CN104124892B - 振动装置及包含它的驱动装置、除尘装置和光学装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及振动装置及包含该振动装置的驱动装置、除尘装置和光学装置。该振动装置包括：振动体，包含多个电气机械能量转换元件；电源，用于向多个电气机械能量转换元件施加交变电压；和控制电路，用于控制要由电源施加的交变电压，振动装置通过控制电路以预定的时间相位差在振动体中产生第一驻波和第二驻波，第一驻波和第二驻波具有在相同方向上排列的多个节线并且在阶次方面是不同的，其中振动体包含多个电气机械能量转换元件中的在多个节线延伸的方向上设置的至少一个电气机械能量转换元件，并且还包含所述多个电气机械能量转换元件中的在排列多个节线的方向上设置的至少另一个电气机械能量转换元件。

Description

振动装置及包含它的驱动装置、除尘装置和光学装置

本分案申请是基于申请号为201010519929.7，申请日为2010年10月26日，发明名称为“振动装置及包含它的驱动装置、除尘装置和光学装置”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及振动装置，更特别地，涉及用于通过振动来移动物体的振动装置，即，用于诸如照相机、传真机、扫描仪、投影仪、复印机、激光束打印机、喷墨打印机、镜头、双目镜或图像显示装置之类的光学装置的除尘装置中的振动装置。

背景技术

近年来，图像拾取装置的光学传感器的分辨率得到提高。伴随这种提高，由图像拾取装置拍摄的图像变得更严重地受到在使用过程中粘附于光学系统的灰尘的影响。

特别地，摄像机或静态照相机的图像拾取元件的分辨率显著提高。因此，如果灰尘粘附于设置在图像拾取元件附近的光学元件，那么会在图像中导致缺陷。

例如，如果来自外部的灰尘或在内部的机械滑动摩擦面上产生的磨损粉末粘附于红外截止滤波器或光学低通滤波器，那么，对于图像拾取元件的表面上的图像的少量的模糊，灰尘更加明显地在拍摄的图像中显现。

另一方面，复印机、传真机或扫描仪的图像拾取部分通过扫描线传感器或通过扫描接近线传感器的原稿而读取平面文档。在这种情况下，如果灰尘粘附于关于线传感器的光束入射部分，那么灰尘在扫描图像中显现。

特别地，在诸如传真机的读取部分之类的采用扫描原稿的系统的装置的情况下，或者，在来自复印机的自动原稿传输装置的原稿在被传输的同时被读取的所谓的流动读取类型的情况下，一粒灰尘作为在原稿传输方向上持续的线图像而显现。

作为结果，出现图像质量大大受损的问题。

当通过人力擦除灰尘时，可恢复图像质量。但是，在使用过程中粘附的灰尘只能在图像拍摄之后被确认。在灰尘被确认之前被拍摄或被扫描的图像使灰尘在图像中显现，这需要通过软件进行校正。此外，在复印机的情况下，具有灰尘的图像同时被输出到诸如纸张片材之类的介质，这需要相当大的努力进行校正。

鉴于上述的问题，在常规上提出了通过施加振动从图像读取部分移除灰尘的图像读取装置(美国专利No.7,006,138和美国专利申请No.2009/207493)。

图8A示出在美国专利No.7,006,138中公开的常规的防尘元件部分的配置。

防尘元件部分包含用作光学元件的玻璃板27。光束穿过玻璃板27内侧的成像光束透射范围27a，并且在图像拾取元件(未示出)上成像。

此外，压电体271、272、273和274被固定到玻璃板27。

用于接地的电气端子275被设置在各压电体和玻璃板27之间。

各压电体沿长度方向包含极性方向交替改变的区间(在图8A中由“+”和“-”指示)。压电体271和压电体273沿长度方向具有相同的极性布置。

此外，压电体272和压电体274沿长度方向具有相同的极性布置。当“+”和“-”的区间长度被定义为λ时，压电体272和压电体274的极性布置相对于压电体271和压电体273的极性布置沿长度方向各位移λ/4。

压电体271和压电体273通过振荡器以相同的周期各被施加相同时间相位的电压。

另一方面，压电体272和压电体274通过振荡器以相同的周期被施加时间相位由90度移相器从压电体271和压电体273的时间相位偏移的电压。

图8B示出从上述的图8A的h方向观察的在玻璃板27的表面上产生的行波。

行波向图8B中的右方(箭头i的方向)行进。当在玻璃板27的表面上产生行波时，在玻璃板27的表面上的任何质点上都发生图8B的纸面上的逆时针方向上的椭圆运动。

因此，粘附于玻璃板27的表面的灰尘向图8B的左方移动，以从成像光束透射区域27a被去除。

图9A示出在美国专利申请No.2009/207493中公开的常规的除尘装置的振动装置的配置。

对图像拾取元件301设置振动装置300，所述图像拾取元件301将接收的物体图像转换成电信号以便产生图像数据。

图像拾取元件301的表面(前表面)中的空间被振动装置300和图像拾取元件301气密密封。

振动装置300包含光学元件302和一对压电元件303a和303b。光学元件302具有矩形板形状的形式。压电元件303a和303b通过接合而被固定到光学元件302的两个端部，并且，各用作电气机械能量转换元件。

