JP2016206226A - 制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】クーロン力を利用してマイクロミラー等の反射体の傾斜角を制御する過程で発生する反射体の傾斜角のオーバーシュートを抑制することができる制御装置および制御方法を提供する。
【解決手段】本発明の一態様による制御装置は、弾性部材により支持された反射体の傾斜角を制御する制御装置であって、前記反射体との間に静電容量が形成されるように前記反射体を挟んで対向配置された一対の電極と、前記一対の電極の何れかを通じて前記静電容量を充電することにより前記反射体と前記一対の電極の何れかとの間にクーロン力を発生させ、前記クーロン力の作用を受けて前記反射体の位置が変化する過程で前記クーロン力を一時的に抑制するように前記一対の電極間の電圧を制御する制御部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロミラー等の反射体の傾斜角を制御するための制御装置および制御方法に関する。

従来、静電容量型のマイクロミラーが知られている（特許文献１参照）。静電容量型のマイクロミラーの傾斜角は、クーロン力を利用することにより電気的に変更することが可能となっている。このため、マイクロミラーは、例えば、通信の分野において光信号の伝送方向を切り替えるための光スイッチ等に利用されている。静電容量型のマイクロミラーを車両の灯火装置内のリフレクタ（反射器）として利用すれば、簡易な構成でビームの方向を切り替えることができる。また、マイクロミラーを揺動させて車両の灯火装置のビームの方向をスイープさせることにより、照射範囲を任意に制御することも可能になる。

特開２００５−２０８１６４号公報

しかしながら、車両の灯火装置のビームの方向をスイープさせるためにクーロン力を利用してマイクロミラーを揺動させると、その慣性質量により、マイクロミラーの傾斜角にオーバーシュートが生じる場合がある。このため、マイクロミラーの傾斜角を精度よく制御することが困難になり、照射範囲を精度よく制御することが困難になる場合がある。

また、クーロン力を利用してマイクロミラーの傾斜角を二値的に切り替えることにより、車両の灯火装置のビームをハイビームとロービームとに切り替えることも可能であるが、この場合も、ビームを切り替える際にマイクロミラーの傾斜角にオーバーシュートが生じ、ビームの方向が不安定になる場合が起こり得る。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、クーロン力を利用してマイクロミラー等の反射体の傾斜角を制御する過程で発生する反射体の傾斜角のオーバーシュートを抑制することができる制御装置および制御方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る制御装置は、弾性部材により支持された反射体の傾斜角を制御する制御装置であって、前記反射体との間に静電容量が形成されるように前記反射体を挟んで対向配置された一対の電極と、前記一対の電極の何れかを通じて前記静電容量を充電することにより前記反射体と前記一対の電極の何れかとの間にクーロン力を発生させ、前記クーロン力の作用を受けて前記反射体の位置が変化する過程で前記クーロン力を一時的に抑制するように前記一対の電極間の電圧を制御する充電制御部と、を備えた制御装置の構成を有する。

本発明の一態様に係る制御方法は、弾性部材により支持された反射体の傾斜角を制御する制御方法であって、前記反射体との間に静電容量が形成されるように前記反射体を挟んで対向配置された一対の電極の何れかを通じて前記静電容量を充電することにより前記反射体と前記一対の電極の何れかとの間にクーロン力を発生させる段階と、前記クーロン力の作用を受けて前記反射体の位置が変化する過程で前記クーロン力を一時的に抑制するように前記一対の電極間の電圧を制御する段階と、を含む制御方法の構成を有する。

本発明の一態様によれば、クーロン力を利用して反射体の傾斜角を制御する過程で発生する反射体の傾斜角のオーバーシュートを抑制することができる。

本発明の実施形態による制御装置の全体構成例を模式的に示す図である。 本発明の実施形態による制御装置の制御対象であるマイクロミラーを備えた反射ユニットの分解図である。 本発明の実施形態による制御装置の構成例の一部の詳細を示す図である。 本発明の実施形態による制御装置の動作を説明するための図であり、（ａ）は、クーロン力を用いてマイクロミラーを傾斜させる動作を説明するための図であり、（ｂ）は、マイクロミラーを傾斜させる過程でマイクロミラーに作用するクーロン力を抑制させる動作を説明するための図である。 本発明の実施形態による制御装置の動作を説明するための図であり、静電容量に対する電圧印加時間と変位量との関係を示す特性図である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態による制御装置１００の全体構成例を模式的に示す図である。制御装置１００は、反射ユニットＲＵに反射体として備えられたマイクロミラーＭの傾斜角を制御する制御装置であり、電極ＴＡ１〜ＴＡ４，ＴＢ１〜ＴＢ４、駆動部ＤＲ１〜ＤＲ４、充電制御部ＣＣ、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を備えている。マイクロミラーＭは、反射ユニットＲＵのフレーム部Ｈ２（図２）に取り付けられた弾性部Ｂ１，Ｂ２により揺動可能に支持されている。

反射ユニットＲＵを二次元マトリックス状に複数配列することにより、例えば車両の灯火装置のリフレクタ（反射器）を実現することができる。本実施形態では、説明の簡略化のため、上記リフレクタ等に適用された一つの反射ユニットＲＵに備えられたマイクロミラーＭの傾斜角を制御する場合を例として制御装置１００説明する。

ここで、図２を参照して、反射ユニットＲＵについて説明する。
図２は、本発明の実施形態による制御装置１００の制御対象であるマイクロミラーＭを備えた反射ユニットＲＵの分解図である。反射ユニットＲＵは、電極ＴＢ１〜ＴＢ４が配置されたベース部Ｐ、フレーム部Ｈ１、マイクロミラーＭ、弾性部Ｂ１〜Ｂ４、電極ＴＡ１〜ＴＡ４が配置されたフレーム部Ｈ２を備え、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical System)技術により実現されている。ただし、反射ユニットＲＵは、ＭＥＭＳ技術によらず、任意の形態で実現され得る。

ベース部Ｐは、絶縁性部材から構成され、マイクロミラーＭの外形に合わせて、概略四角形状に形成されている。ベース部Ｐの各コーナー付近には電極ＴＢ１〜ＴＢ４が配置されている。フレーム部Ｈ１は、ベース部Ｐと同様の絶縁性部材から構成され、ベース部Ｐの外周形状に合わせて、四角形状の枠体として形成されている。フレーム部Ｈ１は、その内方に電極ＴＢ１〜ＴＢ４が位置するように、ベース部Ｐ上に形成されている。フレーム部Ｈ１，Ｈ２及びベース部ＰはフレームＨを構成する。

