CN109644226B - 振动装置、摄像机用水滴去除装置以及摄像机 - Google Patents

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Abstract

提供一种不会对压电振子施加较大的负荷的振动装置。振动装置(10)包括：筒状体(11)，其具有一端(11e)和另一端(11f)，并且具有连结一端(11e)与另一端(11f)的多个侧面(11a～11d)；压电振子(12～15)，其固定于筒状体(11)，以使筒状体(11)振动；以及透光体部(17)，其与筒状体的另一端(11f)侧直接或间接地连结。

Description

振动装置、摄像机用水滴去除装置以及摄像机
技术领域
本发明涉及具有压电振子和筒状体的振动装置、使用了该振动装置的摄像机用水滴去除装置以及摄像机(camera)。
背景技术
车辆搭载用摄像机、设于房屋外的摄像机暴露于雨中。因此，在透镜前方设有由玻璃或透明塑料形成的盖。但是，当水滴附着于该盖时，摄像机的视场不再清楚。另外，有时也无法准确地拍摄图像。
在下述的专利文献1中，公开了用于这样的用途的穹顶盖。在穹顶盖连结有圆筒部，在圆筒部安装有压电陶瓷振子。通过使压电陶瓷振子振动，从而使圆筒部和穹顶盖振动。由此，将附着于穹顶盖的表面的水滴去除。
另一方面，在下述的专利文献2中，公开了一种在摄像机主体的前方配置有超声波换能器、粘接剂层以及外部透镜的构造。通过驱动超声波换能器，从而使外部透镜振动。由此，将水滴去除。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-138768号公报
专利文献2：日本特开2007-82062号公报
发明内容
发明要解决的问题
在专利文献1、专利文献2中，为了将水滴去除，需要使穹顶盖、外部透镜大幅地振动。而且，一直谋求不仅能去除水滴，还能去除乙醇等水以外的溶液、溶解有盐、防冻剂(氯化钙)等的水溶液、泥水等含有不溶解于水的杂质的液滴或者咖啡等胶体溶液等。即，在专利文献1、专利文献2的构造中，需要在压电陶瓷振子、超声波换能器产生大幅的振动。因此，较大的应力施加于压电陶瓷振子、超声波换能器，因此存在以下隐患，即，在使用的期间内，压电陶瓷振子、超声波换能器产生裂纹而引发功能不全。
本发明的目的在于，提供一种不会对压电振子施加较大的负荷的振动装置。本发明的另一目的在于，提供一种能够在不对压电振子施加较大的负荷的情况下容易地将附着于盖、透镜等透光体部的水滴等去除的摄像机用水滴去除装置以及摄像机。
用于解决问题的方案
本发明的振动装置包括：筒状体，其具有一端和与所述一端相反侧的另一端，并且具有连结所述一端与所述另一端的多个侧面；压电振子，其固定于所述筒状体，以使所述筒状体振动；以及透光体部，其与所述筒状体的所述另一端侧直接或间接地连结。
在本发明的振动装置的一特定的技术方案中，所述筒状体为多边筒状。
在本发明的振动装置的另一特定的技术方案中，在所述多个侧面，相邻的侧面彼此经由曲面部分相连。这样，相邻的侧面也可以经由曲面部分相连。
在本发明的振动装置的另一特定的技术方案中，所述压电振子设于所述筒状体的所述侧面。
在本发明的振动装置的另一特定的技术方案中，所述筒状体的外形为四棱柱状，作为所述侧面，具有第1侧面～第4侧面。
在本发明的振动装置的另一特定的技术方案中，在所述第1侧面～第4侧面中的至少两个侧面分别设有所述压电振子。在该情况下，通过调整设于两个侧面的压电振子的极化的朝向、交流电压的朝向，能够产生不同的模式的振动。
在本发明的振动装置的另一特定的技术方案中，在所述第1侧面～第4侧面的各个侧面设有所述压电振子。在该情况下，能够容易地激励不同的模式的振动。
在本发明的振动装置的另一特定的技术方案中，所述振动装置具有连结在所述筒状体与所述透光体部之间的模式变换结合部。在该情况下，能将在筒状体产生的呼吸振动容易地变换为适合于透光体部处的水滴的雾化、移动的振动模式。
