CN110392921B - 使用电润湿元件清洁表面的装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种用于清洁物体表面的装置，包括：衬底，其被设置在物体表面上；多个电极，其被设置在衬底上；电介质层，其被设置在衬底上以覆盖电极；以及控制装置，该控制装置向电极供应交流(AC)电力包括在第一时间段期间向电极供应具有预定第一频率和预定第一电压的第一AC电力，以通过在电极处生成的静电力的周期性变化来使物体的表面上的液滴振动，第一频率被设置为液滴的谐振频率。

Description

使用电润湿元件清洁表面的装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种电润湿元件，并且更具体地，涉及一种经配置以使用电润湿元件清洁物体的表面的装置。

背景技术

通常，当对放置在固体上的液体上，特别是液滴形式的液体施加电场时，流体的相对于固体的接触角和表面张力改变。这种行为被定义为电润湿效果或现象。可以根据电润湿效果使用接触角和接触面积的变化来移动液滴，并且可以通过控制所施加的电场的方向来控制液滴的移动的方向。因此，已经开发配置为生成电润湿效果的电润湿元件，并且其被采用在各种领域中。

更具体地，为了实验和分析的目的，已经将电润湿元件应用于生物技术以移动、组合和划分包括血液的各种液体生物材料。电润湿元件也被应用在开发新型显示器中。这种电润湿元件具有以相对简单的结构操作细液滴的能力，并且因此可以应用于除了上述领域之外的各种领域。

发明内容

技术问题

本公开的目的是为了解决上述和其他问题。

更具体地，本公开的目的是为了提供一种被配置为使用电润湿效果清洁物体表面的装置。

本发明的其他优点、目的和特征将部分地在下面的描述中阐述，并且对于本领域的普通技术人员来说在研究下文后将部分地变得显而易见，或者可以从本公开的实践中获知。本发明的目的和其他优点可以通过书面说明书及其权利要求以及附图中特别指出的结构来实现和获得。

技术解决方案

关于此目的，本公开可以提供一种用于清洁物体表面的装置，包括：衬底，该衬底被设置在预定物体的表面上；多个电极，所述多个电极被设置在衬底上；电介质层，该电介质层被设置在衬底上以覆盖电极；以及控制装置，该控制装置被配置为向电极供应交流(AC)电力，向电极供应交流(AC)电力包括在第一时间段期间向电极供应具有预定第一频率和预定第一电压的第一AC电力，以通过在电极处生成的静电力的周期性变化来使物体的表面上的液滴振动，其中第一频率被设置为液滴的谐振频率。

控制装置可以被配置为在将第一AC电力供应到电极之前在向电极提供初步AC电力时检测液滴的谐振频率。更具体地，在检测谐振频率时，控制装置可以被配置为顺序地扫描所提供的初步AC电力的频率的预定范围，在扫描期间感测液滴的谐振，并且将其处发生谐振的频率设置为第一频率。

更具体地，控制装置可以被配置为在扫描频率的预定范围时，逐渐增加从预定频率开始的初步AC电力的频率直到液滴的谐振发生。例如，控制装置可以被配置为扫描10Hz和150Hz之间的频率。

此外，为了感测液滴的谐振，控制装置可以被配置为使用传感器获取液滴的图像，并分析所获取的图像，以检测液滴的振动的突然增强。当在多个频率处感测到液滴的谐振时，控制装置可以被配置为将频率的最高频率设置为AC电力的第一频率。例如，第一频率可以是30Hz或100Hz，并且第一电压可以在50V和150V之间的范围中。

控制装置可以被配置为在第一时间段期间提供第一AC电力之后的第二时间段期间将具有比第一电压大的第二电压的第二AC电力提供到电极。例如，第二电压可以在150V和200V之间的范围中。

更具体地，控制器可以被配置为将具有第一频率的第一AC电力的第一电压增加到第二电压以供应第二AC电力。另外，在提供第二AC电力时，控制装置还可以被配置为将第二电压减小到比第二电压小的第三电压，并且重复将第三电压增加到第二电压并且将第二电压减小到第三电压。另外，可以以8:2的比率来设置第一时间段和第二时间段。

控制装置还可以被配置为检测在物体表面上布置的液滴。更具体地，控制装置可以被配置为感测由液滴在电极处生成的阻抗的变化以感测液滴。

控制装置可以配置为改变物体的倾斜度以促进液滴的移动。另外，衬底、电极和电介质层可以由透明材料形成。

根据以下详细描述，本公开的进一步适用范围将变得显而易见。然而，应当理解的是，详细描述中的配置仅以说明的方式给出，因为在本公开的精神和范围内的各种改变和修改对于本领域的技术人员而言将是显而易见的。

本发明的有益效果

下面描述根据本公开的表面清洁装置和控制方法的效果。

本公开的表面清洁装置和控制方法可以通过控制所供应的AC电力的频率在物体表面上的液滴中产生谐振。也就是说，表面清洁装置和控制方法可以被配置为检测谐振频率并且供应具有检测到的谐振频率的AC电力。因此，液滴可以被去除，因为它们在被谐振时快速且平稳地移动出物体表面。

