法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2020-05-29
授权
授权
2017-05-17
实质审查的生效 IPC(主分类):B60R11/04 申请日:20150416
实质审查的生效
2017-04-19
公开
公开
相关申请的引用
本申请要求于2014年4月16日提交的号为61/980,407的美国临时申请的优先权，其全部公开内容通过引用并入本文。本申请涉及关于汽车摄像机清洗系统和方法的以下共同拥有的专利申请：于2011年3月10日提交的号为61/451,492的美国临时专利申请；于2012年3月10日提交的号为PCT/US12/28828的PCT申请；于2013年9月10日提交的号为14086746的美国申请；于2013年11月21日提交的号为14086746的美国申请；以及于2014年4月11日提交的号为61978775的美国申请，上述申请的全部公开内容都通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及车辆“倒车(backup)”摄像系统和远程控制的系统，所述远程控制的系统用于清洁以暴露于脏污环境的配置安装在视频摄像机或传感器上的弄脏的物镜，以及更具体地涉及流体喷射设备，其配置成可控地将喷雾引导到至少两个传感器的镜头上，诸如安装在暴露于下述环境中的位置内时的视频摄像机，所述环境会导致污物或其它碎屑积聚，这损害它们对车辆使用者的有用程度。
背景技术
美国国家公路交通安全管理局(“NHTSA”)已经规定，到2018年新车必须包括后视或“倒车”摄像机系统以尽量减少“倒车碰撞(backover)”的可能性。倒车碰撞是具体限定的事故类型，其中车辆的非乘员(即，行人或骑自行车的人)被反向移动的车辆撞到。因此，汽车原始设备制造商(“OEM”)将外部后视摄像机添加到所有新车。此外，OEM希望更多的摄像机看到车辆周边周围(后面、到一侧，或在前面)的任何其它盲点，并且所有的这些摄像机必定包括外部镜头表面，外部镜头表面将最终由道路尘垢、泥土等变得脏污。诸如SUV、厢式车和卡车的大型车辆的驾驶员往往当他们不能看到或知道车辆后面的情况时难以从停放位置移动车辆。此外，大多数车辆的驾驶员当变换车道时往往难以定位和跟踪附近车辆或其它障碍物，并且这些问题连同在自动距离和制动控制的最新发展已导致车辆制造商引入前视、侧视和后视摄像机。这些图像传感器让驾驶员通过使用例如安装在后视镜上或安装在导航系统屏幕上的显示屏看到障碍物是否在他们的车辆附近。越来越多的这样的外视(例如，前保险杠、侧视、后视或倒车)摄像机被添加到车辆以增强驾驶员的视觉并提高安全性。
诸如已知为倒车或后视摄像机的那些外部图像传感器通常被不显眼地安装，并且并入到诸如车辆后部车牌的现有特征内。这些外部摄像机暴露于车辆的恶劣周围环境下并通常由积聚在镜头上的泥土、盐雾或脏物弄脏。积聚的灰尘和碎屑往往扭曲可提供给驾驶员的图像，从而由于依靠不清楚图片的较差判断力而造成混乱、不满或安全问题。
使用固态传感器技术(例如，CMOS像素传感器技术)的低成本、可靠的成像装置的出现，与能够满足汽车规范的适于视频显示器的改进的成本/性能比，以及适于汽车导航系统视频监视器的增加的应用率等相结合，已导致越来越多地使用摄像机或成像传感器，所述摄像机或成像传感器设计成给予驾驶员车辆周围那些区域的视图，那些区域不属于驾驶员的正常直接视野内，其通常被称为“盲点”。这些区域包括靠近车辆前部通常由车辆的前部结构遮住的区域、沿车辆乘客侧的区域、沿驾驶员后方的车辆驾驶员侧的区域，和通过车辆的反光镜系统不能直接或间接地看到的紧接在车辆后方的区域。摄像机或成像传感器可拍摄后方(或侧面或其它盲点区域)视野的图像，并且可将图像显示给车辆的驾驶员以在变道、倒退或倒车或以其它方式驱动或操纵车辆时协助驾驶员。
在车辆成像系统中使用电子摄像机可在低速操纵之前或过程中显著增加用心的驾驶员对紧邻车辆周围空间的了解，并且因此有助于这种操纵的安全完成。因此已知在车辆上提供摄像机或成像传感器以便用于给驾驶员提供外部场景的图像。这种摄像机可位于保护壳体内，其可围绕摄像机或传感器封闭并通过紧固件或螺钉等固定到一起。例如，可提供金属保护壳体，诸如铝或锌等制成的压铸壳体。特别是，对于安装在车辆外部上的摄像机传感器而言，不受诸如雨、雪、道路飞溅和/或类似情况等环境影响的保护和诸如不受道路碎屑、污物、灰尘和/或类似物等影响的物理保护是重要的。因此，例如，在已知的外部摄像机传感器的安装座中，丁基密封件，诸如热分配的丁基密封件或密封圈或其它密封构件或材料已在壳体的部件之间设置以协助密封壳体，从而防止水或其它污染物进入壳体并损坏定位在其中的摄像机或传感器。然而，这种壳体通常不能提供基本上不透水的密封，并且因此水滴可进入壳体。此外，摄像机传感器由于其放置位置(诸如在车辆的外部处)的任何过度的震动有可能导致显示给车辆驾驶员的图像产生不希望的不稳定性。此外，这种摄像机或传感器的制造和在车辆上的实施是昂贵的。
这样的车辆视觉系统通常将摄像机或成像传感器定位在车辆的外部部分处以拍摄外部场景的图像。摄像机，特别是后方视觉系统的摄影机，因而通常被放置或安装在趋于在摄像机上和/或其摄像机镜头上大量积聚污物的位置内，而没有清洁摄像机和/或镜头的简单方法。为了减少污物或水分在这种摄像机镜头上的积聚，现有技术的开发者提出在镜头上使用亲水性或疏水性涂层。然而，使用这种涂层通常不是有效的，其原因在于缺乏横过镜头的空气流，特别是在密封的壳体内。还已经提出使用加热装置或元件以减少在密封壳体内的镜头上的水分。然而，在这样的应用中使用加热的镜头，同时减少镜头上的冷凝和结雾，可由于可存在于水分或水中的污染物而促进在镜头上形成膜。此外，在车辆后部部分上的这种摄像机的外观往往对于车辆的造型而言是成问题的。例如参见现有技术的授予Bingle(宾果)等人的美国专利7,965,336，其中公开了一种具有容纳图像传感器的塑料壳体的摄像机模块，其可操作成拍摄在车辆外部出现的场景的图像。Bingle的摄像机壳体组合件与包封在塑料壳体内的图像传感器和相关联的组件焊接到一起，并包括“可透气”的通风部分，其至少部分地可透过水蒸汽，以便允许内部水蒸汽排出而基本上排除水滴和其它污染物的通过，因此Bingle的设计试图尽量减少因流体在壳体内冲击或积聚而产生的问题。
Bingle还试图使用经涂覆的镜头以保持物镜视野清晰，并且Bingle的壳体或盖可选地具有诸如疏水涂层(或涂层叠层)以具有抗湿润性能，诸如在号为5,724,187的美国专利中公开的那样。Bingle注意到在盖的最外表面上的疏水性可通过各种手段，诸如通过使用有机和无机涂层或利用金刚石状碳涂层来实现。不过Bingle和其它人除了使用这种涂层或表面处理之外实际上没有提出采取任何积极行动来移除道路碎屑(例如，积累的污垢、灰尘、泥土、路盐或其它堆积的碎屑)。
根据消费者的喜好以及至少从图像中提取信息的可感知的改进能力，期望给驾驶员呈现代表可由正常人的视觉所感知的外部场景的图像。还希望车辆的成像装置或系统在所有的条件以及特别是在所有天气和照明条件下都是有用的。但是，通常难于提供能够在恶劣的天气下提供清晰图像的成像传感器，尤其是在驾驶时。这是因为当摄像机的物镜的一部分被积聚的碎屑(例如，积聚的污垢、灰尘、泥土、路盐或其它堆积的碎屑)遮挡时现有的成像系统通常在解析场景信息方面存在困难。
为了在所有天气条件下具有基于摄像机的能见度系统的有效使用，期望具有保持摄像机镜头(或保护物镜的壳体表面)洁净的有效方法，但是当在恶劣的天气期间驾驶或操作车辆时，驾驶员都尤其不愿意离开车辆以便找到并检查摄像机镜头。
美国专利6,834,904(授予Vaitus(瓦伊特斯)等人)描述了使用“紧密接近”适于车辆的摄像机或视觉单元的镜头的“喷嘴”，并一般性地公开了用于将喷嘴模块安装在汽车提升门上的结构和方法。该模块包括接收来自导管的流体的喷嘴，但是如在描述中所指出的那样，镜头的清洁可以其它方式诸如疏水性镜头涂层来实施。
使得摄像机或其它传感器，诸如红外线图像传感器越来越多地结合到现代车辆上以便给驾驶员提供附加信息。在一些情况下，这两种类型的传感器设置在单个位置内，其中例如红外传感器具有带有基本平坦表面的外部镜头以及摄像机具有成形的镜头，诸如“鱼眼”镜头。这些感测装置中的许多可由在驾驶环境中常见的污垢和碎屑而变脏和遮挡，最终导致一种或两种传感器功效的劣化或可能使得它们中的至少一个无法使用，或者提供不希望的外观。
因此，希望定期清洗这些感测装置以减少或消除这种遮挡物的堆积。但是，也存在限制，其对于限制使用现有清洗器喷嘴的某些传感器清洗应用中是独特的。传感器可位于车辆中心线上或附近，紧密接近车辆上的品牌徽标或其它装饰上的重要特征，并且不希望在该美学上的重要区域内添加可见的清洗器喷嘴。另一个限制是传感器可具有非常广的视野，高达或超过180度，所以现有镜头清洗器喷嘴配置将必须位于传感器的视野内以便能够以角度将流体引导到传感器表面上，其将提供可接受的清洁。然而，定位在传感器视野内的清洗器喷嘴会挡住传感器否则将能够监测的区域的显著部分。影响传感器清洗应用的第三个限制是该传感器可能够会经常位于车辆的下述区域上，所述区域看起来比诸如在前格栅或后提升门的通常的清洗器喷嘴安装位置的污染物水平更高。在这些位置中的清洗器喷嘴可能会处于由遮住传感器的相同材料堵塞的较高风险下。
此外，当多个图像传感器定位在一起时，问题就成倍增加，需要更多的喷嘴来产生更多的喷雾，增加堵塞的可能性，并增加喷嘴组合件将遮挡一个或多个图像传感器的视野的风险。因此需要一种便利、有效但不显眼的系统和方法，其用于清洁外部物镜和图像传感器的外表面，尤其是在两个或多个图像传感器靠近彼此定位的情况下清洁外部物镜和图像传感器的外表面。
发明内容
因此，本发明的目的在于通过提供一种有效的系统和方法来解决上述难题，其用于清洁多个外部物镜表面或图像传感器的表面以去除积聚的碎屑(例如，污物、灰尘、泥土、路盐或其它堆积的碎屑)。
