DE112017003772T5

DE112017003772T5 - Eigenständiges Kamerawaschsystem und -Verfahren

Info

Publication number: DE112017003772T5
Application number: DE112017003772.7T
Authority: DE
Inventors: Russell Hester
Original assignee: DlhBowles Inc
Current assignee: DlhBowles Inc
Priority date: 2016-07-28
Filing date: 2017-07-28
Publication date: 2019-04-11
Also published as: CN109789449A; US20190270433A1; US11529932B2; JP2019526206A; CA3032301A1; WO2018023067A1; JP7046910B2

Abstract

Ein eigenständiges, kompaktes Kamerawaschsystem (1000) für eine Drohne (800) oder als Bausatz (1101) für den Automobilzubehörmarkt nutzt einen Druckbehälter (1002), der einem üblichen Aerosolkanister ähnlich ist, zur Zufuhr von Waschfluid zu einer Waschanlagendüse (1020) über ein ansteuerbares Ventilsystem. Der Fluidzufuhrbehälter ist (mit einem Volumen von beispielsweise 5 ml) zur Verwendung für Drohnenkameras klein und kann ohne weiteres in einer kompakten Baugruppe verpackt werden. Für den Bausatz für den Automobilzubehörmarkt (1101) ist ein Behälter mit einem größeren Volumen vorgesehen, der so konfiguriert ist, dass er den Erfordernissen entsprechend leicht ausgetauscht werden kann.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Für die vorliegende Anmeldung wird die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/368074 mit dem Titel „Self-Contained Camera Wash System And Method“, eingereicht am 28. Juli 2016, beansprucht, deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen ist.
DURCH BEZUGNAHME AUFGENOMMENER ZUSÄTZLICHER GEGENSTAND
Der in den folgenden Patentschriften offenbarte und/oder beanspruchte Gegenstand ist durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit hierin aufgenommen:

US-Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. 2014/0060582 (Hartranft et al.), veröffentlicht am 6. März 2014, mit dem Titel „Integrated automotive system, nozzle assembly and remote control method for cleaning an image sensor's exterior or objective lens surface“;
US-Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. 2015/0138357 (Romack et al.), veröffentlicht am 21. Mai 2015, mit dem Titel „Integrated Automotive System, Pop Up Nozzle Assembly and Remote Control Method for Cleaning a Wide Angle Image Sensors Exterior Surface“;
US-Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. 2016/0001330 (Romack et al), veröffentlicht am 7. Januar 2016, mit dem Titel „Integrated Automotive System, Nozzle Assembly and Remote Control Method For Cleaning an Image Sensor's Exterior or Objective Lens Surface“;
US-Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. 2017/0036650 (Hester et al.), veröffentlicht am 9. Februar 2017, mit dem Titel „Integrated Automotive System, Compact Low-Profile Nozzle Assembly and Compact Fluidic Circuit For Cleaning a Wide-Angle Image Sensor's Exterior Surface“;
US-Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. 2017/0036647 (Zhao et al.), veröffentlicht am 9. Februar 2017, mit dem Titel „Integrated Multi Image Sensor and Lens Washing Nozzle Assembly and Method for Simultaneously Cleaning a Plurality of Image Sensors“;
Veröffentlichte PCT-Anmeldung Nr. WO2016025930 (Gopalan et al.), veröffentlicht am 18. Februar 2016, mit dem Titel „Compact Split-Lip Shear Washer Nozzle“; und
US-Patent Nr. US7267290 (Gopalan et al.), eingereicht am 1. November 2004, herausgegeben am 11. September 2007.

HINTERGRUND
Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Linsenreinigungssysteme und genauer derartige Systeme, die zur Verwendung für Bildsensoren oder Kameras geeignet sind, die für den Betrieb in Umgebungen installiert sind, in denen das Sichtfeld der Kameralinse durch feste oder flüssige Materie behindert werden kann, die an der freiliegenden Linsenoberfläche haftet.
Besprechung des technischen Hintergrunds
Durch die Festkörperbilderfassungstechnologie werden kleine und kostengünstige Kameras und Bildsensoren bereitgestellt, die zum Einbau in eine breite Vielfalt an Fahrzeugen, Sportausrüstung und eine breite Vielfalt an weiteren Objekten zur Verfügung stehen. Die allgemein als „Drohnen“ bezeichneten, kleinen, unbemannten Flugkörper umfassen beispielsweise häufig eine oder mehrere Kameras. Angesichts der zunehmenden Verbreitung von Drohnen ist offensichtlich, das sich Benutzer und Regierungsbehörden aus zahlreichen Gründen einschließlich der öffentlichen Sicherheit mit einer steigenden Notwendigkeit befassen müssen, ihre Kameras gereinigt zu halten, um eine präzise Bildaufnahme sowie eine angemessene Steuerung der Vorrichtung sicherzustellen.
Drohnen arbeiten häufig in staubigen oder verunreinigten Umgebungen, und die an Drohnen montierte(n) Kamera(s), die zur Navigation und Bilderfassung verwendet wird (werden), muss (müssen) gereinigt werden. Die physikalischen Anforderungen, die die Drohengestaltung bestimmen, lassen herkömmliche Kamerawaschsysteme im Stil der Automobilindustrie zur Verwendung im Flug nicht zu. Hier besteht bei Drohnenbetreibern daher Bedarf an einem praxistauglichen, kostengünstigen und nicht störenden System und Verfahren zum Waschen von Kameralinsen während des Flugs.
Als verwandte Problematik sind nicht in alle PKWs und sonstigen Fahrzeuge, die mit externen Kameras (z.B. „Sicherungs-“ oder Rückfahrkameras) ausgestattet sind, Kamerawaschsysteme mit Eigenantrieb eingebaut, und die Besitzer dieser Kraftfahrzeuge müssen die Oberfläche der Kameralinse regelmäßig manuell reinigen. Kameras sind bewusst darauf ausgelegt, unauffällig zu sein, daher wissen viele Fahrzeugbesitzer nicht einmal, wo sie nach der Kamera suchen sollen. Infolgedessen kann es vorkommen, dass Fahrer die Rückfahrkameralinse selbst dann nicht reinigen, wenn sie ausreichend verschmutzt wird, um das Sichtfeld erheblich zu beeinträchtigen. Daher besteht bei Fahrern Bedarf an einem zweckmäßigen, flexiblen, kostengünstigen und unauffälligen System und Verfahren zur Nachrüstung mit einem Kameralinsenreinigungssystem für Fahrzeuge, die nicht über herstellerseitig installierte Kamerawaschsysteme verfügen.
AUFGABEN UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die vorstehend aufgeführten Probleme und Schwierigkeiten durch die Bereitstellung eines kompakten, ökonomisch und leicht zu installierenden, eigenständigen Bildsensor- oder Kamerawaschsystems zu überwinden, das ohne weiteres in zumindest zwei Ausführungsformen oder Konfigurationen zu gestalten ist.
Eine erste Ausführungsform des eigenständigen Bildsensor- oder Kamerawaschsystems gemäß der Erfindung ist auf die Verwendung für eine ferngesteuerte fliegende Kameraplattform, d.h. ein kleines, unbemanntes Flugkörpersystem (sUAS, small unmanned aircraft system) oder eine Drohne ausgelegt und umfasst einen austauschbaren Druckbehälter für Waschflüssigkeit (z.B. einen üblichen Aerosolkanister) zur Zufuhr eines unter Druck stehenden Waschfluids zu einer Waschanlagendüse. Eine selektive Fernbedienung des Kanisters zur Abgabe der unter Druck stehenden Waschflüssigkeit und zur Veranlassung von deren Strömen zu der Fluiddüse kann auf unterschiedliche Art und Weise realisiert werden. So kann beispielsweise das Mittel zur Betätigung elektromechanischer Natur sein, wodurch das Auslassrohr des Kanisters als Reaktion auf ein ferngesendetes und lokal empfangenes elektrisches Signal mechanisch bewegt wird. Alternativ kann das aus der Entfernung erzeugte Signal ein elektromagnetisches Ventil (oder einen Elektromagneten) steuern, das (bzw. der) selektiv ein Ausströmen des unter Druck stehenden Fluids aus dem Behälter oder Kanister zulässt. Das fernbedienbare Elektromagnetventil kann dem Typ angehören, der zur steuerbaren Abgabe eines Flüssigkeitssprays in einem Aerosolkanister angeordnet ist, oder das Elektromagnetventil oder eine andere Steuereinrichtung kann außerhalb des Kanisters angeordnet und so beschaffen sein, dass es bzw. sie steuerbar Flüssigkeit aus diesem abgibt. Die Betätigung des Flüssigkeitsverteilers kann hinsichtlich der Zeitpunkte des Auftretens und/oder der Dauer jeder Sprühbetätigung nach dem Zufallsprinzip ausgewählt oder automatisch sein. Der Fluidzufuhrbehälter oder -kanister ist ausreichend klein und leicht, um eine bordeigene Verwendung für Kameras an Drohnen zu ermöglichen, bei denen das Gewicht betreffende und räumliche Erwägungen vorrangig sind, und kann leicht in eine einheitliche, kompakte Baugruppe verpackt werden. Alternativ kann eine an der Drohne montierte, eigenständige Kamerawaschsystemdüse über flexible Leitungen oder Schläuche angeschlossen werden, die entfernt von der Fluidzufuhrbehälterbaugruppe zu montieren sind, um: (a) für eine größere Flexibilität beim Einbau mehrerer Kameras an unterschiedlichen Stellen zu sorgen und (b) das Gewicht an dem Flugwerk der Drohne günstig zu verteilen.
