JPWO2017110563A1 - 振動装置及びその駆動方法並びにカメラ - Google Patents

Abstract

ドーム型カバーや外部レンズにおける水滴等を除去することが可能であり、かつカメラの視野を明瞭に保つことができる、振動装置を提供することにある。
筒状振動体１２と、筒状振動体１２の第１の面に連結されたレンズカバー２０とを備え、筒状振動体１２は、筒状部材１３と、圧電振動子１４とを有し、レンズカバー２０は、モード変換結合部２１と、カメラ１のレンズ９の前方に配置される透光体部２２とを有し、モード変換結合部２１が、筒状部材１３より厚みの薄い薄肉部を有する、振動装置２。

Description

本発明は、圧電振動子を用いた振動装置及びその駆動方法並びにカメラに関する。

従来、カメラ等の監視装置においては、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に記載の雨滴除去機能付きカメラでは、カメラ本体の前方にドーム型カバーが配置されている。ドーム型カバーには、円筒部が連結されている。この円筒部の内側面に圧電振動子が固定されている。圧電振動子により円筒部及びドーム型カバーを振動させる。それによってドーム型カバーに付着した雨滴を除去する。特許文献１では、印加する周波数を変化させることで、ドーム型カバーの振動の節を変更することにより、雨滴を除去する位置を変更し得ることが述べられている。

また、下記の特許文献２に記載の雨滴除去機能付きカメラでは、カメラ本体の前方に、圧電振動子、接着剤及び外部レンズが配置されている。外部レンズに雨滴が付着した場合、超音波トランスデューサーを駆動し、外部レンズを振動させる。その振動によって雨滴を除去すること、または雨滴を霧状にして除去することが述べられている。

特開２０１２−１３８７６８号公報 特開２００７−８２０６２号公報

特許文献１や特許文献２に記載の構成では、圧電振動子を駆動し、ドーム型カバーや外部レンズに機械的共振を発生させ、雨滴を除去している。機械的共振によって水滴を液体から気体へと蒸発させることにより水滴を除去している。しかしながら、このような機械的共振を利用した水滴除去の方法では、ドーム型カバーや外部レンズに振動の節となる部分が必ず存在する。そのため、振動の節となる部分に位置している水滴を除去することができないという問題があった。

この問題を克服するために、例えば特許文献１では、振動モードを変更することにより、振動の節の位置を変更させることが述べられている。しかしながら、ドーム型カバーにおけるカメラの視野内に位置している領域に水滴が存在していると、水滴を除去する際に発生する霧が、カメラの視野を不明瞭にしてしまうおそれがあった。さらに、ドーム型カバーや外部レンズにおいて、水滴が霧化した位置に、水滴の残渣が残存することがあった。すなわち、仮に振動の節となる部分に位置する水滴を除去することができたとしても、必ずしもカメラの視野を明瞭にすることができないというさらなる課題が発生した。加えて、水滴だけではなく、エタノールなどの水以外の溶液、塩や凍結防止剤（塩化カルシウム）などが溶解した水溶液、泥水などの水に溶解しない不純物を含む液滴、またはコーヒーなどのコロイド溶液等を除去することが求められていた。

本発明の目的は、ドーム型カバーや外部レンズにおける水滴等を除去することが可能であり、かつカメラの視野を明瞭に保つことができる、振動装置及びカメラを提供することにある。本発明の他の目的は、ドーム型カバーや外部レンズにおける水滴等を除去することが可能であり、かつカメラの視野を明瞭に保つことができる、振動装置の駆動方法を提供することにある。

本発明は、レンズを有するカメラに用いられる、振動装置であって、第１の面と、前記第１の面とは反対側の第２の面と、前記第１，第２の面を結ぶ側壁部とを有し、前記第１，第２の面が開口されている筒状振動体と、前記筒状振動体の一方の開口部を覆うレンズカバーとを備え、前記筒状振動体は、筒状部材と、前記筒状部材に固定された圧電振動子とを備え、前記レンズカバーは、前記筒状振動体に連結された筒状のモード変換結合部と、前記モード変換結合部の前記筒状振動体が連結されている側とは反対側に接合されており、前記レンズの前方に配置された透光性部分を有する透光体部と、を備え、前記モード変換結合部が前記筒状部材よりも厚みの薄い薄肉部を有する。

本発明に係る振動装置のある特定の局面では、前記筒状振動体を振動させた場合に、前記透光体部が、前記透光体部において前記カメラの視野部に相当する第１の領域内に振動の節を有し、前記透光体部において前記カメラの視野部外に位置している第２の領域に振動の腹を有する、第１の振動モードで、前記筒状振動体が、前記透光体部を振動させる。

本発明に係る振動装置の他の特定の局面では、前記筒状振動体を振動させた場合に、前記透光体部が、複数の振動領域を有し、前記複数の振動領域において、隣り合う振動領域が逆相で振動するように、前記圧電振動子が前記筒状部材の周方向に沿って複数配置されている。

