JP3822596B2 - 静電アクチュエータ及びその駆動方法 - Google Patents

Description

この発明は、可動子を静電気力で駆動する静電アクチュエータ及びその駆動方法に係り、特に、改良された簡単な構造を有し、可動子を高い精度で駆動することができる静電アクチュエータ及びその駆動方法に関する。

可動子を静電気力で駆動する静電アクチュエータは、既に幾つかの文献、例えば、特許文献１（特開平８−１４０３６７号公報）、特許文献２（特許第２９２８７５２号）及び非特許文献１（"Electrostatic Linear Microactuator Mechanism" JOURNAL OF LIGHTWAVW TECHNOLOGYFIG,Vol. 17, No 1, January 1999、IEEE）に開示されている。これら文献に開示される静電アクチュエータは、例えば、図１に示した特許文献２に記載されるように電極が配列された構造を有している。この静電アクチュエータでは、駆動されるべき可動子１０１が互いに対向された２つの固定子１０２、１０３間に矢印１１０に示す前進方向或いはその反対の後退方向にスライド可能に配置されている。可動子１０１には、電極部１０６が設けられ、一方の固定子１０２には、異なるタイミングで電圧が印加される２系の固定子電極１０２ａ及び１０２ｃが交互に配置され、また、他方の固定子１０３には、同様に異なるタイミングで電圧が印加される２系の電極１０３ｂ及び１０３ｄが交互に配置されている。この固定子１０２、１０３に設けたそれぞれの固定子電極１０２ａ、１０２ｃ、１０３ｂ、１０３ｄ及び可動子１０１の電極部１０６のピッチ及び電極幅は、それぞれ実質上同一であり、互いに対向される固定子１０２の固定子電極１０２ａ及び１０２ｃと固定子１０３の電極１０３ｂ及び１０３ｄは、その配列位相が１／２だけシフトされるように配置されている。

このような構造を有する静電アクチュエータでは、固定子電極１０２ａに電圧源１０４からスイッチング回路１０５を介して電圧が印加されると、固定子電極１０２ａと可動子電極１０６との間に静電力、即ち、クーロン力が作用し、可動子１０１は、固定子電極１０２ａと可動子電極１０６が重なり合うように一方の固定子１０２に吸引される。続いて、スイッチング回路１０５が固定子電極１０２ａから電極１０３ｂに切り替えられて電圧が電極１０３ｂに印加されると、可動子１０１は、電極１０３ｂと可動子電極１０６が重なり合うように他方の固定子１０３に吸引される。また、スイッチング回路１０５が電極１０３ｂから電極１０２ｃに切り換えられて電圧が電極１０２ｃに印加されると、可動子１０１は、電極１０２ｃと可動子電極１０６が重なり合うように一方の固定子１０２に吸引される。更に、スイッチング回路１０５が電極１０２ｃから電極１０３ｄに切り替えられて電圧が電極１０３ｄに印加されると、可動子１０１は、電極１０３ｄと可動子電極１０６が重なり合うように他方の固定子１０３に吸引される。この様に、電圧が固定子電極１０２ａ、電極１０３ｂ、電極１０２ｃ、電極１０３ｄに順次切り替えられながら印加されると、可動子１０１は、微視的には固定子１０２及び１０３間で振動しながら、巨視的には図１に矢印１１０で示される前進方向に駆動される。電極に電圧を加える順番を逆にして、電極１０３ｄ、電極１０２ｃ、電極１０３ｂ、固定子電極１０２ａの順序で順次に切り替えながら電圧が印加されると、可動子１０１は、図１に矢印１１０で示される方向とは反対の後退方向に駆動される。
特開平８−１４０３６７号公報 特許第２９２８７５２号 Electrostatic Linear Microactuator Mechanism" JOURNAL OF LIGHTWAVW TECHNOLOGYFIG,Vol. 17, No 1, January 1999、IEEE

上述した静電アクチュエータでは、一対の固定子１０２、１０３が精度良く位置合わせされることが必要とされ、また、固定子１０２、１０３に精度良く等間隔で等幅の電極が形成されることが要求されている。従って、静電アクチュエータの部品を製造し、この部品を精度良く組立てるに十分な時間及び手間が必要とされ、結果として、静電アクチュエータのコストが高くなり、量産を実現するには問題があるとされている。

以上説明したように、従来の静電アクチュエータでは、２枚の固定子１０２、１０３が正確に位置決めされて両者間の配列位相が精度良く設定される必要があり、可動子１０１の対向する２面に精度良く電極を製作する必要があり、アクチュエータ機構の組立に要する時間及び手間が大きく、コストが高く、アクチュエータ機構の量産を実現することができない問題がある。

この発明は、上述したような事情に鑑みなされたものであって、その目的は、静電気で駆動されるアクチュエータにおいて、量産性を維持しながら発生力の向上を図ることができる静電アクチュエータ及びその駆動方法を提供することにある。

この発明によれば、
少なくとも３系統以上の電極が所定方向に略同一ピッチで連続的に配列されてなる電極群を備えた第１の固定子と、
所定空間を介して前記第１の固定子と対向して設けられ、単一系統の固定子電極を有する第２の固定子と、
前記空間に前記所定方向に関して移動可能に配置され、前記電極群に対向する可動子電極部を有する可動子と、
前記可動子電極部と前記電極群を構成する電極との間及び前記可動子電極部と前記固定子電極との間に交互に電圧信号を印加して前記可動子を前記所定方向に駆動する電圧信号発生手段であって、前記可動子電極部と前記固定子電極との間に前記電圧信号を印加する期間内において、前記電極群を構成する電極の少なくとも１つに補助電圧信号を印加する電圧信号発生手段と、
を具備することを特徴とする静電アクチュエータが提供される。

また、この発明によれば、
少なくとも３系統以上の電極が所定方向に略同一ピッチで連続的に配列されてなる電極群を備えた第１の固定子と、前記所定の空間を介して前記第１の固定子と対向して設けられ、単一系統の固定子電極を有する第２の固定子と、前記空間に前記所定方向に関して移動可能に配置され、前記電極群に対向する可動子電極部を有する可動子と、を具備する静電アクチュエータの駆動方法において、
前記第１の可動子電極部と前記電極群を構成する電極との間及び前記可動子電極部と前記固定子電極との間に交互に電圧信号を印加して前記可動子を前記所定方向に駆動する静電アクチュエータの駆動方法であって、前記可動子電極部と前記固定子電極との間に前記電圧信号を印加する期間内において、前記電極群を構成する電極の少なくとも１つに補助電圧信号を印加することを特徴とする静電アクチュエータの駆動方法が提供される。

本発明により、安価でかつ量産性を損なうことなく、発生力の向上を実現した焦点調節用の静電アクチュエータを提供する事が出来る。

この発明の実施形態に係る静電アクチュエータについて、以下に図面を参照して詳細に説明する。

図２は、この発明の両側推進駆動タイプと称せられる静電アクチュエータの一実施形態を示している。この図２に示される両側推進駆動タイプと称せられる静電アクチュエータでは、駆動されるべき可動子１１が互いに対向された２つの固定子１２、１３間の空間に矢印２１に示す前進方向或いはその反対の後退方向にスライド可能に配置されている。可動子１１には、電極部１６が設けられ、一方の固定子１２には、異なるタイミングで電圧が印加される４つの固定子電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄのグループが連続するように配置され、また、他方の固定子１３には、同様に異なるタイミングで電圧が印加される４つの電極１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈのグループが連続するように配置されている。このように４つの固定子電極に異なるタイミングで電圧が印加される系を４電極系或いは単に４系統と称する。尚、固定子電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈには、その符号１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈと共に説明の便宜の為に、符号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈを付している。また、下記の説明においてこの符号を参照して固定子Ａ電極１２ａ或いは単にＢ電極１２ｂと称する場合がある。この４電極系では、それぞれの固定子電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈのピッチＰｈ及び電極幅Ｗは、固定子１２、１３上にそれぞれ実質上同一に形成される。また、固定子電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ及び固定子電極１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈに対向される可動子１１には、それぞれ電極幅（Ｌ）が固定子電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ及び固定子電極１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈの電極幅幅（Ｗ）の１．５倍〜２．５倍に定められている可動子電極１６がピッチ４Ｐｈで形成されている。また、固定子電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ及び固定子電極１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈは、可動子１１が可動される範囲亘って設けられ、可動子電極１６は、固定子電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ及び固定子電極１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈの隣接するいずれか２つの電極に対向される。ここで、固定子電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄと固定子電極１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈは、静電アクチュエータの組立時には、従来の静電アクチュエータとは異なり、単に両者が対向されるように配置されるだけで両者が位置合わせされなくとも、即ち、アライメントが取られなくとも良く、その配列位相が一致されるように配置される場合、その配列位相が１／２位相ずれように配置される場合、或いは、その配列位相が０から１／２位相の範囲内で配列される場合がある。但し、両者が対向されて配置される場合であれば、両者の位相のずれΔＰは、０〜Ｐｈ／２以内の位相のずれが生じているに過ぎない（０≦ΔＰ≦Ｐｈ／２）。

