CN109789449A - 自足式摄像头清洗系统及方法 - Google Patents

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Abstract

用于无人机(800)或作为汽车售后市场套件(1101)的自足式紧凑摄像头清洗系统(1000)使用类似于普通气雾罐的加压容器(1002)，来将清洗器流体经由可致动阀供应到清洗器喷嘴(1020)。流体供应容器很小以与无人机摄像头一起使用(例如，体积约为15ml)，并且易于包装在紧凑的组件中。对于汽车售后市场套件(1101)，更大体积的容器体积被提供并且构造为根据需要轻松地更换。

Description

自足式摄像头清洗系统及方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年7月28日提交的题为“Self-Contained Camera Wash Systemand Method”的美国临时申请No.62/368074的优先权，其中的公开内容在此通过引用以其整体并入本文。
通过引用并入的附加主题
在以下专利文献中公开和/或要求保护的主题通过引用以其整体并入本文：
2014年3月6日公开且题为“Integrated automotive system,nozzle assemblyand remote control method for cleaning an image sensor's exterior orobjective lens surface”的美国专利申请公开No.2014/0060582(Hartranft等人)；
2015年5月21日公开且题为“Integrated Automotive System,Pop Up NozzleAssembly and Remote Control Method for Cleaning a Wide Angle Image SensorsExterior Surface”的美国专利申请公开No.2015/0138357(Romack等人)；
2016年1月7日公开且题为“Integrated Automotive System,Nozzle Assemblyand Remote Control Method For Cleaning an Image Sensor's Exterior orObjective Lens Surface”的美国专利申请公开No.2016/0001330(Romack等人)；
2017年2月9日公开且题为“Integrated Automotive System,Compact Low-Profile Nozzle Assembly and Compact Fluidic Circuit For Cleaning a Wide-AngleImage Sensor's Exterior Surface”的美国专利申请公开No.2017/0036650(Hester等人)；
2017年2月9日公开且题为“Integrated Multi Image Sensor and Lens WashingNozzle Assembly and Method for Simultaneously Cleaning a Plurality of ImageSensors”的美国专利申请公开No.2017/0036647(Zhao等人)；
2016年2月18日公开的题为“Compact Split-Lip Shear Washer Nozzle”的PCT公开申请W02016025930(Gopalan等人)；以及
2004年11月1日提交、2007年9月11日颁布的美国专利No.US7267290(Gopalan等人)。
技术领域
本发明总体上涉及透镜清洁系统，并且更特别地涉及适用于与图像传感器或摄像头一起使用的这种系统，所述图像传感器或摄像头安装用于在摄像头透镜视野可能受到粘附于暴露的透镜表面的固体或液体物质损害的环境中操作。
背景技术
固态图像传感技术提供小且廉价的摄像头和图像传感器，其可用于合并到各种交通工具、运动器材和各种其它物品中。例如，通常被称为“无人机”的小型无人驾驶航空器通常包括一个或更多个摄像头。随着无人机变得越来越流行，显而易见的是，由于许多原因(包括公共安全)，用户和政府监管者将需要解决增加的需求以清洁它们的摄像头，以便确保准确的图像捕获以及装置的正确控制。
无人机通常在多尘或肮脏的环境中操作，并且安装在无人机上的用于导航和图像采集的摄像头需要清洁。控制无人机设计的物理要求不允许在飞行中使用传统的汽车式摄像头清洗系统。因此，需要一种用于无人机操作者在飞行期间清洗摄像头透镜的实用、廉价且不显眼的系统及方法。
