(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
弾性部材と、前記弾性部材に固定され前記弾性部材に塵埃を除去するための振動を発生させる電気機械エネルギ変換素子と、から少なくとも構成される振動体を備える塵埃除去装置であって、
前記振動体の前記振動の節線方向の剛性を増大させる剛性増大部材が、前記弾性部材又は前記電気機械エネルギ変換素子の少なくとも一方に接着され、
前記剛性増大部材のヤング率が１０ＧＰａ以上であることを特徴とする塵埃除去装置。
【請求項２】
前記剛性増大部材は、前記節線と直交する方向における前記弾性部材の歪みがゼロとなる位置に設けられ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】
前記電気機械エネルギ変換素子に交流電圧を印加するための駆動回路を備え、
前記駆動回路は、
節線の方向が同じであり次数の異なる第１の振動モードの振動と第２の振動モードの振動とを前記弾性部材に発生させるための交流電圧を、前記電気機械エネルギ変換素子に印加する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。
【請求項４】
前記電気機械エネルギ変換素子は、第１の電気機械エネルギ変換素子と第２の電気機械エネルギ変換素子とからなり、
前記第１及び第２の電気機械エネルギ変換素子の夫々に交流電圧を印加するための駆動回路を備え、
前記駆動回路は、
節線の方向が同じであり次数の異なる第１の振動モードの振動と第２の振動モードの振動とを合成した振動を前記弾性部材に発生させる周波数と、異なる位相と、を持つ波形の交流電圧を前記第１及び第２の電気機械エネルギ変換素子の夫々に印加する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。
【請求項５】
前記剛性増大部材の前記節線と直交する方向における幅は、前記第１の振動モードと前記第２の振動モードのうち次数の大きい振動モードの波長の１／２以下であることを特徴とする請求項３又は４に記載の塵埃除去装置。
【請求項６】
前記剛性増大部材は、前記弾性部材又は前記電気機械エネルギ変換素子以外の部材と接しないよう配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の塵埃除去装置。
【請求項７】
前記剛性増大部材は、前記弾性部材の長手方向両端部に設けられてい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。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の塵埃除去装置と、前記塵埃除去装置の前記弾性部材を透過した光束が入射する位置に設けられた撮像素子と、を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の塵埃除去装置と、
前記塵埃除去装置の前記弾性部材を透過した光束が入射する位置に設けられた撮像素子と、
前記弾性部材を保持するための保持部材と、を備え、
前記剛性増大部材は、前記弾性部材を付勢して前記保持部材に固定することを特徴とする撮像装置。
【請求項１０】
弾性部材と、前記弾性部材に固定され前記弾性部材に振動を発生させる電気機械エネルギ変換素子と、を備える塵埃除去装置であって、
前記振動は、節線方向が同じであり次数が異なる第１の振動モードの振動と第２の振動モードの振動と、前記第１または第２の振動モードの振動と、前記節線の並ぶ方向の次数が同じであり、前記節線の延びる方向の次数が異なる第３の振動モードの振動と、を有し、前記第３の振動モードの固有振動数は、前記第１の振動モードの固有振動数と前記第２の振動モードの固有振動数との間に存在しないことを特徴とする塵埃除去装置。
【請求項１１】
前記電気機械エネルギ変換素子は、第１の電気機械エネルギ変換素子と第２の電気機械エネルギ変換素子とからなり、
前記第１及び第２の電気機械エネルギ変換素子の夫々に交流電圧を印加する駆動回路を備え、
前記駆動回路は、前記第１の振動モードの固有振動数と前記第２の振動モードの固有振動数との間の周波数と、異なる位相とを持つ波形の交流電圧を、前記第１及び第２の電気機械エネルギ変換素子の夫々に印加することを特徴とする請求項１０に記載の塵埃除去装置。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の塵埃除去装置と、前記塵埃除去装置の前記弾性部材を透過した光束が入射する位置に設けられた撮像素子と、を備えることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塵埃除去装置及び塵埃除去装置を備えた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被写体像を電気信号に変換して撮像するデジタルカメラ等の撮像装置では、撮影光束をＣＣＤやＣＭＯＳ型等の撮像素子で受光し、その撮像素子から出力される光電変換信号を画像データに変換して、メモリカード等の記録媒体に記録する。このような撮像装置では、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が、これらフィルタの表面に塵埃が付着すると、その付着部分が黒い点となって撮影画像に写り込み、画像の見栄えが低下してしまう。
