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JP7111258B2 - 振動装置及び振動制御方法 - Google Patents

振動装置及び振動制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、振動によって液滴などを除去する振動装置及び振動制御方法に関する。
特許文献１には、映像監視を行う上で障害になるドーム型カバーへの水滴の付着を抑えるドーム型監視カメラシステムが開示されている。特許文献１に記載のカメラシステムは、ドーム型カバーに水滴または水膜が付着したと判定した場合、振動デバイスを振動させることによってドームカバー部分に付着した水滴を除去している。
特開２０１２－１３８７６８号公報
特許文献１に記載のシステムでは、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という点で未だ改善の余地がある。
本発明の一態様の振動装置は、
所定の波長の光を透過する透光体と、
一端及び他端を有する筒状に形成され、前記一端で前記透光体を支持する第１筒状体と、
前記第１筒状体の前記他端を支持する板状のバネ部と、
一端及び他端を有する筒状に形成され、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前記一端で支持する第２筒状体と、
前記第２筒状体の前記他端側に配置され、前記第２筒状体の貫通方向に振動する振動体と、
を備え、
前記透光体は、前記第１筒状体によって支持される部分よりも内側に位置する本体部と、前記本体部から前記透光体の外周方向へ延び、前記第１筒状体によって支持される部分よりも外側に突出する突出部と、を有し、
前記突出部のもつ慣性モーメントから算出される等価質量と前記本体部の重量との比は、０．８以上１．２以下であり、
前記透光体、前記第１筒状体、前記バネ部及び前記第２筒状体は、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る。
本発明の一態様の振動装置は、
所定の波長の光を透過する透光体と、
一端及び他端を有する筒状に形成され、前記一端で前記透光体を支持する第１筒状体と、
前記第１筒状体の前記他端を支持する板状のバネ部と、
一端及び他端を有する筒状に形成され、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前記一端で支持する第２筒状体と、
前記第２筒状体の前記他端側に配置され、前記第２筒状体の貫通方向に振動する振動体と、
を備え、
前記透光体は、前記第１筒状体によって支持される部分よりも内側に位置する本体部と、前記本体部から前記透光体の外周方向へ延び、前記第１筒状体によって支持される部分よりも外側に突出する突出部と、を有し、
前記突出部の重量と前記本体部の重量との比は、０．８以上１．２以下であり、
前記透光体、前記第１筒状体、前記バネ部及び前記第２筒状体は、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る。
本発明の一態様の振動制御方法は、
所定の波長の光を透過する透光体と、一端及び他端を有する筒状に形成され、前記一端で前記透光体を支持する第１筒状体と、前記第１筒状体の前記他端を支持する板状のバネ部と、一端及び他端を有する筒状に形成され、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前記一端で支持する第２筒状体と、前記第２筒状体の前記他端側に配置され、前記第２筒状体の貫通方向に振動する振動体と、を備え、前記透光体は、前記第１筒状体によって支持される部分よりも内側に位置する本体部と、前記本体部から前記透光体の外周方向へ延び、前記第１筒状体によって支持される部分よりも外側に突出する突出部と、を有する振動装置を準備するステップ、
前記振動体を振動させるステップ、
を含み、
前記準備するステップは、前記突出部のもつ慣性モーメントから算出される等価質量と前記本体部の重量との比を０．８以上１．２以下とし、前記透光体、前記第１筒状体、前記バネ部及び前記第２筒状体を、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すること、を有する。
本発明の一態様の振動制御方法は、
所定の波長の光を透過する透光体と、一端及び他端を有する筒状に形成され、前記一端で前記透光体を支持する第１筒状体と、前記第１筒状体の前記他端を支持する板状のバネ部と、一端及び他端を有する筒状に形成され、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前記一端で支持する第２筒状体と、前記第２筒状体の前記他端側に配置され、前記第２筒状体の貫通方向に振動する振動体と、を備え、前記透光体は、前記第１筒状体によって支持される部分よりも内側に位置する本体部と、前記本体部から前記透光体の外周方向へ延び、前記第１筒状体によって支持される部分よりも外側に突出する突出部と、を有する振動装置を準備するステップ、
前記振動体を振動させるステップ、
を含み、
前記準備するステップは、前記突出部の重量と前記本体部の重量との比を０．８以上１．２以下とし、前記透光体、前記第１筒状体、前記バネ部及び前記第２筒状体を、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すること、を有する。
本発明によれば、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及び振動制御方法を提供することができる。
本発明に係る実施の形態１の振動装置の一例を示す概略斜視図である。 本発明に係る実施の形態１の振動装置の構成の一例を示す概略図である。 本発明に係る実施の形態１の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２の振動装置を拡大した概略拡大図である。 図２の振動装置の概略平面図である。 図１の振動装置を備える撮像ユニットの構成の一例を示す概略図である。 図１の振動装置の動作の一例を示す概略図である。 比較例１の振動装置の動作の一例を示す概略図である。 実施例１における保護カバーの中心からの距離の変化に対する変位量の変化を示すグラフである。 実施例２における保護カバーの中心からの距離の変化に対する変位量の変化を示すグラフである。 実施例３における保護カバーの中心からの距離の変化に対する変位量の変化を示すグラフである。 突出部の外側の半径を変化させた場合における、保護カバーの中心からの距離と変位量との関係の一例を示すグラフである。 突出部に取り付けた錘の厚さを変化させた場合における、保護カバーの中心からの距離と変位量との関係の一例を示すグラフである。 突出部の外側の半径、突出部の突出量及び重量比率との関係の一例を示すグラフである。 厚みが一定の保護カバーを備える振動装置の一例の概略拡大図である。 突出部の厚みが部分的に異なる保護カバーを備える振動装置の一例の概略拡大図である。 本発明に係る実施の形態１の振動制御方法の一例のフローチャートである。 本発明に係る実施の形態１の振動制御方法の別例のフローチャートである。 本発明に係る実施の形態２の振動装置の構成の一例を示す概略図である。 図１３の振動装置の動作の一例を拡大して示す概略拡大図である。 実施例４における保護カバーの中心からの距離の変化に対する変位量の変化を示すグラフである。 本発明に係る実施の形態３の振動装置の一例を示す概略斜視図である。 本発明に係る実施の形態３の振動装置の構成の一例を示す概略図である。 図１７の振動装置の動作の一例を拡大して示す概略拡大図である。 本発明に係る実施の形態４の振動装置の一例を示す概略斜視図である。 本発明に係る実施の形態５の振動装置の一例を示す概略図である。 本発明に係る実施の形態６の振動装置の一例を示す概略図である。 本発明に係る実施の形態６の変形例の振動装置を示す概略図である。 本発明に係る実施の形態７の振動装置の一例を示す概略図である。
（本発明に至った経緯）
車両の前部や後部に撮像素子などを備える撮像ユニットを設けた車両では、撮像ユニットで取得した画像を利用して安全装置を制御したり、自動運転制御を行っている。このような撮像ユニットは、車外に配置される場合がある。この場合、撮像ユニットの外装に保護カバー又はレンズなどの透光体を配置する。
このため、透光体に雨滴（液滴）、泥、塵埃などの異物が付着することがある。透光体に異物が付着すると、撮像ユニットで取得した画像に、異物が映り込み、鮮明な画像が得られなくなる場合がある。
近年、透光体を振動させることによって透光体に付着した異物を除去する振動装置が開発されている。透光体を振動させると、透光体において変位が小さい位置から変位が大きい位置へ液滴が表面張力の差によって移動する。透光体は、その外周を保持されることが多い。このため、透光体を振動させると、透光体の中央部が最大変位量となりやすく、透光体の中央に液滴が集まりやすい。そこで、透光体の中央部で液滴を霧化する振動装置も提案されている。
しかしながら、透光体の中央部に液滴が移動すると、透光体の中央部の視野が妨げられる場合がある。このため、透光体の中央部の視野を保ちつつ、透光体に付着した液滴（異物）を除去することが求められている。
本発明者らは、鋭意検討したところ、透光体、第１筒状体、バネ部、第２筒状体及び振動体を備える振動装置において、透光体に第１筒状体から突出する突出部を設け、透光体、第１筒状体、バネ部及び第２筒状体を透光体の共振周波数がバネ部の共振周波数よりも大きくなるように構成を見出した。この振動装置においては、透光体の突出部によって透光体の中央部の変位をキャンセルし、透光体の中央部よりも透光体の周辺部の変位量を大きくしている。これにより、透光体の中央部から周辺部に液滴を移動させて液滴を除去することができる。
本発明の第１態様の振動装置は、
所定の波長の光を透過する透光体と、
一端及び他端を有する筒状に形成され、前記一端で前記透光体を支持する第１筒状体と、
前記第１筒状体の前記他端を支持する板状のバネ部と、
一端及び他端を有する筒状に形成され、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前記一端で支持する第２筒状体と、
前記第２筒状体の前記他端側に配置され、前記第２筒状体の貫通方向に振動する振動体と、
を備え、
前記透光体は、前記第１筒状体によって支持される部分よりも内側に位置する本体部と、前記本体部から前記透光体の外周方向へ延び、前記第１筒状体によって支持される部分よりも外側に突出する突出部と、を有し、
前記突出部のもつ慣性モーメントから算出される等価質量と前記本体部の重量との比は、０．８以上１．２以下であり、
前記透光体、前記第１筒状体、前記バネ部及び前記第２筒状体は、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る。
このような構成により、透光体の本体部の変位量よりも突出部の変位量を大きくすることができ、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。
前記第１態様の振動装置において、前記突出部を形成する材料は、前記本体部を形成する材料と異なる。
このような構成により、突出部を形成する材料によって突出部の重量を調整することができる。
前記第１態様の振動装置において、前記突出部は、１つ又は複数の錘を有していてもよい。
このような構成により、錘によって突出部の重量を調整することができる。
前記第１態様の振動装置において、前記振動体は、
前記第２筒状体の前記他端から外側に伸びる板状の振動板と、
前記振動板の上面又は下面に設けられる圧電素子と、
を有していてもよい。
このような構成により、透光体の視野をより鮮明に保ちつつ、透光体に付着した異物を除去することができる。
前記第１態様の振動装置において、前記振動体は、
前記第２筒状体の前記他端から内側に伸びる板状の振動板と、
前記振動板の上面又は下面に設けられる圧電素子と、
を有していてもよい。
