JP7060161B2 - 洗浄装置、洗浄装置を備える撮像ユニット、および洗浄方法 - Google Patents

Description

本発明は、洗浄装置、洗浄装置を備える撮像ユニット、および洗浄方法に関する。

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を除去する機能が設けられている撮像ユニットについて開発されている（特許文献１）。特許文献１に開示されている撮像ユニットでは、撮像素子の前方にドーム型カバーが配置され、当該ドーム型カバーの延長位置の円筒部に圧電セラミック振動子が配置されている。そのため、当該撮像ユニットでは、ドーム型カバーに雨滴が付着した場合、圧電セラミック振動子を振動させてドーム型カバーに付着した雨滴を振動で除去することができる。

特開２０１２－１３８７６８号公報

特許文献１に記載の撮像ユニットでは、ドーム型カバーに付着した雨滴を振動で除去する場合、圧電セラミック振動子の励振を開始後、急激に最高周波数まで振動させる。その後、圧電セラミック振動子は、効率の良い周波数付近で、極大点が徐々に減少していく鋸波で繰り返し掃引され、励振終了と共に周波数を０（ゼロ）にする。または、圧電セラミック振動子は、円筒部とドーム型カバーとを含む構成の共振周波数の付近から単調減少的に掃引し、励振終了と共に周波数は０（ゼロ）にする。

つまり、特許文献１に記載の撮像ユニットでは、ドーム型カバーに付着した雨滴を振動で除去する場合、上記のパターンで周波数を掃引するだけで、異物の種類にかかわらず、常に同じ振動パターンで振動を行っている。さらに、当該撮像ユニットでは、ドーム型カバーを振動させる以外にドーム型カバーに付着した異物を除去する方法がないため、異物の種類によってはドーム型カバー（透光体）に付着した異物を除去できない可能性があった。

そこで、本発明の目的は、透光体に付着した異物を効果的に洗浄することができる洗浄装置、洗浄装置を備える撮像ユニット、および洗浄方法を提供する。

本開示の一形態に係る洗浄装置は、撮像素子を保持する保持部と、撮像素子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、透光体の表面に洗浄体を吐出させる吐出部と、駆動部および吐出部を制御する制御部と、を備え、制御部は、吐出部から洗浄体を吐出させてから所定の期間、透光体の振動が共振周波数となるように駆動部を制御し、所定の期間後に、透光体の振動を停止、または透光体の振動が共振周波数以外の周波数とな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、上記に記載の洗浄装置を備える。
本開示の一形態に係る洗浄方法は、撮像素子を保持する保持部と、撮像素子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、透光体の表面に洗浄体を吐出させる吐出部と、駆動部および吐出部を制御する制御部と、を備える洗浄装置で透光体の表面を洗浄する洗浄方法であって、吐出部から洗浄体を吐出させるステップと、洗浄体を吐出させてから所定の期間、透光体の振動が共振周波数となるように駆動部を制御するステップと、所定の期間後に、透光体の振動を停止、または透光体の振動が共振周波数以外の周波数となるように駆動部を制御するステップと、を含む。

本発明によれば、制御部が、洗浄体を吐出させてから所定の期間、透光体の振動が共振周波数となるように駆動部を制御し、その後、透光体の振動を停止、または透光体の振動が共振周波数以外の周波数となるように駆動部を制御するので、透光体に付着した異物を効果的に洗浄することができる。

