KR20150145246A

KR20150145246A - 먼지 제거 장치, 그 제조 방법 및 촬상 장치

Info

Publication number: KR20150145246A
Application number: KR1020157032838A
Authority: KR
Inventors: 야스시 시미즈; 도시히로 이후쿠; 마코토 구보타; 다츠오 후루타
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2013-04-25
Filing date: 2014-04-18
Publication date: 2015-12-29
Also published as: KR101727425B1; US20160103314A1; US9519140B2; CN105144682A; EP2989784B1; JP2014216851A; EP2989784A1; JP5984736B2; WO2014175456A1

Abstract

그 표면 상에 대략 직사각형의 광학 유효 영역(B) 및 외부 영역(A)을 포함하는 진동판, 및 압전 소자를 포함하는 먼지 제거 장치에서, 압전 소자의 변(O)을 따르는 방향으로 압전 소자의 일 단부에 위치되며, 광학 유효 영역(B)의 변(N, N')의 연장부이며 압전 소자를 횡단하는 선으로부터 내측으로 변(P)을 따라서 길이(b)에 걸치는 영역을 압전 소자의 단부 근방(σ)으로 할 때, 단부 근방(σ)을 포함하지 않는 영역에서 압전 재료의 압전 상수의 절대값을 d로 하고, 단부 근방(σ)의 압전 상수의 절대값을 d₀으로 할 때, d>d₀의 관계를 만족한다.

Description

먼지 제거 장치, 그 제조 방법 및 촬상 장치{DUST REMOVING DEVICE, MANUFACTURING METHOD FOR SAME, AND IMAGE PICKUP APPARATUS}

본 발명은 먼지 제거 장치, 먼지 제거 장치의 제조 방법 및 촬상 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 디지털 카메라 등의 촬상 장치 또는 스캐너 등의 화상 판독 장치에 내장되는 광학 부품의 표면에 부착되는 먼지 등의 이물질을 진동에 의해 제거하는 먼지 제거 장치, 먼지 제거 장치의 제조 방법 및 먼지 제거 장치를 포함하는 촬상 장치에 관한 것이다.

화상 신호를 전기 신호로 변환하여 촬상하는 디지털 카메라 등의 촬상 장치에서, 피촬영체로부터의 광의 비임은 전하 결합 소자(CCD) 센서 또는 상보성 금속 산화물 반도체(CMOS) 센서 등의 촬상 소자에 의해 수광된다. 광전변환 이후 촬상 소자로부터 출력되는 신호는 화상 데이터로 변환되고, 메모리 카드 등의 기록 매체에 기록된다. 상술된 촬상 장치에서, 커버 유리, 광학 저역 통과 필터, 적외 흡수 필터 등이 촬상 소자의 전방(즉, 피사체측)에 배치된다.

이러한 유형의 촬상 장치에서, 먼지 등의 이물질이 촬상 소자의 커버 유리 또는 필터의 표면에 부착하는 경우, 입사광이 이물질에 의해 차단되고, 이물질이 촬영된 화상에 검은 점으로서 포획될 수 있다. 특히, 일안 리플렉스 카메라에서, 촬상 유닛 근방에 배치되는 셔터 및 급속 귀환 거울 등의 기계적으로 동작하는 부재의 작동 시, 먼지가 발생할 수 있고, 먼지는 렌즈가 교환될 때 렌즈 마운트 개구를 통해 카메라로 진입할 수 있다. 이들 먼지는 촬상 소자의 커버 유리 또는 필터의 표면에 부착할 수 있다. 상기 상황의 관점에서, 압전 소자가 촬상 소자의 커버 유리 또는 필터에 배치되고, 압전 소자의 진동을 이용함으로써 촬상 소자의 커버 유리 또는 필터가 굴곡되어 두께 방향으로 변위되고, 따라서 먼지가 표면으로부터 분리되어 면외 진동(이후, "굽힘 진동(flexural vibration)"으로 지칭됨)에 의해 외부로 튕겨지는, 광학 구성요소의 표면에 부착된 먼지를 제거하는 먼지 제거 장치를 각각 구비한 촬상 장치 및 화상 판독 장치가 제안된다(특허문헌 1, 2 참조).

특허문헌 1 및 2 각각은 직방형 광학 필터(예를 들어, 저역 통과 필터 또는 적외 흡수 필터)의 광학 유효 영역 외측에서 광학 유효 영역의 에지를 따라 배열되고, 광학 유효 영역의 표면에 부착된 먼지가 압전 소자의 진동에 의해 제거되는 장치를 개시한다.

일본 특허 공개 제2008-227867호 공보 일본 특허 제4871802호 공보

그러나, 먼지 제거 장치에 의해 진동판의 표면으로부터 비산되거나 떨어진 먼지의 일부는 정전력의 작용에 의해 진동판의 표면에의 부착을 반복할 수 있다. 따라서, 진동판의 표면에 다시 부착된 먼지는 입사광을 차단할 수 있고 촬영된 화상에 검은 점으로서 다시 포획될 수 있다.

상술된 문제점의 관점에서, 본 발명은 진동판의 광학 유효 영역에 부착된 먼지를 양호하게 제거할 수 있는 먼지 제거 장치 및 먼지 제거 장치의 제조 방법을 제공한다. 본 발명은 또한 먼지 제거 장치를 채용하여 양호한 화상을 취할 수 있는 촬상 장치를 제공한다.

더 구체적으로, 본 발명은 적어도 진동판 및 진동판의 표면에 배치된 하나 이상의 압전 소자를 포함하는 먼지 제거 장치를 제공하고, 진동판의 표면은 적어도 대략 직사각형의 광학 유효 영역(B) 및 광학 유효 영역(B) 외측에 위치된 외부 영역(A)을 포함하고, 압전 소자는 대략 직육면체 형상의 압전 재료, 및 서로 대면하도록 압전 재료의 표면에 배치되는 적어도 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고, 광학 유효 영역(B)의 네 변을 한 쌍의 변(O 및 O') 및 한 쌍의 변(O 및 O')에 수직인 한 쌍의 변(N 및 N')으로 할 때, 압전 소자의 길이방향의 한 변(P)은 변(O)을 따라 배치되고, 압전 소자의 변(P)의, 제1 전극 및 제2 전극이 서로 대면하는 부분의 길이를 PL로 하고, 변(O)을 따르는 방향에서 진동판의 한 변의 길이를 VL로 하고, 광학 유효 영역(B)의 변(O)의 길이를 OL로 하고, 변(O)을 따르는 방향에서 압전 소자(30)의 일단부에 위치되며, 광학 유효 영역(B)의 변(N 또는 Ｎ')의 연장부이며 압전 소자를 횡단하는 선으로부터 내측으로 변(P)을 따라서 길이(b)에 걸치는 영역을 압전 소자의 단부 근방(σ)으로 하고, 광학 유효 영역(B)의 변(N, Ｎ')으로부터 연장하는 두 개의 선 사이에 위치되며 단부 근방(σ)을 포함하지 않는 영역에서 압전 재료의 압전 상수의 절대값을 d로 하고, 단부 근방(σ)의 압전 상수의 절대값을 d₀으로 할 때, VL≥PL>OL 및 d>d₀의 관계를 만족하고, 길이(b)는 OL>b>0의 관계를 만족한다.

본 발명은 또한 적어도 진동판 및 진동판의 표면에 배치된 각각 대략 직육면체 형상의 하나 이상의 압전 소자를 포함하는 먼지 제거 장치의 제조 방법을 제공하고, 진동판은 진동판의 표면에 적어도 대략 직사각형의 광학 유효 영역(B) 및 광학 유효 영역(B) 외측에 위치된 외부 영역(A)을 포함하고, 압전 소자는 압전 재료, 제1 전극, 및 제2 전극을 포함하고, 제조 방법은, 광학 유효 영역(B)의 네 변을 한 쌍의 변(O 및 O') 및 한 쌍의 변(O 및 O')에 수직인 한 쌍의 변(N 및 N')으로 할 때 압전 소자의 길이방향의 변(P)이 변(O)을 따라 배치되도록, 진동판의 광학 유효 영역(B) 외측에 위치된 외부 영역(A)에 각각의 압전 소자를 고정하는 단계, 압전 소자의 단부 근방(σ)으로서, 변(O)을 따르는 방향에서 압전 소자의 일단부에 위치되며, 광학 유효 영역(B)의 변(N 또는 N')의 연장부이며 압전 소자를 횡단하는 선으로부터 내측으로 변(P)을 따라서 길이(b)에 걸치는 영역을 특정하는 단계, 및 단부 근방(σ) 이외의 영역에서 압전 재료의 압전 상수의 절대값을 d로 하고, 단부 근방(σ)의 압전 상수의 절대값을 d₀으로 할 때, d>d₀의 관계를 만족하면서, AC 전압이 이를 통해 압전 소자에 인가되는 급전선을 단부 근방(σ)에 열 압착하는 단계를 포함한다.

본 발명은 또한 적어도 상술된 먼지 제거 장치 및 촬상 소자를 포함하는 촬상 장치를 제공하고, 먼지 제거 장치의 진동판 및 촬상 소자의 수광면은 동축 관계로 배치된다.

본 발명의 추가 특징은 첨부 도면을 참조하여 예시적인 실시예의 이후 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 먼지 제거 장치의 일 예를 광축 방향으로부터 관측한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 사용된 압전 소자의 일 예를 도시한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에 사용된 압전 소자의 다른 예를 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따르는 먼지 제거 장치의 제조 방법 일 예를 광축 방향으로부터 관측한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따르는 촬상 장치의 일 예를 도시한다.

먼저, 본 발명의 먼지 제거 장치에 대해서 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따르는 먼지 제거 장치의 일 예를 광축 방향으로부터 관측한 도면이다.

본 발명의 실시예에 따르는 먼지 제거 장치는 적어도 진동판(20), 및 진동판(20)의 표면에 배치된 하나 이상의 압전 소자(30)를 포함한다. 진동판(20)의 표면은 적어도 대략 직사각형을 갖는 광학 유효 영역(B) 및 광학 유효 영역(B)의 외측에 위치된 외부 영역(A)을 포함한다. 압전 소자(30)는 대략 직육면체의 압전 재료(31), 및 서로 대면하도록 압전 재료(31)의 표면에 배치되는 적어도 제1 전극(32)과 제2 전극(33)을 포함한다. 광학 유효 영역(B)의 4변을 한 쌍의 변(O, O') 및 한 쌍의 변(O, O')에 수직한 한 쌍의 변(N, N')으로 할 때, 압전 소자(30)의 길이방향의 변(P)은 변(O)을 따라 배치된다. 압전 소자(30)의 변(P)의, 제1 전극(32) 및 제2 전극(33)이 서로 대면하는 부분의 길이를 PL로 하고, 변(O)을 따르는 방향에서 진동판(20)의 한 변의 길이를 VL로 하고, 변(O)의 길이를 OL로 하고, 변(O)을 따르는 방향에서 압전 소자(30)의 일단부에 위치되며, 광학 유효 영역(B)의 변(N 또는 Ｎ')의 연장부이며 압전 소자(30)를 횡단하는 선으로부터 내측으로 변(P)에 따라서 길이(b)에 걸치는 영역을 압전 소자의 단부 근방(σ)으로 하고, 광학 유효 영역(B)의 변(N, Ｎ')으로부터 연장하는 두 개의 선 사이에 위치되며 단부 근방(σ)을 포함하지 않는 영역에서 압전 재료(31)의 압전 상수의 절대값을 d로 하고, 단부 근방(σ)의 압전 상수의 절대값을 d₀으로 할 때, VL≥PL>OL 및 d>d₀의 관계를 만족하고, 길이(b)는 OL>b>0의 관계를 만족한다.

본 발명의 실시예는 촬상 소자에 대응하는 진동판 표면의 광학 유효 영역에 부착된 먼지를, 카메라 내부의 진동판 이외의 부품을 향해 및 공기 내로 비산시키지 않고 진동판 표면의 광학 유효 영역의 외측에 위치된, 작은 진폭을 갖는 구역에 포착함으로써, 일단 진동판 표면으로부터 비산되거나 떨어진 먼지가 광학 유효 영역에 재부착하는 것을 억제하고, 먼지가 촬상 소자에 의해 포획되는 것을 방지함으로써 양호한 품질의 화상을 취할 수 있는 먼지 제거 장치 및 촬상 장치 및 촬상 장치를 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르는 먼지 제거 장치는 적어도 진동판(20) 및 진동판(20)의 표면에 배치된 하나 이상의 압전 소자(30)를 포함한다. 압전 소자(30)가 진동판(20)의 표면에 배치될 때, 압전 소자(30)에 AC 전압을 인가하여 압전 소자(30)를 구동시킴으로써 압전 소자(30)와 진동판(20) 사이에 응력이 발생될 수 있고, 진동판(20)에 굽힘 진동이 발생될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르는 먼지 제거 장치(10)의 진동판(20)은 대략 직육면체 형상을 갖는 판 부재이다. 진동판(20)의 재료는 특별히 하나로 한정되지 않는다. 그러나, 먼지 제거 장치(10)가 광학 분야에서 사용되는 경우, 진동판(20)은 광학 필터(예를 들어, 저역 통과 필터 또는 적외 흡수 필터) 등의 투명한 부재 또는 반사성 부재로 형성되는 것이 바람직하다.

