JP6418330B2 - 振動装置及びカメラ - Google Patents

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Description

本発明は、レンズを有するカメラ本体に用いられる振動装置、及びカメラに関する。
車両搭載用カメラや、家屋の外に設けられるカメラは、雨にさらされる。そのため、レンズ前方にガラスや透明プラスチックからなるカバーが設けられている。しかしながら、このカバーに水滴が付着すると、カメラの視界がクリアでなくなってしまう。また、画像を正確に撮像することができなくなることもある。
下記の特許文献１には、このような用途に用いられるドーム型カバーが開示されている。このドーム型カバーには円筒部が連結されており、円筒部に圧電セラミック振動子が取付けられている。圧電セラミック振動子を振動させることにより、円筒部及びドーム型カバーを振動させる。それによって、ドーム型カバーの表面に付着した水滴を除去する。
他方、下記の特許文献２では、カメラ本体の前方に超音波トランスデューサ、接着材層及び外部レンズが配置されている構造が開示されている。超音波トランスデューサを駆動させることにより、外部レンズを振動させる。それによって、水滴を除去する。
特開２０１２−１３８７６８号公報 特開２００７−８２０６２号公報
特許文献１や特許文献２において水滴を除去するには、ドーム型カバーや外部レンズを大きく振動させる必要があった。すなわち、特許文献１や特許文献２の構造では、圧電セラミック振動子や超音波トランスデューサにおいて、大きな振動を発生させる必要があった。そのため、圧電セラミック振動子や超音波トランスデューサに大きな応力が加わるので、使用しているうちに、圧電セラミック振動子や超音波トランスデューサにクラックが生じ、機能不全を引き起こす恐れがあった。加えて、水滴だけではなく、エタノールなどの水以外の溶液、塩や凍結防止剤（塩化カルシウム）などが溶解した水溶液、泥水などの水に溶解しない不純物を含む液滴、またはコーヒーなどのコロイド溶液等を除去することが求められていた。
本発明の目的は、圧電振動子に大きな負荷をかけることなく、カバーやレンズに付着した水滴等を優位に除去することができる、振動装置及び該振動装置を有するカメラを提供することにある。
本発明のある広い局面により提供される振動装置は、レンズを有するカメラ本体に用いられる振動装置であって、筒状部材と、前記筒状部材に固定された圧電振動子とを有する、筒状振動体部と、前記筒状振動体部の一端に連結された筒状のモード変換結合部と、前記モード変換結合部の前記筒状振動体部が連結されている側とは反対側に接合されており、前記レンズの前方に配置された透光性部分を有する、透光体部と、を備え、前記モード変換結合部が、前記筒状振動体部よりも厚みの薄い薄肉部を有する。
本発明の別の広い局面により提供される振動装置は、レンズを有するカメラ本体に用いられる振動装置であって、筒状部材と、前記筒状部材に固定された圧電振動子とを有する、筒状振動体部と、前記筒状振動体部の一端に連結されており、該筒状振動体部の一端に連結されている側とは反対側においてカメラの前記レンズに接合されている、筒状のモード変換結合部とを備え、前記モード変換結合部が、前記筒状振動体部よりも厚みの薄い薄肉部を有する。
本発明に係る振動装置のある特定の局面では、前記モード変換結合部が、前記筒状振動体部における振動モードを前記透光体部の振動モードに変換させるとともに、振動を大きくするように構成されている。
本発明に係る振動装置のある特定の局面では、前記モード変換結合部の体積が、前記筒状振動体部の体積よりも小さい。この場合には、筒状振動体部の振動をモード変換結合部においてより一層拡大することができる。
本発明に係る振動装置の他の特定の曲面では、前記圧電振動子が、筒状である。
本発明に係る振動装置の他の特定の局面では、前記透光体部における、前記振動モードの共振周波数と、前記筒状振動体部における縦効果または横効果の振動モードの共振周波数とが略一致されている。この場合には、振動モードの変換と、振動の拡大をより効果的に果たすことができる。
本発明に係る振動装置のさらに他の特定の局面では、前記レンズにおける前記振動モードの共振周波数と、前記筒状振動体部における縦効果または横効果の振動モードの共振周波数とが略一致されている。
本発明に係る振動装置の他の特定の局面では、前記筒状振動体部の前記モード変換結合部側の端部に、外側に向かって延ばされているフランジ部が設けられている。好ましくは、前記筒状振動体部の振動のノードが前記フランジ部に存在する。この場合には、外部への振動の漏洩を少なくできるため、モード変換結合部において、振動をより一層効果的に拡大することができる。
本発明に係る振動装置のさらに他の特定の局面では、前記筒状振動体部が、円筒状である。もっとも、本発明においては、筒状振動体部は、角筒状であってもよい。
本発明に係る振動装置の別の特定の局面では、前記モード変換結合部が円筒状である。この場合には、モード変換結合部を、ドーム状や円盤状の透光体部に優位に連結することができる。
本発明に係る振動装置の他の特定の局面では、前記透光体部が、前記レンズの前方に配置された曲面状透光性部分を有するドーム状である。この場合には、ドーム状の形状内に、カメラ本体のレンズが設けられている部分を容易に収納することができるとともに広角視野を実現できる。
本発明に係る振動装置の他の特定の局面では、前記ドーム状の前記透光体部における振動モードが呼吸振動モードである。
本発明に係る振動装置のさらに他の特定の局面では、前記ドーム状の前記透光体部における振動モードが屈曲振動モードである。