実施の形態１に係る撮像ユニットの構成を説明するための斜視図である。 実施の形態１に係る撮像ユニットの構成を説明するための断面図である。 実施の形態１に係る撮像ユニットの洗浄装置の制御を説明するためのブロック図である。 保護カバーの表面に吐出させた洗浄液の状態を説明するための図である。 洗浄液と保護カバーとの接触角と、圧電デバイスの駆動電圧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の動作を説明するためのフローチャートである。 少量の洗浄液で保護カバー２の表面に付着した異物を除去する様子を説明するための図である。 保護カバーを共振周波数で振動させない場合と、保護カバーを共振周波数で振動させた場合とで、異物の除去に必要な洗浄液Ｗの量を示す図である。 保護カバーの振動が共振周波数となる追尾制御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制御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図面を参照しながら説明する。図１は、実施の形態１に係る撮像ユニット１００の構成を説明するための斜視図である。図２は、実施の形態１に係る撮像ユニット１００の構成を説明するための断面図である。撮像ユニット１００は、筐体１、筐体１の一面に設けられた透明の保護カバー２、保護カバー２に洗浄液を吐出する開口部３１を有する洗浄ノズル３、保護カバー２を振動させる振動体である振動部１２、保護カバー２の内側に設けられた撮像部５を備えている。なお、撮像ユニット１００から撮像部５を除いた、筐体１、保護カバー２、洗浄ノズル３および振動部１２の構成が、撮像部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。

撮像部５は、図２に示すように筒状の本体部材４により支えられ、ベースプレート４ａに固定されている。ベースプレート４ａは、筐体１の一部に固定されている。そのため、筐体１は、本体部材４およびベースプレート４ａを介して撮像部５を保持する保持部として機能している。なお、保持部は、撮像部５を保持することができれば図２に示した構造に限定されない。

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の撮像方向に、レンズモジュール７が固定されている。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。なお、撮像部５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。

筐体１は、角筒状で、たとえば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の一端側にベースプレート４ａが固定され、筐体１の他端側に保護カバー２および振動部１２が設けられている。

振動部１２は、円筒状の形状を有している。振動部１２は、円筒状の第１の筒部材１３と、円筒状の第２の筒部材１４と、円筒状の圧電振動子１５とを有する。円筒状の圧電振動子１５は、２枚の円筒状の圧電板１６，１７を有する。２枚の圧電板１６，１７は、厚み方向において、一方の圧電板の分極方向と他方の圧電板の分極方向とが逆方向となっている。

なお、本発明において、振動部や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）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、たとえばＡｇ／ＮｉＣｕ／ＮｉＣｒの積層構造を有する。

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、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。

第１の筒部材１３の一部と、第２の筒部材１４の一部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。圧電板１６，１７のそれぞれの電極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の一部においては、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、第１の筒部材１３の一部および第２の筒部材１４の一部が圧接されている。

従って、圧電振動子１５において生じた振動により、振動部１２全体が効率良く振動する。本実施の形態では、振動部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には、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、筐体１の凹部に載置され、かつ固定されている。

第２の筒部材１４の端には、外側に張り出したフランジ部１４ｃが設けられている。このフランジ部１４ｂとフランジ部１４ｃとの間に連なる部分が、薄肉部１４ａである。薄肉部１４ａの厚みは、第１の筒部材１３の厚みよりも薄くなっている。そのため、筒状の薄肉部１４ａは、振動部１２の振動により大きく変位する。この薄肉部１４ａの存在により、振動、特に振幅の拡大を図ることができる。

フランジ部１４ｃに、保護カバー２が固定されている。保護カバー２は、被撮像物からの光を透光する透光体として機能している。保護カバー２は、一方向に開いた開口を有する。この開口の端が、フランジ部１４ｃに接合されている。この接合は、たとえば、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。

保護カバー２は、フランジ部１４ｃに接合した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、撮像部５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。またドーム形状だけでなく、平板形状でもよい。保護カバー２は、その全体が透光性を有している。本実施の形態では、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。

保護カバー２内に、前述したレンズモジュール７および撮像部５が配置されている。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。

筐体１には、保護カバー２に洗浄液を吐出する開口部３１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、筒状形状で開口部３１を設けた反対側の端部から洗浄液が供給され、開口部３１から保護カバー２の端に洗浄液を吐出する。洗浄ノズル３の先端は、撮像部５の撮像範囲（視野）の外部にあり、開口部３１は、撮像部５の画像に写り込む位置にはない。図２では、洗浄液の流れが矢印で示されている。この洗浄ノズル３は、洗浄液を吐出する吐出部として機能している。本実施の形態では、筐体１に洗浄ノズル３を１本設けた構成を示しているが、筐体１に洗浄ノズル３を複数本設けた構成であってもよい。

