CN101344641A - 用于除去如灰尘等异物的驱动装置及摄像设备 - Google Patents

Abstract

用于除去如灰尘等异物的驱动装置及摄像设备。提供一种即使在采用有助于电路小型化的H桥电路作为压电元件的控制电路时也能可靠地检测被振动构件的振动状态的驱动装置及包括该驱动装置的摄像设备。在该驱动装置中，包括位于第一面的第一驱动电极和振动检测电极以及位于第二面的第二驱动电极和接地电极的单个压电构件被安装到用作被振动构件的光学低通滤波器，以使光学低通滤波器振动。此外，振动检测电极用于检测光学低通滤波器的振动状态。

Description

用于除去如灰尘等异物的驱动装置及摄像设备

技术领域

本发明涉及一种除去如灰尘等异物的技术，特别地，涉及一种除去附着到光学构件的表面的如灰尘等异物的技术，该光学构件布置在如数字式静态照相机等摄像设备中的摄像元件的前方。

背景技术

通常，如数字式静态照相机等摄像设备捕捉被摄体并将该被摄体的像转换为电信号。在这种摄像设备中，利用摄像元件来接收摄影光束，将从摄像元件输出的光电转换信号转换为图像数据，并将该图像数据储存在如存储卡等记录介质中。摄像元件的例子包括CCD(电荷耦合器件)传感器和CMOS(互补型金属氧化物半导体)传感器。

在这种摄像设备中，光学低通滤波器或红外线吸收滤波器布置在摄像元件的被摄体侧。如果如灰尘等异物附着到滤波器的表面，则附着异物的部分在被捕捉的图像中被显示为黑点，因此使图像的外观劣化。

特别地，在具有可更换的镜头的数字单反照相机中，由于如快门和快速复原反射镜等机械操作部布置在摄像元件的附近，因此，由于操作部分的操作而产生的如灰尘等异物可能附着到摄像元件的表面和滤波器的表面。另外，当用另一个镜头来更换镜头时，如灰尘等异物可能从镜头座的开口进入照相机主体中，并且可能附着到照相机主体内。

为了避免这一问题，美国专利No.7,006,138和美国专利No.7,215,372公开了以下技术：通过利用压电元件使滤波器振动来除去附着到防尘滤波器的表面的如灰尘等异物，在摄像元件的被摄体侧设置允许摄影光束透过的该防尘滤波器。

在这种技术中，优选的是，通过利用压电元件使防尘滤波器以共振频率振动来获得大的振幅，从而有效地除去如灰尘等异物。然而，由于共振频率是根据例如防尘滤波器的外形、厚度和特性值来确定的，因此，由于如加工精度和制造工艺等振动产生因素，不同的防尘滤波器具有不同的共振频率。

这里，美国专利No.7,006,138中公开的照相机具有对圆形的防尘滤波器(防尘光学构件)的周边部施加振动的压电元件，并且具有用于检测光学构件的振动状态且与用于驱动操作的电极分开地设置在压电元件上的电极。然后，监视电极的电压，以检测共振频率，并且利用共振频率使光学构件振动，从而除去附着到该光学构件的表面的如灰尘等异物。

此外，如美国专利No.7,006,138的情况那样，美国专利No.7,215,372中公开的照相机具有对圆形的防尘滤波器(防尘光学构件)的周边部施加振动的压电元件。此外，该照相机包括用于检测光学构件的振动状态并与用于驱动操作的电极分开地设置在压电元件上的电极，并且监视电极的电压。然后，将电极的电压与预先储存的正常电压进行比较。根据比较结果，当确定振动状态异常时，不进行除去灰尘的操作。

通常使用半桥电路作为用于驱动压电元件的电路。半桥电路具有输入电压(电源电压或升压电压)直接用于驱动压电元件的简单的电路构造。作为选择，可采用H桥(全桥)电路。虽然H桥电路的构造比半桥电路的构造复杂，但是可以向压电元件施加是输入电压的两倍的驱动电压。因此，当利用H桥电路和半桥电路将相同的驱动电压施加到各自的压电元件时，H桥电路的输入电压只需要为半桥电路的输入电压的一半。因此，可以减小电路元件的耐压标准，并且使电路小型化。

然而，尽管在用作压电元件的驱动电路的半桥电路中适当地采用了上述振动检测构造，但是当在H桥电路中采用该构造时，不能正确地检测光学构件的振动。

发明内容

因此，本发明提供一种即使在采用有助于电路小型化的H桥电路作为压电元件的控制电路时也能可靠地检测被振动构件的振动状态的驱动装置和包括该驱动装置的摄像设备。

根据本发明的实施方式，提供一种驱动装置，其包括：被振动构件；单个压电构件，其使被振动构件振动；第一驱动电极，其形成在压电构件的第一面上；第二驱动电极，其形成在压电构件的与压电构件的第一面相反的第二面上，并且与第一驱动电极相对；振动检测电极，其与第一驱动电极分开地形成在压电构件的第一面上；接地电极，其与第二驱动电极分开地形成在压电构件的第二面上，使其与振动检测电极相对；控制电路，其被构造成与第一和第二驱动电极连接，被构造成在向第一驱动电极施加电压时使第二驱动电极接地，并且被构造成在向第二驱动电极施加电压时使第一驱动电极接地；以及共振频率检测单元，其被构造成与振动检测电极连接，并且被构造成检测被振动构件的共振频率。

根据本发明的另一个实施方式，提供一种包括该驱动装置的摄像设备。被振动构件与布置在对被摄体像进行光电转换的摄像元件的前方的光学元件对应。压电构件被接合到光学元件的入射被摄体像的有效光束的部分之外的位置。

