JP6958747B2 - 光学装置、および光学装置を備える光学ユニット - Google Patents

Description

本発明は、光学装置、および光学装置を備える光学ユニットに関する。

近年、車両の前部や後部に撮像素子などの光学センサを備える光学ユニットを設けて、当該光学ユニットで得た画像を利用して安全装置を制御したり、自動運転制御を行ったりすることが行われている。このような光学ユニットは、車外に設けられることが多いため、外部を覆う透光体（レンズや保護カバー）に雨滴、泥、塵埃等の異物が付着することがある。透光体に異物が付着すると、当該光学ユニットで得た画像に付着した異物が映り込み、鮮明な画像が得られなくなる。また、寒冷時において、車外に設けた光学ユニットでは、透光体の表面に氷や霜が付着して鮮明な画像が得られなくなる。

そこで、特許文献１に記載の光学ユニットでは、透光体の表面に付着した異物を除去するため、当該透光体を第１の周波数（クリーニング・モード）で透光体を振動させることができるとともに、透光体を加熱するために第２の周波数（加熱モード）で透光体を振動させている。具体的に、特許文献１に記載の光学ユニットでは、コントローラ回路で透光体をクリーニング・モードで振動させるのか、加熱モードで振動させるのかを切り替えている。

米国特許出願公開第２０１８／０２４６３２３号明細書

しかし、特許文献１に記載の光学ユニットでは、クリーニング・モードの第１の周波数と異なる第２の周波数で透光体を加熱することは行っているが、最も振動させて発熱させたい部分（例えば、光学センサの視野範囲）について、選択的に発熱させておらず加熱効率が悪かった。

そこで、本発明の目的は、透光体に付着した異物を除去することができるとともに、透光体の領域内で選択的に発熱させることができる光学装置、および光学装置を備える光学ユニットを提供する。

本発明の一形態に係る光学装置は、光学センサの視野方向に配置される透光体と、一方の端で透光体を保持する筒状体と、筒状体の他方の端に沿って設けられた圧電素子で透光体を振動させる振動体と、を備え、振動体は、透光体を振動させる複数の振動モードのうち、透光体の振動変位が最大となる第１の振動モードと、第１の振動モードよりもノード数が多い高次の第２の振動モードとを選択して透光体を振動させ、第２の振動モードでは、当該振動モード内での最大振動変位の位置が光学センサの視野に対応する透光体の領域内である。

本発明の別の一形態に係る光学装置は、光学センサの視野方向に配置される透光体と、一方の端で透光体の保持する筒状体と、筒状体の他方の端に沿って設けられた圧電素子で透光体を振動させる振動体と、透光体を振動させる振動モードを切り替える切替部と、を備え、振動体は、透光体を振動させる複数の振動モードのうち、透光体の振動変位が最大となる第１の振動モードと、第１の振動モードよりもノード数が多い高次の第２の振動モードとを選択して透光体を振動させ、切替部は、光学センサの視野に対応する透光体の領域内で加熱する位置に応じて、当該位置で最大振動変位となる振動モードを第２の振動モードとして切り替える。

本発明の一形態に係る光学ユニットは、光学センサと、上記に記載の光学装置とを備える。

本発明によれば、高次の第２の振動モードを選択して透光体を振動させるので、透光体に付着した異物を除去することができるとともに、透光体の領域内で選択的に発熱させることができる。

本実施の形態１に係る光学ユニットの構成を説明するための概略図である。 本実施の形態１に係る振動体をクリーニング・モードで駆動した場合について説明するための概略図である。 本実施の形態１に係る振動体を加熱モードで駆動した場合について説明するための概略図である。 本実施の形態１に係る振動体を加熱モードで駆動した場合の周波数とインピーダンスとの関係を示すグラフである。 本実施の形態１に係る振動体の振動を説明するための概略図である。 本実施の形態１に係る振動体を加熱モードで駆動した場合の保護カバー１２の温度プロファイルである。 本実施の形態２に係る振動体１３に供給される駆動信号を示す図である。 図７に示す期間Ｉを拡大した図である。 本実施の形態３に係る振動体を加熱モードで駆動した場合のＦＥＭ解析の結果を示す図である。 本実施の形態３に係る振動体の振動を説明するための概略図である。

