(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の波長の光を透過する透光体と、
一方の端で前記透光体を保持する第１筒状体と、
前記第１筒状体の他方の端を支持する板状のバネ部と、
前記第１筒状体を支持する位置の外側にある前記バネ部の位置を一方の端で支持する第２筒状体と、
前記第２筒状体の側面に配設し、前記第２筒状体の貫通方向に対して垂直な方向に振動する複数の振動体と、を備える、振動装置。
【請求項２】
前記透光体、前記第１筒状体、前記バネ部、および前記第２筒状体の構造は、前記透光体の共振周波数が前記バネ部の共振周波数よりも大きくなるように構成され、
複数の前記振動体を駆動する励振回路をさらに備え、
前記励振回路は、前記透光体の共振と前記バネ部の共振とを選択的に励振する、請求項１に記載の振動装置。
【請求項３】
前記透光体、前記第１筒状体、前記バネ部、および前記第２筒状体の構造は、前記透光体の共振周波数が前記バネ部の共振周波数の１．２倍以上になるように構成される、請求項２に記載の振動装置。
【請求項４】
前記励振回路は、
前記第２筒状体の振動方向に対して垂直方向に前記第１筒状体が振動するように複数の前記振動体を駆動する、請求項２または請求項３に記載の振動装置。
【請求項５】
前記透光体、前記第１筒状体、前記バネ部、および前記第２筒状体のうち少なくとも１つは、前記第１筒状体を貫通方向から見て円形状である、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の振動装置。
【請求項６】
前記透光体、前記第１筒状体、前記バネ部、および前記第２筒状体のうち少なくとも１つは、前記第１筒状体を貫通方向から見て矩形状である、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の振動装置。
【請求項７】
前記透光体は、ドーム状の形状である、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の振動装置。
【請求項８】
前記透光体は、板状の形状である、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の振動装置。
【請求項９】
前記第１筒状体の厚みは、前記第１筒状体を支持する前記バネ部の位置から前記第２筒状体で支持される前記バネ部の位置までの長さより短い、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の振動装置。
【請求項１０】
前記励振回路は、
前記第２筒状体の内側方向に振動させるタイミングが同相となるように複数の前記振動体を駆動し、前記第１筒状体を貫通方向に振動させる、請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載の振動装置。
【請求項１１】
前記透光体、前記第１筒状体、前記第２筒状体、前記バネ部および前記振動体の少なくとも一つに対して、一部を切り欠く切欠部をさらに備える、請求項１０に記載の振動装置。
【請求項１２】
前記透光体、前記第１筒状体、前記第２筒状体、前記バネ部および前記振動体の少なくとも一つに対して、一部に付加する錘をさらに備える、請求項１０に記載の振動装置。
【請求項１３】
前記励振回路は、
前記第２筒状体の内側方向に振動させるタイミングが逆相となるように複数の前記振動体を駆動し、前記第１筒状体を貫通方向に振動させる、請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載の振動装置。
【請求項１４】
請求項１〜請求項１３のいずれか１項に記載の前記振動装置と、
前記透光体が視野方向となるように配置された撮像素子と、を備える撮像ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、振動装置、および振動装置を備える撮像ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両の前部や後部に撮像素子などを備える撮像ユニットを設けた車両では、当該撮像ユニットで得た画像を利用して安全装置を制御したり、自動運転制御を行ったりすることが行われている。このような撮像ユニットは、車外に設けられることが多いため、外部を覆う透光体（保護カバーやレンズ）に雨滴（水滴）、泥、塵埃等の異物が付着することがある。透光体に異物が付着すると、当該撮像ユニットで得た画像に付着した異物が映り込み、鮮明な画像が得られなくなる。【０００３】
