つ。
【００５１】
また、高周波信号の振幅Ｖは、コンデンサＣ１の両端にかかる電圧Ｖｃと電気抵抗素子Ｒの両端にかかる電圧Ｖｒとの和であるから、
Ｖ＝Ｖｃ＋Ｖｒ ・・・（２）
が成り立つ。
【００５２】
したがって、上記式（１），（２）より、
Ｖｃ／Ｖ＝Ｚｃ１／（Ｚｃ１＋Ｒ１） ・・・（３）
が導出され、Ｖｃ／Ｖは定数であり、これをαとすると、
Ｚｃ１＝α／（１−α）・Ｒ１ ・・・（４）
となる。
【００５３】
これにより、高周波信号の周波数をｆとすると、
Ｚｃ１＝１／２πｆＣ１ ・・・（５）
から、コンデンサＣ１の電気容量値Ｃ１を算出することができる。
【００５４】
駆動電圧制御部１２は、演算部１１により算出されたコンデンサＣ１の電気容量値Ｃ１から可動部３に取り付けられた電極６の変位量ｄｘを算出し、この変位量ｄｘが指令値となるように、駆動電圧印加部１２により印加する駆動電圧の大きさを制御するものである。
【００５５】
ここで、電極５，６の面積をＳ、電極５，６間の誘電率をε、コンデンサＣ１に駆動電圧を印加していないときの電極５，６間の距離及び電気容量値をｄ０及びＣｏｆｆと表すものとすると、駆動電圧を印加していないときの電極５，６間の電気容量値Ｃｏｆｆは次式（１）で表される。
Ｃｏｆｆ＝εＳ／ｄ０ ・・・（１）
【００５６】
また、駆動電圧を印加したことにより可動部３が距離ｄｘだけ固定部２の底面側に変位したものとすると、このときの電極５，６により構成されるコンデンサＣの容量Ｃ１は、次式（２）で表される。
Ｃ１＝εＳ／（ｄ０−ｄｘ） ・・・（２）
【００５７】
したがって、駆動電圧を印加していないときのコンデンサＣ１の電気容量値Ｃｏｆｆを予め求めておき、この電気容量値Ｃｏｆｆと、演算部１１により算出されたコンデンサＣ１の電気容量値Ｃ１とから、式（１），（２）を用いて可動部３の変位量ｄｘを算出する。
【００５８】
なお、検出部３１、演算部３２及び駆動電圧制御部３３は、特許請求の範囲請求項１の変位量検出手段及び直流電圧制御手段を構成する。
【００５９】
高周波信号制御部１３は、高周波信号印加部９の動作を制御するものである。高周波信号制御部１３は、駆動電圧印加部８により駆動電圧の印加が開始されると、高周波信号の印加を開始し、可動部３の変位が安定すると、高周波信号の印加を停止する。
【００６０】
このように高周波信号の印加を制御するのは、高周波信号は、コンデンサＣ１の電気容量値Ｃ１を検出するために印加するものであるため、可動部３の変位が安定してコンデンサＣ１の電気容量値Ｃ１がほぼ一定値に安定すると、高周波信号を印加する必要がなくなるからである。したがって、高周波信号印加部９や検出部１０の動作を停止することができ、その分、消費電流を低減することができる。また、高周波信号の印加を停止することで、仮に該高周波信号の印加に起因して可動部３に微小な振動があったとしても完全に解消することができる。
【００６１】
また、高周波信号制御部１３は、駆動電圧印加部８により印加される駆動電圧の大きさに応じて、高周波信号印加部９により印加される高周波信号の振幅を制御する。
【００６２】
すなわち、駆動電圧印加部８により印加される駆動電圧が大きいときには、可動部３の変位量も大きくなるため、駆動電圧の印加による可動部３の変位量に対する、高周波信号の印加による可動部３に生じる振動の変位量の比率が比較的小さいから、特に問題はないが、駆動電圧印加部８により印加される駆動電圧が小さいときには、可動部３の変位量も小さくなるため、駆動電圧の印加による可動部３の変位量に対する、高周波信号の印加による可動部３の変位量の比率が大きくなる。このため、駆動電圧が大きいときに印加する高周波信号と同じ高周波信号を駆動電圧が小さい場合にも印加するようにすると、高い精度で可動部３に対する変位制御を行うことができない。
【００６３】
そこで、駆動電圧が小さいときには、高周波信号印加部９により印加される高周波信号の振幅を、駆動電圧が大きい場合に印加される高周波信号に比して、その振幅を小さくするようにしている。このように、駆動電圧の大きさに応じて高周波信号の振幅を変化させることで、特に、微小な駆動電圧を印加して可動部３を微小に変位させたい場合に、高周波信号の印加による振動の影響を解消または低減することができ、高精度な変位制御を行うことができる。
