CN105144682A - 灰尘去除装置、其制造方法和图像拾取设备 - Google Patents

Abstract

在包括在其表面上包含具有大致矩形形状的光学有效区域B和外部区域A的振动板和压电元件的灰尘去除装置中，当位于压电元件沿边O的方向的一个端部中并且从作为光学有效区域B的边N或N′的延伸并且与压电元件相交的线沿边P向内跨越长度b的区域由压电元件的近端区域σ表示、不包含近端区域σ的区域中的压电材料的压电常数的绝对值由d表示且近端区域σ中的压电常数的绝对值由d₀表示时，满足d>d₀的关系。

Description

灰尘去除装置、其制造方法和图像拾取设备

技术领域

本发明涉及灰尘去除装置、灰尘去除装置的制造方法和图像拾取设备。具体而言，本发明涉及用于通过振动去除附着于并入图像拾取设备(诸如数字照相机)中或图像读取设备(诸如扫描仪)中的光学部件的表面上的诸如灰尘的异物的灰尘去除装置、灰尘去除装置的制造方法和包括灰尘去除装置的图像拾取设备。

背景技术

在通过将图像信号转换成电信号来拍摄图像的诸如数字照相机的图像拾取设备中，来自拍摄对象的光束被诸如电荷耦合器件(CCD)传感器或互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器的图像拾取元件接收。从图像拾取元件输出的光电转换之后的信号被转换成图像数据，并且记录于诸如存储卡的记录介质上。在上述的图像拾取设备中，盖玻片(coverglass)、光学低通滤波器、红外吸收滤波器等布置于图像拾取元件的前侧(即，更接近对象的那侧)。

在这种类型的图像拾取设备中，如果诸如灰尘的异物附着于图像拾取元件的盖玻片或滤波器的表面上，那么入射光会被异物拦截，并且，异物会作为黑点捕获于拍摄图像中。在单镜头反射式照相机中，特别地，存在以下的可能性：当布置于图像拾取单元附近的诸如快门和快速返回镜的机械操作部件操作时，会产生灰尘，并且，灰尘会在更换镜头时通过镜头安装开口进入照相机。这些灰尘会附着于图像拾取元件的盖玻片或滤波器的表面上。鉴于以上的情况，提出了分别具有用于去除附着于光学部件的表面上的灰尘的灰尘去除装置的图像拾取设备和图像读取设备，其中，压电元件被设置在图像拾取元件的盖玻片或滤波器上，并且，图像拾取元件的盖玻片或滤波器通过利用压电元件的振动而曲弯以沿其厚度方向位移，由此导致灰尘脱离表面并且通过面外(out-of-plane)振动(以下，称为“弯曲振动(flexuralvibration)”)被弹掉(参见专利文献(PTL)1和2)。

PTL1和2分别公开了压电元件沿矩形光学滤波器(例如，低通滤波器或红外吸收滤波器)的光学有效区域的边缘被布置于该光学有效区域外面，通过压电元件的振动去除附着于光学有效区域表面上的灰尘。

引文列表

专利文献

PTL1日本专利公开No.2008-227867

PTL2日本专利No.4871802

发明内容

技术问题

但是，通过灰尘去除装置从振动板的表面飞散或落下的灰尘的一部分会通过静电力的作用重复附着于振动的表面上。因此，重新附着于振动板的表面上的灰尘会拦截入射光并且会重新作为黑点捕获于拍摄图像中。

鉴于上述的问题，本发明提供可令人满意地去除附着于振动板的光学有效区域上的灰尘的灰尘去除装置和灰尘去除装置的制造方法。本发明还提供可通过利用灰尘去除装置来拍摄良好图像的图像拾取设备。

问题的解决问题

更具体而言，本发明提供一种灰尘去除装置，至少包括振动板和设置在振动板的表面上的一个或多个压电元件，其特征在于，振动板的表面至少包含具有大致直角方形形状的光学有效区域B和位于光学有效区域B外面的外部区域A，其中，压电元件包含大致长方体形状的压电材料和设置在压电材料的表面上以相互面对的至少第一电极和第二电极，其中，假定光学有效区域B的四个边由一对边O和O′以及与该对边O和O′垂直的一对边N和N′表示，那么压电元件沿其长度方向的边P被沿边O设置，并且其中，假定第一电极和第二电极相互面对处的压电元件的边P的一部分的长度由PL表示，振动板的沿边O的方向的一个边的长度由VL表示，光学有效区域B的边O的长度由OL表示，位于压电元件沿边O的方向的一个端部中并且从作为光学有效区域B的边N或N′的延伸并且与压电元件相交的线沿边P向内跨越长度b的区域由压电元件的近端区域σ表示，位于从光学有效区域B的边N和N′延伸的两条线之间并且不包含近端区域σ的区域中的压电材料的压电常数的绝对值由d表示，并且近端区域σ中的压电常数的绝对值由d₀表示，则满足VL≥PL>OL以及d>d₀的关系，长度b满足OL>b>0的关系。

本发明还提供一种灰尘去除装置的制造方法，该灰尘去除装置至少包括振动板和分别具有大致长方体形状且被设置在振动板的表面上的一个或多个压电元件，振动板在其表面中至少包含具有大致直角方形形状的光学有效区域B和位于光学有效区域B外面的外部区域A，压电元件包含压电材料、第一电极和第二电极，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：将各压电元件固定于位于振动板的光学有效区域B外面的外部区域A上，使得当光学有效区域B的四个边由一对边O和O′以及与该对边O和O′垂直的一对边N和N′表示时，压电元件沿其长度方向的边P被沿边O设置；将位于压电元件沿边O的方向的一个端部中并且从作为光学有效区域B的边N或N′的延伸并且与压电元件相交的线沿边P向内跨越长度b的区域规定为压电元件的近端区域σ；以及在满足d>d₀的关系的同时，将向压电元件供应AC电压的供电线热压接合于近端区域σ上，这里，d表示近端区域σ以外的区域中的压电材料的压电常数的绝对值，d₀表示近端区域σ中的压电常数的绝对值。

本发明还提供一种图像拾取设备，至少包括上述的灰尘去除装置和图像拾取元件，其中，灰尘去除装置的振动板和图像拾取元件的光接收表面以共轴的关系被设置。

参照附图阅读示例性实施例的以下说明，本发明的其它特征将变得清晰。

附图说明

图1示出从光轴方向观看时的根据本发明的实施例的灰尘去除装置的一个例子。

图2示出在本发明的实施例中使用的压电元件的一个例子。

图3A和图3B示出在本发明的实施例中使用的压电元件的另一个例子。

图4A和图4B示出从光轴方向观看时的根据本发明的实施例的灰尘去除装置的制造方法的一个例子。

图5示出根据本发明的实施例的图像拾取设备的一个例子。

具体实施方式

首先，详细描述根据本发明的实施例的灰尘去除装置。

图1示出从光轴方向观看时的根据本发明的实施例的灰尘去除装置的一个例子。

根据本发明的实施例的灰尘去除装置至少包括振动板20和设置在振动板20的表面上的一个或多个压电元件30。振动板20的表面至少包含具有大致直角方形形状的光学有效区域B和位于光学有效区域B外面的外部区域A。压电元件30包含大致长方体形状的压电材料31和设置在压电材料的表面31上以相互面对的至少第一电极32和第二电极33。假定光学有效区域B的四个边由一对边O和O′以及与该对边O和O′垂直的一对边N和N′表示，那么压电元件30沿其长度方向的边P被沿边O设置。假定第一电极32和第二电极33相互面对处的压电元件30的边P的一部分的长度由PL表示，振动板20的沿边O的方向的一个边的长度由VL表示，边O的长度由OL表示，位于压电元件30沿边O的方向的一个端部中并且从作为光学有效区域B的边N或N′的延伸并且与压电元件30相交的线沿边P向内跨越长度b的区域由压电元件的近端区域σ表示，位于从光学有效区域B的边N和N′延伸的两条线之间并且不包含近端区域σ的区域中的压电材料31的压电常数的绝对值由d表示，并且近端区域σ中的压电常数的绝对值由d₀表示，则满足VL≥PL>OL和d>d₀的关系，长度b满足OL>b>0的关系。

本发明的实施例能够提供灰尘去除装置和图像拾取设备，其中，可通过在位于振动板表面中的与图像拾取元件对应的光学有效区域外面的并且以小的振幅振动的地带中俘获附着于振动板表面中的该光学有效区域的灰尘而不使灰尘向照相机内的振动板以外的其它部件和空气中飞散，由此抑制从振动板表面飞散或落下的灰尘重新附着于光学有效区域上并防止灰尘被图像拾取元件捕获，从而以良好的质量拍摄图像。

根据本发明的实施例的灰尘去除装置至少包括振动板20和设置在振动板20的表面上的一个或多个压电元件30。当压电元件30被设置在振动板20的表面上时，通过向压电元件30施加AC电压驱动压电元件30，可在压电元件30与振动板20之间产生应力，并且可在振动板20中产生弯曲振动。