通过下面参照附图对典型实施例的说明，本发明的其它特征和方面将变得明显。

附图说明

图1是示出根据本发明的典型实施例的数字单反照相机的例子的正面侧立体图。

图2是示出根据本发明的典型实施例的数字单反照相机的背面侧立体图。

图3A和图3B是示出根据本发明的典型实施例的数字单反照相机的电结构的例子的方框图。

图4是示意性示出照相机内的摄像单元的支撑结构的例子的分解立体图。

图5是示出摄像单元的构造的例子的分解立体图。

图6是沿图4的线VI-VI截取的剖视图。

图7A和图7B是示出压电元件构造的电极配置的例子的图。

图8A和图8B是示出压电元件的电极配置的另一个例子的图。

图9是示出光学低通滤波器和压电元件的振动形式的侧视图。

图10是示意性示出压电元件驱动电路和压电元件的图。

图11是示出根据利用振动检测电路检测的压电驱动电路的操作的操作波形图。

图12A和图12B是示出光学低通滤波器的被支撑部分以及光学低通滤波器和压电元件的振动波形的图。

图13是示出施力构件的立体图。

图14A和图14B是示出单体动作的光学低通滤波器的振动波形的图。

图15是示出除去附着到光学低通滤波器的表面的异物的操作的流程图。

具体实施方式

照相机的典型构造

将参照图1、图2、图3A和图3B说明根据本发明的典型实施例的数字单反照相机的例子。图1和图2是示出根据典型实施例的数字单反照相机的外视图。图1是示出从被摄体侧看的照相机的正面侧立体图。在图1中，照相机的摄影镜头单元被取下。图2是示出从使用者侧看的照相机的背面侧立体图。

如图1所示，照相机主体1包括向被摄体侧突出使得使用者在摄影时能紧紧地握持照相机的握持部1a。

照相机主体1还包括座部2，摄影镜头单元(图1和图2中未示出)可拆卸地固定到该座部。照相机主体1还包括安装触点21，该安装触点21用于在照相机主体1和摄影镜头单元之间传递例如控制信号、状态信号和数据信号并用于向摄影镜头单元供给电力。安装触点21除了电通信之外还能进行例如光学通信和声音通信。将在拆下摄影镜头单元时被按下的镜头锁定解除按钮4被布置在座部2的旁边。

照相机主体1还包括反光镜箱(mirror box)5，通过摄影镜头的摄影光束入射在该反光镜箱5上，且该反光镜箱5包括主镜(快速复原反射镜)6。主镜6具有两个状态，即，主镜6保持在相对于摄像光轴成45°角从而朝向五面镜(penta-Dachmirror)22(参照图3A)引导摄影光束的状态以及主镜6保持在不接收摄影光束的退避位置从而朝向摄像元件33(参照图3A)引导摄影光束的状态。

在照相机的上表面上且在握持部1a的附近设置用作摄影操作的致动开关的释放按钮7、用于根据摄影操作的模式设定快门速度和镜头光圈的值的主操作盘8、以及用于设定摄影系统的模式的上表面操作模式设定按钮10。在LCD显示板9中显示这些操作构件的多个操作结果。释放按钮7的第一次按下行程使得开关SW1(对应于图3B的附图标记7a)接通(on)，而释放按钮7的第二次按下行程使得开关SW2(对应于图3B的附图标记7b)接通。上表面操作模式设定按钮10用于判断当释放按钮7被按压一次时是进行连续的摄影操作还是进行一帧摄影操作，并且还用于设定自动摄影模式。在LCD显示板9中显示这些设定状态。

照相机主体1还包括：位于其上表面的中央附近的从照相机主体1向上突出的电子闪光单元11；槽12，电子闪光灯被安装在该槽12上；以及闪光触点13。另外，摄影模式设定盘14布置在照相机的右上部。可打开的外部端子盖15布置在照相机的与握持部1a相反的表面上。此外，视频信号输出插孔16和USB输出连接器17容纳在外部端子盖15中。

参照图2，取景器目镜窗口18布置在照相机的背面的上部上。此外，能显示图像的彩色液晶监视器19布置在照相机的背面的中央附近。

副操作盘20布置在彩色液晶监视器19的旁边。副操作盘20辅助主操作盘8的功能。例如，在照相机的AE(自动曝光)模式中，副操作盘20用于根据利用自动曝光装置算出的适当曝光值来设定曝光校正量。在由使用者来设定期望的快门速度和期望的镜头光圈的手动模式中，利用主操作盘8设定快门速度并利用副操作盘20设定镜头光圈。副操作盘20还用于选择被捕捉并且在彩色液晶监视器19中显示的图像之一。

此外，在照相机的背面上设置用于启动或停止照相机的操作的主开关43以及用于进入清洁模式的清洁指令操作构件44。稍后将详细说明的清洁指令操作构件44用于指示除去附着到光学低通滤波器410的表面的如灰尘等异物的操作。注意，可响应利用清洁指令操作构件发出的指令而任意进入清洁模式，并且也可以在主开关43被接通和/或主开关43被断开(off)时自动地进入清洁模式。

图3A和图3B是示出根据该典型实施例的数字单反照相机的主要电构造的方框图。注意，图3A和图3B中的与图1和图2中所示的部件对应的部件由与图1和图2中所示的附图标记相同的附图标记表示。包括结合在照相机主体1中的微型计算机的中央处理单元100(下面称之为“MPU”)控制照相机的整个操作，即，对各部件进行各种处理以及指示各部件进行各种处理。结合在MPU 100中的EEPROM 100a中储存计时电路109的定时信息以及各种信息。

MPU 100连接到反射镜驱动电路101、焦点检测电路102、快门驱动电路103、图像信号处理电路104、开关感测电路105、和测光电路106。此外，MPU 100连接到L CD驱动电路107、电池检查电路108、计时电路109、电源电路110、压电元件驱动电路111、和振动检测电路112。MPU 100控制这些电路。

MPU 100通过安装触点21与包括在摄影镜头单元200a中的镜头控制电路201通信。安装触点21具有在摄影镜头单元200a与安装触点21连接时向MPU 100传递信号的功能。这样，镜头控制电路201与MPU 100通信并分别利用AF驱动电路202和光圈驱动电路203驱动包括在摄影镜头单元200a中的摄影镜头200和光圈204。注意，虽然为了简化起见，图3A中示出了单个摄影镜头200，但是在实际使用中，摄影镜头200也可由多个透镜构成。

AF驱动电路202由例如步进电动机构成，并在镜头控制电路201的控制下使包括在摄影镜头200中的聚焦透镜的位置移位，从而将摄影光束聚焦在摄像元件33上。光圈驱动电路203由例如自动光圈构成，并在镜头控制电路201的控制下改变光圈204，从而获得光学孔径值(aperture value)。

