DE112017006089T5

DE112017006089T5 - Schwingvorrichtung, kamera-wassertröpfchenentfernungsvorrichtung und kamera

Info

Publication number: DE112017006089T5
Application number: DE112017006089.3T
Authority: DE
Inventors: Katsumi Fujimoto; Chikahiro Horiguchi; Kenji Nishiyama; Yasuhiro Kuratani; Shinichiro Ichiguchi
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2016-11-30
Filing date: 2017-07-25
Publication date: 2019-08-22
Also published as: WO2018100795A1; US20190176195A1; CN109644226B; JPWO2018100795A1; CN109644226A; JP6665948B2; US11161148B2

Abstract

Eine Schwingvorrichtung, die einen piezoelektrischen Vibrator nicht groß belastet, wird bereitgestellt. Eine Schwingvorrichtung 10 ist versehen mit einem zylindrischen Körper 11 mit einem Ende 11e und einem anderen Ende 11f und mit einer Mehrzahl von Seitenoberflächen 11a bis 11d zum Verbinden des einen Endes 11e und des anderen Endes 11f; piezoelektrischen Vibratoren 12 bis 15, die an dem zylindrischen Körper 11 fixiert sind, um so ein Schwingen des zylindrischen Körpers 11 zu verursachen; und einem lichtdurchlässigen Teil 17, der direkt oder indirekt mit dem anderen Ende 11f des zylindrischen Körpers 11 verbunden ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schwingvorrichtung (bzw. Vibrationsvorrichtung) mit einem piezoelektrischen Vibrator (bzw. Schwingungserzeuger) und einem Rohrkörper, auf eine Kamera-Wassertröpfchen-Entfernungsvorrichtung mit der Schwingvorrichtung und auf eine Kamera.
Hintergrundtechnik
In einem Fahrzeug befestigte Kameras und Kameras, die draußen installiert sind, sind Regen ausgesetzt. Entsprechend wird eine Abdeckung, die aus Glas oder einem transparenten Kunststoff hergestellt ist, vor einer Linse platziert. Wassertröpfchen, die an der Abdeckung haften, können jedoch die Klarheit der Sicht der Kamera reduzieren und eine genaue Bilderfassung behindern.
Das im Folgenden angegebene Patentdokument 1 offenbart eine kuppelförmige Abdeckung für eine solche Verwendung. Die kuppelförmige Abdeckung ist mit einem zylindrischen Abschnitt verbunden und ein Piezoelektrische-Keramik-Vibrator ist an dem zylindrischen Abschnitt angebracht. Der Piezoelektrische-Keramik-Vibrator wird in Schwingung versetzt, um den zylindrischen Abschnitt und die kuppelförmige Abdeckung in Schwingung zu versetzen, wodurch Wassertröpfchen, die an der Oberfläche der kuppelförmigen Abdeckung haften, entfernt werden.
Das im Folgenden angegebene Patentdokument 2 offenbart eine Struktur, bei der ein Ultraschallwandler, eine Haftmittelschicht und eine externe Linse vor einem Kamerahauptkörper angeordnet sind. Der Ultraschallwandler wird getrieben, um die externe Linse in Schwingung zu versetzen, wodurch Wassertröpfchen entfernt werden.
Referenzliste
Patentdokumente

Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2012-138768
Patentdokument 2: Japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2007-82062

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Gemäß den Patentdokumenten 1 und 2 muss eine große Schwingung (bzw. Vibration) der kuppelförmigen Abdeckung oder der externen Linse erzeugt werden, um die Wassertröpfchen zu entfernen. Ferner beinhalten zu entfernende Substanzen nicht nur Wassertröpfchen, sondern auch andere Lösungen als Wasser, wie beispielsweise Ethanol, wässrige Salzlösungen, Frostschutzmittel (Kalziumchlorid) usw., Flüssigkeitströpfchen, die wasserunlösliche Verunreinigungen beinhalten, wie beispielsweise Schmutzwasser, und Kolloidlösungen, wie zum Beispiel Kaffee. So muss gemäß den Strukturen der Patentdokumente 1 und 2 der Piezoelektrische-Keramik-Vibrator oder der Ultraschallwandler eine große Schwingung erzeugen. Entsprechend nimmt der Piezoelektrische-Keramik-Vibrator oder der Ultraschallwandler eine große Belastung auf und Risse könnten sich infolge einer Verwendung über die Zeit bilden. Dies kann zu einer Fehlfunktion des Piezoelektrische-Keramik-Vibrators oder des Ultraschallwandlers führen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Schwingvorrichtung bereitzustellen, die einen piezoelektrischen Vibrator nicht groß belastet. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Kamera-Wassertröpfchen-Entfernungsvorrichtung und eine Kamera bereitzustellen, die in der Lage sind, ohne Weiteres Wassertröpfchen oder dergleichen, die an einer Lichtdurchlasskörpereinheit, wie beispielsweise einer Abdeckung oder einer Linse, haften, zu entfernen, ohne einen piezoelektrischen Vibrator groß zu belasten.
Lösung für das Problem
Eine Schwingvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet einen Rohrkörper mit einem Ende, einem anderen Ende, das dem einen Ende gegenüberliegt, und einer Mehrzahl von Seitenoberflächen, die das eine Ende und das andere Ende verbinden; einen piezoelektrischen Vibrator, der an dem Rohrkörper fixiert ist und den Rohrkörper in Schwingung versetzt; und eine Lichtdurchlasskörpereinheit, die direkt oder indirekt mit dem anderen Ende des Rohrkörpers verbunden ist.
Bei einem spezifischen Aspekt der Schwingvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist der Rohrkörper eine Vieleck-Rohrform auf.
Bei einem weiteren spezifischen Aspekt der Schwingvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind benachbarte der Seitenoberflächen durch einen gekrümmten Abschnitt miteinander verbunden. So können die benachbarten der Seitenoberflächen durch einen gekrümmten Abschnitt miteinander verbunden sein.