根据本发明的实施例的灰尘去除装置10的振动板20是具有大致长方体形状的板状部件。振动板20的材料不限于特定的一种。但是，当灰尘去除装置10被用于光学领域中时，希望振动板20由诸如滤光片(例如，低通滤波器或红外吸收滤波器)的透明部件或反射部件形成。

振动板20的表面包含具有大致直角方形形状的光学有效区域B和位于光学有效区域B外面的外部区域A。

光学有效区域B意味着作为振动板20的表面的一部分的要从中去除灰尘的区域。当例如振动板20与图像拾取元件40组合时，光学有效区域B意味着这种样一个区域，即，如果在该区域中存在灰尘，那么灰尘被图像拾取元件40捕获，并且入射于图像拾取元件40上的光垂直穿过该区域。

外部区域A意味着位于振动板20的与光学有效区域B所在的表面相同的表面上并且作为振动板20的表面的一部分(该部分不包含光学有效区域B)的区域。由于外部区域A不包含光学有效区域B，因此，当例如振动板20与图像拾取元件40组合时，可防止在外部区域A中俘获的灰尘截取穿过光学有效区域B的光。而且，由于外部区域A位于光学有效区域B外面，因此，光学有效区域B可在振动板20的中心部分中形成为最大化地较大区域。

这里，表述“大致直角方形形状”不限于方形或矩形，它包括基本上由四个边构成并且具有直角四边形的圆角(roundedcorner)的形状或由四边形的相交的边形成的角度稍微偏离90°的形状或通过斜切直角四边形的角而获得的实质多边形形状。

根据本发明的实施例的灰尘去除装置10操作如下。通过驱动压电元件30，通过在振动板20中产生的弯曲振动从光学有效区域B(即，图1中的被四个边O、O′、N和N′包围的区域)去除附着于振动板20上的灰尘，并且，在振动板20的外部区域A中俘获灰尘。

压电元件30被固定于振动板20上。希望压电元件30被固定于振动板20的端部，使得即使当利用具有相对小尺寸的振动板20时，也可确保光学有效区域B为最大化地较大区域。在本说明书中使用的表述“固定”、“安装”和“设置”不总是意味着两个部件的直接接触。因此，可以根据需要在两个部件之间介入用作例如粘接剂的树脂、绝缘材料或金属材料。压电元件30优选具有1000μm或更小、且更优选具有100μm或更大且500μm或更小的厚度。如果厚度比1000μm大，那么压电元件30的膨胀和收缩将不太能传送到振动板20。当厚度为100μm或更大时，压电元件30具有足够的强度并且可被方便地操纵。因此，这种范围的厚度是更优选的。

振动板20和压电元件30分别具有大致平行六面体(parallelpiped)形状，光学有效区域B具有大致直角方形形状。这里，希望具有大致长方体(rectangularparallelpiped)形状的振动板20和压电元件30中的每一个的一个边与具有大致直角方形形状的光学有效区域B的一个边平行。这些边中的每一个与平行的偏离的优选在10°内。通过布置上述的压电元件30、振动板20和光学有效区域B，光学有效区域B可形成为最大化地较大区域。压电元件30可固定于振动板20的形成有光学有效区域B的同一表面或振动板20的与形成有光学有效区域B的表面相反的表面上。此外，可设置多个压电元件30。例如，虽然没有示出，但一对压电元件30可在大致对称的位置在光学有效区域B的两侧固定于振动板20上，或者多个压电元件30可被并排固定。当压电元件30被设置为多个时，压电元件30的数量优选为5个或更少。如果压电元件30的数量为6个或更多，那么制造过程复杂化并且制造成本增加。

这里，表述“大致长方体形状”不限于所有表面为矩形的六面体。因此，振动板20和压电元件30分别基本上由六个表面构成，并且希望以板的形式构成。板可具有角被切割或修圆的形状。

如图1所示，边O意味着具有大致直角方形形状的光学有效区域B的四个边中的最接近具有大致长方体形状的压电元件30的一个边。沿边O的方向延伸的振动板20的一个边的长度VL意味着具有大致长方体形状的振动板20的边中的与边O平行的那个边的长度。

以下描述在本发明的实施例中使用的压电元件的一个例子，即图2所示的压电元件30。

图2示出在本发明的实施例中使用的压电元件30的一个例子。压电元件30由压电材料31、第一电极32和第二电极33构成。如图2所示，第一电极32和第二电极33被布置为相互面对，压电材料31在压电元件30的第一电极32与第二电极33相互面对处的部分的长度PL的范围上介于两者之间。换句话说，源自沿与其表面垂直的方向伸出第二电极33的区域的部分(该部分与第一电极32重叠)的沿边O的方向取得的长度由PL表示。这里，如图2所示，在PL的范围外面的地带中，第一电极32可例如延伸到设置第二电极33的边。当第一电极表面上的第一电极32和第二电极表面33a上的第一电极32处于相互电连接的状态中时，第一电极32可在任意点保持在相同的电势。因此，通过上述的布置，可从包含第二电极表面33a的边供给AC电压。

如图1所示，压电元件30的边P意味着具有大致长方体形状的压电元件30的边中的最接近具有大致直角方形形状的光学有效区域B的那个边。并且，如图1所示，长度b意味着从以边N或N′的延伸与边P相交的位置(作为起点)起，沿边P向着具有大致直角方形形状的光学有效区域B的内侧的方向(即，沿边P与边N或N′接触的外部区域A的相反方向)测量的长度。并且，如图1所示，近端区域σ意味着从作为光学有效区域B的边N或N′的延伸且与压电元件30相交的一条线起跨越长度b的压电元件30的区域。

在本发明的实施例中，VL和PL满足VL≥PL的关系。如果压电元件30的PL比振动板20的VL长，那么会存在这样一种可能性，即，通过压电元件30的驱动，压电元件30在其与振动板20的边接触的部分断裂和受损。出于这种原因，PL被设定为不比VL长。

在本发明的实施例中，PL和OL满足PL>OL的关系。在用于本发明的实施例的压电元件30中，第一电极32和第二电极33处于不在其与压电元件30的边P的一部分(该部分不包含于PL中)对应的区域中在其间夹有压电材料31的状态中。因此，不能向压电元件30的其中压电材料31沿不包含于PL中的边P的上述部分与第一电极32接触的区域施加AC电压。因此，在压电材料31沿不包含于PL中的边P的上述部分与第一电极32接触的上述区域中不在压电材料31中出现逆压电效果。

光学有效区域B的任意部分中的灰尘去除能力主要由从与边N和N′平行的任意部分延伸并且与压电元件30相交的线上的压电元件30的局部位置(即，与光学有效区域B的任意部分对应的压电元件30的位置)处的压电材料31的局部压电性能主导。因此，在PL>OL的条件下，在光学有效区域B中产生的振动板20的弯曲振动可保持较大。

在本发明的实施例中使用的压电材料31的压电常数满足d>d₀的关系，这里，d是近端区域σ以外的压电材料31的压电常数的绝对值，d₀是近端区域σ的压电常数的绝对值。

在相关技术的灰尘去除装置中，附着于振动板的表面上的灰尘的一部分通过振动板的弯曲振动从其表面飞散，而灰尘的大部分沿振动板的表面从弯曲振动相对大的位置移到弯曲振动相对小的位置，并且，它们从振动板落下。飞散或落下的灰尘的一部分通过静电力的作用重复附着于振动板表面的光学有效区域上。

光学有效区域B的任意部分中的灰尘去除能力主要由从与边N和N′平行的任意部分延伸并且与压电元件30相交的线上的压电元件30的局部位置(即，与光学有效区域B的任意部分对应的压电元件30的位置)处的压电性能主导。因此，在本发明的实施例中，由于压电材料31的介电常数满足d>d₀的关系，因此，光学有效区域B中的与长度b对应的位置处的弯曲振动比光学有效区域B中的不与长度b对应的位置处的弯曲振动小。作为结果，附着于光学有效区域B上的灰尘移到光学有效区域B中的与长度b对应的位置。

这里，如图2所示，压电元件30的PL范围以外的区域中的压电材料31的压电常数非常小或者为0。因此，已经移到光学有效区域B中的与长度b对应的位置的灰尘进一步移向外部区域A。但是，由于压电材料31的介电常数满足d>d₀的关系，因此，光学有效区域B中的与长度b对应的位置和外部区域A中的位置之间的弯曲振动的大小的差异较小。因此，灰尘向外部区域A的转移慢到灰尘保持在外部区域A中的程度。由于保持于外部区域A中的灰尘通过静电力的作用附于振动板20上，因此，灰尘不从振动板20落下。

长度b满足OL>b>0的关系。例如，如果d₀非常小或者为0，或者，如果长度b非常长，那么灰尘会在一些情况下保持在光学有效区域B中的与长度b对应的位置。出于这种原因，当d₀非常小或者为0时，希望将长度b设定为较小的值。但是，即使当灰尘保持于光学有效区域B中的与长度b对应的位置中时，只要保持的灰尘的量与作为从振动板20飞散或落下的灰尘的一部分并且通过静电力的作用重新附着于振动板20的表面上的灰尘的量的比率减小，就可减小d₀或者增加长度b。在根据本发明的实施例的灰尘去除装置10中，如上所述，只要光学有效区域B中的与长度b对应的位置处的弯曲振动比光学有效区域B中的不与长度b对应的位置处的弯曲振动小，就可在外部区域A中俘获光学有效区域B中的大部分灰尘，并且，灰尘去除装置10的灰尘去除率可增加。

