JP7031803B1 - 洗浄装置、洗浄装置を備える撮像ユニット、および制御方法 - Google Patents

Abstract

本開示に係る洗浄装置は、カメラ（５）の視野に配置される保護カバー（２）と、保護カバー（２）を振動させる圧電体（１５）と、圧電体（１５）を駆動するドライバ回路（３１）と、圧電体（１５）で振動させた保護カバー（２）の振動レベルに関する信号を検出する振動センサ（７０）と、振動センサ（７０）で検出した信号に基づき、ドライバ回路（３１）を制御するＰＩＤ制御回路（３６）と、を備える。ＰＩＤ制御回路（３６）は、あらかじめ設定した保護カバー（２）の振動レベルの目標値に対して、振動センサ（７０）で検出した信号が一致するようにドライバ回路（３１）を制御する。

Description

本発明は、洗浄装置、洗浄装置を備える撮像ユニット、および制御方法に関する。

車両の前部や後部に撮像ユニットを設けて、当該撮像ユニットで撮像した画像を録画したり、撮像した画像を利用して安全装置を制御したりすることが行われている。このような撮像ユニットは、車外に設けられることが多いため、撮像素子の外部を覆う透光体（レンズや保護ガラス）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、当該撮像ユニットで撮像し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。

そこで、撮像素子の外部を覆う透光体に付着した雨滴等の異物を除去する機能が設けられている撮像ユニットが開発されている（特許文献１および特許文献２）。特許文献１に開示されている撮像ユニットでは、透光体に付着した水滴を除去するために圧電体で透光体を振動させている。当該撮像ユニットでは、カメラの画像を画像処理して水滴を認識し、その認識結果に応じて圧電体の駆動周波数を設定している。

また、特許文献２に開示されている撮像ユニットでは、透光体を圧電体で振動させ、透光体に付着した水滴を除去する洗浄装置で、透光体の共振周波数に等しい周波数を含む交流信号で圧電体を駆動している。

特許５９４８７８１号公報 特許２８７９１５５号公報

特許文献１に記載の撮像ユニットでは、カメラの画像を画像処理する必要があるためコストを低減することができず、圧電体の駆動周波数の設定に必ず画像処理を必要とするためコストがかかると共にリアルタイムで付着した異物を除去できない。また、特許文献２に記載の撮像ユニットでは、透光体の振動レベルが最も大きくなる共振周波数で透光体を振動させるため、透光体と圧電体との接合部に強い応力が加わりクラックが発生するなどして耐久時間が短くなる。

そこで、本発明の目的は、低コストでリアルタイムに異物を除去でき、耐久時間を延ばすことができる洗浄装置、洗浄装置を備える撮像ユニット、および制御方法を提供する。

本開示の一形態に係る洗浄装置は、撮像部の視野に配置される透光体と、透光体を振動させる振動体と、振動体を駆動する駆動部と、振動体で振動させた透光体の振動レベルに関する信号を検出する検出部と、検出部で検出した信号に基づき、駆動部を制御する制御部と、を備え、透光体の振動レベルは、透光体の加速度であり、制御部は、あらかじめ設定した透光体の振動レベルの目標値に対して、検出部で検出した信号が一致するように駆動部を制御する。

本開示の一形態に係る撮像ユニットは、撮像部と、上記に記載の洗浄装置とを備える。
本開示の一形態に係る制御方法は、撮像部の視野に配置される透光体と、透光体を振動させる振動体と、振動体を駆動する駆動部と、振動体で振動させた透光体の振動レベルに関する信号を検出する検出部と、検出部で検出した信号に基づき、駆動部を制御する制御部と、を備える洗浄装置の制御方法であって、制御部は、第１目標値に対して、検出部で検出した信号が一致するように駆動部を制御する異物検出モードで振動体を駆動させるステップと、異物検出モードで駆動部を制御しているときに、振動体を駆動する周波数が低下したか否かを判断するステップと、振動体を駆動する周波数が低下した場合、第１目標値より大きい振動レベルの第２目標値に対して、検出部で検出した信号が一致するように駆動部を制御する異物除去モードとで振動体を駆動させるステップと、異物除去モードで駆動部を制御しているときに、振動体を駆動する周波数が異物検出モード時の周波数に戻った場合、振動体の駆動を前記異物検出モードに戻すステップと、を含み、透光体の振動レベルは、透光体の加速度である。

本発明によれば、制御部が、あらかじめ設定した透光体の振動レベルの目標値に対して、検出部で検出した信号が一致するように駆動部を制御するので、低コストでリアルタイムに異物を除去でき、耐久時間を延ばすことができる。

実施の形態１に係る撮像ユニットの洗浄装置を説明するためのブロック図である。 実施の形態１に係る撮像ユニットの洗浄装置を駆動する駆動信号を説明するための図である。 保護カバーの駆動周波数と保護カバーに付着した異物との関係を説明するための図である。 保護カバーに付着した異物の霧化時間と振動レベルとの関係を説明するための図である。 洗浄装置の耐久時間と振動レベルとの関係を説明するための図である。 実施の形態１に係る撮像ユニットの洗浄装置において異物を除去する駆動を説明するための図である。 実施の形態２に係る撮像ユニットの洗浄装置を２つの駆動モードで異物を除去する駆動を説明するための図である。 実施の形態２に係る撮像ユニットの洗浄装置の駆動を説明するためのフローチャートである。 実施の形態２に係る撮像ユニットの洗浄装置の駆動レベルの時間変化を説明するための図である。 実施の形態２に係る撮像ユニットの洗浄装置の耐久時間の改善を説明するための図である。 実施の形態３に係る撮像ユニットの洗浄装置の駆動を説明するためのフローチャートである。 実施の形態４に係る撮像ユニットの洗浄装置を説明するためのブロック図である。 実施の形態４に係る撮像ユニットの洗浄装置の駆動を説明するためのフローチャートである。 実施の形態５に係る撮像ユニットの洗浄装置を説明するためのブロック図である。 実施の形態５に係る撮像ユニットの洗浄装置の駆動を説明するためのフローチャートである。 変形例に係る撮像ユニットの洗浄装置を説明するためのブロック図である。

以下に、実施の形態に係る撮像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、実施の形態１に係る撮像ユニットについて説明する。図１は、実施の形態１に係る撮像ユニット１００の洗浄装置を説明するためのブロック図である。撮像ユニット１００は、筐体１、保護カバー２、カメラ５、圧電体１５、駆動回路３０、振動センサ７０を備えている。なお、撮像ユニット１００からカメラ５を除いた、保護カバー２、圧電体１５、駆動回路３０および振動センサ７０の構成が、カメラ５の撮像範囲に付着した異物（付着物）を洗浄する洗浄装置を構成している。

カメラ５は、撮像部であり、保護カバー２の内側に設けられ、図示していない筐体１内の保持部に固定されている。カメラ５内には、図示していないが撮像素子を含む回路が内蔵されている。また、カメラ５の撮像方向に、図示していないがレンズモジュールが設けられている。なお、撮像素子は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ、ＣＭＯＳ（Complementary MOS）イメージセンサなどである。レンズモジュールは、筒状体からなり、複数のレンズで構成される。なお、カメラ５の構造は、保護カバー２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。

筐体１は、たとえば、角筒状で、金属や合成樹脂からなる。なお、筐体１は、円筒状などの他の形状であってもよい。筐体１の一端側に保護カバー２が設けられている。保護カバー２の内側に、前述したカメラ５が配置され、この保護カバー２を通して外部の被撮像物の撮影が行われる。

保護カバー２は、平板形状を有している。もちろん、保護カバー２は、平板形状だけでなく、ドーム形状でもよい。また、保護カバー２がドーム形状の場合、半球の形状でも、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でもよい。

保護カバー２は、その全体が透光性を有している。実施の形態１では、保護カバー２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。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。

圧電体１５は、保護カバー２を振動させる振動体で、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。

圧電体１５は、駆動回路３０により駆動される。駆動回路３０は、圧電体１５を駆動する駆動部として動作するドライバ回路３１、および振動センサ７０で検出した信号に基づき、駆動部を制御する制御部として動作するＰＩＤ（Proportional-Integral-Differential）制御回路３６を含む。