Bei einem weiteren spezifischen Aspekt der Schwingvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist der piezoelektrische Vibrator auf einer der Seitenoberflächen des Rohrkörpers vorgesehen.
Bei einem weiteren spezifischen Aspekt der Schwingvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist der Rohrkörper eine viereckige prismatische äußere Form auf und die Seitenoberflächen beinhalten eine erste bis vierte Seitenoberfläche.
Bei einem weiteren spezifischen Aspekt der Schwingvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung sind zumindest zwei der ersten bis vierten Seitenoberfläche jeweils mit dem piezoelektrischen Vibrator versehen. In diesem Fall können Schwingungen in unterschiedlichen Modi erzeugt werden durch Anpassen der Richtungen einer Polarisation der piezoelektrischen Vibratoren, die an den beiden Seitenoberflächen vorgesehen sind, und der Richtung einer Wechselstromspannung.
Bei einem weiteren spezifischen Aspekt der Schwingvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist die erste bis vierte Seitenoberfläche jeweils mit dem piezoelektrischen Vibrator versehen. In diesem Fall können Schwingungen in unterschiedlichen Modi ohne Weiteres angeregt werden.
Bei einem weiteren spezifischen Aspekt der Schwingvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Schwingvorrichtung ferner einen Modusänderungskoppler, der zwischen den Rohrkörper und die Lichtdurchlasskörpereinheit geschaltet ist. In diesem Fall kann eine Atemschwingung des Rohrkörpers, die erzeugt wurde, ohne weiteres in eine Schwingung in einem geeigneten Schwingungsmodus umgewandelt werden, der geeignet ist zum Bewegen und Zerstäuben von Wassertröpfchen auf der Lichtdurchlasskörpereinheit.
Bei einem weiteren spezifischen Aspekt der Schwingvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Modusänderungskoppler ein Rohrbauglied mit Abschnitten mit unterschiedlichen Dicken.
Bei einem weiteren spezifischen Aspekt der Schwingvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist der Rohrkörper einen Hohlraum auf, der sich von dem einen Ende in Richtung des anderen Endes erstreckt und der bei Betrachtung von dem einen Ende in Draufsicht kreisförmig ist, und sind ein Endabschnitt des Modusänderungskopplers, der benachbart zu dem einen Ende des Rohrkörpers ist, und ein Endabschnitt des Rohrkörpers an dem einen Ende des Rohrkörpers durch einen Verbindungsabschnitt miteinander verbunden. Eine Außenoberfläche des Modusänderungskopplers ist einer Innenoberfläche des Hohlraums in dem Rohrkörper zugewandt.
Eine Kamera-Wassertröpfchen-Entfernungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Kamera-Wassertröpfchen-Entfernungsvorrichtung für einen Kamerahauptkörper mit einer Linse und beinhaltet die Schwingvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Lichtdurchlasskörpereinheit ist die Linse des Kamerahauptkörpers oder ein Abdeckbauteil mit einem Lichtdurchlassabschnitt, der vor der Linse des Kamerahauptkörpers angeordnet ist.
Eine Kamera gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Kamera-Wassertröpfchen-Entfernungsvorrichtung mit der Schwingvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und einen Kamerahauptkörper, wobei zumindest ein Abschnitt desselben in der Kamera-Wassertröpfchen-Entfernungsvorrichtung beinhaltet ist.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der Schwingvorrichtung der vorliegenden Erfindung und gemäß der Kamera-Wassertröpfchen-Entfernungsvorrichtung und der Kamera mit der Schwingvorrichtung der vorliegenden Erfindung können Wassertröpfchen oder dergleichen, die an einer Lichtdurchlasskörpereinheit, wie beispielsweise einer Linse oder einem Abdeckbauteil, haften, ohne weiteres entfernt werden, ohne einen piezoelektrischen Vibrator groß zu belasten.
Figurenliste

1 ist eine Frontschnittansicht einer Kamera gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2(a) ist eine perspektivische Ansicht eines Hauptabschnitts einer Schwingvorrichtung, von der eine Lichtdurchlasskörpereinheit entfernt ist, und 2(b) ist eine Draufsicht des Hauptabschnitts.
3 ist eine perspektivische Teilschnittansicht des Hauptabschnitts der in 2 dargestellten Schwingvorrichtung.
4 ist eine Frontschnittansicht eines ersten piezoelektrischen Vibrators, der bei dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet wird.
5 ist eine Draufsicht, die eine Modifizierung eines Rohrköpers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel darstellt.
6 ist eine Draufsicht, die ein Verfahren zum Treiben der Schwingvorrichtung der Kamera gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
7 ist eine schematische Draufsicht, die einen Schwingungsmodus der Lichtdurchlasskörpereinheit in dem in 6 dargestellten Treiberverfahren darstellt.
8 ist eine Draufsicht, die ein weiteres Beispiel eines Verfahrens zum Treiben der Schwingvorrichtung der Kamera gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
9 ist eine schematische Draufsicht, die einen Schwingungsmodus der Lichtdurchlasskörpereinheit bei dem in 8 dargestellten Treiberverfahren darstellt.
10 ist eine Draufsicht, die ein weiteres Beispiel eines Verfahrens zum Treiben der Schwingvorrichtung der Kamera gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel darstellt.
11(a) bis 11(c) sind schematische Draufsichten, die Schwingungsmodi der Lichtdurchlasskörpereinheit darstellen.
12(a) bis 12(e) sind schematische Diagramme, die die Schritte zum Entfernen eines Wassertröpfchens durch Verwenden einer Wassertröpfchen-Entfernungsvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen.
13 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Positionskoordinate einer Lichtdurchlasskörpereinheit einer Schwingvorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel in der Durchmesserrichtung und dem Schwingweg zeigt.