作为一个相关问题，汽车摄像头清洗系统尚未合并到所有汽车和配备有外部(例如，“倒车”或后视)摄像头的其它交通工具中，并且这些汽车的拥有者必须定期手动清洁摄像头透镜表面。摄像头有意设计为不显眼的，因此许多交通工具拥有者甚至不知道到哪里寻找摄像头。因此，即使后视摄像头透镜变得足够脏而显著损害视野时，驾驶员也可能无法清洁后视摄像头透镜。因此，需要一种用于驾驶员将摄像头透镜清洁系统改装到没有工厂安装的摄像头清洗系统的交通工具的便利、灵活、廉价且不显眼的系统及方法。
发明内容
本发明的一个目的是通过提供一种紧凑、经济且易于安装的自足式图像传感器或摄像头清洗系统来克服上述问题和困难，该自足式图像传感器或摄像头清洗系统易于构造在至少两个实施例或构造中。
本发明的自足式图像传感器或摄像头清洗系统的第一实施例被构造为用于远程控制的飞行摄像头平台，即小型无人驾驶航空器系统(sUAS)或无人机，并且包括清洗器液体的可更换加压容器(例如，普通的气雾罐)，其用于将加压清洗器流体供应到清洗器喷嘴。罐的选择性远程致动以发射并致使加压清洗液体流到流体喷嘴可以以数种方式中的任何一种实现。例如，用于致动的方式本质上可以是机电式的，由此罐的出口管响应于远程传输和本地接收的电信号而被机械地移动。替代地，远程生成的信号可以控制电磁阀(或螺线管)，其选择性地允许加压流体从容器或罐流出。可远程致动的螺线管阀可以是位于用于可控地分配液体喷流的气雾罐内的类型，或者螺线管阀或其它控制器件可以设置在罐的外部并且布置成可控地从其中分配液体。液体分配器的致动对于每次喷射致动的发生时刻和/或持续时间可以随机地选择或是自动的。流体供应容器或罐足够小且重量轻，以允许与无人机上的摄像头一起机载使用，其中重量和空间考虑是极为重要的，并且易于包装在一体式紧凑组件中。替代地，无人机安装的自足式摄像头清洗系统喷嘴可经由柔性导管或管路连接，以便安装远离流体供应容器组件，从而：(a)在不同位置处并入多个摄像头时提供更大的灵活性，并且(b)有利地在无人机机身上分配重量。
清洗器喷嘴优选地是流体喷流喷嘴类型，其射出清洗器液体的横向振荡射流，其借助于其振荡而分解成均匀地且有效地撞击并覆盖目标区域(在本例中为图像传感器或摄像头透镜)的滴的形态。滴覆盖的均匀性允许每个单独的透镜清洁事件使用的流体少于其它类型的喷嘴所需的液体，这进而减少了必须存储在机载容器中的液体的量，以允许每次无人机飞行实现实际上合理数量的清洁事件。因此，减小了清洗器流体容器的尺寸和重量要求。为此目的可使用许多流体喷流喷嘴，且一些特别非常适合的示例在美国专利No.US7267290(Gopalan等人)和PCT公开申请WO2016025930(Bowles)中公开，两者均在上方通过引用并入本文。
无人机安装的自足式图像传感器或摄像头清洗系统优选地由触发器/开关无线地启用，所述触发器/开关附接至或合并在用于操作无人机的无人机操作者的手持控制器、PDA、平板电脑或膝上型计算机中。本发明的自足式摄像头清洗系统的优点在于，对于小型且重量轻的无人机，按命令清洁方法变得可用并且能在飞行中的任何时刻实现，例如在无人机正在观察或寻找它的通向其目标的路径时。低电压控制信号源自无人机的机载电力源，并且可以被选择性地施加到螺线管以致动阀，从而允许加压清洗器流体从容器被施加到喷流喷嘴。加压容器能根据需要被轻松地更换。
无人机安装的图像传感器或摄像头清洗系统可以是工厂安装在无人机上，或者可以作为用于售后市场安装的部件的套件提供。
本发明的自足式图像传感器或摄像头清洗系统的第二实施例被提供为构造为用于汽车售后市场的改装套件，其中清洗液体容器体积并不受限于对于无人机所需的重量和空间考虑。用于该实施例的更大容器体积可以是例如750ml。部件的自足式且紧凑的特性使其易于安装，并且容器可容易地更换(如果是气雾型)或被清洗液体补给(如果是选择性加压型)。汽车改装或售后市场自足式摄像头清洗系统清洗器可以优选地从安装在或以其它方式位于交通工具内部或乘员舱内的无线(例如，蓝牙)触发器/开关控制器无线地启用。喷流喷嘴可安装远离容器，以允许用于广泛的摄像头位置的使用。
自足式摄像头清洗系统流体存储容器和控制硬件的一部分或全部可以合并到一体式的单件封闭体或壳体中，该封闭体或壳体适合于安装在汽车上并且被包括在套件中，其具有构造为将壳体可拆卸地附接到并后置于汽车牌照支座的紧固件。这为视觉上不显眼的壳体提供了安装在牌照后方或下方的受保护的内部体积，有效地将牌照与交通工具隔开几厘米。对于某些汽车型号而言，该位于牌照后方的壳体提供了喷嘴的有利定位，因为工厂提供的后视摄像头通常设置在汽车牌照支座附近。用以操作控制信号接收和处理电路、螺线管阀或其它致动器以及相关的控制电子装置的能量可以从被包括的电池或从比如交通工具电池等通用电力源提供。汽车售后市场自足式摄像头清洗系统部件可以合并到单个一体式壳体或封闭体中，或者喷嘴可经由柔性导管或管路被连接，以允许安装远离流体供应贮存器组件，从而在合并不同数量和位置的待处理摄像头上提供更大的灵活性。
