JPWO2021100227A1 - 振動装置、および振動装置を備える撮像ユニット - Google Patents

振動装置、および振動装置を備える撮像ユニット Download PDF

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Abstract

振動装置（１０）は、所定の波長の光を透過する保護カバー（１１）と、一方の端で保護カバー（１１）を保持する第１筒状体（１２）と、第１筒状体（１２）の他方の端を支持する板バネ（１３）と、第１筒状体（１２）を支持する位置の外側にある板バネ（１３）の位置を一方の端で支持する第２筒状体（１４）と、第２筒状体（１４）の他方の端に設けられ、第２筒状体（１４）の貫通方向に振動する振動体（１７）と、を備える。

Description

本開示は、振動装置、および振動装置を備える撮像ユニットに関する。
近年、車両の前部や後部に撮像素子などを備える撮像ユニットを設けた車両では、当該撮像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。このような撮像ユニットは、車外に設けられることが多いため、外部を覆う透光体（保護カバーやレンズ）に雨滴（水滴）、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。
そこで、特許文献１に記載の撮像ユニットでは、透光体の表面に付着した異物を除去するために透光体を振動させる振動装置を設けている。当該振動装置は、支持体と、支持体の一方主面側に配置されている第１の振動素子と、他方主面側に配置されている第２の振動素子と、を備える構成である。振動装置は、圧電振動子を設けた第２の振動体を振動させることで、透光性を有する第１の振動体を振動させて、透光体の表面に付着した異物を除去する。
また、特許文献２に記載の撮像ユニットでは、筒状振動体の一方の開口部を覆うレンズカバーを振動させるために、筒状のモード変換結合部を筒状振動体とレンズカバーの透光体部との間に設けた振動装置を有している。
特許第６５７９２００号 国際公開ＷＯ２０１７／１１０５６３
特許文献１および特許文献２に記載の撮像ユニットでは、透光体の面内の一部を変位させる振動モードを利用する振動装置を設けることを前提にしている。そのため、特許文献１および特許文献２に記載の撮像ユニットでは、当該振動装置を用いて透光体の面内の一部が他部に対して変位が異なるように透光体を振動させる。具体的に、振動装置は、ある振動モードで透光体を振動させた場合、透光体の中央部が最大変位となるように透光体を振動させる。
透光体の中央部が最大変位となるように振動させた場合、振動装置は、透光体の表面に付着した雨滴を透光体の中央部に移動させて霧化することができる。つまり、振動装置で透光体を振動させることにより透光体の変位の大きい位置が親水化するので、変位の小さい位置にある雨滴を表面張力差によって変位の大きい位置に移動させることができる。しかし、振動装置で透光体を振動させて移動できる雨滴の量は、最大変位の位置からの距離と、最大変位の大きさとに依存し、雨滴（異物）を除去する能力は振動装置の振動モードにより大きく変化することになる。また、振動装置では、最大変位となる透光体の位置に雨滴（異物）が集まって来るため、集まった雨滴（異物）が霧化されるまで当該位置での視野を阻害する虞があった。
そこで、本開示の目的は、透光体の視野を保ちつつ、透光体に付着した異物を除去することができる振動装置、および振動装置を備える撮像ユニットを提供する。
本開示の一形態に係る振動装置は、所定の波長の光を透過する透光体と、一方の端で透光体を保持する第１筒状体と、第１筒状体の他方の端を支持する板状のバネ部と、第１筒状体を支持する位置の外側にあるバネ部の位置を一方の端で支持する第２筒状体と、第２筒状体の他方の端に設けられ、第２筒状体の貫通方向に振動する振動体と、を備える。
本開示の別の一形態に係る撮像ユニットは、上記に記載の振動装置と、透光体が視野方向となるように配置された撮像素子と、を備える。
本開示によれば、振動装置、および振動装置を備える撮像ユニットは、透光体の視野を保ちつつ、透光体に付着した異物を除去することができる。
本実施の形態１に係る振動装置の斜視図である。 本実施の形態１に係る撮像ユニットの構成を説明するための概略図である。 本実施の形態１に係る振動装置の振動と比較対象の振動装置の振動とを説明するための図である。 本実施の形態１に係る振動装置における圧電素子に印加する駆動信号の周波数とインピーダンスとの関係を示す図である。 本実施の形態１に係る保護カバーの厚さの変化によるピストン振動モードの共振周波数と保護カバー振動モードの共振周波数との関係を示すグラフである。 本実施の形態１に係る振動装置をピストン振動モードで振動させた場合のノード位置の他の例を示す図である。 本実施の形態１の変形例における振動装置の断面図である。 本実施の形態２に係る振動装置の斜視図である。 本実施の形態２に係る振動装置の振動を説明するための図である。 本実施の形態３に係る振動装置の斜視図である。
