振動部件驅動電路的制作方法

專利名稱：振動部件驅動電路的制作方法
技術領域：
本發明的實施例涉及振動部件驅動電路。
背景技術：
近年來，伴隨圖像拾取元件的分辨率的提高，粘附于使用中的光學系統上的灰塵影響作為光學設備的圖像拾取設備中的捕獲圖像。特別地，用于視頻照相機或靜物照相機中的圖像拾取元件的分辨率已顯著提高。因此，當外部灰塵和/或諸如在內部機械摩擦表面上導致的磨損碎屑的灰塵(粉末)粘附于圖像拾取元件附近的諸如紅外切割濾波器和光學低通濾波器的光學部件時，由于圖像拾取元件表面上的較少模糊的圖像，因此會在捕獲的圖像上出現粉末。作為光學設備的復印機或傳真機的圖像拾取單元掃描線傳感器，或者掃描較接近線傳感器放置的原稿以讀取平面原稿。在這種情況下，當灰塵粘附于光束入射區域時，在掃描圖像上出現灰塵。在掃描和讀取原稿的傳真機的讀取單元或在從自動原稿饋送器傳送的過程中讀取(即瀏覽)原稿的復印機的讀取單元中，一粒灰塵會表現為沿原稿饋送方向連續并使圖像質量劣化的線圖像。日本專利公開No. 2008-207170提出了除塵裝置，該除塵裝置可通過向包含光學部件的振動部件激勵自由行進波來沿希望的方向移動這種灰塵。圖3是示出在日本專利公開No. 2008-207170中公開的除塵裝置的配置的示意圖。具有光學部件502的振動部件501被設置在圖像拾取元件503的光入射側。作為電氣機械能量轉換元件的壓電元件IOla和IOlb被放置在振動部件501中面外彎曲振動的節點線對齊的方向上的不同的位置。向壓電元件IOla和IOlb施加具有相等的頻率和90°的相位差的交流電壓。要施加的交流電壓的頻率處于沿振動部件501的縱向面外彎曲的m次(m是自然數)振動模式中的共振頻率與(m+1)次振動模式中的共振頻率之間。在振動部件501中，具有共振現象的響應的m次振動模式中的振動與具有90°時間相位差(從m次面外彎曲振動前進90°的相位)的(m+1)次振動模式中的振動以相等的振幅和相等的振動周期被激勵。然后，在振動部件501中，產生合成兩個振動模式的振動的合成振動(自由行進波)。合成振動沿希望的方向在振動部件501的表面上移動灰塵。但是，在過去的除塵裝置中，在要使用的一些頻率帶中，要向壓電元件101施加的交流電壓的振幅改變(即交流電壓的頻率特性的梯度)可能在振動部件501的共振頻率附近增加。出于這種原因，當振動部件501的共振頻率由于個體差異而變化或者在裝置被驅動的同時熱改變共振頻率時，交流電壓大大改變。多于必要地增加的交流電壓可能由于電流增加而增加功耗，或者由于在振動部件501中激勵的振動振幅的增加而損傷振動部件501。當交流電壓低于必要的電壓時，不能獲取要在振動部件501中激勵的面外彎曲振動的足夠的振動振幅，并且，除塵效率會降低
發明內容
實施例的一個公開的方面提供了如下這樣的驅動電路，即使當振動部件的共振頻率在裝置被驅動的過程中變化或改變時，該驅動電路仍在使用的頻帶中輸出穩定的電壓振幅，且要施加到電氣機械能量轉換元件的交流電壓具有小的改變。一個實施例的一種在至少包含電氣機械能量轉換元件和彈性體的振動部件中通過向固定于彈性體上的電氣機械能量轉換元件施加交流電壓而導致振動的振動部件驅動電路包含與電氣機械能量轉換元件串聯連接的電感器和電容器，其中，滿足0. 73 * fm<fs
<I. 2 * fm，這里 ，fs是電感器和電容器的串聯共振頻率，并且，fm是振動部件的共振頻率。根據該實施例的一個公開的方面，可提供如下這樣的驅動電路，即使當振動部件的共振頻率在裝置被驅動的過程中變化或改變時，該驅動電路仍在使用的頻帶中輸出穩定的電壓振幅，且要施加到電氣機械能量轉換元件的交流電壓具有小的改變。參照附圖閱讀示例性實施例的以下說明，本發明的其它特征將變得清晰。


