JP7663133B2 - 光学モジュールおよび光学装置 - Google Patents

Description

本発明は、振動によって液滴などを除去する光学モジュールおよび光学装置に関する。

特許文献１には、光学素子のドーム部を形成する曲面の端部と接続し、ドーム部に屈曲振動を発生させる加振部材を具備する液滴排除装置が開示されている。特許文献１に記載の液滴排除装置では、防滴カバーと圧電素子とが接着固定されており、圧電素子の振動によって防滴カバーを屈曲振動させ、防滴カバーの表面に付着した液滴等を除去する。

特開２０１７－１７０３０３号公報

特許文献１に記載の装置では、振動減衰を抑制するという点で未だ改善の余地がある。

本発明の一態様の光学モジュールは、
透光体と、
筒状に形成され、前記透光体を支持する振動体と、
前記振動体に配置され、前記振動体を振動させる圧電素子と、
前記振動体の内側に配置される内層光学部品と、
を備え、
前記透光体と前記内層光学部品との間に第１ギャップが設けられており、
前記圧電素子と前記内層光学部品との間には第２ギャップが設けられており、
前記透光体の振動方向における前記第１ギャップの第１寸法と、前記振動体の振動方向における前記第２ギャップの第２寸法と、のうち少なくとも１つは、［（ｎ×λ／２）＋０．１ｍｍ］以上［｛（ｎ＋１）×λ／２｝－０．１ｍｍ］以下の範囲で定められ、
ｎは０以上の整数、λは振動により生じる音波の波長を示す。

本発明の一態様の光学装置は、
前記態様の光学モジュールと、
前記光学モジュールに配置される光学素子と、
を備える。

本発明によれば、振動減衰を抑制することができる光学モジュールおよび光学装置を提供することができる。

本発明に係る実施の形態１の光学装置の一例を示す概略斜視図である。 本発明に係る実施の形態１の光学装置の構成の一例を示す概略断面図である。 本発明に係る実施の形態１の光学装置の機能的構成の一例を示すブロック図である。 第１ギャップを説明するための模式図である。 第２ギャップおよび第３ギャップを説明するための模式図である。 第１ギャップの寸法と音波との関係を説明するための模式図である。 透光体の変位と音圧との関係の解析結果の一例を示すグラフである。 図７のグラフを拡大したグラフである。 第１振動モードを説明するための模式図である。 第２振動モードを説明するための模式図である。 第１振動モードおよび第２振動モードにおいて、ギャップの寸法をパラメータとした場合の透光体の変位と音圧との関係の一例を示すグラフである。 各材料における音響インピーダンスと反射率との関係の一例を示す表である。 変形例１の光学モジュールの主な構成を示す概略断面図である。 変形例２の光学モジュールの主な構成を示す概略断面図である。 変形例３の光学モジュールの主な構成を示す概略断面図である。 振動体の内側の空間を負圧にした場合の変位量減衰率を示すグラフである。 本発明に係る実施の形態２の光学装置の一例を示す概略断面図である。 圧電素子の印加電圧と透光体の変位との関係を示す概略図である。

（本発明に至った経緯）
車両の前部や後部に撮像素子などを備える撮像ユニットを設けた車両では、撮像ユニットで取得した画像を利用して安全装置を制御したり、自動運転制御を行っている。このような撮像ユニットは、車外に配置される場合がある。この場合、撮像ユニットの外装に保護カバー又はレンズなどの透光体を配置する。

このため、透光体に雨滴（液滴）、泥、塵埃などの異物が付着することがある。透光体に異物が付着すると、撮像ユニットで取得した画像に、異物が映り込み、鮮明な画像が得られなくなる場合がある。

近年、透光体を振動させることによって透光体に付着した異物を除去する装置が開発されている。このような装置においては、筒状の振動体に透光体を配置し、圧電素子などによって振動体を振動させることによって透光体を振動させている。また、振動体の内部には内層光学部品が配置されている。

しかしながら、振動体の内部に配置される内層光学部品の位置によっては、透光体および／または振動体の振動を減衰させる場合がある。例えば、透光体と内層光学部品との間にはギャップが設けられており、ギャップの寸法によっては振動減衰が生じる。これにより、透光体に付着した異物を十分に除去できなくなるという課題がある。これは、発明者らは発見した新たな課題である。

例えば、透光体を振動させると、当該振動により音波が発生する。透光体から生じた音波が内層光学部品で反射し、音波の腹と節とを含む定在波が生じる。音波の腹では、他の部分と比べて音圧が上昇し、空気がより圧縮された状態となる。このため、音波の腹では、圧縮された空気がダンパーとして働き、振動減衰が発生する。よって、透光体と内層光学部品との間のギャップにおいて、透光体が配置される位置に音波の腹が形成される場合、透光体の振動が減衰されてしまう。振動体と内層光学部品との間のギャップについても同様の現象が生じる。その結果、透光体に付着した異物を十分に除去できない場合がある。

本発明者らは、鋭意検討したところ、振動により生じる音波の腹を避けることによって、振動の減衰を抑制する構成を見出し、以下の発明に至った。

本発明の一態様の光学モジュールは、
透光体と、
筒状に形成され、前記透光体を支持する振動体と、
前記振動体に配置され、前記振動体を振動させる圧電素子と、
前記振動体の内側に配置される内層光学部品と、
を備え、
前記透光体と前記内層光学部品との間に第１ギャップが設けられており、
前記圧電素子と前記内層光学部品との間には第２ギャップが設けられており、
前記透光体の振動方向における前記第１ギャップの第１寸法と、前記振動体の振動方向における前記第２ギャップの第２寸法と、のうち少なくとも１つは、［（ｎ×λ／２）＋０．１ｍｍ］以上［｛（ｎ＋１）×λ／２｝－０．１ｍｍ］以下の範囲で定められ、
ｎは０以上の整数、λは振動により生じる音波の波長を示す。

このような構成により、振動減衰を抑制することができる。

前記第１寸法と前記第２寸法とのうち少なくとも１つは、０．１ｍｍ以上（λ／２－０．１ｍｍ）以下の範囲で定められてもよい。

このような構成により、振動減衰をさらに抑制することができる。

前記振動体と前記内層光学部品の側壁との間には第３ギャップが設けられており、
前記第３ギャップの第３寸法は、０．１ｍｍ以上であってもよい。

このような構成により、振動減衰をさらに抑制することができる。

前記第１ギャップの前記第１寸法は、前記透光体の中央部と、前記内層光学部品との間の距離であってもよい。

このような構成により、透光体の中央部における振動減衰を抑制することができる。

前記振動体および前記圧電素子は、前記透光体の全体が略均一に振動するように構成されていてもよい。

このような構成により、振動減衰をさらに抑制することができる。

前記振動体および前記圧電素子は、前記透光体の中央部が端部よりも大きく振動するように構成されていてもよい。

このような構成により、振動減衰をさらに抑制することができる。

前記内層光学部品は、前記透光体よりも小さい音響インピーダンスを有する材料で構成されていてもよい。

このような構成により、内層光学部品での音波の反射を抑制し、振動減衰をさらに抑制することができる。

前記内層光学部品は、樹脂で形成されていてもよい。

このような構成により、内層光学部品での音波の反射をさらに抑制し、振動減衰をより一層抑制することができる。

前記内層光学部品は、
内層レンズと、
前記内層レンズを保持するレンズ保持部と、
前記レンズ保持部の外壁から外側に向かって延びる内層フランジと、
を有し、
前記第１ギャップは、前記透光体と前記内層レンズとの間に設けられており、
前記第２ギャップは、前記圧電素子と前記内層フランジとの間に設けられていてもよい。

