JP6947299B2 - 振動装置及び駆動装置 - Google Patents

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Description

本発明は、振動装置及び駆動装置に関する。
従来、監視装置として用いられるカメラ等のイメージングデバイスにおいては、その視野を常に明瞭にすることが求められている。特に、車載用途等の屋外で使用されるカメラにおいては、雨滴などの水滴を除去するための機構が種々提案されている。下記の特許文献１には、カメラ本体の前方に配置される、透光性部分を有する振動装置が開示されている。上記透光性部分を含む板状体を振動させることにより、水滴を移動させ、かつ霧化する。この振動装置では、高次の共振モードを利用して、板状体の中央部以外の部分に振動の腹が位置するようにしている。ここで、振動に際し、水の板状体に対する表面張力は、振動の腹の部分と振動の節の部分とにおいて異なる。上記各位置における表面張力の差が駆動力となり、水滴が振動の腹に向かい移動し、その後さらに水滴を霧化することにより、視野を確保する。
特開２０１７−２２９００８号公報
しかしながら、特許文献１に記載された振動装置では、上記各位置における表面張力の差を駆動力としているため、水滴の移動のし易さは振動の腹からの距離に依存する。そのため、板状体の中央部など、振動の腹から遠い部分の水滴が残ることがあった。
他方、水滴を確実に除去するために振幅を大きくする場合には、駆動電圧を大きくする必要があり、効率が低くなるという問題があった。
本発明の目的は、水滴を確実に移動させることができる、振動装置及び駆動装置を提供することにある。
本発明に係る振動装置は、振動子を有する振動素子と、前記振動素子を振動させる駆動装置とを備え、前記振動素子が透光体を有し、前記振動子が前記駆動装置に電気的に接続されており、前記駆動装置が、前記振動素子を共振状態とするように、前記振動子に電気信号を印加する第１の回路と、前記振動素子から出力された帰還信号に応じた電気信号を前記振動子に印加する第２の回路と、前記第１の回路と前記振動子との接続及び前記第２の回路と前記振動子との接続を、一定のタイミングにおいて切り替えるスイッチとを有する。
本発明に係る駆動装置は、振動子を有する振動素子を振動させる駆動装置であって、前記振動素子を共振状態とするように、前記振動子に電気信号を印加する第１の回路と、前記振動素子から出力された帰還信号に応じた電気信号を前記振動子に印加する第２の回路と、前記第１の回路と前記振動子との接続及び前記第２の回路と前記振動子との接続を、一定のタイミングにおいて切り替えるスイッチとを備える。
本発明によれば、水滴を確実に移動させることができる、振動装置及び駆動装置を提供することができる。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る振動装置の部分切欠き斜視図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係る振動装置を有するイメージングデバイスの正面断面図である。 図３は、本発明の第１の実施形態における振動素子の斜視図である。 図４は、本発明の第１の実施形態における駆動装置の模式的回路図である。 図５は、本発明の第１の実施形態における圧電振動子に印加する電気信号を模式的に示す図である。 図６は、本発明の第１の実施形態における振動素子の振動モードを説明するための、振動素子の模式的正面断面図である。 図７は、本発明の第１の実施形態における振動素子の振動モードを説明するための、振動素子の模式的斜視図である。 図８は、本発明の第１の実施形態の変形例における圧電振動子の平面図である。 図９は、本発明の第２の実施形態における圧電振動子に印加する電気信号を模式的に示す図である。 図１０は、本発明の第３の実施形態における振動素子の変位の電気信号及び圧電振動子に印加する電気信号を模式的に示す図である。 図１１は、参考例の振動素子の残響振動を説明するための図である。 図１２は、本発明の第３の実施形態における駆動装置の模式的回路図である。 図１３は、本発明の第３の実施形態における振動素子の斜視図である。 図１４は、本発明の第４の実施形態に係る振動装置の正面断面図である。 図１５は、本発明の第５の実施形態に係る振動装置の正面断面図である。 図１６は、本発明の第６の実施形態に係る振動装置の正面断面図である。 図１７は、本発明の第７の実施形態に係るイメージングデバイスの正面断面図である。 図１８は、本発明の第８の実施形態に係る振動装置の正面断面図である。 図１９は、本発明の第８の実施形態の変形例に係る振動装置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、第１の実施形態に係る振動装置の部分切欠き斜視図である。