自足式图像传感器或摄像头清洗系统的汽车售后市场实施例的优点在于，代替接入到预先存在的汽车清洗器系统软管和泵中，交通工具驾驶员或用户能更简单地安装该系统，即仅需物理(即，机械)连接到交通工具。可选地，可以为某些型号提供与交通工具中现有电气配线的连接；例如，可以通过供应倒车摄像头的连接提供电力，并且清洗控制信号可以与提供给倒车摄像头的致动信号同步。
本发明的上述和又再一些特征和优点将在考虑其在本文中给出的特定实施例的定义、描述和描述性图后变得显而易见。在下面的详细描述中，各个图中的相似附图标记用于表示相似的部件和元件，并且相似的术语用于指代若干实施例中的类似或相应的元件。虽然这些描述涉及本发明的具体细节，但是应当理解的是，鉴于以下描述，变型可以且确实存在并且对于本领域技术人员将是显而易见的。
附图说明
图1是交通工具的后视透视图，该交通工具具有后视成像系统或倒车摄像头，其为具有可以根据本发明被清洁的透镜的类型。
图2是示意图，示出了以本发明清洁成像系统外部物端透镜表面的流体喷嘴所射出的流体喷流形态的透视图。
图3是图2的喷嘴和喷流形态的示意性侧视图。
图4是透视图，示出了来自根据本发明的构造为清洁摄像头的物端透镜表面的流体喷嘴组件的喷流形态取向。
图5是图4的透镜表面和喷嘴的侧视图，示出了透镜的表面处的喷流形态入射角。
图6是示出了图4和5中的喷流形态的范围的透视图。
图7是示出了用作用于本发明的摄像头透镜清洁系统的喷流喷嘴的流体振荡器的一个示例的透视图。
图8是图7的流体振荡器的截面透视图。
图9是本发明的自足式交通工具图像传感器或摄像头清洗系统的实施例的示意图。
图10是与无人机一起使用的本发明的自足式交通工具图像传感器或摄像头清洗系统的用途的示意图。
图11是安装在汽车的牌照后方的本发明的自足式交通工具图像传感器或摄像头清洗系统的透视示意图。
图12是图11中示出的系统的一部分的透视分解细节图。
图13是包含本发明的自足式交通工具图像传感器或摄像头清洗系统的零件的套件的平面图。
具体实施方式
参照图1，图像捕获系统或图像传感器或摄像头7定位在交通工具8处，比如在交通工具的后方外部部分8a处。摄像头7可操作以捕获在交通工具后方发生的场景的图像，并且在交通工具的驾驶员或乘员可观看的显示器9处显示图像。例如，本发明的自足式交通工具摄像头清洗系统是设计成与比如摄像头7等摄像头一起工作。具体而言，在正常驾驶条件下，摄像头7的透镜受到接触和凝聚在其上的污垢、碎屑、雪、冰等的视野损害。
参照图2和3，如在以上引用的美国公开No.US2016/0001330(Romack等人)中更详细地描述的，与图1的摄像头7类似地定位的摄像头212的透镜222可以借助于流体振荡器喷嘴被选择性地或周期性地清洁，所述流体振荡器喷嘴比如为喷嘴230，例如为图7和8中所示且在下文的结构细节中描述的类型。具体而言，在透镜视野的横向上瞄准透镜222的表面的喷嘴230射出液体射流，该液体射流在预定的扇形角度形态236内沿流动方向的横向快速振荡，从而致使射流分解成冲击并有效地润湿透镜的表面的大滴。在18psi的流体压力下，每个喷嘴优选的喷射流量为约200ml/min，并且喷射平面厚度255(即，如图3中所示的喷射平面的厚度)优选为约2°。遍及透镜222的表面产生的动力学冲击效应从其上驱走碎屑作为横向流动的流出物238的一部分。
由于流体振荡器喷流喷嘴的滴喷射专利所提供的高效润湿性，它理想地适用于下文所描述的本发明的用途，其中尺寸和重量制约因素适用，并且清洗器流体使用的最小化是期望的。然而，这并不排除在这些制约因素不适用场合下使用其它喷嘴。例如，横向偏移清洗喷嘴230可以是非振荡剪切喷嘴，其构造为生成大致扁平的扇形喷流，其具有所选的喷流扇形角度，例如45°或在15°至120°范围内选择的其它角度。替代地，清洗喷嘴可以是非振荡的BugEye喷嘴，其构造为生成至少一个大致立体的流体射流(即，没有扇形角度的大致立体的流体流)。
