WO2021100232A1 - 振動装置、および振動装置を備える撮像ユニット - Google Patents

振動装置、および振動装置を備える撮像ユニット Download PDF

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WO2021100232A1
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tubular body
vibrating
vibrating device
protective cover
translucent
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PCT/JP2020/024812
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藤本　克己
友基 石井
仁志 坂口
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株式会社村田製作所
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Publication date
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    • 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
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    • H04N23/55—Optical parts specially adapted for electronic image sensors; Mounting thereof

Definitions

  • the present invention relates to a vibrating device and an imaging unit including the vibrating device.
  • the imaging unit described in Patent Document 1 is provided with a vibrating device that vibrates the translucent body in order to remove foreign matter adhering to the surface of the translucent body.
  • the vibrating device includes a support, a first vibrating element arranged on one main surface side of the support, and a second vibrating element arranged on the other main surface side.
  • the vibrating device vibrates the second vibrating body provided with the piezoelectric vibrator to vibrate the first vibrating body having translucency, and removes foreign matter adhering to the surface of the translucent body.
  • the tubular mode conversion coupling portion is changed to the tubular vibrating body and the translucent body of the lens cover. It has a vibrating device provided between the parts.
  • Patent No. 6579200 International release WO2017 / 110563
  • the imaging units described in Patent Document 1 and Patent Document 2 are premised on providing a vibration device that uses a vibration mode that displaces a part of the translucent body in the plane. Therefore, in the imaging unit described in Patent Document 1 and Patent Document 2, the vibrating device is used to vibrate the translucent body so that a part of the translucent body in the plane is displaced differently from the other part. Specifically, when the translucent body is vibrated in a certain vibration mode, the vibrating device vibrates the translucent body so that the central portion of the translucent body has the maximum displacement.
  • the vibrating device can move the raindrops adhering to the surface of the translucent body to the central part of the translucent body and atomize it. That is, by vibrating the translucent body with the vibrating device, the position where the displacement of the translucent body is large becomes hydrophilic, so that the raindrop at the position where the displacement is small can be moved to the position where the displacement is large due to the difference in surface tension.
  • the amount of raindrops that can be moved by the vibrating device depends on the distance from the position of the maximum displacement and the magnitude of the maximum displacement, and the ability to remove raindrops (foreign matter) is greater depending on the vibration mode of the vibrating device. It will change.
  • an object of the present invention is to provide a vibrating device capable of discharging foreign matter adhering to the translucent body to the outside of the translucent body while maintaining the field of view of the translucent body, and an imaging unit including the vibrating device. Is.
  • the vibrating device includes a translucent body that transmits light of a predetermined wavelength, a first tubular body that holds the translucent body at one end, and the other end of the first tubular body.
  • a plate-shaped spring portion that supports the first tubular body, a second tubular body that supports the position of the spring portion outside the position that supports the first tubular body with one end, and the other end of the second tubular body.
  • a non-equilibrium means for removing or partially adding mass is provided.
  • the image pickup unit includes the vibration device described above and an image pickup element arranged so that the translucent body is in the viewing direction.
  • the vibrating device and the imaging unit including the vibrating device include a non-equilibrium means for removing or adding a partial mass to at least one of the spring portion and the vibrating body. Therefore, it is possible to discharge the foreign matter adhering to the translucent body to the outside of the translucent body while maintaining the field of view of the translucent body.
  • FIG. 1 It is a perspective view of the vibration device which concerns on Embodiment 1. It is a schematic diagram for demonstrating the structure of the image pickup unit which concerns on Embodiment 1. It is a figure for demonstrating the vibration of the vibrating apparatus which does not provide the notch part and the vibration of the vibrating apparatus of comparison object which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows the relationship between the frequency and impedance of the drive signal applied to the piezoelectric element in the vibrating apparatus which does not provide the notch part which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a graph which shows the relationship between the resonance frequency of a piston vibration mode and the resonance frequency of a protection cover vibration mode by the change of the thickness of the protection cover which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. 1 It is a figure which shows the relationship between the frequency and impedance of the drive signal applied to the piezoelectric element in the vibrating apparatus provided with the notch part which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure for demonstrating the vibration of the vibrating apparatus provided with the cutout part which concerns on Embodiment 1.
  • It is a graph which shows the relationship between the position in the protective cover and the displacement amount in the vibration apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. 1 is a perspective view of the vibration device 10 according to the first embodiment.
  • the vibrating device 10 includes a protective cover 11, a first tubular body 12, a leaf spring 13, a second tubular body 14, and a vibrating body 17.
  • the protective cover 11 has a dome shape.
  • the protective cover 11 is formed of a transparent member as a translucent body that transmits light having a predetermined wavelength.
  • the end of the protective cover 11 is held by the end of the cylindrical first tubular body 12.
  • the first tubular body 12 is supported by a leaf spring 13 as a spring portion that elastically deforms on the side opposite to the protective cover 11 side.
  • the leaf spring 13 supports the bottom surface of the cylindrical first tubular body 12 and extends outward from the supported position.
  • the leaf spring 13 has a hollow circular shape, and is extended so as to surround the circumference of the first tubular body 12 in a circular shape.
  • the leaf spring 13 is supported by the second tubular body 14 at a position outside the position where the first tubular body 12 is supported.
  • the second tubular body 14 has a cylindrical shape.
  • the second tubular body 14 supports the leaf spring 13 at one end.
  • a vibrating body 17 is provided at the other end of the second tubular body 14.
  • the vibrating body 17 vibrates in the penetrating direction (vertical direction in the drawing) of the second tubular body 14.
  • the vibrating body 17 includes a piezoelectric element 15 and a diaphragm 16.
  • the piezoelectric element 15 has a hollow circular shape and is provided on the lower surface of the diaphragm 16.
  • the diaphragm 16 supports the bottom surface of the second tubular body 14, and extends outward from the supported position.
  • the diaphragm 16 has a hollow circular shape, and is extended so as to surround the circumference of the second tubular body 14 in a circular shape.
  • the piezoelectric element 15 vibrates in the penetrating direction of the second tubular body 14
  • the diaphragm 16 vibrates in the penetrating direction of the second tubular body 14.
  • a plurality of rectangular piezoelectric elements 15 may be provided concentrically on the lower surface of the diaphragm 16.
  • the hollow circular piezoelectric element 15 may be provided on the upper surface of the diaphragm 16.
  • a plurality of rectangular piezoelectric elements 15 may be provided concentrically on the upper surface of the diaphragm 16.
  • the piezoelectric element 15 may be fitted to the shape of the diaphragm 16 and the piezoelectric element 15 and the diaphragm 16 may be integrally formed.
  • a notch portion 18 is provided in a part of the vibrating body 17.
  • the notch portion 18 is formed by scraping a part of the vibrating body 17, and in FIG. 1, the notch portion 18 is formed by scraping a part of the left side of the vibrating body 17 in the drawing.
  • the notch portion 18 is one of the non-equilibrium means for vibrating the protective cover 11 in a non-equilibrium state of the vibrating device 10.
  • the first tubular body 12, the leaf spring 13, the second tubular body 14, and the diaphragm 16 are integrally formed.
  • the first tubular body 12, the leaf spring 13, the second tubular body 14, and the diaphragm 16 are made of, for example, metal or synthetic resin.
  • the first tubular body 12, the leaf spring 13, the second tubular body 14, and the diaphragm 16 may be formed as separate bodies or may be formed as separate members.
  • the method of joining the protective cover 11 and the first tubular body 12 is not particularly limited.
  • the protective cover 11 and the first tubular body 12 may be joined by adhesive, welding, fitting, press-fitting, or the like.
  • the protective cover 11 is made of glass. However, it is not limited to glass, and may be composed of a resin such as transparent plastics. Alternatively, it may be made of translucent ceramics. However, depending on the application, it is preferable to use tempered glass. Thereby, the strength can be increased.
  • the protective cover 11 may be acrylic, cycloolefin, polycarbonate, polyester or the like.
  • the protective cover 11 may have a coating layer made of DLC (Diamond-like Carbon) or the like formed on the surface thereof in order to increase the strength, and is hydrophilic for the purpose of antifouling the surface and removing raindrops.
  • a coating layer such as a film, a water-repellent film, lipophilic, or oil-repellent may be formed.
  • the dome shape of the protective cover 11 is not limited to the hemispherical shape.
  • the hemisphere may have a shape in which cylinders are connected, a curved surface shape smaller than the hemisphere, and the like.
  • the protective cover 11 may be a flat plate.
  • the light transmitted through the protective cover 11 may be visible light or invisible light.
  • the protective cover 11 may be a simple glass cover, or may be composed of optical components such as a concave lens, a convex lens, and a flat lens.
  • the piezoelectric element 15 vibrates by being polarized in the thickness direction, for example.
  • the piezoelectric element 15 is made of lead zirconate titanate-based piezoelectric ceramics. However, other piezoelectric ceramics such as (K, Na) NbO3 may be used. Further, a piezoelectric single crystal such as LiTaO3 may be used.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining the configuration of the imaging unit 100 according to the first embodiment.
  • the vibrating device 10 of FIG. 2 is a cross-sectional view of the vibrating device 10 of FIG. 1 cut at the center in the penetrating direction (vertical direction in the drawing) of the second tubular body 14 with respect to the protective cover 11.
  • the image pickup unit 100 is a unit that is attached to, for example, the front or the rear of the vehicle and images an image to be imaged.
  • the place where the image pickup unit 100 is attached is not limited to the vehicle, and may be attached to other devices such as ships and aircraft.
  • the image pickup unit 100 includes a vibration device 10 and a camera 1 as an image pickup element housed in the vibration device 10.
  • the camera 1 is fixed to the upper end portion of the main body member 5 fixed to the base member 3.
  • the vibrating device 10 is supported by a support member 4 fixed to the base member 3.
  • the image pickup unit 100 When the image pickup unit 100 is attached to a vehicle or the like and used outdoors, foreign matter such as raindrops, mud, dust, etc. may adhere to the protective cover 11 arranged in the field of view direction of the camera 1 and covering the outside.
  • the vibrating device 10 can generate vibration in order to remove foreign matter such as raindrops adhering to the protective cover 11.
  • the vibration device 10 includes an excitation circuit 2 that applies a drive signal that generates vibration to the piezoelectric element 15.
  • the excitation circuit 2 is connected to the piezoelectric element 15.
  • the piezoelectric element 15 vibrates in the penetrating direction of the second tubular body 14 based on the drive signal from the excitation circuit 2.
  • the piezoelectric element 15 vibrates, the diaphragm 16 vibrates in the penetrating direction of the second tubular body 14, and the diaphragm 16 vibrates the second tubular body 14 in the penetrating direction of the second tubular body 14.
  • the vibration of the piezoelectric element 15 can be transmitted to the first tubular body 12 via the leaf spring 13.
  • the protective cover 11 vibrates by vibrating the first tubular body 12, and foreign matter such as raindrops adhering to the protective cover 11 is removed.
  • the excitation circuit 2 applies a drive signal to the piezoelectric element 15 so that the first tubular body 12 and the second tubular body 14 vibrate in the penetrating direction of the second tubular body 14 in opposite phases.
  • the excitation circuit 2 is in a vibration mode other than the drive signal applied to the piezoelectric element 15 causing the first tubular body 12 and the second tubular body 14 to vibrate in the penetrating direction of the second tubular body 14 in opposite phases.
  • the vibrating device 10 can be vibrated.
  • the thickness of the first tubular body 12 is thinner than the thickness of the leaf spring 13 and the second tubular body 14.
  • the thickness of the first tubular body 12 is shorter than the length from the position of the leaf spring 13 supporting the first tubular body 12 to the position of the leaf spring 13 supported by the second tubular body 14.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the vibration of the vibrating device 10A not provided with the notch portion 18 and the vibration of the vibrating device 210 to be compared according to the first embodiment.
  • FIG. 3A shows a vibration example of the vibration device 10A not provided with the notch portion 18 according to the first embodiment
  • FIG. 3B shows a vibration example of the vibration device 210 to be compared.