このような構成により、振動減衰をさらに抑制することができる。

前記内層光学部品は、前記第１ギャップを画定する第１表面と、前記第２ギャップを画定する第２表面と、を有し、
前記第１表面と前記第２表面とのうち少なくとも１つに、音波の反射を抑制する音波抑制部材が配置されていてもよい。

このような構成により、音波抑制部材によって音波の反射を抑制し、振動減衰を抑制することができる。

前記内層光学部品は、前記第１ギャップを画定する第１表面と、前記第２ギャップを画定する第２表面と、を有し、
前記第１表面と前記第２表面とのうち少なくとも１つに、樹脂コーティングが施されていてもよい。

このような構成により、樹脂コーティングによって音波の反射を抑制し、振動減衰を抑制することができる。

前記振動体の内側の空間は、真空又は負圧であってもよい。

このような構成により、振動減衰をさらに抑制することができる。

前記振動体の内側の空間は、空気よりも密度の低いガスで満たされていてもよい。

このような構成により、振動減衰をさらに抑制することができる。

前記透光体が振動していない状態の位置を基準位置とし、前記透光体の厚み方向（Ｚ方向）において前記基準位置に対して前記内層光学部品から離れる方向を正方向とし、前記基準位置に対して前記内層光学部品に近づく方向を負方向とした場合、
前記透光体において、前記正方向への変位は、前記負方向の変位より大きくてもよい。

このような構成により、振動減衰をさらに抑制することができる。

前記光学モジュールは、前記圧電素子を制御する制御部を更に備え、
前記制御部は、前記圧電素子に対して、正方向電圧の印加と電圧印加停止を繰り返してもよい。

このような構成により、振動減衰をさらに抑制することができる。

本発明の一態様の光学装置は、
前記態様の光学モジュールと、
前記光学モジュールに配置される光学素子と、
を備える。

このような構成により、振動減衰を抑制することができる。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。さらに、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは必ずしも合致していない。

（実施の形態１）
［光学装置］
図１は、本発明に係る実施の形態１の光学装置１００の一例を示す概略斜視図である。図２は、本発明に係る実施の形態１の光学装置１００の構成の一例を示す概略断面図である。図中のＸ，Ｙ，Ｚ方向は、光学装置１００の縦方向、横方向および高さ方向を示す。

図１及び図２に示すように、光学装置１００は、光学モジュール１と、光学素子２と、を備える。光学素子２は、光学モジュール１に配置されている。具体的には、光学素子２は、光学モジュール１の内部に配置されている。

本実施形態では、光学装置１００が撮像装置である例について説明する。光学装置１００は、例えば車両の前方、後方などに取り付けられ、撮像対象を撮像する。なお、光学装置１００が取り付けられる場所は、車両に限られず、船舶、航空機などの他の装置に取り付けられてもよい。

光学素子２は、撮像素子であり、例えば、可視領域から遠赤外領域のいずれかの波長の光を受光する、ＣＭＯＳ、ＣＣＤ、ボロメーターやサーモパイルである。

光学装置１００は、車両などに取り付けて屋外で使用する場合、光学素子２の視野方向に配置され外部を覆う光学モジュール１の透光体１０に雨滴、泥、塵埃等の異物が付着することがある。光学モジュール１は、透光体１０に付着した雨滴等の異物を除去するため振動を発生させることができる。

［光学モジュール］
図１及び図２に示すように、光学モジュール１は、透光体１０、振動体２０、圧電素子３０、固定部４０および内層光学部品５０を備える。なお、光学モジュール１において、固定部４０は必須の構成ではない。

＜透光体＞
透光体１０は、光学素子２が検出する波長のエネルギー線又は光が透過する透光性を有する。本実施形態では、透光体１０は、光学素子２や内層光学部品５０を異物の付着から保護するためのカバーである。光学装置１００においては、光学素子２が透光体１０を通してエネルギー線又は光を検出する。

透光体１０を形成する材料としては、例えば、透光性のプラスチック、石英、ホウ桂酸などのガラス、透光性のセラミック又は合成樹脂などを用いることができる。透光体１０を例えば強化ガラスにより形成することで、透光体１０の強度を高めることが可能である。本実施形態では、透光体１０は、ＢＫ－７（ホウ珪酸ガラス）で形成されている。

透光体１０は、例えば、ドーム形状を有する。光学モジュール１の高さ方向（Ｚ方向）から見て、透光体１０は円形に形成されており、透光体１０の中心から外周に向かって透光体１０の厚みが連続して小さくなっている。なお、透光体１０の形状は、これに限定されない。

本実施形態では、透光体１０は、第１主面ＰＳ１と、第１主面ＰＳ１と反対側の第２主面ＰＳ２とを有する。第１主面ＰＳ１は、透光体１０の外側に位置する主面である。第１主面ＰＳ１は、連続した湾曲面で形成されている。具体的には、第１主面ＰＳ１は、丸く湾曲している。第２主面ＰＳ２は、透光体１０の内側に位置する主面である。第２主面ＰＳ２は平坦に形成されている。

透光体１０の外周端部は、振動体２０に接合されている。具体的には、透光体１０の外周に沿って、透光体１０の第２主面ＰＳ２と振動体２０の振動フランジ２１とが接合されている。透光体１０と振動体２０との接合は、例えば、接着材又はろう材を用いて行うことができる。または、熱圧着または陽極接合等を用いることもできる。

＜振動体＞
振動体２０は、筒状に形成され、透光体１０を支持する。また、振動体２０は、圧電素子３０によって振動させられることによって、透光体１０を振動させる。

振動体２０は、振動フランジ２１、第１筒状体２２、ばね部２３、第２筒状体２４、振動板２５および接続部２６を有する。なお、振動体２０において、接続部２６は必須の構成ではない。

振動フランジ２１は、光学モジュール１の高さ方向（Ｚ方向）から見て、円環状の板部材で形成されている。振動フランジ２１は、透光体１０の外周に沿って配置され、透光体１０と接合されている。振動フランジ２１は、透光体１０と面接触することによって透光体１０を安定して支持している。

第１筒状体２２は、一端と他端とを有する筒状に形成されている。第１筒状体２２は、内部に貫通孔が設けられた中空部材からなる。貫通孔は、光学モジュール１の高さ方向（Ｚ方向）に設けられており、第１筒状体２２の一端と他端とに貫通孔の開口が設けられている。第１筒状体２２は、例えば、円筒形状を有する。光学モジュール１の高さ方向から見て、第１筒状体２２の外形及び貫通孔の開口は、円形に形成されている。

第１筒状体２２の一端には振動フランジ２１が設けられており、第１筒状体２２の他端にはばね部２３が設けられている。第１筒状体２２は、振動フランジ２１を支持する一方で、ばね部２３によって支持されている。

