振動装置の駆動回路、及び振動装置の駆動方法
【課題】振動体上を移動する振動波を発生させるに際し、低エネルギーで振動波を効率良く発生させ、振動体に接する被移動体を所定の方向に移動させることが可能となる振動装置を提供する。
【解決手段】第１の振動モードの振動と、これとは次数の異なる第２の振動モードの振動と、を弾性体上に励振し、弾性体上に前記第１と第２の振動モードの振動とを合成した合成振動波を形成する振動装置の駆動回路であって、
第１の振動モードの振動を励振するための第１の交流信号を発生する第１の信号発生器と、第２の振動モードの振動を励振するための第２の交流信号を発生する第２の信号発生器と、
第１の交流信号と第２の交流信号の周波数が異なる周波数となるよう信号発生器の発生する周波数を設定し、
合成振動波の移動方向に応じて合成振動波の振動振幅に差を生じさせるよう第１の交流信号と第２の交流信号のうち少なくとも一方を制御する制御手段と、を有する。
【解決手段】第１の振動モードの振動と、これとは次数の異なる第２の振動モードの振動と、を弾性体上に励振し、弾性体上に前記第１と第２の振動モードの振動とを合成した合成振動波を形成する振動装置の駆動回路であって、
第１の振動モードの振動を励振するための第１の交流信号を発生する第１の信号発生器と、第２の振動モードの振動を励振するための第２の交流信号を発生する第２の信号発生器と、
第１の交流信号と第２の交流信号の周波数が異なる周波数となるよう信号発生器の発生する周波数を設定し、
合成振動波の移動方向に応じて合成振動波の振動振幅に差を生じさせるよう第１の交流信号と第２の交流信号のうち少なくとも一方を制御する制御手段と、を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動装置の駆動回路、及び振動装置の駆動方法に関し、特に光学機器等の塵埃除去装置に用いられる振動装置の駆動回路及び駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光学機器として、撮像装置では、光学センサの分解能が向上するにつれて、使用中に光学系に付着するゴミが撮影画像に影響を及ぼすようになってきた。このようなゴミを除去するため、特許文献１では、振動を付与することによってゴミを画像読み取り部から移動させる画像読取装置が提案されている。
また、特許文献２では、振動による防塵機構を備えたカメラが提案されている。
【０００３】
こここで、図１９（ａ）を用いて、特許文献１に開示された振動装置の構成を説明する。
図１９（ａ）において、１は透明な弾性体、２０、２１は圧電素子であり、弾性体１の両端の同一面に接着されている。
４は画像読取センサであり、弾性体１が画像読取センサ４の画像読取部を封止するように接合されている。
弾性体１上にゴミが付着すると画像読取部に結像される画像にゴミが写り込むが、これを圧電素子２０、及び圧電素子２１に交流電圧を印加することで弾性体１を振動させ、ゴミを画像読取に影響のある領域から排除する構成となっている。また、圧電素子２０、圧電素子２１には同一の周波数で位相の異なる交流電圧が印加され、弾性体１上に異なる次数の振動モードの定在波が同時に励振されるようになっている。
また、この異なる次数の定在波は一定の時間的位相差を持って振動するため弾性体１上には、進行性の振動波が形成され付着するゴミを振動により振るい落とす効果の他に、一定方向に搬送する効果も得られる構成となっている。
【０００４】
つぎに、図１９（ｂ）を用いて、特許文献２に開示された防塵素子部の構成について説明する。
この防塵素子部は光学フィルタであるガラス板５０を有する。光線は、ガラス板５０内側の結像光線通過範囲５０ａを通過し、不図示の撮像素子に結像する。
また、ガラス板５０には、圧電素子５１、圧電素子５２、圧電素子５３および圧電素子５４が固着されている。
各圧電素子とガラス板５０の間には、グランド用の電気端子５５が設けられている。
各圧電素子は長手方向に交互に分極方向の異なる区間（図中、「＋」、「−」の表示）を有する。
圧電素子５１および圧電素子５３の長手方向の分極配置は同じである。また、圧電素子５２および圧電素子５４の長手方向の分極配置は同じである。
「−」と「＋」の区間長さをλとすると、圧電素子５２および圧電素子５４の分極配置は、圧電素子５１および圧電素子５３に対して、それぞれλ／４だけ長手方向にずらした位置になっている。
圧電素子５１および圧電素子５３には、発振器から同位相の周期を有する電圧が印加される。
一方、圧電素子５２および圧電素子５４には、発振器からの信号を９０°位相器で位相を９０°変えた、周期を有する電圧が印加されている。
ガラス板５０の表面に進行波を発生させた場合、進行波はガラス板５０の表面を右側に進む。ガラス板５０の表面に進行波が発生すると、ガラス板５０の表面のどの質点においても、反時計回りの楕円運動が生じる。
これにより、ガラス板５０の表面に付着した塵埃は、ガラス板５０の表面を左側に移動し、結像光線通過範囲５０ａから除去される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２０７１７０号公報
【特許文献２】特開２００２−２０４３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来例のものにおいては、つぎのような課題を有している。
すなわち、特許文献１のものでは、異なる次数の振動モードの共振周波数を、同じ周波数とすることは困難である。
そのため、同じ周波数で異なる次数の振動モードを加振し、双方の振動モードの振動を同程度の振幅にするには、共振周波数から離した周波数で加振する必要がある。その上、共振が利用出来ないため圧電素子に高電圧を印加する必要があった。
また、特許文献２のものでは、同じ次数で異なる位置的位相関係にある振動を発生させる場合にも大きな加振力が必要であり、圧電素子に高電圧を印加する必要があった。
【０００７】
本発明は、上記課題を鑑み、異なる振動モードの振動の合成により、弾性体上を移動する振動波を発生させるに際し、
低エネルギーで該振動波を効率良く発生させ、該弾性体に接する被移動体を所定の方向に移動させることが可能となる振動装置の駆動回路、及び振動装置の駆動方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、つぎのように構成した振動装置の駆動回路、及び振動装置の駆動方法を提供するものである。
本発明の振動装置の駆動回路は、第１の振動モードの振動と、前記第１の振動モードとは次数の異なる第２の振動モードの振動と、を弾性体上に励振し、前記弾性体上に前記第１の振動モードの振動と前記第２の振動モードの振動とを合成した合成振動波を形成する振動装置の駆動回路であって、
前記第１の振動モードの振動を励振するための第１の交流信号を発生する第１の信号発生器と、前記第２の振動モードの振動を励振するための第２の交流信号を発生する第２の信号発生器と、
前記第１の交流信号と前記第２の交流信号の周波数が異なる周波数となるよう前記信号発生器の発生する周波数を設定し、
前記合成振動波の移動方向に応じて前記合成振動波の振動振幅に差を生じさせるよう前記第１の交流信号と前記第２の交流信号のうち少なくとも一方を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
また、本発明の振動装置の駆動方法は、第１の振動モードの振動と、前記第１の振動モードとは次数の異なる第２の振動モードの振動と、を弾性体上に励振し、前記弾性体上に前記第１の振動モードの振動と前記第２の振動モードの振動とを合成した合成振動波を形成する振動装置の駆動方法であって、
前記第１の振動モードの振動を励振するための第１の交流信号と、前記第２の振動モードの振動を励振するための前記第１の交流信号と異なる周波数の第２の交流信号と、を発生するステップと、
前記合成振動波の移動方向に応じて前記合成振動波の振動振幅に差を生じさせるよう前記第１の交流信号と前記第２の交流信号のうち少なくとも一方を制御するステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、異なる振動モードの振動の合成により、弾性体上を移動する合成振動波を発生させるに際し、
低エネルギーで該合成振動波を効率良く発生させ、該弾性体に接する被移動体を所定の方向に移動させることが可能となる振動装置の駆動回路、及び振動装置の駆動方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１（ａ）は本発明の第１の実施形態における光学フィルタ周辺の構成を示す斜視図。図１（ｂ）、（ｃ）は光学フィルタの２次と３次の振動モードの振動形状を説明する図。
【図２】２次と３次の振動モードの振動が位相差０°の同じ周波数で振動した場合の合成振動波形の時間的変化を説明する図。
【図３】２次と３次の振動モードの振動が位相差９０°の同じ周波数で振動した場合の合成振動波形の時間的変化を説明する図。
【図４】２次と３次の振動モードの振動が位相差１８０°の同じ周波数で振動した場合の合成振動波形の時間的変化を説明する図。
【図５】２次と３次の振動モードの振動が位相差２７０°の同じ周波数で振動した場合の合成振動波形の時間的変化を説明する図。
【図６】図６（ａ）は２次と３次の振動モードの振動が異なる周波数で振動した場合のそれぞれの次数の振動振幅と振動間の時間的位相差の変化を説明する図。図６（ｂ）は２次と３次の振動モードの振動が異なる周波数で振動した場合に振動間の位相差が９０°を中心とする領域と２７０°を中心とする領域とで振動振幅を変化させた場合の振動の様子を説明する図。図６（ｃ）は２次と３次の振動モードの振動が異なる周波数で振動した場合に振動間の位相差が９０°を中心とする領域と２７０°を中心とする領域とで振動振幅を変化させるための圧電素子に印加する電圧波形を説明する図。
【図７】図７（ａ）は本発明の第１の実施形態における振動装置の構成を示すブロック図。図７（ｂ）は振動装置の各部の動作波形を示すタイミングチャート。
【図８】図８（ａ）は本発明の第１の実施形態における第２の例の振動装置の構成を示すブロック図。図８（ｂ）は第２の例の振動装置の各部の動作波形を示すタイミングチャート。
【図９】図９（ａ）は振動装置の印加電圧波形の第１の例を示す図。図９（ｂ）は振動装置の印加電圧波形の第２の例を示す図。図９（ｃ）は振動装置の印加電圧波形の第３の例を示す図。
【図１０】３次と５次の振動モードの振動が位相差９０°の同じ周波数で振動した場合の合成振動波形の時間的変化を説明する図。
【図１１】図１１（ａ）は本発明の第１の実施形態における光学フィルタの第２の構成を示す図。図１１（ｂ）は光学フィルタの第３の構成を示す図。
【図１２】図１２（ａ）は本発明の第２の実施形態における振動装置の構成を示すブロック図。図１２（ｂ）は振動装置の各部の動作波形を示すタイミングチャート。
【図１３】本発明の第２の実施形態の制御装置２７の動作を説明するフローチャート。
【図１４】本発明の第２の実施形態における光学フィルタの第２の構成を示す図。
【図１５】本発明の第３の実施形態における振動装置の構成を示すブロック図。
【図１６】本発明の第３の実施形態の制御手段３６の動作を説明するフローチャート。
【図１７】本発明の第３の実施形態における振動装置の各部の動作波形を示すタイミングチャート。