根据本发明的示例性实施例，集成的图像传感器支撑件和镜头清洁系统配置成在车辆的外表面上使用。本发明的集成的多个图像传感器和镜头清洗喷嘴组合件具有框座或壳体固定件，其将配置成喷射清洁流体的喷射喷嘴组合件朝向暴露于元件并易于被碎屑弄脏的相邻的外部镜头或传感器表面瞄准并瞄准到其上。在本发明的一个优选形式中，喷嘴组合件配置成朝向至少两个外部镜头支撑和瞄准，所述至少两个外部镜头并排布置在共同表面诸如传感器壳体或框座上。瞄准固定件也安装在壳体上以便形成一体的传感器和喷嘴组合件，其具有至少一个流体喷射清洗喷嘴头，所述喷嘴头从两个外部镜头或传感器表面横向偏移并且配置成朝向两个外部镜头或传感器表面喷射清洗流体，以选定的浅的扫掠喷射瞄准角的喷雾同时清洗两个镜头表面。示出和描述三种配置，并且在第一实施例中，喷嘴头喷射到最近镜头的表面上，并且还以角度撞击到最远的镜头表面上，以便基本同时清洗两个镜头的外表面。
可选地，这种集成的图像传感器镜头清洗组合件配置成适于与同时清洁两个或多个外部物镜表面的远程控制方法一起使用。该装置被封装成一体式模块，其将密封的图像传感器壳体集成，所述图像传感器壳体具有一对传感器并包括集成的远程可控的镜头清洁系统，所述系统具有用于瞄准来自喷射喷嘴组合件中的横向偏移的流体振荡器的一个或从多个清洁喷雾的优化配置。
在本发明的另一个优选形式中，本发明的集成的汽车传感器清洗器系统提供图像传感器壳体组合件，其包括集成的远程可控的镜头清洁系统，所述系统具有来自选定流体振荡器的一个或多个瞄准的清洁喷雾的优化配置以便同时清洁两个或多个外部透明物镜表面，从而安全并快速地去除积聚的碎屑并最大限度地减少遮挡视线的碎屑或清洗流体液滴留在摄像机视野内的可能性。本发明的该实施例的方法使得车辆驾驶员能够确定何时清洁弄脏的外视摄像机的物镜，使得驾驶员可确保在移动之前镜头被充分地清洗掉积聚的碎屑。
在本发明的镜头清洁系统的一个优选实施例中，低流动速率的流体回路喷嘴以使用很少的清洗流体的方式配置和瞄准。其结果是，在车辆中的本发明的集成系统使用来自车辆清洗流体瓶的较少清洗流体，并提供瓶清洗液的节省、流体节约，以及压力节约。当摄像机镜头清洁系统被集成到现有的车辆设计的前部清洗系统内时，清洗流体的压力节约是特别重要的，其中摄像机镜头清洗系统必须以不会不利地影响前部玻璃清洁的方式工作，特别是在动态驾驶条件下，其中前部玻璃清洗系统的性能对流体压力是高度敏感的。但是本发明的系统和方法并不限于仅与低流率的喷嘴一起使用。
申请人已造出在示例性系统上的相对高流率的喷嘴组合件的原型并且它工作良好，但当真正喷射流体和清洗时，摄像机的图像稍微有所影响。其表明低流率最好通过选定的流体回路几何结构来实现，所述流体回路几何结构允许清洗流体，因为当相比于剪切喷嘴时液滴尺寸应保持更大。在一个优选的原型中，流体回路的特征相对于定中在流体出口或喷射孔口上的对称轴线或流体轴线对称地限定，并且所述流体轴线由喷嘴头瞄准成与喷射轴线基本上共轴。
申请人的原型开发工作已经表明本发明的镜头清洗喷嘴的配置和瞄准取向呈现具有以下益处的令人惊讶地有效且均匀分布的振荡喷雾模式：
(a)它允许相对于每个摄像机的远端或物镜表面的平面几乎平齐地安装，这意味着摄像机加清洗器的封装或组合件不会变得更长以及不会干扰摄像机视角或干扰摄像机视角的程度不会与直接冲击的喷嘴配置将会干扰的程度相同；以及
(b)它可封装成防止摄像机加清洗器的封装的总宽度变得更宽和更大。先前，更广或直径更大的虫眼镜头可能会需要喷嘴喷射从物镜表面之外射出，朝向该镜头表面成角度返回，以及推离镜头中心轴线或中心线，以避免喷嘴喷射孔口在摄像机视野内看到，这会导致更宽和更长的封装。
申请人已经发现以几乎平行于物镜组合件的外表面的窄的扫掠角直接喷射导致在喷射结束之后更少的清洗流体或者水留在镜头上，并防止水滴形成并留在镜头上以及防止在清洗之后遮挡视野。在原型开发的试验中，发现几乎在镜头上的轴线或直接冲击喷射方法会留下遮挡视野的液滴。
概括而言，本发明的集成的汽车系统和喷嘴组合件配置成与用于清洁外部物镜表面的远程控制方法一起使用，其包括密封的图像传感器壳体组合件，所述密封的图像传感器壳体组合件包括集成的远程可控的镜头清洁系统，所述镜头清洁系统具有优化的配置以便将来自选定的流体振荡器的一个或多个清洁喷雾瞄准在壳体的透明物镜保护盖处。
对于广角摄像机和传感器而言，紧凑的、低轮廓的喷嘴组合件具有清洗器喷嘴，其定位成减少或消除视野问题，并允许屏蔽喷嘴孔免受否则可能堵塞它的污染。此外，喷嘴可被集成到帽或其它特征内，所述特征有效地隐藏喷嘴并允许它被放置在装饰性方面的重要区域内而不产生美学上的负面影响。当激活时，喷嘴以可接受的喷射入射角度以宽的扇形角投射清洗流体，以允许高效和有效地清洁传感器，最少地使用清洗流体。
对于本发明的清洗器系统，驾驶员、使用者或操作者在内部视频显示器上观察由外部摄像机或图像传感器产生的图像，并决定是否以及何时清洁外部摄像机的物镜覆盖件的表面，以去除积聚的碎屑。在操作者的方便抵达的区域内设置内部远程致动控制输入(例如，按钮或瞬时接触开关)，以便于在清洁镜头时使用，并且操作者致动该系统，并使得开始清洁喷雾的同时观察在视频显示器上的图像传感器输出，当操作者认为图像传感器的视野已经令人满意时停止系统的致动。
然后简要地根据本发明，提供一种汽车系统，其将并排对准的多个图像传感器并入到基本平坦的壳体或框座表面上，其中每个传感器包括具有待被清洁表面的镜头。在本发明的一个优选实施例中所述的改进包括单个流体喷嘴组合件，其安装在到多个传感器一侧的表面上或者横向于多个传感器安装，该喷嘴组组合件具有喷嘴头，其具有至少一个流体出口喷嘴，所述流体出口喷嘴具有用于将受控的流体喷射向外朝向并横过所有所述传感器镜头引导的孔。喷嘴组合件安装成使其流体出口孔在最近镜头表面上方的非常小的高度处取向，并从该表面横向间隔开以便使得流体喷射在方向上从喷嘴头喷出以便基本上同时以选定角度撞击镜头，所述角度选择成产生增强流体在镜头上清洁效果的在镜头处的流体效果。
在一个实施例中，第一流体喷嘴孔或出口孔口和所述多个镜头沿着共同的喷射轴线对准，所以从喷嘴的出口孔口或孔喷出的流体扫掠横过最接近于孔的第一镜头并冲击离孔最远的第二镜头。流体喷射的形状和取向以及镜头的形状和间距一起选择使得来自喷嘴孔的流体喷射在每个镜头表面处产生流体效果以便增强镜头的清洁。在一个替代实施例中喷嘴头可具有第一流体出口孔和第二流体出口孔，每一个出口孔被瞄准成将选定的喷雾模式朝向选定的镜头引导。
本发明的另一方面包括用于同时清洁多个图像传感器镜头外表面的方法，其包括将至少第一图像传感器和第二图像传感器并排地安装到共同壳体上并沿着轴线对准，其中所述传感器分别具有外部镜头表面；将单个流体喷嘴组合件在第一传感器和第二传感器的一侧安装到壳体上；将具有至少一个流体出口喷嘴的流体喷嘴头并入到组合件内，喷嘴头具有用于将受控流体喷射向外引导的孔；沿着轴线对准喷嘴组合件的喷嘴头孔或孔口，以便将喷雾朝向传感器镜头引导并抵达传感器镜头；以及将传感器镜头和喷嘴组合件配置成提供传感器镜头表面和流体喷嘴头孔的选定的相对高度和间隔以便导致来自喷嘴组合件的流体喷雾扫掠最近的图像传感器镜头并冲击最远的图像传感器镜头以便增强外部镜头表面的清洁。
在考虑到本发明的具体实施例的以下详细描述时，特别是当结合附图进行描述时，本发明的上述和进一步的目的、特征和优点将变得明晰，其中在各幅附图中相同的附图标记用于标记相同的组件。
附图说明
图1A是根据现有技术的车辆的后部透视图，所述车辆具有如在美国专利7,965,336(授予Bingle等人)中所公开的成像系统或倒车摄像机系统。
图1B是图1A所示车辆的平面视图。
图1C是根据现有技术的如美国专利7,965,336中所公开的密封的固态图像传感器或摄像机模块的端视图。
图1D是图1C所示摄像机模块的沿着图1C的线1D-1D截取的剖视图。
图2是根据本发明的从壳体盖或框座的顶部或远侧看到的集成的多个图像传感器和镜头清洗喷嘴组合件的正视透视图，其示出揭示喷嘴组合件喷嘴头内部的局部横截面，并示出流体回路的特征相对于定中到流体出口或喷射孔口上的对称轴线或流体轴线对称，并且所述流体轴线通过喷嘴头瞄准成以便与喷射轴线基本上共轴。
图3是根据本发明的图2所示的集成的多个图像传感器和镜头清洗喷嘴组合件的顶部平面正视图。
图4是根据本发明的安装到喷射器系统壳体上的图2和图3所示组合件的透视图。
图5是根据本发明的示意侧视图，示出适于图2和图3所示的集成的多个图像传感器和镜头清洗喷嘴组合件的组件的对准。
图6是根据本发明的图2和图3所示的集成的多个图像传感器和镜头清洗喷嘴组合件的后部透视图。
图7A是根据本发明的图1至图6所示的集成的多个图像传感器和镜头清洗喷嘴组合件的照片，示出喷嘴组合件的喷嘴头处于操作中并沿着喷射轴线从出口或喷射孔口喷射。
图7B是根据本发明的图1至图7A所示的集成的多个图像传感器和镜头清洗喷嘴组合件的定格照片，示出喷射的清洗流体的单独液滴冲击第一镜头和第二镜头。
图8A是根据本发明的适于图2至图7B所示的集成的多个图像传感器和镜头清洗喷嘴组合件的喷射喷嘴的示例性流体振荡器的透视图，示出如相对于定中在流体出口或喷射孔口上的对称轴线或流体轴线对称限定的流体回路特征。
图8B是根据本发明的图8A所示的流体回路的剖视图。
图9是根据本发明的汽车外部摄像机镜头清洗系统的示图，其具有适于与图2至图6所示的集成的多个图像传感器和镜头清洗喷嘴组合件连接的组件。
图10A是从壳体盖或框座的外侧或远侧看到的集成的多个图像传感器和镜头清洗喷嘴组合件的正视透视图，其示出双喷嘴组合件的喷嘴头，并示出第一喷雾相对于定中在第一流体出口或喷射孔口上的第一对称轴线或流体轴线对称地限定，并且所述第一流体轴线通过喷嘴头瞄准成以便与定中在第一或左侧镜头上的第一喷射轴线基本上共轴，以及第二喷雾相对于定中在第二流体出口或喷射孔口上的第二对称轴线或流体轴线对称地限定，并且所述第二流体轴线通过喷嘴头瞄准成以便与定中在第二或右侧镜头上的第二喷射轴线基本上共轴。
图10B是根据本发明的图10A的从其喷射器系统壳体分离的双喷射喷嘴头的透视图，并示出配置成接收第一流体插入件和第二流体插入件的第一空腔和第二空腔。
图10C是根据本发明的图10A至图10B所示的集成的多个图像传感器和镜头清洗喷嘴组合件的照片，示出喷嘴组合件的喷嘴头处于操作中以及从第一喷射孔口和第二喷射孔口并沿着第一喷射轴线和第二喷射轴线喷射并喷射到相应的第一镜头和第二镜头上。
图10D是根据本发明的图10A至图10C所示的镜头清洗喷嘴组合件的更快速度的曝光照片，示出在并排喷射扇形中的所喷射的清洗流体的单独液滴。
