DE112016004551T5

DE112016004551T5 - Schwingvorrichtung, verfahren zum ansteuern derselben sowie kamera

Info

Publication number: DE112016004551T5
Application number: DE112016004551.4T
Authority: DE
Inventors: Shinsuke Ikeuchi; Katsumi Fujimoto; Masanobu Nomura; Kenji Nishiyama
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2016-12-12
Publication date: 2018-07-12
Also published as: US10915005B2; JP6662391B2; JPWO2017110563A1; CN108476275B; US20210116785A1; US20180239218A1; WO2017110563A1; US11454807B2; CN108476275A

Abstract

Es wird eine Schwingvorrichtung bereitgestellt, die in der Lage ist, Wassertröpfchen oder dergleichen aus einer kuppelförmigen Abdeckung oder einer Außenlinse zu beseitigen und die Klarheit des Gesichtsfelds einer Kamera aufrechtzuerhalten.Eine Schwingvorrichtung 2 umfasst einen röhrenförmigen Schwingkörper 12 und eine Linsenabdeckung 20, die mit einer ersten Oberfläche des röhrenförmigen Schwingkörpers 12 gekoppelt ist. Der röhrenförmige Schwingkörper 12 umfasst ein röhrenförmiges Bauglied 13 und piezoelektrische Schwingungserzeuger 14. Die Linsenabdeckung 20 umfasst einen Modenwandlungskoppler 21 und eine Lichtdurchlasskörpereinheit 22, die vor einer Linse 9 einer Kamera 1 angeordnet ist. Der Modenwandlungskoppler 21 umfasst einen dünnen Abschnitt, dessen Dicke geringer ist als die des röhrenförmigen Bauglieds 13.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schwingvorrichtung, die einen piezoelektrischen Schwingungserzeuger (Vibrator), ein Verfahren zum Ansteuern der Schwingvorrichtung und eine Kamera umfasst.
Stand der Technik
Überwachungsvorrichtungen wie beispielsweise Kameras werden benötigt, um ein konstant klares Gesichtsfeld zu haben. Insbesondere wurden für Freiluftkameras wie beispielsweise am Fahrzeug angebrachte Kameras verschiedene Mechanismen zum Beseitigen von Wassertröpfchen wie beispielsweise Regentropfen vorgeschlagen. Die nachstehend aufgeführte Patentschrift 1 beschreibt eine Kamera mit einer Regentropfenbeseitigungsfunktion, die eine vor einem Kamerahauptkörper angeordnete kuppelförmige Abdeckung umfasst. Die kuppelförmige Abdeckung ist mit einem zylindrischen Abschnitt gekoppelt. Ein piezoelektrischer Schwingungserzeuger ist an einer Innenseitenoberfläche des zylindrischen Abschnitts befestigt. Der piezoelektrische Schwingungserzeuger versetzt den zylindrischen Abschnitt und die kuppelförmige Abdeckung in Schwingung. Somit werden Regentropfen auf der kuppelförmigen Abdeckung beseitigt. Gemäß der Patentschrift 1 können Schwingungsknoten der kuppelförmigen Abdeckung durch Verändern der angelegten Frequenz verändert werden, so dass die Positionen, von denen die Regentropfen beseitigt werden, verändert werden können.
Die nachstehend aufgeführte Patentschrift 2 beschreibt eine Kamera mit einer Regentropfenbeseitigungsfunktion, die einen piezoelektrischen Schwingungserzeuger, einen Klebstoff und eine vor einem Kamerahauptkörper angeordnete Außenlinse umfasst. Wenn Regentropfen an der Außenlinse anhaften, wird ein Ultraschallwandler dahin gehend angesteuert, die Außenlinse in Schwingung zu versetzen. Die Regentropfen werden beseitigt oder zu feinem Nebel zerstäubt, der sich durch die Schwingung auflöst.
Liste der aufgeführten Dokumente
Patentschrift

Patentschrift 1: ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2012-138768
Patentschrift 2: ungeprüfte japanische Patentanmeldung Veröffentlichungsnr. 2007-82062

Kurzdarstellung der Erfindung
Technisches Problem
Bei den in den Patentschriften 1 und 2 beschriebenen Strukturen wird der piezoelektrische Schwingungserzeuger dahin gehend angesteuert, die Regentropfen zu beseitigen, indem er bewirkt, dass die kuppelförmige Abdeckung oder die Außenlinse mechanisch in Resonanz geraten. Die Wassertröpfchen verdampfen aufgrund der mechanischen Resonanz von Flüssigkeit zu Gas und werden dadurch beseitigt. Jedoch weist die kuppelförmige Abdeckung oder die Außenlinse bei dem oben beschriebenen Wassertröpfchenbeseitigungsverfahren, das die mechanische Resonanz verwendet, immer Abschnitte auf, die als Schwingungsknoten dienen. Deshalb besteht insofern ein Problem, als die Wassertröpfchen nicht von denjenigen Abschnitten beseitigt werden können, die als Schwingungsknoten dienen.
Um dieses Problem zu lösen, wird gemäß der Patentschrift 1 beispielsweise die Schwingungsmode dahin gehend geändert, die Positionen der Schwingungsknoten zu verändern. Wenn sich jedoch die Wassertröpfchen auf der kuppelförmigen Abdeckung in einer Region innerhalb des Gesichtsfelds der Kamera befinden, besteht die Gefahr, dass das Gesichtsfeld der Kamera aufgrund des feinen Nebels, der erzeugt wird, wenn die Wassertröpfchen beseitigt werden, unklar wird. Außerdem besteht auch das Risiko, dass Reste der Wassertröpfchen an Positionen, wo die Wassertröpfchen zerstäubt werden, auf der kuppelförmigen Abdeckung oder der Außenlinse verbleiben. Somit kann die Klarheit des Gesichtsfelds der Kamera sogar dann, wenn die Wassertröpfchen von den als Schwingungsknoten dienenden Abschnitten beseitigt werden können, nicht immer verbessert werden. Ferner umfassen zu beseitigende Substanzen nicht nur Wassertröpfchen, sondern auch andere Lösungen als Wasser, beispielsweise Ethanol, wässrige Salzlösungen, ein Frostschutzmittel (Kalziumchlorid) usw., Tröpfchen einer Flüssigkeit, die wasserunlösliche Verunreinigungen enthält, beispielsweise schlammiges Wasser sowie kolloidale Lösungen, z. B. Kaffee.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Schwingvorrichtung und eine Kamera bereitzustellen, die in der Lage sind, Wassertröpfchen oder dergleichen von einer kuppelförmigen Abdeckung oder einer Außenlinse zu beseitigen und die Klarheit des Gesichtsfelds der Kamera aufrechtzuerhalten. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Ansteuern einer Schwingvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, Wassertröpfchen oder dergleichen von einer kuppelförmigen Abdeckung oder einer Außenlinse zu beseitigen und die Klarheit des Gesichtsfelds einer Kamera aufrechtzuerhalten.
Lösung des Problems
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Schwingvorrichtung für eine Kamera, die eine Linse umfasst, einen röhrenförmigen Schwingkörper und eine Linsenabdeckung. Der röhrenförmige Schwingkörper weist eine erste Oberfläche, eine zweite Oberfläche, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt, und einen Seitenwandabschnitt, der die erste und die zweite Oberfläche verbindet, auf. Die erste und die zweite Oberfläche weisen Öffnungen auf. Die Linsenabdeckung deckt eine der Öffnungen in dem röhrenförmigen Schwingkörper ab. Der röhrenförmige Schwingkörper umfasst ein röhrenförmiges Bauglied und einen an dem röhrenförmigen Bauglied befestigten piezoelektrischen Schwingungserzeuger. Die Linsenabdeckung umfasst einen röhrenförmigen Modenwandlungskoppler, der mit dem röhrenförmigen Schwingkörper gekoppelt ist, und eine Lichtdurchlasskörpereinheit, die auf einer Seite an den Modenwandlungskoppler angefügt ist, die einer Seite gegenüberliegt, auf der der röhrenförmige Schwingkörper gekoppelt ist. Die Lichtdurchlasskörpereinheit umfasst einen vor der Linse angeordneten Lichtdurchlassabschnitt. Der Modenwandlungskoppler weist einen dünnen Abschnitt auf, dessen Dicke geringer ist als die des röhrenförmigen Bauglieds.
Gemäß einem spezifischen Aspekt der vorliegenden Erfindung versetzt bei der Schwingvorrichtung dann, wenn der röhrenförmige Schwingkörper in Schwingung versetzt wird, der röhrenförmige Schwingkörper die Lichtdurchlasskörpereinheit in einer ersten Schwingungsmode in Schwingung, in dem die Lichtdurchlasskörpereinheit in einer ersten Region der Lichtdurchlasskörpereinheit einen Schwingungsknoten aufweist, wobei die erste Region einem Gesichtsfeldsegment der Kamera entspricht, und in einer zweiten Region der Lichtdurchlasskörpereinheit einen Schwingungsbauch aufweist, wobei die zweite Region außerhalb des Gesichtsfeldsegments der Kamera positioniert ist.
