JP7124886B2 - 洗浄装置、洗浄装置を備える撮像ユニット、および洗浄方法 - Google Patents

Description

本発明は、洗浄装置、洗浄装置を備える撮像ユニット、および洗浄方法に関する。

車両の前部や後部に撮像ユニットを設けて、当該撮像ユニットで撮像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たりすることが行われている。このような撮像ユニットは、車外に設けられることが多いため、外部を覆う透光体（レンズや保護ガラス）に雨滴、泥、塵埃等の異物が付着することがある。透光体に異物が付着すると、当該撮像ユニットで撮像した画像に付着した異物が映り込み、鮮明な画像が得られなくなる。

そこで、透光体の表面に付着した異物を判別し、透光体を振動させて異物を除去する洗浄装置が開発されている（特許文献１）。また、透光体の表面に洗浄液を吐出し、透光体を振動させて異物を除去する洗浄装置が開発されている（特許文献２）。

特開２０１２－１３８７６８号公報 特開２０１１－２４４４１７号公報

しかし、特許文献１に記載の洗浄装置は、透光体を振動することのみでは、泥水などを除去できない場合があった。例えば、透光体を振動することによって泥水中の水分が霧化してしまい、泥水中の泥の濃度が上昇して透光体を振動することのみでは、泥水などを除去できない場合があった。

また、特許文献２に記載の洗浄装置では、透光体の振動と洗浄液の吐出との組み合わせにより、透光体の異物を除去することができる。しかし、実走行において、撮像ユニットには、透光体の異物として雨滴のみがかかる状況が殆どであり、泥が付着することは稀である。そのため、特許文献２に記載の洗浄装置では、透光体の異物として水滴や微量の泥が付着した場合でも、洗浄液の吐出を行っているので、洗浄液の消費量が増大してしまい効率の低い洗浄となっていた。

そこで、本発明の目的は、透光体に付着した異物に応じて、効率の高い洗浄を行うことができる洗浄装置、洗浄装置を備える撮像ユニット、および洗浄方法を提供する。

本発明の一形態に係る洗浄装置は、撮像素子を保持する保持部と、撮像素子の視野に配置される透光体と、透光体を振動させる振動体と、振動体を駆動する駆動部と、駆動部を制御する制御部と、駆動部で駆動する振動体のインピーダンスに関する値を検出する検出部と、前記透光体の表面に洗浄体を吐出させる吐出部と、を備え、制御部は、第１の電圧で振動体を駆動する場合の共振周波数の時間変化と、検出部で検出するインピーダンスに関する値の時間変化と、撮像素子で撮像した画像の時間変化とのうち少なくとも２つの情報に基づき、透光体の表面に異物が付着したことを判断し、検出部で検出するインピーダンスの時間変化と共振周波数の時間変化との傾きに基づき、透光体の表面に付着した異物の種類を特定し、当該判断に応じて振動体を制御し、特定した異物の種類に応じて前記吐出部から前記洗浄体を吐出させて透光体の表面を洗浄するか否かを制御する。

本発明の一形態に係る撮像ユニットは、上記に記載の洗浄装置を備える。
本発明の一形態に係る洗浄方法は、撮像素子を保持する保持部と、撮像素子の視野に配置される透光体と、透光体を振動させる振動体と、振動体を駆動する駆動部と、駆動部を制御する制御部と、駆動部で駆動する振動体のインピーダンスに関する値を検出する検出部と、前記透光体の表面に洗浄体を吐出させる吐出部と、を備える洗浄装置で透光体の表面を洗浄する洗浄方法であって、サーチモードとして、第１の電圧で振動体を駆動するステップと、サーチモードにおける共振周波数の時間変化と、検出部で検出するインピーダンスに関する値の時間変化と、撮像素子で撮像した画像の時間変化とのうち少なくとも２つの情報に基づき、透光体の表面に異物が付着したことを判断するステップと、検出部で検出するインピーダンスの時間変化と共振周波数の時間変化との傾きに基づき、透光体の表面に付着した異物の種類を特定するステップと、透光体の表面に異物が付着したことの判断に応じて振動体を駆動する駆動周波数を決定するステップと、ドライブモードとして、決定した駆動周波数および第２の電圧で振動体を駆動し、特定した異物の種類に応じて前記吐出部から前記洗浄体を吐出させるか否かを制御するステップとを含む。

本発明によれば、制御部が、少なくとも２つの情報に基づき、透光体の表面に異物が付着したことを判断し、透光体に付着した異物に応じて、効率の高い洗浄を行うことができる。

本実施の形態１に係る撮像ユニットの構成を説明するための斜視図である。 本実施の形態１に係る撮像ユニットの構成を説明するための断面図である。 本実施の形態１に係る撮像ユニットの洗浄装置の制御を説明するためのブロック図である。 本実施の形態１に係る撮像ユニットの洗浄装置の動作を説明するためのフローチャートである。 圧電デバイスの共振周波数と温度との関係を示すグラフである。 温度に対して圧電デバイスの共振周波数、インピーダンスの最小値をそれぞれプロットしたグラフである。 異物の付着量に対して圧電デバイスの共振周波数、インピーダンスの最小値をそれぞれプロットしたグラフである。 撮像ユニットの洗浄装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。 本実施の形態１に係る撮像ユニットの洗浄装置の実験結果を示す図である。 異なる振動モードで保護カバー２を振動させた場合の振幅変位を示す模式図である。 本実施の形態１の変形例に係る撮像ユニットの洗浄装置の動作を説明するためのフローチャートである。 本実施の形態２に係る撮像ユニットの洗浄装置の制御を説明するためのタイミングチャートである。 本実施の形態３に係る撮像ユニットの洗浄装置の制御を説明するためのブロック図である。 電気特性の変化量と駆動電圧との関係を説明するための図である。 本実施の形態４に係る撮像ユニットの洗浄装置の動作を説明するためのフローチャートである。 圧電デバイスの電圧の変化率と共振周波数の変化率との関係を示すグラフである。 サーチモードをｎ回繰り返して動作させた場合の周波数およびインピーダンスの変化を示すグラフである。 駆動モードＡで駆動させた場合の一例を説明するための図である。 駆動モードＢで駆動させた場合の一例を説明するための図である。

以下に、本実施の形態に係る撮像ユニットについて図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。

（実施の形態１）
以下に、本実施の形態１に係る撮像ユニットについて図面を参照しながら説明する。図１は、本実施の形態１に係る撮像ユニット１００の構成を説明するための斜視図である。図２は、本実施の形態１に係る撮像ユニット１００の構成を説明するための断面図である。撮像ユニット１００は、筐体１、筐体１の一面に設けられた透明の保護カバー２、保護カバー２に洗浄液（洗浄体）を吐出する開口部３１を有する洗浄ノズル３、保護カバー２を振動させる振動体である振動部１２、保護カバー２の内側に設けられた撮像部５を備えている。なお、撮像ユニット１００から撮像部５を除いた、筐体１、保護カバー２、洗浄ノズル３および振動部１２の構成が、撮像部５の撮像範囲に付着した異物（付着物）を洗浄する洗浄装置を構成している。

撮像部５は、図２に示すように筒状の本体部材４により支えられ、ベースプレート４ａに固定されている。ベースプレート４ａは、筐体１の一部に固定されている。そのため、筐体１は、本体部材４およびベースプレート４ａを介して撮像部５を保持する保持部として機能している。なお、保持部は、撮像部５を保持することができれば図２に示した構造に限定されない。

撮像部５内には、撮像素子を含む回路６が内蔵されている。撮像部５の撮像方向に、レンズモジュール７が固定されている。レンズモジュール７は、筒状体からなり、内部に複数のレンズ９が設けられている。なお、撮像部５の構造は、レンズ９の前方に位置している被撮像物を撮像し得る限り特に限定されるものではない。

筐体１は、角筒状で、たとえば金属や合成樹脂からなる。なお、筐体１は、円筒状などの他の形状であってもよい。筐体１の一端側にベースプレート４ａが固定され、筐体１の他端側に保護カバー２および振動部１２が設けられている。

振動部１２は、円筒状の形状を有している。振動部１２は、円筒状の第１の筒部材１３と、円筒状の第２の筒部材１４と、円筒状の圧電振動子１５とを有する。円筒状の圧電振動子１５は、２枚の円筒状の圧電板１６，１７を有する。２枚の圧電板１６，１７は、厚み方向において、一方の圧電板の分極方向と他方の圧電板の分極方向とが逆方向となっている。

なお、本発明において、振動部や圧電振動子については、円筒状の他、角筒状であってもよい。好ましくは、円筒状すなわちリング状の形状が用いられる。

圧電板１６，１７は、チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスからなる。もっとも、（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ_３などの他の圧電セラミックスが用いられてもよい。さらにＬｉＴａＯ_３などの圧電単結晶が用いられてもよい。

圧電板１６，１７の両面には、図示しない電極が形成されている。この電極は、たとえばＡｇ／ＮｉＣｕ／ＮｉＣｒの積層構造を有する。

圧電振動子１５の下面に、円筒状の第１の筒部材１３が固定されている。第１の筒部材１３は、金属からなる。金属としては、ジュラルミン、ステンレスまたはコバールなどを用いることができる。もっとも、第１の筒部材１３は、導電性を有するＳｉなどの半導体からなるものであってもよい。

第１の筒部材１３の一部と、第２の筒部材１４の一部との間に圧電振動子１５が挟持されている。第１の筒部材１３及び第２の筒部材１４は、いずれも金属からなり、導電性を有する。圧電板１６，１７のそれぞれの電極に交流電界を印加することにより、圧電振動子１５を縦振動または横振動させることができる。第２の筒部材１４の一部においては、内周面に雌ネジ部が形成されている。それによって、第２の筒部材１４に、第１の筒部材１３がねじ込まれ、第１の筒部材１３が第２の筒部材１４に固定されている。このねじ込みより、圧電振動子１５の上面及び下面に、第１の筒部材１３の一部および第２の筒部材１４の一部が圧接されている。

従って、圧電振動子１５において生じた振動により、振動部１２全体が効率良く振動する。本実施の形態では、振動部１２が縦効果または横効果により効率よく励振される。

他方、第２の筒部材１４には、外側に張り出したフランジ部１４ｂが設けられている。フランジ部１４ｂが、筐体１の凹部に載置され、かつ固定されている。

第２の筒部材１４の端には、外側に張り出したフランジ部１４ｃが設けられている。このフランジ部１４ｂとフランジ部１４ｃとの間に連なる部分が、薄肉部１４ａである。薄肉部１４ａの厚みは、第１の筒部材１３の厚みよりも薄くなっている。そのため、筒状の薄肉部１４ａは、振動部１２の振動により大きく変位する。この薄肉部１４ａの存在により、振動、特に振幅の拡大を図ることができる。

フランジ部１４ｃに、保護カバー２が固定されている。保護カバー２は、被撮像物からの光を透光する透光体として機能している。保護カバー２は、一方向に開いた開口を有する。この開口の端が、フランジ部１４ｃに接合されている。この接合は、たとえば、接着剤やろう材を用いて接合されている。また、熱圧着や陽極接合などを用いてもよい。