14 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Positionskoordinate der Lichtdurchlasskörpereinheit der Schwingvorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in der Durchmesserrichtung und dem Schwingweg zeigt.
15 ist eine perspektivische Teilschnittansicht einer Schwingvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Die vorliegende Erfindung wird aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen klar werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass jedes der in dieser Beschreibung beschriebenen Ausführungsbeispiele veranschaulichend ist und dass Teilersetzungen und Kombinationen der Strukturen unterschiedlicher Ausführungsbeispiele möglich sind.
1 ist eine Frontschnittansicht einer Kamera gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung 2(a) ist eine perspektivische Ansicht eines Hauptabschnitts einer Schwingvorrichtung, von der eine Lichtdurchlasskörpereinheit entfernt ist.
2(b) ist eine Draufsicht des Hauptabschnitts. 3 ist eine perspektivische Teilschnittansicht des Hauptabschnitts.
Eine Kamera 1 beinhaltet eine Kamera-Wassertröpfchen-Entfernungs-vorrichtung 2. Die Kamera-Wassertröpfchen-Entfernungsvorrichtung 2 beinhaltet einen Kamerahauptkörper 3. Es ist nicht notwendig, dass der gesamte Kamerahauptkörper 3 in der Kamera-Wassertröpfchen-Entfernungsvorrichtung 2 beinhaltet ist, solange zumindest ein Abschnitt des Kamerahauptkörpers 3 in der Kamera-Wassertröpfchen-Entfernungs-vorrichtung 2 beinhaltet ist.
Der Kamerahauptkörper 3 beinhaltet ein Rohrhauptkörperbauteil 4. Das untere Ende des Hauptkörperbauteils 4 ist an einer Basisplatte 4a fixiert. Eine Bilderzeugungseinheit 5 ist an dem oberen Ende des Hauptkörperbauteils 4 fixiert. Eine Schaltung 6 mit einer Bilderzeugungsvorrichtung ist in der Bilderzeugungseinheit 5 befestigt. Ein Linsenmodul 7 ist derart angebracht, dass das Linsenmodul 7 der Bilderzeugungseinheit 5 zugewandt ist. Das Linsenmodul 7 besteht aus einem Rohrkörper. Eine Mehrzahl von Linsen 9 ist in dem Linsenmodul 7 angeordnet.
Die Struktur des oben beschriebenen Kamerahauptkörpers 3 ist nicht besonders eingeschränkt, solange der Kamerahauptkörper 3 in der Lage ist, ein Bild eines Objekts vor den Linsen 9 zu erfassen.
Die Kamera-Wassertröpfchen-Entfernungsvorrichtung 2 beinhaltet eine Schwingvorrichtung 10. Die Schwingvorrichtung 10 ist ein Beispiel einer Schwingvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die Schwingvorrichtung 10 beinhaltet einen Rohrkörper 11 und einen ersten bis vierten piezoelektrischen Vibrator 12, 13, 14, 15. Der Rohrkörper 11 weist eine Vieleck-Rohrform auf. Insbesondere weist der Rohrkörper 11 eine viereckige prismatische äußere Form auf und beinhaltet eine erste bis vierte Seitenoberfläche 11a bis 11d. Die erste bis vierte Seitenoberfläche 11a bis 11d verbinden ein Ende 11e des Rohrkörpers 11 und ein anderes Ende 11f des Rohrkörpers 11, das dem einen Ende 11e gegenüberliegt. Das andere Ende 11f des Rohrkörpers 11 ist mit einem Modusänderungskoppler 16 verbunden, der aus einem Rohrbauteil besteht. Der Modusänderungskoppler 16 weist in der Mitte einen Hohlraum auf.
Ein Endabschnitt des Modusänderungskopplers 16 an dem Ende, das dem Ende gegenüberliegt, das mit dem Rohrkörper 11 verbunden ist, ist an einer Lichtdurchlasskörpereinheit 17 fixiert. So ist die Lichtdurchlasskörpereinheit 17 indirekt mit dem anderen Ende 11f verbunden. Zumindest ein Abschnitt der Lichtdurchlasskörpereinheit 17, der vor den Linsen 9 liegt, ist als ein Lichtdurchlassabschnitt gebildet. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel lässt die gesamte Lichtdurchlasskörpereinheit 17 Licht durch. Die Lichtdurchlasskörpereinheit 17 ist kuppelförmig, könnte stattdessen jedoch andere Formen aufweisen, wie z. B. eine Flachplattenform, solange die Lichtdurchlasskörpereinheit 17 vor den Linsen 9 angeordnet ist.
Der Lichtdurchlassabschnitt der Lichtdurchlasskörpereinheit 17 ist vorzugsweise aus einem transparenten Material hergestellt. Beispiele eines derartigen Materials beinhalten Glas und transparenten Kunststoff. Vorzugsweise ist die Lichtdurchlasskörpereinheit 17 so angeordnet, dass sie den Hohlraum in dem Modusänderungskoppler 16 bedeckt und entlang des gesamten Umfangs des Endabschnitts des Modusänderungskopplers 16 an dem Ende, das dem Ende gegenüberliegt, das mit dem Rohrkörper 11 verbunden ist, mit dem Modusänderungskoppler 16 verbunden ist.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beinhaltet die Schwingvorrichtung 10 den ersten bis vierten piezoelektrischen Vibrator 12 bis 15.
Ein Ende eines Trägerbauteils 18 ist mit einer Außenoberfläche eines Seitenwandabschnitts des Modusänderungskopplers 16 verbunden und das andere Ende ist an der Basisplatte 4a fixiert.
Wie in den 2(a) und 2(b) dargestellt ist, ist der erste bis vierte piezoelektrische Vibrator 12 bis 15 jeweils an der ersten bis vierten Seitenoberfläche 11a bis 11d des Rohrkörpers 11 mit einer viereckigen prismatischen äußeren Form fixiert.