  • the first tubular body 12 is displaced substantially uniformly up and down due to the vibration of the piezoelectric element 15, so that the entire protective cover 11 is covered. It vibrates in the vertical direction almost uniformly.
  • the protective cover 11 vibrates in such a manner that the protective cover 11 is most displaced in the vertical direction in the central portion and is not displaced in the peripheral portion due to the vibration of the piezoelectric element 15.
  • FIG. 3 the reference positions of the vibrating devices 10A and 210 before the start of vibration are shown by broken lines, and the positions of the vibrating devices 10A and 210 after the displacement are shown by solid lines.
  • the piezoelectric element 15 vibrates in the penetrating direction of the second tubular body 14 based on the signal from the excitation circuit 2 (see FIG. 2), so that the diaphragm 16 is displaced upward. Then, the second tubular body 14 is also displaced upward, and the position of the leaf spring 13 supporting the first tubular body 12 sinks downward. As the position of the leaf spring 13 supporting the first tubular body 12 sinks downward, the entire first tubular body 12 is displaced downward, and as a result, the leaf spring 13 is held by the first tubular body 12. The entire protective cover 11 is also displaced downward. At this time, the node (the portion that is not displaced by the vibration of the piezoelectric element 15) 20 is formed on the side surface of the second tubular body 14.
  • the third The two tubular bodies 14 are also displaced downward, and the position of the leaf spring 13 supporting the first tubular body 12 rises upward.
  • the entire first tubular body 12 is displaced upward, and as a result, the leaf spring 13 is held by the first tubular body 12.
  • the entire protective cover 11 is also displaced upward.
  • the node 20 is formed on the side surface of the second tubular body 14. Therefore, in the vibration device 10 shown in FIG.
  • the vibration of the piezoelectric element 15 is not transmitted to the support member 4, and the vibration device 10 is not transmitted to the support member 4.
  • the vibration of the piezoelectric element 15 can be efficiently transmitted to the tubular body 12 and the protective cover 11.
  • the protective cover 11 itself is protected without being substantially deformed by the vibration of the piezoelectric element 15.
  • the entire cover 11 is displaced substantially uniformly in the vertical direction.
  • the vibrating device 210 to be compared shown in FIG. 3B cannot vibrate so that the entire protective cover 11 is displaced substantially uniformly in the vertical direction due to its structure, but the central portion of the protective cover 11 Then, it is possible to vibrate so as to cause the largest displacement in the vertical direction.
  • the vibrating device 210 to be compared includes a protective cover 11, a first tubular body 212, and a piezoelectric element 15.
  • the protective cover 11 is held by the end of the cylindrical first tubular body 212.
  • the first tubular body 212 has a structure in which a partially recessed portion is provided on the inner surface near the end portion where the piezoelectric element 15 is provided.
  • the piezoelectric element 15 vibrates in the penetrating direction of the first tubular body 212 based on the drive signal from the excitation circuit 2 (see FIG. 2), and the vibration is transmitted to the protective cover 11 via the first tubular body 212. And vibrates in such a manner that the protective cover 11 is displaced most upward in the central portion thereof. At this time, the node 20 is formed in the peripheral portion of the protective cover 11. As shown in FIG. 3B, in the vibrating device 210 to be compared, the protective cover 11 is displaced most in the vertical direction in the central portion due to the vibration of the piezoelectric element 15, and is not displaced in the peripheral portion. Vibrates with.
  • the difference in vibration between the vibrating device 10A not provided with the notch 18 and the vibrating device 210 to be compared according to the first embodiment depends on the structural difference between the vibrating device 10A and the vibrating device 210.
  • the protective cover 11 when the exciting frequency is increased, the protective cover 11 is displaced most in the vertical direction in the central portion like the vibrating device 210 to be compared. It vibrates in a manner that does not displace in the peripheral part. That is, the vibrating device 10 has a structure capable of vibrating in a plurality of different vibration modes depending on the frequency of excitation.
  • the frequency for exciting the vibrating device 10 can be adjusted by changing the frequency of the drive signal applied to the piezoelectric element 15.
  • the vibration of the vibration device 210 to be compared that is, the protective cover 11 vibrating in such a manner that it is most displaced in the vertical direction in the central portion and is not displaced in the peripheral portion is referred to as protective cover vibration.
  • a vibration mode is referred to as a protective cover vibration mode.
  • the vibration of the entire protective cover 11 in the vertical direction is referred to as piston vibration (leaf spring vibration), and such a vibration mode is piston vibration. Called mode.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the frequency and impedance of the drive signal applied to the piezoelectric element 15 in the vibrating device 10A not provided with the notch portion 18 according to the first embodiment.
  • the impedance of the piezoelectric element 15 changes significantly around about 36 kHz.
  • the position P indicates the frequency of the drive signal when the protective cover 11 vibrates in the piston vibration mode.
  • the frequency of the drive signal when the protective cover 11 vibrates in the piston vibration mode is referred to as a “resonance frequency in the piston vibration mode”.
  • the impedance of the piezoelectric element 15 changes significantly around about 47 kHz, which is larger than the frequency at the position P.
  • the position Q indicates the frequency of the drive signal when the protective cover 11 vibrates in the protective cover vibration mode.
  • the frequency of the drive signal when the protective cover 11 vibrates in the protective cover vibration mode is referred to as a “resonance frequency in the protective cover vibration mode”.
  • the vibration mode changes depending on the frequency of the drive signal applied to the piezoelectric element 15.
  • the resonance frequency of the piston vibration mode is about 36 kHz
  • the resonance frequency of the protective cover vibration mode is as large as about 47 kHz. If the resonance frequency of the piston vibration mode and the resonance frequency of the protective cover vibration mode are close to each other, the vibrating device 10A cannot vibrate the protective cover 11 only in the piston vibration mode.
  • the relationship between the resonance frequency of the piston vibration mode and the resonance frequency of the protective cover vibration mode changes depending on the structure of the vibration device 10A. In particular, the relationship between the resonance frequency of the piston vibration mode and the resonance frequency of the protective cover vibration mode changes greatly depending on the thickness of the protective cover 11.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the resonance frequency of the piston vibration mode and the resonance frequency of the protection cover vibration mode due to the change in the thickness of the protective cover 11 according to the first embodiment.
  • the resonance frequency of the leaf spring vibration in the piston vibration mode at the position P in FIG. 4 and the resonance frequency of the protective cover vibration in the protective cover vibration mode at the position Q are plotted.
  • the thickness of the protective cover 11 is changed as a flat plate instead of a dome shape, and the changes in the displacement of the central portion and the displacement of the peripheral portion of the protective cover 11 when the vibrating device 10A is vibrated at the resonance frequency of the piston vibration mode are shown. Shown.
  • the resonance frequency of the piston vibration mode gradually decreases as the thickness of the protective cover 11 increases.
  • the resonance frequency of the protective cover vibration mode increases as the thickness of the protective cover 11 increases.
  • the resonance frequency of the protective cover vibration mode is substantially the same as the resonance frequency of the piston vibration mode. That is, when the thickness of the protective cover 11 is about 1.35 mm, the vibrating device 10A cannot drive the protective cover vibration mode and the piston vibration mode separately. Before and after the point where the resonance frequencies are substantially the same, the displacement at the center of the protective cover 11 sharply decreases with the thickness of the protective cover 11. Further, before and after this point, the displacement of the peripheral portion of the protective cover 11 rapidly increases with the thickness of the protective cover 11. In a region where the thickness of the protective cover 11 is thicker than about 1.35 mm, the resonance frequency of the protective cover vibration mode becomes a value larger than the resonance frequency of the piston vibration mode.
  • the thickness of the protective cover 11 is changed so that the resonance frequency of the protective cover vibration mode is larger than the resonance frequency of the piston vibration mode.
  • the structure of the leaf spring 13 and the second tubular body 14 may be configured so that the resonance frequency of the protective cover vibration mode is larger than the resonance frequency of the piston vibration mode.
  • the vibrating device 10A can vibrate the protective cover 11 in the piston vibration mode as shown in FIG. 3A.
  • the displacement of the central portion and the displacement of the peripheral portion of the protective cover 11 per unit voltage converge at about ⁇ 500 (nm / 1V).
  • the thickness of the protective cover 11 of the broken line A is about 1.75 mm.
  • the resonance frequency of the protective cover vibration mode of the broken line A is about 1.2 times the resonance frequency of the piston vibration mode.
  • the vibrating device 10A can vibrate the protective cover 11 in the piston vibration mode.
  • the resonance frequency of the protective cover vibration mode is about 1.2 times or more the resonance frequency of the piston vibration mode, so that the vibrating device 10A can easily vibrate the protective cover 11 in the piston vibration mode.
  • the thickness of the protective cover 11 is changed so that the resonance frequency of the protective cover vibration mode is 1.2 times the resonance frequency of the piston vibration mode.
  • the protective cover 11 has a first tubular shape.
  • the structures of the body 12, the leaf spring 13, and the second tubular body 14 may be configured such that the resonance frequency of the protective cover vibration mode is 1.2 times the resonance frequency of the piston vibration mode.
  • the resonance frequency of the protective cover vibration mode is about 1.3 times the resonance frequency of the piston vibration mode.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the frequency and impedance of the drive signal applied to the piezoelectric element in the vibrating device 10 provided with the notch portion 18 according to the first embodiment.
  • the vertical axis is impedance and the horizontal axis is frequency
  • the graph of the vibrating device 10 provided with the notch 18 is shown by a solid line
  • the graph of the vibrating device 10A not provided with the notch 18 is shown by a broken line.
  • the resonance frequency of the vibrating device 10A without the notch 18 is a single peak (about 37.1 kHz), but the resonance frequency of the vibrating device 10 provided with the notch 18 is two. It is split into (about 36.8 kHz and about 37.3 kHz).
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the vibration of the vibration device provided with the notch portion according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a graph showing the relationship between the position on the protective cover and the amount of displacement in the vibration device according to the first embodiment.
  • the piezoelectric element 15 provided on the bottom surface of the vibrating device 10 is vibrated upward.
  • the second tubular body 14 is displaced upward, and the position of the leaf spring 13 supporting the first tubular body 12 is moved downward. Sink.
  • the leaf spring 13 on the side where the notch portion 18 is provided is displaced more than the leaf spring 13 on the side where the notch portion 18 is not provided, so that the leaf spring on the side where the notch portion 18 is provided is displaced. 13 sinks further down.
  • the first tubular body 12 tilts toward the side where the notch portion 18 is provided and sinks. Due to the displacement difference of the first tubular body 12, the protective cover 11 changes from an equilibrium state in which the entire body is uniformly displaced to a non-equilibrium state in which the protective cover 11 is displaced downward to the right.
  • the vertical axis is the displacement amount
  • the horizontal axis is the position on the protective cover 11
  • the graph of the vibrating device 10 provided with the notch portion 18 is a solid line
  • the graph of the vibrating device 10A not provided with the notch portion 18 is a broken line. It is shown by.
  • the position of 0.0 mm shown in FIG. 8 is the position of the left end of the protective cover 11 in FIG.
  • FIG. 8 shows the amount of displacement of the protective cover 11 in a state where the piezoelectric element 15 is vibrated upward.
  • the displacement amount at the substantially center of the protective cover 11 is slightly larger than the displacement amount at the left and right ends.
  • the protective cover 11 is uniformly displaced downward.
  • the displacement amount on the side where the notch portion 18 is provided position of 0.0 mm
  • the side where the notch portion 18 is not provided position of about 23.0 mm.
  • the absolute value is smaller than the amount of displacement of.
  • the absolute value of the displacement amount increases toward the right end of the protective cover 11, and the notch portion 18 is provided from the position where the position exceeds about 13.0 mm.
  • the displacement amount of the vibrating device 10A that has not been used is exceeded.
  • the vibrating device 10 includes a protective cover 11, a first tubular body 12, a leaf spring 13, a second tubular body 14, a piezoelectric element 15, and a diaphragm 16.
  • the vibrating device 10 has a notch 18 (notch 18) that removes a part of mass from at least one of the protective cover 11, the first tubular body 12, the leaf spring 13, the second tubular body 14, and the diaphragm 16.