図１に示す振動装置１は、振動により水滴や異物を移動させ、撮像素子の視野内から水滴や異物を除去する振動装置である。振動装置１は、振動素子２と、振動素子２を保持するケース部材９と、駆動装置１２とを有する。振動素子２は駆動装置１２に電気的に接続されている。
図２は、第１の実施形態に係る振動装置を有するイメージングデバイスの正面断面図である。
振動素子２及びケース部材９により囲まれた内部空間内に、一点鎖線で示す撮像素子１０Ａが配置されている。それによって、本発明の一実施形態に係る光学検出装置としてのイメージングデバイス１０が構成されている。イメージングデバイス１０は振動装置１及び撮像素子１０Ａを有する。撮像素子１０Ａとしては、例えば、可視領域から遠赤外領域のいずれかの波長の光を受光する、ＣＭＯＳ、ＣＣＤ、ボロメーターやサーモパイルなどを挙げることができる。イメージングデバイス１０としては、例えば、カメラ、ＲａｄａｒやＬＩＤＡＲデバイスなどを挙げることができる。
なお、上記内部空間内には、撮像素子１０Ａ以外の、エネルギー線を光学的に検出する光学検出素子が配置されていてもよい。検出するエネルギー線としては、例えば、電磁波や赤外線などの活性エネルギー線であってもよい。光学検出素子の検出領域は、後述する透光体部に含まれる。図２に示すイメージングデバイス１０においては、撮像素子１０Ａの視野が透光体部に含まれる。
図３は、第１の実施形態における振動素子の斜視図である。
振動素子２は略円板状である。より具体的には、振動素子２は、中央部に開口部３ｃを有する略円板状の振動体３を有する。振動体３は、対向し合う第１の主面３ａ及び第２の主面３ｂを有する。第１の主面３ａは振動装置１における外側の主面であり、第２の主面３ｂは上記内部空間側の主面である。開口部３ｃの第１の主面３ａにおける外周縁から、第１の主面３ａに垂直な方向に、延長部３ｄが延びている。なお、延長部３ｄは設けられていなくともよい。
図２に戻り、振動体３の延長部３ｄ上に、開口部３ｃを覆うように透光体４が設けられている。透光体４は透光性材料からなる。透光性材料としては、例えば、透光性のプラスチック、ガラスまたは透光性のセラミックスなどを用いることができる。なお、本明細書における透光性とは、少なくとも上記光学検出素子が検出する波長のエネルギー線や光が透過する透光性をいう。
本実施形態においては、平面視における振動体３及び透光体４の形状は円形であるが、これに限定されず、略楕円形であってもよく、あるいは矩形や多角形などであってもよい。透光体４は円板状であるが、ドーム状などであってもよい。
振動体３の第２の主面３ｂ上には、圧電振動子５Ａ及び圧電振動子５Ｂが、開口部３ｃを隔てて対向し合うように設けられている。振動素子２における圧電振動子５Ａ及び圧電振動子５Ｂが、駆動装置１２に接続されている。
圧電振動子５Ａは矩形板状の圧電体６を有する。圧電体６は、例えば、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３や（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３などの適宜の圧電セラミックスまたはＬｉＴａＯ３やＬｉＮｂＯ３などの適宜の圧電単結晶からなる。なお、圧電体６の形状は上記に限定されない。
圧電振動子５Ａは、圧電体６の一方主面上に設けられている第１の電極７ａ及び帰還電極７ｃを有する。第１の電極７ａ及び帰還電極７ｃは分割して設けられている。圧電振動子５Ａは、圧電体６の他方主面上に、第１の電極７ａに対向するように設けられている第２の電極７ｂを有する。本実施形態では、第１の電極７ａ及び帰還電極７ｃは駆動装置１２に電気的に接続されている。第２の電極７ｂはグラウンド電位に接続される。
圧電振動子５Ｂも圧電振動子５Ａと同様に構成されている。圧電振動子５Ａは、第２の電極７ｂ側において振動体３に接合されており、圧電振動子５Ｂは、第１の電極及び帰還電極側において振動体３に接合されている。これにより、圧電振動子５Ａ及び圧電振動子５Ｂは振動体３に対して互いに反対方向に振動し、かつ振動体３を振動させる。
振動装置１は、駆動装置１２を有することにより、透光体４に付着した水滴などを撮像素子の視野外に、上述した表面張力の差に依存せず、より確実に移動させることができる。この詳細を以下において説明する。
