(57)【要約】  ドーム状のカバーの外表面に付着した水滴や埃等を確実に除去することができる振動装置を提供する。  光学検出素子としての撮像素子５の検出領域を含むように配置されているカバーとしての透光体１１と、撮像素子５を配置する内部空間を有し、透光体１１に接続されている筒状の支持体１２と、支持体１２に連結されており、支持体１２を介して透光体１１を振動させる振動体１３と、振動体１３を駆動する駆動回路１９ａとを備え、透光体１１及び支持体１２の共振周波数が実質的に同一であり、該実質的に同一の共振周波数で振動した場合に、振動体１３を上記共振周波数と実質的に同一の周波数で駆動回路１９ａにより駆動することにより、透光体１１と支持体１２とが接続されている接続部において、透光体１１の接続部側部分と、支持体１２の接続部側部分との変位が逆方向となる振動モードで、透光体１１及び支持体１２を振動させることができる、振動装置３。
2019130629.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学検出素子の検出領域を含むように配置されるドーム状のカバーと、
前記光学検出素子を配置する内部空間を有し、前記カバーに接続されている筒状の支持体と、
前記支持体に連結されており、前記支持体を介して前記カバーを振動させる振動体と、
前記カバー及び前記支持体が、実質的に同一の共振周波数で振動した場合、前記カバーと前記支持体とが接続されている接続部において、前記カバーの接続部側部分と、前記支持体の接続部側部分との変位が逆方向となる振動モードで前記カバーと前記支持体とを振動させるように、前記共振周波数と実質的に同一の周波数で前記振動体を駆動する駆動回路と、
を備える、振動装置。
【請求項２】
光学検出素子の検出領域を含むように配置されるドーム状のカバーと、
前記光学検出素子を配置する内部空間を有し、前記カバーに接続されている筒状の支持体と、
前記支持体に連結されており、前記支持体を介して前記カバーを振動させる振動体と、
前記カバー及び前記支持体が、実質的に同一の共振周波数で振動した場合、前記カバーと前記支持体とが接続されている接続部にノード領域が位置するように、前記支持体及び前記カバーの共振周波数と実質的に同一の周波数で前記振動体を駆動する駆動回路と、
を備える、振動装置。
【請求項３】
前記接続部において、前記カバーの変位量と、前記支持体の変位量とが実質的に同一である、請求項１または２に記載の振動装置。
【請求項４】
前記カバー及び前記支持体が、実質的に同一の共振周波数で振動した場合、前記カバーと前記支持体とが接続されている接続部において、前記カバーの接続部側部分と、前記支持体の接続部側部分との変位が逆方向となる振動モードで前記カバーと前記支持体とを振動させるように、前記駆動回路が前記振動体を駆動する、請求項２に記載の振動装置。
【請求項５】
前記接続部において、前記支持体が、前記カバーの変位方向に変位する部分と、前記カバーの変位方向と逆方向に変位させる部分とが隣り合っている相殺部位を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の振動装置。
【請求項６】
前記ノード領域の一方側と反対側との変位が逆方向であり、それによって相殺部位が構成されている、請求項２に記載の振動装置。
【請求項７】
前記相殺部位が、前記支持体から前記カバーに向かう方向に対して直交する方向に延びる、第１のフランジ部と、第２のフランジ部とを有する、請求項５または６に記載の振動装置。
【請求項８】
前記相殺部位において、前記第１のフランジ部と前記第２のフランジ部とが対向している、請求項７に記載の振動装置。
【請求項９】
前記第１のフランジ部と前記第２のフランジ部とが対向している部分において、前記第１のフランジ部が、間に空間を隔てて前記第２のフランジ部と対向している、請求項８に記載の振動装置。
【請求項１０】
前記第１のフランジ部と前記第２のフランジ部とが、前記支持体の内周面から前記内部空間側に向かって突出している、請求項９に記載の振動装置。
【請求項１１】
前記第１のフランジ部の内周縁または外周縁と前記第２のフランジ部の内周縁または外周縁とを連結している連結部を有し、前記第１のフランジ部と、前記連結部と、前記第２のフランジ部とが連結されている部分の前記第１，第２のフランジ部が対向している方向に沿う断面において、Ｕ字状の形状を有している、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の振動装置。
【請求項１２】
前記第１のフランジ部と、前記第２のフランジ部が、前記連結部に対して逆方向に突出するように設けられている、請求項７に記載の振動装置。
【請求項１３】
前記第１のフランジ部と、前記第２のフランジ部とを接続しており、前記支持体から前記カバーに向かう方向に延びる連結部を有する、請求項１２に記載の振動装置。
【請求項１４】
前記第１のフランジ部及び前記第２のフランジ部以外の他のフランジ部が設けられており、
前記第１のフランジ部の内周縁と前記第２のフランジ部の内周縁とを接続している連結部を有し、
前記連結部とは異なる連結部であって、前記他のフランジ部の外周縁と前記第１のフランジ部の外周縁とを接続している連結部または前記第２のフランジ部の外周縁と前記他のフランジ部の外周縁とを接続している連結部を有する、請求項１２に記載の振動装置。
【請求項１５】
前記第１のフランジ部または前記第２のフランジ部が前記他のフランジ部に、間に空間を隔てて対向している、請求項１４に記載の振動装置。
【請求項１６】
前記第１のフランジ部、前記連結部及び前記第２のフランジ部が連結されている構造の前記第１，第２のフランジ部の周方向と直交する方向における断面が、Ｓ字状またはＺ字状である、請求項１５に記載の振動装置。
