CN102611350A - 异物去除设备以及异物去除方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种能够以高去除效率在所需的方向移动异物的异物去除设备。该异物去除设备去除物体上的异物。振动器具有在物体上提供的第一和第二压电元件。电源向相应的第一和第二压电元件施加交流电压。控制电路控制由电源施加的交流电压。控制电路改变交流电压的频率，同时使向第一和第二压电元件施加的交流电压的相应相位彼此不同，以便同时产生不同阶的第一驻波和第二驻波。

Description

异物去除设备以及异物去除方法
本申请是于2008年10月14日提交给中国专利局的申请号为200880000156.2、国际申请号为PCT/JP2008/051977的申请的分案申请，并要求于2007年2月2日提交的日本专利申请第2007/024178号和2007年12月5日提交的日本专利申请第2007/314756号的优先权。
技术领域
本发明涉及从物体去除其上的异物的异物去除设备，以及从物体去除其上的异物的方法。
背景技术
近年来，随着作为光学设备的图像拾取设备中的光学传感器的分辨率的提高，在操作该设备的过程中粘附到光学系统上的异物对拾取的图像的不利影响，已经到了被视为越来越严重的程度了。具体来说，视频摄像机或静态摄像机中所使用的图像拾取设备的分辨率已经得到显著提高。因此，图像在图像拾取设备的表面上很少模糊，因此，当诸如来自设备外部的灰尘以及在设备内的机械滑动面上产生的磨损粉末之类的异物粘附到设置在图像拾取设备附近的诸如红外截止滤波器或光学低通滤波器之类的光学元件上时，可能在拾取的图像中拍摄了异物的图像。
此外，作为光学设备的复印机或传真机的图像拾取部分使线传感器或接近线传感器的原件被扫描，从而读取平面原件。在此情况下，当异物粘附到光经其进入线传感器的光线入射部分时，在扫描图像中拍摄了异物的图像。在采用扫描和读取原件的方法的传真机的读取器部分或采用在从自动文档馈送器传送过程中读取原件的方法(即，所谓的移动原件读取方法)的复印机的读取器部分，异物的图像被作为在原件馈送方向延伸的线性图像拍摄下来，这导致图像质量严重劣化。
可以通过以手动方式抹掉异物，来恢复图像质量。然而，不能识别在设备的操作过程中粘附到光线入射部分的异物，直到在已拾取了图像之后。如果在擦去异物之前拾取或扫描图像，则在拾取的图像中拍摄了异物的图像，因此，需要通过软件进行校正。在复印机的情况下，图像被同时输出到纸介质上，因此，需要花费大量的精力来校正图像。
为解决这样的问题，在日本公开专利出版物(Kokai)No.2002-204379和No.2003-333391中提出了配备有振动型防尘机制的摄像机。此外，在日本专利公开出版物(Kokai)No.2003-280110和No.2004-012474中提出了通过施加振动而从图像读取器部分去除异物的图像读取设备。
图61是日本公开专利出版物(Kokai)No.2002-204379中所公开的常规防尘设备(异物去除设备)的视图。此防尘设备具有玻璃板27作为光学元件。光线穿过玻璃板27内的成像光线穿过范围27a，以在图像拾取设备(未显示)上形成图像。此外，压电元件A 271、压电元件B 272、压电元件C 273以及压电元件D 274固定到玻璃板27。在每一个压电元件和玻璃板27之间，提供了电气接地端子275。
每一个压电元件都具有交替地在纵向方向布置的其间极化方向不同的部分(在图61中，每一个用“+”和“-”表示)。压电元件A271和压电元件C 273在纵向方向的极化布置相同。类似地，压电元件B272和压电元件D 274在纵向方向的极化布置相同。当用“+”和“-”表示的一对部分的长度用λ表示时，压电元件B 272的该部分的位置和压电元件D274的该部分的位置在纵向方向相对于压电元件A 271的该部分的位置和压电元件C 273的该部分的位置位移λ/4。
振荡器276使具有同相周期的电压施加于相应的压电元件A 271和C 273。另一方面，90°移相器277使具有其相位与从振荡器276施加的电压的相位偏移90°的周期的电压施加于压电元件B 272和D274。
然而，常规异物去除设备难以产生在玻璃板27的表面上行进的用于移动玻璃板27上的异物的行波。即使在玻璃板27的表面上产生行波，行波也从玻璃板27的末端反射，入射波和反射波重叠，这将行波变为驻波。如果行波变成驻波，则每一个质点处的移动停止为椭圆形，使得难以在一个方向移动异物。
而且，当采用了用于消除反射波的装置时，不可能利用由入射波和反射波的重叠所引起的谐振现象。因此，不能获得大振幅，并且椭圆形振动的速度减小。结果，异物的移动速度变慢，降低了去除效率。
发明内容
本发明提供了一种能够以高去除效率在所需的方向移动异物的异物去除设备和异物去除方法。
在本发明的一个方面，提供了一种从物体去除其上的异物的异物去除设备，包括：物体上提供的振动器，所述振动器具有第一电气机械能量转换元件以及第二电气机械能量转换元件；电源，被配置为分别向所述第一和第二电气机械能量转换元件施加交流电压；以及控制电路，被配置为控制由所述电源分别施加的交流电压，其中，为了同时产生不同阶的第一驻波和第二驻波，所述控制电路设置交流电压的频率，并同时使向所述第一和第二电气机械能量转换元件施加的交流电压的相应相位彼此不同。
在本发明的另一个方面，提供了一种从物体去除其上异物的方法，在所述物体上提供有振动器，所述振动器具有第一电气机械能量转换元件和第二电气机械能量转换元件，所述方法包括：电压施加步骤，从电源分别向所述第一电气机械能量转换元件和所述第二电气机械能量转换元件施加交流电压；控制步骤，控制由电源分别施加的交流电压，其中，所述控制步骤包括，为了同时产生不同阶的第一驻波和第二驻波，设置交流电压的频率，并同时使向所述第一和第二电气机械能量转换元件施加的交流电压的相应相位彼此不同。
通过以下参考附图对示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征和方面将变得显而易见。
附图说明
图1A是向其应用了根据本发明的第一实施例的异物去除设备的摄像机的外观的透视图；
图1B是配备有异物去除设备的摄像机的图像拾取部分的结构的透视图；
图2是显示了异物去除设备的电气配置的方框图；
图3是压电元件的正面上的电极图案的视图；
图4是显示了施加于压电元件2的交流电压的频率以及在压电元件2中所产生的振动的振幅的曲线图；
图5A是显示了在m是奇数的情况下振动器中的m阶面外弯曲振动的位移的图；
图5B是显示了在m是奇数的情况下振动器中的(m+1)阶面外弯曲振动的位移的图；
图6是显示了在m是奇数的情况下分别向一对压电元件施加的交流电压的表；
图7A是显示了在m是偶数的情况下振动器中的m阶面外弯曲振动的位移的图；
图7B是显示了在m是偶数的情况下振动器中的(m+1)阶面外弯曲振动的位移的图；
图8是显示了在m是偶数的情况下分别向一对压电元件施加的交流电压的表；
图9A和9B是显示了在振动器中激励的并沿着振动器的长度变形到面外的一阶面外弯曲振动和二阶面外弯曲振动的相应位移，以及压电元件的布置的图；
图10是逐时间相位地显示了在一阶面外弯曲振动和二阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图；
图11是逐时间相位地显示了在一阶面外弯曲振动和二阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图；
图12是逐时间相位地显示了在一阶面外弯曲振动和二阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图；
图13是逐时间相位地显示了在一阶面外弯曲振动和二阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图；
图14是逐时间相位地显示了在一阶面外弯曲振动和二阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图；
图15是逐时间相位地显示了在一阶面外弯曲振动和二阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图；
图16是逐时间相位地显示了在一阶面外弯曲振动和二阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图；
图17是显示了附着于振动器的光学部件的正面的异物的位置的视图；
图18是用于驱动异物去除设备的振动器的第一驱动过程的流程图；
图19是显示了振动器的光学部件的截面、附着于光学部件的正面的异物以及异物的重心位置的视图；
图20是用于驱动异物去除设备的振动器的第二驱动过程的流程图；