另外，本公开的表面清洁装置和控制方法可以通过另外控制所供应的AC电力的电压来在物体的表面上甚至激发细的液滴。也就是说，表面清洁装置和控制方法可以增加所供应的AC电力的电压以加宽电极的范围，使得甚至激发细的液滴。因此，即使细液滴也可以被适当地激发和振动，从而从物体的表面去除。

因此，通过最佳地控制所供应的AC电力的频率和电压，根据本公开的表面清洁装置和控制方法可以有效地振动并且快速且有效地去除物体表面上的所有液滴。

本领域的技术人员将理解，能够通过本公开的实施例实现的效果不限于上述那些，并且本公开的其他效果对于本领域的技术人员来说可以从权利要求中变得显而易见。

附图说明

从以下给出的详细描述和附图将更全面地理解本公开，其仅通过图示给出，并且因此不是对本公开的限制，并且其中：

图1是示出使用根据本发明的电润湿元件的表面清洁装置的示意性视图；

图2是图示应用于根据本公开的成像装置的表面清洁装置的立体视图；

图3是示出本发明的表面清洁装置的电极的结构的平面视图；

图4是图示根据本公开的使用电润湿元件来控制表面清洁装置的方法的流程图；

图5是详细图示在根据本发明的控制方法中检测谐振频率的步骤的流程图；

图6是详细图示在根据本公开的控制方法中提供具有与第一AC电力的电压不同的电压的第二AC电力的步骤的流程图；

图7是描绘当向电润湿元件供给AC电力时的液滴的行为的曲线图；

图8是分别示出当供给具有不同频率的AC电力时的液滴的行为的示意性视图；

图9是图示通过根据本公开的控制方法去除的液滴的平面视图；

图10是图示电场的范围与能够被激发的液滴尺寸之间的相关性的示意视图；以及

图11是图示由于增加电压而膨胀的电场激发的细液滴的示意性视图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述根据本公开的用于清洁表面的装置及其控制方法。

在以下描述中，相同或相似的元件由相同的附图标记表示，即使它们在不同的附图中被描绘，并且将省略其冗余的描述。关于在以下描述中使用的元件，仅考虑到描述的准备的容易性，后缀“模块”和“单元”彼此使用或组合，并且没有不同的含义。因此，后缀“模块”和“单元”可以彼此互换。另外，在以下描述中，当可能使本公开中公开的主题相当不清楚时，将省略对这里并入的已知功能和配置的详细描述。另外，为了更好地理解本公开中的示例提供附图并且不旨在限制本公开中的技术概念。因此，应当理解，附图包括在本公开的范围和精神内的所有修改、等同物和替换。

应当理解，尽管这里可以使用术语“第一”、“第二”等来描述各种组件，但是这些组件不应当受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个组件与另一个组件区分开。

应当理解，当组件被称为“连接到”或“耦合到”另一组件时，它可以直接连接到或耦合到另一组件，或者可以存在中间组件。相反，当一个组件被称为“直接连接到”或“直接耦合到”另一个组件时，不存在中间组件。

如本文所用，除非上下文另有明确说明，否则单数形式也旨在包括复数形式。

在本公开中，将进一步理解，术语“包括”、“包括”等指定所述特征、数字、步骤、操作、元件、组件或其组合的存在，但是不排除一个或者多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或其组合的存在或添加。此外，出于同样的原因，本公开还涵盖从任何预定义的组合中排除一些特征、整数、步骤、操作、元件或组件的任何子组合。

下面描述的本公开的示例涉及用于清洁物体表面的装置和方法。然而，在没有改变的情况下所描述的示例的原理和配置可以应用于具有不同目的或用途的任何装置。

图1是示出使用根据本公开的电润湿元件的表面清洁装置的示意性视图，并且图2是图示应用于根据本公开的图像获取装置的表面清洁装置的立体视图。图3是示出根据本公开的表面清洁装置的电极的结构的平面视图。下面将参考图1至图3描述根据本公开的使用电润湿元件的表面清洁装置。

本公开的表面清洁装置可以被配置为通过去除存在于物体O的表面上的液滴D来清洁预定物体O的表面。物体O上的液滴D可以在物体O的表面上移动以便被去除。为了移动液滴D，可以如上所述施加电润湿效果。因此，本公开的表面清洁装置可以基本上包括配置为引起液滴D的移动的电润湿元件100。在图1中，示出与其他部件不同的电润湿元件100的横截面，以说明其内部结构。

参考图1，电润湿元件100可以包括衬底110。衬底110可以被布置在要清洁的物体O的表面上。电润湿元件100还可以包括在衬底110上布置的电极120。更具体地，电极120可以被设置在衬底110的表面上。电极120可以被配置为接收电力、功率或电压以形成预定大小的电场。如图1中所示，多个电极120可以彼此间隔开地被布置在衬底110的整个表面上方。因此，电极120可以在电润湿元件100的整个表面上方以及在要清洁的物体O的整个表面上方形成均匀的电场。可以以各种方式实现电极120的布置。作为示例，图3的图案可以被应用于电润湿元件100。参考图3，电极120可以包括被布置成彼此面对的公共电极121。另外，多个子电极122a和122b可以从公共电极121延伸。子电极122a和122b可以以其间的预定间隔交替地布置。因此，子电极122a和122b可以根据图案在整个电润湿装置100上方形成均匀的电场。基本上，图1和其它附图中所示的电极120对应于图3中的子电极122a和122b。电极120可以由各种材料制成，例如氧化铟锡(ITO)。