【図１８】図１８（ａ）は本発明の第４の実施形態における振動装置の構成を示すブロック図。図１８（ｂ）は振動装置の各部の動作波形を示すタイミングチャート。
【図１９】図１９（ａ）は特許文献１に開示された従来の振動装置の構成を示す図。図１９（ｂ）は特許文献２に開示された従来の振動装置の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施形態について説明する。
［第１の実施形態］
図１（ａ）を用いて、第１の実施形態における画像入力センサの入力面に設けられ光学フィルタ上の塵埃を除去する振動装置の構成例について説明する。
図１（ａ）において、１は弾性体である光学フィルタ、２と３は光学フィルタ１を加振して光学フィルタ１上に付着する塵埃を除去する為の圧電素子（電気−機械エネルギー変換素子）、４は光学フィルタ１を透過して結像される画像を入力する為の画像入力センサである。
圧電素子２、３は複数の電極区画毎に図示した極性によって交互に分極方向が異なっており、電極の数に応じた次数（振動の腹の数）の面外振動を光学フィルタ１上に励振するようになっている。
圧電素子２に設けられた電極２−１と電極２−２では極性が反転している。圧電素子２の不図示の裏面は全面を覆う一枚の電極となっている。
電極２−１と電極２−２と不図示の裏面電極間に同じ電圧を印加すると分極方向に応じて歪みの増減が逆になるため、同じ交流電圧を印加すると長手方向に２つの腹を有する２次の曲げ振動（２次の振動モードの振動）が発生する。
また、電極２−３は不図示の裏面電極と導通するように構成されており電極２−３をグランド電位に接続することで圧電素子２の不図示の裏面電極をグランド電位に接続している。
【００１２】
図１（ｂ）は光学フィルタ１上に形成される定在波の波形である圧電素子２によって形成される２次の振動モードの波形を示している。
また、図１（ｃ）は圧電素子３によって形成される３次の振動モードの波形を示している。
各振動波形は、光学フィルタ１の面外方向の曲げ振動であり、振動振幅が大きいと振動の腹の部分は大きな加速度を有するため腹付近に付着した塵埃は光学フィルタ１の面外方向に飛ばされ除去される。
そこで、２次と３次の振動モードは腹の位置が重ならない事を利用して両方の面外振動を十分大きな振動振幅で発生させれば光学フィルタ１上の全ての領域で塵埃を除去することが可能となる。
ただ、光学フィルタ１上から付着力に打ち勝って塵埃を弾き飛ばすには大きな加速度で振動させる必要があることや、光学フィルタ１の画像通過面に対して垂直方向に弾き飛ばすため一旦弾き飛ばしても再度付着する場合があった。
このようなことから、上記した特許文献１では、光学フィルタ１上を移動する波を発生させ、塵埃を光学フィルタ１の画像通過面上を接線方向に搬送する塵埃除去方法が提案されている。この方法では、上記２次と３次の振動モードの面外振動を同じ周波数で振動させると共に、時間的振動の位相差を９０°程度ずらすことで光学フィルタ１上を接線方向に移動する曲げ振動を発生させている。
しかし、２次と３次の振動モードの持つ固有振動数は通常異なるため、同じ力で同じ振動周波数で加振しつつ同程度の振動振幅を得るためには、それぞれを単独にそれぞれの固有振動数で加振する場合と比較して、小さな振動振幅しか得られない。２次と３次の振動モードにおいては、次数が大きいほど高い周波数となる。
【００１３】
図２〜図５は、２次の振動モードと３次の振動モードの波形を、同時に同じ周波数で発生させた場合の合成振動波形（２次の振動モードの振動と３次の振動モードの振動とを合成した振動波形）を示す図である。
横軸は光学フィルタ１の長手方向の位置、縦軸は光学フィルタ１上の面外方向の振動振幅を示している。
図２は２次の振動モードと３次の振動モードの振動間の時間的位相差が０°の場合の合成振動波形を示している。
また、図３は位相差９０°、図４は位相差１８０°、図５は位相差２７０°の場合を、それぞれ示している。
図２〜図５の各図の（ａ）〜（ｆ）は時間的進行を示している。それぞれ破線が２次の振動モードの振動波形、点線が３次の振動モードの振動波形、実線が２次と３次の振動モードの合成振動波形を示している。
図２（位相差０°）と図４（位相差１８０°）の合成振動波形の波頭位置の時間的変化を見ると常に同じ位置に在るのに対し、図３（位相差９０°）と図５（位相差２７０°）の合成振動波形の波頭位置は時間的に移動していることがわかる。
このように、２次と３次の振動モードの振動波形が時間的に９０°又は２７０°近傍にあると合成振動波形の波頭位置はそれぞれ逆方向に移動し、０°又は１８０°近傍にあると合成振動波形の波頭位置は移動しないことがわかる。
【００１４】
図６（ａ）は、２次の振動モードと３次の振動モードの振動振幅の時間変化を示す図で、破線の正弦波が２次の振動モードの振動振幅、実線の正弦波が３次の振動モードの振動振幅を示している。
２次の振動モードと３次の振動モードの振動が各固有振動数近傍の周波数で振動しているため、２次の振動モードと３次の振動モードの振動間の時間的位相差が時間と共に変化している。
直線的に変化する実線は両振動モードの振動間の時間的位相差の変化を示しており、２次と３次の振動モードの固有振動数の差に応じた一定の変化率で位相差が変化している。
この様な状態では２次と３次の振動モードによる合成振動波形の波頭の位置は位相差が９０°と２７０°に近づくとそれぞれ反対方向に移動することを繰り返すようになる。
そのため、光学フィルタ１上に付着する塵埃は同じ位置を行ったりきたりするだけで振動によって表面から弾き飛ばされる塵埃の他は光学フィルタ１上から排出されない状態となる。
【００１５】
そこで、本実施形態では、２次と３次の振動モードの振動間の時間的位相差が９０°の時と２７０°の時で、合成振動波の振幅に一定の差が生じるよう加振力を変化させる。
このようにすることで、合成振動波の波頭の移動方向によって合成振動波の振動振幅に差が生じ、光学フィルタ１上（弾性体上）を移動する振動波を低電圧の印加により効率良く発生させることができ、光学フィルタ１上の塵埃を一定方向に搬送することが可能となる。
図６（ｂ）は、この時の振動振幅の変化の様子を示したものである。図６（ａ）と同様に破線の正弦波が２次の振動モードの振動振幅、実線の正弦波が３次の振動モードの振動振幅を示しており、直線的に変化する実線は両振動モードの時間的位相差の変化を示している。
このように、２次と３次の振動モードの振動振幅の時間的変化が、位相差が９０°近傍の時に大きく、位相差が２７０°近傍の時に小さくなるように変化する。そのため、位相差が９０°近傍の時の塵埃の移動量の方が位相差が２７０°近傍の時の移動量より多くなり、最終的には光学フィルタ１上の塵埃は一定方向に移動し光学フィルタ１上から排除される。
図６（ｃ）は、この時に実際に圧電素子２、３へ印加する交流電圧（交流信号）の波形を示す図で、破線の正弦波が圧電素子２への印加電圧波形、実線の正弦波が圧電素子３への印加電圧波形の例を示している。
直線的に変化する実線は両印加電圧間の時間的位相差の変化を示している。印加電圧は一定の期間だけ出力され一定の周期単位で繰り返すように出力されており、両印加電圧間の位相差が０°から９０°の間だけ印加電圧が発生している。この周期は２次の振動モードの固有振動数と３次の振動モードの固有振動数間の差の周波数の周期で表すことが出来る。
【００１６】
図７（ａ）は、本実施形態における以上のような印加電圧を発生するための駆動回路の構成を示すブロック図である。
５は２次の振動モードの振動を励振するための固有振動数ｆ２ｒの交流信号Ｐ２を発生する信号発生器（第１の信号発生器）、６は３次の振動モードの振動を励振するための固有振動数ｆ３ｒの交流信号Ｐ３を発生する信号発生器（第２の信号発生器）である。
９は固有振動数ｆ３ｒと固有振動数ｆ２ｒの差であるｆ３ｒ−ｆ２ｒの周波数のパルスで所定のパルス幅のパルス信号Ｇ１を発生するゲート信号発生器である。なお、固有振動数ｆ２ｒ及び固有振動数ｆ３ｒの値は不図示の振動振幅評価手段によって交流信号Ｐ２、Ｐ３に対する光学フィルタ１の振動状態を評価することで求めておく。
７、８は乗算器で、信号発生器５及び信号発生器６の信号をゲート信号（制御信号）でＯＮ／ＯＦＦした信号Ａ２、Ａ３を出力する動作を行っている。
制御手段１０は信号発生器５と６及びゲート信号発生器９の動作を、不図示の指令手段からの塵埃除去開始指令に応じて動作を制御している。
つまり、制御手段１０は、信号発生器５及び６が発生する交流信号の周波数を設定し、信号発生器５及び６に指令を出す。また、制御手段１０は、信号発生器５と６で発生した交流信号Ｐ２と交流信号Ｐ３の振幅を制御するための制御信号をゲート信号発生器９に出力している。
図７（ｂ）は、本実施形態における各部の動作波形を示すタイミングチャートである。図７（ｂ）では、信号発生器５及び信号発生器６の交流信号Ｐ２、Ｐ３は、ゲート信号発生器９の出力信号Ｇ１により乗算器７、８によってＯＮ／ＯＦＦされ、出力信号Ａ２、Ａ３が出力される。
出力信号Ａ２と出力信号Ａ３の位相関係は直線的に変化する位相差グラフより、約０°から９０°の間だけ信号が発生していることがわかる。
【００１７】
図８（ａ）は、本実施形態における別の駆動回路の構成例を示すブロック図である。１１は２次の振動モードの固有振動数ｆ２ｒのパルス信号Ｐ２＿１を発生するパルス発生器（信号発生器）、１２は３次の振動モードの固有振動数ｆ３ｒのパルス信号Ｐ３＿１を発生するパルス発生器（信号発生器）である。
１３は固有振動数ｆ３ｒと固有振動数ｆ２ｒの差であるｆ３ｒ−ｆ２ｒの周波数のパルスで所定のパルス幅のパルス信号Ｇ１を発生するゲート信号発生器である。
１４、１５は論理ＡＮＤ素子で、パルス発生器１１及びパルス発生器１２の信号をゲート信号（制御信号）Ｇ１でＯＮ／ＯＦＦする動作を行っている。
１６、１７は論理ＡＮＤ素子の出力パルスを電力増幅するための増幅器である。増幅器１６、１７は論理ＡＮＤ素子１４、１５の出力信号であるＡ２＿１、Ａ３＿１を電力増幅して圧電素子２、３に印加する交流電圧（交流信号）を出力している。
本構成例においても、制御手段１０は、パルス発生器１１及び１２が発生するパルス信号の周期（つまり２次と３次の振動モードの振動を励振するための交流信号の周波数に対応する）を設定してパルス発生器１１及び１２に指令を出す。また、制御手段１０は、パルスＰ２＿１とパルス信号Ｐ２＿１の振幅を制御するための制御信号をゲート信号発生器１３に出力している。
図８（ｂ）は、各部の動作波形を示すタイミングチャートである。図８（ｂ）では、パルス発生器１１及びパルス発生器１２及びゲート信号発生器１３は、制御手段１０によって動作が制御され、出力信号Ｐ２＿１、Ｐ３＿１及びゲート信号Ｇ１を出力する。
そして、これらの信号を論理ＡＮＤ素子１４、１５に入力することによって出力信号Ａ２＿１、Ａ３＿１を出力している。
信号Ａ２＿１と信号Ａ３＿１の位相関係は直線的に変化する位相差グラフより約０°から１２０°の間だけ信号が発生していることがわかる。
また、図８（ａ）の例では圧電素子２及び圧電素子３へ信号Ａ２＿１及び信号Ａ３＿１を直接電力増幅して印加しているが、インダクタ素子等を介して印加することで印加電圧波形を滑らかにするよう構成しても良い。
【００１８】
また、上記例では交流電圧のＯＮ／ＯＦＦによって光学フィルタ１上を移動する合成振動波の振動振幅を移動方向に応じて増減させていたが、完全にＯＦＦしなくても合成振動波の振動振幅は増減させることが出来る。