本発明に係る振動装置のさらに他の特定の局面では、前記筒状振動体を振動させた場合に、前記透光体部が、複数の振動領域を有し、前記複数の振動領域において、隣り合う振動領域が逆相で振動するように、ひとつの前記圧電振動子が前記筒状部材の周方向に沿って配置されており、前記圧電振動子の厚み方向の分極方向が周方向に沿って一様でない。

本発明に係る振動装置のさらに他の特定の局面では、前記第１の振動モードにおいて、前記透光体部から前記カメラの前記レンズ側を視た場合に、前記透光体部の前記レンズと重なる領域に、前記第１の振動モードの節が位置している。この場合には、透光体部において、レンズと重なる前記領域において、付着した水滴等を透光体部のカメラの視野部に相当する第１の領域の外に、より一層確実に移動させ、カメラの視野を明瞭に保つことができる。

本発明に係る振動装置のさらに他の特定の局面では、前記透光体部の前記第２の領域において水滴等を霧化する、第２の振動モードで、前記筒状振動体が前記透光体部を振動させる。この場合には、移動されてきた水滴等を視野部外で霧化することにより、霧化前の状態であってもカメラの視野を明瞭に保つことができる。

本発明に係る振動装置のさらに他の特定の局面では、前記第２の振動モードが、前記第１の振動モードよりも大きな振幅を有する。この場合には、水滴等をより確実に霧化させることができる。

本発明に係る振動装置では、前記レンズカバーと、前記レンズとが、空間を隔てて配置されていてもよい。

本発明に係るカメラは、レンズモジュールを有するカメラ本体と、本発明に従って構成された振動装置とを備え、前記レンズカバー内に前記レンズモジュールが配置されている。

本発明に係る他のカメラは、最前方に位置しているレンズを有するレンズモジュールが備えられているカメラ本体と、前記レンズモジュールに連結されており、筒状の圧電振動子を有し、対向し合う第１及び第２の面を有する筒状振動体を備え、前記圧電振動子が前記筒状の形状において周方向に沿って配されている複数の振動領域を有し、該複数の振動領域において、隣り合う振動領域が逆相で振動するように構成されており、前記筒状振動体を振動させた場合に、前記最前方に位置しているレンズが、前記カメラの視野部に相当する第１の領域内に振動の節を有し、前記レンズの前記カメラの視野外に位置している第２の領域に振動の腹を有する、第１の振動モードで、前記筒状振動体が前記レンズモジュールを振動させる。

本発明に係る振動装置の駆動方法は、本発明に従って構成された振動装置の駆動方法であって、前記第１の領域内に付着している水滴等を、前記透光体部を前記第１の振動モードで振動させて、前記カメラの視野部外の前記第２の領域に移動させる工程と、前記透光体部の前記第２の領域に移動した水滴を霧化する工程とを備える。

本発明に係る振動装置の駆動方法のある特定の局面では、前記霧化する工程は、前記透光体部の前記第２の領域に移動した水滴等を、前記透光体部を前記第２の振動モードで振動させて、霧化する工程である。この場合には、水滴等を透光体部の第２の領域側により一層速やかに移動させ、カメラの視野を明瞭に保つことができる。

本発明に係る振動装置及びその駆動方法並びにカメラによれば、レンズカバーまたはレンズモジュールの外部に露出しているレンズに付着した水滴等を、透光体部のうちのカメラの視野部に相当する第１の領域の外に移動させることができる。そして、この透光体部のカメラの視野部外に相当する第２の領域において、水滴等を除去している。従って、ドーム型カバーや外部レンズにおける水滴等を除去することが可能であり、かつカメラの視野を明瞭に保つことができる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る振動装置を有するカメラの正面断面図である。 図２は、第１の実施形態で用いられている振動装置を説明するための斜視図である。 図３（ａ）〜図３（ｄ）は、それぞれ、透光体部における振動モードを説明するために、透光体部を水滴等が付着する側から平面視した模式図である。 図４（ａ）及び図４（ｂ）は、第１の実施形態で用いられている筒状の圧電振動子の斜視図及び図４（ａ）中のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。 図５（ａ）及び図５（ｂ）は、それぞれ、筒状の圧電振動子において、周方向において隣り合う領域が逆方向の分極状態とされている構造を示す各模式的平面図である。 図６（ａ）及び図６（ｂ）は、筒状の圧電振動子において、周方向において隣り合う領域を逆相で駆動するための電極配置の例を示す各平面図である。 図７（ａ）〜図７（ｅ）は、本発明の第１の実施形態において、付着した水滴等が透光体部のカメラの視野部に相当する領域内から領域外に移動し、霧化により除去される一連の工程を説明するための各模式図である。 図８（ａ）〜図８（ｃ）は、第１の振動モードにより水滴等が移動される各工程を説明するための模式的正面図である。 図９は、本発明の第２の実施形態に係る振動装置を有するカメラの正面断面図である。 図１０は、本発明の第３の実施形態におけるレンズカバーと圧電振動子とを説明するための正面断面図である。 図１１は、本発明の第４の実施形態におけるレンズカバーと、圧電振動子との関係を説明するための正面断面図である。 図１２は、本発明の第５の実施形態としてのカメラにおける、レンズモジュールと圧電振動子との関係を説明するための正面断面図である。 図１３は、本発明の第１の実施形態に係る振動装置の実験例で用いた振動モードにおける変位量分布状態を示す図である。 図１４（ａ）〜図１４（ｄ）は、本発明の第１の実施形態に係る振動装置の実験例における、駆動電圧と水滴の状態とを説明するための各模式図である。