図４は、第１の実施形態における駆動装置の模式的回路図である。なお、図４においては、１つの圧電振動子との接続の形態を示すが、駆動装置は他の圧電振動子とも同様に接続されている。
駆動装置１２は、振動素子２を共振状態とするように、圧電振動子５Ａに電気信号を印加する第１の回路１３を有する。第１の回路１３と圧電振動子５Ａとが電気的に接続された状態において、自励振回路が構成される。駆動装置１２は、圧電振動子５Ａから出力された帰還信号に応じた電気信号を圧電振動子５Ａに印加する第２の回路１４を有する。第２の回路１４は、第１の回路１３による振動素子２の振動の状態を変化させるように、圧電振動子５Ａに電気信号を印加する。
さらに、駆動装置１２は、第１の回路１３と圧電振動子５Ａとの接続及び第２の回路１４と圧電振動子５Ａとの接続を一定のタイミングにおいて切り替えるスイッチ１５を有する。より具体的には、スイッチ１５はタイミング生成回路を有し、圧電振動子５Ａと接続する回路を第１の回路１３から第２の回路１４に切り替えるタイミング及びスイッチング幅を制御する。スイッチング幅とは、本明細書においては、上記接続を第２の回路１４に切り替えた後、第２の回路１４から第１の回路１３に戻すまでの時間をいう。
駆動装置１２は、図２及び図３に示した圧電振動子５Ｂにも、圧電振動子５Ａと同様に電気信号を印加する。
図５は、第１の実施形態における圧電振動子に印加する電気信号を模式的に示す図である。図５において、実線は第１の回路が圧電振動子に印加する電気信号を示し、破線は第２の回路が圧電振動子に印加する電気信号を示す。
第１の回路１３は圧電振動子５Ａに交流信号を印加する。これにより、振動素子２を共振状態とし、振動させる。本実施形態においては、スイッチ１５により一定のタイミングで、圧電振動子５Ａに接続している回路を第１の回路１３から第２の回路１４に切り替える。
本明細書においては、第１の回路１３による電気信号の半波長分の電気信号を半波と記載することがある。なお、上記半波長分とは半周期分を意味する。第２の回路１４は帰還信号を増幅して、図５の矢印Ａで示すように、半波を圧電振動子５Ａに印加する。第２の回路１４による電気信号の強度は特に限定されないが、本実施形態では、第１の回路１３による電気信号の強度の２倍である。
第２の回路１４から圧電振動子５Ａに半波が印加された後、スイッチ１５によって、圧電振動子５Ａに接続している回路を第２の回路１４から第１の回路１３に切り替える。なお、図５中の矢印Ａで示すときにおいては、圧電振動子５Ａには、破線で示す第２の回路１４の電気信号のみが印加されることを指摘しておく。圧電振動子５Ｂにも、圧電振動子５Ａと同様に、電気信号が印加される。
図６は、第１の実施形態における振動素子の振動モードを説明するための、振動素子の模式的正面断面図である。図７は、第１の実施形態における振動素子の振動モードを説明するための、振動素子の模式的斜視図である。図６及び図７においては、実線により振動素子の初期の状態を示し、一点鎖線により振動素子が振動している状態を示す。図７において、破線で囲まれた部分が振動の節である。
図６及び図７に示すように、本実施形態の振動素子２は、第１の回路１３によって、シーソーモードにより振動する。本明細書においてシーソーモードとは、振動素子の径方向に延びる振動の節のラインを回転軸として振動する振動モードをいう。振動の節が振動素子２の中心に位置することにより、振動の腹が振動素子２の中心以外の部分に位置する。なお、本実施形態における振動モードは、径方向に延びる１本の振動の節のラインに加えて、周回方向に延びる１本の振動の節のラインを有するシーソーモードである。
径方向に延びる振動の節のラインを回転軸とした回転振動により、水滴などに、図６中における左右の方向に加速度が加わる。定在振動であれば、一方の方向に加速度が加わった後、反対の方向に同じ加速度が加わることが繰り返されるため、水滴などは一定の位置の範囲において往復する。この場合、水滴などは上記一定の位置の範囲からは移動しない。なお、振幅が大きい場合には、振動の腹の部分と振動の節の部分とにおける、水滴などの振動素子２に対する表面張力の差が大きくなる。この場合には、表面張力の差を駆動力として、水滴などは振動の腹に向かい移動し得る。しかしながら、上述したように、一部の水滴などは残ることがある。残った水滴などは、一定の位置の範囲において往復し続けることとなる。
