WO2020003571A1

WO2020003571A1 - 振動装置

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Publication number: WO2020003571A1
Application number: PCT/JP2019/002545
Authority: WO
Inventors: 藤本　克己; 仁志坂口
Original assignee: 株式会社村田製作所
Priority date: 2018-06-28
Filing date: 2019-01-25
Publication date: 2020-01-02
Also published as: CN112004614B; US11745219B2; CN112004614A; JP6962470B2; US20200406298A1; JPWO2020003571A1

Abstract

水滴等を効率的に除去することができる、振動装置を提供する。　本発明の振動装置１は、筒状であり、第１，第２の開口端部３ａ，３ｂと、外側面３ｃ及び内側面３ｄとを有する振動体３と、振動体３の第２の開口端部３ｂに連結されている、透光体８と、振動体３に配置されている圧電振動子７とを備え、振動体が、振動体の外側面３ｃから外側に延びるフランジ部を有し、透光体８及び振動体３の連結体を透光体振動の振動モードまたはフランジ部振動の振動モードにより振動させ、かつ透光体振動の振動モード及びフランジ部振動の振動モードを交互に切り替える駆動回路１２とをさらに備える。

Description

振動装置

　本発明は、機械的振動によって水滴等を除去することが可能な振動装置に関する。

　従来、監視装置として用いられるカメラ等のイメージングデバイスにおいては、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、雨滴等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には、透光性部分を有し、かつ透光性部分がカメラの前方に配置された振動装置が開示されている。上記透光性部分は筒状本体により支持されている。この振動装置では、透光性部分または筒状本体に凹部を設けることにより、局在化された振動を励振し、振動部に水滴を移動させて霧化させる。

国際公開第２０１７／２２１６２２号

　しかしながら、透光性部分に凹部を設ける場合には、透光性部分の光軸の歪みが大きく、カメラ等の画像に歪みが生じ易いという問題があった。また、広角において受光するために、透光性部分をドーム状とする場合には、製造が困難であった。

　他方、透光性部分ではなく筒状本体を駆動する場合には、局在振動を確実に励振させるために、振動装置を大型にする必要があった。また、凹部が設けられた部分は薄いため、耐久性が低くなるおそれがあった。

　さらに、特許文献１に記載された、中央部に大きな振幅を有する（０，０）モードを用いる場合には、中央部から離れるに従って振幅が小さくなるため、水滴を霧化する際の駆動電圧を高くする必要があり、効率が低くなるという問題があった。

　本発明の目的は、水滴等を効率的に除去することができる、振動装置を提供することにある。

　本発明に係る振動装置のある広い局面では、筒状であり、第１の開口端部及び第２の開口端部と、前記第１の開口端部及び前記第２の開口端部を接続する外側面及び内側面とを有する振動体と、前記振動体の前記第２の開口端部に連結されている、透光体と、前記透光体及び前記振動体の連結体を振動させるように、前記振動体に配置されている圧電振動子とを備え、前記振動体が、前記振動体の前記外側面から外側に延びるフランジ部を有し、前記圧電振動子に電気的に接続されており、前記透光体及び前記振動体の連結体を透光体振動の振動モードまたはフランジ部振動の振動モードにより振動させ、かつ前記透光体振動の振動モード及び前記フランジ部振動の振動モードを交互に切り替える駆動回路とをさらに備える。

　本発明に係る振動装置の他の広い局面では、筒状であり、第１の開口端部及び第２の開口端部と、前記第１の開口端部及び前記第２の開口端部を接続する外側面及び内側面とを有する振動体と、前記振動体の前記第２の開口端部に連結されている、透光体と、前記透光体及び前記振動体の連結体を振動させるように、前記振動体に配置されている圧電振動子とを備え、前記振動体が、前記振動体の前記外側面から外側に延びるフランジ部を有し、前記圧電振動子に電気的に接続されており、前記透光体及び前記振動体の連結体を透光体振動を主要とする振動モードまたはフランジ部振動を主要とする振動モードにより振動させ、かつ前記透光体振動を主要とする振動モード及び前記フランジ部振動を主要とする振動モードを交互に切り替える駆動回路とをさらに備え、前記透光体振動の共振周波数をｆ１とし、前記フランジ部振動の共振周波数をｆ２としたときに、前記透光体振動を主要とする振動モードの振動の周波数をｆ１を含む周波数範囲内の周波数とし、前記フランジ部振動を主要とする振動モードの振動の周波数をｆ２を含む周波数範囲内の周波数とする。

