WO2023100396A1 - 光学モジュールおよび光学装置 - Google Patents

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piezoelectric element
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友基 石井
佑果 田中
勝宏 田淵
宣孝 岸
仁志 坂口
貴英 中土井
宣匡 北森
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
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    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
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    • 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
    • G03B30/00—Camera modules comprising integrated lens units and imaging units, specially adapted for being embedded in other devices, e.g. mobile phones or vehicles

Definitions

  • the present invention relates to an optical module and an optical device that remove droplets and the like by vibration.
  • Patent Literature 1 discloses a liquid droplet ejection device that includes a vibrating member that is connected to an end portion of a curved surface forming a dome portion of an optical element and that generates bending vibration in the dome portion.
  • the drip-proof cover and the piezoelectric element are fixed by adhesion, and the vibration of the piezoelectric element bends and vibrates the drip-proof cover to remove droplets, etc. adhering to the surface of the drip-proof cover. to remove
  • Patent Document 1 still has room for improvement in terms of suppressing vibration damping.
  • An optical module includes a translucent body; a vibrating body formed in a cylindrical shape and supporting the translucent body; a piezoelectric element arranged on the vibrating body to vibrate the vibrating body; an inner layer optical component arranged inside the vibrating body; with A first gap is provided between the translucent body and the inner layer optical component, A second gap is provided between the piezoelectric element and the inner layer optical component, At least one of the first dimension of the first gap in the vibration direction of the translucent body and the second dimension of the second gap in the vibration direction of the vibrator is [(n ⁇ /2) + 0.1 mm] or more [ ⁇ (n + 1) ⁇ ⁇ / 2 ⁇ - 0.1 mm] or less, n is an integer greater than or equal to 0, and ⁇ indicates the wavelength of sound waves generated by vibration.
  • An optical device includes an optical module of the above aspect; an optical element arranged in the optical module; Prepare.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of an optical device according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of an optical device according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of a functional configuration of an optical device according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. It is a schematic diagram for demonstrating a 1st gap.
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a second gap and a third gap;
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the relationship between the dimension of the first gap and sound waves;
  • FIG. 7 It is a schematic diagram for demonstrating a 1st vibration mode. It is a schematic diagram for demonstrating a 2nd vibration mode. 7 is a graph showing an example of the relationship between the displacement of the translucent body and the sound pressure when the dimension of the gap is used as a parameter in the first vibration mode and the second vibration mode. 4 is a table showing an example of the relationship between acoustic impedance and reflectance in each material; 4 is a schematic cross-sectional view showing the main configuration of an optical module of modification 1; FIG. FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing the main configuration of an optical module of modification 2; FIG.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing the main configuration of an optical module of modification 3; 4 is a graph showing a displacement damping rate when a negative pressure is applied to the space inside the vibrating body.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example of an optical device according to Embodiment 2 of the present invention; 4 is a schematic diagram showing the relationship between the voltage applied to the piezoelectric element and the displacement of the translucent body; FIG.
  • a vehicle provided with an image pickup unit having an image pickup element or the like in the front or rear of the vehicle, images acquired by the image pickup unit are used to control safety devices or perform automatic driving control.
  • an imaging unit may be arranged outside the vehicle.
  • a transparent body such as a protective cover or a lens is arranged on the exterior of the imaging unit.
  • the translucent body is arranged in a cylindrical vibrating body, and the translucent body is vibrated by vibrating the vibrating body with a piezoelectric element or the like.
  • an inner layer optical component is arranged inside the vibrating body.
  • the vibration of the translucent body and/or the vibrating body may be attenuated depending on the position of the inner layer optical component arranged inside the vibrating body.
  • a gap is provided between the translucent body and the inner layer optical component, and vibration damping occurs depending on the size of the gap.
  • a sound wave is generated by the vibration.
  • a sound wave generated from the translucent body is reflected by the inner layer optical component, and a standing wave including an antinode and a node of the sound wave is generated.
  • the sound pressure rises and the air becomes more compressed than at other portions. Therefore, at the antinode of the sound wave, the compressed air acts as a damper, causing vibration damping. Therefore, in the gap between the translucent body and the inner layer optical component, if the antinode of the sound wave is formed at the position where the translucent body is arranged, the vibration of the translucent body is attenuated.
  • a similar phenomenon occurs for the gap between the vibrating body and the inner optical component. As a result, it may not be possible to sufficiently remove the foreign matter adhering to the translucent body.
  • the present inventors found a configuration that suppresses the attenuation of vibration by avoiding the antinode of the sound wave caused by the vibration, resulting in the following invention.
  • An optical module includes a translucent body; a vibrating body formed in a cylindrical shape and supporting the translucent body; a piezoelectric element arranged on the vibrating body to vibrate the vibrating body; an inner layer optical component arranged inside the vibrating body; with A first gap is provided between the translucent body and the inner layer optical component, A second gap is provided between the piezoelectric element and the inner layer optical component, At least one of the first dimension of the first gap in the vibration direction of the translucent body and the second dimension of the second gap in the vibration direction of the vibrator is [(n ⁇ /2) + 0.1 mm] or more [ ⁇ (n + 1) ⁇ ⁇ / 2 ⁇ - 0.1 mm] or less, n is an integer greater than or equal to 0, and ⁇ indicates the wavelength of sound waves generated by vibration.
  • At least one of the first dimension and the second dimension may be defined within a range of 0.1 mm or more ( ⁇ /2-0.1 mm) or less.
  • a third gap is provided between the vibrating body and a side wall of the inner layer optical component, A third dimension of the third gap may be greater than or equal to 0.1 mm.
  • the first dimension of the first gap may be the distance between the central portion of the translucent body and the inner layer optical component.
  • the vibrating body and the piezoelectric element may be configured such that the translucent body as a whole vibrates substantially uniformly.
  • the vibrating body and the piezoelectric element may be configured such that the central portion of the translucent body vibrates more than the end portions thereof.
  • the inner layer optical component may be made of a material having an acoustic impedance smaller than that of the translucent body.
  • the inner layer optical component may be made of resin.
  • the inner layer optical component is an inner lens; a lens holder that holds the inner lens; an inner layer flange extending outward from an outer wall of the lens holding portion; has The first gap is provided between the translucent body and the inner lens, The second gap may be provided between the piezoelectric element and the inner layer flange.
  • the inner layer optic has a first surface defining the first gap and a second surface defining the second gap;
  • a sound wave suppression member that suppresses reflection of sound waves may be arranged on at least one of the first surface and the second surface.
  • the sound wave suppressing member can suppress reflection of sound waves and suppress vibration attenuation.
  • the inner layer optic has a first surface defining the first gap and a second surface defining the second gap; At least one of the first surface and the second surface may be coated with a resin.
  • the resin coating can suppress reflection of sound waves and suppress vibration attenuation.
  • the space inside the vibrator may be a vacuum or a negative pressure.
  • the space inside the vibrating body may be filled with a gas having a density lower than that of air.
  • a position in which the translucent body does not vibrate is defined as a reference position, and a direction away from the inner layer optical component with respect to the reference position in the thickness direction (Z direction) of the translucent body is defined as a positive direction.
  • the direction approaching the inner layer optical component is taken as the negative direction, In the translucent body, the displacement in the positive direction may be greater than the displacement in the negative direction.
  • the optical module further includes a control unit that controls the piezoelectric element, The control unit may repeat applying a forward voltage and stopping voltage application to the piezoelectric element.
  • An optical device includes an optical module of the above aspect; an optical element arranged in the optical module; Prepare.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view showing an example of an optical device 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of the optical device 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the X, Y, and Z directions in the drawing indicate the vertical direction, horizontal direction, and height direction of the optical device 100 .
  • the optical device 100 includes an optical module 1 and an optical element 2.
  • the optical element 2 is arranged in the optical module 1 .
  • the optical element 2 is arranged inside the optical module 1 .
  • the optical device 100 is an imaging device.
  • the optical device 100 is attached to, for example, the front or rear of a vehicle, and captures an image of an imaging target.
  • the location where the optical device 100 is attached is not limited to a vehicle, and may be attached to other devices such as ships and aircraft.
  • the optical element 2 is an imaging element, for example, a CMOS, CCD, bolometer, or thermopile that receives light of any wavelength from the visible region to the far infrared region.
  • the optical device 100 When the optical device 100 is attached to a vehicle or the like and used outdoors, foreign matter such as raindrops, mud, and dust may adhere to the translucent body 10 of the optical module 1 that is arranged in the viewing direction of the optical element 2 and covers the outside. be.
  • the optical module 1 can generate vibration in order to remove foreign matter such as raindrops adhering to the translucent body 10 .
  • the optical module 1 includes a translucent body 10, a vibrating body 20, a piezoelectric element 30, a fixing portion 40 and an inner layer optical component 50.
  • the fixed portion 40 is not an essential component.
  • the translucent body 10 has translucency through which energy rays or light having a wavelength detected by the optical element 2 is transmitted.
  • the translucent body 10 is a cover for protecting the optical element 2 and the inner layer optical component 50 from adhesion of foreign matter.
  • the optical element 2 detects energy rays or light through the translucent body 10 .
  • the translucent body 10 for example, translucent plastic, quartz, glass such as boric acid, translucent ceramic, synthetic resin, or the like can be used.
  • the strength of the translucent body 10 can be increased by forming the translucent body 10 from, for example, tempered glass.
  • the transparent body 10 is made of BK-7 (borosilicate glass).
  • the translucent body 10 has, for example, a dome shape. When viewed from the height direction (Z direction) of the optical module 1, the translucent body 10 is formed in a circular shape, and the thickness of the translucent body 10 continuously decreases from the center of the translucent body 10 toward the outer circumference. ing. In addition, the shape of the translucent body 10 is not limited to this.
  • the translucent body 10 has a first principal surface PS1 and a second principal surface PS2 opposite to the first principal surface PS1.
  • the first main surface PS1 is a main surface located outside the translucent body 10 .
  • the first main surface PS1 is formed by a continuous curved surface. Specifically, the first main surface PS1 is rounded and curved.
  • the second main surface PS2 is a main surface located inside the translucent body 10 .
  • the second main surface PS2 is formed flat.
  • the outer peripheral edge of the translucent body 10 is joined to the vibrating body 20 .
  • the second main surface PS2 of the translucent body 10 and the vibration flange 21 of the vibrating body 20 are joined along the outer circumference of the translucent body 10 .
  • the translucent body 10 and the vibrating body 20 can be joined together using, for example, an adhesive or brazing material. Alternatively, thermocompression bonding, anodic bonding, or the like can be used.
  • the vibrating body 20 is formed in a cylindrical shape and supports the translucent body 10 . Further, the vibrating body 20 vibrates the translucent body 10 by being vibrated by the piezoelectric element 30 .
  • the vibrating body 20 has a vibrating flange 21 , a first cylindrical body 22 , a spring portion 23 , a second cylindrical body 24 , a diaphragm 25 and a connecting portion 26 .
  • the connecting portion 26 is not an essential component.
  • the vibration flange 21 is formed of an annular plate member when viewed from the height direction (Z direction) of the optical module 1 .
  • the vibrating flange 21 is arranged along the outer periphery of the translucent body 10 and is joined to the translucent body 10 .
  • the vibrating flange 21 stably supports the translucent body 10 by making surface contact with the translucent body 10 .
  • the first tubular body 22 is formed in a tubular shape having one end and the other end.
  • the first cylindrical body 22 is made of a hollow member having a through hole provided therein.
  • the through-hole is provided in the height direction (Z direction) of the optical module 1 , and openings of the through-hole are provided at one end and the other end of the first cylindrical body 22 .
  • the first cylindrical body 22 has, for example, a cylindrical shape. When viewed from the height direction of the optical module 1, the outer shape of the first tubular body 22 and the opening of the through hole are circular.
  • a vibrating flange 21 is provided at one end of the first tubular body 22 and a spring portion 23 is provided at the other end of the first tubular body 22 .
  • the first cylindrical body 22 supports the vibration flange 21 and is supported by the spring portion 23 .
  • the spring portion 23 is a leaf spring that supports the other end of the first tubular body 22 .
  • the spring portion 23 is configured to be elastically deformed.
  • the spring portion 23 supports the other end of the cylindrical first tubular body 22 and extends from the supporting position toward the outside of the first tubular body 22 .
  • the spring portion 23 is formed in a plate shape.
  • the spring portion 23 has a hollow circular shape with a through hole provided therein, and extends to surround the first cylindrical body 22 in a circular shape.
  • the spring portion 23 has an annular plate shape.
  • An annular plate shape means a shape in which a plate member is formed in an annular shape.
  • the spring portion 23 connects the first tubular body 22 and the second tubular body 24 . Specifically, the spring portion 23 is connected to the first tubular body 22 on the inner peripheral side of the spring portion 23 and is connected to the second tubular body 24 on the outer peripheral side of the spring portion 23 .
  • the second tubular body 24 is formed in a tubular shape having one end and the other end.
  • the second cylindrical body 24 is located outside the first cylindrical body 22 when viewed from the height direction (Z direction) of the optical module 1 and supports the spring portion 23 .
  • a spring portion 23 is connected to one end of the second cylindrical body 24 .
  • a diaphragm 25 is connected to the other end of the second cylindrical body 24 .
  • the second tubular body 24 is made of a hollow member with a through hole provided therein.
  • the through-hole is provided in the height direction (Z direction) of the optical module 1 , and openings of the through-hole are provided at one end and the other end of the second cylindrical body 24 .
  • the second tubular body 24 has, for example, a cylindrical shape. When viewed from the height direction of the optical module 1, the outer shape of the second cylindrical body 24 and the opening of the through hole are circular.