圖IA IC示出根據第一實施例的振動部件驅動電路。圖2A和圖2B是可應用一個實施例的圖像拾取設備的透視圖。圖3是示出具有除塵裝置的照相機體的圖像拾取單元的結構的透視圖。圖4示出可應用一個實施例的除塵裝置的控制設備。圖5示出過去的驅動電路的配置。圖6A和圖6B是示出根據第一實施例的施加到壓電元件的交流電壓的頻率、在壓電元件中產生的振動的振幅以及它們的波形的曲線圖。圖7示出在振動部件中激勵并且沿縱向面外彎曲的10次面外彎曲振動的位移和11次面外彎曲振動的位移，并且示出壓電元件的配置。圖8示出使用過去的驅動電路時的交流電壓Vo的電壓振幅的頻率特性。圖9A和圖9B示出當電感器和電容器的串聯共振頻率fs基本上與振動部件的共振頻率fm匹配時的電流振幅和交流電壓Vo的頻率特性的仿真結果。圖IOA和圖IOB示出交流電壓Vo如何根據導納的改變而改變的計算的仿真結果。圖IlA和圖IlB示出交流電壓Vo如何根據電感器、電容器和壓電元件的固有電容的變化而改變的仿真結果。圖12示出電源電流相對于驅動時間的改變的測量結果。圖13示出滿足關系fe < 2 * fd時的交流電壓Vo的頻率特性。圖14A和圖14B示出描述根據fs/fm的改變的與過去相比的相位和交流電壓Vo的改變的仿真結果。圖15示出根據fs/fm的改變的相位改變量與過去的例子的配置的比例的仿真結果。圖16示出根據峰值頻率fe的電感器的電感L與電容器的電容C之間的關系。圖17A 17E示出根據第二實施例的具有變壓器的除塵裝置的驅動電路。圖18A和圖18B是示出根據第三實施例的要施加到駐波驅動的壓電元件的交流電壓的頻率、在壓電元件中產生的振動的振幅和電壓波形的示圖。
具體實施例方式將參照附圖描述本發明適用的振動部件驅動電路的實施例。一個實施例的振動部件驅動電路可通過使振動部件振動來驅動諸如粉末的對象物。雖然根據以下的實施例將描述用于去除作為粉末的灰塵的除塵裝置及其驅動電路，但是，如果振動部件被振動以驅動振動部件上的諸如粉末的對象物，則一個實施例是適用的。根據實施例，粉末指的是大于等于I U m且小于等于100 V- m的對象物。實施例的具有振動部件和/或其驅動電路的設備可包括諸如照相機(圖像拾取裝置)、傳真機、掃描儀、投影儀、復印機和打印機的光學設備。例如，在以下的實施例中，實施例的振動部件和/或其驅動電路被設置在圖像拾取設備中。根據實施例的一個公開的方面，作為光電轉換元件的復印機或傳真機中所使用的諸如CCD和CMOS傳感器或線傳感器的圖像拾取元件被稱為光接收元件。(第一實施例)根據第一實施例，在照相機中安裝在振動部件中激勵行進波以移動作為粉末的灰塵的除塵裝置。(照相機體的配置)圖2A是作為根據第一實施例的圖像拾取設備的數字單鏡頭反光式照相機的從被照體側的正面透視圖，并且示出沒有成像透鏡的狀態。圖2B是從攝影者側的照相機的背面透視圖。在照相機體201內，設置鏡箱202，通過未示出的成像透鏡的成像光束被引導至該鏡箱202。主反射鏡(快返反射鏡)203被設置在鏡箱202內。具有除塵裝置的圖像拾取單元被設置在通過未示出的成像透鏡的成像光軸上。主反射鏡203可保持為關于成像光軸成45°的角度，使得攝影者可通過取景器接眼窗口 (eye window) 204觀察被照體圖像，或者可保持在避開朝圖像拾取元件引導的成像光束的位置。清潔指令開關205被設置在照相機的背面，并且，可用于驅動作為除塵裝置的振動部件。如果攝影者按壓清潔指令開關205，則指令單元604 (參見圖4)被指示驅動除塵裝置。(除塵裝置的配置)圖3是示出具有作為振動部件的除塵裝置的照相機體201的圖像拾取單元的結構的透視圖。圖像拾取元件503被設置在照相機體201的圖像拾取單元中。圖像拾取元件503是將接收的被照體圖像轉換成電信號的諸如CCD和CMOS傳感器的光接收元件。振動部件501被附接為緊密地密封圖像拾取元件503的前表面上的空間。振動部件501至少包含作為彈性體的矩形平面光學部件502，和粘附于光學部件502的兩端的作為電氣機械能量轉換元件的一對壓電元件IOla(第一電氣機械能量轉換元件)和壓電元件IOlb(第二電氣機械能量轉換元件)。光學部件502是諸如覆蓋玻璃、紅外切割濾波器或光學低通濾波器的具有高的透射率的光學部件。通過光學部件502的光進入到圖像拾取元件503。在光學部件502的兩端的壓電元件IOla和IOlb的沿厚度方向(圖中的垂直方向)的尺寸等于光學部件502的沿厚度方向(圖中的垂直方向)的尺寸，以增大對于振動的彎曲變形的產生力。當不需要特別地區別時，壓電元件IOla和IOlb將被簡稱為壓電元件 101。(控制設備的配置)圖4示出除塵裝置的控制設備。控制設備包含指令單元604、脈沖產生電路603a和603b、開關電路602a和602b、電源電路605和驅動電路601a和601b。來自指令單元604,作為交流電壓信號的參數的頻率信息、相位信息和脈沖寬度信息被傳送到脈沖產生電路603a和603b。例如，脈沖產生電路一般可以是數字振蕩器。在振動部件501中產生的兩個振動模式中的振動(面外彎曲振動)的共振頻率的中間值附近設定頻率，并且，對于脈沖產生電路603a和603b設定相等的頻率。以下將參照圖7描述振動模式。相互不同的相位值被輸入到脈沖產生電路603a和603b，并被設定為使得可以輸出交流電壓信號的不同的相位差(諸如90°的相位差)。脈沖寬度(脈沖占空比)被適當地調整以獲取希望的電壓振幅，并且被分別設定給脈沖產生電路603a和603b。