　本発明に係る振動装置の他の広い局面では、筒状であり、第１の開口端部及び第２の開口端部を有する振動体と、前記振動体の前記第２の開口端部に連結されている、透光体と、前記透光体及び前記振動体の連結体を振動させる圧電振動子とを備え、前記振動体が、前記透光体が連結された前記第２の開口端部よりも外側に延びるフランジ部を有し、前記圧電振動子に電気的に接続されており、前記透光体及び前記振動体の連結部を透光体振動の振動モードまたはフランジ部振動の振動モードにより振動させ、かつ前記透光体振動の振動モード及び前記フランジ部振動の振動モードを交互に切り替える駆動回路とをさらに備える。

　本発明に係る振動装置の他の広い局面では、筒状であり、第１の開口端部及び第２の開口端部を有する振動体と、前記振動体の前記第２の開口端部に連結されている、透光体と、前記透光体及び前記振動体の連結体を振動させる圧電振動子とを備え、前記振動体が、前記透光体が連結された前記第２の開口端部よりも外側に延びるフランジ部を有し、前記圧電振動子に電気的に接続されており、前記透光体及び前記振動体の連結部を透光体振動の振動モードまたはフランジ部振動の振動モードにより振動させ、かつ前記透光体振動の振動モード及び前記フランジ部振動の振動モードを交互に切り替える駆動回路とをさらに備え、前記フランジ部振動の振動モードにより、前記フランジ部の振幅が前記透光体の振幅よりも大きくなる。

　本発明によれば、水滴等を効率的に除去することができる、振動装置を提供することができる。

図1は、本発明の第１の実施形態に係る振動装置の模式的部分切欠き斜視図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る振動装置を有するイメージングデバイスの模式的正面断面図である。図３は、透光体振動の振動モード及びフランジ部振動の振動モードの共振周波数の例を示す図である。図４は、透光体振動の振動モードを説明するための模式的断面図である。図５は、フランジ部振動の振動モードを説明するための模式的断面図である。図６は、本発明の第１の実施形態の第１の変形例に係る振動装置の模式的正面断面図である。図７は、本発明の第１の実施形態の第２の変形例に係る振動装置の模式的正面断面図である。図８は、規格化周波数差と、透光体振動の振動モード及びフランジ部振動の振動モードの結合係数との関係を示す図である。図９は、規格化周波数差と、透光体振動の振動モード及びフランジ部振動の振動モードの変位との関係を示す図である。

　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の模式的部分切欠き斜視図である。

　図１に示す振動装置１は、振動により水滴や異物を移動させ、または水滴等を霧化することにより、撮像素子の視野内から水滴や異物を除去する振動装置である。振動装置１は、筒状の振動体３を含む振動素子２と、振動素子２の開口部を覆うように設けられている透光体８と、振動素子２に電気的に接続されている駆動回路１２とを有する。

　図２は、本発明の第１の実施形態に係る振動装置を有するイメージングデバイスの模式的正面断面図である。なお、図１以外の斜視図や断面図においては、駆動回路を省略することがある。

　振動体３及び透光体８により囲まれた内部空間内に、一点鎖線で示す撮像素子１０Ａが配置されている。それによって、本発明の一実施形態に係る光学検出装置としてのイメージングデバイス１０が構成されている。イメージングデバイス１０は振動装置１及び撮像素子１０Ａを有する。撮像素子１０Ａ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等を挙げることができる。イメージングデバイス１０としては、例えば、カメラ、ＲａｄａｒやＬＩＤＡＲデバイス等を挙げることができる。

　なお、上記内部空間内には、撮像素子１０Ａ以外の、エネルギー線を光学的に検出する光学検出素子が配置されていてもよい。検出するエネルギー線としては、例えば、電磁波や赤外線等の活性エネルギー線であってもよい。光学検出素子の検出領域は、後述する透光体部に含まれる。図２に示すイメージングデバイス１０においては、撮像素子１０Ａの視野が透光体８に含まれる。本明細書における透光性とは、少なくとも上記光学検出素子が検出する波長のエネルギー線や光が透過する透光性をいう。

　以下において、振動装置１の詳細を説明する。

　振動素子２は振動体３及び圧電振動子７を有する。振動体３は第１の開口端部３ａ及び第２の開口端部３ｂと、第１の開口端部３ａ及び第２の開口端部３ｂを接続する外側面３ｃ及び内側面３ｄを有する。本明細書においては、振動体３の第１の開口端部３ａ及び第２の開口端部３ｂを結ぶ方向を軸方向とし、軸方向に直交する方向を径方向とする。

