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特許7569627ＭＥＭＳアクチュエータ、ＭＥＭＳアクチュエータの駆動方法、及びＭＥＭＳアクチュエータ制御プログラム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-09
(45)【発行日】2024-10-18
(54)【発明の名称】ＭＥＭＳアクチュエータ、ＭＥＭＳアクチュエータの駆動方法、及びＭＥＭＳアクチュエータ制御プログラム
(51)【国際特許分類】
B81B 3/00 20060101AFI20241010BHJP
G02B 26/08 20060101ALI20241010BHJP
G02B 26/10 20060101ALI20241010BHJP
【ＦＩ】
B81B3/00
G02B26/08 E
G02B26/10 104Z
【請求項の数】
25
(21)【出願番号】P 2020068527
(22)【出願日】2020-04-06
(65)【公開番号】P2021164967
(43)【公開日】2021-10-14
【審査請求日】2023-03-09
(73)【特許権者】
【識別番号】000236436
【氏名又は名称】浜松ホトニクス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【弁理士】
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100140442
【弁理士】
【氏名又は名称】柴山 健一
(74)【代理人】
【識別番号】100174399
【弁理士】
【氏名又は名称】寺澤 正太郎
(72)【発明者】
【氏名】倉品 貴之
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 智史
(72)【発明者】
【氏名】杉本 達哉
(72)【発明者】
【氏名】山本 洋夫
【審査官】永井 友子
(56)【参考文献】
【文献】特開２００５－２０８２５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１８１９５１（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０２０／００１８９４８（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開２０１７－１２９６６１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ８１Ｂ ３／００
Ｇ０２Ｂ ２６／０８
Ｇ０２Ｂ ２６／１０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基部及び前記基部に対して弾性的に変位可能に支持された可動部と、複数の第１櫛歯を含み、前記基部に設けられた固定櫛歯電極と、
前記複数の第１櫛歯と交互に配置された複数の第２櫛歯を含み、前記固定櫛歯電極との間に生じる静電気力によって前記可動部を駆動する可動櫛歯電極と、
立ち上がりと立ち下がりとを周期的に繰り返し、前記立ち上がり後かつ前記立ち下がり前に定電圧となる期間を含む時間波形を有する駆動電圧を前記固定櫛歯電極と前記可動櫛歯電極との間に印加する駆動回路と、
前記固定櫛歯電極と前記可動櫛歯電極との間の容量の変化に起因して前記期間内に前記固定櫛歯電極又は前記可動櫛歯電極から出力される電流信号を電圧信号に変換して前記容量の微分値を示す容量微分信号を生成し、前記容量微分信号が閾値に到達するタイミングを検出するタイミング検出回路と、
を備え、
前記駆動回路は、前記タイミング検出回路において検出された前記タイミングと前記立ち下がりのタイミングとの関係を一定に制御し、前記立ち下がりのタイミングを、前記容量微分信号が前記閾値に到達するタイミングと一致させる、ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項2】
基部及び前記基部に対して弾性的に変位可能に支持された可動部と、複数の第１櫛歯を含み、前記基部に設けられた固定櫛歯電極と、
前記複数の第１櫛歯と交互に配置された複数の第２櫛歯を含み、前記固定櫛歯電極との間に生じる静電気力によって前記可動部を駆動する可動櫛歯電極と、
立ち上がりと立ち下がりとを周期的に繰り返し、前記立ち上がり後かつ前記立ち下がり前に定電圧となる期間を含む時間波形を有する駆動電圧を前記固定櫛歯電極と前記可動櫛歯電極との間に印加する駆動回路と、
前記固定櫛歯電極と前記可動櫛歯電極との間の容量の変化に起因して前記期間内に前記固定櫛歯電極又は前記可動櫛歯電極から出力される電流信号を電圧信号に変換して前記容量の微分値を示す容量微分信号を生成し、前記容量微分信号が閾値に到達するタイミングを検出するタイミング検出回路と、
を備え、
前記駆動回路は、前記タイミング検出回路において検出された前記タイミングと前記立ち下がりのタイミングとの関係を一定に制御し、前記立ち下がりのタイミングを、前記容量微分信号が前記閾値に到達するタイミングから一定時間だけ後にずらす、ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項3】
基部及び前記基部に対して弾性的に変位可能に支持された可動部と、複数の第１櫛歯を含み、前記基部に設けられた固定櫛歯電極と、
前記複数の第１櫛歯と交互に配置された複数の第２櫛歯を含み、前記固定櫛歯電極との間に生じる静電気力によって前記可動部を駆動する可動櫛歯電極と、
立ち上がりと立ち下がりとを周期的に繰り返し、前記立ち上がり後かつ前記立ち下がり前に定電圧となる期間を含む時間波形を有する駆動電圧を前記固定櫛歯電極と前記可動櫛歯電極との間に印加する駆動回路と、
前記固定櫛歯電極と前記可動櫛歯電極との間の容量の変化に起因して前記期間内に前記固定櫛歯電極又は前記可動櫛歯電極から出力される電流信号を電圧信号に変換して前記容量の微分値を示す容量微分信号を生成し、前記容量微分信号が閾値に到達するタイミングを検出するタイミング検出回路と、
を備え、
前記駆動回路は、前記タイミング検出回路において検出された前記タイミングと前記立ち下がりのタイミングとの関係を一定に制御し、
前記閾値は、前記電流信号がゼロである場合に相当する値である、ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項4】
前記駆動電圧の前記立ち上がりに起因する前記容量微分信号の変動期間を短縮するクランプ回路及び／又はソフトリミッタ回路を更に備える、請求項１～３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項5】
基部及び前記基部に対して弾性的に変位可能に支持された可動部と、複数の第１櫛歯を含み、前記基部に設けられた第１固定櫛歯電極と、
前記複数の第１櫛歯と交互に配置された複数の第２櫛歯を含み、前記第１固定櫛歯電極との間に生じる静電気力によって前記可動部を駆動する第１可動櫛歯電極と、
複数の第３櫛歯を含み、前記基部に設けられた第２固定櫛歯電極と、
前記複数の第３櫛歯と交互に配置された複数の第４櫛歯を含む第２可動櫛歯電極と、
立ち上がりと立ち下がりとを周期的に繰り返す時間波形を有する駆動電圧を前記第１固定櫛歯電極と前記第１可動櫛歯電極との間に印加する駆動回路と、
０Ｖを除く定電圧となる期間を含む電圧を前記第２固定櫛歯電極と前記第２可動櫛歯電極との間に印加し、前記第２固定櫛歯電極と前記第２可動櫛歯電極との間の容量の変化に起因して前記期間内に前記第２固定櫛歯電極又は前記第２可動櫛歯電極から出力される電流信号を電圧信号に変換して前記容量の微分値を示す容量微分信号を生成し、前記容量微分信号が閾値に到達するタイミングを検出するタイミング検出回路と、
を備え、
前記駆動回路は、前記タイミング検出回路において検出された前記タイミングと前記立ち下がりのタイミングとの関係を一定に制御し、
前記第２可動櫛歯電極と前記可動部との距離は、前記第１可動櫛歯電極と前記可動部との距離よりも短い、ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項6】
基部及び前記基部に対して弾性的に変位可能に支持された可動部と、複数の第１櫛歯を含み、前記基部に設けられた第１固定櫛歯電極と、
前記複数の第１櫛歯と交互に配置された複数の第２櫛歯を含み、前記第１固定櫛歯電極との間に生じる静電気力によって前記可動部を駆動する第１可動櫛歯電極と、
複数の第３櫛歯を含み、前記基部に設けられた第２固定櫛歯電極と、
前記複数の第３櫛歯と交互に配置された複数の第４櫛歯を含む第２可動櫛歯電極と、
立ち上がりと立ち下がりとを周期的に繰り返す時間波形を有する駆動電圧を前記第１固定櫛歯電極と前記第１可動櫛歯電極との間に印加する駆動回路と、
０Ｖを除く定電圧となる期間を含む電圧を前記第２固定櫛歯電極と前記第２可動櫛歯電極との間に印加し、前記第２固定櫛歯電極と前記第２可動櫛歯電極との間の容量の変化に起因して前記期間内に前記第２固定櫛歯電極又は前記第２可動櫛歯電極から出力される電流信号を電圧信号に変換して前記容量の微分値を示す容量微分信号を生成し、前記容量微分信号が閾値に到達するタイミングを検出するタイミング検出回路と、
を備え、
前記駆動回路は、前記タイミング検出回路において検出された前記タイミングと前記立ち下がりのタイミングとの関係を一定に制御し、前記立ち下がりのタイミングを、前記容量微分信号が前記閾値に到達するタイミングと一致させる、ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項7】
基部及び前記基部に対して弾性的に変位可能に支持された可動部と、複数の第１櫛歯を含み、前記基部に設けられた第１固定櫛歯電極と、
前記複数の第１櫛歯と交互に配置された複数の第２櫛歯を含み、前記第１固定櫛歯電極との間に生じる静電気力によって前記可動部を駆動する第１可動櫛歯電極と、
複数の第３櫛歯を含み、前記基部に設けられた第２固定櫛歯電極と、
前記複数の第３櫛歯と交互に配置された複数の第４櫛歯を含む第２可動櫛歯電極と、
立ち上がりと立ち下がりとを周期的に繰り返す時間波形を有する駆動電圧を前記第１固定櫛歯電極と前記第１可動櫛歯電極との間に印加する駆動回路と、
０Ｖを除く定電圧となる期間を含む電圧を前記第２固定櫛歯電極と前記第２可動櫛歯電極との間に印加し、前記第２固定櫛歯電極と前記第２可動櫛歯電極との間の容量の変化に起因して前記期間内に前記第２固定櫛歯電極又は前記第２可動櫛歯電極から出力される電流信号を電圧信号に変換して前記容量の微分値を示す容量微分信号を生成し、前記容量微分信号が閾値に到達するタイミングを検出するタイミング検出回路と、
を備え、
前記駆動回路は、前記タイミング検出回路において検出された前記タイミングと前記立ち下がりのタイミングとの関係を一定に制御し、前記立ち下がりのタイミングを、前記容量微分信号が前記閾値に到達するタイミングから一定時間だけ後にずらす、ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項8】
基部及び前記基部に対して弾性的に変位可能に支持された可動部と、複数の第１櫛歯を含み、前記基部に設けられた第１固定櫛歯電極と、
前記複数の第１櫛歯と交互に配置された複数の第２櫛歯を含み、前記第１固定櫛歯電極との間に生じる静電気力によって前記可動部を駆動する第１可動櫛歯電極と、
複数の第３櫛歯を含み、前記基部に設けられた第２固定櫛歯電極と、
前記複数の第３櫛歯と交互に配置された複数の第４櫛歯を含む第２可動櫛歯電極と、
立ち上がりと立ち下がりとを周期的に繰り返す時間波形を有する駆動電圧を前記第１固定櫛歯電極と前記第１可動櫛歯電極との間に印加する駆動回路と、
０Ｖを除く定電圧となる期間を含む電圧を前記第２固定櫛歯電極と前記第２可動櫛歯電極との間に印加し、前記第２固定櫛歯電極と前記第２可動櫛歯電極との間の容量の変化に起因して前記期間内に前記第２固定櫛歯電極又は前記第２可動櫛歯電極から出力される電流信号を電圧信号に変換して前記容量の微分値を示す容量微分信号を生成し、前記容量微分信号が閾値に到達するタイミングを検出するタイミング検出回路と、
を備え、
前記駆動回路は、前記タイミング検出回路において検出された前記タイミングと前記立ち下がりのタイミングとの関係を一定に制御し、
前記閾値は、前記電流信号がゼロである場合に相当する値である、ＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項9】
前記駆動電圧の前記時間波形は、前記立ち上がり及び前記立ち下がりを有する矩形波を周期的に含み、前記駆動電圧のデューティ比が２０％以上５０％未満である、請求項１～８のいずれか１項に記載のＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項10】
前記タイミング検出回路は、前記容量微分信号と前記閾値とを比較するコンパレータを含む、請求項１～９のいずれか１項に記載のＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項11】
前記タイミング検出回路は、前記電流信号を前記電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプを含む、請求項１～１０のいずれか１項に記載のＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項12】
前記容量微分信号の時間積分を行う積分回路を更に備える、請求項１～１１のいずれか１項に記載のＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項13】
上下振動方式の前記可動部を備える、請求項１～１２のいずれか１項に記載のＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項14】
スライド方式の前記可動部を備える、請求項１～１２のいずれか１項に記載のＭＥＭＳアクチュエータ。
【請求項15】
請求項１～１４のいずれか１項に記載のＭＥＭＳアクチュエータの前記駆動回路を制御するための処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記タイミング検出回路において検出された前記タイミングと前記立ち下がりのタイミングとの関係を一定に制御しつつ、前記駆動回路から出力される前記駆動電圧の立ち上がりタイミング及び立ち下がりタイミングを制御する、ＭＥＭＳアクチュエータ制御プログラム。
【請求項16】
ＭＥＭＳアクチュエータの駆動方法であって、前記ＭＥＭＳアクチュエータは、基部及び前記基部に対して弾性的に変位可能に支持された可動部と、
複数の第１櫛歯を含み、前記基部に設けられた固定櫛歯電極と、
前記複数の第１櫛歯と交互に配置された複数の第２櫛歯を含み、前記固定櫛歯電極との間に生じる静電気力によって前記可動部を駆動する可動櫛歯電極と、
を備え、
当該駆動方法は、立ち上がりと立ち下がりとを周期的に繰り返し、前記立ち上がり後かつ前記立ち下がり前に定電圧となる期間を含む時間波形を有する駆動電圧を前記固定櫛歯電極と前記可動櫛歯電極との間に印加する駆動ステップを含み、
前記駆動ステップでは、前記固定櫛歯電極と前記可動櫛歯電極との間の容量の変化に起因して前記期間内に前記固定櫛歯電極又は前記可動櫛歯電極から出力される電流信号を電圧信号に変換して前記容量の微分値を示す容量微分信号を生成し、前記容量微分信号が閾値に到達するタイミングを検出し、該タイミングと前記立ち下がりのタイミングとの関係を一定に制御し、
前記駆動ステップにおいて、前記立ち下がりのタイミングを、前記容量微分信号が前記閾値に到達するタイミングと一致させる、ＭＥＭＳアクチュエータの駆動方法。
【請求項17】
ＭＥＭＳアクチュエータの駆動方法であって、前記ＭＥＭＳアクチュエータは、基部及び前記基部に対して弾性的に変位可能に支持された可動部と、
複数の第１櫛歯を含み、前記基部に設けられた固定櫛歯電極と、
前記複数の第１櫛歯と交互に配置された複数の第２櫛歯を含み、前記固定櫛歯電極との間に生じる静電気力によって前記可動部を駆動する可動櫛歯電極と、
を備え、
当該駆動方法は、立ち上がりと立ち下がりとを周期的に繰り返し、前記立ち上がり後かつ前記立ち下がり前に定電圧となる期間を含む時間波形を有する駆動電圧を前記固定櫛歯電極と前記可動櫛歯電極との間に印加する駆動ステップを含み、
前記駆動ステップでは、前記固定櫛歯電極と前記可動櫛歯電極との間の容量の変化に起因して前記期間内に前記固定櫛歯電極又は前記可動櫛歯電極から出力される電流信号を電圧信号に変換して前記容量の微分値を示す容量微分信号を生成し、前記容量微分信号が閾値に到達するタイミングを検出し、該タイミングと前記立ち下がりのタイミングとの関係を一定に制御し、
前記駆動ステップにおいて、前記立ち下がりのタイミングを、前記容量微分信号が前記閾値に到達するタイミングから一定時間だけ後にずらす、ＭＥＭＳアクチュエータの駆動方法。
【請求項18】
ＭＥＭＳアクチュエータの駆動方法であって、前記ＭＥＭＳアクチュエータは、基部及び前記基部に対して弾性的に変位可能に支持された可動部と、
複数の第１櫛歯を含み、前記基部に設けられた固定櫛歯電極と、
前記複数の第１櫛歯と交互に配置された複数の第２櫛歯を含み、前記固定櫛歯電極との間に生じる静電気力によって前記可動部を駆動する可動櫛歯電極と、
を備え、
当該駆動方法は、立ち上がりと立ち下がりとを周期的に繰り返し、前記立ち上がり後かつ前記立ち下がり前に定電圧となる期間を含む時間波形を有する駆動電圧を前記固定櫛歯電極と前記可動櫛歯電極との間に印加する駆動ステップを含み、
前記駆動ステップでは、前記固定櫛歯電極と前記可動櫛歯電極との間の容量の変化に起因して前記期間内に前記固定櫛歯電極又は前記可動櫛歯電極から出力される電流信号を電圧信号に変換して前記容量の微分値を示す容量微分信号を生成し、前記容量微分信号が閾値に到達するタイミングを検出し、該タイミングと前記立ち下がりのタイミングとの関係を一定に制御し、
前記閾値を、前記電流信号がゼロである場合に相当する値とする、ＭＥＭＳアクチュエータの駆動方法。
【請求項19】
ＭＥＭＳアクチュエータの駆動方法であって、前記ＭＥＭＳアクチュエータは、基部及び前記基部に対して弾性的に変位可能に支持された可動部と、
複数の第１櫛歯を含み、前記基部に設けられた第１固定櫛歯電極と、
前記複数の第１櫛歯と交互に配置された複数の第２櫛歯を含み、前記第１固定櫛歯電極との間に生じる静電気力によって前記可動部を駆動する第１可動櫛歯電極と、
複数の第３櫛歯を含み、前記基部に設けられた第２固定櫛歯電極と、
前記複数の第３櫛歯と交互に配置された複数の第４櫛歯を含む第２可動櫛歯電極と、
を備え、
当該駆動方法は、立ち上がりと立ち下がりとを周期的に繰り返す時間波形を有する駆動電圧を前記第１固定櫛歯電極と前記第１可動櫛歯電極との間に印加する駆動ステップを含み、
前記駆動ステップでは、０Ｖを除く定電圧となる期間を含む電圧を前記第２固定櫛歯電極と前記第２可動櫛歯電極との間に印加し、前記第２固定櫛歯電極と前記第２可動櫛歯電極との間の容量の変化に起因して前記期間内に前記第２固定櫛歯電極又は前記第２可動櫛歯電極から出力される電流信号を電圧信号に変換して前記容量の微分値を示す容量微分信号を生成し、前記容量微分信号が閾値に到達するタイミングを検出し、該タイミングと前記立ち下がりのタイミングとの関係を一定に制御し、
前記駆動ステップにおいて、前記立ち下がりのタイミングを、前記容量微分信号が前記閾値に到達するタイミングと一致させる、ＭＥＭＳアクチュエータの駆動方法。
【請求項20】
ＭＥＭＳアクチュエータの駆動方法であって、前記ＭＥＭＳアクチュエータは、基部及び前記基部に対して弾性的に変位可能に支持された可動部と、
複数の第１櫛歯を含み、前記基部に設けられた第１固定櫛歯電極と、
前記複数の第１櫛歯と交互に配置された複数の第２櫛歯を含み、前記第１固定櫛歯電極との間に生じる静電気力によって前記可動部を駆動する第１可動櫛歯電極と、
複数の第３櫛歯を含み、前記基部に設けられた第２固定櫛歯電極と、
前記複数の第３櫛歯と交互に配置された複数の第４櫛歯を含む第２可動櫛歯電極と、
を備え、
当該駆動方法は、立ち上がりと立ち下がりとを周期的に繰り返す時間波形を有する駆動電圧を前記第１固定櫛歯電極と前記第１可動櫛歯電極との間に印加する駆動ステップを含み、
前記駆動ステップでは、０Ｖを除く定電圧となる期間を含む電圧を前記第２固定櫛歯電極と前記第２可動櫛歯電極との間に印加し、前記第２固定櫛歯電極と前記第２可動櫛歯電極との間の容量の変化に起因して前記期間内に前記第２固定櫛歯電極又は前記第２可動櫛歯電極から出力される電流信号を電圧信号に変換して前記容量の微分値を示す容量微分信号を生成し、前記容量微分信号が閾値に到達するタイミングを検出し、該タイミングと前記立ち下がりのタイミングとの関係を一定に制御し、
前記駆動ステップにおいて、前記立ち下がりのタイミングを、前記容量微分信号が前記閾値に到達するタイミングから一定時間だけ後にずらす、ＭＥＭＳアクチュエータの駆動方法。
【請求項21】
ＭＥＭＳアクチュエータの駆動方法であって、前記ＭＥＭＳアクチュエータは、基部及び前記基部に対して弾性的に変位可能に支持された可動部と、
複数の第１櫛歯を含み、前記基部に設けられた第１固定櫛歯電極と、
前記複数の第１櫛歯と交互に配置された複数の第２櫛歯を含み、前記第１固定櫛歯電極との間に生じる静電気力によって前記可動部を駆動する第１可動櫛歯電極と、
