JP7779326B2 - 振動装置および撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、振動装置および撮像装置に関する。

防滴カバーの光束通過領域に付着した液滴等を排除する液滴排除装置が知られている。

例えば、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、加振部材を制御し、ドーム部に対して所定の振動を発生させて付着した液滴等を微小化して除去する。

特開２０１７－１７０３０３号公報

特許文献１に記載の液滴排除装置は、ドーム部を効率よく振動させる点で未だ改善の余地がある。

そこで、本発明は、透光体を効率よく振動させることのできる振動装置を提供する。

本発明の一態様にかかる振動装置は、
透光体と、
一端と、他端と、前記一端および前記他端を繋ぐ側壁と、を有する筒状部材であり、前記一端で前記透光体に接続し、前記透光体を振動させる振動体と、
前記振動体の前記側壁から外側に向かって延びる延伸部と、
前記振動体の前記他端に配置された圧電素子と、
を備える。

本発明によると、透光体を効率よく振動させることのできる振動装置を提供することができる。

実施の形態１にかかる振動装置を示す断面図 図１の振動装置を備える撮像装置を示す断面図 実施の形態１の振動装置における変位量分布のシミュレーション結果を示す図 延伸部の変位量の幅依存性を示すグラフ 延伸部の変位量の厚さ依存性を示すグラフ 実施の形態１の変形例１にかかる振動装置を示す部分断面図 実施の形態１の変形例２にかかる振動装置を示す部分断面図 実施の形態１の変形例３にかかる振動装置を示す部分断面図 実施の形態２にかかる振動装置を示す部分断面図 図８の振動装置における変位量分布のシミュレーション結果を示す図 振動装置の振動体の共振解析結果を示す図 振動装置の振動体の共振解析結果を示す図 重りの変位量の幅依存性を示すグラフ 重りの変位量の厚さ依存性を示すグラフ 実施の形態２の変形例１にかかる振動装置を示す部分断面図 実施の形態２の変形例２にかかる振動装置を示す部分断面図 実施の形態３にかかる振動装置を示す斜視図 図１３の振動装置の分解図 図１３の振動装置のＡ－Ａ断面図 図１５の振動装置の一部を拡大した図 実施の形態３の振動装置における変位量分布のシミュレーション結果を示す図 実施の形態３の変形例１にかかる振動装置を示す部分断面図 実施の形態３の変形例２にかかる振動装置を示す部分断面図 実施の形態３の変形例３にかかる振動装置を示す部分断面図 実施の形態３の変形例４にかかる振動装置を示す部分断面図 実施の形態４にかかる振動装置を示す断面図 実施の形態４の変形例１にかかる振動装置を示す部分断面図

（本発明に至った経緯）
車載カメラや監視カメラ等、またはドローンに搭載されるカメラ等の屋外で使用するカメラには、風雨にさらされるためレンズを覆うようにガラスまたは透明プラスチック等で形成されるカバーが設けられている。カバーに水滴等の異物が付着すると、カメラにより撮像された画像に異物が映り込み、カメラの視界が遮られて鮮明な画像が得られない場合がある。

そこで、特許文献１に記載の液滴排除装置のように、防滴カバーに圧電体を配設することにより、防滴カバーを屈曲振動させて防滴カバーに付着した水滴等の異物を微小化および霧化して除去する装置が検討されている。

特許文献１に記載の液滴排除装置では、圧電素子が防滴カバーのフランジ部に接着固設されている。このため、圧電素子の振動により、撮像装置の視野外となる防滴カバーのフランジ部も振動してしまう。すなわち、圧電素子の振動が、防滴カバーのフランジ部に逃げてしまい、防滴カバーを効率よく振動させることが難しい、という課題がある。

また、液滴排除装置の製造ばらつきにより、圧電素子の振動を防滴カバーに効率よく伝達することができず、防滴カバーを効率よく振動させることが難しい、という課題がある。

本発明者（ら）は、透光体を効率よく振動させることのできる振動装置について検討し、以下の発明に至った。

本発明の第１態様にかかる振動装置は、
透光体と、
一端と、他端と、前記一端および前記他端を繋ぐ側壁と、を有する筒状部材であり、前記一端で前記透光体に接続し、前記透光体を振動させる振動体と、
前記振動体の前記側壁から外側に向かって延びる延伸部と、
前記振動体の前記他端に配置された圧電素子と、
を備える。

このような構成により、透光体を効率よく振動させることのできる振動装置を提供することができる。

本発明の第２態様にかかる振動装置において、
前記延伸部は、前記一端側または前記他端側に向かって屈曲していてもよい。

このような構成により、水滴等を外に流すためのガイドを形成することができ、効率的に水滴等を排除することができる。

本発明の第３態様にかかる振動装置において、
前記延伸部は、前記振動体の前記一端側で外側に向かって延びてもよい。

このような構成により、延伸部が振動のノードとなり、さらに振動効率を向上させることができる。

本発明の第４態様にかかる振動装置において、
前記延伸部は、前記振動体の前記一端から外側に向かって延びてもよい。

このような構成により、延伸部が振動のノードとなるため、水滴等の異物が付着しても振動性能に影響を与えにくい。

本発明の第５態様にかかる振動装置は、
さらに、
前記振動体の前記一端側に配置され、前記振動体の前記側壁に取り付けられる筒状の第１部材と、前記第１部材の内側面から内側に向かって延びて前記透光体の前記振動体と接続する面と反対側の面に接触する第２部材と、を有するリテーナー、
を備え、
前記延伸部は、前記リテーナーの前記第１部材の外側面から外側に向かって延びて設けられていてもよい。

