JP3759508B2 - アクチュエータ及びアクチュエータ駆動方法並びにアクチュエータシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歩進駆動するアクチュエータ及びそのアクチュエータの駆動方法、並びに、そのようなアクチュエータを含むアクチュエータシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話や携帯用情報機器にデジタルカメラの搭載が進み、撮像用の光学モジュールは大幅な小型化が求められている。これに伴い、従来の電磁式アクチュエータに変えて静電式アクチュエータが提案されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
【０００３】
ここで、特許文献１は、第１の静電気力印加手段が第１の導電体に接続され、第１の導電体の表面を覆う第１の誘電体が接触面に接するように構成される第１の接触部と、第２の静電気力印加手段が第２の導電体に接続され、第２の導電体の表面を覆う第２の誘電体が接触面に接するよう構成される第２の接触部とを連結する伸縮可能材料とを有し、伸縮可能材料の伸張乃至縮小に同期して、第１の静電気力印加手段と第２の静電気力印加手段とは互いに反転動作することによって、接触面に対し略水平方向に移動できるようにした物体駆動装置を提案している。即ち、この特許文献１には、意図的に摩擦力の大きい接触部と小さい接触部を作り、これらを伸縮可能な材料で連結し、伸縮可能な材料の伸縮に同期して、摩擦力の大小関係を反転させることで、２つの接触部を一方向に移動させる構成が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、支持体と、該支持体に対して相対的に移動できる移動体と、該移動体に近接する位置に存在する駆動体と、該駆動体を前記支持体に対して相対的に変位させる伸長手段と、移動体と駆動体とをクランプ駆動する静電クランプ機構とを有するインチワーム機構が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−２６１４９号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２０００−２５３６８３号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１では、接触面に対し、移動子側に静電気力印加手段や伸縮可能部材、２つの接触部を持たせねばならないために、移動子の小型化が難しかった。
【０００８】
また、上記特許文献２に開示されているような構成では、支持体駆動体の伸長方向に、駆動体の長さより長くなければ、移動体を支持体と駆動体に交互にクランプさせることが出来ない為、移動子の小型化が難しかった。即ち、駆動体に完全に乗ってしまう長さ（移動方向の長さ）のものは、動かせない。
【０００９】
また、上記特許文献１及び２の何れも、複数の可動部材を同時に駆動させられるものではなかった。
【００１０】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、可動部材が小型化できる、および／または、複数の可動部材を単一の電気−機械変換素子によって同時に且つ独立に動かすことができるアクチュエータ及びアクチュエータ駆動方法並びにアクチュエータシステムを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明によるアクチュエータは、所定の方向に延びた基板と、前記基板に対し、前記所定の方向に振動可能に支持された振動部材と、前記振動部材を前記所定の方向に振動させる振動生成手段と、前記基板に対向する第１の対向面と前記振動部材に対向する第２の対向面とを有する可動部材と、前記可動部材の前記第１及び第２の少なくとも一方の対向面に配置された可動電極と、前記可動電極に対向するように前記基板及び前記振動部材の少なくとも一方に配置された前記所定の方向に延びた対向電極とを備え、前記所定の方向の振動により前記振動部材が前記基板に対して所望の方向に相対変位する際に、前記振動部材と前記可動部材との間の見かけ上の摺動抵抗が、前記基板と前記可動部材との間の見かけ上の摺動抵抗より大きくなるように、前記可動電極と前記対向電極との間に電位差を印加して静電気力を作用させることによって、前記可動部材を前記基板に対して前記所望の方向に相対移動させることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明によるアクチュエータは、請求項１に記載の発明によるアクチュエータにおいて、前記基板と前記可動部材との間の見かけ上の摺動抵抗が、前記振動部材と前記可動部材との間の見かけ上の摺動抵抗より大きくなるように、前記可動電極と前記対向電極との間に電位差を印加して静電気力を作用させることによって、前記可動部材を前記基板に対して停止させることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明によるアクチュエータは、請求項１に記載の発明によるアクチュエータにおいて、前記対向電極と前記可動電極との間の電位差が、前記振動部材の振動に同期して変化することを特徴とする。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明によるアクチュエータは、請求項３に記載の発明によるアクチュエータにおいて、前記対向電極と前記可動電極とのいずれか一方の電極に、前記振動部材の振動に同期して変化する電位を与え、他方の電極に固定した電位を与えること特徴とする。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明によるアクチュエータは、請求項３に記載の発明によるアクチュエータにおいて、前記対向電極と前記可動電極との間の電位差が、振動に同期して０となる瞬間が存在することを特徴とする。
【００１６】
また、上記の目的を達成するために、請求項６に記載の発明によるアクチュエータは、請求項１に記載の発明によるアクチュエータにおいて、前記可動電極が配置された可動部材が複数存在し、該複数の可動部材が互いに独立に移動することを特徴とする。
【００１７】
また、請求項７に記載の発明によるアクチュエータは、請求項６に記載の発明によるアクチュエータにおいて、前記複数の可動部材に配置された可動電極のそれぞれに独立に電位を与えることによって、前記複数の可動部材が互いに独立に移動することを特徴とする。
【００１８】
また、請求項８に記載の発明によるアクチュエータは、請求項１に記載の発明によるアクチュエータにおいて、前記対向電極は、当該対向電極と前記可動電極とが対向する面積が、前記可動部材の移動方向における位置によって異なるように構成された電極であり、前記対向する面積の変動を利用して、前記可動部材の位置を検出することが可能であることを特徴とする。
【００１９】
また、請求項９に記載の発明によるアクチュエータは、請求項１に記載の発明によるアクチュエータにおいて、前記対向電極は、前記可動部材の移動方向における位置によって前記可動電極と対向する面積が異なる第１の領域と残りの領域を含む第２の領域とに分割された電極であり、前記対向する面積の変動を利用して、前記可動部材の位置を検出することが可能であることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項１０に記載の発明によるアクチュエータは、請求項１に記載の発明によるアクチュエータにおいて、前記対向電極は、前記可動部材の移動方向における位置によって前記可動電極と対向する面積が異なるような第１の領域と第２の領域とに分割された電極であり、前記第１と第２の領域の前記可動電極と対向する面積の変動を利用して、前記可動部材の位置を検出することが可能であることを特徴とする。
【００２１】
また、請求項１１に記載の発明によるアクチュエータは、請求項８乃至１０のいずれかに記載の発明によるアクチュエータにおいて、前記対向する面積の変動は、前記対向電極と前記可動電極との間の静電容量を測定することで測定されることを特徴とする。
【００２２】
また、請求項１２に記載の発明によるアクチュエータは、請求項１に記載の発明によるアクチュエータにおいて、前記振動生成手段は、前記基板と前記振動部材とを連結する圧電振動子から構成されることを特徴とする。
【００２３】
また、請求項１３に記載の発明によるアクチュエータは、請求項１に記載の発明によるアクチュエータにおいて、前記振動生成手段は、前記基板と前記振動部材とを連結する弾性部材と、前記振動部材に配置された第１駆動電極と、前記第１駆動電極に対向し、所望の方向に静電気力を発生するように前記基板に配置された第２駆動電極とを有し、前記第１駆動電極及び第２駆動電極との間に電位差を印加して静電気力を作用させることによって振動を生成することを特徴とする。
【００２４】
また、請求項１４に記載の発明によるアクチュエータは、請求項１または６に記載の発明によるアクチュエータにおいて、前記可動部材が光学素子を含むことを特徴とする。
【００２５】
また、請求項１５に記載の発明によるアクチュエータは、請求項１４に記載の発明によるアクチュエータにおいて、前記基板または前記振動部材に固定された光学素子をさらに具備することを特徴とする。
【００２６】
また、請求項１６に記載の発明によるアクチュエータは、請求項１に記載の発明によるアクチュエータにおいて、前記対向電極および前記可動電極の少なくとも一方の表面が絶縁体で覆われていることを特徴とする。
【００２７】
また、上記の目的を達成するために、請求項１７に記載の発明によるアクチュエータシステムは、請求項１に記載のアクチュエータと、前記可動電極と前記対向電極との間に電位差を印加する電位差印加手段とを備えることを特徴とする。
【００２９】
また、請求項１８に記載の発明によるアクチュエータは、請求項１に記載の発明によるアクチュエータにおいて、前記対向電極は、前記基板に配置された第１の対向電極と、前記振動部材に配置された第２の対向電極とからなり、前記可動電極と前記第１及び第２の対向電極との間に電位差を印加することを特徴とする。
【００３０】
また、請求項１９に記載の発明によるアクチュエータは、請求項１８に記載の発明によるアクチュエータにおいて、前記第１の対向電極と第２の対向電極とに互いに異なる位相の電圧を与えることを特徴とする。
【００３１】
また、請求項２０に記載の発明によるアクチュエータは、請求項１９に記載の発明によるアクチュエータにおいて、前記第１の対向電極と第２の対向電極とに互いに逆相の電圧を与えることを特徴とする。
【００３２】
また、請求項２１に記載の発明によるアクチュエータは、請求項１８に記載の発明によるアクチュエータにおいて、前記基板は、前記振動部材の振動方向に対して当該基板面で直交する方向において前記振動部材の両側に当該振動部材を挟むように設けられており、前記可動電極と対向する前記第１の対向電極が前記振動部材の両側に配置されていることを特徴とする。
【００３３】
