WO2021038942A1 - 振動装置及び光学検出装置 - Google Patents

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WO2021038942A1
WO2021038942A1 PCT/JP2020/013578 JP2020013578W WO2021038942A1 WO 2021038942 A1 WO2021038942 A1 WO 2021038942A1 JP 2020013578 W JP2020013578 W JP 2020013578W WO 2021038942 A1 WO2021038942 A1 WO 2021038942A1
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WO
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vibrating
piezoelectric
vibrating body
translucent
piezoelectric element
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Application number
PCT/JP2020/013578
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English (en)
French (fr)
Inventor
仁志 坂口
宣孝 岸
崇彰 森
Original Assignee
株式会社村田製作所
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B17/00—Details of cameras or camera bodies; Accessories therefor
    • G03B17/02—Bodies
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B17/00—Details of cameras or camera bodies; Accessories therefor
    • G03B17/02—Bodies
    • G03B17/08—Waterproof bodies or housings

Definitions

  • the present invention relates to a vibration device and an optical detection device capable of removing water droplets or the like by mechanical vibration.
  • Patent Document 1 discloses a droplet exclusion device in which a piezoelectric element is attached to a drip-proof cover arranged in front of the image pickup element. By vibrating the drip-proof cover, water droplets in the field of view of the image sensor are removed. The drip-proof cover is held by the support frame. The image sensor is arranged in the internal space composed of the drip-proof cover and the support frame.
  • the piezoelectric element is largely displaced together with the drip-proof cover. Therefore, when the piezoelectric element itself vibrates in the intrinsic mode as a structure, the piezoelectric element is greatly deformed and the piezoelectric element receives stress. This increases the mechanical loss. Therefore, even if the voltage applied to the piezoelectric element is increased, it is difficult to sufficiently increase the vibration displacement of the dome portion of the drip-proof cover. Therefore, it was difficult to sufficiently remove water droplets and foreign substances.
  • An object of the present invention is to provide a vibration device and an optical detection device capable of efficiently vibrating a cover to which water droplets or the like adhere.
  • the vibrating device includes a piezoelectric body, a first vibrating body and a second vibrating body arranged so as to sandwich the piezoelectric body and fix the piezoelectric body, and the first vibration.
  • the natural frequency of the body is f 1
  • the natural frequency of the second vibrating body is f 2
  • the natural frequency ratio of the first vibrating body and the second vibrating body is f 2 / f 1.
  • the natural frequency ratio f 2 / f 1 is 0.6 or more.
  • the optical detection device includes a vibration device configured according to the present invention and an optical detection element arranged so that the translucent body includes a detection region.
  • FIG. 1 is a schematic front sectional view of the vibration device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the vibration device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a front sectional view of the vibration device of the comparative example.
  • FIG. 4 is a diagram showing vibration displacement and stress distribution when an input voltage of 20 V is applied to the piezoelectric element of the vibration device of the comparative example.
  • FIG. 5 is a diagram showing vibration displacement and stress distribution when an input voltage of 20 V is applied to the piezoelectric element of the vibration device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic front sectional view of the vibration device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the vibration device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a front sectional view of the vibration device of the comparative example.
  • FIG. 4 is a diagram showing vibration displacement and stress distribution when an input voltage of 20 V
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the input voltage applied to the piezoelectric element and the stress applied to the piezoelectric element in the vibration device of the first embodiment and the comparative example of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the natural frequency ratio f 2 / f 1 and the stress per unit displacement applied to the piezoelectric body.
  • 8 (a) and 8 (b) are schematic views for explaining the effect of suppressing the deformation of the piezoelectric body in the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the maximum displacement amount of the translucent body cover and the input voltage applied to the piezoelectric element in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the slope ⁇ x / ⁇ V of the change in the maximum displacement amount of the translucent body cover with respect to the change in the input voltage and the stress applied to the piezoelectric body.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the input voltage applied to the piezoelectric element, the frequency, and the displacement amount of the translucent body cover in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic front sectional view of a vibration device according to a modified example of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a front sectional view of the vibration device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram showing vibration displacement and stress distribution when an input voltage of 20 V is applied to the piezoelectric element of the vibration device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the input voltage applied to the piezoelectric element and the stress applied to the piezoelectric element in the vibration devices of the first embodiment, the second embodiment and the comparative example of the present invention.
  • FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the input voltage applied to the piezoelectric element, the frequency, and the displacement amount of the translucent body cover in the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the maximum displacement amount of the translucent body cover and the input voltage applied to the piezoelectric element in the first embodiment and the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 18 is a front sectional view of the vibration device according to the first modification of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 19 is a front sectional view of a vibration device according to a second modification of the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 20 is a front sectional view of the vibration device according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 21 is a front sectional view of the vibration device according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 22 is a front sectional view of the vibration device according to the first modification of the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 is a front sectional view of the vibration device according to the second modification of the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 24 is a front sectional view of the vibration device according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 25 is a front sectional view of the vibration device according to the modified example of the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 26 is a perspective view of the imaging device according to the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 27 is a front sectional view of the imaging device according to the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic front sectional view of the vibration device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is an exploded perspective view of the vibration device according to the first embodiment.
  • the control circuit described later may be omitted.
  • the vibrating device 1 shown in FIGS. 1 and 2 is a vibrating device that removes water droplets and foreign matter from the field of view of the image pickup device by moving water droplets and foreign matter by vibration or atomizing the water droplets and the like.
  • the vibrating device 1 includes a piezoelectric element 6, a first vibrating body 2, a second vibrating body 5, and a control circuit 9.
  • the first vibrating body 2 and the second vibrating body 5 are arranged so as to sandwich the piezoelectric element 6 and fix the piezoelectric element 6.
  • the control circuit 9 is electrically connected to the piezoelectric element 6.
  • the internal space is composed of the first vibrating body 2, the piezoelectric element 6, and the second vibrating body 5.
  • An optical detection element such as an image sensor is arranged in this internal space.
  • the internal space is not limited to a closed space, and a space partially open to the outside is also referred to as an internal space.
  • the internal space in the vibrating device 1 is open to the outside on the side of the second vibrating body 5. More specifically, the second vibrating body 5 has a tubular shape and has a first open end surface 5b and a second open end surface 5c. When the direction connecting the first opening end surface 5b and the second opening end surface 5c is the axial direction Z, the second opening end surface 5c side in the axial direction Z of the vibrating device 1 is open to the outside.
  • the first vibrating body 2 has a translucent body and a holding member 4. More specifically, the translucent body is a translucent body cover 3 and has a dome-shaped shape. The shape of the translucent body cover 3 in a plan view is circular. In the present specification, the plan view means a direction viewed from the upper side of FIG.
  • the translucent body cover 3 has an inner surface 3d and an outer surface 3e.
  • the translucent body cover 3 has a bottom surface 3c.
  • the translucent body cover 3 has a flange portion 3a provided near the bottom surface 3c.
  • the flange portion 3a has a first surface 3b and a second surface facing each other. In the present embodiment, the second surface of the flange portion 3a is included in the bottom surface 3c, and the bottom surface 3c is included in the outer surface 3e.
  • the shape of the translucent body cover 3 is not limited to the above, and may be, for example, a flat plate.
  • the shape of the translucent body cover 3 in a plan view may be, for example, a polygon.
  • the translucent body cover 3 does not have to have the flange portion 3a.
  • the translucent body may be included, for example, as part of the cover member. In this case, it is preferable that the translucent body is arranged so that the translucent body includes the detection region of the optical detection element.
  • Borosilicate glass is used as the material of the translucent body cover 3.
  • the material of the translucent cover 3 is not limited to the above, and for example, translucent plastic, glass such as quartz or soda lime glass, translucent ceramic, or the like can be used.
  • the translucency in the present specification means at least the translucency through which energy rays and light having a wavelength detected by an optical detection element such as the image sensor are transmitted.
  • the holding member 4 is connected to the bottom surface 3c of the translucent body cover 3. More specifically, the holding member 4 is connected to a connecting portion 4a connected to the bottom surface 3c of the translucent body cover 3, a spring portion 4b connected to the connecting portion 4a, and a spring portion 4b. It has a bottom 4c.
  • the connecting portion 4a has a ring shape.
  • the connecting portion 4a has a first main surface and a second main surface. The first main surface of the connecting portion 4a is connected to the translucent body cover 3.
  • the spring portion 4b and the bottom portion 4c have a cylindrical shape extending in the axial direction Z.
  • the shape of each portion of the holding member 4 is not limited to the above.
  • the connecting portion 4a may have a frame-like shape other than a ring shape, for example.
  • the spring portion 4b and the bottom portion 4c may have a shape such as a square cylinder.
  • SUS420J2 is used as the material of the holding member 4.
  • the material of the holding member 4 is not limited to the above.
  • a metal other than the above or an appropriate ceramic can also be used.
  • the piezoelectric element 6 is attached to the second main surface of the connecting portion 4a of the holding member 4. In a plan view, the translucent body cover 3 and the piezoelectric element 6 overlap each other.
  • the piezoelectric element 6 has a ring shape.
  • the piezoelectric element 6 has a ring-shaped piezoelectric body 7.
  • the piezoelectric body 7 has a first main surface 7b and a second main surface 7c. More specifically, the first main surface 7b and the second main surface 7c face each other in the axial direction Z.
  • the first main surface 7b is located on the connecting portion 4a side of the holding member 4.
  • the piezoelectric element 6 has a first electrode 8a provided on the first main surface 7b of the piezoelectric body 7 and a second electrode 8b provided on the second main surface 7c.
  • the first electrode 8a and the second electrode 8b have a ring shape and are provided so as to face each other.
  • the first electrode 8a and the second electrode 8b are each electrically connected to the control circuit 9.
  • an appropriate metal can be used as the material of the first electrode 8a and the second electrode 8b.
  • the first electrode 8a and the second electrode 8b may be electrodes made of a metal thin film such as Ag or Au, which are formed by a sputtering method or the like.
  • the holding member 4 When the holding member 4 is made of metal as in the present embodiment, the holding member 4 may be used as the first electrode of the piezoelectric element 6. In this case, the first electrode 8a of the piezoelectric element 6 shown in FIGS. 1 and 2 may not be provided.
  • PZT lead zirconate titanate
  • the material of the piezoelectric body 7 is not limited to the above.
  • an appropriate piezoelectric ceramic such as PT (lead titanate) or (K, Na) NbO 3 or an appropriate piezoelectric single crystal such as LiTaO 3 or LiNbO 3 may be used.
  • the shape of the piezoelectric body 7 is not limited to the above.
  • one ring-shaped piezoelectric element 6 is provided, but the present invention is not limited to this.
  • a plurality of rectangular plate-shaped piezoelectric elements may be provided along the outer peripheral edge of the second vibrating body 5 in a plan view.
  • the piezoelectric element 6 is attached to the first vibrating body 2 on the side of the first electrode 8a.
  • the second vibrating body 5 is attached to the second electrode 8b side of the piezoelectric element 6.
  • the second vibrating body 5 is arranged together with the first vibrating body 2 so as to sandwich the piezoelectric body 7 via the first electrode 8a and the second electrode 8b. More specifically, in the present embodiment, the first vibrating body 2 and the second vibrating body 5 are arranged so as to sandwich the piezoelectric body 7 in the axial direction Z. As a result, the first vibrating body 2 and the second vibrating body 5 fix the piezoelectric body 7.
  • the second vibrating body 5 has a cylindrical shape extending in the axial direction Z.
  • the second vibrating body 5 has an inner side surface 5d and an outer side surface 5e in addition to the first opening end surface 5b and the second opening end surface 5c.
  • the inner side surface 5d is connected to the first opening end surface 5b and the second opening end surface 5c, and is located inside the radial direction X.
  • the outer side surface 5e is connected to the first opening end surface 5b and the second opening end surface 5c, and is located outside the radial direction X.
  • the first opening end surface 5b is located on the translucent body cover 3 side.
  • the piezoelectric element 6 is attached to the first opening end surface 5b.
  • the direction orthogonal to the axial direction Z may be described as X.
  • the first vibrating body 2 and the second vibrating body 5 fix the piezoelectric body 7 over the entire orbiting direction when the orbiting direction around the axis extending in the axial direction Z is set as the orbiting direction.
  • the second vibrating body 5 is provided so as to form an internal space together with the first vibrating body 2 and the piezoelectric element 6.
  • the shape of the second vibrating body 5 is not limited to a cylindrical shape, and may be, for example, a square tubular shape.
  • SUS420J2 is used as the material of the second vibrating body 5.
  • the material of the second vibrating body 5 is not limited to the above.
  • a metal other than the above an appropriate ceramic, or the like can also be used.
  • the second vibrating body 5 may be used as the second electrode of the piezoelectric element 6.
  • the second electrode 8b of the piezoelectric element 6 shown in FIGS. 1 and 2 may not be provided.
