塵埃除去装置
【課題】大きな駆動電圧を印加しなくても所要の振動振幅を光透過部材に与えることを可能にする。
【解決手段】光線入射経路に位置する平板状の光学素子１の表面に付着する塵埃を除去するための塵埃除去装置が、光学素子１の第１の平面に固着された圧電素子２と、光学素子１の第１の平面と反対側の第２の平面に、圧電素子２に対向して固着された円板５と、圧電素子２へ交流電圧を印加して光学素子１を平面に垂直な方向に弾性振動させ、光学素子１の表面に付着した塵埃を除去する駆動装置１３とから構成される。
【解決手段】光線入射経路に位置する平板状の光学素子１の表面に付着する塵埃を除去するための塵埃除去装置が、光学素子１の第１の平面に固着された圧電素子２と、光学素子１の第１の平面と反対側の第２の平面に、圧電素子２に対向して固着された円板５と、圧電素子２へ交流電圧を印加して光学素子１を平面に垂直な方向に弾性振動させ、光学素子１の表面に付着した塵埃を除去する駆動装置１３とから構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塵埃除去装置に関し、特に、光線入射経路に位置する平板状の光透過部材の表面に付着する塵埃を除去するための塵埃除去装置に関する。
【０００２】
この塵埃除去装置は、例えば、コピー機、ファクシミリ装置、ドキュメントスキャナなどの原稿読取装置や、ビデオカメラ、スチルカメラなどの撮像装置に装着されるものである。
【背景技術】
【０００３】
近年の撮像装置においては、光学センサの分解能の向上に伴って、光学系に付着するゴミ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がめざましく向上しているため、撮影画像に埃が写り込むことがある。すなわち、撮像素子の近くに配置されている赤外線カットフィルタ、光学ローパスフィルタなどに、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が付着すると、撮像素子面での画像のぼけが少ないため、撮影画像に埃が写り込むことになる。
【０００４】
一方、コピー装置、ファクシミリ装置、ドキュメントスキャナなどの撮像部では、ラインセンサに近接させた平面原稿を、ラインセンサの長さ方向（主走査方向）への繰り返し走査と、原稿とラインセンサとの副走査方向への相対移動とによって読み取っている。ここで、ラインセンサへの光線入射部に埃が付着すると、この埃が読み取り画像に写り込んでしまう。特に、ラインセンサ側に埃が付着すると、１つの埃が副走査方向へ連続する線画像となって写り込み、画像の品質を大きく損ねてしまうという問題がある。
【０００５】
これらの塵埃を人手によって拭き取ることで画像品位は回復するが、埃の付着は、撮影や画像読み取りを終了した後に気付くものである。既に撮影や画像読み取りを終了して得られた埃が映り込んだ画像については、電子データ形態であれば、画像加工ソフトウェアによって修正することが可能であるが、煩わしい修正作業を行う必要がある。また、紙メディアに出力されてしまっている場合には、紙メディアの無駄な消費となってしまう。
【０００６】
そこで例えば、特許文献１，２に示されるような、振動によって塵を取り除く防塵機構を備えたカメラや、特許文献３，４に示されるような、振動を与えることによって塵を画像読取部から移動させる画像読取装置が開示されている。
【０００７】
図８は、特許文献３に開示されている画像読取装置の斜視図である。
【０００８】
図８においてリーダ部２００は、原稿に記録された画像情報を光学的に読み取り、光電変換して画像データとして取得するものである。リーダ部２００は、ＡＤＦ原稿用プラテンガラス（以下「ＡＤＦ用プラテン」という）２０１、ブック原稿用プラテンガラス２０２、ランプ２０３とミラー２０４を有するスキャナユニット２０９、ミラー２０５、ミラー２０６、レンズ２０７、ＣＣＤセンサ（図示せず）等を有している。
【０００９】
リーダ部２００は、不図示の自動原稿送り装置（ＡＤＦ）から搬送されてくる原稿画像を読み取る場合は、スキャナユニット２０９をＡＤＦ用プラテン２０１の下に移動して停止させ、原稿がＡＤＦ用プラテン２０１上を搬送されている間に画像情報を読み取る。
【００１０】
２１０は圧電素子であり、ＡＤＦ用プラテン２０１の下面に取り付けられる。そして、圧電素子２１０には不図示の回路から高周波信号が印加され、この結果、ＡＤＦ用プラテン２０１に曲げ振動が発生する。ＡＤＦ用プラテン２０１に塵埃が付着している場合、この曲げ振動によって塵埃が剥離され、塵埃が画像として写ることが防止される。
【００１１】
ＡＤＦ用プラテン２０１は、その周囲に配置された弾性素材からなる支持部材を介してリーダ２００の筐体に支持されており、ＡＤＦ用プラテン２０１、圧電素子２１０、支持部材によってリーダ２００における塵埃除去装置を構成している。
【００１２】
図９は、圧電素子２１０によってＡＤＦ用プラテン２０１に発生される曲げ振動を示す図である。この曲げ振動は、複数次の定在波となっており、図９（Ｂ）は第１の振動モードを、図９（Ｃ）は第２の振動モードを示す。第１の振動モードは、８本の節を持つ曲げ７次モードであり、第２の振動モードは、７本の節を持つ曲げ６次の振動モードである。第１および第２の振動モードは、図９（Ｄ）に示すように、Ｙ方向については、節のない一様な振動変位分布をもっている。
【００１３】
圧電素子２１０からＡＤＦ用プラテン２０１に対して、少なくとも第１の振動モードと第２の振動モードとを順次加振し、これによって、ＡＤＦ用プラテン２０１の各部に振動が発生する。しかも、第１の振動モードと第２の振動モードとでは節の位置が互いにずれているので、ＡＤＦ用プラテン２０１上のどの位置においても隈なく振動が発生し、これによって、ＡＤＦ用プラテン２０１上から塵埃が剥離し、移動させられる。
【特許文献１】特開２００２?２０４３７９号公報
【特許文献２】特開２００３?３３３３９１号公報
【特許文献３】特開２００３?２８０１１０号公報
【特許文献４】特開２００４?０１２４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、図８に示す画像読取装置に含まれる従来の塵埃除去装置においては、以下に述べるような問題があった。
【００１５】
図１０は、図８の従来の塵埃除去装置において、圧電素子２１０付近におけるＡＤＦ用プラテン２０１のＸ−Ｚ平面の断面図である。図１１は、図８の従来の塵埃除去装置において、Ｘ方向に圧電素子２１０から離れた位置におけるＡＤＦ用プラテン２０１のＸ−Ｚ平面の断面図である。
【００１６】
矩形平板状の光透過部材であるＡＤＦ用プラテン２０１に円形平板状の圧電素子２１０が接着されている。図１０（Ａ）は、圧電素子２１０に曲げ振動が発生し、圧電素子２１０の円形平板の中心２１６付近でＺ方向（厚み方向）に圧電素子２１０が最大変位となった瞬間の断面形状を表している。図１０（Ａ）および図１１（Ａ）において、２１５は、曲げの中立面を示しており、曲げ振動によってＸ方向に伸縮の生じない面位置を表している。図１０（Ｂ）および図１１（Ｂ）は、ＡＤＦ用プラテン２０１および圧電素子２１０に発生するＸ方向の歪の大きさを矢印の長さで表しており、右矢印が伸長方向、左矢印が収縮方向を示している。
【００１７】
図１１（Ａ）に示すように、ＡＤＦ用プラテン２０１のうち圧電素子２１０が接着されていない部分では、曲げの中立面２１５は、ＡＤＦ用プラテン２０１の厚み方向（Ｚ方向）の中央に位置している。一方、図１０（Ａ）に示すように、ＡＤＦ用プラテン２０１のうち圧電素子２１０が接着されている部分においては、曲げの中立面２１５が、圧電素子２１０の剛性が加算されることで、圧電素子２１０側へ移動し、圧電素子２１０内に位置する場合がある。
【００１８】
このため、下記の２つの問題が生ずる。
【００１９】
第１の問題は、ＡＤＦ用プラテン２０１の破断限界振幅の低下である。
【００２０】