図４に戻り、本実施形態の振動装置１及び駆動装置１２の特徴は、第１の回路１３及び第２の回路１４を有し、かつ第１の回路１３及び第２の回路１４のうち各圧電振動子と接続する回路を、一定のタイミングにおいて切り替えるスイッチ１５を有することにある。本実施形態では、一定のタイミングにおいて、帰還信号が増幅された半波が各圧電振動子に印加される。このように、帰還信号に応じて、振動を一方向において増幅させる電気信号を各圧電振動子に印加することにより、振動素子２の振動の方向に偏りを生じさせることができる。それによって、水滴などを一定の方向に、より確実に移動させることができる。従って、上述した水滴などの往復運動を生じ難くすることができ、撮像素子の視野外に、水滴などをより確実に移動させることができる。
本実施形態では、振動の腹の部分と振動の節の部分とにおける表面張力の差に依存せず、振動の方向に偏りを生じさせることによって、水滴などをより確実に移動させることができる。このように、上記各位置における表面張力の差が大きくなる程の振幅とする必要がないため、水滴を効率的に移動させることができる。
図５に示す本実施形態のように、第１の回路１３による電気信号の位相と同じ位相となるように、第２の回路１４により各圧電振動子に電気信号を印加することが好ましい。加えて、第１の回路１３による電気信号の強度よりも高い強度の電気信号を、第２の回路１４により各圧電振動子に印加することが好ましい。それによって、振動素子２の振動の方向に偏りを効果的に生じさせることができる。
なお、第２の回路１４による電気信号の位相は、第１の回路１３による電気信号の位相と必ずしも同じではなくともよい。第１の回路１３による振動素子２の振動の状態が変化するように、第２の回路１４による電気信号が各圧電振動子に印加されればよい。第２の回路１４による電気信号の強度は、第１の回路１３による電気信号の強度よりも必ずしも高くなくともよい。
上述したように、本実施形態では、振動体３の延長部３ｄ上に透光体４が設けられている。それによって、シーソーモードなどにより振動した際の、透光体４の回転力を大きくすることができる。もっとも、振動体３自体が透光体であってもよい。
図２に示すように、振動素子２はケース部材９及びシール部材８により、振動の節において支持されている。より具体的には、ケース部材９は第１のケース部９ａ及び第２のケース部９ｂを有する。第１のケース部９ａは、略リング状の底部１９ａと、底部１９ａの内周縁から延びている内壁１９ｂとを有する。内壁１９ｂは、底部１９ａのリング状の面に直交する方向に延びている。内壁１９ｂの先端にリング状のシール部材８が設けられている。シール部材８は、特に限定されないが、本実施形態ではシーリングゴムである。
第２のケース部９ｂは第１のケース部９ａの底部１９ａ上に設けられている。第２のケース部９ｂは、上記内壁１９ｂに対向する外壁１９ｃと、外壁１９ｃに接続されており、リング状であり、かつ上記底部１９ａに対向する天板部１９ｄを有する。本実施形態では、外壁１９ｃは段差部を有する。第２のケース部９ｂは、天板部１９ｄの内周縁から上記底部１９ａ側に延びるリブ１９ｅを有する。リブ１９ｅとシール部材８とは対向している。振動素子２は、第２のケース部９ｂのリブ１９ｅ及びシール部材８によって挟まれることにより支持されている。なお、ケース部材９の構成は上記に限定されない。ケース部材９は、振動素子２を線接触により支持していてもよく、点接触により支持していてもよい。
図７に示したように、振動素子２は平面視において円形であり、かつシーソーモードにより振動する。そのため、振動素子２の振動の節の一部は略リング状となる。上記リブ１９ｅ及び上記シール部材８は、振動素子２の振動の節に沿い延びるように設けられている。本実施形態では、振動の節が略リング状という単純な形状となるため、ケース部材９は、振動素子２における振動の節を容易に支持することができる。従って、振動装置１の密閉性を効果的に、かつより一層確実に高めることができる。
本実施形態のように、ケース部材９は、第２のケース部９ｂのリブ１９ｅ以外の部分において振動素子２に接しないように、空隙部Ｂを有することが好ましい。それによって、振動素子２の振動をより一層阻害し難い。
振動装置１のケース部材９には、円筒形の凹部９ｘが４つ設けられている。より具体的には、凹部９ｘは、第１のケース部９ａの底部１９ａを貫通しており、かつ第２のケース部９ｂ内に至っている。例えば、凹部９ｘを螺子穴として、螺子などにより振動装置１を外部に固定することができ、あるいは他のケース部材に接続することもできる。なお、凹部９ｘの形状及び個数は上記に限定されない。ケース部材９には凹部９ｘは設けられていなくともよい。
