CN111512623B - 振动装置以及光学检测装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种能够使液滴以较大的振幅移动或雾化的振动装置。在振动装置(2)中，穹顶状的盖(11)配置为包含光学检测元件(3)的检测区域，在盖(11)固定有筒状的振动体(12)，借助振动体(12)使盖(11)振动的压电元件(13)固定于振动体(12)。振动体(12)具有圆筒部(14)、与圆筒部(14)的第1端部(14a)连结的第1连结部(15)、与第1连结部的盖(11)侧连结的第1环状部(16)、与圆筒部(14)的第2端部连结的第2连结部(17)、以及与第2连结部(17)的连结有圆筒部(14)的一侧的相反侧连结的第2环状部(18)。

Description

振动装置以及光学检测装置
技术领域
本发明涉及用于将附着于穹顶状的盖的水滴、灰尘等异物去除的振动装置以及具备该振动装置的光学检测装置。
背景技术
以往，提出了各种各样的在摄像机的摄像元件的前方配置有透光体的摄像机模块。在下述的专利文献1中公开了这样的摄像机模块的水滴去除装置。在专利文献1中公开了一种具有在穹顶状的透光体连结有筒状体的构造的振动装置。这里，针对穹顶状的透光体，示出了以(m，n)模式振动的结构。这里，m是在圆径的径向上存在的节线的数量，n是在环绕方向上存在的节线的数量。在专利文献1中示出了(0，0)模式、(1，0)模式、(0，1)模式和(1，1)模式。
通过使穹顶状的透光体以这样的模式振动而将附着于透光体表面的水滴去除。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：WO2017/110564
发明内容
发明要解决的问题
但是，在专利文献1所述的振动装置的情况下，难以使附着于穹顶状的透光体的液滴充分地移动，或者雾化需要时间。
本发明的目的在于，提供一种能够使液滴以较大的振幅移动或雾化的振动装置。
本发明的另一目的在于，提供一种具有上述振动装置的光学检测装置。
用于解决问题的方案
本发明的振动装置包括：盖，其为穹顶状，配置为包含光学检测元件的检测区域；振动体，其为筒状，所述盖固定于该振动体；以及压电元件，其固定于所述振动体，并且借助所述振动体使所述盖振动，所述振动体具有：圆筒部，其具有位于所述盖侧的第1端部和位于与所述盖相反的一侧的第2端部；第1连结部，其为筒状，与所述圆筒部的所述第1端部连结，并且由内径大于所述圆筒部的内径的圆筒形成；第1环状部，其与所述第1连结部的所述盖侧连结，并且内径小于所述第1连结部的内径，在所述盖侧的面固定有所述盖；第2连结部，其与所述圆筒部的所述第2端部连结，并且由外径小于所述圆筒部的外径的圆筒形成；以及第2环状部，其固定于所述第2连结部的与所述圆筒部连结的一侧的相反侧的面，并且外径大于所述第2连结部的外径，在所述第2环状部的固定于所述第2连结部的一侧的相反侧的面固定有所述压电元件。
发明的效果
采用本发明的振动装置，能够提供这样的振动装置：能使穹顶状的盖以较大的振幅进行振动，能够有效地实现液滴的移动以及液滴的雾化。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的摄像机的外观的立体图。
图2是本发明的第1实施方式的摄像机的主剖视图。
图3是将第1实施方式的摄像机分解开表示的主剖视图。
图4是表示第1实施方式的振动装置的穹顶状的盖、筒状的振动体以及压电元件连结在一起的构造的主剖视图。
图5是用于说明在第1实施方式中使用的压电元件的立体图。
图6是用于说明第1实施方式的振动装置的支承构造的第1例的主剖视图。