ＡＤＦ用プラテン２０１は、ガラスや水晶などの光学材料で構成されており、破断限界が比較的低い。図１１（Ａ）に示すように、曲げの中立面２１５がＡＤＦ用プラテン２０１内部にある場合は、曲げ振動の振幅に対するＡＤＦ用プラテン２０１の上下面に生ずる引張応力の比は最小となる。しかしながら、図１０（Ａ）に示すように、圧電素子２１０が接着されたＡＤＦ用プラテン２０１の部分においては、曲げの中立面２１５がＡＤＦ用プラテン２０１から遠ざかっている。歪量は中立面２１５からの距離に比例するから、図１０（Ａ）に示すＡＤＦ用プラテン２０１に発生する引張り応力は増大する。そのため、図１１（Ａ）に示すＡＤＦ用プラテン２０１における破断限界振幅に比べて、図１０（Ａ）に示すＡＤＦ用プラテン２０１における破断限界振幅が低下し、十分な振動振幅を与えることができなくなる恐れがある。
【００２１】
第２の問題は、圧電素子２１０のＡＤＦ用プラテン２０１に対する加振力の低下である。
【００２２】
圧電素子２１０では、厚み方向（Ｚ方向）に分極処理がなされており、また、ＡＤＦ用プラテン２０１との接着面に裏面電極が設けられ、反対の表側に表面電極が設けられる。これらの電極間に電位差をかけると、電歪横効果によって圧電素子２１０にＸ方向の伸縮応力が発生する。図１０（Ａ）に示す状態の圧電素子２１０では、圧電素子２１０の厚み方向に一様に分布した収縮方向の応力が発生している。
【００２３】
一方、こうした応力に基づいて、図１０（Ｂ）に示すように、圧電素子２１０の内部に位置する曲げ中立面２１５の上部領域では、Ｘ方向に伸長する歪が発生し、下部領域では、Ｘ方向に収縮する歪が発生する。
【００２４】
その結果、ＡＤＦ用プラテン２０１と圧電素子２１０との接着面から曲げ中立面２１５までの領域２１７では、応力が収縮方向にも拘らず、歪が伸長方向となって、応力が有効に働かない。すなわち、この領域２１７では、圧電素子２１０に十分な電圧を印加しても、ＡＤＦ用プラテン２０１に所要の振動振幅を発生させることができないことになる。
【００２５】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、大きな駆動電圧を印加しなくても所要の振動振幅を光透過部材に与えることが可能な塵埃除去装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記目的を達成するために、本発明によれば、光線入射経路に位置する平板状の光透過部材の表面に付着する塵埃を除去するための塵埃除去装置において、前記光透過部材の第１の平面に固着された電気機械エネルギ変換素子と、前記光透過部材の前記第１の平面と反対側の第２の平面に、前記電気機械エネルギ変換素子に対向して固着された弾性部材と、前記電気機械エネルギ変換素子へ交流電圧を印加して前記光透過部材を平面に垂直な方向に弾性振動させ、前記光透過部材の表面に付着した塵埃を除去する交流電圧印加手段とを有することを特徴とする塵埃除去装置が提供される。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、光透過部材に固着された電気機械エネルギ変換素子によって光透過部材を振動させて、光透過部材に付着した塵埃を除去する塵埃除去装置において、光透過部材の電気機械エネルギ変換素子が固着された面と反対側の面に弾性部材を接着する。これによって、曲げ振動の中立面を光透過部材の厚み方向の中央に近づけることができるため、光透過部材に発生する応力を緩和し、破断限界振幅を増大させることができる。それと共に、電気機械エネルギ変換素子による光透過部材に対する加振力を増大させることができ、塵埃除去能力を向上させることができる。
【００２８】
また、光透過部材を支持固定するための支持固定部材を弾性部材に一体に設ける。これによって、別途部材を追加することなく、塵埃除去能力を高めることができる。
【００２９】
また、弾性部材および電気機械エネルギ変換素子（圧電素材）の縦弾性係数の大小関係に基づいて、光透過部材に接着する弾性部材の厚さを設定することによって、曲げ中立面を、より光透過部材の厚み方向の中央に近づけることができる。
【００３０】
また、弾性部材および電気機械エネルギ変換素子における断面一次モーメントと、縦弾性係数との積を等しくすることによって、光透過部材の厚み方向の中央に曲げ中立面を位置させることができる。
【００３１】
また、弾性部材を圧電材料で構成することによって、光透過部材の厚み方向の中央に曲げ中立面を位置させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
【００３３】
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る塵埃除去装置の構成を示す平面図（Ａ）および側面図（Ｂ）、並びに該塵埃除去装置に発生させる２つの振動モードの変位分布を示す図（Ｃ），（Ｄ）である。
【００３４】
本実施の形態における塵埃除去装置は、コピー機のリーダ部に装着されるものである。この塵埃除去装置では、矩形平板状のガラス製の光学素子１の裏面に円形平板状の圧電素子２を接合して振動体を形成する。この光学素子１は、図９に示したＡＤＦ原稿用プラテンガラス２０１に相当する。なお、光学素子１の圧電素子２を接着した面と反対側の面には、ステンレス製の平板状の円板５が接着される。円板５は、圧電素子２とほぼ同じ直径であり、中心線が圧電素子２の中心線と一致するように配置される。すなわち、円板５の光学素子１への投影形状と、圧電素子２の光学素子１への投影形状とが重なるように、円板５の形状が設定されるとともに、円板５の配置位置が設定される。
【００３５】
この塵埃除去装置では光学素子１に対して、図１（Ｃ）に示すように、７つの節を持つ曲げ振動モードと、図１（Ｄ）に示すように、６つの節を持つ曲げ振動モードとを発生させる。したがって、光学素子１のＸ方向におけるどの位置においても、光学素子１上にＺ方向（光学素子１面と垂直な方向）の振動が発生し、光学素子１に付着した塵埃が剥離し、光学素子１上から移動させることができる。
【００３６】
図２は、コピー機のリーダ部８に装着された塵埃除去装置を示す斜視図である。
【００３７】
光学素子１の下面には、該光学素子１の長さとほぼ同じ長さのスキャナユニット９が配置される。そして、光学素子１上を搬送される原稿からの反射光の光束が、光学素子１を透過してスキャナユニット９内の光学センサに結像され、これによって、原稿の画像情報が画像データとして読み取られる。
【００３８】
圧電素子２にはハーネス３を介して駆動装置１３が接続される。駆動装置１３は、圧電素子２に交流電圧を印加し、これによって、圧電素子２が振動して、図１（Ｃ）、（Ｄ）に示すような曲げ振動モードが光学素子１に発生する。駆動装置１３は、図１（Ｃ）に示すような曲げ振動モードにおける共振周波数とその近傍とで交流電圧の周波数を掃引し、次に、図１（Ｄ）に示すような曲げ振動モードにおける共振周波数とその近傍とで交流電圧の周波数を掃引する。これによって、各曲げ振動モードでの振動振幅が最大となる共振状態を短時間で得ることができる。
【００３９】
図３は、図１に示した塵埃除去装置における圧電素子２および円板５付近の光学素子１のＸ−Ｚ平面の断面図および歪分布図である。光学素子１は振動状態にある。
【００４０】
図３（Ａ）は、圧電素子２のＺ方向の変位が最大となったときの変形状態を示している。図３（Ｂ）は、円板５、光学素子１、圧電素子２のＺ方向における歪分布を示している。
【００４１】
第１の実施の形態では、詳しくは後述するが、円板５の材質やＺ方向の厚みを適切に設定することにより、曲げの中立面４を、光学素子１のＺ方向の厚みの中央付近に位置させることができる。これによって、図３（Ｂ）に示すように、圧電素子２では厚み方向（Ｚ方向）の全領域においてＸ方向に収縮（左向き矢印の歪）している。一方、光学素子１の上面に接着された円板５においては、図３（Ｂ）に示すように、厚み方向の全領域においてＸ方向に伸長（右向き矢印の歪）している。光学素子１においては、前述のように、その厚み方向の中央付近に曲げの中立面４が位置しており、光学素子１に発生する歪量は、圧電素子２および円板５にそれぞれ発生する歪量に比べ、小さくなっている。