図８は、第１の実施形態の変形例における圧電振動子の平面図である。
本変形例の圧電振動子２５はリング状の圧電体２６を有する。圧電振動子２５は、中心線Ｓを介して隣り合う第１の領域Ｃ及び第２の領域Ｄを有する。圧電体２６の分極軸方向は、どの領域においても同じ方向である。圧電体２６の一方主面上においては、第１の領域Ｃに第１の電極２７ａが設けられており、第２の領域Ｄに第２の電極２７ｂが設けられている。圧電体２６の他方主面上においては、第１の領域Ｃに第２の電極２７ｂが設けられており、第２の領域Ｄに第１の電極２７ａが設けられている。これにより、第１の領域Ｃ及び第２の領域Ｄは互いに逆位相で振動する。
上記他方主面上には帰還電極２７ｃも設けられている。帰還電極２７ｃと第２の電極２７ｂとが接触しないように、第２の電極２７ｂには切欠き部が設けられている。もっとも、上記切欠き部は必ずしも設けられていなくともよく、帰還電極２７ｃと圧電振動子２５における他の電極とが接触していなければよい。
なお、圧電体２６は、第１の領域Ｃ及び第２の領域Ｄにおいて、互いに逆方向の分極軸方向であってもよい。この場合には、第１の領域Ｃ及び第２の領域Ｄに同位相の交流信号が印加されるように電極が設けられていればよい。例えば、一方主面上における第１の領域Ｃ及び第２の領域Ｄに第２の電極２７ｂが設けられており、他方主面上における第１の領域Ｃ及び第２の領域Ｄに第１の電極２７ａが設けられていてもよい。
図９は、第２の実施形態における圧電振動子に印加する電気信号を模式的に示す図である。図９において、実線は第１の回路が圧電振動子に印加する電気信号を示し、破線は第２の回路が圧電振動子に印加する電気信号を示す。
本実施形態は、駆動装置１２の第２の回路１４により、振動を減衰させる電気信号を各圧電振動子に印加する点が、第１の実施形態と異なる。上記の点以外においては、本実施形態の振動装置は第１の実施形態の振動装置１と同様の構成を有する。
図９に示すように、第２の回路１４は、第１の回路１３による電気信号に対して反転した位相の半波を各圧電振動子に印加する。これにより、振動素子２の振動に急激な制動をかけることができる。それによって、表面張力の差に依存せず、水滴などを一定の方向に、より確実に移動させることができる。従って、水滴などの往復運動を生じ難くすることができ、撮像素子の視野外に、水滴などをより確実に移動させることができる。
本実施形態においては、第２の回路１４による電気信号の強度は、第１の回路１３による電気信号の強度の２倍である。このように、第２の回路１４による電気信号を、第１の回路１３による電気信号の強度よりも大きい強度であり、かつ第１の回路１３による電気信号に対して反転した位相の半波とすることが好ましい。それによって、振動素子２の振動に効果的に制動をかけることができる。
図１０は、第３の実施形態における振動素子の変位の電気信号及び圧電振動子に印加する電気信号を模式的に示す図である。図１０においては、実線は振動素子の変位の電気信号を示し、破線は第２の回路が圧電振動子に印加する電気信号を示す。なお、振動素子の変位の電気信号は、上記帰還信号または上記帰還信号が増幅された電気信号である。
本実施形態は、駆動装置１２の第２の回路１４が印加する電気信号が第１の実施形態と異なる。上記の点以外においては、本実施形態の振動装置は第１の実施形態の振動装置１と同様の構成を有する。
図１０に示すように、第２の回路１４は、振動素子２の変位の電気信号に対して位相が反転した電気信号を各圧電振動子に印加する。このとき、第２の回路１４から各圧電振動子に複数波長分の電気信号が印加される。より具体的には、電気信号の強度が徐々に低くなるように、第２の回路１４から各圧電振動子に電気信号を印加する。
一般的に、振動素子を振動させるための電気信号を停止した場合には、図１１に示す参考例のように、振動素子は振動の振幅が緩やかに小さくなっていく残響振動の状態となり、しかる後静止する。
これに対して、図１０及び図１２に示すように、本実施形態では反転残響信号が第２の回路１４により各圧電振動子に印加される。本明細書において、反転残響信号とは、振動素子における残響振動の電気信号に対して位相が反転しており、かつ残響振動の電気信号の強度に対応した電気信号をいう。駆動装置１２において、各圧電振動子に接続されている回路を第１の回路１３から第２の回路１４に切り替えた後の、振動素子２の振動に応じて、第２の回路１４から圧電振動子に電気信号を印加する。これにより、第２の回路１４から各圧電振動子に残響反転信号を印加する。それによって、振動素子２に、より一層急激な制動をかけることができる。従って、表面張力の差に依存せず、水滴などの往復運動をより一層生じ難くすることができ、撮像素子の視野外に、水滴などをより一層確実に移動させることができる。
