JP7281843B2 - 異物を自動的に除去できる光検出システム及び方法 - Google Patents
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Description
本発明は、異物を自動的に除去できる光検出システム及び方法に関し、特に、可撓性及び剛性を有する材料を利用して光センサー装置を封止し、かつ、圧電素子が生成した振動を伝送することにより、異物を自動的に除去できる光検出システム、及び前記光検出システムを使用してその上の異物を除去する方法に関する。
光検出システム、例えば、撮影システムは、モニター及び車用ルームミラー等として周辺環境で広く使用されている。しかしながら、光検出システムは、室外に使用される時に、異物による影響を受けることがより容易になる。例えば、雨滴、雪、霜、泥水などは、入射光を邪魔する可能性がある。それにより、光検出システムが検出した映像は悪化になる。
米国特許公開ＵＳ １１００２９５４ Ｂ２には、洗浄装置を備え、かつ、振動子を使用して透光体を振動させることによって透光体の表面を洗浄することができる撮像ユニットが公開されている。しかしながら、当該振動子は、振動空間を提供するために、筒状の構造（例えば、第１の円柱部材と第２の円柱部材）を有する必要がある。このような振動装置により、光センサー装置（即ち、カメラ）の構造は大きくなり、かつより複雑になる。
本発明者のこれまでの研究として、米国特許公開ＵＳ ２０２００３５８９３８ Ａ１には、撮影システム上の異物を除去するための方法であって、圧電素子をカメラ装置の透明保護カバーの上に設置することによって圧電素子が振動を生成して透明保護カバーから異物を除去し、かつ、透明保護カバーを軟性封止材で囲むことによって光センサー装置を封止する方法が公開されている。
既存のＩＣＶＳ（Ｉｎｓｔａｎｔ Ｃｌｅａｒ Ｖｉｅｗ Ｓｙｓｔｅｍ、インスタントクリアビューシステム）構造には、軟性封止材（例えば、Ｏリング）を振動源（即ち、圧電素子）と周辺との界面として使用している。しかし、このような設計には、防水等級と振動能力との間に矛盾がある。具体的に、防水能力を向上させるために、より高いＯリング圧着量が必要であり、これにより、周辺に対する振動源の振動能力を制限し、異物を除去する性能を低減する。逆に、振動性能を向上させるためにＯリング圧着量を低減すると、蒸気や、水さえも光センサー装置の密閉空間中へ入ってしまう（滲み漏れてしまう）。
なお、Ｏリングは、経時使用によりエージング現象が発生し、即ち、硬化して弾性がなくなる。これにより、同様に、周辺に対する振動源の振動能力を制限し、異物を除去する性能を低減する。図１Ａ乃至図１Ｃを参照し、それらには、それぞれ従来の技術の光検出システムの圧電素子のインピーダンス－振動周波数曲線を図示し、これらの光検出システムが、それぞれＯリングを使用しない光検出システム、使用されるＯリングがまだエージングしない光検出システム、及び使用されるＯリングがエージングした光検出システムであり、また、圧電素子に一連の周波数の振動を印加し、かつ、インピーダンスアナライザーを使用して圧電素子のインピーダンスを測定する。これらの曲線において、Ｒｍａｘは共振点に対応する最大のインピーダンスであり、Ｒｍｉｎは反共振点に対応する最小のインピーダンスである。
圧電材にとって、Ｒｍａｘが大きくなるほど、Ｒｍｉｎが小さくなり、かつ振動の振幅が大きくなる。図１Ａ乃至図１Ｃにおいて、Ｏリングを使用しない光検出システム、使用されるＯリングがまだエージングしない光検出システム、及び使用されるＯリングがエージングした光検出システムのＲｍｉｎは、それぞれ０.６０５ｋΩ、１.３８ｋΩ、１.９３ｋΩである。Ｏリングを使用しない場合には、圧着効果を有しないので、Ｒｍｉｎが最小であり、振動の振幅が最大であるが、圧着しないことにより、蒸気や、水さえも滲み漏れてしまう。使用されるＯリングがエージングした場合には、硬化したＯリングによって周辺に対する圧電素子の振動能力を制限するので、Ｒｍｉｎが最大であり、振動の振幅が最小である。
したがって、既存のIＣＶＳ構造において弾性封止材、例えばＯリングを振動源と周辺との界面として使用する場合には、Ｏリングが振動回数の増加に伴ってエージングすることにより、振幅を制限し、異物を除去する性能の不安定性を招く。
従って、本発明は、振動の構造が簡単であり、従来の技術とは異なる材料を使用して光センサー装置を封止し、かつ、圧電素子が生成した振動を伝送することにより、異物を安定かつ有効に自動的に除去できる光検出システム、及び前記光検出システムを使用してその上の異物を除去する方法を開発することを目的とする。
本発明の一態様において、光センサー装置を含む光センサー装置であって、前記光センサー装置は、
一側に一つの開口を有する一つの筐体と、
前記開口に設置され、前記筐体と一緒に前記光センサー装置の内部空間を規定する透明保護カバーと、
前記光センサー装置の内部空間中に設置される光センサーと、
前記透明保護カバーと前記光センサーとの間に設置されるレンズモジュールと、
前記光センサー装置の内部空間において前記透明保護カバーの辺縁に設置される圧電素子と、
環状のシート形状を有し、前記透明保護カバーの辺縁と前記圧電素子の辺縁との間に設置され、かつ、伸張して前記筐体に固定されることにより、前記光センサー装置の内部空間を封止する、可撓性及び剛性を有する封止材とを、含み、
前記圧電素子が振動を行い、前記振動が前記封止材を介して前記透明保護カバーに伝送されることにより、前記透明保護カバーから異物を除去する、異物を自動的に除去できる光検出システムを提供する。
一側に一つの開口を有する一つの筐体と、
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前記圧電素子が振動を行い、前記振動が前記封止材を介して前記透明保護カバーに伝送されることにより、前記透明保護カバーから異物を除去する、異物を自動的に除去できる光検出システムを提供する。
好ましい実施形態において、前記光センサー装置は、環状のシート形状を有し、前記筐体と前記透明保護カバーの外側に設置されることによって前記筐体と前記透明保護カバーと封止材との間の隙間を遮蔽するソフトシールド材をさらに含む。
他の実施形態において、前記レンズモジュールは、前記開口に設置され、かつ、
前記光センサー装置の前記透明保護カバーであり、かつ前記光センサー装置の前記内部空間に対して前記レンズモジュールの最外側に設置される上面側レンズと、
前記光センサー装置の前記筐体に含まれる側方筐体と、
前記上面側レンズの相対側に設置される底面側レンズと、
前記レンズモジュールの内部空間において前記上面側レンズと前記底面側レンズとの間に設置される一つまたは複数の内部レンズとを含み、
前記上面側レンズは、前記側方筐体を含む前記光センサー装置の前記筐体と一緒に前記光センサー装置の前記内部空間を規定し、
前記上面側レンズは、前記側方筐体と前記底面側レンズと一緒に前記レンズモジュールの内部空間を規定し、
前記レンズモジュールの前記内部空間において、前記圧電素子は前記上面側レンズの辺縁に設置され、
前記封止材は、前記上面側レンズの辺縁と前記圧電素子の辺縁との間に設置され、かつ、伸張して前記側方筐体に固定されることにより、前記光センサー装置の内部空間を封止し、
前記圧電素子が振動を行い、前記振動が前記封止材を介して前記上面側レンズに伝送されることにより、前記上面側レンズから異物を除去する。