【００４２】
次に、光学素子１の上面に接着されたステンレス製の円板５の作用について説明する。
【００４３】
円板５は、光学素子１に接着された圧電素子２の剛性を光学素子１の反対面においてバランスさせる役割を果たす弾性部材である。すなわち、光学素子１単体における曲げ中立面は、光学素子１の厚み方向（Ｚ方向）の中央に位置するが、圧電素子２を光学素子１に接着することによって中立面が圧電素子２側に移動してしまう。中立面を光学素子１の厚み方向の中央に維持するには、圧電素子２の接着により増加した剛性分を、光学素子１の圧電素子２接着側と反対の側に接着した円板５によって補えばよい。具体的には、下記式（１）に示すように、円板５の断面一次モーメントと縦弾性係数との積を、圧電素子２の断面一次モーメントと縦弾性係数との積に等しくなるように、円板５の材質および厚さを設定する。これによって、光学素子１の厚み方向の中央に中立面４を維持することができる。
【００４４】
Ｅ２×∫ＡｚｄＡ２＝Ｅ３×∫ＡｚｄＡ３ ・・・（１）
なお、上記式（１）において、Ｅ２は圧電素子２の縦弾性係数、Ｅ３は円板５の縦弾性係数、ｚは光学素子１の中央位置の厚み方向座標、ｄＡ２は圧電素子２の微小断面積、ｄＡ３は円板５の微小断面積である。
【００４５】
この上記式（１）は下記式（２）のように書き換えることができる。
【００４６】
Ｅ２（ｔ１＋ｔ２）ｔ２Ｂ２＝Ｅ３（ｔ１＋ｔ３）ｔ３Ｂ３ ・・・・（２）
上記式（２）において、ｔ１は光学素子１の厚さ、ｔ２は圧電素子２の厚さ、ｔ３は円板５の厚さ、Ｂ２は圧電素子２の平面方向の直径、Ｂ３は円板５の平面方向の直径である。
【００４７】
上記式（１）、（２）の各々において、左辺が大きいときに中立面は圧電素子２側へ近づき、右辺が大きいときに円板５側に近づく。なお、円板５の縦弾性係数Ｅ３が圧電素子２の縦弾性係数Ｅ２よりも大きくなるような材質を円板５に用いることによって、円板５を圧電素子２よりも小さい厚さの材料で構成することができる。
【００４８】
以上のように本実施の形態では、円板５の光学素子１への投影形状と圧電素子２の光学素子１への投影形状とが一致するように円板５を配置すると共に、円板５が上記式（１）、（２）を満たす厚さを備えるようにする。これにより、光学素子１の厚み方向の中央に中立面４を維持することができる。なお、円板５を構成するステンレス材の縦弾性係数は圧電素子２の約３倍であり、また、一般的に入手できるステンレス材の厚さは離散的な値となっている。そのため、上記式（１）、（２）で算出される値に近い厚さをもったステンレス材が存在しない場合もあり得、そうした場合には、圧延工程によりステンレス材の厚さを調整するようにすることが望ましい。
【００４９】
〔第２の実施の形態〕
つぎに、本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００５０】
図４は、第２の実施の形態における塵埃除去装置の構成を示す分解斜視図である。
【００５１】
第２の実施の形態では、デジタルスチルカメラの撮像素子の前面に、矩形平板状の透明な光学フィルタ１１が配置される。この光学フィルタ１１はデジタルスチルカメラにおけるローパスフィルタとして動作するものであり、第１の実施の形態における光学素子１に相当し、塵埃除去装置の振動部材として使用される。光学フィルタ１１には、その左右両端に、矩形平板状の圧電素子１２ａ，１２ｂが接着され、該圧電素子１２ａ，１２ｂには駆動装置１３から交流電圧がそれぞれ印加される。
【００５２】
撮像素子パッケージ１４は、撮像素子部１４ａとカバーガラス１４ｂと基板１４ｃとからなり、撮像素子部１４ａはカバーガラス１４ｂによって封止された構造となっている。撮像素子パッケージ１４の基板１４ｃと光学フィルタ１１との間には、ゴムなどの弾性材からなる矩形枠状の支持部材１８が配置される。支持部材１８は、光学フィルタ１１および基板１４ｃに対して粘着剤によって接着され、これによって、光学フィルタ１１が基板１４ｃに対して振動可能な状態で支持固定される。光学フィルタ１１、基板１４ｃ、および支持部材１８によって囲まれた密閉空間には、撮像素子部１４ａとカバーガラス１４ｂとが位置する。これによって、カバーガラス１４ｂの表面（撮像素子部１４ａに向いた面と反対面）および光学フィルタ１１の裏面（撮像素子部１４ａに向いた面）への塵埃の付着を防止している。
【００５３】
弾性部材１５ａ，１５ｂは、第１の実施の形態におけるステンレス製の円板５に相当するものであり、圧電素子１２ａ，１２ｂとそれぞれ同じ平面形状のステンレス製の矩形平面板である。弾性部材１５ａ，１５ｂは、ステンレスのシート材をプレス加工により成型したものであり、それらの上下端には各々、腕部１６および固定部１７（弾性部材１５ａの上端のみ引用番号を付与）が一体的に設けられている。弾性部材１５ａ，１５ｂは、光学フィルタ１１の圧電素子１２ａ，１２ｂを接着した面とは反対の面に、圧電素子１２ａ，１２ｂと対抗するように接着される。４つの固定部（１７）は撮像素子パッケージ１４の基板１４ｃにビスなどで固定され、これによって、光学フィルタ１１および圧電素子１２ａ，１２ｂからなる塵埃除去装置が撮像素子パッケージ１４に装着される。弾性部材１５ａ，１５ｂの各厚みは、第１の実施の形態における数式（１）、（２）によって決定される値である。
【００５４】
図５は、図４に示す光学フィルタ１１、圧電素子１２ａ，１２ｂ、および弾性部材１５ａ，１５ｂの平面図（Ａ）、側面図（Ｂ）、および光学フィルタ１１に生じさせる２つの振動モードの変位分布を示す図（Ｃ），（Ｄ）である。
【００５５】
弾性部材１５ａ，１５ｂは、圧電素子１２ａ，１２ｂにそれぞれ対向して光学フィルタ１１に配置されている。光学フィルタ１１は、圧電素子１２ａ，１２ｂによって振動されて、図５（Ｃ）に示す７つの節を持つ６次の振動モードと、図５（Ｄ）に示す６つの節を持つ５次の振動モードとで振動する。圧電素子１２ａ，１２ｂは、２つの振動モードにおいて共通する腹部に位置している。
【００５６】
ここで、弾性部材１５ａ，１５ｂの各厚みは、第１の実施の形態における数式（１）、（２）によって決定される値であるため、２つの振動モードにおいて、曲げの中立面が光学フィルタ１１の中央に位置する曲げ変形となる。これにより、光学フィルタ１１に過大な応力を発生させることなく、圧電素子１２ａ，１２ｂの発生する応力を効率よく光学フィルタ１１の振動に変換することができ、塵埃の除去を行うことができる。
【００５７】
さらに、第２の実施の形態では、光学フィルタ１１を支持固定するための支持部材を、弾性部材１５ａ，１５ｂで構成しているので、あえて支持部材を追加する必要がなく、構成を簡略化できる。
【００５８】
また、圧電素子１２ａ，１２ｂの左右辺の振動の節に近い位置に、弾性部材１５ａ，１５ｂと一体の腕部（１６）を設けるようにしたので、光学フィルタ１１の振動を大きく阻害することを防止できる。
【００５９】
〔第３の実施の形態〕
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。
【００６０】
第３の実施の形態の構成は、基本的に第２の実施の形態の構成と同じであるので、第３の実施の形態の説明においては、第２の実施の形態の構成と同一部分には同一の参照符号を付して、第２の実施の形態の説明を流用し、異なる部分だけを説明する。
【００６１】
図６は、第３の実施の形態における塵埃除去装置の構成を示す分解斜視図である。
【００６２】