图7是用于说明在图6所示的支承构造中使用的支承构件的立体图。
图8是用于说明第1实施方式的振动装置的振动体的支承构造的第2例的主剖视图。
图9是表示在图8所示的支承构造中使用的支承构件的立体图。
图10的(a)～图10的(c)是用于说明压电振动器的环状的压电元件的极化构造的例子的各立体图。
图11是用于说明(m，n)模式的示意图。
图12的(a)以及图12的(b)是分别用于说明第1实施方式的振动装置的未位移的状态和以(0，0)模式进行了最大位移的情况下的振动姿态以及节点的各示意性主剖视图。
图13是用于说明第1实施方式的振动装置以(0，1)模式进行了振动的情况下的成为最大位移的振动姿态以及节点的位置的示意性主剖视图。
图14是用于说明第1实施方式的振动装置以(0，2)模式进行了振动的情况下的成为最大位移的振动姿态以及节点的位置的示意性主剖视图。
图15是表示J尺寸比与机电耦合系数的关系的图。
图16是表示使用了(0，2)模式的情况下的J尺寸比与振幅比的关系的图。
图17是表示使用了(0，1)模式的情况下的J尺寸比与振幅比的关系的图。
图18是表示使用了(0，0)模式的情况下的J尺寸比与振幅比的关系的图。
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，从而明确本发明。
图1是表示本发明的第1实施方式的摄像机的外观的立体图，图2是第1实施方式的摄像机的主剖视图。
摄像机1具有摄像机主体3和作为水滴去除装置的振动装置2。摄像机主体3固定于底板4上。在摄像机主体3的上端设有摄像部5。在摄像部5内内置有包含摄像元件的电路。另外，在摄像部5的上端固定有透镜模块6。在底板4上设有筒状的壳体件7。并且，振动装置2的一部分进入上述壳体件7内。
振动装置2具有穹顶状的盖11。穹顶状的盖11由玻璃、塑料等透光体形成。另外，穹顶状的盖11也可以是仅位于摄像机的视场的前方的部分由透光体形成。
针对振动装置2而言，在穹顶状的盖11固定有筒状的振动体12。在筒状的振动体12的下端侧固定有压电元件13。通过驱动压电元件13，使由压电元件13、振动体12以及盖11形成的振动部分整体振动。
第1连结部15以及第2连结部17具有圆筒状的形状。另外，第1环状部16以及第2环状部18是圆环状的板。圆环状的板是指圆环状的板的径向尺寸比厚度大。当然，第1环状部16和第2环状部18并不限定于这样的圆环状的板。
振动体12具有圆筒部14、第1连结部15、第1环状部16、第2连结部17和第2环状部18。如图2所示，在本实施方式中，上述圆筒部14、第1连结部15、第1环状部16、第2连结部17以及第2环状部18以各自的中心轴线位于同心轴线上的方式一体地构成。在图2中，用虚线表示以上构件的边界部分。当然，也可以通过接合彼此相对独立的构件来构成以上的构造。
圆筒部14具有位于盖11侧的第1端部14a和位于与盖11相反的一侧的第2端部14b。第1连结部15与第1端部14a连结。在第1连结部15的盖11侧连结有第1环状部16。在第1环状部16的盖11侧的面固定有盖11。第2连结部17与第2端部14b连结。在第2连结部17的与圆筒部14连结的一侧的相反侧的面固定有第2环状部18。
这里，第1连结部15的内径大于圆筒部14的内径。另外，第1连结部15的外径与圆筒部14的外径相等。并且，第1环状部16的内径小于第1连结部15的内径。第1环状部16的外径与圆筒部14的外径相等。即，第1连结部15在第1环状部16与圆筒部14之间设于第1环状部16和圆筒部14这两者的外周侧。因而，第1环状部16具有自第1连结部15的盖11侧端部向径向内侧伸出的形状。第1环状部16是环状的振动板。