このような構成により、透光体を強固に保持することができ、振動装置の信頼性を向上させることができる。

本発明の第６態様にかかる振動装置において、
前記延伸部の、前記一端側の第１面または前記他端側の第２面の少なくともいずれか一方に、１つまたは複数の重りが配置されていてもよい。

このような構成により、延伸部に加えて重りの部分も振動のノードとなるため、さらに振動効率を向上させることができる。

本発明の第７態様にかかる振動装置において、
前記複数の重りは、前記振動体の軸方向からみたときに、前記延伸部に等間隔に配置されていてもよい。

このような構成により、振動装置の振動効率をさらに向上させることができる。

本発明の第８態様にかかる振動装置は、
さらに、前記透光体を露出する穴が形成され、前記透光体の外側に配置されて前記延伸部に取り付けられて前記１つの重りの表面に接触するカバー、を備え、
前記１つの重りは環状に形成され、
前記１つの重りには、前記表面に設けられた溝にシール部材が配置されていてもよい。

このような構成により、振動装置の振動性能を維持しつつ、振動装置の内部に水滴等の異物が混入することを防ぎ、振動装置の信頼性、具体的には防水性能を向上させることができる。

本発明の第９態様にかかる振動装置において、
前記カバーの前記穴側の端部は、前記透光体に向かって厚みが小さくなるテーパー状に形成されていてもよい。

このような構成により、振動装置の性能向上と信頼性向上とを両立することができる。

本発明の第１０態様にかかる振動装置において、
前記振動体は、前記一端から内側に突出する第１突出部と、前記他端から内側に突出する第２突出部と、を有し、
前記振動装置は、さらに、前記第２突出部に接続され、前記振動体を保持する保持部、を備えてもよい。

このような構成により、振動体の第２突出部がノードとなるため、振動性能に影響を与えずに振動装置に保持部を接続することができる。また、振動装置の有効体積を小さくすることができ、小型な振動装置を実現することができる。

本発明の第１１態様にかかる撮像装置は、
上述のいずれかの振動装置と、
前記振動装置の内部に配置される撮像素子と、
を備える。

このような構成により、信頼性の高い撮像装置を提供することができる。

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、本発明、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、実施の形態１にかかる振動装置１を示す断面図である。

図１に示すように、振動装置１は、透光体１０と、振動体２０と、延伸部２１と、圧電素子３０と、を備える。振動装置１は、内部に撮像素子を収容することで、撮像装置として使用することができる。

振動装置１は、振動体２０に配置された圧電素子３０による振動を、振動体２０を介して透光体１０に伝えて透光体１０を振動させ、透光体１０に付着した水滴または泥等の異物を除去する装置である。振動装置１には、圧電素子３０に電位を与える図示省略の導体が配置されていてもよい。

図２は、図１の振動装置１を備える撮像装置１００を示す断面図である。振動装置１は、図２に示すように、撮像素子６０を内部に収容することで、撮像装置１００として使用することができる。言い換えると、撮像装置１００は、振動装置１と、撮像素子６０と、を備える。撮像素子６０は、例えば基板６１などに接続される。撮像素子６０により、振動装置１の透光体１０を通して、振動装置１の外部の撮像対象物を撮像することができる。図２において、振動装置１は、保持部５０を介して基板６１に固定されている。

振動装置１を構成する各構成要素について、以下に詳細に説明する。

＜透光体＞
透光体１０は、振動装置１に収容された撮像素子を異物の付着から保護するためのカバーとして機能する。また、透光体１０は、光学設計されたレンズとして機能することもある。透光体１０は、撮像素子が検出する波長のエネルギー線または光が透過する透光性を有する。本実施の形態では、図１に示すように、本実施の形態では、透光体１０はドーム状に形成されている。

透光体１０の材料としては、例えば、ソーダガラス、ホウケイ酸ガラス、アルミノシリケートガラス、または石英ガラスなどのガラス、透光性のプラスチック、透光性のセラミックス、または合成樹脂等を用いることができる。透光体１０を、例えば化学強化等で強度を向上させた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できる。

＜振動体＞
振動体２０は、圧電素子３０の振動を受けて、透光体１０を振動させるものである。振動体２０は、図１に示すように、一端２０ａと、他端２０ｂと、一端２０ａおよび他端２０ｂとを繋ぐ側壁２０ｃと、を有する筒状部材である。振動体２０の一端側で、透光体１０に接続している。透光体１０と振動体２０とは、例えば、接着剤等により接続することができる。

本実施の形態では、図１に示すように、振動体２０の一端２０ａに、透光体１０を配置するための凹部２０ｄが形成されている。なお、振動体２０の一端２０ａがフラットに形成され、透光体１０が接着剤等により一端２０ａに固定されていてもよい。