以下に、本実施の形態に係る光学ユニットについて図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

（実施の形態１）
以下に、本実施の形態１に係る光学ユニットについて図面を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態１に係る光学ユニット１００の構成を説明するための概略図である。図１（ａ）は、光学ユニット１００の断面図、図１（ｂ）は、光学ユニット１００の外観図である。光学ユニット１００は、例えば車両の前方、後方などに取り付けられ、物体の形状、色、温度などの情報、物体までの距離などの情報を取得するユニットである。光学ユニット１００には、物体の形状、色、温度などの情報、物体までの距離などの情報を取得するための光学センサ１と、当該光学センサ１を保持し、光学センサ１のセンサ面に光を導く光学部材などを含む光学装置１０とを含んでいる。光学ユニット１００は、支持部２に光学装置１０を固定することで車両などに取り付けられる。なお、光学ユニット１００が取り付けられる場所は、車両に限られず、船舶、航空機などの他の装置に取り付けられてもよい。

光学ユニット１００は、車両などに取り付けて屋外で使用する場合、光学センサ１の視野方向に配置され外部を覆う透光体（レンズや保護カバー）に雨滴、泥、塵埃等の異物が付着することがある。そこで、光学装置１０では、透光体に付着した異物を除去するための除去手段を設けている。

具体的に、光学装置１０は、筐体１１、筐体１１の一面に設けられた透明の保護カバー（透光体）１２、保護カバー１２を振動させる振動体１３を含んでいる。振動体１３は、励振回路１４に接続され、当該回路からの信号に基づいて保護カバー１２を振動させる。振動体１３は、除去手段であり、保護カバー１２を振動させることで、保護カバー１２に付着した異物を除去している。なお、光学センサ１は、保護カバー１２の内側に設けられ、筐体１１に保持されている。

筐体１１は、円筒状で、たとえば金属や合成樹脂からなる。なお、筐体１１は、角柱状などの他の形状であってもよい。筐体１１の一端側に保護カバー１２が設けられ、他端側に振動体１３が設けられている。

振動体１３は、例えば、円筒状の形状や円筒状を複数に分割した形状の圧電振動子（圧電素子）である。圧電振動子は、例えば、厚み方向や径方向において分極することで振動する。圧電振動子は、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）ＮｂＯ_３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ＬｉＴａＯ_３などの圧電単結晶が用いられてもよい。

保護カバー１２は、筐体１１の一端から延びるドーム状の形状を有している。本実施の形態では、このドーム状の形状が半球の形状とされている。なお、光学センサ１は、たとえば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。保護カバー１２は、平板でもよい。保護カバー１２は、その全体が少なくとも光学センサ１で対象とする波長の光を透過する透光性を有している。そのため、保護カバー１２を透過する光は、可視光か不可視光かは問わない。

本実施の形態では、保護カバー１２がガラスからなる。もっとも、ガラスに限らず、透明なプラスチックスなどの樹脂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。樹脂の場合、保護カバー１２は、アクリル、シクロオレフィン、ポリカーボネート、ポリエステルなどが考えられる。さらに、保護カバー１２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く、表面の防汚や雨滴の除去などを目的に、親水膜、撥水膜、親油、撥油などのコーティング層を形成してもよい。

保護カバー１２は、単なるガラス製のカバーであっても、凹レンズ、凸レンズ、平面レンズなどの光学部品で構成してもよい。保護カバー１２の内側にさらに光学部品を有していてもよい。保護カバー１２と筐体１１との接合方法は、特に問わない。保護カバー１２と筐体１１とを、接着剤、溶着、嵌合、圧入、などで接合してもよい。