图21是在说明用于确定异物的最终分值D的分值A时使用的视图。
图22是在说明用于确定异物的最终分值D的分值B时使用的图；
图23是在说明用于确定异物的最终分值D的分值C时使用的图；
图24是用于驱动异物去除设备的振动器的第三驱动过程的流程图；
图25A和25B是显示了在振动器中激励的并沿着振动器的长度变形到面外的一阶面外弯曲振动和二阶面外弯曲振动的相应位移，以及压电元件的布置的图；
图26A和26B是显示了在振动器中激励的并沿着振动器的长度变形到面外的一阶面外弯曲振动和二阶面外弯曲振动的相应位移，以及根据本发明第二实施例的异物去除设备的压电元件的布置的图；
图27是逐时间相位地显示了在一阶面外弯曲振动和二阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图；
图28是逐时间相位地显示了在一阶面外弯曲振动和二阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图；
图29是逐时间相位地显示了在一阶面外弯曲振动和二阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图；
图30是逐时间相位地显示了在一阶面外弯曲振动和二阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图；
图31是逐时间相位地显示了在一阶面外弯曲振动和二阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图；
图32是逐时间相位地显示了在一阶面外弯曲振动和二阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图；
图33是逐时间相位地显示了在一阶面外弯曲振动和二阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图；
图34A和34B是显示了在振动器中激励的并沿着振动器的长度变形到面外的二阶面外弯曲振动和三阶面外弯曲振动的相应位移，以及根据本发明的第三实施例的异物去除设备的压电元件的布置的图；
图35是逐时间相位地显示了在二阶面外弯曲振动和三阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图；
图36是逐时间相位地显示了在二阶面外弯曲振动和三阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图；
图37是逐时间相位地显示了在二阶面外弯曲振动和三阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图；
图38是逐时间相位地显示了在二阶面外弯曲振动和三阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图；
图39是逐时间相位地显示了在二阶面外弯曲振动和三阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图；
图40是逐时间相位地显示了在二阶面外弯曲振动和三阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图；
图41是逐时间相位地显示了在二阶面外弯曲振动和三阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图；
图42A和42B是显示了在振动器中激励的并沿着振动器的长度变形到面外的十阶面外弯曲振动和十一阶面外弯曲振动的相应位移，以及根据本发明的第四实施例的异物去除设备的压电元件的布置的图；
图43是逐时间相位地显示了在十阶面外弯曲振动和十一阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图；
图44是逐时间相位地显示了在十阶面外弯曲振动和十一阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图；
图45是逐时间相位地显示了在十阶面外弯曲振动和十一阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图；
图46是逐时间相位地显示了在十阶面外弯曲振动和十一阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图；
图47是逐时间相位地显示了在十阶面外弯曲振动和十一阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图；
图48是逐时间相位地显示了在十阶面外弯曲振动和十一阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图；
图49是逐时间相位地显示了在十阶面外弯曲振动和十一阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图；
图50A和50B是显示了在振动器中激励的并沿着振动器的长度变形到面外的一阶面外弯曲振动和三阶面外弯曲振动的相应位移，以及根据本发明的第五实施例的异物去除设备的压电元件的布置的视图；
图51是逐时间相位地显示了在一阶面外弯曲振动和三阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为-90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图；
图52是逐时间相位地显示了在一阶面外弯曲振动和三阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为-90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图；
图53是逐时间相位地显示了在一阶面外弯曲振动和三阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为-90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图；
图54是逐时间相位地显示了在一阶面外弯曲振动和三阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为-90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图；
图55是逐时间相位地显示了在一阶面外弯曲振动和三阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为-90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图；
图56是逐时间相位地显示了在一阶面外弯曲振动和三阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为-90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图；
图57是逐时间相位地显示了在一阶面外弯曲振动和三阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为-90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图；
图58是显示了根据本发明的另一实施例的异物去除设备中的振动器的形状的透视图；
图59是显示了振动器的压电元件的布置的视图；
图60是显示了一阶面外弯曲振动和二阶面外弯曲振动的图；以及
图61是常规防尘设备的视图。
具体实施方式
下面对本发明的各种示例性实施例、特征和方面的描述本质上仅仅是说明性的，决不旨在限制本发明、其应用或用途。
将参考显示了根据本发明的异物去除设备和异物去除方法的实施例的图，描述根据本发明的异物去除设备和异物去除方法。根据本发明的每一个实施例的异物去除设备安装在作为光学设备的摄像机中。
[第一实施例]
图1A是应用了根据本发明的第一实施例的异物去除设备的摄像机的透视图，图1B是配备有异物去除设备的摄像机的图像拾取部分的结构的透视图。摄像机10是已知的数字静态摄像机。在摄像机10的图像拾取部分，提供了作为光接收元件的图像拾取设备4，如CCD或CMOS传感器，用于将作为光接收到的物像转换为电信号，从而产生图像数据。此外，矩形板形式的振动器3安装在图像拾取部分，以便在图像拾取设备4的正面上形成的空间被密封。振动器3包括矩形板形式的光学部件1以及作为电气机械能量转换元件的一对压电元件2a和2b，该一对压电元件2a和2b紧固地粘合到光学部件1的相应的相对末端。光学部件1由高度透射的光学部件构成，如玻璃罩、红外截止滤波器或光学低通滤波器，已穿过光学部件1的光进入图像拾取设备4。