压电元件303a被施加交变电压A，压电元件303b被施加交变电压B。

图9B示出面外一阶弯曲振动A的位移分布和面外二阶弯曲振动B的位移分布。

纵轴表示振动装置300的表面的面外方向上的位移，该表面与设置图像拾取元件301的侧相对，其中，图像拾取元件301侧被定义为负侧。如图9B所示，横轴对应于振动装置300的长度方向上的位置。

交变电压A和交变电压B均是周期响应于伴随面外一阶弯曲振动和面外二阶弯曲振动而发生的共振现象的交变电压。此外，交变电压A和交变电压B在时间相位上相互不同。

因此，在振动装置300中，两个振动—即时间相位不同的面外一阶弯曲振动和面外二阶弯曲振动—的组合振动被激励。

图10、图11、图12和图13是对于各时间相位示出面外一阶弯曲振动和面外二阶弯曲振动在这两种振动具有90度的时间相位差并且其间的振幅比为1:1的情况下的位移以及组合这些振动的振动体的位移的曲线图。

在图10、图11、图12和图13中，波形C示出面外一阶弯曲振动的位移。波形D示出面外二阶弯曲振动的位移。

波形E示出其中组合这两种振动的振动装置300的位移。

波形G示出时间相位比波形E超前30度的振动装置300的位移。

波形F示出振动装置300中的Y方向上的归一化位移速率。在操作除尘装置的情况下，当光学元件302使粘附于光学元件302的表面的灰尘上升到面外(沿与设置图9B的图像拾取元件301的侧相对的方向(正方向))时，该灰尘被施加光学元件302的表面的法线方向上的力，并且以弹跳的方式移动。换句话说，在各时间相位中，当示出Y方向上的位移速率的波形F取正值时，灰尘上升到面外，并且被施加示出相应时间相位中的振动装置300的位移的波形E的法线方向上的力。然后，灰尘一旦脱离初始粘附位置，即使灰尘再次粘附于光学元件，也重新定位于与初始粘附位置不同的位置(移动后的位置)。以这种方式，灰尘通过以如上所述的方式反复脱离和重新定位而保持移动。

图10～图13的箭头h指示灰尘的移动方向。

参照图10～图13，在光学元件302的位置60和位置300之间的范围中，在一个振动周期中，用于在X方向的正方向上移动灰尘的振动量显著大于用于在X方向的负方向上移动灰尘的振动量。

因此，灰尘会在X方向的正方向上被移动。

当光学元件302的关于图像拾取元件301的有效部分落入位置60和位置300之间的范围内时，灰尘可从有效部分被去除。

但是，上述的振动装置具有以下的问题。在美国专利No.7,006,138中公开的振动装置中，玻璃板27的端部干扰行波的行进方向。行波被所述端部反射，结果是入射波和反射波相互重叠，这会形成不行进的驻波。

驻波不产生椭圆运动，这使得难以仅沿一个方向移动灰尘。

作为替代方案，如果采用消除反射波的方法，那么，由于仅当入射波和反射波相互重叠时发生共振现象，因此可能难以利用共振现象。

作为结果，不能获得大的振幅，由此，椭圆运动的速度也降低。因此，灰尘以低速移动，这有损效率。

同时，在美国专利申请No.2009/207493中公开的振动装置中，由于共振现象，获得大的响应振幅。但是，振动装置300具有许多的共振模式，由此，也会产生除了这两种希望的振动以外的不必要的振动。

当产生不必要的振动时，如果该不必要的振动增大到某个值或更大，那么使光学元件302的表面上的物体上升到面外的力的面内方向可能在表面的一些区域中变得相反，或者，所述力可能具有更少量的面内方向的分量。在一些区域中，面内移动方向可能变得彼此相反，从而导致灰尘不能被移动或者移动灰尘的力变得小于灰尘的粘附力的状况，结果是移动灰尘的效率降低。

发明内容

鉴于上述的问题，做出了本发明，因此，本发明的一个目的是，提供振动装置及包含该振动装置的驱动装置、除尘装置和光学装置，这些装置能够通过振动而在预定方向上有效移动包括灰尘的物体。

本发明提供被如下配置的振动装置及包含该振动装置的驱动装置、除尘装置和光学装置。

根据本发明的振动装置包括：振动体，包含多个电气机械能量转换元件；电源，用于向所述多个电气机械能量转换元件施加交变电压；和控制电路，用于控制要由电源施加的交变电压，所述振动装置通过控制电路以预定的时间相位差在振动体中产生第一驻波和第二驻波，所述第一驻波和所述第二驻波具有在相同方向上排列(aligned)的多个节线并且在阶次方面是不同的，其中，所述振动体包含所述多个电气机械能量转换元件中的在所述多个节线延伸的方向上设置的至少一个电气机械能量转换元件，并且还包含所述多个电气机械能量转换元件中的在排列所述多个节线的方向上设置的至少另一个电气机械能量转换元件。

此外，本发明的驱动装置具有包含上述振动装置的特征。

此外，本发明的除尘装置具有包含上述振动装置的特征。

并且，本发明的光学装置具有包含上述振动装置的特征。

根据本发明，可以获得振动装置及包含该振动装置的驱动装置、除尘装置和光学装置，这些装置能够通过振动而在预定方向上有效地移动包括灰尘的物体。

参照附图阅读示例性实施例的以下描述，本发明的其它特征将变得清晰。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施例的振动装置的透视图。