  • the control circuit 9 of the present embodiment is driven by applying a voltage to the piezoelectric element 6 to vibrate at the resonance frequency of the structure including the first vibrating body 2, the piezoelectric element 6 and the second vibrating body 5.
  • the vibrating device 1 does not necessarily have to have the control circuit 9, and the piezoelectric element 6 may be driven by a signal from the outside.
  • the natural frequency of the first vibrating body 2 is f 1
  • the natural frequency of the second vibrating body 5 is f 2
  • the natural frequency ratio of the first vibrating body 2 and the second vibrating body 5 is set.
  • f 2 / f 1 The feature of this embodiment is that the first vibrating body 2 and the second vibrating body 5 are arranged so as to sandwich and fix the piezoelectric body 7, and the natural frequency ratio f 2 / f 1 is 0. It is to be 6 or more.
  • the stress applied to the piezoelectric body 7 during vibration can be suppressed, and the mechanical loss can be suppressed.
  • the translucent body cover 3 to which water droplets or the like adhere can be efficiently vibrated. The details of the effect of suppressing the stress applied to the piezoelectric body 7 and the effect of efficiently vibrating the translucent body cover 3 will be described below.
  • the stress applied to the piezoelectric body 7 was compared between the vibrating device 1 having the configuration of the first embodiment and the vibrating device 101 of the comparative example shown in FIG.
  • the comparative example differs from the first embodiment in that it does not have the holding member 4 and the second vibrating body 5. Since the vibrating device 101 of the comparative example does not have the second vibrating body 5, the natural frequency ratio f 2 / f 1 in the comparative example is 0.
  • the vibrating device 1 having the configuration of the first embodiment and the vibrating device 101 of the comparative example were prepared.
  • the material and outer size of the translucent body cover 3 and the piezoelectric body 7 of each vibrating device are as follows.
  • the height means a dimension along the axial direction.
  • the wall thickness of the translucent body cover 3 means the distance between the inner surface 3d and the outer surface 3e at each portion.
  • the wall thickness of the translucent cover 3 does not include the distance between the inner surface 3d and the outer surface 3e of the flange portion 3a.
  • the thickness of the piezoelectric body 7 of the first embodiment and the comparative example is the distance between the first main surface 7b and the second main surface 7c.
  • Translucent cover 3 Material: Borosilicate glass, outer diameter: 29 mm, height: 10 mm, wall thickness: 2 mm Piezoelectric 7; Material: PZT, outer diameter: 26 mm, thickness: 1 mm
  • the size of the material and the outer shape of the holding member 4 and the second vibrating body 5 of the vibrating device 1 having the configuration of the first embodiment are as follows.
  • Holding member 4 Material: SUS420J2, outer diameter: 35 mm, inner diameter: 19 mm, height: 7.3 mm Second vibrating body 5; Material: SUS420J2, outer diameter: 26 mm, inner diameter: 20 mm, height: 4 mm
  • FIG. 4 is a diagram showing vibration displacement and stress distribution when an input voltage of 20 V is applied to the piezoelectric element of the vibration device of the comparative example.
  • FIG. 5 is a diagram showing vibration displacement and stress distribution when an input voltage of 20 V is applied to the piezoelectric element of the vibration device according to the first embodiment. 4 and 5 show a portion corresponding to half of the cross section shown in FIG. Other drawings showing the vibration displacement may also show a portion corresponding to half of the cross section of the vibrating device along the axial direction Z.
  • the arrow A in FIG. 5 indicates the direction of displacement of the first vibrating body 2 at the moment shown in FIG. 5, and the arrow B indicates the direction of displacement of the second vibrating body 5.
  • the piezoelectric body 7 is greatly deformed, and a stress larger than 100 MPa is applied to the piezoelectric body 7.
  • a stress larger than 100 MPa is applied to the piezoelectric body 7.
  • FIG. 5 it can be seen that the deformation of the piezoelectric body 7 is suppressed in the first embodiment.
  • the stress applied to the piezoelectric body 7 is 100 MPa or less. More specifically, the stress applied to the piezoelectric body 7 is about 10 MPa to 13 MPa, which is reduced to about 1/10 of the comparative example.
  • the value of this stress is a value obtained by calculating the average value of the stress applied to the entire piezoelectric body 7.
  • the simulation was performed with a two-dimensional axisymmetric model. As a boundary condition, an arbitrary potential difference is applied to the first main surface 7b and the second main surface 7c of the piezoelectric body 7.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the input voltage applied to the piezoelectric element and the stress applied to the piezoelectric element in the vibrating device of the first embodiment and the comparative example.
  • the stress applied to the piezoelectric body is smaller in the first embodiment than in the comparative example.
  • the piezoelectric body 7 is significantly deformed.
  • the piezoelectric body 7 is fixed by the first vibrating body 2 and the second vibrating body 5.
  • the natural frequency ratio f 2 / f 1 of the first vibrating body 2 and the second vibrating body 5 is 0.6 or more. As a result, the stress applied to the piezoelectric body 7 can be further suppressed. This will be described below.
  • FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the natural frequency ratio f 2 / f 1 and the stress per unit displacement applied to the piezoelectric body.
  • the unit displacement means a case where the piezoelectric body 7 is displaced by 1 ⁇ m.
  • the alternate long and short dash line C and the alternate long and short dash line D in FIG. 7 indicate the slope of the change in stress per unit displacement with respect to the change in the natural frequency ratio f 2 / f 1, respectively.
  • the natural frequency ratio f 2 / f 1 when the natural frequency ratio f 2 / f 1 is 0.9 or more, the natural frequency ratio f 2 / f 1 is less than 0.9. It can be seen that the above inclination is large. Therefore, when the natural frequency ratio f 2 / f 1 is 0.9 or more, the stress applied to the piezoelectric body 7 becomes even smaller as the value of the natural frequency ratio f 2 / f 1 increases. When the natural frequency ratio f 2 / f 1 is about 1 to 1.1, the inclination becomes small.
  • the stress applied to the piezoelectric body 7 can be effectively suppressed for the following reasons. Conceivable.
  • the natural frequency ratio f 2 / f 1 is 0.6 or more, as shown by arrows A and B in FIG. 5, the direction of displacement of the first vibrating body 2 and the second vibrating body 5 The directions of displacement of are opposite to each other. Therefore, as the vibration of the entire vibrating device 1, the displacement is canceled out in the portion of the piezoelectric body 7. As a result, the deformation of the piezoelectric body 7 is suppressed, and the stress applied to the piezoelectric body 7 is effectively suppressed.
  • FIG. 8A and 8 (b) are schematic views for explaining the effect of suppressing the deformation of the piezoelectric body in the present invention.
  • FIG. 8A is a spring-mass model schematically showing the translucent body cover 3 and the piezoelectric body 7 in the comparative example by mass and spring.
  • FIG. 8B is a spring-mass model schematically showing the first vibrating body 2, the second vibrating body 5, and the piezoelectric body 7 in the first embodiment by mass and spring.
  • the deformation of each part corresponds to the expansion and contraction of the spring.
  • the mass of the first vibrating body 2 is M 1
  • the mass of the second vibrating body 5 is M 2
  • the mass of the piezoelectric body 7 is M p
  • the spring constant of the first vibrating body 2 is K 1
  • the second Let K 2 be the spring constant of the vibrating body 5 and K p be the spring constant of the piezoelectric body.
  • the translucent body cover 3 is connected to the piezoelectric body 7. As described above, in the comparative example, the second vibrating body 5 is not provided. When the translucent body cover 3 is deformed, an external force is applied to the piezoelectric body 7. Since the spring constant K p of the piezoelectric body 7 is not large, the piezoelectric body 7 is easily deformed by applying an external force.
  • the piezoelectric body 7 and the second vibration are viewed from the first vibrating body 2.
  • the body 5 is a combined body.
  • the mass and spring constant of the combined body are M p + M 2 and K p + K 2 , which are the sum of the piezoelectric body 7 and the second vibrating body 5.
  • the natural frequency is known to be proportional to the square root of the spring constant / mass. Therefore, the higher the natural frequency, the larger the spring constant.
  • the natural frequency ratio f 2 / f 1 is 0.9 or more, the natural frequency of the second vibrating body 5 is high, so that the spring constant K 2 of the second vibrating body 5 is large.
  • the piezoelectric body 7 and the second vibrating body 5 are coupled, and the spring constant K p + K 2 of the coupled body is also large.
  • the piezoelectric body 7 is stressed by the deformation of the first vibrating body 2, the coupling body of the piezoelectric body 7 and the second vibrating body 5 is hard to be deformed, and the piezoelectric body which is a part of the coupling body is hard to be deformed. 7 is also hard to deform.
  • the natural frequency ratio f 2 / f 1 When the natural frequency ratio f 2 / f 1 is larger than 1, the coupling of the vibrations of the first vibrating body 2 and the second vibrating body 5 becomes weak, so the arrows A and arrows in FIG. It is considered that the effect of the above-mentioned offset shown by B is weakened.
  • the natural frequency ratio f 2 / f 1 when the natural frequency ratio f 2 / f 1 is larger than 1, the natural frequency of the second vibrating body 5 is large, so that the deformation of the piezoelectric body 7 is effectively suppressed as described above. Can be done.
  • the stress per unit displacement of the piezoelectric body 7 can be set to 1.5 MPa / ⁇ m or less, as shown in FIG. Therefore, the deformation of the piezoelectric body 7 can be suppressed more effectively.
  • the upper limit of the natural frequency ratio f 2 / f 1 is not particularly limited, but is preferably 5 or less.
  • the details of the fact that the translucent body cover 3 can be efficiently vibrated by suppressing the stress applied to the piezoelectric body 7 will be described below.
  • the amount of displacement at the center of the translucent body cover 3 when the input voltage applied to the piezoelectric element 6 of the vibrating device 1 having the configuration of the first embodiment was changed was determined.
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the maximum displacement amount of the translucent body cover and the input voltage applied to the piezoelectric element in the first embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the slope ⁇ x / ⁇ V of the change in the maximum displacement amount of the translucent body cover with respect to the change in the input voltage and the stress applied to the piezoelectric body.
  • the slope ⁇ x / ⁇ V of the change in the maximum displacement amount of the translucent body cover 3 becomes smaller.
  • the stress applied to the piezoelectric body 7 increases, it becomes difficult to increase the displacement amount of the translucent body cover 3 even if the input voltage is increased.
  • the translucent body cover 3 can be vibrated efficiently.
  • the stress applied to the piezoelectric body 7 is 60 MPa or more, the change of the slope ⁇ x / ⁇ V of the change in the maximum displacement amount of the translucent body cover 3 becomes gradual as compared with the case where the stress is less than 60 MPa. ing.
  • the stress becomes 100 MPa or more, the slope ⁇ x / ⁇ V sharply decreases. Therefore, when the stress applied to the piezoelectric body 7 is greater than 100 MPa, the vibration efficiency of the translucent body cover 3 drops sharply. Therefore, the stress applied to the piezoelectric body 7 is preferably 100 MPa or less.
  • the stress applied to the piezoelectric body 7 can be set to a slope ⁇ x / ⁇ V of 60% or more of the slope ⁇ x / ⁇ V at about 0 to 20 MPa.
  • the vibration efficiency of the translucent body cover 3 can be suitably increased.
  • the stress applied to the piezoelectric body 7 is more preferably 60 MPa or less. Thereby, the vibration efficiency of the translucent body cover 3 can be further improved.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the input voltage applied to the piezoelectric element, the frequency, and the displacement amount of the translucent body cover in the first embodiment.
  • the input voltage was 20V, 40V and 50V.
  • the frequency at which the displacement amount of the translucent body cover 3 is maximized does not change even if the input voltage is changed.
  • the waveform showing the relationship between the frequency and the displacement amount of the translucent body cover 3 is almost unchanged when the input voltage is changed. Therefore, the vibration can be easily controlled. This is because the stress applied to the piezoelectric body 7 can be suppressed.
  • the holding member 4 is fixed to the outside at the bottom 4c shown in FIG. Thereby, vibration damping can be suppressed.
  • the cross section of the holding member 4 along the axial direction Z has a substantially L-shaped shape.
  • the thickness of each portion of the holding member 4 is defined as the thickness of each portion of the holding member 4 along the direction orthogonal to the extending direction
  • the thickness of the bottom portion 4c of the holding member 4 is the thickness of the spring portion 4b. Thicker than thick.
  • the spring portion 4b is more easily deformed than the bottom portion 4c.
  • the component of the vibration in the radial direction X is absorbed by the springiness of the spring portion 4b.
  • the absorption of vibration by the spring portion 4b means that most of the vibration propagated from the piezoelectric element 6 to the holding member 4 via the connecting portion 4a can be the vibration in the spring portion 4b. This makes it difficult for vibration to leak to the bottom 4c.