次に、洗浄装置の制御について図を用いて説明する。図３は、実施の形態１に係る撮像ユニット１００の洗浄装置の制御を説明するためのブロック図である。

撮像ユニット１００は、撮像部５、信号処理回路２０、圧電駆動部３０、圧電デバイス４０、洗浄液吐出部５０、洗浄駆動部６０、インピーダンス検出部７０、および電源回路８０を含んでいる。信号処理回路２０は、撮像部５からの撮像信号を処理するとともに、圧電駆動部３０および洗浄駆動部６０に対して制御信号を供給する制御部である。洗浄液吐出部５０は、洗浄ノズル３の開口部３１から洗浄液を吐出する構成を１つのブロックとして図示してある。

信号処理回路２０は、制御中枢としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵが動作するためのプログラムや制御データ等を記憶しているＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＰＵのワークエリアとして機能するＲＡＭ（Random Access Memory）、周辺機器との信号の整合性を保つための入出力インターフェイス等を設けてある。

圧電駆動部３０は、信号処理回路２０からの制御信号と駆動電圧に応じた、周波数ｆ、電圧Ｖの交流出力信号を生成する。圧電デバイス４０は、図２に示す圧電振動子１５を有する振動部１２により構成され、圧電振動子１５に交流出力信号を印加することで、振動部１２および保護カバー２を振動させて異物を除去する。

また、信号処理回路２０は、洗浄液を保護カバー２に吐出して洗浄する制御信号を生成することができる。洗浄駆動部６０は、信号処理回路２０からの制御信号に基づいて洗浄液吐出部５０より洗浄液を保護カバー２に吐出させる制御を行う。

インピーダンス検出部７０は、圧電振動子１５に交流出力信号を印加して圧電デバイス４０を動作させている場合に、圧電駆動部３０の電流をモニタしている。そのため、信号処理回路２０は、インピーダンス検出部７０で検出したインピーダンスに基づいて保護カバー２の振動が常に共振周波数となるように追尾制御（フィードバック制御）が可能となる。なお、保護カバー２の振動を共振周波数とするためには、圧電振動子１５により振動部１２および保護カバー２を共振周波数で振動させる必要がある。

次に、保護カバー２の振動を共振周波数とすることで保護カバー２の表面に吐出させた洗浄液がどのように変化するのかについて図を用いて説明する。図４は、保護カバー２の表面に吐出させた洗浄液の状態を説明するための図である。保護カバー２は、表面に撥水コーティングなどが施されている場合があり、撥水性を有している。そのため、保護カバー２の表面に２ｍｌの洗浄液Ｗを吐出した場合、保護カバー２の撥水性により洗浄液Ｗと保護カバー２との接触角は約９０度以上となり、洗浄液Ｗと保護カバー２との接触面積が約０．０２ｃｍ^２となる。

一方、表面に洗浄液Ｗが吐出された保護カバー２を共振周波数で振動させると、洗浄液Ｗおよび保護カバー２が共振することで洗浄液Ｗの表面張力が下がり、洗浄液Ｗが濡れ広がりやすくなる。つまり、保護カバー２の振動エネルギーが洗浄液Ｗに与えられることで洗浄液Ｗが保護カバー２の表面に濡れ広がりやすくなり、あたかも保護カバー２の表面が親水性となったような状態（擬似親水性）に変化する。具体的に、保護カバー２の表面に２ｍｌの洗浄液Ｗを吐出し保護カバー２を共振周波数で振動させた場合、保護カバー２の擬似親水性により洗浄液Ｗと保護カバー２との接触角は約６度となり、洗浄液Ｗと保護カバー２との接触面積は約０．２８ｃｍ^２まで濡れ広がる。つまり、保護カバー２を共振周波数で振動させることで、接触面積が約１４倍まで洗浄液Ｗを濡れ広がらせることが可能となる。