Gemäß einem weiteren spezifischen Aspekt der vorliegenden Erfindung sind bei der Schwingvorrichtung eine Mehrzahl der piezoelektrischen Schwingungserzeuger in einer Umfangsrichtung des röhrenförmigen Bauglieds so angeordnet, dass die Lichtdurchlasskörpereinheit eine Mehrzahl von Schwingungsregionen umfasst, wenn der röhrenförmige Schwingkörper in Schwingung versetzt wird, und dass von den Schwingungsregionen solche Schwingungsregionen, die zueinander benachbart sind, in entgegengesetzten Phasen schwingen.
Gemäß einem weiteren spezifischen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei der Schwingvorrichtung der piezoelektrische Schwingungserzeuger so angeordnet, dass er sich in einer Umfangsrichtung des röhrenförmigen Bauglieds erstreckt, und ist in einer Dickenrichtung des piezoelektrischen Schwingungserzeugers in der Umfangsrichtung ungleichmäßig polarisiert, so dass die Lichtdurchlasskörpereinheit eine Mehrzahl von Schwingungsregionen umfasst, wenn der röhrenförmige Schwingkörper in Schwingung versetzt wird, und dass von den Schwingungsregionen solche Schwingungsregionen, die zueinander benachbart sind, in entgegensetzten Phasen schwingen.
Gemäß einem weiteren spezifischen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei der Schwingvorrichtung dann, wenn die Linse der Kamera von der Lichtdurchlasskörpereinheit in der ersten Schwingungsmode aus betrachtet wird, ein Knoten der ersten Schwingungsmode an der Lichtdurchlasskörpereinheit in einer Region, die die Linse überlappt, positioniert. In diesem Fall kann ein Wassertröpfchen oder dergleichen, das an der Lichtdurchlasskörpereinheit in der Region, die die Linse überlappt, anhaftete, zuverlässiger aus der ersten Region der Lichtdurchlasskörpereinheit, die dem Gesichtsfeldsegment der Kamera entspricht, herausbewegt werden, und die Klarheit des Gesichtsfelds der Kamera kann aufrechterhalten werden.
Gemäß einem weiteren spezifischen Aspekt der vorliegenden Erfindung versetzt bei der Schwingvorrichtung der röhrenförmige Schwingkörper die Lichtdurchlasskörpereinheit in einer zweiten Schwingungsmode in Schwingung, in dem ein Wassertröpfchen oder dergleichen in der zweiten Region der Lichtdurchlasskörpereinheit zerstäubt wird. In diesem Fall kann dann, wenn das Wassertröpfchen oder dergleichen, das bewegt wurde, in der außerhalb des Gesichtsfeldsegments liegenden Region zerstäubt wird, die Klarheit des Gesichtsfelds der Kamera sogar vor der Zerstäubung aufrechterhalten werden.
Gemäß einem weiteren spezifischen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bei der Schwingvorrichtung eine Amplitude in der zweiten Schwingungsmode größer als eine Amplitude in der ersten Schwingungsmode. In diesem Fall kann das Wassertröpfchen oder dergleichen auf zuverlässigere Weise zerstäubt werden.
Bei der Schwingvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung können die Linsenabdeckung und die Linse voneinander beabstandet sein.
Eine Kamera gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Kamerahauptkörper, der ein Linsenmodul umfasst, und die Schwingvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Linsenmodul ist in der Linsenabdeckung angeordnet.
Eine weitere Kamera gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst einen Kamerahauptkörper, der ein Linsenmodul umfasst, das eine an einem vorderen Ende positionierte Linse umfasst; und einen röhrenförmigen Schwingkörper, der mit dem Linsenmodul gekoppelt ist und einen röhrenförmigen piezoelektrischen Schwingungserzeuger und eine erste und eine zweite Oberfläche, die einander gegenüberliegen. Der röhrenförmige piezoelektrische Schwingungserzeuger umfasst eine Mehrzahl von Schwingungsregionen, die in einer Umfangsrichtung desselben angeordnet sind, und ist so strukturiert, dass von den Schwingungsregionen solche Schwingungsregionen, die zueinander benachbart sind, in entgegengesetzten Phasen schwingen. Wenn der röhrenförmige Schwingkörper in Schwingung versetzt wird, versetzt der röhrenförmige Schwingkörper das Linsenmodul in einer ersten Schwingungsmode in Schwingung, in dem die an dem vorderen Ende positionierte Linse in einer ersten Region der Linse einen Schwingungsknoten aufweist, wobei die erste Region einem Gesichtsfeldsegment der Kamera entspricht, und in einer zweiten Region der Linse einen Schwingungsbauch aufweist, wobei die zweite Region außerhalb des Gesichtsfelds der Kamera positioniert ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Ansteuern der Schwingvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einen Schritt des Bewegens eines Wassertröpfchens oder dergleichen, das sich an die Lichtdurchlasskörpereinheit in der ersten Region angehaftet hat, zu der außerhalb des Gesichtsfeldsegments der Kamera liegenden zweiten Region, indem die Lichtdurchlasskörpereinheit in der ersten Schwingungsmode in Schwingung versetzt wird; und einen Schritt des Zerstäubens des zu der zweiten Region der Lichtdurchlasskörpereinheit bewegten Wassertröpfchens.
Gemäß einem spezifischen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird bei dem Verfahren zum Ansteuern der Schwingvorrichtung bei dem Zerstäubungsschritt das Wassertröpfchen oder dergleichen, das zu der zweiten Region der Lichtdurchlasskörpereinheit bewegt wurde, zerstäubt, indem die Lichtdurchlasskörpereinheit in der zweiten Schwingungsmode in Schwingung versetzt wird. In diesem Fall kann das Wassertröpfchen oder dergleichen schneller hin zu der zweiten Region der Lichtdurchlasskörpereinheit bewegt werden, und die Klarheit des Gesichtsfelds der Kamera kann aufrechterhalten werden.
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
Gemäß der Schwingvorrichtung, dem Verfahren zum Ansteuern des Ansteuerverfahrens und der Kamera der vorliegenden Erfindung kann das Wassertröpfchen oder dergleichen, das an der Linsenabdeckung oder der Linse, die zur Außenseite des Linsenmoduls hin freiliegt, anhaftet, aus der ersten Region der Lichtdurchlasskörpereinheit, die dem Gesichtsfeldsegment der Kamera entspricht, herausbewegt werden. Anschließend wird eine Beseitigung des Wassertröpfchens oder dergleichen in der zweiten Region der Lichtdurchlasskörpereinheit, die der Region außerhalb des Gesichtsfeldsegments der Kamera entspricht, vorgenommen. Somit kann das Wassertröpfchen oder dergleichen aus der kuppelförmigen Abdeckung oder der Außenlinse beseitigt werden, und die Klarheit des Gesichtsfelds der Kamera kann aufrechterhalten werden.
Figurenliste

1 ist eine Frontalschnittansicht einer Kamera, die eine Schwingvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die die Schwingvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht.
3(a) bis 3(d) sind schematische Draufsichten auf eine Lichtdurchlasskörpereinheit, die von der Seite betrachtet wird, auf der Wassertröpfchen oder dergleichen anhaften, die Schwingungsmoden der Lichtdurchlasskörpereinheit veranschaulichen.
Fig. 4(a)ist eine perspektivische Ansicht eines röhrenförmigen piezoelektrischen Schwingungserzeugers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, und 4(b) ist eine Schnittansicht der 4(a) entlang der Linie X-X.
5(a) und 5(b) sind schematische Draufsichten, die die Strukturen des röhrenförmigen piezoelektrischen Schwingungserzeugers veranschaulichen, bei denen Regionen, die in der Umfangsrichtung zueinander benachbart sind, in entgegengesetzte Richtungen polarisiert sind.
6(a) und 6(b) sind Draufsichten auf den röhrenförmigen piezoelektrischen Schwingungserzeuger, die Beispiele von Elektrodenanordnungen zum Ansteuern von Regionen, die in der Umfangsrichtung zueinander benachbart sind, in entgegengesetzten Phasen veranschaulichen.
7(a) bis 7(e) sind schematische Diagramme, die die Schritte veranschaulichen, anhand derer bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein Wassertröpfchen oder dergleichen auf der Lichtdurchlasskörpereinheit sich aus einer Region, die einem Gesichtsfeldsegment der Kamera entspricht, herausbewegt und beseitigt wird, indem es zerstäubt wird.
8(a) bis 8(c) sind schematische Vorderansichten, die die Schritte veranschaulichen, anhand derer sich ein Wassertröpfchen oder dergleichen in einer ersten Schwingungsmode bewegt.
9 ist eine Frontalschnittansicht einer Kamera, die eine Schwingvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst.