そこで、特許文献１に記載の撮像ユニットでは、透光体の表面に付着した異物を除去するために透光体を振動させる振動装置を設けている。当該振動装置は、支持体と、支持体の一方主面側に配置されている第１の振動素子と、他方主面側に配置されている第２の振動素子と、を備える構成である。振動装置は、圧電振動子を設けた第２の振動体を振動させることで、透光性を有する第１の振動体を振動させて、透光体の表面に付着した異物を除去する。【０００４】
また、特許文献２に記載の撮像ユニットでは、筒状振動体の一方の開口部を覆うレンズカバーを振動させるために、筒状のモード変換結合部を筒状振動体とレンズカバーの透光体部との間に設けた振動装置を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第６５７９２００号
【特許文献２】国際公開ＷＯ２０１７／１１０５６３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１および特許文献２に記載の撮像ユニットでは、透光体の面内の一部を変位させる振動モードを利用する振動装置を設けることを前提にしている。そのため、特許文献１および特許文献２に記載の撮像ユニットでは、当該振動装置を用いて透光体の面内の一部が他部に対して変位が異なるように透光体を振動させる。具体的に、振動装置は、ある振動モードで透光体を振動させた場合、透光体の中央部が最大変位となるように透光体を振動させる。【０００７】
透光体の中央部が最大変位となるように振動させた場合、振動装置は、透光体の表面に付着した雨滴を透光体の中央部に移動させて霧化することができる。つまり、振動装置で透光体を振動させることにより透光体の変位の大きい位置が親水化するので、変位の小さい位置にある雨滴を表面張力差によって変位の大きい位置に移動させることができる。しかし、振動装置で透光体を振動させて移動できる雨滴の量は、最大変位の位置からの距離と、最大変位の大きさとに依存し、雨滴（異物）を除去する能力は振動装置の振動モードにより大きく変化することになる。また、振動装置は、最大変位となる透光体の位置に雨滴（異物）が集まって来るため、集まった雨滴（異物）が霧化されるまで当該位置での視野を阻害する虞があった。【０００８】
そこで、本開示の目的は、透光体の視野を保ちつつ、透光体に付着した異物を除去することができる振動装置、および振動装置を備える撮像ユニットを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の一形態に係る振動装置は、所定の波長の光を透過する透光体と、一方の端で透光体を保持する第１筒状体と、第１筒状体の他方の端を支持する板状のバネ部と、第１筒状体を支持する位置の外側にあるバネ部の位置を一方の端で支持する第２筒状体と、第２筒状体の側面に配設し、第２筒状体の貫通方向に対して垂直な方向に振動する複数の振動体と、を備える。【００１０】
本開示の別の一形態に係る撮像ユニットは、上記に記載の振動装置と、透光体が視野方向となるように配置された撮像素子と、を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本開示によれば、振動装置、および振動装置を備える撮像ユニットは、透光体の視野を保ちつつ、透光体に付着した異物を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施の形態１に係る振動装置の斜視図である。
【図２】本実施の形態１に係る撮像ユニットの構成を説明するための概略図である。
【図３】本実施の形態１に係る振動装置の振動を説明するための図である。
【図４】本実施の形態１に係る振動装置における圧電素子に印加する駆動信号の周波数とインピーダンスとの関係を示す図である。
【図５】本実施の形態１に係る保護カバーの厚さの変化によるピストン振動モードの共振周波数と保護カバー振動モードの共振周波数との関係を示すグラフである。
【図６】本実施の形態２に係る振動装置において、錘なしの場合と錘ありの場合とを比較して説明するための図である。
【図７】本実施の形態２に係る振動装置において錘なしの場合と錘ありの場合とを比較した位置と変位量との関係を示すグラフである。
【図８】本実施の形態２に係る振動装置における各種振動モードについて説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本実施の形態に係る振動装置、および振動装置を備える撮像ユニットについて図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【００１４】
（実施の形態１）