図９（ａ）、図９（ｂ）に、その際の印加電圧波形を示す。図９（ａ）は印加電圧の振幅を位相差が０°から９０°までを大きくしその他の区間では小さくした例である。
図９（ｂ）は印加電圧の振幅を正弦的に変化させた例である。
また、上記例では印加電圧を０°から９０°までを大きくしたが、他の位相差でも合成振動波の振動振幅に差を生じさせれば、これに限られるものではない。
例えば、各振動モードの振動間の位相差が０°から１８０°の間と、１８０°から３６０°までの間の合成振動波の振動振幅の平均値に差があれば、合成振動波の移動方向に応じて振幅差が発生するため、特に０°から９０°に限定するものではない。つまり、２次の振動モードの交流信号の周波数と３次の振動モードの交流信号の周波数との差に応じた周期で、合成振動波の振動振幅に差を生じることができれば、結果的に送り量に差が生じ、塵埃は一定方向に移動する。
例えば、４５°から１２０°でも、合成振動波の振動振幅に差が発生するならこれでも良いことは当然である。
また、上記例では２次と３次の振動モードの振動振幅（つまり２次と３次の振動モードを励振するための交流信号の振幅）を同様に振幅変化させていたが、２次と３次の振動モードの振動とで異なる振幅変化をさせたり、一方のみの振幅を変化させたりしても良いことは当然である。
図９（ｃ）に、一方の印加電圧（交流信号）の振幅のみを変化させた場合の印加電圧波形を示す。このように一方の電圧振幅のみ変化させた場合でも合成振動波の移動方向によって振幅差が発生するから塵埃は一方方向に搬送される。
また、今まで説明した例では第１の振動モードとして２次の振動モードを、第２の振動モードとして３次の振動モードの振動を発生させたが他の次数でも良い。例えば、第１の振動モードとして３次の振動モードを、第２の振動モードとして５次の振動モードの振動を発生させた場合、光学フィルタ１の長手方向の中心で振動の腹の位置が重なるため、この中心位置では塵埃の搬送が出来ないが、振動が重なるため大きな振幅となり塵埃を弾き飛ばしやすい。また、塵埃は振動の節の位置に集まりやすいためこの中心位置から長手方向の両端方向へ節の位置まで塵埃が移動する。
ここで、３次と５次の振動モードの振動波形間の位相差を９０°又は２７０°に近づけていくと波頭の移動がこの中心位置から長手方向の両端へ向けて移動したり逆に中心に向かって移動するようになる。
そのため、この移動によって塵埃が光学フィルタ１の長手方向の両端まで移動し塵埃を光学フィルタ上から除去することが出来る。この時の振動の様子を図１０に示す。
【００１９】
図１０（ａ）〜（ｆ）は、時間的進行を示している。
点線が３次、破線が５次の振動モードの振動波形の変化、実線が合成振動波形を示している。
この図より３次形状の合成振動波形が中心部の腹が分かれて５次形状に変化し更に両端部の腹が両端に移動して行き３次形状の合成振動波形に変化して行く様子がわかる。
また、本実施例では圧電素子２及び圧電素子３に複数の電極パターンを設けそれぞれの電極パターンに対応する振動モードの振動波形を発生させた。
しかし、次数が増加すると電極数が増え電極間等加振に有効に利用できない領域が増える等して効率が低下する可能性がある。
【００２０】
図１１（ａ）は、このような次数の高い振動を少ない電極数で発生させる場合の光学フィルタの第２の構成を示す図である。
今まで説明した例では圧電素子２、圧電素子３を光学フィルタ１の長手方向に沿って紙面上下に配置し独立した次数の振動モードを発生させたが、本実施例では光学フィルタ１の長手方向の両端に独立した圧電素子１８、１９を設けている。このような配置で圧電素子を設けた場合、圧電素子１８と圧電素子１９に同相の加振力を印加すると奇数次の振動モードの加振が出来、逆相の加振力を印加すると偶数次の振動モードの加振が出来る。
圧電素子１８及び圧電素子１９はそれぞれ２つの電極に分かれており、電極１８−１と電極１９−１を用いて同相の加振力を発生させることで奇数次の振動モードの振動を発生させることが出来る。
また、電極１８−２と電極１９−２を用いて逆相の加振力を発生されることで偶数次の振動モードの振動を発生させることが出来る。
電極１８−３及び電極１９−３は圧電素子１８及び圧電素子１９のそれぞれの裏面電極と接続されており、グランド電位に接続される。
この構成でＮ次とＮ＋１次の振動モードの振動を発生させることでそれぞれの振動の腹の位置が重ならない振動モードを発生させることが出来るから上記例と同様に塵埃を搬送することが可能となる。
次数の高い振動モードの振動を利用することは、振動周波数が高周波なので可聴音を避けることが出来る利点がある。
また、３つ以上の振動モードの振動を合成した場合でも振動波の移動方向に応じて振動振幅に差を生じるようにそれぞれの振動モードの振動の加振力を制御することで同様の効果が得られることは当然である。
上記例は紙面横方向に塵埃を搬送していたが、これを９０°回転すれば上下方向に搬送することが出来る。
そこで、光学フィルタ１の４辺にそれぞれ圧電素子を設ければ、移動方向を上下左右の選択や斜め方向への搬送も自由に行うことが出来る。
図１１（ｂ）は、光学フィルタ１の４辺に圧電素子を設けた光学フィルタの第３の構成を示すものである。
【００２１】
また、本実施例では、光学フィルタ１上に付着した塵埃を除去する例を示したが光学フィルタ以外でも加振によって振動する弾性体であれば、上記原理を用いて付着物を除去或いは搬送することが出来ることは当然のことである。
また、レーザープリンタのトナー等の光学部材上の粉体や、インク等の液体を積極的に搬送する用途にこのような振動装置を用いても良い。
【００２２】
［第２の実施形態］
第２の実施形態として、第１の実施形態と異なる形態の構成例について説明する。
上記第１の実施形態では圧電素子１８及び圧電素子１９に２つの電極パターンを設け独立した電極で異なる次数の振動モードの振動を発生させていた。
これに対し、本実施形態では光学フィルタ１の長手方向の両端に１つの加振用電極を持つ独立した圧電素子２０、２１を設けている。
図１２（ａ）を用いて、本実施例の光学フィルタの構成について説明する。
圧電素子２０及び圧電素子２１には交流電圧を印加するための電極２０−１、電極２１−１とグランド電位を接続する電極２０−２、電極２１−２が設けられている。この圧電素子２０及び圧電素子２１を用いてＮ次とＮ＋１次の振動モードの振動を発生させるためには、圧電素子２０及び圧電素子２１に印加する交流電圧に両方の振動モードの固有振動数の信号を重畳させて印加する必要がある。
【００２３】
図１２（ａ）は、本実施形態における回路構成を示すブロック図である。
２２は２Ｎ次の振動モードの固有振動数ｆ２Ｎの交流信号Ｐ２Ｎ、−Ｐ２Ｎを発生する信号発生器、２３は２Ｎ＋１次の振動モードの固有振動数ｆ２Ｎ＋１の交流信号Ｐ２Ｎ＋１を発生する信号発生器である。
２４は固有振動数ｆ２Ｎ＋１とｆ２Ｎ差である（ｆ２Ｎ＋１）−（ｆ２Ｎ）の周波数ｆＧのパルスで所定のパルス幅のパルス信号ＧＮを発生するゲート信号発生器である。
２５は記憶装置で信号発生器２２及び信号発生器２３へ設定する周波数が記憶されている。
２６は後述する電流検出器３２の出力から圧電素子２０の静電容量を計測する静電容量評価装置、２７は制御装置である。
記憶装置２５に記憶された周波数情報は温度によって変化する圧電素子２０の静電容量Ｃ２０に応じたテーブル構成になっている。
圧電素子２０に接続された静電容量評価装置２６で計測した静電容量に応じて記憶装置２５から制御装置２７が読み出し、信号発生器２２及び信号発生器２３が出力する信号の周波数を設定している。
２８は加算器で交流信号Ｐ２Ｎと交流信号Ｐ２Ｎ＋１を加算する加算器で２９は交流信号−Ｐ２Ｎと交流信号Ｐ２Ｎ＋１を加算する加算器である。
３０、３１は乗算器で加算器２８及び加算器２９の信号をゲート信号でＯＮ／ＯＦＦした信号ＡＮ１、ＡＮ２を出力し圧電素子２０及び２１に交流電圧を印加している。
３２は乗算器３０の出力と圧電素子２０の間に流れる電流を検出するための電流検出器である。
図１２（ｂ）は、本実施形態における各部の動作波形を示すタイミングチャートである。
信号発生器２２及び信号発生器２３の出力信号Ｐ２Ｎ、−Ｐ２Ｎ、Ｐ２Ｎ＋１を加算した信号はゲート信号発生器２４の出力信号ＧＮによって乗算器３０、３１によってＯＮ／ＯＦＦされ、出力信号ＡＮ１、ＡＮ２が出力される。
信号ＡＮ１と信号ＡＮ２とも合成された交流電圧となっている。
【００２４】
図１３に制御装置２７の動作を説明するフローチャートを示す。
不図示の指令手段から塵埃除去の開始を指令されると制御装置２７はまず圧電素子２０の静電容量Ｃ２０を計測するよう静電容量評価装置２６に指令し、静電容量Ｃ２０を求める。
次に、記憶装置２５に記憶された情報から静電容量Ｃ２０に対応するＮ次の固有振動数ｆ２ＮとＮ＋１次の固有振動数ｆ２Ｎ＋１を関数Ｇ１及びＧ２を用いて求める。
静電容量Ｃ２０は圧電素子２０及び２１の温度によって変化する。
温度によって変化する各振動モードの固有振動数は、静電容量Ｃ２０に対応させて記憶装置２５に記憶されており、そのため温度が変化しても最適な加振周波数を選択することが出来る。
そして、これから固有振動数ｆ２Ｎ＋１と固有振動数ｆ２Ｎの差の周波数ｆＧを求め、信号発生器２２、２３及びゲート信号発生器２４に周波数を設定し信号出力を開始する。
次に、不図示の画像入力センサーにより光学フィルター１を通過する画像情報を入力して光学フィルタ１上の塵埃による画像欠陥を検出して塵埃の付着状況を確認し、塵埃除去が完了したかどうかを確認する。
塵埃除去が完了していないならゲート信号発生器２４にゲート信号ＧＮのタイミングを所定量ずらすことでゲート信号のＯＮ区間の信号発生器２２と信号発生器２３の出力信号Ｐ２ＮとＰ２Ｎ＋１間の位相差範囲を所定位相変化させる。
そして、繰り返し不図示の画像入力センサーによる塵埃付着状況の評価とゲート信号ＧＮのタイミングのシフトを行い塵埃が所定量以下になるか一定時間以上繰り返すかすると塵埃除去動作を終了する。
ここで、ゲート信号ＧＮの位相をシフトしていくのは記憶装置２５によって温度による各固有振動数の変化をキャンセルしようとしても完全ではなく、ゲート信号ＧＮと出力信号Ｐ２Ｎ、出力信号Ｐ２Ｎ＋１との間の最適な位相関係は状況により変化するからである。
【００２５】
また、本実施形態では光学フィルタ１は長方形であったが円形であっても良い。
図１４は、円盤状の光学フィルタの外周部に圧電素子を配置した例を示す図である。３３は透明な光学フィルタであり、３４は光学フィルタ３３の裏面の周上に接着された円環状の圧電素子である。
光学フィルタ３３には圧電素子３４に印加する交流電圧の周波数に応じて次数の異なる同心円状に複数の波を有する振動モードの振動が発生する。
そこで、次数が１異なる振動モードを使って上記例と同様にして光学フィルタ３３上に付着する塵埃を除去することが可能である。
圧電素子３４は表裏１枚ずつの電極で構成されており、裏面の電極は光学フィルタ３３上に設けられた不図示の透明電極によってグランド電位に接続されている。
このように、交流電圧を印加するための電極を１つしか持たないため同時に異なる次数の振動モードの振動を発生させるには両振動モードを発生させるための異なる周波数の交流信号を重畳した信号を圧電素子３４に印加する必要がある。
そのような合成振動波形は本実施形態の駆動回路を用いれば発生することが可能である。
【００２６】
［第３の実施形態］
第３の実施形態として、上記各実施形態と異なる形態の構成例について説明する。