【００６４】
以上のように、可動部３を駆動するための一対の電極５，６を、該可動部３の変位を検出するための素子として兼用し、その電極５，６により構成されるコンデンサＣ１による分圧値を用いた駆動電圧のフィードバック制御により、可動部３を目標の変位量だけ変位させるようにしたので、可動部３の変位量を検出すべくピエゾ素子などの変位検出用の素子を別途備えることなく、高精度な変位制御を行うことができる。
【００６５】
そして、高周波信号印加部９により印加する高周波信号を、マイクロアクチュエータ１の機械共振周波数に比して極めて高い周波数を有する信号としたので、この高周波信号の印加により可動部３が振動するのを防止することができる。
【００６６】
また、可動部３の変位が安定して分圧値（接続点Ｐの電圧値）がほぼ一定値に安定すると、高周波信号印加部９や検出部１０の動作を停止させるようにしたので、その分、消費電流を低減することができるとともに、高周波信号の印加に起因する可動部３の微小な振動を完全に解消することができる。
【００６７】
また、駆動電圧の大きさに応じて高周波信号の振幅を変化させるようにしたので、駆動電圧を微小に変化させて変位を微小に変化させたい場合に、高周波信号の印加による振動の影響を解消または低減することができ、高精度な変位制御を行うことができる。
【００６８】
（第２の実施形態）
第２の実施形態においては、図３に示すように、第１の実施形態におけるマイクロアクチュエータ１の構成に加えて、可動部３の変位を所定の位置で規制するストッパ１４が設けられている。なお、第２の実施形態において、固定部、可動部、ばね及び電極の構成は、第１の実施形態と同様であるから、同一の番号を付しており、その説明を省略する。
【００６９】
このようにストッパ１４を設けている理由について説明する。
【００７０】
前述した第１の実施形態においては、コンデンサＣ１と電気抵抗素子Ｒ１とにより分圧された電圧を検出し、その電圧に基づいてコンデンサＣ１の電気容量値Ｃ１を算出し、この算出した電気容量値Ｃ１から変位量ｄｘを算出するように構成しているため、コンデンサＣ１の発熱など何らかの要因によりその電圧値等に誤差が生じると、算出される電気容量値Ｃ１、延いては算出される変位量ｄｘにも誤差が生じる。
【００７１】
この場合、駆動電圧印加部８は、この誤差を含む変位量ｄｘと指令値とを比較するため、変位量ｄｘと指令値とが一致したと判定されても、実際の変位量は指令値と一致しておらず、その結果、変位制御に誤差が生じることとなる。
【００７２】
この問題を回避するため、第２の実施形態では、可動部３を変位量Ｄで変位を規制するストッパ１４を設け、このストッパ１４により可動部３の変位が規制されている状態のコンデンサＣ１の電気容量値Ｃｍａｘを算出しておくとともに、この変位量が０のときの電気容量値Ｃｏｆｆと、変位量Ｄのときの電気容量値Ｃｍａｘとから、目標の変位量ｄを得るための電気容量値Ｃｘを予め算出する。そして、算出される電気容量値がこの電気容量値Ｃｘとなるように駆動電圧を印加することで、前述したような誤差を解消するようにしている。
【００７３】
すなわち、ストッパ１４により可動部３の変位が規制されている状態のコンデンサＣ１の電気容量値Ｃｍａｘは、式（２）より
Ｃｍａｘ＝εＳ／（ｄ０−Ｄ） ・・・（３）
また、可動部３の変位量がｄ（ｄ＜Ｄ）のときのコンデンサＣ１の電気容量値Ｃｘは、同じく式（２）より
Ｃｘ＝εＳ／（ｄ０−ｄ） ・・・（４）
したがって、式（１），（３），（４）により、目標の変位量ｄが得られるＣｘは、
１／Ｃｘ＝ｄ／Ｄ（１／Ｃｍａｘ−１／Ｃｏｆｆ）＋１／Ｃｏｆｆ ・・・（５）
により算出することができる。
【００７４】
図４は、第２の実施形態におけるマイクロアクチュエータ１の駆動制御回路を示すブロック図である。なお、駆動電圧印加部、高周波信号制御部、高周波信号印加部、検出部及び演算部については、その機能が第１の実施形態と略同様であるので、同一の番号を付しており、その説明は省略する。
【００７５】