电润湿元件100可以仅利用衬底110和电极120生成预期的电润湿效果，即，液滴D的移动。然而，如果液滴D直接接触电极120，则液滴D可以在移动之前在相对高的功率或电压下被电解。为此，电润湿元件100可以包括被配置为覆盖电极120的电介质层130。更具体地，电介质层130可以被布置在衬底110和电极120上并且被配置为不仅覆盖电极120而且覆盖被暴露在电极120之间的衬底110的表面。也就是说，电极120可以通过电介质层130与外部隔离。因此，由于电介质层130的插入，在不需要经电极120电解的情况下，液滴D可以仅暴露于由电极120生成的电场。电介质层130可以由各种材料制成，例如氮化硅。电润湿元件100还可以包括在电介质层130上设置的疏水层140。更具体地，疏水层140可以被布置在电介质层130的整个表面上方。疏水层140由于排斥液滴D的其自己的性质而可以帮助液滴D平滑地移动。

在电润湿元件100中，当通过向被布置成邻近液滴D的电极120中的任何一个施加电力或电压来产生电场时，液滴D的接触角可以通过电场改变。更具体地，在电场的影响下，可以将液滴D拉向电极120，即，元件100的表面，并且可以减小液滴D相对于表面的接触角。因此，液滴D可以朝向接触角减小的部分移动。利用此原理，可以通过将电力或电压选择性地施加到多个顺序排列的电极120来操纵液滴D以在期望的方向上移动。也就是，通过控制向电极120供电，可以控制液滴D的移动。如果将AC电力或AC电压施加到电极120，则根据AC电力的周期性交替频率来周期性地交替电场和由电场施加的静电力。通过这种交替的静电力，液滴D可以如图7中所示被激发并振动，将在后面进行描述。更具体地，液滴D可以自身移动出电润湿元件100和物体O的表面，同时利用通过激发液滴D获得的能量在表面上振动，如图1中所示，并且最终可以从表面上被去除。使用激发和振动的液滴D的这种随机移动有效地去除液滴D，并且不需要如在液滴D的操纵中那样对电极120的供电的特定控制。出于同样的原因，通过使用通过电极120的激励，可以同时振动和移动存在于物体O的表面上的所有液滴D。因为去除液滴D不需要液滴D的精密操纵，而是仅需要将预定物体O移动到物体O的表面外部，所以液滴D的激发和振动可以是更有效的并且在去除液滴D中是有效的。因此，本公开的表面清洁装置，特别是电润湿元件100，可以配置为产生液滴D的振动。

更具体地，表面清洁装置可以包括电源200，该电源200被配置为供应AC电力以交替用于激发液滴D的静电力。电源200被连接到电润湿元件100，更具体地，连接到其电极120，如图1中所示，并且可以向电极120施加AC电力和AC电压。此外，为了适当地控制液滴D的振动，需要监测液滴D的行为。例如，当从电源200向电极120供应AC电力时，必须检查至少是否实际发生液滴D的振动。因此，表面清洁装置可以包括传感装置300，该传感装置300被配置为在表面清洁装置的操作期间检测液滴D的行为。传感装置300可以以各种方式识别液滴D的行为。例如，可以应用超声波、红外传感器等来识别液滴D的状态。在这些各种方法中，直接获取液滴D的图像可以有利于正确地确定液滴D的行为。为此，感测装置300可以包括成像装置，该成像装置被配置为获取物体O的表面上的液滴D的图像。感测装置300可以在用于去除液滴D的精确和详细的控制的表面清洁装置的操作期间连续地获取液滴D的图像。传感装置300可以被布置在其中传感装置能够确保整个液滴D的图像的任何位置。作为示例，图1示出在物体O顶部上布置的传感装置300，使得要清洁物体O的整个表面包含在视野(FOV)内。此外，表面清洁装置可以包括配置为控制其操作的控制装置400。控制装置400可以包括处理器和相关的电子组件，并且可以电连接到表面清洁装置的组件，即，电润湿元件100、电源200和传感装置300。因此，控制装置400可以控制作为整体的表面清洁装置用于预期的操作。作为示例，控制装置400可以控制电源200向电润湿元件100供应所需的AC电力或电压。控制装置400可以使用传感装置300在表面清洁装置操作期间的时间实时监测物体O的表面上的液滴D的行为。控制装置300的更具体的操作将在下面描述的控制方法中描述。