このような構成により、透光体の視野をより鮮明に保ちつつ、透光体に付着した異物を除去することができる。
前記第１態様の振動装置において、前記透光体は、円板形状又はドーム形状を有し、
前記バネ部、前記振動板及び前記圧電素子は、円環板状を有し、
前記第１筒状体及び前記第２筒状体は、円筒形状を有していてもよい。
このような構成により、透光体の視野をより鮮明に保ちつつ、透光体に付着した異物を除去することができる。
前記第１態様の振動装置において、前記振動体は、前記第２筒状体の側面に配置され、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圧電素子を有していてもよい。
このような構成により、透光体の視野をより鮮明に保ちつつ、透光体に付着した異物を除去することができる。
前記第１態様の振動装置は、さらに、前記振動体を励振する励振回路を備えていてもよい。
このような構成により、振動体を振動させることによって、透光体を振動させることができる。
本発明の第２態様の振動装置は、
所定の波長の光を透過する透光体と、
一端及び他端を有する筒状に形成され、前記一端で前記透光体を支持する第１筒状体と、
前記第１筒状体の前記他端を支持する板状のバネ部と、
一端及び他端を有する筒状に形成され、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前記一端で支持する第２筒状体と、
前記第２筒状体の前記他端側に配置され、前記第２筒状体の貫通方向に振動する振動体と、
を備え、
前記透光体は、前記第１筒状体によって支持される部分よりも内側に位置する本体部と、前記本体部から前記透光体の外周方向へ延び、前記第１筒状体によって支持される部分よりも外側に突出する突出部と、を有し、
前記突出部のもつ慣性モーメントから算出される等価質量と前記本体部の重量との比は、０．８以上１．２以下であり、
前記透光体、前記第１筒状体、前記バネ部及び前記第２筒状体は、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る。
このような構成により、透光体の本体部の変位量よりも突出部の変位量を大きくすることができ、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。
前記第２態様の振動装置において、前記突出部を形成する材料は、前記本体部を形成する材料と異なる。
このような構成により、突出部を形成する材料によって突出部の重量を調整することができる。
前記第２態様の振動装置において、前記突出部は、１つ又は複数の錘を有していてもよい。
このような構成により、錘によって突出部の重量を調整することができる。
前記第２態様の振動装置において、前記振動体は、
前記第２筒状体の前記他端から外側に伸びる板状の振動板と、
前記振動板の上面又は下面に設けられる圧電素子と、
を有していてもよい。
このような構成により、透光体の視野をより鮮明に保ちつつ、透光体に付着した異物を除去することができる。
前記第２態様の振動装置において、前記振動体は、
前記第２筒状体の前記他端から内側に伸びる板状の振動板と、
前記振動板の上面又は下面に設けられる圧電素子と、
を有していてもよい。
このような構成により、透光体の視野をより鮮明に保ちつつ、透光体に付着した異物を除去することができる。
前記第２態様の振動装置において、前記透光体は、円板形状又はドーム形状を有し、
前記バネ部、前記振動板及び前記圧電素子は、円環板状を有し、
前記第１筒状体及び前記第２筒状体は、円筒形状を有していてもよい。
このような構成により、透光体の視野をより鮮明に保ちつつ、透光体に付着した異物を除去することができる。
前記第２態様の振動装置において、前記振動体は、前記第２筒状体の側面に配置され、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圧電素子を有していてもよい。
このような構成により、透光体の視野をより鮮明に保ちつつ、透光体に付着した異物を除去することができる。
前記第２態様の振動装置は、さらに、前記振動体を励振する励振回路を備えていてもよい。
このような構成により、振動体を振動させることによって、透光体を振動させることができる。
本発明の第３態様の振動制御方法は、
所定の波長の光を透過する透光体と、一端及び他端を有する筒状に形成され、前記一端で前記透光体を支持する第１筒状体と、前記第１筒状体の前記他端を支持する板状のバネ部と、一端及び他端を有する筒状に形成され、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前記一端で支持する第２筒状体と、前記第２筒状体の前記他端側に配置され、前記第２筒状体の貫通方向に振動する振動体と、を備え、前記透光体は、前記第１筒状体によって支持される部分よりも内側に位置する本体部と、前記本体部から前記透光体の外周方向へ延び、前記第１筒状体によって支持される部分よりも外側に突出する突出部と、を有する振動装置を準備するステップ、
前記振動体を振動させるステップ、
を含み、
前記準備するステップは、前記突出部のもつ慣性モーメントから算出される等価質量と前記本体部の重量との比を０．８以上１．２以下とし、前記透光体、前記第１筒状体、前記バネ部及び前記第２筒状体を、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すること、を有する。
このような構成により、透光体の本体部の変位量よりも突出部の変位量を大きくすることができ、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。
本発明の第４態様の振動制御方法は、
所定の波長の光を透過する透光体と、一端及び他端を有する筒状に形成され、前記一端で前記透光体を支持する第１筒状体と、前記第１筒状体の前記他端を支持する板状のバネ部と、一端及び他端を有する筒状に形成され、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前記一端で支持する第２筒状体と、前記第２筒状体の前記他端側に配置され、前記第２筒状体の貫通方向に振動する振動体と、を備え、前記透光体は、前記第１筒状体によって支持される部分よりも内側に位置する本体部と、前記本体部から前記透光体の外周方向へ延び、前記第１筒状体によって支持される部分よりも外側に突出する突出部と、を有する振動装置を準備するステップ、
前記振動体を振動させるステップ、
を含み、
前記準備するステップは、前記突出部の重量と前記本体部の重量との比を０．８以上１．２以下とし、前記透光体、前記第１筒状体、前記バネ部及び前記第２筒状体を、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すること、を有する。
このような構成により、透光体の本体部の変位量よりも突出部の変位量を大きくすることができ、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。
以下、本発明の一実施形態を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。さらに、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは必ずしも合致していない。
（実施の形態１）
［全体構成］
図１は、本発明に係る実施の形態１の振動装置１０の一例を示す概略斜視図である。図２は、図１の撮像ユニット１００の概略断面図である。図２は、本発明に係る実施の形態１の振動装置１０の構成の一例を示す概略図である。図１及び図２に示すように、振動装置１０は、保護カバー１１、第１筒状体１２、バネ部１３、第２筒状体１４及び振動体１７を備える。
＜保護カバー＞
保護カバー１１は、所定の波長の光を透過する透光体で形成される。例えば、保護カバー１１は、撮像素子などの光学検出素子が検出する波長のエネルギー線又は光が透過する透光性を有する。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、円筒状の第１筒状体１２の端部によって支持されている。具体的には、保護カバー１１は、保護カバー１１の裏面を第１筒状体１２によって支持されている。
保護カバー１１は、本体部１８と、突出部１９と、を有する。
本体部１８は、保護カバー１１の内側に位置する部分である。具体的には、本体部１８は、第１筒状体１２によって支持される部分よりも内側に位置する保護カバー１１の部分である。
突出部１９は、保護カバー１１の外周を含む部分である。具体的には、突出部１９は、本体部１８から保護カバー１１の外周方向へ延び、第１筒状体１２によって支持される部分よりも外側に突出する。
本体部１８及び突出部１９についての詳細は後述する。
保護カバー１１を形成する材料としては、例えば、透光性のプラスチック、石英、ホウ桂酸などのガラス、透光性のセラミック又は合成樹脂などを用いることができる。保護カバー１１を、例えば強化ガラスにより形成することで、保護カバー１１の強度を高めることが可能である。樹脂の場合、例えば、保護カバー１１は、アクリル、シクロオレフィン、ポリカーボネート、ポリエステルなどが考えられる。さらに、保護カバー１１は、表面に、強度を高めるために、ＤＬＣ（Diamond-like Carbon）などからなるコーティング層が形成されていてもよく、表面の防汚や雨滴の除去などを目的に、親水膜、撥水膜、親油、撥油などのコーティング層を形成してもよい。
保護カバー１１は、円板形状を有する。具体的には、保護カバー１１は、外装となる表面と、表面の反対側の裏面とを有する板状の部材である。振動装置１０の高さ方向から見て、保護カバー１１は円形に形成されている。なお、保護カバー１１の形状は、これに限定されない。例えば、振動装置１０の高さ方向から見て、保護カバー１１は、多角形又は楕円形などであってもよい。
保護カバー１１は、外径１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下、厚さ０．７ｍｍ以上４ｍｍ以下の円板形状を有する。
＜第１筒状体＞
第１筒状体１２は、一端及び他端を有する筒状に形成されている。第１筒状体１２は、一端で保護カバー１１を支持している。例えば、保護カバー１１と第１筒状体１２とは接合されている。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。
実施の形態１では、第１筒状体１２は、一端にフランジ１２ａａを有する。フランジ１２ａａは、第１筒状体１２の一端から外側に伸びる板状の部材である。フランジ１２ａａは、円環板状に形成されている。第１筒状体１２は、フランジ１２ａａによって保護カバー１１との接触面積を増やし、保護カバー１１を安定して支持している。
第１筒状体１２の他端は、弾性変形するバネ部１３によって支持されている。言い換えると、第１筒状体１２は、保護カバー１１側と反対側でバネ部１３により支持されている。
第１筒状体１２は、内部に貫通孔が設けられた中空部材からなる。貫通孔は、振動装置１０の高さ方向に設けられており、第１筒状体１２の一端と他端とに貫通孔の開口が設けられている。第１筒状体１２は、例えば、円筒形状を有する。振動装置１０の高さ方向から見て、第１筒状体１２の外形及び貫通孔の開口は、円形に形成されている。
なお、第１筒状体１２の形状は、円筒形状に限定されない。例えば、第１筒状体１２の形状は、多角筒状又は楕円筒状などであってもよい。
第１筒状体１２を形成する材料としては、例えば、金属又は合成樹脂などを用いることができる。また、第１筒状体１２を形成する材料としては、成型及び／又は切削が可能なセラミック又はガラスなどを用いることができる。
第１筒状体１２は、外径８ｍｍ以上３５ｍｍ以下、内径６ｍｍ以上３０ｍｍ以下、高さ１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の円筒形状を有する。
＜バネ部＞
バネ部１３は、第１筒状体１２の他端を支持する板バネである。バネ部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。
