WO2019130629A1 - 振動装置及び光学検出装置 - Google Patents

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WO2019130629A1
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cover
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vibrating
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PCT/JP2018/026355
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仁志 坂口
藤本　克己
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株式会社村田製作所
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Definitions

  • the present invention relates to a vibration device for removing foreign matter such as water droplets and dust attached to a dome-shaped cover, and an optical detection device provided with the vibration device.
  • Patent Document 1 a flat hood is disposed in front of the camera.
  • the piezoelectric vibrator is fixed to the hood.
  • the water droplets adhering to the outer surface of the hood are atomized and removed by the vibration of the piezoelectric vibrator.
  • Patent Document 2 discloses a dome-shaped light transmitting body disposed in front of a camera.
  • the dome-shaped light transmitting body is provided with a flange portion extending outward in the radial direction.
  • a ring-shaped piezoelectric vibrator is fixed to the flange portion.
  • the dome-shaped light transmitting body is vibrated by the vibration of the piezoelectric vibrator. The droplets are thereby removed.
  • Patent Document 1 the removal of water droplets and the like has been achieved by utilizing the vibration of the piezoelectric vibrator.
  • the flat hood is vibrated. Therefore, no vibration node was generated in the field of view of the camera.
  • An object of the present invention is to provide a vibrating device and an optical detection device provided with the vibrating device, which can reliably remove water droplets, dust and the like attached to the surface of a dome-like cover.
  • a first vibration device has a dome-shaped cover disposed so as to include a detection region of an optical detection element, and an internal space in which the optical detection element is disposed, and is connected to the cover
  • a vibrator connected to the support and vibrating the cover via the support, the cover and the support vibrate at substantially the same resonant frequency
  • the cover and the support are in a vibration mode in which displacement of the connection portion side portion of the cover and the connection portion side portion of the support are in opposite directions.
  • Driving the vibrator at a frequency substantially the same as the resonance frequency so as to vibrate the body.
  • a second vibration device has a dome-shaped cover disposed so as to include a detection region of an optical detection element, and an internal space in which the optical detection element is disposed, and is connected to the cover
  • a vibrator connected to the support and vibrating the cover via the support, the cover and the support vibrate at substantially the same resonant frequency
  • a drive circuit for driving the vibrator at substantially the same frequency as the resonance frequency of the support and the cover so that the node region is located at the connection portion where the cover and the support are connected; And.
  • the first vibration device and the second vibration device will be collectively referred to as a vibration device according to the present invention.
  • An optical detection device includes: the vibration device according to the present invention; and an optical detection element disposed in at least a part of the inner space of the support of the vibration device and having the detection region in the cover. Prepare.
  • the dome-shaped cover is used, but when the dome-shaped cover is vibrated by the vibrator, water droplets or dust attached to the surface of the dome-shaped cover, etc. Can be reliably removed.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an appearance of a camera module according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a front cross-sectional view of a camera module according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an exploded front sectional view of the camera module according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a piezoelectric element as a vibrator used in the first embodiment.
  • FIG. 5 (a) is a schematic cross-sectional view showing a displacement distribution when the dome-like cover is vibrated alone, and
  • FIG. 5 (b) is a structure in which the support and the vibrator are connected. It is a typical sectional view showing displacement distribution.
  • FIG. 5 (a) is a schematic cross-sectional view showing a displacement distribution when the dome-like cover is vibrated alone
  • FIG. 5 (b) is a structure in which the support and the vibrator are connected. It is a typical sectional view showing displacement distribution.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a displacement distribution in a vibration state of the vibration device according to the first embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic front cross-sectional view for explaining a model of simulation for obtaining the displacement distribution shown in FIG.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the displacement distribution in the case where the resonant frequency of the light-transmissive body is the same as the resonant frequency of the support, and accordingly, the resonant frequency ratio is 1.0.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a displacement distribution when the resonance frequency ratio is 1.2.
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the resonant frequency ratio and the viewing angle.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the resonance frequency ratio and the maximum displacement ratio of the light transmitting body.
  • FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the resonance frequency ratio and the displacement ratio of the support to the light transmitting member at the connection portion.
  • FIG. 13 is a front cross-sectional view for explaining a vibration device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a view showing the maximum tensile stress of the dome-shaped cover and the vibrator in the first embodiment and the second embodiment.
  • FIG. 15 is a view showing the maximum compressive stress of the dome-like cover and the vibrator in the first embodiment and the second embodiment.
  • FIG. 16 is a front cross-sectional view of a vibration device according to a third embodiment.
  • FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing displacement distribution of the vibration device according to the third embodiment.
  • FIG. 18 is a front cross-sectional view of a vibration device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 19 is a front cross-sectional view of a vibration device according to a fifth embodiment.
  • FIG. 20 is a front cross-sectional view of a vibration device according to a sixth embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view showing the appearance of an optical detection device according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a front sectional view thereof
  • FIG. 3 is an exploded front sectional view.
  • a camera module 1 as an optical detection device has a camera module body 2, a vibration device 3 and a case 4.
  • the camera module body 2 has an imaging device 5 and a lens module 6 as optical detection devices.
  • the vibrating device 3 has a translucent body 11 as a dome-shaped cover, a cylindrical support 12 and a vibrating body 13.
  • the imaging device 5 of the camera module body 2 captures an image of the outside of the translucent body 11. Therefore, in the present embodiment, the imaging device 5 as an optical detection device detects visible light as an active energy ray, and captures an image within the field of view as a detection region.
  • a field of view which is a detection area of the image sensor 5, is located in the light transmitting body 11. That is, the light transmitting body 11 has a size including the field of view.
  • the light transmitting body 11 is made of a transparent material. Such materials are not particularly limited, and various glasses such as soda glass, quartz glass, borosilicate glass, synthetic resins, and the like can be used.
  • the light transmitting body 11 has a shape obtained by cutting a part of the sphere at a position other than the maximum outer peripheral part of the sphere.
  • the light transmitting body 11 may have various curved shapes projecting toward the object side, that is, the outside. That is, the outer surface of the light transmitting body 11 is not limited to a part of the spherical surface.
  • the “dome-like” shape includes not only those having only a curved surface, but also those in which a large number of planes such as polygons are gathered and, as a result, have a dome-like shape.
  • the end face on the dome-shaped support 12 side is not limited to the annular shape, and may be a shape in which a part of the annular shape is dropped, or may be an angular ring.
  • a ring-shaped end face 11 a located in the vicinity of the outer peripheral edge of the light transmitting body 11 is joined to the ring-shaped first end face 12 a of the support 12.
  • the support 12 is a substantially cylindrical member and has a first end surface 12 a and an opposite second end surface 12 b.
  • the vibrating body 13 formed of a piezoelectric element is bonded to the second end face 12 b of the support 12.
  • the support 12 has a fixing flange portion 12c projecting outward.
  • the fixing flange portion 12c is provided at a position between the first end face 12a and the second end face 12b.
  • the light transmitting body 11 vibrates via the support 12 together with the vibrating body 13. Thereby, as described later, water droplets, dust and the like attached to the outer surface of the light transmitting body 11 can be removed.
  • the support 12 can be made of various metal materials such as stainless steel, kovar, invar, alloy alloys or the like, or ceramics such as alumina, and the material is not particularly limited.
  • the vibrating body 13 includes a ring-shaped piezoelectric body 14, a first excitation electrode 15 provided on one surface of the piezoelectric body 14, and a second excitation electrode 16 provided on the other surface. And.
  • the piezoelectric body 14 is polarized in the thickness direction.
  • the piezoelectric material constituting the piezoelectric body 14 is not particularly limited, and a SrBaTi-based piezoelectric material, a TiBaO-based piezoelectric material, a PbTiO-based piezoelectric material, or the like can be used.
  • the first and second excitation electrodes 15 and 16 are also made of an appropriate metal material such as Al, Cu, Ag, Au or an alloy thereof.
  • the case 4 has an opening 4a opened upward.
  • a ring-shaped end face 4b is located so as to surround the opening 4a.
  • the fixing flange portion 12c of the support 12 of the vibrating device 3 is joined to the ring-shaped end face 4b.
  • the vibrating device 3 is thereby fixed to the case 4.
  • the lens module side portion of the camera module body 2 is located in the internal space of the vibration device 3, and the remaining portion is located in the internal space of the case 4.
  • the entire camera module body 2 may be located in the internal space of the support 12. That is, at least a part of the camera module body 2 may be located in the internal space of the support 12.
  • the case 4 can also be made of appropriate materials such as metal, synthetic resin, and ceramics.
  • case 4 is fixed to the base plate 17.
  • a plurality of legs 18 are fixed on the base plate 17.
  • a substrate 19 is fixed on the plurality of legs 18.
  • the camera module body 2 is fixed on the substrate 19.
  • a drive circuit 19a for driving the vibrator 13 made of a piezoelectric element and a drive circuit for driving the camera module body 2 are provided.
  • the drive circuit 19a can be configured by an appropriate electric circuit capable of driving the vibrating body 13 at a specific frequency.
