JP5968052B2 - 塵埃除去装置および撮像装置 - Google Patents
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Description
前記第一の圧電素子は前記振動部材の前記塵埃除去面と同じ側の第一の面に設けられ、前記第二の圧電素子は前記振動部材の前記第一の面と反対側の第二の面に設けられ、
前記第一及び第二の圧電素子の前記塵埃除去面の法線方向からの投影像において、前記第一の圧電素子の振動発生端部と前記第二の圧電素子の振動発生端部との距離dL1がdL1>0(ただしdL1≠nλ/2、nは正の整数)であり、
前記第一の圧電素子と前記第二の圧電素子とに、同じ周波数を含む交番電圧を、夫々異なる期間に印加する制御手段を有することを特徴とする。
dL1>0(ただしdL1≠nλ/2、nは正の整数)
図1は本発明の塵埃除去装置の一例を示す概略図である。本発明の塵埃除去装置10は、振動部材である振動板20と圧電素子30とを少なくとも備える。圧電素子30に交番電圧を印加することにより圧電素子30と振動板20との間に応力が発生し、振動板20に振動を発生する。本発明では、塵埃除去装置10は、この振動板20の振動により振動板20の塵埃除去面B(図中、点線で囲まれた部分)に付着した異物を除去する。本発明において塵埃除去面とは、実用上で塵埃が付着する可能性のある振動板の表面のことをいう。
図2は、本発明の圧電素子の一例を示す模式図である。圧電素子30は図2に示すように圧電材料31と第1の電極32と第2の電極33とより構成され、第1の電極32と第2の電極33とは圧電材料31の板面に対向して配置されている。圧電材料31の素材は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛(PZT)やチタン酸バリウム、チタン酸バリウムカルシウム、チタン酸ビスマスナトリウム、チタン酸鉛、ニオブ酸リチウム、ニオブ酸カリウムナトリウム、鉄酸ビスマスなどの圧電セラミックスや、これらを主成分とした圧電セラミックス等を用いることが出来る。圧電材料31は下記一般式(1)
一般式(1) (Ba1−xCax)(Ti1−yZry)O3(0.02≦x≦0.30、0.020≦y≦0.095であり、かつy≦x)
で表わされるペロブスカイト型金属酸化物を主成分とすることが好ましい。
次に、本発明の塵埃除去装置が搭載される撮像装置と画像読取装置に関して説明する。
次に、本発明の塵埃除去装置の駆動方法について説明する。まず、図1の塵埃除去装置における距離dLと、点線で囲まれた塵埃除去面B(光学有効部)のAA’線上(代表的な振動測定ライン)における振動板の振動振幅の関係を説明する。
図1に示した構成の塵埃除去装置を作製した。振動板20として赤外線カットフィルタの機能を有する横50.8×縦33.7×厚さ0.3mmのガラス板を用い、圧電素子30として33.3×4.0×0.25mmの日本セラテック製PZTのNA材(Agペースト電極付き、分極済み)を用いた。振動板20の33.7mmの縦方向にエポキシ樹脂系の接着剤を用いて圧電素子30を図1に示した配置で固定した。共振周波数で振動させたときの振動の波長をλとして、dLがλ/4±3%となるように複数の圧電素子を振動板上に配置した。ここで本実施例では、dL=dL1=dL2とする。光学有効部(点線で囲んだ塵埃除去面B)は横30mm以上得られるようにした。
実施例1と同様の振動板20と圧電素子30を用い、図1に示す構成でdLがλ/8になるように配置した。ここで、dL=dL1=dL2とする。除去駆動は実施例1と同様、除去駆動A乃至Dを順次に行った。実施例1と同様、位相差0で駆動すると19次の曲げ振動モード、位相差πで駆動すると18次の曲げ振動モードが発生する。本実施例における光学有効部の振動振幅の最低値は0.80μmであった。また塵埃除去性能は3であった。