前記光センサー装置の前記透明保護カバーであり、かつ前記光センサー装置の前記内部空間に対して前記レンズモジュールの最外側に設置される上面側レンズと、
前記光センサー装置の前記筐体に含まれる側方筐体と、
前記上面側レンズの相対側に設置される底面側レンズと、
前記レンズモジュールの内部空間において前記上面側レンズと前記底面側レンズとの間に設置される一つまたは複数の内部レンズとを含み、
前記上面側レンズは、前記側方筐体を含む前記光センサー装置の前記筐体と一緒に前記光センサー装置の前記内部空間を規定し、
前記上面側レンズは、前記側方筐体と前記底面側レンズと一緒に前記レンズモジュールの内部空間を規定し、
前記レンズモジュールの前記内部空間において、前記圧電素子は前記上面側レンズの辺縁に設置され、
前記封止材は、前記上面側レンズの辺縁と前記圧電素子の辺縁との間に設置され、かつ、伸張して前記側方筐体に固定されることにより、前記光センサー装置の内部空間を封止し、
前記圧電素子が振動を行い、前記振動が前記封止材を介して前記上面側レンズに伝送されることにより、前記上面側レンズから異物を除去する。
好ましいのは、前記封止材は、アルミニウム、鋼、チタン合金、マグネシウム・アルミニウム合金、ポリイミド、ポリカーボネート、及びポリエチレンテレフタラートからなる群から選択される１種類または複数種を含む。
好ましいのは、前記封止材は、厚さが１０～２００μｍである。
好ましいのは、前記ソフトシールド材は、厚さが１０～５００μｍである。
好ましいのは、前記ソフトシールド材は、ポリウレタン（例えば、熱可塑性ポリウレタン）、エチレンプロピレンジエンモノマー、シリコーン、及びポリイミドからなる群から選択される１種類または複数種を含む。
好ましい実施形態において、前記光検出システムは、前記光センサー装置に電気的に接続される周波数制御ユニットをさらに含み、前記周波数制御ユニットが前記圧電素子の振動を駆動させる周波数および時間を制御することにより、前記圧電素子は、前記圧電素子の一つまたは複数の共振周波数に基づいての少なくとも一つの振動周波数および前記振動時間で振動し、それにより、前記透明保護カバーから異物を除去する。
好ましい実施形態において、前記光検出システムは、
一つまたは複数の検出ユニットと、
前記周波数制御ユニット及び前記検出ユニットに電気的に接続されるマイクロ制御ユニットと、
前記周波数制御ユニット及び前記圧電素子に電気的に接続される駆動ユニットとをさらに含み、
前記検出ユニットは、前記光センサー装置の状態を検出し、かつ、前記光センサー装置の状態に関連する状態信号を前記マイクロ制御ユニットに送信し、
前記マイクロ制御ユニットは、前記検出ユニットからの前記状態信号を受信し、かつ、前記状態信号に基づき、前記周波数制御ユニットを制御し、前記圧電素子の振動を駆動する指令を前記駆動ユニットへ送信し、
前記駆動ユニットは、前記周波数制御ユニットからの指令に応答し、前記圧電素子の振動を駆動させる。
一つまたは複数の検出ユニットと、
前記周波数制御ユニット及び前記検出ユニットに電気的に接続されるマイクロ制御ユニットと、
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前記検出ユニットは、前記光センサー装置の状態を検出し、かつ、前記光センサー装置の状態に関連する状態信号を前記マイクロ制御ユニットに送信し、
前記マイクロ制御ユニットは、前記検出ユニットからの前記状態信号を受信し、かつ、前記状態信号に基づき、前記周波数制御ユニットを制御し、前記圧電素子の振動を駆動する指令を前記駆動ユニットへ送信し、
前記駆動ユニットは、前記周波数制御ユニットからの指令に応答し、前記圧電素子の振動を駆動させる。
前記光センサー装置の状態には、前記透明保護カバーの上における映像、前記圧電素子のインピーダンス－振動周波数曲線、及び前記透明保護カバーの温度の中の少なくとも一つを含んでもよい。
前記好ましい実施形態において、前記光検出システムは、前記光センサー及び前記マイクロ制御ユニットに電気的に接続されるＡＩ映像識別装置をさらに含んでもよく、
前記光センサーは、センサーされた映像を前記ＡＩ映像識別装置に提供し、
前記ＡＩ映像識別装置は、前記映像に基づき、前記透明保護カバーの上における異物の種類を識別し、かつ、前記異物の種類に関連する種類信号を前記マイクロ制御ユニットに送信し、
前記マイクロ制御ユニットは、前記ＡＩ映像識別装置からの前記種類信号を受信し、かつ、前記種類信号に基づき、前記周波数制御ユニットを制御し、前記圧電素子の振動を駆動する指令を前記駆動ユニットへ送信する。
前記光センサーは、センサーされた映像を前記ＡＩ映像識別装置に提供し、
前記ＡＩ映像識別装置は、前記映像に基づき、前記透明保護カバーの上における異物の種類を識別し、かつ、前記異物の種類に関連する種類信号を前記マイクロ制御ユニットに送信し、
前記マイクロ制御ユニットは、前記ＡＩ映像識別装置からの前記種類信号を受信し、かつ、前記種類信号に基づき、前記周波数制御ユニットを制御し、前記圧電素子の振動を駆動する指令を前記駆動ユニットへ送信する。
本発明の他の態様において、上記の光検出システムを使用して光検出システムの上における異物を自動的に除去する方法であって、圧電素子を利用して振動を行い、かつ、前記振動が可撓性及び剛性を有する封止材を介して光センサー装置の透明保護カバーに伝送されることにより、前記透明保護カバーから異物を除去する除去工程を含む方法を提供する。
好ましい実施形態において、前記除去工程の前に、前記透明保護カバーの温度、前記光検出システムが検出した映像、及び前記圧電素子のインピーダンス－振動周波数曲線の中の少なくとも一つに基づき、前記透明保護カバーの上における異物の種類を識別する識別工程と、
前記圧電素子に一連の周波数の振動を印加し、かつ、前記圧電素子の一つまたは複数の共振周波数を取得する周波数取得工程と、をさらに含み、
前記除去工程は、識別された異物の種類により、前記圧電素子の前記一つまたは複数の共振周波数に基づいての少なくとも一つの振動周波数及び振動時間を決定し、前記振動周波数及び前記振動時間によって前記圧電素子の振動を駆動させ、それにより、前記圧電素子の振動によって前記透明保護カバーから少なくとも一部の異物を除去することをさらに含む。
前記圧電素子に一連の周波数の振動を印加し、かつ、前記圧電素子の一つまたは複数の共振周波数を取得する周波数取得工程と、をさらに含み、
前記除去工程は、識別された異物の種類により、前記圧電素子の前記一つまたは複数の共振周波数に基づいての少なくとも一つの振動周波数及び振動時間を決定し、前記振動周波数及び前記振動時間によって前記圧電素子の振動を駆動させ、それにより、前記圧電素子の振動によって前記透明保護カバーから少なくとも一部の異物を除去することをさらに含む。
好ましいのは、前記除去工程においては、パルス駆動または連続駆動によって前記圧電素子の振動を駆動させる。
好ましいのは、前記除去工程においては、前記圧電素子の振動を駆動させるための振動周波数が２０ｋＨｚ～１.４ＭＨｚの範囲内にある。
好ましいのは、前記識別工程においては、ＡＩ映像識別方法を実行することにより、前記光検出システムが検出した映像を分析し、前記透明保護カバーの上における前記異物の種類を識別する。前記ＡＩ映像識別方法は、機械学習、深層学習、またはニューラルネットワークを利用する分析アルゴリズムであってもよい。
好ましいのは、前記識別工程においては、前記透明保護カバーの温度、前記光検出システムが検出した映像、及び前記圧電素子のインピーダンス－振動周波数曲線の中の少なくとも一つに基づき、前記異物が霧、水、雪、霜、氷または泥水であることを識別する。
