JP7283542B2 - 振動装置および振動制御方法 - Google Patents
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Description
本発明は、振動装置および振動制御方法に関する。
車載カメラ、または監視カメラなどの屋外で使用されるカメラにおいて、油または泥等の異物の付着を防止するために、透光体カバーによりレンズが覆われている。透光体カバーに異物が付着すると、カメラの視界が遮られてしまうことがある。
そこで、特許文献１に記載の車載光学センサカバーのように、カバーガラスに洗浄液を噴射してカバーガラスに付着した異物を落とす構成が検討されている。
しかし、特許文献１に記載の車載光学センサカバーでは、洗浄性能を向上するという点において、未だ改善の余地がある。
そこで、本発明は、洗浄性能を向上することができる振動装置、および振動制御方法を提供することを目的とする。
本開示の一態様にかかる振動装置は、
透光体カバーと、
前記透光体カバーの表面に液体を吐出する吐出部と、
前記透光体カバーを８．０×１０５ｍ／ｓ２より大きく２１．０×１０５ｍ／ｓ２以下の振動加速度で振動させる第１振動部と、
を備える。
透光体カバーと、
前記透光体カバーの表面に液体を吐出する吐出部と、
前記透光体カバーを８．０×１０５ｍ／ｓ２より大きく２１．０×１０５ｍ／ｓ２以下の振動加速度で振動させる第１振動部と、
を備える。
本開示の一態様にかかる振動制御方法は、
透光体カバーと、前記透光体カバーの表面に液体を吐出する吐出部と、前記透光体カバーを振動させる第１振動部と、を備える振動装置において、
前記吐出部により、前記透光体カバーの表面に液体を吐出する液体吐出工程と、
前記第１振動部により、前記透光体カバーを８．０×１０５ｍ／ｓ２より大きく２１．０×１０５ｍ／ｓ２以下の振動加速度で振動させる振動工程と、
を含む。
透光体カバーと、前記透光体カバーの表面に液体を吐出する吐出部と、前記透光体カバーを振動させる第１振動部と、を備える振動装置において、
前記吐出部により、前記透光体カバーの表面に液体を吐出する液体吐出工程と、
前記第１振動部により、前記透光体カバーを８．０×１０５ｍ／ｓ２より大きく２１．０×１０５ｍ／ｓ２以下の振動加速度で振動させる振動工程と、
を含む。
本発明によると、洗浄性能を向上することができる振動装置、および振動制御方法を提供することができる。
（本発明に至った経緯）
例えば車載カメラや監視カメラ等、またはドローンに搭載されるカメラ等の屋外で使用するカメラは、風雨にさらされるためレンズを覆うようにガラスまたは透明プラスチックで形成されるカバーが設けられている。しかし、カバーに泥または油等の異物が付着すると、カメラにより撮像された画像に異物が映り込み、カメラの視界が遮られて鮮明な画像が得られない場合がある。
例えば車載カメラや監視カメラ等、またはドローンに搭載されるカメラ等の屋外で使用するカメラは、風雨にさらされるためレンズを覆うようにガラスまたは透明プラスチックで形成されるカバーが設けられている。しかし、カバーに泥または油等の異物が付着すると、カメラにより撮像された画像に異物が映り込み、カメラの視界が遮られて鮮明な画像が得られない場合がある。
そこで、特許文献１に記載の車載光学センサカバーのように、カバーに洗浄液を噴射する洗浄ノズルを設け、カバーに異物が付着したときに洗浄液を噴射して、カバーを洗浄するシステムが検討されている。
しかし、特許文献１の構成では、噴射した洗浄液は流れ落ちてしまうため、十分な洗浄力を発揮することが困難であるという課題がある。そこで、本発明者は、洗浄液をカバーに滞留させて、カバーを効率的に洗浄する構成について検討し、以下の発明に至った。
本発明の一態様にかかる振動装置は、
透光体カバーと、
前記透光体カバーの表面に液体を吐出する吐出部と、
前記透光体カバーを８．０×１０５ｍ／ｓ２より大きく２１．０×１０５ｍ／ｓ２以下の振動加速度で振動させる第１振動部と、
を備える。
透光体カバーと、
前記透光体カバーの表面に液体を吐出する吐出部と、
前記透光体カバーを８．０×１０５ｍ／ｓ２より大きく２１．０×１０５ｍ／ｓ２以下の振動加速度で振動させる第１振動部と、
を備える。
この構成によると、洗浄性能を向上することができる。
さらに、
前記第１振動部と前記吐出部とを制御する制御部、
を備えてもよい。
前記第１振動部と前記吐出部とを制御する制御部、
を備えてもよい。
この構成によると、第１振動部の振動、および吐出部による液体の吐出を制御することができる。
前記第１振動部は、圧電素子を含み、
前記制御部は、前記圧電素子に印加する電圧の値を１５Ｖｐ－ｐより大きく４０Ｖｐ－ｐ以下に制御することにより前記振動加速度を制御してもよい。
前記制御部は、前記圧電素子に印加する電圧の値を１５Ｖｐ－ｐより大きく４０Ｖｐ－ｐ以下に制御することにより前記振動加速度を制御してもよい。
この構成によると、圧電素子に印加する電圧を変化させることで、容易に振動加速度を制御することができる。
さらに、
前記制御部により制御され、前記透光体カバーの周囲に配置される１つまたは複数の第２振動部、
を備えてもよい。
前記制御部により制御され、前記透光体カバーの周囲に配置される１つまたは複数の第２振動部、
を備えてもよい。
この構成によると、透光体カバーに噴射された液体に振動を加えることにより、より洗浄効率を向上することができる。
前記第２振動部は、環状に形成されていてもよい。
この構成によると、透光体カバーに噴射された液体に均一に振動を加えることができるため、より洗浄効率を向上することができる。
前記複数の第２振動部は、前記透光体カバーの周囲に等間隔で配置されていてもよい。
この構成によると、透光体カバーに噴射された液体に均一に振動を加えることができるため、より洗浄効率を向上することができる。
前記透光体カバーの表面に撥水コーティング層が形成されていてもよい。
この構成によると、異物の付着を抑制するとともに、第２振動部による洗浄効率を向上することができる。
前記撥水コーティング層は、前記透光体カバーの表面に形成された複数の突起を含んでもよい。
この構成によると、複数の突起の隙間に付着した異物の洗浄効率を向上することができる。