设置在光学部件1的相应的相对末端的压电元件2a和2b中的每一个的长度方向(图1B中看到的垂直方向)的尺寸与光学部件1在其宽度方向(图1B中看到的垂直方向)的尺寸具有相同值，以便产生大的力用于通过振动导致弯曲变形。应该指出的是，当不需要特别地区别压电元件2a和2b时，它们各自将简称为压电元件2。
图2是显示了异物去除设备的电气配置的方框图。由虚线围绕的方框表示异物去除设备。异物去除设备不仅具有构成了振动器3的、光学部件1和作为第一和第二电气机械能量转换元件的压电元件2a和2b，而且还具有电源5a和5b以及控制电路6。控制电路6读取通过压电效应在每一个压电元件2的传感器电极2S(参见图3)中产生的电压，并检测振动的振幅和相位，从而控制由相应电源5a和5b所产生的每一个交流电压的振幅、频率以及时间相位。
在本实施例中，控制电路6连接到姿态传感器7以及图像处理部分8，该图像处理部分8连接到图像拾取设备4。姿态传感器7检测异物去除设备(具体来说，光学部件1)的姿态。图像处理部分8使用图像拾取设备4拾取的图像，计算光学部件1上的粘着异物的点的位置。应该指出的是，当不需要特别地区别向相应的压电元件2a和2b施加交流电压的电源5a和5b时，它们各自将简称为电源5。
图3是压电元件2的正面上的电极图案的视图。在压电元件2的正面上，分别形成了电压施加电极2V，以及充当第一和第二传感器的接地电极2G和传感器电极2S。在整个背面，形成了接地电极2G。正面上的接地电极2G和背面上的接地电极2G通过通孔电连接，该通孔作为通过压电元件2形成的电极。此外，电压施加电极2V和接地电极2G分别连接到电源5的电源电压侧和电源5的GND侧。电源5向压电元件2施加交流电压，从而在振动器3中激励振动。
现在，将描述驱动从物体去除异物的异物去除设备的方法。首先，显示了在振动器3中同时激励作为其之间的阶相差1的第一驻波和第二驻波的m阶面外弯曲振动和(m+1)阶面外弯曲振动(m是自然数)的方法。m阶面外弯曲振动和(m+1)阶面外弯曲振动各自具有多个节点，不同阶的面外弯曲振动中的每一个中所产生的节点按相同方向布置。
图4是显示了施加于压电元件2的交流电压的频率以及在压电元件2中所产生的振动的振幅的曲线图。在该曲线图中，f(m)代表m阶面外弯曲振动的谐振频率，而f(m+1)代表(m+1)阶面外弯曲振动的谐振频率。当施加于压电元件2的交流电压的频率f被设置为以便f(m)＜f＜f(m+1)成立时，获得了频率f的如下振动：其振幅被m阶面外弯曲振动的谐振现象和(m+1)阶面外弯曲振动的谐振现象扩展。所述振动具有相同的重复时间周期。另一方面，随着使施加于压电元件2的交流电压的频率f低于f(m)，(m+1)阶面外弯曲振动的振幅变小，随着使频率f高于f(m+1)，m阶面外弯曲振动的振幅变小。
图5A和5B是显示了当m是奇数时分别在振动器3中的m阶面外弯曲振动的位移和(m+1)阶面外弯曲振动的位移的图。在激励m阶振动的情况下，向固定到光学部件1的相应的相对末端的压电元件2之一施加交流电压，从而扩张/收缩压电元件2，还向另一个压电元件2施加具有相同时间相位的交流电压，从而扩张/收缩该另一个压电元件2(参见图5A)。结果，在光学部件1的相应的相对末端发生具有相同相位的面外弯曲变形，这使得有效地激励振动成为可能。
在激励(m+1)阶振动的情况下，向固定到光学部件1的相应的相对末端的压电元件2之一施加交流电压，从而扩张/收缩压电元件2，还向另一个压电元件2施加具有180°的时间相位差的交流电压，从而扩张/收缩该另一个压电元件2(参见图5B)。结果，在光学部件1的相应的相对末端发生相应相位彼此相反的面外弯曲变形，这使得有效地激励振动成为可能。
下面将描述激励相应时间相位彼此相差90°的两个振动并且然后重叠这些振动的方法。图6是显示了当m是奇数时向一对相应的压电元件施加的交流电压的表。在此表中，显示了如下交流电压，该交流电压被施加以便激励(a)m阶面外弯曲振动，(b)(m+1)阶面外弯曲振动，(c)具有90°的时间相位差的(m+1)阶面外弯曲振动，以及(d)通过在振动器3中重叠(a)和(c)所获得的振动。
在该表中，施加的每一个交流电压的振幅和时间相位分别通过实数分量和虚数分量来表示。此外，在施加某一交流电压的情况下m阶面外弯曲振动的振幅和(m+1)阶面外弯曲振动的振幅之间的比率被设置为A∶1，要施加以便获得相同振幅的每一个交流电压的振幅通过为m阶面外弯曲振动而施加的交流电压的振幅而归一化。
为了重叠(a)m阶面外弯曲振动和(c)具有90°的时间相位差的(m+1)阶面外弯曲振动，将对于(a)的交流电压和对于(c)的交流电压相加是足够的。更具体地说，如(d)所示，要向压电元件2之一施加的交流电压的实数分量被设置为值1，其虚数分量被设置为值A，而要向另一个压电元件2施加的交流电压的实数分量被设置为值1，其虚数分量被设置为值-A。换句话说，通过根据相对于某一频率的交流电压而言的相应振动的振幅的增益比，控制向相应的两个压电元件2施加的每一个交流电压的振幅和相位，可以控制两个振动之间的振幅比(例如，1∶1)和时间相位差(例如，90°)。
此外，如果相对于某一频率的交流电压而言的两个振动之间的振幅比是1∶1(A＝1)，则向压电元件2之一施加的交流电压的实数分量被设置为值1，其虚数分量也被设置为值1，而向另一个压电元件2施加的交流电压的实数分量被设置为值1，其虚数分量被设置为-1。结果，两个振动之间的振幅比变为1∶1，时间相位差变为90°。
如上文所描述的，通过使向压电元件2之一和另一个压电元件2施加的相应的交流电压的时间相位彼此相差90°，可以同时激励m阶面外弯曲振动和具有90°的时间相位差的(m+1)阶面外弯曲振动。此外，通过不仅控制每一个交流电压的振幅和相位，而且还控制其频率，可以根据需要控制重叠这两个振动的方式。
在本实施例中，为获得两个振动之间的1∶1的振幅比，设计了以下方法：通过压电元件2的压电效应，在图3中的传感器电极2S和接地电极2G之间产生电压。通过在振动器3的相应的相对末端上提供的每一个压电元件2a和2b，控制电路6检测传感器电极2S和接地电极2G之间的电压。控制电路6基于传感器电极2S和接地电极2G之间的检测到的电压，计算相应的两个振动的每一个振幅值，并计算振幅值之间的比率。控制电路6计算计算出的振幅值比率和振幅值的目标比率1∶1之间的差。控制电路6使从相应的电源5a和5b施加的交流电压的频率、电压值以及相位差中的至少一个增大或减小。控制电路6进行反馈控制，以便当所述增大或减小导致差在减小方向的变化时，增大或减小的量被增大，而当这种增大或减小导致差在增大方向的变化时，增大或减小的方向被反转。如此，两个振动之间的振幅比可以被控制到1∶1，这使得在光学部件1的较宽区域内在一个方向移动异物成为可能，从而实现较高的去除效率。
图7A和7B是显示了当m是偶数时分别在振动器3中的m阶面外弯曲振动的位移和(m+1)阶面外弯曲振动的位移的图。图8是显示了当m是偶数时向一对相应的压电元件施加的交流电压的表。在此表中，显示了如下交流电压，该交流电压被施加以便激励(a)m阶面外弯曲振动，(b)(m+1)阶面外弯曲振动，(c)具有90°的时间相位差的(m+1)阶面外弯曲振动，以及(d)通过在振动器3中重叠(a)和(c)所获得的振动。在此情况下，如在m是偶数的情况下，通过不仅控制每一个交流电压的振幅和相位，而且还控制其频率，可以根据需要控制重叠这两个振动的方式。
将详细描述驱动按如上方式构成的异物去除设备的振动器3的方法。图9A和9B是显示了在振动器3中激励的并沿着振动器3的长度变形到面外的一阶面外弯曲振动和二阶面外弯曲振动的相应位移，以及压电元件2a和2b的布置的图。横坐标代表在振动器3的纵向长度被设置为“360”的情况下振动器3的位置。纵坐标代表通过归一化面外位移而获得的值。在图9A和9B中，波形B显示了一阶面外弯曲振动，波形A显示了二阶面外弯曲振动。
压电元件2a和2b是这样设置的，它们的位置在面外弯曲振动的节点的布置方向彼此偏移，以便适应振动器3的位移。具体来说，压电元件2a被设置在左端，如在图9A和9B中所看到的，在该左端，两个面外弯曲振动的弯曲方向重合。另一方面，压电元件2b被设置在右端，如在图9A和9B中所看到的，在该右端，两个面外弯曲振动的弯曲方向彼此相反。
类似于在振动器3中激励m阶面外弯曲振动和(m+1)阶面外弯曲振动的情况，向相应的压电元件2a和2b施加相同振动周期并且具有90°的时间相位差的交流电压。交流电压的频率被如此设置，以便它在一阶面外弯曲振动的谐振频率和二阶面外弯曲振动的谐振频率之间，所述一阶面外弯曲振动和二阶面外弯曲振动沿着振动器3的长度变形到面外，同时，两个振动之间的振幅比变为1∶1。结果，在振动器3中利用相同振幅并以相同的振动周期，激励具有带有谐振现象的响应的大位移的一阶面外弯曲振动和具有90°的时间相位差的二阶面外弯曲振动(即，相对于一阶面外弯曲振动早了90°)。