また、バネ部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によって支持されている。
バネ部１３は、板状に形成されている。また、バネ部１３は、内部に貫通孔が設けられた中空円状を有し、第１筒状体１２の周囲を円形状に囲むように延伸している。言い換えると、バネ部１３は、円環板状を有している。環板状とは、板状部材が環状に形成されている形状を意味する。振動装置１０の高さ方向から見て、バネ部１３の外形及び貫通孔の開口は、円形に形成されている。
なお、バネ部１３の外形及び貫通孔の開口は、これに限定されない。例えば、振動装置１０の高さ方向から見て、バネ部１３の形状及び貫通孔の開口は、多角形又は楕円形などであってもよい。
バネ部１３を形成する材料としては、例えば、金属又は合成樹脂などを用いることができる。また、バネ部１３を形成する材料としては、成型及び／又は切削が可能なセラミック又はガラスなどを用いることができる。
バネ部１３は、外径１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下、内径６ｍｍ以上３０ｍｍ以下、厚さ０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下の円環板状を有する。
実施の形態１では、第１筒状体１２の厚みは、バネ部１３や第２筒状体１４の厚みと比べて同じか、又は薄くなっている。第１筒状体１２の厚みは、第１筒状体１２を支持するバネ部１３の位置から第２筒状体１４で支持されるバネ部１３の位置までの長さより短くなっている。
＜第２筒状体＞
第２筒状体１４は、一端及び他端を有する筒状に形成されている。第２筒状体１４は、第１筒状体１２を支持する位置の外側にあるバネ部１３の位置を一端で支持する。
第２筒状体１４の他端には、振動体１７が配置される。
第２筒状体１４は、内部に貫通孔が設けられた中空部材からなる。貫通孔は、振動装置１０の高さ方向に設けられており、第２筒状体１４の一端と他端とに貫通孔の開口が設けられている。第２筒状体１４は、例えば、円筒形状を有する。振動装置１０の高さ方向から見て、第２筒状体１４の外形及び貫通孔の開口は、円形に形成されている。
なお、第２筒状体１４の形状は、円筒形状に限定されない。例えば、第１筒状体１２の形状は、多角筒状又は楕円筒状などであってもよい。
第２筒状体１４を形成する材料としては、例えば、金属又は合成樹脂などを用いることができる。また、第２筒状体１４を形成する材料としては、成型及び／又は切削が可能なセラミック又はガラスなどを用いることができる。
第２筒状体１４は、外径１２ｍｍ以上４２ｍｍ以下、内径１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下、高さ２ｍｍ以上１５ｍｍ以下の円筒形状を有する。
＜振動体＞
振動体１７は、第２筒状体１４の他端側に配置され、第２筒状体１４の貫通方向に振動する。貫通方向とは、振動装置１０の高さ方向である。具体的には、振動体１７は、第２筒状体１４の他端、即ち、底面に配置されている。
振動体１７は、圧電素子１５と、振動板１６と、を有する。
圧電素子１５は、振動板１６の底面（下面）に設けられている。圧電素子１５は、振動板１６を振動させることによって、第２筒状体１４を貫通方向に振動させる。例えば、圧電素子１５は、電圧が印加されることによって振動する。
圧電素子１５は、内部に貫通孔が設けられた中空円状を有する。言い換えると、圧電素子１５は、円環板状を有する。振動装置１０の高さ方向から見て、圧電素子１５の外形及び貫通孔の開口は、円形に形成されている。
なお、圧電素子１５の外形及び貫通孔の開口は、これに限定されない。例えば、振動装置１０の高さ方向から見て、圧電素子１５の外形及び貫通孔の開口は、多角形又は楕円形などであってもよい。
圧電素子１５は、圧電体と、電極と、を有する。圧電体を形成する材料としては、例えば、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、チタン酸・ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：ＰｂＴｉＯ３・ＰｂＺｒＯ３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ３）、メタニオブ酸鉛（ＰｂＮｂ２Ｏ６）、チタン酸ビスマス（Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２）、（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ３などの適宜の圧電セラミックス、又はＬｉＴａＯ３、ＬｉＮｂＯ３などの適宜の圧電単結晶などを用いることができる。電極は、例えば、Ｎｉ電極であってもよい。電極は、スパッタリング法により形成される、Ａｇ又はＡｕなどの金属薄膜からなる電極であってもよい。あるいは、電極はスパッタリングの他、めっき、蒸着でも形成可能である。
圧電素子１５は、外径１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下、内径８ｍｍ以上３０ｍｍ以下、厚さ０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下の円環板状を有する。
振動板１６は、第２筒状体１４の他端から外側に伸びる板状の部材である。振動板１６は、第２筒状体１４の底面を支持し、支持した位置から外側に向かって延伸している。
振動板１６は、内部に貫通孔が設けられた中空円状を有し、第２筒状体１４の周囲を円形状に囲むように延伸している。言い換えると、振動板１６は、円環板状を有する。
振動板１６を形成する材料としては、例えば、金属又は合成樹脂などを用いることができる。また、振動板１６を形成する材料としては、成型及び／又は切削が可能なセラミック又はガラスなどを用いることができる。
振動板１６は、外径１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下、内径８ｍｍ以上３０ｍｍ以下、厚さ０．２ｍｍ以上４ｍｍ以下の円環板状を有する。
保護カバー１１、第１筒状体１２、バネ部１３及び第２筒状体１４は、保護カバー１１の共振周波数がバネ部１３の共振周波数よりも大きくなるように構成される。具体的には、上述した保護カバー１１、第１筒状体１２、バネ部１３及び第２筒状体１４の材料及び寸法を決定することによって、保護カバー１１の共振周波数をバネ部１３の共振周波数よりも大きくする。
第１筒状体１２、バネ部１３、第２筒状体１４及び振動板１６は、一体的に形成される。なお、第１筒状体１２、バネ部１３、第２筒状体１４及び振動板１６を別体で形成してもよいし、別部材で形成してもよい。
保護カバー１１の共振周波数がバネ部１３の共振周波数よりも大きくなるような構成において、保護カバー１１が第１筒状体１２によって支持されることで支持部を固定端とした中心部を上下する振動が現れる。この振動モードを保護カバー１１の屈曲共振と呼び、保護カバー１１の本体部の直径厚み及び／又はヤング率密度によって決定される。
図２Ａは、本発明に係る実施の形態１の振動装置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２Ａに示すように、例えば、ガラスの場合１８．５ｍｍの直径厚み２ｍｍである場合、保護カバー１１の屈曲共振は、４３ｋＨｚ近傍に現れる。一方、バネ部１３の振動は、第１筒状体１２と保護カバー１１の結合した物体を端部に載せた錘としてピストン状の上下振動を行う。この共振は第２筒状体１４のとの結合部を固定端とした片持ち状の振動であり、この突き出し量を２．５ｍｍで厚みを１ｍｍとするステンレス材を使用すると、３６ｋＨｚ近傍に現れる。
振動装置１０は、保護カバー１１の共振周波数がバネ部１３の共振周波数よりも大きくなるように構成されると共に、保護カバー１１に突出部１９を設けている。振動装置１０においては、突出部１９によって、保護カバー１１の変位を変えることができる。例えば、突出部１９の突出量（重量）を変化させていくと、屈曲共振はあまり動かずに、ピストン上の上下振動が変化（低下）していく。具体的には、保護カバー１１の本体部１８と突出部１９との重量比が所定の範囲内で設計される場合、突出部１９によって保護カバー１１の中央部の変位をキャンセルするような振動が生じる。これにより、保護カバー１１の中央部よりも周辺部の変位量が大きくなる。
このように、振動装置１０は、保護カバー１１の共振周波数がバネ部１３の共振周波数よりも大きくなる構成において、突出部１９と本体部１８との重量比を最適化することによって、保護カバー１１の中央部よりも周辺部の変位量を大きくしている。
次に、保護カバー１１の本体部１８及び突出部１９について詳細に説明する。
図３は、図２の振動装置１０を拡大した概略拡大図である。図４は、図２の振動装置１０の概略平面図である。図中の符号「Ｃ１」は、保護カバー１１の平面視において、保護カバー１１の中心を示す。図中の符号「ＣＬ１」は、保護カバー１１の側方断面視において、中心Ｃ１を通過する中心線を示す。図中の符号「ＣＬ２」は、本体部１８と突出部１９との境界線を示す。
＜本体部＞
図３及び図４に示すように、本体部１８は、第１筒状体１２によって支持される部分よりも内側に位置する。本体部１８は、保護カバー１１の中央部を含む部分である。
本体部１８は、保護カバー１１の中心Ｃ１を中心として半径Ｒ１の円板形状を有する。本体部１８は、保護カバー１１の平面視において、半径Ｒ１の円形状を有する。半径Ｒ１は、保護カバー１１の中心Ｃ１から第１筒状体１２によって支持される部分までの距離で決定される。第１筒状体１２によって支持される部分は、第１筒状体１２によって保護カバー１１を支持する支点となる部分である。
具体的には、「第１筒状体１２によって支持される部分」とは、図３及び図４に示す境界線ＣＬ２が通過する部分である。例えば、境界線ＣＬ２は、第１筒状体１２の内壁１２ａｂと外壁１２ａｃとの間に設けられている。境界線ＣＬ２は、第１筒状体１２の内壁１２ａｂと外壁１２ａｃとから互いに等しい距離に設けられている。図４に示す例では、保護カバー１１の平面視において、円形状の内壁１２ａｂと円形状の外壁１２ｂｃとの間に、円形状の境界線ＣＬ２が設けられている。
なお、本体部１８の形状は、保護カバー１１の平面視において円形状に限定されない。本体部１８の形状は、第１筒状体１２により支持される形態によって変更される。例えば、保護カバー１１の平面視において、本体部１８の形状は、多角形又は楕円形などであってもよい。
突出部１９は、本体部１８から保護カバー１１の外周方向へ延び、第１筒状体１２によって支持される部分よりも外側に突出している。突出部１９は、保護カバー１１の周辺部を含む部分である。
突出部１９は、保護カバー１１の中心Ｃ１を中心として、内側の半径Ｒ１及び外側の半径Ｒ２の円環状を有する。内側の半径Ｒ１とは、突出部１９の内径の半分の値である。外側の半径Ｒ２は、突出部１９の外径の半分の値である。
内側の半径Ｒ１は、上述したように、保護カバー１１の中心Ｃ１から第１筒状体１２によって支持される部分までの距離で決定される。外側の半径Ｒ２は、本体部１８からの突出量Ｒ３によって決定される。即ち、外側の半径Ｒ２は、内側の半径Ｒ１と突出量Ｒ３との加算によって決定される。
なお、突出部１９の形状は、保護カバー１１の平面視において円環形状に限定されない。例えば、保護カバー１１の平面視において、突出部１９の形状は、多角形又は楕円形などであってもよい。突出部１９の形状は、不規則な形状であってもよい。
［撮像ユニット］
振動装置１０を備える撮像ユニットの一例について説明する。
図５は、図１の振動装置１０を備える撮像ユニット１００の構成の一例を示す概略図である。図５に示す撮像ユニット１００は、例えば車両の前方、後方などに取り付けられ、撮像対称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。