现在转到图4-6，其对应于以上引用的2016/0001330(Romack等人)中的图9-11，外部透镜清洗系统被示出，以例示图2和3中所示一般类型的流体清洗器喷嘴的安装和操作考虑因素。如图4中所示，外部透镜清洗系统310包括大致刚性的瞄准支架或固定件311，其具有远端侧311D和近端侧311P(在图5的截面图中最佳地看到)。固定件或支架311是刚性耐用支撑件，其被制造并构造为支撑摄像头模块312，并且因此取向并限制朝向组件310的远端侧暴露的摄像头外部透镜。摄像头透镜具有外部透镜表面322，其具有透镜周边和从透镜表面322向远端突出的透镜中心轴线350，并且透镜视野被定义为向远端突出的立体角(例如，生成图像信号的截顶圆锥或棱锥)。视野(“FOV”)通常具有90°至170°的角宽度。摄像头或图像传感器312具有居中在透镜周边内的透镜中心轴线350，并且透镜视野通常关于透镜中心轴线350对称。
清洗系统310至少包括第一喷嘴组件330，其构造为通过瞄准固定件311被支撑并瞄准朝向外部透镜322，并且第一喷嘴组件包括流体入口342，其与从瞄准固定件的远端侧311D向上方或向远端突出的第一横向偏移清洗喷嘴330流体连通。横向偏移喷嘴330被构造并且瞄准为沿具有所选厚度(例如，255)的大致平面片体336朝向外部透镜表面322并横跨视野喷射清洗流体，从而以约1°的第一所选喷射瞄准角度喷射(即，优选地在以一角度向近端倾斜的平面中喷射)。所选瞄准角度可相对于与透镜外部表面322相切的平面处于1°到20°之间的范围内(如图5中最佳所示)。喷嘴330被取向成从所选侧喷射，意味着它被瞄准为相对于透镜周边上的所选固定参考点或基准351沿第一所选喷射方位角喷射。
优选地，透镜清洗喷嘴330包括流体振荡器互动腔室331，其构造为在流动穿过振荡器腔室331的加压清洗流体的被选择性致动的流上进行操作，以生成流体滴336的排放流。喷嘴组件的流体入口342接收来自贮存器290的加压清洗器流体，并且经由向远端传送加压清洗器流体的流体路径340流体连通到横向偏移出口喷嘴330。喷嘴被构造为从互动腔室331排放清洗器流体，并且生成朝向外部透镜表面322瞄准的横跨其视野的流体滴336的振荡喷流。流体振荡器可以构造为台阶式蘑菇流体振荡器(如图7和8中所示)。振荡喷流336中的流量优选为在18psi下每个喷嘴约200ml/min，并且喷流厚度(即，其被看作在与喷流的扇形角度平面横切的喷流平面中的厚度，如图5中所示)优选约为2°。通过喷嘴330所瞄准的流体振荡器所生成的振荡作用和大滴以这种方式有效地非常快速地润湿透镜表面322，并且提供动力学冲击效应，其冲击、溶解和驱走碎屑(未示出，但类似碎屑223)作为横向离开透镜表面222的流动流出物的一部分。
可选地，横向偏移清洗喷嘴330可以构造为非振荡剪切喷嘴，其构造为生成大致扁平的扇形喷流，其具有所选的喷流扇形角度(例如45°或在15°至120°范围内选择的另一角度)。替代地，横向偏移清洗喷嘴可以构造为非振荡的BugEye喷嘴，其构造为生成至少一个大致立体的流体射流(即，没有扇形角度的大致立体的流体流)。
优选地，横向偏移清洗喷嘴330构造为从约15mm的所选横向偏移距离(从喷嘴的喉部或出口到物端透镜外部表面222的中心)瞄准喷流336。所选横向偏移距离优选地在边界为10mm和30mm的范围内，以便保持整个包装尽可能紧凑。
在设计此摄像头清洁系统和包装时需要考虑若干变量，包括：安装方法、包装空间、视野(FOV)考虑因素以及不利系统效应缓解。用于喷嘴330与摄像头312的最优选安装或附接方法是直接在摄像头模块壳体或本体上。该安装位置确保无论摄像头移动到何处，从喷嘴喷出的流体总是朝向透镜表面中心瞄准正确位置。当然，可以理解的是，将存在一些摄像头设计，其不允许喷嘴的直接附接，并且将需要单独的安装方案。无论附接方法如何，以上讨论的良好喷嘴布置的基础都是相同的。
通常，由于包装和视线目标，交通工具中的摄像头(例如，312)的位置局限于某些特定区域。不幸地，对于摄像头清洗喷嘴包装来说，主要的交通工具面板外部位置也倾向于适于其它部件，比如：升降门把手或照明部件。作为结果，这些交通工具面板外部位置具有非常严格的包装限制，从而推动需求非常小的喷嘴和紧密的摄像头到喷嘴包封。
应该理解的是，许多现有的摄像头具有从120°至170°的视野角度(例如，如图4-6中的径向线所示)。系统功能的主要制约因素是没有任何东西侵入摄像头的显示视野，以便用户不会因透镜清洗喷嘴330的出现而分心。因此，喷嘴(例如，230或330)应该横向地定位，使得它不在摄像头视野中。在这方面，喷嘴230或330可以从固定的几乎平行于透镜的位置被取向和瞄准，以远离并后置于摄像头的视野。当摄像头视野接近并超过180°时，这将变得不可能。然而，应指出的是，对于这些大角度，交通工具中的其它部件将变得对于摄像头可见。于是有必要将喷嘴放置成使它与交通工具的其它特征对齐，从而不会在交通工具的外表面特征之外现出轮廓，从而最大限度地减少向摄像头的“清晰”视野中的侵入。在图4-6的实施例中，喷嘴330建立流体分布，使得透镜的全部或尽可能多的部分在喷嘴头变得对摄像头可见之前被以大约-1°至-20°左右的角度(“瞄准角度”)冲击的流体覆盖。喷流336对于透镜322的几乎平行冲击的另一个显著优点是，流体完全致力于推动碎屑离开或横向地跨越透镜，而不是如更直接冲击情况下在较高瞄准角度中所经受那样地倾斜地冲击或反弹离开透镜。当瞄准角度增加时，喷嘴必须进一步向远端移动并向上进入到视野中，并且更远离摄像头，使美观上有吸引力的包装变得困难。因此，喷嘴应该保持在10°(向下到透镜的瞄准角度)内，以保持美观包装合理。