本開示の一態様にかかる振動制御方法は、
透光体カバーと、前記透光体カバーの表面に液体を吐出する吐出部と、前記透光体カバーを振動させる第１振動部と、を備える振動装置において、
前記吐出部により、前記透光体カバーの表面に液体を吐出する液体吐出工程と、
前記第１振動部により、前記透光体カバーを８．０×１０５ｍ／ｓ２より大きく２１．０×１０５ｍ／ｓ２以下の振動加速度で振動させる振動工程と、
を含む。
透光体カバーと、前記透光体カバーの表面に液体を吐出する吐出部と、前記透光体カバーを振動させる第１振動部と、を備える振動装置において、
前記吐出部により、前記透光体カバーの表面に液体を吐出する液体吐出工程と、
前記第１振動部により、前記透光体カバーを８．０×１０５ｍ／ｓ２より大きく２１．０×１０５ｍ／ｓ２以下の振動加速度で振動させる振動工程と、
を含む。
この構成によると、洗浄能力を向上することができる。
前記振動工程は、前記第１振動部に印加する電圧を変化させることにより、前記振動加速度を制御してもよい。
この構成によると、第１振動部の振動、および吐出部による液体の吐出を制御することができる。
前記振動装置は、さらに、前記透光体カバーの周囲に配置された１つまたは複数の第２振動部、を備え、
さらに、
前記第２振動部により、前記液体に振動を加えて前記透光体カバーを洗浄する洗浄工程、
を含んでもよい。
さらに、
前記第２振動部により、前記液体に振動を加えて前記透光体カバーを洗浄する洗浄工程、
を含んでもよい。
この構成によると、透光体カバーに噴射された液体に振動を加えることにより、より洗浄効率を向上することができる。
以下、本発明にかかる実施の形態１について、添付の図面を参照しながら説明する。また、各図においては、説明を容易なものとするため、各要素を誇張して示している。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１にかかる振動装置は、車載用の撮像ユニットに適用される。このため、実施の形態１では撮像ユニットに適用される振動装置を例として説明する。
本発明の実施の形態１にかかる振動装置は、車載用の撮像ユニットに適用される。このため、実施の形態１では撮像ユニットに適用される振動装置を例として説明する。
図１は、撮像ユニット１００に配置された本開示の実施の形態１にかかる振動装置２００を概略的に示す斜視図である。図２は、図１の撮像ユニット１００の断面図である。図３は、図１の振動装置２００の構成を示すブロック図である。
［撮像ユニット］
図１および図２に示すように、撮像ユニット１００は、筐体１１、撮像部１２および振動装置２００を備える。なお、図中のＸ、Ｙ、Ｚ方向はそれぞれ、撮像ユニット１００の縦方向、横方向、高さ方向を示す。
図１および図２に示すように、撮像ユニット１００は、筐体１１、撮像部１２および振動装置２００を備える。なお、図中のＸ、Ｙ、Ｚ方向はそれぞれ、撮像ユニット１００の縦方向、横方向、高さ方向を示す。
筐体１１は、振動装置２００および撮像部１２を収納する。例えば、筐体１１は、筒状に形成されており、金属または合成樹脂等により形成される。本実施の形態では、図１に示すように、筐体１１が角筒状に形成されているが、円筒状など他の形状であってもよい。筐体１１の一方の端部側にベースプレート１１ａが固定され、他方の端部側に、振動装置２００の透光体カバー２が外部に露出するように配置されている。
撮像部１２は、図２に示すように、本体部材１２ａにより支えられ、筐体１１に固定されたベースプレート１１ａに固定されている。また、撮像部１２には、撮像素子を含む回路（図示省略）が内蔵されている。撮像素子としては、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。また、撮像部１２の撮像方向に、複数のレンズ（図示省略）を含むレンズユニットが固定されていてもよい。なお、撮像部１２の構造は、レンズの前方に位置する撮像対象物を撮像し得る限り、特に限定されるものではない。
振動装置２００は、透光体カバー２と、吐出部３と、第１振動部４と、第２振動部５と、制御部６（図３参照）と、を備える。振動装置２００は、透光体カバー２に液体を噴射して振動を加えることにより、透光体カバー２を洗浄する装置である。液体は、例えば洗浄液であり、透光体カバー２に付着した泥または油等の汚れを除去しやすくする。本実施の形態では、振動装置２００は、透光体カバー２に液体（洗浄液）を噴射し、第１振動部４により透光体カバー２を所定の振動加速度で振動させて、液体を透光体カバー２の表面に保持することができる。また、第２振動部５により透光体カバー２の表面に保持された液体に振動を加え、超音波洗浄により透光体カバー２の表面を洗浄することができる。なお、第２振動部５および制御部６は必須の構成ではなく、振動装置２００に必ずしも備えられていなくてもよい。
［振動装置］
振動装置２００を構成する各構成要素について、以下に詳細に説明する。
振動装置２００を構成する各構成要素について、以下に詳細に説明する。
＜透光体カバー＞
透光体カバー２は、撮像部１２に含まれる撮像素子などの光学検出素子が検出する波長のエネルギー線または光が透過する透光性を有する。透光体カバー２は、撮像部１２を異物の付着から保護するためのカバーである。透光体カバー２の内部に撮像部１２が配置され、透光体カバー２を通して、撮像ユニット１００の外部の撮像対象物の撮像が行われる。
透光体カバー２は、撮像部１２に含まれる撮像素子などの光学検出素子が検出する波長のエネルギー線または光が透過する透光性を有する。透光体カバー２は、撮像部１２を異物の付着から保護するためのカバーである。透光体カバー２の内部に撮像部１２が配置され、透光体カバー２を通して、撮像ユニット１００の外部の撮像対象物の撮像が行われる。
透光体カバー２を形成する材料としては、例えば、透光性のプラスチック、石英、ホウ桂酸などのガラス、透光性のセラミックス、または合成樹脂などを用いることができる。透光体カバー２を例えば強化ガラスにより形成することで、透光体カバー２の強度を高めることが可能である。