マイクロミラーＭは、概略四角形の形状を有する板状の導電性部材から構成されている。マイクロミラーＭの各コーナー部には、弾性部材からなる弾性部Ｂ１〜Ｂ４が形成されている。図２の例では、マイクロミラーＭを形成する導電性部材と弾性部Ｂ１〜Ｂ４を形成する弾性部材は同一部材であり、マイクロミラーＭと弾性部Ｂ１〜Ｂ４は一体的に形成されている。図２の例では、マイクロミラーＭの各コーナー部の一部が弾性部Ｂ１〜Ｂ４として波状に形成されている。なお、マイクロミラーＭの形状は、四角形に限らず、反射体として機能し得ることを限度に、任意の多角形の形状であり得る。

マイクロミラーＭは、マイクロミラーＭに外力が作用していない状態でマイクロミラーＭの各コーナー部がベース部Ｐ上の電極ＴＢ１〜ＴＢ４と略一定の距離を置いて対向するように、弾性部Ｂ１〜Ｂ４を介してフレーム部Ｈ１に取り付けられている。これにより、マイクロミラーＭは、弾性部Ｂ１〜Ｂ４により揺動可能に支持されている。また、導電性部材からなるマイクロミラーＭは、電気的に接地されている。ただし、マイクロミラーＭは、絶縁性部材であってもよく、その場合、マイクロミラーＭと電極ＴＡ１〜ＴＡ４，ＴＢ１〜ＴＢ４との間に静電容量が形成されるように、マイクロミラーＭ上に電極となる導電性部材が配置される。

フレーム部Ｈ２は、フレーム部Ｈ１と同様の絶縁性部材からなる枠体として構成されている。フレーム部Ｈ２は、その内方にマイクロミラーＭが位置するように、フレーム部Ｈ１上に形成されている。フレーム部Ｈ２には、マイクロミラーＭに外力が作用しない状態で電極ＴＡ１〜ＴＡ４がマイクロミラーＭのコーナー領域と一定の距離を置いて対向するように、電極ＴＡ１〜ＴＡ４が取り付けられている。

上述の図２に示す反射ユニットＲＵの構成において、電極ＴＡ１と電極ＴＢ１との組み合わせは、それぞれの電極とマイクロミラーＭとの間に静電容量が形成されるようにマイクロミラーＭの一つのコーナー部を挟んで対向配置された一対の電極を構成する。同様に、電極ＴＡ２と電極ＴＢ２との組み合わせが一対の電極を構成し、電極ＴＡ３と電極ＴＢ３との組み合わせが一対の電極を構成し、電極ＴＡ４と電極ＴＢ４との組み合わせが一対の電極を構成する。以下では、「一対の電極」なる表現は、上記の電極の組み合わせの何れかを指す。「対をなす電極」なる表現も同様である。
なお、本実施形態では、電極ＴＡ１〜ＴＡ４、ＴＢ１〜ＴＢ４のそれぞれとマイクロミラーＭとの間に形成される各静電容量は互いに等しいものとするが、各静電容量は互いに異なっていてもよい。

本実施形態では、一対の電極ＴＡ１，ＴＢ１と一対の電極ＴＡ４，ＴＢ４とは、マイクロミラーＭの複数のコーナー部のうち、マイクロミラーＭの重心を挟んで相互に対向する二つのコーナー部にそれぞれ配置されている。同様に、一対の電極ＴＡ２，ＴＢ２と一対の電極ＴＡ３，ＴＢ３とは、それぞれ、マイクロミラーＭの複数のコーナー部のうち、マイクロミラーＭの重心を挟んで相互に対向する二つのコーナー部に配置されている。

説明を図１に戻す。駆動部ＤＲ１〜ＤＲ４は、充電制御部ＣＣの制御の下に、電極ＴＡ１〜ＴＡ４，ＴＢ１〜ＴＢ４を駆動するための要素である。具体的には、駆動部ＤＲ１は、電極ＴＡ１と電極ＴＢ４とに電圧Ｖｏまたは接地電圧を印加するための要素である。駆動部ＤＲ２は、電極ＴＡ２と電極ＴＢ３とに電圧Ｖｏまたは接地電圧を印加するための要素である。駆動部ＤＲ２は、電極ＴＡ２と電極ＴＢ３とに電圧Ｖｏまたは接地電圧を印加するための要素である。

駆動部ＤＲ３は、電極ＴＡ３と電極ＴＢ２とに電圧Ｖｏまたは接地電圧を印加するための要素である。駆動部ＤＲ４は、電極ＴＡ４と電極ＴＢ１とに電圧Ｖｏまたは接地電圧を印加するための要素である。また、駆動部ＤＲ１〜ＤＲ４は、その出力状態をフローティング状態とする機能も有している。従って、駆動部ＤＲ１〜ＤＲ４の出力状態は、電圧Ｖｏの出力状態、接地電圧の出力状態、フローティング状態の３つの状態をとり得る。

図３は、本発明の実施形態による制御装置１００の構成例の一部の詳細を示す図であり、駆動部ＤＲ２，ＤＲ３の構成例を説明するための図である。図３に示す反射ユニットＲＵの断面構造は、図１に示す弾性部Ｂ２，Ｂ３が取り付けられた図２に示すフレーム部Ｈ１，Ｈ２の対角方向の二つの角部を繋ぐ対角線での断面構造を示している。また、図３では、図１に示す駆動部ＤＲ１〜ＤＲ４のうち、電極ＴＡ２，ＴＡ３および電極ＴＢ２，ＴＢ３の駆動に関与する駆動部ＤＲ２，ＤＲ３のみが示されており、他の駆動部ＤＲ１，ＤＲ４は省略されている。また、図３では、一対の電極ＴＡ２，ＴＢ２と一対の電極ＴＡ３，ＴＢ３とを短絡するためのスイッチＳＷ２，ＳＷ３のみが示されており、他のスイッチＳＷ１，ＳＷ４は省略されている。