  • the diaphragm 25 is a plate-like member extending inward from the other end of the second tubular body 24 .
  • the diaphragm 25 supports the other end of the second tubular body 24 and extends from the supporting position toward the inside of the second tubular body 24 .
  • the diaphragm 25 has a hollow circular shape with a through hole provided inside, and is provided along the inner circumference of the second tubular body 24 .
  • Diaphragm 25 has an annular plate shape.
  • the connecting portion 26 connects the diaphragm 25 and the fixing portion 40 .
  • the connecting portion 26 extends outward from the outer peripheral edge of the diaphragm 25 and bends toward the fixed portion 40 .
  • the connecting portion 26 is supported by the fixed portion 40 .
  • the connecting portion 26 is configured to have a node, so that the vibration from the diaphragm 25 is less likely to be transmitted.
  • first tubular body 22, the spring portion 23, the second tubular body 24, the diaphragm 25 and the connection portion 26 are integrally formed.
  • the first cylindrical body 22, the spring portion 23, the second cylindrical body 24, the diaphragm 25, and the connection portion 26 may be formed separately or may be formed as separate members.
  • the elements constituting the vibrating body 20 described above are made of metal or ceramics, for example.
  • metals that can be used include stainless steel, 42 alloy, 50 alloy, invar, super invar, kovar, aluminum, and duralumin.
  • the elements forming the vibrating body 20 may be made of ceramics such as alumina and zirconia, or may be made of a semiconductor such as Si.
  • the elements forming the vibrating body 20 may be covered with an insulating material.
  • the elements constituting the vibrating body 20 may be subjected to blackbody treatment.
  • the shape and arrangement of the elements constituting the vibrating body 20 are not limited to the above examples.
  • the piezoelectric element 30 is arranged on the vibrating body 20 and causes the vibrating body 20 to vibrate.
  • the piezoelectric element 30 is provided on the main surface of the diaphragm 25 .
  • the piezoelectric element 30 is provided on the main surface of the vibration plate 25 opposite to the side on which the translucent body 10 is located.
  • the piezoelectric element 30 vibrates the second cylindrical body 24 in the penetrating direction (Z direction) by vibrating the diaphragm 25 .
  • the piezoelectric element 30 vibrates when a voltage is applied.
  • the piezoelectric element 30 has a hollow circular shape with a through hole provided inside.
  • the piezoelectric element 30 has an annular plate shape.
  • the outer shape of the piezoelectric element 30 and the opening of the through hole are circular.
  • the outer shape of the piezoelectric element 30 and the opening of the through hole are not limited to this.
  • the piezoelectric element 30 has a piezoelectric body and electrodes.
  • materials that form the piezoelectric body include barium titanate (BaTiO 3 ), lead zirconate titanate (PZT: PbTiO 3 .PbZrO 3 ), lead titanate (PbTiO 3 ), and lead metaniobate (PbNb 2 O). 6 ), appropriate piezoelectric ceramics such as bismuth titanate ( Bi4Ti3O12 ), (K, Na) NbO3 , or appropriate piezoelectric single crystals such as LiTaO3 and LiNbO3 .
  • the electrodes may be, for example, Ni electrodes.
  • the electrode may be an electrode made of a metal thin film such as Ag or Au, which is formed by a sputtering method. Alternatively, the electrodes can be formed by plating or vapor deposition in addition to sputtering.
  • the fixing part 40 fixes the vibrating body 20 . Further, the fixing portion 40 fixes the inner layer optical component 50 .
  • the fixed part 40 is formed in a tubular shape.
  • the fixed part 40 has a cylindrical shape. Note that the shape of the fixing portion 40 is not limited to a cylindrical shape.
  • the fixed part 40 may be formed integrally with the vibrating body 20 .
  • the inner layer optical component 50 is an optical component arranged inside the vibrating body 20 .
  • inner optical component 50 is a lens module.
  • the inner layer optical component 50 has an inner layer lens 51 , a lens holding portion 52 and an inner layer flange 53 .
  • the inner lens 51 is composed of a plurality of lenses.
  • the inner lens 51 is arranged on the optical path of the optical element 2 inside the vibrating body 20 and faces the translucent body 10 .
  • the inner lens 51 is held by a lens holding portion 52 .
  • the lens holding part 52 holds the inner layer lens 51 .
  • the lens holding portion 52 is formed in a tubular shape having one end and the other end. Specifically, the lens holding portion 52 has a cylindrical shape and holds the outer circumference of the inner layer lens 51 .
  • the inner layer flange 53 extends outward from the outer wall of the lens holding portion 52 . Specifically, the inner layer flange 53 is connected to the other end of the lens holding portion 52 and extends toward the fixed portion 40 .
  • the inner layer flange 53 is formed in an annular plate shape when viewed from the height direction (Z direction) of the optical module 1 .
  • the outer periphery of the inner layer flange 53 is connected to the fixed portion 40 .
  • the inner layer flange 53 is fixed inside the vibrating body 20 by being supported by the fixing portion 40 .
  • FIG. 3 is a block diagram showing an example of the functional configuration of the optical device 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the piezoelectric element 30 is controlled by the controller 3 .
  • the control unit 3 applies a drive signal to the piezoelectric element 30 to generate vibration.
  • the control unit 3 is connected to the piezoelectric element 30 via, for example, a power supply conductor.
  • the piezoelectric element 30 vibrates in the height direction (Z direction) of the optical module 1 based on the drive signal from the controller 3 .
  • the piezoelectric element 30 vibrates, the vibrating body 20 is vibrated, and the vibration of the vibrating body 20 is transmitted to the translucent body 10 to vibrate the translucent body 10 .
  • foreign matter such as raindrops adhering to the translucent body 10 is removed.
  • the control unit 3 can be realized by, for example, a semiconductor device.
  • the control unit 3 may include a microcomputer, CPU (Central Processing Unit), MPU (Micro Processing Unit), GPU (Graphics Processing Unit), DSP (Digital Signal Processor), FPGA (Field Programmable Gate Array), or A SIC (Application Specific Integrated Circuit).
  • the functions of the control unit 3 may be configured only by hardware, or may be realized by combining hardware and software.
  • control unit 3 reads out data and programs stored in the storage unit and performs various arithmetic processing to realize a predetermined function.
  • the controller 3 may be included in the optical device 100 or may be included in a control device separate from the optical device 100 . For example, if the controller 3 is not included in the optical device 100 , the optical device 100 may be controlled by a controller that includes the controller 3 . Alternatively, the controller 3 may be included in the optical module 1 .
  • a first gap G1, a second gap G2 and a third gap G3 are formed.
  • FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the first gap G1.
  • FIG. 4A shows a schematic view of the transparent body 10 viewed from the first main surface PS1 side, and FIG.
  • the first gap G1 is formed between the translucent body 10 and the inner layer optical component 50.
  • the first gap G1 is formed between the second main surface PS2 of the translucent body 10 and the first surface 51a of the inner lens 51 .
  • the first surface 51a of the inner layer lens 51 is a surface that defines the first gap G1 and is a surface that faces the second principal surface PS2 of the transparent body 10 .
  • the first dimension L1 of the first gap G1 is determined within a range in which vibration damping does not occur.
  • the “range in which vibration attenuation does not occur” will be described later.
  • the first dimension L1 is the dimension of the translucent body 10 in the vibration direction A1.
  • the “vibration direction A1” is vibration in a direction having a larger displacement component when the displacement distribution due to the vibration of the translucent body 10 is separated into the X and Z directions. In this embodiment, in the transparent body 10, the displacement component in the Z direction is larger than the displacement component in the X direction. Therefore, the vibration direction A1 is the Z direction.
  • the first dimension L1 is defined by the shortest distance between the transparent body 10 and the inner lens 51 in the vibration direction A1. That is, the first dimension L1 is defined by the shortest distance between the second main surface PS2 of the translucent body 10 and the first surface 51a of the inner lens 51 in the Z direction.
  • the first dimension L1 is the distance between the central portion Z1 of the translucent body 10 and the inner lens 51.
  • the central portion Z1 means the central portion of the transparent body 10 when viewed from the first main surface PS1 side.
  • the central portion Z1 of the transparent body 10 is a circular area centered on the center C1 of the transparent body 10.
  • the central portion Z1 of the translucent body 10 has a diameter D2 that is two-thirds or less of the outer diameter D1 of the translucent body 10 when viewed from the first main surface PS1 side.
  • diameter D2 may be less than half the outer diameter D1 of translucent body 10 .
  • the diameter D2 may be 1 ⁇ 3 times or more the outer diameter D1 of the translucent body 10 .
  • the first dimension L1 is determined to be the shortest distance between the second main surface PS2 of the transparent body 10 and the first surface 51a of the inner lens 51 in the range of the central portion Z1 of the transparent body 10. be.
  • the first dimension L1 is determined by a dimension that minimizes the distance between the second main surface PS2 at the center C1 of the translucent body 10 and the first surface 51a of the inner lens 51.
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the second gap G2 and the third gap G3.
  • the second gap G2 is formed between the piezoelectric element 30 and the inner layer optical component 50.
  • the second gap G2 is formed between the piezoelectric element 30 and the inner layer flange 53 .
  • the second gap G ⁇ b>2 is formed between the surface of the piezoelectric element 30 opposite to the side where the diaphragm 25 is provided and the second surface 53 a of the inner layer flange 53 .
  • the second surface 53 a of the inner layer flange 53 is a surface that defines the second gap G ⁇ b>2 and faces the piezoelectric element 30 .
  • the second dimension L2 of the second gap G2 is determined within a range in which vibration attenuation does not occur, like the first dimension L1 of the first gap G1.
  • the second dimension L2 is the dimension of the piezoelectric element 30 in the vibration direction A2.
  • the vibration direction A2 is the Z direction.
  • the second dimension L2 is defined by the shortest distance between the piezoelectric element 30 and the inner layer flange 53 in the vibration direction A2. That is, the second dimension L2 is defined by the shortest distance between the surface of the piezoelectric element 30 opposite to the side on which the diaphragm 25 is provided and the second surface 53a of the inner layer flange 53 in the Z direction.
  • the third gap G3 is formed between the vibrating body 20 and the inner layer optical component 50.
  • a third dimension L3 of the third gap G3 is determined within a range in which vibration damping does not occur.
  • a third dimension L3 is defined by the shortest distance between the vibrating body 20 and the lens holder 52 .
  • the third dimension L3 is defined by the shortest distance between the vibrating body 20 and the outer wall 52a of the lens holding portion 52 in the X and Y directions.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining the relationship between the first dimension L1 of the first gap G1 and sound waves.
  • the sound pressure is higher than in other areas, and the air is compressed. Therefore, in the region Z10, which is the antinode of the sound wave, the compressed air acts as a damper, and vibration attenuation (damping) is likely to occur. Therefore, when the translucent body 10 is positioned in the region Z10 that is the antinode of the sound wave, the vibration of the translucent body 10 is attenuated.
  • the wavelength of the sound wave is " ⁇ "
  • the antinode of the sound wave occurs at a position corresponding to ⁇ /2.
  • FIG. 7 is a graph showing an example of analysis results of the relationship between the displacement of the translucent body 10 and the sound pressure.
  • FIG. 8 is an enlarged graph of the graph of FIG.
  • the graphs shown in FIGS. 7 and 8 were obtained by performing piezoelectric/sonic wave analysis (harmonic analysis, strong coupling) using Femtet manufactured by Murata Software Co., Ltd.
  • FIG. In the analysis a model in which a glass plate is arranged on the upper surface of the transparent body 10 in the Z direction was used, and the distance between the glass plate and the upper surface of the transparent body was changed. Also, an air layer was inserted in the gap between the glass plate and the upper surface of the transparent body 10 .
  • the material forming the glass plate was borosilicate glass
  • the material forming the vibrating body 20 was stainless steel
  • the piezoelectric element 30 was PZT.
  • the translucent body 10 and the vibrating body 20 are adhered with an epoxy resin.
  • the resonance frequency of the vibrating body 20 used in the analysis was 27 kHz
  • the wavelength ⁇ of the sound wave was set to 9.2 mm based on the speed of sound in air.
  • vibration attenuation of the transparent body 10 can be suppressed by arranging the transparent body 10 while avoiding the region P0 where the gap is near 0 mm and the regions P1 and P2 which are half the wavelength of the standing wave Ws. is considered possible.
  • the lower limit value S1 of the displacement amount of the transparent body 10 is set to a value that is 60% reduced from the maximum displacement amount S0 of the transparent body 10 .
  • the lower limit value S1 may be set within a range in which droplets attached to the transparent body 10 can be removed.
  • the maximum displacement S0 is 7.4 ⁇ m, so the lower limit S1 is set to 4.7 ⁇ m.
  • the distance of the gap in the Z direction is 0.1 mm or more and 4.5 mm or less in the region Pz where the vibration attenuation of the translucent body 10 is suppressed. Within this numerical range, vibration attenuation of the translucent body 10 can be suppressed.
  • the vibration attenuation of the transparent body 10 occurs every integral multiple of the half wavelength ⁇ /2 of the standing wave Ws. Therefore, the dimension of the gap for suppressing the vibration attenuation of the translucent body 10 is [(n ⁇ /2)+0.1 mm] or more and [ ⁇ (n+1) ⁇ /2 ⁇ 0.1 mm] or less. Defined as a range. "n” is an integer equal to or greater than 0, and “ ⁇ " is the wavelength of sound waves generated by vibration.