実施例1と同様の振動板20と圧電素子30を用いて、図6に示す構成で塵埃除去装置を作製した。dLはλ/4になるように配置した。除去駆動は、実施例1の除去駆動Aと同様の電圧と周波数にて、まず圧電素子30−1に交番電圧を印加し、次に第二の圧電素子30−2に交番電圧を印加した。各圧電素子には交番電圧をそれぞれ1回ずつ(各印加時間(期間)は1秒以下)印加した。つまり、異なる期間において2つの圧電素子に順次交番電圧を印加した。本実施例の場合、圧電素子30−1に交番電圧を印加した場合も、圧電素子30−2に交番電圧を印加した場合も、19次の曲げ振動モードが発生する。本実施例における光学有効部の振動振幅の最低値は0.80μmであった。また塵埃除去性能は3であった。
実施例1と同様の振動板20と圧電素子30を用いて、図6に示す構成で塵埃除去装置を作製した。dLはλ/8になるように配置した。除去駆動は、実施例1の除去駆動Aと同様の電圧と周波数にて、まず圧電素子30−1に交番電圧を印加し、次に圧電素子30−2に交番電圧を印加した。各圧電素子には交番電圧をそれぞれ1回ずつ(各印加時間(期間)は1秒以下)印加した。つまり、異なる期間において2つの圧電素子に順次交番電圧を印加した。本実施例の場合、圧電素子30−1に交番電圧を印加した場合も、圧電素子30−2に交番電圧を印加した場合も、19次の曲げ振動モードが発生する。本実施例における光学有効部の振動振幅の最低値は0.44μmであった。また塵埃除去性能は2であった。
実施例1と同様の振動板20と圧電素子30を用いて、図7の構成で塵埃除去装置を作製した。dLがnλ/4(nは正の整数)かつ光学有効部が30mm以上になるように、nが26の位置に圧電素子を配置した。除去駆動は、実施例1の除去駆動Aと同様の電圧と周波数にて、まず圧電素子30−2に交番電圧を印加し、次に圧電素子30−3に交番電圧を印加した。各圧電素子には交番電圧をそれぞれ1回ずつ(各印加時間(期間)は1秒以下)印加した。つまり、異なる期間において2つの圧電素子に順次交番電圧を印加した。本実施例の場合、圧電素子30−3が第一の圧電素子として機能し、圧電素子30−2が第二の圧電素子として機能する。また、本実施例の場合、圧電素子30−1に交番電圧を印加した場合も、圧電素子30−2に交番電圧を印加した場合も、19次の曲げ振動モードが発生する。本実施例における光学有効部の振動振幅の最低値は0.46μmであった。また塵埃除去性能は2であった。
赤外線カットフィルタとしての機能を有する横62.8×縦45.7×厚さ0.3mmのガラス板を振動板20として用い、図11の構成で塵埃除去装置を作製した。圧電素子30は実施例1と同様の材料で作成した。圧電素子300−1の外径50.0mm、内径46.0mm、厚さ0.25mm、圧電素子300−2の外径38mm、内径34.0mm、厚さ0.25mmである(電極は不図示)。図11に示すように、振動板20の法線Nの方向に投影したとき、圧電素子300−1が振動板20と接する側の内径中心Cと、同様の圧電素子300−2の内径中心Dが重なるように配置した。除去駆動は、実施例1の除去駆動Aと同様の電圧で、まず圧電素子300−1に交番電圧を印加し、次に圧電素子300−2に交番電圧を印加した。各圧電素子には交番電圧をそれぞれ1回ずつ(各印加時間(期間)は1秒以下)印加した。本実施例における光学有効部の振動振幅の最低値は0.78μmであった。また塵埃除去性能は3であった。
実施例1と同様の振動板20と圧電素子30を用い、図1の構成でdLがλ/16になるように圧電素子30を配置した。除去駆動は実施例1と同様に、除去駆動A乃至Dの駆動を順次行った。本実施例における光学有効部の振動振幅の最低値は0.40μmであった。また塵埃除去性能は2であった。