以下に、本実施の形態１に係る振動装置、および振動装置を備える撮像ユニットについて図面を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態１に係る振動装置１０の斜視図である。振動装置１０は、保護カバー１１、第１筒状体１２、板バネ１３、第２筒状体１４、および圧電素子１５を含んでいる。
【００１５】
保護カバー１１は、ドーム状の形状を有している。保護カバー１１は、所定の波長の光を透過する透光体として透明部材で形成される。保護カバー１１の端部は、円筒状の第１筒状体１２の端部で保持されている。第１筒状体１２は、保護カバー１１側と反対側で弾性変形するバネ部としての板バネ１３により支持されている。板バネ１３は、円筒状の第１筒状体１２の底面を支持し、支持した位置から外側に向かって延伸している。板バネ１３は、第１筒状体１２の周囲を矩形状に囲むように延伸している。
【００１６】
板バネ１３は、第１筒状体１２を支持する位置の外側にある位置で第２筒状体１４により支持されている。第２筒状体１４は、角筒状の形態である。第２筒状体１４の４側面の各々には、矩形状の圧電素子１５が配設されている。圧電素子１５は、第２筒状体１４の貫通方向（図中、上下方向）に対して垂直な方向（図中、左右方向、または前後方向）に振動する振動体である。圧電素子１５は、第２筒状体１４の４側面に配設されているのではなく対向する２面にのみ配設されるようにしてもよい。
【００１７】
第１筒状体１２、板バネ１３、および第２筒状体１４は、一体的に形成される。第１筒状体１２、板バネ１３、および第２筒状体１４は、たとえば、金属や合成樹脂からなる。なお、第１筒状体１２、板バネ１３、および第２筒状体１４を別体で形成してもよいし、別部材で形成してもよい。保護カバー１１と第１筒状体１２との接合方法は、特に問わない。保護カバー１１と第１筒状体１２とを、接着剤、溶着、嵌合、圧入、などで接合してもよい。
【００１８】
本実施の形態では、保護カバー１１がガラスからなる。もっとも、ガラスに限らず、透明なプラスチックスなどの樹脂により構成されていてもよい。あるいは、透光性のセラミックスにより構成されていてもよい。もっとも、用途によっては、強化ガラスを用いることが好ましい。それによって、強度を高めることができる。樹脂の場合、保護カバー１１は、アクリル、シクロオレフィン、ポリカーボネート、ポリエステルなどが考えられる。さらに、保護カバー１１は、表面に、強度を高めるために、ＤＬＣなどからなるコーティング層が形成されていてもよく、表面の防汚や雨滴の除去などを目的に、親水膜、撥水膜、親油、撥油などのコーティング層を形成してもよい。
【００１９】
保護カバー１１のドーム状の形状は、半球状の形状に限定されるものではない。半球に、円筒を連ねた形状や、半球よりも小さい曲面形状などを有していてもよい。保護カバー１１は、平板でもよい。保護カバー１１を透過する光は、可視光か不可視光かは問わない。保護カバー１１は、単なるガラス製のカバーであっても、凹レンズ、凸レンズ、平面レンズなどの光学部品で構成してもよい。
【００２０】
圧電素子１５は、例えば、厚み方向において分極することで振動する。圧電素子１５は、チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスからなる。もっとも、（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３などの他の圧電セラミックスが用いられてもよい。さらにＬｉＴａＯ３などの圧電単結晶が用いられてもよい。
【００２１】
図２は、本実施の形態１に係る撮像ユニット１００の構成を説明するための概略図である。図２の振動装置１０は、図１の振動装置１０を保護カバー１１に対して第２筒状体１４の側面と垂直な方向に中央で切断した断面図である。撮像ユニット１００は、例えば車両の前方、後方などに取り付けられ、被撮像物を撮像するユニットである。なお、撮像ユニット１００が取り付けられる場所は、車両に限られず、船舶、航空機などの他の装置に取り付けられてもよい。
【００２２】
撮像ユニット１００は、振動装置１０と、振動装置１０内に収納された撮像素子としてのカメラ１とを含んでいる。カメラ１は、ベース部材３に固定された本体部材５の上端部に固定されている。振動装置１０は、ベース部材３に固定された支持部材４により支持されている。
【００２３】
撮像ユニット１００は、車両などに取り付けて屋外で使用する場合、カメラ１の視野方向に配置され外部を覆う保護カバー１１に雨滴、泥、塵埃等の異物が付着することがある。振動装置１０は、保護カバー１１に付着した雨滴等の異物を除去するため振動を発生させることができる。
【００２４】
