CN103460591B - 振动构件驱动方法、振动设备、包括振动设备的驱动设备及光学装置 - Google Patents

振动构件驱动方法、振动设备、包括振动设备的驱动设备及光学装置 Download PDF

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Abstract

提供了一种振动构件驱动方法，其可以有效率地用振动在预定方向上移动包括灰尘的被驱动对象。在该振动构件驱动方法中把至少两个驱动电压施加到被设置在振动构件中的至少一个电气机械能量转换元件，并且在振动构件中生成在阶数上彼此不同的其之间设置有时间相位差的多个驻波，由此产生从多个驻波得到的合成振动，该振动构件驱动方法包括：改变至少两个驱动电压之间的电压振幅比率和时间相位差中的至少一个，以使得合成振动的振幅分布被改变。

Description

振动构件驱动方法、振动设备、包括振动设备的驱动设备及光学装置
技术领域
本发明涉及振动构件驱动方法、振动设备、包括振动设备的驱动设备、以及光学装置。
更特别地，本发明涉及光学装置，诸如照相机、传真机、扫描仪、投影仪、复印机、激光打印机、喷墨打印机、透镜、双目镜以及图像显示装置等。此外，本发明涉及用作用于这些光学装置的除尘设备的振动设备，并涉及用于以振动驱动被驱动构件的驱动设备。
背景技术
在近来的图像拾取装置中，在使用期间附着于光学系统的灰尘变为在光学传感器的分辨率增加的情况下影响拾取图像的因素。特别地，因为在视频照相机和静态照相机中使用的图像拾取设备的分辨率显著增加，所以如果灰尘附着到在图像拾取设备附近的光学路径中布置的光学元件，就可能发生图像缺陷。
例如，如果从外部进入的灰尘或从装置内部的机械摩擦表面生成的磨蚀粉末附着到例如红外截止滤光器或光学低通滤光器，则灰尘等可能被拍入拾取图像中，这是因为在图像拾取设备的表面处发生的模糊被保持较小。
另一方面，在复印机、传真机、扫描仪等的图像捕获单元中，通过相对于原稿扫描线传感器或相对于接近的线传感器扫描原稿来读取平面原稿。
当灰尘附着到用于线传感器的光入射部分时，灰尘可能被拍入扫描图像中。
此外，在扫描原稿的所谓的流读取类型装置（即，其中在传送来自自动原稿进给器的原稿的同时进行读取的复印机和传真机的读取器部分）中，一块灰尘可能被拍摄为在原稿进给方向上连续的线性图像。
这产生了图像质量大大降级的问题。
图像质量可通过手动擦掉灰尘来恢复。然而，仅在拾取图像之后才能确认在使用期间附着的灰尘。
换句话说，灰尘被拍摄到已被拾取并扫描的图像中，然后才被确认。因此，要执行用于图像校正的使用软件的图像处理。在复印机的情况下，花费很多努力来进行图像校正，这是因为图像被输出到纸介质。
为了处理上述问题，迄今提出了用于通过施加振动来从图像读取部分移除灰尘的灰尘移除设备，以及包括该灰尘移除设备的光学装置（参见专利文献(PTL)1）。
图13A示出在PTL1中公开的灰尘移除设备中的已知振动设备的构造。
振动设备300附接到通过把接收到的被摄体图像转换为电信号来形成图像数据的图像拾取设备301。
图像拾取设备301的前侧的空间被振动设备300和图像拾取设备301以密封方式围绕。换句话说，振动设备300接合到图像拾取设备301的前侧，例如把密封构件插入其间，使得振动设备300和图像拾取设备301之间的空间被包围。
振动设备300由以矩形板形式的光学元件302、一对电气机械能量转换元件（即压电元件303a和303b）构成，该对元件通过接合而被固定到光学元件302的两端。
交流电压Va被施加到压电元件303a作为驱动电压，以及交流电压Vb被施加到压电元件303b作为驱动电压。
在图13B的图中，A描绘一次面外弯曲振动（驻波）的位移分布，以及B描绘二次面外弯曲振动（驻波）的位移分布（驻波）。
图中的垂直轴代表振动设备300的在与设置有图像拾取设备301的侧相反那一侧的面外位移。朝图像拾取设备301的方向被定义为负。图中的水平轴对应于振动设备300在长度方向上的位置，如图13B所见。
交流电压Va和交流电压Vb是具有引起一次面外弯曲振动和二次面外弯曲振动的谐振现象中的响应的周期的交流电压。此外，交流电压Va和交流电压Vb在时间相位方面彼此不同。
因此，在振动设备300中激励出由在时间相位方面彼此不同的两类振动（即一次面外弯曲振动和二次面外弯曲振动）引起的合成振动。
图14A、14B、15A、15B、16A、16B和17是以相继的时间相位描绘出在两类振动之间的时间相位差是90°并且两类振动之间的振幅比率是1：1的条件下，一次面外弯曲振动和二次面外弯曲振动的相应位移、以及其中一次面外弯曲振动和二次面外弯曲振动彼此重叠的振动构件的位移和位移速度的图。
在每个图中，垂直轴表示位移和位移速度。朝图像拾取设备301的方向被定义为负。水平轴对应于振动设备300在长度方向上的位置，如图13B中那样。
在图中，波形C代表一次面外弯曲振动的位移。波形D代表二次面外弯曲振动的位移。波形E代表其中两类面外弯曲振动彼此重叠的振动设备300（振动构件）的位移。波形G代表在比波形E在时间相位上超前30°处的振动设备300（振动构件）的位移。
通过除尘设备的操作，在接收到在光学元件302的表面的法线方向上作用的力的情况下，当光学元件302把灰尘朝向面外侧（即在图14A至17中的垂直轴的正方向）推离时，使附着到光学元件302的表面的灰尘弹起并移动。
更具体地，当代表位移速度的波形F在每个时间相位具有正值时，通过接收在法线方向上的力，这对应于代表振动设备300在相关时间相位的位移的波形E，使灰尘朝向面外侧推离并移动。在光学元件302被设置为处于某个角度（通常为直角）的姿态中的状态中给出上述位移的条件下，当在接收到在光学元件302的表面的法线方向上作用的力的情况下使附着到光学元件302的表面的灰尘弹起时，灰尘被以某种概率通过重力落下，而不会再次附着到光学元件302的表面。
图14A至17的每个箭头h表示使灰尘移动的方向。
参见图14A至17，在光学元件302的从位置60至300的范围中，在一个振动周期期间，使灰尘在水平轴的正方向上移动的振动量相对而言要大于使灰尘在水平轴的负方向上移动的振动量。
因此，灰尘可被在水平轴的正方向上移动。
因此，当光学元件302相对于图像拾取设备301的有效区域（也叫光学有效区域）在从60到300的范围中时，灰尘可被从有效区移除。这里，术语“有效区”意味着当光学元件302被布置在图像拾取设备301的光路中时入射到图像拾取设备301上的光通过光学元件302的区域。
引文列表
专利文献
PTL1日本专利公开No.2008-207170
发明内容
然而，上述振动设备具有待克服的以下问题。
在PTL1中公开的振动设备300中，在驱动中使用的两个振动模型的谐振频率附近存在很多振动模式。当试图在谐振频率附近激励振动以增加驱动中使用的振动模式时，还引起其它无用的振动模式响应（即，这些模式也被激励或激发）。
在振动没有振幅的无用振动模式中的节点位置（即未引起位移的位置），可以实现满意的振动状态，而不会被无用振动模式的振动影响。然而在其它位置，由于无用振动模式的振动的影响，导致振幅分布和相位分布被干扰。
在这样的干扰下，当在光学元件302的表面上的灰尘（被驱动对象）被朝向面外侧推离时，可能生成使对象被移动的面内方向反向的位置，或面内方向的分量较小的位置。
当与指定状态不同的振动状态如上所述生成时，可能在某些位置发生在面内的灰尘的移动方向彼此相反并且灰尘不能被移动，或者作用于移动灰尘的力小于灰尘的附着力并且移动灰尘的效率降低。
鉴于上述问题，本发明提出了一种振动构件驱动方法和振动设备，以及分别包括该振动设备的驱动设备、除尘设备和光学装置，其可以通过在驱动方法中附加地考虑在无用的振动模式中的振动响应来有效率地在预定方向上移动包括灰尘的被驱动对象。
作为透彻进行研究的结果，发明人已完成了本发明。根据本发明，提供了一种振动构件驱动方法，该方法把至少两个驱动电压施加到被设置在振动构件中的至少一个电气机械能量转换元件，并且在振动构件中生成在阶数上彼此不同的多个驻波，这多个驻波之间设置有时间相位差，由此产生从多个驻波得到的合成振动，其中该驱动方法包括：改变至少两个驱动电压之间的电压振幅比率和时间相位差中的至少一个，以使得合成振动的振幅分布被改变。