  • Non-equilibrium means are further provided.
  • the vibrating device 10 vibrates in the vertical direction by tilting the protective cover 11 in one direction without substantially deforming the protective cover 11, so that foreign matter (for example, raindrops) adhering to the protective cover 11 is the protective cover.
  • the vibrating device 10 can move the foreign matter adhering to the protective cover 11 in the direction in which the protective cover 11 is tilted and atomize the foreign matter, when the foreign matter is collected at any one place on the protective cover 11 and then atomized. The foreign matter can be removed without obstructing the field of view of the protective cover 11.
  • the vibrating device 10 makes it easier to move foreign matter on the protective cover 11, and discharges the foreign matter from the peripheral portion of the protective cover 11 without atomization. it can.
  • the vibrating device 10 preferably aligns the direction in which the displacement amount (absolute value) increases with the direction of gravity, and has a substantially constant amplitude from the central portion to the right side of FIG. Therefore, although the moving speed is reduced, it can be discharged from the peripheral portion of the protective cover 11 due to gravity.
  • the protective cover 11, the first tubular body 12, the leaf spring 13, and the second tubular body 14 have such that the resonance frequency of the protective cover vibration mode is larger than the resonance frequency of the piston vibration mode.
  • the excitation circuit 2 for driving the piezoelectric element 15 is further provided.
  • the excitation circuit 2 is provided with the protective cover 11 in a resonance system in which the resonance frequency of the protective cover 11 (resonance frequency of the protective cover vibration mode) is 1.2 times or more the resonance frequency of the leaf spring 13 (resonance frequency of the piston vibration mode).
  • the resonance (protective cover vibration) and the resonance of the leaf spring 13 (piston vibration) can be selectively excited. That is, in the vibration device 10, the vibration mode can be selectively switched between the protective cover vibration mode and the piston vibration mode.
  • the vibrating device 10 can collect and atomize the foreign matter adhering to the protective cover 11 in the center of the protective cover 11 by using the protective cover vibration mode, and the protective cover 11 can be atomized by using the piston vibration mode.
  • the attached foreign matter can be atomized on the spot including the peripheral part. That is, in the vibration device 10, foreign matter adhering to the protective cover 11 can be removed while maintaining the field of view of the protective cover 11 by properly using the vibration mode according to the application.
  • the thickness of the first tubular body 12 is shorter than the length from the position of the leaf spring 13 supporting the first tubular body 12 to the position of the leaf spring 13 supported by the second tubular body 14. As a result, the vibrating device 10 can remove foreign matter adhering to the protective cover 11 while maintaining the field of view of the protective cover 11.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the vibration device 10B in the modified example of the first embodiment.
  • the vibrating device 10B is different from the vibrating device 10 in that the vibrating body 17A extends toward the inside of the vibrating device 10B.
  • the vibrating body 17A is provided at the other end of the second tubular body 14 (the second tubular body 14 supports the leaf spring 13 at one end), and the vibrating body 17A is provided in the penetrating direction of the second tubular body 14 (the second tubular body 14 supports the leaf spring 13). It vibrates in the vertical direction in the figure).
  • the vibrating body 17A includes a piezoelectric element 15A and a diaphragm 16A.
  • the piezoelectric element 15A has a hollow circular shape and is provided on the lower surface of the diaphragm 16A.
  • the diaphragm 16A supports the bottom surface of the second tubular body 14, and extends inward from the supported position.
  • the diaphragm 16A has a hollow circular shape and is provided inside the second tubular body 14. When the piezoelectric element 15A vibrates in the penetrating direction of the second tubular body 14, the diaphragm 16A vibrates in the penetrating direction of the second tubular body 14.
  • a notch 18A is provided in a part of the vibrating body 17A.
  • the notch portion 18A is formed by scraping a part of the vibrating body 17A, and is formed by scraping a part of the left side of the vibrating body 17A in the drawing.
  • a plurality of rectangular piezoelectric elements 15A may be provided concentrically on the lower surface of the diaphragm 16A. Further, the hollow circular piezoelectric element 15A may be provided on the upper surface of the diaphragm 16A. Further, a plurality of rectangular piezoelectric elements 15A may be provided concentrically on the upper surface of the diaphragm 16A.
  • the piezoelectric element 15A may be fitted to the shape of the diaphragm 16A, and the piezoelectric element 15A and the diaphragm 16A may be integrally formed.
  • the second embodiment will be described with reference to FIGS. 10 to 13. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
  • the vibrating device 10 according to the first embodiment is provided with a notch 18 in a part of the vibrating body 17.
  • a weight is provided in a part of the leaf spring instead of the notch portion. The weight is one of the non-equilibrium means for vibrating the protective cover in a non-equilibrium state of the vibrating device.
  • FIG. 10 is a perspective view of the vibration device 10C according to the second embodiment.
  • the vibrating device 10C includes a protective cover 11, a first tubular body 12, a leaf spring 13, a second tubular body 14, a vibrating body 17, and a weight 19.
  • the protective cover 11 held at the end of the first tubular body 12 is not shown so that the position where the weight 19 is provided can be seen.
  • the vibrating device 10C includes the protective cover 11 as in the vibrating device 10 shown in FIG.
  • the weight 19 is placed on the boundary portion between the first tubular body 12 and the leaf spring 13, and is not arranged on the entire circumference of the first tubular body 12 but is arranged in a part thereof.
  • the weight 19 is not limited to a material as long as a mass can be added to a part of the leaf spring 13, and the weight 19 may be made of the same material as the first tubular body 12 or the like, or may be made of a different material.
  • FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the frequency and impedance of the drive signal applied to the piezoelectric element in the vibrating device 10C provided with the weight 19 according to the second embodiment.
  • the vertical axis is impedance and the horizontal axis is frequency
  • the graph of the vibrating device 10C provided with the weight 19 is shown by a solid line
  • the graph of the vibrating device not provided with the weight 19 to be compared is shown by a broken line.
  • the resonance frequency of the vibrating device without the weight 19 is a single peak (about 37 kHz), but the resonance frequency of the vibrating device 10C provided with the weight 19 is divided into two (about). 37 kHz and about 39.5 kHz).
  • FIG. 12 is a graph showing the relationship between the position on the protective cover and the amount of displacement in the vibration device 10C according to the second embodiment.
  • the piezoelectric element 15 provided on the bottom surface of the vibrating device 10C is vibrated upward.
  • the second tubular body 14 is displaced upward, and the position of the leaf spring 13 supporting the first tubular body 12 is moved downward. Sink.
  • the leaf spring 13 on the side where the weight 19 is provided is displaced more than the leaf spring 13 on the side where the weight 19 is not provided, the leaf spring 13 on the side where the weight 19 is provided is lower. It sinks to the side. As a result, the first tubular body 12 tilts toward the side where the weight 19 is provided and sinks.
  • the protective cover 11 is moved from an equilibrium state in which the entire body is uniformly displaced due to the displacement difference of the first tubular body 12 between the side provided with the weight 19 and the side not provided with the weight 19 to the side provided with the weight 19. It becomes a non-equilibrium state in which it tilts and displaces.
  • the vertical axis is the displacement amount
  • the horizontal axis is the position on the protective cover 11
  • the graph of the vibrating device 10C provided with the weight 19 is a solid line
  • the graph of the vibrating device not provided with the weight 19 to be compared is a broken line.
  • the position of 0.0 mm shown in FIG. 12 is the position of the end of FIG. 10 on the side where the weight 19 is not provided.
  • FIG. 12 shows the amount of displacement of the protective cover 11 (not shown in FIG. 10) in a state where the piezoelectric element 15 is vibrated upward at each position.
  • the protective cover 11 is displaced downward substantially uniformly.
  • the displacement amount on the side provided with the weight 19 (0.0 mm position) is more absolute than the displacement amount on the side not provided with the weight 19 (position of about 22.0 mm). The value is getting smaller.
  • the absolute value of the displacement amount increases toward the end on the side where the weight 19 is not provided, and the weight 19 is provided from the position where the position exceeds about 15.0 mm. It exceeds the displacement amount of the vibrating device.
  • the vibration of the vibrating device 10C has a minimum displacement of about half of the maximum displacement rather than a minimum displacement of 0 (zero) of the protective cover 11. If the difference between the minimum displacement and the maximum displacement is too large, it is necessary to drive a large amount including the maximum displacement point for the movement of foreign matter such as raindrops, and as a result, the foreign matter such as raindrops is atomized before reaching the periphery. there is a possibility. Since the purpose of the vibrating device 10C is to incline and vibrate the protective cover 11 to discharge foreign matter such as raindrops from the peripheral portion, it is desirable to incline and vibrate the protective cover 11 at an appropriate inclination.
  • FIG. 13 is a diagram showing a change in impedance when the weight of the weight 19 is changed.
  • the vertical axis shows the impedance
  • the horizontal axis shows the frequency
  • the vibrations of the vibrating devices having different weights of the weights 19 are shown by changing the line type.
  • the resonance frequency of the piston vibration mode changes in a direction of increasing.
  • the vibrating device shown by the alternate long and short dash line uses a weight that is about twice as heavy, and the resonance frequency is increased from about 37.5 kHz to about 39 kHz.
  • the vibrating device shown by the broken line uses a weight about 0.4 times heavier, and the resonance frequency is smaller from about 37.5 kHz to about 36 kHz. It has become.
  • the weight of the weight increases proportionally as the thickness of the weight increases, the amount of change in the resonance frequency does not necessarily change proportionally.
  • the weight of the weight increases, but the relationship between increasing the thickness of the weight and the amount of change in the resonance frequency is different.
  • the resonance frequency splits and the interval between the frequencies tends to increase, and this effect is used as the weight placement effect.
  • the vibrating device 10C includes a protective cover 11, a first tubular body 12, a leaf spring 13, a second tubular body 14, a piezoelectric element 15, and a diaphragm 16.
  • the vibrating device 10 adds a part of mass to at least one of the protective cover 11, the first tubular body 12, the leaf spring 13, the second tubular body 14, and the diaphragm 16 (non-equilibrium). Means) are further provided.
  • the vibrating device 10 vibrates in the vertical direction by tilting the protective cover 11 in one direction without substantially deforming the protective cover 11, so that foreign matter (for example, raindrops) adhering to the protective cover 11 is the protective cover.
  • the vibrating device 10 can move the foreign matter adhering to the protective cover 11 in the direction in which the protective cover 11 is tilted and atomize the foreign matter, when the foreign matter is collected at any one place on the protective cover 11 and then atomized. The foreign matter can be removed without obstructing the field of view of the protective cover 11.
  • the vibrating device 10C makes it easier for foreign matter to move on the protective cover 11, and discharges the foreign matter from the peripheral portion of the protective cover 11 without atomization. it can.
  • the third embodiment will be described with reference to FIG. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
  • the vibrating device 10 according to the first embodiment is composed of a member that looks like a circle when the first tubular body 12 is viewed from the penetrating direction (see FIG. 1).
  • the vibrating device according to the third embodiment is composed of a member that looks rectangular when the first tubular body is viewed from the penetrating direction.
  • the vibrating device according to the third embodiment is mounted on the imaging unit and used in the same manner as the vibrating device 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 14 is a perspective view of the vibration device 10D according to the third embodiment.
  • the protective cover 11B, the first tubular body 12B, the leaf spring 13B, the second tubular body 14B, and the vibrating body 17B are rectangular. It differs from the vibrating device 10 in some respects. Further, the vibrating device 10D is different from the vibrating device 10 in that a plurality of piezoelectric elements 15B are arranged along the shape of the diaphragm 16B.
  • the weight 19B is placed at the boundary between the first tubular body 12B and the leaf spring 13B.
  • the weight 19B is not arranged on the entire circumference of the first tubular body 12B but is arranged in a part thereof.
  • the vibrating device 10D may be provided with a notch in a part of the vibrating body 17B instead of the weight 19B.
  • the protective cover 11B can be tilted and vibrated in the piston vibration mode by providing the weight 19B in the same manner as the vibration of the vibrating device 10C according to the second embodiment. .. Therefore, the vibrating device 10D according to the third embodiment has the same effect as the vibrating device 10.