10 ist eine Frontschnittansicht, die eine Linsenabdeckung und einen piezoelektrischen Schwingungserzeuger gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
11 ist eine Frontschnittansicht, die die Beziehung zwischen einer Linsenabdeckung und einem piezoelektrischen Schwingungserzeuger gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
12 ist eine Frontschnittansicht, die die Beziehung zwischen einem Linsenmodul und einem piezoelektrischen Schwingungserzeuger bei einer Kamera gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
13 veranschaulicht eine Verschiebungsverteilung (engl.: displacement distribution) in einer Schwingungsmode, die bei einem exemplarischen Experiment verwendet wird, das an der Schwingvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.
14(a) bis 14(d) sind schematische Diagramme, die Ansteuerspannungen und die Zustände von Wassertröpfchen bei einem exemplarischen Experiment veranschaulichen, das an der Schwingvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Die vorliegende Erfindung wird aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen deutlich.
Es ist zu beachten, dass jedes der in der vorliegenden Spezifikation beschriebenen Ausführungsbeispiele eine Veranschaulichung darstellt und dass teilweise Ersetzungen und Kombinationen der Strukturen verschiedener Ausführungsbeispiele möglich sind.
1 ist eine Frontschnittansicht einer Kamera, die eine Schwingvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst. 2 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Schwingvorrichtung. Eine Kamera 1 umfasst eine Schwingvorrichtung 2. Die Schwingvorrichtung 2 beherbergt einen Kamerahauptkörper 3.
Der Kamerahauptkörper 3 umfasst ein röhrenförmiges Hauptkörperbauglied 4. Das untere Ende des Hauptkörperbauglieds 4 ist an einer Basisplatte 4a befestigt. Eine Bilderzeugungseinheit 5 ist an dem oberen Ende des Hauptkörperbauglieds 4 befestigt. Eine Schaltung 6, die eine Bilderzeugungsvorrichtung umfasst, ist in der Bilderzeugungseinheit 5 angebracht. Ein Linsenmodul 7 ist so befestigt, dass es der Bilderzeugungseinheit 5 gegenüberliegt. Das Linsenmodul 7 ist röhrenförmig, und in demselben sind eine Mehrzahl von Linsen 9 vorhanden.
Die Struktur des oben beschriebenen Kamerahauptkörpers 3 unterliegt keiner besonderen Einschränkung, solange der Kamerahauptkörper 3 in der Lage ist, ein Bild eines vor den Linsen 9 befindlichen Objekts aufzunehmen.
Die Schwingvorrichtung 2 umfasst ein röhrenförmiges Einfassungsbauglied 11. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das röhrenförmige Einfassungsbauglied 11 zylindrisch. Das Einfassungsbauglied 11 kann stattdessen eine andere Form wie z. B. eine rechteckige Röhrenform aufweisen. Das Einfassungsbauglied 11 ist beispielsweise aus einem Metall oder Kunstharz hergestellt.
Das untere Ende des Einfassungsbauglieds 11 ist an der Basisplatte 4a befestigt. Ein ringförmiger Vorsprung 11a, der radial nach innen vorspringt, ist an dem oberen Ende des Einfassungsbauglieds 11 vorgesehen. Eine ringförmige Aussparung 11b ist in der oberen Oberfläche des Vorsprungs 11a gebildet.
Ein röhrenförmiger Schwingkörper 12 ist an dem Einfassungsbauglied 11 befestigt. Der röhrenförmige Schwingkörper 12 ist beispielsweise ein Langevin-Schwingungserzeuger. Im Einzelnen umfasst der röhrenförmige Schwingkörper 12 zwei röhrenförmige piezoelektrische Schwingungserzeuger 14, die sandwichartig zwischen einem röhrenförmigen Bauglied 13, das beispielsweise aus einer Metallplatte hergestellt ist, und einem Modenwandlungskoppler 21, der beispielsweise aus einer Metallplatte hergestellt ist, angeordnet sind. Elektrodenherausführungsabschnitte erstrecken sich von beiden Hauptoberflächen eines der röhrenförmigen piezoelektrischen Schwingungserzeuger 14. Der röhrenförmige Schwingkörper 12 weist eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche auf, die einander gegenüberliegen.
Wie in 4(a) und 4(b) veranschaulicht ist, umfasst jeder piezoelektrische Schwingungserzeuger 14 eine Piezoelektrischer-Körper-Schicht 14a. Eine Elektrode 12A ist auf der oberen Oberfläche der Piezoelektrischer-Körper-Schicht 14a über die gesamte Fläche derselben hinweg gebildet. Eine Elektrode 12Z ist auf der unteren Oberfläche der Piezoelektrischer-Körper-Schicht 14a über die gesamte Fläche derselben hinweg gebildet. Die röhrenförmige Piezoelektrischer-Körper-Schicht 14a ist polarisiert, wie in 5(a) veranschaulicht ist. In 5(a) geben + und - an, dass die Piezoelektrischer-Körper-Schicht 14a in entgegengesetzten Dickenrichtungen polarisiert ist. Der röhrenförmige Schwingkörper 12 kann dahin gehend strukturiert sein, lediglich den piezoelektrischen Schwingungserzeuger 14 zu umfassen.
Eine Linsenabdeckung 20 ist mit der ersten Oberfläche des oben beschriebenen röhrenförmigen Schwingkörpers 12 gekoppelt. Die Linsenabdeckung 20 umfasst den Modenwandlungskoppler 21 und eine Lichtdurchlasskörpereinheit 22. Die Linsenabdeckung 20 beherbergt den oben beschriebenen Kamerahauptkörper 3.
Ein Ende des oben beschriebenen Modenwandlungskopplers 21 ist mit dem röhrenförmigen Schwingkörper 12 gekoppelt. Die Lichtdurchlasskörpereinheit 22 ist mit dem anderen Ende des Modenwandlungskopplers 21 gekoppelt. Der Modenwandlungskoppler 21 umfasst einen dünnen Abschnitt 21c und einen dicken Abschnitt 21d. Der dünne Abschnitt 21c ist dünner als der dicke Abschnitt 21d. Wenn eine durch den röhrenförmigen Schwingkörper 12 erzeugte Schwingung auf die Lichtdurchlasskörpereinheit 22 übertragen wird, erfüllt der Modenwandlungskoppler die Funktion, die Schwingungsmode zu verändern, und die Funktion, die Schwingung zu verstärken. Die Verstärkungsfunktion wird durch den dünnen Abschnitt 21c bereitgestellt.
Der oben beschriebene Modenwandlungskoppler 21 ist derart strukturiert, dass durch den Modenwandlungskoppler 21 die oben beschriebene Schwingungsmode verändert und die Amplitude erhöht wird, wenn die Schwingung des oben beschriebenen röhrenförmigen Schwingkörpers 12 auf den Modenwandlungskoppler 21 übertragen wird.
Der oben beschriebene Modenwandlungskoppler 21 kann eine beliebige geeignete Gestalt aufweisen, solange die oben beschriebenen Funktionen des Veränderns der Schwingungsmode und des Erhöhens der Amplitude bereitgestellt werden können. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Modenwandlungskoppler 21 zylindrisch und umfasst einen Flanschabschnitt 21a an einem Ende und einen Flanschabschnitt 21b an dem anderen Ende. Der Modenwandlungskoppler 21 umfasst ferner den dünnen Abschnitt 21c und den dicken Abschnitt 21d. Der dünne Abschnitt 21c ist dünner als der dicke Abschnitt 21d. Ein Flanschabschnitt 22a der Lichtdurchlasskörpereinheit 22 ist an dem Flanschabschnitt 21b befestigt.
Die Lichtdurchlasskörpereinheit 22 ist aus einem lichtdurchlässigen Material wie beispielsweise Glas oder einem Kunstharz hergestellt. Die Lichtdurchlasskörpereinheit 22 umfasst einen Abschnitt, der vor einer der Linsen 9, die sich an dem vorderen Ende des Kamerahauptkörpers 3 befindet, positioniert ist. In 1 gibt die gestrichelte Linie A ein Segment an, das dem Gesichtsfeld der in dem Kamerahauptkörper 3 enthaltenen Bilderzeugungsvorrichtung entspricht. Somit dient eine Region, die von den Abschnitten umgeben ist, an denen die oben beschriebene gestrichelte Linie A die Außenoberfläche der Lichtdurchlasskörpereinheit 22 schneidet, als erste Region der Lichtdurchlasskörpereinheit 22, wobei die erste Region einem Gesichtsfeldsegment entspricht.
Die Kamera 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass sie die Schwingvorrichtung 2 umfasst, die den oben beschriebenen röhrenförmigen Schwingkörper 12 und die oben beschriebene Linsenabdeckung 20 umfasst.
Der Betrieb der Schwingvorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird im Folgenden beschrieben.