此外，根据本发明，提供了一种振动设备，包括：具有至少一个电气机械能量转换元件的振动构件；以及控制单元，该控制单元被配置为把至少两个驱动电压施加到至少一个电气机械能量转换元件并且在振动构件中生成在阶数上彼此不同的多个驻波，这多个驻波之间设置有时间相位差，由此产生从多个驻波得到的合成振动，其中该控制单元改变至少两个驱动电压之间的电压振幅比率和时间相位差中的至少一个，以使得合成振动的振幅分布被改变。
此外，根据本发明，提供了一种驱动设备，包括：上述的振动设备；以及被驱动构件，该被驱动构件被振动设备驱动。
此外，根据本发明，上述振动设备充当用合成振动移动振动构件上的灰尘由此移除灰尘的除尘设备。
此外，根据本发明，提供了一种光学装置，包括：上述的振动设备，该振动设备包括设置在光学路径中的振动构件并充当除尘设备；以及图像拾取设备，已通过振动构件的光入射到该图像拾取设备上。
通过本发明的各实施例，可以用振动使包括灰尘的被驱动对象在预定方向上有效率地移动。
附图说明
图1示出根据本发明的第一实施例的照相机。
图2示出根据本发明的第一实施例的振动设备。
图3A是根据本发明的第一实施例的第一振动模式中的光学元件的变形形状的透视图，以及图3B是第二振动模式中的光学元件的变形形状的透视图。
图4示出根据本发明的第一实施例的第一振动模式和第二振动模式的各节点线、压电元件的布局、以及电极图案的对应关系。
图5A是描绘振动激励电压的频率针对每单位电压的每个振动模式中的振动的响应增益的图，图5B是描绘振动激励电压的频率针对每个振动模式中的振动的响应相位的图。
图6A是根据本发明的第一实施例的第三振动模式中的光学元件的变形形状的透视图，图6B示出当在第一方向A上观看时图6A中的变形形状。图6C是根据本发明的第一实施例的第四振动模式中的光学元件的变形形状的透视图，图6D示出当在第一方向A上观看时图6C中的变形形状。
图7A示出根据本发明的第一实施例的用于指定区域的范围、区域、以及交流电压设置之间的对应关系，图7B是根据本发明的第一实施例的第三振动模式中的光学元件的变形形状的透视图，以及图7C示出当在第一方向A上观看时的变形形状，其中包括区域的布局。
图8是根据本发明的第一实施例的在各交流电压的设置中使用的第一至第四振动模式中的振动的响应的值的表。
图9A是表示根据本发明的第一实施例的在各交流电压的设置中使用的第十至第十一阶振动的响应的值的表，图9B是表示振动激励电压的量值和相位的表，以及图9C是表示交流电压的量值和相位、以及其间的电压量值比率和时间相位差的表。
图10是表示根据本发明的第一实施例的在用以确定在区域边界的振动状态的计算中使用的第一至第四振动的响应的值的表。
图11是表示根据本发明的第一实施例的在用以确定在区域边界的振动状态的计算中使用的第十至第十一阶振动模式的响应的值的表。
图12A是表示根据本发明的第一实施例的在区域边界的振动状态的表，图12B是表示在振动状态中的第十至和十一阶振动之间的振幅比率和时间相位差的值的表。
图13A示出相关技术的振动设备的构造，图13B示出相关技术振动设备中的振动构件的一次面外弯曲振动和二次面外弯曲振动的位移分布，其中包括压电元件的布局。
图14A和14B是表示在相关技术振动设备中一次面外弯曲振动和二次面外弯曲振动之间的时间相位差为90°时，在相继的时间相位处，这两类振动的相应位移以及其中这两类振动彼此重叠的振动构件的位移的一组图。
图15A和15B是表示在相关技术振动设备中一次面外弯曲振动和二次面外弯曲振动之间的时间相位差为90°时，在相继的时间相位处，这两类振动的相应位移以及其中这两类振动彼此重叠的振动构件的位移的一组图。
图16A和16B是表示在相关技术振动设备中一次面外弯曲振动和二次面外弯曲振动之间的时间相位差为90°时，在相继的时间相位处，这两类振动的相应位移以及其中这两类振动彼此重叠的振动构件的位移的一组图。
图17是表示在相关技术振动设备中一次面外弯曲振动和二次面外弯曲振动之间的时间相位差为90°时，在相继的时间相位处，这两类振动的相应位移以及其中这两类振动彼此重叠的振动构件的位移的一组图。
具体实施方式
在本发明中，在考虑上述的无用振动模式中的振动响应的情况下设置至少两个交流电压。这些驱动电压之间的电压振幅比率和时间相位差中的至少一个被改变。
本发明中使用的术语“振动构件”意味着例如用粘合剂把由弹性体制成的光学元件和压电元件接合为一体单元而获得的构件。
本发明提供以下描述实施的振动构件驱动方法，以下描述构造的振动设备，以及驱动设备、分别包括该振动设备的除尘设备和光学装置。
应注意，本发明在以下更详细被描述，但是本发明的范围不受以下描述而限制。
第一实施例
图1示出作为光学装置的一个例子的照相机。照相机包括照相机主体11和镜头框12。
参照图2描述根据第一实施例的照相机中配备的振动设备的示例性构造。
根据该实施例的振动设备充当用于移动和移除灰尘的除尘设备。除尘设备被设置在光学装置的光学路径中。
在图2中，附图标记1表示光学元件。两个电气机械能量转换元件，即两个压电元件2（2a，2b），通过接合从同一侧被固定于作为图像拾取设备4的光学元件1。应注意在本发明中，如同在PTL1中，压电元件的数量不限于两个并且确切地需要至少一个压电元件。当设置单个压电元件时，可以在压电元件上设置分离的电极，并且不同的驱动电压可被施加到分离的电极。控制电路100对由电源101生成作为驱动电压的交流电压的频率、电压值、以及时间相位进行设置。电源电连接到压电元件2a和2b。控制单元1000由控制电路100和电源101构成。在本发明中需要至少两个驱动电压。
光学元件1和压电元件2构成振动构件3。振动构件3以图像拾取设备4（作为光接收元件）的前侧上的空间被包围成密封状态的方式被附接到图像拾取设备4。来自被摄体的光通过光学元件1并进入图像拾取设备4。进入图像拾取设备4的光在那时通过光学元件1的区域提供光学有效区域5。
在该实施例中，具有在同一方向并排延伸节点线并彼此阶数不同的两类面外弯曲振动（驻波）被以之间设置的时间相位差激励，由此在振动构件3中生成从两类面外弯曲振动得到的合成振动，如PTL1中公开的相关技术中那样。本发明中使用的术语“节点线”意味着通过连接凭借把振动施加到作为弹性体的振动对象（例如光学元件）的预定表面而在振动对象的预定表面中生成驻波时变为驻波波节点的位置而形成的虚拟线。
在该实施例中，控制电路100设置由电源101生成的驱动电压的频率以引起10阶面外弯曲振动模式（第一振动模式）和11阶面外弯曲振动模式（第二振动模式）两者中的响应，在每个模式中节点线被并排布置在图纸上的左右方向（图中的由A表示的第一方向）上并彼此阶数不同，两类响应在该频率处基本相同。此处，术语“响应”意味着振动被激励或激发。
图3A是第一振动模式中的光学元件1的变形形状的透视图，图3B是第二振动模式中的光学元件1的变形形状的透视图。在图3A和3B中的每一个中，A表示第一方向，B表示与第一方向相交的第二方向。
在该实施例中，第一方向A和第二方向B彼此垂直。C表示振动模式中的节点线。在第一振动模式和第二振动模式中的每一个中，在第一方向A上存在并排布置的多个节点线。在第一方向A上并排布置的节点线的数量在第一振动模式中是11，在第一方向A上并排布置的节点线的数量在第二振动模式中是12。因此，节点线的数量在第一振动模式和第二振动模式之间不同。在第一振动模式中，因为面外弯曲变形的阶数低于第二振动模式的阶数并且波长长于第二振动模式中的波长，所以固有频率低于第二振动模式中的固有频率。
控制电路100设置由电源101生成的两个驱动电压之间的时间相位差。因此，在不同时间相位在振动构件3中产生10阶面外弯曲振动模式（第一振动模式）和11阶面外弯曲振动模式（第二振动模式）。