  • the drive circuit 19 a vibrates the vibrating body 13 and vibrates the light transmitting body 11 via the support 12.
  • the light transmitting body 11 and the support 12 as the cover vibrate at substantially the same resonance frequency
  • light is transmitted at a connection portion described later where the light transmitting body 11 and the support 12 are connected.
  • substantially the above-mentioned resonance frequency and The drive circuit drives the vibrating body 13 at the same frequency.
  • the drive circuit 19 a may set the vibrating body 13 to the resonant frequency of the light transmitting body 11 and the support 12 so that the node region is located at the connection portion connecting the light transmitting body 11 and the support 12.
  • the vibrator 13 is configured to be driven at substantially the same frequency.
  • the base plate 17, the legs 18, and the substrate 19 can also be configured using appropriate materials such as synthetic resin and metal.
  • a feature of the present embodiment is that, in the connecting portion connecting the light transmitting body 11 and the cylindrical support 12 in the vibration device 3, the connection portion side portion of the light transmitting body 11 and the connection of the support 12
  • the vibrating body 13 is driven by the drive circuit 19a at substantially the same frequency as the resonance frequency so that the light transmitting body 11 and the support body 12 are vibrated in the vibration mode in which the displacement with the part side portion is reverse. It is to do.
  • the vibrating body 13 is driven by the drive circuit 19 a at substantially the same frequency as the resonant frequency of the light transmitting body 11 and the support 12 so that the node region is located at the connection portion. It is in.
  • the light transmitting body 11 vibrates through the support 12 but there are portions on the surface of the light transmitting body 11 in which the displacement directions on both sides are opposite. Since the node region is located at the connection portion without any node, the node does not exist on the outer surface of the light transmitting body 11. Therefore, the attached water droplets and dust can be reliably removed.
  • the displacement amount of the light transmitting body 11 and the displacement amount of the support 12 are preferably substantially the same.
  • substantially identical does not necessarily indicate that they are exactly the same, and the displacement amount of the support 12 is within the displacement amount of the light transmitting member 11 within 40% to -70%, except in the case where they are completely identical. The case of also shall be included. Within this range, water droplets and dust attached to the outer surface of the light transmitting member 11 can be more reliably removed.
  • the resonant frequency of the light transmitting body 11 and the resonant frequency of the support 12 to which the vibrating body 13 is connected are substantially the same.
  • the light transmitting body 11 can be strongly vibrated. Therefore, the water droplets and dust adhering to the outer surface of the light transmitting body 11 can be reliably removed.
  • the resonance frequencies are substantially identical means that the resonance frequency of the support 12 is within a resonance frequency of ⁇ 10% of the light transmission body 11 as well as when the resonance frequencies are completely the same.
  • connection part of the said light transmission body 11 and the support body 12 shall mean not only the joint surface of both but the part of a certain range by the side of the support body 12 containing the boundary of both.
  • the range of the connection portion refers to a portion from the first end face 12a of the support 12 to the middle point between the first end face 12a and the second end face 12b. That is, the node area of vibration may be located in this part. In that case, the portion on the first end face 12 a side of the support 12, that is, the portion on the first end face 12 a side of the node becomes a portion displaced in the displacement direction of the light transmission body 11.
  • the support 12 has a cancellation portion in which a portion displaced in the displacement direction of the light transmitting body 11 and a portion displaced in the opposite direction to the displacement direction of the light transmitting body 11 are adjacent.
  • the node is a cancellation site.
  • the offset portion may be present in the connection portion, and is not limited to the interface between the light transmitting body 11 and the support 12.
  • the node area when the node area is located in the support 12, the displacement between the one side and the opposite side of the node area is in the opposite direction. Thereby, the node area constitutes a cancellation site.
  • the node area includes not only the node but also an area near the node.
  • the nodes may be located in the support 12 as described above, as long as there is no offset site adjacent to the oppositely displaced portion in the translucent body 11.
  • the support 12 may be provided with an outwardly projecting flange portion separately from the fixing flange portion 12c.
  • FIG. 5 (a) is a schematic cross-sectional view showing a displacement distribution when the light transmitting body 11 is vibrated alone
  • FIG. 5 (b) is a diagram in which the support 12 and the vibrating body 13 are connected. It is a typical sectional view showing displacement distribution of the structure which there is.
  • the hatched area a1 of the cross indicates the largest displacement, and the displacement becomes smaller in the order of the areas a2, a3, a4, a5, a6 and a7. There is.
  • An area a8 indicated by hatching with multiple points is the smallest in displacement, and corresponds to a node.
  • the cylindrical support 12 vibrates in the breathing mode. That is, displacement in the direction in which the outer diameter expands and in the direction in which the outer diameter shrinks is repeated. Therefore, the largest displacement is the area a1.
  • the displacement of the arrow in this area a1 is given to the light transmitting body 11.
  • FIG. 6 is a schematic view showing a displacement distribution of each portion when vibrating the vibrating body 13 in a structure in which the light transmitting body 11 is connected to the support body 12 and integrated as in the present embodiment.
  • FIG. The simulation model and conditions under which this displacement distribution was obtained are as follows. The dimensions of each part were values shown in FIG. Moreover, the material of the light-transmissive body 11 was quartz glass. The material of the support 12 was stainless steel (SUS304).
  • the piezoelectric element constituting the vibrator 13 has a structure in which electrodes are provided on both sides of a ring-shaped member made of PZT. The piezoelectric element is assumed to be polarized in the thickness direction. In addition, analysis of resonance was performed under the condition that a potential difference of 1 V was applied to the front and back of the piezoelectric element.
  • the area a1 is the part that is displaced the most. That is, the center of the light transmitting body 11 is displaced the most.
  • the smallest area a8 of displacement which is a node of vibration, is located on the support 12 side from the bonding interface of the two. This is because, when the light transmitting body 11 and the support 12 vibrate at substantially the same resonance frequency, displacement of the connection portion side portion of the light transmitting body 11 and the connection portion side portion of the support 12 at the connection portion In the vibration mode in which the directions are opposite to each other, the structure in which the light transmitting body 11 and the support 12 are connected vibrates.
  • the reason why this vibration can be obtained is that, in the structure in which the light transmitting body 11 and the support 12 are connected, the frequency at which the vibration body 13 is driven by the drive circuit 19a is substantially the above resonance frequency. This is achieved by setting the same frequency.
  • the area a8 which is a node of vibration is not located in the light transmitting body 11. That is, a node of vibration does not appear in the field of view of the imaging device 5 of the camera module main body 2 shown in FIG. Therefore, water droplets, dust, and the like attached to the outer surface of the portion corresponding to the field of view of the light transmitting body 11 can be reliably removed.
  • the resonant frequency of the light transmitting body 11 in order to set the position of the node of vibration as described above, the resonant frequency of the light transmitting body 11; It is necessary that the resonance frequency of the support 12 be substantially the same, thereby driving the vibrating body 13 at substantially the same frequency as the resonance frequency as described above. You can get This will be described with reference to FIGS. 8 to 12.
  • FIG. 8 is a diagram showing a displacement distribution when the resonant frequency of the light transmitting body 11 and the resonant frequency of the support 12 are the same.
  • the ratio of the resonant frequency of the support 12 to the resonant frequency of the light transmitting body 11 is taken as the resonant frequency ratio.
  • FIG. 8 shows the displacement distribution when the resonance frequency ratio is 1.0.
  • FIG. 9 shows the displacement distribution when the resonance frequency ratio is 1.2.
  • the conditions of the simulation of displacement distribution in FIGS. 8 and 9 are the same as the conditions when the displacement distribution shown in FIG. 6 is obtained.
  • FIG. 8 and FIG. 9 the displacement distribution of the cross-sectional part cut out in half at the center which becomes symmetrical of the structure where the light transmission body 11 and the support body 12 are connected is shown typically. Then, as in the case of FIGS. 5 (a) and 5 (b), regions having different magnitudes of displacement were distinguished by hatching.
  • the area a1 indicates the portion where the displacement is the largest, and the displacement becomes smaller in the order of the areas a2, a3, a4, a5, a6, a7 and a8.
  • the area a8 which is a node area is located at the periphery of the light transmitting body 11, whereas in FIG. 9 the area a8 which is a node area is closer to the center of the light transmitting body 11. It is understood that it is located.
  • the viewing angle is determined by: an imaginary line connecting the center of the imaging device and one of the node regions; a node region located on the opposite side; Is the angle that it makes with the imaginary line that connects the
  • FIG. 10 is a view showing a change of the viewing angle when the resonance frequency ratio is changed.
  • the viewing angle decreases as the resonant frequency ratio increases.
  • the viewing angle is 1.1 or less, a large viewing angle of 163 ° or more can be obtained.
  • FIG. 11 is a diagram showing a change in the maximum displacement ratio of the light transmitting body 11 when the resonance frequency ratio is changed.