【０００３】
特に、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といった機械的な作動部が撮像素子の近傍に配置されており、それらの作動部から発生した塵埃が撮像素子やフィルタの表面に付着することがある。また、レンズ交換時に、レンズマウントの開口から塵埃がカメラ本体内に入り込み、これが付着することもある。
【０００４】
このような現象を回避するために、特許文献１では、防塵用の光学部材を配置している。そして、光学部材の周縁部に振動を与えるための圧電素子を配設し、定在波である１次の振動モードの振動と２次の振動モードの振動を切替えて共振振動させることにより、光学部材の表面に付着した塵埃を除去するようにしている。
【０００５】
また、特許文献２では、光学部材を備えた振動体に楕円運動を励起することによって、塵埃を所望の方向に移動させることができる塵埃除去装置が提案されている。図１７は、特許文献２に開示された塵埃除去装置の構成を示す模式図である。撮像素子６の光入射側に光学部材１を備えた振動体４が設けられている。圧電素子２―１、２−２は、振動体４における面外曲げ振動の節線の並ぶ方向に位置をずらして配置されている。圧電素子２−１及び圧電素子２−２には、周期が同じであり、かつ時間的位相が９０°異なる交流電圧を印加する。
【０００６】
印加される交流電圧の周波数は、振動体４の長手方向に沿って面外に変形するｍ次（ｍは自然数）の振動モードの共振周波数とｍ＋１次の振動モードの共振周波数との間の周波数である。振動体４には、共振現象の応答を持ったｍ次の振動モードの振動、及び９０°の時間的位相差（ｍ次の面外曲げ振動に対して９０°進んだ位相）を持ったｍ＋１次の振動モードの振動が、同じ振幅かつ同じ振動周期で励起される。そして、振動体４には、この２つの振動モードの振動が合成された合成振動（進行波）が生成する。この合成振動によって、塵埃を面外に突き上げる時、塵埃は振動体４の表面の法線方向の力を受けて弾かれるように所望の方向に移動していく。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−３１９２２２号公報
【特許文献２】特開２００８−２０７１７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１、２の塵埃除去装置においては、塵埃を除去するための主振動モードとは異なる不要な振動モードの振動が振動体に励起される場合がある。この不要な振動モードが励起されると、塵埃を除去できる効率が低下してしまう。
【０００９】
特に、特許文献２による振動装置では、不要な振動モードが混在しやすく、この不要な振動モードの混在によって、光学部材１の表面の塵埃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、面内の進行波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。
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑み、振動によって塵埃を効率よく除去することが可能となる塵埃除去装置及び撮像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】
【００１１】
本発明の一様態は、弾性部材と、前記弾性部材に固定され前記弾性部材に塵埃を除去するための振動を発生させる電気機械エネルギ変換素子と、から少なくとも構成される振動体を備える塵埃除去装置であって、前記振動体の前記振動の節線方向の剛性を増大させる剛性増大部材が、前記弾性部材又は前記電気機械エネルギ変換素子の少なくとも一方に接着されている塵埃除去装置に関する。
また、本発明の別の一様態は、弾性部材と、前記弾性部材に固定され前記弾性部材に振動を発生させる電気機械エネルギ変換素子と、を備える塵埃除去装置であって、前記振動は、節線方向が同じであり次数が異なる第１の振動モードの振動と第２の振動モードの振動と、前記第１または第２の振動モードの振動と、前記節線の並ぶ方向の次数が同じであり、前記節線の延びる方向の次数が異なる第３の振動モードの振動と、を有し、前記第３の振動モードの固有振動数は、前記第１の振動モードの固有振動数と前記第２の振動モードの固有振動数との間に存在しない塵埃除去装置に関する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、主振動モードの振動の節線方向の剛性を上げる剛性増大部材を配置することにより、不要な振動モードの振動を低減することができ、塵埃を効率よく除去することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態１の塵埃除去装置と撮像ユニットの構成を示す模式図である。
【図２】実施形態１の塵埃除去装置の圧電素子に印加する交流電圧のグラフである。
【図３】振動体に生じる各振動モードの（ａ）Ｚ方向の変位分布、（ｂ）Ｘ方向の歪分布を示す模式図である。
【図４】圧電素子に印加される交流電圧の周波数と、振動体に生じる各振動モードの振動の大きさを示すグラフである。
【図５】第１の振動モードと第２の振動モードを示す斜視図である。