Die Waschanlagendüse gehört vorzugsweise dem Fluidsprühdüsentyp an, der einen seitlich oszillierenden Strahl von Waschflüssigkeit abgibt, der aufgrund seiner Pendelbewegung in ein Muster aus Tröpfchen zerfällt, die gleichmäßig und effizient auf den Zielbereich, in diesem Fall einen Bildsensor oder eine Kameralinse, auftreffen und diesen bedecken. Die Gleichmäßigkeit der Bedeckung mit Tröpfchen ermöglicht den Einsatz von weniger Fluid pro einzelnem Linsenreinigungsvorgang als bei anderen Typen von Düsen erforderlich ist, wodurch wiederum die Menge an Flüssigkeit verringert wird, die in dem bordeigenen Behälter gespeichert werden muss, um die Durchführung einer praktisch zweckmäßigen Anzahl an Reinigungsvorgängen pro Drohnenflug zu ermöglichen. Dadurch werden die Anforderungen an Größe und Gewicht des Waschfluidbehälters verringert. Zu diesem Zweck können zahlreiche Fluidsprühdüsen eingesetzt werden, wobei einige besonders gut geeignete Beispiele in dem US-Patent Nr. US7267290 (Gopalan et al.) und der veröffentlichten PCT-Anmeldung Nr. WO2016025930 (Bowles) offenbart sind, die beide vorstehend durch Bezugnahme hierin aufgenommen sind.
Das drohnenmontierte, eigenständige Bildsensor- oder Kamerawaschsystem wird vorzugsweise drahtlos über einen Auslöser/Schalter aktiviert, der an der bzw. dem zum Führen der Drohne verwendeten tragbaren Steuervorrichtung, PDA, Tablet oder Laptop-Computer des Drohnenbetreibers angebracht oder in diese bzw. diesen bzw. dieses eingebaut ist. Ein Vorteil des eigenständigen Kamerawaschsystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist, dass ein befehlsgesteuertes Reinigungsverfahren für Drohnen mit einer geringen Größe und einem geringen Gewicht zur Verfügung gestellt wird und jederzeit während des Flugs implementiert werden kann, z.B. wenn die Drohne beobachtet oder ihren Weg zu ihrem Ziel sucht. Ein Niederspannungs-Steuersignal wird von der bordeigenen Stromversorgung der Drohne bezogen und kann zur Betätigung des Ventils selektiv an den Elektromagneten angelegt werden und dadurch die Zufuhr des unter Druck stehenden Waschfluids aus dem Behälter zu der Sprühdüse ermöglichen. Der Druckbehälter kann leicht den Erfordernissen entsprechend ausgetauscht werden.
Der drohnenmontierte Bildsensor oder das Kamerawaschsystem kann herstellerseitig an der Drohne installiert sein oder als Bausatz aus Komponenten zur Installation nach dem Kauf bereitgestellt werden.
Eine zweite Ausführungsform des eigenständigen Bildsensors oder Kamerawaschsystems gemäß der vorliegenden Erfindung wird als eine Nachrüstbausatz bereitgestellt, der für den Automobilzubehörmarkt vorgesehen ist, auf dem das Volumen des Behälters für die Waschflüssigkeit nicht durch die bei Drohnen erforderlichen, das Gewicht betreffenden und räumlichen Erwägungen eingeschränkt ist. Das größere Behältervolumen bei dieser Ausführungsform kann beispielsweise 750 ml betragen. Die eigenständigen und kompakten Eigenschaften der Komponenten gestalten ihre Installation einfach, und der Behälter kann (wenn er dem Aerosoltyp angehört) ohne weiteres ausgetauscht oder (wenn er einem selektiv unter Druck stehenden Typ angehört) wieder mit Waschflüssigkeit aufgefüllt werden. Die Waschanlage mit dem eigenständigen Kamerawaschsystem für den Automobil-Nachrüstungs- oder Zubehörmarkt kann drahtlos aktiviert werden, vorzugsweise über eine drahtlose Auslöser/Schalter-Steuerung (z.B. Bluetooth), die in einem Fahrzeuginnenraum oder Führerraum montiert oder anderweitig angeordnet ist. Die Sprühdüse kann von dem Behälter entfernt montiert werden, um die Nutzung für eine breite Auswahl an Kamerapositionen zu ermöglichen.
Der Fluidspeicherbehälter und die Steuerungshardware des eigenständigen Kamerawaschsystems können teilweise oder vollständig in eine einheitliche einteilige Umhüllung oder ein Gehäuse eingebaut sein, die bzw. das zur Montage an einem Automobil geeignet und in einem Bausatz mit Befestigungen enthalten ist, die auf die abnehmbare Anbringung des Gehäuses an und hinter der Kennzeichenhalterung des Automobils ausgelegt sind. Dadurch wird ein optisch unauffälliges, hinter oder unter dem Fahrzeugkennzeichen montiertes Gehäuse mit einem geschützten Innenvolumen bereitgestellt, das das Fahrzeugkennzeichen effektiv um wenige Zentimeter von dem Fahrzeug beabstandet. Dieses hinter dem Fahrzeugkennzeichen angeordnete Gehäuse bietet bei bestimmten Automodellen eine vorteilhafte Positionierung der Düse, da die herstellerseitig vorgesehene Rückfahrkamera häufig in der Nähe der Kennzeichenhalterung des Automobils angeordnet ist. Die Energie zum Betreiben des Schaltkreises zum Empfang und zur Verarbeitung von Steuersignalen, des Elektromagnetventils oder eines anderen Stellglieds und verwandter Steuerelektronik kann von einer enthaltenen Batterie oder von einer gattungsmäßigen Stromquelle wie der Fahrzeugbatterie geliefert werden. Die Komponenten des eigenständigen Kamerawaschsystems für den Automobilzubehörmarkt können in ein einziges einheitliches Gehäuse oder eine Umhüllung eingebaut sein, oder die Düse kann über flexible Leitungen oder Schläuche angeschlossen werden, um zur Gewährleistung einer höheren Flexibilität bei der Einbeziehung unterschiedlicher Anzahlen und Positionen zu behandelnder Kameras eine von der Fluidzufuhrbehälterbaugruppe entfernte Montage zu ermöglichen.
Ein Vorteil bei der Ausführungsform des eigenständigen Bildsensors oder Kamerawaschsystems für den Automobilzubehörmarkt ist, dass der Fahrer oder Benutzer des Fahrzeugs anstelle eines Anzapfens eines Schlauchs und einer Pumpe eines bereits vorhandenen Automobilscheibenwaschsystems dieses System mit nichts weiter als einer physikalischen (d.h. mechanischen) Verbindung zu dem Fahrzeug leichter montieren kann. Wahlweise kann bei einigen Modellen eine Verbindung zu der vorhandenen elektrischen Verkabelung in dem Fahrzeug vorgesehen sein; der Strom kann z.B. über die Anschlüsse geliefert werden, die die Rückfahrkamera versorgen, und das Waschsteuersignal kann mit einem für die Rückfahrkamera vorgesehenen Betätigungssignal synchronisiert werden.