好ましいのは、前記除去工程においては、前記透明保護カバーの上における前記異物が、前記圧電素子の振動によって変位、跳ね弾み、昇温、霧化、溶解、及び昇華の中の少なくとも一つの状態になる。
好ましい実施形態において、前記除去工程は、前記透明保護カバーを加熱すること、及びウォータージェットを利用して前記透明保護カバーを洗浄することの少なくとも一つを含む。
本発明に係る異物を自動的に除去できる光検出システム及び方法は、振動を有効に伝送して優れた異物除去性能を具備することだけではなく、負荷の低減、消費電力の低下、使用寿命の延長、蒸気または水漏れの防止などの効果を達成することができる。
以下、図面を参照し、本発明に係る光検出システムの構造の詳細について説明する。図２には、本発明の例示的な光検出システム１０を示し、図３～図５Ａには、本発明の各実施形態の光センサー装置２０の構造の詳細を示している。以下の説明は、構造の特徴を注目しているので、以下の図２を参照して説明するいくつかのユニットは、図３～図５Ａにさらに説明または図示されない可能性がある。しかしながら、理解すべきのは、このようなユニットが光センサー装置（図３～図５Ａの２０）の中に統合でき、または光センサー装置（図３～図５Ａの２０）の外に配置でき、特に制限する必要がない。理解すべきのは、光検出システム１０の回転につれて、素子の空間オリエンテーション及び相対的な位置も変化する。
図２を参照し、本発明の一態様は、光センサー装置２０を含む異物を自動的に除去できる光検出システム１０を提供する。本発明の実施形態において、光検出システム１０は、撮影システムであってもよく、光センサー装置２０は、カメラ装置であってもよい。理解しやすいように、図２には、関連するユニットの通信および電気的な接続を示している。図３及び図４を参照し、光センサー装置２０は、筐体２６０と、透明保護カバー２４０と、光センサー２１０と、レンズモジュール２３０と、可撓性及び剛性を有する封止材２４１と、圧電素子２４４とを含む。図３には、透明保護カバー２４０が平面形状を有する実施形態（例えば、フラットレンズ）を示し、図４には、透明保護カバー２４０が曲面形状を有する実施形態（例えば、凸レンズ又は凹レンズ）を示している。
筐体２６０の一側（例えば、図３及び図４の上側）には、一つの開口があり、透明保護カバー２４０は、前記開口に設置される。筐体２６０は、透明保護カバー２４０と一緒に光センサー装置２０の内部空間を規定する。光センサー２１０は、光センサー装置２０の内部空間中に設置される。レンズモジュール２３０は、透明保護カバー２４０と光センサー２１０との間に設置される。
光センサー装置２０の内部空間において、圧電素子２４４は透明保護カバー２４０の辺縁に設置される。圧電素子２４４は、圧電材、例えばＰＺＴなどを含む。圧電素子２４４は、電気ケーブル２２２によって回路基板２２０に電気的に接続されることができる。封止材２４１は、環状のシート形状を有し、透明保護カバー２４０の辺縁と圧電素子２４４の辺縁との間に設置（貼り付け）され、かつ、伸張して筐体２６０に固定されることにより、光センサー装置２０の内部空間を封止する。圧電素子２４４が振動を行い、前記振動が封止材２４１を介して透明保護カバー２４０に伝送されることにより、透明保護カバー２４０から異物を除去する。
好ましいのは、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、圧電素子２４４は、環形であってもよく、かつ、透明保護カバー２４０の内側辺縁に設置されることにより、より効率的かつ部材を節約する方法で異物を除去することに寄与する。圧電素子２４４を透明保護カバー２４０に貼り付けてもよい。圧電素子２４４は、レンズモジュール２３０の周辺を囲むように設置されてもよい。
封止材２４１は、可撓性及び剛性を有してもよく、かつ、アルミニウム、鋼（例えば、ＳＵＳ３０４）、チタン合金、マグネシウム・アルミニウム合金、ポリイミド（ＰＩ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、及びポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）からなる群から選択される１種類または複数種を含むことが好ましい。封止材２４１は、金属、例えばアルミニウム、鋼、チタン合金、またはマグネシウム・アルミニウム合金の金属箔であってもよく、ポリイミド、ポリカーボネート、またはポリエチレンテレフタラートから製造されたシート又はフィルムであってもよい。封止材２４１の厚さは、１０～２００μｍであることが好ましい。封止材２４１は、防水性能を有するので、光センサー装置２０の内部空間を封止することができる。
本発明の封止材は、振動源と周辺との界面の支持強度として効果を発揮し、厚さが１２.５μｍであるポリイミド材料を例とすると、２８ｋgf／ｍｍ２の引張強度（Ｔｅｎｓｉｌｅ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）及び６７％の伸び率（Ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ）を有する。透明保護カバー及び圧電素子の総重量は、僅か約３gであるので、厚さが１２.５μｍであるポリイミド材料は、強度が既に透明保護カバー及び圧電素子の重量を十分に支持できる。また、振動によるスイング幅も、上記の伸び率よりも大きくない。従って、封止材は、振動源と周辺との界面とすると、十分な支持強度を有し、かつ、破裂する恐れがない。
本発明の封止材を振動源と周辺との界面として使用する利点としては、既存の技術の軟性封止材と比較すると、可撓性及び剛性を有する封止材は、圧電素子から生成された振動を透明保護カバーに有効に伝送することができ、かつ、その他の周辺（透明保護カバー以外）に伝送される振動を低減することができる。このような振動の伝送により、負荷を最小まで低減でき、即ち、光センサー装置の消費電力を低減し、かつ、長時間の稼働でも、封止材の安定性を良好に保持でき、エージング（硬化）しない。なお、このような封止材は、防水性も有し、蒸気または水が光センサー装置中に滲み漏ることを防止することができる。
なお、既存の技術の軟性封止材と比較すると、封止材、例えば鋼、アルミニウム、及びアルミニウム・マグネシウム合金は、優れた熱伝導性を有し、連続稼働する振動源（圧電素子）が生成した熱を、隣接する筐体（例えば、図３又は図４の筐体２６６、または図５Ａの筐体２６４、例えば、金属サポートフレーム又はプラスチックサポートフレーム、好ましくは金属サポートフレーム）に有効に伝導することができ、それにより、元の設計構造の連続稼働による放熱できない問題を改善し、かつ圧電素子の稼働で生成された昇温による共振周波数のオフセットを緩和する。
または、既存の技術の軟性封止材と比較すると、封止材、例えばチタン合金、ポリイミド、及びポリエチレンテレフタラートは、熱の不良導体であり、良好な断熱性を有し、連続稼働する振動源（圧電素子）で生成された熱を、透明保護カバー２４０の上に有効に集中することができ、氷、雪、霜、霧などの異物の除去に寄与する。光検出システム１０の実際的な使用環境における異物の種類および特性によって適切な封止材を選択することができる。
一方、本発明において、既存の技術の軟性封止材の代わりに、可撓性及び剛性を有する封止材を透明保護カバー２４０と筐体２６０との間の封止材として使用するので、筐体２６０と透明保護カバー２４０と封止材２４１との間に隙間が存在する可能性がある。従って、封止材２４１がこのような隙間によって外部に暴露する可能性があり、それにより、水または他の物質が封止材２４１の上に付着する可能性がある。