從脈沖產生電路603輸出的數字交流電壓信號被輸入到開關電路602a和602b,并且，基于從電源電路605供給的電壓作為模擬交流電壓Vi被輸出。電源電路可以是一般的DC電源電路或DC-DC轉換器電路等。開關電路可以是一般的H橋電路。交流電壓Vi被輸入到驅動電路601a和601b，并且在其電壓振幅被升高并被轉換成SIN波形之后作為交流電壓Vo被輸出。輸出的交流電壓Vo被施加到壓電元件IOla和101b，并且，在振動部件501中同時出現兩個面外彎曲振動。合成的振動變為行進波，并且，可沿希望的方向移動光學部件502的表面上的灰塵。以下將參照圖I描述作為實施例的特征的驅動電路601a和601b的配置。從脈沖產生電路603輸出的數字交流電壓信號被輸入到開關電路602a和602b,并且，基于從電源電路605供給的電壓作為模擬交流電壓Vi被輸出。電源電路可以是一般的DC電源電路或DC-DC轉換器電路等。開關電路可以是一般的H橋電路。交流電壓Vi被輸入到驅動電路601a和601b，并且在其電壓振幅升高并被轉換成SIN波形之后作為交流電壓No被輸出。交流電壓No被施加到壓電元件IOla和101b，并且，在振動部件501中同時出現兩個面外彎曲振動。合成的振動變為行進波，并且，可沿希望的方向移動光學部件502的表面上的灰塵。(驅動頻率的設定)以下將描述驅動頻率的設定。圖6A是示出施加到壓電元件101的交流電壓的頻率和在壓電元件101中出現的振動的振幅的曲線圖。在圖6A中，f (m)是m次面外彎曲振動的共振頻率，并且，f (m+1)是(m+1)次面外彎曲振動的共振頻率。如果要施加到壓電元件101上的交流電壓的頻率fd被設為f (m) < fd < f (m+1)，則獲取頻率fd處的振動，該振動具有通過m次面外彎曲振動和(m+1)次面外彎曲振動的共振現象而擴大的振幅。振動的時間周期相等。另一方面，當要被施加到壓電元件101上的交流電壓的頻率fd被設為低于f(m)時，(m+1)次面外彎曲振動的振幅較低。當頻率fd被設為高于f (m+1)時，m次面外彎曲振動的振幅較低。(振動模式的描述)圖7是示出在振動部件501中激勵的并且沿縱向面外彎曲的10次面外彎曲振動的位移和11次面外彎曲振動的位移并且示出壓電元件IOla和IOlb的部置的示意圖。橫軸表示振動部件501的縱向位置。縱軸表示面外振動位移。在圖7中，10次面外彎曲振動作為第一振動模式由波形A(實線)表示，并且，11次面外彎曲振動作為第二振動模式由波形B (虛線)表示。第一振動模式A和第二振動模式B是使振動部件501沿光學部件502的厚度方向彎曲變形的面外彎曲振動模式。
當驅動電路601a和601b向壓電元件IOla和IOlb施加交流電壓Vo時，第一振動模式A和第二振動模式B中的振動由此在振動部件501中同時出現并且被重疊。根據本實施例，最低限度的除灰所需要的振動模式是作為第一振動模式的10次彎曲振動模式和作為第二振動模式的11次彎曲振動模式。但是，振動模式不限于此。與圖像拾取元件503對應的光學有效區域是圖7所示的范圍。第一振動模式A中的變形形狀在左端和右端具有相反的相位(相位差為180° )。另一方面，第二振動模式B中的變形形狀在左端和右端之間同相(相位差為0° )。換句話說，如果施加到壓電元件IOla和壓電元件IOlb的交流電壓之間的相位差被設為180°，則僅出現第一振動模式A。另一方面，如果相位差被設為0°，則僅出現第二振動模式B。因此，如果相位差被設為90°，則可同時導致第一振動模式A和第二振動模式B，并且，沿圖7的向右方向可出現得自合成的振動的行進波。