Vorstehende und weitere Merkmale und Vorzüge der vorliegenden Erfindung erschließen sich bei der Betrachtung der hierin vorgelegten Definitionen, Beschreibungen und beschreibenden Figuren zu spezifischen ihrer Ausführungsformen. In der nachstehenden genauen Beschreibung werden über die verschiedenen Figuren übereinstimmende Bezugszeichen zur Bezeichnung übereinstimmender Komponenten und Elemente und über die verschiedenen Ausführungsformen übereinstimmende Begriffe zur Bezeichnung ähnlicher oder einander entsprechender Elemente verwendet. Obwohl diese Beschreibungen auf spezifische Einzelheiten der Erfindung eingehen, versteht sich, dass Abwandlungen existieren und existieren dürfen und für Fachleute angesichts der folgenden Beschreibung offensichtlich sind.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Rückansicht eines Fahrzeugs mit einem Rückblickabbildungssystem oder einer Rückfahrkamera des Typs mit einer Linse, die gemäß der vorliegenden Erfindung gereinigt werden kann.
2 ist ein schematisches Diagramm, das eine perspektivische Ansicht eines von einer Fluiddüse abgegebenen Fluidsprühmusters zur Reinigung einer Außenobjektivlinsenoberfläche eines Abbildungssystems mittels der vorliegenden Erfindung darstellt.
3 ist eine schematische Seitenansicht des Sprühmusters und der Düse gemäß 2.
4 ist eine perspektivische Ansicht, die die Sprühmusterausrichtung von einer auf die Reinigung der Objektivlinsenoberfläche einer Kamera gemäß der vorliegenden Erfindung ausgelegten Fluiddüsenbaugruppe darstellt.
5 ist eine Seitenansicht der Düse und der Linsenoberfläche gemäß 4, die den Auftreffwinkel des Sprühmusters auf der Oberfläche der Linse darstellt.
6 ist eine perspektivische Ansicht, die den Bereich des Sprühmusters gemäß den 4 und 5 darstellt.
7 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel eines Fluidoszillators zur Verwendung als Sprühdüse darstellt, die für das Kameralinsenreinigungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird.
8 ist eine perspektivische Ansicht des Fluidoszillators gemäß 7 im Querschnitt.
9 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des eigenständigen Fahrzeug-Bildsensor- oder Kamerawaschsystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
10 ist eine diagrammartige Darstellung der Verwendung des bei einer Drohne eingesetzten eigenständigen Fahrzeug-Bildsensor- oder Kamerawaschsystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
11 ist eine diagrammartige Darstellung des auf der Rückseite eines Fahrzeugkennzeichens eines Kraftfahrzeugs montierten eigenständigen Fahrzeug-Bildsensor- oder Kamerawaschsystems gemäß der vorliegenden Erfindung in der Perspektive.
12 ist eine auseinandergezogene Detailansicht eines Abschnitts des in 11 gezeigten Systems in der Perspektive.
13 ist eine Draufsicht eines Bausatzes, der Teile des eigenständigen Fahrzeug-Bildsensor- oder Kamerawaschsystems gemäß der vorliegenden Erfindung enthält.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Gemäß 1 ist ein Bildaufnahmesystem oder ein Bildsensor oder eine Kamera 7 an einem Fahrzeug 8, beispielsweise an einem hinteren äußeren Abschnitt 8a des Fahrzeugs angeordnet. Eine Kamera 7 kann betätigt werden, um ein Bild einer Szene aufzunehmen, die sich hinterhalb des Fahrzeugs abspielt, und um das Bild auf einer Anzeige 9 anzuzeigen, die für einen Fahrer oder Insassen des Fahrzeugs sichtbar ist. Das eigenständige Fahrzeug-Kamerawaschsystem gemäß der vorliegenden Erfindung ist darauf ausgelegt, an einer Kamera wie beispielsweise der Kamera 7 zu arbeiten. Insbesondere unterliegt bei normalen Fahrbedingungen die Linse der Kamera 7 durch Schmutz, Fremdkörper, Schnee, Eis, etc., die mit ihr in Kontakt gelangen und sich auf ihr ansammeln, einer Behinderung des Sichtfelds.
Gemäß den 2 und 3 kann, wie in der US-Veröffentlichung Nr. US2016/0001330 (Romack et al.), auf die vorstehend Bezug genommen wurde, genauer beschrieben, die Linse 222 einer Kamera 212, die ähnlich wie die Kamera 7 gemäß 1 positioniert ist, selektiv oder periodisch mittels einer Fluidoszillatordüse wie der Düse 230 gereinigt werden, die beispielsweise dem in den 7 und 8 dargestellten Typ angehört und deren Aufbau nachstehend im Einzelnen beschrieben wird. Insbesondere gibt die Düse 230, die quer zum Sichtfeld der Linse auf die Oberfläche der Linse 222 ausgerichtet ist, einen Flüssigkeitsstrahl ab, der quer zu der Strömungsrichtung in einem vorgegebenen Fächerwinkelmuster 236 schnell schwingt, wodurch veranlasst wird, dass der Strahl in große Tröpfchen zerfällt, die auf die Oberfläche der Linse auftreffen und diese effizient benetzen. Die bevorzugte Sprühströmungsmenge beträgt ca. 200 ml/min pro Düse bei einem Fluiddruck von 18 psi, und die Sprühebenenstärke 255 (d.h. die in 3 gezeigte Stärke der Sprühebene) beträgt vorzugsweise ca. 2°. Die resultierende kinetische Stoßwirkung auf die Oberfläche der Linse 222 schwemmt als Teil des seitlich strömenden Ablaufs 238 Ablagerungen von dieser.
Aufgrund der durch das Tröpfchchensprühpatent für eine Fluidoszillator-Sprühdüse geleisteten effizienten Benetzung ist es ideal für die Verwendungen der vorliegenden, nachstehend beschriebenen Erfindung geeignet, bei der Beschränkungen hinsichtlich der Größe und des Gewichts bestehen und eine Minimierung des Waschfluidverbrauchs wünschenswert ist. Dadurch soll der Einsatz anderer Düsen nicht ausgeschlossen werden, allerdings dort, wo derartige Beschränkungen nicht gelten. Eine seitlich versetzte Waschdüse 230 kann beispielsweise eine nicht oszillierende Scherdüse sein, die auf die Erzeugung eines im Wesentlichen flachen, fächerförmigen Sprühnebels mit einem ausgewählten Sprühfächerwinkel von beispielsweise 45° oder einem innerhalb des Bereichs von 15° bis 120° ausgewählten anderen Winkel ausgelegt ist. Alternativ kann die Waschdüse eine nicht oszillierende BugEye-Düse sein, die auf die Erzeugung mindestens eines im Wesentlichen massiven Fluidstrahls (d.h. eines im Wesentlichen massiven Fluidstroms ohne Fächerwinkel) ausgelegt ist.
In den 4 - 6, die den 9 - 11 der 2016/0001330 (Romack et al) entsprechen, auf die vorstehend Bezug genommen wurde, ist zur beispielhaften Darstellung von die Montage und den Betrieb betreffenden Erwägungen zu in den 2 und 3 dargestellten Fluidwaschanlagendüsen des allgemeinen Typs ein externes Linsenwaschsystem dargestellt. Wie in 4 dargestellt, umfasst das externe Linsenwaschsystem 310 eine im Wesentlichen fest ausgerichtete Klammer oder Befestigung 311, die eine entfernte Seite 311D und eine nahegelegene Seite 311P aufweist (am besten zu erkennen in der Schnittansicht gemäß 5). Die Befestigung oder Klammer 311 ist eine starre, haltbare Halterung, die so gefertigt und konfiguriert ist, dass sie das Kameramodul 312 hält und damit die externe Linse der Kamera ausrichtet und feststellt, die zur entfernten Seite der Baugruppe 310 freiliegt. Die Kameralinse weist eine externe Linsenoberfläche 322 auf, die einen Linsenperimeter und eine Linsenmittelachse 350 aufweist, die distal von der Linsenoberfläche 322 vorsteht, und das Sichtfeld der Linse ist als distal vorstehender fester Winkel (z.B. ein Kegelstumpf oder eine Pyramide, der bzw. die ein Bildsignal erzeugt) definiert. Das Sichtfeld („FOV“) weist typischerweise eine Winkelweite von 90° bis 170° auf. Die Kamera oder der Bildsensor 312 weist eine Linsenmittelachse 350 auf, die innerhalb des Linsenperimeters zentriert ist, und das FOV der Linse ist typischerweise um die Linsenmittelachse 350 symmetrisch.