図４に示すように、第２の実施形態におけるマイクロアクチュエータ１の駆動制御回路は、第１の実施形態における駆動制御回路の構成に加えて、駆動電圧制御部１２内に、ストッパ１４により可動部３が規制されている状態のコンデンサＣ１の電気容量値Ｃｍａｘを記憶する記憶部１２ａが備えられている。
【００７６】
そして、駆動電圧制御部１２は、演算部１１により算出されたコンデンサＣ１の電気容量値Ｃｘが、目標の変位量ｄが得られる電気容量値Ｃｘとなるように、駆動電圧印加部１２により印加する駆動電圧の大きさを制御する。電気容量値Ｃｘは、式（５）により算出することができる。
【００７７】
これにより、コンデンサＣ１の発熱など何らかの要因によりその電圧値等に誤差が生じても、可動部３の変位制御に誤差が生じるのを防止することができる。
【００７８】
なお、本実施形態では、所望の変位量ｄを得るための容量値Ｃｘを予め算出し、可動部３の変位制御中において算出されるコンデンサＣ１の電気容量値が前述の電気容量値Ｃｘとなるように駆動電圧を印加するようにしたが、演算部１１により電気容量値Ｃｘが算出される電圧値を予め算出し、その電圧値を駆動電圧制御部１２内の記憶部に記憶しておき、検出部１０でその電圧値が検出されるように駆動電圧を印加するようにしてもよい。
【００７９】
（第３の実施形態）
図５は、マイクロアクチュエータ２０の第３の実施形態の構成を示す図であり、図５（ａ）は、マイクロアクチュエータ２０の外観斜視図、図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図、図５（ｃ）、（ｄ）は、マイクロアクチュエータ２０の動作を示す図である。
【００８０】
図５（ａ），（ｂ）に示すように、マイクロアクチュエータ２０は、第１、第２の実施形態と同様、静電駆動型アクチュエータの一例であり、中空の四角柱体と及び平板からなる固定部２１と、平板状の可動部２２と、弾性体としてのばね２３を備える。固定部２１及び可動部２２は、該可動部２２が固定部２１に形成された開口２１ａを閉塞するように、可動部２２の各端部と固定部２１の壁部適所とがばね２３を介して接続されているとともに、これらの接続位置が１の軸上に設けられており、可動部２２は、固定部２１に対し、この軸を中心として回転可能に支持されている。（以下、この軸を回転軸Ｌという）。
【００８１】
ばね２３として、所望の弾性力を得るために、例えば図６（ａ）に示すように、ジグザグ形状とされたものや、図６（ｂ）に示すように、長方形状のもの、あるいは図６（ｃ）に示すように、四角形の輪とこの輪の適所から外方に突出する突出部とを備えたもの等が採用され、可動部３の板面が固定部２の底面と略平行となるように付勢する。
【００８２】
また、可動部２２は、その重心位置で、固定部２の底面に立直された尖頭部を有する支持板２４により、下方から支持されている。回転軸Ｌは、この重心位置を含むように設定されている。
【００８３】
可動部２２の下面には、回転軸Ｌを挟む両側にそれぞれ板状の電極２５，２６が取り付けられていると共に、その可動部２２の下面に対向する固定部２１の底面にも、電極２５，２６に対向するように板状の電極２７，２８が取り付けられており、対向する一対の電極２５と２７及び電極２６と２８とによりそれぞれコンデンサＣ２，Ｃ３（図７参照）が形成されている。
【００８４】
電極対２５，２７または電極対２６，２８に直流の駆動電圧を印加することにより、駆動電圧を印加した電極間に静電引力が発生し、図５（ｃ）や（ｄ）に示すように、この静電引力とばね２３の付勢力とがつり合うまで、可動部２２が固定部２１に軸支された状態で、可動部２２のいずれか一方の端部が該固定部２１の底面側に引き寄せられるように変位する。図５（ｃ）は、電極２５，２７に駆動電圧を印加した場合を示し、図５（ｄ）は、電極２６、２８に駆動電圧を印加した場合を示す。
【００８５】
図７は、第３の実施形態におけるマイクロアクチュエータ２０の駆動制御回路を示すブロック図である。
【００８６】
図７に示すように、コンデンサＣ２，Ｃ３と、電気抵抗素子Ｒ２，Ｒ３と、駆動電圧印加部２９と、高周波信号印加部３０と、検出部３１と、演算部３２と、駆動電圧制御部３３と、スイッチング制御部３４とを備える。