保護カバー２は、フランジ部１４ｃに接合した端から延びるドーム状の形状を有している。本実施の形態では、このドーム状の形状が半球の形状とされている。なお、撮像部５は、たとえば１７０°の視野角を備える。もっとも、ドーム状の形状は半球状の形状に限定されるものではない。半球に、円筒を連ねた形状や、半球よりも小さい曲面形状などを有していてもよい。保護カバー２は、その全体が透光性を有している。本実施の形態では、保護カバー２がガラスからなる。もっとも、ガラスに限らず、透明なプラスチックスなどにより構成されていてもよい。あるいは、透光性のセラミックスにより構成されていてもよい。もっとも、用途によっては、強化ガラスを用いることが好ましい。それによって、強度を高めることができる。さらに、ガラスの場合には、表面に、強度を高めるために、ＤＬＣなどからなるコーティング層が形成されていてもよい。

保護カバー２内に、前述したレンズモジュール７および撮像部５が配置されている。この保護カバー２を通して外部の被撮像物の撮影が行われる。

筐体１には、保護カバー２に洗浄液を吐出する開口部３１を有する洗浄ノズル３が設けられている。洗浄ノズル３は、筒状形状で開口部３１を設けた反対側の端部から洗浄液が供給され、開口部３１から保護カバー２の端に洗浄液を吐出する。洗浄ノズル３の先端は、撮像部５の撮像範囲（視野）の外部にあり、開口部３１は、撮像部５の画像に写り込む位置にはない。図２では、洗浄液の流れが矢印で示されている。この洗浄ノズル３は、洗浄液を吐出する吐出部として機能している。本実施の形態では、筐体１に洗浄ノズル３を１本設けた構成を示しているが、筐体１に洗浄ノズル３を複数本設けた構成であってもよい。

なお、本実施の形態では、撮像ユニット１００に設けた洗浄装置（以下、単に洗浄装置と称す）が洗浄ノズル３を備え、保護カバー２に洗浄液を吐出して洗浄することが可能な構成として説明するが、洗浄ノズル３を備えず保護カバー２を振動させることのみで洗浄を行う構成であってもよい。もちろん、洗浄装置は、洗浄ノズル３に加えて、または洗浄ノズル３に代えて別の構成（たとえば、エアブロワなど）を備えてもよい。

次に、洗浄装置の制御について図を用いて説明する。図３は、本実施の形態１に係る撮像ユニット１００の洗浄装置の制御を説明するためのブロック図である。

撮像ユニット１００は、撮像部５、信号処理回路２０、圧電駆動部３０、圧電デバイス４０、洗浄液吐出部５０、洗浄駆動部６０、インピーダンス検出部７０、および電源回路８０を含んでいる。信号処理回路２０は、撮像部５からの撮像信号を処理するとともに、圧電駆動部３０および洗浄駆動部６０に対して制御信号を供給する制御部である。洗浄液吐出部５０は、洗浄ノズル３の開口部３１から洗浄液を吐出する構成を１つのブロックとして図示してある。

信号処理回路２０は、制御中枢としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵが動作するためのプログラムや制御データ等を記憶しているＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＰＵのワークエリアとして機能するＲＡＭ（Random Access Memory）、周辺機器との信号の整合性を保つための入出力インターフェイス等を設けてある。

圧電駆動部３０は、信号処理回路２０からの制御信号と駆動電圧に応じた、周波数ｆ、電圧Ｖの交流出力信号を生成する。圧電デバイス４０は、図２に示す圧電振動子１５を有する振動部１２により構成され、圧電振動子１５に交流出力信号を印加することで、振動部１２および保護カバー２を振動させて異物を除去する。

また、信号処理回路２０は、洗浄液を保護カバー２に吐出して洗浄する制御信号を生成することができる。洗浄駆動部６０は、信号処理回路２０からの制御信号に基づいて洗浄液吐出部５０より洗浄液を保護カバー２に吐出させる制御を行う。

インピーダンス検出部７０は、圧電振動子１５に交流出力信号を印加して圧電デバイス４０を動作させている場合に、圧電駆動部３０の電流をモニタしている。

次に、撮像ユニットの洗浄装置の動作についてフローチャートに基づいて説明する。図４は、本実施の形態１に係る撮像ユニットの洗浄装置の動作を説明するためのフローチャートである。まず、信号処理回路２０は、圧電デバイス４０をサーチモードで動作させて、保護カバー２の表面に異物が付着したことを判断する。圧電駆動部３０は、圧電デバイス４０をサーチモードで動作するために、駆動電圧ＶｄｒをＶ１とし、周波数ｆをスイープさせて交流出力信号を圧電振動子１５に印加する。なお、圧電振動子１５に印加する交流出力信号は、発熱抑制の観点から駆動電圧Ｖｄｒを小さくする方が望ましい。

インピーダンス検出部７０は、サーチモードで圧電デバイス４０を動作させている間、圧電駆動部３０の電流をモニタしている。具体的に、インピーダンス検出部７０は、スイープさせた周波数ｆのうち、圧電駆動部３０の電流が最大（または電流値の逆数であるインピーダンスが最小）となる周波数を初期の共振周波数ｆｒ０、そのときの電流値をＩ０として測定している（ステップＳ１０１）。信号処理回路２０は、測定した初期の共振周波数ｆｒ０、および電流値Ｉ０を、基準値ｆｒ、Ｉとして記憶を更新する（ステップＳ１０２）。

ここで、圧電デバイス４０の共振周波数と温度との関係を説明する。図５は、圧電デバイス４０の共振周波数と温度との関係を示すグラフである。図５では、横軸を周波数［ｋＨｚ］、縦軸をインピーダンス［Ω］としている。図５に示すグラフでは、インピーダンスが急激に変化している箇所の周波数が圧電デバイス４０の共振周波数であり、温度が－４０℃から８５℃まで変化させた場合の共振周波数の変化の様子が図示されている。当該グラフから分かるように、温度が－４０℃から８５℃に変化するに従って、圧電デバイス４０の共振周波数は低下している。

一方、保護カバー２の表面に異物が付着した場合、圧電デバイス４０の共振周波数は、付着している異物の量が多くなるに従い低下する。そうすると、インピーダンス検出部７０で、圧電デバイス４０の共振周波数の変化を測定するのみでは、保護カバー２の表面に異物が付着したことによる変動なのか、温度変化による変動なのかを正確に判断することができない。特に、圧電デバイス４０の共振周波数は、温度上昇によって低下することが明らかとなったため、信号処理回路２０は、共振周波数のみで保護カバー２の表面に異物が付着したことを判断すると、温度上昇により保護カバー２の表面に異物が付着したと誤認識する虞がある。

さらに、信号処理回路２０は、温度上昇により保護カバー２の表面に異物が付着したと誤認識した場合、異物を除去するために圧電デバイス４０の振動振幅を上昇させる方向で圧電振動子１５に交流出力信号を印加することになる。圧電デバイス４０の振動振幅を上昇させると保護カバー２の表面の温度をさらに上昇させることになり、信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に異物が付着したことでさらに不安定となり判断することが難しくなる。

圧電デバイス４０の共振周波数の変化は、温度変化に限定されず、保護カバー２と振動部１２との接合部の経年変化、樹脂部の吸湿などによっても共振周波数に変化が生じる。そのため、信号処理回路２０は、圧電デバイス４０の共振周波数の変化以外の情報とあわせて、保護カバー２の表面に異物が付着したことを判断する必要がある。

ここで、図５に示すグラフから分かるように、温度が－４０℃から８５℃に変化するに従って、圧電デバイス４０の共振周波数が低下するとともに、インピーダンスの最小値も低下している。当該関係を分かり易く説明するため、温度に対する圧電デバイス４０の共振周波数の変化のグラフと、温度に対するインピーダンスの最小値の変化のグラフとに分けて説明する。図６は、温度に対して圧電デバイス４０の共振周波数、インピーダンスの最小値をそれぞれプロットしたグラフである。

図６（ａ）には、温度に対する圧電デバイス４０の共振周波数の変化が示されており、横軸が温度［℃］、縦軸が共振周波数［ｋＨｚ］である。図６（ａ）に示すグラフから分かるように、圧電デバイス４０の共振周波数は、温度が高くなるに従い低下している。図６（ｂ）には、温度に対する圧電デバイス４０の最小インピーダンス（インピーダンスの最小値）の変化が示されており、横軸が温度［℃］、縦軸が最小インピーダンス［Ω］である。図６（ｂ）に示すグラフから分かるように、圧電デバイス４０の最小インピーダンスは、温度が高くなるに従い低下する。

一方、保護カバー２の表面に異物が付着した場合の圧電デバイス４０の共振周波数、インピーダンスの最小値の変化について説明する。図７は、異物の付着量に対して圧電デバイス４０の共振周波数、インピーダンスの最小値をそれぞれプロットしたグラフである。

図７（ａ）には、保護カバー２の表面に付着した水の量に対する圧電デバイス４０の共振周波数の変化が示されており、横軸が水付着量［μｌ］、縦軸が共振周波数［ｋＨｚ］である。図７（ａ）に示すグラフから分かるように、圧電デバイス４０の共振周波数は、水付着量が多くなるに従い低下している。図７（ｂ）には、保護カバー２の表面に付着した水の量に対する圧電デバイス４０の最小インピーダンス（インピーダンスの最小値）の変化率が示されており、横軸が水付着量［μｌ］、縦軸がインピーダンス変化率である。図７（ｂ）に示すグラフから分かるように、圧電デバイス４０の最小インピーダンスの変化率は、水付着量が多くなるに従い高くなる。なお、圧電デバイス４０の最小インピーダンスに対応する電流値Ｉの変化率は、逆に水付着量が多くなるに従い低くなる。

図６および図７のグラフから分かるように、信号処理回路２０は、圧電デバイス４０の共振周波数の変化と、圧電デバイス４０の最小インピーダンス（インピーダンスの最小値）の変化とを組み合わせて判断することで、保護カバー２の表面に異物が付着したことによる変動なのか、温度変化による変動なのかを正確に判断することができる。なお、保護カバー２と振動部１２との接合部の経年変化、樹脂部の吸湿などによっても圧電デバイス４０の最小インピーダンスに変化が生じるが、保護カバー２の表面に異物が付着した場合の変化と異なるため、両者を区別して判断することが可能である。

そこで、本実施の形態１に係る信号処理回路２０では、共振周波数のみで保護カバー２の表面に異物が付着したことを判断するのではなく、共振周波数および電流値（または電流値の逆数であるインピーダンス）で保護カバー２の表面に異物が付着したことを判断する。つまり、信号処理回路２０は、圧電デバイス４０をサーチモードで動作させている間の共振周波数、そのときの電流値の変化で保護カバー２の表面に異物が付着したことを判断する。

図４に戻って、一定時間後（たとえば、１秒後）、圧電駆動部３０は、圧電デバイス４０をサーチモードで動作するために、駆動電圧ＶｄｒをＶ１とし、周波数ｆをスイープさせて交流出力信号を圧電振動子１５に印加する。そして、インピーダンス検出部７０は、スイープさせた周波数ｆのうち、圧電駆動部３０の電流が最大となる周波数を共振周波数ｆｒ１、そのときの電流値をＩ１として測定する（ステップＳ１０３）。

