JP6759756B2 - 振動装置及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧電振動子を用いた振動装置に関し、より詳細には、カメラなどの水滴除去に好適に用いられる振動装置及び撮像装置に関する。

従来、雨滴などの水滴除去機能が設けられたカメラが種々提案されている。下記の特許文献１では、カメラ本体の前方に、ドーム型カバーが配置されている。ドーム型カバーに円筒部が連結されている。円筒部には、圧電振動子が固定されている。ドーム型カバーに水滴が付着した場合、圧電振動子を振動させる。それによって、ドーム型カバーを屈曲振動させ、水滴を除去する。また、振動モードを変更することが記載されている。

他方、下記の特許文献２では、カメラの前方に、超音波トランスデューザー、接着剤層部分及び外部レンズが配置されている。外部レンズに水滴が付着した場合、超音波トランスデューザーに交流信号電圧を印加する。それによって、外部レンズを振動させ、付着している水滴を除去する。

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に記載のような水滴除去装置では、ドーム型カバーや外部レンズに付着した雨滴を除去するには、ドーム型カバーや外部レンズを強く振動させねばならなかった。しかしながら、ドーム型カバーや外部レンズ等の材料や形状が様々であったため、付着した水滴を確実に除去するように設計することが困難であった。また、泥のような水と土との混合物が付着した場合、確実に除去し得ないことがあった。

本発明の目的は、透光性部分に付着した水滴等の移動及び霧化による除去を容易に行なうことを可能とする、振動装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、本発明に係る振動装置が備えられている撮像装置を提供することにある。

本願発明者らは、上記課題を達成すべく鋭意検討した結果、例えばレンズの前方に配置されるカバーに付着した水滴を除去する場合、カバーの中央部に振動の腹を有する中心腹モードの振動を用いれば、付着した水滴の霧化による除去を容易に行なうことができること、他方、中央に振動のノードが位置する中心節モードの振動を用いれば、水滴の移動を容易に行ない得ることを見出した。もっとも、中心節モードの振動では、節の部分に付着した水滴が、移動し難く、液の残留が生じたり、小さな水滴の移動が困難なことがあることを見出した。

本発明に係る振動装置は、上記のような中心節モードと中心腹モードとを効果的に利用し得る振動装置である。

本発明に係る振動装置は、透光性部分を有する第１の板状体と、前記第１の板状体と対向するように設けられた第２の板状体と、前記第１の板状体と前記第２の板状体との間に配置されており、前記第１，第２の板状体の周縁部に接合されている板状の支持体と、前記第２の板状体の前記支持体が設けられている側とは反対側の面に設けられた複数の圧電振動子と、を備え、前記第１，第２の板状体及び前記支持体を有する積層体の平面形状が長軸を有する形状である。

本発明に係る振動装置のある特定の局面では、前記積層体が、前記長軸方向中心に対して、前記長軸方向において、一方側の部分と他方側の部分とが逆相で振動するように構成されている。

本発明に係る振動装置の他の特定の局面では、前記長軸方向中央に振動のノードが位置する中心節モードと、前記積層体の中心が振動の腹となる中心腹モードとで振動するように構成されている。中心節モードを利用することにより、付着した水滴等の移動を確実に行なうことができ、中心腹モードを利用することにより、付着した水滴の霧化による除去を容易に行なうことができる。また、これらの双方の振動モードで振動され得るため、水滴の残留が生じ難く、小さな水滴の移動も確実に行なわれ得る。泥のような水と土との混合物も除去することができる。

本発明に係る振動装置のさらに他の特定の局面では、前記積層体の平面形状が、矩形、ひし形、楕円形、長軸方向の端部が丸められた略ひし形形状及び長方形の両端にそれぞれ半円を連ねた形状の内の１種からなる。積層体の平面形状がこれらの形状の内の１種の場合、中心節モード及び中心腹モードを効果的に利用することができる。

より好ましくは、積層体の平面形状は、前記長軸方向の端部が丸められた略ひし形形状である。

本発明に係る振動装置の別の特定の局面では、前記第２の板状体の前記第１の板状体の前記透光性部分と対向している部分が透光性を有する。

本発明に係る振動装置のさらに他の特定の局面では、前記複数の圧電振動子に駆動信号を与える駆動回路と、前記駆動信号の周波数を変換させる周波数変換回路とがさらに備えられている。