可从使用市售的阻抗分析仪测量的共振频率和反共振频率的测量结果，通过符合由日本电子信息技术协会(JapanElectronicsandInformationTechnologyAssociation)规定的标准(JEITAEM-4501)的计算，确定在本发明的实施例中使用的压电材料31的压电常数。以下，这种测量方法被称为共振-反共振方法。

可通过将其中在本发明的实施例中使用的压电元件30的近端区域σ中的压电材料31的压电常数的绝对值d₀和近端区域σ以外的压电材料31的压电常数的绝对值d要被测量的压电材料31的各区域切割成符合由日本电子信息技术协会规定的标准(JEITAEM-4501)的形状，由此准备用于测量的样本，并且通过测量压电材料31的各局部压电常数，来确定压电常数的这些绝对值。

在本发明的实施例中，希望压电材料31的压电常数的绝对值d和d₀均是通过共振-反共振方法测量的压电特性成分d₃₁的绝对值。灰尘去除装置10是用于通过驱动振动板20以导致弯曲振动的压电元件30去除附着于振动板20的表面上的灰尘的装置。弯曲振动的大小与可归因于压电材料31的压电常数d₃₁的压电位移的大小密切相关。

但是，在根据本发明的实施例的灰尘去除装置10中使用的压电元件30不总是需要利用压电元件30的长度方向的伸缩振动。例如，也可利用压电元件30的厚度方向的伸缩振动或其厚度剪切(shear)振动。因此，压电材料31的压电常数的绝对值不限于d₃₁的绝对值，它可以是d₃₃的绝对值或d₁₅的绝对值。d₃₃的绝对值或d₁₅的绝对值可提供为与d₃₁的绝对值同样，通过共振-反共振方法测量的压电特性成分d₃₃的绝对值或d₁₅的绝对值。也可通过使用d₃₃计量仪(压电计量仪系统(PiezoMeterSystem)：由PIEZOTEST公司制造)来评估d₃₃的绝对值。

此外，在根据本发明的实施例的灰尘去除装置中，满足0≤d₀≤0.95d。更优选地，满足0≤d₀≤0.90d。

在d₀>0.95d的情况下，大部分灰尘趋于从振动板20落下，而不保持于外部区域A中。附着于光学有效区域B的灰尘通过弯曲振动从那里弹掉，或者从灰尘振动大的地带移动到灰尘振动小的地带。当满足d₀<0.95d时，灰尘从d的地带移动到d₀的地带，并且进一步移动到外部区域A。由于振动板20的振动从d逐步减小到d₀，因此，到达外部区域A的灰尘趋于保持于外部区域A中，而不从外部区域A向外弹掉。因此，当满足d₀<0.90d时，弯曲振动的效果显著。更优选地，满足d₀<0.5d。

并且，在根据本发明的实施例的灰尘去除装置中，优选满足0.1×OL>b>0的关系。更优选满足0.05×OL>b>0的关系。当满足0.1×OL>b时，即使d₀非常小或者为0，灰尘也可保持在外部区域A中。在0.1×OL>b的情况下，允许d₀＝0，但优选满足d₀>0.1d。

虽然压电元件30可如上面提到的那样被设置为多个，但希望构成一个压电元件30的压电材料31由一片压电材料形成。表述“一片压电材料”意味着通过同时烧制具有特定成分的原材料(startingmaterial)制成、具有均匀的成分并且没有接缝的陶瓷类压电材料。如果存在接缝，那么会存在从接缝开始出现应力集中并且压电元件30在驱动期间破裂的可能性。换句话说，在本发明的实施例中使用的压电材料31的压电常数意味着一片压电材料的某部分中的压电常数。

第一电极32和第二电极33分别形成为具有约5nm～2000nm的厚度的导电层。各电极的材料不限于特定的一种，可以任选地使用在普通的压电元件中使用的材料。这些材料的例子包括诸如Ti、Pt、Ta、Ir、Sr、In、Sn、Au、Al、Fe、Cr、Ni、Pd、Ag和Cu的金属和这些金属的化合物。

第一电极32和第二电极33可分别形成为由选自上述材料中的一种材料制成的单个层，或者形成为由选自上述材料的两种或更多种制成的多个层。第一电极32和第二电极33可由不同的材料制成。下面详细描述在本发明的实施例中使用的压电元件的一个例子，即图3A和图3B所示的压电元件30。在图3A和图3B中，AB表示激励电极，AF表示激励电极，AB′表示激励电极。ABT表示激励电极通孔，SB表示接地电极，SF表示振动检测电极，SB′表示接地电极，SBT表示接地电极通孔。由于SB和SB′通过通孔SBT相互电连接，因此，SB和SB′保持在相同的电势。

在本发明的实施例中使用的压电元件30可包括检测相(detectionphase)。图3A和图3B作为在本发明的实施例中使用的压电元件的一个例子示出包含检测相的压电元件30。检测相由压电材料31的其中SF和SB被定位为相互面对的部分构成，并且，它表现出压电性。检测相具有关于接地电极SB与振动检测电极SF之间产生的电压的变化，监视通过在振动板20中产生的弯曲振动、在压电材料31的夹在接地电极SB与振动检测电极SF之间的部分中出现的正压电效果的功能。通过包含检测相的压电元件30，振动状态可反馈到振动条件，或者可检测失效。由此能够增强灰尘去除装置10的灰尘去除性能或者向用户通知失效。

从更有效地检测在振动板20中产生的弯曲振动的观点看，希望检测相具有与边P垂直的方向提供长度方向的大致矩形形状。

以下更详细地描述图3A和图3B所示的压电元件30。

图3A示出压电元件30的第一电极表面32a、第二电极表面33a和侧表面。图3B是从观看第二电极表面33a的方向观看时的透视图。压电元件30由压电材料31、设置在其上面的六个电极、激励电极通孔ABT、和接地电极通孔SBT构成，这六个电极是激励电极AF、激励电极AB、振动检测电极SF、接地电极SB、激励电极AB′和接地电极SB′。

图3A和图3B所示的压电元件30可通过关于振动板20和其它的周边配置以与图2所示的包含压电元件30的情况类似的位置关系通过利用压电元件30构成灰尘去除装置。

相互比较图3A和图3B所示的压电元件30与图2所示的压电元件30，激励电极AF与第二电极表面33a上的第二电极33对应，激励电极AB与第一电极表面32a上的第一电极32对应，激励电极AB′与第二电极表面33a上的第一电极32对应。此外，激励电极通孔ABT用作用于电连接激励电极AB与激励电极AB′的导电通孔。振动检测电极SF和接地电极SB是构成上述的检测相的电极。接地电极通孔SBT用作用于电连接接地电极SB和接地电极SB′的导电通孔。在图3A和图3B所示的压电元件30中，可如图2所示的压电元件30中那样仅从第二电极表面33a供给AC电压。

图3A和图3B所示的压电元件30中的边P、长度b和近端区域σ之间的位置关系与以上结合图1所示的根据本发明的实施例的灰尘去除装置的一个例子描述的位置关系类似，并且与以上结合图2所示的在本发明的实施例中使用的压电元件的一个例子描述的位置关系类似。图3A和图3B所示的压电元件30的其中第一电极32和第二电极33相互面对的部分的长度PL为源自沿与其表面垂直的方向伸出激励电极AF的区域的一部分(该部分与激励电极AB重叠)的沿边O的方向取得的长度。

电极形状不限于图2所示的那些，并且，可考虑图像拾取元件40的尺寸、振动板20的材料和尺寸、以及压电元件30与图像拾取元件40之间的位置关系等选择最佳的电极形状。虽然图3A和图3B示出电极通过通孔相互电连接的例子，但电极可通过如图2的情况那样以在压电元件30的侧表面上从一侧向另一侧延伸的形状形成电极而相互电连接。

以下详细描述在本发明的实施例中使用的压电材料31。

在本发明的实施例中使用的压电材料31中，优选铅含量小于1000ppm。在相关技术的压电元件中，大多数的压电材料为以锆钛酸铅为主要成分的压电陶瓷。因此需要指出，例如，当压电元件被舍弃和暴露于酸雨时，或者当它们静置于严酷的环境中时，压电材料中的铅成分溶于土壤中，由此可能对生态系统造成有害的影响。但是，当铅含量小于1000ppm时，例如，即使压电元件30被舍弃并且暴露于酸雨或者当它们静置于严酷的环境中时，压电材料31中的铅成分会对环境造成有害影响的可能性也低。