また、上記の目的を達成するために、請求項２２に記載の発明によるアクチュエータの駆動方法は、可動部材に設けられた可動電極と、前記可動部材に対向する面を有する基板及び前記可動電極に対向する面を有すると共に所定の方向に振動する振動部材の少なくとも一方の当該対向する面に設けられた前記所定の方向に延びた対向電極と、に電圧を印加して、前記可動部材を前記基板に対して相対移動させるアクチュエータの駆動方法であって、前記振動部材が前記基板に対し前記所定の方向に相対変位する際に、前記振動部材と前記可動部材との間の見かけ上の摺動抵抗が、前記基板と前記可動部材との間の見かけ上の摺動抵抗より大きくなるように、前記可動電極と前記対向電極との間に電位差を印加することを特徴とする。
【００３４】
また、上記の目的を達成するために、請求項２３に記載の発明によるアクチュエータの駆動方法は、可動部材に設けられた可動電極と、前記可動部材に対向する面を有する基板の対向する面に設けられた所定の方向に延びた第１の対向電極と、前記可動電極に対向する面を有すると共に前記所定の方向に振動する振動部材の対向する面に設けられた前記所定の方向に延びた第２の対向電極と、に制御した電圧を印加して、前記可動部材を前記基板に対して相対移動させるアクチュエータの駆動方法であって、前記振動部材が前記基板に対し前記所定の方向に相対変位する際に、少なくとも前記第２の対向電極と前記可動電極との間に電位差を印加することを特徴とする。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００３６】
［第１の実施の形態］
まず、本発明の第１の実施の形態を図１説明する。
【００３７】
図１は本第１の実施の形態に係るアクチュエータの構成を示す斜視図である。即ち、本実施の形態に係るアクチュエータにおいては、固定レールとして機能する固定基板１０１に開口部が設けられ、その開口部には僅かな間隙を隔てて振動レールとして機能する振動部材１０２が配置されることで支持されている。この振動部材１０２の上面には第２の対向電極としての振動電極１０３が形成され、該振動電極１０３の両脇の上記固定基板１０１上には第１の対向電極としての固定電極１０４が形成されており、上記固定基板１０１と振動部材１０２とが積層型圧電振動子１０６で連結されている。また、固定電極１０４及び振動電極１０３を跨ぐように、少なくとも固定基板１０１と対向する面及び振動部材１０２と対向する面、ここでは底面、を可動電極１１１となる金属被膜で覆われた可動部材１０５が配置されている。この可動部材１０５は、固定基板１０１上に形成されたガイドレール１０７で拘束され、図中の矢印Ａの方向の一定範囲で摺動可能となっている。なお、可動部材１０５の中央には円形の開口１０５Ａが設けられており、その内部にはレンズ（図示せず）が固定されている。また、特に図示しないが、固定電極１０４、振動電極１０３、可動電極１１１の金属被膜からは配線が引き出され、外部電源によって独立に電圧を与え制御することで、異なる電極間に電位差を印加することができるようになっている。
【００３８】
図２は本実施の形態に係るアクチュエータの上面図であり、ここで図示したＢ−Ｂ’線の断面を図３に、Ｃ−Ｃ’線の断面を図４にそれぞれ示す。
【００３９】
即ち、図２及び図３に示されているように、固定基板１０１と振動部材１０２とは、両者の上部に形成された絶縁性の下層樹脂薄膜１０８と絶縁性の上層樹脂薄膜１０９で連結されていて、上記振動電極１０３及び固定電極１０４はこれら下層樹脂薄膜１０８と上層樹脂薄膜１０９との間に形成されている。従って、可動部材１０５の底面部の可動電極１１１である金属被膜は、振動電極１０３と固定電極１０４に、上層樹脂薄膜１０９を介して対向している。また、下層樹脂薄膜１０８によって、振動部材１０２と振動電極１０３との間及び、固定基板１０１と固定電極１０４との間はそれぞれ電気的に絶縁されている。更に、上層樹脂薄膜１０９によって、可動電極１１１である金属被膜と振動電極１０３及び固定電極１０４との間が電気的に絶縁されている。
【００４０】
なお、図４に示したように、上記積層型圧電振動子１０６は、両端で、振動部材１０２及び固定基板１０１に接着部材１１０によって接着されている。また、この圧電振動子１０６は、図４でハッチングされた領域のみで図の左右方向に振動するものとする。なお、図示しないが、該圧電振動子１０６から、これを振動させるための電圧を印加するリード線が引き出されており、外部電源に接続されているものとする。ここで、圧電振動子１０６に４５Ｖの電圧が印加されている状態では、当該圧電振動子１０６に電圧を印加していない状態に比較して、図４の左右方向に１μｍ収縮するものとする。また、この電圧を印加した状態を収縮状態とし、電圧を印加していない状態を伸長状態と呼ぶこととする。このような圧電素子である積層型圧電振動子１０６は、電圧の印加状態を繰り返し変化させることによって、収縮と伸長を繰り返すことで振動する。
【００４１】
本実施の形態に係るアクチュエータにあっては、圧電振動子１０６に電圧パルスを印加することでこれを振動させ、固定基板１０１に対して振動部材１０２を微小振動させる。ここで、下層樹脂薄膜１０８と上層樹脂薄膜１０９の剛性は十分に小さく、振動部材１０２の振動を妨げることはない。
【００４２】
ここで、図１乃至図４においては簡略化のために図示を省略していた、本実施の形態に係るアクチュエータの配線の引き出しに関して、図５を用いて説明する。
【００４３】
即ち、固定電極１０４からは配線１５１が延在して電極パッド１５２に接続されており、振動電極１０３からは配線１５３が延在して固定基板１０１の領域で電極パッド１５４に接続されている。ここで配線１５１，１５３及び電極パッド１５２，１５４は、上記固定電極１０４や振動電極１０３と同様に、下層樹脂薄膜１０８と上層樹脂薄膜１０９との間に配置されており、電極パッド１５２，１５４の領域の上層樹脂薄膜１０９には開口１５５が形成されていて、導体部分が露出して外部リードを接続することができる。
【００４４】
このように、振動電極１０３からの電極パッド１５４を固定基板１０１に対して振動部材１０２を支持する樹脂薄膜１０８，１０９の間に通して固定基板１０１上に固定電極の電極パッド１５２に近接して配置することは、配線の取り回しを考えると好適である。
【００４５】
次に、本発明の第１の実施の形態に係るアクチュエータの駆動方法を、図６を用いて説明する。この図は、振動電極１０３の電圧、固定電極１０４の電圧、圧電振動子１０６に印加する電圧、及び可動電極１１１の電位を示している。本実施の形態にあっては、圧電振動子１０６には一定のパルス電圧が印加され、固定電極１０４と振動電極１０３には、圧電振動子１０６の電圧に同期した一定の方形波が印加されるものであるが、その固定電極１０４と振動電極１０３の電圧パルスは互いに逆相である。
【００４６】
まず、可動部材１０５が前進する場合について説明する。ここで、前進とは図１において矢印Ａで示した方向への移動である。可動部材１０５を前進させるためには可動電極１１１の電圧を４５Ｖで一定とする。以下、この場合の動作について説明する。
【００４７】
まず、時刻ｔ０から時刻ｔ１の過程にあっては、圧電振動子１０６の印加電圧は０Ｖから４５Ｖに変化するので、圧電振動子１０６は伸長状態から収縮状態に変化し、その変化分だけ振動部材１０２が変位する。この時、振動電極１０３，固定電極１０４，可動電極１１１の電圧はそれぞれ４５Ｖ，０Ｖ，４５Ｖであるので、可動電極１１１と固定電極１０４の間に静電気力が作用して可動電極１１１は固定電極１０４に吸着される。従って、可動部材１０５と振動部材１０２の間の摺動抵抗よりも可動部材１０５と固定基板１０１の間の摺動抵抗の方が大きくなるので、上記のように振動部材１０２が変位したとしても、可動部材１０５は固定基板１０１に対してほとんど変位しない。
【００４８】
次に、時刻ｔ１から時刻ｔ２の過程においては、圧電振動子１０６の印加電圧は変化しないので収縮状態のままで、振動電極１０３，固定電極１０４，可動電極１１１の電圧がそれぞれ０Ｖ，４５Ｖ，４５Ｖになるので、可動電極１１１と振動電極１０３の間に静電気力が作用して可動電極１１１は振動電極１０３に吸着される。
【００４９】
次に、時刻ｔ２から時刻ｔ３の過程にあっては、圧電振動子１０６の電圧が４５Ｖから０Ｖに変化するので、圧電振動子１０６は収縮状態から伸長状態に変化し、その変化分だけ振動部材１０２が変位する。この時、振動電極１０３，固定電極１０４，可動電極１１１の電圧は変化しないので、可動電極１１１は振動電極１０３に吸着されたままである。従って、可動部材１０５と固定基板１０１の間の摺動抵抗よりも可動部材１０５と振動部材１０２の間の摺動抵抗の方が大きくなるので、可動部材１０５は振動部材１０２と共に変位して、固定基板１０１に対してほぼ１μｍだけ図１の矢印Ａの方向に変位する。
【００５０】
次に、時刻ｔ３から時刻ｔ４の過程にあっては、圧電振動子１０６の電圧は変化しないので伸長状態のままで、振動電極１０３，固定電極１０４，可動電極１１１の電圧がそれぞれ４５Ｖ，０Ｖ，４５Ｖになるので、可動電極１１１と振動電極１０３の間に静電気力が作用して、可動電極１１１は固定電極１０４に吸着される。
【００５１】
この時刻ｔ４の状態は上記時刻ｔ０の状態と同じであるので、その次の過程は、上記時刻ｔ０から時刻ｔ１の過程と同様となる。従って、上記時刻ｔ０から時刻ｔ４について説明したような各過程を周期的に繰り返すことで、可動部材１０５を固定基板１０１に対して図１の矢印Ａの方向に歩進駆動させることができる。
【００５２】
このように、圧電振動子１０６の振動に同期させて固定電極１０４と振動電極１０３に電圧パルスを互いに逆相で印加し、可動電極１１１に対して、圧電振動子１０６が収縮状態から伸長状態に変化する際に振動電極１０３に吸着されるように一定電圧を印加する（この場合は４５Ｖ）ことで、図１の矢印Ａの方向に歩進駆動させることができる。
【００５３】
次に、可動部材１０５が後退する場合について説明する。ここで、後退とは図１において矢印Ａで示した方向とは逆の方向への移動である。可動部材１０５を後退させるためには可動電極１１１の電圧を０Ｖで一定とする。以下、この場合の動作について説明する。
【００５４】
時刻ｔ０から時刻ｔ１の過程にあっては、圧電振動子１０６の印加電圧は０Ｖから４５Ｖに変化するので、圧電振動子１０６は伸長状態から収縮状態に変化し、その変化分だけ振動部材１０２が変位する。この時、振動電極１０３，固定電極１０４，可動電極１１１の電圧はそれぞれ４５Ｖ，０Ｖ，０Ｖであるので、可動電極１１１と振動電極１０３の間に静電気力が作用して、可動電極１１１は振動電極１０３に吸着される。従って、可動部材１０５と固定基板１０１の間の摺動抵抗よりも可動部材１０５と振動部材１０２の間の摺動抵抗の方が大きくなるので、可動部材１０５は振動部材１０２と共に変位して、固定基板１０１に対してほぼ１μｍだけ図１の矢印Ａの方向とは逆の方向に変位する。
【００５５】
次に、時刻ｔ１から時刻ｔ２の過程においては、圧電振動子１０６の印加電圧は変化しないので収縮状態のままで、振動電極１０３，固定電極１０４，可動電極１１１の電圧がそれぞれ０Ｖ，４５Ｖ，０Ｖになるので、可動電極１１１と固定電極１０４の間に静電気力が作用して、可動電極１１１は固定電極１０４に吸着される。
【００５６】
次に、時刻ｔ２から時刻ｔ３の過程にあっては、圧電振動子１０６の電圧が４５Ｖから０Ｖに変化するので、圧電振動子１０６は収縮状態から伸長状態に変化し、その変化分だけ振動部材１０２が変位する。この時、振動電極１０３，固定電極１０４，可動電極１１１の電圧は変化しないので、可動電極１１１は固定電極１０４に吸着されたままである。従って、可動部材１０５と振動部材１０２の間の摺動抵抗よりも可動部材１０５と固定基板１０１の間の摺動抵抗の方が大きくなるので、上記のように振動部材１０２が変位したとしても、可動部材１０５は固定基板１０１に対してほとんど変位しない。