上述表面清洁装置可以应用于各种物体O和装置以执行清洁操作。例如，表面清洁装置可以应用于成像装置，如图2中所示。成像装置通常被配置为使用通过透镜入射的光来获取图像。因此，当在透镜上存在诸如液滴D的外来物质时，外来物质可能干扰入射光，并且因此可能无法获得精确的图像。特别地，当成像装置在室外使用时，由于包括诸如雪、雨和湿气的气候因素的各种原因，阻碍获取精确图像的液滴D可能被附着到透镜的表面。因此，根据本公开的表面清洁装置可以安装在作为成像装置的相机10中，如图2中所示。

更具体地，相机10可以包括透镜单元，其可以包括主体11和安装在主体11中的透镜12。相机10还可以包括图像传感器13，其被配置为从通过透镜入射的光获取图像。例如，图像传感器13可以包括电荷耦合装置(CCD)。表面清洁装置，更具体地，电润湿元件100，可以被安装在透镜12的是要清洁的物体O的表面上。电润湿元件100可以与透镜12集成。也就是说，电润湿元件100可以被配置为具有与透镜12的表面相同的曲率，以便紧密接触表面。这样，电润湿元件100与透镜12形成一体，并且可以将透镜12本身视为单个模块或组件。此外，电润湿元件100可以植入或嵌入透镜12的主体内，并且元件100可以通过这种嵌入与透镜12集成。因为电场不受介入介质的影响，所以此嵌入元件100仍然可以向透镜12的表面施加由电场引起的静电力，并且因此具有振动和去除液滴D的能力。此外，应用于透镜12的电润湿元件100不应当阻挡光的入射。因此，整个电润湿元件100可以被配置为是透明的。更具体地，衬底110、电极120、电介质层130和疏水层140都可以由透明材料制成。透明电润湿元件100可以允许入射光以与透镜12相同的方式透射，并且可以去除诸如液滴D的外来物质。相机10可以包括在主体11上安装以保护透镜12的单独的盖。此盖可以代替透镜12暴露在相机10的外面。在这种情况下，表面清洁装置的电润湿元件100可以整体地附接到透镜盖。可替选地，透镜盖本身可以由电润湿元件100配置。

相机10的内部电源可以用作表面清洁装置的电源200。必要时，单独的电源200可以连接到在相机10中设置的电润湿元件100。类似地，相机10的控制装置可以连接到电润湿元件100并且用作控制装置400。此外，因为相机10的图像传感器13通过透镜12来获取图像，也可以获取透镜12上的外来物质的图像，即，液滴D的图像。因此，当表面清洁装置应用于相机10时，图像传感器13可以替换感测装置300。

在应用于相机10的表面清洁装置中，当作为外来物质的液滴D被形成在包括元件100的透镜12上时，如图2(b)中所示，可以通过控制装置400向元件100供应AC电力或电压，并且液滴D可以由电极130产生的静电力激发。随后，参考图2(c)，液滴D可以在如箭头所示的那样振动时移动到透镜12的外部。通过以这种方式去除液滴D，可以清洁透镜12。因此，相机10可以通过清洁透镜12来获取准确且高质量的图像。因为当在室外使用相机10时液滴D可能经常附着到透镜12，所以表面清洁装置在清洁在室外的相机10的透镜12中特别有效。

如上所述，表面清洁装置具有振动以使液滴D振动的基本能力以清洁期望的物体表面，但是通过对表面清洁装置的更优化的控制可以最大化预期的清洁功能。为此，针对根据图1至图3的表面清洁装置优化的控制方法已经被设计，并且将在下面参考相关附图进行描述。除非另有说明，否则在下面的控制方法和附图的描述中基本上包括并参考图1至图3以及其描述。

图4是图示根据本公开的使用电润湿元件控制表面清洁装置的方法的流程图，图5是详细图示根据本公开的控制方法中检测谐振频率的步骤的流程图，并且图6是详细图示在根据本公开的控制方法中提供具有与第一AC电力的电压不同的电压的第二AC电力的步骤的流程图。图7是描绘当向电润湿元件供应AC电力时液滴的行为的曲线图，并且图8是分别示出当供应具有不同频率的AC电力时液滴的行为的示意视图。

下面描述的控制方法可以控制上面参考图1至图3描述的元件的操作，即，各种组件的操作，并且可以基于这些操作提供预期的功能。因此，与控制方法相关联的操作和功能可以被认为是相关结构组件的特征，以及控制方法的特征。特别地，控制装置400，即，处理器，可以通过诸如“控制器”和“控制单元”的各种名称来引用，并且可以控制表面清洁装置的所有部件以根据控制方法执行操作。因此，控制装置400基本上控制下面在本公开中描述的所有方法和模式，并且因此下面将描述的所有步骤可以是控制装置400的特征。为此，即使没有描述为通过控制装置400执行，以下步骤及其详细特征可以被全部被理解为控制装置400的特征。此外，在以下控制方法的描述中，将会省略对结构特征及其操作的详细描述。对于结构特征和操作，参考参考图1至图3给出的描述。