  • the maximum displacement amount ratio of the light transmitting body 11 refers to the ratio of the maximum displacement amount of the light transmitting body 11 to the maximum displacement amount of the light transmitting body 11 when the resonance frequency ratio is 1. Further, the maximum displacement amount is the displacement amount of the center of the light transmitting body 11 because the displacement is the largest.
  • the resonance frequency ratio is preferably 0.9 or more. Therefore, it is understood that the resonant frequency ratio is desirably 0.9 or more and 1.1 or less.
  • FIG. 12 is a diagram showing changes in the resonance frequency ratio and the displacement ratio of the support 12 to the light transmitting member 11 at the connection portion.
  • the displacement ratio of the connection portion between the support 12 and the light transmitting member 11 is 0.3 or more, 1 It is in the range of .38 or less.
  • the resonant frequency ratio is preferably 0.9 or more and 1.1 or less.
  • the resonant frequency of the support 12 may be within ⁇ 10% of the resonant frequency of the light-transmissive body 11, and as described above, the frequency range substantially the same as the resonant frequency of the light-transmissive body 11 It is.
  • FIG. 13 is a front cross-sectional view of a vibration device according to a second embodiment of the present invention.
  • the cylindrical support 32 is different from the cylindrical support 12 in the first embodiment.
  • the vibrating device 31 of the second embodiment is the same as the vibrating device 3 of the first embodiment in the other points. Therefore, the explanation of the parts other than the support 32 is incorporated into the explanation of the first embodiment.
  • the cylindrical support 32 is connected to the translucent body 11 on the first end face 32 a side.
  • the vibrating body 13 formed of a ring-shaped piezoelectric element is fixed to the second end face 32b.
  • the support 32 has a groove 32 c on the inner circumferential surface.
  • the groove 32c is provided between the first end face 32a and the second end face 32b. Since the groove 32c is provided, the first inward protrusion 32d is provided above the groove 32c, and the second inward protrusion 32e is provided below. And the part of the outer side of the groove
  • channel 32c is the connection part 32f, and the 1st inward protrusion part 32d and the 2nd inward protrusion part 32e are connected. Accordingly, in the cross section along the direction from the support 32 toward the light transmitting body 11, the support 32 has a U-shaped shape.
  • first inward protrusion 32d and the second inward protrusion 32e are annularly protruding inward based on the connecting portion 32f, in the present specification, the radial direction is thus determined.
  • the part projecting inward is also a flange part. That is, the first inward protruding portion 32 d and the second inward protruding portion 32 e are respectively a first and second flange portion protruding inward in the radial direction.
  • the first inward protruding portion 32 d side is more strongly vibrated, and thus the light transmitting body 11 is more strongly vibrated. it can.
  • there is no other member in the groove 32c and the first inward protrusion 32d and the second inward protrusion 32e are separated by a space. Is desirable. Thereby, the first inward protrusion 32d can be vibrated more strongly.
  • the dimension connecting the inner peripheral edge and the outer peripheral edge of the first inward protruding portion 32d and the dimension connecting the inner peripheral edge and the outer peripheral edge of the second inward protruding portion 32e are the same.
  • the distance between the first inward protrusion 32d and the second inward protrusion 32e in the direction from the support 32 toward the light-transmissive member 11 is the inner peripheral edge and the outer diameter of the first inward protrusion 32d. Preferably, it is smaller than the dimension connecting the peripheral edges.
  • the offset portion is a portion in which the portion in which the support is displaced in the displacement direction of the light transmitting body 11 and the portion in which the displacement direction of the light transmitting body 11 is displaced in the opposite direction are adjacent.
  • the offset portion has a first inward protrusion 32d as a first flange and a second inward protrusion 32e as a second flange. The first flange portion and the second flange portion face each other at the offset portion.
  • FIG. 14 shows the maximum tensile stress in the light transmitting body 11 and the vibrating body 13 when the vibrating device 3 of the first embodiment and the vibrating device 31 of the second embodiment are vibrated
  • the maximum tensile stress in the light transmitting body 11 can be made smaller than in the second embodiment, and the maximum compression in the vibrating body 13 can be obtained. Stress can be reduced.
  • the cross section of the support 32 is U-shaped, and the groove 32 c is provided inside, so the diameter of the vibrating body 13 is smaller than that of the first embodiment. It can be provided inside the direction. That is, the outer diameter of the support 32 can be reduced, whereby the size can be reduced.
  • the volume of the support 32 can be reduced by about 50% as compared to the first embodiment.
  • the resonance frequency of the support 32 is substantially the same as the resonance frequency of the light transmitting body 11. Then, by driving the vibrating body 13 by the drive circuit at a resonance frequency substantially the same as the above-mentioned resonance frequency, in the connection portion, the connection portion side portion of the light transmitting body 11 and the connection portion side portion of the support 32
  • the light-transmissive body 11 and the support 32 can be vibrated in a vibration mode in which the displacement of the light-emitting element is in the opposite direction. Therefore, as in the first embodiment, the vibration node does not exist in the portion located in the field of view of the light transmitting body 11. Therefore, water droplets, dust and the like attached to the outer surface of the light transmitting body 11 can be reliably removed.
  • FIG. 16 is a front cross-sectional view of the vibration device of the third embodiment
  • FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing its displacement distribution.
  • the vibration device 41 of the third embodiment has a structure in which a support 42 is further joined to the lower surface of the vibrating body 13 of the vibration device 31 of the second embodiment.
  • the support body 42 is formed of a cylindrical body and has a first end face 42 a and a second end face 42 b as an open end face.
  • the ring-shaped first end face 42 a is joined to the vibrator 13.
  • a groove 42c is provided on the outer peripheral surface.
  • the first flange portion 42d is provided above the groove 42c
  • the second flange portion 42e is provided below
  • the bottom portion of the groove 42c is formed by the first flange portion 42d and the second flange portion 42e.
  • the second support 42 may be bonded to the lower side of the vibrating body 13 made of a piezoelectric element.
  • the resonance frequency relationship between the support 32 and the light transmitting body 11 and the frequency for driving the vibrating body 13 by the drive circuit are the same as in the first and second embodiments. Therefore, water droplets, dust and the like attached to the outer surface of the light transmitting body 11 can be reliably removed.
  • the vibrating device 41 when the vibrating body 13 is vibrated, the first support 32 and the second support 42 are displaced in the opposite direction. Accordingly, the displacement in the opposite direction in the vibrating body 13 composed of the piezoelectric element is offset, and the deformation of the vibrating body 13 can be reduced as shown in FIG. It was confirmed that in the vibration device 41 of the third embodiment, the maximum displacement amount in the piezoelectric element is reduced to about 0.75 times as compared with the vibration device 31 of the second embodiment. Therefore, since the stress applied to the piezoelectric element is reduced, breakage or deterioration of the piezoelectric element when used repeatedly is unlikely to occur. Thus, the reliability can be enhanced.
  • FIG. 18 is a front cross-sectional view of a vibration device according to a fourth embodiment.
  • a groove 52c is provided on the outer peripheral surface of the support 52. That is, it has the same structure as the second support 42 in the third embodiment.
  • a portion between the groove 52c and the first end surface 52a is a first flange portion 52d.
  • a portion between the groove 52c and the second end face 52b is a second flange 52e.
  • the first flange 52d and the second flange 52e are connected by a connecting portion 52f located at the bottom of the groove 52c. That is, based on the connecting portion 52f, the first flange portion 52d and the second flange portion 52e constitute a flange portion which protrudes outward in the radial direction.
  • the cross-sectional shape of the cylindrical support 52 may have a U-shape open outward as opposed to the vibration device 31 of the second embodiment. .
  • FIG. 19 is a front cross-sectional view of a vibration device according to a fifth embodiment.
  • the tubular support body 62 has a groove 62c that opens outward on the inner circumferential surface and a groove 62g that opens outward on the inner circumferential surface.
  • a first end face 62 a which is a first ring-shaped open end face is joined to the light transmitting body 11.
  • a groove 62g is located between the first end face 62a and the groove 62c. Therefore, the first flange portion 62d above the groove 62c and the second flange portion 62e below are connected by the connecting portion 62f.
  • the vibrating body 13 is joined to a second end face 62b which is a lower surface of the second flange 62e. That is, based on the outer surface of the connecting portion 62f at the bottom of the groove 62c, the first and second flanges 62d and 62e are annular flanges protruding radially outward.
  • the flange portion 62h above the groove 62g is connected to the first flange portion 62d by the connecting portion 62i. Therefore, when the groove 62g is at the center, if the flange portion 62h is a first flange portion, the first flange portion 62d will be a second flange portion.
  • a flange portion 62h protruding inward in the radial direction and first and second flange portions 62d and 62e protruding outward in the radial direction are provided.
  • the first flange portion 62h is a first flange portion and the first flange portion 62d is a second flange portion as described above
  • the first flange portion and the second flange portion are connected as shown in FIG. It is provided to project in the opposite direction to the part. Therefore, in the cross section perpendicular to the circumferential direction of the support 62, that is, the cross section including the direction from the support 62 toward the light transmitting body 11, the support 62 has an S shape.
  • the first flange 62 d faces the flange 62 h and the second flange 62 e with a space therebetween.