圖6B示出了用于同時激勵不同階次的振動模式的要向壓電元件施加的交流電壓的例子。交流電壓Vo I是向壓電元件IOla施加的電壓波形，并且，交流電壓Vo 2是要向壓電元件IOlb施加的電壓波形。縱軸表示電壓振幅，并且，橫軸表示時間。交流電壓Vo I和Vo 2的頻率在上述的fd處是恒定的，并且，交流電壓之間的相位差是90°。但是，可僅要求交流電壓Vo I和Vo 2具有不同的相位，并且，相位差不限于90°。在除塵裝置中，當光學部件502將粘附于光學部件502的表面上的灰塵上推出面外時，灰塵如同它在沿光學部件502的表面的法線方向的力的作用下彈起一樣移動。換句話說，當驅動頻率周期的各相位中的振動部件501的合成振動位移的速度為正時，灰塵被上推出面外，并且，灰塵在該相位中的合成振動位移的法線方向的力的作用下移動。參照圖7，通過向粘附于光學部件502的有效區域的表面的灰塵重復施加振動，灰塵可沿圖7的向右方向移動并被去除。(關于驅動電路的描述LC升壓)參照圖IA 1C，將描述第一實施例的驅動電路。圖IA示出根據第一實施例的除塵裝置的驅動電路。驅動電路包含與壓電元件101串聯連接的電感器102和電容器103。雖然電容器103在圖I中與壓電元件101的下側連接，但是，它可與上側連接(連接在電感器102和壓電元件101之間)。如圖IC所示，電阻104可與壓電元件101并聯連接。電阻104可被設為使得電流幾乎不流動以防止電阻部分中的功耗的IMQ。設置電阻104可限定電容器103和壓電元件101之間的連接點處的電勢，從而可在壓電元件兩端施加穩定的交流電壓。電感器102可以是諸如線圈的電感元件。電容器103可以是諸如膜電容器的電容元件。實施例的一個公開的方面的特征在于，電感器102和電容器103的串聯共振頻率基本上與振動部件501的共振頻率匹配(被設定于將在后面描述的容限內)。將參照圖IB描述壓電元件101的等效電路。圖IB示出壓電元件101的等效電路。壓電元件101的等效電路包含振動部件501的機械振動部分的RLC串聯電路(自感Lm的等效線圈301b、電容Cm的等效電容器301c和電阻值Rm的等效電阻301d)和與該RLC串聯電路并聯連接的用作壓電元件101的固有電容Cd的電容器301a。根據實施例，電感器102和電容器103的串聯共振頻率被定義為fs，并且，振動部件501的共振頻率被定義為fm。當電感器102的自感為L并且電容器103的電容為C時，(1-1) fs = 1/(2
(1-2) fm = 1/(2WLmCm)基本上匹配的fs和fm允許fm附近的交流電壓Vo的平緩頻率特性。參照圖5，將描述電感器102僅與壓電元件101串聯連接的過去的驅動電路的配置。如圖5所示，將電感器102與壓電元件101串聯連接可通過壓電元件101的固有電容和電感器102形成LC串聯共振電路。交流電壓Vi的電壓振幅通過LC串聯共振電路升壓到希望的電壓，并且，交流電壓Vo被輸出。圖8示出使用過去的驅動電路時的交流電壓Vo的電壓振幅的頻率特性。橫軸表示頻率，并且，縱軸表示電壓振幅。 曲線圖表示當電感器102的值從40 ii H向90 ii H變化時導致的特性。在圖8中，f(m)是m次面外彎曲振動的共振頻率，并且，f (m+1)是(m+1)次面外彎曲振動的共振頻率。要被施加到壓電元件101的交流電壓Vo的頻率fd被設為f (m)
<fd < f (m+1)。圖8示出在fm和f (m+1)附近出現交流電壓Vo的振幅改變。隨著電感器102的值增加，電壓振幅的改變在fm、f (m+1)和fd附近增大。隨著電感器102的值減小，電壓振幅的改變減小。但是，由于減小的電壓升壓率，可能不能獲取希望的電壓振幅。隨著電感器102的值減小，LC串聯電路的電氣共振頻率fe向更高的頻率偏移。因此，在基波上重疊驅動頻率fd的諧波成分，從而使波形畸變。大的波形畸變可在振動部件501中激勵不必要的振動。與過去的例子類似，在fm或f (m+1)附近出現交流電壓Vo的振幅改變的原因在于，振動部件501的機械振動部分的自感Lm和電容Cm導致阻抗改變。另一方面，根據實施例，對于振動部件501的機械振動部分中的阻抗匹配，fs和fm基本上匹配。作為結果，交流電壓Vo的振幅改變可減小。并且，fm附近的交流電壓Vo的平緩頻率特性會減小導納(等效電阻301d)的改變和/或由于電感器102和電容器103的變化導致的交流電壓Vo的改變。由于振動部件501的機械振動部分的阻抗匹配，因此，頻率特性幾乎不受fm附近的元素的振動影響。