Das Waschsystem 310 umfasst zumindest eine erste Düsenbaugruppe 330, die so konfiguriert ist, dass sie durch die ausrichtende Befestigung 311 gehalten und auf die externe Linse 322 ausgerichtet wird, und die erste Düsenbaugruppe umfasst einen Fluideinlass 342, der mit der ersten seitlich versetzten Waschdüse 330 in Fluidverbindung steht, die oberhalb oder entfernt von der entfernten Seite 311D der ausrichtenden Befestigung vorsteht. Die seitlich versetzte Düse 330 ist so konfiguriert und ausgerichtet, dass sie Waschfluid in einer im Wesentlichen ebenen Bahn 336 mit einer ausgewählten Stärke (z.B. 255) zu der externen Linsenoberfläche 322 und über das Sichtfeld sprüht, wobei sie in einem ersten ausgewählten Sprühausrichtungswinkel (d.h. vorzugsweise in einer proximal in einem Winkel geneigten Ebene) von ca. 1° sprüht. Der ausgewählte Ausrichtungswinkel kann in Bezug auf eine Ebenentangente zu der externen Oberfläche 322 der Linse in einem Bereich von 1° bis 20° liegen (wie am besten in 5 zu erkennen). Die Düse 330 ist so ausgerichtet, dass sie von einer ausgewählten Seite sprüht, was bedeutet, dass sie so ausgerichtet ist, dass sie in Bezug auf einen ausgewählten festen Bezugspunkt oder Referenzpunkt 351 am Umfang der Linse entlang eines ersten ausgewählten Sprührichtungswinkels sprüht.
Vorzugsweise umfasst die Linsenwaschdüse 330 eine Fluidoszillator-Interaktionskammer 331, die so konfiguriert ist, dass sie zur Erzeugung eines abgegebenen Stroms von Fluidtröpfchen 336 auf einen selektiv ausgelösten, durch die Oszillatorkammer 331 strömenden Strom unter Druck stehenden Waschfluids einwirkt. Der Fluideinlass 342 der Düsenbaugruppe nimmt unter Druck stehendes Waschfluid aus einem Speicherbehälter 290 auf und steht über eine Fluidbahn 340 in Fluidverbindung, die das unter Druck stehende Waschfluid distal zu der seitlich versetzten Auslassdüse 330 leitet. Die Düse ist so konfiguriert, dass sie das Waschfluid aus der Interaktionskammer 331 abgibt und einen oszillierenden Sprühnebel aus Fluidtröpfchen 336 erzeugt, der über deren Sichtfeld auf die externe Linsenoberfläche 322 ausgerichtet ist. Der Fluidoszillator kann als Fluidoszillator mit der Form eines abgestuften Pilzes konzipiert sein (wie in den 7 und 8 dargestellt). Die Strömungsmenge des oszillierenden Sprühnebels 336 beträgt bei 18 psi vorzugsweise ca. 200 ml/min pro Düse, und die Sprühnebelstärke (d.h. die, wie in 5 gezeigt, in der quer zu der Fächerwinkelebene des Sprühnebels verlaufenden Sprühebene betrachtete Stärke) beträgt vorzugsweise ca. 2°. Die oszillierende Wirkung und auf diese Weise durch den von der Düse 330 ausgerichteten Fluidoszillator erzeugte große Tropfen benetzen die Linsenoberfläche 322 sehr schnell effektiv und erzeugen eine kinetische Stoßwirkung, die auf (nicht dargestellte, aber den Ablagerungen 223 entsprechende) Ablagerungen auftrifft, diese auflöst und sie als Teil eines fließenden Abflusses seitlich von der Linsenoberfläche 222 schiebt.
Wahlweise kann die seitlich versetzte Waschdüse 330 als nicht oszillierende Scherdüse konzipiert sein, die so konfiguriert ist, dass sie einen im Wesentlichen flachen, fächerförmigen Sprühnebel mit einem ausgewählten Sprühfächerwinkel (von beispielsweise 45° oder mit einem anderen, innerhalb des Bereichs von 15° bis 120° ausgewählten Winkel) erzeugt. Alternativ kann die seitlich versetzte Waschdüse als nicht oszillierende BugEye-Düse konzipiert sein, die so konfiguriert ist, dass sie zumindest einen im Wesentlichen massiven Fluidstrahl (d.h. einen im Wesentlichen massiven Fluidstrom ohne Fächerwinkel) erzeugt.
Vorzugsweise ist die seitlich versetzte Waschdüse 330 so konfiguriert, dass sie den Sprühnebel 336 aus einer ausgewählten, seitlich versetzten Entfernung (zwischen dem Hals oder Auslass der Düse und der Mitte der äußeren Oberfläche 222 der Objektivlinse) von ca. 15 mm ausrichtet. Der ausgewählte, seitlich versetzte Abstand liegt vorzugsweise innerhalb des auf 10 mm und 30 mm begrenzten Bereichs, um die gesamte Einheit so kompakt wie möglich zu halten.
Bei der Gestaltung dieses Kamerareinigungssystems bzw. dieser Einheit sind einige Variablen zu beachten, darunter: Erwägungen hinsichtlich der Montageverfahren, des Installationsraums, des Sichtfelds (FOV) und einer Minderung negativer Auswirkungen des Systems. Das bevorzugteste Verfahren zur Montage oder Anbringung der Düse 330 an der Kamera 312 ist direkt am Gehäuse oder Trägerkörper des Kameramoduls. Diese Montageposition stellt sicher, dass aus der Düse gesprühtes Fluid unabhängig davon, wohin sich die Kamera bewegt, stets auf die richtige Stelle zur Mitte der Linsenoberfläche ausgerichtet ist. Es versteht sich selbstverständlich von selbst, dass diverse Kameraausführungen existieren, die keine direkte Anbringung der Düse zulassen und separate Montagesysteme erfordern. Die vorstehend besprochenen Prinzipien einer zweckmäßigen Anordnung der Düse bleiben unabhängig von dem Anbringungsverfahren unverändert.
Allgemein ist die Position von Kameras (z.B. 312) an Fahrzeugen aufgrund von die Zusammensetzung und die Sichtlinie betreffenden Vorgaben auf bestimmte, spezifische Bereiche beschränkt. Für die Kamerawaschdüseneinheit ungünstig ist, dass sich die wesentlichsten Positionen für außen angebrachte Instrumente von Fahrzeugen auch gut für Komponenten wie Hebetürgriffe oder Beleuchtungskomponenten eignen. Dadurch unterliegen diese Positionen für außen angebrachte Instrumente von Fahrzeugen sehr engen Beschränkungen hinsichtlich der Konfektionierung, wodurch der Bedarf an sehr kleinen Düsen und dichten Kamera-Düsen-Umhüllungen steigt.
Es muss nicht darauf hingewiesen werden, dass zahlreiche vorhandene Kameras Sichtfeldwinkel von 120° bis 170° aufweisen (wie z.B. in den 4 - 6 durch radiale Linien dargestellt). Eine primäre Bedingung für die Funktionsfähigkeit von Systemen ist, dass nichts das angezeigte Sichtfeld der Kamera behindert, damit der Benutzer nicht durch das Auftauchen der der Linsenwaschdüse 330 abgelenkt wird. Daher sollte die Düse (z.B. 230 oder 330) dergestalt seitlich positioniert sein, dass sie nicht innerhalb des FOV der Kamera angeordnet ist. Diesbezüglich kann die Düse 230 oder 330 von einer festen, zur Linse nahezu parallelen Position ausgerichtet und auf ihr Ziel eingestellt werden, damit sie von dem FOV der Kamera entfernt und hinter diesem angeordnet ist. Wenn sich das FOV der Kamera 180° nähert und diesen Wert übersteigt, wird dies unmöglich. Es wird jedoch darauf verwiesen, dass bei derart großen Winkeln andere Komponenten des Fahrzeugs für die Kamera sichtbar werden. Dann wird es nötig, die Düse so anzuordnen, dass sie auf die übrigen Besonderheiten des Fahrzeugs abgestimmt ist und sich dadurch nicht über die Bestandteile der Außenfläche des Fahrzeugs hinaus abzeichnet, wodurch eine Beeinträchtigung der „klaren“ Sicht der Kamera minimiert wird. Bei der Ausführungsform gemäß den 4 - 6 erzeugt die Düse 330 eine derartige Fluidverteilung, dass die gesamte Linse oder der größtmögliche Teil dieser mit dem Fluid bedeckt wird, das in einem Winkel von ca. -1° bis -20° auf die Linse auftrifft, bevor der Düsenkopf für die Kamera sichtbar wird („Ausrichtungswinkel“). Ein weiterer wesentlicher Vorteil des nahezu parallelen Auftreffens des Sprühnebels 336 auf die Linse 322 ist, dass das gesamte Fluid daran beteiligt ist, Ablagerungen von der Linse oder seitlich über diese zu schieben, und nicht schräg auftrifft oder von der Linse abprallt, wie es bei größeren Ausrichtungswinkeln mit einem direkteren Auftreffen der Fall wäre. Bei einer Vergrößerung des Ausrichtungswinkels muss die Düse distal weiter entfernt und weiter oben im FOV und weiter entfernt von der Kamera angeordnet werden, wodurch sich eine optisch ansprechende Ausgestaltung schwierig gestaltet. Daher sollte die Düse (hinsichtlich des Ausrichtungswinkels nach unten zur Linse) innerhalb von 10° gehalten werden, um die optische Ausgestaltung vertretbar zu halten.