図３に示すように、駆動部ＤＲ２は、可変電源ＰＳ２、逆流防止用のダイオードＤ２、電界効果トランジスタ（以下、トランジスタと称す。）Ｑ２１，Ｑ２２、電流制限用の抵抗Ｒ２１，Ｒ２２（電流制限用素子）、ゲート駆動回路Ｇ２を備えている。可変電源ＰＳ２の負極は接地され、可変電源ＰＳ２の正極はダイオードＤ２のアノードに接続されている。本実施形態では、可変電源ＰＳ２が発生させる電圧は、基準の電圧Ｖｏに固定されているものとするが、必要とするマイクロミラーＭの傾斜角や傾斜速度に応じて、可変電源ＰＳ２が発生させる電圧を変化させてもよい。

ダイオードＤ２のカソードはトランジスタＱ２１のドレインに接続されている。トランジスタＱ２１のソースは抵抗Ｒ２１の一端に接続され、抵抗Ｒ２１の他端は、駆動部ＤＲ２の出力ノードＮ２に接続されている。即ち、トランジスタＱ２１のソースと出力ノードＮ２との間に抵抗Ｒ２１が接続されている。抵抗Ｒ２２の一端は、出力ノードＮ２に接続され、抵抗Ｒ２２の他端は、トランジスタＱ２２のドレインに接続されている。即ち、出力ノードＮ２とトランジスタＱ２２のドレインとの間に抵抗Ｒ２２が接続されている。トランジスタＱ２２のソースは接地されている。

ここで、トランジスタＱ２１は、電極ＴＡ２および電極ＴＢ３のそれぞれとマイクロミラーＭとの間に形成された静電容量ＣＡ２および静電容量ＣＢ３を充電する際にオン状態に制御されるトランジスタである。可変電源ＰＳ２の正極、ダイオードＤ２、トランジスタＱ２１、抵抗Ｒ２１、電極ＴＡ２，ＴＢ３は、静電容量ＣＡ２，ＣＢ３の充電経路を形成する。従って、電流制限用の抵抗Ｒ２１は、静電容量ＣＡ２，ＣＢ３の充電経路上に設けられている。また、トランジスタＱ２２は、静電容量ＣＡ２，ＣＢ３を放電させる際にオン状態に制御されるトランジスタである。可変電源ＰＳ２の負極（接地）、トランジスタＱ２２、抵抗Ｒ２２、電極ＴＡ２，ＴＢ３は、静電容量ＣＡ２，ＣＢ３の放電経路を形成する。従って、電流制限用の抵抗Ｒ２２は、静電容量ＣＡ２，ＣＢ３の放電経路上に設けられている。

駆動部ＤＲ３は、上述の駆動部ＤＲ２と同様に構成されている。即ち、駆動部ＤＲ３は、可変電源ＰＳ３、逆流防止用のダイオードＤ３、トランジスタＱ３１，Ｑ３２、電流制限用の抵抗Ｒ３１，Ｒ３２（電流制限用素子）、ゲート駆動回路Ｇ３を備えている。ここで、トランジスタＱ３１は、電極ＴＡ３および電極ＴＢ２のそれぞれとマイクロミラーＭとの間に形成された静電容量ＣＡ３および静電容量ＣＢ２を充電する際にオン状態に制御されるトランジスタである。

可変電源ＰＳ３の正極、ダイオードＤ３、トランジスタＱ３１、抵抗Ｒ３１、電極ＴＡ３，ＴＢ２は、静電容量ＣＡ３，ＣＢ２の充電経路を形成する。従って、電流制限用の抵抗Ｒ３１は、静電容量ＣＡ３，ＣＢ２の充電経路上に設けられている。また、トランジスタＱ３２は、静電容量ＣＡ３，ＣＢ２を放電させる際にオン状態に制御されるトランジスタであり、可変電源ＰＳ３の負極（接地）、トランジスタＱ３２、抵抗Ｒ３２、電極ＴＡ３，ＴＢ２は、静電容量ＣＡ３，ＣＢ２の放電経路を形成する。従って、電流制限用の抵抗Ｒ３２は、静電容量ＣＡ３，ＣＢ２の放電経路上に設けられている。

説明を図１に戻す。スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、それぞれ、充電制御部ＣＣの制御の下に、上述の一対の電極間を短絡するための要素である。スイッチＳＷ１は、電極ＴＡ１と電極ＴＢ１との一対の電極間に接続され、スイッチＳＷ２は、電極ＴＡ２と電極ＴＢ２との一対の電極間に接続され、スイッチＳＷ３は、電極ＴＡ３と電極ＴＢ３との一対の電極間に接続され、スイッチＳＷ４は、電極ＴＡ４と電極ＴＢ４との一対の電極間に接続されている。スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、充電制御部ＣＣにより、上記一対の電極間に発生するクーロン力の作用を受けてマイクロミラーＭの位置が変化する過程で一時的に閉状態に制御される。初期状態では、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、開状態に設定されている。

充電制御部ＣＣは、上記電極ＴＡ１〜ＴＡ４，ＴＢ１〜ＴＢ４のそれぞれとマイクロミラーＭとの間に形成された静電容量（例えば、図３の静電容量ＣＡ２，ＣＡ３，ＣＢ２，ＣＢ３等に対応する静電容量）の充放電を制御するたための要素である。本実施形態では、充電制御部ＣＣは、一対の電極（例えば、図３の電極ＴＡ２，ＴＢ２）の何れかの電極を通じて、この一対の電極とマイクロミラーＭとの間に形成された静電容量（例えば、図２の静電容量ＣＢ２）を充電する。これにより、充電制御部ＣＣは、マイクロミラーＭと上記一対の電極の何れかの電極との間にクーロン力を発生させ、このクーロン力をマイクロミラーＭに作用させることにより、マイクロミラーＭの位置を変化させる。

また、充電制御部ＣＣは、上記クーロン力の作用を受けてマイクロミラーＭの位置が変化する過程で上記クーロン力を一時的に抑制するように上記一対の電極間の電圧（例えば、図３の電極ＴＡ２と電極ＴＢ２との間の電圧）を制御する。本実施形態では、充電制御部ＣＣは、マイクロミラーＭの位置が変化する過程で、マイクロミラーＭの各コーナー部を挟んで対向配置された一対の電極間の電位差（例えば、電極ＴＡ２と電極ＴＢ２との間の電位差）を、その一対の電極とマイクロミラーＭとの間に形成された静電容量の充電電圧（例えば、静電容量ＣＢ２の充電電圧）よりも一時的に小さくするが、その詳細は後述する。