第３の実施の形態では、光学フィルタ１１における圧電素子１２ａ，１２ｂが接着されている面と反対側の面に、弾性部材１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを接着する。弾性部材１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄは、光学フィルタ１１の上下端部に、圧電素子１２ａ，１２ｂと対向して設けられる。すなわち、弾性部材１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄの光学フィルタ１１に対する投影形状が、圧電素子１２ａ，１２ｂの光学フィルタ１１に対する投影形状の中に含まれるように、弾性部材１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄが配置される。
【００６３】
弾性部材１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄには各々、第２の実施の形態と同様に、腕部および固定部が一体的に設けられ、固定部が撮像素子パッケージ１４の基板１４ｃにビスなどで固定される。
【００６４】
ところで、光学フィルタ１１の製造過程では、素材（例えばガラス）から矩形状の光学フィルタ１１が切り出され、その端部のエッジ部に対して研摩が行われて平滑面とされる。しかし、微小なクラックを完全に取り除くことができない場合があり、外力による歪が生じた場合に割れに発展する虞がある。
【００６５】
これに対して、第３の実施の形態では、光学フィルタ１１の端部に弾性部材１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを接着する。これによって、光学フィルタ１１の端部に生じる歪を低減することができる。そのため、振動時の曲げ応力に対する光学フィルタ１１の破断応力に余裕がない場合においても、光学フィルタ１１のエッジ部においてクラックが進展することを抑えることが可能となる。その結果、塵埃除去装置の信頼性を向上できる。
【００６６】
〔第４の実施の形態〕
次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。
【００６７】
第４の実施の形態の構成は、基本的に第２の実施の形態の構成と同じであるので、第４の実施の形態の説明においては、第２の実施の形態の構成と同一部分には同一の参照符号を付して、第２の実施の形態の説明を流用し、異なる部分だけを説明する。
【００６８】
図７は、第４の実施の形態における塵埃除去装置の構成を示す分解斜視図である。
【００６９】
圧電素子１２ａ，１２ｂの製造工程では、板状の圧電素材が所定の形状に切断され、それの両面に、導電塗料の印刷や蒸着等の方法によって電極が形成され、その後に、厚み方向に分極処理が施される。
【００７０】
第４の実施の形態では、圧電素子１２ａ，１２ｂの製造工程における電極形成処理および分極処理が行われる前の圧電素材に対して、圧電素子１２ａ，１２ｂと同一形状の切断加工を施し、得られたものを弾性部材２０ａ，２０ｂとして用いる。弾性部材２０ａ，２０ｂは、光学フィルタ１１における圧電素子１２ａ，１２ｂが接着されている面と反対側の面に接着される。弾性部材２０ａ，２０ｂの光学フィルタ１１に対する投影形状が、圧電素子１２ａ，１２ｂの光学フィルタ１１に対する投影形状と重なり合うように、弾性部材２０ａ，２０ｂが配置される。
【００７１】
第４の実施の形態における弾性部材２０ａ，２０ｂは、新規の材料を用いることなく、圧電素子１２ａ，１２ｂの製造工程において製造できる。なお、弾性部材２０ａ，２０ｂの機械的物性は、縦弾性係数に分極前後で僅かな差があるだけであり、圧電素子１２ａ，１２ｂに比べて大きい差がない。また、弾性部材２０ａ，２０ｂの線膨張係数についても、分極前後で僅かな違いがあるだけであり、圧電素子１２ａ，１２ｂに比べて、使用時の環境温度、自己昇温に対する熱応力による変形を小さく抑えることが可能である。
【００７２】
また、第４の実施の形態では、弾性部材２０ａ，２０ｂを分極処理前の圧電材で構成しているが、これに代わって、電極形成処理および分極処理が行われた後の圧電素子を、両面の電極間を短絡した状態で弾性部材２０ａ，２０ｂとして使用してもよい。その場合、弾性部材２０ａ，２０ｂは圧電素子１２ａ，１２ｂと同一の機械的特性となるため、光学フィルタ１１の厚み方向の中央に曲げの中立面を位置させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る塵埃除去装置の構成を示す平面図（Ａ）および側面図（Ｂ）、並びに該塵埃除去装置に発生させる２つの振動モードの変位分布を示す図（Ｃ），（Ｄ）である。
【図２】コピー機のリーダ部に装着された塵埃除去装置を示す斜視図である。
【図３】図１に示した塵埃除去装置における圧電素子および円板付近の光学素子のＸ−Ｚ平面の断面図および歪分布図である。
【図４】第２の実施の形態における塵埃除去装置の構成を示す分解斜視図である。
【図５】図４に示す光学フィルタ、圧電素子、および弾性部材の平面図（Ａ）、側面図（Ｂ）、および光学フィルタに生じさせる２つの振動モードの変位分布を示す図（Ｃ），（Ｄ）である。
【図６】第３の実施の形態における塵埃除去装置の構成を示す分解斜視図である。
【図７】第４の実施の形態における塵埃除去装置の構成を示す分解斜視図である。
【図８】特許文献３に開示されている画像読取装置の斜視図である。
【図９】圧電素子によってＡＤＦ用プラテンに発生される曲げ振動を示す図である。
【図１０】図８の従来の塵埃除去装置において、圧電素子付近におけるＡＤＦ用プラテンのＸ−Ｚ平面の断面図である。
【図１１】図８の従来の塵埃除去装置において、Ｘ方向に圧電素子から離れた位置におけるＡＤＦ用プラテンのＸ−Ｚ平面の断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１ 光学素子（光透過部材）
２ 圧電素子（電気機械エネルギ変換素子）
３ ハーネス
４ 曲げの中立面
５ 円板（弾性部材）
８ リーダ部
９ スキャナユニット
１３ 駆動装置（交流電圧印加手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塵埃除去装置に関し、特に、光線入射経路に位置する平板状の光透過部材の表面に付着する塵埃を除去するための塵埃除去装置に関する。
【０００２】
この塵埃除去装置は、例えば、コピー機、ファクシミリ装置、ドキュメントスキャナなどの原稿読取装置や、ビデオカメラ、スチルカメラなどの撮像装置に装着されるものである。
【背景技術】
【０００３】
近年の撮像装置においては、光学センサの分解能の向上に伴って、光学系に付着するゴミ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がめざましく向上しているため、撮影画像に埃が写り込むことがある。すなわち、撮像素子の近くに配置されている赤外線カットフィルタ、光学ローパスフィルタなどに、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が付着すると、撮像素子面での画像のぼけが少ないため、撮影画像に埃が写り込むことになる。
【０００４】
一方、コピー装置、ファクシミリ装置、ドキュメントスキャナなどの撮像部では、ラインセンサに近接させた平面原稿を、ラインセンサの長さ方向（主走査方向）への繰り返し走査と、原稿とラインセンサとの副走査方向への相対移動とによって読み取っている。ここで、ラインセンサへの光線入射部に埃が付着すると、この埃が読み取り画像に写り込んでしまう。特に、ラインセンサ側に埃が付着すると、１つの埃が副走査方向へ連続する線画像となって写り込み、画像の品質を大きく損ねてしまうという問題がある。
【０００５】
これらの塵埃を人手によって拭き取ることで画像品位は回復するが、埃の付着は、撮影や画像読み取りを終了した後に気付くものである。既に撮影や画像読み取りを終了して得られた埃が映り込んだ画像については、電子データ形態であれば、画像加工ソフトウェアによって修正することが可能であるが、煩わしい修正作業を行う必要がある。また、紙メディアに出力されてしまっている場合には、紙メディアの無駄な消費となってしまう。