以上で説明した第１及び第２の実施形態では、圧電素子に印加する交流電圧の振幅を変化させることで、光学フィルタ上を移動する合成振動波の移動方向に応じて合成振動波の振動振幅を変化させる構成であった。
これに対して、本実施形態では印加する交流電圧の周波数を変化させるように構成される。
図１５は本実施形態の構成を示す図である。
２−４は圧電素子２に設けられた振動検出用電極で圧電素子３で加振することで励起される３次の振動モードの振動の腹の位置に設けられており、３次の振動モードの振動状態に応じた振動波形を検出することが出来る。
３５は振動検出用電極２−４の出力する交流信号の振幅を検出するための振幅検出手段である。
振幅検出手段３５で検出された振幅は後述する制御手段３６に入力されており、３次の振動モードの固有振動数を検出する用途に使用されている。
本実施形態では３次の振動モードの振動の腹の位置のみに振動検出用電極を設けたが２次の振動モードの振動の腹の位置あるいは双方の腹の位置に設けても良い。
また、２次の振動モードの腹の位置と３次の振動モードの腹の位置の中間に設けることで双方の振動を１つの振動検出電極で検出するようにしても良い。
このように振動検出用電極２−４を設けることで塵埃除去動作の前に事前に各振動モードの固有振動数を検出し除去動作を開始することが出来る。
制御手段３６は信号発生器６及び信号発生器５に出力周波数を指令しており、振幅検出手段３５で検出した２次の振動モードの固有振動数ｆ２ｒと３次の振動モードの固有振動数ｆ３ｒを基準として設定される。
信号発生器５にはｆ２ｒ〜ｆ２ｒ＋Δｆの範囲、信号発生器６にはｆ３ｒ〜ｆ３ｒ＋Δｆの範囲で周期的に変化する周波数を逐次指令している。
出力周波数の変化の周波数はｆ３ｒとｆ２ｒの差の周波数に設定され変化の大きさは双方とも同じに設定される。
【００２７】
図１６に、制御手段３６の動作のフローチャートを示す。
まず、最初に信号発生器６に予め決められた周波数範囲の交流信号を高い周波数から低い周波数へ向け掃引して発生させる。
そして、振動検出用電極２−４から出力される交流電圧の振幅を振幅検出手段３５で検出し３次の振動モードの固有振動数ｆ３ｒを検出する。
次に、３次の振動モードの固有振動数ｆ３ｒから予め求められている３次の振動モードの固有振動数ｆ３ｒと２次の振動モードの固有振動数ｆ２ｒとの差ｆｄを減算し、２次の振動モードの固有振動数ｆ２ｒを求める。そして、信号発生器５の出力周波数ｆ２、信号発生器６の出力周波数ｆ３を時間をｔとして以下の式で表されるように逐次設定する。
【００２８】
これにより、信号発生器６及び信号発生器５の出力信号はそれぞれｆ３ｒ〜ｆ３ｒ＋Δｆの範囲、ｆ２ｒ〜ｆ２ｒ＋Δｆの範囲で、周波数ｆｄで周期的に周波数が変化するようになる。
すると、加振周波数がそれぞれの次数の振動モードの固有振動数に近い時に大きく塵埃が移動し、共振より高い周波数になると塵埃の移動量が減り移動方向による移動量の偏りが発生し塵埃が一方の移動方向に搬送されるようになる。
そして、定期的に不図示の画像センサによる塵埃除去状況を判断し、所定の時間あるいは塵埃除去状況に達したら信号発生器６及び信号発生器５の出力信号を停止させるように動作する。
【００２９】
図１７は、出力信号Ｐ２、出力信号Ｐ３の間の周波数差を一定に保ちつつ周波数を変化させた場合の波形を示す図である。
出力信号Ｐ２の周波数はｆ２ｒ〜ｆ２ｒ＋Δｆの間で正弦的に変化しており出力信号Ｐ３の周波数はｆ３ｒ〜ｆ３ｒ＋Δｆの間で正弦的に変化している。
出力信号Ｐ２及び出力信号Ｐ３の周波数変化は同期して同じ振幅で変化しており周波数が低く、各振動モードの固有振動数近傍では光学フィルタ１上の振動振幅は大きくなる。
そして、周波数が高くなると固有振動数から離れることで各振動モードの振動振幅が小さくなる。
また、２つの信号発生器の出力する交流信号の周波数差を保ちながら周波数を同時に掃引しているので、各振動モード間の位相差が上記第１及び第２の実施形態と同様に直線的に変化している。
【００３０】
［第４の実施形態］
第４の実施形態として、上記第３の実施形態と異なる形態の構成例について説明する。
第３の実施形態では、３次の振動モードの固有振動数ｆ３ｒを振動検出用電極２−４の出力信号を用いて求めることで信号発生器６及び信号発生器５の出力周波数の範囲を設定していた。
これに対して、本実施形態では、予め周波数特性を検出しない方法について説明する。
本実施形態は各振動モードの固有振動数を検出する代わりに固有振動数ｆ２ｒと固有振動数ｆ３ｒとの差ｆｄをあらかじめ求めておき、周波数差をｆｄに設定した２つの交流電圧信号Ｐ２、Ｐ３を出力している。
それぞれの次数の固有振動数を含む範囲で周波数を掃引することで必ず加振周波数がそれぞれの次数の固有振動数を通るようにしている。
温度変動や個体差があっても相対的な周波数は変化が少ないことから予め周波数差ｆｄを設定しても周波数掃引時にはほとんど同時にそれぞれの次数の固有振動数を通過する。
【００３１】
図１８（ａ）は、本実施形態の構成を示す図である。
制御装置２７は信号発振器６及び信号発振器５に周波数差ｆｄを保ちつつ周波数を掃引する設定を行いながら周波数ｆｄのタイミングでゲート信号Ｇ１を発生するようにゲート信号発生器９の設定を行う。
信号発生器６及び信号発生器５の出力信号Ｐ３及びＰ２は乗算器７及び乗算器８でゲート信号Ｇ１によってＯＮ／ＯＦＦされ圧電素子３及び圧電素子２に印加される。
図１８（ｂ）に各部の動作波形のタイミングチャートを示す。
信号Ｐ２及び信号Ｐ３の周波数が高い周波数から低い周波数に掃引されながら所定のタイミングでゲート信号Ｇ１でＯＮ／ＯＦＦされ、信号Ａ２及び信号Ａ３が出力されている。
信号Ａ２と信号Ａ３間の位相差はゲート信号Ｇ１のタイミングでいつも０°から９０°の間となっているのがわかる。
【００３２】
以上の各実施形態では、弾性体上を移動する振動波を、低エネルギーで効率良く発生させることができる本発明の振動装置を、光学機器であるカメラに適用した例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明の振動装置は、光学機器として、カメラ、ファクシミリ装置、スキャナ、プロジェクタ、複写機、レーザビームプリンタ、インクジェットプリンタ、レンズ、双眼鏡、画像表示装置などの塵埃除去装置として適用可能である。
さらには、本発明の振動装置は、塵埃を除去する必要がある、光学機器以外の様々な装置にも適用可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１：光学フィルタ
２、３：圧電素子
４：画像入力センサ
５、６：信号発生器
７、８：乗算器
９：ゲート信号発生器
１０：制御手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動装置の駆動回路、及び振動装置の駆動方法に関し、特に光学機器等の塵埃除去装置に用いられる振動装置の駆動回路及び駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光学機器として、撮像装置では、光学センサの分解能が向上するにつれて、使用中に光学系に付着するゴミが撮影画像に影響を及ぼすようになってきた。このようなゴミを除去するため、特許文献１では、振動を付与することによってゴミを画像読み取り部から移動させる画像読取装置が提案されている。
また、特許文献２では、振動による防塵機構を備えたカメラが提案されている。
【０００３】
こここで、図１９（ａ）を用いて、特許文献１に開示された振動装置の構成を説明する。
図１９（ａ）において、１は透明な弾性体、２０、２１は圧電素子であり、弾性体１の両端の同一面に接着されている。
４は画像読取センサであり、弾性体１が画像読取センサ４の画像読取部を封止するように接合されている。
弾性体１上にゴミが付着すると画像読取部に結像される画像にゴミが写り込むが、これを圧電素子２０、及び圧電素子２１に交流電圧を印加することで弾性体１を振動させ、ゴミを画像読取に影響のある領域から排除する構成となっている。また、圧電素子２０、圧電素子２１には同一の周波数で位相の異なる交流電圧が印加され、弾性体１上に異なる次数の振動モードの定在波が同時に励振されるようになっている。
また、この異なる次数の定在波は一定の時間的位相差を持って振動するため弾性体１上には、進行性の振動波が形成され付着するゴミを振動により振るい落とす効果の他に、一定方向に搬送する効果も得られる構成となっている。
【０００４】
つぎに、図１９（ｂ）を用いて、特許文献２に開示された防塵素子部の構成について説明する。
この防塵素子部は光学フィルタであるガラス板５０を有する。光線は、ガラス板５０内側の結像光線通過範囲５０ａを通過し、不図示の撮像素子に結像する。
また、ガラス板５０には、圧電素子５１、圧電素子５２、圧電素子５３および圧電素子５４が固着されている。
各圧電素子とガラス板５０の間には、グランド用の電気端子５５が設けられている。
各圧電素子は長手方向に交互に分極方向の異なる区間（図中、「＋」、「−」の表示）を有する。
圧電素子５１および圧電素子５３の長手方向の分極配置は同じである。また、圧電素子５２および圧電素子５４の長手方向の分極配置は同じである。
「−」と「＋」の区間長さをλとすると、圧電素子５２および圧電素子５４の分極配置は、圧電素子５１および圧電素子５３に対して、それぞれλ／４だけ長手方向にずらした位置になっている。
圧電素子５１および圧電素子５３には、発振器から同位相の周期を有する電圧が印加される。
一方、圧電素子５２および圧電素子５４には、発振器からの信号を９０°位相器で位相を９０°変えた、周期を有する電圧が印加されている。
ガラス板５０の表面に進行波を発生させた場合、進行波はガラス板５０の表面を右側に進む。ガラス板５０の表面に進行波が発生すると、ガラス板５０の表面のどの質点においても、反時計回りの楕円運動が生じる。
これにより、ガラス板５０の表面に付着した塵埃は、ガラス板５０の表面を左側に移動し、結像光線通過範囲５０ａから除去される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２０７１７０号公報
【特許文献２】特開２００２−２０４３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来例のものにおいては、つぎのような課題を有している。
すなわち、特許文献１のものでは、異なる次数の振動モードの共振周波数を、同じ周波数とすることは困難である。
そのため、同じ周波数で異なる次数の振動モードを加振し、双方の振動モードの振動を同程度の振幅にするには、共振周波数から離した周波数で加振する必要がある。その上、共振が利用出来ないため圧電素子に高電圧を印加する必要があった。
また、特許文献２のものでは、同じ次数で異なる位置的位相関係にある振動を発生させる場合にも大きな加振力が必要であり、圧電素子に高電圧を印加する必要があった。
【０００７】
本発明は、上記課題を鑑み、異なる振動モードの振動の合成により、弾性体上を移動する振動波を発生させるに際し、
低エネルギーで該振動波を効率良く発生させ、該弾性体に接する被移動体を所定の方向に移動させることが可能となる振動装置の駆動回路、及び振動装置の駆動方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、つぎのように構成した振動装置の駆動回路、及び振動装置の駆動方法を提供するものである。