图11是根据本发明从壳体盖或框座的远端侧观察的集成的多个图像传感器和镜头清洗喷嘴组合件的第三实施例的正视透视图，示出双喷嘴组合件的喷嘴头，并示出第一喷雾对称地限定定中在第一流体出口或喷射孔口的第一对称轴线或流体轴线，并且所述第一流体轴线由喷嘴头瞄准以便基本上与第一或左侧镜头的中心轴线共轴，并且第二喷雾对称地限定定中在第二流体出口或喷射孔口的相同对称轴线或流体轴线，并且所述第二流体轴线由喷嘴头瞄准以便基本上与定中在第二或右侧镜头上的第二喷射轴线共轴。
具体实施方式
为了提供示例性的上下文和基本术语，参照图1A至图1D，其示出适于车辆的现有技术的成像系统和如美国专利7,965,336(下文称为Bingle等人的专利)中公开的摄像机模块。本概述将有助于确定根据现有技术的命名和汽车工业的标准术语。
现在参照图1A至图1D，图像拍摄系统或成像或视觉系统7定位在车辆8处，诸如定位在车辆8的后部外部部分8a处，并且可操作成拍摄在车辆的内部或外部(诸如车辆的后部)发生的场景的图像，并且可操作成在车辆的显示器或显示系统9a处显示可由车辆的驾驶员或乘员看到的图像(例如参见图1A和图1B)。成像系统7包括摄像机模块10，其可安装在车辆上或安装在车辆处或安装在车辆内部以便接收在车辆的外部或内部发生的场景的图像，成像系统7还包括控制件9b，其可操作成处理于处理由摄像机模块10的图像传感器18所拍摄的图像。摄像机模块10包括塑料摄像机壳体11和金属保护罩或外壳16(参见图1C和图1D)。
摄像机壳体11包括摄像机壳体部分12和连接器部分14，其配合或结合到一起，并且优选激光焊接或声波焊接到一起，以基本密封壳体11，从而基本上限制或防止水侵入壳体或基本上限制或防止其它污染物进入壳体，如下面所论述的那样。
摄像机模块10的壳体11基本上包封摄像机或图像传感器或传感装置18(图1C和图1D)，其可操作成拍摄车辆外部或内部发生的场景的图像，这取决于摄像机模块10的具体应用。壳体11还包括在摄像机壳体部分的端部12处的盖部分20。盖部分20提供透明盖板22，其允许车辆外部或内部场景的图像由摄像机图像传感器18检测。摄像机模块10可包括保护罩16，其基本上包封摄像机壳体部分12和连接器部分14的一部分，从而基本上限制或减少进出摄像机模块的电子噪声和/或保护塑料壳体11免受由于可能在车辆的外部会遇到的各种物件或碎屑的冲击等造成的损坏。
由传感器18拍摄的图像被通信到显示器或显示系统9a，其可操作成将图像显示给车辆的驾驶员。摄像机或摄像传感器18可包括成像阵列传感器，诸如CMOS传感器或CCD传感器等，诸如在为号5,550,677；5,670,935；5,796,094；6,097,023和7,339,149的美国专利中公开的那样。摄像机模块10和成像传感器18可实施和操作成与各种车辆视觉系统连接，和/或可操作成利用这样的其它车辆系统的原理，例诸如车辆视觉系统，诸如利用号为5,550,677；5,670,935；5,760,962；5,877,897；5,949,331；6,222,447；6,302,545；6,396,397；6,498,620；6,523,964；6,611,202；和6,201,642的美国专利中所公开原理的向前、侧向或向后指向的车辆视觉系统；和/或诸如在号为7,005,974的美国专利中所公开类型的拖车故障援助或拖曳检查系统；诸如适于车道变换辅助系统或者车道偏移警告系统的反向或侧向成像系统，诸如在号为7,038,577的美国专利中所公开的类型；用于确定到前面车辆或尾随车辆或物体的距离的系统，诸如利用在号为6,396,397的美国专利所公开原理的系统等。
例如，摄像机或传感器可包括LM9618单色CMOS图像传感器或LM9628彩色CMOS图像传感器，这两者在商业上可从National半导体公司获得。来自其它供应商的合适摄像机或传感器(例如，
虽然在车辆8的后部8a处示出，但是摄像机18和摄像机模块10可定位在车辆8的任何合适位置处，诸如定位在下述位置：车辆的后部面板或部分、车辆的侧面板或部分、车辆的车牌安装区域、车辆的外部后视镜组合件、车辆的内部后视镜组合件或任何其它位置，其中摄像机可定位和取向成提供在车辆的外部或内部所发生场景的所需视图。摄像机模块10特别适合用作外部摄像机模块。由摄像机拍摄的图像可在位于车辆车厢内的显示屏等处显示，诸如在内部后视镜组合件处(例如在号为6,690,268的美国专利中公开的那样)，或车辆车厢的其它地方处或其它地方内，诸如通过利用在号为5,550,677；5,670,935；5,796,094；6,097,023和6,201,642的美国专利和/或号为6,717,610的美国专利中所公开的原理。
如在图1C和1D中最佳所示，Bingle等人的专利中的摄像机壳体部分12包括从基部部分12b向外延伸的基本上为圆柱形的部分12a。部分12包括模制的塑料组件，并且可包括在圆柱形部分12a的壁内和/或沿着所述壁成型的一对加热器端子或元件30a、30b。圆柱形部分12a接收镜头或光学系统24，其作用是将图像聚焦到摄像机或传感器18上，所述摄像机或传感器18定位在安装摄像机壳体部分12的基部部分12b内的电路板26处。
镜头系统24定位在摄像机部分12的圆柱形部分12a内，以通过在摄像机部分12的端部12c处的盖22从外部或内部场景接收光。镜头系统安装到摄像机盖或壳体28，如经由螺纹接合安装，其作用是基本上覆盖或包封摄像机或传感器18以基本上防止或限制入射光由摄像机18接收，以及防止或限制其干扰由摄像机18通过盖22和镜头系统24所接收到的图像。镜头系统24可以是任何小的镜头或镜头系统，它将把外部场景的图像聚焦到摄像机或图像传感器18上，诸如在号为6,201,642的美国专利或号为6,757,109的美国专利中所公开的类型。镜头系统24可提供广角视野，诸如约120度或更大，如在图1A中所示。
盖部分20安装在摄像机壳体部分12的与基部部分12b相对的外端部12c处，如图1C和1D中所示。盖部分20包括外部周边环形件或盖保持器20a，其接合透明盖22的外表面并用于将透明盖22保持在摄像机接收部分12的圆柱形部分12a的端部12c处的位置内。优选地，周边环形件20a激光焊接或声波焊接或以其它方式结合或粘接到摄像机接收部分12的圆柱形部分12a的外端部12c，以将盖部分20基本密封和固定到摄像机接收部分12上，以限制或基本上排除在外端部12c处有任何水侵入或污染物侵入到摄像机接收部分内。
如所示，基部部分12b是大致方形的并限定围绕在基部部分12b周围的大致正方形的配合边缘12e，以便在接头13处配合并固定到连接器部分14的相应边缘14g。基部部分12b将电路板26和摄像机18接收在其中，而摄像机壳体或护罩28和镜头或镜头系统24延伸到摄像机部分12的圆柱形部分12a内以便通过透明盖22接收图像。
壳体11的连接器部分14是模制的塑料组件，并且包括从基部部分14b延伸的连接器端子或连接器14a，诸如多插脚卡扣式连接器等。基部部分14b形成为(诸如在示例性实施例中所示的方形形状)基本上和均匀地配合或连接到摄像机壳体12的基部部分12b，如可参考图1C和1D可看到的那样。基部部分12b和14b配合到一起并限定容置部或空间以便将电路板26接收和固定在其中。基部部分14b和12b可在它们的配合接头或连接部13处激光焊接或声波焊接到一起。接头的激光或声波焊接将塑料边缘或接缝熔融到一起以基本上气密密封壳体11，以防止水侵入或其它污染物侵入到摄像机模块10的壳体11内。可选地，但不太希望地，基部部分可以其它方式接合或基本上密封到一起(诸如经由合适的粘合剂和/或密封胶)。模块可选地包括通风部分或半透膜以便使得模块的内部通风。基部部分12b和14b还可包括安装凸片或凸缘12d，其从基部部分12b向外延伸。当基部部分被固定到一起时安装凸片12d通常彼此对准，并且包括贯穿其的孔，以便经由合适的紧固件等(未示出)将摄像机模块10安装在车辆8处或安装到车辆8。虽然示出为具有大致方形的配合部分，但是连接器部分14和摄像机部分12可具有其它形状的配合部分或表面。
多插脚连接器14a从基部部分14b延伸，并包括多个插脚或端子14c，用于将摄像机模块10与连接器(未示出)电连接，所述连接器与车辆的线束或电缆连接。例如，端子14c的一端部14d可连接到电路板26，而端子14c的另一端部14e连接到车辆的相应连接器。相应的连接器可部分地接收多插脚连接器14a处的插脚或端子14c的端部14e，并且可经由卡扣连接等与多插脚连接器14a卡扣到一起。如在图1D中最佳示出的那样，端子14c的端部14d从连接器部分14突出或延伸，使得当壳体部分11已组装时端部14d可被接收在电路板26中的相应开口或孔26c内。
如图1D中所示，连接器部分14可提供从壳体11的基部部分纵向延伸的大致笔直的多插脚连接器。然而可以实现连接器的其它形状，诸如成角度的连接器或弯曲连接器等，这取决于摄像机模块的特定应用。
可选地，摄像机模块10可基本上气密密封，使得限制或基本上排除水侵入到模块内。为此，摄像机壳体部分12的基部部分12b和连接器部分14的基部部分14b相应地形成，以便在它们的配合接缝13处基本配合或结合到一起，由此所述部分可被激光焊接或声波焊接到一起或以其它方式结合到一起，同时盖部分20也在摄像机部分12的相对端部12c处激光焊接或声波焊接或以其它方式固定和基本上密封，以便基本上密封摄像机壳体。激光或声波焊接技术是优选的，以便在材料能够经由热、振动或其它手段在重新流动的状态下结合，使得材料重新流动和交联，并成为一个整体部件。这样的接合产生基本气密密封的摄像机模块。此外，在塑料中的孔以及插入件的成型销和冲压件周围的任何空隙可用乐泰牌密封材料或其它合适的密封材料密封，以便进一步限制或基本上排除水滴和/或水蒸汽进入到基本密封摄像机模块10的壳体内。
电路板26包括摄像机安装电路板26a，其经由多线带状线等(未示出)连接到连接器接收电路板26b。摄像机安装电路板26a安装或固定到摄像机部分12的基部部分12b，而连接器电路板26b安装或固定到连接器部分14的基部部分14b。摄像机或图像传感器18安装在摄像机电路板26a的表面处，并在电路板26a处基本上由镜头覆盖件28和镜头24包封(图1C和图1D)。摄像机电路板26a包括用于接收端子30a、30b的端部30c的一对孔26c。类似地，连接器电路板26b包括多个开口或孔26d，用于贯穿其接收连接器端子14c的端部14d。插脚或端子的端部也可在它们相应的开口内焊接到位。在进行了所有的连接之后，壳体可被折叠到其闭合位置并激光焊接或声波焊接到一起或以其它方式结合或粘接到一起以便将电路板基本上密封在壳体内。