【請求項１７】
前記第１のフランジ部の内周縁と外周縁とを結ぶ寸法及び前記第２のフランジ部の内周縁と外周縁とを結ぶ寸法が同一である、請求項７〜１６のいずれか１項に記載の振動装置。
【請求項１８】
前記支持体から前記カバーに向かう方向において、前記第１のフランジ部と前記第２のフランジ部との間の距離が、前記第１のフランジ部の前記内周縁と前記外周縁を結ぶ寸法よりも小さい、請求項１７に記載の振動装置。
【請求項１９】
前記光学検出素子の検出領域内において、前記接続部の変位量よりも変位が小さい領域を有しない、請求項１〜１８のいずれか１項に記載の振動装置。
【請求項２０】
前記振動体が、圧電素子である、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の振動装置。
【請求項２１】
前記圧電素子が、リング状圧電素子であり、前記支持体の前記カバーが設けられている側と反対側の端面に固定されている、請求項２０に記載の振動装置。
【請求項２２】
前記カバーが透光体からなる、請求項１〜２１のいずれか１項に記載の振動装置。
【請求項２３】
請求項１または２に記載の振動装置と、
前記振動装置の前記支持体の内部空間の少なくとも一部に配置されており、前記カバーに前記検出領域を有する光学検出素子とを備える、光学検出装置。
【請求項２４】
前記光学検出素子が撮像素子であり、前記検出領域が視野である、請求項２３に記載の光学検出装置。
【請求項２５】
前記光学検出素子が、活性エネルギー線を光学的に検出する素子である、請求項２３に記載の光学検出装置。
【請求項２６】
前記活性エネルギー線が、赤外線及び電磁波の少なくとも一方である、請求項２５に記載の光学検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ドーム状のカバーに付着した水滴や埃等の異物を除去するための振動装置及び該振動装置を備える光学検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、カメラの撮像素子の前方に透光体が配置されたカメラモジュールが種々提案されている。下記の特許文献１では、カメラの前方に、平板状のフードが配置されている。このフードに圧電振動子が固定されている。圧電振動子の振動により、フードの外表面に付着した水滴が、霧化されて除去される。【０００３】
下記の特許文献２には、カメラの前方に配置されるドーム状の透光体が開示されている。このドーム状の透光体には、径方向外側に延びるフランジ部が設けられている。フランジ部に、リング状の圧電振動子が固定されている。圧電振動子の振動により、ドーム状の透光体を振動させる。それによって、液滴が除去される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平０５−０３２１９１号公報
【特許文献２】特開２０１７−１７０３０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１及び特許文献２では、いずれも圧電振動子の振動を利用して、水滴等の除去が図られていた。ところで、特許文献１では、平板状のフードを振動させている。そのため、カメラの視野に振動のノードが生じることはなかった。【０００６】
これに対して、特許文献２では、ドーム状の透光体を振動させた場合、カメラの視野内に振動のノードが生じることを避けることができなかった。振動のノードでは、変位が非常に小さい。そのため、付着した水滴等を確実に除去することができなくなる。【０００７】
本発明の目的は、ドーム状のカバーの表面に付着した水滴や埃等を確実に除去することができる、振動装置及び該振動装置を備えた光学検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る第１の振動装置は、光学検出素子の検出領域を含むように配置されるドーム状のカバーと、前記光学検出素子を配置する内部空間を有し、前記カバーに接続されている筒状の支持体と、前記支持体に連結されており、前記支持体を介して前記カバーを振動させる振動体と、前記カバー及び前記支持体が、実質的に同一の共振周波数で振動した場合、前記カバーと前記支持体とが接続されている接続部において、前記カバーの接続部側部分と、前記支持体の接続部側部分との変位が逆方向となる振動モードで前記カバーと前記支持体とを振動させるように、前記共振周波数と実質的に同一の周波数で前記振動体を駆動する駆動回路と、を備える。【０００９】
本発明に係る第２の振動装置は、光学検出素子の検出領域を含むように配置されるドーム状のカバーと、前記光学検出素子を配置する内部空間を有し、前記カバーに接続されている筒状の支持体と、前記支持体に連結されており、前記支持体を介して前記カバーを振動させる振動体と、前記カバー及び前記支持体が、実質的に同一の共振周波数で振動した場合、前記カバーと前記支持体とが接続されている接続部にノード領域が位置するように、前記支持体及び前記カバーの共振周波数と実質的に同一の周波数で前記振動体を駆動する駆動回路と、を備える。【００１０】
以下、第１の振動装置及び第２の振動装置を総称して本発明に係る振動装置とする。【００１１】