以下に、本実施の形態に係る振動装置、および振動装置を備え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、図中の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に係る振動装置、および振動装置を備え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、本実施の形態１に係る振動装置１０の斜視図である。振動装置１０は、保護カバー１１、第１筒状体１２、板バネ１３、第２筒状体１４、および振動体１７を含んでいる。
保護カバー１１は、ドーム状の形状を有している。保護カバー１１は、所定の波長の光を透過する透光体として透明部材で形成される。保護カバー１１の端部は、円筒状の第１筒状体１２の端部で保持されている。第１筒状体１２は、保護カバー１１側と反対側で弾性変形するバネ部としての板バネ１３により支持されている。板バネ１３は、円筒状の第１筒状体１２の底面を支持し、支持した位置から外側に向かって延伸している。板バネ１３は、中空円状であり、第１筒状体１２の周囲を円形状に囲むように延伸している。
板バネ１３は、第１筒状体１２を支持する位置の外側にある位置で第２筒状体１４により支持されている。第２筒状体１４は、円筒状の形態である。第２筒状体１４は、一方の端で板バネ１３を支持する。第２筒状体１４の他方の端には、振動体１７が設けられる。振動体１７は、第２筒状体１４の貫通方向（図中、上下方向）に振動する。振動体１７は、圧電素子１５と振動板１６とを含む。圧電素子１５は、中空円状であり、振動板１６の下面に設けられる。振動板１６は、第２筒状体１４の底面を支持し、支持した位置から外側に向かって延伸している。振動板１６は、中空円状であり、第２筒状体１４の周囲を円形状に囲むように延伸している。圧電素子１５が第２筒状体１４の貫通方向に振動することにより、振動板１６が第２筒状体１４の貫通方向に振動する。なお、振動板１６の下面に矩形状の圧電素子１５を同心円状に複数設けてもよい。また、中空円状の圧電素子１５を振動板１６の上面に設けてもよい。また、振動板１６の上面に矩形状の圧電素子１５を同心円状に複数設けてもよい。また、圧電素子１５を振動板１６の形状に合わせ、圧電素子１５と振動板１６とを一体的に形成してもよい。
第１筒状体１２、板バネ１３、第２筒状体１４、および振動板１６は、一体的に形成される。第１筒状体１２、板バネ１３、第２筒状体１４、および振動板１６は、たとえば、金属や合成樹脂からなる。なお、第１筒状体１２、板バネ１３、第２筒状体１４、および振動板１６を別体で形成してもよいし、別部材で形成してもよい。保護カバー１１と第１筒状体１２との接合方法は、特に問わない。保護カバー１１と第１筒状体１２とを、接着剤、溶着、嵌合、圧入、などで接合してもよい。
本実施の形態では、保護カバー１１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１１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１１は、表面に、強度を高めるために、ＤＬＣ（Diamond-like Carbon）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１１のドーム状の形状は、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１１は、平板でもよい。保護カバー１１を透過する光は、可視光か不可視光かは問わない。保護カバー１１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。
圧電素子１５は、例えば、厚み方向において分極することで振動する。圧電素子１５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）ＮｂＯ３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ＬｉＴａＯ３などの圧電単結晶が用いられてもよい。
図２は、本実施の形態１に係る撮像ユニット１００の構成を説明するための概略図である。図２の振動装置１０は、図１の振動装置１０を保護カバー１１に対して第２筒状体１４の貫通方向（図中、上下方向）に中央で切断した断面図である。撮像ユニット１００は、例えば車両の前方、後方などに取り付けられ、被撮像物を撮像するユニットである。なお、撮像ユニット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。
撮像ユニット１００は、振動装置１０と、振動装置１０内に収納された撮像素子としてのカメラ１とを含んでいる。カメラ１は、ベース部材３に固定された本体部材５の上端部に固定されている。振動装置１０は、ベース部材３に固定された支持部材４により支持されている。