信号処理回路２０は、ステップＳ１０２で更新した基準値ｆｒ、Ｉと共振周波数ｆｒ１、電流値Ｉ１との差分値を求め、当該差分値が予め定めてある閾値ｆｔｈ、Ｉｔｈと比較する（ステップＳ１０４）。具体的には、信号処理回路２０は、Δｆｒ（＝ｆｒ１－ｆｒ）≦－ｆｔｈ、およびΔＩ（＝Ｉ１－Ｉ）≦－Ｉｔｈの関係を満たしているか否かを判断する。つまり、信号処理回路２０は、共振周波数が減少する変化量（Δｆｒ）が閾値ｆｔｈ以下で、かつ電流値が減少する変化量（ΔＩ）が閾値Ｉｔｈ以下である場合、保護カバー２の表面に異物が付着したと判断する。

前述したように、信号処理回路２０は、共振周波数の変化量（時間変化）のみで保護カバー２の表面に異物が付着したと判断するのではなく、インピーダンスに関する値である電流値の変化量（時間変化）でも保護カバー２の表面に異物が付着したことを判断している。

差分値が予め定めてある閾値ｆｔｈ、Ｉｔｈより大きい場合（ステップＳ１０４でＮＯ）、信号処理回路２０は、処理をステップＳ１０２に戻し、ステップＳ１０４で測定した共振周波数ｆｒ１、および電流値Ｉ１を、基準値ｆｒ、Ｉとして記憶を更新する。

差分値が予め定めてある閾値ｆｔｈ、Ｉｔｈ以下の場合（ステップＳ１０４でＹＥＳ）、信号処理回路２０は、基準値ｆｒ、Ｉと共振周波数ｆｒ１、電流値Ｉ１との差分値を求め、当該差分値が予め定めてある閾値ｆｔｈ１、Ｉｔｈ１と比較する（ステップＳ１０５）。なお、閾値ｆｔｈ１、Ｉｔｈ１は、ステップＳ１０４で用いた閾値ｆｔｈ、Ｉｔｈより絶対値が大きい（ｆｔｈ１＞ｆｔｈ、Ｉｔｈ１＞Ｉｔｈ）。具体的には、信号処理回路２０は、Δｆｒ（＝ｆｒ１－ｆｒ）≦－ｆｔｈ１、およびΔＩ（＝Ｉ１－Ｉ）≦－Ｉｔｈ１の関係を満たしているか否かを判断する。つまり、信号処理回路２０は、共振周波数が減少する変化量（Δｆｒ）が閾値ｆｔｈ１以下で、かつ電流値が減少する変化量（ΔＩ）が閾値Ｉｔｈ１以下である場合、保護カバー２の表面に付着した異物が大きい（汚れ具合がひどい）と判断する。

信号処理回路２０は、閾値ｆｔｈ、Ｉｔｈにより保護カバー２の表面に付着した異物の有無を判断し、閾値ｆｔｈ１、Ｉｔｈ１により保護カバー２の表面に付着した異物の程度を判断している。

差分値が予め定めてある閾値ｆｔｈ１、Ｉｔｈ１より大きい場合（ステップＳ１０５でＮＯ）、信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に付着した異物が小さい（汚れ具合が軽い）と判断して、圧電駆動部３０は、圧電デバイス４０を駆動モードで動作するために、駆動電圧ＶｄｒをＶ２（＞Ｖ１）に設定し、駆動周波数ｆｄｒを共振周波数ｆｍａｘとする交流出力信号を圧電振動子１５に印加する（ステップＳ１０６）。信号処理回路２０は、洗浄駆動部６０を駆動せずに、圧電駆動部３０のみを駆動する駆動モードＡを実行する（ステップＳ１０７）。

一方、差分値が予め定めてある閾値ｆｔｈ１、Ｉｔｈ１以下の場合（ステップＳ１０５でＹＥＳ）、信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に付着した異物が大きい（汚れ具合がひどい）と判断して、圧電駆動部３０は、圧電デバイス４０を駆動モードで動作するために、駆動電圧ＶｄｒをＶ３（＜Ｖ２）に設定し、駆動周波数ｆｄｒを共振周波数ｆｍａｘとする交流出力信号を圧電振動子１５に印加する（ステップＳ１０８）。つまり、圧電駆動部３０は、ステップＳ１０６の場合より弱振動で圧電振動子１５を振動させる。信号処理回路２０は、洗浄駆動部６０を駆動させて洗浄液を吐出させて、圧電駆動部３０も駆動する駆動モードＢを実行する（ステップＳ１０９）。信号処理回路２０は、駆動モードＢを実行することで、保護カバー２に付着した異物をより強力に洗浄できる。なお、信号処理回路２０は、共振周波数と、インピーダンス検出部７０で検出するインピーダンスに関する値（電流値）と、撮像部５で撮像した画像とのうち少なくとも１つの情報に基づき、駆動モードＢで吐出する洗浄液よりも強力な洗浄力を有する洗浄液とを切り替えてもよい。

ステップＳ１０８またはステップＳ１０９の洗浄により保護カバー２の表面に付着した異物が除去されると、インピーダンス検出部７０で測定される電流値Ｉｄｒが一定以上に増加する。つまり、インピーダンス検出部７０で測定される電流値Ｉｄｒは、保護カバー２の表面に異物が付着していないときの電流値Ｉｄｒの値にほぼ戻る。そのため、信号処理回路２０は、インピーダンス検出部７０で測定される電流値Ｉｄｒが一定以上に増加したか否かを判断する（ステップＳ１１０）。

電流値Ｉｄｒが一定以上に増加した場合（ステップＳ１１０でＹＥＳ）、信号処理回路２０は、洗浄処理を終了する操作を受付けているか否か判断する（ステップＳ１１１）。洗浄処理を終了する操作を受付けている場合（ステップＳ１１１でＹＥＳ）、信号処理回路２０は、洗浄処理を終了する。一方、洗浄処理を終了する操作を受付けていない場合（ステップＳ１１１でＮＯ）、信号処理回路２０は、処理をステップＳ１０１に戻す。

電流値Ｉｄｒが一定以上に増加していない場合（ステップＳ１１０でＮＯ）、信号処理回路２０は、洗浄処理の駆動モードで一定時間（たとえば、１分間）を超えて駆動しているか否かを判断する（ステップＳ１１２）。洗浄処理の駆動モードで長時間、圧電デバイス４０を駆動した場合、保護カバー２が発熱するなどの不具合が発生する可能性がある。そこで、洗浄処理の駆動モードで一定時間を超えて駆動している場合（ステップＳ１１２でＹＥＳ）、信号処理回路２０は、洗浄処理を異常終了する。洗浄処理の駆動モードにおいて一定時間以下で駆動している場合（ステップＳ１１２でＮＯ）、信号処理回路２０は、処理をステップＳ１０５に戻す。

次に、撮像ユニット１００の洗浄装置の動作についてタイミングチャートを用いてさらに詳しく説明する。図８は、撮像ユニットの洗浄装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。図８に示すタイミングチャートでは、上段が圧電駆動部３０に対して駆動モードＡ（図４：ステップＳ１０７）での動作を指示する波形、下段が洗浄液吐出部５０に対して洗浄液を吐出する動作を伴い圧電駆動部３０に対して駆動モードＢ（図４：ステップＳ１０９）での動作を指示する波形が図示されている。

まず、信号処理回路２０は、サーチモードにおいて、保護カバー２の表面に異物が付着しているか判断するために駆動電圧ＶｄｒをＶ１とし、周波数ｆをスイープさせて交流出力信号を圧電駆動部３０から圧電振動子１５に印加させる。

信号処理回路２０は、測定した共振周波数ｆｒ、電流値Ｉのそれぞれの変化（差分値Δｆｒ、ΔＩ）と閾値ｆｔｈ、Ｉｔｈと比較して保護カバー２の付着物の有無を判断する。さらに、信号処理回路２０は、測定した共振周波数ｆｒ、電流値Ｉのそれぞれの変化（差分値Δｆｒ、ΔＩ）と閾値ｆｔｈ１（＜ｆｔｈ）、Ｉｔｈ１（＜Ｉｔｈ）と比較して保護カバー２に付着した異物の程度を判断する。

具体的に、信号処理回路２０は、周波数ｆをスイープさせて一定範囲の周波数をスキャンし、そのうちで電流が最大となる周波数を共振周波数ｆｒとし、そのときの電流をインピーダンスの逆数として測定する。信号処理回路２０は、測定した共振周波数ｆｒの時間変化（Δｆｒ）が負で、Δｆｒの絶対値（｜Δｆｒ｜）＞５０Ｈｚ、かつ電流値Ｉの時間変化（ΔＩ）が負で、ΔＩの絶対値｜ΔＩ｜＞２ｍＡのとき、保護カバー２の表面に異物が付着していると判断する。なお、閾値ｆｔｈは５０Ｈｚ、閾値Ｉｔｈは２ｍＡとする。

さらに、信号処理回路２０は、測定した共振周波数ｆｒの時間変化（Δｆｒ）が負で、Δｆｒの絶対値（｜Δｆｒ｜）＞１００Ｈｚ、かつ電流値Ｉの時間変化（ΔＩ）が負で、ΔＩの絶対値｜ΔＩ｜＞４ｍＡのとき、保護カバー２の表面に付着した異物が大きい（汚れ具合がひどい）と判断する。なお、閾値ｆｔｈ１は１００Ｈｚ、閾値Ｉｔｈ１は４ｍＡとする。

サーチモードにおいて、保護カバー２の表面に異物が付着していると判断し、保護カバー２に付着した異物が小さい（汚れ具合が軽い）場合、信号処理回路２０は、圧電駆動部３０に対して駆動モードＡでの動作を指示する。圧電駆動部３０は、図８に示す上段の波形のように、時間０ｓのタイミングで所定の大きさの振動振幅で圧電振動子１５を振動させるための電圧を印加する。

圧電駆動部３０に自励振回路を設けた場合、圧電駆動部３０は、発振周波数を共振周波数に追随させることができるので、共振周波数ｆｒにおける電流値Ｉｄｒに応じて、振動振幅を調整するように圧電振動子１５に印加する電圧を変化させている。つまり、圧電駆動部３０は、圧電振動子１５の振動により保護カバー２に付着した異物が小さくなるにつれて（たとえば、時間１．６ｓ、時間２．０ｓのタイミング）、共振周波数ｆｒにおける電流値Ｉｄｒが増加することになり、圧電振動子１５の振動振幅を小さくするように印加する電圧を低下させている。

圧電駆動部３０は、共振周波数ｆｒにおける電流値Ｉｄｒが一定以上増加した場合（たとえば、時間１０ｓのタイミング）、保護カバー２に付着した異物が圧電振動子１５の振動により除去されたとして、駆動モードが終了して再びサーチモードに移行する。

サーチモードにおいて、保護カバー２の表面に異物が付着していると判断し、保護カバー２に付着した異物が大きい（汚れ具合がひどい）場合、信号処理回路２０は、圧電駆動部３０および洗浄駆動部６０に対して駆動モードＢでの動作を指示する。洗浄駆動部６０は、図８に示す上段の波形のように、時間０ｓのタイミングで洗浄液吐出部５０から洗浄液を吐出させる（時間０ｓ～時間１．６ｓの間）。その後、圧電駆動部３０は、時間２．０ｓのタイミングで所定の大きさの振動振幅で圧電振動子１５を振動させるための電圧を印加する。なお、圧電駆動部３０が圧電振動子１５を振動させるために電圧を印加するタイミングは、時間０ｓのタイミングからであっても、時間０ｓ～時間１．６ｓの間のうちの何れかのタイミングからであってもよい。