本発明に係る撮像装置は、本発明に従って構成されている振動装置と、前記振動装置の前記第２の板状体の前記第１の板状体とは反対側に配置された撮像素子とを備える。

本発明に係る振動装置によれば、第１の板状体の透光性部分に付着した水滴等を、複数の圧電振動子の振動により容易に移動させ、かつ除去することができる。

本発明の第１の実施形態の振動装置が備えられている撮像装置を示す正面断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る振動装置の分解斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る振動装置の外観を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態の振動装置の底面側からみた斜視図である。 本発明の第１の実施形態の振動装置の正面断面図である。 本発明の第１の実施形態で用いられている第１の圧電振動子を説明するための斜視図である。 本発明の第１の実施形態の振動装置の第１，第２の圧電振動子を説明するための部分切欠き正面断面図である。 中心腹モードの振動を説明するための略図的正面図である。 中心節モードの振動を説明するための略図的正面図である。 中心腹モードの振動で大きく変位する部分を説明するための略図的平面図である。 中心節モードで大きく変位する部分を説明するための略図的平面図である。 第１の実施形態の振動装置において生じる各振動モードを説明するためのインピーダンス−周波数特性を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る振動装置の斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る振動装置の斜視図である。 本発明の積層体の平面形状の第１の変形例を示す平面図である。 本発明の積層体の平面形状の第２の変形例を示す平面図である。 本発明の積層体の平面形状の第３の変形例を示す平面図である。 本発明の積層体の平面形状の第４の変形例を示す平面図である。

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の実施形態に係る振動装置が備えられた撮像装置の正面断面図である。

撮像装置１は、撮像素子２を有する。撮像素子２としては、従来より、画像を電気信号に変換するのに用いられている、一般的な撮像素子を広く用いることができる。撮像素子２の前方には、複数のレンズ３ａ〜３ｃが収納されたレンズ収納体４が設けられている。他方、撮像素子２は、支持部５により支持されている。支持部５の下端はベースプレート６に連結されている。

上記撮像素子２及びレンズ収納体４の前方に、第１の実施形態に係る振動装置１１が設けられている。振動装置１１に、筒状本体１２が連結されている。振動装置１１と筒状本体１２とで構成されるケース内に、前記撮像素子２及びレンズ収納体４が収納されている。なお、レンズ収納体４の先端部分は、後述するように、振動装置１１の一部に入り込んでいる。

振動装置１１の外側面に付着した水滴が、後述するように、霧化により除去されたり、移動されたりする。この振動装置１１の詳細を、図２〜図１１を参照して説明する。

図２は、振動装置１１の分解斜視図であり、図３は外観を示す斜視図であり、図４は底面側からみた斜視図であり、図５は正面断面図である。

振動装置１１は、第１の板状体２１と、第２の板状体２２と、第１の板状体２１及び第２の板状体２２間に積層されている板状の支持体２３を有する。板状の支持体２３は、中央に開口２３ａを有する。板状の支持体２３は、第１の板状体２１及び第２の板状体２２の周縁部に接合されている。

第１の板状体２１、第２の板状体２２及び支持体２３は、矩形の平面形状を有する。従って、第１の板状体２１、第２の板状体２２及び板状の支持体２３を有する積層体は、平面形状が矩形であり、長軸を有する形状である。長軸方向を矢印Ｌで示す。

第１の板状体２１は、ガラスや透明なプラスチックなどからなる。第１の板状体２１は、本実施形態では、全体が透光性を有する。従って、本実施形態では、第１の板状体２１の全体が透光性部分である。もっとも、後述するように、撮像装置の視野に相当する部分が少なくとも透光性部分であればよい。

第２の板状体２２は、合成樹脂、金属またはガラスなどからなる。第２の板状体２２は、開口部２２ａを有する。開口部２２ａ内に、前述のように、レンズ収納体４の前方部分が入り込んでいる。開口部２２ａは、前述した撮像素子２により第１の板状体２１の外部を撮影するために設けられている。