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、本発明の第１の実施形態に係る振動装置を有するカメラの正面断面図であり、図２は、その振動装置の分解斜視図である。カメラ１は、振動装置２を有する。振動装置２内には、カメラ本体３が収納されている。

カメラ本体３は、筒状の本体部材４を有する。本体部材４の下端は、ベースプレート４ａに固定されている。本体部材４の上端に撮像部５が固定されている。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に対向するように、レンズモジュール７が固定されている。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。

上記カメラ本体３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。

振動装置２は、筒状のケース部材１１を有する。本実施形態では、筒状のケース部材１１は円筒状である。もっとも、ケース部材１１は、角筒状などの他の形状であってもよい。ケース部材１１は、例えば金属や合成樹脂からなる。

ケース部材１１の下端がベースプレート４ａに固定されている。ケース部材１１の上端側には、径方向内側に突出した環状の突出部１１ａが設けられている。突出部１１ａの上面には、円環状の凹部１１ｂが設けられている。

上記ケース部材１１に、筒状振動体１２が固定されている。筒状振動体１２は、例えば、ランジュバン型振動子である。具体的には、筒状振動体１２は、２つの筒状の圧電振動子１４が、金属板などからなる筒状部材１３と、金属板などからなるモード変換結合部２１によって挟まれている形状を有する。一方の筒状の圧電振動子１４の両主面からは電極引出部が引き出されている。筒状振動体１２は、対向し合う第１及び第２の面を有する。

上記圧電振動子１４は、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、圧電体層１４ａを有する。圧電体層１４ａの上面に電極１２Ａが全面に形成されている。圧電体層１４ａの下面の全面に電極１２Ｚが形成されている。上記筒状の圧電体層１４ａは、図５（ａ）に示すように、分極されている。図５（ａ）において、＋と、−とは、圧電体層１４ａが厚み方向において逆方向に分極されていることを示す。なお、筒状振動体１２は、圧電振動子１４のみを備える構成であってもよい。

上記筒状振動体１２の第１の面に、レンズカバー２０が連結されている。レンズカバー２０は、モード変換結合部２１と、透光体部２２とを有する。このレンズカバー２０内に、前述したカメラ本体３が収納されている。

上記モード変換結合部２１の一端が、筒状振動体１２に連結されている。モード変換結合部２１の他端に、透光体部２２が連結されている。モード変換結合部２１は、薄肉部２１ｃと、厚肉部２１ｄとを有する。薄肉部２１ｃは、厚肉部２１ｄよりも薄い。モード変換結合部２１は、筒状振動体１２で生じた振動を、透光体部２２に伝達する際に、振動モードの変換及び振動の拡大作用を果たす。なお、薄肉部２１ｃを設けているので、拡大作用が果たされている。

上記筒状振動体１２の振動がモード変換結合部２１に伝わると、モード変換結合部２１により、上記振動モードが変換されるとともに、振幅が拡大されるように、上記モード変換結合部２１が構成されている。

上記モード変換結合部２１は、上記のように振動モードの変換及び振幅の拡大作用を果たす限り適宜の形状とされる。本実施形態では、モード変換結合部２１は、円筒状の形状を有し、一端にフランジ部２１ａが、他端にフランジ部２１ｂが設けられている。モード変換結合部２１は、薄肉部２１ｃと、厚肉部２１ｄとを有する。薄肉部２１ｃは、厚肉部２１ｄよりも薄い。フランジ部２１ｂに、透光体部２２のフランジ部２２ａが固定されている。

透光体部２２は、透光性材料、例えばガラスや合成樹脂などからなる。透光体部２２は、カメラ本体３の最前方に位置しているレンズ９の前方に位置している部分を有する。図１の破線Ａは、カメラ本体３の撮像素子で撮影される視野に相当する部分を示す。すなわち、上記破線Ａと、透光体部２２の外表面とが交差している部分で囲まれた領域が、透光体部２２において、視野部に相当する第１の領域である。

本実施形態のカメラ１の特徴は、上記筒状振動体１２と、レンズカバー２０とを有する振動装置２を備えていることにある。

次に、本実施形態の振動装置の動作について説明する。

図３（ａ）〜図３（ｄ）は透光体部２２が様々な振動モードで振動する場合の変位状態を説明するための各模式図である。図３（ａ）〜図３（ｄ）は、透光体部２２を水滴等が付着する側から平面視した場合の振動の変位状態を示している。

図３（ａ）〜図３（ｄ）において、斜線のハッチングを付した領域と、白抜きの領域は、逆相で変位している。図３（ａ）〜図３（ｄ）では、最外周と、白抜きの領域と斜線のハッチングを付した領域との境界が、振動の節となる。従って、例えば、図３（ｂ）に示す振動では、最外周と、斜線のハッチングを付した円の外周が、振動の節となる。また、斜線のハッチングを付した領域のうち、振動の節に囲まれた中央部と、白抜きの領域のうち、振動の節の間における中央部が、振動の腹となる。

