JP5383429B2 - 振動装置、該振動装置を有する駆動装置、塵埃除去装置及び光学機器 - Google Patents

Description

本発明は、振動装置に関する。特に、カメラ、ファクシミリ、スキャナー、プロジェクター、複写機、レーザビームプリンター、インクジェットプリンター、レンズ、双眼鏡、画像表示装置などの光学機器の塵埃除去装置に用いる振動装置、振動によって対象物を駆動させる振動装置に関する。

近年の撮像装置においては、光学センサの分解能の向上とともに、使用中に光学系に付着するゴミが撮影画像に影響を及ぼすようになってきた。
特に、ビデオカメラ、スチルカメラの撮像素子の分解能はめざましく向上していることから、撮像素子に近く配置されている光学素子に塵埃が付着すると、画像欠陥を生じることになる。
例えば、赤外線カットフィルタ、光学ローパスフィルタなどに、外部からの埃や、内部の機械的な摺擦面で生ずる摩耗粉などが付着すると、撮像素子面での像のぼけが少ないため、撮影画像に埃の写り込みなどが生じる。
一方、コピー、ファクシミリ、スキャナーなどの撮像部はラインセンサをスキャン、またはラインセンサに近接させた原稿をスキャンすることによって平面原稿を読み取っている。
ここで、ラインセンサへの光線入射部に埃が付着すると、スキャン画像に写り込んでしまう。
特に、原稿をスキャンする方式の機器、ファクシミリの読み取り部や、コピー機の自動原稿送り装置からの原稿を搬送中に読み取る、いわゆる流し読みの方式では、１つの埃が原稿送り方向へ連続する線画像となって写り込む。
これにより、画像の品質が大きく損なわれるという問題が生じる。
これらの塵埃を人手によって拭き取ることで画像品位は回復するが、使用中に付着した埃は撮影後に確認する他ない。
その間に撮影、スキャンした画像については塵埃の画像が映りこむため、ソフトウェアによる修正が必要となるほか、複写機では同時に紙等のメディアに出力されてしまうため修正には多大な労力がかかる。

このような問題に対し、従来では、振動を付与することによってゴミを画像読み取り部から移動させる画像読取装置が提案されている（特許文献１、２参照）。
図８（ａ）は、特許文献１に開示された従来の防塵素子部の構成を示す図である。
この防塵素子部は光学素子であるガラス板２７を有する。光線は、ガラス板２７内側の結像光線通過範囲２７ａを通過し、撮像素子（図示せず）に結像する。
また、ガラス板２７には、圧電体２７１、圧電体２７２、圧電体２７３および圧電体２７４が固着されている。
各圧電体とガラス板２７の間には、グランド用の電気端子２７５が設けられている。
各圧電体は長手方向に交互に分極方向の異なる区間（図中、「＋」、「−」の表示）を有する。圧電体２７１および圧電体２７３の長手方向の分極配置は同じである。
また、圧電体２７２および圧電体２７４の長手方向の分極配置は同じである。「−」と「＋」の区間長さをλとすると、圧電体２７２および圧電体２７４の分極配置は、圧電体２７１および圧電体２７３に対して、それぞれλ／４だけ長手方向にずらした位置になっている。
圧電体２７１および圧電体２７３には、発信器から同周期で時間位相が同位相の電圧が印加される。
一方、圧電体２７２および圧電体２７４には、発信器から同周期で、圧電体２７１及び２７３とは時間位相を９０°位相器で変えた電圧が印加される。
図８（ｂ）は、上記図８（ａ）のｈ方向から視たガラス板２７の表面に進行波を発生させた場合の当該進行波を示す図である。
進行波は図中右側（矢印ｉ方向）に進む。ガラス板２７の表面に進行波が発生すると、ガラス板２７の表面のどの質点においても、図８（ｂ）の紙面上で反時計回りの楕円運動が生じる。
これにより、ガラス板２７の表面に付着した塵埃は、図中左側に移動し、結像光線通過範囲２７ａから除去される。

図９（ａ）は、特許文献２に開示された従来の塵埃除去装置の振動装置の構成を示す図である。
振動装置３００は、受光した被写体像を電気信号に変換して画像データを作成する撮像素子３０１に設けられている。
振動装置３００と撮像素子３０１とで、撮像素子３０１の表（おもて）面の空間が密封されている。
振動装置３００は、矩形の板状を有する光学素子３０２、およびその両端部に接着によって固着された電気機械エネルギ変換素子である一対の圧電素子３０３ａ、３０３ｂから構成されている。
圧電素子３０３ａには、交番電圧Ａが印加され、圧電素子３０３ｂには交番電圧Ｂが印加されている。
図９（ｂ）中のＡは１次の面外曲げ振動の変位分布を表しており、Ｂは２次の面外曲げ振動の変位分布を表している。
縦軸は、振動装置３００の撮像素子３０１が配置されている側と反対側の表面の面外方向の変位で、撮像素子３０１側を負としている。横軸は、図示しているように振動装置３００の長手方向の位置と対応している。
交番電圧Ａと交番電圧Ｂは共に、１次の面外曲げ振動と２次の面外曲げ振動の共振現象に応答を有する周期の交番電圧となっていて、さらに交番電圧Ａと交番電圧Ｂとは時間的な位相が異なっている。
これらによって、振動装置３００には時間位相の異なる１次の面外曲げ振動と２次の面外曲げ振動の２つの振動が合成された振動が励起される。