なお、レンズ収納体４は、第２の板状体２２よりも撮像素子２側に位置させる場合には、開口部２２ａは設けられずともよい。すなわち、開口部２２ａに代えて、透光性部分が設けられていてもよい。また、第２の板状体２２全体が透光性を有していてもよい。

第２の板状体２２の下面には、図２〜図４では略図的に示す、第１，第２の圧電振動子２４，２５が貼り付けられている。

なお、振動装置１１の支持体２３は、第１，第２の板状体２１，２２よりも外側に拡がっている。この外側に拡がっている部分が、スペーサ７，７で挟持されている。一方のスペーサ７は、固定部材８と、支持体２３とにより挟持されている。他方のスペーサ７は、支持体２３と、筒状本体１２の上端面との間で挟持されている。このようにして、振動装置１１が支持されている。

図６は、第１の圧電振動子２４を説明するための斜視図である。第１の圧電振動子２４は、ストリップ状の圧電体３１を有する。圧電体３１の分極方向は圧電体３１の上面と下面とを結ぶ方向である。圧電体３１の上面の全面を覆うように、第１の励振電極３２が設けられている。圧電体３１の下面に、第２の励振電極３３が設けられている。第１の励振電極３２は、圧電体３１を介して、第２の励振電極３３と対向している。

圧電体３１は、圧電セラミックスや圧電単結晶などの適宜の圧電材料からなる。第１，第２の励振電極３２，３３は、適宜の金属もしくは合金からなる。

第２の圧電振動子２５も同様に構成されている。すなわち、図７に示すように、第２の圧電振動子２５も、圧電体３１、第１，第２の励振電極３２，３３を有する。

駆動に際しては、第１，第２の励振電極３２，３３間に交流電界を印加する。交流電界が印加されると、第１，第２の圧電振動子２４，２５は圧電効果により伸縮する。そのため、第１，第２の圧電振動子２４，２５が固定されている第２の板状体２２が上下に屈曲振動することとなる。この場合、第１，第２の圧電振動子２４，２５において、交流電界の極性を同相にすることにより、第１の圧電振動子２４側及び第２の圧電振動子２５側における振動も同相とする。そのため、座屈音叉の中央腹モードの振動が励振される。他方、第１，第２の圧電振動子２４，２５を逆相で駆動した場合には、中央節モードの振動を励振することができる。図８及び図９を参照して、この中心腹モード及び中心節モードの振動を説明する。

図８は、中心腹モードの振動を説明するための略図的正面図である。

中心腹モードでは、振動装置１１では、第１の板状体２１と第２の板状体２２とが、二点鎖線Ａで示す振動姿態と、二点鎖線Ｂで示す振動姿態との間で変位を繰り返す。すなわち、振動装置１１の中心部分が最も大きく変位する。この場合、振動の節は、振動装置１１の長軸方向両端及び両端の各端部につながるフランジ部に位置し、振動が漏洩しない。

他方、図９は、中心節モードの振動を説明するための略図的正面図である。中心節モードでは、やはり、第１，第２の板状体２１，２２が二点鎖線Ｃで示す振動姿態と、二点鎖線Ｄで示す振動姿態との間で変位が繰り返される。従って、矢印Ｅ１で示すように、長軸方向中心が振動の節となる。また、矢印Ｅ２で示すように、長軸方向両端及びそれにつながるフランジ部も振動の節となり、振動が外部に漏洩し難い。振動の腹は、長軸方向において、端部と、中心との間の中央部分となる。同様に、中心と、長軸方向他方端部との間の中央も振動の腹となる。

図１０は、上記中心腹モードの振動で大きく変位する部分を示す略図的平面図である。破線Ｆで囲まれた中央領域が最も大きく変位する部分となる。

図１１は、中心節モードの振動で大きく変位する部分を示す略図的平面図である。破線Ｇ，Ｈで囲まれた部分が最も大きく変位する部分となる。

上記破線Ｆで囲まれた円は、本実施形態の撮像装置１において、撮像素子２の視野に相当する領域を含んでいる。第１の板状体２１の外側面において、破線Ｆで囲まれた円内に水滴等が付着した場合、中心腹モードで振動させる。その結果、中心腹モードでは、破線Ｆで囲まれた中央領域が大きく変位するため、霧化により水滴を除去することができる。