图2是示出常规振动装置中的激振力的频率和振动响应的大小之间的关系的曲线图。

图3示出振动体中的面外十阶弯曲振动和面外十一阶弯曲振动的位移分布以及压电元件的布置。

图4是根据本发明的第二实施例的振动装置的透视图。

图5是根据本发明的第三实施例的振动装置的透视图。

图6示出根据本发明的第四实施例的压电元件中的电极的布置。

图7是根据本发明的另一实施例的振动装置的透视图。

图8A示出常规振动装置的配置。

图8B示出从图8A的h方向观察的在玻璃板的表面上产生的行波。

图9A示出常规振动装置的配置。

图9B示出常规振动装置的振动体中的面外一阶弯曲振动A的位移分布和面外二阶弯曲振动B的位移分布以及压电元件的布置。

图10对于各时间相位示出常规振动装置中的面外一阶弯曲振动和面外二阶弯曲振动在这两种振动具有90度的时间相位差的情况下的位移以及组合这些振动的振动体的位移的曲线图。

图11对于各时间相位示出常规振动装置中的面外一阶弯曲振动和面外二阶弯曲振动在这两种振动具有90度的时间相位差的情况下的位移以及组合这些振动的振动体的位移的曲线图。

图12对于各时间相位示出常规振动装置中的面外一阶弯曲振动和面外二阶弯曲振动在这两种振动具有90度的时间相位差的情况下的位移以及组合这些振动的振动体的位移的曲线图。

图13对于各时间相位示出常规振动装置中的面外一阶弯曲振动和面外二阶弯曲振动在这两种振动具有90度的时间相位差的情况下的位移以及组合这些振动的振动体的位移的曲线图。

具体实施方式

以下，描述本发明的实施例。

(第一实施例)

参照图1，描述根据第一实施例的在照相机中安装的振动装置的配置例子。

根据第一实施例的振动装置用作用于移动去除灰尘的除尘装置。

图1示出光学元件1、用作电气机械能量转换元件的四个压电元件2(2a、2b、2c、2d)和图像拾取元件4。在与图像拾取元件4相同的侧，压电元件2通过接合被固定到光学元件1。

压电元件2中的两个(2a、2b)在垂直方向上延伸，并且被设置在光学元件1的水平方向上的两个端部上。

压电元件2中的另外两个(2c、2d)在水平方向上延伸，并且相对于光学元件1的垂直方向上的两个端部而被设置在内侧。

控制电路100设定要由电源101产生的交变电压的频率、电压值和时间相位。

电源101与压电元件2a、2b、2c和2d电连接。

光学元件1和压电元件2形成振动体3。

振动体3被连附到用作受光元件的图像拾取元件4，使得图像拾取元件4的表面中的空间被气密密封。

来自对象的光穿过光学元件1并且进入图像拾取元件4。允许光在穿过光学元件1之后进入此时的图像拾取元件4的范围被定义为光学有效区域5。

即使在第一实施例中，与美国专利申请No.2009/207493类似，也以时间相位差激励两个面外弯曲振动，所述两个面外弯曲振动在振动阶次方面互不相同并且具有在相同方向上排列的节线。

出于这种原因，在第一实施例中，控制电路100把要由电源101产生的交变电压的频率设为对于在振动的阶次方面互不相同并且具有在纸面上的水平方向上排列的节线的面外十阶弯曲振动(第一驻波)和面外十一阶弯曲振动(第二驻波)二者均表现出响应的频率。

这里，根据本发明的上述的节线被形成如下。即，当向要被振动的物体(例如光学元件)的预定表面施加振动使得在要被振动的物体的表面上产生驻波时，连接驻波的节点的线被称为节线。进一步地，当节线在相同的方向上被排列时，在存在排列的多个节线的情况下，该方向对应于节线被排列的方向(与节线正交的方向)。

此外，控制电路100设定要由电源101产生的四个交变电压的时间相位。

作为结果，以不同的时间相位在振动体3中产生面外十阶弯曲振动(第一驻波)和面外十一阶弯曲振动(第二驻波)。

这些振动被组合为当在面外方向上提升物体时在光学元件1的表面的几乎整个区域上在相同的面内方向上指向的振动。

作为结果，要通过振动而被移动的包括灰尘的所有物体可被施加仅一个面内方向上的力，由此获得单向的移动。

这里，进一步详细描述现有技术(美国专利申请No.2009/207493)中固有的上述问题。

图2是示出如现有技术(美国专利申请No.2009/207493)中那样仅在水平方向上的两个端部上设置压电元件2的情况下的激振力的频率和各振动的响应的大小之间的关系的曲线图。

具有在水平方向上排列的节线并且在振动的阶次方面互不相同的两个振动A和B有助于物体的单向移动。在这两个振动中，振动A的共振频率比振动B低。

在图2中，振动C、振动D和振动E被作为其它的不必要的振动而示出。

不必要的振动C在水平方向上的弯曲振动的阶次方面与振动A相同，并且同时引起垂直方向上的一阶弯曲形变。振动C的波长与振动A基本上相同，并且具有接近振动A的共振频率的共振频率。