本発明に係る光学検出装置は、本発明に係る振動装置と、前記振動装置の前記支持体の内部空間の少なくとも一部に配置されており、前記カバーに前記検出領域を有する光学検出素子とを備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る振動装置及び光学検出装置によれば、ドーム状のカバーを用いているが、振動体によりドーム状のカバーを振動させた場合に、ドーム状のカバー表面に付着した水滴や埃等を確実に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係るカメラモジュールの外観を示す斜視図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係るカメラモジュールの正面断面図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施形態に係るカメラモジュールの分解正面断面図である。
【図４】図４は、第１の実施形態で用いられている振動体としての圧電素子を示す斜視図である。
【図５】図５（ａ）は、ドーム状のカバーを単独で振動させた場合の変位分布を示す模式的断面図であり、図５（ｂ）は、支持体と振動体とが連結されている構造の変位分布を示す模式的断面図である。
【図６】図６は、第１の実施形態に係る振動装置の振動状態における変位分布を示す模式的断面図である。
【図７】図７は、図６に示した変位分布を得たシミュレーションのモデルを説明するための模式的正面断面図である。
【図８】図８は、透光体の共振周波数と支持体の共振周波数とが同一であり、従って、共振周波数比が１．０の場合の変位分布を示す模式的断面図である。
【図９】図９は、共振周波数比が１．２の場合の変位分布を示す模式的断面図である。
【図１０】図１０は、共振周波数比と、視野角との関係を示す図である。
【図１１】図１１は、共振周波数比と、透光体の最大変位量比の関係を示す図である。
【図１２】図１２は、共振周波数比と、接続部における支持体と透光体の変位量比の関係を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の第２の実施形態に係る振動装置を説明するための正面断面図である。
【図１４】図１４は、第１の実施形態及び第２の実施形態におけるドーム状のカバー及び振動体の最大引張応力を示す図である。
【図１５】図１５は、第１の実施形態及び第２の実施形態におけるドーム状のカバー及び振動体の最大圧縮応力を示す図である。
【図１６】図１６は、第３の実施形態に係る振動装置の正面断面図である。
【図１７】図１７は、第３の実施形態に係る振動装置の変位分布を示す模式的断面図である。
【図１８】図１８は、第４の実施形態に係る振動装置の正面断面図である。
【図１９】図１９は、第５の実施形態に係る振動装置の正面断面図である。
【図２０】図２０は、第６の実施形態に係る振動装置の正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００１５】
なお、本明細書に記載の各実施形態は、例示的なものであり、異なる実施形態間において、構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることを指摘しておく。
【００１６】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光学検出装置の外観を示す斜視図であり、図２はその正面断面図であり、図３は分解正面断面図である。
【００１７】
光学検出装置としてのカメラモジュール１は、カメラモジュール本体２と、振動装置３と、ケース４とを有する。
【００１８】
カメラモジュール本体２は、光学検出素子としての撮像素子５及びレンズモジュール６を有する。振動装置３は、ドーム状のカバーとしての透光体１１と、筒状の支持体１２と、振動体１３とを有する。カメラモジュール本体２の撮像素子５は、透光体１１の外側を撮像する。従って、本実施形態では、光学検出素子としての撮像素子５は、活性エネルギー線としての可視光を検出し、検出領域としての視野内の像を撮像する。この撮像素子５の検出領域である視野は、透光体１１内に位置している。すなわち、透光体１１は、視野を含む大きさとされている。
【００１９】
透光体１１は、透明な材料からなる。このような材料は特に限定されず、ソーダガラス、石英ガラス、ホウ珪酸ガラス等の様々なガラスや、合成樹脂等を用いることができる。
【００２０】
透光体１１は、本実施形態では、球の一部を球の最大外周部分ではない位置で切断することにより得られる形状を有している。もっとも、透光体１１は、被写体側、すなわち外側に向かって突出している様々な曲面状の形状を有していてもよい。すなわち、透光体１１の外表面は球面の一部に限定されない。さらに、本発明において、「ドーム状」の形状は、曲面のみからなるものの他、多数の多角形等の平面が集合されて、結果としてドーム状の形状を有しているものをも含むものとする。さらに、ドーム状の形状の支持体１２側の端面は円環状の形状に限らず、円環状の形状の一部が脱落した形状であってもよく、角環状であってもよい。
【００２１】
透光体１１の外周縁近傍に位置しているリング状の端面１１ａが支持体１２のリング状の第１の端面１２ａに接合されている。支持体１２は、略円筒状の部材であり、第１の端面１２ａと、反対側の第２の端面１２ｂとを有する。支持体１２の第２の端面１２ｂに、圧電素子からなる振動体１３が接合されている。
【００２２】
支持体１２は、外側に突出している固定用フランジ部１２ｃを有する。固定用フランジ部１２ｃは、第１の端面１２ａと第２の端面１２ｂとの間の位置に設けられている。
【００２３】
振動体１３を振動させることにより、振動体１３とともに支持体１２を介して透光体１１が振動する。それによって、後述するように、透光体１１の外表面に付着した水滴や埃等を除去することができる。
【００２４】