【図６】第３の振動モードと第４の振動モードを示す斜視図である。
【図７】実施形態２の塵埃除去装置の圧電素子に印加する交流電圧のグラフである。
【図８】各曲げ振動と振動体の変位を時間位相毎に示すグラフである。
【図９】各曲げ振動と振動体の変位を時間位相毎に示すグラフである。
【図１０】各曲げ振動と振動体の変位を時間位相毎に示すグラフである。
【図１１】各曲げ振動と振動体の変位を時間位相毎に示すグラフである。
【図１２】実施形態３の塵埃除去装置の構成を示す模式図である。
【図１３】振動体に生じる各振動モードの（ａ）Ｚ方向の変位分布、（ｂ）Ｘ方向の歪分布を示す模式図である。
【図１４】実施形態４の塵埃除去装置の構成を示す模式図である。
【図１５】振動体に生じる各振動モードの（ａ）Ｚ方向の変位分布、（ｂ）Ｘ方向の歪分布を示す模式図である。
【図１６】本発明が適用できる撮像装置の模式図である。
【図１７】従来の塵埃除去装置の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る塵埃除去装置の構成を示す模式図である。図１（ａ）はＺ方向から見た塵埃除去装置の模式図であり、図１（ｂ）はＹ方向から見たＡ−Ｂ断面図である。図１（ｃ）は、塵埃除去装置を含む撮像ユニットの構成を説明するための斜視図である。
【００１５】
本実施形態の塵埃除去装置は、弾性部材である光学部材１と、電気機械エネルギ変換素子である圧電素子２−１（第１の電気機械エネルギ変換素子）及び２−２（第２の電気機械エネルギ変換素子）と、剛性増大部材３−１及び３−２と、を備える振動体４からなる。圧電素子２−１及び２−２には駆動回路８から交流電圧が印加される。以下、特に区別する必要がない場合、圧電素子２−１、２−２を、圧電素子２と呼ぶ。また剛性増大部材３−１、３−２を剛性増大部材３と呼ぶ。本実施形態では、弾性部材である光学部材１を塵埃除去装置の振動部材として用いる。光学部材１の長手方向両端部には、圧電素子２と、剛性増大部材３と、がそれぞれ接着され、振動体４を構成している。本実施形態の剛性増大部材３は、光学部材１の圧電素子２が設けられている面とは反対側の面に設けられている。本実施形態においては、主振動モード（塵埃を除去（剥離）する振動モード）の振動の複数の節線の一本一本は夫々、Ｙ方向を向くように形成される。また、前記主振動モードの振動の複数の節線はＸ方向に平行に並ぶように形成される。
【００１６】
本発明において撮像ユニットは、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、振動体４と、支持部材５と、保持部材７と、を少なくとも備え、光学部材１に支持部材５が固定される。ただし、図１（ｂ）では、光学部材１が支持部材５を介して保持部材７に保持されているが、図１（ｃ）に示すように、光学部材１の撮像素子６側に、必要に応じて光学ローパスフィルタ等の別の光学部材１１を設けることもできる。図１（ｃ）に示すように、光学部材１の撮像素子６側に、別の光学部材１１を設けた場合は、支持部材５により光学部材１と別の光学部材１１との間を密閉するとよい。また、撮像ユニットは、付勢部材９を備えることが好ましい。付勢部材９により、光学部材１を撮像素子側に付勢することができる。
【００１７】
（剛性増大部材）
本発明における剛性増大部材３は、金属などの縦弾性係数（ヤング率）が比較的大きい材料によって構成されており、具体的には、ヤング率が１０ＧＰａ以上であることが好ましく、５０ＧＰａ以上であるとより好ましい。材料としては、鉄、銅、アルミニウム、亜鉛等の金属や、真鍮、ステンレス鋼等の合金があげられる。
【００１８】
また、剛性増大部材の幅（主振動モードの節線と直交する方向の長さ）は、塵埃を除去する振動モードである主振動モードのうち次数の大きな振動モードの波長の１／２以下であることが好ましい。主振動モードについては後述するが、例えば、１０次の曲げ振動モードと１１次の曲げ振動モードとを主振動モードとして用いる場合、剛性増大部材の幅は、１１次の曲げ振動モードの波長の１／２以下にすることが好ましい。また、剛性増大部材の長さ（主振動モードの節線方向の長さ）は、塵埃の剥離を阻害する振動モードである不要振動モードの波長の１／２以上であることが好ましい。不要振動モードについても詳細は後述する。このような寸法にすることにより、主振動モードの振動を阻害せず、不要な振動モードの振動を低減することができる。
【００１９】
剛性増大部材が設けられる位置は、主振動モードの振動による光学部材１のＸ方向（弾性体面内における主振動モードの節線方向と直交する方向）の歪がゼロの位置であることが好ましい。また、弾性体の面外変位（Ｚ方向変位）もゼロの位置であるとより好ましい。本発明において、「歪みがゼロ」とは、歪みが完全にゼロの場合だけでなく、最大歪みの１／４以下の範囲も含む。また、「面外変位（Ｚ方向変位）がゼロ」とは、面外変位が完全にゼロの場合だけでなく、最大変位の１／４以下の範囲も含む。また、光学部材１における主振動モードの節線方向の中央（Ｙ方向中央）に少なくとも配置されていることが好ましい。以上のような位置に設けることにより、さらに、主振動モードの振動を阻害せず、不要な振動モードの振動を低減することができる。
【００２０】