当振动C大时，位移分布在垂直方向上变得不均匀，从而导致灰尘在一些区域中不能被移动或者移动灰尘的力在一些区域中会减小的状况，结果是移动灰尘的效率降低。

类似地，不必要的振动D在水平方向上的弯曲振动的阶次方面与振动B相同，并且同时引起垂直方向上的一阶形变。

振动D的波长与振动B基本上相同，并且具有接近振动B的共振频率的共振频率。

当振动D大时，位移分布在垂直方向上变得不均匀，从而导致灰尘在一些区域中不能被移动或者移动灰尘的力在一些区域中会减小的状况，结果是移动灰尘的效率降低。

当使用允许从振动A和振动B获得大的响应的图2的频率f作为驱动频率时，不必要的振动C和振动D在共振频率和驱动频率上变得相互接近，由此，它们的响应也增大。

作为结果，不必要的振动C或不必要的振动D可能妨碍物体的单向移动。

不必要的振动E在水平方向上的弯曲振动的阶次方面与振动A或振动B不同，由此，振动E产生垂直方向上的弯曲形变。如果不必要的振动E的响应大，那么组合振动的水平方向上的位移分布混乱，由此，使光学元件1的表面上的物体提升到面外的力的面内方向在表面的一些区域中可能变得相反，从而导致灰尘在一些区域中不能被单向移动的状况。作为结果，灰尘可能在一些区域中不被移动，或者移动灰尘的力可能在一些区域中减小，结果是移动灰尘的效率降低。

下面，参照图3，描述根据第一实施例的振动体3的振动位移和压电元件2的布置与电极图案之间的对应关系。

此外，还描述对于在现有技术(美国专利申请No.2009/207493)中固有的上述问题产生的效果。

绘图7示出在振动体3中被激励并且具有在水平方向上排列的节线的面外十阶弯曲振动的位移分布(在图3中由A表示)和面外十一阶弯曲振动的位移分布(在图3中由B表示)。

纵轴表示光学元件1的面外方向上的位移，正侧落在与设置图像拾取元件4的侧相反的一侧。

横轴对应于图3中的光学元件1的水平方向上的位置。

此外，在第一实施例中，这两个弯曲振动的中性面落在光学元件1内部。

设置在位移的正部分中的压电元件2经受水平方向上的弹性形变，而设置在位移的负部分中的压电元件2经受相反的时间相位(偏移180°)的水平方向上的弹性形变。

这两个振动以时间相位差被激励，由此与现有技术(美国专利申请No.2009/207493)类似地仅在一个方向上移动灰尘，使得可从光学有效部分5去除灰尘。

此外，绘图8示出一种振动的垂直方向上的位移分布，在该振动中同时发生水平方向上的弯曲形变和垂直方向上的一阶弯曲形变。

纵轴对应于图3中的光学元件1的垂直方向上的位置。横轴代表光学元件1的面外方向上的位移，并且，正侧落在与设置图像拾取元件4的侧相反的一侧。

当振动大时，位移分布在垂直方向上变得不均匀，从而导致灰尘在一些区域中不能被移动或者移动灰尘的力在一些区域中会减小的状况，结果是移动灰尘的效率降低。

水平方向上的两端上的压电元件2a和2b各具有矩形板的形式，这些元件在垂直方向上跨过光学元件1的两个端部被设置而在水平方向上从光学元件1的各端到光学有效区域5被设置。

压电元件2a和2b各包含跨过整个后表面均匀形成的电极，通过该后表面，压电元件2a和2b与光学元件1耦接。压电元件2a和2b各在相反侧的前表面上包含被分割成多个段的电极(以下，称为分段电极9)。

分段电极9在面外十阶弯曲振动的位移分布基本上变为零的节点和面外十一阶弯曲振动的位移分布基本上变为零的节点之间的中间位置处被分割，其间的对应关系由图3的虚线所示。这里，位移分布基本上为零的情况包括位移分布没有位移的情况，并且还包括位移分布可具有足够小的位移使得位移施加于振动体的振动状态的影响可被忽略的情况。

在极化(polarization)过程中，后表面上的电极被设为接地电势，而前表面上的分段电极9的各段如图3中的“+”和“-”所示的那样被施加彼此相邻的段之间的极性不同的电势。左边的压电元件2a的分段电极9的段从左边起被极化为“+-+-”，而右边的压电元件2b的分段电极9的段从右边起被极化为“-+-+”。

在极化之后，由于跨着分段电极9施加的具有导电性的导电涂层材料6，因此，当分段电极9的任何一个段被施加电压时，分段电极9的所有的段都变为相同的电势。

压电元件2具有如下特性：当被施加与极化期间的电势的极性相同的电势极性时膨胀，并且，当被施加与极化期间的电势的极性不同的电势极性时收缩。

当被施加交变电压时，随着交变电压的循环而产生周期性的膨胀和收缩力。

此外，当施加交变电压时，根据极化期间的极性确定关于交变电压的膨胀和收缩力的时间相位(0度或180度)。

左边的压电元件2a被施加V1＝A1×COS(2πft)的交变电压，这里，A1表示电压振幅值，f表示频率，t表示时间。

右边的压电元件2b被施加的交变电压，这里，A2表示电压振幅值。V2的交变电压在时间相位上与V1的交变电压相差

此时，交变电压V1和V2之间的、作为V(差值)＝V1-V2获得的差值的成分V(差值)主要有助于面外十阶弯曲形变，该面外十阶弯曲形变是其中压电元件2a和2b处于相反的时间相位的弯曲形变。

另一方面，交变电压V1和V2的、作为V(和)＝V1+V2获得的和的成分V(和)主要有助于面外十一阶弯曲形变，该面外十一阶弯曲形变是其中压电元件2a和2b处于相同的时间相位的弯曲形变。