他方、除去しきれなかった小さな液滴や泥等は、中心節モードにより、中央から外側に移動させる。この場合、中心節モードでは、図９及び図１１に矢印Ｅ１や矢印Ｅで示す中心部分が節となるため、この節の部分に付着している小さな水滴や泥は移動し難いことがある。しかしながら、振動装置１１では、上記中心腹モードと、中心節モードとを併用することにより、あるいは中心節モードと中心腹モードとを、交互に励振させることにより、矢印Ｅで示す中心部分に付着した小さな水滴や泥も、確実に、側方に移動させ、最終的に霧化により除去することができる。

中心節モードでは、図９に示すように、矢印Ｅ１で示す長軸方向中心に対して一方側部分と、他方側部分とが、逆相で変位する。従って、中心に付着した小さな水滴や泥を、側方に確実に移動させることができる。

上記のように、振動装置１１では、長軸方向を有し、長軸方向中心に対して一方側部分と、他方側部分とが逆相で駆動する中心節モードが利用される。従って、中心に付着した微小な水滴や泥等も確実に移動させることができる。よって、微小な水滴だけでなく、移動させ難い、泥のような液滴も、確実に移動させることができる。そして、中心腹モードで大きく振動させ、水滴や泥を確実に除去することができる。

図１に戻り、撮像装置１は、上記第１，第２の圧電振動子２４，２５を駆動するための駆動回路１４を備える。駆動回路１４は、交流電圧信号を出力する。それによって、第１，第２の圧電振動子２４，２５が励振される。また、本実施形態では、駆動回路１４に、周波数変換回路１５が接続されている。周波数変換回路１５は、駆動回路１４から与えられた交流電圧信号の周波数を変換させる機能を有する。この周波数変換回路１５が、第１，第２の圧電振動子２４，２５に接続されている。従って、第１，第２の圧電振動子２４，２５を駆動する信号の周波数を変更することにより、様々な振動モードの振動を効率よく励振させることができる。

図１２は、振動装置１１において、駆動信号の周波数を変化させた場合のインピーダンス−周波数特性を示す図である。すなわち、駆動信号の周波数を変化させた場合、矢印Ｊ１〜Ｊ５などの様々な振動を効率よく励振させ得ることがわかる。なお、矢印Ｊ２，Ｊ３が、前述した中心腹モード及び中心節モードの振動に相当する。

よって、好ましくは、上記周波数変換回路が備えられていることが望ましい。そして、駆動に際しては、上記のように、中心節モードと、中心腹モードとを交互に励振させてもよく、ランダムに、２つの振動モードを励振させてもよい。中心腹モードだけでなく、中心節モードをも利用することにより、前述したように、第１の板状体２１の外側の面に付着した水滴等を確実に移動させ、除去することができる。

図１３は、第２の実施形態に係る振動装置の底面側からみた斜視図である。振動装置４１では、第１の板状体２１と、第２の板状体２２とが、板状の支持体２３で接合されている。それによって、積層体が構成されている。第２の板状体２２の外側面には、第１，第２の圧電振動子２４，２５に加えて、第３〜第６の圧電振動子２６〜２９が接合されている。第３，第４の圧電振動子２６，２７は、第１の圧電振動子２４と第２の圧電振動子２５の一端側端部同士を結ぶように設けられている。第５，第６の圧電振動子２８，２９は、第１，第２の圧電振動子２４，２５の他端側同士を連結するように設けられている。それによって、第１，第２の圧電振動子２４，２５と、第３，第４の圧電振動子２６，２７と、第５，第６の圧電振動子２８，２９とで、矩形枠状の形状が構成されている。

本実施形態の振動装置４１では、第１〜第６の圧電振動子２４〜２９を同相で駆動することにより、中心腹モードを強く励振させることができる。すなわち、図１３において、プラスの記号で示すように、第１〜第６の圧電振動子２４〜２９の一方面がプラスの電位となるように、全て同相で駆動することにより、中心腹モードを強く励振させることができる。