図２に示される静電アクチュエータにおいて、可動子電極１６と固定子電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが図３に示されるような配置関係にある際に、固定子電極１２ｂ、１２ｃに電圧源６からスイッチング回路５を介して電圧が印加されると、固定子電極１２ｂ、１２ｃと可動子電極１６との間に静電力、即ち、クーロン力が作用し、可動子１１は、固定子電極１２ｂ、１２Ｃと可動子電極１６が重なり合うように一方の固定子１２に吸引される。続いて、スイッチング回路５が固定子電極１２ｂ、１２ｃから電極１３ｆ、１３ｇ或いは電極１３ｇ、１３ｈに切り替えられて電圧が電極１３ｆ、１３ｇ或いは電極１３ｇ、１３ｈに印加されると、可動子１１は、可動子電極１６と電極１３ｆ、１３ｇ或いは電極１３ｇ、１３ｈが重なり合うように他方の固定子１３に吸引される。また、スイッチング回路５が電極１３ｆ、１３ｇ或いは電極１３ｇ、１３ｈから電極１２ｃ、１２ｄに切り替えられて電圧が電極１２ｃ、１２ｄに印加されると、可動子１１は、可動子電極１０６と電極１２ｃ、１２ｄとが重なり合うように一方の固定子１２に吸引される。更に、同様にスイッチング回路５が切り替えられて固定子１３の電極に切り替えられと、同様に可動子１１は、他方の固定子１３に吸引される。この様に、電圧が順次切り替えられながら電極に印加されると、可動子１１は、微視的には固定子１２及び１３間で振動しながら、巨視的には図２に矢印２１で示される前進方向に駆動される。電極に電圧を加える順番を逆にすれば、可動子１１は、図１に矢印２１で示される方向とは逆の後退方向に駆動される。

次に、図３〜図６を参照して、図２に示した静電アクチュエータにおける、可動子電極１６の位置と、可動子電極１６と固定子１２に設けた４系統の電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄとの間に生じる発生力（垂直方向と水平方向（進行方向））の関係について説明する。

可動子電極１６に与えられる発生力（垂直方向のベクトル成分をＦｚ、水平方向（進行方向）のベクトル成分をＦｙと表す。）は、可動子電極１６と固定子１２に設けた各電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを、共に厚さの無い平板状の電極と考えると、下記の式（１）、式（２）によって表される。

Ｆｚ＝ｎ×ε（ＳＶ^２／２ｄ^２）…（１）
Ｆｙ＝ｎ×ε（ＭＶ^２／２ｄ）…（２）
ここで、ｎは可動子１１に設けた凸部電極１６の数、εは、可動子１１の可動子電極１６と固定子１２に設けた各電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄとの間の誘電率である。この誘電率εは、真空の誘電率に、前記可動子１１と固定子１２に設けた各電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄとの間にある物質の比誘電率を乗じた値で表される。真空の誘電率は、ε_０＝８．８５×１０^−１２［Ｎ／ｍ］であり、比誘電率は、例えば、空気では、約１、電極の絶縁等に用いられるポリイミドでは、約３である。

また、Ｍは、可動子電極１６と固定子１２の各電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの内電圧が印加されている電極とが重なり合っている場合、その可動電極１６の奥行き距離を表す。ただし、重なりが無い場合は、０を表す。即ち、Ｍは、奥行き距離（可動子の移動方向に直交する方向の長さ）か或いは０かの２値で表わされる。ここで、図３は、電極１２ｂ，１２ｃと可動子電極１６とが重なりあっている状態を示し、図４及び図５は、電極１２ｂ，１２ｃと可動子電極１６とが全く重なり合わない状態を示している。

また、Ｓは、可動子電極と固定子電極が互いに対向している部分の面積である。ここで、対向している固定子電極と可動子電極の幅（可動子の移動方向の重複長さ）をＲとすると、Ｓ＝Ｍ×Ｒの関係が成り立つ。ここで、図３から図５に示す電極配列では、Ｒは、０≦Ｒ≦２Ｗの関係にある。ここで、Ｗは、水平方向に動かす向きに沿った１つの固定電極の幅を示す。

さらに。Ｖは、電極間に加える電圧を表す。ｄは、互いの電極間の距離を表している。この距離ｄは、図３における可動子電極１６と固定子電極との間のギャップに相当している。

前述したが、これらの数式は、それぞれの電極の厚さ方向を無視した場合のモデルである。よって、可動子１１の深さ方向の影響（つまり、図１の凸部形状の可動子電極１６において側面のテーパが付いた部分）と、加えて固定子１２に設けた各電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ間相互による影響を無視している。しかし、実際には、それらの影響を考慮する必要がある。考慮する必要性については後述する。

次に、図３から図５における座標（Ｘ−Ｚ）の定義を説明する。固定子１２のＢ電極１２ｂとＣ電極１２ｃの中間点を原点（Ｘ＝０）とし、紙面において左側をマイナス（−Ｘ）、右側をプラス（＋Ｘ）とする。一方、可動子１１においては、凸部電極１６の中央点Ｐrefを基準とする。そして、固定子１２と可動子１１の間の変位とは、原点（Ｘ＝０）に対する可動子１１の基準点Ｐrefの変分を指し、正負は上述の通りである。なお、水平方向に関する力の発生方向の正負も上述と同様である。なお、上述した（式１）、（式２）は発生力の大きさのみを表しており、力の作用する方向は表していない。

電圧を印加する、固定子１２の電極をＢ電極１２ｂ、とＣ電極１２ｃとして以下に説明を進める。

上記式（１）及び式（２）によると、図４に示すように可動子１１の変位がマイナスＬ（−Ｌ）より小さければ、可動子１１の凸部電極１６とＢ電極１２ｂとは、互いに平行な関係であっても、互いに対向する部分は無く、よって互いに重なりあう平行平板部分は無い状態にある。よって、ここで、Ｌは、水平方向に動かす向きに沿った１つの可動子電極１６の幅を示す。式（１）におけるＳ、及び式（２）におけるＭがそれぞれ０となり、垂直方向および水平方向（進行方向）の発生力、ＦｚとＦｙはそれぞれゼロとなる。

次に、可動子１１の変位が、マイナスＬから０までの範囲内にある場合には、その可動子１１の位置によらず水平方向（進行方向）の発生力Ｆｙは、一定となる。これは、上述したＲ（可動子１１の凸状電極１６と固定子電極が水平方向に重なり合う量）の成分が水平方向（進行方向）の発生力Ｆｙを表す（式２）には無く、この（式２）のＭは、重なりに対しては、ゼロか一定値かの２値的な値を取るためである。なお、発生力の方向は、プラス側（＋Ｘの方向）である。また、垂直方向の発生力Ｆｚは、可動子１１の凸状電極１６と固定子電極が水平方向に重なり合う量の増加、つまりＲの増加に従って増えていく。可動子１１の変位がちょうど０の時、重なり合う量は最大であり、Ｆｚは最大値をとる。図３に可動子１１の変位が０の状態を示す。