次に、図４を参照して本実施形態による制御装置１００の制御動作を詳細に説明する。
図４は、本発明の実施形態による制御装置１００の動作を説明するための図であり、（ａ）は、クーロン力を用いてマイクロミラーを傾斜させる動作を説明するための図であり、（ｂ）は、マイクロミラーを傾斜させる過程でマイクロミラーに作用するクーロン力を抑制させる動作を説明するための図である。

ここでは、マイクロミラーＭの重心Ｊを挟んで対向する位置に配置された電極ＴＡ３および電極ＴＢ２のそれぞれとマイクロミラーＭとの間に形成される静電容量ＣＡ３および静電容量ＣＢ２を充電することにより、マイクロミラーＭに対して図４（ａ）に示す上方向のクーロン力ＦＡ３と下方向のクーロン力ＦＢ２とを発生させ、これらのクーロン力ＦＡ３，ＦＢ２によりマイクロミラーＭを図３の時計回り方向に揺動させる場合を例に説明する。

初期状態では、充電制御部ＣＣは、駆動部ＤＲ２のゲート駆動回路Ｇ２を通じてトランジスタＱ２１をオフ状態に制御すると共にトランジスタＱ２２をオン状態に制御し、駆動部ＤＲ３のゲート駆動回路Ｇ３を通じてトランジスタＱ３１をオフ状態に制御すると共にトランジスタＱ３２をオン状態に制御しているものとする。

上記初期状態では、電極ＴＡ２，ＴＢ２，ＴＡ３，ＴＢ３の各電圧は、マイクロミラーＭと同じ接地電圧（例えば、０[Ｖ]）となるため、マイクロミラーＭと電極ＴＡ２，ＴＢ２，ＴＡ３，ＴＢ３のそれぞれとの間の各静電容量は放電された状態にあり、各静電容量の電荷量はゼロである。従ってこの場合、マイクロミラーＭと電極ＴＡ２，ＴＢ２，ＴＡ３，ＴＢ３のそれぞれとの間にクーロン力は発生しない（即ち、クーロン力はゼロである）。このため、マイクロミラーＭは、弾性部Ｂ２，Ｂ３により水平状に支持され、このときのマイクロミラーＭの傾斜角θをゼロとする。

次に、上記初期状態から、図４において時計回り方向にマイクロミラーＭを傾斜させる場合を考える。上記初期状態から、充電制御部ＣＣは、図３に示す駆動部ＤＲ３のゲート駆動回路Ｇ３を通じて、トランジスタＱ３２をオフ状態に制御すると共に、トランジスタＱ３１をオン状態に制御する。トランジスタＱ３１がオン状態になると、可変電源ＰＳ３の電圧Ｖｏが、ダイオードＤ３、トランジスタＱ３１、抵抗Ｒ３１を通じて出力ノードＮ３から電極ＴＡ３，ＴＢ２に出力され、静電容量ＣＡ３，ＣＢ２が電圧Ｖｏによりそれぞれ充電される。

静電容量ＣＡ３が充電されると、静電容量ＣＡ３の正極側には、正電荷「＋Ｑ」（＝ＣＡ３×Ｖｏ）が誘起され、静電容量ＣＡ３の負極側には、逆極性の負電荷「−Ｑ」が誘起される。この電荷量Ｑにより、マイクロミラーＭと上方の電極ＴＡ３との間にクーロン力ＦＡ３（引力）が発生する。また、静電容量ＣＢ２が充電されると、静電容量ＣＢ２の正極側には、正電荷「＋Ｑ」（＝ＣＢ２×Ｖｏ）が誘起され、静電容量ＣＢ２の負極側には、逆極性の負電荷「−Ｑ」が誘起される。この電荷量Ｑにより、マイクロミラーＭと下方の電極ＴＢ２との間にクーロン力ＦＢ２（引力）が発生する。この場合、マイクロミラーＭの面方向（図４の水平方向）におけるクーロン力ＦＡ３の成分とクーロン力ＦＢ２の成分とが相殺される。マイクロミラーＭの面方向と垂直方向についても同様である。このため、マイクロミラーＭの重心Ｊは移動しない。

電極ＴＡ３に対向するマイクロミラーＭのコーナー部は、上記クーロン力ＦＡ３の作用を受けて電極ＴＡ３に引き寄せられ、上方の電極ＴＡ３に向かって移動を開始する。一方、電極ＴＢ２に対向するマイクロミラーＭのコーナー部は、上記クーロン力ＦＢ２の作用を受けて、電極ＴＢ２に引き寄せられ、下方の電極ＴＢ２に向かって移動を開始する。これにより、マイクロミラーＭが時計回り方向に傾斜を開始する。このとき、電流制限用の抵抗Ｒ２１，Ｒ３１により、可変電源ＰＳ２，ＰＳ３からトランジスタＱ２１，Ｑ３１を通じて静電容量ＣＡ３，ＣＢ２にそれぞれ供給される電流が制限されるので、電極ＴＢ２，ＴＡ３の各電圧は、抵抗Ｒ２１，Ｒ３１および静電容量ＣＢ２，ＣＡ３の各値によって定まる時定数に従って徐々に上昇する。

ここで、マイクロミラーＭの移動開始直後は、マイクロミラーＭと電極ＴＡ３，ＴＢ２のそれぞれとの間の距離Ｌは殆ど減少していないので、マイクロミラーＭと電極ＴＡ３，ＴＢ２との間の静電容量ＣＡ３，ＣＢ２の容量値も距離Ｌに応じて小さい状態にある。この場合、駆動部ＤＲ２，ＤＲ３のそれぞれから出力される電圧Ｖｏの殆どは、静電容量ＣＡ３，ＣＢ２に印加される。このため、抵抗Ｒ２１，Ｒ３１による一定の電流制限の影響を受けつつ、静電容量ＣＡ３，ＣＢ２の充電が比較的速やかに行われ、クーロン力ＦＡ３，ＦＢ２は、マイクロミラーＭと電極ＴＡ３，ＴＢ２との間の距離Ｌの二乗に反比例して増加する。