Zusätzlich zu den den Ausrichtungswinkel betreffenden Erwägungen ist (wie in 6 dargestellt) der Abstand der Düse von der Mitte der Linse wesentlich. Je näher die Düse 330 an der Mitte der Linse 322 liegt, desto breiter muss die Fluidverteilung (und der Sprühfächerwinkel) sein, um die gesamte Linse abzudecken. Weitere Sprühfächerwinkel verteilen eine relativ geringe Strömungsmenge an Fluid über eine größere zu reinigende Fläche der Linse, was zur Erfordernis einer anderen Verteilungsgeometrie oder höherer Strömungsmengen führen könnte. Der seitlich versetzte Abstand kann 18 mm bis 28 mm betragen, es sei jedoch darauf hingewiesen, dass dies kein den Einsatz der Erfindung einschränkender Faktor ist.
Aus den hierin besprochenen Gründen ist eine Minimierung der Strömungsmenge und des Volumens des zur Bewerkstelligung der Reinigung der Linse erforderlichen Fluids wünschenswert. Eine in den 7 und 8 dargestellte Ausführungsform der Fluidoszillator-Sprühdüse arbeitet bei 18 PSI mit einer Strömungsmenge von 200 ± 40 ml/min und hat sich bei der Reinigung einer Linse wie der Linse 322 als sehr effektiv erwiesen. Diese Fluidschaltung 501 erbringt bei einem Ansatz von 0,06 mm unter kalten Witterungsbedingungen gute Leistungen und ermöglicht bei einer Strömungsmenge von 200 ml/min und einem Sprühfächerwinkel des Sprühnebels 336 von 50° eine sehr kleine Einheit von 5 mm · 0,5 mm. Das Wesentlichste ist, dass bei dieser Ausgestaltung die Mindestabmessungen der Durchflussdüse von 0,014" beibehalten werden können, die für eine gute Zusetzungsbeständigkeitsleistung erforderlich sind. Bei Durchflussdüsen, die kleiner sind, besteht bei Kraftfahrzeuggegebenheiten die Gefahr einer Zusetzung. Dieser Fluidoszillator ist auch mit internen Filtern (z.B. Säulen 522) versehen. Zusätzlich ermöglicht diese Ausgestaltung eines Oszillators eine kleine Interaktionsfläche 331 (5) von ca. 3,3 mm · 2,5 mm, die hilft, bei gleichzeitiger Beibehaltung eines kleinen Installationsraums Fächerwinkel von bis zu 50° zu erhalten.
Der in den 7 und 8 dargestellte Fluidoszillator ist ein Fluidoszillator mit der Form eines abgestuften Pilzes wie der in dem US-Patent Nr. 7,267,290 beschriebene, das durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit hierin aufgenommen ist. Dieser Fluidoszillator ist wahlweise als austauschbarer Fluidchip 501 mit einer Oszillatorkammer ausgestaltet, die von den fluidundurchlässigen Oberflächen des Chip 501 und den den Chip aufnehmenden Innenflächen der Düsenbaugruppe begrenzt wird (wie in 5 im Schnitt dargestellt). Der wie in der Düsenbaugruppe 310 ausgestaltete Fluidoszillator mit der Interaktionskammer 331 ist für einen abgegebenen Strom in Form eines oszillierenden Sprühnebels von Fluidtröpfchen 336 zur Verwendung bei niedrigeren Temperaturen geeignet und weist zwei Durchflussdüsen 514, die auf die Beschleunigung der Bewegung des unter Druck stehenden Fluids ausgelegt sind, eine Fluidleitung, die eine Verbindung zwischen ihrem Einlass 512 und den Durchflussdüsen 514 herstellt und den Strom des unter Druck stehenden Fluids zwischen diesen ermöglicht, eine Interaktionskammer 518, die an den Düsen angebracht ist und den Strom aus den Düsen aufnimmt, einen Fluidsprühnebelauslass 520, aus dem der Sprühnebel aus der Interaktionskammer abgegeben wird, und ein strukturelles Merkmal zur Erzeugung einer Instabilität des Stroms zur Steigerung der Instabilität des Fluidstroms aus den Durchflussdüsen auf, wobei dieses strukturelle Merkmal an einer aus der aus einer Position in der Fluidleitung oder in der Nähe der Durchflussdüsen bestehenden Gruppe ausgewählten Stelle angeordnet ist. Das Merkmal zur Erzeugung einer Instabilität des Stroms umfasst vorzugsweise einen Vorsprung, der sich zur Herstellung eines Strömungsteilungsbereichs stromabseitig der Vorsprünge von jeder Seitenwand 506 der Fluidleitung nach innen erstreckt, kann jedoch eine Stufe 524A in der Hebung der Höhe des Bodens der Durchflussdüsen 514 in Bezug auf die Interaktionskammer umfassen, wie am besten in 8 zu erkennen.
Gemäß 9 ist gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ein eigenständiges Fahrzeug-Bildsensor- oder Kamerawaschsystem 1000 auf die Installation in Bezug auf die Linse 1040 eines Bildsensors (z.B. eines LiDAR-Sensors) oder einer Kamera ausgelegt, der bzw. die periodisch gereinigt werden muss und typischerweise in der Originalausstattung eines KFZ, eines LKW, einer Drohne oder eines sonstigen Fahrzeugs enthalten ist. Für dieses System werden eine Reihe der Merkmale der in den 2 - 8 dargestellten Kamerawaschvorrichtungen genutzt, es kann jedoch in einer kleineren Einheit vorgesehen sein, die zur Nachrüstung von bereits als Originalausstattung an Drohnen und Landfahrzeugen montierten Kameras geeignet ist. In dieser Hinsicht ist das System 1000 typischerweise als Bausatz für den Zubehörmarkt vorgesehen. Das System nutzt einen Druckbehälter 1002 mit Waschflüssigkeit, wobei der Behälter ein typischer Aerosolkanister oder ein sonstiger geeigneter Behälter zur Speicherung und zur selektiven Abgabe von unter Druck stehender Waschflüssigkeit ist. Der Behälter 1002 hält abhängig von der Anwendung des Systems ein Volumen an Flüssigkeit, typischerweise innerhalb des Bereichs von 10 bis 1.000 ml, auf einem Druck, der typischerweise in dem Bereich von 5 bis 80 psi liegt. Die unter Druck stehende Waschflüssigkeit wird über Fluidanschlüsse 1013 und Leitungen 1012 selektiv einer Waschanlagen-Düsenbaugruppe 1020 zugeführt, wobei der Durchfluss zwischen dem Behälter 1002 und der Düsenbaugruppe 1020 durch ferngesteuerte Ventile oder andere geeignete Einrichtungen aktivierbar ist. Die Einrichtung zur Aktivierung kann beispielsweise elektromechanischer Natur sein, wodurch das Auslassrohr 1018 des Kanisters als Reaktion auf ein aus der Entfernung gesendetes und lokal empfangenes elektrisches Signal mechanisch in eine geöffnete oder Auslassposition bewegt wird, wobei eine derartige Anordnung in den US- Patenten Nr. 8,500,039 (Allen, Jr.) oder Nr. 5,531,344 (Winner) beschrieben und dargestellt ist, deren Offenbarungen in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen sind. Alternativ kann das entfernt erzeugte Signal ein elektromagnetisches Elektromagnetventil 1010 steuern, das selektiv ein Ausströmen des unter Druck stehenden Fluids aus Behälter oder Kanister zulässt. Das fernsteuerbare Elektromagnetventil kann dem Typ angehören, der zur steuerbaren Freigabe und Verteilung eines Flüssigkeitssprühnebels in einem Aerosolkanister angeordnet ist, wie beispielsweise in der veröffentlichten US-Patentanmeldung Nr. 2008/0277501 (Everett et al.) offenbart, deren gesamte Offenbarung durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist. Alternativ kann das Elektromagnetventil oder die sonstige Steuereinrichtung außerhalb des Kanisters angeordnet und so aufgebaut sein, dass es bzw. sie Flüssigkeit aus diesem abgibt, wie beispielsweise in den US-Patenten Nr. 5,709,321 (Smrt) und Nr. 6,216,925 (Garon) offenbart, deren gesamte Offenbarungen durch Bezugnahme hierin aufgenommen sind. Die Zeitpunkte und die Dauer jeder Aktivierung des Flüssigkeitsverteilers können von dem Bediener manuell ausgewählt werden, oder die Aktivierung kann automatisch zu vorgegebenen Zeitpunkten des Auftretens und/oder über eine vorgegebene Dauer erfolgen.