圧電駆動部３０に自励振回路を設けた場合、圧電駆動部３０は、発振周波数を共振周波数に追随させることができるので、共振周波数ｆｒにおける電流値Ｉｄｒに応じて、振動振幅を調整するように圧電振動子１５に印加する電圧を変化させている。しかし、圧電駆動部３０は、圧電振動子１５の振動により保護カバー２に付着した異物が変化しない場合、圧電振動子１５への電圧の印加を停止する（たとえば、時間１５ｓのタイミング）。

その後、洗浄駆動部６０は、時間１６ｓのタイミングで再度、洗浄液吐出部５０から洗浄液を吐出させる（時間１６ｓ～時間１７．６ｓ間）。圧電駆動部３０は、時間１８ｓのタイミングで所定の大きさの振動振幅で圧電振動子１５を振動させるための電圧を印加する。

駆動モードＢでは、振動と洗浄液の吐出とを併用して保護カバー２の表面に付着した異物の洗浄を行っている。具体的に、洗浄装置は、洗浄液で異物を洗い流した後、残った水滴を振動で霧化させている。しかし、たとえば保護カバー２の表面に付着した異物が泥水であれば、先に振動で水滴を霧化させてしまうと、固化した泥成分が残り、洗浄液で泥成分を洗い流し難くなる。そのため、駆動モードＢでは、先に洗浄液で泥水を洗い流した後に、残った水滴を振動で霧化させることで、泥成分が残り難くしている。また、洗浄液の吐出中に水分が霧化しない程度の振動を保護カバー２に与えておくことで、超音波洗浄効果により、保護カバー２上に固着した異物が浮き上がり、洗い流しやすくなる効果がある。このように、振動と洗浄液の吐出とを組み合わせることで、効果的に汚れを除去することができる。

前述したように、撮像ユニット１００の洗浄装置では、圧電振動子１５の共振周波数ｆｒと電流値Ｉ（または電流値Ｉの逆数であるインピーダンス）とを測定して、保護カバー２の表面に異物が付着していると判断すると説明した。次に、当該洗浄装置の実験結果を説明する。図９は、本実施の形態１に係る撮像ユニットの洗浄装置の実験結果を示す図である。図９では、横軸が時間（ｓ）、左側の縦軸が電流値Ｉ（Ａ）、右側の縦軸が共振周波数ｆｒ（Ｈｚ）である。

図９に示す実験では、撮像ユニット１００の洗浄装置をＯＮ状態にしてから１００秒後、保護カバー２の表面に異物をスプレーで付着させている。当該洗浄装置は、サーチモードで駆動しているとき、図９に示すように、共振周波数ｆｒおよび電流値Ｉが温度変化によって緩やかに変化している。なお、撮像ユニット１００では、急に日光が当たるなど環境が変化することで、温度が急激に変化する可能性もあるため、時間微分値のみをもって異物の付着を判断することは困難である。洗浄装置は、約１００後にスプレーで付着させた異物（たとえば、水）により、共振周波数ｆｒおよび電流値Ｉがともに低下している。このように、本実施に形態に係る洗浄装置では、２つのパラメータ（たとえば、共振周波数ｆｒおよび電流値Ｉ）を測定することで、保護カバー２の表面に異物が付着したことを判断することができる。

つまり、本実施に形態に係る洗浄装置では、温度変化や経年変化による電気特性（たとえば、共振周波数ｆｒ）の変化と、保護カバー２の表面に異物が付着したことによる電気特性（たとえば、電流値Ｉ）の変化を区別して、誤動作を防止することができる。また、本実施に形態に係る洗浄装置では、閾値の設定により保護カバー２の表面に付着した異物の程度に応じて、洗浄液を節約しつつ効果的な洗浄を行うことができる。さらに、本実施に形態に係る洗浄装置では、洗浄が不要な場合には圧電振動子１５を振動させることがなく、保護カバー２に付着した異物が小さい（汚れ具合が軽い）場合には圧電振動子１５の振動振幅を小さくすることで、振動部１２にかかる応力を低減し、寿命を向上させることができる。

なお、振動部１２により保護カバー２を振動させる振動モードには、保護カバー２の中心部分の振動変位を大きくして、保護カバー２に付着した水分を霧化させるのに最適な振動モード以外に、複数存在する。以下に、振動モードについて図を用いて説明する。図１０は、異なる振動モードで保護カバー２を振動させた場合の振幅変位を示す模式図である。

図１０（ａ）では、図２に示す撮像ユニット１００を図中左側から見た保護カバー２の図が示されており、第一の振動モード（共振周波数ｆ１）で保護カバー２を振動させている。第一の振動モードでは、振動変位の大きい部分が保護カバー２の中心部分（振動の腹）で、振動変位の小さい部分が保護カバー２と接続されている振動部１２（振動の節）になっている。図中では、振動変位の大きさをハッチングにより表しており、線の間隔が狭いハッチングの方がより振動変位が大きいことを表している。

図１０（ｂ）では、図２に示す撮像ユニット１００を図中左側から見た保護カバー２の図が示されており、第二の振動モード（共振周波数ｆ２）で保護カバー２を振動させている。第二の振動モードでは、振動変位の大きい部分が保護カバー２と接続されている振動部１２（振動の腹）で、振動変位の小さい部分が保護カバー２の部分（振動の節）になっている。

図１０（ｃ）では、図２に示す撮像ユニット１００を図中左側から見た保護カバー２の図が示されており、第三の振動モード（共振周波数ｆ３）で保護カバー２を振動させている。第三の振動モードでは、振動変位の大きい部分が保護カバー２の周縁部（振動の腹）で、振動変位の小さい部分が当該周縁部以外の部分（振動の節）になっている。

サーチモードにおいて、保護カバー２の部分が振動の節となるような第二の振動モードで振動部１２を振動させることで、保護カバー２に付着した異物の影響を小さくして、温度や経年変化のみによる電気特性の変動を測定することが可能となる。そのため、保護カバー２の部分が振動の腹となるような第一の振動モードで振動部１２を振動させ、保護カバー２に付着した異物の影響が大きい電気特性の変動を測定した結果から、第二の振動モードでの測定結果との差分を求めることで、保護カバー２に付着した異物のみによる電気特性の変動を測定することが可能となる。

また、霧化させるのに最適な振動モードは、第一の振動モードであるが、当該第一の振動モードでは、振動変位が最大となる保護カバー２の中心部分で異物に対する感度が高くなるが、それ以外の部分では異物に対する感度が小さくなる。そのため、サーチモードにおいて、第一の振動モードで振動部１２を振動させ、保護カバー２の中心部に付着した異物を感度よく測定した結果と、第三の振動モードで振動部１２を振動させ、保護カバー２の周縁部に付着した異物を感度よく測定した結果とを組み合わせて行ってもよい。これにより、保護カバー２のあらゆる位置に付着した異物を検知することが可能になり、さらに保護カバー２のどの位置に異物が付着したのかを特定することも可能になる。また、保護カバー２に異物が付着した位置のみ振動させることも可能になる。

（変形例）
前述で説明したように、本実施の形態に係る洗浄装置では、２つのパラメータ（たとえば、共振周波数ｆｒおよび電流値Ｉ）を測定することで、保護カバー２の表面に異物が付着したことを判断することができると説明した。しかし、保護カバー２の表面に付着した異物の判断は、共振周波数ｆｒおよび電流値Ｉを測定する以外に、撮像部５で撮像した画像の情報を用いてもよい。例えば、信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に異物が付着したことを判断するために、共振周波数ｆｒの変化量（時間変化）、電流値Ｉの変化量（時間変化）に加えて、撮像部５で撮像した画像の時間変化の情報を考慮してもよい。また、信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に異物が付着したことを判断するために、共振周波数ｆｒの変化量（時間変化）と撮像部５で撮像した画像の時間変化とを組み合わせてもよい。さらに、信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に異物が付着したことを判断するために、電流値Ｉｒの変化量（時間変化）と撮像部５で撮像した画像の時間変化とを組み合わせてもよい。

例えば、信号処理回路２０は、共振周波数ｆｒの変化量が閾値ｆｔｈの絶対値より大きく、かつ撮像部５で撮像した画像の明度積分値が低下した場合、保護カバー２の表面に異物が付着したことを判断する。これにより、信号処理回路２０は、共振周波数ｆｒの変化量を考慮することで、撮像ユニット１００を装着した車が例えばトンネルに入ることで生じる明度積分値の低下と、保護カバー２の表面に異物が付着したことで生じる明度積分値の低下とを区別することができる。

また、信号処理回路２０は、共振周波数ｆｒの変化量、電流値Ｉの変化量が閾値ｆｔｈ、Ｉｔｈのそれぞれの絶対値より大きく、かつ撮像部５で撮像した画像の明度積分値が大きく低下した場合、保護カバー２の表面に付着した異物が泥など不透明物であると判断する。信号処理回路２０は、撮像部５で撮像した画像の明度積分値の低下が小さい場合、保護カバー２の表面に付着した異物が水など透明物であると判断する。このように、信号処理回路２０は、撮像部５で撮像した画像の時間変化の情報を考慮することで、保護カバー２の表面に付着した異物の種類をより正確に判断し、洗浄液の吐出の有無を精度よく判断することができる。

次に、本変形例に係る洗浄装置の動作についてフローチャートに基づいて説明する。図１１は、本実施の形態１の変形例に係る撮像ユニットの洗浄装置の動作を説明するためのフローチャートである。なお、図１１に示すフローチャートにおいて、図４に示すフローチャートと同じ処理については同じステップ番号を付して詳細な説明を繰返さない。まず、インピーダンス検出部７０は、スイープさせた周波数ｆのうち、圧電駆動部３０の電流が最大（または電流値の逆数であるインピーダンスが最小）となる周波数を初期の共振周波数ｆｒ０、そのときの電流値をＩ０として測定する（ステップＳ１０１）。信号処理回路２０は、初期の共振周波数ｆｒ０、および電流値Ｉ０を、基準値ｆｒ、Ｉとして記憶を更新する（ステップＳ１０２）。

一定時間後（たとえば、１秒後）、圧電駆動部３０は、圧電デバイス４０をサーチモードで動作するために、駆動電圧ＶｄｒをＶ１とし、周波数ｆをスイープさせて交流出力信号を圧電振動子１５に印加する。そして、インピーダンス検出部７０は、スイープさせた周波数ｆのうち、圧電駆動部３０の電流が最大となる周波数を共振周波数ｆｒ１、そのときの電流値をＩ１として測定する（ステップＳ１０３）。

信号処理回路２０は、ステップＳ１０２で更新した基準値ｆｒ、Ｉと共振周波数ｆｒ１、電流値Ｉ１との差分値を求め、当該差分値が予め定めてある閾値ｆｔｈ、Ｉｔｈと比較する（ステップＳ１０４）。

差分値が予め定めてある閾値ｆｔｈ、Ｉｔｈより大きい場合（ステップＳ１０４でＮＯ）、信号処理回路２０は、処理をステップＳ１０２に戻し、ステップＳ１０４で測定した共振周波数ｆｒ１、および電流値Ｉ１を、基準値ｆｒ、Ｉとして記憶を更新する。