【００５７】
次に、時刻ｔ３から時刻ｔ４の過程にあっては、圧電振動子１０６の電圧は変化しないので伸長状態のままで、振動電極１０３，固定電極１０４，可動電極１１１の電圧がそれぞれ４５Ｖ，０Ｖ，０Ｖになるので、可動電極１１１と振動電極１０３の間に静電気力が作用して、可動電極１１１は振動電極１０３に吸着される。
【００５８】
この時刻ｔ４の状態は上記時刻ｔ０の状態と同じであるので、その次の過程は、上記時刻ｔ０から時刻ｔ１の過程と同様となる。従って、上記時刻ｔ０から時刻ｔ４について説明したような各過程を周期的に繰り返すことで、可動部材１０５を固定基板１０１に対して図１の矢印Ａの方向とは逆の方向に歩進駆動させることができる。
【００５９】
このように、圧電振動子１０６の振動に同期させて固定電極１０４と振動電極１０３に電圧パルスを互いに逆相で印加し、可動電極１１１に対して、圧電振動子１０６が伸長状態から収縮状態に変化する際に振動電極１０３に吸着されるように一定電圧を印加する（この場合は０Ｖ）ことで図１の矢印Ａとは逆の方向に歩進駆動させることができる。
【００６０】
次に、可動部材１０５を停止させる場合について説明する。この場合には、可動電極１１１には振動電極１０３と同じ電圧パルスが印加され、可動電極１１１と固定電極１０４の間の電圧はごく短い遷移時間を除いて常に４５Ｖとなるようにする。従って、可動電極１１１と固定電極１０４の間にほとんど常に静電気力が作用して、可動電極１１１と振動電極１０３の間には静電気力が作用しない。よって、可動部材１０５と振動部材１０２との間の見かけ上の摺動抵抗よりも可動部材１０５と固定基板１０１との間の見かけ上の摺動抵抗の方が大きくなる。従って、振動部材１０２が振動しても、可動部材１０５は固定基板１０１に吸着されて固定基板１０１に対して停止している。
【００６１】
ここで、見かけ上の摺動抵抗とは、静電気力による抵抗以外に、可動部材１０５または可動電極１１１または該可動電極１１１を覆う絶縁体膜（図示せず）と固定基板１０１または振動部材１０２または対向電極（振動電極１０３または固定電極１０４）または該対向電極を覆う絶縁体（上層樹脂薄膜１０９）との摩擦抵抗、といった摩擦抵抗を含んでも良い。
【００６２】
なお、上記とは逆に、可動電極１１１に固定電極１０４と同じ電圧パルスを印加すると、可動電極１１１と振動電極１０３の間の電圧はごく短い遷移時間を除いて常に４５Ｖとなる。従って、可動電極１１１と振動電極１０３の間にほとんど常に静電気力が作用して、可動電極１１１と固定電極１０４の間には静電気力が作用しない。よってこの場合には、可動部材１０５は振動部材１０２に吸着して振動部材１０２と共に１μｍの振幅で振動するのみで、歩進駆動はしない。従って、この程度の振動が実用上問題とならない用途では、実質的に可動部材１０５を停止させることができる。
【００６３】
このように、圧電振動子１０６に一定の振動をさせて、固定電極１０４と振動電極１０３に圧電振動子１０６の振動に同期して互いに逆相のパルスを印加することで、可動電極１１１に印加する電圧を制御して前進もしくは後退させることができる。また、可動電極１１１に対して固定電極１０４と同じ電圧パルスを印加することで、可動部材１０５を停止させることも可能である。
【００６４】
また、振動電極１０３と固定電極１０４は可動部材１０５の移動方向に対して平行に延在しているので、可動部材１０５の移動に伴って、可動部材１０５の底面と固定電極１０４が対向する面積及び可動部材１０５の底面と振動電極１０３が対向する面積は変化しないので、可動電極１１１と振動電極１０３もしくは固定電極１０４の間の静電気力が可動部材１０５の位置に依存することはなく、安定した駆動が可能となり、さらに可動部材１０５の可動範囲は振動電極１０３及び固定電極１０４の長さによって決まり、可動部材１０５の大きさに制限されることはない。
【００６５】
なお、本実施の形態にあっては、圧電振動子１０６の印加電圧を４５Ｖ、固定電極１０４と振動電極１０３の電圧パルスの振幅を４５Ｖ、可動電極１１１の印加電圧を０Ｖまたは４５Ｖあるいは振幅が４５Ｖの電圧パルスとしたが、これらの電圧は圧電振動子１０６の特性、可動部材１０５の大きさや質量などによって変わるものであることは言うまでもない。
【００６６】
また、本実施の形態にあっては、振動電極１０３と固定電極１０４の電圧パルスを完全な逆相としたが、両者で電圧が変化する時間を僅かにずらして、振動電極１０３及び固定電極１０４の電圧が変化するごく短い時間に可動電極１１１が固定電極１０４もしくは振動電極１０３のいずれに対する静電気力も小さくなる現象を回避したり、圧電振動子１０６への印加電圧パルスを正弦波もしくは方形波にするなど、上述の駆動プロセスを逸脱しない範囲で変更することは可能である。
【００６７】
従って、可動部材１０５と振動部材１０２との間の見かけ上の摺動抵抗と可動部材１０５と固定基板１０１との間の見かけ上の摺動抵抗との大小関係を振動部材１０２の振動に同期して制御できるのであれば、固定電極１０４または振動電極１０３の少なくとも一方と、それぞれに対向する可動部材１０５の面に可動電極１１１とを有していれば良い。
【００６８】
また、可動電極１１１とそれに対向する面に設置された対向電極即ち固定電極１０４または振動電極１０３との間の電位差が０となる瞬間が存在するようにすれば、可動電極と対向電極の１つとの間に働く静電気力が０になり、見かけ上の摺動抵抗の差を大きくすることができるので、より好ましい駆動が可能である。
【００６９】
なお、本実施の形態では、固定基板１０１は、振動部材１０２の振動方向に対して固定基板面で直交する方向において振動部材１０２の両側に該振動部材１０２を挟むように設けられているが、固定基板１０１は、振動部材１０２の必ずしも両脇にある必要は無く、片方だけにあっても良い。また、振動部材１０２の所定の振動方向に伸びて配置されており、可動部材１０５と振動部材１０２との間の見かけ上の摺動抵抗と可動部材１０５と固定基板１０１との間の見かけ上の摺動抵抗との大小関係を振動部材１０２の振動に同期して制御できるようであれば、図の可動部材１０５の上方、側面に配置するなど、その配置は問わない。
【００７０】
また、可動部材１０５は必ずしも開口部１０５Ａやレンズを有している必要は無い。
【００７１】
可動部材１０５を支持する案内となるガイドレール１０７は無くても良い。また、ガイドレール１０７を配置する代わりに、可動部材１０５を拘束または支持するように固定基板１０１を配置しても良い。
【００７２】
また、可動電極１１１と対向する電極１０３，１０４の少なくとも一方が絶縁体で覆われていれば良い。
【００７３】
可動電極１１１は図のように可動部材１０５の底面全体を覆っている必要は無く、また、振動電極１０３及び固定電極１０４も、図ではそれらを合わせた幅が可動部材１０５の幅にほぼ等しくなるようにしているが、可動電極１１１に対向しさえすれば、そのように可動部材１０５のほぼ全幅をカバーする必要は無い。
【００７４】
また、図３では、可動電極１１１を可動部材１０５の底面にのみ配置しているが、側面または上面まで延在させることで、可動電極１１１に電位を与えるための配線を引き出し易くしても良い。さらには、可動部材１０５の内部に配線を通すことで、可動電極１１１に電位を与えるようにしても良い。このようにして、可動電極１１１や可動部材１０５を変形することで、可動部材１０５の移動の邪魔にならない位置から配線を引き出すことができる。
【００７５】
また、可動部材１０５そのものが全体を金属被膜で覆われるなどして、電極になっていても良い。
【００７６】
可動部材１０５と固定基板１０１及び振動部材１０２は、接触していることが望ましいが、駆動に必要な静電気力が得られる範囲で離れていても良い。このとき、電極からの放電が起こらない範囲ならば、樹脂薄膜１０９のような絶縁体によって覆われていなくても良い。
【００７７】
以上説明したように、本実施の形態にあっては、可動部材１０５は固定基板１０１及び振動部材１０２に接触した状態で進行方向のみに変位するので、対向する上下の電極への吸着を繰り返しながら変位する従来の静電式アクチュエータと比較すると動作させる電極間の距離が小さく、同じ電圧でより質量の大きな可動部材を駆動させることができる。加えて、本実施の形態では、一つの可動部材１０５を備えたアクチュエータについて説明したが、可動部材の変位は可動部材の電圧のみで制御できるので、同じ固定電極１０４及び振動電極１０３上に複数の可動部材を配置して独立に駆動させることができる。この場合でも、圧電振動子１０６を複数配置する必要はないので、複数の可動部材を有してもアクチュエータが大幅に大型化したり消費電力が可動部材の数に比例して増大するようなことはない。
【００７８】
なお、可動部材１０５を停止させるには、圧電振動子１０６へ印加する電圧パルスを止めて、振動部材１０２を停止させる方法もある。この場合、可動電極１１１の電圧は図６に提示した前進時、後退時、停止時のいずれでも良い。いずれの場合でも、電圧パルスが変動するごく短い時間を除いて、可動電極１１１は振動電極１０３もしくは固定電極１０４のいずれかに吸着されているので、可動部材１０５は固定基板１０１に対して停止することになる。
【００７９】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態を用いて説明する。
【００８０】
本実施の形態に係るアクチュエータは、上記第１の実施の形態に係るアクチュエータと構成は同じであり、駆動の方法が異なる。
【００８１】
本実施の形態に係るアクチュエータの駆動方法を図７を参照して説明する。なおこの図は、固定電極１０４、振動電極１０３、可動電極１１１の電圧及び、圧電振動子１０６に印加する電圧を示している。本実施の形態にあっては、圧電振動子１０６には一定のパルス電圧が印加され、固定電極１０４には４５Ｖ、振動電極１０３には０Ｖの一定電圧が印加されている。一方、可動電極１１１には、圧電振動子１０６の電圧に同期した方形波が印加され、その位相が可動部材の進行方向によって異なる。
【００８２】
まず、可動部材１０５が前進する場合について説明する。ここで、前進とは図１において矢印Ａで示した方向への移動である。可動部材１０５を前進させるためには圧電振動子１０６の印加電圧が増大する過程においては可動電極１１１の電圧を４５Ｖとし、圧電振動子１０６の印加電圧が減少する過程においては可動電極１１１の電圧を０Ｖとする。以下、この場合の動作について説明する。
【００８３】
まず、時刻ｔ０から時刻ｔ１の過程にあっては、圧電振動子１０６の印加電圧は０Ｖから４５Ｖに変化するので、圧電振動子１０６は伸長状態から収縮状態に変化し、その変化分だけ振動部材１０２が変位する。この時、振動電極１０３，固定電極１０４，可動電極１１１の電圧はそれぞれ４５Ｖ，０Ｖ，４５Ｖであるので、可動電極１１１と固定電極１０４の間に静電気力が作用して、可動電極１１１は固定電極１０４に吸着される。従って、可動部材１０５と振動部材１０２の間の摺動抵抗よりも可動部材１０５と固定基板１０１の間の摺動抵抗の方が大きくなるので、上記のように振動部材１０２が変位したとしても、可動部材１０５は固定基板１０１に対してほとんど変位しない。
【００８４】