(仿真結果實施例和過去的例子之間的電壓振幅和電流的比較)圖9A和圖9B示出描述當電感器102和電容器103的串聯共振頻率f s基本上與振動部件501的共振頻率fm匹配時的交流電壓Vo的頻率特性的仿真結果。根據本實施例，驅動電路具有圖IA中的配置。本實施例的振動部件501具有兩個面外彎曲振動，并且共振頻率fm包含f(m)和f(m+l)兩者。根據本實施例，串聯共振頻率fs根據共振頻率f(m)被設為fs = 0. 83 * f(m)。在理想情況下，fs和fm完全匹配。但是，由于升高電壓振幅的電壓升壓率是困難的，因此，fs被設為比fm低的值。基于計算，當fs比fm低時，電壓升壓率趨于增加。當fs高于fm時，電壓升壓率趨于減小。雖然串聯共振頻率fs與f(m)匹配，但是，當它是f (m+1)附近的頻率時，可獲取希望的效果。在此仿真中，等效線圈301b的自感Lm被設為0. 04H，并且，等效電容器301c的電容Cm被設為44pF。f(m)被設為120kHz，并且，f (m+1)被設為128kHz，并且，驅動頻率fd被設為123kHz。電感器102的自感L被設為82 U H，并且，電容器103的電容C被設為31nF (fs=0. 83 * fm)。對于被設為68 ii H的電感器102和被設為42nF(fs = 0. 79 * fm)的電容器103的曲線也被示出，盡管它們重疊。作為比較例，還示出過去的例子，其中，當使用圖5中的驅動電路的配置時，電感器102被設為68 u H0(穩定化電壓)
圖9A示出要饋送到驅動電路的電流振幅的頻率特性。圖9B示出交流電壓Vo的電壓振幅的頻率特性。如圖9A和圖9B所示，fs和fm之間的基本匹配可提供f (m)和f (m+1)附近的交流電壓Vo的平緩頻率特性。換句話說，穩定的電壓被應用于振動部件501的共振頻率的改變，這會減少驅動電流的改變。例如，當在驅動期間共振頻率f (m+1)隨著時間減小時,在過去的例子中，交流電壓的振幅增加,并且驅動電流增加。根據一個實施例,改變可被減小。可以使用電感器102與作為電容器103和壓電元件101的固有電容的電容器301a的電氣共振，以將交流電壓Vo的振幅設為在一定的頻率下具有峰值。將交流電壓Vo的峰值頻率定義為fe并將fe設為比fm高的頻率可即使當振動部件501的驅動頻率fd在fm到fe的頻帶中改變時仍提供具有較小的電壓改變的頻率特性。根據本實施例，所有的峰值頻率fe被設為180到200kHz的范圍。(減少導納改變的影響) 圖IOA和圖IOB示出交流電壓Vo的改變的減小的效果。圖IOA和圖IOB示出交流電壓Vo根據導納的改變如何改變的計算的仿真結果。通過將等效電阻301d的值從基準值的10%改變到基準值的100%，計算導納的改變。隨著等效電阻減小，導納增大。圖IOA示出過去的例子，圖IOB示出本實施例。圖IOA和圖IOB示出，本實施例將導納的改變的影響減小至過去的例子的約20%。(減少歸因于L和C和Cd的變化的影響)圖IlA和圖IlB示出交流電壓Vo如何根據電感器102、電容器103和壓電元件101的固有電容的變化而改變的仿真結果。當電感器102的自感L的變化為±20%、電容器103的電容C的變化為±10%并且作為壓電元件101的固有電容Cd的電容器301a的變化為±10%時,通過蒙特卡洛(Monte Carlo)方法在均勻的分布上執行隨機數計算。圖IlA示出過去的例子,并且，圖IlB示出本實施例。根據本實施例，包含壓電元件101的整個驅動電路的元件的變化的影響被減小到過去的例子的約70%。(減小電流增加)實際通過本實施例的驅動電路驅動振動部件501，并且，比較電源電流。圖12示出電源電流相對于驅動時間的改變的測量結果。使用的電源為12VDC電源。在過去的例子的驅動電路中，在20秒之后，電源電流增加為初始值的約兩倍。在本實施例的驅動電路中，增加為約40%。因此,功耗可減小。(fs和fm之間的關系的可接受范圍)下面，將描述與壓電元件101串聯連接的電感器102和電容器103的串聯共振頻率fs與振動部件501的共振頻率fm之間的關系的可接受范圍(fs和fm之間的基本上匹配的范圍)。根據本實施例，fm和fs完全匹配。但是，實施例不限于fs和fm完全匹配的情況。換句話說，對于fm附近的交流電壓Vo的平緩頻率特性，fs和fm可被設為在一定某范圍內的接近的值。但是，隨著fs和fm之間的差減小，效果增加。根據實施例，為了獲取fs的有效范圍，關注壓電元件101的共振頻率fm附近的交流電壓Vo的相位改變。