JP4095529B2 - 静電アクチュエータ、静電アクチュエータ駆動方法、電気機械変換素子及び電気機械変換素子駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は、電圧が印加されることにより機械的な駆動力を発生する電気機械変換素子及び電気機械変換素子の駆動方法に関し、例えば、静電気力で駆動される静電アクチュエータ及び静電アクチュエータ駆動方法に関する。

近年、デジタルカメラや携帯電話等に搭載されるレンズを駆動し、ズーム動作やフォーカス動作を行わせるために、静電アクチュエータを用いることが多くなっている（特許文献１，２参照）。このような静電アクチュエータを動作させるアクチュエータ制御部においては、動作シーケンスが記憶された機種毎の専用の動作モジュールが予め組み込まれており、使用者のズーム操作等の外部信号に基づいて、予め持っている動作シーケンスにしたがってレンズが駆動されていた。

このように電圧を印加することで機械的な駆動力を発生させる装置として静電アクチュエータの他、圧電アクチュエータ等、電気機械変換素子が知られている（特許文献３，４参照）。
特開平６−２７７８９４号公報 特開平９−４６６５４号公報 特開２００１−１１９９１７号公報 特開２００２−２７７６７号公報

上述した静電アクチュエータ及び静電アクチュエータ駆動方法であると次のような問題があった。すなわち、機種毎に専用の動作モジュールを製作していたのでは静電アクチュエータ１つあたりの製造コストが高くなり、ひいては静電アクチュエータが組み込まれた携帯電話やデジタルカメラ等の携帯用機器の製造コストが高くなる。

そこで本発明は、製造コストを低減できる静電アクチュエータ及び静電アクチュエータ駆動方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の静電アクチュエータ、静電アクチュエータ駆動方法、電気機械変換素子及び電気機械変換素子駆動方法は次のように構成されている。

（１）電極基板を有する固定子と、この固定子に案内されて所定方向に往復動自在で、かつ、上記電極基板に対向配置された電極が設けられた可動子とを備えた静電アクチュエータにおいて、第１の動作を実現させるための動作指令を行う複数の第１動作モジュールと、第２の動作を実現させるための動作指令を行う複数の第２動作モジュールと、上記複数の第１動作モジュールのうち１つの第１動作モジュールを選択的に有効にし、かつ、上記複数の第２動作モジュールのうち１つの第２動作モジュールを選択的に有効するモジュール選択部と、上記選択された第１動作モジュール及び選択された第２動作モジュールからの動作指令に基づいて波形信号を生成するアクチュエータ駆動モジュールと、上記波形信号を変換して電圧として出力し、上記電極に印加するスイッチング回路とを備えていることを特徴とする。

（２）電極基板を有する固定子と、この固定子に案内されて所定方向に往復動自在で、かつ、上記電極基板に対向配置された電極が設けられた可動子とを備えた静電アクチュエータ駆動方法において、第１の動作を実現させるための動作指令を行う複数の第１動作モジュールと、第２の動作を実現させるための動作指令を行う複数の第２動作モジュールと、第１の動作を実現させるための複数の第１動作モジュールのうち１つの第１動作モジュールを選択的に有効にし、かつ、第２の動作を実現させるための複数の第２動作モジュールのうち１つの第２動作モジュールを選択的に有効するモジュール選択工程と、上記選択された第１動作モジュール及び選択された第２動作モジュールからの動作指令に基づいて波形信号を生成する波形信号生成工程と、上記波形信号を変換して電圧として出力し、上記電極に印加するスイッチング工程とを備えていることを特徴とする。

（３）電圧が印加されることにより機械的な駆動力が発生する電気機械変換素子において、第１の動作を実現させるための動作指令を行う複数の第１動作モジュールと、第２の動作を実現させるための動作指令を行う複数の第２動作モジュールと、上記複数の第１動作モジュールのうち１つの第１動作モジュールを選択的に有効にし、かつ、上記複数の第２動作モジュールのうち１つの第２動作モジュールを選択的に有効するモジュール選択部と、上記選択された第１動作モジュール及び選択された第２動作モジュールからの動作指令に基づいて波形信号を生成するアクチュエータ駆動モジュールと、上記波形信号を変換して電圧として出力し、上記電気機械変換素子に印加するスイッチング回路とを備えていることを特徴とする。