使用从这两个振动模式得到的合成振动，其中诸如灰尘之类的被驱动对象被朝面外侧推离的面内方向在光学元件1的基本上整个表面上是相同的，如（PTL1公开的）相关技术中那样。因此，在一个面内方向上作用的力可被施加于所有被驱动对象，用合成振动使这些被驱动对象移动，并且可以实现被驱动对象在一个面内方向上的移动。
下面参照图4描述根据该第一实施例的10阶面外弯曲振动模式（第一振动模式）和11阶面外弯曲振动模式（第二振动模式）的各节点线、压电元件2的布局、以及电极图案之间的对应关系。
图表6描绘在振动构件3中激励的第一振动模式中的位移分布（图4中用7表示），以及在振动构件3中激励的第二振动模式中的位移分布（图4中用8表示）。垂直轴表示朝向面外侧的光学元件1的位移，与设置图像拾取设备4的侧相反那一侧被定义为正。水平轴对应于在左右方向上沿着光学元件1的位置，如图4中所示。此外，在该实施例中，在两类弯曲振动之间的中立面位于光学元件1内部。
被设置在与正位移对应的位置的压电元件2在左右方向上伸缩变形，被设置在与负位移对应的位置的压电元件2在左右方向上以相反相位（180°）伸缩变形。分别在左和右端的压电元件2a和2b均为矩形板的形式。每个压电元件2被设置为在左右方向上（即在第一方向A上）覆盖从光学元件1的端部到光学有效区域5的区域，并且在上下方向上（即在第二方向B上）覆盖直到达到光学元件1的两端的区域。
压电元件2a和2b中的每一个都具有在其整个后表面（压电元件在后表面处接合到光学元件1）上的均匀电极，并且还在与后表面相反那一侧的其前表面上具有多个分割的电极（下文中称为“分割电极9”）。
分割电极9被分割的位置位于由第一振动模式中的位移分布7指示的位移基本为0的节点的位置和由第二振动模式中的位移分布8指示的位移基本为0节点的位置之间的中间点，这样的关系由图4中的点线表示。
当压电元件2被极化时，在后表面上的电极被保持在地电势，而在前表面上的分割电极9中的相邻两个经受具有由图4中的“＋”和“－”表示的不同极性的电势。“＋”、“－”、“＋”和“－”极性从左端相继施加到左压电元件2a的分割电极9，“＋”、“－”、“＋”和“－”极性从右端相继施加到右压电元件2b的分割电极9。极化方向是压电元件2的厚度方向并垂直于图4的图纸。
在极化（极性处理）之后，涂覆具有导电性的导电涂料以在分割电极9上以跨越关系延伸。因此，当电压被施加到分割电极9中的任一个时，一个压电元件2的所有分割电极9都被保持在相同电势。
压电元件2的特性使得：当具有作为已经施加用于极化的电势的极性的相同极性的电势被施加到压电元件2时，生成起作用以使压电元件2在垂直于极化方向的方向伸展的力；当具有与已经施加用于极化的电势的极性不同的极性的电势被施加到压电元件2时，生成起作用以使压电元件2收缩的力。当施加交流电压时，压电元件2生成与交流电压的周期匹配的周期性伸缩力。此外，当施加交流电压时，根据已被施加用于极化的极性，确定伸缩力相对于交流电压的相位（0°或180°）。
向左压电元件2a施加以交流电压形式的驱动电压E(1)=V(1)×cos(2πft)。驱动电压E(1)是本发明中的第一驱动电压。V(1)是所施加电压的量值（振幅），f是频率，以及t是时间。向右压电元件2b施加以交流电压形式的驱动电压E(2)=V(2)×cos(2πft＋δ×π/180)，其与驱动电压E(1)在时间相位方面以度为单位相差δ。驱动电压E(2)是本发明中的第二驱动电压，V(2)是所施加电压的量值（振幅）。
在此条件下，主要有助于10阶面外弯曲振动模式（第一振动模式7）的电压由E(差)给出，在10阶面外弯曲振动模式中压电元件2a和2b引起相反相位的弯曲变形，E(差)是通过把驱动电压E(1)和E(2)之间的差分量分配给左和右压电元件2a和2b获得的。E(差)被定义为E(差)＝E(1)/2－E(2)/2。
另一方面，主要有助于11阶面外弯曲振动模式（第二振动模式8）的电压由E(和)给出，在11阶面外弯曲振动模式中压电元件2a和2b引起相同相位的弯曲变形，E(和)是通过把驱动电压E(1)和E(2)之间的和分量分配给左和右压电元件2a和2b获得的。E(和)被定义为E(和)＝E(1)/2＋E(2)/2。
通过施加E(差)在压电元件2中生成的伸缩力的相位在后面在把E(差)视为相位基础的条件下描述。在左压电元件2a中生成的伸缩力的相位被以与分割电极9对应的从左端起的0°、180°、0°和180°的顺序相继分布。在右压电元件2b中生成的伸缩力的相位被以从右端起的180°、0°、180°和0°的顺序相继分布。
伸缩力的这样的相位分布基本与通过10阶面外弯曲振动模式（第一振动模式）中的位移分布7表示的、由于压电元件2的伸缩引起的变形的相位分布匹配。
因此，可以获得10阶面外弯曲振动模式（第一振动模式）中的较大振动。
然而，关于11阶面外弯曲振动模式（第二振动模式）中的位移分布8，伸缩力的相位分布基本与左压电元件2a中的位移分布8匹配，但是基本上与右压电元件2b中的位移分布8相反。
换句话说，在通过施加E(差)得到的11阶面外弯曲振动模式（第二振动模式）中，由左压电元件2a激励的振动和由右压电元件2b激励的振动具有彼此相等的量值并且相位相反。因此，那些振动彼此抵消并且所得的量值几乎变为0。因此，在E(差)的情况下不生成11阶面外弯曲振动模式（第二振动模式）中的振动。
此外，在与10阶面外弯曲振动模式（第一振动模式）在左右方向上的节点数量方面不同的其它振动模式中，通过彼此抵消振动的效应也可减小振动的量值，这是因为伸缩力的相位分布与变形的相位分布不同。
接下来，通过施加E(和)在压电元件2中生成的伸缩力的相位在后面在把E(和)视为相位基础的条件下描述。在左压电元件2a中生成的伸缩力的相位被以与分割电极9对应的从左端起的0°、180°、0°和180°的顺序相继分布。在右压电元件2b中生成的伸缩力的相位被以从右端起的0°、180°、0°和180°的顺序相继分布。
伸缩力的这样的相位分布基本与通过11阶面外弯曲振动模式（第二振动模式）中的位移分布8表示的、由于压电元件2的伸缩引起的变形的相位分布匹配。因此，可以获得11阶面外弯曲振动模式（第二振动模式）中的较大振动。
然而，关于10阶面外弯曲振动模式（第一振动模式）中的位移分布7，伸缩力的相位分布基本与左压电元件2a中的位移分布7匹配，但是基本上与右压电元件2b中的位移分布7相反。
换句话说，在通过施加E(和)得到的10阶面外弯曲振动模式（第一振动模式）中，由左压电元件2a激励的振动和由右压电元件2b激励的振动具有彼此相等的量值并且相位相反。因此，那些振动彼此抵消并且所得的量值几乎变为0。因此，在E(和)的情况下不生成10阶面外弯曲振动模式（第一振动模式）中的振动。
此外，在与11阶面外弯曲振动模式（第二振动模式）在左右方向上的节点数量方面不同的其它振动模式中，通过彼此抵消振动的效应也可减小振动的量值，这是因为伸缩力的相位分布与变形的相位分布不同。
下面详细描述在第一振动模式中的振动、在第二振动模式中的振动、驱动电压E(1)、以及驱动电压E(2)之间的关系，其中不仅考虑上述的振动激励电压E(差)和振动激励电压E(和)，还考虑振动响应（响应振幅的增益和响应相位）。
关于对振动激励电压E(差)的第一振动模式的振动响应，响应振幅的增益被定义为α(1)，响应相位被定义为β(1)。类似地，关于对振动激励电压E(和)的第二振动模式的振动响应，响应振幅的增益被定义为α(2)，响应相位被定义为β(2)。响应振幅的增益α(1)和α(2)分别被提供为在图4中示出的第一和第二振动模式中的位移分布中位移（振幅）为最大的位置处计算的值。最大振幅的位置与每个波长存在一对一的关系，在这些位置处的振幅具有相同值。
在每个振动模式中的响应相位的分布中，响应相位在位移为正的区域中取恒定值。此外，响应相位在位移为负的区域中取恒定值，但与位移为正的区域中的响应相位相反，即与后者相差180°。响应相位β(1)和β(2)的值是通过计算在位移为正的区域中的响应相位获得的。
α(1)、β(1)、α(2)和β(2)被通过使用例如激光多普勒振动计测得并被提供作为已知值。此外，驱动电压E(1)、驱动电压E(2)、振动激励电压E(差)和振动激励电压E(和)被分别定义为V(1)、V(2)、V(差)和V(和)，并且其时间相位被分别定义为θ(1)、θ(2)、θ(差)和θ(和)。
