WO2023157366A1 - 振動装置及び振動方法 - Google Patents

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resonance frequency
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driving
high frequency
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佑果 田中
宣孝 岸
貴英 中土井
勝宏 田淵
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Murata Manufacturing Co Ltd
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Definitions

  • the present disclosure relates to a vibrating device and a vibrating method.
  • a known technology is to install an imaging device outside the vehicle and use the captured image to control safety devices, control automatic driving, etc.
  • Foreign matter such as mud, dust, raindrops, snow, ice, and frost may adhere to the lens, protective cover, or other translucent body that covers the exterior of such an imaging device. If foreign matter adheres to the translucent body, the foreign matter will be reflected in the captured image, making it impossible to obtain a clear image.
  • Patent Document 1 discloses a technique for vibrating the lens at a first frequency (cleaning mode) in order to remove foreign matter adhering to the lens, and a technique for vibrating the lens at a second frequency (heating mode) in cold weather to heat the lens. It discloses a technique for vibrating.
  • the technique described in Patent Document 1 measures the impedance response of the lens cover system to estimate the temperature of the lens in order to determine whether to heat the lens.
  • the impedance associated with the vibration of the transparent body depends not only on the temperature of the transparent body, but also on the amount of foreign matter adhering to the transparent body, it is possible to accurately determine the temperature of the transparent body based on the measurement of the impedance response. Sometimes it cannot be estimated.
  • An object of the present disclosure is to provide an oscillating device and an oscillating method capable of estimating the temperature of a translucent body more accurately than in the prior art.
  • a vibrating device includes: a translucent body; a vibrating body that vibrates the translucent body; a drive unit that drives the vibrating body; A control unit that controls the driving unit, The control unit determining a high frequency band resonance frequency of the vibrating body based on the state of the driving unit obtained by changing the driving frequency of the driving unit within a high frequency band of 100 kHz or higher; A temperature of the translucent body is estimated based on the determined high frequency band resonance frequency.
  • a vibration method includes: a translucent body; a vibrating body that vibrates the translucent body; a drive unit that drives the vibrating body; A vibration method performed by a vibration device comprising a control unit that controls the driving unit, determining a high frequency band resonance frequency of the vibrator based on the state of the driving unit obtained by changing the driving frequency of the driving unit within a high frequency band of 100 kHz or higher, by the control unit; , a step of estimating the temperature of the translucent body by the control unit based on the determined high frequency band resonance frequency; including.
  • the vibrating device and vibrating method according to the present disclosure it is possible to estimate the temperature of the translucent body more accurately than in the prior art.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a configuration example of an imaging unit according to an embodiment
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the imaging unit of FIG. 1
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating the hardware configuration of an imaging unit according to the embodiment
  • 4 is a flow chart for explaining an example of the operation of the imaging unit according to the embodiment; 5 is a graph showing the relationship between resonance frequency, impedance, and temperature in the low frequency band of the vibrating section; 4 is a graph showing the relationship between the resonance frequency and the temperature in the low frequency band of the vibrating part; 4 is a graph showing the relationship between the minimum value of impedance and temperature in the low frequency band of the piezoelectric vibrator; 5 is a graph showing the relationship between the adhesion amount of water, which is an example of foreign matter, and the resonance frequency of the vibrating portion in the low frequency band. 5 is a graph showing the relationship between the amount of adhered water, which is an example of foreign matter, and the impedance of the piezoelectric vibrator in the low frequency band.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the resonance frequency and the temperature in the high frequency band of the vibrating part; 4 is a graph showing the relationship between the minimum value of impedance and temperature in a high frequency band of a piezoelectric vibrator; 5 is a graph showing the relationship between the adhesion amount of water, which is an example of foreign matter, and the resonance frequency of the vibrating portion in a high frequency band. 4 is a graph showing the relationship between the amount of adhered water, which is an example of foreign matter, and the impedance of the piezoelectric vibrator in a high frequency band.
  • FIG. 5 is a flowchart for explaining an example of the temperature estimation operation of FIG. 4; FIG. 4A and 4B are schematic timing charts for explaining a heating operation in the imaging unit according to the embodiment;
  • a vibrating device includes: a translucent body; a vibrating body that vibrates the translucent body; a drive unit that drives the vibrating body; A control unit that controls the driving unit, The control unit determining a high frequency band resonance frequency of the vibrating body based on the state of the driving unit obtained by changing the driving frequency of the driving unit within a high frequency band of 100 kHz or higher; A temperature of the translucent body is estimated based on the determined high frequency band resonance frequency.
  • the temperature of the translucent body can be estimated more accurately than the conventional technology.
  • the control unit controlling the driving unit to vibrate the vibrating body at a high frequency of 100 kHz or more when the estimated temperature of the translucent body is less than a predetermined value;
  • the above A low frequency band resonance frequency of the vibrating body may be determined, and the driving section may be controlled to vibrate the vibrating body at the determined low frequency band resonance frequency.
  • the temperature of the translucent body can be increased as necessary, and foreign matter adhering to the translucent body can be easily removed.
  • the control unit When the estimated temperature of the translucent body is less than a predetermined value, re-determining the high frequency band resonance frequency of the vibrating body based on the state of the driving unit obtained by changing the driving frequency of the driving unit within a high frequency band; re-estimating the temperature of the translucent body based on the re-determined high frequency band resonance frequency; If the re-estimated temperature of the transparent body is less than the predetermined value, until the re-estimated temperature of the transparent body reaches or exceeds the predetermined value, controlling the drive unit to vibrate the vibrator for a predetermined period of time at a frequency in a high frequency band; re-determining the high frequency band resonance frequency of the vibrator based on the state of the driving unit obtained by changing the driving frequency of the driving unit within the high frequency band after the predetermined period of time has elapsed; re-estimating the temperature of the translucent body based on the re-determined high frequency band resonance frequency.
  • the temperature of the translucent body can be further increased as necessary, and foreign matter adhering to the translucent body can be easily removed.
  • the vibrating device when the re-estimated temperature of the translucent body is equal to or higher than the predetermined value, or when the estimated temperature of the translucent body is equal to or higher than the predetermined value, determining a low frequency band resonance frequency of the vibrating body based on the state of the driving unit obtained by changing the driving frequency of the driving unit within a low frequency band of less than 100 kHz;
  • the driving section may be controlled to vibrate the vibrator at the band resonance frequency.
  • the vibrating device may further include a temperature sensor that measures the temperature of the translucent body, When the temperature of the translucent body measured by the temperature sensor is equal to or higher than the predetermined value, the control unit changes the driving frequency of the driving unit within a low frequency band of less than 100 kHz.
  • a low frequency band resonance frequency of the vibrating body may be determined based on the state of the driving section, and the driving section may be controlled to vibrate the vibrating body at the determined low frequency band resonance frequency.
  • the temperature of the translucent body can be controlled more accurately, making it easier to remove foreign matter adhering to the translucent body.
  • the translucent body is arranged in the field of view of the imaging device,
  • the control unit acquires a captured image from the imaging device and performs image processing on the captured image, and the result of the image processing indicates that no foreign matter adheres to the surface of the translucent body, determining a low frequency band resonance frequency of the vibrating body based on the state of the driving unit obtained by changing the driving frequency of the driving unit within a low frequency band of less than 100 kHz;
  • the driving section may be controlled to vibrate the vibrator at the band resonance frequency.
  • determining the low frequency band resonance frequency based on the state of the driving unit by the control unit includes: the control unit varying the drive frequency of the drive unit within a low frequency band and measuring the drive current of the drive unit; the controller determining the low frequency band resonance frequency based on the measured value of the drive current; may include
  • determining the high frequency band resonance frequency based on the state of the driving unit by the control unit includes: the control unit measuring the driving current of the driving unit by changing the driving frequency of the driving unit within a high frequency band; the controller determining the high frequency band resonance frequency based on the measured value of the drive current; may include
  • the controller may estimate the temperature T of the translucent body based on Equation (1).
  • T A ⁇ fr+B (1) where A is a constant less than 0, B is a constant greater than 0, and fr is the resonance frequency of the oscillator.
  • the temperature of the translucent body can be estimated more accurately.
  • a vibration method includes: a translucent body; a vibrating body that vibrates the translucent body; a drive unit that drives the vibrating body; A vibration method performed by a vibration device comprising a control unit that controls the driving unit, determining a high frequency band resonance frequency of the vibrator based on the state of the driving unit obtained by changing the driving frequency of the driving unit within a high frequency band of 100 kHz or higher, by the control unit; , a step of estimating the temperature of the translucent body by the control unit based on the determined high frequency band resonance frequency; including.
  • the temperature of the translucent body can be estimated more accurately than in the prior art.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a configuration example of an imaging unit 100 according to an embodiment of the present disclosure.
  • Fig. 1 shows a virtual axis C for convenience of explanation.
  • a direction parallel to the axis C is called an axial direction
  • a direction perpendicular to the axis C is called a radial direction
  • a circumferential direction about the axis C is called a circumferential direction.
  • the axial direction the leftward direction on the paper surface of FIG. 1 is positive.
  • the positive axial direction is also referred to as the distal side
  • the negative axial direction is also referred to as the proximal side.
  • the direction away from the axis C may be called outward, and the direction toward the axis C may be called inward.
  • the imaging unit 100 includes a housing 1, a transparent protective cover 2 provided on one surface of the housing 1, and a cleaning nozzle 3.
  • the cleaning nozzle 3 has an opening 31 for discharging a cleaning liquid (cleaning body) toward the protective cover 2 .
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the imaging unit 100 of FIG.
  • the imaging unit 100 further includes a vibrating section 12 that vibrates the protective cover 2 and an imaging device 5 .
  • the imaging unit 100 has a configuration (imaging device 5) for capturing an image, a configuration (vibration device) for vibrating the protective cover 2 to remove foreign matter adhering to the protective cover 2, and a cleaning liquid ejected onto the protective cover 2 for protection. It also has a configuration (cleaning device) for removing foreign matter adhering to the cover 2 .
  • the cleaning nozzle 3 is an example of a cleaning device.
  • a base plate 4a is fixed to one end side of the housing 1, and a protective cover 2 and a vibrating section 12 are provided to the other end side of the housing 1.
  • the imaging device 5 is supported by a cylindrical body member 4 and fixed to a base plate 4a.
  • a circuit 6 including an imaging device is built in the imaging device 5 .
  • a lens module 7 is fixed in the imaging direction of the imaging device 5 .
  • the lens module 7 is formed of a cylindrical body and has a plurality of lenses 9 arranged in the axial direction inside.
  • the structure of the imaging device 5 is not limited to this, and any structure capable of imaging a subject positioned in front of the lens 9 (on the front end side) may be employed.
  • the vibrating portion 12 includes a cylindrical first cylindrical member 13 centered on the axis C, a cylindrical second cylindrical member 14 centered on the axis C, and a cylindrical piezoelectric vibrator centered on the axis C. child 15;
  • the vibrating section 12 is an example of a vibrating body.
  • the piezoelectric vibrator 15 is sandwiched between the first tubular member 13 and the second tubular member 14 .
  • the piezoelectric vibrator 15 has cylindrical piezoelectric plates 16 and 17 .
  • the piezoelectric plates 16 and 17 are each axially polarizable.
  • the polarization direction of the piezoelectric plate 16 is configured to be opposite to the polarization direction of the piezoelectric plate 17 .
  • the piezoelectric plates 16 and 17 include, for example, lead zirconate titanate piezoelectric ceramics, (K,Na) NbO3 piezoelectric ceramics, or LiTaO3 piezoelectric single crystals.
  • An electrode (not shown) is formed on each of the piezoelectric plates 16 and 17 .
  • This electrode has a laminated structure of Ag/NiCu/NiCr, for example.
  • the first cylindrical member 13 and the second cylindrical member 14 are made of, for example, metals such as duralumin, stainless steel, and kovar, or semiconductors such as conductive Si.
  • the piezoelectric vibrator 15 can be vibrated in the vertical or horizontal direction.