可选地，盖22的外表面(其可暴露于摄像机模块外部的大气中)可涂覆为具有抗润湿性能，诸如经由亲水性涂层(或涂层的叠层)，诸如在号为6,193,378；5,854,708；6,071,606；和6,013,372的美国专利中公开的那样。附加地或替代地，盖22的外部或最外表面可选地涂敷为具有抗润湿性能，诸如经由疏水性涂层(或涂层的叠层)，诸如在号为5,724,187的美国专利中公开的那样。在盖的最外表面上的这样的疏水性可通过各种手段来实现，诸如通过使用利用硅氧烷结构部分(silicone moiety)(例如，掺入硅氧烷部分的氨基甲酸乙酯)的有机和无机涂层或利用金刚石状碳涂层。例如，长期稳定的防水性及防油性的超疏水性涂层，诸如在号为WO0192179和WO0162682的世界知识产权组织PCT公开中描述的那样，可设置在盖的外表面上。这种超疏水性层包括用疏水剂覆盖的纳米结构化表面，其由底层补足层来供应(诸如在下述文献中描述的那样，Classen(克拉森)等人，“Towards a True'Non-Clean'Property:Highly Durable Ultra-Hydrophobic Coating for OpticalApplications(朝向真实的“免清洁”性能：用于光学应用的高度耐用的超疏水性涂层)”,ECC 2002"Smart Coatings"Proceedings(“智能涂层”杂志),2002,181-190)。为了公开的能够实现和完整性，所有上述参考文献都通过引用并入本文。
在图1A至图1D中，示出摄像机模块10包括保护性导电护罩或外壳16，它部分地包封塑料壳体11且用于限制或减少可进出摄像机模块10的电子噪声并保护塑料壳体免受来自所述摄像机模块可在车辆的外部部分处会遇到的各种物件或碎屑的冲击造成的损坏。
保护性护罩或外壳16包括一对外壳部分16a(其中一个在图1C和1D中示出)。每个外壳部分16a围绕摄像机模块10的塑料壳体11的一半部分地包封并部分地重叠外壳部分16a的其它部分，以基本上将塑料壳体包封在保护性护罩16内。每个部分16a包括槽16b，用于接收通过其的安装凸片12d，以便将摄像机模块安装在车辆的所需位置处。每个外壳部分16a包括重叠部分16c，其重叠另一外壳部分16a的边缘以便围绕塑料壳体11组装外壳16。外壳部分16a可焊接、压接、粘合、绑接，或以其它方式围绕塑料壳体11结合或固定到一起，以便包封壳体11。优选地，保护性护罩16包括金属护罩并在摄像机接收部分12的圆柱形部分12a的外表面处接触加热装置30的接地端子30b，因此可经由接地端子30b接地到加热装置和/或摄像机模块或单元。保护性护罩16可包括冲压的金属护罩或可通过真空在塑料壳体11上金属化屏蔽层来形成，或者可包括箔片等。
根据本发明，如现在其参照的图2至图10中所示，集成的多个图像传感器和镜头清洗喷嘴组合件100配置成适于车辆的多摄像机(或其它图像传感器)模块100并且设有多个传感器，其中每个传感器由相应的物镜覆盖件或外表面覆盖，诸如大致平坦的镜头覆盖件102和圆顶的或“鱼眼”镜头覆盖件104，其安装或就地模制在基本上平面的壳体部段或框座106内，壳体部段或框座106进而可以上述方式固定到在车辆表面上或其内的传感器封壳或壳体封壳108(参照图4)。本发明的一体式模块100进一步包括喷嘴组合件110，其安装在壳体盖106上或模制在壳体盖106内，并且配置成引导可控的流体清洗器喷雾以便清洁多个镜头覆盖件，其也安装在壳体平面外表面内或携载在壳体的平面外表面上。应当理解的是，示出的镜头覆盖件102和104优选是适于安装在壳体封壳108内的相应传感器镜头的保护盖；然而，在一些情况下，传感器镜头元件的外表面可固定在壳体盖的顶表面内或在壳体盖的顶表面上方延伸，如当传感器直接安装到壳体盖或框座106的内部时。
为了本文的参考便利性，每一物镜或光学元件102和104可被互换地称为镜头或镜头覆盖件。多个镜头或镜头覆盖件可以是适于不同类型传感器的部分或覆盖件，诸如适于镜头102的红外传感器和适于镜头104的视频摄像机，或传感器可以是相同类型的，其中不同的镜头提供不同的视野。此外，尽管示出两个镜头，但是应当理解的是，附加的镜头或镜头覆盖件可安装到壳体上并与两个图示的镜头对准以便同时清洁。
多个镜头102和104和喷嘴组合件110在横向上沿着盖或框座106的基本上平面的远端表面的宽度彼此偏移以及优选沿着横向轴线112对准(参见图3)，以提供集成的、紧凑的传感器和镜头清洁器封装或一体式模块100，其满足当今的车辆设计的需求，其中越来越多的传感器被用来给驾驶员提供增强的可见度以及使得车辆的控制和自动化得以改进。本发明的镜头清洁器系统对镜头和喷嘴组件进行布置，以便通过优化镜头或镜头覆盖件相对于彼此以及相对于喷嘴组合件的高度和间隔，以通过单个喷嘴组合件产生有效的清洁操作来提供多个镜头的简单而有效的同时清洁。
横向偏移的流体喷嘴组合件110位于壳体盖106的一端部处，并且包括喷嘴头120，其优选包括将进行描述的合适的流体振荡器回路。喷嘴组合件110安装到或固定在壳体盖106内，并配置成以及瞄准成产生扇形的振荡喷雾122，该振荡喷雾沿着喷射轴线112瞄准以便同时清洁镜头覆盖件102和104的外表面(参见图3、图7A和图7B)。壳体108优选包封至少两个图像传感器单元124和126，其可以是常规的汽车红外线或视频摄像机传感器，所述传感器分别具有对应于并优选位于保护盖或物镜外表面102和104后面的镜头。传感器单元通过相应的电缆128和130连接到合适的显示器和/或控制件，如现有技术中常规的那样，以允许车辆的驾驶员、使用者或操作者使用内部显示器，以确定外视摄像机物镜表面或覆盖件102或104是否由累积的碎屑(例如，积累的污垢、灰尘、泥土、路盐或其它堆积的碎屑，未示出)遮挡或覆盖。
返回到图3和图8A，喷嘴头120可配置有空腔，所述空腔配置成接收流体回路插入件或片形件170并在入口178和模块入口或倒钩部138之间提供流体连通。如图3和图8A中最佳所示，该流体回路的特征关于对称轴线或者流体轴线177对称地限定，该对称轴线或者流体轴线定中到流体出口或喷射孔口174上，且流体轴线177通过喷嘴头120取向和瞄准以便与喷射轴线112基本共轴。
驾驶员可从由一个或两个传感器124和126产生的图像确定外部物镜表面102和104是否在车辆移动之前充分清洁。如果驾驶员确定需要清洗，则常规的喷射控制器被激活以通过入口管138(图6)在压力下将清洁流体传送到喷雾喷嘴组合件110及其流体喷雾喷嘴头120。应当指出的是入口管138经由弯头管接头139连接，以及布线和流体连接器上的各种变化可与本发明一起使用。
位于壳体盖106上的喷射喷嘴头120优选从最近的镜头覆盖件102横向间隔足够远，但也足够小(参见图5)以便完全不在分别在镜头覆盖件102和104处由FOV线140和142指示两个图像传感器的视野(“FOV，Field of View”)内，并且配置成和瞄准成将清洁流体122喷射到两个外部物镜镜头覆盖件表面上。如图所示，喷雾122以小的窄的扫掠角引导，其优选几乎平行于最近的相对低和平坦的横向间隔开的镜头覆盖件102。喷雾122的部分横过镜头表面102进行清洗，而喷雾的剩余部分经过镜头覆盖件102并且在更远的镜头覆盖件104上进行冲击，其沿着横向喷射轴线112从镜头102横向地间隔开，并优选具有较高的轮廓，诸如在附图中针对镜头104示出的圆顶状。
在图7A和图7B的照片中可最佳看到实际的喷射扇形122和包括喷雾122的液滴，其示出根据本发明的适于原型模块100的实际操作。更具体地，图7A是集成的多个图像传感器和镜头清洗喷射喷嘴组合件100的照片，其示出喷雾模式122具有均匀的扇形，其具有约35度的扇形角，围绕横向的喷射轴线112对称地设置。如在图7A的顶部侧视图中最佳看到的那样，喷雾122保持其扇形，同时在最近的或第一镜头102上进行清洗，然后继续并冲击更远的或第二镜头104，在图示的示例中，其是“360”镜头或宽视野的镜头，其具有比更近镜头102更大的高度(H3)和更凸的形状。在冲击第二镜头104之后，流体附接到第二镜头104的圆顶形表面并且围绕镜头104的表面流动。图7B是根据本发明的集成的多镜头和流体喷射喷嘴组合件100的固定帧照片，其示出以喷雾模式122喷射清洗流体的单独液滴的轨迹。液滴被视为扫掠过并清洗最近的或第一镜头102并冲击第二镜头104的最近暴露圆顶形表面。
如图2、图4和图6中总体上示出的那样，喷射喷嘴组合件120通过可调节的安装固定件150固定到壳体盖106，例如，所述安装固定件150包括在盖106的上表面和下表面上的一对板152和154，其由穿过壳体壁并由相应的螺母或夹持件固定的四个螺纹紧固件、销或螺栓156、158、160和162夹持到一起。被夹持的板之间的间距可在任何角落处如通过合适的垫片进行调节，以调节喷嘴头的高度和垂直角度。喷嘴头也可在壳体内旋转以允许喷雾喷嘴的大范围的调节，因而大范围地调节喷雾122的垂直和水平方向。
喷嘴组合件的喷嘴头120安装在上部板152上，并通过板152和154连接到流体供应管138。喷嘴可选地包括梯级蘑菇形流体振荡器，如在共同拥有的美国专利7267290中描述的那样，其全部公开内容通过引用并入本文，并在图8A和图8B中示出。该流体振荡器优选地配置成插入件或片形件170，其具有在插入件的至少一个表面内限定的开放通道或内腔。示例性的流体片形件170具有相互作用腔室172，用于在出口孔或孔口174处提供为流体液滴的振荡喷雾形式的排出流动(例如，122)。振荡器的几何结构包括一对动力喷嘴176，其配置成使得来自入口管138的加压入口流体的移动加速，该入口管与插入件的入口内腔178流体连通。相互作用腔室或振荡腔室172接收来自动力喷嘴的流动并产生和保持移动涡流，以产生流体液滴的振荡喷雾，它们沿着流体轴线177通过出口孔口174喷出，流体轴线177在使用中与喷射轴线112共轴。