3(a) bis 3(d) sind schematische Diagramme, die die Verschiebungen der Lichtdurchlasskörpereinheit 22 dann, wenn die Lichtdurchlasskörpereinheit 22 in verschiedenen Schwingungsmoden in Schwingung versetzt wird, veranschaulichen. 3(a) bis 3(d) veranschaulichen die Verschiebungen der Lichtdurchlasskörpereinheit 22 während des Schwingens von derjenigen Seite betrachtet, auf der Wassertröpfchen oder dergleichen anhaften.
Unter Bezugnahme auf 3(a) bis 3(d) sind die mit schrägen Linien schraffierten Regionen und die rein weißen Regionen in entgegengesetzten Phasen verschoben. In 3(a) bis 3(d) dienen die äußerste Peripherie und die Grenzen zwischen den rein weißen Regionen und den mit schrägen Linien schraffierten Regionen als Schwingungsknoten. Deshalb dienen in 3(b) beispielsweise die äußerste Peripherie und die äußere Peripherie des mit schrägen Linien schraffierten Kreises als Schwingungsknoten. Außerdem dienen das mittlere Segment der mit schrägen Linien schattierten Region, das von den Schwingungsknoten umgeben ist, und das mittlere Segment der rein weißen Region, das sich zwischen den Schwingungsknoten befindet, als Schwingungsbäuche.
Unter Bezugnahme auf die schematischen Diagramme der 3(a) bis 3(d) kann eine Mechanische-Resonanz-Mode eines kreisförmigen Bauglieds als (m,n)-Mode ausgedrückt werden, wobei m die Anzahl von Linien von Knoten, die in der radialen Richtung vorliegen, ist, und n die Anzahl von Linien von Knoten, die in der Umfangsrichtung vorliegen, ist. Hier sind m und n Ganzzahlen. Demgemäß ist die in 3(a) veranschaulichte Schwingungsmode eine (0,0)-Mode, die in 3(b) ist eine (1,0)-Mode, die in 3(c) ist eine (0,2)-Mode und die in 3(d) ist eine (1,2)-Mode. Die Schwingungsmode kann derart sein, dass m 2 oder größer ist und n 3 oder größer ist.
Wie oben beschrieben wurde, können, um die Lichtdurchlasskörpereinheit 22 in der (m,n)-Mode, bei der n 1 oder größer ist, in Schwingung zu versetzen, benachbarte Regionen des oben beschriebenen röhrenförmigen piezoelektrischen Schwingungserzeugers 14 in unterschiedlichen Richtungen polarisiert sein. Wie beispielsweise in 5(a) veranschaulicht ist, können Regionen des piezoelektrischen Schwingungserzeugers 14 auf einer und den anderen Seiten einer Mittellinie S1, die sich in einer radialen Richtung durch die Mitte des piezoelektrischen Schwingungserzeugers 14 erstreckt, in entgegengesetzten Dickenrichtungen polarisiert sein, wie durch die Vorzeichen + und - angegeben ist. Wie in 5(b) veranschaulicht ist, können alternativ dazu vier Regionen, die durch die Mittellinie S1 und eine zu der Mittellinie S1 orthogonalen Mittellinie S2 definiert sind, derart polarisiert sein, dass benachbarte Regionen in entgegengesetzten Dickenrichtungen polarisiert sind.
Falls der piezoelektrische Schwingungserzeuger 14 eine in 5(a) oder 5(b) veranschaulichte Polarisationsstruktur aufweist, können auf beiden Oberflächen des piezoelektrischen Schwingungserzeugers 14 über die gesamten Flächen desselben hinweg Elektroden vorgesehen sein. Angenommen, dass die Polarisationsstruktur die in 5(B) veranschaulichte ist, kann die Schwingung in der (0,2)-Mode oder in der (1,2)-Mode effektiv angeregt werden, indem über die Elektroden auf beiden Oberflächen eine Wechselspannung angelegt wird.
Wie in 6(a) veranschaulicht ist, können alternativ dazu eine Anregungselektrode 12B und eine Anregungselektrode 12C in Regionen auf einer bzw. den anderen Seiten der Mittellinie S1 auf einem röhrenförmigen piezoelektrischen Körper 14A vorgesehen sein. In diesem Fall kann der piezoelektrische Körper in der Dickenrichtung gleichmäßig polarisiert sein. Auf ähnliche Weise können auch Elektroden auf der hinteren Oberfläche des röhrenförmigen piezoelektrischen Körpers 14A in Regionen auf einer und den anderen Seiten der Mittellinie S1 vorgesehen sein. Dann können die Regionen auf einer und den anderen Seiten der Mittellinie S1 durch Spannungen in entgegengesetzten Phasen angesteuert werden.
Ferner können statt eines Einrichtens des in 5(b) veranschaulichten Polarisationszustands, wie in 6(b) veranschaulicht ist, erste bis vierte Anregungselektroden 12D bis 12G in Regionen vorgesehen sein, die von den Mittellinien S1 und S2 umgeben sind. Auch in diesem Fall sind auf der gegenüberliegenden Oberfläche fünfte bis achte Anregungselektroden vorgesehen, so dass die fünften bis achten Anregungselektroden den ersten bis vierten Anregungselektroden 12D bis 12G gegenüberliegen. Auch in diesem Fall kann der röhrenförmige piezoelektrische Körper in der Dickenrichtung gleichmäßig polarisiert sein. Anschließend können die benachbarten Regionen durch Spannungen in entgegengesetzten Phasen angesteuert werden.
Falls eine Mehrzahl von Elektroden auf dem piezoelektrischen Schwingungserzeuger 14 in der Umfangsrichtung angeordnet sind, so dass verschiedene Elektroden in Regionen angeordnet sind, die in der Umfangsrichtung zueinander benachbart sind, können zwischen dem piezoelektrischen Schwingungserzeuger 14 und dem röhrenförmigen Bauglied 13 und zwischen dem piezoelektrischen Schwingungserzeuger 14 und dem Modenwandlungskoppler 21 Isolierschichten vorgesehen sein, um ein Kurzschließen zwischen den Elektroden entlang des röhrenförmigen Bauglieds 13 oder des Modenwandlungskopplers 21 zu verhindern.
Der Betrieb der Schwingvorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird nun unter der Annahme beschrieben, dass, wie in 5(a) veranschaulicht ist, die Regionen des piezoelektrischen Schwingungserzeugers 14 auf einer und den anderen Seiten der Mittellinie S1, die sich in der radialen Richtung durch die Mitte des piezoelektrischen Schwingungserzeugers 14 erstreckt, in entgegengesetzten Dickenrichtungen polarisiert sind, wie durch die Vorzeichen + und - angegeben ist. Andere Strukturen ähneln den oben beschriebenen. Wenn der piezoelektrische Schwingungserzeuger 14 angesteuert wird, ändert der Modenwandlungskoppler 21 die Schwingungsmode und überträgt die Schwingung auf die Lichtdurchlasskörpereinheit 22.
Wenn die Ansteuerfrequenz auf eine Frequenz eingestellt wird, die der in 3(c) veranschaulichten Mode entspricht, werden Wassertröpfchen in Regionen, in denen der Schwingweg (die Schwingungsverschiebung) gering ist (Regionen, die dem Schwingungsknoten entsprechen), nicht beeinflusst. In Regionen, in denen der Schwingweg groß ist (Regionen, die Schwingungsbäuchen entsprechen), werden Wassertröpfchen aufgrund der Schwingung zerstäubt. Wenn ein Wassertröpfchen vorliegt, das sich zwischen einer Region, in der der Schwingweg lang ist, und einer Region, in der der Schwingweg kurz ist, erstreckt, bewegt sich das Wassertröpfchen aufgrund einer Differenz des Kontaktwinkels hin zu der Region, wo der Schwingweg lang ist (Region, die einem Schwingungsbauch entspricht). Da sich das Wassertröpfchen zu der Region bewegt, wo der Schwingweg lang ist (Region, die einem Schwingungsbauch entspricht), wird das Wassertröpfchen zerstäubt und aus der Lichtdurchlasskörpereinheit 22 beseitigt.
Die Regionen, in denen der Schwingweg lang ist (Regionen, die Schwingungsbäuchen entsprechen), können in einer zweiten Region, die einer außerhalb des Gesichtsfeldsegments liegenden Region entspricht, platziert werden, indem die Struktur, die Frequenz oder die zu verwendende Schwingungsmode entsprechend gestaltet werden. Mit anderen Worten können Flüssigkeitströpfchen in dem Gesichtsfeldsegment aus dem Gesichtsfeldsegment herausbewegt und in der außerhalb des Gesichtsfeldsegments liegenden Region zerstäubt werden. Somit verbleiben sogar dann, wenn die Flüssigkeitströpfchen Verunreinigungen enthalten, nicht ohne Weiteres Rückstände in dem Gesichtsfeldsegment. Folglich kann immer ein klares Gesichtsfeld bereitgestellt werden.