在本发明的振动装置的另一特定的技术方案中，所述模式变换结合部为具有厚度不同的部分的筒状构件。
在本发明的振动装置的另一特定的技术方案中，所述筒状体自所述一端朝向所述另一端地延伸，在从所述一端侧俯视的情况下具有圆形的开口部，所述模式变换结合部的靠所述筒状体的所述一端侧的端部与所述筒状体的所述一端侧的端部利用连结部相连，所述模式变换结合部的外表面与所述筒状体的所述开口部的内表面相对。
本发明的摄像机用水滴去除装置用于具有透镜的摄像机主体，其中，该摄像机用水滴去除装置具有依照本发明构成的振动装置，所述透光体部是所述摄像机主体的所述透镜，或者是配置于所述摄像机主体的所述透镜的前方的具有透光性部分的盖构件。
本发明的摄像机包括：摄像机用水滴去除装置，其具有依照本发明构成的振动装置；以及摄像机主体，其至少一部分收纳在所述摄像机用水滴去除装置内。
发明的效果
采用本发明的振动装置、使用了本发明的振动装置的摄像机用水滴去除装置以及摄像机，能够在不对压电振子施加较大的负荷的情况下容易地将附着于透镜、盖构件等透光体部的水滴等去除。
附图说明
图1是用于说明本发明的第1实施方式的摄像机的主视剖视图。
图2的(a)是表示自振动装置拆掉了透光体部后的振动装置的主要部分的立体图，图2的(b)是该主要部分的俯视图。
图3是图2所示的振动装置的主要部分的局部剖切剖视立体图。
图4是用于说明在第1实施方式中使用的第1压电振子的主视剖视图。
图5是用于说明第1实施方式的筒状体的变形例的俯视图。
图6是用于说明本发明的第1实施方式的摄像机的振动装置的驱动方法的俯视图。
图7是表示图6所示的驱动方法时的透光体部处的振动模式的简略俯视图。
图8是用于说明本发明的第1实施方式的摄像机的振动装置的驱动方法的另一例的俯视图。
图9是用于说明图8所示的驱动方法的情况下的透光体部的振动模式的简略俯视图。
图10是用于说明第1实施方式的摄像机的振动装置的驱动方法的又一例的俯视图。
图11的(a)～图11的(c)分别是用于说明透光体部的振动模式的简略俯视图。
图12的(a)～图12的(e)是用于说明在本发明的第1实施方式的水滴去除装置中去除水滴的各工序的示意图。
图13是表示比较例的振动装置的透光体部的直径方向的位置坐标与振动位移的关系的图。
图14是表示第1实施方式的振动装置的透光体部的直径方向的位置坐标与振动位移的关系的图。
图15是用于说明本发明的第2实施方式的振动装置的局部剖切立体图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的具体的实施方式，从而了解本发明。
另外，本说明书记载的各实施方式为例示性的说明，预先指出的是，在不同的实施方式间能够进行结构的局部性的置换或组合。
图1是本发明的第1实施方式的摄像机的主视剖视图。图2的(a)是表示自振动装置拆掉了透光体部后的振动装置的主要部分的立体图，图2的(b)是该主要部分的俯视图。图3是该主要部分的局部剖切剖视立体图。
摄像机1具有摄像机用水滴去除装置2。在摄像机用水滴去除装置2内收纳有摄像机主体3。另外，不是一定要将摄像机主体3整体收纳在摄像机用水滴去除装置2内。只要将摄像机主体3的至少一部分收纳在摄像机用水滴去除装置2内即可。
摄像机主体3具有筒状的主体构件4。主体构件4的下端固定于基板4a。在主体构件4的上端固定有摄像部5。在摄像部5内内置有含有摄像元件的电路6。以与摄像部5相对的方式固定有透镜模块7。透镜模块7由筒状体形成。在透镜模块7内设有多个透镜9。
所述摄像机主体3的构造只要能对位于透镜9的前方的被摄像物进行拍摄，就没有特别限定。
摄像机用水滴去除装置2具有振动装置10。振动装置10是本发明的振动装置的一实施方式。
振动装置10具有筒状体11以及第1压电振子12、第2压电振子13、第3压电振子14、第4压电振子15。筒状体11为多边筒状。更详细而言，筒状体11的外形为四棱柱状，具有第1侧面11a～第4侧面11d。第1侧面11a～第4侧面11d连结筒状体11的一端11e和与一端11e相反侧的另一端11f。在筒状体11的另一端11f连结有由筒状构件形成的模式变换结合部16。模式变换结合部16在中央具有开口。