在使用预定物体O时，它可能暴露于外部环境，并且诸如液滴D的外来物质可能由于各种原因粘附到物体O的表面。因为表面清洁装置的电润湿元件100实际上布置在要清洁物体O的表面上，所以液滴D可以粘附到电润湿元件100上。然而，如上所述，电润湿元件100与物体O的一部分集成并且作为物体O的一部分起作用，并且因此电沉积元件100的表面上的液滴D可以被认为是物体O的表面上的液滴。此外，如参考图2在上面所描述的，物体O可以基本上对应于预定装置10或其一部分。在这种情况下，表面清洁装置(下文中，简称为“清洁装置”)，即，其控制装置400，可以首先感测是在物体O的表面上布置的外来物质的至少一个液滴D(S10)。也就是说，控制装置400可以感测或确定液滴D是否存在于物体O的表面上。可以使用各种方法来执行此感测步骤S10。例如，可以在由感测装置300获取的图像中感测液滴D的附着。此外，当液滴D被布置在物体O的表面上时，物体O的电阻(即，电润湿元件100的整个表面)可以由于液滴D的电阻而改变。电阻的变化可以导致电润湿元件100(更具体地，电极120)的阻抗的变化。因此，当感测到阻抗中的变化时，控制装置400可以感测并确定液滴D已经附着到物体O的表面。在不需要附加装置的情况下，可以仅使用电润湿元件100的基本配置来执行液滴D的基于阻抗的这种感测。因此，可以简化清洁装置，并且可以精确地感测液滴D。

如上所述，当向电极120施加AC电力或AC电压时，由于频率的周期性交替而周期性地交替的静电力可以施加在液滴D上。静电力可以激发液滴D，并且液滴D可能由于激发而开始振动。另外，如图7中所示，液滴D的振动程度(附图中变形的液滴D的高度)随时间的流逝逐渐增加，并且可以产生足以使液滴D移动的振动。特别地，如果以能够使液滴D谐振的频率(下文中称为“谐振频率”)向电极120施加AC电力，则由于产生的谐振可以被最大化由液滴D获得的机械能，并且可能发生液滴D的最大振动和移动。因此，液滴D可以以谐振频率更快地移动到物体O的表面的外部。为此，为了更有效且更有效地去除液滴D，本公开的控制方法可以被配置为提供具有谐振频率的AC电力。

为了供应AC电力，控制装置400可以被配置为首先检测液滴D的谐振频率(S20)。也就是说，在感测步骤S10中，在立即感测到液滴D之后，控制装置400可以执行用于检测附着的液滴D的谐振频率的一系列步骤。在检测步骤S20中，可以使用各种方法指定谐振频率。然而，附着的液滴D实际上可以具有各种尺寸，并且因此谐振频率可以根据包括液滴D的尺寸的各种因素而稍微改变。因此，为了精确地指定谐振频率，在每次感测到液滴D时都需要检测谐振频率。因此，在检测步骤S20期间，控制装置400可以被配置为在向电润湿元件100连续地供应AC电力时实时搜索谐振频率。

参考图5，为了在检测步骤S20中执行搜索，控制装置400可以在向元件100供应AC电力时顺序地扫描预定范围的频率(S21)。也就是说，在检测步骤S20中，控制装置400可以每次向元件100的电极120供应具有一个不同频率的AC电力，以便找到谐振频率。换句话说，控制装置400可以在供应特定电压的AC电力时逐步改变AC电力的频率。更具体地，在扫描步骤S21中，控制装置400可以从预定频率开始逐渐增加所供应的AC电力的频率(S21a)。可以连续地执行此增加步骤S21a，直到液滴D谐振。液滴D的谐振可以以多个频率发生。因此，即使发生并检测到液滴D的谐振，也可以连续增加AC电力的频率以检测附加的谐振频率。扫描整个频带是低效的，并且因此需要限制要扫描的频率范围。在许多因素中，液滴D在频率下的振动行为可以被认为是限制频率范围。首先，如图8(b)中所示，在相对低的频率下，液滴D可以在低循环振动时被大大地变形。然而，大的变形对于液滴D的平滑移动可能是不利的，因为它增加液滴D和物体O的表面之间的接触面积和摩擦，如附图中所示。另一方面，参考图8(a)，在相对高的频率下，液滴可以在没有被大大地变形的情况下以高循环振动。因此，液滴D与物体O的表面之间的接触面积可以相对变窄，并且由于接触面积变窄，摩擦力也可以相对减小。假定减小的摩擦，高循环中的交替可以促进液滴D从初始位置开始移动。因此，相对高频率的振动和谐振对于液滴D的平滑移动和去除可能是有利的。为此，要扫描的频率范围可以被设置为从相对低的频率开始，但是包括相对高的频率。例如，频率范围可以设置在10Hz和150Hz之间。在这种情况下，在增加步骤S21a中，控制装置400可以将所供应的AC电力的频率从10Hz的预定频率逐渐增加到150Hz的相对高的频率。