このように、充電制御部ＣＣは、上記コーナー部のそれぞれに対して配置された一対の電極ＴＡ３，ＴＢ３と一対の電極ＴＡ２，ＴＢ２の各電圧を制御することにより、マイクロミラーＭの複数のコーナー部のうち、マイクロミラーＭの重心Ｊを挟んで相互に対向する二つのコーナー部に、相互に反対方向のクーロン力ＦＡ３，ＦＢ２を作用させる。これにより、電極ＴＡ３，ＴＢ２と対向するマイクロミラーＭのコーナー部が、それぞれ、クーロン力ＦＡ３，ＦＢ２の作用を受けて電極ＴＡ３，ＴＢ２に向かって移動し、マイクロミラーＭと電極ＴＡ３，ＴＢ２のぞれぞれとの間の距離Ｌが減少する。この結果、マイクロミラーＭが時計回り方向に傾動する。

ここで、マイクロミラーＭと電極ＴＡ３，ＴＢ２との間の距離Ｌが減少すると、マイクロミラーＭと電極ＴＡ３，ＴＢ２との間に形成された静電容量ＣＡ３，ＣＢ２の容量値が増加する。この結果、静電容量ＣＡ３，ＣＢ２と抵抗Ｒ３１とによって与えられる時定数が距離Ｌに逆比例して増加し、抵抗Ｒ３１の影響が顕在化する。このため、距離Ｌが減少すると、クーロン力の増加が抑制される傾向を示し、クーロン力の制御が容易になる。

充電制御部ＣＣは、上記時定数と距離Ｌとの関係を利用して、マイクロミラーＭに作用するクーロン力ＦＡ３，ＦＢ２を時間の関数として制御する。換言すれば、充電制御部ＣＣは、マイクロミラーＭに作用するクーロン力ＦＡ３，ＦＢ２を、静電容量ＣＡ３，ＣＢ２の充放電のタイミングにより制御する。抵抗Ｒ３１の値は、例えばマイクロミラーＭが適用される装置に応じて任意に設定し得る。例えば、マイクロミラーＭが車両の灯火装置の反射器として利用される場合、その灯火装置に要求されるビームの揺動の速度を満たすように抵抗Ｒ３１の値が設定される。他の抵抗Ｒ２１等についても同様である。

上述のように駆動部ＤＲ３を通じて静電容量ＣＡ３，ＣＢ２の充電を制御する一方で、充電制御部ＣＣは、駆動部ＤＲ２のゲート駆動回路Ｇ２を通じて、トランジスタＱ２１，Ｑ２２を共にオフ状態に制御し、電極ＴＡ２，ＴＢ３をフローティング状態とする。または、充電制御部ＣＣは、トランジスタＱ２１，Ｑ２２を初期状態（トランジスタＱ２１がオフ状態、トランジスタＱ２２がオン状態）に維持する。これにより、マイクロミラーＭと電極ＴＡ２，ＴＢ３のそれぞれとの間の静電容量ＣＡ２，ＣＢ３は充電されないため、静電容量ＣＡ２，ＣＢ３には電荷が蓄積されず、マイクロミラーＭと電極ＴＡ２，ＴＢ３との間にはクーロン力（引力）が発生しない。

上述の例では、マイクロミラーＭの重心Ｊを挟んで対向する位置に配置された電極ＴＡ３および電極ＴＢ２のそれぞれとマイクロミラーＭとの間に形成される静電容量ＣＡ３および静電容量ＣＢ２に着目して、マイクロミラーＭを時計回り方向に傾斜させる場合を説明したが、電極ＴＢ３および電極ＴＡ２のそれぞれとマイクロミラーＭとの間に形成される静電容量ＣＢ３および静電容量ＣＡ２に着目すれば、マイクロミラーＭを反時計回り方向に傾斜させる場合の動作も同様に説明される。

即ち、電極ＴＡ２，ＴＡ３，ＴＢ２，ＴＢ３とマイクロミラーＭとの間に形成される静電容量ＣＡ２，ＣＡ３，ＣＢ２，ＣＢ３を選択的に充電することにより、マイクロミラーＭを時計回り方向と反時計回り方向とに傾斜させることができる。また、電極ＴＡ１，ＴＡ４，ＴＢ１，ＴＢ４とマイクロミラーＭとの間に形成される静電容量ＣＡ１，ＣＡ４，ＣＢ１，ＣＢ４を選択的に充電すれば、上述した静電容量ＣＡ１，ＣＡ４，ＣＢ１，ＣＢ４の充電による傾斜の向きと異なる向きにマイクロミラーＭを傾斜させることができる。即ち、マイクロミラーＭの傾動を多次元的に制御することができる。

図５は、本発明の実施形態による制御装置１００の動作を説明するための図であり、静電容量に対する電圧印加時間ｔとマイクロミラーＭの変位量ｄとの関係を示す特性図である。電圧印加時間ｔは、電圧Ｖｏが電極ＴＡ３，ＴＢ２に印加されている時間であり、変位量ｄは、マイクロミラーＭの初期位置からの移動量である。上述した距離Ｌと変位量ｄとの和は、初期状態における電極ＴＡ３，ＴＢ２のそれぞれとマイクロミラーＭとの間の距離に相当する。また、図５において、実線は、抵抗Ｒ３１を備えない場合（抵抗Ｒ３１の抵抗値をゼロとした場合）の特性を示し、一点鎖線は、抵抗Ｒ３１を備えた場合の特性を示している。また、Ｖ１，Ｖ２は、電圧Ｖｏの電圧値を示し、この例では、電圧値Ｖ１は、電圧値Ｖ２よりも大きい値である。

図５に示すように、電圧Ｖｏの電圧値が大きいほど、マイクロミラーＭの変位量ｄが大きくなる傾向を示す。例えば、電圧印加時間ｔを或る一定の時間に設定した場合、電圧Ｖｏの電圧値を大きい電圧値Ｖ１に設定したときの変位量ｄは、電圧Ｖｏの電圧値を小さい電圧値Ｖ２に設定したときの変位量ｄよりも大きくなる。このことは、電圧Ｖｏの電圧値を大きくするほど、マイクロミラーＭと電極ＴＡ３，ＴＢ２との間の距離Ｌが小さくなることを意味する。従って、距離Ｌに応じて定まるマイクロミラーＭの傾斜角θは、電圧印加時間ｔによっても制御することができ、また、電圧Ｖｏの電圧値を調整することによっても制御することができる。