図５に示すように、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。撮像素子としては、例えば、可視領域から遠赤外領域のいずれかの波長の光を受光する、ＣＭＯＳ、ＣＣＤ、ボロメーターやサーモパイルなどを挙げることができる。カメラ１は、ベース部材３に固定された本体部材５の上端部に固定されている。振動装置１０は、ベース部材３に固定された支持部材４により支持されている。
撮像ユニット１００は、車両などに取り付けて屋外で使用する場合、カメラ１の視野方向に配置され外部を覆う保護カバー１１に雨滴、泥、塵埃等の異物が付着することがある。振動装置１０は、保護カバー１１に付着した雨滴等の異物を除去するため振動を発生させることができる。
振動装置１０は、振動を発生させる駆動信号を圧電素子１５に印加する励振回路２を備える。励振回路２は、例えば、給電導体を介して圧電素子１５と接続されている。圧電素子１５は、励振回路２からの駆動信号に基づいて、第２筒状体１４の貫通方向に振動する。圧電素子１５が振動することによって振動板１６が第２筒状体１４の貫通方向に振動し、振動板１６は、第２筒状体１４を第２筒状体１４の貫通方向に振動させる。第２筒状体１４が振動することによって、バネ部１３を介して第１筒状体１２に圧電素子１５の振動を伝えることができる。振動装置１０では、第１筒状体１２を振動させることで保護カバー１１が振動して、保護カバー１１に付着した雨滴等の異物が除去される。
励振回路２は、第１筒状体１２と第２筒状体１４とが逆位相で第２筒状体１４の貫通方向に振動するように、圧電素子１５に駆動信号を印加する。励振回路２は、圧電素子１５に印加する駆動信号により第１筒状体１２と第２筒状体１４とが逆位相で第２筒状体１４の貫通方向に振動する以外の振動モードで振動装置１０を振動させることができる。
［動作］
振動装置１０の動作の一例について詳細に説明する。
図６は、図１の振動装置１０の動作の一例を示す概略図である。図６は、実施の形態１の振動装置１０の振動の一例を示す。図６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。
図６に示すように、圧電素子１５が励振回路２（図５参照）からの駆動信号に基づいて第２筒状体１４の貫通方向に振動する。これにより、振動板１６が上方に変位すると、第２筒状体１４も上方に変位し、第１筒状体１２を支持しているバネ部１３の位置が下側に沈み込む。第１筒状体１２を支持しているバネ部１３の位置が下側に沈み込むことで、第１筒状体１２が下方に変位する。その結果、第１筒状体１２に支持されている保護カバー１１の突出部１９が下方に変位する。即ち、保護カバー１１の周辺部が下方に変位する。一方、第１筒状体１２によって支持されている部分よりも内側に位置する本体部１８において、保護カバー１１の中央部は、周辺部よりも小さい変位量で上方に変位する。あるいは、保護カバー１１の中央部は、変位しない。このとき、ノード（圧電素子１５の振動によっても変位しない部分）２０は、第２筒状体１４の側面に形成される。
図示していないが、圧電素子１５が励振回路２（図５参照）からの駆動信号に基づいて第２筒状体１４の貫通方向に振動することにより、振動板１６が下方に変位すると、第２筒状体１４も下方に変位する。これにより、第１筒状体１２を支持しているバネ部１３の位置が上側にせり上がる。第１筒状体１２を支持しているバネ部１３の位置が上側にせり上がることで、第１筒状体１２が上方に変位する。その結果、第１筒状体１２に支持されている保護カバー１１の突出部１９が上方に変位する。即ち、保護カバー１１の周辺部が上方に変位する。一方、第１筒状体１２によって支持されている部分よりも内側に位置する本体部１８において、保護カバー１１の中央部は、周辺部よりも小さい変位量で下方に変位する。あるいは、保護カバー１１の中央部は、変位しない。このとき、ノード２０は、第２筒状体１４の側面に形成される。
このように、振動装置１０においては、圧電素子１５の振動により、保護カバー１１は、中央部よりも周辺部の変位量が大きくなるように上下方向に変位する。このような動作により、振動装置１０では、保護カバー１１の表面に付着した液滴を保護カバー１１の中央部から周辺部へ移動させることができる。これにより、振動装置１０では、保護カバー１１の周辺部で液滴を霧化して除去することができる。
比較対象として比較例１の振動装置２１０の振動を説明する。図７は、比較例１の振動装置２１０の動作の一例を示す概略図である。図７では、振動を開始する前の振動装置２１０の基準位置を破線で示し、変位後の振動装置２１０の位置を実線で示す。
図７に示すように、比較例１の振動装置２１０は、圧電素子１５の振動により、保護カバー１１が、中央部では上下方向に最も大きく変位し、周辺部では変位しないような態様で振動する。
振動装置２１０は、保護カバー２１１、筒状体２１２及び圧電素子１１５を含む。保護カバー２１１は、円板形状を有している。保護カバー２１１は、円筒状の筒状体２１２の端部で保持されている。筒状体２１２は、圧電素子２１５が設けられている端部に近い内面に一部凹んだ部分を設けた構造である。
比較例１の振動装置２１０では、バネ部１３、第２筒状体１４、振動板１６を備えていない点、及び保護カバー２１１が突出部１９を備えていない点で実施の形態１の振動装置１０と異なる。
振動装置２１０では、圧電素子２１５が励振回路からの駆動信号に基づいて筒状体２１２の貫通方向に振動することにより、その振動が筒状体２１２を介して保護カバー２１１へと伝わり、保護カバー２１１がその中央部で上方向に最も大きく変位するような態様で振動する。このとき、ノード２２０は、保護カバー２１１の周辺部に形成される。図７に示すように、振動装置２１０においては、圧電素子２１５の振動により、保護カバー２１１が、中央部では上下方向に最も大きく変位し、周辺部では変位しないような態様で振動する。このような動作により、振動装置２１０では、保護カバー２１１の表面に付着した液滴を保護カバー１１の周辺部から中央へ移動する。
［突出部の構造について］
突出部１９の構造について詳細に説明する。
突出部１９の外側の半径Ｒ２を変化させた場合の保護カバー１１における変位量の変化を調べる評価を実施例１～３を用いて行った。実施例１～３は、突出部１９の外側の半径Ｒ２を変化させている点を除いて、上述した実施の形態１の振動装置１０と同様の構成を有する。
実施例１～３に用いる振動装置１０について説明する。
実施例１では、保護カバー１１は、外径２２ｍｍ、厚さ２ｍｍの円板形状を有する。第１筒状体１２は、外径１９ｍｍ、内径１８ｍｍ、高さ２．５ｍｍの円筒形状を有する。バネ部１３は、外径２５ｍｍ、内径１８ｍｍ、厚さ１ｍｍの円環板状を有する。第２筒状体１４は、外径２５ｍｍ、内径２３ｍｍ、高さ２．５ｍｍの円筒形状を有する。圧電素子１５は、外径２９ｍｍ、内径２３ｍｍ、厚さ１ｍｍの円環板状を有する。振動板１６は、外径３２ｍｍ、内径２３ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの円環板状を有する。また、保護カバー１１を形成する材料は、透光性を有するガラスである。第１筒状体１２を形成する材料は、ステンレスである。バネ部１３を形成する材料は、ステンレスである。第２筒状体１４を形成する材料は、ステンレスである。圧電素子１５を形成する材料は、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）セラミックである。振動板１６を形成する材料は、ステンレスである。
実施例２では、保護カバー１１の外径が２６ｍｍである点を除いて、実施例１と同様である。
実施例３では、保護カバー１１の外径が３０ｍｍである点を除いて、実施例１と同様である。
なお、実施例１においては、保護カバー１１における本体部１８と突出部１９との境界線ＣＬ２となる半径Ｒ１が９．２５ｍｍ、突出部１９の外側の半径Ｒ２が１１ｍｍ、突出量Ｒ３が１．７５ｍｍである。実施例２においては、半径Ｒ１が９．２５ｍｍ、半径Ｒ２が１３ｍｍ、突出量Ｒ３が３．７５ｍｍである。実施例３においては、半径Ｒ１が９．２５ｍｍ、半径Ｒ２が１５ｍｍ、突出量Ｒ３が５．７５ｍｍである。
図８Ａ～図８Ｃは、それぞれ、実施例１～３における保護カバー１１の中心Ｃ１からの距離に対する変位量の変化を示すグラフである。図８Ａ～図８Ｃに示すグラフにおいて、中心Ｃ１からの距離０ｍｍ付近の変位量は、保護カバー１１の中央部の変位量を示す。また、中心Ｃ１からの距離９．２５ｍｍより大きい領域の変位量は、保護カバー１１の周辺部の変位量を示す。
図８Ａに示すように、実施例１においては、保護カバー１１の中央部の変位量は、－４５０ｎｍを超えている。一方、保護カバー１１の周辺部の変位量は、約－２７０ｎｍである。実施例１においては、保護カバー１１の周辺部よりも中央部の変位量が大きくなっている。
実施例１では、保護カバー１１の周辺部は中央部にほとんど影響を与えることなく動いている。なお、保護カバー１１の半径Ｒ２を１１ｍｍからさらに小さくしていくと、中央部の変位はさらに小さくなりフラットに近くなる。この状態で保護カバー１１の表面に液滴を置くと、周辺部に比べて中央部の変位が大きいため、液滴が中央部に向かって移動する。このため、実施例１では、保護カバー１１の中央部で液滴を霧化することになる。
図８Ｂに示すように、実施例２においては、保護カバー１１の中央部の変位量は、約－１３０ｎｍである。一方、保護カバー１１の周辺部の変位量は、約－４００ｎｍである。実施例２においては、保護カバー１１の中央部よりも周辺部の変位量が大きくなっている。この状態で保護カバー１１の表面に液滴を置くと、中央部に比べて周辺部の変位が大きいため、液滴が周辺部に向かって移動する。このため、実施例２では、保護カバー１１の周辺部で液滴を霧化させることができる。
図８Ｃに示すように、実施例３においては、保護カバー１１の中央部の変位量は、約－１９０ｎｍを超えている。一方、保護カバー１１の周辺部の変位量は、約－２７０ｎｍである。実施例３においては、保護カバー１１の周辺部よりも中央部の変位量が大きくなっている。
実施例３では、保護カバー１１の周辺部の変位も大きくなるが中央部の変位も大きくなる。また、保護カバー１１の中央部と周辺部とでは変位の符号が変わっている。このため、保護カバー１１の表面上に変位量「０」の部分が存在するようになる。図８Ｃにおいては、中心Ｃ１からの距離が６．７５ｍｍ付近に変位量「０」の部分が存在する。保護カバー１１の平面視において、変位量「０」の部分は、半径６．７５ｍｍの円環状に形成される。当該部分では、液滴や異物が取り残されてしまう状態が生じやすくなる。
さらに、突出部１９の外側の半径Ｒ２を１１ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲で０．５ｍｍ毎に変化させた場合の保護カバー１１における変位量の変化を詳細に調べる評価を行った。図９は、突出部１９の外側の半径Ｒ２を変化させた場合における、保護カバー１１の中心Ｃ１からの距離と変位量との関係の一例を示すグラフである。なお、図９に示す評価においても、突出部１９の外側の半径Ｒ２を変化させている点を除いて、上述した実施の形態１の振動装置１０と同様の構成を有する振動装置を用いて評価を行った。
図９に示すように、突出部１９の外側の半径Ｒ２が１２．５ｍｍ以上１３．５ｍｍ以下の範囲において、保護カバー１１の中央部よりも周辺部の変位量が大きくなっている。なお、突出部１９の外側の半径Ｒ２が１２．５ｍｍ以上１３．５ｍｍ以下の範囲においては、突出量Ｒ３は、３．２５ｍｍ以上４．２５ｍｍ以下の範囲となる。
ここで、保護カバー１１の変位が突出部１９の外側の半径Ｒ２、即ち突出部１９の突出量Ｒ３が依存しているようにみえるが、実際は突出部１９の重量と本体部１８の重量との比率に依存している。
そこで、突出部１９の下面に錘２１を取り付けた振動装置１０Ｅ（後述する図２１Ａ参照）を用いて、錘２１の厚さを変化させた場合における保護カバー１１の中心Ｃ１からの距離と変位量との関係を調べた。図１０は、突出部１９に取り付けた錘２１の厚さＴを変化させた場合における、保護カバー１１の中心Ｃ１からの距離と変位量との関係の一例を示すグラフである。図１０に示す評価においては、突出部１９の外側の半径Ｒ２を１２．５ｍｍ、即ち突出量Ｒ３を３．２５ｍｍに固定し、錘２１の厚さＴを０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の範囲で０．２ｍｍ毎に変化させた。このように、突出部１９の突出量Ｒ３を固定した状態で、錘２１の厚さＴを変化させることによって、突出部１９の重量を変化させた。