　振動体３は、筒状の第１の振動体部４と、枠状の第２の振動体部５と、第１の振動体部４及び第２の振動体部５を連結する枠状の連結部６とを有する。第１の振動体部４は振動体３の第１の開口端部３ａを含む。第２の振動体部５は振動体３の第２の開口端部３ｂを含む。第２の振動体部５及び連結部６の形状は、振動体３が１つの筒状体となるように第１の振動体部４に対応する形状である。より具体的には、本実施形態では、第１の振動体部４は円筒状であり、第２の振動体部５は円環状であり、連結部６は円環状である。振動体３は、円筒状の第１の振動体部４と、円環状の連結部６と、円環状の第２の振動体部５とをそれぞれの中心軸が同心軸上に位置するように配置された筒状である。

　ここで、本明細書において、特に断りのない場合には、外周縁及び内周縁は平面視における外周縁及び内周縁をいう。平面視において、連結部６及び第１の振動体部４の外周縁は重なっており、かつ連結部６の内周縁が第１の振動体部４及び第２の振動体部５の内周縁より外側に位置している。振動体３の各部分の、径方向における外側の側面と内側の側面との距離を各部分の肉厚としたときに、連結部６の肉厚は第１の振動体部４の肉厚よりも薄い。振動体３においては、連結部６における内径が、他の部分の内径よりも大きい。

　振動体３の外側面３ｃは、第１の振動体部４、連結部６及び第２の振動体部５の各外側面が連結されることにより構成されている。同様に、振動体３の内側面３ｄは、第１の振動体部４、連結部６及び第２の振動体部５の各内側面が連結されることにより構成されている。本実施形態では、内側面３ｄは連結部６の部分において段差部を有する。他方、外側面３ｃは段差部を有しない。

　振動体３は、振動体３の外側面３ｃから径方向外側に延びるフランジ部９を有する。本実施形態では、フランジ部９は第２の振動体部５に配置されている。フランジ部９は、第２の開口端部３ｂよりも外側に延びている。本実施形態では、上記軸方向において、第２の振動体部５及びフランジ部９の厚みは同じである。そのため、第２の振動体部５に配置されたフランジ部９は、第２の振動体部５に直接連結されている連結部６の外周縁から外側に張り出した部分である。

　なお、第１の振動体部４は略円筒状であってもよく、角筒状であってもよい。第２の振動体部５及び連結部６は、円環状以外の枠状であってもよい。平面視において、第１の振動体部４、第２の振動体部５及び連結部６が相似形状または略相似形状であればよい。あるいは、振動体３は筒状の第１の振動体部４のみにより構成されていてもよい。振動体３の外側面３ｃ及び内側面３ｄは段差部を有していてもよく、段差部を有していなくともよい。

　振動素子２においては、振動体３の第１の開口端部３ａに圧電振動子７が配置されている。圧電振動子７は円環状の圧電体を有する。圧電体は、例えば、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ_３や（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ_３等の適宜の圧電セラミックスまたはＬｉＴａＯ_３やＬｉＮｂＯ_３等の適宜の圧電単結晶からなる。圧電体の一方主面及び他方主面にそれぞれ電極が設けられている。

　本実施形態では、振動体３に１つの円環状の圧電振動子７が配置されている。なお、圧電振動子７の形状及び個数は上記に限定されない。例えば、平面視において、振動体３の中心を回転軸とした周回方向に沿い、複数の圧電振動子が配置されていてもよい。圧電振動子における圧電体は矩形板等の形状であってもよい。

　図１に示すように、振動体３の第２の開口端部３ｂにドーム状の透光体８が連結されている。透光体８は、振動体３における第２の振動体部５の開口部を覆うように設けられている。透光体８はドーム状であるが、本発明においては、透光体８は平板状であっても良い。透光体８は透光性材料からなる。透光性材料としては、例えば、透光性のプラスチック、ガラスまたは透光性のセラミックス等を用いることができる。上記圧電振動子７は、透光体８及び振動体３の連結体を振動させる。