图10、11、12、13、14、15以及16示出逐时间相位地显示了在一阶面外弯曲振动和二阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图。在这些图中，波形C代表一阶面外弯曲振动的位移。波形D代表二阶面外弯曲振动的位移。波形E代表通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移。波形G代表在比波形E的时间相位早了30°的时间相位的振动器3的位移。波形F代表振动器3的归一化的Y方向位移速度。
图像拾取设备4位于相对于光学部件1的Y方向(参见图10)的负侧。从Y方向的正侧入射到光学部件1上的光穿过光学部件1的位置60和位置300之间的部分，并到达图像拾取设备4的光接收表面。简而言之，图像拾取设备4的光学部件1的有效部分是从位置60到位置300的区域。光学部件1和图像拾取设备4之间的空间被密封，以便防止异物粘附到光学部件1的背面(对应于波形E的下面)。另一方面，从外部进入摄像机的异物或在摄像机内产生的异物可能粘附到光学部件1的正面。如果异物保留在从位置60到位置300的区域，则光被异物阻止，从而，在由图像拾取设备4拾取的图像上形成阴影。
接下来，将描述当操作异物去除设备时异物如何移动。当光学部件1向上(即，在图10中的正Y方向)将异物推出面外时，光学部件1的正面上的异物接收法线方向的力，并以排斥的方式移动。更具体地说，当表示振动器3的归一化的Y方向位移速度的波形F在每一个时间相位都呈现正值时，异物被向上推出面外，并接收表示在此时间相位的振动器3的位移的波形E的法线方向的力，以离开。图10中的每一个箭头h表示异物移动的方向。例如，左手箭头h表示异物在由位置m和n定义的并且波形F呈现正值的部分中的移动方向。
从图10到16可以理解，当异物粘附在位置60时，异物在210°的时间相位和330°的时间相位之间的范围内在正X方向移动。此移动使异物靠近位置75。此后，异物在0°(＝360°)的时间相位和30°的时间相位之间的范围内以及在270的时间相位和330°的时间相位之间的范围内在正X方向移动，并临时在时间相位60°附近在负X方向移动。然而，在一个振动周期期间，用于在正X方向移动异物的振动量比用于在负X方向移动异物的振动量大得多，因此，异物在正X方向移动。
重复上文所描述的移动，从而，异物上移到位置90。类似地，当进一步重复地向异物施加振动时，异物持续在正X方向移动，并到达超出位置300的位置。
如此，可以从作为图像拾取设备4的光学部件1的有效部分的从位置60到位置300的区域去除异物。此外，如果异物粘附在作为光学部件1的有效部分的从位置60到位置300的区域内的任何地方，则异物在正X方向移动到超出位置300的正位置，因此，可以去除异物。
应该指出的是，虽然在上文所描述的实施例中，两个振动之间的时间相位差被设置为90°，但是，时间相位差也可以被设置为大于0°并小于180°的值。在此情况下，当面外位移速度是正的时，振动器3可以变形，以便表示振动器3的位移的波形E的法线方向的X分量变为正的。因此，在此情况下，也可以通过重复地向异物施加振动来在正X方向移动异物。另一方面，当两个振动之间的时间相位差大于-180°并小于0°时，异物在负X方向移动，因此，可以在X方向将异物移动到比位置60更负的位置。简而言之，通过将两个振动之间的时间相位差设置为0°和180°之外的值，可以移动异物，从而从有效区域，即，光学部件1的有效部分，去除异物。这使得增大设置时间相位差的自由度成为可能。
根据第一实施例的异物去除设备，使用控制电路6来控制要施加于相应的压电元件2a和2b的、由电源5a和5b产生的两个电压之间的时间相位差，从而，可以控制两个振动之间的时间相位差。这使得控制异物移动的方向成为可能。此外，可以通过将相应的两个振动的振幅值控制到大致1∶1的比率，来在光学部件1上的更宽区域中以相同方向移动异物，从而实现更高的去除效率。进一步地，通过将两个振动之间的时间相位差设置为90°或-90°，可以在光学部件1上的更宽区域中以相同方向移动异物，这使得实现更高的去除效率成为可能。
应该指出的是，由于根据第一实施例的异物去除设备安装在摄像机10中，因此，可以使用摄像机10中提供的图像拾取设备4和图像处理部分8来检测异物的位置。通过取决于异物的检测到的位置，在光学元件1的有效部分(有效区域)的外面较近的方向移动异物，可以在较短的时间内去除异物，从而实现更高的去除效率。进一步地，可以使用摄像机10中提供的姿态传感器7来检测光学部件1的姿态。通过控制两个振动之间的时间相位差，以便根据由姿态传感器7检测到的光学部件1的姿态而确定的、异物的移动方向和重力方向之间的角度变为小于90°，可以利用重力来移动异物。这使得异物的去除更快，从而实现更高的去除效率。这适用于下面所描述的其它实施例。
现在，将描述驱动异物去除设备的方法，该异物去除设备使用摄像机10中提供的图像拾取设备4和图像处理部分8来去除异物。
图17是显示了附着于振动器3的光学部件1的正面的异物30的位置的视图。在图17中，参考编号A0表示异物30和图像拾取设备4的光学部件1的有效部分外面的区域之间的、在图中的负X方向的距离，而参考编号B0表示异物30和图像拾取设备4的光学部件1的有效部分外面的区域之间的、在图中的正X方向的距离。
图18是用于驱动异物去除设备的振动器3的第一驱动过程的流程图。
参见图18，首先，由图像拾取设备4获取包括异物的图像的图像(步骤S101)。例如，通过在摄像机的快门关闭的状态下打开摄像机内的光源，只获取异物的图像。或者，利用亮度和颜色均匀的物体(例如，白色片材)占据整个视角的构图，来进行拍摄，从而，获得包括物体和异物的图像。
在步骤S102中，图像处理部分8对由图像拾取设备4所获得的图像进行分析，从而确定在光学部件1的有效部分中是否存在可能对拾取的图像有严重影响的特定异物。可能对拾取的图像有严重影响的特定异物包括，例如，显然比其它更大的异物，或位于画面的中央部分附近的异物。此外，作为异物确定方法的示例，可以设想将低亮度的区域确定为异物区域的方法，或将对比度的评估值在多个图像之间不改变的区域确定为异物区域的方法。如果在步骤S102中确定在光学部件1的有效部分不存在特定异物，则过程进入步骤S113。
在步骤S113中，控制电路6设置要向相应的压电元件2a和2b施加的电压之间的时间相位差θ，以便时间相位相同(θ＝0°)，并设置每一个电压的频率，以便它变为基本上等于一阶面外弯曲振动的固有频率f1。
在步骤S114中，控制电路6使得在预定的有限时间段t2内将如下电压施加于相应的压电元件2a和2b，所述电压间的时间相位差被设置为使得所述时间相位相等。这在谐振状态下在异物去除设备的振动器3中激励一阶面外弯曲振动的驻波，并使位于驻波的波腹附近的异物跳离光学部件1的表面。在光学部件1的面之外的位置，提供了粘合剂，并由粘合剂收集使得跳离的异物。应该指出的是，可以只向压电元件2a和2b中的一个施加在步骤S113中设置的电压，从而在异物去除设备的振动器3中激励一阶面外弯曲振动的单个驻波。
在步骤S115中，控制电路6将要施加于相应的压电元件2a和2b的电压之间的时间相位差θ设置为180°，并设置每一个电压的频率，以使它变为基本上等于二阶面外弯曲振动的固有频率f2。
在步骤S116中，控制电路6在预定的有限时间段t2内使如下电压施加于相应的压电元件2a和2b，所述电压之间的时间相位差被设置为使得所述时间相位彼此相反。这在谐振状态下在异物去除设备的振动器3中只激励二阶面外弯曲振动的单个驻波，并使位于驻波的波腹附近的异物跳离光学部件1的面，并由粘合剂收集。通过使驻波之一的节点的位置从另一个驻波的节点的位置位移，在相应的步骤S114和S116中激励不同阶的驻波，以便不产生在光学部件1没有振动发生的区域。应该指出的是，可以只向压电元件2a和2b中的一个施加在步骤S115中设置的电压，从而在异物去除设备的振动器3中激励二阶面外弯曲振动的单个驻波。
然后，驱动用于去除异物的振动器3的过程结束。
另一方面，如果在步骤S102中确定在光学部件1的有效部分中存在特定异物，例如，异物30，则过程进入步骤S103。
在步骤S103中，图像处理部分8计算异物30和光学部件1的有效部分外面的区域之间的、图17中的负X方向的距离A0，以及异物30和光学部件1的有效部分外面的区域之间的、图17中的正X方向的距离B0。
在步骤S104中，图像处理部分8在距离A0和距离B0之间进行比较。如果在步骤S104中确定，距离A0不比距离B0更短，则过程进入步骤S105，而如果距离A0比距离B0短，则过程进入步骤S106。