複数の第３櫛歯を含み、前記基部に設けられた第２固定櫛歯電極と、
前記複数の第３櫛歯と交互に配置された複数の第４櫛歯を含む第２可動櫛歯電極と、
を備え、
当該駆動方法は、立ち上がりと立ち下がりとを周期的に繰り返す時間波形を有する駆動電圧を前記第１固定櫛歯電極と前記第１可動櫛歯電極との間に印加する駆動ステップを含み、
前記駆動ステップでは、０Ｖを除く定電圧となる期間を含む電圧を前記第２固定櫛歯電極と前記第２可動櫛歯電極との間に印加し、前記第２固定櫛歯電極と前記第２可動櫛歯電極との間の容量の変化に起因して前記期間内に前記第２固定櫛歯電極又は前記第２可動櫛歯電極から出力される電流信号を電圧信号に変換して前記容量の微分値を示す容量微分信号を生成し、前記容量微分信号が閾値に到達するタイミングを検出し、該タイミングと前記立ち下がりのタイミングとの関係を一定に制御し、
前記閾値を、前記電流信号がゼロである場合に相当する値とする、ＭＥＭＳアクチュエータの駆動方法。
【請求項22】
前記駆動電圧の前記時間波形を、前記立ち上がり及び前記立ち下がりを有する矩形波を周期的に含むものとし、前記駆動電圧のデューティ比を２０％以上５０％未満とする、請求項１６～２１のいずれか１項に記載のＭＥＭＳアクチュエータの駆動方法。
【請求項23】
前記駆動ステップにおいて、前記容量微分信号と前記閾値との比較をコンパレータを用いて行う、請求項１６～２２のいずれか１項に記載のＭＥＭＳアクチュエータの駆動方法。
【請求項24】
前記駆動ステップにおいて、トランスインピーダンスアンプを用いて前記電流信号を前記電圧信号に変換する、請求項１６～２３のいずれか１項に記載のＭＥＭＳアクチュエータの駆動方法。
【請求項25】
請求項１６～２４のいずれか１項に記載の駆動方法における前記駆動ステップを実現するための処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記容量微分信号が閾値に到達するタイミングと前記立ち下がりのタイミングとの関係を一定に制御しつつ、前記駆動電圧の立ち上がりタイミング及び立ち下がりタイミングを制御する、ＭＥＭＳアクチュエータ制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、ＭＥＭＳアクチュエータ、ＭＥＭＳアクチュエータの駆動方法、及びＭＥＭＳアクチュエータ制御プログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、振動ミラー、及び振動ミラーの振れ角制御方法に関する技術が開示されている。この文献に記載された振動ミラーは、マイクロマシニング技術を応用した微小光学系であって、微小なミラー基板を、ねじり梁を回転軸として往復振動させることにより光ビームを偏向させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００４－０６９７３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
微小な可動部を周期的に変位させる、例えば振動ミラーなどの分野において、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：Micro Electro Mechanical Systems）によるアクチュエータが用いられている。このような技術分野において、可動部を周期的に変位させる際には、ＭＥＭＳアクチュエータの櫛歯電極に対し、変位の周期と同期して駆動電圧を周期的に印加する。そして、駆動電圧の周波数を可動部の共振周波数と一致させることにより、可動部を最大振幅にて変位させることができる。
【0005】
しかしながら、ＭＥＭＳアクチュエータにおける可動部の共振周波数は、温度変化及び湿度変化等により変動する。可動部の共振周波数の変動に起因して、駆動電圧の周波数が可動部の共振周波数からずれると、可動部の最大振幅での動作が損なわれてしまう。特に、可動部を弾性的に支える部分の弾性係数が小さい等、可動部の最大振幅が大きくなるような構成をＭＥＭＳアクチュエータが有する場合には、周波数に対する振幅の非線形性が大きくなり、駆動電圧の周波数が可動部の共振周波数からわずかにずれただけで振幅が大幅に減少してしまう。
【0006】
なお、従来より、ＭＥＭＳアクチュエータの温度を一定に制御することによって可動部の共振周波数を一定に保つ技術が存在する。しかし、そのような技術では、温度制御のための構成を追加する必要があり、ＭＥＭＳアクチュエータの小型化を妨げてしまう。また、湿度変化による共振周波数の変動を抑制することはできない。
【0007】
そこで、本開示は、可動部の共振周波数の変動にかかわらず、駆動電圧の周波数を該共振周波数に近づけることができるＭＥＭＳアクチュエータ、ＭＥＭＳアクチュエータの駆動方法、及びＭＥＭＳアクチュエータ制御プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
一実施形態に係るＭＥＭＳアクチュエータは、基部及び基部に対して弾性的に変位可能に支持された可動部と、複数の第１櫛歯を含み、基部に設けられた固定櫛歯電極と、複数の第１櫛歯と交互に配置された複数の第２櫛歯を含み、固定櫛歯電極との間に生じる静電気力によって可動部を駆動する可動櫛歯電極と、立ち上がりと立ち下がりとを周期的に繰り返し、立ち上がり後かつ立ち下がり前に定電圧となる期間を含む時間波形を有する駆動電圧を固定櫛歯電極と可動櫛歯電極との間に印加する駆動回路と、固定櫛歯電極と可動櫛歯電極との間の容量の変化に起因して上記期間内に固定櫛歯電極又は可動櫛歯電極から出力される電流信号を電圧信号に変換して容量の微分値を示す容量微分信号を生成し、容量微分信号が閾値に到達するタイミングを検出するタイミング検出回路と、を備える。駆動回路は、タイミング検出回路において検出されたタイミングと立ち下がりのタイミングとの関係を一定に制御する。
【0009】
別の実施形態に係るＭＥＭＳアクチュエータは、基部及び基部に対して弾性的に変位可能に支持された可動部と、複数の第１櫛歯を含み、基部に設けられた第１固定櫛歯電極と、複数の第１櫛歯と交互に配置された複数の第２櫛歯を含み、第１固定櫛歯電極との間に生じる静電気力によって可動部を駆動する第１可動櫛歯電極と、複数の第３櫛歯を含み、基部に設けられた第２固定櫛歯電極と、複数の第３櫛歯と交互に配置された複数の第４櫛歯を含む第２可動櫛歯電極と、立ち上がりと立ち下がりとを周期的に繰り返す時間波形を有する駆動電圧を第１固定櫛歯電極と第１可動櫛歯電極との間に印加する駆動回路と、０Ｖを除く定電圧となる期間を含む電圧を第２固定櫛歯電極と第２可動櫛歯電極との間に印加し、第２固定櫛歯電極と第２可動櫛歯電極との間の容量の変化に起因して上記期間内に第２固定櫛歯電極又は第２可動櫛歯電極から出力される電流信号を電圧信号に変換して容量の微分値を示す容量微分信号を生成し、容量微分信号が閾値に到達するタイミングを検出するタイミング検出回路と、を備える。駆動回路は、タイミング検出回路において検出されたタイミングと立ち下がりのタイミングとの関係を一定に制御する。
【0010】
一実施形態に係るＭＥＭＳアクチュエータの駆動方法は、ＭＥＭＳアクチュエータの駆動方法であって、ＭＥＭＳアクチュエータは、基部及び基部に対して弾性的に変位可能に支持された可動部と、複数の第１櫛歯を含み、基部に設けられた固定櫛歯電極と、複数の第１櫛歯と交互に配置された複数の第２櫛歯を含み、固定櫛歯電極との間に生じる静電気力によって可動部を駆動する可動櫛歯電極と、を備える。当該駆動方法は、立ち上がりと立ち下がりとを周期的に繰り返し、立ち上がり後かつ立ち下がり前に定電圧となる期間を含む時間波形を有する駆動電圧を固定櫛歯電極と可動櫛歯電極との間に印加する駆動ステップを含む。駆動ステップでは、固定櫛歯電極と可動櫛歯電極との間の容量の変化に起因して上記期間内に固定櫛歯電極又は可動櫛歯電極から出力される電流信号を電圧信号に変換して容量の微分値を示す容量微分信号を生成し、容量微分信号が閾値に到達するタイミングを検出し、該タイミングと立ち下がりのタイミングとの関係を一定に制御する。
【0011】
別の実施形態に係るＭＥＭＳアクチュエータの駆動方法は、ＭＥＭＳアクチュエータの駆動方法であって、ＭＥＭＳアクチュエータは、基部及び基部に対して弾性的に変位可能に支持された可動部と、複数の第１櫛歯を含み、基部に設けられた第１固定櫛歯電極と、複数の第１櫛歯と交互に配置された複数の第２櫛歯を含み、第１固定櫛歯電極との間に生じる静電気力によって可動部を駆動する第１可動櫛歯電極と、複数の第３櫛歯を含み、基部に設けられた第２固定櫛歯電極と、複数の第３櫛歯と交互に配置された複数の第４櫛歯を含む第２可動櫛歯電極と、を備える。当該駆動方法は、立ち上がりと立ち下がりとを周期的に繰り返す時間波形を有する駆動電圧を第１固定櫛歯電極と第１可動櫛歯電極との間に印加する駆動ステップを含む。駆動ステップでは、０Ｖを除く定電圧となる期間を含む電圧を第２固定櫛歯電極と第２可動櫛歯電極との間に印加し、第２固定櫛歯電極と第２可動櫛歯電極との間の容量の変化に起因して上記期間内に第２固定櫛歯電極又は第２可動櫛歯電極から出力される電流信号を電圧信号に変換して容量の微分値を示す容量微分信号を生成し、容量微分信号が閾値に到達するタイミングを検出し、該タイミングと立ち下がりのタイミングとの関係を一定に制御する。
【発明の効果】
【0012】
本開示によれば、可動部の共振周波数の変動にかかわらず、駆動電圧の周波数を該共振周波数に近づけることができるＭＥＭＳアクチュエータ、ＭＥＭＳアクチュエータの駆動方法、及びＭＥＭＳアクチュエータ制御プログラムを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【図1】ＭＥＭＳアクチュエータを備える光学モジュール１Ａの構成を示す平面図である。
【図5】駆動部１２の回路構成を概略的に示す図である。
【図6】アクチュエータ駆動回路１２１から出力される駆動電圧について説明する為の図である。
【図7】電流電圧変換回路１２３の具体的構成例を示す回路図である。
【図8】一実施例における各信号の時間変化を示すグラフである。
【図9】別の実施例における各信号の時間変化を示すグラフである。
【図10】更に別の実施例における各信号の時間変化を示すグラフである。
【図11】（ａ）部、（ｂ）部および（ｃ）部は、一実施例として、それぞれ駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）、容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）、及びコンパレータ１２４からの出力電圧Ｖｃｏｍ（ｔ）の時間波形の実測データを示すグラフである。
【図12】容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）が０Ｖとなるタイミングと立ち下がりＰＤのタイミングとの時間差と、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の周波数との関係を実測した結果を示すグラフである。
【図13】駆動電圧に重畳されるリップルＲｉを概念的に示す図である。
【図14】第１変形例に係る電流電圧変換回路１２３Ａの構成を示す回路図である。
【図15】第１実施形態において容量Ｃaが変化しない場合の、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）、電流信号Ｊ１、増幅器１２３ａの反転入力端子電圧Ｖａ、帰還電流Ｊ２、及び容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）の時間波形を示す図である。
【図16】第１変形例において容量Ｃaが変化しない場合の、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）、電流信号Ｊ１、増幅器１２３ａの反転入力端子電圧Ｖａ、電流Ｊ３及びＪ４、帰還電流Ｊ２、及び容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）の時間波形を示す図である。
【図17】（ａ）部は本変形例のクランプ回路１２５を示す回路図であり、（ｂ）部はオペアンプに設けられる一般的な保護回路１２６を示す回路図である。
【図18】第２変形例に係る電流電圧変換回路１２３Ｂの構成を示す回路図である。
【図22】第１変形例及び第２変形例のシミュレーション結果に関するグラフである。
【図23】第３変形例に係る駆動部１２Ａの構成を示すブロック図である。
【図24】第３変形例における各信号の時間変化を示すグラフである。
【図25】第４変形例のミラーデバイスが備えるタイミング検出回路１２２Ａの構成を概略的に示す図である。
【図26】第２実施形態としてＭＥＭＳアクチュエータ１Ｂの構成を示すブロック図である。
【図27】梁９１が一方の振動端に位置するときの梁９１の変形状態を模式的に示す図である。
【図28】（ａ）部は、第１の固定櫛歯電極８３と可動櫛歯電極８２との間に生じる容量Ｃ１、及び第２の固定櫛歯電極８４と可動櫛歯電極８２との間に生じる容量Ｃ２を模式的に示す図である。（ｂ）部は、容量Ｃ１，Ｃ２に接続される電流電圧変換回路１２３を示す回路図である。
【図29】一実施例における各信号の時間変化を示すグラフである。
【図30】（ａ）部は、第１実施形態における（ＶH）2と容量Ｃaの変動幅ΔＣとの関係を示すグラフである。（ｂ）部は、第２実施形態における（ＶH）2と容量Ｃ１，Ｃ２の変動幅ΔＣとの関係を示すグラフである。
【図31】第１実施形態の固定櫛歯電極１６（１８）と可動櫛歯電極１７（１９）とを模式的に示す図である。
【図32】比較例として、可動ミラー５の変位量の極大及び／又は極小を検出する回路を示す図である。
【図33】包絡線検波器の典型例を示す回路図である。
【図35】包絡線検波器からの出力信号Ｖｏが、入力信号Ｖｉの実際の包絡線Ｈに追従できなくなる様子を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0014】
一実施形態に係る第１のＭＥＭＳアクチュエータは、基部及び基部に対して弾性的に変位可能に支持された可動部と、複数の第１櫛歯を含み、基部に設けられた固定櫛歯電極と、複数の第１櫛歯と交互に配置された複数の第２櫛歯を含み、固定櫛歯電極との間に生じる静電気力によって可動部を駆動する可動櫛歯電極と、立ち上がりと立ち下がりとを周期的に繰り返し、立ち上がり後かつ立ち下がり前に定電圧となる期間を含む時間波形を有する駆動電圧を固定櫛歯電極と可動櫛歯電極との間に印加する駆動回路と、固定櫛歯電極と可動櫛歯電極との間の容量の変化に起因して上記期間内に固定櫛歯電極又は可動櫛歯電極から出力される電流信号を電圧信号に変換して容量の微分値を示す容量微分信号を生成し、容量微分信号が閾値に到達するタイミングを検出するタイミング検出回路と、を備える。駆動回路は、タイミング検出回路において検出されたタイミングと立ち下がりのタイミングとの関係を一定に制御する。
【0015】
また、一実施形態に係る第１のＭＥＭＳアクチュエータの駆動方法は、ＭＥＭＳアクチュエータの駆動方法であって、ＭＥＭＳアクチュエータは、基部及び基部に対して弾性的に変位可能に支持された可動部と、複数の第１櫛歯を含み、基部に設けられた固定櫛歯電極と、複数の第１櫛歯と交互に配置された複数の第２櫛歯を含み、固定櫛歯電極との間に生じる静電気力によって可動部を駆動する可動櫛歯電極と、を備える。当該駆動方法は、立ち上がりと立ち下がりとを周期的に繰り返し、立ち上がり後かつ立ち下がり前に定電圧となる期間を含む時間波形を有する駆動電圧を固定櫛歯電極と可動櫛歯電極との間に印加する駆動ステップを含む。駆動ステップでは、固定櫛歯電極と可動櫛歯電極との間の容量の変化に起因して上記期間内に固定櫛歯電極又は可動櫛歯電極から出力される電流信号を電圧信号に変換して容量の微分値を示す容量微分信号を生成し、容量微分信号が閾値に到達するタイミングを検出し、該タイミングと立ち下がりのタイミングとの関係を一定に制御する。
【0016】
このＭＥＭＳアクチュエータ及び駆動方法では、立ち上がりと立ち下がりとを周期的に繰り返す時間波形を有する駆動電圧を固定櫛歯電極と可動櫛歯電極との間に印加する。したがって、駆動電圧の周波数を可動部の共振周波数に近づけることにより、可動部の振幅を最大振幅に近づけることができる。その際、固定櫛歯電極と可動櫛歯電極との間の容量の変化に起因して、固定櫛歯電極又は可動櫛歯電極から電流信号が出力される。駆動電圧の時間波形が定電圧（但し０Ｖを除く）となる期間を含む場合、当該期間内における電流信号は、固定櫛歯電極と可動櫛歯電極との間の容量の微分値を示す。例えば、可動部が振幅の中心を通過するとき容量が極大となり、この電流信号の電流値は瞬間的にゼロとなる。
【0017】
上記のＭＥＭＳアクチュエータ及び駆動方法では、駆動電圧の時間波形が、立ち上がり後かつ立ち下がり前に定電圧となる期間を含む。そして、当該期間内に固定櫛歯電極又は可動櫛歯電極から出力される電流信号を電圧信号に変換して、容量の微分値を示す容量微分信号を生成する。更に、この容量微分信号が閾値に到達するタイミングを検出し、該タイミングと立ち下がりのタイミングとの関係を一定に制御する。これにより、駆動電圧の立ち下がり時の可動部の位置を一定にすることができるので、可動部の共振周波数の変動にかかわらず、駆動電圧の周波数を該共振周波数に近づけることができる。
【0018】
上記第１のＭＥＭＳアクチュエータは、駆動電圧の立ち上がりに起因する容量微分信号の変動期間を短縮するクランプ回路及び／又はソフトリミッタ回路を更に備えてもよい。この場合、駆動電圧の立ち上がり時における容量微分信号の変動期間を短縮して、閾値への容量微分信号の到達タイミングの検出が該変動により阻害されることを抑制できる。
【0019】
別の実施形態に係る第２のＭＥＭＳアクチュエータは、基部及び基部に対して弾性的に変位可能に支持された可動部と、複数の第１櫛歯を含み、基部に設けられた第１固定櫛歯電極と、複数の第１櫛歯と交互に配置された複数の第２櫛歯を含み、第１固定櫛歯電極との間に生じる静電気力によって可動部を駆動する第１可動櫛歯電極と、複数の第３櫛歯を含み、基部に設けられた第２固定櫛歯電極と、複数の第３櫛歯と交互に配置された複数の第４櫛歯を含む第２可動櫛歯電極と、立ち上がりと立ち下がりとを周期的に繰り返す時間波形を有する駆動電圧を第１固定櫛歯電極と第１可動櫛歯電極との間に印加する駆動回路と、０Ｖを除く定電圧となる期間を含む電圧を第２固定櫛歯電極と第２可動櫛歯電極との間に印加し、第２固定櫛歯電極と第２可動櫛歯電極との間の容量の変化に起因して上記期間内に第２固定櫛歯電極又は第２可動櫛歯電極から出力される電流信号を電圧信号に変換して容量の微分値を示す容量微分信号を生成し、容量微分信号が閾値に到達するタイミングを検出するタイミング検出回路と、を備える。駆動回路は、タイミング検出回路において検出されたタイミングと立ち下がりのタイミングとの関係を一定に制御する。
【0020】
また、別の実施形態に係る第２のＭＥＭＳアクチュエータの駆動方法は、ＭＥＭＳアクチュエータの駆動方法であって、ＭＥＭＳアクチュエータは、基部及び基部に対して弾性的に変位可能に支持された可動部と、複数の第１櫛歯を含み、基部に設けられた第１固定櫛歯電極と、複数の第１櫛歯と交互に配置された複数の第２櫛歯を含み、第１固定櫛歯電極との間に生じる静電気力によって可動部を駆動する第１可動櫛歯電極と、複数の第３櫛歯を含み、基部に設けられた第２固定櫛歯電極と、複数の第３櫛歯と交互に配置された複数の第４櫛歯を含む第２可動櫛歯電極と、を備える。当該駆動方法は、立ち上がりと立ち下がりとを周期的に繰り返す時間波形を有する駆動電圧を第１固定櫛歯電極と第１可動櫛歯電極との間に印加する駆動ステップを含む。駆動ステップでは、０Ｖを除く定電圧となる期間を含む電圧を第２固定櫛歯電極と第２可動櫛歯電極との間に印加し、第２固定櫛歯電極と第２可動櫛歯電極との間の容量の変化に起因して上記期間内に第２固定櫛歯電極又は第２可動櫛歯電極から出力される電流信号を電圧信号に変換して容量の微分値を示す容量微分信号を生成し、容量微分信号が閾値に到達するタイミングを検出し、該タイミングと立ち下がりのタイミングとの関係を一定に制御する。
【0021】
このＭＥＭＳアクチュエータ及び駆動方法では、立ち上がりと立ち下がりとを周期的に繰り返す時間波形を有する駆動電圧を第１固定櫛歯電極と第１可動櫛歯電極との間に印加する。したがって、駆動電圧の周波数を可動部の共振周波数に近づけることにより、可動部の振幅を最大振幅に近づけることができる。その際、第２可動櫛歯電極もまた可動部と共に変位するので、第２固定櫛歯電極と第２可動櫛歯電極との間の容量の変化に起因して、第２固定櫛歯電極又は第２可動櫛歯電極から電流信号が出力される。０Ｖを除く定電圧となる期間を含む電圧を第２固定櫛歯電極と第２可動櫛歯電極との間に印加すると、当該期間内における電流信号は、第２固定櫛歯電極と第２可動櫛歯電極との間の容量の微分値を示す。例えば、可動部が振幅の中心を通過するとき容量が極大となり、この電流信号の電流値は瞬間的にゼロとなる。
【0022】