振動装置１０は、振動を発生させる信号を送信する励振回路２を備えている。励振回路２は、複数の振動体として駆動する圧電素子１５と接続されている。圧電素子１５は、励振回路２からの信号に基づいて第２筒状体１４を振動させる。第２筒状体１４への振動が、第１筒状体１２を振動させる。振動装置１０では、第１筒状体１２を振動させることで保護カバー１１が振動して、保護カバー１１に付着した雨滴等の異物が除去される。
【００２５】
励振回路２は、第２筒状体１４の内側方向に振動させるタイミングが同相となるように複数の圧電素子１５を駆動し、第１筒状体１２を貫通方向に振動させる。
【００２６】
図２に示すように、第１筒状体１２の厚みは、板バネ１３や第２筒状体１４の厚みと比べて薄くなっている。第１筒状体１２の厚みは、第１筒状体１２を支持する板バネ１３の位置から第２筒状体１４で支持される板バネ１３の位置までの長さより短くなっている。
【００２７】
図３は、本実施の形態１に係る振動装置１０の振動を説明するための図である。図３（ａ）では、振動装置１０が圧電素子１５の振動により第１筒状体１２を略均一に上下に変位させる振動モード（ピストン振動モード）で共振する場合について説明する。ピストン振動モードは、板バネ振動モードともいう。図３（ｂ）では、振動装置１０が圧電素子１５の振動により保護カバー１１の中央部が最大変位となる振動モード（以下、保護カバー振動モードともいう）で共振する場合について説明する。図３では、振動を開始する前の振動装置１０の基準位置を破線で示し、変位後の振動装置１０の位置を実線で示す。
【００２８】
図３（ａ）では、振動装置１０が対向する側面に設けた圧電素子１５を互いに内側方向または外側方向に振動させる。振動装置１０は、圧電素子１５が互いに外側方向に振動することで、第２筒状体１４が外側方向に変位し、第１筒状体１２を支持している板バネ１３の位置が下側に沈み込む。板バネ１３の位置が下側に沈み込むことで、第１筒状体１２の全体が下方に変位することになり、第１筒状体１２に保持されている保護カバー１１も全体に下方に変位する。
【００２９】
図示していないが、圧電素子１５が互いに内側方向に振動することで、第２筒状体１４が内側方向に変位し、第１筒状体１２を支持している板バネ１３の位置が上側にせり上がる。板バネ１３の位置が上側にせり上がることで、第１筒状体１２の全体が上方に変位することになり、第１筒状体１２に保持されている保護カバー１１も全体に上方に変位する。そのため、保護カバー１１は、圧電素子１５の振動により保護カバー１１自体がほぼ変形することなく全体が均一に上下方向に変位する。
【００３０】
図３（ｂ）では、図３（ａ）よりも高周波数のときに発生する振動について示している。圧電素子１５が互いに内側方向に図３（ａ）よりも高い周波数で振動することで、第２筒状体１４が内側方向に変位するとともに、板バネ１３を介して第１筒状体１２を内側に変位させる。第１筒状体１２を内側に変位させることで保護カバー１１も両端が内側に変位する。保護カバー１１の両端が内側に変位することで、保護カバー１１の中央部が上方向に最大変位となるように保護カバー１１が振動する。
【００３１】
図示していないが、圧電素子１５が互いに外側方向に振動することで、第２筒状体１４が外側方向に変位するとともに、板バネ１３を介して第１筒状体１２を外側に変位させる。第１筒状体１２を外側に変位させることで保護カバー１１も両端が外側に変位する。保護カバー１１の両端が外側に変位することで、保護カバー１１の中央部が下方向に最大変位となるように保護カバー１１が振動する。そのため、保護カバー１１は、圧電素子１５を振動させることにより保護カバー１１の中央部が最大変位となるように振動する。
【００３２】
図３で示したように、圧電素子１５の振動周波数を変更することで振動モードを変更することができる。すなわち、振動装置１０は、励振する周波数によって、複数の異なる振動モード（例えば、２つの振動モード）で振動させることができる構造である。ここで、振動装置１０を励振する周波数は、圧電素子１５に印加する駆動信号の周波数を変更することで調整することができる。
【００３３】
図４は、本実施の形態１に係る振動装置１０における圧電素子１５に印加する駆動信号の周波数とインピーダンスとの関係を示す図である。図４の位置Ｐで示す部分から分かるように、圧電素子１５の共振周波数が約３６ｋＨｚ辺りで圧電素子１５のインピーダンスが大きく変化している。位置Ｐは、前述の図３（ａ）で示したようにピストン振動モードで保護カバー１１を振動させる駆動信号の周波数を示している。図４の位置Ｑで示す部分から分かるように、位置Ｐの周波数より高い、圧電素子１５の共振周波数が約４７ｋＨｚ辺りで圧電素子１５のインピーダンスが大きく変化している。位置Ｑは、前述の図３（ｂ）で示したように保護カバー１１の中央部が最大変位となる振動の駆動信号の周波数を示している。
