(57)【要約】【課題】簡易な駆動回路によって大きな振動を励起することができ、塵埃の除去能力を向上させることが可能となる塵埃除去装置を提供する。【解決手段】撮像素子の光入射側に位置する光学素子と、  前記光学素子に配置された電気機械エネルギ変換素子と、  前記電気機械エネルギ変換素子に電気信号を印加する駆動回路と、を備え、  前記駆動回路による前記電気機械エネルギ変換素子への電気信号の印加によって、前記光学素子に弾性振動を生じさせ、該振動によって該光学素子の表面に付着した付着物を除去または移動させる塵埃除去装置であって、  前記駆動回路は、前記電気信号の周期が、前記弾性振動の固有周期の自然数倍の周期である電圧を、前記電気機械エネルギ変換素子へ印加する構成とする。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子の光入射側に位置する光学素子と、
前記光学素子と、該光学素子に配置された電気機械エネルギ変換素子とで構成される振動体と、
前記電気機械エネルギ変換素子に電気信号を印加する駆動回路と、を備え、
前記駆動回路による前記電気機械エネルギ変換素子への電気信号の印加によって前記振動体に振動を励起させ、該振動体に励起された振動によって該光学素子の表面に付着した付着物を除去または移動させる塵埃除去装置であって、
前記駆動回路は、前記電気信号の周期が、前記振動の固有周期の自然数倍の周期である電圧を、前記電気機械エネルギ変換素子へ印加することを特徴とする塵埃除去装置。
【請求項２】
前記駆動回路による前記電気機械エネルギ変換素子への電圧の印加が、二つの振動の固有周期の自然数倍の周期である電圧の印加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。
【請求項３】
前記二つの振動は、該振動の一方が他方の振動に対して、同一方向に節線が並ぶ振動の次数が一つ異なる振動であることを特徴とする請求項２に記載の塵埃除去装置。
【請求項４】
前記電気信号の波形が、高調波成分を含んだ波形であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の塵埃除去装置。
【請求項５】
前記電気信号の波形が、矩形波形であることを特徴とする請求項４に記載の塵埃除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塵埃除去装置にする。
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に用いる塵埃除去装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のカメラや複写機やスキャナーなど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塵埃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の光学素子に、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の塵埃が付着すると、撮像素子面での像のぼけが少ないため、撮影画像に塵埃が写り込み、画像品位を損なうこととなる。
このようなことから、従来において、光学素子に振動を付与し、塵埃を慣性力によって振るい落として除去する塵埃除去装置が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２６７１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の塵埃除去装置においては、つぎのような課題を有している。
上記特許文献１の塵埃除去装置では、図４（ａ）に示すように、光学素子に圧電素子を結合し、振動体を形成している。
図４（ｂ）は、上記図４（ａ）の塵埃除去装置における振動体及び光学素子に励起する二つの振動の面外変位分布を示している。
二つの振動は、次数の一つ異なる面外曲げ振動となっている。
この二つの振動の固有周期と略一致する周期の電気信号を駆動回路で生成し、この電気信号を圧電素子に印加している。
これらにより、圧電素子の変形力の周期と振動体の固有周期が略一致し、振動体に共振現象が起きている。
共振現象によって拡大された振動が振動体に励起され、光学素子の大きな振動を得ている。この振動による慣性力によって塵埃を振るい落とし除去している。
【０００５】
慣性力は振動の加速度に比例し、加速度は周期の逆数の２乗に比例する。
大きな慣性力を得て塵埃の除去能力を高めるために、短い固有周期の振動を励起しようとすると、駆動回路には短い周期の電気信号を生成する駆動回路が必要となる。
このような駆動回路では、早いスイッチング周期を有するスイッチング素子を必要とし、また、電力損失が大きく、コスト高であり、占有スペースが大きくなる、等の点に課題を有している。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑み、簡易な駆動回路によって大きな振動を励起することができ、塵埃の除去能力を向上させることが可能となる塵埃除去装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、つぎのように構成した塵埃除去装置を提供するものである。
本発明の塵埃除去装置は、撮像素子の光入射側に位置する光学素子と、
前記光学素子と、該光学素子に配置された電気機械エネルギ変換素子とで構成される振動体と、
前記電気機械エネルギ変換素子に電気信号を印加する駆動回路と、を備え、
前記駆動回路による前記電気機械エネルギ変換素子への電気信号の印加によって前記振動体に振動を励起させ、該振動体に励起された振動によって該光学素子の表面に付着した付着物を除去または移動させる塵埃除去装置であって、
前記駆動回路は、前記電気信号の周期が、前記振動の固有周期の自然数倍の周期である電圧を、前記電気機械エネルギ変換素子へ印加することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、簡易な駆動回路により、長い周期の電気信号によって短い固有周期の振動を励起して大きな振動を得ることができ、塵埃の除去能力を向上させることが可能となる塵埃除去装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態における塵埃除去装置の斜視図である。
【図２】本発明の実施形態における振動体の構成と励起する振動の関係を示す図である。
【図３】本発明の実施形態における電気信号の波形を示す図である。