（４）電圧が印加されることにより機械的な駆動力を発生する電気機械変換素子駆動方法において、第１の動作を実現させるための複数の第１動作モジュールのうち１つの第１動作モジュールを選択的に有効にし、かつ、第２の動作を実現させるための複数の第２動作モジュールのうち１つの第２動作モジュールを選択的に有効するモジュール選択工程と、上記選択された第１動作モジュール及び選択された第２動作モジュールからの動作指令に基づいて波形信号を生成する波形信号生成工程と、上記波形信号を変換して電圧として出力し、上記電気機械変換素子に印加するスイッチング工程とを備えていることを特徴とする。

（５）電圧が印加されることにより固定子と可動子との間に静電力が発生して、前記可動子に機械的な駆動力が発生する電気機械変換素子において、第１の動作を実現させるための動作指令を行う複数の第１動作モジュールと、第２の動作を実現させるための動作指令を行う複数の第２動作モジュールと、上記複数の第１動作モジュールのうち１つの第１動作モジュールを選択的に有効にし、かつ、上記複数の第２動作モジュールのうち１つの第２動作モジュールを選択的に有効するモジュール選択部と、上記選択された第１動作モジュール及び選択された第２動作モジュールからの動作指令に基づいて波形信号を生成するアクチュエータ駆動モジュールと、上記波形信号を変換して電圧として出力するスイッチング回路とを備えていることを特徴とする。

（６）電圧が印加されることにより固定子と可動子との間に静電力が発生して、前記可動子に機械的な駆動力が発生する電気機械変換方法において、第１の動作を実現させるための複数の第１動作モジュールのうち１つの第１動作モジュールを選択的に有効にし、かつ、第２の動作を実現させるための複数の第２動作モジュールのうち１つの第２動作モジュールを選択的に有効するモジュール選択工程と、上記選択された第１動作モジュール及び選択された第２動作モジュールからの動作指令に基づいて波形信号を生成する波形信号生成工程と、上記波形信号を変換して電圧として出力するスイッチング工程とを備えていることを特徴とする。

（７）電圧が印加されることにより伸縮する電気機械変換素子において、第１の動作を実現させるための動作指令を行う複数の第１動作モジュールと、第２の動作を実現させるための動作指令を行う複数の第２動作モジュールと、上記複数の第１動作モジュールのうち１つの第１動作モジュールを選択的に有効にし、かつ、上記複数の第２動作モジュールのうち１つの第２動作モジュールを選択的に有効するモジュール選択部と、上記選択された第１動作モジュール及び選択された第２動作モジュールからの動作指令に基づいて波形信号を生成するアクチュエータ駆動モジュールと、上記波形信号を変換して電圧として出力し、上記電極に印加するスイッチング回路とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、製造コストを低減することが可能となる。

図１は本発明の第１の実施の形態に係る静電アクチュエータ１０の概略構成を示す図である。静電アクチュエータ１０により小型の電子機器等に内蔵されるカメラモジュールが構成されている。

静電アクチュエータ１は、アクチュエータ１０と、このアクチュエータ１０の各電極に電圧を印加するスイッチング回路６０と、これらアクチュエータ１０及びスイッチング回路６０を制御するアクチュエータ制御部１００とを備えている。なお、図１中２００は外部機器、例えば、ズームボタンやフォーカスセンサ等を示しており、アクチュエータ制御部１００に制御切り替えパラメータを送る機能を有している。

アクチュエータ１０は、中空部を有する略直方体状に形成された固定子２０と、この固定子２０の中空部を軸方向に往復動自在に配置された１群可動子３０及び２群可動子４０と、後述するレンズＬ１，Ｌ２によって結像される撮像素子５０とを備えている。

固定子２０は、固定子枠２１と、電極面３２，３３，４２，４３と対向する面に装着された電極基板２２，２３とが形成されている。電極基板２２，２３の１群可動子３０及び２群可動子４０に対向する電極面には、ストライプ状の電極が形成されている。

１群可動子３０は、レンズＬ１を保持するとともに略直方体状に形成された可動子本体３１を備えている。この可動子本体３１には、固定子２０の電極基板２２，２３と対向するとともに凸状ストライプ電極が形成された一対の電極面３２，３３が形成されている。

２群可動子４０は、レンズＬ２を保持するとともに略直方体状に形成された可動子本体４１を備えている。この可動子本体４１には、固定子２０の電極基板２２，２３と対向するとともに凸状ストライプ電極が形成された一対の電極面４２，４３が形成されている。