  • the bottom 4c since the bottom 4c is thick, the bottom 4c itself is not easily deformed. Therefore, vibration leakage to the bottom portion 4c of the holding member 4 can be effectively suppressed. Therefore, when the bottom portion 4c is fixed to the outside or the like, the occurrence of vibration damping can be suppressed.
  • the shapes of the first vibrating body 2 and the second vibrating body 5 are not limited to the shapes in the first embodiment.
  • the first vibrating body 2 does not necessarily have to have the holding member 4.
  • the natural frequency ratio f 2 / f 1 may be 0.6 or more.
  • the first vibrating body 2 or the second vibrating body 5 is made of metal, the first vibrating body 2 or the second vibrating body 5 is used as the first electrode 8a of the piezoelectric element 6. Alternatively, it can be used as the second electrode 8b.
  • the holding member 4 and the second vibrating body 5 in the first vibrating body 2 are used as the first electrode and the second electrode of the piezoelectric element.
  • the piezoelectric body 7 is electrically connected to the control circuit 9 via the holding member 4 and the second vibrating body 5.
  • the first vibrating body 2 and the second vibrating body 5 directly sandwich and fix the piezoelectric body 7.
  • the stress applied to the piezoelectric body 7 can be suppressed, and the translucent body cover 3 to which water droplets or the like adhere can be efficiently vibrated.
  • FIG. 13 is a front sectional view of the vibration device according to the second embodiment.
  • This embodiment is different from the first embodiment in that recesses 15f are provided on the inner surface 15d of the second vibrating body 15 over the entire circumference in the circumferential direction.
  • the second vibrating body 15 has a tubular shape and a tuning fork shape.
  • the inner diameter of the second vibrating body 15 is larger in the portion where the recess 15f is provided than in the other portion.
  • the outer diameter of the second vibrating body 15 is constant. Except for the above points, the vibrating device 11 of the present embodiment has the same configuration as the vibrating device 1 of the first embodiment.
  • FIG. 14 shows the vibration displacement and stress distribution of the vibrating device 11 during vibration.
  • the materials and external sizes of the translucent body cover 3, the piezoelectric body 7, the holding member 4, and the second vibrating body 15 of the prepared vibrating device 11 are as follows.
  • Translucent cover 3 Material: Borosilicate glass, outer diameter: 29 mm, height: 10 mm, wall thickness: 2 mm Piezoelectric 7; Material: PZT, outer diameter: 26 mm, thickness: 1 mm Holding member 4; Material: SUS420J2, outer diameter: 35 mm, inner diameter: 18 mm, height: 9.3 mm Second vibrating body 15; Material: SUS420J2, outer diameter: 26 mm, inner diameter: 20 mm, height: 5.5 mm
  • FIG. 14 shows the vibration displacement and the stress distribution when an input voltage of 20 V is applied to the piezoelectric element of the vibration device according to the second embodiment.
  • the deformation of the piezoelectric body 7 is suppressed as in the first embodiment.
  • the stress applied to the piezoelectric body 7 is about 10 MPa to 13 MPa. Further, as in the first embodiment, the stress applied to the piezoelectric body when the input voltage applied to the piezoelectric element 6 was changed was simulated.
  • FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the input voltage applied to the piezoelectric element and the stress applied to the piezoelectric element in the vibration devices of the first embodiment, the second embodiment, and the comparative example.
  • the stress applied to the piezoelectric body 7 is higher than that in the comparative example. It can be seen that it is suppressed. As described above, even in the second embodiment in which the shape of the second vibrating body 15 is different from that of the first embodiment, the stress applied to the piezoelectric body 7 can be reduced to the same extent as in the first embodiment. There is.
  • the natural frequency ratio f 2 / f 1 is 0.6 or more. Therefore, as shown in FIG. 7, the stress applied to the piezoelectric body 7 can be effectively suppressed. As a result, the translucent body cover 3 can be vibrated efficiently. This is shown below. The amount of displacement at the center of the translucent body cover 3 when the input voltage applied to the piezoelectric element 6 in the vibrating device 11 having the configuration of the second embodiment was changed was determined.
  • FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the input voltage applied to the piezoelectric element, the frequency, and the displacement amount of the translucent body cover in the second embodiment.
  • FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the maximum displacement amount of the translucent body cover and the input voltage applied to the piezoelectric element in the first embodiment and the second embodiment.
  • the input voltages were set to 20V, 40V, and 50V.
  • the frequency at which the displacement amount of the translucent body cover 3 is maximized does not change even if the input voltage is changed.
  • the waveform showing the relationship between the frequency and the displacement amount of the translucent body cover 3 is almost unchanged when the input voltage is changed.
  • the maximum displacement amount of the translucent body cover 3 is the input voltage.
  • it can be seen that it increases linearly. The translucent body cover 3 to which water droplets or the like adhere can be efficiently vibrated according to the input voltage.
  • first modification and a second modification of the second embodiment in which only the shape of the second vibrating body is different from the second embodiment, will be shown. Also in the first modification and the second modification, the stress applied to the piezoelectric body 7 can be suppressed as in the second embodiment, and the translucent cover 3 to which water droplets or the like adhere can be efficiently attached. Can be vibrated.
  • recesses 15f are provided over the entire outer surface 25e of the second vibrating body 25A in the circumferential direction.
  • the second vibrating body 25A has a tubular shape and a tuning fork shape.
  • the outer diameter of the second vibrating body 25A is smaller in the portion where the recess 15f is provided than in the other portion.
  • the inner diameter of the second vibrating body 25A is constant.
  • recesses 15f are provided on both the inner side surface 15d and the outer side surface 25e of the second vibrating body 25B over the entire circumference in the circumferential direction.
  • the position of the recess 15f provided on the inner side surface 15d is closer to the translucent body cover 3 than the position of the recess 15f provided on the outer surface 25e.
  • the position of the recess 15f provided on the outer surface 25e may be closer to the translucent body cover 3 than the position of the recess 15f provided on the inner surface 15d.
  • the cross section of the second vibrating body 25B along the axial direction Z has a substantially S-shaped shape.
  • FIG. 20 is a front sectional view of the vibration device according to the third embodiment.
  • This embodiment is different from the first embodiment in that the second vibrating body 35 is a holding member.
  • the vibrating device of the present embodiment is fixed to the outside by the holding member 4 of the first vibrating body 2 and the second vibrating body 35. Except for the above points, the vibrating device of the present embodiment has the same configuration as the vibrating device 1 of the first embodiment.
  • the second vibrating body 35 has a connecting portion 35a connected to the second electrode 8b side of the piezoelectric element 6, a spring portion 35b connected to the connecting portion 35a, and a bottom portion connected to the spring portion 35b. It has 35c and. Unlike the connecting portion 4a of the holding member 4 of the first vibrating body 2, the connecting portion 35a of the second vibrating body 35 has a cylindrical shape extending in the axial direction Z. As a result, the natural frequency ratio f 2 / f 1 can be increased by increasing the natural frequency of the second vibrating body 35.
  • the spring portion 35b and the bottom portion 35c have a cylindrical shape extending in the axial direction Z.
  • the shape of each portion of the second vibrating body 35 is not limited to the above.
  • the connecting portion 35a may have a shape other than a cylindrical shape, for example.
  • the spring portion 35b and the bottom portion 35c may have a shape such as a square cylinder.
  • the spring portion 35b and the bottom portion 35c of the second vibrating body 35 are configured in the same manner as the spring portion 4b and the bottom portion 4c of the holding member 4 of the first vibrating body 2. Therefore, when the bottom portion 35c of the second vibrating body 35 is fixed to the outside or the like, the occurrence of vibration damping can be suppressed.
  • the first vibrating body 2 and the second vibrating body 35 are arranged so as to sandwich and fix the piezoelectric body 7, and the natural frequency ratio f 2 / f 1 is 0.6. That is all. Therefore, as in the first embodiment, the stress applied to the piezoelectric body 7 can be suppressed, and the translucent body cover 3 to which water droplets or the like adhere can be efficiently vibrated.
  • FIG. 21 is a front sectional view of the vibration device according to the fourth embodiment.
  • This embodiment is different from the third embodiment in that the first vibrating body 42 does not have a holding member and has a tubular body 44. Except for the above points, the vibrating device of the present embodiment has the same configuration as the vibrating device of the third embodiment.
  • the tubular body 44 of the first vibrating body 42 has a tuning fork shape. More specifically, the tubular body 44 has a first open end face 44b and a second open end face 44c facing each other.
  • the tubular body 44 has an inner side surface 54d and an outer side surface 44e.
  • the inner side surface 54d is connected to the first opening end surface 44b and the second opening end surface 44c, and is located inside the radial direction X.
  • the outer side surface 44e is connected to the first opening end surface 44b and the second opening end surface 44c, and is located outside the radial direction X.
  • the first opening end surface 44b is attached to the translucent body cover 3.
  • the piezoelectric element 6 is attached to the second open end surface 44c.
  • Recesses 44f are provided on the entire inner surface 54d in the circumferential direction.
  • the inner diameter of the tubular body 44 is larger in the portion where the recess 44f is provided than in the other portion.
  • the outer diameter of the tubular body 44 is constant.
  • the first vibrating body 42 and the second vibrating body 35 are arranged so as to sandwich and fix the piezoelectric body 7, and the natural frequency ratio f 2 / f 1 is 0.6. That is all. Therefore, as in the third embodiment, the stress applied to the piezoelectric body 7 can be suppressed, and the translucent body cover 3 to which water droplets or the like adhere can be efficiently vibrated.
  • first modification and a second modification of the fourth embodiment in which only the shape of the tubular body of the first vibrating body is different from the fourth embodiment, will be shown. Also in the first modification and the second modification, the stress applied to the piezoelectric body 7 can be suppressed as in the fourth embodiment, and the translucent cover 3 to which water droplets or the like adhere can be efficiently attached. Can be vibrated.
  • the tubular body 54A of the first vibrating body is provided with a recess 44f on the outer surface 54e and is not provided with the recess 44f on the inner surface 44d. More specifically, the recesses 44f are provided over the entire outer surface 54e in the circumferential direction.
  • the outer diameter of the tubular body 54A is smaller in the portion where the recess 44f is provided than in the other portion.
  • the inner diameter of the tubular body 54A is constant.
  • the tubular body 54A has a tuning fork shape.
  • the tubular body 54B of the first vibrating body has the fourth embodiment and the fourth embodiment in that recesses are provided on both the inner side surface 54d and the outer side surface 54e. It is different from the modification of 1.
  • the cross section of the tubular body 54B along the axial direction Z has a substantially S-shaped shape.
  • FIG. 24 is a front sectional view of the vibration device according to the fifth embodiment.
  • the direction in which the first vibrating body 42 and the second vibrating body 65 fix the piezoelectric body 7 and the configurations of the piezoelectric element 66 and the second vibrating body 65 are different from those in the fourth embodiment.
  • the vibrating device 61 of the present embodiment has the same configuration as the vibrating device of the fourth embodiment.
  • the piezoelectric element 66 has a piezoelectric body 67.
  • the piezoelectric body 67 has a cylindrical shape extending in the axial direction Z.
  • the piezoelectric body 67 has an inner surface 67d and an outer surface 67e.
  • a first electrode 8a is provided on the inner surface 67d, and a second electrode 8b is provided on the outer surface 67e.
  • the second vibrating body 65 of the vibrating device 61 is a holding member.
  • the configuration of the connecting portion 65a of the second vibrating body 65 is different from that of the second vibrating body 35 in the fourth embodiment. More specifically, the connecting portion 65a extends in the axial direction Z like the spring portion 35b, and has the same wall thickness as the spring portion 35b. On the other hand, the wall thickness of the bottom portion 35c of the second vibrating body 65 is thicker than the wall thickness of the spring portion 35b. Therefore, as in the fourth embodiment, when the bottom portion 35c is fixed to the outside or the like, the occurrence of vibration damping can be suppressed.
  • the first electrode 8a side of the piezoelectric element 66 is attached to the outer surface 44e of the tubular body 44 of the first vibrating body 42.
  • the recess 44f of the tubular body 44 is located closer to the translucent body cover 3 than the piezoelectric element 66.
  • the piezoelectric element 66 is connected to a portion of the outer surface 44e of the tubular body 44 including an end portion on the second open end surface 44c side.
  • the position where the piezoelectric element 66 is attached to the outer surface 44e is not limited to the above.
  • the second electrode 8b side of the piezoelectric element 66 is connected to the connecting portion 65a of the second vibrating body 65. More specifically, the piezoelectric element 66 is connected at a position of the connecting portion 65a including the end portion on the translucent body cover 3 side.
  • the position where the piezoelectric element 66 is connected to the connecting portion 65a is not limited to the above.