本発明に係る振動装置の他の特定の局面では、前記レンズの振動モードが呼吸振動モードである。
本発明に係る振動装置の他の特定の局面では、前記レンズの振動モードが屈曲振動モードである。
本発明に係る振動装置のさらに他の特定の局面では、前記モード変換結合部が、前記筒状振動体部の外径と同一の外径を有する筒状体からなる。
本発明に係る振動装置のさらに他の特定の局面では、前記モード変換結合部が、前記筒状振動体部よりも細い筒状体からなる。
本発明に係る振動装置の別の特定の局面では、前記モード変換結合部の外径または内径のうち少なくとも一方が、前記筒状振動体部側の端部から前記透光体部側に向かうにつれて連続的に変化している。
本発明に係る振動装置のさらに他の特定の局面では、前記モード変換結合部の前記透光体部側の端部に、筒状体の中心側または筒状体の外側に向かうフランジ部が設けられている。
本発明に係るカメラは、本発明に従って構成された振動装置と、前記振動装置内に少なくとも一部が収納されたカメラ本体とを備える。
本発明に係る振動装置によれば、圧電振動子に大きな負荷をかけることなく、モード変換結合部による振動モードの変換及び振動の拡大作用により、透光体部やレンズを大きく振動させることができる。従って、透光体部やレンズに付着した水滴等を優位に除去することができる。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るカメラの略図的正面断面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態で用いられている振動装置の斜視図である。 図３は、本発明の第１の実施形態で用いられている圧電振動子の正面断面図である。 図４は、本発明の第１の実施形態において、共振特性と、透光体部の頂点の変位量との関係を示す図である。 図５は、図４の矢印Ａで示す変位量の場合の振動装置の変位状態を説明するための模式図である。 図６は、図４の矢印Ｂで示す変位量の場合の振動装置の変位状態を説明するための模式図である。 図７は、図４の矢印Ｃで示す変位量の場合の振動装置の変位状態を説明するための模式図である。 図８は、図４の矢印Ｄで示す変位量の場合の振動装置の変位状態を説明するための模式図である。 図９は、図４の矢印Ｅで示す変位量の場合の振動装置の変位状態を説明するための模式図である。 図１０は、図４の矢印Ｆで示す変位量の場合の振動装置の変位状態を説明するための模式図である。 図１１は、筒状振動体部の変形例を説明するための斜視図である。 図１２は、筒状振動体部の他の変形例を説明するための斜視図である。 図１３は、本発明の第２の実施形態に係る振動装置における、筒状振動体部とモード変換結合部とを説明するための斜視図である。 図１４（ａ）及び図１４（ｂ）は、本発明における筒状振動体部とモード変換結合部との組み合わせについての第１及び第２の変形例を示す略図的正面断面図である。 図１５（ａ）及び図１５（ｂ）は、本発明における筒状振動体部とモード変換結合部との組み合わせについての第３及び第４の変形例を示す略図的正面断面図である。 図１６（ａ）及び図１６（ｂ）は、本発明における筒状振動体部とモード変換結合部との組み合わせについての第５及び第６の変形例を示す略図的正面断面図である。 図１７（ａ）及び図１７（ｂ）は、本発明における筒状振動体部とモード変換結合部との組み合わせについての第７及び第８の変形例を示す略図的正面断面図である。 図１８は、第３の実施形態に係るカメラの正面断面図である。 図１９は、第３の実施形態の変形例に係るカメラの正面断面図である。 図２０は、本発明の第４の実施形態に係るカメラの正面断面図である。
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
なお、本明細書に記載の各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることを指摘しておく。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るカメラの略図的正面断面図であり、図２は、第１の実施形態で用いられている振動装置の斜視図である。
図１に示すように、カメラ１は、カメラ用カバーを兼ねている振動装置２と、振動装置２内に収納されたカメラ本体３とを有する。
カメラ本体３は、筒状の本体部材４を有する。本体部材４の下端は、ベースプレート４ａに固定されている。本体部材４の上端に撮像部５が固定されている。撮像部５内には、撮像素子を含む回路６が内蔵されている。撮像部５に対向するように、レンズモジュール７が固定されている。レンズモジュール７は、筒状体からなり、内部に複数のレンズ９が設けられている。
上記カメラ本体３の構造は、レンズ９の前方に位置している被撮像物を撮像し得る限り特に限定されるものではない。
振動装置２は、筒状のケース部材１１を有する。本実施形態では、筒状のケース部材１１は円筒状である。もっとも、ケース部材１１は、角筒状などの他の形状であってもよい。ケース部材１１は、例えば金属や合成樹脂からなる。
ケース部材１１の下端がベースプレート４ａに固定されている。ケース部材１１の上端側には、径方向内側に突出した筒状の突出部１１ａが設けられている。突出部１１ａの上面には、円筒状の凹部１１ｂが設けられている。