さらに、洗浄液Ｗと保護カバー２との接触角と、圧電デバイス４０の駆動電圧との関係を、図を用いて説明する。図５は、洗浄液Ｗと保護カバー２との接触角と、圧電デバイス４０の駆動電圧との関係を説明するための図である。図５に示すように、表面に洗浄液Ｗが吐出された保護カバー２を共振周波数で振動させた場合、圧電デバイス４０の駆動電圧を大きくすることで振動の大きさ（振幅の大きさ）を大きくすることができる。そのため、洗浄液Ｗに与えられる保護カバー２の振動エネルギーも大きくなるので、洗浄液Ｗは保護カバー２の表面により濡れ広がりやすくなる。

具体的に、圧電デバイス４０の駆動電圧が小さい場合、洗浄液Ｗと保護カバー２との接触角は約５０度となる。一方、圧電デバイス４０の駆動電圧が大きい場合、洗浄液Ｗと保護カバー２との接触角は約６度となる。

次に、撮像ユニットの洗浄装置の動作についてフローチャートに基づいて説明する。図６は、実施の形態１に係る撮像ユニットの洗浄装置の動作を説明するためのフローチャートである。まず、信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に異物が付着したことを判定する（ステップＳ１１）。信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に異物が付着したか否かを、圧電デバイス４０を動作させて、インピーダンス検出部７０で検出するインピーダンスに関する値（例えば、電流値など）の時間変化、または撮像素子で撮像した画像の時間変化により判定することができる。

なお、信号処理回路２０は、インピーダンス検出部７０で検出するインピーダンスに関する値の時間変化と、撮像素子で撮像した画像の時間変化とを組み合わせて、保護カバー２の表面に異物が付着したか否かを判定してもよい。また、信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に付着した異物を判定する判定部として動作する。

さらに、信号処理回路２０は、撮像素子で撮像した画像の解析結果（明度積分値）に基づき、保護カバー２の表面に付着した異物の種類を特定してもよい。これにより、信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に付着した異物が泥など不透明物であると判断することができる。

保護カバー２の表面に異物が付着していない場合（ステップＳ１１でＮＯ）、信号処理回路２０は、処理をステップＳ１１に戻し、保護カバー２の表面に異物が付着するのを監視する。一方、保護カバー２の表面に異物が付着した場合（ステップＳ１１でＹＥＳ）、信号処理回路２０は、洗浄駆動部６０を駆動させて洗浄液を吐出させる（ステップＳ１２）。

信号処理回路２０は、保護カバー２の表面を擬似親水性とするため、表面に洗浄液Ｗが吐出されると保護カバー２を共振周波数で振動させる（ステップＳ１３）。保護カバー２の表面を擬似親水性とすることで、吐出した洗浄液Ｗが保護カバー２の表面に濡れ広がりやすくなる。そのため、保護カバー２の表面に吐出する洗浄液Ｗの量を少量にしても、保護カバー２の表面に付着した異物を除去することが可能となる。

少量の洗浄液Ｗを吐出して保護カバー２の表面に付着した異物を除去する様子を、図を用いて説明する。図７は、少量の洗浄液Ｗで保護カバー２の表面に付着した異物を除去する様子を説明するための図である。まず、図７では、保護カバー２の表面に大きさの異なる異物Ｓ１，Ｓ２が付着している。この保護カバー２の表面に少量（例えば、０．５ｍｌ）の洗浄液Ｗを吐出する。保護カバー２を共振周波数で振動させていない場合、保護カバー２の撥水性のため少量の洗浄液Ｗでは異物Ｓ１，Ｓ２の一部しか濡らすことができない。