スイッチング回路６０は、入力された波形データに基づいて電極基板２２，２３に印加する電圧に変換する機能を有している。すなわち、波形データの各ビットの１／０が電極に付与する電圧のＨｉｇｈ／Ｌｏｗに対応している。

アクチュエータ制御部１００は、第１〜第３のズーム動作モジュール（第１動作モジュール）１１０〜１１２と、第１及び第２のアクチュエータ動作モジュール１２０，１２１と、第１及び第２のオートフォーカス動作モジュール（第２動作モジュール）１３０，１３１と、起動フラグレジスタ１４０を備えている。各モジュール１１０〜１１２，１２０，１２１，１３０，１３１には、それぞれそのモジュールの有効／無効を選択するフラグ用レジスタ（モジュール選択部）１１０ａ〜１１２ａ，１２０ａ，１２１ａ，１３０ａ，１３１ａが設けられている。

各モジュール１１０〜１１２，１２０，１２１，１３０，１３１は、フラグ用レジスタ１１０ａ〜１１２ａ，１２０ａ，１２１ａ，１３０ａ，１３１ａが有効になっているときのみ各モジュールは決められた処理を行う。また各モジュール１１０〜１１２，１２０，１２１，１３０，１３１は起動フラグレジスタ１４０を監視しており、起動フラグレジスタ１４０がＯＮになっているときにのみ動作する。

第１〜第３のズーム動作モジュール１１０〜１１２は、内部にズーム曲線を保持しており、外部機器２００から制御切り替えパラメータとしてズームコマンドが発行されている間、アクチュエータ１０が特定の位置をトレースするようにアクチュエータ１０の駆動方向と駆動量をアクチュエータ駆動モジュール１２０，１２１に指示する機能を有している。

なお、複数設けられたズーム動作モジュール１１０〜１１２は、それぞれ内部のアルゴリズムが異なっている。例えば、図２の（ａ）は、ズーム中のピントのボケが大きいものの、駆動シーケンスを簡易にできる制御フローを示すものであり、図２の（ｂ）は、駆動シーケンスは複雑になるが、ズーム中のピントのボケを最小限に抑えることができる制御フローを示すものである。

図２の（ａ）に示す制御フローでは、１群可動子３０を被写体方向に移動し（ＳＴ１０）、その後２群可動子４０を目標位置に移動する（ＳＴ１１）。次に、ズームボタン（外部機器２００）の押し下げが維持されているか否かが判断され（ＳＴ１２）、ズームボタンの押し下げが維持されていれば２群可動子４０の移動を維持し、押し下げが終了されていれば１群可動子３０を目標位置に移動し（ＳＴ１３）、終了する。

図２の（ｂ）に示す制御フローでは、２群可動子を目標位置に移動した後（ＳＴ２０）、ズームボタンの押し下げが維持されているか否かが判断され（ＳＴ２１）、ズームボタンの押し下げが維持されていれば１群可動子３０と２群可動子４０とが接触しているか否かが判断される（ＳＴ２２）。接触していれば、２群可動子４０の被写体方向に移動し、ＳＴ２０に戻る。接触していなければ、そのままＳＴ２０に戻る。

一方、ＳＴ２１でズームボタンの押し下げが維持されていなければ、２群可動子４０を目標位置に移動し（ＳＴ２４）、終了する。

第１及び第２のアクチュエータ駆動モジュール１２０，１２１は指示された駆動方向と駆動量に応じて波形データを生成し、スイッチング回路６０に出力する機能を有している。

第１及び第２のオートフォーカス動作モジュール１３０，１３１は外部機器２００から制御切り替えパラメータとしてオートフォーカスコマンドが発行されている間、撮像素子５０からのセンサ情報を取得しながら、センサの輝度のコントラストが最大になるようにアクチュエータ１０の駆動方向と駆動量をアクチュエータ駆動モジュール１２０，１２１に指示する機能を有している。

このように構成された静電アクチュエータ１は、次のように動作する。ここでは、２つの動作例を説明する。図３は第１の動作例の制御フローを示す図である。初期状態では、ズーム動作モジュール１１０〜１１２のフラグ用レジスタ１１０ａ〜１１２ａ、アクチュエータ駆動モジュール１２０，１２１のフラグ用レジスタ１２０ａ，１２１ａ、オートフォーカス動作モジュール１３０，１３１のフラグ用レジスタ１３０ａ，１３１ａは、それぞれ必ず一つが有効になっている。