【００８７】
コンデンサＣ２は、前述の電極２５，２７により構成されるコンデンサに相当し、コンデンサＣ３は、電極２６，２８により構成されるコンデンサに相当するものである。なお、前述のように、電極５，６に直流の駆動電圧を印加すると、対向する一対の電極間に発生する静電引力により、可動部３は回転軸Ｌを中心として変位するため、電極２５，２７間の距離及び電極２６，２８間の距離は、厳密には各部位で異なるが、電極の大きさに比して、その変位量は非常に小さい。このため、上記のように可動部２２が変位しても、電極２５と電極２７、電極２６と電極２８は、略平行関係にあるとみなすことができる。
【００８８】
そのため、前述のように可動部３が回転軸Ｌを中心として変位したとき、電極２５，２７間の距離及び電極２６，２８間の距離は、厳密には各部位で異なるけれども、以下に説明においては、回転軸Ｌを挟む両側の電極２５，２６について、電極２５全体が、そのときの可動部２２の端部２２ａ（図５（ａ）参照）の変位量だけ、電極２７に対して略平行に変位し、且つ電極２６全体が、そのときの可動部２２の端部２２ｂ（図５（ａ）参照）の変位量だけ、電極２８に対して略平行に変位したものとみなし、その上で、電極２５，２７間の電気容量値（コンデンサＣ２の電気容量値）及び電極２６，２８間の電気容量値（コンデンサＣ３の電気容量値）を算出するものとする。
【００８９】
電気抵抗素子Ｒ２は、コンデンサＣ２とで高周波信号印加部９により印加される高周波信号の交流電圧を分圧するものであり、電気抵抗素子Ｒ３は、コンデンサＣ３とで高周波信号印加部９により印加される高周波信号の交流電圧を分圧するものである。
【００９０】
駆動電圧印加部２９は、コンデンサＣ２と電気抵抗素子Ｒ２との直列回路、またはコンデンサＣ３と電気抵抗素子Ｒ３との直列回路のいずれか一方に駆動電圧を印加するものであり、いずれの直列回路に駆動電圧を印加するかはスイッチＳＷ３により決定される。
【００９１】
すなわち、スイッチＳＷ３がコンデンサＣ２側にオンされた場合には、駆動電圧印加部２９は、コンデンサＣ２と電気抵抗素子Ｒ２との直列回路に駆動電圧を印加し、スイッチＳＷ３がコンデンサＣ３側にオンされた場合には、駆動電圧印加部２９は、コンデンサＣ３と電気抵抗素子Ｒ３との直列回路に駆動電圧を印加する。
【００９２】
高周波信号印加部３０は、コンデンサＣ２，Ｃ３の電気容量値Ｃ２，Ｃ３を検出するため、コンデンサＣ２と電気抵抗素子Ｒ２との直列回路、またはコンデンサＣ３と電気抵抗素子Ｒ３との直列回路のいずれか一方に、高周波信号を駆動電圧に重畳して印加するものであり、いずれの直列回路に高周波信号を印加するかはスイッチＳＷ２により決定される。
【００９３】
すなわち、スイッチＳＷ１がコンデンサＣ２側にオンされた場合には、高周波信号印加部３０は、コンデンサＣ２と電気抵抗素子Ｒ２との直列回路に高周波信号を印加し、スイッチＳＷ２がコンデンサＣ３側にオンされた場合には、高周波信号印加部３０は、コンデンサＣ３と電気抵抗素子Ｒ３との直列回路に高周波信号を印加する。
【００９４】
なお、前述の第１の実施形態と同様に、高周波信号の印加により可動部２２が振動するのを防止するため、高周波信号印加部３０により印加する高周波信号を、固定部２１、可動部２２、ばね２３及び電極２５〜２８により決定される機械共振周波数より極めて高い周波数を有するものとする。
【００９５】
検出部３１は、コンデンサＣ２と電気抵抗素子Ｒ２とにより分圧された電圧（コンデンサＣ２と電気抵抗素子Ｒ２との接続点Ｑにおける電圧）、またはコンデンサＣ３と電気抵抗素子Ｒ３とにより分圧された電圧（コンデンサＣ３と電気抵抗素子Ｒ３との接続点Ｓにおける電圧）を検出するものであり、いずれの電圧を検出するかはスイッチＳＷ２により決定される。
【００９６】
すなわち、スイッチＳＷ２が接続点Ｑ側にオンされた場合には、検出部３１は、コンデンサＣ２と電気抵抗素子Ｒ２とにより分圧された電圧を検出し、スイッチＳＷ２が接続点Ｓ側にオンされた場合には、コンデンサＣ３と電気抵抗素子Ｒ３とにより分圧された電圧を検出する。
【００９７】