Bei dem in 9 dargestellten speziellen Beispiel wird zur selektiven Fernbedienung des Kanisters zur Abgabe der unter Druck stehenden Waschflüssigkeit und zur Veranlassung von deren Strömen zu der Düsenbaugruppe 1020 das Elektromagnetventil 1010 verwendet, das von einer Steuerschaltung 1080 elektrisch ein- und ausgeschaltet wird. Die Steuerschaltung umfasst einen Empfänger 1070, der so konfiguriert ist, dass er aus der Entfernung gesendete Steuersignale (z.B. HF-Signale) von einem Sender 1060 empfängt, oder kann elektrisch an diesen angeschlossen sein. Der Empfänger 1070 und der Steuerschaltkreis 1080 sind zur Minimierung des Raums vorzugsweise in einem einzigen Gehäuse vorgesehen. Der Sender 1060 kann zur selektiven Aktivierung durch den Bediener zur Reinigung einer Linse 1040 einer typischerweise als Originalausstattung an dem Fahrzeug installierten Rückfahrkamera beispielsweise in einem Fahrgastraum eines Fahrzeugs wie eines KFZ oder LKW angeordnet sein. Bei einer derartigen Nutzung kann das Signal von dem Sender 1060 als HF-Signal gesendet werden, oder es kann über Leitungen zwischen dem Sender 1060 und dem Empfänger 1070 als elektrisches Signal angelegt werden. Alternativ kann sich der Sender 1060 zur selektiven Aktivierung zur Reinigung der Linse 1040 einer an einer Drohne installierten Kamera in der Hand eines Drohnenpiloten auf dem Boden befinden. In jedem Fall ist bei der Verwendung des Systems die Düsenbaugruppe in einer derartigen Ausrichtung montiert, dass sie allgemein quer über das Sichtfeld der zu reinigenden Kameralinse 1040 ein definiertes Sprühmuster 1030 abgibt, wie hierin unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben.
Die Verwendung des Waschsystems 1000 für eine Kamera oder einen Bildsensor (z.B. einen LiDAR-Sensor) bei einer Drohne ist in 10 dargestellt, in der ein kleines unbemanntes Luftfahrzeug (sUAS (small unmanned aircraft system)) oder eine Drohne 800 diagrammartig dargestellt ist. Gegenwärtig beschränken die Vorschriften der FAA die Nutzung von Drohnen auf die „Sichtverbindung“; viele Betreiber streben jedoch die autonomere Nutzung von Drohnen an, und die durch die vorliegende Erfindung bereitgestellte geringe Größe und das während des Flugs der Drohne und während ihrer Suche nach dem Weg zu ihrem Ziel befehlsgesteuerte Reinigungsverfahren ermöglichen längere Flüge und autonome Flüge. Das drohnenmontierte, eigenständige Kamerawaschsystem 1000D ist zum Versprühen von Waschflüssigkeit zur Reinigung der Oberfläche der externen Linse 1040D einer drohnenmontierten Kamera konfiguriert, wie in 9 dargestellt und vorstehend beschrieben. Das System wird vorzugsweise drahtlos über einen Auslöser/Schalter und den Sender 1060 aktiviert, die an der zur Steuerung der Drohne verwendeten tragbaren Steuervorrichtung, dem PDA, dem Tablet oder dem Laptop-Computer des Drohnenpiloten angebracht oder in diese eingebaut sind. Das System 1000D ist so aufgebaut, dass es klein und leicht ist, und daher ideal zur Verwendung an einer Drohne geeignet. Wesentlich ist, dass der Waschfluidzufuhrkanister 1002 (mit einem Volumen von typischerweise z.B. ca. 5 ml - 25 ml und im Allgemeinen weniger als 100 ml) ziemlich klein gehalten werden kann, da die Fluidoszillator-Düsenbaugruppe 1020 (9) bei der Erfüllung ihrer Linsenreinigungsfunktion optimal effizienten Gebrauch von der verfügbaren Waschflüssigkeit macht. Genauer gibt die Fluidoszillator-Sprühdüse, wie vorstehend beschrieben, einen seitlichen, oszillierenden Strahl von Waschflüssigkeit ab, der aufgrund seiner Schwingung in ein Muster von Tröpfchen aufbricht, das gleichmäßig und effizient auf dem Zielbereich, in diesem Fall der Kameralinse 1040D, auftrifft und diesen bedeckt. Die Gleichmäßigkeit der Bedeckung mit Tröpfchen ermöglicht den Verbrauch von weniger Flüssigkeit pro einzelnem Linsenreinigungsvorgang als bei anderen Typen von Düsen (z.B. Flachstrahldüsen) erforderlich ist, wodurch sich wiederum die Menge an Flüssigkeit verringert, die in dem bordeigenen Behälter 1002 gespeichert werden muss, um eine praktisch zweckmäßige Anzahl an pro Drohnenflug durchzuführenden Reinigungsvorgängen zu ermöglichen. Überdies kann der Kanister auf einen leichten Austausch bei einem Bedarf an mehr Waschflüssigkeit ausgelegt sein.
Der elektrische Strom zum Betreiben des Steuerschaltkreises 1080, des Empfängers 1070 und des Elektromagneten 1010 wird vorzugsweise den von bordeigenen Batterien der Drohne bezogen, die elektrisch angeschlossen sind, obwohl in Betracht gezogen wird, dass bei einigen Installationen der Waschsystembausatz eine separate Batterie oder sonstige Spannungsversorgung umfassen kann. Die Abgabe des unter Druck stehenden Waschfluids aus dem Waschflüssigkeitsbehälter unterliegt, wie beschrieben, der Steuerung des elektromagnetischen Ventils 1010 (oder dergleichen), das als Reaktion auf ein Aktivierungssignal von der Steuervorrichtung 1080, die über den Empfänger 1070 ein von einem Benutzer über den Sender 1060 ausgelöstes Steuersignal empfängt, vorübergehend aktiviert und geöffnet wird.
Wie vorstehend ausgeführt, kann das eigenständige Waschsystem für einen Bildsensor (z.B. einen LiDAR-Sensor) oder eine Kamera gemäß der vorliegenden Erfindung für den Automobilzubehörmarkt für die Reinigung von Linsen von zur Originalausstattung gehörenden Rückfahrkameras und dergleichen an PKWs, LKWs, Bussen, etc. ausgelegt sein. Eine derartige Konfiguration wurde unter Bezugnahme auf die 11 und 12 beispielhaft besprochen und umfasst einen Behälter 1002 mit einem größeren Volumen (z.B. 750 ml), der abnehmbar angeschlossen und zur leichten Installation und zum leichten Austausch für ein den Erfordernissen entsprechendes Wiederaufstocken des Waschfluids geeignet ist. Im Besonderen ist eine Rückansichts- oder Rückfahrkamerabaugruppe 1040 für ein Kraftfahrzeug unmittelbar oberhalb der Montageposition eines Fahrzeugkennzeichens 1100 angeordnet. Das eigenständige Kamerawaschsystem 1000A mit seinem Waschflüssigkeitsbehälter oder Speicherbehälter macht es nicht erforderlich, das ein Fahrer oder Fahrzeughalter einen bereits vorhandenen Waschanlagenspeicherbehälter oder andere Komponenten anzapft, die zuvor installiert oder Teil der Originalausstattung des Fahrzeugs sein können. Stattdessen kann der Benutzer das eigenständige Waschsystem einfach in der Nähe der vorhandenen Rückfahrkamerabaugruppe 1040A installieren oder montieren, wobei die Düse 1020A so ausgerichtet wird, dass sie quer über die Linse einen Reinigungssprühnebel abgibt. Wenn das eigenständige Waschsystem oder der Bausatz als Option eine Batterie zur Betätigung der elektronischen Steuerelemente und des Elektromagneten umfasst, kann das Waschsystem verwendet werden, ohne an das elektrische System des Fahrzeugs angeschlossen zu werden. Wenn keine Batterie in dem System oder Bausatz enthalten ist, können Mittel zum Anschließen an den Fahrzeugstrom (z.B. an den Strom der Spannungsquelle der Rückblick- oder Rückfahrkamera) wie elektrische Anschlusselemente, die auf das Anzapfen der Fahrzeugbatterie oder einer anderen Spannungsquelle ausgelegt sind, in dem Bausatz vorgesehen sein.