除了瞄准角度考虑之外，距透镜的中心的喷嘴距离(如图6中所示)也是重要的。喷嘴330到透镜322的中心越近，流体分布(以及喷流扇形角度)必须越宽以覆盖透镜的全部。更宽的喷流扇形角度在更大的透镜清洁区域上散布相对较小的流体流量，这可能导致需要不同的分布几何形状或更高的流量。横向偏移距离可以在18mm到28mm之间，但应该明白的是，这不是本发明的使用上的限制因素。
由于本文所论述的原因，希望的是最小化实现透镜清洁所需的流体的体积和流量。图7和8中所示的流体振荡器喷流喷嘴实施例在18PSI下以200±40mL/min的流量工作，并且已被证实在清洁透镜比如透镜322上非常有效。该流体回路501能够以0.06mm台阶在寒冷天气条件下良好地表现，并且对于喷流336对于200mL/min流量和50°喷流扇形角度允许5mm×0.5mm的非常小的包装。最重要的是，该设计能保持最小0.014"的动力喷嘴尺寸，其是良好的抗堵塞性能所需要的。小于此的动力喷嘴在汽车情况下有堵塞风险。该流体振荡器还设置有内部滤器(例如，柱522)。此外，该振荡器设计允许小互动区域331(图5)，大约3.3mmx2.5mm，有助于支持高达50°的扇形角度，同时仍然保持在小包装空间内。
图7和8中所示的流体振荡器是如美国专利No.7,267,290中所描述的台阶式蘑菇流体振荡器，其全部内容通过引用并入本文。该流体振荡器可选地构造为可移除的流体芯片501，其具有被限定在芯片501的流体不可渗透表面和喷嘴组件的芯片接收内部表面之间的振荡腔室(如图5中的截面中所见)。具有如构造在喷嘴组件310中的互动腔室331的流体振荡器适于在较冷的温度下用于以流体滴336的振荡喷流的形式排放流，并且具有：一对动力喷嘴514，其构造为加速加压流体的移动；流体路径，其连接并允许加压流体在其入口512和动力喷嘴514之间的流动；互动腔室518，其附接至喷嘴并接收来自喷嘴的流；流体喷流出口520，所述喷流由此处从互动腔室排出；以及流动不稳定性生成结构特征，其用于增加来自动力喷嘴的流体流的不稳定性，其中该结构特征位于选自由流体路径内的或接近动力喷嘴的位置所组成的组中的位置。流动不稳定性生成特征优选地包括从流体路径的每个侧壁506向内延伸的突起以便在突起的下游产生流动分离区域，但是可以包括相对于互动腔室的底板处于动力喷嘴514的底板的高度高地中的台阶524A，如图8中最佳看出。
参照图9，根据本发明的一个方面，自足式交通工具图像传感器或摄像头清洗系统1000被构造为相对于将被周期性地清洁并且将通常被包括作为汽车、卡车、无人机或其它交通工具上的原始器材的摄像头或图像传感器(例如，LIDAR传感器)的透镜1040进行安装。该系统采用图2-8中所示的摄像头清洗装置的许多特征，但是能以更小的包装被提供，适合作为用于先前作为原始器材安装在无人机和陆地交通工具上的摄像头的改装。在这方面，系统1000通常被提供为售后市场套件。该系统采用清洗液体的加压容器1002，该容器是用于存储和选择性地输送加压清洗液体的典型气雾罐或其它合适的容器。根据系统的应用，容器1002保持一定体积的液体，通常在10至1000ml的范围内的任何位置，压力通常处于5至80psi的范围内。加压清洗液体经由流体连接器1013和管路1012被选择性地输送到清洗器喷嘴组件1020，容器1002与喷嘴组件1020之间的流动可通过远程控制阀或其它合适的器件致动。例如，用于致动的器件本质上可以是机电式的，由此罐的出口管1018响应于远程传输和本地接收的电信号被机械地移动到打开或流出位置，这种配置被描述和示出在美国专利No.8,500,039(Allen,Jr.)或5,531,344(Winner)中，其公开内容以其整体并入本文。替代地，远程生成的信号可以控制电磁螺线管阀1010，其选择性地允许加压流体从容器或罐流出。可远程致动的螺线管阀可以是位于气雾罐内的用于可控制地释放和分配液体喷流的类型，如例如在美国公开专利申请No.2008/0277501(Everett等人)中公开的，其中的全部公开内容通过引用并入本文。替代地，螺线管阀或其它控制器件可以设置在罐的外部并且布置成可控制地从其中分配液体，如例如在美国专利No.5,709,321(Smrt)和6,216,925(Garon)中公开的，其中的全部公开内容通过引用并入本文。液体分配器的每次致动的时刻和持续时间可以由操作者手动选择，或自动生效于预定的发生时刻和/或达预定的持续时间。
