CN108474998B - 振动装置及其驱动方法、以及摄像头 - Google Patents

Abstract

本发明获得一种能抑制接合界面处的剥离，并且获得较大振幅的振动装置。振动装置(2)包括筒状构件(14)；具有固定于筒状构件(14)的压电振子(16)的筒状振动体部(12)；以及外周部与筒状构件(14)的前端面(14b)接合，且具有配置于透镜(9)的前方的透光性部分的透光体部(13)。利用筒状振动体部(12)的振动使透光体部(13)以弯曲模式振动。透光体部(13)的外周部与筒状振动体部(12)的前端面(14b)接合，使得弯曲模式中，Z方向上透光体部(13)的中央最大位移部分和与前端面(14b)连结的外周部在以相同方向位移的第一模式、和以反向位移的第二模式中，第一模式和第二模式的节点位于前端面(14b)和外周部的接合界面内。

Description

振动装置及其驱动方法、以及摄像头

技术领域

本发明涉及具有透镜的摄像头主体所使用的振动装置及振动装置的驱动方法、以及摄像头。

背景技术

车载用摄像头、设于室外的摄像头被暴露在雨中。因此，在透镜的前方，设有由玻璃、透明塑料构成的盖部。然而，若水滴附着于盖部，则视野变得不清晰。

下述专利文献1中，公开了用于该用途的圆顶型盖部。圆顶型盖部与圆筒部连结。在圆筒部安装有压电振子。在水滴附着于圆顶型盖部的情况下，利用压电振子使圆筒部以及圆顶型盖部振动。由此去除水滴。记载有通过变更圆顶型盖部中振动的节点位置，从而可使雾化液滴的位置变更。

在下述专利文献2中，在摄像头主体的前方配置有超声波换能器、粘接剂层以及外部透镜。通过驱动超声换能器使外部透镜振动。从而，去除附着于外部透镜的水滴。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2012－138768号公报

专利文献2：日本专利特开2007－82062号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

专利文献1、专利文献2中，要可靠地去除水滴，需要使圆顶型盖部、外部透镜较大地振动。另一方面，在专利文献1中，若使圆顶型盖部较大地振动，则可能使圆顶型盖部与圆筒部的接合界面发生剥离。

在专利文献2中，为了对外部透镜较大地驱动而在超声波换能器中产生较大的振动，则可能在外部透镜和超声波换能器的接合界面发生剥离。

本发明的目的在于提供一种可抑制接合界面处的剥离，并且获得较大的振幅的振动装置以及振动装置的驱动方法。

解决技术问题的技术方案

本发明涉及的振动装置，用于具有透镜的摄像头主体，该振动装置的特征在于，包括：筒状振动体部，该筒状振动体部具有筒状构件和固定于所述筒状构件的压电振子，所述筒状构件具有第一端部和第二端部，在所述第一端部具有包围开口的前端面，在所述第一端部一侧具有比所述第二端部的厚度要薄的薄壁部；以及透光体部，该透光体部的外周部与所述筒状构件的所述前端面接合从而覆盖所述开口，且具有配置于所述透镜的前方的透光性部分，利用所述筒状振动体部的振动使所述透光体部以弯曲模式振动，所述弯曲模式具有在所述弯曲模式的振动下所述透光体部的中央最大位移部分、和与所述前端面连结的所述外周部在所述筒状振动体部的中心轴方向即Z方向上以相同方向位移的第一模式；和以相反方向位移的第二模式，所述透光体部的所述外周部与所述筒状振动体部的所述前端面结合，使得所述第一模式和所述第二模式的节点位于所述前端面和所述外周部的接合界面内。

本发明涉及的振动装置的某个特定的方面中，设有所述压电振子，使得所述筒状振动体部沿所述Z方向位移。

本发明涉及的振动装置的另一特定的方面中，所述筒状构件具有筒状主体；以及与所述筒状主体连结且具有所述薄壁部的筒状的模式转换结合部，所述模式转换结合部的与所述筒状主体连结的一侧的相反侧的端部为所述第一端部，具有所述开口和所述前端面。在该情况下，能使透光体部中的振幅进一步增大。

本发明涉及的振动装置的另一特定的方面中，所述压电振子为筒状。

本发明涉及的振动装置的又一特定的方面中，所述筒状振动体部为圆筒状。在该情况下，不仅利用筒状振动体部的Z方向的振动，还能利用呼吸振动。

本发明涉及的振动装置的驱动方法是依照本发明而构成的振动装置的驱动方法，其特征在于以如下方式驱动所述振动装置：即，以所述第一模式和所述第二模式中的至少一方使所述透光体部振动，并且所述第一模式下振动的节点和所述第二模式下振动的节点位于所述接合界面内。