ばね部２３は、第１筒状体２２の他端を支持する板バネである。ばね部２３は、弾性変形するように構成されている。ばね部２３は、円筒状の第１筒状体２２の他端を支持し、支持した位置から第１筒状体２２の外側に向かって延伸している。

ばね部２３は、板状に形成されている。また、ばね部２３は、内部に貫通孔が設けられた中空円状を有し、第１筒状体２２の周囲を円形状に囲むように延伸している。言い換えると、ばね部２３は、円環板状を有している。円環板状とは、板状部材が環状に形成されている形状を意味する。光学モジュール１の高さ方向（Ｚ方向）から見て、ばね部２３の外形及び貫通孔の開口は、円形に形成されている。

ばね部２３は、第１筒状体２２と第２筒状体２４とを接続している。具体的には、ばね部２３は、ばね部２３の内周側で第１筒状体２２と接続され、ばね部２３の外周側で第２筒状体２４と接続されている。

第２筒状体２４は、一端と他端とを有する筒状に形成されている。第２筒状体２４は、光学モジュール１の高さ方向（Ｚ方向）から見て、第１筒状体２２よりも外側に位置し、ばね部２３を支持している。第２筒状体２４の一端には、ばね部２３が接続されている。第２筒状体２４の他端には振動板２５が接続されている。

第２筒状体２４は、内部に貫通孔が設けられた中空部材からなる。貫通孔は、光学モジュール１の高さ方向（Ｚ方向）に設けられており、第２筒状体２４の一端と他端とに貫通孔の開口が設けられている。第２筒状体２４は、例えば、円筒形状を有する。光学モジュール１の高さ方向から見て、第２筒状体２４の外形及び貫通孔の開口は、円形に形成されている。

振動板２５は、第２筒状体２４の他端から内側に伸びる板状の部材である。振動板２５は、第２筒状体２４の他端を支持し、支持した位置から第２筒状体２４の内側に向かって延伸している。

振動板２５は、内部に貫通孔が設けられた中空円状を有し、第２筒状体２４の内周に沿って設けられている。振動板２５は、円環板状を有する。

接続部２６は、振動板２５と固定部４０とを接続する。接続部２６は、振動板２５の外周端部から外側に向かって延び、且つ固定部４０に向かって屈曲している。接続部２６は、固定部４０に支持されている。接続部２６は、ノードを有するように構成されており、振動板２５からの振動が伝達されにくくなっている。

本実施形態では、第１筒状体２２、ばね部２３、第２筒状体２４、振動板２５および接続部２６は、一体的に形成される。なお、第１筒状体２２、ばね部２３、第２筒状体２４、振動板２５および接続部２６は、別体で形成されてもよいし、別部材で形成されてもよい。

上記した振動体２０を構成する要素は、例えば、金属またはセラミックスにより形成される。金属としては、例えば、ステンレス、４２アロイ、５０アロイ、インバー、スーパーインバー、コバール、アルミニウム、またはジュラルミン等を使用することができる。あるいは、振動体２０を構成する要素は、アルミナ、ジルコニアなどのセラミックスで形成されていてもよいし、Ｓｉなどの半導体により形成されてもよい。さらには、振動体２０を構成する要素は、絶縁材料で覆われていてもよい。また、振動体２０を構成する要素には黒体処理がされていてもよい。

また、振動体２０を構成する要素の形状や配置は、上記した例に限定されない。

＜圧電素子＞
圧電素子３０は、振動体２０に配置され、振動体２０を振動させる。圧電素子３０は、振動板２５の主面に設けられている。具体的には、圧電素子３０は、振動板２５において透光体１０が位置する側と反対側の主面に設けられている。圧電素子３０は、振動板２５を振動させることによって、第２筒状体２４を貫通方向（Ｚ方向）に振動させる。例えば、圧電素子３０は、電圧が印加されることによって振動する。

圧電素子３０は、内部に貫通孔が設けられた中空円状を有する。言い換えると、圧電素子３０は、円環板状を有する。光学モジュール１の高さ方向（Ｚ方向）から見て、圧電素子３０の外形及び貫通孔の開口は、円形に形成されている。

なお、圧電素子３０の外形及び貫通孔の開口は、これに限定されない。

圧電素子３０は、圧電体と、電極と、を有する。圧電体を形成する材料としては、例えば、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ_３）、チタン酸・ジルコン酸鉛（ＰＺＴ：ＰｂＴｉＯ_３・ＰｂＺｒＯ_３）、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ_３）、メタニオブ酸鉛（ＰｂＮｂ_２Ｏ_６）、チタン酸ビスマス（Ｂｉ_４Ｔｉ_３Ｏ_１２）、（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ_３などの適宜の圧電セラミックス、又はＬｉＴａＯ_３、ＬｉＮｂＯ_３などの適宜の圧電単結晶などを用いることができる。電極は、例えば、Ｎｉ電極であってもよい。電極は、スパッタリング法により形成される、Ａｇ又はＡｕなどの金属薄膜からなる電極であってもよい。あるいは、電極はスパッタリングの他、めっき、蒸着でも形成可能である。

固定部４０は、振動体２０を固定する。また、固定部４０は、内層光学部品５０を固定する。固定部４０は、筒状に形成されている。例えば、固定部４０は、円筒形状を有する。なお、固定部４０の形状は、円筒形状に限定されない。固定部４０は、振動体２０と一体で形成されていてもよい。

＜内層光学部品＞
内層光学部品５０は、振動体２０の内部に配置される光学部品である。例えば、内層光学部品５０は、レンズモジュールである。

本実施形態では、内層光学部品５０は、内層レンズ５１と、レンズ保持部５２と、内層フランジ５３と、を有する。

内層レンズ５１は、複数のレンズで構成されている。内層レンズ５１は、振動体２０の内側で光学素子２の光路上に配置されており、透光体１０と対向する。内層レンズ５１は、レンズ保持部５２によって保持されている。

レンズ保持部５２は、内層レンズ５１を保持する。レンズ保持部５２は、一端と他端とを有する筒状に形成されている。具体的には、レンズ保持部５２は、円筒形状を有し、内層レンズ５１の外周を保持している。

内層フランジ５３は、レンズ保持部５２の外壁から外側に向かって延びる。具体的には、内層フランジ５３は、レンズ保持部５２の他端に接続され、固定部４０に向かって延びている。内層フランジ５３は、光学モジュール１の高さ方向（Ｚ方向）から見て、円環板状に形成されている。内層フランジ５３の外周は、固定部４０に接続されている。内層フランジ５３は、固定部４０に支持されることによって振動体２０の内側に固定されている。

図３は、本発明に係る実施の形態１の光学装置１００の機能的構成の一例を示すブロック図である。図３に示すように、圧電素子３０は、制御部３によって制御される。制御部３は、振動を発生させる駆動信号を圧電素子３０に印加する。制御部３は、例えば、給電導体を介して圧電素子３０と接続されている。圧電素子３０は、制御部３からの駆動信号に基づいて光学モジュール１の高さ方向（Ｚ方向）に振動する。圧電素子３０が振動することによって、振動体２０を振動させ、振動体２０の振動を透光体１０に伝えることによって透光体１０が振動する。これにより、透光体１０に付着した雨滴等の異物が除去される。

