JP6460833B2 - 振動体、振動体の駆動方法、振動型駆動装置、塵埃除去装置及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、弾性体に振動を励振させることによって、例えば、該弾性体に付着した塵埃等を除去し、或いは、該弾性体に被駆動体を接触させて該弾性体と該被駆動体とを相対的に移動させる技術に関する。

デジタルカメラ等の撮像装置では、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の撮像素子で撮像光束を受光し、撮像素子から出力される電気信号を画像データに変換してメモリカード等の記憶媒体に記憶している。このような撮像装置では、一般的に、撮像素子の被写体側に、光学ローパスフィルタや赤外吸収フィルタが配置される。そのため、これらのフィルタの表面に塵埃等が付着してしまうと、塵埃等の付着部分が黒点となって撮像画像に写り込み、画像の見栄えが低下してしまう。

また、撮像装置の一例であるレンズ交換可能なデジタル一眼レフカメラでは、シャッタやクイックリターンミラー等の機械作動部が撮像素子の近傍に配置されているため、機械作動部で発生した塵埃等が撮像素子やフィルタの表面に付着することがある。更に、デジタル一眼レフカメラでは、レンズ交換時にレンズマウントの開口から塵埃等がカメラ本体内に入り込み、撮像素子或いはフィルタの表面に付着することもある。

このような問題を解消するために、撮像素子の被写体側に撮影光束を透過させる防塵幕を設け、これを圧電素子で振動させることにより、防塵幕の表面に付着した塵埃等を除去する技術が提案されている（特許文献１参照）。また、振動を用いて塵埃等を除去する装置として、光学部材に設けられた振動体に楕円運動を生じさせることによって、光学部材に付着した塵埃を所望の方向に移動させる塵埃除去装置が提案されている（特許文献２参照）。

図１０は、特許文献２に記載された従来の塵埃除去装置の概略構成を示す図である。圧電素子１２１，１２２は、振動体１０３における面外曲げ振動の節の並ぶ方向に位置をずらして配置されている。振動体１０３は、撮像素子１０４の前面側（撮像光束の結像面側）に取り付けられる。

圧電素子１２１，１２２には、振動周期が同じであり、且つ、時間的位相が９０°異なる交番電圧が印加される。印加される交番電圧の周波数は、振動体１０３の長手方向に沿って面外に変形するｍ次（ｍは自然数）の面外曲げ振動の共振周波数とｍ＋１次の面外曲げ振動の共振周波数との間の周波数であり、且つ、２つの振動の振幅比が１：１となる周波数である。振動体１０３には、ｍ次の面外曲げ振動に対して９０°の位相差を持った（ｍ次の面外曲げ振動に対して位相が９０°進んでいる）ｍ＋１次の面外曲げ振動が、同じ振幅で、且つ、同じ振動周期で励振される。

これら２つの振動が合成されることによって、振動体１０３に楕円運動が生じる。塵埃等は、この楕円運動によって面外に突き上げられるときに、振動体１０３の表面の法線方向の力を受けて、弾かれるように所定の方向に移動していく。

特開２００３−３１９２２２号公報 特開２００８−２０７１７０号公報

しかしながら、特許文献２に記載された振動体１０３では、２つの振動モードの共振周波数の間の周波数で駆動するため、共振周波数に近い周波数で駆動する場合と比べると、振動振幅が小さくなってしまう。したがって、塵埃等を移動させるために必要な振動振幅を得るために、駆動電圧を大きくする必要がある。

また、振動体１０３には多数の振動モードが存在するため、所望する２つの振動モード以外の不要な振動モードが混在する。この不要な振動モードの混在によって、光学部材１０１の表面の塵埃等を面外に叩き上げるときの面内方向の向きが、所望する方向の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。

そのため、これらの箇所では、塵埃等を所望する方向に移動させることができず、或いは、塵埃等の付着力に抗して塵埃等を移動させる力が小さくなって、塵埃を移動させる効率が低下してしまう。更に、２つの振動モードの振動を任意の位相差で励振するために、光学部材１０１に２つ以上の圧電素子（圧電素子１２１，１２２）を配置する必要があるため、小型化が容易ではない。

本発明は、低電圧で所望する大きさの振幅の振動を励振することができる振動体の駆動方法を提供する。また、本発明は、小型化が容易な振動体を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、板状の弾性体と、前記弾性体に接合された電気−機械エネルギ変換素子とを有する振動体の駆動方法であって、前記電気−機械エネルギ変換素子に交番電圧を印加することにより、前記振動体に前記弾性体の厚さ方向と直交する第１の方向の振動の次数または節数が互いに１異なり、且つ、前記弾性体の厚さ方向および前記第１の方向と直交する前記第２の方向の振動の次数または節数が互いに１異なる第１の振動モードおよび第２の振動モードの振動を励振することを特徴とする振動体の駆動方法である。