  • the support 62 when the support 62 is vibrated by the vibrating body 13, the light transmitting body 11 can be vibrated more strongly.
  • the support 62 according to the present embodiment has a cancellation portion having the flange portion 62h and the first flange portion 62d, and a cancellation portion having the first flange portion 62d and the second flange portion 62e.
  • deformation is suppressed as in the case of the vibrating body 13 of the third embodiment.
  • FIG. 20 is a front cross-sectional view of a vibration device according to a sixth embodiment.
  • the support 72 has a groove 72c opened outward on the side closer to the first end face 72a, contrary to the support 62 shown in FIG.
  • the groove 72g opened inward is provided on the side of the end face 72b of 2
  • the cross section of the support 72 is in the shape of an inverted S-shape, in other words, the shape of a Z-shape.
  • the second flange portion 62e faces the flange portion 72h and the first flange portion 62d with a space therebetween. Also in this case, as in the case of the vibration device 61, when the vibrating body 13 is vibrated, the light transmitting body 11 can be strongly vibrated.
  • the resonance frequency of the support 62 or the support 72 is substantially the same as the resonance frequency of the light transmission body 11, and the vibration body 13 has the above resonance frequency.
  • the support body 12 was cylindrical, it may be a cylindrical body of other shapes, such as square tube shape.
  • the vibrator 13 is not limited to the ring-shaped piezoelectric element, but may be piezoelectric vibrators of various shapes, such as arranging a plurality of square plate-shaped piezoelectric elements, or other vibrators.
  • the camera module body 2 includes the imaging device 5 and the lens module 6, but the structure of the camera module body 2 is not limited to that illustrated either. It may be a camera module body including at least an imaging device.
  • the imaging element 5 for imaging with visible light is used, and the detection area is a field of view.
  • active energy rays other than visible light may be used.
  • the optical detection device of the present invention is not limited to a camera, and may be applied to, for example, an on-vehicle radar device known as RADAR or LiDAR.
  • an on-vehicle radar device known as RADAR or LiDAR.
  • the optical detection element an element which optically detects an active energy ray which is at least one of an infrared ray and an electromagnetic wave is used.
  • Vibration device 42 Support body 42a: First end face 42b: Second end face 42c: Groove 42d: First flange portion 42e: Second flange portion 42f: Connection portion 51: Vibration device 52: Support body 52a ... second End face 52b of the second end face 52c Groove 52d first flange portion 52e second flange portion 52f connection portion 61 vibration device 62 support 62a first end face 62b second end face 62c ... groove 62d ... first flange portion 62e ... second flange portion 62f ... connection portion 62g ... groove 62h ... flange portion 62i ...
  • connection portion 71 ... vibration device 72 ... support body 72a ... first end face 72b ... second End face 72c, 72g ... groove 72h ... flange portion a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7, a8 ... area

Abstract

ドーム状のカバーの外表面に付着した水滴や埃等を確実に除去することができる振動装置を提供する。　光学検出素子としての撮像素子５の検出領域を含むように配置されているカバーとしての透光体１１と、撮像素子５を配置する内部空間を有し、透光体１１に接続されている筒状の支持体１２と、支持体１２に連結されており、支持体１２を介して透光体１１を振動させる振動体１３と、振動体１３を駆動する駆動回路１９ａとを備え、透光体１１及び支持体１２の共振周波数が実質的に同一であり、該実質的に同一の共振周波数で振動した場合に、振動体１３を上記共振周波数と実質的に同一の周波数で駆動回路１９ａにより駆動することにより、透光体１１と支持体１２とが接続されている接続部において、透光体１１の接続部側部分と、支持体１２の接続部側部分との変位が逆方向となる振動モードで、透光体１１及び支持体１２を振動させることができる、振動装置３。

Description

振動装置及び光学検出装置
　本発明は、ドーム状のカバーに付着した水滴や埃等の異物を除去するための振動装置及び該振動装置を備える光学検出装置に関する。
　従来、カメラの撮像素子の前方に透光体が配置されたカメラモジュールが種々提案されている。下記の特許文献１では、カメラの前方に、平板状のフードが配置されている。このフードに圧電振動子が固定されている。圧電振動子の振動により、フードの外表面に付着した水滴が、霧化されて除去される。
　下記の特許文献２には、カメラの前方に配置されるドーム状の透光体が開示されている。このドーム状の透光体には、径方向外側に延びるフランジ部が設けられている。フランジ部に、リング状の圧電振動子が固定されている。圧電振動子の振動により、ドーム状の透光体を振動させる。それによって、液滴が除去される。
実開平０５－０３２１９１号公報 特開２０１７－１７０３０３号公報
　特許文献１及び特許文献２では、いずれも圧電振動子の振動を利用して、水滴等の除去が図られていた。ところで、特許文献１では、平板状のフードを振動させている。そのため、カメラの視野に振動のノードが生じることはなかった。
　これに対して、特許文献２では、ドーム状の透光体を振動させた場合、カメラの視野内に振動のノードが生じることを避けることができなかった。振動のノードでは、変位が非常に小さい。そのため、付着した水滴等を確実に除去することができなくなる。