  • the first dimension L1 of the first gap G1 between the transparent body 10 and the inner layer optical component 50 is [(n ⁇ /2)+0.1 mm] or more [ ⁇ (n+1) ⁇ /2 ⁇ -0.1 mm].
  • the transparent body 10 vibration damping can be suppressed.
  • the first dimension L1 is set within a range of 0.1 mm or more ( ⁇ /2-0.1 mm) or less. That is, it is preferable that the relationship 0.1 mm ⁇ L1 ⁇ ( ⁇ /2 ⁇ 0.1 mm) is established in the first dimension L1. As a result, vibration attenuation of the translucent body 10 can be further suppressed.
  • the second dimension L2 of the second gap G2 between the piezoelectric element 30 and the inner layer optical component 50 (inner layer flange 53) is the same as the first dimension L1 of the first gap G1. That is, the second dimension L2 is determined within the range of [(n ⁇ /2)+0.1 mm] to [ ⁇ (n+1) ⁇ /2 ⁇ 0.1 mm]. In other words, when the second dimension L2 satisfies the relationship [(n ⁇ /2)+0.1 mm] ⁇ L2 ⁇ [ ⁇ (n+1) ⁇ /2 ⁇ 0.1 mm], Vibration damping can be suppressed.
  • the second dimension L2 is set within a range of 0.1 mm or more ( ⁇ /2-0.1 mm) or less. That is, it is preferable that the second dimension L2 satisfies the relationship 0.1 mm ⁇ L2 ⁇ ( ⁇ /2 ⁇ 0.1 mm). As a result, vibration damping of the piezoelectric element 30 can be further suppressed.
  • the first dimension L1 of the first gap G1 and the second dimension L2 of the second gap G2 are [(n ⁇ /2)+0.1 mm] or more [ ⁇ (n+1) ⁇ /2 ⁇ 0.1 mm] has been described, but the present invention is not limited to this.
  • the third dimension L3 of the third gap G3 between the vibrating body 20 and the side wall (outer wall) 52a of the inner layer optical component 50 (lens holding portion 52) is preferably 0.1 mm or more.
  • the optical module 1 vibrates in a plurality of vibration modes.
  • the optical module 1 vibrates in a first vibration mode and a second vibration mode.
  • 9A and 9B are schematic diagrams for explaining the first vibration mode and the second vibration mode, respectively.
  • the first vibration mode is a flexural vibration mode in which the amount of displacement of the central portion of the translucent body 10 is greater than that of the end portions. That is, in the first vibration mode, the central portion of the translucent body 10 vibrates more than the ends. In the first vibration mode, vibration occurs in which the displacement direction of the central portion of the transparent body 10 is opposite to the displacement direction of the end portions thereof, and the transparent body 10 bends and vibrates. For this reason, the droplets adhering to the translucent body 10 gather at the central portion of the translucent body 10 .
  • the second vibration mode is a piston vibration mode in which the entire translucent body 10 vibrates substantially uniformly.
  • vibration occurs in which the entire translucent body 10 is displaced in the same direction, and the translucent body 10 vibrates like a piston. For this reason, the droplets adhering to the translucent body 10 slide down from the translucent body 10 .
  • the vibrating body 20 and the piezoelectric element 30 are configured to vibrate in a first vibration mode and a second vibration mode.
  • the first vibration mode and the second vibration mode are controlled by the controller.
  • the controller can switch between the first vibration mode and the second vibration mode by changing the frequency of the drive signal applied to the piezoelectric element 30 .
  • the resonance frequency of the first vibration mode is 37 kHz
  • the resonance frequency of the second vibration mode is 28 kHz. Note that these resonance frequencies are examples, and may be changed according to the dimensions and materials of each element of the optical module 1 .
  • FIG. 10 is a graph showing an example of the relationship between the displacement of the translucent body and the sound pressure when the dimension of the gap is used as a parameter in the first vibration mode and the second vibration mode.
  • the half wavelength ⁇ b /2 of the sound wave in the first vibration mode is 4.6 mm
  • vibration damping occurs when the gap dimension is around 4.6 mm
  • the displacement is 75% from the maximum displacement.
  • the half wavelength ⁇ p /2 of the sound wave in the second vibration mode is 6 mm
  • vibration damping occurs when the gap dimension is around 6 mm, and the displacement is reduced by 50% from the maximum displacement.
  • vibration damping occurs when the dimension of the gap is set to about half the wavelength of the sound wave. Therefore, in both the first vibration mode and the second vibration mode, vibration damping can be suppressed by avoiding regions where the gap dimension is half the wavelength ⁇ b /2, ⁇ p /2. In particular, in the first vibration mode, the vibration damping can be improved by 75% from the maximum displacement, so it can be said that the merit of applying the configuration of the present application is great.
  • the inner layer optical component 50 is made of a material having a smaller acoustic impedance than the translucent body 10 . Accordingly, it is possible to suppress reflection of sound waves generated in the first gap G ⁇ b>1 between the transparent body 10 and the inner layer optical component 50 by the first surface 51 a of the inner layer optical component 50 . As a result, the sound pressure of the standing wave Ws can be reduced.
  • Acoustic impedance can be calculated from the sound velocity and density of a medium.
  • the medium on the incident sound wave side is the air layer existing in the first gap G1.
  • the medium on the side where the sound waves are reflected is the inner layer optical component 50 (inner layer lens 51). Therefore, by reducing the difference in acoustic impedance between the air layer of the first gap G1 and the inner layer optical component 50, the sound pressure of the standing wave Ws can be suppressed.
  • FIG. 11 is a table showing an example of the relationship between acoustic impedance and sound wave reflectance in each material.
  • FIG. 11 shows acoustic impedances in resin, glass, and air as an example.
  • resin has a smaller acoustic impedance than glass. Therefore, resin can suppress the reflection of sound waves more than glass. Therefore, by forming the inner layer optical component 50 from resin, reflection of sound waves can be reduced compared to glass.
  • resins examples include amorphous polyolefin resins, polycarbonate resins, acrylic resins, polystyrene resins, and urethane resins.
  • the inner layer optical component 50 may be made of a material that has an acoustic impedance smaller than that of the translucent body 10 and that can suppress the reflection of sound waves.
  • the inner lens 51 may be made of glass whose acoustic impedance is smaller than that of the translucent body 10 .
  • the optical module 1 includes a translucent body 10, a vibrating body 20, a piezoelectric element 30, and an inner layer optical component 50.
  • the vibrating body 20 is formed in a cylindrical shape and supports the translucent body 10 .
  • the piezoelectric element 30 is arranged on the vibrating body 20 and causes the vibrating body 20 to vibrate.
  • the inner layer optical component 50 is arranged inside the vibrating body 20 .
  • a first gap G ⁇ b>1 is provided between the transparent body 10 and the inner layer optical component 50
  • a second gap G ⁇ b>2 is provided between the piezoelectric element 30 and the inner layer optical component 50 .
  • At least one of the first dimension L1 of the first gap G1 in the vibration direction (Z direction) of the transparent body 10 and the second dimension L2 of the second gap G2 in the vibration direction (Z direction) of the vibration body 20 is defined in the range of [(n ⁇ /2)+0.1 mm] to [ ⁇ (n+1) ⁇ /2 ⁇ 0.1 mm].
  • n is an integer greater than or equal to 0
  • ⁇ indicates the wavelength of sound waves generated by vibration.
  • the standing wave Ws is generated by reflecting the sound wave generated by the vibration of the translucent body 10 and the piezoelectric element 30 on the inner layer optical component 50 . Therefore, in a range where the first dimension L1 of the first gap G1 and/or the second dimension L2 of the second gap G2 is near the half wavelength (n ⁇ /2) of the sound wave, the sound pressure increases and the air is compressed. vibration damping occurs. Therefore, when the translucent body 10 and/or the piezoelectric element 30 are positioned in this range, the amount of displacement is reduced due to vibration damping.
  • the first dimension L1 of the first gap G1 and/or the second dimension L2 of the second gap G2 is [(n ⁇ /2)+0.1 mm] or more [ ⁇ (n+1) ⁇ /2 ⁇ ⁇ 0.1 mm], the transparent body 10 and/or the piezoelectric element 30 avoid the range where vibration damping occurs. As a result, the transparent body 10 can be efficiently vibrated, and droplets adhering to the transparent body 10 can be efficiently removed.
  • At least one of the first dimension L1 and the second dimension L2 is determined within a range of 0.1 mm or more ( ⁇ /2-0.1 mm) or less. With such a configuration, it is possible to reduce the size of the optical module 1 while suppressing vibration attenuation.
  • a third gap G3 is provided between the vibrating body 20 and the side wall (outer wall) 52a of the inner layer optical component 50, and the third dimension L3 of the third gap G3 is 0.1 mm or more. With such a configuration, vibration damping can be further suppressed.
  • the first dimension L1 of the first gap G1 is the distance between the central portion Z1 of the translucent body 10 and the inner optical component 50. With such a configuration, vibration attenuation in the central portion Z1 of the translucent body 10 can be suppressed.
  • the vibrating body 20 and the piezoelectric element 30 are configured so that the translucent body 10 as a whole vibrates substantially uniformly. With such a configuration, vibration attenuation of the transparent body 10 can be suppressed even when the entire transparent body 10 vibrates substantially uniformly.
  • the vibrating body 20 and the piezoelectric element 30 are configured so that the central portion of the translucent body 10 vibrates more than the ends thereof. With such a configuration, even when the central portion of the transparent body 10 vibrates more than the end portions, vibration attenuation of the transparent body 10 can be suppressed.
  • the inner layer optical component 50 is made of a material having an acoustic impedance smaller than that of the translucent body 10 .
  • the inner optical component 50 is made of resin. With such a configuration, reflection of sound waves in the inner layer optical component 50 can be suppressed, and vibration attenuation can be further suppressed.
  • the inner layer optical component 50 has an inner layer lens 51 , a lens holding portion 52 and an inner layer flange 53 .
  • the lens holding portion 52 holds the inner layer lens 51 .
  • the inner layer flange 53 extends outward from the outer wall 52 a of the lens holding portion 52 .
  • a first gap G ⁇ b>1 is provided between the transparent body 10 and the inner layer lens 51
  • a second gap G ⁇ b>2 is provided between the piezoelectric element 30 and the inner layer flange 53 .
  • the optical device 100 includes an optical module 1 and an optical element 2 arranged in the optical module 1 . With such a configuration, the same effects as those of the optical module 1 described above can be obtained.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view showing the main configuration of an optical module 1A of Modification 1.
  • the optical module 1A has a sound wave suppressing member 60 arranged in the inner layer optical component 50.
  • the sound wave suppression member 60 is arranged on the first surface 51 a of the inner layer optical component 50 .
  • the first surface 51a is the surface that defines the first gap G1 between the translucent body 10 and the inner layer optical component 50 (inner layer lens 51).
  • the sound wave suppression member 60 suppresses the reflection of sound waves.
  • the sound wave suppressing member 60 is, for example, a member made of a foamed resin material or a porous body.
  • foam resin materials that can be used include polyurethane, polystyrene, polyolefin, polyethylene, polypropylene, phenol resin, polyvinyl chloride, urea resin, silicone, polyimide, and melamine resin. Glass wool, for example, can be used as the porous body.
  • the sound wave suppressing member 60 is arranged in an annular shape when viewed from the Z direction of the optical module 1A. Specifically, the sound wave suppressing member 60 is arranged along the outer periphery of the first surface 51 a of the inner layer optical component 50 .
  • the sound wave suppressing member 60 By arranging the sound wave suppressing member 60 in the inner layer optical component 50 in this manner, reflection of sound waves in the inner layer optical component 50 can be suppressed. As a result, sound pressure can be lowered, and vibration damping can be further suppressed.
  • the sound wave suppression member 60 may be arranged on the second surface 53a of the inner layer optical component 50 (inner layer flange 53) that defines the second gap G2 between the piezoelectric element 30 and the inner layer optical component 50.
  • the inner layer optic 50 has a first surface 51a defining a first gap G1 and a second surface 53a defining a second gap G2, wherein at least one of the first surface 51a and the second surface 53a Second, a sound wave suppressing member 60 that suppresses the reflection of sound waves may be arranged.
  • the sound wave suppressing member 60 may be arranged on a surface defining the gap other than the first surface 51a and the second surface 53a.
  • the sound wave suppressing member 60 may be arranged at a position that does not interfere with the optical path of the optical element 2 .
  • FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing the main configuration of an optical module 1B of Modification 2. As shown in FIG. 13, in the optical module 1B, a translucent resin coating is applied to the first surface 51a of the inner layer optical component 50 (inner layer lens 51).
  • a material such as a fluorine-based coating material or a silicone-based coating material can be used.
  • fluorine-based coating materials include fluorine-based polymers and polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • Silicone-based coating materials include, for example, materials such as silicone oil, in which the main chain portion has a direct bond between silicon (Si) and oxygen (O).
  • the inner layer optic 50 has a first surface 51a defining a first gap G1 and a second surface 53a defining a second gap G2, wherein at least one of the first surface 51a and the second surface 53a First, a resin coating 61 may be applied.
  • the resin coating 61 may be applied to surfaces defining the gap other than the first surface 51a and the second surface 53a.
  • FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing the main configuration of an optical module 1C of Modification 3.
  • the space SP1 formed inside the vibrating body 20 has a negative pressure.
  • Negative pressure means a state in which air pressure is lower than atmospheric pressure.
  • the air pressure of the space SP1 is less than half the atmospheric pressure. More preferably, space SP1 is a vacuum.
  • the space SP1 inside the vibrating body 20 is a space formed between the vibrating body 20 and the inner layer optical component 50 .