  • the vibrating device 10D when the first tubular body 12B is viewed from the penetrating direction, the protective cover 11B, the first tubular body 12B, the leaf spring 13B, the second tubular body 14B, and the vibrating body 17B Since the member has a rectangular shape, the member can be used without waste and it is easy to cut, so that the manufacturing cost can be suppressed.
  • the protective cover 11B, the first tubular body 12B, the leaf spring 13B, the second tubular body 14B, and the vibrating body 17B are rectangular. It may have a shape, and may be square, rectangular, or polygonal.
  • one piezoelectric element 15B that follows the shape of the vibrating plate 16B may be provided on the lower surface of the vibrating plate 16B. Further, the piezoelectric element 15B may be provided on the upper surface of the diaphragm 16B.
  • the vibrating body 17B may extend toward the inside of the vibrating device 10D.
  • the diaphragm 16B may extend inward from the position supporting the bottom surface of the second tubular body 14B, and the piezoelectric element 15B may be provided on the upper surface or the lower surface of the diaphragm 16B.
  • the direction in which the protective cover 11 is tilted may be any direction of 360 degrees, so that the tilting direction may not be stable.
  • the body 12B or the like is a square cylinder or a rectangular cylinder, the direction in which the protective cover 11B is tilted is stable on the side where the weight is provided.
  • the fourth embodiment will be described with reference to FIG. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
  • the vibrating device 10 according to the first embodiment is composed of a member that looks like a circle when the first tubular body 12 is viewed from the penetrating direction (see FIG. 1).
  • the vibrating device 10D according to the third embodiment is composed of a member that looks rectangular when the first tubular body 12B is viewed from the penetrating direction (see FIG. 14).
  • the vibrating device according to the fourth embodiment is composed of a member that looks like a circle and a member that looks like a rectangle when the first tubular body is viewed from the penetrating direction.
  • the vibrating device according to the fourth embodiment is mounted on the imaging unit and used in the same manner as the vibrating device 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 15 is a perspective view of the vibration device 10E according to the fourth embodiment.
  • the vibrating device 10E when the first tubular body 12 is viewed from the penetrating direction, the protective cover 11 and the first tubular body 12 have a circular shape, whereas the leaf spring 13C and the second tubular body 14C , And the vibrating body 17C are different from the vibrating device 10 in that they have a rectangular shape. Further, the vibrating device 10E is different from the vibrating device 10 in that a plurality of piezoelectric elements 15C are arranged along the shape of the diaphragm 16C.
  • the weight 19C is placed at the boundary between the first tubular body 12 and the leaf spring 13C.
  • the weight 19C is not arranged on the entire circumference of the first tubular body 12, but is arranged in a part thereof.
  • the vibrating device 10E may be provided with a notch in a part of the vibrating body 17C instead of the weight 19C.
  • the protective cover 11 can be tilted and vibrated in the piston vibration mode by providing the weight 19C, similarly to the vibration of the vibrating device 10C according to the second embodiment. .. Therefore, the vibrating device 10E according to the fourth embodiment has the same effect as the vibrating device 10.
  • the vibrating device 10E when the first tubular body 12 is viewed from the penetrating direction, the leaf spring 13C, the second tubular body 14C, and the vibrating body 17C are rectangular, so that the members are not wasted. Since it can be used and is easy to cut, the manufacturing cost can be suppressed.
  • the leaf spring 13C, the second tubular body 14C, and the vibrating body 17C may be rectangular, and may be square or rectangular. It may be rectangular.
  • the leaf spring 13C, the second tubular body 14C, and the vibrating body 17C were rectangular when the first tubular body 12 was viewed from the penetrating direction, but the present invention is not limited to this, and protection is provided. At least one of the cover 11, the first tubular body 12, the leaf spring 13C, the second tubular body 14C, and the vibrating body 17C may be rectangular when the first tubular body 12 is viewed from the penetrating direction. ..
  • the protective cover 11 and the first tubular body 12 have a circular shape when the first tubular body 12 is viewed from the penetrating direction, but the present invention is not limited to this, and the protective cover 11 and the first tubular body 12 are not limited to this.
  • At least one of the tubular body 12, the leaf spring 13C, the second tubular body 14C, and the vibrating body 17C may have a circular shape when the first tubular body 12 is viewed from the penetrating direction.
  • one piezoelectric element 15C that follows the shape of the vibrating plate 16C may be provided on the lower surface of the vibrating plate 16C. Further, the piezoelectric element 15C may be provided on the upper surface of the diaphragm 16C.
  • the vibrating body 17C may extend toward the inside of the vibrating device 10E.
  • the diaphragm 16C may extend inward from the position supporting the bottom surface of the second tubular body 14C, and the piezoelectric element 15C may be provided on the upper surface or the lower surface of the diaphragm 16C.
  • the protective cover is tilted by providing a notch in a part of the vibrating body or placing a weight at the boundary between the first tubular body and the leaf spring. It was explained that the piston vibrates in the vibration mode. However, the place where the notch is provided and the place where the weight is placed are not limited to this. 16 and 17 are views for explaining a place where a notch or a weight is provided.