上記のＭＥＭＳアクチュエータ及び駆動方法では、０Ｖを除く定電圧となる期間を含む電圧を第２固定櫛歯電極と第２可動櫛歯電極との間に印加する。そして、当該期間内に第２固定櫛歯電極又は第２可動櫛歯電極から出力される電流信号を電圧信号に変換して、容量の微分値を示す容量微分信号を生成する。更に、この容量微分信号が閾値に到達するタイミングを検出し、該タイミングと立ち下がりのタイミングとの関係を一定に制御する。これにより、駆動電圧の立ち下がり時の可動部の位置を一定にすることができるので、可動部の共振周波数の変動にかかわらず、駆動電圧の周波数を該共振周波数に近づけることができる。
【0023】
上記第２のＭＥＭＳアクチュエータにおいて、第２可動櫛歯電極と可動部との距離は、第１可動櫛歯電極と可動部との距離よりも短くてもよい。この場合、第２可動櫛歯電極の振幅をより大きくすることができ、閾値への容量微分信号の到達タイミングの検出精度を高めることができる。
【0024】
上記第１及び第２のＭＥＭＳアクチュエータにおいて、駆動回路は、立ち下がりのタイミングを、容量微分信号が閾値に到達するタイミングと一致させてもよい。同様に、上記第１及び第２の駆動方法の駆動ステップにおいて、立ち下がりのタイミングを、容量微分信号が閾値に到達するタイミングと一致させてもよい。例えばこれらにより、容量微分信号が閾値に到達するタイミングと立ち下がりのタイミングとの関係を一定に制御することができる。
【0025】
上記第１及び第２のＭＥＭＳアクチュエータにおいて、駆動回路は、立ち下がりのタイミングを、容量微分信号が閾値に到達するタイミングから一定時間だけ後にずらしてもよい。同様に、上記第１及び第２の駆動方法の駆動ステップにおいて、立ち下がりのタイミングを、容量微分信号が閾値に到達するタイミングから一定時間だけ後にずらしてもよい。例えばこれらにより、容量微分信号が閾値に到達するタイミングと立ち下がりのタイミングとの関係を一定に制御することができる。また、駆動電圧が立ち下がる（すなわち容量微分信号が消失する）前に容量微分信号が閾値に到達したことを確認できるので、容量微分信号が閾値に到達するタイミングをより確実に検出することができる。
【0026】
上記第１及び第２のＭＥＭＳアクチュエータにおいて、閾値は、電流信号がゼロである場合に相当する値であってもよい。同様に、上記第１及び第２の駆動方法において、閾値を、電流信号がゼロである場合に相当する値としてもよい。この場合、可動櫛歯電極と固定櫛歯電極とが最も近接するタイミング（一実施例では、駆動電圧の立ち下がりに適したタイミング）を精度良く検出することができる。
【0027】
上記第１及び第２のＭＥＭＳアクチュエータにおいて、駆動電圧の時間波形は、立ち上がり及び立ち下がりを有する矩形波を周期的に含み、駆動電圧のデューティ比が２０％以上５０％未満であってもよい。同様に、上記第１及び第２の駆動方法において、駆動電圧の時間波形を、立ち上がり及び立ち下がりを有する矩形波を周期的に含むものとし、駆動電圧のデューティ比を２０％以上５０％未満としてもよい。仮に駆動電圧のデューティ比を５０％とすると、制御誤差等に起因して、可動櫛歯電極と固定櫛歯電極とが互いに離れる方向に移動するタイミングで静電引力を与える虞があり、可動部の振幅の低下に繋がる。駆動電圧のデューティ比を５０％未満とすることによって、そのような虞を低減できる。また、駆動電圧のデューティ比を２０％以上とすることによって、十分な静電引力を可動櫛歯電極と固定櫛歯電極との間に作用させることができる。
【0028】
上記第１及び第２のＭＥＭＳアクチュエータにおいて、タイミング検出回路は、容量微分信号と閾値とを比較するコンパレータを含んでもよい。同様に、上記第１及び第２の駆動方法の駆動ステップにおいて、容量微分信号と閾値との比較をコンパレータを用いて行ってもよい。この場合、閾値への容量微分信号の到達タイミングの検出を、簡易な回路によって行うことができるので、ＭＥＭＳアクチュエータの小型化及び低コスト化に寄与できる。
【0029】
上記第１及び第２のＭＥＭＳアクチュエータにおいて、タイミング検出回路は、電流信号を電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプを含んでもよい。同様に、上記第１及び第２の駆動方法の駆動ステップにおいて、トランスインピーダンスアンプを用いて電流信号を電圧信号に変換してもよい。この場合、例えば固定櫛歯電極又は可動櫛歯電極と直列に抵抗（シャント抵抗）を接続し、該抵抗における電圧降下を利用して電流信号を電圧信号に変換する場合と比較して、櫛歯電極間の電圧の変動を低減し、櫛歯電極間に所望の電圧を精度良く印加することができる。
【0030】
上記第１及び第２のＭＥＭＳアクチュエータは、容量微分信号の時間積分を行う積分回路を更に備えてもよい。容量微分信号の時間積分を行うことにより、或る期間における可動部の変位量を容易に検出することができる。
【0031】
上記第１及び第２のＭＥＭＳアクチュエータは、上下振動方式の可動部を備えてもよい。上下振動方式において可動部に可動櫛歯電極を設ける場合、可動部のいずれの位置に可動櫛歯電極を設けても、増加する慣性モーメントは一定であり、共振周波数の低下量も一定である。したがって、櫛歯の数を多くすることができ、大きな容量値を得ることができる。また、上下振動方式では、容量値が最も大きくなるタイミング（容量微分値がゼロであるタイミング）において可動部の速度が最も速くなるので、容量微分値の時間的変化も大きくなる。以上のことから、上下振動方式では、高いタイミング検出精度が得られ、可動部が所定の位置を通過するタイミングと駆動信号の立ち下がりタイミングとを比較的容易に合致させることができる。
【0032】
上記第１及び第２のＭＥＭＳアクチュエータは、スライド方式の可動部を備えてもよい。その場合であっても、前述した第１及び第２のＭＥＭＳアクチュエータによる効果を好適に奏することができる。
【0033】
一実施形態に係る第１のＭＥＭＳアクチュエータ制御プログラムは、上記いずれかのＭＥＭＳアクチュエータの駆動回路を制御するための処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、タイミング検出回路において検出されたタイミングと立ち下がりのタイミングとの関係を一定に制御しつつ、駆動回路から出力される駆動電圧の立ち上がりタイミング及び立ち下がりタイミングを制御する。また、一実施形態に係る第２のＭＥＭＳアクチュエータ制御プログラムは、上記いずれかの駆動方法における駆動ステップを実現するための処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、容量微分信号が閾値に到達するタイミングと立ち下がりのタイミングとの関係を一定に制御しつつ、駆動電圧の立ち上がりタイミング及び立ち下がりタイミングを制御する。
【0034】
以下、本開示のＭＥＭＳアクチュエータ、ＭＥＭＳアクチュエータの駆動方法、及びＭＥＭＳアクチュエータ制御プログラムの具体例を図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【0035】
（第１実施形態）
図１は、ＭＥＭＳアクチュエータを備える光学モジュール１Ａの構成を示す平面図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。光学モジュール１Ａは、例えばフーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴＩＲ：Fourier Transform Infrared Spectrometer）などの光学装置に用いられ得る。図１及び図２に示すように、本実施形態の光学モジュール１Ａは、ミラーユニット２と、ミラーユニット２を収容するパッケージ３とを備えている。パッケージ３は、支持体３１を有する。ミラーユニット２は、Ｚ軸方向における支持体３１の一方の側に配置されており、例えば接着剤によって、支持体３１に取り付けられている。支持体３１は、例えば銅タングステンによって形成されており、例えば矩形板状を呈している。ミラーユニット２は、Ｚ軸方向に沿って移動する可動ミラー５と、位置が固定された固定ミラー６と、を含む。光学モジュール１Ａでは、図示しないビームスプリッタユニットと、可動ミラー５及び固定ミラー６とによって、干渉光学系が構成され得る。干渉光学系は、例えばマイケルソン干渉光学系である。
図１は、ＭＥＭＳアクチュエータを備える光学モジュール１Ａの構成を示す平面図である。図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面図である。光学モジュール１Ａは、例えばフーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴＩＲ：Fourier Transform Infrared Spectrometer）などの光学装置に用いられ得る。図１及び図２に示すように、本実施形態の光学モジュール１Ａは、ミラーユニット２と、ミラーユニット２を収容するパッケージ３とを備えている。パッケージ３は、支持体３１を有する。ミラーユニット２は、Ｚ軸方向における支持体３１の一方の側に配置されており、例えば接着剤によって、支持体３１に取り付けられている。支持体３１は、例えば銅タングステンによって形成されており、例えば矩形板状を呈している。ミラーユニット２は、Ｚ軸方向に沿って移動する可動ミラー５と、位置が固定された固定ミラー６と、を含む。光学モジュール１Ａでは、図示しないビームスプリッタユニットと、可動ミラー５及び固定ミラー６とによって、干渉光学系が構成され得る。干渉光学系は、例えばマイケルソン干渉光学系である。
【0036】
ミラーユニット２は、固定ミラー６、ミラーデバイス７、光学機能部材８、及び応力緩和基板９を有する。ミラーデバイス７は、本実施形態におけるＭＥＭＳアクチュエータの例であって、ベース１１（基部）、可動ミラー５（可動部）、及び駆動部１２を含む。
【0037】
ベース１１は、主面１１ａ、及び主面１１ａとは反対側の裏面１１ｂを有する。ベース１１は、例えば矩形板状を呈しており、その平面形状の大きさは例えば短手方向１０ｍｍ、長手方向１５ｍｍである。ベース１１の厚さは例えば０．３５ｍｍである。可動ミラー５は、ミラー面５ａと、ミラー面５ａが配置されたミラー支持部５ｂとを有する。可動ミラー５は、上下振動方式による可動部であって、主面１１ａに垂直なＺ軸方向に沿って変位可能となるようにベース１１に対して弾性的に支持されている。駆動部１２は、Ｚ軸方向に沿って可動ミラー５を変位させるための駆動力を発生する。
【0038】
ミラーデバイス７には、一対の光通過部７ａ，７ｂが設けられている。一対の光通過部７ａ，７ｂは、Ｘ軸方向における可動ミラー５の両側に配置されている。
【0039】
ここで、ミラーデバイス７の構成について、図２、図３及び図４を参照して詳細に説明する。図３は、図１に示されるミラーデバイス７の模式的な断面図である。図３には、Ｚ軸方向における寸法が実際よりも拡大された状態でミラーデバイス７が模式的に示されている。図４は、図１に示されるミラーデバイス７の拡大平面図である。
【0040】
ベース１１、可動ミラー５のミラー支持部５ｂ、及び駆動部１２は、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板２０によって構成されている。ミラーデバイス７は、例えば、矩形板状に形成されている。ＳＯＩ基板２０は、支持層２１、デバイス層２２及び中間層２３を有する。支持層２１及びデバイス層２２は、シリコン層である。中間層２３は、支持層２１とデバイス層２２との間に配置された絶縁層である。ＳＯＩ基板２０は、支持層２１、中間層２３及びデバイス層２２を、Ｚ軸方向における一方の側からこの順に有する。
【0041】
ベース１１は、支持層２１、デバイス層２２及び中間層２３の一部によって構成されている。ベース１１の主面１１ａは、支持層２１における中間層２３とは反対側の表面である。ベース１１の裏面１１ｂは、デバイス層２２における中間層２３とは反対側の表面である。ベース１１を構成する支持層２１は、ベース１１を構成するデバイス層２２よりも厚い。ベース１１を構成する支持層２１の厚さは、例えば、ベース１１を構成するデバイス層２２の厚さの４倍程度である。ミラーユニット２では、図２に示すように、ベース１１の裏面１１ｂと光学機能部材８の表面８ａとが互いに接合されている。
【0042】
可動ミラー５は、軸線Ｒ１と軸線Ｒ２との交点を中心位置（重心位置）として配置されている。軸線Ｒ１は、Ｘ軸方向に延在する直線である。軸線Ｒ２は、Ｙ軸方向に延在する直線である。Ｚ軸方向から見て、ミラーデバイス７は、軸線Ｒ１及び軸線Ｒ２の各々に関してほぼ線対称な形状を呈している。可動ミラー５のミラー支持部５ｂは、配置部５１、枠部５２、一対の連結部５３、及び梁部５４を有する。配置部５１、枠部５２及び一対の連結部５３は、デバイス層２２の一部によって構成されている。配置部５１は、Ｚ軸方向から見て円形状を呈している。配置部５１におけるＺ軸方向の一方の側の表面５１ａ上には金属膜が設けられ、この金属膜の表面がミラー面５ａとされる。ミラー面５ａは、Ｚ軸方向に垂直に延在し、円形状を呈している。配置部５１の表面５１ａは、デバイス層２２における中間層２３側の表面である。
【0043】
枠部５２は、Ｚ軸方向から見て円環状に延在し、配置部５１から間隔をあけて配置部５１を囲んでいる。一対の連結部５３の各々は、配置部５１と枠部５２とを互いに連結している。一対の連結部５３は、Ｙ軸方向における配置部５１の両側に配置されている。
【0044】
梁部５４は、デバイス層２２上に配置された支持層２１及び中間層２３によって構成されている。梁部５４は、内側梁部５４ａ、外側梁部５４ｂ及び一対の連結梁部５４ｃを有する。内側梁部５４ａは、配置部５１におけるＺ軸方向の一方の側の表面上に配置されている。内側梁部５４ａは、Ｚ軸方向から見てミラー面５ａを囲んでいる。外側梁部５４ｂは、枠部５２におけるＺ軸方向の一方の側の表面上に配置されている。外側梁部５４ｂは、Ｚ軸方向から見て内側梁部５４ａを囲んでおり、ひいてはミラー面５ａを囲んでいる。一対の連結梁部５４ｃは、一対の連結部５３におけるＺ軸方向の一方の側の表面上にそれぞれ配置されている。各連結梁部５４ｃは、内側梁部５４ａと外側梁部５４ｂとを互いに連結している。
【0045】
駆動部１２は、第１弾性支持部１３、第２弾性支持部１４及びアクチュエータ部１５を有する。第１弾性支持部１３、第２弾性支持部１４及びアクチュエータ部１５は、デバイス層２２の一部によって構成されている。
【0046】
第１弾性支持部１３及び第２弾性支持部１４の各々は、ベース１１と可動ミラー５との間に接続されている。第１弾性支持部１３及び第２弾性支持部１４は、可動ミラー５（ミラー支持部５ｂ）がＺ軸方向（ミラー面５ａと交差する方向）に沿って変位可能となるように可動ミラー５を弾性的に支持している。
【0047】
第１弾性支持部１３は、一対のレバー１３１、第１リンク部材１３２、第２リンク部材１３３、中間部材１３４、一対の第１トーションバー１３５、一対の第２トーションバー１３６、一対の非線形性緩和バネ１３７、及び複数の電極支持部１３８を有する。
【0048】
一対のレバー１３１は、Ｙ軸方向における光通過部７ａの両側に配置され、Ｙ軸方向において互いに向かい合っている。各レバー１３１は、Ｚ軸方向に垂直な平面に沿って延在する板状を呈している。第１リンク部材１３２は、一対のレバー１３１における可動ミラー５とは反対側の端部間に掛け渡されている。第１リンク部材１３２は、Ｚ軸方向に垂直な平面に沿って延在する板状を呈し、Ｙ軸方向に沿って延在している。第２リンク部材１３３は、一対のレバー１３１における可動ミラー５側の端部間に掛け渡されている。第２リンク部材１３３は、Ｚ軸方向に垂直な平面に沿って延在する板状を呈し、Ｙ軸方向に沿って延在している。
【0049】
一対のレバー１３１、第１リンク部材１３２、及び第２リンク部材１３３は、光通過部７ａを画定している。光通過部７ａは、例えば空洞（孔）である。或いは、光通過部７ａ内には、光透過性を有する材料が配置されてもよい。
【0050】
中間部材１３４は、Ｚ軸方向に垂直な平面に沿って延在する板状を呈し、Ｙ軸方向に沿って延在している。中間部材１３４は、可動ミラー５と第２リンク部材１３３との間（換言すれば、可動ミラー５と光通過部７ａとの間）に配置されている。中間部材１３４は、後述するように、非線形性緩和バネ１３７を介して可動ミラー５に接続されている。
【0051】
一対の第１トーションバー１３５は、それぞれ、一方のレバー１３１の一方の端部とベース１１との間、及び、他方のレバー１３１の一方の端部とベース１１との間に掛け渡されている。つまり、一対の第１トーションバー１３５は、一対のレバー１３１とベース１１との間にそれぞれ接続されている。各第１トーションバー１３５は、Ｙ軸方向に沿って延在している。一対の第１トーションバー１３５は、Ｙ軸方向に平行な同一の中心線上に配置している。
【0052】
一対の第２トーションバー１３６は、それぞれ、一方のレバー１３１の他方の端部と中間部材１３４の一端との間、及び、他方のレバー１３１の他方の端部と中間部材１３４の他端との間に掛け渡されている。つまり、一対の第２トーションバー１３６は、一対のレバー１３１と可動ミラー５との間にそれぞれ接続されている。各第２トーションバー１３６は、Ｙ軸方向に沿って延在している。一対の第２トーションバー１３６は、Ｙ軸方向に平行な同一の中心線上に配置されている。
【0053】
一対の非線形性緩和バネ１３７は、可動ミラー５と中間部材１３４との間に接続されている。つまり、一対の非線形性緩和バネ１３７は、可動ミラー５と第２トーションバー１３６との間に接続されている。各非線形性緩和バネ１３７は、Ｚ軸方向から見て、蛇行して延在している。各非線形性緩和バネ１３７の一端は中間部材１３４に接続され、各非線形性緩和バネ１３７の他端は枠部５２に接続されている。非線形性緩和バネ１３７は、可動ミラー５がＺ軸方向に変位した状態において、Ｙ軸方向周りにおける非線形性緩和バネ１３７の変形量がＹ軸方向周りにおける第１トーションバー１３５及び第２トーションバー１３６の各々の変形量よりも小さくなり、且つ、Ｘ軸方向における非線形性緩和バネ１３７の変形量がＸ軸方向における第１トーションバー１３５及び第２トーションバー１３６の各々の変形量よりも大きくなるように、構成されている。これにより、第１トーションバー１３５及び第２トーションバー１３６の捩れ変形における非線形性を抑制することができ、当該非線形性に起因する可動ミラー５の制御特性の低下を抑制することができる。
【0054】
複数の電極支持部１３８は、一対の第１電極支持部１３８ａ、一対の第２電極支持部１３８ｂ、及び一対の第３電極支持部１３８ｃを含む。各電極支持部１３８ａ，１３８ｂ，１３８ｃは、Ｚ軸方向に垂直な平面に沿って延在する板状を呈し、Ｙ軸方向に沿って延在している。各電極支持部１３８ａ，１３８ｂ，１３８ｃは、レバー１３１から、光通過部７ａとは反対側に向かって延びている。一対の第１電極支持部１３８ａは、Ｙ軸方向に平行な同一の中心線上に配置されている。一対の第２電極支持部１３８ｂは、Ｙ軸方向に平行な同一の中心線上に配置されている。一対の第３電極支持部１３８ｃは、Ｙ軸方向に平行な同一の中心線上に配置されている。Ｘ軸方向において、第１電極支持部１３８ａ、第２電極支持部１３８ｂ及び第３電極支持部１３８ｃは、可動ミラー５側からこの順に並んで配置されている。
【0055】
第２弾性支持部１４は、一対のレバー１４１、第１リンク部材１４２、第２リンク部材１４３、中間部材１４４、一対の第１トーションバー１４５、一対の第２トーションバー１４６、一対の非線形性緩和バネ１４７、及び複数の電極支持部１４８を有する。
【0056】
一対のレバー１４１は、Ｙ軸方向における光通過部７ｂの両側に配置され、Ｙ軸方向において互いに向かい合っている。各レバー１４１は、Ｚ軸方向に垂直な平面に沿って延在する板状を呈している。第１リンク部材１４２は、一対のレバー１４１における可動ミラー５とは反対側の端部間に掛け渡されている。第１リンク部材１４２は、Ｚ軸方向に垂直な平面に沿って延在する板状を呈し、Ｙ軸方向に沿って延在している。第２リンク部材１４３は、一対のレバー１４１における可動ミラー５側の端部間に掛け渡されている。第２リンク部材１４３は、Ｚ軸方向に垂直な平面に沿って延在する板状を呈し、Ｙ軸方向に沿って延在している。
【0057】
一対のレバー１４１、第１リンク部材１４２、及び第２リンク部材１４３は、光通過部７ｂを画定している。光通過部７ｂは、例えば空洞（孔）である。或いは、光通過部７ｂ内には、光透過性を有する材料が配置されてもよい。
【0058】
中間部材１４４は、Ｚ軸方向に垂直な平面に沿って延在する板状を呈し、Ｙ軸方向に沿って延在している。中間部材１４４は、可動ミラー５と第２リンク部材１４３との間（換言すれば、可動ミラー５と光通過部７ｂとの間）に配置されている。中間部材１４４は、後述するように、非線形性緩和バネ１４７を介して可動ミラー５に接続されている。
【0059】
一対の第１トーションバー１４５は、それぞれ、一方のレバー１４１の一方の端部とベース１１との間、及び、他方のレバー１４１の一方の端部とベース１１との間に掛け渡されている。つまり、一対の第１トーションバー１４５は、一対のレバー１４１とベース１１との間にそれぞれ接続されている。各第１トーションバー１４５は、Ｙ軸方向に沿って延在している。一対の第１トーションバー１４５は、Ｙ軸方向に平行な同一の中心線上に配置している。
【0060】