【０００６】
そこで例えば、特許文献１，２に示されるような、振動によって塵を取り除く防塵機構を備えたカメラや、特許文献３，４に示されるような、振動を与えることによって塵を画像読取部から移動させる画像読取装置が開示されている。
【０００７】
図８は、特許文献３に開示されている画像読取装置の斜視図である。
【０００８】
図８においてリーダ部２００は、原稿に記録された画像情報を光学的に読み取り、光電変換して画像データとして取得するものである。リーダ部２００は、ＡＤＦ原稿用プラテンガラス（以下「ＡＤＦ用プラテン」という）２０１、ブック原稿用プラテンガラス２０２、ランプ２０３とミラー２０４を有するスキャナユニット２０９、ミラー２０５、ミラー２０６、レンズ２０７、ＣＣＤセンサ（図示せず）等を有している。
【０００９】
リーダ部２００は、不図示の自動原稿送り装置（ＡＤＦ）から搬送されてくる原稿画像を読み取る場合は、スキャナユニット２０９をＡＤＦ用プラテン２０１の下に移動して停止させ、原稿がＡＤＦ用プラテン２０１上を搬送されている間に画像情報を読み取る。
【００１０】
２１０は圧電素子であり、ＡＤＦ用プラテン２０１の下面に取り付けられる。そして、圧電素子２１０には不図示の回路から高周波信号が印加され、この結果、ＡＤＦ用プラテン２０１に曲げ振動が発生する。ＡＤＦ用プラテン２０１に塵埃が付着している場合、この曲げ振動によって塵埃が剥離され、塵埃が画像として写ることが防止される。
【００１１】
ＡＤＦ用プラテン２０１は、その周囲に配置された弾性素材からなる支持部材を介してリーダ２００の筐体に支持されており、ＡＤＦ用プラテン２０１、圧電素子２１０、支持部材によってリーダ２００における塵埃除去装置を構成している。
【００１２】
図９は、圧電素子２１０によってＡＤＦ用プラテン２０１に発生される曲げ振動を示す図である。この曲げ振動は、複数次の定在波となっており、図９（Ｂ）は第１の振動モードを、図９（Ｃ）は第２の振動モードを示す。第１の振動モードは、８本の節を持つ曲げ７次モードであり、第２の振動モードは、７本の節を持つ曲げ６次の振動モードである。第１および第２の振動モードは、図９（Ｄ）に示すように、Ｙ方向については、節のない一様な振動変位分布をもっている。
【００１３】
圧電素子２１０からＡＤＦ用プラテン２０１に対して、少なくとも第１の振動モードと第２の振動モードとを順次加振し、これによって、ＡＤＦ用プラテン２０１の各部に振動が発生する。しかも、第１の振動モードと第２の振動モードとでは節の位置が互いにずれているので、ＡＤＦ用プラテン２０１上のどの位置においても隈なく振動が発生し、これによって、ＡＤＦ用プラテン２０１上から塵埃が剥離し、移動させられる。
【特許文献１】特開２００２?２０４３７９号公報
【特許文献２】特開２００３?３３３３９１号公報
【特許文献３】特開２００３?２８０１１０号公報
【特許文献４】特開２００４?０１２４７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、図８に示す画像読取装置に含まれる従来の塵埃除去装置においては、以下に述べるような問題があった。
【００１５】
図１０は、図８の従来の塵埃除去装置において、圧電素子２１０付近におけるＡＤＦ用プラテン２０１のＸ−Ｚ平面の断面図である。図１１は、図８の従来の塵埃除去装置において、Ｘ方向に圧電素子２１０から離れた位置におけるＡＤＦ用プラテン２０１のＸ−Ｚ平面の断面図である。
【００１６】
矩形平板状の光透過部材であるＡＤＦ用プラテン２０１に円形平板状の圧電素子２１０が接着されている。図１０（Ａ）は、圧電素子２１０に曲げ振動が発生し、圧電素子２１０の円形平板の中心２１６付近でＺ方向（厚み方向）に圧電素子２１０が最大変位となった瞬間の断面形状を表している。図１０（Ａ）および図１１（Ａ）において、２１５は、曲げの中立面を示しており、曲げ振動によってＸ方向に伸縮の生じない面位置を表している。図１０（Ｂ）および図１１（Ｂ）は、ＡＤＦ用プラテン２０１および圧電素子２１０に発生するＸ方向の歪の大きさを矢印の長さで表しており、右矢印が伸長方向、左矢印が収縮方向を示している。
【００１７】
図１１（Ａ）に示すように、ＡＤＦ用プラテン２０１のうち圧電素子２１０が接着されていない部分では、曲げの中立面２１５は、ＡＤＦ用プラテン２０１の厚み方向（Ｚ方向）の中央に位置している。一方、図１０（Ａ）に示すように、ＡＤＦ用プラテン２０１のうち圧電素子２１０が接着されている部分においては、曲げの中立面２１５が、圧電素子２１０の剛性が加算されることで、圧電素子２１０側へ移動し、圧電素子２１０内に位置する場合がある。
【００１８】
このため、下記の２つの問題が生ずる。
【００１９】
第１の問題は、ＡＤＦ用プラテン２０１の破断限界振幅の低下である。
【００２０】
ＡＤＦ用プラテン２０１は、ガラスや水晶などの光学材料で構成されており、破断限界が比較的低い。図１１（Ａ）に示すように、曲げの中立面２１５がＡＤＦ用プラテン２０１内部にある場合は、曲げ振動の振幅に対するＡＤＦ用プラテン２０１の上下面に生ずる引張応力の比は最小となる。しかしながら、図１０（Ａ）に示すように、圧電素子２１０が接着されたＡＤＦ用プラテン２０１の部分においては、曲げの中立面２１５がＡＤＦ用プラテン２０１から遠ざかっている。歪量は中立面２１５からの距離に比例するから、図１０（Ａ）に示すＡＤＦ用プラテン２０１に発生する引張り応力は増大する。そのため、図１１（Ａ）に示すＡＤＦ用プラテン２０１における破断限界振幅に比べて、図１０（Ａ）に示すＡＤＦ用プラテン２０１における破断限界振幅が低下し、十分な振動振幅を与えることができなくなる恐れがある。
【００２１】
第２の問題は、圧電素子２１０のＡＤＦ用プラテン２０１に対する加振力の低下である。
【００２２】
圧電素子２１０では、厚み方向（Ｚ方向）に分極処理がなされており、また、ＡＤＦ用プラテン２０１との接着面に裏面電極が設けられ、反対の表側に表面電極が設けられる。これらの電極間に電位差をかけると、電歪横効果によって圧電素子２１０にＸ方向の伸縮応力が発生する。図１０（Ａ）に示す状態の圧電素子２１０では、圧電素子２１０の厚み方向に一様に分布した収縮方向の応力が発生している。
【００２３】
一方、こうした応力に基づいて、図１０（Ｂ）に示すように、圧電素子２１０の内部に位置する曲げ中立面２１５の上部領域では、Ｘ方向に伸長する歪が発生し、下部領域では、Ｘ方向に収縮する歪が発生する。
【００２４】
その結果、ＡＤＦ用プラテン２０１と圧電素子２１０との接着面から曲げ中立面２１５までの領域２１７では、応力が収縮方向にも拘らず、歪が伸長方向となって、応力が有効に働かない。すなわち、この領域２１７では、圧電素子２１０に十分な電圧を印加しても、ＡＤＦ用プラテン２０１に所要の振動振幅を発生させることができないことになる。
【００２５】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであって、大きな駆動電圧を印加しなくても所要の振動振幅を光透過部材に与えることが可能な塵埃除去装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記目的を達成するために、本発明によれば、光線入射経路に位置する平板状の光透過部材の表面に付着する塵埃を除去するための塵埃除去装置において、前記光透過部材の第１の平面に固着された電気機械エネルギ変換素子と、前記光透過部材の前記第１の平面と反対側の第２の平面に、前記電気機械エネルギ変換素子に対向して固着された弾性部材と、前記電気機械エネルギ変換素子へ交流電圧を印加して前記光透過部材を平面に垂直な方向に弾性振動させ、前記光透過部材の表面に付着した塵埃を除去する交流電圧印加手段とを有することを特徴とする塵埃除去装置が提供される。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、光透過部材に固着された電気機械エネルギ変換素子によって光透過部材を振動させて、光透過部材に付着した塵埃を除去する塵埃除去装置において、光透過部材の電気機械エネルギ変換素子が固着された面と反対側の面に弾性部材を接着する。これによって、曲げ振動の中立面を光透過部材の厚み方向の中央に近づけることができるため、光透過部材に発生する応力を緩和し、破断限界振幅を増大させることができる。それと共に、電気機械エネルギ変換素子による光透過部材に対する加振力を増大させることができ、塵埃除去能力を向上させることができる。