产生流动不稳定形的特征优选包括突起，其从流体通路的每个侧壁180、182向内延伸，以便导致突起下游的流动分离区域，但也可包括在动力喷嘴176的底部的高度上相对于相互作用腔室的梯级184，如图8B中最佳可见的那样。柱186提供适于流体的过滤器。在图示的实施例中，流体结构170具有内部流体通道的几何形状，其关于流体轴线177是对称的，并且出口孔口174被限定为由流体轴线177等分或关于流体轴线177定中的孔，以及振荡喷雾122优选为液滴的扇形喷雾，其具有定中到流体轴线177上的选定扇形宽度。
流体振荡器可以通过循环偏转流体射流来提供宽范围的液体喷雾模式。如优选在本发明中使用的流体振荡器的操作的特征在于流体射流的循环偏转或振荡。流体振荡器的一个优点是它们提供流体液滴的振荡喷雾但不需要移动部件，因此不经受磨损和破坏，而这样的磨损和破坏会在其它振荡喷射装置的可靠性和操作产生不利影响。备选地，本发明的摄像机壳体和喷嘴组合件可具有无特征的中空内部内腔，其限定从流体入口138到开放的剪切喷嘴的圆柱形或环形流体通路，开放的剪切喷嘴适于优选以几乎平行于镜头覆盖件外表面的窄的掠射角用清洗流体来喷射外部物镜表面。
优选地，在集成的多镜头清洗器100中的横向偏移的喷射喷嘴组合件120安装并配置成从约15毫米的第一选定的横向偏移距离D1(从喷嘴的出口174到最近的物镜或镜头覆盖件102(参见图3和图5)外表面222的中心)瞄准喷雾122。选定的横向偏移距离优选在由10毫米和30毫米界定的范围内，以便保持整个封装尽可能紧凑。类似地，镜头覆盖件102的中心和最远处的镜头覆盖件104的中心之间的横向偏移距离D2(在此示出的两个传感器的实施例中)也可以是约15毫米，并且优选在10毫米到30毫米的范围内。
如图5中所示，喷嘴120的相对高度H1，镜头覆盖件102的H2，和圆顶形镜头覆盖件104的H3，被选择成将喷雾122在基本上平行于壳体106的顶部平坦表面、跨过并几乎平行于镜头或覆盖件102的顶表面的方向上瞄准，以便扫掠过镜头102的顶表面以及基本上直接冲击镜头104的表面。相关联的托架150将喷射喷嘴在从镜头和喷嘴组合件的中心线或轴线112的横向偏移和方位角两者并在镜头上方相对于镜头保持在固定位置。
当设计该多镜头传感器和清洗器喷嘴清洗系统和封装时考虑多个变量，包括：安装方法、封装空间、视野(FOV)的考虑和缓解不利的系统影响。
适于喷嘴组合件110的优选安装或者附接方法是将喷嘴组合件110集成到传感器框座或壳体上或其内，如图所示。该安装位置确保无论传感器位于何位置，从喷嘴喷射的流体总是朝向镜头表面的中心在正确的位置处瞄准。独立于传感器壳体安装的喷嘴可能会经受对准和公差的问题，并变得瞄不准。当然应当理解的是，将存在不允许直接附接的一些多传感器设计并将需要单独的安装方案。上述的良好喷嘴安置的基础都是一样的，而不管附接方法如何。
通常情况下，多传感器组合件在车辆中的位置由于封装和视线目标而被限定于某些特定区域。遗憾的是，对于传感器清洗喷嘴的封装而言，最好的车辆面板外部位置也往往趋于有利于其它组件，如对提升门拉手或照明组件同样有利。其结果是，这些车辆面板的外部位置具有非常紧密的封装约束，推动对非常小的喷嘴和紧密的喷嘴到传感器包封的需求。
应当理解的是，许多现有的传感器，诸如某些摄像机的鱼眼镜头，具有从120度至170度的视野(FOV)角度。对系统功能的一个主要的约束因素是没有东西能够侵入到传感器的显示视野内，使得使用者不被镜头清洗喷嘴110的外观分心。因此，喷嘴应以如此的方式横向定位以至于它不在传感器视野内。在本发明的图示实施例中，喷嘴从固定的几乎平行于镜头的位置取向和瞄准，以便从传感器的视野远离并在传感器视野的后面。由于传感器FOV接近并超过180度，这当然将变得不可能；事实上，对于非常大的角度，车辆的其它组件将变得可对于传感器而言可见。于是将有必要将组合件放置成“隐藏”在车辆外表面特征的散乱排列内，尽量减少侵入到传感器的“清晰”视野内。
在本发明的优选实施例中，组合件100的喷射喷嘴110产生流体分布，其中全部或尽可能多的镜头或镜头覆盖件两者被流体覆盖，其中在喷嘴头120变得对于传感器而言可见之前流体以约-1度到-20度左右扫掠过最近的镜头覆盖件(“瞄准角”)。虽然最近的镜头102的高度H2低于喷嘴出口174的高度H1，该传感器的视野必须相对窄，如在图6中以140所示，而喷嘴出口与最远的镜头104之间的距离(D1+D2)允许传感器104具有如以142指示的相对宽的视野。对于喷雾122几乎平行于镜头104的冲击的另一个显著优点是流体充分参与将碎屑推掉或横向跨过镜头，而不是倾斜地冲击镜头或从镜头弹回，在更高的瞄准角度下会经受倾斜地冲击镜头或从镜头弹回。另一方面，镜头104的圆顶形状允许喷雾的更直接冲击以便清洁在较大距离处的镜头。此外，当瞄准角度增加时，必须将喷嘴从所述壳体的表面进一步向上移动，增加其暴露于视野的程度，以及使得封装难以在外观上有吸引力。因此，喷嘴应保持在10度(向下到镜头的瞄准角度)，以保持美观的封装成为合理的。
除了考虑瞄准角度之外，喷嘴从镜头中心相距的距离(如图6所示)也是重要的。喷嘴越接近于最近镜头102的中心，则流体分布(和喷射扇形角)必须更广以覆盖镜头的整体。过度接近镜头中心出于许多原因是令人反感的。首先，喷嘴简单地太靠近摄像机主体，并且可能会与它发生物理冲突。其次，分布角度(和喷射扇形角)需要更广以获得良好的覆盖。更广的喷射扇形角度使得相对较小的流体流动分布在更大的镜头清洁区域上，这可导致对不同的分布几何形状或更高的流率的需求。申请人已经发现通过一种有效的分布几何形状，喷嘴出口和最近的传感器镜头覆盖件之间的横向偏移距离优选为约18毫米至约28毫米之间。这种横向偏移是近似的，因为瞄准角度和喷嘴末端高度的变化趋于使得几何形状复杂化。
本领域内的技术人员将认识到的是，集成的多个图像传感器和镜头清洗喷嘴组合件100(优选)配置有壳体108，其具有向外取向的壁或框座表面106，向外取向的壁或框座表面106限定基本平坦的壳体固定件表面或框座表面106，壳体固定件表面或框座表面106支撑包括向远侧突出的喷嘴头120的喷嘴组合件110。喷射喷嘴头从框座表面106的表面向远侧仅突出几毫米，并优选包封和瞄准流体振荡器(例如，170)(如图8A中所示)。喷嘴头120成形为向远侧突出的盒形封壳，其靠近或邻近于第一镜头表面102的周边边缘，其从框座表面106内的第二镜头104间隔开，以及流体振荡器以选定的扇形角(例如，35度)产生高速喷雾122以便清洗两个(多个)镜头102、104，并提供紧凑和不显眼的一体式多摄像机和摄像机清洗喷嘴组合件的封装100。喷嘴头120也可配置成产生扇形剪切射流。
集成的多个图像传感器和镜头清洗喷嘴组合件100包括入口管或倒钩部138，其限定与喷嘴头120处于流体连通的流体传输通道。壳体固定件108配置成包封和支撑多个(例如，第一和第二)图像传感器或摄像机并约束每个摄像机的外部镜头102、104朝向远端侧暴露的程度。每个外部镜头具有外部镜头表面102、104和镜头中心轴线102A、104A，外部镜头表面102、104具有镜头周边，镜头中心轴线102A、104A从每个镜头表面向远侧突出，其中每个镜头的视野被限定为向远侧突出的立体角(例如，140，截头圆锥或棱锥，涵盖在由驾驶员查看的视频显示器中的视野(未示出))，其包括镜头中心轴线102A、104A以及起始于镜头周边内。清洗系统110包括至少第一喷嘴组合件，其配置成由低轮廓的壳体固定件120朝向外部镜头102、104支撑和瞄准，低轮廓的壳体固定件120限定封闭的内部流体传输管道或内腔，其提供流体入口138和喷嘴头120之间的不受阻碍的连续流体连通，喷嘴头120可选地包括配置成与流体回路插入件(例如，170)配合的空腔。更具体地，喷嘴头120配置成为向上或向远侧突出的盒形封壳，其从瞄准固定件的远端壁段106向远侧突出。壳体固定件108和框座壁段106优选制成为单独的塑料组件并且当组装时通过在框座106的近侧表面和摄像机壳体封壳108之间包括环形的弹性体或橡胶密封件可选地密封地接合到一起。
喷嘴组合件110配置和瞄准成将清洗流体以基本上平面的片层122朝向外部镜头表面102、104并横过整个视野喷射，所述片层122具有选定的厚度，其以约1°的第一选定的喷射瞄准角喷射(例如，以角度在近侧倾斜的平面中喷射)。选定的瞄准角度可相对于切向于镜头外表面102、104的平面在1度和20度之间的范围内(如图5中可见的那样)。喷嘴头120取向成从选定侧喷射，这意味着它瞄准成沿着相对于在每个镜头周边上的选定固定参考点或基准102D、104D的第一选定喷射方位角喷射。向远侧突出的喷嘴头120位于旁边并瞄准成沿着横向喷射轴线112喷射，横向喷射轴线112与每个远端的物镜表面102、104的中心相交(并且因此瞄准在所述中心)，所以从喷嘴头120的喷射轴线112优选瞄准成与每个镜头轴线102A、104A相交，以及喷雾122在每个参考点或基准102D、104D处越过每个镜头的周边边缘。
优选地，镜头清洗喷嘴流体回路(例如，170)包括第一流体振荡器相互作用腔室172，其配置成对流动通过入口的加压清洗流体的选择性致动的流动进行操作，以产生流体液滴122的第一排出流动，以及壳体的流体入口138接收加压的清洗流体，并与第一相互作用腔室172处于流体连通，所述第一相互作用腔室172将加压的清洗流体向远侧传递到所述第一横向偏移的出口喷嘴174，其朝向外部镜头表面并横过整个镜头视野瞄准。优选的喷射流动速率在18psi下每个喷嘴为约200毫升/分钟，以及如果清洗两个镜头的话，喷射厚度(即，在横向于喷射的扇形角平面的喷射平面内看到的厚度，如图5中所示)优选为大于2度。对于不同的喷嘴头和镜头布置配置可以选择更厚的喷射。通过由喷嘴头120以这种方式瞄准的流体振荡器产生的振荡动作和大的液滴被发现非常迅速地润湿多个镜头表面，并提供动力学的冲击作用，其被发现作为横向离开框座表面106的流动流出物的一部分冲击、溶解和推动碎屑(未示出)。
可选地，喷嘴头120配置成为非振荡剪切喷嘴，其配置成产生基本上扁平的扇形喷雾，其具有选定的喷射扇形角(例如，35度)，非振荡扇形喷雾与具有相对均匀尺寸和速度的液滴的振荡喷雾相比不太有效。备选地，横向偏移的清洗喷嘴头1030可配置成非振荡的虫眼喷嘴，其配置成产生至少一个基本上为实心的(solid)流体射流(即，不具有扇形角的基本上实心的流体流)，其与图7A和图7B中所示的振荡喷雾122相比也不太有效。