制御部３は、例えば、半導体素子などで実現可能である。例えば、制御部３は、マイクロコンピュータ、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又はＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）で構成することができる。制御部３の機能は、ハードウェアのみで構成してもよいし、ハードウェアとソフトウェアとを組み合わせることにより実現してもよい。

例えば、制御部３は、記憶部に格納されたデータやプログラムを読み出して種々の演算処理を行うことで、所定の機能を実現する。

制御部３は、光学装置１００に含まれていてもよいし、光学装置１００とは別の制御装置に含まれていてもよい。例えば、制御部３が光学装置１００に含まれていない場合、光学装置１００は制御部３を含む制御装置によって制御されてもよい。あるいは、制御部３は、光学モジュール１に含まれていてもよい。

［ギャップについて］
次に、光学モジュール１において、透光体１０、振動体２０および圧電素子３０と内層光学部品５０との間に形成されるギャップについて説明する。

図１及び図２に戻って、透光体１０と内層光学部品５０との間、圧電素子３０と内層光学部品５０との間および振動体２０と内層光学部品５０との間には、それぞれ、第１ギャップＧ１、第２ギャップＧ２および第３ギャップＧ３が形成されている。

図４は、第１ギャップＧ１を説明するための模式図である。図４（ａ）は透光体１０を第１主面ＰＳ１側から見た概略図を示し、図４（ｂ）は透光体１０付近の概略断面図を示す。図４に示すように、第１ギャップＧ１は、透光体１０と内層光学部品５０との間に形成されている。具体的には、第１ギャップＧ１は、透光体１０の第２主面ＰＳ２と、内層レンズ５１の第１表面５１ａと、に形成されている。ここで、内層レンズ５１の第１表面５１ａとは、第１ギャップＧ１を画定する面であり、透光体１０の第２主面ＰＳ２と対向する面である。

第１ギャップＧ１の第１寸法Ｌ１は、振動減衰が生じない範囲で決定されている。「振動減衰が生じない範囲」については後述する。第１寸法Ｌ１は、透光体１０の振動方向Ａ１における寸法である。「振動方向Ａ１」とは、透光体１０の振動による変位分布をＸ，Ｚ方向に分離した際に、より大きい変位成分を持つ方向の振動である。本実施形態では、透光体１０において、Ｚ方向の変位成分がＸ方向の変位成分より大きい。このため、振動方向Ａ１はＺ方向となる。

第１寸法Ｌ１は、振動方向Ａ１において、透光体１０と内層レンズ５１との間の最短距離によって定義される。即ち、第１寸法Ｌ１は、Ｚ方向において、透光体１０の第２主面ＰＳ２と内層レンズ５１の第１表面５１ａとの間の最短距離によって定義される。

好ましくは、第１寸法Ｌ１は、透光体１０の中央部Ｚ１と、内層レンズ５１との間の距離である。中央部Ｚ１とは、透光体１０を第１主面ＰＳ１側から見て、透光体１０の中央の部分を意味する。例えば、透光体１０の第１主面ＰＳ１側から見て、透光体１０の中央部Ｚ１は、透光体１０の中心Ｃ１を中心とする円形の領域である。例えば、透光体１０の中央部Ｚ１は、第１主面ＰＳ１側から見て、透光体１０の外径Ｄ１の２／３倍以下の直径Ｄ２を有する。好ましくは、直径Ｄ２は透光体１０の外径Ｄ１の１／２倍以下であってもよい。また、直径Ｄ２は、透光体１０の外径Ｄ１の１／３倍以上であってもよい。第１寸法Ｌ１は、透光体１０の中央部Ｚ１の範囲において、透光体１０の第２主面ＰＳ２と内層レンズ５１の第１表面５１ａとの間の距離が最短となる寸法で決定される。

より好ましくは、第１寸法Ｌ１は、透光体１０の中心Ｃ１における第２主面ＰＳ２と内層レンズ５１の第１表面５１ａとの間の距離が最短となる寸法で決定される。

図５は、第２ギャップＧ２および第３ギャップＧ３を説明するための模式図である。図５に示すように、第２ギャップＧ２は、圧電素子３０と内層光学部品５０との間に形成されている。具体的には、第２ギャップＧ２は、圧電素子３０と内層フランジ５３との間に形成されている。より具体的には、第２ギャップＧ２は、圧電素子３０において振動板２５が設けられている側と反対側の面と、内層フランジ５３の第２表面５３ａと、の間に形成されている。ここで、内層フランジ５３の第２表面５３ａとは、第２ギャップＧ２を画定する面であり、圧電素子３０と対向する面である。

第２ギャップＧ２の第２寸法Ｌ２は、第１ギャップＧ１の第１寸法Ｌ１と同様に振動減衰が生じない範囲で決定されている。第２寸法Ｌ２は、圧電素子３０の振動方向Ａ２における寸法である。本実施形態では、圧電素子３０において、Ｚ方向の変位成分がＸ方向の変位成分より大きい。このため、振動方向Ａ２はＺ方向となる。

第２寸法Ｌ２は、振動方向Ａ２において、圧電素子３０と内層フランジ５３との間の最短距離によって定義される。即ち、第２寸法Ｌ２は、Ｚ方向において、圧電素子３０において振動板２５が設けられる側と反対側の面と、内層フランジ５３の第２表面５３ａとの間の最短距離によって定義される。

また、図５に示すように、第３ギャップＧ３は、振動体２０と内層光学部品５０との間に形成されている。第３ギャップＧ３の第３寸法Ｌ３は、振動減衰が生じない範囲で決定されている。第３寸法Ｌ３は、振動体２０とレンズ保持部５２との間の最短距離によって定義される。本実施形態では、第３寸法Ｌ３は、Ｘ，Ｙ方向において振動体２０とレンズ保持部５２の外壁５２ａとの間の最短距離によって定義される。

［振動減衰の発生しない範囲について］
振動減衰の発生しない範囲について図６を用いて説明する。図６は、第１ギャップＧ１の第１寸法Ｌ１と音波との関係を説明するための模式図である。

図６に示すように、透光体１０が振動方向Ａ１に振動すると、第１ギャップＧ１において透光体１０から音波が発生する。透光体１０から発生した音波は、内層レンズ５１の第１表面５１ａに向かって進行し、内層光学部品５０（内層レンズ５１）の第１表面５１ａで反射する。これにより、透光体１０から内層光学部品５０の第１表面５１ａへ向かって進行する音波と、第１表面５１ａで反射した音波とが重なり合い、腹と節を含む定在波Ｗｓが発生する。

定在波Ｗｓにおいて、音波の腹となる領域Ｚ１０では、他の領域と比べて音圧が大きくなり、空気が圧縮される。このため、音波の腹となる領域Ｚ１０では、圧縮された空気がダンパーとして働き、振動減衰（ダンピング）が発生しやすい。したがって、音波の腹となる領域Ｚ１０に透光体１０が位置すると、透光体１０の振動が減衰されることになる。

ここで、音波の波長を「λ」とすると、音波の腹はλ／２に相当する位置に発生する。なお、波長λの計算式は、［波長（ｍｍ）]＝［音速（ｍ／ｓ）／周波数（Ｈｚ）］で計算される。