在步骤S105中，控制电路6将要施加于压电元件2a的电压和要施加于压电元件2b的电压之间的时间相位差θ设置为90°，并将异物30和光学部件1的有效部分外面的区域之间的距离的初始值X0设置为B0。此外，电压的频率被设置为频率f0，以便m阶和(m+1)阶(在本实施例中，为一阶和二阶)面外弯曲振动之间的振幅比将变为1∶1。然后，过程进入步骤S107。
在步骤S106中，控制电路6将要施加于压电元件2a的电压和要施加于压电元件2b的电压之间的时间相位差θ设置为-90°，并将异物30和光学部件1的有效部分外面的区域之间的距离的初始值X0设置为A0。然后，过程进入步骤S107。
在步骤S107中，控制电路6在预定的指定时间段t0内使具有在步骤S105或S106中设置的时间相位差的电压施加于相应的压电元件2a和2b。结果，异物30沿着X方向在较近的一侧向光学部件1的有效部分外面的区域移动。
在第一驱动过程中，通过有选择地将要施加于相应的压电元件2a和2b的电压之间的时间相位差θ设置为90°或-90°，切换移动异物30的方向，但是，这不是限制性的。根据一阶面外弯曲振动和二阶面外弯曲振动之间的时间相位差θ是在0°＜θ＜180°范围内还是在-180°＜θ＜0°范围内，确定移动异物30的方向，因此，时间相位差θ可以被设置为这些范围内的任何值。此外，如下面在第二实施例中所详细描述的，也可以通过改变要施加于相应的压电元件2a和2b的电压之间的振幅比，切换移动异物的方向。
然后，在步骤S108中，再次由图像拾取设备4获取图像。
在步骤S109中，图像处理部分8确定在光学部件1的有效部分中是否存在特定异物。如果在步骤S109中确定在光学部件1的有效部分中存在特定异物，例如，异物30，则过程进入步骤S110。
在步骤S110中，图像处理部分8对再次由图像拾取设备4获取的图像进行分析，从而计算异物30和光学部件1的有效部分外面的区域之间的新的距离X1。
在步骤S111中，图像处理部分8根据重新计算出的距离X1和初始值X0来计算异物移动量ΔX。异物移动量ΔX通过公式ΔX＝X1-X0来计算。然后，根据ΔX和t0计算异物移动速度V。异物移动速度V通过公式V＝ΔX/t0来计算。然后，根据X1和V计算新的电压施加时间段t1。电压施加时间段t1通过公式t1＝X1/V来计算。此外，用X1代替X0。
在步骤S112中，控制电路6在预定的指定时间段t1内使具有在步骤S105或S106中设置的时间相位差的电压施加于相应的压电元件2a和2b。结果，异物30沿着X方向在较近侧向光学部件1的有效部分外面的区域移动。
然后，过程返回到步骤S108和S109，重复地执行步骤S108到S112，直到检测不到异物30，从而，从光学部件1的有效部分去除异物30，并将异物30收集在位置60或300的向外的区域。
另一方面，如果在步骤S109中确定在光学部件1的有效部分中没有特定异物存在，则执行步骤S113到S116，从而在谐振状态下依次激励在振动器3中不同阶的面外弯曲振动的驻波。
在激励一阶或二阶面外弯曲振动的驻波的情况下，图9A和9B中的位置60或300的向外的区域靠近驻波的波腹。因此，可以有效地使通过步骤S103到S112收集的异物跳离光学部件1的表面。
如上文所描述的，根据第一驱动过程，可以在较短的时间内将异物30移动到光学部件1的有效部分的外面的区域，并有效地使移动到该区域的异物跳离光学部件1的有效部分。
接下来，将描述不同于第一驱动过程的用于驱动振动器3的第二驱动过程。
不同于根据异物30和光学部件1的有效部分外面的区域之间的距离设置要施加于相应的压电元件2a和2b的电压之间的时间相位差θ的上文所描述的第一驱动过程，在第二驱动过程中，根据异物30的重心位置31和异物30与光学部件1之间的接触部分之间的位置关系，设置要施加于相应的压电元件2a和2b的电压之间的时间相位差θ。
图19是显示了振动器3中的光学部件1的截面、附着于光学部件1的正面的异物30以及异物30的重心位置31的视图，图20是用于驱动异物去除设备中的振动器3的第二驱动过程的流程图。
参见图19，符号α表示由连接在异物30的重心位置31和异物30与光学部件1之间的接触部分的中心点之间的直线，以及光学部件1的正面形成的角度。
参见图20，首先，由图像拾取设备4获取包括异物的图像的图像(步骤S201)。例如，通过摄像机的快门关闭的状态下打开摄像机内的光源，获取其中只拍摄了异物的图像的图像。
在步骤S202中，图像处理部分8基于由图像拾取设备4获取的图像，确定在光学部件1的有效部分中是否存在可能对拾取的图像有严重影响的特定异物。如果在步骤S202中确定在光学部件1的有效部分中没有特定异物存在，则第二驱动过程结束，而如果在光学部件1的有效部分中存在特定异物，例如，异物30，则过程进入步骤S203。
在步骤S203中，图像处理部分8对由图像拾取设备4获取的图像进行分析，从而根据粘附到光学部件1的有效部分的表面的异物30的外部形状，计算异物30的近似重心位置31。例如，根据异物30的外部形状计算出的异物30的中心位置被视为重心位置31。此外，图像处理部分8计算异物30和光学部件1之间的接触部分的中心点。具体来说，由于异物30和光学部件1之间的接触部分在异物30的外部形状内部看起来最暗，因此，获取最暗的区域的中心位置作为异物30和光学部件1之间的接触部分的中心点。
在步骤S204中，图像处理部分8在接触部分的中心点和重心位置31之间进行比较，从而确定角度α是在0°＜α＜90°范围内还是在90°＜α＜180°范围内。如果在步骤S204中确定角度α在0°＜α＜90°范围内，则过程进入步骤S205，而如果角度α在90°＜α＜180°范围内，则过程进入步骤S206。
在步骤S205中，控制电路6将要施加于压电元件2a的电压和要施加于压电元件2b的电压之间的时间相位差θ设置为大于0°并小于180°的值。这是因为，如果在图19中，角度α在0°＜α＜90°范围内，则被向上推出面外的异物30的移动量在接收包含图19中的X方向的正分量的力时比在接收包含X方向的负分量的力时更大。此外，电压的频率被设置为频率f0，以便m阶和(m+1)阶(在本实施例中，为一阶和二阶)面外弯曲振动之间的振幅比将变为1∶1。
在步骤S206中，控制电路6将要施加于压电元件2a的电压和要施加于压电元件2b的电压之间的时间相位差θ设置为大于-180°并小于0°的值。这是因为，如果在图19中，角度α在90°＜α＜180°范围内，则被向上推出面外的异物30的移动量在接收包含图19中的X方向的负分量的力时比在接收包含X方向的正分量的力时更大。此外，电压的频率被设置为f0。
应该指出的是，当角度α等于90°时，异物30的移动量相同，无论异物30接收X方向的正力还是负力，但是，在本实施例中，时间相位差θ被设置为大于0°并小于180°的值。
在步骤S207中，控制电路6在预定的指定时间段t0内使具有在步骤S205或S206中设置的时间相位差的电压施加于相应的压电元件2a和2b。结果，可以向光学部件1的有效部分外面的区域移动异物30。
然后，在步骤S208中，再次由图像拾取设备4获取图像。
在步骤S209中，图像处理部分8再次确定在光学部件1的有效部分中是否存在特定异物。如果在步骤S209中确定在光学部件1的有效部分中没有特定异物存在，则第二驱动过程结束，而如果在光学部件1的有效部分中存在特定异物，例如，异物30，则过程返回到该步骤S203。
如上文所描述的，根据当前第二驱动过程，设置要施加于相应的压电元件2a和2b的电压之间的时间相位差，以便粘附到光学部件1的有效部分的异物更大地被移动，并且重复地进行电压施加，以便使粘附到光学部件1的有效部分的异物可以确实地跳离。
接下来，将描述不同于第一和第二驱动过程的用于驱动振动器3的第三驱动过程。
在第三驱动过程中，当存在将可能对拾取图像有严重影响的多个异物时，基于异物的位置、大小以及浓度，计算每一个异物对图像质量的不利影响的程度，并确定要去除的特定异物的优先级。然后，按照影响的程度减小的顺序，依次去除异物。
图24是用于驱动异物去除设备中的振动器3的第三驱动过程的流程图。在图24中，与图18中的那些步骤相同的步骤通过相同的步骤编号来表示。
参见图24，首先，由图像拾取设备4获取包括异物的图像的图像(步骤S101)。
在步骤S102中，图像处理部分8对由图像拾取设备4获取的图像进行分析，从而确定在光学部件1的有效部分中是否存在将可能对拾取的图像有严重影响的特定异物。如果在步骤S102中确定在光学部件1的有效部分中没有特定异物存在，则过程进入步骤S113到S116。在步骤S113到S116中，执行与在图18中的步骤S113到S116中执行的相同处理，接下来，结束当前的第三驱动过程。