再次参考图5，在扫描步骤S22期间，控制装置400可以感测液滴D的以特定频率发生的谐振(S22)。在感测步骤S22中，控制装置400可以使用感测装置300感测液滴的谐振，并且可以将各种方法应用于此操作。例如，可以使用超声波、红外传感器等。在这些方法中，配置有成像装置的感测装置300可以用于正确地确定液滴D的状态，并且因此可以通过由感测装置300获取的图像来感测液滴D的谐振。具体而言，如图5中所示，在感测步骤S22中，控制装置400可以在执行扫描频率时使用传感器，即，感测装置300，连续地获取液滴D的图像(S22a)。如参考图2在上面所描述的，当清洁装置应用于相机10时，在相机10中嵌入的图像传感器13可以用于获取液滴D的图像。如果在液滴D中发生谐振，则液滴D的振动可以突然增强，这可以通过图像清楚地确认。因此，控制装置400可以分析所获取的图像并基于所分析的图像确定液滴D的振动的突然增强(S22b)。因此，当确定或感测到这种突然的振动增强时，控制装置400可以感测发生液滴D的谐振。

当在感测步骤S22中感测到振动的突然增强，即，谐振时，控制装置400可以将所供应的AC电力的频率设置为谐振频率(S23)。另外，控制装置400可以将在感测步骤S22中感测到谐振的频率设置为将来被供应到电润湿元件100的AC电力的频率。在大多数情况下，在物体O的表面上的多个液滴D中发生振动的突然增强，并且因此可以相对容易地执行谐振的感测和谐振频率的设置。然而，为了实现更一致和客观的谐振的感测和谐振频率的设置，当确定在物体O的表面上的液滴D中的至少一个中发生振动的突然增强时，控制装置400可以感测或确定已经发生谐振。出于同样的原因，控制装置可以将此时的频率设置为谐振频率。

如上所述，液滴D的谐振频率可能由于各种因素而略微变化。然而，在大多数情况下，附着的液滴D的尺寸基本上限制在大约2-3μm的范围内。因此，液滴D的谐振发生在大约30Hz处。液滴D的谐振另外发生在100Hz的较高频率处。因此，在设置步骤S23中，控制装置400可以分别将30Hz和100Hz设置为第一和第二谐振频率，并且将第一和第二谐振频率中的一个设置为要供应给电润湿元件100的AC电力的频率。此外，如上面关于图8所讨论的，液滴D可以通过相对高频率的振动和谐振更平稳和快速地移动。因此，如果在检测步骤S20中检测到多个谐振频率(S21-S23)，则控制装置400可以选择较高频率作为实际检测到的谐振频率。也就是说，控制装置400可以将多个谐振频率中的最高频率设置为要供应的AC电力的频率。例如，控制装置400可以将高于30Hz的第一谐振频率的100Hz的第二谐振频率设置为要被供应的AC电力的频率，以便有效地去除液滴D。

再次参考图4，如上所述，在检测步骤S20中可以感测单个谐振频率，或者选择多个感测的谐振频率中的一个。因此，可以设置一个特定的谐振频率以便供应AC电力。在这种情况下，控制装置400可以向电润湿元件100提供或供应具有设定的谐振频率，即，第一频率的第一AC电力，以振动和去除液滴D(S30)。在供应步骤S30中，所供应的第一AC电力可以具有预定的第一电压。可以根据第一AC电力的特性或由其中安装清洁装置的装置需要的电压来适当地设置第一电压，并且第一电压可以具有例如50V至150V的范围。另外，出于同样的原因，AC电力可以在上述检测步骤S20期间恒定地具有第一电压。可以在预定的第一时间段期间将第一AC电力提供给电润湿元件100。可以适当地设置第一时间段，以便充分地移动和去除液滴D。更具体地，控制装置400可以使用感测装置300检查物体O的表面上的液滴D的状态，并且可以将第一AC电源控制为被持续供应直到从表面充分去除液滴D。

通过在供应步骤S30期间供应具有检测到的谐振频率的AC电力，可以以很大的振动从物体O的表面去除液滴D。在图9中清楚地示出上面讨论的一系列操作。图9是图示通过根据本公开的控制方法去除的液滴的平面图。图9示出应用于根据图2的相机10的清洁装置的操作的示例。参考图9(a)，在相机10的使用期间，多个液滴D可能作为外来物质粘附到透镜12的表面。在这种情况下，通过感测步骤S10，清洁装置(也就是，控制装置400)可以感测液滴D的存在。随后，控制装置400可以通过执行检测步骤S20来感测谐振频率并且将具有检测到的谐振频率的第一AC电力供应到电润湿装置100。如图9(b)中所示，液滴D在透镜12的表面上的谐振可以由第一AC电力引起，并且液滴D可以由最大能量激发。如图9(b)所示，通过当通过谐振大大地振动而获得的能量，液滴D可以如箭头所示快速地移动出透镜12的表面。此外，因为液滴D由于所生成的谐振而极大地振动，所以彼此相邻的液滴D可以彼此结合以形成尺寸增大的液滴D。此外，尺寸增大的液滴D可以通过在移动时吸收其他液滴D来增加其尺寸。由谐振生成的较大液滴D可能由于其尺寸和质量的增加而更大地振动，并且因此可以更快速和平滑地移动出透镜12的表面，即，预定的物体O。因此，供应具有谐振频率的AC电力不仅可以放大液滴D的振动，而且还有利于如上所述的液滴D的移动。结果，可以通过移动到透镜12的表面的外部，即，物体O，从表面去除液滴D。由此，可以清洁表面。