次に、時刻ｔ１から時刻ｔ２の過程においては、圧電振動子１０６の印加電圧は変化しないので収縮状態のままで、振動電極１０３，固定電極１０４，可動電極１１１の電圧がそれぞれ４５Ｖ，０Ｖ，０Ｖになるので、可動電極１１１と振動電極１０３の間に静電気力が作用して、可動電極１１１は振動電極１０３に吸着される。
【００８５】
次に、時刻ｔ２から時刻ｔ３の過程にあっては、圧電振動子１０６の電圧が４５Ｖから０Ｖに変化するので、圧電振動子１０６は収縮状態から伸長状態に変化し、その変化分だけ振動部材１０２が変位する。この時、振動電極１０３，固定電極１０４，可動電極１１１の電圧は変化しないので、可動電極１１１は振動電極１０３に吸着されたままである。従って、可動部材１０５と固定基板１０１の間の摺動抵抗よりも可動部材１０５と振動部材１０２の間の摺動抵抗の方が大きくなるので、可動部材１０５は振動部材１０２と共に変位して、固定基板１０１に対してほぼ１μｍだけ図１の矢印Ａの方向に変位する。
【００８６】
次に、時刻ｔ３から時刻ｔ４の過程にあっては、圧電振動子１０６の電圧は変化しないので伸長状態のままで、振動電極１０３，固定電極１０４，可動電極１１１の電圧がそれぞれ４５Ｖ，０Ｖ，４５Ｖになるので、可動電極１１１と振動電極１０３の間に静電気力が作用して、可動電極１１１は固定電極１０４に吸着される。
【００８７】
この時刻ｔ４の状態は上記時刻ｔ０の状態と同じであるので、その次の過程は、上記時刻ｔ０から時刻ｔ１の過程と同様となる。従って、上記時刻ｔ０から時刻ｔ４について説明したような各過程を周期的に繰り返すことで、可動部材１０５を固定基板１０１に対して図１の矢印Ａの方向に歩進駆動させることができる。
【００８８】
このように、圧電振動子１０６の印加電圧が増大する過程においては可動電極１１１の電圧を４５Ｖとし、圧電振動子１０６の印加電圧が減少する過程においては可動電極１１１の電圧を０Ｖとなるような電圧パルスを可動電極１１１に印加することで、図１の矢印Ａの方向に歩進駆動させることができる。
【００８９】
次に、可動部材１０５が後退する場合について説明する。ここで、後退とは図１において矢印Ａで示した方向とは逆の方向への移動である。
【００９０】
可動部材１０５を後退させるためには圧電振動子１０６の印加電圧が増大する過程においては可動電極１１１の電圧を０Ｖとし、圧電振動子１０６の印加電圧が減少する過程においては可動電極１１１の電圧を４５Ｖとする。以下、この場合の動作について説明する。
【００９１】
まず、時刻ｔ０から時刻ｔ１の過程にあっては、圧電振動子１０６の印加電圧は０Ｖから４５Ｖに変化するので、圧電振動子１０６は伸長状態から収縮状態に変化し、その変化分だけ振動部材１０２が変位する。この時、振動電極１０３，固定電極１０４，可動電極１１１の電圧はそれぞれ４５Ｖ，０Ｖ，０Ｖであるので、可動電極１１１と振動電極１０３の間に静電気力が作用して、可動電極１１１は振動電極１０３に吸着される。従って、可動部材１０５と固定基板１０１の間の摺動抵抗よりも可動部材１０５と振動部材１０２の間の摺動抵抗の方が大きくなるので、可動部材１０５は振動部材１０２と共に変位して、固定基板１０１に対してほぼ１μｍだけ図１の矢印Ａの方向とは逆の方向に変位する。
【００９２】
次に、時刻ｔ１から時刻ｔ２の過程においては、圧電振動子１０６の印加電圧は変化しないので収縮状態のままで、振動電極１０３，固定電極１０４，可動電極１１１の電圧がそれぞれ４５Ｖ，０Ｖ，４５Ｖになるので、可動電極１１１と固定電極１０４の間に静電気力が作用して、可動電極１１１は固定電極１０４に吸着される。
【００９３】
次に、時刻ｔ２から時刻ｔ３の過程にあっては、圧電振動子１０６の電圧が４５Ｖから０Ｖに変化するので、圧電振動子１０６は収縮状態から伸長状態に変化し、その変化分だけ振動部材１０２が変位する。この時、振動電極１０３，固定電極１０４，可動電極１１１の電圧は変化しないので、可動電極１１１は固定電極１０４に吸着されたままである。従って、可動部材１０５と振動部材１０２の間の摺動抵抗よりも可動部材１０５と固定基板１０１の間の摺動抵抗の方が大きくなるので、上記のように振動部材１０２が変位したとしても、可動部材１０５は固定基板１０１に対してほとんど変位しない。
【００９４】
次に、時刻ｔ３から時刻ｔ４の過程にあっては、圧電振動子１０６の電圧は変化しないので伸長状態のままで、振動電極１０３，固定電極１０４，可動電極１１１の電圧がそれぞれ４５Ｖ，０Ｖ，０Ｖになるので、可動電極１１１と振動電極１０３の間に静電気力が作用して、可動電極１１１は振動電極１０３に吸着される。
【００９５】
この時刻ｔ４の状態は上記時刻ｔ０の状態と同じであるので、その次の過程は、上記時刻ｔ０から時刻ｔ１の過程と同様となる。従って、上記時刻ｔ０から時刻ｔ４について説明したような各過程を周期的に繰り返すことで、可動部材１０５を固定基板１０１に対して図１の矢印Ａとは逆の方向に歩進駆動させることができる。
【００９６】
このように、圧電振動子１０６の印加電圧が増大する過程においては可動電極１１１の電圧を０Ｖとし、圧電振動子１０６の印加電圧が減少する過程においては可動電極１１１の電圧を４５Ｖとなるような電圧パルスを可動電極１１１に印加することで、図１の矢印Ａとは逆の方向に歩進駆動させることができる。
【００９７】
次に、可動部材１０５を停止させる場合について説明する。この場合、可動電極１１１には、振動電極１０３と同じく４５Ｖの電圧が印加される。従って、可動電極１１１と固定電極１０４の間に圧電振動子１０６の状態にかかわらず常に静電気力が作用して、可動電極１１１と振動電極１０３の間には静電気力が作用しない。よって、振動部材１０２が振動しても、可動部材１０５は固定基板１０１に吸着されて固定基板１０１に対して停止している。
【００９８】
なお、可動電極１１１に固定電極１０４と同じく０Ｖの電圧を印加すると、可動電極１１１と振動電極１０３の間に常に静電気力が作用して、可動電極１１１と固定電極１０４の間には静電気力が作用しない。従って、可動部材１０５は振動部材１０２に吸着して振動部材１０２と共に１μｍの振幅で振動するのみで歩進駆動はしない。この程度の振動が実用上問題とならない用途では、実質的に可動部材１０５を停止させることができる。
【００９９】
このように、圧電振動子１０６に一定の振動をさせて、固定電極１０４と振動電極１０３に一定電圧を印加し、可動電極１１１に圧電振動子１０６の振動に同期したパルスを印加し、その位相を制御することで可動部材１０５を前進もしくは後退させることができる。また、可動電極１１１に対して一定電圧を印加することで、可動部材１０５を停止させることも可能である。
【０１００】
また、振動電極１０３と固定電極１０４は可動部材１０５の移動方向に対して平行に延在しているので、可動部材１０５の移動に伴って、可動部材１０５の底面と固定電極１０４が対向する面積及び可動部材１０５の底面と振動電極１０３が対向する面積は変化しないので、可動電極１１１と振動電極１０３もしくは固定電極１０４の間の静電気力が可動部材１０５の位置に依存することはなく、安定した駆動が可能となり、さらに可動部材１０５の可動範囲は振動電極１０３及び固定電極１０４の長さによって決まり、可動部材１０５の大きさに制限されることはない。
【０１０１】
なお、本実施の形態にあっては、圧電振動子１０６の印加電圧を４５Ｖ、固定電極１０４の印加電圧を０Ｖ、振動電極１０３印加電圧を４５Ｖ、可動電極１１１の印加電圧を振幅が４５Ｖの電圧パルスまたは０Ｖとしたが、これらの電圧は圧電振動子１０６の特性や、可動部材１０５の大きさや質量などによって変わるものであることは言うまでもない。
【０１０２】
また、本実施の形態にあっては、圧電振動子１０６への印加電圧パルスを正弦波もしくは方形波にするなど、上述の駆動プロセスを逸脱しない範囲で変更することは可能である。
【０１０３】
以上説明したように、本第２の実施の形態にあっては、可動部材１０５は固定基板１０１及び振動部材１０２に接触した状態で、進行方向のみに変位するので、対向する上下の電極への吸着を繰り返しながら変位する従来の静電式アクチュエータと比較すると動作させる電極間の距離が小さく、同じ電圧でより質量の大きな可動部材を駆動させることができる。加えて、本実施の形態では、一つの可動部材１０５を備えたアクチュエータについて説明したが、可動部材の変位は可動部材の電圧のみで制御できるので、同じ固定電極１０４及び振動電極１０３上に複数の可動部材を配置して独立に駆動させることができる。この場合でも圧電振動子１０６を複数配置する必要はないので、複数の可動部材を有してもアクチュエータが大幅に大型化したり消費電力が可動部材の数に比例して増大するようなことはない。
【０１０４】
なお、可動部材１０５を停止させるには、圧電振動子１０６へ印加する電圧パルスを止めて、振動部材１０２を停止させる方法もある。この場合でも、可動電極１１１と、固定電極１０４もしくは振動電極１０３のいずれかの間に電圧を印加して、可動部材１０５が固定基板１０１もしくは振動部材１０２に吸着させることが望ましい。
【０１０５】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は上記第１の実施の形態のアクチュエータの可動部材を２つとして、他にいくつかの部材を組み合わせて小型の撮像モジュールとして機能するようにしたものなので、同じ機能を有する要素については第１の実施の形態と同じ参照番号を用いるものとする。
【０１０６】
図８及び図９は、本実施の形態に係るアクチュエータの適用された撮像モジュールの斜視図及び上面図をそれぞれ示している。即ち、本実施の形態においては、それぞれレンズ枠として機能する第１可動部材１０５−１と第２可動部材１０５−２が配置され、第１可動部材１０５−１の前方の固定基板１０１には前方固定レンズ枠３０１が、第２可動部材１０５−２の後方の固定基板１０１には後方固定レンズ枠３０２がそれぞれ固定基板１０１に接着することで固定されている。
【０１０７】
図１０は、図９のＤ−Ｄ’線における断面図を示している。前方固定レンズ枠３０１、第１可動部材１０５−１、第２可動部材１０５−２、後方固定レンズ枠３０２にはそれぞれ円形の開口部が設けられ、ここに第１レンズ群３０３、第２レンズ群３０４、第３レンズ群３０５、第４レンズ群３０６がそれぞれ配置されている。また、後方固定レンズ枠３０２内の第４レンズ群３０６の後方には、ローパスフィルタ３０７、固体撮像素子パッケージ３０８が固定され、固体撮像素子パッケージ３０８内には固体撮像素子３０９が配置されている。
【０１０８】
なお、前述した第１の実施の形態の場合と同様に、特に図示しないが、固定電極１０４、振動電極１０３、第１可動部材１０５−１、第２可動部材１０５−２からは配線が引き出され、外部電源によって独立に電圧を制御することができる。
【０１０９】
第１の実施の形態の図６もしくは第２の実施の形態の図７で説明したように、本実施の形態に係るアクチュエータにおいても、可動部材１０５−１，１０５−２に印加する電圧もしくは電圧パルスによって前進・後退・停止を制御できるので、それら第１可動部材１０５−１、第２可動部材１０５−２に対して別々の電位を与え、可動電極１１１−１、１１１−２と固定電極１０４及び振動電極１０３との間に電位差を印加する電位差印加手段を用意することでこれらを独立に駆動することができる。なお、本実施の形態にあっては、圧電振動子１０６は固定基板の裏面に配置されているが、この場合でも第１の実施の形態で説明したのと同様に可動部材１０５−１，１０５−２を駆動することができる。
【０１１０】