保護カバー１２内に、前述した光学センサ１が配置されている。光学センサ１は、ＣＭＯＳ（Complementary MOS）、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）などのイメージセンサであっても、レーザーを使用するＬｉＤＡＲ（Light Detection and Ranging）などであってもよい。光学センサ１にイメージセンサを用いた場合、光学センサ１は、保護カバー１２を通して外部の被撮像物の撮影を行う。

透光体に付着した異物を除去するための除去手段としては、振動体１３以外に透光体を回転させる回転機構がある。当該回転機構を振動体１３と併用して、除去手段としてもよい。

振動体１３は、保護カバー１２を振動させることで、保護カバー１２に付着した異物を除去する除去手段（クリーニング・モードでの駆動）として利用する以外に、保護カバー１２を振動させ、振動の機械的損失を利用して保護カバー１２を加熱する加熱手段（加熱モードでの駆動）としても利用することができる。以下、詳しく振動体１３のクリーニング・モードでの駆動と、加熱モードでの駆動とについて説明する。

図２は、本実施の形態１に係る振動体１３をクリーニング・モードで駆動した場合について説明するための概略図である。図２（ａ）には、振動体１３をクリーニング・モードで駆動させた場合の保護カバー１２の最大振動変位１２ａの位置が図示されている。図２（ｂ）には、保護カバー１２を平板と仮定してクリーニング・モードで振動させた場合の振動振幅が図示されている。図２（ｃ）には、振動体１３をクリーニング・モードでの駆動させた場合のＦＥＭ（Finite Element Method）解析の結果が図示されている。

振動体１３を例えば、約５０ｋＨｚで駆動することで、振動体１３をクリーニング・モードで駆動することができる。クリーニング・モードで振動体１３を駆動した場合、保護カバー１２は、図２（ａ）に示すように、中央部分に最大振動変位１２ａが生じることになる。図２（ｂ）に示すように、保護カバー１２を平板と仮定した場合、振動変位の大きい部分が保護カバー１２の中心部（振動の腹）で、振動変位の小さい部分が保護カバー１２の周縁部（振動の節）となっている。

円形状部材の機械振動モードは、（ｘ，ｙ）振動モードとして表すことができる。ここで、ｘは、径方向に存在する節の数であり、ｙは、周回方向に存在する節の数である。ｘ，ｙは整数である。図２（ａ）に示す保護カバー１２では、径方向に節が存在しないのでｘ＝０、周回方向にも節が存在しないのでｙ＝０となるので、振動モードは、（０，０）振動モードとなる。（０，０）振動モードで保護カバー１２を振動させた場合のＦＥＭ解析の結果は、図２（ｃ）に示すように保護カバー１２のドーム頂点部（中央部）に最大振動変位部２０がある同心円モードとなる。

図３は、本実施の形態１に係る振動体１３を加熱モードで駆動した場合について説明するための概略図である。図３（ａ）には、振動体１３を加熱モードで駆動させた場合の保護カバー１２の最大振動変位１２ａの位置が図示されている。図３（ｂ）には、保護カバー１２を平板と仮定して加熱モードで振動させた場合の振動振幅が図示されている。図３（ｃ）には、振動体１３を加熱モードでの駆動させた場合のＦＥＭ解析の結果が図示されている。

振動体１３を例えば、約５００ｋＨｚで駆動することで、振動体１３を加熱モードで駆動することができる。加熱モードで振動体１３を駆動した場合、保護カバー１２は、図３（ａ）に示すように、中央部分に最大振動変位１２ａが生じるとともに径方向に節１２ｂが生じる。図３（ｂ）に示すように、保護カバー１２を平板と仮定した場合、振動変位の大きい部分が保護カバー１２の中心部および周縁部（振動の腹）で、振動変位の小さい部分が保護カバー１２の中心部から周縁部に至る間の位置（振動の節）になっている。なお、加熱モード内での最大振動変位１２ａが光学センサ１の視野に対応する保護カバー１２の領域内となっている。そのため、光学センサ１の視野に対応する保護カバー１２の領域内に着いた氷や霜を速やかに除去できる。