上記ケース部材１１に、筒状振動体部１２が固定されている。筒状振動体部１２は、本実施形態では、円筒状の形状を有している。筒状振動体部１２は、円筒状の圧電振動子１５と、円筒状の第１の筒部材１３と、円筒状の第２の筒部材１４とを有する。図３に示すように、円筒状の圧電振動子１５は、円筒状の圧電板１６，１７を有する。圧電板１６，１７は、図示の矢印方向が分極方向である。すなわち、厚み方向において、圧電板１６の分極方向と圧電板１７の分極方向とが逆方向となっている。圧電板１６，１７間に、筒状の端子１８が挟持されている。また、圧電板１６と第２の筒部材１４との間に筒状の端子１９が挟持されている。
なお、本発明において、筒状振動体部や筒状の圧電振動子については、円筒状の他、角筒状であってもよい。好ましくは、円筒状すなわちリング状の形状が用いられる。
圧電板１６，１７は、チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスからなる。もっとも、（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３などの他の圧電セラミックスが用いられてもよい。さらにＬｉＴａＯ３などの圧電単結晶が用いられてもよい。
圧電板１６，１７の両面には、図示しない電極が形成されている。この電極は、例えばＡｇ／ＮｉＣｕ／ＮｉＣｒの積層構造を有する。上記圧電板１６，１７の積層方向内側の電極に接するように、上記端子１８が配置されている。この端子１８は適宜の導電性材料からなる。このような導電性材料としては、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌまたはこれらを主体とする合金を好適に用いることができる。
図１に戻り、上記圧電振動子１５の下面に、円筒状の第１の筒部材１３が固定されている。第１の筒部材１３は、径方向外側に向かって開いた円筒状の載置部１３ａを有する。載置部１３ａ上に、圧電振動子１５が配置されている。載置部１３ａの径方向内側端の上方の外周面には、雄ネジ部１３ｂが設けられている。
第１の筒部材１３は、金属からなる。金属としては、ジュラルミン、ステンレスまたはコバールなどを用いることができる。もっとも、第１の筒部材１３は、導電性を有するＳｉなどの半導体からなるものであってもよい。
他方、上記第１の筒部材１３上には、第２の筒部材１４が配置されている。第２の筒部材１４は、下端面１４ａを有する。円筒状の下端面１４ａが、圧電振動子１５の上面に接している。すなわち、下端面１４ａと、前述した載置部１３ａとの間に圧電振動子１５が挟持されている。第１の筒部材１３及び第２の筒部材１４は、いずれも金属からなり、導電性を有する。端子１８と端子１９との間に交流電界を印加することにより、圧電振動子１５を縦振動または横振動させることができる。第２の筒部材１４の下端面１４ａ近傍においては、内周面に雌ネジ部が形成されている。それによって、第２の筒部材１４に、第１の筒部材１３がねじ込まれ、第１の筒部材１３が第２の筒部材１４に固定されている。このねじ込みより、圧電振動子１５の上面及び下面に、前述した下端面１４ａ及び載置部１３ａが圧接されている。
従って、圧電振動子１５において生じた振動により、筒状振動体部１２全体が効率良く振動する。本実施形態では、筒状振動体部１２が縦効果または横効果により効率よく励振される。
他方、第２の筒部材１４と一体に、モード変換結合部２１が設けられている。第２の筒部材１４と、モード変換結合部２１は、本実施形態では、金属からなり、一体に連ねられている。もっとも、第２の筒部材１４と、モード変換結合部２１は、別部材で構成されていてもよい。後述するように、筒状振動体部１２の振動が伝達された場合に、該振動のモードを変換させ、かつ拡大させ得る限り、モード変換結合部２１と、筒状振動体部１２との連結構造は特に限定されない。
本実施形態では、上記第２の筒部材１４の上面において、外側に張り出したフランジ部１４ｂが設けられている。フランジ部１４ｂが、前述したケース部材１１の凹部１１ｂ上に載置され、かつ固定されている。
フランジ部１４ｂが設けられている部分が、振動のノードになるように、前述した筒状振動体部１２が構成されている。従って、フランジ部１４ｂにおいて、ケース部材１１に固定したとしても、筒状振動体部１２の振動が損なわれがたい。
モード変換結合部２１は、本実施形態では、円筒状の形状を有する。モード変換結合部２１は、角筒などの他の形状を有していてもよい。また、後述するさまざまな変形例のように、モード変換結合部２１の形状は適宜変形することができる。
上記モード変換結合部２１は、金属からなる。金属としては、特に限定されず、ステンレス、ジュラルミン、コバールなどの適宜の金属を用いることができる。あるいは、金属にかえて、導電性を有するＳｉなどの半導体材料を用いてもよい。もっとも、モード変換結合部における振動モードの変換及び振幅の拡大作用を高めるには、振動損失の少ない材料からなることが好ましい。
上記モード変換結合部２１は、後述するように、筒状振動体部１２で生じた振動を、次に述べる透光体部に伝達する際に、振動モードの変換及び振動の拡大作用を果たす。
上記モード変換結合部２１の両端には、外側に張り出したフランジ部２１ａが設けられている。このフランジ部２１ａに連なる下方部分が、薄肉部２１ｂである。薄肉部２１ｂの厚みは、筒状振動体部１２の厚みよりも薄くなっている。そのため、筒状の薄肉部２１ｂは、筒状振動体部１２から伝達された振動により大きく変位する。この薄肉部２１ｂの存在により、振動、特に振幅の拡大を図ることができる。なお、薄肉部２１ｂは、フランジ部２１ａの下方の少なくとも一部に設けられていてもよい。また、フランジ部２１ａが設けられていない場合には、筒状のモード変換結合部２１の少なくとも一部に、薄肉部２１ｂを設ければよい。薄肉部２１ｂは、筒状のモード変換結合部２１において、筒状の形状を有するように構成されていることが望ましい。