次に、可動子１１の変位が、０からプラスＬの範囲内にある場合にも、その可動子の位置によらず水平方向（進行方向）の発生力Ｆｙは、一定であり、力の向きが逆のマイナスとなっている。理由は、上述の通りである。なお、垂直方向の発生力Ｆｚは、重なり合う量の減少、つまりＲの減少に従って減っていく。可動子１１の変位がＬを越えると、重なり合う量はなくなり、説明の冒頭であったように、垂直方向および水平方向（進行方向）の発生力、ＦｚとＦｙはそれぞれゼロとなる。可動子１１の変位が、プラスＬの状態を図５に示す。

つまり、水平方向（進行方向）の発生力Ｆｙは、可動子の変位がマイナスＬより小さければゼロ、マイナスＬから０まではプラスの一定値、０からプラスＬまではマイナスの一定値、プラスＬより大きければ再びゼロという、方形波的な変化をとることが分かる。しかし、実際には、発生力はゼロから一定値に瞬時に変化する訳ではなく、徐々に変化していく。それは、（式１）及び（式２）で無視した各電極の厚さ方向の成分による影響に基づいている。そして、この徐々に変化していく部分の発生力が、アクチュエータの駆動に与える影響は大きく、実際には、無視はできない。

次に、厚さ方向の成分を考慮した発生力の結果を示す。図６に示した発生力のグラフは、有限要素法を用いて、可動子１１の凸状電極１６と固定子１２に設けた各電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄとの位置関係による発生力Ｆｚ、Ｆｙの変化を示したものである。位置関係は上述で定義した座標系の通りである。

この図６において、垂直方向の発生力Ｆｚには、矩形のマークでプロットされているグラフ(1)が相当し、水平方向（進行方向）の発生力Ｆｙには、丸のマークでプロットされているグラフ(2)が相当する。縦軸は、力（単位［Ｎ］）を表し、横軸は、可動子１１の可動子電極１６と固定子２に設けた固定子電極Ｂ１２ｂ、と固定子電極Ｃ１２ｃ、との位置関係を変位（μｍ）で表している。

図６に示したグラフのデータを得るための静電アクチュエータのサイズは、後述するようなカメラモジュールとして携帯電話等のモバイル機器に適用する場合を想定して、そのディメンションが定められている。例えば、ギャップｄは７．８μｍ、固定子電極の幅ｗは１２μｍ、ピッチＰｈは１６μｍ、可動子１１に設けた凸部状可動子電極１６の幅Ｌは２８μｍ、また可動子電極１６の数は９４である。図６のグラフより分かる様に、水平方向（進行方向）の発生力は、可動子１１の凸部状可動子電極１６が固定子Ｂ電極１２ｂと重なり合う前後および離れる前後で徐々に変化しており、上述の厚さを無視した（式１）と（式２）のモデルとは異なっていることが分かる。

なお、簡便の為に、下記の駆動方法の説明においては、水平方向（進行方向）の発生力は、０点と最大値を結ぶ正弦波波形に置きかえられるものとして説明する。なお、図６のグラフにおいては、固定子電極１２ｂ,１２ｃに加えている電圧Ｖは、１００Ｖでの算出値である。この発明の実施形態に係る静電アクチュエータでは、図６に示した特性の考察を基にして、例えば、後述する第１の電圧パターンＶＰ１及び第２の電圧パターンＶＰ２の一方を指定するスイッチングモード指定回路７が図１に示されるように設けられ、静電アクチュエータに設けられた固定子電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄと固定子電極１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈとの配置に依存して電圧パターンＶＰ１及び電圧パターンＶＰ２のうち適切な一方が固定子電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ及び固定子電極１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈに印加される。即ち、静電アクチュエータの組立時に固定子電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄと固定子電極１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈとが図７に破線５０で示されるようにほぼ位置合わせされ、その結果、その互いに対応する電極、例えば、固定子Ａ電極１２ａと固定子Ｅ電極１２ｅとの間のずれΔＰが実質的に０か、或いは、十分に小さい（０≦｜ΔＰ｜≦Ｐｈ／４）である場合には、固定子電極間では、位相が合っているとして図８に示す第１の電圧パターンＶＰ１が固定子電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ及び固定子電極１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈに印加される。これに対して、静電アクチュエータの組立時に固定子電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄと固定子電極１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈとの間に図９に破線５２で示されるように位置ずれΔＰが生じ、その結果、その互いに対応する電極、例えば、固定子Ａ電極１２aと固定子Ｅ電極１２ｅとの間のずれΔＰが実質的にＰｈ／２か、或いは、十分にＰｈ／２に近い（Ｐｈ／２≧｜ΔＰ｜≧Ｐｈ／４）場合には、固定子電極間には、１／２位相差があるとして図１０に示す第２の電圧パターンＶＰ２が固定子電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ及び固定子電極１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈに印加される。

図７から図１２を参照してより詳細にこの発明の実施形態に係る静電アクチュエータの動作について説明する。

図７は、固定子電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに対してこれに対応する固定子電極１３ｅ，１３ｆ，１３ｇ，１３ｈがそれぞれずれを生ぜずに互いに重なり合う配置関係を示し、このような配置関係では、固定子電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに対する固定子電極１３ｅ，１３ｆ，１３ｇ，１３ｈの配置に関する位相差は、０となっている。図９は、固定子電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに対してこれに対応する固定子電極１３ｅ，１３ｆ，１３ｇ，１３ｈが最も大きな位相差のずれを生ずる配置関係を示し、このような配置関係では、固定子電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに対する固定子電極１３ｅ，１３ｆ，１３ｇ，１３ｈの配置に関する位相差は、１／２となり、そのずれΔＰは、Ｐｈ／２となる。

図７に示す位相差０の配置では、図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、固定子１２に設けたＡ電極１２ａ及びＢ電極１２ｂに電圧が始めに印加されるものとする。既に説明したように可動子１１に吸引力１４が働き、可動子１１の凸部電極１６がＡ電極１２ａ及びＢ電極１２ｂに重なり合うように駆動される。続いて、図８（ｆ）及び図８（ｇ）に示すように、Ａ電極１２ａ及びＢ電極１２ｂに正しく対向するＥ電極１３ｅ及びＦ電極１３ｆではなく、Ａ電極１２ａ及びＢ電極１２ｂに対して１ピッチＰｈだけ進行方向に離れたＦ電極１３ｆ及びＧ電極１３ｇに電圧が印加される。このＦ電極１３ｆ及びＧ電極１３ｇへの電圧の印加によって、同様に吸引力１５が働き、可動子１１の凸部電極１６がＦ電極１３ｆ及びＧ電極１３ｇに重なり合うように駆動される。同様に、図８（ｂ）及び図８（ｃ）に示すように、固定子１２に設けたＢ電極１２ｂ及びＣ電極１２ｃに電圧が印加され、続いて図８（ｇ）及び図８（ｈ）に示すように、Ｇ電極１３ｇ及びＨ電極１３ｈに電圧が印加され、また、図８（ｃ）及び図８（ｄ）に示すように、固定子１２に設けたＣ電極１２ｃ及びＤ電極１２ｄに電圧が印加され、続いて図８（ｈ）及び図８（ｅ）に示すように、Ｈ電極１３ｈ及びＥ電極１３ｅに電圧が印加され、更に、図８（ｄ）及び図８（ａ）に示すように、固定子１２に設けたＤ電極１２ｄ及びＡ電極１２ａに電圧が印加され、続いて図８（ｅ）及び図８（ｆ）に示すように、Ｅ電極１３ｅ及びＦ電極１３fに電圧が印加される。この１サイクルの電圧印加パターンが繰り返されると、可動子１１は、微視的には上下に振動しながら、巨視的に見れば紙面の右側へと前進駆動される。この説明から明らかなように、各電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈに加える電圧パターンの順序を逆にすると、紙面の左側へ後退駆動される。

図７に示す位相差０の配置において、可動子１１の駆動動作を前述の個々の電極部での発生力Ｆｙに着目すると、図１１に示されるような関係となる。

図１１の見方を説明する。横軸の位置は、可動子１１の固定子１２に対する水平方向（進行方向）の相対位置を表しており、縦軸の発生力は、そのそれぞれの相対位置に可動子１１がある際の進行方向の発生力を示している。なお、横軸に沿ったＡＢ相〜ＤＡ相との記述は、それぞれ図７に示した符号に相当する電極、例えば、ＡＢ相であれば、Ａ電極１２ａ及びＢ電極１２ｂに図８に示されるような電圧が印加されていることを表している。