透光体カバー２は、円板形状を有する。具体的には、振動装置２００の厚み方向（Ｙ方向）から見て、透光体カバー２は円形に形成されている。なお、透光体カバー２の形状は、円板形状に限定されない。例えば、振動装置２００の厚み方向から見て、透光体カバー２は、例えば、多角形、楕円形または三角形などであってもよい。
本実施の形態では、透光体カバー２は、径２０ｍｍ、厚み２ｍｍの円板形状を有する。また、透光体カバー２は、透光性を有するガラスで形成されている。
透光体カバー２の外周端部は、第１振動部４に接合されている。透光体カバー２と第１振動部４との接合は、例えば、接着材またはろう材を用いて行うことができる。または、熱圧着または陽極接合等を用いることもできる。
＜第１振動部＞
第１振動部４は、透光体カバー２を振動させるものである。第１振動部４は、透光体カバー２を振動装置２００の厚み方向に振動させる。第１振動部４は、透光体カバー２を所定の振動加速度で振動させるように構成される。所定の振動加速度は、８．０×１０５ｍ／ｓ２より大きく２１．０×１０５ｍ／ｓ２以下であることが好ましい。より好ましくは、所定の振動加速度は、１０．０×１０５ｍ／ｓ２以上１７．０×１０５ｍ／ｓ２以下であるとよい。透光体カバー２が所定の振動加速度で振動することにより、後述する吐出部３から吐出された液体を透光体カバー２に保持することができる。すなわち、透光体カバー２を上述した範囲の振動加速度で振動させると、透光体カバー２に吐出された液体を透光体カバー２の表面に、膜状に滞留させることができる。
第１振動部４は、透光体カバー２を振動させるものである。第１振動部４は、透光体カバー２を振動装置２００の厚み方向に振動させる。第１振動部４は、透光体カバー２を所定の振動加速度で振動させるように構成される。所定の振動加速度は、８．０×１０５ｍ／ｓ２より大きく２１．０×１０５ｍ／ｓ２以下であることが好ましい。より好ましくは、所定の振動加速度は、１０．０×１０５ｍ／ｓ２以上１７．０×１０５ｍ／ｓ２以下であるとよい。透光体カバー２が所定の振動加速度で振動することにより、後述する吐出部３から吐出された液体を透光体カバー２に保持することができる。すなわち、透光体カバー２を上述した範囲の振動加速度で振動させると、透光体カバー２に吐出された液体を透光体カバー２の表面に、膜状に滞留させることができる。
第１振動部４は円筒状の形状を有する。本実施の形態では、第１振動部４は、内径１６ｍｍ、外径２０ｍｍ、高さ１１ｍｍの円筒形状を有する。なお、第１振動部４は、内径６ｍｍ以上３６ｍｍ以下、外径１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下、高さ６ｍｍ以上４０ｍｍ以下の円筒形状であってもよい。
図２に示すように、第１振動部４は、振動体４１と、圧電素子４２とを有する。
振動体４１は、圧電素子４２と透光体カバー２との間に配置される。振動体４１は、例えば、接着材により、圧電素子４２と透光体カバー２とに接合される。振動体４１は、圧電素子４２の振動を増幅し、透光体カバー２に伝達する。
例えば、振動体４１は、金属により形成される。振動体４１を形成する金属としては、例えば、ステンレス、４２アロイ、５０アロイ、インバー、スーパーインバー、コバール、アルミニウム、またはジュラルミン等を使用することができる。または、振動体４１は、アルミナ、ジルコニアなどのセラミックスで形成されていてもよい。振動体４１は、Ｓｉなどの半導体により形成されてもよい。振動体４１は、絶縁材料で覆われていてもよい。
本実施の形態では、振動体４１は、内径１６ｍｍ、外径２０ｍｍ、高さ１１ｍｍの円筒形状を有する。また、振動体４１は、ステンレス（ＳＵＳ３０３）で形成されている。
圧電素子４２は、振動体４１を介して透光体カバー２を振動させる。また、圧電素子４２は、給電導体４３に接続されている。圧電素子４２は、給電導体４３から給電されることによって振動する。即ち、圧電素子４２は、給電導体４３から電圧が印加されることによって振動する。
圧電素子４２は、圧電体と、給電導体４３と接続される電極と、を有する。圧電体を形成する材料としては、例えば、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、チタン酸・ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：ＰｂＴｉＯ３・ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、メタニオブ酸鉛（ＰｂＮｂ２Ｏ６）、チタン酸ビスマス（Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２）、（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３などの適宜の圧電セラミックス、またはＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３などの適宜の圧電単結晶などを用いることができる。電極は、例えば、Ｎｉ電極であってもよい。電極は、スパッタリング法により形成される、ＡｇまたはＡｕなどの金属薄膜からなる電極であってもよい。あるいは、電極はスパッタリングの他、めっき、蒸着でも形成可能である。
本実施の形態では、圧電素子４２は、内径１６ｍｍ、外径２０ｍｍ、厚み１ｍｍの円環板状に形成されている。円環板状とは、板状部材が環状に形成されている形状を意味する。また、圧電素子４２を形成する圧電体は、チタン酸・ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：Ｐｂ（Ｚｒ・Ｔｉ）Ｏ３）で形成されている。
給電導体４３は、制御部６と圧電素子４２とを接続する。給電導体４３は、制御部６に含まれる給電回路に接続され、給電回路から圧電素子４２に給電する。
給電導体４３は、導電性を有する材料で形成されている。給電導体４３を形成する材料は、例えば、ステンレス鋼、ベリリウム銅、洋白、銅などの金属である。
＜吐出部＞
吐出部３は、透光体カバー２の表面に液体を吐出する。吐出部３は、図２に示すように、筐体１１の上面に配置されている。吐出部３は、配管３１と、配管３１の先端に設けられる吐出ヘッド３２と、配管３１に液体を供給するポンプ３３（図３参照）と、を有する。本実施の形態では、吐出部３の吐出ヘッド３２から、縦方向（Ｚ方向）下向きに液体が吐出される。