　ここで、上述したように、本実施形態においては、フランジ部９は第２の振動体部５に配置されている。なお、フランジ部９は第１の振動体部４または連結部６に配置されていてもよい。あるいは、振動体３の外側面３ｃにおいてフランジ部９が設けられている部分は、第１の振動体部４及び連結部６に相当する部分を含んでいてもよく、連結部６及び第２の振動体部５に相当する部分を含んでいてもよい。上記軸方向においてフランジ部９が連結部６より厚い場合には、振動体３の外側面３ｃにおいてフランジ部９が設けられている部分は、第１の振動体部４、連結部６及び第２の振動体部５に相当する部分を含んでいてもよい。フランジ部９が、振動体３の軸方向における中央の位置よりも透光体８側に配置されていればよい。

　振動素子２に駆動回路１２が電気的に接続されている。より具体的には、駆動回路１２は圧電振動子７に電気的に接続されている。駆動回路１２は、圧電振動子７によって、透光体８及び振動体３の連結体を後述する透光体振動の振動モードまたはフランジ部振動の振動モードにより振動させ、かつ透光体振動の振動モード及びフランジ部振動の振動モードを交互に切り替える。ここで、透光体振動の振動モードとは、フランジ部よりも透光体の方が振幅が大きい振動のモードを言う。また、フランジ部振動の振動モードとは、透光体よりもフランジ部の方が振幅が大きい振動のモードを言う。好ましくは、透光体振動の振動モードが、透光体において、平面視における外周縁の内側に振動の節が位置しておらず、かつ透光体の中央部の振幅が最大となる振動モードである。フランジ部振動の振動モードは、好ましくは、フランジ部の平面視における外周縁の振幅が最大となる振動モードである。なお、以下においては、透光体振動の振動モード及びフランジ部振動の振動モードを、単に透光体振動及びフランジ部振動と記載することがある。

　本実施形態の特徴は、振動体３がフランジ部９を含む第２の振動体部５を有し、かつ振動装置１が、透光体振動の振動モード及びフランジ部振動の振動モードを交互に切り替える駆動回路１２を有することにある。それによって、水滴等を効率的に除去することができる。この詳細を以下において説明する。

　図３は、透光体振動の振動モード及びフランジ部振動の振動モードの共振周波数の例を示す図である。図４は、透光体振動の振動モードを説明するための模式的断面図である。図５は、フランジ部振動の振動モードを説明するための模式的断面図である。図３において、実線は本実施形態の結果を示し、破線は比較例の結果を示す。なお、比較例は、振動体がフランジ部を有しない点において本実施形態と異なる。図４及び図５は、図２に示す振動装置の断面の半分に相当する部分を示す。実線は振動装置の元の状態を示し、一点鎖線は振動している状態を示す。

　図３中の矢印Ａは、本実施形態における透光体振動の振動モードの共振周波数を示し、矢印Ｂはフランジ部振動の振動モードの共振周波数を示す。透光体振動の振動モードは、図４に示すように、透光体８において、外周縁の内側に振動の節が位置しておらず、かつ透光体８の中央部の振幅が最大となる振動モードである。透光体振動の振動モードにおいては、フランジ部９の振幅は小さい。フランジ部振動の振動モードは、図５に示すように、フランジ部９の外周縁の振幅が最大となる振動モードである。フランジ部振動の振動モードにおいては、透光体８の振幅は小さい。なお、フランジ部振動の振動モードにおいて、振動の節は、振動体３のフランジ部９を固定する部位の直近の、内側面３ｄの部分に位置する。

　フランジ部９の径方向に沿う寸法を長さとしたときに、フランジ部９の長さや軸方向における厚みを調整すること等により、透光体振動の振動モード及びフランジ部振動の振動モードの共振周波数を調整することができる。例えば、図４に示すように、透光体振動が主要な振動モードであるが、フランジ部振動もわずかに混在している状態とすることができる。あるいは、図５に示すように、フランジ部振動が主要な振動モードであるが、透光体振動もわずかに混在している状態とすることもできる。

　他方、図３に示すように、比較例においては、振動体がフランジ部を有しないため、フランジ部振動の振動モードが生じていないことがわかる。

　本実施形態及び比較例において、透光体振動の振動モードにより透光体及び振動体の連結体を振動させることにより、透光体の中央付近に付着した水滴等を霧化させ、除去することができる。さらに、水滴等は振動の腹に向かい移動する。そのため、透光体の中央付近に位置していなかった水滴等を、振動の腹が位置する中央に向かい移動させ、霧化させることができる。ここで、透光体振動の振動モードにおいては、透光体と振動体とが連結されている部分付近に振動の節が位置する。そのため、比較例のように、透光体振動の振動モードのみを利用する場合には、上記振動の節近傍における水滴等を移動及び霧化させることができず、撮像素子の視野を十分に確保できない場合がある。さらに、透光体の外周縁近傍の水滴等を移動及び霧化させるためには、駆動電圧を高くする必要がある。