　本発明の目的は、ドーム状のカバーの表面に付着した水滴や埃等を確実に除去することができる、振動装置及び該振動装置を備えた光学検出装置を提供することにある。
　本発明に係る第１の振動装置は、光学検出素子の検出領域を含むように配置されるドーム状のカバーと、前記光学検出素子を配置する内部空間を有し、前記カバーに接続されている筒状の支持体と、前記支持体に連結されており、前記支持体を介して前記カバーを振動させる振動体と、前記カバー及び前記支持体が、実質的に同一の共振周波数で振動した場合、前記カバーと前記支持体とが接続されている接続部において、前記カバーの接続部側部分と、前記支持体の接続部側部分との変位が逆方向となる振動モードで前記カバーと前記支持体とを振動させるように、前記共振周波数と実質的に同一の周波数で前記振動体を駆動する駆動回路と、を備える。
　本発明に係る第２の振動装置は、光学検出素子の検出領域を含むように配置されるドーム状のカバーと、前記光学検出素子を配置する内部空間を有し、前記カバーに接続されている筒状の支持体と、前記支持体に連結されており、前記支持体を介して前記カバーを振動させる振動体と、前記カバー及び前記支持体が、実質的に同一の共振周波数で振動した場合、前記カバーと前記支持体とが接続されている接続部にノード領域が位置するように、前記支持体及び前記カバーの共振周波数と実質的に同一の周波数で前記振動体を駆動する駆動回路と、を備える。
　以下、第１の振動装置及び第２の振動装置を総称して本発明に係る振動装置とする。
　本発明に係る光学検出装置は、本発明に係る振動装置と、前記振動装置の前記支持体の内部空間の少なくとも一部に配置されており、前記カバーに前記検出領域を有する光学検出素子とを備える。
　本発明に係る振動装置及び光学検出装置によれば、ドーム状のカバーを用いているが、振動体によりドーム状のカバーを振動させた場合に、ドーム状のカバー表面に付着した水滴や埃等を確実に除去することができる。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るカメラモジュールの外観を示す斜視図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係るカメラモジュールの正面断面図である。 図３は、本発明の第１の実施形態に係るカメラモジュールの分解正面断面図である。 図４は、第１の実施形態で用いられている振動体としての圧電素子を示す斜視図である。 図５（ａ）は、ドーム状のカバーを単独で振動させた場合の変位分布を示す模式的断面図であり、図５（ｂ）は、支持体と振動体とが連結されている構造の変位分布を示す模式的断面図である。 図６は、第１の実施形態に係る振動装置の振動状態における変位分布を示す模式的断面図である。 図７は、図６に示した変位分布を得たシミュレーションのモデルを説明するための模式的正面断面図である。 図８は、透光体の共振周波数と支持体の共振周波数とが同一であり、従って、共振周波数比が１．０の場合の変位分布を示す模式的断面図である。 図９は、共振周波数比が１．２の場合の変位分布を示す模式的断面図である。 図１０は、共振周波数比と、視野角との関係を示す図である。 図１１は、共振周波数比と、透光体の最大変位量比の関係を示す図である。 図１２は、共振周波数比と、接続部における支持体と透光体の変位量比の関係を示す図である。 図１３は、本発明の第２の実施形態に係る振動装置を説明するための正面断面図である。 図１４は、第１の実施形態及び第２の実施形態におけるドーム状のカバー及び振動体の最大引張応力を示す図である。 図１５は、第１の実施形態及び第２の実施形態におけるドーム状のカバー及び振動体の最大圧縮応力を示す図である。 図１６は、第３の実施形態に係る振動装置の正面断面図である。 図１７は、第３の実施形態に係る振動装置の変位分布を示す模式的断面図である。 図１８は、第４の実施形態に係る振動装置の正面断面図である。 図１９は、第５の実施形態に係る振動装置の正面断面図である。 図２０は、第６の実施形態に係る振動装置の正面断面図である。
　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の実施形態に係る光学検出装置の外観を示す斜視図であり、図２はその正面断面図であり、図３は分解正面断面図である。
　光学検出装置としてのカメラモジュール１は、カメラモジュール本体２と、振動装置３と、ケース４とを有する。
　カメラモジュール本体２は、光学検出素子としての撮像素子５及びレンズモジュール６を有する。振動装置３は、ドーム状のカバーとしての透光体１１と、筒状の支持体１２と、振動体１３とを有する。カメラモジュール本体２の撮像素子５は、透光体１１の外側を撮像する。従って、本実施形態では、光学検出素子としての撮像素子５は、活性エネルギー線としての可視光を検出し、検出領域としての視野内の像を撮像する。この撮像素子５の検出領域である視野は、透光体１１内に位置している。すなわち、透光体１１は、視野を含む大きさとされている。
　透光体１１は、透明な材料からなる。このような材料は特に限定されず、ソーダガラス、石英ガラス、ホウ珪酸ガラス等の様々なガラスや、合成樹脂等を用いることができる。
　透光体１１は、本実施形態では、球の一部を球の最大外周部分ではない位置で切断することにより得られる形状を有している。もっとも、透光体１１は、被写体側、すなわち外側に向かって突出している様々な曲面状の形状を有していてもよい。すなわち、透光体１１の外表面は球面の一部に限定されない。さらに、本発明において、「ドーム状」の形状は、曲面のみからなるものの他、多数の多角形等の平面が集合されて、結果としてドーム状の形状を有しているものをも含むものとする。さらに、ドーム状の形状の支持体１２側の端面は円環状の形状に限らず、円環状の形状の一部が脱落した形状であってもよく、角環状であってもよい。
　透光体１１の外周縁近傍に位置しているリング状の端面１１ａが支持体１２のリング状の第１の端面１２ａに接合されている。支持体１２は、略円筒状の部材であり、第１の端面１２ａと、反対側の第２の端面１２ｂとを有する。支持体１２の第２の端面１２ｂに、圧電素子からなる振動体１３が接合されている。
　支持体１２は、外側に突出している固定用フランジ部１２ｃを有する。固定用フランジ部１２ｃは、第１の端面１２ａと第２の端面１２ｂとの間の位置に設けられている。
　振動体１３を振動させることにより、振動体１３とともに支持体１２を介して透光体１１が振動する。それによって、後述するように、透光体１１の外表面に付着した水滴や埃等を除去することができる。
　上記支持体１２は、ステンレス、コバール、インバー、またはアロイ合金等の様々な金属材料や、アルミナ等のセラミックスにより構成することができ、特にその材料は限定されない。図４に示すように、振動体１３は、リング状の圧電体１４と、圧電体１４の一方面に設けられた第１の励振電極１５と、他方面に設けられた第２の励振電極１６とを有する。圧電体１４は、厚み方向に分極処理されている。この圧電体１４を構成する圧電材料についても特に限定されず、ＳｒＢａＴｉ系圧電材料、ＴｉＢａＯ系圧電材料、ＰｂＴｉＯ系圧電材料等を用いることができる。
　第１，第２の励振電極１５，１６についても、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕまたはこれらの合金等の適宜の金属材料からなる。
　図１～図３に示すように、ケース４は上方に開いた開口４ａを有する。開口４ａを取り囲むように、リング状の端面４ｂが位置している。このリング状の端面４ｂに、振動装置３の支持体１２の固定用フランジ部１２ｃが接合されている。それによって、振動装置３が、ケース４に固定されている。図２に示すように、カメラモジュール本体２のレンズモジュール側の部分が、振動装置３の内部空間に位置しており、残りの部分がケース４の内部空間に位置している。なお、カメラモジュール本体２の全体が支持体１２の内部空間に位置していてもよい。すなわち、カメラモジュール本体２の少なくとも一部が、上記支持体１２の内部空間に位置していればよい。
　ケース４についても、金属や合成樹脂、セラミックス等の適宜の材料から構成することができる。
　また、ケース４はベースプレート１７に固定されている。ベースプレート１７上に、複数の脚部１８が固定されている。複数の脚部１８上に、基板１９が固定されている。基板１９上に、カメラモジュール本体２が固定されている。
　また、基板１９の少なくとも一方の主面またはベースプレート１７の上面に、圧電素子からなる振動体１３を駆動する駆動回路１９ａや、カメラモジュール本体２を駆動する駆動回路が設けられている。駆動回路１９ａは、振動体１３を特定の周波数で駆動し得る適宜の電気回路により構成することができる。
　駆動回路１９ａは、振動体１３を振動させ、支持体１２を介して透光体１１を振動させる。この場合、カバーとしての透光体１１及び支持体１２が、実質的に同一の共振周波数で振動した場合、透光体１１と支持体１２とが接続されている後述の接続部において、透光体１１の接続部側部分と、支持体１２の接続部側部分との変位が逆方向となる振動モードで、透光体１１と支持体１２とを振動させるように、上記共振周波数と実質的に同一の周波数で駆動回路が振動体１３を駆動する。
　あるいは、上記駆動回路１９ａは、透光体１１と支持体１２とを接続している接続部にノード領域が位置するように、振動体１３を、透光体１１及び支持体１２の共振周波数と実質的に同一の周波数で振動体１３を駆動するように構成されている。
　ベースプレート１７、脚部１８及び基板１９についても、合成樹脂や金属等の適宜の材料を用いて構成することができる。
　本実施形態の特徴は、振動装置３において、透光体１１と、筒状の支持体１２とを接続している接続部において、透光体１１の接続部側部分と、支持体１２の接続部側部分との変位が逆方向となる振動モードで透光体１１と、支持体１２とを振動させるように、振動体１３を上記共振周波数と実質的に同一の周波数で駆動回路１９ａにより駆動することにある。