図３（ａ）に示す保護カバー１２では、径方向に節１２ｂが存在するのでｘ＝１、周回方向には節が存在しないのでｙ＝０となるので、振動モードは、（１，０）振動モードとなる。（１，０）振動モードで保護カバー１２を振動させた場合のＦＥＭ解析の結果は、図３（ｃ）に示すように保護カバー１２のドーム頂点部に最大振動変位部２１がある同心円モードとなる。なお、クリーニング・モードの振動モードは、加熱モードの振動モードに比べて節数が少ない。つまり、クリーニング・モードの振動モードは、節数ｘ＝ｎ（≧０）、加熱モードの振動モードでの節数ｘ＝ｍ（＞０）とした場合、ｎ＞ｍの関係が成立する高次の振動モードである。

図４は、本実施の形態１に係る振動体１３を加熱モードで駆動した場合の圧電振動子の共振周波数とインピーダンスとの関係を示すグラフである。図４から分かるように、振動体１３の圧電振動子の共振周波数が約５１６ｋＨｚ辺りで、当該圧電振動子のインピーダンスが大きく変化している。このとき、圧電振動子に加えた電気エネルギーを機械的エネルギーに変換する効率を示す結合係数は、１３．２３６％と大きな値となっている。

加熱モードで振動体１３を駆動した場合、振動体１３の圧電振動子は、円筒状の全面で分極しており、幅振動およびその高次振動、もしくは厚み縦振動で振動している。ここで、幅振動および厚み縦振動について説明する。図５は、本実施の形態１に係る振動体１３の振動を説明するための概略図である。図５（ａ）には、振動体１３の幅振動が示されている。図５（ｂ）には、振動体１３の厚み縦振動が示されている。

振動体１３は、円筒状の圧電振動子が全面において、厚み方向に分極処理されていることで、径方向に伸縮する幅振動で振動することができる。つまり、幅振動は、振動体１３の位置１３ａが、図５（ａ）に示す矢印方向に伸縮する振動である。

また、振動体１３は、円筒状の圧電振動子が全面において、厚み方向に分極処理されていることで、厚み方向に伸縮する厚み縦振動で振動することができる。つまり、厚み縦振動は、振動体１３の位置１３ｂが、図５（ｂ）に示す矢印方向に伸縮する振動である。

振動体１３を加熱モードで振動させる場合、結合係数が大きい振動モードで振動体１３を振動させることで、保護カバー１２を加熱する効率が高くなる。また、保護カバー１２のドーム頂点部を振動させることで、圧電振動子側での振動の機械的損失による発熱と、誘電損失による発熱と、保護カバー１２のドーム頂点部側での振動の機械的損失による発熱とが同時に発生するため、保護カバー１２を加熱する効率が高くなる。

よって、加熱モード（第２の振動モード）の駆動周波数は約５００ｋＨｚと、クリーニング・モード（第１の振動モード）の駆動周波数である約５０ｋＨｚより高い。加熱モード（第２の振動モード）の駆動周波数は、少なくともクリーニング・モード（第１の振動モード）の駆動周波数の５倍以上とすることが好ましい。ただし、振動体１３の圧電振動子は、幅振動およびその高次振動、もしくは厚み縦振動で振動させる必要があるため、３ＭＨｚ以下とする。

次に、振動体１３を加熱モードで振動させた場合の保護カバー１２の温度変化について説明する。図６は、本実施の形態１に係る振動体１３を加熱モードで駆動した場合の保護カバー１２の温度プロファイルである。図６では、振動体１３を５２９ｋＨｚで駆動する加熱モードでの保護カバー１２の温度変化と、振動体１３を６４ｋＨｚで駆動するクリーニング・モードでの保護カバー１２の温度変化とを示している。なお、振動体１３に印加する駆動信号は、振幅が２５Ｖのサイン波形の信号である。