フランジ部２１ａ上に、透光体部２２が固定されている。透光体部２２は、下方に開いた開口を有する。この下方に開いた開口から外側に張り出すようにフランジ部２２ａが設けられている。フランジ部２２ａが、フランジ部２１ａに接合されている。この接合は、例えば、接着剤やろう材を用いて接合されている。また、熱圧着や陽極接合などを用いてもよい。
透光体部２２は、フランジ部２２ａの内側端から上方に延びるドーム状の形状を有している。本実施形態では、このドーム状の形状は、半球の形状とされている。なお、カメラ本体３は例えば１７０°の視野角を備える。もっとも、ドーム状の形状は半球状の形状に限定されるものではない。半球に、円筒を連ねた形状や、半球よりも小さい曲面形状などを有していてもよい。透光体部２２は、その全体が透光性を有している。透光体部２２は、本実施形態では、ガラスからなる。もっとも、ガラスに限らず、透明なプラスチックスなどにより構成されていてもよい。あるいは、透光性のセラミックスにより構成されていてもよい。もっとも、用途によっては、強化ガラスを用いることが好ましい。それによって、強度を高めることができる。さらに、ガラスの場合には、表面に、強度を高めるために、ＤＬＣなどからなるコーティング層が形成されていてもよい。
上記透光体部２２内に、前述したレンズモジュール７が配置されている。この透光体部２２を通して外部の被撮像物の撮影が行われる。
上記透光体部２２は、全体が透光性を有している。もっとも、レンズモジュール７のレンズ９が配置されている前方にのみ、透光性部分が配置されていてもよい。好ましくは、本実施形態のように、透光体部２２の全体が透光性部分であることが望ましい。
なお、水滴の付着をより優位に防止するには、透光体部２２の外表面に、疎水性の膜が形成されていることが望ましい。あるいは、親水性の膜を設けることにより、親水性の膜が設けられている部分に水を移動させるように構成されていてもよい。すなわち、レンズ９により撮影される領域以外に、例えば親水性部分を構成し、水滴が該親水性部分側に移動するように構成してもよい。
次に、上記振動装置２において、水滴を除去するための動作を説明する。
カメラ１が、例えば屋外に配置された場合、雨などによる水滴が透光体部２２の表面に付着することがある。この水滴を除去するために、圧電振動子１５を駆動する。すなわち、圧電振動子１５に交流電界を印加する。交流電界としては、特に限定されないが、水滴を除去し得るのに十分な正弦波等の電流を印加する。その結果、圧電振動子１５が縦振動または横振動モードで振動する。それにつれて、圧電振動子１５と一体化されている第１の筒部材１３及び第２の筒部材１４を有する筒状振動体部１２が、縦効果または横効果で振動する。この横効果では、呼吸振動モードで筒状振動体部１２が振動する。他方、縦効果では、筒状振動体部１２が縦振動モードで振動する。
本実施形態では、この筒状振動体部１２の縦効果及び横効果の振動モードの共振周波数と、透光体部２２における振動モードの共振周波数とが略一致していること、より好ましくは一致していることが望ましい。
上記筒状振動体部１２の振動が、モード変換結合部２１に伝わる。そして、モード変換結合部２１により、振動モードが変換されるとともに、振幅が拡大される。その結果、透光体部２２が大きく振動し、水滴が霧化され、透光体部２２の外表面に付着していた水滴を消滅させることができる。あるいは、付着している水滴を、透光体部２２の外表面から直接飛散させたり、下方に流下させたりすることができる。それによって、水滴を優位に除去することができる。
ところで、振動装置２の特徴は、上記モード変換結合部２１が設けられていることにより、筒状振動体部１２の振動よりも大きな振動が、透光体部２２において生じることにある。それによって、圧電振動子１５に対する負荷を軽くすることができる。すなわち、圧電振動子１５を大きく変形させずとも、水滴を優位に除去することができる。
上記圧電振動子１５を駆動した場合、前述したように、モード変換結合部２１により振動モードが変換され、かつ透光体部２２に振動が伝達される。上記圧電振動子１５を駆動する周波数を種々変化した場合の共振特性と、透光体部の頂点の変位量との関係を図４に示す。図４の実線が、共振特性を示し、破線が、頂点の変位量を示す。
図４から明らかなように、駆動周波数を変化させることにより、さまざまな共振による応答が現れていることがわかる。また、図４の破線で示されているように、共振の応答の大きさとは別に、頂点の変位量が振動モードによって、大きく異なることもわかる。
また、図４中の矢印Ａ〜Ｆの場合には、頂点の変位量が大きいことが分かる。特に、矢印Ａ〜Ｅの場合に、より大きな変位量が得られていることがわかる。この矢印Ａ〜Ｆにおける振動装置の変位状態を図５〜図１０に模式図で示す。
図５〜図１０は、それぞれ、図４の矢印Ａ〜Ｆで示す変位量の場合の振動装置の変位状態を示す。
図５では、筒状振動体部１２が横効果により呼吸振動モードで振動しており、透光体部２２は、屈曲振動モードで変位している。この場合、モード変換結合部２１は、上記呼吸振動モードを屈曲振動モードに変換している。そして、図４の矢印Ａで示すような、透光体部２２の頂点において、大きな変位量が得られている。すなわち、モード変換結合部２１により、振動モードの変換と、振幅の拡大が図られている。
図５における部分Ｖ１〜Ｖ６における変位量をシミュレーションにて求めたところ、以下の通りであった。
部分Ｖ１：０〜２．３μｍの範囲。部分Ｖ２：０〜２．３μｍの範囲。部分Ｖ３：０〜４．６μｍの範囲。部分Ｖ４：４．６〜１３．８μｍの範囲。部分Ｖ５：１８．４〜２０．７μｍの範囲。部分Ｖ６：２０．７〜２３．０μｍの範囲。