本発明の振動装置の駆動回路は、第１の振動モードの振動と、前記第１の振動モードとは次数の異なる第２の振動モードの振動と、を弾性体上に励振し、前記弾性体上に前記第１の振動モードの振動と前記第２の振動モードの振動とを合成した合成振動波を形成する振動装置の駆動回路であって、
前記第１の振動モードの振動を励振するための第１の交流信号を発生する第１の信号発生器と、前記第２の振動モードの振動を励振するための第２の交流信号を発生する第２の信号発生器と、
前記第１の交流信号と前記第２の交流信号の周波数が異なる周波数となるよう前記信号発生器の発生する周波数を設定し、
前記合成振動波の移動方向に応じて前記合成振動波の振動振幅に差を生じさせるよう前記第１の交流信号と前記第２の交流信号のうち少なくとも一方を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
また、本発明の振動装置の駆動方法は、第１の振動モードの振動と、前記第１の振動モードとは次数の異なる第２の振動モードの振動と、を弾性体上に励振し、前記弾性体上に前記第１の振動モードの振動と前記第２の振動モードの振動とを合成した合成振動波を形成する振動装置の駆動方法であって、
前記第１の振動モードの振動を励振するための第１の交流信号と、前記第２の振動モードの振動を励振するための前記第１の交流信号と異なる周波数の第２の交流信号と、を発生するステップと、
前記合成振動波の移動方向に応じて前記合成振動波の振動振幅に差を生じさせるよう前記第１の交流信号と前記第２の交流信号のうち少なくとも一方を制御するステップと、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、異なる振動モードの振動の合成により、弾性体上を移動する合成振動波を発生させるに際し、
低エネルギーで該合成振動波を効率良く発生させ、該弾性体に接する被移動体を所定の方向に移動させることが可能となる振動装置の駆動回路、及び振動装置の駆動方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１（ａ）は本発明の第１の実施形態における光学フィルタ周辺の構成を示す斜視図。図１（ｂ）、（ｃ）は光学フィルタの２次と３次の振動モードの振動形状を説明する図。
【図２】２次と３次の振動モードの振動が位相差０°の同じ周波数で振動した場合の合成振動波形の時間的変化を説明する図。
【図３】２次と３次の振動モードの振動が位相差９０°の同じ周波数で振動した場合の合成振動波形の時間的変化を説明する図。
【図４】２次と３次の振動モードの振動が位相差１８０°の同じ周波数で振動した場合の合成振動波形の時間的変化を説明する図。
【図５】２次と３次の振動モードの振動が位相差２７０°の同じ周波数で振動した場合の合成振動波形の時間的変化を説明する図。
【図６】図６（ａ）は２次と３次の振動モードの振動が異なる周波数で振動した場合のそれぞれの次数の振動振幅と振動間の時間的位相差の変化を説明する図。図６（ｂ）は２次と３次の振動モードの振動が異なる周波数で振動した場合に振動間の位相差が９０°を中心とする領域と２７０°を中心とする領域とで振動振幅を変化させた場合の振動の様子を説明する図。図６（ｃ）は２次と３次の振動モードの振動が異なる周波数で振動した場合に振動間の位相差が９０°を中心とする領域と２７０°を中心とする領域とで振動振幅を変化させるための圧電素子に印加する電圧波形を説明する図。
【図７】図７（ａ）は本発明の第１の実施形態における振動装置の構成を示すブロック図。図７（ｂ）は振動装置の各部の動作波形を示すタイミングチャート。
【図８】図８（ａ）は本発明の第１の実施形態における第２の例の振動装置の構成を示すブロック図。図８（ｂ）は第２の例の振動装置の各部の動作波形を示すタイミングチャート。
【図９】図９（ａ）は振動装置の印加電圧波形の第１の例を示す図。図９（ｂ）は振動装置の印加電圧波形の第２の例を示す図。図９（ｃ）は振動装置の印加電圧波形の第３の例を示す図。
【図１０】３次と５次の振動モードの振動が位相差９０°の同じ周波数で振動した場合の合成振動波形の時間的変化を説明する図。
【図１１】図１１（ａ）は本発明の第１の実施形態における光学フィルタの第２の構成を示す図。図１１（ｂ）は光学フィルタの第３の構成を示す図。
【図１２】図１２（ａ）は本発明の第２の実施形態における振動装置の構成を示すブロック図。図１２（ｂ）は振動装置の各部の動作波形を示すタイミングチャート。
【図１３】本発明の第２の実施形態の制御装置２７の動作を説明するフローチャート。
【図１４】本発明の第２の実施形態における光学フィルタの第２の構成を示す図。
【図１５】本発明の第３の実施形態における振動装置の構成を示すブロック図。
【図１６】本発明の第３の実施形態の制御手段３６の動作を説明するフローチャート。
【図１７】本発明の第３の実施形態における振動装置の各部の動作波形を示すタイミングチャート。
【図１８】図１８（ａ）は本発明の第４の実施形態における振動装置の構成を示すブロック図。図１８（ｂ）は振動装置の各部の動作波形を示すタイミングチャート。
【図１９】図１９（ａ）は特許文献１に開示された従来の振動装置の構成を示す図。図１９（ｂ）は特許文献２に開示された従来の振動装置の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施形態について説明する。
［第１の実施形態］
図１（ａ）を用いて、第１の実施形態における画像入力センサの入力面に設けられ光学フィルタ上の塵埃を除去する振動装置の構成例について説明する。
図１（ａ）において、１は弾性体である光学フィルタ、２と３は光学フィルタ１を加振して光学フィルタ１上に付着する塵埃を除去する為の圧電素子（電気−機械エネルギー変換素子）、４は光学フィルタ１を透過して結像される画像を入力する為の画像入力センサである。
圧電素子２、３は複数の電極区画毎に図示した極性によって交互に分極方向が異なっており、電極の数に応じた次数（振動の腹の数）の面外振動を光学フィルタ１上に励振するようになっている。
圧電素子２に設けられた電極２−１と電極２−２では極性が反転している。圧電素子２の不図示の裏面は全面を覆う一枚の電極となっている。
電極２−１と電極２−２と不図示の裏面電極間に同じ電圧を印加すると分極方向に応じて歪みの増減が逆になるため、同じ交流電圧を印加すると長手方向に２つの腹を有する２次の曲げ振動（２次の振動モードの振動）が発生する。
また、電極２−３は不図示の裏面電極と導通するように構成されており電極２−３をグランド電位に接続することで圧電素子２の不図示の裏面電極をグランド電位に接続している。
【００１２】
図１（ｂ）は光学フィルタ１上に形成される定在波の波形である圧電素子２によって形成される２次の振動モードの波形を示している。
また、図１（ｃ）は圧電素子３によって形成される３次の振動モードの波形を示している。
各振動波形は、光学フィルタ１の面外方向の曲げ振動であり、振動振幅が大きいと振動の腹の部分は大きな加速度を有するため腹付近に付着した塵埃は光学フィルタ１の面外方向に飛ばされ除去される。
そこで、２次と３次の振動モードは腹の位置が重ならない事を利用して両方の面外振動を十分大きな振動振幅で発生させれば光学フィルタ１上の全ての領域で塵埃を除去することが可能となる。
ただ、光学フィルタ１上から付着力に打ち勝って塵埃を弾き飛ばすには大きな加速度で振動させる必要があることや、光学フィルタ１の画像通過面に対して垂直方向に弾き飛ばすため一旦弾き飛ばしても再度付着する場合があった。
このようなことから、上記した特許文献１では、光学フィルタ１上を移動する波を発生させ、塵埃を光学フィルタ１の画像通過面上を接線方向に搬送する塵埃除去方法が提案されている。この方法では、上記２次と３次の振動モードの面外振動を同じ周波数で振動させると共に、時間的振動の位相差を９０°程度ずらすことで光学フィルタ１上を接線方向に移動する曲げ振動を発生させている。
しかし、２次と３次の振動モードの持つ固有振動数は通常異なるため、同じ力で同じ振動周波数で加振しつつ同程度の振動振幅を得るためには、それぞれを単独にそれぞれの固有振動数で加振する場合と比較して、小さな振動振幅しか得られない。２次と３次の振動モードにおいては、次数が大きいほど高い周波数となる。
【００１３】
図２〜図５は、２次の振動モードと３次の振動モードの波形を、同時に同じ周波数で発生させた場合の合成振動波形（２次の振動モードの振動と３次の振動モードの振動とを合成した振動波形）を示す図である。
横軸は光学フィルタ１の長手方向の位置、縦軸は光学フィルタ１上の面外方向の振動振幅を示している。
図２は２次の振動モードと３次の振動モードの振動間の時間的位相差が０°の場合の合成振動波形を示している。
また、図３は位相差９０°、図４は位相差１８０°、図５は位相差２７０°の場合を、それぞれ示している。
図２〜図５の各図の（ａ）〜（ｆ）は時間的進行を示している。それぞれ破線が２次の振動モードの振動波形、点線が３次の振動モードの振動波形、実線が２次と３次の振動モードの合成振動波形を示している。
図２（位相差０°）と図４（位相差１８０°）の合成振動波形の波頭位置の時間的変化を見ると常に同じ位置に在るのに対し、図３（位相差９０°）と図５（位相差２７０°）の合成振動波形の波頭位置は時間的に移動していることがわかる。
このように、２次と３次の振動モードの振動波形が時間的に９０°又は２７０°近傍にあると合成振動波形の波頭位置はそれぞれ逆方向に移動し、０°又は１８０°近傍にあると合成振動波形の波頭位置は移動しないことがわかる。
【００１４】
図６（ａ）は、２次の振動モードと３次の振動モードの振動振幅の時間変化を示す図で、破線の正弦波が２次の振動モードの振動振幅、実線の正弦波が３次の振動モードの振動振幅を示している。
２次の振動モードと３次の振動モードの振動が各固有振動数近傍の周波数で振動しているため、２次の振動モードと３次の振動モードの振動間の時間的位相差が時間と共に変化している。
直線的に変化する実線は両振動モードの振動間の時間的位相差の変化を示しており、２次と３次の振動モードの固有振動数の差に応じた一定の変化率で位相差が変化している。
この様な状態では２次と３次の振動モードによる合成振動波形の波頭の位置は位相差が９０°と２７０°に近づくとそれぞれ反対方向に移動することを繰り返すようになる。
そのため、光学フィルタ１上に付着する塵埃は同じ位置を行ったりきたりするだけで振動によって表面から弾き飛ばされる塵埃の他は光学フィルタ１上から排出されない状態となる。
【００１５】
そこで、本実施形態では、２次と３次の振動モードの振動間の時間的位相差が９０°の時と２７０°の時で、合成振動波の振幅に一定の差が生じるよう加振力を変化させる。
このようにすることで、合成振動波の波頭の移動方向によって合成振動波の振動振幅に差が生じ、光学フィルタ１上（弾性体上）を移動する振動波を低電圧の印加により効率良く発生させることができ、光学フィルタ１上の塵埃を一定方向に搬送することが可能となる。
図６（ｂ）は、この時の振動振幅の変化の様子を示したものである。図６（ａ）と同様に破線の正弦波が２次の振動モードの振動振幅、実線の正弦波が３次の振動モードの振動振幅を示しており、直線的に変化する実線は両振動モードの時間的位相差の変化を示している。