如图9(c)中所示，通过供应第一AC电力来移动和去除大多数液滴D1，但是相对小或细的液滴D2(下文中称为“细液滴”)可以保留在物体O的表面上，也就是，透镜12。这种现象可以通过限制液滴D的尺寸来解释，这可能受到在电极120处生成的电场的影响。在这方面，图10是图示电场的范围与能够被激发的液滴尺寸之间的相关性的示意性视图。如图1中所示，相邻电极120彼此间隔开了预定距离。因为电场的强度或范围取决于被供应给电极120的电压，所以在第一AC电力的恒定第一电压下生成的电场F也可以具有确定的范围。因此，在其中没有形成电场F的确定的区域可以存在于彼此间隔开的电极120之间。为此，可以在所生成的相邻电场F中包括并激发相对大尺寸的液滴D1，而在它们被布置在电场F外部处不能够激发细液滴D2。因此，细液滴D2可能没有被适当地振动并且可能保留在物体O的表面上(即，透镜12)，如图9(c)中所示。如果电场F的范围变宽，则也可以在电场F的加宽范围内包括细液滴D2并激励。如已经讨论的，电场F的范围(或大小)与被供应的电压成比例。因此，为了加宽电场F的范围，控制装置400可以在供应步骤S30之后向电润湿元件100提供或供应具有高于第一电压的第二电压的第二AC电力(S40)。

更具体地，可能是有利的是，在供应步骤S30之后不间断地执行供应步骤S40以便有效地去除液滴D。为了确保这种连续性，在供应步骤S40中，控制装置400可以仅增加第一AC电源的电压，其基本上当前地从第一电压被供应给第二电压，如图6中所示(S41)。然而，控制装置400可以被描述为由于对第二电压的改变而基本上提供与第一AC电力不同的第二AC电力。另外，可以仅改变电压以扩展电场F，并且为继续激励而供应的第二AC电力可以具有第二频率，也就是说，等于第一AC电力的第一频率的谐振频率。另外，在整个供应步骤S40中可以连续地保持所供应的第二AC电力的第二频率(即，谐振频率)。第二电压可以适当地设置为大于至少第一电压，并且可以在例如150V至200V的范围中。可以通过供应第二AC电力(即，第二电压)来扩展电场F，并且扩展电场与细液滴D2之间的关系如图11中被很好地示出。参考图11，所供应的第二电压允许电极120形成比由第一电压生成的电场F大的电场F1。细液滴D2可以被包括在扩展电场F1中，并且可以被充分激发和振动以被去除。

此外，为了更有效地激励精细液滴D2，控制装置400可以在供应步骤S40期间将第二AC电力的第二电压减小到第三电压(S42)。也就是说，控制装置400可以将具有低于第二电压的第三电压的第二AC电力供应给电润湿元件100。如图11中所示，通过供应具有第三电压的第二AC电力，可以形成比在第二电压处形成的电场F1更窄的电场F2。然而，为了连续地施加有效的激励，即使在这种情况下，必须形成第三电压下的电场F2，以便至少包括细液滴D2。因此，为了形成电场F2，可以将第三电压设置为小于第二电压但是至少大于第一电压。随后，控制装置400可以将第二AC电力的第三电压增加到第二电压并且将第二电压减小回到第三电压。可以重复这种电压的增加和减少(S43)。也就是说，控制装置400可以重复地执行具有第二电压的第二AC电力的供应和具有第三电压的第二AC电力的供应。即使细液滴D2被包含在电场F1和F2中，但是由于细液滴D2的小尺寸和质量，也可能不容易充分地激发细液滴D2。但是，如图11中所示，通过交替地供应彼此不同的第二电压和第三电压，可以将不同范围的电场F1和F2交替地施加到细液滴D2。因此，可以在细液滴D2上施加额外的激励力。因此，可以适当地振动细液滴D2，并且可以在去除细液滴D2时完全清洁对象O的表面。

在上述供应步骤S40中，可以在预定的第二时间段期间向电润湿元件100供应具有各种电压的第二AC电力，其中可以适当地设置第二时间段，使得可以充分地移动和去除细液滴D2。更具体地，控制装置400可以使用感测装置300监测物体O的表面，并且保持第二AC电力的供应直到甚至细液滴D2从表面被完全去除。另外，如在上面所讨论的，供应步骤S30被配置为去除大部分液滴D1，但是供应步骤S40可以被配置为仅去除剩余的细液滴D2。因此，在执行供应步骤S30期间的第一时间段可以被设置为长于在执行供应步骤S40期间的第二时间段。例如，第一时间段和第二时间段可以设置为8:2的比率。