在模式变换结合部16的与连结有筒状体11的那一侧相反的端部固定有透光体部17。因而，透光体部17与另一端11f间接地连结。在透光体部17，只要将透镜9的前方部分至少设为透光性部分即可。在本实施方式中，透光体部17的整体设为透光性。所述透光体部17具有穹顶状的形状，但所述透光体部17只要配置于透镜9的前方，就也可以为平板状等其他形状。
优选是，透光体部17的透光性部分由透明的材料形成。作为这种材料，能够举出玻璃、透明的塑料。优选是，对于透光体部17而言，以覆盖模式变换结合部16的开口的方式在模式变换结合部16的与连结有筒状体11的那一侧相反的端部的整周接合有透光体部17。
在本实施方式中，振动装置10包括第1压电振子12～第4压电振子15。
支承构件18的一端与模式变换结合部16的侧壁部的外表面连结，另一端固定于基板4a。
如图2的(a)和图2的(b)所示，在外形为四棱柱状的筒状体11的第1侧面11a～第4侧面11d分别固定有第1压电振子12～第4压电振子15。
第1压电振子12～第4压电振子15是使用了板状的压电陶瓷的压电振子。参照图4，以第1压电振子12为代表进行说明。第1压电振子12具有压电陶瓷板12a和激励电极12b、12c，该激励电极12b、12c分别设于压电陶瓷板12a的一端面和另一端面。压电陶瓷板12a由PZT(锆钛酸铅压电陶瓷)等压电陶瓷形成。压电陶瓷板12a并没有特别限定，在本实施方式中被沿厚度方向极化。通过自所述激励电极12b、12c外加交流电场，使第1压电振子12弯曲振动。
第2压电振子13～第4压电振子15也具有同样的构造。
另外，不限定于像第1压电振子12那样的单板型的压电振子，也可以使用层叠型的压电振子。另外，压电振子可以为单晶片型(unimorph type)，也可以为双晶片型(bimorphtype)。
筒状体11由金属等弹性材料形成。优选是，期望为不锈钢等，因为防锈性优异。
另外，如图5所示，在第1侧面11a～第4侧面11d，相邻的侧面彼此也可以经由曲面部分11g连结。即，筒状体11的外形也可以为大致四棱柱状。此外，在本发明中，只要具有多个侧面，筒状体11就也可以具有三角筒、五角筒等其他多边筒状的形状。
在驱动第1压电振子12～第4压电振子15时，通过控制第1压电振子12～第4压电振子15处的振动的相位，能使筒状体11以各种各样的模式进行振动。
在本实施方式中，模式变换结合部16与筒状体11以相同的材料一体地设置。当然，模式变换结合部16也可以由与筒状体11相对独立的构件构成，与筒状体11的另一端11f连结。
模式变换结合部16具有厚壁部16a和薄壁部16b。厚壁部16a在模式变换结合部16的径向上的厚度大于薄壁部16b的该厚度。厚壁部16a与筒状体11连结。在薄壁部16b的顶端固定有透光体部17。模式变换结合部16如上所述，由具有厚度不同的部分的筒状构件形成，因此当变换在筒状体11处激励的振动的模式时，模式变换结合部16也有扩大振动的位移量的功能。当然，模式变换结合部16也可以不具有厚度不同的部分。在该情况下，模式变换结合部16不具有扩大位移量的作用。
具体而言，模式变换结合部16将在筒状体11处激励的沿筒状体11的径向振动的呼吸振动模式变换为在透光体部17处沿筒状体11的轴向振动的弯曲振动模式。即，利用模式变换结合部16实现了振动的模式的变换以及振动的位移量的扩大。
接下来，说明所述摄像机1的振动装置10的驱动方法以及利用透光体部17激励的振动模式。
在本实施方式中，在第1压电振子12～第4压电振子15处，压电陶瓷板的极化方向在厚度方向上设为从外表面朝向筒状体11的方向。即，从筒状体11观察，第1压电振子12～第4压电振子15的极化方向在压电陶瓷板的厚度方向上设为相同方向。