図３（ａ）〜図３（ｄ）に模式的に示すように、円形状部材の機械共振モードは、（ｍ，ｎ）モードとして表すことができる。ここで、ｍは、径方向において存在する節のラインの数であり、ｎは、周回方向において存在する節のラインの数である。ｍ，ｎは整数である。従って、図３（ａ）に示す振動モードは（０，０）モードであり、図３（ｂ）は（１，０）モードであり、図３（ｃ）は（０，２）モードであり、図３（ｄ）は（１，２）モードである。さらに、ｍが２以上、ｎが３以上の高次の振動モードも使用し得る。

上記のように、ｎが１以上の（ｍ，ｎ）モードの振動を透光体部２２において生じさせるには、上記筒状の圧電振動子１４において、隣り合う領域の分極方向を異ならせればよい。例えば、図５（ａ）に示すように、圧電振動子１４の中心を通る径方向に延びる中心線Ｓ１を介して一方側と他方側を、＋及び−の記号で示すように、厚み方向において逆方向に分極してもよい。あるいは、図５（ｂ）に示すように、中心線Ｓ１と、中心線Ｓ１に直交する中心線Ｓ２で駆動された４つの領域において、隣り合う領域が厚み方向において逆方向に分極されていてもよい。

図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す分極構造の圧電振動子１４では、両面の全面に電極を設ければよい。両面の電極から交流電圧を印加することにより、図５（ｂ）の場合には、（０，２）モードや（１，２）モードを効果的に励振することができる。

あるいは、図６（ａ）に示すように、筒状圧電体１４Ａにおいて、中心線Ｓ１を介して一方側に励振電極１２Ｂを、他方側に励振電極１２Ｃを設けてもよい。この場合には、圧電体は、厚み方向に一様に分極処理すればよい。そして、裏面側にも同様に、中心線Ｓ１を介して一方の電極と他方の電極を設ければよい。そして、中心線Ｓ１の一方側と他方側とを、互いに逆位相の電圧で駆動すればよい。

また、図５（ｂ）に示す分極状態に代えて、図６（ｂ）に示すように、中心線Ｓ１，Ｓ２で囲まれている部分に、それぞれ、第１〜第４の励振電極１２Ｄ〜１２Ｇを設けてもよい。この場合においても、第１〜第４の励振電極１２Ｄ〜１２Ｇと対向するように、反対側の面に第５〜第８の励振電極を設ける。この場合においても、筒状圧電体においては、厚み方向に一様に分極処理されていればよい。そして、隣り合う領域間において、駆動電圧の位相を互いに逆相とすればよい。

なお、圧電振動子１４において、周方向において隣り合う領域で電極が別となるように複数の電極を周方向に配置した場合、筒状部材１３やモード変換結合部２１を介してこれらの電極が短絡しないように、圧電振動子１４と筒状部材１３、及び圧電振動子１４とモード変換結合部２１との間に絶縁層を設けることもある。

本実施形態の振動装置の動作に関して、図５(ａ) に示すように圧電振動子１４の中心を通る径方向に延びる中心線Ｓ１を介して一方側と他方側を、＋及び−の記号で示すように、厚み方向において逆方向に分極した構造で説明する。その他の箇所に関しては、これまで説明してきた構造と同様である。圧電振動子１４を駆動した場合、モード変換結合部２１により振動モードが変換され、かつ透光体部２２に振動が伝達される。

図３（ｃ）に示すモードとなる周波数で駆動した場合、振動の変位量が小さい領域（振動の節の領域）では水滴に変化は起こらない。一方、振動の変位量が大きい領域（振動の腹の領域）では振動により水滴が霧化する。また、振動の変位量が大きい領域と小さい領域に跨って水滴が存在する場合、接触角の差により振動の変位量が大きい領域（振動の腹の領域）に向かって水滴が移動する。移動した先は振動の変位量が大きい領域（振動の腹の領域）であるので、水滴が霧化し、透光体部２２上から除去される。

構造や、周波数、または利用する振動モードを適切に設計することで、振動の変位量が大きい領域（振動の腹の領域）を、視野部外に相当する第２の領域に配置することができる。つまり、視野部にある液滴を視野部外に移動させ、視野部外で霧化させる。それによって、不純物を含む液滴であった場合でも、視野部に残留物を生じ難い。それにより、視界を常に確保することができるようになる。

上記振動装置２では、圧電振動子１４が、筒状の形状において、周方向に沿って配置されている複数の振動領域を有する。この複数の振動領域において、隣り合う振動領域が逆相で振動し得るように構成されている。そして、筒状振動体１２を振動させた場合に、透光体部２２においてカメラ１の視野部に相当する第１の領域内に振動の節を有し、透光体部２２のカメラ１の視野部外に相当する第２の領域に振動の腹を有する、第１の振動モードで、透光体部２２を振動させる。

すなわち、上記第１の振動モードで透光体部２２が振動されている場合、図１の破線Ａで囲まれた透光体部２２の第１の領域内においては、振動の節が存在し、この領域外である第２の領域に振動の腹が存在する。