本実施の形態では、振動体２０は、一端２０ａから内側に突出する第１突出部２４と、他端２０ｂから内側に突出する第２突出部２５と、を有する。振動体２０がこのような形状を有することにより、延伸部２１および第２突出部２５の一部が振動による振動体２０の変位量の小さいノードとなる。

振動体２０の材料としては、例えば、金属またはセラミックス等を用いることができる。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。または、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。振動体２０は、Ｓｉなどの半導体により形成されてもよい。また、振動体２０は、アルマイト処理等の絶縁コーティングが施されていてもよい。

＜延伸部＞
延伸部２１は、図１に示すように、振動体２０の側壁２０ｃから外側に向かって延びる。振動装置１では、振動体２０の一端２０ａから外側に向かって延びて形成されている。延伸部２１は、振動体２０が振動しているときに、振動による変位量が０であるノードとなる部分である。延伸部２１が振動のノードとなることで、振動体２０の振動が延伸部２１に逃げずに、振動を効率的に透光体１０に伝えることができる。また、延伸部２１に水滴または泥等の異物が付着しても、振動体２０の振動性能への影響を低減することができる。

本実施の形態では、延伸部２１は、振動体２０の一端２０ａ側の側壁に形成されたフランジである。このため、延伸部２１は、振動体２０の軸方向（Ｚ方向）から見たときに、リング状の形状を有する。また、延伸部２１と振動体２０とは一体的に形成されている。延伸部２１は、振動体２０の一端２０ａ側の第１面２１ａと、振動体２０の他端２０ｂ側の第２面２１ｂとを有する板状に形成されている。

延伸部２１の厚さｔ１は、例えば、０．２５ｍｍ以上１ｍｍ以下であるとよい。より好ましくは、延伸部２１の厚さｔ１は、０．５ｍｍの厚さで形成されるとよい。この場合、延伸部２１の変位量を小さくして、振動体２０の振動を効率よく透光体１０に伝達することができる。また、延伸部２１の幅ｗ１は、例えば、４ｍｍ以上６ｍｍ以下であるとよい。より好ましくは、延伸部２１の幅ｗ１は、４．６ｍｍであるとよい。この場合、延伸部２１の変位量を小さくして、振動体２０の振動を効率よく透光体１０に伝達することができる。なお、延伸部２１の幅ｗ１は、振動体２０の側壁２０ｃから突出した延伸部２１の長さを示す。

また、本実施の形態では、延伸部２１は、振動体の一端２０ａから振動体２０の軸方向（Ｚ方向）に直交する方向に設けられている。すなわち、振動体２０の軸方向において、振動体２０の一端２０ａと、延伸部２１の第１面２１ａとが略同じ高さになるよう、延伸部２１が形成されている。

延伸部２１と振動体２０の一端２０ａとが略同じ高さに形成されることで、延伸部２１の振動による変位量を小さくして、振動装置１の振動性能を向上させることができる。

＜圧電素子＞
圧電素子３０は、振動体２０の他端２０ｂに配置されている。本実施の形態では、圧電素子３０は、振動体２０の軸方向（Ｚ方向）から見たときに、リング状に形成されている。圧電素子３０は、例えば接着剤により、振動体２０の他端２０ｂに固定することができる。圧電素子３０の形状は、リング状に限定されず、振動体２０を振動させることのできる形状であればよい。

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、または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または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法の他、めっき、蒸着でも形成可能である。

圧電素子３０は、例えば、制御部によって制御される。制御部は、例えば、振動を発生させる駆動信号を印加するための励振回路を有する。励振回路は、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、励振回路からの駆動信号に基づいて、振動体２０を振動装置１の厚さ方向（Ｚ方向）に振動させる。圧電素子３０が振動することによって、振動体２０が厚さ方向（Ｚ方向）に振動する。振動装置１では、振動体２０を振動させることで透光体１０が振動して、透光体１０に付着した水滴等の異物が除去される。

図３は、実施の形態１の振動装置１における変位量分布のシミュレーション結果を示す図である。シミュレーションは、ムラタソフトウェア株式会社製のＦｅｍｔｅｔを用いて、圧電解析（共振解析）を行った。図３のシミュレーションの計算条件は次の通りである。透光体１０の材料は、密度２．４８ｇ／ｃｍ３およびヤング率７３ＧＰａのソーダガラスに相当するものである。透光体１０の直径は、１４ｍｍである。振動体２０の材料は、密度７．７５ｇ／ｃｍ３およびヤング率２００ＧＰａのＳＵＳ４２０Ｊ２に相当するものである。圧電素子３０は、密度が７．８３ｇ／ｃｍ３であり、圧電素子３０の上下面（振動体２０と接触する面、およびそれと反対側の面）に、６０Ｖｐ－ｐの電圧を印加される。圧電素子は、外径１６ｍｍ、内径１０ｍｍ、および厚さ１ｍｍである。図３において、色が薄くなるほど変位量が大きくなることを示す。