図１０、図１１、図１２、図１３は２つの振動の時間的位相差が９０°かつ振幅が１：１である場合の１次の面外曲げ振動、２次の面外曲げ振動、およびこれらの振動が重ね合わされた振動体の変位を、時間位相毎に示すグラフである。
図中、波形Ｃは１次の面外曲げ振動の変位を示している。波形Ｄは２次の面外曲げ振動の変位を示している。
波形Ｅはこれら２つの振動が重ね合わされた振動装置３００の変位を示す。
波形Ｇは波形Ｅの時間位相３０°前の振動装置３００の変位を示している。
波形Ｆは振動装置３００における正規化されたＹ方向の変位速度を示している。塵埃除去装置を動作させた場合には、光学素子３０２の表面に付着した塵埃は、光学素子３０２が塵埃を面外（図８（ａ）のＹ方向の正の向き）に突き上げる時、光学素子３０２の表面の法線方向の力を受けて弾かれるように移動していく。つまり、各時間位相で、Ｙ方向の変位速度を示す波形Ｆが正の値であるとき、塵埃は面外に突き上げられ、この時間位相における振動装置３００の変位を示す波形Ｅの法線方向の力を受ける。そして、塵埃は当初の付着位置から一旦脱離し、光学素子に再付着した場合であっても当初の付着部分とは異なる位置（移動した位置）に転移することを繰り返しながら移動していく。
図１０から図１３の矢印ｈは、塵埃が移動する向きを示している。
図１０から図１３を見てみると、光学素子３０１の位置６０から３００において、振動の１周期の間では、Ｘ方向の負の向きに塵埃を移動させる振動の量より、正の向きに塵埃を移動させる振動の量がはるかに多い。
そのため、塵埃はＸ方向の正の向きに移動させることが可能になっている。
撮像素子３０１に対する光学素子３０２の有効部が位置６０から位置３００の範囲であった場合に、有効部から塵埃を除去することが可能となっている。

特開２００２−２０４３７９号公報 特開２００８−２０７１７０号公報

しかしながら、上記した振動装置においては、以下に述べるような課題を有している。
特許文献１による振動装置では、進行波の進行方向には、ガラス板２７の両端部がある。
進行波は両端部で反射し、入射波と反射波の重なり合いが起こり、進行しない定在波となってしまう。
定在波となってしまうと、楕円運動ではなくなり、塵埃を一方向に移動させることが困難になってしまう。
また、反射波をなくす手段では、入射波と反射波の重なり合いで起こる共振現象を利用することが困難である。
これによって、大きな振幅が得られずに楕円振動の速度も小さくなり、塵埃を移動させる速度が小さくなってしまい、効率が低くなってしまう。

また、特許文献２による振動装置では、共振現象による大きな応答振幅が得られるものの、振動装置３００には多数の共振モードがあるために、所望の２つの振動以外にも不要な振動が混在する。
この不要振動の混在によって、光学素子３０２表面の対象物を面外にたたき上げる時の面内方向の向きが逆方向になってしまう箇所や、面内方向の成分が小さい箇所が発生する。
箇所によっては、面内の移動方向が向き合って塵埃が移動できなくなったり、塵埃の付着力に対し移動力が小さくなったりして、塵埃を移動させる効率が低くなってしまう。

本発明は、上記課題に鑑み、振動によって塵埃を含む対象物を、効率よく所定の方向に移動させることが可能となる振動装置、該振動装置を有する駆動装置、塵埃除去装置及び光学機器を提供することを目的とするものである。

本発明は、つぎのように構成した振動装置、該振動装置を有する駆動装置、塵埃除去装置及び光学機器を提供するものである。
本発明の振動装置は、複数の電気機械エネルギ変換素子を有する振動体と、
前記複数の電気機械エネルギ変換素子に交番電圧を印加する電源と、
前記電源によって印加される交番電圧を制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路によって、複数の節線が同一方向に並ぶ次数の異なる第１の定在波および第２の定在波を、所定の時間位相差を設けて前記振動体に発生させる振動装置であって、
前記振動体は、前記節線と同一方向に配置された少なくとも一つの前記電気機械エネルギ変換素子を有すると共に、前記節線の並ぶ方向に配置された少なくとも一つの前記電気機械エネルギ変換素子を有することを特徴とする。
また、本発明の駆動装置は、上記した振動装置を有することを特徴とする。
また、本発明の塵埃除去装置は、上記した振動装置を有することを特徴とする。
また、本発明の光学機器は、上記した塵埃除去装置を有することを特徴とする。