Der erste bis vierte piezoelektrische Vibrator 12 bis 15 beinhaltet jeweils plattenförmige piezoelektrische Keramikkörper. Der erste piezoelektrische Vibrator 12 wird Bezug nehmend auf 4 als veranschaulichendes Beispiel beschrieben. Der erste piezoelektrische Vibrator 12 beinhaltet eine piezoelektrische Keramikplatte 12a und Anregungselektroden 12b und 12c, die an einer und der anderen Endoberfläche der piezoelektrischen Keramikplatte 12a vorgesehen sind. Die piezoelektrische Keramikplatte 12a ist aus einer piezoelektrischen Keramik hergestellt, wie beispielsweise PZT. Die Richtung einer Polarisation der piezoelektrischen Keramikplatte 12a ist nicht besonders eingeschränkt, ist jedoch bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Dickenrichtung. Eine Biegeschwingung des ersten piezoelektrischen Vibrators 12 wird ansprechend auf ein elektrisches Wechselstromfeld erzeugt, das durch die Anregungselektroden 12b und 12c angelegt wird.
Der zweite bis vierte piezoelektrische Vibrator 13 bis 15 weist jeweils eine ähnliche Struktur auf.
Die piezoelektrischen Vibratoren sind nicht auf piezoelektrische Einzelplatten-Vibratoren, wie z. B. den ersten piezoelektrischen Vibrator 12, eingeschränkt und könnten stattdessen piezoelektrische Mehrschicht-Vibratoren sein. Außerdem könnten die piezoelektrischen Vibratoren entweder vom unimorphen Typ oder vom bimorphen Typ sein.
Der Rohrkörper 11 ist aus einem elastischen Material hergestellt, wie z. B. einem Metall. Vorzugsweise ist der Rohrkörper 11 aus rostfreiem Stahl hergestellt, da rostfreier Stahl stark korrosionshemmend ist.
Wie in 5 dargestellt ist, könnten benachbarte der ersten bis vierten Seitenoberfläche 11a bis 11d durch einen gekrümmten Abschnitt 11 g miteinander verbunden sein. So kann der Rohrkörper 11 eine im Wesentlichen viereckige prismatische äußere Form aufweisen. Gemäß der vorliegenden Erfindung könnte der Rohrkörper 11 stattdessen andere Vieleck-Rohrformen aufweisen, wie z. B. eine Dreieck-Rohrform oder eine Fünfeck-Rohrform, solange der Rohrkörper 11 eine Mehrzahl von Seitenoberflächen aufweist.
Der Rohrkörper 11 kann durch Steuern der Schwingungsphase des ersten bis vierten piezoelektrischen Vibrators 12 bis 15, wenn der erste bis vierte piezoelektrische Vibrator 12 bis 15 getrieben wird, in verschiedenen Modi in Schwingung versetzt werden.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Modusänderungskoppler 16 durch Verwenden des gleichen Materials wie desjenigen des Rohrkörpers 11 einstückig mit dem Rohrkörper 11 gebildet. Der Modusänderungskoppler 16 könnte stattdessen als ein Bauteil, das separat von dem Rohrkörper 11 ist, gebildet sein und an dem anderen Ende 11f des Rohrkörpers 11 angebracht sein.
Der Modusänderungskoppler 16 beinhaltet einen dicken Abschnitt 16a und einen dünnen Abschnitt 16b. Der dicke Abschnitt 16a weist eine Dicke auf, die in der Radialrichtung des Modusänderungskopplers 16 größer ist als diejenige des dünnen Abschnitts 16b. Der dicke Abschnitt 16a ist mit dem Rohrkörper 11 verbunden. Die Lichtdurchlasskörpereinheit 17 ist an einem Ende des dünnen Abschnitts 16b fixiert. Der Modusänderungskoppler 16 besteht aus einem Rohrbauteil mit Abschnitten mit unterschiedlichen Dicken, wie oben beschrieben wurde, und besitzt deshalb eine Funktion eines Erhöhens der Menge eines Schwingwegs während eines Änderns des Modus der Schwingung des Rohrköpers 16, die angeregt wird. Der Modusänderungskoppler 16 könnte stattdessen derart ausgebildet sein, dass der Modusänderungskoppler 16 keine Abschnitte mit unterschiedlichen Dicken aufweist. In einem derartigen Fall besitzt der Modusänderungskoppler 16 nicht die Funktion eines Erhöhens der Menge einer Verschiebung.
Insbesondere ändert der Modusänderungskoppler 16 einen Atemschwingungsmodus, der ein Modus einer Schwingung des Rohrköpers 11 ist, die in der Radialrichtung des Rohrkörpers 11 angeregt wird, zu einem Biegeschwingungsmodus, der ein Modus einer Schwingung der Lichtdurchlasskörpereinheit 17 in der Axialrichtung des Rohrkörpers 11 ist. So ändert der Modusänderungskoppler 16 den Schwingungsmodus und erhöht die Schwingwegmenge.
Ein Verfahren zum Treiben der Schwingvorrichtung 10 der Kamera 1 und Modi einer Schwingung der Lichtdurchlasskörpereinheit 17, die angeregt wird, wird nun beschrieben.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die piezoelektrischen Keramikplatten des ersten bis vierten piezoelektrischen Vibrators 12 bis 15 in den Richtungen von den Außenoberflächen derselben in Richtung des Rohrkörpers 11 entlang der Dickenrichtungen derselben polarisiert. Mit anderen Worten sind der erste bis vierte piezoelektrische Vibrator 12 bis 15 bei Betrachtung von dem Rohrkörper 11 aus in der gleichen Richtung entlang den Dickenrichtungen der piezoelektrischen Keramikplatten polarisiert.