図３に示すように、延伸部２１は変位量が０に近く、ほとんど振動していない。これは、延伸部２１が振動のノードになっていることを示す。一方で、透光体１０の中央付近が最も変位量が大きい。このことから、振動体２０の振動が、延伸部２１に逃げるのを抑制し透光体１０に伝達されていることがわかる。このため、透光体１０に付着した水滴または泥等の異物を効率的に除去することができる。

図４Ａは、延伸部２１の変位量の幅依存性を示すグラフである。図４Ｂは、延伸部２１の変位量の厚さ依存性を示すグラフである。図４Ａでは、延伸部２１の厚さｔ１（図１参照）を０．５ｍｍに固定した場合の、延伸部２１の変位量の幅ｗ１（図１参照）による依存性を示す。図４Ｂでは、延伸部２１の幅ｗ１を４．６ｍｍに固定した場合の、延伸部２１の変位量の厚さｔ１による依存性を示す。図４Ａおよび図４Ｂのグラフにおける変位量は、延伸部２１の最大の変位量を算出した。

図４Ａに示すように、延伸部２１の幅ｗ１が４ｍｍ以上６ｍｍ以下の場合、延伸部２１の変位量を小さく抑えることができる。したがって、延伸部２１の幅ｗ１は、４ｍｍ以上６ｍｍ以下であるとよい。また、延伸部２１の幅ｗ１が４．６ｍｍである場合、延伸部２１の変位量が最も小さくなった。したがって、より好ましくは、延伸部２１の幅ｗ１は４．６ｍｍであるとよい。

図４Ｂに示すように、延伸部２１の厚さｔ１が０．２５ｍｍ以上１ｍｍ以下である場合、延伸部２１の変位量を小さく抑えることができる。したがって、延伸部２１の厚さｔ１は、０．２５ｍｍ以上１ｍｍ以下であるとよい。また、延伸部２１の厚さｔ１が０．５ｍｍである場合、延伸部２１の変位量が最も小さくなった。したがって、より好ましくは、延伸部２１の厚さｔ１は０．５ｍｍであるとよい。

［効果］
実施の形態１にかかる振動装置１によれば、以下の効果を奏することができる。

振動装置１は、透光体１０と、振動体２０と、延伸部２１と、圧電素子３０と、を備える。振動体２０は、一端２０ａと、他端２０ｂと、一端２０ａと他端２０ｂとを繋ぐ側壁２０ｃと、を有する筒状部材であり、一端２０ａで透光体１０に接続し、透光体１０を振動させる。延伸部２１は、振動体２０の側壁２０ｃから外側に向かって延びる。圧電素子３０は、振動体２０の他端２０ｂに配置される。

このような構成により、透光体１０を効率よく振動させることのできる振動装置を提供することができる。延伸部２１が振動のノードになることで、透光体１０を効率的に振動させることができる。また、延伸部２１に水滴等の異物が付着しても、延伸部２１が振動のノードであるために、透光体１０の振動への影響を低減することができる。また、製造ばらつきがあったとしても、延伸部２１にノードを形成することで、透光体１０に効率よく振動を伝えることができる。

延伸部２１は、振動体２０の一端２０ａから外側に向かって延びる。このような構成により、延伸部２１の振動による変位量を小さくして、振動装置１の振動性能を向上させることができる。

なお、上述した実施の形態では、延伸部２１がリング状である例について説明したが、延伸部２１の形状はこれに限定されない。延伸部２１は、振動体２０の側壁２０ｃから外側に向かって拡がる形状であればよい。

撮像装置１００は、振動装置１と、振動装置１の内部に配置される撮像素子６０と、を備える。

このような構成により、信頼性の高い撮像装置１００を提供することができる。

［変形例］
図５は、実施の形態１の変形例１にかかる振動装置１Ａを示す部分断面図である。図５に示すように、延伸部１２１が、振動体１２０の他端１２０ｂ側に向かって屈曲していてもよい。また、振動体１２０が、第１突出部および第２突出部のない筒状に形成されていてもよい。さらに、透光体１１０が、板状に形成されていてもよい。この場合、簡素な構成で、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。

図６は、実施の形態１の変形例２にかかる振動装置１Ｂを示す部分断面図である。図６に示すように、延伸部２２１が、振動体２２０の一端２２０ａ側に向かって屈曲していてもよい。この場合、簡素な構成で、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。

図７は、実施の形態１の変形例３にかかる振動装置１Ｃを示す部分断面図である。図７に示すように、延伸部３２１が、振動体３２０の一端３２０ａ側から外側に向かって延びて形成されていてもよい。振動装置１Ｃにおいて、延伸部３２１は、振動体３２０の一端３２０ａ側の側壁３２０ｃから外側に向かって延びている。さらに、延伸部３２１は、第１部分３２１ｃと、第２部分３２１ｄと、第３部分３２１ｅと、により構成されている。第１部分３２１ｃは、振動体３２０の側壁３２０ｃから振動体３２０の軸方向（Ｚ方向）と直交する方向に延びる。第２部分３２１ｄは、第１部分３２１ｃから一端３２０ａ側に向かって延びる。第３部分３２１ｅは、第２部分３２１ｄから振動体３２０の軸方向（Ｚ方向）と直交する方向に延びる。このような構成により、延伸部３２１に付着した水滴等が外部に流れやすくなる。なお、第２部分３２１ｄは、第１部分３２１ｃから他端３２０ｂ側に向かって延びていてもよい。