【００３４】
振動装置１０は、図４で示したように、圧電素子１５に印加する駆動信号の周波数により振動装置１０の振動モードを変更することができる。ピストン振動モードの共振周波数約３６ｋＨｚに対して、保護カバー振動モードの共振周波数は約４７ｋＨｚと高い。しかし、ピストン振動モードの共振周波数と、保護カバー振動モードの共振周波数とが近くなると、振動装置１０は、ピストン振動モードのみで保護カバー１１を振動させることができなくなる。ここで、ピストン振動モードの共振周波数と、保護カバー振動モードの共振周波数との関係は、振動装置１０の構造により変化する。特に、保護カバー１１の厚さにより、ピストン振動モードの共振周波数と、保護カバー振動モードの共振周波数との関係は大きく変化する。
【００３５】
図５は、本実施の形態１に係る保護カバー１１の厚さの変化によるピストン振動モードの共振周波数と保護カバー振動モードの共振周波数との関係を示すグラフである。図５では、図４の位置Ｐのピストン振動モードによる板バネ振動の共振周波数と、位置Ｑの保護カバーモードによる保護カバー振動の共振周波数とがプロットされている。図５では、保護カバー１１をドーム状でなく平板として厚さを変化させ、ピストン振動モードの共振周波数で振動装置１０を振動させた場合の保護カバー１１の中央部変位および周辺部変位の変化を示す。ピストン振動モードの共振周波数は、図５から分かるように保護カバー１１の厚みが増すに連れて緩やかに下がっている。一方、保護カバー振動モードの共振周波数は、保護カバー１１の厚みが増すに連れて上がっている。
【００３６】
保護カバー１１の厚みが約１．３５ｍｍのときに保護カバー振動モードの共振周波数がピストン振動モードの共振周波数と略同じになっている。つまり、振動装置１０は、保護カバー１１の厚みが約１．３５ｍｍのとき、保護カバー振動モードとピストン振動モードとを分離して駆動することができない。共振周波数が略同じとなる点の前後において、保護カバー１１の中央部変位は、保護カバー１１の厚みとともに増加していた変位が急激に減少する。また、この点の前後において、保護カバー１１の周辺部変位は、保護カバー１１の厚みとともに緩やかに増加していた変位が急激に増加する。保護カバー１１の厚みが約１．３５ｍｍよりも厚い領域では、保護カバー振動モードの共振周波数が、ピストン振動モードの共振周波数よりも高い値となる。なお、前述の例では保護カバー１１の厚みを変更して保護カバー振動モードの共振周波数がピストン振動モードの共振周波数よりも大きくなるように構成したが、保護カバー１１、第１筒状体１２、板バネ１３、および第２筒状体１４は、保護カバー振動モードの共振周波数がピストン振動モードの共振周波数よりも大きくなるように構成されていればよい。
【００３７】
図５から分かるように、保護カバー振動モードの共振周波数が、ピストン振動モードの共振周波数よりも高くなる領域では、保護カバー１１の中央部変位と周辺部変位とが同じ変位に収束し、保護カバー１１の全体が変位する。つまり、当該領域では、振動装置１０は、図３（ａ）で示したようなピストン振動モードで保護カバー１１を振動させることができる。特に、図５の破線Ａより右側の領域では、保護カバー１１の中央部変位と周辺部変位とが単位電圧当たりの変位量が約−５００（ｎｍ／１Ｖ）辺りで収束する。破線Ａの保護カバー１１の厚みは約１．７５ｍｍである。また、破線Ａの保護カバー振動モードの共振周波数は、ピストン振動モードの共振周波数の約１．２倍である。保護カバー振動モードの共振周波数が、ピストン振動モードの共振周波数の約１．２倍以上となる場合において、振動装置１０は、ピストン振動モードで保護カバー１１を振動させることができる。破線Ａより右側の領域では、保護カバー振動モードの共振周波数が、ピストン振動モードの共振周波数の約１．２倍以上であるので、振動装置１０は、ピストン振動モードで保護カバー１１を振動させやすくなる。なお、前述の例では保護カバー１１の厚みを変更して保護カバー振動モードの共振周波数がピストン振動モードの共振周波数の１．２倍となるように構成したが、保護カバー１１、第１筒状体１２、板バネ１３、および第２筒状体１４は、保護カバー振動モードの共振周波数がピストン振動モードの共振周波数の１．２倍となるように構成されていればよい。
【００３８】
図５に示すように、保護カバー１１の厚みが２．５ｍｍ以上のときにより保護カバー１１の中央部変位と周辺部変位との変位差が略同じになる。このとき、保護カバー振動モードの共振周波数は、ピストン振動モードの共振周波数の約１．３倍となる。
【００３９】