次に、外部機器２００から各フラグ用レジスタをＯＮ／ＯＦＦするための信号が送られる（ＳＴ３０）。どのフラグ用レジスタを有効にするかは、アクチュエータ１０のレンズ構成等から最適なズーム動作、オートフォーカス動作が選択される。なお、最適なアルゴリズムが初期状態と一致する場合はこのステップを省略することが出来る。

次に、アクチュエータ制御を開始するために、起動フラグレジスタ１４０をＯＮとし、制御を開始する（ＳＴ３１）。

次に、外部機器２００は静電アクチュエータ１の動作開始と同時に制御切り替えパラメータをアクチュエータ制御部７０に送信し、アクチュエータ制御部７０では制御切り替えパラメータの値を読み取り特定の動作を行う（ＳＴ３２）。

図４は第２の動作例の制御フローを示す図である。初期状態は、上述した第１の動作例と同様である。次に、外部機器２００から各フラグ用レジスタをＯＮ／ＯＦＦするための信号が送られる（ＳＴ４０）。どのフラグ用レジスタを有効にするかは、アクチュエータ１０のレンズ構成等から最適なズーム動作、オートフォーカス動作が選択される。なお、最適なアルゴリズムが初期状態と一致する場合はこのステップを省略することができる。

次に、アクチュエータ制御を開始するために、起動フラグレジスタ１４０をＯＮとし、制御を開始する（ＳＴ４１）。起動フラグレジスタがＯＮになるとコマンド待ち状態になり、外部機器２００からアドレス０ｘ００１を監視しコマンド情報が入力されるのを待つ（ＳＴ４２）。

このコマンド待ち状態では、例えば次のように制御プログラムが動作する。アドレス０ｘ００１にデータ０ｘ００１が書き込まれたら初期化動作のコマンド、データ０ｘ００２が書き込まれたらオートフォーカス動作のコマンド、データ０ｘ００３が書き込まれたらズーム動作のコマンドと判断し、データ０ｘ００１〜０ｘ００３以外が書き込まれたらコマンド待ち状態を維持する。

外部機器２００からの各コマンドに基づいて、それぞれ特定の動作、初期化動作（ＳＴ４３）、オートフォーカス動作（ＳＴ４４）、ズーム操作（ＳＴ４５）が行われ、コマンド待ち状態に戻る。

上述したように本第１の実施の形態に係る静電アクチュエータ１によれば、１つのチップの中に複数の動作モジュールが組み込まれ、アクチュエータのレンズ構成等に応じて、どのモジュールを有効にするかを決定することで、所望のアルゴリズムを選択できるので、１種類のチップを製造するだけで複数の種類の静電アクチュエータに対応した制御を行わせることが可能となる。このため、１チップの製造コストを低減することができ、静電アクチュエータ及び静電アクチュエータが組み込まれた携帯電話やデジタルカメラ等の携帯電子機器を低コストで製造することが可能となる。

図５は本発明の第２の実施の形態に係る静電アクチュエータ３００の概略構成を示す図である。

静電アクチュエータ３００は、アクチュエータ３１０と、このアクチュエータ３１０の各電極に電圧を印加するスイッチング回路３２０と、これらアクチュエータ３１０及びスイッチング回路３２０を制御するアクチュエータ制御部３３０とを備えている。なお、図５中４００は外部機器、例えば、ズームボタンやフォーカスセンサ等を示しており、アクチュエータ制御部３３０に制御切り替えパラメータを送る機能を有している。また、４１０は外部メモリを示しており、制御プログラムを格納し、アクチュエータ制御部３３０に制御プログラムを送る機能を有している。なお、アクチュエータ制御部３３０と外部機器４００とはＩＩＣバス等のシリアルバス等で接続されている。

アクチュエータ３１０は、固定子と、この固定子の中空部を軸方向に往復動自在に配置された１群可動子及び２群可動子と、これら可動子によって支持されたレンズＬ１，Ｌ２によって結像される撮像素子とを備えている。

スイッチング回路３２０は、入力された波形データに基づいて電極基板２２，２３に印加する電圧に変換する機能を有している。すなわち、波形データの各ビットの１／０が電極に印加する電圧のＨｉｇｈ／Ｌｏｗに対応している。

アクチュエータ制御部３３０には、ＭＰＵ３３１と、ＲＯＭ３３２と、スイッチング回路３２０に波形データを出力する波形出力レジスタ３３３と、ＲＡＭ３３４と、Ｉ／Ｏインターフェース３３５とを備え、それぞれデータバス３３６と、アドレスバス３３７とで接続されている。