本発明の第２の態様は、板状の弾性体と、前記弾性体の第１の面に接合された電気−機械エネルギ変換素子とを備える振動体であって、前記電気−機械エネルギ変換素子は、圧電体と、前記圧電体の厚さ方向と直交する方向を第１の方向として、前記圧電体に前記第１の方向と直交する第２の方向に間隔を空けて設けられた２つの第１電極と、前記２つの第１電極の間に設けられた第２電極とを有し、前記２つの第１電極および前記第２電極のそれぞれに所定の交番電圧が印加されることにより、前記振動体に、前記第１の方向の振動の次数または節数が１異なり、且つ、前記第２の方向の振動の次数または節数が１異なる第１の振動モードと第２の振動モードの振動が励振されることを特徴とする振動体である。

本発明に係る振動体の駆動方法では、振動体に励振させる２つの振動モードの固有振動をほぼ一致させることにより、共振現象を利用した駆動（共振周波数近傍の周波数での駆動）が可能となるため、不要な振動モードの影響を受け難くなる。これにより、低電圧で大きな振幅の振動を振動体に励振させることができるため、例えば、効率的な塵埃の除去が可能な塵埃除去装置の実現が可能となる。

また、本発明に係る振動体では、１つの電気−機械エネルギ変換素子で所望する複数の振動モードの振動の励振が可能となる。よって、本発明に係る振動体を塵埃除去装置に適用した場合、従来の２つの電気−機械エネルギ変換素子を必要とするものと比較して、省スペース化と給電のための構成の簡略化が可能となるため、小型化と低コスト化が可能になる。

本発明の第１実施形態に係る塵埃除去装置の概略構成を示す正面図と断面図である。 図１の塵埃除去装置を構成する振動体の斜視図、振動体に励振する振動モードＡ，Ｂの各振動を模式的に示す斜視図である。 図２の振動体に塵埃除去のために励振する振動の振動モードの共振周波数と、不要振動の振動モードの共振周波数との関係を示す図である。 図２の振動体に塵埃除去のために励振した２つの振動モードの各振動の変位と、各振動の合成変位を時間位相に対して示す第１の図である。 図２の振動体に塵埃除去のために励振した２つの振動モードの各振動の変位と、各振動の合成変位を時間位相に対して示す第２の図である。 本発明の第２実施形態に係る塵埃除去装置に用いられる振動体の概略構成を示す斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る振動型駆動装置の概略構成を示す斜視図である。 本発明の第４実施形態に係る振動型駆動装置の概略構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る塵埃除去装置と振動型駆動装置を備える撮像装置の概略構成を示す図である。 従来の塵埃除去装置の概略構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
第１実施形態では、本発明の実施形態に係る振動体の駆動方法を、撮像装置において撮像光束が通過する光路に配置される光学部材に付着した塵埃等の粒子を除去する塵埃除去装置の駆動に適用した場合について説明する。

図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る塵埃除去装置１０の構成を示す平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す矢視Ａ−Ａの断面図である。なお、図１中に示すように、三次元直交座標（Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向）を定める。塵埃除去装置１０は、板状の弾性体である光学部材１と、電気−機械エネルギ変換素子である圧電素子２ａ，２ｂと、支持部材４と、撮像素子（不図示）に取り付けられる保持部材５と、駆動回路６とを備える。以下の説明では、圧電素子２ａ，２ｂを、特に区別しない場合には「圧電素子２」と称呼する。

光学部材１は、カバーガラス、赤外線カットフィルタ、或いは、光学ローパスフィルタ等の透光性部材であり、光学部材１を通過した光が撮像素子（不図示）に入射する。ここでは、デジタルカメラ等の撮像装置に用いられている撮像素子の一般的な撮像面の形状である矩形形状に合わせて、光学部材１を矩形形状としており、長手方向をＸ方向、短手方向をＹ方向、厚さ方向をＺ方向とする。

圧電素子２ａ，２ｂは、光学部材１の表面（第１の面）に、所定の間隔を隔てて接着剤等により接合されており、光学部材１と圧電素子２ａ，２ｂとにより振動体３が構成される。本実施形態では、圧電素子２ａ，２ｂの離間方向は、光学部材１の長手方向（Ｘ方向）に設定している。

光学部材１は、裏面（第１の面の反対側の第２の面）において、枠状の支持部材４により保持部材５に粘着固定されている。支持部材４により保持部材５と光学部材１との間に密閉空間が形成されており、この密閉空間へは外部から塵埃等が侵入することができなくなっている。なお、支持部材４も、撮像素子の一般的な撮像面の形状である矩形形状に合わせて、矩形枠状としている。光学部材１において支持部材４の矩形枠内の所定領域を透過した撮像光束が撮像素子に結像するように、光学部材１は支持部材４により保持部材５に対して位置決めされている。