可关于通过例如X射线荧光(XRF)分析或ICP(感应耦合等离子)发光光谱分析来定量测量的相对于压电材料31的总重量的铅的量来评价压电材料31的铅含量。

希望在本发明的实施例中使用的压电材料31为以钛酸钡为主要成分的压电陶瓷。在不包含铅成分的压电陶瓷中，以钛酸钡为主要成分的压电陶瓷具有压电常数的大的绝对值d。因此，可以降低获得相同的应变(strain)量所需要的电压。出于这种原因，也考虑环境影响，希望在本发明的实施例中使用的压电材料31为以钛酸钡为主要成分的压电陶瓷。

在本说明书中使用的术语“陶瓷”意味着以金属氧化物为基本成分并且通过热处理烧结的晶体粒子的集合(也称为块体)，即，所谓的多晶体。陶瓷包含在烧结之后被加工的多晶体。

希望在本发明的实施例中使用的压电材料31以由以下的通式(1)表达的钙钛矿型金属氧化物为主要成分：

(Ba_1-xCa_x)(Ti_1-yZr_ySn_z)O₃(1)

(这里，0.02≤x≤0.30，0.020≤y≤0.095，0≤z≤0.04以及y≤x)

以钛酸钡为主要成分的压电材料31具有这样的温度(Tr)：在该温度处，出现从一个铁电晶体相到另一铁电晶体相的相变。

这里，术语“铁电晶体相”意味着属于限定晶格类型的七个晶系之中的六个晶系，即三斜晶、单斜晶、斜方晶、六方晶、三方晶或菱形晶、以及四方晶中的一个晶系的铁电材料。

可例如通过在改变测量温度的同时通过小AC电场的施加测量压电元件30的介电常数并且通过获得介电常数表现出最大值时的温度，确定相变温度Tr。也可通过在改变测量温度的同时，用X射线衍射或Raman分光计测量压电元件30或压电材料31的晶体相改变时的温度，确定相变温度Tr。一般地，铁电体在从第一铁电晶体相到第二铁电晶体相的相变温度(即，降温时的相变温度)与从第二铁电晶体相到第一铁电晶体相的相变温度(即，升温时的相变温度)之间具有稍许的温度差。在本发明的实施例中使用的相变温度Tr是从第一铁电晶体相到第二铁电晶体相的相变温度，即，降温时的相变温度。

一般地，压电常数在相变温度Tr处向着最大值大大增加。因此，在相变温度Tr附近，与温度变化对应的压电常数的变化增加，并且，关于同一输入电压的应变量改变。因此，从关于温度变化使应变量稳定化的观点看，希望使用具有落在压电元件的操作温度范围外面的相变温度Tr的压电材料。通过使用这种压电材料作为本发明的实施例中的压电元件30，可以获得关于温度变化具有稳定的振动性能的压电元件。

当选择关于温度变化稳定的压电材料时，相变温度Tr优选为-60℃或更高且-10℃或更低，或者40℃或更高且居里温度或更低，更优选为-60℃或更高且-30℃或更低。换句话说，相变温度Tr优选不处于0℃或更高且35℃或更低的范围中，更优选不处于-5℃或更高且50℃或更低的范围中。

当相变温度Tr不处于0℃或更高且35℃或更低的范围中时，例如，关于5℃的温度变化，期望关于同一输入电压的应变量的变动可被抑制到20％或更小。此外，当相变温度Tr不处于-5℃或更高且50℃或更低的范围中时，关于5℃的温度变化，期望关于同一输入电压的应变量的变动可被抑制到10％或更小。

在本发明中，如在“IwanamiPhysicochemicalDictionary(IwanamiShoten,Publishers,February20,1998)”中描述的那样，术语“钙钛矿型金属氧化物”意味着具有在理想情况下为立方体结构的钙钛矿型结构的金属氧化物。具有钙钛矿结构的金属氧化物一般由化学式ABO₃表达。在钙钛矿型金属氧化物中，元素A和B以离子的形式占据单位晶格中的各特定位置，这些位置被称为A点和B点。在立方晶系(cubicsystem)的单位晶格的情况下，例如，元素A位于立方体的顶点处，元素B位于体心(bodycenter)处。元素O作为氧的负离子位于立方体的面中心(facecenter)处。

在由上述的通式(1)表示的金属氧化物中，位于A点的金属元素是Ba和Ca，位于B点的金属元素是Ti、Zr和Sn。Ba和Ca的多个部分位于B点。类似地，Ti和Zr的多个部分可位于A点。但是，不优选Sn位于A点，原因是压电特性劣化。

虽然B点处的元素与元素O的摩尔比在通式(1)中为1:3，但是，只要金属氧化物以钙钛矿结构为主相(mainphase)，本发明的范围就甚至包括摩尔比稍微偏离1:3的情况(例如，在1.00:2.94～1.00:3.06的范围中)。

例如，可基于X射线衍射或电子束衍射通过结构分析来确定金属氧化物是否具有钙钛矿结构。

在通式(1)中，代表A点处的Ca的摩尔比的x处于0.02≤x≤0.30的范围中。如果x小于0.02，那么介电损失(tanδ)会增加。介电损失的增加增大当通过施加电压驱动压电元件30时产生的热量，由此导致驱动效率降低的可能性。另一方面，如果x大于0.30，那么会存在压电特性不足的可能性。

在通式(1)中，代表B点处的Zr的摩尔比的y处于0.020≤y≤0.095的范围中。如果y小于0.020，那么压电特性会不足。另一方面，如果y大于0.095，那么会存在居里温度Tc降低为低于85℃且压电特性在高温处消失的可能性。

在通式(1)中，代表B点处的Sn的摩尔比的z处于0≤z≤0.04的范围中。当Sn在上述的0.04摩尔或更少的范围中包含于B点处时，介电损失明显减少。另一方面，如果z大于0.04，那么会存在晶粒(grain)尺寸增加且在压电元件被驱动时更易于发热的可能性。

在通式(1)中，Ca的摩尔比x和Zr的摩尔比Y处于满足y≤x的范围中。如果y>x，那么介电损失会增加，或者，绝缘性能会不足。通过将x和y设定为同时满足上述的范围，相变温度Tr可从室温或附近移动到低于实际有用温度的水平，并且，压电元件30可在宽的温度范围上被稳定地驱动。

在通式(1)中，代表A点处的Ba和Ca的摩尔质量与B点处的Ti、Zr和Sn的摩尔质量的比的A/B优选处于1.00≤A/B≤1.01的范围中。如果A/B小于1.00，那么会易于出现异常的晶粒生长，并且压电材料31的机械强度会降低。另一方面，如果A/B大于1.01，那么晶粒生长所需要的温度会太高。因此，在使用普通的烧制炉的情况下，晶粒密度会不够大，并且，会在压电材料31中产生许多孔隙或缺陷。

用于测量在本发明的实施例中使用的压电材料31的组成的方法不限于特定的方法。测量方法的例子包括X射线荧光分析、ICP发光光谱分析和原子吸收分析。可通过使用这些方法中的任一个确定包含于压电材料31中的元素的重量比和组成比。

在本发明的实施例中使用的压电材料31以由上述的通式(1)表达的钙钛矿型金属氧化物为主要成分，并且，钙钛矿型金属氧化物包含Mn。Mn含量优选为相对于钙钛矿型金属氧化物的100重量份，在金属上占0.02重量份或更多且0.40重量份或更少。此外，包含于压电材料31中的钙钛矿型金属氧化物的含量优选为重量上占98％或更大且重量上占100％或更小，更优选地重量上占99％或更大且重量上占99.98％或更小。

通过包含上述范围中的Mn的压电材料31，绝缘性能和机械质量因子Qm得到提高。

这里，术语“机械质量因子Qm”意味着代表当压电元件作为振动体被评价时通过振动导致的弹性损失的因子。关于通过阻抗测量获得的共振曲线的锐度(sharpness)观察机械质量因子Qm的大小。换句话说，机械质量因子Qm是代表压电元件的共振的锐度的常数。当机械质量因子Qm增加时，共振频率附近的压电元件的应变量增加，由此，压电元件30可更有效地振动。

这里，依照金属计算的Mn含量表示通过从例如通过X射线荧光分析(XRF)、ICP发光光谱分析或原子吸收分析从压电材料31测量的各单个金属(即，Ba、Ca、Ti、Zr、Sn和Mn)的各自含量，关于氧化物计算构成由通式(1)表达的金属氧化物的元素的重量，并且通过获得Mn重量与计算的总重量(总重量被假定为100)的比而确定的值。

如果Mn含量小于0.02重量份，那么驱动压电元件30所需要的极化处理的效果会不够。另一方面，如果Mn含量大于0.40重量份，那么会出现不令人满意的结果，即，压电特性不足，或者发展具有无助于压电特性的六方结构的晶体。

希望Mn以固态溶于B点中。当Mn以固态溶于B点中时，A/B的优选范围为0.993≤A/B≤0.998，这里，A/B代表A点处的Ba和Ca的摩尔质量与B点处的Ti、Zr、Sn和Mn的摩尔质量的比。在A/B处于以上范围中的压电元件30中，沿压电元件30的长度方向产生大的伸缩振动，并且，机械质量因子Qm高。因此，可以获得具有良好的振动性能和良好的耐久性的压电元件30。