  • a notch or a weight is provided at the boundary portion I between the first tubular body 12 and the leaf spring 13.
  • a notch or a weight is provided in the portion J on the back surface of the leaf spring 13.
  • a notch or a weight is provided at the boundary portion K between the second tubular body 14 and the diaphragm 16.
  • a notch or a weight is provided in a portion L on the surface of the diaphragm 16.
  • a notch or a weight is provided at the end M of the diaphragm 16.
  • a notch or a weight is provided in the portion N of the piezoelectric element 15.
  • the vibrating device is provided with a notch or a weight in at least one of the locations of parts I to N shown in FIGS. 16 and 17. Further, in the vibrating device according to the above-described embodiment, the example in which the notch portion or the weight is provided has been described, but both the notch portion and the weight may be provided.
  • the vibrating device may be provided with a notch in at least one of the locations of parts I to N shown in FIGS. 16 and 17, and a weight may be provided in at least one of the locations of parts I to N. ..
  • a plurality of notches may be provided in at least one of the locations of parts I to N
  • a plurality of weights may be provided in at least one of the locations of parts I to N.
  • the notch and the weight may be provided on the protective cover.
  • the imaging unit 100 may include a camera, LiDAR, Radar, and the like. Further, a plurality of imaging units may be arranged side by side.
  • the image pickup unit 100 is not limited to the image pickup unit provided in the vehicle, and includes a vibration device and an image pickup element arranged so that the light-transmitting body is in the field of view, and is a light-transmitting body. It can be similarly applied to any image pickup unit that needs to remove foreign matter to the image sensor.

Abstract

透光体の視野を保ちつつ、透光体に付着した異物を透光体の外に排出することができる振動装置、および当該振動装置を備える撮像ユニットである。振動装置（１０）は、保護カバー（１１）、第１筒状体（１２）、板バネ（１３）、第２筒状体（１４）、圧電素子（１５）、および振動板（１６）を備える。振動装置（１０）は、保護カバー（１１）、第１筒状体（１２）、板バネ（１３）、第２筒状体（１４）、および振動板（１６）の少なくとも一つに対して一部の質量を削除する切欠き部（１８）（非平衡手段）をさらに備える。

Description

振動装置、および振動装置を備える撮像ユニット
　本発明は、振動装置、および振動装置を備える撮像ユニットに関する。
　近年、車両の前部や後部に撮像素子などを備える撮像ユニットを設けた車両では、当該撮像ユニットで得た画像を利用して安全装置を制御したり、自動運転制御を行ったりすることが行われている。このような撮像ユニットは、車外に設けられることが多いため、外部を覆う透光体（保護カバーやレンズ）に雨滴（水滴）、泥、塵埃等の異物が付着することがある。透光体に異物が付着すると、当該撮像ユニットで得た画像に付着した異物が映り込み、鮮明な画像が得られなくなる。
　そこで、特許文献１に記載の撮像ユニットでは、透光体の表面に付着した異物を除去するために透光体を振動させる振動装置を設けている。当該振動装置は、支持体と、支持体の一方主面側に配置されている第１の振動素子と、他方主面側に配置されている第２の振動素子と、を備える構成である。振動装置は、圧電振動子を設けた第２の振動体を振動させることで、透光性を有する第１の振動体を振動させて、透光体の表面に付着した異物を除去する。
　また、特許文献２に記載の撮像ユニットでは、筒状振動体の一方の開口部を覆うレンズカバーを振動させるために、筒状のモード変換結合部を筒状振動体とレンズカバーの透光体部との間に設けた振動装置を有している。
特許第６５７９２００号 国際公開ＷＯ２０１７／１１０５６３
　特許文献１および特許文献２に記載の撮像ユニットでは、透光体の面内の一部を変位させる振動モードを利用する振動装置を設けることを前提にしている。そのため、特許文献１および特許文献２に記載の撮像ユニットでは、当該振動装置を用いて透光体の面内の一部が他部に対して変位が異なるように透光体を振動させる。具体的に、振動装置は、ある振動モードで透光体を振動させた場合、透光体の中央部が最大変位となるように透光体を振動させる。
　透光体の中央部が最大変位となるように振動させた場合、振動装置は、透光体の表面に付着した雨滴を透光体の中央部に移動させて霧化することができる。つまり、振動装置で透光体を振動させることにより透光体の変位の大きい位置が親水化するので、変位の小さい位置にある雨滴を表面張力差によって変位の大きい位置に移動させることができる。しかし、振動装置によって透光体を移動できる雨滴の量は、最大変位の位置からの距離と、最大変位の大きさとに依存し、雨滴（異物）を除去する能力は振動装置の振動モードにより大きく変化することになる。また、振動装置は、最大変位となる透光体の位置に雨滴（異物）が集まって来るため、集まった雨滴（異物）が霧化されるまで当該位置での視野を阻害する虞れがあった。さらに、振動装置は、透光体の面内に最大変位が生じるため、振動による霧化以外の方法で雨滴（異物）を透光体の外に排出することが難しかった。
　そこで、本発明の目的は、透光体の視野を保ちつつ、透光体に付着した異物を透光体の外に排出することができる振動装置、および振動装置を備える撮像ユニットを提供することである。
　本発明の一形態に係る振動装置は、所定の波長の光を透過する透光体と、一方の端で透光体を保持する第１筒状体と、第１筒状体の他方の端を支持する板状のバネ部と、第１筒状体を支持する位置の外側にあるバネ部の位置を一方の端で支持する第２筒状体と、第２筒状体の他方の端に設けられ、第２筒状体の貫通方向に振動する振動体と、透光体、第１筒状体、第２筒状体、バネ部および振動体の少なくとも一つに対して一部の質量を削除、または一部に質量を付加する非平衡手段と、を備える。
　本発明の一形態に係る撮像ユニットは、上記に記載の振動装置と、透光体が視野方向となるように配置された撮像素子と、を備える。
　本発明によれば、振動装置、および振動装置を備える撮像ユニットは、バネ部および振動体の少なくとも一つに対して一部の質量を削除、または一部に質量を付加する非平衡手段を備えているので、透光体の視野を保ちつつ、透光体に付着した異物を透光体の外に排出することができる。
本実施の形態１に係る振動装置の斜視図である。 本実施の形態１に係る撮像ユニットの構成を説明するための概略図である。 本実施の形態１に係る切欠き部を設けていない振動装置の振動と比較対象の振動装置の振動とを説明するための図である。 本実施の形態１に係る切欠き部を設けていない振動装置における圧電素子に印加する駆動信号の周波数とインピーダンスとの関係を示す図である。 本実施の形態１に係る保護カバーの厚さの変化によるピストン振動モードの共振周波数と保護カバー振動モードの共振周波数との関係を示すグラフである。 本実施の形態１に係る切欠き部を設けた振動装置における圧電素子に印加する駆動信号の周波数とインピーダンスとの関係を示す図である。 本実施の形態１に係る切欠き部を設けた振動装置の振動を説明するための図である。 本実施の形態１に係る振動装置において保護カバーでの位置と変位量との関係を示すグラフである。 本実施の形態１の変形例における振動装置の断面図である。 本実施の形態２に係る振動装置の斜視図である。 本実施の形態２に係る錘を設けた振動装置における圧電素子に印加する駆動信号の周波数とインピーダンスとの関係を示す図である。 本実施の形態２に係る振動装置において保護カバーでの位置と変位量との関係を示すグラフである。 錘の重さを変更した場合のインピーダンスの変化を示す図である。 本実施の形態３に係る振動装置の斜視図である。 本実施の形態４に係る振動装置の斜視図である。 切欠き部または錘を設ける場所を説明するための図である。 切欠き部または錘を設ける場所を説明するための図である。
　以下に、本実施の形態に係る光学ユニットについて図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
（実施の形態１）
　以下に、本実施の形態１に係る振動装置、および振動装置を備える撮像ユニットについて図面を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態１に係る振動装置１０の斜視図である。振動装置１０は、保護カバー１１、第１筒状体１２、板バネ１３、第２筒状体１４、および振動体１７を含んでいる。
　保護カバー１１は、ドーム状の形状を有している。保護カバー１１は、所定の波長の光を透過する透光体として透明部材で形成される。保護カバー１１の端部は、円筒状の第１筒状体１２の端部で保持されている。第１筒状体１２は、保護カバー１１側と反対側で弾性変形するバネ部としての板バネ１３により支持されている。板バネ１３は、円筒状の第１筒状体１２の底面を支持し、支持した位置から外側に向かって延伸している。板バネ１３は、中空円状であり、第１筒状体１２の周囲を円形状に囲むように延伸している。
　板バネ１３は、第１筒状体１２を支持する位置の外側にある位置で第２筒状体１４により支持されている。第２筒状体１４は、円筒状の形態である。第２筒状体１４は、一方の端で板バネ１３を支持する。第２筒状体１４の他方の端には、振動体１７が設けられる。振動体１７は、第２筒状体１４の貫通方向（図中、上下方向）に振動する。振動体１７は、圧電素子１５と振動板１６とを含む。圧電素子１５は、中空円状であり、振動板１６の下面に設けられる。振動板１６は、第２筒状体１４の底面を支持し、支持した位置から外側に向かって延伸している。振動板１６は、中空円状であり、第２筒状体１４の周囲を円形状に囲むように延伸している。圧電素子１５が第２筒状体１４の貫通方向に振動することにより、振動板１６が第２筒状体１４の貫通方向に振動する。なお、振動板１６の下面に矩形状の圧電素子１５を同心円状に複数設けてもよい。また、中空円状の圧電素子１５を振動板１６の上面に設けてもよい。また、振動板１６の上面に矩形状の圧電素子１５を同心円状に複数設けてもよい。また、圧電素子１５を振動板１６の形状に合わせ、圧電素子１５と振動板１６とを一体的に形成してもよい。
　さらに、振動体１７の一部に、切欠き部１８を設けている。切欠き部１８は、振動体１７の一部を削ることで形成され、図１では、振動体１７の図中左側の一部を削ることで切欠き部１８を形成する。振動体１７に切欠き部１８を設けることで振動装置１０の振動のバランスに偏りを生じさせ、後述するように非平衡な状態で保護カバー１１を振動させることが可能となる。切欠き部１８は、振動装置１０を非平衡な状態で保護カバー１１を振動させるための非平衡手段の一つである。
　第１筒状体１２、板バネ１３、第２筒状体１４、および振動板１６は、一体的に形成される。第１筒状体１２、板バネ１３、第２筒状体１４、および振動板１６は、たとえば、金属や合成樹脂からなる。なお、第１筒状体１２、板バネ１３、第２筒状体１４、および振動板１６を別体で形成してもよいし、別部材で形成してもよい。保護カバー１１と第１筒状体１２との接合方法は、特に問わない。保護カバー１１と第１筒状体１２とを、接着剤、溶着、嵌合、圧入、などで接合してもよい。
　本実施の形態では、保護カバー１１がガラスからなる。もっとも、ガラスに限らず、透明なプラスチックスなどの樹脂により構成されていてもよい。あるいは、透光性のセラミックスにより構成されていてもよい。もっとも、用途によっては、強化ガラスを用いることが好ましい。それによって、強度を高めることができる。樹脂の場合、保護カバー１１は、アクリル、シクロオレフィン、ポリカーボネート、ポリエステルなどが考えられる。さらに、保護カバー１１は、表面に、強度を高めるために、ＤＬＣ（Diamond-like　Carbon）などからなるコーティング層が形成されていてもよく、表面の防汚や雨滴の除去などを目的に、親水膜、撥水膜、親油、撥油などのコーティング層を形成してもよい。