另一方面，如果在光学部件1的有效部分中存在特定异物，例如，异物30，则过程进入步骤S301。
在步骤S301中，如果在光学部件1的有效部分中存在多个异物，则图像处理部分8计算每一个异物的最终分值D，以便区分异物的优先级。
图21和图22和23是在说明用于确定每一个异物的最终分值D的分值时使用的视图和图。
在图21中，显示了基于异物的位置确定的分值A。位于光学部件1的中心部分的异物被视为对于降低图像质量最严重的异物，并被给予了最高分值4，较外面的异物被给予较低分值。图22显示了基于异物的大小确定的分值B。横坐标表示异物面积，而纵坐标表示分值。分值B通过公式B＝(异物面积(μm2))x0.002来计算。异物面积越大，图像质量下降越严重，因此，分值B被设置为对应于异物面积的大小的值。图23显示了每一个都基于异物的浓度确定的分值C。横坐标表示在异物阴影中其亮度低于阈值的黑色的百分比，而纵坐标表示分值。分值C通过公式C＝(黑色的百分比(％))x0.05来计算。异物的最终分值D通过公式D＝AxBxC来计算。具有较高分值D的异物被给予较高优先级，并按照优先级的顺序依次去除异物。
在下面的步骤S302中，控制电路6将具有最高分值D的异物30确定为要去除的异物。此后，连续地执行当前的第三驱动过程，同时只注意异物30，直到异物30被移到光学部件1的有效部分外面的区域。应该指出的是，当只存在一个异物时，可以省略步骤S301和S302。
然后，过程进入步骤S103到S108，执行与在图18中的步骤S103到S108中执行的相同过程，接下来，过程进入步骤S303。
在步骤S303中，图像处理部分8对在步骤S108中由图像拾取设备4获得的图像进行分析，从而搜索在步骤S302中被确定为要去除的对象的异物30。通过有选择地执行步骤S105或S106，确定移动异物30的方向，同时定义异物30所在的图像区域。因此，从划定的图像区域搜索在步骤S302中被确定为要去除的对象的异物30。
在步骤S304中，图像处理部分8确定是否存在要去除的异物30。如果在步骤S304中确定不存在异物30，则过程进入步骤S305。
另一方面，如果在步骤S304中确定存在异物30，则过程进入步骤S110，并重复地执行步骤S108到S112，直到去除异物30。
在步骤S305中，图像处理部分8对在步骤S108中由图像拾取设备4获得的图像进行分析，从而确定除了已经去除的异物30之外是否还存在要去除的另一个异物。要去除的异物包括其尺寸超过阈值的异物或存在于画面的中心部分附近的异物，如在步骤S102中提到的。
如果在步骤S305中确定存在另一个要去除的异物，则过程返回到步骤S301，在该步骤中，计算异物的分值D。重复地执行步骤S301到S305，直到所有要去除的异物都消失。
如果在步骤S305中确定没有其它要去除的异物存在，则过程进入步骤S113到S116，执行与在图18中的步骤S113到S116中执行的相同处理，接下来，结束当前的第三驱动过程。
根据第三驱动过程，由于按照减小优先级的顺序依次去除异物，因此，可以在较短的时间内有效地将多个异物移动到光学部件1的有效部分外面的区域。
如上文所描述的，根据本实施例的异物去除设备使得可以根据每一个异物的状态，利用图像拾取设备4和图像处理部分8在较短的时间内去除异物。
作为振动器的组件的压电元件的结构和布置不限于上文所描述的实施例。图25A和25B显示了在振动器3中激励的并沿着振动器3的长度变形到面外的一阶面外弯曲振动和二阶面外弯曲振动的相应位移，以及压电元件2a和2b的布置。在每一个振动器13、23以及33中，两个压电元件2a和2b被设置在相对于振动节点的布置方向位移的相应位置。此外，一侧的压电元件2a被设置在两个振动的面外弯曲的方向重合的位置，而另一侧的压电元件2b被设置在两个振动的面外弯曲的方向不同的位置。此布置使得可以有效地激励两个振动。此外，振动器43还配备有单个压电元件2。此压电元件2由两个电压施加电极2V形成。所述两个电压施加电极2V被设置在振动节点的布置方向的相应的不同位置。一个电压施加电极2V被设置在两个振动的面外弯曲的方向重合的位置，而另一个电压施加电极被设置在两个振动的面外弯曲的方向不同的位置。类似于振动器13、23以及33，振动器43使得可以有效地激励两个振动。此外，由于只需一个压电元件就足够了，制造工艺得以简化，这有助于降低成本。
[第二实施例]
在上文所描述的第一实施例中，一阶面外弯曲振动和二阶面外弯曲振动之间的振幅比被设置为1∶1，但是，这不是限制性的。在第二实施例中，显示了一阶面外弯曲振动和二阶面外弯曲振动之间的振幅比被设置为1∶4的情况。应该指出的是，根据第二实施例的异物去除设备如在第一实施例中那样安装在摄像机中，并且在结构上与根据第一实施例的异物去除设备相同。
图26A和26B显示了在振动器3中激励的并沿着振动器3的长度变形到面外的一阶面外弯曲振动和二阶面外弯曲振动的相应位移，以及压电元件2a和2b的布置。横坐标代表在振动器3的在纵向方向的长度被设置为“360”的情况下振动器3的位置。纵坐标代表通过归一化面外位移而获得的值。在图26A和26B中，波形B显示了一阶面外弯曲振动，而波形A显示了二阶面外弯曲振动。
图27、28、29、30、31、32以及33是逐时间相位地显示了在一阶面外弯曲振动和二阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图。在这些图中，波形C代表一阶面外弯曲振动的位移。波形D代表二阶面外弯曲振动的位移。波形E代表通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移。波形G代表振动器3在比波形E的时间相位早30°的时间相位的位移。波形F代表振动器3的归一化的Y方向位移速度。
在异物去除设备中，当光学部件1将异物向上(即，在图27中的正Y方向)推出面外时，粘附到光学部件1的正面的异物接收法线方向的力，并以排斥的方式移动。更具体地说，当表示振动器3的归一化的Y方向位移速度的波形F在每一个时间相位呈现正值时，异物被向上推出面外，并接收在表示振动器3在此时间相位的位移的波形E的法线方向上的力，以离开。图27中的每一个箭头h表示异物在一部位移动的方向。
根据第二实施例的异物去除设备，可以如在第一实施例中那样去除异物。然而，由于一阶面外弯曲振动和二阶面外弯曲振动之间的振幅比被设置为1∶4，异物在负X方向的移动比在X方向的正方向更大地移动，不同于第一实施例中的振幅比被设置为1∶1的情况。因此，与第一实施例相比，异物去除效率较低。
[第三实施例]
根据第三实施例的异物去除设备与根据第一实施例的异物去除设备的不同之处在于，向压电元件2施加沿着振动器3的长度变形到面外的二阶面外弯曲振动和三阶面外弯曲振动的相应的谐振频率之间的频率。结果，在振动器3中以相同频率同时激励具有带有谐振现象的响应的大位移的二阶面外弯曲振动和具有90°(即，比二阶面外弯曲振动早90°)的时间相位差的三阶面外弯曲振动。振动器3变形，以致于两个振动重叠。应该指出的是，根据第三实施例的异物去除设备如在第一实施例中那样安装在摄像机中，在结构上与根据第一实施例的异物去除设备相同。
图34A和34B显示了在振动器3中激励的并沿着振动器3的长度变形到面外的二阶面外弯曲振动和三阶面外弯曲振动的相应位移，以及压电元件2a和2b的布置。横坐标代表在振动器3的在纵向方向的长度被设置为“360”的情况下振动器3的位置。纵坐标代表通过归一化面外的位移而获得的值。在图34A和34B中，波形B显示了二阶面外弯曲振动，而波形A显示了三阶面外弯曲振动。图像拾取设备4的光学元件1的有效部分对应于从位置100到位置260的范围。
图35、36、37、38、39、40以及41是逐时间相位地显示了在二阶面外弯曲振动和三阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为90°的情况下这两个振动的相应位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图。在这些图中，波形C代表二阶面外弯曲振动的位移。波形D代表三阶面外弯曲振动的位移。波形E代表通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移。波形G代表振动器3在比波形E的时间相位早30°的时间相位的位移。波形F代表振动器3的归一化的Y方向位移速度。
在异物去除设备中，当光学部件1将异物向上推出面外时，粘附到光学部件1的正面的异物接收光学部件1的表面的法线方向的力，并以排斥的方式移动。更具体地说，当表示振动器3的归一化的Y方向位移速度的波形F在每一个时间相位呈现正值时，异物被向上推出面外，并接收在表示振动器3在关联的时间相位的位移的波形E的法线方向上的力，以离开。图35中的每一个箭头h都表示异物在一部位移动的方向。