  • the first vibrating body 42 and the second vibrating body 65 are arranged so as to sandwich the piezoelectric body 7 in the direction X orthogonal to the axial direction Z. As a result, the first vibrating body 42 and the second vibrating body 65 fix the piezoelectric body 7.
  • the natural frequency ratio f 2 / f 1 is 0.6 or more. Therefore, as in the fourth embodiment, the stress applied to the piezoelectric body 7 can be suppressed, and the translucent body cover 3 to which water droplets or the like adhere can be efficiently vibrated.
  • the shapes of the first vibrating body 42 and the second vibrating body 65 are not limited to the above.
  • the first vibrating body has a tubular body 54A similar to the first modified example of the fourth embodiment.
  • the second vibrating body 15 has the same configuration as that of the second embodiment.
  • the piezoelectric element 66 is sandwiched between the outer surface 54e of the tubular body 54A of the first vibrating body and the inner side surface 15d of the second vibrating body 15.
  • the recess 44f of the tubular body 54A of the first vibrating body is located closer to the translucent body cover 3 than the piezoelectric element 66, as in the fifth embodiment.
  • the piezoelectric element 66 is connected to a portion of the outer surface 54e of the tubular body 54A including the end portion on the second open end surface 44c side.
  • the recess 15f of the second vibrating body 15 is located closer to the second opening end surface 5c than the piezoelectric element 66.
  • the piezoelectric element 66 is connected to a portion of the inner side surface 15d of the second vibrating body 15 including an end portion on the first open end surface 5b side.
  • the position where the piezoelectric element 66 is attached to the outer surface 54e of the tubular body 54A and the position where the piezoelectric element 66 is attached to the inner side surface 15d of the second vibrating body 15 are not limited to the above.
  • the stress applied to the piezoelectric body 7 can be suppressed, and the translucent body cover 3 to which water droplets or the like adhere can be efficiently vibrated, as in the fifth embodiment.
  • FIG. 26 is a perspective view of the imaging device according to the sixth embodiment.
  • FIG. 27 is a front sectional view of the imaging device according to the sixth embodiment.
  • the imaging device 70 as an optical detection device includes a vibration device 71 and an image pickup element 70A arranged in the internal space of the vibration device 71.
  • the vibrating device 71 in this embodiment is different from the vibrating device 11 in the second embodiment in that it has a case member 72. Except for the above points, the vibrating device 71 of the present embodiment has the same configuration as the vibrating device 11 of the second embodiment.
  • the case member 72 has a frame-shaped first case portion 73, a substantially square tubular second case portion 74, and a plate-shaped third case portion 75.
  • the second case portion 74 is connected to the first case portion 73.
  • the third case portion 75 is connected to the second case portion 74.
  • An external connecting member 76 is connected to the third case portion 75 of the case member 72.
  • the first case portion 73 has a top plate portion 73a.
  • the first case portion 73 has an opening 73c that is open in the top plate portion 73a.
  • the outer shape of the first case portion 73 is substantially rectangular, but the opening 73c is circular.
  • a part of the first vibrating body 2 of the vibrating device 71 is exposed to the outside of the case member 72 from the opening 73c. More specifically, in the vibrating device 71, the bottom portion 4c of the holding member 4 is located inside the case member 72, and a part of the spring portion 4b and the translucent body cover 3 are located outside the case member 72. doing.
  • the top plate portion 73a and the bottom portion 4c overlap each other, and the top plate portion 73a and the bottom portion 4c are in contact with each other. As a result, it is difficult for water droplets to enter the inside.
  • the first case portion 73 does not necessarily have to be in contact with the first vibrating body 2 or the like.
  • the second case portion 74 has a fixed portion 74a.
  • the fixed portion 74a is located near a portion where the second case portion 74 is connected to the first case portion 73, and extends inward in the direction X orthogonal to the axial direction Z.
  • the bottom portion 4c of the holding member 4 of the vibrating device 71 is fixed to the fixing portion 74a.
  • the bottom portion 4c is fixed by sandwiching the bottom portion 4c between the top plate portion 73a of the first case portion 73 and the fixing portion 74a of the second case portion 74.
  • the bottom portion 4c may be fixed to one of the top plate portion 73a and the fixing portion 74a.
  • the bottom 4c may be fixed using screws or the like.
  • the portion of the vibrating device 71 including the first vibrating body 2, the piezoelectric element 6, and the second vibrating body 5 is defined as the vibrating portion.
  • the case member 72 directly holds the holding member 4 of the first vibrating body 2 in the vibrating portion.
  • the case member 72 may be configured to hold another portion of the vibrating portion.
  • the third case portion 75 is arranged so as to seal the opening of the second case portion 74.
  • the case member 72 is made of resin.
  • the structure and material of the case member 72 are not limited to the above, and any device may be used as long as it can form an internal space together with other parts of the vibrating device 71 and the image sensor 70A can be arranged in the internal space.
  • a first circuit board 77a and a second circuit board 77b facing each other are arranged.
  • the first circuit board 77a and the second circuit board 77b are connected by a connection wiring 77c.
  • the first circuit board 77a is connected to the image sensor 70A.
  • the first circuit board 77a or the second circuit board 77b includes a circuit for driving the image pickup device 70A.
  • the first circuit board 77a or the second circuit board 77b is driven by applying a voltage to the piezoelectric element 6, and the resonance of the structure including the first vibrating body 2, the piezoelectric element 6 and the second vibrating body 5
  • a control circuit 9 that vibrates at a frequency may be included.
  • Wiring 78 extends from the external connection member 76 into the internal space of the case member 72.
  • the wiring 78 penetrates the third case portion 75 and the second circuit board 77b.