Bei der oben beschriebenen Schwingvorrichtung 2 weist der röhrenförmige piezoelektrische Schwingungserzeuger 14 eine Mehrzahl von Schwingungsregionen auf, die in der Umfangsrichtung desselben angeordnet ist, und ist so strukturiert, dass von den Schwingungsregionen solche Schwingungsregionen, die zueinander benachbart sind, in entgegengesetzten Phasen in Schwingung versetzt werden können. Wenn der röhrenförmige Schwingkörper 12 in Schwingung versetzt wird, wird die Lichtdurchlasskörpereinheit 22 in einer ersten Schwingungsmode in Schwingung versetzt, in dem sich Schwingungsknoten in der ersten Region der Lichtdurchlasskörpereinheit 22 befinden, wobei die erste Region dem Gesichtsfeldsegment der Kamera 1 entspricht, und in dem sich Schwingungsbäuche in der zweiten Region der Lichtdurchlasskörpereinheit 22 befinden, wobei die zweite Region der außerhalb des Gesichtsfeldsegments der Kamera 1 liegenden Region entspricht.
Im Einzelnen liegen dann, wenn die Lichtdurchlasskörpereinheit 22 in der oben beschriebenen ersten Schwingungsmode in Schwingung versetzt wird, Schwingungsknoten in der ersten Region der Lichtdurchlasskörpereinheit 22 vor, wobei die erste Region von der gestrichelten Linie A in 1 umgeben ist, und Schwingungsbäuche liegen in der zweiten Region vor, die außerhalb der ersten Region liegt.
Demgemäß bewegt sich während der Schwingung in der oben beschrieben ersten Schwingungsmode ein in 1 veranschaulichtes Wassertröpfchen B aus dem Gesichtsfeldsegment heraus, wie durch den Pfeil gezeigt ist. Im Einzelnen nimmt der Kontaktwinkel des Wassertröpfchen B bezüglich der Oberfläche der Lichtdurchlasskörpereinheit 22 ab, und das Wassertröpfchen B breitet sich entlang der Oberfläche der Lichtdurchlasskörpereinheit 22 aus. Ferner bewegt sich das Wassertröpfchen B ohne Weiteres entlang der Oberfläche der Lichtdurchlasskörpereinheit 22. Dies wird nachstehend unter Bezugnahme auf 8(a) bis 8(c) ausführlicher beschrieben.
Bei der Kamera 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel befinden sich dann, wenn eine der Linsen 9, die sich an dem vorderen Ende des Kamerahauptkörpers 3 befindet, von der Lichtdurchlasskörpereinheit 22 aus betrachtet in der oben beschrieben ersten Schwingungsmode befindet, Knoten in der oben beschriebenen ersten Schwingungsmode vorzugsweise in der Region, in der sich die Lichtdurchlasskörpereinheit 22 und die Linse 9 überlappen. In einem solchen Fall kann das oben beschriebene Wassertröpfchen B zuverlässiger aus dem oben beschrieben Gesichtsfeldsegment herausbewegt werden.
Außerdem ist die Schwingvorrichtung 2 auch in der Lage, die Lichtdurchlasskörpereinheit 22 mit einer Amplitude in Schwingung zu versetzen, die größer ist als die bei der ersten Schwingungsmode, um das Wassertröpfchen B, das sich entlang der oben beschriebenen Lichtdurchlasskörpereinheit 22 aus dem Gesichtsfeldsegment herausbewegt hat, zu zerstäuben. Somit wird die Lichtdurchlasskörpereinheit 22 vorzugsweise in einer zweiten Schwingungsmode zum Zweck der Zerstäubung in Schwingung versetzt, nachdem die Lichtdurchlasskörpereinheit 22 in der ersten Schwingungsmode in Schwingung versetzt wurde.
Ein Verfahren zum Ansteuern der Schwingvorrichtung 2 dahin gehend, das Wassertröpfchen B zu beseitigen, wird nun ausführlich beschrieben.
(Erstes Ansteuerverfahren)
Wenn die (0,2)-Mode oder die (1,2)-Mode verwendet wird, wird bewirkt, dass sich die Wassertröpfchen oder dergleichen von den Schwingungsknoten hin zu den Schwingungsbäuchen bewegen und anschließend beseitigt werden, indem sie zerstäubt werden. Unter Bezugnahme auf 3(c) und 3(d) dient das mittlere Segment der Lichtdurchlasskörpereinheit als Schwingungsknoten. Deshalb bewegen sich die Wassertröpfchen oder dergleichen hin zu dem äußeren peripheren Segment der Lichtdurchlasskörpereinheit. Somit kann die Klarheit des Gesichtsfelds des Kamerahauptkörpers 3 in dem mittleren Segment verbessert werden.
Angenommen, das Wassertröpfchen B hat sich an die Lichtdurchlasskörpereinheit 22 angehaftet, wie in 1 veranschaulicht ist. In diesem Fall, wie in 7(a), die eine schematische Vorderansicht der Lichtdurchlasskörpereinheit 22 ist, veranschaulicht ist, befindet sich das Wassertröpfchen B auf der Lichtdurchlasskörpereinheit 22 in der von der gestrichelten Linie A umgebenen Region, das heißt in der Region, die dem Gesichtsfeldsegment entspricht.
In diesem Zustand wird die Lichtdurchlasskörpereinheit 22 in der oben beschrieben ersten Schwingungsmode in Schwingung versetzt. Folglich, wie in 7(b) veranschaulicht ist, ist der Kontaktwinkel des Wassertröpfchens B bezüglich der Oberfläche der Lichtdurchlasskörpereinheit 22 verringert, und das Wassertröpfchen B breitet sich aus. Obwohl sich das Wassertröpfchen B von der ersten Region, die dem Gesichtsfeldsegment entspricht, in eine in 7(b) außerhalb der ersten Region liegende Region ausbreitet, kann das Wassertröpfchen B stattdessen lediglich in der ersten Region, die dem Gesichtsfeldsegment entspricht, vorhanden sein.
Die Lichtdurchlasskörpereinheit 22 wird in der ersten Schwingungsmode kontinuierlich in Schwingung versetzt. Folglich, wie in 7(c) und 7(d) veranschaulicht ist, bewegt sich das Wassertröpfchen B aus der von der gestrichelten Linie A umgebenen ersten Region heraus. Dies geschieht deshalb, weil dann, wenn das Wassertröpfchen B so angeordnet ist, dass es sich zwischen einem Schwingungsknoten und einem Schwingungsbauch erstreckt, die auf das Wassertröpfchen B ausgeübte Oberflächenspannung zwischen einer und den anderen Seiten des Schwingungsknotens differiert. Dies wird unter Bezugnahme auf Fig. 8(a) bis 8(c) näher beschrieben.
8(a) ist eine schematische Seitenansicht eines Abschnitts der als plattenförmiges Bauglied gezeichneten Lichtdurchlasskörpereinheit 22. Unter Bezugnahme auf 8(a) bis 8(c) befindet sich ein Schwingungsknoten E in der Mitte der Lichtdurchlasskörpereinheit 22, und Schwingungsbäuche F und G befinden sich an den Endflächen der Lichtdurchlasskörpereinheit 22. In der Region zwischen C und D ist die Schwingung gering. In der Region zwischen C und dem Schwingungsbauch F ist die Schwingung größer als in der Region zwischen C und D. Ferner ist die Schwingung in der Region zwischen D und dem Schwingungsbauch G größer als in der Region zwischen C und D.
Angenommen, die Lichtdurchlasskörpereinheit 22 wird in der oben beschriebenen ersten Schwingungsmode in Schwingung versetzt. Das Wassertröpfchen B in 8(b) erstreckt sich beispielsweise über die Grenze D zwischen der Region, in der die Schwingung gering ist, und der Region, in der die Schwingung groß ist, hinaus. Deshalb unterscheidet sich die auf das Wassertröpfchen B durch die Lichtdurchlasskörpereinheit 22 ausgeübte Oberflächenspannung zwischen einem Ende Ba und dem anderen Ende Bb. Demgemäß, wie durch den Pfeil in 8(c) gezeigt ist, bewegt sich das Wassertröpfchen B zu der Peripherie der Lichtdurchlasskörpereinheit 22 hin.
Das Wassertröpfchen B erstreckt sich nicht unbedingt über die durch C oder D angegebene Position hinaus. Da sich die Amplitude von den durch F und G angegebenen Positionen zu dem Knoten E kontinuierlich verändert, unterscheidet sich die Oberflächenspannung, die durch die Lichtdurchlasskörpereinheit 22 auf das in 8(a) veranschaulichte Wassertröpfchen B ausgeübt wird, ebenfalls stark zwischen einem Ende Ba, das sich in der Nähe des Knotens G befindet, und dem anderen Ende Bb, das sich in der Nähe des Knotens E befindet. Demgemäß bewegt sich das in 8(a) veranschaulichte Wassertröpfchen B dahin gehend, sich über D hinaus zu erstrecken, wie in 8(b) veranschaulicht ist. Wenn sich das Wassertröpfchen B über D hinaus erstreckt, wie in 8(b) veranschaulicht ist, so nimmt die Differenz der Oberflächenspannung zwischen dem einen Ende Ba und dem anderen Ende Bb zu, so dass sich das Wassertröpfchen B rasch von der in 8(b) veranschaulichten Position hin zu der Peripherie der Lichtdurchlasskörpereinheit 22 hin bewegt, wie durch den Pfeil in 8(c) gezeigt ist.