  • the first tubular member 13 has a male threaded portion on at least a portion of its outer surface
  • the second tubular member 14 has a female threaded portion on at least a portion of its inner surface.
  • the first cylindrical member 13 is screwed into the second cylindrical member 14 by these screws, and the first cylindrical member 13 is fixed to the second cylindrical member 14 .
  • a part of the first cylindrical member 13 and a part of the second cylindrical member 14 are pressed against one surface and the other surface of the piezoelectric vibrator 15, respectively.
  • the vibration generated in the piezoelectric vibrator 15 efficiently vibrates the vibrating section 12 as a whole.
  • the vibrating portion 12 is efficiently excited by the vertical effect or the horizontal effect.
  • the second tubular member 14 has a tubular thin portion 14a and flange portions 14b and 14c.
  • the flange portion 14c protrudes outward from the thin portion 14a at the tip of the second tubular member 14 .
  • the flange portion 14b protrudes outward from the thin portion 14a on the base end side of the flange portion 14c of the second tubular member 14 .
  • the thickness of the thin portion 14 a is thinner than the thickness of the first tubular member 13 . Therefore, the tubular thin portion 14a is largely displaced by the vibration of the vibrating portion 12, and the vibration, particularly the amplitude, can be increased.
  • the protective cover 2 is fixed to the flange portion 14c.
  • the protective cover 2 has a hemispherical shape.
  • the protective cover 2 is an example of a translucent body that transmits light from a subject.
  • the material of the protective cover 2 is, for example, soda glass, borosilicate glass, aluminosilicate glass, or a combination thereof.
  • the protective cover 2 may be tempered glass whose strength is increased by chemical strengthening or the like.
  • the surface of the protective cover 2 may be coated with an antireflection film, a water-repellent material, an impact-resistant material, or the like.
  • the cleaning nozzle 3 is supplied with the cleaning liquid from the base end side, and discharges the cleaning liquid to the protective cover 2 through the inner tube and the opening 31 extending in the axial direction.
  • the tip of the cleaning nozzle 3 is outside the imaging range (field of view) of the imaging device 5 and does not appear in the image captured by the imaging device 5 .
  • the configuration in which the imaging unit 100 includes one cleaning nozzle 3 is shown, but the imaging unit 100 may include a plurality of cleaning nozzles 3 .
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating the hardware configuration of the imaging unit 100. As shown in FIG. The imaging unit 100 further includes a signal processing circuit 20 , a piezoelectric drive section 30 , a cleaning liquid discharge section 50 , a cleaning drive section 60 , an impedance detection section 70 and a power supply circuit 80 .
  • the signal processing circuit 20 is a control section that processes signals from the imaging device 5 and supplies control signals to the imaging device 5 , the piezoelectric drive section 30 and the cleaning drive section 60 . Such information processing is realized, for example, by the signal processing circuit 20 operating according to a program instruction.
  • the signal processing circuit 20 includes a CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), an input/output interface for maintaining signal consistency with peripheral devices, and the like.
  • the ROM stores, for example, programs for the CPU to operate, control data, and the like.
  • the RAM functions as a work area for the CPU.
  • the piezoelectric driving section 30 generates an AC output signal according to the control signal from the signal processing circuit 20 and transmits it to the piezoelectric vibrator 15 .
  • the AC output signal contains information about frequency and voltage, for example.
  • the piezoelectric vibrator 15 vibrates based on the received AC output signal to vibrate the vibrating portion 12 and the protective cover 2 .
  • the cleaning driving section 60 causes the cleaning liquid discharge section 50 to supply the cleaning liquid based on the control signal from the signal processing circuit 20 .
  • the supplied cleaning liquid is discharged to the protective cover 2 through the opening 31 of the cleaning nozzle 3 .
  • the impedance detection unit 70 monitors electrical characteristics of the piezoelectric drive unit 30 such as the drive current and impedance when the piezoelectric drive unit 30 applies an AC output signal to the piezoelectric vibrator 15 to operate the piezoelectric vibrator 15 . do.
  • the impedance detector 70 is an example of a controller, and may be provided separately from the signal processing circuit 20 as shown in FIG. 3 or may be provided integrally with the signal processing circuit 20 .
  • FIG. 4 is a flowchart for explaining an operation example of the imaging unit 100 . The operations of FIG. 4 are performed by the signal processing circuit 20 .
  • the signal processing circuit 20 estimates the temperature of the protective cover 2 based on the drive current of the piezoelectric drive section 30 (S1). Details of the temperature estimation step S1 will be described later.
  • the signal processing circuit 20 determines whether the temperature estimated in step S1 is less than 0°C, which is the lower limit threshold (S2).
  • the lower threshold is not limited to 0.degree. C., and may be set to a temperature preselected from -4.degree. C. to +4.degree.
  • step S3 If the temperature estimated in step S1 is less than 0° C. (Yes in S2), the signal processing circuit 20 causes the piezoelectric driving section 30 to operate the piezoelectric vibrator 15 in heating mode for a predetermined time (S3).
  • the heating mode is a mode in which the piezoelectric vibrator 15 is vibrated at frequencies in a high frequency band, and the vibration can raise the temperature of the protective cover 2 .
  • the signal processing circuit 20 returns to step S1.
  • step S1 If the temperature estimated in step S1 is not below 0° C. (No in S2), that is, if it is above 0° C., the signal processing circuit 20 causes the piezoelectric vibrator 15 to operate in the low frequency band search mode (S4). .
  • the low frequency band search mode in step S4 is a mode for searching for the resonance frequency of the vibrating section 12 in the low frequency band (hereinafter referred to as "low frequency band resonance frequency").
  • low frequency means frequencies below 100 kHz and high frequency means frequencies above 100 kHz.
  • the piezoelectric driving section 30 sets the driving voltage Vdr of the piezoelectric vibrator 15 to V1, sweeps the driving frequency f, and applies an AC output signal to the piezoelectric vibrator 15 .
  • the impedance detection section 70 monitors the current value or impedance of the piezoelectric drive section 30. Specifically, the impedance detection unit 70 measures the impedance that is the reciprocal of the current value or the current value flowing through the piezoelectric driving unit 30 .
  • the signal processing circuit 20 acquires the driving frequency f and the current value or impedance, and determines the driving frequency f at which the current value is the maximum value I_low0 or the driving frequency f at which the impedance is the minimum value as the initial resonance frequency fr_low0. Thus, the signal processing circuit 20 measures the maximum current value I_low0 and the corresponding initial resonance frequency fr_low0.
  • the signal processing circuit 20 updates the memory with the initial resonance frequency fr_low0 and the current value I_low0 measured in step S4 as the reference frequency fr and the reference current value I, respectively (step S5).
  • Step S6 is executed, for example, after a certain period of time, for example, one second after step S4.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the low frequency band resonance frequency of the vibrating section 12, impedance, and temperature.
  • the horizontal axis of the graph in FIG. 5 indicates frequency [kHz], and the vertical axis indicates impedance [ ⁇ ].
  • the graph of FIG. 5 shows how the low frequency band resonance frequency changes when the temperature is changed from -40.degree. C. to 85.degree.
  • the frequency at which the impedance changes abruptly is the low frequency band resonance frequency.
  • the low frequency band resonance frequency decreases as the temperature rises.
  • the low frequency band resonance frequency decreases as the amount or weight of the foreign matter adhering to the surface of the protective cover 2 increases. That is, the lowering of the low frequency band resonance frequency is caused not only by temperature rise but also by adhesion of foreign matter. Therefore, by only measuring the change in the low frequency band resonance frequency with the impedance detection unit 70, it is not possible to distinguish between the adhesion of foreign matter to the surface of the protective cover 2 and the temperature change.
  • the signal processing circuit 20 makes a judgment by referring only to the low-frequency band resonance frequency, even though the low-frequency band resonance frequency has actually decreased due to the temperature rise, the decrease is caused by the surface of the protective cover 2.
  • the signal processing circuit 20 controls to increase the vibration amplitude of the piezoelectric vibrator 15 in order to remove the foreign matter. will be performed.
  • Increasing the vibration amplitude of the piezoelectric vibrator 15 further increases the surface temperature of the protective cover 2 .
  • the signal processing circuit 20 becomes even more unstable when foreign matter adheres to the surface of the protective cover 2, making it difficult to make an accurate judgment.
  • Changes in the low frequency band resonance frequency are caused not only by temperature changes, but also by aging of the joint between the protective cover 2 and the vibrating portion 12, moisture absorption by the resin portion, and the like.
  • the signal processing circuit 20 may determine that a foreign object has adhered to the surface of the protective cover 2 together with information other than the change in the low frequency band resonance frequency.
  • FIG. 6A is a graph showing the relationship between the low frequency band resonance frequency and temperature.
  • the horizontal axis of FIG. 6A indicates the temperature [° C.], and the vertical axis indicates the low frequency band resonance frequency [kHz].
  • the low frequency band resonance frequency decreases as the temperature increases.
  • FIG. 6B is a graph showing the relationship between the minimum impedance (minimum value of impedance) in the low frequency band of the piezoelectric vibrator 15 and temperature.
  • the horizontal axis of FIG. 6B indicates temperature [° C.], and the vertical axis indicates minimum impedance [ ⁇ ].
  • the minimum impedance of the piezoelectric vibrator 15 in the low frequency band decreases as the temperature increases.
  • FIG. 7A is a graph showing the relationship between the adhesion amount of water, which is an example of foreign matter, and the low frequency band resonance frequency.
  • the horizontal axis of FIG. 7A indicates the volume of water adhering to the surface of the protective cover 2 (hereinafter referred to as "water adhering amount") [ ⁇ l], and the vertical axis indicates the low frequency band resonance frequency [kHz].
  • water adhering amount the volume of water adhering to the surface of the protective cover 2
  • kHz low frequency band resonance frequency
  • FIG. 7B is a graph showing the relationship between the adhesion amount of water, which is an example of foreign matter, and the minimum impedance of the piezoelectric vibrator 15 in the low frequency band.
  • the horizontal axis of FIG. 7B indicates the water adhesion amount [ ⁇ l], and the vertical axis indicates the impedance change rate.
  • the change rate of the minimum impedance of the piezoelectric vibrator 15 increases as the amount of attached water increases.
  • the change rate of the current value I corresponding to the minimum impedance of the piezoelectric vibrator 15 decreases as the amount of attached water increases.
  • the signal processing circuit 20 combines changes in the low frequency band resonance frequency and changes in the minimum impedance of the piezoelectric vibrator 15 to determine do. This makes it possible to accurately determine whether these changes are caused by foreign matter adhering to the surface of the protective cover 2 or by temperature changes.
  • the minimum impedance of the piezoelectric vibrator 15 also changes due to aging of the joint between the protective cover 2 and the vibrating part 12 and moisture absorption of the resin part. Since it is different from the change in the case, it is possible to make a judgment by distinguishing between the two.
  • the low frequency band resonance frequency and minimum impedance decrease as the temperature increases. Further, as the amount of foreign matter adhering to the surface of the protective cover 2 increases, the low frequency band resonance frequency decreases while the rate of change of the minimum impedance increases.
  • the signal processing circuit 20 executes the process corresponding to this determination by the above step S7.
  • the signal processing circuit 20 detects that the amount of change ( ⁇ fr) for decreasing the resonance frequency is equal to or less than the first frequency threshold fth and the amount of change ( ⁇ I) for decreasing the current value is equal to or less than the first current threshold Ith. , it is determined that foreign matter has adhered to the surface of the protective cover 2 . In this manner, the signal processing circuit 20 does not determine the presence or absence of a foreign object on the surface of the protective cover 2 based only on the amount of change (time change) in the resonance frequency, but rather the amount of change (time change) in the current value, which is a value related to impedance. ) can also be used to determine the presence or absence of foreign matter.
  • step S5 when determining that the difference values ⁇ f and ⁇ I are greater than the first threshold (No in S7), the signal processing circuit 20 returns the process to step S5. In this case, it is presumed that foreign matter does not adhere to the surface of the protective cover 2 .
  • step S5 which is executed again, the signal processing circuit 20 updates the memory with the resonance frequency fr_low1 and the current value I_low1 measured in step S6 as the reference frequency fr and the reference current value I, respectively.