  • the wiring 78 is electrically connected to the second circuit board 77b.
  • the image sensor 70A, the first circuit board 77a, and the second circuit board 77b are electrically connected to the outside.
  • Examples of the image sensor 70A include CMOS, CCD, bolometer, thermopile, etc., which receive light having any wavelength from the visible region to the far infrared region.
  • Examples of the imaging device 70 include a camera, a Radar device, a LIDAR device, and the like.
  • An optical detection element other than the image sensor 70A that optically detects energy rays may be arranged in the internal space of the vibration device 71.
  • the energy ray to be detected may be, for example, an active energy ray such as an electromagnetic wave or an infrared ray.
  • the detection region of the optical detection element is included in the translucent body cover 3.
  • the field of view of the image sensor 70A as a detection region is included in the translucent body cover 3.
  • the first vibrating body 2 and the second vibrating body 15 are arranged so as to sandwich and fix the piezoelectric body 7.
  • the natural frequency ratio f 2 / f 1 is 0.6 or more. Therefore, the stress applied to the piezoelectric body 7 can be suppressed, and the translucent body cover 3 to which water droplets or the like adhere can be efficiently vibrated.
  • Vibrating device 2 ... First vibrating body 3 ... Translucent body cover 3a ... Flange portion 3b ... First surface 3c ... Bottom surface 3d ... Inner surface 3e ... Outer surface 4 ... Holding member 4a ... Connecting portion 4b ... Spring portion 4c ... Bottom 5 ... Second vibrating body 5b, 5c ... First, second open end surface 5d ... Inner side surface 5e ... Outer surface 6 ... Pietryl element 7 ... Pioxycer body 7b, 7c ... First, second main surface 8a, 8b ... First and second electrodes 9 ... Control circuit 11 ... Vibrating device 15 ... Second vibrating body 15d ... Inner side surface 15f ... Recesses 25A, 25B ...
  • First case portion 73a Top plate portion 73c ... Opening 74 ... Second case portion 74a ... Fixing portion 75 ... Third case portion 76 ... External connecting member 77a, 77b ... First and second circuit boards 77c ... Connection wiring 78 ... Wiring 101 ... Vibration device

Abstract

水滴などが付着するカバーを効率的に振動させることができる、振動装置を提供する。　本発明の振動装置１は、圧電体７と、圧電体７を挟み、圧電体７を固定するように配置されている第１の振動体２及び第２の振動体５とを備える。第１の振動体２の固有振動数をｆ１、第２の振動体５の固有振動数をｆ２、第１の振動体２及び第２の振動体５の固有振動数比をｆ２／ｆ１としたときに、固有振動数比ｆ２／ｆ１が０．６以上である。

Description

振動装置及び光学検出装置
　本発明は、機械的振動によって水滴などを除去することが可能な振動装置及び光学検出装置に関する。
　従来、監視装置として用いられるカメラなど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、車載用途など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には、撮像素子の前方に配置される防滴カバーに、圧電素子が貼り付けられた液滴排除装置が開示されている。防滴カバーを振動させることにより、撮像素子の視野内の水滴を除去する。防滴カバーは支持枠に保持されている。防滴カバー及び支持枠により構成される内部空間内に、撮像素子が配置される。
特開２０１７－１７０３０３号公報
　特許文献１に記載された液滴排除装置においては、圧電素子が防滴カバーと共に大きく変位する。そのため、圧電素子自体が構造体としての固有モードにおいて振動する際、圧電素子が大きく変形し、圧電素子が応力を受ける。これにより、機械的な損失が大きくなる。よって、圧電素子に印加する電圧を高くしても、防滴カバーのドーム部の振動変位を十分に大きくすることは困難である。そのため、水滴や異物を十分に除去することは困難であった。
　本発明の目的は、水滴などが付着するカバーを効率的に振動させることができる、振動装置及び光学検出装置を提供することにある。
　本発明に係る振動装置は、圧電体と、前記圧電体を挟み、前記圧電体を固定するように配置されている第１の振動体及び第２の振動体とを備え、前記第１の振動体の固有振動数をｆ１、前記第２の振動体の固有振動数をｆ２、前記第１の振動体及び前記第２の振動体の固有振動数比をｆ２／ｆ１としたときに、前記固有振動数比ｆ２／ｆ１が０．６以上である。
　本発明に係る光学検出装置は、本発明に従い構成された振動装置と、前記透光体に検出領域が含まれるように配置されている光学検出素子とを備える。
　本発明によれば、水滴などが付着するカバーを効率的に振動させることができる、振動装置及び光学検出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正面断面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係る振動装置の分解斜視図である。 図３は、比較例の振動装置の正面断面図である。 図４は、比較例の振動装置の圧電素子に、２０Ｖの入力電圧を印加した場合における振動変位及び応力分布を示す図である。 図５は、本発明の第１の実施形態に係る振動装置の圧電素子に、２０Ｖの入力電圧を印加した場合における振動変位及び応力分布を示す図である。 図６は、本発明の第１の実施形態及び比較例の振動装置の、圧電素子に印加する入力電圧と圧電素子に加わる応力との関係を示す図である。 図７は、固有振動数比ｆ２／ｆ１と、圧電体に加わる単位変位当たりの応力との関係を示す図である。 図８（ａ）及び図８（ｂ）は、本発明における、圧電体の変形を抑制する効果を説明するための模式図である。 図９は、本発明の第１の実施形態における、透光体カバーの最大変位量と、圧電素子に印加する入力電圧との関係を示す図である。 図１０は、入力電圧の変化に対する、透光体カバーの最大変位量の変化の傾きΔｘ／ΔＶと、圧電体に加わる応力との関係を示す図である。 図１１は、本発明の第１の実施形態における、圧電素子に印加する入力電圧、周波数及び透光体カバーの変位量との関係を示す図である。 図１２は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る振動装置の模式的正面断面図である。 図１３は、本発明の第２の実施形態に係る振動装置の正面断面図である。 図１４は、本発明の第２の実施形態に係る振動装置の圧電素子に、２０Ｖの入力電圧を印加した場合における振動変位及び応力分布を示す図である。 図１５は、本発明の第１の実施形態、第２の実施形態及び比較例の振動装置の、圧電素子に印加する入力電圧と圧電素子に加わる応力との関係を示す図である。 図１６は、本発明の第２の実施形態における、圧電素子に印加する入力電圧、周波数及び透光体カバーの変位量との関係を示す図である。 図１７は、本発明の第１の実施形態及び第２の実施形態における、透光体カバーの最大変位量と、圧電素子に印加する入力電圧との関係を示す図である。 図１８は、本発明の第２の実施形態の第１の変形例に係る振動装置の正面断面図である。 図１９は、本発明の第２の実施形態の第２の変形例に係る振動装置の正面断面図である。 図２０は、本発明の第３の実施形態に係る振動装置の正面断面図である。 図２１は、本発明の第４の実施形態に係る振動装置の正面断面図である。 図２２は、本発明の第４の実施形態の第１の変形例に係る振動装置の正面断面図である。 図２３は、本発明の第４の実施形態の第２の変形例に係る振動装置の正面断面図である。 図２４は、本発明の第５の実施形態に係る振動装置の正面断面図である。 図２５は、本発明の第５の実施形態の変形例に係る振動装置の正面断面図である。 図２６は、本発明の第６の実施形態に係るイメージングデバイスの斜視図である。 図２７は、本発明の第６の実施形態に係るイメージングデバイス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、第１の実施形態に係る振動装置の模式的正面断面図である。図２は、第１の実施形態に係る振動装置の分解斜視図である。なお、図１以外の図面においては、後述する制御回路を省略することがある。
　図１及び図２に示す振動装置１は、振動により水滴や異物を移動させ、または水滴などを霧化させることにより、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、圧電素子６と、第１の振動体２と、第２の振動体５と、制御回路９とを有する。第１の振動体２及び第２の振動体５は、圧電素子６を挟み、圧電素子６を固定するように配置されている。制御回路９は圧電素子６に電気的に接続されている。
　第１の振動体２、圧電素子６及び第２の振動体５により内部空間が構成されている。この内部空間内に、撮像素子などの光学検出素子が配置される。なお、本明細書において、内部空間は密閉された空間には限られず、一部が外部に開いた空間も内部空間とする。振動装置１における内部空間は、第２の振動体５側においては外部に開いている。より具体的には、第２の振動体５は筒状であり、第１の開口端面５ｂ及び第２の開口端面５ｃを有する。第１の開口端面５ｂと第２の開口端面５ｃとを結ぶ方向を軸方向Ｚとしたときに、振動装置１の軸方向Ｚにおける第２の開口端面５ｃ側が、外部に開いている。
　本実施形態においては、第１の振動体２は透光体と、保持部材４とを有する。より具体的には、透光体は透光体カバー３であり、ドーム状の形状を有する。透光体カバー３の平面視における形状は円形である。本明細書において平面視とは、図１の上方側から見る方向をいう。透光体カバー３は内面３ｄ及び外面３ｅを有する。透光体カバー３は底面３ｃを有する。透光体カバー３は、底面３ｃ近傍に設けられたフランジ部３ａを有する。フランジ部３ａは対向し合う第１の面３ｂ及び第２の面を有する。本実施形態においては、フランジ部３ａの第２の面は底面３ｃに含まれ、底面３ｃは外面３ｅに含まれる。
　なお、透光体カバー３の形状は上記に限定されず、例えば、平板状であってもよい。透光体カバー３の平面視における形状は、例えば、多角形であってもよい。透光体カバー３はフランジ部３ａを有していなくともよい。あるいは、透光体は、例えば、カバー部材の一部として含まれていてもよい。この場合には、透光体に、上記光学検出素子の検出領域が含まれるように、透光体が配置されていることが好ましい。
　透光体カバー３の材料として、ホウケイ酸ガラスが用いられている。なお、透光体カバー３の材料は上記に限定されず、例えば、透光性のプラスチック、石英やソーダライムガラスなどのガラスまたは透光性のセラミックなどを用いることができる。本明細書における透光性とは、少なくとも上記撮像素子などの光学検出素子が検出する波長のエネルギー線や光が透過する透光性をいう。
　透光体カバー３の底面３ｃに保持部材４が接続されている。より具体的には、保持部材４は、透光体カバー３の底面３ｃに接続されている接続部４ａと、接続部４ａに連ねられているバネ部４ｂと、バネ部４ｂに連ねられている底部４ｃとを有する。接続部４ａはリング状である。接続部４ａは第１の主面と第２の主面とを有する。接続部４ａの第１の主面が透光体カバー３に接続されている。
　バネ部４ｂ及び底部４ｃは、軸方向Ｚに延びる円筒状の形状を有する。なお、保持部材４のそれぞれの部分の形状は上記に限定されない。接続部４ａは、例えば、リング状以外の枠状の形状を有していてもよい。バネ部４ｂ及び底部４ｃは、例えば、角筒状などの形状を有していてもよい。
　保持部材４の材料として、ＳＵＳ４２０Ｊ２が用いられている。なお、保持部材４の材料は上記に限定されない。保持部材４の材料として、上記以外の金属または適宜のセラミックを用いることもできる。
　保持部材４の接続部４ａの第２の主面に圧電素子６が貼り付けられている。平面視において、透光体カバー３と圧電素子６とは重なっている。圧電素子６はリング状である。圧電素子６はリング状の圧電体７を有する。圧電体７は第１の主面７ｂ及び第２の主面７ｃを有する。より具体的には、第１の主面７ｂ及び第２の主面７ｃは、軸方向Ｚにおいて対向し合っている。第１の主面７ｂが保持部材４の接続部４ａ側に位置する。