また、本実施形態では、剛性増大部材３を２個配置しているが、１個でも良く、３個以上配置してもよい。また、光学部材１上ではなく、圧電素子２に設けられていてもよい。
【００２１】
（光学部材）
光学部材１は、振動を発生する弾性部材であり、カバーガラス、赤外線カットフィルタ、あるいは、光学ローパスフィルタ等の透過率の高い光学部材で構成されている。撮像素子６には、光学部材１を通過した撮影光束が入射する。
【００２２】
（支持部材）
支持部材５は、光学部材１は粘着材料により光学部材１に固定され、保持部材７と光学部材１の相対的な位置決めをすると共に、光学部材１を支持している。また、支持部材５により、光学部材１と保持部材７との間の光路中に、外部の塵埃が侵入するのを防止することができる。光学部材１と撮像素子６との間に別の光学部材１１を設ける場合は、支持部材５により、光学部材１と光学部材１１との間を密閉してもよい。支持部材としては、フェルト、発泡ウレタン等の発泡樹脂、ゴム等の弾性部材が用いられる。この支持部材は、柔軟性があり（ヤング率が０．１ＧＰａ未満）、光学部材１の振動を吸収する振動吸収材としての役割を有することが好ましい。
【００２３】
（保持部材）
本発明において保持部材７は、光学部材１を保持するが、上述したように、光学部材１とは別の光学部材１１を設けた場合、この別の光学部材１１を介して光学部材１を保持してもよい。
【００２４】
（付勢部材）
付勢部材９は、光学部材１に対して撮像素子６側に付勢力を与える。具体的には、金属等のばね性を有する材料によって単一部材として形成されており、付勢部材９の四隅に光学部材１の四隅が固着される。固着される部分は、四隅のうち主振動モードの振動の節近傍である。
【００２５】
（駆動方法）
次に、圧電素子に印加する交流電圧と光学部材に生じる振動について説明する。図１（ａ）に示す駆動回路８により圧電素子２に交流電圧を印加すると、圧電素子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、接合面において面内方向に伸縮する力を圧電素子２から受け、圧電素子２との接合面側の凸凹が周期的に切り替わるような定在波振動が生じる。
【００２６】
本実施形態のように２つの圧電素子を光学部材１の両端に設けた場合において、定在波振動を励起する際に各圧電素子に印加する交流電圧の例を図２に示す。図２の上図と下図は、図１（ａ）の圧電素子２−１に印加する交流電圧Ｖ１と圧電素子２−２に印加する交流電圧Ｖ２の様子である。縦軸は電圧であり、横軸は時間を示す。
【００２７】
本実施形態においては、塵埃を除去するための主振動モードとして、Ｘ方向における曲げ次数が１０次の曲げ振動モード（第１の振動モード）と、Ｘ方向における曲げ次数が１１次の曲げ振動モード（第２の振動モード）と、を用いる例について説明する。この２つの振動モードの振動を交互に生成するため、まず、振動体４の１０次の曲げ振動モードの固有振動数近傍の周波数を有し、位相が夫々１８０°異なる交流電圧を圧電素子２−１、２−２に印加する。このような交流電圧を印加することにより、振動体４に１０次の曲げ振動モードが励起される。所定の時間、１０次の曲げ振動モードを励起した後、次に、振動体４の１１次の振動モードの固有振動数近傍の周波数を有し、位相が夫々同じ交流電圧を圧電素子２−１、２−２に印加する。このような交流電圧を印加することにより、振動体４に１１次の曲げ振動モードが励起される。以上の駆動を繰り返すことにより、１０次と１１次の曲げ振動モードの振動が励起される。上記駆動の際、図２に示すように、各固有振動数近傍で、高周波側から徐々に低周波側に交流電圧の周波数を掃引していくと良い。交流電圧の周波数は、振動体４の固有振動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、効率がよい。
【００２８】
図３（ａ）は、圧電素子２により振動体４に発生する主振動モードの振動の、光学部材１の圧電素子２が接着されている面とは反対側の面におけるＺ方向の変位分布と、圧電素子２及び剛性増大部材３の位置関係と、を示す図である。図３（ｂ）は、前記主振動モードの振動の、光学部材１の圧電素子２が接着されている面とは反対側の面における、Ｘ方向の歪分布と、圧電素子２及び剛性増大部材３の位置関係と、を示す図である。図３では、１０次の曲げ振動モードを第１の振動モードとしてＡ（実線）で示し、１１次の曲げ振動モードを第２の振動モードとしてＢ（破線）で示している。
【００２９】
第１の振動モードＡ及び第２の振動モードＢは、振動体４を光学部材１の厚さ方向へ曲げ変形させる面外曲げ振動モードである。上述した交流電圧を圧電素子２に印加することにより、第１の振動モードＡ及び第２の振動モードＢの振動が、振動体４に順次与えられる。第１の振動モードＡの変形形状は、左端部で下に凸となっており、右端部で上に凸となっている。よって、上述したように、圧電素子２−１と圧電素子２−２に印加する交流電圧の位相差を１８０°とすることで大きな振幅を得ることができる。一方、第２の振動モードＢの変形形状は、左端部が下に凸となっている時、右端部も下に凸となっている。よって、圧電素子２−１と圧電素子２−２印加する交流電圧の位相差を０°とすることで大きな振幅を得ることができる。また、圧電素子２は、第１の振動モードＡ及び第２の振動モードＢにおいて、その振動変位が大きい腹位置に設けられているため、第１の振動モードＡ及び第２の振動モードＢにおいて有効な加振力を発生することができる。