另一方面，第2连结部17具有圆筒状的形状，第2连结部17的内径与圆筒部14的内径相等。第2连结部17的外径小于圆筒部14的外径。
并且，第2连结部17配置为其内周面与圆筒部14的内周面平齐。
另一方面，第2环状部18的外径大于第2连结部17的外径。第2环状部18的内径与第2连结部17的内径相等。第2环状部18的内周面与第2连结部17的内周面平齐。即，第2连结部17在圆筒部14与第2环状部18之间设于圆筒部14和第2环状部18这两者的内周侧，并且设于比第1连结部15靠内径侧的位置。因而，针对振动装置2而言，筒状的振动体12在图2所示的径向截面中具有大致S字形的截面形状。
另外，第2环状部18的外径比圆筒部14的外径大。在本实施方式中，第2环状部18是环状的振动板。更具体而言，第2环状部18是比第2连结部17的外周缘向第2连结部17的径向外侧突出的凸缘部。
压电元件13具有环状的形状。针对振动装置2而言，驱动环状的压电元件13而使压电元件13沿上下方向振动。结果，使固定于环状的压电元件的筒状的振动体12以及盖11振动。
图3是用于说明摄像机1的构造的分解主剖视图。
图4是表示筒状的振动体12、压电元件13和盖11连结在一起的构造的主剖视图。
图5是表示压电元件13的立体图。压电元件13具有环状的压电体13a和分别固定于压电体13a的一主面以及另一主面的电极13b、13c。这里，环状的压电体13a具有圆环状的形状。当然也可以是圆环状以外的形状的环状。另外，压电体13a也可以不是环状。也可以是具有沿周向配置多个矩形板状的压电体而成的构造的压电元件。如参照图10在后面描述的那样，压电体13a在沿周向配置的多个区域中极化方向在厚度方向上不同。由此，在对电极13b、13c间施加了交流电场的情况下，压电体13a以沿上下方向起伏的方式振动。
图6是表示自外部支承上述图4所示的构造的支承构造的第1例的主剖视图。这里使用图7所示的支承板21。支承板21具有板主体21a和包围在板主体21a设置的圆形的开口部21c的圆筒状支承壁21b。支承壁21b与板主体21a一体地设置。圆筒部14的下表面配置于该支承壁21b的上端面，由此振动体12被支承。
图8是用于说明自外部支承上述振动体12的构造的第2例的主剖视图。图9是表示在图8所示的支承构造中使用的支承构件的立体图。支承构件22具有矩形的板状的形状，在中央具有圆形的开口部22a。如图8所示，该支承构件22的内周端面与圆筒部14的侧面抵接。由此，利用支承构件22支承振动体12。
另外，支承振动体12的构造并不限定于上述第1例以及第2例。
图10的(a)～图10的(c)是用于说明压电元件的极化构造的例子的各立体图。在图10中，只示出了图5所示的压电体13a，示出了各区域的极化方向。
在图10的(a)～图10的(c)中，+的区域表示极化轴在压电体13a的厚度方向上成为自下表面向上表面去的方向的区域。相反，-的区域表示极化轴在压电体13a的厚度方向上成为自上表面向下表面去的方向的区域。
在图10的(a)中，沿周向配置的区域的极化方向全部是相同的方向。
另一方面，在图10的(b)中，在沿周向分为4个部分而得到的4个区域中，隔着中心相对的两侧的区域的极化方向相反。
在图10的(c)中，在沿周向分为4个部分而得到的4个区域中，隔着中心相对的两侧的区域的极化方向相同。
在使用了图10的(a)所示的压电体13a的情况下，在驱动上述环状的压电元件而使振动装置2振动时，在穹顶状的盖11处，后述的(0，0)模式的振动被激励。另一方面，在使用了图10的(b)所示的极化构造的压电体13a的情况下，在穹顶状的盖11处，(0，1)模式的振动被激励。