さらに、駆動回路３０について詳しく説明する。駆動回路３０には、圧電体１５に対して駆動信号を供給するドライバ回路３１、ドライバ回路３１で生成する駆動信号の振幅電圧を決める昇圧回路３２、ドライバ回路３１で生成する駆動信号のデューティ比を決めるクロック信号生成回路３３を含む。

図２は、実施の形態１に係る撮像ユニットの洗浄装置を駆動する駆動信号を説明するための図である。図２（ａ）には、クロック信号生成回路３３からドライバ回路３１に供給されるクロック信号Ｖ_ＣＬＫが、図２（ｂ）には、ドライバ回路３１から圧電体１５に供給される駆動信号Ｖ_ＯＵＴがそれぞれ図示されている。図（ａ）に示すクロック信号Ｖ_ＣＬＫでは、振幅電圧が３．３Ｖで、周期Ｔ、ＯＮ期間Ｔ_ＯＮと表されている。そのため、クロック信号Ｖ_ＣＬＫのデューティ比Ｄ（＝Ｔ_ＯＮ／Ｔ）は、周期Ｔと、ＯＮ期間Ｔ_ＯＮとで決まる。なお、クロック信号Ｖ_ＣＬＫの周波数ｆは、ｆ＝１／Ｔとなる。

図２（ｂ）に示す駆動信号Ｖ_ＯＵＴは、クロック信号Ｖ_ＣＬＫと同じ周期ＴおよびＯＮ期間Ｔ_ＯＮになる。そのため、クロック信号生成回路３３でクロック信号Ｖ_ＣＬＫのデューティ比Ｄを変更することで、駆動信号Ｖ_ＯＵＴのデューティ比Ｄを変更することができる。また、図２（ｂ）に示す駆動信号Ｖ_ＯＵＴは、振幅電圧が昇圧回路３２で昇圧した電圧Ｖ_ｄｄの２倍となる。つまり、昇圧回路３２で昇圧する電圧Ｖ_ｄｄを変更することで、駆動信号Ｖ_ＯＵＴの振幅電圧（２×Ｖ_ｄｄ）を変更することができる。

駆動回路３０では、あらかじめ設定した保護カバー２の振動レベルの目標値に対して、振動センサ７０で検出した信号が一致するようにドライバ回路３１を制御する。そのため、駆動回路３０では、振動センサ７０で検出した信号Ｖｂを増幅する増幅回路３４、増幅回路３４で増幅した信号Ｖｓをデジタル信号に変換するＡＤ回路３５、ＰＩＤ制御回路３６を含む。ここで、保護カバー２の振動レベルは、例えば、保護カバー２の中央部での変位の加速度とする。もちろん、保護カバー２の振動レベルは、これに限られず、保護カバー２の中央部での変位量でもよい。

ＰＩＤ制御回路３６は、振動センサ７０からの信号ｓと目標値ｒとの偏差ｅに対して、その比例、積分、および微分の３つの要素によってクロック信号生成回路３３の周波数ｆを調整して、ドライバ回路３１の駆動信号をフィードバック制御する制御回路である。なお、ドライバ回路３１の駆動信号の制御は、ＰＩＤ制御回路３６に限定されず、あらかじめ設定した保護カバー２の振動レベルの目標値に対して、振動センサ７０で検出した信号が一致するように制御できれば、何れの制御回路でもよい。

駆動回路３０は、さらにモード切替回路３７を含む。モード切替回路３７は、ＰＩＤ制御回路３６の出力信号に基づいて、駆動信号Ｖ_ＯＵＴの調整を昇圧回路３２で昇圧する電圧Ｖ_ｄｄで行う電圧モード（Vdd_mode）に変更したり、駆動信号Ｖ_ＯＵＴの調整をクロック信号Ｖ_ＣＬＫのデューティ比Ｄで行うデューティモード（Duty_mode）に変更したりすることができる。

振動センサ７０は、圧電体１５で振動させた保護カバー２の振動レベルに関する信号を検出する検出部として動作する。振動センサ７０は、例えば、超音波センサやマイクなどで、保護カバー２に対して非接触に設けられる。超音波センサを振動センサ７０として用いる場合、振動させた保護カバー２から発せられる超音波を保護カバー２の振動レベルに関する信号として検出する。振動センサ７０は、保護カバー２に対して非接触に設けられるので、保護カバー２の振動を阻害することなく保護カバー２に付着した異物をリアルタイムに検出できる。なお、振動センサ７０は、音を利用して保護カバー２の振動レベルを検出する超音波センサやマイクなどに限定されず、光を利用して保護カバー２の振動レベルを検出するレーザセンサなどでもよい。

次に、図３は、保護カバー２の駆動周波数と保護カバー２に付着した異物との関係を説明するための図である。図３では、横軸を駆動信号の周波数（単位は、ｋＨｚ）、縦軸を圧電体１５のインピーダンス（単位は、Ω）としている。また、図３に、保護カバー２に０（ゼロ）μｌの水滴を付着させたグラフ、保護カバー２に１０μｌの水滴を付着させたグラフ、保護カバー２に２０μｌの水滴を付着させたグラフの３つが図示されている。

図３から分かるように、保護カバー２に付着する水滴が多くなるにつれて、インピーダンスが大きく変化する点ｆａ，ｆｂ，ｆｃの周波数が小さくなっている。また、インピーダンスが大きく変化する点ｆａ，ｆｂ，ｆｃは、圧電体１５の共振周波数で保護カバー２の中央部の変位が最大となる駆動周波数である。点ｆａ，ｆｂ，ｆｃは、保護カバー２に付着する水滴が多くなるにつれて、周波数が低周波側にシフトするとともに、インピーダンスは上昇している。

次に、図４は、保護カバー２に付着した異物の霧化時間と振動レベルとの関係を説明するための図である。図４では、横軸を振動レベルを示す加速度（単位は、×１０^６ｍ／ｓ^２）、縦軸を霧化時間（単位は、ｓｅｃ）としている。なお、振動レベルは、保護カバー２の中央部が変位最大となる振動モードで保護カバー２を振動させたとき、保護カバー２の中央部での変位の加速度で表している。具体的に、加速度Ａ（ｍ／ｓ^２）は、周波数ｆ（Ｈｚ）で駆動したときの保護カバー２の中央部の変位ｄ（ｍ）より、Ａ＝ｄ×（２πｆ）^２から導出できる。例えば、加速度Ａ＝１．５×１０^６（ｍ／ｓ^２）、周波数ｆ＝５０ｋＨｚのとき、保護カバー２の中央部での変位ｄは、約１５．２（μｍ）となる。

霧化時間は、保護カバー２に付着させた合計１０μｌの水滴（例えば、２μｌの水滴を５箇所に分けて付着）が霧化され除去できた時間である。図４から分かるように、振動レベル（加速度）が大きいほど、霧化時間が短く、異物除去性能が高い。

図５は、洗浄装置の耐久時間と振動レベルとの関係を説明するための図である。図５では、横軸を振動レベルを示す加速度（単位は、×１０^６ｍ／ｓ^２）、縦軸を耐久時間（単位は、ｈｏｕｒ）としている。なお、図５に示す結果は、保護カバー２の中央部が変位最大となる振動モードで保護カバー２を振動させた場合の結果である。ここで、耐久時間とは、特定の故障、不具合が生じるまでの時間であり、例えば、故障判定基準に基づいて判定した時間である。具体的に、図５で耐久時間の判定に用いた故障判定基準は、最大加速度が１．５×１０^６ｍ／ｓ^２未満となり、洗浄装置が、保護カバーに付着した異物を霧化できない状態になった状態を故障と判定している。なお、洗浄装置が故障となる原因の大半は、透光体と圧電体との接合部に強い応力が加わり接合部にクラックが発生したことによる。

図５に示す耐久時間の試験では、周囲温度８５℃、湿度８５％の環境条件で行われた。図５に示す結果から分かるように、振動レベル（加速度）が小さいほど保護カバー２と圧電体１５との接合部分の応力が緩和され洗浄装置の耐久時間が延びる。洗浄装置の耐久時間と振動レベルとの試験結果を複数プロットして、回帰直線を求めるとグラフＲのような直線を得ることができる。このグラフＲから、加速度が１．５×１０^６ｍ／ｓ^２の場合、耐久時間が約４８００時間程度になることが分かる。