以上のように、本実施の形態１に係る振動装置１０では、所定の波長の光を透過する保護カバー１１と、一方の端で保護カバー１１を保持する第１筒状体１２と、第１筒状体１２の他方の端を支持する板状の板バネ１３と、第１筒状体１２を支持する位置の外側にある板バネ１３の位置を一方の端で支持する第２筒状体１４と、第２筒状体１４の側面に配設し、第２筒状体１４の貫通方向に対して垂直な方向に振動する複数の圧電素子１５と、を備える。
【００４０】
これにより、本実施の形態１に係る振動装置１０は、ピストン振動モードにより保護カバー１１を振動させることが可能となるため、保護カバー１１の視野を保ちつつ、保護カバー１１に付着した異物を除去することができる。
【００４１】
振動装置１０は、保護カバー１１、第１筒状体１２、板バネ１３、および第２筒状体１４は、保護カバー振動モードの共振周波数がピストン振動モードの共振周波数よりも大きくなるように構成され、複数の圧電素子１５を駆動する励振回路２をさらに備えている。励振回路２は、保護カバー１１の共振周波数（保護カバー振動モードの共振周波数）が板バネ１３の共振周波数（ピストン振動モードの共振周波数）の１．２倍以上ある共振系において、保護カバー１１の共振（保護カバー振動）と板バネ１３の共振（ピストン振動）とを選択的に励振することができる。すなわち、振動装置１０では、保護カバー振動モードとピストン振動モードとを選択的に振動モードを切り替えることができる。これにより、振動装置１０は、保護カバー振動モードを用いると、保護カバー１１に付着した異物を保護カバー１１の中央に集めて霧化させることができ、ピストン振動モードを用いると、保護カバー１１に付着した異物を周辺部も含めてその場で一度に霧化させることができる。つまり、振動装置１０では、用途に合わせて振動モードを使い分けることにより、保護カバー１１の視野を保ちつつ、保護カバー１１に付着した異物を除去することができる。さらに、励振回路２は、第２筒状体１４の振動方向に対して垂直方向に第１筒状体１２が振動するように複数の圧電素子１５を駆動する。これにより、保護カバー１１の視野を保ちつつ、保護カバー１１に付着した異物を除去することができる。
【００４２】
保護カバー１１は、ドーム状の形状である。また、第１筒状体１２の厚みは、第１筒状体１２を支持する板バネ１３の位置から第２筒状体１４で支持される板バネ１３の位置までの長さより短い。これにより、保護カバー１１の視野を保ちつつ、保護カバー１１に付着した異物を除去することができる。
【００４３】
（実施の形態２）
実施の形態１に係る振動装置１０では、ドーム状の保護カバー１１をピストン振動モードで振動することを説明した。本実施の形態では、保護カバーを板状の形状の平板としてピストン振動モードで振動させた場合の振動装置について説明する。さらに、本実施の形態では、保護カバーを板状とするとともに、保護カバーを傾けてピストン振動モードで振動させた場合の振動装置について説明する。なお、本実施の形態２に係る振動装置は、図１に示した振動装置１０と同様の構成を有しており、同じ構成については、同じ符号を付して詳細な説明は繰り返さない。
【００４４】
本実施の形態では、保護カバーを傾けてピストン振動モードで振動させるために、板バネの一部に錘を配設している。板バネの一部に錘を配設しない場合、本実施の形態に係る振動装置は、図３（ａ）で示したように保護カバー自体がほぼ変形することなく全体が均一に上下方向に変位する。具体的に、図６は、本実施の形態２に係る振動装置１０Ａ，１０Ｂにおいて、錘なしの場合と錘ありの場合とを比較して説明するための図である。図６（ａ）は、板状の保護カバー１１Ａを用い、板バネ１３に錘３０を配設していない振動装置１０Ａを示す。図６（ｂ）は、振動装置１０Ａの振動の様子を示すための断面図である。図６（ｃ）は、板状の保護カバー１１Ａを用い、板バネ１３の端部に錘３０を配設した振動装置１０Ｂを示す。図６（ｄ）は、振動装置１０Ｂの振動の様子を示すための断面図である。
【００４５】
図６（ａ）に示す錘３０がない振動装置１０Ａは、実施の形態１の振動装置１０と比べ、保護カバーがドーム状か板状かという違い以外は同じである。図６（ｂ）では、振動装置１０Ａが対向する側面に設けた圧電素子１５を互いに内側方向または外側方向に振動させる。振動装置１０Ａは、圧電素子１５が互いに外側方向に振動することで、第２筒状体１４が外側方向に変位し、第１筒状体１２を支持している板バネ１３の位置が下側に沈み込む。板バネ１３の位置が下側に沈み込むことで、第１筒状体１２の全体が下方に変位することになり、第１筒状体１２に保持されている保護カバー１１Ａも全体に下方に変位する。
【００４６】