また、図５において、一点鎖線で示す特性から理解されるように、抵抗Ｒ３１を備えることにより、静電容量ＣＡ３，ＣＢ２に供給される電流（充電電流）が概ね一定に制限されるため、電圧印加時間ｔと変位量ｄとの間の関係が直線的になる。このため、電圧印加時間ｔと距離Ｌとの間の関係も直線的になるため、このような関係を利用してマイクロミラーＭに作用するクーロン力ＦＡ３，ＦＢ２を時間の関数として充電制御する際の処理の負荷を低減することができる。これに対し、抵抗Ｒ３１を備えない場合、変位量ｄの増加量（例えば、図５の時刻ｔ２での変位量ｄ２と時刻ｔ１での変位量ｄ１の差分により示される量）は時間経過に伴って変化するため、充電制御の処理が複雑になる。

次に、上述したマイクロミラーＭがクーロン力ＦＡ３，ＦＢ２の作用を受けてマイクロミラーＭの２つのコーナー部がそれぞれ電極ＴＡ３，ＴＢ２に向けて移動すると、マイクロミラーＭが時計回り方向に傾動する過程で、変位量ｄ（マイクロミラーＭの移動量）の増加に伴って弾性部Ｂ１，Ｂ２による復元力ＦＲ（マイクロミラーＭを初期位置に戻そうとする力）が発生する。このため、マイクロミラーＭには、クーロン力ＦＡ３，ＦＢ２と復元力ＦＲとの２種類の力が作用する。クーロン力ＦＡ３，ＦＢ２が一定であれば、最終的に、マイクロミラーＭのコーナー部は、クーロン力ＦＡ３，ＦＢ２と復元力ＦＲ（図４）とが釣り合う位置で静止する。

しかしながら、実際には、マイクロミラーＭの慣性質量により、マイクロミラーＭのコーナー部は、クーロン力ＦＡ３，ＦＢ２と復元力ＦＲとが釣り合う位置で静止せず、その位置を超えて移動する。このため、マイクロミラーＭの傾斜角θにオーバーシュートが発生する。そこで、充電制御部ＣＣは、次に説明するように、クーロン力ＦＡ３，ＦＢ２の作用を受けてマイクロミラーＭが電極ＴＡ３，ＴＢ２に向けて移動する過程で、見かけ上、クーロン力ＦＡ３，ＦＢ２を一時的に消失または減少させることにより、マイクロミラーＭの傾斜角θのオーバーシュートを抑制する。

マイクロミラーＭの傾斜角θのオーバーシュートを抑制する観点から、充電制御部ＣＣの動作を説明する。
なお、説明の簡略化のため、マイクロミラーＭが傾斜したことにより距離Ｌが変化しても、静電容量ＣＡ３，ＣＢ３，ＣＡ２，ＣＢ２の各容量値は殆ど変化しないものとする。即ち、マイクロミラーＭの傾斜角θは、静電容量ＣＡ３，ＣＢ３，ＣＡ２，ＣＢ２の各容量値に影響を与えない範囲で制御されるものとする。ただし、距離Ｌに応じて静電容量ＣＡ３，ＣＢ３，ＣＡ２，ＣＢ２の各容量値が変化するものとしても、クーロン力ＦＡ３，ＦＢ２を抑制することにより、マイクロミラーＭの傾斜角θのオーバーシュートを抑制することができる。

充電制御部ＣＣは、傾斜角θのオーバーシュートを抑制するための処理として、マイクロミラーＭがクーロン力ＦＡ３，ＦＢ２の作用を受けて電極ＴＡ３，ＴＢ２に向けて移動する過程で、スイッチＳＷ２，ＳＷ３を一時的に閉状態にする処理を実施する。具体的には、充電制御部ＣＣは、駆動部ＤＲ３を通じて、トランジスタＱ３１をオン状態に維持すると共にトランジスタＱ３２をオフ状態に維持したまま、スイッチＳＷ３を閉状態に制御する。また、充電制御部ＣＣは、駆動部ＤＲ２を通じて、トランジスタＱ２１をオン状態に維持すると共にトランジスタＱ２２をオフ状態に維持したまま、スイッチＳＷ２を閉状態に制御する。なお、スイッチＳＷ２，ＳＷ３は、初期状態で開状態に設定されている。

これにより、図４（ｂ）に模式的に示すように、電極ＴＡ３と電極ＴＢ３とがスイッチＳＷ３を通じて電気的に短絡され、静電容量ＣＡ３の電荷量Ｑが、静電容量ＣＡ３と静電容量ＣＢ３とで分配される。ここで、マイクロミラーＭが傾斜しても、静電容量ＣＡ３と静電容量ＣＢ３は互いに等しいと仮定しているので、電極ＴＡ３の電圧と電極ＴＢ３の電圧は、いずれも電圧Ｖｏの２分の１の電圧（Ｖｏ／２）になり、静電容量ＣＡ３の電荷量と静電容量ＣＢ３の電荷量とが相互に等しくなる。

静電容量ＣＡ３の電荷量と静電容量ＣＢ３の電荷量とが等しくなると、電極ＴＡ３とマイクロミラーＭとの間に作用するクーロン力ＦＡ３の大きさと、電極ＴＢ３とマイクロミラーＭとの間に作用するクーロン力ＦＢ３の大きさとが等しくなる。また、クーロン力ＦＡ３とクーロン力ＦＢ３の向きは相互に逆向きの関係にある。このため、クーロン力ＦＡ３とクーロン力ＦＢ３とが相殺し合い、見かけ上、マイクロミラーＭに作用するクーロン力ＦＡ３が消失または減少する。