圖14A示出說明交流電壓Vo的相位的仿真結果。橫軸表示頻率。圖14A示出40kHz到48kHz的Vo的相位的改變，這里，共振頻率fm為44. 142kHz。在這種仿真中，使用圖IA的驅動電路。電感器102和電容器103的串聯共振頻率fs與fm(fs/fm)之比在0. 73 1.2的范圍中改變，并且，繪制出改變的比。這里，L和C的值被調整為使得峰值頻率fe可總是為61. 798kHz ( = I. 4 * fm)，并且，fs/fm改變。由于Vo的振幅根據fe的值在振動部件501的共振頻率fm附近大大改變，因此，峰值頻率fe被保持恒定。對于過去的比較基準配置，對于計算使用圖5中的電路，并且，繪制出計算結果。這種情況下的電感器102的自感L為I. 97mH，并且，交流電壓Vo的峰值頻率fe被設為61. 798kHz ( = 1. 4 * fm)。圖14A示出，過去的例子的配置的Vo具有延遲多達60°的相位。另一方面，如果fs/fm = 1，則Vo幾乎不具有相位改變。如果fs/fm = 1，則電感器102的自感L為4. 17mH，并且，電容器103的電容C為3. 12nF。存在隨著fs/fm < I的滿足程度增加向負側的相位改變增加的趨勢。隨著fs/fm > I的滿足程度增加，向正側的相位改變增加。為了檢查圖14A中的交流電壓Vo的相位改變和交流電壓Vo的振幅改變之間的關系，圖14B示出描述根據頻率的交流電壓Vo的改變的仿真結果。仿真條件與圖14A相同，并且，比較并繪制出對于在0. 73 I. 2的范圍中改變的fs/fm的和過去的例子的配置的仿真結果。圖14B所示的相位的改變量和圖14A所示的電壓的改變量的趨勢對應。換句話說，隨著Vo的相位的改變增加，Vo的振幅的改變增加。圖15示出根據fs/fm的改變的相位改變量與過去的例子的配置的比例的仿真結果。橫軸表示作為fs與振動部件501的共振頻率fm的比的fs/fm。縱軸表示相位改變量與過去的例子的配置的比并且被計算如下。首先，在40kHz 48kHz的范圍中計算在使用過去的例子的配置時的Vo的相位改變量的絕對值，并且，檢測最大值。這被稱為“過去的配置的相位的最大改變量”。然后，基于圖IA中的配置，通過使用fs/fm作為參數在40kHz 48kHz的范圍中計算Vo的相位的改變量的絕對值，并且，檢測最大值。這被稱為“根據fs/fm的最大改變量”。相位改變量與過去的例子的配置的比可通過由如下計算它們之間的比所獲取的縱軸被表達“根據fs/fm的最大改變量”/ “過去的配置的相位的最大改變量”。根據實施例，如圖15所示，相位改變量為過去的例子的配置的一半的條件被定義為閾值，并且，獲取可獲取fm附近的交流電壓Vo的平緩頻率特性的范圍。作為結果，可獲取fs/fm的效果的范圍為0. 73 * fm < fs < I. 2 * fm在峰值頻率fe為61. 798kHz ( = I. 4 * fm)、壓電元件101的電容器301a的固有電容Cd為3. 5nF的情況下計算出該范圍。但是，即使當峰值頻率fe和/或固有電容Cd的值改變時，也可獲取基本上等同的計算結果。也在壓電元件101中的等效線圈301b的自感LmSO. 1H、等效電容器301c的電容Cm為130pF并且等效電阻301d的電阻Rm的值為IkQ的情況下計算出該范圍。基于該范圍，與過去相比，交流電壓Vo的相位差的改變量可減小為一半或更小，使得Vo的改變量可基本上減小到一半或更小。換句話說，即使在fs和fm之間不存在完全匹配，與以前相比，滿足上述的fs和fm之間的關系也可提供fm附近的交流電壓No的更平緩的頻率特性。(如何確定電感器102和電容器103的值)下面，將描述如何確定電感器102和電容器103的值。由于串聯共振頻率fs依賴于電感器102的電感L和電容器103的電容C的積，因此，許多組合可定義相同的fs。另一方面，交流電壓Vo的峰值頻率fe可首先被確定以獲取ー個組合。可從電感器102的電感L、電容器103的電容C和壓電元件101的固有電容Cd計算Vo的峰值頻率fe。峰值頻率fe可被表達式1-3表達