次に、座標の定義を説明する。固定子１２のＡ電極１２ａ、とＢ電極１２ｂ、の中間点を原点Ｏとし、紙面において左側をマイナス、右側をプラスとする。一方、可動子１１においては、凸部電極１６の中央点Ｐrefを基準とする。そして、可動子１１の固定子１２に対する位置とは、可動子１１の基準点のＰref、原点Ｏに対する変分を指し、正負は上述の通りである。

ここでは、ＡＢ相（Ａ電極１２ａ及びＢ電極１２ｂへの電圧の印加）からＦＧ相（Ｆ電極１２ｆ及びＧ電極１２ｇへの電圧の印加）に切り替わる例について説明する。尚、静電アクチュエータのサイズは、図６の説明の際に上記したのと同様とする。Ａ電極１２ａとＢ電極１２ｂに電圧を印加した時、水平方向の発生力Ｆｙは、−１６μｍの位置に極大値を有する正弦波状の発生力となる。−３２μｍの位置と、０μｍの位置でそれぞれ発生力がゼロとなっているが、同じゼロであっても、意味合いが異なるので説明する。

−３２μｍの位置は、可動子１１の凸部電極１６が、ちょうど電極Ｃ１２ｃ、と電極Ｄ１２ｄと対向している状態である。この状態で電極Ａ１２ａ、と電極Ｂ１２ｂに電圧が印加されると、可動子１１の凸部電極１６には、進行方向前方のＡＢ相（Ａ電極１２ａ，とＢ電極１２ｂ。以後略記。）からは、図６で変位が−３２μｍの時に相当する発生力をプラス側に受け、一方、進行方向後方のＡＢ相からは、図６で変位が＋３２μｍの時に相当する発生力をマイナス側に受け、この両者が相殺されて発生力はゼロとなる。一方、０μｍの位置は、可動子１１の凸部電極１６がＡ電極１２ａとＢ電極Ｂ１２ｂと対向している状態である。この状態でＡＢ相に電圧が印加されると、図６で変位が０μｍの時に相当する発生力となり、水平方向の発生力はゼロである。

一方、Ｆ電極１３ｆとＧ電極１３ｇに電圧を印加した時の発生力は、原点０に極大値を有する正弦波状で表される。Ａ電極１２ａとＢ電極１２ｂから、Ｆ電極１３ｆとＧ電極１３ｇに電圧印加の電極を切り替えるとは、図１１の横軸に示したＡＢ相からＦＧ相への実線の部分をたどることに相当している。図７に示すような電極配置、即ち、各電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄとこれに対向される電極１３ｅ，１３ｆ，１３ｇ，１３ｈ間の位相差が０であれば、図１１から明らかなように、発生力の最小値は同じ値でかつ変動も少ないことが判る。なお、実際には可動子１１がＡ電極１２ａとＢ電極１２ｂに吸引される場合は、可動子１１と固定子１２電極１２ａ、１２ｂ間の距離ｄ（図３に示されるギャップに相当する。）が変化する為、それに応じて発生力Ｆｙ（進行方向）が増大し（発生力は、ｄに反比例する為）、もっと複雑な発生力曲線を取る。ここでは、安全側に考える意味で、発生力Ｆｙ（進行方向）のミニマム値を用いて説明している。

次に、図９を参照して位相差１／２の配置での静電アクチュエータの動作について説明する。この図９の配置において、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、固定子１２に設けたＡ電極１２ａ及びＢ電極１２ｂに電圧が始めに印加されるものとする。既に説明したように可動子１１に吸引力１４が働き、可動子１１の凸部電極１６がＡ電極１２ａとＢ電極１２ｂと重なり合うように駆動される。続いて、図１０（ｅ）及び図１０（ｆ）に示すように、Ａ電極１２ａ及びＢ電極１２ｂに対して半ピッチＰｈ／２だけ進行方向に離れたＥ電極１３ｅ及びＦ電極１３ｆに電圧が印加される。このＥ電極１３ｅ及びＦ電極１３ｆへの電圧の印加によって、同様に吸引力１５が働き、可動子１１の凸部電極１６がＥ電極１３ｅ及びＦ電極１３ｆに重なり合うように駆動される。同様に、図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）に示すように、固定子１２に設けたＢ電極１２ｂ及びＣ電極１２ｃに電圧が印加され、続いて図１０（ｆ）及び図１０（ｇ）に示すように、Ｆ電極１３ｆ及びＧ電極１３ｇに電圧が印加され、また、図１０（ｃ）及び図１０（ｄ）に示すように、固定子１２に設けたＣ電極１２ｃ及びＤ電極１２ｄに電圧が印加され、続いて図１０（ｇ）及び図１０（ｈ）に示すように、Ｇ電極１３ｇ及びＨ電極１３ｈに電圧が印加され、更に、図１０（ｄ）及び図１０（ａ）に示すように、固定子１２に設けたＤ電極１２ｄ及びＡ電極１２ａに電圧が印加され、続いて図１０（ｈ）及び図１０（ｅ）に示すように、Ｈ電極１３ｈ及びＥ電極１３ｅに電圧が印加される。この１サイクルの電圧印加パターンが繰り返されると、可動子１１は、微視的には上下に振動しながら、巨視的に見れば紙面の右側へと前進駆動される。この説明から明らかなように、各電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈに加える電圧パターンの順序を逆にすると、紙面の左側へ後退駆動される。

上述した可動子１１の駆動動作を前述の個々の電極部での発生力Ｆｙに着目すると図１２に示されるような関係となる。即ち、図１０に示される第２の電圧パターンＶＰ２が電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１３ｅ，１３ｆ，１３ｇ，１３ｈに印加されると、可動子１１と各電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１３ｅ，１３ｆ，１３ｇ，１３ｈの位相差により、発生力は図１２に示したような関係となる。ここで、ＡＢ相（Ａ電極１２ａ及びＢ電極１２ｂへの電圧の印加）からＥＦ相（Ｅ電極１２ｅ及びＦ電極１２ｆへの電圧の印加）に切り替わる点を例にとって説明すると、Ｅ電極１３ｅとＦ電極１３ｆが、Ａ電極１２ａとＢ電極１２ｂに対して、電極ピッチ（例えば１６μｍ）の半位相分（つまり８μｍ）ずれている為に、ＥＦ相の発生力の半円弧は、紙面左側に８μｍ分だけずれる格好となる。これを先ほどと同様に可動子１１に発生する力の部分を実線で示すと、図１２に示されるようになる。図１１と比べると発生力の変動（フォース・ギャップForce Gap）が大きく、ミニマム値も下がっていることが分かる。しかし常に発生力Ｆｙ（進行方向）が発生されている。

固定子１２，１３の配置に関する位相差は、既に説明したように最小（０）〜最大（半位相）の範囲内にある。従って、第１の電圧パターンＶＰ１及び第２の電圧パターンＶＰ２がスイッチング回路５から発生されれば、いずれかの電圧パターンで静電アクチュエータが駆動されることとなる。即ち、固定子１２，１３が位置合わせされなくとも、常に発生力Ｆｙ（進行方向の力）が発生され、可動子１１が駆動されることとなる。従って、始めに第１及び第２の駆動電圧パターンＶＰ１及びＶＰ２を異なるタイミングで固定子電極に印加することによって、何れの駆動電圧パターンＶＰ１及びＶＰ２を印加することが適切であるかと判断するようにしても良い。例えば、図２に示されるように可動子１１の移動を検知する位置センサ８が静電アクチュエータに設けられ、第１及び第２の駆動電圧パターンＶＰ１及びＶＰ２のいずれかで可動子１１が駆動されたかをこのセンサ８で検知し、この位置センサ８の出力に応答してスイッチングモード指定回路７で第１及び第２の駆動電圧パターンＶＰ１及びＶＰ２の一方が指定されても良い。