　保護カバー１１のドーム状の形状は、半球状の形状に限定されるものではない。半球に、円筒を連ねた形状や、半球よりも小さい曲面形状などを有していてもよい。保護カバー１１は、平板でもよい。保護カバー１１を透過する光は、可視光か不可視光かは問わない。保護カバー１１は、単なるガラス製のカバーであっても、凹レンズ、凸レンズ、平面レンズなどの光学部品で構成してもよい。
　圧電素子１５は、例えば、厚み方向において分極することで振動する。圧電素子１５は、チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスからなる。もっとも、（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３などの他の圧電セラミックスが用いられてもよい。さらにＬｉＴａＯ３などの圧電単結晶が用いられてもよい。
　図２は、本実施の形態１に係る撮像ユニット１００の構成を説明するための概略図である。図２の振動装置１０は、図１の振動装置１０を保護カバー１１に対して第２筒状体１４の貫通方向（図中、上下方向）に中央で切断した断面図である。撮像ユニット１００は、例えば車両の前方、後方などに取り付けられ、被撮像物を撮像するユニットである。なお、撮像ユニット１００が取り付けられる場所は、車両に限られず、船舶、航空機などの他の装置に取り付けられてもよい。
　撮像ユニット１００は、振動装置１０と、振動装置１０内に収納された撮像素子としてのカメラ１とを含んでいる。カメラ１は、ベース部材３に固定された本体部材５の上端部に固定されている。振動装置１０は、ベース部材３に固定された支持部材４により支持されている。
　撮像ユニット１００は、車両などに取り付けて屋外で使用する場合、カメラ１の視野方向に配置され外部を覆う保護カバー１１に雨滴、泥、塵埃等の異物が付着することがある。振動装置１０は、保護カバー１１に付着した雨滴等の異物を除去するため振動を発生させることができる。
　振動装置１０は、振動を発生させる駆動信号を圧電素子１５に印加する励振回路２を備えている。励振回路２は、圧電素子１５と接続されている。圧電素子１５は、励振回路２からの駆動信号に基づいて、第２筒状体１４の貫通方向に振動する。圧電素子１５が振動することによって振動板１６が第２筒状体１４の貫通方向に振動し、振動板１６は、第２筒状体１４を第２筒状体１４の貫通方向に振動させる。第２筒状体１４が振動することによって、板バネ１３を介して第１筒状体１２に圧電素子１５の振動を伝えることができる。振動装置１０では、第１筒状体１２を振動させることで保護カバー１１が振動して、保護カバー１１に付着した雨滴等の異物が除去される。
　励振回路２は、第１筒状体１２と第２筒状体１４とが逆位相で第２筒状体１４の貫通方向に振動するように、圧電素子１５に駆動信号を印加する。励振回路２は、圧電素子１５に印加する駆動信号により、第１筒状体１２と第２筒状体１４とが逆位相で第２筒状体１４の貫通方向に振動する以外の振動モードで振動装置１０を振動させることができる。
　図２に示すように、第１筒状体１２の厚みは、板バネ１３や第２筒状体１４の厚みと比べて薄くなっている。第１筒状体１２の厚みは、第１筒状体１２を支持する板バネ１３の位置から第２筒状体１４で支持される板バネ１３の位置までの長さより短くなっている。
　振動体１７の一部に切欠き部１８を設けた振動装置１０の非平衡な状態の振動を説明する前に、振動体１７の一部に切欠き部１８を設けていない振動装置１０Ａの平衡な状態の振動について説明する。図３は、本実施の形態１に係る切欠き部１８を設けていない振動装置１０Ａの振動と比較対象の振動装置２１０の振動とを説明するための図である。図３（ａ）は、本実施の形態１に係る切欠き部１８を設けていない振動装置１０Ａの振動例を示し、図３（ｂ）は、比較対象の振動装置２１０の振動例を示す。本実施の形態１に係る切欠き部１８を設けていない振動装置１０Ａでは、圧電素子１５の振動により、第１筒状体１２が略均一に上下に変位することにより、保護カバー１１の全体が略均一に上下方向に振動する。一方、比較対象の振動装置２１０では、圧電素子１５の振動により、保護カバー１１が、中央部では上下方向に最も大きく変位し、周辺部では変位しないような態様で振動する。図３では、振動を開始する前の振動装置１０Ａ，２１０の基準位置を破線で示し、変位後の振動装置１０Ａ，２１０の位置を実線で示す。
　図３（ａ）を参照して、圧電素子１５が励振回路２（図２参照）からの信号に基づいて第２筒状体１４の貫通方向に振動することにより、振動板１６が上方に変位すると、第２筒状体１４も上方に変位し、第１筒状体１２を支持している板バネ１３の位置が下側に沈み込む。第１筒状体１２を支持している板バネ１３の位置が下側に沈み込むことで、第１筒状体１２の全体が下方に変位する結果、第１筒状体１２に保持されている保護カバー１１の全体も下方に変位する。このとき、ノード（圧電素子１５の振動によっても変位しない部分）２０は、第２筒状体１４の側面に形成される。
　図示していないが、圧電素子１５が励振回路２（図２参照）からの駆動信号に基づいて第２筒状体１４の貫通方向に振動することにより、振動板１６が下方に変位すると、第２筒状体１４も下方に変位し、第１筒状体１２を支持している板バネ１３の位置が上側にせり上がる。第１筒状体１２を支持している板バネ１３の位置が上側にせり上がることで、第１筒状体１２の全体が上方に変位する結果、第１筒状体１２に保持されている保護カバー１１の全体も上方に変位する。このとき、ノード２０は、第２筒状体１４の側面に形成される。そのため、図２に示す振動装置１０では、ノード２０が形成される第２筒状体１４の側面を支持部材４で支持することで、圧電素子１５の振動が支持部材４に伝わらずに、第１筒状体１２および保護カバー１１に圧電素子１５の振動を効率的に伝えることができる。
　図３（ａ）に示すように、本実施の形態１に係る切欠き部１８を設けていない振動装置１０Ａにおいては、圧電素子１５の振動により、保護カバー１１自体がほぼ変形することなく、保護カバー１１の全体が略均一に上下方向に変位する。
　一方、図３（ｂ）に示す比較対象の振動装置２１０は、構造上、保護カバー１１の全体が略均一に上下方向に変位するような振動をさせることはできないが、保護カバー１１の中央部では上下方向に最も大きく変位するような振動をさせることができる。具体的に、図３（ｂ）を参照して、比較対象の振動装置２１０は、保護カバー１１、第１筒状体２１２、および圧電素子１５を含む。保護カバー１１は、円筒状の第１筒状体２１２の端部で保持されている。第１筒状体２１２は、圧電素子１５が設けられている端部に近い内面に一部凹んだ部分を設けた構造である。圧電素子１５が励振回路２（図２参照）からの駆動信号に基づいて第１筒状体２１２の貫通方向に振動することにより、その振動が第１筒状体２１２を介して保護カバー１１へと伝わり、保護カバー１１がその中央部で上方向に最も大きく変位するような態様で振動する。このとき、ノード２０は、保護カバー１１の周辺部に形成される。図３（ｂ）に示すように、比較対象の振動装置２１０においては、圧電素子１５の振動により、保護カバー１１が、中央部では上下方向に最も大きく変位し、周辺部では変位しないような態様で振動する。
　本実施の形態１に係る切欠き部１８を設けていない振動装置１０Ａと比較対象の振動装置２１０とにおける振動の違いは、振動装置１０Ａと振動装置２１０との構造上の違いに依る。しかしながら、本実施の形態１に係る振動装置１０Ａにおいても、構造上、励振する周波数を高くすると比較対象の振動装置２１０のように、保護カバー１１が、中央部では上下方向に最も大きく変位し、周辺部では変位しないような態様で振動する。すなわち、振動装置１０は、励振する周波数によって、複数の異なる振動モードで振動させることができる構造である。ここで、振動装置１０を励振する周波数は、圧電素子１５に印加する駆動信号の周波数を変更することにより調整することができる。以下では、比較対象の振動装置２１０のような態様、すなわち、保護カバー１１が、中央部では上下方向に最も大きく変位し、周辺部では変位しないような態様で振動することを保護カバー振動と称し、そのような振動モードを保護カバー振動モードと称す。これに対し、本実施の形態１に係る振動装置１０Ａにおいて、保護カバー１１の全体が略均一に上下方向に振動することをピストン振動（板バネ振動）と称し、そのような振動モードをピストン振動モードと称す。
　図４は、本実施の形態１に係る切欠き部１８を設けていない振動装置１０Ａにおける圧電素子１５に印加する駆動信号の周波数とインピーダンスとの関係を示す図である。図４の位置Ｐで示す部分から分かるように、約３６ｋＨｚ辺りで圧電素子１５のインピーダンスが大きく変化している。位置Ｐは、保護カバー１１がピストン振動モードで振動する場合の駆動信号の周波数を示している。以下では、保護カバー１１がピストン振動モードで振動する場合の駆動信号の周波数を「ピストン振動モードの共振周波数」と称す。図４の位置Ｑで示す部分から分かるように、位置Ｐにおける周波数よりも大きい約４７ｋＨｚ辺りで圧電素子１５のインピーダンスが大きく変化している。位置Ｑは、保護カバー１１が保護カバー振動モードで振動する場合の駆動信号の周波数を示している。以下では、保護カバー１１が保護カバー振動モードで振動する場合の駆動信号の周波数を「保護カバー振動モードの共振周波数」と称す。
　図４で示すように、振動装置１０Ａでは、圧電素子１５に印加する駆動信号の周波数により、振動モードが変化する。ピストン振動モードの共振周波数は約３６ｋＨｚであるのに対して、保護カバー振動モードの共振周波数は約４７ｋＨｚと大きい。仮に、ピストン振動モードの共振周波数と、保護カバー振動モードの共振周波数とが近似してくると、振動装置１０Ａは、ピストン振動モードのみで保護カバー１１を振動させることができなくなる。ここで、ピストン振動モードの共振周波数と、保護カバー振動モードの共振周波数との関係は、振動装置１０Ａの構造により変化する。特に、保護カバー１１の厚さにより、ピストン振動モードの共振周波数と、保護カバー振動モードの共振周波数との関係は大きく変化する。
　図５は、本実施の形態１に係る保護カバー１１の厚さの変化によるピストン振動モードの共振周波数と保護カバー振動モードの共振周波数との関係を示すグラフである。図５では、図４の位置Ｐのピストン振動モードによる板バネ振動の共振周波数と、位置Ｑの保護カバー振動モードによる保護カバー振動の共振周波数とがプロットされている。図５では、保護カバー１１をドーム状でなく平板として厚さを変化させ、ピストン振動モードの共振周波数で振動装置１０Ａを振動させた場合の保護カバー１１の中央部変位および周辺部変位の変化を示す。ピストン振動モードの共振周波数は、図５から分かるように保護カバー１１の厚みが増すに連れて緩やかに下がっている。一方、保護カバー振動モードの共振周波数は、保護カバー１１の厚みが増すに連れて上がっている。
　保護カバー１１の厚みが約１．３５ｍｍのときに保護カバー振動モードの共振周波数がピストン振動モードの共振周波数と略同じになっている。つまり、振動装置１０Ａは、保護カバー１１の厚みが約１．３５ｍｍのとき、保護カバー振動モードとピストン振動モードとを分離して駆動することができない。共振周波数が略同じとなる点の前後において、保護カバー１１の中央部変位は、保護カバー１１の厚みとともに増加していた変位が急激に減少する。また、この点の前後において、保護カバー１１の周辺部変位は、保護カバー１１の厚みとともに緩やかに増加していた変位が急激に増加する。保護カバー１１の厚みが約１．３５ｍｍよりも厚い領域では、保護カバー振動モードの共振周波数が、ピストン振動モードの共振周波数よりも大きな値となる。なお、前述の例では保護カバー１１の厚みを変更して保護カバー振動モードの共振周波数がピストン振動モードの共振周波数よりも大きくなるように構成したが、保護カバー１１、第１筒状体１２、板バネ１３、および第２筒状体１４の構造が、保護カバー振動モードの共振周波数がピストン振動モードの共振周波数よりも大きくなるように構成されていればよい。
　図５から分かるように、保護カバー振動モードの共振周波数が、ピストン振動モードの共振周波数よりも高くなる領域では、保護カバー１１の中央部変位と周辺部変位とが同じ変位に収束し、保護カバー１１の全体が変位する。つまり、当該領域では、振動装置１０Ａは、図３（ａ）で示したようなピストン振動モードで保護カバー１１を振動させることができる。特に、図５の破線Ａより右側の領域では、単位電圧当たりの保護カバー１１の中央部変位と周辺部変位とが約－５００（ｎｍ／１Ｖ）辺りで収束する。破線Ａの保護カバー１１の厚みは約１．７５ｍｍである。また、破線Ａの保護カバー振動モードの共振周波数は、ピストン振動モードの共振周波数の約１．２倍である。保護カバー振動モードの共振周波数が、ピストン振動モードの共振周波数の約１．２倍以上となる場合において、振動装置１０Ａは、ピストン振動モードで保護カバー１１を振動させることができる。破線Ａより右側の領域では、保護カバー振動モードの共振周波数が、ピストン振動モードの共振周波数の約１．２倍以上であるので、振動装置１０Ａは、ピストン振動モードで保護カバー１１を振動させやすくなる。なお、前述の例では保護カバー１１の厚みを変更して保護カバー振動モードの共振周波数がピストン振動モードの共振周波数の１．２倍となるように構成したが、保護カバー１１、第１筒状体１２、板バネ１３、および第２筒状体１４の構造が、保護カバー振動モードの共振周波数がピストン振動モードの共振周波数の１．２倍となるように構成されていればよい。
　図５に示すように、保護カバー１１の厚みが２．５ｍｍ以上のときにより保護カバー１１の中央部変位と周辺部変位との変位差が略同じになる。このとき、保護カバー振動モードの共振周波数は、ピストン振動モードの共振周波数の約１．３倍となる。