しかし、洗浄装置の耐久時間が延びることと、異物除去性能を高くすることとは、図４および図５に示すように相反する関係にある。そこで、洗浄装置の故障リスクを抑えるため耐久時間を例えば２０００時間確保するのであれば、図５に示すグラフＲから加速度を約２．０×１０^６ｍ／ｓ^２以下にすることが望ましい。一方、保護カバー２に付加した異物を霧化するためには、図４から加速度が１．５×１０^６ｍ／ｓ^２以上にすることが望ましい。

実施の形態１に係る撮像ユニット１００の洗浄装置では、保護カバー２の中央部が変位最大となる共振周波数（振動モード）で保護カバー２を振動させるのではなく、共振周波数からずらした周波数（目標値）で保護カバー２を振動させ続けるように制御している。具体的に、撮像ユニット１００の洗浄装置では、ドライバ回路３１の駆動信号をフィードバック制御する駆動回路３０を用いて、目標とする振動レベルを維持するように保護カバー２の振動レベルを制御する。図６は、実施の形態１に係る撮像ユニット１００の洗浄装置において異物を除去する駆動を説明するための図である。図６では、横軸を駆動周波数ｆ、縦軸を振動レベルを示す加速度（単位は、×１０^６ｍ／ｓ^２）としている。

図６に示す例では、異物が付着していない保護カバー２を共振周波数で振動させると加速度＝２．５×１０^６ｍ／ｓ^２となる振動レベルの場合に、目標とする振動レベルを加速度＝２．０×１０^６ｍ／ｓ^２として保護カバー２を振動させる。まず、異物が付着していない保護カバー２を加速度＝２．０×１０^６ｍ／ｓ^２で振動させる動作点１では、駆動周波数ｆ_０となる。

駆動周波数ｆ_０で保護カバー２を振動させている場合に、保護カバー２に異物が付着すると、振動レベルが小さくなり動作点が動作点１から動作点２に移動する。つまり、異物が付着していない保護カバー２の振動モードＳ１から、異物が付着した保護カバー２の振動モードＳ２に、振動モードが切り替わる。

駆動回路３０は、動作点２の振動レベルに小さくなった保護カバー２の振動を、目標とする振動レベルの加速度＝２．０×１０^６ｍ／ｓ^２まで戻すために、ドライバ回路３１から圧電体１５に供給される駆動信号Ｖ_ＯＵＴの振幅電圧またはデューティ比Ｄを調整する。具体的に、ＰＩＤ制御回路３６は、モード切替回路３７で指定された駆動信号Ｖ_ＯＵＴの振幅電圧またはデューティ比Ｄの条件において、目標とする振動レベルにするために、クロック信号生成回路３３に入力する周波数ｆを調整する。異物が付着した保護カバー２を加速度＝２．０×１０^６ｍ／ｓ^２で振動させる動作点３では、駆動周波数が、駆動周波数ｆ_０から低下して駆動周波数ｆ_１となる。

動作点３で、異物が付着した保護カバー２を加速度＝２．０×１０^６ｍ／ｓ^２で振動させると、図４で説明したように保護カバー２に付着した異物が振動により霧化され、異物が除去される。異物が付着した保護カバー２を加速度＝２．０×１０^６ｍ／ｓ^２で振動させている場合に、保護カバー２から異物が除去されると、駆動周波数が変化して動作点が動作点３から動作点１に移動する。つまり、異物が付着した保護カバー２の振動モードＳ２から、異物が付着していない保護カバー２の振動モードＳ１に、振動モードが切り替わる。

駆動回路３０は、保護カバー２の変位最大となる振動レベル（共振周波数で振動させた振動レベル）より小さく、かつ保護カバー２に付着した異物を除去できる振動レベル以上になるように、保護カバー２の振動レベルを制御する。このように、駆動回路３０は、ＰＩＤ制御回路３６を用いて、保護カバー２の振動レベルを制御することで、画像処理を行うことなく低コストで保護カバー２に付着した異物をリアルタイムに除去することができる。

撮像ユニット１００の洗浄装置は、図６で示したように、保護カバー２の振動レベルを保護カバー２に付着する異物の有無にかかわらず、常に目標の振動レベルに維持する。また、撮像ユニット１００の洗浄装置は、異物除去に必要な最低限の振動レベルで保護カバー２を振動させることで、変位最大の共振周波数で保護カバー２を振動させる場合に比べた耐久時間を延ばすことができ、故障リスクを抑えることができる。

以上のように、実施の形態１に係る撮像ユニット１００では、カメラ５と、洗浄装置とを備える。当該洗浄装置は、カメラ５の視野に配置される保護カバー２と、保護カバー２を振動させる圧電体１５と、圧電体１５を駆動するドライバ回路３１と、圧電体１５で振動させた保護カバー２の振動レベルに関する信号を検出する振動センサ７０と、振動センサ７０で検出した信号に基づき、ドライバ回路３１を制御する駆動回路３０と、を備える。駆動回路３０は、あらかじめ設定した保護カバー２の振動レベルの目標値に対して、振動センサ７０で検出した信号が一致するようにドライバ回路３１を制御する。

これにより、実施の形態１に係る洗浄装置は、駆動回路３０が、あらかじめ設定した保護カバー２の振動レベルの目標値に対して、振動センサ７０で検出した信号が一致するようにドライバ回路３１を制御するので、低コストでリアルタイムに異物を除去でき、耐久時間を延ばすことが可能となる。なお、透光体の振動レベルは、透光体の加速度であることが好ましい。

また、目標値は、駆動する周波数における保護カバー２の変位最大となる振動レベルより小さく、かつ保護カバー２に付着した異物を除去できる振動レベル以上に設定してあることが好ましい。これにより、洗浄装置は、耐久時間を延ばし故障リスクを抑えつつ、低コストで保護カバー２に付着した異物をリアルタイムに除去することができる。

さらに、目標値は、保護カバー２の加速度が１．５×１０^６ｍ／ｓ^２以上の振動レベルであることが好ましい。これにより、洗浄装置は、保護カバー２に付着した異物を霧化させて除去することができる。

駆動回路３０は、ドライバ回路３１が圧電体１５を駆動する駆動信号の電圧、および、デューティ比のうち少なくとも一方を制御することが好ましい。これにより、洗浄装置は、目標値の振動レベルとなるように保護カバー２の振動を調整することができる。

振動センサ７０は、圧電体１５に対して非接触で、圧電体１５で振動させた保護カバー２の振動レベルに関する信号を検出するセンサであることが好ましい。これにより、振動センサ７０が、圧電体１５の振動に影響を与えることなく保護カバー２の振動レベルを検出することができる。なお、振動センサ７０は、圧電体１５の振動により発生する音波を検出する超音波センサであることが好ましい。

（実施の形態２）
実施の形態１に係る洗浄装置では、常に保護カバー２に付着した異物を霧化することができる振動レベルで圧電体１５を駆動する構成について説明した。実施の形態２に係る洗浄装置では、さらに耐久時間を延ばすために保護カバーに異物が付着するまで、より小さい振動レベルで圧電体を駆動する構成について説明する。なお、実施の形態２に係る撮像ユニットは、図１に示した撮像ユニット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。

実施の形態２に係る撮像ユニット１００の洗浄装置では、保護カバーに異物が付着するまで異物検出モードで圧電体１５を駆動し、保護カバーに異物が付着すると異物除去モードで圧電体１５を駆動する。図７は、実施の形態２に係る撮像ユニット１００の洗浄装置を２つの駆動モードで異物を除去する駆動を説明するための図である。図７では、横軸を駆動周波数ｆ、縦軸を振動レベルを示す加速度（単位は、×１０^６ｍ／ｓ^２）としている。