撮像ユニット１００は、車両などに取り付けて屋外で使用する場合、カメラ１の視野方向に配置され外部を覆う保護カバー１１に雨滴、泥、塵埃等の異物が付着することがある。振動装置１０は、保護カバー１１に付着した雨滴等の異物を除去するため振動を発生させることができる。
振動装置１０は、振動を発生させる駆動信号を圧電素子１５に印加する励振回路２を備えている。励振回路２は、圧電素子１５と接続されている。圧電素子１５は、励振回路２からの駆動信号に基づいて、第２筒状体１４の貫通方向に振動する。圧電素子１５が振動することによって振動板１６が第２筒状体１４の貫通方向に振動し、振動板１６は、第２筒状体１４を第２筒状体１４の貫通方向に振動させる。第２筒状体１４が振動することによって、板バネ１３を介して第１筒状体１２に圧電素子１５の振動を伝えることができる。振動装置１０では、第１筒状体１２を振動させることで保護カバー１１が振動して、保護カバー１１に付着した雨滴等の異物が除去される。
励振回路２は、第１筒状体１２と第２筒状体１４とが逆位相で第２筒状体１４の貫通方向に振動するように、圧電素子１５に駆動信号を印加する。励振回路２は、圧電素子１５に印加する駆動信号により第１筒状体１２と第２筒状体１４とが逆位相で第２筒状体１４の貫通方向に振動する以外の振動モードで振動装置１０を振動させることができる。
図２に示すように、第１筒状体１２の厚みは、板バネ１３や第２筒状体１４の厚みと比べて薄くなっている。第１筒状体１２の厚みは、第１筒状体１２を支持する板バネ１３の位置から第２筒状体１４で支持される板バネ１３の位置までの長さより短くなっている。
図３は、本実施の形態１に係る振動装置１０の振動と比較対象の振動装置２１０の振動とを説明するための図である。図３（ａ）は、本実施の形態１に係る振動装置１０の振動例を示し、図３（ｂ）は、比較対象の振動装置２１０の振動例を示す。本実施の形態１に係る振動装置１０では、圧電素子１５の振動により、第１筒状体１２が略均一に上下に変位することにより、保護カバー１１の全体が略均一に上下方向に振動する。一方、比較対象の振動装置２１０では、圧電素子１５の振動により、保護カバー１１が、中央部では上下方向に最も大きく変位し、周辺部では変位しないような態様で振動する。図３では、振動を開始する前の振動装置１０，２１０の基準位置を破線で示し、変位後の振動装置１０，２１０の位置を実線で示す。
図３（ａ）を参照して、圧電素子１５が励振回路２（図２参照）からの駆動信号に基づいて第２筒状体１４の貫通方向に振動することにより、振動板１６が上方に変位すると、第２筒状体１４も上方に変位し、第１筒状体１２を支持している板バネ１３の位置が下側に沈み込む。第１筒状体１２を支持している板バネ１３の位置が下側に沈み込むことで、第１筒状体１２の全体が下方に変位する結果、第１筒状体１２に保持されている保護カバー１１の全体も下方に変位する。このとき、ノード（圧電素子１５の振動によっても変位しない部分）２０は、第２筒状体１４の側面に形成される。
図示していないが、圧電素子１５が励振回路２（図２参照）からの駆動信号に基づいて第２筒状体１４の貫通方向に振動することにより、振動板１６が下方に変位すると、第２筒状体１４も下方に変位し、第１筒状体１２を支持している板バネ１３の位置が上側にせり上がる。第１筒状体１２を支持している板バネ１３の位置が上側にせり上がることで、第１筒状体１２の全体が上方に変位する結果、第１筒状体１２に保持されている保護カバー１１の全体も上方に変位する。このとき、ノード２０は、第２筒状体１４の側面に形成される。
図３（ａ）に示すように、本実施の形態１に係る振動装置１０においては、圧電素子１５の振動により、保護カバー１１自体がほぼ変形することなく、保護カバー１１の全体が略均一に上下方向に変位する。
一方、図３（ｂ）に示す比較対象の振動装置２１０は、構造上、保護カバー１１の全体が略均一に上下方向に変位するような振動をさせることはできないが、保護カバー１１の中央部では上下方向に最も大きく変位するような振動をさせることができる。具体的に、図３（ｂ）を参照して、比較対象の振動装置２１０は、保護カバー１１、第１筒状体２１２、および圧電素子１５を含む。保護カバー１１は、円筒状の第１筒状体２１２の端部で保持されている。第１筒状体２１２は、圧電素子１５が設けられている端部に近い内面に一部凹んだ部分を設けた構造である。圧電素子１５が励振回路２（図２参照）からの駆動信号に基づいて第１筒状体２１２の貫通方向に振動することにより、その振動が第１筒状体２１２を介して保護カバー１１へと伝わり、保護カバー１１がその中央部で上方向に最も大きく変位するような態様で振動する。このとき、ノード２０は、保護カバー１１の周辺部に形成される。図３（ｂ）に示すように、比較対象の振動装置２１０においては、圧電素子１５の振動により、保護カバー１１が、中央部では上下方向に最も大きく変位し、周辺部では変位しないような態様で振動する。