図１０に示すように、突出部１９に錘２１を取り付けて、厚さＴを変化させた場合、保護カバー１１の変位量が変化することが確認できた。そして、錘２１の厚さＴが２ｍｍのときに、図８Ｂの実施例２及び図９に示す外側の半径Ｒ２が１３ｍｍにおける保護カバー１１の変位量の変化と同等になったことを確認できた。
このことから、保護カバー１１の変位は、突出部１９の重量に依存することがわかる。
図１１は、突出部１９の外側の半径Ｒ２、突出部１９の突出量Ｒ３及び重量比率との関係の一例を示すグラフである。なお、図１１に示す重量比は、突出部１９の重量と本体部１８との重量との比率であり、（重量比）＝（突出部１９の重量）／（本体部１８の重量）で算出される。
上述したように、振動装置１０においては、突出部１９の外側の半径Ｒ２が１２．５ｍｍ以上１３．５ｍｍ以下の範囲、即ち突出量Ｒ３は、３．２５ｍｍ以上４．２５ｍｍ以下の範囲において、保護カバー１１の中央部よりも周辺部の変位量が大きくなる。図１１に示すように、重量比が０．８以上１．２以下の範囲において、突出部１９の外側の半径Ｒ２が１２．５ｍｍ以上１３．５ｍｍ以下の範囲、即ち突出量Ｒ３は、３．２５ｍｍ以上４．２５ｍｍ以下の範囲に対応する。このことから、重量比は、０．８以上１．２以下であることが好ましい。
なお、実施の形態１では、保護カバー１１の厚みが一定である例について説明したが、これに限定されない。例えば、保護カバー１１の突出部１９を均等材質で延長する場合以外では慣性モーメントを考慮してもよい。
図１１Ａは、厚みが一定の保護カバー１１を備える振動装置１０の一例の概略拡大図を示す。図１１Ｂは、突出部１９の厚みが部分的に異なる保護カバー１１を備える振動装置１０の一例の概略拡大図を示す。図１１Ａに示す例においては、厚みが一定である突出部１９の重量をＷａとする。図１１Ｂに示す例においては、突出部１９の厚みが部分的に異なる。具体的には、突出部１９は、本体部１８より厚みが小さい第１突出部１９ａａと、本体部１８より厚みが大きい第２突出部１９ａｂと、を有する。図１１Ｂに示す例では、第１突出部１９ａａと第２突出部１９ａｂとを有する突出部１９の重量が、図１１Ａの突出部１９の重量と同じになるように構成されている。
図１１Ａに示す例において、支持部（第１筒状体１２の外壁１２ａｃ）から突出部１９の重心までの距離をＲａとする。図１１Ｂに示す例において、支持部（第１筒状体１２の外壁１２ａｃ）から突出部１９の重心までの距離をＲｂとする。この場合、等価質量Ｗｅｑｖは下記の数式で算出できる。
Figure 0007111258000001
等価質量Ｗｅｑｖを突出部１９の重量と置き換えれば、重量比と同じように上記の関係性が維持される。すなわち、突出部１９の等価質量Ｗｅｑｖと本体部１８の重量との比が０．８以上１．２以下であってもよい。
［振動制御方法］
振動装置１０の振動制御方法について説明する。
図１２Ａは、本発明に係る実施の形態１の振動制御方法の一例のフローチャートである。図１２Ａに示すように、振動制御方法は、振動装置１０を準備するステップＳＴ１０、及び振動体１７を振動させるステップＳＴ２０を含む。
ステップＳＴ１０では、振動装置１０を準備する。また、ステップＳＴ１０は、突出部１９の重量と本体部１８の重量との比を０．８以上１．２以下とし、保護カバー１１の共振周波数がバネ部１３の共振周波数よりも大きくなるように構成するステップＳＴ１１Ａを有する。
ステップＳＴ１１Ａでは、上述した保護カバー１１、第１筒状体１２、バネ部１３及び第２筒状体１４の材料及び寸法を決定することによって、保護カバー１１の共振周波数をバネ部１３の共振周波数よりも大きくする。また、ステップＳＴ１１では、突出部１９の重量と本体部１８の重量との比を０．８以上１．２以下となるように、例えば、突出部１９の重量を調整する。突出部１９の重量の調整は、例えば、突出部１９の突出量を大きくする。あるいは、突出部１９に錘を取り付けたり、突出部１９を面取り加工する。
ステップＳＴ２０では、励振回路２によって振動体１７を振動させる。具体的には、ステップＳＴ２０では、励振回路２によって、振動を発生させる駆動信号を振動体１７の圧電素子１５に印加する。これにより、圧電素子１５は、励振回路２からの駆動信号に基づいて、第２筒状体１４の貫通方向に振動する。
このように、ステップＳＴ１０及びＳＴ２０を実施することによって、保護カバー１１の中央部よりも周辺部の変位量を大きくして、保護カバー１１を振動させることができる。
図１２Ｂは、本発明に係る実施の形態１の振動制御方法の別例のフローチャートである。図１２Ｂに示すように、ステップＳＴ１０は、ステップＳＴ１１Ａの代わりに、ステップＳＴ１１Ｂを有していてもよい。ステップＳＴ１１Ｂは、突出部１９のもつ慣性モーメントから算出される等価質量と本体部１８の重量との比を０．８以上１．２以下とし、保護カバー１１の共振周波数がバネ部１３の共振周波数よりも大きくなるように構成する。なお、図１２Ｂに示す振動制御方法は、その他の点については図１２Ａに示す制御方法と同様である。
［効果］
実施の形態１に係る振動装置１０及び振動制御方法によれば、以下の効果を奏することができる。
振動装置１０は、保護カバー（透光体）１１、第１筒状体１２、バネ部１３、第２筒状体１４及び振動体１７を備える。保護カバー１１は、所定の波長の光を透過する。第１筒状体１２は、一端及び他端を有する筒状に形成され、一端で保護カバー１１を支持する。バネ部１３は、板状を有し、第１筒状体１２の他端を支持する。第２筒状体１４は、一端及び他端を有する筒状に形成され、第１筒状体１２を支持する位置の外側にあるバネ部１３の位置を一端で支持する。振動体１７は、第２筒状体１４の他端側に配置され、第２筒状体１４の貫通方向に振動する。保護カバー１１は、本体部１８と、突出部１９と、を有する。本体部１８は、第１筒状体１２によって支持される部分よりも内側に位置する。突出部１９は、本体部１８から保護カバー１１の外周方向へ延び、第１筒状体１２によって支持される部分よりも外側に突出する。突出部１９のもつ慣性モーメントから算出される等価質量と本体部１８の重量との比は、０．８以上１．２以下である。保護カバー１１、第１筒状体１２、バネ部１３及び第２筒状体１４は、保護カバー１１の共振周波数がバネ部１３の共振周波数よりも大きくなるように構成される。
あるいは、振動装置１０は、保護カバー（透光体）１１、第１筒状体１２、バネ部１３、第２筒状体１４及び振動体１７を備える。保護カバー１１は、所定の波長の光を透過する。第１筒状体１２は、一端及び他端を有する筒状に形成され、一端で保護カバー１１を支持する。バネ部１３は、板状を有し、第１筒状体１２の他端を支持する。第２筒状体１４は、一端及び他端を有する筒状に形成され、第１筒状体１２を支持する位置の外側にあるバネ部１３の位置を一端で支持する。振動体１７は、第２筒状体１４の他端側に配置され、第２筒状体１４の貫通方向に振動する。保護カバー１１は、本体部１８と、突出部１９と、を有する。本体部１８は、第１筒状体１２によって支持される部分よりも内側に位置する。突出部１９は、本体部１８から保護カバー１１の外周方向へ延び、第１筒状体１２によって支持される部分よりも外側に突出する。突出部１９の重量と本体部１８の重量との比は、０．８以上１．２以下である。保護カバー１１、第１筒状体１２、バネ部１３及び第２筒状体１４は、保護カバー１１の共振周波数がバネ部１３の共振周波数よりも大きくなるように構成される。
このような構成により、保護カバー１１の視野を保ちつつ、液滴などの異物を除去することができる。具体的には、振動体１７の振動により、保護カバー１１の中央部よりも周辺部の変位量を大きくして、保護カバー１１を振動させることができる。これにより、保護カバー１１の表面に付着した液滴が保護カバー１１の中央部から周辺部に移動させることができる。その結果、保護カバー１１の中央部に液滴が集まることによる視野の妨げを抑制しつつ、液滴を除去することができる。
振動体１７は、振動板１６と、圧電素子１５と、を備える。振動板１６は、板状を有し、第２筒状体１４の他端から外側に伸びる。圧電素子１５は、振動板１６の下面に設けられる。このような構成により、第１筒状体１２、バネ部１３及び第２筒状体１４に振動体１７の振動をより伝えやすくなる。これにより、振動体１７が第１筒状体１２、バネ部１３及び第２筒状体１４を介して、保護カバー１１を振動させやすくなる。
保護カバー１１は、円板形状を有する。バネ部１３、振動板１６及び圧電素子１５は、円環板状を有する。第１筒状体１２及び第２筒状体１４は、円筒形状を有する。このような構成により、振動体１７による振動が保護カバー１１により伝わりやすくなる。
振動装置１０は、振動体１７を励振する励振回路２をさらに備える。このような構成により、振動体１７を振動させることができる。
振動制御方法は、振動装置１０を準備するステップＳＴ１０、及び振動体１７を振動させるステップＳＴ２０を含む。ステップＳＴ１０は、保護カバー（透光体）１１、第１筒状体１２、バネ部１３、第２筒状体１４及び振動体１７を備える振動装置１０を準備する。ここで、保護カバー１１は、所定の波長の光を透過する。第１筒状体１２は、一端及び他端を有する筒状に形成され、一端で保護カバー１１を支持する。バネ部１３は、板状を有し、第１筒状体１２の他端を支持する。第２筒状体１４は、一端及び他端を有する筒状に形成され、第１筒状体１２を支持する位置の外側にあるバネ部１３の位置を一端で支持する。振動体１７は、第２筒状体１４の他端側に配置され、第２筒状体１４の貫通方向に振動する。保護カバー１１は、本体部１８と、突出部１９と、を有する。本体部１８は、第１筒状体１２によって支持される部分よりも内側に位置する。突出部１９は、本体部１８から保護カバー１１の外周方向へ延び、第１筒状体１２によって支持される部分よりも外側に突出する。また、ステップＳＴ１０は、保護カバー１１、第１筒状体１２、バネ部１３及び第２筒状体１４を、保護カバー１１の共振周波数がバネ部１３の共振周波数よりも大きくなるように構成することＳＴ１１、を有する。
このような構成により、保護カバー１１の視野を保ちつつ、液滴などの異物を除去することができる。具体的には、振動体１７の振動により、保護カバー１１の中央部よりも周辺部の変位量を大きくして、保護カバー１１を振動させることができる。これにより、保護カバー１１の表面に付着した液滴が保護カバー１１の中央部から周辺部に移動させることができる。その結果、保護カバー１１の中央部に液滴が集まることによる視野の妨げを抑制しつつ、液滴を除去することができる。
なお、実施の形態１では、保護カバー１１が円板形状を有する例について説明したが、これに限定されない。例えば、保護カバー１１は、ドーム形状、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。
また、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。
実施の形態１では、第１筒状体１２及び第２筒状体１４は、円筒形状を有する例について説明したが、これに限定されない。第１筒状体１２及び第２筒状体１４は、筒状に形成されていればよい。
実施の形態１では、第１筒状体１２の一端にフランジ１２ａａが設けられている例について説明したが、これに限定されない。フランジ１２ａａは必須の構成ではない。
実施の形態１では、振動装置１０が励振回路２を備える例について説明したが、これに限定されない。振動装置１０は、励振回路２を備えていなくてもよい。この場合、例えば、振動装置１０は、振動装置１０とは別体の外部装置から振動を発生させる駆動信号を受け、圧電素子１５に印加してもよい。
実施の形態１では、圧電素子１５が振動板１６の下面に設けられる例について説明したが、これに限定されない。例えば、圧電素子１５は、振動板１６の上面に設けられてもよい。
また、振動板１６の上面又は下面に矩形状の複数の圧電素子１５を同心円状に複数設けてもよい。