一対の第２トーションバー１４６は、それぞれ、一方のレバー１４１の他方の端部と中間部材１４４の一端との間、及び、他方のレバー１４１の他方の端部と中間部材１４４の他端との間に掛け渡されている。つまり、一対の第２トーションバー１４６は、一対のレバー１４１と可動ミラー５との間にそれぞれ接続されている。各第２トーションバー１４６は、Ｙ軸方向に沿って延在している。一対の第２トーションバー１４６は、Ｙ軸方向に平行な同一の中心線上に配置されている。
【0061】
一対の非線形性緩和バネ１４７は、可動ミラー５と中間部材１４４との間に接続されている。つまり、一対の非線形性緩和バネ１４７は、可動ミラー５と第２トーションバー１４６との間に接続されている。各非線形性緩和バネ１４７は、Ｚ軸方向から見て、蛇行して延在している。各非線形性緩和バネ１４７の一端は中間部材１４４に接続され、各非線形性緩和バネ１４７の他端は枠部５２に接続されている。非線形性緩和バネ１４７は、可動ミラー５がＺ軸方向に変位した状態において、Ｙ軸方向周りにおける非線形性緩和バネ１４７の変形量がＹ軸方向周りにおける第１トーションバー１４５及び第２トーションバー１４６の各々の変形量よりも小さくなり、且つ、Ｘ軸方向における非線形性緩和バネ１４７の変形量がＸ軸方向における第１トーションバー１４５及び第２トーションバー１４６の各々の変形量よりも大きくなるように、構成されている。これにより、第１トーションバー１４５及び第２トーションバー１４６の捩れ変形における非線形性を抑制することができ、当該非線形性に起因する可動ミラー５の制御特性の低下を抑制することができる。
【0062】
複数の電極支持部１４８は、一対の第１電極支持部１４８ａ、一対の第２電極支持部１４８ｂ、及び一対の第３電極支持部１４８ｃを含む。各電極支持部１４８ａ，１４８ｂ，１４８ｃは、Ｚ軸方向に垂直な平面に沿って延在する板状を呈し、Ｙ軸方向に沿って延在している。各電極支持部１４８ａ，１４８ｂ，１４８ｃは、レバー１４１から、光通過部７ｂとは反対側に向かって延びている。一対の第１電極支持部１４８ａは、Ｙ軸方向に平行な同一の中心線上に配置されている。一対の第２電極支持部１４８ｂは、Ｙ軸方向に平行な同一の中心線上に配置されている。一対の第３電極支持部１４８ｃは、Ｙ軸方向に平行な同一の中心線上に配置されている。Ｘ軸方向において、第１電極支持部１４８ａ、第２電極支持部１４８ｂ及び第３電極支持部１４８ｃは、可動ミラー５側からこの順に並んで配置されている。
【0063】
アクチュエータ部１５は、Ｚ軸方向に沿って可動ミラー５を変位させるための駆動力を発生する。アクチュエータ部１５は、固定櫛歯電極１６及び１８、並びに可動櫛歯電極１７及び１９を有する。固定櫛歯電極１６，１８はベース１１に設けられ、固定櫛歯電極１６，１８の位置はベース１１により固定されている。可動櫛歯電極１７，１９はそれぞれ電極支持部１３８，１４８に接続され、それぞれ固定櫛歯電極１６，１８に対して相対的にＺ方向に変位可能に設けられている。
【0064】
より詳細には、固定櫛歯電極１６は、ベース１１のデバイス層２２における電極支持部１３８と向かい合う表面の一部に設けられている。固定櫛歯電極１６は、Ｙ軸方向に垂直な平面に沿って延在する複数の固定櫛歯（第１櫛歯）１６ａを有する。これらの固定櫛歯１６ａは、Ｙ軸方向に所定の間隔を空けて並んで配置されている。可動櫛歯電極１７は、各電極支持部１３８における可動ミラー５側の表面に設けられている。可動櫛歯電極１７は、Ｙ軸方向に垂直な平面に沿って延在する複数の可動櫛歯（第２櫛歯）１７ａを有する。これらの可動櫛歯１７ａは、Ｙ軸方向に所定の間隔を空けて並んで配置されている。
【0065】
固定櫛歯電極１６及び可動櫛歯電極１７においては、複数の固定櫛歯１６ａと複数の可動櫛歯１７ａとが交互に配置されている。つまり、固定櫛歯電極１６の各固定櫛歯１６ａが可動櫛歯電極１７の可動櫛歯１７ａ間に位置している。隣り合う固定櫛歯１６ａと可動櫛歯１７ａとは、Ｙ軸方向において互いに向かい合っている。隣り合う固定櫛歯１６ａと可動櫛歯１７ａとの間の距離は、例えば数μｍ程度である。
【0066】
固定櫛歯電極１８は、ベース１１のデバイス層２２における電極支持部１４８と向かい合う表面の一部に設けられている。固定櫛歯電極１８は、Ｙ軸方向に垂直な平面に沿って延在する複数の固定櫛歯（第１櫛歯）１８ａを有する。これらの固定櫛歯１８ａは、Ｙ軸方向に所定の間隔を空けて並んで配置されている。可動櫛歯電極１９は、各電極支持部１４８における可動ミラー５側の表面に設けられている。可動櫛歯電極１９は、Ｙ軸方向に垂直な平面に沿って延在する複数の可動櫛歯（第２櫛歯）１９ａを有する。これらの可動櫛歯１９ａは、Ｙ軸方向に所定の間隔を空けて並んで配置されている。
【0067】
固定櫛歯電極１８及び可動櫛歯電極１９においては、複数の固定櫛歯１８ａと複数の可動櫛歯１９ａとが交互に配置されている。つまり、固定櫛歯電極１８の各固定櫛歯１８ａが可動櫛歯電極１９の可動櫛歯１９ａ間に位置している。隣り合う固定櫛歯１８ａと可動櫛歯１９ａとは、Ｙ軸方向において互いに向かい合っている。隣り合う固定櫛歯１８ａと可動櫛歯１９ａとの間の距離は、例えば数μｍ程度である。
【0068】
図１に示すように、ベース１１には、複数の電極パッド７１が設けられている。各電極パッド７１は、デバイス層２２に至るようにベース１１の主面１１ａに形成された開口内において、デバイス層２２の表面上に配置されている。複数の電極パッド７１のうちの幾つかは、デバイス層２２を介して、固定櫛歯電極１６又は固定櫛歯電極１８と電気的に接続されている。複数の電極パッド７１のうちの他の幾つかは、第１弾性支持部１３又は第２弾性支持部１４を介して、可動櫛歯電極１７又は可動櫛歯電極１９と電気的に接続されている。また、ベース１１には、グランド電極として用いられる一対の電極パッド７２が設けられている。一対の電極パッド７２は、Ｙ軸方向における可動ミラー５の両側に位置するように、主面１１ａ上に配置されている。
【0069】
以上の構成を備えるミラーデバイス７では、Ｚ軸方向に沿って可動ミラー５を変位させるための駆動電圧が、リードピン３３を介して駆動部１２に入力される。これにより、例えば、Ｚ軸方向における一方の側に可動ミラー５が変位するように、互いに向かい合う固定櫛歯電極１６と可動櫛歯電極１７との間、及び、互いに向かい合う固定櫛歯電極１８と可動櫛歯電極１９との間に静電気力が生じる。このとき、第１弾性支持部１３及び第２弾性支持部１４において第１トーションバー１３５，１４５、第２トーションバー１３６，１４６が捩れて、第１弾性支持部１３及び第２弾性支持部１４に弾性力が生じる。ミラーデバイス７では、駆動部１２に周期的な駆動電圧を付与することにより、Ｚ軸方向に沿って可動ミラー５をその共振周波数で往復動するように駆動させる。このように、駆動部１２は、静電アクチュエータとして機能する。
【0070】
再び図２を参照する。光学機能部材８は、ベース１１の裏面１１ｂと対向する表面８ａ、及び表面８ａとは反対側の裏面８ｂを有する。光学機能部材８は、光透過性を有する材料によって一体的に形成されている。光学機能部材８は、例えばガラスによって矩形板状に形成されており、例えば幅１５ｍｍ、長さ２０ｍｍ、厚さ４ｍｍ程度のサイズを有する。なお、光学機能部材８の材料は、例えば、光学モジュール１Ａの感度波長が近赤外領域である場合にはガラス、光学モジュール１Ａの感度波長が中赤外領域である場合にはシリコンというように、光学モジュール１Ａの感度波長によって選択される。光学機能部材８は、可動ミラー５に対して入出射する光と、固定ミラー６に対して入出射する光との間に生じる光路差を補正する。光学機能部材８の表面８ａは、ダイレクトボンディング（例えば、プラズマ活性化接合、表面活性化接合、原子拡散接合、陽極接合、フュージョンボンディング、親水化接合等）によってベース１１の裏面１１ｂと接合されている。
【0071】
固定ミラー６は、光学機能部材８に対してミラーデバイス７とは反対側に配置されており、ミラーデバイス７のベース１１に対する固定ミラー６の位置は固定されている。固定ミラー６は、例えば蒸着によって、光学機能部材８の裏面８ｂに形成されている。固定ミラー６は、Ｚ軸方向に垂直なミラー面６ａを有する。本実施形態では、可動ミラー５のミラー面５ａ及び固定ミラー６のミラー面６ａが、Ｚ軸方向における一方の側に向いている。固定ミラー６は、光学機能部材８を透過する光を反射する。
【0072】
応力緩和基板９は、固定ミラー６を介して光学機能部材８の裏面８ｂに取り付けられている。応力緩和基板９は、例えば接着剤によって、固定ミラー６に取り付けられている。応力緩和基板９の熱膨張係数は、光学機能部材８の熱膨張係数よりもベース１１の熱膨張係数（より具体的には、支持層２１の熱膨張係数）に近い。また、応力緩和基板９の厚さは、光学機能部材８の厚さよりもベース１１の厚さに近い。応力緩和基板９は、例えばシリコンによって矩形板状に形成されており、例えば幅１６ｍｍ、長さ２１ｍｍ、厚さ０．６５ｍｍ程度のサイズを有する。
【0073】
図１及び図２に示されるように、パッケージ３は、支持体３１、複数のリードピン３３、枠体３４、及び光透過部材３５を有する。枠体３４は、Ｚ軸方向から見てミラーユニット２を包囲するように形成されており、例えば銀ロウ等の接着剤によって、支持体３１の表面３１ａに取り付けられている。枠体３４は、例えばセラミックによって形成されており、例えば矩形枠状を呈している。枠体３４における支持体３１とは反対側の端面３４ａは、ベース１１の主面１１ａを含む架空平面に関して支持体３１とは反対側に位置している。
【0074】
光透過部材３５は、枠体３４の開口を塞ぐように形成されており、例えば接着剤によって、枠体３４の端面３４ａに取り付けられている。光透過部材３５は、光透過性を有する材料によって形成されており、例えば矩形板状を呈している。ここで、枠体３４の端面３４ａは、ベース１１の主面１１ａを含む架空平面に関し支持体３１とは反対側に位置しているので、光透過部材３５は、ミラーデバイス７から離れることになる。これにより、光学モジュール１Ａでは、可動ミラー５がＺ軸方向に沿って往復移動する際に、可動ミラー５及び駆動部１２が光透過部材３５に接触することが防止されている。
【0075】
各リードピン３３は、一端部３３ａが枠体３４の内側に位置し且つ他端部（図示省略）が枠体３４の外側に位置するように、枠体３４に設けられている。リードピン３３の一端部３３ａは、ミラーデバイス７において当該リードピン３３に対応する電極パッド７１，７２とワイヤ（図示省略）を介して電気的に接続される。光学モジュール１Ａでは、Ｚ軸方向に沿って可動ミラー５を変位させるための駆動電圧が、複数のリードピン３３を介して駆動部１２に入力される。本実施形態では、Ｙ軸方向における光学機能部材８の両側においてＸ軸方向に延在する段差面３４ｂが枠体３４に形成されており、各リードピン３３の一端部３３ａは、段差面３４ｂに配置されている。各リードピン３３は、Ｙ軸方向における支持体３１の両側においてＺ軸方向に延在しており、各リードピン３３の他端部は、支持体３１よりもＺ軸方向における下側に位置している。
【0076】
続いて、駆動部１２について更に説明する。図５は、駆動部１２の回路構成を概略的に示す図である。同図に示されるように、駆動部１２は、アクチュエータ駆動回路１２１と、タイミング検出回路１２２とを有する。なお、図５において、固定櫛歯電極１６，１８と可動櫛歯電極１７，１９との間の容量が可変容量記号により擬似的に示されている。
【0077】
アクチュエータ駆動回路１２１は、本実施形態における駆動回路の例である。アクチュエータ駆動回路１２１は、上述した固定櫛歯電極１６と可動櫛歯電極１７との間、及び固定櫛歯電極１８と可動櫛歯電極１９との間に駆動電圧を印加する。アクチュエータ駆動回路１２１は、例えば、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）等の集積回路を含む信号処理部と、該信号処理部と電気的に接続されたＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）等の不揮発性メモリを含む記憶部と、該信号処理部と電気的に接続された高電圧発生回路とを有する。信号処理部は、駆動電圧の基となる駆動信号を生成する。高電圧発生回路は、信号処理部からの駆動信号に基づいて、駆動電圧を生成する。高電圧発生回路は、例えばＨＶＩＣ（High Voltage IC）である。
【0078】
図６は、アクチュエータ駆動回路１２１から出力される駆動電圧について説明する為の図である。図６には、可動ミラー５の位置の時間変化を示すグラフＧ１と、駆動電圧の時間波形を示すグラフＧ２とが示されている。グラフＧ１，Ｇ２の横軸は時間を表す。グラフＧ１の縦軸はＺ方向における可動ミラー５の位置を表し、グラフＧ２の縦軸は電圧の大きさを表す。更に、図６には、複数のタイミングＴ１～Ｔ４における固定櫛歯電極１６（１８）と可動櫛歯電極１７（１９）との相対位置関係を示す図Ａ～図Ｄが併せて示されている。アクチュエータ駆動回路１２１は、図６に示されるように、可動ミラー５の共振周波数の２倍の値の周波数を有する駆動電圧を生成する。駆動電圧は、一定周期で立ち上がり及び立ち下がりを繰り返す連続パルス信号であり、本実施形態では、例えばデューティ比２０％以上５０％未満の矩形波である。
【0079】
駆動電圧の立ち上がりのタイミングは、可動ミラー５の位置の時間変化における折り返し点に相当する極大点及び極小点となるタイミングと一致するか、やや遅れるように制御される。また、駆動電圧の立ち下がりのタイミングは、可動ミラー５の極大点と極小点との中点のタイミングと一致するか、やや遅れるように制御される。なお、図６において、実線の矢印は、可動ミラー５の移動の向きであり、破線の矢印は、可動ミラー５に与えられる駆動力の向きである。また、ハッチングが施されている固定櫛歯電極１６（１８）は、電圧が印加されている状態を示し、ハッチングが施されていない固定櫛歯電極１６（１８）は、電圧が印加されていない状態を示す。
【0080】
なお、駆動電圧の周波数と可動ミラー５の振幅との関係は、実際にミラーデバイス７を動作させることで取得可能である。或いは、駆動電圧の周波数と可動ミラー５の振幅との関係を、例えばルンゲクッタ法等の数値解析によって予測してもよい。
【0081】
再び図５を参照する。タイミング検出回路１２２は、可動ミラー５の位置の時間変化（図６のグラフＧ１）において、可動ミラー５の変位がゼロとなる（すなわち、可動ミラー５の位置が極大点と極小点との中点となる）タイミングを検出するために設けられる。なお、可動ミラー５の変位がゼロとなるとき、固定櫛歯電極１６（１８）と可動櫛歯電極１７（１９）とが最も近接する。アクチュエータ駆動回路１２１は、タイミング検出回路１２２において検出されたタイミングと、駆動電圧の立ち下がりタイミングとの関係を一定に制御することにより、駆動電圧の周波数を、可動ミラー５の共振周波数に近づける（好ましくは一致させる）。
【0082】
タイミング検出回路１２２は、固定櫛歯電極１６（１８）及び可動櫛歯電極１７（１９）のうち一方と電気的に接続されている。タイミング検出回路１２２は、電流電圧変換回路１２３及びコンパレータ１２４を有する。電流電圧変換回路１２３は、固定櫛歯電極１６（１８）又は可動櫛歯電極１７（１９）から出力される電流信号を電圧信号に変換する。電流電圧変換回路１２３の信号出力端は、コンパレータ１２４の信号入力端と電気的に接続されている。コンパレータ１２４は、電流電圧変換回路１２３から出力された電圧信号と所定の閾値（図では０Ｖ）とを比較して、その比較結果を示す信号を出力する。
【0083】
コンパレータ１２４の信号出力端は、アクチュエータ駆動回路１２１と電気的に接続されている。アクチュエータ駆動回路１２１は、コンパレータ１２４からの出力信号に基づいて、可動ミラー５の変位がゼロとなるタイミングと、駆動電圧の立ち下がりタイミングとの関係を一定に制御する。
【0084】
アクチュエータ駆動回路１２１の制御は、例えば光学モジュール１Ａの外部に設けられたコンピュータによって行われる。このコンピュータは、中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、揮発性メモリ（ＲＡＭ）と、不揮発性メモリ（ＲＯＭ）とを有し、ＲＯＭに予め記憶されたプログラムを実行することによりアクチュエータ駆動回路１２１の制御を行う。プログラムは、タイミング検出回路１２２において検出された可動ミラー５の変位がゼロとなるタイミングと、駆動電圧の立ち下がりタイミングとの関係を一定に制御しつつ、アクチュエータ駆動回路１２１から出力される駆動電圧の立ち上がりタイミング及び立ち下がりタイミングを制御する。
【0085】
図７は、電流電圧変換回路１２３の具体的構成例を示す回路図である。図７に示されるように、電流電圧変換回路１２３は、例えば増幅器１２３ａ及び帰還抵抗１２３ｂを含むトランスインピーダンスアンプ（ＴＩＡ）により構成される。そして、固定櫛歯電極１６（１８）及び可動櫛歯電極１７（１９）のうち一方は、増幅器１２３ａの負側端子と電気的に接続される。
【0086】
可動ミラー５が変位すると、固定櫛歯電極１６（１８）と可動櫛歯電極１７（１９）との間の容量（キャパシタンス）が変化する。そして、この変化に起因して、固定櫛歯電極１６（１８）及び可動櫛歯電極１７（１９）から電流信号Ｊ１が出力される。駆動電圧の時間波形が定電圧（但し０Ｖを除く）となる期間を含む場合、当該期間内における電流信号Ｊ１は、固定櫛歯電極１６（１８）と可動櫛歯電極１７（１９）との間の容量の微分値を示す。例えば、可動ミラー５が振幅の中心を通過するとき、この電流信号Ｊ１の大きさ（電流値）は瞬間的にゼロとなる。このことを用いて、可動ミラー５が極大点と極小点との中点を通過するタイミングを好適に検出することができる。
【0087】
より具体的に説明する。いま、立ち上がりと立ち下がりとの間に電圧一定の期間を有する駆動電圧（例えば図６に示された矩形波）を、固定櫛歯電極１６（１８）及び可動櫛歯電極１７（１９）のうち他方に入力したとする。すなわち、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）は以下の式（１）にて表される。ＶLは矩形波における低電圧側の電圧値、ＶHは矩形波における高電圧側の電圧値、ｔは時間である。
また、固定櫛歯電極１６（１８）及び可動櫛歯電極１７（１９）のうち一方から出力される電流信号Ｊ１は、下記の式（２）のように表される。Ｑは、固定櫛歯電極１６（１８）と可動櫛歯電極１７（１９）との間の容量に蓄えられる電荷量である。Ｃaは、固定櫛歯電極１６（１８）と可動櫛歯電極１７（１９）との間の容量値である。
Ｖｉｎ（ｔ）の大きさが一定値である期間においては、Ｖｉｎ（ｔ）の時間微分値はゼロなので、
となる。ここで、ＴＩＡにおける帰還電流Ｊ２と、出力電圧Ｖｏｕｔ（ｔ）との関係は下記の式（４）のとおりである。Ｒfは、帰還抵抗１２３ｂの抵抗値である。
また、増幅器１２３ａの入力端子においては、下記の条件が成り立つ。
したがって、ＴＩＡからの出力電圧Ｖｏｕｔ（ｔ）は、下記の式（６）として表される。
すなわち、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）がゼロではない一定値であれば、出力電圧Ｖｏｕｔ（ｔ）がゼロであるとき、ｄＣa（ｔ）／ｄｔがゼロとなり、Ｃa（ｔ）が極値（極大値又は極小値）を取る。すなわち、可動ミラー５が極大点と極小点との中点を通過するタイミングを好適に検出することができる。なお、例えば図６に示すグラフＧ２のようにＶL＝０である場合、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）がＶHである期間においてのみ上記タイミングを検出することができる。駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）がＶL（＝０）である期間においては、出力電圧Ｖｏｕｔ（ｔ）は、上記式（６）に示されるように、ｄＣa（ｔ）／ｄｔにかかわらず０Ｖとなる。
【数1】
また、固定櫛歯電極１６（１８）及び可動櫛歯電極１７（１９）のうち一方から出力される電流信号Ｊ１は、下記の式（２）のように表される。Ｑは、固定櫛歯電極１６（１８）と可動櫛歯電極１７（１９）との間の容量に蓄えられる電荷量である。Ｃaは、固定櫛歯電極１６（１８）と可動櫛歯電極１７（１９）との間の容量値である。
【数2】
Ｖｉｎ（ｔ）の大きさが一定値である期間においては、Ｖｉｎ（ｔ）の時間微分値はゼロなので、
【数3】
となる。ここで、ＴＩＡにおける帰還電流Ｊ２と、出力電圧Ｖｏｕｔ（ｔ）との関係は下記の式（４）のとおりである。Ｒfは、帰還抵抗１２３ｂの抵抗値である。
【数4】
また、増幅器１２３ａの入力端子においては、下記の条件が成り立つ。
【数5】
したがって、ＴＩＡからの出力電圧Ｖｏｕｔ（ｔ）は、下記の式（６）として表される。
【数6】
すなわち、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）がゼロではない一定値であれば、出力電圧Ｖｏｕｔ（ｔ）がゼロであるとき、ｄＣa（ｔ）／ｄｔがゼロとなり、Ｃa（ｔ）が極値（極大値又は極小値）を取る。すなわち、可動ミラー５が極大点と極小点との中点を通過するタイミングを好適に検出することができる。なお、例えば図６に示すグラフＧ２のようにＶL＝０である場合、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）がＶHである期間においてのみ上記タイミングを検出することができる。駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）がＶL（＝０）である期間においては、出力電圧Ｖｏｕｔ（ｔ）は、上記式（６）に示されるように、ｄＣa（ｔ）／ｄｔにかかわらず０Ｖとなる。