本実施の形態１に係る振動装置１０と比較対象の振動装置２１０とにおける振動の違いは、振動装置１０と振動装置２１０との構造上の違いに依る。しかしながら、本実施の形態１に係る振動装置１０においても、構造上、励振する周波数を高くすると、比較対象の振動装置２１０のように、保護カバー１１が、中央部では上下方向に最も大きく変位し、周辺部では変位しないような態様で振動する。すなわち、振動装置１０は、励振する周波数によって、複数の異なる振動モードで振動させることができる構造である。ここで、振動装置１０を励振する周波数は、圧電素子１５に印加する駆動信号の周波数を変更することにより調整することができる。以下では、比較対象の振動装置２１０のような態様、すなわち、保護カバー１１が、中央部では上下方向に最も大きく変位し、周辺部では変位しないような態様で振動することを保護カバー振動と称し、そのような振動モードを保護カバー振動モードと称す。これに対し、本実施の形態１に係る振動装置１０において、保護カバー１１の全体が略均一に上下方向に振動することをピストン振動（板バネ振動）と称し、そのような振動モードをピストン振動モードと称す。
図４は、本実施の形態１に係る振動装置１０における圧電素子１５に印加する駆動信号の周波数とインピーダンスとの関係を示す図である。図４の位置Ｐで示す部分から分かるように、約３６ｋＨｚ辺りで圧電素子１５のインピーダンスが大きく変化している。位置Ｐは、保護カバー１１がピストン振動モードで振動する場合の駆動信号の周波数を示している。以下では、保護カバー１１がピストン振動モードで振動する場合の駆動信号の周波数を「ピストン振動モードの共振周波数」と称す。図４の位置Ｑで示す部分から分かるように、位置Ｐにおける周波数よりも大きい約４７ｋＨｚ辺りで圧電素子１５のインピーダンスが大きく変化している。位置Ｑは、保護カバー１１が保護カバー振動モードで振動する場合の駆動信号の周波数を示している。以下では、保護カバー１１が保護カバー振動モードで振動する場合の駆動信号の周波数を「保護カバー振動モードの共振周波数」と称す。
図４で示すように、振動装置１０では、圧電素子１５に印加する駆動信号の周波数により、振動モードが変化する。ピストン振動モードの共振周波数は約３６ｋＨｚであるのに対して、保護カバー振動モードの共振周波数は約４７ｋＨｚと大きい。仮に、ピストン振動モードの共振周波数と、保護カバー振動モードの共振周波数とが近似してくると、振動装置１０は、ピストン振動モードのみで保護カバー１１を振動させることができなくなる。ここで、ピストン振動モードの共振周波数と、保護カバー振動モードの共振周波数との関係は、振動装置１０の構造により変化する。特に、保護カバー１１の厚さにより、ピストン振動モードの共振周波数と、保護カバー振動モードの共振周波数との関係は大きく変化する。
図５は、本実施の形態１に係る保護カバー１１の厚さの変化によるピストン振動モードの共振周波数と保護カバー振動モードの共振周波数との関係を示すグラフである。図５では、図４の位置Ｐのピストン振動モードによる板バネ振動の共振周波数と、位置Ｑの保護カバー振動モードによる保護カバー振動の共振周波数とがプロットされている。図５では、保護カバー１１をドーム状でなく平板として厚さを変化させ、ピストン振動モードの共振周波数で振動装置１０を振動させた場合の保護カバー１１の中央部変位および周辺部変位の変化を示す。ピストン振動モードの共振周波数は、図５から分かるように保護カバー１１の厚みが増すに連れて緩やかに下がっている。一方、保護カバー振動モードの共振周波数は、保護カバー１１の厚みが増すに連れて上がっている。
保護カバー１１の厚みが約１．３５ｍｍのときに保護カバー振動モードの共振周波数がピストン振動モードの共振周波数と略同じになっている。つまり、振動装置１０は、保護カバー１１の厚みが約１．３５ｍｍのとき、保護カバー振動モードとピストン振動モードとを分離して駆動することができない。共振周波数が略同じとなる点の前後において、保護カバー１１の中央部変位は、保護カバー１１の厚みとともに増加していた変位が急激に減少する。また、この点の前後において、保護カバー１１の周辺部変位は、保護カバー１１の厚みとともに緩やかに増加していた変位が急激に増加する。保護カバー１１の厚みが約１．３５ｍｍよりも厚い領域では、保護カバー振動モードの共振周波数が、ピストン振動モードの共振周波数よりも大きな値となる。なお、前述の例では保護カバー１１の厚みを変更して保護カバー振動モードの共振周波数がピストン振動モードの共振周波数よりも大きくなるように構成したが、保護カバー１１、第１筒状体１２、板バネ１３、および第２筒状体１４は、保護カバー振動モードの共振周波数がピストン振動モードの共振周波数よりも大きくなるように構成されていればよい。