上記変位量は、筒状振動体部１２、モード変換結合部２１及び透光体部２２の寸法が以下である場合のシミュレーションの結果である。
筒状振動体部１２の寸法：内径２２．０ｍｍ、外径３２．０ｍｍ、長さ１１．２ｍｍ
モード変換結合部２１の寸法：内径２２．０ｍｍ、外径２８．０ｍｍ、長さ１１．２ｍｍ
透光体部２２の寸法：球殻内径２２．０ｍｍ、厚み１．０ｍｍ
なお、以下の図６〜図１０についても同様に、部分Ｖ１〜Ｖ６の変位量を求めた。
図６に示す状態では、筒状振動体部１２が横効果により呼吸振動モードで振動している。すなわち、径方向に小さくなったり大きくなったりするように筒状振動体部１２が振動している。この場合、透光体部２２は、実線と破線で示す変位を繰り返す。すなわち、屈曲振動モードの高次モードで振動している。この場合においても、図４の矢印Ｂで示すように、大きな変位量が得られている。
なお、図６における部分Ｖ１〜Ｖ６の変位量は以下の通りであった。
部分Ｖ１：０〜１．５μｍの範囲。部分Ｖ２：０〜１．５μｍの範囲。部分Ｖ３：０〜１．５μｍの範囲。部分Ｖ４：３．０〜９．０μｍの範囲。部分Ｖ５：７．５〜１２．０μｍの範囲。部分Ｖ６：１２．０〜１５．０μｍの範囲。
図７に示す変位状態では、筒状振動体部１２は、横効果により、呼吸振動モードで振動している。そして、ドーム部である透光体部２２は、実線で示す状態と、破線で示す状体との間で振動しており、やはり屈曲振動モードの高次モードで振動している。この場合においても、図４に矢印Ｃで示すように、透光体部２２の頂点において大きな変位量が得られている。
なお、図７における部分Ｖ１〜Ｖ６の変位量は以下の通りであった。
部分Ｖ１：０〜１．２μｍの範囲。部分Ｖ２：０〜１．２μｍの範囲。部分Ｖ３：０〜２．４μｍの範囲。部分Ｖ４：２．４〜８．４μｍの範囲。部分Ｖ５：７．２〜１０．８μｍの範囲。部分Ｖ６：９．６〜１２．０μｍの範囲。
図８に示す変位状態では、筒状振動体部１２は、横効果により呼吸振動モードで振動している。透光体部２２は、実線で示す状態と破線で示す状態との間で、すなわち呼吸振動モードの高次モードで振動している。この場合においても、図４において、矢印Ｄで示すように透光体部２２において、大きな変位量が得られている。
なお、図８における部分Ｖ１〜Ｖ６の変位量は以下の通りであった。
部分Ｖ１：０〜１．１μｍの範囲。部分Ｖ２：０〜１．１μｍの範囲。部分Ｖ３：０〜１．１μｍの範囲。部分Ｖ４：０〜５．５μｍの範囲。部分Ｖ５：５．５〜８．８μｍの範囲。部分Ｖ６：７．７〜１１．０μｍの範囲。
図９に示す変位状態では、筒状振動体部１２は、横効果により、呼吸振動モードで振動している。この場合においては、透光体部２２は、実線で示す状態と破線で示す状態とを繰り返す。すなわち、屈曲振動モードの高次モードで振動していることがわかる。この場合においても、矢印Ｅで示すように、大きな変位量が得られていることがわかる。
なお、図９における部分Ｖ１〜Ｖ６の変位量は以下の通りであった。
部分Ｖ１：０〜１．８μｍの範囲。部分Ｖ２：０〜１．８μｍの範囲。部分Ｖ３：０〜１．８μｍの範囲。部分Ｖ４：１．８〜１０．８μｍの範囲。部分Ｖ５：３．６〜１４．４μｍの範囲。部分Ｖ６：７．７〜１１．０μｍの範囲。
図１０に示す変位状態では、筒状振動体部１２が縦効果により縦振動モードで振動している。この場合、透光体部２２は、呼吸振動モードで振動している。この場合においても、図４に矢印Ｆで示すように、透光体部２２の頂点の変位量が十分大きくされている。
なお、図１０における部分Ｖ１〜Ｖ６の変位量は以下の通りであった。
部分Ｖ１：０〜０．４５μｍの範囲。部分Ｖ２：０〜０．４５μｍの範囲。部分Ｖ３：０〜０．９０μｍの範囲。部分Ｖ４：０．４５〜３．１５μｍの範囲。部分Ｖ５：３．１５〜３．６０μｍの範囲。部分Ｖ６：３．６０〜４．５０μｍの範囲。
なお、本実施形態において、筒状振動体部１２の圧電振動子１５の最大変位量をＸ０とした場合、上記透光体部２２の頂点における最大変位量Ｘａは、Ｘａ／Ｘ０＝５００以上が実現されている。従って、モード変換結合部２１により、振幅の拡大が十分に図られ、前述したように、水滴を優位に除去し、かつ圧電振動子１５への負荷を軽減することができる。
また、カメラに付着するものが、エタノールなどの水以外の溶液、塩や凍結防止剤（塩化カルシウム）などが溶解した水溶液、泥水などの水に溶解しない不純物を含む液滴、またはコーヒーなどのコロイド溶液等（以下、液滴）であっても同様に除去することができる。具体的には、透光体部２２を大きく振動させることにより、内容物を溶解させたまま液滴を霧化させ、透光体部２２の外表面に付着していた液滴を除去することができる。このときの作用は、蒸発とは異なるものであり、液滴中の溶解物／不純物を析出させることなく、液滴ごと消滅させることが可能である。
以下に第１の実験の結果を示す。第１の実験で用いた筒状振動体部１２、モード変換結合部２１及び透光体部２２の寸法は以下の通りである。
筒状振動体部１２の寸法：内径８．０ｍｍ、外径１８．０ｍｍ、長さ１６．０ｍｍ。モード変換結合部２１の寸法：内径８．０ｍｍ、外径１８．０ｍｍ、長さ５．７ｍｍ。透光体部２２の寸法：球殻内径８．０ｍｍ、厚み１．０ｍｍ。
例えば、約０．４％の塩水（ＮａＣｌ１４ｇを水１リットルに溶解した水溶液）を少量ずつ透光体部２２に滴下し、連続的に霧化動作させた。具体的には、１時間に塩水１５ｍｌを滴下させた。この場合においても、塩水に含まれるＮａＣｌが析出することなく、水溶液を消滅させることができた。