此外，希望Mn的原子价为4+。一般地，Mn可具有4+、2+或3+的原子价。例如，当在晶体中存在导电电子时(例如，当在晶体中存在氧缺陷时，或者当施主元素(donorelement)占据A点时)，Mn的原子价从+4减小到+3或+2。因此，导电电子可被俘获，并且，绝缘电阻可增加。还有，从离子半径的观点看，Mn的原子价为4+也是优选的，原因是Mn可容易地置换Ti，Ti是B点处的主要成分。

另一方面，在Mn具有低于4+的例如为2+的原子价的情况下，Mn用作受主(acceptor)。当Mn作为受主存在于具有钙钛矿结构的晶体中时，在晶体中产生空穴或氧空位。

如果大部分的添加的Mn的原子价为2+或3+，那么不能通过引入氧空位来补偿空穴，并且，绝缘电阻会降低。出于这种原因，希望大部分的Mn具有4+的原子价。但是，非常小的部分的Mn可具有低于4+的原子价，并且，可通过作为受主占据钙钛矿结构的B点而形成氧空位。原因在于，具有2+或3+的原子价的Mn和氧空位形成有缺陷的偶极子，以由此增加压电元件30的绝缘性能和机械质量因子Qm。

在本发明的实施例中使用的压电元件30的压电材料31可在不改变特定特性的程度上包含上述通式(1)中的元素和Mn以外的其它成分(以下，称为“副成分(accessorycomponent)”)。副成分的总含量优选为相对于由通式(1)表达的金属氧化物的100重量份，占1.2重量份或更小。如果副成分的总含量大于1.2重量份，那么会存在压电材料31的压电特性和绝缘特性劣化的可能性。除了Ba、Ca、Ti、Zr、Sn和Mn以外，副成分之中的金属元素的总含量优选为关于压电材料31的氧化物上的1.0重量份或更小，或关于压电材料31的金属上的0.9重量份或更小。在本发明的实施例中，金属元素包含类金属(metalloid)元素，诸如Si、Ge和Sb。如果除Ba、Ca、Ti、Zr、Sn和Mn以外的副成分中的金属元素的总含量超过关于压电材料31的氧化物上的1.0重量份，或者关于压电材料31的金属上的0.9重量份，那么会存在压电材料31的压电特性和绝缘特性明显劣化的可能性。副成分中的元素Li、Na、Mg和Al的总含量优选为关于压电材料31的金属上的0.5重量份或更小。如果副成分中的元素Li、Na、Mg和Al的总含量超过关于压电材料31的金属上的0.5重量份，那么会存在烧结变得不足的可能性。副成分中的元素Y和V的总含量优选为关于压电材料31的金属上的0.2重量份或更小。如果副成分中的元素Y和V的总含量超过关于压电材料31的金属上的0.2重量份，那么会存在难以实施压电处理的可能性。

副成分为例如诸如Si和Cu的烧结助剂。在本发明的实施例中使用的压电材料31还可在Sr作为市售的Ba和Ca的材料中的不可避免的成分被包含的程度上包含Sr。类似地，在本发明的实施例中使用的压电材料31还可不仅在Nb作为市售的Ti的材料中的不可避免的成分被包含的程度上包含Nb，而且在Hf作为市售的Zr的材料中的不可避免的成分被包含的程度上包含Hf。

用于测量副成分的重量份的方法不限于特定方法。测量方法的例子包括X射线荧光分析(XRF)、ICP发光光谱分析和原子吸收分析。

以下详细描述根据本发明的实施例的灰尘去除装置10的制造方法。

首先，描述在本发明的实施例中使用的压电材料31的制造方法。

制备具有调整到希望的组成的组成的材料粉末，并且，通过根据需要向材料粉末添加和混合分散剂、粘接剂、增塑剂和水或有机溶剂并且通过在形成具有高密度的烧结体所需要的压力下压制混合物，制造成形体(compact)。当通过单独的压制没有获得需要的压力时，可例如通过使用冷等静压(CIP)施加希望水平处的压力。可例如通过使用CIP而不是压制在单个步骤中制成成形体锭(ingot)。作为替代方案，可通过用例如刮浆刀方法或模具涂敷方法以预定的厚度在例如膜的支撑体上涂敷浆料并且通过使涂敷的浆料变干，制成预制板成形体。

接着，烧制成形体，由此获得陶瓷烧结体形式的压电材料31。虽然烧制条件可被选择为最适于希望的压电材料的条件，但希望设定烧制条件，使得密度尽可能高且晶粒生长成均匀的尺寸。成形体可根据需要在被加工成希望的形状之后被烧制。

以下详细描述图2所示的压电元件30的制造方法，该压电元件30是在本发明的实施例中使用的压电元件的一个例子。

通过将根据上述方法制造的陶瓷烧结体形式的压电材料31研磨成希望的尺寸，获得具有大致直角方形形状的压电材料31。然后，通过例如烘焙、溅射或气相沉积金属糊剂，如图2所示，在第一电极表面32a上形成第一电极32，在第二电极表面33a上形成第二电极33。

从增加振动激励的效率的观点看，希望在尽可能大的区域上在压电材料31的表面上形成第一电极32和第二电极33。用于形成第一电极32和第二电极33的方法不限于特定方法，可通过例如烘焙、溅射或气相沉积金属糊剂实施该方法。另外，第一电极32和第二电极33可分别被构图成希望的形状。

可在第二电极表面33a的一部分中形成第一电极32，使得可仅通过第二电极表面33a向压电元件30供给AC电压。在这种情况下，首先在压电元件30的第一电极表面32a上形成第一电极32，并且，在与第二电极33电气无关的状态中在第二电极表面33a上形成附加的第一电极32。然后，在第一电极表面32a上形成的第一电极32和在第二电极表面33a上形成的第一电极32相互电连接。用于电连接两个第一电极32的方法不限于特定方法，可通过例如烘焙、溅射或气相沉积金属糊剂以覆盖用于电连接的压电材料31的侧表面来实施该方法。作为替代方案，可通过在压电材料31中形成导电通孔来建立电连接。在这一方面，希望在第二电极表面33a上形成的第一电极32和第二电极33之间的距离尽可能地短，只要不在后面描述的极化处理期间出现放电就行。

然后，在压电元件30上实施极化处理。处理温度优选不高于居里温度Tc或去极化(depolarization)温度Td。处理时间优选为5分钟～10小时。处理气氛优选为空气或诸如硅酮油的不易燃油。作为处理电压，施加0.5～5.0kV/mm的电场。处理电压只需要向至少第一电极32和第二电极33施加。

术语“去极化温度”意味着通过在从在压电元件30上实施的极化处理经过足够的时间之后，使温度从室温升高到一定温度Td(℃)、使温度再下降到室温、并且测量压电常数从升高温度之前的压电常数下降时的温度而确定的温度。在本说明书中，压电常数下降到升高温度之前的压电常数的95％或更小时的温度被称为去极化温度Td。

希望在将压电元件30固定于振动板20上之前实施极化处理，但可在固定之后实施它。

以下详细描述图3A和图3B所示的压电元件30的制造方法，该压电元件30是在本发明的实施例中使用的压电元件的一个例子。

图3A和图3B所示的压电元件30的制造方法与图2所示的压电元件30的制造方法类似。

首先，通过将以与图2所示的压电材料31类似的方式制成的压电材料31研磨成希望的尺寸，获得具有大致直角方形形状的压电材料31。如图3A和图3B所示，在压电元件30中形成激励电极通孔ABT和接地电极通孔SBT。可例如通过在制成成形体之后切割或冲压成形体形成这些通孔。作为替代方案，可事先在用于制成成形体的金属模子中设置用于形成通孔的突起。可考虑压电材料31的强度和形成通孔电极的便利性而适当地选择各通孔的直径。

然后，以与图2所示的压电元件30中的电极类似的方式，形成第一电极表面32a上的激励电极AB和接地电极SB、以及第二电极表面33a上的激励电极AF、振动检测电极SF、激励电极AB′和接地电极SB′。可在形成上述电极的同时形成图3A和图3B所示的通孔电极，或者可事先在单独的步骤中形成它们。希望形成通孔电极，使得激励电极AB与激励电极AB′之间以及接地电极SB与接地电极SB′之间的各电阻值各自为1Ω或更小。

然后，在压电元件30上实施极化处理。用于极化处理的方法可与在图2所示的压电元件30上实施的方法类似。处理电压只需要向至少激励电极AB、接地电极SB和第二电极表面33a上的激励电极AF以及振动检测电极SF施加。