図５から分かるように、保護カバー振動モードの共振周波数が、ピストン振動モードの共振周波数よりも高くなる領域では、保護カバー１１の中央部変位と周辺部変位とが同じ変位に収束し、保護カバー１１の全体が変位する。つまり、当該領域では、振動装置１０は、図３（ａ）で示したようなピストン振動モードで保護カバー１１を振動させることができる。特に、図５の破線Ａより右側の領域では、単位電圧当たりの保護カバー１１の中央部変位と周辺部変位とが約−５００（ｎｍ／１Ｖ）辺りで収束する。破線Ａの保護カバー１１の厚みは約１．７５ｍｍである。また、破線Ａの保護カバー振動モードの共振周波数は、ピストン振動モードの共振周波数の約１．２倍である。保護カバー振動モードの共振周波数が、ピストン振動モードの共振周波数の約１．２倍以上となる場合において、振動装置１０は、ピストン振動モードで保護カバー１１を振動させることができる。破線Ａより右側の領域では、保護カバー振動モードの共振周波数が、ピストン振動モードの共振周波数の約１．２倍以上であるので、振動装置１０は、ピストン振動モードで保護カバー１１を振動させやすくなる。なお、前述の例では保護カバー１１の厚みを変更して保護カバー振動モードの共振周波数がピストン振動モードの共振周波数の１．２倍となるように構成したが、保護カバー１１、第１筒状体１２、板バネ１３、および第２筒状体１４は、保護カバー振動モードの共振周波数がピストン振動モードの共振周波数の１．２倍となるように構成されていればよい。
図５に示すように、保護カバー１１の厚みが２．５ｍｍ以上のときにより保護カバー１１の中央部変位と周辺部変位との変位差が略同じになる。このとき、保護カバー振動モードの共振周波数は、ピストン振動モードの共振周波数の約１．３倍となる。
このように、本実施の形態１に係る振動装置１０は、保護カバー１１、第１筒状体１２、板バネ１３、第２筒状体１４、圧電素子１５、および振動板１６を備える。振動装置１０は、ピストン振動モードで圧電素子１５を振動させることによって、振動板１６、第２筒状体１４、および板バネ１３が変位し、第１筒状体１２が略均一に上下に変位する。その結果、保護カバー１１自体がほぼ変形することなく、保護カバー１１の全体が略均一に上下方向に振動するため、保護カバー１１に付着した異物（例えば、雨滴等）がその場で霧化される。振動装置１０は、保護カバー１１に付着した異物をその場で霧化させることができるので、異物を保護カバー１１のどこか１箇所に集めた後に霧化させる場合と比較して保護カバー１１の視野を阻害することなく、異物を除去することができる。
また、振動装置１０は、保護カバー１１、第１筒状体１２、板バネ１３、および第２筒状体１４は、保護カバー振動モードの共振周波数がピストン振動モードの共振周波数よりも大きくなるように構成され、圧電素子１５を駆動する励振回路２をさらに備えている。励振回路２は、保護カバー１１の共振周波数（保護カバー振動モードの共振周波数）が板バネ１３の共振周波数（ピストン振動モードの共振周波数）の１．２倍以上ある共振系において、保護カバー１１の共振（保護カバー振動）と板バネ１３の共振（ピストン振動）とを選択的に励振することができる。すなわち、振動装置１０では、保護カバー振動モードとピストン振動モードとを選択的に振動モードを切り替えることができる。これにより、振動装置１０は、保護カバー振動モードを用いると、保護カバー１１に付着した異物を保護カバー１１の中央に集めて霧化させることができ、ピストン振動モードを用いると、保護カバー１１に付着した異物を周辺部も含めてその場で一度に霧化させることができる。つまり、振動装置１０では、用途に合わせて振動モードを使い分けることにより、保護カバー１１の視野を保ちつつ、保護カバー１１に付着した異物を除去することができる。
また、第１筒状体１２の厚みは、第１筒状体１２を支持する板バネ１３の位置から第２筒状体１４で支持される板バネ１３の位置までの長さより短い。これにより、振動装置１０は、保護カバー１１の視野を保ちつつ、保護カバー１１に付着した異物を除去することができる。
また、振動装置１０では、保護カバー１１がピストン振動モードで振動する場合、第２筒状体１４の側面にノード２０が形成される。第２筒状体１４の側面は支持部材４により支持されていることから、圧電素子１５の振動により第２筒状体１４に伝わった振動が支持部材４に伝わることがないので、振動が保護カバー１１へ十分に伝わる。
また、振動装置１０では、保護カバー１１をピストン振動モードで振動させた場合に第２筒状体の側面にノード２０が形成されると説明したが、異なる位置にノードが形成されるピストン振動モードも存在する。図６は、本実施の形態１に係る振動装置をピストン振動モードで振動させた場合のノード位置の他の例を示す図である。図３（ａ）でのピストン振動モードの共振周波数より大きい周波数で振動装置１０をピストン振動モードで駆動させた場合、図６に示すように、第１筒状体１２を支持している板バネ１３の位置と、第２筒状体１４を支持している振動板１６の位置とにノード２０が形成される。
図７を参照して、実施の形態１の変形例について説明する。なお、実施の形態１と同様の構成については同じ符号を付して、その説明は繰り返さない。図７は、本実施の形態１の変形例における振動装置１０Ａの断面図である。振動装置１０Ａは、振動体１７Ａが振動装置１０Ａの内側に向かって延伸している点で振動装置１０と異なる。