　これに対し、図１に示す本実施形態では、第２の振動体部５がフランジ部９を有し、かつ駆動回路１２により透光体振動の振動モード及びフランジ部振動の振動モードが交互に切り替えられる。振動体３のフランジ部９は、フランジ部振動の振動モードにより、透光体８よりも振幅が大きくなる。透光体８と振動体３の第２の振動体部５とが連結されている部分近傍及び透光体８の外周縁近傍に位置する水滴等は、フランジ部振動の振動モードによりフランジ部９に容易に移動させることができる。このように、透光体８の外周縁近傍に位置する水滴等を除去することができ、撮像素子１０Ａの視野が阻害されることを効果的に抑制できる。さらにフランジ部９の外周縁に移動させた水滴等を霧化させることにより、水滴等をより一層確実に除去することができる。他方、透光体８において、外周縁近傍以外に位置する水滴等は、透光体振動の振動モードにより透光体８の中央付近に容易に移動させ、霧化させることができる。このように、振動モードを切り替えることにより、駆動電圧を高くすることなく、水滴等をより一層確実に、かつ効率的に除去することができる。

　加えて、本実施形態では振動体３がフランジ部９を有するため、透光体振動の振動モードを主要とする振動モードとし、かつフランジ部振動の振動モードがわずかに混在している状態とすることもできる。この場合には、透光体８の外周縁近傍に位置する水滴等をフランジ部９側へ移動させることができる。ここでフランジ部振動の振動モードに切り替えることによって、水滴等をフランジ部９の外周縁により一層容易に移動させ、霧化させることができる。このように、透光体振動の振動モード及びフランジ部振動の振動モードを協働させることにより、水滴等をより一層効率的に除去することができる。

　透光体振動の振動モードの共振周波数をｆ１とし、フランジ部振動の振動モードの共振周波数をｆ２とする。透光体振動を主要とする振動モードの振動の周波数はｆ１を含む周波数範囲内の周波数であることが好ましい。また、フランジ部振動の振動モードの振動の周波数は、ｆ２を含む周波数範囲内の周波数であることが好ましい。それによって、透光体振動の振動モード及びフランジ部振動の振動モードを協働させることにより、水滴等をより一層効率的に除去することができる。なお、透光体振動を主要とする振動モードの振動の周波数を３０ｋＨｚ以上、２００ｋＨｚ以下の範囲内の周波数とすることが好ましい。フランジ部振動を主要とする振動モードの振動を励振するに際しては、周波数を３０ｋＨｚ以上、２００ｋＨｚ以下の範囲内の周波数とすることが好ましい。

　本実施形態では、軸方向において振動体３の最も外側の部分に、透光体８が連結されている。この軸方向において、振動体３の第２の振動体部５が透光体８に連結されている部分の位置と、フランジ部９の位置とは同じである。それによって、軸方向において、上記連結されている部分の位置と、フランジ部９の位置とが異なる場合と比較して、上記連結されている部分と、フランジ部９との距離を近づけることができる。従って、フランジ部振動の振動モードにより、上記連結されている部分及び透光体８の外周縁付近からフランジ部９に、水滴等を好適に移動させることができる。

　なお、上記に限られず、透光体８は、振動体３の軸方向における最も外側の部分以外の部分に連結されていてもよい。例えば、図６に示す第１の実施形態の第１の変形例においては、第２の振動体部２５の透光体８側の面は、軸方向に延びる段差部２５ｅ並びに段差部２５ｅにより接続された第１の面２５ｃ及び第２の面２５ｄを有する。第１の面２５ｃが径方向外側に位置し、第２の面２５ｄが径方向内側に位置する。第１の面２５ｃは軸方向において振動体２３の最も外側に位置し、第２の面２５ｄは第１の面２５ｃより内側に位置する。該第２の面２５ｄに透光体８が連結されている。この場合においても、第１の実施形態と同様に、水滴等をより一層確実に、かつ効率的に除去することができる。

　段差部２５ｅと透光体８との間に空隙が形成されないように、第２の振動体部２５と透光体８とが連結されていることが好ましい。それによって、水滴等をより一層確実に除去することができる。