ここで、第１レンズ群３０３乃至第４レンズ群３０６は固体撮像素子３０９を焦点面として、第２レンズ群３０４と第３レンズ群３０５を可動群とするズーム光学系を構成する。
【０１１１】
このように、本実施の形態にあっては、全てのレンズ群３０３〜３０６を固定基板１０１上に配置することで、非常にコンパクトな撮像モジュールを実現できる。なお、本実施の形態においては可動部材を２群としたが、３群以上であっても特に圧電振動子１０６の数を増やしたりすることなく対応することができる。また、図を簡略化するためにガイドレール１０７は可動レンズ枠の図９における左右方向の移動のみを拘束しているが、撮像モジュールが倒立することを想定する必要がある用途にあっては可動部材１０５−１，１０５−２の上面も拘束する必要があることは言うまでもない。
【０１１２】
また、本実施の形態では可動部材をレンズ枠として、可動部材にレンズまたはレンズ群を配置したが、固体撮像素子、プリズム、ミラーなどの様々な光学素子を可動部材に固定して配置するようにしても良い。固定基板１０１に固定されるものも同様である。
【０１１３】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。前述した第１の実施の形態では、振動部材１０２を振動させるために圧電振動子１０６を用いていたが、本実施の形態では固定電極１０４及び振動部材１０２に一体に形成した櫛歯状静電アクチュエータを用いている。本実施の形態の説明においては、説明を簡略化するために第１の実施の形態と同じ機能要素に関しては同じ参照番号を用いることとする。
【０１１４】
図１１は本実施の形態のアクチュエータの斜視図で、固定基板１０１と振動部材１０２から互いに対向する櫛歯状の電極４０１及び４０２が形成されている。図１２は、この櫛歯状電極４０１，４０２の部分を拡大した上面図である。また、図１２に示したＡ−Ａ’線とＢ−Ｂ’線における断面図を図１３及び図１４にそれぞれ示す。ここで、固定基板１０１と振動部材１０２は、樹脂薄膜１０８によって電気的に振動電極１０３と固定電極１０４と絶縁されているので、櫛歯状電極４０１及び４０２にはこれらの電位とは独立に電圧を印加することができる。なお、図では、各櫛歯状電極４０１の延在長が異なるものとして示されているが、個々の櫛歯状電極４０１の長さは特に限定するものではなく、このように互いに異なる長さであっても良いし、全て同じ長さであっても良い。
【０１１５】
図１３及び図１４から分かるように、振動部材１０２は、下層樹脂薄膜１０８及び上層樹脂薄膜１０９で固定基板１０１の矩形開口部に対して支持されている。ここで、固定基板１０１と振動部材１０２の間に電圧を印加すると、固定基板１０１の櫛歯状電極４０１と振動部材１０２の櫛歯状電極４０２は櫛歯状静電アクチュエータとして機能して、振動部材１０２は図１２の矢印Ｃの方向に変位する。この後電位差を０Ｖにすると、弾性部材である下層樹脂薄膜１０８と上層樹脂薄膜１０９の弾性によって振動部材１０２は元の位置に戻るので、固定基板１０１と振動部材１０２の間に電圧パルスを印加することによって、前述した第１の実施の形態において圧電振動子１０６を用いたのと同様に、振動部材１０２を固定基板１０１に対して振動させることができ、従って、上記第１の実施の形態もしくは第２の実施の形態と同様に可動部材１０５を歩進駆動させることができる。
【０１１６】
以上説明したように、本実施の形態においては、振動部材１０２を振動させる櫛歯状静電アクチュエータが固定基板１０１及び振動部材１０２に一体に形成されているので、積層型圧電振動子１０６からなる圧電アクチュエータを別体の部品として接合する第１の実施の形態と比較して、特に小型化を求める用途に好適である。一方、上記圧電アクチュエータは、該静電アクチュエータと比較して発生力が大きいので、比較的質量の大きい可動部材を多数駆動する用途には好適である。
【０１１７】
なお、本実施の形態では可動部材１０５を一つとしたが、上記第３の実施の形態と同様に２つ以上の可動部材を有する場合にも同様に適用可能であることは言うまでもない。また、２つの櫛歯状電極４０１，４０２の少なくとも一方の表面が絶縁体で覆われるなどして、互いに絶縁されていると望ましい。
【０１１８】
また、本実施の形態においては、振動部材１０２に配置された第１駆動電極としての櫛歯状電極４０２と、固定基板１０１に配置された第２駆動電極としての櫛歯状電極４０１と、からなる静電アクチュエータにより振動部材１０２を振動させるものとしたが、それら第１及び第２駆動電極の形状は、そのような櫛歯状に限定されるものではなく、所望の方向に静電気力を発生することができるのであれば、どのような形状であっても構わない。
【０１１９】
［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について図１５を用いて説明する。上記第４の実施の形態では、振動部材１０２を振動させるための櫛歯状静電アクチュエータを振動部材１０２の一端のみに配置していたが、本実施の形態においては、振動部材１０２の両端に櫛歯状静電アクチュエータを配置するものである。また、上記第４の実施の形態では一つの可動部材１０５を有していたが、本実施の形態では２つの可動部材１０５−１，１０５−２を有するものとする。それ以外については第４の実施の形態と同様である。従って、本実施の形態の説明においては、説明を簡略化するために第４の実施の形態と同じ機能要素に関しては同じ参照番号を用いることとする。
【０１２０】
即ち、上記第４の実施の形態と同様に、振動部材１０２の一端には櫛歯状電極４０２が形成され、固定基板１０１にはそれに対向する櫛歯状電極４０１が形成されている。本実施の形態に係るアクチュエータでは、更に、振動部材１０２の他の一端には櫛歯状電極５０２が形成され、固定基板１０１にはそれに対向する櫛歯状電極５０１が形成されている。これによって、櫛歯状電極４０１と櫛歯状電極４０２で第１の櫛歯状静電アクチュエータを構成し、櫛歯状電極５０１と櫛歯状電極５０２で第２の櫛歯状静電アクチュエータを構成する。
【０１２１】
ここで例えば振動部材１０２側の櫛歯状電極４０２及び５０２を接地して、固定基板１０１側の櫛歯状電極４０１と５０１に交互に高電圧を印加することで、固定基板１０１に対して振動部材１０２を振動させることができる。ここで、上記第４の実施の形態と同様に振動部材１０２は固定基板１０１に対して、樹脂薄膜１０８及び１０９（図示せず）によって支持されているが、第１の櫛歯状静電アクチュエータと第２の櫛歯状静電アクチュエータの発生力はこれら樹脂薄膜１０８及び１０９の弾性復元力と比較して十分に大きいものとする。
【０１２２】
以上説明したように、上記第４の実施の形態の振動部材１０２の振動が樹脂薄膜１０８及び１０９の弾性復元力に依存していたのに対して、本実施の形態においては、対向する一対の櫛歯状静電アクチュエータによって駆動されるので、より大きな負荷に対して振動部材１０２の振動を維持できる。従って、上記第４の実施の形態と比較して、本実施の形態に係るアクチュエータは、多数の可動部材を駆動する場合や質量の比較的大きな可動部材を駆動する用途にあって特に好適である。
【０１２３】
［第６の実施の形態］
次に、本発明の第６の実施の形態について説明する。本実施の形態では、本発明のアクチュエータに可動部材の位置検知機能を統合する方法について言及する。
【０１２４】
図１６は、本実施の形態に係るアクチュエータの上面図であるが、その構成は上記第１の実施の形態と類似であるので、同一の機能要素に対しては図２と同じ参照番号を用いるものとする。ただし、図を見易くするために、可動部材１０５の図示は省略している。
【０１２５】
第１の実施の形態と異なるのは、左側の固定電極が２つの領域１０４−ａと１０４−ｂとに分割されていることである。これらと右側の固定電極１０４には、アクチュエータの駆動に際して同じ電圧が印加されるが、可動部材１０５（図示せず）と分割された固定電極１０４−ａの間の静電容量を計測する外部回路（図示せず）を備える。ここで、可動部材１０５が同図中の破線Ａの位置から破線Ｂの位置に移動すると、固定電極１０４−ａは可動部材１０５の移動方向に可動電極１１１と対向する面積が変動しているので、固定電極１０４−ａと可動電極１１１の間の静電容量は増大する。このように、固定電極１０４−ａと可動電極１１１の間の静電容量は可動電極１１１の位置によって決まるので、これを計測することによって可動部材１０５の位置を検知することができる。一方、固定電極１０４−ｂにも固定電極１０４−ａと同じ電圧が印加されているので、固定電極１０４−ａと１０４−ｂを分離する領域を十分に狭く形成することによって、アクチュエータの駆動に際して、実質的に前述した第１の実施の形態の場合と同等の静電気力を作用させることができる。なお、本実施の形態では固定電極１０４を分割したが、振動電極１０３を分割しても同様の効果が得られることはいうまでもない。
【０１２６】
このように、本実施の形態においては、アクチュエータの電極構成に若干の変更を加えるのみで位置検知機能を統合できるので、アクチュエータとは別体で光学式もしくは磁気式などのセンサを組み付ける場合と比較して小型化の点で有利である。
【０１２７】
また、固定電極１０４が分割されておらず、可動部材１０５の移動方向に可動電極１１１と対向する面積が変動している固定電極でも良い。
【０１２８】
また、本実施の形態では単純に可動電極１１１と固定電極１０４−ａの間の静電容量を計測することで位置検知したが、この方法では固定電極１０４−ａと可動電極１１１との間隔のバラツキや周囲温度の変動の影響を強く受けるので、これらによる位置検知精度の低下は避けられない。この問題を回避するためには、可動電極１１１と固定電極１０４−ａの容量と、可動電極１１１と固定電極１０４−ｂの容量との差を計測する方法が考えられる。
【０１２９】
この容量差を計測するための外部回路としては、例えばスイッチドキャパシタを用いた回路が考えられる。ここで、スイッチドキャパシタは、図１７に示すように、第１のコンデンサＣＳ１の一端を基準電圧Ｖｄｄと接地に切り換え接続する第１のスイッチＳＷ１と、同じく第２のコンデンサＣＳ２の一端を基準電圧Ｖｄｄと接地に切り換え接続する第２のスイッチＳＷ２と、上記第１のコンデンサＣＳ１の他端をその非反転入力端子が接地されている演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子と接地に切り換え接続する第３のスイッチＳＷ３と、同じく上記第２のコンデンサＣＳ２の他端を上記演算増幅器ＯＰ１の上記反転入力端子と接地に切り換え接続する第４のスイッチＳＷ４と、上記演算増幅器ＯＰ１の出力端子と反転入力端子との間に接続されたコンデンサＣｆと、一端が接地されたコンデンサＣｔと、該コンデンサＣｔの他端を上記演算増幅器ＯＰ１の出力端子と反転入力端子に切り換え接続する第５のスイッチＳＷ５とから構成され、各スイッチの切り換えにより第１のコンデンサＣＳ１と第２のコンデンサＣＳ２の静電容量の差により、演算増幅器ＯＰ１の出力電圧Ｖｏが決定されるものである。
【０１３０】
以下、各スイッチの状態により、スイッチドキャパシタによる静電容量差の検出原理を説明する。
【０１３１】