　あるいは、上述したように、接続部にノード領域が位置するように、透光体１１及び支持体１２の共振周波数と実質的に同一の周波数で振動体１３が、駆動回路１９ａにより駆動されることにある。
　従って、圧電振動子からなる振動体１３を振動させた場合、透光体１１が支持体１２を介して振動するが、透光体１１の表面において、両側の変位方向が逆となる部分が存在せず、接続部にノード領域が位置しているため、透光体１１の外表面にノードが存在しなくなる。従って、付着した水滴や埃を確実に除去することができる。好ましくは、接続部において、透光体１１の変位量と支持体１２の変位量とが、実質的に同一であることが望ましい。
　なお、実質的に同一とは、必ずしも全く同一であることを示すものではなく、全く同一である場合の他、支持体１２の変位量が、透光体１１の変位量＋４０～－７０％以内の場合をも含むものとする。この範囲内であれば、透光体１１の外表面に付着した水滴や埃をより確実に除去することができる。
　また、好ましくは、透光体１１の共振周波数と、振動体１３が連結されている支持体１２の共振周波数とが実質的に同一であることが望ましい。この場合にも、透光体１１を強く振動させることができる。従って、透光体１１の外表面に付着した水滴や埃を確実に除去することができる。ここで、共振周波数が実質的に同一とは、完全に同一である場合だけでなく、支持体１２の共振周波数が、透光体１１の共振周波数±１０％以内である範囲を含むものとする。
　透光体１１の共振周波数と支持体１２の共振周波数との好ましい割合については、図８及び図９を参照して、後の部分で、より具体的に説明することとする。
　また、上記透光体１１と支持体１２との接続部とは、両者の接合面に限らず、両者の境界を含む支持体１２側のある範囲の部分をいうものとする。この接続部の範囲は、支持体１２の第１の端面１２ａから、第１の端面１２ａと第２の端面１２ｂとの間の中点までの部分をいうものとする。すなわち、この部分に、振動のノード領域が位置すればよい。その場合、支持体１２の第１の端面１２ａ側の部分すなわちノードよりも第１の端面１２ａ側の部分は透光体１１の変位方向に変位する部分となり、ノードより下方部分が透光体１１の変位方向と逆方向に変位させる部分となる。すなわち、支持体１２が、透光体１１の変位方向に変位する部分と、透光体１１の変位方向と逆方向に変位する部分とが隣り合っている相殺部位を有することとなる。本実施形態では上記ノードが相殺部位となる。このように、相殺部位は、上記接続部内に存在すればよく、透光体１１と支持体１２との界面に限らない。
　また、上記のように、支持体１２にノード領域が位置している場合、ノード領域の一方側と反対側との変位は逆方向となる。それによって、ノード領域が相殺部位を構成することとなる。
　なお、ノード領域とは、ノードだけでなく、ノード近傍の領域をも含むものとする。透光体１１において、逆方向の変位部分に隣り合っている相殺部位が存在しない限り、ノードは、上記のように支持体１２内に位置していてもよい。
　筒状の支持体１２では、第１の端面１２ａ側から固定用フランジ部１２ｃまでの第１の部分１２ｄの外径よりも、固定用フランジ部１２ｃよりも下方の第２の部分１２ｅの外径が大きくなっている。言い換えれば、第２の部分１２ｅは外側に突出してフランジ部をも構成しているものとなる。
　このように、支持体１２には、外側に突出しているフランジ部が、固定用フランジ部１２ｃとは別に設けられていてもよい。
　図５（ａ）は、上記透光体１１を単独で振動させた場合の変位分布を示す模式的断面図であり、図５（ｂ）は、支持体１２と振動体１３とが連結されている構造の変位分布を示す模式的断面図である。
　図５（ａ）及び図５（ｂ）において、クロスのハッチングを付した領域ａ１が変位が最も大きい部分を示し、領域ａ２，ａ３，ａ４，ａ５，ａ６，ａ７の順に、変位が小さくなっている。多点のハッチングを付して示す領域ａ８が最も変位が小さく、ノードに相当する。
　図５（ａ）に示すように、透光体１１を図示の矢印方向で変位が生じるように振動させると、振動のノードが、透光体１１内にリング状に現れることとなる。従って、このような振動モードでは、ノードに付着した水滴や埃を効果的に除去することはできない。
　図５（ｂ）に示すように、振動体を屈曲振動させた場合、筒状の支持体１２は呼吸モードで振動する。すなわち、外径が拡大する方向と、縮小する方向の変位が繰り返されることになる。従って、最も変位の大きな部分は、領域ａ１である。この領域ａ１における矢印の変位が、透光体１１に与えられることになる。
　図６は本実施形態のように、透光体１１が、支持体１２に接続されて、一体化されている構造において、振動体１３を振動させた場合の各部分の変位分布を示す模式的断面図である。なお、この変位分布を得たシミュレーションモデル及び条件は以下の通りである。各部分の寸法は、図７に示す値とした。また、透光体１１の材料は石英ガラスとした。支持体１２の材料はステンレス（ＳＵＳ３０４）とした。振動体１３を構成している圧電素子は、ＰＺＴからなるリング状部材の両面に電極を設けた構造とした。圧電素子は、厚み方向に分極処理されているものとした。また、圧電素子の表裏に１Ｖの電位差を与えた条件で、共振の解析を行った。
　図６に示すように、領域ａ１が最も大きく変位する部分である。すなわち、透光体１１の中心が最も大きく変位する。これに対して、振動のノードとなる変位の最も小さい領域ａ８は、両者の接合界面から支持体１２側に位置している。これは、透光体１１及び支持体１２が実質的に同一の共振周波数で振動した場合、接続部において、透光体１１の接続部側部分と、支持体１２の接続部側部分との変位が逆方向となる振動モードで、透光体１１及び支持体１２が接続されている構造が、振動することによる。そして、この振動を得ることができるのは、上記透光体１１と支持体１２とが接続されている構造において、駆動回路１９ａにより振動体１３を駆動する周波数を、上記共振周波数と実質的に同一の周波数とすることにより達成されている。
　よって、振動のノードとなる領域ａ８が、透光体１１内に位置していない。すなわち、図２に示したカメラモジュール本体２の撮像素子５の視野内に振動のノードが現れない。よって、透光体１１の視野に相当する部分の外表面に付着した水滴や埃等を確実に除去することができる。
　本実施形態において上記のように、透光体１１と支持体１２とが接続されている構造において、振動のノードの位置を上記のように設定するには、透光体１１の共振周波数と、支持体１２の共振周波数とが実質的に同一であることが必要であり、それによって、上記のように振動体１３を上記共振周波数と実質的に同一の周波数で駆動することにより本発明の効果を得ることができる。これを、図８～図１２を参照して説明する。
　図８は、透光体１１の共振周波数と、支持体１２の共振周波数とが同一である場合の変位分布を示す図である。ここで、透光体１１の共振周波数に対する支持体１２の共振周波数の割合を共振周波数比とする。図８では、共振周波数比が１．０の場合の変位分布が示されている。他方、図９では、上記共振周波数比が１．２の場合の変位分布が示されている。図８及び図９の変位分布のシミュレーションの条件は、図６に示した変位分布を得た場合の条件と同様とした。
　なお、図８及び図９では、透光体１１と支持体１２とが接続されている構造の対称となる中央で半分に切り出した断面部分の変位分布が模式的に示されている。そして、図５（ａ）及び図５（ｂ）の場合と同様に、変位の大きさの違う領域をハッチングを付すことにより区別した。領域ａ１が変位が最も大きい部分を示し、領域ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６、ａ７、ａ８の順に変位が小さくなっている。
　図８で示す変位分布では、ノード領域である領域ａ８が、透光体１１の周縁に位置しているのに対し、図９では、ノード領域である領域ａ８が透光体１１の中心側に位置していることがわかる。
　なお、光学検出素子としての撮像素子により撮像する場合の視野角は、撮像素子の中心と、一方のノード領域とを結ぶ仮想線と、反対側に位置しているノード領域と撮像素子の中心とを結ぶ仮想線とのなす角度となる。
　従って、共振周波数比が１．０である図８の場合には、共振周波数比が１．２である図９の場合よりも視野角を広げ得ることがわかる。
　図１０は、上記共振周波数比を変化させた場合の視野角の変化を示す図である。図１０から明らかなように、共振周波数比が１．１を超えると、視野角は共振周波数比が大きくなるにつれて低下していくことがわかる。これに対して、視野角が１．１以下では、１６３°以上の大きな視野角を得ることができる。
　他方、上記共振周波数比を変化させた場合、水滴等を除去するための透光体１１の変位量も変化する。図１１は、上記共振周波数比を変化させた場合の透光体１１の最大変位量比の変化を示す図である。ここで、透光体１１の最大変位量比とは、共振周波数比が１の場合の透光体１１の最大変位量に対する、透光体１１の最大変位量の割合をいうものとする。また、最大変位量は、透光体１１の中央が最も大きく変位するため、この中央の変位量である。
　図１１から明らかなように、共振周波数比が０．９未満では、共振周波数比が小さくなるにつれて、透光体最大変位量比が小さくなることがわかる。従って、より大きな変位量を得るには、共振周波数比は０．９以上であることが好ましい。よって、上記共振周波数比は、０．９以上、１．１以下であることが望ましいことがわかる。
　図１２は、上記共振周波数比と、接続部における支持体１２と透光体１１の変位量比の変化を示す図である。図１２から明らかなように、共振周波数比が０．９以上、１．１以下の範囲では、上記支持体１２と、透光体１１の接続部における変位量比は、０．３以上、１．３８以下の範囲となっている。
　上記の通り、共振周波数比は、０．９以上、１．１以下であることが好ましい。言い換えれば、支持体１２の共振周波数は、透光体１１の共振周波数±１０％以内であればよく、この範囲が前述したように、透光体１１の共振周波数と実質的に同一の周波数範囲である。