そのため、上記第１の振動モードで振動されている場合、図１に示した水滴Ｂが、矢印で示すように、視野部外に移動する。具体的には、透光体部２２の表面に対する水滴Ｂの接触角が小さくなり、水滴Ｂが透光体部２２の表面を濡れ拡がる。そして、透光体部２２の表面において、水滴Ｂが移動しやすくなる。この点については、図８（ａ）〜図８（ｃ）を参照して、後程、詳細に説明する。

また、本実施形態のカメラ１では、上記第１の振動モードにおいて、透光体部２２からカメラ本体３の最前方のレンズ９側を視た場合に、透光体部２２と、レンズ９とが重なる領域に、上記第１の振動モードの節が位置していることが好ましい。その場合には、上記水滴Ｂをより一層確実に上記視野部外に移動させることができる。

また、振動装置２では、上記透光体部２２の視野部外の領域に移動した水滴Ｂを、第１の振動モードよりも大きな振幅で透光体部２２を振動させることで霧化させることも可能である。すなわち、第１の振動モードで透光体部２２を振動させた後、このような霧化を果たすための第２の振動モードで、透光体部２２を振動させることも好ましい。

振動装置２において、水滴Ｂを除去するための駆動方法を詳述する。

（第１の駆動方法）
（０，２）モードや（１，２）モードを使用した場合には、水滴等を振動の節から振動の腹に向かって移動させた後、霧化させることにより除去する。図３（ｃ），図３（ｄ）より透光体部の中央部が振動の節となるので、水滴等は透光体部の外周部に向かって移動する。このため、カメラ本体３の中央部の視野をよりクリアにすることができる。

まず、図１に示すように、水滴Ｂが透光体部２２に付着するとする。この場合、図７（ａ）に透光体部２２の前方から視た図で模式的に示すように、透光体部２２の破線Ａで囲まれた領域、すなわち視野部に相当する領域内に水滴Ｂが位置している。

この状態で、上記第１の振動モードで透光体部２２を振動させる。その結果、図７（ｂ）に示すように、水滴Ｂの透光体部２２の表面に対する接触角が低下し、水滴Ｂが濡れ拡がる。図７（ｂ）では、水滴Ｂは、視野部に相当する第１の領域内から第１の領域外に至っているが、視野部に相当する第１の領域内にのみ存在していてもよい。

引き続き、第１の振動モードで透光体部２２を振動させる。その結果、図７（ｃ）及び図７（ｄ）に示すように、水滴Ｂが、破線Ａで囲まれた第１の領域内から第１の領域外に移動する。これは、振動の節と腹を跨ぐように水滴Ｂが位置した場合、振動の節を挟んで一端側と他端側において、水滴Ｂに加わる表面張力が異なることによる。これを、図８（ａ）〜図８（ｃ）を参照して説明する。

図８（ａ）において、透光体部２２の一部を側面から視た様子を、平板状の部材として模式的に示す。図８（ａ）〜図８（ｃ）において、透光体部２２の中央部には振動の節Ｅが存在し、透光体部２２の端面には振動の腹Ｆ，Ｇが存在する。ＣからＤまでの領域は振動が小さい領域である。Ｃから振動の腹Ｆまでの領域は、ＣからＤまでの領域よりも振動が大きい領域である。Ｄから振動の腹Ｇまでの領域は、ＣからＤまでの領域よりも振動が大きい領域である。

上記第１の振動モードで透光体部２２が振動すると、例えば図８（ｂ）に示す水滴Ｂは、振動の小さい領域と振動の大きい領域の境界であるＤを跨いでいる。従って、水滴Ｂの一端Ｂａと他端Ｂｂとにおいて、透光体部２２から加わる表面張力が異なる。そのため、水滴Ｂは、図８（ｃ）に矢印で示すように、透光体部２２の外側に向かって移動する。

なお、水滴ＢはＣ、またはＤで示す部分にまたがっている必要は必ずしもない。Ｃ及びＧで示す部分から節Ｅにかけて、振幅が連続的に変化しているため、図８（ａ）に示した水滴Ｂにおいても、節Ｇに近い側の一端Ｂａと、節Ｅに近い側の他端Ｂｂとにおいて、透光体部２２から加わる表面張力が大きく異なる。従って、図８（ａ）に示す水滴Ｂは、図８（ｂ）に示すように、Ｄを跨ぐように移動する。そして、図８（ｂ）に示すように、Ｄを跨ぐ部分において、一端Ｂａと他端Ｂｂに加わる表面張力がより大きく異なることになるため、図８（ｂ）に示す状態から図８（ｃ）に矢印で示すように、水滴Ｂが速やかに透光体部２２の外側に向かって移動することとなる。

上記のようにして、図７（ｄ）に示すように、水滴Ｂが、視野部外に相当する第１の領域外に移動することとなる。

しかる後、上記のように、第１の振動モードで、但し、振幅を大きくすることにより、視野部外に移動してきた水滴Ｂを霧化させる。この場合、振動の腹の位置において霧化が起こる。振幅を大きくするには、筒状振動体１２を駆動するための圧電振動子１４の駆動電圧を高めればよい。そのため、図７（ｅ）に示すように、透光体部２２の表面に付着した水滴Ｂを消散させることができる。よって、振動装置２によれば、透光体部２２上の、特に視野部の水滴等を確実に除去することができる。