実施例1と同様の振動板20と圧電素子30を用い、図1の構成でdLがλ/4になるように圧電素子を配置した。除去駆動は除去駆動Aと除去駆動Bを順次行った。本実施例における光学有効部の振動振幅の最低値は1.00μmであった。また塵埃除去性能は4であった。
本比較例の塵埃除去装置を図8に示す。振動板20、圧電素子30は実施例1と同様である。圧電素子30−2及び圧電素子30−4を振動板20の一方の平面に固定した構成である。点線で囲まれた塵埃除去面Bは光学有効部を示していて、光学有効部の横が30mm得られるように圧電素子を配置した。図8の2個の圧電素子を除去駆動Bで駆動した。AA’線上における光学有効部範囲(振動測定ライン)の振動板20の振動振幅を図9に示す。図9は、除去駆動Bを行った場合において、各位置の振動振幅の最大値を示している。
共振周波数で駆動した際の定在波の節の部分で振動振幅が小さくなり、定在波の腹の部分で振動振幅が大きくなっている。本実施例における光学有効部の振動振幅の最低値は0.28μmであった。また塵埃除去性能は1であった。
本比較例の塵埃除去装置を図10に示す。本比較例では、dLはゼロである。振動板20、圧電素子30は実施例1と同様である。つまり、圧電素子30−1と30−2とは、投影像において重なる配置となっている。除去駆動は、実施例1の除去駆動Aと同様の電圧で、まず圧電素子30−1に交番電圧を印加し、次に圧電素子30−2に交番電圧を印加した。各圧電素子には交番電圧をそれぞれ1回ずつ(各印加時間(期間)は1秒以下)印加した。本比較例における光学有効部の振動振幅の最低値は0.28μmであった。また塵埃除去性能は1であった。
9 デジタルスチルカメラ
10 塵埃除去装置
20 振動板
21 光学素子
30 圧電素子
31 圧電材料
32 圧電素子の第1の電極
33 圧電素子の第2の電極
34 駆動回路
35 スキャナユニット
36 第1の電極面
37 第2の電極面
38 支持部材
39 支持部材
41 筺体
300−1 圧電素子
300−2 圧電素子
Claims (15)
- 圧電材料と前記圧電材料に設けられた電極とを夫々備える第一の圧電素子と第二の圧電素子と、前記第一及び第二の圧電素子が設けられた振動部材と、を少なくとも有し、前記第一の圧電素子と前記第二の圧電素子とに夫々交番電圧が印加されることにより前記振動部材に少なくとも波長λの振動を発生させて前記振動部材の塵埃除去面の塵埃を除去する塵埃除去装置であって、
前記第一の圧電素子は前記振動部材の前記塵埃除去面と同じ側の第一の面に設けられ、前記第二の圧電素子は前記振動部材の前記第一の面と反対側の第二の面に設けられ、
前記第一及び第二の圧電素子の前記塵埃除去面の法線方向からの投影像において、前記第一の圧電素子の振動発生端部と前記第二の圧電素子の振動発生端部との距離dL1がdL1>0(ただしdL1≠nλ/2、nは正の整数)であり、
前記第一の圧電素子と前記第二の圧電素子とに、同じ周波数を含む交番電圧を、夫々異なる期間に印加する制御手段を有することを特徴とする塵埃除去装置。 - 前記塵埃除去面は前記第一の面の一部の領域であり、前記第一の圧電素子は、前記第一の面における前記塵埃除去面の外側の領域に設けられており、前記第二の圧電素子は、前記第二の面における前記塵埃除去面の投影像の外側の領域に設けられており、
前記第一及び第二の圧電素子の振動発生端部は、前記塵埃除去面側の端部であることを特徴とする請求項1に記載の塵埃除去装置。 - 前記距離dL1が、(4n−3)λ/8≦dL1≦(4n−1)λ/8を満たすことを特徴とする請求項1又は2に記載の塵埃除去装置。
- dL1がλ/4であることを特徴とする請求項3に記載の塵埃除去装置。
- 前記交番電圧を印加する制御手段を更に有し、
前記制御手段は、前記第一の圧電素子と前記第二の圧電素子とに、夫々異なる周波数の交番電圧を、夫々異なる期間に順次印加することを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の塵埃除去装置。 - 前記交番電圧を印加する制御手段を更に有し、