【００３０】
本発明において、第１の振動モードと第２の振動モードの振動は同時に励起されてもよい。この場合は、光学部材１の端部に一つだけ圧電素子２を設け、両振動モードの固有振動数の間の周波数を有する交流電圧を印加するとよい。
【００３１】
このように、振動体４に第１の振動モードの振動を生じさせることにより、第１の振動モードの振動の腹位置の光学部材１に付着した塵埃を剥離する機能を有する。具体的には、第１の振動モードの振動によって、光学部材１に付着した塵埃の付着力以上の加速度が、塵埃に加えられたとき、塵埃は光学部材１から剥離される。更に、振動体４に第２の振動モードの振動を生じさせることにより、第１の振動モードの振動の節近傍の光学部材１に付着した塵埃を剥離する機能を有する。
【００３２】
尚、本実施形態では、塵埃を除去するための最低限必要な振動モードとして、第１の振動モードとして１０次の曲げ振動モードを、第２の振動モードとして１１次の曲げ振動モードを用いているが、これに限定されるものではない。また、付加的にその他の複数の振動モード（例えば、１２次の曲げ振動モード、１３次の曲げ振動モードなど）の振動を光学部材１に加えてもよい。
【００３３】
振動体４には、これら主振動モードの固有振動数の付近に、他にも多くの振動モードが存在する。これらは、第１の振動モードや第２の振動モードと変位の分布が異なり、塵埃の剥離を阻害する不要な振動モードである。以下、本発明における不要な振動モードの振動について説明する。
【００３４】
図４は、横軸が圧電素子２に印加される交流電圧の周波数、縦軸が各振動モードの振動の大きさを表すグラフである。例えば、Ｃの振動モードは、Ｘ方向の曲げ次数が第１の振動モードＡと同じ面外１０次の曲げ変形であり、且つ、Ｙ方向の曲げ次数が面外１次の曲げ変形となる振動モード（第３の振動モード）である。
【００３５】
ここで、第１の振動モードの光学部材１の変形形状を示す斜視図を図５（ａ）に示し、第２の振動モードの光学部材１の変形形状を示す斜視図を図５（ｂ）に示す。また、図６（ａ−１）は、第３の振動モードの光学部材１の変形形状を示す斜視図であり、図６（ａ−２）は図中、Ｘ方向から見た図である。
【００３６】
第３の振動モードの変形形状は、第１の振動モードの変形形状に加えてＹ方向にも変形がある。このため、第３の振動モードは、第１の振動モードよりもやや高い固有振動数を有する。剛性増大部材３を配置しない場合、不要振動モードの中でも、第３の振動モードの振動が特に大きくなる。
【００３７】
第３の振動モードの振動が特に大きくなる理由について、ここで述べる。前述したように、第１の振動モードの振動と第２の振動モードの振動を発生させるために、圧電素子２に交流電圧を印加してＸ方向に伸縮力を発生させ、振動体４にＸ方向の曲げ変形力を発生させている。そして、圧電素子２は、図３（ａ）に示すように、第１の振動モードＡ及び第２の振動モードＢの振動変位が大きい腹位置に位置しているため、第１の振動モードＡ及び第２の振動モードＢにおいて有効な加振力を発生することができる。
【００３８】
一方、第３の振動モードＣにおいても、圧電素子２は、振動変位が大きい腹位置に位置している。このため、第３の振動モードＣの振動が大きくなる。更に、圧電素子２では、Ｙ方向も分極方向と直交した方向であり、この方向にも伸縮力を発生して、振動体４に対して曲げの加振力を発生する。第３の振動モードＣは、このＹ方向に曲げ変形がある振動モードである。これにより、第３の振動モードの振動はさらに増大する。
【００３９】
これに対し、本発明のように、剛性増大部材３を配置する場合、振動体４のＹ方向の曲げ剛性が大きくなる。本実施形態のように、剛性増大部材３が光学部材１の、Ｙ方向の端部から端部まで配置されていると、振動体４のＹ方向の曲げ剛性を大きくする効果が大きいため好ましい。Ｙ方向の曲げ剛性を大きくすることにより、Ｙ方向の曲げ変形を有する第３の振動モードの振動を低減することができる。同時に、第３の振動モードの固有振動数は高くなる。つまり、剛性増大部材３を配置することで、第３の振動モードＣの周波数に対する振動の応答（大きさ）を表す曲線は、図４（ａ）（ｂ）に示すように、図中ＣからＣ’となり、第２の振動モードの固有振動数よりも高くなる。
【００４０】
一方で、図３（ｂ）に示すように、剛性増大部材３はＸ方向の歪がゼロとなる位置に配置されているため、Ｘ方向の剛性はほとんど増大させない。つまり、Ｙ方向の曲げ変形のない第１の振動モードＡ及び第２の振動モードＢの振動は低減され難い。また、図４（ａ）（ｂ）に示すように、第１の振動モードＡ及び第２の振動モードＢの固有振動数はほとんど変化しない。
【００４１】
同様に、第３の振動モード以外の、Ｘ方向及びＹ方向に曲げ変形がある他の振動モードの固有振動数も高くなる。例えば、図４（ａ）に示すＤの振動モードは、Ｘ方向の曲げ次数が第１の振動モードＡよりも少ない面外９次曲げ変形であり、且つ、Ｙ方向に面外１次曲げ変形となる振動モード（第４の振動モード）である。図６（ｂ−１）に、第４の振動モードＤの光学部材１の変形形状を示し、図６（ｂ−２）にＸ方向から見た変形形状を示す。
【００４２】