本発明によれば、振動によって塵埃を含む対象物を、効率よく所定の方向に移動させることが可能となる振動装置、該振動装置を有する駆動装置、塵埃除去装置及び光学機器を実現することができる。

本発明の第１の実施形態における振動装置の斜視図である。 従来の振動装置の加振力の周波数と振動の応答の大きさの関係を示す図である。 振動体の面外１０次曲げ振動と面外１１次曲げ振動の変位分布と圧電素子の配置を示す図である。 本発明の第２の実施形態における振動装置の斜視図である。 本発明の第３の実施形態における振動装置の斜視図である。 本発明の第４の実施形態における圧電素子の電極の配置を示す図である。 本発明の他の実施形態の振動装置の斜視図である。 図８（ａ）は従来の振動装置の構成を示す図であり図８（ｂ）は図８（ａ）のｈ方向から視たガラス板の表面に進行波を発生させた場合の当該進行波を示す図である。 図９（ａ）は従来の振動装置の構成を示す図であり、図９（ｂ）は従来の振動装置の振動体の面外１次曲げ振動と面外２次曲げ振動の変位分布と圧電素子の配置を示す図である。 従来の振動装置の、２つの振動の時間的位相差が９０°である場合の面外１次曲げ振動、面外２次曲げ振動、およびこれらの振動が重ね合わされた振動体の変位を、時間位相毎に示すグラフである。 従来の振動装置の、２つの振動の時間的位相差が９０°である場合の面外１次曲げ振動、面外２次曲げ振動、およびこれらの振動が重ね合わされた振動体の変位を、時間位相毎に示すグラフである。 従来の振動装置の、２つの振動の時間的位相差が９０°である場合の面外１次曲げ振動、面外２次曲げ振動、およびこれらの振動が重ね合わされた振動体の変位を、時間位相毎に示すグラフである。 従来の振動装置の、２つの振動の時間的位相差が９０°である場合の面外１次曲げ振動、面外２次曲げ振動、およびこれらの振動が重ね合わされた振動体の変位を、時間位相毎に示すグラフである。

以下に、本発明の実施形態について説明する。
［第１の実施形態］
図１を用いて、第１の実施形態におけるカメラに装備された振動装置の構成例について説明する。
本実施形態の振動装置は、塵埃を移動させて除去する塵埃除去装置として機能する。
図１において、１は光学素子で、４枚の電気機械エネルギ変換素子である圧電素子２（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ）が接着によって撮像素子４と同じ側に固着されている。
２枚の圧電素子２（２ａ、２ｂ）は上下方向に長く、光学素子１の左右方向の両端部に配置されている。
２枚の圧電素子２（２ｃ、２ｄ）は左右方向に長く、光学素子１の上下方向の両端部より内側に配置されている。
制御回路１００は電源１０１の発生する交番電圧の周波数及び電圧値及び時間位相を設定する。
電源１０１は圧電素子２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄと電気的に接続されている。
光学素子１と圧電素子２で振動体３を構成している。
振動体３は、受光素子である撮像素子４の表面の空間が密封されるように撮像素子４に取り付けられている。
被写体からの光が、光学素子１を透過し、撮像素子４に入射する。このときの撮像素子に入射する光が、光学素子１を透過する範囲が、光学有効部５である。

本実施形態においても特許文献２と同様に、同方向に節線が並ぶ次数の異なる２つの面外曲げ振動を、時間位相差を設けて励起する。
このために本実施形態では、制御回路１００は電源１０１の発生する交番電圧の周波数を、紙面の左右方向に節線が並び次数の異なる面外１０次曲げ振動（第１の定在波）と、面外１１次曲げ振動（第２の定在波）の両方に応答のある周波数としている。
ここで本発明における上記節線とは、振動対象物（例えば光学素子）の所定の面に振動を与えて当該振動対象物の面上に定在波を発生させた場合に定在波の節となる部分を結んだ際に形成される線をいう。また節線が並ぶ方向とは、節線が複数並んで存在する場合に、当該節線が並ぶ方向（節線とは交差する方向）を意味する。
また、制御回路１００は電源１０１の発生する４つの交番電圧の時間位相を設定している。
これによって、振動体３に面外１０次曲げ振動（第１の定在波）と、面外１１次曲げ振動（第２の定在波）を、異なる時間位相で発生させる。
これらの合成された振動は、対象物を面外にたたき上げる時の面内方向の向きが、光学素子１の表面のほぼ全領域において同じとなる。
これによって、塵埃を含む振動によって移動させられる全ての物体に面内の一方向の力を付与し、一方向の移動を実現することが可能となる。