駆動回路６は、圧電素子２ａに交番電圧Ｖａを、圧電素子２ｂに交番電圧Ｖｂをそれぞれ印加する。なお、振動体３及び駆動回路６により振動型駆動装置が構成される。

圧電素子２に交番電圧を印加すると、圧電素子２は逆圧電効果により面内方向に伸縮する。したがって、圧電素子２と接合された光学部材１は、接合面を面内方向に伸縮させる力を圧電素子２から受け、圧電素子２の接合面（第１の面）側の凸凹が周期的に切り替わるような振動が生じる。塵埃除去装置１０では、進行波の進行方向であるＸ方向と、Ｘ方向及びＺ方向と直交するＹ方向にそれぞれ、次数の異なる第１の振動モードと第２の振動モードの振動を励振させる。以下、第１の振動モードを「振動モードＡ」と称呼し、第２の振動モードを「振動モードＢ」と称呼する。

図２（ａ）は振動体３の斜視図であり、図２（ｂ）は、振動モードＡの振動を模式的に示す斜視図であり、図２（ｃ）は振動モードＢの振動を模式的に示す斜視図である。振動モードＡの振動は、Ｘ方向（第１の方向）に１２次、Ｙ方向（第２の方向）に０次の面外曲げ振動である。振動モードＢの振動は、Ｘ方向に１１次、Ｙ方向に１次の面外曲げ振動である。つまり、振動モードＡ，Ｂでは、Ｘ方向の次数が１次異なり、Ｙ方向の次数も１次異なる。これらの振動モードＡ，Ｂの次数を“［Ｘ方向の次数，Ｙ方向の次数］次”と表したときに、振動モードＡの次数は［１２，０］次、振動モードＢの次数は［１１，１］次と表すことができる。

交番電圧Ｖａと交番電圧Ｖｂとでは時間的な位相が異なっており、そのため、振動体３には、振動モードＡと振動モードＢの２つの振動が合成された振動が励振される。ここで、振動モードＡと振動モードＢの共振周波数の差の絶対値をΔｆとしたときに、共振現象を有効に利用するには、Δｆができるだけ小さいことが望ましい。つまり、振動モードＡ，Ｂの各振動の共振周波数が近いことが望ましい。具体的には、振動モードＡ，Ｂのうち共振周波数が大きい振動モードの共振周波数をｆｒとしたとき、共振周波数ｆｒとΔｆとの関係が、Δｆ＜ｆｒ×０．１、となっていることが望ましい。

また、光学部材１のアスペクト比の影響を抑えるために、ｍ，ｎを自然数として、振動モードＡの次数を［ｍ＋１，ｎ−１］次とし、振動モードＢの次数を［ｍ，ｎ］次に設定することも好ましい。節の影響を最小限にするために、振動モードＡのＹ方向の次数を、上述した［１２，０］次のように、ゼロ次とすることも好ましい。

このように共振周波数の近い振動モードＡ，Ｂの振動を用い、その際に、交番電圧Ｖａ，Ｖｂの周波数（振動体３の駆動周波数）を、振動モードＡ，Ｂの共振周波数の近傍とすることで、小さな印加電圧でも大きな振幅を得ることができる。これにより、光学部材１に付着した塵埃等を効率よく光学部材１から除去することができる。なお、振動モードＡ，Ｂの各共振周波数は、光学部材１のＸ方向とＹ方向の寸法を調整することによって、独立して調整することが可能である。

図３は、振動体３に励振する振動モードＡ，Ｂの共振周波数と不要振動モードの共振周波数との関係を示す図である。振動モードＡ，Ｂの共振周波数の近傍に駆動周波数を設定することにより、他の不要振動モードの影響を小さくすることができる。

ここで、振動モードＡ，Ｂの各振動を合成した合成振動の挙動について、Ｘ方向で２次と３次の振動を合成した場合について、図４及び図５を参照して説明する。図４及び図５は、振動体３に励振した振動モードＡ，Ｂの各振動の変位と、各振動の合成変位とを時間位相に対して示す第１の図及び第２の図である。

図４及び図５において、細実線は振動モードＡの振動変位を、破線は振動モードＢの振動変位を、太実線は合成振動の振動変位をそれぞれ示している。より詳しくは、位相差が９０°で振幅比が１：１である場合の、Ｘ方向に３次でＹ方向に０次の振動モードＡの面外曲げ振動が実線で、Ｘ方向に２次でＹ方向に１次の振動モードＢの面外曲げ振動が破線で、それぞれ示されている。また、振動体３のＹ方向中央付近の、振動モードＡ，Ｂの振動が重ね合わされたＺ方向変位を正規化した値が太実線で示されている。図４及び図５では、縦軸にＺ方向変位を、横軸に振動体３のＸ方向の長さを３６０としたときの位置（Ｘ方向位置）を取り、振動の周期Ｔを１２等分した時間位相ｔのそれぞれについての振動を示している。