剛性増大部材３の縦弾性係数や寸法によっては、第４の振動モードＤなどの、本来、第１の振動モードＡ及び第２の振動モードＢの固有振動数からは離れていた固有振動数を有する振動モードが、第１の振動モードＡ又は第２の振動モードＢの固有振動数に近くなることがある。図４（ａ）（ｂ）に示すように、剛性増大部材３を配置することで、第４の振動モードＤの周波数に対する振動の応答を表す曲線は、ＤからＤ’となる。
【００４３】
しかしながら、元々、第４の振動モードＤはＸ方向の曲げ次数が小さいため、圧電素子２の位置が、振動変位が大きい腹位置から外れているので、加振力の発生は小さい。したがって、第４の振動モードＤ’の振動は、第３の振動モードＣと比較して小さいので、第１の振動モードＡ及び第２の振動モードＢへの影響は少ない。
【００４４】
以上説明したように、本実施の形態によれば、光学部材１に付着した塵埃を振動により除去する塵埃除去装置において、塵埃を除去するための主振動モードの振動の節線方向の剛性を増大させる剛性増大部材３を光学部材１又は圧電素子２に配置することにより、不要な振動モードの振動を低減することができる。また、剛性増大部材３は、主振動モードの振動による光学部材１のＸ方向の歪みがゼロとなる位置に設けられているため、主振動モードの振動をほとんど阻害することなく、不要な振動モードを低減することができる。また、主振動モードの固有振動数から不要振動モードの固有振動数を離すことができる。具体的には、不要な振動モードの固有振動数を高周波側に変化させることができる。
【００４５】
これによって、主振動モードの振動に対する、不要な振動モードの振動の影響が小さくなるので、光学部材１に付着するより多くの塵埃を除去することができる。また、本実施形態では不要な振動モードとして、Ｙ方向に面外１次曲げ変形を有する第３の振動モードについて述べたが、本発明の効果はこの振動モードの低減だけに限定されるものではなく、Ｙ方向（主振動モードの振動の節方向）に面外曲げ変形を有する、全ての振動モード（例えば２次の曲げ振動モード、３次の曲げ振動モードなど）に有効である。
【００４６】
（実施形態２）
本実施形態は、実施形態１とは駆動方法が異なる実施形態であり、構成は実施形態１の構成（図１）と同様であるため、説明は省略する。
【００４７】
図７は、本実施形態の駆動時に印加される交流電圧を示すグラフである。本実施形態では、交流電圧Ｖ１を圧電素子２−１に、交流電圧Ｖ２を圧電素子２−２にそれぞれ印加する。交流電圧Ｖ１と交流電圧Ｖ２は共に、第１の振動モードの振動としてのｍ次の曲げ振動と第２の振動モードの振動としてのｍ＋１次の曲げ振動（ｍは自然数）の共振現象に応答を有する周期の交流電圧となっている。さらに交流電圧Ｖ１と交流電圧Ｖ２とは時間的な位相が異なっている（図７では位相差９０°の場合を示すが、Ｖ１とＶ２とは位相が異なっていれば良く、位相差は９０°に限定されない）。この交流電圧Ｖ１、Ｖ２によって、振動体４には時間位相の異なるｍ次の面外曲げ振動とｍ＋１次の面外曲げ振動の２つの振動が合成された合成振動が励起される。
【００４８】
ここで、ｍ＝１の場合について説明する。図８、図９、図１０、図１１は時間的位相差が９０°かつ振幅が１：１である場合の１次の曲げ振動モードの振動及び２次の曲げ振動モードの振動のグラフと、これらの振動が重ね合わされた振動体のＺ方向の変位及び変位速度を正規化した値を時間位相ｔ毎（振動の周期をＴとする）に示すグラフである。縦軸は、Ｚ方向の変位及び変位速度であり、圧電素子２側の向きを負としている。横軸は、振動体４のＸ方向の長さを３６０としたときの位置である。
【００４９】
図８〜図１１中において、波形Ｉは第１の振動モードである１次の面外曲げ振動の変位を示している。波形Ｊは第２の振動モードである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結果、生じる振動体４の変位を示す。波形Ｇは波形Ｅの時間位相１／１２Ｔ前の振動体４の変位を示している。波形Ｆは振動体４における変位速度を示している。
【００５０】
塵埃除去装置を動作させた場合には、光学部材１の表面に付着した塵埃は、光学部材１が塵埃を面外（図８〜図１１の縦軸の正の向き）に突き上げる時、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。つまり、各時間位相において、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体４の変位を示す波形Ｅの法線方向の力を受けて塵埃は移動していく。図８〜図１１の矢印ｈは、塵埃が移動する向きを示している。例えば、図８の左側の矢印ｈは、波形Ｅの法線方向のＸ成分であって、且つ、波形Ｆが正の値である位置ｍ、ｎの区間内における塵埃の移動する向きを示す。
【００５１】
図８〜図１１を見てみると、光学部材１の位置６０から３００において、振動の１周期の間では、横軸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、塵埃は横軸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６に対する光学部材１の有効領域が位置６０から位置３００の範囲であった場合、有効領域から塵埃を除去することが可能となる。
【００５２】