这里，以成分V(差值)为时间相位的基准，描述由于成分V(差值)而在压电元件2中产生的膨胀和收缩力的时间相位。

要在左边的压电元件2a中产生的膨胀和收缩力的时间相位的分布与分段电极9对应地从左边起为0°、180°、0°、180°。在右边的压电元件2b中，时间相位的分布从右边起变为180°、0°、180°、0°。

膨胀和收缩力的时间相位分布与根据面外十阶弯曲振动的位移分布(在图3中由A表示)的压电元件2的膨胀和收缩形变的时间相位的分布基本上相符。

因此，可以获得面外十阶弯曲振动的大的响应。

另一方面，根据面外十一阶弯曲振动的位移分布(在图3中由B表示)的压电元件2的膨胀和收缩形变的时间相位分布在左边的压电元件2a和右边的压电元件2b之间逆转。在由成分V(差值)产生的面外十一阶弯曲振动中，由左边的压电元件2a激励的振动和由右边的压电元件2b激励的振动的量相等，并且具有相反的时间相位，由此相互抵消掉。因此，面外十一阶弯曲振动不产生响应。

此外，关于在水平方向上的节点数量方面与面外十阶弯曲振动不同的不必要的振动，膨胀和收缩力的时间相位分布与形变的时间相位分布不同，并由此可获得振动相互抵消掉的效果，并由此可减少不必要的振动的响应。

下面，以成分V(和)为时间相位的基准，描述由于成分V(和)而在压电元件2中产生的膨胀和收缩力的时间相位。

要在左边的压电元件2a中产生的膨胀和收缩力的时间相位的分布与分段电极9对应地从左边起为0°、180°、0°、180°。

在右边的压电元件2b中，时间相位的分布从右边起为0°、180°、0°、180°。

膨胀和收缩力的时间相位分布与根据面外十一阶弯曲振动的位移分布(在图3中由B表示)的压电元件2的膨胀和收缩形变的时间相位分布基本上相符。因此，可以获得面外十一阶弯曲振动的大的响应。

在由成分V(和)的膨胀和收缩力产生的面外十阶弯曲振动中，由左边的压电元件2a激励的振动和由右边的压电元件2b激励的振动的量相等，并且具有相反的时间相位，并由此相互抵消掉。因此，面外十阶弯曲振动不产生响应。

此外，关于在水平方向上的节点数量方面与面外十一阶弯曲振动不同的不必要的振动，膨胀和收缩力的时间相位分布与形变的时间相位分布不同，并由此可获得振动相互抵消掉的效果。因此，可减少不必要的振动的响应。

第一实施例还包括压电元件2c和2d，压电元件2c和2d在面外十阶弯曲振动和面外十一阶弯曲振动的节线被排列的方向上设置。

压电元件2c被设置在光学有效区域5的上侧，压电元件2d被设置在光学有效区域5的下侧。

此外，压电元件2c和2d被设置在垂直方向上的这样的位置中，所述位置跨着其中同时发生水平方向上的弯曲形变和垂直方向上的一阶弯曲形变的振动位移分布(参见图3的8)的节点。

与压电元件2a和2b类似，压电元件2c和2d各包含跨着整个后表面而均匀形成的电极，通过该后表面，压电元件2c和2d与光学元件1耦接。

此外，压电元件2c和2d各在相反侧的前表面上包含分段电极9，所述分段电极9在与面外十阶弯曲振动的位移分布基本上变为零的节点和面外十一阶弯曲振动的位移分布基本上变为零的节点之间的中间位置所对应的点处被分割成多个段。

在极化期间，后表面(通过该后表面，压电元件2c和2d与光学元件1耦接)上的电极被设为接地电势，而分段电极9的各段被施加在彼此相邻的段之间极性不同的电势。

在压电元件2c和2d两者中，分段电极9的段均从左边起被极化为“-+-+-+”，并且，极性与压电元件2a和2b的极性的顺序连续。没有电极被设置在中心位置中，在该中心位置处，从压电元件2a开始的极性的顺序和从压电元件2b开始的极性的顺序彼此相反。

此外，在极化之后，由于连接图3中的分段电极9的右半部分和左半部分的具有导电性的导电性涂层材料6，因此，当分段电极9的任何一个段被施加电压时，分段电极9的所有段变为相同的电势。

在操作期间，具有与上述的要被施加到压电元件2a的V1相同的时间相位的交变电压被施加到图3中的压电元件2c的左侧和压电元件2d的左侧两者，而具有与上述的要被施加到压电元件2b的V2相同的时间相位的交变电压被施加到图3中的压电元件2c的右侧和压电元件2d的右侧两者。

以这种方式，关于面外十阶弯曲振动和面外十一阶弯曲振动，可以以相同的时间相位激励由压电元件2a和2b激励的振动和由压电元件2c和2d激励的振动。当组合这些振动时，面外十阶弯曲振动和面外十一阶弯曲振动可产生更大的响应。

同时，鉴于导致水平方向上的弯曲形变和垂直方向上的一阶弯曲形变同时发生的不必要的振动，压电元件2c和2d被设置为处于跨过垂直方向上的位移分布(如图3的曲线8所示)的节点的位置中，这些位置包含膨胀和收缩形变的时间相位逆转的区域。