実施の形態１では、圧電素子１５と振動板１６とは別体である例について説明したが、これに限定されない。例えば、圧電素子１５を振動板１６の形状に合わせ、圧電素子１５と振動板１６とを一体的に形成してもよい。
実施の形態１では、振動板１６が第２筒状体１４の他端から外側に伸びる例について説明したが、これに限定されない。例えば、振動板１６は、第２筒状体１４の他端から外側に伸びていてもよい。
実施の形態１では、振動体１７が振動板１６を備える例について説明したが、これに限定されない。振動板１６は必須の構成ではない。振動体１７が振動板１６を備えない場合、圧電素子１５は第２筒状体１４に設けられてもよい。
実施の形態１では、振動装置１０が保護カバー１１の中央部から周辺部に液滴を移動させ、保護カバー１１の周辺部で液滴を霧化する例について説明したが、これに限定されない。振動装置１０において、保護カバー１１の周辺部で液滴を霧化することは必須ではない。即ち、振動装置１０が保護カバー１１の中央部から周辺部に液滴を移動させた後、液滴を霧化しなくてもよい。
実施の形態１では、振動制御方法がステップＳＴ１０及びＳＴ２０を含む例について説明したが、これに限定されない。例えば、図１２に示すステップＳＴ１０及びＳＴ２０は、統合されてもよいし、分割されてもよい。あるいは、図１２に示すフローチャートは、追加のステップを含んでいてもよい。
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る振動装置について説明する。なお、実施の形態２では、主に実施の形態１と異なる点について説明する。実施の形態２においては、実施の形態１と同一又は同等の構成については同じ符号を付して説明する。また、実施の形態２では、実施の形態１と重複する記載は省略する。
図１３は、本発明に係る実施の形態２の振動装置１０Ａの一例を示す概略図である。
実施の形態２では、振動体１７Ａが第２筒状体１４Ａの他端から内側に向かって伸びている点で実施の形態１と異なる。
実施の形態２において、振動装置１０Ａは、特に説明しない限り、実施の形態１の振動装置１０と同様の構成を有する。
図１３に示すように、振動装置１０Ａにおいて、振動体１７Ａは、第２筒状体１４Ａの他端に設けられ、第２筒状体１４Ａの貫通方向（図中、上下方向）に振動する。
振動体１７Ａは、圧電素子１５Ａと、振動板１６Ａと、有する。圧電素子１５Ａは、振動板１６Ａの下面に設けられる。振動板１６Ａは、第２筒状体１４の底面を支持し、支持した位置から内側に向かって伸びている。圧電素子１５Ａが第２筒状体１４Ａの貫通方向に振動することにより、振動板１６Ａが第２筒状体１４Ａの貫通方向に振動する。
圧電素子１５Ａは、外径８ｍｍ以上３５ｍｍ以下、内径８ｍｍ以上２８ｍｍ以下、厚さ０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下の円環板状を有する。
振動板１６Ａは、外径１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下、内径６ｍｍ以上３０ｍｍ以下、厚さ０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下の円環板状を有する。
実施の形態２では、第１筒状体１２Ａの一端には、フランジ１２ｂａが設けられている。フランジ１２ｂａは、第１筒状体１２Ａの一端から内側に伸びている。これにより、フランジ１２ｂａによって突出部１９の重量が増加すること抑制することができる。
また、実施の形態２では、突出部１９に面取りが設けられている。これにより、突出部１９の重量を低減することができる。
［動作］
実施の形態２の振動装置１０Ａの動作の一例について説明する。
図１４は、図１３の振動装置１０Ａの動作の一例を拡大して示す概略拡大図である。図１４は、実施の形態２の振動装置１０Ａの振動の一例を示す。図１４では、振動を開始する前の振動装置１０Ａの基準位置を破線で示し、変位後の振動装置１０Ａの位置を実線で示す。
図１４に示すように、圧電素子１５Ａが励振回路２（図５参照）からの駆動信号に基づいて第２筒状体１４Ａの貫通方向に振動する。これにより、振動板１６Ａが上方に変位すると、第２筒状体１４Ａが上方に変位し、第１筒状体１２Ａを支持しているバネ部１３Ａの位置が下側に沈み込む。第１筒状体１２Ａを支持しているバネ部１３Ａの位置が下側に沈み込むことで、第１筒状体１２Ａが下方に変位する。その結果、第１筒状体１２Ａに支持されている保護カバー１１Ａの突出部１９Ａが下方に変位する。即ち、保護カバー１１Ａの周辺部が下方に変位する。一方、第１筒状体１２Ａによって支持されている部分よりも内側に位置する本体部１８Ａにおいて、保護カバー１１Ａの中央部は、周辺部よりも小さい変位量で上方に変位する。あるいは、保護カバー１１Ａの中央部は、変位しない。
図示していないが、圧電素子１５Ａが励振回路２（図５参照）からの駆動信号に基づいて第２筒状体１４Ａの貫通方向に振動することにより、振動板１６Ａが下方に変位すると、第２筒状体１４Ａが下方に変位し、第１筒状体１２Ａを支持しているバネ部１３Ａの位置が上側にせり上がる。第１筒状体１２Ａを支持しているバネ部１３Ａの位置が上側にせり上がることで、第１筒状体１２Ａが上方に変位する。その結果、第１筒状体１２Ａに支持されている保護カバー１１Ａの突出部１９Ａが上方に変位する。即ち、保護カバー１１Ａの周辺部が上方に変位する。一方、第１筒状体１２Ａによって支持されている部分よりも内側に位置する本体部１８Ａにおいて、保護カバー１１Ａの中央部は、周辺部よりも小さい変位量で下方に変位する。あるいは、保護カバー１１Ａの中央部は、変位しない。
実施の形態２の振動装置１０Ａについて、保護カバー１１における変位量の変化を調べる評価を、実施例４を用いて行った。実施例４は、上述した実施の形態２の振動装置１０Ａと同様の構成を有する。
実施例４に用いる振動装置１０Ａについて説明する。
実施例４では、保護カバー１１Ａは、外径２２ｍｍ、厚さ２ｍｍの円板形状を有する。第１筒状体１２Ａは、外径１９ｍｍ、内径１８ｍｍ、高さ１ｍｍの円筒形状を有する。バネ部１３Ａは、外径２６ｍｍ、内径１８ｍｍ、厚さ２ｍｍの円環板状を有する。第２筒状体１４Ａは、外径２６ｍｍ、内径２５ｍｍ、高さ２ｍｍの円筒形状を有する。圧電素子１５Ａは、外径２６ｍｍ、内径２０ｍｍ、厚さ１ｍｍの円環板状を有する。振動板１６Ａは、外径２６ｍｍ、内径１８ｍｍ、厚さ２ｍｍの円環板状を有する。また、保護カバー１１Ａを形成する材料は、透光性を有するガラスである。第１筒状体１２Ａを形成する材料は、ステンレスである。バネ部１３Ａを形成する材料は、ステンレスである。第２筒状体１４Ａを形成する材料は、ステンレスである。圧電素子１５Ａを形成する材料は、ＰＺＴセラミックである。振動板１６Ａを形成する材料は、ステンレスである。
なお、実施例４においては、保護カバー１１Ａにおける本体部１８Ａと突出部１９Ａとの境界線ＣＬ２となる半径Ｒ１が９．２５ｍｍ、突出部１９Ａの外側の半径Ｒ２が１３ｍｍ、突出量Ｒ３が３．７５ｍｍである。突出部１９Ａの重量と本体部１８Ａの重量との比率は、０．９７５である。
図１５は、実施例４における保護カバー１１Ａの中心Ｃ１からの距離の変化に対する変位量の変化を示すグラフである。なお、図１５に示す変位量は、電圧１Ｖ当たりの変位量を意味する。図１５に示すように、実施例４において、保護カバー１１Ａの中央部の変位量は約３ｎｍである。一方、保護カバー１１Ａの外周部の変位量は約１２ｎｍである。このように、実施例４においても、保護カバー１１Ａの中央部よりも周辺部の変位量が大きくなっている。この状態で保護カバー１１Ａの表面に液滴を置くと、中央部に比べて周辺部の変位が大きいため、液滴が周辺部に向かって移動する。このため、実施例４では、保護カバー１１Ａの周辺部で液滴を霧化させることができる。
［効果］
実施の形態２に係る振動装置１０Ａよれば、以下の効果を奏することができる。
振動装置１０Ａにおいて、振動体１７Ａは、第２筒状体１４Ａの他端から内側に伸びる板状の振動板１６Ａと、振動板１６Ａの下面に設けられる圧電素子１５Ａと、有する。
このような構成により、保護カバー１１Ａの視野を保ちつつ、液滴などの異物を除去することができる。具体的には、振動体１７Ａの振動により、保護カバー１１の中央部よりも周辺部の変位量を大きくして、保護カバー１１Ａを振動させることができる。これにより、保護カバー１１Ａの表面に付着した液滴が保護カバー１１Ａの中央部から周辺部に移動させることができる。その結果、保護カバー１１Ａの中央部に液滴が集まることによる視野の妨げを抑制しつつ、液滴を除去することができる。
また、振動体１７Ａを第２筒状体１４Ａの他端から内側に設けることによって、振動装置１０Ａの幅方向の寸法を小さくすることができる。
なお、実施の形態２では、圧電素子１５Ａが振動板１６Ａの下面に設けられる例について説明したが、これに限定されない。例えば、圧電素子１５Ａは、振動板１６Ａの上面に設けられてもよい。
実施の形態２では、圧電素子１５Ａ及び振動板１６Ａが円環板状を有する例について説明したが、これに限定されない。例えば、圧電素子１５Ａ及び振動板１６Ａの外形は、多角形又は楕円形であってもよい。
実施の形態２では、フランジ１２ｂａが第１筒状体１２Ａの一端から内側に伸びる例について説明したが、これに限定されない。フランジ１２ｂａは、第１筒状体１２Ａの一端から外側に伸びていてもよい。あるいは、フランジ１２ｂａは第１筒状体１２Ａの一端に設けられていなくてもよい。
実施の形態２では、突出部１９Ａが面取りされている例について説明したが、これに限定されない。突出部１９Ａは面取りされていなくてもよい。
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る振動装置について説明する。なお、実施の形態３では、主に実施の形態１と異なる点について説明する。実施の形態３においては、実施の形態１と同一又は同等の構成については同じ符号を付して説明する。また、実施の形態３では、実施の形態１と重複する記載は省略する。
図１６は、本発明に係る実施の形態３の振動装置１０Ｂの一例を示す概略図である。図１７は、本発明に係る実施の形態３の振動装置１０Ｂの構成の一例を示す概略図である。
実施の形態３では、振動体１７Ｂが第２筒状体１４Ｂの側面に配置されている点で、実施の形態１と異なる。
実施の形態３において、振動装置１０Ｂは、特に説明しない限り、実施の形態１の振動装置１０と同様の構成を有する。
図１６及び図１７に示すように、振動装置１０Ｂにおいて、振動体１７Ｂは、第２筒状体１４Ｂの側面に配置され、第２筒状体１４Ｂの貫通方向（上下方向）に対して垂直な方向に振動する。
振動体１７Ｂは、複数の圧電素子１５Ｂと、振動板１６Ｂと、を有する。
複数の圧電素子１５Ｂは、矩形状の板状部材で形成されている。複数の圧電素子１５Ｂは、振動板１６Ｂの側面（外周面）に設けられている。複数の圧電素子１５Ｂは、振動板１６の側面を囲うように設けられている。
振動板１６Ｂは、第２筒状体１４Ｂの他端側の側面に配置され、第２筒状体１４Ｂを支持している。振動板１６Ｂは、矩形の板状部材で形成されている。具体的には、振動板１６Ｂの外観は、振動装置１０Ｂの平面視において、矩形状を有している。
複数の圧電素子１５Ｂは、振動板１６Ｂの対向する側面に配置されている。このため、複数の圧電素子１５Ｂは、複数の方向に対向して配置されている。
振動装置１０Ｂは、第２筒状体１４Ｂの貫通方向に対して垂直な方向に複数の圧電素子１５Ｂを振動させる。言い換えると、振動装置１０Ｂは、振動板１６Ｂの対向する側面に設けた複数の圧電素子１５Ｂを互いに第２筒状体１４Ｂの内側方向又は外側方向に振動させる。これにより、振動板１６Ｂが、第２筒状体１４Ａの貫通方向に対して垂直な方向、即ち、第２筒状体１４Ｂの内側方向又は外側方向に振動する。
複数の圧電素子１５Ｂは、それぞれ、縦１ｍｍ以上１０ｍｍ以下、横１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下、厚さ０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下の矩形板状を有する。ここで、縦とは図１７における上下方向の寸法、横とは図１７における紙面方向の寸法、厚さとは図１７における左右方向の寸法を示す。