振動体１７Ａは、第２筒状体１４の他方の端（第２筒状体１４は一方の端で板バネ１３を支持している）に設けられ、第２筒状体１４の貫通方向（図中、上下方向）に振動する。振動体１７Ａは、圧電素子１５Ａと振動板１６Ａとを含む。圧電素子１５Ａは、中空円状であり、振動板１６Ａの下面に設けられる。振動板１６Ａは、第２筒状体１４の底面を支持し、支持した位置から内側に向かって延伸している。振動板１６Ａは中空円状であり、第２筒状体１４の内側に設けられる。圧電素子１５Ａが第２筒状体１４の貫通方向に振動することにより、振動板１６Ａが第２筒状体１４の貫通方向に振動する。
圧電素子１５Ａが励振回路２（図２参照）からの駆動信号に基づいて第２筒状体１４の貫通方向に振動することにより、振動板１６Ａが上方に変位すると、第２筒状体１４も上方に変位し、第１筒状体１２を支持している板バネ１３の位置が下側に沈み込む。第１筒状体１２を支持している板バネ１３の位置が下側に沈み込むことで、第１筒状体１２の全体が下方に変位する結果、第１筒状体１２に保持されている保護カバー１１の全体も下方に変位する。このとき、第２筒状体１４の側面は、圧電素子１５Ａの振動によっても変位しない。
また、圧電素子１５が励振回路２（図２参照）からの駆動信号に基づいて第２筒状体１４の貫通方向に振動することにより、振動板１６Ａが下方に変位すると、第２筒状体１４も下方に変位し、第１筒状体１２を支持している板バネ１３の位置が上側にせり上がる。第１筒状体１２を支持している板バネ１３の位置が上側にせり上がることで、第１筒状体１２の全体が上方に変位する結果、第１筒状体１２に保持されている保護カバー１１の全体も上方に変位する。このとき、第２筒状体１４の側面は、圧電素子１５Ａの振動によっても変位しない。
このように、振動装置１０Ａは、振動装置１０と同様に保護カバー１１をピストン振動モードで振動させることができるので、振動装置１０と同様の効果を奏する。なお、振動装置１０Ａにおいて、振動板１６Ａの下面に矩形状の圧電素子１５Ａを同心円状に複数設けてもよい。また、中空円状の圧電素子１５Ａを振動板１６Ａの上面に設けてもよい。また、振動板１６Ａの上面に矩形状の圧電素子１５Ａを同心円状に複数設けてもよい。また、圧電素子１５Ａを振動板１６Ａの形状に合わせ、圧電素子１５Ａと振動板１６Ａとを一体的に形成してもよい。
（実施の形態２）
図８および図９を参照して、実施の形態２について説明する。なお、実施の形態１と同様の構成については同じ符号を付して、その説明は繰り返さない。実施の形態１に係る振動装置１０は、第１筒状体１２を貫通方向から見た場合に円形状に見える部材で構成されていた（図１参照）。これに対し、実施の形態２に係る振動装置は、第１筒状体を貫通方向から見た場合に矩形状に見える部材で構成される。実施の形態２に係る振動装置は、実施の形態１に係る振動装置１０と同様に撮像ユニットに搭載して使用される。
図８は、本実施の形態２に係る振動装置１０Ｂの斜視図である。振動装置１０Ｂは、第１筒状体１２Ｂを貫通方向から見た場合に、保護カバー１１Ｂ、第１筒状体１２Ｂ、板バネ１３Ｂ、第２筒状体１４Ｂ、および振動体１７Ｂが矩形状である点で振動装置１０と異なる。また、振動装置１０Ｂは、振動板１６Ｂの形状に沿って圧電素子１５Ｂが複数配置されている点で振動装置１０と異なる。
図９は、本実施の形態２に係る振動装置１０Ｂの振動を説明するための図である。図９では、振動を開始する前の振動装置１０Ｂの基準位置を破線で示し、変位後の振動装置１０Ｂの位置を実線で示す。圧電素子１５Ｂが励振回路２（図２参照）からの駆動信号に基づいて第２筒状体１４Ｂの貫通方向に振動することにより、振動板１６Ｂが上方に変位すると、第２筒状体１４Ｂも上方に変位し、第１筒状体１２Ｂを支持している板バネ１３Ｂの位置が下側に沈み込む。第１筒状体１２Ｂを支持している板バネ１３Ｂの位置が下側に沈み込むことで、第１筒状体１２Ｂの全体が下方に変位する結果、第１筒状体１２Ｂに保持されている保護カバー１１Ｂの全体も下方に変位する。このとき、ノード（圧電素子１５Ｂの振動によっても変位しない部分）２０は、第２筒状体１４Ｂの側面に形成される。
図示していないが、圧電素子１５Ｂが励振回路２（図２参照）からの駆動信号に基づいて第２筒状体１４Ｂの貫通方向に振動することにより、振動板１６Ｂが下方に変位すると、第２筒状体１４Ｂも下方に変位し、第１筒状体１２Ｂを支持している板バネ１３Ｂの位置が上側にせり上がる。第１筒状体１２Ｂを支持している板バネ１３Ｂの位置が上側にせり上がることで、第１筒状体１２Ｂの全体が上方に変位する結果、第１筒状体１２Ｂに保持されている保護カバー１１Ｂの全体も上方に変位する。このとき、ノード２０は、第２筒状体１４Ｂの側面に形成される。
このように、振動装置１０Ｂは、振動装置１０と同様に保護カバー１１Ｂをピストン振動モードで振動させることができるので、振動装置１０と同様の効果を奏する。加えて、振動装置１０Ｂでは、第１筒状体１２Ｂを貫通方向から見た場合に、保護カバー１１Ｂ、第１筒状体１２Ｂ、板バネ１３Ｂ、第２筒状体１４Ｂ、および振動体１７Ｂが矩形状であることから、部材を無駄なく使用できる上、切削もしやすいので、製造コストを抑制することができる。