以上の効果は、ｍ＝１に限られるものではなく、例えば、実施形態１で挙げた第１の振動モードとしての１０次の振動モードと第２の振動モードとしての１１次の振動モードとを用いて合成振動を発生させることもできる。また、第１の振動モードと第２の振動モードとは次数が１つ異なる場合に限られず、次数が２つ以上異なっていてもよい。
【００５３】
本実施形態の駆動方法では、第１の振動モードの固有振動数と第２の振動モードの固有振動数の間の周波数で駆動する。つまり共振周波数以外の周波数で駆動するので、図３の第３の振動モードＣのような不要な振動モードが混在すると、実施形態１の場合よりも影響が大きくなる。
【００５４】
具体的には、この不要な振動モードの混在によって、光学部材１上の塵埃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。
【００５５】
そこで、剛性増大部材３を配置することで、主振動モードである第１の振動モード及び第２の振動モードの振動を阻害することなく、塵埃の剥離を阻害する不要な振動モードである第３の振動モードの振動を低減することができる。また、第１の振動モード及び第２の振動モードの固有振動数から第３の振動モードの固有振動数を離すことができる。具体的には、第３の振動モードの固有振動数が、第１の振動モードの固有振動数と第２の振動モードの固有振動数との間に存在しないよう、高周波側に変化させることができる。よって、第１の振動モード及び第２の振動モードに対する、第３の振動モードの影響が小さくなる。
【００５６】
このように、本実施形態によれば、複数の節線が同一方向に並ぶ、次数の異なる第１の振動モードと第２の振動モードを、位相差を設けて振動体４に発生させて合成することにより、塵埃を移動させ、より多くの塵埃を除去することができる。
【００５７】
（実施形態３）
本実施形態は、実施形態１とは剛性増大部材と付勢部材の構成が異なる。実施形態１と共通する部分は説明を省略する。図１２は、本発明の実施形態３に係る塵埃除去装置の構成を示す図である。図１２（ａ）はＺ方向から見た模式図であり、図１２（ｂ）はＹ方向から見たＡ−Ｂ断面図である。
【００５８】
図１２において、塵埃除去装置は、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２−１、２−２と、剛性増大部材３と、を備える振動体４から構成される。また、実施形態１と同様に、光学部材１は、支持部材５を介して保持部材７に保持されている。剛性増大部材３以外の塵埃除去装置の構成は実施形態１と同様なので説明を省略する。また、撮像ユニットの構成も、塵埃除去装置と付勢部材以外の構成は実施形態１と同様なので説明を省略する。
【００５９】
剛性増大部材３と光学部材１は接着剤などによって固定され、剛性増大部材３は光学部材１を撮影光束の光軸方向（撮像素子側）に付勢する。つまり、本実施形態の剛性増大部材３は、図１（ｃ）に示す付勢部材９の役割を兼ねている。
【００６０】
図１３（ａ）は、圧電素子２により振動体４に発生させる第１と第２の振動モードの振動の、光学部材１の圧電素子２が接着されている面とは反対側の面におけるＺ方向の変位分布と、圧電素子２及び剛性増大部材３の位置関係と、を示す図である。図１３（ｂ）は、第１と第２の振動モードの振動の、光学部材１の圧電素子２が接着されている面とは反対側の面におけるＸ方向の歪分布と、圧電素子２及び剛性増大部材３の位置関係と、を示す図である。
【００６１】
剛性増大部材３は第１の振動モードＡ及び第２の振動モードＢの振動のＸ方向の歪がゼロとなる位置に配置されているので、第１の振動モードＡ及び第２の振動モードＢの振動はほとんど低減されず、固有振動数もほとんど変化しない。また、本実施形態において、剛性増大部材３が配置されている位置は、Ｚ方向の変位がゼロの位置であるため、剛性増大部材３を介して、光学部材１の振動が保持部材７に伝達しにくい。そのため損失の増大や、可聴領域の振動が励起されにくい。
【００６２】
一方、Ｙ方向の剛性は増大させるので、Ｙ方向に面外曲げ変形を有する不要な振動モードである第３の振動モードの振動は低減される。また、実施形態１と同様に、第３の振動モードの固有振動数は高くなる。
【００６３】
このように、本実施形態によれば、剛性増大部材３に、不要な振動モードを低減する機能に加えて、光学部材１を付勢する機能を加えることで、部品点数を増大させずに塵埃除去装置を構成することが可能となる。また、本実施形態の装置構成で、実施形態２の駆動方法を適用することもできる。
【００６４】
（実施形態４）
本実施形態は、実施形態１とは剛性増大部材の構成が異なる。実施形態１と共通する部分は説明を省略する。図１４は、本発明の実施形態４に係る塵埃除去装置の構成を示す模式図である。図１４（ａ）は光学部材１のＺ方向からみた模式図であり、図１４（ｂ）はＹ方向からみたＡ−Ｂ断面図である。
【００６５】
図１４において、塵埃除去装置は、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２−１、２−２と、剛性増大部材３と、を備える振動体４から構成される。剛性増大部材３以外の構成は実施形態１と同様なので説明を省略する。また、撮像ユニットの構成も、塵埃除去装置と支持部材以外の構成は実施形態１と同様なので説明を省略する。
【００６６】
剛性増大部材３−１、３−２は、保持部材７と光学部材１との間に粘着材料により固定されている。剛性増大部材３−１、３−２、保持部材７と光学部材１の相対的な位置決めをすると共に、光学部材１を支持している。