ＭＰＵ３３１は、駆動波形データ列と波形時間データ列とが格納されたＲＯＭ３３２からアクチュエータ３１０の現在位置に基づいて、適当な駆動波形データと波形時間データを波形出力レジスタ３３３にセットする機能を有している。

波形出力レジスタ３３３では、駆動波形データと波形時間データとがセットされると、セットされた波形時間の間、駆動波形を出力する。

ＲＡＭ３３４は、上述したＲＯＭ３３２と同様の機能を有するものであるが、駆動波形データ列及び波形時間データ列が外部から書き換えられるという機能を有している。

このように構成された静電アクチュエータ３００は、次のように動作する。ここでは、２つの動作例を説明する。図６及び図７は第１の動作例の制御フローを示す図である。図６に示すように、外部メモリ４１０からアクチュエータ制御部３３０に制御プログラムを送信し（ＳＴ５０）、ＲＡＭ３３４に格納する。そして、アクチュエータ３１０の制御を開始する。外部機器４００からはズーム操作等により制御切り替えパラメータが送信されると、ＭＰＵ３３１によってＲＡＭから駆動波形データ列と波形時間データ列が取り出され、波形出力レジスタ３３３にセットされる。

すなわち、図７に示すように、初期設定され（ＳＴ６０）、コマンド待ち（ＳＴ６１）となり、制御切り替えパラメータによるコマンドが入力された時点で、そのコマンドに応じた動作が行われることになる（ＳＴ６２〜ＳＴ６４）。

図８及び図９は第２の動作例の制御フローを示す図である。この制御フローは、出荷前の検査工程等で用いられる。すなわち、図８に示すように、外部メモリ４１０からアクチュエータ制御部３３０に制御プログラムを送信し（ＳＴ７０）、ＲＡＭ３３４に格納する。そして、アクチュエータ３１０の制御を開始する。そして一定時間経過後に終了する。

すなわち、図９に示すように、初期化動作を行い（ＳＴ８０）、所定のオートフォーカス動作を行い（ＳＴ８１）、終了する。

上述したように本第２の実施の形態に係る静電アクチュエータ３００によれば、アクチュエータ３１０の動作アルゴリズムを決定する制御プログラムをアクチュエータ制御部３３０外部から取り入れることができるため、アクチュエータ制御部３３０を汎用のものとすることができるとともに、動作アルゴリズムを柔軟に変更することが可能となる。したがって、静電アクチュエータ自体及び静電アクチュエータが組み込まれた携帯電話やデジタルカメラ等の携帯電子機器を低コストで製造することが可能となる。

図１０は本発明の第３の実施の形態に係る静電平面アクチュエータ（電気変換素子）４００の概略構成を示す図、図１１は静電平面アクチュエータ４００の動作原理を示す説明図、図１２は静電平面アクチュエータ４００の電圧印加タイミングを示す説明図である。

静電平面アクチュエータ４００は、ステータ４１０と、移動体となる平面移動板４５０と、電極基板４１５ａ，４１５ｂ，４２５ａ，４２５ｂ，４３５ａ，４３５ｂに電圧を印加するスイッチング回路４６０と、このスイッチング回路４６０を制御するアクチュエータ制御部４７０とを備えている。

ステータ４１０は、金属製の上面板４１１と、セラミックス等で成形された底面板４１２から成る。上面板４１１と底面板４１２は、ともに薄厚な平板で、互いに所定間隔をおいて平行関係にある。また、上面板４１１と底面板４１２との間には、上面板４１１と底面板４１２を固定するための支柱４１４が複数設けられている。上面板４１１には、複数の揺動要素４１３，４２３，４３３が形成されており、揺動要素４１３，４２３，４３３は二つの電極がヒンジで支持されており、紙面に垂直方向を揺動軸として揺動する。

揺動要素４１３，４２３，４３３は、固定電極に特定の電圧パターンを印加すると、固定電極と揺動要素４１３，４２３，４３３に電位差が発生する。このとき揺動要素４１３，４２３，４３３の一方の電極が固定電極に吸引され、他方の電極は平行移動板４５０に接触する。このとき発生した摩擦力により平行移動板４５０は移動するように構成されている。図１１中４１５ａ，４１５ｂ，４２５ａ，４２５ｂ，４３５ａ，４３５ｂは電極基板を示している。