さらに、コーヒーなどのコロイド溶液やエタノールなどの水以外の溶液でも同様に内容物を透光体部２２に析出させることなく、透光体部２２の外表面に付着していた溶液を消滅させることができた。
さらには泥などの水に溶解しない不純物を含む液滴の場合においても、本装置を適切な方向（下向き）に設置させることにより、水に溶解しない不純物ごと水滴を霧化させ、透光体部２２の外表面に付着していた水滴を消滅させることができる。不純物の量が多い場合や大きい場合には、透光体部２２に不純物が残留する場合があるが、自重と透光体部２２に発生している振動によりそのような残留物は落下するので、透光体部２２の視野を不明瞭にするおそれはない。
以下に第２の実験の結果を示す。第２の実験で用いた筒状振動体部１２、モード変換結合部２１及び透光体部２２の寸法は、おのおの第１の実験で用いたものと同じである。
例えば、本装置を水平方向から４５°下に傾けた方向に配置し、９０ｍｌの水に一般的な土を１０ｇ分散させた液滴を少量ずつ透光体部２２に滴下し、連続的に霧化動作させた場合（この場合、１時間に１５ｍｌを滴下）においては、粒径の小さな不純物は水と一緒に霧化され、透光体部２２の外表面から消滅した。また、粒径の大きな不純物は透光体部２２に残留するが、ある時間が経てば、落下し、透光体部２２の外表面から除去された。
上記実施形態では、第１の筒部材１３の厚みと第２の筒部材１４の厚みとは等しくされており、筒状振動体部１２の厚み方向中央に圧電振動子１５が設けられていた。もっとも、本発明において、筒状振動体部の構成は、これに限定されるものではない。
図１１は、筒状振動体部の変形例を示す斜視図である。図１１に示す筒状振動体部４１では、筒状の圧電体４２のみにより筒状振動体部が構成されている。すなわち、第１の実施形態における圧電振動子１５の厚みが十分に大きくされており、第１の筒部材１３及び第２の筒部材１４が省略されている。このように、圧電振動子のみにより、筒状振動体部４１を設けてもよい。
図１２は筒状振動体部の他の変形例を示す斜視図である。筒状振動体部４３では、筒状の圧電振動子４４の片面に、金属などからなる筒部材４５が貼り合わされている。このように、筒状の圧電振動子４４の片面に金属板を貼り合わせてなるユニモルフ型の筒状振動体部を用いてもよい。
図１３は、本発明の第２の実施形態に係る振動装置における筒状振動体部とモード変換結合部とを説明するための斜視図である。図１３に示すように、第２の実施形態では、角筒状の筒状振動体部１２Ａが設けられている。角筒状の筒状振動体部１２Ａは、平面視において正方形の形状であり、正方形の開口部を有する。また、圧電振動子１５Ａも矩形枠状である。このような角筒状の筒状振動体部１２Ａを用いてもよい。この場合、モード変換結合部２１Ａも角筒状であり、矩形の開口部２１ｃを有する。図１３では、このモード変換結合部２１Ａの上端には、外側に向かって、はみ出したフランジ部２１ａが設けられている。このフランジ部２１ａ以外の部分が、薄肉部を構成している。従って、モード変換結合部２１Ａの肉厚は、筒状振動体部１２Ａの肉厚よりも薄くされている。すなわち、モード変換結合部２１Ａ全体が薄肉部を構成している。フランジ部２１ａ上に、図１に示した透光体部２２が固定される。このように、本発明においては、筒状振動体部１２Ａ及びモード変換結合部２１Ａのように、円筒状でなく、角筒状であってもよい。
図１４（ａ）及び図４（ｂ）〜図１７（ａ）及び図１７（ｂ）は、それぞれ、本発明における筒状振動体部とモード変換結合部との組み合わせについての第１〜第８の変形例を示す略図的正面断面図である。
図１４（ａ）に示す第１の変形例では、円筒状の筒状振動体部１２上に円筒状のモード変換結合部２１Ｂが連結されている。ここでは、モード変換結合部２１Ｂの外径が筒状振動体部１２の外径と等しくされている。なお、モード変換結合部２１Ｂの内径は、筒状振動体部１２の内径よりも大きくされている。
図１４（ｂ）に示す第２の変形例では、筒状振動体部１２及びモード変換結合部２１Ｃが円筒状である。ここでは、筒状振動体部１２の外径に比べて、モード変換結合部２１Ｃの外径が小さくされている。筒状振動体部１２の内径及びモード変換結合部２１Ｃの内径は等しくされている。本変形例においても、モード変換結合部２１Ｃの全体が薄肉部を構成している。
この第１及び第２の変形例においても、筒状振動体部１２は円筒状でなく角筒状であってもよい。モード変換結合部２１Ｂ，２１Ｃについても、角筒状であってもよい。
図１５（ａ）に示す第３の変形例では、モード変換結合部２１Ｄが、筒状振動体部１２から遠ざかるにつれ、外径が小さくなるようテーパが付与されている。このように、モード変換結合部２１Ｄのように、モード変換結合部にテーパが付与されていてもよい。ここでは、モード変換結合部２１Ｄの厚みが，筒状振動体部１２の肉厚よりも薄くなっている部分が、薄肉部に相当する。図１５（ｂ）においても、モード変換結合部２１Ｅのうち、肉厚が筒状振動体部１２よりも薄い部分が薄肉部を構成していることになる。
図１５（ｂ）に示す第４の変形例では、モード変換結合部２１Ｅの中空部が、筒状振動体部１２から遠ざかるにつれて、その断面積が大きくなるように構成されている。このように、モード変換結合部２１Ｅにおいて、肉厚が筒状振動体部１２から遠ざかるにつれて薄くなるように変化されていてもよい。
図１６（ａ）に示す第５の変形例では、モード変換結合部２１Ｂ１の上端において、内側に張り出した内側フランジ部２１ｄが設けられている。これによって、モード変換結合部２１Ｂ１の中空空間に比べて開口部２１ｅの開口面積が小さくされている。