jfI~ハ"、為了計算實際的峰值頻率fe，壓電元件101被等效地視為電容器，并且，使用考慮 了機械振動部分的RLC串聯電路的影響的Cd'。例如，當機械振動部分的RLC串聯電路的影響與44pF的電容量改變對應時，對于計算可以使用下式Cd' = Cd-44pF可通過從峰值頻率fe的表達式確定fe的值來獲取L和C的函數。圖16示出根據峰值頻率fe的電感器102的電感L與電容器103的電容C之間的關系。橫軸表示C的值，并且，縱軸表示L的值。繪制在fe為I. 4 * fm、l. 5 * fm和2 * fm的情況下從(表達式1-3)獲取的L和C的值。還示出L和C的積LC為LmCm時、即串聯共振頻率fs與fm匹配時的曲線。如上所述，Lm表示等效線圈301d的自感,并且Cm表示等效電容器301c的電容。參照圖16，固定fe時的電感器和電容器的函數在一個點與LC = LmCm的函數相交。該點表示在fs與fm匹配的情況下電感L和電容C的最佳值。例如，fe為I. 4 * fm,L 為 4. 17mH,并且，C 為 3. 12nF。下面將描述fe的值。根據實施例，峰值頻率fe的條件優選被設定以滿足以下的關系fe < 2 * fd這里，振動部件501的驅動頻率為fd。下面將描述原因。圖13示出滿足fe < 2 * fd時的交流電壓Vo的頻率特性。2 * fd為驅動頻率fd的二次諧波頻率。交流電壓Vo的波形優選為具有盡可能小的二次諧波成分和/或三次諧波成分的SIN波形。由于實際裝置中的交流電壓Vo的驅動波形被調整為具有10% 50%的脈沖占空比，因此，可能特別地需要減小三次諧波成分。峰值頻率fe可被設為小于2女fd的值，以減小三次諧波成分的頻率2 * fd的交流電壓Vo的振幅以低于驅動頻率fd。例如，當驅動頻率fd為46kHz時，2 * fd為92kHz。在這種情況下，當電感器102的電感L被設為4mH并且電容器103的電容C被設為3. 25nF時，峰值頻率fe為61. 3kHz，這可滿足該條件。(第二實施例)以下將描述第二實施例。本實施例與第一實施例的不同在干，對于電壓升壓使用變壓器。作為振動部件的除塵裝置的配置以及振動模式與第一實施例相同，并且，以下將僅描述驅動電路。(驅動電路的描述/變壓器電壓升壓)圖17A示出根據第二實施例的除塵裝置的驅動電路。在驅動電路的配置中，變壓器401的二次線圈401b與壓電元件101并聯連接。電容器103與變壓器401的變壓器一次線圈401a串聯連接。電容器103可以是諸如膜電容器的電容元件。弱化變壓器401的耦合使得能夠使用變壓器一次線圈401a的泄漏電感和變壓器二次線圈401b的泄漏電感作為電感器。圖17A等效地將泄漏電感示為電感器102a (變壓器一次線圈40Ia的泄漏電感)和102b (變壓器二次線圈401b的泄漏電感)。兩個泄漏電感和電容器103形成串聯共振。雖然電容器103在圖17A中與變壓器一次線圈401a的下側連接，但是，它可與上側連接(連接在電感器102a和變壓器一次線圈401a之間)。一次側的泄漏電感102a、二次側的泄漏電感102b和電容器103的串聯共振頻率被定義為fS，并且振動部件501的共振頻率被定義fm,它們可由表達式2-1和2-2表達。 (2-1) fs = l/[ 2πΑ/{ 1 +(L2/NzJjcj(2-2) fm = l/|^>/LmCm)這里，變壓器一次線圈401a的泄漏電感102a為L1，變壓器二次線圈401b的泄漏電感102b為L2, 二次線圈401b與一次線圈401a的匝數比為N，并且，電容器103為C。如上所述，Lm和Cm是壓電元件101的機械振動的等效電路常數。Lm是等效線圈301b的自感，并且Cm是等效電容器301c的電容。與第一實施例類似,在串聯共振頻率fs與振動部件501的共振頻率fm之間不存在完全的匹配的情況下，通過將fs設為在以下的范圍中接近fm的值，可在fm附近獲取交流電壓Vo的平緩頻率特性O. 73 * fm < fs < I. 2 * fm在使用變壓器的配置中，fs的計算表達式中的關于LC的系數根據電感器102和電容器103與變壓器的一次側和二次側中的哪ー側連接而不同。配置可大致分成以下的四種類型。(I)LC與變壓器的一次側連接的配置(2) LC與變壓器的二次側連接的配置(3)L和C分別與變壓器的一次側和變壓器的二次側連接的配置(4)C和L分別與變壓器的一次側和變壓器的二次側連接的配置在⑴和⑵中，涉及LC的系數為I。另ー方面，系數在(3)中為N2女LC0這是由于，一次側的L在被換算到二次側時與變壓器的匝數比N的平方對應。