在图6中，+的符号和-的符号是指外加的交流电场的朝向相反。即，如图6所示，以同相驱动第1压电振子12和第2压电振子13。也以同相驱动第3压电振子14和第4压电振子15。但是，将外加于第3压电振子14和第4压电振子15的交流电场的朝向设为与外加于第1压电振子12和第2压电振子13的交流电场的朝向相反。即，以反相驱动第1压电振子12、第2压电振子13与第3压电振子14、第4压电振子15。
结果，在筒状体11产生振动模式，经由模式变换结合部16使透光体部17振动。图7是用于说明该透光体部17处的振动模式的简略俯视图。在图7中，标注了阴影的部分17a和未标注阴影的部分17b是指位移相反。因而，在图7所示的振动下，最外周及标注了阴影的部分17a与未标注阴影的部分17b的分界17c成为振动的节点。另外，标注了斜线的阴影的区域中的被振动的节点包围的中央部和空白的区域中的位于振动的节点间的中央部成为振动的波腹。
另外，俯视形状为圆形的构件的机械共振模式能够表示为(m，n)模式。这里，m是在径向上存在的节点线的数量，n是在周向上存在的节点线的数量。m、n为整数。因而，图7所示的振动模式为(0，1)模式。在该(0，1)模式下，利用透光体部17的振动，能使附着于透光体部17的外表面的水滴等移动，并且雾化，从而将该水滴去除。当驱动透光体部17时，存在于振动的波腹的水滴雾化，横过振动的节点而存在的水滴朝向振动的波腹移动。因而，能使水滴从透光体部17的中心部朝向周缘部移动而使该水滴雾化。后面参照图12的(a)～图12的(e)对此说明。
另一方面，在图8所示的驱动方法中，以同相(+)的信号驱动第1压电振子12和第3压电振子14，以反相(-)的信号驱动第2压电振子13和第4压电振子15。在该情况下，在透光体部17激励图9中简略俯视图所示的振动模式。该振动模式成为(0，2)模式。在该情况下，能与所述(0，1)模式的情况同样地使附着于透光体部17的外表面的水滴等移动并且雾化，从而将该水滴去除。另外，最佳模式成为(0，2)模式。
接着，在图10所示的驱动方法中，均以同相驱动第1压电振子12～第4压电振子15。在该情况下，图11的(a)所示的(0，0)模式、图11的(b)所示的(1，0)模式或图11的(c)所示的(2，0)模式的振动模式等被激励。在以这种(0，0)模式、(1，0)模式或(2，0)模式使透光体部17进行了振动的情况下，既能使附着于透光体部17的外表面的水滴等直接雾化而去除，又能使水滴移动并且雾化而去除。在以图11的(a)所示的振动模式驱动透光体部17的情况下，能使附着于透光体部17的外表面的水滴等直接雾化从而去除。在图11的(b)和图11的(c)所示那样的n为0的同心圆状的振动下，能使水滴向透光体部17的中心部移动并使该水滴雾化。但是，在使水滴向透光体部17的中心部移动时，也有在雾化前视场不再清晰的缺点。
另外，如图12的(a)所示，视场部A存在于透光体部17的中央。设定水滴B附着于此。在该状态下，在以中心部成为节点的(0，2)模式等使透光体部17振动时，如图12的(b)所示，水滴B与透光体部17的表面的接触角减小，水滴B向振动的波腹所在的方向蔓延。随后，如图12的(c)和图12的(d)所示，当水滴B慢慢地向振动的波腹所在的周缘部移动而到达振动的波腹时，如图12的(e)所示，水滴B雾化而消失。
另外，即使附着于摄像机的是乙醇等水以外的溶液、溶解有盐、防冻剂(氯化钙)等的水溶液、泥水等含有不溶解于水的杂质的液滴或咖啡等胶体溶液等(以下称为液滴)，也能同样地去除。具体而言，通过使透光体部17大幅地振动，能在溶解了内容物的状态下直接使液滴雾化，从而将附着于透光体部17的外表面的液滴去除。此时的作用与蒸发不同，能在不使液滴中的溶解物/杂质析出的前提下使整个液滴消失。
另外，在本实施方式的振动装置10中，能够增大透光体部17的位移量。因此，能够在不对压电振子施加较大的负荷的情况下可靠地达成所述雾化。参照图13和图14对此说明。