まず、上記第１乃至第４のスイッチＳＷ１〜ＳＷ４が全て接地側に切り換えられ、第５のスイッチＳＷ５が演算増幅器ＯＰ１の出力端子側に切り換えられた状態である入力リセット状態では、第１のコンデンサＣＳ１の充電電荷ｑ１は０、第２のコンデンサＣＳ２の充電電荷ｑ２は０、コンデンサＣｆの充電電荷ｑｆはＣｆ・Ｖｏ（ｎ）、コンデンサＣｔの充電電荷ｑｔはＣｔ・Ｖｏ（ｎ）となる。なおここで、Ｖｏは演算増幅器ＯＰ１の出力電圧であるが、スイッチドキャパシタは、幾つかの状態を１パターンとして作動するために、各パターンを（ｎ）の添え字で表す。
【０１３２】
次に、上記入力リセット状態から上記第２のスイッチＳＷ２を基準電圧Ｖｄｄ側に切り換えて充電状態とすると、第２のコンデンサＣＳ２に電荷が充電され、その充電電荷ｑ２は−ＣＳ２・Ｖｄｄとなる。
【０１３３】
そして、上記第１のスイッチＳＷ１を基準電圧Ｖｄｄ側、第２のスイッチＳＷ２を接地側、第３乃至第５のスイッチＳＷ３〜ＳＷ５を演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子側に同時に切り換えて出力状態とすると、演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子には、図１８に示すような電流が流れ込み、各コンデンサの電荷は次のようになる。
【０１３４】
ｑ１＝∫ｉ１ｄｔ＝ＣＳ１・Ｖｄｄ
ｑ２＝∫ｉ２ｄｔ＝−ＣＳ２・Ｖｄｄ
ｑｆ＝∫ｉｆｄｔ＝Ｃｆ｛Ｖｏ（ｎ＋１）−Ｖｏ（ｎ）｝
ｑｔ＝∫ｉｔｄｔ＝Ｃｔ・Ｖｏ（ｎ）
ここで、各電流の代数和が０になることから、次の式（１）が成り立つ。
【０１３５】
ｑ１＋ｑ２＋ｑｆ＋ｑｔ＝ＣＳ１・Ｖｄｄ−ＣＳ２・Ｖｄｄ＋Ｃｆ｛Ｖｏ（ｎ＋１）−Ｖｏ（ｎ）｝Ｃｔ・Ｖｏ（ｎ）＝０ …（１）
よって、
Ｃｆ・Ｖｏ（ｎ＋１）＝（ＣＳ１−ＣＳ２）Ｖｄｄ＋（Ｃｆ−Ｃｔ）Ｖｏ（ｎ） …（２）
上記式（２）より、Ｃｄ＝Ｃｔとすることで、スイッチドキャパシタの出力状態での出力電圧Ｖｏは常に次の式（３）で表されることになる。
【０１３６】
Ｖｏ＝（ＣＳ１−ＣＳ２）Ｖｄｄ／Ｃｆ …（３）
この式（３）で示されるように、スイッチドキャパシタ回路の出力電圧値から、第１のコンデンサＣＳ１と第２のコンデンサＣＳ２の静電容量の差を算出することができる。
【０１３７】
なお、このスイッチドキャパシタ回路は、この出力状態から上記入力リセット状態と同様のスイッチ切り換え状態とした出力充電状態と、更に第５のスイッチＳＷ５のみを演算増幅器ＯＰ１の反転入力端子側に切り換えた出力リセット状態とを経ることで、出力電圧をリセットすることができる。ここで、出力充電状態は、出力電圧が出力状態で安定しているため、サンプリングを行うタイミングとして最適である。
【０１３８】
このように、スイッチドキャパシタ回路で２つのコンデンサの静電容量差を算出することができるので、上記第１のコンデンサＣＳ１を可動電極１１１と固定電極１０４−ａによって構成されるコンデンサ、第２のコンデンサＣＳ２を可動電極１１１と固定電極１０４−ｂとでなるコンデンサとすることで、両者の静電容量の差に相当するスイッチドキャパシタ回路の出力電圧Ｖｏから可動部材１０５の位置を求めることができる。
【０１３９】
このように容量差を求める構成とすることで、固定電極１０４−ａ，１０４−ｂと可動部材１０５との間隔のバラツキや周囲温度の変動の影響を少なくして、より高精度の位置検知が可能になる。
【０１４０】
なお、このような静電容量の差を計測するのではなく、静電容量の比を計測するようにしても良いことは言うまでもない。
【０１４１】
以上実施の形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
【０１４２】
（付記）
前記の具体的実施の形態から、以下のような構成の発明を抽出することができる。
【０１４３】
（１） 所定の方向に延びた基板と、
前記基板に対し、前記所定の方向に振動可能に支持された振動部材と、
前記振動部材を前記所定の方向に振動させる振動生成手段と、
前記基板に対向する第１の対向面および前記振動部材に対向する第２の対向面とを有する可動部材と、
前記可動部材の前記第１または第２の対向面に配置された可動電極と、
前記可動電極に対向するように前記基板または前記振動部材に配置された対向電極と、
を具備し、
前記所定の方向の振動により前記振動部材が前記基板に対して所望の方向に相対変位する際に、
前記振動部材と前記可動部材との間の見かけ上の摺動抵抗が、前記基板と前記可動部材との間の見かけ上の摺動抵抗より大きくなるように、
前記可動電極と前記対向電極との間に電位差を印加して静電気力を作用させることによって、前記可動部材を前記基板に対して前記所望の方向に相対移動させることを特徴とするアクチュエータ。
【０１４４】
（対応する実施の形態）
この（１）に記載のアクチュエータに関する実施の形態は、第１乃至第６の実施の形態が対応する。ここで、それらの実施の形態における固定基板１０１が上記基板に、振動部材１０２が上記振動部材に、積層型圧電振動子１０６あるいは櫛歯状アクチュエータが振動生成手段に、可動部材１０５，１０５−１，１０５−２が上記可動部材に、可動電極１１１，１１１−１，１１１−２が上記可動電極に、固定電極１０４，１０４−ａ，１０４−ｂあるいは振動電極１０３が上記対向電極にそれぞれ対応する。
（作用効果）
この（１）に記載のアクチュエータによれば、振動部材の振動する方向（所定の方向）に延びた基板があるので、小型の可動子でも動かすことができる。
【０１４５】
（２） 前記基板と前記可動部材との間の見かけ上の摺動抵抗が、前記振動部材と前記可動部材との間の見かけ上の摺動抵抗より大きくなるように、
前記可動電極と前記対向電極との間に電位差を印加して静電気力を作用させることによって、前記可動部材を前記基板に対して停止させることを特徴とする（１）に記載のアクチュエータ。
【０１４６】
（対応する実施の形態）
この（２）に記載のアクチュエータに関する実施の形態は、第１及び第２の実施の形態が対応する。
（作用効果）
この（２）に記載のアクチュエータによれば、可動子を停止させることができる。
【０１４７】
（３） 前記対向電極と前記可動電極との間の電位差が、前記振動部材の振動に同期して変化することを特徴とする（１）に記載のアクチュエータ。
【０１４８】
（対応する実施の形態）
この（３）に記載のアクチュエータに関する実施の形態は、第１及び第２の実施の形態が対応する。
（作用効果）
この（３）に記載のアクチュエータによれば、このように、電位差を与えることで、可動部材を所望の方向に動かすことができる。
【０１４９】
（４） 前記対向電極と前記可動電極とのいずれか一方の電極に、前記振動部材の振動に同期して変化する電位を与え、他方の電極に固定した電位を与えること特徴とする（３）に記載のアクチュエータ。
【０１５０】
（対応する実施の形態）
この（４）に記載のアクチュエータに関する実施の形態は、第１及び第２の実施の形態が対応する。
（作用効果）
この（４）に記載のアクチュエータによれば、このように、電位を与えることで、振動部材の振動に同期した電位差を与えられる。
【０１５１】
（５） 前記対向電極と前記可動電極との間の電位差が、振動に同期して０となる瞬間が存在することを特徴とする（３）に記載のアクチュエータ。
【０１５２】
（対応する実施の形態）
この（５）に記載のアクチュエータに関する実施の形態は、第１及び第２の実施の形態が対応する。
（作用効果）
この（５）に記載のアクチュエータによれば、可動電極と対向電極の１つとの間に働く静電気力が０になり、見かけ上の摺動抵抗の差を大きくすることができるので、安定した動作が可能である。
【０１５３】
（６） 前記可動電極が配置された可動部材が複数存在し、該複数の可動部材が互いに独立に移動することを特徴とする（１）に記載のアクチュエータ。
【０１５４】
（対応する実施の形態）
この（６）に記載のアクチュエータに関する実施の形態は、第３の実施の形態が対応する。ここで、その実施の形態における第１可動部材１０５−１及び第２可動部材１０５−２が上記複数の可動部材に対応する。
（作用効果）
この（６）に記載のアクチュエータによれば、複数の可動子を独立に移動させることができる。
【０１５５】
（７） 前記複数の可動部材に配置された可動電極のそれぞれに独立に電位を与えることによって、前記複数の可動部材が互いに独立に移動することを特徴とする（６）に記載のアクチュエータ。
【０１５６】
（対応する実施の形態）
この（７）に記載のアクチュエータに関する実施の形態は、第３の実施の形態が対応する。
（作用効果）
この（７）に記載のアクチュエータによれば、このように、電位差を与えることで、複数の可動子を独立に移動させることができる。
【０１５７】
（８） 前記対向電極は、当該対向電極と前記可動電極とが対向する面積が、前記可動部材の移動方向における位置によって異なるように構成された電極であり、
前記対向する面積の変動を利用して、前記可動部材の位置を検出することが可能であることを特徴とする（１）に記載のアクチュエータ。
【０１５８】
（対応する実施の形態）
この（８）に記載のアクチュエータに関する実施の形態は、第６の実施の形態が対応する。ここで、その実施の形態における固定電極１０４−ａ及び１０４−ｂが上記対向電極に対応する。
（作用効果）
この（８）に記載のアクチュエータによれば、面積の変動に基づき位置を検出することで、精度の良い駆動が可能となる。
【０１５９】
（９） 前記対向電極は、前記可動部材の移動方向における位置によって前記可動電極と対向する面積が異なる第１の領域と残りの領域を含む第２の領域とに分割された電極であり、
前記対向する面積の変動を利用して、前記可動部材の位置を検出することが可能であることを特徴とする（１）に記載のアクチュエータ。
【０１６０】
（対応する実施の形態）
この（９）に記載のアクチュエータに関する実施の形態は、第６の実施の形態が対応する。ここで、その実施の形態における固定電極１０４−ａが上記対向電極の第１の領域に、固定電極１０４−ｂが上記対向電極の第２の領域に対応する。
（作用効果）
この（９）に記載のアクチュエータによれば、位置検出が可能であると共に、電極全体としてみた場合の静電気力が可動部材の移動方向で変化することがない。
【０１６１】
（１０） 前記対向電極は、前記可動部材の移動方向における位置によって前記可動電極と対向する面積が異なるような第１の領域と第２の領域とに分割された電極であり、
前記第１と第２の領域の前記可動電極と対向する面積の変動を利用して、前記可動部材の位置を検出することが可能であることを特徴とする（１）に記載のアクチュエータ。
【０１６２】
（対応する実施の形態）
この（１０）に記載のアクチュエータに関する実施の形態は、第６の実施の形態が対応する。ここで、その実施の形態における固定電極１０４−ａが上記対向電極の第１の領域に、固定電極１０４−ｂが上記対向電極の第２の領域に対応する。
（作用効果）
この（１０）に記載のアクチュエータによれば、対向電極と可動電極の距離のバラツキや温度変化の影響を減少し、位置検出を精度よく行うことができる。
【０１６３】
（１１） 前記対向する面積の変動は、前記対向電極と前記可動電極との間の静電容量を測定することで測定されることを特徴とする（８）乃至（１０）のいずれかに記載のアクチュエータ。
【０１６４】
（対応する実施の形態）
この（１１）に記載のアクチュエータに関する実施の形態は、第６の実施の形態が対応する。
（作用効果）
この（１１）に記載のアクチュエータによれば、前記２つの電極間の静電容量を測定することで、電極面積を算出し、可動部材の移動方向における位置を検出できる。
【０１６５】