图2至图7B中示出的集成的多个图像传感器和镜头清洗喷嘴组合件100优选配置成集成的汽车多摄像机模块和喷嘴组合件，其中多摄像机模块和瞄准的喷嘴组合件110一体地封装为配置成用于组装到车辆8内的单件一体式模块100。壳体108内的每个流体不可渗透的摄像机模块包封在低轮廓的壳体固定件框座106的后面并且固定在低轮廓的壳体固定件框座106内，并具有内部，该内部配置成包封和瞄准具有物镜和像素化图像传感器阵列(例如，18)的成像传感器，其中框座106可以是透明的，并限定每一个摄像机的物镜组合件的一部分。
喷嘴头120可以是两件式结构。壳体的喷嘴头120可包括空腔或凹窝(未示出)，其构成两个主要喷嘴件的其中之一。流体插入件或片形件(例如，170)构成两个主要喷嘴件的另一个。如果喷嘴头包括用于接收插入件170的空腔，则在该空腔内限定的大致平坦的平面的底部表面终止于在壳体的向远侧伸突出的封壳的面向镜头的侧表面内所限定的宽的、通常为矩形的开口。在内部，来自入口138的流体输送内腔与喷嘴头120的内部流体连通，并与流体入口供应通道或内腔流体连通，流体入口供应通道或内腔终止于在空腔侧壁表面中的开口(未示出)内。流体供应内腔与在喷嘴头空腔内限定的内部容积连通，并且当加压的流体被泵入并通过喷嘴供应通道时，该流体流动到空腔内并且进入和通过流体结构(例如，170)。
流体插入件或片形件(例如，170)是大致平坦的构件，其适于被推入或压入壳体的空腔1011C内，并由壳体空腔壁在插入件上施加的压力而牢固地保持在其中。为此目的，壳体从其制成的材料是固体塑料，其在压力下略微变形。空腔具有顶壁和底壁，所述顶壁和底壁间隔开距离，所述距离基本上等于在插入件顶表面和底表面之间的插入件(例如，170)的厚度。可选地，底部表面可能会略微成弓形，使得插入件沿着其中部稍厚。插入件的侧壁也同样地间隔开距离，所述距离基本上等于在其左侧和右侧或横向边缘之间的插入件的宽度。在一个优选的实施例中，流体回路插入件(例如，170)可比喷嘴头空腔宽一英寸的千分之几。插入件和空腔可沿其长度逐渐变细，在前端部更宽以及朝向后端逐渐变窄。锥度可以是逐渐的，或者可以朝向彼此稍微成角度的多个离散部段来实现。
流体振荡器在插入件(例如，170)中限定为在顶部表面中的多个凹入部分。具体地，振荡器包括相对的左侧动力喷嘴文丘里管形通道和右侧动力喷嘴文丘里管形通道176，其朝向相互作用区域172的中心向内指向。相互作用区域的前端终止于出口喉部或孔口174，其与所述喷射177的中心轴线对准，并且喷雾模式122优选关于该轴线177对称。所有的流体结构特征被限定为进入到插入件或片形件的顶表面内的相同或不同深度的凹部。当流体插入件(例如，170)完全插入到所述壳体的槽或空腔内时，壳体的内部内腔限定在空腔内的开口，并且这些开口与插入件的入口178对准并与其连通，使得流入到壳体入口138内的清洗流体或水流入到相互作用腔室172内，以便在其中产生振荡旋涡，使得产生振荡以及流体射流来回扫掠，以便产生通过出口孔口174喷射出的所需喷雾122。当选定的流体插入件(例如，170)被压入或推入到喷嘴头空腔内时，空腔的侧壁略微伸展并进而沿着插入件的中部施加较高的压力。形成在插入件(例如，170)的顶表面中的振荡器基本上定中在插入件的边缘之间并且非常紧密地密封抵靠所述空腔的内壁，使得在插入件的表面中或在空腔的表面中形成的流体振荡器仅通过由压配合接合所施加的压力就可密封。
应当指出的是，虽然示出为基本上是平面的，但是喷嘴头的空腔和流体插入件(例如，170)可以是弧形的、有角度的或以其它方式配置的，这取决于所需的喷嘴头120的形状和喷雾模式。类似地，振荡器通道可在插入件的顶表面和底表面或在空腔的顶部壁和底部壁两者中限定。唯一的限制是流体振荡器，不管它限定在哪一个或哪些个表面内，都通过由压配合在壳体空腔内产生的压力而由抵靠表面密封。
当集成的多个图像传感器和镜头清洗喷嘴组合件100在使用中时，加压的清洗流体流入到流体入口138内，然后进入到相互作用腔室内，所述相互作用腔室将加压的清洗流体向远侧传递到出口孔口174，其配置成协助瞄准成将清洗流体从相互作用腔室喷射或排出并产生朝向外部物镜表面102、104并横过每个图像传感器视野瞄准的高速流体液滴122的振荡喷雾。外部装饰件(未示出)可具有不显眼的隆起或泡罩，其将完全覆盖并基本上隐蔽向远侧突出的喷嘴头120和喷雾122从其喷出的喷嘴孔口，同时允许横向喷射以完全不受阻碍的流动从喷嘴射出，其中任何积聚的碎屑或污物将从镜头表面102、104清洗掉并越过外部装饰件106的外部的朝外的下游表面。
本发明的镜头清洗系统可容易地集成到OEM标准设备内，诸如在图9中以200示出，且已被指定包括在许多汽车和其它车辆内。如图9中所示，例如，现有的挡风玻璃清洗系统202(“前部洗净”)或后窗清洗系统204(“后部清洗”)需要使用清洗流体储器和泵送系统以便提供加压的清洗流体的供应。清洗器储液罐或储器206通常包括内部泵208，其被激活以从储器抽取清洗流体以及将加压流体供应到管道网210(例如，包括内腔、管或软管)，其供应挡风玻璃清洗喷嘴212和后窗清洗喷嘴214。在根据本发明的一个实施例中，镜头清洗响应于驾驶员控制输入或自动地致动。在自动操作中，响应于驾驶员使用挡风玻璃清洗系统或“前部清洗”，镜头清洗被启动或触发(例如，其中镜头清洗在每次挡风玻璃用前部清洗喷嘴212喷射时发生，或者备选地，镜头清洗可定期地选择性地致动，其中每3至5次前部清洗事件就进行一个瞬时的镜头清洗循环)。类似地，后窗或提升门/后车灯清洗可链接到适于倒车摄像机系统100的镜头清洗，如上所述，其中倒车摄像机镜头清洗在每次后窗用后部清洗喷嘴214喷射时发生，或者备选地，倒车摄像机镜头清洗可定期地选择性地致动，其中每3至5次后部清洗事件就进行一个瞬时的镜头清洗循环。
备选地，摄像机镜头清洗可使用内部显示器而是使用者可控制的，其中远程控制系统100包括至少一个喷嘴组合件110并配置成清洁一对图像传感器的物镜表面或镜头覆盖件，并且清洗掉积聚的使图像扭曲的碎屑。安装在汽车内部内的显示器可经由车辆的数据通信网络连接到传感器的外部物镜表面。当车辆在使用中时，由于图像传感器暴露于周围环境，因此将积聚使图像扭曲的碎屑。图像传感器镜头清洗系统配置有横向偏移的清洗喷嘴，以便以视野最近镜头的窄的扫掠角以及以适于更远镜头的直接冲击角选择性地将清洗流体喷射到图像传感器的物镜表面上。所述喷雾沿着瞄准角横过视野瞄准，所述瞄准角以例如相对于外部物镜表面在由1°和20°界定的范围内的选定的瞄准角瞄准，并且喷雾响应于持续几秒钟的瞬时清洗控制信号来致动。清洗系统致动开关安装在车辆的内部，并且配置成当观察显示器时的驾驶员需要镜头清洗系统致动时选择性地并且瞬时地产生清洗控制信号。
根据本发明将多镜头集成清洗系统100添加到标准的车辆系统可以多种方式来完成。它们可被系附到现有的系统内，像在SUV中的后部玻璃清洁，因此每当后部玻璃被清洁时摄像机也被清洁，而反之亦然。系统也可设计成使得在要求时进行清洁，并且需要添加专门的泵和控制器或控制系统，其编程为执行上述的方法步骤。然而，非常优选的是保持清洗流体储器的相同数量和大小，因为第二储器或流体瓶将被添加到车辆8以容纳传感器清洁喷嘴系统是极不可能的。由于车辆的封装一般不允许较大的清洗机储器，任何摄像机清洁系统必须消耗尽可能少的流体以便具有对车辆整体性能的最小影响。
如上所述，由于期望将把本发明的镜头清洗系统添加到现有车辆系统的整体效果最小化，小的流动速率对于喷嘴系统100而言是优选的。一个实施例可使用流体喷嘴，其具有在18PSI下为200+/-40毫升/分钟的目标流动速率，这已证明在清洗镜头中用上述封装准则是非常有效的。考虑到这些流动和封装方面，图8A和图8B的梯级蘑菇形流体回路能够以0.06毫米的梯级在寒冷的天气条件下良好地执行，并针对200毫升/分钟的流动速率而言允许以5mm×5mm的非常小的封装以及对于喷雾122而言的35°的喷射扇形角。最重要的是，这样的设计可保持最小的0.014”的动力喷嘴尺寸，对于良好的耐堵塞性能而言这是需要的。内腔宽度小于0.014”的动力喷嘴在汽车的情况下有堵塞的风险。流体回路还设有内部过滤器(例如，参见过滤柱186)。
集成的多个图像传感器和镜头清洗喷嘴组合件100(优选)配置有壳体108，其具有向外取向的壁或框座表面106，向外取向的壁或框座表面106限定基本平坦的壳体固定件表面或框座表面106，壳体固定件表面或框座表面106支撑包括向远侧突出的喷嘴头120的喷嘴组合件110。喷射喷嘴头从框座表面106的表面向远侧仅突出几毫米，并优选包封和瞄准流体振荡器(例如，170)(如图8A中所示)。喷嘴头120成形为向远侧突出的盒形封壳，其靠近或邻近于第一镜头表面102的周边边缘，其从框座表面106内的第二镜头104间隔开，以及流体振荡器以选定的扇形角(例如，35度)产生高速喷雾122以便清洗两个(多个)镜头102、104，并提供紧凑和不显眼的一体式多摄像机和摄像机清洗喷嘴组合件的封装100。喷嘴头120也可配置成产生扇形剪切射流。
集成的多个图像传感器和镜头清洗喷嘴组合件100包括入口管或倒钩部138，其限定与喷嘴头120处于流体连通的流体传输通道。壳体固定件108配置成包封和支撑多个(例如，第一和第二)图像传感器或摄像机并约束每个摄像机的外部镜头102、104朝向远端侧暴露的程度。每个外部镜头具有外部镜头表面102、104和镜头中心轴线102A、104A，外部镜头表面102、104具有镜头周边，镜头中心轴线102A、104A从每个镜头表面向远侧突出，其中每个镜头的视野被限定为向远侧突出的立体角(例如，140，截头圆锥或棱锥，涵盖在由驾驶员查看的视频显示器中的视野(未示出))，其包括镜头中心轴线102A、104A以及起始于镜头周边内。清洗系统110包括至少第一喷嘴组合件，其配置成由低轮廓的壳体固定件120朝向外部镜头102、104支撑和瞄准，低轮廓的壳体固定件120限定封闭的内部流体传输管道或内腔，其提供流体入口138和喷嘴头120之间的不受阻碍的连续流体连通，喷嘴头120可选地包括配置成与流体回路插入件(例如，170)配合的空腔。更具体地，喷嘴头120配置成为向上或向远侧突出的盒形封壳，其从瞄准固定件的远端壁段106向远侧突出。壳体固定件108和框座壁段106优选制成为单独的塑料组件并且当组装时通过在框座106的近侧表面和摄像机壳体封壳108之间包括环形的弹性体或橡胶密封件而可选地密封地接合到一起。