ここで、上記した従来技術（特許文献２）における課題について、更に詳細に説明する。
図２は、従来技術（特許文献２）のように圧電素子２を左右方向の両端部のみに設けた場合の加振力の周波数と各振動の応答の大きさを表すグラフである。
節線が左右方向に並ぶ曲げの次数が異なる２つの振動Ａと振動Ｂは、物体の一方向の移動に寄与する振動である。２つの振動の内の共振周波数が低い方の振動を振動Ａとしている。
他の不要な振動として、振動Ｃと振動Ｄと振動Ｅを示している。
不要な振動Ｃは、左右方向の曲げの次数が振動Ａと同じで上下方向の一次曲げ変形が同時に起こる振動である。この振動は振動Ａと波長が同程度で、振動Ａの共振周波数と近い共振周波数を有する。
この振動が大きいと、上下方向の変位分布において、ムラが生じて塵埃を移動できない箇所や移動力が小さい箇所が発生し、塵埃を移動させる効率が低くなってしまう。
同様に、不要な振動Ｄは、左右方向の曲げの次数が振動Ｂと同じで上下方向の一次曲げ変形が同時に起こる振動である。
この振動は振動Ｂと波長が同程度で、振動Ｂの共振周波数と近い共振周波数を有する。
この振動が大きいと、上下方向の変位分布において、ムラが生じて塵埃を移動できない箇所や移動力が小さい箇所が発生し、塵埃を移動させる効率が低くなってしまう。
振動Ａと振動Ｂ共により大きな応答が得られる図中ｆの周波数を駆動周波数とした場合には、不要な振動Ｃと不要な振動Ｄの共振周波数と駆動周波数が近くなり、応答が大きくなる。
このため、不要な振動Ｃや不要な振動Ｄは、物体の一方向の移動を阻害しやすい。
不要な振動Ｅは振動Ａや振動Ｂと左右方向の曲げの次数が異なり上下方向にも曲げ変形が起こる振動である。不要な振動Ｅの応答が大きいと、合成振動の左右方向の変位分布が乱れ、光学素子１の表面の対象物を面外にたたき上げる時の面内方向の向きが、逆方向となってしまう箇所ができ、塵埃を一方向に移動できない箇所が発生する。これによって、塵埃を移動できない箇所や移動力が小さい箇所が発生し、塵埃を移動させる効率が低くなってしまう。

つぎに、図３を用いて、本実施形態の振動体３の振動変位と各圧電素子２の配置及び電極パターンの対応を説明する。
併せて、上記した従来技術（特許文献２）の課題に対する効果も説明する。
プロット７に、振動体３に励起する左右方向に節線が並ぶ面外１０次曲げ振動の変位分布（図中Ａ）と、同じく面外１１次曲げ振動の変位分布（図中Ｂ）を示している。
縦軸は光学素子１の面外方向の変位で、撮像素子４が配置されている側と反対側を正としている。
横軸は図中の光学素子１の左右方向の位置と対応している。
また、本実施形態では、この２つの振動の曲げの中立面が光学素子１の内部になっている。
変位の正の箇所に配置されている圧電素子２には左右方向に伸縮の変形が生じ、変位の負の箇所に配置されている圧電素子２には時間位相が逆位相（１８０°）の左右方向の伸縮の変形が生じる。
この２つの振動に時間位相差を設けて励起することで、従来の技術（特許文献２）と同様に塵埃を一方向に移動させ光学有効部５から除去できる。
また、プロット８に、左右方向の曲げ変形と上下方向の一次曲げ変形とが同時に起こる振動の上下方向の変位分布を示している。
縦軸は図中の光学素子１の上下方向の位置と対応している。横軸は光学素子１の面外方向の変位で、撮像素子４が配置されている側と反対側を正としている。
この振動が大きいと、上下方向の変位分布において、ムラが生じて塵埃を移動できない箇所や移動力が小さい箇所が発生し、塵埃を移動させる効率が低くなってしまう。

左右の両端の圧電素子２ａと２ｂは矩形板形状で、上下方向においては光学素子１の両端まで配置され、左右方向においては光学素子１の端から光学有効範囲５まで配置されている。
圧電素子２ａと２ｂは、光学素子１と結合されている裏面には全面に一様な電極を有しており、反対面の表面には複数に分割された電極（以下、分割電極９）を有している。
分割電極９の分割箇所は、図中の破線で対応を示しているように、面外１０次曲げ振動の変位分布の変位が実質的に０となる節の箇所と面外１１次曲げ振動の変位分布の変位が実質的に０となる節の箇所の中間位置に一致している。ここで変位分布の変位が実質的に０とは、変位分布の変位が全くない場合だけでなく、振動部の振動状態に与える変位分布の変位の影響が無視できる程度の変位を有している場合も含む。
分極時には、裏面の電極をグラウンド電位とし、表面の分割電極９には図中の＋及び−で示しているように、隣合う電極には異なる極性の電位を印加している。左の圧電素子２ａの分割電極には左端から＋−＋−の極性が与えられ、右の圧電素子２ｂには右端から−＋−＋の極性が与えられている。
分極後には導電性を有する導電性塗料６を、分割電極９を跨るように施していて、分割電極９のいずれかの箇所に電圧を印加すると分割電極９の全てが同電位となるようになっている。
圧電素子２は分極時の電位の極性と同じ電位の極性を与えると伸びる力が発生し、分極時の電位と異なる電位の極性を与えると縮む特性をもっている。
交番電圧を印加した際には、交番電圧の周期と一致した周期的な伸縮力を発生する。
また、交番電圧では分極時の極性によって、交番電圧に対する伸縮力の時間位相（０°または１８０°）が決定される。