진동판(20)의 표면은 적어도 대략 직사각형의 광학 유효 영역(B), 및 광학 유효 영역(B)의 외측에 위치되는 외부 영역(A)을 포함한다.

광학 유효 영역(B)은 진동판(20)의 표면 일부이며 먼지가 제거되어야 하는 영역을 의미한다. 예를 들어 진동판(20)이 촬상 소자(40)와 조합되는 경우, 광학 유효 영역(B)은 먼지가 영역에 존재하는 경우 먼지가 촬상 소자(40)에 의해 포획되고 촬상 소자(40)에 입사하는 광이 수직으로 영역을 관통하는 영역을 의미한다.

외부 영역(A)은 광학 유효 영역(B)에 의해 점유될 때 진동판(20)의 동일 표면 상에 위치되고 광학 유효 영역(B)을 포함하지 않는 진동판(20) 표면의 부분인 영역을 의미한다. 외부 영역(A)은 광학 유효 영역(B)을 포함하지 않기 때문에, 예를 들어 진동판(20)이 촬상 소자(40)와 조합되는 경우, 외부 영역(A)에 포착된 먼지가 광학 유효 영역(B)을 통과하는 광을 차단하지 않게 될 수 있다. 또한, 외부 영역(A)이 광학 유효 영역(B)의 외측에 위치되기 때문에, 광학 유효 영역(B)은 진동판(20)의 중앙부에서 최대로 넓은 영역으로서 형성될 수 있다.

여기서, "대략 직사각형"이라는 표현은 정방형 또는 직방형으로 한정되지 않고, 기본적으로 4개의 변으로 구성되며 직사각형의 라운드처리된 코너부를 갖는 형상, 또는 사각형의 교차하는 변에 의해 형성되는 각도가 90°로부터 약간 어긋나거나 직사각형의 코너부를 비스듬히 절단함으로써 획득되는 사실상 다각형을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르는 먼지 제거 장치(10)는 다음과 같이 동작한다. 압전 소자(30)를 구동함으로써, 진동판(20)에서 생성된 굽힘 진동에 의해 진동판(20)에 부착된 먼지가 광학 유효 영역(B)(즉, 도 1에서 네 변(O, O', N, Ｎ')에 의해 둘러싸이는 영역)으로부터 제거되고, 먼지가 진동판(20)의 외부 영역(A)에 포착된다.

압전 소자(30)는 진동판(20)에 고정된다. 압전 소자(30)는 바람직하게는 진동판(20)의 단부에 고정되어 비교적 작은 크기를 갖는 진동판(20)이 채용되는 경우에도 광학 유효 영역(B)은 최대한으로 넓은 영역으로서 확보될 수 있다. 본 명세서에 사용된 "고정", "설치", "배치"의 용어는 항상 두 개의 부재의 접촉 상태를 의미하지 않는다. 따라서, 예를 들어, 접착제로서 사용되는 수지, 절연 재료, 또는 금속 재료가 필요에 따라 두 개의 부재 사이에 개재될 수 있다. 압전 소자(30)는 바람직하게는 1000㎛ 이하, 더 바람직하게는 100㎛ 이상 500㎛ 이하의 두께를 갖는다. 두께가 1000㎛보다 두꺼운 경우, 압전 소자(30)의 신축이 진동판(20)에 덜 전달될 수 있다. 두께가 100㎛ 이상인 경우, 압전 소자(30)는 충분한 강도를 갖고, 편리하게 처리될 수 있다. 따라서, 이러한 범위의 두께가 더 바람직하다.

진동판(20) 및 압전 소자(30) 각각은 대략 직육면체이고, 광학 유효 영역(B)은 대략 직사각형이다. 여기서, 대략 직육면체인 진동판(20) 및 압전 소자(30) 각각의 한 변은 대략 직사각형인 광학 유효 영역(B)의 한 변과 평행한 것이 바람직하다. 평행으로부터의 이들 변 각각의 어긋남은 10°이내가 바람직하다. 압전 소자(30), 진동판(20), 및 광학 유효 영역(B)을 상술한 바와 같이 배열함으로써, 광학 유효 영역(B)은 최대한 넓은 영역으로서 형성될 수 있다. 압전 소자(30)는 광학 유효 영역(B)이 형성되는 진동판(20)의 동일한 면, 또는 광학 유효 영역(B)이 형성되는 면에 대한 진동판(20)의 반대면에 고정될 수 있다. 또한, 압전 소자(30)는 복수개가 배치될 수 있다. 도시되지 않았으나, 예를 들어 한 쌍의 압전 소자(30)가 광학 유효 영역(B)의 양측의 대략 대칭인 위치에서 진동판(20)에 고정될 수 있고, 또는 복수의 압전 소자(30)가 나란히 고정될 수 있다. 압전 소자(30)가 복수개 배치되는 경우, 압전 소자(30)의 개수는 5개 이하가 바람직하다. 압전 소자(30)의 개수가 6개 이상인 경우, 제조 공정이 복잡해지고 제조 비용이 상승한다.

여기서, "대략 직육면체"라는 표현은 모든 면이 직사각형인 6면체로 한정되지 않는다. 따라서, 진동판(20) 및 압전 소자(30)는 각각 기본적으로 6개의 면으로 구성되며 바람직하게는 판의 형상이다. 판은 절단되거나 라운드 처리된 코너부를 갖는 형상을 가질 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 변(O)은 대략 직사각형의 광학 유효 영역(B)의 네 변 중, 대략 직육면체의 압전 소자(30)에 가장 가깝게 위치되는 한 변을 의미한다. 변(O)에 따르는 방향으로 연장하는 진동판(20)의 한 변의 길이(VL)는 대략 직육면체의 진동판(20)이 갖는 변 중, 변(O)과 평행한 한 변의 길이를 의미한다.

본 발명의 실시예에서 사용되는 압전 소자의 일 예인, 도 2에 도시된 압전 소자(30)에 대해 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 실시예에서 사용되는 압전 소자(30)의 일 예를 도시한다. 압전 소자(30)는 압전 재료(31), 제1 전극(32), 및 제2 전극(33)에 의해 구성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 전극(32) 및 제2 전극(33)은 제1 전극(32) 및 제2 전극(33)이 서로 대면하는 압전 소자(30)의 부분의 길이(PL)의 범위에 걸쳐 압전 재료(31)가 그 사이에 개재되도록 서로 대면하게 배치된다. 즉, 면에 수직 방향으로 제2 전극(33)을 투영한 영역 중, 제1 전극(32)과 겹치는 부분의, 변(O)을 따르는 방향에서 취한 길이를 PL로 한다. 여기서, PL의 범위 외측의 구역에서, 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 전극(32)은 제2 전극(33)이 배치되는 변까지 연장할 수 있다. 제1 전극면의 제1 전극(32) 및 제2 전극면(33a)의 제1 전극(32)이 서로 전기적으로 접속될 때, 제1 전극(32)은 임의의 지점에서 동일한 전위로 유지될 수 있다. 상술한 구성에 의해, AC 전압이 제2 전극면(33a)을 포함하는 변으로부터 공급될 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 압전 소자(30)의 변(P)은 대략 직육면체의 압전 소자(30)의 변 중, 대략 직사각형의 광학 유효 영역(B)에 가장 가깝게 위치된 변을 의미한다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 길이(b)는 기점으로서 변(N 또는 N')의 연장부가 변(P)과 교차하는 위치로부터, 변(P)을 따라서 대략 직사각형의 광학 유효 영역(B)의 내측을 향하는 방향에서, 즉 변(P)을 따라서 변(N 또는 N')과 접촉하는 외부 영역(A)으로부터 대향되게 이격되는 방향에서 측정되는 길이를 의미한다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 단부 근방(σ)은 압전 소자(30)의, 광학 유효 영역(B)의 변(N 또는 Ｎ')의 연장부이며 압전 소자(30)를 횡단하는 선으로부터 길이(b)에 걸친 영역을 의미한다.

본 발명의 실시예에서, VL 및 PL은 VL≥PL의 관계를 만족한다. 압전 소자(30)의 PL이 진동판(20)의 VL보다 긴 경우, 압전 소자(30)를 구동하는 것에 의해, 압전 소자(30)는 진동판(20)의 변과 접촉하는 부분에서 균열이 발생하여 파손될 가능성이 있다. 이로 인해, PL은 VL 보다 길지 않게 설정된다.

본 발명의 실시예에서, PL 및 OL은 PL>OL의 관계를 만족한다. 본 발명의 실시예에서 사용되는 압전 소자(30)에서, 제1 전극(32)과 제2 전극(33)은 압전 소자(30)의 변(P) 중, PL을 포함하지 않는 부분에 대응하는 영역에서 그 사이에 압전 재료(31)가 개재되지 않은 상태이다. 따라서, PL을 포함하지 않는 변(P)의 상술된 부분을 따라서 압전 재료(31)가 제1 전극(32)과 접촉하는 압전 소자(30)의 영역에 AC 전압이 인가될 수 없다. 따라서, PL을 포함하지 않는 변(P)의 상술된 부분을 따라서 압전 재료(31)가 제1 전극(32)과 접촉하는 상술된 영역의 압전 소자(31)에는 역 압전 효과가 발생하지 않는다.

광학 유효 영역(B)의 임의 부분에서의 먼지 제거 능력은 임의 부분으로부터 변(N, Ｎ')과 평행하게 연장하며 압전 소자(30)를 횡단하는 선 상의 압전 소자(30)의 국소적 위치(즉, 광학 유효 영역(B)의 임의 부분에 대응하는 압전 소자(30)의 위치)에서의 압전 재료(31)의 국소적 압전 성능에 의해 주로 지배된다. 따라서, PL>OL의 조건 하에서, 광학 유효 영역(B)에서 발생되는 진동판(20)의 굽힘 진동이 큰 크기로 유지될 수 있다.

본 발명의 실시예에 사용되는 압전 재료(31)의 압전 상수는 단부 근방(σ) 이외의 압전 재료(31)의 압전 상수의 절대값이 d이고, 단부 근방(σ)의 압전 상수의 절대값이 d₀일 때, d>d₀의 관계를 만족한다.

종래 기술의 먼지 제거 장치에서, 진동판 표면에 부착된 먼지의 일부는 굽힘 진동에 의해 진동판 표면으로부터 비산하지만, 대부분의 먼지는 굽힘 진동이 비교적 큰 장소로부터 굽힘 진동이 비교적 작은 장소까지 진동판의 표면을 따라서 이동되고, 진동판으로부터 떨어진다. 비산되거나 떨어진 먼지의 일부는 정전력에 의해 진동판 표면의 광학 유효 영역에의 부착을 반복한다.

광학 유효 영역(B)에서의 임의 부분의 먼지 제거 능력은 임의 부분으로부터 변(N, Ｎ')과 평행하게 연장하고 압전 소자(30)를 횡단하는 선 상의 압전 소자(30)의 국소적 위치(즉, 광학 유효 영역(B)에 대응하는 압전 소자(30)의 위치)에서의 압전 성능에 의해 주로 지배된다. 따라서, 본 발명의 실시예에서, 압전 재료(31)의 압전 상수가 d>d₀의 관계를 만족하기 때문에, 길이(b)에 대응하는 광학 유효 영역(B)의 위치에서의 굽힘 진동은 길이(b)에 대응하지 않는 광학 유효 영역(B)의 위치에서의 굽힘 진동보다 작다. 그 결과, 광학 유효 영역(B)에 부착된 먼지는 길이(b)에 대응하는 광학 유효 영역(B)의 위치로 이동된다.

여기서, 도 2에 도시된 바와 같이, PL의 범위 외의 압전 소자(30)의 영역에서의 압전 재료(31)의 압전 상수는 매우 작거나 0이다. 따라서, 길이(b)에 대응하는 광학 유효 영역(B)의 위치로 이동된 먼지는 외부 영역(A)으로 추가로 이동된다. 그러나, 압전 재료(31)의 압전 상수가 d>d₀의 관계를 만족하기 때문에, 길이(b)에 대응하는 광학 유효 영역(B)의 위치와 외부 영역(A)의 위치 사이에서의 굽힘 진동의 크기 차이는 작다. 따라서, 외부 영역(A)을 향하는 먼지의 이동은 먼지가 외부 영역(A)에서 잔류할 정도로 느려진다. 외부 영역(A)에서 잔류하는 먼지는 정전력의 작용에 의해 진동판(20)에 부착되기 때문에, 먼지가 진동판(20)으로부터 떨어지지 않는다.