図１６（ａ）では、モード変換結合部２１Ｂ１の内側フランジ部２１ｄよりも下方部分が薄肉部を構成している。
図１６（ｂ）に示す第６の変形例のように、逆にモード変換結合部２１Ｆの上端において、外側に張り出したフランジ部２１ａを第１の実施形態の場合と同様に設けてもよい。
図１７（ａ）に示す第７の変形例では、モード変換結合部２１Ｇは、図１５（ａ）に示したモード変換結合部２１Ｄと類似した構造を有し、但し上端に外側に張り出したフランジ部２１ａが設けられている。このように、テーパが付与されている部分の上端に、フランジ部２１ａを設けてもよい。
図１７（ｂ）に示す第８の変形例のモード変換結合部２１Ｈでは、図１５（ｂ）に示したモード変換結合部２１Ｅと同じ構造の上端側において内側に張り出した内側フランジ部２１ｄが設けられている。それによって開口部２１ｅの面積が小さくされている。
図１７（ａ）及び図１７（ｂ）においても、モード変換結合部２１Ｇ，２１Ｈにおいて、肉厚が、筒状振動体部１２の肉厚よりも薄い部分が薄肉部である。
上記第１〜第８の変形例から明らかなように、筒状振動体部１２及びモード変換結合部の形状は様々な形態に変形することができる。
図１８は、本発明の第３の実施形態に係るカメラの正面断面図である。第３の実施形態のカメラ５１は、振動装置と、振動装置内に収納されたカメラ本体とを有する。カメラ本体は、本体部材５１Ａを有する。本体部材５１Ａはベースプレート５４に固定されている。カメラ本体は、本体部材５１Ａに設けられた回路基板５２と、回路基板５２上に設けられた撮像素子５３とを有する。撮像素子５３に対向するように、レンズ５６が設置されている。このレンズ５６は、外側の面が凸状とされており、内側の面が凹状とされている。すなわち、内側の面は、外側に向かって突出している。従って、レンズ５６は、第１の実施形態の透光体部２２と同様に、外側の面が曲面とされている。レンズ５６の視野角は、例えば１６０°である。レンズ５６の外周縁に、後述するモード変換結合部５５の一端が接合されている。
振動装置５１は、筒状のケース部材５７を有する。本実施形態では、筒状のケース部材５７は円筒状である。もっとも、ケース部材５７は、角筒状などの他の形状であってもよい。ケース部材は、例えば金属や合成樹脂からなる。
ケース部材５７の下端がベースプレート５４に固定されている。ケース部材５７の上端側には、径方向内側に突出した筒状の突出部が設けられている。突出部の上面には、円筒状の凹部が設けられている。
上記ケース部材５７に、筒状振動体部１２が固定されている。筒状振動体部１２は、本実施形態では、円筒状の形状を有している。筒状振動体部１２は、第１の実施形態と同様に、円筒状の圧電振動子１５と、円筒状の第１の筒部材１３と、円筒状の第２の筒部材１４とを有する。
上記圧電振動子１５の一方主面に、第１の筒部材１３が固定されている。上記第１の筒部材１３の他方主面には、第２の筒部材１４が配置されている。圧電振動子１５において生じた振動により、筒状振動体部１２全体が効率良く振動する。本実施形態では、筒状振動体部１２が縦効果または横効果により効率よく励振される。
第２の筒部材１４と一体に、第１の実施形態と同様のモード変換結合部５５が設けられている。第２の筒部材１４と、モード変換結合部５５は、本実施形態では、金属からなり、一体に連ねられている。モード変換結合部５５の一端に、レンズ５６の外周縁が接合されている。モード変換結合部５５の他端には、筒状振動体部１２が結合されている。
モード変換結合部５５は、図１８では略図的に示しているが、上記筒状振動体部１２よりも厚みの薄い薄肉部を有する。本実施形態では、モード変換結合部５５全体の厚みが、筒状振動体部１２よりも薄くされて、全体が薄肉部とされている。モード変換結合部５５は、第１の実施形態におけるモード変換結合部２１と同様に構成されている。すなわち、筒状振動体部１２の振動モードを変換し、かつ振動を拡大させるように構成されている。それによって、レンズ５６に、大きな振動が与えられる。
本実施形態においても、筒状振動体部１２における振動モードの共振周波数と、レンズ５６における振動の共振周波数とを略一致させることが望ましい。それによって、振動をより効果的に拡大させることができる。
また、筒状振動体部１２の振動は、第１の実施形態の場合と同様に、縦振動モードであってもよく、横振動モードであってもよい。さらに、上記レンズ５６の振動モードについても、屈曲振動であってもよく、呼吸振動モードであってもよく、特に限定されない。本実施形態のカメラ５１では、上記のように、レンズ５６が大きく振動され、レンズ５６の外側の面に付着した水滴を除去したり、流下させたりすることができる。このように、レンズ５６自体を有するように振動装置を構成してもよい。
なお、本発明の第３の実施形態に係るカメラ５１は、１つのレンズ５６を備えているが、図１９に示すように、レンズ５６と撮像素子５３との間に光路を調整するための別に、レンズモジュール６１が設けられていてもよい。レンズモジュール６１は、筒状体と、筒状体内に配置された複数のレンズ６２ａ〜６２ｃとを有する。レンズモジュール６１は、ベースプレート５４上に設けられている。レンズモジュール６１に代えて、１つ以上のレンズをレンズ５６と、撮像素子５３との間に配置してもよい。
また、図２０に示す第４の実施形態のカメラ７１のように、モード変換結合部５５に凸レンズ７２が接合されていてもよい。
１…カメラ
２…振動装置
３…カメラ本体
４…本体部材
４ａ…ベースプレート
５…撮像部
６…回路
７…レンズモジュール
９…レンズ
１１…ケース部材
１１ａ…突出部
１１ｂ…凹部
１２，１２Ａ…筒状振動体部
１３…第１の筒部材
１３ａ…載置部
１３ｂ…雄ネジ部