スイッチング回路４６０は上述したスイッチング回路６０又はスイッチング回路３２０と同様に構成され、またアクチュエータ制御部４７０は上述したアクチュエータ制御部１００又はアクチュエータ制御部３３０と同様に構成されているので詳細な説明は省略する。

このように構成された静電平面アクチュエータ４００においては、次のようにして駆動が行われる。アクチュエータ制御部４７０から、電圧ＶｈがＴＴＬレベルである波形パターンが出力されると、スイッチング回路４６０によって電圧がＶｈに変換され電極基板４１５ａ，４１５ｂ，４２５ａ，４２５ｂ，４３５ａ，４３５ｂに入力される。

図１２に示すように特定の電圧パターンを順次印加することで、揺動要素４１３，４２３，４３３が平行移動板４５０に接触し、このとき発生した摩擦力により平行移動板４５０は移動してゆくことになる。

上述したように本第３の実施の形態に係る静電平面アクチュエータ４００によれば、アクチュエータ制御部４７０としてアクチュエータ制御部１００と同様の構成のものを用いた場合には上述した第１の実施の形態に係る静電アクチュエータ１００と同様の効果を得ることができる。すなわち、１つのチップの中に複数の動作モジュールが組み込まれ、アクチュエータのレンズ構成等に応じて、どのモジュールを有効にするかを決定することで、所望のアルゴリズムを選択できるので、１種類のチップを製造するだけで複数の種類の静電アクチュエータに対応した制御を行わせることが可能となる。このため、１チップの製造コストを低減することができ、静電平面アクチュエータ及び静電平面アクチュエータが組み込まれた携帯電話やデジタルカメラ等の携帯電子機器を低コストで製造することが可能となる。

一方、アクチュエータ制御部４７０としてアクチュエータ制御部３３０と同様の構成のものを用いた場合には上述した第２の実施の形態に係る静電アクチュエータ２００と同様の効果を得ることができる。すなわち、アクチュエータの動作アルゴリズムを決定する制御プログラムをアクチュエータ制御部４７０の外部から取り入れることができるため、アクチュエータ制御部４７０を汎用のものとすることができるとともに、動作アルゴリズムを柔軟に変更することが可能となる。したがって、静電アクチュエータ自体及び静電アクチュエータが組み込まれた携帯電話やデジタルカメラ等の携帯電子機器を低コストで製造することが可能となる。

図１３は、本発明の第４の実施の形態に係るインパクト型の圧電アクチュエータ（電気機械変換素子）５００の基本構成を概略的に示すブロック図である。この図において、圧電アクチュエータ５００は、駆動部５１２と、駆動部５１２を駆動する駆動回路５１４と、駆動部５１２に取り付けられている係合部材５３０の位置を検出する部材センサ５１６と、駆動部５１２の基端に配設された基端センサ５１８と、駆動部５１２の先端に配設された先端センサ５２０と、全体の動作を制御する制御部５２２とを備えている。

駆動部５１２は、素子固定式構造のものであり、支持部材５２４、電気機械変換素子５２６、駆動部材５２８及び係合部材５３０から構成されている。支持部材５２４は、電気機械変換素子５２６及び駆動部材５２８を保持するものである。電気機械変換素子５２６は、例えば、所定の厚みを有する複数枚の圧電基板を各圧電基板間に図略の電極を介して積層することにより構成したものである。係合部材５３０には駆動対象物であるレンズＬが取り付けられるようになっている。

制御回路５１４は上述したスイッチング回路６０と同様に構成され、また制御部５２２は上述したアクチュエータ制御部７０と同様に構成されているので詳細な説明は省略する。

このように構成された圧電アクチュエータ５００においては、制御部５２２から駆動回路５１４に図１４に示すような波形データが入力されると、駆動回路５１４では電気機械変換素子５２６に必要な電圧パターンが生成される。駆動回路５１４では図１５の（ａ）又は（ｂ）のようなのこぎり状の駆動波形が生成され、電気機械変換素子５２６に入力される。電気機械変換素子５２６に図１５の（ａ）に示すような駆動電圧が印加されると、係合部材５０３は図１３中矢印ａ１方向に間欠的に移動する。また、図１５の（ｂ）に示すような駆動電圧が印加されると、係合部材５０３は図１３中矢印ａ２方向に間欠的に移動する。