【００６７】
支持部材５−１は、剛性増大部材３−１、３−２の上端部同士を結ぶように接続されている。支持部材５−２は、剛性増大部材３−１、３−２の下端部同士を結ぶように接続されている。つまり、実施形態１の支持部材との違いは、主振動の節線と平行な支持部材の部分が、本実施形態では剛性増大部材から構成されている点である。支持部材５−１、５−２は、剛性増大部材３−１、３−２と共に閉じた枠形状を構成している。このように、支持部材５−１、３−２及び剛性増大部材３−１、３−２により、光学部材１と保持部材７との間の光路中に外部の塵埃が侵入するのを防止することができる。ただし、図１（ｃ）に示したように、光学部材１と撮像素子６との間に別の光学部材１１を設ける場合は、支持部材５により、光学部材１と光学部材１１との間を密閉してもよい。
【００６８】
支持部材５−１、５−２は、柔軟性を有する材料（ヤング率が０．１ＧＰａ未満）で構成される。具体的には、フェルト、発泡ウレタン等の発泡樹脂、ゴム等の弾性部材が用いられる。そのため、第１の振動モード及び第２の振動モードの振動における複数の腹位置にわたって配置されても、第１の振動モード及び第２の振動モードを阻害しにくい。
【００６９】
また剛性増大部材３−１、３−２は、金属などの縦弾性係数（ヤング率）の比較的高い材料で構成される。具体的には、ヤング率が１０ＧＰａ以上であることが好ましく、５０ＧＰａ以上であるとより好ましい。材料としては、鉄、銅、アルミニウム、亜鉛等の金属や、真鍮、ステンレス鋼等の合金があげられる。そのため、Ｙ方向の剛性が高くなり、Ｙ方向に曲げ変形を有する第３の駆動モードの振動を阻害する。更に、第３の駆動モードの固有振動数は高くなる。
【００７０】
図１５（ａ）は、圧電素子２により振動体４に発生させる第１と第２の振動モードの振動の、光学部材１の圧電素子２が接着されている面とは反対側の面における、Ｚ方向の変位分布と、圧電素子２及び剛性増大部材３との位置関係を示す図である。図１５（ｂ）は、第１と第２の振動モードの振動の、光学部材１の圧電素子２が接着されている面における、Ｘ方向の歪分布と、圧電素子２及び剛性増大部材３の位置関係と、を示す図である。
【００７１】
剛性増大部材３−１、３−２は、第１の振動モードＡ及び第２の振動モードＢの振動において、Ｘ方向の歪みがゼロの位置に設けられているため、第１の振動モードＡ及び第２の振動モードＢの振動は阻害しにくい。またＺ方向の変位もゼロ（節位置）の位置に配置されているため、剛性増大部材３を介して、光学部材１の振動が保持部材７に伝達しにくい。そのため損失の増大や、可聴領域の振動が励起されにくい。また、第１の振動モードＡ及び第２の振動モードＢの振動の固有振動数はほとんど変化しない。
【００７２】
したがって、塵埃を剥離する主振動モードである、第１の振動モード及び第２の振動モードに対する、塵埃の剥離を阻害する不要な振動モードである第３の振動モードの振動の影響を低減することが可能となる。また、剛性増大部材３を光学部材１の支持にも利用しているので、従来方式よりも部品点数が増えることはない。
【００７３】
このように、本実施によれば部品点数を増やすことなく、塵埃を剥離するのに有効な振動モードに対する、不要な振動モードの影響を低減することで、光学部材１に付着するより多くの塵埃を除去することができる。また、本実施形態の装置構成で、実施形態２の駆動方法を適用することもできる。
【００７４】
（実施形態５）
図１６（ａ）は撮像装置であるデジタル一眼レフカメラを被写体側より見た正面側斜視図であり撮影レンズを外した状態を示す。図１６（ｂ）はカメラを撮影者側より見た背面側斜視図である。カメラ本体２１内には、不図示の撮影レンズを通過した撮影光束が導かれるミラーボックス２５が設けられており、ミラーボックス２５内にメインミラー（クイックリターンミラー）２６が配設されている。実施形態１から４で説明した塵埃除去装置を備えた撮像ユニットは、不図示の撮影レンズを通過した撮影光軸上に設けられている。メインミラー２６は、撮影者がファインダ接眼窓２３から被写体像を観察するために撮影光軸に対して４５°の角度に保持される状態と、撮像素子の方向へ導くために撮影光束から退避した位置に保持される状態と、を取り得る。
【００７５】
カメラ背面には、塵埃除去装置を駆動するためのクリーニング指示スイッチ２４が設けられており、撮影者がクリーニング指示スイッチ２４を押すと、塵埃除去装置を駆動するよう駆動回路に指示する。
【符号の説明】
【００７６】
１  光学部材
２  圧電素子
３  剛性増大部材
４  振動体
５  支持部材
６  撮像素子
７  保持部材
８  駆動回路
９  付勢部材
【図１】
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【図２】
0005783708.tif 000003
【図３】
0005783708.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005783708.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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