【００２８】
また、光透過部材を支持固定するための支持固定部材を弾性部材に一体に設ける。これによって、別途部材を追加することなく、塵埃除去能力を高めることができる。
【００２９】
また、弾性部材および電気機械エネルギ変換素子（圧電素材）の縦弾性係数の大小関係に基づいて、光透過部材に接着する弾性部材の厚さを設定することによって、曲げ中立面を、より光透過部材の厚み方向の中央に近づけることができる。
【００３０】
また、弾性部材および電気機械エネルギ変換素子における断面一次モーメントと、縦弾性係数との積を等しくすることによって、光透過部材の厚み方向の中央に曲げ中立面を位置させることができる。
【００３１】
また、弾性部材を圧電材料で構成することによって、光透過部材の厚み方向の中央に曲げ中立面を位置させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
【００３３】
〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る塵埃除去装置の構成を示す平面図（Ａ）および側面図（Ｂ）、並びに該塵埃除去装置に発生させる２つの振動モードの変位分布を示す図（Ｃ），（Ｄ）である。
【００３４】
本実施の形態における塵埃除去装置は、コピー機のリーダ部に装着されるものである。この塵埃除去装置では、矩形平板状のガラス製の光学素子１の裏面に円形平板状の圧電素子２を接合して振動体を形成する。この光学素子１は、図９に示したＡＤＦ原稿用プラテンガラス２０１に相当する。なお、光学素子１の圧電素子２を接着した面と反対側の面には、ステンレス製の平板状の円板５が接着される。円板５は、圧電素子２とほぼ同じ直径であり、中心線が圧電素子２の中心線と一致するように配置される。すなわち、円板５の光学素子１への投影形状と、圧電素子２の光学素子１への投影形状とが重なるように、円板５の形状が設定されるとともに、円板５の配置位置が設定される。
【００３５】
この塵埃除去装置では光学素子１に対して、図１（Ｃ）に示すように、７つの節を持つ曲げ振動モードと、図１（Ｄ）に示すように、６つの節を持つ曲げ振動モードとを発生させる。したがって、光学素子１のＸ方向におけるどの位置においても、光学素子１上にＺ方向（光学素子１面と垂直な方向）の振動が発生し、光学素子１に付着した塵埃が剥離し、光学素子１上から移動させることができる。
【００３６】
図２は、コピー機のリーダ部８に装着された塵埃除去装置を示す斜視図である。
【００３７】
光学素子１の下面には、該光学素子１の長さとほぼ同じ長さのスキャナユニット９が配置される。そして、光学素子１上を搬送される原稿からの反射光の光束が、光学素子１を透過してスキャナユニット９内の光学センサに結像され、これによって、原稿の画像情報が画像データとして読み取られる。
【００３８】
圧電素子２にはハーネス３を介して駆動装置１３が接続される。駆動装置１３は、圧電素子２に交流電圧を印加し、これによって、圧電素子２が振動して、図１（Ｃ）、（Ｄ）に示すような曲げ振動モードが光学素子１に発生する。駆動装置１３は、図１（Ｃ）に示すような曲げ振動モードにおける共振周波数とその近傍とで交流電圧の周波数を掃引し、次に、図１（Ｄ）に示すような曲げ振動モードにおける共振周波数とその近傍とで交流電圧の周波数を掃引する。これによって、各曲げ振動モードでの振動振幅が最大となる共振状態を短時間で得ることができる。
【００３９】
図３は、図１に示した塵埃除去装置における圧電素子２および円板５付近の光学素子１のＸ−Ｚ平面の断面図および歪分布図である。光学素子１は振動状態にある。
【００４０】
図３（Ａ）は、圧電素子２のＺ方向の変位が最大となったときの変形状態を示している。図３（Ｂ）は、円板５、光学素子１、圧電素子２のＺ方向における歪分布を示している。
【００４１】
第１の実施の形態では、詳しくは後述するが、円板５の材質やＺ方向の厚みを適切に設定することにより、曲げの中立面４を、光学素子１のＺ方向の厚みの中央付近に位置させることができる。これによって、図３（Ｂ）に示すように、圧電素子２では厚み方向（Ｚ方向）の全領域においてＸ方向に収縮（左向き矢印の歪）している。一方、光学素子１の上面に接着された円板５においては、図３（Ｂ）に示すように、厚み方向の全領域においてＸ方向に伸長（右向き矢印の歪）している。光学素子１においては、前述のように、その厚み方向の中央付近に曲げの中立面４が位置しており、光学素子１に発生する歪量は、圧電素子２および円板５にそれぞれ発生する歪量に比べ、小さくなっている。
【００４２】
次に、光学素子１の上面に接着されたステンレス製の円板５の作用について説明する。
【００４３】
円板５は、光学素子１に接着された圧電素子２の剛性を光学素子１の反対面においてバランスさせる役割を果たす弾性部材である。すなわち、光学素子１単体における曲げ中立面は、光学素子１の厚み方向（Ｚ方向）の中央に位置するが、圧電素子２を光学素子１に接着することによって中立面が圧電素子２側に移動してしまう。中立面を光学素子１の厚み方向の中央に維持するには、圧電素子２の接着により増加した剛性分を、光学素子１の圧電素子２接着側と反対の側に接着した円板５によって補えばよい。具体的には、下記式（１）に示すように、円板５の断面一次モーメントと縦弾性係数との積を、圧電素子２の断面一次モーメントと縦弾性係数との積に等しくなるように、円板５の材質および厚さを設定する。これによって、光学素子１の厚み方向の中央に中立面４を維持することができる。
【００４４】
Ｅ２×∫ＡｚｄＡ２＝Ｅ３×∫ＡｚｄＡ３ ・・・（１）
なお、上記式（１）において、Ｅ２は圧電素子２の縦弾性係数、Ｅ３は円板５の縦弾性係数、ｚは光学素子１の中央位置の厚み方向座標、ｄＡ２は圧電素子２の微小断面積、ｄＡ３は円板５の微小断面積である。
【００４５】
この上記式（１）は下記式（２）のように書き換えることができる。
【００４６】
Ｅ２（ｔ１＋ｔ２）ｔ２Ｂ２＝Ｅ３（ｔ１＋ｔ３）ｔ３Ｂ３ ・・・・（２）
上記式（２）において、ｔ１は光学素子１の厚さ、ｔ２は圧電素子２の厚さ、ｔ３は円板５の厚さ、Ｂ２は圧電素子２の平面方向の直径、Ｂ３は円板５の平面方向の直径である。
【００４７】
上記式（１）、（２）の各々において、左辺が大きいときに中立面は圧電素子２側へ近づき、右辺が大きいときに円板５側に近づく。なお、円板５の縦弾性係数Ｅ３が圧電素子２の縦弾性係数Ｅ２よりも大きくなるような材質を円板５に用いることによって、円板５を圧電素子２よりも小さい厚さの材料で構成することができる。
【００４８】
以上のように本実施の形態では、円板５の光学素子１への投影形状と圧電素子２の光学素子１への投影形状とが一致するように円板５を配置すると共に、円板５が上記式（１）、（２）を満たす厚さを備えるようにする。これにより、光学素子１の厚み方向の中央に中立面４を維持することができる。なお、円板５を構成するステンレス材の縦弾性係数は圧電素子２の約３倍であり、また、一般的に入手できるステンレス材の厚さは離散的な値となっている。そのため、上記式（１）、（２）で算出される値に近い厚さをもったステンレス材が存在しない場合もあり得、そうした場合には、圧延工程によりステンレス材の厚さを調整するようにすることが望ましい。
【００４９】
〔第２の実施の形態〕
つぎに、本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００５０】
図４は、第２の実施の形態における塵埃除去装置の構成を示す分解斜視図である。