根据第三实施例的异物去除设备，如在第一实施例中那样，通过重复地向粘附到作为图像拾取设备4的光学部件1的有效部分的、位置100和位置260之间的区域的异物施加振动，可以向右移动异物，如在图中看到的，从而去除异物。
[第四实施例]
根据第四实施例的异物去除设备与上文所描述的第一实施例的不同之处在于，向压电元件2施加沿着振动器3的长度变形到面外的十阶面外弯曲振动和十一阶面外弯曲振动的相应的谐振频率之间的频率。结果，在振动器3中以相同频率同时激励具有带有谐振现象的响应的大位移的十阶面外弯曲振动和具有90°(即，比十阶面外弯曲振动早90°)的时间相位差的十一阶面外弯曲振动。因此，振动器3变形，以致于两个振动重叠。应该指出的是，根据第四实施例的异物去除设备如在第一实施例中那样安装在摄像机中，在结构上与根据第一实施例的异物去除设备相同。
图42A和42B显示了在振动器3中激励的并沿着振动器3的长度变形到面外的十阶面外弯曲振动和十一阶面外弯曲振动的相应位移，以及压电元件2a和2b的布置。横坐标代表在振动器3的在纵向方向的长度被设置为“360”的情况下振动器3的位置。纵坐标代表通过归一化面外的位移而获得的值。在图42A和42B中，波形B显示了十阶面外弯曲振动，而波形A显示了十一阶面外弯曲振动。图像拾取设备4的光学元件1的有效部分对应于从位置100到位置260的范围。
图43、44、45、46、47、48以及49是逐时间相位地显示了在十阶面外弯曲振动和十一阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为90°的情况下这两个振动的位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图。在这些图中，波形C代表十阶面外弯曲振动的位移。波形D代表十一阶面外弯曲振动的位移。波形E代表通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移。波形G代表振动器在比波形E的时间相位早30°的时间相位的位移。波形F代表振动器3的归一化的Y方向位移速度。
在异物去除设备中，当光学部件1将异物向上推出面外时，粘附到光学部件1的正面的异物接收法线方向的力，并以排斥的方式移动。更具体地说，当表示振动器3的归一化的Y方向位移速度的波形F在每一个时间相位都呈现正值时，异物被向上推出面外，并接收表示振动器3在此时间相位的位移的波形E的法线方向的力，以离开。
根据第四实施例的异物去除设备，类似于第一到第三实施例，通过重复地向粘附到作为图像拾取设备4的光学部件1的有效部分的、位置100和位置260之间的区域的异物施加振动，可以向右移动异物，如在图中看到的，从而去除异物。
如上文所描述的，根据第一到第四实施例，向每一个压电元件2施加其频率介于相差1阶的相应的两个面外弯曲振动的谐振频率之间的交流电压，以在振动器3中激励具有在两个面外弯曲振动之间发生的谐振现象的响应的振动。这使得可以减小施加的电压的频率和相应的两个面外弯曲振动的每一个谐振频率的频率之间的差，并利用每一个振动的更大的谐振现象的响应在振动器3中激励更大的振动。如此，可以增大移动粘附到光学部件1的异物的速度，因此，可以在较短的时间内去除异物。
[第五实施例]
根据第五实施例的异物去除设备与上文所描述的第一到第四实施例的不同之处在于，向压电元件2施加沿着振动器3的长度变形到面外的一阶面外弯曲振动和三阶面外弯曲振动的相应的谐振频率之间的频率。结果，在振动器3中以相同频率同时激励具有带有谐振现象的响应的大位移的一阶面外弯曲振动和具有-90°(即，比一阶面外弯曲振动晚90°)的时间相位差的三阶面外弯曲振动。振动器3变形，以致于两个振动重叠。应该指出的是，根据第五实施例的异物去除设备如在第一实施例中那样安装在摄像机中，在结构上与根据第一实施例的异物去除设备相同。
图50A和50B显示了在振动器3中激励的并沿着振动器3的长度变形到面外的一阶面外弯曲振动和三阶面外弯曲振动的相应位移，以及压电元件2a和2b的布置。横坐标代表在振动器3的在纵向方向的长度被设置为“360”的情况下振动器3的位置。纵坐标代表通过归一化面外的位移而获得的值。在图50A和50B中，波形B显示了一阶面外弯曲振动，而波形A显示了三阶面外弯曲振动。图像拾取设备4的光学元件1的有效部分对应于从位置100到位置260的范围。
图51、52、53、54、55、56以及57是逐时间相位地显示了在一阶面外弯曲振动和三阶面外弯曲振动之间的时间相位差被设置为-90°的情况下这两个振动的位移，以及通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移的曲线图。在这些图中，波形C代表一阶面外弯曲振动的位移。波形D代表三阶面外弯曲振动的位移。波形E代表通过重叠这两个振动所产生的振动器的位移。波形G代表振动器在比波形E的时间相位早30°的时间相位的位移。波形F代表振动器3的归一化的Y方向位移速度。
在异物去除设备中，当光学部件1将异物向上推出面外时，粘附到光学部件1的正面的异物接收光学部件1的表面的法线方向的力，并以排斥的方式移动。更具体地说，当表示振动器3的归一化的Y方向位移速度的波形F在每一个时间相位呈现正值时，异物被向上推出面外，并接收表示振动器3在此时间相位的位移的波形E的法线方向的力，以离开。图中的每一个箭头h表示异物在一部位移动的方向。
根据第五实施例的异物去除设备，通过重复地向作为图像拾取设备4的光学部件1的有效部分的、粘附到位置100和位置260之间的区域的异物施加振动，可以向右移动异物，如在图中看到的，从而去除异物。此外，在本实施例中，在作为中心位置的位置180的左边，如在图中看到的，异物向左移动，如在图中所看到的，而在位置180的右边，如在图中看到的，异物向右移动，如在图中看到的。因此，可以从光学部件1的有效部分快速地去除异物。
在第一到第四实施例中，如上文所描述的，向每一个压电元件施加其频率介于相差1阶的相应的两个面外弯曲振动的谐振频率之间的交流电压。另一方面，在第五实施例中，向每一个压电元件施加其频率介于相差2阶的相应的两个面外弯曲振动的谐振频率之间的交流电压。在此情况下，也可以去除异物。
应该指出的是，在本实施例中，如果相应的两个振动的时间相位彼此之间相差90°，在相对于作为中心位置的位置180的左边，如在图中看到的，异物向右移动，如在图中看到的，而在相对于位置180的右边，如在图中看到的，异物向左移动，如在图中看到的。结果，异物被收集在作为中心位置的位置180处的点。
此外，在本实施例中，在激励了相差2阶的两个振动的情况下，也可以通过将时间相位差设置为另一个所需值来去除异物。此外，在两个振动的阶相差3或更大的情况下，即使两个振动之间的时间相位差被设置为任何值，也存在收集了异物的某个点。在此情况下，需要将收集异物的点设置到不能导致摄像机的功能发生任何问题的位置。
此外，如第一到第五实施例所描述的，在两个振动的阶的任何组合中，可以移动异物，因此，可以配置选定组合，以便去除异物。
应该指出的是，本发明不限于相应的实施例的上文所描述的布置，而是可以采用任何合适的布置，只要它可以获得每一个实施例的功能即可。
例如，在上文描述的布置中的每一种中，安装在摄像机中的异物去除设备的振动器是矩形，但是，这不是限制性的。图58是显示了根据另一实施例的异物去除设备中的振动器的形状的透视图。此异物去除设备安装在摄像机中。图59是显示了振动器的压电元件的布置的视图。振动器53包括以轴53a作为中心的盘状的光学部件51、牢固地粘合到光学部件51的背面的中心部分的小盘状的压电元件52，以及坚硬地粘合到光学部件51的背面的周边的环形压电元件54。压电元件52和54是由铌酸锂制成的透明电气机械能量转换元件。
图60是显示了一阶面外弯曲振动和二阶面外弯曲振动的图。要向分别设置在中心部分和外周边的每一个压电元件52和54施加的交流电压的频率，被设置为在盘的轴向变形的一阶面外弯曲振动的谐振频率和也在盘的轴向变形的二阶面外弯曲振动的谐振频率之间的频率。在图60中，波形A和波形B分别显示了一阶面外弯曲振动和二阶面外弯曲振动。此外，要向分别设置在中心部分和外周边的相应的压电元件52和54施加的交流电压之间的时间相位差被设置为90°。
在如此形状的振动器53中，异物从光学部件51的中心位置移向其外周边缘，并从光学部件51去除。应该指出的是，振动器的形状不限于盘状，而是，振动器具有带末端的形状就足够了。在此情况下，振动器能够将异物移向末端或远离末端，从而去除异物。
此外，虽然在上文所描述的每一个实施例中，根据本发明的异物去除设备应用于作为光学设备的摄像机中，但是，异物去除设备也可以应用于传真机、扫描仪、投影仪、复印机、激光束打印机、喷墨打印机、透镜、双筒镜、图像显示设备以及其它光学设备。此外，根据本发明的异物去除设备也适用于光学设备之外的需要去除异物的各种设备。