在使用了图10的(c)所示的极化构造的压电体13a的情况下，穹顶状的盖11以(0，2)模式被激励。
在本实施方式的振动装置2中，利用上述(0，0)模式、(0，1)模式或(0，2)模式。在后面对此更详细地说明。另外，如上所述，(m，n)模式的m是在径向上存在的节线的数量，n是在周向上存在的节线的数量。m以及n为整数。
在图11中示意性地表示(m，n)模式。这里表示在俯视盖11的情况下的盖11内的区域的振动的相位。在图11中示出了这样的情况：标注了+的区域和标注了-的区域以相位反转的方式振动。
在本发明的振动装置中，利用这样的(m，n)模式中的(0，0)模式、(0，1)模式以及(0，2)模式。
图12的(a)以及图12的(b)是分别用于说明第1实施方式的振动装置的未位移的状态和以(0，0)模式进行了最大位移的情况下的振动姿态以及节点的各示意性主剖视图。图12的(b)中的箭头表示振动的节点的位置。
如图12的(b)所示，在(0，0)模式下，在穹顶状的盖11的中央最大地位移。因而，能使附着于盖11的中央附近的液体大幅地移动。另外，也容易使附着于中央的液体雾化。
图13是表示在以(0，1)模式进行振动的情况下的最大位移状态的振动姿态以及振动的节点的位置的示意性主剖视图。这里，也用箭头表示振动的节点位置。在(0，1)模式下，盖11的中央～一侧和盖11的中央～另一侧交替地大幅位移。因而，能够利用(0，1)模式使附着于穹顶状的盖11的外表面的液滴向盖11的中央以外的位置分散移动并雾化。并且，能通过切换振动模式而使在驱动区域残留的较少的液滴在中央雾化，从而能在不增大振幅的前提下去除液滴。另外，图14是表示在以(0，2)模式进行了振动的情况下的最大位移状态的振动姿态以及振动的节点的位置的示意性主剖视图。在图14所示的(0，2)模式下，也与(0，1)模式的情况同样地，能使液滴就近、向盖11的中央以外的位置充分地分散移动。并且，能使残留于节点的较少的液滴在中央雾化，从而能在不增大振幅的前提下去除液滴。
另外，在(0，0)模式下，在盖11内不产生振动的节点。因而，能够确保视场。另外，在(0，0)模式、(0，1)模式以及(0，2)模式中的任一种模式下，在盖11内都不存在沿周向延伸的节点。这是因为，振动体12的径向截面具有S字形的构造。即，由于具有这样的构造，因此(1，0)模式、(1，1)模式以及(1，2)模式下的沿周向延伸的节点向振动体12的厚度方向中间部分移动。若是一片环状振动体，则在盖内存在沿周向延伸的节点。相对于此，在本实施方式中，由于具有上述S字形的径向截面，因此能将径向以外的节点置于视场外。
另外，在本发明中，圆筒部14的第2端部14b配置在筒状的振动体12的沿着将上述圆筒部14的第1端部14a和第2端部14b连结的方向(圆筒部14的中心轴线延伸的方向)的尺寸的1/2±40％的范围内的位置。因此，能够利用图6所示的支承构造、图8所示的支承构造，在不阻碍振动装置2的筒状的振动体12的振动的前提下进行支承。
本申请发明人发现，针对上述振动装置2而言，在将第2环状部18的外径设为J并将圆筒部14的外径设为D的情况下，若用(J-D)/D表示的J尺寸比在特定的范围内，则能使盖11大幅地振动。参照图15～图18对此说明。
图15是表示上述(0，2)模式、(0，1)模式以及(0，0)模式的J尺寸比与机电耦合系数的关系的图。该机电耦合系数表示将电输入转换为机械输出的效率，将谐振器的频带宽度作为指标来计算该机电耦合系数。当该机电耦合系数较小时，即使振幅的峰值相同，也会因少许的频率偏差而使振幅急剧地减小。因而，难以维持振幅。在图15中，A、B以及C所示的线分别是第2连结部的外径为D的情况下的(0，0)模式、(0，2)模式以及(0，1)模式的值。低于线A、B或C表示不必设置第2连结部。因而，在获得截面为S字形的构造的效果的方面，选择耦合系数比线A、B或C高的J尺寸比较佳。