【００５１】
第２の実施の形態では、デジタルスチルカメラの撮像素子の前面に、矩形平板状の透明な光学フィルタ１１が配置される。この光学フィルタ１１はデジタルスチルカメラにおけるローパスフィルタとして動作するものであり、第１の実施の形態における光学素子１に相当し、塵埃除去装置の振動部材として使用される。光学フィルタ１１には、その左右両端に、矩形平板状の圧電素子１２ａ，１２ｂが接着され、該圧電素子１２ａ，１２ｂには駆動装置１３から交流電圧がそれぞれ印加される。
【００５２】
撮像素子パッケージ１４は、撮像素子部１４ａとカバーガラス１４ｂと基板１４ｃとからなり、撮像素子部１４ａはカバーガラス１４ｂによって封止された構造となっている。撮像素子パッケージ１４の基板１４ｃと光学フィルタ１１との間には、ゴムなどの弾性材からなる矩形枠状の支持部材１８が配置される。支持部材１８は、光学フィルタ１１および基板１４ｃに対して粘着剤によって接着され、これによって、光学フィルタ１１が基板１４ｃに対して振動可能な状態で支持固定される。光学フィルタ１１、基板１４ｃ、および支持部材１８によって囲まれた密閉空間には、撮像素子部１４ａとカバーガラス１４ｂとが位置する。これによって、カバーガラス１４ｂの表面（撮像素子部１４ａに向いた面と反対面）および光学フィルタ１１の裏面（撮像素子部１４ａに向いた面）への塵埃の付着を防止している。
【００５３】
弾性部材１５ａ，１５ｂは、第１の実施の形態におけるステンレス製の円板５に相当するものであり、圧電素子１２ａ，１２ｂとそれぞれ同じ平面形状のステンレス製の矩形平面板である。弾性部材１５ａ，１５ｂは、ステンレスのシート材をプレス加工により成型したものであり、それらの上下端には各々、腕部１６および固定部１７（弾性部材１５ａの上端のみ引用番号を付与）が一体的に設けられている。弾性部材１５ａ，１５ｂは、光学フィルタ１１の圧電素子１２ａ，１２ｂを接着した面とは反対の面に、圧電素子１２ａ，１２ｂと対抗するように接着される。４つの固定部（１７）は撮像素子パッケージ１４の基板１４ｃにビスなどで固定され、これによって、光学フィルタ１１および圧電素子１２ａ，１２ｂからなる塵埃除去装置が撮像素子パッケージ１４に装着される。弾性部材１５ａ，１５ｂの各厚みは、第１の実施の形態における数式（１）、（２）によって決定される値である。
【００５４】
図５は、図４に示す光学フィルタ１１、圧電素子１２ａ，１２ｂ、および弾性部材１５ａ，１５ｂの平面図（Ａ）、側面図（Ｂ）、および光学フィルタ１１に生じさせる２つの振動モードの変位分布を示す図（Ｃ），（Ｄ）である。
【００５５】
弾性部材１５ａ，１５ｂは、圧電素子１２ａ，１２ｂにそれぞれ対向して光学フィルタ１１に配置されている。光学フィルタ１１は、圧電素子１２ａ，１２ｂによって振動されて、図５（Ｃ）に示す７つの節を持つ６次の振動モードと、図５（Ｄ）に示す６つの節を持つ５次の振動モードとで振動する。圧電素子１２ａ，１２ｂは、２つの振動モードにおいて共通する腹部に位置している。
【００５６】
ここで、弾性部材１５ａ，１５ｂの各厚みは、第１の実施の形態における数式（１）、（２）によって決定される値であるため、２つの振動モードにおいて、曲げの中立面が光学フィルタ１１の中央に位置する曲げ変形となる。これにより、光学フィルタ１１に過大な応力を発生させることなく、圧電素子１２ａ，１２ｂの発生する応力を効率よく光学フィルタ１１の振動に変換することができ、塵埃の除去を行うことができる。
【００５７】
さらに、第２の実施の形態では、光学フィルタ１１を支持固定するための支持部材を、弾性部材１５ａ，１５ｂで構成しているので、あえて支持部材を追加する必要がなく、構成を簡略化できる。
【００５８】
また、圧電素子１２ａ，１２ｂの左右辺の振動の節に近い位置に、弾性部材１５ａ，１５ｂと一体の腕部（１６）を設けるようにしたので、光学フィルタ１１の振動を大きく阻害することを防止できる。
【００５９】
〔第３の実施の形態〕
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。
【００６０】
第３の実施の形態の構成は、基本的に第２の実施の形態の構成と同じであるので、第３の実施の形態の説明においては、第２の実施の形態の構成と同一部分には同一の参照符号を付して、第２の実施の形態の説明を流用し、異なる部分だけを説明する。
【００６１】
図６は、第３の実施の形態における塵埃除去装置の構成を示す分解斜視図である。
【００６２】
第３の実施の形態では、光学フィルタ１１における圧電素子１２ａ，１２ｂが接着されている面と反対側の面に、弾性部材１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを接着する。弾性部材１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄは、光学フィルタ１１の上下端部に、圧電素子１２ａ，１２ｂと対向して設けられる。すなわち、弾性部材１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄの光学フィルタ１１に対する投影形状が、圧電素子１２ａ，１２ｂの光学フィルタ１１に対する投影形状の中に含まれるように、弾性部材１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄが配置される。
【００６３】
弾性部材１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄには各々、第２の実施の形態と同様に、腕部および固定部が一体的に設けられ、固定部が撮像素子パッケージ１４の基板１４ｃにビスなどで固定される。
【００６４】
ところで、光学フィルタ１１の製造過程では、素材（例えばガラス）から矩形状の光学フィルタ１１が切り出され、その端部のエッジ部に対して研摩が行われて平滑面とされる。しかし、微小なクラックを完全に取り除くことができない場合があり、外力による歪が生じた場合に割れに発展する虞がある。
【００６５】
これに対して、第３の実施の形態では、光学フィルタ１１の端部に弾性部材１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを接着する。これによって、光学フィルタ１１の端部に生じる歪を低減することができる。そのため、振動時の曲げ応力に対する光学フィルタ１１の破断応力に余裕がない場合においても、光学フィルタ１１のエッジ部においてクラックが進展することを抑えることが可能となる。その結果、塵埃除去装置の信頼性を向上できる。
【００６６】
〔第４の実施の形態〕
次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。
【００６７】
第４の実施の形態の構成は、基本的に第２の実施の形態の構成と同じであるので、第４の実施の形態の説明においては、第２の実施の形態の構成と同一部分には同一の参照符号を付して、第２の実施の形態の説明を流用し、異なる部分だけを説明する。
【００６８】
図７は、第４の実施の形態における塵埃除去装置の構成を示す分解斜視図である。
【００６９】
圧電素子１２ａ，１２ｂの製造工程では、板状の圧電素材が所定の形状に切断され、それの両面に、導電塗料の印刷や蒸着等の方法によって電極が形成され、その後に、厚み方向に分極処理が施される。
【００７０】
第４の実施の形態では、圧電素子１２ａ，１２ｂの製造工程における電極形成処理および分極処理が行われる前の圧電素材に対して、圧電素子１２ａ，１２ｂと同一形状の切断加工を施し、得られたものを弾性部材２０ａ，２０ｂとして用いる。弾性部材２０ａ，２０ｂは、光学フィルタ１１における圧電素子１２ａ，１２ｂが接着されている面と反対側の面に接着される。弾性部材２０ａ，２０ｂの光学フィルタ１１に対する投影形状が、圧電素子１２ａ，１２ｂの光学フィルタ１１に対する投影形状と重なり合うように、弾性部材２０ａ，２０ｂが配置される。