吐出部３は、透光体カバー２の表面に液体を吐出する。吐出部３は、図２に示すように、筐体１１の上面に配置されている。吐出部３は、配管３１と、配管３１の先端に設けられる吐出ヘッド３２と、配管３１に液体を供給するポンプ３３（図３参照）と、を有する。本実施の形態では、吐出部３の吐出ヘッド３２から、縦方向（Ｚ方向）下向きに液体が吐出される。
吐出部３から吐出される液体として、例えば、洗浄液またはコーティング材等を使用することができる。配管３１および吐出ヘッド３２は、撮像部１２の撮像範囲（視野）の外部であり、撮像部１２により撮像された画像に配管３１および吐出ヘッド３２が写り込まない位置に配置される。
透光体カバー２に、例えば泥などの固形成分を含む汚れまたは油等が付着した場合に、吐出部３から洗浄液を吐出することで、透光体カバー２に付着した固形成分または油等を除去しやすくする。本実施の形態では、第１振動部４の振動により、透光体カバー２が８．０×１０５ｍ／ｓ２より大きく２１．０×１０５ｍ／ｓ２以下の振動加速度で振動する。透光体カバー２がこの範囲の振動加速度で振動している場合、液体を透光体カバー２の表面に滞留させることができる。
＜第２振動部＞
第２振動部５は、透光体カバー２の周囲に配置される。本実施の形態では、第２振動部５は、図１に示すように、一部が途切れた環状の形状を有する。第２振動部は、撮像部１２の撮像範囲（視野）の外部であり、撮像部１２により撮像された画像に写り込まない位置で、かつ、透光体カバー２の表面に留まる液体に接触する位置に配置される。第２振動部５は、透光体カバー２の表面に保持されている液体を振動させ、透光体カバー２の表面を洗浄することができる。
第２振動部５は、透光体カバー２の周囲に配置される。本実施の形態では、第２振動部５は、図１に示すように、一部が途切れた環状の形状を有する。第２振動部は、撮像部１２の撮像範囲（視野）の外部であり、撮像部１２により撮像された画像に写り込まない位置で、かつ、透光体カバー２の表面に留まる液体に接触する位置に配置される。第２振動部５は、透光体カバー２の表面に保持されている液体を振動させ、透光体カバー２の表面を洗浄することができる。
本実施の形態では、第２振動部５として、内径２１ｍｍ、外径２５ｍｍ、厚み１ｍｍの円環状を有する圧電体が使用される。
圧電体として、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛系の圧電セラミックスを使用することができる。また、圧電体として、（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３等の他の圧電セラミックスが使用されてもよい。さらに、圧電体として、ＬｉＴａＯ３などの圧電単結晶が使用されてもよい。また、第２振動部５の信頼性を向上するため、例えばガラス、アルミナ、テフロン（登録商標）、またはステンレス（ＳＵＳ３０３）などの信頼性の高い部材で覆われていてもよい。
第２振動部５は、図示されていない給電導体に接続されている。第２振動部５は給電導体から給電されることにより振動する。すなわち、第２振動部５は、給電導体から電圧が印加されることによって振動する。
第２振動部５は、透光体カバー２の汚れの状態に合わせて、透光体カバー２の表面に保持されている液体を、低周波（数十ｋＨｚ）または高周波（数ＭＨｚ）の周波数で振動させることができる。第２振動部５により透光体カバー２の表面に保持されている液体を振動させることで、透光体カバー２の表面の汚れを超音波洗浄により落とすことができる。
第２振動部５の周波数が高い場合、すなわち透光体カバー２の表面の液体を高周波で振動させると、透光体カバー２へのダメージを小さくして洗浄することができる。一方、第２振動部５の周波数が低い場合、すなわち透光体カバー２の表面の液体を低周波で振動させると、洗浄力を大きくし、短時間での洗浄を行うことができる。このため、例えば、粘性の高い汚れ（泥または油等）には、洗浄力の強い低周波の振動を使用したり、透光体カバー２へのダメージを抑えたい場合には高周波の振動を使用したり、第２振動部５の周波数を用途に応じて変更してもよい。
＜制御部＞
制御部６は、図３に示すように、第１振動部４と、吐出部３と、第２振動部５と、を制御する。
制御部６は、図３に示すように、第１振動部４と、吐出部３と、第２振動部５と、を制御する。
制御部６は、給電導体４３を介して第１振動部４の圧電素子４２に接続されている。制御部６は、給電導体４３を介して圧電素子４２に給電している。すなわち、制御部６は、給電導体４３を介して圧電素子４２に電圧を印加している。これにより、制御部６は、第１振動部４の振動を制御している。
例えば、透光体カバー２の汚れを検知したときに、制御部６により給電導体４３を介して圧電素子４２に電圧を印加してもよい。透光体カバー２の汚れは、例えば、撮像部１２により撮像された画像の歪み等により検知することができる。圧電素子４２に対する電圧の印加は、例えば、電圧の印加開始から所定時間が経過することにより終了させることができる。
本実施の形態では、制御部６は、圧電素子４２に印加する電圧値の値を１５Ｖｐ－ｐより大きく４０Ｖｐ－ｐ以下に制御する。これにより、制御部６は、第１振動部４の振動の大きさを制御し、透光体カバー２の振動加速度を、８．０×１０５ｍ／ｓ２より大きく２１．０×１０５ｍ／ｓ２以下に制御している。
制御部６は、吐出部３を制御することによって、吐出部３からの液体の吐出を制御している。例えば、透光体カバー２の汚れを検知したときに、吐出部３から洗浄液などの液体を吐出するよう制御される。吐出部３からの液体の吐出は、例えば、所定の量の液体が吐出されたことにより終了させることができる。
制御部６は、図示されていない給電導体を介して第２振動部５に接続されている。制御部６は、給電導体を介して第２振動部５に給電している。すなわち、制御部６は、給電導体を介して第２振動部５に電圧を印加する。制御部６により制御されて第２振動部５が振動することにより、透光体カバー２の表面に滞留する液体を振動させる。