关于第一振动模式中的振动，用于获得量值X(1)和时间相位φ(1)的V(差)和θ(差)分别通过以下公式(1)和(2)表示。量值X(1)被提供为在第一振动模式中的位移分布中位移为最大的位置处的振幅值，时间相位φ(1)被提供为在位移为正的区域中的响应相位的值。
V(差)=X(1)/α(1)…(1)
θ(差)=φ(1)－β(1)…(2)
类似地，关于第二振动模式中的振动，用于获得量值X(2)和时间相位φ(2)的V(和)和θ(和)分别通过以下公式(3)和(4)表示。量值X(2)被提供为在第二振动模式中的位移分布中位移为最大的位置处的振幅值，时间相位φ(2)被提供为在位移为正的区域中的响应相位的值。
V(和)=X(2)/α(2)…(3)
θ(和)=φ(2)－β(2)…(4)
此外，驱动电压E(1)被提供为根据把E(和)和E(差)求和所得的值，驱动电压E(2)被提供为根据从E(和)中减去E(差)所得的值。V(1)、θ(1)、V(2)、和θ(2)被分别通过以下等式(5)到(8)表示。
V(1)=[{V(和)×cosθ(和)+V(差)×cosθ(差)}2+{V(和)×sinθ(和)+V(差)×sinθ(差)}2]0.5…(5)
θ(1)=tan-1[{V(和)×sinθ(和)+V(差)×sinθ(差)}/{V(和)×cosθ(和)+V(差)×cosθ(差)}]…(6)
V(2)=[{V(和)×cosθ(和)－V(差)×cosθ(差)}2+{V(和)×sinθ(和)-V(差)×sinθ(差)}2]0.5…(7)
θ(2)=tan-1[{V(和)×sinθ(和)－V(差)×sinθ(差)}/{V(和)×cosθ(和)-V(差)×cosθ(差)}]…(8)
在本发明中，第一振动模式中的振动和第二振动模式中的振动在量值方面要相同，并且其间的时间相位差要为90°，以便更有效率地移动灰尘等（即，用振动移动的所有对象）。这对应于X(1)=X(2)=X(0)和φ(1)－φ(2)=90°的条件。X(0)代表鉴于要被移动的对象的移动状态而先前要被设置的振幅的量值。满足那些条件的V(1)、V(2)、θ(1)、和θ(2)是通过用等式(1)到(8)确定的。
可以通过使V(1)和V(2)中每一个乘以γ来使X(0)成γ倍。V(1)和V(2)之间的电压振幅比率ε=V(2)/V(1)未改变。此外假定θ(1)为时间相位的基础，则时间相位差δ被表示为δ=θ(2)－θ(1)。换句话说，可通过使用等式(1)到(8)、X(1)=X(2)的等式(9)、以及φ(1)－φ(2)=90°的等式(10)来计算电压振幅比率ε和时间相位差δ，以便更有效率地移动灰尘等。
为了更深入理解本发明，下面更详细地描述（PTL1中公开的）相关技术的问题。图5A是描绘振动激励电压的频率针对每单位电压（1V）的每个振动模式中的振动的响应增益的图，图5B是描绘振动激励电压的频率针对每个振动模式中的振动的响应相位的图。
在图5A中，图线D代表当以交流电压形式的上述振动激励电压E(差)是单位电压（1V）时第一振动模式中的振动的响应增益α(1)。图线E代表当以交流电压形式的上述振动激励电压E(和)是单位电压（1V）时第二振动模式中的振动的响应增益α(2)。在图5B中，图线D代表第一振动模式中的振动相对于E(差)的响应相位β(1)。图线E代表第二振动模式中的振动相对于E(和)的响应相位β(2)。
在振动构件3中，在上述振动模式的固有频率附近，存在其它的很多振动模式（由图5A中的图线F、G和H表示）。
这些其它振动模式是这样的模式：与第一振动模式D和第二振动模式E在位移分布方面不同，并且改变所生成的振动的振幅分布和相位分布。
由图5A中的图线F描绘的振动模式是这样的模式（第三振动模式F）：其不仅引起具有与第一振动模式D相同数量的在左右方向（第一方向A）上的弯曲阶数的10阶面外弯曲变形，还引起在上下方向（第二方向B）上的第一面外弯曲变形。第三振动模式F在上下方向（第二方向B）上的中心和上下端部处具有响应增益的最大值。图5A中的图线F代表当提供响应增益的最大值的E(差)是单位电压（1V）时的量值。图5B中的图线F代表第三振动模式中的振动相对于E(差)的响应相位。
图6A是第三振动模式F中的光学元件1的变形形状的透视图，图6B示出当在第一方向A上观看时图6A中的变形形状。
第三振动模式F中的变形形状包括除了第一振动模式D中的变形形状之外的在上下方向（第二方向B）上的变形。因此，第三振动模式F具有比第一振动模式D高一些的固有频率。
在很多无用的振动模式中，第三振动模式F中的振动特别增大。
第三振动模式F中的振动特别增大的原因如下。为了生成第一振动模式D中的振动和第二振动模式E中的振动，向压电元件2a和2b施加驱动电压以生成左右方向（第一方向A）上的伸缩力，由此引起振动构件3中的弯曲变形力。
如上所述，分割电极9的分割位置位于第一振动模式D和第二振动模式E中的节点线的位置附近。
此外，在第三振动模式F中，在第一方向A上的伸缩变形的相位分布与由压电元件2生成的伸缩力的相位分布接近。
因此，第三振动模式F中的振动增大。此外，因为在压电元件2中上下方向（第二方向B）与极化方向正交，所以还在上下方向（第二方向B）上生成伸缩力，由此生成振动构件3中的弯曲变形力。
因此，在第三振动模式F中，还在上下方向（第二方向B）上生成弯曲变形。相应地，第三振动模式F中的振动进一步增大。
具有由图5A中的图线G描绘的振动的量值的振动模式是这样的模式（第四振动模式F）：其不仅引起具有与第二振动模式E相同数量的在左右方向（第一方向A）上的弯曲阶数的11阶面外弯曲变形，还引起在上下方向（第二方向B）上的第一面外弯曲变形。因此，第四振动模式G中的振动也特别增大。第四振动模式在上下方向（第二方向B）上的中心和上下端部处具有响应增益的最大值。图5A中的图线G代表当提供响应增益的最大值的E(和)是单位电压（1V）时的量值。图5B中的图线G代表第四振动模式中的振动相对于E(和)的响应相位。
图6C是第四振动模式G中的光学元件1的变形形状的透视图，图6D示出当在第一方向A上观看时图6C中的变形形状。
第四振动模式G中的变形形状包括除了第二振动模式E中的变形形状之外的在上下方向（第二方向B）上的变形。因此，第四振动模式G具有比第二振动模式E高一些的固有频率。
第三振动模式F和第四振动模式G相对于被激励以移动灰尘等的第一振动模式D和第二振动模式E的区别在于上下方向（第二方向B）上的位移分布。因此，如果第三振动模式F和第四振动模式G中的振动较大，则改变了用于移动灰尘等的振动的振幅分布和相位分布。此外，存在不能移动灰尘的位置或移动灰尘的力较小的位置。因此降低了移动灰尘的效率。
下面考虑第三振动模式和第四振动模式中的振动（这些振动特别增大）的各自响应的情况下描述振幅分布和相位分布中的响应。在图6A和6C中的节点线的位置处，第三振动模式和第四振动模式中的振动的振幅为0。因此，在那些位置处，没有由第三振动模式和第四振动模式中的振动引起的影响。然而，在其它位置处，引起影响，这是因为第三振动模式和第四振动模式中的振动在其它位置处具有振幅。
在第一振动模式和第三振动模式中的每个振动模式中，10阶面外弯曲提供在左右方向（第一方向A）上的位移分布。由在第一振动模式和第三振动模式中的振动得到的合成振动被定义为10阶振动。10阶振动的量值被定义为X(10,b)，并且其时间相位被定义为φ(10,b)。此外，关于第三振动模式，响应量值的增益被定义α(3,b)，并且响应相位被定义为β(3,b)。在第三振动模式中，响应振幅和响应相位具有在第二方向B上的分布。注意，()中的b表示第二方向B上的位置，并且α(3,b)和β(3,b)每个都是位置b的函数。此外，因为在10阶振动中，响应振幅和响应相位具有在第二方向B上的分布，所以X(10,b)和φ(10,b)也每个都是()中的b的函数，这表示第二方向B上的位置。