定在波Ｗｓにより振動している領域Ｚ１０の音圧が大きくなった場合、空気の圧力が増大することで、空気のバネ性が増大する。なお、空気のバネ性は、空気の圧力に比例し、体積に反比例する関係がある。これはベローズ形空気ばねのバネ定数の式［空気バネ定数Ｋ］＝１０×γ（Ｐ＋０．１）Ａ／Ｖ］より明らかである。なお、Ｐ：内圧、Ａ：空気バネ有効受圧面積、Ｖ：空気バネ内容積を示す。

自由振動の振動における減衰を考えた場合、限界減衰率はＣｃ＝２√ｍｋで計算される。なお、ｍ：質量、ｋ：バネ定数を示す。この限界減衰率Ｃｃが大きいほど、振動は減衰しやすくなる。そのため、空気のバネ定数が増大することで、振動減衰につながることが考えられる。以上のことから、定在波Ｗｓの腹となる領域Ｚ１０で音圧が上昇することで、振動減衰が生じていると言える。

図７は、透光体１０の変位と音圧との関係の解析結果の一例を示すグラフである。図８は、図７のグラフを拡大したグラフである。なお、図７及び図８に示すグラフは、ムラタソフトウェア株式会社製のＦｅｍｔｅｔを用いて、圧電/音波解析（調和解析、強連成）を行うことによって取得した。解析では、透光体１０のＺ方向の上面にガラス板を配置したモデルを用い、ガラス板と透光体上面との距離を変化させた。また、ガラス板と透光体１０の上面の間のギャップには空気層を挿入した。モデルの材料については、ガラス板を形成する材料はホウケイ酸ガラスであり、振動体２０を形成する材料はステンレスであり、圧電素子３０はＰＺＴであった。また、透光体１０と振動体２０とは、エポキシ樹脂で接着した。また、解析に用いた振動体２０の共振周波数は２７ｋＨｚであり、空気の音速から音波の波長λは９．２ｍｍとした。

図７及び図８に示すように、透光体１０とガラス板との間のギャップのＺ方向の距離を変化させると、定在波Ｗｓの半波長λ／２の整数倍に相当する領域Ｐ１，Ｐ２において、音圧が上昇し振動減衰が生じることによって透光体１０の変位量が小さくなっている。具体的には、透光体１０とガラス板との間のギャップのＺ方向の距離が４．６ｍｍおよび９．６ｍｍ付近の領域において、音圧が上昇し、透光体１０の変位量が小さくなっている。また、透光体１０とガラス板との間のギャップが０ｍｍ付近の領域Ｐ０においても透光体１０の変位量が小さくなっている。

以上のことから、ギャップが０ｍｍ付近の領域Ｐ０、定在波Ｗｓの半波長である領域Ｐ１，Ｐ２を避けて透光体１０を配置することによって、透光体１０の振動減衰を抑制することができると考えられる。

一例として、透光体１０の最大変位量Ｓ０から減少量を６０％とした値を透光体１０の変位量の下限値Ｓ１とする。なお、下限値Ｓ１は透光体１０に付着した液滴を除去できる範囲で設定してもよい。図８では、最大変位量Ｓ０は７．４μｍであるため、下限値Ｓ１は４．７μｍとした。この場合、透光体１０の振動減衰を抑制する領域Ｐｚにおいて、ギャップのＺ方向の距離は、０．１ｍｍ以上４．５ｍｍ以下である。この数値範囲であれば、透光体１０の振動減衰を抑制することができる。

ここで、透光体１０の振動減衰は、定在波Ｗｓの半波長λ／２の整数倍毎に発生する。このため、透光体１０の振動減衰を抑制するためのギャップの寸法は、［（ｎ×λ／２）＋０．１ｍｍ］以上［｛（ｎ＋１）×λ／２｝－０．１ｍｍ］以下の範囲で定められる。なお、「ｎ」は０以上の整数であり、「λ」は振動により生じる音波の波長である。

したがって、光学モジュール１においては、透光体１０と内層光学部品５０との間の第１ギャップＧ１の第１寸法Ｌ１は、［（ｎ×λ／２）＋０．１ｍｍ］以上［｛（ｎ＋１）×λ／２｝－０．１ｍｍ］以下の範囲で定められる。言い換えると、第１寸法Ｌ１において、［（ｎ×λ／２）＋０．１ｍｍ］≦Ｌ１≦［｛（ｎ＋１）×λ／２｝－０．１ｍｍ］の関係が成り立つ場合に、透光体１０の振動減衰を抑制することができる。

好ましくは、第１寸法Ｌ１は、０．１ｍｍ以上（λ／２－０．１ｍｍ）以下の範囲で定められる。即ち、第１寸法Ｌ１において、０．１ｍｍ≦Ｌ１≦（λ／２－０．１ｍｍ）の関係が成り立つことが好ましい。これにより、透光体１０の振動減衰をより抑制することができる。

圧電素子３０と内層光学部品５０（内層フランジ５３）との間の第２ギャップＧ２の第２寸法Ｌ２についても、第１ギャップＧ１の第１寸法Ｌ１と同様である。即ち、第２寸法Ｌ２は、［（ｎ×λ／２）＋０．１ｍｍ］以上［｛（ｎ＋１）×λ／２｝－０．１ｍｍ］以下の範囲で定められる。言い換えると、第２寸法Ｌ２において、［（ｎ×λ／２）＋０．１ｍｍ］≦Ｌ２≦［｛（ｎ＋１）×λ／２｝－０．１ｍｍ］の関係が成り立つ場合に、圧電素子３０の振動減衰を抑制することができる。

好ましくは、第２寸法Ｌ２は、０．１ｍｍ以上（λ／２－０．１ｍｍ）以下の範囲で定められる。即ち、第２寸法Ｌ２において、０．１ｍｍ≦Ｌ２≦（λ／２－０．１ｍｍ）の関係が成り立つことが好ましい。これにより、圧電素子３０の振動減衰をより抑制することができる。

なお、本実施形態では、第１ギャップＧ１の第１寸法Ｌ１および第２ギャップＧ２の第２寸法Ｌ２が、［（ｎ×λ／２）＋０．１ｍｍ］以上［｛（ｎ＋１）×λ／２｝－０．１ｍｍ］以下の範囲で定められる例について説明したが、これに限定されない。

また、振動体２０と内層光学部品５０（レンズ保持部５２）の側壁（外壁）５２ａとの間の第３ギャップＧ３の第３寸法Ｌ３は、０．１ｍｍ以上であることが好ましい。

［振動モードについて］
光学モジュール１においては、複数の振動モードで振動する。本実施形態では、光学モジュール１は、第１振動モードと、第２振動モードと、で振動する。図９Ａおよび図９Ｂは、それぞれ、第１振動モードおよび第２振動モードを説明するための模式図である。

図９Ａに示すように、第１振動モードは、透光体１０の中央部分の変位量が端部と比べて大きく振動する屈曲振動モードである。即ち、第１振動モードは、透光体１０の中央部が端部よりも大きく振動する。第１振動モードでは、透光体１０の中央部分の変位方向と端部の変位方向が逆になるような振動が生じ、透光体１０が屈曲して振動する。このため、透光体１０に付着した液滴は、透光体１０の中央部分に集まる。