主镜6被保持为相对于图3A中示出的摄像光轴的角度成45°角，将通过摄影镜头200的摄影光束引导到五面镜22，并且允许一部分摄影光束投射以将该部分摄影光束引导至副镜30。副镜30将透过主镜6的部分摄影光束引导至焦点检测传感器单元31。

反射镜驱动电路101由例如直流电动机和传动机构构成，并使主镜6移动至主镜6使得能利用取景器观察被摄体像的位置，或者使主镜6移动至从摄影光束退避的位置。当主镜6被驱动时，副镜30同时移动至副镜30将摄影光束引导至焦点检测传感器单元31的位置或从摄影光束退避的位置。

焦点检测传感器单元31由例如布置在像平面(未示出)附近的包括物镜、反射镜、二次成像透镜、光圈和多个CCD传感器的线性传感器构成，并且进行采用相位差方法的焦点检测操作。焦点检测传感器单元31向将信号转换为被摄体像信号的焦点检测电路102供给信号。焦点检测电路102将该被摄体像信号供给到MPU 100。MPU 100根据被摄体像信号进行采用相位差方法的焦点检测计算。然后，MPU 100获得散焦量和散焦方向，并通过镜头控制电路201和AF驱动电路202驱动包括在摄影镜头200中的聚焦透镜，使得聚焦透镜移动至聚焦位置。

五面镜22反射由主镜6反射的摄影光束，以将该摄影光束转换为正像。使用者可以通过取景器光学系统利用取景器目镜窗口18观察被摄体像。五面镜22还将部分摄影光束引导至测光传感器23。测光电路106接收从测光传感器23输出的信号并将该信号转换为观察面上的区域的亮度信号。测光电路106将亮度信号供给到MPU 100。MPU 100根据该亮度信号计算出曝光值。

快门单元(焦面快门)32具有快门第一帘幕和快门第二帘幕。当使用者通过取景器观察被摄体像时，快门第一帘幕位于遮光位置，而快门第二帘幕位于曝光位置。当进行摄影操作时，快门第一帘幕从遮光位置移动到曝光位置，这被称为曝光移动操作，从而允许从被摄体发出的光通过。然后，利用摄像元件33进行摄像操作。在经过期望的快门时间之后，快门第二帘幕从曝光位置移动至遮光位置，这被称为遮光移动操作，然后，结束摄影操作。在MPU 100的控制下，利用快门驱动电路103控制焦面快门32。

摄像单元400包括：光学低通滤波器410；压电元件430，其包括压电构件和多个电极；以及摄像元件33，这些元件与稍后将说明的其它部件集成为一个单元。摄像元件33对被摄体像进行光电转换，在该典型实施例中，CMOS传感器用作摄像元件33。然而，可以采用如CCD传感器等各种摄像元件中的任一种来作为摄像元件33。布置在摄像元件33前方的光学低通滤波器410由单个双折射板构成并具有矩形形状，该双折射板由石英制成。

箝位/CDS(相关双取样)电路34进行A/D转换之前的基本的模拟处理，并且能够改变箝位电平。AGC(自动增益控制装置)35进行A/D转换之前的基本的模拟处理，并且能够改变AGC基本电平。A/D转换器36将从摄像元件33输出的模拟信号转换为数字信号。

图像信号处理电路104利用硬件对数字图像数据进行完整的图像处理。图像处理包括伽玛/拐点处理(gamma/kneeprocessing)、滤波处理、和将显示在监视器上的信息合成处理。图像信号处理电路104通过彩色液晶驱动电路113向彩色液晶监视器19供给图像数据，从而显示与图像数据对应的图像。

此外，图像信号处理电路104根据从MPU 100发出的指令通过存储器控制器38控制缓冲存储器37，以将图像数据储存在缓冲存储器37中。此外，图像信号处理电路104对如JPEG图像等图像进行图像数据压缩处理。例如，当连续进行摄像操作或进行连续的摄影操作时，多个图像数据首先储存在缓冲存储器37中，然后利用存储器控制器38读取仍没被处理的多个图像数据。这样，图像信号处理电路104不管从A/D转换器36供给的图像数据的输入速度而对图像数据进行图像处理和压缩处理。

存储器控制器38具有以下功能：控制存储器39以储存从外部接口40供给的图像数据以及通过外部接口40输出储存在存储器39中的图像数据。注意，外部接口40对应于图1中示出的视频信号输出插孔16和USB输出连接器17。作为存储器39，采用例如可从照相机主体1上拆下的闪存(flash memory)。

开关感测电路105根据开关SW1和SW2中的每一方的操作状态向MPU 100传递输入信号。第一次按下(半按压)释放按钮7使得开关SW1(7a)接通。第二次按下(完全按压)释放按钮7使得开关SW2(7b)接通。当开关SW1(7a)被接通时，开始摄影准备的指令被供给到MPU 100。当SW2(7b)被接通时，开始摄影操作的指令被供给到MPU 100。开关感测电路105还连接到主操作盘8、副操作盘20、摄影模式设定盘14、主开关43、和清洁指令操作构件44。

LCD驱动电路107在MPU 100的控制下驱动LCD显示板9和取景器内LCD装置41。

电池检查电路108响应从MPU 100发出的指令检查电池并将检查结果传递到MPU 100。电源装置42向包括在照相机内的部件供给电力。

计时电路109检测日期和时间并测量从主开关43断开时至主开关43下一次接通时的时间段，然后响应从MPU 100发出的指令将测量结果传递到MPU 100。

用于除去异物的典型结构

将参照图4至图6说明通过使根据该典型实施例的光学低通滤波器410振动来除去异物的结构的例子。图4是示意性示出照相机内的摄像单元400的支撑构造的分解立体图。图5是示出摄像单元400的构造的分解立体图。

如图4所示，当从被摄体侧看时，反光镜箱5和快门单元32按顺序布置在作为照相机主体的骨架的主体机架300的被摄体侧。摄像单元400布置在主体机架300的使用者侧。摄像单元400被固定成使得摄像元件33的摄像面被布置成有预定间隔地平行于座部2的用作摄影镜头单元的安装基准的安装面。