上記支持体１２は、ステンレス、コバール、インバー、またはアロイ合金等の様々な金属材料や、アルミナ等のセラミックスにより構成することができ、特にその材料は限定されない。図４に示すように、振動体１３は、リング状の圧電体１４と、圧電体１４の一方面に設けられた第１の励振電極１５と、他方面に設けられた第２の励振電極１６とを有する。圧電体１４は、厚み方向に分極処理されている。この圧電体１４を構成する圧電材料についても特に限定されず、ＳｒＢａＴｉ系圧電材料、ＴｉＢａＯ系圧電材料、ＰｂＴｉＯ系圧電材料等を用いることができる。
【００２５】
第１，第２の励振電極１５，１６についても、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕまたはこれらの合金等の適宜の金属材料からなる。
【００２６】
図１〜図３に示すように、ケース４は上方に開いた開口４ａを有する。開口４ａを取り囲むように、リング状の端面４ｂが位置している。このリング状の端面４ｂに、振動装置３の支持体１２の固定用フランジ部１２ｃが接合されている。それによって、振動装置３が、ケース４に固定されている。図２に示すように、カメラモジュール本体２のレンズモジュール側の部分が、振動装置３の内部空間に位置しており、残りの部分がケース４の内部空間に位置している。なお、カメラモジュール本体２の全体が支持体１２の内部空間に位置していてもよい。すなわち、カメラモジュール本体２の少なくとも一部が、上記支持体１２の内部空間に位置していればよい。
【００２７】
ケース４についても、金属や合成樹脂、セラミックス等の適宜の材料から構成することができる。
【００２８】
また、ケース４はベースプレート１７に固定されている。ベースプレート１７上に、複数の脚部１８が固定されている。複数の脚部１８上に、基板１９が固定されている。基板１９上に、カメラモジュール本体２が固定されている。
【００２９】
また、基板１９の少なくとも一方の主面またはベースプレート１７の上面に、圧電素子からなる振動体１３を駆動する駆動回路１９ａや、カメラモジュール本体２を駆動する駆動回路が設けられている。駆動回路１９ａは、振動体１３を特定の周波数で駆動し得る適宜の電気回路により構成することができる。
【００３０】
駆動回路１９ａは、振動体１３を振動させ、支持体１２を介して透光体１１を振動させる。この場合、カバーとしての透光体１１及び支持体１２が、実質的に同一の共振周波数で振動した場合、透光体１１と支持体１２とが接続されている後述の接続部において、透光体１１の接続部側部分と、支持体１２の接続部側部分との変位が逆方向となる振動モードで、透光体１１と支持体１２とを振動させるように、上記共振周波数と実質的に同一の周波数で駆動回路が振動体１３を駆動する。
【００３１】
あるいは、上記駆動回路１９ａは、透光体１１と支持体１２とを接続している接続部にノード領域が位置するように、振動体１３を、透光体１１及び支持体１２の共振周波数と実質的に同一の周波数で振動体１３を駆動するように構成されている。
【００３２】
ベースプレート１７、脚部１８及び基板１９についても、合成樹脂や金属等の適宜の材料を用いて構成することができる。
【００３３】
本実施形態の特徴は、振動装置３において、透光体１１と、筒状の支持体１２とを接続している接続部において、透光体１１の接続部側部分と、支持体１２の接続部側部分との変位が逆方向となる振動モードで透光体１１と、支持体１２とを振動させるように、振動体１３を上記共振周波数と実質的に同一の周波数で駆動回路１９ａにより駆動することにある。
【００３４】
あるいは、上述したように、接続部にノード領域が位置するように、透光体１１及び支持体１２の共振周波数と実質的に同一の周波数で振動体１３が、駆動回路１９ａにより駆動されることにある。
【００３５】
従って、圧電振動子からなる振動体１３を振動させた場合、透光体１１が支持体１２を介して振動するが、透光体１１の表面において、両側の変位方向が逆となる部分が存在せず、接続部にノード領域が位置しているため、透光体１１の外表面にノードが存在しなくなる。従って、付着した水滴や埃を確実に除去することができる。好ましくは、接続部において、透光体１１の変位量と支持体１２の変位量とが、実質的に同一であることが望ましい。
【００３６】
なお、実質的に同一とは、必ずしも全く同一であることを示すものではなく、全く同一である場合の他、支持体１２の変位量が、透光体１１の変位量＋４０〜−７０％以内の場合をも含むものとする。この範囲内であれば、透光体１１の外表面に付着した水滴や埃をより確実に除去することができる。
【００３７】
また、好ましくは、透光体１１の共振周波数と、振動体１３が連結されている支持体１２の共振周波数とが実質的に同一であることが望ましい。この場合にも、透光体１１を強く振動させることができる。従って、透光体１１の外表面に付着した水滴や埃を確実に除去することができる。ここで、共振周波数が実質的に同一とは、完全に同一である場合だけでなく、支持体１２の共振周波数が、透光体１１の共振周波数±１０％以内である範囲を含むものとする。
【００３８】
透光体１１の共振周波数と支持体１２の共振周波数との好ましい割合については、図８及び図９を参照して、後の部分で、より具体的に説明することとする。
【００３９】
また、上記透光体１１と支持体１２との接続部とは、両者の接合面に限らず、両者の境界を含む支持体１２側のある範囲の部分をいうものとする。この接続部の範囲は、支持体１２の第１の端面１２ａから、第１の端面１２ａと第２の端面１２ｂとの間の中点までの部分をいうものとする。すなわち、この部分に、振動のノード領域が位置すればよい。その場合、支持体１２の第１の端面１２ａ側の部分すなわちノードよりも第１の端面１２ａ側の部分は透光体１１の変位方向に変位する部分となり、ノードより下方部分が透光体１１の変位方向と逆方向に変位させる部分となる。すなわち、支持体１２が、透光体１１の変位方向に変位する部分と、透光体１１の変位方向と逆方向に変位する部分とが隣り合っている相殺部位を有することとなる。本実施形態では上記ノードが相殺部位となる。このように、相殺部位は、上記接続部内に存在すればよく、透光体１１と支持体１２との界面に限らない。