  • the signal processing circuit 20 sets the difference values ⁇ f and ⁇ I to a second threshold different from the first threshold. It is determined whether or not (S8). Specifically, the signal processing circuit 20 determines whether or not the difference value ⁇ f ⁇ fth1 and ⁇ I ⁇ Ith1.
  • the absolute value of the second frequency threshold fth1 is greater than the absolute value of the first frequency threshold fth (fth1>fth), and the second current threshold Ith1 is greater than the first current threshold Ith (Ith1>Ith). .
  • the signal processing circuit 20 performs specific processing when the difference values ⁇ f and ⁇ I are equal to or less than the second threshold value, thereby determining whether the amount of foreign matter adhering to the surface of the protective cover 2 is large or heavy (the degree of contamination is severe). ), corresponding processing can be performed.
  • the signal processing circuit 20 determines the presence or absence of foreign matter adhering to the surface of the protective cover 2 from the first threshold values fth and Ith, and determines the degree of foreign matter adhering to the surface of the protective cover 2 from the second threshold values fth1 and Ith1. are doing.
  • step S8 If it is determined in step S8 that the difference values ⁇ f and ⁇ I are greater than the second threshold value (No in S8), the signal processing circuit 20 sets the driving voltage Vdr of the piezoelectric driving section 30 to V2, and the driving frequency fdr is set as the resonance frequency fmax (S9).
  • V2 is greater than V1.
  • the signal processing circuit 20 executes drive mode A in which only the piezoelectric drive section 30 is driven with the drive voltage and resonance frequency set in step S9 (S10).
  • drive mode A of step S10 the signal processing circuit 20 drives only the piezoelectric drive section 30 without driving the cleaning drive section 60.
  • step S8 if it is determined in step S8 that the difference values ⁇ f and ⁇ I are equal to or less than the second threshold value (Yes in S8), the signal processing circuit 20 sets the driving voltage Vdr of the piezoelectric driving section 30 to V3, The drive frequency fdr is set to the resonance frequency fmax (S11).
  • V3 is less than V2.
  • the signal processing circuit 20 drives the piezoelectric drive section 30 with the drive voltage and resonance frequency set in step S11, and executes drive mode B in which the cleaning drive section 60 is also driven (S12). Since the drive voltage V3 in drive mode B is smaller than the drive voltage V2 in drive mode A, in drive mode B, the piezoelectric drive unit 30 vibrates the piezoelectric vibrator 15 weaker than in drive mode A.
  • the signal processing circuit 20 can more powerfully clean the foreign matter adhering to the protective cover 2 .
  • the signal processing circuit 20 has a stronger cleaning power than the cleaning liquid discharged in the drive mode B based on at least one of the resonance frequency, the impedance-related value (current value), and the image captured by the imaging device 5.
  • the cleaning drive 60 may be controlled to use .
  • the signal processing circuit 20 determines whether or not the current value Idr measured by the impedance detector 70 has increased to a predetermined value or more (S13).
  • current value Idr measured by impedance detector 70 increases to a predetermined value or more. In other words, the current value Idr measured by the impedance detection unit 70 almost returns to the value of the current value Idr when no foreign matter adheres to the surface of the protective cover 2 .
  • the signal processing circuit 20 determines whether or not the current value Idr measured by the impedance detection unit 70 has increased to a predetermined value or more, thereby determining whether or not the foreign matter adhering to the surface of the protective cover 2 has been removed. information is obtained.
  • step S13 When it is determined in step S13 that the current value Idr has increased to the predetermined value or more (Yes in S13), the signal processing circuit 20 ends the processing of FIG. Alternatively, the signal processing circuit 20 determines whether or not an operation to end the cleaning process has been accepted, and if so, ends the process of FIG. 4. If not, the process proceeds to step S1 or S4. You can return it.
  • step S13 If it is determined in step S13 that the current value Idr has not increased to or above the predetermined value (No in S13), the signal processing circuit 20 determines that the operation time in drive mode A or B exceeds the threshold value (for example, 1 minute). It is determined whether or not there is (S14). In step S14, for example, if the sum of the operating time in drive mode A and the operating time in drive mode B exceeds the threshold, the signal processing circuit 20 determines that the operating time in drive mode A or B exceeds the threshold. I judge.
  • the threshold value for example, 1 minute
  • the signal processing circuit 20 terminates the processing in FIG. 4 due to an abnormality (abnormal termination). If the piezoelectric vibrator 15 is driven for a long time in the drive mode for cleaning, problems such as the protective cover 2 generating heat may occur. By always ending the signal processing circuit 20 in a predetermined case, it is possible to prevent such a problem from occurring.
  • step S13 When it is determined in step S13 that the current value Idr has not increased to a predetermined value or more (No in S13) and it is determined that the operation time in drive mode A or B has not exceeded the threshold value (No in S14). , the signal processing circuit 20 returns the process to step S8.
  • Temperature estimation 2-2-1 Knowledge Regarding Temperature Estimation
  • the temperature estimation step S1 in FIG. 4 will be described below.
  • knowledge regarding temperature estimation will be described with reference to FIGS.
  • the inventors have made intensive studies on the relationship between the vibration of the protective cover 2 and the temperature, obtained knowledge regarding temperature estimation as shown below, and developed a technique for estimating the temperature of the protective cover 2 based on the obtained knowledge. I came to create an idea.
  • FIG. 8A is a graph showing the relationship between the resonance frequency of the vibrating section 12 in the high frequency band (hereinafter referred to as "high frequency band resonance frequency”) and the temperature.
  • FIG. 8B is a graph showing the relationship between the minimum impedance of the piezoelectric vibrator 15 and temperature in the high frequency band. In the graphs of FIGS. 8A and 8B, each black circle indicates an actual measurement value.
  • FIG. 9A is a graph showing the relationship between the water adhesion amount and the high frequency band resonance frequency.
  • FIG. 9B is a graph showing the relationship between the water adhesion amount and the minimum impedance of the piezoelectric vibrator 15 in the high frequency band.
  • each black circle indicates an actual measurement value. From the graphs shown in FIGS. 9A and 9B, there is no correlation between the water adhesion amount and the high frequency band resonance frequency, nor between the water adhesion amount and the minimum impedance of the piezoelectric vibrator 15 in the high frequency band. I understand.
  • the temperature of the protective cover 2 in this embodiment can be estimated based on the high frequency band resonance frequency. Specifically, in the high frequency band, the temperature T of the protective cover 2 can be estimated based on the following equation (1) using the resonance frequency fr of the vibrating section 12.
  • T A ⁇ fr+B (1) where A is a constant less than 0 and B is a constant greater than 0.
  • the relationship (1) holds when the spring constant of the vibrating member has temperature dependence.
  • the spring constant represents the ease of extension of the member.
  • the spring constant of a member that tends to expand as the temperature rises decreases as the temperature rises.
  • the frequency of vibration of a member that tends to stretch when the temperature rises becomes lower as the temperature rises.
  • the amount of adhered foreign matter does not correlate with either the resonance frequency of the high frequency band or the minimum impedance of the piezoelectric vibrator 15 in the high frequency band. It works even if it sticks to the body. Therefore, the temperature of the vibrating vibrating portion 12 and the protective cover 2 can be estimated more accurately than in the prior art by using the formula (1) regardless of the presence or absence of adhesion of foreign matter.
  • FIG. 10 is a flowchart for explaining an example of the temperature estimating step S1 in FIG.
  • the signal processing circuit 20 causes the piezoelectric driving section 30 to operate the piezoelectric vibrator 15 in the high frequency band search mode (S101).
  • the high frequency band search mode in step S101 is a mode for searching for the resonance frequency of the vibrating section 12 in the high frequency band.
  • the piezoelectric driving section 30 applies the AC output signal to the piezoelectric vibrator 15 by setting the driving voltage Vdr of the piezoelectric vibrator 15 to V4 and sweeping the driving frequency f within the high frequency band.
  • the impedance detection unit 70 monitors the current value or impedance of the piezoelectric drive unit 30 during the high frequency band search mode in step S101. Specifically, the impedance detection unit 70 measures the impedance that is the reciprocal of the current value or the current value flowing through the piezoelectric driving unit 30 .
  • the signal processing circuit 20 obtains the driving frequency f and the current value or impedance, and selects the driving frequency f at which the current value is the maximum value I0_high or the driving frequency f at which the impedance is the minimum value in the high frequency band.
  • the resonance frequency f0_high is determined (S102).
  • the signal processing circuit 20 measures the maximum current value I0_high and the high frequency band resonance frequency f0_high corresponding thereto.
  • the signal processing circuit 20 calculates the estimated temperatures of the vibrating section 12 and the protective cover 2 based on the high frequency band resonance frequency f0_high determined in step S102 (S103). Specifically, the signal processing circuit 20 calculates the estimated temperature T by substituting the high-frequency band resonance frequency f0_high measured in step S102 into fr in Equation (1).
  • FIG. 11 is a schematic graph for explaining such a heating operation in the imaging unit 100.
  • the horizontal axis of the graph in FIG. 11 indicates time [s], and the vertical axis indicates the high frequency band resonance frequency f0_high [kHz].
  • the signal processing circuit 20 operates in the high frequency band search mode (S101), determines the high frequency band resonance frequency f0_high (S102), and calculates the estimated temperature (S103). If the estimated temperature is 0° C. or higher, the signal processing circuit 20 operates in the heating mode (S3) to increase the temperature of the protective cover 2. As the temperature of the protective cover 2 increases, the high frequency band resonance frequency f0_high decreases.
  • the operation time of the heating mode is, for example, 30 seconds for the first time and 10 seconds for the second and subsequent times, but is not limited to this.
  • the high frequency band search mode is executed for, for example, one second each time.
  • the vibrating device includes the protective cover 2 that is an example of a translucent body, the vibrating section 12 that is an example of a vibrating body that vibrates the protective cover 2, and the vibrating section 12.
  • a piezoelectric driving unit 30 for driving and a signal processing circuit 20 which is an example of a control unit for controlling the piezoelectric driving unit 30 are provided.
  • the signal processing circuit 20 adjusts the high frequency band resonance of the vibrating portion 12 based on the state of the piezoelectric driving portion 30 obtained by changing the driving frequency of the piezoelectric driving portion 30 within a high frequency band of 100 kHz or more (S101).
  • the frequency is determined (S102), and the temperature of the protective cover 2 is estimated based on the determined high frequency band resonance frequency (S103).
  • the temperature of the protective cover 2 can be estimated more accurately than the conventional technology.
  • the signal processing circuit 20 vibrates the vibrating portion 12 at a high frequency of 100 kHz or higher (S3). section 30 may be controlled.
  • the signal processing circuit 20 changes the drive frequency of the piezoelectric drive unit 30 within a low frequency band of less than 100 kHz. Based on the state of the piezoelectric drive unit 30, the low frequency band resonance frequency of the vibration unit 12 is determined (S4, S6), and the piezoelectric drive unit is operated to vibrate the vibration unit 12 at the low frequency band resonance frequency (S9, S11). 30 may be controlled.
  • the temperature of the protective cover 2 can be increased when the temperature of the protective cover 2 is less than the predetermined value. As a result, for example, foreign substances such as ice and snow can be melted and removed from the protective cover 2 .
  • the signal processing circuit 20 sets the driving frequency of the piezoelectric driving section 30 to a high frequency band.
  • the high frequency band resonance frequency of the vibrating section 12 may be determined again based on the state of the piezoelectric driving section 30 obtained by changing the internal frequency.
  • the signal processing circuit 20 may re-estimate the temperature of the protective cover 2 based on the re-determined high frequency band resonance frequency. If the reestimated temperature of the protective cover 2 is less than the predetermined value, the signal processing circuit 20 continues until the reestimated temperature of the protective cover 2 reaches or exceeds the predetermined value.