差分値が予め定めてある閾値ｆｔｈ、Ｉｔｈ以下の場合（ステップＳ１０４でＹＥＳ）、信号処理回路２０は、撮像部５で撮像した画像の明度積分値（時間変化）が一定以上に低下か否かを判断する（ステップＳ２０５）。保護カバー２の表面に泥など不透明物な異物が付着すると、撮像部５で撮像した画像の明度が急激に低下する。そのため、信号処理回路２０は、閾値ｆｔｈ、Ｉｔｈより絶対値が大きい閾値ｆｔｈ１、Ｉｔｈ１を用いて、保護カバー２の表面に付着した異物の程度を判断することなく、画像の時間変化で異物の程度を判断できる。

画像の明度積分値が一定以上に低下していない場合（ステップＳ２０５でＮＯ）、信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に付着した異物が水など透明物であると判断して、圧電駆動部３０は、圧電デバイス４０を駆動モードで動作するために、駆動電圧ＶｄｒをＶ２（＞Ｖ１）に設定し、駆動周波数ｆｄｒを共振周波数ｆｍａｘとする交流出力信号を圧電振動子１５に印加する（ステップＳ１０６）。信号処理回路２０は、洗浄駆動部６０を駆動せずに、圧電駆動部３０のみを駆動する駆動モードＡを実行する（ステップＳ１０７）。

一方、画像の明度積分値が一定以上に低下した場合（ステップＳ２０５でＹＥＳ）、信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に付着した異物が泥など不透明物であると判断して、圧電駆動部３０は、圧電デバイス４０を駆動モードで動作するために、駆動電圧ＶｄｒをＶ３（＜Ｖ２）に設定し、駆動周波数ｆｄｒを共振周波数ｆｍａｘとする交流出力信号を圧電振動子１５に印加する（ステップＳ１０８）。信号処理回路２０は、洗浄駆動部６０を駆動させて洗浄液を吐出させて、圧電駆動部３０も駆動する駆動モードＢを実行する（ステップＳ１０９）。

信号処理回路２０は、インピーダンス検出部７０で測定される電流値Ｉｄｒが一定以上に増加したか否かを判断する（ステップＳ１１０）。電流値Ｉｄｒが一定以上に増加した場合（ステップＳ１１０でＹＥＳ）、信号処理回路２０は、洗浄処理を終了する操作を受付けているか否か判断する（ステップＳ１１１）。洗浄処理を終了する操作を受付けている場合（ステップＳ１１１でＹＥＳ）、信号処理回路２０は、洗浄処理を終了する。一方、洗浄処理を終了する操作を受付けていない場合（ステップＳ１１１でＮＯ）、信号処理回路２０は、処理をステップＳ１０１に戻す。

電流値Ｉｄｒが一定以上に増加していない場合（ステップＳ１１０でＮＯ）、信号処理回路２０は、洗浄処理の駆動モードで一定時間（たとえば、３０分間）を超えて駆動しているか否かを判断する（ステップＳ１１２）。洗浄処理の駆動モードで長時間、圧電デバイス４０を駆動した場合、保護カバー２が発熱するなどの不具合が発生する可能性がある。そこで、洗浄処理の駆動モードで一定時間を超えて駆動している場合（ステップＳ１１２でＹＥＳ）、信号処理回路２０は、洗浄処理を異常終了する。洗浄処理の駆動モードにおいて一定時間以下で駆動している場合（ステップＳ１１２でＮＯ）、信号処理回路２０は、処理をステップＳ１０５に戻す。

以上のように、本実施の形態１に係る撮像ユニット１００では、洗浄装置を備えている。この洗浄装置は、撮像部５を保持する筐体１と、撮像部５の視野に配置される保護カバー２と、保護カバー２を振動させる振動部１２と、振動部１２を駆動する圧電駆動部３０と、圧電駆動部３０を制御する信号処理回路２０と、信号処理回路２０で駆動する振動部１２のインピーダンスに関する値（電流値Ｉ）を検出するインピーダンス検出部７０とを備える構成である。そして、信号処理回路２０は、第１の電圧（Ｖ１）で振動部１２を駆動する場合の共振周波数の変化量（Δｆ）と、インピーダンス検出部７０で検出するインピーダンスに関する電流値の変化量（ΔＩ）と、撮像部５で撮像した画像の時間変化（明度積分値）とのうち少なくとも２つの情報に基づき、保護カバー２の表面に異物が付着したことを判断し、当該判断に応じて振動部１２を制御して保護カバー２の表面を洗浄する。

そのため、本実施の形態１に係る洗浄装置は、少なくとも２つの情報に基づき、保護カバー２の表面に異物が付着したことを判断し、当該判断に応じて振動部１２を制御して保護カバー２の表面を洗浄するので、効率の高い洗浄を行うことができる。

信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に異物が付着していると判断した場合、保護カバー２の表面を洗浄するために振動部１２を駆動する駆動周波数ｆｄｒを決定し、駆動周波数ｆｄｒおよび第２の電圧（Ｖ２）で振動部１２を駆動してもよい。これにより、圧電駆動部３０は、適切な駆動周波数ｆｄｒおよび第２の電圧（Ｖ２）で、保護カバー２の表面を洗浄することができる。

信号処理回路２０は、第１の電圧（Ｖ１）で振動部１２を駆動する場合の共振周波数の変化量（Δｆ）が負で、インピーダンス検出部７０で検出するインピーダンスの時間変化が正（電流値の変化量（ΔＩ）が負）の場合、保護カバー２の表面に異物が付着したと判断してもよい。これにより、信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に異物が付着したことによる変動なのか、温度変化による変動なのかを正確に判断することができる。

信号処理回路２０は、第１の電圧（Ｖ１）で振動部１２を駆動する場合の共振周波数の変化量（Δｆ）が負で、撮像部５で撮像した画像から得られる明度の時間変化（明度積分値）が負の場合、保護カバー２の表面に異物が付着したと判断してもよい。これにより、信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に付着した異物の種類をより正確に判断し、洗浄液の吐出の有無を精度よく判断することができる。

信号処理回路２０は、インピーダンス検出部７０で検出するインピーダンスの時間変化が正（電流値の変化量（ΔＩ）が負）で、撮像部５で撮像した画像から得られる明度の時間変化（明度積分値）が負の場合、保護カバー２の表面に異物が付着したと判断してもよい。これにより、信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に付着した異物の種類をより正確に判断し、洗浄液の吐出の有無を精度よく判断することができる。

信号処理回路２０は、前記撮像素子で撮像した画像の解析結果（明度積分値）に基づき、保護カバー２の表面に付着した異物の種類を特定してもよい。これにより、信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に付着した異物が泥など不透明物であると判断する。

信号処理回路２０は、複数の振動モードで振動部１２を駆動することが可能で、保護カバー２の表面に異物が付着したことを判断するために振動部１２を駆動する振動モード（たとえば、第一の振動モード＋第二の振動モード）と、保護カバー２の表面を洗浄するために振動部１２を駆動する振動モード（たとえば、第一の振動モード）とが異ならせてもよい。これにより、信号処理回路２０は、保護カバー２に付着した異物のみによる電気特性の変動を測定することが可能となる。

信号処理回路２０は、共振周波数およびインピーダンスのうち少なくとも１つの値に基づいて、保護カバー２の表面を洗浄するための振動部１２を駆動する電圧（Ｖ２またはＶ３）を変更してもよい。これにより、信号処理回路２０は、保護カバー２に付着した異物の程度に応じて圧電振動子１５の振動振幅を変更できる。

保護カバー２の表面に洗浄液（洗浄体）を吐出させる洗浄液吐出部５０をさらに備え、信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に異物が付着したとの判断に応じて、洗浄液吐出部５０から洗浄液を吐出させてもよい。これにより、信号処理回路２０は、保護カバー２に付着した異物をより強力に洗浄できる。

信号処理回路２０は、洗浄液吐出部５０から洗浄液を吐出して保護カバー２の表面を洗浄する場合、振動部１２を駆動する電圧を第１の電圧（Ｖ１）以上で、第２の電圧（Ｖ２）以下としてもよい。これにより、信号処理回路２０は、洗浄液の吐出による洗浄に組み合わせて振動でも洗浄が可能となる。信号処理回路２０は、振動のみの洗浄と同じ振動振幅で洗浄を行うと洗浄液が霧化して有効に利用できないため、振動部１２を弱振動で駆動させる。

洗浄液吐出部５０は、保護カバー２の表面を洗浄する第１の洗浄液と、第１の洗浄液よりも強力な洗浄力を有する第２の洗浄液とを吐出させることが可能で、信号処理回路２０は、第１の電圧で振動部１２を駆動する場合の共振周波数と、インピーダンス検出部７０で検出するインピーダンスに関する値（電流値）と、撮像部５で撮像した画像とのうち少なくとも１つの情報に基づき、第１の洗浄液と、第２の洗浄液とを切り替えてもよい。これにより、信号処理回路２０は、保護カバー２に付着した異物をより強力に洗浄できる。

（実施の形態２）
実施の形態１に係る洗浄装置では、保護カバー２の表面に付着した異物の程度に応じて、信号処理回路２０で圧電振動子１５に印加する電圧を変更するのみであった。本実施の形態に係る洗浄装置では、保護カバー２の表面に付着した異物の程度に応じて、信号処理回路２０で圧電振動子１５に印加する周波数をスイープさせる構成について説明する。

図１２は、本実施の形態２に係る撮像ユニットの洗浄装置の制御を説明するためのタイミングチャートである。図１２にタイミングチャートにおいてサーチモードの期間（ｔ_{ＣＹＣＬＥ}期間）では、圧電駆動部３０が、たとえば駆動電圧ＶｄｒをＶ１とし、周波数ｆをｆ_ＭＩＮ～ｆ_ＭＡＸまでスイープさせて交流出力信号を圧電振動子１５に印加する。信号処理回路２０は、サーチモードでの共振周波数および電流値の測定結果に基づいて、保護カバー２の表面に付着した異物が水であると判断した場合、共振周波数ｆ_０１の前後でスイープさせた交流出力信号を圧電振動子１５に印加する。なお、信号処理回路２０は、実施の形態１で説明した構成で保護カバー２の表面に付着した異物の有無、程度を判断することができる。

信号処理回路２０は、図１２に示す駆動モードＣのように、期間ΔＴで共振周波数ｆ_０１の前後の範囲ｆ_ＦＳをスイープさせた交流出力信号を圧電振動子１５に印加する。これにより、洗浄装置は、共振周波数ｆ_０１での振動を継続することにより保護カバー２の温度が過度に上昇することを防止でき、保護カバー２の表面に付着した水（液滴）を霧化させることができる。また、洗浄装置は、圧電振動子１５に印加する交流出力信号を共振周波数ｆ_０１の前後の範囲ｆ_ＦＳでスイープさせることで、保護カバー２の表面に付着した水膜が定常状態で振動して霧化せず残る現象を回避することができる。

なお、サーチモードおよび駆動モードＣで、圧電振動子１５に印加する交流出力信号は、図１２に示すようにスッテプ状に周波数が変化する。具体的に、交流出力信号は、期間Δｔごとに周波数ｆ_ＳＴＥＰだけ増加または減少する。

信号処理回路２０は、期間ΔｔＤＲＩＶＥを駆動モードＣで駆動した後、再びサーチモードで駆動し、当該サーチモードでの共振周波数および電流値の測定結果に基づいて、保護カバー２の表面に付着した異物が泥であると判断する。信号処理回路２０は、異物が泥であると判断した場合、共振周波数ｆ_０２で固定して交流出力信号を圧電振動子１５に印加する。これは、保護カバー２の表面に泥が付着した場合、霧化ではなく、異物を「ふるい落とす」動作で振動させて洗浄するのが有効であるためである。つまり、信号処理回路２０は、駆動モードＤとして共振周波数ｆ_０２で固定して圧電振動子１５を駆動させ、異物に対して最大のエネルギーを与えることで保護カバー２の表面から異物を離脱させる。