Bezug nehmend auf 6 zeigen die Zeichen „+“ und „-“ an, dass das elektrische Wechselstromfeld in entgegengesetzten Richtungen angelegt ist. Insbesondere werden, wie in 6 dargestellt ist, der erste und der zweite piezoelektrische Vibrator 12 und 13 in der gleichen Phase getrieben. Der dritte und der vierte piezoelektrische Vibrator 14 und 15 werden ebenso in der gleichen Phase getrieben. Die Richtung des elektrischen Wechselstromfeldes, das an den dritten und den vierten piezoelektrischen Vibrator 14 und 15 angelegt ist, ist entgegengesetzt zu der Richtung des elektrischen Wechselstromfelds, das an den ersten und zweiten piezoelektrischen Vibrator 12 und 13 angelegt ist. Anders ausgedrückt werden der erste und der zweite piezoelektrische Vibrator 12 und 13 in einer Phase getrieben, die entgegengesetzt zu der Phase ist, in der der dritte und der vierte piezoelektrische Vibrator 14 und 15 getrieben werden.
Folglich wird der Rohrkörper 11 in einem bestimmten Schwingungsmodus in Schwingung versetzt und der Modusänderungskoppler 16 bewirkt ein Schwingen der Lichtdurchlasskörpereinheit 17. 7 ist eine schematische Draufsicht, die einen Schwingungsmodus der Lichtdurchlasskörpereinheit 17 darstellt. In 7 werden ein schraffierter Abschnitt 17a und ein nicht schraffierter Abschnitt 17b in entgegengesetzten Richtungen verschoben. Deshalb dienen die äußere Peripherie und eine Grenze 17c zwischen dem schraffierten Abschnitt 17a und dem nicht schraffierten Abschnitt 17b als Knoten der Schwingung, die in 7 dargestellt ist. In der Region, die mit schrägen Linien schraffiert ist, dient der Mittelabschnitt, der durch die Schwingungsknoten umgeben ist, als ein Schwingungs-Antiknoten. In der leeren weißen Region dient der Mittelabschnitt zwischen den Schwingungsknoten als ein Schwingungs-Antiknoten.
Ein mechanischer Resonanzmodus eines Bauteils mit einer Kreisform bei Draufsicht kann als (m, n)-Modus ausgedrückt werden, wobei m die Anzahl von Linien von Knoten ist, die in der Radialrichtung vorliegen, und n die Anzahl von Linien von Knoten ist, die in der Umfangsrichtung vorliegen. Hier sind m und n Ganzzahlen. Der in 7 dargestellte Schwingungsmodus ist ein (0,1)-Modus. Wenn die Lichtdurchlasskörpereinheit 17 in dem (0,1)-Modus in Schwingung versetzt wird, können Wassertröpfchen oder dergleichen, die an der Außenoberfläche der Lichtdurchlasskörpereinheit 17 haften, bewegt und zerstäubt werden, und dadurch entfernt werden. Wenn die Lichtdurchlasskörpereinheit 17 getrieben wird, werden Wassertröpfchen an den Schwingungs-Antiknoten zerstäubt und Wassertröpfchen an den Schwingungs-Knoten werden in Richtung der Schwingungs-Antiknoten bewegt. Deshalb können Wassertröpfchen von der Mittelregion weg in Richtung der Peripherieregion der Lichtdurchlasskörpereinheit 17 bewegt und dann zerstäubt werden. Dies ist unten Bezug nehmend auf 12(a) bis 12(e) beschrieben.
Bei dem in 8 dargestellten Treiberverfahren werden der erste piezoelektrische Vibrator 12 und der dritte piezoelektrische Vibrator 14 durch Signale in der gleichen Phase (+) getrieben und der zweite piezoelektrische Vibrator 13 und der vierte piezoelektrische Vibrator 15 werden durch Signale in der entgegengesetzten Phase (-) in Schwingung versetzt. In diesem Fall wird die Lichtdurchlasskörpereinheit 17 zur Schwingung in einem Schwingungsmodus angeregt, der in der schematischen Draufsicht in 9 gezeigt ist.
Dieser Schwingungsmodus ist ein (0,2)-Modus. In diesem Fall können ähnlich wie bei dem (0,1)-Modus Wassertröpfchen oder dergleichen, die an der Außenoberfläche der Lichtdurchlasskörpereinheit 17 haften, bewegt und zerstäubt und dadurch entfernt werden. Der beste Modus ist der (0,2)-Modus.
Bei einem in 10 dargestellten Treiberverfahren werden der erste bis vierte piezoelektrische Vibrator 12 bis 14 alle in der gleichen Phase getrieben. In diesem Fall werden Schwingungen in einem (0,0)-Modus, der in 11(a) dargestellt ist, (1,0)-Modus, der in 11(b) dargestellt ist, und (2,0)-Modus, der in 11(c) dargestellt ist, angeregt. Wenn die Lichtdurchlasskörpereinheit 17 in dem (0,0)-Modus, (1,0)-Modus oder (2,0)-Modus in Schwingung versetzt wird, können die Wassertröpfchen oder dergleichen, die an der Außenoberfläche der Lichtdurchlasskörpereinheit 17 haften, durch direktes Zerstäuben der Wassertröpfchen oder dergleichen oder durch Bewegen und darauffolgendes Zerstäuben der Wassertröpfchen oder dergleichen entfernt werden. Wenn die Lichtdurchlasskörpereinheit 17 in dem in 11(a) dargestellten Schwingungsmodus getrieben wird, können die Wassertröpfchen oder dergleichen, die an der Außenoberfläche der Lichtdurchlasskörpereinheit 17 haften, durch direktes Zerstäuben der Wassertröpfchen oder dergleichen entfernt werden. Wenn n gleich 0 ist und eine konzentrische Schwingung erzeugt wird, wie in 11(b) und 11(c) dargestellt ist, können die Wassertröpfchen zu der Mittelregion der Lichtdurchlasskörpereinheit 17 bewegt und dann zerstäubt werden. Wenn jedoch die Wassertröpfchen zu der Mittelregion der Lichtdurchlasskörpereinheit 17 bewegt werden, wird die Klarheit des Sichtfelds reduziert, bevor die Wassertröpfchen zerstäubt werden.