制御部６は、例えば、吐出部３からの液体の吐出が開始されたときに、第２振動部５への電圧の印加を開始する。また、制御部６は、例えば、第１振動部４の圧電素子４２への電圧の印加を終了したときに、第２振動部５への電圧の印加を終了してもよい。
制御部６は、制御中枢としてのＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等により構成される。また、制御部６は、ＣＰＵが動作するためのプログラムまたは制御データ等を格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＰＵのワークエリアとして機能するＲＡＭ（Ｒａｍｄｏｍ 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フェース等を有する。
［動作］
図４を参照して、振動装置２００における振動制御方法を説明する。図４は、振動装置２００の振動制御方法を説明するフローチャートである。
図４を参照して、振動装置２００における振動制御方法を説明する。図４は、振動装置２００の振動制御方法を説明するフローチャートである。
振動装置２００は、例えば、撮像部１２により撮像された画像を画像処理することにより、透光体カバー２に汚れが付着したと判断されたときに洗浄動作を実行する。例えば、透光体カバー２の表面に汚れが付着すると、撮像部１２により撮像された画像に歪み等が生じる。この画像の歪み等を制御部６により自動的に検出し、透光体カバー２に汚れが付着したと判断して、振動装置２００による洗浄動作を開始する。
透光体カバー２に汚れが付着すると、吐出部３により、透光体カバー２の表面に液体（洗浄液）を吐出する（ステップＳ１０１）。次に、制御部６によって、第１振動部４に交流電圧を印加して、圧電素子４２を駆動する。圧電素子４２が駆動すると第１振動部４が振動する。第１振動部４の振動に伴い、透光体カバー２が振動する。すなわち、第１振動部４により、透光体カバーを振動させる（ステップＳ１０２）。
第１振動部４は、縦効果または横効果により励振される。縦効果とは電界の方向と平行な方向に応力が生じることをいい、横効果とは電界の方向と垂直な方向に応力が生じることをいう。本実施の形態では、第１振動部４の横効果による呼吸振動モードを、振動体４１により屈曲振動モードに変換し、透光体カバー２を屈曲振動モードで振動させる。なお、呼吸振動モードは、リング状の圧電素子４２が径方向に固有振動するモードであり、屈曲振動モードは、圧電素子４２の厚み方向に固有振動するモードである。
第１振動部４の振動により透光体カバー２を８．０×１０５ｍ／ｓ２より大きく２１．０×１０５ｍ／ｓ２以下の振動加速度で振動させると、透光体カバー２の表面に吐出した液体を透光体カバー２の表面に滞留させることができる。これについて、図５のグラフを参照して説明する。
図５は、図１の振動装置２００における透光体カバー２の振動加速度と滑落角の関係を示すグラフである。滑落角とは、液体を水平な固体表面上に付着させ、固体表面を水平から徐々に傾斜させたときに、液体が下方に滑り始めるときの、水平面と固体表面との角度である。一般的に、滑落角が小さいと固体表面に液体が付着しにくい。
図５のグラフに示すように、透光体カバー２が振動していない（加速度が０）場合の滑落角は約４０度である。透光体カバー２の振動加速度が、８．０×１０５ｍ／ｓ２を超えると、滑落角が約４０度を超える。すなわち、透光体カバー２の振動加速度が８．０×１０５ｍ／ｓ２を超えると、透光体カバー２の表面の液体は、透光体カバー２が静止している場合よりも落ちにくいといえる。
透光体カバー２の振動加速度が８．０×１０５ｍ／ｓ２を超えると、透光体カバー２の表面に吐出された液体は透光体カバー２の変位量の大きい方、例えば透光体カバー２の中央部に向かって移動する。さらに、透光体カバー２の振動加速度が２１．０×１０５ｍ／ｓ２を超えると、滑落角は９０度になる。このとき、さらに振動加速度を大きくしていくと、透光体カバー２に付着した液体は、振動により霧化され、透光体カバー２の表面から除去される。このように、振動加速度が２１．０×１０５ｍ／ｓ２を超えると、透光体カバー２の表面に吐出された液体が霧化されて除去される場合がある。したがって、透光体カバー２の振動加速度が８．０×１０５ｍ／ｓ２より大きく２１．０×１０５ｍ／ｓ２以下の範囲（図５の「Ａ１」）であると、透光体カバー２の表面に液体を保持しやすいといえる。
なお、本実施の形態では、透光体カバー２の振動加速度が８．０×１０５ｍ／ｓ２より大きく２１．０×１０５ｍ／ｓ２以下である場合、透光体カバー２の変位量（振幅の大きさ）は、５．５μｍ～１５μｍとなる。透光体カバー２の変位量がこの範囲にある場合、透光体カバー２の表面に液体を保持しやすい。
さらに好ましくは、透光体カバー２の振動加速度は、１０．０×１０５ｍ／ｓ２以上１７．０×１０５ｍ／ｓ２以下（図５の「Ａ２」）であるとよい。滑落角が５０度以上８０度以下の範囲となると、透光体カバー２の表面により多量の液体を保持することができる。このため、振動加速度は１０．０×１０５ｍ／ｓ２以上であるとよい。また、振動加速度が２１．０×１０５ｍ／ｓ２に近づくと、回路の不安定性等に起因して液体が霧化してしまうことがある。このため、透光体カバー２の振動加速度は、１７．０×１０５ｍ／ｓ２以下であるとよい。
なお、振動加速度の算出は以下に記載の方法で行った。
共振周波数６０ｋＨｚ付近の圧電素子４２に、電源（Ｋｅｙｓｉｇｈｔ社Ｅ２６１０４Ａ）とファンクションジェネレータ（Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ社ＡＧＦ１０２２）とにより信号を供給して振動を励振させる。圧電素子４２の振動により励振した透光体カバー２の変位をレーザー変位計（オリンパス社ＢＸ５１Ｍ）にて検出し、マルチメータ（Ｋｅｙｓｉｇｈｔ社２１１０）とオシロスコープ（Ｔｅｋｔｒｏ社オシロスコープＴＢＳ１１０４）とにより計測した。振動加速度をα、周波数をｆ、振幅（変位量）をＡとし、α＝（２πｆ）２Ａの式により振動加速度を算出した。