ここで、泥が霧化しにくい理由について、表面張力と比重との関係により説明する。水（液滴）を霧化させるためには、水（液滴）の表面に生じるキャビテーション波によるエネルギーが、水（液滴）の表面張力に打ち勝つ必要がある。そのため、表面張力が大きい異物が保護カバー２の表面に付着した場合、霧化させるためには、より多くのエネルギーを水（液滴）の表面に与える必要である。

表面張力は、液種によっても異なるが、液体の温度によっても異なる。そのため、表面張力が大きい低温側では、圧電振動子１５の振動振幅を増大させて霧化を促す必要がある。さらに、信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に付着した異物を有効に霧化させるためには、温度に応じて圧電振動子１５の振動振幅を変化させる必要がある。

また、保護カバー２の表面に泥水が付着した場合、洗浄装置は、洗浄液の吐出に頼らないで、前述したように泥と水とに応じた洗浄方法を採用することができる。また、信号処理回路２０は、駆動モードＣ，Ｄにおける駆動を、共振周波数近傍で強振動させる時間を時間ｔ１、共振周波数近傍以外で振動させる時間を時間ｔ２として、ｔ１／（ｔ１＋ｔ２）のデューティ値で制御することができる。つまり、信号処理回路２０は、時間ｔ２を時間ｔ１と比較して長く設定することで駆動モードＣのような共振周波数ｆ_０１の前後の範囲ｆ_ＦＳをスイープさせた交流出力信号を圧電振動子１５に印加することができる。また、信号処理回路２０は、時間ｔ１を時間ｔ２と比較して長く設定することで駆動モードＤのような共振周波数ｆ_０２で固定して交流出力信号を圧電振動子１５に印加することができる。

以上のように、本実施の形態２に係る洗浄装置では、信号処理回路２０が、保護カバー２の表面を洗浄するための振動部１２の駆動に、共振周波数近傍で駆動する第１期間（時間ｔ１）と、当該共振周波数近傍以外で駆動する第２期間（時間ｔ２）とを含み、第１の電圧で振動部１２を駆動する場合の共振周波数と、インピーダンス検出部７０で検出するインピーダンスに関する値（電流値）と、撮像部５で撮像した画像とのうち少なくとも１つの情報に基づき、第１期間と第２期間とのデューティ比を決定する。

これにより、本実施の形態２に係る洗浄装置では、保護カバー２の表面に付着した異物に応じて、適切な振動を与え除去することができる。

（実施の形態３）
実施の形態１に係る洗浄装置では、圧電デバイス４０の共振周波数が温度により変化することを説明した。本実施の形態に係る洗浄装置では、温度を測定する温度測定部を設けた構成について説明する。

図１３は、本実施の形態３に係る撮像ユニット２００の洗浄装置の制御を説明するためのブロック図である。撮像ユニット２００は、撮像部５、信号処理回路２０、圧電駆動部３０、圧電デバイス４０、洗浄液吐出部５０、洗浄駆動部６０、インピーダンス検出部７０、電源回路８０、および温度測定部９０を含んでいる。撮像ユニット２００は、図３に示した撮像ユニット１００に温度測定部９０が追加された以外は同じ構成であり、同じ構成については同じ符号を付して詳細な説明は繰り返さない。

温度測定部９０は、撮像ユニット２００、たとえば振動部１２、保護カバー２の近傍での温度を測定することが可能である。温度測定部９０は、信号処理回路２０に対して測定した温度を出力することができればよく、公知の温度センサ、温度測定装置を用いることができる。

信号処理回路２０は、温度測定部９０で測定した温度の情報を利用して、保護カバー２の表面に付着した異物を除去するために駆動モードで圧電振動子１５に印加する駆動電圧を変更する。図１４は、電気特性の変化量と駆動電圧との関係を説明するための図である。図１４では、横軸が電気特性の変化量（たとえば、電流値の変化量（ΔＩ））で、縦軸が駆動電圧である。圧電振動子１５に印加する駆動電圧は、図１４に示すように、温度が４０℃より高ければ電気特性の変化量が変化しても、ほぼ同じ電圧となる。なお、電気特性の変化量が大きくなるにつれて、保護カバー２の表面に付着した異物が大きくなる（汚れ具合がひどくなる）。

圧電振動子１５に印加する駆動電圧は、温度が４０℃以下であれば電気特性の変化量が変化するにつれて、高い電圧となる。つまり、保護カバー２の表面に付着した異物（たとえば、液滴）は、低温になると表面張力が増大して霧化、離脱しにくくなるため、信号処理回路２０は、それを補償するように圧電振動子１５に印加する駆動電圧を高くする。また、圧電振動子１５による振動振幅が温度特性を持つ場合、信号処理回路２０は、表面張力の補償に加えて、振動振幅の温度特性を補償するように設定してもよい。

図１４から分かるように、圧電振動子１５に印加する駆動電圧は、低温になるにしたがって、電圧を高くすることが望ましい。なお、温度測定部９０は、温度センサ、温度測定装置であると説明した。しかし、別途、温度センサ、温度測定装置を設けることなく、図６（ａ）に示した圧電デバイス４０の共振周波数の変化量、図６（ｂ）に示した圧電デバイス４０のインピーダンスの変化量から温度を推定してもよい。つまり、図１３に示す撮像ユニット２００に温度測定部９０を設けずに、信号処理回路２０内の処理として温度測定を行ってもよい。

以上のように、本実施の形態３に係る洗浄装置では、信号処理回路２０が、第１の電圧（Ｖ１）で振動部１２を駆動する場合の共振周波数の変化量（Δｆ）と、インピーダンス検出部７０で検出するインピーダンスに関する電流値の変化量（ΔＩ）とに基づき、保護カバー２の温度を推定し、推定した保護カバー２の温度に基づき、保護カバー２の表面を洗浄する場合に振動部１２を駆動する電圧を変更する。

これにより、本実施の形態３に係る洗浄装置では、温度測定部を別途設けなくても、低温時に洗浄性能が低下するのを抑制することができる。また、洗浄装置では、高温時に、不必要な振動により接合部にストレスがかかり、寿命が低下するのを防止することができる。

また、本実施の形態３に係る洗浄装置では、振動部１２または保護カバー２の温度を測定する温度測定部９０をさらに備え、信号処理回路２０は、温度測定部９０の測定結果に基づき、保護カバー２の表面を洗浄する場合に振動部１２を駆動する電圧を変更してもよい。これにより、本実施の形態３に係る洗浄装置では、温度測定部９０の測定結果を利用して、低温時に洗浄性能が低下するのを抑制することができる。

（実施の形態４）
実施の形態１に係る洗浄装置では、インピーダンス検出部７０が圧電デバイス４０を動作させている間の圧電駆動部３０の電流をモニタすることで、保護カバー２の表面に異物が付着したことを判断している。本実施の形態に係る洗浄装置では、インピーダンスの変化率と共振周波数の変化率との傾きの差を用いて、保護カバーの表面に異物が付着したことを判断する構成について説明する。

本実施の形態４に係る撮像ユニットは、図３に示した撮像ユニット１００と同じ構成である。信号処理回路２０において、インピーダンス検出部７０で検出したインピーダンス値と共振周波数とを記憶することができる機能を有する以外、同じ構成であるため、同じ構成については同じ符号を付して詳細な説明は繰り返さない。

本実施の形態４に係る撮像ユニットの洗浄装置の動作についてフローチャートに基づいて説明する。図１５は、本実施の形態４に係る撮像ユニットの洗浄装置の動作を説明するためのフローチャートである。まず、信号処理回路２０は、圧電デバイス４０をサーチモードで動作させて、保護カバー２の表面に異物が付着したことを判断する。圧電駆動部３０は、圧電デバイス４０をサーチモードで動作するために、駆動電圧ＶｄｒをＶ０とし、周波数ｆをスイープさせて交流出力信号を圧電振動子１５に印加する。なお、圧電振動子１５に印加する交流出力信号は、発熱抑制の観点から駆動電圧Ｖｄｒを小さくする方が望ましい。

インピーダンス検出部７０は、サーチモードで圧電デバイス４０を動作させている間、圧電駆動部３０のインピーダンスをモニタしている。具体的に、インピーダンス検出部７０は、スイープさせた周波数ｆのうち、圧電駆動部３０の電流が最大（または電流値の逆数であるインピーダンスが最小）となる周波数を初期の共振周波数ｆｒ１、そのときのインピーダンスをＺ１として測定している（ステップＳ３０１）。なお、信号処理回路２０は、測定した初期の共振周波数ｆｒ１、およびインピーダンスＺ１を記憶する。また、インピーダンスのリファレンス値であるインピーダンスＺ０、および共振周波数のリファレンス値である共振周波数ｆｒ０は、信号処理回路２０にあらかじめ最初から記憶されている。

ここで、圧電デバイス４０の電圧の変化率と共振周波数の変化率との関係を説明する。図１６は、圧電デバイス４０の電圧と共振周波数の変化率との関係を示すグラフである。図１６では、横軸を共振周波数の変化率［％］、縦軸を電圧の変化率［％］としている。図１６に示すグラフでは、グラフＡが水のみの異物が保護カバー２の表面に付着した場合、グラフＢが水に含まれる泥の重量割合が５０％の泥水（泥水５０％）の異物が保護カバー２の表面に付着した場合、グラフＣが水に含まれる泥の重量割合が１００％の泥水（泥水１００％）の異物が保護カバー２の表面に付着した場合、グラフＤが水に含まれる泥の重量割合が２００％の泥水（泥水２００％）の異物が保護カバー２の表面に付着した場合をそれぞれ示している。

図１６に示すグラフから分かるように、電圧の変化率と共振周波数の変化率との傾きが保護カバー２の表面に付着した異物によって異なることが分かる。また、保護カバー２を数回振動させて異物を除去する動作をさせると、グラフＢ～グラフＤの傾きがグラフＡの傾きに近づくことが実験で分かっている。つまり、電圧の変化率と共振周波数の変化率との傾きは、保護カバー２を数回振動させることで、泥水の傾きから水の傾きに近づく。なお、電圧とインピーダンスとは比例関係があるので、電圧の変化率と共振周波数の変化率との傾きは、インピーダンスの変化率（時間変化）と共振周波数の変化率（時間変化）との傾きと同様の傾向となる。

そのため、本実施の形態４に係る撮像ユニットの洗浄装置では、インピーダンスの変化率と共振周波数の変化率との傾きの差を用いて保護カバー２の表面に付着した異物を判断する。具体的に、洗浄装置では、過去のインピーダンスの変化率と共振周波数の変化率との傾きを記憶しておき、今回測定した傾きと比較することで保護カバー２の表面に付着した異物の種類まで判断することができる。

図１５に戻って、信号処理回路２０は、ステップＳ３０１で測定したインピーダンスＺ１のインピーダンスＺ０に対する変化率ΔＺ１を、ΔＺ１＝Ｚ１／Ｚ０で計算し、測定した共振周波数ｆｒ１の共振周波数ｆｒ０に対する変化率Δｆｒ１を、Δｆｒ１＝ｆｒ１／ｆｒ０で計算する（ステップＳ３０２）。信号処理回路２０は、ステップＳ３０２で計算したインピーダンスの変化率ΔＺ１および共振周波数の変化率Δｆｒを記憶する。