詳細には、充電制御部ＣＣの制御の下、スイッチＳＷ３が閉状態になると、このスイッチＳＷ３により短絡された電極ＴＡ３と電極ＴＢ３との間の電位差（電圧）は、略ゼロ[V]になり、静電容量ＣＡ３の充電電圧（Ｖｏ）よりも一時的に小さくなる。このため、静電容量ＣＡ３は放電される。この結果、電極ＴＡ３とマイクロミラーＭとの間に発生するクーロン力ＦＡ３が小さくなる。一方、スイッチＳＷ３が閉状態に制御されると、電極ＴＢ３とマイクロミラーＭとの間の電位差（電圧）は拡大するが、この電位差は、静電容量ＣＡ３の充電電圧（Ｖｏ）を超えることはない。このため、電極ＴＢ３とマイクロミラーＭとの間に発生するクーロン力ＦＢ３の大きさがクーロン力ＦＡ３の大きさを超えることはない。従って、マイクロミラーＭに作用するクーロン力ＦＡ３とクーロン力ＦＢ３とが相殺し合い、見かけ上、マイクロミラーＭに作用するクーロン力ＦＡ３が消失または減少する。

同様の理由により、スイッチＳＷ２が閉状態に制御されると、電極ＴＡ２とマイクロミラーＭとの間に作用するクーロン力ＦＡ２と、電極ＴＢ２とマイクロミラーＭとの間に作用するクーロン力ＦＢ２とが相殺し合う。このため、見かけ上、マイクロミラーＭに作用するクーロン力ＦＢ２が消失または減少し、主として弾性部Ｂ２，Ｂ３による復元力ＦＲがマイクロミラーＭに作用する。この結果、マイクロミラーＭの移動速度が減速され、マイクロミラーＭの傾斜角θのオーバーシュートが抑制される。

例えば、充電制御部ＣＣは、電極ＴＡ１〜ＴＡ４，ＴＢ１〜ＴＢ４のそれぞれに電圧Ｖｏを印加するタイミングと、スイッチＳＷ２，ＳＷ３の閉状態および開状態の各タイミングとが規定されたテーブルを備えている。このテーブルに規定されたスイッチＳＷ２，ＳＷ３の閉状態および開状態の各タイミングは、マイクロミラーＭの傾斜角θのオーバーシュートが抑制されるように、事前の実験等により決定される。充電制御部ＣＣは、上記テーブルを参照することによりスイッチＳＷ２，ＳＷ３の閉状態および開状態を制御し、これによりマイクロミラーＭの傾斜角θのオーバーシュートを抑制する。ただし、この例に限定されず、マイクロミラーＭの傾斜角θのオーバーシュートを抑制することができることを限度として、スイッチＳＷ２，ＳＷ３の制御手法は任意である。

次に、充電制御部ＣＣは、図４において、上述とは逆方向の反時計回り方向に傾斜させるための制御処理に移行する。具体的には、充電制御部ＣＣは、駆動部ＤＲ３を通じて電極ＴＡ３および電極ＴＢ２に接地電圧を印加し、駆動部ＤＲ２を通じて電極ＴＡ２および電極ＴＢ３に電圧Ｖｏを印加する。これにより、上述と同様に電極ＴＡ２および電極ＴＢ３のそれぞれとマイクロミラーＭとの間にクーロン力ＦＡ２，ＦＢ３（引力）が発生し、マイクロミラーＭが反時計回り方向の傾斜を開始する。

そして、充電制御部ＣＣは、電極ＴＡ２，ＴＢ３に対向するマイクロミラーＭのコーナー部がクーロン力ＦＡ２，ＦＢ３の作用を受けて電極ＴＡ２，ＴＢ３に向けて移動する過程で、スイッチＳＷ２，ＳＷ３を一時的に閉状態にする。これにより、上述と同様に、見かけ上、マイクロミラーＭに作用するクーロン力が消失または減少し、主として復元力ＦＲがマイクロミラーＭに作用する。これにより、マイクロミラーＭが反時計回り方向に傾斜する過程で発生する傾斜角θのオーバーシュートが抑制される。

以後、同様に、充電制御部ＣＣの制御の下、駆動部ＤＲ２と駆動部ＤＲ３とが電極ＴＡ２，ＴＢ３と電極ＴＡ３，ＴＢ２とを交互に駆動することにより、マイクロミラーＭが一定周期で揺動する。また、充電制御部ＣＣの制御の下、マイクロミラーＭが揺動する過程でスイッチＳＷ２，ＳＷ３を一時的に閉状態とすることにより、マイクロミラーＭの傾斜角θのオーバーシュートが抑制される。従って、例えば灯火装置の光源からの光をマイクロミラーＭで反射させれば、灯火装置のビームを精度よく且つ安定的にスイープさせることができる。

また、充電制御部ＣＣの制御の下、駆動部ＤＲ２と駆動部ＤＲ３とにより、電極ＴＡ２，ＴＢ３と電極ＴＡ３，ＴＢ２との何れかを選択的に駆動することにより、マイクロミラーＭの傾斜角θを二値的に切り替えることができる。従って、例えば灯火装置の光源からの光をマイクロミラーＭで反射させれば、灯火装置のビームを精度よく且つ安定的にロービームまたはハイビームに切り替えることができる。

上述の例では、電極ＴＡ２，ＴＢ３を駆動する駆動部ＤＲ２と、電極ＴＡ３，ＴＢ２を駆動する駆動部ＤＲ３とに着目して制御装置１００の制御動作を説明したが、電極ＴＡ１，ＴＢ４を駆動する駆動部ＤＲ１と、電極ＴＡ４，ＴＢ１を駆動する駆動部ＤＲ４とに着目した制御装置１００の動作についても同様に説明される。
駆動部ＤＲ１〜ＤＲ４によりマイクロミラーＭの傾斜を制御することにより、マイクロミラーＭによる反射面の向きを多次元的に精度よくかつ安定的に制御することができる。

＜変形例＞
図１および図３に示す例では、マイクロミラーＭに作用するクーロン力を相殺するためにスイッチＳＷ１〜ＳＷを用いたが、駆動部ＤＲ１〜ＤＲ４から出力される電圧を、相互に同じ電圧に設定することにより、同様の効果を得ることができる。例えば、図３の例において、スイッチＳＷ２，ＳＷ３を閉状態に制御するタイミングで、駆動部ＤＲ２，ＤＲ３のそれぞれから、一定の電圧を出力することにより、電極ＴＡ２，ＴＡ３，ＴＢ２，ＴＢ３のそれぞれに同一電圧が印加される。