以下详细描述图4A和图4B所示的灰尘去除装置10的制造方法，该灰尘去除装置10是根据本发明的实施例的灰尘去除装置的一个例子。

在根据本发明的实施例的灰尘去除装置的制造方法中，灰尘去除装置至少包括在其表面中至少包含具有大致直角方形形状的光学有效区域B和位于光学有效区域B外面的外部区域A的振动板、以及分别具有大致长方体形状且被设置在振动板的表面上的一个或多个压电元件，压电元件包含压电材料、第一电极和第二电极。所述制造方法包括以下步骤：将各压电元件固定于位于振动板20的光学有效区域B外面的外部区域A上，使得当光学有效区域B的四个边由一对边O和O′以及与该对边O和O′垂直的一对边N和N′表示时，压电元件沿其长度方向的边P被沿边O设置；将位于压电元件沿边O的方向的一个端部中并且从作为光学有效区域B的边N或N′的延伸并且与压电元件30相交的线沿边P向内跨越长度b的区域规定为压电元件的近端区域σ；以及在满足d>d₀的关系的同时，将向压电元件供应AC电压的供电线热压接合于近端区域σ上，这里，d表示近端区域σ以外的区域中的压电材料的压电常数的绝对值，d₀表示近端区域σ中的压电常数的绝对值。

图4A和图4B示出从光轴方向观看时的根据本发明的实施例的灰尘去除装置的制造方法的一个例子。图4A和图4B所示的压电元件30在假定它与图2所示的压电元件30相同的条件下被描述。

首先，通过使用例如诸如基于环氧树脂的粘接剂的粘接剂，压电元件30的第一电极32被固定于由透明部件或反射部件形成的振动板20上。当需要热以固定第一电极32时，希望加热温度比压电材料31的居里温度Tc或去极化温度Td低。如果用于固定的加热温度比居里温度Tc或去极化温度Td高，那么会存在压电材料31的压电常数的绝对值d减小的可能性。

然后，如图4A和图4B所示，向压电元件30供给AC电压的各供电线被连接如下。用于第二电极33的供电线通过热压接合与图2所示的压电元件30的第二电极表面33a中的近端区域σ连接。用于第一电极32的供电线通过热压接合与图2所示的压电元件30的第二电极表面33a上的第一电极32连接。如图4A和图4B所示，可同时执行对于两个电极的热压接合的步骤。同时的接合使得能够通过热压接合的一个步骤相互连接压电元件30和两个供电线。在图4A和图4B中，附图标记34表示用于柔性印刷电缆的热压接合区域。如图4B的截面图所示，用于柔性印刷电缆的热压接合区域34是包含第二电极表面33a上的第二电极33的一部分和第一电极32的从第一电极表面32a跨到第二电极表面33a的部分的区域，后一部分的位置接近第二电极表面33a的端部。图4A和图4B示出用于第二电极表面33a上的第二电极33的热压接合区域被设置为与近端区域σ重叠的区域的例子。但是，热压接合区域不限于与近端区域σ重叠的区域。即使当近端区域σ和热压接合区域不相互重叠时，也可根据柔性印刷电缆的形状和热压接合的条件，获得类似的有利效果。

在优选接近压电材料31的去极化温度Td且更优选不低于Td的温度处执行热压接合。可通过在接近Td或不低于Td的温度处实施热压接合来减小压电材料31的近端区域σ中的压电常数d₀。可通过在不低于居里温度Tc的温度处实施热压接合，进一步减小近端区域σ中的压电常数d₀或者使其为零(0)。

通过以上述的方式实施热压接合，在本发明的实施例中使用的压电材料31的压电常数满足d>d₀的关系，这里，d表示近端区域σ以外的区域中的压电材料的压电常数的绝对值，d₀表示近端区域σ中的压电常数的绝对值。

当d₀减小到过小的值或零(0)时，可通过重新极化处理将d₀调整到希望的值。用于重新极化处理的温度希望被设定为通过粘接剂固定于振动板20的压电元件30和已被热压接合的供电线的连接部分不脱开的范围。用于重新极化处理的温度优选为例如60℃或更低，更优选为室温(约25℃)。用于重新极化处理的温度希望被设定为不在布线之间(例如在供电线之间)发生放电的范围。

虽然以上描述了减小压电材料31的近端区域σ中的介电常数d₀的方法，但减小d₀的方法不限于上述的方法。也可例如通过在低于Td的温度处连接供电线之后在不低于Td的温度处向近端区域σ施加热实现该方法。但是，这种方法增加制造成本，原因是制造过程复杂化。由此希望在优选接近Td、更优选不低于Td的温度处实施热压接合。

可以使用一般市售的柔性电缆作为供电线中的每一个。虽然可例如通过使用基于环氧树脂的粘接剂连接供电线，但是希望通过利用各向异性导电糊剂(ACP)或各向异性导电膜(ACF)的热压接合连接供电线。后一种方法是所希望的，原因是，可以减少导电失效，并且，可以增加处理速度，并且，可获得更高的量产性。希望在图4A和图4B所示的区域上进行供电线的接合。

根据本发明的实施例的灰尘去除装置10的制造方法的特征在于，如上所述，向压电元件30供给AC电压的供电线与近端区域σ热压接合。一般地，使用ACP或ACF实施热压接合时的热压接合温度为150℃～200℃。因此，当压电材料31的居里温度Tc为200℃或更高时，热压接合温度必须被设定为比在使用ACP或ACF的热压接合中一般使用的热压接合温度高。并且，由于热压接合是局部加热压电元件30的方法，因此，存在压电材料31会根据加热部分与非加热部分之间的温差而破裂的可能性。因此，在本发明的实施例中使用的压电材料31的居里温度Tc优选为150℃或更低。虽然以上描述了图4A和图4B所示的灰尘去除装置10的制造方法，但是可通过上述方法以外的方法制造灰尘去除装置10。在任何情况下，可通过将向压电元件30供给AC电压的供电线热压接合到近端区域σ上来容易地制造根据本发明的实施例的灰尘去除装置10。

以下详细描述图5所示的图像拾取设备50，该图像拾取设备50是根据本发明的实施例的图像拾取设备的一个例子。

图5示出根据本发明的实施例的图像拾取设备的一个例子。图5所示的图像拾取设备50是具体用于通过将图像信号转换成电信号来拍摄图像的数字照相机中的图像拾取设备的一个例子。

根据本发明的实施例的图像拾取设备50的特征在于，至少包括灰尘去除装置10和图像拾取元件40，并且，以共轴的关系依次布置灰尘去除装置10的振动板20和图像拾取元件40的光接收表面。

位于图像拾取元件40前方的振动板20是布置于光轴上的具有大致直角方形形状并且包含入射于图像拾取元件40上的光能够穿过的光学有效区域B的光学部件。通过例如使用具有低通滤波器的功能的石英板或LiNbO3双折射板板、或红外吸收玻璃，振动板20可被赋予多种功能，包括灰尘去除功能。可向振动板20的表面施加用于截止红外线或者减少反射的光学涂层。

压电元件30被固定于振动板20的外部区域A上。虽然没有示出，但压电元件可在光学有效区域B的两侧(例如，沿水平或垂直方向)被固定于外部区域A中的对称位置中的每一个上。

振动板保持部件420由树脂或金属制成，它保持振动板20。振动板保持部件420牢固地螺纹连接于图像拾取元件保持部件510上。

偏置(biasing)部件440沿向着图像拾取元件40的方向偏置振动板20。偏置部件440被稳固于振动板保持部件420上。偏置部件440与数字照相机的保持在接地电势处的部分(接地点)电连接。振动板20的表面也与数字照相机的保持在接地电势处的部分(接地点)电连接。因此，可抑制灰尘等通过静电附着于振动板20的表面上。

弹性部件450具有截面为大致圆形的框架状部件，它被夹在振动板20与振动板保持部件420之间。由于偏置部件440偏置振动板20，因此，弹性部件450被压在振动板20与振动板保持部件420之间。因此，作用为按压弹性部件450的力的大小根据向着图像拾取元件40的方向的偏置部件440的偏置力被确定。弹性部件450可由诸如橡胶的热塑性弹性体或诸如聚氨酯泡沫的树脂泡沫制成。

光学部件460是相位板(消偏光板)、红外截止滤波器、双折射板或通过接合以上中的两个或更多个二形成的光学部件。光学部件460牢固地与振动板保持部件420接合。

图像拾取元件保持部件510具有大致矩形形状的开口，并且，在图像拾取元件40通过开口被露出的状态中牢固地保持图像拾取元件40。图像拾取元件保持部件510例如通过螺纹连接固定于数字照相机的本体上。

掩盖体(mask)520被夹在振动板保持部件420与图像拾取元件40之间，以防止额外的光从用于拍摄的光路以外的周围进入到图像拾取元件40。

图像拾取元件偏置部件530是叶簧形式的一对左右偏置部件。图像拾取元件偏置部件530与图像拾取元件保持部件510牢固地螺纹连接，由此将图像拾取元件40压在图像拾取元件保持部件510上。

通过上述的布置，振动板20在能够在被夹在偏置部件440与弹性部件450之间的同时自由振动的状态中被支撑。

弹性部件450的在更接近拍摄者那侧的表面接触振动板保持部件420，并且，其更接近对象的那侧的表面接触振动板20。由于振动板20通过促压部件440的弹性(resiliency)向着图像拾取元件40偏置，因此，弹性部件450变形，使得弹性部件450与振动板20和振动板保持部件420均紧密接触而不留间隙。作为结果，被振动板20、振动板保持部件420、弹性部件450和光学部件460包围的空间被密封，由此形成可防止诸如灰尘的异物进入该空间的密闭空间。