　上述したように、図２に示す本実施形態のフランジ部９は、平面視において、振動体３の連結部６の外周縁から外側に張り出した部分である。よって、フランジ部９の長さを一定とした場合には、連結部６の外径を小さくするほど、フランジ部９の外周縁と、第２の振動体部５及び透光体８が連結されている部分との距離を近づけることができる。それによって、フランジ部振動の振動モードにより、上記連結されている部分及び透光体８の外周縁付近からフランジ部９の外周縁に、水滴等を効率的に移動させることができる。

　本実施形態では、平面視において、連結部６及び第１の振動体部４の外周縁は重なっているが、これに限られない。図７に示す第１の実施形態の第２の変形例においては、振動体３３の連結部６の外周縁は、第１の振動体部４の外周縁の内側に位置している。フランジ部９の長さを一定とした場合には、連結部６の外周縁が内側に位置するほど、フランジ部９の外周縁は内側に位置する。それによって、フランジ部９の外周縁と、透光体８及び振動体３３が連結されている部分とのを距離を近づけることができる。平面視において、連結部６の少なくとも一部が透光体８に重なっていることが好ましい。本変形例のように、平面視において、連結部６の外周縁が透光体８に重なっていることがより好ましい。平面視において、連結部６の外周縁が透光体８の外周縁よりも内側に位置していることがさらに好ましい。それによって、フランジ部９の外周縁と上記連結されている部分との距離をより一層近づけることができる。従って、上記連結されている部分及び透光体８の外周縁付近からフランジ部９の外周縁に、水滴等をより一層効率的に、かつより一層速やかに移動させることができる。

　加えて、本変形例においては、第１の振動体部４及び連結部６の肉厚を薄くすることなく、かつ第２の振動体部５の外径を大きくすることなく、フランジ部９の外周縁と上記連結されている部分との距離を近づけることができる。従って、強度の低下及び大型化を招くことなく、水滴等をより一層効率的に除去することができる。

　なお、本変形例の第２の振動体部２５は第１の変形例と同様の構成を有する。平面視において、連結部６の外周縁及び段差部２５ｅが重なっており、かつ連結部６及び第２の面２５ｄが重なっている。

　ここで、上記のように透光体振動の振動モードの共振周波数をｆ１とし、フランジ部振動の振動モードの共振周波数をｆ２としたとき、透光体振動の振動モードの共振周波数ｆ１とフランジ部振動の振動モードの共振周波数ｆ２との周波数差は（ｆ１－ｆ２）により表される。この周波数差（ｆ１－ｆ２）を透光体振動の振動モードの共振周波数ｆ１で規格化した規格化周波数差は｛（ｆ１－ｆ２）／ｆ１｝×１００（％）により表される。

　図２に示すフランジ部９の長さにより、フランジ部振動の振動モードの共振周波数ｆ２を調整することができる。よって、フランジ部９の長さにより、規格化周波数差を調整することができる。フランジ部９が短いほど、フランジ部振動の振動モードの共振周波数ｆ２は高くなるため、規格化周波数差は小さい値となる。他方、フランジ部９が長いほど、フランジ部振動の振動モードの共振周波数ｆ２は低くなるため、規格化周波数差は大きい値となる。

　以下において、規格化周波数差と、透光体振動の振動モードの結合係数及び変位並びにフランジ部振動の振動モードにおける結合係数及び変位との関係を示す。

　図８は、規格化周波数差と、透光体振動の振動モード及びフランジ部振動の振動モードの結合係数との関係を示す図である。図９は、規格化周波数差と、透光体振動の振動モード及びフランジ部振動の振動モードにおける変位との関係を示す図である。図８及び図９において、実線が透光体振動の振動モードの結果を示し、破線がフランジ部振動の振動モードの結果を示す。図９に示す変位は、１Ｖの電圧を印加した際の変位の大きさを示す。

　図８に示すように、規格化周波数差が０％付近においては、透光体振動の振動モード及びフランジ部振動の振動モードの結合係数の大小関係が逆転している。そのため、振動の状態が不安定となる。規格化周波数差は－１０％以下または１０％以上であることが好ましい。それによって、振動の状態を安定にすることができる。