本发明涉及的振动装置的驱动方法的某一特定的方面中，以使所述第一模式的谐振频率和所述第二模式的谐振频率的差变小的方式，在所述第一模式和所述第二模式中的至少一个模式下使所述透光体部振动。

本发明涉及的振动装置的驱动方法的另一特定的方面中，交替重复进行以所述第一模式进行振动的工序、和以所述第二模式进行振动的工序。

本发明涉及的摄像头具有依照本发明而构成的振动装置。

发明效果

根据本发明涉及的振动装置及其驱动方法，能有效抑制接合界面处的剥离。从而，能使透光体部以更大的振幅振动。

附图说明

图1是具备本发明的第一实施方式涉及的振动装置的摄像头的简图的正面剖视图。

图2是本发明的第一实施方式中所使用的振动装置的立体图。

图3是本发明的第一实施方式中所使用的压电振子的正面剖视图。

图4是表示本发明的第一实施方式中透光体部和筒状振动体部的连结结构的右侧一半的简图的正面剖视图。

图5是表示透光体部以第一模式弯曲振动时的位移分布的图。

图6是表示透光体部以第二模式弯曲振动时的位移分布的图。

图7是表示本发明的第一实施方式的振动装置中谐振特性、和透光体部的位移量与频率的关系的图。

图8是表示图7所示的谐振特性的主要部位和相位特性的图。

图9是表示透光体部的厚度与第一模式的谐振频率和位移的关系以及透光体部的厚度与第二模式的谐振频率和位移的关系的图。

图10是表示透光体部的厚度与第一模式的谐振频率和位移的关系以及透光体部的厚度与第二模式的谐振频率和位移的关系的图。

图11是表示本发明的第一实施方式中透光体部以第一模式振动时的位移分布的示意性正面剖视图。

图12是表示本发明的第一实施方式中透光体部以第二模式振动时的位移分布的示意性正面剖视图。

图13(a)和图13(b)是本发明的第一实施方式涉及的振动装置中，用于说明去除水滴的工序的示意性正面剖视图。

图14(a)～图14(c)是第一实施方式涉及的振动装置中，用于说明去除水滴的工序的各示意性正面剖视图。

图15是表示透光体部的变形例的正面剖视图。

图16是表示透光体部的另一变形例的正面剖视图。

图17是用于说明本发明的第二实施方式涉及的振动装置的透光体部和筒状振动体部的结构的简图的正面剖视图。

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明的具体的实施方式进行说明，从而明确本发明。

此外，本说明书中记载的各实施方式是例示，这里预先指出在不同的实施方式间，能进行结构的部分置换或组合。

图1是具有本发明的第一实施方式涉及的振动装置的摄像头的简图的正面剖视图。图2是该振动装置的立体图。摄像头1具有振动装置2。在振动装置2内收纳有摄像头主体3。

摄像头主体3具有筒状的主体构件4。主体构件4的下端被固定于底盘10。在主体构件4的上端固定有拍摄部5。在拍摄部5内内置包含摄像元件的电路6。固定透镜模块7，使其与拍摄部5相对。透镜模块7由筒状体构成，在内部设有多个透镜9。

只要可拍摄位于透镜9的前方的被拍摄物，则上述摄像头主体3的结构不作特别限定。

振动装置2具有筒状的壳体构件11、筒状振动体部12和透光体部13。筒状的壳体构件11为圆筒状。但是，壳体构件11也可以为矩形管状等其它形状。壳体构件11例如由金属、合成树脂构成。

壳体构件11的下端被固定于底盘10。在壳体构件11的上端侧设有环状的突出部11a。环状的突出部11a向壳体构件11的径向内侧突出。在突出部11a的上表面设有圆环状的凹部11b。

筒状振动体部12具有筒状构件14、筒状的固定构件15和压电振子16。压电振子16是筒状的压电振动元件，例如由朗之万型振子构成。

固定构件15的上端被拧入筒状构件14的下端。从而，筒状的压电振子16被夹持在固定构件15的上表面和筒状构件14的下表面之间而被固定。所述筒状构件14和所述固定构件15由金属、合成树脂构成。

筒状的压电振子16具有圆环状的压电元件16a。如图3所示，圆环状的压电元件16a具有圆环状的压电板16a1、16a2。压电板16a1、16a2中，图示的箭头方向为极化方向。即，在厚度方向上，压电板16a1的极化方向和压电板16a2的极化方向为反方向。在压电板16a1、16a2之间夹持有筒状的端子16d。此外，压电板16a1和第二筒构件之间夹持有筒状的端子16e。