　圧電素子６は、圧電体７の第１の主面７ｂ上に設けられている第１の電極８ａ及び第２の主面７ｃ上に設けられている第２の電極８ｂを有する。第１の電極８ａ及び第２の電極８ｂはリング状であり、互いに対向するように設けられている。第１の電極８ａ及び第２の電極８ｂは、それぞれ上記制御回路９に電気的に接続されている。第１の電極８ａ及び第２の電極８ｂの材料としては、適宜の金属を用いることができる。例えば、第１の電極８ａ及び第２の電極８ｂは、スパッタリング法などにより形成される、ＡｇやＡｕなどの金属薄膜からなる電極であってもよい。
　本実施形態のように、保持部材４が金属からなる場合には、保持部材４を圧電素子６の第１の電極として用いてもよい。この場合には、図１及び図２に示す、圧電素子６の第１の電極８ａは設けられていなくともよい。
　圧電体７の材料として、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）が用いられている。なお、圧電体７の材料は上記に限定されない。圧電体７の材料としては、例えば、ＰＴ（チタン酸鉛）や（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３などの適宜の圧電セラミックスまたはＬｉＴａＯ３やＬｉＮｂＯ３などの適宜の圧電単結晶などを用いてもよい。なお、圧電体７の形状は上記に限定されない。
　本実施形態ではリング状の１つの圧電素子６が設けられているが、これに限定されない。例えば、複数の矩形板状の圧電素子が、平面視における上記第２の振動体５の外周縁に沿って設けられていてもよい。
　圧電素子６は、第１の電極８ａ側において第１の振動体２に貼り付けられている。一方で、圧電素子６の第２の電極８ｂ側には、第２の振動体５が貼り付けられている。第２の振動体５は、第１の振動体２と共に、第１の電極８ａ及び第２の電極８ｂを介して圧電体７を挟むように配置されている。より具体的には、本実施形態においては、第１の振動体２及び第２の振動体５は、軸方向Ｚにおいて圧電体７を挟むように配置されている。これにより、第１の振動体２及び第２の振動体５は圧電体７を固定している。
　第２の振動体５は、軸方向Ｚに延びる円筒状である。第２の振動体５は、上記第１の開口端面５ｂ及び上記第２の開口端面５ｃに加えて、内側面５ｄ及び外側面５ｅを有する。内側面５ｄは、第１の開口端面５ｂ及び第２の開口端面５ｃに接続されており、径方向Ｘ内側に位置する。外側面５ｅは、第１の開口端面５ｂ及び第２の開口端面５ｃに接続されており、径方向Ｘ外側に位置する。第１の開口端面５ｂ及び第２の開口端面５ｃのうち第１の開口端面５ｂが透光体カバー３側に位置する。第１の開口端面５ｂに圧電素子６が貼り付けられている。なお、本明細書においては、軸方向Ｚに直交する方向をＸとして記載することがある。
　軸方向Ｚに延びる軸を中心として周回する方向を周回方向としたときに、第１の振動体２及び第２の振動体５は、周回方向の全体にわたり、圧電体７を固定している。第２の振動体５は、第１の振動体２及び圧電素子６と共に内部空間を構成するように設けられている。なお、第２の振動体５の形状は円筒状には限定されず、例えば、角筒状などであってもよい。
　第２の振動体５の材料として、ＳＵＳ４２０Ｊ２が用いられている。なお、第２の振動体５の材料は上記に限定されない。第２の振動体５の材料として、上記以外の金属または適宜のセラミックなどを用いることもできる。本実施形態のように、第２の振動体５が金属からなる場合には、第２の振動体５を圧電素子６の第２の電極として用いてもよい。この場合には、図１及び図２に示す、圧電素子６の第２の電極８ｂは設けられていなくともよい。
　本実施形態の制御回路９は、圧電素子６に電圧を印加して駆動し、第１の振動体２、圧電素子６及び第２の振動体５を含む構造体の共振周波数で振動させる。なお、振動装置１は必ずしも制御回路９を有していなくともよく、外部からの信号により圧電素子６が駆動されるものであってもよい。
　ここで、第１の振動体２の固有振動数をｆ１、第２の振動体５の固有振動数をｆ２、第１の振動体２及び第２の振動体５の固有振動数比をｆ２／ｆ１とする。本実施形態の特徴は、第１の振動体２及び第２の振動体５が、圧電体７を挟み、固定するように配置されており、かつ固有振動数比ｆ２／ｆ１が０．６以上であることにある。それによって、振動に際し、圧電体７に加わる応力を抑制することができ、機械的損失を抑制することができる。これにより、水滴などが付着する透光体カバー３を効率的に振動させることができる。圧電体７に加わる応力を抑制することができること及び透光体カバー３を効率的に振動させることできる効果の詳細を以下において説明する。
　第１の実施形態の構成を有する振動装置１及び図３に示す比較例の振動装置１０１において、圧電体７に加わる応力を比較した。比較例は、保持部材４及び第２の振動体５を有しない点において、第１の実施形態と異なる。比較例の振動装置１０１は第２の振動体５を有しないため、比較例における固有振動数比ｆ２／ｆ１は０である。
　ここで、第１の実施形態の構成を有する振動装置１及び比較例の振動装置１０１を用意した。各振動装置の透光体カバー３及び圧電体７の材料及び外形のサイズは以下の通りである。なお、以下において、高さとは軸方向に沿う寸法をいう。透光体カバー３の肉厚とは、各部分における内面３ｄと外面３ｅとの距離をいう。なお、透光体カバー３の肉厚は、フランジ部３ａの内面３ｄと外面３ｅとの距離は含まないものとする。第１の実施形態及び比較例の圧電体７の厚みは、第１の主面７ｂと第２の主面７ｃとの距離である。
　透光体カバー３；材料…ホウケイ酸ガラス、外径…２９ｍｍ、高さ…１０ｍｍ、肉厚…２ｍｍ
　圧電体７；材料…ＰＺＴ、外径…２６ｍｍ、厚み…１ｍｍ
　第１の実施形態の構成を有する振動装置１の保持部材４及び第２の振動体５の材料及び外形のサイズは以下の通りである。
　保持部材４；材料…ＳＵＳ４２０Ｊ２、外径…３５ｍｍ、内径…１９ｍｍ、高さ…７．３ｍｍ
　第２の振動体５；材料…ＳＵＳ４２０Ｊ２、外径…２６ｍｍ、内径…２０ｍｍ、高さ…４ｍｍ
　図４は、比較例の振動装置の圧電素子に、２０Ｖの入力電圧を印加した場合における振動変位及び応力分布を示す図である。図５は、第１の実施形態に係る振動装置の圧電素子に、２０Ｖの入力電圧を印加した場合における振動変位及び応力分布を示す図である。図４及び図５は、図１に示す断面の半分に相当する部分を示す。振動変位を示す他の図面も、振動装置の軸方向Ｚに沿う断面の半分に相当する部分を示すことがある。なお、図５中の矢印Ａは図５に示す瞬間における第１の振動体２の変位の方向を示し、矢印Ｂは第２の振動体５の変位の方向を示す。
　図４に示すように、比較例においては、圧電体７が大きく変形しており、圧電体７に１００ＭＰａよりも大きい応力が加わっている。これに対して、図５に示すように、第１の実施形態においては、圧電体７の変形が抑制されていることがわかる。圧電体７に加わる応力は１００ＭＰａ以下である。より具体的には、圧電体７に加わる応力は１０ＭＰａ～１３ＭＰａ程度となっており、比較例の１／１０程度まで低減されている。
　さらに、圧電素子６に印加する入力電圧を変化させた際の、圧電体に加わる応力のシミュレーションを行った。この応力の値は、圧電体７全体に加わる応力の平均値を算出した値である。シミュレーションは２次元の軸対称モデルにて行った。境界条件として、圧電体７の第１の主面７ｂ及び第２の主面７ｃに任意の電位差を付与している。
　図６は、第１の実施形態及び比較例の振動装置の、圧電素子に印加する入力電圧と圧電素子に加わる応力との関係を示す図である。
　図６に示すように、第１の実施形態及び比較例において、圧電素子に印加する入力電圧が同じ場合には、第１の実施形態においては、比較例よりも圧電体に加わる応力が小さいことがわかる。比較例においては、圧電素子６に入力電圧が印加されると、圧電体７が大きく変形することとなる。これに対して、第１の実施形態においては、圧電体７が、第１の振動体２及び第２の振動体５によって固定されている。これにより、圧電体７が振動する場合においても、圧電体７自体の変形は抑制される。よって、圧電体７が共振周波数において振動する場合においても、圧電体７に加わる応力を抑制することができる。
　さらに、第１の実施形態においては、第１の振動体２及び第２の振動体５の固有振動数比ｆ２／ｆ１が０．６以上である。それによって、圧電体７に加わる応力をより一層抑制することができる。これを以下において説明する。
　図７は、固有振動数比ｆ２／ｆ１と、圧電体に加わる単位変位当たりの応力との関係を示す図である。なお、本明細書において単位変位とは、圧電体７が１μｍ変位した場合をいう。
　図７に示すように、固有振動数比ｆ２／ｆ１が０．５以下の場合には、固有振動数比ｆ２／ｆ１が０付近から、応力にはほぼ変化がないことがわかる。これに対して、固有振動数比ｆ２／ｆ１が０．６以上の場合には、固有振動数比ｆ２／ｆ１の値が大きくなるほど、圧電体７に加わる応力が小さくなっていくことがわかる。
　ここで、図７中の一点鎖線Ｃ及び一点鎖線Ｄは、それぞれ、固有振動数比ｆ２／ｆ１の変化に対する、単位変位当たりの応力の変化の傾きを示す。一点鎖線Ｃ及び一点鎖線Ｄに示すように、固有振動数比ｆ２／ｆ１が０．９以上の場合には、固有振動数比ｆ２／ｆ１が０．９未満の場合よりも、上記傾きが大きくなっていることがわかる。そのため、固有振動数比ｆ２／ｆ１が０．９以上の場合には、固有振動数比ｆ２／ｆ１の値が大きくなると、圧電体７に加わる応力がより一層小さくなる。なお、固有振動数比ｆ２／ｆ１が１～１．１程度になると、上記傾きは小さくなっている。
　第１の実施形態のように、固有振動数比ｆ２／ｆ１が０．６以上の場合に、圧電体７に加わる応力を効果的に抑制することができることは、以下の理由によるものと考えられる。固有振動数比ｆ２／ｆ１が０．６以上の場合には、図５中の矢印Ａ及び矢印Ｂに示すように、第１の振動体２の変位の方向と第２の振動体５の変位の方向とが互いに反対方向となる。そのため、振動装置１全体の振動としては、圧電体７の部分において変位が相殺される。それによって、圧電体７の変形が抑制され、圧電体７に加わる応力が効果的に抑制される。
　さらに、固有振動数比ｆ２／ｆ１が０．９以上の場合には、第２の振動体５の固有振動数が大きいことにより、圧電体７の変位が抑制されている。この詳細を図８（ａ）及び図８（ｂ）を用いて説明する。
　図８（ａ）及び図８（ｂ）は、本発明における圧電体の変形を抑制する効果を説明するための模式図である。図８（ａ）は、比較例における透光体カバー３及び圧電体７を、質量及びバネにより模式的に示すバネ－マスモデルである。図８（ｂ）は、第１の実施形態における第１の振動体２、第２の振動体５及び圧電体７を、質量及びバネにより模式的に示すバネ－マスモデルである。バネ－マスモデルにおいて、各部分の変形はバネの伸縮に相当する。なお、第１の振動体２の質量をＭ１、第２の振動体５の質量をＭ２、圧電体７の質量をＭｐ、第１の振動体２のバネ定数をＫ１、第２の振動体５のバネ定数をＫ２、圧電体のバネ定数をＫｐとする。
　図８（ａ）に示すように、透光体カバー３が圧電体７に接続されている。上記のように、比較例においては、第２の振動体５は設けられていない。透光体カバー３が変形すると、圧電体７に外力が加わる。圧電体７のバネ定数Ｋｐは大きくはないため、圧電体７は外力を加えられることにより変形し易い。
　これに対して、図８（ｂ）に示すように、第１の実施形態においては、振動装置１の振動の挙動において、第１の振動体２から見て、圧電体７及び第２の振動体５は結合体になっているものといえる。上記結合体の質量及びバネ定数は、圧電体７及び第２の振動体５の合計である、Ｍｐ＋Ｍ２及びＫｐ＋Ｋ２となっているといえる。
　ここで、固有振動数は、バネ定数／質量の平方根に比例することが知られている。よって、固有振動数が高くなるほど、バネ定数は大きくなる。固有振動数比ｆ２／ｆ１が０．９以上である場合、第２の振動体５の固有振動数は高いため、第２の振動体５のバネ定数Ｋ２は大きい。しかも、上記のように、圧電体７及び第２の振動体５は結合体となっており、結合体のバネ定数Ｋｐ＋Ｋ２も大きい。よって、第１の振動体２の変形により圧電体７が応力を受けた場合において、圧電体７及び第２の振動体５の結合体は変形し難く、該結合体の一部である圧電体７も変形し難い。
　なお、固有振動数比ｆ２／ｆ１が１よりも大きい場合には、第１の振動体２及び第２の振動体５の振動の結合が弱くなるため、図５中の矢印Ａ及び矢印Ｂによりに示した上記相殺の効果は弱くなると考えられる。もっとも、固有振動数比ｆ２／ｆ１が１よりも大きい場合には第２の振動体５の固有振動数が大きいため、上記のように、圧電体７の変形を効果的に抑制することができる。特に、固有振動数比ｆ２／ｆ１が１以上の場合には、図７に示すように、圧電体７の単位変位当たりの応力を１．５ＭＰａ／μｍ以下とすることができる。従って、圧電体７の変形をより一層効果的に抑制することができる。
　固有振動数比ｆ２／ｆ１の上限は、特に限定されないが、５以下であることが好ましい。
　以下において、圧電体７に加わる応力を抑制することができることにより、透光体カバー３を効率的に振動させることができることの詳細を説明する。第１の実施形態の構成を有する振動装置１の圧電素子６に印加する入力電圧を変化させた場合における、透光体カバー３の中央の変位量を求めた。
　図９は、第１の実施形態における、透光体カバーの最大変位量と、圧電素子に印加する入力電圧との関係を示す図である。
　図９に示すように、入力電圧が２０Ｖから５０Ｖの範囲内においては、透光体カバー３の最大変位量は、入力電圧に対して線形に増加していることがわかる。ここで、入力電圧の変化に対する、透光体カバー３の最大変位量の変化の傾きを求めた。なお、入力電圧の変化をΔＶとし、透光体カバー３の最大変位量の変化をΔｘとしたときに、上記傾きはΔｘ／ΔＶである。さらに、傾きΔｘ／ΔＶと、圧電体７に加わる応力との関係を求めた。該応力は、上記シミュレーションにおいて算出した応力である。
　図１０は、入力電圧の変化に対する、透光体カバーの最大変位量の変化の傾きΔｘ／ΔＶと、圧電体に加わる応力との関係を示す図である。
　図１０に示すように、圧電体７に加わる応力が大きくなるほど、透光体カバー３の最大変位量の変化の傾きΔｘ／ΔＶが小さくなっている。このように、圧電体７に加わる応力が大きくなるほど、入力電圧を大きくしたとしても、透光体カバー３の変位量を大きくし難くなることがわかる。第１の実施形態においては、圧電体７に加わる応力を抑制することができるため、透光体カバー３を効率的に振動させることができる。
　図１０に示すように、圧電体７に加わる応力が６０ＭＰａ以上になると、応力が６０ＭＰａ未満の場合よりも、透光体カバー３の最大変位量の変化の傾きΔｘ／ΔＶの変化は緩やかになっている。応力が１００ＭＰａ以上になると、傾きΔｘ／ΔＶは急激に小さくなっている。そのため、圧電体７に加わる応力が１００ＭＰａより大きい場合には、透光体カバー３の振動効率が急激に低くなる。よって、圧電体７に加わる応力は１００ＭＰａ以下であることが好ましい。なお、この場合には、圧電体７に加わる応力が０～２０ＭＰａ程度における傾きΔｘ／ΔＶの６０％以上の傾きΔｘ／ΔＶとすることができる。これにより、透光体カバー３の振動効率を好適に高めることができる。圧電体７に加わる応力は、６０ＭＰａ以下であることがより好ましい。それによって、透光体カバー３の振動効率をより一層高めることができる。