【0088】
なお、一実施例では、可動ミラー５の共振周波数は５００Ｈｚである。その場合、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の周波数は１ｋＨｚとなり、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の周期は１ｍｓとなる。この時間を上記のｄｔとし、ｄＣaを例えば１０ｐＦ、ＶHを例えば１００Ｖとすると、Ｊ１＝１μＡと算出される。出力電圧Ｖｏｕｔ（ｔ）のレンジを１Ｖとするとき、必要とされる帰還抵抗１２３ｂの抵抗値Ｒfは１ＭΩとなる。
【0089】
図８は、一実施例における各信号の時間変化を示すグラフである。同図には、上から順に、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）、可動ミラー５の変位量Ｚ（ｔ）、容量Ｃa（ｔ）、出力電圧Ｖｏｕｔ（ｔ）、及びコンパレータ１２４からの出力電圧波形Ｖｃｏｍ（ｔ）を示す。なお、各グラフの縦軸は電圧又は容量を表し、各グラフの横軸は時間を表す。
【0090】
前述したように、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）は、一定周期で立ち上がりＰＵ及び立ち下がりＰＤを交互に繰り返す時間波形を有する。図８に示す例では、デューティ比は５０％であり、立ち上がりＰＵから立ち下がりＰＤまでの期間（電圧値ＶH）の長さと、立ち下がりＰＤから立ち上がりＰＵまでの期間（電圧値ＶL）の長さとは互いに等しい。そして、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の立ち上がりＰＵのタイミングは、可動ミラー５の変位量Ｚ（ｔ）が往復動の折り返し点である極大点ＺＡ又は極小点ＺＢとなるタイミングと一致するように、アクチュエータ駆動回路１２１によって制御されている。また、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の立ち下がりＰＤのタイミングは、可動ミラー５が極大点ＺＡと極小点ＺＢとの中点ＺＣを通過するタイミングと一致するように、アクチュエータ駆動回路１２１によって制御されている。
【0091】
固定櫛歯電極１６（１８）及び可動櫛歯電極１７（１９）との間の容量Ｃa（ｔ）は、可動ミラー５の変位量Ｚ（ｔ）に応じて変化し、変位量Ｚ（ｔ）が極大点ＺＡ又は極小点ＺＢとなるタイミングにおいて極小となり、変位量Ｚ（ｔ）が極大点ＺＡと極小点ＺＢとの中点ＺＣを通過するタイミングにおいて極大となる。また、電流電圧変換回路１２３からの出力電圧Ｖｏｕｔ（ｔ）は、前述したように、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）がＶL（＝０Ｖ）である期間では０Ｖとなるが、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）が０を除く一定値ＶHである期間では、容量Ｃa（ｔ）の時間微分を示す値を有する。コンパレータ１２４は、この例では出力電圧Ｖｏｕｔ（ｔ）と０Ｖ（より正確には、電流信号Ｊ１がゼロである場合に相当する所定の閾値）とを比較し、出力電圧Ｖｏｕｔ（ｔ）が０Ｖに到達したタイミング（ゼロクロスタイミング）で立ち上がるパルスＰＣを含む出力電圧波形Ｖｃｏｍ（ｔ）を、アクチュエータ駆動回路１２１に提供する。
【0092】
アクチュエータ駆動回路１２１は、このパルスＰＣの立ち上がりタイミングを利用して、上述した駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の立ち下がりＰＤのタイミング制御を行う。すなわち、アクチュエータ駆動回路１２１は、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の立ち下がりＰＤのタイミングを、出力電圧Ｖｏｕｔ（ｔ）が所定の閾値に到達するタイミングと一致させる。
【0093】
図９は、別の実施例における各信号の時間変化を示すグラフである。この実施例では、デューティ比は図８の実施例と同じ５０％であるものの、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の立ち上がりＰＵのタイミングを、可動ミラー５の変位量Ｚ（ｔ）が往復動の折り返し点である極大点ＺＡ又は極小点ＺＢとなるタイミングから僅かに遅れるように、アクチュエータ駆動回路１２１によって制御している。また、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の立ち下がりＰＤのタイミングを、可動ミラー５が極大点ＺＡと極小点ＺＢとの中点ＺＣを通過するタイミングから僅かに遅れるように（図中の矢印参照）、アクチュエータ駆動回路１２１によって制御している。すなわち、アクチュエータ駆動回路１２１は、立ち下がりＰＤのタイミングを、出力電圧Ｖｏｕｔ（ｔ）が所定の閾値に到達するタイミングから一定時間だけ後にずらす。例えば、この一定時間は駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の周期の０．１％以上であり、１５％以下である。
【0094】
この実施例では、容量Ｃa（ｔ）の極大タイミングを過ぎても、暫くの間、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）が一定値ＶHを維持する。したがって、電流電圧変換回路１２３からの出力電圧Ｖｏｕｔ（ｔ）は、０Ｖに到達したのち、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）が立ち下がるまで正の値を維持する。故に、コンパレータ１２４からの出力電圧波形Ｖｃｏｍ（ｔ）に含まれる各パルスＰＣの時間幅は、立ち下がりＰＤのタイミングの遅れに応じて大きくなる。言い換えると、出力電圧波形Ｖｃｏｍ（ｔ）の立ち上がりから立ち下がりまでの時間は、立ち下がりＰＤのタイミングの遅れ時間を表す。
【0095】
図１０は、更に別の実施例における各信号の時間変化を示すグラフである。この実施例では、デューティ比を５０％未満（例えば４５％）とし、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の立ち上がりＰＵのタイミングを、可動ミラー５の変位量Ｚ（ｔ）が極大点ＺＡ又は極小点ＺＢとなるタイミングから僅かに遅れるように（図中の矢印参照）、アクチュエータ駆動回路１２１によって制御している。なお、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の立ち下がりＰＤのタイミングは、図８と同様に、可動ミラー５が中点ＺＣを通過するタイミングと一致するように制御している。
【0096】
ここで、本実施形態に係るミラーデバイス７の駆動方法について纏めると、次の通りである。すなわち、本実施形態の駆動方法は、固定櫛歯電極１６，１８と可動櫛歯電極１７，１９との間に駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）を印加する駆動ステップを含む。駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の時間波形は、立ち上がりＰＵと立ち下がりＰＤとを周期的に繰り返し、立ち上がりＰＵ後かつ立ち下がりＰＤ前に定電圧ＶHとなる期間を含む。駆動ステップにおいて、固定櫛歯電極１６，１８と可動櫛歯電極１７，１９との間の容量Ｃaの変化に起因して、上記期間内に固定櫛歯電極１６，１８又は可動櫛歯電極１７，１９から出力される電流信号Ｊ１を電圧信号に変換することにより、容量Ｃaの時間微分値に比例する容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）を生成する。そして、容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）が所定の閾値に到達するタイミングを検出し、該タイミングと立ち下がりＰＤのタイミングとの関係を一定に制御する。その際、立ち下がりＰＤのタイミングを、容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）が所定の閾値に到達するタイミングと一致させるか（図８，図１０を参照）、又は、容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）が所定の閾値に到達するタイミングから一定時間だけ後にずらす（図９を参照）。また、所定の閾値を、電流信号Ｊ１がゼロである場合に相当する値（例えば０Ｖ）とする。更に、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の時間波形を、立ち上がりＰＵ及び立ち下がりＰＤを有する矩形波を周期的に含むものとし、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）のデューティ比を２０％以上５０％未満とする。駆動ステップにおいて、ＴＩＡを用いて電流信号Ｊ１を電圧信号である容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）に変換し、容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）と所定の閾値との比較をコンパレータ１２４を用いて行う。
【0097】
また、上記の駆動方法において、駆動ステップは、例えば光学モジュール１Ａの外部に設けられたコンピュータがプログラムを実行することにより実現される。プログラムは、容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）が所定の閾値に到達するタイミングと、立ち下がりＰＤのタイミングとの関係を一定に制御しつつ、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の立ち上がりＰＵのタイミング及び立ち下がりＰＤのタイミングを制御する。
【0098】
以上に説明した本実施形態のミラーデバイス７及びミラーデバイス７の駆動方法によって得られる効果について、従来の課題とともに説明する。通常、可動ミラー５の共振周波数は、温度変化及び湿度変化等により変動する。可動ミラー５の共振周波数の変動に起因して、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の周波数が可動ミラー５の共振周波数からずれると、可動ミラー５の最大振幅での動作が損なわれてしまう。特に、可動ミラー５を弾性的に支える部分（具体的には、レバー１３１，１４１、第１トーションバー１３５，１４５、及び第２トーションバー１３６，１４６）の弾性係数が小さい等、可動ミラー５の最大振幅が大きくなる場合には、周波数に対する振幅の非線形性が大きくなり、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の周波数が可動ミラー５の共振周波数からわずかにずれただけで振幅が大幅に減少してしまう。
【0099】
この問題点に対し、本実施形態では、立ち上がりＰＵと立ち下がりＰＤとを周期的に繰り返す時間波形を有する駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）を固定櫛歯電極１６，１８と可動櫛歯電極１７，１９との間に印加する。したがって、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の周波数を可動ミラー５の共振周波数に近づけ、それにより可動ミラー５の振幅を最大振幅に近づけることができる。その際、固定櫛歯電極１６，１８と可動櫛歯電極１７，１９との間の容量Ｃaの変化に起因して、固定櫛歯電極１６，１８又は可動櫛歯電極１７，１９から電流信号Ｊ１が出力される。駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の時間波形が定電圧（但し０Ｖを除く）となる期間を含む場合、当該期間内における電流信号Ｊ１は、固定櫛歯電極１６，１８と可動櫛歯電極１７，１９との間の容量Ｃaの微分値を示す。例えば、可動ミラー５が振幅の中心を通過するとき、容量Ｃaが極大となるので、この電流信号Ｊ１の電流値は瞬間的にゼロとなる。
【0100】
本実施形態では、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の時間波形が、立ち上がりＰＵ後かつ立ち下がりＰＤ前に定電圧ＶHとなる期間を含む。そして、当該期間内に固定櫛歯電極１６，１８又は可動櫛歯電極１７，１９から出力される電流信号Ｊ１を電圧信号に変換して、容量Ｃaの微分値を示す容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）を生成する。更に、この容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）が所定の閾値に到達するタイミングを検出し、該タイミングと立ち下がりＰＤのタイミングとの関係を一定に制御する。これにより、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の立ち下がりＰＤ時の可動ミラー５の位置を一定にすることができるので、可動ミラー５の共振周波数の変動にかかわらず、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の周波数を該共振周波数に近づけることができる。
【0101】
図１１の（ａ）部、（ｂ）部および（ｃ）部は、一実施例として、それぞれ駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）、容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）、及びコンパレータ１２４からの出力電圧Ｖｃｏｍ（ｔ）の時間波形の実測データを示すグラフである。なお、この例では、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）のパルス高さを７５Ｖｐｐ、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の周波数を５３７Ｈｚ、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）のデューティ比を４５％、ＴＩＡの帰還抵抗１２３ｂの抵抗値を３．３ＭΩとした。これらの図から明らかなように、本実施形態によれば、容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）が所定の閾値（この例では０Ｖ）となるタイミングに対して、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の立ち下がりＰＤのタイミングを一定の関係に制御することができる。
【0102】
また、図１２は、容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）が０Ｖとなるタイミング（すなわち固定櫛歯電極１６，１８と可動櫛歯電極１７，１９とが最も近接するタイミング）と立ち下がりＰＤのタイミングとの時間差と、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の周波数との関係を実測した結果を示すグラフである。なお、当該時間差は駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の周期に対する比率（以下、ピークシフト率と称する）として示している。この実測では、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）のパルス高さを７５Ｖｐｐ、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）のデューティ比を４５％とした。また、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の周波数を０．１Ｈｚ単位で変化させ、上記時間差を約０．１％の精度で検出した。図１２から明らかなように、図１１におけるＶｃｏｍ（ｔ）の出力信号が立ち下がりＰＤの直前で発生する場合には、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の周波数が大きくなるほど、ピークシフト率が低下することがわかる。
【0103】
図８及び図１０に示したように、アクチュエータ駆動回路１２１は（駆動ステップにおいて）、立ち下がりＰＤのタイミングを、容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）が所定の閾値に到達するタイミングと一致させてもよい。例えばこのような構成により、容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）が所定の閾値に到達するタイミングと立ち下がりＰＤのタイミングとの関係を一定に制御することができる。
【0104】
或いは、図９に示したように、アクチュエータ駆動回路１２１は（駆動ステップにおいて）、立ち下がりＰＤのタイミングを、容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）が所定の閾値に到達するタイミングから一定時間だけ後にずらしてもよい。このような構成であっても、容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）が所定の閾値に到達するタイミングと立ち下がりＰＤのタイミングとの関係を一定に制御することができる。また、駆動電圧が立ち下がる（すなわち容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）が消失する）前に容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）が所定の閾値に到達したことを確認できるので、容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）が所定の閾値に到達するタイミングをより確実に検出することができる。
【0105】
本実施形態のように、所定の閾値は、電流信号Ｊ１がゼロである場合に相当する値（一例では０Ｖ）であってもよい。この場合、可動櫛歯電極１７，１９と固定櫛歯電極１６，１８とが最も近接するタイミング（一実施例では、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の立ち下がりに適したタイミング）を精度良く検出することができる。
【0106】
本実施形態のように、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の時間波形は、立ち上がりＰＵ及び立ち下がりＰＤを有する矩形波を周期的に含み、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）のデューティ比が２０％以上５０％未満であってもよい。仮に駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）のデューティ比を５０％とすると、制御誤差等に起因して、可動櫛歯電極１７，１９と固定櫛歯電極１６，１８とが互いに離れる方向に移動するタイミングで静電引力を与える虞があり、可動ミラー５の振幅の低下に繋がる。駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）のデューティ比を５０％未満とすることによって、そのような虞を低減できる。また、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）のデューティ比を２０％以上とすることによって、十分な静電引力を可動櫛歯電極１７，１９と固定櫛歯電極１６，１８との間に作用させることができる。
【0107】
本実施形態のように、タイミング検出回路１２２は、容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）と所定の閾値とを比較するコンパレータ１２４を含んでもよい。言い換えると、駆動ステップにおいて、容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）と所定の閾値との比較をコンパレータ１２４を用いて行ってもよい。この場合、所定の閾値への容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）の到達タイミングの検出を、簡易な回路によって行うことができるので、ミラーデバイス７の小型化及び低コスト化に寄与できる。また、例えばソフトウェアを用いて容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）と所定の閾値とを比較する構成と比べて、該比較を回路基板上のみにおいて行うことができ、この点においても構成の簡易化に寄与できる。また、コンピュータに組み込まれたソフトウェアを用いて上記の比較を行う場合、負側から正側へ閾値を跨ぐタイミングと、正側から負側へ閾値を跨ぐタイミングとを区別することが難しい。これに対し、コンパレータ１２４は、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）が一定値ＶHである期間のみ動作するので、負側から正側へ閾値を跨ぐタイミングのみが出力され、上記の比較を容易に行うことができる。なお、このことは、容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）と所定の閾値との比較のために、コンパレータ１２４に代えて、コンピュータに組み込まれたソフトウェアを用いることを妨げない。