交番電圧Ｖ１＝Ａ１×ＣＯＳ（２πｆｔ）を左の圧電素子２ａに印加する。Ａ１は電圧振幅値で、ｆは周波数で、ｔは時間である。
これとは時間位相がφだけ異なる交番電圧Ｖ２＝Ａ２×ＣＯＳ（２πｆｔ＋φ）を右の圧電素子２ｂに印加する。Ａ２は電圧振幅値である。
このとき、圧電素子２ａと２ｂが時間位相で逆位相の曲げ変形となる面外１０次曲げ変形に主に寄与する電圧は、交番電圧Ｖ１とＶ２の差の成分のＶ（差）で、Ｖ（差）＝Ｖ１−Ｖ２である。
一方、圧電素子２ａと２ｂが時間位相で同位相の曲げ変形となる面外１１次曲げ変形に主に寄与する電圧は、交番電圧Ｖ１とＶ２の和の成分のＶ（和）で、Ｖ（和）＝Ｖ１＋Ｖ２である。

ここで、Ｖ（差）による圧電素子２で発生する伸縮力の時間位相について、Ｖ（差）を時間位相の基準として述べる。
左の圧電素子２ａの伸縮力の時間位相の分布は、分割電極９に対応して左端から、０°、１８０°、０°、１８０°となる。右の圧電素子２ｂでは右端から、１８０°、０°、１８０°、０°となる。
この伸縮力の時間位相の分布は、面外１０次曲げ振動の変位分布（図中Ａ）による圧電素子２の伸縮の変形の時間位相の分布と略合致する。
このため、面外１０次曲げ振動の大きな応答を得ることが可能となっている。
一方、面外１１次曲げ振動の変位分布（図中Ｂ）による圧電素子２の伸縮の変形の時間位相の分布は、左の圧電素子２ａと右の圧電素子２ｂとで逆転している。Ｖ（差）による面外１１次曲げ振動をみると、左の圧電素子２ａによって励起される振動と、右の圧電素子２ｂによって励起される振動とが、大きさが等しく時間位相が逆位相となって打ち消しあうため、面外１１次曲げ振動の応答は発生しない。
また、面外１０次曲げ振動と左右方向の節数が異なる不要振動に対しても、伸縮力の時間位相の分布と変形の時間位相分布が異なり、振動を打ち消す効果によって、応答を小さくできる。

つぎに、Ｖ（和）による圧電素子２で発生する伸縮力の時間位相についてＶ（和）を時間位相の基準として述べる。
左の圧電素子２ａの伸縮力の時間位相の分布は、分割電極９に対応して左端から、０°、１８０°、０°、１８０°となる。
右の圧電素子２ｂでは右端から、０°、１８０°、０°、１８０°となる。
この伸縮力の時間位相の分布は、面外１１次曲げ振動の変位分布（図中Ｂ）による圧電素子２の伸縮の変形の時間位相の分布とほぼ合致する。このため、面外１１次曲げ振動の大きな応答を得ることが可能となっている。
Ｖ（和）の伸縮力による面外１０次曲げ振動をみると、左の圧電素子２ａによって励起される振動と、右の圧電素子２ｂによって励起される振動とが、大きさが等しく時間位相が逆位相となって打ち消しあうため、面外１０次曲げ振動の応答は発生しない。
また、面外１１次曲げ振動とは左右方向の節数が異なる不要振動に対しても、伸縮力の時間位相の分布と変形の時間位相分布が異なり、振動を打ち消す効果によって、応答を小さくできる。