由此，在(0，0)模式下，J尺寸比优选在-16％以上且+19％以下的范围内。在(0，2)模式下，优选在-8％以上且+16％以下的范围内。在(0，1)模式下，J尺寸比优选在-3％以上且+20％以下的范围内。
因而，在利用以上3种模式的振动装置2的情况下，最好将J尺寸比设为+16％以下。并且，最好将J尺寸比设为-3％以上。
图16是表示在以(0，2)模式进行了振动的情况下的J尺寸比与振幅比(％)的关系的图。这里，振幅比(％)是将J＝D时的振幅设为基准时的振幅增减率(％)。
在图16中，实线表示金属板即第2环状部18的厚度为0.5t的情况下的结果，虚线表示金属板即第2环状部18的厚度为1.0t的情况下的结果。其中，t＝1.0mm。
根据图16可清楚得知，即使使第2环状部18的厚度变化，在任一种厚度的情况下，都是J尺寸比在-侧为-6％以上且-4％以下、在+侧在0％以上且12％以下的范围时能够获得较大的振幅。
图17是表示在以(0，1)模式进行了振动的情况下的J尺寸比与振幅比(％)的关系的图。在此，作为第2环状部18的金属板的厚度为0.5t。
根据图17可清楚得知，在利用了(0，1)模式的情况下，J尺寸比优选为0％左右或在5％以上且15％以下的范围内。由此，能够获得相对较大的振幅。
图18是表示在以(0，0)模式进行了振动的情况下的J尺寸比与振幅比(％)的关系的图。
根据图18可清楚得知，在利用了(0，0)模式的情况下，J尺寸比优选在0％以上且12％以下的范围内。在该情况下，能够获得相对较大的振幅。
根据图15～图18可清楚得知，在本发明中，优选使由穹顶状的盖形成的振动部分以(0，0)模式、(0，1)模式或(0，2)模式进行振动，在该情况下，在任一情况下都优选使J尺寸比在5％以上且12％以下的范围内。由此，能使附着于盖11的外表面的水滴等液滴大幅地移动并且雾化，从而去除。
当然，在只使用(0，0)模式、(0，1)模式和(0，2)模式中的任一种或使用任两种的情况下，使用图16～图18所示的J尺寸比的各优选的范围即可。
J尺寸比优选为5％以上且15％以下，但在本发明中，只要第2环状部18的外径与圆筒部14的外径不同，就能如上述那样使盖11以(0，0)模式、(0，1)模式或(0，2)模式振动。优选将第2环状部18的外径设为与圆筒部14的外径稍微不同，通过这样能够实现机电耦合系数的稳定。
另外，在上述实施方式中，使用摄像元件作为光学检测元件，检测区域为视场，但光学检测元件也可以是对活性能量进行光学检测的元件。在该情况下，作为活性能量射线，能够适合使用例如红外线以及电磁波中的至少一者。
本发明的光学检测装置包括上述振动装置和光学检测元件，该光学检测元件配置于振动装置的筒状的振动体的内部空间的至少局部，并在盖具有检测区域。因而，本发明的光学检测装置不限定于摄像机。例如也可以将本发明应用于作为RADAR、LiDAR被公知的车载用雷达装置。
附图标记说明
1、摄像机；2、振动装置；3、摄像机主体；4、底板；5、摄像部；6、透镜模块；7、壳体件；11、盖；12、振动体；13、压电元件；13a、压电体；13b、13c、电极；14、圆筒部；14a、14b、第1端部、第2端部；15、第1连结部；16、第1环状部；17、第2连结部；18、第2环状部；21、支承板；21a、板主体；21b、支承壁；21c、开口部；22、支承构件；22a、开口部。