　図８及び図９に示すように、フランジ部振動の振動モードにおいては、規格化周波数差が－４５％以下において、結合係数及び変位の両方が大きく低下している。特に、規格化周波数差が－７０％未満である場合には、結合係数が５％未満、変位が約２００ｎｍ／１Ｖ未満と低くなっている。規格化周波数差は－７０％以上、－１０％以下であることが好ましく、－４５％以上、－１０％以下であることがより好ましい。それによって、振動の状態を安定にしつつ、フランジ部振動の振動モードの結合係数を好適に高めることができ、変位を好適に大きくすることができる。

　他方、フランジ部９が長すぎると、種々のスプリアスが生じ、透光体振動の振動モードの励振が不安定となるおそれがある。よって、規格化周波数差は１０％以上、２０％以下であることが好ましい。それによって、振動の状態をより一層安定にすることができる。

　図８及び図９に示すように、透光体振動の振動モードでは、規格化周波数差が－１０％より大きく、１０％より小さい範囲を除く範囲においては、結合係数が高く、変位が大きい。ここで、透光体振動の振動モードの結合係数と、フランジ部振動の振動モードの結合係数との差の絶対値は、２％以下であることが好ましい。この場合には、透光体振動の振動モード及びフランジ部振動の振動モードの両方において、結合係数を高くすることができ、変位を大きくすることができる。よって、透光体振動の振動モード及びフランジ部振動の振動モードのいずれにおいても透光体８及び振動体３の連結体を好適に振動させることができ、水滴等をより一層確実に、かつ効率的に除去することができる。

１…振動装置
２…振動素子
３…振動体
３ａ，３ｂ…第１，第２の開口端部
３ｃ…外側面
３ｄ…内側面
４…第１の振動体部
５…第２の振動体部
６…連結部
７…圧電振動子
８…透光体
９…フランジ部
１０…イメージングデバイス
１０Ａ…撮像素子
１２…駆動回路
２３…振動体
２５…第２の振動体部
２５ｃ，２５ｄ…第１，第２の面
２５ｅ…段差部
３３…振動体