図６は、図１の振動装置２００の透光体カバー２の一部を拡大した図である。透光体カバー２に液体を吐出し（ステップＳ１０１）、透光体カバー２を振動させる（ステップＳ１０２）と、図６に示すように、透光体カバー２の表面に液体５１が保持される。本実施の形態では、透光体カバー２が振動している際、透光体カバー２の中央付近の変位量が最も大きくなる。透光体カバー２の変位量が大きい方がより多くの液体５１を保持できるため、図６のように、中央部の液体の厚みが大きくなる。
ステップＳ１０１およびステップＳ１０２により、透光体カバー２の表面に液体を保持した後、第２振動部５に交流電圧を印加して、透光体カバー２の表面の液体に振動を加える（ステップＳ１０３）。透光体カバー２の表面の液体に振動を加えることにより、透光体カバー２の表面を洗浄する。
その後、第１振動部４および第２振動部５への交流電圧の印加を停止すると、透光体カバー２の振動が停止し、透光体カバー２の表面に保持されていた液体が流れ落ちる。
［効果］
実施の形態１にかかる振動装置２００および振動制御方法によれば、以下の効果を奏することができる。
実施の形態１にかかる振動装置２００および振動制御方法によれば、以下の効果を奏することができる。
振動装置２００は、透光体カバー２と、吐出部３と、第１振動部４と、を備える。第１振動部４は、透光体カバー２を８．０×１０５ｍ／ｓ２より大きく２１．０×１０５ｍ／ｓ２以下の振動加速度で振動するよう構成される。吐出部３は、透光体カバー２の表面に液体を吐出し、第１振動部４により透光体カバー２の表面に液体を保持することができる。透光体カバー２の表面に液体を保持できるため、透光体カバーに付着した異物を効率的に洗浄することができる。
また、さらに、第１振動部４と吐出部３とを制御する制御部６を備え、第１振動部の振動、および吐出部による液体の吐出を制御することができる。
また、第１振動部４は、圧電素子４２を含み、制御部６は、圧電素子４２に印加する電圧を変化させることにより、振動加速度を制御する。このため、透光体カバー２の振動加速度を容易に制御することができる。
また、制御部６により制御され、透光体カバー２の周囲に配置される１つまたは複数の第２振動部５を備える。第２振動部５により、透光体カバー２の表面に保持される液体に振動を加えることにより、洗浄力を高めることができる。
また、第２振動部５は環状に形成されている。このため、透光体カバー２に噴射された液体に均一に振動を加えることができるため、より洗浄力を高めることができる。
また、吐出部３がポンプ３３を備える例について説明したが、これに限定されない。吐出部３は、制御部６によって制御可能であって、液体を供給できる装置を備えていればよい。
振動制御方法において、上述した振動装置２００の効果と同じ効果を奏する。
なお、実施の形態１では、撮像部１２を含む撮像ユニット１００に搭載された振動装置２００の例を説明したが、撮像部１２は必須の構成ではない。図７は、実施の形態１にかかる振動装置２００を概略的に示す図である。図７に示すように、振動装置２００が単体で使用されてもよい。
実施の形態１では、振動装置２００が、第２振動部５と制御部６とを備える例について説明したが、第２振動部５と制御部６とは必須の構成ではない。
実施の形態１では、透光体カバー２が円板形状である例について説明したが、透光体カバー２の形状はこれに限定されない。例えば、板状の多角形、またはドーム状等、他の形状であってもよい。
実施の形態１では、第１振動部４の振動体４１が金属である例について説明したが、振動体４１の材料はこれに限定されない。振動体４１は、例えばセラミックス等の、圧電素子４２の振動を透光体カバー２に伝達できる材料により構成することができる。
実施の形態１では、振動制御方法は、吐出部３により透光体カバー２の表面に液体を吐出し（ステップＳ１０１）、その後、第１振動部４により透光体カバー２を振動させる（ステップＳ１０２）が、これに限定されない。例えば、ステップＳ１０１とステップＳ１０２の順序を入れ替えてもよい。
図８は、実施の形態１の変形例１にかかる振動装置２０１を示す図である。振動装置２０１は、実施の形態１で説明した環状の第２振動部５に代わり、複数の第２振動部５ａ～５ｄが透光体カバー２の周囲に配置されていてもよい。図８の振動装置２０１では、４つの第２振動部５ａ～５ｄが、透光体カバー２の周囲に等間隔に配置されている。この場合、第２振動部５ａ～５ｄの数は４つに限らず、２つ以上であればよい。複数の第２振動部を等間隔に配置することで、透光体カバー２の表面全体に均一に洗浄することができる。
図９は、実施の形態１の変形例２にかかる振動装置２０２を示す図である。図１０は、図９の振動装置２０２の一部を示す断面図である。振動装置２０２は、実施の形態１で説明した円板形状の透光体カバー２および環状の第２振動部５に代わり、図９および図１０に示すように、ドーム状の透光体カバー２ａ、および４つの第２振動部５ａ～５ｄが配置されていてもよい。透光体カバー２ａがドーム状の形状を有する場合、撮像部１２の視野を広くすることができる。
また、振動装置２０２は、実施の形態１で説明した吐出部３に代わり、形状の異なる吐出部３ａを有する。吐出部３ａは、液体を横方向（Ｙ方向）に吐出することができる。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２にかかる振動装置について説明する。
本発明の実施の形態２にかかる振動装置について説明する。
実施の形態２では、主に実施の形態１と異なる点について説明する。実施の形態２においては、実施の形態１と同一または同等の構成については同じ符号を付して説明する。また、実施の形態２では、実施の形態１と重複する記載は省略する。
実施の形態２では、透光体カバー２の表面に撥水コーティング層２０が形成されている点で、実施の形態１と異なる。
図１１は、実施の形態２にかかる振動装置２０３の透光体カバー２と第１振動部４とを拡大した図である。図１１に示すように、振動装置２０３の透光体カバー２の表面に撥水コーティング層２０が形成されている。
撥水コーティング層２０は、液体をはじく層である。例えば、撥水コーティング層２０は、透光体カバー２の表面よりも接触角が大きい部材で形成されている。本実施の形態では、透光体カバー２の表面全体に撥水コーティング層２０が形成されている。