压电板16a1、16a2由锆钛酸铅类压电陶瓷构成。但是，也可以利用其它压电陶瓷、压电单晶。在压电板16a1、16a2的双面形成未图示的电极。

回到图1，所述筒状构件14具有向径向外侧突出的凸缘部14a。使凸缘部14a的下表面位于凹部11b内，将筒状构件14固定于壳体构件11。

筒状构件14在筒状振动体部12的中心轴方向即Z方向上具有第一端部和第二端部。在该第一端部处，筒状构件14具有前端面14b。前端面14b为圆环状，包围筒状构件14的第一端部侧的开口。平板状的透光体部13的外周部与前端面14b接合。该接合没有特别图示，是通过利用了粘接剂等接合材料的适当的接合方法来实现的。从而，上述前端面14b构成本发明的接合界面。筒状构件14在第一端部侧具有比第二端部的厚度要薄的薄壁部14e。薄壁部14e构成模式转换接合部，且具有使振幅增大的功能。

透光体部13由玻璃构成，其整体具有透光性。但是，也可以使透光体部13仅在位于透镜9的前方的部分、即相当于摄像头的视野的部分具有透光性。

构成透光体部13的材料不限于玻璃，也可以利用透光性塑料等。

透光体部13位于比上述摄像头主体3的最前方的透镜9更靠前的位置。

通过压电振子16进行振动，使得安装有压电振子16的筒状振动体部12沿图1所述的Z方向伸缩。图1所示的Z方向是在筒状振动体部12的中心轴方向上，从筒状振动体部12朝向透光体部13的方向。图1的反相方向是与所述Z方向正交的方向，设为从图1的左侧朝向右侧的X方向。在该情况下，筒状振动体部12的振动只要伴随着Z方向的位移，则不作特别限定。例如，可以是使压电振子16以所谓的呼吸振动的方式交互为缩径扩径状态的振动模式。在该情况下，作为结果，筒状振动体部12的前端面14b在Z方向上反复位移。在筒状构件14的中心轴方向，将位于第一端部的前端面14b一侧设为Z方向前方，将与第一端部相反侧的第二端部一侧设为Z方向后方。

振动装置2中，筒状构件14的前端面14b在位于Z方向前方的振动姿势、和位于Z方向后方的振动姿势之间反复位移。结果，透光体部13进行弯曲模式振动。通过该弯曲模式振动，能使附着于透光体部13的外表面的水滴雾化来去除水滴。

振动装置2的特征为，透光体部13被固定于筒状构件14的前端面14b，使得所述弯曲模式的振动的节点位于所述的接合界面。对该部分将进一步详细说明。

如上所述利用筒状构件14的振动，在透光体部13以弯曲模式振动时，透光体部13的主面的中央产生最大的位移。将该最大的位移的部分设为中央最大位移部分。在与筒状构件14的前端面14b接合的外周部处，位移变得最小。

在该情况下，出现下述的第一模式、第二模式作为弯曲模式。

参照图4～图6，对所述第一模式和第二模式状态的位移进行说明。

图4是表示上述筒状振动体部12与透光体部13的连结结构的右侧一半的简图的正面剖视图。图4中省略阴影。这是由于在下述的图5和图6中，对于位移分布的表现使用了阴影。图4中，仅图示出了筒状振动体部12和透光部13在点划线A的右侧示出的部分。图4示出了静止状态。

图5示出了透光体部13以第一模式进行弯曲振动时的位移分布。此外，图5和图6的位移分布示出有图5和图6中以阴影示出的各区域的位移量为在图5和图6的右侧示出的标尺的大小。第一模式中，前端面14b在Z方向上向Z方向正面侧发生位移时，中央最大位移部分如箭头A2所示，以同方向发生位移。第一模式下，前端面14b和透光体部13的中央最大位移部分在Z方向上为同相位移。在该情况下，如图5可知，前端面14b即接合界面几乎没有位移。从而，第一模式中，振动的节点位于接合界面内。

另一方面，图6是表示第二模式时的位移分布的图。如图6的箭头A1所示，前端面14b向Z方向前方发生位移时，在第二模式中，透光体部13的中央最大位移部位如箭头-A2所示，向Z方向后方位移。即，前端面14b和透光体部13的中央最大位移部分在Z方向上以反相进行位移。