振動体３を振動させると、合成振動の波形は図中矢印ａ方向に進行する。このとき、合成振動の波形の１点に注目すると、光学部材１には図４（ａ）中に矢印ｂで示すような楕円運動がＺ−Ｘ面内で生じている。合成振動によって、光学部材１の表面に付着した塵埃等は、光学部材１が塵埃等を面外（図４及び図５の縦軸の正の向き、つまり、Ｚ方向の正の向き）に突き上げるときに、光学部材１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。

なお、振動モードＡ，Ｂの振動の位相差は、９０°に限定されるものではなく、０°及び１８０°以外であればよい。振動モードＡ，Ｂの振幅比も、１：１に限定されるものではない。交番電圧Ｖａ，Ｖｂの位相差と振幅を調整することにより、合成振動を振幅むらの少ない進行波に近付けることが可能となる。

但し、光学部材１のＸ方向端部に近付くほど合成振動が定在波に近付くため、撮像素子に対する光学部材１の有効部に定在波が生じないように、振動モードの次数を設定すること望ましい。図４及び図５に示した合成振動を生成する振動モードＡ，Ｂの次数は、撮像素子に対する光学部材１の有効部（撮像素子に結像する光束を透過させる領域）が位置６０から位置３００の範囲付近であることを前提として、この有効部から効率的に塵埃等を除去することができるように設定されている。

また、振動モードＢの振動のＹ方向の節位置では、振動モードＡの振動の節位置と重なる部分があるため、図４に示すような進行波が生じず、定在波となって、塵埃等の除去能力が低下してしまう。そのため、振動モードＢの振動のＹ方向の節位置が有効部の外側にくるように光学部材１のＹ方向寸法を調整することが望ましい。

振動体３に励振する全ての進行波の方向を同一方向にするためには、進行波を発生させたい方向に、次数が１異なる２つの振動モードを使用する必要がある。よって、振動体３に励振する振動モードの次数は、図４及び図５の［３，０］次と［２，１］次に限定されず、例えば、図２の［１２，０］次、［１１，１］次を用いることもできる。その場合に、振動モードＢの振動のＹ方向の節位置が光学部材１の有効部の外側にくるように光学部材１のＹ方向寸法を調整することが望ましいのは、前述の通りである。

以上のように、本実施形態に係る振動型駆動装置では、振動体３に励振する２つの振動モードの共振周波数をほぼ一致させることで、共振現象を利用した駆動が可能となるため、不要振動モードの影響を受けず、低電圧かつ効率的な振動の励振が可能になる。よって、振動体３を塵埃除去装置１０に適用した場合に、効率的な塵埃除去が可能となる。

なお、本実施形態では振動モードの節数から１を引いた値を次数と定義し、節数が０の場合は簡単のため、あえて０次と定義している。また、ここまで振動モードの次数を用いて説明してきたが、次数を節数に置き換えても実現可能である。特に次数で定義されていない節数が１の場合、例えば［１２，０］節、［１１，１］節でも進行波を起こすことが可能である。

＜第２実施形態＞
第１実施形態では、２つの圧電素子２ａ，２ｂで光学部材１に振動を励振することで、光学部材１に付着した塵埃等の粒子を除去する塵埃除去装置１０について説明した。これに対して、第２実施形態では、１つの圧電素子で光学部材に振動を励振することで、光学部材に付着した塵埃等の粒子を除去する塵埃除去装置について説明する。

図６は、本発明の第２実施形態に係る塵埃除去装置に用いられる振動体１３の概略構成を示す斜視図である。なお、第２実施形態に係る塵埃除去装置は、塵埃除去装置１０の振動体３を振動体１３に置き換えた構成を有している。そのため、ここでは、振動体１３以外の構成部材についての図示と説明を省略する。

振動体１３は、光学部材１１のＸ方向端の一方に、圧電素子１２が接着等により接合された構造を有する。圧電素子１２は、圧電体の第１の面に、第１電極１２ａと、第２電極１２ｂと、折り返し電極１２ｃとが形成された構造を有する。不図示のフレキシブルプリント基板を介して、第１電極１２ａには交番電圧Ｖａが、第２電極１２ｂには交番電圧Ｖｂが印加される。折り返し電極１２ｃは、圧電体の側面に設けられた側面電極を介して第１の面の反対側の第２の面に設けられた全面電極（不図示）と導通し、更にグランドに接続される。