もっとも、透光体部２２の外周部が固定されているため、第１の振動モードとしては、（１，２）モードが望ましい。また（０，２）モードや（１，１）モード、（０，１）モードも好適に用いることができる。この場合、付着している水滴Ｂの透光体部２２の表面に対する接触角を効果的に小さくすることができる。

（第２の駆動方法）
異なるモードを二段階に利用する駆動方法である。まず、振動装置２を図３（ｂ）に示す（１，０）モードで駆動させる。（第１の振動モード）。これにより、水滴等は振動の節から振動の腹に向かって移動する。次に、振動装置２を図３（ａ）に示す（０，０）モードで駆動させる。（第２の振動モード）。（０，０）モードは、振動の節が発生しないモードなので、他のモードよりも大きな振幅が得られる。これにより、水滴の霧化を行う。

なお、上記第２の振動モードを励振するには、筒状の圧電振動子１４において、周方向において隣り合う領域が全て分極方向が同じである場合、同相の電圧を印加すればよい。他の方法としては、周方向に複数の電極に分割されている場合には、隣り合う電極に、同相の電圧を交互に位相反転させて印加すればよい。さらに、別法として、筒状の圧電振動子において、周方向において隣り合う領域の分極方向を交互に厚み方向に逆方向とし、分割された複数の電極においても、交互に位相反転させた電圧を印加してもよい。

（実験）
カメラに付着するものが、エタノールなどの水以外の溶液、塩や凍結防止剤（塩化カルシウム）などが溶解した水溶液、泥水などの水に溶解しない不純物を含む液滴、またはコーヒーなどのコロイド溶液等（以下、液滴）であっても、上述と同様の動作、現象により、内容物を溶解したまま視野部に相当する第１の領域外に移動、第１の領域外で霧化させ、透光体部２２の外表面に付着していた水滴を消滅させることができる。このときの作用は、蒸発とは異なるものであり、液滴中の溶解物／不純物を析出させることなく、液滴ごと消滅させることが可能である。

第１の実施形態に係る振動装置を用いた第１及び第２の実験例を以下において説明する。

以下に第１の実験例の結果を示す。第１の実験例で用いた筒状振動体部１２、モード変換結合部２１及び透光体部２２の寸法は以下の通りである。

筒状振動体部１２の寸法：内径８．０ｍｍ、外径１８．０ｍｍ、長さ１６．０ｍｍ。モード変換結合部２１の寸法：内径８．０ｍｍ、外径１８．０ｍｍ、長さ５．７ｍｍ。透光体部２２の寸法：球殻内径８．０ｍｍ、厚み１．０ｍｍ。

約０．４％の塩水（ＮａＣｌ１４ｇを水１Ｌに溶解した水溶液）を少量ずつ透光体部２２に滴下し、連続的に霧化動作させた。具体的には、１時間に塩水１５ｍｌを滴下させた。霧化動作の際の駆動周波数は１４６ｋＨｚとした。駆動電圧は０Ｖｐ−ｐから１６Ｖｐ−ｐまで段階的に掃引させた。振動モードは（１，２）モードとした。図１３に振動モードの変位量分布状態を示す。図１３において、Ａ１〜Ａ４で示した領域が最も変位の大きい領域である。その他の濃色の領域では、薄い色の領域よりも変位が小さい。水滴は、模式図に白抜きの円で示す。水滴は矢印で示すように、変位の小さい領域から、変位の大きな領域に向かって移動する。図１４（ａ）〜図１４（ｄ）に、駆動電圧とその際の水滴の状態を示す。図１４（ａ）〜図１４（ｄ）は、それぞれ、駆動電圧が０Ｖ、４Ｖ、１０Ｖ、及び１６Ｖのときの水滴の状態を示す。図１４（ｃ）に示すように、駆動電圧が１０Ｖｐ−ｐになると、水滴等の接触角の変化が始まるため水滴等の移動が行われる。その後、駆動電圧が１６Ｖｐ−ｐになると、図１４（ｄ）に示すように、霧化が始まる。このように駆動電圧を掃引させているので、水滴の移動を行わない場合と比較して、霧化動作の際に必要な駆動電圧を小さく出来る。この場合においても、塩水に含まれるＮａＣｌが析出することなく、水溶液を第１の領域外へ移動させた後、霧化させることで消滅させることができた。

また、コーヒーなどのコロイド溶液やエタノールなどの水以外の溶液を用いて同様の実験を行った。これらの溶液の場合にも、同様に内容物を透光体部２２に析出させることなく、移動、霧化させ、透光体部２２の外表面に付着していた溶液を消滅させることができた。