しかし、保護カバー２を共振周波数で振動させた場合、保護カバー２の表面が擬似親水性となり少量の洗浄液Ｗでも異物Ｓ１，Ｓ２の全体を濡らすことができる。図７では、保護カバー２の表面に濡れ広がった洗浄液Ｗで異物Ｓ１，Ｓ２の全体を覆っている様子が図示されている。

図８は、保護カバー２を共振周波数で振動させない場合と、保護カバー２を共振周波数で振動させた場合とで、異物の除去に必要な洗浄液Ｗの量を示す図である。図８では、保護カバー２を共振周波数で振動させず洗浄液Ｗを吐出する場合に異物の除去に必要な洗浄液Ｗの量は約１５．１ｍｌである。一方、保護カバー２を共振周波数で振動させて洗浄液Ｗを吐出した場合に異物の除去に必要な洗浄液Ｗの量は約０．６ｍｌである。

つまり、保護カバー２を共振周波数で振動させることで、１４．５ｍｌの洗浄液Ｗを削減することができる。特に、車両に設ける撮像ユニットでは、洗浄液Ｗを貯めるタンクを大きくすることができない場合があり、同じ洗浄力で洗浄液Ｗの使用量を削減することができれば、撮像ユニットの小型化が可能となる。

図６に戻って、信号処理回路２０は、保護カバー２を共振周波数で振動させて、表面に洗浄液Ｗが吐出されてから所定の期間（例えば、２～３秒）経過したか否かを判断する（ステップＳ１４）。なお、信号処理回路２０は、撮像素子で撮像した画像の解析結果に基づき、保護カバー２の表面に付着した異物の種類を特定した場合、所定の期間を変更して異物の種類に応じた期間、保護カバー２を共振周波数で振動させ洗浄できるように制御してもよい。

表面に洗浄液Ｗが吐出されてから所定の期間経過していない場合（ステップＳ１４でＮＯ）、信号処理回路２０は、処理をステップＳ１３に戻し、保護カバー２を共振周波数で振動させる処理を継続する。一方、表面に洗浄液Ｗが吐出されてから所定の期間経過した場合（ステップＳ１４でＹＥＳ）、信号処理回路２０は、保護カバー２を共振周波数以外の周波数で振動させる（ステップＳ１５）。

保護カバー２を共振周波数以外の周波数で振動させることで、擬似親水性となった保護カバー２の表面の状態を撥水性の状態に戻すことができる。つまり、撮像ユニット１００は、共振周波数以外の周波数で保護カバー２を振動させることで、保護カバー２の表面に付着した異物を洗浄液Ｗとともに弾き飛ばすことができる。そのため、撮像ユニット１００は、保護カバー２に付着した異物をより強力に洗浄できる。なお、信号処理回路２０は、保護カバー２を共振周波数以外の周波数で振動させる場合に限られず、保護カバー２の振動を停止してもよい。保護カバー２の表面は撥水性であるので、保護カバー２の振動を停止させても保護カバー２の表面に付着した異物を洗浄液Ｗとともに弾き飛ばすことができる。

前述したように、洗浄液Ｗが保護カバー２の表面に濡れ広がりやすくするために、表面に洗浄液Ｗが吐出されてから所定の期間、信号処理回路２０は、保護カバー２を共振周波数で振動させ続けることが望ましい。しかし、所定の期間の間に保護カバー２の表面に付着した異物が除去されるなど保護カバー２の状態が変化するので共振周波数が変化することがある。そのため、信号処理回路２０により所定の期間の最初に保護カバー２を共振周波数で振動させても、その後、保護カバー２の振動が保護カバー２の共振周波数からずれる場合があった。

そこで、撮像ユニット１００では、インピーダンス検出部７０で検出したインピーダンスに基づいて保護カバー２の振動が常に共振周波数となるように追尾制御を行う。図９は、保護カバー２の振動が共振周波数となる追尾制御を説明するための図である。

まず、保護カバー２の表面に大きさの異なる異物Ｓ１，Ｓ２が付着している。このとき、信号処理回路２０は、図９の周波数とインピーダンスとのグラフで示すインピーダンスが急激に変化する共振周波数ＦＨａで保護カバー２を振動させる。