Auf die oben beschriebene Weise, wie in 7(d) veranschaulicht ist, bewegt sich das Wassertröpfchen B aus der ersten Region, die dem Gesichtsfeldsegment entspricht, heraus.
Danach, wie oben beschrieben wurde, wird die erste Schwingungsmode kontinuierlich eingestellt, jedoch wird die Amplitude so erhöht, dass das Wassertröpfchen B, das sich aus dem Gesichtsfeldsegment herausbewegt hat, zerstäubt wird. In diesem Fall tritt die Zerstäubung an den Schwingungsbäuchen auf. Die Amplitude kann erhöht werden, indem die Ansteuerspannung, die an den piezoelektrischen Schwingungserzeuger 14 angelegt wird, um den röhrenförmigen Schwingkörper 12 anzusteuern, erhöht wird. Folglich, wie in 7(e) veranschaulicht ist, kann das Wassertröpfchen B auf der Oberfläche der Lichtdurchlasskörpereinheit 22 aufgelöst werden. Somit ist die Schwingvorrichtung 2 in der Lage, Wassertröpfchen oder dergleichen auf der Lichtdurchlasskörpereinheit 22, insbesondere in dem Gesichtsfeldsegment, zuverlässig zu beseitigen.
Da der äußere periphere Abschnitt der Lichtdurchlasskörpereinheit 22 befestigt ist, wird die erste Schwingungsmode vorzugsweise auf die (1,2)-Mode eingestellt. Außerdem sind auch die (0,2)-Mode, die (1,1)-Mode und die (0,1)-Mode bevorzugt. In diesem Fall kann der Kontaktwinkel des Wassertröpfchens B auf der Lichtdurchlasskörpereinheit 22 bezüglich der Oberfläche der Lichtdurchlasskörpereinheit 22 effektiv verringert werden.
(Zweites Ansteuerverfahren)
Bei diesem Ansteuerverfahren werden zwei verschiedene Moden verwendet. Erstens wird die Schwingvorrichtung 2 in einer in 3(b) veranschaulichten (1,0)-Mode (erste Schwingungsmode) angesteuert. Demgemäß bewegen sich die Wassertröpfchen oder dergleichen von den Schwingungsknoten hin zu den Schwingungsbäuchen. Als Nächstes wird die Schwingvorrichtung 2 in der in 3(a) veranschaulichten (0,0)-Mode (zweite Schwingungsmode) angesteuert. Da in der (0,0)-Mode keine Schwingungsknoten erzeugt werden, ist die Amplitude in dieser Mode größer als in anderen Moden. Demgemäß werden die Wassertröpfchen zerstäubt.
Die oben beschriebene zweite Schwingungsmode kann wie folgt angeregt werden. Das heißt, wenn die Regionen des röhrenförmigen piezoelektrischen Schwingungserzeugers 14, die in der Umfangsrichtung zueinander benachbart sind, alle in derselben Richtung polarisiert werden, können Spannungen in derselben Phase an dieselben angelegt werden. Als weiteres Verfahren können dann, wenn eine Mehrzahl separater Elektroden in der Umfangsrichtung angeordnet sind, Spannungen in derselben Phase an die benachbarten Elektroden angelegt werden, während die Phase derselben abwechselnd invertiert wird. Als weiteres Verfahren können Spannungen, deren Phasen abwechselnd invertiert werden, angelegt werden, wenn die Regionen des röhrenförmigen piezoelektrischen Schwingungserzeugers, die in der Umfangsrichtung zueinander benachbart sind, abwechselnd in entgegengesetzten Dickenrichtungen polarisiert werden und wenn eine Mehrzahl separater Elektroden vorgesehen sind.
(Experimente)
Die Substanz, die an der Kamera anhaftet, kann eine andere Lösung als Wasser sein, beispielsweise Ethanol, eine wässrige Salzlösung, ein Frostschutzmittel (Kalziumchlorid) usw., Tröpfchen einer Flüssigkeit, die wasserunlösliche Verunreinigungen enthält, beispielsweise schlammiges Wasser oder eine kolloidale Lösung wie z. B. Kaffee (hiernach als Flüssigkeitströpfchen bezeichnet). Sogar in einem solchen Fall kann die Substanz infolge eines Vorgangs und eines Phänomens, der bzw. das ähnlich den oben beschriebenen ist, aus der ersten Region, die dem Gesichtsfeldsegment entspricht, herausbewegt und in der außerhalb der ersten Region liegenden Region zerstäubt werden, während der Inhalt darin aufgelöst wird. Somit können die Wassertröpfchen, die an der Außenoberfläche der Lichtdurchlasskörpereinheit 22 anhaften, beseitigt werden. Dieser Vorgang unterscheidet sich von einer Verdunstung, und die Flüssigkeitströpfchen können zusammen mit den darin enthaltenen gelösten Stoffen/Verunreinigungen beseitigt werden, ohne eine Abscheidung der gelösten Stoffe/Verunreinigungen zu bewirken.
Nun werden ein erstes und ein zweites experimentelles Beispiel beschrieben, die durch Verwendung der Schwingvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durchgeführt wurden.
Nun wird das Ergebnis des ersten experimentellen Beispiels beschrieben. Die röhrenförmige Schwingkörpereinheit 12, der Modenwandlungskoppler 21 und die Lichtdurchlasskörpereinheit 22, die bei dem ersten experimentellen Beispiel verwendet wurden, wiesen die folgenden Abmessungen auf.
Abmessungen der röhrenförmigen Schwingkörpereinheit 12: Innendurchmesser 8,0 mm, Außendurchmesser 18,0 mm und Länge 16,0 mm. Abmessungen des Modenwandlungskopplers 21: Innendurchmesser 8,0 mm, Außendurchmesser 18,0 mm und Länge 5,7 mm. Abmessungen der Lichtdurchlasskörpereinheit 22: sphärischer Innendurchmesser 8,0 mm und Dicke 1,0 mm.
Kleine Tröpfchen eines etwa 0,4 %igen Salzwassers (wässrige Lösung, die erhalten wird, indem 14 g NaCl in 1 L Wasser aufgelöst werden) wurden auf die Lichtdurchlasskörpereinheit 22 getropft und wurden kontinuierlich zerstäubt. Im Einzelnen wurden 15 ml des Salzwassers innerhalb einer Stunde getropft. Die Ansteuerfrequenz wurde bei dem Zerstäubungsvorgang auf 146 kHz eingestellt. Die Ansteuerspannung wurde allmählich von 0 Vp-p bis 16 Vp-p gewobbelt. Die Schwingungsmode wurde auf (1,2)-Mode eingestellt. 13 zeigt die Verschiebungsverteilung bei der Schwingungsmode. In 13 sind die mit A1 bis A4 bezeichneten Regionen solche Regionen, in denen die Verschiebung bei einem Maximum liegt. Bei anderen dunkel gefärbten Regionen ist die Verschiebung geringer als bei den hell gefärbten Regionen. In dem schematischen Diagramm stellen die rein weißen Kreise Wassertröpfchen dar. Wie durch die Pfeile gezeigt ist, bewegen sich die Wassertröpfchen von den Regionen, in denen die Verschiebung gering ist, zu den Regionen, in denen die Verschiebung groß ist. 14(a) bis 14(d) zeigen die Ansteuerspannungen und die Zustände der Wassertröpfchen. 14(a) bis 14(d) zeigen die Zustände der Wassertröpfchen, wenn die Ansteuerspannung 0 V, 4 V, 10 V bzw. 16 V beträgt. Wie in 14(c) veranschaulicht ist, beginnen sich die Kontaktwinkel der Wassertröpfchen oder dergleichen dann, wenn die Ansteuerspannung 10 Vp-p beträgt, zu verändern, und deshalb beginnen sich die Wassertröpfchen oder dergleichen zu bewegen. Wenn dann die Ansteuerspannung 16 Vp-p beträgt, beginnt die Zerstäubung, wie in 14(d) veranschaulicht ist. Da die Ansteuerspannung wie oben beschrieben gewobbelt wird, ist die bei dem Zerstäubungsvorgang benötigte Ansteuerspannung niedriger als in dem Fall, in dem die Wassertröpfchen nicht bewegt werden. Bei dem Experiment wurde die wässrige Lösung aus der ersten Region herausbewegt und anschließend zerstäubt, ohne eine Abscheidung von in dem Salzwasser enthaltenem NaCl zu bewirken, und wurde dadurch erfolgreich beseitigt.