撥水コーティング層２０は、例えば、フッ素系のコーティング材またはシリコーン系のコーティング材を透光体カバー２の表面に塗布することで形成することができる。フッ素系のコーティング材としては、例えば、パーフルオロアルキル基を有する化合物を主成分とするもの、またはパーフルオロアルキル基（アルキル基のＨをＦに置換したもの）を有する化合物を主成分とするもの等がある。フッ素系コーティング材の具体例として、例えば、フッ素系ポリマー、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が挙げられる。シリコーン系のコーティング材としては例えば、シリコーンオイル等が挙げられる。
また、例えば撥水コーティング層２０のコーティングが剥がれてきた場合に、吐出部３からコーティング材を吐出して再コーティングを行ってもよい。透光体カバー２の表面にコーティング材を吐出した後、第１振動部４により透光体カバー２を振動させることで、コーティング材を透光体カバー２の表面に保持することができる。このため、コーティング材を透光体カバー２の表面に定着させやすくなる。
［効果］
実施の形態２にかかる振動装置によると、以下の効果を奏することができる。
実施の形態２にかかる振動装置によると、以下の効果を奏することができる。
透光体カバー２の表面に撥水コーティング層２０が形成されている。撥水コーティング層が形成されていると、透光体カバー２の表面に汚れが付着しにくい。さらに、第１振動部４の振動により、吐出部３から吐出した液体を透光体カバー２の表面に保持することにより、洗浄力をより向上させることができる。
なお、実施の形態２では、透光体カバー２の表面全体に撥水コーティング層２０が形成されている例について説明したが、これに限定されない。例えば、透光体カバー２の表面の一部に撥水コーティング層２０が形成されていてもよい。
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３にかかる振動装置について説明する。
本発明の実施の形態３にかかる振動装置について説明する。
実施の形態３では、主に実施の形態２と異なる点について説明する。実施の形態３においては、実施の形態２と同一または同等の構成については同じ符号を付して説明する。また、実施の形態３では、実施の形態２と重複する記載は省略する。
図１２は、実施の形態３にかかる振動装置の透光体カバー２の表面を拡大した図である。実施の形態３では、図１２に示すように、撥水コーティング層が透光体カバー２の表面に形成された複数の突起２０ａを含む点で、実施の形態２と異なる。
撥水コーティング層の複数の突起は、例えば、透光体カバー２の表面に粒子径４０～１００ｎｍ程度のシリカナノ微粒子を含む溶液をスピンコートしてゾルゲル反応させることで形成することができる。または、表面に微細凹凸形状を有するモールドにより、透光体カバー２の表面に形状を転写して形成することができる。
撥水コーティング層の複数の突起の大きさ（例えば、直径または一辺の長さ）は５００ｎｍ以下であるとよい。
図１２に示すように、撥水コーティング層が複数の突起２０ａを含む場合、洗浄液等の液体をはじきやすい。一方で、油等の汚れが複数の突起２０ａの間に入り込んでしまうことがある。本実施の形態では、第１振動部４により透光体カバー２を振動させて洗浄液を保持し、さらに第２振動部５により洗浄液を振動させることで、複数の突起２０ａの間の汚れを落としやすくすることができる。これにより、洗浄液５２が複数の突起２０ａの間に浸入し、複数の突起２０ａの間の汚れを洗浄することができる。
［効果］
実施の形態３にかかる振動装置によると、以下の効果を奏することができる。
実施の形態３にかかる振動装置によると、以下の効果を奏することができる。
撥水コーティング層は、透光体カバー２に形成された複数の突起２０ａを含む。５００ｎｍ以下の大きさの複数の突起２０ａにより、透光体カバー２の表面への汚れの付着を防止できるとともに、複数の突起２０ａの間に入り込んだ汚れを効率よく洗浄することができる。
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４にかかる振動装置について説明する。
本発明の実施の形態４にかかる振動装置について説明する。
実施の形態４では、主に実施の形態１と異なる点について説明する。実施の形態４においては、実施の形態１と同一または同等の構成については同じ符号を付して説明する。また、実施の形態４では、実施の形態１と重複する記載は省略する。
実施の形態４では、振動装置が第２振動部５を備えていない点で、実施の形態１と異なる。すなわち、実施の形態４の振動装置は、透光体カバー２と、吐出部３と、第１振動部４と、制御部６と、を備える。
図１３は、実施の形態４にかかる振動装置により形成されたウォーターカーテンを概略的に示す図である。図１３に示すように、本実施の形態では、透光体カバー２の表面に液体を保持することでウォーターカーテン５３を実現することが可能である。ウォーターカーテン５３とは、透光体カバー２の表面に保持された膜状の液体のことである。透光体カバー２の表面に膜状に液体を保持することにより、透光体カバー２への汚れ５５の付着を抑制することができる。
［効果］
実施の形態４にかかる振動装置によると、以下の効果を奏することができる。
実施の形態４にかかる振動装置によると、以下の効果を奏することができる。
振動装置は、透光体カバー２と、吐出部３と、第１振動部４と、制御部６と、を備える。この構成により、透光体カバー２の表面に膜状に液体を保持することができ、汚れの付着を抑制することができる。
従来のウォーターカーテンの場合、液体（水）を流し続けることとなり、水の消費量が多くなってしまうという問題がある。水の消費量を抑制するために、循環させて水を供給する方法も検討されているが、循環式とすると装置が煩雑化するという問題もある。本実施の形態の振動装置では、透光体カバー２の表面に容易に液体を保持することができる。したがって、実施の形態４によると、容易にかつ小型の装置により、ウォーターカーテンを実現することができる。
（実施例）