【0108】
本実施形態のように、タイミング検出回路１２２は、電流信号Ｊ１を電圧信号Ｖｏｕｔ（ｔ）に変換するＴＩＡを含んでもよい。言い換えると、駆動ステップにおいて、ＴＩＡを用いて電流信号Ｊ１を電圧信号Ｖｏｕｔ（ｔ）に変換してもよい。この場合、例えば固定櫛歯電極１６，１８又は可動櫛歯電極１７，１９と直列に抵抗（シャント抵抗）を接続し、該抵抗における電圧降下を利用して電流信号Ｊ１を電圧信号Ｖｏｕｔ（ｔ）に変換する場合と比較して、櫛歯電極間の電圧変動を低減し、櫛歯電極間に所望の電圧を精度良く印加することができる。
【0109】
ここで、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の周波数を該共振周波数に近づける他の方式として、可動ミラー５の変位量を連続的に検出し、可動ミラー５の変位量の極大及び／又は極小に合わせて、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の立ち上がりＰＵ及び立ち下がりＰＤのタイミングを制御することが考えられる。図３２は、比較例として、可動ミラー５の変位量の極大及び／又は極小を検出する回路を示す図である。この回路では、正弦波生成回路２０１からの正弦波信号Ｓａを、アクチュエータ駆動回路からの駆動電圧に重畳して、固定櫛歯電極と可動櫛歯電極との間に印加する。なお、図３２において、これらの固定櫛歯電極及び可動櫛歯電極は可変容量２０２として示されている。正弦波信号Ｓａの周波数は、可動ミラー５の共振周波数よりも十分に大きい。一方、正弦波生成回路２０１からの正弦波信号Ｓａの位相を１８０°ずらした信号を、基準となる固定容量２０３に印加する。そして、可変容量２０２及び固定容量２０３から出力される電流を加算し、加算後の電流を、オペアンプ２０４ａを含む演算回路２０４に入力する。この場合、演算回路２０４から出力される信号Ｓｂは、下記の式（７）によって表される。なお、Ｖｓａ（ｔ）は正弦波信号Ｓａの電圧波形を表し、Ｖｓｂ（ｔ）は信号Ｓｂの電圧波形を表し、Ｃは可変容量２０２の容量値であり、Ｃrefは固定容量２０３の容量値であり、Ｃ0は演算回路２０４の帰還容量２０４ｂの容量値である。
【数7】
【0110】
この信号Ｓｂの包絡線Ｈは、可変容量２０２の容量値すなわち可動ミラー５の変位量を示す。その後、信号Ｓｂの包絡線Ｈを包絡線検波器２０５によって検出し、検出後の包絡線Ｈをアンプ２０６によって増幅する。そして、増幅後の信号Ｓｃをローパスフィルタ２０７に入力して、該信号Ｓｃから正弦波信号Ｓａの周波数成分を除去する。ローパスフィルタ２０７通過後の信号Ｓｃをアナログ－ディジタル変換器２０８に入力し、アナログ－ディジタル変換器２０８において信号Ｓｃをディジタル信号に変換する。その後、図示しないディジタル回路によって、信号Ｓｃの極大タイミング及び／又は極小タイミング（すなわち可動ミラー５の変位の極大タイミング及び／又は極小タイミング）が検出される。
【0111】
しかしながら、図３２に示される方式は、回路規模が大きくなり且つ回路が複雑になるという問題を有する。これに対し、本実施形態の方式によれば、可動ミラー５が所定位置を通過するタイミング（固定櫛歯電極１６，１８と可動櫛歯電極１７，１９とが最も近づくタイミング）の検出、すなわち櫛歯電極間の静電容量の変化の検出のみに機能を絞ることによって、図５に示されるように、格段に簡易な回路構成によって同様の機能を実現することができる。また、図３２に示される方式のように可変容量２０２の容量値をそのまま扱う場合、容量値のピーク付近において時間波形が急峻となり、ノイズが集中し易い。このため、容量値のピークに対して駆動電圧の立ち下がりタイミングを精度よく合わせることが難しい。これに対し、本実施形態の方式によれば、容量Ｃaの値がピークとなるタイミング付近においても電流信号Ｊ１のＳ／Ｎ比を高く保つことが容易であり、容量Ｃaのピークに対して駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の立ち下がりタイミングを精度よく合わせることができる。
【0112】
また、図３２に示される方式は、次に述べる問題も有する。図３３は、包絡線検波器の典型例を示す回路図である。また、図３４は、図３３に示された包絡線検波器への入力信号Ｖｉ及び出力信号Ｖｏの例を示すグラフである。図３４に示すように、包絡線検波器からの出力信号Ｖｏは、実際の包絡線Ｈとは異なり、入力信号Ｖｉの周波数に応じたリップルを含む。このことは、可動ミラー５の変位量の検出精度、ひいては可動ミラー５の変位の極大タイミング及び／又は極小タイミングの検出精度を低下させる要因となる。なお、図３３に示された容量２１１の容量値と、抵抗２１２の抵抗値との積の値を大きくすれば、出力信号Ｖｏに含まれるリップルが低減される。しかし、その場合、図３５に示されるように、包絡線検波器からの出力信号Ｖｏが、入力信号Ｖｉの実際の包絡線Ｈに追従できなくなってしまう。
【0113】
これに対し、本実施形態では、一定電圧ＶＨを印加した際に固定櫛歯電極１６，１８（又は可動櫛歯電極１７，１９）から出力される電流信号Ｊ１を電流－電圧変換してなる容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）に基づいて、可動ミラー５が所定位置を通過するタイミングを検出するので、包絡線検波器を必要とせず、リップルに関する上記課題も生じない。したがって、可動ミラー５が所定位置を通過するタイミングの検出精度を高めることができる。
【0114】
また、図３２に示される方式は、更に次に述べる問題も有する。通常、固定櫛歯電極と可動櫛歯電極との間に十分に大きな静電気力を発生させるためには、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）として数十～百ボルトといった高電圧を印加する必要がある。このような高電圧は、一般的にＤＣ－ＤＣコンバータなどの昇圧回路を用いて生成される。そして、スイッチング方式の昇圧回路においては、スイッチングに起因するリップルの発生は避けられない。図１３は、駆動電圧に重畳されるリップルＲｉを概念的に示す図である。同図に示されるように、リップルＲｉはスイッチング周波数と同じ周波数を有する周期的な波であり、駆動電圧を中心として振動する。振幅ΔＶのリップルＲｉが駆動電圧に重畳している場合、前述した式（７）は、下記のように修正される。
この場合、Ｖｓａ（ｔ）が１Ｖ、ΔＶが０．１Ｖとすると、最大で１０％の出力誤差が発生することとなる。
【数8】
この場合、Ｖｓａ（ｔ）が１Ｖ、ΔＶが０．１Ｖとすると、最大で１０％の出力誤差が発生することとなる。
【0115】
これに対し、本実施形態において振幅ΔＶのリップルＲｉが一定電圧ＶＨに重畳している場合、前述した式（６）は下記のように修正される。
一定電圧ＶＨの大きさは少なくとも１０Ｖなので、ΔＶが０．１Ｖであっても、出力誤差は１％以下となる。すなわち、本実施形態によれば、駆動電圧に含まれるリップルＲｉの影響を低減して、高い検出精度を得ることができる。
【数9】
一定電圧ＶＨの大きさは少なくとも１０Ｖなので、ΔＶが０．１Ｖであっても、出力誤差は１％以下となる。すなわち、本実施形態によれば、駆動電圧に含まれるリップルＲｉの影響を低減して、高い検出精度を得ることができる。
【0116】
（第１変形例）
図１４は、上記実施形態の第１変形例に係る電流電圧変換回路１２３Ａの構成を示す回路図である。同図に示すように、この電流電圧変換回路１２３Ａは、増幅器１２３ａ、帰還抵抗１２３ｂ、及びキャパシタ１２３ｅを含んで構成されている。帰還抵抗１２３ｂは、増幅器１２３ａの反転入力端子と出力端子との間において直列に接続されている。キャパシタ１２３ｅは、増幅器１２３ａの反転入力端子と出力端子との間において、帰還抵抗１２３ｂと並列に接続されている。増幅器１２３ａの非反転入力端子は、基準電位線ＧＮＤに接続されている。この回路において、キャパシタ１２３ｅは電流電圧変換回路１２３Ａのカットオフ周波数ｆｃを調整するために用いられる。帰還抵抗１２３ｂの抵抗値をＲｆ、キャパシタ１２３ｅの容量値をＣｆとすると、電流電圧変換回路１２３Ａのカットオフ周波数ｆｃは、ｆｃ＝１／（２π・Ｒｆ・Ｃｆ）として与えられる。このカットオフ周波数ｆｃを適切に調整することによって、容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）に含まれる、アクチュエータ動作とは無関係の高周波成分を除去することができる。
図１４は、上記実施形態の第１変形例に係る電流電圧変換回路１２３Ａの構成を示す回路図である。同図に示すように、この電流電圧変換回路１２３Ａは、増幅器１２３ａ、帰還抵抗１２３ｂ、及びキャパシタ１２３ｅを含んで構成されている。帰還抵抗１２３ｂは、増幅器１２３ａの反転入力端子と出力端子との間において直列に接続されている。キャパシタ１２３ｅは、増幅器１２３ａの反転入力端子と出力端子との間において、帰還抵抗１２３ｂと並列に接続されている。増幅器１２３ａの非反転入力端子は、基準電位線ＧＮＤに接続されている。この回路において、キャパシタ１２３ｅは電流電圧変換回路１２３Ａのカットオフ周波数ｆｃを調整するために用いられる。帰還抵抗１２３ｂの抵抗値をＲｆ、キャパシタ１２３ｅの容量値をＣｆとすると、電流電圧変換回路１２３Ａのカットオフ周波数ｆｃは、ｆｃ＝１／（２π・Ｒｆ・Ｃｆ）として与えられる。このカットオフ周波数ｆｃを適切に調整することによって、容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）に含まれる、アクチュエータ動作とは無関係の高周波成分を除去することができる。
【0117】
電流電圧変換回路１２３Ａは、更に、クランプ回路１２５を含む。クランプ回路１２５は、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の立ち上がりＰＵ及び立ち下がりＰＤに起因する容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）の変動期間を短縮するために設けられる。この例では、クランプ回路１２５は、スイッチングダイオード（以下、単にダイオードという）１２５ａ及び１２５ｂを有する。ダイオード１２５ａ，１２５ｂは、固定櫛歯電極１６，１８（又は可動櫛歯電極１７，１９）と増幅器１２３ａの反転入力端子との間のノードＮ２と、基準電位線ＧＮＤとの間において互いに並列に接続されている。ダイオード１２５ａはノードＮ２から基準電位線ＧＮＤへの向きを順方向として接続され、ダイオード１２５ｂは基準電位線ＧＮＤからノードＮ２への向きを順方向として接続されている。言い換えると、ノードＮ２と基準電位線ＧＮＤとの間において、２つのダイオード１２５ａ，１２５ｂが互いに逆向きでもって並列に接続されている。
【0118】
ダイオード１２５ａは、ノードＮ２の電位が或る閾値（＞０）を超えた場合にオンし、ノードＮ２から基準電位線ＧＮＤへ電流を流す。また、ダイオード１２５ｂは、ノードＮ２の電位が或る閾値（＜０）を下回った場合にオンし、基準電位線ＧＮＤからノードＮ２へ電流を流す。
【0119】
ここで、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の立ち上がりＰＵ及び立ち下がりＰＤに起因する容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）の変動について説明する。図１５は、上記実施形態において容量Ｃaが変化しない（すなわち可動ミラー５のＺ方向位置が一定である）場合の、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）、電流信号Ｊ１、増幅器１２３ａの反転入力端子電圧Ｖａ、帰還電流Ｊ２、及び容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）の時間波形を示す図である。ここでは、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）は時刻ｔ０において立ち上がり、時刻ｔ０’において立ち下がるものとする。
【0120】
時刻ｔ０において駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）が立ち上がると、電圧ＶHと容量Ｃaとの積（Ｃa・ＶH）に相当する電荷が固定櫛歯電極１６，１８と可動櫛歯電極１７，１９との間の容量に瞬間的に流入し、電流信号Ｊ１に正のパルス波Ｊ１ａが生じる。このとき、Ｊ１＋Ｊ２＝０を満たすため帰還電流Ｊ２において負のパルス波Ｊ２ａが生じる。そして、負のパルス波Ｊ２ａが生じた結果、増幅器１２３ａから出力される電圧信号（容量微分信号）Ｖｏｕｔ（ｔ）は、負側に飽和する（波形ＰＡ）。この飽和波形ＰＡは、パルス波Ｊ１ａの高さに応じた或る期間にわたって続き、時刻ｔ１に収束する。なお、電圧信号Ｖｏｕｔ（ｔ）が負側に飽和すると、増幅器１２３ａの反転入力端子が仮想接地を維持できなくなり、帰還電流Ｊ２を減少させるために増幅器１２３ａの反転入力端子電圧Ｖａが瞬間的に上昇する（波形Ｖａａ）。
【0121】
また、時刻ｔ０’において駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）が立ち下がると、固定櫛歯電極１６，１８と可動櫛歯電極１７，１９との間の容量に蓄えられていた電荷が瞬間的に流出し、電流信号Ｊ１に負のパルス波Ｊ１ｂが生じる。このとき、Ｊ１＋Ｊ２＝０を満たすため帰還電流Ｊ２において正のパルス波Ｊ２ｂが生じる。そして、正のパルス波Ｊ２ｂが生じた結果、増幅器１２３ａから出力される電圧信号（容量微分信号）Ｖｏｕｔ（ｔ）は、正側に飽和する（波形ＰＢ）。この飽和波形ＰＢは、パルス波Ｊ１ｂの高さに応じた或る期間にわたって続き、時刻ｔ１’に収束する。なお、電圧信号Ｖｏｕｔ（ｔ）が正側に飽和すると、増幅器１２３ａの反転入力端子が仮想接地を維持できなくなり、帰還電流Ｊ２を増大させるために増幅器１２３ａの反転入力端子電圧Ｖａが瞬間的に下降する（波形Ｖａｂ）。
【0122】
上記の動作は、前述した式（２）においても説明される。すなわち、式（２）は、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の時間微分値ｄＶｉｎ（ｔ）／ｄｔを含む。ｄＶｉｎ（ｔ）／ｄｔは、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）が一定である限りにおいて無視できるが、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）が立ち上がり及び立ち下がりにおいては無視できず、むしろ過大な影響を容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）に及ぼす。例えば、容量Ｃaが１０ｐＦ、ｄＶｉｎ（ｔ）が１００Ｖ、立ち上がり（又は立ち下がり）時間ｄｔが１００ｎｓである場合、式（２）の右辺第２項は
と計算できる。帰還抵抗１２３ｂの抵抗値Ｒfが例えば前述した１ＭΩである場合、増幅器１２３ａの出力電圧Ｖｏｕｔ（ｔ）は計算上１０００Ｖとなり、出力電圧Ｖｏｕｔ（ｔ）が飽和することは容易に理解できる。
【数10】
と計算できる。帰還抵抗１２３ｂの抵抗値Ｒfが例えば前述した１ＭΩである場合、増幅器１２３ａの出力電圧Ｖｏｕｔ（ｔ）は計算上１０００Ｖとなり、出力電圧Ｖｏｕｔ（ｔ）が飽和することは容易に理解できる。
【0123】
したがって、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間、及び時刻ｔ０’から時刻ｔ１’までの期間においては、可動ミラー５の移動に起因して固定櫛歯電極１６，１８と可動櫛歯電極１７，１９との間の容量Ｃaが変化しても、その変化が容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）に現れず、その変化を検知することはできない。
【0124】
なお、図３６は、図３２に示した比較例の回路において、演算回路２０４から出力される信号Ｓｂを実測した例を示すグラフである。なお、同図において、グラフＧ３は駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）を示し、グラフＧ４は信号Ｓｂを示す。図３６の部分Ｅを参照すると、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の立ち上がり及び立ち下がりのタイミングにおいて、信号Ｓｂが振り切れて飽和していることがわかる。このように、図３２に示した比較例の方式においても、上記と同様の課題が生じる。
【0125】
上記の課題に対し、本変形例では、クランプ回路１２５が設けられている。図１６は、本変形例において容量Ｃaが変化しない場合の、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）、電流信号Ｊ１、増幅器１２３ａの反転入力端子電圧Ｖａ、電流Ｊ３及びＪ４、帰還電流Ｊ２、及び容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）の時間波形を示す図である。同図においても、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）は時刻ｔ０において立ち上がり、時刻ｔ０’において立ち下がるものとする。また、比較のため、図１５に示された時間波形を破線で示している。
【0126】
時刻ｔ０において駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）が立ち上がると、固定櫛歯電極１６，１８と可動櫛歯電極１７，１９との間の容量に電荷が瞬間的に流入し、電流信号Ｊ１に正のパルス波Ｊ１ａが生じる。このとき、ダイオード１２５ａがオンして電流Ｊ３が流れるので、パルス波Ｊ１ａの高さが抑制される。故に、Ｊ１＋Ｊ２＝０を満たすため帰還電流Ｊ２において生じる負のパルス波Ｊ２ａもまた、その高さが抑制される。したがって、容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）の負側への飽和波形ＰＡは短時間で収束する。
【0127】
また、時刻ｔ０’において駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）が立ち下がると、固定櫛歯電極１６，１８と可動櫛歯電極１７，１９との間の容量に蓄えられていた電荷が瞬間的に流出し、電流信号Ｊ１に負のパルス波Ｊ１ｂが生じる。このとき、ダイオード１２５ｂがオンして電流Ｊ４が流れるので、パルス波Ｊ１ｂの高さが抑制される。故に、Ｊ１＋Ｊ２＝０を満たすため帰還電流Ｊ２において生じる正のパルス波Ｊ２ｂもまた、その高さが抑制される。したがって、容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）の正側への飽和波形ＰＢもまた、短時間で収束する。
【0128】
このように、本変形例によれば、クランプ回路１２５を設けることによって、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の立ち上がりＰＵ及び立ち下がりＰＤに起因する容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）の変動期間を短縮することができる。故に、所定の閾値への容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）の到達タイミングの検出が、該変動により阻害されることを抑制できる。
【0129】
なお、図１７の（ａ）部は本変形例のクランプ回路１２５を示す回路図であり、図１７の（ｂ）部はオペアンプに設けられる一般的な保護回路１２６を示す回路図である。図１７の（ａ）部に示すように、本変形例のクランプ回路１２５では、互いに向きが異なるダイオード１２５ａ，１２５ｂが互いに並列に、ノードＮ２と基準電位線ＧＮＤとの間に接続されている。これに対し、図１７の（ｂ）部に示すように、一般的な保護回路１２６では、一方のダイオード１２６ａのアノードがノードＮ２に接続され、カソードが正の定電位線Ｖ＋に接続されている。また、他方のダイオード１２６ｂのアノードが負の定電位線Ｖ－に接続され、カソードがノードＮ２に接続されている。言い換えると、定電位線Ｖ－と定電位線Ｖ＋との間にダイオード１２６ａ，１２６ｂが同方向でもって直列に接続され、ダイオード１２６ａとダイオード１２６ｂとの間のノードＮ２が増幅器１２３ａの反転入力端子に接続されている。したがって、本変形例のクランプ回路１２５の構成は、オペアンプに設けられる一般的な保護回路１２６の構成とは全く異なる。