  • the piezoelectric drive unit 30 controlling the piezoelectric drive unit 30 to vibrate the vibrating unit 12 for a predetermined period of time at a frequency in the high frequency band; After a predetermined period of time has passed, the high frequency band resonance frequency of the vibrating portion 12 is determined again based on the state of the piezoelectric driving portion 30 obtained by changing the driving frequency of the piezoelectric driving portion 30 within the high frequency band. , Re-estimating the temperature of the protective cover 2 based on the re-determined high frequency band resonance frequency may be repeated.
  • the temperature of the protective cover 2 can be increased until the temperature of the protective cover 2 reaches or exceeds a predetermined value.
  • foreign substances such as ice and snow can be melted and removed from the protective cover 2 .
  • the signal processing circuit 20 changes the drive frequency of the piezoelectric drive unit 30 to
  • the low frequency band resonance frequency of the vibrating portion 12 is determined based on the state of the piezoelectric driving portion 30 obtained by changing within a low frequency band of less than 100 kHz, and the vibrating portion 12 is vibrated at the low frequency band resonance frequency.
  • the piezoelectric driving section 30 may be controlled as follows.
  • the signal processing circuit 20 may estimate the temperature T of the protective cover 2 based on Equation (1).
  • T A ⁇ fr+B (1)
  • A is a constant less than 0
  • B is a constant greater than 0
  • fr is the resonance frequency of the vibrating section 12 .
  • the temperature of the protective cover 2 can be estimated more accurately.
  • the vibration device may include a temperature sensor that measures the temperature of the protective cover 2, and the temperature of the protective cover 2 may be measured by the temperature sensor in addition to or instead of the temperature estimation step S1. With this configuration, the temperature of the protective cover 2 can be measured more accurately.
  • the signal processing circuit 20 determines the presence and degree of foreign matter on the surface of the protective cover 2 based on the measurement results of the resonance frequency and the current value has been described, but the present disclosure is not limited to this.
  • the signal processing circuit 20 may acquire a captured image from the imaging device 5, perform image processing, and determine the presence or absence and degree of foreign matter on the surface of the protective cover 2 using the result of the image processing.
  • the signal processing circuit 20 in addition to the amount of change (time change) in the resonance frequency fr and the amount of change (time change) in the current value I, Information on the temporal change of the image captured by the imaging device 5 may be taken into consideration. Further, the signal processing circuit 20 combines the change amount (time change) of the resonance frequency fr and the time change of the image captured by the imaging device 5 in order to determine whether a foreign object has adhered to the surface of the protective cover 2. good too. Further, the signal processing circuit 20 combines the change amount (time change) of the current value Ir and the time change of the image captured by the imaging device 5 in order to determine whether a foreign object has adhered to the surface of the protective cover 2. good too.
  • the signal processing circuit 20 determines that foreign matter has adhered to the surface of the protective cover 2. can be judged. As a result, the signal processing circuit 20 considers the amount of change in the resonance frequency fr. can be distinguished from the decrease in the integrated brightness value caused by the adhesion of .
  • the amount of change in the resonance frequency fr and the amount of change in the current value I are greater than the absolute values of the threshold values fth and Ith, respectively, and the integrated brightness value of the image captured by the image capturing device 5 has decreased significantly.
  • the foreign matter adhering to the surface of the protective cover 2 is an opaque substance such as mud.
  • the signal processing circuit 20 determines that the foreign matter adhering to the surface of the protective cover 2 is a transparent substance such as water when the decrease in the integrated brightness value of the image captured by the imaging device 5 is small. In this manner, the signal processing circuit 20 can more accurately determine the type of foreign matter adhering to the surface of the protective cover 2 by taking into consideration the time change information of the image captured by the imaging device 5 .
  • the signal processing circuit 20 determines that the temperature of the protective cover 2 is equal to or higher than a predetermined upper threshold value, the signal processing circuit 20 executes processing for preventing the temperature rise of the protective cover 2 or processing for cooling the protective cover 2.
  • processing for preventing the temperature rise of the protective cover 2 is to stop driving the piezoelectric driving section 30, thereby stopping vibration of the piezoelectric vibrator 15, the vibrating section 12, and the protective cover 2.
  • FIG. One example of a process for cooling the protective cover 2 is to use the cleaning nozzles 3 to eject a cleaning liquid or other liquid such as a cooling liquid onto the protective cover 2 .

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Abstract

振動装置は、透光体と、透光体を振動させる振動体と、振動体を駆動する駆動部と、駆動部を制御する制御部と、を備える。制御部は、駆動部の駆動周波数を１００ｋＨｚ以上の高周波数帯域内で変化させることにより得られた駆動部の状態に基づいて、振動体の高周波数帯共振周波数を決定し、決定された高周波数帯共振周波数に基づいて、透光体の温度を推定する。