Claims (19)

1.一种振动装置，其中，
所述振动装置包括：
盖，其为穹顶状，配置为包含光学检测元件的检测区域；
振动体，其为筒状，所述盖固定于该振动体；以及
压电元件，其固定于所述振动体，并且借助所述振动体使所述盖振动，
所述振动体具有：
圆筒部，其具有位于所述盖侧的第1端部和位于与所述盖相反的一侧的第2端部；
第1连结部，其为筒状，与所述圆筒部的所述第1端部连结，并且由内径大于所述圆筒部的内径的圆筒形成；
第1环状部，其与所述第1连结部的所述盖侧连结，并且内径小于所述第1连结部的内径，在所述盖侧的面固定有所述盖；
第2连结部，其与所述圆筒部的所述第2端部连结，并且由外径小于所述圆筒部的外径的圆筒形成；以及
第2环状部，其固定于所述第2连结部的与所述圆筒部连结的一侧的相反侧的面，并且外径大于所述第2连结部的外径，
在所述第2环状部的固定于所述第2连结部的一侧的相反侧的面固定有所述压电元件。
2.根据权利要求1所述的振动装置，其中，
所述圆筒部的所述第2端部配置在所述筒状的振动体的沿着将所述圆筒部的所述第1端部和所述第2端部连结的方向的尺寸的1/2±40％的范围内的位置。
3.根据权利要求1或2所述的振动装置，其中，
所述第2环状部的外径与所述圆筒部的外径不同。
4.根据权利要求1或2所述的振动装置，其中，
(所述第2环状部的外径-所述圆筒部的外径)在所述圆筒部的外径的+16％以下的范围内。
5.根据权利要求1或2所述的振动装置，其中，
由所述振动体以及所述盖形成的振动部分以(0，0)模式进行振动。
6.根据权利要求5所述的振动装置，其中，
(所述第2环状部的外径-所述圆筒部的外径)为所述圆筒部的外径的0％以上且15％以下。
7.根据权利要求1或2所述的振动装置，其中，
由所述振动体以及所述盖形成的振动部分以(0，1)模式进行振动。
8.根据权利要求7所述的振动装置，其中，
(所述第2环状部的外径-所述圆筒部的外径)为所述圆筒部的外径的0％左右，或者在5％以上且+15％以下的范围内。
9.根据权利要求1或2所述的振动装置，其中，
由所述振动体以及所述盖形成的振动部分以(0，2)模式进行振动。
10.根据权利要求9所述的振动装置，其中，
(所述第2环状部的外径-所述圆筒部的外径)在所述圆筒部的外径的-6％以上且-4％以下，或者0％以上且+12％以下的范围内。
11.根据权利要求1或2所述的振动装置，其中，
所述圆筒部的外径与所述第1连结部的外径相等。
12.根据权利要求1或2所述的振动装置，其中，
所述第2环状部是环状的振动板。
13.根据权利要求12所述的振动装置，其中，
所述第2环状部是比所述第2连结部的外周缘向所述第2连结部的径向外侧突出的凸缘部。
14.根据权利要求1或2所述的振动装置，其中，
环状的所述压电元件的外径与所述圆筒部的外径相等。
15.根据权利要求1或2所述的振动装置，其中，
所述盖由透光体形成。
16.一种光学检测装置，其中，
所述光学检测装置包括：权利要求1～15中任一项所述的振动装置；以及光学检测元件，其配置于该振动装置的所述筒状的所述振动体的内部空间的至少局部，并在所述盖具有所述检测区域。
17.根据权利要求16所述的光学检测装置，其中，
所述光学检测元件是摄像元件，所述检测区域是视场。
18.根据权利要求16所述的光学检测装置，其中，
所述光学检测元件是对活性能量射线进行光学检测的元件。
19.根据权利要求18所述的光学检测装置，其中，
所述活性能量射线为红外线以及电磁波中的至少一者。
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