封止材２４１は、光検出システム１０の構造が最も優れた共振を達成できることを制御する決定的な支持部材である。封止材２４１の上に物質又は過量な水が付着し、または封止材２４１の上に水溜まると、振動性能が低減し、さらに、振動を介して除水することができない可能性もある。
図７Ａには、異なる水溜りの度合いにおける本発明の光検出システム１０の圧電素子のインピーダンス－振動周波数曲線を示している。図７Ａには、例えば、図３の平面型透明保護カバー２４０を使用する。圧電素子２４４に一連の周波数の振動を印加し、インピーダンスアナライザーを使用して圧電素子２４４のインピーダンスを測定することにより、図７Ａの圧電素子のインピーダンス－振動周波数曲線が得られる。図７Ａには、曲線a、ｂ及びｃは、それぞれ筐体２６０と透明保護カバー２４０と封止材２４１との間の隙間に水溜りがない状況、少量の水溜りが存在する状況、及び大量の水溜りが存在する状況を示している。図７Ａにおいて、圧電素子のインピーダンスが２８.６～２８.８ｋＨｚにあると、最も優れた振動効果を有する。
図７Ｂは、図７Ａのインピーダンス－振動周波数曲線の一部を示し、かつ、Ｒｍｉｎ（曲線の最低点に対応するインピーダンス）を含む部分を採用した。上記の通り、圧電材にとって、Ｒｍａｘが大きくなるほど、Ｒｍｉｎが小さくなり、かつ振動の振幅が大きくなる。図７Ｂから分かるように、曲線a（水溜りがない状況）のＲｍｉｎが最小であり、振動の振幅が最大であることを示し、そして、曲線ｃ（大量の水溜りが存在する状況）のＲｍｉｎが最大であり、振動の振幅が最小であることを示す。これは、水溜り量の増加につれて、振動性能が低減することを示している。
したがって、封止材２４１の上に水または他の物質が付着することを避けるために各種の異なる材料をテストした後に、薄い軟性材料をシールド材として使用し、透明保護カバー２４０及び封止材２４１の上に貼り付けることによって隙間を遮蔽すると、水または他の物質が封止材２４１の上に直接に付着することが避けられることを見出した。
そのため、好ましい実施形態において、光センサー装置２０は、ソフトシールド材２４３をさらに含む。ソフトシールド材２４３は、環状のシート形状を有し、かつ、筐体２６０及び透明保護カバー２４０の外側に設置されることにより、筐体２６０と透明保護カバー２４０と封止材２４１との間の隙間を遮蔽することができる。
ソフトシールド材２４３の厚さは、１０～５００μｍであることが好ましく、１０～３００μｍであることがより好ましい。ソフトシールド材２４３は、ポリウレタン（ＰＵ）、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）、エチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）、シリコーン、及びポリイミド（ＰＩ）からなる群から選択される１種類または複数種を含むことが好ましい。ソフトシールド材２４３は、ソフトパッドであってもよい。ソフトシールド材２４３Ｇは、防水性能を有してもよく、かつ、外側からそれぞれ透明保護カバー２４０及び光センサー装置２０の筐体２６０に貼り付けることにより、筐体２６０と透明保護カバー２４０と封止材２４１との間の隙間を遮蔽することができる。
上記の任意の貼付けは、ゴム貼り、溶接、または他の任意方式で行ってもよい。その中、優れた引張特性と低い吸湿率とを有する粘着剤を使用して任意のゴム貼りを行ってもよい。
圧電素子２４４、封止材２４１、及びソフトシールド材２４３は、光センサー２１０に入り込む入射光を遮蔽しなければ、任意の適切な環形の形状に設置されてもよい。
注意すべきのは、既存の技術（ＵＳ ２０２００３５８９３８ Ａ１）においては、軟性封止材（Ｏリング）が振動源と周辺構造とを隔離する効果を発揮し、かつ防水効果を達成する。しかしながら、本発明においては、振動源の隔離および防水性能が、主として可撓性及び剛性を有する封止材によって提供され、また、ソフトシールド材の主な機能は、水または他の物質が封止材の上に付着することを避けることである。従って、本発明のソフトシールド材と既存の技術の軟性封止材は、構造設計及び機能がいずれも異なる。
幾つかの実施形態によると、筐体２６０は、第１の筐体２６２と、レンズモジュール固定部材２６４と、第２の筐体２６６とを含んでもよい。第１の筐体２６２、レンズモジュール固定部材２６４、及び第２の筐体２６６の中の隣接する二者の間に、封止部材、例えばＯリングを設置することにより、封止を行ってもよい。図３及び図４に示す実施形態において、筐体２６０の開口は、第２の筐体２６６（特に上側）に設置されてもよい。
本発明の各実施形態において、レンズモジュール２３０は、光センサー装置２０に嵌入されてもよく（図３及び図４に示すように）、または、少なくとも一部が光センサー装置２０から外向きに突出してもよい（図５Ａに示すように）。
図５Ａを参照し、他の実施形態において、レンズモジュール２３０は、筐体２６０の開口に設置されている。この場合に、筐体２６０は、第１の筐体２６２及びレンズモジュール固定部材２６４しか含んでなくて、筐体２６０の開口がレンズモジュール固定部材２６４（特に上側）に設置されている。図５Ｂを参照し、レンズモジュール２３０は、上面側レンズ２３０Ａと、側方筐体２３０Ｂと、一つまたは複数の内部レンズ２３０Ｃと、底面側レンズ２３０Ｄとを含んでもよい。上面側レンズ２３０Ａ、内部レンズ２３０Ｃ、及び底面側レンズ２３０Ｄは、平面または曲面であってもよく、即ち、それぞれフラットレンズ、凸レンズ、又は凹レンズであってもよい。
図５Ｂを参照し、当該実施形態において、上面側レンズ２３０Ａは、光センサー装置２０の透明保護カバー２４０であり、かつ、光センサー装置２０の内部空間に対してレンズモジュール２３０の最外側に設置されている。側方筐体２３０Ｂは、筒状部材であってもよく、光センサー装置２０の筐体２６０の一部として、上面側レンズ２３０Ａ及び筐体２６０と一緒に光センサー装置２０の内部空間を規定する。底面側レンズ２３０Ｄは、上面側レンズ２３０Ａの相対側に設置されている。上面側レンズ２３０Ａと側方筐体２３０Ｂと底面側レンズ２３０Ｄは、一緒にレンズモジュール２３０の内部空間を規定する。レンズモジュール２３０の内部空間には、前記の一つまたは複数の内部レンズ２３０Ｃが、上面側レンズ２３０Ａと底面側レンズ２３０Ｄとの間に設置されている。
また、当該実施形態において、レンズモジュール２３０の内部空間において、圧電素子２４４は上面側レンズ２３０Ａの辺縁に設置されている。封止材２４１は、上面側レンズ２３０Ａの辺縁と圧電素子２４４の辺縁との間に設置（付着）され、かつ、伸張して側方筐体２３０Ｂに固定されることにより、光センサー装置２０の内部空間を封止する。圧電素子２４４が振動を行い、前記振動が封止材２４１を介して上面側レンズ２３０Ａに伝送されることにより、上面側レンズ２３０Ａから異物を除去する。
図２に示すように、好ましい実施形態において、光検出システム１０は、周波数制御ユニット３０をさらに含んでもよい。周波数制御ユニット３０は、光センサー装置２０に電気的に接続され、特に、例えば、駆動ユニット３４を経由して圧電素子２４４に電気的に接続されている。また、圧電素子２４４の振動を駆動させる周波数および時間を制御することにより、圧電素子２４４は、圧電素子２４４の一つまたは複数の共振周波数に基づいての少なくとも一つの振動周波数および振動時間で振動することにより、透明保護カバー２４０から異物を除去し（図３及び図４に示す実施形態）、またはレンズモジュール２３０の上面側レンズ２３０Ａから異物を除去する（図５Ａに示す実施形態）。