実施例１として、実施の形態１の振動装置２００を用いて、透光体カバー２に対する洗浄力の評価を行った。実施例１では、振動装置２００において、吐出部３から透光体カバー２に洗浄液を吐出した後、第１振動部４および第２振動部５に５秒間、交流電圧を印加した。透光体カバー２には、予め油を主成分とする汚れ５６を付着させ、洗浄前と洗浄後との汚れの付着具合を比較した。
実施例１として、実施の形態１の振動装置２００を用いて、透光体カバー２に対する洗浄力の評価を行った。実施例１では、振動装置２００において、吐出部３から透光体カバー２に洗浄液を吐出した後、第１振動部４および第２振動部５に５秒間、交流電圧を印加した。透光体カバー２には、予め油を主成分とする汚れ５６を付着させ、洗浄前と洗浄後との汚れの付着具合を比較した。
図１４Ａは、実施例１の振動装置２００による洗浄前の、汚れの付着した透光体カバー２の写真である。図１２Ｂは、実施例１の振動装置２００による洗浄後の、透光体カバー２の写真である。
図１４Ｂに示すように、実施例１の振動装置２００による約５秒間の洗浄により、透光体カバー２に付着した大部分の汚れ５６を落とすことができた。
一般的に、透光体カバー２の表面に保持されている洗浄液と第２振動部５との接触面積が大きいほど、洗浄力が高くなる。実施例１では、第２振動部５が円環状であり、透光体カバー２の周囲を覆うように配置されている。このため、透光体カバー２の表面に保持されている液体と第２振動部５との接触面積が大きく、洗浄効率が向上している。また、透光体カバー２の周囲を覆うように第２振動部５が配置されていることで、定在波が発生する。定在波の腹部分はより洗浄力が高くなる。したがって、円環状の第２振動部５を透光体カバー２の周囲に配置することにより、より洗浄効率を向上することができる。
透光体カバー２の表面に保持されている液体と第２振動部５との接触面積が小さい場合には、第１振動部４および第２振動部５へ電圧を印加する時間を長くすることで洗浄力を高めることもできる。
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した特許請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
本発明の撮像ユニットおよび振動装置および振動制御方法は、屋外で使用する車載カメラ、監視カメラ、またはＬｉＤＡＲ等の光センサへ適用することができる。
２、２ａ 透光体カバー
３ 吐出部
４ 第１振動部
５、５ａ～５ｄ 第２振動部
６ 制御部
２０ａ 突起
４１ 振動体
４２ 圧電素子
２００ 振動装置
２０１ 振動装置
２０２ 振動装置
２０３ 振動装置
３ 吐出部
４ 第１振動部
５、５ａ～５ｄ 第２振動部
６ 制御部
２０ａ 突起
４１ 振動体
４２ 圧電素子
２００ 振動装置
２０１ 振動装置
２０２ 振動装置
２０３ 振動装置
Claims (13)
- 透光体カバーと、
前記透光体カバーの表面に液体を吐出する吐出部と、
前記透光体カバーを８．０×１０５ｍ／ｓ２より大きく２１．０×１０５ｍ／ｓ２以下の振動加速度で振動させる第１振動部と、
を備え、
前記第１振動部の振動により前記透光体カバーの表面に前記液体が保持される、
振動装置。 - さらに、
前記第１振動部と前記吐出部とを制御する制御部、
を備える、
請求項１に記載の振動装置。 - 前記第１振動部は、圧電素子を含み、
前記制御部は、前記圧電素子に印加する電圧の値を１５Ｖｐ－ｐより大きく４０Ｖｐ－ｐ以下に制御することにより前記振動加速度を制御する、
請求項２に記載の振動装置。 - さらに、
前記制御部により制御され、前記透光体カバーの周囲に配置される１つまたは複数の第２振動部、
を備える、
請求項２または３に記載の振動装置。 - 透光体カバーと、
前記透光体カバーの表面に液体を吐出する吐出部と、
前記透光体カバーを８．０×１０ ５ ｍ／ｓ ２ より大きく２１．０×１０ ５ ｍ／ｓ ２ 以下の振動加速度で振動させる第１振動部と、
前記透光体カバーの周囲に配置される１つまたは複数の第２振動部と、
を備える、
振動装置。 - 前記第２振動部は、環状に形成されている、
請求項４または５に記載の振動装置。 - 前記複数の第２振動部は、前記透光体カバーの周囲に等間隔で配置されている、
請求項４または５に記載の振動装置。 - 前記透光体カバーの表面に撥水コーティング層が形成されている、
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の振動装置。 - 前記撥水コーティング層は、前記透光体カバーの表面に形成された複数の突起を含む、
請求項８に記載の振動装置。 - 透光体カバーと、前記透光体カバーの表面に液体を吐出する吐出部と、前記透光体カバーを振動させる第１振動部と、を備える振動装置において、
前記吐出部により、前記透光体カバーの表面に液体を吐出する液体吐出工程と、
前記第１振動部により、前記透光体カバーを８．０×１０５ｍ／ｓ２より大きく２１．０×１０５ｍ／ｓ２以下の振動加速度で振動させる振動工程と、
を含み、
前記振動工程において、前記第１振動部の振動により前記透光体カバーの表面に前記液体が保持される、
振動制御方法。 - 前記振動工程は、前記第１振動部に印加する電圧を変化させることにより、前記振動加速度を制御する、
請求項１０に記載の振動制御方法。 - 前記振動装置は、さらに、前記透光体カバーの周囲に配置された１つまたは複数の第２振動部、を備え、
さらに、
前記第２振動部により、前記液体に振動を加えて前記透光体カバーを洗浄する洗浄工程、
を含む、
請求項１０または１１に記載の振動制御方法。 - 透光体カバーと、前記透光体カバーの表面に液体を吐出する吐出部と、前記透光体カバーを振動させる第１振動部と、前記透光体カバーの周囲に配置された１つまたは複数の第２振動部と、を備える振動装置において、
前記吐出部により、前記透光体カバーの表面に液体を吐出する液体吐出工程と、
前記第１振動部により、前記透光体カバーを８．０×１０ ５ ｍ／ｓ ２ より大きく２１．０×１０ ５ ｍ／ｓ ２ 以下の振動加速度で振動させる振動工程と、
前記第２振動部により、前記液体に振動を加えて前記透光体カバーを洗浄する洗浄工程と、
を含む、
振動制御方法。
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