Ein ähnliches Experiment wurde durch Verwendung von kolloidalen Lösungen wie z. B. Kaffee und von Lösungen, die nicht Wasser sind, z. B. Ethanol, durchgeführt. Auch als diese Lösungen verwendet wurden, wurden die Lösungen auf der Außenoberfläche der Lichtdurchlasskörpereinheit 22 bewegt und zerstäubt, ohne eine Abscheidung des Inhalts derselben auf der Lichtdurchlasskörpereinheit 22 zu bewirken, und wurden dadurch erfolgreich beseitigt.
Auch wenn die Flüssigkeitströpfchen wasserunlösliche Verunreinigungen wie beispielsweise Schlamm enthalten, können die Verunreinigungen enthaltenden Flüssigkeitströpfchen in dem Gesichtsfeld zusammen mit den darin enthaltenen Verunreinigungen infolge eines ähnlichen Vorgangs und eines ähnlichen Phänomens wie des oben beschriebenen aus der ersten Region herausbewegt werden. Außerdem können dann, wenn die Vorrichtung so installiert ist, dass sie in eine geeignete Richtung (nach unten) gewandt ist, die Wassertröpfchen oder dergleichen auf der Außenoberfläche der Lichtdurchlasskörpereinheit 22 beseitigt werden, indem die Wassertröpfchen zusammen mit den wasserunlöslichen Verunreinigungen zerstäubt werden oder indem kleine Flüssigkeitströpfchen in der außerhalb der ersten Region liegenden Region gesammelt und dazu gebracht werden, sich zu einigermaßen großen Flüssigkeitströpfchen zu verbinden, die aufgrund ihres eigenen Gewichts abfallen. Wenn eine große Menge an Verunreinigungen vorliegt oder wenn die Größe der Verunreinigungen groß ist, verbleiben die Verunreinigungen eventuell auf der Lichtdurchlasskörpereinheit 22. Jedoch fallen derartige Rückstände aufgrund ihres eigenen Gewichts und der in der Lichtdurchlasskörpereinheit 22 erzeugten Schwingung ab. Da die Verunreinigungen außerdem in der außerhalb des Gesichtsfelds liegenden Region verbleiben, besteht keine Gefahr, dass die Verunreinigungen die Klarheit des Gesichtsfelds in der Lichtdurchlasskörpereinheit 22 verringern.
Das Ergebnis des zweiten experimentellen Beispiels wird nun beschrieben. Die Abmessungen der röhrenförmigen Schwingkörpereinheit 12, des Modenwandlungskopplers 21 und der Lichtdurchlasskörpereinheit 22, die bei dem zweiten experimentellen Beispiel verwendet wurden, waren dieselben wie bei dem ersten experimentellen Beispiel.
Die Vorrichtung wurde so angeordnet, dass sie in einem Winkel von 45° von der horizontalen Richtung aus nach unten gewandt ist, und kleine Flüssigkeitströpfchen, die erhalten wurden, indem 10 g gewöhnlichen Bodens in 90 ml Wasser dispergiert wurden, wurden auf die Lichtdurchlasskörpereinheit 22 getropft und kontinuierlich zerstäubt. Im Einzelnen wurden 15 ml der Flüssigkeit in einer Stunde getropft. Die Flüssigkeitströpfchen wurden zusammen mit den darin enthaltenen Verunreinigungen aus dem Gesichtsfeld herausbewegt. Danach wurden Verunreinigungen mit kleinen Partikeldurchmessern von der Außenoberfläche der Lichtdurchlasskörpereinheit 22 beseitigt, indem sie zusammen mit Wasser zerstäubt wurden, oder wenn große Flüssigkeitströpfchen, zu denen die Flüssigkeitströpfchen, die in der außerhalb der ersten Region liegenden Region gesammelt wurden, kombiniert wurden, aufgrund ihres eigenen Gewichts abfielen. Obwohl Verunreinigungen mit großen Partikeldurchmessern auf der Lichtdurchlasskörpereinheit 22 verblieben, befanden sich die verbliebenen Verunreinigungen in der außerhalb des Gesichtsfelds liegenden Region. Deshalb wurde die Kamerafunktion nicht beeinträchtigt. Auch fielen nach einer gewissen Zeit die Verunreinigungen ab und wurden von der Außenoberfläche der Lichtdurchlasskörpereinheit 22 beseitigt.
(Zweites bis fünftes Ausführungsbeispiel)
9 ist eine Frontschnittansicht einer Kamera 1A gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Die Kamera 1A umfasst einen Abschnitt, der der Linsenabdeckung 20 entspricht, die die Lichtdurchlasskörpereinheit 22 umfasst, und einen Abschnitt, der dem Modenwandlungskoppler 21 entspricht, und diese Abschnitte sind aus demselben Material hergestellt und miteinander integriert. Die Kamera 1A ist in anderer Hinsicht ähnlich der Kamera 1. Somit können der Modenwandlungskoppler 21 und die Linsenabdeckung 20 miteinander integriert sein. Auch in diesem Fall kann, ähnlich der Kamera 1, da die Schwingvorrichtung 2 vorgesehen ist, das Wassertröpfchen B, das sich an die Lichtdurchlasskörpereinheit 22 in der Region angehaftet hat, die dem Gesichtsfeld der Kamera entspricht, ohne Weiteres zuverlässig beseitigt werden.
Falls der Modenwandlungskoppler 21 und die Linsenabdeckung 20 miteinander integriert sind, wird die oben beschriebene (m,n)-Mode an einer Position angeregt, an der der Modenwandlungskoppler 21 und die Linsenabdeckung 20 miteinander integriert sind. Deshalb können Schwingungsbäuche ohne Weiteres außerhalb der Region, die dem Gesichtsfeld der Kamera 1A entspricht, positioniert werden.
Bei der Struktur des ersten Ausführungsbeispiels umfassen der Modenwandlungskoppler 21 und die Lichtdurchlasskörpereinheit 22 nicht unbedingt die Flanschabschnitte 21b und 22a. Im Einzelnen können der Modenwandlungskoppler 21 und die Lichtdurchlasskörpereinheit 22, die getrennte Bauglieder sind und die die Flanschabschnitte 21b und 22a nicht umfassen, aneinander gefügt sein. In diesem Fall kann die oben beschriebene (m,n)-Mode angeregt werden, als ob der Modenwandlungskoppler 21 und die Lichtdurchlasskörpereinheit 22 miteinander integriert sind. Deshalb können Schwingungsbäuche ohne Weiteres außerhalb der Region, die dem Gesichtsfeldabschnitt der Kamera 1A entspricht, positioniert werden.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst die Linsenabdeckung 20 den Modenwandlungskoppler 21. Jedoch enthält wie bei einem dritten Ausführungsbeispiel, das in 10 veranschaulicht ist, eine Linsenabdeckung 20A eventuell lediglich eine kuppelförmige Lichtdurchlasskörpereinheit 22. In diesem Fall ist die Linsenabdeckung 20A aus der kuppelförmigen Lichtdurchlasskörpereinheit 22 gebildet und ist direkt an dem röhrenförmigen Schwingkörper 12 befestigt.
Wie bei einem in 11 veranschaulichten vierten Ausführungsbeispiel kann alternativ dazu statt einer kuppelförmigen Linsenabdeckung eine zylindrische Linsenabdeckung 20B verwendet werden. Die Linsenabdeckung 20B umfasst ein zylindrisches Bauglied 21A und eine flache plattenförmige Lichtdurchlasskörpereinheit 22A, die an dem vorderen Ende des zylindrischen Bauglieds 21A befestigt ist. Die Linsenabdeckung 20B ist direkt an dem röhrenförmigen Schwingkörper 12 befestigt.
Die in 10 und 11 veranschaulichten Linsenabdeckungen 20A und 20B zeigen deutlich, dass die Form der Linsenabdeckung gemäß der vorliegenden Erfindung keiner besonderen Einschränkung unterliegt.
12 veranschaulicht die Beziehung zwischen einem Linsenmodul 32 und piezoelektrischen Schwingungserzeugern 14, die in einer Kamera 31 gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel enthalten sind. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Linsenmodul 32 an einem röhrenförmigen Schwingkörper 12 befestigt. Bei der Kamera 31 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Linsenmodul 32 statt der Linsenabdeckung 20 und des Linsenmoduls 7, die in der in 1 veranschaulichten Kamera enthalten sind, vorgesehen. Obwohl dies in 12 nicht veranschaulicht ist, kann das oben beschriebene Linsenmodul 32 durch das Linsenmodul 7 des in 1 veranschaulichten Kamerahauptkörpers 3 ersetzt werden. Somit umfasst die Kamera 31 auch einen Kamerahauptkörper, der das Linsenmodul 32 umfasst.