図示していないが、圧電素子１５が互いに内側方向に振動することで、第２筒状体１４が内側方向に変位し、第１筒状体１２を支持している板バネ１３の位置が上側にせり上がる。板バネ１３の位置が上側にせり上がることで、第１筒状体１２の全体が上方に変位することになり、第１筒状体１２に保持されている保護カバー１１Ａも全体に上方に変位する。そのため、保護カバー１１Ａは、圧電素子１５の振動により保護カバー１１Ａ自体がほぼ変形することなく全体が均一に上下方向に変位する。
【００４７】
図６（ｃ）に示す錘３０がある振動装置１０Ｂは、錘３０がない振動装置１０Ａと比べ、板バネ１３の上面に錘３０が付いているか付いていないかという違い以外は構成が同じである。なお、錘３０の位置は、板バネ１３の下面の位置でもよい。図６（ｄ）では、振動装置１０Ｂが対向する側面に設けた圧電素子１５を互いに内側方向または外側方向に振動させる。振動装置１０Ｂは、圧電素子１５が互いに外側方向に振動することで、第２筒状体１４が外側方向に変位し、第１筒状体１２を支持している板バネ１３の位置が下側に沈み込む。このとき、錘３０が配設されていない側の板バネ１３の方が、錘３０が配設されている側の板バネ１３よりも大きく変位するため、錘３０が配設されていない側の板バネ１３の方がより下側に沈み込む。これにより、第１筒状体１２は、錘３０が配設されていない側に傾いて沈み込む。保護カバー１１Ａは、第１筒状体１２の変位差により、全体が均一に変位する平衡な状態から、右下がりに変位する非平衡な状態となる。
【００４８】
図示していないが、圧電素子１５が互いに内側方向に振動することで、第２筒状体１４が内側方向に変位し、第１筒状体１２を支持している板バネ１３の位置が上側にせり上がる。このとき、錘３０が配設されていない側の板バネ１３の方が、錘３０が配設されている側の板バネ１３よりも大きく変位するため、錘３０が配設されていない側の板バネ１３の方がより上側にせり上がる。これにより、第１筒状体１２は、錘３０が配設されていない側に傾いて上側にせり上がる。保護カバー１１Ａは、第１筒状体１２の変位差により、全体が均一に変位する平衡な状態から、右上がりに変位する非平衡な状態となる。
【００４９】
図７は、本実施の形態２に係る振動装置において錘なしの場合と錘ありの場合とを比較した保護カバー１１Ａの面内での位置と変位量との関係を示すグラフである。０ｍｍの位置は、図６（ｂ），（ｄ）における保護カバー１１Ａの左端の位置である。図７においては、圧電素子１５を互いに外側方向に振動させた状態の保護カバー１１Ａの変位量を示している。図７に示すように、錘３０がない振動装置１０Ａは、図６（ｂ）における中央の変位量が左右の端の変位量よりも絶対値が僅かに大きくなっているが、略均一に保護カバー１１Ａが下側に変位している。一方、錘３０がある合は、図６（ｄ）における錘３０が配設されている側の変位量が錘３０がない場合の変位量よりも絶対値が小さくなっている。そして、錘３０がある振動装置１０Ｂは、保護カバー１１Ａの右端に向かうに連れて変位量の絶対値が大きくなり、位置が約１２．５ｍｍを超える辺りからは錘３０がない場合を超える絶対値が大きい変位量となっている。
【００５０】
図示はしないが、保護カバー１１Ａの変位量は、圧電素子１５を互いに内側方向に振動させると、図７に示したグラフを正の方向に反転させたグラフとなる。このような関係により、錘３０がない振動装置１０Ａは、雨滴等の異物をほぼ移動させることなくその場で霧化することができる。錘３０がある振動装置１０Ｂは、保護カバー１１Ａを傾けて上下方向に振動させることで、雨滴等の異物を保護カバー１１Ａから排出しつつ、保護カバー１１Ａに残った雨滴等の異物を霧化する。このように、振動装置１０Ａ，１０Ｂは、同じピストン振動モードによる振動を発生させる場合であっても、錘３０の有無により雨滴等を移動させることが可能となる。これにより、撮像ユニットは、振動装置の内部に配置する撮像素子の特性に合わせた振動を錘３０の有無で変更することができる。
【００５１】
図８は、本実施の形態２に係る振動装置１０Ａ，１０Ｂにおける各種振動モードについて説明するための概略図である。図８（ａ），（ｂ）は、錘３０が配設されていない振動装置１０Ａを示す図であり、図８（ｃ）は、錘３０が配設されている振動装置１０Ｂを示す図である。図８において、第２筒状体１４の内側方向に振動させるタイミングは、図８（ａ），（ｃ）が同相となるタイミング、図８（ｂ）が逆相となるタイミングである。
【００５２】