本実施の形態ではさらに、面外１０次曲げ振動と面外１１次曲げ振動の節線が並ぶ方向に圧電素子２ｃと２ｄを配置している。
圧電素子２ｃは光学有効部５の上部に配置されており、圧電素子２ｄは光学有効部５の下部に配置されている。
また、圧電素子２ｃ及び２ｄの上下方向の配置の範囲は、左右方向の曲げ変形と上下方向の一次曲げ変形とが同時に起こる振動の変位分布（図３の８参照）の節を跨ぐように配置されている。
圧電素子２ｃ及び２ｄも、圧電素子２ａや２ｂと同様に、光学素子１と結合している裏面には全面に一様な電極を有している。
また、反対面の表面には面外１０次曲げ振動の変位分布の変位がほぼゼロとなる節の箇所と面外１１次曲げ振動の変位分布の変位が実質的に０になる節の箇所の中間位置と一致した箇所で複数に分割された分割電極９を有している。
分極時には、光学素子１と結合される裏面をグラウンド電位として、表面の分割電極９には隣合う電極に異なる極性の電位を印加している。
圧電素子２ｃ及び２ｄともに、分割電極９には左端から−＋−＋−＋の極性が与えられていて、圧電素子２ａ及び２ｂの極性の順番と連続するようになっている。圧電素子２ａからの極性の順番と圧電素子２ｂからの極性の順番とが相反する中央の箇所には電極が配置されていない。
また、分極後に、導電性を有する導電性塗料６によって、分割電極９の図中において左右方向の半分ごとが電気的に接続されていて、いずれかの箇所に電圧を印加するとこれらの分割電極９が同電位となる。

駆動時には、先の圧電素子２ａに印加するＶ１と同じ時間位相の交番電圧を圧電素子２ｃの図中の左側の部分と圧電素子２ｄの図中の左側の部分に共に与え、先の圧電素子２ｂに印加するＶ２と同じ時間位相の交番電圧を圧電素子２ｃの図中の右側の部分と圧電素子２ｄの図中の右側の部分に共に与える。
これによって、面外１０次曲げ振動と面外１１次曲げ振動に対し、圧電素子２ａと２ｂで励起する振動と、圧電素子２ａと２ｂで励起する振動とを同じ時間位相で励起することができる。これらの振動の重ね合わせによって、面外１０次曲げ振動と面外１１次曲げ振動のさらに大きな応答を得ることができる。
また、不要な振動である左右の曲げ変形と上下方向の一次曲げ変形とが同時に起こる振動に対しては、圧電素子２ｃ及び２ｄは、上下方向の変位分布（グラフ８）の節を跨ぐように配置してあって、伸縮の変形の時間位相が逆転した領域を含んでいる。
一方、分割電極９の上下方向の位置では、分極時に同極性で、駆動時には同電位となっていて、伸縮力の時間位相の分布と変形の時間位相の分布とが、異なる状態になっている。
このため、不要な振動である左右の曲げ変形と上下方向の一次曲げ変形とが同時に起こる振動への加振力を増大させることがないため、相対的に不要振動の応答を小さくすることが可能となっている。

このように本実施形態では、左右方向の曲げの次数が異なる２つの振動に時間位相差を設けて、対象物を一方向に移動させる振動装置において、
節線と同一方向に圧電素子２（２ａ、２ｂ）を配置したことに加え、節線が並ぶ方向にも圧電素子２（２ｃ、２ｄ）を配置した構成となっている。
この構成をとることによって、対象物の移動に寄与する振動の応答を大きくすることが可能となって、対象物の移動の効率を高める効果がある。
また、対象物の移動に寄与する振動の応答を大きくすることは、対象物の移動を阻害する不要な振動の応答が相対的に小さくなることにもなり、この点でも本実施の形態では対象物の移動の効率を高める効果がある。
さらに、圧電素子２ｃ及び２ｄの上下方向の位置が、左右方向の曲げ変形と上下方向の一次曲げ変形とが同時に起こる振動の上下方向の節を跨るように配置していることで、この対象物の移動を阻害する不要な振動の応答をさらに相対的に小さくする効果がある。

［第２の実施形態］
図４を用いて、本発明の第２の実施形態における振動装置の構成例について説明する。
第２の実施の形態が、第１の実施形態と異なる点は、上下に配置された圧電素子２が圧電素子２ｄの１つになっている点である。
その他の構成は第１の実施形態と同じである。第２の実施形態においても第１の実施形態と同様に、物体の移動に寄与する左右方向に節線が並ぶ面外１０次曲げ振動や面外１１次曲げ振動の応答を大きくできる。
また、不要な振動の応答を小さくすることができる。これによって、対象物の移動を効率よく行うことが可能となっている。
第２の実施形態は、第１の実施形態よりも構成部品が１点少なく、製造コストが低い。また、占有体積も小さくなっている。

［第３の実施形態］
図５を用いて、本発明の第３の実施形態における振動装置の構成例について説明する。
第３の実施の形態が、第２の実施の形態と異なる点について説明する。
左右に配置された圧電素子２が圧電素子２ａの１つとなっている。圧電素子２ａの左右方向の寸法が、面外１１次曲げ振動の端から一つ目の節の位置までとなっていて、表面の電極が一様電極となっている。
圧電素子２ｄの左右方向の寸法は、一方の端部が圧電素子２ａの端部の近傍となっている。
また、圧電素子２ｄの形状は、光学素子１の中心に対して左右対称となっている。その他の構成は第２の実施形態と同じである。
圧電素子２ａ及び２ｄの発生する伸縮力の時間位相の分布と、面外１０次曲げ振動や面外１１次曲げ振動の変形の時間位相の分布とが略一致する。
第３の実施形態においても第１の実施形態や第２の実施形態と同様に、物体の移動に寄与する左右方向に節線が並ぶ面外１０次曲げ振動や面外１１次曲げ振動の応答を大きくできる。
また、不要な振動の応答を小さくすることができる。これによって、対象物の移動を効率よく行うことが可能となっている。
第３の実施形態は、第２の実施形態よりも構成部品が１点少なく、製造コストが低い。また、占有体積も小さくなっている。