当物体O倾斜取向时，物体O上的液滴D(即，电润湿元件100)受到重力并且因此通过此额外施加的力更容易移动。因此，返回参考图4，,控制装置400可以倾斜地在其上安装的定向物体O和电润湿元件100(S50)。例如，如图2中所示，相机10可以包括预定的驱动装置14。控制装置400可以使用驱动装置14来生成相机10的位移并且定向要清洁的物体O(即，透镜12和电润湿元件100)以便被倾斜。更具体地，驱动装置14可以包括能够生成旋转力的装置，并且可以使用所生成的旋转力，其由图1中的箭头指示，以至少旋转透镜12和装置100，以便使其倾斜定向。虽然驱动装置14被图示为通过示例的方式耦合到透镜主体11，但是其可以耦合到相机10的其他部分，并且可以包括能够生成用于改变是要清洁的物体的透镜12和电润湿元件100的方向的驱动力的任何装置。定向步骤S50可以在供应步骤S40和S50之前或之后执行，并且可以在供应步骤S40、S50期间的任何时间执行。由于定向步骤S50，液滴D可以在振动时由于重力更平稳地沿着斜面移动，并且可以从物体O的表面更容易地去除。

尽管上面描述许多代表性示例，但是应当理解，本领域的技术人员可以设计落入本公开的原理的精神和范围内的这些示例的许多其他修改。更具体地，在本公开、附图和所附权利要求的范围内可以进行各种变化和修改。除了变化和修改之外，替代使用对于本领域的技术人员而言也是显而易见的。

Claims (14)

1.一种用于清洁物体的表面的装置，包括：

衬底，所述衬底被配置成设置在所述物体的表面上；

多个电极，所述多个电极被设置在所述衬底上；

电介质层，所述电介质层被设置在所述衬底上以覆盖所述电极；以及

控制装置，所述控制装置被配置为向所述电极供应交流AC电力，

其中，向所述电极供应所述AC电力包括：在第一时间段期间向所述电极供应具有预定第一频率和预定第一电压的第一AC电力，以通过在所述电极处生成的静电力的周期性变化来使所述物体的表面上的液滴振动，

其中，所述第一频率被设置为所述液滴的谐振频率，

其中，所述控制装置还被配置为：

在所述第一时间段期间提供所述第一AC电力之后的第二时间段期间，将具有比所述第一电压大的第二电压的第二AC电力供应到所述电极，

将所述第二电压降低至比所述第二电压小并且比所述第一电压大的第三电压，

将所述第三电压增加到所述第二电压，以及

将所述第三电压重复增加到所述第二电压并且将所述第二电压减小到所述第三电压，以及

其中，所述第一时间段和所述第二时间段被设置为8:2的比率。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制装置还被配置为在将所述第一AC电力供应到所述电极之前，在向所述电极提供初步AC电力时检测所述液滴的谐振频率。

3.根据权利要求2所述的装置，其中，由所述控制装置检测所述谐振频率还包括：

在提供所述初步AC电力时顺序地扫描频率的预定范围；

感测所述液滴的谐振；以及

将在其处发生所述谐振的频率设置为所述第一频率。

4.根据权利要求3所述的装置，其中，在提供所述初步AC电力时顺序地扫描频率的预定范围包括：从预定频率开始逐渐地增加所述初步AC电力的频率直到发生所述液滴的谐振。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述控制装置还被配置为扫描10Hz和150Hz之间的频率。

6.根据权利要求3所述的装置，还包括：图像传感器，其中，为了感测所述液滴的谐振，所述控制装置还被配置为：

使用所述图像传感器来获取所述液滴的图像；以及

分析所述获取的图像，以检测所述液滴的振动的突然增强。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制装置还被配置为将谐振频率的最高频率设置为所述AC电力的第一频率。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第一电压是在50V和150V之间的范围中。

9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述第二电压在150V和200V之间的范围中。

10.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制装置还被配置为通过感测由所述液滴在所述电极处生成的阻抗的变化来检测在所述物体的表面上布置的液滴。

11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述控制装置还被配置为改变所述物体的倾斜度以促进所述液滴的移动。

12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述衬底、所述电极和所述电介质层由透明材料形成。

13.一种用于清洁物体的表面的方法，包括：

在所述物体的表面上设置衬底；

在所述衬底上设置多个电极；

在所述衬底上设置电介质层，以覆盖所述电极；以及

经由控制装置向所述多个电极供应交流AC电力，

其中，向所述多个电极供应所述AC电力包括：在第一时间段期间向所述电极供应具有预定第一频率和预定第一电压的第一AC电力，以通过在所述电极处生成的静电力的周期性变化来振动所述物体的表面上的液滴，

其中，所述第一频率被设置为所述液滴的谐振频率，以及

其中，所述方法还包括：

在所述第一时间段期间提供所述第一AC电力之后的第二时间段期间，将具有比所述第一电压大的第二电压的第二AC电力供应到所述电极，

将所述第二电压降低至比所述第二电压小并且比所述第一电压大的第三电压，

将所述第三电压增加到所述第二电压，以及

将所述第三电压重复增加到所述第二电压并且将所述第二电压减小到所述第三电压，以及

其中，所述第一时间段和所述第二时间段被设置为8:2的比率。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，疏水层被布置在所述电介质层的整个表面上方，以及

其中，向多个电极供应AC电力在所述物体的整个表面上方产生均匀的电场。

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