なお、第１電極１２ａは、圧電体の第１の面の第１の方向（Ｘ方向）と直交する第２の方向（Ｙ方向）に所定の間隔を空けて２カ所に形成されている。本実施形態では、図６に示すように２カ所の第１電極１２ａを光学部材１１の表面上でＹ方向に電気的に接続した電極パターンとしているが、２カ所の第１電極１２ａは独立して形成されていてもよい。

図６中の破線は、振動モードＢの振動のＹ方向の節位置を示している。そして、第１電極１２ａと第２電極１２ｂの間のＸ方向に延在する非電極部は、この節位置を含む。ここで、振動モードＢの振動について、第１電極１２ａの領域と第２電極１２ｂの領域とでは位相がＹ方向の節を挟んで反対になっているため、交番電圧Ｖａ，Ｖｂの位相差を１８０°とすることによって振動モードＢの振動を効率的に励振することができる。逆に、振動モードＡの振動については、第１電極１２ａの領域と第２電極１２ｂの領域とで位相は同じであるため、交番電圧Ｖａ，Ｖｂの位相差を０°とすることで、効率的に振動を励振することができる。そこで、交番電圧Ｖａ，Ｖｂの位相差を０°及び１８０°以外、好ましくは９０°とすることで、図４及び図５を参照して説明した合成振動（進行波）を励振させることができる。

このように、本実施形態によれば、１つの圧電素子１２で光学部材１１に所望の振動を励振させることができる。よって、光学部材１１を２つの圧電素子２ａ，２ｂが接合される光学部材１よりも小型化することができ、また、圧電素子に給電を行うための部品を削減することができることで、低コスト化を実現することができる。更に、第１実施形態の振動体３と同様に、本実施形態に係る振動体１３でも、低電圧で不要振動モードの影響を受けずに、光学部材１１に付着した塵埃等を効率的に除去することが可能となる。

＜第３実施形態＞
第１実施形態及び第２実施形態では、振動型駆動装置を塵埃除去装置に適用した場合について説明したが、第３実施形態では、振動体に被駆動体を加圧接触させ、振動体に所定の振動を励振することにより、振動体と被駆動体とを相対的に移動させる振動型駆動装置について説明する。なお、第３実施形態に係る振動型駆動装置は、被駆動体を構成要素に含むものと定義する。

図７（ａ）は、本発明の第３実施形態に係る振動型駆動装置２０の概略構成を示す斜視図である。振動型駆動装置２０は、振動体２１と、被駆動体であるスライダ２２とを備える。振動体２１は、弾性体２６と、弾性体２６の第１の面に接合された圧電素子２７と、弾性体２６を不図示の基台等に固定するための支持部２８とを備える。スライダ２２は、不図示の加圧手段によって、振動体２１の第２の面（圧電素子２７が接合された第１の面の反対側の面）と加圧接触した状態で保持される。

スライダ２２は、磁石材料から成る角棒状のスライダ基部２３と、バネ部材２４と、摩擦部材２５とを有する。摩擦部材２５は、振動体２１と摩擦摺動する部材である。そのため、摩擦部材２５には、高摩擦係数と摩擦耐久性を兼ね備える材料、例えば、表面が窒化処理されたマルテンサイト系のＳＵＳ４２０Ｊ２や、アルミナ等のセラミックスが用いられる。スライダ基部２３を構成する磁石材料は、弾性体２６を構成する強磁性のＳＵＳ４４０Ｃと協働して磁気回路を形成する。

バネ部材２４は、摩擦部材２５とスライダ基部２３との間に固定されている。バネ部材２４は、比較的剛性の低いシート状の材料で構成され、具体的には、ポリイミド、ＰＥＴ、フッ素樹脂、シリコンゴム等が用いられる。スライダ２２は、バネ部材２４によって適正なバネ性を有することで、振動体２１の振動に対して滑らかに追従することができる。

支持部２８は、弾性体２６のＸ方向に設けられている。支持部２８は、弾性体２６とプレス加工等で一体に形成されていてもよいし、レーザ溶接等により接合されていてもよい。支持部２８が基台に固定されることで、弾性体２６の移動が規制される。なお、支持部２８を、振動体２１（弾性体２６）に励振させる振動の節となる位置に設けることで、弾性体２６に生じさせる振動の阻害を最小限に抑えることができる。