図２に示された静電アクチュエータでは、４つの固定子電極に異なるタイミングで電圧が印加される４系統のタイプであるが、図１３に示すように３つの固定子電極に異なるタイミングで電圧が印加される３系統のタイプの静電アクチュエータであっても同様にこの発明を適用することができる。

即ち、図１３に示された静電アクチュエータにおいて、固定子電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ及び固定子電極１３ｅ，１３ｆ，１３ｇがほぼ位相差０で配置される場合には、図１４（ａ）から図１４（ｆ）に示すような第１の電圧パターンＶ１が固定子電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ及び固定子電極１３ｅ，１３ｆ，１３ｇに印加される。図１４（ａ）及び図１４（ｂ）に示すように固定子１２に設けたＡ電極１２ａ及びＢ電極１２ｂに電圧が印加されると、可動子１１に吸引力１４が働き、可動子１１の凸部電極１６がＡ電極１２ａとＢ電極１２ｂと重なり合うように駆動される。続いて、図１４（ｅ）及び図１４（ｆ）に示すように、Ａ電極１２ａ及びＢ電極１２ｂに正しく対向するＥ電極１３ｅ及びＦ電極１３ｆではなく、Ａ電極１２ａ及びＢ電極１２ｂに対して１ピッチＰｈだけ進行方向に離れたＦ電極１３ｆ及びＧ電極１３ｇに電圧が印加される。このＦ電極１３ｆ及びＧ電極１３ｇへの電圧の印加によって、同様に吸引力１５が働き、可動子１１の凸部電極１６がＦ電極１３ｆ及びＧ電極１３ｇに重なり合うように駆動される。同様に、図１４（ｂ）及び図１４（ｃ）に示すように、固定子１２に設けたＢ電極１２ｂ及びＣ電極１２ｃに電圧が印加され、続いて図１４（ｆ）及び図１４（ｄ）に示すように、Ｇ電極１３ｇ及びＥ電極１３ｅに電圧が印加され、また、図１４（ｃ）及び図１４（ａ）に示すように、固定子１２に設けたＣ電極１２ｃ及びＡ電極１２ａに電圧が印加され、続いて図１４（ｄ）及び図８（ｅ）に示すように、Ｅ電極１３ｅ及びＦ電極１３Ｆに電圧が印加される。この１サイクルの電圧印加パターンが繰り返されると、可動子１１は、微視的には上下に振動しながら、巨視的に見れば紙面の右側へと前進駆動される。この説明から明らかなように、各電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇに加える電圧パターンの順序を逆にすると、紙面の左側へ後退駆動される。

図１３に示された静電アクチュエータにおいて、固定子電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ及び固定子電極１３ｅ，１３ｆ，１３ｇがほぼ位相差１／２で配置されている場合、図１５（ａ）から図１５（ｆ）に示すような第２の電圧パターンＶＰ２が固定子電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ及び固定子電極１３ｅ，１３ｆ，１３ｇに印加される。図１５（ａ）及び図１５（ｂ）に示すように固定子１２に設けたＡ電極１２ａ及びＢ電極１２ｂに電圧が印加されると、可動子１１に吸引力１４が働き、可動子１１の凸部電極１６がＡ電極１２ａ及びＢ電極１２ｂに重なり合うように駆動される。続いて、図１５（ｄ）及び図１５（ｅ）に示すように、Ａ電極１２ａ及びＢ電極１２ｂに対して半ピッチＰｈ／２だけ進行方向に離れたＥ電極１３ｅ及びＦ電極１３ｆに電圧が印加される。このＥ電極１３ｅ及びＦ電極１３ｆへの電圧の印加によって、同様に吸引力１５が働き、可動子１１の凸部電極１６がＥ電極１３ｅ及びＦ電極１３ｆに重なり合うように駆動される。同様に、図１５（ｂ）及び図１５（ｃ）に示すように、固定子１２に設けたＢ電極１２ｂ及びＣ電極１２ｃに電圧が印加され、続いて図１５（ｅ）及び図１５（ｆ）に示すように、Ｆ電極１３ｆ及びＧ電極１３ｇに電圧が印加され、また、図１５（ｃ）及び図１５（ａ）に示すように、固定子１２に設けたＣ電極１２ｃ及びＡ電極１２ａに電圧が印加され、続いて図１５（ｆ）及び図１５（ａ）に示すように、Ｇ電極１３ｇ及びＡ電極１３ａに電圧が印加される。この１サイクルの電圧印加パターンが繰り返されると、可動子１１は、微視的には上下に振動しながら、巨視的に見れば紙面の右側へと前進駆動される。この説明から明らかなように、各電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１３ｅ、１３ｆ、１３ｇに加える電圧パターンの順序を逆にすると、紙面の左側へ後退駆動される。

図１３の説明から明らかなようにこの発明の実施形態に係る静電アクチュエータでは、３つ以上の固定子電極に異なるタイミングで電圧が印加される３系統以上のタイプであれば、同様にこの発明を適用することができることは明らかである。

次に、図１６から図２０を参照してこの発明の静電アクチュエータに係る他の実施形態について説明する。

図１６は、片側推進駆動タイプと称せられる静電アクチュエータであって、図２に示された両側推進駆動タイプと称せられる静電アクチュエータと異なり一方の固定子１２には、異なるタイミングで電圧が印加される４つの固定子電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｃのグループが連続するように配置されるに対して他方の固定子１３には、平坦な単一系統の固定子電極１３ｅが設けられている。

図１６に示される片側推進駆動タイプの静電アクチュエータにおいては、単に交互に固定子電極に電圧を印加したのでは、電圧をＥ電極１３ｅに印加して可動子１１を吸引する際、進行方向の発生力Ｆｙが発生されないことから、静電アクチュエータの姿勢によっては、動作が不安定となる虞がある。これに対し、図１７に示すように、Ｅ電極１３ｅで吸引する際に、もう一方の固定子１２に設けられる固定子電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄのいずれかに、可動子１１の動きに応じて補助電圧を印加することにより、可動子１１をＥ電極１３ｅで吸引する際にも発生力Ｆｙ（進行方向）を生じさせることができる。

可動子１１をＥ電極１３ｅで吸引する際にも発生力Ｆｙ（進行方向）を生じさせることができる原理について、Ｂ電極１２ｂとＣ電極１２ｃから、Ｅ電極１３ｅに電圧を切り替える場合を例にとって説明する。図１６の状態から図１７に示すようにＥ電極１３ｅに電圧を切り替える場合、通常の片側推進タイプの静電アクチュエータでは、可動子１１には図１８に概略的に示すよう発生力Ｆｙが発生される。可動子１１の動きに応じて電圧を印加する場合には、即ち、図１９に示すように、可動子１１をＥ電極１３ｅで吸引する場合においても固定子Ｃ電極１２ｃに補助電圧を印加することによって発生力Ｆｙ（進行方向）を発生させることができる。尚、図１８は、この発明の実施形態の理解を助ける為に比較例として示している。この様に、Ｅ電極６８で吸引する際に、可動子６４の動きに応じて、固定子電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄのいずれかにも補助電圧を印加することにより、常に発生力Ｆｙを生じさせることができる。