【００４０】
また、上記のように、支持体１２にノード領域が位置している場合、ノード領域の一方側と反対側との変位は逆方向となる。それによって、ノード領域が相殺部位を構成することとなる。
【００４１】
なお、ノード領域とは、ノードだけでなく、ノード近傍の領域をも含むものとする。透光体１１において、逆方向の変位部分に隣り合っている相殺部位が存在しない限り、ノードは、上記のように支持体１２内に位置していてもよい。
【００４２】
筒状の支持体１２では、第１の端面１２ａ側から固定用フランジ部１２ｃまでの第１の部分１２ｄの外径よりも、固定用フランジ部１２ｃよりも下方の第２の部分１２ｅの外径が大きくなっている。言い換えれば、第２の部分１２ｅは外側に突出してフランジ部をも構成しているものとなる。
【００４３】
このように、支持体１２には、外側に突出しているフランジ部が、固定用フランジ部１２ｃとは別に設けられていてもよい。
【００４４】
図５（ａ）は、上記透光体１１を単独で振動させた場合の変位分布を示す模式的断面図であり、図５（ｂ）は、支持体１２と振動体１３とが連結されている構造の変位分布を示す模式的断面図である。
【００４５】
図５（ａ）及び図５（ｂ）において、クロスのハッチングを付した領域ａ１が変位が最も大きい部分を示し、領域ａ２，ａ３，ａ４，ａ５，ａ６，ａ７の順に、変位が小さくなっている。多点のハッチングを付して示す領域ａ８が最も変位が小さく、ノードに相当する。
【００４６】
図５（ａ）に示すように、透光体１１を図示の矢印方向で変位が生じるように振動させると、振動のノードが、透光体１１内にリング状に現れることとなる。従って、このような振動モードでは、ノードに付着した水滴や埃を効果的に除去することはできない。
【００４７】
図５（ｂ）に示すように、振動体を屈曲振動させた場合、筒状の支持体１２は呼吸モードで振動する。すなわち、外径が拡大する方向と、縮小する方向の変位が繰り返されることになる。従って、最も変位の大きな部分は、領域ａ１である。この領域ａ１における矢印の変位が、透光体１１に与えられることになる。
【００４８】
図６は本実施形態のように、透光体１１が、支持体１２に接続されて、一体化されている構造において、振動体１３を振動させた場合の各部分の変位分布を示す模式的断面図である。なお、この変位分布を得たシミュレーションモデル及び条件は以下の通りである。各部分の寸法は、図７に示す値とした。また、透光体１１の材料は石英ガラスとした。支持体１２の材料はステンレス（ＳＵＳ３０４）とした。振動体１３を構成している圧電素子は、ＰＺＴからなるリング状部材の両面に電極を設けた構造とした。圧電素子は、厚み方向に分極処理されているものとした。また、圧電素子の表裏に１Ｖの電位差を与えた条件で、共振の解析を行った。
【００４９】
図６に示すように、領域ａ１が最も大きく変位する部分である。すなわち、透光体１１の中心が最も大きく変位する。これに対して、振動のノードとなる変位の最も小さい領域ａ８は、両者の接合界面から支持体１２側に位置している。これは、透光体１１及び支持体１２が実質的に同一の共振周波数で振動した場合、接続部において、透光体１１の接続部側部分と、支持体１２の接続部側部分との変位が逆方向となる振動モードで、透光体１１及び支持体１２が接続されている構造が、振動することによる。そして、この振動を得ることができるのは、上記透光体１１と支持体１２とが接続されている構造において、駆動回路１９ａにより振動体１３を駆動する周波数を、上記共振周波数と実質的に同一の周波数とすることにより達成されている。
【００５０】
よって、振動のノードとなる領域ａ８が、透光体１１内に位置していない。すなわち、図２に示したカメラモジュール本体２の撮像素子５の視野内に振動のノードが現れない。よって、透光体１１の視野に相当する部分の外表面に付着した水滴や埃等を確実に除去することができる。
【００５１】
本実施形態において上記のように、透光体１１と支持体１２とが接続されている構造において、振動のノードの位置を上記のように設定するには、透光体１１の共振周波数と、支持体１２の共振周波数とが実質的に同一であることが必要であり、それによって、上記のように振動体１３を上記共振周波数と実質的に同一の周波数で駆動することにより本発明の効果を得ることができる。これを、図８〜図１２を参照して説明する。
【００５２】
図８は、透光体１１の共振周波数と、支持体１２の共振周波数とが同一である場合の変位分布を示す図である。ここで、透光体１１の共振周波数に対する支持体１２の共振周波数の割合を共振周波数比とする。図８では、共振周波数比が１．０の場合の変位分布が示されている。他方、図９では、上記共振周波数比が１．２の場合の変位分布が示されている。図８及び図９の変位分布のシミュレーションの条件は、図６に示した変位分布を得た場合の条件と同様とした。
【００５３】
なお、図８及び図９では、透光体１１と支持体１２とが接続されている構造の対称となる中央で半分に切り出した断面部分の変位分布が模式的に示されている。そして、図５（ａ）及び図５（ｂ）の場合と同様に、変位の大きさの違う領域をハッチングを付すことにより区別した。領域ａ１が変位が最も大きい部分を示し、領域ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６、ａ７、ａ８の順に変位が小さくなっている。
【００５４】
図８で示す変位分布では、ノード領域である領域ａ８が、透光体１１の周縁に位置しているのに対し、図９では、ノード領域である領域ａ８が透光体１１の中心側に位置していることがわかる。