Wie in 12(a) dargestellt ist, ist ein Sichtfeldabschnitt A in der Mitte der Lichtdurchlasskörpereinheit 17 vorgesehen. Es wird angenommen, dass ein Wassertröpfchen B in diesem Abschnitt vorliegt. Wenn die Lichtdurchlasskörpereinheit 17 in beispielsweise dem (0,2)-Modus in Schwingung versetzt wird, bei dem die Mittelregion als ein Knoten dient, wie in 12(b) dargestellt ist, wird der Kontaktwinkel des Wassertröpfchens B in Bezug auf die Oberfläche der Lichtdurchlasskörpereinheit 17 reduziert und das Wassertröpfchen B verteilt sich in einer Richtung in Richtung eines Schwingungs-Antiknotens. Wie in den 12(c) und 12(d) dargestellt ist, bewegt sich das Wassertröpfchen B allmählich in Richtung der Peripherieregion, an der ein Schwingungs-Antiknoten vorliegt. Nach Erreichen des Schwingungs-Antiknotens wird das Wassertröpfchen B zerstäubt und verschwindet, wie in 12(e) dargestellt ist.
Die Substanz, die an der Kamera haftet, kann eine andere Lösung als Wasser sein, wie z. B. Ethanol, eine wässerige Salzlösung, ein Frostschutzmittel (Calciumchlorid), usw., Tröpfchen einer Flüssigkeit, die wasserunlösliche Verunreinigungen enthält, wie z. B. Schmutzwasser, oder eine Colloidlösung, wie beispielsweise Kaffee (im Folgenden als Flüssigkeitströpfchen bezeichnet). Selbst in einem derartigen Fall kann die Substanz in ähnlicher Weise entfernt werden. Insbesondere kann eine große Schwingung der Lichtdurchlasskörpereinheit 17 erzeugt werden, sodass die Flüssigkeitströpfchen, die an der Außenoberfläche der Lichtdurchlasskörpereinheit 17 haften, entfernt werden können. Dieser Vorgang unterscheidet sich von einer Evaporation (oder Verdampfung) und die Flüssigkeitströpfchen können zusammen mit den gelösten Stoffen/Verunreinigungen, die darin beinhaltet sind, entfernt werden, ohne eine Ablagerung der gelösten Stoffe/Verunreinigungen zu bewirken.
Gemäß der Schwingvorrichtung 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels kann die Menge einer Verschiebung der Lichtdurchlasskörpereinheit 17 erhöht werden. Deshalb kann die oben beschriebene Zerstäubung erzielt werden, ohne den piezoelektrischen Vibrator groß zu belasten. Dies wird Bezug nehmend auf die 13 und 14 beschrieben.
13 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Positionskoordinate einer Lichtdurchlasskörpereinheit 17 einer Schwingvorrichtung gemäß einem Vergleichsbeispiel in der Durchmesserrichtung und dem Schwingweg in der Vertikalrichtung pro 1 Vp-p zeigt, wenn die Lichtdurchlasskörpereinheit 17 in dem (0,1)-Modus getrieben wird. 14 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Positionskoordinate der Lichtdurchlasskörpereinheit 17 der Schwingvorrichtung gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in der Durchmesserrichtung und dem Schwingweg in der Vertikalrichtung pro 1 Vp-p zeigt, wenn die Lichtdurchlasskörpereinheit 17 in dem (0,1)-Modus getrieben wird.
Die Schwingvorrichtung einer Wassertröpfchen-Entfernungsvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel beinhaltet einen Rohrkörper und einen Modusänderungskoppler mit einer zylindrischen Form. Die Schwingvorrichtung ist eine Langevin-Schwingvorrichtung und beinhaltet ein ringförmiges piezoelektrisches Schwingelement an dem zylindrischen Körper an einer Zwischenposition desselben in der Axialrichtung. Das piezoelektrische Schwingelement wird angeregt, um die Lichtdurchlasskörpereinheit 17, die an einem Ende des zylindrischen Körpers fixiert ist, in Schwingung zu versetzen.
Die Schwingvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel ähnelt der Schwingvorrichtung gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel mit Ausnahme der Struktur des piezoelektrischen Schwingelements und der Position, an der das piezoelektrische Schwingelement fixiert ist, und mit der Ausnahme, dass der Rohrkörper und der Modusänderungskoppler eine zylindrische Form aufweisen.
Ein Vergleich zwischen den 13 und 14 zeigt klar, dass der Schwingweg der Lichtdurchlasskörpereinheit 17 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel um einen großen Betrag größer ist als derjenige der Lichtdurchlasskörpereinheit 17 gemäß dem Vergleichsbeispiel. So kann eine größere Menge einer Verschiebung erhalten werden, wenn die gleiche Spannung angelegt wird, wie oben beschrieben wurde, und eine Menge einer Verschiebung, die äquivalent zu derjenigen ist, die erhalten wird durch die Langevin-Schwingvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel, kann mit einer niedrigeren Treiberspannung erhalten werden. Deshalb können durch Verwendung der Schwingvorrichtung 10 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Wassertröpfchen, die an der Außenoberfläche der Lichtdurchlasskörpereinheit 17 haften, zuverlässig zerstäubt werden, ohne den ersten bis vierten piezoelektrischen Vibrator 12 bis 15 groß zu belasten. Zusätzlich kann die Menge eines Leistungsverbrauchs reduziert werden.