なお、泥などの水に溶解しない不純物を含む液滴の場合においても、前記と同様の動作、現象により、視界内の不純物を含む液滴を、不純物を含んだまま第１の領域外に移動させることができる。また、本装置を適切な方向（下向き）に設置させることにより、水に溶解しない不純物ごと水滴を霧化させたり、小さな液滴を第１の領域外に集め、ある程度の大きさの液滴にして自重で落下させたりすることで、透光体部２２の外表面に付着していた水滴等を消滅させることができる。不純物の量が多い場合や大きい場合には、透光体部２２に不純物が残留する場合があるが、自重と透光体部２２に発生している振動によりそのような残留物は落下する。また、不純物が残留する領域は視野外であるため、透光体部２２の視野を不明瞭にするおそれはない。

以下に第２の実験例の結果を示す。第２の実験例で用いた筒状振動体部１２、モード変換結合部２１及び透光体部２２の寸法は、第１の実験例で用いたものと同じである。

本装置を水平方向から４５°下に傾けた方向に配置し、９０ｍｌの水に一般的な土を１０ｇ分散させた液滴を少量ずつ透光体部２２に滴下し、連続的に霧化動作させた。この場合、１時間に１５ｍｌを滴下した。そのまま、不純物を含んだまま、視野外に移動し、その後、粒径の小さな不純物は水と一緒に霧化されるか、液滴が第１の領域外に集まって大きな液滴となって自重で落下することで、透光体部２２の外表面から消滅した。また、粒径の大きな不純物は透光体部２２に残留するが、残留している位置は視野外であった。よって、カメラ機能に問題はなく、また、ある時間が経てば、不純物は落下し、透光体部２２の外表面から除去された。

（第２〜第５の実施形態）
図９は、第２の実施形態に係るカメラ１Ａを示す正面断面図である。カメラ１Ａは、透光体部２２を有するレンズカバー２０に相当する部分と、モード変換結合部２１に相当する部分とが同じ材料で一体に構成されていることにある。その他の点は、カメラ１Ａはカメラ１と同様である。このように、モード変換結合部２１と、レンズカバー２０とを一体に構成してもよい。この場合においても、カメラ１の場合と同様に、振動装置２が備えられているため、透光体部２２において、カメラの視野に相当する部分に付着した水滴Ｂを確実にかつ容易に除去することができる。

なお、モード変換結合部２１と、レンズカバー２０とを一体に構成した場合には、前述した（ｍ，ｎ）モードが、モード変換結合部２１とレンズカバー２０とを一体化した部分で励振されることになる。従って、振動の腹を、カメラ１Ａの視野に相当する部分よりも外側の領域に容易に位置させることができる。

なお、第１の実施形態の構造において、モード変換結合部２１と、透光体部２２とは、フランジ部２１ｂ，２２ａを有しておらずともよい。すなわち、フランジ部２１ｂ，２２ａを有せずに、別部材のモード変換結合部２１と、透光体部２２とが接合されていてもよい。この場合、前述した（ｍ，ｎ）モードが、モード変換結合部２１と透光体部２２とをあたかも一体化したかのように、励振されることになる。従って、振動の腹を、カメラ１Ａの視野部に相当する部分よりも外側の領域に容易に位置させることができる。

第１の実施形態では、レンズカバー２０が、モード変換結合部２１を有していたが、図１０に示す第３の実施形態のように、レンズカバー２０Ａは、ドーム状の透光体部２２のみを有していてもよい。ここでは、レンズカバー２０Ａは、ドーム状の透光体部２２からなり、直接筒状振動体１２に固定されている。

また、図１１に示す第４の実施形態のように、ドーム状ではなく、円筒状のレンズカバー２０Ｂを用いてもよい。レンズカバー２０Ｂでは、円筒状部材２１Ａの前方端に、平板状の透光体部２２Ａが固定されている。レンズカバー２０Ｂは、直接、筒状振動体１２に固定されている。

図１０及び図１１に示したように、本発明において、レンズカバー２０Ａ，２０Ｂからも明らかなように、レンズカバーの形状は特に限定されるものではない。

図１２は、第５の実施形態としてのカメラ３１で用いられている、レンズモジュール３２と圧電振動子１４との関係を示す図である。本実施形態では、レンズモジュール３２が筒状振動体１２に固定されている。本実施形態のカメラ３１では、図１に示したカメラ１におけるレンズカバー２０及びレンズモジュール７に代えて、レンズモジュール３２が用いられている。図１２では図示を省略しているが、上記レンズモジュール３２は、図１に示したカメラ本体３のレンズモジュール７に置き換えられる。従って、カメラ３１もまた、レンズモジュール３２を有するカメラ本体を備えている。

レンズモジュール３２は、筒状ハウジング３３を有する。筒状ハウジング３３内に、レンズ３４，３５が収納されている。レンズ３４，３５は筒状支持部材３７内に収納されている。さらに、筒状ハウジング３３の前方に、最前方のレンズ３６が配置されている。レンズ３６は、筒状ハウジング３３の開口部を閉じるように、筒状ハウジング３３に固定されている。従って、レンズモジュール３２では、外部に露出されているのは、最前方のレンズ３６の外表面である。この場合においても、レンズ３６の外表面において、破線Ａで示すカメラ３１の視野部に相当する第１の領域内に水滴等が付着した場合、第１の実施形態と同様に、筒状振動体１２を振動させ、水滴を濡れ拡がらせ、視野外に移動させ、さらに霧化により除去することができる。