図９Ｂに示すように、第２振動モードは、透光体１０の全体が略均一に振動するピストン振動モードである。第２振動モードでは、透光体１０の全体が同じ方向に変位するような振動が生じ、透光体１０がピストンのように振動する。このため、透光体１０に付着した液滴は、透光体１０から滑落する。

振動体２０および圧電素子３０は、第１振動モードと第２振動モードとで振動するように構成されている。第１振動モードおよび第２振動モードは、制御部によって制御される。例えば、制御部は、圧電素子３０に印加する駆動信号の周波数を変化させることによって、第１振動モードと第２振動モードとを切り替えることができる。例えば、光学モジュール１において、第１振動モードの共振周波数は３７ｋＨｚであり、第２振動モードの共振周波数は２８ｋＨｚである。なお、これらの共振周波数は例示であり、光学モジュール１の各要素の寸法や材質によって変更してもよい。

図１０は、第１振動モードおよび第２振動モードにおいて、ギャップの寸法をパラメータとした場合の透光体の変位と音圧との関係の一例を示すグラフである。図１０に示すように、第１振動モードにおける音波の半波長λ_ｂ／２は４．６ｍｍであり、ギャップの寸法が４．６ｍｍ付近では振動減衰が生じ、最大変位量から変位量が７５％減少している。また、第２振動モードにおける音波の半波長λ_ｐ／２は６ｍｍであり、ギャップの寸法が６ｍｍ付近では振動減衰が生じ、最大変位量から変位量が５０％減少している。

このように、第１振動モードおよび第２振動モードの両方において、ギャップの寸法を音波の半波長付近にすると、振動減衰が生じていることがわかる。よって、第１振動モードおよび第２振動モードのいずれのモードにおいても、ギャップの寸法が半波長λ_ｂ／２，λ_ｐ／２となる領域を避けることによって、振動減衰を抑制することができる。特に、第１振動モードでは、最大変位から７５％もの振動減衰を改善することができていることからも、本願の構成を適用するメリットが大きいと言える。

［内層光学部品を形成する材料について］
内層光学部品５０を形成する材料について説明する。本実施形態では、内層光学部品５０は、透光体１０よりも小さい音響インピーダンスを有する材料で構成されている。これにより、透光体１０と内層光学部品５０との間の第１ギャップＧ１に生じる音波が内層光学部品５０の第１表面５１ａで反射されることを抑制することができる。その結果、定在波Ｗｓの音圧を低減することができる。

音波が入射する側の媒質の音響インピーダンスと、音波が反射する側の媒質の音響インピーダンスとの差が大きいほど、音波の反射が大きくなる。音響インピーダンスは媒質の音速と密度で計算することができる。

本実施形態では、入射する音波側の媒質は、第１ギャップＧ１に存在する空気層である。音波が反射する側の媒質は、内層光学部品５０（内層レンズ５１）である。よって、第１ギャップＧ１の空気層と内層光学部品５０とにおいて、音響インピーダンスの差を小さくすることによって、定在波Ｗｓの音圧を抑制することができる。

図１１は、各材料における音響インピーダンスと音波の反射率との関係の一例を示す表である。図１１には、一例として、樹脂、ガラスおよび空気における音響インピーダンスが示されている。図１１に示すように、樹脂はガラスに比べて、音響インピーダンスが小さい。このため、樹脂は、ガラスに比べて音波の反射を抑制することができる。したがって、内層光学部品５０が樹脂で構成されることによって、ガラスに比べて音波の反射を低減することができる。

樹脂としては、例えば、非結晶ポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリスチレン樹脂、ウレタン樹脂などが挙げられる。

なお、実施の形態１では、内層光学部品５０が樹脂で構成される例について説明したが、これに限定されない。内層光学部品５０は、透光体１０の音響インピーダンスより小さく、音波の反射を抑制できる材料で構成されていればよい。例えば、内層レンズ５１は、透光体１０の音響インピーダンスより小さいガラスで形成されていてもよい。

［効果］
実施の形態１に係る光学モジュール１及び光学装置１００によれば、以下の効果を奏することができる。

光学モジュール１は、透光体１０、振動体２０、圧電素子３０および内層光学部品５０を備える。振動体２０は、筒状に形成され、透光体１０を支持する。圧電素子３０は、振動体２０に配置され、振動体２０を振動させる。内層光学部品５０は、振動体２０の内側に配置される。透光体１０と内層光学部品５０との間には第１ギャップＧ１が設けられており、圧電素子３０と内層光学部品５０との間には第２ギャップＧ２が設けられている。透光体１０の振動方向（Ｚ方向）における第１ギャップＧ１の第１寸法Ｌ１と、振動体２０の振動方向（Ｚ方向）における第２ギャップＧ２の第２寸法Ｌ２と、のうち少なくとも１つは、［（ｎ×λ／２）＋０．１ｍｍ］以上［｛（ｎ＋１）×λ／２｝－０．１ｍｍ］以下の範囲で定められる。ここで、ｎは０以上の整数、λは振動により生じる音波の波長を示す。

このような構成により、振動減衰を抑制することができる。具体的には、第１ギャップＧ１および第２ギャップＧ２において、透光体１０及び圧電素子３０の振動により発生した音波が内層光学部品５０で反射することによって、定在波Ｗｓが発生する。このため、第１ギャップＧ１の第１寸法Ｌ１および／または第２ギャップＧ２の第２寸法Ｌ２が音波の半波長（ｎ×λ／２）付近になる範囲では、音圧が上昇し空気が圧縮されることによって、振動減衰が生じる。このため、当該範囲に透光体１０および／または圧電素子３０が位置すると、振動減衰によって変位量が低減する。光学モジュール１では、第１ギャップＧ１の第１寸法Ｌ１および／または第２ギャップＧ２の第２寸法Ｌ２が［（ｎ×λ／２）＋０．１ｍｍ］以上［｛（ｎ＋１）×λ／２｝－０．１ｍｍ］以下の範囲で定められることによって、透光体１０および／または圧電素子３０が振動減衰の生じる範囲を避けている。これにより、透光体１０を効率良く振動させ、透光体１０に付着した液滴を効率良く除去することができる。

第１寸法Ｌ１と第２寸法Ｌ２とのうち少なくとも１つは、０．１ｍｍ以上（λ／２－０．１ｍｍ）以下の範囲で定められる。このような構成により、振動減衰を抑制しつつ、光学モジュール１の小型化を実現できる。

振動体２０と内層光学部品５０の側壁（外壁）５２ａとの間には第３ギャップＧ３が設けられており、第３ギャップＧ３の第３寸法Ｌ３は、０．１ｍｍ以上である。このような構成により、振動減衰をさらに抑制することができる。

第１ギャップＧ１の第１寸法Ｌ１は、透光体１０の中央部Ｚ１と、内層光学部品５０との間の距離である。このような構成により、透光体１０の中央部Ｚ１における振動減衰を抑制することができる。

振動体２０および圧電素子３０は、透光体１０の全体が略均一に振動するように構成される。このような構成により、透光体１０の全体が略均一に振動する場合でも、透光体１０の振動減衰を抑制することができる。