Description

振動装置及び振動方法
　本開示は、振動装置及び振動方法に関する。
　車外に撮像装置を設け、撮像画像を利用して安全装置の制御、自動運転制御等を行う技術が知られている。このような撮像装置は、その外部を覆うレンズ、保護カバー等の透光体に泥、塵埃、雨滴、雪、氷、霜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、撮像画像に異物が映り込み、鮮明な画像が得られなくなる。
　特許文献１は、レンズに付着した異物を除去するため、レンズを第１の周波数（クリーニング・モード）で振動させる技術、及び、寒冷時にはレンズを加熱するために第２の周波数（加熱モード）で振動させる技術を開示している。特許文献１に記載の技術は、レンズを加熱するか否かを判断するため、レンズカバーシステムのインピーダンス応答を測定してレンズの温度を推定する。
特表２０１１－５１７４１７号公報
　しかしながら、透光体の振動に関するインピーダンスは、透光体の温度だけでなく、透光体に付着した異物の量にも依存するため、インピーダンス応答の測定に基づいて透光体の温度を正確に推定することができないことがある。
　本開示の目的は、従来技術より正確に透光体の温度を推定することができる振動装置及び振動方法を提供することを目的とする。
　本開示の一態様に係る振動装置は、
　透光体と、
　前記透光体を振動させる振動体と、
　前記振動体を駆動する駆動部と、
　前記駆動部を制御する制御部と、を備え、
　前記制御部は、
　前記駆動部の駆動周波数を１００ｋＨｚ以上の高周波数帯域内で変化させることにより得られた前記駆動部の状態に基づいて、前記振動体の高周波数帯共振周波数を決定し、
　決定された前記高周波数帯共振周波数に基づいて、前記透光体の温度を推定する。
　本開示の一態様に係る振動方法は、
　透光体と、
　前記透光体を振動させる振動体と、
　前記振動体を駆動する駆動部と、
　前記駆動部を制御する制御部と、を備える振動装置によって行われる振動方法であって、
　前記制御部が、前記駆動部の駆動周波数を１００ｋＨｚ以上の高周波数帯域内で変化させることにより得られた前記駆動部の状態に基づいて、前記振動体の高周波数帯共振周波数を決定するステップと、
　前記制御部が、決定された前記高周波数帯共振周波数に基づいて、前記透光体の温度を推定するステップと、
　を含む。
　本開示に係る振動装置及び振動方法によれば、従来技術より正確に透光体の温度を推定することができる。
実施の形態に係る撮像ユニットの構成例を示す斜視図である。 図１の撮像ユニットの断面図である。 実施の形態に係る撮像ユニットのハードウェア構成を例示するブロック図である。 実施の形態に係る撮像ユニットの動作例を説明するためのフローチャートである。 振動部の低周波数帯における共振周波数、インピーダンス、及び温度の関係を示すグラフである。 振動部の低周波数帯における共振周波数と温度との関係を示すグラフである。 圧電振動子の低周波数帯におけるインピーダンスの最小値と温度との関係を示すグラフである。 異物の一例である水の付着量と振動部の低周波数帯における共振周波数との関係を示すグラフである。 異物の一例である水の付着量と圧電振動子の低周波数帯におけるインピーダンスとの関係を示すグラフである。 振動部の高周波数帯における共振周波数と温度との関係を示すグラフである。 圧電振動子の高周波数帯におけるインピーダンスの最小値と温度との関係を示すグラフである。 異物の一例である水の付着量と振動部の高周波数帯における共振周波数との関係を示すグラフである。 異物の一例である水の付着量と圧電振動子の高周波数帯におけるインピーダンスとの関係を示すグラフである。 図４の温度推定動作の一例を説明するためのフローチャートである。 実施の形態に係る撮像ユニットにおける加温動作を説明するための模式的なタイミングチャートである。
　本開示の一態様に係る振動装置は、
　透光体と、
　前記透光体を振動させる振動体と、
　前記振動体を駆動する駆動部と、
　前記駆動部を制御する制御部と、を備え、
　前記制御部は、
　前記駆動部の駆動周波数を１００ｋＨｚ以上の高周波数帯域内で変化させることにより得られた前記駆動部の状態に基づいて、前記振動体の高周波数帯共振周波数を決定し、
　決定された前記高周波数帯共振周波数に基づいて、前記透光体の温度を推定する。
　この構成によれば、従来技術より正確に透光体の温度を推定することができる。
　前記振動装置において、前記制御部は、
　推定された前記透光体の温度が所定値未満である場合、１００ｋＨｚ以上の高周波数で前記振動体を振動させるように前記駆動部を制御し、
　前記推定された透光体の温度が前記所定値以上である場合、前記駆動部の駆動周波数を１００ｋＨｚ未満の低周波数帯域内で変化させることにより得られた前記駆動部の状態に基づいて、前記振動体の低周波数帯共振周波数を決定し、決定された前記低周波数帯共振周波数で前記振動体を振動させるように前記駆動部を制御してもよい。
　この構成によれば、必要に応じて透光体の温度を上昇させることができるとともに、透光体に付着した異物を除去しやすくなる。
　前記振動装置において、前記制御部は、
　推定された前記透光体の温度が所定値未満である場合、
　　前記駆動部の駆動周波数を高周波数帯域内で変化させることにより得られた前記駆動部の状態に基づいて前記振動体の高周波数帯共振周波数を再度決定し、
　　前記再度決定された高周波数帯共振周波数に基づいて、前記透光体の温度を再度推定し、
　　再度推定された前記透光体の温度が前記所定値未満である場合、前記再度推定された透光体の温度が前記所定値以上となるまで、
　　　高周波数帯域の周波数で、所定期間、前記振動体を振動させるように前記駆動部を制御することと、
　　　前記所定期間の経過後、前記駆動部の駆動周波数を高周波数帯域内で変化させることにより得られた前記駆動部の状態に基づいて前記振動体の高周波数帯共振周波数を再度決定することと、
　　　前記再度決定された高周波数帯共振周波数に基づいて、前記透光体の温度を再度推定することと、を繰り返してもよい。
　この構成によれば、必要に応じて透光体の温度をより上昇させることができるとともに、透光体に付着した異物を除去しやすくなる。
　前記振動装置において、前記制御部は、前記再度推定された透光体の温度が前記所定値以上となった場合、又は、前記推定された透光体の温度が前記所定値以上である場合、前記駆動部の駆動周波数を１００ｋＨｚ未満の低周波数帯域内で変化させることにより得られた前記駆動部の状態に基づいて、前記振動体の低周波数帯共振周波数を決定し、決定された前記低周波数帯共振周波数で前記振動体を振動させるように前記駆動部を制御してもよい。
　この構成によれば、透光体の温度が所定値以上となったことにより、透光体に付着した異物を除去しやすくなる。
　前記振動装置は、前記透光体の温度を測定する温度センサを更に備えてもよく、
　前記制御部は、前記温度センサによって測定された前記透光体の温度が前記所定値以上である場合、前記駆動部の駆動周波数を１００ｋＨｚ未満の低周波数帯域内で変化させることにより得られた前記駆動部の状態に基づいて、前記振動体の低周波数帯共振周波数を決定し、決定された前記低周波数帯共振周波数で前記振動体を振動させるように前記駆動部を制御してもよい。
　この構成によれば、より正確に透光体の温度を制御することができ、透光体に付着した異物をより除去しやすくなる。
　前記振動装置において、
　前記透光体は、撮像装置の視野に配置され、
　前記制御部は、前記撮像装置から撮像画像を取得して前記撮像画像に画像処理を実行し、前記画像処理の結果が、前記透光体の表面に異物が付着していないことを示す場合、前記駆動部の駆動周波数を１００ｋＨｚ未満の低周波数帯域内で変化させることにより得られた前記駆動部の状態に基づいて、前記振動体の低周波数帯共振周波数を決定し、決定された前記低周波数帯共振周波数で前記振動体を振動させるように前記駆動部を制御してもよい。
　この構成によれば、透光体に異物が付着しているか否かをより正確に判断することができ、透光体に付着した異物をより除去しやすくなる。
　前記振動装置において、前記制御部が前記駆動部の状態に基づいて前記低周波数帯共振周波数を決定することは、
　前記制御部が、前記駆動部の駆動周波数を低周波数帯域内で変化させて前記駆動部の駆動電流を測定することと、
　前記制御部が、測定された前記駆動電流の値に基づいて前記低周波数帯共振周波数を決定することと、
　を含んでもよい。
　この構成によれば、低周波数帯共振周波数を精度良く決定することができ、透光体に付着した異物をより除去しやすくなる。
　前記振動装置において、前記制御部が前記駆動部の状態に基づいて前記高周波数帯共振周波数を決定することは、
　前記制御部が、前記駆動部の駆動周波数を高周波数帯域内で変化させて前記駆動部の駆動電流を測定することと、
　前記制御部が、測定された前記駆動電流の値に基づいて前記高周波数帯共振周波数を決定することと、
　を含んでもよい。
　この構成によれば、高周波数帯共振周波数を精度良く決定することができ、従来技術より正確に透光体の温度を推定することができる。
　前記振動装置において、前記制御部は、前記透光体の温度Ｔを式（１）に基づいて推定してもよい。
Ｔ＝Ａ・ｆｒ＋Ｂ　　　・・・（１）
ここで、Ａは、０より小さい定数であり、Ｂは、０より大きい定数であり、ｆｒは、前記振動体の共振周波数である。
　この構成によれば、より正確に透光体の温度を推定することができる。
　本開示の一態様に係る振動方法は、
　透光体と、
　前記透光体を振動させる振動体と、
　前記振動体を駆動する駆動部と、
　前記駆動部を制御する制御部と、を備える振動装置によって行われる振動方法であって、
　前記制御部が、前記駆動部の駆動周波数を１００ｋＨｚ以上の高周波数帯域内で変化させることにより得られた前記駆動部の状態に基づいて、前記振動体の高周波数帯共振周波数を決定するステップと、
　前記制御部が、決定された前記高周波数帯共振周波数に基づいて、前記透光体の温度を推定するステップと、
　を含む。
　前記振動方法によれば、従来技術より正確に透光体の温度を推定することができる。
　以下、添付の図面を参照して本開示に係る振動装置の実施の形態を説明する。なお、以下の実施の形態において、同一又は同様の構成要素については同一の符号を付している。また、説明の理解を容易にするため、添付の図面では、各構成要素の形状、寸法、位置関係等は、誇張されていることがある。
１．構成
１－１．全体構成
　図１は、本開示の実施の形態に係る撮像ユニット１００の構成例を示す斜視図である。
　図１には、説明の便宜上、仮想的な軸Ｃを示している。本明細書では、軸Ｃに平行な方向を軸方向と、軸Ｃに垂直な方向を径方向と、軸Ｃを中心とする円周方向を周方向と呼ぶ。軸方向について、図１の紙面に向かって左向きの方向を正とする。軸方向の正方向を先端部側とも呼び、軸方向の負方向を基端部側とも呼ぶ。径方向について、軸Ｃから遠ざかる方向を外向きと呼び、軸Ｃに向かう方向を内向きと呼ぶことがある。
　撮像ユニット１００は、筐体１と、筐体１の一面に設けられた透明の保護カバー２と、洗浄ノズル３とを備える。洗浄ノズル３は、保護カバー２に向けて洗浄液（洗浄体）を吐出する開口部３１を有する。
　図２は、図１の撮像ユニット１００の断面図である。撮像ユニット１００は、保護カバー２を振動させる振動部１２と、撮像装置５とを更に備える。
　撮像ユニット１００は、撮像を行う構成（撮像装置５）と、保護カバー２を振動させて保護カバー２に付着した異物を除去する構成（振動装置）と、保護カバー２に洗浄液を吐出して保護カバー２付着した異物を除去する構成（洗浄装置）とを有する。洗浄ノズル３は、洗浄装置の一例である。
　図２において、筐体１の一端側にはベースプレート４ａが固定され、筐体１の他端側に保護カバー２及び振動部１２が設けられている。撮像装置５は、筒状の本体部材４により支えられ、ベースプレート４ａに固定されている。
　撮像装置５内には、撮像素子を含む回路６が内蔵されている。撮像装置５の撮像方向に、レンズモジュール７が固定されている。レンズモジュール７は、筒状体からなり、内部に軸方向に並んだ複数のレンズ９を有する。しかしながら、撮像装置５の構造はこれに限定されず、レンズ９の前方（先端部側）に位置する被写体を撮像できる構造であればよい。
　振動部１２は、軸Ｃを中心とする円筒状の第１の筒部材１３と、軸Ｃを中心とする円筒状の第２の筒部材１４と、軸Ｃを中心とする円筒状の圧電振動子１５とを有する。振動部１２は、振動体の一例である。圧電振動子１５は、第１の筒部材１３と第２の筒部材１４との間に挟まれている。
　圧電振動子１５は、円筒状の圧電板１６，１７を有する。圧電板１６，１７は、それぞれ軸方向に分極可能である。圧電板１６の分極方向は、圧電板１７の分極方向と逆方向となるように構成される。
　圧電板１６，１７は、例えば、チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックス、（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３圧電セラミックス、又はＬｉＴａＯ３圧電単結晶を含む。圧電板１６，１７のそれぞれには、図示しない電極が形成されている。この電極は、例えばＡｇ／ＮｉＣｕ／ＮｉＣｒの積層構造を有する。