［第４の実施形態］
図６用いて、本発明の第４の実施形態における振動装置の構成例について説明する。
図６には、本実施形態の圧電素子２ａの電極の配置が示されている。
本実施形態の振動装置は、第３の実施形態における圧電素子２ａの電極の配置が異なった構成となっている。
圧電素子２ａの光学素子１と結合している裏面の電極は、第３の実施の形態と同じく一様な電極となっている。
表面の電極は、上部電極１０とグラウンド電極１１とセンサ相電極１２と下部電極１３の４つに分割されていて、対象物の移動に寄与する面外１０次曲げ振動と、面外１１次曲げ振動の節線と直交する方向に、電極が分割された構成となっている。
金を含有したイオンプレーティング膜１４が、グラウンド電極１１と圧電素子２ａと裏面の電極を跨るようにイオンプレーティングによって形成されている。
これによって、裏面の電極とグラウンド電極１１は電気的に接続されている。
分極時には、グラウンド電極１１と上部電極１０及びセンサ相電極１２及び下部電極１３との間に同方向の直流電界を印加して、分極方向を同方向としている。駆動時には、不図示の交番電圧を発生する電源と、グラウンド電極及び上部電極１０及び下部電極１３が電気的に接続されている。
駆動時には、上部電極１０の箇所と下部電極１３の箇所に交番電界が作用し、圧電素子２ａに伸縮力を発生させ、面外１０次曲げ振動と面外１１次曲げ振動を励起する。
センサ相電極１２は不図示の制御回路に接続されている。駆動時には、センサ相電極１２とグラウンド電極１１との間に、圧電効果によって交番電位が発生する。
この交番電位を制御回路で演算することによって、振動装置の振動状態（応答の大きさや時間位相）を検知することが可能となっている
図中の１５は、左右方向の面外曲げ変形と上下方向の一次曲げ変形とが同時に起こる振動（不要な振動Ｃ及びＤ）においての圧電素子２ａに発生する歪の分布を示している。
縦軸が上下方向の位置で、横軸が歪の量となっている。上部電極１０が配置されている範囲は、この歪の量の空間的な積分値が略ゼロとなる範囲となっている。ある振動を励起しようとする圧電素子による加振力は、その振動による圧電素子の歪の量と電界値と分極方向の正負との積の空間的な積分値に比例する。
不要な振動Ｃ及びＤに対して、上部電極１０が配置されている箇所の歪の量の空間的な積分値は略ゼロとなっていて、かつ、電界値が一定、かつ、分極方向の正負が均一となっている。
このとき、圧電素子の歪の量と電界値と分極方向の正負の積の空間的な積分値は略ゼロとなり、不要な振動Ｃ及びＤに対する上部電極１０が配置されている箇所の加振力が略ゼロとなっている。
下部電極１３の配置している範囲も、不要な振動Ｃ及びＤの歪の量の空間的な積分値が略ゼロとなる範囲となっている。
同様に、不要な振動Ｃ及びＤに対する上部電極１０が配置されている箇所の加振力が略ゼロとなっている。
これらによって、不要な振動Ｃ及びＤに対する加振力は略ゼロとなっているため、不要な振動Ｃ及びＤの応答の大きさを極めて小さくできている。