図７に示す例では、保護カバー２に異物が付着していないとき、加速度＝１．５×１０^６ｍ／ｓ^２未満となる振動レベルで保護カバー２を振動させる異物検出モードで駆動する。具体的に、異物検出モードでは、目標とする振動レベルを加速度＝０．５×１０^６ｍ／ｓ^２として保護カバー２を振動させる。まず、異物が付着していない保護カバー２を加速度＝０．５×１０^６ｍ／ｓ^２で振動させる動作点１では、駆動周波数ｆ_０となる。

駆動周波数ｆ_０で保護カバー２を振動させている場合に、保護カバー２に異物が付着すると、振動レベルが小さくなり動作点が動作点１から動作点２に移動する。つまり、異物が付着していない保護カバー２の振動モードＳａから、異物が付着した保護カバー２の振動モードＳｂに、振動モードが切り替わる。

駆動回路３０は、動作点２の振動レベルに小さくなった保護カバー２の振動を、目標とする振動レベルの加速度＝０．５×１０^６ｍ／ｓ^２まで戻すために、ドライバ回路３１から圧電体１５に供給される駆動信号Ｖ_ＯＵＴの振幅電圧またはデューティ比Ｄを調整する。具体的に、ＰＩＤ制御回路３６は、モード切替回路３７で指定された駆動信号Ｖ_ＯＵＴの振幅電圧またはデューティ比Ｄの条件において、目標とする振動レベルにするために、クロック信号生成回路３３に入力する周波数ｆを調整する。異物が付着した保護カバー２を加速度＝０．５×１０^６ｍ／ｓ^２で振動させる動作点３では、駆動周波数が、駆動周波数ｆ_０から低下して駆動周波数ｆ_１となる。

駆動回路３０は、ＰＩＤ制御回路３６において、駆動周波数が、駆動周波数ｆ_０から駆動周波数ｆ_１に低下したことで保護カバー２に異物が付着したことを検出することができる。駆動回路３０で保護カバー２に異物が付着したことを検出すると、モード切替回路３７は、駆動モードを異物検出モードから異物除去モードに切り替える。つまり、駆動回路３０は、異物除去モードに切り替わると、加速度＝１．５×１０^６ｍ／ｓ^２以上となる振動レベルで保護カバー２を振動させる。具体的に、図７では、異物除去モードにおいて目標とする振動レベルを加速度＝２．０×１０^６ｍ／ｓ^２として保護カバー２を振動させている。

駆動周波数ｆ_１で保護カバー２を振動させている場合に、目標とする振動レベルを大きくすると、動作点が動作点３から動作点４に移動する。つまり、異物検出モードでの保護カバー２の振動モードＳｂから、異物除去モードでの保護カバー２の振動モードＳｃに、振動モードが切り替わる。

異物が付着した保護カバー２を加速度＝２．０×１０^６ｍ／ｓ^２で振動させると、図４で説明したように保護カバー２に付着した異物が振動により霧化され、異物が除去される。

駆動周波数ｆ_１で保護カバー２を振動させている場合に、保護カバー２から異物が除去されると、振動レベルが小さくなり動作点が動作点４から動作点５に移動する。つまり、異物が付着した保護カバー２の振動モードＳｃから、異物が付着していない保護カバー２の振動モードＳｄに、振動モードが切り替わる。駆動回路３０は、動作点５の振動レベルに小さくなった保護カバー２の振動を、目標とする振動レベルの加速度＝２．０×１０^６ｍ／ｓ^２まで戻すために、ドライバ回路３１から圧電体１５に供給される駆動信号Ｖ_ＯＵＴの振幅電圧またはデューティ比Ｄを調整する。具体的に、ＰＩＤ制御回路３６は、モード切替回路３７で指定された駆動信号Ｖ_ＯＵＴの振幅電圧またはデューティ比Ｄの条件において、目標とする振動レベルにするために、クロック信号生成回路３３に入力する周波数ｆを調整する。異物が除去された保護カバー２を加速度＝２．０×１０^６ｍ／ｓ^２で振動させる動作点６では、駆動周波数が、駆動周波数ｆ_１から駆動周波数ｆ_０と高くなる。

駆動回路３０は、ＰＩＤ制御回路３６において、駆動周波数が、駆動周波数ｆ_１から駆動周波数ｆ_０に高くなることで保護カバー２から異物が除去されたことを検出することができる。駆動回路３０が保護カバー２から異物が除去されたことを検出すると、モード切替回路３７は、駆動モードを異物除去モードから異物検出モードに切り替える。

次に、実施の形態２に係る撮像ユニット１００の洗浄装置の駆動をフローチャートを用いて説明する。図８は、実施の形態２に係る撮像ユニット１００の洗浄装置の駆動を説明するためのフローチャートである。まず、撮像ユニット１００の洗浄装置では、駆動を開始した場合、保護カバー２に異物が付着しているか否かにかかわらず、異物除去モードで一旦駆動する。これにより、仮に、保護カバー２に異物が付着していても、保護カバー２の異物を除去した上で異物検出モードを駆動でき、保護カバー２に異物が付着している状態が通常状態と誤って撮像ユニット１００の洗浄装置が誤動作することを防止できる。

駆動回路３０は、異物除去モードで駆動するため、駆動信号Ｖ_ＯＵＴの振幅電圧ＶＤＤを３０Ｖ、デューティ比Ｄを５０％に調整してドライバ回路３１から圧電体１５に供給する（ステップＳ１１）。つまり、駆動回路３０は、保護カバー２を加速度＝２．０×１０^６ｍ／ｓ^２の振動レベルで振動させる。駆動回路３０は、駆動周波数ｆが変化したか否かを判断する（ステップＳ１２）。駆動周波数ｆが変化した場合（ステップＳ１２でＹＥＳ）、駆動回路３０は、保護カバー２に付着した異物が除去しきれていないと判断して処理をステップＳ１１に戻し、保護カバー２を加速度＝２．０×１０^６ｍ／ｓ^２の振動レベルで振動させ続ける。

駆動周波数ｆが変化しない場合（ステップＳ１２でＮＯ）、駆動回路３０は、保護カバー２に付着した異物が完全に除去されたと判断し、異物検出モードで駆動するため、駆動信号Ｖ_ＯＵＴの振幅電圧ＶＤＤを３０Ｖ、デューティ比Ｄを１０％に調整してドライバ回路３１から圧電体１５に供給する（ステップＳ１３）。つまり、駆動回路３０は、保護カバー２を加速度＝０．５×１０^６ｍ／ｓ^２の振動レベルで振動させる。なお、図８に示すフローチャートは、デューティ比Ｄを調整して保護カバー２の振動レベルを制御しているが、振幅電圧ＶＤＤを調整して保護カバー２の振動レベルを制御、または振幅電圧ＶＤＤおよびデューティ比Ｄを調整して保護カバー２の振動レベルを制御してもよい。

駆動回路３０は、駆動周波数ｆが変化したか否かを判断する（ステップＳ１４）。駆動周波数ｆが変化した場合（ステップＳ１４でＹＥＳ）、駆動回路３０は、保護カバー２に異物が付着したと判断して処理をステップＳ１１に戻し、異物除去モードでの駆動に切り替え、保護カバー２を加速度＝２．０×１０^６ｍ／ｓ^２の振動レベルで振動させる。なお、駆動周波数ｆは、周囲温度によっても変化するため、異物の除去による周波数変化と周囲温度による周波数変化とを切り分けるため、周波数の時間変化量で判断することが好ましい。例えば、水滴１０μｌが除去されることで短時間で共振周波数が１００Ｈｚ程度低下することはあるが、１０秒以内で１００Ｈｚ程度周波数が変化するような急激な温度変化は生じない。そのため、駆動回路３０は、駆動周波数ｆの時間変化量が１０Ｈｚ／ｓｅｃ以上である場合、異物の除去による周波数変化であると判断してもよい。

駆動周波数ｆが変化しない場合（ステップＳ１４でＮＯ）、駆動回路３０は、処理をステップＳ１３に戻し、保護カバー２を加速度＝０．５×１０^６ｍ／ｓ^２の振動レベルで振動させ続ける。つまり、駆動回路３０は、異物検出モードでの駆動を継続する。なお、駆動回路３０は、洗浄装置の動作を終了させる割り込み処理を受けたとき、洗浄装置の動作を終了する。