响应振幅的增益α(3,b)被提供为在第三振动模式针对位置b的位移分布中位移为最大的位置处计算出的值。最大振幅的位置与第一方向A上的每个波长存在一对一的关系，并且在那些位置处的振幅具有相同值。在第三振动模式中的响应相位的分布中，在相同位置b处位移为正的区域中响应相位取恒定值。此外，响应相位在位移为负的区域中取恒定值，但是其与位移为正的区域中的响应相位相反，即其与后者相差180°。响应相位β(3,b)的值是通过计算在位置b处位移为正的区域中的响应相位来获得的。此外，关于从第一振动模式中的振动和第三振动模式中的振动得到的合成振动，响应量值相对于E(差)的增益被定义为α(10,b)，并且响应相位被定义为β(10,b)。因此，α(10,b)和β(10,b)每个都是在第二方向B上的位置b的函数。
α(10,b)和β(10,b)的值通过在仅施加E(差)的状态中使用例如激光多普勒振动计来测量，并被提供为已知值。此外，可以通过使用有限元方法进行数值分析执行模式分析来确定第三振动模式中的响应增益为0的节点的位置。在该节点位置，因为不存在第三振动模式的影响，所以第一振动模式中的振动的响应振幅的增益α(1)和响应相位β(1)可以用上面描述的测量来测得。第一振动模式在第二方向B上提供相同的响应。通过基于测得的α(10,b)和β(10,b)执行α(1)和β(1)的数学向量分解，α(3,b)和β(3,b)的值可被提供为已知值。
10阶振动的量值X(10,b)和时间相位φ(10,b)可通过以下公式(11)至(14)表示。
X(10,b)=α(10,b)×V(差)…(11)
α(10,b)=[{α(1)×sinθ(1)+α(3,b)×sinθ(3,b)}2+{α(1)×cosθ(1)+α(3,b)×cosθ(3,b)}2]0.5…(12)
φ(10,b)=β(10,b)+θ(差)…(13)
β(10,b)=tan-1[{α(1)×sinθ(1)+α(3,b)×sinθ(3,b)}/{α(1)×cosθ(1)+α(3,b)×cosθ(3,b)}]…(14)
类似地，在第二振动模式和第四振动模式中的每个模式中，11阶面外弯曲提供在左右方向（第一方向A）上的位移分布。从第二振动模式中的振动和第四振动模式中的振动得到的合成振动被定义为被定义为11阶振动。11阶振动的量值被定义为X(11,b)，并且其时间相位被定义为φ(11,b)。此外，关于第四振动模式，响应量值的增益被定义α(4,b)，并且响应相位被定义为β(4,b)。在第四振动模式和11阶振动的每个中，响应振幅和响应相位具有在第二方向B上的分布。注意，()中的b表示第二方向B上的位置，并且α(4,b)、β(4,b)、X(11,b)和φ(11,b)每个都是位置b的函数。α(4,b)、β(4,b)、α(11,b)和β(11,b)被与上面描述过的α(3,b)、β(3,b)、α(10,b)和β(10,b)类似地定义。例如通过在仅施E(和)的状态中用激光多普勒振动计进行测量，或者利用模式分析的结果，或者通过执行向量分解，可以把α(2)、β(2)、α(4,b)、β(4,b)、α(11,b)和β(11,b)提供为已知值。
11阶振动的量值X(11,b)和时间相位φ(11,b)可通过以下公式(15)至(18)表示。
X(11,b)=α(11,b)×V(和)…(15)
α(11,b)=[{α(2)×sinθ(2)+α(4,b)×sinθ(4,b)}2+{α(2)×cosθ(2)+α(4,b)×cosθ(4,b)}2]0.5…(16)
φ(11,b)=β(11,b)+θ(和)…(17)
β(11,b)=tan-1[{α(2)×sinθ(2)+α(4,b)×sinθ(4,b)}/{α(2)×cosθ(2)+α(4,b)×cosθ(4,b)}]…(18)
如在仅考虑第一振动模式和第二振动模式的上述情况中那样，可通过使用等式(11)到(18)、等式(5)到(8)、X(0)＝X(10,b)=X(11,b)的等式(19)、以及φ(10,b)－φ(11,b)=90°的等式(20)来计算的被调整为更有效地移动灰尘等的E(1)和E(2)之间电压振幅比率ε和时间相位差δ，以便更有效率地移动灰尘等。X(0)代表鉴于要被移动的对象的移动状态而要被先前设置的振幅的量值。
在（PTL1中公开的）相关技术中，考虑被主要激励出的仅两个振动模式（对应于第一振动模式和第二振动模式）中的振动。换句话说，还引起了其它振动模式中的响应，但是在相关技术中那些响应未被考虑。尽管在相关技术中已说明了修改电压设置以改变要移动灰尘的方向，但是当灰尘要被移动的方向相同时仅设置两个驱动电压的一个组合。因此，当灰尘要被移动的方向相同时，两个驱动电压之间的时间相位差被设置为某个特定组合。当然，两个驱动电压之间的电压振幅比率也被设置为某个特定组合。相应地，仅在与第三振动模式和第四振动模式中的振幅都是0的节点线相对应的位置附近获得最优振动状态，并且在其它位置处移动灰尘的能力较低。换句话说，在振动构件中生成的合成振动的振幅分布未被改变并保持恒定。
在本发明中，无用振动模式（第三振动模式和第四振动模式）中的振动响应也被考虑进来以更有效率地在更宽区域上移动灰尘等。
下面描述根据第一实施例的振动响应、驱动方法以及有益效果。
驱动电压E(1)和E(2)的频率被设置为由图5A中的f表示的频率，在该频率处当E(差)和E(和)的量值相同时第一和第二振动模式中的振动具有相同的量值。当E(1)和E(2)的频率为f时，E(差)和E(和)的频率也是f。
在频率f处，第三振动模式F中的振动的量值的最大值是第一和第二振动模式中的振动的量值的一半。此外，第四振动模式G中的振动的量值的最大值是第一和第二振动模式中的振动的量值的四分之一。
当第三和第四振动模式中的振动的量值被基于第一振动模式中的振动的量值而归一化，则在α(1)＝1和α(2)＝1的条件下α(3,b)的最大值为0.5并且α(4,b)的最大值为0.25。
此外，第一振动模式D相对于E(差)的响应相位β(1)为－165°，并且第二振动模式E相对于E(和)的响应相位β(2)为－15°。第三振动模式F相对于E(差)的响应相位β(3,b)在图6A中的与第一方向A平行的两个节点线C之间夹持的区域中为－157°，并在该区域外反转为23°。
第四振动模式G相对于E(和)的响应相位β(4,b)在图6C中的与第一方向A平行的两个节点线C之间夹持的区域中为－12°，并在该区域外反转为168°。
下面描述相关技术中的详细电压设置和振动状态。
等式(1)至(10)、α(1)和α(2)的值、以及β(1)和β(2)的值用于计算电压设置中的电压振幅比率ε和时间相位差δ。
通过把α(1)=1代入等式(1)中，获得V(差)=X(1)。通过把α(2)=1代入等式(3)中，获得V(和)=X(2)。根据这些结果和等式(9)，获得V(差)=V(和)。
通过把β(1)=－165°代入等式(2)中，获得θ(差)=φ(1)+165°。通过把β(2)=－15°代入等式(4)中，获得θ(和)=φ(2)+15°。根据这些结果和等式(10)，获得θ(差)－θ(和)＝240°。假设在把θ(差)视为时间相位基础的情况下θ(差)＝0°，则获得θ(和)＝－240°。
通过把V(差)=V(和)、θ(差)＝0°以及θ(和)＝－240°代入等式(5)至(8)中，获得V(1)=V(差)、V(2)=1.732×V(差)、θ(1)=60°、以及θ(2)=150°。根据这些结果，设置了电压振幅比率ε＝V(1)/V(2)＝1.732和时间相位差δ=90°。当电压振幅比率ε和时间相位差δ具有那些值时，第一振动模式中的振动和第二振动模式中的振动进入量值相同并且时间相位差为90°的振动状态中。例如，给定要被设置的振幅的量值为X(0)＝100，则电压设置根据V(1)=100和V(2)=173.2而被提供，并且E(1)和E(2)之间的时间相位差δ被δ＝90°提供。振动状态通过X(0)＝X(1)＝X(2)＝100并且φ(1)－φ(2)＝90°表示。
然而，因为如上所述存在第三和第四振动模式中的振动的影响，所以在与第三和第四振动模式中的振动的节点线相对应的位置之外的位置处，10阶振动和11阶振动不被保持在量值相同并且时间相位差为90°的状态中。