図２に示すように、好ましい実施形態において、光検出システム１０は、一つまたは複数の検出ユニット４０と、マイクロ制御ユニット３２と、駆動ユニット３４とを含んでもよい。マイクロ制御ユニット３２は、周波数制御ユニット３０及び検出ユニット４０に電気的に接続される。駆動ユニット３４は、周波数制御ユニット３０及び圧電素子２４４に電気的に接続される。
検出ユニット４０は、光センサー装置２０の光センサー２１０であってもよく、映像検出器として透明保護カバー２４０の上における映像を検出（センサー）する。検出ユニット４０は、インピーダンスアナライザーであってもよく、インピーダンス検出ユニットとして圧電素子のインピーダンスを測定することにより、圧電素子のインピーダンス－振動周波数曲線が得られる。或いは、検出ユニット４０は、他の検出ユニット、例えば、温度検出器または水滴検出器であってもよく、透明保護カバー２４０の温度または透明保護カバー２４０の上の水滴の存在を検出する。検出ユニット４０が水滴検出器である場合には、光センサー装置２０を囲む複数の検出点が設置されてもよい。
検出ユニット４０は、光センサー装置２０の状態、例えば、透明保護カバー２４０の上における映像、圧電素子２４４のインピーダンス（インピーダンス－振動周波数曲線を描くために用いられる）、透明保護カバー２４０の温度、または透明保護カバー２４０の上の水滴の存在を検出し、かつ、光センサー装置２０の状態に関連する状態信号をマイクロ制御ユニット３２に送信する。
次に、マイクロ制御ユニット３２は、検出ユニット４０からの状態信号を受信し、かつ、前記状態信号に基づき、周波数制御ユニット３０を制御し、圧電素子２４４の振動を駆動する指令を駆動ユニット３４へ送信する。そして、駆動ユニット３４は、周波数制御ユニット３０からの指令に応答し、圧電素子２４４の振動を駆動させる。
図２に示すように、幾つかの実施形態によると、光検出システム１０は、マイクロ制御ユニット３２に電気的に接続される電源検出器ユニット３６をさらに含んでもよい。電源検出器ユニット３６は、電源の入力を受信する。光検出システム１０は、マイクロ制御ユニット３２及び駆動ユニット３４に電気的に接続される電源ユニット３８をさらに含んでもよい。
好ましい実施形態において、光検出システム１０は、検出ユニット４０及びマイクロ制御ユニット３２に電気的に接続されるＡＩ並列処理素子をさらに含んでもよい。検出ユニット４０は、検出された状態信号をＡＩ並列処理素子５０に送信する。そして、ＡＩ並列処理素子５０は、前記状態信号に基づき、透明保護カバー２４０の上における異物の種類を識別し、かつ、異物の種類に関連する種類信号をマイクロ制御ユニット３２に送信する。その後、マイクロ制御ユニット３２は、ＡＩ並列処理素子５０からの種類信号を受信し、かつ、種類信号に基づき、周波数制御ユニット３０を制御し、圧電素子２４４の振動を駆動する指令を駆動ユニット３４へ送信する。
好ましい実施形態において、ＡＩ並列処理素子５０は、ＡＩ映像識別装置であり、かつ、検出ユニット４０としての光センサー２１０及びマイクロ制御ユニット３２に電気的に接続される。光センサー２１０は、センサーされた映像をＡＩ映像識別装置に提供する。そして、ＡＩ映像識別装置は、前記映像に基づき、透明保護カバー２４０の上における異物の種類を識別し、かつ、異物の種類に関連する種類信号をマイクロ制御ユニット３２に送信する。その後、マイクロ制御ユニット３２は、ＡＩ映像識別装置からの種類信号を受信し、かつ、種類信号に基づき、周波数制御ユニット３０を制御し、圧電素子２４４の振動を駆動する指令を駆動ユニット３４へ送信する。
図３乃至図５Ａを参照し、光センサー装置２０は、光センサー２１０に電気的に接続される回路基板２２０をさらに含んでもよい。より具体的には、回路基板２２０は、撮影装置基板と、配電基板と、圧電素子の駆動基板とを含んでもよい。例えば、上記の通り、光検出システム１０の各ユニット、例えば、周波数制御ユニット３０、マイクロ制御ユニット３２、駆動ユニット３４、ＡＩ並列処理素子５０などは、回路基板２２０の上に統合されてもよい。
図８を参照し、透明保護カバー２４０は、透明基材２４２を含む。透明基材２４２は、ガラスまたはプラスチックで形成されてもよい。光センサー装置２０の内部空間に対する外側には、透明保護カバー２４０が、透明基材２４２の上に設置された疎水性層２５０又は反射防止層２５４をさらに含んでもよく、それにより、水の付着を低減させ、或いは光線透過率を増加させる。好ましいのは、透明保護カバー２４０は、疎水性層２５０と反射防止層２５４とを同時に含んでもよい。この場合には、反射防止層２５４が透明基材２４２の上に設置され、疎水性層２５０が反射防止層２５４の上に設置される。
図６Ａ及び図６Ｂを参照し、圧電素子２４４は、圧電材２４６と、一つまたは複数の電極２４８とを含んでもよく、前記一つまたは複数の電極２４８が不均一分布の方式で圧電材２４６の上に設置される。図６Ａに示すように、一つの実施形態において、圧電素子２４４は、環形の層になるように配置された圧電材２４６と、圧電材２４６の上に設置された一つの電極２４８とを含み、かつ、電極２４８が圧電材２４６の一部のみに設置される。図６Ｂに示すように、他の実施形態において、圧電素子２４４は、圧電材２４６と２つの電極２４８を含み、かつ、２つの電極２４８は、それぞれ圧電材２４６の一部のみに設置され、圧電素子２４４の中心と２つの電極２４８との接続線は、約９０°の角度を形成する。
図９を参照し、本発明の他の態様において、除去工程Ｓ３０を含む、上記の光検出システム１０を使用して光検出システムの上における異物を自動的に除去する方法を提供する。除去工程Ｓ３０においては、圧電素子２４４を利用して振動を行い、かつ、前記振動が可撓性及び剛性を有する封止材２４１を介して光センサー装置２０の透明保護カバー２４０に伝送されることにより、透明保護カバー２４０から異物を除去する。
好ましい実施形態において、本発明に係る方法は、除去工程Ｓ３０の前に、識別工程Ｓ１０と周波数取得工程Ｓ２０とを含んでもよい。
識別工程Ｓ１０においては、透明保護カバー２４０の温度、光検出システム１０が検出した映像、または圧電素子２４４のインピーダンス－振動周波数曲線の中の少なくとも一つに基づき、透明保護カバー２４０の上における異物の種類を識別する。例えば、上記の温度、映像、またはインピーダンス－振動周波数曲線に基づき、異物が霧、水、雪、霜、または氷であることを識別することができ、或いは、上記の映像またはインピーダンス－振動周波数曲線に基づき、異物が霧、水、雪、霜、氷、または汚れであることを識別することができる。前記汚れは、泥水であってもよい。
具体的には、温度に基づいて透明保護カバー２４０の上における異物を識別する場合に、霧、水、雪、霜、または氷がそれぞれ異なる温度を有するので、温度検出器によって透明保護カバー２４０の温度を検出することにより、当該温度に対応する異物の種類を識別することができる。