Das eigenständige Waschsystem 1000A für einen Bildsensor (z.B. einen LiDAR-Sensor) oder eine Kamera gemäß den 11 und 12 gehört dem in 9 dargestellten und vorstehend beschriebenen Typ an und ist so konfiguriert, dass es zur Reinigung der fahrzeugexternen Linsenoberfläche 1040A Waschflüssigkeit versprüht. Das System wird vorzugsweise drahtlos über den Auslöser/Schalter 1060 (9) aktiviert. Das System 1000A ist als in einem hinter einem Fahrzeugkennzeichen 1100 angebrachten Gehäuse 1050A angeordnet dargestellt. Bei dieser Ausführungsform werden eine Reihe der Merkmale der in den 2 - 8 dargestellten Kamerawaschvorrichtungen genutzt, sie kann jedoch in einer kleineren Einheit bereitgestellt werden. Ein austauschbarer Druckbehälter 1002 führt der Kamerawaschdüse 1020A Waschfluid zu. Der Behälter 1002 ist einem üblichen Aerosolkanister ähnlich oder kann dies sein. Der austauschbare Waschfluidzufuhrbehälter 1002 umfasst vorzugsweise ein abnehmbar koppelbares, fluiddichtes Verbindungselement 1017 mit einem Anschlussstück 1018, das z.B. über eine Luer-Lock-Bewegung von einer ¼-Drehung leicht aufzustecken, festzuschrauben oder anzuschließen ist oder anderweitig so an dem System (z.B. an einer Basishalterung) angebracht wird, dass der durchschnittliche Verbraucher die leeren Waschfluidbehälter ohne Schwierigkeiten, Zeitverlust oder verschwendetes oder ausgelaufenes Waschfluid austauschen kann. In dieser Hinsicht kann der Behälter 1002 über einen Zugangsdurchlass oder eine Öffnung 1022, der in einer Seitenkantenwand des Gehäuses definiert ist, zugänglich in dem Gehäuse 1050A aufgenommen werden. Die Zugangsöffnung 1022 ist selektiv von einem selektiv abnehmbaren Verschluss wie einem Deckel oder Abdeckelement 1015 bedeckt, der, wenn er sich an Ort und Stelle befindet, mittels einer Dichtung, eines O-Rings oder dergleichen eine Fluiddichtung für die Öffnung bildet. Das Abdeckelement 1015 kann schwenkbar an dem Gehäuse angebracht oder vollständig von diesem entfernbar sein, und es kann so konfiguriert sein, dass es in die Öffnung einrastet. Wenn das Abdeckelement geöffnet ist, kann der Behälter 1002 von dem Benutzer mit den Fingern seiner Hand ergriffen und selektiv in Längsrichtung bewegt und durch die Zugangsöffnung 1022 entnommen werden. Ein Ersatzbehälter kann dann in Längsrichtung über die Öffnung eingeführt werden, bis das Verbindungselement 1017 mit dem Verbindungselement 1013 (9) im Inneren des Gehäuses in Eingriff tritt.
Die für das Automobilnachrüstsystem 1000A verwendete Steuervorrichtung 1080 kann einen Prozessor mit einem Speicher umfassen und darauf programmiert sein, durch einmaliges autonomes und selbstaktiviertes Arbeiten alle zwölf Stunden (oder in einem anderen vorgegebenen Sprühintervall zwischen den Wäschen) Waschflüssigkeit einzusparen, und sie kann entweder durch eine kleine Batterie mit Strom versorgt werden, um Zeit zu sparen, oder einen Kondensator nutzen, der periodisch eingeschaltet wird, um Ladung aus den Schaltkreisen des Fahrzeugs zu akkumulieren und zu speichern (z.B. um im aktivierten Zustand Strom aus den Schaltkreisen der Rückfahrkamera zu entnehmen).
Der optionale drahtlose (z.B. Bluetooth) Sender 1060 des eigenständigen Kamerawaschsystems für den Automobil-Nachrüst- oder Zubehörmarkt wird von einem in einem Fahrzeuginnenraum oder Fahrgastraum, wahlweise in der Nähe der zur Anzeige des Bilds von der Kamera 1040A verwendeten Fahrzeuginnenanzeige, montierten oder positionierten Schalter aktiviert. Die Düse 1020 kann, wie vorstehend ausgeführt, zur Abdeckung einer breiteren Auswahl an Kamerapositionen entfernt von der Baugruppe montiert sein.
Bei der Ausführungsform und dem Verfahren zur Montage an der Kennzeichenhalterung, die in den 11 und 12 dargestellt sind, sind der Fluidspeicher und die Steuerungshardware (z.B. 1002, 1010) des eigenständigen Bildsensor- oder Kamerawaschsystems teilweise oder vollständig von dem Gehäuse 1050 umschlossen und geschützt, das zur Installation in einer Befestigung, die Komponenten zur Montage der Kennzeichen umfasst, mit beabstandeten Durchgangsbohrungen versehen ist, die auf die Aufnahme verlängerter erster und zweiter Fahrzeugkennzeichenhalteschrauben 1023 ausgelegt sind. Dadurch wird ein optisch unauffälliges Volumen hinter dem Fahrzeugkennzeichen 1100 bereitgestellt, durch das das Fahrzeugkennzeichen 1100 für Stauraum effektiv um wenige Zentimeter von dem Fahrzeug beabstandet wird. Dieses Gehäuse 1050A „hinter dem Fahrzeugkennzeichen“ bietet (bei bestimmten KFZ-Modellen) eine vorteilhafte Positionierung der Düse 1020A, da die Rückfahrkamera 1040A häufig in der Nähe der Kennzeichenhalterung angeordnet ist. Die Energie zum Betreiben der Steuersignalempfangs- und -verarbeitungsschaltkreise 1080 des Waschsystems, des Elektromagnetventils 1010 und verwandter Steuerelektronik kann von einer (nicht dargestellten) enthaltenen Batterie oder von einer gattungsmäßigen Stromquelle geliefert werden. Die Komponenten des eigenständigen Kamerawaschsystems für den Automobilzubehörmarkt können in ein einziges, einheitliches Gehäuse bzw. eine Umhüllung 1050A eingebaut sein, oder diese Komponenten können zur Montage entfernt von der Fluidzufuhrbehälterbaugruppe, die zur Erleichterung des Wechsels der Fluidbehälter (wie vorstehend in Verbindung mit der Zugangsöffnung 1022 beschrieben) vorzugsweise ohne die Notwendigkeit der Entfernung der Fahrzeugkennzeichen zugänglich ist, als zwei oder mehr Baugruppen konzipiert sein, die über flexible Leitungen oder Schläuche (z.B. Schlauchverbindungen 1020) angeschlossen sind.
Wie vorstehend beschrieben, kann das eigenständige Waschsystem für einen Bildsensor (z.B. einen LiDAR-Sensor) oder eine Kamera gemäß der vorliegenden Erfindung in Form eines Bausatzes für Verbraucher vorgesehen sein und ist dies vorzugsweise. Ein derartiger Bausatz 1101 ist in 13 dargestellt und umfasst den Fluidbehälter 1002, die Fluidoszillatordüse 1020, das Elektromagnetventil 1010, die Fluidverbindungsleitungen 1012 und die Verbindungselemente 1013, das Gehäuse 1015, den Sender 1060, den Empfänger 1070 und die Steuerschaltung 1080. Als optionale Komponente kann auch eine Batterie enthalten sein. Weitere optionale Komponenten, die in dem Bausatz enthalten sein können, sind eine Anleitung, die das Verfahren zur Installation der Komponenten des Bausatzes an dem Fahrzeug beschreibt, und eine Anleitung, die die Bedienung des Waschsystems beschreibt. Die Anleitungen können in Form einer gedruckten Ausgabe oder eines elektronischen Speichermediums wie einer CD, eines USB-Sticks, etc. vorgesehen sein. Der Bausatz kann auch unterschiedliche Hardware zum Anschließen und zur Montage des Systems und seiner Komponenten umfassen.