喷嘴组合件110配置和瞄准成将清洗流体以基本上平面的片层122朝向外部镜头表面102、104并横过整个视野喷射，所述片层122具有选定的厚度，其以约1°的第一选定的喷射瞄准角喷射(即，优选以角度在近侧倾斜的平面中喷射)。选定的瞄准角度可相对于切向于镜头外表面102、104的平面在1度和20度之间的范围内(如图5中可见的那样)。喷嘴头120取向成从选定侧喷射，这意味着它瞄准成沿着相对于在每个镜头周边上的选定固定参考点或基准102D、104D的第一选定喷射方位角喷射。向远侧突出的喷嘴头120位于旁边并瞄准成沿着横向喷射轴线112喷射，横向喷射轴线112与每个远端的物镜表面102、104的中心相交(并且因此瞄准在所述中心)，所以从喷嘴头120的喷射轴线112优选瞄准成与每个镜头轴线102A、104A相交，以及喷雾122在每个镜头参考点或基准102D、104D处越过每个镜头的周边边缘。
优选地，镜头清洗喷嘴流体回路(例如，170)包括第一流体振荡器的相互作用腔室172，其配置成对流动通过入口的加压清洗流体的选择性致动的流动进行操作，以产生流体液滴122的第一排出流动，以及壳体的流体入口138接收加压的清洗流体，并与第一相互作用腔室172处于流体连通，所述第一相互作用腔室172将加压的清洗流体向远侧传递到所述第一横向偏移的出口喷嘴174，其朝向外部镜头表面并横过整个镜头视野瞄准。优选的喷射流动速率在18psi下每个喷嘴为约200毫升/分钟，以及如果清洗两个镜头的话，喷射厚度(即，在横向于喷雾的扇形角平面的喷射平面内看到的厚度，如图5B中所示)优选为大于2度。对于不同的喷嘴头和镜头放置配置可选择更厚的喷雾。通过由喷嘴头120以这种方式瞄准的流体振荡器产生的振荡动作和大的液滴被发现在非常快速地润湿多个镜头表面的同时并提供动能冲击效果，其被发现作为横向离开框座表面106的流动流出物的一部分冲击、溶解和推动碎屑(未示出)。
可选地，喷嘴头120配置成为非振荡剪切喷嘴，其配置成产生基本上扁平的扇形喷雾，其具有选定的喷射扇形角(例如，35度)，非振荡扇形喷雾与具有相对均匀尺寸和速度的液滴的振荡喷雾相比不太有效。备选地，横向偏移的清洗喷嘴头120可配置成非振荡的虫眼喷嘴，其配置成产生至少一个基本上为实心的流体射流(即，不具有扇形角的基本上实心的流体流)，其与图7A和图7B中所示的振荡喷雾122相比也不太有效。
图2至图7B中示出的集成的多个图像传感器和镜头清洗喷嘴组合件100优选配置成集成的汽车多摄像机模块和喷嘴组合件，其中多摄像机模块和瞄准的喷嘴组合件110一体地封装为配置成用于组装到车辆8内的单件一体式模块100。壳体108内的每个流体不可渗透的摄像机模块包封在低轮廓的壳体固定件框座106的后面并且固定在低轮廓的壳体固定件框座106内，并具有内部，该内部配置成包封和瞄准具有物镜和像素化图像传感器阵列(例如，18)的成像传感器，其中框座106可以是透明的，并限定每一个摄像机的物镜组合件的一部分。
喷嘴头120可以是两件式结构。壳体的喷嘴头120可包括空腔或凹窝(例如参见图10B中的310C-R)，其构成两个主要喷嘴件的其中之一。流体插入件或片形件(例如，170)构成两个主要喷嘴件的另一个。如果喷嘴头包括用于接收插入件170的空腔，则在该空腔内限定的大致平坦的平面的底部表面终止于在壳体的向远侧伸突出的封壳的面向镜头的侧表面内所限定的宽的、通常为矩形的开口。在内部，来自入口138的流体输送内腔与喷嘴头320的内部流体连通，并与流体入口供应通道或内腔流体连通，流体入口供应通道或内腔终止于在每个空腔的侧壁表面中的开口(未示出)内。流体供应内腔与在每个喷嘴头空腔内限定的内部容积连通，并且当加压的流体被泵入并通过喷嘴供应通道时，该流体流动到空腔内并且进入和通过流体结构(例如，170)。
流体插入件或片形件(例如，170)是大致平坦的构件，其适于被推入或压入壳体的空腔内，并由壳体空腔壁在插入件上施加的压力而牢固地保持在其中。为此目的，喷嘴头120从其制成的材料是固体塑料，其在压力下略微变形。空腔具有顶壁和底壁，所述顶壁和底壁间隔开距离，所述距离基本上等于在插入件顶表面和底表面之间的插入件(例如，170)的厚度。可选地，底部表面可能会略微成弓形，使得插入件沿着其中部稍厚。插入件的侧壁也同样地间隔开距离，所述距离基本上等于在其左侧和右侧或横向边缘之间的插入件的宽度。在一个优选的实施例中，流体回路插入件(例如，170)可比喷嘴头空腔宽一英寸的千分之几。插入件和空腔可沿其长度逐渐变细，在前端部更宽以及朝向后端逐渐变窄。锥度可以是逐渐的，或者可以朝向彼此稍微成角度的多个离散部段来实现。
现在转到图10A至图10D的实施例，图10A是从壳体盖或框座306的顶侧或远侧看到的集成的多个图像传感器和镜头清洗喷嘴组合件300正视透视图，其示出双喷嘴组合件的喷嘴头320，并示出第一喷雾322L相对于定中在第一流体出口或喷射孔口上的第一对称轴线或流体轴线312L对称地限定，并且所述第一流体轴线312L通过喷嘴头瞄准成以便与定中在第一或左侧镜头302上的第一喷射轴线基本上共轴。根据本发明，第二喷雾322R相对于定中在第二流体出口或喷射孔口上的第二对称轴线或流体轴线312R对称地限定，并且所述第二流体轴线312R通过喷嘴头320瞄准成以便与定中在第二或右侧镜头304上的第二喷射轴线基本上共轴。图10B是图10A的从其喷射器系统壳体308分离的双喷射喷嘴头310的透视图，并示出配置成接收第一流体插入件和第二流体插入件(例如，170)的第一(或左侧)空腔310C-L和第二(或右侧)空腔310C-R。
图10C是集成的多个图像传感器和镜头清洗喷嘴组合件300的照片，示出喷嘴组合件的喷嘴头230处于操作中以及从第一喷射孔口和第二喷射孔口并沿着第一喷射轴线312L和第二喷射轴线312R喷射并喷射到相应的第一镜头302和第二镜头304上。图10D是图10A至图10C所示的镜头清洗喷嘴组合件的更快速度的曝光照片，示出在并排的喷射扇形322L、322R中所喷射的清洗流体的单独液滴。
双喷嘴式的集成的多个图像传感器和镜头清洗喷嘴组合件300(优选)配置有模制塑料的壳体308，其具有向外取向的壁或凸缘表面306F，向外取向的壁或凸缘表面306F限定基本平坦的壳体固定件表面或凸缘壁段，壳体固定件表面或凸缘壁段配置成支撑包括向远侧突出的喷嘴头320的喷嘴组合件310。喷射喷嘴头320从凸缘表面306F向远侧仅突出几毫米，并优选包封和瞄准第一流体振荡器和第二流体振荡器(例如，170)(如图8A中所示)。喷嘴头320成形为向远侧突出的双楔形封壳，其靠近或邻近于第一镜头表面302和第二镜头表面304的周边边缘。模块壳体308具有第一镜头302，其从第二镜头304间隔开，与第二镜头304在壳体的镜头支撑框座表面306内处于共平面的关系，镜头支撑框座表面306在基本上垂直于喷嘴头凸缘306F的平面内取向。
双喷射喷嘴头320取向和瞄准第一流体振荡器和第二流体振荡器以产生左侧高速喷雾322L和右侧高速喷雾322R，每个喷雾具有选定的扇形角(例如，35度)以便清洗两个(多个)镜头302、304，并提供紧凑和不显眼的一体式多摄像机和摄像机清洗喷嘴组合件的封装300。喷嘴头320也可配置成产生扇形剪切射流。
集成的多个图像传感器和镜头清洗喷嘴组合件300包括入口管或倒钩部338，其限定与喷嘴头320处于流体连通的流体传输通道。壳体固定件308配置成包封和支撑多个(例如，第一和第二)图像传感器或摄像机并约束每个摄像机的外部镜头302、304朝向远端侧暴露的程度。每个外部镜头具有外部镜头表面302、304和镜头中心轴线302A、304A，外部镜头表面302、304具有镜头周边，镜头中心轴线302A、304A从每个镜头表面向远侧突出，其中每个镜头的视野被限定为向远侧突出的立体角(例如，截头圆锥或棱锥，涵盖在由驾驶员查看的视频显示器中的视野(未示出))，其包括镜头中心轴线302A、304A以及起始于镜头周边内。
本发明的清洗系统包括具有双喷嘴出口孔口的至少第一喷嘴组合件310，其配置成由低轮廓的壳体固定件320朝向外部镜头302、304支撑和瞄准，低轮廓的壳体固定件320限定封闭的内部流体传输管道或内腔，其提供流体入口338和喷嘴头320之间的不受阻碍的连续流体连通，喷嘴头320包括配置成与第一流体回路插入件(例如，170)配合的左侧或第一空腔310C-L以及与第二流体回路插入件(例如，170)配合的右侧或第二空腔310C-R，如图10B所示。更具体地，喷嘴头320配置成为双楔形的封壳，其从瞄准固定件的凸缘壁段306F突出。壳体固定件308和框座壁段306优选模制成为一体式的塑料组件。
喷嘴组合件310配置和瞄准成将清洗流体以基本上平面的第一片层322L和第二片层322R朝向对应目标的外部镜头表面102、104喷射，每一所述片层具有选定的厚度，其以第一选定的喷射瞄准角喷射(即，优选以角度在近侧倾斜的平面中喷射)。选定的瞄准角度可相对于平行于凸缘壁306F的平面在20度和40度之间的范围内(如图10A中可见的那样)，取决于壳体的框座表面306的垂直或成角度取向，支撑镜头外表面302、304。喷嘴头320取向成从选定侧喷射，这意味着它瞄准成沿着相对于在每个镜头周边上的选定固定参考点或基准302D、304D的第一选定喷射方位角喷射。向远侧突出的喷嘴头320位于旁边并瞄准成沿着第一喷射轴线312L和第二喷射轴线312R喷射，所述喷射轴线分别与相应的远侧物镜表面302、304的中心相交(并且因此瞄准在所述中心)，所以来自喷嘴头的第一或左侧流体出口孔口的第一喷射轴线312L优选瞄准成与该左侧镜头轴线302A相交，以及喷射322L在其参考点或基准302D处越过左侧镜头的周边边缘。类似地，来自喷嘴头的第二或右侧流体出口孔口的第二喷射轴线312R优选瞄准成与该右侧镜头轴线304A相交，以及喷射322R在其参考点或基准304D处越过左侧镜头的周边边缘。