なお、振動装置１０Ｂは、第１筒状体１２Ｂを貫通方向から見た場合に、保護カバー１１Ｂ、第１筒状体１２Ｂ、板バネ１３Ｂ、第２筒状体１４Ｂ、および振動体１７Ｂが矩形状であればよく、正方形でも長方形でも多角形でもよい。
また、振動装置１０Ｂは、振動板１６Ｂの形状に沿った１枚の圧電素子１５Ｂが振動板１６Ｂの下面に設けられてもよい。また、圧電素子１５Ｂは、振動板１６Ｂの上面に設けられてもよい。
また、実施の形態１の変形例で示したように、振動体１７Ｂが振動装置１０Ｂの内側に向かって延伸していてもよい。具体的には、振動板１６Ｂが第２筒状体１４Ｂの底面を支持している位置から内側に向かって延伸し、圧電素子１５Ｂが振動板１６Ｂの上面または下面に設けられてもよい。
（実施の形態３）
図１０を参照して、実施の形態３について説明する。なお、実施の形態１と同様の構成については同じ符号を付して、その説明は繰り返さない。実施の形態１に係る振動装置１０は、第１筒状体１２を貫通方向から見た場合に円形状に見える部材で構成されていた（図１参照）。実施の形態２に係る振動装置１０Ｂは、第１筒状体１２Ｂを貫通方向から見た場合に矩形状に見える部材で構成されていた（図８参照）。これに対し、実施の形態３に係る振動装置は、第１筒状体を貫通方向から見た場合に円形状に見える部材と矩形状に見える部材とから構成される。実施の形態３に係る振動装置は、実施の形態１に係る振動装置１０と同様に撮像ユニットに搭載して使用される。
図１０は、本実施の形態３に係る振動装置１０Ｃの斜視図である。振動装置１０Ｃは、第１筒状体１２を貫通方向から見た場合に、保護カバー１１と第１筒状体１２とは円形状であるのに対し、板バネ１３Ｃ、第２筒状体１４Ｃ、および振動体１７Ｃは矩形状である点で振動装置１０と異なる。また、振動装置１０Ｃは、振動板１６Ｃの形状に沿って圧電素子１５Ｃが複数配置されている点で振動装置１０と異なる。一方で、振動装置１０Ｃは、振動装置１０と同様に、保護カバー１１をピストン振動モードで振動させることができる。
具体的には、圧電素子１５Ｃが励振回路２（図２参照）からの駆動信号に基づいて第２筒状体１４Ｃの貫通方向に振動することにより、振動板１６Ｃが上方に変位すると、第２筒状体１４Ｃも上方に変位し、第１筒状体１２を支持している板バネ１３Ｃの位置が下側に沈み込む。第１筒状体１２を支持している板バネ１３Ｃの位置が下側に沈み込むことで、第１筒状体１２の全体が下方に変位する結果、第１筒状体１２に保持されている保護カバー１１の全体も下方に変位する。このとき、第２筒状体１４Ｃの側面は、圧電素子１５Ｃの振動によっても変位しない。
また、圧電素子１５Ｃが励振回路２（図２参照）からの駆動信号に基づいて第２筒状体１４Ｃの貫通方向に振動することにより、振動板１６Ｃが下方に変位すると、第２筒状体１４Ｃも下方に変位し、第１筒状体１２を支持している板バネ１３Ｃの位置が上側にせり上がる。第１筒状体１２を支持している板バネ１３Ｃの位置が上側にせり上がることで、第１筒状体１２の全体が上方に変位する結果、第１筒状体１２に保持されている保護カバー１１の全体も上方に変位する。このとき、第２筒状体１４Ｃの側面は、圧電素子１５Ｃの振動によっても変位しない。
このように、振動装置１０Ｃは、振動装置１０と同様に保護カバー１１をピストン振動モードで振動させることができるので、振動装置１０と同様の効果を奏する。加えて、振動装置１０Ｃでは、第１筒状体１２を貫通方向から見た場合に、板バネ１３Ｃ、第２筒状体１４Ｃ、および振動体１７Ｃが矩形状であることから、部材を無駄なく使用できる上、切削もしやすいので、製造コストを抑制することができる。
なお、振動装置１０Ｃは、第１筒状体１２を貫通方向から見た場合に、板バネ１３Ｃ、第２筒状体１４Ｃ、および振動体１７Ｃが矩形状であればよく、正方形でも長方形でも多角形でもよい。
また、振動装置１０Ｃでは、板バネ１３Ｃ、第２筒状体１４Ｃ、および振動体１７Ｃが第１筒状体１２を貫通方向から見た場合に矩形状であったが、これに限られず、保護カバー１１、第１筒状体１２、板バネ１３Ｃ、第２筒状体１４Ｃ、および振動体１７Ｃのうち少なくとも１つが第１筒状体１２を貫通方向から見た場合に矩形状であればよい。
また、振動装置１０Ｃでは、保護カバー１１および第１筒状体１２が第１筒状体１２を貫通方向から見た場合に円形状であったが、これに限られず、保護カバー１１、第１筒状体１２、板バネ１３Ｃ、第２筒状体１４Ｃ、および振動体１７Ｃのうち少なくとも１つが第１筒状体１２を貫通方向から見た場合に円形状であればよい。
また、振動装置１０Ｃは、振動板１６Ｃの形状に沿った１枚の圧電素子１５Ｃが振動板１６Ｃの下面に設けられてもよい。また、圧電素子１５Ｃは、振動板１６Ｃの上面に設けられてもよい。
また、実施の形態１の変形例で示したように、振動体１７Ｃが振動装置１０Ｃの内側に向かって延伸していてもよい。具体的には、振動板１６Ｃが第２筒状体１４Ｃの底面を支持している位置から内側に向かって延伸し、圧電素子１５Ｃが振動板１６Ｃの上面または下面に設けられてもよい。
（その他の変形例）
前述の実施の形態に係る撮像ユニット１００は、カメラ、ＬｉＤＡＲ，Ｒａｄｅｒなどを含んでもよい。また、複数の撮像ユニットを並べて配置するようにしてもよい。