在图9中所示的特定示例中，为了发射并致使加压清洗液体流动到喷嘴组件1020而对罐的选择性远程致动采用的是通过控制电路1080电气地接通和断开的螺线管阀1010。控制电路包括或可以电连接至接收器1070，其被构造为接收来自发射器1060的远程传输控制信号(例如，RF信号)。接收器1070和控制电路1080优选地设置在单个壳体中以最小化空间。发射器1060可以例如位于交通工具比如汽车或卡车的客室内，以被操作者选择性地致动以清洁通常作为原始器材安装在交通工具上的后视摄像头的透镜1040。当这样使用时，来自发射器1060的信号可以作为RF信号传输，或者它可以经由发射器1060与接收器1070之间的配线被提供为电信号。替代地，发射器1060可以在地面上的无人机操作者的手中，以被选择性地致动以清洁安装在无人机上的摄像头的透镜1040。在任何情况下，当系统被部署时，喷嘴组件以一定取向安装，使得它射出限定的喷流形态1030，其大体上横向地跨越待清洁的摄像头透镜1040的视野，如本文中相对于图2和3所描述的。
图10中示出了摄像头或图像传感器(例如，LIDAR传感器)清洗系统1000与无人机的使用，其中示意性地示出了sUAS或无人机800。目前，美国联邦航空局的规定将无人机的使用限制于“视线”；然而，许多操作者寻求更自主地使用无人机，并且当无人机处于飞行中并寻找通向其目标的路径时，通过本发明可实现的小尺寸和按指令清洁方法使更长的飞行和自主的飞行成为可能。安装在无人机上的自足式摄像头清洗系统1000D如图9所示并如以上所描述那样构造，以喷射清洗液体，从而清洗安装在无人机上的摄像头的外部透镜1040D的表面。该系统优选地由触发器/开关和发射器1060无线地启用，所述触发器/开关和发射器1060附接至或合并在用于操作无人机的无人机操作者的手持控制器、PDA、平板电脑或膝上型计算机中。系统1000D设计为在尺寸上小且重量轻，因此理想地适合于在无人机上使用。重要的是，清洗流体供应罐1002可以非常小(例如，通常体积约为5ml-25ml并且大体上小于100ml)，因为流体振荡器喷嘴组件1020(图9)使可获得的清洗液体最佳地高效用于实现其透镜清洁功能。更具体而言，如上所述，流体振荡器喷流喷嘴射出横向振荡射流的清洗器液体，其借助于其振荡分解成均匀地且有效地撞击和覆盖目标区域(在本例中为摄像头透镜1040D)的滴的形态。滴覆盖的均匀性允许每个单独的透镜清洁事件使用的液体少于其它类型的喷嘴(例如片体喷流)所需的液体，这进而减少了必须存储在机载容器1002中的液体的量，以便允许每次无人机飞行实现实际上合理数量的清洁事件。另外，罐可以构造为在需要更多清洗液体时易于更换。
用于操作控制电路1080、接收器1070和螺线管1010的电力优选地源自并且电连接至无人机机载电池，但是可想到的是，对于一些安装，清洗系统套件可以包括单独的电池或其它电压源。如上所述，从清洗器液体容器对加压清洗器流体的分配是处于电磁阀1010(或类似物)的控制下，所述电磁阀1010响应于来自控制器1080的致动信号而暂时地致动并打开，所述控制器1080经由接收器1070接收用户利用发射器1060激发的控制信号。
如以上指出的，本发明的自足式图像传感器(例如，LIDAR传感器)或摄像头清洗系统可以被构造用于清洁汽车、卡车、公共汽车等上的原始器材后视摄像头等的透镜的汽车售后市场。这种构造在参考图11和12中例示，并且包括更大体积的容器1002(例如，750ml)，其被可释放地连接并适于轻松安装和更换，以根据需要补给清洗器流体。具体而言，汽车后视或倒车摄像头组件1040定位在用于牌照1100的安装位置的紧上方。具有其自己的清洗器液体容器或贮存器的自足式摄像头清洗系统1000A不需要驾驶员或交通工具拥有者来接入到任何预先存在的清洗器贮存器或可能是预先安装的或是交通工具中的原始器材的一部分的其它部件中。相反，用户可以简单地将自足式清洗器系统安装或载置在现有的倒车摄像头组件1040A附近，其中喷嘴1020A被取向为射出横向地跨越透镜的清洁喷流。如果自足式清洗器系统或套件作为一种选择包括用于操作电子控制器和螺线管的电池，则清洗器系统可被部署为不将其连接至交通工具电气系统。如果系统或套件不包括电池，则可以为该套件提供用于连接至交通工具电力(例如，连接至用于倒车或后视摄像头的电压源电力)的器件，比如构造为接入到交通工具电池或其它电压源中的电连接器。