振動体２１において、圧電素子２７は、接着剤で弾性体２６に固定してもよいし、周知の技術である厚膜印刷法により成形され、弾性体２６と同時焼成されることで弾性体２６と一体化されていてもよい。なお、厚膜印刷法を用いる場合には、弾性体２６の成分（ステンレス鋼の構成元素）の圧電素子２７への拡散を防止するために、弾性体２６上にセラミックス等で構成される接合層を形成した後に圧電素子２７を形成することが好ましい。また、厚膜印刷法を用いることで、圧電素子２７の厚さを１００μｍ以下とすることが可能になる。これにより、弾性体２６を小型化・薄型化する際に、共振周波数が高くなり過ぎることや中立面が圧電素子２７側に入ること、更に、接着剤により振動減衰が増大することを防止することができる。更に、振動体２１の厚みが薄くなると励振可能な振動の振幅が大きくなるので、弾性体２６におけるスライダ２２との摺動面に、変位拡大のための突起部を形成することなく、高速にスライダ２２を移動させることが可能になる。

図７（ｂ）は、振動体２１の斜視図であり、主に振動体２１の裏面側を構成する圧電素子２７の構造を示している。圧電素子２７の露出面（弾性体２６との接合面の反対側の面）には、第１電極２７ａ、第２電極２７ｂ、折り返し電極２７ｃが形成されている。圧電素子２７における弾性体２６との接合面（露出面の反対側の面）には、全面電極（不図示）が形成されている。全面電極は、圧電素子２７に設けられた不図示のスルーホール電極又は側面電極を介して折り返し電極２７ｃと電気的に接続され、更に、不図示のフレキシブルプリント基板を介してグランドに接続されている。

５つの第１電極２７ａの分極方向は、隣り合うもので相互に逆となっており、隣り合う第１電極２７ａ間の非電極部は、振動モードＡの節位置を含んでいる。そのため、振動モードＡの振動を効率的に励振させることができる。同様に、５つの第２電極２７ｂの分極方向は、隣り合うもので相互に逆となっており、隣り合う第２電極２７ｂ間の非電極部は、振動モードＢの節位置を含んでいる。そのため、振動モードＢの振動を効率的に励振することができる。

５つの第１電極２７ａは、分極処理後に第１つなぎ電極２９ａによって導通され、５つの第２電極２７ｂは、分極処理後に第２つなぎ電極２９ｂによって導通される。なお、第１電極２７ａ及び第２電極２７ｂの数は共に、用いる振動モードＡ，Ｂの次数に応じて変えることができ、５つに限定されるものではない。

振動モードＡには［１２，０］次の、振動モードＢには［１１，１］次の振動が利用される。不図示のフレキシブルプリント基板を介して第１電極２７ａ及び第２電極２７ｂに位相差が９０°の交番電圧を印加することにより、第１実施形態と同様に、図４及び図５を参照して説明した合成振動（進行波）を励振させることができる。

合成振動の波形の１点に注目すると、弾性体２６には、図４（ａ）中に矢印ｂで示すような楕円運動がＺ−Ｘ面内で生じている。そのため、弾性体２６に加圧接触しているスライダ２２は、弾性体２６から摩擦駆動力（推力）を受けて、楕円運動の方向（進行波の進行方向とは逆の方向）に移動していく。

第１電極２７ａ及び第２電極２７ｂに印加する交番電圧の周波数を走引することによって、振動体２１に生じる振動（振幅）の大きさが変わるため、スライダ２２の移動速度を調節することができる。また、第１電極２７ａ及び第２電極２７ｂに印加する交番電圧の位相差や振幅比、周波数を調整することで、弾性体２６に生じさせる楕円運動のＸ方向変位とＺ方向変位の比を変えることができる。よって、Ｚ方向変位を十分に大きくすることによって、極低速領域においてもスライダ２２を安定して移動させることができる。なお、弾性体２６におけるスライダ２２との摺動面に、特許第２６２５５５５号公報に記載されているような突起部を設けることで、スライダ２２の最大移動速度を大きくすることもできる。

このように、本実施形態によれば、スライダ２２の移動速度の調整範囲（ダイナミックレンジ）の広い振動型駆動装置を実現することができる。また、本実施形態に係る振動型駆動装置では、振動体２１の構造が簡素であるため、小型化が容易である。また、製造が容易となることで低コスト化を実現することができる。

＜第４実施形態＞
第３実施形態では、振動体２１を固定して、スライダ２２を振動体２１に対して相対的に移動させる構成としたが、第４実施形態では、振動体を被駆動体に対して移動させる構成の一例について説明する。

図８は、本発明の第４実施形態に係る振動型駆動装置３０の概略構成を示す斜視図である。振動型駆動装置３０は、振動体３１と、被駆動体３２とを有する。振動体３１は、弾性体３３と、圧電素子３４を有する。被駆動体３２は、摩擦部材３５、バネ部材３６、基部３７により構成されている。摩擦部材３５、バネ部材３６及び基部３７はそれぞれ、第３実施形態で説明したスライダ２２を構成する摩擦部材２５、バネ部材２４スライダ基部２３と、形状は異なるが、使用される材料等は同じであるため、ここでの説明を省略する。なお、被駆動体３２は、基部３７のＸ方向端が不図示の基台等に固定されることにより、動きが規制される。