上述したように本第４の実施の形態に係る圧電アクチュエータ５００によれば、アクチュエータ制御部４７０としてアクチュエータ制御部１００と同様の構成のものを用いた場合には上述した第１の実施の形態に係る静電アクチュエータ１００と同様の効果を得ることができる。すなわち、１つのチップの中に複数の動作モジュールが組み込まれ、アクチュエータのレンズ構成等に応じて、どのモジュールを有効にするかを決定することで、所望のアルゴリズムを選択できるので、１種類のチップを製造するだけで複数の種類の静電アクチュエータに対応した制御を行わせることが可能となる。このため、１チップの製造コストを低減することができ、静電平面アクチュエータ及び静電平面アクチュエータが組み込まれた携帯電話やデジタルカメラ等の携帯電子機器を低コストで製造することが可能となる。

一方、アクチュエータ制御部４７０としてアクチュエータ制御部３３０と同様の構成のものを用いた場合には上述した第２の実施の形態に係る静電アクチュエータ２００と同様の効果を得ることができる。すなわち、アクチュエータの動作アルゴリズムを決定する制御プログラムをアクチュエータ制御部４７０の外部から取り入れることができるため、アクチュエータ制御部４７０を汎用のものとすることができるとともに、動作アルゴリズムを柔軟に変更することが可能となる。したがって、静電アクチュエータ自体及び静電アクチュエータが組み込まれた携帯電話やデジタルカメラ等の携帯電子機器を低コストで製造することが可能となる。

上述した電気機械変換素子は、静電アクチュエータ、静電平面アクチュエータ及び圧電アクチュエータとしたが、電圧を印加することにより機械的な駆動力を発生する素子を用いたものであれば、これらに限られない。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る静電アクチュエータの概略構成を示す図。 同静電アクチュエータにおける制御フローの一例を示す図。 同静電アクチュエータにおける制御フローの一例を示す図。 同静電アクチュエータにおける制御フローの一例を示す図。 本発明の第２の実施の形態に係る静電アクチュエータの概略構成を示す図。 同静電アクチュエータにおける制御フローの一例を示す図。 同静電アクチュエータにおける制御フローの一例を示す図。 同静電アクチュエータにおける制御フローの一例を示す図。 同静電アクチュエータにおける制御フローの一例を示す図。 本発明の第３の実施の形態に係る静電平面アクチュエータの概略構成を示す図。 同静電平面アクチュエータの動作原理を示す説明図。 同静電平面アクチュエータの電圧印加タイミングを示す説明図。 本発明の第４の実施の形態に係る圧電アクチュエータの概略構成を示す図。 同圧電アクチュエータに組み込まれた駆動回路を制御する制御回路から出力されて各スイッチ素子に印加される制御信号を示す説明図。 同圧電アクチュエータに組み込まれた電気機械変換素子に印加される駆動電圧の波形を示す説明図。

符号の説明

１…静電アクチュエータ、１０…アクチュエータ、６０…スイッチング回路、１００…アクチュエータ制御部、１１０〜１１２…第１〜第３のズーム動作モジュール（第１動作モジュール）、１２０，１２１…第１及び第２のアクチュエータ動作モジュール、１３０，１３１…第１及び第２のオートフォーカス動作モジュール（第２動作モジュール）、１４０…起動フラグレジスタ、１１０ａ〜１１２ａ，１２０ａ，１２１ａ，１３０ａ，１３１ａ…フラグ用レジスタ（モジュール選択部）

Claims (7)