图6中，前端面14b即接合界面发生位移，振动的节点不位于接合界面。该图6所示的位移分布不是本实施方式的情况下的位移分布。本实施方式的特征为，透光体部13被固定于筒状振动体部12，使得所述第一模式和所述第二模式中的任意模式下的振动的节点均位于所述接合界面。对于这一点，在下进一步详细说明。

图7示出了所述第一实施方式的振动装置2中，驱动压电振子使其振动的情况下的谐振特性、和透光体部中位移量与频率的关系。图8将图7的谐振特性的主要部分放大表示，且示出了相位特性。

图7和图8中的箭头B1是所述第一模式的谐振特性，箭头B2表示第二模式中的谐振特性。图8的位移量中约80000～100000Hz频率位置的位移量表示所述第一模式和第二模式的位移量。

本申请的发明人鉴于所述第一模式和第二模式的出现，进行了改变透光体13的厚度、筒状构件14的长度以及内径等各种研究。图9示出了筒状构件14的长度为21.1mm，开口部的半径R为4.5mm的情况的结果。图10示出了筒状构件14的长度为21.1mm，开口部的半径R为4.25mm的情况的结果。

图9和图10中，将第一模式的谐振频率设为Fr1，将第二模式的谐振频率设为Fr2。

如图9和图10可知，在改变透光体部13的厚度、改变开口部的半径R的情况下，第一模式的谐振频率Fr1、第二模式的谐振频率Fr2以及第一模式和第二模式的位移量发生变化。并且，通过调整该透光体部的厚度、开口部的半径R以及筒状构件14沿着Z方向的尺寸即长度、透光体部13和筒状构件14的材质，能使振动节点不仅在第一模式中位于接合界面内，而且在第二模式中也位于接合界面内。

图11是表示所述第一实施方式中第一模式的位移分布的示意性正面剖视图，图12是表示第二模式的位移分布的示意性正面剖视图。如图11所示，第一模式中，如箭头A1、A2所示，筒状构件14和透光体部13的中央最大位移部分以同相在Z方向上伸缩。并且，由图11可知，位于接合界面的前端面14b几乎没有位移，振动的节点位于接合界面内。

如图12所示，第二模式中如箭头A1、-A2所示，筒状构件14和透光体部13的中央最大位移部分在Z方向上以逆相发生位移。并且，图12中接合界面几乎没有位移，从而可知第二模式中振动的节点也位于接合界面内。

本实施方式中，筒状构件14由SUS304构成，其长度设为21.1mm。透光体部13由玻璃构成，其厚度设为1.1mm。前端面14b包围的半径设为4.5mm

如上所述，根据筒状构件14和透光体部13的材质，通过调整厚度、长度等各尺寸，从而能使第一模式和第二模式中的任意模式下的振动的节点均位于接合界面。

从而，在所述实施方式的振动装置中，进行驱动时，透光体部13和筒状构件14的接合界面处不易产生剥离。因此，能使透光体部13以更大的振幅振动。由此，能更可靠地去除附着于透光体部13的表面的水滴。于是，优选为第一模式的谐振频率Fr1和第二模式的谐振频率Fr2相接近。由图9和图10可知，第一模式的谐振频率Fr1和第二模式的谐振频率Fr2接近的区域中，第一模式的位移量和第二模式的位移量均变大，示出峰值。由此，优选地，第一模式的谐振频率Fr1和第二模式的谐振频率Fr2接近，更具体而言，期望谐振频率差Fr1-Fr2的绝对值与(Fr1+Fr2)的比率在±10％以内。由此，能可靠地获得较大的振幅。

所述实施方式的振动装置2中，能通过第一模式的振动去除水滴，在第二模式的振动下使跨过振动的节点的水滴移动，使水滴彼此融合。参照图13和图14对该内容进行说明。

图13(a)中，在透光体部13的外表面附着有水滴C1。该状态下，以第一模式使透光体部13振动。结果，如图13(b)所示，水滴被雾化从而被去除。另一方面，在图14(a)中，在透光体部13的表面附着有小的水滴D1、D2、D3。若以第二模式使透光体部13振动，则跨过节点的水滴D2、D3等移动。因此，如图14(b)所示，水滴彼此融合。并且之后如图14(c)所示，通过以第一模式使透光体部13振动，从而能将融合后的大水滴雾化并去除。

由此，在本实施方式的振动装置2中，优选为以第二模式振动，接着以第一模式振动。更优选为，交替重复进行以第一模式进行驱动的工序和以第二模式进行驱动的工序。由此，能更可靠地去除附着于透光体部13的外表面的水滴。