各圧電振動子に接続される回路を第２の回路１４に切り替えた後、スイッチ１５は設定されたスイッチング幅に従い、上記接続を第１の回路１３に切り替える。このように、振動と急激な制動とを繰り返すことによって、水滴などをより一層効果的に移動させることができる。
図１３は、第３の実施形態における振動素子の斜視図である。
本実施形態の振動装置は、振動素子３２の構成及び用いる振動モードが第１の実施形態と異なる。上記の点以外においては、本実施形態の振動装置は第１の実施形態の振動装置１と同様の構成を有する。
振動素子３２は、開口部３ｃを隔てて対向し合う圧電振動子３５Ｃ及び圧電振動子３５Ｄを有する。圧電振動子３５Ｃ及び圧電振動子３５Ｄは、圧電振動子５Ａ及び圧電振動子５Ｂと共に、振動体３の第２の主面３ｂ上に設けられている。圧電振動子３５Ｃと圧電振動子３５Ｄとを結ぶ直線は、圧電振動子５Ａと圧電振動子５Ｂとを結ぶ直線に直交する。圧電振動子３５Ｃ及び圧電振動子３５Ｄは、圧電振動子５Ａ及び圧電振動子５Ｂと同様に構成されている。
振動素子３２においては、周回方向に隣り合う圧電振動子の振動の位相が９０°異なる。第１の実施形態と同様に、対向し合う圧電振動子５Ａ及び圧電振動子５Ｂの振動の位相は１８０°異なる。対向し合う圧電振動子３５Ｃ及び圧電振動子３５Ｄの振動の位相も１８０°異なる。これにより、振動素子３２は旋回モードによって振動する。なお、本明細書において旋回モードとは、振動素子の径方向に延びる振動の節のラインを回転軸として振動すると同時に、振動素子の中心を軸として上記回転軸が一定の周期で回転する振動モードである。
本実施形態においては、振動素子３２が旋回モードにより振動するため、振動の節が略リング状の部分を有する。よって、第１の実施形態と同様に、振動素子３２における振動の節を容易に支持することができ、振動装置の密閉性を効果的に、かつより一層確実に高めることができる。
加えて、本実施形態の振動装置も第１の実施形態の駆動装置１２を有するため、振動素子３２の振動の方向に偏りを生じさせることができる。それによって、表面張力の差に依存せず、撮像素子の視野外に、水滴などをより確実に移動させることができる。
以下において、図１４〜図１６を参照して、第４〜第６の実施形態を説明する。第４〜第６の実施形態の振動装置も第１の実施形態と同様の駆動装置１２を有するため、撮像素子の視野外に、水滴などをより確実に移動させることができる。
図１４は、第４の実施形態に係る振動装置の正面断面図である。
本実施形態における振動素子４２は、対向し合う第１の振動体４３Ａ及び第２の振動体４３Ｂを有する。第１の振動体４３Ａは、第１の実施形態における振動体３と同様の構成を有し、第１の振動体４３Ａの延長部３ｄ上に透光体４が設けられている。第２の振動体４３Ｂは、延長部が設けられていない点以外においては、第１の振動体４３Ａと同様の構成を有する。本実施形態の振動素子４２は、シーソーモードまたは旋回モードにより振動する。
振動素子４２は、第１の振動体４３Ａと第２の振動体４３Ｂとの間に配置されており、第１の振動体４３Ａ及び第２の振動体４３Ｂを連結している、支持体４３ｃを有する。より具体的には、支持体４３ｃは、第１の振動体４３Ａの外周縁と第２の振動体４３Ｂの外周縁とを、周回方向全体において連結している。支持体４３ｃの形状は略円筒形である。支持体４３ｃは、外側面及び内側面と、外側面から径方向外側に突出しているヒンジ部４３ｄとを有する。本実施形態の振動装置は、ヒンジ部４３ｄにおいて支持される。なお、支持体４３ｃの形状は上記に限定されない。
第２の振動体４３Ｂの、振動装置における外側に位置する主面上に、第１の実施形態と同様の圧電振動子５Ａ及び圧電振動子５Ｂが設けられている。なお、圧電振動子５Ａ及び圧電振動子５Ｂは第２の振動体４３Ｂの第１の振動体４３Ａ側の主面上に設けられていてもよい。振動素子４２は、図８に示したリング状の圧電振動子２５を有していてもよい。なお、本実施形態において、シーソーモードまたは旋回モードにおける振動の節は、第１の振動体４３Ａではなく、ヒンジ部４３ｄに位置する。
図１５は、第５の実施形態に係る振動装置の正面断面図である。なお、図１５及び後述する図１６及び図１７においては、圧電振動子を省略している。