次に、保護カバー２を共振周波数ＦＨａで振動させて時間ｔ１経過したタイミングで、異物Ｓ１が保護カバー２の表面から除去される。異物Ｓ１が保護カバー２の表面から除去され保護カバー２の状態が変化すると、保護カバー２の共振周波数が共振周波数ＦＨａから共振周波数ＦＨｂに高く変化する。

信号処理回路２０は、インピーダンス検出部７０で検出したインピーダンスに基づいて保護カバー２の共振周波数が共振周波数ＦＨａから共振周波数ＦＨｂに変化したことを検出すると、保護カバー２の振動を共振周波数ＦＨａより高い共振周波数ＦＨｂとなるように追尾制御を行う。

図９の周波数と時間とのグラフで示すように、保護カバー２の共振周波数の時間に対する変化が波形Ｆ２のような変化となる場合、信号処理回路２０は、その変化に合わせて圧電駆動部３０で圧電デバイス４０を振動させる。圧電駆動部３０で圧電デバイス４０を振動させた場合の時間に対する周波数の変化は波形Ｆ１のようになり、波形Ｆ２の周波数の変化を追尾するように圧電デバイス４０を振動させていることが分かる。

以上のように、実施の形態１に係る撮像ユニット１００では、洗浄装置を備えている。この洗浄装置は、撮像部５を保持する筐体１と、撮像部５の視野に配置される保護カバー２と、保護カバー２を振動させる振動部１２と、振動部１２を駆動する圧電駆動部３０と、保護カバー２の表面に洗浄体を吐出させる洗浄液吐出部５０と、圧電駆動部３０を制御する信号処理回路２０と、を備える構成である。信号処理回路２０は、洗浄液吐出部５０から洗浄液Ｗを吐出させてから所定の期間、保護カバー２の振動が共振周波数となるように圧電駆動部３０を制御し、所定の期間後に、保護カバー２の振動を停止、または保護カバー２の振動が共振周波数以外の周波数となるように圧電駆動部３０を制御する。

そのため、実施の形態１に係る洗浄装置は、信号処理回路２０が、洗浄液を吐出させてから所定の期間、保護カバー２の振動が共振周波数となるように圧電駆動部３０を制御し、その後、保護カバー２の振動を停止、または保護カバー２の振動が共振周波数以外の周波数となるように圧電駆動部３０を制御するので、保護カバー２に付着した異物を効果的に洗浄することができる。

なお、実施の形態１に係る撮像ユニット１００の洗浄装置で保護カバー２の表面を洗浄する洗浄方法は、洗浄液吐出部５０から洗浄液を吐出させるステップと、洗浄液を吐出させてから所定の期間、保護カバー２の振動が共振周波数となるように圧電駆動部３０を制御するステップと、所定の期間後に、保護カバー２の振動を停止、または保護カバー２の振動が共振周波数以外の周波数となるように圧電駆動部３０を制御するステップと、を含む。

また、信号処理回路２０は、所定の期間での圧電駆動部３０の駆動電圧を変更することが可能であってもよい。これにより、圧電駆動部３０の駆動電圧を変更する保護カバー２の表面に吐出した洗浄液の接触角度を調整することができ、吐出する洗浄液の量を減らすことができる。

さらに、圧電駆動部３０で駆動する圧電デバイス４０のインピーダンスに関する値を検出するインピーダンス検出部７０をさらに備え、信号処理回路２０は、インピーダンス検出部７０で検出したインピーダンスに基づいて保護カバー２の振動が常に共振周波数となるように追尾制御を行ってもよい。これにより、所定の期間の間で保護カバー２の表面の状態が変化しても保護カバー２の振動を常に共振周波数で駆動することができ、保護カバー２の表面に吐出した洗浄液が濡れ広がりやすくすることができる。