　第１の筒部材１３及び第２の筒部材１４は、例えば、ジュラルミン、ステンレス、コバール等の金属、又は導電性を有するＳｉ等の半導体からなる。
　圧電板１６，１７のそれぞれの電極に交流電界を印加することにより、圧電振動子１５を縦方向又は横方向に振動させることができる。第１の筒部材１３は、外側表面の少なくとも一部に雄ネジ部を有し、第２の筒部材１４は、内側表面の少なくとも一部に雌ネジ部を有する。これらのネジによって、第２の筒部材１４に、第１の筒部材１３がねじ込まれ、第１の筒部材１３が第２の筒部材１４に固定される。このねじ込みにより、圧電振動子１５の一方の面及び他方の面に、第１の筒部材１３の一部及び第２の筒部材１４の一部がそれぞれ圧接されている。
　したがって、圧電振動子１５において生じた振動により、振動部１２全体が効率良く振動する。本実施の形態では、振動部１２が縦効果又は横効果により効率よく励振される。
　第２の筒部材１４は、筒状の薄肉部１４ａと、フランジ部１４ｂ，１４ｃとを有する。フランジ部１４ｃは、第２の筒部材１４の先端において、薄肉部１４ａから外向きに突出している。フランジ部１４ｂは、第２の筒部材１４のフランジ部１４ｃより基端部側において、薄肉部１４ａから外向きに突出している。薄肉部１４ａの厚みは、第１の筒部材１３の厚みよりも薄い。そのため、筒状の薄肉部１４ａは、振動部１２の振動により大きく変位し、振動、特に振幅を拡大することができる。
　保護カバー２は、フランジ部１４ｃに固定されている。図示の例では、保護カバー２は、半球状の形状を有する。保護カバー２は、被写体からの光を透過する透光体の一例である。保護カバー２の材料は、例えば、ソーダガラス、ホウケイサンガラス、アルミノシリケートガラス、又はこれらの組合せである。保護カバー２は、化学強化等で強度を上げた強化ガラスであってもよい。保護カバー２の表面には、反射防止膜、撥水材、耐衝撃材等がコーティングされていてもよい。
　洗浄ノズル３は、基端部側から洗浄液の供給を受け、軸方向に延びる内部の管及び開口部３１を介して、保護カバー２に洗浄液を吐出する。洗浄ノズル３の先端は、撮像装置５の撮像範囲（視野）の外部にあり、撮像装置５によって撮像された画像に写り込む位置にはない。本実施の形態では、撮像ユニット１００が１つの洗浄ノズル３を備える構成を示しているが、撮像ユニット１００は、複数の洗浄ノズル３を備えてもよい。
１－２．ハードウェア構成
　図３は、撮像ユニット１００のハードウェア構成を例示するブロック図である。撮像ユニット１００は、信号処理回路２０、圧電駆動部３０、洗浄液吐出部５０、洗浄駆動部６０、インピーダンス検出部７０、及び電源回路８０を更に備える。
　信号処理回路２０は、撮像装置５からの信号を処理するとともに、撮像装置５、圧電駆動部３０及び洗浄駆動部６０に対して制御信号を供給する制御部である。このような情報処理は、例えば、信号処理回路２０がプログラムの指令に従って動作することにより実現される。
　信号処理回路２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、周辺機器との信号の整合性を保つための入出力インターフェイス等を含む。ＲＯＭは、例えば、ＣＰＵが動作するためのプログラム、制御データ等を記憶する。ＲＡＭは、ＣＰＵのワークエリアとして機能する。
　圧電駆動部３０は、信号処理回路２０からの制御信号に応じた交流出力信号を生成し、圧電振動子１５に送信する。交流出力信号は、例えば、周波数及び電圧に関する情報を含む。圧電振動子１５は、受信した交流出力信号に基づいて振動し、振動部１２及び保護カバー２を振動させる。
　洗浄駆動部６０は、信号処理回路２０からの制御信号に基づいて、洗浄液吐出部５０に洗浄液を供給させる。供給された洗浄液は、洗浄ノズル３の開口部３１を介して、保護カバー２に吐出される。
　インピーダンス検出部７０は、圧電駆動部３０が圧電振動子１５に交流出力信号を印加して圧電振動子１５を動作させている場合に、圧電駆動部３０の駆動電流、インピーダンス等の電気特性をモニタする。インピーダンス検出部７０は、制御部の一例であり、図３のように信号処理回路２０と別体として設けられてもよいし、信号処理回路２０と一体として設けられてもよい。
２．動作
２－１．全体動作
　図４は、撮像ユニット１００の動作例を説明するためのフローチャートである。図４の動作は、信号処理回路２０によって実行される。
　まず、信号処理回路２０は、圧電駆動部３０の駆動電流に基づいて、保護カバー２の温度を推定する（Ｓ１）。温度推定ステップＳ１の詳細については後述する。
　次に、信号処理回路２０は、ステップＳ１で推定された温度が下限閾値である０℃未満であるか否かを判断する（Ｓ２）。下限閾値は、０℃に限定されず、例えば－４℃～＋４℃の中から予め選択された温度に設定されてもよい。
　ステップＳ１で推定された温度が０℃未満である場合（Ｓ２でＹｅｓ）、信号処理回路２０は、圧電駆動部３０によって、圧電振動子１５を加温モードで所定時間動作させる（Ｓ３）。加温モードは、高周波数帯の周波数で圧電振動子１５を振動させるモードであり、振動により保護カバー２の温度を上昇させることができる。信号処理回路２０は、ステップＳ３を終えると、ステップＳ１に戻る。
　ステップＳ１で推定された温度が０℃未満でない場合（Ｓ２でＮｏ）、すなわち、０℃以上である場合、信号処理回路２０は、圧電振動子１５を低周波数帯サーチモードで動作させる（Ｓ４）。
　ステップＳ４の低周波数帯サーチモードは、振動部１２の低周波数帯における共振周波数（以下、「低周波数帯共振周波数」という。）を探索するモードである。本明細書では、低周波数とは、１００ｋＨｚ未満の周波数を意味し、高周波数とは、１００ｋＨｚ以上の周波数を意味する。低周波数帯サーチモードでは、圧電駆動部３０は、圧電振動子１５の駆動電圧ＶｄｒをＶ１とし、駆動周波数ｆをスイープさせて交流出力信号を圧電振動子１５に印加する。
　ステップＳ４の低周波数帯サーチモード中、インピーダンス検出部７０は、圧電駆動部３０の電流値又はインピーダンスをモニタしている。具体的には、インピーダンス検出部７０は、圧電駆動部３０に流れる電流値又は電流値の逆数であるインピーダンスを測定する。信号処理回路２０は、駆動周波数ｆ及び電流値又はインピーダンスを取得し、電流値が最大値Ｉ＿ｌｏｗ０となる駆動周波数ｆ、又はインピーダンスが最小となる駆動周波数ｆを、初期の共振周波数ｆｒ＿ｌｏｗ０に決定する。このようにして、信号処理回路２０は、最大電流値Ｉ＿ｌｏｗ０及びこれに対応する初期の共振周波数ｆｒ＿ｌｏｗ０を測定する。
　信号処理回路２０は、ステップＳ４で測定された初期の共振周波数ｆｒ＿ｌｏｗ０及び電流値Ｉ＿ｌｏｗ０を、それぞれ、基準周波数ｆｒ及び基準電流値Ｉとして記憶を更新する（ステップＳ５）。
　次に、信号処理回路２０は、圧電振動子１５を低周波数帯サーチモードで動作させて、ステップＳ４と同様の手段により、最大電流値Ｉ＿ｌｏｗ１及びこれに対応する共振周波数ｆｒ＿ｌｏｗ１を測定する（Ｓ６）。ステップＳ６は、例えばステップＳ４の一定時間後、例えば１秒後に実行される。
　信号処理回路２０は、基準周波数ｆｒと共振周波数ｆｒ＿ｌｏｗ１との差分値Δｆｒ、及び基準電流値Ｉと最大電流値Ｉ＿ｌｏｗ１との差分値ΔＩ（＝Ｉ＿ｌｏｗ１－Ｉ）を算出し、差分値Δｆ，ΔＩが第１の閾値以下であるか否かを判断する（Ｓ７）。具体的には、信号処理回路２０は、差分値Δｆ（＝ｆｒ＿ｌｏｗ１－ｆｒ）≦－ｆｔｈ、かつ、ΔＩ（＝Ｉ＿ｌｏｗ１－Ｉ）≦－Ｉｔｈであるか否かを判断する。
　ここで、低周波数帯共振周波数と、温度との関係を説明する。図５は、振動部１２の低周波数帯共振周波数、インピーダンス、及び温度の関係を示すグラフである。図５のグラフの横軸は周波数［ｋＨｚ］を示し、縦軸はインピーダンス［Ω］を示している。図５のグラフは、温度を－４０℃から８５℃まで変化させた場合の低周波数帯共振周波数の変化の様子を示す。図５のグラフにおいて、インピーダンスが急激に変化している箇所の周波数が低周波数帯共振周波数である。図５のグラフからわかるように、温度が上昇するに従い、低周波数帯共振周波数は低下している。
　また、低周波数帯共振周波数は、保護カバー２の表面に付着している異物の量又は重さが多くなるに従い低下する。すなわち、低周波数帯共振周波数の低下は、温度の上昇だけでなく、異物の付着によっても生じる。したがって、インピーダンス検出部７０により低周波数帯共振周波数の変化を測定するのみでは、保護カバー２の表面に異物が付着したことと、温度変化があったことと、を区別して判断することができない。
　特に、信号処理回路２０は、低周波数帯共振周波数のみを参照して判断を行うと、実際は低周波数帯共振周波数が温度上昇により低下しているにもかかわらず、その低下が保護カバー２の表面に異物が付着したことにより生じたと誤認識する虞がある。信号処理回路２０は、低周波数帯共振周波数の低下が保護カバー２の表面に異物が付着したことにより生じたと誤認識した場合、異物を除去するために圧電振動子１５の振動振幅を上昇させる制御を行うことになる。圧電振動子１５の振動振幅を上昇させると、保護カバー２の表面の温度が更に上昇する。信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に異物が付着した場合には更に不安定となり、正確な判断をすることが難しくなる。
　低周波数帯共振周波数の変化は、温度変化だけでなく、保護カバー２と振動部１２との接合部の経年変化、樹脂部の吸湿などによっても生じる。信号処理回路２０は、低周波数帯共振周波数の変化以外の情報とあわせて、保護カバー２の表面に異物が付着したことを判断してもよい。
　ここで、図５のグラフからわかるように、温度が－４０℃から８５℃に変化するに従って、低周波数帯共振周波数が低下するとともに、インピーダンスの最小値も低下している。当該関係を分かり易く説明するため、温度に対する低周波数帯共振周波数の変化のグラフと、温度に対するインピーダンスの最小値の変化のグラフとに分けて説明する。
　図６Ａは、低周波数帯共振周波数と温度との関係を示すグラフである。図６Ａの横軸は温度［℃］を示し、縦軸は低周波数帯共振周波数［ｋＨｚ］を示す。図６Ａのグラフからわかるように、低周波数帯共振周波数は、温度が高くなるに従い低下している。
　図６Ｂは、圧電振動子１５の低周波数帯における最小インピーダンス（インピーダンスの最小値）と温度との関係を示すグラフである。図６Ｂの横軸は温度［℃］を示し、縦軸は最小インピーダンス［Ω］を示す。図６Ｂのグラフからわかるように、圧電振動子１５の低周波数帯における最小インピーダンスは、温度が高くなるに従い低下する。
　次に、図７Ａ及び図７Ｂを用いて、保護カバー２の表面に異物が付着した場合の低周波数帯共振周波数及びインピーダンスの最小値の変化について説明する。
　図７Ａは、異物の一例である水の付着量と低周波数帯共振周波数との関係を示すグラフである。図７Ａの横軸は、保護カバー２の表面に付着した水の体積（以下、「水付着量」という。）［μｌ］を示し、縦軸は低周波数帯共振周波数［ｋＨｚ］を示す。図７Ａに示すグラフからわかるように、低周波数帯共振周波数は、水付着量が多くなるに従い低下している。
　図７Ｂは、異物の一例である水の付着量と、圧電振動子１５の低周波数帯における最小インピーダンスとの関係を示すグラフである。図７Ｂの横軸は水付着量［μｌ］を示し、縦軸はインピーダンス変化率を示す。図７Ｂに示すグラフからわかるように、圧電振動子１５の最小インピーダンスの変化率は、水付着量が多くなるに従い高くなる。なお、圧電振動子１５の最小インピーダンスに対応する電流値Ｉの変化率は、逆に水付着量が多くなるに従い低くなる。
　図６Ａ，６Ｂ，７Ａ及び７Ｂに示したグラフから得られた知見に基づいて、信号処理回路２０は、低周波数帯共振周波数の変化と、圧電振動子１５の最小インピーダンスの変化とを組み合わせて判断する。これにより、これらの変化が保護カバー２の表面に異物が付着したことによる変化であるのか、温度変化による変化であるのかを正確に判断することができる。なお、保護カバー２と振動部１２との接合部の経年変化、樹脂部の吸湿などによっても圧電振動子１５の最小インピーダンスに変化が生じるが、この変化は保護カバー２の表面に異物が付着した場合の変化と異なるため、両者を区別して判断することが可能である。
　以上のように、低周波数帯共振周波数及び最小インピーダンスは、温度が高くなるに従い減少する。また、保護カバー２の表面に付着した異物の量が増えるに従い、低周波数帯共振周波数は減少する一方で、最小インピーダンスの変化率は増加する。
　したがって、低周波数帯共振周波数の変化と、圧電振動子１５の最小インピーダンス又は電流の変化とを組み合わせて判断することで、保護カバー２の表面に異物が付着したことと、温度変化があったことと、を区別して判断できる。信号処理回路２０は、この判断に対応する処理を、上記のステップＳ７によって実行する。