振動板１６Ｂの外観は、幅０ｍｍ以上３ｍｍ以下、奥行き１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下、高さ１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の矩形板状を有する。ここで、幅とは図１７における紙面方向の寸法、奥行きとは図１７における左右方向の寸法、高さとは図１７における上下方向の寸法を示す。
実施の形態３では、４つの圧電素子１５Ｂが振動板１６Ｂの４側面に配置されている。また、４つの圧電素子１５Ｂの配置において、２つの圧電素子１５Ｂが対向するように配置されている。なお、圧電素子１５Ｂの数は、４つに限定されない。例えば、圧電素子１５Ｂの数は２つであってもよい。この場合、２つの圧電素子１５Ｂは、振動板１６Ｂの対向する２側面に配置される。
［動作］
実施の形態３の振動装置１０Ｂの動作の一例について説明する。
図１８は、図１７の振動装置１０Ｂの動作の一例を拡大して示す概略拡大図である。図１８は、実施の形態３の振動装置１０Ｂの振動の一例を示す。図１８では、振動を開始する前の振動装置１０Ｂの基準位置を破線で示し、変位後の振動装置１０Ｂの位置を実線で示す。
図１８に示すように、複数の圧電素子１５Ｂが励振回路２（図５参照）からの駆動信号に基づいて、第２筒状体１４Ｂの外側方向に振動する。これにより、振動板１６Ｂが第２筒状体１４Ｂの外側方向に変位すると、第２筒状体１４Ｂが外側方向に変位し、第１筒状体１２Ｂを支持しているバネ部１３Ｂの位置が下側に沈み込む。バネ部１３Ｂの位置が下側に沈み込むことで、第１筒状体１２Ｂが下方に変位する。その結果、第１筒状体１２Ｂに支持されている保護カバー１１Ｂの突出部１９Ｂが下方に変位する。即ち、保護カバー１１Ｂの周辺部が下方に変位する。一方、第１筒状体１２Ｂによって支持されている部分よりも内側に位置する本体部１８Ｂにおいて、保護カバー１１Ｂの中央部は、周辺部よりも小さい変位量で上方に変位する。あるいは、保護カバー１１Ｂの中央部は、変位しない。
図示していないが、複数の圧電素子１５Ｂが励振回路２（図５参照）からの駆動信号に基づいて、第２筒状体１４Ｂの内側方向に振動する。これにより、振動板１６Ｂが第２筒状体１４Ｂの内側方向に変位すると、第２筒状体１４Ｂが内側方向に変位し、第１筒状体１２Ｂを支持しているバネ部１３Ｂの位置が上側にせり上がる。バネ部１３Ｂの位置が上側にせり上がることで、第１筒状体１２Ｂが上方に変位する。その結果、第１筒状体１２Ｂに支持されている保護カバー１１Ｂの突出部１９Ｂが上方に変位する。即ち、保護カバー１１Ｂの周辺部が上方に変位する。一方、第１筒状体１２Ｂによって支持されている部分よりも内側に位置する本体部１８Ｂにおいて、保護カバー１１Ｂの中央部は、周辺部よりも小さい変位量で下方に変位する。あるいは、保護カバー１１Ｂの中央部は、変位しない。
［効果］
実施の形態３に係る振動装置１０Ｂによれば、以下の効果を奏することができる。
振動装置１０Ｂにおいて、振動体１７Ｂは、第２筒状体１４Ｂの側面に配置され、第２筒状体１４Ｂの貫通方向に対して垂直な方向に振動する。
このような構成により、保護カバー１１Ｂの視野を保ちつつ、液滴などの異物を除去することができる。具体的には、振動体１７Ｂの振動により、保護カバー１１Ｂの中央部よりも周辺部の変位量を大きくして、保護カバー１１Ｂを振動させることができる。これにより、保護カバー１１Ｂの表面に付着した液滴が保護カバー１１Ｂの中央部から周辺部に移動させることができる。その結果、保護カバー１１Ｂの中央部に液滴が集まることによる視野の妨げを抑制しつつ、液滴を除去することができる。
なお、実施の形態３では、振動体１７Ｂが振動板１６Ｂを備える例について説明したが、これに限定されない。振動体１７Ｂは、振動板１６Ｂを備えていなくてもよい。この場合、振動体１７Ｂは、第２筒状体１４Ｂの側面に配置される複数の圧電素子１５Ｂを備えていてもよい。
実施の形態３では、複数の圧電素子１５Ｂが矩形状の板状部材で形成される例について説明したが、これに限定されない。例えば、複数の圧電素子１５Ｂは、多角形状又は楕円形状の板状部材で形成されていてもよい。
実施の形態３では、振動板１６Ｂの外観が矩形状を有する例について説明したが、これに限定されない。振動板１６Ｂの外観は多角形状を有していてもよい。
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４に係る振動装置について説明する。なお、実施の形態４では、主に実施の形態１と異なる点について説明する。実施の形態４においては、実施の形態１と同一又は同等の構成については同じ符号を付して説明する。また、実施の形態４では、実施の形態１と重複する記載は省略する。
図１９は、本発明に係る実施の形態４の振動装置１０Ｃの一例を示す概略斜視図である。
実施の形態４では、保護カバー１１Ｃ、第１筒状体１２Ｃ、バネ部１３Ｃ、第２筒状体１４Ｃ、及び振動体１７Ｃが矩形状を有する点で、実施の形態１と異なる。
実施の形態４において、振動装置１０Ｃは、特に説明しない限り、実施の形態１の振動装置１０と同様の構成を有する。
図１９に示すように、保護カバー１１Ｃ、第１筒状体１２Ｃ、バネ部１３Ｃ、第２筒状体１４Ｃ、及び振動体１７Ｃは、振動装置１０Ｃの平面視において、矩形状を有する。
振動体１７Ｃは、複数の圧電素子１５Ｃと、振動板１６Ｃと、を有する。
複数の圧電素子１５Ｃは、振動板１６Ｃの下面に配置され、複数の方向に対向して配置されている。
保護カバー１１Ｃは、幅１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下、奥行き１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下、厚さ０．７ｍｍ以上１０ｍｍ以下の矩形板状を有する。
第１筒状体１２Ｃは、外観における幅８ｍｍ以上３５ｍｍ以下、奥行き８ｍｍ以上３５ｍｍ以下、高さ１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の角筒状を有する。また、第１筒状体１２Ｃの厚さは０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下である。
バネ部１３Ｃは、外観における幅１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下、奥行き１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下の角筒状を有する。また、バネ部１３Ｃの厚さは０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下である。
第２筒状体１４Ｃは、外観における幅１２ｍｍ以上４２ｍｍ以下、奥行き１２ｍｍ以上４０ｍｍ以下、高さ２ｍｍ以上１５ｍｍ以下の角筒状を有する。また、第２筒状体１４Ｃの厚さは０．２ｍｍ以上５ｍｍ以下である。
複数の圧電素子１５Ｃは、それぞれ、縦８ｍｍ以上３８ｍｍ以下、横１ｍｍ以上５ｍｍ以下、厚さ０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下の矩形板状を有する。
振動板１６Ｃの外観は、幅１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下、奥行き１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下、高さ０．２ｍｍ以上４ｍｍ以下の矩形板状を有する。
実施の形態４では、４つの圧電素子１５Ｃが振動板１６Ｃの下面に配置されている。また、４つの圧電素子１５Ｃの配置において、２つの圧電素子１５Ｃが対向するように配置されている。なお、圧電素子１５Ｃの数は、４つに限定されない。例えば、圧電素子１５Ｃの数は２つであってもよい。この場合、２つの圧電素子１５Ｃは、振動板１６Ｃの下面において対向するように配置される。
［効果］
実施の形態４に係る振動装置１０Ｃによれば、以下の効果を奏することができる。
振動装置１０Ｃにおいて、保護カバー１１Ｃ、第１筒状体１２Ｃ、バネ部１３Ｃ、第２筒状体１４Ｃ、及び振動体１７Ｃが矩形状を有する。このような構成においても、保護カバー１１Ｃの視野を保ちつつ、液滴などの異物を除去することができる。具体的には、保護カバー１１Ｃの中央部に液滴が集まることによる視野の妨げを抑制しつつ、液滴を除去することができる。
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５に係る振動装置について説明する。なお、実施の形態５では、主に実施の形態１と異なる点について説明する。実施の形態５においては、実施の形態１と同一又は同等の構成については同じ符号を付して説明する。また、実施の形態５では、実施の形態１と重複する記載は省略する。
図２０は、本発明に係る実施の形態５の振動装置１０Ｄの一例を示す概略図である。
実施の形態５では、保護カバー１１Ｄがドーム形状を有する点で、実施の形態１と異なる。
実施の形態５において、振動装置１０Ｄは、特に説明しない限り、実施の形態１の振動装置１０と同様の構成を有する。
図２０に示すように、振動装置１０Ｄにおいて、保護カバー１１Ｄは、ドーム形状を有する。ドーム形状とは、板状部材を半球状に湾曲させて形成される形状である。
保護カバー１１Ｄは、本体部１８Ｄと、突出部１９Ｄと、を有する。
本体部１８Ｄは、第１筒状体１２によって支持される部分よりも内側に位置する部分であって、ドーム状（半球状）に湾曲した部分である。
本体部１８Ｄは、半径４ｍｍ以上１５ｍｍ以下の半球状に湾曲した部分を有する。
突出部１９Ｄは、本体部１８Ｄから保護カバー１１Ｄの外周方向へ延び、第１筒状体１２によって支持される部分よりも外側に突出する部分である。言い換えると、突出部１９Ｄは、第１筒状体１２によって支持される部分よりも第１筒状体１２の外周方向に伸びる部分である。
［効果］
実施の形態５に係る振動装置１０Ｄによれば、以下の効果を奏することができる。
振動装置１０Ｄにおいて、保護カバー１１Ｄは、ドーム状を有する。このような構成においても、保護カバー１１Ｄの視野を保ちつつ、液滴などの異物を除去することができる。具体的には、保護カバー１１Ｄの中央部に液滴が集まることによる視野の妨げを抑制しつつ、液滴を除去することができる。
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６に係る振動装置について説明する。なお、実施の形態６では、主に実施の形態１と異なる点について説明する。実施の形態６においては、実施の形態１と同一又は同等の構成については同じ符号を付して説明する。また、実施の形態６では、実施の形態１と重複する記載は省略する。
図２１は、本発明に係る実施の形態６の振動装置１０Ｅの一例を示す概略図である。
実施の形態６では、突出部１９Ｅが錘２１を有する点で、実施の形態１と異なる。
実施の形態６において、振動装置１０Ｅは、特に説明しない限り、実施の形態１の振動装置１０と同様の構成を有する。
図２１に示すように、保護カバー１１Ｅにおいて、突出部１９Ｅの下面に錘２１が設けられている。
錘２１は、突出部１９Ｅの重量を増加させる物体である。錘２１は、円環板状を有する。錘２１は、突出部１９Ｅの重量を増加させることができる。
［効果］
実施の形態６に係る振動装置１０Ｅによれば、以下の効果を奏することができる。
振動装置１０Ｅにおいて、突出部１９Ｅは、錘２１を有する。このような構成により、錘２１によって突出部１９Ｅの重量を増加させることができる。これにより、突出部１９Ｅの形状、例えば、突出量Ｒ３を変更せずに、突出部１９Ｅの重量を調整することができる。
また、錘２１を突出部１９Ｅの下面に設けることによって、保護カバー１１Ｅの外径を実施の形態１の保護カバー１１と比べて小さくすることができる。これにより、振動装置１０Ｅの小型化を実現することができる。
なお、実施の形態６では、突出部１９Ｅが１つの錘２１を有する例について説明したが、これに限定されない。例えば、突出部１９Ｅは、１つ又は複数の錘２１を有していてもよい。