【図４】従来例を説明する図であり、図４（ａ）は従来の塵埃除去装置の構成を示す図、図４（ｂ）は図４（ａ）の塵埃除去装置による振動モードの振動形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
つぎに、図１を用いて、本発明の実施形態における光学素子の表面に付着した付着物を除去または移動させる塵埃除去装置について説明する。
図１において、１は光学素子で、電気機械エネルギ変換素子である圧電素子２が接着によって撮像素子３と同じ側に固着されている。
圧電素子２は矩形板状の形状で、光学素子１の左右方向の片側の端部付近に配置されている。
電気信号を生成する駆動回路４は、圧電素子２と電気的に接続されている。また、光学素子１と圧電素子２で振動体６を構成している。
振動体６は、受光素子である撮像素子３の表面の空間が密封されるように、密閉樹脂７を介して撮像素子３に取り付けられている。
被写体からの光が、撮像素子の光入射側に位置する光学素子１を透過し、撮像素子３に入射する。
【００１１】
図２は、振動体６の構成と励起する振動の関係を示す図で、撮像素子３側から見た斜視図となっている。
圧電素子２には、光学素子１との固着面の全面には図示しない接地電極があり、反対面の表面には一部に配置された接地電極９がある。
これらの図示しない接地電極と接地電極９とは、圧電素子２を貫通するバイア電極を介して、電気的接続が為され、さらに駆動回路４の接地端子と配線されている。
表面の大部分には電圧印加電極８があり、駆動回路４の電圧印加端子と配線されている。駆動回路４において生成する電気信号は、圧電素子２に印加される構成となっている。
【００１２】
１０と１１は振動体６に励起する二つの曲げ振動の面外変位の左右方向の分布を表している。
１０は固有周期が０．０２ｍＳの面外４次曲げ振動で、１１は固有周期が０．０１２ｍＳの面外５次曲げ振動のものである。
圧電素子２の配置範囲は、面外４次曲げ振動１０の曲げ方向が同一（図２中では下凸の曲げ方向）の範囲となっている。
同じく、圧電素子２の配置範囲は、面外５次曲げ振動１１に対しても、曲げ方向が同一の範囲となっている。
駆動回路４において、後述する周期の電圧を生成すると、圧電素子２が曲げ変形を生じ、面外４次曲げ振動１０と、面外５次曲げ振動の両方が励起される。
これらの振動が合成された振動が、振動体６及び光学素子１に励起される。
【００１３】
合成する振動の互いの節線の位置が近いと、その箇所での各々の振動が共に小さいために、合成された振動は小さくなってしまう。
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。
しかし、本実施例では、二つの振動における一方が他方の振動に対して、同一方向に節線が並ぶ振動の次数が一つ異なる振動（面外４次曲げ振動１０と面外５次曲げ振動１１）を励起している。特に、光学素子１の左右方向の中央部において、互いの節線が略等間隔に並ぶ。
このため、光学素子の特に中央部において、より大きな振動が得られる。これによって、高い除去能力が得られる。
【００１４】
図３は駆動回路４において生成する電気信号の波形を示したものである。横軸が時間、縦軸が電圧となっている。
電気信号の波形Ｅは矩形波形で、電圧値が０Ｖと２Ｖの二値、周期Ｔが０．０６ｍＳ、パルス幅τが０．０３ｍＳで印加デューティが５０％となっている。この波形をフーリエ級数展開すると、つぎの電気信号の波形をフーリエ級数展開した式１のように、ＤＣ成分と周期がＴの基本波成分と、周期がＴ／３の３倍波成分や、周期がＴ／５の５倍波成分などの高調波成分に展開される。
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【００１５】
本実施形態では、周期Ｔが０．０６ｍＳであるので、３倍波成分の周期は０．０２ｍＳとなり、５倍波成分の周期は０．０１２ｍＳとなる。
３倍波成分の周期は、面外４次曲げ振動の固有周期と一致し、５倍波成分の周期は、面外５次曲げ振動の固有周期と一致する。
これによって、二つの振動ともに共振現象によって拡大された大きな振動が、振動体６と光学素子１に励起する事が可能となっている。励起する振動の周期より、長い周期の電気信号で、大きな振動の励起が可能となっている。
本実施形態では、電気信号の周期Ｔを、より高い除去能力を得るために、二つの振動の固有周期の両方に対して共に自然数倍にしている。
しかし、完全に自然数倍でなく、略自然数倍であっても、電気信号の高調波成分の周期は、振動体６の固有周期に略一致するため、共振現象が励起でき、二つの振動ともに大きな振動を得る事ができる。
したがって、本発明における「自然数倍」とは、厳密に「自然数倍」とは一致していない「略自然数倍」も含み得る。
そして、本発明における「略自然数倍」とは、「電気信号の高調波成分の周期は、振動体６の固有周期に略一致するため、
共振現象が励起でき、二つの振動ともに大きな振動を得る事ができる」場合であって、好ましくは自然数からのずれが１０％以内、より好ましくは５％以内の数値範囲である。
また、一つの振動を励起する場合にも、電気信号の周期を、励起する振動の固有周期の略整数倍とすることで、同様に、長い周期の電気信号で、大きな振動の励起が可能となる。
【００１６】
本実施形態では電気信号の印加デューティを５０％としているため、奇数倍波のみが高調波成分となるが、印加デューティを５０％未満とすると、偶数倍波も高調波成分に含まれる。
これによって、電気信号の周期の偶数倍に、固有周期が略一致する振動も、大きな振動の励起が可能となる。
また、本実施形態では、電気信号の波形を矩形波形にしている。矩形波形はＤＣ電圧をスイッチング素子によって、スイッチングすることにより生成でき、波形生成のための回路が簡素という利点がある。
しかし、本発明は、電気信号の波形を矩形波形に限るものではなく、略矩形波形であっても、ほぼ同等の効果が得られる。
また、例えば、三角波形や鋸波形などの高調波成分を有する他の波形においても、同様に長い周期の電気信号によって、短い固有周期の大きな振動を得ることが可能である。
【符号の説明】
【００１７】
１：光学素子
２：圧電素子
３：撮像素子
４：駆動回路
６：振動体
７：密閉樹脂
８：電圧印加電極
９：接地電極
１０：面外４次曲げ振動の面外変位の左右方向の分布
１１：面外５次曲げ振動の面外変位の左右方向の分布
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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