Das eigenständige Waschsystem für einen Bildsensor (z.B. einen LiDAR-Sensor) oder eine Kamera ist vorstehend im Zusammenhang mit der Verwendung für Drohnen und Automobilprodukte beschrieben. Es ist zu würdigen, dass das System auch bei der Reinigung der Linse im Wesentlichen jedes Bildsensors oder jeder Kamera Verwendung finden kann, die im Gebrauch Staub, Schmutz und im Wesentlichen jeder in der Umwelt vorkommenden Substanz ausgesetzt ist, die auf der Objektivlinse oder der Oberfläche einer äußeren Abdeckung vorhanden sein kann und ihr Sichtfeld verdeckt oder verfälscht. Beispiele derartiger Bildsensoren oder Kameras umfassen an Gebäuden oder Strommasten montierte Sicherheitskameras oder Bildsensoren (z.B. LiDAR-Sensoren), Geschwindigkeits- und Ampelüberwachungskameras, etc.
Nach der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen neuer und verbesserter eigenständiger Bildsensor- oder Kamerawaschsysteme, von Verfahren zu deren Nutzung und von Bausätzen zur Bereitstellung von Komponenten für derartige Systeme wird angenommen, dass Fachleuten angesichts der hierin dargelegten Lehren weitere Modifikationen, Abänderungen und Veränderungen nahegelegt werden. Daher versteht sich, dass davon ausgegangen wird, dass sämtliche derartigen Abänderungen, Modifikationen und Veränderungen innerhalb des durch die beiliegenden Ansprüche definierten Rahmens der vorliegenden Erfindung liegen. Obwohl im Vorliegenden spezifische Begriffe verwendet werden, werden sie lediglich in einem gattungsmäßigen und beschreibenden Sinne und nicht zum Zwecke der Einschränkung verwendet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

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US 2014/0060582 [0002]
US 2015/0138357 [0002]
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WO 2016025930 A [0002, 0009]
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Claims

Bausatz für ein Bildsensor- oder Kameralinsenwaschsystem zum selektiven Reinigen einer Linse eines Bildsensors oder einer Kamera, wobei der Bausatz umfasst: ein Stellglied; einen Empfänger, der so konfiguriert ist, dass er ein entfernt erzeugtes Signal empfängt; eine Steuervorrichtung, die für eine elektrische Verbindung mit dem Empfänger konzipiert und so konfiguriert ist, dass sie dem Stellglied als Reaktion auf den Empfang des entfernt erzeugten Signals durch den Empfänger ein Steuersignal zuführt; einen Behälter mit unter Druck stehender Waschflüssigkeit, die zur Reinigung von Kameralinsen geeignet ist; wobei das Stellglied so konfiguriert ist, dass es als Reaktion auf das Steuersignal selektiv unter Druck stehende Waschflüssigkeit aus dem Behälter freisetzt; und eine Düse, die so konfiguriert ist, dass sie zur Aufnahme einer unter Druck stehenden Waschflüssigkeit, die von dem Stellglied selektiv aus dem Behälter freigesetzt wird, verbunden wird und die aufgenommene Flüssigkeit in einem definierten Sprühmuster abgibt; wobei die Düse auf die Montage in einer derartigen Ausrichtung ausgelegt ist, dass das festgelegte Sprühmuster im Allgemeinen quer zum Sichtfeld der Kameralinse über die Bildsensor- oder Kameralinse abgegeben wird.
Bausatz nach Anspruch 1, wobei der Behälter ein Aerosolbehälter ist.
Bausatz nach Anspruch 1, wobei das System zur Verwendung für eine Linse einer an einer Drohne montierten Kamera im Flug bestimmt ist und wobei der Behälter eine Flüssigkeitsspeicherkapazität im Bereich von 5 ml bis 100 ml aufweist.
Bausatz nach Anspruch 1, der ferner einen Sender zum Senden des entfernt erzeugten Signals zum Empfang durch die Empfängersteuervorrichtung umfasst, der selektiv ansteuerbar ist.
Bausatz nach Anspruch 4, der ferner Anweisungen zur Montage des Systems aus den Komponenten des Bausatzes und zum Betreiben des Systems umfasst.
Bausatz nach Anspruch 1, wobei die Düse eine Fluidoszillatordüse ist, die so konfiguriert ist, dass sie einen oszillierenden Strahl der Waschflüssigkeit abgibt, und wobei das definierte Sprühmuster ein fächerartiges Muster aus Flüssigkeitströpfchen ist, dass sich durch einen Zerfall des oszillierenden Strahls ergibt.
Bausatz nach Anspruch 1, wobei das System zur Verwendung als Zubehörmarktsystem zum selektiven Reiniger einer Kamera eines Kraftfahrzeugs bestimmt ist, wobei der Bausatz ferner ein Gehäuse umfasst, das auf die Montage an dem Fahrzeug ausgelegt ist, wobei zumindest der Behälter und die Steuervorrichtung im Inneren des Gehäuses angeordnet sind.
Bausatz nach Anspruch 7, wobei eine Zugangsöffnung durch eine Wand des Gehäuses definiert und so konfiguriert ist, dass sie selektiv ein Einsetzen des Behälters in das Gehäuse und seine Entnahme aus diesem ermöglicht.
Bausatz nach Anspruch 7 wobei das Gehäuse ferner so konfiguriert ist, dass der Empfänger darin untergebracht werden kann.
Bausatz nach Anspruch 7, wobei das Gehäuse auf die Befestigung an und hinter einem Fahrzeugkennzeichen des Kraftfahrzeugs ausgelegt ist.
Bausatz nach Anspruch 1, der ferner eine Spannungsquelle zur Verwendung zum Betreiben des Empfängers und des Stellglieds umfasst.
Bausatz nach Anspruch 1, der ferner Schlauchleitungen und Anschlüsse umfasst, die auf das Leiten von Waschflüssigkeit aus dem Behälter zu der Sprühdüse ausgelegt sind.
Kameralinsenwaschsystem zum selektiven Reinigen eine Linse einer Kamera an einer Drohne, wobei das System umfasst: ein Stellglied; einen Empfänger, der auf das Empfangen eines entfernt erzeugten Signals ausgelegt ist; eine Steuervorrichtung, die für eine elektrische Verbindung mit dem Empfänger ausgelegt und so konfiguriert ist, dass sie dem Stellglied als Reaktion auf den Empfang des entfernt erzeugten Signals durch den Empfänger ein Steuersignal zuführt; einen Behälter mit unter Druck stehender Waschflüssigkeit, die zur Reinigung von Kameralinsen geeignet ist; wobei das Stellglied so konfiguriert ist, dass es als Reaktion auf das Steuersignal selektiv unter Druck stehende Waschflüssigkeit aus dem Behälter freisetzt; und eine Düse, die so konfiguriert ist, dass sie zur Aufnahme von unter Druck stehender Waschflüssigkeit, die von dem Stellglied selektiv aus dem Behälter freigesetzt wird, angeschlossen wird und die aufgenommene Flüssigkeit in einem definierten Sprühmuster abgibt; wobei die Düse auf die Montage in einer derartigen Ausrichtung ausgelegt ist, dass das definierte Sprühmuster im Allgemeinen quer zum Sichtfeld der Kameralinse über die Kameralinse abgegeben wird.
System nach Anspruch 13, wobei die Düse eine Fluidoszillatordüse ist, die so konfiguriert ist, dass sie einen oszillierenden Strahl der Waschflüssigkeit abgibt, und wobei das definierte Sprühmuster ein fächerartiges Muster aus Flüssigkeitströpfchen ist, das sich aus einem Zerfall des oszillierenden Strahls ergibt.
System nach Anspruch 13 wobei der Behälter eine Flüssigkeitsspeicherkapazität im Bereich von 5 ml bis 100 ml aufweist.
Verfahren zum selektiven Reinigen einer Linse einer Drohne im Flug, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Senden eines Befehlssignals von einer Position auf dem Boden an die Drohne; Empfangen des Befehlssignals durch die Drohne und Freisetzen einer unter Druck stehenden Waschflüssigkeit aus einem Behälter; Leiten der freigesetzten Waschflüssigkeit zu einer Sprühdüse; und Abgeben eines definierten Sprühmusters der Waschflüssigkeit aus der Sprühdüse quer über die Linse der Drohne.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Sprühdüse eine Fluidoszillatorsprühdüse ist, wobei das Verfahren den weiteren Schritt der Abgabe des definierten Sprühmusters als Muster aus Tröpfchen umfasst, dass sich aus einem Zerfall eines von der Fluidoszillator Sprühdüse abgegebenen oszillierenden Strahls der Waschflüssigkeit ergibt.