图13是表示比较例的振动装置的透光体部17的直径方向的位置坐标与以(0，1)模式驱动了透光体部17的情况下的垂直方向的每1Vp-p的振动位移的关系的图，图14是表示本实施方式的振动装置的透光体部17的直径方向的位置坐标与以(0，1)模式驱动了透光体部17的情况下的垂直方向的每1Vp-p的振动位移的关系的图。
在比较例的水滴去除装置中，使用了筒状体和模式变换结合部为圆筒状的振动装置。该振动装置是朗之万型(Langevin)的振动装置，在圆筒状的形状的轴向中途设有环状的压电振动元件。并且，通过使该压电振动元件进行激励，从而使固定于圆筒体的顶端的透光体部17振动。
除了所述压电振动元件的构造、所述压电振动元件的固定位置以及筒状体和模式变换结合部为圆筒状这些以外，与所述实施方式同样地构成了所述比较例的振动装置。
如若对比图13和图14可明确的那样，可知采用本实施方式，与比较例相比，能够很大幅地获得透光体部17的振动位移。在如上述那样为相同的电压时，能够获得较大的位移量，相反为了获得与朗之万型的比较例同等的位移量，能以更低的电压进行驱动。因而，通过使用本实施方式的振动装置10，能够在不对第1压电振子12～第4压电振子15施加较大的负荷的情况下使附着于透光体部17的外表面的水滴可靠地雾化。另外，也能实现降低耗电。
另外，在振动装置10中，筒状体11的外形为四棱柱状，因此多个第1压电振子12～第4压电振子15的安装位置的自由度也高。在所述比较例那样的筒状体为圆筒状的振动装置中，为了引起非对称的振动，必须使压电体的极化方向局部性地设为反向。或者，为了局部性反向地驱动激励电极，必须对激励电极进行分割。因而，易于产生振动特性的不均，要求极化翻转区域的位置精度、分割出的电极的位置精度较高。
另外，在筒状体为圆筒状的振动装置中，特别是在以沿周向产生振动的节点的(0，1)模式、(0，2)模式进行驱动的情况下，产生振动的节点的位置即使在本质上沿周向出现在360°所有的位置上，也不奇怪，处于所谓的无限简并(infinite degeneracy)的状态。虽然能如上所述通过提高极化翻转区域的位置精度使振动的节点的产生位置在一定程度上固定化，但周向上的自理想的振动的节点的偏离成为振动衰减的主要原因，导致效率的下降，不理想。即，像比较例那样的圆筒状的筒状体存在形状上的不利，但若是本实施方式所示的那样的对角线与中心线的长度不同的筒状体，则不会发生无限简并，能够形成稳定的振动的节点而激励振动，因此能够进一步提高驱动效率。
另外，相对于此，在本实施方式的振动装置10中，即使以与圆筒型相同程度的精度进行了第1压电振子12～第4压电振子15的相对于筒状体11的第1侧面11a～第4侧面11d的固定，也能根据所述理由形成稳定的振动的节点。因而，也不易产生特性的不均。另外，制造也容易进行。
另外，在所述实施方式中，第1压电振子12～第4压电振子15的极化方向设为相同方向，但本发明并不限定于此。例如，也可以是，将第1压电振子12～第4压电振子15的极化方向设为不同的方向，通过调整外加的交流电场的朝向来产生各种各样的模式的振动。
另外，由于只要将第1压电振子12～第4压电振子15固定于第1侧面11a～第4侧面11d即可，因此也能容易地改变第1压电振子12～第4压电振子15的尺寸、极化轴。
另外，在所述实施方式中，设有模式变换结合部16，但也可以不设置模式变换结合部16。即，也可以是，透光体部17以覆盖筒状体11的开口的方式与筒状体11的另一端11f直接连结。
另外，在所述实施方式中，使用了第1压电振子12～第4压电振子15，但在本发明中，只要在多个侧面中的至少1个，优选至少两个侧面设置压电振子即可。
图15是本发明的第2实施方式的振动装置41的局部剖切立体图。在振动装置41中，采用了外形为四棱柱状的筒状体11。模式变换结合部16具有圆筒状的形状。在筒状体11的俯视下为圆形的开口部11i内配置有模式变换结合部16。利用该圆形的开口部11i分隔开筒状体11和模式变换结合部16的外表面16c。模式变换结合部16的厚壁部16a的下端与圆环状的连结部42相连。该圆环状的连结部42自模式变换结合部16的下端向径向外侧延伸。并且与筒状体11的下端侧的端部相连。