演算部３２は、高周波信号印加部３０からの信号の振幅と、検出部３１からの信号（電圧）の振幅の比を算出することにより、コンデンサＣ２またはＣ３の電気容量値を算出するものである。この算出方法については、第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。
【００９８】
駆動電圧制御部３３は、演算部３２により算出されたコンデンサＣ２またはＣ３の電気容量値Ｃ３またはＣ３から可動部２２の変位量を算出し、この変位量が指令値（目標の変位量）となるように、駆動電圧印加部２９により印加する駆動電圧の大きさを制御するものである。なお、可動部２２の変位量の算出方法についても、第１の実施形態と略同様であるので、説明は省略する。
【００９９】
さらに、高周波信号制御部３４の機能についても、上記第１の実施形態と略同様であるので、説明を省略する。
【０１００】
スイッチング制御部３５は、スイッチＳＷ１〜ＳＷ３のスイッチング動作を制御するものである。すなわち、スイッチング制御部３５は、コンデンサＣ２に静電引力を作用させるときには、スイッチＳＷ３をコンデンサＣ２側にオンする一方、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をコンデンサＣ３側にオンし、該コンデンサＣ３に高周波信号を印加し、このコンデンサＣ３の電気容量値Ｃ３を用いて可動部２２の変位量を算出するようにする。
【０１０１】
また、スイッチング制御部３５は、コンデンサＣ３に静電引力を作用させるときには、スイッチＳＷ３をコンデンサＣ３側にオンする一方、スイッチＳＷ１，ＳＷ２をコンデンサＣ２側にオンし、該コンデンサＣ２に高周波信号を印加し、このコンデンサＣ２の電気容量値Ｃ２を用いて可動部２２の変位量を検出するようにする。なお、駆動電圧印加部２９とスイッチング制御部３５は、特許請求の範囲請求項４の直流電圧印加手段を構成する。
【０１０２】
このように、本実施形態では、一方の電極対に駆動電圧を印加したときの可動部２２の変位量を、他方の電極対に高周波信号を印加してその電気容量値を算出することで検出するようにしている点は第１，第２の実施形態と異なるが、電極対により構成されるコンデンサの分圧値を用いた駆動電圧のフィードバック制御により、可動部２２を目標の変位量だけ変位させるようにしている点は第１，第２の実施形態と同様であるから、第１、第２の実施形態と同様、可動部２２の変位量を検出すべくピエゾ素子などの変位検出用の素子を別途備えることなく、高精度な変位制御を行うことができる。
【０１０３】
（第４の実施形態）
第４の実施形態においては、第３の実施形態のマイクロアクチュエータ２０の駆動制御回路が異なり、それ以外の構成については、第３の実施形態と略同様であるから、相違点についてのみ説明する。
【０１０４】
図８は、第４の実施形態におけるマイクロアクチュエータ２０の駆動制御回路を示すブロック図である。なお、駆動電圧印加部、高周波信号印加部、高周波信号制御部については、その機能が第３の実施形態と略同様であるので、同一の番号を付しており、その説明は省略する。
【０１０５】
図８に示すように、第４の実施形態におけるマイクロアクチュエータ１の駆動制御回路は、第３の実施形態における駆動制御回路の構成に対し、高周波信号をコンデンサＣ２、Ｃ３の両方に同時に印加するとともに、コンデンサＣ２と電気抵抗素子Ｒ２とにより分圧された電圧と、コンデンサＣ３と電気抵抗素子Ｒ３とにより分圧された電圧との差分をとる差動検出部３６を備え、この差動検出部３６により検出された差分が演算部３２に出力されるようになっている。
【０１０６】
一方の電極対に直流電圧を印加することにより、可動部２２は固定部２１に対して傾斜し、電極間距離がコンデンサＣ２とＣ３とで異なる。したがって、コンデンサＣ２とＣ３とで電気容量値が異なることとなり、その結果、接続点Ｑにおける電圧値と接続点Ｓにおける電圧値とが異なる。よって、差動検出部３６からは、コンデンサＣ２とコンデンサＣ３との電気容量値の差に対応する電圧値が出力される。
【０１０７】
演算部３２は、差動検出部３６により検出された差分に基づき、コンデンサＣ２またはＣ３の電気容量値Ｃ２またはＣ３を算出するものである。