系數在(4)中為(1/N2) * LC0這是由于，一次側的C在被換算到二次側時與匝數比N的平方的倒數對應。如何確定電感器102和電容器103的值與第一實施例相同。換句話說，通過首先確定交流電壓Vo的峰值頻率fe，可以獲取ー個組合。峰值頻率fe被設為滿足以下的關系fe < 2 * fd這里，與第一實施例類似，振動部件501的驅動頻率為fd。(第二實施例的第一變型例子)圖17B示出第二實施例中的除塵裝置的驅動電路的第一變型例子。在驅動電路的配置中，變壓器401的二次線圈401b與壓電元件101并聯連接，并且，電感器102和電容器103與變壓器一次線圈401a串聯連接。在電感器102和電容器103與變壓器一次線圈401a串聯連接的情況下，可以實現除圖17B所示的配置以外的其它配置。電感器102可與變壓器401的一次側連接，使得與電感器與二次側連接的情況相比，可以使用具有小至1/N2的電感值的元件。在這種情況下，N是匝數比。電容器103可與變壓器401的一次側連接，使得與電容器與二次側連接的情況相比，可以使用具有1/N的耐受電壓的元件。串聯共振頻率fs可由表達式2-3表達
權利要求
1.一種振動部件驅動電路，所述振動部件驅動電路通過向至少包含電氣機械能量轉換元件和彈性體的振動部件中的固定于所述彈性體的所述電氣機械能量轉換元件施加交流電壓而在所述振動部件中導致振動，所述振動部件驅動電路包含與所述電氣機械能量轉換元件串聯連接的電感器和電容器，其中，滿足 O. 73 * fm < fs < I. 2 * fm,這里，fs是所述電感器和所述電容器的串聯共振頻率，并且，fm是所述振動部件的共振頻率。
2.一種振動部件驅動電路，所述振動部件驅動電路通過向至少包含電氣機械能量轉換元件和彈性體的振動部件中的固定于所述彈性體的所述電氣機械能量轉換元件施加交流電壓而在所述振動部件中導致振動，所述振動部件驅動電路包含變壓器，具有被施加交流電壓的一次線圈和與所述電氣機械能量轉換元件并聯連接的二次線圈；和在所述變壓器的一次側和二次側中的至少一側與所述電氣機械能量轉換元件串聯連接的電感器和在所述變壓器的一次側和二次側中的至少一側與所述電氣機械能量轉換元件串聯連接的電容器，其中，滿足 O. 73 * fm < fs < I. 2 * fm,這里，fs是所述電感器和所述電容器的串聯共振頻率，并且，fm是所述振動部件的共振頻率。
3.根據權利要求2的振動部件驅動電路，其中，所述電感器是所述變壓器的泄漏電感。
4.根據權利要求I或2的振動部件驅動電路，其中，滿足fe< 2 * fd，這里，fe是施加到所述電氣機械能量轉換元件的交流電壓的峰值頻率，并且，fd是所述振動部件的驅動頻率。
5.根據權利要求I或2的振動部件驅動電路，其中，所述振動部件具有彈性體以及固定于彈性體的第一電氣機械能量轉換元件和第二電氣機械能量轉換元件，并且，帶有具有如下這樣的頻率和不同的相位的波形的交流電壓被施加到第一電氣機械能量轉換元件和第二電氣機械能量轉換元件，該頻率在所述振動部件中產生重疊不同階次的第一振動模式的振動和第二振動模式的振動的振動。
6.根據權利要求I或2的振動部件驅動電路，其中，要在所述振動部件中產生的不同階次的第一振動模式的振動和第二振動模式的振動以時間間隔偏移。
7.根據權利要求I或2的振動部件驅動電路，其中，在所述振動部件中產生振動使所述振動部件上的粉末移動。
8.根據權利要求7的振動部件驅動電路，其中，粉末是灰塵，并且，所述振動部件上的灰塵被移動并被去除。
9.一種光學設備，包括根據權利要求I或2的振動部件驅動電路、要由所述振動部件驅動電路驅動的振動部件、和設置在穿過所述振動部件的所述彈性體的光的入射位置處的光接收元件。
全文摘要
本發明公開了振動部件驅動電路。一種振動部件驅動電路在至少包含電氣機械能量轉換元件和彈性體的振動部件中通過向固定于所述彈性體上的所述電氣機械能量轉換元件施加交流電壓而導致振動。振動部件驅動電路包含與電氣機械能量轉換元件串聯連接的電感器和電容器。滿足0.73＊fm＜fs＜1.2＊fm，這里，fs是電感器和電容器的串聯共振頻率，并且，fm是振動部件的共振頻率。
文檔編號B06B1/06GK102615069SQ20121001988
公開日2012年8月1日 申請日期2012年1月21日 優先權日2011年1月28日
發明者住岡潤 申請人:佳能株式會社