このように、駆動回路３０は、異物除去モードでの駆動よりも保護カバー２の振動レベルをより小さい異物検出モードでの駆動を行うことで、図５のグラフＲから分かるように耐久時間を延ばすことができる。具体的に、異物検出モードでの駆動を増やすことで、どの程度、耐久時間を延ばすことができるかについて以下に説明する。

図９は、実施の形態２に係る撮像ユニットの洗浄装置の駆動レベルの時間変化を説明するための図である。図９では、横軸を時間、縦軸を振動レベルを示す加速度（単位は、×１０^６ｍ／ｓ^２）としている。図９では、保護カバー２に異物が付着して異物除去モードで駆動する期間を期間Ｍ１、保護カバー２に異物が付着しておらず異物検出モードで駆動する期間を期間Ｍ２とする。

洗浄装置を駆動する全期間は、期間Ｍ１＋期間Ｍ２となるので、異物除去モードの頻度Ｘは、期間Ｍ１／（期間Ｍ１＋期間Ｍ２）×１００（単位は、％）と表すことができる。つまり、異物除去モードの頻度Ｘは、大きいほど異物除去モードで駆動する期間が長いことを示し、大きい振動レベルで保護カバー２を振動させる期間が長いことを示している。

図１０は、実施の形態２に係る撮像ユニットの洗浄装置の耐久時間の改善を説明するための図である。図１０では、横軸を異物除去モードの頻度Ｘ（単位は、％）、縦軸を耐久時間の改善量Ｙとしている。図１０のグラフＴは、異物除去モードの頻度Ｘを大きくすると、耐久時間の改善量Ｙが低下することを示している。

図１０では、異物検出モードでの振動レベルを加速度＝０．５×１０^６ｍ／ｓ^２とし、異物除去モードでの振動レベルを加速度＝２．０×１０^６ｍ／ｓ^２としている。振動レベルを加速度＝０．５×１０^６ｍ／ｓ^２とした場合の耐久時間（周囲温度８５℃、湿度８５％の環境条件）は、約２０８７５時間であり、振動レベルを加速度＝２．０×１０^６ｍ／ｓ^２とした場合の耐久時間は、約２２１３時間である。そのため、洗浄装置を駆動する全期間を異物除去モードで駆動したとき（異物除去モードの頻度Ｘ＝１００％）の改善量Ｙを１倍とした場合、洗浄装置を駆動する全期間を異物検出モードで駆動すると（異物除去モードの頻度Ｘ＝０％）、改善量Ｙは約９．４倍となる。

例えば、日本の降水日数が多い北陸地方では、１年のおよそ半分（１８０日近い）が雨または雪である。北陸地方では、図１０の異物除去モードの頻度Ｘ＝５０％以下とすると、洗浄装置を駆動する全期間を異物除去モードで駆動した場合に比べて、耐久時間を最低でも約２倍程度に延ばすことができる。

以上のように、実施の形態２に係る撮像ユニット１００の洗浄装置では、目標値が、第１目標値（例えば、異物検出モードでの振動レベル）と、第１目標値より大きい振動レベルの第２目標値（例えば、異物除去モードでの振動レベル）とを有する。駆動回路３０は、第１目標値に対して、振動センサ７０で検出した信号が一致するようにドライバ回路３１を制御する異物検出モードと、第２目標値に対して、振動センサ７０で検出した信号が一致するようにドライバ回路３１を制御する異物除去モードとを切り替えることができる。駆動回路３０は、異物検出モードでドライバ回路３１を制御しているときに、圧電体１５を駆動する周波数が低下した場合、異物除去モードに切り替える。

このように、実施の形態２に係る洗浄装置では、保護カバー２に異物が付着したときに異物除去モードに切り替えるので、耐久時間をさらに延ばすことで故障リスクを抑えつつ、低コストで保護カバー２に付着した異物をリアルタイムに除去することができる。

具体的に、第１目標値は、保護カバー２の加速度が１．５×１０^６ｍ／ｓ^２未満の振動レベルで、第２目標値は、保護カバー２の加速度が１．５×１０^６ｍ／ｓ^２以上の振動レベルであることが好ましい。

また、実施の形態２に係る洗浄装置の制御方法であって、駆動回路３０は、第１目標値に対して、振動センサ７０で検出した信号が一致するようにドライバ回路３１を制御する異物検出モードで圧電体１５を駆動させるステップを含む。駆動回路３０は、異物検出モードでドライバ回路３１を制御しているときに、圧電体１５を駆動する周波数が低下したか否かを判断するステップを含む。駆動回路３０は、圧電体１５を駆動する周波数が低下した場合、第１目標値より大きい振動レベルの第２目標値に対して、振動センサ７０で検出した信号が一致するようにドライバ回路３１を制御する異物除去モードとで圧電体１５を駆動させるステップを含む。駆動回路３０は、異物除去モードでドライバ回路３１を制御しているときに、圧電体１５を駆動する周波数が異物検出モード時の周波数に戻った場合、圧電体１５の駆動を異物検出モードに戻すステップを含む。駆動回路３０は、異物検出モードでドライバ回路３１を制御しているときに、圧電体１５を駆動する周波数が低下した場合、異物除去モードに切り替える。

また、保護カバー２に異物が付着しているか否かにかかわらず、圧電体１５の駆動を異物除去モードから開始することが好ましい。

（実施の形態３）
実施の形態２に係る洗浄装置では、異物除去モードで保護カバー２の振動レベルを大きくして、保護カバー２に付着している異物を除去すると説明した。しかし、保護カバー２に付着する異物は、雨滴のような水滴だけに限られず、泥、塵埃などがある。そのため、異物除去モードでの振動レベルで保護カバー２を振動させても保護カバー２に付着している異物を除去できない場合がある。実施の形態３に係る洗浄装置では、保護カバー２に付着している異物を除去できない場合、さらに大きい振動レベルで保護カバー２を振動させる構成について説明する。なお、実施の形態３に係る撮像ユニットは、図１に示した撮像ユニット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。

実施の形態３に係る撮像ユニット１００の洗浄装置の駆動をフローチャートを用いて説明する。図１１は、実施の形態３に係る撮像ユニット１００の洗浄装置の駆動を説明するためのフローチャートである。まず、撮像ユニット１００の洗浄装置では、駆動を開始した場合、保護カバー２に異物が付着しているか否かにかかわらず、異物除去モードで一旦駆動する。

駆動回路３０は、異物除去モードで駆動するため、駆動信号Ｖ_ＯＵＴの振幅電圧ＶＤＤを３０Ｖ、デューティ比Ｄを５０％に調整してドライバ回路３１から圧電体１５に供給する（ステップＳ２１）。つまり、駆動回路３０は、保護カバー２を加速度＝２．０×１０^６ｍ／ｓ^２の振動レベルで振動させる。駆動回路３０は、駆動周波数ｆが変化したか否かを判断する（ステップＳ２２）。駆動周波数ｆが変化した場合（ステップＳ２２でＹＥＳ）、駆動回路３０は、保護カバー２に付着した異物が除去しきれていないと判断して処理をステップＳ２１に戻し、保護カバー２を加速度＝２．０×１０^６ｍ／ｓ^２の振動レベルで振動させ続ける。

駆動周波数ｆが変化しない場合（ステップＳ２２でＮＯ）、駆動回路３０は、駆動周波数ｆが異物検出モード時に駆動する駆動周波数に戻ったか否かを判断する（ステップＳ２３）。駆動周波数ｆが異物検出モード時に駆動する駆動周波数に戻っていない場合（ステップＳ２３でＮＯ）、駆動回路３０は、保護カバー２に付着している異物をまだ除去できていないと判断し、さらに大きい振動レベル（第３目標値）で保護カバー２を振動させる。

駆動回路３０は、さらに大きい振動レベルで保護カバー２を振動させるため、駆動信号Ｖ_ＯＵＴの振幅電圧ＶＤＤを４０Ｖ、デューティ比Ｄを５０％に調整してドライバ回路３１から圧電体１５に供給する（ステップＳ２４）。つまり、駆動回路３０は、保護カバー２を加速度＝２．５×１０^６ｍ／ｓ^２の振動レベルで振動させる。なお、図１１に示すフローチャートは、振幅電圧ＶＤＤを調整して保護カバー２の振動レベルを制御しているが、デューティ比Ｄを調整して保護カバー２の振動レベルを制御、または振幅電圧ＶＤＤおよびデューティ比Ｄを調整して保護カバー２の振動レベルを制御してもよい。