振動体２０および圧電素子３０は、透光体１０の中央部が端部よりも大きく振動するように構成される。このような構成により、透光体１０の中央部が端部に比べて大きく振動する場合でも、透光体１０の振動減衰を抑制することができる。

内層光学部品５０は、透光体１０よりも小さい音響インピーダンスを有する材料で構成されている。好ましくは、内層光学部品５０は、樹脂で形成されている。このような構成により、内層光学部品５０における音波の反射を抑制し、振動減衰をさらに抑制することができる。

内層光学部品５０は、内層レンズ５１、レンズ保持部５２および内層フランジ５３を有する。レンズ保持部５２は、内層レンズ５１を保持する。内層フランジ５３は、レンズ保持部５２の外壁５２ａから外側に向かって延びる。第１ギャップＧ１は、透光体１０と内層レンズ５１との間に設けられており、第２ギャップＧ２は、圧電素子３０と内層フランジ５３との間に設けられている。このような構成により、透光体１０および／または圧電素子３０の振動減衰を抑制することができる。

光学装置１００は、光学モジュール１と、光学モジュール１に配置される光学素子２と、備える。このような構成により、上述した光学モジュール１と同様の効果を奏することができる。

＜変形例１＞
図１２は、変形例１の光学モジュール１Ａの主な構成を示す概略断面図である。図１２に示すように、光学モジュール１Ａは、内層光学部品５０に配置された音波抑制部材６０を有する。音波抑制部材６０は、内層光学部品５０の第１表面５１ａに配置されている。第１表面５１ａは、透光体１０と内層光学部品５０（内層レンズ５１）との間の第１ギャップＧ１を画定する表面である。

音波抑制部材６０は、音波の反射を抑制する。音波抑制部材６０は、例えば、発泡樹脂材料や多孔体で形成される部材である。発泡樹脂材料としては、例えば、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリオレフィン、ポリエチレン、ポリプロピレン、フェノール樹脂、ポリ塩化ビニル、ユリア樹脂、シリコーン、ポリイミド、メラミン樹脂などを用いることができる。多孔体としては、例えば、グラスウールなどを用いることができる。

音波抑制部材６０は、光学モジュール１ＡのＺ方向から見て、環状に配置されている。具体的には、音波抑制部材６０は、内層光学部品５０の第１表面５１ａの外周に沿って配置されている。

このように、内層光学部品５０に音波抑制部材６０を配置することによって、内層光学部品５０における音波の反射を抑制することができる。これにより、音圧を低下させ、振動減衰をさらに抑制することができる。

なお、変形例１では、内層光学部品５０の第１表面５１ａに音波抑制部材６０を配置する態様について説明したが、これに限定されない。例えば、圧電素子３０と内層光学部品５０との間の第２ギャップＧ２を画定する内層光学部品５０（内層フランジ５３）の第２表面５３ａに、音波抑制部材６０が配置されてもよい。

内層光学部品５０は、第１ギャップＧ１を画定する第１表面５１ａと、第２ギャップＧ２を画定する第２表面５３ａと、を有し、第１表面５１ａと第２表面５３ａとのうち少なくとも１つに、音波の反射を抑制する音波抑制部材６０が配置されていてもよい。

あるいは、音波抑制部材６０は、第１表面５１ａおよび第２表面５３ａ以外のギャップを画定する面に配置されていてもよい。音波抑制部材６０は、光学素子２の光路を妨げない位置に配置されていればよい。

＜変形例２＞
図１３は、変形例２の光学モジュール１Ｂの主な構成を示す概略断面図である。図１３に示すように、光学モジュール１Ｂにおいては、内層光学部品５０（内層レンズ５１）の第１表面５１ａに透光性を有する樹脂コーティングが施されている。

樹脂コーティングとしては、例えば、フッ素系のコーティング材またはシリコーン系のコーティング材などの材料を用いることができる。フッ素系のコーティング材としては、例えば、フッ素系ポリマー、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等が挙げられる。シリコーン系のコーティング材としては、例えば、シリコーンオイルなどの主鎖部分がケイ素（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）との直接結合からなる部分を有する材料が挙げられる。

このように、内層光学部品５０（内層レンズ５１）の第１表面５１ａに樹脂コーティングを施すことによって、第１表面５１ａにおける音波の反射を抑制することができる。

なお、変形例２では、内層光学部品５０の第１表面５１ａに樹脂コーティングを施す態様について説明したが、これに限定されない。例えば、内層光学部品５０（内層フランジ５３）の第２表面５３ａに、樹脂コーティングが施されてもよい。

内層光学部品５０は、第１ギャップＧ１を画定する第１表面５１ａと、第２ギャップＧ２を画定する第２表面５３ａと、を有し、第１表面５１ａと第２表面５３ａとのうち少なくとも１つに、樹脂コーティング６１が施されていてもよい。

あるいは、樹脂コーティング６１は、第１表面５１ａおよび第２表面５３ａ以外のギャップを画定する面に施されていてもよい。

＜変形例３＞
図１４は、変形例３の光学モジュール１Ｃの主な構成を示す概略断面図である。図１４に示すように、光学モジュール１Ｃにおいて、振動体２０の内側に形成される空間ＳＰ１は、負圧になっている。負圧とは、大気圧よりも気圧が低い状態を意味する。好ましくは、空間ＳＰ１の気圧は、大気圧の１／２倍以下である。より好ましくは、空間ＳＰ１は真空である。

振動体２０の内側の空間ＳＰ１は、振動体２０と内層光学部品５０との間に形成される空間である。光学モジュール１Ｃにおいては、振動体２０および内層光学部品５０は、固定部４０に接合されている。例えば、振動体２０と固定部４０は一体で形成されており、内層光学部品５０は、固定部４０にレーザ溶接などによって溶接されている。これにより、振動体２０と内層光学部品５０との間に密閉された空間ＳＰ１を形成している。なお、光学モジュール１Ｃの製造においては、負圧又は真空の環境下で行うことによって空間ＳＰ１を負圧又は真空にすることができる。

図１５は、振動体２０の内側の空間ＳＰ１を負圧にした場合の変位量減衰率を示すグラフである。図１５において、実施例１は空間ＳＰ１が大気圧である状態の変位量減衰率を示し、実施例２は空間ＳＰ１が大気圧の１／１０倍の負圧状態の変位量減衰率を示す。

図１５に示すように、実施例１に比べて実施例２の方が、変位量減衰率が小さくなっている。このように、振動体２０の内側の空間ＳＰ１を負圧にすることによって、音波の反射を抑制し、透光体１０や圧電素子３０の振動減衰を抑制することができる。

なお、変形例３では、振動体２０の内側の空間ＳＰ１を真空又は負圧にする例について説明したが、これに限定されない。例えば、振動体２０の内側の空間ＳＰ１を空気よりも密度の低いガスで満たしてもよい。ガスとしては、例えば、窒素、ネオン、ヘリウム、エチレンなどが挙げられる。このような構成においても、音波の反射を抑制し、透光体１０や圧電素子３０の振動減衰を抑制することができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る振動装置について説明する。なお、実施の形態２では、主に実施の形態１と異なる点について説明する。実施の形態２においては、実施の形態１と同一又は同等の構成については同じ符号を付して説明する。また、実施の形態２では、実施の形態１と重複する記載は省略する。