如图5所示，光学低通滤波器410由单个双折射板形成并具有矩形形状，该双折射板由石英制成。光学低通滤波器410是根据本发明的典型实施例的被振动构件，并对应于布置在摄像元件33前方的光学元件。光学低通滤波器410具有位于摄像有效区域410a的一侧的周边部410b，压电元件430布置在周边部410b上。光学低通滤波器410在与摄像光轴的中心正交的方向(照相机的左右方向)上不对称。由于摄像有效区域410a和周边部410b被布置成相互不重叠，因此防止压电元件430干扰被摄体像的有效光束。

此外，具有导电性的导电涂层和如抗反射涂层等光学涂层被涂布到光学低通滤波器410的表面。

压电元件430由压电构件和一体地布置在压电构件上的多个电极构成，并具有带状。压电元件430被接合到光学低通滤波器410的周边部410b，使得压电元件430的长边与光学低通滤波器410的短边平行。也就是说，压电元件430在光学低通滤波器410的四边之一的附近并与该边平行地接合到光学低通滤波器410。使光学低通滤波器410振动，从而产生与该边平行的多个波节和多个波腹。下面将详细说明振动的例子。

由树脂或金属形成的光学低通滤波器保持构件420保持光学低通滤波器410并利用螺钉被固定在摄像元件保持构件510上。用于向压电元件430施加电压的柔性印刷基板470连接到布置在压电元件430上的电极。

施力构件440在光学低通滤波器410的位于摄像有效区域410a外的四个部分处抵接该光学低通滤波器410，从而对光学低通滤波器410施加朝向摄像元件33的力(参照图12A、图12B和图13)，并与光学低通滤波器保持构件420接合。施力构件440接地且光学低通滤波器410的抵接施力构件440的表面(涂有导电涂层和光学涂层)也接地。因此，防止灰尘例如由于静电而附着到光学低通滤波器410的表面。

弹性构件450被设置成具有圆形截面并与光学低通滤波器410和光学低通滤波器保持构件420接触，以使其被夹在光学低通滤波器410和光学低通滤波器保持构件420之间。接触力的大小取决于施力构件440施加的朝向摄像元件33的力的大小。注意，只要可获得弹性体作为弹性构件450，弹性构件450可由橡胶或如硼或塑胶等高分子量聚合物形成。

光学构件460包括彼此层叠的相位板(偏振消除板)、红外线截止滤波器、以及具有相对于低通滤波器410成90°的折射方向的双折射板，该光学构件460被接合和固定到光学低通滤波器保持构件420。

具有板状的摄像元件保持构件510包括矩形开口部。摄像元件33被安装到摄像元件保持构件510，使得摄像元件33从开口部露出。摄像元件保持构件510具有包括三个固定部的周边部，该固定部用于利用螺钉将摄像元件保持构件510固定到反光镜箱5。

掩模520用于防止从光路外侧发出的不必要的外部光入射到摄像元件33上。掩模520与光学低通滤波器保持构件420和摄像元件33接触以夹在光学低通滤波器保持构件420和摄像元件33之间。

用于摄像元件的施力构件530包括一对左右板簧。利用螺钉将施力构件530固定到摄像元件保持构件510并且施力构件530将摄像元件33压到摄像元件保持构件510上。

通过这种构造，光学低通滤波器410被夹在和支撑在施力构件440和弹性构件450之间，以使光学低通滤波器410振动。虽然下面将进行详细的说明，但是光学低通滤波器410的被支撑位置(被支撑部)优选位于光学低通滤波器410的振动波节附近。注意，波节对应于振幅大致为零的部分。

图6是沿图4的线VI-VI截取的剖视图。注意，图6中省略了摄像元件保持构件510。掩模520的位于使用者侧的第一面抵接摄像元件33，而掩模520的位于被摄体侧的第二面抵接光学低通滤波器保持构件420。将双面胶带涂布到掩模520的第一面和第二面。利用掩模520的双面胶带将光学低通滤波器保持构件420稳固地固定到摄像元件33。光学构件460具有被接合到光学低通滤波器保持构件420的预定保持部的周边部，从而由光学低通滤波器保持构件420保持光学构件460。这样，由光学低通滤波器保持构件420、摄像元件33、掩模520和光学构件460限定的空间被密封，从而形成不允许如灰尘等异物进入的密封空间。

弹性构件450的位于使用者侧的第一面抵接光学低通滤波器保持构件420，而弹性构件450的位于被摄体侧的第二面抵接光学低通滤波器410。由于施力构件440的弹性力而施加朝向摄像元件33对光学低通滤波器410的力，因此，弹性构件450变形并且无间隙地接触光学低通滤波器410和光学低通滤波器保持构件420。这样，由光学低通滤波器410、光学低通滤波器保持构件420、弹性构件450和光学构件460限定的空间被密封，从而形成不允许如灰尘等异物进入的密封空间。

压电元件的电极配置的例子

图7A、图7B、图8A和图8B是详细示出压电元件430的图。图7A和图7B示出简单构造的电极配置。图8A和图8B示出根据该典型实施例的优选的电极配置。

首先将说明电极的简单配置。图7A示出压电元件430的第一面(F面)和第二面(B面)、以及压电元件430的侧面。图7B是示出从F面侧看的压电元件430的立体图。如图7A和图7B所示，压电元件430包括作为单个压电元件的压电构件430a以及布置在压电构件430a上的四个电极，即，电极AF、电极AB、电极SF、和电极SB。

电极AF和AB是驱动电极(第一驱动电极和第二驱动电极)，电极AF和AB被布置成彼此相对，并且使压电构件430a置于其间，并且在光学低通滤波器410中激励驻波。当用作控制电路的压电元件驱动电路111交替地向驱动电极施加电压时，产生具有布置成平行于由箭头Y所示的方向的波节和波腹的驻波振动。

电极SF是检测在压电构件430a或光学低通滤波器410中产生的振动的振动检测电极。具体地，电极SF通过监视电极SF中产生的电荷电压相对于电极SB的变化来检测振动，电极SB是通常接地并且被布置成与电极SF相对、并且使压电构件430a置于其间的接地电极。