【００５５】
なお、光学検出素子としての撮像素子により撮像する場合の視野角は、撮像素子の中心と、一方のノード領域とを結ぶ仮想線と、反対側に位置しているノード領域と撮像素子の中心とを結ぶ仮想線とのなす角度となる。
【００５６】
従って、共振周波数比が１．０である図８の場合には、共振周波数比が１．２である図９の場合よりも視野角を広げ得ることがわかる。
【００５７】
図１０は、上記共振周波数比を変化させた場合の視野角の変化を示す図である。図１０から明らかなように、共振周波数比が１．１を超えると、視野角は共振周波数比が大きくなるにつれて低下していくことがわかる。これに対して、視野角が１．１以下では、１６３°以上の大きな視野角を得ることができる。
【００５８】
他方、上記共振周波数比を変化させた場合、水滴等を除去するための透光体１１の変位量も変化する。図１１は、上記共振周波数比を変化させた場合の透光体１１の最大変位量比の変化を示す図である。ここで、透光体１１の最大変位量比とは、共振周波数比が１の場合の透光体１１の最大変位量に対する、透光体１１の最大変位量の割合をいうものとする。また、最大変位量は、透光体１１の中央が最も大きく変位するため、この中央の変位量である。
【００５９】
図１１から明らかなように、共振周波数比が０．９未満では、共振周波数比が小さくなるにつれて、透光体最大変位量比が小さくなることがわかる。従って、より大きな変位量を得るには、共振周波数比は０．９以上であることが好ましい。よって、上記共振周波数比は、０．９以上、１．１以下であることが望ましいことがわかる。
【００６０】
図１２は、上記共振周波数比と、接続部における支持体１２と透光体１１の変位量比の変化を示す図である。図１２から明らかなように、共振周波数比が０．９以上、１．１以下の範囲では、上記支持体１２と、透光体１１の接続部における変位量比は、０．３以上、１．３８以下の範囲となっている。
【００６１】
上記の通り、共振周波数比は、０．９以上、１．１以下であることが好ましい。言い換えれば、支持体１２の共振周波数は、透光体１１の共振周波数±１０％以内であればよく、この範囲が前述したように、透光体１１の共振周波数と実質的に同一の周波数範囲である。
【００６２】
図１３は、本発明の第２の実施形態に係る振動装置の正面断面図である。振動装置３１では、筒状の支持体３２が、第１の実施形態における筒状の支持体１２と異なる。その他の点は第２の実施形態の振動装置３１は、第１の実施形態の振動装置３と同様である。従って、支持体３２以外の部分の説明は第１の実施形態の説明を援用することとする。
【００６３】
筒状の支持体３２は、第１の端面３２ａ側において、透光体１１に接続されている。第２の端面３２ｂに、リング状圧電素子からなる振動体１３が固定されている。
【００６４】
支持体３２は、内周面に溝３２ｃを有する。この溝３２ｃは、第１の端面３２ａと第２の端面３２ｂとの間に設けられている。溝３２ｃが設けられているため、溝３２ｃの上方に第１の内方突出部３２ｄが、下方に第２の内方突出部３２ｅが設けられていることになる。そして、溝３２ｃの外側の部分が、連結部３２ｆであり、第１の内方突出部３２ｄと、第２の内方突出部３２ｅとを連結していることになる。よって、上記支持体３２から透光体１１に向かう方向に沿う断面において、支持体３２はＵ字状の形状を有している。なお、第１の内方突出部３２ｄ及び第２の内方突出部３２ｅは、連結部３２ｆを基準とすると、内側に環状に突出しているため、本明細書においては、このように、径方向内側に突出している部分についても、フランジ部とする。すなわち、第１の内方突出部３２ｄ及び第２の内方突出部３２ｅは、それぞれ、径方向内側に突出している第１，第２のフランジ部である。
【００６５】
上記のように第１のフランジ部と第２のフランジ部とが対向している場合、第１の内方突出部３２ｄ側をより強く振動させ、ひいては透光体１１をより強く振動させることができる。好ましくは、図１３に示すように、溝３２ｃ内に他の部材が存在せず、空間を隔てて、第１の内方突出部３２ｄと第２の内方突出部３２ｅとが隔てられていることが望ましい。それによって、第１の内方突出部３２ｄをより強く振動させることができる。第１の内方突出部３２ｄの内周縁と外周縁とを結ぶ寸法及び第２の内方突出部３２ｅの内周縁と外周縁とを結ぶ寸法が同一であることが好ましい。支持体３２から透光体１１に向かう方向において、第１の内方突出部３２ｄと第２の内方突出部３２ｅとの間の距離が、第１の内方突出部３２ｄの内周縁と外周縁を結ぶ寸法よりも小さいことが好ましい。なお、上述したように、相殺部位は、支持体が透光体１１の変位方向に変位する部分と、透光体１１の変位方向と逆方向に変位する部分とが隣り合っている部分である。本実施形態においては、相殺部位が第１のフランジ部としての第１の内方突出部３２ｄ及び第２のフランジ部としての第２の内方突出部３２ｅを有する。相殺部位において、第１のフランジ部と前記第２のフランジ部とが対向している。
【００６６】
図１４は、第１の実施形態の振動装置３及び第２の実施形態の振動装置３１を振動させた場合の透光体１１及び振動体１３における最大引張応力を示し、図１５は最大圧縮応力を示す。図１４及び図１５から明らかなように、第２の実施形態に比べて、第１の実施形態によれば、透光体１１における最大引張応力を小さくすることができ、振動体１３における最大圧縮応力を小さくすることができる。
【００６７】
また、第２の実施形態では、支持体３２の横断面がＵ字状とされており、溝３２ｃが内側に設けられているため、振動体１３を、第１の実施形態に比べて、径方向内側に設けることができる。すなわち、支持体３２の外径を小さくすることができ、それによって、小型化を図ることができる。共振周波数が５０ｋＨｚとなるよう支持体３２を構成した例では、支持体３２の体積を、第１の実施形態に比べて約５０％小さくすることが可能であった。