【０１０８】
駆動電圧制御部３３は、演算部３２により算出されたコンデンサＣ２またはＣ３の電気容量値Ｃ２またはＣ３から可動部２２の変位量を算出し、この変位量が指令値（目標の変位量）となるように、駆動電圧印加部２９により印加する駆動電圧の大きさを制御するものである。
【０１０９】
なお、差動検出部３６、演算部３２及び駆動電圧制御部３３は、特許請求の範囲請求項５の変位量検出手段及び直流電圧制御手段を構成する。
【０１１０】
スイッチング制御部３５は、スイッチＳＷ４のスイッチング動作を制御するものである。すなわち、スイッチング制御部３５は、コンデンサＣ２に静電引力を作用させるときには、スイッチＳＷ４をコンデンサＣ２側にオンにして、該コンデンサＣ２の電気容量値Ｃ２を検出するようにする。
【０１１１】
また、スイッチング制御部３５は、コンデンサＣ３に静電引力を作用させるときには、スイッチＳＷ４をコンデンサＣ３側にオンにして、該コンデンサＣ３の電気容量値Ｃ３を検出するようにする。
【０１１２】
このように、第３の実施形態と同様、電極対により構成されるコンデンサの分圧値を用いた駆動電圧のフィードバック制御により、可動部２２を目標の変位量だけ変位させるようにしているから、可動部２２の変位量を検出すべくピエゾ素子などの変位検出用の素子を別途備えることなく、高精度な変位制御を行うことができる。
【０１１３】
特に、本実施形態においては、コンデンサを構成する各電極間にそれぞれ高周波信号による静電気力が発生するが、これらの静電気力が互いに相殺するように作用するため、高周波信号の印加による可動部２２の振動を防止または低減することができる。
【０１１４】
また、可動部２２の傾斜により一方の電極対の電極間距離がｄだけ小さくなったものとすると、他方の電極対の電極間距離はｄだけ大きくなる。ここで、電極の大きさに比して可動部２２の変位量は非常に小さいから、電気容量値の増減量は、両方のコンデンサＣ２、Ｃ３で略同一とみなすことができる。したがって、その増減量をΔＣとすると、各コンデンサＣ２，Ｃ３の電気容量値Ｃ２，Ｃ３は、
Ｃ２＝Ｃｏｆｆ＋ΔＣ ・・・（６）
Ｃ３＝Ｃｏｆｆ−ΔＣ ・・・（７）
となる。
【０１１５】
また、差動検出部３６の出力値は、電気容量値Ｃ２とＣ３との差分に対応する。電気容量値Ｃ１とＣ２との差分は、
Ｃ２−Ｃ３＝２ΔＣ ・・・（８）
となる。
【０１１６】
式（８）によれば、第３の実施形態においては、変位量をΔｄだけ変化させるために直流電圧を変化させてコンデンサの電気容量値をΔＣだけ変化させていたところ、本実施形態では、ΔＣだけコンデンサの電気容量値を変化させると、Δｄ×（１／２）だけ変位量が変化することから、本実施形態においては、第３の実施形態に比してより高い精度（２倍の精度）で変位制御を行うことができる。
【０１１７】
ところで、上記第１〜第４のマイクロアクチュエータ１，２０は、次に説明する光スイッチを構成するに際して用いられる。
【０１１８】
図９は、第３、第４の実施形態のマイクロアクチュエータ２０を用いて構成された光スイッチ３７の図である。
【０１１９】
図９に示すように、光スイッチ３７は、前述したマイクロアクチュエータ２０と、投光部３８と、３つの異なる位置に配設された受光部３９〜４１とを備えると共に、マイクロアクチュエータ２０における可動部２２の電極２５，２６と反対の面に反射鏡４２が設けられている。反射鏡４２は、例えばマイクロアクチュエータがシリコンで形成される場合には、その可動部の表面をそのまま鏡面として用いることができる。また、例えば、可動部２２の表面にアルミニウムを蒸着することで反射鏡４２を形成してもよい。
【０１２０】
そして、前述のように可動部２２の変位量を制御することで、入射光を受光部３８〜４０のうち択一的に入射光を反射する。
【０１２１】
このような構成を有する光スイッチ３７において、前述のような本実施形態のマイクロアクチュエータ２０を採用することで、反射光の方向を切換える制御を高い精度で行うことができる。
【０１２２】
なお、本発明は、上記実施形態に限らず、次の変形形態（１）〜（４）が採用可能である。