このように、２次と３次の振動モードの振動振幅の時間的変化が、位相差が９０°近傍の時に大きく、位相差が２７０°近傍の時に小さくなるように変化する。そのため、位相差が９０°近傍の時の塵埃の移動量の方が位相差が２７０°近傍の時の移動量より多くなり、最終的には光学フィルタ１上の塵埃は一定方向に移動し光学フィルタ１上から排除される。
図６（ｃ）は、この時に実際に圧電素子２、３へ印加する交流電圧（交流信号）の波形を示す図で、破線の正弦波が圧電素子２への印加電圧波形、実線の正弦波が圧電素子３への印加電圧波形の例を示している。
直線的に変化する実線は両印加電圧間の時間的位相差の変化を示している。印加電圧は一定の期間だけ出力され一定の周期単位で繰り返すように出力されており、両印加電圧間の位相差が０°から９０°の間だけ印加電圧が発生している。この周期は２次の振動モードの固有振動数と３次の振動モードの固有振動数間の差の周波数の周期で表すことが出来る。
【００１６】
図７（ａ）は、本実施形態における以上のような印加電圧を発生するための駆動回路の構成を示すブロック図である。
５は２次の振動モードの振動を励振するための固有振動数ｆ２ｒの交流信号Ｐ２を発生する信号発生器（第１の信号発生器）、６は３次の振動モードの振動を励振するための固有振動数ｆ３ｒの交流信号Ｐ３を発生する信号発生器（第２の信号発生器）である。
９は固有振動数ｆ３ｒと固有振動数ｆ２ｒの差であるｆ３ｒ−ｆ２ｒの周波数のパルスで所定のパルス幅のパルス信号Ｇ１を発生するゲート信号発生器である。なお、固有振動数ｆ２ｒ及び固有振動数ｆ３ｒの値は不図示の振動振幅評価手段によって交流信号Ｐ２、Ｐ３に対する光学フィルタ１の振動状態を評価することで求めておく。
７、８は乗算器で、信号発生器５及び信号発生器６の信号をゲート信号（制御信号）でＯＮ／ＯＦＦした信号Ａ２、Ａ３を出力する動作を行っている。
制御手段１０は信号発生器５と６及びゲート信号発生器９の動作を、不図示の指令手段からの塵埃除去開始指令に応じて動作を制御している。
つまり、制御手段１０は、信号発生器５及び６が発生する交流信号の周波数を設定し、信号発生器５及び６に指令を出す。また、制御手段１０は、信号発生器５と６で発生した交流信号Ｐ２と交流信号Ｐ３の振幅を制御するための制御信号をゲート信号発生器９に出力している。
図７（ｂ）は、本実施形態における各部の動作波形を示すタイミングチャートである。図７（ｂ）では、信号発生器５及び信号発生器６の交流信号Ｐ２、Ｐ３は、ゲート信号発生器９の出力信号Ｇ１により乗算器７、８によってＯＮ／ＯＦＦされ、出力信号Ａ２、Ａ３が出力される。
出力信号Ａ２と出力信号Ａ３の位相関係は直線的に変化する位相差グラフより、約０°から９０°の間だけ信号が発生していることがわかる。
【００１７】
図８（ａ）は、本実施形態における別の駆動回路の構成例を示すブロック図である。１１は２次の振動モードの固有振動数ｆ２ｒのパルス信号Ｐ２＿１を発生するパルス発生器（信号発生器）、１２は３次の振動モードの固有振動数ｆ３ｒのパルス信号Ｐ３＿１を発生するパルス発生器（信号発生器）である。
１３は固有振動数ｆ３ｒと固有振動数ｆ２ｒの差であるｆ３ｒ−ｆ２ｒの周波数のパルスで所定のパルス幅のパルス信号Ｇ１を発生するゲート信号発生器である。
１４、１５は論理ＡＮＤ素子で、パルス発生器１１及びパルス発生器１２の信号をゲート信号（制御信号）Ｇ１でＯＮ／ＯＦＦする動作を行っている。
１６、１７は論理ＡＮＤ素子の出力パルスを電力増幅するための増幅器である。増幅器１６、１７は論理ＡＮＤ素子１４、１５の出力信号であるＡ２＿１、Ａ３＿１を電力増幅して圧電素子２、３に印加する交流電圧（交流信号）を出力している。
本構成例においても、制御手段１０は、パルス発生器１１及び１２が発生するパルス信号の周期（つまり２次と３次の振動モードの振動を励振するための交流信号の周波数に対応する）を設定してパルス発生器１１及び１２に指令を出す。また、制御手段１０は、パルスＰ２＿１とパルス信号Ｐ２＿１の振幅を制御するための制御信号をゲート信号発生器１３に出力している。
図８（ｂ）は、各部の動作波形を示すタイミングチャートである。図８（ｂ）では、パルス発生器１１及びパルス発生器１２及びゲート信号発生器１３は、制御手段１０によって動作が制御され、出力信号Ｐ２＿１、Ｐ３＿１及びゲート信号Ｇ１を出力する。
そして、これらの信号を論理ＡＮＤ素子１４、１５に入力することによって出力信号Ａ２＿１、Ａ３＿１を出力している。
信号Ａ２＿１と信号Ａ３＿１の位相関係は直線的に変化する位相差グラフより約０°から１２０°の間だけ信号が発生していることがわかる。
また、図８（ａ）の例では圧電素子２及び圧電素子３へ信号Ａ２＿１及び信号Ａ３＿１を直接電力増幅して印加しているが、インダクタ素子等を介して印加することで印加電圧波形を滑らかにするよう構成しても良い。
【００１８】
また、上記例では交流電圧のＯＮ／ＯＦＦによって光学フィルタ１上を移動する合成振動波の振動振幅を移動方向に応じて増減させていたが、完全にＯＦＦしなくても合成振動波の振動振幅は増減させることが出来る。
図９（ａ）、図９（ｂ）に、その際の印加電圧波形を示す。図９（ａ）は印加電圧の振幅を位相差が０°から９０°までを大きくしその他の区間では小さくした例である。
図９（ｂ）は印加電圧の振幅を正弦的に変化させた例である。
また、上記例では印加電圧を０°から９０°までを大きくしたが、他の位相差でも合成振動波の振動振幅に差を生じさせれば、これに限られるものではない。
例えば、各振動モードの振動間の位相差が０°から１８０°の間と、１８０°から３６０°までの間の合成振動波の振動振幅の平均値に差があれば、合成振動波の移動方向に応じて振幅差が発生するため、特に０°から９０°に限定するものではない。つまり、２次の振動モードの交流信号の周波数と３次の振動モードの交流信号の周波数との差に応じた周期で、合成振動波の振動振幅に差を生じることができれば、結果的に送り量に差が生じ、塵埃は一定方向に移動する。
例えば、４５°から１２０°でも、合成振動波の振動振幅に差が発生するならこれでも良いことは当然である。
また、上記例では２次と３次の振動モードの振動振幅（つまり２次と３次の振動モードを励振するための交流信号の振幅）を同様に振幅変化させていたが、２次と３次の振動モードの振動とで異なる振幅変化をさせたり、一方のみの振幅を変化させたりしても良いことは当然である。
図９（ｃ）に、一方の印加電圧（交流信号）の振幅のみを変化させた場合の印加電圧波形を示す。このように一方の電圧振幅のみ変化させた場合でも合成振動波の移動方向によって振幅差が発生するから塵埃は一方方向に搬送される。
また、今まで説明した例では第１の振動モードとして２次の振動モードを、第２の振動モードとして３次の振動モードの振動を発生させたが他の次数でも良い。例えば、第１の振動モードとして３次の振動モードを、第２の振動モードとして５次の振動モードの振動を発生させた場合、光学フィルタ１の長手方向の中心で振動の腹の位置が重なるため、この中心位置では塵埃の搬送が出来ないが、振動が重なるため大きな振幅となり塵埃を弾き飛ばしやすい。また、塵埃は振動の節の位置に集まりやすいためこの中心位置から長手方向の両端方向へ節の位置まで塵埃が移動する。
ここで、３次と５次の振動モードの振動波形間の位相差を９０°又は２７０°に近づけていくと波頭の移動がこの中心位置から長手方向の両端へ向けて移動したり逆に中心に向かって移動するようになる。
そのため、この移動によって塵埃が光学フィルタ１の長手方向の両端まで移動し塵埃を光学フィルタ上から除去することが出来る。この時の振動の様子を図１０に示す。
【００１９】
図１０（ａ）〜（ｆ）は、時間的進行を示している。
点線が３次、破線が５次の振動モードの振動波形の変化、実線が合成振動波形を示している。
この図より３次形状の合成振動波形が中心部の腹が分かれて５次形状に変化し更に両端部の腹が両端に移動して行き３次形状の合成振動波形に変化して行く様子がわかる。
また、本実施例では圧電素子２及び圧電素子３に複数の電極パターンを設けそれぞれの電極パターンに対応する振動モードの振動波形を発生させた。
しかし、次数が増加すると電極数が増え電極間等加振に有効に利用できない領域が増える等して効率が低下する可能性がある。
【００２０】
図１１（ａ）は、このような次数の高い振動を少ない電極数で発生させる場合の光学フィルタの第２の構成を示す図である。
今まで説明した例では圧電素子２、圧電素子３を光学フィルタ１の長手方向に沿って紙面上下に配置し独立した次数の振動モードを発生させたが、本実施例では光学フィルタ１の長手方向の両端に独立した圧電素子１８、１９を設けている。このような配置で圧電素子を設けた場合、圧電素子１８と圧電素子１９に同相の加振力を印加すると奇数次の振動モードの加振が出来、逆相の加振力を印加すると偶数次の振動モードの加振が出来る。
圧電素子１８及び圧電素子１９はそれぞれ２つの電極に分かれており、電極１８−１と電極１９−１を用いて同相の加振力を発生させることで奇数次の振動モードの振動を発生させることが出来る。
また、電極１８−２と電極１９−２を用いて逆相の加振力を発生されることで偶数次の振動モードの振動を発生させることが出来る。
電極１８−３及び電極１９−３は圧電素子１８及び圧電素子１９のそれぞれの裏面電極と接続されており、グランド電位に接続される。
この構成でＮ次とＮ＋１次の振動モードの振動を発生させることでそれぞれの振動の腹の位置が重ならない振動モードを発生させることが出来るから上記例と同様に塵埃を搬送することが可能となる。
次数の高い振動モードの振動を利用することは、振動周波数が高周波なので可聴音を避けることが出来る利点がある。
また、３つ以上の振動モードの振動を合成した場合でも振動波の移動方向に応じて振動振幅に差を生じるようにそれぞれの振動モードの振動の加振力を制御することで同様の効果が得られることは当然である。
上記例は紙面横方向に塵埃を搬送していたが、これを９０°回転すれば上下方向に搬送することが出来る。
そこで、光学フィルタ１の４辺にそれぞれ圧電素子を設ければ、移動方向を上下左右の選択や斜め方向への搬送も自由に行うことが出来る。
図１１（ｂ）は、光学フィルタ１の４辺に圧電素子を設けた光学フィルタの第３の構成を示すものである。
【００２１】
また、本実施例では、光学フィルタ１上に付着した塵埃を除去する例を示したが光学フィルタ以外でも加振によって振動する弾性体であれば、上記原理を用いて付着物を除去或いは搬送することが出来ることは当然のことである。
また、レーザープリンタのトナー等の光学部材上の粉体や、インク等の液体を積極的に搬送する用途にこのような振動装置を用いても良い。
【００２２】
［第２の実施形態］
第２の実施形態として、第１の実施形態と異なる形態の構成例について説明する。
上記第１の実施形態では圧電素子１８及び圧電素子１９に２つの電極パターンを設け独立した電極で異なる次数の振動モードの振動を発生させていた。
これに対し、本実施形態では光学フィルタ１の長手方向の両端に１つの加振用電極を持つ独立した圧電素子２０、２１を設けている。
図１２（ａ）を用いて、本実施例の光学フィルタの構成について説明する。
圧電素子２０及び圧電素子２１には交流電圧を印加するための電極２０−１、電極２１−１とグランド電位を接続する電極２０−２、電極２１−２が設けられている。この圧電素子２０及び圧電素子２１を用いてＮ次とＮ＋１次の振動モードの振動を発生させるためには、圧電素子２０及び圧電素子２１に印加する交流電圧に両方の振動モードの固有振動数の信号を重畳させて印加する必要がある。
【００２３】