【００６８】
第２の実施形態の振動装置３１においても、上記支持体３２の共振周波数が、透光体１１の共振周波数と実質的に同一とされている。そして、振動体１３を上記共振周波数と実質的に同一の共振周波数で駆動回路により駆動することにより、接続部において、透光体１１の接続部側部分と、支持体３２の接続部側部分との変位が逆方向となる振動モードで、透光体１１及び支持体３２を振動させることができる。従って、第１の実施形態と同様に、振動のノードが透光体１１の視野内に位置する部分には存在しなくなる。よって、透光体１１の外表面に付着した水滴や埃等を確実に除去することができる。
【００６９】
図１６は第３の実施形態の振動装置の正面断面図であり、図１７はその変位分布を示す模式的断面図である。
【００７０】
第３の実施形態の振動装置４１では、第２の実施形態の振動装置３１の振動体１３の下面に、さらに支持体４２を接合した構造を有する。支持体４２は、筒状体からなり、開口端面としての第１の端面４２ａと第２の端面４２ｂとを有する。このリング状の第１の端面４２ａが振動体１３に接合されている。支持体４２では、支持体３２とは逆に、外周面に溝４２ｃが設けられている。それによって、溝４２ｃの上方に第１のフランジ部４２ｄが、下方に第２のフランジ部４２ｅが設けられており、溝４２ｃの底部が、第１のフランジ部４２ｄと第２のフランジ部４２ｅとを連結している連結部４２ｆとなる。図１６に示すように、支持体３２における第１のフランジ部と支持体４２における第２のフランジ部４２ｅとは、それぞれの連結部に対して逆方向に突出するように設けられている。支持体４２における第１のフランジ部４２ｄと支持体３２における第２のフランジ部とも、それぞれの連結部に対して逆方向に突出するように設けられている。
【００７１】
このように、圧電素子からなる振動体１３の下方に、支持体３２を第１の支持体としたとき、さらに第２の支持体４２を接合してもよい。第３の実施形態においても、支持体３２と透光体１１の共振周波数関係、及び駆動回路による振動体１３を駆動する周波数については、第１，第２の実施形態と同様である。従って、透光体１１の外表面に付着した水滴や埃等を確実に除去することができる。
【００７２】
加えて、振動装置４１では、振動体１３を振動させた場合、第１の支持体３２と第２の支持体４２とが逆方向に変位する。従って、圧電素子からなる振動体１３における互いに逆方向の変位が相殺され、図１７に示すように、振動体１３の変形を小さくすることができる。第３の実施形態の振動装置４１では、第２の実施形態の振動装置３１に比べ、圧電素子における最大変位量は約０．７５倍程度まで減少することが確かめられた。従って、圧電素子に加わる応力が小さくなるため、繰り返し使用した際の圧電素子の破壊や劣化が生じ難い。よって、信頼性を高めることができる。
【００７３】
図１８は、第４の実施形態に係る振動装置の正面断面図である。
【００７４】
振動装置５１では、支持体５２の外周面に溝５２ｃが設けられている。すなわち、第３の実施形態における第２の支持体４２と同様の構造を有する。
【００７５】
溝５２ｃと、第１の端面５２ａとの間の部分が第１のフランジ部５２ｄである。溝５２ｃと、第２の端面５２ｂとの間の部分が、第２のフランジ部５２ｅである。第１のフランジ部５２ｄと第２のフランジ部５２ｅは、溝５２ｃの底部に位置している連結部５２ｆにより連結されている。すなわち、連結部５２ｆを基準とすると、第１のフランジ部５２ｄ及び第２のフランジ部５２ｅは、径方向外側に突出しているフランジ部を構成している。
【００７６】
このように、筒状体からなる支持体５２の横断面形状は、第２の実施形態の振動装置３１とは逆に、外側に向かって開いたＵ字状の形状を有していてもよい。
【００７７】
図１９は、第５の実施形態に係る振動装置の正面断面図である。振動装置６１では、筒状体からなる支持体６２は、内周面において外側に向かって開いている溝６２ｃと、内周面において内側に向かって開いている溝６２ｇとを有する。第１のリング状の開口端面である第１の端面６２ａが透光体１１に接合されている。第１の端面６２ａと溝６２ｃとの間に、溝６２ｇが位置している。従って、溝６２ｃの上方の第１のフランジ部６２ｄと、下方の第２のフランジ部６２ｅとが、連結部６２ｆで連結されている。この第２のフランジ部６２ｅの下面である第２の端面６２ｂに、振動体１３が接合されている。すなわち、溝６２ｃの底部の連結部６２ｆの外表面を基準にすると、第１，第２のフランジ部６２ｄ，６２ｅは、径方向外側に突出している環状のフランジ部である。
【００７８】
他方、溝６２ｇの上方のフランジ部６２ｈは、連結部６２ｉにより、第１のフランジ部６２ｄに連結されている。よって、溝６２ｇを中心とした場合、フランジ部６２ｈを第１のフランジ部とすると、第１のフランジ部６２ｄが第２のフランジ部になることとなる。このような構造では、径方向内側に突出しているフランジ部６２ｈと、径方向外側に突出している第１及び第２のフランジ部６２ｄ，６２ｅとが設けられている。上記のようにフランジ部６２ｈを第１のフランジ部とし、第１のフランジ部６２ｄを第２のフランジ部とすると、図１９に示すように、第１のフランジ部及び第２のフランジ部は連結部に対して逆方向に突出するように設けられている。よって、支持体６２の周方向と直交する横断面、すなわち支持体６２から透光体１１側に向かう方向を含む横断面において、支持体６２はＳ字状の形状を有している。図１９に示すように、第１のフランジ部６２ｄは、フランジ部６２ｈ及び第２のフランジ部６２ｅに、間に空間を隔てて対向している。この場合においても、振動体１３により、支持体６２を振動させた場合、透光体１１をより強く振動させることができる。なお、本実施形態の支持体６２は、フランジ部６２ｈ及び第１のフランジ部６２ｄを有する相殺部位と、第１のフランジ部６２ｄ及び第２のフランジ部６２ｅを有する相殺部位とを有する。もっとも、第１のフランジ部６２ｄにおいては、第３の実施形態の振動体１３と同様に、変形が抑制される。