図６から分かるように、クリーニング・モードで振動体１３を駆動しても、６０秒後に約２℃程度しか保護カバー１２を加熱できないが、加熱モードで振動体１３を駆動すると、６０秒後に約２２℃も保護カバー１２を加熱できる。つまり、クリーニング・モードでは、保護カバー１２を加熱することなく、保護カバー１２の中央部を大きく振動させて、保護カバー１２の表面に付着した異物（例えば、水滴など）を霧化して除去することができる。一方、加熱モードでは、保護カバー１２の中央部を大きく振動させて、速やかに保護カバー１２を加熱できる。

以上のように、本実施の形態１に係る光学装置１０では、光学センサ１の視野方向に配置される保護カバー１２と、一方の端で保護カバー１２を保持する筐体１１と、筐体１１の他方の端に沿って設けられた圧電振動子（圧電素子）で保護カバー１２を振動させる振動体１３と、を備える。振動体１３は、保護カバー１２を振動させる複数の振動モードのうち、保護カバー１２の振動変位が最大となるクリーニング・モード（第１の振動モード）と、第１の振動モードよりも振動の節（ノード数）が多い高次の加熱モード（第２の振動モード）とを選択して保護カバー１２を振動させる。加熱モードでは、当該振動モード内での最大振動変位の位置が光学センサ１の視野に対応する保護カバー１２の領域内である。

そのため、本実施の形態１に係る光学装置１０は、高次の加熱モードを選択して保護カバー１２を振動させるので、保護カバー１２に付着した異物を除去することができるとともに、保護カバー１２の領域内で選択的に発熱させることができる。さらに、加熱モード内での最大振動変位１２ａの位置が光学センサ１の視野に対応する保護カバー１２の領域内となっているので、光学センサ１の視野に対応する保護カバー１２の領域内に着いた氷や霜を速やかに除去できる。

振動体１３の圧電振動子が幅振動、幅振動の高次振動、および厚み縦振動のうち少なくともいずれか１つの振動で駆動することで、保護カバー１２を加熱モードで励振させてもよい。これにより、結合係数が大きい振動モードで振動体１３を振動させることができ、保護カバー１２を加熱する効率が高くなる。

クリーニング・モードは、保護カバー１２の（ｎ（≧０），０）振動モードで、加熱モードは、保護カバー１２の（ｍ（＞ｎ），０）振動モードとしてもよい。これにより、振動体１３は、保護カバー１２を加熱する効率が高くなる。

加熱モードでは、最大振動変位１２ａの位置が光学センサ１の視野に対応する保護カバー１２の領域内の中央位置であってもよい。これにより、光学センサ１の視野に対応する保護カバー１２の領域内の中央位置に着いた氷や霜を速やかに除去できる。

光学ユニット１００は、光学センサ１と、上記に記載の光学装置１０とを備える。これにより、光学ユニット１００は、高次の加熱モードを選択して保護カバー１２を振動させるので、保護カバー１２に付着した異物を除去することができるとともに、保護カバー１２の領域内で選択的に加熱することができる。

（実施の形態２）
実施の形態１に係る光学装置では、振動体１３で保護カバー１２をクリーニング・モードまたは加熱モードで振動させる構成を説明した。本実施の形態に係る光学装置では、振動体１３で保護カバー１２をクリーニング・モードと加熱モードとの２つの振動モードで振動させる構成について説明する。

図７は、本実施の形態２に係る振動体１３に供給される駆動信号を示す図である。図８は、図７に示す期間Ｉを拡大した図である。図７および図８では、横軸を時間、縦軸を電圧としている。なお、本実施の形態２に係る光学ユニットは、図１に示した光学ユニット１００と同じ構成であり、同じ構成については同じ符号を付して詳細な説明は繰り返さない。また、本実施の形態２に係る光学装置は、図１に示した光学装置１０と同じ構成であり、同じ構成については同じ符号を付して詳細な説明は繰り返さない。

本実施の形態２に係る振動体１３では、保護カバー１２をクリーニング・モードと加熱モードとの２つの振動モードで振動させるため、図７に示すように、それぞれの駆動信号を重畳させている。つまり、図７に示す駆動信号は、保護カバー１２をクリーニング・モードで振動させるため５０ｋＨｚの駆動信号に、保護カバー１２を加熱モードで振動させるため５００ｋＨｚの駆動信号が重畳している。期間Ｉは、５０ｋＨｚの駆動信号の１周期分で、図８から分かるように当該１周期分の駆動信号が、５００ｋＨｚの周期で変動している。