Das Linsenmodul 32 umfasst ein röhrenförmiges Gehäuse 33. Das röhrenförmige Gehäuse 33 beherbergt Linsen 34 und 35. Die Linsen 34 und 35 sind in einem röhrenförmigen Tragebauglied 37 angeordnet. Eine Linse 36 an dem vorderen Ende ist an der Vorderseite des röhrenförmigen Gehäuses 33 angeordnet. Die Linse 36 ist so an dem röhrenförmigen Gehäuse 33 befestigt, dass sie eine Öffnung in dem röhrenförmigen Gehäuse 33 abdeckt. Somit liegt bei dem Linsenmodul 32 lediglich die Außenoberfläche der Linse 36 an dem vorderen Ende nach außen hin frei. Auch in diesem Fall können dann, wenn Wassertröpfchen oder dergleichen an der Außenoberfläche der Linse 36 in der ersten Region, die durch die gestrichelte Linie A gezeigt ist und dem Gesichtsfeldsegment der Kamera 31 entspricht, anhaften, ähnlich dem ersten Ausführungsbeispiel die Wassertröpfchen beseitigt werden, indem die Wassertröpfchen dazu gebracht werden, sich auszubreiten und sich aus dem Gesichtsfeld herauszubewegen, und indem die Wassertröpfchen zerstäubt werden, indem der röhrenförmige Schwingkörper 12 in Schwingung versetzt wird.
Bezugszeichenliste

1, 1A: Kamera
2: Schwingvorrichtung
3: Kamerahauptkörper
4: Hauptkörperbauglied
4a: Basisplatte
5: Bilderzeugungseinheit
6: Schaltung
7: Linsenmodul
9: Linse
11: Einfassungsbauglied
11a: Vorsprung
11b: Aussparung
12: röhrenförmiger Schwingkörper
12A, 12Z: Elektrode
12B bis 12G: Anregungselektrode
13: röhrenförmiges Bauglied
14: piezoelektrischer Schwingungserzeuger
14A: röhrenförmiger piezoelektrischer Körper
14a: Piezoelektrischer-Körper-Schicht
20, 20A, 20B: Linsenabdeckung
21: Modenwandlungskoppler
21A: zylindrisches Bauglied
21a, 21b: Flanschabschnitt
21c: dünner Abschnitt
21d: dicker Abschnitt
22, 22A: Lichtdurchlasskörpereinheit
22a: Flanschabschnitt
31: Kamera
32: Linsenmodul
33: röhrenförmiges Gehäuse
34: bis 36 Linse
37: röhrenförmiges Tragebauglied

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2012138768 [0003]
JP 200782062 [0003]

Claims

Eine Schwingvorrichtung für eine Kamera, die eine Linse umfasst, wobei die Schwingvorrichtung folgende Merkmale aufweist: einen röhrenförmigen Schwingkörper, der eine erste Oberfläche, eine zweite Oberfläche, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt, und einen Seitenwandabschnitt, der die erste und die zweite Oberfläche verbindet, aufweist, wobei die erste und die zweite Oberfläche Öffnungen aufweisen; und eine Linsenabdeckung, die eine der Öffnungen in dem röhrenförmigen Schwingkörper abdeckt, wobei der röhrenförmige Schwingkörper ein röhrenförmiges Bauglied und einen an dem röhrenförmigen Bauglied befestigten piezoelektrischen Schwingungserzeuger umfasst, wobei die Linsenabdeckung einen röhrenförmigen Modenwandlungskoppler, der mit dem röhrenförmigen Schwingkörper gekoppelt ist, und eine Lichtdurchlasskörpereinheit, die auf einer Seite an den Modenwandlungskoppler angefügt ist, die einer Seite gegenüberliegt, auf der der röhrenförmige Schwingkörper gekoppelt ist, umfasst, wobei die Lichtdurchlasskörpereinheit einen vor der Linse angeordneten Lichtdurchlassabschnitt umfasst, und wobei der Modenwandlungskoppler einen dünnen Abschnitt aufweist, dessen Dicke geringer ist als die des röhrenförmigen Bauglieds.
Die Schwingvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der dann, wenn der röhrenförmige Schwingkörper in Schwingung versetzt wird, der röhrenförmige Schwingkörper die Lichtdurchlasskörpereinheit in einer ersten Schwingungsmode in Schwingung versetzt, in dem die Lichtdurchlasskörpereinheit in einer ersten Region der Lichtdurchlasskörpereinheit einen Schwingungsknoten aufweist, wobei die erste Region einem Gesichtsfeldsegment der Kamera entspricht, und in einer zweiten Region der Lichtdurchlasskörpereinheit einen Schwingungsbauch aufweist, wobei die zweite Region außerhalb des Gesichtsfeldsegments der Kamera positioniert ist.
Die Schwingvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der eine Mehrzahl der piezoelektrischen Schwingungserzeuger in einer Umfangsrichtung des röhrenförmigen Bauglieds so angeordnet sind, dass die Lichtdurchlasskörpereinheit eine Mehrzahl von Schwingungsregionen umfasst, wenn der röhrenförmige Schwingkörper in Schwingung versetzt wird, und dass von den Schwingungsregionen solche Schwingungsregionen, die zueinander benachbart sind, in entgegengesetzten Phasen schwingen.
Die Schwingvorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der der piezoelektrische Schwingungserzeuger so angeordnet ist, dass er sich in einer Umfangsrichtung des röhrenförmigen Bauglieds erstreckt, und in einer Dickenrichtung des piezoelektrischen Schwingungserzeugers in der Umfangsrichtung ungleichmäßig polarisiert ist, so dass die Lichtdurchlasskörpereinheit eine Mehrzahl von Schwingungsregionen umfasst, wenn der röhrenförmige Schwingkörper in Schwingung versetzt wird, und dass von den Schwingungsregionen solche Schwingungsregionen, die zueinander benachbart sind, in entgegensetzten Phasen schwingen.
Die Schwingvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der dann, wenn die Linse der Kamera von der Lichtdurchlasskörpereinheit in der ersten Schwingungsmode aus betrachtet wird, ein Knoten der ersten Schwingungsmode an der Lichtdurchlasskörpereinheit in einer Region, die die Linse überlappt, positioniert ist.
Die Schwingvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, bei der der röhrenförmige Schwingkörper die Lichtdurchlasskörpereinheit in einer zweiten Schwingungsmode in Schwingung versetzt, in dem ein Wassertröpfchen oder dergleichen in der zweiten Region der Lichtdurchlasskörpereinheit zerstäubt wird.
Die Schwingvorrichtung gemäß Anspruch 6, bei der eine Amplitude in der zweiten Schwingungsmode größer ist als eine Amplitude in der ersten Schwingungsmode.
Die Schwingvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Linsenabdeckung und die Linse voneinander beabstandet sind.
Eine Kamera, die folgende Merkmale aufweist: einen Kamerahauptkörper, der ein Linsenmodul umfasst; und die Schwingvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Linsenmodul in der Linsenabdeckung angeordnet ist.
Eine Kamera, die folgende Merkmale aufweist: einen Kamerahauptkörper, der ein Linsenmodul umfasst, das eine an einem vorderen Ende positionierte Linse umfasst; und einen röhrenförmigen Schwingkörper, der mit dem Linsenmodul gekoppelt ist und einen röhrenförmigen piezoelektrischen Schwingungserzeuger und eine erste und eine zweite Oberfläche, die einander gegenüberliegen, umfasst, bei der der röhrenförmige piezoelektrische Schwingungserzeuger eine Mehrzahl von Schwingungsregionen, die in einer Umfangsrichtung desselben angeordnet sind, umfasst, und so strukturiert ist, dass von den Schwingungsregionen solche Schwingungsregionen, die zueinander benachbart sind, in entgegengesetzten Phasen schwingen, und bei der dann, wenn der röhrenförmige Schwingkörper in Schwingung versetzt wird, der röhrenförmige Schwingkörper das Linsenmodul in einer ersten Schwingungsmode in Schwingung versetzt, in dem die an dem vorderen Ende positionierte Linse in einer ersten Region der Linse einen Schwingungsknoten aufweist, wobei die erste Region einem Gesichtsfeldsegment der Kamera entspricht, und in einer zweiten Region der Linse einen Schwingungsbauch aufweist, wobei die zweite Region außerhalb des Gesichtsfelds der Kamera positioniert ist.
Ein Verfahren zum Ansteuern der Schwingvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: einen Schritt des Bewegens eines Wassertröpfchens oder dergleichen, das sich an die Lichtdurchlasskörpereinheit in der ersten Region angehaftet hat, zu der außerhalb des Gesichtsfeldsegments der Kamera liegenden zweiten Region, indem die Lichtdurchlasskörpereinheit in der ersten Schwingungsmode in Schwingung versetzt wird; und einen Schritt des Zerstäubens des zu der zweiten Region der Lichtdurchlasskörpereinheit bewegten Wassertröpfchens.
Das Verfahren zum Ansteuern der Schwingvorrichtung gemäß Anspruch 11, bei dem bei dem Zerstäubungsschritt das Wassertröpfchen oder dergleichen, das zu der zweiten Region der Lichtdurchlasskörpereinheit bewegt wurde, zerstäubt wird, indem die Lichtdurchlasskörpereinheit in der zweiten Schwingungsmode in Schwingung versetzt wird.