由于用作驱动电极的电极AF和AB用于在光学低通滤波器410中产生驻波振动，所以电极AF和AB优选大于电极SF和SB且进一步尽可能地大，以获得大的驱动力。此外，用作振动检测电极的电极SF优选具有以下形状：其长边沿由箭头X表示的方向延伸，由箭头X表示的方向与由箭头Y表示的方向(波节方向和波腹方向)正交，由箭头Y表示的方向是产生驻波的波节和波腹所在的方向，从而可靠地检测由驱动电极产生的驻波振动。

电极AB、AF、SB和SF中的每一方均与用于压电元件430的柔性印刷基板470独立连接。用作驱动电极的电极AF和AB通过柔性印刷基板470的布线连接到压电元件驱动电路111，用作振动检测电极的电极SF通过柔性印刷基板470的布线连接到振动检测电路112，电极SB通过柔性印刷基板470的布线接地。

通过将B面或F面接合到周边部410b而将如上所述构造的压电元件430固定到光学低通滤波器410的周边部410b。

压电元件430接合到的光学低通滤波器410的周边部410b优选不涂布导电涂层和光学涂层，使得压电元件430的驱动力不会劣化，也就是说，压电元件430直接接触光学低通滤波器410。然而，接触用作接地电极的电极SB的区域优选被构造成通过使导电涂层从摄像有效区域410a延伸而被电连接至电极SB，从而实现摄像有效区域410a的稳定的接地状态。

接着，将说明根据该典型实施例的电极的优选配置。图8A示出压电元件430的第一面(F面，与图7一样)和第二面(B面，与图7一样)、以及压电元件430的侧面。图8B是示出从F面侧看的压电元件430的立体图。如图8A和图8B所示，压电元件430包括作为单个压电元件的压电构件430a和布置在压电构件430a上的六个电极，即，电极AF、电极AB、电极SF、电极SB、电极AB′和电极SB′。

与图7A和图7B中示出的压电元件430一样，电极AF和AB用作驱动电极，电极SF用作振动检测电极，电极SB用作通常接地的接地电极。

图8A和图8B中示出的电极配置与图7A和图7B中示出的电极配置的不同之处在于：布置在B面上的电极AB和SB经由通孔ABT和SBT与布置在F面上的电极AB′和SB′电连接。

利用该构造，驱动电极、振动检测电极和接地电极被引向F面侧，以使其与用于压电元件430的柔性印刷基板470连接。因此，提高了单元组装的作业性。另外，当B面被接合到光学低通滤波器410的周边部410b时，避免了接合面的凹凸不平。具体地，由于柔性印刷基板470不与接合面连接，因此不会产生由于柔性印刷基板470的厚度而导致的凹凸不平。因此，改进了光学低通滤波器410的附着特性和振动效率。

振动的说明

现在将参照图9说明除去附着到光学低通滤波器410的异物的振动操作。图9是摄像单元400中的光学低通滤波器410和压电元件430的振动形式的侧视图。压电元件430在B面一体地安装到光学低通滤波器410。具体地，图9示出当向压电元件430施加驱动电压时光学低通滤波器410和压电元件430的状态变化(振动形式)。

假定通过用于压电元件430的柔性印刷基板470向压电元件430的电极AF施加正电压，且电极AB接地(0V)。在这种情况下，压电元件430沿其平面方向伸张并且沿其厚度方向收缩。安装到压电元件430的光学低通滤波器410受到沿着使接合面扩大的方向的力。当光学低通滤波器410受到该力时，在剖视图中，光学低通滤波器410的面对压电元件430的一个面沿着光学低通滤波器410伸张的方向变形，而光学低通滤波器410的另一面沿着光学低通滤波器410的收缩的方向变形。因此，光学低通滤波器410具有带突起的变形部分，该突起上安装了压电元件430。光学低通滤波器410的该变形部分连续形成，从而获得多个变形部分。因此，在光学低通滤波器410的剖视图中，产生连续地形成成对的凹部和突起部的屈曲变形。具体地，当向电极AF施加正电压时，在光学低通滤波器410中产生由图9中示出的实线表示的屈曲变形。

类似地，假定向电极AB施加正电压且电极AF接地(0V)，则压电元件430沿其平面方向收缩并沿其厚度方向伸张。安装到压电元件430的光学低通滤波器410受到沿着接合面收缩的方向的力。当光学低通滤波器410受到该力时，在剖视图中，光学低通滤波器410的面对压电元件430的一个面沿着光学低通滤波器410收缩的方向变形，而光学低通滤波器410的另一面沿着光学低通滤波器410伸张的方向变形。因此，光学低通滤波器410具有带凹部的变形部分，该凹部中包括压电元件430。因此，产生相对于当向电极AF施加正电压时所产生的弯曲变形相反的屈曲变形。也就是说，在光学低通滤波器410中产生由图9中示出的两点点划线表示的屈曲变形。

因此，当向电极AF施加正电压且电极AB接地的状态与向电极AB施加正电压且电极AF接地的状态以预定的周期相互切换时，产生驻波振动。也就是说，由于压电构件430a的功能产生由图9中示出的实线表示的状态和两点点划线表示的状态交替重复的周期振动。将周期电压的频率设定在光学低通滤波器410的固有模式的共振频率附近，从而即使在施加小电压的情况下也能获得大振幅，这是非常有效的。此外，光学低通滤波器410具有多个共振频率。当以多个共振频率中的每一个向光学低通滤波器410施加电压时，获得不同振动模式下的不同次数的振动。图9示出具有7个波腹的七次振动模式以及具有8个波腹的八次振动模式。

将参照图10和图11说明压电元件430、压电元件驱动电路以及用于驱动压电元件430的方法。图10是示意性示出压电元件驱动电路111和压电元件430的图。图11是示出用于说明压电元件驱动电路111的操作和利用振动检测电路检测到的结果的操作波形图。

如图10所示，压电元件驱动电路111包括：供给+V电压的直流(DC)电源600；切换元件610a至610d；以及对切换元件610a至610e进行周期性切换操作的控制器(未示出)。控制器根据从包括在控制器中的脉冲产生电路输出的驱动脉冲确定具体周期并进行切换操作。