　次に、本実施の形態１に係る切欠き部１８を設けた振動装置１０の振動について説明する。振動装置１０は、振動体１７の一部に切欠き部１８を設けているため、振動装置１０Ａのようにピストン振動モードで振動させても、切欠き部１８を設けた側と、切欠き部１８を設けていない側とで共振周波数に差が生じる。図６は、本実施の形態１に係る切欠き部１８を設けた振動装置１０における圧電素子に印加する駆動信号の周波数とインピーダンスとの関係を示す図である。図６では、縦軸をインピーダンス、横軸を周波数とし、切欠き部１８を設けた振動装置１０のグラフを実線で、切欠き部１８を設けていない振動装置１０Ａのグラフを破線でそれぞれ示している。図６から分かるように、切欠き部１８を設けていない振動装置１０Ａの共振周波数は単峰（約３７．１ｋＨｚ）であるが、切欠き部１８を設けた振動装置１０の共振周波数は２つに分裂している（約３６．８ｋＨｚと約３７．３ｋＨｚ）。
　そのため、切欠き部１８を設けた振動装置１０は、ピストン振動モードで振動させた場合、保護カバー１１の全体が略均一に上下方向に振動する平衡な状態の変位ではなく、保護カバー１１が傾いて上下方向に振動する非平衡な状態の変位となる。図７は、本実施の形態１に係る切欠き部を設けた振動装置の振動を説明するための図である。図８は、本実施の形態１に係る振動装置において保護カバーでの位置と変位量との関係を示すグラフである。
　図７に示すように、振動装置１０の底面に設けた圧電素子１５を上方向に振動させる。振動装置１０は、圧電素子１５が上方向に振動することで、第２筒状体１４が上方向に変位し、第１筒状体１２を支持している板バネ１３の位置が下側に沈み込む。このとき、切欠き部１８を設けた側の板バネ１３の方が、切欠き部１８を設けていない側の板バネ１３よりも大きく変位するため、切欠き部１８を設けた側の板バネ１３の方がより下側に沈み込む。これにより、第１筒状体１２は、切欠き部１８を設けた側に傾いて沈み込む。保護カバー１１は、第１筒状体１２の変位差により、全体が均一に変位する平衡な状態から、右下がりに変位する非平衡な状態となる。
　図８では、縦軸を変位量、横軸を保護カバー１１での位置、切欠き部１８を設けた振動装置１０のグラフを実線、切欠き部１８を設けていない振動装置１０Ａのグラフを破線でそれぞれ示している。図８に示す０．０ｍｍの位置は、図７における保護カバー１１の左端の位置である。図８においては、圧電素子１５を上方向に振動させた状態の保護カバー１１の変位量を示している。
　図８に示すように、切欠き部１８を設けていない振動装置１０Ａは、保護カバー１１の略中央の変位量が左右の端の変位量よりも絶対値が僅かに大きくなっているが、略均一に保護カバー１１が下側に変位している。一方、切欠き部１８を設けた振動装置１０は、切欠き部１８を設けた側（０．０ｍｍの位置）の変位量が切欠き部１８を設けていない側（約２３．０ｍｍの位置）の変位量よりも絶対値が小さくなっている。そして、切欠き部１８を設けた振動装置１０は、保護カバー１１の右端に向かうに連れて変位量の絶対値が大きくなり、位置が約１３．０ｍｍを超える辺りからは切欠き部１８を設けていない振動装置１０Ａの変位量を超えている。
　このように、本実施の形態１に係る振動装置１０は、保護カバー１１、第１筒状体１２、板バネ１３、第２筒状体１４、圧電素子１５、および振動板１６を備える。振動装置１０は、保護カバー１１、第１筒状体１２、板バネ１３、第２筒状体１４、および振動板１６の少なくとも一つに対して一部の質量を削除する切欠き部１８（非平衡手段）をさらに備える。その結果、振動装置１０は、保護カバー１１自体がほぼ変形することなく、保護カバー１１を一方に傾けて上下方向に振動するため、保護カバー１１に付着した異物（例えば、雨滴等）が保護カバー１１を傾けた方向に移動するとともに霧化される。振動装置１０は、保護カバー１１に付着した異物を保護カバー１１を傾けた方向に移動するとともに霧化させることができるので、異物を保護カバー１１のどこか１箇所に集めた後に霧化させる場合と比較して保護カバー１１の視野を阻害することなく、異物を除去することができる。
　さらに、振動装置１０は、保護カバー１１を傾ける方向が重力の方向と同じであれば、保護カバー１１上の異物の移動がより簡単になり、霧化しなくても保護カバー１１の周辺部から排出できる。具体的に、振動装置１０は、図７に示すように変位量（絶対値）が大きくなる方向を重力の方向に合わせるのが好ましく、中央部から図７の右側にかけてほぼ一定振幅となっているため移動速度は小さくなるものの、重力により保護カバー１１の周辺部から排出できる。
　また、振動装置１０は、保護カバー１１、第１筒状体１２、板バネ１３、および第２筒状体１４は、保護カバー振動モードの共振周波数がピストン振動モードの共振周波数よりも大きくなるように構成され、圧電素子１５を駆動する励振回路２をさらに備えている。励振回路２は、保護カバー１１の共振周波数（保護カバー振動モードの共振周波数）が板バネ１３の共振周波数（ピストン振動モードの共振周波数）の１．２倍以上ある共振系において、保護カバー１１の共振（保護カバー振動）と板バネ１３の共振（ピストン振動）とを選択的に励振することができる。すなわち、振動装置１０では、保護カバー振動モードとピストン振動モードとを選択的に振動モードを切り替えることができる。これにより、振動装置１０は、保護カバー振動モードを用いると、保護カバー１１に付着した異物を保護カバー１１の中央に集めて霧化させることができ、ピストン振動モードを用いると、保護カバー１１に付着した異物を周辺部も含めてその場で一度に霧化させることができる。つまり、振動装置１０では、用途に合わせて振動モードを使い分けることにより、保護カバー１１の視野を保ちつつ、保護カバー１１に付着した異物を除去することができる。
　また、第１筒状体１２の厚みは、第１筒状体１２を支持する板バネ１３の位置から第２筒状体１４で支持される板バネ１３の位置までの長さより短い。これにより、振動装置１０は、保護カバー１１の視野を保ちつつ、保護カバー１１に付着した異物を除去することができる。
　図９を参照して、実施の形態１の変形例について説明する。なお、実施の形態１と同様の構成については同じ符号を付して、その説明は繰り返さない。図９は、本実施の形態１の変形例における振動装置１０Ｂの断面図である。振動装置１０Ｂは、振動体１７Ａが振動装置１０Ｂの内側に向かって延伸している点で振動装置１０と異なる。
　振動体１７Ａは、第２筒状体１４の他方の端（第２筒状体１４は一方の端で板バネ１３を支持している）に設けられ、第２筒状体１４の貫通方向（図中、上下方向）に振動する。振動体１７Ａは、圧電素子１５Ａと振動板１６Ａとを含む。圧電素子１５Ａは、中空円状であり、振動板１６Ａの下面に設けられる。振動板１６Ａは、第２筒状体１４の底面を支持し、支持した位置から内側に向かって延伸している。振動板１６Ａは中空円状であり、第２筒状体１４の内側に設けられる。圧電素子１５Ａが第２筒状体１４の貫通方向に振動することにより、振動板１６Ａが第２筒状体１４の貫通方向に振動する。
　振動体１７Ａの一部には、切欠き部１８Ａを設けている。切欠き部１８Ａは、振動体１７Ａの一部を削ることで形成され、振動体１７Ａの図中左側の一部を削ることで形成する。
　振動装置１０Ｂは、振動装置１０と同様に保護カバー１１を一方に傾けてピストン振動モードで振動させることができるので、振動装置１０と同様の効果を奏する。なお、振動装置１０Ｂにおいて、振動板１６Ａの下面に矩形状の圧電素子１５Ａを同心円状に複数設けてもよい。また、中空円状の圧電素子１５Ａを振動板１６Ａの上面に設けてもよい。また、振動板１６Ａの上面に矩形状の圧電素子１５Ａを同心円状に複数設けてもよい。また、圧電素子１５Ａを振動板１６Ａの形状に合わせ、圧電素子１５Ａと振動板１６Ａとを一体的に形成してもよい。
（実施の形態２）
　図１０～図１３を参照して、実施の形態２について説明する。なお、実施の形態１と同様の構成については同じ符号を付して、その説明は繰り返さない。実施の形態１に係る振動装置１０は、振動体１７の一部に、切欠き部１８を設けている。これに対し、実施の形態２に係る振動装置は、切欠き部に代えて板バネの一部に錘を設けている。錘は、振動装置を非平衡な状態で保護カバーを振動させるための非平衡手段の一つである。
　図１０は、本実施の形態２に係る振動装置１０Ｃの斜視図である。振動装置１０Ｃは、保護カバー１１、第１筒状体１２、板バネ１３、第２筒状体１４、振動体１７、および錘１９を含んでいる。図１０では、錘１９を設けた位置が分かるように、第１筒状体１２の端部で保持している保護カバー１１を図示していない。しかし、振動装置１０Ｃは、図１に示した振動装置１０と同様、保護カバー１１を含んでいる。
　錘１９は、第１筒状体１２と板バネ１３との境界の部分に載置されており、第１筒状体１２の全周に配置されず一部に配置されている。錘１９は、板バネ１３の一部に質量を付加することができれば材質に限定されず、第１筒状体１２などと同じ材質であっても、異なる材質であってもよい。
　次に、本実施の形態２に係る錘１９を設けた振動装置１０Ｃの振動について説明する。振動装置１０Ｃは、振動体１７の一部に錘１９を設けているため、ピストン振動モードで振動させても、錘１９を設けた側と、錘１９を設けていない側とで共振周波数に差が生じる。図１１は、本実施の形態２に係る錘１９を設けた振動装置１０Ｃにおける圧電素子に印加する駆動信号の周波数とインピーダンスとの関係を示す図である。図１１では、縦軸をインピーダンス、横軸を周波数とし、錘１９を設けた振動装置１０Ｃのグラフを実線で、比較対象の錘１９を設けていない振動装置のグラフを破線でそれぞれ示している。図１１から分かるように、錘１９を設けていない振動装置の共振周波数は単峰（約３７ｋＨｚ）であるが、錘１９を設けた振動装置１０Ｃの共振周波数は２つに分裂している（約３７ｋＨｚと約３９．５ｋＨｚ）。
　そのため、錘１９を設けた振動装置１０Ｃは、ピストン振動モードで振動させた場合、保護カバー１１の全体が略均一に上下方向に振動する平衡な状態の変位ではなく、保護カバー１１が傾いて上下方向に振動する非平衡な状態の変位となる。図１２は、本実施の形態２に係る振動装置１０Ｃにおいて保護カバーでの位置と変位量との関係を示すグラフである。
　振動装置１０Ｃの底面に設けた圧電素子１５を上方向に振動させる。振動装置１０Ｃは、圧電素子１５が上方向に振動することで、第２筒状体１４が上方向に変位し、第１筒状体１２を支持している板バネ１３の位置が下側に沈み込む。このとき、錘１９を設けた側の板バネ１３の方が、錘１９を設けていない側の板バネ１３よりも大きく変位するため、錘１９を設けた側の板バネ１３の方がより下側に沈み込む。これにより、第１筒状体１２は、錘１９を設けた側に傾いて沈み込む。保護カバー１１は、錘１９を設けた側と錘１９を設けない側とでの第１筒状体１２の変位差により、全体が均一に変位する平衡な状態から、錘１９を設けた側に傾いて変位する非平衡な状態となる。
　図１２では、縦軸を変位量、横軸を保護カバー１１での位置、錘１９を設けた振動装置１０Ｃのグラフを実線、比較対象の錘１９を設けていない振動装置のグラフを破線でそれぞれ示している。図１２に示す０．０ｍｍの位置は、図１０における錘１９を設けていない側の端の位置である。図１２においては、圧電素子１５を上方向に振動させた状態の保護カバー１１（図１０では図示せず）のそれぞれの位置での変位量を示している。
　図１２に示すように、錘１９を設けていない振動装置は、略均一に保護カバー１１が下側に変位している。一方、錘１９を設けた振動装置１０Ｃは、錘１９を設けた側（０．０ｍｍの位置）の変位量が錘１９を設けていない側（約２２．０ｍｍの位置）の変位量よりも絶対値が小さくなっている。そして、錘１９を設けた振動装置１０Ｃは、錘１９を設けていない側の端に向かうに連れて変位量の絶対値が大きくなり、位置が約１５．０ｍｍを超える辺りからは錘１９を設けていない振動装置の変位量を超えている。なお、振動装置１０Ｃの振動は、保護カバー１１の最小変位が０（ゼロ）であるよりも最小変位が最大変位の半分くらいの大きさがある方が好ましい。最小変位と最大変位との差が大きすぎると雨滴などの異物の移動のために最大変位点を含め大きく駆動する必要があり、その結果、雨滴などの異物が周辺に至る前に霧化してしまう可能性がある。振動装置１０Ｃでは、保護カバー１１を傾けて振動させることで雨滴などの異物を周辺部から排出することを目的としているため適切な傾斜で保護カバー１１を傾けて振動させることが望ましい。
　錘１９の重さによってもピストン振動モードの共振周波数は変化する。図１３は、錘１９の重さを変更した場合のインピーダンスの変化を示す図である。図１３では、縦軸をインピーダンス、横軸を周波数、錘１９の重さが異なる振動装置の振動を線種を変えてそれぞれ示している。図１３から分かるように、錘１９の重さを重くすることで、ピストン振動モードの共振周波数が大きくなる方向に変化している。実線で示している振動装置に比べて、一点鎖線で示している振動装置は、約２倍の重さの錘を用いており、共振周波数が約３７．５ｋＨｚから約３９ｋＨｚに大きくなっている。逆に、実線で示している振動装置に比べて、破線で示している振動装置は、約０．４倍の重さの錘を用いており、共振周波数が約３７．５ｋＨｚから約３６ｋＨｚに小さくなっている。なお、錘の厚みを増やすと比例的に錘の重さも大きくなるが、共振周波数の変化量については必ずしも比例的に変化するものではない。また、錘を厚み方向に増やすのではなく、周方向に増やしても錘の重さは大きくなるが、錘の厚みを増やすことと共振周波数の変化量との関係と異なる関係になる。しかし、錘の重さが大きくなることで、共振周波数が分裂し、その周波数の間隔が大きくなる傾向については同じでありこの効果を錘の配置効果とする。