1. 電極基板を有する固定子と、この固定子に案内されて所定方向に往復動自在で、かつ、上記電極基板に対向配置された電極が設けられた可動子とを備えた静電アクチュエータにおいて、
   第１の動作を実現させるための動作指令を行う複数の第１動作モジュールと、
   第２の動作を実現させるための動作指令を行う複数の第２動作モジュールと、
   上記複数の第１動作モジュールのうち１つの第１動作モジュールを選択的に有効にし、かつ、上記複数の第２動作モジュールのうち１つの第２動作モジュールを選択的に有効するモジュール選択部と、
   上記選択された第１動作モジュール及び選択された第２動作モジュールからの動作指令に基づいて波形信号を生成するアクチュエータ駆動モジュールと、
   上記波形信号を変換して電圧として出力し、上記電極基板に印加するスイッチング回路とを備えていることを特徴とする静電アクチュエータ。
2. 電極基板を有する固定子と、この固定子に案内されて所定方向に往復動自在で、かつ、上記電極基板に対向配置された電極が設けられた可動子とを備えた静電アクチュエータ駆動方法において、
   第１の動作を実現させるための複数の第１動作モジュールのうち１つの第１動作モジュールを選択的に有効にし、かつ、第２の動作を実現させるための複数の第２動作モジュールのうち１つの第２動作モジュールを選択的に有効するモジュール選択工程と、
   上記選択された第１動作モジュール及び選択された第２動作モジュールからの動作指令に基づいて波形信号を生成する波形信号生成工程と、
   上記波形信号を変換して電圧として出力し、上記電極基板に印加するスイッチング工程とを備えていることを特徴とする静電アクチュエータ駆動方法。
3. 電圧が印加されることにより機械的な駆動力が発生する電気機械変換素子において、
   第１の動作を実現させるための動作指令を行う複数の第１動作モジュールと、
   第２の動作を実現させるための動作指令を行う複数の第２動作モジュールと、
   上記複数の第１動作モジュールのうち１つの第１動作モジュールを選択的に有効にし、かつ、上記複数の第２動作モジュールのうち１つの第２動作モジュールを選択的に有効するモジュール選択部と、
   上記選択された第１動作モジュール及び選択された第２動作モジュールからの動作指令に基づいて波形信号を生成するアクチュエータ駆動モジュールと、
   上記波形信号を変換して電圧として出力し、上記電気機械変換素子に印加するスイッチング回路とを備えていることを特徴とする電気機械変換素子。
4. 電圧が印加されることにより機械的な駆動力を発生する電気機械変換素子駆動方法において、
   第１の動作を実現させるための複数の第１動作モジュールのうち１つの第１動作モジュールを選択的に有効にし、かつ、第２の動作を実現させるための複数の第２動作モジュールのうち１つの第２動作モジュールを選択的に有効するモジュール選択工程と、
   上記選択された第１動作モジュール及び選択された第２動作モジュールからの動作指令に基づいて波形信号を生成する波形信号生成工程と、
   上記波形信号を変換して電圧として出力し、上記電気機械変換素子に印加するスイッチング工程とを備えていることを特徴とする電気機械変換素子駆動方法。
5. 電圧が印加されることにより固定子と可動子との間に静電力が発生して、前記可動子に機械的な駆動力が発生する電気機械変換素子において、
   第１の動作を実現させるための動作指令を行う複数の第１動作モジュールと、
   第２の動作を実現させるための動作指令を行う複数の第２動作モジュールと、
   上記複数の第１動作モジュールのうち１つの第１動作モジュールを選択的に有効にし、かつ、上記複数の第２動作モジュールのうち１つの第２動作モジュールを選択的に有効するモジュール選択部と、
   上記選択された第１動作モジュール及び選択された第２動作モジュールからの動作指令に基づいて波形信号を生成するアクチュエータ駆動モジュールと、
   上記波形信号を変換して電圧として出力するスイッチング回路とを備えていることを特徴とする電気機械変換素子。
6. 電圧が印加されることにより固定子と可動子との間に静電力が発生して、前記可動子に機械的な駆動力が発生する電気機械変換方法において、
   第１の動作を実現させるための複数の第１動作モジュールのうち１つの第１動作モジュールを選択的に有効にし、かつ、第２の動作を実現させるための複数の第２動作モジュールのうち１つの第２動作モジュールを選択的に有効するモジュール選択工程と、
   上記選択された第１動作モジュール及び選択された第２動作モジュールからの動作指令に基づいて波形信号を生成する波形信号生成工程と、
   上記波形信号を変換して電圧として出力するスイッチング工程とを備えていることを特徴とする電気機械変換方法。
7. 電圧が印加されることにより伸縮する電気機械変換素子において、
   第１の動作を実現させるための動作指令を行う複数の第１動作モジュールと、
   第２の動作を実現させるための動作指令を行う複数の第２動作モジュールと、
   上記複数の第１動作モジュールのうち１つの第１動作モジュールを選択的に有効にし、かつ、上記複数の第２動作モジュールのうち１つの第２動作モジュールを選択的に有効するモジュール選択部と、
   上記選択された第１動作モジュール及び選択された第２動作モジュールからの動作指令に基づいて波形信号を生成するアクチュエータ駆動モジュールと、
   上記波形信号を変換して電圧として出力し、上記電極に印加するスイッチング回路とを備えていることを特徴とする電気機械変換素子。

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