  • the vibrating body 20 and the inner layer optical component 50 are bonded to the fixed portion 40 .
  • the vibrating body 20 and the fixed portion 40 are integrally formed, and the inner layer optical component 50 is welded to the fixed portion 40 by laser welding or the like.
  • a sealed space SP1 is formed between the vibrating body 20 and the inner layer optical component 50 .
  • the space SP1 can be made negative pressure or vacuum by carrying out the manufacturing of the optical module 1C under a negative pressure or vacuum environment.
  • FIG. 15 is a graph showing the displacement attenuation rate when the space SP1 inside the vibrating body 20 is made negative pressure.
  • Example 1 shows the displacement attenuation when the space SP1 is at atmospheric pressure
  • Example 2 shows the displacement attenuation when the space SP1 has a negative pressure of 1/10 times the atmospheric pressure.
  • the displacement attenuation amount is smaller in the second embodiment than in the first embodiment.
  • the space SP1 inside the vibrating body 20 may be filled with a gas having a density lower than that of air.
  • Gases include, for example, nitrogen, neon, helium, and ethylene. Even in such a configuration, reflection of sound waves can be suppressed, and vibration attenuation of the translucent body 10 and the piezoelectric element 30 can be suppressed.
  • Embodiment 2 A vibration device according to Embodiment 2 of the present invention will be described. Note that in the second embodiment, differences from the first embodiment will be mainly described. In the second embodiment, the same reference numerals are assigned to the same or equivalent configurations as in the first embodiment. In addition, in the second embodiment, the description overlapping with the first embodiment is omitted.
  • FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing an example of an optical module 1D according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 17 is a schematic diagram showing the relationship between the voltage applied to the piezoelectric element 30 and the displacement of the translucent body 10. As shown in FIG. 17(a) shows the voltage applied to the piezoelectric element 30, and FIG. 17(b) shows the displacement of the transparent body 10 in the Z direction.
  • the position in which the translucent body 10 does not vibrate is defined as the reference position H0
  • the direction away from the inner layer optical component 50 in the thickness direction (Z direction) of the translucent body is defined as the reference position H0.
  • the direction toward the inner layer optical component 50 with respect to the reference position H0 is defined as the negative direction
  • the displacement in the positive direction is larger than the displacement in the negative direction in the translucent body 10, unlike the first embodiment. different.
  • the optical module 1D has the same configuration as the optical module 1 of Embodiment 1 unless otherwise specified.
  • the position where the translucent body 10 is not vibrating is defined as the reference position H0.
  • the reference position H0 means the position of the second main surface PS2 of the transparent body 10 in the thickness direction (Z direction) of the transparent body 10 when the transparent body 10 is not vibrating.
  • the direction away from the inner layer optical component 50 with respect to the reference position H0 is defined as the positive direction
  • the direction closer to the inner layer optical component 50 with respect to the reference position H0 is defined as the negative direction.
  • the translucent body 10 vibrates so that the displacement in the positive direction is greater than the displacement in the negative direction. That is, in the translucent body 10, the displacement in the positive direction is larger than the displacement in the negative direction.
  • the displacement in the negative direction is less than 1 ⁇ 3 times the displacement in the positive direction.
  • the displacement in the negative direction is no more than 1/10 times the displacement in the positive direction. More preferably, the displacement in the negative direction is zero.
  • displacement in the positive direction is greater than displacement in the negative direction.
  • the ratio of displacement in the positive direction and displacement in the negative direction is 6:4 or more and 10:0 or less.
  • the ratio of positive displacement to negative displacement is 8:2 or more and 10:0 or less. More preferably, the vibration of translucent body 10 includes only displacement in the positive direction.
  • control unit 3 controls the voltage applied to the piezoelectric element 30 to realize vibration of the translucent body 10 in which the displacement in the positive direction is greater than the displacement in the negative direction.
  • control unit 3 repeatedly applies the positive direction voltage +V1 to the piezoelectric element 30 and stops applying the voltage.
  • the control unit 3 stops applying the voltage and sets the applied voltage to zero. After a predetermined period of time has passed in which the applied voltage is 0, the control unit 3 applies the forward voltage +V1 again for a predetermined period of time.
  • the voltage application and stop may be performed at regular intervals, or may be performed at random. In this manner, the control unit 3 repeats the application of the forward voltage +V1 and the suspension of voltage application. That is, the control unit 3 applies the positive voltage +V1 to the piezoelectric element 30 without applying the negative voltage.
  • the displacement of the translucent body 10 in the thickness direction (Z direction) is controlled by the voltage applied to the piezoelectric element 30 .
  • the translucent body 10 does not vibrate.
  • the positive direction voltage +V1 is applied to the piezoelectric element 30
  • the translucent body 10 moves away from the inner layer optical component 50 with respect to the reference position H0 in the thickness direction (Z direction) of the translucent body 10, that is, in the positive direction. It vibrates so that it is displaced in the direction. That is, when a forward voltage +V1 is applied to the piezoelectric element 30, the translucent body 10 vibrates with a positive displacement +H1.
  • the position in which the translucent body 10 does not vibrate is defined as a reference position H0, and the direction away from the inner layer optical component 50 with respect to the reference position H0 in the thickness direction (Z direction) of the translucent body 10 is defined as a positive direction.
  • the direction of approaching the inner layer optical component 50 with respect to H0 is the negative direction
  • the displacement in the positive direction is larger than the displacement in the negative direction in the translucent body 10 .