また、図７の振動装置１Ｃでは、振動体３２０が、一端３２０ａから内側に突出する第１突出部３２４と、他端３２０ｂから内側に突出する第２突出部３２５と、を有する。振動装置１Ｃにおいて、延伸部３２１と第２突出部３２５の一部とが振動のノードとなる。このため、透光体１０の振動に影響を与えずに、第２突出部３２５に保持部などの部材を接続することができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２にかか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と同一また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８は、実施の形態２にかかる振動装置２を示す部分断面図である。実施の形態２では、延伸部４２１の先端に重り４２２が配置されている点で、実施の形態１と異なる。

本実施の形態では、延伸部４２１の第２面４２１ｂの外周に沿って重り４２２が配置されている。重り４２２は、延伸部４２１の第２面４２１ｂの外周に沿ってリング状に形成されている。重りは、例えば、延伸部４２１と同じ材料で形成することができる。本実施の形態では、延伸部４２１と重り４２２とが一体的に形成されているが、延伸部４２１と重り４２２とが別の部材で形成されていてもよい。その場合、別の部材で形成された重り４２２が、延伸部４２１に貼り付けられていてもよい。

延伸部４２１に重り４２２が配置されることで、延伸部４２１の変位量をより低減させることができ、振動体４２０の振動を効率よく透光体１０に伝達することができる。板状に形成された延伸部４２１に重り４２２を配置して重さを付加することで、延伸部４２１の変位量を小さくすることができる。その結果、振動装置２の振動性能を向上させることができる。

図８に示すように、振動装置２は、振動体４２０の一端４２０ａから延びる延伸部４２１に、重り４２２が配置された構成である。図９Ａは、図８の振動装置２における変位量分布のシミュレーション結果を示す図である。シミュレーションは、ムラタソフトウェア株式会社製のＦｅｍｔｅｔを用いて、圧電解析（共振解析）を行った。図９Ａのシミュレーションの計算条件は次の通りである。透光体１０の材料は、密度２．４８ｇ／ｃｍ^３およびヤング率７３ＧＰａのソーダガラスに相当するものである。透光体１０の直径は、１４ｍｍである。振動体４２０の材料は、密度７．７５ｇ／ｃｍ^３およびヤング率２００ＧＰａのＳＵＳ４２０Ｊ２に相当するものである。圧電素子３０は、密度が７．８３ｇ／ｃｍ^３であり、圧電素子３０の上下面（振動体４２０と接触する面、およびそれと反対側の面）に、６０Ｖｐ－ｐの電圧を印加される。圧電素子３０は、外形１６ｍｍ、内径１０ｍｍ、および厚さ１ｍｍである。図９Ａにおいて、色が薄くなるほど変位量が大きくなることを示す。

図９Ａに示すように、振動装置２において、延伸部４２１および重り４２２は、振動のノードであることがわかる。また、延伸部４２１に重り４２２が配置されることにより、延伸部４２１に重りがない場合と比較して、延伸部４２１の変位量をさらに小さくすることができる。また、延伸部４２１に加えて、重り４２２が振動のノードとなるため、振動体４２０の振動を透光体１０にさらに効率よく伝達することができる。また、重り４２２も振動のノードとなるため、重り４２２に異物が付着した場合でも、振動装置２の振動に影響を与えず振動性能を維持することができる。

図９Ｂおよび図９Ｃは、振動装置２の振動体４２０の共振解析結果を示す図である。図９Ｂは、位相が０°の場合を示し、図９Ｃは位相が１８０°の場合を示す。振動体４２０が第１突出部４２４および第２突出部４２５を有する構成の場合、振動体４２０は音叉の共振モードで振動する。この場合、第１突出部４２４と第２突出部４２５との中間位置ｉｎ１（図８参照）を対称に、振動体４２０には２つのノードが形成される。２つのノードのうち一方のノードが、延伸部４２１および重り４２２であり、他方のノードが第２突出部４２５の一部である。

図１０Ａは、重り４２２の変位量の幅依存性を示すグラフである。図１０Ｂは、重り４２２の変位量の厚さ依存性を示すグラフである。図１０Ａでは、重り４２２の厚さｔ２（図８参照）を３．５ｍｍに固定した場合の、重り４２２の幅ｗ２（図８参照）による依存性を示す。図１０Ｂでは、重り４２２の幅ｗ２を２．５ｍｍに固定した場合の、重り４２２の厚さｔ２による依存性を示す。図１０Ａおよび図１０Ｂのグラフにおける変位量は、重り４２２の最大の変位量を算出した。重り４２２の幅ｗ２は、振動体４２０の側壁４２０ｃから外側に向かう方向における重り４２２の長さである。重り４２２の厚さｔ２は、延伸部４２１の第１面４２１ａからの重り４２２の下端４２２ａ（図８参照）までの長さである。