１，１Ａ…カメラ
２…振動装置
３…カメラ本体
４…本体部材
４ａ…ベースプレート
５…撮像部
６…回路
７…レンズモジュール
９…レンズ
１１…ケース部材
１１ａ…突出部
１１ｂ…凹部
１２…筒状振動体
１２Ａ，１２Ｚ…電極
１２Ｂ〜１２Ｇ…励振電極
１３…筒状部材
１４…圧電振動子
１４Ａ…筒状圧電体
１４ａ…圧電体層
２０，２０Ａ，２０Ｂ…レンズカバー
２１…モード変換結合部
２１Ａ…円筒状部材
２１ａ，２１ｂ…フランジ部
２１ｃ…薄肉部
２１ｄ…厚肉部
２２，２２Ａ…透光体部
２２ａ…フランジ部
３１…カメラ
３２…レンズモジュール
３３…筒状ハウジング
３４〜３６…レンズ
３７…筒状支持部材

Claims (12)

1. レンズを有するカメラに用いられる、振動装置であって、
   第１の面と、前記第１の面とは反対側の第２の面と、前記第１，第２の面を結ぶ側壁部とを有し、前記第１，第２の面が開口されている筒状振動体と、前記筒状振動体の一方の開口部を覆うレンズカバーと、を備え、
   前記筒状振動体は、筒状部材と、前記筒状部材に固定された圧電振動子とを備え、
   前記レンズカバーは、前記筒状振動体に連結された筒状のモード変換結合部と、前記モード変換結合部の前記筒状振動体が連結されている側とは反対側に接合されており、前記レンズの前方に配置された透光性部分を有する透光体部と、を備え、
   前記モード変換結合部が、前記筒状部材よりも厚みの薄い薄肉部を有する、振動装置。
2. 前記筒状振動体を振動させた場合に、前記透光体部が、前記透光体部において前記カメラの視野部に相当する第１の領域内に振動の節を有し、前記透光体部において前記カメラの視野部外に位置している第２の領域に振動の腹を有する、第１の振動モードで、前記筒状振動体が、前記透光体部を振動させる、請求項１に記載の振動装置。
3. 前記筒状振動体を振動させた場合に、前記透光体部が、複数の振動領域を有し、前記複数の振動領域において、隣り合う振動領域が逆相で振動するように、前記圧電振動子が前記筒状部材の周方向に沿って複数配置されている、請求項１または２に記載の振動装置。
4. 前記筒状振動体を振動させた場合に、前記透光体部が、複数の振動領域を有し、前記複数の振動領域において、隣り合う振動領域が逆相で振動するように、ひとつの前記圧電振動子が前記筒状部材の周方向に沿って配置されており、前記圧電振動子の厚み方向の分極方向が周方向に沿って一様でない、請求項１または２に記載の振動装置。
5. 前記第１の振動モードにおいて、前記透光体部から前記カメラの前記レンズ側を視た場合に、前記透光体部の前記レンズと重なる領域に、前記第１の振動モードの節が位置している、請求項１〜４のいずれか１項に記載の振動装置。
6. 前記透光体部の前記第２の領域において水滴等を霧化する、第２の振動モードで、前記筒状振動体が前記透光体部を振動させる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の振動装置。
7. 前記第２の振動モードが、前記第１の振動モードよりも大きな振幅を有する、請求項６に記載の振動装置。
8. 前記レンズカバーと、前記レンズとが、空間を隔てて配置されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の振動装置。
9. レンズモジュールを有するカメラ本体と、
   請求項１〜８のいずれか１項に記載の振動装置とを備え、前記レンズカバー内に前記レンズモジュールが配置されている、カメラ。
10. 最前方に位置しているレンズを有するレンズモジュールが備えられているカメラ本体と、
    前記レンズモジュールに連結されており、筒状の圧電振動子を有し、対向し合う第１及び第２の面を有する筒状振動体を備え、
    前記圧電振動子が前記筒状の形状において周方向に沿って配されている複数の振動領域を有し、該複数の振動領域において、隣り合う振動領域が逆相で振動するように構成されており、
    前記筒状振動体を振動させた場合に、前記最前方に位置しているレンズが、前記カメラの視野部に相当する第１の領域内に振動の節を有し、前記レンズの前記カメラの視野外に位置している第２の領域に振動の腹を有する、第１の振動モードで、前記筒状振動体が前記レンズモジュールを振動させる、カメラ。
11. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の振動装置の駆動方法であって、
    前記第１の領域内に付着している水滴等を、前記透光体部を前記第１の振動モードで振動させて、前記カメラの視野部外の前記第２の領域に移動させる工程と、
    前記透光体部の前記第２の領域に移動した水滴を霧化する工程と、を備える、振動装置の駆動方法。
12. 前記霧化する工程は、前記透光体部の前記第２の領域に移動した水滴等を、前記透光体部を前記第２の振動モードで振動させて、霧化する工程である、請求項１１に記載の振動装置の駆動方法。

Images