  • the optical module 1D further includes a control unit 3 that controls the piezoelectric element 30, and the control unit 3 repeatedly applies a forward voltage to the piezoelectric element 30 and stops applying the voltage.
  • the displacement in the positive direction can be easily made larger than the displacement in the negative direction.
  • the reference position H0 is the position of the second main surface PS2 of the transparent body 10 when the transparent body 10 is not vibrating
  • the reference position H0 may be the position of the first main surface PS1 of the translucent body 10 when the translucent body 10 is not vibrating.
  • the control unit 3 may apply a negative direction voltage.
  • the negative going voltage may be smaller than the positive going voltage.
  • the negative going voltage application may be less than the positive going voltage application.
  • the vibration device and vibration control method of the present invention can be applied to an on-vehicle camera used outdoors, a surveillance camera, or an optical sensor such as LiDAR.

Landscapes

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Abstract

本発明の光学モジュールは、透光体と、筒状に形成され、前記透光体を支持する振動体と、前記振動体に配置され、前記振動体を振動させる圧電素子と、前記振動体の内側に配置される内層光学部品と、を備え、前記透光体と前記内層光学部品との間には第１ギャップが設けられており、前記圧電素子と前記内層光学部品との間には第２ギャップが設けられており、前記透光体の振動方向における前記第１ギャップの第１寸法と、前記振動体の振動方向における前記第２ギャップの第２寸法と、のうち少なくとも１つは、［（ｎ×λ／２）＋０．１ｍｍ］以上［｛（ｎ＋１）×λ／２｝－０．１ｍｍ］以下の範囲で定められ、ｎは０以上の整数、λは振動により生じる音波の波長を示す。

Description

光学モジュールおよび光学装置
　本発明は、振動によって液滴などを除去する光学モジュールおよび光学装置に関する。
　特許文献１には、光学素子のドーム部を形成する曲面の端部と接続し、ドーム部に屈曲振動を発生させる加振部材を具備する液滴排除装置が開示されている。特許文献１に記載の液滴排除装置では、防滴カバーと圧電素子とが接着固定されており、圧電素子の振動によって防滴カバーを屈曲振動させ、防滴カバーの表面に付着した液滴等を除去する。
特開２０１７－１７０３０３号公報
　特許文献１に記載の装置では、振動減衰を抑制するという点で未だ改善の余地がある。
　本発明の一態様の光学モジュールは、
　透光体と、
　筒状に形成され、前記透光体を支持する振動体と、
　前記振動体に配置され、前記振動体を振動させる圧電素子と、
　前記振動体の内側に配置される内層光学部品と、
を備え、
　前記透光体と前記内層光学部品との間に第１ギャップが設けられており、
　前記圧電素子と前記内層光学部品との間には第２ギャップが設けられており、
　前記透光体の振動方向における前記第１ギャップの第１寸法と、前記振動体の振動方向における前記第２ギャップの第２寸法と、のうち少なくとも１つは、［（ｎ×λ／２）＋０．１ｍｍ］以上［｛（ｎ＋１）×λ／２｝－０．１ｍｍ］以下の範囲で定められ、
　ｎは０以上の整数、λは振動により生じる音波の波長を示す。
　本発明の一態様の光学装置は、
　前記態様の光学モジュールと、
　前記光学モジュールに配置される光学素子と、
を備える。
　本発明によれば、振動減衰を抑制することができる光学モジュールおよび光学装置を提供することができる。
本発明に係る実施の形態１の光学装置の一例を示す概略斜視図である。 本発明に係る実施の形態１の光学装置の構成の一例を示す概略断面図である。 本発明に係る実施の形態１の光学装置の機能的構成の一例を示すブロック図である。 第１ギャップを説明するための模式図である。 第２ギャップおよび第３ギャップを説明するための模式図である。 第１ギャップの寸法と音波との関係を説明するための模式図である。 透光体の変位と音圧との関係の解析結果の一例を示すグラフである。 図７のグラフを拡大したグラフである。 第１振動モードを説明するための模式図である。 第２振動モードを説明するための模式図である。 第１振動モードおよび第２振動モードにおいて、ギャップの寸法をパラメータとした場合の透光体の変位と音圧との関係の一例を示すグラフである。 各材料における音響インピーダンスと反射率との関係の一例を示す表である。 変形例１の光学モジュールの主な構成を示す概略断面図である。 変形例２の光学モジュールの主な構成を示す概略断面図である。 変形例３の光学モジュールの主な構成を示す概略断面図である。 振動体の内側の空間を負圧にした場合の変位量減衰率を示すグラフである。 本発明に係る実施の形態２の光学装置の一例を示す概略断面図である。 圧電素子の印加電圧と透光体の変位との関係を示す概略図である。
（本発明に至った経緯）
　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、撮像ユニットで取得し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ている。このような撮像ユニットは、車外に配置される場合がある。この場合、撮像ユニットの外装に保護カバー又はレンズなどの透光体を配置する。
　このため、透光体に雨滴（液滴）、泥、塵埃など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、撮像ユニットで取得した画像に、異物が映り込み、鮮明な画像が得られなくなる場合がある。
　近年、透光体を振動させることによって透光体に付着した異物を除去する装置が開発されている。このような装置においては、筒状の振動体に透光体を配置し、圧電素子などによって振動体を振動させることによって透光体を振動させている。また、振動体の内部には内層光学部品が配置されている。
　しかしながら、振動体の内部に配置される内層光学部品の位置によっては、透光体および／または振動体の振動を減衰させる場合がある。例えば、透光体と内層光学部品との間にはギャップが設けられており、ギャップの寸法によっては振動減衰が生じる。これにより、透光体に付着した異物を十分に除去できなくなるという課題がある。これは、発明者らは発見した新たな課題である。
　例えば、透光体を振動させると、当該振動により音波が発生する。透光体から生じた音波が内層光学部品で反射し、音波の腹と節とを含む定在波が生じる。音波の腹では、他の部分と比べて音圧が上昇し、空気がより圧縮された状態となる。このため、音波の腹では、圧縮された空気がダンパーとして働き、振動減衰が発生する。よって、透光体と内層光学部品との間のギャップにおいて、透光体が配置される位置に音波の腹が形成される場合、透光体の振動が減衰されてしまう。振動体と内層光学部品との間のギャップについても同様の現象が生じる。その結果、透光体に付着した異物を十分に除去できない場合がある。
　本発明者らは、鋭意検討したところ、振動により生じる音波の腹を避けることによって、振動の減衰を抑制する構成を見出し、以下の発明に至った。
　本発明の一態様の光学モジュールは、
　透光体と、
　筒状に形成され、前記透光体を支持する振動体と、
　前記振動体に配置され、前記振動体を振動させる圧電素子と、
　前記振動体の内側に配置される内層光学部品と、
を備え、
　前記透光体と前記内層光学部品との間に第１ギャップが設けられており、
　前記圧電素子と前記内層光学部品との間には第２ギャップが設けられており、
　前記透光体の振動方向における前記第１ギャップの第１寸法と、前記振動体の振動方向における前記第２ギャップの第２寸法と、のうち少なくとも１つは、［（ｎ×λ／２）＋０．１ｍｍ］以上［｛（ｎ＋１）×λ／２｝－０．１ｍｍ］以下の範囲で定められ、
　ｎは０以上の整数、λは振動により生じる音波の波長を示す。
　このような構成により、振動減衰を抑制することができる。
　前記第１寸法と前記第２寸法とのうち少なくとも１つは、０．１ｍｍ以上（λ／２－０．１ｍｍ）以下の範囲で定められてもよい。
　このような構成により、振動減衰をさらに抑制することができる。
　前記振動体と前記内層光学部品の側壁との間には第３ギャップが設けられており、
　前記第３ギャップの第３寸法は、０．１ｍｍ以上であってもよい。
　このような構成により、振動減衰をさらに抑制することができる。
　前記第１ギャップの前記第１寸法は、前記透光体の中央部と、前記内層光学部品との間の距離であってもよい。
　このような構成により、透光体の中央部における振動減衰を抑制することができる。
　前記振動体および前記圧電素子は、前記透光体の全体が略均一に振動するように構成されていてもよい。
　このような構成により、振動減衰をさらに抑制することができる。
　前記振動体および前記圧電素子は、前記透光体の中央部が端部よりも大きく振動するように構成されていてもよい。
　このような構成により、振動減衰をさらに抑制することができる。
　前記内層光学部品は、前記透光体よりも小さい音響インピーダンスを有する材料で構成されていてもよい。
　このような構成により、内層光学部品での音波の反射を抑制し、振動減衰をさらに抑制することができる。
　前記内層光学部品は、樹脂で形成されていてもよい。
　このような構成により、内層光学部品での音波の反射をさらに抑制し、振動減衰をより一層抑制することができる。
　前記内層光学部品は、
　　内層レンズと、
　　前記内層レンズを保持するレンズ保持部と、
　　前記レンズ保持部の外壁から外側に向かって延びる内層フランジと、
を有し、
　　前記第１ギャップは、前記透光体と前記内層レンズとの間に設けられており、
　　前記第２ギャップは、前記圧電素子と前記内層フランジとの間に設けられていてもよい。
　このような構成により、振動減衰をさらに抑制することができる。
　前記内層光学部品は、前記第１ギャップを画定する第１表面と、前記第２ギャップを画定する第２表面と、を有し、
　前記第１表面と前記第２表面とのうち少なくとも１つに、音波の反射を抑制する音波抑制部材が配置されていてもよい。
　このような構成により、音波抑制部材によって音波の反射を抑制し、振動減衰を抑制することができる。
　前記内層光学部品は、前記第１ギャップを画定する第１表面と、前記第２ギャップを画定する第２表面と、を有し、
　前記第１表面と前記第２表面とのうち少なくとも１つに、樹脂コーティングが施されていてもよい。
　このような構成により、樹脂コーティングによって音波の反射を抑制し、振動減衰を抑制することができる。
　前記振動体の内側の空間は、真空又は負圧であってもよい。
　このような構成により、振動減衰をさらに抑制することができる。
　前記振動体の内側の空間は、空気よりも密度の低いガスで満たされていてもよい。
　このような構成により、振動減衰をさらに抑制することができる。
　前記透光体が振動していない状態の位置を基準位置とし、前記透光体の厚み方向（Ｚ方向）において前記基準位置に対して前記内層光学部品から離れる方向を正方向とし、前記基準位置に対して前記内層光学部品に近づく方向を負方向とした場合、
　前記透光体において、前記正方向への変位は、前記負方向の変位より大きくてもよい。
　このような構成により、振動減衰をさらに抑制することができる。
　前記光学モジュールは、前記圧電素子を制御する制御部を更に備え、
　前記制御部は、前記圧電素子に対して、正方向電圧の印加と電圧印加停止を繰り返してもよい。
　このような構成により、振動減衰をさらに抑制することができる。
　本発明の一態様の光学装置は、
　前記態様の光学モジュールと、
　前記光学モジュールに配置される光学素子と、
を備える。
　このような構成により、振動減衰を抑制することができる。
　以下、本発明の一実施形態を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。さらに、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは必ずしも合致していない。
（実施の形態１）
［光学装置］
　図１は、本発明に係る実施の形態１の光学装置１００の一例を示す概略斜視図である。図２は、本発明に係る実施の形態１の光学装置１００の構成の一例を示す概略断面図である。図中のＸ，Ｙ，Ｚ方向は、光学装置１００の縦方向、横方向および高さ方向を示す。
　図１及び図２に示すように、光学装置１００は、光学モジュール１と、光学素子２と、を備える。光学素子２は、光学モジュール１に配置されている。具体的には、光学素子２は、光学モジュール１の内部に配置されている。
　本実施形態では、光学装置１００が撮像装置である例について説明する。光学装置１００は、例えば車両の前方、後方などに取り付けられ、撮像対象を撮像する。なお、光学装置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。
　光学素子２は、撮像素子であり、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である。
　光学装置１００は、車両などに取り付けて屋外で使用する場合、光学素子２の視野方向に配置され外部を覆う光学モジュール１の透光体１０に雨滴、泥、塵埃等の異物が付着することがある。光学モジュール１は、透光体１０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。
［光学モジュール］
　図１及び図２に示すように、光学モジュール１は、透光体１０、振動体２０、圧電素子３０、固定部４０および内層光学部品５０を備える。なお、光学モジュール１において、固定部４０は必須の構成ではない。
＜透光体＞
　透光体１０は、光学素子２が検出する波長のエネルギー線又は光が透過する透光性を有する。本実施形態では、透光体１０は、光学素子２や内層光学部品５０を異物の付着から保護するためのカバーである。光学装置１００においては、光学素子２が透光体１０を通してエネルギー線又は光を検出する。
　透光体１０を形成する材料としては、例えば、透光性のプラスチック、石英、ホウ桂酸などのガラス、透光性のセラミック又は合成樹脂などを用いることができる。透光体１０を例えば強化ガラスにより形成することで、透光体１０の強度を高めることが可能である。本実施形態では、透光体１０は、ＢＫ－７（ホウ珪酸ガラス）で形成されている。
　透光体１０は、例えば、ドーム形状を有する。光学モジュール１の高さ方向（Ｚ方向）から見て、透光体１０は円形に形成されており、透光体１０の中心から外周に向かって透光体１０の厚みが連続して小さくなっている。なお、透光体１０の形状は、これに限定されない。