なお、本実施の形態では、圧電素子２ａの駆動に作用させない箇所（非駆動範囲１６）の上下方向の中心位置を、圧電素子２ａの上下方向の中心位置と合致させている。この効果について述べる。
対象物の移動に寄与する面外１０次曲げ振動や面外１１次曲げ振動での圧電素子２ａの歪の量は上下方向に略一定であって、これに対する加振力は非駆動範囲１６を除いた駆動範囲１７の面積に略比例する。面外１０次曲げ振動や面外１１次曲げ振動の加振力をより大きく得るためには、非駆動範囲１６が小さいほど良い。
このため、面外１０次曲げ振動や面外１１次曲げ振動に対する不要な振動Ｃ及びＤの影響をより小さくするには、より小さな非駆動範囲１６によって、圧電素子２ａの歪みの量の空間的な積分値を略ゼロとすることが好適である。
不要な振動Ｃ及びＤでの圧電素子２ａの歪の量は、紙面左側を正とすると、図中の１５に示しているように上下方向の中央部に正の領域があり、両端部に負の領域がある。
負の領域の積分値より、正の領域の積分値の方が大きい。このため、負の領域である上下方向の両端部には非駆動範囲１６を設けずに、正の領域である中央部の一部を非駆動範囲１６とすることが好ましい。これとは違う例として、非駆動範囲１６を負の領域と正の領域に設けると、駆動範囲１７の歪みの空間的な積分値が略ゼロとするには、正の領域の非駆動範囲と負の領域の非駆動範囲が共に大きくなってしまい、合わせた非駆動範囲１６も大きくなってしまう。
さらに、圧電素子２ａの歪の量は、上下方向の中央が正の値の最大の箇所となって、ここから離れる程に減少する。これを鑑みると、駆動範囲１７の歪みの空間的な積分値が略ゼロとしつつ、より非駆動範囲１６を小さくするには、非駆動範囲１６の上下方向の中心位置を圧電素子２ａの上下方向の中心位置と合致させる事がさらに好適である。
上述のように、本実施の形態では、圧電素子２ａの駆動に作用させない箇所（非駆動範囲１６）の上下方向の中心位置を、圧電素子２ａの上下方向の中心位置と合致させて、面外１０次曲げ振動や面外１１次曲げ振動に対する不要な振動Ｃ及びＤの影響をより小さくできている。
また、本実施の形態の他の構成として、駆動範囲１７の一部の分極方向を逆転させたり、電界値の大きさや極性を変えたりしても、不要振動Ｃ及びＤに対する加振力を減少させることが可能である。
また、図７のように圧電素子２ａ及び２ｄを一体的に形成しても良い。
また、第１及び第２の実施形態のように節線の方向に２つの圧電素子２ａ及び２ｂを配置したものに関しても、本実施の形態と同様に、節線と直交する方向に分割した分割電極９を設けても、不要振動Ｃ及びＤに対する加振力を減少させることが可能である。

以上の各実施形態で説明した振動装置は、駆動装置に適用して所定の方向に対象物を駆動する駆動装置を構成することができる。
また、塵埃除去装置に適用して所定の方向に塵埃を移動させて除去する塵埃除去装置を構成することができる。
さらに、このような塵埃除去装置を適用して光路上の塵埃を除去する光学機器を構成することができる。
具体的には、例えばカメラ、ファクシミリ、スキャナー、プロジェクター、複写機、レーザビームプリンター、インクジェットプリンター、レンズ、双眼鏡、画像表示装置などの光学機器に適用することができる。

１：光学素子
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ：圧電素子
３：振動体
４：撮像素子
５：光学有効範囲（光学有効部）
６：導電性塗料
７：節線が並ぶ面外１０次曲げ振動の変位分布と同じく面外１１次曲げ振動の変位分布
８：左右方向の曲げ変形と上下方向の一次曲げ変形とが同時に起こる振動の上下方向の変位分布
９：分割電極
１００：制御回路
１０１：電源

Claims (7)

1. 複数の電気機械エネルギ変換素子を有する振動体と、
   前記複数の電気機械エネルギ変換素子に交番電圧を印加する電源と、
   前記電源によって印加される交番電圧を制御する制御回路と、を備え、
   前記制御回路によって、複数の節線が同一方向に並ぶ次数の異なる第１の定在波および第２の定在波を、所定の時間位相差を設けて前記振動体に発生させる振動装置であって、
   前記振動体は、前記節線と同一方向に配置された少なくとも一つの前記電気機械エネルギ変換素子を有すると共に、前記節線の並ぶ方向に配置された少なくとも一つの前記電気機械エネルギ変換素子を有することを特徴とする振動装置。
2. 前記節線の並ぶ方向に配置されている電気機械エネルギ変換素子の電極が、
   前記第１の定在波と前記第２の定在波のいずれかの節線の位置と略一致する位置または前記第１の定在波と前記第２の定在波の互いに隣合う節線の間の位置において分割されていることを特徴とする請求項１に記載の振動装置。
3. 前記節線の方向に配置されている電気機械エネルギ変換素子の電極が、節線と直交する方向に分割されていることを特徴とする請求項２に記載の振動装置。
4. 前記制御回路の制御による交番電圧の周波数に応答があって、
   第１の定在波及び第２の定在波の節線とは異なる方向または異なる箇所に節線を有する振動の節線の位置に、
   前記節線の並ぶ方向に配置された少なくとも一つの電気機械エネルギ変換素子が配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の振動装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の振動装置を有し、該振動装置によって所定の方向に対象物を駆動することを特徴とする駆動装置。
6. 請求項１から４のいずれか１項に記載の振動装置を有し、該振動装置によって所定の方向に塵埃を移動させて除去することを特徴とする塵埃除去装置。
7. 請求項６に記載の塵埃除去装置を有し、塵埃除去装置によって光路上の塵埃を除去することを特徴とする光学機器。

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