工业实用性
根据本发明的异物去除设备可以应用于诸如摄像机、传真机、扫描仪、投影仪、复印机、激光束打印机、喷墨打印机、透镜、双筒镜、图像显示设备之类的光学设备，以及需要去除异物的各种设备，从而它能够以高去除效率在所需的方向移动异物，以从其去除异物。

Claims (28)

1.一种从物体去除其上的异物的异物去除设备，包括：
振动器，所述振动器包括物体以及分别设置在物体上的第一电气机械能量转换元件和第二电气机械能量转换元件，所述振动器通过分别施加于第一电气机械能量转换元件和第二电气机械能量转换元件的交流电压而振动，
其中施加于第一电气机械能量转换元件和第二电气机械能量转换元件的交流电压的频率用于在振动器中激励通过叠加彼此不同阶的第一弯曲振动和第二弯曲振动而获得的振动，并且
施加于第一电气机械能量转换元件的交流电压和施加于第二电气机械能量转换元件的交流电压的相位彼此不同。
2.根据权利要求1所述的异物去除设备，还包括控制电路，被配置为设置分别施加于第一电气机械能量转换元件和第二电气机械能量转换元件的交流电压。
3.根据权利要求1所述的异物去除设备，其中分别施加于第一电气机械能量转换元件和第二电气机械能量转换元件的交流电压的频率被设置在第一弯曲振动的谐振频率和第二弯曲振动的谐振频率之间。
4.根据权利要求1所述的异物去除设备，其中第一弯曲振动的多个节点和第二弯曲振动的多个节点布置在同一方向，并且所述第一电气机械能量转换元件和所述第二电气机械能量转换元件是以在同一方向有位置位移的方式设置的。
5.根据权利要求1所述的异物去除设备，其中第一弯曲振动和第二弯曲振动的阶相差1。
6.根据权利要求1所述的异物去除设备，其中，所述控制电路将向所述第一电气机械能量转换元件施加的交流电压和向所述第二电气机械能量转换元件施加的交流电压之间的相位差设置为0°和180°之外的任何值。
7.根据权利要求1所述的异物去除设备，其中，取决于异物在物体上的位置，向所述第二电气机械能量转换元件施加的交流电压相对于向所述第一电气机械能量转换元件施加的交流电压的相位差在大于0°并小于180°的值和大于-180°并小于0°的值之间切换。
8.根据权利要求2所述的异物去除设备，其中，取决于异物的重心的位置和异物与物体的接触位置，向所述第二电气机械能量转换元件施加的交流电压相对于向所述第一电气机械能量转换元件施加的交流电压的相位差在大于0°并小于180°的值和大于-180°并小于0°的值之间切换。
9.根据权利要求2所述的异物去除设备，其中所述控制电路在以下操作之间进行切换：
通过将向所述第一电气机械能量转换元件施加的交流电压和向所述第二电气机械能量转换元件施加的交流电压之间的相位差设置为0°和180°之外的任何值，并在振动器中激励通过叠加彼此不同阶的第一弯曲振动和第二弯曲振动而获得的振动，来驱动所述振动器，以及
通过使一个弯曲振动在所述振动器中产生，来驱动所述振动器。
10.根据权利要求9所述的异物去除设备，其中所述控制电路将向所述第一电气机械能量转换元件施加的交流电压和向所述第二电气机械能量转换元件施加的交流电压之间的相位差设置为0°和180°之外的任何值，并在振动器中激励通过叠加彼此不同阶的第一弯曲振动和第二弯曲振动而获得的振动，从而移动物体上的异物，然后，使一个驻波在所述振动器中产生，从而使物体上的异物跳离。
11.根据权利要求2所述的异物去除设备，包括分别在所述第一电气机械能量转换元件和所述第二电气机械能量转换元件上提供的第一传感器和第二传感器，所述第一传感器和第二传感器用于分别检测所述两个彼此不同阶的弯曲振动的振幅，并且
其中，所述控制电路根据来自所述第一传感器的输出和来自所述第二传感器的输出之间的比率，控制交流电压的频率、振幅以及相位差中的至少一个。
12.根据权利要求2所述的异物去除设备，包括被配置为检测所述振动器的姿态的姿态传感器，并且
其中，所述控制电路设置交流电压的相应相位，以便去除物体上的异物的方向变为相对于重力方向小于90°，物体上的异物的去除方向是从检测到的姿态确定的。
13.根据权利要求1所述的异物去除设备，其中，所述物体是使光穿过的光学部件。
14.根据权利要求1所述的异物去除设备，其中，所述物体是矩形光学部件。
15.根据权利要求1所述的异物去除设备，其中所述物体设置在光路上。
16.一种图像拾取设备，包括如权利要求1所述的异物去除设备以及图像拾取元件，
其中所述异物去除设备被设置为使得穿过物体的光进入图像拾取元件的光接收表面。
17.一种从物体去除其上异物的方法，所述方法包括：
电压施加步骤，分别向在物体上设置的第一电气机械能量转换元件和第二电气机械能量转换元件施加交流电压，其中，物体、第一电气机械能量转换元件和第二电气机械能量转换元件构成振动器，
其中分别施加于第一电气机械能量转换元件和第二电气机械能量转换元件的交流电压的频率用于在振动器中激励通过叠加彼此不同阶的第一弯曲振动和第二弯曲振动而获得的振动，并且
施加于第一电气机械能量转换元件的交流电压和施加于第二电气机械能量转换元件的交流电压的相位彼此不同。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括控制步骤，设置分别施加于第一电气机械能量转换元件和第二电气机械能量转换元件的交流电压。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，分别施加于第一电气机械能量转换元件和第二电气机械能量转换元件的交流电压的频率被设置在第一弯曲振动的谐振频率和第二弯曲振动的谐振频率之间。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，所述控制步骤包括将向所述第一电气机械能量转换元件施加的交流电压和向所述第二电气机械能量转换元件施加的交流电压之间的相位差设置为0°和180°之外的任何值。
21.根据权利要求15所述的方法，其中，所述控制步骤包括在以下操作之间进行切换：
通过将向所述第一电气机械能量转换元件施加的交流电压和向所述第二电气机械能量转换元件施加的交流电压之间的相位差设置为0°和180°之外的任何值，并在振动器中激励通过叠加彼此不同阶的第一弯曲振动和第二弯曲振动而获得的振动，来驱动所述振动器，以及
通过在所述振动器中产生一个驻波，来驱动所述振动器。
22.根据权利要求16所述的方法，其中，在所述控制步骤中包括将向所述第一电气机械能量转换元件施加的交流电压和向所述第二电气机械能量转换元件施加的交流电压之间的相位差设置为0°和180°之外的任何值，并激励通过叠加彼此不同阶的第一弯曲振动和第二弯曲振动而获得的振动，从而移动物体上的异物，然后，使一个弯曲振动在所述振动器中产生，从而使物体上的异物跳离。
23.一种包括振动器的振动设备，所述振动器由物体以及分别设置在物体上的第一电气机械能量转换元件和第二电气机械能量转换元件构成，
其中所述振动器通过分别施加于第一电气机械能量转换元件和第二电气机械能量转换元件的交流电压而振动，
分别施加于第一电气机械能量转换元件和第二电气机械能量转换元件的交流电压的频率用于在振动器中激励通过叠加彼此不同阶的第一弯曲振动和第二弯曲振动而获得的振动，
施加于第一电气机械能量转换元件的交流电压和施加于第二电气机械能量转换元件的交流电压的相位彼此不同，
第一电气机械能量转换元件和第二电气机械能量转换元件两者分别激励第一弯曲振动和第二弯曲振动，并且
第一弯曲振动的多个节点和第二弯曲振动的多个节点在布置方向上彼此相同。
24.根据权利要求23所述的振动设备，其中所述第一电气机械能量转换元件布置在物体的一端并且第二电气机械能量转换元件布置在物体的另一端。
25.根据权利要求23所述的振动设备，其中第一弯曲振动和第二弯曲振动的阶相差1。
26.根据权利要求23所述的振动设备，其中分别施加于第一电气机械能量转换元件和第二电气机械能量转换元件的交流电压被设置在第一弯曲振动的谐振频率和第二弯曲振动的谐振频率之间。
27.根据权利要求23所述的振动设备，其中向所述第一电气机械能量转换元件施加的交流电压和向所述第二电气机械能量转换元件施加的交流电压之间的相位差被设置为180°之外的任何角度。
28.根据权利要求23所述的振动设备，其中还包括控制电路，所述控制电路被配置为分别设置交流电压以及分别在第一电气机械能量转换元件和第二电气机械能量转换元件上形成的第一传感器和第二传感器，并且被配置为检测彼此不同阶的第一弯曲振动和第二弯曲振动的各自振幅，
其中所述控制电路根据第一传感器的输出和第二传感器的输出的比率控制交流电压的频率、振幅和相位差中的至少一个。
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