前記制御手段は、
前記第一の圧電素子と前記第二の圧電素子とに、同じ周波数を含み且つ同位相の交番電圧を夫々印加する制御と、同じ周波数を含み且つ逆位相の交番電圧を夫々印加する制御と、を行うことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の塵埃除去装置。 - 前記第一の面に設けられた第三の圧電素子と、前記第二の面に設けられた第四の圧電素子と、を更に有し、
前記第三及び第四の圧電素子の前記塵埃除去面の法線方向からの投影像において、前記第三の圧電素子の振動発生端部と前記第四の圧電素子の振動発生端部との距離dL2がdL2>0(ただしdL2≠nλ/2、nは正の整数)であることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の塵埃除去装置。 - 前記塵埃除去面は前記第一の面の一部の領域であり、前記第一及び第三の圧電素子は、前記第一の面における前記塵埃除去面の外側の領域に設けられており、前記第二及び第四の圧電素子は、前記第二の面における前記塵埃除去面の投影像の外側の領域に設けられており、
前記第一から第四の圧電素子の振動発生端部は、前記塵埃除去面側の端部であることを特徴とする請求項7に記載の塵埃除去装置。 - 前記距離dL2が、(4n−3)λ/8≦dL2≦(4n−1)λ/8を満たすことを特徴とする請求項7又は8に記載の塵埃除去装置。
- dL2がλ/4であることを特徴とする請求項9に記載の塵埃除去装置。
- 前記第一から第四の圧電素子に夫々第一の周波数を含む交番電圧を印加する制御手段を更に有し、
前記制御手段は、
前記第一の圧電素子と前記第三の圧電素子とに、前記第一の周波数を含み且つ同位相の交番電圧を、夫々印加する第一の制御と、
前記第二の圧電素子と前記第四の圧電素子とに、前記第一の周波数を含み且つ同位相の交番電圧を、夫々印加する第二の制御と、
前記第一の圧電素子と前記第三の圧電素子とに、前記第一の周波数を含み且つ逆位相の交番電圧を、夫々印加する第三の制御と、
前記第二の圧電素子と前記第四の圧電素子とに、前記第一の周波数を含み且つ逆位相の交番電圧を、夫々印加する第四の制御と、
を夫々異なる期間に行うことを特徴とする請求項8乃至10のいずれか1項に記載の塵埃除去装置。 - 前記第一及び第二の圧電素子の圧電材料は、Ba、Ca、Ti、Zr、およびMnを含むことを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の塵埃除去装置。
- 少なくとも前記第一及び第二の圧電素子の圧電材料が、下記一般式(1)
一般式(1) (Ba1−xCax)(Ti1−yZry)O3(0.02≦x≦0.30、0.020≦y≦0.095であり、かつy≦x)
で表わされるペロブスカイト型金属酸化物を主成分とすることを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の塵埃除去装置。 - 少なくとも前記第一及び第二の圧電素子の圧電材料が、前記一般式(1)で表わされるペロブスカイト型金属酸化物を主成分とし、前記金属酸化物にMnが含有されており、前記Mnの含有量が前記金属酸化物100重量部に対して金属換算で0.02重量部以上0.40重量部以下であることを特徴とする請求項13に記載の塵埃除去装置。
- 請求項1乃至14のいずれか1項に記載の塵埃除去装置と、受光素子と、を少なくとも有する撮像装置であって、前記塵埃除去装置の前記振動部材を透過した光が前記受光素子の受光面に入射するよう前記振動部材と前記受光面とを同一軸上に設けた事を特徴とする撮像装置。
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