信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に異物が付着したか否かを判断するため、測定したインピーダンスＺ１とリファレンス値のインピーダンスＺ０との差分、および測定した共振周波数ｆｒ１とリファレンス値の共振周波数ｆｒ０との差分を求める。信号処理回路２０は、求めた差分｜Ｚ１－Ｚ０｜が閾値ｔｈ１以上で、かつ求めた差分｜ｆｒ１－ｆｒ０｜が閾値ｔｈ２以上であるか否かを判断する（ステップＳ３０３）。例えば、インピーダンスＺ０を約１００Ωと閾値ｔｈ１を約１０Ωとし、共振周波数ｆｒ０を約５０ｋＨｚと閾値ｔｈ２を約１００ｋＨｚとした場合、測定したインピーダンスＺ１が１１０Ω以上、共振周波数ｆｒ１が１５０ｋＨｚ以上となると、ステップＳ３０３の条件を満たし、信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に異物が付着したと判断する。

求めた差分｜Ｚ１－Ｚ０｜が閾値ｔｈ１未満で、かつ求めた差分｜ｆｒ１－ｆｒ０｜が閾値ｔｈ２未満である場合（ステップＳ３０３でＮＯ）、信号処理回路２０は、処理を終了する。求めた差分｜Ｚ１－Ｚ０｜が閾値ｔｈ１以上で、かつ求めた差分｜ｆｒ１－ｆｒ０｜が閾値ｔｈ２以上である場合（ステップＳ３０３でＹＥＳ）、信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に異物が付着したと判断して、付着した異物の種類を判定する処理に移行する。

信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に付着した異物の種類を判定する処理として、サーチモードをｎ回繰り返して動作して、インピーダンス検出部７０にインピーダンスＺｎおよび共振周波数ｆｒｎを測定させる（ステップＳ３０４）。図１７は、サーチモードをｎ回繰り返して動作させた場合の周波数およびインピーダンスの変化を示すグラフである。インピーダンス検出部７０は、１回目スイープさせた周波数ｆのうち、圧電駆動部３０の電流が最大（または電流値の逆数であるインピーダンスが最小）となる周波数を共振周波数ｆｒ１、そのときのインピーダンスをＺ１として測定する。なお、ステップＳ３０１での測定を、１回目の測定としてもよい。１回目の測定後、時間ｔのインターバル時間を挟んで２回目の測定を開始する。インピーダンス検出部７０は、図１７に示すようにｎ回目スイープさせた周波数ｆのうち、圧電駆動部３０の電流が最大（または電流値の逆数であるインピーダンスが最小）となる周波数を共振周波数ｆｒｎ、そのときのインピーダンスをＺｎとして測定する。

信号処理回路２０は、ステップＳ３０４で測定したインピーダンスＺｎのインピーダンスＺ０に対する変化率ΔＺｎを、ΔＺｎ＝Ｚｎ／Ｚ０で計算し、測定した共振周波数ｆｒｎの共振周波数ｆｒ０に対する変化率Δｆｒｎを、Δｆｒｎ＝ｆｒｎ／ｆｒ０で計算する（ステップＳ３０５）。

信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に付着した異物の種類を判断するため、測定したインピーダンスの変化率と共振周波数の変化率との傾きを求める。信号処理回路２０は、求めた傾き｜ΔＺｎ／Δｆｒｎ－（ΔＺ１／Δｆｒ１）｜が閾値ｔｈ３以下であるか否かを判断する（ステップＳ３０６）。例えば、図１６で示したように保護カバー２の表面に水のみの異物が付着したグラフＡは、サーチモードをｎ回繰り返しても傾きに変化はないが、保護カバー２の表面に泥水５０％や泥水１００％などの異物が付着したグラフＢ，Ｃは、サーチモードをｎ回繰り返すと傾きがグラフＡの傾きに近づくように変化する。つまり、信号処理回路２０は、サーチモードをｎ回繰り返して傾きにあまり変化がない場合、保護カバー２の表面に付着した異物が水であると判断し、サーチモードをｎ回繰り返して傾きに変化がある場合、保護カバー２の表面に付着した異物が泥水であると判断できる。

求めた傾き｜ΔＺｎ／Δｆｒｎ－（ΔＺ１／Δｆｒ１）｜が閾値ｔｈ３以下の場合（ステップＳ３０６でＹＥＳ）、信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に付着した異物が水であると判断して、圧電駆動部３０を駆動するため駆動周波数ｆｄｒを共振周波数に設定し、駆動電圧ＶｄｒをＶ１に設定する（ステップＳ３０７）。信号処理回路２０は、洗浄駆動部６０を駆動せずに、ステップＳ３０７で設定した値に基づき圧電駆動部３０のみを駆動する駆動モードＡを実行する（ステップＳ３０８）。信号処理回路２０は、その後、処理をステップＳ３０３に戻す。

求めた傾き｜ΔＺｎ／Δｆｒｎ－（ΔＺ１／Δｆｒ１）｜が閾値ｔｈ３より大きい場合（ステップＳ３０６でＮＯ）、信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に付着した異物が泥水であると判断して、圧電駆動部３０を駆動するため駆動周波数ｆｄｒを共振周波数に設定し、駆動電圧ＶｄｒをＶ１に設定して洗浄駆動部６０を起動する（ステップＳ３０９）。信号処理回路２０は、洗浄駆動部６０で洗浄液を吐出させて、ステップＳ３０９で設定した値に基づき圧電駆動部３０を駆動する駆動モードＢを実行する（ステップＳ３１０）。信号処理回路２０は、その後、処理をステップＳ３０３に戻す。

図１８は、駆動モードＡで駆動させた場合の一例を説明するための図である。信号処理回路２０は、サーチモードで保護カバー２の表面に付着した異物が水であると判断した場合、ドライブモードにおいて駆動モードＡで洗浄駆動部６０を駆動せずに、圧電駆動部３０のみを駆動する。なお、圧電駆動部３０に自励振回路を設けた場合、圧電駆動部３０は、発振周波数を共振周波数に追随させることができる。信号処理回路２０は、所定の期間、ドライブモードで駆動した後、再びサーチモードで駆動し保護カバー２の表面に付着した異物の有無を判断する。信号処理回路２０は、異物なしと判断した場合、処理を終了し、異物ありと判断した場合、異物の種類を特定し、最適な駆動モードへ移行する。このように、信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に付着した異物が水であると判断できれば、異物の水を振動だけで除去することが可能となり、ウォッシャなどの洗浄駆動部６０を無駄に動作させなくて済む。

図１９は、駆動モードＢで駆動させた場合の一例を説明するための図である。信号処理回路２０は、サーチモードで保護カバー２の表面に付着した異物が泥水であると判断した場合、ドライブモードにおいて駆動モードＢで洗浄駆動部６０および圧電駆動部３０を駆動する。具体的に、信号処理回路２０は、洗浄駆動部６０で保護カバー２に洗浄液を吐出して汚れを洗い流した後、残った水滴を圧電駆動部３０で霧化させる。圧電駆動部３０で、先に異物を霧化させてしまうと、例えば異物が泥水の場合、泥水の水分だけが霧化され、固化した泥成分が保護カバー２の表面に残ることになり、洗浄液を吐出しても固化した泥成分を洗い流しにくくなる。そのため、信号処理回路２０は、圧電駆動部３０で異物を霧化させる前に、洗浄駆動部６０で保護カバー２に洗浄液を吐出して汚れを洗い流す。また、信号処理回路２０は、洗浄駆動部６０で洗浄液による洗浄中に、圧電駆動部３０で保護カバー２を異物が霧化しない程度の振動を与えておくことで、超音波洗浄効果により、保護カバー２上に固着した汚れが浮き上がり、洗い流しやすくなる効果がある。このように、撮像ユニットの洗浄装置、洗浄駆動部６０での洗浄と圧電駆動部３０での振動とを組み合わせることで、保護カバー２の表面に付着した異物を効果的に除去することができる。

前述の例では、信号処理回路２０は、インピーダンスの変化率と共振周波数の変化率との傾きに対して閾値ｔｈ３を設定することで、保護カバー２の表面に付着した異物が水か泥水かを判断できると説明した。しかし、これに限られず、保護カバー２の表面に付着した異物の種類に応じて、インピーダンスの変化率と共振周波数の変化率との傾きの変化傾向が分かれば、閾値ｔｈ３を適切に設定することで保護カバー２の表面に付着した異物を水や泥水以外でも判断できる。また、信号処理回路２０は、同じ泥水でも、泥水５０％か泥水２００％かを、閾値ｔｈ３を適切に設定することで判断できる。信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に付着した異物の種類を判断することで、最適な洗浄方法を選択して効率的に異物を除去することが可能となる。

以上のように、本実施の形態４に係る洗浄装置では、信号処理回路２０が、インピーダンス検出部７０で検出するインピーダンスの時間変化と共振周波数の時間変化との傾きに基づき、保護カバー２の表面に付着した異物の種類を特定する。これにより、本実施の形態４に係る洗浄装置では、信号処理回路２０が、最適な洗浄方法を選択することが可能となる。信号処理回路２０は、保護カバー２の表面に付着した異物の種類に応じて、インピーダンス検出部７０で検出するインピーダンスの時間変化と共振周波数の時間変化との傾きの変化傾向を記憶してもよい。これにより、信号処理回路２０は、水と泥水以外の異物についても異物の種類を判断することが可能となる。

本実施の形態４に係る洗浄装置は、前述の実施の形態１に係る洗浄装置で説明した構成を適宜組み合わせることができる。例えば、本実施の形態４に係る洗浄装置では、保護カバー２の表面に異物が付着したことを判断するために振動部１２を駆動する振動モードと、保護カバー２の表面を洗浄するために振動部１２を駆動する振動モードとを異ならせてもよい。信号処理回路２０は、共振周波数およびインピーダンスのうち少なくとも１つの値に基づいて、保護カバー２の表面を洗浄するための振動部１２を駆動する電圧を変更してもよい。信号処理回路２０は、洗浄液吐出部５０から洗浄液を吐出して保護カバー２の表面を洗浄する場合、振動部１２を駆動する電圧を第１の電圧（Ｖ１）以上で、第２の電圧（Ｖ２）以下としてもよい。

さらに、洗浄液吐出部５０は、保護カバー２の表面を洗浄する第１の洗浄液と、第１の洗浄液よりも強力な洗浄力を有する第２の洗浄液とを吐出させることが可能で、信号処理回路２０は、第１の電圧で振動部１２を駆動する場合の共振周波数と、インピーダンス検出部７０で検出するインピーダンスに関する値（電流値）と、撮像部５で撮像した画像とのうち少なくとも１つの情報に基づき、第１の洗浄液と、第２の洗浄液とを切り替えてもよい。

また、本実施の形態４に係る洗浄装置に、前述の実施の形態２に係る洗浄装置で説明した構成を適宜組み合わせることができる。例えば、本実施の形態４に係る洗浄装置では、信号処理回路２０が、保護カバー２の表面を洗浄するための振動部１２の駆動に、共振周波数近傍で駆動する第１期間（時間ｔ１）と、当該共振周波数近傍以外で駆動する第２期間（時間ｔ２）とを含み、第１の電圧で振動部１２を駆動する場合の共振周波数と、インピーダンス検出部７０で検出するインピーダンスに関する値（電流値）と、撮像部５で撮像した画像とのうち少なくとも１つの情報に基づき、第１期間と第２期間とのデューティ比を決定してもよい。