　図１３は、本発明の第２の実施形態に係る振動装置の正面断面図である。振動装置３１では、筒状の支持体３２が、第１の実施形態における筒状の支持体１２と異なる。その他の点は第２の実施形態の振動装置３１は、第１の実施形態の振動装置３と同様である。従って、支持体３２以外の部分の説明は第１の実施形態の説明を援用することとする。
　筒状の支持体３２は、第１の端面３２ａ側において、透光体１１に接続されている。第２の端面３２ｂに、リング状圧電素子からなる振動体１３が固定されている。
　支持体３２は、内周面に溝３２ｃを有する。この溝３２ｃは、第１の端面３２ａと第２の端面３２ｂとの間に設けられている。溝３２ｃが設けられているため、溝３２ｃの上方に第１の内方突出部３２ｄが、下方に第２の内方突出部３２ｅが設けられていることになる。そして、溝３２ｃの外側の部分が、連結部３２ｆであり、第１の内方突出部３２ｄと、第２の内方突出部３２ｅとを連結していることになる。よって、上記支持体３２から透光体１１に向かう方向に沿う断面において、支持体３２はＵ字状の形状を有している。なお、第１の内方突出部３２ｄ及び第２の内方突出部３２ｅは、連結部３２ｆを基準とすると、内側に環状に突出しているため、本明細書においては、このように、径方向内側に突出している部分についても、フランジ部とする。すなわち、第１の内方突出部３２ｄ及び第２の内方突出部３２ｅは、それぞれ、径方向内側に突出している第１，第２のフランジ部である。
　上記のように第１のフランジ部と第２のフランジ部とが対向している場合、第１の内方突出部３２ｄ側をより強く振動させ、ひいては透光体１１をより強く振動させることができる。好ましくは、図１３に示すように、溝３２ｃ内に他の部材が存在せず、空間を隔てて、第１の内方突出部３２ｄと第２の内方突出部３２ｅとが隔てられていることが望ましい。それによって、第１の内方突出部３２ｄをより強く振動させることができる。第１の内方突出部３２ｄの内周縁と外周縁とを結ぶ寸法及び第２の内方突出部３２ｅの内周縁と外周縁とを結ぶ寸法が同一であることが好ましい。支持体３２から透光体１１に向かう方向において、第１の内方突出部３２ｄと第２の内方突出部３２ｅとの間の距離が、第１の内方突出部３２ｄの内周縁と外周縁を結ぶ寸法よりも小さいことが好ましい。なお、上述したように、相殺部位は、支持体が透光体１１の変位方向に変位する部分と、透光体１１の変位方向と逆方向に変位する部分とが隣り合っている部分である。本実施形態においては、相殺部位が第１のフランジ部としての第１の内方突出部３２ｄ及び第２のフランジ部としての第２の内方突出部３２ｅを有する。相殺部位において、第１のフランジ部と前記第２のフランジ部とが対向している。
　図１４は、第１の実施形態の振動装置３及び第２の実施形態の振動装置３１を振動させた場合の透光体１１及び振動体１３における最大引張応力を示し、図１５は最大圧縮応力を示す。図１４及び図１５から明らかなように、第２の実施形態に比べて、第１の実施形態によれば、透光体１１における最大引張応力を小さくすることができ、振動体１３における最大圧縮応力を小さくすることができる。
　また、第２の実施形態では、支持体３２の横断面がＵ字状とされており、溝３２ｃが内側に設けられているため、振動体１３を、第１の実施形態に比べて、径方向内側に設けることができる。すなわち、支持体３２の外径を小さくすることができ、それによって、小型化を図ることができる。共振周波数が５０ｋＨｚとなるよう支持体３２を構成した例では、支持体３２の体積を、第１の実施形態に比べて約５０％小さくすることが可能であった。
　第２の実施形態の振動装置３１においても、上記支持体３２の共振周波数が、透光体１１の共振周波数と実質的に同一とされている。そして、振動体１３を上記共振周波数と実質的に同一の共振周波数で駆動回路により駆動することにより、接続部において、透光体１１の接続部側部分と、支持体３２の接続部側部分との変位が逆方向となる振動モードで、透光体１１及び支持体３２を振動させることができる。従って、第１の実施形態と同様に、振動のノードが透光体１１の視野内に位置する部分には存在しなくなる。よって、透光体１１の外表面に付着した水滴や埃等を確実に除去することができる。
　図１６は第３の実施形態の振動装置の正面断面図であり、図１７はその変位分布を示す模式的断面図である。
　第３の実施形態の振動装置４１では、第２の実施形態の振動装置３１の振動体１３の下面に、さらに支持体４２を接合した構造を有する。支持体４２は、筒状体からなり、開口端面としての第１の端面４２ａと第２の端面４２ｂとを有する。このリング状の第１の端面４２ａが振動体１３に接合されている。支持体４２では、支持体３２とは逆に、外周面に溝４２ｃが設けられている。それによって、溝４２ｃの上方に第１のフランジ部４２ｄが、下方に第２のフランジ部４２ｅが設けられており、溝４２ｃの底部が、第１のフランジ部４２ｄと第２のフランジ部４２ｅとを連結している連結部４２ｆとなる。図１６に示すように、支持体３２における第１のフランジ部と支持体４２における第２のフランジ部４２ｅとは、それぞれの連結部に対して逆方向に突出するように設けられている。支持体４２における第１のフランジ部４２ｄと支持体３２における第２のフランジ部とも、それぞれの連結部に対して逆方向に突出するように設けられている。
　このように、圧電素子からなる振動体１３の下方に、支持体３２を第１の支持体としたとき、さらに第２の支持体４２を接合してもよい。第３の実施形態においても、支持体３２と透光体１１の共振周波数関係、及び駆動回路による振動体１３を駆動する周波数については、第１，第２の実施形態と同様である。従って、透光体１１の外表面に付着した水滴や埃等を確実に除去することができる。
　加えて、振動装置４１では、振動体１３を振動させた場合、第１の支持体３２と第２の支持体４２とが逆方向に変位する。従って、圧電素子からなる振動体１３における互いに逆方向の変位が相殺され、図１７に示すように、振動体１３の変形を小さくすることができる。第３の実施形態の振動装置４１では、第２の実施形態の振動装置３１に比べ、圧電素子における最大変位量は約０．７５倍程度まで減少することが確かめられた。従って、圧電素子に加わる応力が小さくなるため、繰り返し使用した際の圧電素子の破壊や劣化が生じ難い。よって、信頼性を高めることができる。
　図１８は、第４の実施形態に係る振動装置の正面断面図である。
　振動装置５１では、支持体５２の外周面に溝５２ｃが設けられている。すなわち、第３の実施形態における第２の支持体４２と同様の構造を有する。
　溝５２ｃと、第１の端面５２ａとの間の部分が第１のフランジ部５２ｄである。溝５２ｃと、第２の端面５２ｂとの間の部分が、第２のフランジ部５２ｅである。第１のフランジ部５２ｄと第２のフランジ部５２ｅは、溝５２ｃの底部に位置している連結部５２ｆにより連結されている。すなわち、連結部５２ｆを基準とすると、第１のフランジ部５２ｄ及び第２のフランジ部５２ｅは、径方向外側に突出しているフランジ部を構成している。
　このように、筒状体からなる支持体５２の横断面形状は、第２の実施形態の振動装置３１とは逆に、外側に向かって開いたＵ字状の形状を有していてもよい。
　図１９は、第５の実施形態に係る振動装置の正面断面図である。振動装置６１では、筒状体からなる支持体６２は、内周面において外側に向かって開いている溝６２ｃと、内周面において内側に向かって開いている溝６２ｇとを有する。第１のリング状の開口端面である第１の端面６２ａが透光体１１に接合されている。第１の端面６２ａと溝６２ｃとの間に、溝６２ｇが位置している。従って、溝６２ｃの上方の第１のフランジ部６２ｄと、下方の第２のフランジ部６２ｅとが、連結部６２ｆで連結されている。この第２のフランジ部６２ｅの下面である第２の端面６２ｂに、振動体１３が接合されている。すなわち、溝６２ｃの底部の連結部６２ｆの外表面を基準にすると、第１，第２のフランジ部６２ｄ，６２ｅは、径方向外側に突出している環状のフランジ部である。
　他方、溝６２ｇの上方のフランジ部６２ｈは、連結部６２ｉにより、第１のフランジ部６２ｄに連結されている。よって、溝６２ｇを中心とした場合、フランジ部６２ｈを第１のフランジ部とすると、第１のフランジ部６２ｄが第２のフランジ部になることとなる。このような構造では、径方向内側に突出しているフランジ部６２ｈと、径方向外側に突出している第１及び第２のフランジ部６２ｄ，６２ｅとが設けられている。上記のようにフランジ部６２ｈを第１のフランジ部とし、第１のフランジ部６２ｄを第２のフランジ部とすると、図１９に示すように、第１のフランジ部及び第２のフランジ部は連結部に対して逆方向に突出するように設けられている。よって、支持体６２の周方向と直交する横断面、すなわち支持体６２から透光体１１側に向かう方向を含む横断面において、支持体６２はＳ字状の形状を有している。図１９に示すように、第１のフランジ部６２ｄは、フランジ部６２ｈ及び第２のフランジ部６２ｅに、間に空間を隔てて対向している。この場合においても、振動体１３により、支持体６２を振動させた場合、透光体１１をより強く振動させることができる。なお、本実施形態の支持体６２は、フランジ部６２ｈ及び第１のフランジ部６２ｄを有する相殺部位と、第１のフランジ部６２ｄ及び第２のフランジ部６２ｅを有する相殺部位とを有する。もっとも、第１のフランジ部６２ｄにおいては、第３の実施形態の振動体１３と同様に、変形が抑制される。
　図２０は、第６の実施形態に係る振動装置の正面断面図である。振動装置７１では、支持体７２が、図１９に示した支持体６２とは逆に、第１の端面７２ａに近い側に、外側に向かって開いた溝７２ｃを有し、溝７２ｃよりも第２の端面７２ｂ側において、内側に向かって開いた溝７２ｇを有する。従って、第１の端面７２ａ側から順に、第１のフランジ部６２ｄ、連結部６２ｆ、第２のフランジ部６２ｅ、連結部６２ｉ、内側に向かって突出しているフランジ部７２ｈが連ねられていることになる。よって、支持体７２の横断面は逆Ｓ字状の形状、言い換えればＺ字状の形状とされている。図２０に示すように、第２のフランジ部６２ｅは、フランジ部７２ｈ及び第１のフランジ部６２ｄに、間に空間を隔てて対向している。この場合においても、振動装置６１と同様に、振動体１３を振動させた場合、透光体１１を強く振動させることができる。