下面作为示例描述在相同的电压设置的情况下，在上下方向（第二方向B）上的中心和上下端部处的10阶振动和11阶振动的响应。
在上下方向（第二方向B）上的中心和上下端部处的10阶振动和11阶振动的响应是根据等式(11)至(14)、V(差)=V(和)、θ(差)=0°、θ(和)=－240°、α(3,b)=0.5、β(3,b)=－165°、α(4,b)=0.25、以及β(4,b)=－12°确定的。结果，获得X(10,b)=150、φ(10,b)=－162°、X(11,b)=125、以及φ(11,b)=－254°。因此，X(10,b)和X(11,b)的量值不同，并且φ(10,b)和φ(11,b)之间的时间相位差不是90°。换句话说，X(10,b)和X(11,b)与要被设置的振幅的量值（即与X(0)=100）大大不同。
类似地，在上下方向（第二方向B）上的上下端部处的10阶振动和11阶振动的响应是根据等式(11)至(14)、V(差)=V(和)、θ(差)=0°、θ(和)=－240°、α(3,b)=0.5、β(3,b)=－165°、α(4,b)=0.25、以及β(4,b)=－12°确定的。结果，获得X(10,b)=51、φ(10,b)=－173°、X(11,b)=75、以及φ(11,b)=－256°。因此，X(10,b)和X(11,b)的量值不同，并且φ(10,b)和φ(11,b)之间的时间相位差不是90°。换句话说，X(10,b)和X(11,b)与要被设置的振幅的量值（即与X(0)=100）大大不同。
在该实施例中，控制单元在还考虑特别增大的第三振动模式和第四振动模式的振动的响应（激励/激发）的情况下改变驱动电压E(1)和E(2)之间的电压振幅比率ε和时间相位差δ。换句话说，驱动电压E(1)和E(2)之间的电压振幅比率ε和时间相位差δ在以预定时间为单位的时间序列中改变。第三振动模式和第四振动模式的振动的响应如上所述具有第二方向B上的分布。如图7A所示，在考虑第二方向B上的那些分布的情况下，基于被定义为第三振动模式中的振动的响应振幅的增益α(3,b)和响应相位β(3,b)的阈值，光学元件1在上下方向（第二方向B）上被虚拟划分为10个区域（区域1至10）。图7B是第三振动模式中的光学元件1的变形形状的透视图，图7C示出当在第一方向A上观看时的变形形状，其中包括区域1至10的布局。
在本发明中，鉴于针对区域1至10中的每个区域存在交流电压的最优设置，驱动电压之间的电压振幅比率和时间相位差中的至少一个被改变，以使得合成振动的振幅分布被改变。在如此改变驱动电压的情况下，按时间序列相继转换在其中获得最优振动状态的每个区域。因此，理想地实现了在一个控制周期期间所有区域都相继经受了最优振动状态。
在第一至第四振动模式中的响应振幅的增益和响应相位的分布每个都在上下方向上对称。相应地，如图7A所示，区域1至10和交流电压的设置被组合以使得在上下方向上在区域1至10之中的对称区域被分类为其中设置有（施加）同一对交流电压的一组区域。此外，第一至第五对交流电压被分别针对五组区域设置，在每组区域中设置有同一对交流电压。因此，在本发明中，“其中设置有同一对交流电压的区域”不限于在某个范围上物理连续的区域。换句话说，即使当区域物理上彼此远离，如果向这些区域设置了同一对交流电压，则这些区域中每个也可以是“其中设置有同一对交流电压的区域”。因此，当“其中设置有同一对交流电压的区域”被分开表示为“其中设置有同一对交流电压的第一区域”和“其中设置有同一对交流电压的第二区域”时，第一和第二区域中的每个区域可以形成一个在某个范围上物理连续的区域。或者，这些区域中的至少一个区域可以是物理上彼此远离的区域的集合。此外，同一对交流电压被设置给属于第一区域和第二区域中的一个区域中的一个或更多个区域，施加给第一区域的交流电压的设置不同于施加给第二区域的交流电压的设置。
在本发明中，对本发明的有益效果可以在存在至少两个被设置（虚拟划分）的区域被时获得。然而，所设置（虚拟划分）的区域的数量不限于两个，并且光学元件1可以根据要被设置的振动的状态而被设置（虚拟划分）为三个或更多个区域。换句话说，振动构件被虚拟划分为第1至第n（n是大于等于2的整数）个区域，并且针对每个区域有交流电压的最优设置。
此外，基于要被设置的振动的状态和振动对象的形状来适当地确定区域设置（划分）方式。例如，当振动对象是矩形时，振动对象可在与振动对象的长度方向垂直的方向被划分以设置多个线形区域。振动对象也可在与振动对象的长度方向平行的方向被划分以设置多个线形区域。或者，振动对象可在与振动对象的长度方向垂直和平行的方向被划分以按照网格图案设置多个线形区域。当振动对象是圆形时，可以如在矩形振动对象的情况中那样设置多个线形区域。或者，可以设置多个同心圆区域。
在该实施例中，区域5和区域6都被定义为第一区域，其中第一对交流电压被设置为相同的交流电压。类似地，区域4和区域7都被定义为第二区域，其中第二对交流电压被设置为相同的交流电压。类似地，区域3和区域8都被定义为第三区域，其中第三对交流电压被设置为相同的交流电压。类似地，区域2和区域9都被定义为第四区域，其中第四对交流电压被设置为相同的交流电压。类似地，区域1和区域10都被定义为第五区域，其中第五对交流电压被设置为相同的交流电压。此外，第一至第五对交流电压在电压振幅比率和时间相位差中的至少一个的值方面彼此不同。
在本发明中的控制单元中，针对第一至第五区域中的每个区域设置交流电压的最优对，以使得第一至第五区域中的每个区域依次实现最优振动状态。图7A中示出区域和交流电压的设置之间的对应关系。第一对交流电压被设置为在第一区域中提供最优振动状态。第二对交流电压被设置为在第二区域中提供最优振动状态。第三对交流电压被设置为在第三区域中提供最优振动状态。第四对交流电压被设置为在第四区域中提供最优振动状态。第五对交流电压被设置为在第五区域中提供最优振动状态。在以上描述中，“第一对交流电压的设置”意味着当存在两个压电元件时分别施加到第一压电元件和第二压电元件的交流电压的“组合”，以便在“第一区域”中获得最优振动状态。因此，按照分别施加到第一压电元件和第二压电元件的交流电压之间的电压振幅比率（第一电压振幅比率）和时间相位差（第一时间相位差），第一对交流电压被设置。类似地，按照第二电压振幅比率和第二时间相位差，第二对交流电压被设置。类似地，按照第三到第五电压振幅比率和第三到第五时间相位差，分别设置第三到第五对交流电压。换句话说，按照交流电压之间的电压振幅比率（第n电压振幅比率）和时间相位差（第n时间相位差），来表示与第n区域对应的第n对交流电压的设置。
图8中列出的值被在用于设置交流电压的计算中使用。在用于设置每对交流电压的计算中，使用在相关区域中的中间值α(3,b)。在第一和第二振动模式中的振动的响应在上下方向（第二方向B）上是均匀的。因此，在所有区域中，提供α(1)=1、α(2)=1、β(1)=－165°、和β(2)=－15°。对于属于其中设置有第一对交流电压的第一区域中的区域5和区域6，α(3,b)在0.3到0.5的范围并且使用中间值0.4。类似地，在设置其它对交流电压中使用α(3,b)的范围中的中间值。β(3,b)的值在夹在与图7B中的第一方向A平行的两条节点线C之间的区域中是－157°并且在该区域之外是23°。对应地，β(3,b)的值被设置为如图8中所示那样。用于在区域3和区域8（每个都属于其中设置有第三对交流电压的第三区域）中设置交流电压的值在图8中指示为－157°或23°。然而，这样的用于设置的值实际上没有意义，这是因为在第三区域中使用的响应振幅的增益α(3,b)为0。
因为第四振动模式中在上下方向（第二方向B）上的位移分布与第三振动模式中的位移分布相同，所以保持α(4,b)∝α(3,b)。α(3,b)和α(4,b)二者都在上下方向（第二方向B）上的中心和上下端部处具有最大值。前者的最大值是0.5，后者的最大值是0.25。因此，保持α(4,b)＝0.5×α(3,b)。β(4,b)的值在夹在与图7B中的第一方向A平行的两条节点线C之间的区域中是－12°并且在该区域之外是168°。相应地，β(4,b)的值被设置为如图8中指示那样。用于在区域3和区域8（每个都属于其中设置有第三对交流电压的第三区域）中设置交流电压的值在图8中指示为－12°或168°。然而，这样的用于设置的值实际上没有意义，这是因为在第三区域中使用的响应振幅的增益α(4,b)为0。