図１０Ａに示すように、重り４２２の幅ｗ２が１ｍｍ以上５ｍｍ以下の場合、重り４２２の変位量を小さく抑えることができる。したがって、重り４２２の幅ｗ２は、１ｍｍ以上５ｍｍ以下であるとよい。また、重り４２２の幅ｗ２が２．５ｍｍである場合、重り４２２の変位量が最も小さくなった。したがって、より好ましくは、重り４２２の幅ｗ２は２．５ｍｍであるとよい。

図１０Ｂに示すように、重り４２２の厚さｔ２が大きくなるにつれて、重り４２２の変位量が小さくなる。したがって、重り４２２の厚さｔ２を大きくするほど、変位量を小さく抑えて良好なノードを形成することができる。したがって、重り４２２の厚さｔ２については、振動装置２の大きさと振動性能とのトレードオフにより、任意の値に設定することができる。

［効果］
実施の形態２にかかる振動装置２によれば、以下の効果を奏することができる。

振動装置２においては、延伸部４２１の、振動体４２０の他端４２０ｂ側の第２面４２１ｂに、重り４２２が配置されている。

このような構成により、延伸部４２１に振動のノードを形成しやすくなるため、さらに振動効率を向上させることができる。

延伸部４２１に重り４２２が配置されることにより、延伸部４２１に振動のノードを形成しやすくなるため、振動体４２０の振動を透光体１０にさらに効率よく伝達することができる。また、重り４２２も振動のノードとなるため、重り４２２に異物が付着した場合でも、振動装置２の振動に影響を与えず振動性能を維持することができる。

なお、上述した実施の形態では、延伸部４２１の第２面４２１ｂに重り４２２が配置されている例について説明したが、これに限定されない。重り４２２は、延伸部４２１において、振動体４２０の一端４２０ａ側の第１面４２１ａまたは他端４２０ｂ側の第２面４２１ｂのいずれか一方に配置されていればよい。

また、上述した実施の形態では、延伸部４２１に１つの重り４２２が配置されている例について説明したが、これに限定されない。重りは、延伸部４２１の第１面４２１ａまたは第２面４２１ｂのいずれか一方に複数配置されていてもよい。この場合、それぞれの重りは等間隔に配置されるとよい。

［変形例］
図１１は、実施の形態２の変形例１にかかる振動装置２Ａを示す部分断面図である。図１１に示すように、重り５２２が延伸部５２１の先端以外の位置に配置されていてもよい。このような構成においても、実施の形態２と同様の効果を奏することができる。

図１２は、実施の形態２の変形例２にかかる振動装置２Ｂを示す部分断面図である。図１２に示すように、延伸部６２１が、第１部分６２１ｃと、第２部分６２１ｄと、第３部分６２１ｅ、を有する構成であり、第３部分６２１ｅに重り６２２が配置されていてもよい。このような構成により、延伸部６２１に付着した水滴等が外部に流れやすくなる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３にかかる振動装置３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２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２と同一また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２と重複する記載は省略する。

図１３は、実施の形態３にかかる振動装置３を示す斜視図である。図１４は、図１３の振動装置３の分解図である。図１５は、図１３の振動装置３のＡ－Ａ断面図である。図１６は、図１５の振動装置３の一部を拡大した図である。

実施の形態３にかかる振動装置３は、図１３～図１６に示すように、カバー４０と、保持部５０と、を備える点で実施の形態２と異なる。また、実施の形態３にかかる振動装置３は、重り７２２に溝７２３が形成され、溝７２３にシール部材６２が配置されている点で、実施の形態２と異なる。

図１６に示すように、重り７２２の表面（延伸部７２１の第１面７２１ａ）には、溝７２３が形成されている。溝７２３は、振動体７２０の軸方向（Ｚ方向）から見たときに、重り７２２の外周に沿ってリング状に形成されている。溝７２３には、シール部材６２が配置されている。シール部材６２は、例えばＯリングのような弾性部材である。

＜カバー＞
カバー４０は、振動装置３の内部への異物の混入を防止する部材である。カバー４０には、透光体１０を露出する穴４０ａが形成されている。カバー４０は、透光体１０の外側に配置されて、延伸部７２１に取り付けられて重り７２２の表面に接触している。

図１４に示すように、本実施の形態では、カバー４０は穴４０ａを有する板状に形成されている。本実施の形態では、カバー４０を延伸部７２１に接触させることにより、振動装置３を防水構造とすることができる。

また、図１６に示すように、カバー４０の穴４０ａ側の端部４０ｂは、透光体１０に向かって厚みが小さくなるテーパー状に形成されている。カバー４０の端部４０ｂがこのような形状に形成されることにより、撮像素子の視野角を損なうことなく、振動装置３をカバーすることができ、振動装置３の性能と信頼性とを両立することができる。

図１７は、実施の形態３の振動装置３における変位量分布のシミュレーション結果を示す図である。シミュレーションは、ムラタソフトウェア株式会社製のＦｅｍｔｅｔを用いて、圧電解析（共振解析）を行った。図１７のシミュレーションの計算条件は次の通りである。透光体１０の材料は、密度２．４８ｇ／ｃｍ^３およびヤング率７３ＧＰａのソーダガラスに相当するものである。透光体１０の直径は、１４ｍｍである。振動体２０の材料は、密度７．７５ｇ／ｃｍ^３およびヤング率２００ＧＰａのＳＵＳ４２０Ｊ２に相当するものである。圧電素子３０は、密度が７．８３ｇ／ｃｍ^３であり、圧電素子３０の上下面（振動体２０と接触する面、およびそれと反対側の面）に、６０Ｖｐ－ｐの電圧を印加される。圧電素子は、外形１６ｍｍ、内径１０ｍｍ、および厚さ１ｍｍである。図１７において、色が薄くなるほど変位量が大きくなることを示す。