具体的な一例としては、図２０（ａ）から図２０（ｅ）に示すような電圧パターンが固定子電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ及び固定子電極１３ｅに印加される。即ち、図２０（ａ）及び図２０（ｂ）に示すように固定子Ａ電極１２ａ及び固定子Ｂ電極１２ｂに電圧が印加されて可動子電極１６が固定子Ａ電極１２ａ及び固定子Ｂ電極１２ｂに向けて引き寄せられる。図２０（ｅ）に示すようにあるタイミングで固定子Ａ電極１２ａ及び固定子Ｂ電極１２ｂから固定子電極１３ｅに切り替えられて固定子電極１３ｅに向けて可動子電極１６が引き寄せられるが、微動を開始した後において、図２０（ｂ）に示すように固定子Ｂ電極１２ｂに補助電圧Ｖｓが一時的に印加されると、固定子電極１３ｅに向けて微動して可動子電極１６には、固定子Ｂ電極１２ｂに向けて微動する駆動力が与えられる。従って、固定子電極１３ｅに向けられている間にも可動子電極１６には、駆動力Ｆｙが発生される。既に説明したように、固定子電極１３ｅから固定子Ｂ電極１２ｂ及び固定子Ｃ電極１２ｃに切り替えられると、可動子電極１６は、固定子Ｂ電極１２ｂ及び固定子Ｃ電極１２ｃに向けて微動される。また、次のあるタイミングで固定子Ｂ電極１２ｂ及び固定子Ｃ電極１２ｃから固定子電極１３ｅに切り替えられて固定子電極１３ｅに向けて可動子電極１６が引き寄せられ、図２０（ｃ）に示すように固定子Ｃ電極１２ｃに補助電圧Ｖｓが一時的に印加されると、固定子電極１３ｅに向けて微動しながら可動子電極１６には、図１９に示すように固定子Ｃ電極１２ｃに向けて微動する駆動力が与えられる。同様に、固定子電極１３ｅから固定子Ｃ電極１２ｃ及び固定子Ｄ電極１２ｄに切り替えら、可動子電極１６は、固定子Ｃ電極１２ｃ及び固定子Ｄ電極１２ｄに向けられる。その後、固定子Ｃ電極１２ｃ及び固定子Ｄ電極１２ｄから固定子電極１３ｅに可動子電極１６が向けられ、図２０（ｄ）に示すように固定子Ｄ電極１２ｄに補助電圧Ｖｓが一時的に印加されると、可動子電極１６には、図１９に示すように水平方向の駆動力Ｆｙが与えられる。このような一連の動作が繰り返されて可動子１１は、前進或いは後退される。

尚、図１８及び図１９において、ｔは、各電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ，１２に電圧を印加しているタイミングを表している。

更に、図２１から図２３を参照してこの発明の静電アクチュエータに係る他の実施形態について説明する。

図２１には、図１６と同様に片側推進駆動タイプの静電アクチュエータが示されている。既に説明したように片側推進駆動タイプの静電アクチュエータでは、可動子１１をＥ電極１３ｅに引き付ける際、進行方向の発生力が生じないことから静電アクチュエータの姿勢によって、動作が不安定となる虞がある。これに対し、図２２に示すように、Ｅ電極１３ｅに向けて引き付けるためにＥ電極１３ｅに高レベルの電圧を印加する期間と、各固定子電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄで吸引する為に高レベルの電圧を印加する期間の割合を変化させている。図２３に可動子１１に生じる発生力Ｆｙ（進行方向）の概略が示されている。図２２に示されるように、各固定子電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに高レベルの電圧を印加する期間に対してＥ電極１３ｅに高レベルの電圧を印加する期間の割合を２：１に設定している。このように各固定子電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄに電圧を印加する期間よりＥ電極１３ｅに電圧を印加する期間を短く設定することにより、静電アクチュエータ自体の姿勢変更に伴う自重（重力）による影響での動作が不安定なる期間を小さくすることができ、結果として静電アクチュエータの動作が不安定なることを低減することができる。

上述した実施例において、各固定子電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに高レベルの電圧を印加する期間に対してＥ電極１３ｅに高レベルの電圧を印加する期間の割合の設定は、下記のような根拠に基づいて行われる。

静電アクチュエータが動作されて可動子１１が移動される標準移動速度を1.0mm/sと仮定する。このような移動では、図２２に示されるようなパターンの周期（１サイクル）は、1msに設定される。一方、静電アクチュエータの可動子が下部電極１３ｅに吸引されて、上部電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄから下部電極１３ｅに到達するまでの時間は、式（３）、式（４）に基づいた式（５）で計算される。式（３）は、下部電極１３ｅで発生される可動子１１を吸引する発生力Ｆである。

ここで、εは、誘電率（真空中では8.85×10^-12F/m）、Ｓは、下部電極１３ｅの電極面積、Ｖは、下部電極１３ｅに印加される印加電圧及びｄは、可動子１１と下部電極１３ｅとの間の電極間距離である。

上式より、可動子に加わる加速度（α）は、下記式（４）で求められる。

ここで、ｍは、可動子１１及びこの可動子１１と共に移動される負荷（例えば、レンズ自重）の質量である。

可動子の上下振動の運動を等加速度運動と仮定すると、上下振動に要する時間は、次式（５）で表される。

Ｈは、可動子１１の移動距離（上下振動の振幅値に相当する。）
可動子１１が下部電極１３ｅで吸引される際に、電極間のギャップ中を可動子１１が前記移動距離Ｈだけ移動する前に、電圧が印加される電極が切り替えられれば、有効な電極間ギャップの距離（実質的には、可動子の移動距離）が減少され、可動子１１を移動させる発生力を向上させることができる。従って、アクチュエータの下部に設けられる固定子電極１３ｅに可動子１１を吸引する時間は、可動子１１が固定子電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに向けて移動される時間よりも短くしておく必要がある。上式より、その時間を求めると、約０．２〜０．３ms程度である。尚、可動子１１の製作精度等で電極ギャップ等が変化し、移動時間も変化されることも付け加えておく。

また、可動子１１が上下に振動する運動においては、可動子１１と固定電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ或いは固定電極１２間の空気の粘性が影響する。基本的には、可動子１１の速度に比例する反力が可動子１１に加わるが、その大きさや方向は、固定電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ或いは固定電極１２に対する可動子１１の姿勢（向き）により、空気の流路がどの様になるかで大きく変化される。その為、実験にて試してみると、上記の移動時間は、約０．３ms〜０．８msとなっている。現在、想定している標準速度においては、パターンの周期は、１msである。その為、固定電極１３ｅに印加される駆動パルスは、典型的なデューティー比としてｄ＝０．５に設定している。もちろん、デューティー比ｄは、０．５に限定されるものではなく、用いた駆動パターンの周期から、下部に設けられる固定電極１３ｅで吸引する時間が上記の範囲（０．３ms〜０．８ms）に収まる様に設定されていればよい。例えば、可動子１１の移動速度が１．０mm/s（パターン周期が１ms）の場合であれば、０．３＜ｄ＜０．８の範囲で設定しても良い。

尚、この発明の実施形態に係る電圧の印加タイミングを示す図２２では、各固定子電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに高レベルの電圧を印加する期間に対してＥ電極１３ｅに高レベルの電圧を印加する期間の割合を２：１としているが、既に述べたようにこの割合に限定されるものでは無い。Ｅ電極１３ｅに高レベルの電圧を印加する期間が各固定子電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに高レベルの電圧を印加する期間よりも短い条件を満たせば、他の適切な期間の割合でも良いことは明らかである。上述した実施例では、可動子１１の可動子電極１６の電位が接地電位にある場合には、各固定子電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに高レベルの電圧を印加することによって可動子１１が微動駆動される。これに対して、可動子１１の可動子電極１６の電位が高レベル電位に維持される場合には、各固定子電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに低レベルの電圧を印加することによって可動子１１が微動駆動される。従って、このような実施形態では、Ｅ電極１３ｅに低レベルの電圧を印加する期間が各固定子電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに低レベルの電圧を印加する期間よりも短いとの条件に変更されることは明らかである。

また、図２２に示すよう電圧を印加する期間を適切に変更すると共に図２０に示すようにＥ電極８３ｅに電圧を印加する期間に他の固定子電極に電圧を印加するようにしても良いことは明らかである。

更に、可動子１１を移動させる発生力を向上させる為に、アクチュエータの下部に設けられる固定子電極１３ｅに可動子１１を吸引する時間が固定子電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄに向けて可動子１１が移動される時間よりも短くする点について図２４から図２８を参照して下記により詳細に説明する。