【0130】
（第２変形例）
図１８は、上記実施形態の第２変形例に係る電流電圧変換回路１２３Ｂの構成を示す回路図である。同図に示すように、この電流電圧変換回路１２３Ｂは、増幅器１２３ａ、帰還抵抗１２３ｂ、及びキャパシタ１２３ｅを含んで構成されている。これらの構成は、前述した第１変形例と同様なので、説明を省略する。
図１８は、上記実施形態の第２変形例に係る電流電圧変換回路１２３Ｂの構成を示す回路図である。同図に示すように、この電流電圧変換回路１２３Ｂは、増幅器１２３ａ、帰還抵抗１２３ｂ、及びキャパシタ１２３ｅを含んで構成されている。これらの構成は、前述した第１変形例と同様なので、説明を省略する。
【0131】
電流電圧変換回路１２３Ｂは、更に、ソフトリミッタ回路１２７及び１２８を含む。ソフトリミッタ回路１２７及び１２８は、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の立ち上がりＰＵ及び立ち下がりＰＤに起因する容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）の変動期間を短縮するために設けられる。この例では、ソフトリミッタ回路１２７は、スイッチングダイオード（以下、単にダイオードという）１２７ａと、抵抗１２７ｂ，１２７ｃとを有する。ダイオード１２７ａ及び抵抗１２７ｂは、ノードＮ２と増幅器１２３ａの出力端子との間において互いに直列に接続されている。より詳細には、ダイオード１２７ａのアノードはノードＮ２に接続され、ダイオード１２７ａのカソードは抵抗１２７ｂを介して増幅器１２３ａの出力端子に接続されている。そして、ダイオード１２７ａと抵抗１２７ｂとの間のノードＮ３は、抵抗１２７ｃを介して正の定電位線Ｖ＋と接続されている。
【0132】
また、ソフトリミッタ回路１２８は、スイッチングダイオード（以下、単にダイオードという）１２８ａと、抵抗１２８ｂ，１２８ｃとを有する。ダイオード１２８ａ及び抵抗１２８ｂは、ノードＮ２と増幅器１２３ａの出力端子との間において互いに直列に接続されている。より詳細には、ダイオード１２８ａのアノードは抵抗１２８ｂを介して増幅器１２３ａの出力端子に接続され、ダイオード１２８ａのカソードはノードＮ２に接続されている。そして、ダイオード１２８ａと抵抗１２８ｂとの間のノードＮ４は、抵抗１２８ｃを介して負の定電位線Ｖ－と接続されている。
【0133】
図１９、図２０及び図２１は、本変形例の動作を説明する図である。これらの図の（ａ）部は、図１８に示された電流電圧変換回路１２３Ｂを簡略化して示している。これらの図の（ｂ）部は、電流信号Ｊ１と容量微分信号Ｖｏｕｔとの相関を示すグラフである。図１９の（ｂ）部に示す領域Ｆ１は、電流信号Ｊ１と容量微分信号Ｖｏｕｔとがともにゼロである点（すなわち原点）を中心とする領域であって、電流信号Ｊ１と容量微分信号Ｖｏｕｔとは比例関係を有する。この比例関係の比例係数は、帰還抵抗１２３ｂの抵抗値Ｒｆにより定まる。この領域Ｆ１においては、図１９の（ａ）部に示すように、ノードＮ１に向けて電流信号Ｊ１及び帰還電流Ｊ２が流入し、互いに相殺する。この領域Ｆ１では、ソフトリミッタ回路１２７及び１２８は動作しない。
【0134】
これに対し、図２０の（ｂ）部に示す領域Ｆ２は、容量微分信号Ｖｏｕｔが或る電圧ＶL+を超えた領域であって、電流信号Ｊ１と容量微分信号Ｖｏｕｔとは比例関係を有する。この領域Ｆ２では、容量微分信号Ｖｏｕｔが或る電圧ＶL+を超えることによってダイオード１２８ａがオンし、ダイオード１２８ａ及び抵抗１２８ｂを介して帰還電流Ｊ５が流れる。このとき、抵抗１２８ｂの抵抗値Ｒgが帰還抵抗１２３ｂの抵抗値Ｒfよりも十分に小さいと、帰還電流Ｊ２を無視できる程度に帰還電流Ｊ５が大きくなり、電流信号Ｊ１と容量微分信号Ｖｏｕｔとの比例係数は抵抗１２８ｂの抵抗値Ｒgにより定まる。故に、領域Ｆ２における比例係数は、領域Ｆ１における比例係数よりも小さくなり、傾斜が緩和される。
【0135】
同様に、図２１の（ｂ）部に示す領域Ｆ３は、容量微分信号Ｖｏｕｔが或る電圧ＶL-を下回った領域であって、電流信号Ｊ１と容量微分信号Ｖｏｕｔとは比例関係を有する。この領域Ｆ３では、容量微分信号Ｖｏｕｔが或る電圧ＶL-を下回ることによってダイオード１２７ａがオンし、抵抗１２７ｂ及びダイオード１２７ａを介して帰還電流Ｊ６が流れる。このとき、抵抗１２７ｂの抵抗値Ｒhが帰還抵抗１２３ｂの抵抗値Ｒfよりも十分に小さいと、帰還電流Ｊ２を無視できる程度に帰還電流Ｊ６が大きくなり、電流信号Ｊ１と容量微分信号Ｖｏｕｔとの比例係数は抵抗１２７ｂの抵抗値Ｒhにより定まる。故に、領域Ｆ３における比例係数は、領域Ｆ１における比例係数よりも小さくなり、傾斜が緩和される。なお、抵抗１２７ｂの抵抗値Ｒhは、抵抗１２８ｂの抵抗値Ｒgと等しくてもよい。その場合、領域Ｆ３における比例係数は、領域Ｆ２における比例係数と等しくなる。
【0136】
なお、電圧ＶL+及び電圧ＶL-は下記の式（１１）及び（１２）により定まる。ＶFはダイオード１２７ａ、１２８ａの順方向電圧である。また、Ｒiは抵抗１２８ｃの抵抗値であり、Ｒjは抵抗１２７ｃの抵抗値である。
【数11】
【数12】
【0137】
本変形例においても、第１変形例と同様の作用によって、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）が立ち上がる際の容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）の飽和波形ＰＡ（図１６参照）、及び、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）が立ち下がる際の容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）の飽和波形ＰＢ（図１６参照）は、短時間で収束する。したがって、本変形例によれば、ソフトリミッタ回路１２７及び１２８を設けることによって、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の立ち上がりＰＵ及び立ち下がりＰＤに起因する容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）の変動期間を短縮することができる。故に、所定の閾値への容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）の到達タイミングの検出が、該変動により阻害されることを抑制できる。なお、電流電圧変換回路は、本変形例のソフトリミッタ回路１２７及び１２８と、第１変形例のクランプ回路１２５とを併せて備えてもよい。
【0138】
図２２は、第１変形例及び第２変形例のシミュレーション結果に関するグラフである。図２２の（ａ）部は、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の時間変化を示す。（ａ）部において、縦軸は電圧（単位：Ｖ）を表し、横軸は時間（単位：ミリ秒）を表す。また、図２２の（ｂ）部は、容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）の時間変化を示す。（ｂ）部において、縦軸は電圧（単位：Ｖ）を表し、横軸は時間（単位：ミリ秒）を表す。また、（ｂ）部において、グラフＧ５はクランプ回路及びソフトリミッタ回路のいずれも設けられない場合を示し、グラフＧ６はクランプ回路１２５が設けられた場合を示し、グラフＧ７はソフトリミッタ回路１２７及び１２８が設けられた場合を示し、グラフＧ８はクランプ回路１２５並びにソフトリミッタ回路１２７及び１２８が設けられた場合を示す。これらのグラフＧ５～Ｇ８から明らかなように、クランプ回路１２５とソフトリミッタ回路１２７，１２８とのうち少なくとも一方を設けることによって、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の立ち上がりＰＵ及び立ち下がりＰＤに起因する容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）の変動期間を短縮することができる。特に、ソフトリミッタ回路１２７，１２８を設けた場合にその効果が顕著である。
【0139】
（第３変形例）
図２３は、上記実施形態の第３変形例に係る駆動部１２Ａの構成を示すブロック図である。本変形例の駆動部１２Ａは、上記実施形態の駆動部１２（図５を参照）の構成に加えて、変位量検出部１２９を更に有する。変位量検出部１２９は、積分回路１２９ａ及び増幅器１２９ｂを含んで構成される。積分回路１２９ａは、電流電圧変換回路（ＴＩＡ）１２３の出力端に接続され、電流電圧変換回路１２３から容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）を受ける。そして、積分回路１２９ａは、容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）の時間積分を行う。
図２３は、上記実施形態の第３変形例に係る駆動部１２Ａの構成を示すブロック図である。本変形例の駆動部１２Ａは、上記実施形態の駆動部１２（図５を参照）の構成に加えて、変位量検出部１２９を更に有する。変位量検出部１２９は、積分回路１２９ａ及び増幅器１２９ｂを含んで構成される。積分回路１２９ａは、電流電圧変換回路（ＴＩＡ）１２３の出力端に接続され、電流電圧変換回路１２３から容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）を受ける。そして、積分回路１２９ａは、容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）の時間積分を行う。
【0140】
図２４は、本変形例における各信号の時間変化を示すグラフである。同図には、上から順に、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）、可動ミラー５の変位量Ｚ（ｔ）、容量Ｃa（ｔ）、出力電圧Ｖｏｕｔ（ｔ）、及び積分回路１２９ａからの出力電圧波形Ｖｏｕｔ２（ｔ）を示す。なお、各グラフの縦軸は電圧又は容量を表し、各グラフの横軸は時間を表す。なお、積分回路１２９ａは、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）がＶLである期間内においてリセットされる。
【0141】
ここで、下記の式（１３）が成り立つ。したがって、ΔＣａに相当する値を得るためには、積分結果をＶHで除算するとよい。増幅器１２９ｂはそのために設けられ、積分回路１２９ａからの出力信号を（１／ＶH）倍のゲインで増幅する。
【数13】
【0142】
本変形例のように、容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）の時間積分を行うことにより、或る期間における可動ミラー５の変位量を容易に検出することができる。なお、本変形例の変位量検出部１２９を、第１変形例又は第２変形例に設けてもよい。
【0143】
（第４変形例）
上記実施形態では、固定櫛歯電極１６（１８）と可動櫛歯電極１７（１９）との間に駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）を印加し、固定櫛歯電極１６（１８）または可動櫛歯電極１７（１９）から出力される電流信号Ｊ１に基づいて、容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）が所定の閾値に到達するタイミングを検出している。本発明はこのような形態に限られず、固定櫛歯電極１６（１８）の一部と可動櫛歯電極１７（１９）の一部との間に駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）を印加しつつ、固定櫛歯電極１６（１８）の残部と可動櫛歯電極１７（１９）の残部との間にタイミング検出用の電圧を印加し、いずれかの残部から出力される電流信号Ｊ１に基づいて、容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）が所定の閾値に到達するタイミングを検出してもよい。
上記実施形態では、固定櫛歯電極１６（１８）と可動櫛歯電極１７（１９）との間に駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）を印加し、固定櫛歯電極１６（１８）または可動櫛歯電極１７（１９）から出力される電流信号Ｊ１に基づいて、容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）が所定の閾値に到達するタイミングを検出している。本発明はこのような形態に限られず、固定櫛歯電極１６（１８）の一部と可動櫛歯電極１７（１９）の一部との間に駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）を印加しつつ、固定櫛歯電極１６（１８）の残部と可動櫛歯電極１７（１９）の残部との間にタイミング検出用の電圧を印加し、いずれかの残部から出力される電流信号Ｊ１に基づいて、容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）が所定の閾値に到達するタイミングを検出してもよい。
【0144】
例えば、図４に示された構成において、第１電極支持部１３８ａ（１４８ａ）を第２電極支持部１３８ｂ（１４８ｂ）及び第３電極支持部１３８ｃ（１４８ｃ）から電気的に分離するとともに、第１電極支持部１３８ａ（１４８ａ）と対向する固定櫛歯電極１６（１８）の部分１６Ａ（１８Ａ）を、第２電極支持部１３８ｂ（１４８ｂ）及び第３電極支持部１３８ｃ（１４８ｃ）とそれぞれ対向する固定櫛歯電極１６（１８）の部分１６Ｂ（１８Ｂ）から電気的に分離する。そして、第２電極支持部１３８ｂ（１４８ｂ）及び第３電極支持部１３８ｃ（１４８ｃ）と固定櫛歯電極１６Ｂ（１８Ｂ）との間に駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）を印加し、可動ミラー５を駆動する。一方、第１電極支持部１３８ａ（１４８ａ）又は固定櫛歯電極１６Ａ（１８Ａ）に対して電流電圧変換回路１２３及びコンパレータ１２４を接続するとともに、第１電極支持部１３８ａ（１４８ａ）と固定櫛歯電極１６Ａ（１８Ａ）との間にタイミング検出用の電圧を印加する。そして、第１電極支持部１３８ａ（１４８ａ）又は固定櫛歯電極１６Ａ（１８Ａ）から出力される電流信号Ｊ１に基づいて、容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）が所定の閾値に到達するタイミングを検出する。
【0145】
すなわち、本変形例のミラーデバイスは、ベース１１（基部）、及びベース１１に対して弾性的に変位可能に支持された可動ミラー５（可動部）と、複数の第１櫛歯（第２電極支持部１３８ｂ（１４８ｂ）及び第３電極支持部１３８ｃ（１４８ｃ）と対向する複数の櫛歯１６ａ（１８ａ））を含み、ベース１１に設けられた第１固定櫛歯電極１６Ｂ（１８Ｂ）と、複数の第１櫛歯と交互に配置された複数の第２櫛歯（第２電極支持部１３８ｂ（１４８ｂ）及び第３電極支持部１３８ｃ（１４８ｃ）から延びる複数の櫛歯１７ａ（１９ａ））を含み、第１固定櫛歯電極１６Ｂ（１８Ｂ）との間に生じる静電気力によって可動ミラー５を駆動する第１可動櫛歯電極１７Ｂ（１９Ｂ）と、を備える。更に、本変形例のミラーデバイスは、複数の第３櫛歯（第１電極支持部１３８ａ（１４８ａ）と対向する複数の櫛歯１６ａ（１８ａ））を含み、ベース１１に設けられた第２固定櫛歯電極１６Ａ（１８Ａ）と、複数の第３櫛歯と交互に配置された複数の第４櫛歯（第１電極支持部１３８ａ（１４８ａ）から延びる複数の櫛歯１７ａ（１９ａ））を含む第２可動櫛歯電極１７Ａ（１９Ａ）と、を備える。そして、アクチュエータ駆動回路１２１は、立ち上がりＰＵと立ち下がりＰＤとを周期的に繰り返す時間波形を有する駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）を、第１固定櫛歯電極１６Ｂ（１８Ｂ）と第１可動櫛歯電極１７Ｂ（１９Ｂ）との間に印加する。
【0146】
ここで、図２５は、本変形例のミラーデバイスが備えるタイミング検出回路１２２Ａの構成を概略的に示す図である。タイミング検出回路１２２Ａは、電圧生成回路１３０と、電流電圧変換回路１２３と、コンパレータ１２４とを含んで構成されている。電圧生成回路１３０は、０Ｖを除く定電圧ＶHとなる期間を含むタイミング検出用電圧を、可変容量として示される第２固定櫛歯電極１６Ａ（１８Ａ）と第２可動櫛歯電極１７Ａ（１９Ａ）との間に印加する。電流電圧変換回路１２３は、第２固定櫛歯電極１６Ａ（１８Ａ）と第２可動櫛歯電極１７Ａ（１９Ａ）との間の容量Ｃaの変化に起因して当該期間内に第２固定櫛歯電極１６Ａ（１８Ａ）又は第２可動櫛歯電極１７Ａ（１９Ａ）から出力される電流信号Ｊ１を電圧信号に変換することにより、容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）を生成する。コンパレータ１２４は、容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）が所定の閾値に到達するタイミングを検出する。なお、電流電圧変換回路１２３及びコンパレータ１２４の詳細な構成は、上記実施形態と同様である。アクチュエータ駆動回路１２１は、タイミング検出回路１２２Ａにおいて検出されたタイミングと立ち下がりＰＤのタイミングとの関係が一定になるように、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）を生成する。駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）は、可変容量として示される第１固定櫛歯電極１６Ｂ（１８Ｂ）と第１可動櫛歯電極１７Ｂ（１９Ｂ）との間に印加される。なお、第１固定櫛歯電極１６Ｂ（１８Ｂ）及び第１可動櫛歯電極１７Ｂ（１９Ｂ）のうちアクチュエータ駆動回路１２１に接続された側とは反対側の櫛歯電極は、定電位配線１５１と電気的に接続されるか、またはフローティング電位とされる。
【0147】
本変形例では、立ち上がりＰＵと立ち下がりＰＤとを周期的に繰り返す時間波形を有する駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）を第１固定櫛歯電極１６Ｂ（１８Ｂ）と第１可動櫛歯電極１７Ｂ（１９Ｂ）との間に印加する。したがって、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の周波数を可動ミラー５の共振周波数に近づけることにより、可動ミラー５の振幅を最大振幅に近づけることができる。その際、第２可動櫛歯電極１７Ａ（１９Ａ）もまた可動ミラー５と共に変位するので、第２固定櫛歯電極１６Ａ（１８Ａ）と第２可動櫛歯電極１７Ａ（１９Ａ）との間の容量Ｃaの変化に起因して、第２固定櫛歯電極１６Ａ（１８Ａ）又は第２可動櫛歯電極１７Ａ（１９Ａ）から電流信号Ｊ１が出力される。０Ｖを除く定電圧ＶHとなる期間を含むタイミング検出用電圧を第２固定櫛歯電極１６Ａ（１８Ａ）と第２可動櫛歯電極１７Ａ（１９Ａ）との間に印加すると、当該期間内における電流信号Ｊ１は、第２固定櫛歯電極１６Ａ（１８Ａ）と第２可動櫛歯電極１７Ａ（１９Ａ）との間の容量Ｃaの微分値を示す。例えば、可動ミラー５が振幅の中心を通過するとき、この電流信号Ｊ１の電流値は瞬間的にゼロとなる。
【0148】
本変形例では、０Ｖを除く定電圧ＶHとなる期間を含むタイミング検出用電圧を第２固定櫛歯電極１６Ａ（１８Ａ）と第２可動櫛歯電極１７Ａ（１９Ａ）との間に印加する。そして、当該期間内に第２固定櫛歯電極１６Ａ（１８Ａ）又は第２可動櫛歯電極１７Ａ（１９Ａ）から出力される電流信号Ｊ１を電圧信号に変換して、容量Ｃaの微分値を示す容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）を生成する。更に、この容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）が所定の閾値に到達するタイミングを検出し、該タイミングと立ち下がりＰＤのタイミングとの関係を一定に制御する。これにより、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の立ち下がりＰＤ時の可動ミラー５の位置を一定にすることができるので、可動ミラー５の共振周波数の変動にかかわらず、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の周波数を該共振周波数に近づけることができる。
【0149】
なお、本変形例では、第２電極支持部１３８ｂ（１４８ｂ）及び第３電極支持部１３８ｃ（１４８ｃ）から延びる複数の櫛歯１７ａ（１９ａ）に駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）を印加し、第１電極支持部１３８ａ（１４８ａ）から延びる複数の櫛歯１７ａ（１９ａ）にタイミング検出用電圧を印加している。図４に示すように、第１電極支持部１３８ａ（１４８ａ）と可動ミラー５との距離は、第２電極支持部１３８ｂ（１４８ｂ）及び第３電極支持部１３８ｃ（１４８ｃ）と可動ミラー５との距離よりも短い。このように、タイミング検出用電圧を印加する第２可動櫛歯電極１７Ａ（１９Ａ）と可動ミラー５との距離は、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）を印加する第１可動櫛歯電極１７Ｂ（１９Ｂ）と可動ミラー５との距離よりも短くてもよい。この場合、第２可動櫛歯電極１７Ａ（１９Ａ）の振幅をより大きくし、また第２可動櫛歯電極１７Ａ（１９Ａ）をより速く移動させることができ、所定の閾値への容量微分信号Ｖｏｕｔ（ｔ）の到達タイミングの検出精度を高めることができる。