駆動周波数ｆが異物検出モード時に駆動する駆動周波数に戻っている場合（ステップＳ２３でＹＥＳ）、駆動回路３０は、保護カバー２に付着した異物が完全に除去されたと判断し、異物検出モードで駆動するため、駆動信号Ｖ_ＯＵＴの振幅電圧ＶＤＤを１０Ｖ、デューティ比Ｄを５０％に調整してドライバ回路３１から圧電体１５に供給する（ステップＳ２５）。つまり、駆動回路３０は、保護カバー２を加速度＝０．５×１０^６ｍ／ｓ^２の振動レベルで振動させる。

駆動回路３０は、駆動周波数ｆが変化したか否かを判断する（ステップＳ２６）。駆動周波数ｆが変化した場合（ステップＳ２６でＹＥＳ）、駆動回路３０は、保護カバー２に異物が付着したと判断して処理をステップＳ２１に戻し、異物除去モードでの駆動に切り替え、保護カバー２を加速度＝２．０×１０^６ｍ／ｓ^２の振動レベルで振動させる。なお、駆動周波数ｆは、周囲温度によっても変化するため、異物の除去による周波数変化と周囲温度による周波数変化とを切り分けるため、周波数の時間変化量で判断することが好ましい。

駆動周波数ｆが変化しない場合（ステップＳ２６でＮＯ）、駆動回路３０は、処理をステップＳ２５に戻し、保護カバー２を加速度＝０．５×１０^６ｍ／ｓ^２の振動レベルで振動させ続ける。つまり、駆動回路３０は、異物検出モードでの駆動を継続する。なお、駆動回路３０は、洗浄装置の動作を終了させる割り込み処理を受けたとき、洗浄装置の動作を終了する。

以上のように、実施の形態３に係る洗浄装置では、目標値が、第２目標値（例えば、異物除去モードでの振動レベル）より大きい振動レベルの第３目標値（例えば、ステップＳ２４の振動レベル）をさらに有している。駆動回路３０は、第２目標値に対して、振動センサ７０で検出した信号が一致するようにドライバ回路３１を制御するが、圧電体１５を駆動する周波数が異物検出モード時の周波数に戻らない場合、第３目標値に対して、振動センサ７０で検出した信号が一致するようにドライバ回路３１を制御する。

これにより、実施の形態３に係る洗浄装置は、異物除去モードでの振動レベルでは除去できない異物を除去するために、さらに大きい振動レベルで保護カバー２を振動させるので、より高い洗浄能力を有することができる。

（実施の形態４）
実施の形態３に係る洗浄装置では、保護カバー２に付着している異物を除去できない場合、さらに大きい振動レベルで保護カバー２を振動させる構成について説明した。実施の形態４に係る洗浄装置では、保護カバーに洗浄液を吐出する吐出部を設けて、保護カバーに付着している異物を洗浄液で除去する構成について説明する。

図１２は、実施の形態４に係る撮像ユニット２００の洗浄装置を説明するためのブロック図である。なお、図１２に示す撮像ユニット２００は、図１に示した撮像ユニット１００のうち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。撮像ユニット２００は、筐体１、保護カバー２、カメラ５、圧電体１５、駆動回路３０、洗浄液吐出部５０、振動センサ７０を備えている。なお、撮像ユニット２００からカメラ５を除いた、保護カバー２、圧電体１５、駆動回路３０、洗浄液吐出部５０および振動センサ７０の構成が、カメラ５の撮像範囲に付着した異物（付着物）を洗浄する洗浄装置を構成している。

筐体１には、保護カバー２に洗浄液を吐出する開口部を有する洗浄ノズル３が設けられている。洗浄ノズル３は、開口部の反対側に設けた洗浄液吐出部５０から洗浄液が供給され、保護カバー２の端に洗浄液を吐出する。洗浄ノズル３の先端は、カメラ５の撮像範囲（視野）の外部にあり、洗浄ノズル３がカメラ５の画像に写り込む位置にはない。図１２では、筐体１に洗浄ノズル３を１本設けた構成を図示しているが、筐体１に洗浄ノズル３を複数本設けてもよい。

洗浄液吐出部５０は、洗浄ノズル３の開口部から洗浄液を吐出する構成である。洗浄液吐出部５０は、モード切替回路３７からの制御信号に基づいて洗浄液を保護カバー２に吐出する制御を行う。洗浄液吐出部５０で洗浄液を保護カバー２に吐出することで、異物除去モードで保護カバー２を振動させても保護カバー２から除去できない泥、塵埃などの異物を除去できる。なお、洗浄液吐出部５０は、保護カバー２に吐出する洗浄液を１種類に限定されず、洗浄力が異なる複数の洗浄液を切り替えて保護カバー２に吐出することができるように構成してもよい。

実施の形態４に係る撮像ユニット２００の洗浄装置の駆動をフローチャートを用いて説明する。図１３は、実施の形態４に係る撮像ユニット２００の洗浄装置の駆動を説明するためのフローチャートである。まず、撮像ユニット２００の洗浄装置では、駆動を開始した場合、保護カバー２に異物が付着しているか否かにかかわらず、異物除去モードで一旦駆動する。

駆動回路３０は、異物除去モードで駆動するため、駆動信号Ｖ_ＯＵＴの振幅電圧ＶＤＤを３０Ｖ、デューティ比Ｄを５０％に調整してドライバ回路３１から圧電体１５に供給する（ステップＳ３１）。つまり、駆動回路３０は、保護カバー２を加速度＝２．０×１０^６ｍ／ｓ^２の振動レベルで振動させる。駆動回路３０は、駆動周波数ｆが変化したか否かを判断する（ステップＳ３２）。駆動周波数ｆが変化した場合（ステップＳ３２でＹＥＳ）、駆動回路３０は、保護カバー２に付着した異物が除去しきれていないと判断して処理をステップＳ３１に戻し、保護カバー２を加速度＝２．０×１０^６ｍ／ｓ^２の振動レベルで振動させ続ける。

駆動周波数ｆが変化しない場合（ステップＳ３２でＮＯ）、駆動回路３０は、駆動周波数ｆが異物検出モード時に駆動する駆動周波数に戻ったか否かを判断する（ステップＳ３３）。駆動周波数ｆが異物検出モード時に駆動する駆動周波数に戻っていない場合（ステップＳ３３でＮＯ）、駆動回路３０は、洗浄液吐出部５０に洗浄液を保護カバー２に吐出させる（ステップＳ３４）。駆動回路３０は、ステップＳ３４で保護カバー２に洗浄液を吐出させた後、処理をステップＳ３１に戻し、保護カバー２を加速度＝２．０×１０^６ｍ／ｓ^２の振動レベルで振動させる。

駆動周波数ｆが異物検出モード時に駆動する駆動周波数に戻っている場合（ステップＳ３３でＹＥＳ）、駆動回路３０は、保護カバー２に付着した異物が完全に除去されたと判断し、異物検出モードで駆動するため、駆動信号Ｖ_ＯＵＴの振幅電圧ＶＤＤを３０Ｖ、デューティ比Ｄを１０％に調整してドライバ回路３１から圧電体１５に供給する（ステップＳ３５）。つまり、駆動回路３０は、保護カバー２を加速度＝０．５×１０^６ｍ／ｓ^２の振動レベルで振動させる。なお、図１３に示すフローチャートは、デューティ比Ｄを調整して保護カバー２の振動レベルを制御しているが、振幅電圧ＶＤＤを調整して保護カバー２の振動レベルを制御、または振幅電圧ＶＤＤおよびデューティ比Ｄを調整して保護カバー２の振動レベルを制御してもよい。