图11和12的自足式图像传感器(例如，LIDAR传感器)或摄像头清洗系统1000A为在图9中示出并且在以上描述的类型，并且被构造为喷射清洗液体以清洁交通工具外部透镜表面1040A。该系统优选地由触发器/开关1060(图9)无线地启用。系统1000A被示出为设置在附接在交通工具牌照1100后方的壳体1050A中。该实施例采用图2-8中所示的摄像头清洗装置的许多特征，但是能以更小的包装提供。可更换的加压容器1002将清洗器流体供应到摄像头清洗喷嘴1020A。容器1002是或可以类似于普通的气雾罐。可更换的清洗器流体供应容器1002优选地包括具有管腔1018的可释放地接合的不透流体的连接器1017，所述管腔1018例如经由1/4转鲁尔锁定运动轻松地卡接、螺接或连接或以其它方式附接至系统(例如，在基底安装件处)，使得普通消费者能在没有困难、浪费的时间或浪费或溢出的清洗器流体的情况下更换用过的流体清洗容器。在这方面，容器1002可以经由限定在壳体的侧边缘壁中的进入孔或开口1022被可进入地接收在壳体1050A中。进入孔1022被可选择性移除的封闭件选择性地覆盖，比如拉片或覆盖构件1015，其在就位时借助于垫圈、O形环或类似者为孔提供流体密封。覆盖构件1015可以可枢转地附接至壳体或者可以完全从其移除，并且可以构造为卡扣配合到孔中。当覆盖构件打开时，容器1002可以被用户的手的手指抓住，并且被选择性地纵向地移动并通过进入孔1022移除。然后可以将更换容器通过孔纵向地插入，直到连接器1017在壳体内接合连接器1013(图9)。
在改装汽车系统1000A中使用的控制器1080可以包括具有内存的处理器，并且可以被编程为通过自主地操作且每12小时一次自启用(或者其它预定的清洗间喷射间隔)来节省清洗液体，并且可以由小电池供电以保持时间或采用电容器，其被周期性地连接，以累积并存储来自交通工具电路的电荷(例如，当启用时从后视摄像头电路获取电力)。
汽车改装或售后市场自足式摄像头清洗系统可选无线(例如，蓝牙)发射器1060由安装或定位在交通工具内部或客室内的开关致动，其可选地靠近用于显示来自摄像头1040A的图像的交通工具内部显示器。如以上指出的，喷嘴1020可远离组件安装，以覆盖更广泛的摄像头位置。
在图11和12中所示的牌照安装支撑件实施例和方法中，自足式图像传感器或摄像头清洗系统的流体存储和控制硬件(例如，1002、1010)的一部分或全部被封装并保护在壳体1050内，得到壳体1050设置有间隔开的通孔，所述通孔构造为接收用于安装在包括牌照安装部件的固定件中的细长的第一和第二牌照固定螺栓1023。这在牌照1100的后方提供视觉上不显眼的体积，从而有效地将牌照1100与交通工具隔开用于包装空间的数厘米。这种“在牌照后方”的壳体1050A(对于某些汽车型号)将提供喷嘴1020A的有利定位，这是因为倒车摄像头1040A通常放置在牌照安装件附近。用以操作清洗系统的控制信号接收和处理电路l080、螺线管阀1010以及相关的控制电子装置的能量可以从被包括的电池(未示出)或从通用电力源提供。汽车售后市场自足式摄像头清洗系统部件可被并入到单个一体式壳体或封闭体1050A中，或者那些部件可构造为经由柔性导管或管路(例如，管路1020)连接的两个或更多个组件，以安装远离流体供应容器组件，所述流体供应容器组件优选地是在无需移除牌照的情况下可进入的(如上文关于进入孔1022所描述的)，以在更换流体容器时提供更大的便利性。
如上所述，本发明的自足式图像传感器(例如，LIDAR传感器)或摄像头清洗系统可以并且优选地以套件的形式提供给消费者。这种套件1101在图13中示出，并且包括流体容器1002、流体振荡器喷嘴1020、螺线管阀1010、流体连接管路1012和连接器1013、壳体1015、发射器1060、接收器1070以及控制电路1080。电池也可以被包括作为可选部件。可以被包括在套件中的其它可选部件是描述在交通工具上安装套件部件的方法的指令以及描述如何操作清洗器系统的指令。这些指令可以以硬拷贝打印的形式提供，或者提供在比如磁盘、闪存驱动器等电子存储介质上。套件还可以包括用于连接并安装系统及其部件的各种硬件。
自足式图像传感器(例如，LIDAR传感器)或摄像头清洗系统在以上被描述为用于无人机和汽车产品。应理解的是，该系统还可用于清洁大致任何图像传感器或摄像头的透镜，其在使用中暴露于灰尘、污垢和大致任何环境上存在的可驻留于物端透镜或外部覆盖表面上并遮蔽或扭曲其视野的物质。这种图像传感器或摄像头的示例包括建筑物或电线杆所安装的安全摄像头或图像传感器(例如，LIDAR传感器)、速度和交通信号灯监控摄像头等。