圧電素子３４には、第１電極３４ａ、第２電極３４ｂ及び折り返し電極３４ｃが形成されている。第１電極３４ａ、第２電極３４ｂ及び折り返し電極３４ｃの機能は、第３実施形態で説明した第１電極２７ａ、第２電極２７ｂ及び折り返し電極２７ｃと同等であり、交番電圧の印加方法も同様である。よって、振動体３１に振動モードＡ，Ｂの振動を発生させると、振動体３１自体がＸ方向に移動する。なお、Ｘ方向の移動ストロークを大きく取るためには、振動モードＡ，Ｂの振動としてそれぞれ、最低次の［２，０］次，［１，１］次の振動を利用すればよい。

＜第５実施形態＞
第５実施形態では、第１実施形態に係る塵埃除去装置１０と、第３実施形態に係る振動型駆動装置２０とを備える撮像装置について説明する。図９は、撮像装置４０の概略構成を示す図である。撮像装置４０は、カメラ本体４１に対してレンズ鏡筒４２が着脱自在な、所謂、一眼レフカメラであり、レンズ鏡筒４２の内部には、フォーカスレンズやズームレンズ等の複数のレンズから構成されるレンズ群４３が配置されている。

カメラ本体４１の内部には、撮像素子４４が配置されており、撮像素子４４の前面側に塵埃除去装置１０が配置されている。また、カメラ本体４１の外部背面には、塵埃除去装置１０の駆動スイッチ４５が設けられている。駆動スイッチ４５が押下されると、カメラ本体４１に設けられた不図示の制御部（制御回路）から塵埃除去装置１０の駆動回路６（図９に不図示）へ駆動指令信号が送信され、駆動回路６が塵埃除去装置１０を駆動する。

レンズ鏡筒４２の内部には、振動型駆動装置２０が配置されている。ここで、振動型駆動装置２０を構成するスライダ２２は、光軸方向に移動することができるように配置されており、且つ、スライダ２２には、フォーカスレンズを保持する不図示のレンズ保持部材と連結されている。よって、被写体情報や測距情報等に基づいて、振動体２１に振動モードＡ，Ｂの振動を励振してスライダ２２を光軸方向に移動させ、フォーカスレンズの光軸方向での位置を調節することにより、オートフォーカス動作を実行することができる。

なお、振動型駆動装置２０は、ズームレンズを光軸方向で移動させるパワーズーム機構に用いることもできる。また、撮像装置は、デジタルカメラに限定されず、交換式レンズ単体、ビデオカメラ、監視カメラ、放送用カメラ、モバイル機器内のカメラ等であってもよい。

＜その他の実施形態＞
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。例えば、上記実施形態では、本発明に係る振動体を振動型駆動装置に適用し、更に振動型駆動装置を光軸方向にレンズを移動させるレンズ鏡筒に適用した例について説明した。これに限らず、本発明に係る振動体を備える振動型駆動装置を、像ぶれを補正するレンズ又は撮像素子を光軸と直交する方向で移動させる像ぶれ補正機構に適用することもできる。

１ 光学部材
２ａ，２ｂ 圧電素子
３，１３ 振動体
４ 支持部材
５ 保持部材
６ 駆動回路
１０ 塵埃除去装置
１２ａ 第１電極
１２ｂ 第２電極
２０，３０ 振動型駆動装置
２１，３１ 振動体
２２ スライダ
２６ 弾性体
２７，３４ 圧電素子
３２ 被駆動体
４０ 撮像装置
４２ レンズ鏡筒
４３ レンズ群

Claims (16)