本実施形態の振動装置はレンズモジュール５８を含む。レンズモジュール５８は、レンズ５８ａ及びレンズ５８ａを保持しているレンズホルダ５８ｂとを有する。振動素子５２の透光体５４はドームカバーである。振動体５３はリング状であり、上記延長部を有しない。
振動素子５２はケース部材５９により支持されている。本実施形態のケース部材５９は、振動体５３の第１の主面３ａを支持するリブ及び第２の主面３ｂを支持するリブを有する。本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、ケース部材５９は振動素子５２を振動の節において支持している。
本実施形態の振動装置は底板５７を有し、底板５７上にケース部材５９及びレンズホルダ５８ｂが設けられている。レンズモジュール５８は、振動素子５２、ケース部材５９及び底板５７により囲まれた内部空間内に配置されている。
図１６は、第６の実施形態に係る振動装置の正面断面図である。
本実施形態は、振動体５３の内周縁がレンズホルダ５８ｂに接合されており、ドームカバーを有しない点において、第５の実施形態と異なる。本実施形態の振動装置５１は、透光体としてのレンズ５８ａに付着した水滴などを振動によって、表面張力の差に依存せず、より確実に移動させることができる。
図示していないが、本実施形態においても、第５の実施形態と同様のケース部材５９などが設けられていてもよい。
図１７は、本発明の第７の実施形態に係るイメージングデバイスの正面断面図である。
イメージングデバイス６０は、第６の実施形態の振動装置５１と、撮像素子６０Ａとを有する。イメージングデバイス６０は底板６７を有し、底板６７上にレンズホルダ５８ｂが設けられている。底板６７、レンズホルダ５８ｂ及びレンズ５８ａにより囲まれた内部空間内に撮像素子６０Ａが配置されている。なお、本実施形態においても、第５の実施形態と同様のケース部材５９などが設けられていてもよい。
イメージングデバイス６０においては、振動装置５１を有することにより、表面張力の差に依存せず、撮像素子６０Ａの視野外に、水滴などをより確実に移動させることができる。
ここで、第１〜第７の実施形態において振動子は圧電振動子であるが、振動子は例えば、電磁アクチュエータなどの電磁誘導素子であってもよい。振動子が電磁アクチュエータである例を以下において説明する。
図１８は、第８の実施形態に係る振動装置の正面断面図である。
本実施形態は、振動子が電磁アクチュエータ７５である点において、第１の実施形態と異なる。電磁アクチュエータ７５は、ソレノイドコイル７６及び磁石７７を有する。本実施形態の駆動装置においては、第１の回路及び第２の回路はソレノイドコイル７６に接続されている。ケース部材７９の形状も第１の実施形態と異なる。上記の点以外においては、本実施形態の振動装置及び駆動装置は第１の実施形態の振動装置１及び駆動装置１２と同様の構成を有する。
電磁アクチュエータ７５の磁石７７は、振動体３の第２の主面３ｂ上に設けられている。ここで、本実施形態のケース部材７９は、内側面から径方向内側に延び、ソレノイドコイル７６を支持している支持部７９ａを有する。上記の点以外においては、ケース部材７９は第５の実施形態のケース部材５９と同様の構成を有する。ソレノイドコイル７６は、磁石７７に対向するように配置されている。振動素子７２の変位に対応する帰還信号を生成し、出力するために、圧電素子を振動体３に接合してもよい。あるいは、上記帰還信号を生成し、出力するために、電磁アクチュエータの一部または全部を利用してもよい。
図１８中の矢印Ｅ及び矢印Ｆで示すように、振動素子７２はシーソーモードにより振動する。本実施形態においても、第１の回路とソレノイドコイル７６との接続及び第２の回路とソレノイドコイル７６との接続を一定のタイミングにおいて切り替える。それによって、電磁アクチュエータ７５により振動素子７２が振動する場合においても、振動の方向に偏りを生じさせることができる。これにより、表面張力の差に依存せず、撮像素子の視野外に、水滴などをより確実に移動させることができる。
電磁アクチュエータ７５の配置は上記に限定されない。例えば、図１９に示す第８の実施形態の変形例では、振動体８３は、振動装置の内部空間側に延びる延長部８３ｄを有する。磁石７７は、延長部８３ｄにおける外側面上に配置されている。ソレノイドコイル７６は、磁石７７に対向するように、ケース部材７９の支持部７９ａにより支持されている。このような場合においても、表面張力の差に依存せず、水滴などをより確実に移動させることができる。
１…振動装置
２…振動素子
３…振動体