如相关技术中在上面描述的详细电压设置那样在X(0)=100的条件下，通过使用图8中指示的值和等式(5)到(8)和(11)到(20)，计算在设置交流电压中使用的值。
根据图8中指示的值和等式(12)、(14)、(16)和(18)，如图9A中指示那样提供在设置交流电压的各个对中使用的α(10,b)、β(10,b)、α(11,b)和β(11,b)的值。根据图9A中指示的值和等式(11)、(13)、(15)、(17)和(20)，如图9B中指示那样提供V(差)、θ(差)、V(和)和θ(和)。根据图9B中指示的值和等式(5)到(8)，如图9C中指示那样提供V(1)、θ(1)、V(2)和θ(2)。图9C中还指示了电压振幅比率ε和时间相位差δ的值。第一至第五电压振幅比率ε彼此不同。此外，第一至第五时间相位差δ彼此不同。
下面描述与交流电压的各个对的设置相对应的区域中的振动状态。
在每个区域中的计算用于设置对应的交流电压中使用的位置，获得X(10)=X(11)=X(0)＝100并且φ(1)-φ(2)=90°。因此，实现了最优振动状态。随着从该位置偏离，在该区域中振动状态逐渐恶化并且然后在区域之间的边界（下文中称为“区域边界”）处变为最坏。
如下计算在区域边界处的振动状态。图10指示在每个区域边界处的α(1)、β(1)、α(2)、β(2)、α(3,b)、β(3,b)、α(4,b)和β(4,b)的值。根据图10中指示的值和等式(12)、(14)、(16)和(18)，如图11中指示那样提供在每个区域边界处的α(10,b)、β(10,b)、α(11,b)和β(11,b)的值。根据图11中指示的值、图9B中的用于设置交流电压的值以及等式(11)、(13)、(15)和(17)，与交流电压的各个对的设置相对应的在每个区域边界处的振动状态被指示于图12A中。
下面描述该实施例与相关技术相比的有益效果。
如上所述，用于有效率地移动灰尘等的最优振动状态是其中10阶振动和11阶振动具有相同的量值和它们之间的时间相位差为90°的状态。X(10,b)/X(11,b)和φ(10,b)－φ(11,b)的值可被用作代表振动状态的指标。随着X(10,b)/X(11,b)越接近1，振动状态越好，并且随着φ(10,b)－φ(11,b)越接近90°，振动状态也越好。
在用上述的相关技术来进行驱动电压的设置时，一对交流电压的设置被用于整个光学元件1。换句话说，两个驱动电压之间的电压振幅比率和时间相位差是恒定的。在与第三和第四振动模式中的第一方向A平行的节点线的位置，X(1)＝X(2)＝X(10,b)＝X(11,b)和X(10,b)/X(11,b)＝1成立。此外，因为φ(1)=φ(10,b)、φ(2)=φ(11,b)、和φ(1)－φ(2)＝90°，所以φ(10,b)－φ(11,b)=90°成立。然而，例如其中α(3,b)和α(4,b)具有最大值的在上下方向（第二方向B）上的中心和上下端部处，振动状态与在节点线的位置处的振动状态大大不同。如上所述，在中心处，提供X(10,b)=150、φ(10,b)=－162°、X(11,b)=125和φ(11,b)=－254°。因此，得到X(10,b)/X(11,b)=150/125=1.2并且φ(10,b)－φ(11,b)=－162°－(－254°)=92°。在上端部和下端部处，提供X(10,b)=51、φ(10,b)=－173°、X(11,b)=75和φ(11,b)=－256°。因此，得到X(10,b)/X(11,b)=51/75=0.68并且φ(10,b)－φ(11,b)=－173°－(－256°)=83°。因此，在上端部和下端部的更坏振动状态中，提供X(10,b)/X(11,b)=0.68并且φ(10,b)－φ(11,b)=83°。更坏振动状态与最优状态相比在X(10,b)/X(11,b)方面差32％，并且在φ(10,b)－φ(11,b)方面差7％。
对比而言，使用根据该实施例的驱动电压的设置，如图12B中指示那样计算出其中设置同一对交流电压的每个区域的区域边界处的X(10,b)/X(11,b)和φ(10,b)－φ(11,b)。图12A中指示的X(10,b)、X(11,b)、φ(10,b)和φ(11,b)的值被用于计算。
在根据该实施例的驱动过程中，从第一对交流电压的设置到第五对交流电压的设置按时间序列相继转换驱动电压的设置，由此转换在振动构件中生成的合成振动的振幅分布和相位分布。换句话说，在本发明中，从第一对驱动电压之间的电压振幅比率到第n驱动电压之间的电压振幅比率按时间序列改变各驱动电压之间的电压振幅比率，或者从第一对驱动电压之间的时间相位差到第n驱动电压之间的电压振幅比率按时间序列改变各驱动电压之间的时间相位差。结果，分别与第一到第五对交流电压对应的区域每个都被带入满意的振动状态。每个对应区域中的振动状态在区域边界的位置处变得最坏，如图12B所指示的那样。从图12B可见，在具有第五对交流电压的设置的区域1和区域10中的每一个区域的上端部和下端部处发生区域边界处的振动状态的最坏振动状态，即，X(10,b)/X(11,b)=0.90和φ(10,b)－φ(11,b)=87.6°。与最优状态X(10,b)/X(11,b)=1和φ(10,b)－φ(11,b)=90°相比，X(10,b)/X(11,b)相差10％并且φ(10,b)－φ(11,b)相差2.4°。
在驱动过程完成时，光学元件1中的所有位置都经受了比上述最坏振动状态好的振动状态。在相关技术中，如上所述，与最优状态X(10,b)/X(11,b)=1和φ(10,b)－φ(11,b)=90°相比，X(10,b)/X(11,b)相差32％并且φ(10,b)－φ(11,b)相差7°。因此，在该实施例中，改进了X(10,b)/X(11,b)和φ(10,b)－φ(11,b)二者。相应地，可以在光学元件1的所有位置处更有效率地移动灰尘等。此外，即使在区域边界处，X(10,b)和X(11,b)与相关技术中的那些相比可以被提供为更接近于对象值X(0)＝100的值。在本发明中，可以改变驱动电压之间的电压振幅比率和时间相位差中的至少一个以改变合成振动的振幅分布。然而，如在该实施例中那样更希望改变电压振幅比率和时间相位差二者。此外，在本发明中，除了按时间序列改变合成振动的振幅分布之外，还可以按时间序列改变合成振动的相位分布。而且，当按时间序列改变驱动电压之间的电压振幅比率和时间相位差时，它们可以逐渐改变或瞬时变换（切换）。
根据第一实施例的振动设备和驱动方法可以在作为光学装置的另一示例的复印机的扫描仪单元中被采用，以便移除灰尘，或可以用于用于移动以粉末形式的调色剂的驱动设备中。通过这样的应用，可以有效率的移动在宽广区域上存在的灰尘和粉末，并且可以实现更薄的除尘设备和驱动设备。要由根据本发明的除尘设备移动的目标（被驱动对象）不限于灰尘和粉末，并且还可以移动固体、气体和液体。根据本发明的驱动设备通过根据本发明的振动设备驱动被驱动构件。被驱动构件的示例包括要被驱动的结构（例如，用于保持透镜的保持构件）和片材构件。虽然第一至第四振动模式在第一实施例中被视为要被考虑的振动模式，但通过在计算交流电压的设置值时还考虑一个或更多个其它振动模式，可以进一步增加使用本发明的有益效果。在无用的振动模式之中，给出最大影响的振动模式是第三振动模式，第四振动模式的影响程度比起第三振动模式来说相对较小。因此，即使当在某些情况下把第四振动模式从用于交流电压的设置的计算中排除时，也可获得使用本发明的有益效果。此外，在第一实施例中，10阶面外弯曲振动模式（第一振动模式）和11阶面外弯曲振动模式（第二振动模式）被用作主要有助于移动灰尘的振动模式。然而，本发明不限于振动模式的这样的组合。例如，1阶面外弯曲振动模式和2阶面外弯曲振动模式可以彼此组合。或者，m阶面外弯曲振动模式和n阶面外弯曲振动模式可以彼此组合。在这种情况下，m和n是不同的自然数。即使在主要有助于移动灰尘的振动模式的任意组合中，也可以通过在考虑与被组合的振动模式不同的其它一个或更多个振动模式的情况下设置区域和交流电压的同时驱动光学元件来获得使用本发明的有益效果。