길이(b)는 OL>b>0의 관계를 만족한다. 예를 들어, d₀이 매우 작거나, 0인 경우, 또는 길이(b)가 매우 긴 경우, 먼지는 몇몇 경우 길이(b)에 대응하는 광학 유효 영역(B)의 위치에서 잔류할 수 있다. 이로 인해, d₀이 매우 작거나 0일 때, 길이(b)는 바람직하게는 작은 값으로 설정되는 것이 바람직하다. 그러나, 먼지가 길이(b)에 대응하는 광학 유효 영역(B)의 위치에 잔류할 때에도, 진동판(20)으로부터 비산되거나 떨어지는 먼지의 일부이며 정전력의 작용에 의해 다시 진동판(20)의 표면에 부착되는 먼지의 양에 대한 잔류 먼지의 양의 비율이 감소하는 한, d₀는 감소될 수 있고 또는 길이(b)는 증가될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르는 먼지 제거 장치(10)에서, 상술된 바와 같이, 길이(b)에 대응하는 광학 유효 영역(B)의 위치의 굽힘 진동이 길이(b)에 대응하지 않는 광학 유효 영역(B)의 위치의 굽힘 진동보다 작은 한, 상술된 바와 같이 광학 유효 영역(B)의 먼지의 대부분이 외부 영역(A)에서 포착될 수 있고, 먼지 제거 장치(10)의 먼지 제거율이 증가될 수 있다.

본 발명의 실시예에 사용되는 압전 재료(31)의 압전 상수는 상업적으로 입수 가능한 임피던스 분석기를 사용하여 측정되는 공진 주파수 및 반공진 주파수의 측정 결과로부터, 일본 전자 정보 기술 협회에 의해 규정된 규격(JEITA EM-4501)에 기초하여, 계산에 의해 구할 수 있다. 이하, 이러한 측정 방법을 공진-반공진법이라고 지칭된다.

본 발명의 실시예에서 사용되는 압전 소자(30)의 단부 근방(σ)의 압전 재료(31)의 압전 상수의 절대값(d₀) 및 단부 근방(σ) 이외의 압전 재료(31)의 압전 상수 절대값(d)은 압전 상수의 절대값이 측정될 압전 재료(31)의 각각의 영역을 일본 전자 정보 기술 협회에 의해 규정된 규격(JEITA EM-4501)에 따르는 형상으로 절단하여 측정용 샘플을 제작함으로써, 그리고 압전 재료(31)의 각각의 국소적인 압전 상수를 측정함으로써 결정될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 압전 재료(31)의 압전 상수 절대값(d, d₀)은 각각 공진-반공진법에 의해 측정된 압전 특성 성분(d₃₁)의 절대값을 사용하는 것이 바람직하다. 먼지 제거 장치(10)는 굽힘 진동이 발생하도록 진동판(20)을 구동시키는 압전 소자(30)에 의해 진동판(20) 표면에 부착된 먼지를 제거하는 장치이다. 굽힘 진동의 크기는 압전 재료(31)의 압전 상수(d₃₁)에 기인한 압전 변위의 크기와 밀접하게 관계된다.

그러나, 본 발명의 실시예에 따르는 먼지 제거 장치(10)에 사용되는 압전 소자(30)는 항상 압전 소자(30)의 길이 방향의 신축 진동을 이용할 필요는 없다. 예를 들어, 압전 소자(30)의 두께 방향의 신축 진동 또는, 두께 전단 진동이 이용될 수도 있다. 따라서, 압전 재료(31)의 압전 상수 절대값은 d₃₁의 절대값으로 한정되지 않고 d₃₃의 절대값 또는 d₁₅의 절대값일 수 있다. d₃₃의 절대값이나 d₁₅의 절대값은 d₃₁의 절대값과 마찬가지로 공진-반공진법에 의해 측정된 압전 특성 성분(d₃₃)의 절대값이나 d₁₅의 절대값으로서 제공될 수 있다. 또한, d₃₃의 절대값은 d₃₃ 미터(Piezo Meter System: PIEZO TEST Co.에 의해 제작됨)를 사용하여 평가될 수도 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르는 먼지 제거 장치에서, 0≤d₀≤0.95d이 만족된다. 더 바람직하게는, 0≤d₀≤0.90d이 만족된다.

d₀>0.95d의 경우, 많은 먼지가 외부 영역(A)에 잔류하지 않고 진동판(20)으로부터 떨어지기 쉽다. 광학 유효 영역(B)에 부착된 먼지는 굽힘 진동에 의해 멀리 튕겨지거나, 먼지 진동이 큰 구역으로부터 먼지 진동이 작은 구역으로 이동된다. d₀<0.95d이 만족될 때, 먼지는 d의 구역으로부터 d₀의 구역으로 이동되고, 추가로 외부 영역(A)으로 이동된다. 진동판(20)의 진동이 d로부터 d₀으로 단계적으로 작아지기 때문에, 외부 영역(A)에 도달한 먼지는 외부 영역(A)으로부터 외측으로 멀리 튕겨지지 않고 외부 영역(A)에서 잔류하기 쉽다. 따라서, d₀<0.90d이 만족될 때, 굽힘 진동의 효과가 현저해진다. 더 바람직하게는, d₀<0.5d이 만족된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르는 먼지 제거 장치는 바람직하게는 0.1×OL>b>0의 관계를 만족한다. 더욱 바람직하게는, 0.05×OL>b>0이 만족된다. 0.1×OL>b의 경우, d₀이 매우 작거나 0이더라도 먼지는 외부 영역(A)에 잔류할 수 있다. 0.1×OL>b의 경우, d₀=0이 허용되지만, 바람직하게는 d₀>0.1d이 만족된다.

상술된 바와 같이, 압전 소자(30)는 복수개 배치될 수 있으나, 하나의 압전 소자(30)를 구성하는 압전 재료(31)는 하나의 압전 재료로 형성되는 것이 바람직하다. "한 조각의 압전 재료"라는 표현은 특정 조성을 갖는 개시 재료를 동시에 소성하여 제조되며 균일한 조성을 갖고 시임이 없는 세라믹스형 압전 재료를 의미한다. 시임이 있는 경우, 응력 집중이 시임을 기점으로 발생하고 구동 중 압전 소자(30)가 파손될 가능성이 있다. 달리 표현하면, 본 발명의 실시예에 사용되는 압전 재료(31)의 압전 상수는 한 조각의 압전 재료의 소정 부분의 압전 상수를 의미한다.

제1 전극(32) 및 제2 전극(33)은 각각 약 5nm 내지 2000nm의 두께를 갖는 도전층으로 형성된다. 각 전극의 재료는 특정 재료로 한정되지 않고, 통상적인 압전 소자(30)에 사용되는 재료가 선택적으로 채용될 수 있다. 이들 재료의 예는 Ti, Pt, Ta, Ir, Sr, In, Sn, Au, Al, Fe, Cr, Ni, Pd, Ag, 및 Cu 등의 금속 및 이들 금속의 화합물을 포함한다.

제1 전극(32) 및 제2 전극(33) 각각은 상술된 재료로부터 선택된 하나로 제조되는 단일 층 또는 상술된 재료로부터 선택된 둘 이상의 복수의 층으로서 형성될 수 있다. 제1 전극(32) 및 제2 전극(33)은 상이한 재료로 제조될 수 있다. 본 발명의 실시예에 사용되는 압전 소자의 일 예, 즉 도 3a 및 도 3b에 도시된 압전 소자(30)에 대해서 상세하게 설명한다. 도 3 a 및 도 3b에서, AB는 여기 전극을 나타내고, AF는 여기 전극을 나타내고, AB'는 여기 전극을 나타낸다. ABT는 여기 전극 관통홀을 나타내고, SB는 접지 전극을 나타내고, SF는 진동 검출 전극을 나타내고, SB'는 접지 전극을 나타내고, SBT는 접지 전극 관통홀을 나타낸다. SB 및 SB'는 관통홀(SBT)을 통해 서로 전기적으로 접속하기 때문에, SB 및 SB'는 동일 전위로 유지된다.

본 발명의 실시예에서 사용되는 압전 소자(30)는 검지 상을 포함할 수 있다. 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시예에서 사용되는 압전 소자의 일 예로서, 검지 상을 포함하는 압전 소자(30)를 도시한다. 검지 상은 SF 및 SB가 서로 대면하도록 위치되는 압전 재료(31)의 부분에 의해 구성되고, 압전성을 나타낸다. 검지 상은 진동판(20)에서 발생되는 굽힘 진동에 의해 접지 전극(SB)과 진동 검출 전극(SF) 사이에 끼워지는 압전 재료(31)의 부분에서 발생하는 양의 압전 효과를, 접지 전극(SB)과 진동 검출 전극(SF) 사이에서 발생되는 전압의 변화로서 감시하는 기능을 갖는다. 압전 소자(30)가 검지 상을 포함함으로써, 진동 상태는 구동 조건에 대해 피드백될 수 있고, 또는 고장이 검출될 수 있다. 따라서, 먼지 제거 장치(10)의 먼지 제거 성능을 향상시키거나 고장을 사용자에게 통지할 수 있다.

진동판(20)에서 발생되는 굽힘 진동을 보다 효율적으로 검출하는 관점으로부터, 검지 상은 변(P)에 수직인 방향이 길이방향을 제공하는 대략 직방형을 갖는 것이 바람직하다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 압전 소자(30)를 이하에서 상세히 설명한다.

도 3a는 압전 소자(30)의 제1 전극면(32a), 제2 전극면(33a), 및 측면을 도시한다. 도 3b는 제2 전극면(33a)으로부터 관측될 때의 사시도이다. 압전 소자(30)는 압전 재료(31), 그 위에 배치되는 6개의 전극인, 여기 전극(AF), 여기 전극(AB), 진동 검출 전극(SF), 접지 전극(SB), 여기 전극(AB'), 접지 전극(SB'), 여기 전극의 관통홀(ABT), 및 접지 전극의 관통홀(SBT)에 의해 구성된다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 압전 소자(30)는 진동판(20) 및 다른 주연 구성에 대해 도 2에 도시된 압전 소자(30)를 포함하는 경우와 유사한 위치 관계로 압전 소자(30)를 채용함으로써 먼지 제거 장치를 구성할 수 있다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 압전 소자(30)와 도 2에 도시된 압전 소자(30)를 서로 비교하면, 여기 전극(AF)은 제2 전극면(33a)의 제2 전극(33)에 대응하고, 여기 전극(AB)은 제1 전극면(32a)의 제1 전극(32)에 대응하고, 여기 전극(AB')은 제2 전극면(33a)의 제1 전극(32)에 대응한다. 또한, 여기 전극의 관통홀(ABT)은 여기 전극(AB)과 여기 전극(AB')을 전기적으로 접속하는 도전성 관통홀로서 기능한다. 진동 검출 전극(SF) 및 접지 전극(SB)은 상술된 검지 상을 구성하는 전극이다. 접지 전극의 관통홀(SBT)은 접지 전극(SB) 및 접지 전극(SB')을 전기적으로 접속하는 도전성 관통홀로서 기능한다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 압전 소자(30)에서, 도 2에 도시된 압전 소자(30)와 마찬가지로, AC 전압이 제2 전극면(33a)에만 공급될 수 있다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 압전 소자(30)에서의 변(P), 길이(b), 단부 근방(σ) 사이의 위치 관계는 도 1에 도시된 본 발명의 실시예에 따르는 먼지 제거 장치의 일 예와 관련되어 상술된 것 및 도 2에 도시된 본 발명의 실시예에서 사용되는 압전 소자의 일 예와 관련되어 상술된 것과 유사하다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 압전 소자(30)의, 제1 전극(32) 및 제2 전극(33)이 서로 대면하는 부분의 길이(PL)는 여기 전극(AF)의 면의 수직 방향으로 투영한 영역의, 여기 전극(AB)과 중첩되는 부분의 변(O)을 따르는 방향에서 취한 길이이다.

전극 형상은 도 2에 도시된 것으로 한정되지 않고, 최적 전극 형상은 촬상 소자(40)의 크기, 진동판(20)의 재료 및 치수, 압전 소자(30)와 촬상 소자(40) 사이의 위치 관계 등을 고려하여 선택될 수 있다. 도 3a 및 도 3b는 전극이 관통홀을 개재하여 서로 전기적으로 접속되는 예를 도시하지만, 도 2의 경우와 같이, 전극은 압전 소자(30)의 측면에 걸쳐 일 측으로부터 다른 측으로 연장하는 형상으로 전극을 형성함으로써 서로 전기적으로 접속될 수 있다.

본 발명의 실시예에서 사용되는 압전 재료(31)에 대해 상세하게 설명한다.

본 발명의 실시예에서 사용되는 압전 재료(31)에서, 납의 함량은 1000ppm 미만이 바람직하다. 종래 기술의 압전 소자에서, 압전 재료의 대부분은 주 성분으로서 지르콘산 티탄산납을 함유하는 압전 세라믹스이다. 따라서, 예를 들어 압전 소자가 폐기되어 산성비에 노출될 때, 또는 가혹한 환경에 방치될 때, 압전 재료 중의 납 성분이 토양에 용해되어, 생태계에 해로운 영향을 주는 가능성이 있다. 그러나, 납의 함량이 1000ppm 미만인 경우, 예를 들어 압전 소자(30)가 폐기되어 산성비에 노출되는 경우에도, 또는 가혹한 환경에 방치될 때 압전 재료(31)의 납 성분이 환경에 해로운 영향을 주는 가능성은 낮다.