また、信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に付着した異物を判定する判定部として動作してもよい。信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に異物が付着したと判定した場合、洗浄液吐出部５０から洗浄液を吐出させてもよい。これにより、保護カバー２の表面に異物が付着した場合に、洗浄液吐出部５０から洗浄液を吐出させることができる。

さらに、信号処理回路２０は、インピーダンス検出部７０で検出するインピーダンスに関する値の時間変化と、撮像素子で撮像した画像の時間変化とのうち少なくとも１つの情報に基づき、保護カバー２の表面に異物が付着したことを判定してもよい。これにより、信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に付着した異物を検出するセンサを別途設けることなく、保護カバー２の表面に付着した異物を判別することができる。

また、信号処理回路２０は、撮像素子で撮像した画像の解析結果に基づき、保護カバー２の表面に付着した異物の種類を特定した場合、特定した異物の種類に応じて保護カバー２の振動を共振周波数とする所定の期間を変更してもよい。これにより、信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に付着した異物の種類に応じて最適な期間、保護カバー２の振動を共振周波数で振動させることができる。

（実施の形態２）
実施の形態１に係る洗浄装置では、保護カバー２の共振周波数が温度により変化することある。そこで、本実施の形態に係る洗浄装置では、温度を測定する温度測定部を設けた構成について説明する。

図１０は、実施の形態２に係る撮像ユニット２００の洗浄装置の制御を説明するためのブロック図である。撮像ユニット２００は、撮像部５、信号処理回路２０、圧電駆動部３０、圧電デバイス４０、洗浄液吐出部５０、洗浄駆動部６０、インピーダンス検出部７０、電源回路８０、および温度測定部９０を含んでいる。撮像ユニット２００は、図３に示した撮像ユニット１００に温度測定部９０が追加された以外は同じ構成であり、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。

温度測定部９０は、撮像ユニット２００、たとえば振動部１２、保護カバー２の近傍での温度を測定することが可能である。温度測定部９０は、信号処理回路２０に対して測定した温度を出力することができればよく、公知の温度センサ、温度測定装置を用いることができる。

信号処理回路２０は、温度測定部９０で測定した温度の情報を利用して、保護カバー２が共振周波数で振動するように圧電駆動部３０を制御する。保護カバー２の共振周波数は、例えば－４０℃から８５℃まで変化させた場合、温度が高くなるに従って低下する。そのため、信号処理回路２０は、インピーダンス検出部７０で検出するインピーダンスだけでなく、温度測定部９０の測定結果を考慮して保護カバー２を振動させる周波数を制御する。インピーダンス検出部７０で検出するインピーダンスのみに基づいて、保護カバー２の振動が共振周波数となるように追尾制御する場合に比べて、温度測定部９０で測定した温度を考慮して追尾制御する方が保護カバー２の共振周波数の変化を追尾する精度が高くなる。

以上のように、実施の形態２に係る洗浄装置では、圧電デバイス４０または保護カバー２の温度を測定する温度測定部９０をさらに備え、信号処理回路２０は、温度測定部９０の測定結果に基づき、保護カバー２を振動させる周波数を制御してもよい。これにより、信号処理回路２０は、保護カバー２の振動が共振周波数となるように精度よく追尾することができる。

（その他の変形例）
前述の実施の形態に係る撮像ユニットでは、特に撮像部５の構成については詳しく説明していないが、撮像部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では、図１で示したように１本の洗浄ノズル３を筐体１に設ける構成であると説明したが、これに限られず、複数本の洗浄ノズル３を筐体１に設ける構成であってもよい。

前述の実施の形態に係る撮像ユニットでは、図２で示したように振動部１２が円筒状の第１の筒部材１３と、円筒状の第２の筒部材１４と、円筒状の圧電振動子１５とを有する構成であると説明したが、これに限られず、保護カバー２を共振周波数で振動させることができる構成であれば、他の構成であってもよい。