因而，筒状体11的靠开口部11i侧的内表面与模式变换结合部16的外表面16c隔开间隙地相对。
在所述模式变换结合部16的薄壁部16b的顶端以覆盖模式变换结合部16的开口部的方式固定有平板状的透光体部17A。振动装置41的其他结构与振动装置10同样地构成。这样，也可以利用连结部42使模式变换结合部16和筒状体11具有折回那样的形状。在该情况下，在对筒状体11进行了激励的情况下，能使透光体部17A更大幅地位移。由此，能够更进一步地减小第1压电振子12～第4压电振子15的负荷。
另外，在这种振动装置中，低高度化的需求高。因此，优选推进低高度化。采用本实施方式，在模式变换结合部16的下端侧，借助连结部42使筒状体11在剖视下形成为折回的形状。由此，与不具有这种折回形状的振动装置相比，在以相同的振动模式和相同的驱动频率进行了振动的情况下，能以更低高度的振动装置获得相同的振动量。
附图标记说明
1、摄像机；2、摄像机用水滴去除装置；3、摄像机主体；4、主体构件；4a、基板；5、摄像部；6、电路；7、透镜模块；9、透镜；10、振动装置；11、筒状体；11a～11d、第1侧面～第4侧面；11e、一端；11f、另一端；11g、曲面部分；11i、开口部；12～15、第1压电振子～第4压电振子；12a、压电陶瓷板；12b、12c、激励电极；16、模式变换结合部；16a、厚壁部；16b、薄壁部；16c、外表面；17、17A、透光体部；17a、17b、部分；17c、分界；18、支承构件；41、振动装置；42、连结部。

Claims (10)

1.一种振动装置，其中，
所述振动装置包括：
筒状体，其具有一端和与所述一端相反侧的另一端，并且具有连结所述一端与所述另一端的多个侧面；
压电振子，其固定于所述筒状体，以使所述筒状体振动；以及
透光体部，其与所述筒状体的所述另一端侧直接或间接地连结，
所述振动装置具有连结在所述筒状体与所述透光体部之间的模式变换结合部，
所述模式变换结合部为具有厚度不同的部分的筒状构件。
2.根据权利要求1所述的振动装置，其中，
所述筒状体为多边筒状。
3.根据权利要求1所述的振动装置，其中，
在所述多个侧面，相邻的侧面彼此经由曲面部分相连。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的振动装置，其中，
所述压电振子设于所述筒状体的所述侧面。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的振动装置，其中，
所述筒状体的外形为四棱柱状，作为所述侧面，具有第1侧面～第4侧面。
6.根据权利要求5所述的振动装置，其中，
在所述第1侧面～第4侧面中的至少两个侧面分别设有所述压电振子。
7.根据权利要求5所述的振动装置，其中，
在所述第1侧面～第4侧面的各个侧面设有所述压电振子。
8.根据权利要求1所述的振动装置，其中，
所述筒状体自所述一端朝向所述另一端地延伸，在从所述一端侧俯视的情况下具有圆形的开口部，所述模式变换结合部的靠所述筒状体的所述一端侧的端部与所述筒状体的所述一端侧的端部利用连结部相连，所述模式变换结合部的外表面与所述筒状体的所述开口部的内表面相对。
9.一种摄像机用水滴去除装置，所述摄像机用水滴去除装置用于具有透镜的摄像机主体，其中，
所述摄像机用水滴去除装置具有权利要求1～8中任一项所述的振动装置，所述透光体部是所述摄像机主体的所述透镜，或者是配置于所述摄像机主体的所述透镜的前方的具有透光性部分的盖构件。
10.一种摄像机，其中，
所述摄像机包括：
摄像机用水滴去除装置，其具有权利要求1～8中任一项所述的振动装置；以及
摄像机主体，其至少一部分收纳在所述摄像机用水滴去除装置内。
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