図１６は、本発明に係る実施の形態２の光学モジュール１Ｄの一例を示す概略断面図である。図１７は、圧電素子３０の印加電圧と透光体１０の変位との関係を示す概略図である。なお、図１７（ａ）は圧電素子３０の印加電圧を示し、図１７（ｂ）は透光体１０のＺ方向の変位を示す。

実施の形態２では、透光体１０が振動していない状態の位置を基準位置Ｈ０とし、透光体の厚み方向（Ｚ方向）において基準位置Ｈ０に対して内層光学部品５０から離れる方向を正方向とし、前記基準位置Ｈ０に対して内層光学部品５０に近づく方向を負方向とした場合、透光体１０において、正方向への変位は、負方向の変位より大きい点で実施の形態１と異なる。

実施の形態２において、光学モジュール１Ｄは、特に説明しない限り、実施の形態１の光学モジュール１と同様の構成を有する。

図１６においては、透光体１０が振動していない状態の位置を基準位置Ｈ０としている。実施の形態２では、基準位置Ｈ０は、透光体１０が振動していない状態において、透光体１０の厚み方向（Ｚ方向）における透光体１０の第２主面ＰＳ２の位置を意味する。また、透光体１０の厚み方向（Ｚ方向）において基準位置Ｈ０に対して内層光学部品５０から離れる方向を正方向とし、基準位置Ｈ０に対して内層光学部品５０に近づく方向を負方向としている。

光学モジュール１Ｄにおいては、透光体１０が負方向の変位に比べて正方向の変位が大きくなるように振動する。即ち、透光体１０において、正方向への変位は、負方向の変位より大きい。例えば、負方向の変位は、正方向の変位の１／３倍以下である。好ましくは、負方向の変位は、正方向の変位の１／１０倍以下である。より好ましくは、負方向の変位は０である。

また、透光体１０の振動において、正方向への変位は、負方向の変位よりも多い。例えば、透光体１０の振動において、正方向への変位と負方向の変位の割合は、６：４以上１０：０以下である。好ましくは、正方向への変位と負方向の変位の割合は、８：２以上１０：０以下である。より好ましくは、透光体１０の振動は、正方向への変位のみを含む。

図１７に示すように、制御部３は、圧電素子３０に印加する電圧を制御することによって、正方向への変位が負方向の変位より大きくなる透光体１０の振動を実現する。例えば、制御部３は、圧電素子３０に対して、正方向電圧＋Ｖ１の印加と電圧印加停止を繰り返す。

具体的には、制御部３は、圧電素子３０に対して、正方向電圧＋Ｖ１を所定時間印加した後、電圧の印加を停止し、印加電圧を０にする。印加電圧が０の状態が所定の時間経過した後、制御部３は、正方向電圧＋Ｖ１を所定時間再び印加する。例えば、電圧印加と停止は、等間隔で行われてもよいし、ランダムで行われてもよい。このように、制御部３は、正方向電圧＋Ｖ１の印加と電圧印加停止とを繰り返す。即ち、制御部３は、圧電素子３０に対して、負方向の電圧を印加せずに、正方向の電圧＋Ｖ１を印加している。

図１７に示すように、透光体１０の厚み方向（Ｚ方向）の変位は、圧電素子３０に印加される電圧によって制御される。圧電素子３０に対する電圧印加が停止されているとき、透光体１０は振動しない。圧電素子３０に対して正方向電圧＋Ｖ１が印加されているとき、透光体１０は透光体１０の厚み方向（Ｚ方向）において基準位置Ｈ０に対して内層光学部品５０から離れる方向、即ち正方向に変位するように振動する。即ち、圧電素子３０に対して正方向電圧＋Ｖ１が印加されているとき、透光体１０は、正方向の変位＋Ｈ１で振動する。

このように、圧電素子３０に対して正方向の電圧＋Ｖ１の印加と電圧印加停止とを繰り返すことによって、透光体１０は、基準位置Ｈ０から正方向の変位＋Ｈ１の間で振動する。

［効果］
実施の形態２に係る光学モジュール１Ｄによれば、以下の効果を奏することができる。

透光体１０が振動していない状態の位置を基準位置Ｈ０とし、透光体１０の厚み方向（Ｚ方向）において基準位置Ｈ０に対して内層光学部品５０から離れる方向を正方向とし、基準位置Ｈ０に対して内層光学部品５０に近づく方向を負方向とした場合、透光体１０において、正方向への変位は、負方向の変位より大きい。

このような構成により、透光体１０が振動している際に負方向への変位を抑制することができる。これにより、透光体１０と内層光学部品５０との間の空気が圧縮されることを抑制することができる。その結果、空気バネ定数の上昇による振動減衰を抑制することができる。

光学モジュール１Ｄは、圧電素子３０を制御する制御部３を更に備え、制御部３は、圧電素子３０に対して、正方向電圧の印加と電圧印加停止を繰り返す。

このような構成により、正方向の変位を負方向の変位より容易に大きくすることができる。

なお、実施の形態２では、基準位置Ｈ０が、透光体１０が振動していない状態における透光体１０の第２主面ＰＳ２の位置である例について説明したが、これに限定されない。例えば、基準位置Ｈ０は、透光体１０が振動していない状態における透光体１０の第１主面ＰＳ１の位置であってもよい。

実施の形態２では、制御部３が圧電素子３０に対して、正方向電圧の印加と電圧印加停止を繰り返す例について説明したが、これに限定されない。例えば、制御部３は、負方向電圧の印加を行ってもよい。この場合、負方向の電圧は、正方向の電圧より小さくてもよい。あるいは、負方向の電圧の印加は、正方向の電圧の印加よりも少なくてもよい。

本発明は、添付図面を参照しながら好ましい実施の形態に関連して充分に記載されているが、この技術に熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。そのような変形や修正は、添付した請求の範囲による本発明の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。

本発明の振動装置および振動制御方法は、屋外で使用する車載カメラ、監視カメラ、またはＬｉＤＡＲ等の光センサへ適用することができる。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 光学モジュール
２ 光学素子
３ 制御部
１０ 透光体
２０ 振動体
２１ 振動フランジ
２２ 第１筒状体
２３ ばね部
２４ 第２筒状体
２５ 振動板
２６ 接続部
３０ 圧電素子
４０ 固定部
５０ 内層光学部品
５１ 内層レンズ
５１ａ 第１表面
５２ レンズ保持部
５２ａ 外壁
５３ 内層フランジ
５３ａ 第２表面
６０ 音波抑制部材
６１ 樹脂コーティング
１００ 光学装置
Ａ１，Ａ２ 振動方向
Ｃ１ 中心
Ｄ１，Ｄ２ 直径
Ｇ１ 第１ギャップ
Ｇ２ 第２ギャップ
Ｇ３ 第３ギャップ
Ｈ０ 基準位置
Ｈ１ 正方向の変位
Ｌ１ 第１寸法
Ｌ２ 第２寸法
Ｌ３ 第３寸法
ＰＳ１ 第１主面
ＰＳ２ 第２主面
ＳＰ１ 空間
Ｖ１ 正方向電圧
Ｗｓ 定在波
Ｚ１ 中央部
Ｚ１０ 領域
Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，Ｐｚ 領域

Claims (16)

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

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