励振回路１４が、保護カバー１２のドーム頂点部で最大振動変位となるクリーニング・モードの周波数（例えば、５０ｋＨｚ）と、保護カバー１２のドーム頂点部で最大振動変位となり、かつ加熱する加熱モードの周波数（例えば、５００ｋＨｚ）との駆動信号を同時に振動体１３に印加することで、２つの振動モードを重畳させて保護カバー１２のクリーニングと加熱とを同時に行うことができる。

以上のように、本実施の形態２に係る光学装置では、振動体１３が、クリーニング・モードに加熱モードを重畳させて保護カバー１２を振動させている。これにより、クリーニング・モードと加熱モードとを重畳させて保護カバー１２を振動させることで、保護カバー１２の表面に付着した異物の除去（クリーニング）と、保護カバー１２の加熱とを同時に行うことができ、別体の加熱手段と当該加熱手段を制御する制御部とが不要で、光学装置の小型化、低コスト、高信頼性を実現できる。また、保護カバー１２の表面に付着した異物の除去（クリーニング）と、保護カバー１２の表面に着いた氷や霜の溶融とを同時に行うことができ、異物除去の効率が上がり、光学装置における視認性をリアルタイムで向上することができる。

なお、図７では、保護カバー１２をクリーニング・モードで振動させるため５０ｋＨｚの駆動信号のすべての期間に、保護カバー１２を加熱モードで振動させるため５００ｋＨｚの駆動信号を重畳させている。しかし、これに限定されず、保護カバー１２をクリーニング・モードで振動させるため５０ｋＨｚの駆動信号の一部の期間に、保護カバー１２を加熱モードで振動させるため５００ｋＨｚの駆動信号とを重畳させてもよい。つまり、振動体１３は、クリーニング・モードで保護カバー１２を振動させる駆動時間に比べ、加熱モードで保護カバー１２を振動させる駆動時間が短くてもよい。

もちろん、実施の形態１で説明したように、保護カバー１２をクリーニング・モードで振動させる駆動信号と、保護カバー１２を加熱モードで振動させる駆動信号とを重畳させずに駆動する場合でも、クリーニング・モードでの駆動時間に比べ、加熱モードでの駆動時間を短くしてもよい。

（実施の形態３）
実施の形態１に係る光学装置では、保護カバー１２のドーム頂点部で最大振動変位となり、かつ加熱する加熱モードで保護カバー１２を振動させる構成について説明した。本実施の形態に係る光学装置では、保護カバー１２のドーム頂点部以外で最大振動変位となり、かつ加熱する加熱モードで保護カバー１２を振動させる構成について説明する。

図３で説明したように、振動体１３を駆動する駆動信号の周波数により、振動変位の大きい部分（振動の腹）や、振動変位の小さい部分（振動の節）の位置が変化する。そのため、振動体１３を駆動する駆動信号の周波数を変更することで、保護カバー１２のドーム頂点部以外の周辺部で最大振動変位をさせて、振動の機械的損失を利用して保護カバーのドーム頂点部以外の周辺部を加熱することができる。

図９は、本実施の形態３に係る振動体を加熱モードで駆動した場合のＦＥＭ解析の結果を示す図である。図９（ａ）は、保護カバー１２のドーム頂点部以外の周辺部で最大振動変位となる周波数の駆動信号で振動体１３を駆動させた場合のＦＥＭ解析の結果を示す。図９（ｂ）は、保護カバー１２のドーム頂点部で最大振動変位となる周波数の駆動信号で振動体１３を駆動させた場合のＦＥＭ解析の結果を示す。