압전 재료(31)의 납 함량은 예를 들어 X선 형광(XRF) 분석 또는 ICP(Inductively Coupled Plasma) 발광 분광 분석에 의해 정량적으로 측정되는, 압전 재료(31)의 총중량에 대한 납의 함량에 의해 평가될 수 있다.

본 발명의 압전 재료(31)는 주 성분으로서 티타늄산바륨을 함유하는 압전 세라믹스가 바람직하다. 납 성분을 함유하지 않는 압전 세라믹스 중, 주 성분으로서 티타늄산바륨을 함유하는 압전 세라믹스는 압전 상수의 큰 절대값(d)을 갖는다. 따라서, 동일한 변형량을 얻기 위해 필요한 전압이 감소될 수 있다. 이로 인해, 본 발명의 실시예에 사용되는 압전 재료(31)는 환경 효과면도 고려하여, 주 성분으로서 티타늄산바륨을 함유하는 압전 세라믹스가 바람직하다.

본 명세서에서 사용된 용어 "세라믹스"는 기본 성분으로서 금속 산화물을 함유하고, 열처리를 통해 소결되는 결정 입자의 응집체(벌크체로도 지칭됨), 소위 다결정을 의미한다. 세라믹스는 소결 이후 가공되는 다결정을 포함한다.

본 발명의 실시예에서 사용되는 압전 재료(31)는 다음 화학식(1)에 의해 표현되는 페로브스카이트형 금속 산화물을 주성분으로서 함유하는 것이 바람직하다.

(Ba_1-xCa_x)(Ti_1-yZr_ySn_z)O₃ 화학식(1)

(여기서, 0.02≤x≤0.30, 0.020≤y≤0.095, 0≤z≤0.04, 및 y≤x)

주 성분으로서 티타늄산바륨을 함유하는 압전 재료(31)는 하나의 강유전성 결정상으로부터 다른 강유전성 결정상으로의 상전이가 발생하는 온도(Tr)를 갖는다.

여기서, 용어 "강유전성 결정상"은 결정 격자의 유형을 규정하는 7개의 결정계 중, 6개의 결정계, 즉, 삼사결정계, 단사결정계, 사방결정계, 육방결정계, 삼방결정계, 또는 능면체 결정계, 및 정방결정계 중 하나에 속하는 강유전성 재료를 의미한다.

상전이 온도(Tr)는 예를 들어 측정 온도를 변경하면서 미소 AC 전계를 사용하여 압전 소자(30)의 유전율을 측정함으로써, 그리고 유전율이 최대값을 나타내는 온도를 취득함으로써 구해질 수 있다. 또한, 상전이 온도(Tr)는 측정 온도를 변경하면서 압전 소자(30) 또는 압전 재료(31)의 결정상이 변하는 온도에서 X선 회절 또는 라만 분광을 사용하여 측정함으로써 구해질 수 있다. 일반적으로, 강유전체는 제1 강유전성 결정상으로부터 제2 강유전 결정상으로의 상전이 온도(강온 시의 상전이 온도)와 제2 강유전 결정상으로부터 제1 강유전 결정상으로의 상전이 온도(승온 시의 상전이 온도) 사이에서 약간의 온도 차이를 갖는다. 본 발명의 실시예에 사용되는 상전이 온도(Tr)는 제1 강유전 결정상으로부터 제2 강유전 결정으로의 상전이 온도, 즉 강온 시의 상전이 온도이다.

일반적으로, 압전 상수는 상전이 온도(Tr)에서 최대값을 향해 증가한다. 따라서, 상전이 온도(Tr) 부근에서, 온도 변화에 대응하는 압전 상수의 변화가 증가하고, 동일한 입력 전압에 대한 변형량이 변한다. 온도 변화에 대한 변형량을 안정시키는 관점에서, 압전 소자의 동작 온도 범위 외의 상전이 온도(Tr)를 갖는 압전 재료를 사용하는 것이 요구된다. 이러한 압전 재료를 본 발명의 실시예에서 압전 소자(30)로서 채용함으로써, 온도 변화에 대해 안정된 진동 성능을 갖는 압전 소자가 획득될 수 있다.

온도 변화에 대해 안정적인 압전 재료를 선택하는 경우, 상전이 온도(Tr)는 바람직하게는 -60℃ 이상 -10℃ 이하, 또는 40℃ 이상 또한 퀴리 온도 이하, 더 바람직하게는 -60℃ 이상 -30℃ 이하이다. 즉, 상전이 온도(Tr)는 0℃ 이상 35℃ 이하의 범위에 존재하지 않는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 -5℃ 이상 50℃ 이하의 범위에 존재하지 않는 것이다.

상전이 온도(Tr)가 0℃ 이상 35℃ 이하의 범위에 존재하지 않는 경우, 예를 들어 5℃의 온도 변화에 대해 동일한 입력 전압에 대한 변형량의 변동이 20% 이하로 억제될 수 있는 점이 기대된다. 또한, 상전이 온도(Tr)가 -5℃ 이상 50℃ 이하의 범위에 존재하지 않는 경우, 예를 들어 5℃의 온도 변화에 대해 동일한 입력 전압에 대한 변형량의 변동이 10% 이하로 억제될 수 있는 점이 기대된다.

본 발명에서, 용어 "페로브스카이트형 금속 산화물"은 "이와나미 이화학 사전"(이와나미 서점, 1998년 2월 20일 발행)에 기재된 바와 같이, 이상적으로는 입방정 구조인 페로브스카이트 구조를 갖는 금속 산화물을 의미한다. 페로브스카이트 구조를 갖는 금속 산화물은 일반적으로 ABO₃의 화학식에 의해 표현된다. 페로브스카이트형 금속 산화물에서, 원소 A 및 B는 각각 이온의 형태로 A 사이트 및 B 사이트로 지칭되는 단위 격자 내의 특정 위치를 차지한다. 예를 들어, 입방정계의 단위 격자의 경우, A 원소는 입방체의 정점에 위치되고, B 원소는 체심에 위치된다. O 원소는 산소의 음이온으로서 입방체의 면 중심에 위치된다.

상술된 화학식(1)에 의해 표현되는 금속 산화물에서, A 사이트에 위치되는 금속 원소는 Ba 및 Ca이고, B 사이트에 위치되는 금속 원소는 Ti, Zr 및 Sn이다. Ba 및 Ca의 일부가 B 사이트에 위치될 수 있다. 마찬가지로, Ti 및 Zr의 일부가 A 사이트에 위치될 수 있다. 그러나, 압전 특성이 저하되기 때문에, Sn이 A 사이트에 위치되는 것은 바람직하지 않다.

화학식(1)에서 B 사이트의 원소와 O 원소의 몰비는 1:3이지만, 몰비가 1:3으로부터 약간 어긋나는 경우(예를 들어, 1.00:2.94 내지 1.00:3.06)에도 금속 산화물이 주 상으로서 페로브스카이트 구조를 갖는 경우 본 발명의 범위에 포함된다.

금속 산화물이 페로브스카이트 구조인지 여부는 예를 들어 X선 회절 또는 전자선 회절에 기초하는 구조 해석으로부터 판단될 수 있다.

화학식(1)에서, A 사이트에서의 Ca의 몰비를 나타내는 x는 0.02≤x≤0.30의 범위이다. x가 0.02보다 작으면, 유전 손실(tanδ)이 증가할 수 있다. 유전 손실의 증가는 압전 소자(30)가 전압의 인가에 의해 구동될 때 발생되는 열량을 증가시키고, 따라서, 구동 효율이 감소될 가능성이 있다. 한편, x가 0.30보다 큰 경우, 압전 특성이 불충분하게 될 가능성이 있다.

화학식(1)에서, B 사이트에서의 Zr의 몰비를 나타내는 y는 0.020≤y≤0.095의 범위이다. y가 0.020보다 작은 경우, 압전 특성이 충분하지 않게 될 수 있다. 한편, y가 0.095보다 큰 경우, 퀴리 온도(Tc)가 85℃ 미만으로 감소되고 압전 특성이 고온에서 소실될 가능성이 있다.

화학식(1)에서, B 사이트에서의 Sn의 몰비를 나타내는 z는 0≤z≤0.04의 범위이다. Sn이 0.04몰 이하의 상기 범위에서 B 사이트에 포함되는 경우, 유전 손실이 특히 감소된다. 한편, z가 0.04보다 큰 경우, 결정립이 커지고, 압전 소자가 구동될 때 열이 쉽게 발생할 가능성이 있다.

화학식(1)에서, Ca의 몰비(x) 및 Zr의 몰비(y)는 y≤x의 범위이다. y>x인 경우, 유전 손실이 증가하거나, 절연성이 충분하지 않게 될 수 있다. 상술한 범위를 동시에 만족시키도록 x 및 y를 설정함으로써, 상전이 온도(Tr)가 실온 부근으로부터 실제적으로 유용한 온도 미만으로 이동될 수 있고, 넓은 온도 범위에 걸쳐 안정적으로 압전 소자(30)가 구동될 수 있다.

화학식(1)에서, A 사이트에서의 Ba 및 Ca의 몰량과 B 사이트에서의 Ti, Zr 및 Sn의 몰량의 비를 나타내는 A/B는 바람직하게는 1.00≤A/B≤ 1.01의 범위이다. A/B가 1.00보다 작은 경우, 비정상적인 입성장이 발생하기 쉬워져, 압전 재료(31)의 기계적 강도가 감소될 수 있다. 한편, A/B가 1.01보다 큰 경우, 입성장에 필요한 온도가 지나치게 높아질 수 있다. 일반적인 소성로를 사용하는 경우 입자 밀도가 충분하지 않을 수 있고, 다수의 세공 또는 결함이 압전 재료(31) 내에 발생될 수 있다.

본 발명의 실시예에 사용되는 압전 재료(31)의 조성을 측정하는 방법은 특히 하나로 한정되지 않는다. 측정 방법의 예는 X선 형광 분석, ICP 발광 분광 분석, 및 원자 흡광 분석을 포함한다. 압전 재료(31)에 함유되는 원소의 중량비 및 조성비는 임의의 이들 방법을 채용함으로써 결정될 수 있다.

본 발명의 실시예에 사용되는 압전 재료(31)는 상술된 화학식(1)에 의해 표현되는 페로브스카이트형 금속 산화물을 주성분으로서 함유하고, 페로브스카이트형 금속 산화물은 Mn을 함유한다. Mn 함량은 바람직하게는 페로브스카이트형 금속 산화물의 100 중량부에 대해 금속 환산으로 0.02 중량부 이상 0.40 중량부 이하이다. 또한, 압전 재료(31)에 함유되는 페로브스카이트형 금속 산화물의 함량은 바람직하게는 98중량% 이상 100중량% 이하, 더 바람직하게는 99중량% 이상 99.98중량% 이하이다.

상술된 범위의 Mn을 함유하는 압전 재료(31)에 의해, 절연성 및 기계적 품질 계수(Qm)가 향상된다.

여기서, 용어 "기계적 품질 계수(Qm)"는 압전 소자가 진동자로서 평가될 때 진동에 의해 발생되는 탄성 손실을 나타내는 계수를 의미한다. 기계적 품질 계수(Qm)의 크기는 임피던스 측정에 의해 획득되는 공진 곡선의 선예도로서 관측된다. 즉, 기계적 품질 계수(Qm)는 압전 소자의 공진의 선예도를 나타내는 상수이다. 기계적 품질 계수(Qm)가 증가할 때, 공진 주파수 부근에서 압전 소자의 변형량이 증가하고, 이에 의해 압전 소자(30)를 효과적으로 진동시킬 수 있다.

여기서, 금속 환산으로 산출되는 Mn 함량은 예를 들어, X선 형광 분석(XRF), ICP 발광 분광 분석, 또는 원자 흡광 분석에 의해 압전 재료(31)로부터 측정되는 개별 금속, 즉 Ba, Ca, Ti, Zr, Sn, 및 Mn의 각각의 함량으로부터, 화학식(1)에 의해 표현되는 금속 산화물을 구성하는 원소의 중량을 산화물 환산으로 산출함으로써, 그리고 총 중량을 100으로 할 때 산출된 전체 중량에 대한 Mn 중량의 비를 획득함으로써 구해지는 값을 나타낸다.

Mn 함량이 0.02 중량부 미만인 경우, 압전 소자(30)의 구동에 필요한 분극 처리의 효과는 불충분할 수 있다. 한편, Mn 함량이 0.40 중량부보다 큰 경우, 압전 특성이 불충분하게 되는 점, 또는 압전 특성에 기여하지 않는 육방정 구조를 갖는 결정이 발현되는 점에서 만족스럽지 않은 결과가 일어날 수 있다.

바람직하게는, Mn은 B 사이트에서 고체 상태로 용해된다. Mn이 B 사이트에서 고체 상태로 용해되는 경우, A 사이트에서의 Ba 및 Ca의 몰량과 B 사이트에서의 Ti, Zr, Sn 및 Mn의 몰량의 비를 A/B로 할 때, A/B의 바람직한 범위는 0.993≤A/B≤0.998이다. A/B가 상기 범위에 있는 압전 소자(30)에서, 압전 소자(30)의 길이 방향으로 큰 신축 진동이 발생되고, 기계적 품질 계수(Qm)는 높다. 따라서, 우수한 진동 성능 및 우수한 내구성을 갖는 압전 소자(30)를 얻을 수 있다.