在第一实施例中，设置了10个区域并且其中振动响应相同的区域被在考虑振动响应的对称性的情况下从10个区域中选择。其中振动响应相同的区域被视为其中设置有同一对交流电压的一组区域。以这样的方式，设置了五组区域，并且向这五组区域施加了不同对的交流电压。然而，在本发明中，其中设置有同一对的交流电压的各组区域的数量不限于5。当存在其中设置有不同对的交流电压的两个或更多个区域时，可以通过对每个区域实现最优振动状态来获得使用本发明的有益效果，即，在预定方向上有效率地移动包括灰尘的被驱动对象的能力。
此外，“交流电压的设置”包括设置交流电压之间的电压振幅比率和交流电压之间的时间相位差。针对振动构件的第一区域进行具有第一电压振幅比率和第一时间相位差的第一对交流电压的设置。针对振动构件的第二区域进行具有第二电压振幅比率和第二时间相位差的第二对交流电压的设置，第二区域与第一区域不同。此处，至少，第一电压振幅比率和第二电压振幅比率彼此不同，或者第一时间相位差和第二时间相位差彼此不同。通过在驱动振动构件时转换第一对交流电压的设置和第二对交流电压的设置，由此实现针对每个区域的最优振动状态，可以获得使用本发明的有益效果，即在预定方向上有效率地移动被驱动对象的能力。因此，在本发明中，区域的数量也不限于在前述实施例中描述的数量。此外，在第一实施例中，与第一和第二振动模式具有相应的在左右方向（第一方向A）上的相同位移分布的第三振动模式和第四振动模式被考虑作为无用的振动模式。因此，在光学元件1中激励的振动不会由于在第三和第四振动模式中的振动而在左右方向（第一方向A）上改变其位移分布。为此，在左右方向（第一方向A）上未设置划分的区域。然而，与第一实施例不同，存在无用的振动模式可以生成与主要有助于移动灰尘的第一和第二振动模式在左右方向（第一方向A）上的位移分布不同的位移分布的相对较大量值的振动的情况。在这样的情况下，也可以考虑上述无用振动模式适当地设置在左右方向（第一方向A）上虚拟地划分光学元件1的区域。使用这样的驱动方法，即使当在左右方向（第一方向A）上的位移分布被无用振动模式中的振动改变时，也可获得使用本发明的有益效果，即实现针对每个区域的最优振动状态并且在预定方向上有效率地移动包括灰尘的被驱动对象的能力。
尽管在第一实施例中，φ(10,b)－φ(11,b)的值被设置为90°，但是在本发明中该值不限于90°。仅要求上述的10阶振动和11阶振动之间的时间相位差彼此不同。此外，通过把φ(10,b)－φ(11,b)设置为大于－180°并小于0°，可以反转移动灰尘等的方向。还可以通过改变驱动电压和把驱动电压施加到的压电元件2的组合使得驱动电压E(1)被施加到右压电元件2b并且驱动电压E(2)被施加到左压电元件2a，来使移动灰尘等的方向反转。以这种方式对用于使移动灰尘的方向反转的交流电压的设置可以被添加到驱动过程。
虽然已经参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。所附权利要求的范围将要被赋予最宽泛的解释，以便包括所有这样的修改以及等效的结构和功能。
该申请要求2011年3月31日提交的日本专利申请No.2011-079565和2012年3月8日提交的日本专利申请No.2012-051948的权益，其全部内容通过引用而合并于此。
附图标记列表
1光学元件
2，2a，2b，2c，2d压电元件
3振动构件
4图像拾取设备
5光学有效范围（光学有效区域）
6振动模式中的位移分布
7第一振动模式中的位移分布
8第二振动模式中的位移分布
9分割电极
10导电涂料
100控制电路
101电源

Claims (11)

1.一种振动构件驱动方法，包括：
把至少两个驱动电压施加到被设置在振动构件中的至少一个电气机械能量转换元件，以使得通过生成在阶数上彼此不同的其之间设置有时间相位差的多个驻波来产生合成振动；并且
改变至少两个驱动电压之间的电压振幅比率和时间相位差中的至少一个，以使得合成振动的振幅分布被改变。
2.根据权利要求1所述的振动构件驱动方法，其中，至少两个驱动电压之间的电压振幅比率和时间相位差中的至少一个被改变以使得合成振动的振幅分布和相位分布被改变。
3.根据权利要求1所述的振动构件驱动方法，包括以下中至少一个：
控制按照时间序列从第1电压振幅比率到第n电压振幅比率相继地改变至少两个驱动电压之间的电压振幅比率，n是大于等于2的整数；以及
控制按照时间序列从第1时间相位差到第n时间相位差相继地改变至少两个驱动电压之间的时间相位差，
其中，把振动构件虚拟地划分为第1至第n区域，
其中，第1电压振幅比率是针对第1区域设置的至少两个交流电压之间的电压振幅比率，并且第1时间相位差是针对第1区域设置的至少两个交流电压之间的时间相位差，以及
其中，第n电压振幅比率是针对第n区域设置的至少两个交流电压之间的电压振幅比率，并且第n时间相位差是针对第n区域设置的至少两个交流电压之间的时间相位差。
4.根据权利要求3所述的振动构件驱动方法，其中该振动构件驱动方法包括以下中至少一个：
控制按照以预定时间为单位的时间序列从第1电压振幅比率到第n电压振幅比率相继地改变至少两个驱动电压之间的电压振幅比率，以及
控制按照以预定时间为单位的时间序列从第1时间相位差到第n时间相位差相继地改变至少两个驱动电压之间的时间相位差。
5.一种振动设备的控制单元，该振动设备包括具有至少一个电气机械能量转换元件的振动构件，
其中该控制单元被配置为把至少两个驱动电压施加到至少一个电气机械能量转换元件，以使得通过生成在阶数上彼此不同的其之间设置有时间相位差的多个驻波来产生合成振动，
其中该控制单元改变至少两个驱动电压之间的电压振幅比率和时间相位差中的至少一个，以使得合成振动的振幅分布被改变。
6.根据权利要求5所述的控制单元，其中，至少两个驱动电压之间的电压振幅比率和时间相位差中的至少一个被改变以使得合成振动的振幅分布和相位分布被改变。
7.根据权利要求5所述的控制单元，其中该控制单元被配置为控制以下中的至少一个：
按照时间序列从第1电压振幅比率到第n电压振幅比率相继地改变至少两个驱动电压之间的电压振幅比率，n是大于等于2的整数；以及
按照时间序列从第1时间相位差到第n时间相位差相继地改变至少两个驱动电压之间的时间相位差，
其中，在控制单元中针对振动构件的第1至第n区域中的每个区域设置至少两个交流电压之间的电压振幅比率和时间相位差中的至少一个，
其中，第1电压振幅比率是针对第1区域设置的交流电压之间的电压振幅比率，
其中，第1时间相位差是针对第1区域设置的交流电压之间的时间相位差，
其中，第n电压振幅比率是针对第n区域设置的交流电压之间的电压振幅比率，并且
其中，第n时间相位差是针对第n区域设置的交流电压之间的时间相位差。
8.根据权利要求5所述的控制单元，其中，该控制单元被配置为控制以下中至少一个：
按照以预定时间为单位的时间序列从第1电压振幅比率到第n电压振幅比率相继地改变至少两个驱动电压之间的电压振幅比率；以及
按照以预定时间为单位的时间序列从第1时间相位差到第n时间相位差相继地改变至少两个驱动电压之间的时间相位差。
9.一种驱动设备，包括：
根据权利要求5所述的控制单元；
能用于连接到该控制单元的振动设备；以及
被驱动构件，该被驱动构件被振动设备驱动。
10.根据权利要求5所述的振动设备，其中，该振动设备充当用合成振动移动振动构件上的灰尘的除尘设备。
11.一种光学装置，包括：
根据权利要求5所述的控制单元；
能用于连接到该控制单元的振动设备，该振动设备被设置在光学路径中；以及
图像拾取设备，已通过振动设备的光入射到该图像拾取设备上。
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