　つまり、信号処理回路２０は、共振周波数が減少する変化量（Δｆｒ）が第１の周波数閾値ｆｔｈ以下で、かつ電流値が減少する変化量（ΔＩ）が第１の電流閾値Ｉｔｈ以下である場合、保護カバー２の表面に異物が付着したと判断する。このように、信号処理回路２０は、共振周波数の変化量（時間変化）のみで保護カバー２の表面における異物の有無を判断するのではなく、インピーダンスに関する値である電流値の変化量（時間変化）をも利用して異物の有無を判断することができる。
　図４に戻り、差分値Δｆ，ΔＩが第１の閾値より大きいと判断した場合（Ｓ７でＮｏ）、信号処理回路２０は、処理をステップＳ５に戻す。この場合、保護カバー２の表面に異物が付着していないことが推測される。再度実行されるステップＳ５では、信号処理回路２０は、ステップＳ６で測定された共振周波数ｆｒ＿ｌｏｗ１及び電流値Ｉ＿ｌｏｗ１を、それぞれ、基準周波数ｆｒ及び基準電流値Ｉとして記憶を更新する。
　ステップＳ７において差分値Δｆ，ΔＩが第１の閾値以下であると判断した場合（Ｓ７でＹｅｓ）、信号処理回路２０は、差分値Δｆ，ΔＩが、第１の閾値とは異なる第２の閾値以下であるか否かを判断する（Ｓ８）。具体的には、信号処理回路２０は、差分値Δｆ≦－ｆｔｈ１、かつ、ΔＩ≦－Ｉｔｈ１であるか否かを判断する。ここで、第２の周波数閾値ｆｔｈ１の絶対値は第１の周波数閾値ｆｔｈの絶対値より大きく（ｆｔｈ１＞ｆｔｈ）、第２の電流閾値Ｉｔｈ１は第１の電流閾値Ｉｔｈより大きい（Ｉｔｈ１＞Ｉｔｈ）。
　信号処理回路２０は、差分値Δｆ，ΔＩが、第２の閾値以下である場合に特定の処理を行うことにより、保護カバー２の表面に付着した異物の量が多い又は重い（汚れ具合がひどい）場合に対応する処理を行うことができる。
　信号処理回路２０は、第１の閾値ｆｔｈ、Ｉｔｈにより保護カバー２の表面に付着した異物の有無を判断し、第２の閾値ｆｔｈ１、Ｉｔｈ１により保護カバー２の表面に付着した異物の程度を判断している。
　ステップＳ８において、差分値Δｆ，ΔＩが、第２の閾値より大きいと判断した場合（Ｓ８でＮｏ）、信号処理回路２０は、圧電駆動部３０の駆動電圧ＶｄｒをＶ２に設定し、駆動周波数ｆｄｒを共振周波数ｆｍａｘに設定する（Ｓ９）。ここで、Ｖ２は、Ｖ１より大きい。
　次に、信号処理回路２０は、ステップＳ９で設定された駆動電圧及び共振周波数で圧電駆動部３０のみを駆動する駆動モードＡを実行する（Ｓ１０）。ステップＳ１０の駆動モードＡでは、信号処理回路２０は、洗浄駆動部６０を駆動せずに、圧電駆動部３０のみを駆動する。
　一方、ステップＳ８において、差分値Δｆ，ΔＩが、第２の閾値以下であると判断した場合（Ｓ８でＹｅｓ）、信号処理回路２０は、圧電駆動部３０の駆動電圧ＶｄｒをＶ３に設定し、駆動周波数ｆｄｒを共振周波数ｆｍａｘに設定する（Ｓ１１）。ここで、Ｖ３は、Ｖ２より小さい。
　次に、信号処理回路２０は、ステップＳ１１で設定された駆動電圧及び共振周波数で圧電駆動部３０を駆動するとともに、洗浄駆動部６０をも駆動する駆動モードＢを実行する（Ｓ１２）。駆動モードＢにおける駆動電圧Ｖ３は、駆動モードＡにおける駆動電圧Ｖ２より小さいため、駆動モードＢでは、圧電駆動部３０は、駆動モードＡに比べて弱振動で圧電振動子１５を振動させる。
　信号処理回路２０は、駆動モードＢを実行することで、保護カバー２に付着した異物をより強力に洗浄できる。なお、信号処理回路２０は、共振周波数と、インピーダンスに関する値（電流値）と、撮像装置５で撮像した画像とのうち少なくとも１つに基づき、駆動モードＢで吐出する洗浄液よりも強力な洗浄力を使用するよう洗浄駆動部６０を制御してもよい。
　ステップＳ１０又はステップＳ１２の洗浄後、信号処理回路２０は、インピーダンス検出部７０で測定される電流値Ｉｄｒが所定値以上に増加したか否かを判断する（Ｓ１３）。保護カバー２の表面に付着した異物が除去されると、インピーダンス検出部７０で測定される電流値Ｉｄｒが所定値以上に増加する。つまり、インピーダンス検出部７０で測定される電流値Ｉｄｒは、保護カバー２の表面に異物が付着していないときの電流値Ｉｄｒの値にほぼ戻る。そのため、信号処理回路２０によってインピーダンス検出部７０で測定される電流値Ｉｄｒが所定値以上に増加したか否かを判断することにより、保護カバー２の表面に付着した異物が除去されたか否かについての情報が得られる。
　ステップＳ１３において電流値Ｉｄｒが所定値以上に増加したと判断した場合（Ｓ１３でＹｅｓ）、信号処理回路２０は、図４の処理を終了する。あるいは、信号処理回路２０は、洗浄処理を終了する操作を受け付けたか否かを判断し、受け付けた場合は図４の処理を終了する一方で、受け付けていない場合は、処理をステップＳ１又はＳ４に戻してもよい。
　ステップＳ１３において電流値Ｉｄｒが所定値以上に増加していないと判断した場合（Ｓ１３でＮｏ）、信号処理回路２０は、駆動モードＡ又はＢでの動作時間が閾値（例えば１分）を超えているか否かを判断する（Ｓ１４）。ステップＳ１４では、例えば、駆動モードＡの動作時間と駆動モードＢの動作時間の合計が閾値を超えている場合、信号処理回路２０は、駆動モードＡ又はＢでの動作時間が閾値を超えていると判断する。
　駆動モードＡ又はＢでの動作時間が閾値を超えていると判断した場合（Ｓ１４でＹｅｓ）、信号処理回路２０は、異常により図４の処理を終了させる（異常終了）。洗浄用の駆動モードで長時間、圧電振動子１５を駆動した場合、保護カバー２が発熱するなどの不具合が発生する可能性がある。信号処理回路２０が所定の場合に常終了をすることにより、このような不具合の発生を未然に防ぐことができる。
　ステップＳ１３において電流値Ｉｄｒが所定値以上に増加していないと判断し（Ｓ１３でＮｏ）、かつ、駆動モードＡ又はＢでの動作時間が閾値を超えていないと判断した場合（Ｓ１４でＮｏ）、信号処理回路２０は、処理をステップＳ８に戻す。
２－２．温度推定
２－２－１．温度推定に関する知見
　以下、図４の温度推定ステップＳ１について説明するが、その前提として、図８Ａ，８Ｂ，９Ａ及び９Ｂを用いて温度推定に関する知見について説明する。発明者らは、保護カバー２の振動と温度との関係について鋭意研究し、以下に示すような温度推定に関する知見を得、さらに、得られた知見に基づいて保護カバー２の温度を推定する技術的思想を創作するに至った。
　図８Ａは、振動部１２の高周波数帯における共振周波数（以下、「高周波数帯共振周波数」という。）と温度との関係を示すグラフである。図８Ｂは、圧電振動子１５の高周波数帯における最小インピーダンスと温度との関係を示すグラフである。図８Ａ及び図８Ｂのグラフにおいて、各黒丸は、実測値を示している。
　図８Ａに示したグラフから、高周波数帯共振周波数は温度が上昇するに従い低くなることがわかる。これに対し、図８Ｂに示したグラフから、圧電振動子１５の高周波数帯における最小インピーダンスと温度との間には、相関関係がないことがわかる。少なくとも、図８Ｂの圧電振動子１５の高周波数帯における最小インピーダンスと温度との間には、図８Ａのように温度が上昇するに従い小さくなるという関係はない。
　図９Ａは、水付着量と高周波数帯共振周波数との関係を示すグラフである。図９Ｂは、水付着量と圧電振動子１５の高周波数帯における最小インピーダンスとの関係を示すグラフである。図９Ａ及び図９Ｂのグラフにおいて、各黒丸は、実測値を示している。図９Ａ及び図９Ｂに示したグラフから、水付着量と高周波数帯共振周波数との間にも、水付着量と圧電振動子１５の高周波数帯における最小インピーダンスとの間にも相関関係がないことがわかる。
　したがって、温度が上昇するに従い低くなるのは図８Ａの高周波数帯共振周波数のみであるから、本実施の形態における保護カバー２の温度は、高周波数帯共振周波数に基づいて推定することができる。具体的には、高周波数帯においては、保護カバー２の温度Ｔは、振動部１２の共振周波数ｆｒを用いる次の式（１）に基づいて推定することができる。
　　　　　Ｔ＝Ａ・ｆｒ＋Ｂ　　　・・・（１）
　ここで、Ａは、０より小さい定数であり、Ｂは、０より大きい定数である。
　図８Ａのグラフに示した実測値では、Ａ＝－１７であり、Ｂ＝９３００であり、式（１）のＴとｆｒの相関係数Ｒについては、Ｒ２＝０．９９７３の関係がある。
　例えば、（１）の関係は、振動する部材のばね定数が温度依存性を持つ場合に成り立つ。ばね定数は、部材の伸びやすさを表す。一般に、温度が高くなると伸びやすくなる部材については、温度が高くなるとばね定数が小さくなる。すなわち、温度が高くなると伸びやすくなる部材については、温度が高くなると、部材の振動の周波数が低くなる。
　図９Ａ及び図９Ｂに示すように、異物の付着量は、高周波数帯共振周波数及び圧電振動子１５の高周波数帯における最小インピーダンスのいずれとも相関しないため、式（１）は、異物が透光体に付着しても成り立つ。したがって、異物の付着の有無に関わらず、式（１）によって、振動する振動部１２及び保護カバー２の温度を従来より正確に推定することができる。
２－２－２．温度推定動作
　図１０は、図４の温度推定ステップＳ１の一例を説明するためのフローチャートである。
　まず、信号処理回路２０は、圧電駆動部３０によって、圧電振動子１５を高周波数帯サーチモードで動作させる（Ｓ１０１）。ステップＳ１０１の高周波数帯サーチモードは、振動部１２の高周波数帯における共振周波数を探索するモードである。高周波数帯サーチモードでは、圧電駆動部３０は、圧電振動子１５の駆動電圧ＶｄｒをＶ４とし、駆動周波数ｆを高周波数帯域内でスイープさせて交流出力信号を圧電振動子１５に印加する。
　ステップＳ１０１の高周波数帯サーチモード中、インピーダンス検出部７０は、圧電駆動部３０の電流値又はインピーダンスをモニタしている。具体的には、インピーダンス検出部７０は、圧電駆動部３０に流れる電流値又は電流値の逆数であるインピーダンスを測定する。
　ステップＳ１０１の次に、信号処理回路２０は、駆動周波数ｆ及び電流値又はインピーダンスを取得し、電流値が最大値Ｉ０＿ｈｉｇｈとなる駆動周波数ｆ、又はインピーダンスが最小となる駆動周波数ｆを、高周波数帯共振周波数ｆ０＿ｈｉｇｈに決定する（Ｓ１０２）。このようにして、信号処理回路２０は、最大電流値Ｉ０＿ｈｉｇｈ及びこれに対応する高周波数帯共振周波数ｆ０＿ｈｉｇｈを測定する。
　次に、信号処理回路２０は、ステップＳ１０２で決定された高周波数帯共振周波数ｆ０＿ｈｉｇｈに基づいて、振動部１２及び保護カバー２の推定温度を算出する（Ｓ１０３）。具体的には、信号処理回路２０は、式（１）のｆｒに、ステップＳ１０２で測定された高周波数帯共振周波数ｆ０＿ｈｉｇｈを代入して、推定温度Ｔを算出する。
２－２－３．温度推定の結果に基づく加温動作
　図４に示したように、温度推定ステップＳ１及び加温ステップＳ３は、推定温度が０℃以上（Ｓ２でＮｏ）となるまで繰り返される。図１１は、撮像ユニット１００におけるこのような加温動作を説明するための模式的なグラフである。
　図１１のグラフの横軸は時間［ｓ］を示し、縦軸は高周波数帯共振周波数ｆ０＿ｈｉｇｈ［ｋＨｚ］を示している。信号処理回路２０は、高周波数帯サーチモードで動作し（Ｓ１０１）、高周波数帯共振周波数ｆ０＿ｈｉｇｈを決定し（Ｓ１０２）、推定温度を算出する（Ｓ１０３）。推定温度が０℃以上である場合、信号処理回路２０は、加温モードで動作し（Ｓ３）、保護カバー２の温度を上昇させる。保護カバー２の温度が上昇すると、高周波数帯共振周波数ｆ０＿ｈｉｇｈは低下する。
　加温モードの動作時間は、例えば初回は３０秒であり、２回目以降は１０秒であるが、これに限定されない。高周波数帯サーチモードは、１回につき例えば１秒間実行される。
　信号処理回路２０は、以上の動作を、推定温度が０℃以上（Ｓ２でＮｏ）となるまで、すなわち高周波数帯共振周波数ｆ０＿ｈｉｇｈが、０℃に相当する周波数ｆｒ（Ｔ＝０℃）以下となるまで繰り返す。図１１のグラフでは、時刻ｔ０にｆ０＿ｈｉｇｈ＝ｆｒ（Ｔ＝０℃）となっている。そこで、信号処理回路２０は、時刻ｔ０以降に低周波数帯サーチモード（Ｓ４）に移行する。
３．まとめ
　以上のように、本開示の一態様に係る振動装置は、透光体の一例である保護カバー２と、保護カバー２を振動させる振動体の一例である振動部１２と、振動部１２を駆動する圧電駆動部３０と、圧電駆動部３０を制御する制御部の一例である信号処理回路２０と、を備える。信号処理回路２０は、圧電駆動部３０の駆動周波数を１００ｋＨｚ以上の高周波数帯域内で変化させる（Ｓ１０１）ことにより得られた圧電駆動部３０の状態に基づいて、振動部１２の高周波数帯共振周波数を決定し（Ｓ１０２）、決定され記高周波数帯共振周波数に基づいて、保護カバー２の温度を推定する（Ｓ１０３）。
　この構成によれば、従来技術より正確に保護カバー２の温度を推定することができる。
　振動装置において、信号処理回路２０は、推定された保護カバー２の温度が所定値未満である場合（Ｓ２でＹｅｓ）、１００ｋＨｚ以上の高周波数で振動部１２を振動させる（Ｓ３）ように圧電駆動部３０を制御してもよい。信号処理回路２０は、推定された保護カバー２の温度が所定値以上である場合（Ｓ２でＮｏ）、圧電駆動部３０の駆動周波数を１００ｋＨｚ未満の低周波数帯域内で変化させることにより得られた圧電駆動部３０の状態に基づいて、振動部１２の低周波数帯共振周波数を決定し（Ｓ４，Ｓ６）、低周波数帯共振周波数で振動部１２を振動させる（Ｓ９，Ｓ１１）ように圧電駆動部３０を制御してもよい。