　本実施形態では、透光体１０は、第１主面ＰＳ１と、第１主面ＰＳ１と反対側の第２主面ＰＳ２とを有する。第１主面ＰＳ１は、透光体１０の外側に位置する主面である。第１主面ＰＳ１は、連続した湾曲面で形成されている。具体的には、第１主面ＰＳ１は、丸く湾曲している。第２主面ＰＳ２は、透光体１０の内側に位置する主面である。第２主面ＰＳ２は平坦に形成されている。
　透光体１０の外周端部は、振動体２０に接合されている。具体的には、透光体１０の外周に沿って、透光体１０の第２主面ＰＳ２と振動体２０の振動フランジ２１とが接合されている。透光体１０と振動体２０との接合は、例えば、接着材又はろう材を用いて行うことができる。または、熱圧着または陽極接合等を用いることもできる。
＜振動体＞
　振動体２０は、筒状に形成され、透光体１０を支持する。また、振動体２０は、圧電素子３０によって振動させられることによって、透光体１０を振動させる。
　振動体２０は、振動フランジ２１、第１筒状体２２、ばね部２３、第２筒状体２４、振動板２５および接続部２６を有する。なお、振動体２０において、接続部２６は必須の構成ではない。
　振動フランジ２１は、光学モジュール１の高さ方向（Ｚ方向）から見て、円環状の板部材で形成されている。振動フランジ２１は、透光体１０の外周に沿って配置され、透光体１０と接合されている。振動フランジ２１は、透光体１０と面接触することによって透光体１０を安定して支持している。
　第１筒状体２２は、一端と他端とを有する筒状に形成されている。第１筒状体２２は、内部に貫通孔が設けられた中空部材からなる。貫通孔は、光学モジュール１の高さ方向（Ｚ方向）に設けられており、第１筒状体２２の一端と他端とに貫通孔の開口が設けられている。第１筒状体２２は、例えば、円筒形状を有する。光学モジュール１の高さ方向から見て、第１筒状体２２の外形及び貫通孔の開口は、円形に形成されている。
　第１筒状体２２の一端には振動フランジ２１が設けられており、第１筒状体２２の他端にはばね部２３が設けられている。第１筒状体２２は、振動フランジ２１を支持する一方で、ばね部２３によって支持されている。
　ばね部２３は、第１筒状体２２の他端を支持する板バネである。ばね部２３は、弾性変形するように構成されている。ばね部２３は、円筒状の第１筒状体２２の他端を支持し、支持した位置から第１筒状体２２の外側に向かって延伸している。
　ばね部２３は、板状に形成されている。また、ばね部２３は、内部に貫通孔が設けられた中空円状を有し、第１筒状体２２の周囲を円形状に囲むように延伸している。言い換えると、ばね部２３は、円環板状を有している。円環板状とは、板状部材が環状に形成されている形状を意味する。光学モジュール１の高さ方向（Ｚ方向）から見て、ばね部２３の外形及び貫通孔の開口は、円形に形成されている。
　ばね部２３は、第１筒状体２２と第２筒状体２４とを接続している。具体的には、ばね部２３は、ばね部２３の内周側で第１筒状体２２と接続され、ばね部２３の外周側で第２筒状体２４と接続されている。
　第２筒状体２４は、一端と他端とを有する筒状に形成されている。第２筒状体２４は、光学モジュール１の高さ方向（Ｚ方向）から見て、第１筒状体２２よりも外側に位置し、ばね部２３を支持している。第２筒状体２４の一端には、ばね部２３が接続されている。第２筒状体２４の他端には振動板２５が接続されている。
　第２筒状体２４は、内部に貫通孔が設けられた中空部材からなる。貫通孔は、光学モジュール１の高さ方向（Ｚ方向）に設けられており、第２筒状体２４の一端と他端とに貫通孔の開口が設けられている。第２筒状体２４は、例えば、円筒形状を有する。光学モジュール１の高さ方向から見て、第２筒状体２４の外形及び貫通孔の開口は、円形に形成されている。
　振動板２５は、第２筒状体２４の他端から内側に伸びる板状の部材である。振動板２５は、第２筒状体２４の他端を支持し、支持した位置から第２筒状体２４の内側に向かって延伸している。
　振動板２５は、内部に貫通孔が設けられた中空円状を有し、第２筒状体２４の内周に沿って設けられている。振動板２５は、円環板状を有する。
　接続部２６は、振動板２５と固定部４０とを接続する。接続部２６は、振動板２５の外周端部から外側に向かって延び、且つ固定部４０に向かって屈曲している。接続部２６は、固定部４０に支持されている。接続部２６は、ノードを有するように構成されており、振動板２５からの振動が伝達されにくくなっている。
　本実施形態では、第１筒状体２２、ばね部２３、第２筒状体２４、振動板２５および接続部２６は、一体的に形成される。なお、第１筒状体２２、ばね部２３、第２筒状体２４、振動板２５および接続部２６は、別体で形成されてもよいし、別部材で形成されてもよい。
　上記した振動体２０を構成する要素は、例えば、金属またはセラミックスにより形成される。金属としては、例えば、ステンレス、４２アロイ、５０アロイ、インバー、スーパーインバー、コバール、アルミニウム、またはジュラルミン等を使用することができる。あるいは、振動体２０を構成する要素は、アルミナ、ジルコニアなどのセラミックスで形成されていてもよいし、Ｓｉなどの半導体により形成されてもよい。さらには、振動体２０を構成する要素は、絶縁材料で覆われていてもよい。また、振動体２０を構成する要素には黒体処理がされていてもよい。
　また、振動体２０を構成する要素の形状や配置は、上記した例に限定されない。
＜圧電素子＞
　圧電素子３０は、振動体２０に配置され、振動体２０を振動させる。圧電素子３０は、振動板２５の主面に設けられている。具体的には、圧電素子３０は、振動板２５において透光体１０が位置する側と反対側の主面に設けられている。圧電素子３０は、振動板２５を振動させることによって、第２筒状体２４を貫通方向（Ｚ方向）に振動させる。例えば、圧電素子３０は、電圧が印加されることによって振動する。
　圧電素子３０は、内部に貫通孔が設けられた中空円状を有する。言い換えると、圧電素子３０は、円環板状を有する。光学モジュール１の高さ方向（Ｚ方向）から見て、圧電素子３０の外形及び貫通孔の開口は、円形に形成されている。
　なお、圧電素子３０の外形及び貫通孔の開口は、これに限定されない。
　圧電素子３０は、圧電体と、電極と、を有する。圧電体を形成する材料としては、例えば、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、チタン酸・ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：ＰｂＴｉＯ３・ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、メタニオブ酸鉛（ＰｂＮｂ２Ｏ６）、チタン酸ビスマス（Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２）、（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３などの適宜の圧電セラミックス、又はＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３などの適宜の圧電単結晶などを用いることができる。電極は、例えば、Ｎｉ電極であってもよい。電極は、スパッタリング法により形成される、Ａｇ又はＡｕなどの金属薄膜からなる電極であってもよい。あるいは、電極はスパッタリングの他、めっき、蒸着でも形成可能である。
　固定部４０は、振動体２０を固定する。また、固定部４０は、内層光学部品５０を固定する。固定部４０は、筒状に形成されている。例えば、固定部４０は、円筒形状を有する。なお、固定部４０の形状は、円筒形状に限定されない。固定部４０は、振動体２０と一体で形成されていてもよい。
＜内層光学部品＞
　内層光学部品５０は、振動体２０の内部に配置される光学部品である。例えば、内層光学部品５０は、レンズモジュールである。
　本実施形態では、内層光学部品５０は、内層レンズ５１と、レンズ保持部５２と、内層フランジ５３と、を有する。
　内層レンズ５１は、複数のレンズで構成されている。内層レンズ５１は、振動体２０の内側で光学素子２の光路上に配置されており、透光体１０と対向する。内層レンズ５１は、レンズ保持部５２によって保持されている。
　レンズ保持部５２は、内層レンズ５１を保持する。レンズ保持部５２は、一端と他端とを有する筒状に形成されている。具体的には、レンズ保持部５２は、円筒形状を有し、内層レンズ５１の外周を保持している。
　内層フランジ５３は、レンズ保持部５２の外壁から外側に向かって延びる。具体的には、内層フランジ５３は、レンズ保持部５２の他端に接続され、固定部４０に向かって延びている。内層フランジ５３は、光学モジュール１の高さ方向（Ｚ方向）から見て、円環板状に形成されている。内層フランジ５３の外周は、固定部４０に接続されている。内層フランジ５３は、固定部４０に支持されることによって振動体２０の内側に固定されている。
　図３は、本発明に係る実施の形態１の光学装置１００の機能的構成の一例を示すブロック図である。図３に示すように、圧電素子３０は、制御部３によって制御される。制御部３は、振動を発生させる駆動信号を圧電素子３０に印加する。制御部３は、例えば、給電導体を介して圧電素子３０と接続されている。圧電素子３０は、制御部３からの駆動信号に基づいて光学モジュール１の高さ方向（Ｚ方向）に振動する。圧電素子３０が振動することによって、振動体２０を振動させ、振動体２０の振動を透光体１０に伝えることによって透光体１０が振動する。これにより、透光体１０に付着した雨滴等の異物が除去される。
　制御部３は、例えば、半導体素子などで実現可能である。例えば、制御部３は、マイクロコンピュータ、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）、又はＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）で構成することができる。制御部３の機能は、ハードウェアのみで構成してもよいし、ハードウェアとソフトウェアとを組み合わせることにより実現してもよい。
　例えば、制御部３は、記憶部に格納されたデータやプログラムを読み出して種々の演算処理を行うことで、所定の機能を実現する。
　制御部３は、光学装置１００に含まれていてもよいし、光学装置１００とは別の制御装置に含まれていてもよい。例えば、制御部３が光学装置１００に含まれていない場合、光学装置１００は制御部３を含む制御装置によって制御されてもよい。あるいは、制御部３は、光学モジュール１に含まれていてもよい。
［ギャップについて］
　次に、光学モジュール１において、透光体１０、振動体２０および圧電素子３０と内層光学部品５０との間に形成されるギャップについて説明する。
　図１及び図２に戻って、透光体１０と内層光学部品５０との間、圧電素子３０と内層光学部品５０との間および振動体２０と内層光学部品５０との間には、それぞれ、第１ギャップＧ１、第２ギャップＧ２および第３ギャップＧ３が形成されている。
　図４は、第１ギャップＧ１を説明するための模式図である。図４（ａ）は透光体１０を第１主面ＰＳ１側から見た概略図を示し、図４（ｂ）は透光体１０付近の概略断面図を示す。図４に示すように、第１ギャップＧ１は、透光体１０と内層光学部品５０との間に形成されている。具体的には、第１ギャップＧ１は、透光体１０の第２主面ＰＳ２と、内層レンズ５１の第１表面５１ａと、に形成されている。ここで、内層レンズ５１の第１表面５１ａとは、第１ギャップＧ１を画定する面であり、透光体１０の第２主面ＰＳ２と対向する面である。
　第１ギャップＧ１の第１寸法Ｌ１は、振動減衰が生じない範囲で決定されている。「振動減衰が生じない範囲」については後述する。第１寸法Ｌ１は、透光体１０の振動方向Ａ１における寸法である。「振動方向Ａ１」とは、透光体１０の振動による変位分布をＸ，Ｚ方向に分離した際に、より大きい変位成分を持つ方向の振動である。本実施形態では、透光体１０において、Ｚ方向の変位成分がＸ方向の変位成分より大きい。このため、振動方向Ａ１はＺ方向となる。
　第１寸法Ｌ１は、振動方向Ａ１において、透光体１０と内層レンズ５１との間の最短距離によって定義される。即ち、第１寸法Ｌ１は、Ｚ方向において、透光体１０の第２主面ＰＳ２と内層レンズ５１の第１表面５１ａとの間の最短距離によって定義される。
　好ましくは、第１寸法Ｌ１は、透光体１０の中央部Ｚ１と、内層レンズ５１との間の距離である。中央部Ｚ１とは、透光体１０を第１主面ＰＳ１側から見て、透光体１０の中央の部分を意味する。例えば、透光体１０の第１主面ＰＳ１側から見て、透光体１０の中央部Ｚ１は、透光体１０の中心Ｃ１を中心とする円形の領域である。例えば、透光体１０の中央部Ｚ１は、第１主面ＰＳ１側から見て、透光体１０の外径Ｄ１の２／３倍以下の直径Ｄ２を有する。好ましくは、直径Ｄ２は透光体１０の外径Ｄ１の１／２倍以下であってもよい。また、直径Ｄ２は、透光体１０の外径Ｄ１の１／３倍以上であってもよい。第１寸法Ｌ１は、透光体１０の中央部Ｚ１の範囲において、透光体１０の第２主面ＰＳ２と内層レンズ５１の第１表面５１ａとの間の距離が最短となる寸法で決定される。
　より好ましくは、第１寸法Ｌ１は、透光体１０の中心Ｃ１における第２主面ＰＳ２と内層レンズ５１の第１表面５１ａとの間の距離が最短となる寸法で決定される。
　図５は、第２ギャップＧ２および第３ギャップＧ３を説明するための模式図である。図５に示すように、第２ギャップＧ２は、圧電素子３０と内層光学部品５０との間に形成されている。具体的には、第２ギャップＧ２は、圧電素子３０と内層フランジ５３との間に形成されている。より具体的には、第２ギャップＧ２は、圧電素子３０において振動板２５が設けられている側と反対側の面と、内層フランジ５３の第２表面５３ａと、の間に形成されている。ここで、内層フランジ５３の第２表面５３ａとは、第２ギャップＧ２を画定する面であり、圧電素子３０と対向する面である。
　第２ギャップＧ２の第２寸法Ｌ２は、第１ギャップＧ１の第１寸法Ｌ１と同様に振動減衰が生じない範囲で決定されている。第２寸法Ｌ２は、圧電素子３０の振動方向Ａ２における寸法である。本実施形態では、圧電素子３０において、Ｚ方向の変位成分がＸ方向の変位成分より大きい。このため、振動方向Ａ２はＺ方向となる。
　第２寸法Ｌ２は、振動方向Ａ２において、圧電素子３０と内層フランジ５３との間の最短距離によって定義される。即ち、第２寸法Ｌ２は、Ｚ方向において、圧電素子３０において振動板２５が設けられる側と反対側の面と、内層フランジ５３の第２表面５３ａとの間の最短距離によって定義される。
　また、図５に示すように、第３ギャップＧ３は、振動体２０と内層光学部品５０との間に形成されている。第３ギャップＧ３の第３寸法Ｌ３は、振動減衰が生じない範囲で決定されている。第３寸法Ｌ３は、振動体２０とレンズ保持部５２との間の最短距離によって定義される。本実施形態では、第３寸法Ｌ３は、Ｘ，Ｙ方向において振動体２０とレンズ保持部５２の外壁５２ａとの間の最短距離によって定義される。
［振動減衰の発生しない範囲について］
　振動減衰の発生しない範囲について図６を用いて説明する。図６は、第１ギャップＧ１の第１寸法Ｌ１と音波との関係を説明するための模式図である。
　図６に示すように、透光体１０が振動方向Ａ１に振動すると、第１ギャップＧ１において透光体１０から音波が発生する。透光体１０から発生した音波は、内層レンズ５１の第１表面５１ａに向かって進行し、内層光学部品５０（内層レンズ５１）の第１表面５１ａで反射する。これにより、透光体１０から内層光学部品５０の第１表面５１ａへ向かって進行する音波と、第１表面５１ａで反射した音波とが重なり合い、腹と節を含む定在波Ｗｓが発生する。
　定在波Ｗｓにおいて、音波の腹となる領域Ｚ１０では、他の領域と比べて音圧が大きくなり、空気が圧縮される。このため、音波の腹となる領域Ｚ１０では、圧縮された空気がダンパーとして働き、振動減衰（ダンピング）が発生しやすい。したがって、音波の腹となる領域Ｚ１０に透光体１０が位置すると、透光体１０の振動が減衰されることになる。