【０１２３】
（１）第１の実施形態で述べたような、可動部の変位が安定して分圧値がほぼ一定値に安定すると高周波信号印加部や検出部の動作を停止させる構成や、駆動電圧の大きさに応じて高周波信号の振幅を変化させる構成は、第２〜第４の実施形態にも採用可能である。
【０１２４】
（２）図９において、本発明に係るマイクロアクチュエータが、入射光を反射し、かつその反射光の向きを異なる３つの方向に切換える光スイッチとして採用される例を示したが、切換える反射光の向きは３つに限られず、必要に応じて適宜設定することができる。その際、切換える反射光の向きが多くなればなるほど、マイクロアクチュエータの変位制御に高い精度が要求され、本実施形態のマイクロアクチュエータは特にこの場合に有効となる。
【０１２５】
また、反射光の向きを異なる２つの方向に切換える構成とした場合には、スイッチＯＮ状態とスイッチＯＦＦ状態とを備える光スイッチを構成することができる。
【０１２６】
（３）上記各実施形態では、分圧用素子として、電気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ３を採用したが、これに限られず、例えばコイルなどでもよい。
【０１２７】
（４）上記実施形態では、コンデンサＣ１〜Ｃ３と電気抵抗素子Ｒ１〜Ｒ３とで分圧された電圧値に基づいてコンデンサＣ１〜Ｃ３の電気容量値を算出するようにしたが、これは、コンデンサＣ１〜Ｃ３にかかる電圧の電圧値に基づいてコンデンサＣ１〜Ｃ３の電気容量値を算出することと技術的に同義であることは言うまでもない。
【０１２８】
【発明の効果】
このように、可動部を駆動するための一対の電極を、該可動部の変位を検出するための素子として兼用し、その電極による分圧値を用いた駆動電圧のフィードバック制御により、可動部を目標の変位量だけ変位させるとともに、交流電圧の印加による可動部の振動が発生しない周波数の交流電圧を印加するようにしたので、可動部を目標の変位量だけ変位させた状態で静止させておくことができ、高精度な変位制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】マイクロアクチュエータの第１の実施形態の構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態におけるマイクロアクチュエータの駆動制御回路を示すブロック図である。
【図３】マイクロアクチュエータの第２の実施形態の構成を示す図である。
【図４】第２の実施形態におけるマイクロアクチュエータの駆動制御回路を示すブロック図である。
【図５】マイクロアクチュエータの第３の実施形態の構成を示す図である。
【図６】ばねの構成を示す図である。
【図７】第３の実施形態におけるマイクロアクチュエータの駆動制御回路を示すブロック図である。
【図８】第４の実施形態におけるマイクロアクチュエータの駆動制御回路を示すブロック図である。
【図９】第３、第４の実施形態のマイクロアクチュエータを用いて構成された光スイッチの図である。
【符号の説明】
１，２０ マイクロアクチュエータ
２，２１ 固定部
３，２２ 可動部
５，６，２５〜２８ 電極
Ｃ１〜Ｃ３ コンデンサ
Ｒ１〜Ｒ３ 電気抵抗素子（分圧用素子）
８，２９ 駆動電圧印加部
９，３０ 高周波信号印加部
１０，３１ 検出部
１１，３２ 演算部
１２，３３ 駆動電圧制御部
１３，３４ 高周波信号制御部
３５ スイッチング制御部
１４ ストッパ
Ｃ２，Ｃ３ コンデンサ
３７ 光スイッチ
３８ 投光部
３９ 第１受光部
４０ 第２受光部
４１ 第３受光部
４２ 反射鏡
Claims (8)
- 電極を有する固定部と、
前記固定部の電極に対向する電極を備え、これら一対の電極に直流電圧が印加されると、その電極間に作用する静電気力により変位する可動部と、
前記一対の電極に直流電圧を印加する直流電圧印加手段と、
前記可動部が振動しない周波数の交流電圧を前記直流電圧に重畳する交流電圧印加手段と、
前記交流電圧を前記一対の電極とで分圧するための分圧用素子と、
前記交流電圧の印加により前記一対の電極間に発生する電圧値に基づいて、前記可動部の変位量を検出する変位量検出手段と、