另一方面，分段电极9的垂直方向上的压电元件2c和2d在极化期间处于相同的极性，并且在操作中处于相同的电势，由此，膨胀和收缩力的时间相位分布和形变的时间相位分布互不相同。因此，不增大对于导致水平方向上的弯曲形变和垂直方向上的一阶弯曲形变同时发生的不必要的振动的激振力，由此可以相对减小不必要的振动的响应。

如上所述，根据第一实施例，在用于通过使用水平方向上的弯曲振动的阶次方面互不相同并且具有设置在其间的时间相位差的两个振动而单向移动物体的振动装置中，在节线延伸的方向上设置压电元件2(2a、2b)，并且，还在节线被排列的方向上设置压电元件2(2c、2d)。

通过该配置，有助于物体的移动的振动的响应可增大，由此产生提高移动物体的效率的效果。

此外，有助于物体的移动的振动的响应增大会导致妨碍物体的移动的不必要的振动的响应的相对减小。即使在这一方面，第一实施例也可产生提高移动物体的效率的效果。

此外，压电元件2c和2d被设置在垂直方向上的这样的位置中，所述位置跨过其中同时发生水平方向上的弯曲形变和垂直方向上的一阶弯曲形变的垂直方向上的位移分布的节点，并由此可产生进一步相对减小妨碍物体的移动的不必要的振动的响应的效果。

(第二实施例)

参照图4，描述根据本发明的第二实施例的振动装置的配置例子。第二实施例与第一实施例的不同在于，第一实施例中的在垂直方向上设置的压电元件2被减少为第二实施例中的仅仅一个压电元件2d。

第二实施例的配置的其余方面与第一实施例的类似。即使在第二实施例中，与第一实施例类似，具有在水平方向上排列的节线并且有助于物体的移动的面外十阶弯曲振动和面外十一阶弯曲振动的响应可增大。

此外，不必要的振动的响应可减小。作为结果，物体可以被有效地移动。

第二实施例的制造成本可降低，这是因为与第一实施例相比，构成元件的数量减少一个。此外，第二实施例的尺寸减少。

(第三实施例)

参照图5，描述根据本发明的第三实施例的振动装置的配置例子。描述第三实施例和第二实施例之间的不同。

第二实施例中的在水平方向上设置的压电元件2在第三实施例中减少为仅仅一个压电元件2a。压电元件2a被形成为在水平方向上从面外十一阶弯曲振动的端部延伸到第一节点的位置，并且，具有在其前表面上均匀形成的电极。

压电元件2d被形成为使得其一个端部在水平方向上延伸到压电元件2a的端部的附近。

此外，压电元件2d具有关于光学元件1的中心对称的形状。配置的其余部分与第二实施例的类似。

要由压电元件2a和2d产生的膨胀和收缩力的时间相位分布基本上与由面外十阶弯曲振动或面外十一阶弯曲振动导致的形变的时间相位分布相符。

即使在第三实施例中，与第一和第二实施例类似，具有在水平方向上排列的节线并且有助于物体的移动的面外十阶弯曲振动和面外十一阶弯曲振动的响应会增大。

此外，不必要的振动的响应会减小。作为结果，物体可以有效地被移动。

第三实施例的制造成本可降低，这是因为与第二实施例相比，构成元件的数量减少一个。此外，第三实施例的尺寸减小。

(第四实施例)

参照图6，描述根据本发明的第四实施例的振动装置的配置例子。

图6示出根据第四实施例的压电元件2a中的电极的布置。

根据第四实施例的振动装置具有其中压电元件2a中的电极的布置与第三实施例中的不同的配置。

与第三实施例类似，压电元件2a具有在后表面上均匀形成的电极，通过该后表面，压电元件2a与光学元件1耦接。

压电元件2a的前表面上的电极被分割成四个电极，即上电极10、接地电极11、用于感测振动的电极12和下电极13。电极沿与有助于物体的移动的面外十阶弯曲振动和面外十一阶弯曲振动的节线正交的方向被分割。

通过离子镀形成包含金的离子镀膜14，以便该离子镀膜14被设置为跨过压电元件2a的接地电极11和后表面上的电极。

通过该配置，后表面上的电极和接地电极11相互电连接。

在极化期间，在接地电极11与上电极10、用于感测振动的电极12和下电极13之间在相同方向上施加直流电场，使得这些电极可在相同的方向上被极化。在操作期间，用于产生交变电压的电源(未示出)与接地电极11、上电极10和下电极13电连接。

在操作期间，交流电场作用于与上电极10以及与下电极13对应的部分，使得在压电元件2a中产生膨胀和收缩力，由此激励面外十阶弯曲振动和面外十一阶弯曲振动。

用于感测振动的电极12与控制电路(未示出)连接。在操作期间，由于压电效应，在用于感测振动的电极12和接地电极11之间产生交变电势。

可通过控制电路计算该交变电势，以由此检测振动装置的振动状态(诸如响应的大小和时间相位)。

图6示出畸变的分布15，该畸变的分布15是响应于其中同时发生水平方向上的面外弯曲形变和垂直方向上的一阶弯曲形变的振动(不必要的振动C和D)而在压电元件2a中产生的。

纵轴表示垂直方向上的位置，横轴表示畸变量。上电极10被设置在其中畸变量的空间积分值基本上变为零的范围中。为了激励一定的振动而要由电压元件产生的激振力与压电元件中的要由振动导致的畸变的量、电场值和极化方向的正负的乘积的空间积分值成比例。