【００７１】
第４の実施の形態における弾性部材２０ａ，２０ｂは、新規の材料を用いることなく、圧電素子１２ａ，１２ｂの製造工程において製造できる。なお、弾性部材２０ａ，２０ｂの機械的物性は、縦弾性係数に分極前後で僅かな差があるだけであり、圧電素子１２ａ，１２ｂに比べて大きい差がない。また、弾性部材２０ａ，２０ｂの線膨張係数についても、分極前後で僅かな違いがあるだけであり、圧電素子１２ａ，１２ｂに比べて、使用時の環境温度、自己昇温に対する熱応力による変形を小さく抑えることが可能である。
【００７２】
また、第４の実施の形態では、弾性部材２０ａ，２０ｂを分極処理前の圧電材で構成しているが、これに代わって、電極形成処理および分極処理が行われた後の圧電素子を、両面の電極間を短絡した状態で弾性部材２０ａ，２０ｂとして使用してもよい。その場合、弾性部材２０ａ，２０ｂは圧電素子１２ａ，１２ｂと同一の機械的特性となるため、光学フィルタ１１の厚み方向の中央に曲げの中立面を位置させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る塵埃除去装置の構成を示す平面図（Ａ）および側面図（Ｂ）、並びに該塵埃除去装置に発生させる２つの振動モードの変位分布を示す図（Ｃ），（Ｄ）である。
【図２】コピー機のリーダ部に装着された塵埃除去装置を示す斜視図である。
【図３】図１に示した塵埃除去装置における圧電素子および円板付近の光学素子のＸ−Ｚ平面の断面図および歪分布図である。
【図４】第２の実施の形態における塵埃除去装置の構成を示す分解斜視図である。
【図５】図４に示す光学フィルタ、圧電素子、および弾性部材の平面図（Ａ）、側面図（Ｂ）、および光学フィルタに生じさせる２つの振動モードの変位分布を示す図（Ｃ），（Ｄ）である。
【図６】第３の実施の形態における塵埃除去装置の構成を示す分解斜視図である。
【図７】第４の実施の形態における塵埃除去装置の構成を示す分解斜視図である。
【図８】特許文献３に開示されている画像読取装置の斜視図である。
【図９】圧電素子によってＡＤＦ用プラテンに発生される曲げ振動を示す図である。
【図１０】図８の従来の塵埃除去装置において、圧電素子付近におけるＡＤＦ用プラテンのＸ−Ｚ平面の断面図である。
【図１１】図８の従来の塵埃除去装置において、Ｘ方向に圧電素子から離れた位置におけるＡＤＦ用プラテンのＸ−Ｚ平面の断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１ 光学素子（光透過部材）
２ 圧電素子（電気機械エネルギ変換素子）
３ ハーネス
４ 曲げの中立面
５ 円板（弾性部材）
８ リーダ部
９ スキャナユニット
１３ 駆動装置（交流電圧印加手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光線入射経路に位置する平板状の光透過部材の表面に付着する塵埃を除去するための塵埃除去装置において、
前記光透過部材の第１の平面に固着された電気機械エネルギ変換素子と、
前記光透過部材の前記第１の平面と反対側の第２の平面に、前記電気機械エネルギ変換素子に対向して固着された弾性部材と、
前記電気機械エネルギ変換素子へ交流電圧を印加して前記光透過部材を平面に垂直な方向に弾性振動させ、前記光透過部材の表面に付着した塵埃を除去する交流電圧印加手段と
を有することを特徴とする塵埃除去装置。
【請求項２】
前記弾性部材の前記光透過部材への投影形状が、前記電気機械エネルギ変換素子の前記光透過部材への投影形状に重なることを特徴とする請求項１記載の塵埃除去装置。
【請求項３】
前記弾性部材に一体に設けられ、前記光透過部材を支持固定する支持固定部材を、更に有することを特徴とする請求項１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が板状の圧電素材から構成されるとともに、前記弾性部材も板状の素材から構成されることを特徴とする請求項１記載の塵埃除去装置。
【請求項５】
前記電気機械エネルギ変換素子の縦弾性係数が前記弾性部材の縦弾性係数よりも大きいならば、前記弾性部材の厚さを前記電気機械エネルギ変換素子の厚さより大きく設定し、一方、前記電気機械エネルギ変換素子の縦弾性係数が前記弾性部材の縦弾性係数よりも小さいならば、前記弾性部材の厚さを前記電気機械エネルギ変換素子の厚さより小さく設定することを特徴とする請求項４記載の塵埃除去装置。
【請求項６】
前記電気機械エネルギ変換素子における、前記光透過部材の厚み方向の中央を通り、該厚み方向に垂直な方向に延びた軸線に対する断面一次モーメントと縦弾性係数との積と、前記弾性部材における、前記軸線に対する断面一次モーメントと縦弾性係数との積とが等しくなるように、前記弾性部材の材質および厚さのうち少なくとも１つを設定することを特徴とする請求項４記載の塵埃除去装置。
【請求項７】
前記弾性部材が圧電素材から構成されることを特徴とする請求項１記載の塵埃除去装置。
【請求項１】
光線入射経路に位置する平板状の光透過部材の表面に付着する塵埃を除去するための塵埃除去装置において、
前記光透過部材の第１の平面に固着された電気機械エネルギ変換素子と、
前記光透過部材の前記第１の平面と反対側の第２の平面に、前記電気機械エネルギ変換素子に対向して固着された弾性部材と、
前記電気機械エネルギ変換素子へ交流電圧を印加して前記光透過部材を平面に垂直な方向に弾性振動させ、前記光透過部材の表面に付着した塵埃を除去する交流電圧印加手段と
を有することを特徴とする塵埃除去装置。
【請求項２】
前記弾性部材の前記光透過部材への投影形状が、前記電気機械エネルギ変換素子の前記光透過部材への投影形状に重なることを特徴とする請求項１記載の塵埃除去装置。
【請求項３】
前記弾性部材に一体に設けられ、前記光透過部材を支持固定する支持固定部材を、更に有することを特徴とする請求項１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が板状の圧電素材から構成されるとともに、前記弾性部材も板状の素材から構成されることを特徴とする請求項１記載の塵埃除去装置。
【請求項５】
前記電気機械エネルギ変換素子の縦弾性係数が前記弾性部材の縦弾性係数よりも大きいならば、前記弾性部材の厚さを前記電気機械エネルギ変換素子の厚さより大きく設定し、一方、前記電気機械エネルギ変換素子の縦弾性係数が前記弾性部材の縦弾性係数よりも小さいならば、前記弾性部材の厚さを前記電気機械エネルギ変換素子の厚さより小さく設定することを特徴とする請求項４記載の塵埃除去装置。
【請求項６】
前記電気機械エネルギ変換素子における、前記光透過部材の厚み方向の中央を通り、該厚み方向に垂直な方向に延びた軸線に対する断面一次モーメントと縦弾性係数との積と、前記弾性部材における、前記軸線に対する断面一次モーメントと縦弾性係数との積とが等しくなるように、前記弾性部材の材質および厚さのうち少なくとも１つを設定することを特徴とする請求項４記載の塵埃除去装置。
【請求項７】
前記弾性部材が圧電素材から構成されることを特徴とする請求項１記載の塵埃除去装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００７−２６４０９６（Ｐ２００７−２６４０９６Ａ）
【公開日】平成１９年１０月１１日（２００７．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−８６０６１（Ｐ２００６−８６０６１）
【出願日】平成１８年３月２７日（２００６．３．２７）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月１１日（２００７．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月２７日（２００６．３．２７）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]