　このように、本実施の形態２に係る振動装置１０Ｃは、保護カバー１１、第１筒状体１２、板バネ１３、第２筒状体１４、圧電素子１５、および振動板１６を備える。振動装置１０は、保護カバー１１、第１筒状体１２、板バネ１３、第２筒状体１４、および振動板１６の少なくとも一つに対して一部の質量を追加する錘１９（非平衡手段）をさらに備える。その結果、振動装置１０は、保護カバー１１自体がほぼ変形することなく、保護カバー１１を一方に傾けて上下方向に振動するため、保護カバー１１に付着した異物（例えば、雨滴等）が保護カバー１１を傾けた方向に移動するとともに霧化される。振動装置１０は、保護カバー１１に付着した異物を保護カバー１１を傾けた方向に移動するとともに霧化させることができるので、異物を保護カバー１１のどこか１箇所に集めた後に霧化させる場合と比較して保護カバー１１の視野を阻害することなく、異物を除去することができる。
　さらに、振動装置１０Ｃは、保護カバー１１を傾ける方向が重力の方向と同じであれば、保護カバー１１上の異物の移動がより簡単になり、霧化しなくても保護カバー１１の周辺部から排出できる。
（実施の形態３）
　図１４を参照して、実施の形態３について説明する。なお、実施の形態１と同様の構成については同じ符号を付して、その説明は繰り返さない。実施の形態１に係る振動装置１０は、第１筒状体１２を貫通方向から見た場合に円形状に見える部材で構成されていた（図１参照）。これに対し、実施の形態３に係る振動装置は、第１筒状体を貫通方向から見た場合に矩形状に見える部材で構成される。実施の形態３に係る振動装置は、実施の形態１に係る振動装置１０と同様に撮像ユニットに搭載して使用される。
　図１４は、本実施の形態３に係る振動装置１０Ｄの斜視図である。振動装置１０Ｄは、第１筒状体１２Ｂを貫通方向から見た場合に、保護カバー１１Ｂ、第１筒状体１２Ｂ、板バネ１３Ｂ、第２筒状体１４Ｂ、および振動体１７Ｂが矩形状である点で振動装置１０と異なる。また、振動装置１０Ｄは、振動板１６Ｂの形状に沿って圧電素子１５Ｂが複数配置されている点で振動装置１０と異なる。
　振動装置１０Ｄは、第１筒状体１２Ｂと板バネ１３Ｂとの境界の部分に錘１９Ｂが載置されている。錘１９Ｂは、第１筒状体１２Ｂの全周に配置されず一部に配置されている。もちろん、実施の形態１で説明したように、振動装置１０Ｄは、錘１９Ｂの代わりに振動体１７Ｂの一部に切欠き部を設けてもよい。
　本実施の形態３に係る振動装置１０Ｄの振動でも、実施の形態２に係る振動装置１０Ｃの振動と同様に、錘１９Ｂを設けることで保護カバー１１Ｂを傾けてピストン振動モードで振動させることができる。そのため、本実施の形態３に係る振動装置１０Ｄは、振動装置１０と同様の効果を奏する。加えて、振動装置１０Ｄでは、第１筒状体１２Ｂを貫通方向から見た場合に、保護カバー１１Ｂ、第１筒状体１２Ｂ、板バネ１３Ｂ、第２筒状体１４Ｂ、および振動体１７Ｂが矩形状であることから、部材を無駄なく使用できる上、切削もしやすいので、製造コストを抑制することができる。
　なお、振動装置１０Ｄは、第１筒状体１２Ｂを貫通方向から見た場合に、保護カバー１１Ｂ、第１筒状体１２Ｂ、板バネ１３Ｂ、第２筒状体１４Ｂ、および振動体１７Ｂが矩形状であればよく、正方形でも長方形でも多角形でもよい。
　また、振動装置１０Ｄは、振動板１６Ｂの形状に沿った１枚の圧電素子１５Ｂが振動板１６Ｂの下面に設けられてもよい。また、圧電素子１５Ｂは、振動板１６Ｂの上面に設けられてもよい。
　また、実施の形態１の変形例で示したように、振動体１７Ｂが振動装置１０Ｄの内側に向かって延伸していてもよい。具体的には、振動板１６Ｂが第２筒状体１４Ｂの底面を支持している位置から内側に向かって延伸し、圧電素子１５Ｂが振動板１６Ｂの上面または下面に設けられてもよい。
　第１筒状体１２などが円筒の場合、保護カバー１１を傾ける方向が３６０度どの方向でもよいため、傾斜する方向が安定しない虞れがあったが、振動装置１０Ｄのように第１筒状体１２Ｂなどが角筒や矩形筒では、保護カバー１１Ｂを傾ける方向が錘を設けた側に安定する。
（実施の形態４）
　図１５を参照して、実施の形態４について説明する。なお、実施の形態１と同様の構成については同じ符号を付して、その説明は繰り返さない。実施の形態１に係る振動装置１０は、第１筒状体１２を貫通方向から見た場合に円形状に見える部材で構成されていた（図１参照）。実施の形態３に係る振動装置１０Ｄは、第１筒状体１２Ｂを貫通方向から見た場合に矩形状に見える部材で構成されていた（図１４参照）。これに対し、実施の形態４に係る振動装置は、第１筒状体を貫通方向から見た場合に円形状に見える部材と矩形状に見える部材とから構成される。実施の形態４に係る振動装置は、実施の形態１に係る振動装置１０と同様に撮像ユニットに搭載して使用される。
　図１５は、本実施の形態４に係る振動装置１０Ｅの斜視図である。振動装置１０Ｅは、第１筒状体１２を貫通方向から見た場合に、保護カバー１１と第１筒状体１２とは円形状であるのに対し、板バネ１３Ｃ、第２筒状体１４Ｃ、および振動体１７Ｃは矩形状である点で振動装置１０と異なる。また、振動装置１０Ｅは、振動板１６Ｃの形状に沿って圧電素子１５Ｃが複数配置されている点で振動装置１０と異なる。
　振動装置１０Ｅは、第１筒状体１２と板バネ１３Ｃとの境界の部分に錘１９Ｃが載置されている。錘１９Ｃは、第１筒状体１２の全周に配置されず一部に配置されている。もちろん、実施の形態１で説明したように、振動装置１０Ｅは、錘１９Ｃの代わりに振動体１７Ｃの一部に切欠き部を設けてもよい。
　本実施の形態４に係る振動装置１０Ｅの振動でも、実施の形態２に係る振動装置１０Ｃの振動と同様に、錘１９Ｃを設けることで保護カバー１１を傾けてピストン振動モードで振動させることができる。そのため、本実施の形態４に係る振動装置１０Ｅは、振動装置１０と同様の効果を奏する。加えて、振動装置１０Ｅでは、第１筒状体１２を貫通方向から見た場合に、板バネ１３Ｃ、第２筒状体１４Ｃ、および振動体１７Ｃが矩形状であることから、部材を無駄なく使用できる上、切削もしやすいので、製造コストを抑制することができる。
　なお、振動装置１０Ｅは、第１筒状体１２を貫通方向から見た場合に、板バネ１３Ｃ、第２筒状体１４Ｃ、および振動体１７Ｃが矩形状であればよく、正方形でも長方形でも多角形でもよい。
　また、振動装置１０Ｅでは、板バネ１３Ｃ、第２筒状体１４Ｃ、および振動体１７Ｃが第１筒状体１２を貫通方向から見た場合に矩形状であったが、これに限られず、保護カバー１１、第１筒状体１２、板バネ１３Ｃ、第２筒状体１４Ｃ、および振動体１７Ｃのうち少なくとも１つが第１筒状体１２を貫通方向から見た場合に矩形状であればよい。
　また、振動装置１０Ｅでは、保護カバー１１および第１筒状体１２が第１筒状体１２を貫通方向から見た場合に円形状であったが、これに限られず、保護カバー１１、第１筒状体１２、板バネ１３Ｃ、第２筒状体１４Ｃ、および振動体１７Ｃのうち少なくとも１つが第１筒状体１２を貫通方向から見た場合に円形状であればよい。
　また、振動装置１０Ｅは、振動板１６Ｃの形状に沿った１枚の圧電素子１５Ｃが振動板１６Ｃの下面に設けられてもよい。また、圧電素子１５Ｃは、振動板１６Ｃの上面に設けられてもよい。
　また、実施の形態１の変形例で示したように、振動体１７Ｃが振動装置１０Ｅの内側に向かって延伸していてもよい。具体的には、振動板１６Ｃが第２筒状体１４Ｃの底面を支持している位置から内側に向かって延伸し、圧電素子１５Ｃが振動板１６Ｃの上面または下面に設けられてもよい。
（その他の変形例）
　前述の実施の形態に係る振動装置では、振動体の一部に切欠き部を設けるか、第１筒状体と板バネとの境界の部分に錘を載置するかで、保護カバーを傾けてピストン振動モードで振動させることを説明した。しかし、切欠き部を設ける場所、錘を載置する場所は、これに限定されない。図１６および図１７は、切欠き部または錘を設ける場所を説明するための図である。
　図１６（ａ）では、第１筒状体１２と板バネ１３との境界の部分Ｉに切欠き部または錘を設ける。図１６（ｂ）では、板バネ１３の裏面の部分Ｊに切欠き部または錘を設ける。図１６（ｃ）では、第２筒状体１４と振動板１６との境界の部分Ｋに切欠き部または錘を設ける。図１７（ａ）では、振動板１６の表面の部分Ｌに切欠き部または錘を設ける。図１７（ｂ）では、振動板１６の端部Ｍに切欠き部または錘を設ける。図１７（ｃ）では、圧電素子１５の部分Ｎに切欠き部または錘を設ける。
　なお、振動装置は、図１６および図１７に示す部分Ｉ～部分Ｎの場所うち少なくとも１つに切欠き部または錘を設ける。また、前述の実施の形態に係る振動装置では、切欠き部または錘を設ける例を説明したが、切欠き部と錘との両方を設けてもよい。例えば、振動装置は、図１６および図１７に示す部分Ｉ～部分Ｎの場所うち少なくとも１つに切欠き部を設け、および部分Ｉ～部分Ｎの場所うち少なくとも１つに錘を設けてもよい。もちろん、切欠き部は、部分Ｉ～部分Ｎの場所うち少なくとも１つに複数設けてもよく、錘も、部分Ｉ～部分Ｎの場所うち少なくとも１つに複数設けてもよい。さらに、切欠き部および錘は、保護カバーに設けてもよい。
　前述の実施の形態に係る撮像ユニット１００は、カメラ、ＬｉＤＡＲ，Ｒａｄｅｒなどを含んでもよい。また、複数の撮像ユニットを並べて配置するようにしてもよい。
　前述の実施の形態に係る撮像ユニット１００は、車両に設けられる撮像ユニットに限定されず、振動装置と、透光体が視野方向となるように配置された撮像素子と、を備え、透光体への異物を除去する必要があるどのような撮像ユニットに対しても同様に適用することができる。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１　カメラ、２　励振回路、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，２１０　振動装置、１１，１１Ｂ　保護カバー、１２，１２Ｂ　第１筒状体、１３，１３Ｂ，１３Ｃ　板バネ、１４，１４Ｂ，１４Ｃ　第２筒状体、１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ　圧電素子、１６，１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ　振動板、１７，１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ　振動体、２０　ノード、１００　撮像ユニット。
 

Claims (16)

  1. 　所定の波長の光を透過する透光体と、
    　一方の端で前記透光体を保持する第１筒状体と、
    　前記第１筒状体の他方の端を支持する板状のバネ部と、
    　前記第１筒状体を支持する位置の外側にある前記バネ部の位置を一方の端で支持する第２筒状体と、
    　前記第２筒状体の他方の端に設けられ、前記第２筒状体の貫通方向に振動する振動体と、
    　前記透光体、前記第１筒状体、前記第２筒状体、前記バネ部および前記振動体の少なくとも一つに対して一部の質量を削除、または一部に質量を付加する非平衡手段と、を備える、振動装置。
  2. 　前記非平衡手段は、前記透光体、前記第１筒状体、前記第２筒状体、前記バネ部および前記振動体の少なくとも一つに対して、一部を切り欠く切欠き部である、請求項１に記載の振動装置。
  3. 　前記非平衡手段は、前記透光体、前記第１筒状体、前記第２筒状体、前記バネ部および前記振動体の少なくとも一つに対して、一部に付加する錘である、請求項１に記載の振動装置。
  4. 　前記振動体は、
    　　前記第２筒状体の他方の端から外側に伸びる板状の振動板と、
    　　当該振動板の上面または下面に設けられる圧電素子と、を含む、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の振動装置。
  5. 　前記振動体は、
    　　前記第２筒状体の他方の端から内側に伸びる板状の振動板と、
    　　当該振動板の上面または下面に設けられる圧電素子と、を含む、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の振動装置。
  6. 　前記透光体、前記第１筒状体、前記バネ部、および前記第２筒状体の構造は、前記透光体の共振周波数が前記バネ部の共振周波数よりも大きくなるように構成され、
    　前記振動体を振動する励振回路をさらに備え、
    　前記励振回路は、前記透光体の共振と前記バネ部の共振とを選択的に励振する、請求項１～請求項５のいずれか１項に記載の振動装置。
  7. 　前記透光体、前記第１筒状体、前記バネ部、および前記第２筒状体の構造は、前記透光体の共振周波数が前記バネ部の共振周波数の１．２倍以上になるように構成される、請求項６に記載の振動装置。
  8. 　前記励振回路は、
    　前記第１筒状体と前記第２筒状体とが逆位相で貫通方向に振動するように前記振動体を駆動する、請求項６または請求項７に記載の振動装置。
  9. 　前記透光体、前記第１筒状体、前記バネ部、前記第２筒状体、および前記振動体のうち少なくとも１つは、前記第１筒状体を貫通方向から見て円形状である、請求項１～請求項８のいずれか１項に記載の振動装置。
  10. 　前記透光体、前記第１筒状体、前記バネ部、前記第２筒状体、および前記振動体のうち少なくとも１つは、前記第１筒状体を貫通方向から見て矩形状である、請求項１～請求項８のいずれか１項に記載の振動装置。
  11. 　前記透光体は、ドーム状の形状である、請求項１～請求項１０のいずれか１項に記載の振動装置。
  12. 　前記透光体は、板状の形状である、請求項１～請求項１０のいずれか１項に記載の振動装置。
  13. 　前記第１筒状体の厚みは、前記第１筒状体を支持する前記バネ部の位置から前記第２筒状体で支持される前記バネ部の位置までの長さより短い、請求項１～請求項１２のいずれか１項に記載の振動装置。
  14. 　前記振動体は、前記振動板の形状に合わせて一体として形成された前記圧電素子が前記振動板に設けられている、請求項４または請求項５に記載の振動装置。
  15. 　前記振動体は、前記振動板の形状に沿って矩形状の前記圧電素子が複数配置されている、請求項４または請求項５に記載の振動装置。
  16. 　請求項１～請求項１５のいずれか１項に記載の前記振動装置と、
    　前記透光体が視野方向となるように配置された撮像素子と、を備える撮像ユニット。
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