优选地，该双喷嘴头包括一对流体回路插入件(例如，170)，每个流体回路插入件具有相互作用腔室172，其配置成对流动通过入口的加压清洗流体的选择性致动的流动进行操作，以产生流体液滴(例如，322L、322R)的排出流动，以及壳体的流体入口338接收加压的清洗流体，并与每一流体的相互作用腔室172处于流体连通，所述第一相互作用腔室172将加压的清洗流体向远侧传递到第一和第二横向偏移的出口喷嘴(例如，174)，其朝向相应的外部镜头表面并横过整个镜头视野瞄准。优选的喷射流动速率在18psi下每个喷嘴为约200毫升/分钟，以及喷射厚度优选为大于2度。对于不同的喷嘴头和镜头放置配置可选择更厚的喷射。通过由喷嘴头320以这种方式瞄准的流体振荡器产生的振荡动作和大的液滴被发现在非常快速地润湿多个镜头表面的同时并提供动能冲击效果，其被发现作为横向离开框座表面106的流动流出物的一部分(如图10C中可见到的那样)冲击、溶解和推动碎屑(未示出)。
可选地，横向偏移的低轮廓清洗喷嘴头330可配置成为非振荡剪切喷嘴，其配置成产生基本上扁平的扇形喷雾，其具有选定的喷射扇形角(例如，35度)，非振荡扇形喷雾与具有相对均匀尺寸和速度的液滴的振荡喷雾相比不太有效。备选地，横向偏移的低轮廓清洗喷嘴头320可配置成非振荡的虫眼喷嘴，其配置成产生至少一个基本上为实心的流体射流(即，不具有扇形角的基本上实心的流体流)，其与图10C和图10D中所示的振荡喷雾322L、322R相比也不太有效。
图10A至图10D中所示的集成的多个图像传感器和镜头清洗喷嘴组合件300优选配置成集成的汽车多摄像机模块和喷嘴组合件，其中多摄像机模块和瞄准的喷嘴组合件310一体地封装为配置成用于组装到车辆8内的单件一体式模块300。壳体308内的每个流体不可渗透的摄像机模块包封在低轮廓的壳体固定件框座306的后面并且固定在低轮廓的壳体固定件框座306内，并具有内部，该内部配置成包封和瞄准具有物镜和像素化图像传感器阵列(例如，18)的成像传感器，其中框座壁段306可以是透明的，并限定每一个摄像机的物镜组合件的一部分。
应当指出的是，虽然示出为基本上是平面的，但是喷嘴头的空腔310C-L、310C-R以及第一流体插入件和第二流体插入件(例如，170)可以是弧形的、有角度的或以其它方式配置的，这取决于所需的喷嘴头320的形状和喷雾模式。类似地，振荡器通道可在插入件的顶表面和底表面或在空腔的顶部壁和底部壁两者中限定。唯一的限制是流体振荡器，不管它限定在哪一个或哪些个表面内，都通过由压配合在壳体空腔内产生的压力而由抵靠表面密封。
双喷射喷嘴头320可以是适于喷嘴组合件310的三件式结构。喷嘴头320可包括第一空腔或凹窝310C-L和第二空腔或凹窝310C-R(在图10B中示出)，从而装配喷嘴头320的空腔构成三个主要喷嘴件的其中之一。一对流体插入件或片形件(例如，170)构成三个主要喷嘴件的另外两个。如果喷嘴头320包括用于接收插入件170的至少一个空腔，则在该空腔(例如，310C-R)内限定的大致平坦的平面的底部表面终止于在壳体的向远侧伸突出的封壳的面向镜头的侧表面内所限定的宽的、通常为矩形的开口。在内部，来自入口338的流体输送内腔与喷嘴头320的内部流体连通，并与流体入口供应通道或内腔流体连通，流体入口供应通道或内腔终止于在每个空腔侧壁表面中的开口(未示出)内。流体供应内腔与在每个喷嘴头空腔(例如，310C-R)内限定的内部容积连通，并且当加压的流体被泵入并通过喷嘴供应通道时，该流体流动到空腔内并且进入和通过流体结构(例如，170)。
流体插入件或片形件(例如，170)是大致平坦的构件，其适于被推入或压入壳体的空腔(例如，310C-R)内，并由壳体空腔壁在插入件上施加的压力而牢固地保持在其中。为此目的，喷嘴头320从其制成的材料是固体塑料，其在压力下略微变形。空腔(310C-R)具有顶壁和底壁，所述顶壁和底壁间隔开距离，所述距离基本上等于在插入件顶表面和底表面之间的插入件(例如，170)的厚度。可选地，底部表面可能会略微成弓形，使得插入件沿着其中部稍厚。插入件的侧壁也同样地间隔开距离，所述距离基本上等于在其左侧和右侧或横向边缘之间的插入件的宽度。在一个优选的实施例中，流体回路插入件(例如，170)可比喷嘴头空腔宽一英寸的千分之几。插入件和空腔可沿其长度逐渐变细，在前端部更宽以及朝向后端逐渐变窄。锥度可以是逐渐的，或者可以朝向彼此稍微成角度的多个离散部段来实现。
图11中示出根据本发明的多镜头清洗系统的第三实施例。从壳体盖或框座406的远端侧观察的集成的多个图像传感器和镜头清洗喷嘴组合件400的第三实施例示出双喷射喷嘴组合件的喷嘴头420，并沿着定中在第一流体出口或喷射孔口的第一对称轴线或流体轴线412引导或瞄准第一喷雾422L，并且所述第一流体轴线由喷嘴头420对准以便基本上与第一或左侧镜头402的中心轴线共轴。根据本发明，第二喷雾422R对称地限定定中在第二流体出口或喷射孔口的相同对称轴线或流体轴线412，并且所述第二流体轴线由喷嘴头420对准以便基本上与定中在第二或右侧镜头404上的第二喷射轴线共轴。
集成的多个图像传感器和镜头清洗中心喷嘴组合件400配置成适于车辆的多摄像机(或其它图像传感器)模块400并且设有多个传感器，其中每一个传感器由相应的物镜镜头覆盖件或外表面覆盖，物镜镜头覆盖件或外表面诸如是大致平坦的镜头覆盖件402和圆顶形或“鱼眼”镜头覆盖件404，其安装或就地模制在基本上平面的壳体部段或框座406内，壳体部段或框座406进而可以上述方式固定到在车辆表面上或其内的传感器封壳或壳体封壳408。本发明的一体式模块400进一步包括中央喷嘴组合件410，其安装在壳体盖406上或模制在壳体盖406内，并且配置成在相反的方向上引导可控的流体清洗器喷雾以便清洁横向间隔开的对准的第一镜头覆盖件402和第二镜头覆盖件404，它们也安装在壳体的平面外表面内或携载在壳体的平面外表面406上。应当理解的是，示出的镜头覆盖件402和404优选是适于安装在壳体封壳408内的相应传感器镜头的保护盖；然而，在一些情况下，传感器镜头元件的外表面可固定在壳体盖的顶表面内或在壳体盖的顶表面上方延伸，如当传感器直接安装到壳体盖或框座406的内部时。
为了便于本文参考，每个物镜或光学元件402和404可被互换地称为镜头或镜头覆盖件(如上述的示例)。多个镜头或镜头覆盖件可以是适于不同类型传感器的部分或覆盖件，诸如用于镜头402的红外传感器和适于镜头404的视频摄像机，或传感器可以是同一类型的，其中不同的镜头提供不同的视野。此外，尽管示出两个镜头，但是应当理解的是，附加的镜头或镜头覆盖件可以安装到壳体上并与两个图示的镜头对准以便同时清洁。
多个镜头402和404和喷嘴组合件410沿着轴线412对准并在横向上沿着盖或框座406的基本上平面的远端表面的宽度彼此偏移，以提供集成的、紧凑的传感器和镜头清洁器封装或一体式模块400，其满足当今的车辆设计的需求，其中越来越多的传感器被用来给驾驶员提供增强的可见度以及使得车辆的控制和自动化得以改进。本发明的镜头清洁器系统对镜头和喷嘴组件进行布置，以便通过优化镜头或镜头覆盖件相对于彼此以及相对于喷嘴组合件的高度和间隔，以通过单个喷嘴组合件产生有效的清洁操作来提供多个镜头的简单而有效的同时清洁。
定中的双喷射流体喷嘴组合件410位于壳体盖表面或框座106的中央部分内，并且包括喷嘴头120，其优选包括第一振荡器回路和第二振荡器回路(例如，170)。定中的双喷射喷嘴组合件110安装到或固定在壳体盖106内，并配置成瞄准以及产生第一扇形的振荡喷雾422L和第二扇形的振荡喷雾422R，它们在相反的方向上沿着喷射轴线412瞄准以便同时清洁镜头覆盖件402和404的外表面。壳体408优选包封至少两个图像传感器单元(例如124和126)，其可以是常规的汽车红外线或视频摄像机传感器，所述传感器分别具有对应于并优选位于保护盖或物镜外表面402和404后面的镜头。传感器单元通过相应的电缆(例如，128和130)连接到合适的显示器和/或控制件，如现有技术中常规的那样，以允许车辆的驾驶员、使用者或操作者使用内部显示器来确定外视摄像机物镜表面或覆盖件402或404是否由累积的碎屑(例如，积累的污垢、灰尘、泥土、路盐或其它堆积的碎屑，未示出)遮挡或覆盖。
定中的双喷射喷嘴头420可配置有相对的第一空腔和第二空腔，每一个空腔配置成接收流体回路插入件或片形件(例如，170)并在每个流体入口178和模块入口或倒钩部438之间提供流体连通。如图11和图8A中最佳所示，该流体回路的特征关于对称轴线或流体轴线177对称地限定，或者流体轴线177定中到流体出口或喷射孔口174上，以及对于双喷射流体结构的每一个而言，其流体轴线177通过喷嘴头420取向和瞄准以便与喷射轴线412基本共轴，以便清洗相应的镜头表面，如上所述。
在图11中示出的集成的多个图像传感器和镜头清洗喷嘴组合件400优选配置成集成的汽车多摄像机模块和喷嘴组合件，其中多摄像机模块和定中的双喷射喷嘴组合件410一体地封装为配置成用于组装到车辆8内的单件一体式模块400。壳体408内的每个流体不可渗透的摄像机模块包封在壳体固定件框座406的后面并且固定在壳体固定件框座406内，并具有内部，该内部配置成包封和瞄准具有物镜和像素化图像传感器阵列(例如，18)的成像传感器，其中框座壁段406可以是透明的，并限定每一个摄像机的物镜组合件的一部分。
应当指出的是，虽然示出为基本上是平面的，但是喷嘴头的空腔以及第一流体插入件和第二流体插入件(例如，170)可以是弧形的、有角度的或以其它方式配置的，这取决于所需的喷嘴头420的形状和喷雾模式。类似地，振荡器通道可在插入件的顶表面和底表面两者中限定或在空腔的顶部壁和底部壁内限定。唯一的限制是流体振荡器，不管它限定在哪一个或哪些个表面内，都通过由压配合在壳体空腔内产生的压力而由抵靠表面密封。
已经描述了新颖且改进的镜头清洁系统和方法的优选实施例，但是据信鉴于本文所阐述的教导其它修改、变化和改变将由本领域内的技术人员明了。因此应当理解的是所有这样的修改、变化和改变被认为落在本发明的范围之内。
机译： 集成式多图像传感器和镜头清洗喷嘴组件以及用于同时清洁多个图像传感器的方法
机译： 集成的多图像传感器和镜头清洗喷嘴组件以及用于同时清洁多个图像传感器的方法
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