ここで、図２４（ａ）は、可動子１１が上下動される際の可動子１１の移動距離とその経過時間を示し、図２４（ｂ）は、下部側の固定子１３ｅに印加される電圧によって生じる固定子１３ｅと可動子１１との間の電位差の変化を示している。可動子１１が固定子電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの側に吸引されている状態から、ある時点ｔａで固定子１３ｅに駆動電圧が図２４（ｂ）に示すように与えられると、図２４（ａ）に示すように、ある時間遅れＴｄの後の時点ｔｂから可動子１１が固定子１３ｅに向けて移動が開始される。図２４（ｂ）に示すよう固定子１３ｅと可動子１１との間の電位差が増加されるとともに可動子１１が固定子１３ｅに向けて移動速度Ｖｍで移動される。時点ｔｂからある移動時間ＴＭだけ経過した時点ｔｃに、可動子１１が固定子１３ｅの側に位置され、そのままに保持される。その後、図２４（ｂ）に示すように時点ｔｄから固定子１３ｅと可動子１１との間の電位差が低下されると共に可動子１１の固定子電極１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの側への移動が開始される。ここで、移動速度Ｖｍは、移動距離Ｈを移動時間ＴＭで割ることによって求められ、固定子１３ｅに駆動電圧が印加される時点ｔａから可動子１１が固定子１３ｅの側に位置される時点ｔｃまでの時間が可動子１１の単位変動（移動距離Ｈを単位とする可動子の移動）に要する時間ＴＵと定義される。この時間ＴＵは、移動時間ＴＭに時間遅れＴｄを加えた時間に相当する。（単位変動に要する時間ＴＵ＝時間遅れＴｄ＋移動時間ＴＭ）ここで、固定子電極１３ｅに可動子１１が吸引される際に、移動時間ＴＭに相当する吸引時間を短くすることによって、可動子が櫛歯状の固定子電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄにほぼ接触されているような状態に維持される。このように可動子を駆動することにより、可動子１１には、より大きな水平方向の駆動力が与えられる。これは、可動子１１と固定子電極１３ｅに吸引される際も、可動子１１と固定子電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄとの間のギャップが小さいままに維持されるからである。

ここで、この下部固定子電極１３ｅへの吸引時間（移動時間ＴＭに相当する。）は、図２４（ａ）及び（ｂ）に示すように可動子が上下振動するに必要な時間（いわゆる、「単位変動に要する時間ＴＵ」と以下称する。）より短く、また、駆動パルス信号が下部固定子電極１３ｅに与えられてその指令値の電圧が変化を開始してから可動子１１が反応するまでに要する時間（いわゆる、「時間遅れＴｄ」）より長いことが重要である。つまり、下部固定子電極１３ｅで吸引される時間ＴＭは、下式を満足する必要がある。

「時間遅れＴｄ」＜「下部固定子電極での吸引時間ＴＭ」＜「単位変動に要する時間ＴＵ」
上記の「時間遅れＴｄ」及び「単位変動に要する時間ＴＵ」は、可動子の電気導電率により変化される。即ち、「時間遅れＴｄ」と「単位変動に要する時間ＴＵ」は、用いる素子材料の電気抵抗率により変化される。図２５及び図２６は、印加電圧と時間遅れＴｄとの関係及び印加電圧と単位変動に要する時間ＴＵとの関係を示している。これらのデータは、材質が金属（チタン、電気抵抗率：０．５Ω）及び樹脂（住友ベークライト製：ポチコン（商品名）、電気抵抗率：２５０Ω）について夫々印加電圧１２０Ｖ、１５０Ｖ及び１７０Ｖについて２点を測定し、その２点の間の平均値を代表値としてグラフ化している。この図２５及び図２６において、時間遅れＴｄ及び単位変動に要する時間ＴＵが上昇時と下降時で異なるのは、上昇時は重力の影響を受けるためである。

次に図２８及び図２９は、電気抵抗率と時間遅れＴｄとの関係及び電気抵抗率と単位変動に要する時間ＴＶとの関係を示している。ここで、ある印加電圧、例えば、図２７及び図２８に示すような印加電圧が１５０Ｖの時の、可動子１１の材質がチタンの場合の「時間遅れＴｄ」と「単位変動に要する時間ＴＵ」の選び方について説明する。チタンの電気抵抗率は、約０．５Ω（この値は、可動子の形状によって変化する。例えば、体積が大きくなれば、当然、可動子１１としての電気抵抗率は、大きくなる。）である。図２７に示すように、可動子の「時間遅れＴｄ」は、上昇時で約０．６ms、下降時で約０．４msである。また、図２８に示すように「単位変動に要する時間ＴＵ」は、上昇時で約１．７ms、下降時で約１．２msである。その為、アクチュエータの使用姿勢によらず、可動子１１が下部固定子電極１１ｅに接触せず、櫛歯状の固定子電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄにあたかも吸着されたように駆動するには、下部固定子電極１１ｅで吸引する時間を０．６ms＜下部電極吸引時間ＴＭ＜１．２msの範囲にするする必要がある。ここで、上昇時の「時間遅れＴｄ」（約０．６ms）より、下降時の「単位変動に要する時間（約１．２ms）」が小さいことが重要である。この大小関係が成り立っていないと、アクチュエータが設置された姿勢によって、下部電極に電圧を印加する時間を変えなければその効果を十分に発揮することが難しい。印加電圧が変化した場合、また用いる可動子の材質（電気抵抗率）が変化した場合は、上記と同様の手順を踏んで、下部電極に印加する時間を決定すれば良い。なお、「時間遅れＴｄ」、「単位変動に要する時間ＴＵ」は、可動子１１のサイズが変更になることによる抵抗値（同じ抵抗率でも体積が増えると、その分、抵抗値は増加）および負荷の重さによる影響で変化する。その為、可動子を製造変更し、下部電極に印加する時間を決める際には、まず、上記で示した、印加電圧・電気導電率と「時間遅れＴｄ」「単位変動に要する時間ＴＵ」を測定し、その結果に基づいて、下部電極に電圧を印加する時間を決定すればよい。

上述した実施例においては、予め複数の駆動パターンが用意され、上部及び下部固定子電極の配列に適した駆動パターンが選択されて印加される。このように複数の駆動パターンを用意した場合には、適切なある駆動パターンを選択することに関して、図２９に示すように映像情報を利用して適切な駆動パターンを選択することができる。この適切な駆動パターンを選択するシステムについて図２９を参照して説明する。

図２９において、符号２０は、上述した実施例に係る静電アクチュエータを示し、この静電アクチュエータ２０の可動子１１の空洞部には、対物レンズ系２１が設けられ、静電アクチュエータ２０には、可動子１１を既に述べたように駆動する駆動回路２２に接続されている。この静電アクチュエータ２０は、スチル或いはムービカメラ２４にカメラモジュールとして格納されている。対物レンズ系２１は、被写体２３に向けられるように配置され、静電アクチュエータ２０に或いはカメラ内に撮像素子２６（ＣＣＤもしくはＣＭＯＳ）が固定されている。この対物レンズ系２１及び撮像素子２６は、対物レンズ系２１で撮影された被写体像が撮像素子２６に結像されるように配置されている。撮像素子２６からは、画素信号が映像処理回路２７、例えば、映像処理用ＩＣに供給されて画素信号が処理されて映像信号に変換される。この映像処理回路２７からは、映像信号がカメラ或いはカメラ外に設けたモニター３０に供給され、このモニター３０に被写体像が表示される。映像処理回路２７、例えば、映像処理用ＩＣには、駆動パターンを選択する駆動処理回路２８が接続され、この駆動処理回路２８には、映像信号に含まれる輝度信号或いは輝度情報（アナログ或いはディジタルの輝度情報）が供給される。

この図２９に示されるカメラ２４のシステムにおいて、駆動信号パターンを選択するには、図２９に示されるようにカメラ２４外に設けた測定器２９に駆動処理回路２８が接続されて次のような原理で駆動信号パターンが選択される。

駆動信号パターンの選択時には、カメラ前方の所定距離（Ｌ）に被写体２３が設置され、ある駆動パターンが駆動回路２２から静電アクチュエータ２０に与えられる。同時に、撮像素子２６が駆動されて映像処理回路２７から輝度値情報が駆動処理回路２８に与えられ、輝度値情報が測定器２９でモニターされる。一般に、輝度値は、被写体２３にピント（焦点）が合ったときにもっとも大きな値が得られることが知られ、輝度値をモニターすることによって可動子１１が移動してピントが合った際に最も大きな輝度値が測定される。