また、図１４にプラス及びマイナスの記号で示すように、長軸方向中心の一方側と他方側において、逆極性とすることにより、中心節モードを効果的に励振させることができる。ここでは、第１，第３，第５の圧電振動子２４，２６，２８がプラスの記号で示すように、同相で駆動される。他方、第２の圧電振動子２５、第４の圧電振動子２７及び第６の圧電振動子２９が、マイナスの記号で示すように、第１の圧電振動子２４と逆相で駆動される。このように、一方側と他方側を逆相で駆動することにより、前述した中心節モードを強く励振させることができる。

振動装置１１では、前述した積層体の平面形状は矩形すなわち長方形であったが、本発明において、上記積層体の平面形状はこれに限定されるものではない。図１５に示す第１の変形例では、積層体５１Ａは、略ひし形の形状を有している。すなわち、長軸方向Ｌを有する積層体５１Ａは、長軸方向両端の頂点が除去され、短軸方向に延びる端辺５１ａ，５１ｂが設けられている。なお、端辺５１ａ，５１ｂが設けられている部分においてコーナー部が丸められいてもよい。また図１６に示す第２の変形例のように、ひし形の積層体５１Ｂを用いてもよい。

さらに、図１７に示す第３の変形例の積層体５１Ｃのように、楕円形状を有していてもよい。図１８に示す第４の変形例のように、積層体５１Ｄは、長方形の長さ方向端部に、半円形の形状を連ねた形状を有していてもよい。

上記第１〜第４の変形例に示したように、本発明において、上記振動装置の積層体の平面形状は、長軸方向を有する限り特に限定されるものではない。好ましくは、図１５に示した積層体５１Ａのように、略ひし形形状を有しており、長軸方向両端の頂点が除去された形状が望ましい。

１…撮像装置
２…撮像素子
３ａ〜３ｃ…レンズ
４…レンズ収納体
５…支持部
６…ベースプレート
７…スペーサ
８…固定部材
１１…振動装置
１２…筒状本体
１４…駆動回路
１５…周波数変換回路
２１，２２…第１，第２の板状体
２２ａ…開口部
２３…支持体
２３ａ…開口
２４〜２９…第１〜第６の圧電振動子
３１…圧電体
３２，３３…第１，第２の励振電極
３５，３６…端子
４１…振動装置
５１Ａ〜５１Ｄ…積層体
５１ａ，５１ｂ…端辺

Claims (7)

1. 透光性部分を有する第１の板状体と、
   前記第１の板状体と対向するように設けられた第２の板状体と、
   前記第１の板状体と前記第２の板状体との間に配置されており、前記第１，第２の板状体の周縁部に接合されている板状の支持体と、
   前記第２の板状体の前記支持体が設けられている側とは反対側の面に設けられた複数の圧電振動子と、
   を備え、
   前記第１，第２の板状体及び前記支持体を有する積層体の平面形状が長軸を有する形状であり、前記長軸方向中央に振動のノードが位置する中心節モードと、前記積層体の中心が振動の腹となる中心腹モードとで振動するように構成されており、前記中心腹モードにより、霧化によって水滴等を除去し、前記中心腹モードと前記中心節モードとの併用により、あるいは前記中心節モードと前記中心腹モードとを交互に励振させることにより、水滴等を移動させる、振動装置。
2. 前記積層体が、前記長軸方向中心に対して、前記長軸方向において、一方側の部分と他方側の部分とが逆相で振動するように構成されている、請求項１に記載の振動装置。
3. 前記積層体の平面形状が、矩形、ひし形、楕円形、長軸方向の端部が丸められた略ひし形形状及び長方形の両端にそれぞれ半円を連ねた形状の内の１種からなる、請求項１または２に記載の振動装置。
4. 前記積層体の平面形状が、前記長軸方向の端部が丸められた略ひし形形状である、請求項３に記載の振動装置。
5. 前記第２の板状体の前記第１の板状体の前記透光性部分と対向している部分が透光性を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の振動装置。
6. 前記複数の圧電振動子に駆動信号を与える駆動回路と、前記駆動信号の周波数を変換させる周波数変換回路とをさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の振動装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の振動装置と、前記振動装置の前記第２の板状体の前記第１の板状体とは反対側に配置された撮像素子とを備える、撮像装置。

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