駆動回路３０は、駆動周波数ｆが変化したか否かを判断する（ステップＳ３６）。駆動周波数ｆが変化した場合（ステップＳ３６でＹＥＳ）、駆動回路３０は、保護カバー２に異物が付着したと判断して処理をステップＳ３１に戻し、異物除去モードでの駆動に切り替え、保護カバー２を加速度＝２．０×１０^６ｍ／ｓ^２の振動レベルで振動させる。なお、駆動周波数ｆは、周囲温度によっても変化するため、異物の除去による周波数変化と周囲温度による周波数変化とを切り分けるため、周波数の時間変化量で判断することが好ましい。

駆動周波数ｆが変化しない場合（ステップＳ３６でＮＯ）、駆動回路３０は、処理をステップＳ３５に戻し、保護カバー２を加速度＝０．５×１０^６ｍ／ｓ^２の振動レベルで振動させ続ける。つまり、駆動回路３０は、異物検出モードでの駆動を継続する。なお、駆動回路３０は、洗浄装置の動作を終了させる割り込み処理を受けたとき、洗浄装置の動作を終了する。

以上のように、実施の形態４に係る洗浄装置では、保護カバー２の表面に洗浄液（洗浄体）を吐出させる洗浄液吐出部５０をさらに備える。駆動回路３０は、第２目標値に対して、振動センサ７０で検出した信号が一致するようにドライバ回路３１を制御するが、圧電体１５を駆動する周波数が異物検出モード時の周波数に戻らない場合、洗浄液吐出部５０から洗浄液（洗浄体）を吐出させる。

これにより、実施の形態４に係る洗浄装置は、異物除去モードでの振動レベルでは除去できない異物を除去するために洗浄液吐出部５０で保護カバー２の表面に洗浄液を吐出するので、より高い洗浄能力を有することができる。

（実施の形態５）
前述の実施の形態に係る洗浄装置では、保護カバー２に付着している異物を除去する制御について説明した。実施の形態５に係る洗浄装置では、保護カバー２に付着している異物を除去できない場合に、ユーザにその旨を報知する構成について説明する。

図１４は、実施の形態５に係る撮像ユニット３００の洗浄装置を説明するためのブロック図である。なお、図１４に示す撮像ユニット３００は、図１に示した撮像ユニット１００のうち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。撮像ユニット３００は、筐体１、保護カバー２、カメラ５、圧電体１５、駆動回路３０、報知部４０、振動センサ７０を備えている。なお、撮像ユニット３００からカメラ５を除いた、保護カバー２、圧電体１５、駆動回路３０、報知部４０および振動センサ７０の構成が、カメラ５の撮像範囲に付着した異物（付着物）を洗浄する洗浄装置を構成している。

報知部４０は、保護カバー２に付着している異物を除去する制御を行っても異物を除去できなかった場合、モード切替回路３７からの制御信号に基づいて異物を除去できない旨の報知を行う。具体的に、報知部４０は、例えば、スピーカ、発光素子、表示装置などである。報知部４０がスピーカであれば、異物を除去できない旨をブザー音でユーザに報知し、報知部４０が発光素子であれば、異物を除去できない旨を赤色の発光でユーザに報知する。

実施の形態５に係る撮像ユニット３００の洗浄装置の駆動をフローチャートを用いて説明する。図１５は、実施の形態５に係る撮像ユニット３００の洗浄装置の駆動を説明するためのフローチャートである。まず、撮像ユニット３００の洗浄装置では、駆動を開始した場合、保護カバー２に異物が付着しているか否かにかかわらず、異物除去モードで一旦駆動する。

駆動回路３０は、異物除去モードで駆動するため、駆動信号Ｖ_ＯＵＴの振幅電圧ＶＤＤを３０Ｖ、デューティ比Ｄを５０％に調整してドライバ回路３１から圧電体１５に供給する（ステップＳ４１）。つまり、駆動回路３０は、保護カバー２を加速度＝２．０×１０^６ｍ／ｓ^２の振動レベルで振動させる。駆動回路３０は、駆動周波数ｆが変化したか否かを判断する（ステップＳ４２）。駆動周波数ｆが変化した場合（ステップＳ４２でＹＥＳ）、駆動回路３０は、保護カバー２に付着した異物が除去しきれていないと判断して処理をステップＳ４１に戻し、保護カバー２を加速度＝２．０×１０^６ｍ／ｓ^２の振動レベルで振動させ続ける。

駆動周波数ｆが変化しない場合（ステップＳ４２でＮＯ）、駆動回路３０は、駆動周波数ｆが異物検出モード時に駆動する駆動周波数に戻ったか否かを判断する（ステップＳ４３）。駆動周波数ｆが異物検出モード時に駆動する駆動周波数に戻っていない場合（ステップＳ４３でＮＯ）、駆動回路３０は、異物除去モードでの駆動が所定時間経過しているか否かを判断する（ステップＳ４４）。異物除去モードでの駆動が所定時間経過していない場合（ステップＳ４４でＮＯ）、駆動回路３０は、処理をステップＳ４１に戻し、保護カバー２を加速度＝２．０×１０^６ｍ／ｓ^２の振動レベルで振動させ続ける。

異物除去モードでの駆動が所定時間経過した場合（ステップＳ４４でＹＥＳ）、駆動回路３０は、報知部４０で異物を除去できない旨の異常報知を行う（ステップＳ４５）。駆動回路３０は、ステップＳ４５で異常報知を行った後、洗浄処理を停止する。これにより、駆動回路３０は、ユーザに異物を除去できないことを知らせることができるとともに、異物除去モードで長時間駆動させることを防止でき故障リスクを抑えることができる。

駆動周波数ｆが異物検出モード時に駆動する駆動周波数に戻っている場合（ステップＳ４３でＹＥＳ）、駆動回路３０は、保護カバー２に付着した異物が完全に除去されたと判断し、異物検出モードで駆動するため、駆動信号Ｖ_ＯＵＴの振幅電圧ＶＤＤを３０Ｖ、デューティ比Ｄを１０％に調整してドライバ回路３１から圧電体１５に供給する（ステップＳ４６）。つまり、駆動回路３０は、保護カバー２を加速度＝０．５×１０^６ｍ／ｓ^２の振動レベルで振動させる。なお、図１５に示すフローチャートは、デューティ比Ｄを調整して保護カバー２の振動レベルを制御しているが、振幅電圧ＶＤＤを調整して保護カバー２の振動レベルを制御、または振幅電圧ＶＤＤおよびデューティ比Ｄを調整して保護カバー２の振動レベルを制御してもよい。

駆動回路３０は、駆動周波数ｆが変化したか否かを判断する（ステップＳ４７）。駆動周波数ｆが変化した場合（ステップＳ４７でＹＥＳ）、駆動回路３０は、保護カバー２に異物が付着したと判断して処理をステップＳ４１に戻し、異物除去モードでの駆動に切り替え、保護カバー２を加速度＝２．０×１０^６ｍ／ｓ^２の振動レベルで振動させる。なお、駆動周波数ｆは、周囲温度によっても変化するため、異物の除去による周波数変化と周囲温度による周波数変化とを切り分けるため、周波数の時間変化量で判断することが好ましい。

駆動周波数ｆが変化しない場合（ステップＳ４７でＮＯ）、駆動回路３０は、処理をステップＳ４６に戻し、保護カバー２を加速度＝０．５×１０^６ｍ／ｓ^２の振動レベルで振動させ続ける。つまり、駆動回路３０は、異物検出モードでの駆動を継続する。なお、駆動回路３０は、洗浄装置の動作を終了させる割り込み処理を受けたとき、洗浄装置の動作を終了する。

以上のように、実施の形態５に係る洗浄装置では、ユーザに情報を報知する報知部４０をさらに備える。駆動回路３０は、異物除去モードでドライバ回路３１を制御しているときに、圧電体１５を駆動する周波数が異物検出モード時の周波数に戻らない場合、報知部４０で異常を報知させる。

これにより、実施の形態５に係る洗浄装置は、異物除去モードでの振動レベルでは除去できない場合、ユーザにその旨を報知部４０で報知するので、ユーザに異物を除去できない異常を知らせることができる。

（その他の変形例）
前述の実施の形態に係る撮像ユニットの洗浄装置では、振動センサ７０を設けて保護カバー２の振動レベルを検出している。しかし、振動センサ７０を設けずに保護カバー２の振動レベルを検出できる構成の撮像ユニットの洗浄装置であってもよい。図１６は、変形例に係る撮像ユニット４００の洗浄装置を説明するためのブロック図である。なお、図１６に示す撮像ユニット４００は、図１に示した撮像ユニット１００のうち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。