또한, Mn의 가수는 4+가 바람직하다. 일반적으로, Mn은 4+, 2+, 3+의 가수를 가질 수 있다. 결정에 전도성 전자가 존재하는 경우(예를 들어, 산소 결함이 결정 내에 존재하는 경우, 또는, 도너 원소가 A 사이트를 점유하는 경우), Mn의 가수는 예를 들어, +4 로부터 +3 까지 또는 +2까지 감소한다. 따라서, 전도 전자가 포획될 수 있고, 절연 저항이 증가될 수 있다. 또한, 이온 반경의 관점으로부터, 4+인 Mn의 가수는 B 사이트의 주성분인 Ti를 Mn이 용이하게 치환할 수 있기 때문에 바람직하다.

한편, 예를 들어, 4+ 보다 낮은 2+의 가수를 갖는 Mn의 경우, Mn은 억셉터로서 기능한다. Mn이 페로브스카이트 구조를 갖는 결정에 억셉터로서 존재하는 경우, 홀 또는 산소 공공이 생성된다.

첨가된 Mn의 대부분의 가수가 2+ 또는 3+인 경우, 홀은 산소 공공의 도입에 의해 보상될 수 없고, 절연 저항이 감소될 수 있다. 이 이유로, Mn의 대부분은 바람직하게는 4+의 가수를 갖는다. 그러나, Mn의 매우 적은 부분이 4+ 보다 낮은 가수를 가질 수 있고, 억셉터로서 페로브스카이트 구조의 B 사이트를 점유함으로써 산소 공공을 형성할 수 있다. 그 이유는 2+ 또는 3+의 가수를 갖는 Mn 및 산소 공공이 결함 쌍극자를 형성하고, 이에 의해 압전 소자(30)의 절연성 및 기계적 품질 계수(Qm)를 증가시킬 수 있기 때문이다.

본 발명의 실시예에서 사용되는 압전 소자(30)의 압전 재료(31)는 화학식(1)의 원소 및 Mn 이외의 다른 성분(이후 "부성분"으로 지칭됨)을, 특성이 변하지 않는 범위에서 함유할 수 있다. 부성분의 총 함량은 화학식(1)에 의해 표현되는 금속 산화물의 100 중량부에 대해 1.2 중량부 이하인 것이 바람직하다. 부성분의 전체 중량이 1.2 중량부보다 큰 경우, 압전 재료(31)의 압전 특성 및 절연 특성이 저하될 가능성이 있다. 부성분 중 Ba, Ca, Ti, Zr, Sn, 및 Mn 이외의 금속 원소의 총 함량은 압전 재료(31)에 대해 산화물 환산으로 1.0 중량부 이하 또는 금속 환산으로 0.9 중량부 이하가 바람직하다. 본 발명의 실시예에서, 금속 원소는 Si, Ge 및 Sb와 같은 반금속 원소를 포함한다. 부성분 중 Ba, Ca, Ti, Zr, Sn, 및 Mn 이외의 금속 원소의 총 함량이 압전 재료(31)에 대해 산화물 환산으로 1.0 중량부 또는 금속 환산으로 0.9 중량부를 초과하는 경우, 압전 재료(31)의 압전 특성 및 절연 특성이 현저히 저하될 가능성이 있다. 부성분 중 Li, Na, Mg, 및 Al 원소의 총 함량은 압전 재료(31)에 대해 금속 환산으로 0.5 중량부 이하가 바람직하다. 부성분 중 Li, Na, Mg, 및 Al 원소의 총 함량이 압전 재료(31)에 대해 금속 환산으로 0.5 중량부를 초과하는 경우, 소결이 불충분해질 가능성이 있다. 부성분 중, Y 및 V 원소의 총 함량은 압전 재료(31)에 대해 금속 환산으로 0.2 중량부 이하가 바람직하다. 부성분 중 Y 및 V 원소의 총 함량이 압전 재료(31)에 대해 금속 환산으로 0.2 중량부를 초과하는 경우, 분극 처리 실행이 곤란해질 가능성이 있다.

부성분은 예를 들어 Si 및 Cu와 같은 소결 보조제이다. 본 발명의 실시예에 사용되는 압전 재료(31)는 상업적으로 입수 가능한 Ba 및 Ca의 재료에 불가피적 성분으로서 함유되는 정도의 Sr을 더 함유할 수 있다. 유사하게, 본 발명의 실시예에 사용되는 압전 재료(31)는 상업적으로 입수 가능한 Ti의 재료에 불가피적 성분으로서 함유되는 정도의 Nb뿐 아니라, 상업적으로 입수 가능한 Zr의 재료에 불가피적 성분으로서 함유되는 정도의 Hf를 더 함유할 수 있다.

부성분의 중량부를 측정하는 방법은 특별히 하나로 한정되지 않는다. 측정 방법의 예는 X선 형광 분석(XRF), ICP 발광 분광 분석, 및 원자 흡광 분석을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르는 먼지 제거 장치(10)의 제조 방법에 대해 이하에서 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명의 실시예에 사용되는 압전 재료(31)의 제조 방법에 대해 설명한다.

원하는 조성으로 조정된 조성을 갖는 재료 분말이 준비되고, 필요에 따라 분산제, 바인더, 가소제, 및 물 또는 유기 용매를 첨가하여 혼합하고, 고밀도의 소결체를 형성하는데 필요한 압력 하에 혼합물을 프레스 성형하여 성형체가 제작된다. 프레스 성형만에 의해 필요한 압력이 획득되지 않는 경우, 예를 들어 냉간 등방압 프레스(CIP)를 사용하여 원하는 수준의 압력이 인가될 수 있다. 프레스 성형 대신 예를 들어 CIP를 채용함으로써 한 번의 단계로 성형체 잉곳이 제작될 수 있다. 대안적으로, 예를 들어, 닥터 블레이드법 또는 다이 코팅법에 의해 필름 등의 지지체에 걸쳐 슬러리를 미리 정해진 두께로 코팅하고, 코팅된 슬러리를 건조시켜 그린 시트 성형체가 제작될 수 있다.

이어서, 성형체는 소성되고, 이에 의해 세라믹스 소결체 형상의 압전 재료(31)가 획득된다. 소성 조건이 원하는 압전 재료에 대해 최적인 것으로 선택될 수 있으나, 소성 조건은 가능한 밀도가 높고 입자가 균일한 크기로 성장하도록 설정되는 것이 바람직하다. 성형체는 필요에 따라 원하는 형상으로 기계 가공된 이후 소성될 수 있다.

본 발명의 실시예에서 사용되는 압전 소자의 일 예인, 도 2에 도시된 압전 소자(30)의 제조 방법에 대해 이하에서 상세하게 설명한다.

상술된 방법에 따라 제작된 세라믹스 소결체 형상의 압전 재료(31)를 원하는 치수로 연삭 가공하여 대략 직사각형의 압전 재료(31)가 제작된다. 이어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 전극(32)이 제1 전극면(32a) 상에 형성되고, 금속 페이스트를 예를 들어 베이킹, 스퍼터링, 또는 기상 증착하여 제2 전극(33)이 제2 전극면(33a) 상에 형성된다.

진동 여기 효율의 관점으로부터, 제1 전극(32) 및 제2 전극(33)은 압전 재료(31) 표면 상에 가능한 넓게 형성되는 것이 바람직하다. 제1 전극(32) 및 제2 전극(33)을 형성하는 방법은 특별히 하나로 한정되지 않고, 방법은 예를 들어 금속 페이스트를 베이킹, 스퍼터링, 또는 기상 증착함으로써 실행될 수 있다. 추가로, 제1 전극(32) 및 제2 전극(33)은 각각 원하는 형상으로 패터닝될 수 있다.

제1 전극(32)은 AC 전압이 오직 제2 전극면(33a)을 통해 압전 소자(30)에 공급될 수 있도록 제2 전극면(33a)의 일부분에 형성될 수 있다. 이 경우, 먼저, 제1 전극(32)이 압전 소자(30)의 제1 전극면(32a)에 형성되고, 추가의 제1 전극(32)이 제2 전극(33)과 전기적으로 독립된 상태로 제2 전극면(33a)에 형성된다. 이후, 제1 전극면(32a)에 형성된 제1 전극(32) 및 제2 전극면(33a)에 형성된 제1 전극(32)이 서로 전기적으로 접속된다. 양쪽 제1 전극(32)을 전기적으로 접속하는 방법은 특별히 하나로 한정되지 않고, 방법은 전기 접속을 위해 압전 재료(31)의 측면을 커버하도록 예를 들어 금속 페이스트의 베이킹, 스퍼터링, 또는 기상 증착에 의해 실행될 수 있다. 대안적으로, 전기 접속은 압전 재료(31)에 도전성 관통홀을 형성함으로서 형성될 수 있다. 이 점에 있어서, 제2 전극면(33a) 상에 모두 형성된 제1 전극(32)과 제2 전극(33) 사이의 거리는 후술되는 분극 처리 도중 방전이 일어나지 않는 한 짧은 것이 바람직하다.

이어서, 압전 소자(30)에 대해 분극 처리가 실행된다. 처리 온도는 퀴리 온도(Tc) 또는 탈분극 온도(Td) 이하가 바람직하다. 처리 시간은 5분 내지 10시간이 바람직하다. 처리 분위기는 공기 또는 실리콘 오일 등의 난연성 오일이 바람직하다. 처리 전압으로서 0.5 내지 5.0kV/mm의 전계가 인가된다. 처리 전압의 인가는 단지 적어도 제1 전극(32) 및 제2 전극(33)에 인가되는 것이 요구된다.

용어 "탈분극 온도"는 압전 소자(30)에 대해 실행되는 분극 처리로부터 충분한 시간이 경과한 이후, 실온으로부터 소정의 온도 Td(℃)까지 온도를 상승시키고, 온도를 다시 실온까지 떨어뜨리고, 온도를 올리기 전의 압전 상수에 비해 압전 상수가 감소하는 온도를 측정함으로써 결정되는 온도를 의미한다. 본 명세서에서, 온도를 상승시키기 전 압전 상수가 95% 이하로 감소하는 온도는 탈분극 온도(Td)로 지칭된다.

분극 처리는 압전 소자(30)를 진동판(20)에 고정하기 전에 실행되는 것이 바람직하지만, 고정 이후 실행될 수 있다.

본 발명의 실시예에서 사용되는 압전 소자의 일 예인, 도 3a 및 도 3b에 도시된 압전 소자(30)의 제조 방법에 대해 이하에서 상세하게 설명한다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 압전 소자(30)의 제조 방법은 도 2에 도시된 압전 소자(30)의 제조 방법과 유사하다.

먼저, 도 2에 도시된 압전 재료(31)과 유사한 방식으로 제작된 압전 재료(31)를 원하는 치수로 연삭 가공하여 대략 직사각형의 압전 재료(31)가 획득된다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 여기 전극 관통홀(ABT) 및 접지 전극 관통홀(SBT)이 압전 소자(30)에 형성된다. 이들 관통홀은 성형체 제작 이후 예를 들어 성형체를 절삭 또는 펀칭하여 형성될 수 있다. 대안적으로, 관통홀을 형성하기 위한 돌출부가 성형체를 제작하기 위해 사용되는 금형에 미리 제공될 수 있다. 관통홀의 직경은 압전 재료(31)의 강도 및 관통홀 전극 형성의 용이함을 고려하여 적절히 선택될 수 있다.

이어서, 제1 전극면(32a)의 여기 전극(AB) 및 접지 전극(SB), 및 제2 전극면(33a)의 여기 전극(AF), 진동 검출 전극(SF), 여기 전극(AB'), 및 접지 전극(SB')은 도 2에 도시된 압전 소자(30)의 전극과 유사한 방식으로 형성된다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 관통홀 전극은 상술된 전극이 형성될 때와 동시에 형성될 수 있고, 또는 별도의 단계에서 미리 형성될 수 있다. 관통홀 전극은 여기 전극(AB)과 여기 전극(AB') 사이 그리고 접지 전극(SB)과 접지 전극(SB') 사이의 각각의 저항 값이 각각 1Ω 이하가 되도록 형성되는 것이 바람직하다.

이어서, 압전 소자(30)에 대한 분극 처리가 실행된다. 분극 처리의 방법은 도 2에 도시된 압전 소자(30)에 대해 실행되는 방법과 유사할 수 있다. 처리 전압은 단지 적어도 여기 전극(AB), 접지 전극(SB), 제2 전극면(33a) 상의 여기 전극(AF), 및 진동 검출 전극(SF)에 인가되는 것이 요구된다.

본 발명의 실시예에 따르는 먼지 제거 장치의 일 예인, 도 4a 및 도 4b에 도시된 먼지 제거 장치(10)의 제조 방법에 대해 이하에서 설명한다.