（１２） 前記振動生成手段は、前記基板と前記振動部材とを連結する圧電振動子から構成されることを特徴とする（１）に記載のアクチュエータ。
【０１６６】
（対応する実施の形態）
この（１２）に記載のアクチュエータに関する実施の形態は、第１乃至第３の実施の形態が対応する。ここで、それらの実施の形態における積層型圧電振動子１０６が上記圧電振動子に対応する。
（作用効果）
この（１２）に記載のアクチュエータによれば、静電アクチュエータより出力が高いので、質量の大きい可動部材、多数の可動部材を動かすことができる。
【０１６７】
（１３） 前記振動生成手段は、
前記基板と前記振動部材とを連結する弾性部材と、
前記振動部材に配置された第１駆動電極と、
前記第１駆動電極に対向し、所望の方向に静電気力を発生するように前記基板に配置された第２駆動電極と、
を有し、
前記第１駆動電極及び第２駆動電極との間に電位差を印加して静電気力を作用させることによって振動を生成することを特徴とする（１）に記載のアクチュエータ。
【０１６８】
（対応する実施の形態）
この（１３）に記載のアクチュエータに関する実施の形態は、第４及び第５の実施の形態が対応する。ここで、それらの実施の形態における下層樹脂薄膜１０８及び上層樹脂薄膜１０９が上記弾性部材に、櫛歯状電極４０２が上記第１駆動電極に、櫛歯状電極４０１が上記第２駆動電極にそれぞれ対応する。
（作用効果）
この（１３）に記載のアクチュエータによれば、振動生成手段を基板に一体に形成できるので、アクチュエータ全体を小型化できる。
【０１６９】
（１４） 前記可動部材が光学素子を含むことを特徴とする（１）または（６）に記載のアクチュエータ。
【０１７０】
（対応する実施の形態）
この（１４）に記載のアクチュエータに関する実施の形態は、第１乃至第６の実施の形態が対応する。ここで、それらの実施の形態におけるレンズ群３０４，３０５等が上記光学素子に対応する。
（作用効果）
この（１４）に記載のアクチュエータによれば、このように光学素子を可動部材内に配置することで、小型の光学モジュールとして作ることができる。
【０１７１】
（１５） 前記基板または前記振動部材に固定された光学素子をさらに具備することを特徴とする（１４）に記載のアクチュエータ。
【０１７２】
（対応する実施の形態）
この（１５）に記載のアクチュエータに関する実施の形態は、第３の実施の形態が対応する。ここで、その実施の形態におけるレンズ群３０３，３０６等が上記光学素子に対応する。
（作用効果）
この（１５）に記載のアクチュエータによれば、全ての光学素子を１つの基板上に形成することで、さらに小型の光学モジュールを作成できる。さらには、例えば撮像素子を基板上に配置することで、小型の撮像モジュールを作成することも可能となる。
【０１７３】
（１６） 前記対向電極および前記可動電極の少なくとも一方の表面が絶縁体で覆われていることを特徴とする（１）に記載のアクチュエータ。
【０１７４】
（対応する実施の形態）
この（１６）に記載のアクチュエータに関する実施の形態は、第１乃至第６の実施の形態が対応する。ここで、それらの実施の形態における下層樹脂薄膜１０８及び上層樹脂薄膜１０９が上記絶縁体に対応する。
（作用効果）
この（１６）に記載のアクチュエータによれば、静電気力を大きく働かせる為に２つの電極を接触させても、放電することがなく、また、２つの電極が接触した後も各電極に独立して電位を与えることができるようになる。
【０１７５】
（１７） （１）に記載のアクチュエータと、
前記可動電極と前記対向電極との間に電位差を印加する電位差印加手段と、
を具備することを特徴とするアクチュエータシステム。
【０１７６】
（対応する実施の形態）
この（１７）に記載のアクチュエータシステムに関する実施の形態は、第１乃至第６の実施の形態が対応する。
（作用効果）
この（１７）に記載のアクチュエータシステムによれば、振動部材の振動する方向（所定の方向）に延びた基板があるので、小型の可動子でも動かすことができる。
【０１７７】
（１８） 所定の方向に延びた基板と、
前記基板に対し、前記所定の方向に振動可能に支持された振動部材と、
前記振動部材を前記所定の方向に振動させる振動生成手段と、
前記基板に対向する第１の対向面および前記振動部材に対向する第２の対向面とを有する可動部材と、
前記可動部材の前記第１または第２の対向面に配置された可動電極と、
前記可動電極に対向するように前記基板または前記振動部材に配置された対向電極と、
を具備し、
前記振動部材の振動に同期して前記可動電極と前記対向電極に電位差を印加し、これによって発生する静電気力を利用して、前記可動部材を前記基板に対して所望の方向に相対移動させることを特徴とするアクチュエータ。
【０１７８】
（対応する実施の形態）
この（１８）に記載のアクチュエータに関する実施の形態は、第１乃至第６の実施の形態が対応する。ここで、それらの実施の形態における固定基板１０１が上記基板に、振動部材１０２が上記振動部材に、積層型圧電振動子１０６あるいは櫛歯状アクチュエータが振動生成手段に、可動部材１０５，１０５−１，１０５−２が上記可動部材に、可動電極１１１，１１１−１，１１１−２が上記可動電極に、固定電極１０４，１０４−ａ，１０４−ｂあるいは振動電極１０３が上記対向電極にそれぞれ対応する。
（作用効果）
この（１８）に記載のアクチュエータによれば、振動部材の振動する方向（所定の方向）に延びた基板があるので、小型の可動子でも動かすことができる。
【０１７９】
（１９） 所定の方向に延びた基板と、
前記基板に対し、前記所定の方向に振動可能に支持された振動部材と、
前記振動部材を前記所定の方向に振動させる振動生成手段と、
前記基板に対向する第１の対向面および前記振動部材に対向する第２の対向面とを有する可動部材と、
前記可動部材の前記第１および第２の対向面に配置された可動電極と、
前記可動電極に対向するように前記基板に配置された第１の対向電極と、
前記可動電極に対向するように前記振動部材に配置された第２の対向電極と、
を具備し、
前記所定の方向の振動により前記振動部材が前記基板に対して、所望の方向に相対変位する際に、前記振動部材と前記可動部材との間の見かけ上の摺動抵抗が、前記基板と前記可動部材との間の見かけ上の摺動抵抗より大きくなるように、前記可動電極と前記第１および第２の対向電極との間に電位差を印加して静電気力を作用させることによって、前記可動部材を前記基板に対して前記所望の方向へ相対移動させることを特徴とするアクチュエータ。
【０１８０】
（対応する実施の形態）
この（１９）に記載のアクチュエータに関する実施の形態は、第１乃至第６の実施の形態が対応する。ここで、それらの実施の形態における固定基板１０１が上記基板に、振動部材１０２が上記振動部材に、積層型圧電振動子１０６あるいは櫛歯状アクチュエータが振動生成手段に、可動部材１０５，１０５−１，１０５−２が上記可動部材に、可動電極１１１，１１１−１，１１１−２が上記可動電極に、固定電極１０４，１０４−ａ，１０４−ｂが上記第１の対向電極に、振動電極１０３が上記第２の対向電極にそれぞれ対応する。
（作用効果）
この（１９）に記載のアクチュエータによれば、振動部材の振動する方向（所定の方向）に延びた基板があるので、小型の可動子でも動かすことができる。
【０１８１】
（２０） 前記第１の対向電極と第２の対向電極とに互いに異なる位相の電圧を与えることを特徴とする（１９）に記載のアクチュエータ。
【０１８２】
（対応する実施の形態）
この（２０）に記載のアクチュエータに関する実施の形態は、第１の実施の形態が対応する。
（作用効果）
この（２０）に記載のアクチュエータによれば、第１の対向電極と第２の対向電極に互いに異なる位相の電圧を与えることで、振動部材と可動電極との間の見かけ上の摺動抵抗と、基板と可動部材との間の見かけ上の摺動抵抗との大小関係を制御できるので、安定した動作が可能である。
【０１８３】
（２１） 前記第１の対向電極と第２の対向電極とに互いに逆相の電圧を与えることを特徴とする（２０）に記載のアクチュエータ。
【０１８４】
（対応する実施の形態）
この（２１）に記載のアクチュエータに関する実施の形態は、第１の実施の形態が対応する。
（作用効果）
この（２１）に記載のアクチュエータによれば、見かけ上の摺動抵抗の差の最大値をさらに大きくできるので、さらに安定した動作が可能である。
【０１８５】
（２２） 前記基板は、前記振動部材の振動方向に対して当該基板面で直交する方向において前記振動部材の両側に当該振動部材を挟むように設けられており、
前記可動電極と対向する前記第１の対向電極が前記振動部材の両側に配置されていることを特徴とする（１９）に記載のアクチュエータ。
【０１８６】
（対応する実施の形態）
この（２２）に記載のアクチュエータに関する実施の形態は、第１乃至第６の実施の形態が対応する。
（作用効果）
この（２２）に記載のアクチュエータによれば、可動部材を両側から基板に固定することで、可動部材が安定し、所定の方向に対して所望の角度を保つことができる。また、２つの第１の対向電極及び第２の対向電極と可動部材との間の見かけ上の摺動抵抗の大小関係を制御することで、可動部材の所定の方向に対しての角度を変化させることができる。
【０１８７】
（２３） 可動部材に設けられた可動電極と、
前記可動部材に対向する面を有する基板、または、前記可動電極に対向する面を有すると共に所定の方向に振動する振動部材、の当該対向する面に設けられた対向電極と、
に電圧を印加して、前記可動部材を前記基板に対して相対移動させるアクチュエータの駆動方法であって、
前記振動部材が前記基板に対し所望の方向に相対変位する際に、
前記振動部材と前記可動部材との間の見かけ上の摺動抵抗が、前記基板と前記可動部材との間の見かけ上の摺動抵抗より大きくなるように、
前記可動電極と前記対向電極との間に電位差を印加することを特徴とするアクチュエータの駆動方法。
【０１８８】
（対応する実施の形態）
この（２３）に記載のアクチュエータの駆動方法に関する実施の形態は、第１乃至第６の実施の形態が対応する。ここで、それらの実施の形態における可動部材１０５，１０５−１，１０５−２が上記可動部材に、可動電極１１１，１１１−１，１１１−２が上記可動電極に、固定基板１０１が上記基板に、振動部材１０２が上記振動部材に、固定電極１０４，１０４−ａ，１０４−ｂあるいは振動電極１０３が上記対向電極にそれぞれ対応する。
（作用効果）
この（２３）に記載のアクチュエータの駆動方法によれば、振動部材が基板に対し所望の方向に相対変位する際に、振動部材と可動部材との間の見かけ上の摺動抵抗が、基板と可動部材との間の見かけ上の摺動抵抗より大きくなるように、可動電極と対向電極との間に電位差を印加することで、アクチュエータを動かすことができる。
【０１８９】
（２４） 可動部材に設けられた可動電極と、
前記可動部材に対向する面を有する基板の対向する面に設けられた第１の対向電極と、
前記可動電極に対向する面を有すると共に所定の方向に振動する振動部材の対向する面に設けられた第２の対向電極と、
に制御した電圧を印加して、前記可動部材を前記基板に対して相対移動させるアクチュエータの駆動方法であって、
前記振動部材が前記基板に対し所望の方向に相対変位する際に、
少なくとも前記第２の対向電極と前記可動電極との間に電位差を印加することを特徴とするアクチュエータの駆動方法。
【０１９０】
（対応する実施の形態）