虽然以上作为根据本发明的实施例的图像拾取设备的一个例子描述了在数字照相机中使用的图像拾取设备50，但本发明的实施例不限于在数字照相机中使用的图像拾取设备。本发明还不仅适用于诸如数字摄像机、复印机、传真机和扫描仪的各种类型的图像拾取设备和图像读取设备，而且还适用于设置在这些设备中的各种部件和构件。

以下，作为根据本发明的实施例的灰尘去除装置10的操作方法的一个例子，描述在数字照相机中使用的灰尘去除装置10的操作方法。

灰尘去除装置10根据来自数字照相机中的微计算机的指令进入灰尘去除模式。从可靠地去除灰尘的观点看，在紧接着系统通过拍摄者对数字照相机的通电操作而启动之后的定时处或者在紧挨着系统通过关电操作而关断之前自动地执行灰尘去除模式是有效的。但是，可在拍摄者想要的定时处执行灰尘去除模式。

微计算机接收指示灰尘去除模式开始的信号，并且，向压电元件30的驱动电路发送驱动信号。压电元件30的驱动电路产生用于导致振动板20产生弯曲振动的AC电压，并且，通过供电线向压电元件30施加AC电压。在灰尘去除模式中施加到压电元件30的AC电压被设定，使得AC电压的频率在包含产生弯曲振动处的频率的频率范围内连续改变。压电元件30表现出与施加的AC电压对应的长度方向的伸缩振动，由此，振动板20产生弯曲振动。

例子

以下结合例子更详细地描述根据本发明的实施例的灰尘去除装置10。虽然在例子和比较例中制造的灰尘去除装置具有与图4A和图4B相同的结构，但本发明的范围不被以下的例子限制。

例子1

例子1的灰尘去除装置10中的振动板20是由具有26.8×38.4×0.7mm的尺寸的石英制成并且具有经受光学涂敷处理的表面的长方体双折射板。振动板20布置于光路上。如图1所示，振动板20包含光穿过的光学有效区域B。例子1的灰尘去除装置10中的光学有效区域B具有尺寸约为14.9×22.3mm的大致直角方形形状。

例子1的压电元件30的制造方法如下。作为原材料，具有100nm的平均粒径的钛酸钡(由SAKAICHEMICALINDUSTRY有限公司制造的BT-01)、具有300nm的平均粒径的钛酸钙(由SAKAICHEMICALINDUSTRY有限公司制造的CT-03)、具有300nm的平均粒径的锆酸钙(由SAKAICHEMICALINDUSTRY有限公司制造的CZ-03)和具有300nm的平均粒径的锡酸钙以86.0:8.6:4.4:1.0的摩尔比被称重。锡酸钙是通过固相方法从碳酸钙和氧化锡制备的。

然后，如上面提到的那样称重的那些粉末通过球磨机的干混被一起混合24小时。为了粒化粉末混合物，通过使用喷雾干燥机装置，将包含关于粉末混合物的金属上的0.26重量份的Mn的醋酸锰(II)和关于粉末混合物的3重量份的PVA粘合剂附接于粉末混合物的表面上。

然后，粒化的粉末被填充到金属模子中，并且，通过用压力形成机最大施加200MPa的成形压力制造具有3.3g/cm³的密度的成形体。可进一步通过使用冷等静压将成形体加压。

在以2.5℃/分钟的升温速度加热成形体、在600℃保持成形体3小时并且进一步在1350℃保持成形体5小时的条件下，在空气气氛中烧制获得的成形体。由此制成具有由上述化学式(1)表示的组成的压电材料31。然后对压电材料31进行X射线荧光分析。作为结果，确认压电材料31具有包含相对于100重量份的(Ba_0.86Ca_0.14)(Ti_0.946Zr_0.044Sn_0.01)O₃的0.2重量份Mn的组成。并且，Ba、Ca、Ti、Zr、Sn和Mn以外的元素的含量不大于检测极限，并且，不多于1重量份。

然后，将烧制的压电材料31研磨和抛光到0.25mm的大致均匀厚度，并且，并其切割成分别具有25.6×4.0mm的尺寸的片。然后，在通过丝网印刷在压电材料31的两个表面上涂敷银糊剂之后，如图2所示，通过构图形成第一电极32和第二电极33。在图1的灰尘去除装置10中，以延伸到第二电极表面33a的形状形成第一电极32。但是，通过例子1的电极布置以外的其它电极布置，也可类似地获得本发明的有利效果。

然后，通过在制造的压电元件30在恒温炉中逐渐升温的同时测量介电常数的变化，测量提供局部最大化介电常数的居里温度Tc。作为结果，居里温度Tc为105℃。此外，通过在压电元件30用热板被加热到100℃的同时从DC电源向第二电极33施加电压60分钟以产生强度为1kV/mm的电场，实施极化处理。然后，在压电元件30在恒温炉中升温或降温的同时，测量压电常数下降到初始值的95％或更低时的去极化温度Td。作为结果，Td为95℃。

然后，通过在压电元件30用热板被加热到100℃的同时从DC电源向第二电极33施加电压60分钟以产生强度为1kV/mm的电场，制造极化状态中的压电元件30。

然后，如图4A和图4B所示，柔性电缆通过使用ACF的热压接合与制造的压电元件30的第二电极表面33a、具体而言与作为第二电极33的一部分的近端区域σ以及与第一电极32的一部分连接。用于通过使用ACF实施热压接合的热压接合设备的条件被设定为150℃、10秒和2MPa的压力。

然后，在用于将上述的长度b设定为1.5mm的对准之后，振动板20和压电元件30的第一电极表面32a通过基于环氧树脂的粘接剂相互接合。

通过使用如上面描述的那样制造的灰尘去除装置10，制造图5所示的根据本发明的实施例的图像拾取设备50。

在灰尘去除装置10被组装到图5所示的图像拾取设备50中的状态中，测量灰尘去除装置10的灰尘去除率。

在使用灰尘去除装置10的测量中，在室温和50％rh的湿度的环境中在水平放置的振动板20的整个表面上散射聚苯乙烯珠(具有20～80μm的粒径)并然后使珠那样放置1分钟之后，灰尘去除装置10被设定，使得包含光学有效区域B的振动板20的表面垂直取向。在该设定条件中，附着于振动板20的表面上的聚苯乙烯珠的状态通过光学显微镜成像并且记录为照片P。

通过柔性电缆向灰尘去除装置10的压电元件30施加50Vpp的AC电压。AC电压的频率被设定为160～90kHz的范围，并且，频率从高侧到低侧在1秒的范围内被扫描。在重复以上的驱动操作四次之后，在仰角90°到俯角90°的范围上将图像拾取设备50的姿势重复移动20次。然后，与记录照片P的情况一样，附着于振动板20的表面上的聚苯乙烯珠的状态通过光学显微镜成像并且记录为照片Q。

然后，通过分别将在照片P和Q中成像的聚苯乙烯珠的数量计数为珠数P′和珠数Q′并且通过计算[(珠数P′-珠数Q′)÷珠数P′]×100的值，确定灰尘去除装置10的灰尘去除率。这里，95％或更小的灰尘去除率被判断为图像质量明显劣化的水平，原因是，当超过该水平时，灰尘在图像拾取设备50的一般使用情况下被取入拍摄图像中。

作为根据上述的方法评价例子1的灰尘去除装置10的灰尘去除率的结果，例子1的灰尘去除装置10的灰尘去除率为98％。由此确认，例子1的灰尘去除装置10不仅可提供具有良好的灰尘去除率的灰尘去除装置，而且提供具有良好图像质量的图像拾取设备50。

然后，测量压电材料31的压电常数的绝对值d和d₀。通过在使压电元件30与振动板20分开之后将压电元件30切割成希望的形状，执行绝对值d和d₀的测量。更具体而言，在测量灰尘去除装置10的灰尘去除率之后，例子1的图像拾取设备50被拆开，并且，取出灰尘去除装置10。灰尘去除装置10被浸入有机溶剂中并且保持站立，同时，灰尘去除装置10在施加超声波的条件下(即，超声处理)在有机溶剂中摇动。通过超声处理，压电元件30的表面上的粘接剂被溶解，并且，压电元件30与振动板20、柔性电缆和ACF分开。然后，压电元件30的与上述长度PL对应的部分以符合由日本电子信息技术协会规定的标准的纵横比被切割成近端区域σ和其它区域。这里，d和d₀分别被确定为通过共振-反共振方法测量的压电特性d₃₁的绝对值。作为根据上述的方法评价例子1的灰尘去除装置10的d和d₀的结果，d₀为71×10^-12m/V，d为75×10^-12m/V。

例子2

除了以下的几点之外，根据与例子1类似的方法制造例子2的灰尘去除装置10。在柔性电缆的位置被调整为提供0.1mm的长度b的情况下，压电元件30与振动板20接合。用于通过使用ACF实施热压接合的热压接合设备的条件被设定为150℃、60秒和2MPa的压力。