また、本実施の形態４に係る洗浄装置に、前述の実施の形態３に係る洗浄装置で説明した構成を適宜組み合わせることができる。例えば、本実施の形態４に係る洗浄装置では、信号処理回路２０が、第１の電圧（Ｖ１）で振動部１２を駆動する場合の共振周波数の変化量（Δｆ）と、インピーダンス検出部７０で検出するインピーダンスに関する電流値の変化量（ΔＩ）とに基づき、保護カバー２の温度を推定し、推定した保護カバー２の温度に基づき、保護カバー２の表面を洗浄する場合に振動部１２を駆動する電圧を変更してもよい。また、本実施の形態４に係る洗浄装置に、前述の実施の形態３で説明した振動部１２または保護カバー２の温度を測定する温度測定部９０をさらに備えてもよく、信号処理回路２０は、温度測定部９０の測定結果に基づき、保護カバー２の表面を洗浄する場合に振動部１２を駆動する電圧を変更してもよい。

（その他の変形例）
前述の実施の形態に係る撮像ユニットでは、特に撮像部５の構成については詳しく説明していないが、撮像部５として、カメラ、ＬｉＤＡＲ，Ｒａｄｅｒなどを含んでもよい。

前述の実施の形態に係る洗浄装置では、信号処理回路２０は、共振周波数の変化量（Δｆ）と、電流値の変化量（ΔＩ）と、画像の時間変化（明度積分値）とのうち少なくとも２つの情報に基づき、保護カバー２の表面に異物が付着したことを判断すると説明した。しかし、洗浄装置が、温度測定部９０をさらに備えるのであれば、信号処理回路２０は、共振周波数の変化量（Δｆ）と、電流値の変化量（ΔＩ）と、画像の時間変化（明度積分値）と、温度測定部９０で測定した温度のうち少なくとも２つの情報に基づき、保護カバー２の表面に異物が付着したことを判断してもよい。

前述の実施の形態に係る撮像ユニットの洗浄装置では、保護カバー２の表面に付着した異物の有無、程度を判断するためのサーチモードと、保護カバー２の表面に付着した異物を除去するための駆動モードとに分けて駆動している。しかし、これに限定されず、洗浄装置では、保護カバー２の表面に付着した異物の有無、程度を判断するためのサーチモードを常時駆動させても、所定の周期で間欠的に駆動させてもよい。

前述の実施の形態に係る撮像ユニットの洗浄装置では、保護カバー２を振動させる洗浄、洗浄液吐出部５０により洗浄液を吐出する洗浄を例示したが、これに限定されるものではない。たとえば、洗浄液吐出部５０によりエアを吐出する洗浄で保護カバー２の表面に付着した異物を除去してもよい。

前述の実施の形態に係る撮像ユニットでは、図１で示したように１本の洗浄ノズル３を筐体１に設ける構成であると説明したが、これに限られず、複数本の洗浄ノズル３を筐体１に設ける構成であってもよい。

前述の実施の形態に係る撮像ユニットは、車両に設けられる撮像ユニットに限定されず、撮像素子の視野に配置される透光体を洗浄する必要がある用途の撮像ユニットに対しても同様に適用することができる。

前述の実施の形態に係る撮像ユニットでは、保護カバー２の表面に異物が付着したことを判断する情報の１つとして、撮像部５で撮像した画像の時間変化があり、一例として撮像部５で撮像した画像の明度積分値の時間変化であると説明した。しかし、これに限られず、撮像部５で撮像した画像の時間変化として、例えば、撮像した画像のエッジのぼやけを画像処理の周波数スペクトルで評価し、周波数スペクトルの時間変化で異物が保護カバー２の表面に付着したと判断してもよい。

具体的に、保護カバー２の表面に異物として雨滴が付着した場合、撮像部５で撮像した画像は、雨滴が付着していない場合に比べて画像のエッジにぼやけが生じ、ぼやけていない状態の画像と比較して低い周波数で周波数スペクトルの周波数パワーが大きくなる。そのため、信号処理回路２０は、周波数スペクトルにおいて周波数パワーが大きくなる周波数が低く変化した場合、保護カバー２の表面に異物として雨滴が付着したと判断することができる。信号処理回路２０は、周波数スペクトルの時間変化を組み合わせて、保護カバー２の表面に異物が付着したことを判断することで、より正確性を向上させることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 筐体、２ 保護カバー、３ 洗浄ノズル、４ 本体部材、４ａ ベースプレート、５ 撮像部、７ レンズモジュール、９ レンズ、３１ 開口部、１２ 振動部、１５ 圧電振動子、１００ 撮像ユニット。

Claims (15)

1. 撮像素子を保持する保持部と、
   前記撮像素子の視野に配置される透光体と、
   前記透光体を振動させる振動体と、
   前記振動体を駆動する駆動部と、
   前記駆動部を制御する制御部と、
   前記駆動部で駆動する前記振動体のインピーダンスに関する値を検出する検出部と、
   前記透光体の表面に洗浄体を吐出させる吐出部と、を備え、
   前記制御部は、
   第１の電圧で前記振動体を駆動する場合の共振周波数の時間変化と、前記検出部で検出するインピーダンスに関する値の時間変化と、前記撮像素子で撮像した画像の時間変化とのうち少なくとも２つの情報に基づき、前記透光体の表面に異物が付着したことを判断し、
   前記検出部で検出するインピーダンスの時間変化と共振周波数の時間変化との傾きに基づき、前記透光体の表面に付着した異物の種類を特定し、
   当該判断に応じて前記振動体を制御し、特定した異物の種類に応じて前記吐出部から前記洗浄体を吐出させて前記透光体の表面を洗浄するか否かを制御する、洗浄装置。
2. 前記制御部は、前記透光体の表面に異物が付着していると判断した場合、前記透光体の表面を洗浄するために前記振動体を駆動する駆動周波数を決定し、前記駆動周波数および第２の電圧で前記振動体を駆動する、請求項１に記載の洗浄装置。
3. 前記制御部は、前記第１の電圧で前記振動体を駆動する場合の共振周波数の時間変化が負で、前記検出部で検出するインピーダンスの時間変化が正の場合、前記透光体の表面に異物が付着したと判断する、請求項１または請求項２に記載の洗浄装置。
4. 前記制御部は、前記第１の電圧で前記振動体を駆動する場合の共振周波数の時間変化が負で、前記撮像素子で撮像した画像から得られる明度の時間変化が負の場合、前記透光体の表面に異物が付着したと判断する、請求項１または請求項２に記載の洗浄装置。
5. 前記制御部は、前記検出部で検出するインピーダンスの時間変化が正で、前記撮像素子で撮像した画像から得られる明度の時間変化が負の場合、前記透光体の表面に異物が付着したと判断する、請求項１または請求項２に記載の洗浄装置。
6. 前記制御部は、前記透光体の表面に付着した異物の種類に応じて、前記検出部で検出するインピーダンスの時間変化と共振周波数の時間変化との傾きの変化傾向を記憶する、請求項１～請求項５のいずれか１項に記載の洗浄装置。
7. 前記制御部は、複数の振動モードで前記振動体を駆動することが可能で、前記透光体の表面に異物が付着したことを判断するために前記振動体を駆動する振動モードと、前記透光体の表面を洗浄するために前記振動体を駆動する振動モードとが異なる、請求項１～請求項６のいずれか１項に記載の洗浄装置。
8. 前記制御部は、共振周波数およびインピーダンスのうち少なくとも１つの値に基づいて、前記透光体の表面を洗浄するための前記振動体を駆動する電圧を変更する、請求項１～請求項７のいずれか１項に記載の洗浄装置。
9. 前記制御部は、
   前記吐出部から前記洗浄体を吐出して前記透光体の表面を洗浄する場合、前記振動体を駆動する電圧を前記第１の電圧以上で、第２の電圧以下とする、請求項１に記載の洗浄装置。
10. 前記吐出部は、前記透光体の表面を洗浄する第１の洗浄体と、前記第１の洗浄体よりも強力な洗浄力を有する第２の洗浄体とを吐出させることが可能で、
    前記制御部は、第１の電圧で前記振動体を駆動する場合の共振周波数と、前記検出部で検出するインピーダンスに関する値と、前記撮像素子で撮像した画像とのうち少なくとも１つの情報に基づき、前記第１の洗浄体と、前記第２の洗浄体とを切り替える、請求項９に記載の洗浄装置。
11. 前記制御部は、
    前記透光体の表面を洗浄するための前記振動体の駆動に、共振周波数近傍で駆動する第１期間と、当該共振周波数近傍以外で駆動する第２期間とを含み、
    第１の電圧で前記振動体を駆動する場合の共振周波数と、前記検出部で検出するインピーダンスに関する値と、前記撮像素子で撮像した画像とのうち少なくとも１つの情報に基づき、前記第１期間と前記第２期間とのデューティ比を決定する、請求項１～請求項１０のいずれか１項に記載の洗浄装置。
12. 前記制御部は、
    前記第１の電圧で前記振動体を駆動する場合の共振周波数の時間変化と、前記検出部で検出するインピーダンスに関する値の時間変化とに基づき、前記透光体の温度を推定し、
    推定した前記透光体の温度に基づき、前記透光体の表面を洗浄する場合に前記振動体を駆動する電圧を変更する、請求項１～請求項１１のいずれか１項に記載の洗浄装置。
13. 前記振動体または前記透光体の温度を測定する温度測定部をさらに備え、
    前記制御部は、
    前記温度測定部の測定結果に基づき、前記透光体の表面を洗浄する場合に前記振動体を駆動する電圧を変更する、請求項１～請求項１１のいずれか１項に記載の洗浄装置。
14. 撮像素子と、
    請求項１～請求項１３のいずれか１項に記載の前記洗浄装置とを備える、撮像ユニット。
15. 撮像素子を保持する保持部と、前記撮像素子の視野に配置される透光体と、前記透光体を振動させる振動体と、前記振動体を駆動する駆動部と、前記駆動部を制御する制御部と、前記駆動部で駆動する前記振動体のインピーダンスに関する値を検出する検出部と、前記透光体の表面に洗浄体を吐出させる吐出部と、を備える洗浄装置で前記透光体の表面を洗浄する洗浄方法であって、
    サーチモードとして、第１の電圧で前記振動体を駆動するステップと、
    前記サーチモードにおける共振周波数の時間変化と、前記検出部で検出するインピーダンスに関する値の時間変化と、前記撮像素子で撮像した画像の時間変化とのうち少なくとも２つの情報に基づき、前記透光体の表面に異物が付着したことを判断するステップと、
    前記検出部で検出するインピーダンスの時間変化と共振周波数の時間変化との傾きに基づき、前記透光体の表面に付着した異物の種類を特定するステップと、
    前記透光体の表面に異物が付着したことの判断に応じて前記振動体を駆動する駆動周波数を決定するステップと、
    ドライブモードとして、決定した前記駆動周波数および第２の電圧で前記振動体を駆動し、特定した異物の種類に応じて前記吐出部から前記洗浄体を吐出させるか否かを制御するステップと、を含む、洗浄方法。

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