前述の実施の形態に係る撮像ユニット１００は、車両に設けられる撮像ユニットに限定されず、振動装置と、透光体が視野方向となるように配置された撮像素子と、を備え、透光体への異物を除去する必要があるどのような撮像ユニットに対しても同様に適用することができる。
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て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 カメラ、２ 励振回路、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，２１０ 振動装置、１１，１１Ｂ 保護カバー、１２，１２Ｂ，２１２ 第１筒状体、１３，１３Ｂ，１３Ｃ 板バネ、１４，１４Ｂ，１４Ｃ 第２筒状体、１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ 圧電素子、１６，１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ 振動板、１７，１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ 振動体、２０ ノード、１００ 撮像ユニット。

Claims (14)

  1. 所定の波長の光を透過する透光体と、
    一方の端で前記透光体を保持する第１筒状体と、
    前記第１筒状体の他方の端を支持する板状のバネ部と、
    前記第１筒状体を支持する位置の外側にある前記バネ部の位置を一方の端で支持する第２筒状体と、
    前記第２筒状体の他方の端に設けられ、前記第２筒状体の貫通方向に振動する振動体と、を備える、振動装置。
  2. 前記振動体は、
    前記第２筒状体の他方の端から外側に伸びる板状の振動板と、
    当該振動板の上面または下面に設けられる圧電素子と、を含む、請求項１に記載の振動装置。
  3. 前記振動体は、
    前記第２筒状体の他方の端から内側に伸びる板状の振動板と、
    当該振動板の上面または下面に設けられる圧電素子と、を含む、請求項１に記載の振動装置。
  4. 前記透光体、前記第１筒状体、前記バネ部、および前記第２筒状体の構造は、前記透光体の共振周波数が前記バネ部の共振周波数よりも大きくなるように構成され、
    前記振動体を駆動する励振回路をさらに備え、
    前記励振回路は、前記透光体の共振と前記バネ部の共振とを選択的に励振する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の振動装置。
  5. 前記透光体、前記第１筒状体、前記バネ部、および前記第２筒状体の構造は、前記透光体の共振周波数が前記バネ部の共振周波数の１．２倍以上になるように構成される、請求項４に記載の振動装置。
  6. 前記励振回路は、
    前記第１筒状体と前記第２筒状体とが逆位相で貫通方向に振動するように前記振動体を駆動する、請求項４または請求項５に記載の振動装置。
  7. 前記透光体、前記第１筒状体、前記バネ部、前記第２筒状体、および前記振動体のうち少なくとも１つは、前記第１筒状体を貫通方向から見て円形状である、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の振動装置。
  8. 前記透光体、前記第１筒状体、前記バネ部、前記第２筒状体、および前記振動体のうち少なくとも１つは、前記第１筒状体を貫通方向から見て矩形状である、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の振動装置。
  9. 前記透光体は、ドーム状の形状である、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の振動装置。
  10. 前記透光体は、板状の形状である、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の振動装置。
  11. 前記第１筒状体の厚みは、前記第１筒状体を支持する前記バネ部の位置から前記第２筒状体で支持される前記バネ部の位置までの長さより短い、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の振動装置。
  12. 前記振動体は、前記振動板の形状に合わせて一体として形成された前記圧電素子が前記振動板に設けられている、請求項２または請求項３に記載の振動装置。
  13. 前記振動体は、前記振動板の形状に沿って矩形状の前記圧電素子が複数配置されている、請求項２または請求項３に記載の振動装置。
  14. 請求項１〜請求項１３のいずれか１項に記載の前記振動装置と、
    前記透光体が視野方向となるように配置された撮像素子と、を備える撮像ユニット。
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