　ここで、音波の波長を「λ」とすると、音波の腹はλ／２に相当する位置に発生する。なお、波長λの計算式は、［波長（ｍｍ）]＝［音速（ｍ／ｓ）／周波数（Ｈｚ）］で計算される。
　定在波Ｗｓにより振動している領域Ｚ１０の音圧が大きくなった場合、空気の圧力が増大することで、空気のバネ性が増大する。なお、空気のバネ性は、空気の圧力に比例し、体積に反比例する関係がある。これはベローズ形空気ばねのバネ定数の式［空気バネ定数Ｋ］＝１０×γ（Ｐ＋０．１）Ａ／Ｖ］より明らかである。なお、Ｐ：内圧、Ａ：空気バネ有効受圧面積、Ｖ：空気バネ内容積を示す。
　自由振動の振動における減衰を考えた場合、限界減衰率はＣｃ＝２√ｍｋで計算される。なお、ｍ：質量、ｋ：バネ定数を示す。この限界減衰率Ｃｃが大きいほど、振動は減衰しやすくなる。そのため、空気のバネ定数が増大することで、振動減衰につながることが考えられる。以上のことから、定在波Ｗｓの腹となる領域Ｚ１０で音圧が上昇することで、振動減衰が生じていると言える。
　図７は、透光体１０の変位と音圧との関係の解析結果の一例を示すグラフである。図８は、図７のグラフを拡大したグラフである。なお、図７及び図８に示すグラフは、ムラタソフトウェア株式会社製のＦｅｍｔｅｔを用いて、圧電/音波解析（調和解析、強連成）を行うことによって取得した。解析では、透光体１０のＺ方向の上面にガラス板を配置したモデルを用い、ガラス板と透光体上面との距離を変化させた。また、ガラス板と透光体１０の上面の間のギャップには空気層を挿入した。モデルの材料については、ガラス板を形成する材料はホウケイ酸ガラスであり、振動体２０を形成する材料はステンレスであり、圧電素子３０はＰＺＴであった。また、透光体１０と振動体２０とは、エポキシ樹脂で接着した。また、解析に用いた振動体２０の共振周波数は２７ｋＨｚであり、空気の音速から音波の波長λは９．２ｍｍとした。
　図７及び図８に示すように、透光体１０とガラス板との間のギャップのＺ方向の距離を変化させると、定在波Ｗｓの半波長λ／２の整数倍に相当する領域Ｐ１，Ｐ２において、音圧が上昇し振動減衰が生じることによって透光体１０の変位量が小さくなっている。具体的には、透光体１０とガラス板との間のギャップのＺ方向の距離が４．６ｍｍおよび９．６ｍｍ付近の領域において、音圧が上昇し、透光体１０の変位量が小さくなっている。また、透光体１０とガラス板との間のギャップが０ｍｍ付近の領域Ｐ０においても透光体１０の変位量が小さくなっている。
　以上のことから、ギャップが０ｍｍ付近の領域Ｐ０、定在波Ｗｓの半波長である領域Ｐ１，Ｐ２を避けて透光体１０を配置することによって、透光体１０の振動減衰を抑制することができると考えられる。
　一例として、透光体１０の最大変位量Ｓ０から減少量を６０％とした値を透光体１０の変位量の下限値Ｓ１とする。なお、下限値Ｓ１は透光体１０に付着した液滴を除去できる範囲で設定してもよい。図８では、最大変位量Ｓ０は７．４μｍであるため、下限値Ｓ１は４．７μｍとした。この場合、透光体１０の振動減衰を抑制する領域Ｐｚにおいて、ギャップのＺ方向の距離は、０．１ｍｍ以上４．５ｍｍ以下である。この数値範囲であれば、透光体１０の振動減衰を抑制することができる。
　ここで、透光体１０の振動減衰は、定在波Ｗｓの半波長λ／２の整数倍毎に発生する。このため、透光体１０の振動減衰を抑制するためのギャップの寸法は、［（ｎ×λ／２）＋０．１ｍｍ］以上［｛（ｎ＋１）×λ／２｝－０．１ｍｍ］以下の範囲で定められる。なお、「ｎ」は０以上の整数であり、「λ」は振動により生じる音波の波長である。
　したがって、光学モジュール１においては、透光体１０と内層光学部品５０との間の第１ギャップＧ１の第１寸法Ｌ１は、［（ｎ×λ／２）＋０．１ｍｍ］以上［｛（ｎ＋１）×λ／２｝－０．１ｍｍ］以下の範囲で定められる。言い換えると、第１寸法Ｌ１において、［（ｎ×λ／２）＋０．１ｍｍ］≦Ｌ１≦［｛（ｎ＋１）×λ／２｝－０．１ｍｍ］の関係が成り立つ場合に、透光体１０の振動減衰を抑制することができる。
　好ましくは、第１寸法Ｌ１は、０．１ｍｍ以上（λ／２－０．１ｍｍ）以下の範囲で定められる。即ち、第１寸法Ｌ１において、０．１ｍｍ≦Ｌ１≦（λ／２－０．１ｍｍ）の関係が成り立つことが好ましい。これにより、透光体１０の振動減衰をより抑制することができる。
　圧電素子３０と内層光学部品５０（内層フランジ５３）との間の第２ギャップＧ２の第２寸法Ｌ２についても、第１ギャップＧ１の第１寸法Ｌ１と同様である。即ち、第２寸法Ｌ２は、［（ｎ×λ／２）＋０．１ｍｍ］以上［｛（ｎ＋１）×λ／２｝－０．１ｍｍ］の範囲で定められる。言い換えると、第２寸法Ｌ２において、［（ｎ×λ／２）＋０．１ｍｍ］≦Ｌ２≦［｛（ｎ＋１）×λ／２｝－０．１ｍｍ］の関係が成り立つ場合に、圧電素子３０の振動減衰を抑制することができる。
　好ましくは、第２寸法Ｌ２は、０．１ｍｍ以上（λ／２－０．１ｍｍ）以下の範囲で定められる。即ち、第２寸法Ｌ２において、０．１ｍｍ≦Ｌ２≦（λ／２－０．１ｍｍ）の関係が成り立つことが好ましい。これにより、圧電素子３０の振動減衰をより抑制することができる。
　なお、本実施形態では、第１ギャップＧ１の第１寸法Ｌ１および第２ギャップＧ２の第２寸法Ｌ２が、［（ｎ×λ／２）＋０．１ｍｍ］以上［｛（ｎ＋１）×λ／２｝－０．１ｍｍ］の範囲で定められる例について説明したが、これに限定されない。
　また、振動体２０と内層光学部品５０（レンズ保持部５２）の側壁（外壁）５２ａとの間の第３ギャップＧ３の第３寸法Ｌ３は、０．１ｍｍ以上であることが好ましい。
［振動モードについて］
　光学モジュール１においては、複数の振動モードで振動する。本実施形態では、光学モジュール１は、第１振動モードと、第２振動モードと、で振動する。図９Ａおよび図９Ｂは、それぞれ、第１振動モードおよび第２振動モードを説明するための模式図である。
　図９Ａに示すように、第１振動モードは、透光体１０の中央部分の変位量が端部と比べて大きく振動する屈曲振動モードである。即ち、第１振動モードは、透光体１０の中央部が端部よりも大きく振動する。第１振動モードでは、透光体１０の中央部分の変位方向と端部の変位方向が逆になるような振動が生じ、透光体１０が屈曲して振動する。このため、透光体１０に付着した液滴は、透光体１０の中央部分に集まる。
　図９Ｂに示すように、第２振動モードは、透光体１０の全体が略均一に振動するピストン振動モードである。第２振動モードでは、透光体１０の全体が同じ方向に変位するような振動が生じ、透光体１０がピストンのように振動する。このため、透光体１０に付着した液滴は、透光体１０から滑落する。
　振動体２０および圧電素子３０は、第１振動モードと第２振動モードとで振動するように構成されている。第１振動モードおよび第２振動モードは、制御部によって制御される。例えば、制御部は、圧電素子３０に印加する駆動信号の周波数を変化させることによって、第１振動モードと第２振動モードとを切り替えることができる。例えば、光学モジュール１において、第１振動モードの共振周波数は３７ｋＨｚであり、第２振動モードの共振周波数は２８ｋＨｚである。なお、これらの共振周波数は例示であり、光学モジュール１の各要素の寸法や材質によって変更してもよい。
　図１０は、第１振動モードおよび第２振動モードにおいて、ギャップの寸法をパラメータとした場合の透光体の変位と音圧との関係の一例を示すグラフである。図１０に示すように、第１振動モードにおける音波の半波長λｂ／２は４．６ｍｍであり、ギャップの寸法が４．６ｍｍ付近では振動減衰が生じ、最大変位量から変位量が７５％減少している。また、第２振動モードにおける音波の半波長λｐ／２は６ｍｍであり、ギャップの寸法が６ｍｍ付近では振動減衰が生じ、最大変位量から変位量が５０％減少している。
　このように、第１振動モードおよび第２振動モードの両方において、ギャップの寸法を音波の半波長付近にすると、振動減衰が生じていることがわかる。よって、第１振動モードおよび第２振動モードのいずれのモードにおいても、ギャップの寸法が半波長λｂ／２，λｐ／２となる領域を避けることによって、振動減衰を抑制することができる。特に、第１振動モードでは、最大変位から７５％もの振動減衰を改善することができていることからも、本願の構成を適用するメリットが大きいと言える。
［内層光学部品を形成する材料について］
　内層光学部品５０を形成する材料について説明する。本実施形態では、内層光学部品５０は、透光体１０よりも小さい音響インピーダンスを有する材料で構成されている。これにより、透光体１０と内層光学部品５０との間の第１ギャップＧ１に生じる音波が内層光学部品５０の第１表面５１ａで反射されることを抑制することができる。その結果、定在波Ｗｓの音圧を低減することができる。
　音波が入射する側の媒質の音響インピーダンスと、音波が反射する側の媒質の音響インピーダンスとの差が大きいほど、音波の反射が大きくなる。音響インピーダンスは媒質の音速と密度で計算することができる。
　本実施形態では、入射する音波側の媒質は、第１ギャップＧ１に存在する空気層である。音波が反射する側の媒質は、内層光学部品５０（内層レンズ５１）である。よって、第１ギャップＧ１の空気層と内層光学部品５０とにおいて、音響インピーダンスの差を小さくすることによって、定在波Ｗｓの音圧を抑制することができる。
　図１１は、各材料における音響インピーダンスと音波の反射率との関係の一例を示す表である。図１１には、一例として、樹脂、ガラスおよび空気における音響インピーダンスが示されている。図１１に示すように、樹脂はガラスに比べて、音響インピーダンスが小さい。このため、樹脂は、ガラスに比べて音波の反射を抑制することができる。したがって、内層光学部品５０が樹脂で構成されることによって、ガラスに比べて音波の反射を低減することができる。
　樹脂としては、例えば、非結晶ポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、ウレタン樹脂などが挙げられる。
　なお、実施の形態１では、内層光学部品５０が樹脂で構成される例について説明したが、これに限定されない。内層光学部品５０は、透光体１０の音響インピーダンスより小さく、音波の反射を抑制できる材料で構成されていればよい。例えば、内層レンズ５１は、透光体１０の音響インピーダンスより小さいガラスで形成されていてもよい。
［効果］
　実施の形態１に係る光学モジュール１及び光学装置１００によれば、以下の効果を奏することができる。
　光学モジュール１は、透光体１０、振動体２０、圧電素子３０および内層光学部品５０を備える。振動体２０は、筒状に形成され、透光体１０を支持する。圧電素子３０は、振動体２０に配置され、振動体２０を振動させる。内層光学部品５０は、振動体２０の内側に配置される。透光体１０と内層光学部品５０との間には第１ギャップＧ１が設けられており、圧電素子３０と内層光学部品５０との間には第２ギャップＧ２が設けられている。透光体１０の振動方向（Ｚ方向）における第１ギャップＧ１の第１寸法Ｌ１と、振動体２０の振動方向（Ｚ方向）における第２ギャップＧ２の第２寸法Ｌ２と、のうち少なくとも１つは、［（ｎ×λ／２）＋０．１ｍｍ］以上［｛（ｎ＋１）×λ／２｝－０．１ｍｍ］以下の範囲で定められる。ここで、ｎは０以上の整数、λは振動により生じる音波の波長を示す。
　このような構成により、振動減衰を抑制することができる。具体的には、第１ギャップＧ１および第２ギャップＧ２において、透光体１０及び圧電素子３０の振動により発生した音波が内層光学部品５０で反射することによって、定在波Ｗｓが発生する。このため、第１ギャップＧ１の第１寸法Ｌ１および／または第２ギャップＧ２の第２寸法Ｌ２が音波の半波長（ｎ×λ／２）付近になる範囲では、音圧が上昇し空気が圧縮されることによって、振動減衰が生じる。このため、当該範囲に透光体１０および／または圧電素子３０が位置すると、振動減衰によって変位量が低減する。光学モジュール１では、第１ギャップＧ１の第１寸法Ｌ１および／または第２ギャップＧ２の第２寸法Ｌ２が［（ｎ×λ／２）＋０．１ｍｍ］以上［｛（ｎ＋１）×λ／２｝－０．１ｍｍ］の範囲で定められることによって、透光体１０および／または圧電素子３０が振動減衰の生じる範囲を避けている。これにより、透光体１０を効率良く振動させ、透光体１０に付着した液滴を効率良く除去することができる。
　第１寸法Ｌ１と第２寸法Ｌ２とのうち少なくとも１つは、０．１ｍｍ以上（λ／２－０．１ｍｍ）以下の範囲で定められる。このような構成により、振動減衰を抑制しつつ、光学モジュール１の小型化を実現できる。
　振動体２０と内層光学部品５０の側壁（外壁）５２ａとの間には第３ギャップＧ３が設けられており、第３ギャップＧ３の第３寸法Ｌ３は、０．１ｍｍ以上である。このような構成により、振動減衰をさらに抑制することができる。
　第１ギャップＧ１の第１寸法Ｌ１は、透光体１０の中央部Ｚ１と、内層光学部品５０との間の距離である。このような構成により、透光体１０の中央部Ｚ１における振動減衰を抑制することができる。
　振動体２０および圧電素子３０は、透光体１０の全体が略均一に振動するように構成される。このような構成により、透光体１０の全体が略均一に振動する場合でも、透光体１０の振動減衰を抑制することができる。
　振動体２０および圧電素子３０は、透光体１０の中央部が端部よりも大きく振動するように構成される。このような構成により、透光体１０の中央部が端部に比べて大きく振動する場合でも、透光体１０の振動減衰を抑制することができる。
　内層光学部品５０は、透光体１０よりも小さい音響インピーダンスを有する材料で構成されている。好ましくは、内層光学部品５０は、樹脂で形成されている。このような構成により、内層光学部品５０における音波の反射を抑制し、振動減衰をさらに抑制することができる。
　内層光学部品５０は、内層レンズ５１、レンズ保持部５２および内層フランジ５３を有する。レンズ保持部５２は、内層レンズ５１を保持する。内層フランジ５３は、レンズ保持部５２の外壁５２ａから外側に向かって延びる。第１ギャップＧ１は、透光体１０と内層レンズ５１との間に設けられており、第２ギャップＧ２は、圧電素子３０と内層フランジ５３との間に設けられている。このような構成により、透光体１０および／または圧電素子３０の振動減衰を抑制することができる。
　光学装置１００は、光学モジュール１と、光学モジュール１に配置される光学素子２と、備える。このような構成により、上述した光学モジュール１と同様の効果を奏することができる。
＜変形例１＞
　図１２は、変形例１の光学モジュール１Ａの主な構成を示す概略断面図である。図１２に示すように、光学モジュール１Ａは、内層光学部品５０に配置された音波抑制部材６０を有する。音波抑制部材６０は、内層光学部品５０の第１表面５１ａに配置されている。第１表面５１ａは、透光体１０と内層光学部品５０（内層レンズ５１）との間の第１ギャップＧ１を画定する表面である。
　音波抑制部材６０は、音波の反射を抑制する。音波抑制部材６０は、例えば、発泡樹脂材料や多孔体で形成される部材である。発泡樹脂材料としては、例えば、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリプロピレン、フェノール樹脂、ポリ塩化ビニル、ユリア樹脂、シリコーン、ポリイミド、メラミン樹脂などを用いることができる。多孔体としては、例えば、グラスウールなどを用いることができる。
　音波抑制部材６０は、光学モジュール１ＡのＺ方向から見て、環状に配置されている。具体的には、音波抑制部材６０は、内層光学部品５０の第１表面５１ａの外周に沿って配置されている。
　このように、内層光学部品５０に音波抑制部材６０を配置することによって、内層光学部品５０における音波の反射を抑制することができる。これにより、音圧を低下させ、振動減衰をさらに抑制することができる。
　なお、変形例１では、内層光学部品５０の第１表面５１ａに音波抑制部材６０を配置する態様について説明したが、これに限定されない。例えば、圧電素子３０と内層光学部品５０との間の第２ギャップＧ２を画定する内層光学部品５０（内層フランジ５３）の第２表面５３ａに、音波抑制部材６０が配置されてもよい。