如上所述，压电构件430a包括：用作驱动电极的电极AF和AB；用作振动检测电极的电极SF；以及用作接地电极的电极SB。电极AF连接至切换元件610a和610b，电极AB连接至切换元件610c和610d。电极SF连接至振动检测电路112。切换元件610a和610c连接至DC电源600，电极SB以及切换元件610b和610d接地。这样，构成了H桥(全桥)切换电路。注意，虽然金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)通常用于切换元件610a至610d，但是也可以采用如双极性晶体管等其它半导体元件或可控制的机械接触元件。

振动检测电路112检测由于压电元件的伸缩而产生的电位差。

参照图11中的5个时序图，横轴表示经过的时间，纵轴表示电压。如图11所示，脉冲产生电路向电极AF和AB施加由方形波表示的驱动脉冲，在该方形波中，+V的电压和0电压交替重复。当控制器使切换元件610a和610d接通并使切换元件610b和610c断开时，如图10中的虚线Ia所示供给电流，且电极AF具有+V的电压而电极AB具有0电压。另一方面，当控制器使切换元件610b和610c接通并使切换元件610a和610d断开时，如图10中的虚线Ib所示供给电流，且电极AF具有0电压而电极AB具有+V的电压。以光学低通滤波器410的共振频率重复进行该操作，从而使压电元件430振动。

这里，用于压电元件430的驱动电压基本上等于电极AF相对于电极AB的电压(通过从电极AF的电压减去电极AB的电压而获得的电压)，且如图11中的“AB-基准AF”所示，交替地重复+V的电压和-V的电压。因此，利用是电源电压两倍的电位差驱动压电元件430。也就是说，H桥电路使用的电源电压是半桥电路使用的电源电压的一半。由于H桥电路需要减小的电源电压，因此，需要低的耐压标准，并且使电路小型化，实现成本的降低。

下面将说明使用电极SF的振动状态的检测。

将参照图9继续说明振动操作。如上所述，由于压电元件430的伸缩在光学低通滤波器410中产生驻波振动。如图9所示，在驻波振动中交替地产生波节(波节d1至d8或波节D1至D9)和波腹。振动的波节对应于驻波的振幅基本上为零的部分，而振动的波腹对应于在相邻波节之间显示最大振幅的部分。当要除去附着到光学低通滤波器410的表面的灰尘时，应该向灰尘作用加速度以产生大于附着力的力。然而，由于振动波节的振幅基本上为零，因此加速度基本上为零。因此，不能利用加速度抵抗附着力除去灰尘。因此，当光学低通滤波器410以单一的振动模式振动时，灰尘残留在振动波节上。

为了解决该缺陷，压电元件430被控制成在光学低通滤波器410以第一振动模式振动之后，光学低通滤波器410再次以第二振动模式振动。这样，可由第二振动模式除去即使在进行第一振动模式之后仍然残留的灰尘。在这种情况下，如果第一振动模式中的波节与第二振动模式中的波节重叠，则不能除去堆积在重叠波节上的灰尘。因此，第一振动模式中的波节与第二振动模式中的波节不应该相互重叠。因此，将使用的振动模式的组合优选是具有偶数个波节的振动模式(即，奇数次振动模式)与具有奇数个波节的振动模式(即，偶数次振动模式)的组合。在该典型实施例中，采用七次振动模式(包括8个波节)和八次振动模式(包括9个波节)的组合。

注意，虽然光学低通滤波器410的共振频率是根据光学低通滤波器410的形状、厚度和材料确定的，但是在共振频率中，优选选择可听范围外的共振频率，以避免产生令人不舒服的声音。在该典型实施例中，以在七次振动模式和八次振动模式中产生振动作为例子。然而，振动模式并不限于这些，可以采用任何其它阶次的振动模式来产生振动，此外，可以采用三次以上的振动模式。

光学低通滤波器的被支撑部分的构造

图12A和图12B是示出光学低通滤波器的被支撑部分以及光学低通滤波器和压电元件的振动波形的图。注意，虽然在该典型实施例中采用七次振动模式和八次振动模式来产生振动，但是图12仅示出了八次振动模式中的振动形式。驻波振动包括基本上平行于压电元件430的长边产生的波节和波腹。

如图12B所示，光学低通滤波器410由施力构件440和弹性构件450支撑，以使其夹在施力构件440和弹性构件450之间。

将参照图13说明施力构件440的形状。图13是示出施力构件440的立体图。通过对薄的不锈钢板进行冲压并弯曲来形成施力构件440，该施力构件整体具有板簧的特性。在施力构件440上的四个部分处形成凹状接触部分440a，用于接触光学低通滤波器410的表面。施力构件440利用钩容纳部440c与光学低通滤波器保持构件420接合。因此，朝向摄像元件33对光学低通滤波器410施力。也就是说，施力构件440仅利用四个凹状接触部分440a从被摄体侧支撑光学低通滤波器410。注意，接地部分440b用于使光学低通滤波器410的表面接地(0V)。

再此参照图12，利用与摄像有效区域410a外侧的部分对应的凹状接触部分440a而将光学低通滤波器410安装到施力构件440，并且在布置在摄像有效区域410a外的矩形部分中将光学低通滤波器410安装到弹性构件450。

通常，当物体接触被振动物体时，振动衰减。然而，当该物体接触振幅为0的其中一个振动波节时，振动的衰减被减小。考虑到这一点，将施力构件440的安装到光学低通滤波器410的四个部分(凹状接触部分440a)以及弹性构件450的平行于波节并安装到光学低通滤波器410的矩形部分的两边布置在振动波节(图12中的波节D2和D9)的附近。由于不仅波节的振幅而且波节附近的振幅均小，因此光学低通滤波器410的振动衰减被减小。因此，在不使除去光学低通滤波器410的异物的能力劣化的情况下支撑光学低通滤波器410。

如从该典型实施例中明显看出的那样，在沿平行于基本上为矩形构件的光学低通滤波器410的短边的方向产生波节的振动模式中，产生波节的部位是显而易见的。图14A和图14B是示出光学低通滤波器410单体以例如八次振动模式操作时的振动波形的图。在图14A中，虚线示出振动波节。