【００７９】
図２０は、第６の実施形態に係る振動装置の正面断面図である。振動装置７１では、支持体７２が、図１９に示した支持体６２とは逆に、第１の端面７２ａに近い側に、外側に向かって開いた溝７２ｃを有し、溝７２ｃよりも第２の端面７２ｂ側において、内側に向かって開いた溝７２ｇを有する。従って、第１の端面７２ａ側から順に、第１のフランジ部６２ｄ、連結部６２ｆ、第２のフランジ部６２ｅ、連結部６２ｉ、内側に向かって突出しているフランジ部７２ｈが連ねられていることになる。よって、支持体７２の横断面は逆Ｓ字状の形状、言い換えればＺ字状の形状とされている。図２０に示すように、第２のフランジ部６２ｅは、フランジ部７２ｈ及び第１のフランジ部６２ｄに、間に空間を隔てて対向している。この場合においても、振動装置６１と同様に、振動体１３を振動させた場合、透光体１１を強く振動させることができる。
【００８０】
振動装置６１，７１においても、振動装置３と同様に、支持体６２または支持体７２の共振周波数が、透光体１１の共振周波数と実質的に同一であり、振動体１３を上記共振周波数と実質的に同一の周波数で駆動することにより、接続部において、透光体１１の接続部側部分と、支持体６２または支持体７２の接続部側部分との変位が逆方向となる振動モードで透光体１１及び支持体６２または支持体７２を振動させることができる。従って、変位の小さな部分やノード領域が透光体１１に存在せず、両者の接続部に位置しているため、透光体１１の外表面に付着した水滴や埃等を確実に除去することができる。
【００８１】
なお、上述してきた各実施形態では、支持体１２は、円筒状であったが、角筒状等の他の形状の筒状体であってもよい。
【００８２】
振動体１３についても、リング状圧電素子に限らず、四角形の板状圧電素子を複数枚配置するなど様々な形状の圧電振動子や、他の振動子を用いてもよい。
【００８３】
また、図２では、カメラモジュール本体２は、撮像素子５及びレンズモジュール６を有していたが、このカメラモジュール本体２の構造も図示のものに限定されない。少なくとも撮像素子を含むカメラモジュール本体であればよい。
【００８４】
上記実施形態では光学検出素子として、可視光により撮像する撮像素子５が用いられ、検出領域が視野であったが、可視光以外の活性エネルギー線を用いるものであってもよい。
【００８５】
従って、本発明の光学検出装置は、カメラに限らず、例えば、ＲＡＤＡＲやＬｉＤＡＲとして知られている車載用レーダ装置に本発明を適用してもよい。この場合、光学検出素子としては、赤外線及び電磁波の少なくとも一方である活性エネルギー線を光学的に検出する素子が用いられる。
【符号の説明】
【００８６】
１…カメラモジュール
２…カメラモジュール本体
３…振動装置
４…ケース
４ａ…開口
４ｂ…端面
５…撮像素子
６…レンズモジュール
１１…透光体
１１ａ…端面
１２…支持体
１２ａ…第１の端面
１２ｂ…第２の端面
１２ｃ…固定用フランジ部
１２ｄ…第１の部分
１２ｅ…第２の部分
１３…振動体
１４…圧電体
１５，１６…第１，第２の励振電極
１７…ベースプレート
１８…脚部
１９…基板
１９ａ…駆動回路
３１…振動装置
３２…支持体
３２ａ…第１の端面
３２ｂ…第２の端面
３２ｃ…溝
３２ｄ…第１の内方突出部
３２ｅ…第２の内方突出部
３２ｆ…連結部
４１…振動装置
４２…支持体
４２ａ…第１の端面
４２ｂ…第２の端面
４２ｃ…溝
４２ｄ…第１のフランジ部
４２ｅ…第２のフランジ部
４２ｆ…連結部
５１…振動装置
５２…支持体
５２ａ…第１の端面
５２ｂ…第２の端面
５２ｃ…溝
５２ｄ…第１のフランジ部
５２ｅ…第２のフランジ部
５２ｆ…連結部
６１…振動装置
６２…支持体
６２ａ…第１の端面
６２ｂ…第２の端面
６２ｃ…溝
６２ｄ…第１のフランジ部
６２ｅ…第２のフランジ部
６２ｆ…連結部
６２ｇ…溝
６２ｈ…フランジ部
６２ｉ…連結部
７１…振動装置
７２…支持体
７２ａ…第１の端面
７２ｂ…第２の端面
７２ｃ，７２ｇ…溝
７２ｈ…フランジ部
ａ１，ａ２，ａ３，ａ４，ａ５，ａ６，ａ７，ａ８…領域
【図１】
2019130629.tif 000003
【図２】
2019130629.tif 000004
【図３】
2019130629.tif 000005
【図４】
2019130629.tif 000006
【図５】
2019130629.tif 000007
【図６】
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【図７】
2019130629.tif 000009
【図８】
2019130629.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2019130629.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2019130629.tif 000018
【図１７】
2019130629.tif 000019
【図１８】
2019130629.tif 000020
【図１９】
2019130629.tif 000021
【図２０】
2019130629.tif 000022
【国際調査報告】
2019130629.tif 000023
2019130629.tif 000024