본 발명의 실시예에 따르는 먼지 제거 장치의 제조 방법에서, 먼지 제거 장치는 적어도 그 표면에 적어도 대략 직사각형의 광학 유효 영역(B) 및 광학 유효 영역(B)의 외측에 위치된 외부 영역(A)을 포함하는 진동판, 및 각각이 대략 직육면체이며 진동판의 표면에 배치되는 하나 이상의 압전 소자를 포함하고, 압전 소자는 압전 재료, 제1 전극, 및 제2 전극을 포함한다. 제조 방법은, 광학 유효 영역(B)의 네 변을 한 쌍의 변(O, O'), 한 쌍의 변(O, O')에 수직인 한 쌍의 변(N, N')으로 할 때, 압전 소자의 길이 방향의 변(P)이 변(O)을 따라 배치되도록 진동판(20)의 광학 유효 영역(B)의 외측에 위치된 외부 영역(A)에 압전 소자를 각각 고정하는 단계, 압전 소자의 단부 근방(σ)으로서, 압전 소자의 변(O)을 따르는 방향의 일 단부에 위치되고 광학 유효 영역(B)의 변(N 또는 N')의 연장부이며 압전 소자(30)를 횡단하는 선으로부터 변(P)을 따라 내측 방향으로 길이(b)에 걸치는 영역을 특정하는 단계, 및 이를 통해 AC 전압이 압전 소자에 인가되는 급전선을 단부 근방(σ)에 열 압착하는 단계로서, 단부 근방(σ) 이외의 영역에서 압전 재료의 압전 상수의 절대값을 d로 하고, 단부 근방(σ)의 압전 상수의 절대값을 d₀으로 할 때 d>d₀의 관계를 만족하는 열 압착 단계를 포함한다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 실시예에 따르는 먼지 제거 장치의 제조 방법 일 예를 광축 방향으로부터 관측한 도면이다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 압전 소자(30)는 도 2에 도시된 압전 소자(30)와 동일하다고 상정하여 설명한다.

먼저, 투명한 부재 또는 반사성 부재로 형성된 진동판(20)에 압전 소자(30)의 제1 전극(32)이 예를 들어 에폭시계 접착제 등의 접착제를 사용하여 고정된다. 제1 전극(32)을 고정하기 위해 가열이 필요한 경우, 가열 온도는 압전 재료(31)의 퀴리 온도(Tc) 또는 탈분극 온도(Td) 보다 낮은 것이 바람직하다. 고정을 위한 가열 온도가 퀴리 온도(Tc) 또는 탈분극 온도(Td) 이상인 경우, 압전 재료(31)의 압전 상수 절대값(d)이 감소될 가능성이 있다.

이어서, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 압전 소자(30)에 AC 전압을 공급하는 급전선이 다음과 같이 접속된다. 제2 전극(33)을 위한 급전선은 열 압착에 의해 도 2에 도시된 압전 소자(30)의 제2 전극면(33a)의 단부 근방(σ)의 영역에 접속된다. 제1 전극(32)용 급전선은 열 압착에 의해 도 2에 도시된 압전 소자(30)의 제2 전극면(33a)의 제1 전극(32)에 접속된다. 2개의 전극에 대한 열 압착 단계는 도 4a 및 도 4b 에 도시된 바와 같이 동시에 실행될 수 있다. 동시적인 열 압착은 1단계의 열 압착에 의해 압전 소자(30) 및 급전선 모두를 서로에 대해 접속되게 할 수 있다. 도 4a 및 도 4b에서, 참조 번호 34는 가요성 인쇄 케이블에 대한 열 압착 영역을 나타낸다. 도 4b의 단면도에 도시된 바와 같이, 가요성 인쇄 케이블에 대한 열 압착 영역(34)은 제2 전극면(33a) 상의 제2 전극(33)의 일부분, 및 제1 전극면(32a)으로부터 제2 전극면(33a)까지 걸친 제1 전극(32)의 일부분으로서, 제2 전극면(33a)의 단부 근처에 위치되는 일부분을 포함하는 영역이다. 도 4a 및 도 4b는 제2 전극면(33a) 상의 제2 전극(33)에 대한 열 압착 영역이 단부 근방(σ)과 겹치는 영역으로서 제공된다. 그러나, 열 압착 영역은 단부 근방(σ)과 겹치는 영역으로 한정되지 않는다. 단부 근방(σ) 및 열 압착 영역이 서로 겹치지 않을 때에도, 가요성 인쇄 케이블의 형상 및 열 압착의 조건에 따라서 유사한 유리한 효과가 또한 획득된다.

열 압착은 바람직하게는 압전 재료(31)의 탈분극 온도(Td) 부근의 온도, 더 바람직하게는 Td 이상의 온도에서 실행된다. 압전 재료(31)의 단부 근방(σ)의 압전 상수(d₀)는 Td 부근의 온도 또는 Td 이상의 온도에서 열 압착을 행함으로써 감소될 수 있다. 단부 근방(σ)의 압전 상수(d₀)는 추가로 퀴리 온도(Tc) 이상으로 열 압착을 행함으로써 감소되거나 제로로 할 수 있다.

상술된 방식으로 열 압착을 실행함으로써, 본 발명의 실시예에서 사용되는 압전 재료(31)의 압전 상수는, 단부 근방(σ) 이외의 영역에서 압전 재료의 압전 상수 절대값을 d로 하고 단부 근방(σ)의 압전 상수의 절대값을 d₀로 할 때, d>d₀의 관계를 만족한다.

d₀가 지나치게 감소되거나 제로(0)가 되는 경우, d₀는 재분극 처리에 의해 원하는 값으로 조정될 수 있다. 재분극 처리 온도는 압전 소자(30)가 접착제에 의해 진동판(20)에 고정되고 열 압착된 급전선의 접속부가 벗겨지지 않는 범위에 설정되는 것이 바람직하다. 재분극 처리 온도는 예를 들어 바람직하게는 60℃ 이하, 더 바람직하게는 실온(약 25℃)이다. 재분극 처리 전압은 배선 사이, 예를 들어, 급전선 사이에서 방전이 발생하지 않는 범위에 설정되는 것이 바람직하다.

압전 재료(31)의 단부 근방(σ)의 압전 상수(d₀)를 감소시키는 방법이 상술되었으나, d₀를 감소시키는 방법은 상술된 것으로 한정되지 않는다. 예를 들어, 방법은 급전선을 Td 보다 낮은 온도 온도에서 접속한 후, 단부 근방(σ)에 Td 이상 온도에서 열을 인가함으로써 실현될 수도 있다. 그러나, 이러한 방법은 제조 공정이 복잡하기 때문에 제조 비용이 증가한다. 따라서, 열 압착은 바람직하게는 Td 부근의 온도, 더 바람직하게는 Td 이상의 온도에서 실행되는 것이 바람직하다.

상업적으로 입수 가능한 가요성 케이블이 급전선 각각으로서 사용될 수 있다. 급전선은 예를 들어 에폭시계 접착제를 사용하여 접속될 수 있으나, 급전선은 이방성 도전성 페이스트(ACP) 또는 이방성 도전성 필름(ACF)을 사용하여 열 압착에 의해 접속되는 것이 바람직하다. 이러한 방법은 도통 불량을 줄일 수 있고, 프로세스 속도가 증가하여 높은 양산성을 얻을 수 있다는 점에서 바람직하다. 급전선의 접합은 도 4a 및 도 4b에 도시된 영역에 대해 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 따르는 먼지 제거 장치(10)의 제조 방법은 상술된 바와 같이 압전 소자(30)에 AC 전압을 공급하는 급전선을 단부 근방(σ)에 열 압착하는 것을 특징으로 한다. 일반적으로, ACP 또는 ACF를 사용해서 열 압착이 실행될 때의 열 압착 온도는 150℃ 내지 200℃이다. 따라서, 압전 재료(31)의 퀴리 온도(Tc)가 200℃ 이상일 때, 열 압착 온도는 일반적으로 ACP 또는 ACF를 사용하여 열 압착할 때의 열 압착 온도보다 높게 설정되어야 한다. 또한, 열 압착은 압전 소자(30)를 국소적으로 가열하는 방법이기 때문에, 가열부와 비가열부 사이의 온도 차이에 의해 압전 재료(31)가 파손될 수 있는 가능성이 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 사용되는 압전 재료(31)의 퀴리 온도(Tc)는 150℃ 이하인 것이 바람직하다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 먼지 제거 장치(10)의 제조 방법이 설명되었으나, 먼지 제거 장치(10)는 상술된 것 이외의 방법에 의해 제조될 수 있다. 어느 경우든, 본 발명의 실시예에 따르는 먼지 제거 장치(10)는 압전 소자(30)에 AC 전압을 공급하는 급전선을 단부 근방(σ)에 열 압착함으로써 용이하게 제조될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르는 촬상 장치의 일 예인, 도 5에 도시된 촬상 장치(50)에 대해 이하에서 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따르는 촬상 장치의 일 예를 도시한다. 도 5에 도시된 촬상 장치(50)는 특히 화상 신호를 전기 신호로 변환해서 촬상하는 디지털 카메라에 사용되는 촬상 장치의 일 예이다.

본 발명의 실시예에 따르는 촬상 장치(50)는 적어도 먼지 제거 장치(10) 및 촬상 소자(40)를 포함하고 먼지 제거 장치(10)의 진동판(20) 및 촬상 소자(40)의 수광면을 동축 관계로 순서대로 배열하는 것을 특징으로 한다.

촬상 소자(40)의 전방에 위치된 진동판(20)은, 광축에 배열되며 촬상 소자(40)에 입사하는 광속을 통과할 수 있는 광학 유효 영역(B)을 포함하는 대략 직사각형 광학 부재이다. 진동판(20)은 예를 들어, 저역 통과 필터의 기능을 갖는 수정 판 또는 LiNbO3 복굴절판, 또는 적외 흡수 유리 등을 사용함으로써 먼지 제거 기능을 포함하는 다수의 기능이 구비될 수 있다. 적외선을 차단하거나 반사를 감소시키는 광학적 코팅이 진동판(20)의 표면에 실시될 수 있다.

압전 소자(30)가 진동판(20)의 외부 영역(A)에 고정된다. 도시하지 않았으나, 압전 소자가 광학 유효 영역(B)의 양측에 외부 영역(A)의 대칭 위치 각각(예를 들어, 수평 또는 수직 방향)에 고정될 수 있다.

진동판 유지 부재(420)는 수지 또는 금속으로 형성되고, 진동판(20)을 유지한다. 진동판 유지 부재(420)는 촬상 소자 유지 부재(510)에 나사 고정된다.

가압 부재(440)는 진동판(20)을 촬상 소자(40)를 향하는 방향으로 가압한다. 가압 부재(440)는 진동판 유지 부재(420)에 고정된다. 가압 부재(440)는 접지 전위로 유지되는 디지털 카메라의 부분(접지)에 전기적으로 접속된다. 또한, 진동판(20)의 표면이 접지 전위로 유지되는 디지털 카메라의 부분(접지)에 전기적으로 접속된다. 따라서, 먼지 등이 정전기에 의해 진동판(20) 표면에 부착되는 것을 억제할 수 있다.

탄성 부재(450)는 대략 원형 단면의 프레임형 부재를 갖고, 진동판(20)과 진동판 유지 부재(420) 사이에 끼워진다. 가압 부재(440)가 진동판(20)을 가압하기 때문에, 탄성 부재(450)는 진동판(20)과 진동판 유지 부재(420) 사이에서 압착된다. 따라서, 탄성 부재(450)를 압착하도록 작용하는 힘의 크기는 촬상 소자(40)를 향하는 방향의 가압 부재(440)의 가압력에 의해 결정된다. 탄성 부재(450)는 고무 등의 열가소성 엘라스토머 또는 우레탄 폼 등의 수지 폼으로 제조될 수 있다.

광학 부재(460)는 위상판(탈분극판), 적외선 차단 필터, 복굴절판, 또는 이들의 둘 이상을 접합하여 형성되는 광학 부재이다. 광학 부재(460)는 진동판 유지 부재(420)에 고정되게 접합된다.

촬상 소자 유지 부재(510)는 대략 직사각형의 개구를 갖고, 촬상 소자(40)가 개구를 통해 노출된 상태에서 촬상 소자(40)를 고정되게 유지한다. 촬상 소자 유지 부재(510)는 예를 들어, 나사 결합 등에 의해 디지털 카메라의 본체에 고정된다.

마스크(520)는 촬영 광로 이외의 주변으로부터의 여분의 광이 촬상 소자(40)로 진입하는 것을 방지하기 위해 진동판 유지 부재(420) 및 촬상 소자(40) 사이에 끼워진다.

촬상 소자 가압 부재(530)는 좌우 한 쌍의 판 스프링 형상의 가압 부재이다. 촬상 소자 가압 부재(530)는 촬상 소자 유지 부재(510)에 나사 고정되고, 이에 의해 촬상 소자(40)를 촬상 소자 유지 부재(510)에 가압한다.

상술된 구성에 의해, 진동판(20)은 가압 부재(440)와 탄성 부재(450) 사이에 끼워지고 자유롭게 진동할 수 있는 상태로 지지된다.