図１２（ａ）は、本実施形態における回路構成を示すブロック図である。
２２は２Ｎ次の振動モードの固有振動数ｆ２Ｎの交流信号Ｐ２Ｎ、−Ｐ２Ｎを発生する信号発生器、２３は２Ｎ＋１次の振動モードの固有振動数ｆ２Ｎ＋１の交流信号Ｐ２Ｎ＋１を発生する信号発生器である。
２４は固有振動数ｆ２Ｎ＋１とｆ２Ｎ差である（ｆ２Ｎ＋１）−（ｆ２Ｎ）の周波数ｆＧのパルスで所定のパルス幅のパルス信号ＧＮを発生するゲート信号発生器である。
２５は記憶装置で信号発生器２２及び信号発生器２３へ設定する周波数が記憶されている。
２６は後述する電流検出器３２の出力から圧電素子２０の静電容量を計測する静電容量評価装置、２７は制御装置である。
記憶装置２５に記憶された周波数情報は温度によって変化する圧電素子２０の静電容量Ｃ２０に応じたテーブル構成になっている。
圧電素子２０に接続された静電容量評価装置２６で計測した静電容量に応じて記憶装置２５から制御装置２７が読み出し、信号発生器２２及び信号発生器２３が出力する信号の周波数を設定している。
２８は加算器で交流信号Ｐ２Ｎと交流信号Ｐ２Ｎ＋１を加算する加算器で２９は交流信号−Ｐ２Ｎと交流信号Ｐ２Ｎ＋１を加算する加算器である。
３０、３１は乗算器で加算器２８及び加算器２９の信号をゲート信号でＯＮ／ＯＦＦした信号ＡＮ１、ＡＮ２を出力し圧電素子２０及び２１に交流電圧を印加している。
３２は乗算器３０の出力と圧電素子２０の間に流れる電流を検出するための電流検出器である。
図１２（ｂ）は、本実施形態における各部の動作波形を示すタイミングチャートである。
信号発生器２２及び信号発生器２３の出力信号Ｐ２Ｎ、−Ｐ２Ｎ、Ｐ２Ｎ＋１を加算した信号はゲート信号発生器２４の出力信号ＧＮによって乗算器３０、３１によってＯＮ／ＯＦＦされ、出力信号ＡＮ１、ＡＮ２が出力される。
信号ＡＮ１と信号ＡＮ２とも合成された交流電圧となっている。
【００２４】
図１３に制御装置２７の動作を説明するフローチャートを示す。
不図示の指令手段から塵埃除去の開始を指令されると制御装置２７はまず圧電素子２０の静電容量Ｃ２０を計測するよう静電容量評価装置２６に指令し、静電容量Ｃ２０を求める。
次に、記憶装置２５に記憶された情報から静電容量Ｃ２０に対応するＮ次の固有振動数ｆ２ＮとＮ＋１次の固有振動数ｆ２Ｎ＋１を関数Ｇ１及びＧ２を用いて求める。
静電容量Ｃ２０は圧電素子２０及び２１の温度によって変化する。
温度によって変化する各振動モードの固有振動数は、静電容量Ｃ２０に対応させて記憶装置２５に記憶されており、そのため温度が変化しても最適な加振周波数を選択することが出来る。
そして、これから固有振動数ｆ２Ｎ＋１と固有振動数ｆ２Ｎの差の周波数ｆＧを求め、信号発生器２２、２３及びゲート信号発生器２４に周波数を設定し信号出力を開始する。
次に、不図示の画像入力センサーにより光学フィルター１を通過する画像情報を入力して光学フィルタ１上の塵埃による画像欠陥を検出して塵埃の付着状況を確認し、塵埃除去が完了したかどうかを確認する。
塵埃除去が完了していないならゲート信号発生器２４にゲート信号ＧＮのタイミングを所定量ずらすことでゲート信号のＯＮ区間の信号発生器２２と信号発生器２３の出力信号Ｐ２ＮとＰ２Ｎ＋１間の位相差範囲を所定位相変化させる。
そして、繰り返し不図示の画像入力センサーによる塵埃付着状況の評価とゲート信号ＧＮのタイミングのシフトを行い塵埃が所定量以下になるか一定時間以上繰り返すかすると塵埃除去動作を終了する。
ここで、ゲート信号ＧＮの位相をシフトしていくのは記憶装置２５によって温度による各固有振動数の変化をキャンセルしようとしても完全ではなく、ゲート信号ＧＮと出力信号Ｐ２Ｎ、出力信号Ｐ２Ｎ＋１との間の最適な位相関係は状況により変化するからである。
【００２５】
また、本実施形態では光学フィルタ１は長方形であったが円形であっても良い。
図１４は、円盤状の光学フィルタの外周部に圧電素子を配置した例を示す図である。３３は透明な光学フィルタであり、３４は光学フィルタ３３の裏面の周上に接着された円環状の圧電素子である。
光学フィルタ３３には圧電素子３４に印加する交流電圧の周波数に応じて次数の異なる同心円状に複数の波を有する振動モードの振動が発生する。
そこで、次数が１異なる振動モードを使って上記例と同様にして光学フィルタ３３上に付着する塵埃を除去することが可能である。
圧電素子３４は表裏１枚ずつの電極で構成されており、裏面の電極は光学フィルタ３３上に設けられた不図示の透明電極によってグランド電位に接続されている。
このように、交流電圧を印加するための電極を１つしか持たないため同時に異なる次数の振動モードの振動を発生させるには両振動モードを発生させるための異なる周波数の交流信号を重畳した信号を圧電素子３４に印加する必要がある。
そのような合成振動波形は本実施形態の駆動回路を用いれば発生することが可能である。
【００２６】
［第３の実施形態］
第３の実施形態として、上記各実施形態と異なる形態の構成例について説明する。
以上で説明した第１及び第２の実施形態では、圧電素子に印加する交流電圧の振幅を変化させることで、光学フィルタ上を移動する合成振動波の移動方向に応じて合成振動波の振動振幅を変化させる構成であった。
これに対して、本実施形態では印加する交流電圧の周波数を変化させるように構成される。
図１５は本実施形態の構成を示す図である。
２−４は圧電素子２に設けられた振動検出用電極で圧電素子３で加振することで励起される３次の振動モードの振動の腹の位置に設けられており、３次の振動モードの振動状態に応じた振動波形を検出することが出来る。
３５は振動検出用電極２−４の出力する交流信号の振幅を検出するための振幅検出手段である。
振幅検出手段３５で検出された振幅は後述する制御手段３６に入力されており、３次の振動モードの固有振動数を検出する用途に使用されている。
本実施形態では３次の振動モードの振動の腹の位置のみに振動検出用電極を設けたが２次の振動モードの振動の腹の位置あるいは双方の腹の位置に設けても良い。
また、２次の振動モードの腹の位置と３次の振動モードの腹の位置の中間に設けることで双方の振動を１つの振動検出電極で検出するようにしても良い。
このように振動検出用電極２−４を設けることで塵埃除去動作の前に事前に各振動モードの固有振動数を検出し除去動作を開始することが出来る。
制御手段３６は信号発生器６及び信号発生器５に出力周波数を指令しており、振幅検出手段３５で検出した２次の振動モードの固有振動数ｆ２ｒと３次の振動モードの固有振動数ｆ３ｒを基準として設定される。
信号発生器５にはｆ２ｒ〜ｆ２ｒ＋Δｆの範囲、信号発生器６にはｆ３ｒ〜ｆ３ｒ＋Δｆの範囲で周期的に変化する周波数を逐次指令している。
出力周波数の変化の周波数はｆ３ｒとｆ２ｒの差の周波数に設定され変化の大きさは双方とも同じに設定される。
【００２７】
図１６に、制御手段３６の動作のフローチャートを示す。
まず、最初に信号発生器６に予め決められた周波数範囲の交流信号を高い周波数から低い周波数へ向け掃引して発生させる。
そして、振動検出用電極２−４から出力される交流電圧の振幅を振幅検出手段３５で検出し３次の振動モードの固有振動数ｆ３ｒを検出する。
次に、３次の振動モードの固有振動数ｆ３ｒから予め求められている３次の振動モードの固有振動数ｆ３ｒと２次の振動モードの固有振動数ｆ２ｒとの差ｆｄを減算し、２次の振動モードの固有振動数ｆ２ｒを求める。そして、信号発生器５の出力周波数ｆ２、信号発生器６の出力周波数ｆ３を時間をｔとして以下の式で表されるように逐次設定する。
【００２８】
これにより、信号発生器６及び信号発生器５の出力信号はそれぞれｆ３ｒ〜ｆ３ｒ＋Δｆの範囲、ｆ２ｒ〜ｆ２ｒ＋Δｆの範囲で、周波数ｆｄで周期的に周波数が変化するようになる。
すると、加振周波数がそれぞれの次数の振動モードの固有振動数に近い時に大きく塵埃が移動し、共振より高い周波数になると塵埃の移動量が減り移動方向による移動量の偏りが発生し塵埃が一方の移動方向に搬送されるようになる。
そして、定期的に不図示の画像センサによる塵埃除去状況を判断し、所定の時間あるいは塵埃除去状況に達したら信号発生器６及び信号発生器５の出力信号を停止させるように動作する。
【００２９】
図１７は、出力信号Ｐ２、出力信号Ｐ３の間の周波数差を一定に保ちつつ周波数を変化させた場合の波形を示す図である。
出力信号Ｐ２の周波数はｆ２ｒ〜ｆ２ｒ＋Δｆの間で正弦的に変化しており出力信号Ｐ３の周波数はｆ３ｒ〜ｆ３ｒ＋Δｆの間で正弦的に変化している。
出力信号Ｐ２及び出力信号Ｐ３の周波数変化は同期して同じ振幅で変化しており周波数が低く、各振動モードの固有振動数近傍では光学フィルタ１上の振動振幅は大きくなる。
そして、周波数が高くなると固有振動数から離れることで各振動モードの振動振幅が小さくなる。
また、２つの信号発生器の出力する交流信号の周波数差を保ちながら周波数を同時に掃引しているので、各振動モード間の位相差が上記第１及び第２の実施形態と同様に直線的に変化している。
【００３０】
［第４の実施形態］
第４の実施形態として、上記第３の実施形態と異なる形態の構成例について説明する。
第３の実施形態では、３次の振動モードの固有振動数ｆ３ｒを振動検出用電極２−４の出力信号を用いて求めることで信号発生器６及び信号発生器５の出力周波数の範囲を設定していた。
これに対して、本実施形態では、予め周波数特性を検出しない方法について説明する。
本実施形態は各振動モードの固有振動数を検出する代わりに固有振動数ｆ２ｒと固有振動数ｆ３ｒとの差ｆｄをあらかじめ求めておき、周波数差をｆｄに設定した２つの交流電圧信号Ｐ２、Ｐ３を出力している。
それぞれの次数の固有振動数を含む範囲で周波数を掃引することで必ず加振周波数がそれぞれの次数の固有振動数を通るようにしている。
温度変動や個体差があっても相対的な周波数は変化が少ないことから予め周波数差ｆｄを設定しても周波数掃引時にはほとんど同時にそれぞれの次数の固有振動数を通過する。
【００３１】
図１８（ａ）は、本実施形態の構成を示す図である。
制御装置２７は信号発振器６及び信号発振器５に周波数差ｆｄを保ちつつ周波数を掃引する設定を行いながら周波数ｆｄのタイミングでゲート信号Ｇ１を発生するようにゲート信号発生器９の設定を行う。
信号発生器６及び信号発生器５の出力信号Ｐ３及びＰ２は乗算器７及び乗算器８でゲート信号Ｇ１によってＯＮ／ＯＦＦされ圧電素子３及び圧電素子２に印加される。
図１８（ｂ）に各部の動作波形のタイミングチャートを示す。
信号Ｐ２及び信号Ｐ３の周波数が高い周波数から低い周波数に掃引されながら所定のタイミングでゲート信号Ｇ１でＯＮ／ＯＦＦされ、信号Ａ２及び信号Ａ３が出力されている。
信号Ａ２と信号Ａ３間の位相差はゲート信号Ｇ１のタイミングでいつも０°から９０°の間となっているのがわかる。
【００３２】
以上の各実施形態では、弾性体上を移動する振動波を、低エネルギーで効率良く発生させることができる本発明の振動装置を、光学機器であるカメラに適用した例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明の振動装置は、光学機器として、カメラ、ファクシミリ装置、スキャナ、プロジェクタ、複写機、レーザビームプリンタ、インクジェットプリンタ、レンズ、双眼鏡、画像表示装置などの塵埃除去装置として適用可能である。
さらには、本発明の振動装置は、塵埃を除去する必要がある、光学機器以外の様々な装置にも適用可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１：光学フィルタ