如图14A和图14B所示，在从光学低通滤波器410的两短边(平行于波节延伸的两边)向内移位1/4波长的第一位置和在从该第一位置向内每移位1/2波长的位置处产生光学低通滤波器410的振动波节。注意，“波长”是指波的具有相同相位的相邻波腹之间的距离(或者从某一波峰至下一波峰(或者从某一波谷至下一波谷)的水平距离)，且在图14B中具体示出为距离λ。因此，在光学低通滤波器410的安装有压电元件430的表面(振动施加侧)上，用于支撑光学低通滤波器410的部分优选被定位成比安装有压电元件430的部分靠近摄像光轴并且位于最接近压电元件430的波节(图12中的波节D2)附近。另外，在光学低通滤波器410的没有安装压电元件430的表面(自由端侧)上，用于支撑光学低通滤波器410的部分优选位于布置在从一端移位1/4波长的部分中的其中一个波节(图12中的波节D9)附近。在这种情况下，通过实验观察到，上述“波节附近”的部分被定位在1/8波长～3/8波长的范围内。当支撑光学低通滤波器410的部分被包括在这个范围内时，光学低通滤波器410的振动的衰减被减小，因此，不会使除去异物的能力劣化。

特别地，在光学低通滤波器410的没有安装压电元件430的表面(自由端侧)上，如果除了波节之外的部分用作被支撑部分，则振幅大大衰减，因此不能产生除去灰尘所需的力(加速度)。因此，要求支撑部分与波节对应。另一方面，在光学低通滤波器410的安装有压电元件430的表面(振动施加侧)上，由于振动施加源(压电元件430)布置在光学低通滤波器410上，因此，由位于除了波节之外的部分的被支撑部分而产生的振幅衰减小于在自由端侧产生的振幅衰减。

此外，如图12A和图12B所示，压电元件430优选以如下方式安装到光学低通滤波器410：使得压电元件430与包括光学低通滤波器410中产生的振动模式中的振动波腹中的对应一个波腹的多个波节中的相邻两个波节之间的中心线重叠。此外，压电元件430的沿短边方向的长度(宽度)优选等于或小于所产生的振动模式中的波长λ的一半。这是因为，通过将压电元件430安装到光学低通滤波器410使得压电元件430的由于施加的电压而伸缩的部分面对光学低通滤波器410的振动波腹，在不使光学低通滤波器410的驻波振动劣化的情况下，利用较小的施加电压有效地产生大的振幅。

注意，该典型实施例中的光学构件并不限于光学低通滤波器410。例如，虽然该典型实施例采用在石英双折射板中激励驻波振动的构造，但是也可用铌酸锂代替石英来制成双折射板。作为选择，可以在通过使双折射板、相位板和红外线吸收滤波器彼此层叠而构成的光学低通滤波器或者在单独的红外线吸收滤波器中激励驻波振动。此外，可以在布置在双折射板前方的单独玻璃板中激励驻波振动。

振动状态的检测

将再次参照图11说明压电元件430的振动状态的检测。根据压电元件430的振动，由于压电效应而在电极SF中产生正弦电压。这里，由于电极SB通常保持为接地电压(0V)，因此振动检测电路112获得如图11的“SB-基准SF”所示的正弦波形。检测到的在+vd(V)电压和-vd(V)电压之间的电位差与压电元件430的振幅或光学低通滤波器410的振幅成比例。因此，可以通过监视“SB-基准SF”的电压波形(振动检测波形)检测压电元件430的振动状态或者光学低通滤波器410的振动状态。

当检测到振动状态时并行进行下面两个操作。

首先，进行共振频率的检测。如上所述，光学低通滤波器410优选以其共振频率振动。在该典型实施例中，应该检测与七次振动模式对应的共振频率和与八次振动模式对应的共振频率，压电元件430应该以这些共振频率振动。为了检测共振频率，考虑理论值以及设计和组装变量来预先确定包括共振频率的频带，且在所确定的频带范围内逐渐改变压电元件430的驱动频率，从而检测到使振动检测波形的振幅最大的频率。然后，将包括共振频率的预定频带用作用于使光学低通滤波器410振动的压电元件430的驱动频率。不仅在工厂大量生产的过程中，而且在使用者使用照相机时，都可以进行检测共振频率的操作。因此，利用根据照相机的使用环境以及照相机随着时间的劣化而获得的共振频率使光学低通滤波器410振动，从而进行除去异物的操作。这样，振动检测电路112用作共振频率检测电路。

其次，进行故障检测或异常检测。在检测共振频率的操作中，当检测到的振幅比假定的振幅小得多时或者当振动检测波形异常时，确定异物除去单元出现了异常。因此，可以采取如停止异物除去单元的操作和更换异物除去单元等处理异常的措施。

除去异物的操作

现在将参照图15说明除去附着到光学低通滤波器410的表面的如灰尘等异物的操作。在步骤S1中，进行是否通过操作主开关43进行了电源ON操作的判断。当判断为肯定时，该过程前进到进行使照相机能够进行摄影操作的照相机系统ON操作的步骤S2。在该照相机系统ON操作中，照相机被致动，电源电路110向照相机的电路供给电源，且照相机的系统被初始化。

在步骤S3中，判断使用者是否操作了清洁指令操作构件44。当判断为肯定时，该过程前进到步骤S4，否则，过程前进到步骤S5。注意，虽然在该典型实施例中设置了清洁指令操作构件44，但是本发明并不限于此。例如，不仅可以通过操作机械按钮来进入清洁模式，而且可以通过利用光标键或指令按钮从显示在彩色液晶监视器19中的菜单屏幕下指令来进入清洁模式。

在步骤S4中，响应开始清洁模式的指令，照相机进入清洁模式。具体地，电源电路110向照相机主体1的电路供给清洁模式所需的电力。同时，电源电路110检测电源装置42的剩余电池水平，并将检测结果供给到MPU 100。MPU 100接收表示清洁模式开始的信号，并且向压电元件驱动电路111供给驱动指令。响应该驱动指令，压电元件驱动电路111产生用于激励光学低通滤波器410的驻波振动的周期电压，并且向压电元件43O施加该周期电压。如上所述，压电元件430根据施加的周期电压而伸缩，从而在光学低通滤波器410中产生驻波振动。当清洁模式结束时，过程前进到步骤S5。