撮像ユニット４００は、筐体１、保護カバー２、カメラ５、圧電体１５、駆動回路３０を備えている。なお、撮像ユニット４００からカメラ５を除いた、保護カバー２、圧電体１５および駆動回路３０構成が、カメラ５の撮像範囲に付着した異物（付着物）を洗浄する洗浄装置を構成している。撮像ユニット４００では、振動センサ７０を設けないため、増幅回路３４に代えてＩ／Ｖ変換回路３４ａを設けている。Ｉ／Ｖ変換回路３４ａは、ドライバ回路３１の駆動電流Ｉｂを入力し、当該駆動電流Ｉｂを電圧に変換して信号Ｖｓを出力する。ＡＤ回路３５は、Ｉ／Ｖ変換回路３４ａで変換した信号Ｖｓをデジタル信号に変換する。

撮像ユニット４００の洗浄装置では、振動センサ７０で検出した信号Ｖｂから保護カバー２の振動レベルを検出するのではなく、ドライバ回路３１の駆動電流Ｉｂから保護カバー２の振動レベルを検出する。つまり、圧電体１５に流れる電流値が、圧電体１５で振動させた保護カバー２の振動レベルに関する信号であり、当該信号を変換するＩ／Ｖ変換回路３４ａが検出部として動作している。

撮像ユニット４００の洗浄装置では、振動センサ７０を別途設ける必要がないので部品点数を削減して製造コストを低減することができる。

前述の実施の形態に係る撮像ユニットでは、特にカメラ５の構成については詳しく説明していないが、カメラ５として、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撮像ユニットは、車両に設けられる撮像ユニットに限定されず、撮像素子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撮像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撮像ユニットは、特に矛盾する組み合わせでない限り、他の実施の形態の構成と適宜組み合わせてもよい。例えば、実施の形態２に係る撮像ユニット１００に、実施の形態３～５のうち少なくとも１つの構成を組み合わせる。

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 筐体、２ 保護カバー、３ 洗浄ノズル、５ カメラ、１５ 圧電体、３０ 駆動回路、３１ ドライバ回路、３２ 昇圧回路、３３ クロック信号生成回路、３４ 増幅回路、３４ａ Ｉ／Ｖ変換回路、３５ ＡＤ回路、３６ ＰＩＤ制御回路、３７ モード切替回路、４０ 報知部、５０ 洗浄液吐出部、７０ 振動センサ、１００，２００，３００，４００ 撮像ユニット。

Claims (16)

1. 撮像部の視野に配置される透光体と、
   前記透光体を振動させる振動体と、
   前記振動体を駆動する駆動部と、
   前記振動体で振動させた前記透光体の振動レベルに関する信号を検出する検出部と、
   前記検出部で検出した信号に基づき、前記駆動部を制御する制御部と、を備え、
   前記透光体の振動レベルは、前記透光体の加速度であり、
   前記制御部は、
   あらかじめ設定した前記透光体の振動レベルの目標値に対して、前記検出部で検出した信号が一致するように前記駆動部を制御する、洗浄装置。
2. 前記目標値は、駆動する周波数における前記透光体の変位最大となる振動レベルより小さく、かつ前記透光体に付着した異物を除去できる振動レベル以上に設定してある、請求項１に記載の洗浄装置。
3. 前記目標値は、前記透光体の加速度が１．５×１０６ｍ／ｓ２以上の振動レベルである、請求項１または請求項２に記載の洗浄装置。
4. 前記目標値は、第１目標値と、前記第１目標値より大きい振動レベルの第２目標値とを有し、
   前記制御部は、
   前記第１目標値に対して、前記検出部で検出した信号が一致するように前記駆動部を制御する異物検出モードと、
   前記第２目標値に対して、前記検出部で検出した信号が一致するように前記駆動部を制御する異物除去モードとを切り替えることができ、
   前記異物検出モードで前記駆動部を制御しているときに、前記振動体を駆動する周波数が低下した場合、前記異物除去モードに切り替える、請求項１に記載の洗浄装置。
5. 前記第１目標値は、前記透光体の加速度が１．５×１０^６ｍ／ｓ^２未満の振動レベルで、
   前記第２目標値は、前記透光体の加速度が１．５×１０^６ｍ／ｓ^２以上の振動レベルである、請求項４に記載の洗浄装置。
6. 前記目標値は、前記第２目標値より大きい振動レベルの第３目標値をさらに有し、
   前記制御部は、
   前記第２目標値に対して、前記検出部で検出した信号が一致するように前記駆動部を制御するが、前記振動体を駆動する周波数が前記異物検出モード時の周波数に戻らない場合、前記第３目標値に対して、前記検出部で検出した信号が一致するように前記駆動部を制御する、請求項４または請求項５に記載の洗浄装置。
7. 前記透光体の表面に洗浄体を吐出させる吐出部をさらに備え、
   前記制御部は、
   前記第２目標値に対して、前記検出部で検出した信号が一致するように前記駆動部を制御するが、前記振動体を駆動する周波数が前記異物検出モード時の周波数に戻らない場合、前記吐出部から前記洗浄体を吐出させる、請求項４～請求項６のいずれか１項に記載の洗浄装置。
8. ユーザに情報を報知する報知部をさらに備え、
   前記制御部は、
   前記異物除去モードで前記駆動部を制御しているときに、前記振動体を駆動する周波数が前記異物検出モード時の周波数に戻らない場合、前記報知部で異常を報知させる、請求項４～請求項７のいずれか１項に記載の洗浄装置。
9. 前記制御部は、
   前記駆動部が前記振動体を駆動する駆動信号の電圧、および、デューティ比のうち少なくとも一方を制御する、請求項１～請求項８のいずれか１項に記載の洗浄装置。
10. 前記検出部は、前記振動体に対して非接触で、前記振動体で振動させた前記透光体の振動レベルに関する信号を検出するセンサである、請求項１～請求項９のいずれか１項に記載の洗浄装置。
11. 前記センサは、前記振動体の振動により発生する音波を検出する超音波センサである、請求項１０に記載の洗浄装置。
12. 前記検出部は、前記振動体に流れる電流値を、前記振動体で振動させた前記透光体の振動レベルに関する信号に変換する変換回路である、請求項１～請求項１１のいずれか１項に記載の洗浄装置。
13. 撮像部と、
    請求項１～請求項１２のいずれか１項に記載の前記洗浄装置とを備える、撮像ユニット。
14. 撮像部の視野に配置される透光体と、前記透光体を振動させる振動体と、前記振動体を駆動する駆動部と、前記振動体で振動させた前記透光体の振動レベルに関する信号を検出する検出部と、前記検出部で検出した信号に基づき、前記駆動部を制御する制御部と、を備える洗浄装置の制御方法であって、
    前記制御部は、
    第１目標値に対して、前記検出部で検出した信号が一致するように前記駆動部を制御する異物検出モードで前記振動体を駆動させるステップと、
    前記異物検出モードで前記駆動部を制御しているときに、前記振動体を駆動する周波数が低下したか否かを判断するステップと、
    前記振動体を駆動する周波数が低下した場合、前記第１目標値より大きい振動レベルの第２目標値に対して、前記検出部で検出した信号が一致するように前記駆動部を制御する異物除去モードとで前記振動体を駆動させるステップと、
    前記異物除去モードで前記駆動部を制御しているときに、前記振動体を駆動する周波数が前記異物検出モード時の周波数に戻った場合、前記振動体の駆動を前記異物検出モードに戻すステップと、を含み、
    前記透光体の振動レベルは、前記透光体の加速度である、制御方法。
15. 前記制御部は、
    前記駆動部が前記振動体を駆動する駆動信号の電圧、および、デューティ比のうち少なくとも一方を制御する、請求項１４に記載の制御方法。
16. 前記透光体に異物が付着しているか否かにかかわらず、前記振動体の駆動を前記異物除去モードから開始する、請求項１４または請求項１５に記載の制御方法。

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