図１７に示すように、延伸部７２１および重り７２２は変位量が０に近く、ほとんど振動していない。一方で、透光体１０の中央付近が最も変位量が大きい。このことから、振動体２０の振動が、延伸部７２１に逃げるのを抑制し、透光体１０に伝達されていることがわかる。このため、透光体１０に付着した水滴等の異物を効率的に除去することができる。このように、延伸部７２１は、振動のノードになっている。本実施の形態では、振動のノードとなる部分にカバー４０を接触させるため、振動装置３の振動性能を維持したまま防水構造を実現することができる。

また、図１７によると、振動体７２０の第２突出部７２５の一部も振動のノードとなっている。このため、第２突出部７２５の一部に保持部５０を接続することで、振動装置３の振動性能への影響を抑えつつ、振動装置３を保持する構造とすることができる。

［効果］
実施の形態３にかかる振動装置３によれば、以下の効果を奏することができる。

振動装置３は、さらに、透光体１０を露出する穴４０ａが形成され、透光体１０の外側に配置されて延伸部７２１に取り付けられて１つの重り７２２に接触するカバー４０、を備える。１つの重り７２２は環状に形成される。１つの重り７２２には、表面に設けられた溝７２３にシール部材６２が配置されている。

このような構成により、振動装置３の振動性能を維持しつつ、振動装置３の内部に水滴等の異物が混入することを防ぎ、振動装置３の信頼性、具体的には防水性能を向上させることができる。

カバー４０の穴４０ａ側の端部４０ｂは、透光体１０に向かって厚みが小さくなるテーパー状に形成されていてもよい。

振動装置３の内部に配置される撮像素子の視野角に応じて、カバー４０の端部４０ｂを適切な形状にすることができる。

［変形例］
図１８は、実施の形態３の変形例１にかかる振動装置３Ａを示す部分断面図である。図１８に示すように、保持部５２は、他端５２ｂから外側に突出する土台部５３を有していてもよい。この場合、振動装置３Ａを基板等により安定して配置することができ、振動装置３Ａの信頼性を向上させることができる。

図１９は、実施の形態３の変形例２にかかる振動装置３Ｂを示す部分断面図である。図１９に示すように、カバー４１の穴側の端部４１ｂがテーパー状に形成されていなくてもよい。振動装置３Ｂの内部に配置される撮像素子の視野角に応じて、カバー４１の端部４１ｂを適切な形状にすることができる。

図２０は、実施の形態３の変形例３にかかる振動装置３Ｃを示す部分断面図である。図２０に示すように、カバー４２が屈曲して形成されていてもよい。カバー４２が屈曲して形成されていることで、振動装置３Ｃの防水性能を向上させて、信頼性を高めることができる。

図２１は、実施の形態３の変形例４にかかる振動装置３Ｄを示す部分断面図である。図２１に示すように、重り７２２の側面７２２ｂに溝７２３ａが形成され、溝７２３ａにシール部材６２が配置されていてもよい。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４にかか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と同一また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２２は、実施の形態４にかかる振動装置４を示す断面図である。実施の形態４では、振動装置４がリテーナー８２６を備える点で、実施の形態１と異なる。また、実施の形態４では、リテーナー８２６に延伸部８２１が設けられている点で、実施の形態１と異なる。

図２２に示すように、振動装置４は、振動体８２０の一端８２０ａ側に配置されるリテーナー８２６を備える。リテーナー８２６は、透光体８１０を振動体８２０に固定するための部材である。リテーナー８２６と振動体８２０とで、透光体８１０を挟むようにして、透光体８１０を固定することができる。

リテーナー８２６は、第１部材８２６ａと、第２部材８２６ｃと、を有する。第１部材８２６ａは、振動体８２０の側壁８２０ｃに取り付けられる筒状の部材である。本実施の形態では、第１部材８２６ａはリテーナー８２６の一端８２６ｅから内側に延びて形成されている。第２部材８２６ｃは、第１部材８２６ａの内側面８２６ｂから内側に向かって延びて透光体８１０の振動体と接続する面８１０ａと反対側の面８１０ｂに接触する。

本実施の形態では、延伸部８２１は、リテーナー８２６の他端８２６ｆにおいて、第１部材８２６ａの外側面８２６ｄから外側に向かって延びて設けられている。リテーナー８２６の他端８２６ｆは、振動体８２０の軸方向（Ｚ方向）において、振動体８２０の一端８２０ａと略同じ高さに位置する。このため、振動体８２０の軸方向（Ｚ方向）において、振動体８２０の一端８２０ａと延伸部８２１とが、略同じ高さに配置される。また、延伸部８２１の先端には、重り８２２が設けられている。