２、３：圧電素子
４：画像入力センサ
５、６：信号発生器
７、８：乗算器
９：ゲート信号発生器
１０：制御手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の振動モードの振動と、前記第１の振動モードとは次数の異なる第２の振動モードの振動と、を弾性体上に励振し、前記弾性体上に前記第１の振動モードの振動と前記第２の振動モードの振動とを合成した合成振動波を形成する振動装置の駆動回路であって、
前記第１の振動モードの振動を励振するための第１の交流信号を発生する第１の信号発生器と、前記第２の振動モードの振動を励振するための第２の交流信号を発生する第２の信号発生器と、
前記第１の交流信号と前記第２の交流信号の周波数が異なる周波数となるよう前記信号発生器の発生する周波数を設定し、
前記合成振動波の移動方向に応じて前記合成振動波の振動振幅に差を生じさせるよう前記第１の交流信号と前記第２の交流信号のうち少なくとも一方を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする駆動回路。
【請求項２】
前記制御手段は、前記第１の振動モードの振動と第２の振動モードの振動との振動間の時間的位相差が、０°から１８０°の間と、１８０°から３６０°の間で、前記合成振動波の振動振幅に差を生じさせる制御信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
【請求項３】
前記制御手段は、前記第１の交流信号の周波数と前記第２の交流信号の周波数との差に応じた周期単位で、前記合成振動波の振動振幅に差を生じさせるよう前記第１の交流信号と前記第２の交流信号のうち少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の駆動回路。
【請求項４】
前記制御手段は、前記合成振動波の移動方向に応じて前記合成振動波の振動振幅に差を生じさせるよう前記第１の交流信号と前記第２の交流信号のうち少なくとも一方の振幅を変化させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の駆動回路。
【請求項５】
前記制御手段は、前記合成振動波の移動方向に応じて前記合成振動波の振動振幅に差を生じさせるよう前記信号発生器の発生する前記第１の交流信号と前記第２の交流信号の周波数を変化させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の駆動回路。
【請求項６】
前記制御手段は、前記第１の交流信号を前記第１の振動モードの固有振動数近傍の周波数に設定し、前記第２の交流信号を前記第１の振動モードの固有振動数近傍の周波数に設定することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の駆動回路。
【請求項７】
前記振動装置は、前記合成振動波によって光学機器の光学部材上の塵埃を除去する振動装置であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の駆動回路。
【請求項８】
第１の振動モードの振動と、前記第１の振動モードとは次数の異なる第２の振動モードの振動と、を弾性体上に励振し、前記弾性体上に前記第１の振動モードの振動と前記第２の振動モードの振動とを合成した合成振動波を形成する振動装置の駆動方法であって、
前記第１の振動モードの振動を励振するための第１の交流信号と、前記第２の振動モードの振動を励振するための前記第１の交流信号と異なる周波数の第２の交流信号と、を発生するステップと、
前記合成振動波の移動方向に応じて前記合成振動波の振動振幅に差を生じさせるよう前記第１の交流信号と前記第２の交流信号のうち少なくとも一方を制御するステップと、
を有することを特徴とする駆動方法。
【請求項９】
前記第１の交流信号と前記第２の交流信号のうち少なくとも一方を制御するステップにおいて、
前記第１の交流信号の周波数と前記第２の交流信号の周波数との差に応じた周期単位で、前記合成振動波の振動振幅に差を生じさせるよう前記第１の交流信号と前記第２の交流信号のうち少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項８に記載の駆動方法。
【請求項１０】
前記第１の交流信号と前記第２の交流信号のうち少なくとも一方を制御するステップにおいて、前記第１の交流信号と前記第２の交流信号のうち少なくとも一方の振幅を変化させることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の駆動方法。
【請求項１１】
前記第１の交流信号と前記第２の交流信号のうち少なくとも一方を制御するステップにおいて、前記第１の交流信号と前記第２の交流信号の周波数を変化させることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の駆動方法。
【請求項１２】
前記第１の振動モードの固有振動数と前記第２の振動モードの固有振動数を検出するステップを有し、
検出した前記第１の振動モードの固有振動数近傍の周波数を前記第１の交流信号の周波数として設定し、検出した前記第１の振動モードの固有振動数近傍の周波数を前記第１の交流信号の周波数として設定することを特徴とする請求項８から１１のいずれか１項に記載の駆動方法。
【請求項１】
第１の振動モードの振動と、前記第１の振動モードとは次数の異なる第２の振動モードの振動と、を弾性体上に励振し、前記弾性体上に前記第１の振動モードの振動と前記第２の振動モードの振動とを合成した合成振動波を形成する振動装置の駆動回路であって、
前記第１の振動モードの振動を励振するための第１の交流信号を発生する第１の信号発生器と、前記第２の振動モードの振動を励振するための第２の交流信号を発生する第２の信号発生器と、
前記第１の交流信号と前記第２の交流信号の周波数が異なる周波数となるよう前記信号発生器の発生する周波数を設定し、
前記合成振動波の移動方向に応じて前記合成振動波の振動振幅に差を生じさせるよう前記第１の交流信号と前記第２の交流信号のうち少なくとも一方を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする駆動回路。
【請求項２】
前記制御手段は、前記第１の振動モードの振動と第２の振動モードの振動との振動間の時間的位相差が、０°から１８０°の間と、１８０°から３６０°の間で、前記合成振動波の振動振幅に差を生じさせる制御信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の駆動回路。
【請求項３】
前記制御手段は、前記第１の交流信号の周波数と前記第２の交流信号の周波数との差に応じた周期単位で、前記合成振動波の振動振幅に差を生じさせるよう前記第１の交流信号と前記第２の交流信号のうち少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の駆動回路。
【請求項４】
前記制御手段は、前記合成振動波の移動方向に応じて前記合成振動波の振動振幅に差を生じさせるよう前記第１の交流信号と前記第２の交流信号のうち少なくとも一方の振幅を変化させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の駆動回路。
【請求項５】
前記制御手段は、前記合成振動波の移動方向に応じて前記合成振動波の振動振幅に差を生じさせるよう前記信号発生器の発生する前記第１の交流信号と前記第２の交流信号の周波数を変化させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の駆動回路。
【請求項６】
前記制御手段は、前記第１の交流信号を前記第１の振動モードの固有振動数近傍の周波数に設定し、前記第２の交流信号を前記第１の振動モードの固有振動数近傍の周波数に設定することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の駆動回路。
【請求項７】
前記振動装置は、前記合成振動波によって光学機器の光学部材上の塵埃を除去する振動装置であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の駆動回路。
【請求項８】
第１の振動モードの振動と、前記第１の振動モードとは次数の異なる第２の振動モードの振動と、を弾性体上に励振し、前記弾性体上に前記第１の振動モードの振動と前記第２の振動モードの振動とを合成した合成振動波を形成する振動装置の駆動方法であって、
前記第１の振動モードの振動を励振するための第１の交流信号と、前記第２の振動モードの振動を励振するための前記第１の交流信号と異なる周波数の第２の交流信号と、を発生するステップと、
前記合成振動波の移動方向に応じて前記合成振動波の振動振幅に差を生じさせるよう前記第１の交流信号と前記第２の交流信号のうち少なくとも一方を制御するステップと、
を有することを特徴とする駆動方法。
【請求項９】
前記第１の交流信号と前記第２の交流信号のうち少なくとも一方を制御するステップにおいて、
前記第１の交流信号の周波数と前記第２の交流信号の周波数との差に応じた周期単位で、前記合成振動波の振動振幅に差を生じさせるよう前記第１の交流信号と前記第２の交流信号のうち少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項８に記載の駆動方法。
【請求項１０】
前記第１の交流信号と前記第２の交流信号のうち少なくとも一方を制御するステップにおいて、前記第１の交流信号と前記第２の交流信号のうち少なくとも一方の振幅を変化させることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の駆動方法。
【請求項１１】
前記第１の交流信号と前記第２の交流信号のうち少なくとも一方を制御するステップにおいて、前記第１の交流信号と前記第２の交流信号の周波数を変化させることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の駆動方法。
【請求項１２】
前記第１の振動モードの固有振動数と前記第２の振動モードの固有振動数を検出するステップを有し、
検出した前記第１の振動モードの固有振動数近傍の周波数を前記第１の交流信号の周波数として設定し、検出した前記第１の振動モードの固有振動数近傍の周波数を前記第１の交流信号の周波数として設定することを特徴とする請求項８から１１のいずれか１項に記載の駆動方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１１−１２５８１５（Ｐ２０１１−１２５８１５Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８８２８４（Ｐ２００９−２８８２８４）
【出願日】平成２１年１２月１８日（２００９．１２．１８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１８日（２００９．１２．１８）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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