已经描述了新的且改进的自足式图像传感器或摄像头清洗系统、采用它的方法以及用于为这种系统提供部件的套件的优选实施例，相信的是鉴于本文给出的教导，本领域技术人员将想到其它的修改、变型和变化。因此应理解的是，所有这种变型、修改和变化都被认为落入如所附权利要求书限定的本发明的范围内。虽然本文中采用了特定的术语，但其仅仅是以通用的和描述性的意义来使用的，并非用于进行限制的目的。

Claims (17)

1.一种用于选择性地清洁图像传感器或摄像头的透镜的图像传感器或摄像头透镜清洗系统的套件，所述套件包括：
致动器；
接收器，其构造为接收远程生成的信号；
控制器，其构造为电连接至所述接收器，并且构造为响应于在所述接收器处接收所述远程生成的信号而向所述致动器提供控制信号；
适于清洁摄像头透镜的加压清洗液体的容器；
其中，所述致动器被构造为响应于所述控制信号从所述容器选择性地释放加压清洗液体；以及
喷嘴，其构造为被连接来接收通过所述致动器从所述容器选择性地释放的加压清洗液体，并且以限定的喷流形态射出接收到的液体；
其中，所述喷嘴被构造为以一定取向安装，使得所述限定的喷流形态大体上横向于摄像头透镜视野横跨图像传感器或摄像头透镜射出。
2.根据权利要求1所述的套件，其中，所述容器是气雾容器。
3.根据权利要求1所述的套件，其中，所述系统旨在在飞行中用于安装在无人机上的摄像头的透镜，并且其中所述容器具有在5ml至100ml范围内的液体存储容量。
4.根据权利要求1所述的套件，进一步包括发射器，其是选择性地可致动的，以传输供所述接收器-控制器接收的所述远程生成的信号。
5.根据权利要求4所述的套件，进一步包括用于从套件部件组装所述系统并且用于操作所述系统的指令。
6.根据权利要求1所述的套件，其中，所述喷嘴是流体振荡器喷嘴，其构造为射出所述清洗液体的振荡射流，并且其中所述限定的喷流形态是所述振荡射流分解而成的液体滴的扇形形态。
7.根据权利要求1所述的套件，其中，所述系统旨在用作用以选择性地清洁机动交通工具的摄像头的售后市场系统，所述套件进一步包括壳体，所述壳体被构造为安装在交通工具上，且至少所述容器和所述控制器设置在所述壳体的内部。
8.根据权利要求7所述的套件，其中，进入开口被限定穿过所述壳体的壁，并且构造为允许所述容器选择性地插入所述壳体中以及从所述壳体中移除。
9.根据权利要求7所述的套件，其中，壳体进一步构造为使得所述接收器能够容纳在其中。
10.根据权利要求7所述的套件，其中，所述壳体被构造为固定至所述机动交通工具的牌照并在其后方。
11.根据权利要求1所述的套件，进一步包括用于操作所述接收器和所述致动器的电压源。
12.根据权利要求1所述的套件，进一步包括管路和连接件，其构造为将清洗液体从所述容器引导到所述喷流喷嘴。
13.一种用于选择性地清洁无人机上的摄像头的透镜的摄像头透镜清洗系统，所述系统包括：
致动器；
接收器，其构造为接收远程生成的信号；
控制器，其构造为电连接至所述接收器，并且构造为响应于在所述接收器处接收所述远程生成的信号而向所述致动器提供控制信号；
适于清洁摄像头透镜的加压清洗液体的容器；
其中，所述致动器被构造为响应于所述控制信号从所述容器选择性地释放加压清洗液体；以及
喷嘴，其构造为被连接来接收通过所述致动器从所述容器选择性地释放的加压清洗液体，并且以限定的喷流形态射出接收到的液体；
其中，所述喷嘴被构造为以一定取向安装，使得所述限定的喷流形态大体上横向于摄像头透镜视野横跨摄像头透镜射出。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述喷嘴是流体振荡器喷嘴，其构造为射出所述清洗液体的振荡射流，并且其中所述限定的喷流形态是所述振荡射流分解而成的液体滴的扇形形态。
15.根据权利要求13所述的系统，其中，所述容器具有在5ml至100ml范围内的液体存储容量。
16.一种选择性地清洁在空中的无人机的透镜的方法，所述方法包括以下步骤：
将命令信号从地面位置传输到所述无人机；
在所述无人机处接收所述命令信号并从容器中释放加压清洗液体；
将所述释放的清洗液体引导至喷流喷嘴；以及
从所述喷流喷嘴横向地跨越所述无人机的透镜射出所述清洗液体的限定的喷流形态。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述喷流喷嘴是流体振荡器喷流喷嘴，所述方法包括再一步骤：作为从所述流体振荡器喷流喷嘴射出的清洗液体的振荡射流分解而成的滴的形态射出所述限定的喷流形态。
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