1. 板状の弾性体と、前記弾性体に接合された電気−機械エネルギ変換素子とを備える振動体の駆動方法であって、
   前記電気−機械エネルギ変換素子に交番電圧を印加することにより、前記振動体に前記弾性体の厚さ方向と直交する第１の方向の振動の次数または節数が互いに１異なり、且つ、前記弾性体の厚さ方向および前記第１の方向と直交する第２の方向の振動の次数または節数が互いに１異なる第１の振動モードおよび第２の振動モードの振動を励振することを特徴とする振動体の駆動方法。
2. 前記振動体は、更にもう１つの電気−機械エネルギ変換素子を有し、前記電気−機械エネルギ変換素子および前記もう１つの電気−機械エネルギ変換素子は、前記第１の方向に間隔を空けて前記弾性体に設けられることを特徴とする請求項１に記載の振動体の駆動方法。
3. 前記２つの電気−機械エネルギ変換素子にそれぞれ印加する交番電圧の位相差を０°および１８０°以外の値に設定することを特徴とする請求項２に記載の振動体の駆動方法。
4. 前記電気−機械エネルギ変換素子は、圧電体と、前記第２の方向に間隔を空けて設けられた２つの第１電極と、前記２つの第１電極の間に設けられた第２電極とを有することを特徴とする請求項１に記載の振動体の駆動方法。
5. 前記第１電極および前記第２電極にそれぞれ印加する交番電圧の位相差を０°および１８０°以外の値に設定することを特徴とする請求項４に記載の振動体の駆動方法。
6. 前記第１の振動モードと前記第２の振動モードの次数または節数を［第１の方向，第２の方向］で表したときに、ｍ，ｎをそれぞれ自然数として、前記第１の振動モードを［ｍ＋１，ｎ−１］とし、前記第２の振動モードを［ｍ，ｎ］とすることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の振動体の駆動方法。
7. 前記第１の振動モードの前記第２の方向の次数または節数をゼロとすることを特徴とする請求項６に記載の振動体の駆動方法。
8. 前記第１の振動モードと前記第２の振動モードの共振周波数の差の絶対値をΔｆとし、前記第１の振動モードと前記第２の振動モードのうち共振周波数が大きい振動モードの共振周波数をｆｒとしたときに、Δｆ＜ｆｒ×０．１、の関係が成り立つことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の振動体の駆動方法。
9. 板状の弾性体と、前記弾性体の第１の面に接合された電気−機械エネルギ変換素子とを備える振動体であって、
   前記電気−機械エネルギ変換素子は、
   圧電体と、
   前記圧電体の厚さ方向と直交する方向を第１の方向として、前記圧電体に前記第１の方向と直交する第２の方向に間隔を空けて設けられた２つの第１電極と、
   前記２つの第１電極の間に設けられた第２電極とを有し、
   前記２つの第１電極および前記第２電極のそれぞれに所定の交番電圧が印加されることにより、前記振動体に、前記第１の方向の振動の次数または節数が１異なり、且つ、前記第２の方向の振動の次数または節数が１異なる第１の振動モードと第２の振動モードの振動が励振されることを特徴とする振動体。
10. 請求項９に記載の振動体と、
    前記第１電極および前記第２電極のそれぞれに前記交番電圧を印加するように構成された駆動手段と、を備え、
    前記駆動手段は、前記第１の振動モードと前記第２の振動モードの次数または節数を［第１の方向，第２の方向］で表したときに、ｍ，ｎをそれぞれ自然数として、前記第１の振動モードとして［ｍ＋１，ｎ−１］の振動を励振し、前記第２の振動モードとして［ｍ，ｎ］の振動を励振することを特徴とする振動型駆動装置。
11. 前記第１電極と前記第２電極との間の前記第１の方向に延在する非電極部が、前記第２の振動モードの前記第１の方向に延びる節位置を含むことを特徴とする請求項１０に記載の振動型駆動装置。
12. 板状の弾性体と、前記弾性体の厚さ方向と直交する第１の方向に間隔を空けて前記弾性体の第１の面に接合された２つの電気−機械エネルギ変換素子とを備える振動体と、
    前記２つの電気−機械エネルギ変換素子のそれぞれに交番電圧を印加することにより、前記振動体に、前記第１の方向の振動の次数または節数が互いに１異なり、且つ、前記弾性体の厚さ方向および前記第１の方向と直交する第２の方向の振動の次数または節数が互いに１異なる第１の振動モードと第２の振動モードの振動が励振されるように構成された駆動手段と、を備えることを特徴とする振動型駆動装置。
13. 前記駆動手段は、前記第１の振動モードと前記第２の振動モードの次数または節数を［第１の方向，第２の方向］で表したときに、ｍ，ｎをそれぞれ自然数として、前記第１の振動モードとして［ｍ＋１，ｎ−１］の振動を励振し、前記第２の振動モードとして［ｍ，ｎ］の振動を励振することを特徴とする請求項１２に記載の振動型駆動装置。
14. 請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載の振動型駆動装置を備え、
    前記弾性体として光を透過する板状の光学部材を有し、前記光学部材に前記第１の振動モードと前記第２の振動モードの振動を励振させることにより前記光学部材の表面に付着した塵埃を除去することを特徴とする塵埃除去装置。
15. レンズが内部に配置されたレンズ鏡筒と、
    前記レンズを前記レンズ鏡筒の光軸方向に移動させる請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載の振動型駆動装置と、を備えることを特徴とする撮像装置。
16. 請求項１４に記載の塵埃除去装置と、
    撮像素子とを備え、
    前記塵埃除去装置が備える前記光学部材は、前記撮像素子の前面に配置され、
    前記第２の振動モードの節位置が、前記光学部材において前記撮像素子に結像する光束を透過させる領域の外側にあることを特徴とする撮像装置。