［効果］
実施の形態４にかかる振動装置４によれば、以下の効果を奏することができる。

振動装置４は、振動体８２０の一端８２０ａ側に配置されるリテーナー８２６を備える。リテーナー８２６は、第１部材８２６ａと、第２部材８２６ｃと、を有する。第１部材８２６ａは、振動体８２０の側壁８２０ｃに取り付けられる筒状の部材である。第２部材８２６ｃは、第１部材８２６ａの内側面８２６ｂから内側に向かって延びて透光体８１０の振動体８２０と接続する面８１０ａと反対側の面８１０ｂに接触する。延伸部８２１は、リテーナー８２６の第１部材８２６ａの外側面８２６ｄから外側に向かって延びて設けられている。

このような構成により、透光体８１０を強固に保持することができ、振動体８２０の振動を効率よく透光体８１０に伝達することができる。

［変形例］
図２３は、実施の形態４の変形例１にかかる振動装置４Ａを示す部分断面図である。図２３に示すように、延伸部９２１は、リテーナー９２６の第１部材９２６ａの外側面９２６ｄの任意の位置から外側に向かって設けられていればよい。この場合でも、延伸部９２１および重り９２２が振動のノードとなり、実施の形態４と同様の効果を奏することができる。

本発明の振動装置は、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、２、２Ａ～２Ｃ、３、３Ａ～３Ｂ、４、４Ａ 振動装置
１０、２１０、８１０ 透光体
２０、１２０、２２０、３２０、４２０、５２０、８２０ 振動体
２１、１２１、２２１、３２１、４２１、５２１、６２１、７２１、８２１、９２１ 延伸部
４２２、５２２、６２２、７２２、８２２、９２２ 重り
２４、３２４、４２４ 第１突出部
２５、３２５、４２５、７２５ 第２突出部
３０ 圧電素子
４０、４１、４２ カバー
４０ａ 穴
５０、５２ 保持部
６０ 撮像素子
６２ シール部材
１００ 撮像装置
８２６、９２６ リテーナー

Claims (10)

1. 透光体と、
   一端と、他端と、前記一端および前記他端を繋ぐ側壁と、を有する筒状部材であり、前記一端で前記透光体に接続し、前記透光体を振動させる振動体と、
   前記振動体の前記側壁から外側に向かって延びる延伸部と、
   前記振動体の前記他端に配置された圧電素子と、
   を備え、
   前記延伸部の、前記一端側の第１面または前記他端側の第２面の少なくともいずれか一方に、複数の重りが配置され、
   前記複数の重りは、前記振動体の軸方向からみたときに、前記延伸部に等間隔に配置されている、
   振動装置。
2. 透光体と、
   一端と、他端と、前記一端および前記他端を繋ぐ側壁と、を有する筒状部材であり、前記一端で前記透光体に接続し、前記透光体を振動させる振動体と、
   前記振動体の前記側壁から外側に向かって延びる延伸部と、
   前記振動体の前記他端に配置された圧電素子と、
   前記延伸部の、前記一端側の第１面または前記他端側の第２面の少なくともいずれか一方に配置された１つの重りと、
   前記透光体を露出する穴が形成され、前記透光体の外側に配置されて前記延伸部に取り付けられて前記１つの重りの表面に接触するカバーと、
   を備え、
   前記１つの重りは環状に形成され、
   前記１つの重りには、前記表面に設けられた溝にシール部材が配置されている、
   振動装置。
3. 前記延伸部は、前記一端側または前記他端側に向かって屈曲している、
   請求項１または２に記載の振動装置。
4. 前記延伸部は、前記振動体の前記一端側で外側に向かって延びる、
   請求項１または２に記載の振動装置。
5. 前記延伸部は、前記振動体の前記一端から外側に向かって延びる、
   請求項１または２に記載の振動装置。
6. さらに、
   前記振動体の前記一端側に配置され、前記振動体の前記側壁に取り付けられる筒状の第１部材と、前記第１部材の内側面から内側に向かって延びて前記透光体の前記振動体と接続する面と反対側の面に接触する第２部材と、を有するリテーナー、
   を備え、
   前記延伸部は、前記リテーナーの前記第１部材の外側面から外側に向かって延びて設けられている、
   請求項１または２に記載の振動装置。
7. 前記カバーの前記穴側の端部は、前記透光体に向かって厚みが小さくなるテーパー状に形成されている、
   請求項２に記載の振動装置。
8. 前記振動体は、前記一端から内側に突出する第１突出部と、前記他端から内側に突出する第２突出部と、を有する、
   請求項１または２に記載の振動装置。
9. 透光体と、
   一端と、他端と、前記一端および前記他端を繋ぐ側壁と、を有する筒状部材であり、前記一端で前記透光体に接続し、前記透光体を振動させる振動体と、
   前記振動体の前記側壁から外側に向かって延びる延伸部と、
   前記振動体の前記他端に配置された圧電素子と、
   を備え
   前記延伸部は、前記振動体の前記一端側に位置し、かつ前記振動体の軸方向から見たときに前記透光体の外側に位置する、
   振動装置。
10. 請求項１、２、または９に記載の振動装置と、
    前記振動装置の内部に配置される撮像素子と、
    を備える、
    撮像装置。