关于不必要的振动C和D，设置上电极10的位置中的畸变量的空间积分值基本上为零，而电场值恒定并且极化方向的正负均匀。

在这种情况下，压电元件中的畸变量、电场值和极化方向的正负的乘积的空间积分值基本上变为零，由此，用于产生不必要的振动C和D的激振力在设置上电极10的位置中基本上为零。

下电极13也被设置在由不必要的振动C和D导致的畸变的量的空间积分值基本上变为零的范围中。

类似地，用于产生不必要的振动C和D的激振力在设置下电极13的部分中基本上为零。

通过该配置，用于产生不必要的振动C和D的激振力基本上为零，由此，不必要的振动C和D的响应的大小可被减小到极小的大小。

应当注意，在第四实施例中，使得不对压电元件2a的驱动起作用的部分(非驱动区域16)的垂直方向上的中心位置与压电元件2a的垂直方向上的中心位置一致。描述通过该配置产生的效果。

与有助于物体的移动的面外十阶弯曲振动或面外十一阶弯曲振动对应的压电元件2a的畸变量在垂直方向上基本上恒定。用于产生面外十阶弯曲振动或面外十一阶弯曲振动的激振力基本上与排除非驱动区域16的面积的驱动范围17的面积成比例。为了获得更大量的用于产生面外十阶弯曲振动或面外十一阶弯曲振动的激振力，非驱动区域16的面积优选为较小。

因此，为了进一步减小不必要的振动C和D对于面外十阶弯曲振动和面外十一阶弯曲振动的影响，非驱动区域16的面积可被进一步减小，使得压电元件2a中的畸变量的空间积分值可基本上减小为零，这是优选的。

与不必要的振动C和D对应的压电元件2a中的畸变量由图6的线15示出，假如纸面的左侧为正，那么该畸变量在垂直方向上在中心具有正的范围并且在两端具有负的范围。

正区域的积分值比负区域的积分值大。因此，优选将非驱动区域16设置在作为畸变量的正区域的中心的部分，而不设置在作为畸变量的负区域的垂直方向上的任一个端部。如果对于正区域和负区域均设置非驱动区域16，那么作为与以上不同的另一例子，为了将驱动范围17中的畸变量的空间积分值基本上减小为零，正区域和负区域中的非驱动区域均需要增大，结果是作为正区域和负区域中的非驱动区域的组合区域的非驱动区域16也增大。

此外，压电元件2a中的畸变的量在垂直方向上的中心处具有最大的正值，该正值随着到中心的距离的增大而减小。鉴于此，为了在将驱动范围17中的畸变量的空间积分值基本上减小为零的同时进一步减小非驱动区域16的面积，进一步优选使得垂直方向上的非驱动区域16的中心位置与垂直方向上的压电元件2a的中心位置一致。

如上所述，在第四实施例中，使得不对压电元件2a的驱动起作用的部分(非驱动区域16)的垂直方向上的中心位置与垂直方向上的压电元件2a的中心位置一致，以由此进一步减小不必要的振动C和D对于面外十阶弯曲振动和面外十一阶弯曲振动的影响。

作为替代方案，可对于第四实施例采用另一配置，其中，可以部分地改变驱动范围17的极化方向，或者可以改变其电场值或极性，以由此类似地减少关于不必要的振动C和D的激振力。

作为另一替代方案，如图7所示，可一体化形成压电元件2a和2d。

作为另一替代方案，与第四实施例类似，可以将在与节线正交的方向上分割的分段电极9提供给根据第一和第二实施例的振动装置，以由此减小对于不必要的振动C和D的激振力，在所述根据第一和第二实施例的振动装置中，在节线延伸的方向上设置两个压电元件2a和2b。

参照上述的实施例描述的振动装置可被应用于驱动装置，以由此形成能够在预定方向上驱动物体的驱动装置。

此外，该振动装置可被应用于除尘装置，以由此形成能够通过在预定方向上移动灰尘而去除灰尘的除尘装置。

此外，上述的除尘装置可被用于形成能够去除光路上的灰尘的光学装置。

特别地，例如，该振动装置可被应用于诸如照相机、传真机、扫描仪、投影仪、复印机、激光束打印机、喷墨打印机、镜头、双目镜或图像显示装置之类的光学装置。

虽然已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。以下的权利要求的范围应被赋予最宽的解释以包含所有的变更方式以及等同的结构和功能。

Claims (29)

1.一种振动装置，包括：

振动体，包含第一电气机械能量转换元件，

其中所述振动装置被配置为在振动体中产生振动，所述振动同时包括第一驻波的成分和具有时间相位差的第二驻波的成分，所述第一驻波和所述第二驻波具有在相同方向上排列的多个节线并且在阶次方面是不同的，

其中所述第一电气机械能量转换元件包括在第一驻波和第二驻波的所述多个节线中的相邻的节线之间的位置处放置的电极，以及

其中设置在该第一电气机械能量转换元件中的相邻的电极之间具有间隙。

2.根据权利要求1所述的振动装置，还包括第二电气机械能量转换元件，所述第二电气机械能量转换元件包括在基本上与以下两个位置之一对应的位置处具有间隙地放置的电极：第一驻波和第二驻波之一的所述多个节线中的一个节线的第一位置，以及第一驻波和第二驻波的所述多个节线中的相邻的节线之间的第二位置，其中该间隙位于设置在第二电气机械能量转换元件中的相邻的电极之间。