この変形例では、駆動部ＤＲ２，ＤＲ３のそれぞれから出力される電圧は、相互に等しい電圧であればよく、その電圧自体は任意に設定し得る。
この変形例によっても、マイクロミラーＭに作用するクーロン力が相殺され、傾斜角θのオーバーシュートが抑制される。ただし、傾斜角θのオーバーシュートが抑制されることを限度に、駆動部ＤＲ２，ＤＲ３のそれぞれから出力される電圧は、相互に異なる電圧であってもよい。

上述した実施形態では、本発明を制御装置１００として表現したが、本発明は、制御方法として表現することもできる。この場合、本発明による制御方法は、弾性部材により支持された反射体の傾斜角を制御する制御方法であって、前記反射体との間に静電容量が形成されるように前記反射体を挟んで対向配置された一対の電極の何れかを通じて前記静電容量を充電することにより前記反射体と前記一対の電極の何れかとの間にクーロン力を発生させる段階と、前記クーロン力の作用を受けて前記反射体の位置が変化する過程で前記クーロン力を一時的に抑制するように前記一対の電極間の電圧を制御する段階と、を含む制御方法として表現することができる。

次に、本実施形態の主要な効果をまとめる。
（１）本実施形態によれば、マイクロミラーＭが揺動する過程で、見かけ上、マイクロミラーＭに作用するクーロン力を一時的に消失または減少させるので、マイクロミラーＭに作用する復元力ＦＲによりマイクロミラーＭの変位量ｄ（距離Ｌ）の増加が抑制される。このため、マイクロミラーＭの傾斜角θのオーバーシュートを抑制することができる。従って、マイクロミラーＭの揺動を安定化させることができる。

（２）本実施形態によれば、マイクロミラーＭを挟んで対向する一対の電極間を短絡するためのスイッチＳＷ１〜ＳＷ４を備えたので、マイクロミラーに作用するクーロン力を消失または減少させることができる。従って、マイクロミラーＭの移動速度を抑制することができる。

（３）本実施形態の変形例によれば、マイクロミラーＭが揺動する過程で、例えば駆動部ＤＲ２と駆動部ＤＲ３とがそれぞれ出力する電圧を相互に等しくするので、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４を要することなく、マイクロミラーＭに作用するクーロン力を消失または減少させることができる。従って、装置構成を簡略化しつつ、マイクロミラーＭの傾斜角θのオーバーシュートを抑制することができる。

（４）本実施形態によれば、マイクロミラーＭの重心を挟んで相互に対向する位置関係にある複数のコーナー部のそれぞれに一対の電極を配置したので、マイクロミラーＭの重心Ｊを移動させることなく、マイクロミラーＭを揺動させることができる。従って、マイクロミラーＭの揺動を安定化させることができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
例えば、上述の実施形態では、例えばスイッチＳＷ３により電極ＴＡ３と電極ＴＢ３とを短絡し、スイッチＳＷ２により電極ＴＡ２と電極ＴＢ２とを短絡するものとしたが、電極ＴＡ３と電極ＴＡ２とを短絡し、電極ＴＢ３と電極ＴＡ２とを短絡することにより、クーロン力を抑制してもよい。
また、上述の実施形態では、駆動部ＤＲ１〜ＤＲ４のそれぞれが固定の電圧Ｖｏを出力するものとしたが、マイクロミラーＭの傾斜角θのオーバーシュートを抑制するように、電圧Ｖｏの電圧値を変化させてもよい。

１００…制御装置、Ｂ１〜Ｂ４…弾性部（弾性部材）、ＣＡ２，ＣＡ３，ＣＢ２，ＣＢ３…静電容量、ＣＣ…充電制御部、Ｄ２，Ｄ３…ダイオード、ＤＲ１〜ＤＲ４…駆動部、Ｇ２，Ｇ３…ゲート駆動回路、Ｍ…マイクロミラー（反射体）、ＲＵ…反射ユニット、ＳＷ１〜ＳＷ４…スイッチ、ＴＡ１〜ＴＡ４，ＴＢ１〜ＴＢ４…電極、ＰＳ２，ＰＳ３…可変電源、Ｑ２１，Ｑ２２，Ｑ３１，Ｑ３２…電界効果トランジスタ、Ｒ２１，Ｒ２２，Ｒ３１，Ｒ３２…抵抗、Ｐ…ベース部。

Claims (6)

1. 弾性部材により支持された反射体の傾斜角を制御する制御装置であって、
   前記反射体との間に静電容量が形成されるように前記反射体を挟んで対向配置された一対の電極と、
   前記一対の電極の何れかを通じて前記静電容量を充電することにより前記反射体と前記一対の電極の何れかとの間にクーロン力を発生させ、前記クーロン力の作用を受けて前記反射体の位置が変化する過程で前記クーロン力を一時的に抑制するように前記一対の電極間の電圧を制御する充電制御部と、
   を備えた制御装置。
2. 前記一対の電極間に接続されたスイッチを更に備え、
   前記充電制御部は、前記反射体の位置が変化する過程で、前記スイッチを一時的に閉状態に制御することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記充電制御部は、前記反射体の位置が変化する過程で、前記一対の電極間の電位差を前記静電容量の充電電圧よりも一時的に小さくすることを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
4. 前記反射体は、複数のコーナー部を有する多角形の形状を有し、前記複数のコーナー部のそれぞれに前記一対の電極が配置されたことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の制御装置。
5. 前記充電制御部は、前記反射体の複数のコーナー部のうち、前記反射体の重心を挟んで相互に対向する二つのコーナー部に相互に反対方向のクーロン力が作用するように、前記二つのコーナー部のそれぞれに配置された前記一対の電極の電圧を制御することを特徴とする請求項４に記載の制御装置。
6. 弾性部材により支持された反射体の傾斜角を制御する制御方法であって、
   前記反射体との間に静電容量が形成されるように前記反射体を挟んで対向配置された一対の電極の何れかを通じて前記静電容量を充電することにより前記反射体と前記一対の電極の何れかとの間にクーロン力を発生させる段階と、
   前記クーロン力の作用を受けて前記反射体の位置が変化する過程で前記クーロン力を一時的に抑制するように前記一対の電極間の電圧を制御する段階と、
   を含む制御方法。

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