具体的には、映像に基づいて透明保護カバー２４０の上における異物を識別する場合に、例えば、光検出システム１０の光センサー２１０によって映像をセンサーすることができる。そして、インターネット、Wi-Ｆi、イーサネットなどを経由して映像を通信モジュールに伝送し、更にクラウドにアップロードすることができる。さらに、機械学習、深層学習、またはニューラルネットワークを利用した分析アルゴリズムを実行するＡＩ映像識別方法により、光検出システム１０が検出した映像を分析し、透明保護カバー２４０の上における異物の種類を識別することができる。例えば、一つの実施形態において、通信モジュールは、指令をマイクロ制御ユニット（ＭＣＵ）３２に伝送し、マイクロ制御ユニット（ＭＣＵ）３２は、周波数制御ユニット３０と駆動ユニット３４を制御することにより、後続の周波数取得工程Ｓ２０を実行する。
具体的には、インピーダンス－振動周波数曲線に基づいて透明保護カバー２４０の上における異物を識別する場合に、インピーダンスアナライザーによって圧電素子２４４のインピーダンス－振動周波数曲線を測定することにより、当該曲線に対応する異物の種類を識別することができる。圧電素子のインピーダンス－振動周波数曲線に基づき、異物が氷、雪、雪と水の混合物、水、または泥水であることを識別することができる。この原因は、圧電素子のインピーダンス－振動周波数曲線が、典型的に透明保護カバーの上に付着する異物の種類によって変化するものである。
理解すべきのは、幾つかの実施形態において、他の外来信号に基づき、識別工程Ｓ１０を実行しはじめてもよい。一つの実施形態において、ユーザーの入力に基づき、識別工程Ｓ１０を実行しはじめてもよい。他の実施形態において、光検出システム１０が車両に応用され、かつ、ワイパーの操作信号に基づき、識別工程Ｓ１０を実行しはじめる。ワイパーの操作信号は、マイクロ制御ユニット３２に伝送されることができる。深層学習を利用したアルゴリズムを実行することにより、光センサー装置２０の透明保護カバー２４０をさらに識別することができる。例えば、前記識別は、上記の映像分析であってもよく、かつ、ＡＩ並列処理素子５０（例えば、ＡＩ映像識別装置）によって実行することができる。
周波数取得工程Ｓ２０においては、圧電素子２４４に一連の周波数の振動を印加し、かつ、圧電素子２４４の一つまたは複数の共振周波数が得られる。周波数走査範囲を拡大すると、一つまたは複数の共振周波数を得る可能性がある。具体的には、各周波数について対応する電圧または電流（即ち、電源ユニット３８の電流）を測定することができ、かつ、測定した結果によって圧電素子の電流－周波数図（例えば、図１０）を作成することができ、それにより、図から共振点を見い出すことができる。例えば、図１０において、比較的高い電流に対応する５つの点は、Ｐ１(３０.３ｋＨｚ,１６０ｍＡ)、Ｐ２(３０.５ｋＨｚ,１７０ｍＡ)、Ｐ３(３１ｋＨｚ,２３０ｍＡ)、Ｐ４(３１.３ｋＨｚ,２６０ｍＡ)、及びＰ５(３１.５ｋＨｚ,１８０ｍＡ)である。その中、最高出力電流に対応する点Ｐ４は、共振点である。一連の周波数の中に最高出力電流に対応する共振周波数（例えば、点Ｐ４における共振周波数）は、後続の除去工程Ｓ３０に用いられ、圧電材２４４の振動を駆動させることができる。
幾つかの実施形態において、圧電材２４４の共振周波数が、透明保護カバーの上に付着する異物の状況によって変化するので、毎回に圧電材２４４の振動を駆動させて異物を除去しようとする時に、圧電材２４４の共振周波数を再び走査することにより、最も適切な振動周波数によって異物を除去することができる。他の幾つかの実施形態において、特に除去工程Ｓ３０を複数回行うの間における時間間隔が短い時に、複数回の除去工程Ｓ３０に対し、ただ一回だけの周波数取得工程Ｓ２０を行ってもよい。
除去工程Ｓ３０においては、透明保護カバー２４０から異物を除去する。除去工程Ｓ３０は、識別された異物の種類に基づき、圧電素子２４４の一つまたは複数の共振周波数に基づいての少なくとも一つの振動周波数および振動時間を決定し、当該振動周波数と当該振動時間によって圧電素子２４４の振動を駆動させ、そして、圧電素子２４４の振動により、透明保護カバー２４０から少なくとも一部の異物を除去することを含む。
好ましいのは、除去工程Ｓ３０においては、圧電素子の振動を駆動させるための振動周波数が、２０ｋＨｚ～１.４ＭＨｚの範囲内にある。
除去工程Ｓ３０においては、パルス駆動または連続駆動によって圧電素子２４４の振動を駆動させることができる。
しかしながら、既存の技術（例えば、ＵＳ ２０２００３５８９３８ Ａ１）の駆動電気回路において、圧電素子の振動を駆動させるための対策は、まず、共振周波数を走査し、かつ、共振周波数を確認した後に、当該共振周波数を使用して圧電素子を駆動させ、連続振動を行う。その欠点としては、電気回路が発熱しやすい、かつ、エネルギーの効率が低いである。
したがって、図１１に示すように、一つの好ましい実施形態において、連続駆動の代わりに、パルス駆動によって圧電素子２４４の振動を駆動させることができる。図１１は、本発明に係る方法のパルス駆動期間の電流及び電圧と時間との対応関係図である。図１１において、曲線αは、駆動電流と時間との対応曲線であり、曲線βは、駆動電圧と時間との対応曲線であり、電流の単位は、ｍＡであり、電圧の単位は、Ｖであり、時間の単位は、ｍｓである。
本発明の好ましい実施形態において、パルス駆動を採用する利点としては、消費電力を低減できること以外に、連続駆動による電気回路の発熱を避けることがてきる。なお、本発明において、封止材が展延性を有するので、振動開始の瞬間に、最大パワーを達成することができる。よって、連続駆動を使用する場合と比較すると、パルス駆動を使用する場合は、振動の振幅を約３０％に向上させることができる。
一つの実施形態において、除去工程Ｓ３０には、透明保護カバー２４０の上における異物が、圧電素子２４４の振動により、変位、跳ね弾み、昇温、霧化、溶解、及び昇華の少なくとも一つの状態になる。典型的に、高周波によって異物が霧化、溶解、昇温、昇華、または跳ね弾みになり、低周波によって異物が変位になる。
識別された異物の種類に基づき、振動周波数として、適切な効果を生成できる共振周波数を選択することにより、異物を除去することができる。
例えば、異物が霧であると識別した時に、振動周波数として、霧を昇温する共振周波数を使用し、圧電素子２４４の振動を駆動させることにより、熱を生成して霧を除去することができる。
例えば、異物が水であると識別した時に、振動周波数として、水を霧化または変位する共振周波数を使用し、圧電素子２４４の振動を駆動させることにより、水が霧化または変位させることができる。
例えば、異物が雪、霜、または氷であると識別した時に、振動周波数として、雪、霜、または氷を溶解、変位、または昇華する共振周波数を使用し、圧電素子２４４の振動を駆動させることにより、雪、霜、または氷を溶解、変位または昇華させることができる。或いは、振動周波数として、雪、霜、または氷の溶解によって形成された水を霧化または変位する共振周波数を使用し、圧電素子２４４の振動を駆動させることにより、雪、霜、または氷の溶解によって形成された水を霧化または変位させることができる。
例えば、異物が泥水であると識別した時に、振動周波数として、泥水を変位する共振周波数を使用し、圧電素子２４４の振動を駆動させることにより、泥水を変位させることができる。
なお、異物除去の効率を向上させるために、上記の共振周波数の任意の組合せを同時に使用することにより、異物の変位、跳ね弾み、昇温、霧化、溶解、及び昇華の任意の組合せを同時に行うことができる。
操作の便宜のために、幾つかの実施形態において、各種の異物に対応する共振周波数の一つまたは複数の特定振動周波数を含む周波数範囲により、圧電素子２４４の振動を直接に駆動させることができる。除去工程Ｓ３０をさらに理解するために、下記の表１には、実施例Ｅ１～Ｅ６を提供する。