図８（ａ）は、圧電素子１５の第２筒状体１４への同相の振動により第１筒状体１２を略均一に上下に変位させることで保護カバー１１Ａを略均一に上下に変位させるピストン振動モードによる振動を示している。図８（ｂ）は、圧電素子１５の第２筒状体１４への逆相の振動により第１筒状体１２の一方を降下させるとともに他方を上昇させ、一方を上昇させるとともに他方を下降させるように交互に変位させる。このように、振動装置１０Ａは、一方の圧電素子１５の振動方向が外側のときに他方の圧電素子１５の振動方向が内側となる逆相で振動させると、保護カバー１１Ａの端が交互に上下するシーソー振動モードでの振動となる。図８（ｃ）は、板バネ１３の一方に錘３０を配設し、圧電素子１５の第２筒状体１４への同相の振動により第１筒状体１２の一方の端を大きく変位させる非平衡な状態の振動を示している。なお、本実施の形態で説明した錘３０の構成を、実施の形態１に係る振動装置１０に適用することもできる。
【００５３】
以上のように、本実施の形態２に係る振動装置では、保護カバー１１Ａが板状の形状である。図８（ａ）に示すように、励振回路２は、第２筒状体１４の内側方向に振動させるタイミングが同相となるように複数の圧電素子１５を駆動し、第１筒状体１２を貫通方向に振動させる。このとき、保護カバー１１Ａは、ピストン振動モードにより振動する。これにより、振動装置１０Ａ，１０Ｂは、保護カバー１１Ａの視野を保ちつつ、保護カバー１１Ａに付着した異物を除去することができる。
【００５４】
なお、図８（ｂ）に示すように、励振回路２は、第２筒状体１４の内側方向に振動させるタイミングが逆相となるように複数の圧電素子１５を駆動し、第１筒状体１２を貫通方向に振動させることができる。これにより、保護カバー１１Ａは、シーソーモードにより振動する。これにより、振動装置１０Ａは、位相を逆転することで、異なるモードによる振動とすることができる。
【００５５】
図８（ｃ）に示すように、振動装置１０Ｂは、板バネ１３の一部に錘３０を付加するようにしてもよい。これにより、保護カバー１１Ａは、非平衡ピストン振動モードにより振動する。錘３０を一部に配設する簡易な形状の変化により保護カバー１１Ａを非平衡に振動させることが可能となる。
【００５６】
（その他の変形例）
前述の実施の形態に係る振動装置１０，１０Ａ，１０Ｂでは、保護カバー１１，１１Ａ、第１筒状体１２が第１筒状体１２を貫通方向に見て円形状であり、板バネ１３、第２筒状体１４が第１筒状体１２を貫通方向に見て矩形状であった。しかし、保護カバー１１，１１Ａ、第１筒状体１２、板バネ１３、および第２筒状体１４のうち少なくとも１つが、第１筒状体１２を貫通方向から見て円形状であるようにしてもよい。また、保護カバー１１，１１Ａ、第１筒状体１２、板バネ１３、および第２筒状体１４のうち少なくとも１つが、第１筒状体１２を貫通方向から見て矩形状であるようにしてもよい。
【００５７】
前述の実施の形態に係る振動装置１０Ｂでは、板バネ１３に対して錘３０を付加していた。しかし、保護カバー１１Ａ、第１筒状体１２、第２筒状体１４、板バネ１３および圧電素子１５の少なくとも一つに対して、一部に錘３０を付加するようにしてもよい。
【００５８】
前述の実施の形態に係る振動装置１０Ｂでは、錘３０に換えて、保護カバー１１Ａ、第１筒状体１２、第２筒状体１４、板バネ１３および圧電素子１５の少なくとも一つに対して、一部を切り欠く切欠部を設けてもよい。また、切欠部ではなく、穴部を設けるようにしてもよい。これにより、振動装置１０Ｂは、保護カバー１１Ａの一方の端を大きく変位させる非平衡な状態での振動が可能となる。
【００５９】
前述の実施の形態に係る撮像ユニット１００は、カメラ、ＬｉＤＡＲ，Ｒａｄｅｒなどを含んでもよい。また、複数の撮像ユニットを並べて配置するようにしてもよい。
【００６０】
前述の実施の形態に係る撮像ユニット１００は、車両に設けられる撮像ユニットに限定されず、振動装置と、透光体が視野方向となるように配置された撮像素子と、を備え、透光体への異物を除去する必要があるどのような撮像ユニットに対しても同様に適用することができる。
【００６１】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６２】
１  撮像素子、２  励振回路、１０  振動装置、１１  保護カバー、１２  第１筒状体、１３  板バネ、１４  第２筒状体、１５  圧電素子、１００  撮像ユニット。
【要約】
振動装置（１０）では、所定の波長の光を透過する保護カバー（１１）と、一方の端で保護カバー（１１）を保持する第１筒状体（１２）と、第１筒状体（１２）の他方の端を支持する板状の板バネ（１３）と、第１筒状体（１２）を支持する位置の外側にある板バネ（１３）の位置を一方の端で支持する第２筒状体（１４）と、第２筒状体（１４）の側面に配設し、第２筒状体（１４）の貫通方向に対して垂直な方向に振動する複数の圧電素子（１５）と、を備える。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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