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では、保護カバー２の表面に異物が付着したことを判断する情報の１つとして、撮像部５で撮像した画像の時間変化があり、一例として撮像部５で撮像した画像の明度積分値の時間変化であると説明した。しかし、これに限られず、撮像部５で撮像した画像の時間変化として、例えば、撮像した画像のエッジのぼやけを画像処理の周波数スペクトルで評価し、周波数スペクトルの時間変化で異物が保護カバー２の表面に付着したと判断してもよい。

具体的に、保護カバー２の表面に異物として雨滴が付着した場合、撮像部５で撮像した画像は、雨滴が付着していない場合に比べて画像のエッジにぼやけが生じ、ぼやけていない状態の画像と比較して低い周波数で周波数スペクトルの周波数パワーが大きくなる。そのため、信号処理回路２０は、周波数スペクトルにおいて周波数パワーが大きくなる周波数が低く変化した場合、保護カバー２の表面に異物として雨滴が付着したと判断することができる。信号処理回路２０は、周波数スペクトルの時間変化を組み合わせて、保護カバー２の表面に異物が付着したことを判断することで、より正確性を向上させることができる。

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、４ 本体部材、４ａ ベースプレート、５ 撮像部、７ レンズモジュール、９ レンズ、３１ 開口部、１２ 振動部、１５ 圧電振動子、１００ 撮像ユニット。

Claims (9)

1. 撮像素子を保持する保持部と、
   前記撮像素子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、
   前記透光体の表面に洗浄体を吐出させる吐出部と、
   前記駆動部および前記吐出部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記吐出部から前記洗浄体を吐出させてから所定の期間、前記透光体の振動が共振周波数となるように前記駆動部を制御し、
   前記所定の期間後に、前記透光体の振動を停止、または前記透光体の振動が共振周波数以外の周波数となるように前記駆動部を制御する、洗浄装置。
2. 前記制御部は、前記所定の期間での前記駆動部の駆動電圧を変更することが可能である、請求項１に記載の洗浄装置。
3. 前記駆動部で駆動する前記振動体のインピーダンスに関する値を検出する検出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記検出部で検出したインピーダンスに基づいて前記透光体の振動が常に共振周波数となるように追尾制御を行う、請求項１または請求項２に記載の洗浄装置。
4. 前記透光体の表面に付着した異物を判定する判定部をさらに備え、
   前記制御部は、前記判定部が前記透光体の表面に異物が付着したと判定した場合、前記吐出部から前記洗浄体を吐出させる、請求項３に記載の洗浄装置。
5. 前記判定部は、前記検出部で検出するインピーダンスに関する値の時間変化と、前記撮像素子で撮像した画像の時間変化とのうち少なくとも１つの情報に基づき、前記透光体の表面に異物が付着したことを判定する、請求項４に記載の洗浄装置。
6. 前記制御部は、前記撮像素子で撮像した画像の解析結果に基づき、前記透光体の表面に付着した異物の種類を前記判定部で特定した場合、特定した異物の種類に応じて前記透光体の振動を共振周波数とする前記所定の期間を変更する、請求項４または請求項５に記載の洗浄装置。
7. 前記振動体または前記透光体の温度を測定する温度測定部をさらに備え、
   前記制御部は、前記温度測定部の測定結果に基づき、前記透光体を振動させる周波数を制御する、請求項３～請求項６のいずれか１項に記載の洗浄装置。
8. 撮像素子と、
   請求項１～請求項７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。
9. 撮像素子を保持する保持部と、前記撮像素子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、前記透光体の表面に洗浄体を吐出させる吐出部と、前記駆動部および前記吐出部を制御する制御部と、を備える洗浄装置で前記透光体の表面を洗浄する洗浄方法であって、
   前記吐出部から前記洗浄体を吐出させるステップと、
   前記洗浄体を吐出させてから所定の期間、前記透光体の振動が共振周波数となるように前記駆動部を制御するステップと、
   前記所定の期間後に、前記透光体の振動を停止、または前記透光体の振動が共振周波数以外の周波数となるように前記駆動部を制御するステップと、を含む、洗浄方法。

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