　振動装置６１，７１においても、振動装置３と同様に、支持体６２または支持体７２の共振周波数が、透光体１１の共振周波数と実質的に同一であり、振動体１３を上記共振周波数と実質的に同一の周波数で駆動することにより、接続部において、透光体１１の接続部側部分と、支持体６２または支持体７２の接続部側部分との変位が逆方向となる振動モードで透光体１１及び支持体６２または支持体７２を振動させることができる。従って、変位の小さな部分やノード領域が透光体１１に存在せず、両者の接続部に位置しているため、透光体１１の外表面に付着した水滴や埃等を確実に除去することができる。
　なお、上述してきた各実施形態では、支持体１２は、円筒状であったが、角筒状等の他の形状の筒状体であってもよい。
　振動体１３についても、リング状圧電素子に限らず、四角形の板状圧電素子を複数枚配置するなど様々な形状の圧電振動子や、他の振動子を用いてもよい。
　また、図２では、カメラモジュール本体２は、撮像素子５及びレンズモジュール６を有していたが、このカメラモジュール本体２の構造も図示のものに限定されない。少なくとも撮像素子を含むカメラモジュール本体であればよい。
　上記実施形態では光学検出素子として、可視光により撮像する撮像素子５が用いられ、検出領域が視野であったが、可視光以外の活性エネルギー線を用いるものであってもよい。
　従って、本発明の光学検出装置は、カメラに限らず、例えば、ＲＡＤＡＲやＬｉＤＡＲとして知られている車載用レーダ装置に本発明を適用してもよい。この場合、光学検出素子としては、赤外線及び電磁波の少なくとも一方である活性エネルギー線を光学的に検出する素子が用いられる。
１…カメラモジュール
２…カメラモジュール本体
３…振動装置
４…ケース
４ａ…開口
４ｂ…端面
５…撮像素子
６…レンズモジュール
１１…透光体
１１ａ…端面
１２…支持体
１２ａ…第１の端面
１２ｂ…第２の端面
１２ｃ…固定用フランジ部
１２ｄ…第１の部分
１２ｅ…第２の部分
１３…振動体
１４…圧電体
１５，１６…第１，第２の励振電極
１７…ベースプレート
１８…脚部
１９…基板
１９ａ…駆動回路
３１…振動装置
３２…支持体
３２ａ…第１の端面
３２ｂ…第２の端面
３２ｃ…溝
３２ｄ…第１の内方突出部
３２ｅ…第２の内方突出部
３２ｆ…連結部
４１…振動装置
４２…支持体
４２ａ…第１の端面
４２ｂ…第２の端面
４２ｃ…溝
４２ｄ…第１のフランジ部
４２ｅ…第２のフランジ部
４２ｆ…連結部
５１…振動装置
５２…支持体
５２ａ…第１の端面
５２ｂ…第２の端面
５２ｃ…溝
５２ｄ…第１のフランジ部
５２ｅ…第２のフランジ部
５２ｆ…連結部
６１…振動装置
６２…支持体
６２ａ…第１の端面
６２ｂ…第２の端面
６２ｃ…溝
６２ｄ…第１のフランジ部
６２ｅ…第２のフランジ部
６２ｆ…連結部
６２ｇ…溝
６２ｈ…フランジ部
６２ｉ…連結部
７１…振動装置
７２…支持体
７２ａ…第１の端面
７２ｂ…第２の端面
７２ｃ，７２ｇ…溝
７２ｈ…フランジ部
ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５，ａ６，ａ７，ａ８…領域

Claims (26)

  1. 　光学検出素子の検出領域を含むように配置されるドーム状のカバーと、
    　前記光学検出素子を配置する内部空間を有し、前記カバーに接続されている筒状の支持体と、
    　前記支持体に連結されており、前記支持体を介して前記カバーを振動させる振動体と、
    　前記カバー及び前記支持体が、実質的に同一の共振周波数で振動した場合、前記カバーと前記支持体とが接続されている接続部において、前記カバーの接続部側部分と、前記支持体の接続部側部分との変位が逆方向となる振動モードで前記カバーと前記支持体とを振動させるように、前記共振周波数と実質的に同一の周波数で前記振動体を駆動する駆動回路と、
    を備える、振動装置。
  2. 　光学検出素子の検出領域を含むように配置されるドーム状のカバーと、
    　前記光学検出素子を配置する内部空間を有し、前記カバーに接続されている筒状の支持体と、
    　前記支持体に連結されており、前記支持体を介して前記カバーを振動させる振動体と、
    　前記カバー及び前記支持体が、実質的に同一の共振周波数で振動した場合、前記カバーと前記支持体とが接続されている接続部にノード領域が位置するように、前記支持体及び前記カバーの共振周波数と実質的に同一の周波数で前記振動体を駆動する駆動回路と、
    を備える、振動装置。
  3. 　前記接続部において、前記カバーの変位量と、前記支持体の変位量とが実質的に同一である、請求項１または２に記載の振動装置。
  4. 　前記カバー及び前記支持体が、実質的に同一の共振周波数で振動した場合、前記カバーと前記支持体とが接続されている接続部において、前記カバーの接続部側部分と、前記支持体の接続部側部分との変位が逆方向となる振動モードで前記カバーと前記支持体とを振動させるように、前記駆動回路が前記振動体を駆動する、請求項２に記載の振動装置。
  5. 　前記接続部において、前記支持体が、前記カバーの変位方向に変位する部分と、前記カバーの変位方向と逆方向に変位させる部分とが隣り合っている相殺部位を有する、請求項１～４のいずれか１項に記載の振動装置。
  6. 　前記ノード領域の一方側と反対側との変位が逆方向であり、それによって相殺部位が構成されている、請求項２に記載の振動装置。
  7. 　前記相殺部位が、前記支持体から前記カバーに向かう方向に対して直交する方向に延びる、第１のフランジ部と、第２のフランジ部とを有する、請求項５または６に記載の振動装置。
  8. 　前記相殺部位において、前記第１のフランジ部と前記第２のフランジ部とが対向している、請求項７に記載の振動装置。
  9. 　前記第１のフランジ部と前記第２のフランジ部とが対向している部分において、前記第１のフランジ部が、間に空間を隔てて前記第２のフランジ部と対向している、請求項８に記載の振動装置。
  10. 　前記第１のフランジ部と前記第２のフランジ部とが、前記支持体の内周面から前記内部空間側に向かって突出している、請求項９に記載の振動装置。
  11. 　前記第１のフランジ部の内周縁または外周縁と前記第２のフランジ部の内周縁または外周縁とを連結している連結部を有し、前記第１のフランジ部と、前記連結部と、前記第２のフランジ部とが連結されている部分の前記第１，第２のフランジ部が対向している方向に沿う断面において、Ｕ字状の形状を有している、請求項８～１０のいずれか１項に記載の振動装置。
  12. 　前記第１のフランジ部と、前記第２のフランジ部が、前記連結部に対して逆方向に突出するように設けられている、請求項７に記載の振動装置。
  13. 　前記第１のフランジ部と、前記第２のフランジ部とを接続しており、前記支持体から前記カバーに向かう方向に延びる連結部を有する、請求項１２に記載の振動装置。
  14. 　前記第１のフランジ部及び前記第２のフランジ部以外の他のフランジ部が設けられており、
    　前記第１のフランジ部の内周縁と前記第２のフランジ部の内周縁とを接続している連結部を有し、
    　前記連結部とは異なる連結部であって、前記他のフランジ部の外周縁と前記第１のフランジ部の外周縁とを接続している連結部または前記第２のフランジ部の外周縁と前記他のフランジ部の外周縁とを接続している連結部を有する、請求項１２に記載の振動装置。
  15. 　前記第１のフランジ部または前記第２のフランジ部が前記他のフランジ部に、間に空間を隔てて対向している、請求項１４に記載の振動装置。
  16. 　前記第１のフランジ部、前記連結部及び前記第２のフランジ部が連結されている構造の前記第１，第２のフランジ部の周方向と直交する方向における断面が、Ｓ字状またはＺ字状である、請求項１５に記載の振動装置。
  17. 　前記第１のフランジ部の内周縁と外周縁とを結ぶ寸法及び前記第２のフランジ部の内周縁と外周縁とを結ぶ寸法が同一である、請求項７～１６のいずれか１項に記載の振動装置。
  18. 　前記支持体から前記カバーに向かう方向において、前記第１のフランジ部と前記第２のフランジ部との間の距離が、前記第１のフランジ部の前記内周縁と前記外周縁を結ぶ寸法よりも小さい、請求項１７に記載の振動装置。
  19. 　前記光学検出素子の検出領域内において、前記接続部の変位量よりも変位が小さい領域を有しない、請求項１～１８のいずれか１項に記載の振動装置。
  20. 　前記振動体が、圧電素子である、請求項１～１９のいずれか１項に記載の振動装置。
  21. 　前記圧電素子が、リング状圧電素子であり、前記支持体の前記カバーが設けられている側と反対側の端面に固定されている、請求項２０に記載の振動装置。
  22. 　前記カバーが透光体からなる、請求項１～２１のいずれか１項に記載の振動装置。
  23. 　請求項１または２に記載の振動装置と、
    　前記振動装置の前記支持体の内部空間の少なくとも一部に配置されており、前記カバーに前記検出領域を有する光学検出素子とを備える、光学検出装置。
  24. 　前記光学検出素子が撮像素子であり、前記検出領域が視野である、請求項２３に記載の光学検出装置。
  25. 　前記光学検出素子が、活性エネルギー線を光学的に検出する素子である、請求項２３に記載の光学検出装置。
  26. 　前記活性エネルギー線が、赤外線及び電磁波の少なくとも一方である、請求項２５に記載の光学検出装置。
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