Der Rohrkörper 11 der Schwingvorrichtung 10 weist eine viereckige prismatische äußere Form auf. Deshalb weisen die Positionen, an denen der erste bis vierte piezoelektrische Vibrator 12 bis 15 angebracht werden sollen, ein großes Maß an Flexibilität auf. Wenn der Rohrkörper zylindrisch ist, wie bei der Schwingvorrichtung gemäß dem Vergleichsbeispiel, muss das piezoelektrische Material Abschnitte beinhalten, die in entgegengesetzten Richtungen polarisiert sind, um eine nichtsymmetrische Schwingung zu induzieren. Alternativ muss die Anregungselektrode in Abschnitte unterteilt sein, die in entgegengesetzten Richtungen getrieben werden sollen. Deshalb variieren die Schwingungscharakteristika leicht und die Regionen, in den die Polarisation umgekehrt ist, oder die Abschnitte, in die die Elektrode unterteilt ist, müssen hohe Positionsgenauigkeiten besitzen.
Wenn die Schwingvorrichtung, die einen zylindrischen Rohrkörper beinhaltet, in dem (0,1)-Modus oder (0,2)-Modus getrieben wird, bei denen Schwingungsknoten in der Umfangsrichtung vorliegen, könnten die Schwingungsknoten im Wesentlichen bei jeder beliebigen Position innerhalb 360° in der Umfangsrichtung erscheinen. Dieser Zustand wird unendliche Entartung genannt. Die Positionen der Schwingungsknoten könnten durch Erhöhen der Positionsgenauigkeit der Regionen, in denen die Polarisation umgekehrt ist, wie oben beschrieben wurde, zu einem gewissen Ausmaß fixiert sein. Verschiebungen von den idealen Schwingungsknoten in der Umfangsrichtung jedoch bewirken eine Dämpfung der Schwingung und eine Reduzierung der Wirksamkeit. So ist der zylindrische Rohrkörper gemäß dem Vergleichsbeispiel im Hinblick auf die Form von Nachteil. Im Gegensatz dazu bewirkt ein Rohrkörper mit einer Diagonallinie und einer Mittellinie mit unterschiedlichen Längen, wie bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, keine unendliche Entartung und eine Schwingung mit stabilen Schwingungsknoten kann angeregt werden. Folglich kann die Treiberwirksamkeit erhöht werden.
Gemäß der Schwingvorrichtung 10 des vorliegenden Ausführungsbeispiels können, selbst wenn der erste bis vierte piezoelektrische Vibrator 12 bis 15 an der ersten bis vierten Seitenoberfläche 11a bis 11d des Rohrkörpers 11 mit einer Genauigkeit fixiert ist, die äquivalent zu derjenigen für den zylindrischen Typ ist, aus dem oben beschriebenen Grund stabile Schwingungsknoten gebildet werden. Deshalb variieren Charakteristika nicht ohne weiteres. Ferner kann die Schwingvorrichtung 10 ohne weiteres gefertigt werden.
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind der erste bis vierte piezoelektrische Vibrator 12 bis 15 in der gleichen Richtung polarisiert. Die Richtung der Polarisation ist jedoch nicht darauf eingeschränkt. Beispielsweise könnten Schwingungen in verschiedenen Modi durch Polarisieren des ersten bis vierten piezoelektrischen Vibrators 12 bis 15 in unterschiedlichen Richtungen und Anpassen der Richtung des elektrischen Wechselstromfeldes, das angelegt wird, erzeugt werden.
Da der erste bis vierte piezoelektrische Vibrator 12 bis 15 einfach an der jeweiligen ersten bis vierten Seitenoberfläche 11 bis 11d fixiert werden kann, können die Abmessungen und Polarisationsachsen des ersten bis vierten piezoelektrischen Vibrators 12 bis 15 ohne weiteres geändert werden.
Obwohl der Modusänderungskoppler 16 bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, könnte der Modusänderungskoppler 16 weggelassen werden. Insbesondere könnte die Lichtdurchlasskörpereinheit 17 direkt mit dem anderen Ende 11f des Rohrkörpers 11 verbunden sein, um so den Hohlraum in dem Rohrkörper 11 zu bedecken.
Obwohl der erste bis vierte piezoelektrische Vibrator 12 bis 15 bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendet werden, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf eingeschränkt, solange zumindest eine der Seitenoberflächen mit einem piezoelektrischen Vibrator versehen ist. Vorzugsweise sind zumindest zwei der Seitenoberflächen jeweils mit einem piezoelektrischen Vibrator versehen.
15 ist eine perspektivische Teilschnittansicht einer Schwingvorrichtung 41 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Schwingvorrichtung 41 beinhaltet einen Rohrkörper 11 mit einer viereckigen prismatischen äußeren Form. Ein Modusänderungskoppler 16, der eine zylindrische Form besitzt, ist in einem Hohlraum 11i des Rohrkörpers 11 angeordnet. Der Hohlraum 11i ist bei Draufsicht kreisförmig. Der kreisförmige Hohlraum 11i trennt den Rohrkörper 11 und eine Außenoberfläche 16c des Modusänderungskopplers 16. Ein unteres Ende eines dicken Abschnitts 16a des Modusänderungskopplers 16 ist mit einem ringförmigen Verbindungsabschnitt 42 verbunden. Der ringförmige Verbindungsabschnitt 42 erstreckt sich von dem unteren Ende des Modusänderungskopplers 16 radial nach außen und ist mit einem unteren Endabschnitt des Rohrkörpers 11 verbunden.
So ist die Innenoberfläche des Rohrkörpers 11, die den Hohlraum 11i definiert, der Außenoberfläche 16c des Modusänderungskopplers 16 zugewandt, wobei sich zwischen denselben ein Spalt befindet.