　図１１は、第１の実施形態における、圧電素子に印加する入力電圧、周波数及び透光体カバーの変位量との関係を示す図である。入力電圧は、２０Ｖ、４０Ｖ及び５０Ｖとした。
　図１１に示すように、第１の実施形態においては、透光体カバー３の変位量が最大となる周波数が、入力電圧を変化させてもほぼ変わらないことがわかる。加えて、周波数と透光体カバー３の変位量との関係を示す波形は、入力電圧を変化させた場合においてほぼ変わらない。よって、振動を容易に制御することができる。これは、圧電体７に加わる応力を抑制することができることによる。
　ところで、第１の実施形態においては、図１に示す保持部材４の底部４ｃにおいて外部に固定される。それによって、振動ダンピングを抑制することができる。より詳細には、保持部材４の軸方向Ｚに沿う断面は略Ｌ字形の形状を有する。保持部材４のそれぞれの部分が延びる方向に直交する方向に沿う厚みを保持部材４のそれぞれの部分の肉厚としたときに、保持部材４においては、底部４ｃの肉厚がバネ部４ｂの肉厚よりも厚い。それによって、バネ部４ｂは底部４ｃよりも変形し易い。これにより、振動の径方向Ｘの成分は、バネ部４ｂのバネ性により吸収される。なお、上記のバネ部４ｂによる振動の吸収とは、圧電素子６から保持部材４に、接続部４ａを経て伝搬した振動の大部分をバネ部４ｂにおける振動とすることができることをいう。これにより、振動を底部４ｃまで漏洩し難くすることができる。加えて、底部４ｃの肉厚が厚いため、底部４ｃ自体が変形し難い。よって、保持部材４の底部４ｃへの振動漏洩を効果的に抑制することができる。従って、底部４ｃが外部などに固定された場合において、振動ダンピングの発生を抑制することができる。
　第１の振動体２及び第２の振動体５の形状は、第１の実施形態における形状には限定されない。第１の振動体２は、必ずしも保持部材４を有していなくともよい。固有振動数比ｆ２／ｆ１が０．６以上であればよい。
　上述したように、第１の振動体２または第２の振動体５が金属からなる場合には、第１の振動体２または第２の振動体５を、圧電素子６の第１の電極８ａまたは第２の電極８ｂとして用いることができる。図１２に示す第１の実施形態の変形例においては、第１の振動体２における保持部材４及び第２の振動体５が、圧電素子の第１の電極及び第２の電極として用いられている。圧電体７は、保持部材４及び第２の振動体５を介して制御回路９に電気的に接続されている。本変形例においては、第１の振動体２及び第２の振動体５は、圧電体７を直接的に挟み、固定している。この場合においても、第１の実施形態と同様に、圧電体７に加わる応力を抑制することができ、水滴などが付着する透光体カバー３を効率的に振動させることができる。
　図１３は、第２の実施形態に係る振動装置の正面断面図である。
　本実施形態は、第２の振動体１５の内側面１５ｄの、周回方向における全部にわたり凹部１５ｆが設けられている点において、第１の実施形態と異なる。第２の振動体１５は筒状であり、かつ音叉状の形状を有する。第２の振動体１５の内径は、凹部１５ｆが設けられている部分において、他の部分より大きくなっている。他方、第２の振動体１５の外径は一定である。上記の点以外においては、本実施形態の振動装置１１は第１の実施形態の振動装置１と同様の構成を有する。
　ここで、本実施形態の構成を有する振動装置１１を用意した。図１４により、振動装置１１の振動時における振動変位及び応力分布を示す。なお、用意した振動装置１１の透光体カバー３、圧電体７、保持部材４及び第２の振動体１５の材料及び外形のサイズは以下の通りである。
　透光体カバー３；材料…ホウケイ酸ガラス、外径…２９ｍｍ、高さ…１０ｍｍ、肉厚…２ｍｍ
　圧電体７；材料…ＰＺＴ、外径…２６ｍｍ、厚み…１ｍｍ
　保持部材４；材料…ＳＵＳ４２０Ｊ２、外径…３５ｍｍ、内径…１８ｍｍ、高さ…９．３ｍｍ
　第２の振動体１５；材料…ＳＵＳ４２０Ｊ２、外径…２６ｍｍ、内径…２０ｍｍ、高さ…５．５ｍｍ
　図１４は、第２の実施形態に係る振動装置の圧電素子に、２０Ｖの入力電圧を印加した場合における振動変位及び応力分布を示す。
　図１４に示すように、第２の実施形態においては、第１の実施形態と同様に、圧電体７の変形が抑制されていることがわかる。圧電体７に加わる応力は１０ＭＰａ～１３ＭＰａ程度となっている。さらに、第１の実施形態と同様に、圧電素子６に印加する入力電圧を変化させた際の、圧電体に加わる応力のシミュレーションを行った。
　図１５は、第１の実施形態、第２の実施形態及び比較例の振動装置の、圧電素子に印加する入力電圧と圧電素子に加わる応力との関係を示す図である。
　図１５に示すように、第２の実施形態及び比較例において、圧電素子６に印加する入力電圧が同じ場合には、第２の実施形態においては、比較例よりも圧電体７に加わる応力が抑制されていることがわかる。このように、第２の振動体１５の形状が第１の実施形態と異なる第２の実施形態においても、第１の実施形態と同程度まで圧電体７に加わる応力を小さくすることができている。
　本実施形態においても、固有振動数比ｆ２／ｆ１は０．６以上である。よって、図７に示したように、圧電体７に加わる応力を効果的に抑制することができる。これにより、透光体カバー３を効率的に振動させることができる。これを以下において示す。第２の実施形態の構成を有する振動装置１１における圧電素子６に印加する入力電圧を変化させた場合における、透光体カバー３の中央の変位量を求めた。
　図１６は、第２の実施形態における、圧電素子に印加する入力電圧、周波数及び透光体カバーの変位量との関係を示す図である。図１７は、第１の実施形態及び第２の実施形態における、透光体カバーの最大変位量と、圧電素子に印加する入力電圧との関係を示す図である。なお、図１６の関係を求める際、入力電圧は、２０Ｖ、４０Ｖ及び５０Ｖとした。
　図１６に示すように、本実施形態においては、透光体カバー３の変位量が最大となる周波数が、入力電圧を変化させてもほぼ変わらないことがわかる。加えて、周波数と透光体カバー３の変位量との関係を示す波形は、入力電圧を変化させた場合においてほぼ変わらない。さらに、図１７に示すように、本実施形態においても、第１の実施形態と同様に、入力電圧が２０Ｖから５０Ｖの範囲内においては、透光体カバー３の最大変位量は、入力電圧に対して線形に増加していることがわかる。入力電圧に応じて、水滴などが付着する透光体カバー３を効率的に振動させることができる。
　以下において、第２の振動体の形状のみが第２の実施形態と異なる、第２の実施形態の第１の変形例及び第２の変形例を示す。第１の変形例及び第２の変形例においても、第２の実施形態と同様に、圧電体７に加わる応力を抑制することができ、水滴などが付着する透光体カバー３を効率的に振動させることができる。
　図１８に示す第１の変形例においては、第２の振動体２５Ａの外側面２５ｅの、周回方向における全部にわたり凹部１５ｆが設けられている。第２の振動体２５Ａは、筒状であり、かつ音叉状の形状を有する。第２の振動体２５Ａの外径は、凹部１５ｆが設けられている部分において、他の部分より小さくなっている。他方、第２の振動体２５Ａの内径は一定である。
　図１９に示す第２の変形例においては、第２の振動体２５Ｂの内側面１５ｄ及び外側面２５ｅの両方に、周回方向における全部にわたり凹部１５ｆが設けられている。本変形例においては、内側面１５ｄに設けられている凹部１５ｆの位置は、外側面２５ｅに設けられている凹部１５ｆの位置よりも透光体カバー３に近い。もっとも、外側面２５ｅに設けられている凹部１５ｆの位置は、内側面１５ｄに設けられている凹部１５ｆの位置よりも透光体カバー３に近くともよい。第２の振動体２５Ｂの軸方向Ｚに沿う断面は、略Ｓ字状の形状を有する。
　図２０は、第３の実施形態に係る振動装置の正面断面図である。
　本実施形態は、第２の振動体３５が保持部材である点において、第１の実施形態と異なる。本実施形態の振動装置は、第１の振動体２の保持部材４及び第２の振動体３５において外部に固定される。上記の点以外においては、本実施形態の振動装置は第１の実施形態の振動装置１と同様の構成を有する。
　第２の振動体３５は、圧電素子６の第２の電極８ｂ側に接続されている接続部３５ａと、接続部３５ａに連ねられているバネ部３５ｂと、バネ部３５ｂに連ねられている底部３５ｃとを有する。第１の振動体２の保持部材４の接続部４ａとは異なり、第２の振動体３５の接続部３５ａは軸方向Ｚに延びる円筒状の形状を有する。これにより、第２の振動体３５の固有振動数を高くすることによって、固有振動数比ｆ２／ｆ１を大きくすることができる。
　バネ部３５ｂ及び底部３５ｃは、軸方向Ｚに延びる円筒状の形状を有する。なお、第２の振動体３５のそれぞれの部分の形状は上記に限定されない。接続部３５ａは、例えば、円筒状以外の形状を有していてもよい。バネ部３５ｂ及び底部３５ｃは、例えば、角筒状などの形状を有していてもよい。
　第２の振動体３５のバネ部３５ｂ及び底部３５ｃは、第１の振動体２の保持部材４のバネ部４ｂ及び底部４ｃと同様に構成されている。よって、第２の振動体３５の底部３５ｃが外部などに固定された場合において、振動ダンピングの発生を抑制することができる。
　本実施形態においても、第１の振動体２及び第２の振動体３５は、圧電体７を挟み、固定するように配置されており、かつ固有振動数比ｆ２／ｆ１が０．６以上である。従って、第１の実施形態と同様に、圧電体７に加わる応力を抑制することができ、水滴などが付着する透光体カバー３を効率的に振動させることができる。
　図２１は、第４の実施形態に係る振動装置の正面断面図である。
　本実施形態は、第１の振動体４２が保持部材を有さず、筒状体４４を有する点において、第３の実施形態と異なる。上記の点以外においては、本実施形態の振動装置は第３の実施形態の振動装置と同様の構成を有する。
　第１の振動体４２の筒状体４４は音叉状である。より具体的には、筒状体４４は、対向し合う第１の開口端面４４ｂ及び第２の開口端面４４ｃを有する。筒状体４４は内側面５４ｄ及び外側面４４ｅを有する。内側面５４ｄは、第１の開口端面４４ｂ及び第２の開口端面４４ｃに接続されており、径方向Ｘ内側に位置する。外側面４４ｅは、第１の開口端面４４ｂ及び第２の開口端面４４ｃに接続されており、径方向Ｘ外側に位置する。第１の開口端面４４ｂが透光体カバー３に貼り付けられている。第２の開口端面４４ｃに圧電素子６が貼り付けられている。
　内側面５４ｄの、周回方向における全部にわたり凹部４４ｆが設けられている。筒状体４４の内径は、凹部４４ｆが設けられている部分において、他の部分より大きくなっている。他方、筒状体４４の外径は一定である。
　本実施形態においても、第１の振動体４２及び第２の振動体３５は、圧電体７を挟み、固定するように配置されており、かつ固有振動数比ｆ２／ｆ１が０．６以上である。従って、第３の実施形態と同様に、圧電体７に加わる応力を抑制することができ、水滴などが付着する透光体カバー３を効率的に振動させることができる。
　以下において、第１の振動体の筒状体の形状のみが第４の実施形態と異なる、第４の実施形態の第１の変形例及び第２の変形例を示す。第１の変形例及び第２の変形例においても、第４の実施形態と同様に、圧電体７に加わる応力を抑制することができ、水滴などが付着する透光体カバー３を効率的に振動させることができる。
　図２２に示す第１の変形例においては、第１の振動体の筒状体５４Ａは、外側面５４ｅに凹部４４ｆが設けられており、内側面４４ｄには凹部４４ｆが設けられていない。より具体的には、外側面５４ｅの、周回方向における全部にわたり凹部４４ｆが設けられている。筒状体５４Ａの外径は、凹部４４ｆが設けられている部分において、他の部分より小さくなっている。他方、筒状体５４Ａの内径は一定である。筒状体５４Ａは音叉状である。
　図２３に示す第２の変形例においては、第１の振動体の筒状体５４Ｂは、内側面５４ｄ及び外側面５４ｅの両方に凹部が設けられている点において、第４の実施形態及び第１の変形例と異なる。筒状体５４Ｂの軸方向Ｚに沿う断面は、略Ｓ字状の形状を有する。
　図２４は、第５の実施形態に係る振動装置の正面断面図である。
　本実施形態は、第１の振動体４２及び第２の振動体６５が圧電体７を固定している方向並びに圧電素子６６及び第２の振動体６５の構成が第４の実施形態と異なる。上記の点以外においては、本実施形態の振動装置６１は第４の実施形態の振動装置と同様の構成を有する。
　圧電素子６６は圧電体６７を有する。圧電体６７は、軸方向Ｚに延びる円筒状の形状を有する。圧電体６７は、内側面６７ｄ及び外側面６７ｅを有する。内側面６７ｄ上に第１の電極８ａが設けられており、外側面６７ｅ上に第２の電極８ｂが設けられている。
　振動装置６１の第２の振動体６５は保持部材である。第２の振動体６５は、接続部６５ａの構成が第４の実施形態における第２の振動体３５と異なる。より具体的には、接続部６５ａは、バネ部３５ｂと同様に、軸方向Ｚに延びており、バネ部３５ｂと同じ肉厚である。他方、第２の振動体６５の底部３５ｃの肉厚はバネ部３５ｂの肉厚よりも厚い。よって、第４の実施形態と同様に、底部３５ｃが外部などに固定された場合において、振動ダンピングの発生を抑制できる。
　本実施形態では、圧電素子６６の第１の電極８ａ側が第１の振動体４２の筒状体４４の外側面４４ｅに貼り付けられている。筒状体４４の凹部４４ｆは、圧電素子６６よりも透光体カバー３側に位置している。圧電素子６６は、筒状体４４の外側面４４ｅの、第２の開口端面４４ｃ側の端部を含む部分に接続されている。もっとも、圧電素子６６が外側面４４ｅに貼り付けられている位置は上記に限定されない。
　他方、圧電素子６６の第２の電極８ｂ側が第２の振動体６５の接続部６５ａに接続されている。より具体的には、圧電素子６６は、接続部６５ａの、透光体カバー３側の端部を含む位置に接続されている。もっとも、圧電素子６６が接続部６５ａに接続されている位置は上記に限定されない。
　第１の振動体４２及び第２の振動体６５は、軸方向Ｚに直交する方向Ｘにおいて圧電体７を挟むように配置されている。これにより、第１の振動体４２及び第２の振動体６５は圧電体７を固定している。加えて、本実施形態においても、固有振動数比ｆ２／ｆ１が０．６以上である。従って、第４の実施形態と同様に、圧電体７に加わる応力を抑制することができ、水滴などが付着する透光体カバー３を効率的に振動させることができる。
　なお、圧電体７が軸方向Ｚに直交する方向Ｘにおいて固定されている場合においても、第１の振動体４２及び第２の振動体６５の形状は上記に限定されない。例えば、図２５に示す第５の実施形態の変形例においては、第１の振動体は、第４の実施形態の第１の変形例と同様の筒状体５４Ａを有する。第２の振動体１５は第２の実施形態と同様の構成を有する。
　圧電素子６６は、第１の振動体の筒状体５４Ａの外側面５４ｅと、第２の振動体１５の内側面１５ｄとにより挟まれている。なお、本変形例においては、第５の実施形態と同様に、第１の振動体の筒状体５４Ａの凹部４４ｆは、圧電素子６６よりも透光体カバー３側に位置している。圧電素子６６は、筒状体５４Ａの外側面５４ｅの、第２の開口端面４４ｃ側の端部を含む部分に接続されている。他方、第２の振動体１５の凹部１５ｆは、圧電素子６６よりも第２の開口端面５ｃ側に位置している。圧電素子６６は、第２の振動体１５の内側面１５ｄの、第１の開口端面５ｂ側の端部を含む部分に接続されている。もっとも、圧電素子６６が筒状体５４Ａの外側面５４ｅに貼り付けられている位置及び第２の振動体１５の内側面１５ｄに貼り付けられている位置は、上記に限定されない。