３ａ…第１の主面
３ｂ…第２の主面
３ｃ…開口部
３ｄ…延長部
４…透光体
５Ａ，５Ｂ…圧電振動子
６…圧電体
７ａ…第１の電極
７ｂ…第２の電極
７ｃ…帰還電極
８…シール部材
９…ケース部材
９ａ…第１のケース部
９ｂ…第２のケース部
９ｘ…凹部
１０…イメージングデバイス
１０Ａ…撮像素子
１２…駆動装置
１３…第１の回路
１４…第２の回路
１５…スイッチ
１９ａ…底部
１９ｂ…内壁
１９ｃ…外壁
１９ｄ…天板部
１９ｅ…リブ
２５…圧電振動子
２６…圧電体
２７ａ…第１の電極
２７ｂ…第２の電極
２７ｃ…帰還電極
３２…振動素子
３５Ｃ，３５Ｄ…圧電振動子
４２…振動素子
４３Ａ…第１の振動体
４３Ｂ…第２の振動体
４３ｃ…支持体
４３ｄ…ヒンジ部
５１…振動装置
５２…振動素子
５３…振動体
５４…透光体
５７…底板
５８…レンズモジュール
５８ａ…レンズ
５８ｂ…レンズホルダ
５９…ケース部材
６０…イメージングデバイス
６０Ａ…撮像素子
６７…底板
７２…振動素子
７５…電磁アクチュエータ
７６…ソレノイドコイル
７７…磁石
７９…ケース部材
７９ａ…支持部
８３…振動体
８３ｄ…延長部

Claims (13)

  1. 振動子を有する振動素子と、
    前記振動素子を振動させる駆動装置と、
    を備え、
    前記振動素子が透光体を有し、前記振動子が前記駆動装置に電気的に接続されており、
    前記駆動装置が、前記振動素子を共振状態とするように、前記振動子に電気信号を印加する第１の回路と、前記振動素子から出力された帰還信号に応じた電気信号を前記振動子に印加する第２の回路と、前記第１の回路と前記振動子との接続及び前記第２の回路と前記振動子との接続を、一定のタイミングにおいて切り替えるスイッチと、を有する、振動装置。
  2. 前記第２の回路が、前記帰還信号に応じて、前記振動素子の振動を増幅させる電気信号を前記振動子に印加する、請求項１に記載の振動装置。
  3. 前記第２の回路が、前記帰還信号に応じて、前記振動素子の振動を減衰させる電気信号を前記振動子に印加する、請求項１または２に記載の振動装置。
  4. 前記第１の回路による電気信号の波長の半波長分の電気信号を、前記第２の回路から前記振動子に一定のタイミングにおいて印加する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の振動装置。
  5. 前記振動素子の振動の波長の複数波長分の電気信号を、前記第２の回路から前記振動子に一定のタイミングにおいて印加する、請求項３に記載の振動装置。
  6. 前記振動子に接続されている回路を前記第２の回路に切り替えた後の、前記振動素子の振動に応じて、前記第２の回路から前記振動子に電気信号を印加する、請求項５に記載の振動装置。
  7. 前記振動子が圧電振動子である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の振動装置。
  8. 前記振動子が電磁誘導素子である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の振動装置。
  9. 前記駆動装置により、前記振動素子がシーソーモードにより振動する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の振動装置。
  10. 前記駆動装置により、前記振動素子が旋回モードにより振動する、請求項１〜８のいずれか１項に記載の振動装置。
  11. 前記振動素子が略円板状である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の振動装置。
  12. 前記振動素子の振動の節において前記振動素子を保持しているケース部材をさらに備える、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の振動装置。
  13. 振動子を有する振動素子を振動させる駆動装置であって、
    前記振動素子を共振状態とするように、前記振動子に電気信号を印加する第１の回路と、
    前記振動素子から出力された帰還信号に応じた電気信号を前記振動子に印加する第２の回路と、
    前記第１の回路と前記振動子との接続及び前記第２の回路と前記振動子との接続を、一定のタイミングにおいて切り替えるスイッチと、
    を備える、駆動装置。
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