Eine flache plattenförmige Lichtdurchlasskörpereinheit 17A ist an einem Ende des dünnen Abschnitts 16b des Modusänderungskopplers 16 fixiert, um so den Hohlraum in dem Modusänderungskoppler 16 zu bedecken. In anderen Belangen ähnelt die Schwingvorrichtung 41 der Schwingvorrichtung 10. Wie oben beschrieben wurde, können der Modusänderungskoppler 16 und der Rohrkörper 11 in einer gebogenen Form gebildet sein, wobei der Verbindungsabschnitt 42 zwischen denselben angeordnet ist. In diesem Fall kann die Lichtdurchlasskörpereinheit 17a um eine größere Menge verschoben werden, wenn der Rohrkörper 11 angeregt wird. Folglich kann die Last auf den ersten bis vierten piezoelektrischen Vibrator 12 bis 15 weiter reduziert werden.
Schwingvorrichtungen dieses Typs sollen eine kleinere Höhe aufweisen. Deshalb ist die Höhe vorzugsweise reduziert. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Rohrkörper 11 an dem unteren Ende des Modusänderungskopplers 16 gebogen, wobei der Verbindungsabschnitt 42 in der Schnittansicht zwischen denselben angeordnet ist. Entsprechend besitzt die Schwingvorrichtung eine Höhe, die kleiner ist als diejenige einer Schwingvorrichtung, die keine derartige gebogene Form aufweist und die die gleiche Menge an Schwingung bereitstellt, wenn sie in dem gleichen Schwingungsmodus bei der gleichen Schwingungsfrequenz in Schwingung versetzt wird.
Bezugszeichenliste

1: Kamera
2: Kamera-Wassertröpfchen-Entfernungsvorrichtung
3: Kamerahauptkörper
4: Hauptkörperbauteil
4a: Basisplatte
5: Bilderzeugungseinheit
6: Schaltung
7: Linsenmodul
9: Linse
10: Schwingvorrichtung
11: Rohrkörper
11a bis 11d: erste bis vierte Seitenoberfläche
11e: ein Ende
11f: anderes Ende
11g: gekrümmter Abschnitt
11i: Hohlraum
12 bis 15: erster bis vierter piezoelektrischer Vibrator
12a: piezoelektrische Keramikplatte
12b, 12c: Anregungselektrode
16: Modusänderungskoppler
16a: dicker Abschnitt
16b: dünner Abschnitt
16c: Außenoberfläche
17, 17A: Lichtdurchlasskörpereinheit
17a, 17b: Abschnitt
17c: Grenze
18: Trägerbauteil
41: Schwingvorrichtung
42: Verbindungsabschnitt

Claims

Eine Schwingvorrichtung, die folgende Merkmale aufweist: einen Rohrkörper mit einem Ende, einem anderen Ende, das dem einen Ende gegenüberliegt, und einer Mehrzahl von Seitenoberflächen, die das eine Ende und das andere Ende verbinden; einen piezoelektrischen Vibrator, der an dem Rohrkörper fixiert ist und den Rohrkörper in Schwingung versetzt; und eine Lichtdurchlasskörpereinheit, die direkt oder indirekt mit dem anderen Ende des Rohrkörpers verbunden ist.
Die Schwingvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der der Rohrkörper eine Vieleck-Rohrform aufweist.
Die Schwingvorrichtung gemäß Anspruch 1, bei der benachbarte der Seitenoberflächen durch einen gekrümmten Abschnitt miteinander verbunden sind.
Die Schwingvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der piezoelektrische Vibrator auf einer der Seitenoberflächen des Rohrkörpers vorgesehen ist.
Die Schwingvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der Rohrkörper eine viereckige prismatische äußere Form aufweist und die Seitenoberflächen eine erste bis vierte Seitenoberfläche aufweisen.
Die Schwingvorrichtung gemäß Anspruch 5, bei der zumindest zwei der ersten bis vierten Seitenoberfläche jeweils mit dem piezoelektrischen Vibrator versehen sind.
Die Schwingvorrichtung gemäß Anspruch 5, bei der die erste bis vierte Seitenoberfläche jeweils mit dem piezoelektrischen Vibrator versehen sind.
Schwingvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, die ferner einen Modusänderungskoppler aufweist, der zwischen den Rohrkörper und die Lichtdurchlasskörpereinheit geschaltet ist.
Die Schwingvorrichtung gemäß Anspruch 8, bei der der Modusänderungskoppler ein Rohrbauteil mit Abschnitten mit unterschiedlichen Dicken ist.
Die Schwingvorrichtung gemäß Anspruch 9, bei der der Rohrkörper einen Hohlraum aufweist, der sich von dem einen Ende in Richtung des anderen Endes erstreckt und der bei Betrachtung von dem einen Ende bei Draufsicht kreisförmig ist, wobei ein Endabschnitt des Modusänderungskopplers, der benachbart zu dem einen Ende des Rohrkörpers ist, und ein Endabschnitt des Rohrkörpers an dem einen Ende des Rohrkörpers durch einen Verbindungsabschnitt miteinander verbunden sind, und wobei eine Außenoberfläche des Modusänderungskopplers einer Innenoberfläche des Hohlraums in dem Rohrkörper zugewandt ist.
Eine Kamera-Wassertröpfchen-Entfernungsvorrichtung für einen Kamerahauptkörper mit einer Linse, wobei die Kamera-Wassertröpfchen-Entfernungsvorrichtung die Schwingvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 aufweist, wobei die Lichtdurchlasskörpereinheit die Linse des Kamerahauptkörpers oder ein Abdeckbauteil mit einem Lichtdurchlassabschnitt ist, der vor der Linse des Kamerahauptkörpers angeordnet ist.
Eine Kamera, die folgende Merkmale aufweist: eine Kamera-Wassertröpfchen-Entfernungsvorrichtung mit der Schwingvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10; und einen Kamerahauptkörper, wobei zumindest ein Abschnitt desselben in der Kamera-Wassertröpfchen-Entfernungsvorrichtung beinhaltet ist.