根据与例子1类似的方法制造根据本发明的实施例的图像拾取设备50，并且，评价例子2的灰尘去除装置10的灰尘去除率。作为结果，例子2的灰尘去除装置10的灰尘去除率为100％。并且，作为以与例子1类似的方式评价例子2的灰尘去除装置10的d和d₀的结果，d₀为68×10^-12m/V，d为75×10^-12m/V。

例子3

根据与例子1类似的方法制造例子3的灰尘去除装置10。在柔性电缆的位置被调整为提供1.5mm的长度b的情况下，压电元件30与振动板20接合。用于通过使用ACF实施热压接合的热压接合设备的条件被设定为150℃、60秒和2MPa的压力。

根据与例子1类似的方法制造根据本发明的实施例的图像拾取设备50，并且，评价例子3的灰尘去除装置10的灰尘去除率。作为结果，例子3的灰尘去除装置10的灰尘去除率为99％。并且，作为以与例子1类似的方式评价例子3的灰尘去除装置10的d和d₀的结果，d₀为68×10^-12m/V，d为75×10^-12m/V。

例子4

除了以下的几点之外，根据与例子1类似的方法制造例子4的灰尘去除装置10。在柔性电缆的位置被调整为提供14.7mm的长度b的情况下，压电元件30与振动板20接合。用于通过使用ACF实施热压接合的热压接合设备的条件被设定为150℃、60秒和2MPa的压力。

根据与例子1类似的方法制造根据本发明的实施例的图像拾取设备50，并且，评价例子4的灰尘去除装置10的灰尘去除率。作为结果，例子4的灰尘去除装置10的灰尘去除率为95％。并且，作为以与例子1类似的方式评价例子4的灰尘去除装置10的d和d₀的结果，d₀为68×10^-12m/V，d为75×10^-12m/V。

例子5

除了以下的几点之外，根据与例子1类似的方法制造例子5的灰尘去除装置10。在柔性电缆的位置被调整为提供14.7mm的长度b的情况下，压电元件30与振动板20接合。用于通过使用ACF实施热压接合的热压接合设备的条件被设定为150℃、200秒和2MPa的压力。

根据与例子1类似的方法制造根据本发明的实施例的图像拾取设备50，并且，评价例子5的灰尘去除装置10的灰尘去除率。作为结果，例子5的灰尘去除装置10的灰尘去除率为96％。并且，作为以与例子1类似的方式评价例子5的灰尘去除装置10的d和d₀的结果，d₀为23×10^-12m/V，d为75×10^-12m/V。

例子6

除了以下的几点之外，根据与例子1类似的方法制造例子6的灰尘去除装置10。在柔性电缆的位置被调整为提供0.1mm的长度b的情况下，压电元件30与振动板20接合。用于通过使用ACF实施热压接合的热压接合设备的条件被设定为150℃、90秒和2MPa的压力。

根据与例子1类似的方法制造根据本发明的实施例的图像拾取设备50，并且，评价例子6的灰尘去除装置10的灰尘去除率。作为结果，例子6的灰尘去除装置10的灰尘去除率为99％。并且，作为以与例子1类似的方式评价例子6的灰尘去除装置10的d和d₀的结果，d₀为60×10^-12m/V，d为75×10^-12m/V。

例子7

除了以下的几点之外，根据与例子1类似的方法制造例子7的灰尘去除装置10。在柔性电缆的位置被调整为提供0.7mm的长度b的情况下，压电元件30与振动板20接合。用于通过使用ACF实施热压接合的热压接合设备的条件被设定为150℃、6000秒和2MPa的压力。

根据与例子1类似的方法制造根据本发明的实施例的图像拾取设备50，并且，评价例子7的灰尘去除装置10的灰尘去除率。作为结果，例子7的灰尘去除装置10的灰尘去除率为95％。并且，作为以与例子1类似的方式评价例子7的灰尘去除装置10的d和d₀的结果，d₀为0×10^-12m/V，d为75×10^-12m/V。

比较例1

根据与例子1类似的方法制造比较例1的灰尘去除装置。但是，使用市售的锆钛酸铅(由NihonCeratec有限公司制造)作为压电材料。在柔性电缆的位置被调整为提供1.5mm的长度b的情况下，压电元件与振动板接合。用于通过使用ACF实施热压接合的热压接合设备的条件被设定为150℃、6000秒和2MPa的压力。

根据与例子1类似的方法制造比较例1的图像拾取设备，并且，评价比较例1的灰尘去除装置的灰尘去除率。作为结果，比较例1的灰尘去除装置的灰尘去除率为93％。并且，作为以与例子1类似的方式评价比较例1的灰尘去除装置的d和d₀的结果，d₀为160×10^-12m/V，d为160×10^-12m/V。

表1列出例子1～7和比较例1的上述结果。

根据本发明的实施例，可以提供可令人满意地去除附着于振动板的光学有效区域上的灰尘的灰尘去除装置和灰尘去除装置的制造方法。另外，根据本发明的实施例，可以提供使用灰尘去除装置并且可拍摄良好质量的图像的图像拾取设备。

虽然已参照示例性实施例说明了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有的变更方式和等同的结构和功能。

本申请要求在2013年4月25日提交的日本专利申请No.2013-092768的权益，在这里并入其全部内容作为参考。

工业适用性

由于根据本发明的实施例的灰尘去除装置能够去除附着于振动板的表面上的诸如灰尘的异物，因此，灰尘去除装置可被应用于诸如数字视频照相机、复印机、传真机和扫描仪的各种类型的图像拾取设备和图像读取设备。

附图标记列表

10灰尘去除装置

20振动板

30压电元件

31压电材料

32第一电极

32a第一电极表面

33第二电极

33a第二电极表面

34用于柔性印刷电缆的热压接合区域

40图像拾取元件

50图像拾取设备

440偏置部件

450弹性部件

460光学部件

420振动板保持部件

510图像拾取元件保持部件

520掩盖体

530图像拾取元件偏置部件

Claims (6)

1.一种灰尘去除装置，至少包括振动板和设置在振动板的表面上的一个或多个压电元件，其特征在于，振动板的表面至少包含具有大致直角方形形状的光学有效区域B和位于光学有效区域B外面的外部区域A，其中，压电元件包含大致长方体形状的压电材料和设置在压电材料的表面上以相互面对的至少第一电极和第二电极，其中，假定光学有效区域B的四个边由一对边O和O′以及与该对边O和O′垂直的一对边N和N′表示，那么压电元件沿其长度方向的边P被沿边O设置，并且其中，假定第一电极和第二电极相互面对处的压电元件的边P的一部分的长度由PL表示，振动板的沿边O的方向的一个边的长度由VL表示，光学有效区域B的边O的长度由OL表示，位于压电元件沿边O的方向的一个端部中并且从作为光学有效区域B的边N或N′的延伸并且与压电元件相交的线沿边P向内跨越长度b的区域由压电元件的近端区域σ表示，位于从光学有效区域B的边N和N′延伸的两条线之间并且不包含近端区域σ的区域中的压电材料的压电常数的绝对值由d表示，并且近端区域σ中的压电常数的绝对值由d₀表示，则满足VL≥PL>OL以及d>d₀的关系，长度b满足OL>b>0的关系。

2.根据权利要求1所述的灰尘去除装置，其中，d和d₀满足0≤d₀≤0.95d的关系。

3.根据权利要求1或2所述的灰尘去除装置，其中，长度b满足0.1×OL>b。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的灰尘去除装置，其中，压电材料包含Mn和由以下的通式(1)表达的钙钛矿型金属氧化物：

(Ba_1-xCa_x)(Ti_1-yZr_ySn_z)O₃(1)

这里，0.02≤x≤0.30，0.020≤y≤0.095，0≤z≤0.04，y≤x，并且，Mn的含量为相对于钙钛矿型金属氧化物的100重量份，按金属换算占0.02重量份或更多且0.40重量份或更少。

5.一种灰尘去除装置的制造方法，该灰尘去除装置至少包括振动板和分别具有大致长方体形状且被设置在振动板的表面上的一个或多个压电元件，振动板在其表面中至少包含具有大致直角方形形状的光学有效区域B和位于光学有效区域B外面的外部区域A，压电元件包含压电材料、第一电极和第二电极，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：

将各压电元件固定于位于振动板的光学有效区域B外面的外部区域A上，使得当光学有效区域B的四个边由一对边O和O′以及与该对边O和O′垂直的一对边N和N′表示时，压电元件沿其长度方向的边P被沿边O设置；

将位于压电元件沿边O的方向的一个端部中并且从作为光学有效区域B的边N或N′的延伸并且与压电元件相交的线沿边P向内跨越长度b的区域规定为压电元件的近端区域σ；以及

在满足d>d₀的关系的同时，将向压电元件供应AC电压的供电线热压接合于近端区域σ上，这里，d表示近端区域σ以外的区域中的压电材料的压电常数的绝对值，d₀表示近端区域σ中的压电常数的绝对值。

6.一种图像拾取设备，至少包括根据权利要求1～4中的任一项所述的灰尘去除装置和图像拾取元件，其中，灰尘去除装置的振动板和图像拾取元件的光接收表面以共轴的关系被设置。