図９（ａ）では、保護カバー１２のドーム頂点部以外の周辺部に最大振動変位部２２ａ〜２２ｇがある振動モードであり、最大振動変位部２２ａ〜２２ｇの位置で振動の機械的損失を利用して保護カバー１２を加熱することができる。図９（ｂ）では、保護カバー１２のドーム頂点部に最大振動変位部２３がある振動モードであり、最大振動変位部２３の位置で振動の機械的損失を利用して保護カバー１２を加熱することができる。

図１に示す励振回路１４は、図９（ａ）に示す位置で最大振動変位部２２ａ〜２２ｇとなる振動モードと、図９（ｂ）に示す位置で最大振動変位部２３となる振動モードとを切り替えるために、周波数を変更することができる。つまり、励振回路１４は、保護カバー１２を振動させる振動モードを切り替える切替部でもある。

以上のように、本実施の形態３に係る光学装置では、励振回路１４が、光学センサ１の視野に対応する保護カバー１２の領域内で加熱する位置に応じて、当該位置で最大振動変位となる振動モードを加熱モードとして切り替えることができる。これにより、保護カバー１２の任意の位置を選択して加熱することが可能となる。

なお、保護カバー１２の最大振動変位となる位置を容易に変更するためには、振動体１３の圧電振動子を、円筒状の全面で厚み方向に分極処理されているのではなく、圧電振動子を複数に分割して分極処理されていることが望ましい。図１０は、本実施の形態３に係る振動体の振動を説明するための概略図である。図１０では、振動体１３の圧電振動子を例えば２つに分割し、それぞれの圧電振動子で幅振動および厚み縦振動をさせる例を示している。図１０（ａ）では、２つに分割した振動体１３１，１３２をそれぞれ幅振動させている。図１０（ｂ）では、８つに分割した振動体１３３〜１４０をそれぞれ厚み縦振動させている。

２つに分割した振動体のうち、振動体１３１と振動体１３２とは、分極を反転するか、電位を反転して位相が１８０°異なっている各々の信号を振動体１３１と振動体１３２とに印加される。これにより、図１０（ａ）で示したように、振動体１３１が矢印で示す水平方向に伸びる振動が励振され、振動体１３２が矢印で示す水平方向に縮む振動が励振される。

また、２つに分割した振動体のうち、振動体１３３と振動体１３４とは、分極を反転するか、電位を反転して位相が１８０°異なっている各々の信号を振動体１３３と振動体１３４とに印加される。これにより、図１０（ｂ）で示したように、振動体１３３が矢印で示す厚み方向に伸びる振動が励振され、振動体１３４が矢印で示す厚み方向に縮む振動が励振される。

図１０（ａ）および図１０（ｂ）に示すそれぞれの振動体を組み合わせることで、多様な振動モードを容易に作り出せることができる。すなわち、図１０（ａ）および図１０（ｂ）で示す均一な振動方向で振動する各々の振動体の一部を反転することで、新たに分割軸で振動が反転するような径方向のノードを持つ振動モードで保護カバー１２を振動させることができる。このような振動モードで保護カバー１２を振動させた場合、図９（ａ）で例示した振動モードに比べ効率よく励振することができ、保護カバー１２底部の加熱を効果的に行うことができる。また、例えば、２つに分割した振動体のうちの１つの振動体を厚み縦振動で駆動することで、保護カバー１２をその方向の振動のみで局所的な加熱することができる。なお、図１０では、振動体を２つに分割する一例を示したが、これに限定されず、振動体を３つ以上に分割してもよい。つまり、複数に分割して分極処理されている圧電振動子を用いて保護カバー１２を振動させることで、励振回路１４は、光学センサ１の視野に対応する保護カバー１２の領域内で加熱する位置に応じて、当該位置で最大振動変位となる振動モードを加熱モードとして切り替えることが容易にできる。これにより、保護カバー１２の任意の位置を選択して加熱することがより可能となる。

（その他の変形例）
前述の実施の形態に係る光学装置では、保護カバー１２がドーム状の形状であると説明したが、板状の形状であってもよい。

前述の実施の形態に係る光学ユニットは、カメラ、ＬｉＤＡＲ，Ｒａｄｅｒなどを含んでもよい。

前述の実施の形態に係る光学ユニットは、車両に設けられる光学ユニットに限定されず、光学センサの視野に配置される透光体を洗浄する必要がある用途の光学ユニットに対しても同様に適用することができる。