촬영자에 근접한 측의 탄성 부재(450)의 면은 진동판 유지 부재(420)와 접촉하고, 피사체에 근접한 측의 면은 진동판(20)과 접촉한다. 진동판(20)은 가압 부재(440)의 탄성에 의해 촬상 소자(40)를 향해 가압되기 때문에, 탄성 부재(450)는 탄성 부재(450)가 진동판(20) 및 진동판 유지 부재(420) 모두와 간극없이 밀착하도록 변형된다. 그 결과, 진동판(20), 진동판 유지 부재(420), 탄성 부재(450), 및 광학 부재(460)에 의해 둘러싸이는 공간은 밀봉되고, 따라서 먼지 등의 이물질이 공간으로 진입하는 것을 방지할 수 있는 밀폐 공간이 형성된다.

본 발명의 실시예에 따르는 촬상 장치의 일 예로서 디지털 카메라에 사용되는 촬상 장치(50)가 설명되었으나, 본 발명의 실시예는 디지털 카메라에 사용되는 촬상 장치로 한정되지 않는다. 본 발명은 디지털 비디오카메라, 복사기, 팩시밀리, 및 스캐너 등의 다양한 유형의 촬상 장치 및 화상 판독 장치뿐 아니라 이들 장치에 배치되는 다양한 부재 또는 구성요소에 추가로 적용 가능하다.

본 발명의 실시예에 따르는 먼지 제거 장치(10)의 작동 방법의 일 예로서, 디지털 카메라에 사용되는 먼지 제거 장치(10)의 작동 방법에 대해 이하에서 설명한다.

먼지 제거 장치(10)는 디지털 카메라의 마이크로컴퓨터로부터의 지시에 따라서 먼지 제거 모드가 된다. 신뢰성 있게 먼지를 제거하는 관점으로부터, 촬영자에 의해 디지털 카메라의 전원 온 작동에 의해 시스템이 개시된 직후, 또는 전원 오프 작동에 의해 시스템이 운전 정지되기 직전의 타이밍에서 자동적으로 먼지 제거 모드를 실행하는 것이 효과적이다. 그러나, 먼지 제거 모드는 촬영자에 의해 의도된 타이밍에서 실행될 수 있다.

마이크로컴퓨터는 먼지 제거 모드 개시를 나타내는 신호를 수신하고, 압전 소자(30)의 구동 회로에 구동 신호를 송신한다. 압전 소자(30)의 구동 회로는 진동판(20)에 굽힘 진동을 발생시키는 AC 전압을 생성하고, 급전선을 통해 압전 소자(30)에 AC 전압을 인가한다. 먼지 제거 모드에서 압전 소자(30)에 인가되는 AC 전압은 AC 전압의 주파수가 굽힘 진동이 발생되는 주파수를 포함하는 주파수 범위 내에서 연속하여 변경되도록 설정된다. 압전 소자(30)는 인가되는 AC 전압에 대응하여 길이 방향으로 신축 진동을 나타내고, 이에 의해, 진동판(20)은 굽힘 진동을 발생시킨다.

예

본 발명의 실시예에 따르는 먼지 제거 장치(10)를 예와 관련하여 이하에서 상세하게 설명한다. 예 및 비교예에서 제작된 먼지 제거 장치는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 동일한 구성을 갖지만, 본 발명의 범위는 이하의 예에 의해 한정되지 않는다.

예 1

예 1의 먼지 제거 장치(10)의 진동판(20)은 26.8×38.4×0.7mm의 치수를 갖는 수정으로 제조된 직육면체의 복굴절판이고 광학적 코팅 처리로 표면 처리된다. 진동판(20)은 광로 상에 배열된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 진동판(20)은 광이 통과하는 광학 유효 영역(B)을 포함한다. 예 1의 먼지 제거 장치(10)의 광학 유효 영역(B)은 약 14.9×22.3mm의 치수를 갖는 대략 직사각형 형상을 갖는다.

예 1의 압전 소자(30)의 제작 방법은 다음과 같다. 원재료로서, 평균 입경 100nm의 티타늄산바륨(SAKAI CHEMICAL INDUSTRY CO., LTD.에 의해 제조된 BT-01), 평균 입경 300nm의 티타늄산칼슘(SAKAI CHEMICAL INDUSTRY CO., LTD.에 의해 제조된 CT-03), 평균 입경 300nm의 지르콘산칼슘(SAKAI CHEMICAL INDUSTRY CO., LTD.에 의해 제조된 CZ-03), 및 평균 입경 300nm의 주석산칼슘을 86.0:8.6:4.4:1.0의 몰비로 칭량했다. 주석산칼슘은 고상법에 의해 탄산칼슘 및 산화주석으로부터 제작된다.

이어서, 상술된 바와 같이 칭량된 파우더는 볼 밀을 사용해서 24시간 건식 혼합에 의해 혼합된다. 얻어진 파우더 혼합물을 과립화하기 위해, 파우더 혼합물에 대해 금속 환산으로 0.26 중량부의 Mn을 함유하는 아세트산망간(II) 및 파우더 혼합물에 대해 3 중량부의 PVA 바인더가 스프레이 드라이어 장치를 사용하여 파우더 혼합물의 표면에 부착된다.

이어서, 과립화된 파우더는 금형 내에 충전되고, 프레스 성형기를 사용하여 최대 200MPa의 성형 압을 인가하여 3.3g/cm³ 밀도를 갖는 성형체가 제작된다. 성형체는 냉간 정수압 프레스를 사용하여 추가로 가압될 수 있다.

획득된 성형체는 공기 분위기에서 2.5℃/분의 승온 속도로 성형체를 가열하고, 600℃에서 3시간 동안 유지하고, 추가로 1350℃에서 5시간 동안 유지하는 조건 하에서 소성된다. 상술된 화학식(1)에 의해 표현되는 조성을 갖는 압전 재료(31)가 제작된다. 이후, 압전 재료(31)는 X선 형광 분석된다. 그 결과, 압전 재료(31)가 (Ba_0.86Ca_0.14)(Ti_0.946Zr_0.044Sn_0.01)O₃의 100 중량부에 대해 Mn의 0.2 중량부를 함유하는 조성을 갖는 점이 확인된다. 추가로, Ba, Ca, Ti, Zr, Sn 및 Mn 이외의 원소의 함량은 검출 한계 이하이고, 1 중량부 이하이다.

이어서, 소성된 압전 재료(31)는 0.25mm의 두께로 대략 균일하게 연삭 및 연마 가공되고, 각각 25.6×4.0mm의 치수를 갖는 부분으로 절단된다. 이 후, 압전 재료(31)의 양면에 걸쳐 은 페이스트를 스크린 인쇄에 의해 코팅한 후, 도 2에 도시된 바와 같이 패터닝을 통해 제1 전극(32) 및 제2 전극(33)이 형성된다. 예 1의 먼지 제거 장치(10)에서, 제1 전극(32)은 제2 전극면(33a)까지 연장되는 형상으로 형성된다. 그러나, 본 발명의 유리한 효과가 예 1 이외의 다른 전극 구성에 의해 유사하게 획득될 수 있다.

이어서, 제작된 압전 소자(30)의 온도를 항온 오븐에서 점차 상승시키면서 유전율의 변화를 측정함으로써 국소적으로 극대화되는 유전율을 제공하는 퀴리 온도(Tc)가 측정된다. 그 결과, 퀴리 온도(Tc)는 105℃이다. 또한, 압전 소자(30)가 핫 플레이트에서 100℃로 가열되면서 1kV/mm의 강도를 갖는 전계를 생성하도록 제2 전극(33)에 DC 전원으로부터의 전압을 60분 동안 인가하여 분극 처리가 실행된다. 이후, 압전 소자(30)의 온도를 항온 오븐에서 상승 또는 하강시키면서, 압전 상수가 초기 값의 95% 이하로 감소되는 탈분극 온도(Td)가 측정된다. 그 결과, Td는 95℃이다.

이어서, 압전 소자(30)를 핫 플레이트에서 100℃로 가열하면서 1kV/mm의 강도를 갖는 전계를 생성하도록 제2 전극(33)에 DC 전원으로부터의 전압을 60분 동안 인가하여 분극 상태의 압전 소자(30)가 제작된다.

이어서, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 ACF를 사용한 열 압착에 의해 가요성 케이블이, 제작된 압전 소자(30)의 제2 전극면(33a)에, 구체적으로 제2 전극(33)의 일부인 단부 근방(σ)에, 그리고 제1 전극(32)의 일부에 접속된다. ACF의 사용하여 열 압착을 실행할 때의 열 압착 장치의 조건은 150℃, 10초, 및 2MPa의 압력으로 설정된다.

이어서, 진동판(20) 및 압전 소자(30)의 제1 전극면(32a)은 상술된 길이(b)를 1.5mm으로 설정하는 정렬 이후 에폭시 수지계 접착제를 사용하여 서로 접착된다.

도 5에 도시된 본 발명의 실시예에 따르는 촬상 장치(50)가 상술된 바와 같이 제작된 먼지 제거 장치(10)를 사용하여 제작된다.

먼지 제거 장치(10)의 먼지 제거율은 먼지 제거 장치(10)가 도 5에 도시된 촬상 장치(50)에 조립된 상태에서 측정된다.

제거 장치(10)를 사용하는 측정시, 실온 및 50% rh의 습도 환경에서, 수평으로 배치된 진동판(20)의 전체면에 걸쳐 폴리스티렌 비즈(20 내지 80 ㎛의 입경)를 분산시키고 비즈를 1분간 방치한 후, 먼지 제거 장치(10)는 광학 유효 영역(B)을 포함한 진동판(20)의 면이 수직으로 배향되도록 설치된다. 이 설정 조건에서, 진동판(20) 표면에 부착된 폴리스티렌 비즈의 상태가 광학 현미경에 의해 촬영되고, 사진(P)으로서 기록된다.

50Vpp의 AC 전압이 가요성 케이블을 통해 먼지 제거 장치(10)의 압전 소자(30)에 인가된다. AC 전압의 주파수는 160 내지 90kHz의 범위로 설정되고, 주파수는 높은 측으로부터 낮은 측으로 1초 범위에 걸쳐 스윕된다. 상기 구동 작동을 4회 반복한 후, 촬상 장치(50)의 자세는 90°의 앙각으로부터 90°의 부각까지의 범위에 걸쳐 20회 반복 이동된다. 이후, 사진(P)을 기록하는 경우와 마찬가지로, 진동판(20) 표면에 부착된 폴리스티렌 비즈의 상태가 광학 현미경에 의해 촬영되고, 사진(Q)로서 기록된다.

이어서, 먼지 제거 장치(10)의 먼지 제거율은 사진(P 및 Q)에 촬영된 폴리스티렌 비즈의 개수를 각각 비즈수(Ｐ') 및 비즈수(Ｑ')로 계수함으로써 그리고 [(비즈수(Ｐ')-비즈수(Ｑ'))÷비즈수(Ｐ')]×100의 값을 산출함으로써 결정된다. 여기서, 95% 이하의 먼지 제거율은 이러한 수준을 초과하는 경우에 촬상 장치(50)의 일반적인 사용 상황에서 먼지가 촬영된 화상으로 들어가기 때문에 화상 품질을 크게 악화시키는 수준으로 판단된다.

상술된 방법에 따라서 예 1의 먼지 제거 장치(10)의 먼지 제거율을 평가한 결과, 예 1의 먼지 제거 장치(10)의 먼지 제거율은 98%이다. 따라서, 예 1의 먼지 제거 장치(10)는 양호한 먼지 제거율을 갖는 먼지 제거 장치뿐 아니라, 우수한 화상 품질을 갖는 촬상 장치(50)를 제공할 수 있는 점이 확인되었다.

이어서, 압전 재료(31)의 압전 상수 절대값(d 및 d₀)이 측정된다. d 및 d₀의 측정은 압전 소자(30)를 진동판(20)으로부터 분리한 후, 압전 소자(30)를 원하는 형상으로 절단함으로써 실행된다. 더 구체적으로, 먼지 제거 장치(10)의 먼지 제거율을 측정한 후, 예 1의 촬상 장치(50)가 분해되고, 먼지 제거 장치(10)를 취한다. 먼지 제거 장치(10)는 유기 용매에 침지되고, 먼지 제거 장치(10)가 초음파의 인가 하에 유기 용매에서 요동되면서 방치된다(즉, 초음파 처리). 초음파 처리에 의해, 압전 소자(30) 표면의 접착제가 용해되고, 압전 소자(30)가 진동판(20), 가요성 케이블, 및 ACF로부터 분리된다. 이 후, 상술된 길이(PL)에 대응하는 압전 소자(30)의 부분이 일본 전자 정보 기술 협회에 의해 규정된 규격에 일치하는 종횡비로 단부 근방(σ) 및 다른 영역으로 절단된다. 여기서, d 및 d₀은 각각 공진-반공진법에 의해 측정되는 압전 특성(d₃₁)의 절대값으로서 결정된다. 상술된 방법에 따르는 예 1의 먼지 제거 장치(10)의 d 및 d₀를 평가한 결과, d₀은 71×10^-12m/V이고, d는 75×10^-12m/V이다.

예 2

예 2의 먼지 제거 장치(10)는 다음과 같은 점을 제외하면 예 1과 유사한 방법에 따라 제작된다. 압전 소자(30)는 0.1mm의 길이(b)를 제공하도록 가요성 케이블의 위치를 조정한 상태로 진동판(20)에 접합된다. ACF를 사용하여 열 압착을 실행할 때의 열 압착 장치의 조건은 150℃, 60초, 2MPa의 압력으로 설정된다.