　この構成によれば、保護カバー２の温度が所定値未満である場合に保護カバー２の温度を上昇させることができる。これにより、例えば、氷、雪等の異物を溶かして保護カバー２に付着した異物を除去しやすくなる。
　信号処理回路２０は、高周波数で振動部１２を振動させた（Ｓ３）後、なおも推定された保護カバー２の温度が所定値未満である場合、圧電駆動部３０の駆動周波数を高周波数帯域内で変化させることにより得られた圧電駆動部３０の状態に基づいて振動部１２の高周波数帯共振周波数を再度決定してもよい。信号処理回路２０は、再度決定された高周波数帯共振周波数に基づいて、保護カバー２の温度を再度推定してもよい。信号処理回路２０は、再度推定された保護カバー２の温度が所定値未満である場合、再度推定された保護カバー２の温度が所定値以上となるまで、
　高周波数帯域の周波数で、所定期間、振動部１２を振動させるように圧電駆動部３０を制御することと、
　所定期間の経過後、圧電駆動部３０の駆動周波数を高周波数帯域内で変化させることにより得られた圧電駆動部３０の状態に基づいて振動部１２の高周波数帯共振周波数を再度決定することと、
　再度決定された高周波数帯共振周波数に基づいて、保護カバー２の温度を再度推定することと、を繰り返してもよい。
　この構成によれば、保護カバー２の温度が所定値以上となるまで保護カバー２の温度を上昇させることができる。これにより、例えば、氷、雪等の異物を溶かして保護カバー２に付着した異物を除去しやすくなる。
　信号処理回路２０は、再度推定された保護カバー２の温度が所定値以上となった場合、又は、推定された保護カバー２の温度が所定値以上である場合、圧電駆動部３０の駆動周波数を１００ｋＨｚ未満の低周波数帯域内で変化させることにより得られた圧電駆動部３０の状態に基づいて、振動部１２の低周波数帯共振周波数を決定し、低周波数帯共振周波数で振動部１２を振動させるように圧電駆動部３０を制御してもよい。
　この構成によれば、温度が所定値以上となった保護カバー２を振動させることにより、例えば、氷、雪等の異物を溶かして保護カバー２に付着した異物を除去しやすくなる。
　振動装置において、信号処理回路２０は、保護カバー２の温度Ｔを式（１）に基づいて推定してもよい。
Ｔ＝Ａ・ｆｒ＋Ｂ　　　・・・（１）
ここで、Ａは、０より小さい定数であり、Ｂは、０より大きい定数であり、ｆｒは、振動部１２の共振周波数である。
　この構成によれば、より正確に保護カバー２の温度を推定することができる。
（変形例）
　以上、本開示の実施の形態を詳細に説明したが、前述までの説明はあらゆる点において本開示の例示に過ぎない。本開示の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができる。例えば、以下のような変更が可能である。なお、以下では、上記実施の形態と同様の構成要素に関しては同様の符号を用い、上記実施の形態と同様の点については、適宜説明を省略する。以下の変形例は適宜組み合わせることができる。
（第１変形例）
　上記実施の形態では、高周波数帯共振周波数に基づいて保護カバー２の温度を推定する例について説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、振動装置は、保護カバー２の温度を測定する温度センサを備え、温度推定ステップＳ１に加えて、又はこれに代えて、温度センサによって保護カバー２の温度を測定してもよい。この構成によれば、より正確に保護カバー２の温度を測定することができる。
（第２変形例）
　上記実施の形態では、信号処理回路２０が、共振周波数及び電流値の測定結果に基づいて保護カバー２の表面における異物の有無及び程度を判断する例について説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、信号処理回路２０は、撮像装置５から撮像画像を取得して画像処理を実行し、画像処理の結果を用いて保護カバー２の表面における異物の有無及び程度を判断してもよい。
　例えば、信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に異物が付着したことを判断するために、共振周波数ｆｒの変化量（時間変化）、電流値Ｉの変化量（時間変化）に加えて、撮像装置５で撮像した画像の時間変化の情報を考慮してもよい。また、信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に異物が付着したことを判断するために、共振周波数ｆｒの変化量（時間変化）と撮像装置５で撮像した画像の時間変化とを組み合わせてもよい。さらに、信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に異物が付着したことを判断するために、電流値Ｉｒの変化量（時間変化）と撮像装置５で撮像した画像の時間変化とを組み合わせてもよい。
　例えば、信号処理回路２０は、共振周波数ｆｒの変化量が閾値ｆｔｈの絶対値より大きく、かつ撮像装置５で撮像した画像の明度積分値が低下した場合、保護カバー２の表面に異物が付着したと判断してもよい。これにより、信号処理回路２０は、共振周波数ｆｒの変化量を考慮することで、撮像ユニット１００を装着した車両が例えばトンネルに入ることで生じる明度積分値の低下と、保護カバー２の表面に異物が付着したことで生じる明度積分値の低下とを区別することができる。
　また、信号処理回路２０は、共振周波数ｆｒの変化量、電流値Ｉの変化量が閾値ｆｔｈ、Ｉｔｈのそれぞれの絶対値より大きく、かつ撮像装置５で撮像した画像の明度積分値が大きく低下した場合、保護カバー２の表面に付着した異物が泥等の不透明物であると判断してもよい。信号処理回路２０は、撮像装置５で撮像した画像の明度積分値の低下が小さい場合、保護カバー２の表面に付着した異物が水など透明物であると判断する。このように、信号処理回路２０は、撮像装置５で撮像した画像の時間変化の情報を考慮することで、保護カバー２の表面に付着した異物の種類をより正確に判断することができる。
（第３変形例）
　上記実施の形態では、保護カバー２の温度が所定の下限閾値（０℃）未満であると判断した場合（Ｓ２でＹｅｓの場合）に、加温モードで動作する例について説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、信号処理回路２０は、保護カバー２の温度が所定の上限閾値以上であると判断した場合に、保護カバー２の温度上昇を防ぐための処理又は保護カバー２を冷やすための処理を実行してもよい。保護カバー２の温度上昇を防ぐための処理の一例は、圧電駆動部３０の駆動を停止させ、これにより圧電振動子１５、振動部１２、及び保護カバー２の振動を停止させることである。保護カバー２を冷やすための処理の一例は、洗浄ノズル３を用いて洗浄液又は冷却液等の他の液体を保護カバー２に吐出することである。
　本変形例によれば、保護カバー２又は撮像ユニット１００全体が過度に高温となることを防止し、撮像ユニット１００、これを搭載する車両、これらの周囲の物及び人の安全を確保することができる。
　１　筐体
　２　保護カバー
　３　洗浄ノズル
　４　本体部材
　４ａ　ベースプレート
　５　撮像装置
　６　回路
　７　レンズモジュール
　９　レンズ
　１２　振動部
　１３　第１の筒部材
　１４　第２の筒部材
　１４ａ　薄肉部
　１４ｂ　フランジ部
　１４ｃ　フランジ部
　１５　圧電振動子
　１６，１７　圧電板
　２０　信号処理回路
　３０　圧電駆動部
　３１　開口部
　５０　洗浄液吐出部
　６０　洗浄駆動部
　７０　インピーダンス検出部
　８０　電源回路
　１００　撮像ユニット

Claims (10)

  1. 　透光体と、
    　前記透光体を振動させる振動体と、
    　前記振動体を駆動する駆動部と、
    　前記駆動部を制御する制御部と、を備え、
    　前記制御部は、
    　前記駆動部の駆動周波数を１００ｋＨｚ以上の高周波数帯域内で変化させることにより得られた前記駆動部の状態に基づいて、前記振動体の高周波数帯共振周波数を決定し、
    　決定された前記高周波数帯共振周波数に基づいて、前記透光体の温度を推定する、
    　振動装置。
  2. 　前記制御部は、
    　推定された前記透光体の温度が所定値未満である場合、１００ｋＨｚ以上の高周波数で前記振動体を振動させるように前記駆動部を制御し、
    　前記推定された透光体の温度が前記所定値以上である場合、前記駆動部の駆動周波数を１００ｋＨｚ未満の低周波数帯域内で変化させることにより得られた前記駆動部の状態に基づいて、前記振動体の低周波数帯共振周波数を決定し、決定された前記低周波数帯共振周波数で前記振動体を振動させるように前記駆動部を制御する、
    　請求項１に記載の振動装置。
  3. 　前記制御部は、
    　推定された前記透光体の温度が所定値未満である場合、
    　　前記駆動部の駆動周波数を高周波数帯域内で変化させることにより得られた前記駆動部の状態に基づいて前記振動体の高周波数帯共振周波数を再度決定し、
    　　前記再度決定された高周波数帯共振周波数に基づいて、前記透光体の温度を再度推定し、
    　　再度推定された前記透光体の温度が前記所定値未満である場合、前記再度推定された透光体の温度が前記所定値以上となるまで、
    　　　高周波数帯域の周波数で、所定期間、前記振動体を振動させるように前記駆動部を制御することと、
    　　　前記所定期間の経過後、前記駆動部の駆動周波数を高周波数帯域内で変化させることにより得られた前記駆動部の状態に基づいて前記振動体の高周波数帯共振周波数を再度決定することと、
    　　　前記再度決定された高周波数帯共振周波数に基づいて、前記透光体の温度を再度推定することと、を繰り返す、
    　請求項１に記載の振動装置。
  4. 　前記制御部は、前記再度推定された透光体の温度が前記所定値以上となった場合、又は、前記推定された透光体の温度が前記所定値以上である場合、前記駆動部の駆動周波数を１００ｋＨｚ未満の低周波数帯域内で変化させることにより得られた前記駆動部の状態に基づいて、前記振動体の低周波数帯共振周波数を決定し、決定された前記低周波数帯共振周波数で前記振動体を振動させるように前記駆動部を制御する、
    　請求項３に記載の振動装置。
  5. 　前記透光体の温度を測定する温度センサを更に備え、
    　前記制御部は、前記温度センサによって測定された前記透光体の温度が前記所定値以上である場合、前記駆動部の駆動周波数を１００ｋＨｚ未満の低周波数帯域内で変化させることにより得られた前記駆動部の状態に基づいて、前記振動体の低周波数帯共振周波数を決定し、決定された前記低周波数帯共振周波数で前記振動体を振動させるように前記駆動部を制御する、
    　請求項２～４のいずれか１項に記載の振動装置。
  6. 　前記透光体は、撮像装置の視野に配置され、
    　前記制御部は、前記撮像装置から撮像画像を取得して前記撮像画像に画像処理を実行し、前記画像処理の結果が、前記透光体の表面に異物が付着していないことを示す場合、前記駆動部の駆動周波数を１００ｋＨｚ未満の低周波数帯域内で変化させることにより得られた前記駆動部の状態に基づいて、前記振動体の低周波数帯共振周波数を決定し、決定された前記低周波数帯共振周波数で前記振動体を振動させるように前記駆動部を制御する、
    　請求項２～５のいずれか１項に記載の振動装置。
  7. 　前記制御部が前記駆動部の状態に基づいて前記低周波数帯共振周波数を決定することは、
    　前記制御部が、前記駆動部の駆動周波数を低周波数帯域内で変化させて前記駆動部の駆動電流を測定することと、
    　前記制御部が、測定された前記駆動電流の値に基づいて前記低周波数帯共振周波数を決定することと、
    　を含む、請求項２，４～６のいずれか１項に記載の振動装置。
  8. 　前記制御部が前記駆動部の状態に基づいて前記高周波数帯共振周波数を決定することは、
    　前記制御部が、前記駆動部の駆動周波数を高周波数帯域内で変化させて前記駆動部の駆動電流を測定することと、
    　前記制御部が、測定された前記駆動電流の値に基づいて前記高周波数帯共振周波数を決定することと、
    　を含む、請求項１～７のいずれか１項に記載の振動装置。
  9. 　前記制御部は、前記透光体の温度Ｔを式（１）に基づいて推定する、請求項１～８のいずれか１項に記載の振動装置。
    Ｔ＝Ａ・ｆｒ＋Ｂ　　　・・・（１）
    ここで、Ａは、０より小さい定数であり、Ｂは、０より大きい定数であり、ｆｒは、前記振動体の共振周波数である。
  10. 　透光体と、
    　前記透光体を振動させる振動体と、
    　前記振動体を駆動する駆動部と、
    　前記駆動部を制御する制御部と、を備える振動装置によって行われる振動方法であって、
    　前記制御部が、前記駆動部の駆動周波数を１００ｋＨｚ以上の高周波数帯域内で変化させることにより得られた前記駆動部の状態に基づいて、前記振動体の高周波数帯共振周波数を決定するステップと、
    　前記制御部が、決定された前記高周波数帯共振周波数に基づいて、前記透光体の温度を推定するステップと、
    　を含む振動方法。
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