前述の実施の形態に係る光学ユニットでは、保護カバーの表面に付着した異物を除去する除去手段として、振動体、または振動体に代えて回転機構を説明したが、これに限定されない。除去手段は、保護カバーの表面に付着した異物を除去できれば、振動体に代えていずれの構成でもよく、例えばワイパーなどで物理的に異物を除去する機構であっても、吐出装置で洗浄体（洗浄液、空気など）を吐出して異物を除去する機構であってもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 光学センサ、１０ 光学装置、１１ 筐体、１２ 保護カバー、１３ 振動体、１４ 励振回路、１００ 光学ユニット。

Claims (13)

1. 光学センサの視野方向に配置される透光体と、
   一方の端で前記透光体を保持する筒状体と、
   前記筒状体の他方の端に沿って設けられた圧電素子で前記透光体を振動させる振動体と、を備え、
   前記振動体は、
   前記透光体を振動させる複数の振動モードのうち、前記透光体の振動変位が最大となる第１の振動モードと、前記第１の振動モードよりもノード数が多い高次の第２の振動モードとを選択して前記透光体を振動させ、
   前記第２の振動モードでは、当該振動モード内での最大振動変位の位置が前記光学センサの視野に対応する前記透光体の領域内である、光学装置。
2. 前記第２の振動モードの駆動周波数は、前記第１の振動モードの駆動周波数の５倍以上とする、請求項１に記載の光学装置。
3. 前記第２の振動モードの駆動周波数は、３ＭＨｚ以下である、請求項２に記載の光学装置。
4. 前記圧電素子が幅振動、幅振動の高次振動、および厚み縦振動のうち少なくともいずれか１つの振動で駆動することで、前記透光体は、前記第２の振動モードで励振される、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の光学装置。
5. 前記第１の振動モードは、前記透光体の（ｎ（≧０），０）振動モードで、前記第２の振動モードは、前記透光体の（ｍ（＞ｎ），０）振動モードである、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の光学装置。
6. 前記振動体は、前記第１の振動モードに前記第２の振動モードを重畳させて前記透光体を振動させる、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の光学装置。
7. 前記振動体は、前記第１の振動モードで前記透光体を振動させる駆動時間に比べ、前記第２の振動モードで前記透光体を振動させる駆動時間が短い、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の光学装置。
8. 前記第２の振動モードでは、前記最大振動変位の位置が前記光学センサの視野に対応する前記透光体の領域内の中央位置である、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の光学装置。
9. 前記透光体を振動させる振動モードを切り替える切替部をさらに備え、
   前記切替部は、前記光学センサの視野に対応する前記透光体の領域内で加熱する位置に応じて、当該位置で前記最大振動変位となる振動モードを前記第２の振動モードとして切り替える、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の光学装置。
10. 前記圧電素子は、厚み方向に分極処理されている、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の光学装置。
11. 光学センサの視野方向に配置される透光体と、
    一方の端で前記透光体の保持する筒状体と、
    前記筒状体の他方の端に沿って設けられた圧電素子で前記透光体を振動させる振動体と、
    前記透光体を振動させる振動モードを切り替える切替部と、を備え、
    前記振動体は、
    前記透光体を振動させる複数の振動モードのうち、前記透光体の振動変位が最大となる第１の振動モードと、前記第１の振動モードよりもノード数が多い高次の第２の振動モードとを選択して前記透光体を振動させ、
    前記切替部は、
    前記光学センサの視野に対応する前記透光体の領域内で加熱する位置に応じて、当該位置で最大振動変位となる振動モードを前記第２の振動モードとして切り替える、光学装置。
12. 前記圧電素子は、厚み方向に分極処理されている、もしくは複数に分割して分極処理されている、請求項１１に記載の光学装置。
13. 光学センサと、
    請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の光学装置とを備える、光学ユニット。

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