3.根据权利要求1所述的振动装置，其中所述第一电气机械能量转换元件包括在跨过所述多个节线的方向上具有间隙地排列的电极。

4.根据权利要求2所述的振动装置，还包括：

电源，用于向多个电气机械能量转换元件施加交变电压；和

控制电路，用于控制要由电源施加的交变电压，

其中由控制电路控制的交变电压表现出频率响应。

5.根据权利要求1所述的振动装置，其中第一电气机械能量转换元件在第一方向上延伸。

6.根据权利要求2所述的振动装置，其中第二电气机械能量转换元件在第二方向上延伸。

7.根据权利要求1所述的振动装置，其中向所述振动体施加具有对第一驻波和第二驻波均表现出响应的频率的交变电压。

8.一种驱动装置，包括根据权利要求1所述的振动装置，其中所述驱动装置通过使用所述振动装置来在一个方向上驱动物体。

9.一种包括根据权利要求1所述的振动装置的除尘装置，其中，所述除尘装置通过使用该振动装置而在一个方向上移动灰尘。

10.一种包括根据权利要求9所述的除尘装置的光学装置，其中，所述光学装置通过使用该除尘装置而去除光路上的灰尘。

11.一种振动装置，包括：

振动体，包含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，

其中所述振动装置被配置为在振动体中产生振动，所述振动同时包括第一驻波的成分和具有时间相位差的第二驻波的成分，所述第一驻波和所述第二驻波在阶次方面是不同的并且具有在第一方向上延伸且沿着第二方向排列的多个节线，

其中第二方向与第一方向相交，

其中所述第一电气机械能量转换元件包括在第二方向上具有间隙地排列的电极，

其中在第二方向上，在所述电极中的一个电极的边缘与所述第一驻波和所述第二驻波的所述多个节线中的相邻节线之间的距离小于在所述电极中的所述一个电极的中心与所述第一驻波和所述第二驻波的所述多个节线之中的所述相邻节线之间的距离，以及

其中所述相邻节线是作为所述多个节线之中最接近于所述电极中的所述一个电极的中心的节线的节线。

12.根据权利要求11所述的振动装置，还包括第二电气机械能量转换元件，所述第二电气机械能量转换元件包括在跨过所述多个节线的方向上具有间隙地排列的电极。

13.根据权利要求12所述的振动装置，还包括：

电源，用于向多个电气机械能量转换元件施加交变电压；和

控制电路，用于控制要由电源施加的交变电压，

其中由控制电路控制的交变电压表现出频率响应，以及

其中所述第一电气机械能量转换元件被设置在振动的节线的位置处，其中所述振动的位置不同于第一驻波和第二驻波的所述多个节线。

14.根据权利要求11所述的振动装置，其中第一电气机械能量转换元件在跨过多个节线之一的方向上延伸。

15.根据权利要求11所述的振动装置，其中向所述振动体施加具有对第一驻波和第二驻波均表现出响应的频率的交变电压。

16.一种驱动装置，包括根据权利要求12所述的振动装置，其中所述驱动装置通过使用所述振动装置来在一个方向上驱动物体。

17.一种包括根据权利要求11所述的振动装置的除尘装置，其中，所述除尘装置通过使用该振动装置而在一个方向上移动灰尘。

18.一种包括根据权利要求17所述的除尘装置的光学装置，其中，所述光学装置通过使用该除尘装置而去除光路上的灰尘。

19.一种振动装置，包括：

第一电气机械能量转换元件，所述第一电气机械能量转换元件包括第一电极和第二电极，

其中所述振动装置被配置为产生振动，所述振动同时包括第一驻波的成分和具有预定的时间相位差的第二驻波的成分，所述第一驻波和所述第二驻波在阶次方面是不同的并且具有在第一方向上延伸且沿着第二方向排列的多个节线，

其中第二方向与第一方向相交，

其中第一电极和第二电极沿着第二方向具有间隙地排列，

其中多个节线中的第一节线在第一电极和第二电极之间，以及

其中第二电极在第一节线与多个节线之中的相邻于第一节线的第二节线之间。

20.根据权利要求19所述的振动装置，其中第一电气机械能量转换元件包括在第一方向上具有间隙地排列的第三电极和第四电极。

21.根据权利要求19所述的振动装置，还包括向第一电气机械能量转换元件供应交变电压的电路。

22.根据权利要求19所述的振动装置，其中第一电气机械能量转换元件在第一方向上延伸。

23.根据权利要求19所述的振动装置，还包括第二电气机械能量转换元件，所述第二电气机械能量转换元件包括在第二方向上具有间隙地排列的第三电极和第四电极。

24.根据权利要求23所述的振动装置，其中第二电气机械能量转换元件在第二方向上延伸。

25.根据权利要求19所述的振动装置，其中电路将交变电压的频率设置为对第一驻波和第二驻波均表现出响应的频率。

26.根据权利要求19所述的振动装置，其中所述振动是行波。

27.一种驱动装置，包括根据权利要求19所述的振动装置，其中所述驱动装置通过使用所述振动装置来在预定方向上驱动物体。

28.一种包括根据权利要求19所述的振动装置的除尘装置，其中，所述除尘装置通过使用该振动装置而在一个方向上移动灰尘。

29.一种包括根据权利要求28所述的除尘装置的光学装置，其中，所述光学装置通过使用该除尘装置而去除光路上的灰尘。