　本変形例においても、第５の実施形態と同様に、圧電体７に加わる応力を抑制することができ、水滴などが付着する透光体カバー３を効率的に振動させることができる。
　図２６は、第６の実施形態に係るイメージングデバイスの斜視図である。図２７は、第６の実施形態に係るイメージングデバイスの正面断面図である。
　図２７に示すように、光学検出装置としてのイメージングデバイス７０は、振動装置７１と、振動装置７１の内部空間内に配置された撮像素子７０Ａとを有する。なお、本実施形態における振動装置７１は、ケース部材７２を有する点において第２の実施形態の振動装置１１と異なる。上記の点以外においては、本実施形態の振動装置７１は第２の実施形態の振動装置１１と同様の構成を有する。
　図２６に示すように、ケース部材７２は、枠状の第１のケース部７３と、略角筒状の第２のケース部７４と、板状の第３のケース部７５とを有する。第２のケース部７４は第１のケース部７３に接続されている。第３のケース部７５は第２のケース部７４に接続されている。ケース部材７２の第３のケース部７５には、外部接続部材７６が接続されている。
　図２７に示すように、第１のケース部７３は天板部７３ａを有する。第１のケース部７３は、天板部７３ａにおいて開口している開口部７３ｃを有する。平面視において、第１のケース部７３の外形は略矩形であるが、開口部７３ｃは円形である。開口部７３ｃから、振動装置７１の第１の振動体２の一部が、ケース部材７２の外側に露出している。より具体的には、振動装置７１においては、保持部材４の底部４ｃがケース部材７２の内側に位置しており、バネ部４ｂの一部や透光体カバー３はケース部材７２の外側に位置している。軸方向Ｚ側から見て、天板部７３ａと底部４ｃとは重なっており、かつ天板部７３ａ及び底部４ｃとは接している。それによって、水滴などが内部に侵入し難い。もっとも、第１のケース部７３は、必ずしも第１の振動体２などに接していなくともよい。
　第２のケース部７４は固定部７４ａを有する。固定部７４ａは、第２のケース部７４が第１のケース部７３に接続されている部分付近に位置しており、軸方向Ｚに直行する方向Ｘ内側に延びている。固定部７４ａに振動装置７１の保持部材４の底部４ｃが固定されている。本実施形態においては、第１のケース部７３の天板部７３ａと、第２のケース部７４の固定部７４ａとにより、底部４ｃを挟むことによって底部４ｃを固定している。もっとも、天板部７３ａ及び固定部７４ａのうち一方において底部４ｃが固定されていてもよい。例えば、ねじなどを用いて底部４ｃが固定されていてもよい。
　ここで、振動装置７１における第１の振動体２、圧電素子６及び第２の振動体５を含む部分を振動部とする。本実施形態においては、ケース部材７２は、振動部における第１の振動体２の保持部材４を直接的に保持している。なお、振動装置７１が保持部材４を有しない場合などにおいて、ケース部材７２が振動部における他の部分を保持する構成であってもよい。
　第３のケース部７５は、第２のケース部７４の開口部を封止するように配置されている。ケース部材７２は樹脂からなる。なお、ケース部材７２の構成及び材料は上記に限定されず、振動装置７１における他の部分と共に内部空間を構成し、該内部空間内に撮像素子７０Ａを配置することができるものであればよい。
　ケース部材７２の内部空間内には、対向し合う第１の回路基板７７ａ及び第２の回路基板７７ｂが配置されている。第１の回路基板７７ａ及び第２の回路基板７７ｂは接続配線７７ｃにより接続されている。第１の回路基板７７ａは、撮像素子７０Ａに接続されている。第１の回路基板７７ａまたは第２の回路基板７７ｂは、撮像素子７０Ａを駆動する回路を含む。第１の回路基板７７ａまたは第２の回路基板７７ｂは、圧電素子６に電圧を印加して駆動し、第１の振動体２、圧電素子６及び第２の振動体５を含む構造体の共振周波数で振動させる制御回路９を含んでいてもよい。
　外部接続部材７６から、ケース部材７２の内部空間内に配線７８が延びている。配線７８は、第３のケース部７５及び第２の回路基板７７ｂを貫通している。なお、配線７８は、第２の回路基板７７ｂに電気的に接続されている。これにより、撮像素子７０Ａ、第１の回路基板７７ａ及び第２の回路基板７７ｂは外部に電気的に接続される。
　撮像素子７０Ａとしては、例えば、可視領域から遠赤外領域のいずれかの波長の光を受光する、ＣＭＯＳ、ＣＣＤ、ボロメーターやサーモパイルなどを挙げることができる。イメージングデバイス７０としては、例えば、カメラ、ＲａｄａｒやＬＩＤＡＲデバイスなどを挙げることができる。
　なお、振動装置７１の内部空間内には、撮像素子７０Ａ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、電磁波や赤外線など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、透光体カバー３に含まれる。図２６及び図２７に示すイメージングデバイス７０においては、検出領域としての、撮像素子７０Ａの視野が透光体カバー３に含まれる。
　本実施形態の振動装置７１においては、第２の実施形態と同様に、第１の振動体２及び第２の振動体１５が、圧電体７を挟み、固定するように配置されている。加えて、固有振動数比ｆ２／ｆ１が０．６以上である。従って、圧電体７に加わる応力を抑制することができ、水滴などが付着する透光体カバー３を効率的に振動させることができる。
１…振動装置
２…第１の振動体
３…透光体カバー
３ａ…フランジ部
３ｂ…第１の面
３ｃ…底面
３ｄ…内面
３ｅ…外面
４…保持部材
４ａ…接続部
４ｂ…バネ部
４ｃ…底部
５…第２の振動体
５ｂ，５ｃ…第１，第２の開口端面
５ｄ…内側面
５ｅ…外側面
６…圧電素子
７…圧電体
７ｂ，７ｃ…第１，第２の主面
８ａ，８ｂ…第１，第２の電極
９…制御回路
１１…振動装置
１５…第２の振動体
１５ｄ…内側面
１５ｆ…凹部
２５Ａ，２５Ｂ…第２の振動体
２５ｅ…外側面
３５…第２の振動体
３５ａ…接続部
３５ｂ…バネ部
３５ｃ…底部
４２…第１の振動体
４４…筒状体
４４ｂ，４４ｃ…第１，第２の開口端面
４４ｄ…内側面
４４ｅ…外側面
４４ｆ…凹部
５４Ａ，５４Ｂ…筒状体
５４ｄ…内側面
５４ｅ…外側面
６１…振動装置
６５…第２の振動体
６５ａ…接続部
６６…圧電素子
６７…圧電体
６７ｄ…内側面
６７ｅ…外側面
７０…イメージングデバイス
７０Ａ…撮像素子
７１…振動装置
７２…ケース部材
７３…第１のケース部
７３ａ…天板部
７３ｃ…開口部
７４…第２のケース部
７４ａ…固定部
７５…第３のケース部
７６…外部接続部材
７７ａ，７７ｂ…第１，第２の回路基板
７７ｃ…接続配線
７８…配線
１０１…振動装置

Claims (10)

  1. 　圧電体と、
    　前記圧電体を挟み、前記圧電体を固定するように配置されている第１の振動体及び第２の振動体と、
    を備え、
    　前記第１の振動体の固有振動数をｆ１、前記第２の振動体の固有振動数をｆ２、前記第１の振動体及び前記第２の振動体の固有振動数比をｆ２／ｆ１としたときに、前記固有振動数比ｆ２／ｆ１が０．６以上である、振動装置。
  2. 　前記圧電体に加わる応力が１００ＭＰａ以下である、請求項１に記載の振動装置。
  3. 　前記固有振動数比が５以下である、請求項１または２に記載の振動装置。
  4. 　前記圧電体がリング状である、請求項１～３のいずれか１項に記載の振動装置。
  5. 　前記第２の振動体が音叉状である、請求項１～４のいずれか１項に記載の振動装置。
  6. 　前記第２の振動体が筒状であり、第１の開口端面及び第２の開口端面を有し、
    　前記第１の開口端面と前記第２の開口端面とを結ぶ方向を軸方向としたときに、前記第１の振動体及び前記第２の振動体が、前記軸方向において前記圧電体を挟むように配置されている、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の振動体が筒状であり、第１の開口端面及び第２の開口端面を有し、
    　前記第１の開口端面と前記第２の開口端面とを結ぶ方向を軸方向としたときに、前記第１の振動体及び前記第２の振動体が、前記軸方向に直交する方向において前記圧電体を挟むように配置されている、請求項１～５のいずれか１項に記載の振動装置。
  8. 　前記第１の振動体が透光体を有する、請求項１～７のいずれか１項に記載の振動装置。
  9. 　請求項８に記載の振動装置と、
    　前記透光体に検出領域が含まれるように配置されている光学検出素子と、
    を備える、光学検出装置。
  10. 　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９に記載の光学検出装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023127197A1 (ja) * 2021-12-28 2023-07-06 株式会社村田製作所 振動装置及び撮像装置
WO2023162329A1 (ja) * 2022-02-25 2023-08-31 株式会社村田製作所 撮像ユニット
WO2023210101A1 (ja) * 2022-04-28 2023-11-02 株式会社村田製作所 光学装置、および光学装置を備える撮像ユニット
WO2024062666A1 (ja) * 2022-09-22 2024-03-28 株式会社村田製作所 光学装置、および光学装置を備える撮像ユニット

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09308276A (ja) * 1996-05-17 1997-11-28 U S M:Kk アクチュエータおよび駆動装置
JP2006214779A (ja) * 2005-02-02 2006-08-17 Citizen Watch Co Ltd 振動体の製造方法
JP2010161615A (ja) * 2009-01-08 2010-07-22 Panasonic Corp 撮像装置
JP2012039754A (ja) * 2010-08-06 2012-02-23 Canon Inc 振動発生装置、その駆動方法、異物除去装置および光学装置
JP2013080177A (ja) * 2011-10-05 2013-05-02 Aisin Seiki Co Ltd 水滴除去機能付カメラ
WO2017022382A1 (ja) * 2015-08-04 2017-02-09 株式会社村田製作所 振動装置及びカメラ
JP2017085276A (ja) * 2015-10-26 2017-05-18 オリンパス株式会社 液滴排除装置と、液滴排除装置を有する画像装置、及び液滴排除装置の制御方法、液滴排除装置の制御プログラム
WO2017110564A1 (ja) * 2015-12-25 2017-06-29 株式会社村田製作所 振動装置及びカメラ
JP2017170303A (ja) * 2016-03-22 2017-09-28 オリンパス株式会社 液滴排除装置と、液滴排除装置を有する画像装置及び上記液滴排除装置の制御方法と上記液滴排除装置の制御プログラム
JP2017229008A (ja) * 2016-06-24 2017-12-28 株式会社村田製作所 振動装置及び撮像装置
WO2018198465A1 (ja) * 2017-04-26 2018-11-01 株式会社村田製作所 洗浄装置および洗浄装置を備える撮像ユニット
WO2018207395A1 (ja) * 2017-05-12 2018-11-15 株式会社村田製作所 振動装置
WO2019030982A1 (ja) * 2017-08-09 2019-02-14 株式会社村田製作所 振動装置の駆動方法及び振動装置
WO2019130623A1 (ja) * 2017-12-27 2019-07-04 株式会社村田製作所 振動装置及び光学検出装置

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09308276A (ja) * 1996-05-17 1997-11-28 U S M:Kk アクチュエータおよび駆動装置
JP2006214779A (ja) * 2005-02-02 2006-08-17 Citizen Watch Co Ltd 振動体の製造方法
JP2010161615A (ja) * 2009-01-08 2010-07-22 Panasonic Corp 撮像装置
JP2012039754A (ja) * 2010-08-06 2012-02-23 Canon Inc 振動発生装置、その駆動方法、異物除去装置および光学装置
JP2013080177A (ja) * 2011-10-05 2013-05-02 Aisin Seiki Co Ltd 水滴除去機能付カメラ
WO2017022382A1 (ja) * 2015-08-04 2017-02-09 株式会社村田製作所 振動装置及びカメラ
JP2017085276A (ja) * 2015-10-26 2017-05-18 オリンパス株式会社 液滴排除装置と、液滴排除装置を有する画像装置、及び液滴排除装置の制御方法、液滴排除装置の制御プログラム
WO2017110564A1 (ja) * 2015-12-25 2017-06-29 株式会社村田製作所 振動装置及びカメラ
JP2017170303A (ja) * 2016-03-22 2017-09-28 オリンパス株式会社 液滴排除装置と、液滴排除装置を有する画像装置及び上記液滴排除装置の制御方法と上記液滴排除装置の制御プログラム
JP2017229008A (ja) * 2016-06-24 2017-12-28 株式会社村田製作所 振動装置及び撮像装置
WO2018198465A1 (ja) * 2017-04-26 2018-11-01 株式会社村田製作所 洗浄装置および洗浄装置を備える撮像ユニット
WO2018207395A1 (ja) * 2017-05-12 2018-11-15 株式会社村田製作所 振動装置
WO2019030982A1 (ja) * 2017-08-09 2019-02-14 株式会社村田製作所 振動装置の駆動方法及び振動装置
WO2019130623A1 (ja) * 2017-12-27 2019-07-04 株式会社村田製作所 振動装置及び光学検出装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023127197A1 (ja) * 2021-12-28 2023-07-06 株式会社村田製作所 振動装置及び撮像装置
WO2023162329A1 (ja) * 2022-02-25 2023-08-31 株式会社村田製作所 撮像ユニット
WO2023210101A1 (ja) * 2022-04-28 2023-11-02 株式会社村田製作所 光学装置、および光学装置を備える撮像ユニット
WO2024062666A1 (ja) * 2022-09-22 2024-03-28 株式会社村田製作所 光学装置、および光学装置を備える撮像ユニット

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