駆動回路２２からの駆動信号パターンが適切であれば、静電アクチュエータ２０内の可動子１１が移動されて静電アクチュエータ２０内で対物レンズ系２１が複数回前後に往復駆動される。従って、図２９に示される測定器２９内の表示部２９Ａには、対物レンズ２１の往復道によってピーク値が周期的に表れる輝度値が表示される。即ち、対物レンズ２１が移動し、しかも、往復道の過程で同一位置を通過する場合には、測定器２９内の表示部２９Ａには、周期的なピーク値が表示される。このように周期的なピーク値が表れる場合には、適切な駆動パターンが駆動回路２２から静電アクチュエータ２０に与えられているとして駆動処理回路２８は、当該静電アクチュエータ２０に常にその駆動パターンを与えるようにロック信号を駆動回路２２に与え、駆動回路２２から発生される駆動パターンをその１つに規制するように制御することとなる。

一方、輝度値が単調増加、或いは、単調減少の場合、又は、ピーク値はあるが、可動子１１を駆動する周期とそのピーク値が現れる周期が大きくずれている場合には、可動子１１が動いていない、若しくは、可動子１１が適切な駆動パターンで駆動されていないとして、駆動処理回路２８は、この駆動パターンが適切でないと判断し、他の駆動パターンを駆動回路２２から静電アクチュエータ２０に与えるように駆動回路２２を制御することとなる。

上述したように、静電アクチュエータ２０に可動子１１の移動を検知するセンサを設けなくとも、或いは、目視によって静電アクチュエータ２０内で可動子１１が適切に移動していることを確認しなくとも、静電アクチュエータを組み込んだ機器を測定することによって可動子１１が適切に移動されていることを検知することが可能となる。

従来の静電アクチュエータの構造を示す概略図である。 この発明の実施形態に係る静電アクチュエータの構造を示す概略図である。 図２に示した静電アクチュエータの動作を説明する為の概略図である。 図２に示した静電アクチュエータの動作を説明する為の概略図である。 図２に示した静電アクチュエータの動作を説明する為の概略図である。 図３に示した静電アクチュエータにおける可動子の変位と水平方向及び垂直方向の駆動力を説明するグラフである。 図２に示した静電アクチュエータにおいて位相をほぼ一致させて配置される固定子電極の配置例を示す説明図である。 図７に示した電極配列の静電アクチュエータを駆動する為の駆動電圧パターンを示すタイミングチャートである。 図２に示した静電アクチュエータにおいて１／２位相だけずれて配置される固定子電極の配置例を示す説明図である。 図９に示した電極配列の静電アクチュエータを駆動する為の駆動電圧パターンを示すタイミングチャートである。 図７に示された静電アクチュエータを図８に示す駆動電圧パターンで駆動した場合における発生力の軌跡を示すグラフである。 図９に示された静電アクチュエータを図１０に示す駆動電圧パターンで駆動した場合における発生力の軌跡を示すグラフである。 図２に示した変形実施形態に係る静電アクチュエータの構造を示す概略図である。 図１３に示した静電アクチュエータにおいて位相をほぼ一致させて配置される固定子電極を駆動する為の駆動電圧パターンを示すタイミングチャートである。 図１３に示した静電アクチュエータにおいて１／２位相だけずれて配置される固定子電極を駆動する為の駆動電圧パターンを示すタイミングチャートである。 この発明の他の実施形態に係る静電アクチュエータの動作を示す概略図である。 図１６に示した他の実施形態に係る静電アクチュエータの動作を示す概略図である。 図１６に示した他の実施形態に係る静電アクチュエータを通常動作で駆動した場合における発生力の軌跡を比較例として示すグラフである。 図１６に示した他の実施形態に係る静電アクチュエータにおいて、水平方向に発生力を生じさせるような動作で駆動した場合を示すグラフである。 図１６に示した静電アクチュエータに図１８に示すように水平発生力を生じさせる為の駆動電圧パターンの一例を示すタイミングチャートである。 この発明の更に他の実施形態に係る静電アクチュエータの動作を示す概略図である。 図２１に示した静電アクチュエータを駆動する為の駆動電圧パターンを示すタイミングチャートである。 図２２に示した駆動電圧パターンで駆動される静電アクチュエータにおける発生力の軌跡を示すグラフである。 （ａ）は、図２１に示される静電アクチュエータにおける可動子の移動の状態を示す波形図であり、（ｂ）は、図２１に示される静電アクチュエータにおける固定子電極と可動子との間の電位の変化を示す波形図である。 図２１に示される静電アクチュエータにおいて、印加電圧が１５０Ｖ時の電気抵抗率と時間遅れＴｄとの関係を示すグラフである。 図２１に示される静電アクチュエータにおいて、印加電圧が１５０Ｖ時の電気抵抗率と単位変動に要する時間ＴＵとの関係を示している。 図２１に示される静電アクチュエータにおいて、可動子の電気抵抗率と時間遅れＴｄの関係を示すグラフを示している。 図２１に示される静電アクチュエータにおいて、可動子の電気抵抗率と単位変動に要する時間ＴＵとの関係を示すグラフを示している。 この発明の他の実施例に係る静電アクチュエータを駆動する為の駆動信号パターンを最適化する為の回路を組み込んだカメラシステムの一例を示すブロック図である。

符号の説明

５．．．スイッチング回路
７．．．スイッチングモード設定回路
６．．．電圧源
８．．．センサ
１１．．．可動子
１２，１３．．．固定子
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ．．．固定子電極
１３ｅ、１３ｆ、１３ｇ、１３ｈ．．．固定子電極
１６．．．可動子電極
２２．．．駆動回路
２４．．．カメラ
２６．．．撮像素子
２７．．．映像処理回路
２８．．．駆動回路
２９．．．測定器

Claims (6)

1. 少なくとも３系統以上の電極が所定方向に略同一ピッチで連続的に配列されてなる電極群を備えた第１の固定子と、
   所定空間を介して前記第１の固定子と対向して設けられ、単一系統の固定子電極を有する第２の固定子と、
   前記空間に前記所定方向に関して移動可能に配置され、前記電極群に対向する可動子電極部を有する可動子と、
   前記可動子電極部と前記電極群を構成する電極との間及び前記可動子電極部と前記固定子電極との間に交互に電圧信号を印加して前記可動子を前記所定方向に駆動する電圧信号発生手段であって、前記可動子電極部と前記固定子電極との間に前記電圧信号を印加する期間内において、前記電極群を構成する電極の少なくとも１つに補助電圧信号を印加する電圧信号発生手段と、
   を具備することを特徴とする静電アクチュエータ。
2. 前記補助電圧信号が与えられる前記電極群の電極は、前記可動子の移動方向に応じて定められ、前記期間内に前記補助電圧信号の印加によって前記可動子を前記所定方向に駆動する駆動力を与えることを特徴とする請求項１の静電アクチュエータ。
3. 前記電圧信号発生手段は、前記電極群において隣接する電極に電圧信号を同時に印加することを特徴とする請求項１の静電アクチュエータ。
4. 少なくとも３系統以上の電極が所定方向に略同一ピッチで連続的に配列されてなる電極群を備えた第１の固定子と、前記所定の空間を介して前記第１の固定子と対向して設けられ、単一系統の固定子電極を有する第２の固定子と、前記空間に前記所定方向に関して移動可能に配置され、前記電極群に対向する可動子電極部を有する可動子と、を具備する静電アクチュエータの駆動方法において、
   前記第１の可動子電極部と前記電極群を構成する電極との間及び前記可動子電極部と前記固定子電極との間に交互に電圧信号を印加して前記可動子を前記所定方向に駆動する静電アクチュエータの駆動方法であって、前記可動子電極部と前記固定子電極との間に前記電圧信号を印加する期間内において、前記電極群を構成する電極の少なくとも１つに補助電圧信号を印加することを特徴とする静電アクチュエータの駆動方法。
5. 前記補助電圧信号が与えられる前記電極群の電極は、前記可動子の移動方向に応じて定められ、前記期間内に前記補助電圧信号の印加によって前記可動子を前記所定方向に駆動する駆動力を与えることを特徴とすることを特徴とする請求項４の静電アクチュエータの駆動方法。
6. 前記電極群において隣接する電極に電圧信号を同時に印加することを特徴とする請求項４の静電アクチュエータの駆動方法。

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