在步骤S5中，响应从开关SW1(7a)、开关SW2(7b)、主操作盘8、副操作盘20、摄影模式设定盘14和其它开关供给的信号进行照相机操作。照相机操作对应于进行与普通照相机中所进行的摄影操作和设定操作相同的摄影操作和设定操作的模式，因此，这里省略详细说明。

在步骤S6中，进行是否通过操作在待机状态下主开关43进行了电源OFF操作的判断。当判断为肯定时，过程前进到步骤S7，否则，过程返回步骤S3。

在步骤S7中，进入与步骤S4中的清洁模式相同的清洁模式，然后，过程前进到步骤S8。注意，在步骤S7的清洁模式中，关于压电元件430的驱动频率、驱动时间长度以及控制方法的参数可以不同于步骤S4的清洁模式中的参数。

在步骤S8中，MPU 100控制照相机中的各单元以结束它们的操作，控制例如EEPROM100a以储存所需的信息，并且控制电源电路100以停止向电路供给电力，从而进行照相机系统OFF操作。

如上所述，不仅可以在使用者期望的任何时刻进入清洁模式，而且也可以在进行电源OFF操作之后进入清洁模式。也就是说，在除去附着到光学低通滤波器410的表面的异物的操作之后，进行照相机系统OFF操作。

各种类型的异物附着到光学低通滤波器410的表面。实验证明，通常，如果异物长时间留置在光学低通滤波器410上，则即使在清洁模式中向该光学低通滤波器410施加振动也难以除去异物。这是因为由于环境改变(温度或湿度水平的改变)引起的结露(dew condensation)而导致的如液桥力等附着力增大或者因为灰尘在被反复弄湿、胀大并干燥之后牢固地附着到光学低通滤波器410。另外，当采用例如橡胶作为弹性材料时，包含在橡胶中的油渗出并附着到橡胶上。因为如果照相机长时间不使用，则在电源ON操作之后操作的清洁模式中难以除去异物，因此，在电源OFF操作之后操作的清洁模式比在电源ON操作之后操作的清洁模式更有效且更高效。

虽然在该典型实施例中，在利用主开关43指示电源OFF操作之后进行照相机系统OFF操作，但是也可以在电源ON状态经过一段预定时间之后进行照相机系统OFF操作。此外，在这种情况下，在照相机系统OFF操作之后进行清洁模式，从而可获得与该典型实施例的效果类似的效果。

虽然上面已经说明了本发明的典型实施例，但是本发明并不限于此，可以在本发明的范围内进行各种变形。例如，虽然本发明的典型实施例适用于数字式静态照相机，但是，该典型实施例也可适用于如液晶投影仪等光学设备。具体地，当如灰尘等异物附着到如投影仪等光学设备的投影光学系统中的光学构件的表面时，会投影出异物的阴影。因此，为了解决这一问题，可以采用与该典型实施例中的构造相同的构造。

虽然已经参照典型实施例说明了本发明，但是应该理解，本发明并不限于所公开的典型实施例。所附权利要求书的范围将符合最宽的解释，以包含所有的变形、等同结构和功能。

相关申请的交叉引用

本申请涉及2008年5月23日提交的名为“具有用于除去异物的装置的光学设备”的美国专利申请No.12/126,718。本申请还涉及2008年5月29日提交的名为“具有用于除去异物的装置的光学设备”的美国专利申请No.12/129,260。此外，本申请还涉及2008年5月29日提交的名为“具有用于除去异物的装置的光学设备”的美国专利申请No.12/129,268。

此外，本申请要求2007年7月9日提交的日本申请No.2007-179740的优先权，该日本申请的全部内容通过引用包含于此。

Claims (6)

1.一种驱动装置，其包括：

被振动构件；

单个压电构件，其使所述被振动构件振动；

第一驱动电极，其形成在所述压电构件的第一面上；

第二驱动电极，其形成在所述压电构件的与所述压电构件的所述第一面相反的第二面上，并且与所述第一驱动电极相对；

振动检测电极，其与所述第一驱动电极分开地形成在所述压电构件的所述第一面上；

接地电极，其与所述第二驱动电极分开地形成在所述压电构件的所述第二面上，以使其与所述振动检测电极相对；

控制电路，其被构造成与所述第一和第二驱动电极连接，被构造成在向所述第一驱动电极施加电压时使所述第二驱动电极接地，并且被构造成在向所述第二驱动电极施加电压时使所述第一驱动电极接地；以及

共振频率检测单元，其被构造成与所述振动检测电极连接，并且被构造成检测所述被振动构件的共振频率。

2.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，

所述压电构件的所述第一面还包括分别与所述第二驱动电极和所述接地电极电连接的两个电极，使得所述第一驱动电极、所述第二驱动电极、所述振动检测电极以及所述接地电极从所述压电构件的所述第一面引出，并且

所述压电构件在其所述第二面上被接合到所述被振动构件。

3.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，

所述压电构件的所述第二面还包括分别与所述第一驱动电极和所述检测电极电连接的两个电极，使得所述第一驱动电极、所述第二驱动电极、所述振动检测电极以及所述接地电极从所述压电构件的所述第二面引出，并且

所述压电构件在其所述第一面上被接合到所述被振动构件。

4.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，

所述被振动构件是板状矩形构件，并且

所述压电构件在位于所述矩形构件的四边中的一边的附近的、与通过在所述控制单元的控制下伸缩的所述压电构件的作用而激励的驻波的多个波腹中的一个波腹重叠的位置处被接合到所述被振动构件。

5.根据权利要求4所述的驱动装置，其特征在于，

所述振动检测电极具有矩形形状，

所述驻波被激励成具有平行于所述矩形构件的所述一边的所述多个波腹，并且

所述振动检测电极的长边与所述驻波的所述波腹的方向正交。

6.一种包括权利要求1所述的驱动装置的摄像设备，

其中，所述被振动构件与被布置在对被摄体像进行光电转换的摄像元件的前方的光学元件对应，并且

所述压电构件被接合到所述光学元件的入射所述被摄体像的有效光束的部分之外的位置处。

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