在第一实施方式的振动装置2中，透光体部13为平板状，但如图15和图16所示，也可以利用圆顶状的透光体部13A、13B。在图15中，圆顶状的透光体部13A在外周缘具有凸缘部13A1。在具有这样的凸缘部13A1的情况下，凸缘部13A1的下表面与筒状本体14的前端面14b接合。由此构成接合界面。

如图17所示的第二实施方式那样，筒状构件14也可以具有模式转换结合部14c和筒状主体14d。模式转换结合部14c也构成本发明的薄壁部。由此能增大振幅。这里，模式转换结合部14c的Z方向前端成为筒状构件14的前端。由此，前端面14b位于模式转换结合部14c的前端。该情况下，筒状主体14d通过驱动压电振子16，从而以呼吸振动等来振动。模式转换结合部14c将该振动模式转换为Z方向的伸缩振动等振动模式。在该情况下，优选为调整模式转换结合部14c的尺寸，使模式转换结合部14c的谐振频率和筒状主体14d的谐振频率一致。由此，能转换模式，进一步增大前端面14b的振幅。

标号说明

1 摄像头

2 振动装置

3 摄像头主体

4 主体构件

5 拍摄部

6 电路

7 透镜模块

9 透镜

10 底盘

11 壳体构件

11a 突出部

11b 凹部

12 筒状振动体部

13 透光体部

13A、13B 透光体部

13A1 凸缘部

14 筒状构件

14a 凸缘部

14b 前端面

14c 模式转换结合部

14d 筒状主体

14e 薄壁部

15 固定构件

16 压电振子

16a 压电元件

16a1、16a2 压电板

16d、16e 端子

Claims (11)

1.一种振动装置，用于具有透镜的摄像头主体，该振动装置的特征在于，包括：

筒状振动体部，该筒状振动体部具有筒状构件和固定于所述筒状构件的压电振子，所述筒状构件具有第一端部和第二端部，在所述第一端部具有包围开口的前端面，在所述第一端部具有比所述第二端部的厚度要薄的薄壁部；以及

透光体部，该透光体部的外周部与所述筒状构件的所述前端面接合从而覆盖所述开口，且具有配置于所述透镜的前方的透光性部分，

构成为以使得利用所述筒状振动体部的振动使所述透光体部以弯曲模式进行振动，

所述弯曲模式具有：在所述弯曲模式的振动下所述透光体部的中央最大位移部分和与所述前端面连结的所述外周部在所述筒状振动体部的中心轴方向即Z方向上以相同方向位移的第一模式；和以相反方向位移的第二模式，所述透光体部的所述外周部与所述筒状振动体部的所述前端面接合，使得所述第一模式和所述第二模式的节点位于所述前端面和所述外周部的接合界面内。

2.如权利要求1所述的振动装置，其特征在于，

设有所述压电振子，使得所述筒状振动体部沿所述Z方向位移。

3.如权利要求1所述的振动装置，其特征在于，

所述筒状构件具有：

筒状主体；以及

与所述筒状主体连结且具有所述薄壁部的筒状的模式转换结合部，

所述模式转换结合部的与所述筒状主体连结一侧的相反侧的端部为所述第一端部，具有所述开口和所述前端面。

4.如权利要求2所述的振动装置，其特征在于，

所述筒状构件具有：

筒状主体；以及

与所述筒状主体连结且具有所述薄壁部的筒状的模式转换结合部，

所述模式转换结合部的与所述筒状主体连结一侧的相反侧的端部为所述第一端部，具有所述开口和所述前端面。

5.如权利要求1～4中任一项所述的振动装置，其特征在于，

所述压电振子为筒状。

6.如权利要求1～4中任一项所述的振动装置，其特征在于，

所述筒状振动体部为圆筒状。

7.如权利要求5所述的振动装置，其特征在于，

所述筒状振动体部为圆筒状。

8.一种振动装置的驱动方法，该驱动方法是权利要求1～7中任一项所述的振动装置的驱动方法，其特征在于，

以如下方式驱动所述振动装置：即，以所述第一模式和所述第二模式中的至少一方使所述透光体部振动，并且所述第一模式下的振动的节点和所述第二模式下的振动的节点位于所述接合界面内。

9.如权利要求8所述的振动装置的驱动方法，其特征在于，

以使所述第一模式的谐振频率和所述第二模式的谐振频率的差变小的方式，在所述第一模式和所述第二模式中的至少一个模式下使所述透光体部振动。

10.如权利要求8或9所述的振动装置的驱动方法，其特征在于，

交替重复进行以所述第一模式进行振动的工序和以所述第二模式进行振动的工序。

11.一种摄像头，其特征在于，

具有权利要求1～7中任一项所述的振动装置。

Images