実施例Ｅ１～Ｅ６において、光検出システム１０には、圧電素子２４４として、ＰＺＴ（ジルコニウム・チタン酸鉛）素子を使用する。実施例Ｅ１～Ｅ６について、それぞれ、上記の識別工程Ｓ１０によって異物の種類を識別する。そして、異物の種類に対応する周波数範囲により、ＰＺＴ素子の振動を駆動させる。振動した後に、映像の解像度（ＭＴＦ）により、透明保護カバー２４０の洗浄度を評価する。実施例Ｅ１～Ｅ６の異物の種類、対応する周波数範囲、異物除去メカニズム、及び評価して得られた映像の解像度は、表１に記載されている。
実施例Ｅ２～Ｅ５において、それぞれ、ＰＺＴ素子に対して複合振動モードを採用する。例えば、実施例Ｅ２において、異物除去期間において周波数範囲が異なるので、まず、氷を加熱して溶解し、次に、氷が溶解した水滴を変位かつ集中させて比較的大きな水滴を形成し、最後に、前記比較的大きな水滴を霧化させ、それにより、透明保護カバー２４０から氷を除去する。
表１から分かるように、本発明のシステム又は方法を使用して異物を除去した後に、実施例Ｅ１～Ｅ６は、いずれも優れた映像の解像度を再び取得することができる。よって、２８ｋＨｚ～１.４ＭＨｚの周波数範囲は、除去工程Ｓ３０に適用することができる。装置の設定の便宜のために、除去工程Ｓ３０においては、２０ｋＨｚ～１.４ＭＨｚの周波数範囲を採用して圧電素子の振動を駆動させることができる。
他の実施形態において、除去工程Ｓ３０には、さらに、透明保護カバー２４０を加熱することにより、異物、例えば霧、水、雪、霜、または氷を除去することができ、或いは、ウォータージェットを利用して透明保護カバー２４０を洗浄することにより、異物、例えば霧、水、雪、霜、氷、または泥水を除去することができる。
矛盾がない場合に、本発明に係る光検出システムに使用される技術的特徴は、本発明に係る方法に適用し、同様に、本発明に係る方法に使用される技術的特徴は、本発明に係る光検出システムに適用する。また、矛盾がない場合に、本発明の各実施形態は、互いに組み合わせてもよい。
以下、比較例と実験例とを結合し、本発明の技術効果について検証を行う。
まず、従来の技術（ＵＳ ２０２００３５８９３８ Ａ１）において軟性封止材（Ｏリング）を使用した光検出システム（比較例１）及び本発明に係る光検出システム（実験例１）について、圧電素子に一連の周波数の振動を印加し、かつ、インピーダンスアナライザーを使用して圧電素子のインピーダンスを測定することにより、図１Ａ～図１Ｃに類似するインピーダンス－振動周波数曲線が得られる。各々の曲線から得られた比較例１及び実験例１の構造性能パラメーターは、下記の表２に記載されている。
表２において、「振動前」は、連続動作を経っていない新たな光検出システムを示し、「振動後」は、８時間の連続動作（周波数が３０.９ｋＨｚである振動）を経った光検出システムを示している。その中、Ｆ３は、反共振点に対応する周波数であり、Ｒｍｉｎは、反共振点に対応する最小のインピーダンスであり、Ｒｍａｘは、共振点に対応する最大のインピーダンスである。上記の通り、圧電材にとって、Ｒｍａｘが大きくなるほど、Ｒｍｉｎが小さくなり、かつ振動の振幅が大きくなる。Ｒｍａｘ／Ｒｍｉｎが大きくなるほど、振動の振幅が大きくなる。
表２から分かるように、振動の前後に関わらず、実験例１のＲｍｉｎは比較例１のＲｍｉｎより著しく小さくて、実験例１の振動振幅が比較例１より著しく大きくことを示す。即ち、従来の技術の軟性封止材を使用した光検出システムと比較すると、本発明に係る封止材を使用した光検出システムは、著しく優れた振動性能を有するので、著しく優れた異物除去性能を有する。
さらに、８時間の連続動作を経った後に、実験例１のＲｍｉｎは、０.７５％のみ増え（殆ど変化なしを示す）、そして、比較例１のＲｍｉｎは、４０％増える（著しく増える）。これは、連続動作を経った後に、実験例１の振動能力が依然として連続動作前に相当する程度のままであり、比較例１の振動性能が著しく低減することを示す。即ち、従来の技術の軟性封止材を使用した光検出システムと比較すると、本発明に係る封止材を使用した光検出システムは、著しく優れた封止材の安定性を有するので、著しく優れた使用寿命を有する。
なお、比較例１における平均除水消費電力は、２.７Ｗａｔｔであり、実験例１における平均除水消費電力は、１.４～２Ｗａｔｔである。これは、本発明に係る封止材を使用した光検出システムが、消費電力を低減できる利点も有することを示す。
次に、封止材を使用した本発明の光検出システムに対してソフトシールド材をさらに使用する技術効果について、検証を行う。
本発明に係る封止材を有する光検出システムについて、ソフトシールド材の使用の有無、及び／又は、水溜りの有無の場合に、圧電素子に一連の周波数の振動を印加し、かつ、インピーダンスアナライザーを使用して圧電素子のインピーダンスを測定することにより、図１２の圧電素子のインピーダンス－振動周波数曲線が得られる。図１２には、曲線aは、ソフトシールド材を使用しなく、かつ隙間に水溜りがない場合を示し、曲線ｂは、ソフトシールド材を使用する場合を示し、曲線ｃは、ソフトシールド材を使用しなく、かつ隙間に水溜りが存在する場合を示す。図１２には、圧電素子のインピーダンスが２７.６～２７.７ｋＨｚの間にある時に、最も優れた振動効果を有する。
図１２から分かるように、Ｒｍａｘ（対応する曲線の最高点のインピーダンス）については、曲線a（ソフトシールド材を使用しなく、かつ水溜りがない）＞曲線ｂ（ソフトシールド材を使用する）＞曲線ｃ（ソフトシールド材を使用しなく、かつ水溜りが存在する）。圧電材にとって、Ｒｍａｘが大きくなるほど、Ｒｍｉｎが小さくなり、かつ振動の振幅が大きくなるので、振動の振幅もこのような傾向を有する（曲線a＞曲線ｂ＞曲線ｃ）。
ソフトシールド材を使用しなく、かつ水溜りがない場合（曲線a）と比較すると、ソフトシールド材を使用する場合（曲線ｂ）のＲｍａｘはやや低減するが、依然として１２ｋΩ以上に維持することができ、水溜りが存在する場合（曲線ｃ）のＲｍａｘの２倍である（Ｒｍａｘの数値が大きくなるほど、振動能力がよくなる。）。
従って、封止材を使用する利点以外に、ソフトシールド材をさらに使用して隙間を遮蔽する追加の利点は、水または他の物質を暴露した封止材の上に付着することを回避することができ、それにより、封止材の使用による良好な振動能力を維持することができる。
次に、封止材を使用した本発明の光検出システムに対してパルス駆動をさらに使用して圧電素子の振動を駆動させる技術効果について、検証を行う。
表３には、本発明に係る光検出システムの連続駆動およびパルス（間欠式）駆動の動作モードにおける消費電力の比較結果を示している。
表３から分かるように、同じ電流及び入力電圧の場合に、連続駆動と比較すると、パルス駆動は、５５％の消費電力のみで同じ効果を達成することができる。
本発明に係る光検出システムは、電子サイドミラー又は車両の他の応用に用いられ、または、車両以外の他の応用、例えばモニターなどに用いられる。
本発明に係る光検出システム及び方法は、光検出システムの上における異物を快速かつ即時に除去するために用いられ、例えば、数分間の内に、異物、例えば氷、雪、または霜を除去することができ、さらに、１秒間の内に、異物、例えば水を除去することができる。よって、泥水が光検出システムの上に付着しても、或いは、雨、雪、または霧などの悪い天気で運転する時にも、クリアな映像を保持することができ、かつ、良好な映像品質で光検出システムを使用することができる。光検出システムを車両に応用する時に、特に運転の安全性に寄与する。