　内層光学部品５０は、第１ギャップＧ１を画定する第１表面５１ａと、第２ギャップＧ２を画定する第２表面５３ａと、を有し、第１表面５１ａと第２表面５３ａとのうち少なくとも１つに、音波の反射を抑制する音波抑制部材６０が配置されていてもよい。
　あるいは、音波抑制部材６０は、第１表面５１ａおよび第２表面５３ａ以外のギャップを画定する面に配置されていてもよい。音波抑制部材６０は、光学素子２の光路を妨げない位置に配置されていればよい。
＜変形例２＞
　図１３は、変形例２の光学モジュール１Ｂの主な構成を示す概略断面図である。図１３に示すように、光学モジュール１Ｂにおいては、内層光学部品５０（内層レンズ５１）の第１表面５１ａに透光性を有する樹脂コーティングが施されている。
　樹脂コーティングとしては、例えば、フッ素系のコーティング材またはシリコーン系のコーティング材などの材料を用いることができる。フッ素系のコーティング材としては、例えば、フッ素系ポリマー、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が挙げられる。シリコーン系のコーティング材としては、例えば、シリコーンオイルなどの主鎖部分がケイ素（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との直接結合からなる部分を有する材料が挙げられる。
　このように、内層光学部品５０（内層レンズ５１）の第１表面５１ａに樹脂コーティングを施すことによって、第１表面５１ａにおける音波の反射を抑制することができる。
　なお、変形例２では、内層光学部品５０の第１表面５１ａに樹脂コーティングを施す態様について説明したが、これに限定されない。例えば、内層光学部品５０（内層フランジ５３）の第２表面５３ａに、樹脂コーティングが施されてもよい。
　内層光学部品５０は、第１ギャップＧ１を画定する第１表面５１ａと、第２ギャップＧ２を画定する第２表面５３ａと、を有し、第１表面５１ａと第２表面５３ａとのうち少なくとも１つに、樹脂コーティング６１が施されていてもよい。
　あるいは、樹脂コーティング６１は、第１表面５１ａおよび第２表面５３ａ以外のギャップを画定する面に施されていてもよい。
＜変形例３＞
　図１４は、変形例３の光学モジュール１Ｃの主な構成を示す概略断面図である。図１４に示すように、光学モジュール１Ｃにおいて、振動体２０の内側に形成される空間ＳＰ１は、負圧になっている。負圧とは、大気圧よりも気圧が低い状態を意味する。好ましくは、空間ＳＰ１の気圧は、大気圧の１／２倍以下である。より好ましくは、空間ＳＰ１は真空である。
　振動体２０の内側の空間ＳＰ１は、振動体２０と内層光学部品５０との間に形成される空間である。光学モジュール１Ｃにおいては、振動体２０および内層光学部品５０は、固定部４０に接合されている。例えば、振動体２０と固定部４０は一体で形成されており、内層光学部品５０は、固定部４０にレーザ溶接などによって溶接されている。これにより、振動体２０と内層光学部品５０との間に密閉された空間ＳＰ１を形成している。なお、光学モジュール１Ｃの製造においては、負圧又は真空の環境下で行うことによって空間ＳＰ１を負圧又は真空にすることができる。
　図１５は、振動体２０の内側の空間ＳＰ１を負圧にした場合の変位量減衰率を示すグラフである。図１５において、実施例１は空間ＳＰ１が大気圧である状態の変位量減衰量を示し、実施例２は空間ＳＰ１が大気圧の１／１０倍の負圧状態の変位量減衰量を示す。
　図１５に示すように、実施例１に比べて実施例２の方が、変位量減衰量が小さくなっている。このように、振動体２０の内側の空間ＳＰ１を負圧にすることによって、音波の反射を抑制し、透光体１０や圧電素子３０の振動減衰を抑制することができる。
　なお、変形例３では、振動体２０の内側の空間ＳＰ１を真空又は負圧にする例について説明したが、これに限定されない。例えば、振動体２０の内側の空間ＳＰ１を空気よりも密度の低いガスで満たしてもよい。ガスとしては、例えば、窒素、ネオン、ヘリウム、エチレンなどが挙げられる。このような構成においても、音波の反射を抑制し、透光体１０や圧電素子３０の振動減衰を抑制することができる。
（実施の形態２）
　本発明の実施の形態２に係る振動装置について説明する。なお、実施の形態２では、主に実施の形態１と異なる点について説明する。実施の形態２においては、実施の形態１と同一又は同等の構成については同じ符号を付して説明する。また、実施の形態２では、実施の形態１と重複する記載は省略する。
　図１６は、本発明に係る実施の形態２の光学モジュール１Ｄの一例を示す概略断面図である。図１７は、圧電素子３０の印加電圧と透光体１０の変位との関係を示す概略図である。なお、図１７（ａ）は圧電素子３０の印加電圧を示し、図１７（ｂ）は透光体１０のＺ方向の変位を示す。
　実施の形態２では、透光体１０が振動していない状態の位置を基準位置Ｈ０とし、透光体の厚み方向（Ｚ方向）において基準位置Ｈ０に対して内層光学部品５０から離れる方向を正方向とし、前記基準位置Ｈ０に対して内層光学部品５０に近づく方向を負方向とした場合、透光体１０において、正方向への変位は、負方向の変位より大きい点で実施の形態１と異なる。
　実施の形態２において、光学モジュール１Ｄは、特に説明しない限り、実施の形態１の光学モジュール１と同様の構成を有する。
　図１６においては、透光体１０が振動していない状態の位置を基準位置Ｈ０としている。実施の形態２では、基準位置Ｈ０は、透光体１０が振動していない状態において、透光体１０の厚み方向（Ｚ方向）における透光体１０の第２主面ＰＳ２の位置を意味する。また、透光体１０の厚み方向（Ｚ方向）において基準位置Ｈ０に対して内層光学部品５０から離れる方向を正方向とし、基準位置Ｈ０に対して内層光学部品５０に近づく方向を負方向としている。
　光学モジュール１Ｄにおいては、透光体１０が負方向の変位に比べて正方向の変位が大きくなるように振動する。即ち、透光体１０において、正方向への変位は、負方向の変位より大きい。例えば、負方向の変位は、正方向の変位の１／３倍以下である。好ましくは、負方向の変位は、正方向の変位の１／１０倍以下である。より好ましくは、負方向の変位は０である。
　また、透光体１０の振動において、正方向への変位は、負方向の変位よりも多い。例えば、透光体１０の振動において、正方向への変位と負方向の変位の割合は、６：４以上１０：０以下である。好ましくは、正方向への変位と負方向の変位の割合は、８：２以上１０：０以下である。より好ましくは、透光体１０の振動は、正方向への変位のみを含む。
　図１７に示すように、制御部３は、圧電素子３０に印加する電圧を制御することによって、正方向への変位が負方向の変位より大きくなる透光体１０の振動を実現する。例えば、制御部３は、圧電素子３０に対して、正方向電圧＋Ｖ１の印加と電圧印加停止を繰り返す。
　具体的には、制御部３は、圧電素子３０に対して、正方向電圧＋Ｖ１を所定時間印加した後、電圧の印加を停止し、印加電圧を０にする。印加電圧が０の状態が所定の時間経過した後、制御部３は、正方向電圧＋Ｖ１を所定時間再び印加する。例えば、電圧印加と停止は、等間隔で行われてもよいし、ランダムで行われてもよい。このように、制御部３は、正方向電圧＋Ｖ１の印加と電圧印加停止とを繰り返す。即ち、制御部３は、圧電素子３０に対して、負方向の電圧を印加せずに、正方向の電圧＋Ｖ１を印加している。
　図１７に示すように、透光体１０の厚み方向（Ｚ方向）の変位は、圧電素子３０に印加される電圧によって制御される。圧電素子３０に対する電圧印加が停止されているとき、透光体１０は振動しない。圧電素子３０に対して正方向電圧＋Ｖ１が印加されているとき、透光体１０は透光体１０の厚み方向（Ｚ方向）において基準位置Ｈ０に対して内層光学部品５０から離れる方向、即ち正方向に変位するように振動する。即ち、圧電素子３０に対して正方向電圧＋Ｖ１が印加されているとき、透光体１０は、正方向の変位＋Ｈ１で振動する。
　このように、圧電素子３０に対して正方向の電圧＋Ｖ１の印加と電圧印加停止とを繰り返すことによって、透光体１０は、基準位置Ｈ０から正方向の変位＋Ｈ１の間で振動する。
［効果］
　実施の形態２に係る光学モジュール１Ｄによれば、以下の効果を奏することができる。
　透光体１０が振動していない状態の位置を基準位置Ｈ０とし、透光体１０の厚み方向（Ｚ方向）において基準位置Ｈ０に対して内層光学部品５０から離れる方向を正方向とし、基準位置Ｈ０に対して内層光学部品５０に近づく方向を負方向とした場合、透光体１０において、正方向への変位は、負方向の変位より大きい。
　このような構成により、透光体１０が振動している際に負方向への変位を抑制することができる。これにより、透光体１０と内層光学部品５０との間の空気が圧縮されることを抑制することができる。その結果、空気バネ定数の上昇による振動減衰を抑制することができる。
　光学モジュール１Ｄは、圧電素子３０を制御する制御部３を更に備え、制御部３は、圧電素子３０に対して、正方向電圧の印加と電圧印加停止を繰り返す。
　このような構成により、正方向の変位を負方向の変位より容易に大きくすることができる。
　なお、実施の形態２では、基準位置Ｈ０が、透光体１０が振動していない状態における透光体１０の第２主面ＰＳ２の位置である例について説明したが、これに限定されない。例えば、基準位置Ｈ０は、透光体１０が振動していない状態における透光体１０の第１主面ＰＳ１の位置であってもよい。
　実施の形態２では、制御部３が圧電素子３０に対して、正方向電圧の印加と電圧印加停止を繰り返す例について説明したが、これに限定されない。例えば、制御部３は、負方向電圧の印加を行ってもよい。この場合、負方向の電圧は、正方向の電圧より小さくてもよい。あるいは、負方向の電圧の印加は、正方向の電圧の印加よりも少なくてもよい。
　本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、この技術に熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
　本発明の振動装置および振動制御方法は、屋外で使用する車載カメラ、監視カメラ、またはＬｉＤＡＲ等の光センサへ適用することができる。
　１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ　光学モジュール
　２　光学素子
　３　制御部
　１０　透光体
　２０　振動体
　２１　振動フランジ
　２２　第１筒状体
　２３　ばね部
　２４　第２筒状体
　２５　振動板
　２６　接続部
　３０　圧電素子
　４０　固定部
　５０　内層光学部品
　５１　内層レンズ
　５１ａ　第１表面
　５２　レンズ保持部
　５２ａ　外壁
　５３　内層フランジ
　５３ａ　第２表面
　６０　音波抑制部材
　６１　樹脂コーティング
　１００　光学装置
　Ａ１，Ａ２　振動方向
　Ｃ１　中心
　Ｄ１，Ｄ２　直径
　Ｇ１　第１ギャップ
　Ｇ２　第２ギャップ
　Ｇ３　第３ギャップ
　Ｈ０　基準位置
　Ｈ１　正方向の変位
　Ｌ１　第１寸法
　Ｌ２　第２寸法
　Ｌ３　第３寸法
　ＰＳ１　第１主面
　ＰＳ２　第２主面
　ＳＰ１　空間
　Ｖ１　正方向電圧
　Ｗｓ　定在波
　Ｚ１　中央部
　Ｚ１０　領域
　Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，Ｐｚ　領域

Claims (16)

  1. 　透光体と、
    　筒状に形成され、前記透光体を支持する振動体と、
    　前記振動体に配置され、前記振動体を振動させる圧電素子と、
    　前記振動体の内側に配置される内層光学部品と、
    を備え、
    　前記透光体と前記内層光学部品との間には第１ギャップが設けられており、
    　前記圧電素子と前記内層光学部品との間には第２ギャップが設けられており、
    　前記透光体の振動方向における前記第１ギャップの第１寸法と、前記振動体の振動方向における前記第２ギャップの第２寸法と、のうち少なくとも１つは、［（ｎ×λ／２）＋０．１ｍｍ］以上［｛（ｎ＋１）×λ／２｝－０．１ｍｍ］以下の範囲で定められ、
    　ｎは０以上の整数、λは振動により生じる音波の波長を示す、
    光学モジュール。
  2. 　前記第１寸法と前記第２寸法とのうち少なくとも１つは、０．１ｍｍ以上（λ／２－０．１ｍｍ）以下の範囲で定められる、
    請求項１に記載の光学モジュール。
  3. 　前記振動体と前記内層光学部品の側壁との間には第３ギャップが設けられており、
    　前記第３ギャップの第３寸法は、０．１ｍｍ以上である、
    請求項１又は２に記載の光学モジュール。
  4. 　前記第１ギャップの前記第１寸法は、前記透光体の中央部と、前記内層光学部品との間の距離である、
    請求項１～３のいずれか一項に記載の光学モジュール。
  5. 　前記振動体および前記圧電素子は、前記透光体の全体が略均一に振動するように構成される、
    請求項１～４のいずれか一項に記載の光学モジュール。
  6. 　前記振動体および前記圧電素子は、前記透光体の中央部が端部よりも大きく振動するように構成される、
    請求項１～４のいずれか一項に記載の光学モジュール。
  7. 　前記内層光学部品は、前記透光体よりも小さい音響インピーダンスを有する材料で構成されている、
    請求項１～６のいずれか一項に記載の光学モジュール。
  8. 　前記内層光学部品は、樹脂で形成されている、
    請求項７に記載の光学モジュール。
  9. 　前記内層光学部品は、
    　　内層レンズと、
    　　前記内層レンズを保持するレンズ保持部と、
    　　前記レンズ保持部の外壁から外側に向かって延びる内層フランジと、
    を有し、
    　　前記第１ギャップは、前記透光体と前記内層レンズとの間に設けられており、
    　　前記第２ギャップは、前記圧電素子と前記内層フランジとの間に設けられている、
    請求項１～８のいずれか一項に記載の光学モジュール。
  10. 　前記内層光学部品は、前記第１ギャップを画定する第１表面と、前記第２ギャップを画定する第２表面と、を有し、
    　前記第１表面と前記第２表面とのうち少なくとも１つに、音波の反射を抑制する音波抑制部材が配置されている、
    請求項１～９のいずれか一項に記載の光学モジュール。
  11. 　前記内層光学部品は、前記第１ギャップを画定する第１表面と、前記第２ギャップを画定する第２表面と、を有し、
    　前記第１表面と前記第２表面とのうち少なくとも１つに、樹脂コーティングが施されている、
    請求項１～９のいずれか一項に記載の光学モジュール。
  12. 　前記振動体の内側の空間は、真空又は負圧である、
    請求項１～１１のいずれか一項に記載の光学モジュール。
  13. 　前記振動体の内側の空間は、空気よりも密度の低いガスで満たされている、
    請求項１～１２のいずれか一項に記載の光学モジュール。
  14. 　前記透光体が振動していない状態の位置を基準位置とし、前記透光体の厚み方向（Ｚ方向）において前記基準位置に対して前記内層光学部品から離れる方向を正方向とし、前記基準位置に対して前記内層光学部品に近づく方向を負方向とした場合、
    　前記透光体において、前記正方向への変位は、前記負方向の変位より大きい、
    請求項１～１３のいずれか一項に記載の光学モジュール。
  15. 　前記圧電素子を制御する制御部を更に備え、
    　前記制御部は、前記圧電素子に対して、正方向電圧の印加と電圧印加停止を繰り返す、
    請求項１４に記載の光学モジュール。
  16. 　請求項１～１５のいずれか一項に記載の光学モジュールと、
    　前記光学モジュールに配置される光学素子と、
    を備える、光学装置。
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