Claims

　筒状であり、第１の開口端部及び第２の開口端部と、前記第１の開口端部及び前記第２の開口端部を接続する外側面及び内側面と、を有する振動体と、
　前記振動体の前記第２の開口端部に連結されている、透光体と、
　前記透光体及び前記振動体の連結体を振動させるように、前記振動体に配置されている圧電振動子とを備え、前記振動体が、前記振動体の前記外側面から外側に延びるフランジ部を有し、
　前記圧電振動子に電気的に接続されており、前記透光体及び前記振動体の連結体を透光体振動の振動モードまたはフランジ部振動の振動モードにより振動させ、かつ前記透光体振動の振動モード及び前記フランジ部振動の振動モードを交互に切り替える駆動回路と、をさらに備える、振動装置。
　筒状であり、第１の開口端部及び第２の開口端部と、前記第１の開口端部及び前記第２の開口端部を接続する外側面及び内側面と、を有する振動体と、
　前記振動体の前記第２の開口端部に連結されている、透光体と、
　前記透光体及び前記振動体の連結体を振動させるように、前記振動体に配置されている圧電振動子と、を備え、前記振動体が、前記振動体の前記外側面から外側に延びるフランジ部を有し、
　前記圧電振動子に電気的に接続されており、前記透光体及び前記振動体の連結体を透光体振動を主要とする振動モードまたはフランジ部振動を主要とする振動モードにより振動させ、かつ前記透光体振動を主要とする振動モード及び前記フランジ部振動を主要とする振動モードを交互に切り替える駆動回路と、
をさらに備え、
　前記透光体振動の共振周波数をｆ１とし、前記フランジ部振動の共振周波数をｆ２としたときに、前記透光体振動を主要とする振動モードの振動の周波数をｆ１を含む周波数範囲内の周波数とし、前記フランジ部振動を主要とする振動モードの振動の周波数をｆ２を含む周波数範囲内の周波数とする、振動装置。
　前記振動体が、筒状の第１の振動体部と、枠状の第２の振動体部と、前記第１の振動体部及び前記第２の振動体部を連結する枠状の連結部と、を有し、
　前記第１の振動体部が前記第１の開口端部を含み、前記第２の振動体部が前記第２の開口端部を含む、請求項１または２に記載の振動装置。
　前記フランジ部が前記第２の振動体部に配置されている、請求項３に記載の振動装置。
　平面視において、前記連結部の外周縁が前記透光体に重なっている、請求項４に記載の振動装置。
　平面視において、前記連結部及び前記第１の振動体部の外周縁が重なっており、かつ前記連結部の内周縁が前記第１の振動体部及び前記第２の振動体部の内周縁より外側に位置している、請求項４または５に記載の振動装置。
　前記第１の振動体部が円筒状であり、前記第２の振動体部が円環状であり、前記連結部が円環状である、請求項３～６のいずれか１項に記載の振動装置。
　前記透光体振動の振動モードが、前記透光体において、平面視における外周縁の内側に振動の節が位置しておらず、かつ前記透光体の中央部の振幅が最大となる振動モードであり、
　前記フランジ部振動の振動モードが、前記フランジ部の平面視における外周縁の振幅が最大となる振動モードである、請求項１～７のいずれか１項に記載の振動装置。
　前記透光体振動の振動モードの共振周波数をｆ１とし、前記フランジ部振動の振動モードの共振周波数をｆ２としたときに、前記透光体振動の振動モードの共振周波数ｆ１と前記フランジ部振動の振動モードの共振周波数ｆ２との周波数差（ｆ１－ｆ２）を前記透光体振動の振動モードの共振周波数ｆ１により規格化した規格化周波数差｛（ｆ１－ｆ２）／ｆ１｝×１００（％）が、－７０％以上、－１０％以下である、請求項８に記載の振動装置。
　前記透光体振動の振動モードの共振周波数をｆ１とし、前記フランジ部振動の振動モードの共振周波数をｆ２としたときに、前記透光体振動の振動モードの共振周波数ｆ１と前記フランジ部振動の振動モードの共振周波数ｆ２との周波数差（ｆ１－ｆ２）を前記透光体振動の振動モードの共振周波数ｆ１により規格化した規格化周波数差｛（ｆ１－ｆ２）／ｆ１｝×１００（％）が、１０％以上、２０％以下である、請求項８に記載の振動装置。
　前記透光体振動の振動モードの結合係数と、前記フランジ部振動の振動モードの結合係数との差の絶対値が、２％以下である、請求項８～１０のいずれか１項に記載の振動装置。
　前記圧電振動子が、前記振動体の前記第１の開口端部に配置されている、請求項１～１１のいずれか１項に記載の振動装置。
　前記第１の開口端部及び第２の開口端部を結ぶ方向を軸方向としたときに、前記軸方向において、前記振動体の最も外側の部分に前記透光体が連結されている、請求項１～１２のいずれか１項に記載の振動装置。
　筒状であり、第１の開口端部及び第２の開口端部を有する振動体と、
　前記振動体の前記第２の開口端部に連結されている、透光体と、
　前記透光体及び前記振動体の連結体を振動させる圧電振動子と、を備え、
　前記振動体が、前記透光体が連結された前記第２の開口端部よりも外側に延びるフランジ部を有し、
　前記圧電振動子に電気的に接続されており、前記透光体及び前記振動体の連結部を透光体振動の振動モードまたはフランジ部振動の振動モードにより振動させ、かつ前記透光体振動の振動モード及び前記フランジ部振動の振動モードを交互に切り替える駆動回路と、をさらに備える、振動装置。
　筒状であり、第１の開口端部及び第２の開口端部を有する振動体と、
　前記振動体の前記第２の開口端部に連結されている、透光体と、
　前記透光体及び前記振動体の連結体を振動させる圧電振動子と、を備え、
　前記振動体が、前記透光体が連結された前記第２の開口端部よりも外側に延びるフランジ部を有し、
　前記圧電振動子に電気的に接続されており、前記透光体及び前記振動体の連結部を透光体振動の振動モードまたはフランジ部振動の振動モードにより振動させ、かつ前記透光体振動の振動モード及び前記フランジ部振動の振動モードを交互に切り替える駆動回路と、をさらに備え、
　前記フランジ部振動の振動モードにより、前記フランジ部の振幅が前記透光体の振幅よりも大きくなる、振動装置。
　前記第１の開口端部及び前記第２の開口端部を結ぶ方向を軸方向としたときに、前記フランジ部が、前記振動体の前記軸方向における中央の位置よりも前記透光体側に配置されている、請求項１４または１５に記載の振動装置。
　前記透光体振動の振動モードが、前記透光体において、平面視における外周縁の内側に振動の節が位置しておらず、かつ前記透光体の中央部の振幅が最大となる振動モードであり、
　前記フランジ部振動の振動モードが、前記フランジ部の平面視における外周縁の振幅が最大となる振動モードである、請求項１４～１６のいずれか１項に記載の振動装置。