제작된 본 발명의 실시예에 따르는 촬상 장치(50)가 예 1과 유사한 방법에 따라서 제작되고, 예 2의 먼지 제거 장치(10)의 먼지 제거율이 평가된다. 그 결과, 예 2의 먼지 제거 장치(10)의 먼지 제거율은 100%이다. 또한, 예 1과 유사한 방법으로 예 2의 먼지 제거 장치(10)의 d 및 d₀를 평가한 결과, d₀은 68×10^-12m/V이고, d는 75×10^-12m/V이다.

예 3

예 3의 먼지 제거 장치(10)는 예 1과 유사한 방법에 따라서 제작된다. 압전 소자(30)는 1.5mm의 길이(b)를 제공하도록 가요성 케이블의 위치를 조정한 상태로 진동판(20)에 접합된다. ACF를 사용하여 열 압착을 실행할 때의 열 압착 장치의 조건은 150℃, 60초, 2MPa의 압력으로 설정된다.

본 발명의 실시예에 따르는 촬상 장치(50)가 예 1과 유사한 방법으로 제작되고, 예 3의 먼지 제거 장치(10)의 먼지 제거율이 평가된다. 그 결과, 예 3의 먼지 제거 장치(10)의 먼지 제거율은 99%이다. 또한, 예 1과 유사한 방법으로 예 3의 먼지 제거 장치(10)의 d 및 d₀을 평가한 결과, d₀은 68×10^-12m/V, d는 75×10^-12m/V이다.

예 4

예 4의 먼지 제거 장치(10)는 다음을 제외하면 예 1과 유사한 방법으로 제작된다. 압전 소자(30)는 14.7mm의 길이(b)를 제공하도록 가요성 케이블의 위치를 조정한 상태로 진동판(20)에 접합된다. ACF를 사용하여 열 압착을 실행할 때의 열 압착 장치의 조건은 150℃, 60초, 2MPa의 압력으로 설정된다.

본 발명의 실시예에 따르는 촬상 장치(50)는 예 1과 유사한 방법으로 제작되고, 예 4의 먼지 제거 장치(10)의 먼지 제거율이 평가된다. 그 결과, 예 4의 먼지 제거 장치(10)의 먼지 제거율은 95%이다. 또한, 예 1과 유사한 방법으로 예 4의 먼지 제거 장치(10)의 d 및 d₀을 평가한 결과, d₀은 68×10^-12m/V이고, d는 75×10^-12m/V이다.

예 5

예 5의 먼지 제거 장치(10)는 다음을 제외하면 예 1과 유사한 방법으로 제작된다. 압전 소자(30)는 14.7mm의 길이(b)를 제공하도록 가요성 케이블의 위치를 조정한 상태로 진동판(20)에 접착된다. ACF를 사용하여 열 압착을 실행할 때의 열 압착 장치의 조건은 150℃, 200초, 2MPa의 압력으로 설정된다.

본 발명의 실시예에 따르는 촬상 장치(50)는 예 1과 유사한 방법으로 제작되고, 예 5의 먼지 제거 장치(10)의 먼지 제거율이 평가된다. 그 결과, 예 4의 먼지 제거 장치(10)의 먼지 제거율은 96%이다. 또한, 예 1과 유사한 방법으로 예 5의 먼지 제거 장치(10)의 d 및 d₀을 평가한 결과, d₀은 23×10^-12m/V이고, d는 75×10^-12m/V이다.

예 6

예 6의 먼지 제거 장치(10)는 다음을 제외하면 예 1과 유사한 방법으로 제작된다. 압전 소자(30)는 0.1mm의 길이(b)를 제공하도록 가요성 케이블의 위치를 조정한 상태로 진동판(20)에 접착된다. ACF를 사용하여 열 압착을 실행할 때의 열 압착 장치의 조건은 150℃, 90초, 2MPa의 압력으로 설정된다.

본 발명의 실시예에 따르는 촬상 장치(50)가 예 1과 유사한 방법에 의해 제작되고, 예 6의 먼지 제거 장치(10)의 먼지 제거율이 평가된다. 그 결과, 예 6의 먼지 제거 장치(10)의 먼지 제거율은 99%이다. 또한, 예 1과 유사한 방법에 의해 예 6의 먼지 제거 장치(10)의 d 및 d₀을 평가한 결과, d₀은 60×10^-12m/V이고, d는 75×10^-12m/V이다.

예 7

예 7의 먼지 제거 장치(10)는 다음을 제외하면 예 1과 유사한 방법으로 제작된다. 압전 소자(30)는 0.7mm의 길이(b)를 제공하도록 가요성 케이블의 위치를 조정한 상태로 진동판(20)에 접착된다. ACF를 사용하여 열 압착을 실행할 때의 열 압착 장치의 조건은 150℃, 6000초, 2MPa의 압력으로 설정된다.

본 발명의 실시예에 따르는 촬상 장치(50)가 예 1과 유사한 방법에 의해 제작되고, 예 7의 먼지 제거 장치(10)의 먼지 제거율이 평가된다. 그 결과, 예 7의 먼지 제거 장치(10)의 먼지 제거율은 95%이다. 또한, 예 1과 유사한 방법으로 예 7의 먼지 제거 장치(10)의 d 및 d₀을 평가한 결과, d₀은 0×10^-12m/V이고, d는 75×10^-12m/V이다.

비교예 1

비교예 1의 먼지 제거 장치는 예 1과 유사한 방법으로 제작된다. 그러나, 압전 재료로서 상업적으로 입수 가능한 티타늄산 지르콘산납(Nihon Ceratec CO., LTD.에 의해 제작됨)이 사용된다. 압전 소자는1.5mm의 길이(b)를 제공하도록 가요성 케이블의 위치가 조정된 상태로 진동판에 접합된다. ACF를 사용하여 열 압착을 실행할 때의 열 압착 장치의 조건은 150℃, 6000초, 2MPa의 압력으로 설정된다.

비교예 1의 촬상 장치가 예 1과 유사한 방법으로 제작되고, 비교예 1의 먼지 제거 장치의 먼지 제거율이 평가된다. 그 결과, 비교예 1의 먼지 제거 장치의 먼지 제거율은 93%이다. 또한, 예 1과 유사한 방법으로 비교예 1의 먼지 제거 장치의 d 및 d₀을 평가한 결과, d₀은 160×10^-12m/V이고, d는 160×10^-12m/V이다.

표 1은 예 1 내지 예 7 및 비교예 1의 상술된 결과를 나타낸다.

본 발명의 실시예에 따르면, 진동판의 광학 유효 영역에 부착된 먼지를 충분히 제거할 수 있는 먼지 제거 장치 및 먼지 제거 장치 제조 방법이 제공된다. 추가로, 본 발명의 실시예에 따르면, 먼지 제거 장치를 사용하고 우수한 품질의 화상을 취할 수 있는 촬상 장치가 제공될 수 있다.

본 발명이 예시적인 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명이 개시된 예시적인 실시예에 한정되지 않음을 이해하여야 한다. 아래의 청구범위의 범주는 모든 변경과, 등가 구조 및 기능을 포함하도록 가장 넓은 해석에 따라야 한다.

본 출원은 그 전체가 본 명세서에 참조로 포함된 2013년 4월 25일 출원된 일본 특허 출원 제2013-092768호의 우선권을 주장한다.

[산업상 이용가능성]

본 발명의 실시예에 따르는 먼지 제거 장치는 진동판의 표면에 부착된 먼지 등의 이물질을 제거할 수 있기 때문에, 먼지 제거 장치는 디지털 비디오 카메라, 복사기, 팩시밀리, 및 스캐너 등의 다양한 유형의 촬상 장치 및 화상 판독 장치에 적용될 수 있다.

10 먼지 제거 장치
20 진동판
30 압전 소자
31 압전 재료
32 제1 전극
32a 제1 전극면
33 제2 전극
33a 제2 전극면
34 가요성 인쇄 케이블에 대한 열 압착 영역
40 촬상 소자
50 촬상 장치
440 가압 부재
450 탄성 부재
460 광학 부재
420 진동판 유지 부재
510 촬상 소자 유지 부재
520 마스크
530 촬상 소자 가압 부재

Claims

적어도 진동판 및 상기 진동판의 표면에 배치된 하나 이상의 압전 소자를 포함하는 먼지 제거 장치이며,
상기 진동판의 표면은 적어도 대략 직사각형의 광학 유효 영역(B) 및 상기 광학 유효 영역(B)의 외측에 위치된 외부 영역(A)을 포함하고,
상기 압전 소자는 대략 직육면체 형상의 압전 재료, 및 서로 대면하도록 상기 압전 재료의 표면에 배치되는 적어도 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고,
상기 광학 유효 영역(B)의 네 변을 한 쌍의 변(O 및 O') 및 상기 한 쌍의 변(O 및 O')에 수직인 한 쌍의 변(N 및 N')으로 할 때, 상기 압전 소자의 길이방향의 한 변(P)은 변(O)을 따라 배치되고,
상기 압전 소자의 변(P)의, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극이 서로 대면하는 부분의 길이를 PL로 하고, 변(O)을 따르는 방향에서 상기 진동판의 한 변의 길이를 VL로 하고, 상기 광학 유효 영역(B)의 변(O)의 길이를 OL로 하고, 변(O)을 따르는 방향에서 상기 압전 소자의 일단부에 위치되며 상기 광학 유효 영역(B)의 변(N 또는 Ｎ')의 연장부이고 상기 압전 소자를 횡단하는 선으로부터 내측으로 변(P)을 따라서 길이(b)에 걸치는 영역을 상기 압전 소자의 단부 근방(σ)으로 하고, 상기 광학 유효 영역(B)의 변(N, Ｎ')으로부터 연장되는 두 개의 선 사이에 위치되며 단부 근방(σ)을 포함하지 않는 영역에서 상기 압전 재료의 압전 상수의 절대값을 d로 하고, 상기 단부 근방(σ)의 압전 상수의 절대값을 d₀으로 할 때, VL≥PL>OL 및 d>d₀의 관계를 만족시키고, 길이(b)는 OL>b>0의 관계를 만족시키는, 먼지 제거 장치.
제1항에 있어서,
d 및 d₀ 는 0≤d₀≤0.95d의 관계를 만족시키는, 먼지 제거 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 길이(b)는 0.1×OL>b의 관계를 만족시키는, 먼지 제거 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압전 재료는 화학식 1에 의해 표현되는 페로브스카이트형 금속 산화물 및 Mn을 함유하고,
[화학식 1]
(Ba_1-xCa_x)(Ti_1-yZr_ySn_z)O₃
(여기서, 0.02≤x≤0.30, 0.020≤y≤0.095, 0≤z≤0.04, 및 y≤x)
Mn의 함량은 상기 페로브스카이트형 금속 산화물의 100 중량부에 대해 금속 환산으로 0.02 중량부 이상 0.40 중량부 이하인, 먼지 제거 장치.
적어도 진동판 및 상기 진동판의 표면에 배치된 각각 대략 직육면체 형상의 하나 이상의 압전 소자를 포함하는 먼지 제거 장치의 제조 방법이며,
상기 진동판은 진동판의 표면에 적어도 대략 직사각형의 광학 유효 영역(B) 및 상기 광학 유효 영역(B)의 외측에 위치된 외부 영역(A)을 포함하고,
상기 압전 소자는 압전 재료, 제1 전극, 및 제2 전극을 포함하고,
상기 먼지 제거 장치의 제조 방법은,
상기 광학 유효 영역(B)의 네 변을 한 쌍의 변(O 및 O') 및 상기 한 쌍의 변(O 및 O')에 수직인 한 쌍의 변(N 및 N')으로 할 때, 상기 압전 소자의 길이방향의 변(P)이 변(O)을 따라 배치되도록, 상기 진동판의 상기 광학 유효 영역(B)의 외측에 위치된 상기 외부 영역(A)에 각각의 압전 소자를 고정시키는 단계와,
상기 압전 소자의 단부 근방(σ)으로서, 변(O)을 따르는 방향에서 상기 압전 소자의 일단부에 위치되며 상기 광학 유효 영역(B)의 변(N 또는 N')의 연장부이고 상기 압전 소자를 횡단하는 선으로부터 내측으로 변(P)을 따라서 길이(b)에 걸치는 영역을 특정하는 단계, 및
상기 단부 근방(σ) 이외의 영역에서 상기 압전 재료의 압전 상수의 절대값을 d로 하고, 상기 단부 근방(σ)의 압전 상수의 절대값을 d₀으로 할 때, d>d₀의 관계가 만족되면서, AC 전압이 이를 통해 상기 압전 소자에 인가되는 급전선을 상기 단부 근방(σ)에 열 압착하는 단계를 포함하는, 먼지 제거 장치의 제조 방법.
적어도 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 먼지 제거 장치, 및 촬상 소자를 포함하는 촬상 장치이며,
상기 먼지 제거 장치의 진동판 및 상기 촬상 소자의 수광면은 동축 관계로 배치되는, 촬상 장치.