特に、本発明に係る光検出システム及び方法は、封止材を振動源と周辺との界面として使用しており、封止材が優れた展延性、引張強度、伸び率、可撓性、剛性、及び防水性を有するので、振動を有効に伝送することができ、優れた異物除去能力を有するだけではなく、負荷の低減、消費電力の低下、使用寿命の延長、蒸気または水の漏れの防止などの効果を達成することができる。さらに、実際の使用によって適切な封止材を選択すると、有効な放熱および共振周波数オフセットの緩和という効果も達成することができ、または、有効な熱の蓄積および異物除去という効果も達成することができる。
なお、本発明に係る光検出システム及び方法において、ソフトシールド材をさらに使用することによって水または他の物質を暴露した封止材の上に付着するのを回避できる実施形態には、封止材による良好な振動能力をより良好に維持することができる。
なお、本発明に係る方法において、さらに、連続駆動の代わりに、パルス駆動を使用することによって圧電素子の振動を駆動させる場合には、消費電力をさらに低減する追加の効果を達成することができる。
上記の通り、実施例に基づいて本発明を説明しているが、本発明はこれらの実施例に制限されるものではない。当業者であれば、本発明の精神及び範囲から逸脱しない限り、各種の変更および改良を行うことができる。本発明の保護範囲は、特許請求の範囲で指定した内容を基準とする。
１０ 光検出システム
２０ 光センサー装置
３０ 周波数制御ユニット
３２ マイクロ制御ユニット
３４ 駆動ユニット
３６ 電源検出器ユニット
３８ 電源ユニット
４０ 検出ユニット
５０ ＡＩ並列処理素子
２１０ 光センサー
２２０ 回路基板
２２２ 電気ケーブル
２３０ レンズモジュール
２３０Ａ 上面側レンズ
２３０Ｂ 側方筐体
２３０Ｃ 内部レンズ
２３０Ｄ 底面側レンズ
２４０ 透明保護カバー
２４１ 封止材
２４２ 透明基材
２４３ ソフトシールド材
２４４ 圧電素子
２４６ 圧電材
２４８ 電極
２５０ 疎水性層
２５４ 反射防止層
２６０ 筐体
２６２ 第１の筐体
２６４ レンズモジュール固定部材
２６６ 第２の筐体
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５ 点
Ｓ１０ 識別工程
Ｓ２０ 周波数取得工程
Ｓ３０ 除去工程
２０ 光センサー装置
３０ 周波数制御ユニット
３２ マイクロ制御ユニット
３４ 駆動ユニット
３６ 電源検出器ユニット
３８ 電源ユニット
４０ 検出ユニット
５０ ＡＩ並列処理素子
２１０ 光センサー
２２０ 回路基板
２２２ 電気ケーブル
２３０ レンズモジュール
２３０Ａ 上面側レンズ
２３０Ｂ 側方筐体
２３０Ｃ 内部レンズ
２３０Ｄ 底面側レンズ
２４０ 透明保護カバー
２４１ 封止材
２４２ 透明基材
２４３ ソフトシールド材
２４４ 圧電素子
２４６ 圧電材
２４８ 電極
２５０ 疎水性層
２５４ 反射防止層
２６０ 筐体
２６２ 第１の筐体
２６４ レンズモジュール固定部材
２６６ 第２の筐体
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５ 点
Ｓ１０ 識別工程
Ｓ２０ 周波数取得工程
Ｓ３０ 除去工程
Claims (6)
- 光センサー装置を含む光検出システムであって、
前記光センサー装置は、
一側に一つの開口を有する筐体と、
前記開口に設置され、前記筐体と一緒に前記光センサー装置の内部空間を規定する透明保護カバーと、
前記光センサー装置の前記内部空間中に設置される光センサーと、
前記透明保護カバーと前記光センサーとの間に設置されるレンズモジュールと、
前記光センサー装置の前記内部空間において前記透明保護カバーの辺縁に設置される圧電素子と、
環状のシート形状を有し、前記透明保護カバーの辺縁と前記圧電素子の辺縁との間に設置され、かつ、伸長して前記筐体に固定されることにより、前記光センサー装置の内部空間を封止する、可撓性及び剛性を有する封止材と、を含み、
前記圧電素子が振動を行い、前記振動が前記封止材を介して前記透明保護カバーに伝送されることにより、前記透明保護カバーから異物を除去することを特徴とする、異物を自動的に除去できる光検出システム。 - 前記光センサー装置は、環状のシート形状を有し、前記筐体と前記透明保護カバーの外側に設置されることによって前記筐体と前記透明保護カバーと前記封止材との間の隙間を遮蔽するソフトシールド材をさらに含み、
前記ソフトシールド材は、厚さが１０～５００μｍであり、かつ、ポリウレタン、エチレンプロピレンジエンモノマー、シリコーン、及びポリイミドからなる群から選択される１種類または複数種を含むことを特徴とする、請求項１に記載の光検出システム。 - 前記封止材は、厚さが１０～２００μｍであり、かつ、アルミニウム、鋼、チタン合金、マグネシウム・アルミニウム合金、ポリイミド、ポリカーボネート、及びポリエチレンテレフタラートからなる群から選択される１種類または複数種を含むことを特徴とする、請求項１に記載の光検出システム。
- 前記光センサー装置に電気的に接続される周波数制御ユニットと、一つまたは複数の検出ユニットと、前記周波数制御ユニット及び前記検出ユニットに電気的に接続されるマイクロ制御ユニットと、前記周波数制御ユニット及び前記圧電素子に電気的に接続される駆動ユニットと、をさらに含み、
前記検出ユニットは、前記光センサー装置の状態を検出し、かつ、前記光センサー装置の状態に関連する状態信号を前記マイクロ制御ユニットに送信し、
前記光センサー装置の状態には、前記透明保護カバーの上における映像、前記圧電素子のインピーダンス－振動周波数曲線、及び前記透明保護カバーの温度の中の少なくとも一つを含み、
前記マイクロ制御ユニットは、前記検出ユニットからの前記状態信号を受信し、かつ、前記状態信号に基づき、前記周波数制御ユニットを制御し、前記圧電素子の振動を駆動する指令を前記駆動ユニットへ送信し、
前記駆動ユニットは、前記周波数制御ユニットからの指令に応答し、前記圧電素子の振動を駆動させ、
前記周波数制御ユニットが前記圧電素子の振動を駆動させる周波数および時間を制御することにより、前記圧電素子は、前記圧電素子の一つまたは複数の共振周波数に基づいての少なくとも一つの振動周波数および振動時間で振動し、それにより、前記透明保護カバーから異物を除去することを特徴とする、請求項１に記載の光検出システム。 - 前記光センサー及び前記マイクロ制御ユニットに電気的に接続されるＡＩ映像識別装置をさらに含み、
前記光センサーは、センサーされた映像を前記ＡＩ映像識別装置に提供し、
前記ＡＩ映像識別装置は、前記映像に基づき、前記透明保護カバーの上における異物の種類を識別し、かつ、前記異物の種類に関連する種類信号を前記マイクロ制御ユニットに送信し、
前記マイクロ制御ユニットは、前記ＡＩ映像識別装置からの前記種類信号を受信し、かつ、前記種類信号に基づき、前記周波数制御ユニットを制御し、前記圧電素子の振動を駆動する指令を前記駆動ユニットへ送信することを特徴とする、請求項４に記載の光検出システム。 - 請求項１に記載の光検出システムを使用して光検出システムの上における異物を自動的に除去する方法であって、
圧電素子の振動が、可撓性及び剛性を有する封止材を介して光センサー装置の透明保護カバーに伝送されることにより、前記透明保護カバーから異物を除去する除去工程を含むことを特徴とする、方法。
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