前記変位量検出手段により検出された変位量が目標値となるように、前記直流電圧を制御する直流電圧制御手段と
を備えることを特徴とするアクチュエータ。 - 電極を有する固定部と、
前記固定部の電極に対向する電極を備え、これら一対の電極に直流電圧が印加されると、その電極間に作用する静電気力により変位する可動部と、
前記可動部の変位を所定の位置で規制して、前記可動部の変位限界位置を決定する規制部と、
前記一対の電極に直流電圧を印加する直流電圧印加手段と、
交流電圧を前記直流電圧に重畳する交流電圧印加手段と、
前記交流電圧を前記一対の電極とで分圧するための分圧用素子と、
前記直流電圧が印加されていない状態における前記一対の電極の電気容量値と、前記可動部が前記変位限界位置に位置するときの前記一対の電極の電気容量値とから、予め算出された、前記可動部の目標の変位量が得られる前記一対の電極間の目標電圧値を記憶する記憶手段と、
前記一対の電極間に発生する電圧値が前記目標電圧値となるように、前記直流電圧を制御する直流電圧制御手段と
を備えることを特徴とするアクチュエータ。 - 前記交流電圧印加手段の交流電圧は、前記可動部が振動しない周波数の交流電圧であることを特徴とする請求項２に記載のアクチュエータ。
- 固定部と、
重心を含む１の軸を中心として、該軸の両側が変位可能に支持された可動部と、
前記軸の両側に位置する各領域において、前記固定部と前記可動部とに対向して備えられた複数の電極対と、
前記領域を択一的に選択し、その選択した領域の電極対に直流電圧を印加する直流電圧印加手段と、
前記軸に対して前記直流電圧が印加される電極対と反対の領域に備えられた電極対に、前記可動部が振動しない周波数の交流電圧を前記直流電圧に重畳する交流電圧印加手段と、
前記交流電圧を前記電極対とで分圧するための分圧用素子と、
前記交流電圧の印加により前記電極対間に発生する電圧値に基づいて、前記可動部の変位量を検出する変位量検出手段と、
前記変位量検出手段により検出された変位量が目標値となるように、前記直流電圧を制御する直流電圧制御手段と
を備えることを特徴とするアクチュエータ。 - 固定部と、
重心を含む１の軸を中心として、該軸の両側が変位可能に支持された可動部と、
前記軸の両側に位置する各領域において、前記固定部と前記可動部とに対向して備えられた複数の電極対と、
前記領域を択一的に選択し、その選択した領域の電極対に直流電圧を印加する直流電圧印加手段と、
前記両領域の電極対に同時に、前記可動部が振動しない周波数の交流電圧を前記直流電圧に重畳する交流電圧印加手段と、
前記交流電圧を前記電極対とで分圧するための分圧用素子と、
前記交流電圧の印加により各電極対間に発生する各電圧値の差分を検出し、その差分に基づいて前記可動部の変位量を検出する変位量検出手段と、
前記変位量検出手段により検出された変位量が目標値となるように、前記直流電圧を制御する直流電圧制御手段と
を備えることを特徴とするアクチュエータ。 - 前記直流電圧印加手段により直流電圧を前記一対の電極に印加するときから、前記交流電圧印加手段に前記交流電圧の印加を開始させ、前記変位量検出手段により検出される前記可動部の変位量の変化が略なくなると、前記交流電圧印加手段に前記交流電圧の印加を停止させる交流電圧制御手段を備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のアクチュエータ。
- 前記直流電圧印加手段により印加される直流電圧の大きさに応じて、前記交流電圧印加手段により印加される交流電圧の大きさを変化させる交流電圧制御手段を備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のアクチュエータ。
- 請求項１ないし７のいずれかに記載のアクチュエータと、前記アクチュエータの可動部に設けられた反射鏡と、前記反射鏡に向けて光を入射させる入射手段と、前記反射鏡により反射された光を受光する１または複数の受光手段とを備える光スイッチ。
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