実施の形態６では、錘２１が円環板状を有する例について説明したが、これに限定されない。例えば、矩形状を有する複数の錘２１が同心円上に設けられていてもよい。
実施の形態６では、錘２１が突出部１９Ｅの下面に設けられる例について説明したが、これに限定されない。例えば、錘２１が突出部１９Ｅの側面に設けられていてもよい。
図２２は、本発明に係る実施の形態６の変形例の振動装置１０Ｆを示す概略図である。図２２に示すように、振動装置１０Ｆの保護カバー１１Ｆにおいては、突出部１９Ｆの側面に錘２２が設けられている。このような構成においても、錘２２によって突出部１９Ｅの重量を増加させることができ、突出部１９Ｅの重量を調整することができる。
（実施の形態７）
本発明の実施の形態７に係る振動装置について説明する。なお、実施の形態７では、主に実施の形態１と異なる点について説明する。実施の形態７においては、実施の形態１と同一又は同等の構成については同じ符号を付して説明する。また、実施の形態７では、実施の形態１と重複する記載は省略する。
図２３は、本発明に係る実施の形態７の振動装置１０Ｇの一例を示す概略図である。
実施の形態７では、突出部１９Ｅが本体部１８と異なる材料で形成されている点で、実施の形態１と異なる。
実施の形態７において、振動装置１０Ｇは、特に説明しない限り、実施の形態１の振動装置１０と同様の構成を有する。
図２３に示すように、保護カバー１１Ｇにおいて、突出部１９Ｇは本体部１８と異なる材料で形成されている。
突出部１９Ｇを形成する材料としては、例えば、ステンレスやアルミなどの金属やガラスと膨張係数の近いセラミックス、形状自在に他の機能を追加できる樹脂などを利用するなどなどが挙げられる。
なお、本体部１８は、実施の形態１で述べた保護カバー１１を形成する材料で形成されている。
［効果］
実施の形態７に係る振動装置１０Ｇによれば、以下の効果を奏することができる。
振動装置１０Ｇにおいて、突出部１９Ｅを形成する材料は、本体部１８を形成する材料と異なる。このような構成により、材料の選択によって突出部１９Ｅの重量を調整することができる。
また、突出部１９Ｅは、保護カバー１１Ｇの視野外に位置するため、本体部１８と比べて材料の選択の自由度が高い。
本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、この技術に熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
本発明の振動装置および振動制御方法は、屋外で使用する車載カメラ、監視カメラ、またはＬｉＤＡＲ等の光センサへ適用することができる。
１ カメラ
２ 励振回路
３ ベース部材
４ 支持部材
５ 本体部材
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，１０Ｇ 振動装置
１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅ，１１Ｆ，１１Ｇ 透光体（保護カバー）
１２，１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ 第１筒状体
１２ａa，１２ｂａ フランジ
１２ａｂ 内壁
１２ａｃ 外壁
１３，１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ バネ部
１４，１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ 第２筒状体
１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ 圧電素子
１６，１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ 振動板
１７，１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ 振動体
１８，１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｄ 本体部
１９，１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｄ，１９Ｅ，１９Ｆ，１９Ｇ 突出部
１９ａａ 第１突出部
１９ａｂ 第２突出部
２０ ノード
２１，２２ 錘
１００ 撮像ユニット
２１０ 振動装置
２１１ 透光体（保護カバー）
２１２ 筒状体
２１５ 圧電素子
２１８ 本体部
２２０ ノード

Claims (18)

  1. 所定の波長の光を透過する透光体と、
    一端及び他端を有する筒状に形成され、前記一端で前記透光体を支持する第１筒状体と、
    前記第１筒状体の前記他端を支持する板状のバネ部と、
    一端及び他端を有する筒状に形成され、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前記一端で支持する第２筒状体と、
    前記第２筒状体の前記他端側に配置され、前記第２筒状体の貫通方向に振動する振動体と、
    を備え、
    前記透光体は、前記第１筒状体によって支持される部分よりも内側に位置する本体部と、前記本体部から前記透光体の外周方向へ延び、前記第１筒状体によって支持される部分よりも外側に突出する突出部と、を有し、
    前記突出部のもつ慣性モーメントから算出される等価質量と前記本体部の重量との比は、０．８以上１．２以下であり、
    前記透光体、前記第１筒状体、前記バネ部及び前記第２筒状体は、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る、
    振動装置。
  2. 前記突出部を形成する材料は、前記本体部を形成する材料と異なる、
    請求項１に記載の振動装置。
  3. 前記突出部は、１つ又は複数の錘を有する、
    請求項１又は２に記載の振動装置。
  4. 前記振動体は、
    前記第２筒状体の前記他端から外側に伸びる板状の振動板と、
    前記振動板の上面又は下面に設けられる圧電素子と、
    を有する、
    請求項１～３のいずれか一項に記載の振動装置。
  5. 前記振動体は、
    前記第２筒状体の前記他端から内側に伸びる板状の振動板と、
    前記振動板の上面又は下面に設けられる圧電素子と、
    を有する、
    請求項１～３のいずれか一項に記載の振動装置。
  6. 前記透光体は、円板形状又はドーム形状を有し、
    前記バネ部、前記振動板及び前記圧電素子は、円環板状を有し、
    前記第１筒状体及び前記第２筒状体は、円筒形状を有する、
    請求項４又は５に記載の振動装置。
  7. 前記振動体は、前記第２筒状体の側面に配置され、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圧電素子を有する、
    請求項１～３のいずれか一項に記載の振動装置。
  8. さらに、
    前記振動体を励振する励振回路を備える、
    請求項１～７のいずれか一項に記載の振動装置。
  9. 所定の波長の光を透過する透光体と、
    一端及び他端を有する筒状に形成され、前記一端で前記透光体を支持する第１筒状体と、
    前記第１筒状体の前記他端を支持する板状のバネ部と、
    一端及び他端を有する筒状に形成され、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前記一端で支持する第２筒状体と、
    前記第２筒状体の前記他端側に配置され、前記第２筒状体の貫通方向に振動する振動体と、
    を備え、
    前記透光体は、前記第１筒状体によって支持される部分よりも内側に位置する本体部と、前記本体部から前記透光体の外周方向へ延び、前記第１筒状体によって支持される部分よりも外側に突出する突出部と、を有し、
    前記突出部の重量と前記本体部の重量との比は、０．８以上１．２以下であり、
    前記透光体、前記第１筒状体、前記バネ部及び前記第２筒状体は、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る、
    振動装置。
  10. 前記突出部を形成する材料は、前記本体部を形成する材料と異なる、
    請求項９に記載の振動装置。
  11. 前記突出部は、１つ又は複数の錘を有する、
    請求項９又は１０に記載の振動装置。
  12. 前記振動体は、
    前記第２筒状体の前記他端から外側に伸びる板状の振動板と、
    前記振動板の上面又は下面に設けられる圧電素子と、
    を有する、
    請求項９～１１のいずれか一項に記載の振動装置。
  13. 前記振動体は、
    前記第２筒状体の前記他端から内側に伸びる板状の振動板と、
    前記振動板の上面又は下面に設けられる圧電素子と、
    を有する、
    請求項９～１１のいずれか一項に記載の振動装置。
  14. 前記透光体は、円板形状又はドーム形状を有し、
    前記バネ部、前記振動板及び前記圧電素子は、円環板状を有し、
    前記第１筒状体及び前記第２筒状体は、円筒形状を有する、
    請求項１２又は１３に記載の振動装置。
  15. 前記振動体は、前記第２筒状体の側面に配置され、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圧電素子を有する、
    請求項９～１１のいずれか一項に記載の振動装置。
  16. さらに、
    前記振動体を励振する励振回路を備える、
    請求項９～１５のいずれか一項に記載の振動装置。
  17. 所定の波長の光を透過する透光体と、一端及び他端を有する筒状に形成され、前記一端で前記透光体を支持する第１筒状体と、前記第１筒状体の前記他端を支持する板状のバネ部と、一端及び他端を有する筒状に形成され、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前記一端で支持する第２筒状体と、前記第２筒状体の前記他端側に配置され、前記第２筒状体の貫通方向に振動する振動体と、を備え、前記透光体は、前記第１筒状体によって支持される部分よりも内側に位置する本体部と、前記本体部から前記透光体の外周方向へ延び、前記第１筒状体によって支持される部分よりも外側に突出する突出部と、を有する振動装置を準備するステップ、
    前記振動体を振動させるステップ、
    を含み、
    前記準備するステップは、前記突出部のもつ慣性モーメントから算出される等価質量と前記本体部の重量との比を０．８以上１．２以下とし、前記透光体、前記第１筒状体、前記バネ部及び前記第２筒状体を、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すること、を有する、
    振動制御方法。
  18. 所定の波長の光を透過する透光体と、一端及び他端を有する筒状に形成され、前記一端で前記透光体を支持する第１筒状体と、前記第１筒状体の前記他端を支持する板状のバネ部と、一端及び他端を有する筒状に形成され、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前記一端で支持する第２筒状体と、前記第２筒状体の前記他端側に配置され、前記第２筒状体の貫通方向に振動する振動体と、を備え、前記透光体は、前記第１筒状体によって支持される部分よりも内側に位置する本体部と、前記本体部から前記透光体の外周方向へ延び、前記第１筒状体によって支持される部分よりも外側に突出する突出部と、を有する、振動装置を準備するステップ、
    前記振動体を振動させるステップ、
    を含み、
    前記準備するステップは、前記突出部の重量と前記本体部の重量との比を０．８以上１．２以下とし、前記透光体、前記第１筒状体、前記バネ部及び前記第２筒状体を、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すること、を有する、
    振動制御方法。
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