【0150】
また、上記実施形態のように、全ての櫛歯電極に駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）を印加する（言い換えると、駆動用の櫛歯電極とタイミング検出用の櫛歯電極とを共通にする）場合、本変形例と比較して、静電引力をより大きくし、駆動力をより高めることができる。
【0151】
また、本変形例では、上述したように、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）を印加する固定櫛歯電極１６Ｂ（１８Ｂ）及び可動櫛歯電極１７Ｂ（１９Ｂ）とは別の固定櫛歯電極１６Ａ（１８Ａ）及び可動櫛歯電極１７Ａ（１９Ａ）に対して、タイミング検出用の電圧を印加する。したがって、タイミング検出用の電圧は立ち上がり及び立ち下がりを周期的に繰り返す必要はなく、例えば定電圧ＶHを連続的に維持してもよい。
【0152】
（第２実施形態）
図２６は、第２実施形態としてＭＥＭＳアクチュエータ１Ｂの構成を示すブロック図である。ＭＥＭＳアクチュエータ１Ｂは、上記実施形態のミラーデバイス７とは異なり、厚さ方向すなわちＺ方向に対して交差（例えば直交）する方向（本実施形態ではＹ方向）に振動するスライド方式の可動部を有する。具体的には、本実施形態のＭＥＭＳアクチュエータ１Ｂは、基板８０（本実施形態における基部）の上に配置された固定櫛歯電極８１と可動櫛歯電極８２とを備える。本実施形態において、固定櫛歯電極８１は、基板８０の上に固定されている第１の固定櫛歯電極８３と第２の固定櫛歯電極８４とを含む。第１の固定櫛歯電極８３は、複数の第１櫛歯８３ａを含む。複数の第１櫛歯８３ａは、Ｙ方向を長手方向とする細長形状を有し、Ｘ方向に並んで配置されている。第２の固定櫛歯電極８４は、複数の第１櫛歯８４ａを含む。複数の第１櫛歯８４ａは、Ｙ方向を長手方向とする細長形状を有し、Ｘ方向に並んで配置されている。第１の固定櫛歯電極８３と第２の固定櫛歯電極８４とは、可動櫛歯電極８２を支持する梁９１（本実施形態における可動部）を挟んでＹ方向に対向して配置されている。複数の第１櫛歯８３ａ及び複数の第１櫛歯８４ａは、それぞれ梁９１に向かって伸びている。
図２６は、第２実施形態としてＭＥＭＳアクチュエータ１Ｂの構成を示すブロック図である。ＭＥＭＳアクチュエータ１Ｂは、上記実施形態のミラーデバイス７とは異なり、厚さ方向すなわちＺ方向に対して交差（例えば直交）する方向（本実施形態ではＹ方向）に振動するスライド方式の可動部を有する。具体的には、本実施形態のＭＥＭＳアクチュエータ１Ｂは、基板８０（本実施形態における基部）の上に配置された固定櫛歯電極８１と可動櫛歯電極８２とを備える。本実施形態において、固定櫛歯電極８１は、基板８０の上に固定されている第１の固定櫛歯電極８３と第２の固定櫛歯電極８４とを含む。第１の固定櫛歯電極８３は、複数の第１櫛歯８３ａを含む。複数の第１櫛歯８３ａは、Ｙ方向を長手方向とする細長形状を有し、Ｘ方向に並んで配置されている。第２の固定櫛歯電極８４は、複数の第１櫛歯８４ａを含む。複数の第１櫛歯８４ａは、Ｙ方向を長手方向とする細長形状を有し、Ｘ方向に並んで配置されている。第１の固定櫛歯電極８３と第２の固定櫛歯電極８４とは、可動櫛歯電極８２を支持する梁９１（本実施形態における可動部）を挟んでＹ方向に対向して配置されている。複数の第１櫛歯８３ａ及び複数の第１櫛歯８４ａは、それぞれ梁９１に向かって伸びている。
【0153】
可動櫛歯電極８２は、弾性を有する梁９１によって支持され、基板８０との間に空隙を隔てており、基板８０に対して相対的にＹ方向に変位可能とされている。本実施形態では、梁９１は可動櫛歯電極８２と一体的に形成されている。そして、梁９１の一端部である固定部９２、及び梁９１の他端部である固定部９３は、それぞれ基板８０に固定されている。これにより、可動櫛歯電極８２は両持ち梁構造を有する。
【0154】
可動櫛歯電極８２は、複数の第２櫛歯８２ａ及び複数の第２櫛歯８２ｂを含む。複数の第２櫛歯８２ａは、Ｙ方向を長手方向とする細長形状を有し、Ｘ方向に並んで配置されている。同様に、複数の第２櫛歯８２ｂは、Ｙ方向を長手方向とする細長形状を有し、Ｘ方向に並んで配置されている。複数の第２櫛歯８２ａは、梁９１に対して第１の固定櫛歯電極８３側に配置され、梁９１から第１の固定櫛歯電極８３に向けて伸びている。複数の第２櫛歯８２ｂは、梁９１に対して第２の固定櫛歯電極８４側に配置され、梁９１から第２の固定櫛歯電極８４に向けて伸びている。可動櫛歯電極８２は、固定櫛歯電極８１との間に生じる静電気力によって梁９１を駆動する。
【0155】
第１の固定櫛歯電極８３と可動櫛歯電極８２との間には、梁９１の共振周波数と一致する周波数を有する駆動電圧が印加される。また、第２の固定櫛歯電極８４と可動櫛歯電極８２との間には、該駆動電圧とは逆相の駆動電圧が印加される。すなわち、第１の固定櫛歯電極８３と可動櫛歯電極８２との間に印加される駆動電圧と、第２の固定櫛歯電極８４と可動櫛歯電極８２との間に印加される駆動電圧とは、互いに相補的な関係を有する。これらの駆動電圧が固定櫛歯電極８３，８４と可動櫛歯電極８２との間に印加されると、静電引力によって梁９１はＹ方向において振動する。図２７は、梁９１が一方の振動端に位置するときの梁９１の変形状態を模式的に示す図である。
【0156】
本実施形態のＭＥＭＳアクチュエータ１Ｂは、図５に示されたアクチュエータ駆動回路１２１、電流電圧変換回路１２３及びコンパレータ１２４を固定櫛歯電極８３，８４毎に個別に備える。或いは、本実施形態のＭＥＭＳアクチュエータ１Ｂは、電流電圧変換回路１２３に代えて、第１変形例に係る電流電圧変換回路１２３Ａ、第２変形例に係る電流電圧変換回路１２３Ｂ、若しくはその両方を備えてもよい。また、本実施形態のＭＥＭＳアクチュエータ１Ｂは、第３変形例に係る変位量検出部１２９を更に備えてもよい。
【0157】
第１実施形態では可動部（可動ミラー５）が櫛歯電極の厚さ方向に振動する構成を例示したが、本実施形態のように、可動部（梁９１）が櫛歯電極の長手方向に振動してもよい。その場合であっても、第１実施形態と同様に、可動部の共振周波数の変動にかかわらず、駆動電圧Ｖｉｎ（ｔ）の周波数を該共振周波数に近づけることができる。
【0158】
図２８の（ａ）部は、第１の固定櫛歯電極８３と可動櫛歯電極８２との間に生じる容量Ｃ１、及び第２の固定櫛歯電極８４と可動櫛歯電極８２との間に生じる容量Ｃ２を模式的に示す図である。図中の矢印は、可動櫛歯電極８２の移動方向（Ｙ方向）を表す。可動櫛歯電極８２は、第１の固定櫛歯電極８３及び第２の固定櫛歯電極８４に対して、Ｘ方向における間隔ΔＸを一定に維持しつつ、Ｙ方向に振動する。従って、容量Ｃ１が増大すると容量Ｃ２が減少し、容量Ｃ１が減少すると容量Ｃ２が増大する。
【0159】
図２８の（ｂ）部は、容量Ｃ１，Ｃ２に接続される電流電圧変換回路１２３を示す回路図である。本実施形態では、第１の固定櫛歯電極８３及び第２の固定櫛歯電極８４に対して可動櫛歯電極８２が共通で設けられているので、この回路図において、容量Ｃ１，Ｃ２の一方の電極はノードＮ５において短絡している。また、容量Ｃ１，Ｃ２の他方の電極（すなわち第１の固定櫛歯電極８３及び第２の固定櫛歯電極８４）には、それぞれ駆動電圧Ｖｉｎ１（ｔ）およびＶｉｎ２（ｔ）が印加される。駆動電圧Ｖｉｎ１（ｔ）と駆動電圧Ｖｉｎ２（ｔ）とは、互いに相補的である。すなわち、駆動電圧Ｖｉｎ１（ｔ）の電圧値がＶHのとき駆動電圧Ｖｉｎ２（ｔ）の電圧値はＶLとなり、駆動電圧Ｖｉｎ１（ｔ）の電圧値がＶLのとき駆動電圧Ｖｉｎ２（ｔ）の電圧値はＶHとなる。
【0160】
図２９は、一実施例における各信号の時間変化を示すグラフである。同図には、上から順に、駆動電圧Ｖｉｎ１（ｔ）、駆動電圧Ｖｉｎ２（ｔ）、梁９１の変位量Ｙ（ｔ）、容量Ｃ１及びＣ２、並びに出力電圧Ｖｏｕｔ（ｔ）を示す。なお、各グラフの縦軸は電圧又は容量を表し、各グラフの横軸は時間を表す。
【0161】
駆動電圧Ｖｉｎ１（ｔ）及びＶｉｎ２（ｔ）は、一定周期で立ち上がりＰＵ及び立ち下がりＰＤを交互に繰り返す時間波形を有する。図２９に示す例では、デューティ比は５０％であり、駆動電圧Ｖｉｎ１（ｔ）の立ち上がりＰＵのタイミングと駆動電圧Ｖｉｎ２（ｔ）の立ち下がりＰＤのタイミングとは互いに一致しており、駆動電圧Ｖｉｎ１（ｔ）の立ち下がりＰＤのタイミングと駆動電圧Ｖｉｎ２（ｔ）の立ち上がりＰＵのタイミングとは互いに一致している。そして、駆動電圧Ｖｉｎ１（ｔ）の立ち上がりＰＵ及び駆動電圧Ｖｉｎ２（ｔ）の立ち下がりＰＤのタイミングは、梁９１の変位量Ｙ（ｔ）が第１の固定櫛歯電極８３から最も遠い極小点ＹＢとなるタイミングと一致するようにアクチュエータ駆動回路１２１によって制御されている。また、駆動電圧Ｖｉｎ１（ｔ）の立ち下がりＰＤ及び駆動電圧Ｖｉｎ２（ｔ）の立ち上がりＰＵのタイミングは、梁９１の変位量Ｙ（ｔ）が第２の固定櫛歯電極８４から最も遠い極大点ＹＡとなるタイミングと一致するように、アクチュエータ駆動回路１２１によって制御されている。
【0162】
固定櫛歯電極８３，８４と可動櫛歯電極８２との間の容量Ｃ１（ｔ），Ｃ２（ｔ）は、梁９１の変位量Ｙ（ｔ）に応じて変化する。容量Ｃ１（ｔ）は、変位量Ｙ（ｔ）が極大点ＹＡとなるタイミングにおいて極大となり、変位量Ｙ（ｔ）が極小点ＹＢとなるタイミングにおいて極小となる。また、容量Ｃ２（ｔ）は、変位量Ｙ（ｔ）が極大点ＹＡとなるタイミングにおいて極小となり、変位量Ｙ（ｔ）が極小点ＹＢとなるタイミングにおいて極大となる。そして、電流電圧変換回路１２３からの出力電圧Ｖｏｕｔ（ｔ）は、駆動電圧Ｖｉｎ１（ｔ）が０を除く一定値ＶHである期間においては、容量Ｃ１（ｔ）の時間微分を示す値（実線部分）を有し、駆動電圧Ｖｉｎ２（ｔ）が０を除く一定値ＶHである期間においては、容量Ｃ２（ｔ）の時間微分を示す値（破線部分）を有する。
【0163】
コンパレータ１２４は、出力電圧Ｖｏｕｔ（ｔ）と所定の閾値（この例では０Ｖ）とを比較し、出力電圧Ｖｏｕｔ（ｔ）が閾値に到達したタイミングで立ち上がるパルスを含む出力電圧波形を、各アクチュエータ駆動回路１２１に提供する。各アクチュエータ駆動回路１２１は、このパルスの立ち上がりタイミングを利用して、駆動電圧Ｖｉｎ１（ｔ），Ｖｉｎ２（ｔ）の立ち下がりＰＤのタイミング制御を行う。すなわち、アクチュエータ駆動回路１２１は、駆動電圧Ｖｉｎ１（ｔ），Ｖｉｎ２（ｔ）の立ち下がりＰＤのタイミングを、出力電圧Ｖｏｕｔ（ｔ）が所定の閾値に到達するタイミングと一致させる。なお、図９に示された例のように、アクチュエータ駆動回路１２１は、立ち下がりＰＤのタイミングを、出力電圧Ｖｏｕｔ（ｔ）が所定の閾値に到達するタイミングから一定時間だけ後にずらしてもよい。或いは、図１０に示された例のように、デューティ比を５０％未満（例えば４５％）とし、駆動電圧Ｖｉｎ１（ｔ）及びＶｉｎ２（ｔ）の立ち上がりＰＵのタイミングを、梁９１の変位量Ｙ（ｔ）が極大点ＹＡ又は極小点ＹＢとなるタイミングから僅かに遅れるように、アクチュエータ駆動回路１２１によって制御してもよい。
【0164】
図３０の（ａ）部は、第１実施形態における（ＶH）2と容量Ｃaの変動幅ΔＣとの関係を示すグラフである。図３０の（ｂ）部は、第２実施形態における（ＶH）2と容量Ｃ１，Ｃ２の変動幅ΔＣとの関係を示すグラフである。これらの図において、縦軸は変動幅ΔＣ（単位：Ｆ）を表し、横軸は（ＶH）2（単位：Ｖ2）を表す。図３０の（ｂ）部に示すように、スライド方式の第２実施形態においては、変動幅ΔＣと（ＶH）2との関係は直線Ｌ１にほぼ沿っており、変動幅ΔＣは（ＶH）2にほぼ比例しているといえる。これに対し、上下動方式の第１実施形態においては、変動幅ΔＣと（ＶH）2との関係において、２つの比例係数が存在している。すなわち、（ＶH）2が或る値未満である領域においては変動幅ΔＣと（ＶH）2との関係が直線Ｌ２に沿っており、（ＶH）2が或る値より大きい領域においては変動幅ΔＣと（ＶH）2との関係が直線Ｌ３に沿っている。そして、直線Ｌ２の傾きと直線Ｌ３の傾きとは互いに異なり、直線Ｌ２の傾きが直線Ｌ３の傾きよりも大きい。
【0165】
上下動方式におけるこのような特性は、次の要因によるものと考えられる。図３１は、第１実施形態の固定櫛歯電極１６（１８）と可動櫛歯電極１７（１９）とを模式的に示す図である。いま、図３１の（ａ）部に示すように、可動櫛歯電極１７（１９）が少なくとも一部において固定櫛歯電極１６（１８）と重なり合う範囲内で変位する場合、固定櫛歯電極１６（１８）と可動櫛歯電極１７（１９）との間の容量Ｃaには、オーバーラップ容量Ｃa1と、フリンジ容量Ｃa2とが含まれる。オーバーラップ容量Ｃa1は、固定櫛歯電極１６（１８）と可動櫛歯電極１７（１９）とが互いに重なる部分に生じる容量である。フリンジ容量Ｃa2は、固定櫛歯電極１６（１８）と可動櫛歯電極１７（１９）とが互いに重ならない部分に生じる容量である。この場合、容量Ｃaの変化は、主にオーバーラップ容量Ｃa1の増減によるものである。一方、図３１の（ｂ）部に示すように、可動櫛歯電極１７（１９）が固定櫛歯電極１６（１８）と重なり合わない範囲まで変位する場合、固定櫛歯電極１６（１８）と可動櫛歯電極１７（１９）との間の容量Ｃaには、フリンジ容量Ｃa2のみが含まれる。この場合、容量Ｃaの変化は、主にフリンジ容量Ｃa2の増減によるものである。オーバーラップ容量Ｃa1とフリンジ容量Ｃa2とではその増減の程度が異なるので、図３０の（ａ）部に示された特性が生じると考えられる。
【0166】
本開示によるＭＥＭＳアクチュエータ、ＭＥＭＳアクチュエータの駆動方法、及びＭＥＭＳアクチュエータ制御プログラムは、上述した実施形態に限られるものではなく、他に様々な変形が可能である。例えば、上記各実施形態及び各変形例では、駆動電圧の時間波形として矩形波を例示したが、立ち上がり及び立ち下がりを周期的に繰り返し、且つ０を除く定電圧を含む期間を有する波形であれば、矩形波に限られない。例えば、駆動電圧の時間波形として、立ち上がり及び立ち下がりのうち少なくとも一方が傾斜した台形状の波形を適用してもよい。また、駆動電圧の立ち上がり波形に傾斜部分が含まれる場合、傾斜部分と該立ち上がり後の定電圧部分との間のタイミング、傾斜部分と該立ち上がり前の部分（上記実施形態では０Ｖ）との間のタイミング、及び立ち上がり波形における傾斜部分の途中のタイミングのいずれかを、上述した実施形態における立ち上がりタイミングと見なすことができる。同様に、駆動電圧の立ち下がり波形に傾斜部分が含まれる場合、傾斜部分と該立ち下がり前の定電圧部分との間のタイミング、傾斜部分と該立ち下がり後の部分（上記実施形態では０Ｖ）との間のタイミング、及び立ち下がり波形における傾斜部分の途中のタイミングのいずれかを、上述した実施形態における立ち下がりタイミングと見なすことができる。
【0167】
また、上記各実施形態では上下振動方式及びスライド方式の２方式について本発明を適用したが、ＭＥＭＳアクチュエータの動作方式はこれらに限られず、例えば可動部が回転する方式においても本発明を適用可能である。なお、回転ミラー方式においては、弾性体により構成される回転軸を中心として可動部が回転する。この場合、可動櫛歯電極の振幅を大きくしてタイミング検出精度を高めようとすると、回転軸から離れた位置に可動櫛歯電極を設けることとなる。しかしながら、可動部の共振周波数は慣性モーメントの平方根に反比例し、慣性モーメントは回転軸からの距離の２乗に比例するので、可動櫛歯電極が回転軸から離れるほど可動櫛歯電極の重さが慣性モーメントに影響し、可動部の共振周波数が低下する。可動部の共振周波数が低下すると、回転速度が低下するので、容量の時間変化量すなわち容量微分信号が小さくなり、タイミング検出精度の向上度合いが抑制される。また、可動櫛歯電極の櫛歯数を多くするほど可動櫛歯電極が重くなるので、所望の共振周波数を達成するためには、可動櫛歯電極の櫛歯数を少なく抑えざるを得ず、大きな容量値を得ることが難しいといった問題がある。これに対し、上下振動方式において可動部に可動櫛歯電極を設ける場合、可動部のいずれの位置に可動櫛歯電極を設けても、増加する慣性モーメントは一定であり、共振周波数の低下量も一定である。したがって、可動櫛歯電極を設けることによる共振周波数の低下量は、回転ミラー方式に比べて小さくなる。そのような点から、上下振動方式では、回転ミラー方式に比べて、櫛歯の数を多くすることができ、大きな容量値を得ることができる。したがって、タイミング検出精度が高くなるので、可動部が所定の位置を通過するタイミングと駆動信号の立ち下がりタイミングとを比較的容易に合致させることができる。
【0168】
また、スライド方式では、容量値が最も大きくなるタイミング（容量微分値がゼロであるタイミング）において可動部の速度が最も遅くなる。可動部の速度が遅くなると、容量微分値の時間的変化が小さくなるので、タイミング検出精度が抑制される。これに対し、上下振動方式では、容量値が最も大きくなるタイミング（容量微分値がゼロであるタイミング）において可動部の速度が最も速くなるので、容量微分値の時間的変化も大きくなり、高いタイミング検出精度が得られる。したがって、上下振動方式では、スライド方式に比べて、可動部が所定の位置を通過するタイミングと駆動信号の立ち下がりタイミングとを比較的容易に合致させることができる。
【符号の説明】
【0169】
１Ａ…光学モジュール、１Ｂ…ＭＥＭＳアクチュエータ、２…ミラーユニット、３…パッケージ、５…可動ミラー（可動部）、５ａ…ミラー面、５ｂ…ミラー支持部、６…固定ミラー、６ａ…ミラー面、７…ミラーデバイス、７ａ，７ｂ…光通過部、８…光学機能部材、８ａ…表面、８ｂ…裏面、９…応力緩和基板、１１…ベース（基部）、１１ａ…主面、１１ｂ…裏面、１２，１２Ａ…駆動部、１３…第１弾性支持部、１４…第２弾性支持部、１５…アクチュエータ部、１６，１６Ａ，１６Ｂ，１８，１８Ａ，１８Ｂ…固定櫛歯電極、１６ａ，１８ａ…固定櫛歯（第１櫛歯、第３櫛歯）、１７，１７Ａ，１７Ｂ，１９，１９Ａ，１９Ｂ…可動櫛歯電極、１７ａ，１９ａ…可動櫛歯（第２櫛歯、第４櫛歯）、２０…ＳＯＩ基板、２１…支持層、２２…デバイス層、２３…中間層、３１…支持体、３１ａ…表面、３３…リードピン、３３ａ…一端部、３４…枠体、３４ａ…端面、３４ｂ…段差面、３５…光透過部材、５１…配置部、５１ａ…表面、５２…枠部、５３…連結部、５４…梁部、５４ａ…内側梁部、５４ｂ…外側梁部、５４ｃ…連結梁部、７１，７２…電極パッド、８０…基板（基部）、８１…固定櫛歯電極、８２…可動櫛歯電極、８２ａ，８２ｂ…第２櫛歯、８３，８４…固定櫛歯電極、８３ａ，８４ａ…第１櫛歯、９１…梁（可動部）、９２，９３…固定部、１２１…アクチュエータ駆動回路、１２２，１２２Ａ…タイミング検出回路、１２３，１２３Ａ，１２３Ｂ…電流電圧変換回路（ＴＩＡ）、１２３ａ…増幅器、１２３ｂ…帰還抵抗、１２３ｅ…キャパシタ、１２４…コンパレータ、１２５…クランプ回路、１２５ａ，１２５ｂ…スイッチングダイオード、１２６…保護回路、１２６ａ，１２６ｂ…ダイオード、１２７，１２８…ソフトリミッタ回路、１２７ａ，１２８ａ…スイッチングダイオード、１２７ｂ，１２７ｃ，１２８ｂ，１２８ｃ…抵抗、１２９…変位量検出部、１２９ａ…積分回路、１２９ｂ…増幅器、１３０…電圧生成回路、１３１，１４１…レバー、１３２，１４２…第１リンク部材、１３３，１４３…第２リンク部材、１３４，１４４…中間部材、１３５，１４５…第１トーションバー、１３６，１４６…第２トーションバー、１３７，１４７…非線形性緩和バネ、１３８，１４８…電極支持部、１３８ａ，１４８ａ…第１電極支持部、１３８ｂ，１４８ｂ…第２電極支持部、１３８ｃ，１４８ｃ…第３電極支持部、２０１…正弦波生成回路、２０２…可変容量、２０３…固定容量、２０４…演算回路、２０４ａ…オペアンプ、２０４ｂ…帰還容量、２０５…包絡線検波器、２０６…アンプ、２０７…ローパスフィルタ、２０８…アナログ－ディジタル変換器、２１１…容量、２１２…抵抗、Ｃａ１…オーバーラップ容量、Ｃａ２…フリンジ容量、Ｃ１，Ｃ２…容量、Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３…領域、ＧＮＤ…基準電位線、Ｈ…包絡線、Ｊ１…電流信号、Ｊ１ａ，Ｊ１ｂ…パルス波、Ｊ２…帰還電流、Ｊ２ａ，Ｊ２ｂ…パルス波、Ｊ３，Ｊ４…電流、Ｊ５，Ｊ６…帰還電流、Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…直線、Ｎ１～Ｎ５…ノード、ＰＡ，ＰＢ…飽和波形、ＰＣ…パルス、ＰＤ…立ち下がり、ＰＵ…立ち上がり、Ｒ１，Ｒ２…軸線、Ｒｉ…リップル、Ｓａ…正弦波信号、Ｓｂ，Ｓｃ…信号、Ｔ１～Ｔ４…タイミング、Ｖ＋…正の定電位線、Ｖ－…負の定電位線、ＶＨ…定電圧、Ｖａ…反転入力端子電圧、Ｖｉ…入力信号、Ｖｉｎ，Ｖｉｎ１，Ｖｉｎ２…駆動信号、Ｖｏ…出力信号、Ｖｏｕｔ…容量微分信号、ＹＡ，ＺＡ…極大点、ＹＢ，ＺＢ…極小点、ＺＣ…中点。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