１４…第２の筒部材
１４ａ…下端面
１４ｂ…フランジ部
１５，１５Ａ…圧電振動子
１６，１７…圧電板
１８，１９…端子
２１，２１Ａ〜２１Ｈ，２１Ｂ１…モード変換結合部
２１ａ…フランジ部
２１ｂ…薄肉部
２１ｃ…開口部
２１ｄ…内側フランジ部
２１ｅ…開口部
２２…透光体部
２２ａ…フランジ部
４１…筒状振動体部
４２…圧電体
４３…筒状振動体部
４４…圧電振動子
４５…筒部材
５１…カメラ
５１Ａ…本体部材
５２…回路基板
５３…撮像素子
５４…ベースプレート
５４ａ，５４ｂ…振動体
５５…モード変換結合部
５６…レンズ
５７…ケース部材
５８，５９…端子
６１…レンズモジュール
６２ａ〜６２ｃ…レンズ
７１…カメラ
７２…凸レンズ

Claims (23)

  1. レンズを有するカメラ本体に用いられる振動装置であって、
    筒状部材と、前記筒状部材に固定された圧電振動子とを有する、筒状振動体部と、
    前記筒状振動体部の一端に連結された筒状のモード変換結合部と、
    前記モード変換結合部の前記筒状振動体部が連結されている側とは反対側に接合されており、前記レンズの前方に配置された透光性部分を有する、透光体部と、
    を備え、
    前記モード変換結合部が、前記筒状振動体部よりも厚みの薄い薄肉部を有する、振動装置。
  2. レンズを有するカメラ本体に用いられる振動装置であって、
    筒状部材と、前記筒状部材に固定された圧電振動子とを有する、筒状振動体部と、
    前記筒状振動体部の一端に連結されており、該筒状振動体部の一端に連結されている側とは反対側においてカメラの前記レンズに接合されている、筒状のモード変換結合部とを備え、
    前記モード変換結合部が、前記筒状振動体部よりも厚みの薄い薄肉部を有する、振動装置。
  3. 前記モード変換結合部が、前記筒状振動体部における振動モードを前記透光体部の振動モードに変換させるとともに、振動を大きくするように構成されている、請求項１に記載の振動装置。
  4. 前記モード変換結合部が、前記筒状振動体部における振動モードを前記レンズの振動モードに変換させるとともに、振動を大きくするように構成されている、請求項２に記載の振動装置。
  5. 前記モード変換結合部の体積が、前記筒状振動体部の体積よりも小さい、請求項１〜４のいずれか１項に記載の振動装置。
  6. 前記圧電振動子が、筒状である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の振動装置。
  7. 前記透光体部における、前記振動モードの共振周波数と、前記筒状振動体部における縦効果または横効果の振動モードの共振周波数とが略一致されている、請求項３に記載の振動装置。
  8. 前記レンズにおける前記振動モードの共振周波数と、前記筒状振動体部における縦効果または横効果の振動モードの共振周波数とが略一致されている、請求項４に記載の振動装置。
  9. 前記筒状振動体部の前記モード変換結合部側の端部に、外側に向かって延ばされているフランジ部が設けられている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の振動装置。
  10. 前記筒状振動体部の振動のノードが前記フランジ部に存在する、請求項９に記載の振動装置。
  11. 前記筒状振動体部が、円筒状である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の振動装置。
  12. 前記筒状振動体部が、角筒状である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の振動装置。
  13. 前記モード変換結合部が円筒状である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の振動装置。
  14. 前記透光体部が、前記レンズの前方に配置された曲面状透光性部分を有するドーム状である、請求項１に記載の振動装置。
  15. 前記ドーム状の前記透光体部における振動モードが呼吸振動モードである、請求項１４に記載の振動装置。
  16. 前記ドーム状の前記透光体部における振動モードが屈曲振動モードである、請求項１４に記載の振動装置。
  17. 前記レンズの振動モードが呼吸振動モードである、請求項４に記載の振動装置。
  18. 前記レンズの振動モードが屈曲振動モードである、請求項４に記載の振動装置。
  19. 前記モード変換結合部が、前記筒状振動体部の外径と同一の外径を有する筒状体からなる、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の振動装置。
  20. 前記モード変換結合部が、前記筒状振動体部よりも細い筒状体からなる、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の振動装置。
  21. 前記モード変換結合部の外径または内径のうち少なくとも一方が、前記筒状振動体部側の端部から前記透光体部側に向かうにつれて連続的に変化している、請求項１または３に記載の振動装置。
  22. 前記モード変換結合部の前記透光体部側の端部に、筒状体の中心側または筒状体の外側に向かうフランジ部が設けられている、請求項１または３に記載の振動装置。
  23. 請求項１〜２２のいずれか１項に記載の振動装置と、前記振動装置内に少なくとも一部が収納されたカメラ本体とを備える、カメラ。
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