この（２４）に記載のアクチュエータの駆動方法に関する実施の形態は、第１乃至第６の実施の形態が対応する。ここで、それらの実施の形態における可動部材１０５，１０５−１，１０５−２が上記可動部材に、可動電極１１１，１１１−１，１１１−２が上記可動電極に、固定基板１０１が上記基板に、固定電極１０４，１０４−ａ，１０４−ｂが上記第１の対向電極に、振動部材１０２が上記振動部材に、振動電極１０３が上記第２の対向電極にそれぞれ対応する。
（作用効果）
この（２４）に記載のアクチュエータの駆動方法によれば、振動部材が基板に対し所望の方向に相対変位する際に、少なくとも第２の対向電極と可動電極との間に電位差を印加することで、アクチュエータを動かすことができる。
【０１９１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、可動部材が小型化できる、および／または複数の可動部材を単一の電気−機械変換素子によって同時に且つ独立に動かすことができるアクチュエータ及びアクチュエータ駆動方法並びにアクチュエータシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施の形態に係るアクチュエータの構成を示す斜視図である。
【図２】 第１の実施の形態に係るアクチュエータの上面図である。
【図３】 図２のＢ−Ｂ’線における断面図である。
【図４】 図２のＣ−Ｃ’線における断面図である。
【図５】 第１の実施の形態に係るアクチュエータの配線の引き出し方法を説明するための図である。
【図６】 第１の実施の形態に係るアクチュエータの駆動方法を説明するためのタイミングチャートを示す図である。
【図７】 本発明の第２の実施の形態に係るアクチュエータの駆動方法を説明するためのタイミングチャートを示す図である。
【図８】 本発明の第３の実施の形態に係るアクチュエータの適用された撮像モジュールの斜視図である。
【図９】 第３の実施の形態に係るアクチュエータの適用された撮像モジュールの上面図である。
【図１０】 図９のＤ−Ｄ’線における断面図である。
【図１１】 本発明の第４の実施の形態に係るアクチュエータの斜視図である。
【図１２】 櫛歯状電極部分を拡大して示す上面図である。
【図１３】 図１２のＡ−Ａ’線における断面図である。
【図１４】 図１２のＢ−Ｂ’線における断面図である。
【図１５】 本発明の第５の実施の形態に係るアクチュエータの斜視図である。
【図１６】 本発明の第６の実施の形態に係るアクチュエータの上面図である。
【図１７】 スイッチドキャパシタ回路の回路図である。
【図１８】 スイッチドキャパシタ回路の出力状態時状態を示す回路図である。
【符号の説明】
１０１…固定基板、１０２…振動部材、１０３…振動電極、１０４，１０４−ａ，１０４−ｂ…固定電極、１０５，１０５−１，１０５−２…可動部材、１０５Ａ…開口、１０６…積層型圧電振動子、１０７…ガイドレール、１０８…下層樹脂薄膜、１０９…上層樹脂薄膜、１１０…接着部材、１１１，１１１−１，１１１−２…可動電極、１５１，１５３…配線、１５２，１５４…電極パッド、１５５…開口、３０１…前方固定レンズ枠、３０２…後方固定レンズ枠、３０３〜３０６…レンズ群、３０７…ローパスフィルタ、３０８…固体撮像素子パッケージ、３０９…固体撮像素子、４０１，４０２，５０１，５０２…櫛歯状電極、Ｃｆ，Ｃｔ，ＣＳ１，ＣＳ２…コンデンサ、ＯＰ１…演算増幅器、ＳＷ１〜ＳＷ５…スイッチ、Ｖｄｄ…基準電圧、Ｖｏ…出力電圧。

Claims (23)

1. 所定の方向に延びた基板と、
   前記基板に対し、前記所定の方向に振動可能に支持された振動部材と、
   前記振動部材を前記所定の方向に振動させる振動生成手段と、
   前記基板に対向する第１の対向面と前記振動部材に対向する第２の対向面とを有する可動部材と、
   前記可動部材の前記第１及び第２の少なくとも一方の対向面に配置された可動電極と、
   前記可動電極に対向するように前記基板及び前記振動部材の少なくとも一方に配置された前記所定の方向に延びた対向電極と、
   を具備し、
   前記所定の方向の振動により前記振動部材が前記基板に対して所望の方向に相対変位する際に、前記振動部材と前記可動部材との間の見かけ上の摺動抵抗が、前記基板と前記可動部材との間の見かけ上の摺動抵抗より大きくなるように、前記可動電極と前記対向電極との間に電位差を印加して静電気力を作用させることによって、前記可動部材を前記基板に対して前記所望の方向に相対移動させることを特徴とするアクチュエータ。
2. 前記基板と前記可動部材との間の見かけ上の摺動抵抗が、前記振動部材と前記可動部材との間の見かけ上の摺動抵抗より大きくなるように、前記可動電極と前記対向電極との間に電位差を印加して静電気力を作用させることによって、前記可動部材を前記基板に対して停止させることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
3. 前記対向電極と前記可動電極との間の電位差が、前記振動部材の振動に同期して変化することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
4. 前記対向電極と前記可動電極とのいずれか一方の電極に、前記振動部材の振動に同期して変化する電位を与え、他方の電極に固定した電位を与えること特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ。
5. 前記対向電極と前記可動電極との間の電位差が、振動に同期して０となる瞬間が存在することを特徴とする請求項３に記載のアクチュエータ。
6. 前記可動電極が配置された可動部材が複数存在し、該複数の可動部材が互いに独立に移動することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
7. 前記複数の可動部材に配置された可動電極のそれぞれに独立に電位を与えることによって、前記複数の可動部材が互いに独立に移動することを特徴とする請求項６に記載のアクチュエータ。
8. 前記対向電極は、当該対向電極と前記可動電極とが対向する面積が、前記可動部材の移動方向における位置によって異なるように構成された電極であり、
   前記対向する面積の変動を利用して、前記可動部材の位置を検出することが可能であることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
9. 前記対向電極は、前記可動部材の移動方向における位置によって前記可動電極と対向する面積が異なる第１の領域と残りの領域を含む第２の領域とに分割された電極であり、
   前記対向する面積の変動を利用して、前記可動部材の位置を検出することが可能であることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
10. 前記対向電極は、前記可動部材の移動方向における位置によって前記可動電極と対向する面積が異なるような第１の領域と第２の領域とに分割された電極であり、
    前記第１と第２の領域の前記可動電極と対向する面積の変動を利用して、前記可動部材の位置を検出することが可能であることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
11. 前記対向する面積の変動は、前記対向電極と前記可動電極との間の静電容量を測定することで測定されることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載のアクチュエータ。
12. 前記振動生成手段は、前記基板と前記振動部材とを連結する圧電振動子から構成されることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
13. 前記振動生成手段は、
    前記基板と前記振動部材とを連結する弾性部材と、
    前記振動部材に配置された第１駆動電極と、
    前記第１駆動電極に対向し、所望の方向に静電気力を発生するように前記基板に配置された第２駆動電極と、
    を有し、
    前記第１駆動電極及び第２駆動電極との間に電位差を印加して静電気力を作用させることによって振動を生成することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
14. 前記可動部材が光学素子を含むことを特徴とする請求項１または６に記載のアクチュエータ。
15. 前記基板または前記振動部材に固定された光学素子をさらに具備することを特徴とする請求項１４に記載のアクチュエータ。
16. 前記対向電極及び前記可動電極の少なくとも一方の表面が絶縁体で覆われていることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
17. 請求項１に記載のアクチュエータと、
    前記可動電極と前記対向電極との間に電位差を印加する電位差印加手段と、
    を具備することを特徴とするアクチュエータシステム。
18. 前記対向電極は、前記基板に配置された第１の対向電極と、前記振動部材に配置された第２の対向電極とからなり、前記可動電極と前記第１及び第２の対向電極との間に電位差を印加することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
19. 前記第１の対向電極と第２の対向電極とに互いに異なる位相の電圧を与えることを特徴とする請求項１８に記載のアクチュエータ。
20. 前記第１の対向電極と第２の対向電極とに互いに逆相の電圧を与えることを特徴とする請求項１９に記載のアクチュエータ。
21. 前記基板は、前記振動部材の振動方向に対して当該基板面で直交する方向において前記振動部材の両側に当該振動部材を挟むように設けられており、
    前記可動電極と対向する前記第１の対向電極が前記振動部材の両側に配置されていることを特徴とする請求項１８に記載のアクチュエータ。
22. 可動部材に設けられた可動電極と、
    前記可動部材に対向する面を有する基板及び前記可動電極に対向する面を有すると共に所定の方向に振動する振動部材の少なくとも一方の当該対向する面に設けられた前記所定の方向に延びた対向電極と、
    に電圧を印加して、前記可動部材を前記基板に対して相対移動させるアクチュエータの駆動方法であって、
    前記振動部材が前記基板に対し前記所定の方向に相対変位する際に、
    前記振動部材と前記可動部材との間の見かけ上の摺動抵抗が、前記基板と前記可動部材との間の見かけ上の摺動抵抗より大きくなるように、
    前記可動電極と前記対向電極との間に電位差を印加することを特徴とするアクチュエータの駆動方法。
23. 可動部材に設けられた可動電極と、
    前記可動部材に対向する面を有する基板の対向する面に設けられた所定の方向に延びた第１の対向電極と、
    前記可動電極に対向する面を有すると共に前記所定の方向に振動する振動部材の対向する面に設けられた前記所定の方向に延びた第２の対向電極と、
    に制御した電圧を印加して、前記可動部材を前記基板に対して相対移動させるアクチュエータの駆動方法であって、
    前記振動部材が前記基板に対し前記所定の方向に相対変位する際に、
    少なくとも前記第２の対向電極と前記可動電極との間に電位差を印加することを特徴とするアクチュエータの駆動方法。

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